(57)【要約】  冷却隔離弁は、弁本体と、弁本体に結合した定置要素と、可動閉鎖要素と定置要素が合わされた閉位置と開位置の間で定置要素に対して可動である可動閉鎖要素を含む。可動閉鎖要素と定置要素の一方が、シール要素を含む。可動閉鎖要素の閉位置において、シール要素は、可動閉鎖要素と定置要素の間に封止を提供する。流路が、可動閉鎖要素に接触して形成され、また定置要素に関して可動閉鎖要素と一緒に可動であり、流路の流体が、可動閉鎖要素における熱伝導を生じさせる。隔離弁のベローズは、セラミックコーティングを有する金属性基板を含むことができる。
2019513948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体；
弁本体に結合し、また弁本体に対して定置された定置要素；
可動閉鎖要素と定置要素が合わされた閉位置と開位置の間で定置要素に対して可動である可動閉鎖要素にして、可動閉鎖要素と定置要素の一方が、シール要素を備え、可動閉鎖要素の閉位置において、シール要素は、可動閉鎖要素と定置要素の間に封止を提供する、可動閉鎖要素；及び
可動閉鎖要素に接触して形成され、また定置要素に関して可動閉鎖要素と一緒に可動であり、流路の流体が、可動閉鎖要素における熱伝導を生じさせる流路を備える、冷却隔離弁。
【請求項２】
可動閉鎖要素が、開位置又は閉位置にあるか否か検出するためのセンサー；及び
可動閉鎖要素が閉位置にあるとセンサーが検出する時、流体の流れを抑止するためのアクチュエーターを更に備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項３】
可動閉鎖要素の動きを制御するための空気圧作動装置；及び
弁本体内の環境から空気圧作動装置を隔離するためのベローズを更に備え、
ベローズが、弁の長手軸から径方向に空気圧作動装置に隣接して、また長手軸に沿って空気圧作動装置に少なくとも部分的に重畳して配置される、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項４】
シール要素がＯリングを備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項５】
定置要素と可動閉鎖要素の一方に溝にして、Ｏリングが溝に配置され、Ｏリングの表面が溝から突出する溝；及び
定置要素と可動閉鎖要素の他方の表面の突起にして、可動閉鎖要素が閉位置にある時、Ｏリングが自由に膨張及び収縮するように、Ｏリングの突出した表面の一部に接触する突起を更に備える、請求項４に記載の冷却隔離弁。
【請求項６】
定置要素と可動閉鎖要素の一方に溝にして、Ｏリングが溝に配置され、Ｏリングの表面が溝から突出する溝；及び
定置要素と可動閉鎖要素の他方の表面の凹部にして、可動閉鎖要素が閉位置にある時、Ｏリングが自由に膨張及び収縮するように、Ｏリングの突出した表面の一部に接触する凹部を更に備える、請求項４に記載の冷却隔離弁。
【請求項７】
弁が、ポペット弁である、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項８】
可動閉鎖要素が、ポペット弁のノーズピースを備える、請求項７に記載の冷却隔離弁。
【請求項９】
定置要素が、ポペット弁の弁座を備える、請求項８に記載の冷却隔離弁。
【請求項１０】
冷却チャネルの少なくとも一部がノーズピースに形成される、請求項８に記載の冷却隔離弁。
【請求項１１】
ノーズピースは、冷却隔離弁の可動ステムに結合される、請求項８に記載の冷却隔離弁。
【請求項１２】
冷却チャネルの少なくとも一部がステムに形成される、請求項１１に記載の冷却隔離弁。
【請求項１３】
シール要素は、溝内にＯリングを備え、溝が、ポペット弁のノーズピースに形成される、請求項７に記載の冷却隔離弁。
【請求項１４】
弁が、ゲート弁であり、
可動閉鎖要素は、閉位置と開位置の間で可動であるゲートと、ゲートに固定して取り付けられたシャフトを備え、シャフトの回転により開及び閉位置の間のゲートの移動が生じる、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項１５】
定置要素は、弁座を備える、請求項１４に記載の冷却隔離弁。
【請求項１６】
冷却チャネルの少なくとも一部が、ゲートに形成される、請求項１４に記載の冷却隔離弁。
【請求項１７】
冷却チャネルの少なくとも一部がシャフトに形成される、請求項１４に記載の冷却隔離弁。
【請求項１８】
シール要素は、溝内のＯリングを更に備え、溝がゲートに形成される、請求項１４に記載の冷却隔離弁。
【請求項１９】
弁が、バタフライ弁であり、
可動閉鎖要素は、閉位置と開位置の間で可動であるフラップと、フラップに固定して取り付けられたシャフトを備え、シャフトの回転により開及び閉位置の間のフラップの移動が生じる、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２０】
定置要素は、弁を通じた開口の壁を備える、請求項１９に記載の冷却隔離弁。
【請求項２１】
冷却チャネルの少なくとも一部が、フラップに形成される、請求項１９に記載の冷却隔離弁。
【請求項２２】
冷却チャネルの少なくとも一部が、シャフトに形成される、請求項１９に記載の冷却隔離弁。
【請求項２３】
流体は、ガスを備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２４】
流体は、液体を備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２５】
流体は、空気を備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２６】
流体は、窒素（Ｎ2）を備える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２７】
流体が水を供える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２８】
流体が熱伝導流体を供える、請求項１に記載の冷却隔離弁。
【請求項２９】
金属製ベローズ基板を形成すること；
金属製ベローズ基板を圧縮状態及び伸長状態の一方に構成すること；
金属製ベローズ基板が圧縮状態及び伸長状態の一方に維持される間、金属製ベローズ基板に対してセラミックコーティングの第１層を付与すること；
金属製ベローズ基板を圧縮状態及び伸長状態の他方に推移すること；
金属製ベローズ基板が圧縮状態及び伸長状態の他方に維持される間、金属製ベローズ基板に対してセラミックコーティングの第２層を付与することを含む、隔離弁のためのベローズを形成する方法。
【請求項３０】
金属製ベローズ基板がステンレス鋼から形成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
セラミックコーティングが酸化アルミニウムを備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
セラミックコーティングの厚みに対する金属製ベローズ基板の厚みの比は、１００：１よりも大きい、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
金属製基板；及び
金属製基板上に形成されたセラミック材料のコーディングを備える、真空隔離弁用のベローズ。
【請求項３４】
金属製ベローズ基板がステンレス鋼から形成される、請求項３３に記載のベローズ。
【請求項３５】
セラミックコーティングが酸化アルミニウムを備える、請求項３３に記載のベローズ。
【請求項３６】
セラミックコーティングの厚みに対する金属製ベローズ基板の厚みの比は、１００：１よりも大きい、請求項３３に記載のベローズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、真空隔離弁に関し、特には、能動冷却を伴う真空隔離弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベローズで封止されたポペット真空隔離弁は、半導体処理システムにて汎用されている。実行中の化学気相成長（ＣＶＤ（chemical vapor deposition））からの副生物が弁に凝縮することを阻止するため、弁は、一般的に外部から特定温度まで加熱される。
