特許 7617102 ガスパージバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】ガスパージバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 51/02 20060101AFI20250109BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20250109BHJP

   F16K 27/06 20060101ALI20250109BHJP

   F16K 5/06 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

F16K51/02 Z

H01L21/31 F

F16K27/06

F16K5/06 L

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022527970

(86)(22)【出願日】2020-11-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-26

(86)【国際出願番号】 GB2020052881

(87)【国際公開番号】W WO2021094759

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-10-25

(31)【優先権主張番号】1916476.3

(32)【優先日】2019-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】507261364

【氏名又は名称】エドワーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100171675

【弁理士】

【氏名又は名称】丹澤 一成

(72)【発明者】

【氏名】シーリー アンドリュー ジェイムス

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６００９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０１５１３５９１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００３－０９７７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２０８６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００６６９８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３５４００５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１１８２８３８６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ５／０６

Ｆ１６Ｋ ２７／０６

Ｆ１６Ｋ ５１／００

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブであって、
少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、使用時に前記バルブの入口から出口への流体の流れを制御するために第１の位置と第２の位置の間で移動可能なバルブ部材と、
少なくとも２つの離間して配置されたバルブシートであって、前記バルブ部材が着座して、前記バルブシートと前記バルブ部材の外面と前記ハウジングの内面とによって囲まれたキャビティを形成するようにする、少なくとも２つの離間して配置されたバルブシートと、
前記ハウジングの外側と前記キャビティとの間に延びる第１の導管と、
前記キャビティと前記バルブ部材のボアとの間に延びる第２の導管と、を備え、前記第１の導管及び前記第２の導管を通って、使用時にパージガスを前記キャビティと前記ボアに導入することができ、
前記バルブ部材は、前記第１の位置と前記第２の位置の間で回転可能であり、前記第１の位置において前記ボアが前記入口及び前記出口と整列するようになり、前記バルブ部材が前記第２の位置にあるときに、パージガスがデッドヘッドされる、
ことを特徴とするバルブ。

【請求項2】

バルブであって、
少なくとも１つの入口及び少なくとも２つの出口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、使用時に前記バルブの入口から出口への流体の流れを制御するために第１の位置と第２の位置の間で移動可能なバルブ部材であって、前記バルブ部材は、前記第１の位置と前記第２の位置の間で回転可能であり、前記第１の位置においてボアが入口及び第１の出口と整列し、前記第２の位置においてボアが入口及び第２の出口と整列するようになる、バルブ部材と、
少なくとも３つの離間して配置されたバルブシートであって、前記バルブ部材が着座して、前記バルブシートと前記バルブ部材の外面と前記ハウジングの内面とによって囲まれたキャビティを形成するようにする、少なくとも３つの離間して配置されたバルブシートと、
前記ハウジングの外側と前記キャビティとの間に延びる第１の導管と、
前記キャビティと前記バルブ部材のボアとの間に延びる第２の導管と、を備え、前記第１の導管及び前記第２の導管を通って、使用時にパージガスを前記キャビティと前記ボアに導入することができる、ことを特徴とするバルブ。

【請求項3】

前記キャビティ及び前記ボアに加圧されたパージガスを導入することができる、請求項１又は請求項２に記載のバルブ。

【請求項4】

前記第１の導管を介してパージガスが前記ハウジングから出るのを抑制又は防止するための逆流防止バルブを更に備え、好ましくは、前記逆流防止バルブが、高ニッケル含有量を有する合金から製造されたバネを含む、請求項１～３の何れか１項に記載のバルブ。

【請求項5】

使用時に、パージガスが前記ハウジングの外側からパージガス導管に導入されるマニホールドを更に備え、好ましくは、前記キャビティに入る前に前記マニホールド内で前記パージガスを加熱するヒーターを更に備え、好ましくは、前記ヒーターが、カートリッジヒーターを含み、及び／又は前記ヒーターは、前記キャビティ内の凝縮を最小にするサイズにされる、請求項１～４の何れか１項に記載のバルブ。

【請求項6】

前記マニホールドが、その中を流れる前記パージガスの乱流を増加させる手段を備える；及び／又は前記マニホールドが、その中を流れる前記パージガスのための蛇行流路を備える；及び／又は前記マニホールドが、その中を流れる前記パージガスの流路を備え、該流路がバッフルを含む；及び／又は前記マニホールドが、その中を流れる前記パージガスの流路を備え、該流路が充填材を含む；及び／又は前記マニホールドの入口に接続されたパージガス供給部を更に備える、請求項５に記載のバルブ。

【請求項7】

前記キャビティ内及び／又は前記第１の導管内、及び／又は前記第２の導管内及び／又は前記マニホールド内の前記パージガスの圧力又は流れを監視する手段を更に備える、請求項１～６の何れか１項に記載のバルブ。

