JP5173011B1

JP5173011B1 - ゲート弁

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Publication number: JP5173011B1
Application number: JP2011257572A
Authority: JP
Inventors: カーン・マクスド・ウッディン; 勉吉田
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: US20150176713A1; TWI585325B; JP2013113327A; WO2013077164A1; KR20140087055A; TW201335520A; US9611940B2; KR101675411B1

Abstract

【課題】シール部に作用する荷重が変動しても、ゲート弁の本体がゲートに接触することを防止するとともに、所定のシール性を確保することが可能なゲート弁を提供する。
【解決手段】ゲート弁は、本体部１と、ゲート弁が閉じたときにゲートの周縁部に当接するシール部２とを備える。シール部２は、本体部１の周縁部に沿って延びるように設けられ、ゲート弁が開いたときに主面１Ａから突出する凸状の第１部分２Ａおよび凸状の第２部分２Ｂを含む。第１部分２Ａの主面１Ａからの突出量（Ｈ１）は、第２部分２Ｂの主面１Ａからの突出量（Ｈ２）よりも大きい。第１部分２Ａは、第２部分２Ｂに対して主面１Ａの内周側に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゲート弁に関し、特に、半導体製造装置などに用いられ、チャンバに対してウエハが出し入れされるゲートに設けられるゲート弁に関する。

半導体製造装置などに使用される真空用ゲート弁として、たとえば、国際公開第２００８／００１６８３号（特許文献１）および国際公開第２０１０／０３２７２２号（特許文献２）に記載されたものが、従来から知られている。

国際公開第２００８／００１６８３号国際公開第２０１０／０３２７２２号

たとえば半導体体製造装置のチャンバにおいては、半導体の製造工程における各処理を行なう際、チャンバ内を超真空状態にしたり、高圧状態にしたりすることがある。

ウエハ等の被処理物を出し入れするゲートを開閉するゲート弁は、略一定の荷重で閉弁される。しかし、チャンバ内を超真空状態にしたとき（正圧時）は、チャンバ内外の圧力差によって、ゲート弁の閉弁方向に更なる荷重が作用する。逆に、チャンバ内を高圧状態にしたとき（逆圧時）は、チャンバ内外の圧力差によって、ゲート弁の開弁方向に荷重が作用し、ゲート弁を閉弁する力は減少する。

ウエハ等の被処理物が大型化すると、ゲートの開口も大きくなり、上記の傾向はより顕著になる。すなわち、正圧時と逆圧時とで、ゲート弁のシール部に作用する荷重の差が大きくなる。

ゲート弁の閉弁力が大きいとき、シール部が変形し過ぎると、ゲート弁の本体がゲートに接触し、意図しないパーティクルの発生などを招くことが懸念される。他方、ゲート弁の閉弁力が小さいとき、シール部が十分に変形しないと、所定のシール性が確保できないことが懸念される。

このような状況下において、高荷重の正圧時においては、シール部の変形を抑制して、ゲート弁の本体がゲートに接触することを防止する一方で、低荷重の逆圧時においては、シール部をある程度変形させやすくして、所定のシール性を確保することが求められる。

また、特に高荷重の正圧時においては、シール部が外周側に倒れ込むことに起因したパーティクルの発生を防止することが求められる。

特許文献１および特許文献２に記載の真空用ゲート弁は、上記のような要請に基づいて製作されたものではなく、上述の課題を十分に解決する構成は示されていない。

すなわち、特許文献１に記載のゲート弁は、応力集中または接着剤の剥離により、シール部に亀裂が入ったりパーティクルが発生したりすることを防止することを目的とするものであり、シール部に作用する荷重の変動を考慮した本発明とは無関係のものである。

また、特許文献２に記載のゲート弁は、シール部が処理ガスに曝されることを防止することを目的とするものであり、シール部に作用する荷重の変動を考慮した本発明とは無関係のものである。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シール部に作用する荷重が変動しても、ゲート弁の本体がゲートに接触することを防止するとともに、所定のシール性を確保することが可能なゲート弁を提供することにある。

