JP4079157B2 - ゲートバルブ装置及び処理システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の処理を行う処理チャンバに用いられるゲートバルブ装置及び処理システムに関する。

一般に、半導体デバイスの製造工程にあっては、半導体ウエハに各種の処理、例えばドライエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の各種のプロセスが繰り返し行われる。上記した各種の処理の多くは真空雰囲気下にて行われ、この種の処理を行う処理チャンバに対してウエハの搬出入を行う搬入開口は、処理時にはゲートバルブ装置によって気密性が高い状態でシールされる。
この種のゲートバルブ装置は、例えば特許文献１等において開示されている。例えば真空引き可能になされた処理チャンバの側壁にウエハが通過し得る程度の大きさの僅かな幅の搬入開口を形成し、この搬入開口にゲートバルブ装置を取り付ける。そして、プロセス時にはこのゲートバルブ装置のＯリング等の付いた弁体で上記搬入開口を気密に閉じた状態でプロセス処理を行うことになる。
特開平８−６０３７４号公報

ところで、従来のゲートバルブ装置にあっては、弁体を昇降するための昇降機構や弁体搬出入口へ押し付けるための押しつけ機構の構造がかなり複雑で大掛かりなものとなり、設備コストが増大するのみならず、設置スペースをかなり必要とし、更には、構造が複雑なために信頼性においても若干の問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、構造自体を簡単化して小型化及び低コスト化を実現でき、しかも、動作の信頼性を高く維持することが可能なゲートバルブ装置及び処理システムを提供することにある。

請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定の処理を施すための処理チャンバの搬出入口に取り付けられて、真空状態の搬送室側から前記被処理体を通過させると共に前記搬出入口を開閉するゲートバルブ装置において、前記搬出入口を開閉するように着座可能になされた弁体と、前記弁体の両端部に、前記搬出入口に対する前記弁体の押圧方向に沿って設けられる所定の長さの弁体支持ロッドと、前記弁体支持ロッドに連結されて前記弁体支持ロッドに対して直交する方向への駆動力を前記弁体支持ロッドの前記弁体の押圧方向への推進力と前記弁体を回転する方向への回転力とに時系列的に変換するためのカム機構と、を備え、前記カム機構は、前記弁体支持ロッドを気密に貫通させて摺動自在に支持して内部が気密状態になされた円筒体状のシリンダ部と、前記シリンダ部内に摺動可能に設けられると共に前記弁体支持ロッドを遊嵌状態で挿通させて前記摺動方向に沿って形成された遊嵌長孔を有し、且つ前記弁体支持ロッドに形成した突起状のカムピンを嵌合させて前記弁体支持ロッドを前記弁体方向に向けて移動させるカム孔を有するピストン状のカム部と、前記弁体支持ロッドに形成された長孔に挿通されると共に前記カム部に連結されて、その長さ方向に沿ってカム部案内溝が形成されたスプライン軸と、前記スプライン軸を回転させるために前記カム部案内溝に嵌め込まれて回転可能に支持された接触子と、よりなることを特徴とするゲートバルブ装置である。

一方向への駆動力を、弁体の押圧方向への推進力と弁体を回転する回転方向への回転力とへ時系列的に変換するカム機構を設けるようにして弁体の搬出入口への押圧と回転を行うようにしたので、装置自体を簡単化して小型化でき、装置自体の低コスト化及び動作の信頼性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、被処理体に対して所定の処理を施すための処理チャンバの搬出入口に取り付けられて、真空状態の搬送室側から前記被処理体を通過させると共に前記搬出入口を開閉するゲートバルブ装置において、前記搬出入口を開閉するように着座可能になされた弁体と、前記弁体の両端部に、前記搬出入口に対する前記弁体の押圧方向に沿って設けられる所定の長さの弁体支持ロッドと、前記弁体支持ロッドに連結されて前記弁体支持ロッドに対して直交する方向への駆動力を前記弁体支持ロッドの前記弁体の押圧方向への推進力に変換するためのカム機構と、前記カム機構の全体を所定の角度だけ回転させることができる回転駆動機構と、を備え、前記カム機構は、前記弁体支持ロッドを気密に貫通させて摺動自在に支持して内部が気密状態になされた円筒体状のシリンダ部と、前記シリンダ部内に摺動可能に設けられると共に前記弁体支持ロッドを遊嵌状態で挿通させて前記摺動方向に沿って形成された遊嵌長孔を有し、且つ前記弁体支持ロッドに形成した突起状のカムピンを嵌合させて前記弁体支持ロッドを前記弁体方向に向けて移動させるカム孔を有するピストン状のカム部と、前記弁体支持ロッドに形成された長孔に挿通されると共に前記カム部に連結されて、その長さ方向に沿ってカム部案内溝が形成されたスプライン軸と、前記スプライン軸を回転させるために前記カム部案内溝に嵌め込まれて回転可能に支持された接触子と、よりなることを特徴とするゲートバルブ装置である。

一方向への駆動力を、弁体の押圧方向への堆積力に変換するためのカム機構を設け、この弁体の回転は回転駆動機構で行うようにしたので、装置自体を簡単化して小型化でき、装置自体の低コスト化及び動作の信頼性を向上させることができる。

また例えば請求項３に規定するように、前記カム部の両端部は、前記カムピンの先端位置よりもその直径が大きくなされている。
また例えば請求項４に規定するように、前記カム部は、前記シリンダ部内に導入される加圧ガスによって駆動される。
また例えば請求項５に規定するように、前記スプライン軸には、その長手方向に沿って前記加圧ガスを導入するガス通路が形成されている。