【請求項8】

前記パージガス供給部内の前記パージガスの圧力又は流れを監視するための手段を更に備え、好ましくは前記パージガスの圧力を監視するための手段が、圧力トランスデューサを含む、請求項７に記載のバルブ。

【請求項9】

前記圧力トランスデューサが、前記パージガス供給部内に配置され、前記キャビティ及び前記マニホールド内でパージガスを隔離するためのバルブと共に、圧力レギュレータが前記圧力トランスデューサの上流側に設けられ、前記圧力トランスデューサが、前記隔離されたパージガスの圧力を監視するように適合されている、請求項８に記載のバルブ。

【請求項10】

前記パージガスの流れを監視するための手段が、流量トランスデューサを含む、請求項７～９の何れか１項に記載のバルブ。

【請求項11】

前記流量トランスデューサが、前記パージガスの流量を監視するために前記パージガス供給部内に配置される、請求項１０に記載のバルブ。

【請求項12】

接液構成要素が、フッ素、塩素、臭化水素からなる群から選択されるガスに適合する、請求項１～１１の何れか１項に記載のバルブ。

【請求項13】

排気口を有する真空ポンプと、前記排気口にＴ字状に接続された一対の除害システムとを備え、請求項１～１２の何れか１項に記載のバルブが、前記各除害システムの上流側に配置されている、
ことを特徴とするシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バルブに関し、特に限定されないが、バルブ故障時に、腐食性ガス、有毒ガス、自然発火性ガス及び／又は有害ガスの周囲環境への放出を実質的に低減又は排除するガスパージバルブに関する。本発明はまた、本発明による、真空ポンプ、ガス除害システム及びガスパージバルブを有するシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルの製造は、通常は真空条件下で行われる様々なプロセス工程（例えば、エッチング、蒸着、及び洗浄）を含む。このような条件を達成するために、１又は２以上の真空ポンプが、各プロセスチャンバの出口に接続されている。稼働中、真空ポンプは、プロセスチャンバから排出される未使用のプロセスガス及び／又は副生成物を受け取る。未使用のガス及び副生成物は、通常、腐食性ガス、有毒ガス、自然発火性ガス及び／又は有害ガスであり、これらは環境中に直接放出することはできない。そのため、各真空ポンプは、１又は２以上のガス除害システムに排気する。製造業者は一般的に、２つの除害システムを並列に設置し、１つのシステムが「オンライン」モードで動作し、他方のシステムが「オフライン」モードで動作する。この２つのシステムを併用すると、除害システムが故障した場合又は予防保守が必要とされる場合に、稼働時間を向上させることができる。このような故障時又は保守時には、隔離バルブが、オフラインのシステムをオンラインシステムから隔離する。各除害システムの各入口ラインは、オンラインとオフラインの除害システムを交互に切り替える隔離バルブを含む。未使用のプロセスガス及び副生成物が隔離バルブに流れるので、バルブのＯリングシール又はバルブシートが故障する可能性がある。このような故障により、隔離バルブが「閉」じた後でも、加圧ガスがオフラインの除害システムに流れ続ける可能性がある。従って、技術者がオフラインシステムを整備しているときに、腐食性ガス、有毒ガス、自然発火性ガス及び／又は有害ガスが環境中に放出され、周囲の人々及び所有物に有害な影響を与える可能性がある。

【0003】

ガスの放出を最小限にするため、製造業者は、多くの場合、オンライン及びオフラインの除害システムの入口ラインの両方に第２の手動で操作する隔離バルブを含む。オフラインの除害システムを保守する前に、技術者はまた、手動バルブを閉じて、加圧ガスがシステムにもはや流れ込まないようにする必要がある。しかしながら、技術者は、手動バルブを閉め忘れること、又は再開放を忘れることがある。このように、手動バルブを追加すると、幾つかの欠点を有する可能性がある。第１に、第２のバルブを追加することで、システムにコストがかかる。第２に、第２の手動バルブを有する場合でも、手動バルブのボール又はシールが損傷した状態になった場合、偶発的暴露の小さなリスクが依然としてある。第３に、例えば、技術者が手動バルブの再開放を忘れた場合、一次系がオフラインになって、二次系に切り替わったとき、プロセスシステムに致命的な故障が発生することになる。

【0004】

従って、オフラインの除害システムをオンラインの除害システムから隔離し、腐食性ガス、有毒ガス、自然発火性ガス及び／又は有害ガスの放出を実質的に低減又は排除できる単一の信頼できる隔離バルブに対する必要性がある。同様に、費用対効果の高い冗長性と強化された安全性を提供する処理システムに対する必要性も存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許第７，４９４，６３３号明細書

