JP6877177B2 - 仕切りバルブ及び真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに連設される第１室と第２室との間に介設されて両室を仕切る仕切りバルブに関する。

従来、処理すべき基板に対し、真空雰囲気で熱処理、成膜処理やエッチング処理といった各種の処理を施す真空処理装置として、真空搬送ロボットが配置される中央の搬送室と、この搬送室を囲うように配置される複数の処理室とを備える所謂クラスターツールが一般に知られている。そして、これら搬送室と各処理室とを仕切るために仕切りバルブが設けられている。このような仕切りバルブは例えば特許文献１で知られている。このものは、搬送室（第１室）と処理室（第２室）との連設方向に位置する壁面部分に一対の透孔が開設された弁箱と、弁箱内に設けられる、一方の透孔の周縁部に圧接可能なシール部材を有する弁体と、透孔の周縁部に圧接して透孔を閉鎖する閉弁位置と透孔を開放する開弁位置との間で弁体を駆動する駆動手段とを備える。シール部材としては、通常、フッ素ゴムやパーフルオロエラストマー等のゴム製のものが用いられ、弁体に透孔に向かう押圧力を加えると、シール部材が弾性変形して透孔の周縁部に所定面積で面接触した状態でシール部材が圧接し、気密保持されるようになっている。

ここで、上記処理室で各種の処理を行うと、そのときの輻射熱等で搬送室や処理室の壁面が加熱される場合があり、このような場合には、弁箱にも伝熱して弁箱が加熱されることになる。このとき、弁体の閉弁位置にてシール部材が透孔の周縁部に圧接した状態で所定時間経過すると、シール部材が透孔の周縁部に固着することが一般に知られている。このようにシール部材が透孔の周縁部に固着した状態で弁体を移動させると、シール部材が透孔の周縁部から剥がされるときにシール部材の組成物がパーティクルとなって飛散してしまうという問題が生じる。

特開２０１２−１１４２９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、シール部材が固着した後に弁体を移動する場合でも、シール部材から飛散するパーティクルを可及的に少なくできるようにした仕切りバルブ及び真空処理装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、互いに連設される第１室と第２室との間に介設されて両室を仕切る本発明の仕切りバルブは、第１室と第２室との連設方向に位置する壁面部分に一対の透孔が開設された弁箱と、弁箱内に設けられる、一方の透孔の周縁部に圧接可能なシール部材を有する弁体と、透孔の周縁部に圧接して透孔を閉鎖する閉弁位置と透孔を開放する開弁位置との間で弁体を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段に、シール部材を透孔の周縁部に圧接させるときにこのシール部材に加わる押圧力を段階的に可変とする押圧力変更手段を設け、前記駆動手段が、前記第１室と前記第２室との連設方向に対して直交する方向に前記弁体を移動可能な第１駆動部と、前記透孔に対して接離方向に前記弁体を移動可能な第２駆動部とを備え、第２駆動部を多段式エアーシリンダまたはモータで構成して前記押圧力変更手段としたことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、第１室と第２室とが夫々真空雰囲気であるような場合には、押圧力変更手段によりシール部材に加わる押圧力を比較的弱めることで、透孔の周縁部に対するシール部材の接触面積を減少させた状態でシール部材を圧接させる。この場合、シール部材に加わる押圧力は、真空雰囲気の第１室と第２室とに圧力差があるときに、第１室と第２室との一方から他方へのリークが防止されるように設定される。これにより、シール部材が固着した状態で弁体を移動する場合でも、透孔の周縁部に対するシール部材の接触面積、言い換えると、シール部材の固着し得る面積を減少させたため、シール部材から飛散するパーティクルを可及的に少なくすることができる。そして、第１室と第２室との一方が大気雰囲気であり、他方が真空雰囲気であるような場合には、押圧力変更手段によりシール部材にかかる押圧力を比較的強めれば、透孔の周縁部に対するシール部材の接触面積が増加した状態でシール部材が圧接するため、真空雰囲気の他方の室からの（真空）リークを確実に防止できる。

