JP6405067B1 - ゲートバルブの制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】弁体の振動を抑えつつ短時間で開動作させるゲートバルブの制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、チャンバの開口部に設けたゲートバルブの制御方法であって、前記開口部を塞ぐように開閉する弁体と、前記開口部の縁に設けられ前記弁体が押し付けられる弁座と、前記弁体と前記弁座の間を封止するシール材と、を有し、前記シール材を潰して前記弁体が前記弁座に押し付けられた閉位置から前記弁体を開動作させる際に、前記弁体を開いていき潰されていた前記シール材が剥がれる直前又は直後の位置において前記弁体を所定の時間だけ一時停止させる、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバの開口部に設けられたゲートバルブを開くときの振動を抑制する方法に関する。
半導体素子、太陽電池、液晶などの製造における各種プロセスでは、ウエハ（シリコン等の半導体基板）やガラス基板などに真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等により薄膜を形成する手段や、薄膜から不要部分を削り取るエッチング手段などがある。
例えば、スパッタリング装置では、基板が配置された真空チャンバ内にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを導入し、所定の真空度で高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、材料であるターゲットに衝突させることにより、叩き出された材料を当該基板に付着させて薄膜を形成する。
また、ドライエッチング装置では、薄膜が形成された基板に対し、薄膜の必要部分をレジストでマスクした上で、真空チャンバ内でプラズマを発生させて不要部分を削り取り、不要となったレジストを除去する。
半導体製造装置では、複数のチャンバを備え、プロセスごとに処理を行うチャンバに基板を搬送する。チャンバ間はゲートバルブで仕切られ、基板を搬送するときにゲートバルブを開閉する。なお、特許文献１に記載されているように、二つの真空空間に配置される真空バルブの制御方法の発明も開示されている。
基板を搬送する際にゲートバルブの開閉に伴い振動等があると、チャンバ内でパーティクルが発生することがあり、それにより基板が汚染されるおそれがある。なお、特許文献２に記載されているように、処理チャンバへの振動を抑制して処理チャンバ内でパーティクルを発生させないゲートバルブの発明も開示されている。
特開２００６−５２８４６号公報 特許第３４３３２０７号公報
特許文献１に記載の発明は、真空バルブの柔軟なシールの劣化を減少させつつ、閉塞状態において良好なシーリングを達成することを目的としているが、真空バルブを開くときにパーティクルが発生する可能性がある。
また、特許文献２に記載の発明は、ゲートバルブを封止する弁体を支持している弁ロッドを傾動させることで、弁体をシールしたり剥がしたりするが、押しつぶされたシール部材を短時間で剥がそうとすると弁体が振動する可能性がある。
そこで、本発明は、弁体の振動を抑えつつ短時間で開動作させるゲートバルブの制御方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、チャンバの開口部に設けたゲートバルブの制御方法であって、前記開口部を塞ぐように開閉する弁体と、前記開口部の縁に設けられ前記弁体が押し付けられる弁座と、前記弁体と前記弁座の間を封止するシール材と、を有し、前記シール材を潰して前記弁体が前記弁座に押し付けられた閉位置から前記弁体を開動作させる際に、前記弁体を開いていき潰されていた前記シール材が剥がれる直前又は直後の位置において前記弁体の振動が抑制されるように前記弁体を一時停止させる、ことを特徴とする。

また、前記ゲートバルブの制御方法は、前記弁体を前記一時停止の後、開位置で停止するまでの間でさらに一時停止させる、ことを特徴とする。
また、前記ゲートバルブの制御方法において、前記ゲートバルブは、一のチャンバと、それと気圧の異なる他のチャンバとの間に介され、前記一のチャンバと前記他のチャンバの気圧差を調整してから前記弁体を開く、ことを特徴とする。
さらに、本発明であるゲートバルブは、前記制御方法によって前記弁体を開く、ことを特徴とする。
本発明によれば、ゲートバルブの弁体を短時間で開動作させても、シール材の剥離に伴う弁体自体及びゲートバルブ全体の振動を最小限に抑え、チャンバ内にパーティクルが発生して基板が汚染されるのを防止することができる。
