JP4485580B2 - プラズマcvd装置のゲートバルブ - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマCVD装置に使用されるゲートバルブに関する。
ゲートバルブの従来の構造の一例を図6及び図7に示す。図6は、ゲートバルブの構造の一例を示す分解斜視図、図7はゲートバルブの縦断面図である。このゲートバルブは、特開2004−36762号公報に開示されているゲートバルブ(真空用ゲート弁)である。
このゲートバルブ101は、略箱形状の弁箱本体102と、サイドプレート103と、弁箱本体102の下端開口を覆うボンネットフランジ部材104と、軸106に支持された長形の弁体105とから構成されている。
弁箱本体102のサイドプレート103が装着される一方の長側壁108と他方の長側壁108との間には、略矩形状のゲート開口部109aが貫通して形成されており、サイドプレート103にも、略矩形状のゲート開口部109bが貫通して形成されている。
弁箱本体102内には、ゲート開口部109a,109bを上下に挟む位置関係で、図の上方側に上方シール座面111が、図の下方側に下方シール座面116がそれぞれ形成され、これらのシール座面111,116は、段違いではあっても、全体が変形した環形状となるように、連続して形成されている。これにより、弁箱本体102内部には、上方シール座面111から下方シール座面116に至るまでの連続したシール座面が構成されている。
一方、弁体105の先端部105aの端面及び基端部105bの端面には、シール部材113が装着されている。シール部材113は、図8に示すように、長細い環状に形成されており、上方シール座面111と下方シール座面116との連続する段違い部に対応する略U字状部分113a,113aから上下両側に押し開いた姿勢で、弁体105の外周面(すなわち、先端部105aの端面及び基端部105bの端面)に装着されている。
そして、弁体105がゲート開口部109a,109bを閉じる方向(図中、上方向)に移動したときに、その先端部105a及び基端部105bに装着されているシール部材113が、弁箱本体102の上方シール座面111及び下方シール座面116にそれぞれ圧接され、これにより、弁箱本体102のゲート開口部109a,109b間の流通が遮断されるようになっている。
上記構成において、弁体105の移動は、図示しないエアーシリンダによる駆動手段によって行われており、弁体105をゲート開口部109a,109bを閉じる方向に移動したときの、シール部材113と上方シール座面111及び下方シール座面116との圧接力(すなわち、シール部材113の潰し量)は、このエアーシリンダによるエアー圧を変えることによって制御されている。
ところで、最近はゲートバルブ自体の形状が大きくなり、これに伴って弁体105も大型化する傾向にあるため、この弁体105を駆動するエアシリンダの駆動力も大きくなっている。そして、その駆動力でシール部材113をシール座面111,116に押し付けてしまうと、シール部材113を押さえ過ぎて余分な力がかかることになる。
この場合、設計段階では、シール部材113がシール座面111,116に均等に当たるように設計しているが、使用による経年変化等により、シール部材113とシール座面111,116との当たりに偏りが出てくるので、シール部材113がシール座面111,116に常に均等に当たるようにエアシリンダの圧力のみで制御することは実質的に困難である。また、このようなゲートバルブを真空装置等のゲートバルブとして使用した場合、半導体素子等の製造過程で発生する熱の影響によって弁体が伸縮や変形等し、これによってもシール部材113とシール座面111,116との当たりに偏りが出てくるので、このような製造プロセスにおいてシール部材113がシール座面111,116に常に均等に当たるようにエアシリンダの圧力だけで制御することは実質的に困難である。