また、上記課題を解決するために、互いに連設される第１室及び第２室と、これら第１室と第２室との間に介設されて両室を仕切る仕切りバルブとを備える本発明の真空処理装置は、前記仕切りバルブが、第１室と第２室との連設方向に位置する壁面部分に一対の透孔が開設された弁箱と、弁箱内に設けられる、一方の透孔の周縁部に圧接可能なシール部材を有する弁体と、透孔の周縁部に圧接して透孔を閉鎖する閉弁位置と透孔を開放する開弁位置との間で弁体を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段に、シール部材を透孔の周縁部に圧接させるときにこのシール部材に加わる押圧力を段階的に可変とする押圧力変更手段を設け、第１室と第２室との圧力差に応じて、押圧力変更手段によりシール部材に加わる押圧力が変更されるように構成したことを特徴とする。本発明においては、前記駆動手段が、前記第１室と前記第２室との連設方向に対して直交する方向に前記弁体を移動可能な第１駆動部と、前記透孔に対して接離自在に前記弁体を移動可能な第２駆動部とを備え、第２駆動部を多段式エアーシリンダまたはモータで構成して前記押圧力変更手段とすることが好ましい。これによれば、透孔に対して接離方向に弁体を移動するときのストロークを変えるという簡単な構成で、シール部材に加わる押圧力を段階的に変化させた状態で透孔の周縁部に対してシール部材を圧接させることが実現できる。

本発明の実施形態の仕切りバルブの取付状態を示す断面図。 仕切りバルブの弁体の構成を示す斜視図。 押圧力変更手段を示す断面図であり、（ａ）が開弁位置、（ｂ）が第１閉弁位置、（ｃ）が第２開弁位置である。 （ａ）〜（ｄ）は、弁体の開弁位置から第２閉弁位置への動作を示す図。

以下、図面を参照して、真空搬送ロボットが配置される中央の搬送室とこの搬送室を囲うように配置される複数の処理室とを備える真空処理装置にて搬送室と真空処理室との間に介設される場合を例に本発明の仕切りバルブの実施形態を説明する。以下においては、弁体が鉛直方向及び搬送室と真空処理室との連設方向としての水平方向に移動されるとし、鉛直方向としての上、下及び水平方向としての左、右の方向を示す用語は図１を基準として説明する。真空処理装置自体は公知のものが利用できるため、これ以上の詳細な説明は省略する。

図１及び図２を参照して、ＩＶは、本実施形態の仕切りバルブであり、仕切りバルブＩＶは、互いに水平方向（図１中、左右方向）に連設される第１室としての搬送室Ｔｃと、例えばスパッタリング法による成膜を行う第２室としての処理室Ｐｃとの間に介設されている。仕切りバルブＩＶは、立方体形状の輪郭を持つ弁箱１を備え、搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの連設方向の位置する弁箱１の壁面部分１１ａ，１１ｂには、搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの搬送用開口Ｔｃ１，Ｐｃ１に夫々連通する一対の透孔１２ａ，１２ｂが夫々開設されている。そして、弁箱１内に弁体２が上下動自在に設けられている。

弁体２は、板状の本体２１と、搬送室Ｔｃに対峙する本体２１の表面部分にその外周縁部に沿って設けたＯリング２２とで構成されている。この場合、本体２１の表面部分には、特に図示して説明しないが、板厚方向に窪む、円形または矩形の輪郭を持つ環状溝が形成され、この環状溝にＯリング２２の一部が圧入され、Ｏリング２２の他の部分が本体２１の表面部分から突出するようにしている。Ｏリング２２としては、フッ素ゴムやパーフルオロエラストマー等のゴム製のものが用いられる。弁体２の本体２１には、弁箱１の底壁部１３に設けた貫通孔１３ａを貫通して弁箱１内に突出する２本のロッド３，３の上端が連結され、弁箱１から下方に突出する各ロッド３の下端には駆動板３１が連結されている。駆動板３１の下面には、第１駆動部としての第１のエアーシリンダ４ａが付設され、第１のエアーシリンダ４ａにより駆動板３１を上動または下動することで、弁箱１内にてＯリング２２が搬送室Ｔｃ側に位置する透孔１２ｂの周縁部に圧接可能な閉弁可能位置と、透孔１２ｂを開放する開弁位置との間で弁体２を移動するようになっている。この場合、第１のエアーシリンダ４ａとしては公知のものが利用できる。また、弁箱１から下方に突出する各ロッド３，３の下端部分は、弁箱１と駆動板３１との間に設けた真空ベローズ４で囲繞され、弁箱１内を気密に保持できるようにしている。