【０００３】
隔離弁の挑戦的な用途は、反応ガス流を隔離することである。例えば、フッ素原子は、チャンバー清掃のために一般的に用いられており、リモート・プラズマ源から導入される。ある用途では、隔離弁をリモート・プラズマ源とチャンバーの間に配置することが便利である。フッ素原子濃度を低下させず、高いコンダクタンスを有し、その用途において信頼性がある弁であることが重要である。
【０００４】
この用途においてバルブには多数の挑戦がある。第１に、フッ素原子が極端な反応性を有し、処理中に接触する材料を注意深く選択しなければならない。第２に、リモート・プラズマ源、例えば、ＭＫＳインスツルメント社から販売されているＡＳＴＲＯＮリモートプラズマ源内のガス温度が３０００Ｋ程であり、典型的な圧力が凡そ１０Ｔｏｒｒであるが、ガスにより運ばれる熱が僅かである。
【０００５】
大きな問題は、フッ素原子が表面に衝突する時、Ｆ2分子に再結合する高い可能性を有することである。フッ素原子がフッ素分子に再結合することは、放熱反応であり、真空弁の内部コンポーネントに大きな熱を生成し得る。同様、生成された酸素又は水素ラジカルは、再結合する傾向を有し、弁内の面に衝突する時に熱を生成する。例えば、１ｓｌｍのＮＦ3がリモートプラズマ源内に進入すると、リモートプラズマ源の下流の面の熱負荷が５０ｍＷ／ｃｍ2程である。
【０００６】
全熱入力が相対的に小さいものの（５００ｍＷ−５Ｗ程）、弁と低温シンクの可動コンポーネント間には典型的には高い熱抵抗があり、従って、可動コンポーネントが過度な温度に到達し得る。封止を形成する弁の可動パーツ、通常、ノーズピース（nosepiece）は、自然対流が生じる大気の空気への非常に乏しい伝導路を有する。ステムとベローズは、典型的には、ステンレス鋼から作製された溶接アセンブリであり、乏しい熱伝導率を有する。真空空間において、典型的には圧力が１−１０Ｔｏｒｒであり、対流及び伝導効果が無視可能である。弁が閉じられているとしても、ノーズピースと弁座の間の金属間接触が避けられるように設計を注意する。バルブ内部に入力される数ワットの並のパワー（power）で、内部温度が極端に高くなり得る。２５０℃を超える温度で、大半のエラストマー又はペルフルオロエラストマーシールが定格温度を超える。３００℃を超える温度で、大半のアルミニウム合金が実質的な機械的な強度を喪失する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１側面によれば、冷却隔離弁が提供される。弁は、弁本体と、弁本体に結合し、また弁本体に対して定置された定置要素と、可動閉鎖要素と定置要素が合わされた閉位置と開位置の間で定置要素に対して可動である可動閉鎖要素を含む。可動閉鎖要素と定置要素の一方が、シール要素を備える。可動閉鎖要素の閉位置において、シール要素は、可動閉鎖要素と定置要素の間に封止を提供する。流路が、可動閉鎖要素に接触して形成され、また定置要素に関して可動閉鎖要素と一緒に可動であり、流路の流体が、可動閉鎖要素における熱伝導を生じさせる。
【０００８】
幾つかの実施形態例では、冷却隔離弁は、可動閉鎖要素が開位置又は閉位置にあるかを検出するためのセンサーと、可動閉鎖要素が閉位置にあるとセンサーが検出する時、流体の流れを抑止するためのアクチュエーターを更に備える。
【０００９】
幾つかの実施形態例では、冷却隔離弁は、可動閉鎖要素の動きを制御するための空気圧作動装置と、弁本体内の環境から空気圧作動装置を隔離するためのベローズを更に備える。これらの実施形態においては、ベローズが、弁の長手軸から径方向に空気圧作動装置に隣接して、また長手軸に沿って空気圧作動装置に少なくとも部分的に重畳して配置される。
【００１０】
幾つかの実施形態例では、シール要素がＯリングを備える。幾つかの実施形態例では、弁が、定置要素と可動閉鎖要素の一方に溝を更に備え、Ｏリングが溝に配置され、Ｏリングの表面が溝から突出する。定置要素と可動閉鎖要素の他方の表面の突起は、可動閉鎖要素が閉位置にある時、Ｏリングが自由に膨張及び収縮するように、Ｏリングの突出した表面の一部に接触する。
【００１１】
幾つかの実施形態例では、シール要素がＯリングを備える。幾つかの実施形態例では、弁が、定置要素と可動閉鎖要素の一方に溝を更に備え、Ｏリングが溝に配置され、Ｏリングの表面が溝から突出する。定置要素と可動閉鎖要素の他方の表面の凹部は、可動閉鎖要素が閉位置にある時、Ｏリングが自由に膨張及び収縮するように、Ｏリングの突出した表面の一部に接触する。
【００１２】
幾つかの実施形態例では、弁が、ポペット弁である。これらの実施形態においては、可動閉鎖要素が、ポペット弁のノーズピースを備え得る。定置要素が、ポペット弁の弁座を備え得る。冷却チャネルの少なくとも一部がノーズピースに形成され得る。ノーズピースは、冷却隔離弁の可動ステムに結合され得る。冷却チャネルの少なくとも一部がステムに形成され得る。シール要素は、溝内にＯリングを備えることができ、溝がポペット弁のノーズピースに形成される。
【００１３】
幾つかの実施形態例では、弁がゲート弁である。これらの実施形態においては、可動閉鎖要素は、閉位置と開位置の間で可動であるゲートと、ゲートに固定して取り付けられたシャフトを備えることができ、シャフトの回転により開及び閉位置の間のゲートの移動が生じる。定置要素は、弁座を備え得る。冷却チャネルの少なくとも一部が、ゲートに形成され得る。冷却チャネルの少なくとも一部がシャフトに形成され得る。シール要素は、溝内のＯリングを更に備えることができ、溝がゲートに形成される。
【００１４】
幾つかの実施形態例では、弁が、バタフライ弁である。これらの実施形態においては、可動閉鎖要素は、閉位置と開位置の間で可動であるフラップと、フラップに固定して取り付けられたシャフトを備えることができ、シャフトの回転により開及び閉位置の間のフラップの移動が生じる。定置要素は、弁を通じた開口の壁を備え得る。冷却チャネルの少なくとも一部が、フラップに形成され得る。冷却チャネルの少なくとも一部が、シャフトに形成され得る。
【００１５】
幾つかの実施形態例では、流体は、ガス又は液体を備え得る。例えば、流体は、空気、窒素（Ｎ2）、水、熱伝導流体、又はこれらの流体の幾つかの組み合わせを含み得る。
【００１６】
別の側面によれば、隔離弁のためのベローズを形成する方法が提供される。この方法によれば、金属製ベローズ基板が提供される。金属製ベローズ基板は、圧縮状態及び伸長状態の一方に構成される。その状態に維持されている間、セラミックコーティングの第１層が、金属製ベローズ基板に付与される。金属製ベローズ基板は、圧縮状態及び伸長状態の他方に移行される。その状態に維持されている間、セラミックコーティングの第２層が付与される。
【００１７】
幾つかの実施形態例では、金属製ベローズ基板がステンレス鋼から形成される。
【００１８】
幾つかの実施形態例では、セラミックコーティングが酸化アルミニウムを備える。
【００１９】
幾つかの実施形態例では、セラミックコーティングの厚みに対する金属製ベローズ基板の厚みの比は、１００：１よりも大きい。
【００２０】
別の側面によれば、真空隔離弁のためのベローズが提供される。ベローズは、金属製基板と、金属製基板上に形成されたセラミック材料のコーディングを含む。
【００２１】
幾つかの実施形態例では、金属製ベローズ基板が、ステンレス鋼から形成される。
【００２２】
幾つかの実施形態例では、セラミックコーティングが、酸化アルミニウムを含む。
【００２３】
幾つかの実施形態例では、セラミックコーティングの厚みに対する金属製ベローズ基板の厚みの比は、１００：１よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本開示が、本開示の実施形態の非限定の例として複数の図面を参照した次の詳細な記述において更に説明され、図面における幾つかの図に一貫して同一の参照番号が同一の部分を表す。
【００２５】
