(57)【要約】【課題】半導体製造装置に適用される真空排気系用のダイヤフラム弁に於て、ガスの熱分解に依り生じた生成物の堆積付着に依る部材の腐食や生成物に依る詰まりやシートリークの発生を防止し、延いては、真空排気系の設備の小型化とこれに依るコスト低減、更には真空排気時間の短縮の為の真空排気系の配管の小口径化に対応できる様にする。【解決手段】流入路６と流出路７とこれらの間に形成された弁座８とを備えたボディ２と、ボディ２に設けられて弁座８に当離座可能なダイヤフラム３と、ボディ２に設けられてダイヤフラム３を弁座８に当離座させる駆動手段４とを備えたダイヤフラム弁１に於て、前記ボディ２とダイヤフラム３の流体接触部分２５に所定厚さの合成樹脂被膜５をコーティングする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入路と流出路とこれらの間に形成された弁座とを備えたボディと、ボディに設けられて弁座に当離座可能なダイヤフラムと、ボディに設けられてダイヤフラムを弁座に当離座させる駆動手段とを備えたダイヤフラム弁に於て、前記ボディとダイヤフラムの流体接触部分に所定厚さの合成樹脂被膜をコーティングした事を特徴とする真空排気系用のダイヤフラム弁。
【請求項２】
合成樹脂被膜は、フッ素樹脂被膜である請求項１に記載の真空排気系用のダイヤフラム弁。
【請求項３】
流体接触部分は、ボディの流入路と流出路と弁座の各形成面と、ダイヤフラムの下面とである請求項１に記載の真空排気系用のダイヤフラム弁。
【請求項４】
フッ素樹脂被膜を四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）又は四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）とした請求項２に記載の真空排気系用のダイヤフラム弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置に適用され、とりわけ半導体製造用のプロセスチャンバーからの真空排気系に用いられるダイヤフラム弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造設備や化学品製造設備等のプロセスチャンバーには、化学的反応性に富んだガスが供給されている。この為、プロセスチャンバーの真空排気系は、これら反応性に富んだガスを安全且つ効率良く排気する事が求められている。
【０００３】
半導体製造設備の配管系は、一般的に、プロセスチャンバーへのガス供給系、プロセスチャンバー、真空排気系、真空ポンプ、ダイヤフラム弁等で構成されている。真空ポンプは、プロセスチャンバーの直後に設置された一次ポンプ（高真空タイプ）とこれの二次側に設置された二次ポンプ（低真空タイプ）の複数のものが使用されて居り、高真空タイプには、ターボ分子ポンプが使用されていると共に、低真空タイプには、スクロールタイプのポンプが使用されている。
【０００４】
ところで、プロセスチャンバーからの排気を効率良く行なう為には、圧縮比が大で、吸入圧が低くても高い排気速度（ｌ／ｍｉｎ）で排気できるポンプを使用する必要があるが、現実には圧縮比の高い真空排気用ポンプが得られない為、従来のプロセスチャンバーからの真空排気系では、比較的圧縮比の小さなポンプでもってガスの排気を効率良く行ない、然も真空排気系の一次側と二次側の圧力差を小さく保ってポンプの過負荷を避けるという、二つの課題を達成する為に、大口径（呼び径４インチ程度）の配管が使用されて居り、ダイヤフラム弁に就いても、同様に大口径を有するものが使用されている。
【０００５】
即ち、流体の流れにあっては、その圧力と流路内径の関係に於て、粘性流領域と分子流領域とに分類される。排気を効率良く行なう為には、粘性流領域で行なう事が求められる。粘性流領域とするには、流路内径Ｌを、Ｌ≦Ｄ（Ｌ：ガス分子等の平均自由行程、Ｄ：流路の内径）とする必要がある。又、ガス分子等の平均自由行程Ｌと圧力Ｐとの間には、Ｌ＝４．９８×１０−３／Ｐという関係があり、これに依って配管内を粘性流領域とする為の圧力と内径との関係が求められる。従って、圧力Ｐをより高くする事に依り平均自由行程Ｌを小さくでき、結果として粘性流領域を確保する為の配管内径Ｄを小さくする事ができる。