本発明に係るゲート弁は、チャンバに対して被処理物が出し入れされるゲートに設けられるゲート弁であって、主面を有する本体部と、ゲート弁が閉じたときにゲートの周縁部に当接するシール部とを備える。シール部は、本体部の周縁部に沿って延びるように設けられ、ゲート弁が開いたときに主面から突出する凸状の第１部分および凸状の第２部分を含む。なお、「本体部の周縁部に沿って延びる」ことは、第１部分および第２部分の一部が本体部の周縁部から離れるまたは本体部の周縁部により近づくが、大部分は本体部の周縁部に沿って形成されている場合も含む。

本発明に係るゲート弁において、上記シール部の第１部分の主面からの突出量は、第２部分の主面からの突出量よりも大きい。また、上記シール部の第１部分は、第２部分に対して主面の内周側に設けられる。

１つの実施態様では、上記ゲート弁において、第２部分は、ゲート弁が比較的高荷重で閉じられたときにのみゲートの周縁部に当接する。

１つの実施態様では、上記ゲート弁において、本体部の主面に対する第２部分の外周側斜面の傾斜角度は、本体部の主面に対する第１部分の外周側斜面の傾斜角度よりも大きい。

１つの実施態様では、上記ゲート弁において、本体部の主面に対する第１部分の外周側斜面の傾斜角度は、本体部の主面に対する第１部分の内周側斜面の傾斜角度よりも小さい。

本発明によれば、高荷重時には、シール部の第１部分および第２部分の両方で荷重を受け止めるため、シール部の変形が抑制され、低荷重時には、シール部の第１部分のみで荷重を受け止めるため、シール部が変形しやすい。したがって、ゲート弁のシール部に作用する荷重が変動しても、高荷重時にゲート弁の本体がゲートに接触することを防止するとともに、低荷重時に所定のシール性を確保することができる。

また、本発明によれば、突出量が大きい第１部分が内周側に位置しているため、高荷重時において、シール部が外周側に倒れ込むような変形が抑制され、そのような変形に起因したパーティクルの発生を防止することができる。

本発明の１つの実施の形態に係るゲート弁を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は背面図を示す。図１に示すゲート弁におけるシール部の周辺を示した拡大断面図である。図１に示すゲート弁の使用状態を示す図であり、（ａ）は低荷重（逆圧時）を示し、（ｂ）は中荷重（同圧時）を示し、（ｃ）は高荷重（正圧時）を示す。図１に示すゲート弁に高荷重を作用させたときの応力状態を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本実施の形態に係るゲート弁を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は背面図を示す。本明細書では、ゲート開口部およびチャンバ内空間に面する側をゲート弁の正面とする。

本実施の形態に係るゲート弁１０は、典型的には、半導体製造装置のゲートに設けられる。ゲートは、チャンバに対してウエハなどの被処理物が出し入れされる開口である。

本実施の形態に係るゲート弁１０は、プロセスチャンバとトランスファチャンバとの間のゲートに設けられてもよいし、トランスファチャンバとロードロックチャンバとの間のゲートに設けられてもよいし、ロードロックチャンバと大気開放部との間のゲートに設けられてもよい。

本実施の形態に係るゲート弁１０は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本体部１と、本体部１の主面に設けられたシール部２とを備える。

本体部１は、たとえばアルミニウムなどにより構成される。本体部１は、エアシリンダによって開弁方向および閉弁方向に駆動される。

シール部２は、たとえばゴムやエラストマなどの弾性材により構成される。シール部２は、本体部１の主面の周縁部に沿って設けられる。シール部２は、ゲート弁が閉じたときに、チャンバを構成する筐体の開口（ゲート）の周縁部に当接する。シール部２は、本体部１に接着されていてもよいし、本体部１に設けた溝に嵌合されていてもよい。