また例えば請求項６に規定するように、前記スプライン軸は、案内筒に摺動可能に収容されると共に、前記接触子は前記案内筒内の先端部に設けられる。
また例えば請求項７に規定するように、前記カム孔は、前記弁体支持ロッドを前進後退させるために前記シリンダ部の軸方向に対して斜めに交差する方向に沿って形成された第１の斜め孔部を有する。
また例えば請求項８に規定するように、前記カム孔は、前記第１の斜め孔部に連通して、前記シリンダ部の長手方向に沿って形成された直線孔部を有する。
また例えば請求項９に規定するように、前記カム孔は、前記直線孔部に連通して、前記軸方向に対して前記第１の斜め孔部とは反対方向へ斜めに交差する方向に沿って形成された第２の斜め孔部を有する。

また例えば請求項１０に規定するように、前記第１及び第２の斜め孔部の先端部は、その傾斜角度が僅かに小さくなされている。
また例えば請求項１１に規定するように、前記先端部の更に先端は、その傾斜角度が逆方向に僅かに向けられている。
また例えば請求項１２に規定するように、前記カム部案内溝は、前記スプライン軸の軸方向に沿って形成された第１の直線溝部を有する。
また例えば請求項１３に規定するように、前記カム部案内溝は、前記第１の直線溝部に連通し、前記スプライン軸の円周方向に対して螺旋状に旋回させて形成した旋回溝部を有する。

また例えば請求項１４に規定するように、前記カム部案内溝は、前記旋回溝部に連通して前記スプライン軸の軸方向に沿って形成された第２の直線溝部を有する。
また例えば請求項１５に規定するように、前記カム部案内溝は、前記スプライン軸の周囲に等間隔で複数本形成されている。
また例えば請求項１６に規定するように、前記２つのシリンダ部は、互いに補強部材で連結されている。

本発明の関連技術は、被処理体に対して所定の処理を施すための処理チャンバの搬出入口に取り付けられて、真空状態の搬送室側から前記被処理体を通過させると共に前記搬出入口を開閉するゲートバルブ装置において、前記搬出入口を開閉するように着座可能になされた弁体と、前記弁体の押圧方向と直交する方向への駆動力を、前記弁体の押圧方向への推進力と前記弁体を回転する方向への回転力とに変換するためのカム機構と、よりなることを特徴とするゲートバルブ装置である。
請求項１７に係る発明は、真空引き可能になされた搬送室と、被処理体に対して所定の処理を施すために前記搬送室の周囲に設けた複数の処理チャンバと、前記搬送室と前記各処理チャンバとの間に介設された請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のされたゲートバルブ装置と、前記搬送室内に設けられて前記各処理チャンバに向けて前記被処理体を搬出入させるために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構と、を備えたことを特徴とする被処理体の処理システムである。

本発明に係るゲートバルブ装置及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明の一例によれば、一方向への駆動力を、弁体の押圧方向への推進力と弁体を回転する回転方向への回転力とへ時系列的に変換するカム機構を設けるようにして弁体の搬出入口への押圧と回転を行うようにしたので、装置自体を簡単化して小型化でき、装置自体の低コスト化及び動作の信頼性を向上させることができる。
本発明の他の一例によれば、一方向への駆動力を、弁体の押圧方向への堆積力に変換するためのカム機構を設け、この弁体の回転は回転駆動機構で行うようにしたので、装置自体を簡単化して小型化でき、装置自体の低コスト化及び動作の信頼性を向上させることができる。

以下に、本発明に係るゲートバルブ装置及び処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るゲートバルブ装置を用いた処理システムの一例を示す平面図、図２は本発明に係るゲートバルブ装置の取り付け状態を示す拡大断面図、図３はゲートバルブ装置の上面図、図４は本発明のゲートバルブ装置を示す斜視図、図５は本発明のゲートバルブ装置の一部であるカム機構を中心として示す断面図、図６は弁体と弁体支持ロッドとの取り付け状態を示す部分斜視図、図７はカム部を示す斜視図、図８はシリング部を示す側面図、図９はスプライン軸を示す図、図１０はスプライン軸が回転する状態を示す斜視図、図１１はカム部と弁体支持ロッドとの取り付け状態を示す斜視図、図１２はカム機構の全体を示す斜視図、図１３は本発明のゲートバルブ装置の開閉及び回転動作を説明する概略斜視図、図１４は本発明のゲートバルブ装置の開閉及び回転動作を行う時の模式図である。

図１に示すように、この処理システム２は、複数、図示例では４つの処理チャンバ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、上記処理チャンバ４Ａ〜４Ｄに対して共通になされた六角形状の搬送室６と、２つのロードロック室８Ａ、８Ｂとを主に有している。具体的には、上記各処理チャンバ４Ａ〜４Ｄはそれぞれ真空引き可能になされていると共に、処理チャンバ４Ａ〜４Ｄ内には、それぞれ被処理体である半導体ウエハＷを載置するための載置台１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが設けられており、ここにウエハＷを載置した状態で各種の処理（プロセス）を施すようになっている。尚、この各種の処理は一般的には真空雰囲気下で行われるが、処理の態様によっては略常圧で行なわれる場合もある。上記各処理チャンバ４Ａ〜４Ｄは、本発明に係るゲートバルブ装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを介して上記搬送室６の各辺にそれぞれ接合されている。

