(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インレットポート及びアウトレットポートを有する第１のバルブ本体と、
前記インレットポートの閉状態及び開状態を行うように、前後に移動するシールユニットと、
ベローズにより囲まれ、前記シールユニットを前記閉状態の位置及び前記開状態の位置に移動させるシャフトと、
前記シールユニットが前記開状態の位置にあるとき前記ベローズが腐食性ガスにさらされないように、前記ベローズを囲んで形成されるカバーと、
一端が前記第２のバルブ本体に接して支持されており、前記カバーが前記シャフトに沿って移動するように、前記カバーをガイドするカバーガイドユニットと、を含み、
前記カバーガイドユニットは、
前記カバーの他端に挿入されるガイド部材と、
前記ガイド部材の先端部に装着され、前記カバーをガイドするように形成される第１のガイドリングと、
前記ガイド部材の後端部に装着され、前記カバーが前記開状態の位置に到達すると前記カバーをシールする第１のシールリングと、を含み、
前記第１のガイドリングは円周方向に沿って形成される複数のカットアウト部を含むことを特徴とする真空工程用バルブ。
【請求項２】
前記シールユニットは、前記カバーの一端に結合され、前記カバーガイドユニットは前記カバーの他端に移動可能に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の真空工程用バルブ。
【請求項３】
前記第１のバルブ本体の前記インレットポートに対向する位置に形成される設置ホールと、
前記設置ホールに結合され、前記シャフト及び前記カバーガイドユニットを支持する第２のバルブ本体と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の真空工程用バルブ。
【請求項４】
前記第１のバルブ本体は、エンドフランジをさらに含み、
前記ガイド部材の先端部は前記ベローズと結合され、前記ガイド部材の後端部は前記第１のバルブ本体の前記エンドフランジに結合されることを特徴とする請求項１に記載の真空工程用バルブ。
【請求項５】
前記カバーは、前記第１のシールリングに接触するように、ラウンド状の面取り端部を有することを特徴とする請求項１に記載の真空工程用バルブ。
【請求項６】
前記第２のバルブ本体は、ピストンをさらに含み、
前記シャフトは、前記エンドフランジを通過して延設され、
前記ピストンは、空圧により前記シャフトを移動させるように前記シャフトの後端部に結合されることを特徴とする請求項５に記載の真空工程用バルブ。
【請求項７】
前記ピストンの外周面に設けられ、前記ピストンを前記第２のバルブ本体の内面に沿って直線的にガイドする第２のガイドリングと、
前記ピストンの前記外周面に設けられ、前記第２のバルブ本体をシールする第２のシールリングとをさらに含み、前記第２のバルブ本体の内面は円柱状であることを特徴とする請求項６に記載の真空工程用バルブ。
【請求項８】
前記第２のガイドリングと前記第２のシールリングとが、前記ピストン上で前記シャフトの長手方向に沿って所定の距離離隔して配置されることを特徴とする請求項７に記載の真空工程用バルブ。
【請求項９】
前記カバーは、前記カバーの中心方向に配列された複数のネジにより、前記シール部に結合されることを特徴とする請求項１に記載の真空工程用バルブ。
【請求項１０】
前記ベローズは、互いに溶接された複数のサブプレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の真空工程用バルブ。
【請求項１１】
インレットポート及びアウトレットポートを有する内部に収容空間が形成されるバルブ本体と、
前記バルブ本体に片持ち梁により支持されるシャフト及び前記シャフトを囲むベローズを含み、前記収容空間内で前記インレットポートに向かって前進又は後退することにより前記インレットポートの開状態又は閉状態を行うシャフトアセンブリと、
前記バルブ本体の中心線方向に沿って延設されるガイド部材と、
一端が前記シャフトアセンブリに固定され、他端が前記ガイド部材によりガイドされるように形成されるカバーと、を含み、
前記ガイド部材の先端部に装着され、前記カバーをガイドするように形成される第１のガイドリングと、
前記ガイド部材の後端部に装着され、前記カバーが前記開状態の位置に到達すると前記カバーをシールする第１のシールリングと、を含み、