弁箱１の底壁部１３の下面には、第２駆動部としての第２のエアーシリンダ４ｂが設けられている。そして、第１のエアーシリンダ４ａにより弁体２を閉弁可能位置に移動させた後、第２のエアーシリンダ４ｂにより駆動板３１を搬送室Ｔｃ側に向けて（図１中、右方向に）駆動することで、真空ベローズ４を変形させながら、閉弁可能位置にある弁体２をそのＯリング２２が搬送室Ｔｃ側に位置する透孔１２ｂの周縁部に圧接する閉弁位置に弁体２を水平移動するようになっている。一方、第２のエアーシリンダ４ｂによる駆動板３１の押圧を解放すると、真空ベローズ４の復元力で弁体２が閉弁位置から弁箱１の壁面部分１１ｂから離間した閉弁可能位置に戻る（即ち、弁体が、図１中、左方向に移動する）。

ここで、上記処理室Ｐｃで各種の処理を行うと、そのときの輻射熱等で搬送室Ｔｃや処理室Ｐｃの壁面が加熱される場合があり、このような場合には、弁箱１にも伝熱して弁箱１が加熱される。このとき、弁体２の閉弁位置にてＯリング２２が透孔１２ｂの周縁部に圧接した状態で所定時間経過すると、Ｏリング２２が固着してしまう。このように状態で弁体２を閉弁位置から閉弁可能位置に戻すと、Ｏリング２２が透孔１２ｂの周縁部から剥がされるときにＯリング２２の組成物がパーティクルとなって飛散してしまうため、多量のパーティクルが弁箱１、処理室Ｐｃや搬送室Ｔｃに飛散しないように構成しておく必要がある。

本実施形態では、第２駆動部としての第２のエアーシリンダ４ｂとして２段式のものを用い、透孔１２ｂに対して接離方向である左右方向にて閉弁可能位置から閉弁位置に弁体２の移動させるときのストロークを変更することで、Ｏリング２２に加わる押圧力を段階的に変化させた状態で透孔１２ｂの周縁部に対してＯリング２２が圧接するように構成した。即ち、図３も参照して、第２のエアーシリンダ４ｂは、シリンダ本体４１を備え、その内部は、中央開口４２ａを備えた隔絶板４２により第１室４３ａと第２室４３ｂとに区画されている。図３中、右側に位置する第１室４３ａ内に摺動自在に収納された第１ピストン４４には、第２室４３ｂ側に向けてのびる押圧ロッド部４４ａが設けられ、押圧ロッド部４４ａが中央開口４２ａに摺動自在に挿入されている。また、図３中、左側に位置する第２室４３ｂ内に摺動自在に収納された第２ピストン４５には、第１室４３ａ側に向けてのびる駆動ロッド部４５ａが設けられ、駆動ロッド部４５ａの一端が、第１ピストン４４に設けた貫通孔及びシリンダ本体４１の壁面に設けた透孔を貫通してシリンダ本体４１の外側に突出するようになっている。