また上記搬送室６内も真空引き及び大気圧復帰が可能になされている。そして、この搬送室６内には、ウエハＷを搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構１４が設けられており、開放された各ゲートバルブ装置１２Ａ〜１２Ｄを介して各処理チャンバ４Ａ〜４Ｄに対してウエハＷを搬入・搬出できるようになっている。

また、上記２つのロードロック室８Ａ、８Ｂは、ゲートバルブ装置１６Ａ、１６Ｂを介して搬送室６に連結されている。このロードロック室８Ａ、８Ｂ内も真空引き及び大気圧復帰が可能になされている。またこれらのロードロック室８Ａ、８Ｂは、ゲートバルブ装置１８Ａ、１８Ｂを介してロードモジュール２０に接続されており、このロードモジュール２０には、ウエハＷを複数枚収容するカセットを設置するポート２２が設けられる。そして、上記ロードモジュール２０内には、屈伸及び旋回可能になされた搬送アーム機構２４が案内レール２６に沿って走行自在に設けられており、上記ポート２２に載置されたカセット内からウエハＷを内部に取り込んで、各ロードロック室８Ａ、８Ｂ内へ搬入できるようになっている。またロードロック室８Ａ、８Ｂ内のウエハＷは搬送室６内の搬送機構１４により取り込まれ、上述したように各処理チャンバ４Ａ〜４Ｄ内へ搬入される。また、ウエハの搬出時には、上記した搬入経路とは逆の経路を通って搬出される。

次に、図２も参照して搬送室６と各処理チャンバ４Ａ〜４Ｄとの間に介設される本発明のゲートバルブ装置１２Ａ〜１２Ｄについて説明する。これらのゲートバルブ装置１２Ａ〜１２Ｄは同一構造なので、これらを代表して図２ではゲートバルブ装置１２として表し、また処理チャンバ４Ａ〜４Ｄを代表して処理チャンバ４として表している。

図２にも示すように、処理チャンバ４を区画する側壁２８にはウエハＷを通過させて搬出入させる細長い搬入開口３０が形成され、また搬送室６を区画する側壁３２にも開口３４が形成されている。そして、上記ゲートバルブ装置１２は、この外殻を形成する例えばアルミニウムよりなる略直方体状の区画壁となる筐体３６を有しており、この断面形状は略正方形になされている。この筐体３６の一側には処理チャンバ４内に連通する細長い搬出入口３７が形成され、この反対側には搬送室６内に連通する細長い開口３８が形成されている。この筐体３６と上記処理チャンバ４及び搬送室６との接合面にはそれぞれＯリング４０、４２が介在されて気密性を保持するようになっている。そして、上記筐体３６内に本発明の特徴とするゲートバルブ装置のゲートバルブ本体が設けられており、必要に応じて上記搬出入口３７に着座してこれを気密にシールし得るようになっている。ここで上記搬出入口３７と搬入開口３０とは一体的に連通されているので、上記搬出入口３７を開閉することにより搬入開口３０も開閉されることになる。

また図２及び図３に示すように、上記筐体３６の天井部には、上記弁体の清浄等のメンテナンス作業を行うための細長いメンテナンス用開口４４が設けられている。このメンテナンス用開口４４には、その外側より例えばよりなるメンテナンス用開閉蓋４６がＯリング４８を介して気密に取り付けられている。この場合、このメンテナンス用開閉蓋４６は、複数本のボルト５０により着脱可能に取り付けられている。そして、このメンテナンス用開閉蓋４６を例えばアクリル樹脂板等よりなる透明板を用いることができる。

次に、上記区画壁となる筐体３６内に収容されるゲートバルブ装置の本体について説明する。このゲートバルブ装置の本体は、図４にも示すように、搬出入口３７を開閉するように着座する弁体５２と、この弁体５２の両端側に設けられた所定の長さの弁体支持ロッド５４と、この弁体支持ロッド５４に連結されて上記弁体支持ロッド５４に対して直交する方向への駆動力を上記弁体５２の押圧方向への推進力と弁体５２を回転する方向への回転力とに時系列的に変換するためのカム機構５６とにより主に構成されている。

上記弁体５２は上記搬出入口３７の形状に対応させて長方形状に形成されており、その前面には、シール性を維持するためのＯリング等よりなるシール部材５８（図５参照）が搬出入口３７を囲み得るように設けられている。上記カム機構５６は、弁体支持ロッド５４に対応させて弁体５２の両端に配置されており、筐体３６である区画壁に取り付け部材６０により取り付けられている。上記カム機構５６は、板状に補強部材７２により互いに連結されており、同期して回転し得るようになっている。

ここで上記カム機構５６について説明するが、左右のカム機構５６は、左右対象に構成されている点を除いて具体的な構造は同じなので、図中、右側のカム機構５６を例にとって説明する。すなわち、図５に示すように、上記カム機構５６は、上記区画壁となる筐体３６側にその基部が回転自在に支持された円筒体状のシリンダ部７４と、このシリンダ部７４内に摺動自在に設けられるピストン状のカム部７６と、この内筒カム部７６に連結されたスプライン軸７８と、このスプライン軸７８を回転させるために上記スプライン軸７８に接触して回転可能になされた接触子８０とにより主に構成されている。