前記第１のガイドリングは、前記シールユニットが前記開状態の位置に移動した場合に前記カバー内部のガスを流出させるように、円周方向に沿って形成される複数のカットアウト部を含むことを特徴とする真空工程用バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程などで工程に応じて真空度を制御する真空工程用バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程を行うためには、数多くの真空システムが用いられる。例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）の場合、半導体ウエハが配置されたチャンバにガスを注入し、一定のエネルギーを与えてプラズマを発生させると、ウエハに反応が起こって薄膜が形成される。薄膜形成過程で発生した不要な反応物は、ポンプ及び配管から排出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような真空システムは、ポンプ及び配管の真空度を制御できるように、各種バルブを含むが、バルブの内部に腐食性残留物などの異物が付着することにより、装置の寿命を縮め、ポンプに致命的な問題を起こすことがある。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、バルブに異物が付着することを防止し、バルブの損傷を防止する真空工程用バルブを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の他の目的は、バルブを動作させるためのシャフトなどが往復運動を繰り返すことによって撓むことを最小限に抑える真空工程用バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態による真空工程用バルブは、インレットポート及びアウトレットポートを有する第１のバルブ本体と、前記インレットポートの閉状態及び開状態を行うように、前後に移動するシールユニットと、ベローズにより囲まれ、前記シールユニットを前記閉状態の位置及び前記開状態の位置に移動させるシャフトと、前記シールユニットが前記開状態の位置にあるとき前記ベローズが腐食性ガスにさらされないように、前記ベローズを囲んで形成されるカバーと、一端が前記第２のバルブ本体に接して支持されており、前記カバーが前記シャフトに沿って移動するように、前記カバーをガイドするカバーガイドユニットと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記真空工程用バルブは、前記シールユニットは、前記カバーの一端に結合され、前記カバーガイドユニットは前記カバーの他端に移動可能に挿入されてもよい。
【０００８】
前記真空工程用バルブは、前記第１のバルブ本体の前記インレットポートに対向する位置に形成される設置ホールと、前記設置ホールに結合され、前記シャフト及び前記カバーガイドユニットを支持する第２のバルブ本体と、をさらに含んでもよい
【０００９】
前記真空工程用バルブは、前記カバーガイドユニットは、前記カバーの他端に挿入されるガイド部材と、前記ガイド部材の先端部に装着され、前記カバーをガイドするように形成される第１のガイドリングと、前記ガイド部材の後端部に装着され、前記カバーが前記開状態の位置に到達すると前記カバーをシールする第１のシールリングと、を含んでもよい。
【００１０】
前記真空工程用バルブは、前記第１のバルブ本体は、エンドフランジをさらに含み、前記ガイド部材の先端部は前記ベローズと結合され、前記ガイド部材の後端部は前記エンドフランジに結合されてもよい。
【００１１】
前記真空工程用バルブは、前記第１のガイドリングは、前記シールユニットが前記開状態の位置に移動した場合に、前記カバー内部のガスを流出させるように、円周方向に沿って形成される複数のカットアウト部を含んでもよい。
【００１２】
前記真空工程用バルブは、前記カバーは、前記第１のシールリングに接触するように、ラウンド状の面取り端部を有してもよい。
【００１３】
前記真空工程用バルブは、前記第２のバルブ本体は、ピストンをさらに含み、前記シャフトは、前記エンドフランジを通過して延設され、前記ピストンは、空圧により前記シャフトを移動させるように前記シャフトの後端部に結合されてもよい。
【００１４】
前記真空工程用バルブは、前記ピストンの外周面に設けられ、前記ピストンを前記第２のバルブ本体の内面に沿って直線的にガイドする第２のガイドリングと、前記ピストンの前記外周面に設けられ、前記第２のバルブ本体をシールする第２のシールリングと、をさらに含み、前記第２のバルブ本体の内面は円柱形状であってもよい。
【００１５】
前記真空工程用バルブは、前記第２のガイドリングと前記第２のシールリングとは、前記シャフトの長手方向に沿って所定の距離離隔して前記ピストン上に配置されるようにしてもよい。
【００１６】
前記真空工程用バルブは、前記カバーは、前記カバーの中心方向に配列された複数のネジにより、前記シール部に結合されてもよい。
【００１７】
前記真空工程用バルブは、前記ベローズは、互いに溶接された複数のサブプレートを含んでもよい。
【００１８】