ゲート弁１０の長さは、一例として、たとえば５００ｍｍ程度である。ゲート弁の幅は、一例として、たとえば８０ｍｍ程度である。ゲート弁１０の高さ（シール部２を含む）は、一例として、たとえば２５ｍｍ程度である。ゲート弁１０におけるシール部２の幅は、たとえば７ｍｍ程度である。

次に、ゲート弁１０におけるシール部２の周辺を示した拡大断面図である図２を用いて、シール部２の構造について説明する。なお、図２は、ゲート弁が開いたときの状態を示す。

図２に示すように、シール部２は、ゲート弁が開いた状態において、本体部１の主面１Ａから突出する凸状の第１部分２Ａと、同じく本体部１の主面１Ａから突出する凸状の第２部分２Ｂとを含む。第１部分２Ａは、第２部分２Ｂに対して本体部１主面１Ａの内周側に設けられている。

シール部２の高さ（全高）は、一例として、たとえば３ｍｍ程度である。第１部分２Ａの主面１Ａからの突出量Ｈ１は、一例として、たとえば１ｍｍ程度である。第１部分２Ｂの主面１Ａからの突出量Ｈ２は、一例として、たとえば０．５〜０．６ｍｍ程度である。すなわち、本体部１の主面１Ａからの第１部分２Ａの突出量Ｈ１は、本体部１の主面１Ａからの第２部分２Ｂの突出量Ｈ２よりも大きい。

また、本体部１の主面１Ａに対する第１部分２Ａの外周側斜面の傾斜角度θ１は、一例として、たとえば３９°程度である。本体部１の主面１Ａに対する第１部分２Ａの内周側斜面の傾斜角度θ１’は、一例として、たとえば６４°程度である。本体部１の主面１Ａに対する第２部分２Ｂの外周側斜面の傾斜角度θ２は、一例として、たとえば５７〜６７°程度である。

すなわち、本体部１の主面１Ａに対する第２部分２Ｂの外周側斜面の傾斜角度θ２は、本体部１の主面１Ａに対する第１部分２Ａの外周側斜面の傾斜角度θ１よりも大きい。また、本体部１の主面１Ａに対する第１部分２Ａの外周側斜面の傾斜角度θ１は、本体部１の主面１Ａに対する第１部分２Ａの内周側斜面の傾斜角度θ１’よりも小さい。

次に、図３を用いて、ゲート弁１０の使用状態を説明する。図３（ａ）は、シール部材２に作用する荷重が低い場合を示し、図３（ｂ）は、シール部材２に作用する荷重が中程度の場合を示し、図３（ｃ）は、シール部材２に作用する荷重が高い場合を示す。

ゲート弁１０を閉弁するとき、本体部１は、略一定の荷重で駆動される。しかし、チャンバ内を超真空状態にしたとき（正圧時）は、チャンバ内外の圧力差によって、シール部２に対して、ゲート弁の閉弁方向に更なる荷重が作用する。逆に、チャンバ内を高圧状態にしたとき（逆圧時）は、チャンバ内外の圧力差によって、シール部２に対して、ゲート弁の開弁方向に荷重が作用する。チャンバ内外の圧力差がないとき（同圧時）には、本体部１を閉弁方向に駆動する力がそのままシール部２に作用する。このようにして、シール部２に作用する荷重は変動する。

シール部材２に作用する荷重が低い場合（逆圧時）の荷重は、一例として、たとえば２０００Ｎ程度であり、シール部材２に作用する荷重が高い場合（正圧時）の荷重は、一例として、たとえば８０００Ｎ程度であり、シール部材２に作用する荷重が中程度の場合（同圧時）の荷重は、たとえば５０００Ｎ程度である。