具体的には、まず上記弁体支持ロッド５４は、図６に示すように、ロッド先端部において上方向及び下方向へ突出した突起状の一対のカムピン８２が設けられており、このカムピン８２はそれ程長くなく、全体が上記シリンダ部７４内へ納まるような寸法となっている。また、この弁体支持ロッド５４には、上記カムピン８２を略中央に位置させて、横方向に貫通するスプライン軸用長孔８４が形成されており、このスプライン軸用長孔８４内に上記スプライン軸７８を遊嵌状態で通し得るようになっている。そして、このスプライン軸用長孔８４は所定の長さを有しており、上記スプライン軸７８を通した状態で弁体支持ロッド５４が前進後退できるようになっている（図１１参照）。

上記シリンダ部７４は、先端部は封止されると共に、その基部は気密性を保持するための磁性流体シールの付いた軸受８６により筐体３６のフランジ部３６Ａに回転自在に支持されている。そして、このフランジ部３６Ａの外側端部は肉厚板状の取り付け部材６０により固定的に覆われている。そして、このシリンダ部７４の基端部の開口は、上記取り付け部材６０と一体化された円板状の蓋部材８８がＯリング等のシール部材９０を介して摺動可能に取り付けられており、このシリンダ部７４内の気密性を保持しつつこの回軸を許容し得るようになっている。

また、このシリンダ部７４の側壁には、一対のロッド用開口９２（図１４参照）が形成されており、このロッド用開口９２に上記弁体支持ロッド５４をスライド可能に挿通させるようになっている。また、各ロッド用開口９２の周囲にはＯリング等よりなるシール部材９４が設けられており、このシリンダ部７４内のシール性を維持しつつ上記弁体支持ロッド５４のスライド移動を許容できるようになっている。そして、このシリンダ部７４の一側に、他方のシリンダ部とを連結する上記補強部材７２が接合されている。

上記ピストン状のカム部７６は、上記シリンダ部７４内を気密に摺動移動するものであり、その前後に加圧空気や加圧窒素などが導入される空気室９４Ａ、９４Ｂが形成される。具体的には、図５、図７〜図９に示すように、このカム部７６は、その両端にＯリング等のシール部材９６を介してシリンダ部７４内に摺動可能に嵌め込まれている。ここでこのカム部７６の両端部の直径は、その内側部分よりも少し大きくなされて、カムピン８２の先端位置よりも半径方向へ広くなされており、前述したように弁体支持ロッド５４のカムピン８２がシリンダ部７４内に納まるようになっている。また、このカム部７６の基端部側は開口されており、この開口に上記蓋部材８８より延びる細長い筒状の案内筒９８が挿通されている（図５参照）。この案内筒９８の基端部側の中空部は、上記取り付け部材６０側まで延びている。そして、上記カム部７６の基端部側の開口の内側には、Ｏリング等よりなるシール部材１００を介して上記案内筒９８の周囲に接しており、気密性を維持しつつ摺動移動できるようになっている。

またカム部７６の先端側は先端蓋部１０２により覆われている。そして、このカム部７６の側壁（図５中では水平方向）には、一対の遊嵌長孔１０４が形成されており、この遊嵌長孔１０４に上記弁体支持ロッド５４を遊嵌状態で挿通できるようになっている（図８（Ａ）参照）。そして、この遊嵌長孔１０４は、カム部７６の長さ方向に沿って一定の長さを有しており、上記弁体支持ロッド５４を挿通した状態で長孔の長さ分の距離だけカム部７６の長さ方向へ移動できるようになっている。

またこのカム部７６の側壁（図１１中では上下方向）には、上記遊嵌長孔１０４とはその周方向へ９０度異なる位置に、上記カムピン８２に嵌合される一対のカム孔１０６が形成されている（図８（Ｂ）参照）。具体的には、図８（Ｂ）に示すように、このカム孔１０６は、上記弁体支持ロッド５４を前進後退させるためにシリンダ部７４やカム部７６の軸方向１０８に対して斜めに交差する方向に沿って形成された第１の斜め孔部１０６Ａと、これに連通してシリンダ部７４やカム部７６の長手方向に沿って形成された直線孔部１０６Ｂと、これに連通して上記軸方向１０８に対して上記第１の斜め孔部１０６Ａとは反対方向へ斜めに交差する方向に沿って形成された第２の斜め孔部１０６Ｃとにより形成されている。尚、弁体５２のメンテナンスを行われない場合には、後述するようにこの第２の斜め孔部１０６Ｃは不用である。

そして上記カム孔１０６に上記カムピン８２が嵌め込まれており、このカム部７６をその軸方向へ移動させることによって弁体５２を含む弁体支持ロッド５４を前進させたり、後退させたり、または弁体５２自体を回転できるようになっている。例えば弁体支持ロッド５４を前進、または後退させるには、上記第１の、又は第２の斜め孔部１０６Ａ、１０６Ｃの部分でカムピン８２を相対的に往復移動させればよく（図１３（Ａ）及び図１３（Ｃ）参照）、弁体５２自体を９０度回転させるには直線孔部１０６Ｂの部分でカムピン８２を相対的に往復移動させればよい（図１３（Ｂ）参照）。

そして、このカム部７６内には、図９に示すような上記スプライン軸７８が挿入されて、その先端部が上記カム部７６の先端蓋部１０２に一体的に取り付け固定されている。ここで図９（Ａ）はスプライン軸７８の側面を示し、図９（Ｂ）は図９（Ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面を示す。このスプライン軸７８は、その中心にガス通路１１０が貫通させて形成されており、後述するようにこれに供給される加圧ガスを先端の空気室９４Ａに導入できるようになっている。

