JPH0842734A - メインバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メインバルブの停止位置を無段階の任意位置
に停止させることにより可変オリフィスが無くても微細
な圧力調整をすることを可能にしたブリッジ型メインバ
ルブを提供することを目的とする。 【構成】 真空チャンバと主排気ポンプの接続排気口に
設置されるメインバルブにおいて、接続排気口を開閉す
るための弁体に、ステッピングモーター１１で駆動され
る電動シリンダのロッドを、駆動方向と弁体の開閉面を
直角にして接続し、該ロッドにピストンが設けてあり、
ピストンにシリンダが嵌装してある。前記ピストンおよ
びシリンダでロッドと弁体を閉鎖方向に移動させるため
の加圧空気給排室が構成してある。前記電動シリンダ
は、ボールネジと、ナットと、ナットに螺合したロッド
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空チャンバと主排
気ポンプの接続している開口部、すなわち排気口に設置
されるメインバルブに関する。詳細には、この発明は、
排気のコンダクタンスを微細に制御できるメインバルブ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空処理装置、たとえばスパッタリング
装置、ドライエッチング装置またはプラズマＣＶＤ装置
において、基板の表面処理を行うために、各種のガス
（以下「プロセスガス」という）、例えば放電用のアル
ゴンガスを真空チャンバ内に導入し、基板の表面処理が
適切に行われるようにするために真空チャンバ内のプロ
セスガスの圧力を調整する。このプロセスガスの圧力調
整方法として、（ａ）導入ガスの流量を調整する方法、
（ｂ）真空チャンバのメインバルブと主排気ポンプの間
に設置された可変オリフィス（すなわちコンダクタンス
調整機構）のコンダクタンスを調整する方法、（ｃ）メ
インバルブの弁体をエアシリンダでもって開位置と閉位
置の間で段階的に停止させる方法などが知られている。

【０００３】真空チャンバ４と主排気ポンプ３が接続さ
れている排気口５に設置される従来のメインバルブとし
て、ブリッジ型メインバルブが一般に広く使われてい
る。このブリッジ型メインバルブでは、図１に示すよう
に、真空チャンバ４の底部に設けた排気口５のそばに対
向して配置された２本のエアシリンダ１ａ、１ｂのロッ
ド１４の上端にメインバルブの弁体２がつながってい
る。前記エアシリンダ１ａ、１ｂのロッド１４を垂直方
向に移動させることにより、弁体２を上下方向（矢示４
８）に移動する。前記真空チャンバ４の真空排気中は、
弁体２は開位置７にセットさせる。また真空排気停止中
は、弁体２は閉位置６にセットさせる。図１中、排気口
５と主排気ポンプ３との間には可変オリフィス８が備え
付けられている。該可変オリフィス８の開口度を調整す
ることにより、プロセスガスの排気のコンダクタンスを
制御することができる。従ってコンダクタンスの制御に
よって、真空チャンバ４内のプロセスガスの圧力を調整
する。

【０００４】メインバルブに可変オリフィス８が備え付
けられていない場合には、プロセスガスの流量調節のみ
で真空チャンバ内の圧力を調整しなければならない。従
って真空チャンバ内の圧力が所望の圧力より低い時に
は、主排気ポンプの排気能力を超えるプロセスガスの流
量を必要とするけれども、プロセスガスの流量の不足に
よって所望の圧力が得られない問題点がある。

【０００５】前記可変オリフィス８により圧力を調整す
る場合に、この問題点は概ね解決できる。しかし、たと
え可変オリフィス８の開口度を全開にしてもオリフィス
のもつ固有のコンダクタンスによって、主排気ポンプ３
の最大排気速度が犠牲（低下）になるという問題点があ
る。

【０００６】前記エアシリンダ１ａ、１ｂのロッド１４
は、圧縮空気により急速に動作する。ロッド１４につな
がっている弁体２も開位置７から閉位置６へ急速に移動
する。このような弁体２の動作によって、真空排気操作
の迅速な開始および急遮断が容易にできる。しかし、圧
縮空気によりロッド１４を動作させるため、弁体２は開
位置７と閉位置６のみにしか停止することができない。

