JP4630994B1 - 真空用ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力差によるバルブプレートの変位を防止して、密閉状態を確実に保持すると共にバルブプレートの損傷を抑制する。
【解決手段】真空用ゲートバルブ１０は、開口１２ａを有するケーシング１２と、このケーシング１２内を揺動して開口１２ａを開閉するバルブプレート１４と、バルブプレート１４のケーシング１２への密着時においては弾性部材を介さず機構的にバルブプレート１４の変位を許容しない位置調整手段を備えている。位置調整手段は、駆動源と、この駆動源により回転する回転体２２と、この回転体２２の回転により回転体２２に対して相対的に昇降する昇降体２４とから成り、この昇降体２４はバルブプレート１４に接してバルブプレート１４の位置を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体装置の処理チャンバに使用されて各種処理チャンバ内を真空にするための真空用ゲートバルブの改良に関し、特に、圧力差によるバルブプレートの変位や変形を防止して、密閉状態を確実に保持すると共にバルブプレートの損傷を抑制することに関するものである。

半導体装置の製造工程においては、エッチング装置やＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理、ＰＶＤ等の処理を行う各種処理チャンバ内を真空状態とするために、処理チャンバと吸引ポンプとの間にゲートバルブが使用される。この真空用ゲートバルブとしては、近年、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、ケーシング内においてバルブプレートを横方向に揺動させる横旋回式のゲートバルブが多く採用されている。

この横旋回式の真空用ゲートバルブにおいては、ケーシング内におけるバルブプレートの円滑な揺動を確保するため、バルブプレートとケーシングとの間に若干の間隙が設定されている。従って、バルブプレートを開口を塞ぐ位置に移動させた後、その間隙を解消して密閉状態を確保するため、バルブプレートをケーシングに密着させることが必要となる。

そのための手段としては、スペース的な制約を考慮してできるだけコンパクトに、また、ゲートバルブ全体の形状に大きな影響を与えないよう、バネにより付勢された押圧プレートにより、バルブプレートをケーシングに押圧することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。しかし、バルブプレートは、大気圧と真空という圧力差が激しい臨界に設置されて、圧力による負荷がかかるため、弾性変形可能なバネにより押圧すると、バネの付勢力に抗してバルブプレートがケーシングから離反するように変位したり、バルブプレートが反る等して一部変形してケーシングとの間にギャップが生じ、完全な密閉状態を充分に維持することができない問題があった。

また、この気圧差による負荷によって、特に密閉直前の位置において、バルブプレートに想定した以上の急激な変位が生じ、予期せぬスピードでバルブプレートがケーシングに衝突等して破損するおそれもあった。これらの問題には、とりわけ、近年におけるバルブプレートの大型化に伴い、バルブプレートが大面積で圧力負荷を受けることになるため、充分に対応することが必要である。