【文献】米国特許第５，５３８，７０２号明細書

【文献】米国特許公開第２００５／０２１７７３２Ａ１号明細書

【発明の概要】

【0006】

本発明の第１の態様によれば、バルブであって、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有するハウジングと；ハウジング内に配置され、使用時にバルブの入口から出口への流体の流れを制御するために異なる位置の間で移動可能なバルブ部材と；を備え、バルブが更に、少なくとも２つの間隔を空けて配置されたバルブシートであって、バルブ部材が着座して、バルブシート、バルブ部材の外面、及びハウジングの内面によって囲まれたキャビティを形成するようにする、少なくとも２つの間隔を空けて配置されたバルブシートと；ハウジングの外側とキャビティとの間に延びる第１の導管と；キャビティとバルブ部材のボアとの間に延びる第２の導管と、を備え、第１及び第２の導管を通して使用時にパージガスをキャビティ及びボアに導入することができる、バルブが提供される。

【0007】

好ましくは、加圧ガス又はパージガスは、任意選択的に、しかしながら好ましくは、プロセスガスがハウジングから確実に漏出できないようにするために、キャビティに導入することができる。特定の状況において、これは、キャビティ内の正圧を維持するために、又は逆流若しくは何れかのアパーチャを介してハウジングの外へのプロセスガスの漏出を抑制するために、キャビティ又はボア内にパージガスの連続的な流れを提供することを含むことができる。

【0008】

本発明の１つの想定される利点は、機能不全又は故障の場合にバルブを取り巻く人々及び環境に対し保護を提供できることである。これは、バルブから潜在的に有害なガスをパージし、これらを（好ましくは）不活性又は無害なパージガスで置き換える方法を提供することによって達成することができ、バルブの漏洩、故障又は誤った動作があった場合に、潜在的に有害なプロセスガスではなく、不活性な又は無害なパージガスが漏出する可能性がより高くなるようにすることができる。これは、実際には、パージガスの連続供給で可動バルブ部材を取り囲み、パージガスがバルブ部材のボアに入ることができるようにすることで達成される。

【0009】

有利には、キャビティとバルブ部材のボアとの間に延びる第２の導管は、第１の（「オン」）位置では、すなわちボアがバルブの入口及び出口と整列するとき、パージガスがキャビティとバルブ部材のボアに入ることを可能にする。従って、バルブが第１の位置にある間、プロセスガスがハウジングから漏出する危険性を低減することができる。これは、パージガスが流路からキャビティに流れることができ、キャビティからパージガスが第２の導管を通ってバルブ部材のボアに流れ、バルブから出る前にパージガスがプロセスガスと結合できることに起因する。パージガスは、パージガスがプロセスガスストリームに流れ込むことができるように、プロセスガスの通常の最大圧力よりも高い圧力で供給することができる。

【0010】

バルブは、冗長なガス除害システムを有する真空システムで使用できるような、遮断バルブ又は分流バルブとすることができる。遮断バルブの場合、バルブ部材は、第１の位置に移動又は回転されたときに、ボアがバルブの入口及び出口と整列するよう、及び／又は第２の位置に移動又は回転されたときに、ボアが入口及び出口の何れとも整列されないようなボアを含むことができる。もちろん、バルブ部材が第２の（「オフ」）位置に移動されると、パージガスをデッドヘッドすることができる。

【0011】

分流バルブの場合、バルブ部材は、第１の位置においてボアが入口及び第１の出口と整列し、第２の位置において入口及び第２の出口と整列するように、第１の位置と第２の位置との間で移動可能又は回転可能とすることができる。

【0012】

パージガスがハウジングから逆流するのを抑制又は防止するために、好ましくは、逆流防止バルブが設けられる。この逆流防止バルブは、その張力を調整することができるバネを備えることができ、このバネは、ニーモニック（又は「形状記憶」）合金（Ｎｉｔｉｎａｌ（商標）など）などの高ニッケル含有量を有する合金から製造されることが好ましい。

【0013】

パージガスのバルブへの導入を容易にするために、パージガスをハウジングの外側からパージガス導管に導入可能にするマニホールドが提供されてもよい。

【0014】

適切に規定されたカートリッジヒーターなどのヒーターを設けて、マニホールド及びひいてはキャビティに入る前のマニホールド内のパージガスを加熱することができる。このような配置により、マニホールド又はバルブの何れかの部分内での結露を抑制又は防止することができる。

【0015】

マニホールドは、提供される場合、ヒーター又はカートリッジヒーターからのその内部のパージガスに熱を伝達するための熱交換器として機能することができる。熱交換の効率を最大にするために、マニホールドは、銅又はアルミニウム合金などの高熱伝導性材料から製造されることが好ましい。ヒーター又はカートリッジヒーターからの熱伝達は、マニホールド内のパージガスの流路が大きな表面積を有し非線形経路を辿るように流路を設計することにより最大化することができる。このように、マニホールドを通るパージガスの流路は、好ましくは乱され、これは、そこを流れるパージガスの乱流を増加させること、マニホールドを流れるパージガスの蛇行流路、流路内のバッフル及び充填材料の適切な使用によって達成することができる。