また、本発明の実施形態による真空工程用バルブは、インレットポート及びアウトレットポートを有する内部に収容空間が形成されるバルブ本体と、前記バルブ本体に片持ち梁により支持されるシャフト及び前記シャフトを囲むベローズを含み、前記収容空間内で前記インレットポートに向かって前進又は後退することにより前記インレットポートの開状態又は閉状態を行うシャフトアセンブリと、前記バルブ本体の中心線方向に沿って延設されるガイド部材と、一端が前記シャフトアセンブリに固定され、他端が前記ガイド部材によりガイドされるように形成されるカバーと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ベローズにカバーを装着することにより、ベローズに異物が付着したり、異物の付着によりベローズが損傷したりすることを根本的に防止することができ、結果として、装置の安定性と耐久性を向上させ、ポンプなどの破損の危険を低減する真空工程用バルブを提供することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、カバーガイドユニットを含むことにより、カバーの移動によりシャフト及びベローズが撓むことを防止し、往復運動に対する構造的安定性を有する真空工程用バルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態による真空工程用バルブを用いた真空システムの一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態による真空工程用バルブを示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるシャフトアセンブリを示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による第１のガイドリングを示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態による第２のバルブ本体を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるピストンを示す断面図である。
【図７】図２の真空工程用バルブの開状態を示す作動状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態による真空工程用バルブについて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態による真空工程用バルブを用いた真空システムの一例を示す概念図である。図１に示すように、本発明の実施形態による真空システムは、工程チャンバ１１、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１２、ドライポンプ１３を含む。半導体ウエハが配置された工程チャンバ１１にガスを注入し、一定のエネルギーを与えてプラズマを発生させると、ウエハに反応が起こり、薄膜が形成される。薄膜形成過程で発生した不要な反応物は、ターボ分子ポンプ１２及び配管１４から排出される。真空工程用バルブ１００は、ターボ分子ポンプ１２の下流に設置され、真空工程用バルブ１００’は、工程チャンバ１１を真空状態にするために使用される。このような真空工程用バルブ１００は「アイソレーションバルブ」と呼ばれ、ターボ分子ポンプ１２の後段に配置される真空工程用バルブ１００’は「ターボアイソレーションバルブ」と呼ばれる。
【００２４】
ただし、図１は一例にすぎず、本発明の実施形態による真空工程用バルブは、真空を利用して工程を行う装置、例えばロードロックチャンバの真空度を制御するための装置など、各種装置に適用してもよい。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態による真空工程用バルブを示す断面図である。
【００２６】
図２に示すように、真空工程用バルブ１００は、インレットポート１１２及びアウトレットポート１１３が形成される第１のバルブ本体１１０と、インレットポート１１２を選択的に開閉するための開閉装置とを含む。開閉装置は、シャフト１２２、シール部１２１、ベローズ１２３、カバー１３０、及びカバーガイドユニット１４０を含む。
【００２７】
第１のバルブ本体１１０は、内部にシャフトアセンブリ１２０（図３参照）が収容される収容空間１１１を有するように、中空形状に形成される。インレットポート１１２の対向側には、設置ホール１１０−１が形成され、設置ホール１１０−１には、シャフト１２２及びカバーガイドユニット１４０を支持するための第２のバルブ本体１５０が結合される。インレットポート１１２はチャンバ側に連結され、アウトレットポート１１３はポンプ側に連結される。インレットポート１１２とアウトレットポート１１３とは、第１のバルブ本体１１０において様々な角度を有するように設置することができる。図２においては、インレットポート１１２とアウトレットポート１１３とが直角に設置される。
【００２８】
シャフト１２２は、第２のバルブ本体１５０を通過して長手方向に直線往復移動を行うように形成される。シャフト１２２を支持するための第２のバルブ本体１５０の構成の詳細については後述する。シャフト１２２の直線駆動のために、シャフト１２２の後端部にはピストン１７０が結合される。ピストン１７０の構成の詳細については後述する。
【００２９】
シール部１２１は、インレットポート１１２に接触することによりインレットポート１１２を閉塞する閉状態と、インレットポート１１２から離隔することによりインレットポート１１２を開放する開状態とを実現できるように形成される。シール部１２１の先端部には、インレットポート１１２に接触してインレットポート１１２を閉塞するためのオーリング１２５が設置される。