すなわち、この先端の空気室９４Ａに加圧ガスを導入することにより、このカム部７６を、図５中において右方向へ移動できるようになっている。図５においては、カム部７６が最も左側へ移動した時の状態を示している。そして、このスプライン軸７８の基端部は、このシリンダ部７４内の途中まで延びている上記案内筒９８内へＯリング等のシール部材１１２を介して挿入されており、この案内筒９８内を摺動移動できるようになっている。
そして、この案内筒９８の基端部の取り付け部材６０には、上記案内筒９８内に対して加圧ガスの供給、或いは排気を行う第１給排ポート１１４が設けられており、この第１給排ポート１１４を介して上記空気室９４Ａ内に対して加圧ガスの給排を行うようになっている。また、この取り付け部材６０及び蓋部材８８には、他方の空気室９４Ｂ内へ加圧ガスを給排するための第２給排ポート１１８が形成されている（図５参照）。

そして、上記スプライン軸７８には、その長手方向に沿ってカム部案内溝１１６が形成されている。このカム部案内溝１１６は、その周方向に沿って等間隔で複数本、図９に示す場合には３本設けられている。そして、この各カム部案内溝１１６には、図５に示すように、上記案内筒９８内の先端部に回転可能に設けたボール状、或いは円柱状の接触子８０が嵌め込まれており、この接触子８０の部分をカム部案内溝１１６が通るようにスプライン軸７８が前後方向へ移動できるようになっている。ここで上記カム部案内溝１１６は、直線→旋回→直線の順序で連続的に形成されている。

具体的には、図９（Ａ）に示すように、このカム部案内溝１１６は、このスプライン軸７８の長手方向に沿って形成された第１の直線溝部１１６Ａと、この第１の直線溝部１１６Ａに連通してスプライン軸７８の周方向に対して螺旋状に旋回させて形成した旋回溝部１１６Ｂと、この旋回溝部１１６Ｂに連通して上記スプライン軸７８の軸方向に沿って形成された第２の直線溝部１１６Ｃとにより形成されている。この時のスプライン軸７８の動きは、図１０にも示されており、上記接触子８０は、回転可能に一箇所で固定的に設けられているので、スプライン軸７８が図１０中において右方向へ移動する場合、第１及び第２の直線溝部１１６Ａ、１１６Ｃが接触子８０と接触している部分ではスプライン軸７８は回転することなく右方向へ移動し、旋回溝部１１６Ｂが接触子８０と接触する部分ではスプライン軸７８は一方向へ回転しつつ右方向へ移動することになる。尚、スプライン軸７８が左方向へ移動する場合には上記とは逆の動きとなる。

また図５へ戻って、取り付け部材６０には、上記案内筒９８の基端部側の中空部へ必要に応じて出没可能になされたネジストッパ１２０が設けられており、弁体５２のメンテナンスを行う時以外はこのネジストッパ１２０の先端を内部に突出させておき、図５中においてこれ以上、スプライン軸７８が右側へ（奥まで）行かないようにストップをかけるようになっている。

次に、以上のように構成されたゲートバルブ装置の動作ついて説明する。
まず、ウエハＷの搬出入を行わない時、例えばプロセス処理中には、弁体５２で処理チャンバ側の搬出入口３７を密閉状態で閉じておく（図２中の実線で示される）。これに対して、この処理チャンバに対してウエハＷの搬出入を行う時には、ウエハＷを搬出入口３７から引き離した状態で、このゲートバルブ本体の全体を上方へ、或いは下方へ９０度回転させた状態で、弁体５２と補強部材７２との間の間隙を介してウエハＷの搬出入を行う。この時の状態は図２中の一点鎖線で示され、ここではゲートバルブ本体を上方へ９０度回転させた状態を示す。そして、弁体５２に対するメンテナンスを行う場合には、図２中の一点鎖線で示す状態から弁体５２を上方へ押し上げてこれを上方に位置するメンテナンス用開口４４に気密に密着させ、そして、メンテナンス用開閉蓋４６（図３参照）を取り外して弁体５２に対するメンテナンスを行うことになる。

次に、上記ゲートバルブ本体の具体的動作について説明する。
まず、本発明のゲートバルブ装置では、上述した一連の動作は、図５中に示すように、カム機構５６のシリンダ部７４内のカム部７６をシリンダ部７４内で往復移動させることによって行うことができる。尚、弁体５２の両端に設けられているカム機構５６は、この際、同期して動作されるのは勿論である。

上記シリンダ部７４内のカム部７６を左右方向に移動させるには、図５中において左側の空気室９４Ａ、或いは右側の空気室９４Ｂへ加圧ガスを導入する。一方の空気室に加圧ガスを導入する際には、他方の空気室の加圧ガスを抜くようにしてカム部７６の円滑な移動を行う。例えば空気室９４Ａへ加圧ガスを導入する場合には、取り付け部材６０に設けた第１給排ポート１１４より加圧ガスを供給し、この加圧ガスは案内筒９８内及びスプライン軸７８の中心に設けたガス通路１１０を介して空気室９４Ａへ至る。また他方の空気室９４Ｂへ加圧ガスを導入する場合には、第２給排ポート１１８より加圧ガスを供給する。尚、これらの加圧ガスの圧力は、例えば５ｋｇ／ｃｍ^２ 程度である。