【0016】

極めて実用的な状況では、好ましくはパージガス供給部があり、マニホールドの入口に接続される。

【0017】

先に言及したように、キャビティ、第１及び第２の導管、マニホールド、及びパージガス供給部を含む群のうちの何れか１又は２以上におけるパージガスの圧力又は流れを監視することによって、バルブの完全性をチェックすることが可能である。これは、特定の状況において、圧力トランスデューサ又は流量トランスデューサを使用することによって達成することができる。本発明の最も好ましい実施形態では、圧力トランスデューサは、パージガス供給部内に配置され、バルブ及び圧力レギュレータは、キャビティ及びマニホールド内でパージガスを分離するためのバルブと共に圧力トランスデューサの上流側に設けられ、圧力トランスデューサは、分離されたパージガスの圧力を監視するように適合されている。

【0018】

先に説明した製造処理と適合するために、接液構成要素は、フッ素、塩素、臭化水素などのバルブを通って流れるプロセスガスと適合するように選択されることが好ましい。同様に、バルブシートもまた、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ（商標）、バイトン（商標）、カレズ（商標）など、プロセスガスによる化学的及び物理的攻撃に対して耐性がある材料から製造されることが好ましい。

【0019】

本発明の第２の態様は、排気口を有する真空ポンプと、排気口にＴ字状に接続された一対の除害システムと、除害システムの各々の上流側に配置された本明細書に記載のバルブと、を備えるシステムを提供する。

【0020】

ここで、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら例証としてのみ説明される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明によるガスパージボールバルブの概略図である。

【図2a】本発明によるガスパージボールバルブの側面図（開位置で示される）である。

【図2b】本発明によるガスパージボールバルブの端面図（閉位置で示される）である。

【図2c】本発明によるガスパージボールバルブの側面図（閉位置で示される）である。

【図3a】本発明によるパージガス圧力検出を有するガスパージボールバルブの概略図である。

【図3b】本発明による流量パージガス検出を有するガスパージボールバルブの概略図である。

【図4a】本発明による分流バルブの断面図である。

【図4b】本発明による分流バルブに結合されたマニホールドの図である。

【図5】本発明による分流バルブの平面図である。

【図6a】本発明による一対のガスパージボールバルブを有するシステムの概略図である。

【図6b】本発明によるガスパージ分流バルブを有するシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明に係る隔離バルブは、ボールバルブ又は分流バルブとすることができる。図１は、本発明によるガスパージボールバルブの一実施形態を示している。ボールバルブ１００は、入口１０４ａ及び出口１０４ｂを備えたハウジング１０２を有する。バルブ１００は更に、一対のバルブシート１１０ａ、１１０ｂの間に着座する回転ボール１０８を含む。バルブシート１１０ａ，１１０ｂは、バルブ１００の入口１０４ａ及び出口１０４ｂにそれぞれ配置される。

【0023】

ボール１０８は、これを貫通するボア１１４を有し、ボール１０８は、第１の位置と第２の位置の間で回転することができる。ボア１１４は、第１の位置で入口１０４ａ及び出口１０４ｂと整列し（図２ａ参照）、第２の位置で入口１０４ａ及び出口１０４ｂと位置ずれするか又はこれらに対して垂直である（図２ｂ～２ｃ参照）。ボア１１４を入口１０４ａ及び出口１０４ｂと整列させることにより、バルブ１００を通る「開いた」プロセス流路が形成される。ボール１０８は、図１に示され、より詳細には図２ａ～２ｃに示されるように、ハウジング１０２の内面から離間して配置されて、そこにキャビティ１１２を形成する。バルブシート１１０ａ、１１０ｂとハウジング１０２との間のキャビティ１１２、すなわち「空隙」は、以下で更に詳細に説明するように、不活性ガスでパージされる。図２ｂに示すように、ボール１０８は、バルブ１００の駆動ドッグ（drive dog）１１９と係合するキースロット１２３を更に含む。キースロット１２３に近接するボール１０８の小さな開口部１２５は、ボア１１４がキャビティ１１２と流体連通することを可能にする。

【0024】

ハウジング１０２に密接に結合されているのは、入口１２０ａ及び出口１２０ｂを備えた流路１１８を有するマニホールド１１６である。加圧された不活性ガス（例えば窒素、アルゴン又はヘリウム）の供給源１２４は、マニホールド入口１２０ａに接続される。マニホールド１１６の出口１２０ｂは、図２ｂに示すように、ハウジング１０２内のポート１２２と流体連通している。ポート１２２は、ハウジング１０２を通過してキャビティ１１２に入るので、流路１１８をキャビティ１１２と接続する。このように、マニホールド１１６は、キャビティ１１２が不活性パージガスで満たされることを可能にする。マニホールド１１６は、様々な固体材料で構成することができるが、アルミニウム合金又は銅などの高熱伝導率を有する材料から構成することが好ましい。

