JP2006070948A - 真空用ゲート弁 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で安価であり、低振動でさらにはシール部材の偏磨耗などを防止してＯリングなどの耐久性を向上することができる真空用ゲート弁を提供する。
【解決手段】弁板に形成された２枚一対のシールプレート３０、３２がベースプレート４０に対し離反する方向にそれぞれ移動されることにより、一方のシールプレート３０が第１のシール座面２４ｂに、他方のシールプレート３２が第２のシール座面２６ｂにそれぞれ当接し、ゲート開口部２８が封止される真空用ゲート弁２０であって、 ベースプレート４０と２枚一対のシールプレートの連結部分をベローズで囲繞するとともに、このベローズ内に液体供給手段を接続し、当該液体供給手段から前記ベローズ内に供給される液体の圧力を調整することにより、シールプレートがベースプレートに接近或いは離反する方向に移動させるように調整したこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、半導体製造装置等において、真空室と外部雰囲気との間、または真空室相互間に設けられる真空用ゲート弁に関する。

シリコンウェハなどの半導体製造、薄膜製造、液晶製造などにおいては、クリーンな環境下、高い真空中で、スパッタリング、プラズマエッチングなどのデバイスの成膜処理が行われている。

これらの製造装置において、例えば、真空室と外部雰囲気との間、または真空室相互間で、各チャンバ間を開放または閉止するために、真空用ゲート弁が使用されている。このような真空用ゲート弁は、ワンアクションタイプとツーアクションタイプとに大別することができる。

ワンアクションタイプの真空用ゲート弁は、弁板が直線的に移動する単一の移動によりゲート開口部を封止する構造を備えたもので、ツーアクションタイプのゲート弁は、弁板が直線的に移動した後に、この動きと直交する方向に移動方向を変えることにより、ゲート開口部を封止する構造を備えている（例えば、特許文献１。）
図９および図１０は、特許文献１に開示されているツーアクションタイプの真空用ゲート弁を示したものである。

この真空用ゲート弁１は、ウェハなどワークを出し入れする通路２が形成された弁箱３と、前記弁箱３内に形成された弁座４に着座することにより通路２を閉塞するシール部材８が取付けられた弁板５と、弁板５に連結されて上下動および傾動自在に設けられた弁ロッド６とを有する。

前記弁ロッド６の上部にはブロック７が連結され、ブロック７の両側面には、一組のシリンダ９ａ、９ｂのシリンダチューブ９の両側面にそれぞれ形成されたガイド溝１０に沿って変位する枢軸１１が固着され、前記ブロック７は、枢軸１１が係合するガイド溝１０の案内作用下に上下動および傾動するように設けられている。

すなわち、ブロック７は、枢軸１１がガイド溝１０に案内されて、引張ばね１２を介してヨーク１３と一体的に上下方向に沿って直進運動するとともに、ガイド溝１０の下端部に支持された枢軸１１を支点として矢印Ａ方向に傾動運動するように設けられている。したがって、前記弁板５は、枢軸１１を支点として矢印Ｂ方向に傾動して弁座４に着座することにより、通路２が気密に閉塞される。

このような真空用ゲート弁１では、一本の弁ロッド６の推力で弁板５を押し上げるとともに、カムローラやガイド機構を支点として弁板５を弁ロッド６ごと傾斜させ、弁座４にシール部材８を押し当てるという構造になっている。
特許第２６１３１７１号公報

ところで、この特許文献１に示したタイプの真空用ゲート弁１では、弁板５は直線的な移動を行った後、枢軸１１を支点として矢印Ｂで示したように、斜めに傾斜して弁座４に当接するため、シール部材８が片当たりにより偏磨耗してしまう。又、通常は空圧式のエ
アシリンダにて弁板を駆動させる為、弁座４に当接する際の弁板動作は制御できず、当接瞬間の衝撃力によってシール部材８の耐久性を悪化させるという問題も生じていた。

また、軸シールに使用しているベローズ１４は、毎回枢軸１１の傾斜によって動作方向の軸と直角方向に力を受けるので、耐久性が悪化するなどの問題が生じていた。
また、従来の真空用ゲート弁１の構造では、弁板５の姿勢を元に戻すためにばね１２が必要で、部品点数が多くなり、コスト高になるという問題もある。