【図１】図１は、ベローズで封止された従来のポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００２６】
【図２】図２は、幾つかの実施形態例に係る能動的な冷却を伴う図１に図示の種類のベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００２７】
【図３Ａ】図３Ａは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁の一部を図示する詳細な部分断面図を含む。
【００２８】
【図３Ｂ】図３Ｂは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁の一部を図示する詳細な部分断面図を含む。
【００２９】
【図３Ｃ】図３Ｃは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁の別の部分を図示する詳細な部分切り取り図を含む。
【００３０】
【図３Ｄ】図３Ｄは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁の別の部分を図示する詳細な部分切り取り図を含む。
【００３１】
【図４Ａ】図４Ａは、幾つかの実施形態例に係る能動的な冷却を伴うポペット隔離弁の、お互いに長手軸周りに９０°回転した２つの概略的な断面図を含む。
【００３２】
【図４Ｂ】図４Ｂは、幾つかの実施形態例に係る図４Ａに図示されたポペット隔離弁の一部の概略的な断面図を含む。
【００３３】
【図５】図５は、幾つかの実施形態例に係る図４Ａ及び４Ｂの弁を用いたシステムの概略的な機能図を含む。
【００３４】
【図６Ａ】図６Ａは、幾つかの実施形態例に係る能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁の、お互いに１８０°回転された２つの斜視図を含む。
【００３５】
【図６Ｂ】図６Ｂは、幾つかの実施形態例に係る図６Ａの能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁の概略的な上部断面図である。
【００３６】
【図６Ｃ】図６Ｃは、幾つかの実施形態例に係る図６Ａの能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁の概略的な側部拡大断面詳細図（side cross-sectional enlarged detailview）である。
【００３７】
【図７Ａ】図７Ａは、バタフライ圧力制御弁の絵図を含む。
【００３８】
【図７Ｂ】図７Ｂは、幾つかの実施形態例に係る能動的な冷却を伴うバタフライ制御弁用のフラップの、お互いに９０°回転した２つの概略図を含む。
【００３９】
【図８Ａ】図８Ａは、幾つかの実施形態例に係る、閉状態における、空気圧制御要素に径方向で隣接して外側にベローズが配置された、能動的な冷却を伴うベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００４０】
【図８Ｂ】図８Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、開状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００４１】
【図９Ａ】図９Ａは、幾つかの実施形態例に係る、閉状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な部分切り取り斜視図を含む。
【００４２】
【図９Ｂ】図９Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、開状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な部分切り取り斜視図を含む。
【００４３】
【図１０Ａ】図１０Ａは、幾つかの実施形態例に係る、閉状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００４４】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、開状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な断面図を含む。
【００４５】
【図１１Ａ】図１１Ａは、幾つかの実施形態例に係る、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な斜視図を含む。
【００４６】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、図１１Ａの図に関して９０°回転された図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁の概略的な斜視図を含む。
【００４７】
【図１２Ａ】図１２Ａは、Ｏリングの初期接触における従来のＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。
【００４８】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの従来のＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリングが完全に圧縮されている。
【００４９】
【図１３Ａ】図１３Ａは、幾つかの実施形態例に係る、Ｏリングの初期接触における、Ｏリングの摩耗が低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。
【００５０】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、図１３ＡのＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリングが完全に圧縮されている。
【００５１】
【図１４Ａ】図１４Ａは、幾つかの実施形態例に係る、Ｏリングの初期接触における、Ｏリングの摩耗が低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。
【００５２】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、図１４ＡのＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリングが完全に圧縮されている。
【００５３】
【図１５Ａ】図１５Ａは、成形された弁ベローズの概略的な断面図を含む。
【００５４】
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、溶接された弁ベローズの概略的な断面図を含む。
【００５５】
【図１６】図１６は、幾つかの実施形態例に係る、成形弁ベローズの一部の概略的な詳細な断面図を含み、酸化アルミニウムの多層コーディングがベローズ基板上に形成される。
【００５６】
【図１７】図１７は、幾つかの実施形態例に係る、多層セラミックコーディングをベローズ基板上に付与する工程の論理フローの概略的な論理フローチャートを含む。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、ベローズで封止された従来のポペット隔離弁１０の概略的な断面図を含む。図１を参照すると、弁１０は、弁１０の少なくとも低圧内部チャンバー１８を包囲する弁本体１２を含む。弁フランジ１４及び１６が、例えば、処理チャンバー（不図示）と、プラズマ生成システム（不図示）といった反応ガス源の間で弁１０を固定して接続するために用いられる。
【００５８】
図１に図示された弁１０の閉状態において、ノーズピース３２は、スプリング３４の付勢力の下、ノーズピース真空シール３６を介して弁座３８に封止される。この通常の閉状態において、弁１０は、フランジ１４及び１６で弁入口と出口を隔離し、例えば、反応ガス源から処理チャンバーを隔離する。
【００５９】