さて図５は弁体５２が搬出入口３７に接触して押し付けられており、これを閉じている状態を示している（図１３（Ａ）及び図１４（Ａ）参照）。すなわちカム部７６は一番左側に位置している。この状態では弁体支持ロッド５４に設けたカムピン８２はカム部７６のカム孔１０６の第１の斜め孔部１０６Ａ（図８（Ｂ）参照）の一番右側に位置している。

この状態より左側の空気室９４Ａに加圧ガスを次第に導入してカム部７６を徐々に右側へ移動させると、上記カムピン８２はカム孔１０６に沿って案内移動されるので、カムピン８２は第１の斜め孔部１０６Ａに沿って移動することになる。この時点では上記カム部７６は回転することなく直線的に右側に移動する。なぜならスプライン軸７８のカム部案内溝１１６の第１の直線溝１１６Ａ（図９（Ａ）参照）に接触子８０が嵌まり込んでいるので、スプライン軸７８が直線的に案内筒９８内へ挿入されて行くからである。

従って、上記したようにカムピン８２が第１の斜め孔部１０６Ａに沿って移動することは、弁体支持ロッド５４及びこれに連結されている弁体５２が搬出入口３７から離れてこれを解放することになる（図１３（Ｂ）及び図１４（Ｂ）参照）。すなわち、第１の斜め孔部１０６Ａに沿ってカムピン８２を往復させると、弁体５２は前進或いは後退を繰り返すことになる。
そして、カムピン８２が第１の斜め孔部１０６Ａと直線孔部１０６Ｂとの接合点までくると、弁体５２の後退は停止し、カム部７６を右側に移動させると、このカムピン８２は上記直線孔部１０６Ｂ（図８（Ｂ）参照）に沿って移動することになり、この直線孔部１０６Ｂの左端まで行くことになる。

この際、案内筒９８の先端に取り付けている接触子８０（図５参照）は、スプライン軸７８のカム部案内溝１１６の旋回溝部１１６Ｂ（図９（Ａ）参照）と接触してスプライン軸７８を旋回方向へ案内しているので、このスプライン軸７８、カム部７６及びシリンダ部７４は、このシリンダ部７４の基部に設けた軸受８６（図５参照）を介して一体的に回転することになり、これに伴って弁体支持ロッド５４及び弁体５２も９０度回転して上方へ向くことになる（図１３（Ｃ）及び図１４（Ｃ）参照）。すなわち、上記直線孔部１０６Ｂに沿ってカムピン８２が往復すると、上記弁体５２が後退された状態で、すなわち搬出入口３７から離間された状態で、弁体５２を含むゲートバルブ本体の全体が９０度往復回転を行うことになる。
そして、このように弁体５２等が９０度回転して上方を向いた状態で（図２中の一点鎖線で示す弁体５２の状態）、前述したように弁体５２と補強部材７２との間の間隙を通ってウエハＷの搬出入が行われることになる。

このように、ウエハＷの搬出入とプロセス処理とを繰り返し行う通常の動作時には、図５中の取り付け部材６０に設けたネジストッパ１２０を中へ送り込んでその先端を案内筒９８内へ破線１２０Ａに示すように突出させておき、これよりスプライン軸７８が右側（奥へ）進行しないようにストップさせている。従って、上記カムピン８２は、上記直線孔部１０６Ｂと第１の斜め孔部１０６Ａとに沿って連続的に往復移動する動作だけとなるので、弁体５２の開閉動作及びこの９０度の回転動作が連続的に、すなわち時系列的に行われることになる。換言すれば、シリンダ状のカム部７６を往復動作させることにより、その駆動力を弁体５２の押圧方向への推進力と弁体５２を回転する方向への回転力へと時系列的に変換することができる。ここで、カム部７６のカム孔１０６の屈曲形状とスプライン軸７８のカム部案内溝１１６の屈曲形状とを完全に一致させる必要はなく、例えば弁体５２が筐体３６の区画壁と干渉しない範囲で、弁体５２の後退を行いつつこの弁体５２の回転動作を開始するように上記カム孔１０６とカム部案内溝１１６の屈曲形状をそれぞれ設定するようにしてもよい。

次に、弁体５２のメンテナンス時の動作について説明する。
この場合には、図５に示す取り付け部材６０に設けたネジストッパ１２０を緩めてその先端が案内筒９８内に突き出ていないような状態とし、スプライン軸７８がより奥まで（図５中においてより右側）侵入できるような状態に設定する。この状態でカム部７６を加圧ガスにより更に右側へ移動させると、カムピン８２は図８（Ｂ）中の第２の斜め孔部１０６Ｃに沿って移動し、これによって、弁体５２は図１３（Ｃ）及び図１４（Ｃ）に示すように上方向を向いた状態から更に上方向へ前進することになり、これによって弁体５２はメンテナンス用開口４４に押圧されてこれを気密にシールすることになる（図２及び図１４（Ｄ）参照）。その後は、前述したように、メンテナンス用開閉蓋４６を取り外して弁体５２に対するメンテナンス作業が行われることになる。

このように、カム部７６に対する一方向への駆動力を、弁体５２の押圧方向への推進力と弁体を回転する回転方向への回転力とへ時系列的に変換するカム機構５６を設けるようにして弁体の搬出入口３７への押圧と回転を行うようにしたので、装置自体を簡単化して小型化でき、装置自体の低コスト化及び動作の信頼性を向上させることができる。
従って、構造自体を簡単化して小型化及び低コスト化を実現でき、しかも、動作の信頼性を高く維持することができる。