さらに、近年、半導体の製造分野では、製膜プロセス環境下での、いわゆるデポ（堆積物）の問題がますます問題視されている。すなわち、通路２内で気体になった生成物が所定の温度以下に冷やされた場合に、弁板５の表面などで気体が固体化し、パーティクルの発生原因になるなどの問題が生じている。

このようなデポによる不具合を防止する目的で、従来は、弁板５の内部にシーズヒータなどの熱源を埋設するとともに弁ロッド６内に電気配線を施して、弁板５を積極的に加温することが行われている。

しかしながら、この方法により加温しても、シーズヒータを埋め込んだ弁板５のみが加温されるだけで、弁箱３内部の他の部材はほとんど加熱されない。よって、プロセスの終了後に弁板５が上方に移動して通路２が開かれた場合に、この付近に滞留する残留ガスが加熱されていない部材の表面に付着してデポが形成され易い。特に、枢軸１１の周囲に設けられたベローズは、表面積も大きく、デポが生じると動作中にデポを挟み込んで機械的に変形し破損され易く、真空用ゲート弁の寿命に悪影響を及ぼすという問題があった。しかも、シーズヒータなどを弁板５に埋設することはコスト高になるという問題もあった。

本発明は、このような実情に鑑み、シール部分などの偏磨耗を防止し、かつＯリングなどのシール部材の耐久性を向上させることができるとともに、いわゆるデポが形成されることを効果的にかつ安価に防止することのできる真空用ゲート弁を提供することを目的としている。

本発明に係る真空用ゲート弁は、
弁箱に貫通して形成されたゲート開口部に向かって、ベースプレートとシールプレートからなる弁板が直線的に移動され、前記ゲート開口部を遮断する位置に配置された後、この動きと直行する方向に該シールプレートが移動し、前記シールプレートがシール座面に当接され、前記ゲート開口部が封止される真空用ゲート弁であって、
前記ベースプレートに前記シールプレートが支軸により連結し、その支軸による連結部分の外周をベローズで囲繞するとともに、このベローズ内に液体供給手段を接続し、当該液体供給手段から前記ベローズ内に供給される液体の圧力を調整することにより、前記シールプレートを該シール座面に対し接近或いは離反する方向に移動させるように調整したことを特徴としている。

また、シールプレートはベースプレートを挟んで対称に２枚結合されていても良い。
係る構成による本発明によれば、弁板が直線的に移動されてきた後に、ベローズ内の液圧を調整することにより、シールプレートを移動させることができる。したがって、ばねのような弁板の戻し用の部材が不要になる。また液体の圧力増減で弁板を垂直にかつスムースに移動させるので、弁ロッドの傾きに起因するシール部材の偏磨耗が生じることもない。また、圧力媒体が液体であり空気のように圧縮性が無い為、弁板の動きを制御性良くコントロールすることができる。したがって、弁板の動きが空気圧制御に比べて緩やかであり、急激な圧力変化による衝撃で磨耗などが生じることもなく、騒音を発生させるよう
なこともない。

さらに、本発明では、前記液体供給手段から供給される液体は、不活性のフッ素系の液体であることが好ましい。
このような液体は、半導体製造分野などで汎用されている液体であることから入手および取り扱いが容易であるとともに、他の金属と反応したり、あるいは加熱により燃焼したりすることがない。

また、本発明では、前記ベローズ内に供給される液体の温度が調整されることが好ましい。
このように液圧流体に加温機構を持たせることにより、弁板のみならず、表面積の大きいベローズ内も均一に加温することができる。したがって、広範囲に渡ってデポの発生を防止することができる。これにより、長期間に渡り、安定したシール性を発揮することができる。

本発明によれば、液体供給圧を調整するだけでシールプレートをシール座面に向かって移動させることができる。このように液圧によるシールプレートの移動は、空圧で調整する場合に比べて移動が緩やかである。また、弁板の傾斜した移動ではなく、開口部に向かって直角になった姿勢で水平に移動するため、偏磨耗などが生じることはない。これにより、シール部材などの片当たりが生じることがないので、これらの損傷を防止することができる。