弁１０は、典型的には、空気圧空気入口２０を介して空気圧で制御される。空気入口２０で導入された高圧空気によりアクチュエーター２２は、空気圧ピストン２４を上方に動かし、固定して取り付けられたステム２６を上方に運び、ステムガイド２８とステムブッシュ３０内で摺動する。空気圧シール４０が空気圧チャンバーを封止し、空気圧ピストン２４を作動するために必要な昇圧された空気圧を維持する。ノーズピース３２がステム２６の端部に固定して取り付けられ、スプリング３４からの付勢力に反して座３８から離れるように上方に動かされ、弁１０が開けられ、内部チャンバー１８に亘って弁入口と出口が連通する。これにより、例えば、反応ガスが、反応ガス源から処理チャンバーに流れる。スプリングブッシュ４８は、ノーズピース３２の移動に干渉することによりストローク・ストップとして用いられ得る。
【００６０】
内部チャンバー１８は、上部において、ボンネット板４２とボンネットシール４４によりボンネット板４２と弁本体１２の内壁の間で封止される。ステム２６とノーズピース３２といった弁内部コンポーネントがベローズ４６により内部チャンバー１８から隔離される。ベローズ４６の内部が、ベローズ通気孔５０を介して大気に通気される。ベローズ４６は、ベローズフランジ５２で弁本体１２の内壁に固定して実装される。
【００６１】
図２は、実施形態例に係る能動的な冷却を伴う図１に図示された種類のベローズで封止されたポペット隔離弁１００の概略的な断面図を含む。図２に図示された弁１００の実施形態例においては、ノーズピース及びボンネットフランジ又は板の能動的な冷却が、弁内部コンポーネントから熱を取り除くために用いられる。例えば、幾つかの特定の実施形態例においては、強制空冷で、１０ｓｌｍの空気により４ワットの熱が取り除かれ、空気温度に２０℃の減少が生じる。
【００６２】
図２を参照すると、弁１００が、弁１００の少なくとも低圧内部チャンバー１１８を包囲する弁本体１１２を含む。弁フランジ１１４及び１１６が、例えば、処理チャンバー（不図示）と、プラズマ生成システム（不図示）といった反応ガス源の間で弁１００を固定して接続するために用いられる。
【００６３】
図２に図示された弁１００の閉状態において、ノーズピース１３２は、スプリング１３４の付勢力の下、ノーズピース真空シール又はノーズピースＯリング１３６を介して弁座１３８に封止される。この通常の閉状態において、弁１００は、フランジ１１４及び１１６で弁入口と出口を隔離し、例えば、反応ガス源から処理チャンバーを隔離する。
【００６４】
弁１００は、空気圧空気入口１２０を介して空気圧で制御され得る。空気入口１２０で導入された高圧空気により空気圧ピストン１２４が上昇に動き、固定して取り付けられたステム１２６を上方に運ぶ。空気圧シール１４０が空気圧チャンバーを封止し、空気圧ピストン１２４を作動するために必要な昇圧された空気圧を維持する。ノーズピース１３２がステム１２６の端部に固定して取り付けられ、スプリング１３４からの付勢力に反して座１３８から離れるように上方に動かされ、弁１００が開けられ、内部チャンバー１１８に亘って弁入口と出口が連通する。これにより、例えば、反応ガスが、反応ガス源から処理チャンバーに流れる。スプリングブッシュ１４８は、ノーズピース１３２の移動に干渉することによりストローク・ストップとして用いられ得る。
【００６５】
内部チャンバー１１８は、上部において、ボンネット板又はフランジ１４２とボンネットシール１４４によりボンネット板又はフランジ１４２と弁本体１１２の内壁の間で封止される。ステム１２６とノーズピース１３２といった弁内部コンポーネントがベローズ１４６により内部チャンバー１１８から隔離される。
【００６６】
図３Ａは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁１００の一部を図示する詳細な部分断面図を含む。図３Ｂは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁１００の一部を図示する詳細な部分断面図を含む。図３Ｃは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁１００の別の部分を図示する詳細な部分切り取り図を含む。図３Ｄは、幾つかの実施形態例に係る図２の弁１００の別の部分を図示する詳細な部分切り取り図を含む。詳細には、図３Ａは、ボンネットフランジ又は板１４２の領域における冷却チャネル及び冷却流路の詳細図を含み、冷却流路が矢印により示される。図３Ｂは、ノーズピース１３２の領域における冷却チャネル及び流路の詳細図を含み、冷却流路が矢印により示される。図３Ｃは、ノーズピース１３２の領域における冷却チャネルのより詳細な図を含み、選択されたコンポーネントが明確さのために取り除かれ、冷却流路が矢印により示される。図３Ｄは、ノーズピース１３２の領域における冷却チャネルのより詳細な図を含み、選択されたコンポーネントが明確さのために取り除かれ、冷却流路が矢印により示される。
【００６７】
図２及び３Ａ〜３Ｄを参照すると、能動冷却弁１００は、その構造内に組み込まれた能動冷却チャネルを含む。冷媒、例えば、空気、窒素（Ｎ2）、水又は他のそのような流体が、昇圧された圧力（６０〜８０ｐｓｉｇ）で冷却入口１５４で弁１００の冷却チャネル１７１に流入し、流れ制限オリフィス１５６を通過し、オリフィス１５６の下流の流体圧が大気圧に近くなる。次に、流体が、動的滑りシール１５８を通じて流れ、ステム１２６における軸孔を下り、ノーズピース１３２に到達する。流体は、ノーズピース１３２に形成された螺旋溝又はチャネル１７０を通じて径方向外側に流れる。螺旋溝又はチャネルは、表面積と熱伝導を最適化するように構成される。流体は、次に、螺旋溝又はチャネル１７０から流出し、ベローズ１４６内の空間に流入し、上方に流れる。流体は、次に、ボンネット板又はフランジ１４２と上部ブロック１６０の間に形成された第２の螺旋溝又はチャネル１６４に流入する。流体は、第２の螺旋溝又はチャネル１６４を通じて径方向外側に流れ、ボンネット板又はフランジ１４２から熱を取り除き、続いて、冷却出口１６２を介して弁１００から流出する。流体は、クリーンルーム環境において望ましくない乱流の生成を回避するべく設備排出システムにダクトで送られる。液体の冷却流体の場合、流体が、回収されて処分され、又は、流体の温度制御有り又は無しで弁を通じて再利用される。
【００６８】
処理ガスへのベローズ１４６の露出は、ベローズ１４６、結果として弁１００にとって有害になり得る。図２及び３Ａ〜３Ｄに図示した実施形態においては、ベローズ１４６は、処理ガスへの露出から保護される。その目的のため、弁１００は、ノーズピースシールド１６６と、ベローズ１４６上に配置されたボンネットフランジ又は板１４２に取り付けられた重ね合わせ固定シールド１６８を含む。反応性処理ガスは、典型的には、高パーセントのフッ素原子、酸素、又は水素ラジカルを含む。これらの原子種は、三体再結合によって表面上に吸収される時に再結合しやすい。反応性ガスとシールド１６６及び１６８の間の分子・壁の衝突数を増加することにより、反応性ガスは、ベローズ１４６に到達する前、反応性分子ではなく、分子になりやすい。これは、反応性ガス種に対するベローズ１４６の露出を低減し、従って、再結合によるベローズ１４６上への熱負荷を低減する。非常に薄く、乏しい熱伝導性を有するベローズ１４６は、ベローズ１４６の表面上に形成され得る熱を放散するのに限られた能力を有する。しかしながら、シールド１６６及び１６８が厚く、低い熱抵抗を有し、よく冷却される構造物に固定される。
【００６９】
図４Ａは、図４Ａは、幾つかの実施形態例に係る、能動的な冷却を伴うポペット隔離弁の、お互いに長手軸周りに９０°回転した２つの概略的な断面図を含む。図４Ｂは、幾つかの実施形態例に係る図４Ａに図示されたポペット隔離弁の一部の概略的な断面図を含む。図４Ａ及び４Ｂを参照すると、能動冷却隔離弁２００では、冷却流体が、固定フィッティング２５６を介して弁２００に流入し、流れ制限オリフィスを通じて流れ、動的滑りシール２５７の間を流れることにより弁ステム２２６に流入する。冷却流体は、次に、ノーズピース２３２まで供給・帰還冷却チャネル２７１でステム２２６を下流に流れ、キャビティー２３３に流入し、次に、ステム２２６における供給・帰還冷却チャネル２７１の第２の流路を通じてステム２２６を上方に戻る。流体は、同一の動的滑りシール２５７の間を通過し、出口フィッティング２６２を通過する。この実施形態において、冷却流体は、空気、窒素（Ｎ2）であり、よりハイパワーな用途では水であり得る。冷却流体は、ガス又は液体であり得る。