【０００７】図２は弁体２が閉位置６、開位置７、段階
停止位置９で停止できるようにした段階的停止機構を有
するメインバルブである。この段階的停止機構は、ロッ
ド１４がエアシリンダ１ａ、１ｂから突き出された先端
に複数のスペーサ４０が取り付けられている。１または
２以上のスペーサを取り除くことにより、弁体２の開度
を段階的に停止させることができる。弁体２の段階的停
止により、排気のコンダクタンスを調整できる。

【０００８】しかし、弁体２の停止位置９がスペーサの
取り外しで段階的に調節されるため、排気のコンダクタ
ンスを微細に調節できないため、真空チャンバ内のプロ
セスガスの圧力を微細に調節することができないことに
なる。例えば、膜の組成比が複数のプロセスガスの流量
比（分圧比）で敏感に変化するリアクティブスパッタ法
では、この段階的停止機構で真空チャンバ内の圧力を制
御すると所望の組成比を有する薄膜をえられない問題点
がある。

【０００９】

【発明により解決すべき課題】前記の如く、従来のブリ
ッジ型メインバルブでは、メインバルブと主排気ポンプ
との間に設けた可変オリフィスで圧力調整を行うと排気
速度の低下の問題点が生じる。別に、弁体を段階的に停
止させる機構では排気のコンダクタンスの微細な調整が
困難であるという問題点がある。

【００１０】この発明はこれらの問題を解決し、弁体の
停止位置を無段階で任意位置に停止させるブリッジ型メ
インバルブを提供することを目的とする。この発明によ
り、可変オリフィスがなくても真空チャンバ内のプロセ
スガスの微細な圧力調整を可能としたのである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のメインバルブは、真空チャンバと主排気
ポンプの接続開口部に設置されるメインバルブにおい
て、その開口部を開閉するための開口部より大きい弁体
と、その弁体に接続したそれぞれが対向する電動シリン
ダと該電動シリンダを夫々駆動する駆動源を有する。

【００１２】電動シリンダのシリンダとピストンで形成
される室に、弁体が開口部を閉じる方向に動かすために
加圧流体を注入するための口が設けてある。

【００１３】電動シリンダは、シリンダ内に駆動源と連
結しているボールネジと、該ボールネジと螺合している
ナットと、該ナットと接合されたピストンと、該ピスト
ンが先端に形成されているロッドを有し、該ロッドはベ
ローズを貫通して弁体と接続している。

【００１４】上記の目的を達成する為に他の発明のメイ
ンバルブは、開口部より大きい弁体の一端が真空チャン
バの壁面と弁体が回転できるように接続してあり、弁体
の他端にベローズを貫通した電動シリンダのロッドが接
続してある。さらに、その電動シリンダは、シリンダ内
に駆動源と連結しているボールネジと、該ボールネジと
結合しているナットと、該ナットの回転をとめるストッ
パと、該ナットと接合されたピストンと、該ピストンが
先端に形成されているロッドを有している。そして、前
記シリンダとピストンとで形成される室に、弁体が開口
部を閉じる方向に動かすために加圧流体の注入口が設け
てある。

【００１５】

【作用】この発明のメインバルブによれば、弁体を排気
口が全開となる開位置から排気口が完全に閉じる閉位置
の間で任意の位置に停止することができる。前記弁体の
停止位置を調整することにより、排気口のコンダクタン
スを調整する。排気口のコンダクタンスの調整により、
真空チャンバ内のプロセスガスの圧力を微細に調整する
ことができる。また、弁体を開位置に設定することは、
主排気ポンプが最大排気速度を発揮することになり、し
たがって、主排気ポンプの持つ最大排気速度を犠牲にせ
ず、微細な圧力調整を行うことができる。さらに真空処
理状態が導入するガス流量に依存する場合でも所望の真
空状態を得ることができる。

【００１６】また、弁体が排気口を閉じる動作を迅速に
するため、シリンダ内に加圧流体を注入することで弁体
につながったピストンの動作を迅速にする。排気口の急
遮断が可能となり緊急停止、停電の事態に対応すること
ができる。