図３（ａ）に示す第２のエアーシリンダ４ｂの待機位置から、シリンダ本体４１の第１導入口４６ａから圧縮空気を供給すると、第２室４３ｂ内で第２ピストン４５が（図３中、左側から右側に向かって）移動し、これに連動する駆動ロッド部４５ａによって駆動板３１が搬送室Ｔｃ側に向けて所定の第１のストロークで移動される（図３（ｂ）参照）。次に、シリンダ本体４１の第２導入口４６ｂから圧縮空気を供給すると、第１室４３ａ内で第１ピストン４４が（図３中、右側から左側に向かって）移動し、これに連動する押圧ロッド部４４ａの先端部が第２室４３ｂ側に突出して第２ピストン４５が逆方向に移動されることで、駆動ロッド部４５ａが逆方向に戻され、第１ストロークより短い第２ストロークで駆動板３１が移動される。この場合、第１ストロークは、搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの一方が大気雰囲気であり、他方が真空雰囲気であるような場合、真空雰囲気の他方の室からのリークを確実に防止できるように適宜設定される（即ち、従来例の仕切りバルブと同様に設定される）。他方で、第２ストロークは、例えば真空雰囲気の搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの間に生じ得る圧力差を考慮して搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの一方から他方へのリークが防止できるように適宜設定される。以下に、図４も参照して、上記第２のエアーシリンダ４ｂを備えた仕切りバルブＩＶの開閉動作を具体的に説明する。

図４（ａ）には、仕切りバルブＩＶが開弁状態で示されている。この状態では、例えば真空雰囲気の搬送室Ｔｃ（または処理室Ｐｃ）にある処理対象物が、図外の真空搬送ロボットにより搬送用開口Ｔｃ１，Ｐｃ１と透孔１２ａ，１２ｂを通して処理室Ｐｃ（または搬送室Ｔｃ）に搬送される。処理対象物の搬送が完了すると、例えば、処理室Ｐｃ内にある処理対象物に対して所定の処理を施すために、仕切りバルブＩＶが閉弁状態にされる。即ち、第１のエアーシリンダ４ａが駆動されてその駆動軸４０により駆動板３１が上動し、弁体２が閉弁可能位置に移動する（図４（ｂ）参照）。この状態では、第２のエアーシリンダ４ｂが駆動板３１から離間した待機位置にある（図３（ａ）参照）。

次に、第２のエアーシリンダ４ｂが駆動されて駆動ロット部４５ａにより駆動板３１が、真空ベローズ４を変形させながら左側から右側に向かって水平移動する。これにより、閉弁可能位置にある弁体２が第１ストロークで移動して弁体２に設けたＯリング２２が弾性変形しながら透孔１２ｂの周縁部に圧接する。本実施形態では、このように第１ストロークで弁体２を移動させたときの位置が第１閉弁位置となる（図４（ｃ）参照）。この第１閉弁位置では、Ｏリング２２に加わる押圧力が比較的強くなるため、透孔１２ｂの周縁部に対するＯリング２２の接触面積が増加した状態でＯリング２２が透孔１２ｂの周縁部に圧接することになる。この場合、仮に例えば搬送室Ｔｃを大気圧雰囲気に戻したとしても、搬送室Ｔｃから処理室Ｐｃへの（真空）リークが確実に防止できる。

次に、処理室Ｐｃ内にある処理対象物に対して所定の処理を行うときには、真空雰囲気の搬送室Ｔｃと、所定の処理が実施されている間の処理室Ｐｃとの間の圧力差（通常、処理室Ｐｃの方が圧力が高くなる）に起因して弁体２に作用する力は、例えば搬送室Ｔｃが大気圧である場合に比べて非常に小さい。このため、シリンダ本体４１の第２導入口４６ｂから圧縮空気を供給して駆動ロッド部４５ａを逆方向（左側）に戻すことで（図３（ｃ）参照）、第１ストロークより短い閉弁可能位置からの第２ストロークで駆動板３１を移動させる。このとき、Ｏリング２２に加わる押圧力が比較的弱くなって透孔１２ｂの周縁部に対するＯリング２２の接触面積が減少した状態でＯリング２２が透孔１２ｂの周縁部に圧接することになる。本実施形態では、このように第２ストロークで弁体２を移動させたときの位置が第２閉弁位置となる（図４（ｄ）参照）。この第２閉弁位置では、真空雰囲気の搬送室Ｔｃから処理室Ｐｃへの（真空）リークが確実に防止できる。これにより、仮にＯリング２２が透孔１２ｂの周縁部に固着した後、弁体２を閉弁可能位置に移動する場合でも、透孔１２ｂの周縁部に対するＯリング２２の接触面積、言い換えると、Ｏリング２２の固着し得る面積を減少させたため、第１閉弁位置から直接弁体２を閉弁可能位置に移動する場合と比較して、Ｏリング２２から飛散するパーティクルを可及的に少なくすることができる。