本発明であるゲートバルブが設置される半導体製造装置の概観を示す斜視図である。 本発明であるゲートバルブの概観を示す斜視図である。 本発明であるゲートバルブの構造を示す断面図である。 本発明であるゲートバルブの動作を説明する断面図である。 本発明であるゲートバルブの制御方法において弁体を一時停止しなかったときの結果を示すグラフである。 本発明であるゲートバルブの制御方法において弁体を一時停止したときの結果を示すグラフである。 本発明であるゲートバルブの制御方法において弁体の一時停止を２回したときの結果を示すグラフである。 本発明であるゲートバルブを二つのチャンバ間に配置したときの制御を説明する断面図である。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
まず、本発明であるゲートバルブが設置される半導体製造装置について説明する。図１は、複数のチャンバ間にゲートバルブが設置された半導体製造装置の概観を示す斜視図である。
図１に示すように、半導体製造装置１００は、複数のチャンバ１１０を備え、プロセスごとに各チャンバ１１０に基板を搬送して処理が行われる。例えば、複数のチャンバ１１０が一直線に配列されたインライン型や、複数のチャンバ１１０が搬送室の周りに星状に配置されたクラスタ型などがあり、チャンバ１１０の数が多くなっても場所を取らないクラスタ型が主流である。
クラスタ型の半導体製造装置１００においては、搬送室となるトランスファーチャンバ１１０ａの周りに、真空予備室となるロードロックチャンバ１１０ｂや処理室となるプロセスチャンバ１１０ｃなどが配置される。
トランスファーチャンバ１１０ａとロードロックチャンバ１１０ｂ及びプロセスチャンバ１１０ｃとの間にはゲートバルブ２００が介される。また、ロードロックチャンバ１１０ｂの入口にはドアバルブ１２０が設けられる。なお、トランスファーチャンバ１１０ａ、ロードロックチャンバ１１０ｂ及びプロセスチャンバ１１０ｃには、それぞれ真空ポンプ１３０が排気バルブ１４０を介して取り付けられる。
予め、トランスファーチャンバ１１０ａ及びプロセスチャンバ１１０ｃは、排気バルブ１４０を開くことで真空ポンプ１３０により所定の圧力まで減圧される。基板は、ドアバルブ１２０を開くことで外部からロードロックチャンバ１１０ｂに搬入される。そして、ロードロックチャンバ１１０ｂは、排気バルブ１４０を開くことで真空ポンプ１３０によりトランスファーチャンバ１１０ａと同じ圧力まで減圧される。
基板は、ゲートバルブ２００を開くことでロードロックチャンバ１１０ｂからトランスファーチャンバ１１０ａに移送され、さらにプロセスに応じて各プロセスチャンバ１１０ｃに移送される。基板は、あるプロセスチャンバ１１０ｃで処理を終えたら、トランスファーチャンバ１１０ａに返送され、また別のプロセスチャンバ１１０ｃに移送される。
ゲートバルブ２００は、基板を一のチャンバ１１０から搬出し、隣接する他のチャンバ１１０に搬入するときに開き、基板が移送されたら閉じる。ゲートバルブ２００は、一のチャンバ１１０から他にチャンバ１１０に、気体やパーティクル等が移動しないように密閉する。
次に、本発明である制御方法が実施されるゲートバルブについて説明する。図２は、ゲートバルブの概観を示す斜視図である。図３は、ゲートバルブの構造を示す断面図である。図４は、ゲートバルブの動作を説明する断面図である。なお、正面側を前、背面側を後とし、図３及び図４においては、右側が前となる。
図２に示すように、ゲートバルブ２００は、チャンバ１１０と繋がる開口部２２０を塞ぐ弁体３００と、開口部２２０の縁に設けられ弁体３００が押し付けられる弁座２３０と、弁体３００と弁座２３０の間を封止するシール材４００と、を有する。ゲートバルブ２００としては、矩形状の開口部２２０に対して、弁体３００が上下に移動する角型などがある。
弁体３００は、ゲートバルブ２００の枠体２１０内に収容される。枠体２１０の上部には、正面（及び背面）に開口部２２０が空けられ、枠体２１０の下部には、弁体３００を開いたときに格納する格納部２４０を有する。枠体２１０の下側には、弁体３００を開閉動作させる駆動部２５０を設ける。
開口部２２０は、例えば、横長の孔など基板を通過させるのに必要な幅と高さで空いていれば良い。駆動部２５０は、例えば、アクチュエータ等で弁体３００を上下に移動させる昇降機構を備えていれば良い。格納部２４０は、弁体３００を下降させたときに、開口部２２０が開放されるように、枠体２１０内に空間が確保されていれば良い。
図３に示すように、中空な枠体２１０の前後に空けた開口部２２０をチャンバ１１０の出入口に当接させる。弁体３００は、駆動部２５０から枠体２１０内に延びる弁ロッド３１０に支持され、開口部２２０を塞ぐ位置に配置される。開口部２２０の縁に設けられた弁座２３０と、弁体３３０の縁とが、一部重なるように、弁体３３０を開口部２２０より大きいサイズにする。