【００１７】

【実施例１】以下にこの発明を実施例に基づいて説明す
る。

【００１８】図３は好適な実施例のブリッジ型メインバ
ルブの断面図である。真空処理装置の真空チャンバ４の
底壁に円形の排気口５が形成されている。該排気口５の
外側に主排気ポンプ３が接続してある。前記排気口５の
まわりに向かい合って２本の電動シリンダ１０ａ、１０
ｂが設置してある。該電動シリンダ１０ａ、１０ｂの上
下に動くロッド１７が真空チャンバ４内につきでてい
る。ロッド１７がつきでている壁面の部分には、図４に
示すようにベローズ１５によってロッドがシールされて
いる。このベローズ１５によるシールによって、ロッド
１７が上下に動いても、真空チャンバ４の内部と大気側
とを隔絶している。前記ロッド１７の先端に板２４を介
して排気口５より大きな円盤形の弁体２が固定されてい
る。弁体２の下面２ａで排気口５の周縁部と対向する部
分には、溝３０が形成されている。この溝３０にＯ−リ
ング３１がはめ込まれている。弁体２が排気口５を閉じ
たとき、Ｏ−リング３１が排気口５の周縁部の壁面と弁
体２との間をシールするため、真空チャンバ４内を気密
に保つことができる。

【００１９】図４は電動シリンダの詳細な断面図であ
る。図４では、電動シリンダ１０ｂと同一の電動シリン
ダ１０ａのみを示している。電動シリンダ１０ａのロッ
ド１７が真空容器内で直線運動または上下運動する。前
記ロッド１７のストローク内で、ロッド１７を任意の位
置へ停止することができる。この電動シリンダ１０ａは
３本以上を、排気口５のまわりに配置することもできる
が、この実施例のように２本とすると、メインバルブ全
体を簡素にすることができると共に、電動シリンダのロ
ッド１７の動作の同期がとりやすい。

【００２０】前記電動シリンダ１０ａ、１０ｂのシリン
ダ１９内にロッド１７の下端に形成したピストン１８が
嵌挿している。前記シリンダ１９とピストン１８で形成
された室２３には、加圧空気の注入口１６が設けてあ
る。ピストン１８の下面にナット１３が接合してある。
該ナット１３はボールネジ１２の螺糸部分に螺合してい
る。ナット１３からつきだしたボールネジ１２の部分１
２ａは、ピストン１８を貫通して、ロッド１７内部に形
成された穴３３に収められている。一方、シリンダ１９
の底面をつきでているボールネジ１２の下端は、ステッ
ピングモーター１１の軸３４とカップリング３５を介し
て連結してある。前記ステッピングモーター１１は、オ
リエンタルモータ社製「ＵＰＫ−５６９」である。前記
ステッピングモーター１１は、支柱３６を介してシリン
ダ１９に固定されている。前記ボールネジ１２はステッ
ピングモーター１１の軸３４に固定されているため、該
軸３４が回転しても、ボールネジ１２は、前方または後
方に動くことはない。前記ステッピングモーター１１の
軸３４の回転によって、ボールネジ１２はただ単に回転
するのみである。大気部と真空部との境界部分はＯ−リ
ングでシールされている。

【００２１】前記シリンダ１９は、真空チャンバ４の底
壁に形成された穴２０の外側に筒体２１を介して設置し
てある。筒体２１内には、真空シールのためのベローズ
１５が設けてあり、筒体２１の底面をつきでたロッド１
７がベローズ１５の上端に取り付けられたプレート２２
を貫通して真空チャンバ４内に突き出ている、前記プレ
ート２２とロッド１７の間は、Ｏ−リング３７によって
シールされている。前記ロッド１７の先端に直角に板２
４が固定され、板２４の先端部分の下面が弁体２の上面
と結合している。