特開２００３−１８５０３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、圧力差によるバルブプレートの変位を防止して、密閉状態を確実に保持すると共にバルブプレートの損傷を抑制することができる真空用ゲートバルブを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、開口を有するケーシングと、このケーシング内を揺動して開口を開閉するバルブプレートとを備えた真空用ゲートバルブにおいて、バルブプレートが開口に対し全閉位置にあるときにバルブプレートをケーシングに密着させる位置調整手段を更に備え、この位置調整手段は、バルブプレートのケーシングへの密着時においては弾性部材を介さず機構的にバルブプレートの変位を許容しない一方、バルブプレートのケーシングへの密着時を除いてはバルブプレートの揺動を許容する真空用ゲートバルブであって、この位置調整手段は、駆動源と、この駆動源により回転する回転体と、この回転体の回転により回転体に対して相対的に昇降する昇降体とから成り、この昇降体はバルブプレートに接してバルブプレートの位置を調整し、回転体は、環状レールとこの環状レールから突出するピンを有し、昇降体は、回転体の環状レールに係合して環状レールに沿って回転するリング状本体とリング状本体に形成され回転体のピンが挿入される長孔を有し、この長孔は少なくとも一部が回転体に対して傾斜して形成され、昇降体は、回転体のピンが回転体の回転により昇降体の傾斜した長孔内を移動することにより回転体に対して昇降することを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、昇降体に形成された長孔は、始端と終端において水平に形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、昇降体に形成された長孔は、始端と終端に連続する部分が、他の部分よりも緩やかに傾斜して形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１乃至第３のいずれかの解決手段において、駆動源は、回転体のピンを昇降体の傾斜した長孔内の所定の位置に制御してバルブプレートとケーシングとの間のギャップを調整し、開口に連通する処理室内の圧力を制御することを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１乃至第４のいずれかの解決手段において、回転体のピン及び昇降体の長孔が、複数形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第１乃至第５のいずれかの解決手段において、駆動源は、昇降体がバルブプレートをケーシングに密着させる位置にあるときは、昇降体が変位しないように制止させることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第７の手段として、上記第１乃至第６のいずれかの解決手段において、昇降体は、バルブプレートの全周にわたってバルブプレートをケーシングに密着させることを特徴とする真空用ゲートバルブを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第８の手段として、上記第１乃至第７のいずれかの解決手段において、回転体及び昇降体は、開口周縁に配置されてケーシング内に収納されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第９の手段として、上記第１乃至第８のいずれかの解決手段において、ケーシングは開閉自在に形成され、回転体及び昇降体は、開閉自在なケーシングによりケーシング内に着脱自在に収納されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明によれば、上記のように、位置調整手段は、バルブプレートのケーシングへの密着時においては弾性部材を介さず機構的にバルブプレートの変位を許容しないため、バルブプレートが圧力による負荷を受けても、ケーシングから離反したり、一方向に反る等してケーシングとの間にギャップが生じることがないため、密閉状態を確実に保持することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、駆動源は、昇降体がバルブプレートをゲートバルブに密着させる位置にあるときは、昇降体が変位しないように制止するため、昇降体は、機構的に駆動源が自ら逆回転等しない限り、バルブプレートのケーシングの密着状態を保持することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、昇降体は、回転体に係合して回転体の回転により昇降するため、幅方向に不必要なスペースを要することなく、上下方向からバルブプレートをケーシングに密着又は開放することができ、バネを用いた場合と同様の省スペース化を図りつつ密閉状態を保持することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、回転体のピンの移動により昇降体を昇降させる長孔が、始端と終端において水平に形成されているため、バルブプレートが圧力による上下方向からの負荷を受けても、全開又は全閉の位置において回転体のピンが長孔内で変位することがなく、密閉状態を確実に確保することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、回転体のピンの移動により昇降体を昇降させる長孔は、始端と終端に連続する部分が、他の部分よりも緩やかに傾斜して形成されているため、特に、初動や終動の速度を規制して急激にバルブプレートが変位することを防止することができ、バルブプレートとケーシングとの激しい衝突を回避して、バルブプレートやケーシングの損傷を抑制することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、駆動源により回転体のピンを昇降体の傾斜した長孔内の所定の位置に制御してバルブプレートとケーシングとの間のギャップを調整し、開口に連通する処理室内の圧力を制御することができるため、単なる開閉のためのゲート弁としてのみならず、同時に圧力調整弁としての機能をも発揮することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、昇降体は、バルブプレートの全周にわたってバルブプレートをケーシングに密着させているため、圧力差による負荷を受けても、バルブプレートが、例えば、先端方向等の一方向にのみ反って、バルブプレートとケーシングとの間に間隙が生ずることがなく、密閉状態を確実に保持することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、回転体及び昇降体は、開口周縁に配置されてケーシング内に収納されているため、ケーシングの大きさや形状に大きな変更を加えることなく、省スペース化を図りつつ密閉状態を保持することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、回転体及び昇降体は、開閉自在なケーシングによりケーシング内に着脱自在に収納されているため、回転体及び昇降体の点検や保守、修理等のメンテナンス、また、交換を容易に行うことができる実益がある。

本発明の真空用ゲートバルブの開位置における概略断面図である。 本発明の真空用ゲートバルブの概略斜視図である。 本発明に用いられる位置調整手段の斜視図である。 本発明に用いられる回転体と昇降体のバルブプレートが開位置にあるときの斜視図である。 本発明に用いられる回転体と昇降体のバルブプレートが閉位置にあるときの斜視図である。 本発明に用いられる回転体と昇降体の一部断面図である。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１及び図２は本発明の真空用ゲートバルブ１０を示し、この真空用ゲートバルブ１０は、例えば、図示しない半導体装置の製造工程で使用される処理チャンバと、この処理チャンバ内を真空とするための図示しない吸引ポンプとの間に設置され、処理チャンバ内を密閉して真空に保持するために使用される。

この本発明の真空用ゲートバルブ１０は、図１及び図２に示すように、開口１２ａを有するケーシング１２と、このケーシング１２内を揺動して開口１２ａを開閉するバルブプレート１４と、このバルブプレート１４を駆動するモーター１６と、バルブプレート１４が開口１２ａに対し全閉位置にあるときにバルブプレート１４をケーシング１２に密着させて処理チャンバ内を真空に保持する位置調整手段１８とを備えている。