また、上記したように、弁体105の先端部105aには、弁体105の移動方向に対して斜めになる面105a1があり、この斜めの面105a1に装着されているシール部材113がシール座面111の対応する斜めの面に偏った状態で当接すると、シール部材113の斜めの面部分でその偏りが剪断応力となって現れることになる。例えば、斜めの部分の下部側がシール座面に先に当たって、上部側が当たらないといった偏りであった場合、シール部材113を斜め上方に押し上げる力が働き、この力によってシール部材113が弁体105の外周面に形成された溝107内で転動してしまうといった問題が発生する。この転動は、実際にはシール部材113が完全なOリング形状ではない(図8参照)ので、上方シール座面111と下方シール座面116との連続する段違い部に対応する略U字状部分113a,113aに、転動による応力が集中し、この部分のシール部材に皺が寄るといった現象として現れることになる。
そのため、このような集中応力によってシール部材113が損傷し、シール部材113の劣化が早く進行して、ゲートバルブとしての遮断性能も低下するといった問題があった。
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、シール部材のシール座面への当たりの偏りを改善することでシール部材の劣化の防止、及び遮断性能の向上を図ったプラズマCVD装置のゲートバルブを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係るプラズマCVD装置のゲートバルブは、被搬送物を成膜室と加熱室又は取り出し室との間で搬送するプラズマCVD装置の前記成膜室と加熱室又は取り出し室との間を開閉するゲートバルブであって、前記ゲートバルブは、前記被搬送物を通過させるためのゲート開口部が設けられた弁箱と、前記ゲート開口部を一方向からスライド往復移動させることによって開閉する板状の弁体とからなり、前記弁体をスライド移動させて前記弁箱のゲート開口部を閉じたとき、前記弁体に形成されたシール面に取り付けられたシール部材が前記弁箱のゲート開口部を囲むように設けられたシール座面に当接することによって前記ゲート開口部が遮断されるように構成されており、前記弁体には、前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側を含むように弁体本体部が部分的に切り欠かれて切欠き部が形成されると共に、前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側の反対側には前記切欠き部より厚い部分が前記切欠き部と段差を介して形成されており、前記切欠き部の端面と前記段差の面とによりシール面が構成され、前記弁体の外周面であるシール面と前記弁箱のシール座面との間に、前記シール部材の圧潰量を規制するスペーサ部材が設けられ、前記スペーサ部材は、前記被搬送物の製造過程において発生する熱によって前記弁体の温度が最も上昇する部分である前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側において、前記弁体のシール面のうち前記スライド方向に対して垂直な面の、前記シール部材が直線状に伸びる方向の中央部とその両側との複数個所に取り付けられた構成としている。
すなわち、弁体の外周面と弁箱のシール座面との間に、シール部材の圧潰量を規制するスペーサ部材を設けることで、シール部材の潰し量をエアシリンダの圧力のみで制御するのではなく、スペーサ部材の厚み幅で規制できる。これにより、シール部材のシール座面への当たりに偏りが生じたとしても、シール部材はスペーサ部材の厚み以上には押し潰されないので、先に当たる部分が必要以上に押し潰されてしまうといった事態は発生しない。そのため、仮にこの偏り部分に剪断応力が発生したとしても、その大きさはエアシリンダの圧力によって制御する従来の場合に比べてはるかに小さく、シール部材を転動させるほどの力とはならないので、シール部材が破損することもなく、ゲートバルブとしての遮断性能も低下することがない。
この場合、前記スペーサ部材は、前記弁体のシール面に取り付けられているのがよい。スペーサ部材をゲート開口部のシール座面に取り付けることも可能であるが、プラズマCVD装置のゲートバルブとして使用する場合、置内の熱の影響による弁体と弁箱の温度の上がり方が微妙に異なるため、弁体や弁箱の伸縮や変形等によって、両者が数ミリ単位でずれることになる。そのため、両者の位置関係をしっかり出すためには、動く方である弁体にスペーサ部材を取り付けておくのがよい。