【００７０】
上述した実施形態と同様、弁２００は、空気入口２２０を介して空気圧チャンバー２２７に流入する加圧空気を介して空気圧により制御され得る。この場合、空気圧チャンバー２２７が加圧される時、ステム２２６がスプリング２３４に抗して上方に動かされ、ノーズピース２３２及びノーズピースシール２３６がそれらの弁座２３８との封止状態を脱するように動かされることにより弁２００が開けられる。開けられる時、処理チャンバー及び反応性ガス源といった装置が、内部チャンバー２１８に亘るフランジ２１４及び２１６での接続を介してお互いに連通する。特に図４Ｂを参照すると、この実施形態においては、ステム２２６の大型（oversized）冷却流路がステム２２６の全位置において冷却入口２５６に重なり、従って、ステム２２６の全位置において供給・帰還冷却チャネル２７１への冷却入口２５６のアクセスを許容する。同一の説明が、冷却出口２６２に接続された大型冷却流路にも当てはまる。また、動的シール２５７が、ステム２２６の取り得る全位置においてステム２２６の大型冷却流路を含む。
【００７１】
図５は、幾つかの実施形態例に係る図４Ａ及び４Ｂの弁２００を用いたシステムの概略的な機能図を含む。反応性ガスからの熱負荷がない時、冷却を制限することが望ましい。この場合、図５に示すように、冷却流体は、空気圧が弁２０３に与えられて弁２００が開けられる時にのみ開かれ、通常時には閉じているパイロット弁２０３によりオフに切り替えることができる。冷却流体の流れを設定するオリフィスは、所望の流速と対応の熱除去を設定するようにも構成され得る。
【００７２】
別の実施形態においては、閉ループ温度コントローラーが用いられる。この実施形態においては、熱電対が、弁内の主要コンポーネント、例えば、ノーズピース又はボンネットフランジに取り付けられる。熱伝対は、温度制御システムのセンサーであり、制御システムのアクチュエーターがパイロット弁であり、冷却流体の流れを変調する。温度設定点が、温度制御システムに与えられ、設定点に到達する時にシステムに動作させる。
【００７３】
詳細に図示及び説明した実施は、ベローズで封止されたポペット隔離弁である。しかしながら、同一の技術が、ベローズではなく動的滑りシャフトシールを用いる弁に適用可能である。シャフトシール弁も、ノーズピース及びステム上への熱負荷を受け、高抵抗の熱放散路を有する。実施形態例によれば、ステム及びノーズピースの能動冷却が、図３に図示したものと同様の態様で実施可能である。
【００７４】
幾つかの実施形態例によれば、本明細書に記述の能動冷却技術は、振り子（pendulum）／ゲート型隔離弁にも適用可能である。図６Ａは、幾つかの実施形態例に係る、能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁４００の、お互いに１８０°回転された２つの斜視図を含む。図６Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、図６Ａの能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁４００の概略的な上部断面図である。図６Ｃは、幾つかの実施形態例に係る、図６Ａの能動的な冷却を伴う振り子／ゲート型隔離弁４００の概略的な側部拡大断面詳細図である。
【００７５】
図６Ａ〜６Ｃを参照すると、振り子/ゲート隔離弁４００は、開口又はポート４２４を介して弁本体４１２を通じた通路（path）を制御可能に開閉することにより作動する。本明細書に記述の能動冷却弁の全実施形態と同様、振り子/ゲート弁４００は、例えば、処理チャンバーと、プラズマ生成システムといった反応性処理ガス源の間で接続され得る。弁４００の開閉は、入出力ポート間の流れが阻止される図６Ａ〜６Ｃに図示された閉位置と、入出力ポート４２４が弁４００に亘ってお互いに通じた開位置の間でのゲート４２６の動きにより生じる。ゲート４２６は、ゲート４２６が固定して取り付けられたシャフト／アクチュエーター４１４の回転により動かされる。シャフト／アクチュエーター４１４の回転が図６Ｃの矢印４１６により模式的に示される。また図６Ｃに図示のように、ゲート４２６は、本体４１２内で動き、Ｏリングシール４２８といったものにより本体４１２の内部に封止可能である。
【００７６】
上述のように、弁４００が能動的に冷却される。幾つかの実施形態例では、能動的な冷却が、ゲート４２６に形成された冷却チャネル４１８を通じた空気、窒素（Ｎ2）、水又は他のそのような流体といった冷却流体の循環により生じる。流体が、流体入口４２０で冷却チャネル４１８に流入し、冷却チャネル４１８におけるゲート４２６を通じて循環し、流体出口４２２を通じて冷却チャネル４１８を流出し、ゲート４２６及び弁４００から熱を運び出す。
【００７７】
幾つかの実施形態例によれば、本明細書に記述の能動冷却技術は、バタフライ圧力制御弁にも適用可能である。図７Ａは、図７Ａは、バタフライ圧力制御弁５００の絵図を含む。図７Ａを参照すると、弁５００は、開及び閉位置の間で、固定して取り付けられたシャフト５０３と回転するフラップ５０５を含む。フラップ５０５は、スクリュー５１７又は他の同様の手段によりシャフト５０３に取り付け可能である。開位置において、弁本体５０１を通じた流れが許可される。シャフト５０３の回転で、フラップ５０５が、図７Ａに図示された閉位置になり、弁本体５０１を通じた流れが禁止される。バタフライ圧力制御弁５００は、一般的に、フラップ５０５と弁本体５０１の間の非常に小さい径方向クリアランスで動作する。フラップ５０５は、処理ガスからの熱負荷を受け、また、膨張することができ、フラップ５０５と弁本体５０１の間のクリアランスを低減する。多くの場合、フラップ５０５が弁本体５０１に接触し得、これは、粒子生成、目詰まり（jamming）又は溶着（seizing）を生じさせる。実施形態例によれば、フラップシャフト５０３を介してフラップ５０５に適用される冷却流体が、フラップ５０５の温度を制限し、この欠陥メカニズムを解消する。
【００７８】
図７Ｂは、幾つかの実施形態例に係る能動的な冷却を伴うバタフライ制御弁用のフラップ５１０の、お互いに９０°回転した２つの概略図を含む。図７Ｂを参照すると、冷却チャネル５１４は、バタフライ弁のフラップ５１０における水チャネルを加工し、漏れ無し密閉アセンブリを形成するようにカバー板を炉でロウ付け（furnace brazing）することにより形成可能である。スクリュー５１７又は他のそのような手段といったフラップ５１０に固定して取り付けられたシャフト５１２は、外部のインターフェイスとフラップ５１０への接続のために交差穿孔された（cross drilled）２つの小さな軸路（axial passages）５１８を含む。冷媒の流れは、図７Ｂの矢印のとおりである。フラップ５１０とシャフト５１２の間にシールを形成するためにＯリング５１６が用いられる。
【００７９】
実施形態例のように、真空弁は、弁座と可動板を有する。可動板は、弁が閉位置にある時、弁座に対する封止を提供する。可動板は、弁が開位置にある時、弁を通じて処理流体が流れることを許容するために弁座から離れる。可動板は、可動板からの熱を取り除くために独立した冷却流体を許容する別の隔離された内部冷却路を含む。
【００８０】
幾つかの実施形態においては、別の隔離された冷却路は、移動可能及び移動不可能な弁のコンポーネントを含む。幾つかの実施形態においては、弁が、外部環境から処理流体を隔離するためにベローズを含む。幾つかの実施形態においては、ベローズが、処理流体から冷却路の部分を分離する。幾つかの実施形態においては、弁は、外部環境から処理流体を隔離するために相対的なモーションを有するコンポーネント間の動的シールを含む。幾つかの実施形態においては、弁が閉位置にある時、冷却流体の流れがオフに切り替えられる。