【００２２】この発明のメインバルブの弁体２の上下運
動は、駆動源であるステッピングモーター１１の回転運
動をボールネジ１２により直線運動に変換し、そして、
この直線運動をロッド１７に伝達することにより行われ
る。詳細には、ステッピングモーター１１の軸３４が回
転することで、固定されているボールネジ１２が回転す
る。ボールネジ１２の回転によって、ボールネジ１２が
固定されているためナット１３が上方または下方に動
く。ナット１３に結合したピストン１８が上方または下
方に移動する。ピストン１８の移動によって、ベローズ
１５が伸縮しながら、ロッド１７が上方または下方に動
く。ロッド１７の上下運動によって、ロッド１７につな
がっている弁体２が上方または下方に動く。このように
して、ボールネジ１２の回転をステッピングモーター１
１で微細に制御できるため、弁体２はロッド１７のスト
ローク内で任意の位置に停止させることができる。弁体
２の停止位置を変化させて、排気口５のコンダクタンス
を変化させる。したがって、排気口５のコンダクタンス
を微細に変化させて、真空チャンバ４の圧力調整をする
ことができる。

【００２３】メインバルブで排気口を急遮断するときに
は、ステッピングモーター１１のスイッチを切るととも
に、口１６を通じて加圧空気を室２３に注入する。加圧
空気の注入でピストン１８は、矢印２５の方向に圧力を
うけて、急速に下方に移動する。そして、ピストン１８
につながったロッド１７およびロッド１７を介して弁体
２が急速に下方に動き、弁体２が排気口５を閉じる。一
方、ピストン１８が下方に動くとナット１３が下方に動
く。ナット１３が下方に動くことで、ボールネジ１２お
よびステッピングモーター１１が空転する。

【００２４】弁体２がこのようにすばやく下方に動くこ
とで、不意の事故でメインポンプ３が故障するのを未然
に防止することができる。例えば不意の事故によって、
真空チャンバ４の圧力が、急激にかつ異常に高くなると
（例えば大気圧になると）、メインポンプ３に使用され
ている分子ターボポンプ、又はクライオポンプのような
高真空ポンプは簡単に故障する。なぜなら、高真空ポン
プは大気圧にさらされることが原因で故障するからであ
る。前記弁体２で排気口５を速やかに閉じることにより
高真空ポンプが大気圧にさらされる危険を防止し、これ
らのポンプを保護することができる。

【００２５】前記実施例では、２本の電動シリンダを駆
動させる際にステッピングモーター１１を同期して回転
させる制御回路、弁体２の位置を確認するためのセンサ
ー、ステッピングモーター１１の回転を検出するための
エンコーダーが、図示されていないが、この実施例のメ
インバルブに備え付けられている。

【００２６】前記２本の電動シリンダを駆動する際、一
方の電動シリンダの回転駆動源であるステッピングモー
ター１１の回転運動をタイミングベルトのような回転伝
達機構により他方の電動シリンダのボールネジに伝達で
きる。

【００２７】

【実施例２】図５は、１本の電動シリンダで弁体２を動
かすメインバルブを示す。弁体２の上面に取り付けられ
た板２４の一方の端には、ロッド１７が板２４の端に形
成された孔４４に差し込まれている。ロッド１７は、板
２４のスリット４３を通したピン４２によって取り付け
られている。板２４の他方の端は、排気口５の近くに設
置されたブラケット４０とピン４１によって回転自在に
取付けられている。前記板２４の一端に連結したロッド
１７が上下すると、弁体２は、矢印４５のようにピン４
１を中心にして回動するので、弁体２の動きによって、
排気のコンダクタンスを調整することができる。

【００２８】前記のようにひとつの電動シリンダで弁体
２を動かす場合は、ボールネジ１２の回転運動が確実に
ナット１３およびロッド１７に直線運動として伝達され
るように、ナット１３またはロッド１７には回り止めの
ストッパ４６がほどこされる。この実施例では、ナット
１３に棒形状のストッパ４６が取り付けられている。こ
のストッパ４６は、シリンダ１９の底面に形成した孔４
７にとうしてある。前記ナット１３が回転しても、スト
ッパ４６が孔４７にぶつかって、ナット１３の回転を阻
止する。しかし、２本の電動シリンダを対向させて弁体
に備え付けたブリッジ型メインバルブは、ナット１３
（またはロッド１７）の回転を止めるためにナット１３
またはロッド１７にストッパを備え付けるのは不要であ
る。なぜなら、一方の電動シリンダのナット１３（ロッ
ド１７）の回転が、他方の電動シリンダのナット１３
（ロッド１７）の回転によって、相互の回転運動を打ち
消し会うからである。