また、前記スペーサ部材は、前記弁体のシール面のうち、前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側の垂直面に取り付けられているのがよい。熱の影響による弁体の伸縮等は、基端側より先端側により顕著に現れる。すなわち、エアシリンダのシリンダロッドが連結される弁体の基端側を基準とした場合、この基端側から最も離れた先端側がより前方に延びた状態となる。従って、最も変化のある先端側の垂直面にスペーサ部材を取り付けることで、弁体の横方向のぶれや熱の影響による伸縮や変形等に十分に対応することが可能となる。
また、前記スペーサ部材は、前記弁体のシール面のうち、前記弁体の温度が最も上昇する部分に取り付けられているのがよい。温度が最も上昇する部分が最も熱変形が生じる部分であるので、この部分にスペーサ部材を取り付けることにより、温度変化に十分対応することが可能となる。因みに、弁体の温度が最も上昇する部分は、上記した先端側の垂直面部分である。
また、前記スペーサ部材は、前記弁箱のシール座面に面接触するように設けられていることが好ましい。例えば、点接触であると、その部分が削れてパーティクルが発生する可能性がある。従って、面接触にしておくことで、このようなパーティクルの発生を防止(低減)することが可能となる。
また、前記スペーサ部材は、熱膨張の少ない材質の材料で形成するのがよい。スペーサ部材はシール部材の潰し量を規制するものであるから、当然のことながら熱変形の少ないものがよい。
なお、本発明のゲートバルブは、プラズマCVD装置の成膜室と加熱室又は取り出し室との間を開閉するゲートバルブとして用いることにより、置自体の耐久性や、成膜室と加熱室又は取り出し室との遮断性能を向上させることができる。
本発明は上記のように構成したので、シール部材のシール座面への当たりに偏りが生じたとしても、シール部材はスペーサ部材の厚み以上には押し潰されないので、先に当たる部分が必要以上に押し潰されてしまうといった事態は発生しない。そのため、仮にこの偏り部分に剪断応力が発生したとしても、その大きさはエアシリンダの圧力によって制御する従来の場合に比べてはるかに小さく、シール部材を転動させるほどの力とはならないので、シール部材の破損を防止することができるとともに、ゲートバルブの遮断性能を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1ないし図3は、本発明の実施形態に係るゲートバルブ1の構造を示しており、図1
は分解斜視図、図2は縦断面図、図3は、弁箱の一部を切り欠いた状態の分解斜視図である。
このゲートバルブ1は、内部が後述する弁板5のスライド空間2a(図3参照)に形成された略箱形状の弁箱2と、サイド板3と、弁箱2の一側面(図3では左側の側面)に形成された、スライド空間2aの開口部2bを覆う蓋部材4と、図示しないエアシリンダの駆動軸(シリンダロッド)6に支持された略板形状の弁体5とから構成されている。ただし、サイド板3は、図1では弁箱2に既に装着した状態で示している。
弁箱2のサイド板3が装着される一方の側壁8aと他方の側壁8bとの間には、略矩形状に形成されたゲート開口部9aが貫通して形成されており、サイド板3にも、略矩形状に形成されたゲート開口部9bが貫通して形成されている。すなわち、ゲート開口部9a,9bが、スライド空間2aを貫通するように形成されている。
また、弁箱2のスライド空間2aの左右の内壁面には、ゲート開口部9a,9bを左右から挟むような位置関係で、右シール座面11と左シール座面16とがそれぞれ形成されている。各シール座面11,16は、図1に示す正面側から見たときに、左右対称の台形形状に形成されており、全体として六角形状に形成されている。これらのシール座面11,16は、接続部である上部位置及び下部位置において段違いに形成されているが、その段違い部15,15を含めて、全体が厚み方向に段差を有する六角形の環形状となるように、連続して形成されている。これにより、弁箱2の内壁面には、右シール座面11から段違い部15を経て左シール座面16に至るまでの連続した六角形状のシール座面が形成されている。