【0025】

一方向（逆流防止）バルブ１２８はポート１２２に配置され、不活性ガスがマニホールド１１６からキャビティ１１２に流れることができるが、逆方向には流れることができないようになる。一実施形態では、バネ（図示せず）が、逆流防止バルブ１２８のボール（図示せず）と隔離バルブ１００のボール１０８との間のポート１２２に配置される。このバネは、パージガスがポート１２２及びキャビティ１１２に進入しなければならない最小圧力を確立する。

【0026】

あるプロセスステップでは、プロセスツールから下流の配管及び構成要素（例えば、バルブ、真空ポンプ、その他）において固体副生成物が形成されるのを防ぐために熱を必要とする。例えば、凝縮性固体である塩化アルミニウム（Ａｌ₂Ｃｌ₆）は、アルミニウムのエッチング工程の副生成物である。別の例では、六フッ化珪酸アンモニウム（（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆））は、フッ素系チャンバークリーンを用いた窒化ケイ素化学気相成長プロセスの凝縮副生成物である。従って、バルブ１００のボール１０８及びハウジング１０２内での凝縮を最小限にするために、キャビティ１１２に供給されるパージガスは、好ましくは加熱される。

【0027】

図２ｂ及び図２ｃに示すように、マニホールド１１６は、バルブ１００のボール１０８及びハウジング１０２内の凝縮を最小にするようにパージガスの温度を維持するようなサイズにされたヒーター１２６（例えばカートリッジヒーター）を含む。ヒーター１２６は、パージガスの温度を約９０℃以上、好ましくは約１２０℃以上に維持すべきである。マニホールド１１６が、アルミニウム合金又は銅のような高熱伝導率を有する材料で構成されている場合、ヒーター１２６は、マニホールド１１６内の何れか好都合な場所に配置することができる。しかしながら、好ましくは、ヒーター１２６は、マニホールド入口１２０ａよりもマニホールド出口１２０ｂの近くに配置される。図２ｂ及び図２ｃに示すように、ヒーター１２６は、流路１１８及びマニホールド出口１２０ｂに近接してマニホールド１１６内に配置される。

【0028】

加えて、流路１１８は、好ましくは、ヒーター１２６からマニホールド１１６を流れるパージガスへの熱伝達を最適化する。従って、一実施形態では、流路１１８は蛇行しており、ここでパージガスは、ポート１２２に出る前にマニホールド１１６内を行ったり来たりして流れなければならない。別の実施形態では、流路１１８は、乱流を増加させるためにバッフルを含むことができ、又は熱伝達を強化するために充填床とすることができる。

【0029】

上述したように、隔離ボールバルブ１００は、第１の位置と第２の位置とを有する。図２ａは、第１の「開」位置にあるバルブ１００を示し、図２ｂ及び図２ｃは、第２の「閉」位置にあるバルブ１００を示す。バルブ１００が「開」であるとき、プロセスガスは、バルブ入口１０４ａを通ってバルブ１００に流入し、ボール１０８のボア１１４を通って、バルブ出口１０４ｂを通って流出する。図２ａを参照されたい。プロセスガスが「開いた」バルブ１００を通って流れる間、加熱されたパージガスがマニホールドの１１６の流路１１８からキャビティ１１２に流れ、従ってボール１０８及びハウジング１０２を加熱する。キャビティ１１２から、加熱されたパージガスは、開口部１２５を通ってボール１０８のボア１１４に流れ、そこで加熱されたパージガスは、バルブ１００を出る前にプロセスガスと合流する。好ましくは、キャビティ１１２に供給される加熱された不活性ガスの圧力は、不活性ガスがプロセスガス流に流入できるように、プロセスガス流の通常の最大圧力よりも高い。

【0030】

図２ｂ及び図２ｃに示すように、ボールバルブ１００が「閉」であり、バルブ１００内に漏洩がない場合、バルブ１００内のパージガスの圧力が不活性ガス源１２４の圧力に達するまで、加熱されたパージガスがキャビティ１１２及びボア１１４に流入し続ける。従って、通常の状況下では、パージガスは、「閉じた」バルブ１００によって「デッドヘッド」（dead-head）される。しかしながら、例えばボールの傷又は腐食したバルブシート及び／又はＯリングから隔離バルブ１００が損傷を受けた場合、有害なプロセスガスではなく無害な不活性ガスがキャビティ１１２から損傷した領域を通して漏出することになる。

【0031】

隔離バルブ１００の漏洩又は損傷を検出するために、加熱された不活性パージガスの圧力減衰を監視することができる。一実施形態では、図３ａに示すように、ソレノイドバルブ１３０が、マニホールド入口１２０ａより上流の不活性ガス源ライン１３５に、マニホールド１１６への圧力を調整する圧力レギュレータ１３２と共に設置される。また、マニホールド入口１２０ａとソレノイドバルブ１３０との間の不活性ガス源ラインには、圧力トランスデューサ１３４が配置され、マニホールド１１６内の圧力を監視している。ヒーター１２６は、チェックバルブ１３８の上流でマニホールド１１６内に配置される。通常の動作条件下では、不活性ガスの圧力は、一定の予め決められた値に維持されるべきである。