【００３０】
シール部１２１は、シャフト１２２の先端部に結合されており、シャフト１２２により、インレットポート１１２に向かって前進するか、又はインレットポート１１２から後退する。シール部１２１は、シャフト１２２に挿入されたスプリング１２６により、シール部１２１が閉状態を保持する方向に付勢されるようになっている。シール部１２１の開状態の実現のためにシャフト１２２を後退させる力は、シャフト１２２の後端部に設置されるピストン１７０の圧力により発生する。
【００３１】
インレットポート１１２の開放時にシャフト１２２が腐食性ガスにさらされないように、シャフト１２２はベローズ１２３により囲まれている。ベローズ１２３は、シャフト１２２の前進又は後退により膨張又は収縮し、ベローズ１２３の内部空間と外部空間との間を遮断する。ベローズ１２３は、複数の板を溶接して成形した「板状ベローズ」により実現してもよい。板状ベローズは、「成形ベローズ（鋳造により成形したものであって、円弧状断面が重なる形状を有する。）」に比べて収縮したときの長さが短いので、設置空間の面で利点があり、シール部１２１の開状態と閉状態間の距離、すなわちシール部１２１のストロークを十分に確保することができる。また、後述するカバーガイドユニット１４０は、ベローズ１２３の設置長さを相対的に短くすることができるので、板状ベローズはこの場合に効用性がある。
【００３２】
第１のバルブ本体１１０には、インレットポート１１２の閉状態で真空工程用バルブ１００内部の収容空間１１１とインレットポート１１２に連結された配管の真空度の差を緩和するように、補助ポート１０５を設置してもよい。ただし、補助ポート１０５は、真空システムによって省略してもよい。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態によるカバーが装着されたシャフトアセンブリの断面図である。シャフトアセンブリ１２０は、前述したシール部１２１、シャフト１２２、及びベローズ１２３を含む。シャフトアセンブリ１２０は、第１のバルブ本体１１０にカンチレバー支持される。すなわち、シャフト１２２は第２のバルブ本体１５０を通過して第２のバルブ本体１５０によりガイドされる。第２のバルブ本体１５０は第１のバルブ本体１１０に結合されているため、シャフトアセンブリ１２０の一端は第１のバルブ本体１１０に支持され、シャフトアセンブリ１２０の他端は自由端となっている。
【００３４】
図３を参照すると、ベローズ１２３は、腐食性ガスにさらされないように、カバー１３０により囲まれる。ベローズ１２３は、複数の溝を含む構造であるので、真空工程用バルブ１００の開放時に腐食性ガスに含まれる異物が入り込みやすいため、表面が滑らかなカバー１３０によりベローズ１２３を囲む。
【００３５】
カバー１３０は、略円筒状に形成され、その先端部がシール部１２１に結合される。カバー１３０とシール部１２１との結合は、カバー１３０にシール部１２１が挿入された状態でカバー１３０の外周面を貫通して中心方向に配列される複数のネジ１３１により、カバー１３０をシール部１２１に結合させて行う。
【００３６】
第１のバルブ本体１１０に片持ち梁により支持されているシャフトアセンブリ１２０及びカバー１３０の支持力を補完し、装置の安定性を高めるために、カバー１３０はカバーガイドユニット１４０により支持される。カバーガイドユニット１４０は、カバー１３０が移動する過程で揺れることを防止し、真空工程用バルブ１００の開放時に真空工程用バルブ１００の内部を移動するガスからベローズ１２３を遮蔽する。カバーガイドユニット１４０は、ガイド部材１４１と、ガイド部材１４１の第１の位置に備える第１のガイドリング１４２と、ガイド部材１４１の第２の位置に備える第１のシールリング１４３とを含む。
【００３７】
ガイド部材１４１は、第１のバルブ本体１１０の中心線方向に沿って延設され、スプリング１２６及びシャフト１２２を囲むように円筒状に形成される。このようなガイド部材１４１は、カバー１３０の端部が挿入された状態で、カバー１３０がガイド部材１４１に沿って移動できるようにする。従って、ガイド部材１４１は、カバー１３０が定められた方向に移動するようにし、片持ち梁により支持されるシャフト１２２にかかる半径方向の荷重を低減する。
【００３８】
第１のガイドリング１４２は、ガイド部材１４１とカバー１３０の相対移動時、カバー１３０の内周面に接触してカバー１３０をガイドできるように形成される。カバー１３０が開状態の位置と閉状態の位置のどちらでも第１のガイドリング１４２に接触できるように、第１のガイドリング１４２と第１のシールリング１４３間の第１の距離は、開状態の位置と閉状態の位置間の第２の距離より長く設定される。
【００３９】
第１のシールリング１４３は、カバー１３０が開状態の位置に到達するとカバー１３０の端部に接触するように形成される。カバー１３０の接触時の密閉性を向上させるために、カバー１３０の端部は、第１のシールリング１４２に接触できるようにラウンド面１３０−１を含む。
【００４０】