一方、弁体5は、略正方形状の本体部51の右側端面52に、スライド方向(図1及び図3中、矢符X1方向)に延設するようにして台形形状の右側弁体部53が形成されている。この右側弁体部53は、本体部51の半分の厚みに形成されている。すなわち、右側端面52の手前側半分に形成されている。一方、右側端面52の奥側半分には、右側弁体部53と対称な台形形状の切欠き部55が形成されており、この切欠き部55によって囲まれた本体部51の切欠き部分が、六角形状の左側弁体部56となっている。すなわち、右側弁体部53と左側弁体部56は、図1に示す正面側から見たときに、左右対称の台形形状に形成されており、全体として前記シール座面11,16に合致する六角形状に形成されている。すなわち、右側弁体部53の周端面(以下、「右シール面」という。)53a及び左側弁体部56の周端面(以下、「左シール面」という。)56aは、接続部である上部位置及び下部位置において段違いに形成されているが、その段違い部57,57を含めて、全体が厚み方向に段差を有する六角形の環形状となるように、連続して形成されている。
また、右側弁体部53の右シール面53a及び左側弁体部56の左シール面56aには、シール部材13が装着されている。シール部材13は、図4に示すように、長細い環状に形成されており、右側弁体部53の右シール面53aと左側弁体部56の左シール面56aとの連続する段違い部57に対応する略U字状部分13a,13aから上下両側に押し開いた姿勢で、右側弁体部53の右シール面53a及び左側弁体部56の左シール面56aに装着されている。
そして、弁体5がゲート開口部9a,9bを閉じる方向(図中、X1方向)にスライド空間2a内を移動したときに、右側弁体部53の右シール面53a及び左側弁体部56の左シール面56aに装着されているシール部材13が、弁箱2の右シール座面11及び左シール座面16にそれぞれ圧接され、これにより、弁箱2のゲート開口部9a,9b間の流通が遮断されるようになっている。
なお、弁体5には、本体部51の上面と下面にそれぞれ自由回転可能に複数のローラ58,58,・・・が取り付けられており、このローラ58,58,・・・が、弁箱2のスライド空間2aの上下の内壁面(レール面)2a2,2a2にそれぞれ接触した状態で転動することで、弁体5がスライド空間2a内をスムーズに移動するようになっている。
上記構成において、本実施形態では、右側弁体部53の右シール面53aと弁箱2の右シール座面11との間に、シール部材13の圧潰量を規制するスペーサ部材21を取り付けている。すなわち、シール部材13の潰し量を、従来のようにエアシリンダの圧力で制御するのではなく、このスペーサ部材21の厚み幅で規制するようにしている。これにより、製造過程で発生する熱の影響によって弁体5が伸縮や変形等し、その結果、シール部材13のシール座面11,16への当たりに偏りが生じたとしても、シール部材13はスペーサ部材21の厚み以上には押し潰されないので、シール部材13の先に当たる部分が必要以上に押し潰されてしまうといった事態は発生しない。そのため、仮にこの偏り部分に剪断応力が発生したとしても、その大きさはエアシリンダの圧力によって制御する従来の場合に比べてはるかに小さく、シール部材13を転動させるほどの力とはならないので、シール部材13が破損することもなく、ゲートバルブとしての遮断性能も低下することがない。
本実施形態では、スペーサ部材21を弁体5の外周面である右側弁体部53の右シール面53aに取り付けている。スペーサ部材13を右シール座面11に取り付けることも可能であるが、熱の影響による弁体5と弁箱2の温度の上がり方が微妙に異なるため、数ミリ単位で両者がずれるので、両者の位置関係をしっかり出すためには、動く方である弁体5にスペーサ部材21を取り付けておくのがよい。