【０００６】
ところが、上述した様に従前のポンプでは圧縮比が比較的小さい為に（約１０程度）、吐出口側の圧力を高くする事ができず、例えばチャンバー側（吸入口側）の圧力が１０‐３ｔｏｒｒであるとすると吐出口側の圧力は１０‐２ｔｏｒｒ程度の低圧となり、粘性流領域の確保を依り確実なものにする為には、内径５ｃｍ以上の配管が必要とされていた。真空排気系に於ては、この様な大口径の配管系を必要とする為に設備が大型化するという問題が生じていた。又、真空配管系の内径が大きい為に配管内の容積が大きくなり、真空排気時間が長くなるという問題もあった。更に、この様な真空排気系を構成して排気を効率良く短時間で行なうには、圧縮比が大で、然も排気速度の大きい高価な真空ポンプが必要とされていた。
【０００７】
ところが、近年に於ては、真空ポンプの性能アップが可能となり、具体的には圧縮比が１０３〜１０４程度の高圧縮比を可能としてポンプが開発され、その結果、プロセスチャンバーの内圧が１０‐３ｔｏｒｒ程度であっても一次ポンプの吐出側圧力を３０〜５０ｔｏｒｒ程度にまで高める事が可能になって来た。その為、プロセスチャンバーと真空排気系の圧力条件の最適化等が行なわれる事に依り配管内径もこれに伴なって０．５ｃｍ程度の小口径で粘性流領域を確保できる様になって来ている。
【０００８】
然しながら、この様に圧力を高くした場合には、真空排気系内で水分やガスが凝縮して配管内に付着する事になる。
【０００９】
又、この様な設定圧力の上昇に依る水分やガスの凝縮付着が起こらなくとも、真空ポンプ停止時には配管内に滞留したガスの分解が起こり、配管や弁等の配管部品の内部にガスの分解に依り生じた生成物が堆積して部材の腐食を生じたり、或は生成物に依ってバルブに詰まりやシートリークを生ずる原因となっていた。
【００１０】
この為、配管系内を内部のガスや水分の飽和蒸気圧以下に保持する事が求められ、一般に真空排気系では、加熱（ベーキング）が行われている（水の場合、２０℃の飽和蒸気圧は１７．５３ｔｏｒｒである）。即ち、加熱して温度を上昇させると、飽和蒸気圧が上昇して水分やガスの凝縮付着が起こり難くなり、従って、腐食等の危険性も減少する。そこで、真空排気系内のガス成分の種類等を考慮して、１５０℃程度まで温度を上昇させるのが望ましい事が判っている。
【００１１】
ところが、配管内の温度が高くなると、ガスの分解（解離）が発生し、このガスの分解に依り生成された物質が配管内に堆積固着する事に依り腐食等の問題が発生するという新たな問題が生じていた。
【００１２】
このガスの分解という現象は、配管内壁の金属成分が触媒作用をして発生する事が原因である。図３は、一例として、スプロンの場合の温度と各種ガスの分解との関係を示している。図３を参照すれば明らかな如く、室温では１００ｐｐｍ存在した各種ガスが、温度上昇と共に分解して減少して行く様子が判る。
【００１３】
ところで、プロセスチャンバーからの真空排気系に於ては、例えば特許文献１に記載されたダイレクトタッチ式のメタルダイヤフラム弁が多く使用されている。
当該ダイヤフラム弁は、基本的には、流入路と流出路とこれらの間に形成された弁座とを備えたボディと、ボディに設けられて弁座に当離座可能なダイヤフラムと、ボディに設けられてダイヤフラムを弁座に当離座させる駆動手段とを備えている。
【００１４】
【特許文献１】
特許第３３４３３１３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この様なものは、ボディやダイヤフラム等の主要構成部品が金属で作製されているばかりでなく、配管に比べて彎曲部やガスの停滞部分が存在する為に圧力や温度が局部的に変化する部分があると共に、内容積が大きい為に滞留するガスの量が多くて内表面積も大きいので、ガスの熱分解に依り生じた生成物の堆積付着に依る部材の腐食や詰まり、シートリーク等の問題が発生し易いという問題があった。
