(57)【要約】【課題】構造が簡単かつ圧力制御が正確で、しかもパーティクルのクリーニングが容易な圧力制御バルブを提供する。【解決手段】本発明の圧力制御バルブは、炉内を所定圧力に保持可能な反応炉と反応炉内のガスを排気する排気部との間に介挿され、反応炉内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブであって、ａ：上面板、下面板及び円筒状側面板を有し、側面板を貫通し反応炉側に接続されるガス流入口と排気部側に接続されるガス排出口とを備え、側面板の内壁がフッ素樹脂で被覆された弁本体と；ｂ：弁本体のガス流入口側の側面板の内壁に摺動可能に圧接され、ガス流入口に対面する位置にはサイズの異なる複数の開口が所定の配列で設けられているオリフィス板と；ｃ：下面板の内側に設置され、オリフィス板を保持して摺動させる摺動機構と；を具備してなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内を所定圧力に保持可能な反応炉と前記反応炉内のガスを排気する排気部との間に介挿され、前記反応炉内の圧力を前記所定圧力に制御する圧力制御バルブであって、
ａ：上面板、下面板及び円筒状側面板を有し、前記側面板を貫通し前記反応炉側に接続されるガス流入口と前記排気部側に接続されるガス排出口とを備え、前記側面板の内壁がフッ素樹脂で被覆された弁本体と；
ｂ：前記弁本体の前記ガス流入口側の前記側面板の内壁に摺動可能に圧接され、前記ガス流入口に対面する位置にはサイズの異なる複数の開口が所定の配列で設けられているオリフィス板と；
ｃ：前記下面板の内側に設置され、前記オリフィス板を保持して摺動させる摺動機構と；を具備してなる圧力制御バルブ。
【請求項２】
前記所定の配列が、サイズの大きな開口列上に、サイズの小さな開口列が順次積層されるように前記オリフィス板の摺動方向に向かって配列されている請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項３】
前記ガス流入口に対面する位置での前記オリフィス板の開口数と開口径に応じて前記反応炉内の圧力を制御する請求項２に記載の圧力制御バルブ。
【請求項４】
前記側面板の内壁に、前記オリフィス板の通過時に前記フッ素樹脂の被覆を貫通して前記オリフィス板の前記複数の開口に侵入し、開口内を除塵する可動ブラシを設置した請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項５】
前記上面板はガラス窓を有し、前記弁本体に着脱可能に取付けられる請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項６】
前記弁本体はステンレス鋼、前記オリフィス板はステンレス鋼又はアルミニウムで作製される請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項７】
前記摺動機構は、底板と前記底板に設置された支柱と前記支柱に取付けられ、前記オリフィス板を前記側面板の内壁に圧接するスプリング部材とを含む請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項８】
前記摺動機構は、前記底板に設置された防塵フィルタを含む請求項７に記載の圧力制御バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス製造工程を減圧下で実行する減圧装置に係り、特に、反応炉や反応チャンバ内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記減圧装置の一例としては、特許文献１に化学気相反応（ＣＶＤ）法により基板上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させるＣＶＤ装置が記載されている。
図６は、ＣＶＤ装置１００の概略構成図である。図に示すように、ＣＶＤ装置１００は電気反応炉１０２を備え、反応炉１０２内には石英管１０４が挿入されており、石英管１０４の周囲にはヒータ１０６、熱電対１０８が設けられている。
【０００３】
ヒータ１０６及び熱電対１０８は制御部２００に接続され、制御部２００は、石英管１０４の内部がＣＮＴの成長に適した所定温度となるように、熱電対１０８により検出された温度に基づいてヒータ１０６を制御している。
石英管１０４の一方にはガス供給部２２０が接続され、他方には圧力制御バルブ２３０を介して排気部２４０が接続されている。
ガス供給部２２０は、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素ガスを石英管１０４に流入させる。圧力制御バルブ２３０は、ガス供給部２２０から供給される炭化水素ガスの圧力を調整する。