（１．動力伝達手段）
本発明においては、この位置調整手段１８は、図１乃至図６に示すように、バルブプレート１４のケーシング１２への密着時においては弾性部材を介さず機構的にバルブプレート１４の変位を許容しない構造となっている。従って、バルブプレート１４が、大気圧と真空との臨界において圧力による負荷を受けても、ケーシング１２から離反したり、一方向に反る等してケーシング１２との間にギャップが生じることがないため、密閉状態を確実に保持することができる。

具体的には、この位置調整手段１８は、特に図２乃至図６に示すように、駆動源２０と、この駆動源２０により回転する回転体２２と、この回転体２２の回転により回転体２２に対して相対的に昇降する昇降体２４とから成っている。

これらの回転体２２及び昇降体２４は、図２に特に示すように、ケーシング１２の開口１２ａ周縁に配置されて、このケーシング１２内に収納されている。従って、図２に示すように、ケーシング１２の大きさや形状に従来の設計から大きな変更を加えることなく、省スペース化を図りつつ密閉状態を保持することができる。一方、駆動源２０は、図２に示すように、ケーシング１２の外側においてケーシング１２に取り付けられ、後述する動力伝達手段としての駆動ギア３０及び回転ギア２８により、ケーシング１２内部の回転体２２に動力を伝達する。このため、駆動源２０の修理、点検等のメンテナンスや交換を容易に行うことができる。

また、このケーシング１２は、特に図１に示すように、ケーシング本体１２Ａと、このケーシング本体１２Ａに、ボルト等により、着脱自在に取り付けられるカバー１２Ｂとから成っている。従って、ケーシング１２は、カバー１２Ｂの着脱により、開閉自在に形成されている。回転体２２及び昇降体２４は、図１に示すように、この開閉自在なケーシング１２によりケーシング１２内に着脱自在に収納されている。このため、回転体２２及び昇降体２４の点検や保守、修理等のメンテナンス、また、交換を容易に行うことができる。

（２．駆動源）
駆動源２０としては、図２乃至図６に示すように、バルブプレート１４の揺動のために設置されたモーター１６とは別に、密閉用モーター２６を使用することが望ましい。バネ等の使用状況に左右される駆動源ではなく、駆動の要否を直接的に制御することができる駆動源とすることで、バルブプレート１４の位置を適切に調整するためである。

この場合、この駆動源２０である密閉用モーター２６は、後述する回転体２２及び昇降体２４の動作により、昇降体２４がバルブプレート１４をケーシング１２に密着させる位置にあるときは、その位置から昇降体２４が変位しないように制止して、昇降体２４の昇降を規制している。即ち、昇降体２４は、密閉用モーター２６が作動しない限り変位することはなく、密閉用モーター２６が逆回転しない限り、密閉位置から開放位置へ移動せずに、密閉状態を確実に保持することができる。

（３．回転体）
回転体２２は、図２乃至図６に示すように、環状レール２２Ａと、この環状レール２２Ａから突出する複数のピン２２Ｂを有している。この回転体２２の環状レール２２の側面には、図２乃至図６に示すように、ギア溝２２ａが形成されている。回転体２２は、このギア溝２２ａに噛み合う回転ギア２８と、この回転ギア２８に噛み合い密閉用モーター２６の回転軸に取り付けられる駆動ギア３０により、密閉用モーター２６の駆動力が伝達されて回転する。なお、このギア溝２２ａは、図３に示すように、回転体２２を回転させることが必要な範囲において形成すれば足りる。

環状レール２２Ａは、図４及び図５に示すように、内部に溝を有する断面逆凹字状の形状を有し、その内壁面から内側へ向かって突出するように複数のピン２２Ｂが設置されている。従って、このピン２２Ｂは環状レール２２Ａと共に一体的に回転する。なお、このピン２２は、強度を確保するため、断面逆凹字状の環状レール２２の両壁面にわたって設置することが望ましいが、その場合でも、昇降体２４の組付けのために、環状レール２４Ａに着脱自在に取り付けることが望ましい。

また、この環状レール２２Ａの上面には、図３乃至図５に示すように、位置調整手段１８である回転体２２及び昇降体２４をケーシング１２内に保持するためのスクリュー３２が貫通すると共にこのスクリュー３２に沿って回転体２２が回転することを許容する湾曲長孔２２ｂが形成されている。このため、複数のスクリュー３２は、環状の回転体２２の輪郭に沿って所定の間隔を開けて配置される。