ところで、上記弁体５２を搬出入口３７やメンテナンス用開口４４へ押し付けている場合には、介在されるシール部材５８を十分に押しつぶす必要があり、しかも、この状態で常に弁体５２を押し戻そうとする反発力を受けていることになる。そこで、この時の弁体５２の位置をロックするために、カム孔１０６の上記第１及び第２の斜め孔部１０６Ａ、１０６Ｃの端部は、それぞれ特別な処理が行われている。図１５はカム孔１０６の斜め孔部の先端部の形状を示す拡大図であり、併せて中心軸の軌跡を併記している。尚、第１と第２の斜め孔部１０６Ａ、１０６Ｃの形状は左右対象なので、ここでは第２の斜め孔部１０６Ｃを例にとって説明する。

すなわち、この第２の斜め孔部１０６の傾斜角度θ１は、その先端部１３０で僅かに小さくなされて、傾斜角度θ１よりも小さい傾斜角度θ２になされている。この傾斜角度θ２になされている長さは非常に短くて例えば１〜２ｍｍ程度であり、この部分ではカム部７６の移動量に対する弁体支持ロッド５４の押圧方向への移動量が少なくなるので、その分、シール部材５８に対する押圧力が増してシールを確実に行うことができる。

更に、上記先端部１３０の更に先端１３０Ａは、この傾斜角度が逆方向に角度θ３だけ僅かに向けられて小さな円弧状に成形されており、この先端１３０Ａの部分でカムピン８２を受けてロックできるようになっている。上記角度θ３は、弁体５２を逆方向へ動かす時に、シール部材５８が僅かに縮むことによってカムピン８２が乗り越えられるような僅かな角度であり、逆方向への力になって容易に解除できるようになされている。
また上記実施例において、弁体５２に対するメンテナンス作業時の弁体５２の前進後退を行わない場合には、この動作を行うに要するカム部７６の第２の斜め孔部１０６Ｃ（図８（Ｂ）参照）及びスプライン軸７８の第２の直線溝部１１６Ｃは設ける必要がない。

また上記実施例においては、弁体５２を含むゲートバルブ本体の回転動作をカム部７６の軸方向への駆動力を変換して行うようにしたが、これに限らず、弁体５２の前進後退のみをカム部７６の軸方向への移動で行い、弁体５２を含むゲートバルブ本体の回転動作を、別個設ける回転駆動機構で行うようにしてもよい。

すなわち、この場合には図５に示す構成において、取り付け部材６０に代えて、或いはこの外側に、上記シリンダ部７４を直接的に、或いは間接的に回転させるためにモータと歯車等よりなる回転駆動機構を設けるようにする。更に、この場合には、カム機構５６は、弁体５２を前進及び後退させる機能だけを有していればよいので、カム部７６の直線孔部１０６Ｂ及び第２の斜め孔部１０６Ｃは不要となり、第１の斜め孔部１０６Ａのみ設ければよい。同様に、スプライン軸７８の旋回溝部１１６Ｂ及び第２の直線溝部１１６Ｃは不要となり、第１の直線溝部１１６Ａのみ設ければよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミックス基板等にも本発明を適用できるのは勿論である。

本発明に係るゲートバルブ装置を用いた処理システムの一例を示す平面図である。 本発明に係るゲートバルブ装置の取り付け状態を示す拡大断面図である。 ゲートバルブ装置を示す上面図である。 本発明のゲートバルブ装置を示す斜視図である。 本発明のゲートバルブ装置の一部であるカム機構を中心として示す断面図である。 弁体と弁体支持ロッドとの取り付け状態を示す部分斜視図である。 カム部を示す斜視図である。 シリング部を示す側面図である。 スプライン軸を示す図である。 スプライン軸が回転する状態を示す斜視図である。 カム部と弁体支持ロッドとの取り付け状態を示す斜視図である。 カム機構の全体を示す斜視図である。 本発明のゲートバルブ装置の開閉及び回転動作を説明する概略斜視図である。 本発明のゲートバルブ装置の開閉及び回転動作を行う時の模式図である。 カム孔の斜め孔部の先端部の形状を示す拡大図である。

符号の説明

２ 処理システム
４，４Ａ〜４Ｄ 処理チャンバ
６ 搬送室
１２，１２Ａ〜１２Ｄ ゲートバルブ装置
１４ 搬送機構
３６ 筐体
３７ 搬出入口
５２ 弁体
５４ 弁体支持ロッド
５６ カム機構
７２ 補強部材
７４ シリンダ部
７６ カム部
７８ スプライン軸
８０ 接触子
８２ カムピン
９４Ａ，９４Ｂ 空気室
１０４ 遊嵌長孔
１０６ カム孔
１０６Ａ 第１の斜め孔部
１０６Ｂ 直線孔部
１０６Ｃ 第２の斜め孔部
１１６ カム部案内溝
１１６Ａ 第１の直線溝部
１１６Ｂ 旋回溝部
１１６Ｃ 第２の直線溝部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (17)