この場合、スペーサ部材21は、右側弁体部53の右シール面53aのうち、ゲート開口部を閉じる方向の先端側の垂直面53a1に取り付けるのがよい。熱の影響による弁体5の伸縮等は、エアシリンダのシリンダロッド6が取り付けられている基端側(図1では左側)より先端側(図1では右側)により顕著に現れる。すなわち、エアシリンダのシリンダロッド6が連結される弁体の基端側を基準とした場合、この基端側から最も離れた先端側がより前方に延びた状態となる。従って、最も変化のある先端側、すなわち右側弁体部53の右シール面53aの垂直面53a1にスペーサ部材21を取り付けることで、弁体の横方向のぶれや熱による変形等に十分に対応することが可能となる。すなわち、言い換えると、スペーサ部材21は、右側弁体部53の右シール面53a及び左側弁体部56の左シール面56aのうち、弁体5の温度が最も上昇する部分に取り付けられている。温度が最も上昇する部分が最も熱変形が生じる部分であるので、この部分にスペーサ部材13を取り付けることにより、温度変化に十分対応することが可能となる。
また、スペーサ部材21は、右シール座面11に面接触するように設けられている。すなわち、スペーサ部材21は直方体形状に形成されており、本実施形態では、この直方体形状のスペーサ部材21を、所定の間隔を存して3個取り付けている。ただし、取り付ける個数については設計的事項であり、任意に決定すればよい。例えば、スペーサ部材21と右シール座面11との接触が点接触であった場合には、その部分のスペーサ部材21が削れてパーティクルが発生する可能性がある。従って、面接触にしておくことで、このようなパーティクルの発生を防止(低減)することが可能となる。
なお、本実施形態では、スペーサ部材21は、熱膨張の少ない材質の材料で形成されている。スペーサ部材21はシール部材の潰し量を規制するものであるから、当然のことながら熱変形の少ないものがよい。ここで、スペーサ部材の材料としては、樹脂材料と金属材料とがある。樹脂材料としては、テフロン(登録商標)、ダイフロン、ピークなどの使用が可能である。また、金属材料としては、ステンレス、アルミ合金、チタン合金などの使用が可能である。
また、上記実施形態では、スペーサ部材21を、右側弁体部53の右シール面53aのうち、ゲート開口部9a,9bを閉じる方向の先端側の垂直面53a1のみに取り付けているが、右シール面53aの他の面(傾斜している面)や、左側弁体部56の左シール面56aの適所にも、必要に応じて取り付けてもよい。
上記構成のゲートバルブ1は、真空装置の第1処理室と第2処理室との間を開閉するゲートバルブとして用いることできる。これにより、真空装置自体の耐久性や、第1処理室と第2処理室との遮断性能を向上させることができる。
図5は、本発明のゲートバルブを搭載した真空装置の概略構成図であり、ここではプラズマCVD装置を例示している。すなわち、このプラズマCVD装置80は、加熱室81、成膜室82、及び取り出し室83を有し、加熱室81と成膜室82との間、及び成膜室82と取り出し室83との間にそれぞれ本発明のゲートバルブ1A,1Bが配置されている。基板は各室内を矢印Y1方向に移動する。
まず最初に、ガラスなどからなる透明基板上に、透明導電膜が形成される。次に、この基板をプラズマCVD装置80に搬入する。プラズマCVD装置80に搬入した基板は、加熱室81で成膜温度に一定時間加熱保持される。その後、加熱室81と成膜室82との間のゲートバルブ1Aを開き、基板を加熱室81から成膜室82に搬入した後、ゲートバルブ1Aを閉める。そして後、膜室82にてプラズマCVD法によりpin成膜を行う。成膜後、成膜室82と取り出し室83との間のゲートバルブ1Bを開き、基板を取り出し室83に搬出した後、ゲートバルブ1Bを閉める。この後、取り出し室83にて膜剥離などの異常の有無の確認を行う。
このような構成のプラズマCVD装置80によれば、ゲートバルブ1A,1Bは、製造過程において発生する熱によって加熱されることになる。そのため、この熱の影響によって弁体5が伸縮や変形等し、その結果、シール部材13のシール座面11,16への当たりに偏りが生じる可能性がある。すなわち、ゲートバルブ自体の経年変化に加え、熱による変形等によっても当たりに偏りが生じる可能性があるが、本発明のゲートバルブ1A,1Bによれば、シール部材13はスペーサ部材21の厚み以上には押し潰されないので、シール部材13の先に当たる部分が必要以上に押し潰されてしまうといった事態は発生しない。従って、シール部材13が破損することもなく、ゲートバルブ1A,1Bの遮断性能も低下しないので、耐久性に優れたプラズマCVD装置80を実現することができるものである。なお、請求項に記載の第1処理室は、ゲートバルブ1Aから見た場合には加熱室81となり、第2処理室は成膜室82となる。また、ゲートバルブ1Bから見た場合には、第1処理室が成膜室82となり、第2処理室が取り出し室83となる。