【0032】

上述したように、キャビティ１１２内の加熱された不活性ガスの圧力は、プロセスガスストリームの最大動作圧力よりも高いことが好ましい。プロセスガスストリームの最大圧力は、プロセスチャンバの下流に位置する除害システムなどの機器の特性によって決定付けられる。例えば、除害システムがバーナー（例えば、Ｓｔａｎｔｏｎらに付与され、Ｅｄｗａｒｄｓ Ｌｉｍｉｔｅｄに譲渡された米国特許第７，４９４，６３３号を参照）又は湿式スクラバーである場合、プロセスガスストリームの圧力は、約±５ ｉｎＨ₂Ｏ（又は約±０．１８１ｐｓｉ、又は０．０１２Ｂａｒ）とすることができる。しかしながら、除害システムが、ガス反応器（例えば、Ｓｍｉｔｈらに付与された米国特許第５，５３８，７０２号及びＭａｒｔｉｎ Ｅｒｎｓｔ Ｔｏｌｌｎｅｒによる米国公開番号２００５／０２１７７３２Ａ１を参照）である場合、プロセスガスストリームの圧力は、約３．５ｐｓｉ（すなわち約０．２４Ｂａｒ）ほどの高さとすることができる。従って、前者の例では、バルブ１００に供給されるパージガスの圧力は、約１ｃ約５ｐｓｉ（すなわち、約０．０７～０．３４Ｂａｒ）である。後者の例では、バルブ１００に供給されるパージガスの圧力は、約５～約１５ｐｓｉ（すなわち、約０．３４～約１．０３Ｂａｒ）である。

【0033】

動作中、隔離（ボール）バルブ１００が第２の「閉」位置に回転され、バルブ１００内の加熱された不活性ガスの圧力がデッドヘッドする機会があった直後、ソレノイドバルブ１３０も「閉鎖」される。こうして、キャビティ１１２内は、前段落で述べたように、一定の圧力で不活性ガスが充填された状態となる。従って、バルブに漏洩がなければ、圧力トランスデューサ１３４によって測定される不活性ガスの圧力は一定に保たれる。しかしながら、圧力トランスデューサ１３４が不活性ガスの圧力の減衰（又は低下）を測定した場合、このような減衰は、隔離バルブ１００に漏洩があることを示すものである。

【0034】

別の実施形態では、図３ｂに示すように、流量トランスデューサ１３６がパージガスライン１３５に配置され、パージガスの流量を監視する。圧力レギュレータ１３２もまた、パージガスライン１３５内で流量トランスデューサ１３６の上流に配置される。ヒーター１２６は、チェックバルブ１３８の上流でマニホールド１１６内に配置されている。通常の状況下では、パージガスは、圧力減衰の測定に関して上述したように、キャビティ１１２内でデッドヘッドされる。しかしながら、流量トランスデューサ１３６がパージガスの流れを検出する場合、このような流れは、隔離バルブ１００内に漏洩があることを示すものである。注目すべきは、隔離バルブ１００の故障を検出するために、パージガスライン１３５の流量及び圧力減衰の両方を監視することができることである。これを達成するために、流量トランスデューサ１３６は、圧力トランスデューサ１３４とマニホールド入口１２０ａの間に設置することができる。

【0035】

別の実施形態では、隔離バルブは、図４ａに示されるように、分流バルブ２００である。この実施形態では、分流バルブ２００は、入口２０４ａ（図５に示す）及び２つの出口２０４ｂ及び２０４ｃを備えたハウジング２０２を有する。また、分流バルブ２００は、バルブシート２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄの間に着座した回転ボール２０８を有する。バルブシート２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄは、図４に示すように、ボール２０８を中心として配置される。

【0036】

ボール２０８は、図５に示されるように、単一の「Ｌ」構成を形成するように配置された２つのリム２１４ａ、２１４ｂを備えたボアを有する。注目すべきは、ボア２１４ａ、２１４ｂは、図４ａの水平破線によって表される平面内に配置されていることである。しかしながら、図４ａの垂直破線によって表されるボール２０８の回転軸は、この平面に対して垂直である。この垂直な構成は、キャビティ２１２（後述）をバルブ２００のボア２１４ａ、２１４ｂを通るプロセス流体流路から分離するために必要である。

【0037】

ボール２０８は、第１の位置と第２の位置との間で回転可能である。第１の位置では、ボア２１４ａは入口２０４ａに整列し、ボア２１４ｂは出口２０４ｂに整列する。この第１の位置では、プロセスガスは、入口２０４ａから、出口２０４ｂを通って流れる。図４ａに示されるように、第２の位置では、ボール２０８は、ボア２１４ｂが入口２０４ａと整列し、ボア２１４ａが出口２０４ｃと整列するように回転される。この第２の位置において、プロセスガスは、入口２０４ａから、出口２０４ｃを通って流れる。