（４．昇降体）
一方、昇降体２４は、図３乃至図６に示すように、回転体２２の環状レール２２Ａに係合してこの環状レール２２Ａに沿って回転するリング状本体２４Ａと、このリング状本体２４Ａに形成され回転体２２のピン２２Ｂが挿入される長孔２４ａを有している。このリング状本体２４Ａは、断面が略凸状の形状を有し、上方に延びる壁面部が回転体２２の環状レール２２Ａ内部の溝に挿入されて回転体２２と機構的に係合する。なお、長孔２４ａは、回転体２２のピン２２Ｂに応じた個数に設定する。

長孔２４ａは、図４及び図５に特に示すように、少なくとも一部が回転体２２に対して傾斜して形成されている。このため、昇降体２４は、回転体２２のピン２２Ｂが回転体２２の回転によりこの昇降体２４の傾斜した長孔２４ａ内を移動することにより、回転体２２に対して相対的に昇降することができる。

より具体的には、図４及び図６（Ａ）に示すように、バルブプレート１４をケーシング１２に密着させない開放時においては、回転体２２のピン２２Ｂが長孔２４ａの最下位にある始端に位置し、回転体２２と昇降体２４とが最も近接した状態にある。この位置に置いては、図６（Ａ）に示すように、昇降体２４はバルブプレート１４から離反し、バルブプレート１４の揺動を許容することができる。

一方、この図４及び図６（Ａ）に示す開位置の状態から、回転体２２が、長孔２４ａの傾斜の上昇方向（図４の左方向）へ回転すると、昇降体２４は、図５及び図６（Ｂ）に示すように、長孔２４ａ内を移動するピン２２Ｂにより押し下げられ、この長孔２４ａの傾斜に沿って次第に下降し、最終的に長孔２４ａの最上位にある終端に達することにより、バルブプレート１４に接してバルブプレート１４をケーシング１２に押し付け、密閉状態とすることができる。

この場合、この長孔２４ａは、その始端と終端において、図４及び図５に示すように、水平に形成され、昇降体２４に働く上下方向の力を受け止めることができるため、全開又は密閉状態にある全閉状態において、昇降体２４が密着するバルブプレート１４に圧力差による負荷が加わっても、回転体２２のピン２２Ｂが昇降体２４の長孔２４ａ内で変位することがない。このため、回転体２２のピン２２Ｂを所定の位置に確実に保持することができ、駆動源２６である密閉用モーター２６の駆動停止と相俟って、密閉状態において、バルブプレート１４がケーシング１２から離反等することがなく、弾性部材を介することなく機構的にバルブプレート１４を所定の位置に保持して、密閉状態を確保することができる。

このように、昇降体２４は、回転体２２に係合して回転体２２の回転により昇降するため、図２乃至図５に示すように、幅方向に不必要なスペースを要することなく、上下方向からバルブプレート１４をケーシング１２に密着又は開放することができ、バネを用いた場合と同様の省スペース化を図りつつ密閉状態を保持することができる。

また、昇降体２４のリング状本体２４Ａは、環状であるため、円板状のバルブプレートの輪郭に沿って、バルブプレート１４の全周にわたってバルブプレートに接して、バルブプレートをケーシングに密着させることができ、圧力差による負荷を受けても、バルブプレート１４が、例えば、先端方向等の一方向にのみ反って、バルブプレート１４とケーシング１２との間に間隙が生ずることがなく、密閉状態を確実に保持することもできる。

また、この昇降体２４に形成された長孔２４ａは、図４及び図５に示すように、水平に形成された始端と終端に連続する部分が、他の部分よりも緩やかに傾斜して形成することが望ましい。これにより、バルブプレート１４が圧力による負荷を受けても、特に、初動や終動の速度を規制して急激にバルブプレート１４が変位することを防止することができ、バルブプレート１４とケーシング１２との激しい衝突を回避して、バルブプレート１４やケーシング１２の損傷を抑制することができる。

一方、駆動源２０である密閉用モーター２６は、水平に形成された始端と終端を除いた位置における回転体２２のピン２２Ｂの位置を制御することもできる。具体的には、駆動源２０である密閉用モーター２６は、回転体２２のピン２２Ｂを昇降体２４の傾斜した長孔２４ａ内の所定の位置に制止させる等して制御することができ、これにより、バルブプレート１４とケーシング１２との間のギャップを調整し、開口１２ａに連通する処理室内の圧力を制御することもできる。これにより、バルブプレート１４は、単なる開閉のためのゲート弁としてのみならず、同時に圧力調整弁としての機能をも発揮することができる。