また、ベローズ内に充填される液体の温度を調整することにより、弁板を初めとしてベローズ表面などを積極的に加温することができる。
これにより、弁板のみならず、ベローズなどにおけるデポの発生を防止することができる。

以下、本発明に係る真空用ゲート弁の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁の全体の斜視図、図２は図１の内部を透視して見たときの斜視図、図３は下面側から内部の一部を透視して見たときの斜視図、図４は、図１の真空用ゲート弁を短手方向と平行な線で切断して見たときの斜視図で、図５は、図４とは反対に長手方向と平行な線で切断して示した斜視図で、図６は図１の真空用ゲート弁を短手方向と平行な線で図４と異なる位置で切断したときの斜視図で、図７は、図１に示した真空用ゲート弁の弁箱を切断して内部を見たときの側断面図で、図８は、図６に示した真空用ゲート弁に、弁板Ａを水平方向に移動させる液体供給手段を接続した状態を示す斜視図である。

なお、以下の説明では、図２および図４などの姿勢で、エアシリンダ５０が延びる方向をゲート弁の「下」、紙面の左をゲート弁の「左」、紙面の右を同じく「右」、紙面の手前側（側壁２６側）を「前」、側壁２４側を「後」などとして説明するが、これらの方向を示す語はあくまで便宜的に用いたもので、真空用ゲート弁の配設向きは、この実施例に何ら限定されるものではない。

すなわち、この真空用ゲート弁２０は、略直方体形状の弁箱２２における互いに対向する一対の側壁２４、２６にそれぞれ略矩形状の開口２４ａ、２６ａが形成されることにより、水平方向に貫通したゲート開口部２８が形成されている。

上記ゲート開口部２８を開閉するために弁箱２２内に収容された弁板Ａは、２枚一対で
左右方向に長く形成されたシールプレート３０、３２と、これらシールプレート３０、３２の中間位置に配置された略矩形状のベースプレート４０を有している。

これらベースプレート４０とシールプレート３０、３２とは、略同形状に形成され、また側板２４、２６に形成された矩形状の開口２４ａ、２６ａを塞ぐことができるように、開口２４ａ、２６ａより大きく形成されている。そして、シールプレート３０、３２における、側板２４、２６に対向する外周域には、それぞれＯリングなどの適宜なシール部材が具備されている。そして、弁板Ａが上方位置に移動されてきた後に、シールプレート３０に具備されたＯリングなどのシール部材が、図７に示したように、側壁２４の開口２４ａの周囲に形成された第１のシール座面２４ｂに当接するとともに、シールプレート３２に具備されたＯリングなどのシール部材が、側壁２６の開口２６ａの周囲に形成された第２のシール座面２６ｂにそれぞれ当接することにより、ゲート開口部２８が密封される。

また、２枚一対のシールプレート３０、３２間には、図５および図６に示したように、所定間隔離間して水平方向に２本の支軸３６ａ、３６ｂが差し渡され、ベースプレート４０に結合されている。そして、これら２本の支軸３６ａ、３６ｂより、シールプレート３０、３２は、それぞれシール座面２４ｂ、２６ｂに接近する方向あるいは離反する方向への移動が案内される。また、これら２本の支軸３６ａ、３６ｂの外方は、図２に示したように、ベローズ３８ａ、３８ｂおよびベローズ４２ａ、４２ｂにより覆われている。

すなわち、図６において右側に位置する支軸３６ａの外方には、シールプレート３０とベースプレート４０との間にベローズ３８ａが装着され、ベースプレート４０とシールプレート３２との間にベローズ３８ｂが装着されている。また、左側に位置する支軸３６ｂの外方には、シールプレート３０とベースプレート４０との間にベローズ４２ａが装着され、ベースプレート４０とシールプレート３２との間に、ベローズ４２ｂが装着されている。