【0038】

ボール２０８は、図４ａに示すように、ハウジングの内面から離間して配置され、そこにキャビティ２１２を形成している。キャビティ２１２は、以下に詳細に説明するように、不活性ガスでパージされる。図４ａに示されるように、ボール２０８は、バルブ２００の駆動ドッグ２１９と係合するキースロット２２３を含む。キースロット２２３に近接するボール２０８の小さな開口部２２５は、キャビティ２１２がボア２１４ａ、２１４ｂと流体連通することを可能にする。小さな開口部２２５は、必要な圧力降下を提供するようにサイズ設定されなければならず、従って、キャビティ２１２がプロセス流体流れよりも高い圧力で動作することを可能にする。

【0039】

図４ａ及び４ｂに示すように、ハウジング２０２に密接に結合されているのは、入口２２０ａ及び出口２２０ｂを有する流路２１８を有するマニホールド２１６である。例えば窒素、アルゴン又はヘリウムのような、不活性ガスの加圧源２２４は、マニホールド入口２２０ａに接続される。マニホールド２１６の出口２２０ｂは、図４に示すように、ハウジング２０２内のポート２２２と流体連通している。ポート２２２は、バルブハウジング２０２を通過してキャビティ２１２に入り、こうして流路２１８とキャビティ２１２とを接続する。従って、マニホールド２１６は、キャビティ２１２が加圧された不活性パージガスで満たされることを可能にする。マニホールド２１６は、様々な固体材料で構成することができるが、アルミニウム合金又は銅などの高い熱伝導率を有する材料で構成することが好ましい。

【0040】

一方向（逆流防止）バルブ２２８はポート２２２に配置され、不活性ガスがマニホールド２１６からキャビティ２１２に流れることができるが、逆方向には流れないようになる。一実施形態では、バネ（図示せず）が、逆流防止バルブ２２８のボール２２９と隔離バルブ２００のボール２０８との間のポート２２２に配置される。このバネは、パージガスがポート２２２及びキャビティ２１２に進入しなければならない最小圧力を確立する。

【0041】

図４ｂに示すように、マニホールド２１６は、好ましくは、例えばカートリッジヒーターのようなヒーター２２６を含み、これは、バルブ２００のボール２０８及びハウジング２０２内の凝縮を最小にするようにパージガスの温度を維持するようなサイズにされる。ヒーター２２６は、パージガスの温度を約９０℃以上、好ましくは約１２０℃以上に維持すべきである。マニホールド２１６がアルミニウム合金又は銅のような高い熱伝導率を有する材料で構成されている場合、ヒーター２２６は、マニホールド２１６内の何れか好都合な場所に配置することができる。しかしながら、好ましくは、ヒーター２２６は、マニホールド入口２２０ａよりもマニホールド出口２２０ｂの近くに配置される。図４ｂに示すように、ヒーター２２６は、マニホールド２１６内で流路２１８及びマニホールド出口２２０ｂに近接して配置される。

【0042】

加えて、流路２１８は、好ましくは、ヒーター２２６からマニホールド２１６を流れるパージガスへの熱伝達を最適化する。従って、一実施形態では、流路２１８は、図４ａに示すように蛇行しており、パージガスがポート２２２に出る前にマニホールド２１６内を行ったり来たりして流れなければならない。別の実施形態では、流路２１８は、乱流を増加させるためにバッフルを含むことができ、又は熱伝達を強化するために充填床であってもよい。

【0043】

上述したように、隔離分流バルブ２００は、第１の位置及び第２の位置を有する。ボア２１４ａ、２１４ｂがそれぞれ入口２０４ａ、出口２０４ｂと整列しているとき、プロセスガスは入口２０４ａを通ってバルブ２００に流入し、ボール２０８のボア２１４ａ、２１４ｂを通って、出口２０４ｂを通って出て行く。プロセスガスがボア２１４ａ、２１４ｂを通って流れる間、加熱されたパージガスがマニホールド２１６の流路２１８からキャビティ２１２に流れ、従って、ボール２０８及びハウジング２０２を加熱する。キャビティ２１２から、加熱されたパージガスは、開口部２２５を通ってボール２０８のボア２１４ａ、２１４ｂに流れ、そこで加熱されたパージガスは、バルブ２００から出る前にプロセス流体と合流する。好ましくは、キャビティ２１２に供給される加熱された不活性ガスの圧力は、不活性ガスがプロセスガス流に流入できるように、プロセスガス流の通常の最大圧力よりも高い。

【0044】

同様に、ボア２１４ａ及び２１４ｂがそれぞれ出口２０４ｃ及び入口２０４ａと整列しているとき、プロセスガスは入口２０４ａに流入し、出口２０４ｃを通って流れる。図４ａを参照されたい。第１の位置と同様に、加熱された不活性パージガスがボア２１４ａ、２１４ｂに流入し、プロセス流体と合流する。更に、不活性パージガスの圧力は、好ましくは、プロセスガスの動作圧力よりも高い。