【００８１】
幾つかの実施形態においては、真空弁は、弁の温度を測定する温度センサーと、温度センサーにより測定される弁の温度を調整するために冷却流体の流れを変調するパイロット弁を含む。幾つかの実施形態においては、真空弁は、処理流体への直接的な露出からベローズの外面を保護するために弁の可動パーツに取り付けられたシールドを含む。幾つかの実施形態においては、真空弁は、可動シールドの近くの又は隣接した第２の固定シールドを含む。幾つかの実施形態においては、処理ガスが、反応性ガスである。
【００８２】
図２、３Ａ〜３Ｄ、４Ａ、４Ｂ及び５に図示され、また詳細に上述したポペット隔離弁１００、２００の実施形態において、ベローズ及び空気圧制御要素が軸方向に積まれ、すなわち、お互いに上／下に縦方向又は垂直方向に設けられる。本開示によれば、幾つかの実施形態例においては、ベローズは、空気圧制御要素に少なくとも部分的に軸方向で重なるように、また少なくとも部分的に包囲又は覆うべく、空気圧制御要素と同一の軸方向位置で、そこから径方向外側に配置可能である。この構成は、より小型な弁構造に帰結する。
【００８３】
図８Ａは、実施形態例に係る、閉状態における、空気圧制御要素に径方向で隣接して外側にベローズが配置された、能動的な冷却を伴うベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な断面図を含む。図８Ｂは、実施形態例に係る、開状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な断面図を含む。図９Ａは、実施形態例に係る、閉状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な部分切り取り斜視図を含む。図９Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、開状態における、図９Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な部分切り取り斜視図を含む。図１０Ａは、実施形態例に係る、閉状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な断面図を含む。図１０Ｂは、実施形態例に係る、開状態における、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な断面図を含む。図１１Ａは、実施形態例に係る、図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な斜視図を含む。図１１Ｂは、実施形態例に係る、図１１Ａの図に関して９０°回転された図８Ａのベローズで封止されたポペット隔離弁３００の概略的な斜視図を含む。
【００８４】
図８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、弁３００は、弁３００の少なくとも低圧内部チャンバー３１８を包囲する弁本体３１２を含む。弁フランジ３１４及び３１６が、例えば、処理チャンバー（不図示）と、プラズマ生成システム（不図示）といった反応ガス源の間で弁３００を固定して接続するために用いられる。
【００８５】
図８Ａ，９Ａ，１０Ａに図示された弁３００の閉状態において、能動的に冷却されるノーズピース３３２は、ノーズピース真空シール又はノーズピースＯリング３３６を介して弁座３３８に封止される。この閉状態において、弁３００は、フランジ３１４及び３１６で弁入口と出口を隔離し、例えば、反応ガス源から処理チャンバーを隔離する。シールド３６８は、ベローズ３４６、弁ステム３２６、ノーズピース３３２、ノーズピースシール３３６、及び、他のコンポーネントといった弁３００の内部コンポーネントを内部チャンバー３１８が晒される反応処理ガスといった環境から保護する。
【００８６】
弁３００は、加圧空気入口３２０を介して空気圧により制御可能である。空気入口３２０で導入される高圧空気により空気圧ピストン３２４が下方に動き、固定して取り付けられたステム３２６を下方に運ぶ。空気圧シール３４０が空気圧チャンバーを封止し、空気圧ピストン３２４を作動するのに必要な昇圧された空気圧を維持する。能動的に冷却されるノーズピース３３２は、ステム３２６の端部に固定して取り付けられ、弁座３３８に向けて下方に動かされ、ノーズピースシール３３６が弁座３３８に接触し、かつ封止し、弁３００を閉じ、弁入口と出口ポートがお互いに隔離され、内部チャンバー３１８に亘って連通しない。これにより、例えば、反応ガス源から処理チャンバーに反応ガスが流れることが阻止される。
【００８７】
高圧空気が空気入口３２０で導入されない時、弁３００は、開状態に推移するように制御され、開状態を維持する。開状態において、図８Ｂ，９Ｂ，及び１０Ｂに示されるように、空気圧ピストン３２４が上方に動き、固定して取り付けられたステム３２６を上方に運ぶ。結果として、ノーズピース３３２及びノーズピースＯリングシール３３６が弁座１３８から離れるように動かされて弁３０を開け、弁入口と出口が内部チャンバー３８に亘って連通する。これにより、例えば、反応ガスが、反応性ガス源から処理チャンバーに流れることが許容される。シールド３６８は、ベローズ３４６、弁ステム３２６、ノーズピース３３２、ノーズピースシール３３６、及び、他のコンポーネントといった弁３００の内部コンポーネントを内部チャンバー３１８が晒される反応処理ガスといった環境から保護する。
【００８８】
上述したように、弁３００は、能動的に冷却することを含み、これは、図２，３Ａ〜３Ｄ，４Ａ及び４Ｂに関連して詳細に上述した能動的な冷却と類似する。上述した能動的な冷却の詳細が同様に弁３００に当てはまる。図８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ及び１１Ｂを続いて参照すると、能動冷却弁３００は、その構造内に組み込まれた能動冷却チャネルを含む。冷媒、例えば、空気、窒素（Ｎ2）、水又は他のそのような流体が、冷却入口３５４で弁３００のステム３２６に形成された冷却チャネル３７１Ａに流入し、ステム３２６の軸方向チャネル３７１Ａを介して流れ、蛇行又は螺旋溝若しくはノーズピース３３２のチャネル３７０に流入する。螺旋溝又はチャネル３７０は、表面積及び熱伝導を最適化するように構成される。流体は、ノーズピース３３２に形成された螺旋溝又はチャネル３７０を通じて径方向外側に流れる。流体は、次に、螺旋溝又はチャネル１７０から流出し、ステム３２６の第２の軸方向チャネル３７１Ｂに流入する。流体は、ステム３２６の第２の軸方向チャネル３７１Ｂを通じて元の上方に流れ、冷却流体出口３６２を介して弁３００の外に流出する。次に、流体は、クリーンルーム環境において望ましくない乱流の生成を回避するべく設備排出システムにダクトで送られ得る。液体の冷却流体の場合、流体が、回収されて処分され、又は、流体の温度制御有り又は無しで弁を通じて再利用され得る。
【００８９】
特に図９Ａ及び９Ｂに図示のように、弁３００は、銅といった熱伝導性材料から成る、冷却板３１５を含むことができ、これは、熱伝導可能な態様で弁本体３１２に、例えば、ボルトにより固定して取り付けられ得る。冷却プレート３１５は、内部冷却流路３１７を含むことができる。これらの冷却プレート３１５は、弁座３３８に対して熱伝導可能に結合された弁本体３１２から熱を取り除く。結果として、Ｏリングシール表面が、導電を介して冷却され、すなわち、適温に維持される。
【００９０】
詳細に上述した隔離弁の様々な実施形態において、例えば、ノーズピースＯリングシール１３６、２３６、３３６といったＯリングシールは、弁座１３８、２３８及び３３８に対してノーズピース１３２、２３２及び３３２を個別に封止するために用いられる。典型的には、Ｏリングは、例えば、ノーズピースＯリングシール１３８を保持するための図３Ｃ及び３Ｄに図示の溝又はグランド１３７といった溝又はグランド内に配置され保持される。本明細書で詳細に記述の実施形態において、溝又はグランドが、弁座ではなくノーズピースに形成されるものと理解される。一般的に、Ｏリングシールが、ノーズピース又は弁座のいずれかに形成された溝又はグランドに保持され得るものと理解される。