本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、ガスの熱分解に依り生じた生成物の堆積付着に依る部材の腐食や生成物に依る詰まりやシートリークの発生を防止し、延いては、真空排気系の設備の小型化とこれに依るコスト低減、更には真空排気時間の短縮の為の真空排気系の配管の小口径化に対応できる様にした真空排気系用のダイヤフラム弁を提供するにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空排気系用のダイヤフラム弁は、基本的には、流入路と流出路とこれらの間に形成された弁座とを備えたボディと、ボディに設けられて弁座に当離座可能なダイヤフラムと、ボディに設けられてダイヤフラムを弁座に当離座させる駆動手段とを備えたダイヤフラム弁に於て、前記ボディとダイヤフラムの流体接触部分に所定厚さの合成樹脂被膜をコーティングした事に特徴が存する。
【００１７】
駆動手段が閉弁作動されると、これに依りダイヤフラムが弾性変形されて弁座に当座され、流入路から流出路への流体の通流が遮断される。
逆に、駆動手段が開弁作動されると、ダイヤフラムが自己弾性に依り原形状に復帰されて弁座から離座され、流入路から流出路への流体の通流が許容される。
【００１８】
ボディとダイヤフラムの流体接触部分には、所定厚さ（例えば５０〜１００μｍの厚さ）の合成樹脂被膜がコーティングされているので、ガスの熱分解に依り生じた生成物が流体接触部分に直接付着する事がない。この為、流体接触部分が腐食する事がない。
ボディとダイヤフラムの流体接触部分には、所定厚さの合成樹脂被膜がコーティングされているので、弁座とダイヤフラムとの当離座は、合成樹脂被膜を介して行なわれる事になり、金属同士よりソフトに当離座される。この為、弁座やダイヤフラムの損傷や摩耗を防止する事ができる。
【００１９】
合成樹脂被膜としては、フッ素樹脂被膜が望ましい。その中でも、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）や四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）やテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）であるのが好ましい。この様にすれば、汎用品を使用する事ができるので、製造が容易になると共に、コストの低減を図る事ができる。
【００２０】
合成樹脂被膜をコーティングする部分は、流体が接触するボディの流入路と流出路と弁座の各形成面と、ダイヤフラムの下面であるのが好ましい。この様にすれば、必要充分な箇所のみに限定する事ができ、より一層のコストの低減を図る事ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のダイヤフラム弁を示す縦断側面図。図２は、図１の要部を拡大して示す縦断側面図。図３は、スプロンにテフロンをコーティングした場合の各種ガスの分解と温度との関係を示すグラフである。
【００２２】
ダイヤフラム弁１は、ボディ２、ダイヤフラム３、駆動手段４、合成樹脂被膜５とからその主要部が構成されている。ダイヤフラム弁１は、ノーマル・オープン型のダイレクトタッチ式にしてあり、プロセスチャンバーと一次ポンプとの間や一次ポンプと二次ポンプとの間等の真空排気系に使用される。
【００２３】
ボディ２は、流入路６と流出路７とこれらの間に形成された弁座８とを備えたもので、この例では、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ等）に依り作製されて居り、流入路６と、流出路７と、これらに連通して上方が開放して形成された弁室９と、これの内部で流入路６と流出路７との間に形成された上向きの弁座８とを備えている。流入路６の弁室９に臨む開口は、ボディ２の中心部に位置している。
弁座８は、ボディ２とは別体の弁座体１０に形成されている。弁座体１０は、ステンレス鋼や合成樹脂（例えば四フッ化エチレン樹脂等）に依り作製されて居り、同様の材料で作製された保持体１１を含み、これに依りボディ２内に固定されている。