【０００４】
ＣＮＴを成長させるには、触媒２６０を載せた石英基板２８０を石英管１０４内に設置する。そして制御部２００は、排気部２４０に対し、石英管１０４内を真空排気するように指示する。排気部２４０は、石英管１０４内の圧力が所定圧力、例えば、１０−２Ｔｏｒｒ以下となるように石英管１０４内を真空排気する。真空排気時には、石英管１０４と排気部２４０とは圧力制御バルブ２３０をバイパスして接続されるようにしておいてもよい。次いで、制御部２００は、石英管１０４内が所定温度、例えば、７００〜９００℃になるように熱電対１０８により検出された温度に基づいてヒータ１０６を制御する。
【０００５】
次に、制御部２００は、ガス供給部２２０に対して石英管１０４内に炭化水素ガス２５０を供給するよう指示すると共に、炭化水素ガスが所定圧力となるように圧力制御バルブ２３０を制御する。これにより所定圧力及び所定流量で炭化水素ガス２５０が石英管１０４内に流入され、触媒２６０と炭化水素ガス２５０とが石英管１０４内で気相反応し、石英基板２８０上にＣＮＴが成長する。
【０００６】
排気部２４０は、炭化水素ガス２５０を石英管内に流入させる前に、石英管１０４内を所定圧力に真空排気するものであり、圧力制御バルブ２３０は、ガス供給部２２０から供給される炭化水素ガス２５０の圧力を制御するものであり、排気部２４０には図示しないロータリーポンプが使用される。
【０００７】
このような反応炉や反応チャンバ内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブとしては、特許文献２や特許文献３に記載の構造のものが知られている。
特許文献２に記載の圧力制御バルブは、制御可能な所定圧力の範囲が広がるという利点はあるものの、バルブの開口を制御するため通気素子の構造が特殊で、構造が複雑である。
また特許文献３に記載の圧力制御バルブは、いわゆるバタフライ式圧力制御バルブと呼ばれているもので、高精度に圧力制御できるものの、ＣＶＤ装置に接続して使用した場合、反応炉からの排出ガスに微細なパーティクル（塵）が混じっていた場合、そのパーティクルがガス流路に付着した場合、その除去（クリーニング）が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５３３５２５４号公報
【特許文献２】特表２００３−５０４７０７
【特許文献３】特開２０１０−６０１３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、構造が簡単かつ圧力制御が正確で、しかもパーティクルのクリーニングが容易な圧力制御バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、炉内を所定圧力に保持可能な反応炉と反応炉内のガスを排気する排気部との間に介挿され、反応炉内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブであって、
ａ：上面板、下面板及び円筒状側面板を有し、側面板を貫通し反応炉側に接続されるガス流入口と排気部側に接続されるガス排出口とを備え、側面板の内壁がフッ素樹脂で被覆された弁本体と；
ｂ：弁本体のガス流入口側の側面板の内壁に摺動可能に圧接され、ガス流入口に対面する位置にはサイズの異なる複数の開口が所定の配列で設けられているオリフィス板と；
ｃ：下面板の内側に設置され、オリフィス板を保持して摺動させる摺動機構と；を具備してなる。
【００１１】
また、本発明の圧力制御バルブは、所定の配列が、サイズの大きな開口列上に、サイズの小さな開口列が順次積層されるようにオリフィス板の摺動方向に向かって配列されている。また、ガス流入口に対面する位置でのオリフィス板の開口数と開口径に応じて反応炉内の圧力を制御する。
また、側面板の内壁に、オリフィス板の通過時にフッ素樹脂の被覆を貫通してオリフィス板の複数の開口に侵入し、開口内を除塵する可動ブラシを設置し、また、上面板はガラス窓を有し、弁本体に着脱可能に取付けられる。
さらに、弁本体はステンレス鋼、オリフィス板はステンレス鋼又はアルミニウムで作製される。また、摺動機構は、底板と底板に設置された支柱と支柱に取付けられ、オリフィス板を側面板の内壁に圧接するスプリング部材とを含む。さらに摺動機構は、底板に設置された防塵フィルタを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、フッ素樹脂で被覆された弁本体の内壁にオリフィス板を摺動可能に圧接保持する摺動機構を具備したため、圧力制御が容易で、かつ、パーティクルのクリーニングが容易な圧力制御バルブが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る圧力制御バルブの縦断面図。