【００２９】前記実施例では真空チャンバ４と大気側を
隔絶するためにベローズ１５を用いている。しかし、Ｏ
−リングによりロッド１７をシールすることも可能であ
る。なお、ステッピングモーターもこの実施例のメイン
バルブに使用することができる。またシリンダ１９内の
室２３に、加圧空気の代わりに、加圧油を注入すること
もできる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明のとうり、この発明によれ
ば、主排気ポンプの最大排気速度を損なうことなく微細
なコンダクタンス調整ができるメインバルブを提供でき
る効果がある。さらに、この発明によれば、不意の事故
の場合にすばやく排気口をとじることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の可変オリフィスを有するブリッジ型メイ
ンバルブの構成図。

【図２】従来の段階的停止機構を有するブリッジ型メイ
ンバルブの構成図。

【図３】この発明の好適な実施例の構成図。

【図４】この発明の好適な実施例の電動シリンダの詳細
な断面図。

【図５】この発明の好適な別の実施例の断面図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ エアシリンダ ２ 弁体 ３ 主排気ポンプ ４ 真空チャンバ ５ 排気口 ６ 閉位置 ７ 開位置 ８ 可変オリフィス ９ 段階停止位置 １０ａ、１０ｂ 電動シリンダ １１ ステッピングモーター １２ ボールネジ １３ ナット １４ ロッド １５ ベローズ １６ 口 １７ ロッド １８ ピストン １９ シリンダ ２０ 穴 ２１ 筒体 ２２ プレート ２３ 室 ２４ 板 ３３ 穴 ３４ 軸 ３５ カップリング ３６ 支柱 ３７ Ｏ−リング ４０ スペーサ ４１ ピン ４３ スリット ４４、４７ 孔 ４６ ストッパ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと主排気ポンプの接続開口
   部に設置されるメインバルブにおいて、前記接続開口部
   を開閉するための開口部より大きい弁体と、その弁体に
   接続したそれぞれが対向する２本の電動シリンダと、該
   各電動シリンダを駆動する駆動源を有することを特徴と
   したメインバルブ。
2. 【請求項２】 電動シリンダのシリンダとピストンで形
   成される室に、弁体が開口部を閉じる方向に動かすため
   に加圧流体の注入口が設けてあることを特徴とした請求
   項１記載のメインバルブ。
3. 【請求項３】 電動シリンダは、シリンダ内に駆動源と
   連結しているボールネジと、該ボールネジと螺合してい
   るナットと、該ナットと接合されたピストンと、該ピス
   トンが先端に形成されているロッドを有し、該ロッドは
   ベローズを貫通して弁体と接続していることを特徴とし
   た請求項１または２記載のメインバルブ。
4. 【請求項４】 真空チャンバと主排気ポンプの接続開口
   部に設置されるメインバルブにおいて、その開口部を開
   閉するための開口部より大きい弁体と、該弁体の一端が
   真空チャンバの壁面と弁体が回転できるように接続して
   あり、さらに、駆動源で駆動されるひとつの電動シリン
   ダを有し、該電動シリンダは、シリンダ内に駆動源と連
   結しているボールネジと、該ボールネジを螺合している
   ナットと、該ナットの回転をとめるストッパと、該ナッ
   トと接続されたピストンと、該ピストンが先端に形成さ
   れているロッドを有し、前記シリンダとピストンで形成
   された室に、弁体が開口部を閉じる方向に動かすために
   加圧流体の注入口が設けてあり、さらに弁体の他端にベ
   ローズを貫通したロッドが接続してあることを特徴とし
   たメインバルブ。