なお、この昇降体２４の昇降距離は、長孔２４ａの最上位と最高位との標高差により決定されるが、一般的には、その差を焼く２．５ｍｍ程度に設定すれば、バルブプレート１４を確実にケーシングに密着させることができる。

（５．その他）
なお、バルブプレート１４は、図１に示すように、位置調整手段１８によりケーシングに密着状態から解放されているときは、ケーシング１２との間にギャップが生じるように設定されている。これにより、バルブプレート１４が、揺動時にケーシング１２等に接触したり、また、その結果、破損等することを防止して、円滑な揺動を確保することができる。即ち、位置調整手段１８は、このバルブプレート１４の自由状態での位置設定に抗して、バルブプレート１４をケーシング１２に密着させるものである。

また、図示の実施の形態では、回転体２２のピン２２Ｂ及び昇降体２４の長孔２４ａが、８つ形成されているのが示されているが、その設置個数には特に限定はない。但し、円滑で、均等な回転、昇降を確保するためには、少なくとも、相対向する方向に２組以上の、複数に設定することが望ましい。

本発明は、特に、半導体装置におけるエッチング装置やＣＶＤによる薄膜処理、ＰＶＤ、更には、フラットパネルディスプレイの製造等に使用される処理チャンバ等に広く適用することができる。

１０ 真空用ゲートバルブ
１２ ケーシング
１２Ａ ケーシング本体
１２Ｂ カバー
１２ａ 開口
１４ バルブプレート
１６ モーター
１８ 位置調整手段
２０ 駆動源
２２ 回転体
２２Ａ 環状レール
２２Ｂ ピン
２２ａ ギア溝
２２ｂ 湾曲長孔
２４ 昇降体
２４Ａ リング状本体
２４ａ 長孔
２６ 密閉用モーター
２８ 回転ギア
３０ 駆動ギア
３２ スクリュー

Claims (9)

1. 開口を有するケーシングと、前記ケーシング内を揺動して前記開口を開閉するバルブプレートとを備えた真空用ゲートバルブにおいて、前記バルブプレートが前記開口に対し全閉位置にあるときに前記バルブプレートを前記ケーシングに密着させる位置調整手段を更に備え、前記位置調整手段は、前記バルブプレートの前記ケーシングへの密着時においては弾性部材を介さず機構的に前記バルブプレートの変位を許容しない一方、前記バルブプレートの前記ケーシングへの密着時を除いては前記バルブプレートの揺動を許容する真空用ゲートバルブであって、前記位置調整手段は、駆動源と、前記駆動源により回転する回転体と、前記回転体の回転により前記回転体に対して相対的に昇降する昇降体とから成り、前記昇降体は前記バルブプレートに接して前記バルブプレートの位置を調整し、前記回転体は、環状レールと前記環状レールから突出するピンを有し、前記昇降体は、前記回転体の環状レールに係合して前記環状レールに沿って回転するリング状本体と前記リング状本体に形成され前記回転体のピンが挿入される長孔を有し、前記長孔は少なくとも一部が前記回転体に対して傾斜して形成され、前記昇降体は、前記回転体のピンが前記回転体の回転により前記昇降体の傾斜した長孔内を移動することにより前記回転体に対して昇降することを特徴とする真空用ゲートバルブ。
2. 請求項１に記載された真空用ゲートバルブであって、前記昇降体に形成された長孔は、始端と終端において水平に形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記昇降体に形成された長孔は、始端と終端に連続する部分が、他の部分よりも緩やかに傾斜して形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記駆動源は、前記回転体のピンを前記昇降体の傾斜した長孔内の所定の位置に制御して前記バルブプレートと前記ケーシングとの間のギャップを調整し、前記開口に連通する処理室内の圧力を制御することを特徴とする真空用ゲートバルブ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記回転体のピン及び前記昇降体の長孔が、複数形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記駆動源は、前記昇降体が前記バルブプレートを前記ケーシングに密着させる位置にあるときは、前記昇降体が変位しないように制止させることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記昇降体は、前記バルブプレートの全周にわたって前記バルブプレートを前記ケーシングに密着させることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記回転体及び前記昇降体は、前記開口周縁に配置されて前記ケーシング内に収納されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記ケーシングは開閉自在に形成され、前記回転体及び前記昇降体は、前記開閉自在なケーシングにより前記ケーシング内に着脱自在に収納されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
   
   
   

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