ガイド部材１４１の先端部は、ベローズ１２３に結合され、ガイド部材１４１の後端部は、第１のバルブ本体１１０と第２のバルブ本体１５０との間に位置し、第１のバルブ本体１１０を密封するエンドフランジ１６０に結合される。エンドフランジ１６０と第１のバルブ本体１１０に形成された顎部との間には、第２のバルブ本体１５０の結合時の密封性を向上させるために、オーリング（Ｏ−ｒｉｎｇ）１６１が備えられる。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態による第１のガイドリングを示す平面図である。図４を参照すると、第１のガイドリング１４２の外周面には、円周方向に沿って複数のカットアウト部１４２−１が形成される。カットアウト部１４２−１は、シャフトアセンブリ１２０が収縮するとき、すなわちシール部１２１が閉状態の位置から開状態の位置に移動するとき、ベローズ１２３とカバー１３０との間の空間の気体が抜け出るように、カバー１３０の設置による抵抗力を緩和する。ただし、カットアウト部１４２−１は、図４とは異なり、第１のガイドリング１４２の外周面上の一箇所に位置してもよい。
【００４２】
図５は、本発明に実施形態よる第２のバルブ本体を示す断面図である。シャフト１２２のガイドのために、第２のバルブ本体１５０は、中心部にシャフト１２２が通過する通路ホール１５１を含み、通路ホール１５１は、シャフト１２２を回転支持するためのブッシング１５８、１５９及びオーリング１５７を含む。
【００４３】
第２のバルブ本体１５０の後端部には、ピストン１７０をガイドするシリンダ部１５６が形成される。第２のバルブ本体１５０の一側には、作動流体を流入させるためのポート１５４が形成され、第２のバルブ本体１５０の中間部分には、ピストン１７０に作動流体の圧力を作用させる流体収容部１５２が備えられる。閉状態への移動時にピストン１７０を緩衝するために、シリンダ部１５６の底面にはゴムリング１５３が設置される。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態によるピストンを示す断面図である。ピストン１７０は、作動流体の圧力により、ピストン１７０と結合されたシャフト１２２を後退させる。ピストン１７０は、相対的に幅の広い形状を有し、ピストン１７０の外周面には、第２のシールリング１７１を装着するためのシールリング溝１７０−１、及び第２のガイドリング１７２を装着するためのガイドリング溝１７０−２が形成される。第２のガイドリング１７２は、ピストン１２２がシリンダ部１５６内で正確な直線運動を行えるようにガイドし、従って、ポンピングによる半径方向の荷重によりシャフト１２２が撓み、さらにはピストン１７０が偏心したり偏摩耗したりすることを防止する。
【００４５】
以下、図７を参照して上記構成による作用について説明する。図７は、図２の真空工程用バルブの開状態を示す作動状態図である。
【００４６】
ポート１５４に作動流体が供給されると、ピストン１７０はその圧力により左側に移動する。これにより、ピストン１７０と結合されたシャフト１２２及びシール部１２１がスプリング１２６を圧縮して共に左側に移動する。インレットポート１１２を閉塞していたオーリング１２５がインレットポート１１２から離脱すると開放が開始される。
【００４７】
これと同時に、シール部１２１に固定されていたカバー１３０も左側に移動するが、カバー１３０は、ガイド部材１４１及び第１のガイドリング１４２のガイドにより、ピストン１７０及びシール部１２１の移動方向と一致する方向に移動する。カバー１３０の移動過程で、カバー１３０とベローズ１２３との間の空間の気体は、第１のガイドリング１４２に形成されたカットアウト部１４２−１を介して収容空間１１１に放出される。
【００４８】
シール部１２１が完全開状態になると、カバー１３０の端部は第１のシールリング１４３に接触する。従って、開状態で収容空間１１１内に流入した腐食性ガス又は粒子がベローズ１２３側に流入することが防止される。
【００４９】
本発明の実施形態による真空工程用バルブは、前述した実施形態の構成と方法に限定されるものではなく、上記各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて様々な変形を加えることで様々な実施形態を構成することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００…真空工程用バルブ、１１０…第１のバルブ本体、１２０…シャフトアセンブリ、１２１…シール部、１２２…シャフト、１２３…ベローズ、１３０…カバー、１４０…カバーガイドユニット、１４１…ガイド部材、１４２…第１のガイドリング、１４２−１…カットアウト部、１４３…第１のシールリング、１５０…第２のバルブ本体、１６０…エンドフランジ、１７０…ピストン、１７１…第２のシールリング、１７２…第２のガイドリング。
【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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【図７】
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