【図２】本発明の一実施例に係る圧力制御バルブの横断面図
【図３】本発明に使用されるオリフィス板の構造を示す図。
【図４】可動ブラシによりオリフィス板の開口内を除塵する態様の説明図。
【図５】本発明の一実施例に係る圧力制御バルブの概略構成を示す斜視図。
【図６】ＣＶＤ装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図５は、本発明の一実施例に係る圧力制御バルブの概略構成を示す斜視図、図１は図５の破断線Ｉ−Ｉ′に沿って切断した縦断面図、図２は図５の破断線ＩＩ−ＩＩ′に沿って切断した横断面図である。
図５に示すように、本発明の圧力制御バルブ５０は、弁本体と、弁本体内に収納されているオリフィス板と、オリフィス板を保持して摺動させる摺動機構とから構成されている。
【００１５】
弁本体１０は、上面板１１、下面板１２及び側面板１３から構成される円筒状の容器であり、側面板１３には、ガス流入口１５とガス排出口１６とが側面板１３を貫通するように設けられている。ガス流入口１５は反応炉側に接続され、ガス排出口１６は排気部側に接続される（図６参照）。
側面板１３と下面板１２とは一体として構成されるが、上面板１１は弁本体１０に着脱可能に取付けられている。また上面板１１にはガラス窓１８が設けられている。
側面板１３の内壁はフッ素樹脂１７で被覆（コーティング）されている。
弁本体１０は通常ステンレス鋼で作製されるが、これに限定されるわけではない。
【００１６】
図３ａ，ｂは、本発明に使用されるオリフィス板２０の構造を示す図である。オリフィス板２０はステンレス鋼又はアルミニウムで作製されるがこれに限定されるわけではない。オリフィス板２０は円筒を弧状に縦に切断した形状を有し（図３ａ）、弁本体１０のガス流入口１５側の側面板１３の内壁に摺動可能に圧接され、後述する摺動機構により、側面板１３の内壁面に沿って円周方向に摺動する。ガス流入口１５に対面する位置には、サイズの異なる複数の開口２０１，２０２，２０３，・・・２０６が所定の配列で設けられている。
【００１７】
図３ｂに示すように、サイズの大きな開口列２０１上に、サイズの小さな開口列２０２が順次積層されるようにオリフィス板２０の摺動方向に向かって配列されている。オリフィス板２０が摺動して停止したガス流入口１５との対面位置により、ガス流入口１５の実効開口面積が規定される。即ち、ガス流入口１５に対面する位置でのオリフィス板の開口数と開口径に応じて反応炉内の圧力が制御される。
【００１８】
図６に示すＣＶＤ装置１００に基づいて、石英管１０４内の圧力の制御について説明する。石英管１０４内の圧力は、ガス供給部２２０及び／又は排気部２４０内に設けた図示しない圧力センサにより検出される。圧力センサとして絶体容量圧力計を備えると、圧力の変化を薄膜と圧力計に組込まれた電極との間での容量の変化として検知することができる。観測された圧力に比例する信号は、制御部２００に伝えられる。
【００１９】
制御部２００は、測定された圧力を目標圧力と比較し、ガス流入口１５を有する圧力制御バルブ５０に信号を送る。この信号により、弁本体１０内のオリフィス板２０が摺動するように駆動され、測定された圧力が目標圧力になるようにガス流入口１５の実効開口面積を調整する。具体的には石英管１０４内の圧力の降下が検知されると、ガス流入口１５の実効開口面積を狭めるように制御部２００は圧力制御バルブ５０に信号を送る。反対に圧力の上昇が検知されると実効開口面積を拡げるように信号を送る。
このように石英管１０４内の圧力は、ガス供給部２２０を介して石英管１０４に供給されるプロセスガス流と排気部２４０を介して石英管から排出される排気流とのバランスをとることにより、目標圧力に等しくなるよう制御される。
【００２０】
次に、オリフィス板２０を保持して摺動させる摺動機構について説明する。
図１、図２に示すように、摺動機構は、円板状の底板３１とこの底板３１に設置された支柱３２とこの支柱３２に取付けられ、オリフィス板２０を側面板１３の内壁に圧接するスプリング部材３３とから構成されている。底板３１の中央には回転軸３４が取付けられ、下面板１２に設けられた開口を介して駆動モータ３０に連結されている。
【００２１】
図６に示す制御部２００からの制御信号は減速機能付駆動モータ３０に伝送され、前述した圧力制御が行なわれる。なお、下面板１２に設けられた開口と回転軸３４とは弁本体１０の内部が気密に保たれた状態で回転軸３４が回転可能なようにシールされている。さらに、モータ３０と回転軸３４とを含む機構は、カバー１４により覆われ、制御用信号線３５が引出されている。
【００２２】
本発明では、前述したように弁本体１０の側面板１３の内壁はフッ素樹脂で被覆（コーティング）されている。フッ素樹脂は他の樹脂に比べて、耐摩耗性、耐薬品性、耐熱性、非粘着性、すべり性、非濡れ性、絶縁性等、多くの優れた特性を有している。特に耐摩耗性、非粘着性、すべり性の点で、オリフィス板２０を側面板１３の内壁に圧接させて、摺動させるのに好適である。