このように、一方の支軸３６ａの外方に配置された直線上のベローズ３８ａ、３８ｂと、他方の支軸３６ｂの外方に配置された直線上のベローズ４２ａ、４２ｂとにより、２本の支軸３６ａ、３６ｂの外方が覆われている。また、ベローズ３８ａ、３８ｂに挟まれた範囲のベースプレート４０には、図６に示したように、細溝４３が貫通して形成され、この細溝４３によりベローズ３８ａ、３８ｂ間が連通されている。したがって、この細溝４３からベローズ３８ａ、３８ｂ内に液体が導入あるいは排出された場合に、ベローズ３８ａ、３８ｂ間を常に同圧に維持することができる。これと同様に、ベローズ４２ａ、４２ｂに挟まれた範囲のベースプレート４０にも、細溝４３(図示せず)が貫通して形成され、この細溝４３により、ベローズ４２ａ、４２ｂ間が連通されている。したがって、ベローズ４２ａ、４２ｂ内に液体が導入あるいは排出された場合に、ベローズ４２ａ、４２ｂ間は常に同圧に維持される。

さらに、本実施例で、弁板Ａを上下方向に移動させるエアシリンダ５０は、弁箱２２の下方に配置されている。そして、エアシリンダシャフト５０ａは、図４に示したように、ベースプレート４０の下面に、中央貫通孔を備えた凸状ガイド５２を介して摺動自在に取り付けられている。これにより、エアシリンダシャフト５０ａが図４において上下方向に移動すると、これに伴って、弁板Ａも上下動することができる。

また、本実施例の真空用ゲート弁２０では、ベースプレート４０の下面と、弁箱２２の底面との間には、図５に示したように、それぞれベローズ７０、８０、９０が設置されている。

上記ベローズ８０は、図５に示したように、エアシリンダ５０のエアシリンダシャフト
５０ａを囲繞するように配置されたもので、このベローズ８０より、エアシリンダシャフト５０ａは外方から覆われている。

上記ベローズ７０、９０は、水平方向に直線状に並べられた一対のベローズ４２ａ、４２ｂおよび一対のベローズ３８ａ、３８ｂ内に液体を供給する通路として使用される。すなわち、ベローズ８０を挟んで両側のベローズ７０、９０には、図８に示したように、外部に設けられた液体供給手段１００が接続されている。この液体供給手段１００は、フッ素系などの不活性流体の液体が貯留された液体供給部８６と、この液体供給部８６に接続された主配管８８と、この主配管８８からベローズ７０、９０に向かって分岐された分岐管９２ａ、９２ｂと、液体供給管８２、８４とから構成されている。

そして、分岐管９２ａ、９２ｂに接続された液体供給管８２、８４の他端が、それぞれベローズ７０、９０内に挿入されている。
なお、本実施例で採用されているベローズ７０、８０、９０、３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂなどは、シール部材を備えたフランジがそれぞれの両端部に具備されており、これらシール部材を備えたフランジを介して相手部材に取り付けられることで、液密の状態で設置されている。したがって、各ベローズ内に液体が導入された場合に、それらの液体が外部に漏れることはない。

このように、外部の液体供給手段１００に接続されたベローズ７０、９０内には、液体供給部８６から主配管８８、分岐管９２ａ、９２ｂ、液体供給配管８２、８４を介してフッ素系の液体がベローズ７０、９０内に供給される。そして、供給された液体の圧力に応じて一対のシールプレート３０、３２が互いに離反する方向に移動したり、あるいは互いに接近する方向へ移動したりすることが可能にされている。

本実施例による真空用ゲート弁２０は、上記のように構成されているが、以下にその作用について説明する。
今、図２の状態にある。すなわち、弁板Ａは、弁箱２２内においてゲート開口部２８の下方に位置し、一対のシールプレート３０、３２は、ベースプレート４０に接近した位置にある。このような状態にあるとき、ベローズ３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂ内の圧力は、比較的小さく、シールプレート３０、３２は側壁２４、２６から離反されている。この状態から、エアシリンダ５０が駆動されると、エアシリンダシャフト５０ａの移動に伴って弁板Ａが上方に移動する。そして、弁板Ａがゲート開口部２８を遮断する位置まで、すなわち、弁箱２２の上方まで案内される。