弁体３３０の縁には、開口部２２０を囲むように環状のシール材４００が取り付けられ、開口部２２０を閉じるときは、シール材４００を潰すようにして弁体３３０が弁座２３０に押し付けられる。例えば、弁体３００及び弁座２３０が金属製のとき、シール材４００をゴム等の樹脂製にすれば、チャンバ１１０の気密性が維持される。
図４に示すように、ゲートバルブ２００の開動作は、（ａ）弁座２３０からシール材４００を引き剥がすための弁体３００の後退動作と、（ｂ）開口部２２０を開放するための弁体３００の下降動作などからなる。
シール材４００は弁座２３０に対して吸着されているので、弁体３００を後方に移動させてシール材４００を強い力で一気に引き剥がすと、弁ロッド３１０の下端を支点として弁体３００が振動し、さらにそれが伝わってゲートバルブ２００も振動する。なお、シール材４００の引き剥がしと、弁体３００及びゲートバルブ２００の振動に伴い、大きな音も発生する。
なお、閉位置は、シール材４００が弁座２３０に押し付けられている状態における弁体３００の位置、開位置は、シール材４００が弁座２３０から引き剥がされて後退した状態における弁体３００の位置とする。また、潰し量は、開位置におけるシール材の厚さと、閉位置におけるシール材４００の厚さの差分とする。
弁体３００が振動した状態で下降させると、弁ロッド３１０を昇降させる駆動部２５０に負担が掛かり、弁体３００を格納部２４０へ収容しづらくなり、さらにゲートバルブ２００に振動を伝達することになる。
弁体３００やゲートバルブ２００が振動すると、枠体２１０内のパーティクルが舞い上がり、チャンバ１１０内に侵入するおそれも生じる。特に、チャンバ１１０内の気圧が低いとパーティクルが入り込みやすくなり、チャンバ１１０内に載置された基板が汚染されて製品の品質を劣化させる可能性がある。
弁体３００の振動を抑制するために、弁座２３０からシール材４００を引き剥がした後、弁体３００が閉位置から開位置に後退移動するまでの間に、弁体３００を僅かな時間だけ一時停止させる制御を行う。なお、弁体３００の一時停止は、１回の後退移動につき、複数回（例えば、２回）行っても良い。
次に、本発明であるゲートバルブの制御方法について説明する。図５は、ゲートバルブの制御方法において弁体を一時停止しなかったときの結果を示すグラフである。図６は、ゲートバルブの制御方法において弁体を一時停止したときの結果を示すグラフである。図７は、ゲートバルブの制御方法において弁体の一時停止を２回したときの結果を示すグラフである。
図５〜図７は、ゲートバルブ２００を開動作させたときの弁体３００の位置を時系列で示したものであり、ゲートバルブ２００の正面からレーザ光を当てる等して、弁体３００の表面における距離と、枠体２１０の表面における距離を測定し、その差分を弁体３００の相対位置５００としたものである。
弁体３００の閉位置５１０は、シール材４００の潰し量５３０が０．２ｍｍの状態で弁座２３０に押し付けられた位置であり、弁体３００の開位置５２０は、閉位置から２．０ｍｍ離れた位置である。弁体３００を閉位置５１０から開位置５２０に移動させた後、弁体３００を下降させて格納部２４０に収容するまでが示されている。
図５（ａ）に示すように、弁体３００を閉位置５１０から開位置５２０まで移動させたとき、シール材４００の潰し量５３０の範囲では弁体３００が弁座２３０に吸着されており、弁体３００の移動方向と反対側に引っ張られた状態である。なお、弁体３００は、潰し量５３０が無くなる位置に達する前に早めにシール材４００から剥がれるか、又は潰し量５３０を超えて遅めにシール材４００から剥がれるが、いずれにしてもシール材４００により付勢された状態となる。
弁体３００が弁座２３０から剥がれると勢い良く離れていくので、その撓りにより開位置５２０まで来た弁体３００は振動５４０した状態となる。なお、振動５４０の幅は、約０．４ｍｍになる。その後、弁体３００の下降に伴いシール材４００の部分が計測され、さらに弁体３００が収納されることで奥の枠体２１０の内壁が計測されている。
図５（ｂ）に示すように、弁体３００の閉位置５１０から開位置５２０までの移動時間を遅くした場合、弁体３００自体の移動速度を多少変えても、シール材４００により付勢された撓りの影響が大きいため、振動５４０の幅は、０．２ｍｍより大きくなる。
図６（ａ）に示すように、弁体３００を閉位置５１０から開く方向に移動させて、シール材４００の潰し量５３０が無くなる位置に達する前に弁体３００を所定の時間（例えば、約２００〜３００ミリ秒）だけ一時停止５５０させ、その後、弁体３００の移動を再開してときの弁体３００の振動５４０の幅は、０．２ｍｍより小さくなる。