次に、処理室Ｐｃ内にある処理対象物に対して所定の処理を行った後、処理対象物を搬送するために、仕切りバルブＩＶが再度開弁状態にされる。この場合、第２のエアーシリンダ４ｂを待機位置に戻すと（図３（ａ）参照）、真空ベローズ４の復元力で駆動板３１が第２閉弁位置から閉弁可能位置に戻る。そして、第１のエアーシリンダ４ａが駆動されると、第１のエアーシリンダ４ａの駆動軸４０により駆動板３１が下動し、弁体２が開弁位置に移動する（図４（ａ）参照）。以降、上記操作が繰り返されて、仕切りバルブＩＶが開閉される。

以上の実施形態によれば、搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとが真空雰囲気であるような場合には、透孔１２ｂの周縁部に対するＯリング２２の接触面積を減少させた状態でＯリング２２を圧接させることでＯリング２２から飛散するパーティクルを可及的に少なくすることができる。一方、搬送室Ｔｃと処理室Ｐｃとの一方が大気雰囲気であり、他方が真空雰囲気であるような場合には、透孔１２ｂの周縁部に対するＯリング２２の接触面積を増加させた状態でＯリング２２を圧接させることで、真空雰囲気の他方の室からのリークを確実に防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。上記実施形態では、透孔１２ｂの周縁部に対して水平方向（離接方向）に弁体２を移動させるときのストロークを段階的に変化させることで、弁体２、ひいてはＯリング２２に加わる押圧力を段階的に可変できるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、Ｏリング２２に加える押圧力、即ち、圧接状態におけるＯリング２２の透孔１２ｂの周縁部に対する接触面積を段階的に変更できるものであれば、その形態は問わない。

また、上記実施形態では、弁体２を鉛直方向に移動させるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、同一水平面内で弁体２の移動方向に直交する方向に弁体２を移動させるものであってもよい。更に、上記実施形態では、押圧力変更手段としての第２駆動部を２段式のエアーシリンダ４ｂで構成したものを例に説明したが、弁体２のストロークを段階的に変更できるものであればその形態を問わず、例えばエアーシリンダの代わりにステッピングモータを用いることができる。また、上記実施形態では、弁体２のストロークを２段階で変更できるものを例に説明したが、同一の処理室内で異なる処理が実施されるような場合には、３段階以上で弁体２のストロークが変更できるようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、駆動部としての２個のエアーシリンダ４ａ，４ｂで駆動手段を構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、カム機構やクランク機構等を備える単一のエアーシリンダ（駆動手段）によりＯリング２２に加える押圧力、即ち、圧接状態におけるＯリング２２の透孔１２ｂの周縁部に対する接触面積を段階的に変更できるようにしてもよい。例えば、カム機構（ハートカム機構等）を備える単一のエアーシリンダにより上記弁体２を開弁位置と閉弁位置との間で移動させる場合、エアーシリンダの待機位置から圧縮空気を所定供給圧で供給すると、カム機構に案内されて弁体２が上動すると共に、弁体２とエアーシリンダとを連結するロッドが透孔１２ｂの周縁部に向けて傾動することでＯリング２２が弾性変形しながら第１の押圧力で透孔１２ｂの周縁部に圧接し、この状態から、エアーシリンダへの圧縮空気の供給圧を高めると、カム機構に案内されてロッドが透孔１２ｂの周縁部に向けて傾動することで第１の押圧力より高い第２の押圧力で透孔１２ｂの周縁部に圧接するようにカム機構を設計しておけばよい。