【００９１】
図１２Ａ及び１２Ｂは、従来のＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。詳細には、図１２Ａは、Ｏリングの初期接触における従来のＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、図１２Ｂは、図１２Ａの従来のＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリングが完全に圧縮されている。図１２Ａ及び１２Ｂを参照すると、溝又はグランド６３７は、本明細書で様々な実施形態例に関して詳細に記述したように、基部６３２、例えば、ポペット弁ノーズピースに形成される。Ｏリングシール６３６は、溝又はグランド６３７内に配置及び保持される。図１２Ａ及び１２Ｂに図示された特定の実施形態においては、溝又はグランド６３７は、断面において鳩尾形であり、溝又はグランド６３７におけるＯリング６３６の保持を促進する。図１２Ａ及び１２Ｂに図示のＯリング構成においては、グランド６３７は、Ｏリング６３６により完全に充填されない。この不完全なグランド充填は、シールが圧迫され、また圧迫されない時、Ｏリング６３６の膨張を許容し、熱膨張の過程でのＯリング６３６の成長（growth）を許容する。すなわち、不完全なグランド充填は、「空気スペース」６４１を残し、また、Ｏリング６３６が膨張するが、まだ弾性を維持することを許容する。
【００９２】
図１２Ａ及び１２Ｂを続いて参照すると、この従来のＯリングの構成は、特には、本明細書で詳細に記述の能動的に冷却される隔離弁の様々な実施形態が経験する熱サイクルの極限の下、幾つかの欠点を有する。例えば、反応性ガス隔離弁の場合、弁の温度サイクルは、次のとおりであり得る。まず、弁が冷却される。次に、弁が開き、反応性ガスが弁を通じて流れ、これは、全ての表面に熱負荷を導入する。結果として、Ｏリング６３６が周囲の金属よりも早く膨張し、グランド６３７外に膨張する。次に、弁が閉じられる時、熱負荷が取り除かれる。面が冷えるため、Ｏリング６３６が周囲の弁座６３８や鳩尾形グランド６３７よりも早く収縮する。全圧縮荷重の間、Ｏリング接触区画６４３は、Ｏリング６３６が冷える時に小さくなる。結果として、矢印６３９により示されるように全圧縮荷重の間に弁座６３８に対してＯリング６３６が摺動摩擦を経験し、若しくは、Ｏリング摩擦が収縮力に勝り、Ｏリング材料に大きな圧力がかかる。これらのメカニズムのいずれもがＯリング６３６の早計の摩耗に帰結する。
【００９３】
図１３Ａ及び１３Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、温度変化の下のＯリング６３６の摩耗が実質的に低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。詳細には、図１３Ａは、Ｏリング６３６の初期接触における、Ｏリングの摩耗が低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、図１３Ｂは、図１３ＡのＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリング６３６が完全に圧縮されている。図１３Ａ及び１３Ｂを参照すると、変更された弁座６３８Ａが構成に含まれ、これは、Ｏリング６３６の頂面と接触する突起６４２を含む。これは、Ｏリング６３６の中心での圧縮を増加させ、接触区間６４３Ａの縁での圧縮を低減する。Ｏリング６３６が冷えて収縮するため、最大移動量に晒される、すなわち、接触区間６４３Ａの縁のＯリング６３６の一部が、ほとんど又は全く圧縮されない。最大の圧縮を受けるＯリングの一部がまったく動かない。この構成において、収縮時のＯリング６３６の動きは、高摩耗及び圧縮力の下の摺動というよりは回転（rolling）の動きに近い。これにより、繰り返しサイクルに亘るＯリング６３６の摩耗が低減される。図１３Ａ及び１３Ｂにおける弁座６３８Ａと基部、例えば、ノーズピース６３２は、図１２Ａ及び１２Ｂにおける弁座６３８と基部、例えば、ノーズピース６３２に関して垂直に反転されることに留意されたい。
【００９４】
図１４Ａ及び１４Ｂは、幾つかの実施形態例に係る、温度変化の下のＯリング６３６の摩耗が実質的に低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含む。詳細には、図１４Ａは、Ｏリング６３６の初期接触における、Ｏリングの摩耗が低減されたＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、図１４Ｂは、図１４ＡのＯリングのシール構成の概略的な詳細な断面図を含み、Ｏリング６３６が完全に圧縮されている。図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、Ｏリング６３６の頂面に接触して取り込む凹部６６２を有する変更された弁座６３８Ｂが構成に含まれる。この構成において、Ｏリング６３６は、鳩尾形グランド６３７の空気スペース６４１でのプロセスと同様、弁座６３８Ｂの凹部６６２内に膨張及び接触することが許される。Ｏリング６３６が圧縮下で冷える時、凹部６６２の容積が増加し、接触区間６４３Ｂと座部６３８Ｂ上のシール領域が、座部６３８Ｂの凹部６６２の傾斜領域上に生じる。Ｏリング６３６が収縮し、これにより、Ｏリング６３６に高い応力を生成することなく、又は高い摩擦力下で摺動することなく、接触区間６４３Ｂが座部６３８Ｂの凹部６６２に沿って移動することが許される。オプションとして、交差孔６５２を座部６３８Ｂに形成することができ、座部６３８Ｂの凹部６６２の閉じられた容積の圧力を均等化する。図１４Ａ及び１４Ｂにおける弁座６３８Ｂと基部、例えば、ノーズピース６３２は、図１２Ａ及び１２Ｂにおける弁座６３８と基部、例えば、ノーズピース６３２に関して垂直に反転されることに留意されたい。
【００９５】
代替の実施形態においては、Ｏリングの応力を低減する別のアプローチは、同様の又は相対的に一定の温度にノーズピースと座部を維持することを含む。これは、本明細書で図示及び詳細に記述したノーズピースと座部の両方を能動流体冷却することにより達成可能である。座部とノーズピースの両方を冷却することにより、熱負荷の存在にかかわらず、また、Ｏリングの圧縮の有無にかかわらず、Ｏリングは、相対的に一定の温度になる。例えば、あらゆる状況下で、ノーズピースと座部が、例えば、１０℃未満の温度の変動を有する時、Ｏリングへの圧力が相対的に小さい。対照的に、もしＯリングが１００℃ほどの温度傾斜又は変動を経験するならば、Ｏリングにおける応力がより大きくなる。
【００９６】
様々な実施形態の隔離弁において、ベローズが典型的には高度に腐食性の環境に晒される。結果として、ベローズの応力腐食割れが生じ得る。幾つかの実施形態例では、酸化アルミニウムの非常に薄いコーティングがベローズに付与される。幾つかの特定の実施形態においては、ベローズが約１００μｍ厚であり、酸化アルミニウムのコーディングが約０．５μｍ厚である。典型的には、ベローズ材料が、溶接可能なもの、例えば、ステンレス鋼、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）、又は他のそのような材料に限られる。しかしながら、ステンレス鋼は、化学処理に対して限られた腐食耐性を有する。対照的に、酸化アルミニウムは、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）又はステンレス鋼のものと比較して、フッ素原子についてより低い再結合速度の利益を有する。再結合速度の低下が、ベローズ及びシステム全体上の熱負荷の低下に帰結する。
【００９７】
幾つかの実施形態例において、重大な歪を経験するベローズのためのロバストなコーディングを生成するため、コーティング厚が、ベローズの基板の厚みよりもかなり薄い。例えば、幾つかの特定の実施形態例においては、コーティング厚は、ベローズ基板の厚みの１００分の１（１／１００）未満である。実施形態例によれば、このコーティングとベローズ基板の低い厚み比率により、フレキシブルベローズにおけるセラミックの使用がクラック無しで可能になる。