なお、本実施形態では、真空装置としてプラズマCVD装置を例示しているが、ドライエッチング装置やスパッタリング装置などのガス導入を伴うプラズマ処理装置に本発明のゲートバルブを適用した場合においても同様の効果を期待することができる。
本発明に係るゲートバルブの分解斜視図である。 本発明に係るゲートバルブの縦断面図である。 本発明に係るゲートバルブの弁箱の一部を切り欠いた状態の分解斜視図である。 本発明に係るゲートバルブのシール部材の形状を示す斜視図である。 本発明のゲートバルブを搭載した真空装置の一構成例を示す概略図である。 従来のゲートバルブの構造の一例を示す分解斜視図である。 従来のゲートバルブの縦断面図である。 従来のゲートバルブのシール部材の形状を示す斜視図である。
符号の説明
1 ゲートバルブ
2 弁箱
2a スライド空間
2b 開口部
3 サイド板
4 蓋部材
5 弁体
6 エアシリンダの駆動軸(シリンダロッド)
8a,8b 側壁
9a,9b ゲート開口部
11右シール座面
13 シール部材
13a,13b 略U字状部分
15 段違い部
16 左シール座面
21 スペーサ部材
51 本体部(弁体本体部)
52 右側端面
53 右側弁体部
55 切欠き部
56 左側弁体部
53a 右シール面(周端面)
56a 左シール面(周端面)
57 段違い部
80 プラズマCVD装置
81 加熱室
82 成膜室
83 取り出し室

Claims (3)

  1. 被搬送物を成膜室と加熱室又は取り出し室との間で搬送するプラズマCVD装置の前記成膜室と、加熱室又は取り出し室との間を開閉するゲートバルブであって、
    前記ゲートバルブは、前記被搬送物を通過させるためのゲート開口部が設けられた弁箱と、前記ゲート開口部を一方向からスライド往復移動させることによって開閉する板状の弁体とからなり、前記弁体をスライド移動させて前記弁箱のゲート開口部を閉じたとき、前記弁体に形成されたシール面に取り付けられたシール部材が前記弁箱のゲート開口部を囲むように設けられたシール座面に当接することによって前記ゲート開口部が遮断されるように構成されており、
    前記弁体には、前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側を含むように弁体本体部が部分的に切り欠かれて切欠き部が形成されると共に、前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側の反対側には前記切欠き部より厚い部分が前記切欠き部と段差を介して形成されており、前記切欠き部の端面と前記段差の面とによりシール面が構成され、
    前記弁体の外周面であるシール面と前記弁箱のシール座面との間に、前記シール部材の圧潰量を規制するスペーサ部材が設けられ、
    前記スペーサ部材は、前記被搬送物の製造過程において発生する熱によって前記弁体の温度が最も上昇する部分である前記ゲート開口部を閉じる方向の先端側において、前記弁体のシール面のうち前記スライド方向に対して垂直な面の、前記シール部材が直線状に伸びる方向の中央部とその両側との複数個所に取り付けられていることを特徴とするプラズマCVD装置のゲートバルブ。
  2. 請求項1に記載のプラズマCVD装置のゲートバルブにおいて、
    前記スペーサ部材は、前記弁箱のシール座面に面接触するように設けられていることを特徴とするプラズマCVD装置のゲートバルブ。
  3. 請求項1または請求項2に記載のプラズマCVD装置のゲートバルブにおいて、
    前記スペーサ部材は、熱膨張の少ない材質の材料で形成されていることを特徴とするプラズマCVD装置のゲートバルブ。
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