1. 被処理体に対して所定の処理を施すための処理チャンバの搬出入口に取り付けられて、真空状態の搬送室側から前記被処理体を通過させると共に前記搬出入口を開閉するゲートバルブ装置において、
   前記搬出入口を開閉するように着座可能になされた弁体と、
   前記弁体の両端部に、前記搬出入口に対する前記弁体の押圧方向に沿って設けられる所定の長さの弁体支持ロッドと、
   前記弁体支持ロッドに連結されて前記弁体支持ロッドに対して直交する方向への駆動力を前記弁体支持ロッドの前記弁体の押圧方向への推進力と前記弁体を回転する方向への回転力とに時系列的に変換するためのカム機構と、を備え、
   前記カム機構は、
   前記弁体支持ロッドを気密に貫通させて摺動自在に支持して内部が気密状態になされた円筒体状のシリンダ部と、
   前記シリンダ部内に摺動可能に設けられると共に前記弁体支持ロッドを遊嵌状態で挿通させて前記摺動方向に沿って形成された遊嵌長孔を有し、且つ前記弁体支持ロッドに形成した突起状のカムピンを嵌合させて前記弁体支持ロッドを前記弁体方向に向けて移動させるカム孔を有するピストン状のカム部と、
   前記弁体支持ロッドに形成された長孔に挿通されると共に前記カム部に連結されて、その長さ方向に沿ってカム部案内溝が形成されたスプライン軸と、
   前記スプライン軸を回転させるために前記カム部案内溝に嵌め込まれて回転可能に支持された接触子と、よりなることを特徴とするゲートバルブ装置。
2. 被処理体に対して所定の処理を施すための処理チャンバの搬出入口に取り付けられて、真空状態の搬送室側から前記被処理体を通過させると共に前記搬出入口を開閉するゲートバルブ装置において、
   前記搬出入口を開閉するように着座可能になされた弁体と、
   前記弁体の両端部に、前記搬出入口に対する前記弁体の押圧方向に沿って設けられる所定の長さの弁体支持ロッドと、
   前記弁体支持ロッドに連結されて前記弁体支持ロッドに対して直交する方向への駆動力を前記弁体支持ロッドの前記弁体の押圧方向への推進力に変換するためのカム機構と、
   前記カム機構の全体を所定の角度だけ回転させることができる回転駆動機構と、を備え、
   前記カム機構は、
   前記弁体支持ロッドを気密に貫通させて摺動自在に支持して内部が気密状態になされた円筒体状のシリンダ部と、
   前記シリンダ部内に摺動可能に設けられると共に前記弁体支持ロッドを遊嵌状態で挿通させて前記摺動方向に沿って形成された遊嵌長孔を有し、且つ前記弁体支持ロッドに形成した突起状のカムピンを嵌合させて前記弁体支持ロッドを前記弁体方向に向けて移動させるカム孔を有するピストン状のカム部と、
   前記弁体支持ロッドに形成された長孔に挿通されると共に前記カム部に連結されて、その長さ方向に沿ってカム部案内溝が形成されたスプライン軸と、
   前記スプライン軸を回転させるために前記カム部案内溝に嵌め込まれて回転可能に支持された接触子と、よりなることを特徴とするゲートバルブ装置。
3. 前記カム部の両端部は、前記カムピンの先端位置よりもその直径が大きくなされていることを特徴とする請求項１又は２記載のゲートバルブ装置。
4. 前記カム部は、前記シリンダ部内に導入される加圧ガスによって駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
5. 前記スプライン軸には、その長手方向に沿って前記加圧ガスを導入するガス通路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
6. 前記スプライン軸は、案内筒に摺動可能に収容されると共に、前記接触子は前記案内筒内の先端部に設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
7. 前記カム孔は、前記弁体支持ロッドを前進後退させるために前記シリンダ部の軸方向に対して斜めに交差する方向に沿って形成された第１の斜め孔部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
8. 前記カム孔は、前記第１の斜め孔部に連通して、前記シリンダ部の長手方向に沿って形成された直線孔部を有することを特徴とする請求項７記載のゲートバルブ装置。
9. 前記カム孔は、前記直線孔部に連通して、前記軸方向に対して前記第１の斜め孔部とは反対方向へ斜めに交差する方向に沿って形成された第２の斜め孔部を有することを特徴とする請求項８記載のゲートバルブ装置。
10. 前記第１及び第２の斜め孔部の先端部は、その傾斜角度が僅かに小さくなされていることを特徴とする請求項９記載のゲートバルブ装置。
11. 前記先端部の更に先端は、その傾斜角度が逆方向に僅かに向けられていることを特徴とする請求項１０記載のゲートバルブ装置。
12. 前記カム部案内溝は、前記スプライン軸の軸方向に沿って形成された第１の直線溝部を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
13. 前記カム部案内溝は、前記第１の直線溝部に連通し、前記スプライン軸の円周方向に対して螺旋状に旋回させて形成した旋回溝部を有することを特徴とする請求項１２記載のゲートバルブ装置。
14. 前記カム部案内溝は、前記旋回溝部に連通して前記スプライン軸の軸方向に沿って形成された第２の直線溝部を有することを特徴とする請求項１３記載のゲートバルブ装置。
15. 前記カム部案内溝は、前記スプライン軸の周囲に等間隔で複数本形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
16. 前記２つのシリンダ部は、互いに補強部材で連結されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のゲートバルブ装置。
17. 真空引き可能になされた搬送室と、
    被処理体に対して所定の処理を施すために前記搬送室の周囲に設けた複数の処理チャンバと、
    前記搬送室と前記各処理チャンバとの間に介設された請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のされたゲートバルブ装置と、
    前記搬送室内に設けられて前記各処理チャンバに向けて前記被処理体を搬出入させるために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構と、
    を備えたことを特徴とする被処理体の処理システム。

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