また、上記実施形態では、例えば第１室と第２室との一方が大気雰囲気であり、他方が真空雰囲気である場合には第１閉弁位置とし、第１室と第２室との両方が真空雰囲気である場合には第２閉弁位置と開弁位置との間で動作することを例に説明したが、これに限定されない。例えば、第１室と第２室との一方が大気雰囲気であり、他方が真空雰囲気である場合に仕切りバルブＩＶを第１閉弁位置とした後、一方を真空雰囲気にして仕切りバルブＩＶを第１閉弁位置から開弁位置にする際に、一旦第２閉弁位置に移動させた後、閉弁可能位置に移動させてもよい。あるいは、第１室と第２室との両方が真空雰囲気である場合に仕切りバルブＩＶを第１閉弁位置とし、一旦第２閉弁位置に移動させた後、閉弁可能位置に移動させてもよい。これにより、第１閉弁位置から直接弁体２を閉弁可能位置に移動させる場合と比較して、Ｏリング２２から飛散するパーティクルを可及的に少なくすることができる。

ＩＶ…仕切りバルブ、Ｔｃ…搬送室（第１室）、Ｐｃ…処理室（第２室）、１…弁箱、１２ａ，１２ｂ…透孔、２…弁体、２２…Ｏリング（シール部材）、４ａ…第１のエアーシリンダ（駆動手段）、４ｂ…第２のエアーシリンダ（押圧力変更手段）。

Claims (3)

1. 互いに連設される第１室と第２室との間に介設されて両室を仕切る仕切りバルブであって、
   第１室と第２室との連設方向に位置する壁面部分に一対の透孔が開設された弁箱と、弁箱内に設けられる、一方の透孔の周縁部に圧接可能なシール部材を有する弁体と、透孔の周縁部に圧接して透孔を閉鎖する閉弁位置と透孔を開放する開弁位置との間で弁体を駆動する駆動手段とを備えるものにおいて、
   前記駆動手段に、シール部材を透孔の周縁部に圧接させるときにこのシール部材に加わる押圧力を段階的に可変とする押圧力変更手段を設け、
   前記駆動手段が、前記第１室と前記第２室との連設方向に対して直交する方向に前記弁体を移動可能な第１駆動部と、前記透孔に対して接離方向に前記弁体を移動可能な第２駆動部とを備え、
   第２駆動部を多段式エアーシリンダまたはモータで構成して前記押圧力変更手段としたことを特徴とする仕切りバルブ。
2. 互いに連設される第１室及び第２室と、これら第１室と第２室との間に介設されて両室を仕切る仕切りバルブとを備える真空処理装置であって、
   前記仕切りバルブが、第１室と第２室との連設方向に位置する壁面部分に一対の透孔が開設された弁箱と、弁箱内に設けられる、一方の透孔の周縁部に圧接可能なシール部材を有する弁体と、透孔の周縁部に圧接して透孔を閉鎖する閉弁位置と透孔を開放する開弁位置との間で弁体を駆動する駆動手段とを備えるものにおいて、
   前記駆動手段に、シール部材を透孔の周縁部に圧接させるときにこのシール部材に加わる押圧力を段階的に可変とする押圧力変更手段を設け、
   第１室と第２室との圧力差に応じて、押圧力変更手段によりシール部材に加わる押圧力が変更されるように構成したことを特徴とする真空処理装置。
3. 前記駆動手段が、前記第１室と前記第２室との連設方向に対して直交する方向に前記弁体を移動可能な第１駆動部と、前記透孔に対して接離方向に前記弁体を移動可能な第２駆動部とを備え、
   第２駆動部を多段式エアーシリンダまたはモータで構成して前記押圧力変更手段としたことを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。

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