而して、ボディ２は、弁座体１０が収容される弁座体収容部１２と、保持体１１が収容されて弁座体収容部１２より深い保持体収容部１３とを備えている。つまり、ボディ２の弁室９の下部には、流入路６を中心にして弁座体収容部１２と保持体収容部１３とが同心円状に形成されている。
弁座体１０は、円環状を呈して居り、外周上部には削除に依って係止段部１４が形成されている。
保持体１１は、円環状を呈して居り、内周下部には削除に依って係止段部１４に適合する係止段部１５が形成されていると共に、ボディ２の流出路７に連通する複数（四つ）の連通孔１６が穿設されている。
而して、保持体１１は、弁座体１０に外嵌されると共に、ボディ２の弁室９に内嵌されてボディ２の保持体収容部１３に収容される。
【００２４】
ダイヤフラム３は、ボディ２に設けられて弁座８に当離座可能なもので、この例では、スプロン（不銹鋼）に依り作製されて逆皿形を呈する一枚の極薄金属板に依り構成されて居り、弁室９の気密を保持すると共に上下方向へ弾性変形して弁座８に当離座すべく弁室９内に配置されている。
ダイヤフラム３の外周縁は、ガスケット１７を介してこの上に載置されたステンレス鋼製のボンネット１８とボディ２との間で挾持される。ボンネット１８は、ボディ２に螺着されたステンレス鋼製のボンネットナット１９に依りボディ２側へ押圧固定される。
【００２５】
駆動手段４は、ボディ２に設けられてダイヤフラム３を弁座８に当離座させるもので、この例では、空圧式にしてあり、ボンネット１９に昇降可能に貫通されたステンレス鋼製のステム２０と、これの下部に嵌着されてダイヤフラム３の中央部を押圧する合成樹脂製（例えば四フッ化エチレン樹脂等）や合成ゴム製のダイヤフラム押え２１とを含んで居り、ステム２０の上部を囲繞すべくボンネット１９に設けられて作動エアーの供給口２２を有するシリンダ２３と、ステム２０の上部に設けられてシリンダ２３内を摺動可能に昇降するピストン（図示せず）と、これの外周に嵌合されてシリンダ２３との間のシールを行なうＯリング（図示せず）と、ステム２０を下方へ付勢するコイルスプリング２４等を備えている。
【００２６】
合成樹脂被膜５は、ボディ２とダイヤフラム３と弁座体１０の流体接触部分２５にコーティングした所定厚さのもので、この例では、テフロン（登録商標）にしてあり、そのコーティングの厚さは、５０〜１００μｍにしてある。コーティングの厚さが５０μｍより小さい場合は、金属部の触媒効果の発現を防止する事が難しくなる。コーティングの厚さが１００μｍより大きい場合は、流体の通流や弁座８に対するダイヤフラム３の当離座動作に支障を来たす。従って、コーティングの厚さは、５０〜１００μｍにするのが好ましい。流体接触部分２５は、ボディ２の流入路６と流出路７と弁座８（弁座体１０及び保持体１１）の各形成面と、ダイヤフラム３の下面とから成っている．
尚、合成樹脂被膜５のコーティング方法は、如何なる方法であっても良く、本実施形態では、塗布焼付け方法に依り被膜を形成している。又、前記弁座体１０（保持体１１を含む）の材質がフッ素樹脂等の場合には、これへの前記合成樹脂被膜５の形成が不要な事は勿論である。
【００２７】
次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
駆動手段４が作動されてピストン及びステム２０が下降されると、ステム２０に依りダイヤフラム３の中央部が下方へ押圧されて弁座８に当座され、流入路６と流出路７との間が閉鎖状態（閉弁状態）にされる。
逆に、駆動手段４が作動されてピストン及びステム２０が上昇されると、これに伴ってダイヤフラム３がその自己弾力及びボディ２内の流体圧に依り元の形状に復元されて弁座８から離座され、流入通路６と流出通路７との間が連通状態（開放状態）にされる。
【００２８】
ボディ２とダイヤフラム３の流体接触部分２５には、所定厚さの合成樹脂被膜５がコーティングされているので、ガスの熱分解に依り生じた生成物が流体接触部分２５に直接付着する事がない。この為、流体接触部分２５が腐食される事がない。又、これに依って、真空排気系の設備の小型化とこれに依るコスト低減を図る事ができ、更には真空排気時間の短縮の為の真空排気系の配管の小口径化に対応できる。勿論、ダイヤフラム弁１の延命を図る事もできる。