また、図６（ｂ）に示すように、弁体３００を閉位置５１０から開く方向に移動させて、シール材４００の潰し量５３０を超えて剥がれた後に弁体３００を所定の時間（例えば、約２００〜３００ミリ秒）だけ一時停止５５０させ、その後、弁体３００の移動を再開してときの弁体３００の振動５４０の幅も、０．２ｍｍより小さくなる。
すなわち、弁体３００がシール材４００の潰し量５３０が無くなる位置近辺まで来て、シール材４００が剥がれる直前又は直後の位置において、弁体３００を一時停止５５０させることで、弁体３００の振動５４０が大きく抑制される。
図７（ａ）に示すように、まず弁体３００をシール材４００が剥がれる直前で一時停止５５０させ、その後、弁体３００が開位置５２０に達する直前でさらに一時停止５５０ａさせたときは、弁体３００が開位置５２０に達することで生じる振動５４０も抑制される。
また、図７（ｂ）に示すように、まず弁体３００をシール材４００が剥がれた直後で一時停止５５０させ、その後、弁体３００が開位置５２０に達する直前でさらに一時停止５５０ａさせたときも、弁体３００が開位置５２０に達することで生じる振動５４０が抑制される。
すなわち、シール材４００が剥がれる直前又は直後の位置における弁体３００の一時停止５５０により、シール材４００の吸着に伴う弁体３００の撓りによって振動５４０が大きくなることを抑制し、開位置５２０の直前における弁体３００の一時停止５５０ａにより、弁体３００の停止に伴う振動５４０の発生自体を抑制する。
図８は、本発明であるゲートバルブを二つのチャンバ間に配置したときの制御を説明する断面図である。一のチャンバと隣接する他のチャンバに気圧差があると、気圧が低い方に気体が流入し、パーティクルが入り込みやすくなる。
図８に示すように、チャンバ１１０ａとチャンバ１１０ｃとがゲートバルブ２００ａを介して連設されている場合に、例えば、チャンバ１１０ａとチャンバ１１０ｃの間に、通気路６００を繋ぎ、通気路６００の途中にバルブ６１０を設ける。
チャンバ１１０ａからチャンバ１１０ｃに基板を移送する際に、チャンバ１１０ａとチャンバ１１０ｃの気圧が異なる場合は、バルブ６１０を開いて通気路６００を通すことにより、チャンバ１１０ａとチャンバ１１０ｃの気圧差を無くした上で、弁体３００を開けば良い。
このように、半導体製造装置１００において、ゲートバルブ２００の弁体３００を短時間で開動作させても、シール材４００の剥離に伴う弁体３００自体及びゲートバルブ２００全体の振動を最小限に抑え、チャンバ１１０内にパーティクルが発生して基板が汚染されるのを防止することができる。
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。
１００：半導体製造装置
１１０：チャンバ
１１０ａ：トランスファーチャンバ
１１０ｂ：ロードロックチャンバ
１１０ｃ：プロセスチャンバ
１２０：ドアバルブ
１３０：真空ポンプ
１４０：排気バルブ
２００：ゲートバルブ
２１０：枠体
２２０：開口部
２３０：弁座
２４０：格納部
２５０：駆動部
３００：弁体
３１０：弁ロッド
４００：シール材
５００：相対位置
５１０：閉位置
５２０：開位置
５３０：潰し量
５４０：振動
５５０：一時停止
５５０ａ：一時停止
６００：通気路
６１０：バルブ

Claims (4)

  1. チャンバの開口部に設けたゲートバルブの制御方法であって、
    前記開口部を塞ぐように開閉する弁体と、
    前記開口部の縁に設けられ前記弁体が押し付けられる弁座と、
    前記弁体と前記弁座の間を封止するシール材と、を有し、
    前記シール材を潰して前記弁体が前記弁座に押し付けられた閉位置から前記弁体を開動作させる際に、前記弁体を開いていき潰されていた前記シール材が剥がれる直前又は直後の位置において前記弁体の振動が抑制されるように前記弁体を一時停止させる、
    ことを特徴とするゲートバルブの制御方法。
  2. 前記弁体を前記一時停止の後、開位置で停止するまでの間でさらに一時停止させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブの制御方法。
  3. 前記ゲートバルブは、一のチャンバと、それと気圧の異なる他のチャンバとの間に介され、
    前記一のチャンバと前記他のチャンバの気圧差を調整してから前記弁体を開く、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のゲートバルブの制御方法。
  4. 請求項１乃至３の何れか一に記載の制御方法によって前記弁体を開く、
    ことを特徴とするゲートバルブ。
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