こうして、弁板Ａがゲート開口部２８を遮断する位置まで移動されると、エアシリンダ５０の駆動が停止され、弁板Ａが所定位置に停止する。すなわち、シールプレート３０、３２が側壁２４、２６の開口２４ａ、２６ａに対向する位置で停止する。

その後、液圧供給手段１００が駆動される。これにより、液体供給部８６から主配管８８、分岐管９２ａを介して一方の液体供給管８２に液体が供給されるとともに、この液体供給管８２を介してベローズ４２ａ、４２ｂ内に液体が供給される。

一方、液体供給部８６から主配管８８、分岐管９２ｂを介して他方の液体供給管８４に液体が供給され、その液体が液体供給管８４を介してベローズ３８ａ、３８ｂ内に導入される。

このようにして、液体供給部８６から同じ圧力の液体が、左右のベローズ３８ａ、３８ｂおよび４２ａ、４２ｂ内に供給される。したがって、一対のシールプレート３０、３２は、拡開する方向すなわち、ベースプレート４０から離反する方向に、バランス良く移動
することになる。こうして、一対のシールプレート３０、３２が拡開する方向に移動することにより、一方のシールプレート３０が側壁２４に形成された第１のシール座面２４ｂに、他方のシールプレート３２が側壁２６に形成された第２のシール座面２６ｂにそれぞれ当接する（図７参照）。これにより、ゲート開口部２８が密封されることになる。

なお、ゲート開口部２８の封止を解除する場合には、ベローズ３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂ内に貯留されている液体を液体供給管８２、８４、分岐管９２ａ、９２ｂ、主配管８８を介して液体供給部８６に戻して配管内部の液圧を下げれば良い。このように、ベローズ７０、９０内の液圧を開放すれば、シールプレート３０、３２をベースプレート４０に接近する方向に移動させることができる。なお、そのときの液圧の変化は極めて小さくてよい。

その後、エアシリンダシャフト５０ａを再び元の下方位置に移動させることにより、図２に示したように、再びゲート開口部２８を開放することができる。
このように、本実施例では、液体供給手段１００によりベローズ３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂ内に液体を供給して内圧を高めるか、あるいはその反対に、ベローズ３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂ内の液圧を開放して内圧を下げるかすれば、ゲート開口部２８の開閉動作を速やかに行うことができる。

さらに、本実施例では、液体供給手段１００により供給される液体の温度を適宜調整することができる。したがって、この液体の温度を比較的高い温度（例えば、１３０℃〜１５０℃）に設定すれば、一対のシールプレート３０、３２のみならず、これらの連結部分に設けられたベローズ３８ａ、３８ｂおよびベローズ４２ａ、４２ｂなどを同時に加温することができる。したがって、気体になった生成物がベローズなどに付着しても、これらが所定の温度以下に冷却されることはないので、固体化を防止することができる。したがって、デポの問題が生じることがない。

さらに、本実施例では、空気のような気体の圧力で弁板を移動させるのではなく、液体の圧力で弁板を移動させるようにしているので、弁板を緩やかに移動させることができる。すなわち、空圧で制御する場合は、気体の圧縮性があるために応答性が悪く、圧力制御もしにくい。それに伴って弁板の移動も制御できないため、シール部材に磨耗や損傷を生じさせやすい。また、衝撃による音などが発生し易い。本実施例の場合は、圧力媒体が非圧縮性の液体であるため、応答性が非常に良く、弁板の制御も容易である。また、本実施例で使用することのできる液体は、水であっても良いが、フッ素系不活性樹脂の液体、例えば、ソルベイソレクシス社製のガルデン（登録商標）などを用いることが好ましい。このような液体を用いれば、入手が容易であることは勿論のこと、耐熱性に優れ、不活性であることから、半導体製造分野で好ましく用いることができる。