【００９８】
一般的に、２種類のベローズ、すなわち、成形ベローズと溶接ベローズがある。図１５Ａは、成形ベローズの概略的な断面図を含む。図１５Ｂは、溶接ベローズの概略的な断面図を含む。図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、各ベローズの左側が大気圧のベローズの内部であり、各ベローズの右側が、真空圧力レベルの外部又は処理側である。成形ベローズにおいては、「Ｔ」とラベルされた領域が、ベローズの圧縮の際に引っ張られ、「Ｃ」とラベルされた領域が、ベローズの圧縮の際に圧縮される。
【００９９】
図１５Ｂを参照すると、幾つかの実施形態例に係る溶接ベローズのためにロバストなコーディングを生成するため、コーティングが、折り返し部（convolutions）の内側コーナーに到達し、また、作動中に応力が圧縮であることを確実にすることが重要である。これを達成するため、幾つかの実施形態例においては、酸化アルミニウムコーティングを付与するために用いられる原子層堆積（ALD（atomic layer deposition））プロセスは、ベローズが僅かに伸長した状態において実行される。幾つかの特定の実施形態においては、この僅かに伸長した状態が、ベローズを凡そその長手方向の全可動域（full longitudinal excursion）まで延ばし、ＡＬＤプロセスが実行される間、ベローズをその状態に保持することにより達成される。
【０１００】
図１５Ａを再び参照すると、上述したように、成形ベローズは、作動及び可動の間、その外面上で圧縮と引っ張りの両方を経験する。成形ベローズのためによりロバストなコーディングを生成するため、複層において基板の応力状態が変化され、各層の残留応力が圧縮と引っ張りの間で交互に変わる。この構造において、コーティング層が引っ張りであれば、表面を通じたクラック伝播が生じ得るが、コーティングが圧縮である表面に到達するとクラックの伝播が止む。このコーティングされたベローズ構造を達成するため、酸化アルミニウムコーティングがＡＬＤによりベローズ基板に一層毎に多層に付与される。実施形態例によれば、圧縮と伸長の交互の状態において、連続の各層がベローズに付与される。すなわち、例えば、最終層が付与されるまで、第１層が圧縮されたベローズに対して付与され、第２層が伸長したベローズに対して付与され、第３層が圧縮されたベローズに対して付与される等である。幾つかの特定の実施形態例においては、例えば、１／１００未満の所望の全コーティング対基板の厚み比を達成するため、各層が、所望のコーティングの全厚の一部の所定の厚みを有する。例えば、０．５μｍの全コーティング厚が望まれるならば、各層が０．１μｍの厚みを有する全５層がベローズ基板に付与され得る。
【０１０１】
図１６は、幾つかの実施形態例に係る、成形ベローズの一部の概略的な詳細な断面図を含み、酸化アルミニウムの多層コーディングがベローズ基板上に形成される。図１７は、幾つかの実施形態例に係る、多層セラミックコーディングをベローズ基板上に付与する工程の論理フローの概略的な論理フローチャートを含む。図１６及び１７を参照すると、ステップＳ７０２に示すように、ベローズ基板７４８は、ＡＬＤプロセスチャンバーに配置される。次に、ステップＳ７０４に示すように、ベローズが、圧縮又は伸長状態のいずれかに推移される。幾つかの特定の実施形態例においては、第１のＡＬＤ層が、圧縮状態におけるベローズ基板に形成される。次に、ステップＳ７０６に示すように、セラミック、すなわち、酸化アルミニウムのコーディングの単一の層７５０が付与される。幾つかの実施形態例では、上述のように、各個別の層が、約０．１μｍ厚であり得る。この他の厚みも使用可能であり、全層が同一の厚みを有する必要がないものと理解される。ステップＳ７０８において、最後の層が付与されたか否か判断される。もしそうでないならば、工程が、ステップＳ７０４に戻る。ベローズが、他の状態にトグル（推移）され、すなわち、もしベローズが圧縮されるならば、伸長状態に推移され、もし伸長されていれば、圧縮状態に推移される。セラミックの次の層７５２がステップＳ７０６で付与され、そして、全ての層が付与されたか否かを決定する確認が再び為される。上述したように、幾つかの特定の実施形態例においては、このプロセスは、５層が付与されるまで継続する。この工程は、任意の数の層を付与するために利用可能であるものと理解される。ステップＳ７１０において、全コーティング層が完成する時、ベローズは、その休止（quiescent）、すなわち、圧縮又は伸長されていない状態に解放され、ステップＳ７１２において、完成したコーティングされたベローズがＡＬＤチャンバーから取り除かれる。
【０１０２】
上述の詳細な記述に亘って様々な弁の実施形態が能動的な冷却を含むものとして記述されたことに注意されたい。実施形態例においては、この能動的な冷却が、弁の幾つかの部分、例えば、可動閉鎖装置といったもの、即ち、ノーズピース、フラップ、ゲート等、及び幾つかの実施形態例においては、弁本体の少なくとも幾つかの部分を通じて流体を流すことを生じさせることにより達成される。本明細書に記述の実施形態のいずれにおいても、冷却流体は、例えば、温度制御が有り又は無しのクリーン、ドライ圧縮空気、窒素（Ｎ2）又は他のガス；温度制御が有り又は無しの水又は他の液体であり得る。また、流体は、カート・ジェィ・レスカー社、１５０２５米国ペンシルバニア、ジェファーソンビルズ、１９２５ルート５１により販売されているＧａｌｄｅｎ（登録商標）熱伝導流体又はそのような熱伝導流体であり得る。
【０１０３】
本発明コンセプトが、特にその実施形態例を参照して図示及び記述されたが、当業者は、形態及び詳細における様々な変化が、次請求項により規定される本発明コンセプトの精神及び範囲から逸脱することなく為され得るものと理解する。
【図１】
2019513948.tif 000003
【図２】
2019513948.tif 000004
【図３Ａ】
2019513948.tif 000005
【図３Ｂ】
2019513948.tif 000006
【図３Ｃ】
2019513948.tif 000007
【図３Ｄ】
2019513948.tif 000008
【図４Ａ】
2019513948.tif 000009
【図４Ｂ】
2019513948.tif 000010
【図５】
2019513948.tif 000011
【図６Ａ】
2019513948.tif 000012
【図６Ｂ】
2019513948.tif 000013
【図６Ｃ】
2019513948.tif 000014
【図７Ａ】
2019513948.tif 000015
【図７Ｂ】
2019513948.tif 000016
【図８Ａ】
2019513948.tif 000017
【図８Ｂ】
2019513948.tif 000018
【図９Ａ】
2019513948.tif 000019
【図９Ｂ】
2019513948.tif 000020
【図１０Ａ】
2019513948.tif 000021
【図１０Ｂ】
2019513948.tif 000022
【図１１Ａ】
2019513948.tif 000023
【図１１Ｂ】
2019513948.tif 000024
【図１２Ａ】
2019513948.tif 000025
【図１２Ｂ】
2019513948.tif 000026
【図１３Ａ】
2019513948.tif 000027
【図１３Ｂ】
2019513948.tif 000028
【図１４Ａ】
2019513948.tif 000029
【図１４Ｂ】
2019513948.tif 000030
【図１５Ａ】
2019513948.tif 000031
【図１５Ｂ】
2019513948.tif 000032
【図１６】
2019513948.tif 000033
【図１７】
2019513948.tif 000034
【国際調査報告】
2019513948.tif 000035
2019513948.tif 000036