【0045】

従って、動作中、バルブ２００が第１の位置又は第２の位置の何れかにあるとき、加熱された不活性パージガスは、キャビティ及びボア２１４ａ、２１４ｂに絶えず流入する。上述したように、ポート２２２は、パージガスの圧力がプロセスガスの圧力を上回るようにし、ボア２１４ａ、２１４ｂへのパージガスの流れを制御するような大きさにされる。万一、バルブ２００が、例えば、バルブシートの腐食から故障した場合、不活性パージガスの流量が増加することになる。従って、図３ｂに示されるのと同じ構成を使用して、パージガスの流量を監視するために、パージガスラインに流量トランスデューサを配置することができる。流量トランスデューサが相対的な流量の増加を検出した場合、これはバルブの故障を示すものであると考えられる。

【0046】

ハウジング、ボール１０８、２０８、バルブシート１１０ａ、１１０ｂなどの隔離バルブ１００、２００の接液構成要素は、半導体、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネルの製造工程で使用されるフッ素、塩素、臭化水素などのガスに適合している必要がある。同様に、ボール２２９、バネ（図示せず）、ワッシャ（図示せず）、シーリングリング（図示せず）などの逆流防止バルブ１２８、２２８の接液構成要素も、前述のガスに適合していなければならない。ボール１０８、２０８、ボール２２９は、前記ガスに対して耐食性のあるステンレス鋼（例えば、３０４Ｌ、３１６Ｌ等）で構成されることが好ましい。バネ（図示せず）は、ニッケル含有量の多い合金、又は、インコアロイ社製のようなニーモニック材料で構成されることが好ましい。ワッシャ及びシールリング（図示せず）は、ステンレス鋼（３０４Ｌ、３１６Ｌ等）、ハステロイ、バイトン（登録商標）又はカレッツ（登録商標）で構成されることが好ましい。また、マニホールド１１６は、アルミニウムなどの比較的安価な材料で構成することができる。

【0047】

また、本発明による隔離バルブ１００、２００を有するシステム３００が提供される。図６Ａは、本発明によるシステム３００を示す。システム３００は、プロセスチャンバ３０８の出口３０７に接続された１又は２以上の真空ポンプ３０６からの排気３０４を受けるための冗長な除害システム３０２ａ、３０２ｂを有する。排気ライン３０４は各除害システム３０２ａ、３０２ｂにＴ字状に接続（ティー接続、tees into）され、図６ａに示す実施形態では、Ｔ字部（ティー部、the tee）の各ラインに隔離バルブ１００が設置されている。図６ｂに示す別の実施形態３０１では、本発明による分流バルブ２００が、除害システム３０２ａ、３０２ｂより上流のＴ字部に設置されている。何れの実施形態３００，３０１においても、分流バルブ１００，２００は、上述したように構成され機能する。

【0048】

上記で説明され図１～図６ｂの実施形態に示された本発明は、半導体、ソーラーパネル及びフラットパネルディスプレイプロセスにおいて、費用対効果の高い冗長性と強化された安全性を提供するものである。本発明の他の実施形態及び変形が、前述の説明に照らして当業者に容易に明らかになることが予想され、そのような実施形態及び変形も同様に、添付の請求項に定められる本発明の範囲に含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0049】

１００ ボールバルブ
１０２ ハウジング
１０４ａ 入口
１０４ｂ 出口
１０８ ボール
１１０ａ バルブシート
１１０ｂ バルブシート
１１２ キャビティ
１１４ ボア
１１６ マニホールド
１１８ 流路
１１９ 駆動ドッグ
１２０ａ マニホールド入口
１２０ｂ マニホールド出口
１２２ ポート
１２３ キースロット
１２４ 不活性ガス源
１２５ 開口部
１２６ ヒーター
１２８ 一方向バルブ
１３０ ソレノイドバルブ
１３２ 圧力レギュレータ
１３４ 圧力トランスデューサ
１３５ 不活性ガス源ライン
１３６ 流量トランスデューサ
１３８ チェックバルブ
２００ 分流バルブ
２０２ ハウジング
２０４ａ 入口
２０４ｂ 出口
２０４ｃ 出口
２０８ ボール
２１０ａ－ｄ バルブシート
２１２ キャビティ
２１４ａ ボアリム
２１４ｂ ボアリム
２１６ マニホールド
２１８ 流路
２１９ 駆動ドッグ
２２０ａ 入口
２２０ｂ 出口
２２２ ポート
２２３ キースロット
２２４ 不活性ガス源
２２５ 開口部
２２６ ヒーター
２２８ 一方向バルブ
２２９ ボール
３００ システム
３０２ａ 除害システム
３０２ｂ 除害システム
３０４ 排気口
３０６ 真空ポンプ
３０７ 出口
３０８ プロセスチャンバ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6a】

【図6b】