シール部材２に作用する荷重が低い場合（逆圧時）は、図３（ａ）に示すように、第１部分２Ａのみがゲートの当接面３に当接している。シール部材２に作用する荷重が中程度の場合（同圧時）およびシール部材２に作用する荷重が高い場合（正圧時）は、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、第１部分２Ａと第２部分２Ｂとの両方がゲートの当接面３に当接している。すなわち、第２部分２Ｂは、ゲート弁１０が比較的高荷重で閉じられたときにのみゲートの当接面３に当接するものである。

なお、本実施の形態の例では、シール部材２に作用する荷重が中程度の場合（同圧時）にも第２部分２Ｂがゲートの当接面３に当接しているが、シール部材２に作用する荷重が高い場合（正圧時）にのみ第２部分２Ｂがゲートの当接面３に当接するようにしてもよい。

本実施の形態に係るゲート弁１０によれば、低荷重時には、図３（ａ）に示すように、シール部２の第１部分２Ａのみで荷重を受け止めるため、シール部２が変形しやすい。他方、高荷重時には、図３（ｃ）に示すように、シール部２の第１部分２Ａおよび第２部分２Ｂの両方で荷重を受け止めるため、シール部２の変形が抑制される。

このように、本実施の形態に係るゲート弁１０によれば、シール部２に作用する荷重が変動しても、高荷重時にシール部２が変形し過ぎて本体部１がゲートに接触することを防止するとともに、低荷重時においても所定のシール性を確保することが可能である。

また、本実施の形態に係るゲート弁１０では、突出量が大きい第１部分２Ａを第２部分２Ｂに対して内周側に設けることにより、図４に示すように、高荷重時において、応力のピーク（図４中のＡ）を、シール部２における比較的内周側に位置させることができる。この結果、高荷重時においても、シール部２が外周側に倒れ込むような変形が抑制され、そのような変形に起因したパーティクルの発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係るゲート弁１０では、第２部分２Ｂの外周側斜面の傾斜角度θ２を、第１部分２Ａの外周側斜面の傾斜角度θ１よりも大きく設定することにより、高荷重時にのみゲートに当接する第２部分２Ｂを相対的に変形しにくく、低荷重時にもゲートに当接する第１部分２Ａを相対的に変形しやすくすることができる。この結果、高荷重時にシール部２を変形しにくく、低荷重時にはシール部２を変形しやすくする効果をさらに高めることができる。

また、本実施の形態に係るゲート弁１０では、第１部分２Ａの外周側斜面の傾斜角度θ１を第１部分２Ａの内周側斜面の傾斜角度θ１’よりも小さく設定することにより、高荷重時の応力のピーク（図４中のＡ）を、より内周側に位置させることができる。この結果、シール部２が外周側に倒れ込むような変形を抑制する効果をさらに高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１本体部、１Ａ主面、２シール部、２Ａ第１部分（メインシール部）、２Ｂ第２部分（潰し代調整部）、３当接面。

Claims

チャンバに対して被処理物が出し入れされるゲートに設けられるゲート弁であって、
主面を有する本体部と、
前記ゲート弁が閉じたときに前記ゲートの周縁部に当接するシール部とを備え、
前記シール部は、前記本体部の周縁部に沿って延びるように設けられ、前記ゲート弁が開いたときに前記主面から突出する凸状の第１部分および凸状の第２部分を含み、
前記第１部分の前記主面からの突出量は、前記第２部分の前記主面からの突出量よりも大きく、
前記第１部分は、前記第２部分に対して前記主面の内周側に設けられる、ゲート弁。
前記第２部分は、前記ゲート弁が比較的高荷重で閉じられたときにのみ前記ゲートの周縁部に当接する、請求項１に記載のゲート弁。
前記本体部の主面に対する前記第２部分の外周側斜面の傾斜角度は、前記本体部の主面に対する前記第１部分の外周側斜面の傾斜角度よりも大きい、請求項１または請求項２に記載のゲート弁。
前記本体部の主面に対する前記第１部分の外周側斜面の傾斜角度は、前記本体部の主面に対する前記第１部分の内周側斜面の傾斜角度よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれかに記載のゲート弁。