また、本実施例によれば、液体の温度を調整することにより、デポの発生を可及的に防止することができる。したがって、その信頼性も向上される。
また、本実施例では、シールプレート３０、３２の移動時に、シール座面などに片当たりすることがないので長期に渡り安定したシール機能を有し、シール部材の磨耗によるパーティクルの発生がない。また、２枚一対のシールプレート３０、３２で両側をシールするようにしているので、どちらの側を真空にする場合であっても好適に適用可能で、さらに逆圧が生じた場合にもシール性能が損なわれることはない。また、液体で制御するので、振動が少なく、スムースな動作を行うことができる。

本実施例によれば、加熱用のシーズヒータを埋め込む必要もなく、シャフトの内部に電気配管を施す必要もない。また、シール座面に垂直に押し付ける動作を機械的に微調整するような必要もなく、シール性能が損なわれることもない。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。例えば、上記実施例では、シールプレート３０、３２がベースプレート４０に対し接近あるいは離反する方向への移動を、流体の圧力で前後動させるようにしているが、これと同様に、弁板Ａの上下方向への移動を液体により移動させることができる。

その場合には、ベローズ７０、８０、９０内に液体供給手段１００を独立して接続し、このベローズ内に液体を導入すれば、その圧力で弁板Ａを上方向に移動させることができる。また、逆に弁板Ａを下方向に移動させる場合は、このベローズ内の液体を液体供給部８６に戻せば良い。なお、弁板Ａの上下動を液圧で行わせる場合、エアシリンダ５０は必要なくなる。

また、上記実施例においては、２枚一対のシールプレート３０、３２が設けられた真空用ゲート弁について説明したが、ベースプレート４０の片面のみに、シールプレート３０が、またはシールプレート３２のみが設けられた真空用ゲート弁においても、適用可能である。

図１は本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁の斜視図である。 図２は、図１に示した真空用ゲート弁の内部を透視して見たときの斜視図である。 図３は図１に示した真空用ゲート弁を下面側から一部透視して見たときの斜視図である。 図４は図１に示した真空用ゲート弁を短手方向と平行な線で切断して示した斜視図である。 図５は図１に示した真空用ゲート弁を長手方向と平行な線で切断して示した斜視図である。 図６は図１に示した真空用ゲート弁を短手方向と平行な線で図４と異なる位置で切断したときの斜視図である。 図７は図１に示した真空用ゲート弁の弁箱を切断して内部を見たときの側断面図である。 図８は図２に示した真空用ゲート弁に液体供給手段を接続した状態を示す斜視図である。 図９は特許第２６１３１７１号に開示された従来の真空用ゲート弁の軸線方向に沿った縦断面図である。 図１０は特許第２６１３１７１号に開示された従来の真空用ゲート弁の軸線方向に沿った縦断面図である。

符号の説明

２０ 真空用ゲート弁
２２ 弁箱
２４、２６ 側壁
２４ａ、２６ａ 開口
２４ｂ、２６ｂ シール座面
２８ ゲート開口部
３０、３２ シールプレート
３６ａ、３６ｂ 支軸
３８ａ、３８ｂ ベローズ
４０ ベースプレート
４２ａ、４２ｂ ベローズ
７０、８０、９０ ベローズ
１００ 液体供給手段
Ａ 弁板

Claims (4)

1. 弁箱に貫通して形成されたゲート開口部に向かって、ベースプレートとシールプレートからなる弁板が直線的に移動され、前記ゲート開口部を遮断する位置に配置された後、この動きと直行する方向に該シールプレートが移動し、前記シールプレートがシール座面に当接され、前記ゲート開口部が封止される真空用ゲート弁であって、
   前記ベースプレートに前記シールプレートが支軸により連結し、その支軸による連結部分の外周をベローズで囲繞するとともに、このベローズ内に液体供給手段を接続し、当該液体供給手段から前記ベローズ内に供給される液体の圧力を調整することにより、前記シールプレートを該シール座面に対し接近或いは離反する方向に移動させるように調整したことを特徴とする真空用ゲート弁。
2. 前記シールプレートが、前記ベースプレートを挟んで対称に２枚結合されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ゲート弁。
3. 前記液体供給手段から供給される液体は、不活性のフッ素系の液体であることを特徴とする請求項１に記載の真空用ゲート弁。
4. 前記ベローズ内に供給される液体の温度が調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の真空用ゲート弁。

Images