ボディ２とダイヤフラム３の流体接触部分２５には、所定厚さの合成樹脂被膜５がコーティングされているので、弁座８とダイヤフラム３との当離座は、合成樹脂被膜５を介して行なわれる事になり、金属同士よりソフトに当離座される。この為、弁座８やダイヤフラム３の損傷や摩耗を防止する事ができる。
【００２９】
合成樹脂被膜５であるテフロンの耐熱性は、１５０℃位までであれば、半導体関係で使用されている各種のガス、例えばＳｉＨ４（モノシラン），Ｂ２Ｈ６（ジボラン），ＰＨ３（ホスフィン），ＡｓＨ３（アルシン）等に対して問題がない。
図３は、スプロンの外表面をテフロンでコーティングしたものに於て、半導体関係で使用される各種ガスの分解（濃度）と温度との関係を示すグラフであり、１５０℃を越える温度になっても、ガスの分解つまりガス濃度の低下が起こらない事が判明した。
【００３０】
尚、ボディ２とダイヤフラム３は、先の例では、ステンレス鋼やスプロンで作製していたが、これに限らず、例えば他の金属材料で作製しても良い。
ダイヤフラム３は、先の例では、一枚の極薄金属板で構成していたが、これに限らず、例えば複数枚の極薄金属板を重ね合わせる事に依り構成しても良い。
ダイヤフラム３は、先の例では、弁座８へ直接当離座させる様にしていたが、これに限らず、例えばダイヤフラム３の下方にディスク（図示省略）を配置してこれを弁座８に当離座させる様にしても良い。この場合、ディスクをスプリング（図示省略）により上方へ付勢する必要がある。又、ダイヤフラム３の中央部にディスク（図示省略）を挿通してダイヤフラム３の内周縁部とディスクとを気密状に固着し、前記ディスクを弁座８に当離座させる様にしても良い。
駆動手段４は、先の例では、空圧式であったが、これに限らず、例えば手動式や電磁式や電動式や油圧式等でも良い。
合成樹脂被膜５は、先の例では、テフロンで作製していたが、これに限らず、他の合成樹脂材料で作製しても良い。
弁座８は、先の例では、ボディ２とは別体の弁座体１０に形成していたが、これに限らず、例えばボディ２に一体的に形成しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）  ボディ、ダイヤフラム、駆動手段、合成樹脂被膜とで構成し、とりわけボディとダイヤフラムの流体接触部分に所定厚さの合成樹脂被膜をコーティングしたので、ガスの解離（分解）を完全に防止する事ができる。その結果、ガスの熱分解に依り生じた生成物の堆積付着に依る部材の腐食や生成物に依る詰まりやシートリークの発生を防止する事ができる。
（２）  ガスの熱分解を防止する事ができるので、真空排気系の設備の小型化とこれに依るコスト低減を図る事ができると共に、真空排気時間の短縮の為の真空排気系の配管の小口径化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイヤフラム弁を示す縦断側面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断側面図。
【図３】スプロンにテフロンをコーティングした場合の各種ガスの分解と温度との関係を示すグラフ。
【図４】スプロンの場合の各種ガスの分解と温度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…ダイヤフラム弁、２…ボディ、３…ダイヤフラム、４…駆動手段、５…合成樹脂被膜、６…流入路、７…流出路、８…弁座、９…弁室、１０…弁座体、１１…保持体、１２…弁座体収容部、１３…保持体収容部、１４…係止段部、１５…係止段部、１６…連通孔、１７…ガスケット、１８…ボンネット、１９…ボンネットナット、２０…ステム、２１…ダイヤフラム押え、２２…供給口、２３…シリンダ、２４…コイルスプリング、２５…流体接触部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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