【００２３】
なお、本発明に係る圧力制御バルブ５０をＣＶＤ装置に接続した場合、反応炉からの排出ガスに微細なパーティクル（塵）が混じることがあり、このパーティクルがオリフィス板２０に設けられた開口２０１，２０２，・・・２０６に付着して開口を塞いでしまうことがある。本発明ではオリフィス板２０に設けられた開口２０１，２０２，・・・２０６内を除塵（クリーニング）するための除塵機構を設けている。
【００２４】
図４に示すように、側面板１３の内壁に可動ブラシ３７を設置し、オリフィス板２０の通過時にフッ素樹脂１７の被覆を貫通してオリフィス板２０の複数の開口２０１，２０２，・・・２０６内に侵入し、開口内のパーティクルを除塵（クリーニング）するようにした。
また、底板３１に防塵フィルタ３６を設置し、パーティクルをトラップするようにしても良い。防塵フィルタ３６の形状は平面状としても良いが、側面板１３の内壁面に沿った円筒弧状の形状でも良い。
【００２５】
さらに本発明では、上面板１１は弁本体１０に着脱可能に取付けられているので、バルブのメインテナンス時に、上面板１１を取り外して、弁本体１０の内部をクリーニングしたり、防塵フィルタ３６を取り替えることができる。また、上面板１１にはガラス窓１８が設けられているので、この窓から圧力制御バルブ５０の制御状態を観測することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０：弁本体                        １１：上面板
１２：下面板                        １３：側面板
１４：カバー                        １５：ガス流入口
１６：ガス排出口                    １７：フッ素樹脂
１８：ガラス窓                      ２０：オリフィス板
３０：減速機能付駆動モータ          ３１：底板
３２：支柱                          ３３：スプリング部材
３４：回転軸                        ３５：制御線
３６：防塵フィルタ                  ３７：可動ブラシ
５０：圧力制御バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月13日(2020.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内を所定圧力に保持可能な反応炉と前記反応炉内のガスを排気する排気部との間に介挿され、前記反応炉内の圧力を前記所定圧力に制御する圧力制御バルブであって、
ａ：上面板、下面板及び円筒状側面板を有し、前記側面板を貫通し前記反応炉側に接続されるガス流入口と前記排気部側に接続されるガス排出口とを備え、前記側面板の内壁がフッ素樹脂で被覆された弁本体と；
ｂ：前記弁本体の前記ガス流入口側の前記側面板の内壁に摺動可能に圧接され、前記ガス流入口に対面する位置にはサイズの異なる複数の開口が所定の配列で設けられているオリフィス板と；
ｃ：前記下面板の内側に設置され、前記オリフィス板を保持して摺動させる摺動機構と；を具備し、
前記摺動機構は、底板と前記底板に設置された支柱と前記支柱に取付けられ、前記オリフィス板を前記側面板の内壁に圧接するスプリング部材とを含む圧力制御バルブ。
【請求項２】
前記摺動機構は、前記底板に設置された防塵フィルタを含む請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項３】
前記所定の配列が、サイズの大きな開口列上に、サイズの小さな開口列が順次積層されるように前記オリフィス板の摺動方向に向かって配列されている請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項４】
前記ガス流入口に対面する位置での前記オリフィス板の開口数と開口径に応じて前記反応炉内の圧力を制御する請求項３に記載の圧力制御バルブ。
【請求項５】
前記側面板の内壁に、前記オリフィス板の通過時に前記フッ素樹脂の被覆を貫通して前記オリフィス板の前記複数の開口に侵入し、開口内を除塵する可動ブラシを設置した請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項６】
前記上面板はガラス窓を有し、前記弁本体に着脱可能に取付けられる請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項７】
前記弁本体はステンレス鋼、前記オリフィス板はステンレス鋼又はアルミニウムで作製される請求項１に記載の圧力制御バルブ。