TWI580880B - 閘閥 - Google Patents

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TWI580880B
TWI580880B TW104112183A TW104112183A TWI580880B TW I580880 B TWI580880 B TW I580880B TW 104112183 A TW104112183 A TW 104112183A TW 104112183 A TW104112183 A TW 104112183A TW I580880 B TWI580880 B TW I580880B
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石垣恒雄
下田洋己
長尾格
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Ｓｍｃ股份有限公司
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Description

閘閥
本發明係關於一種閘閥，其被安裝在半導體處理裝置的真空腔室中，且被設置成用於打開/關閉與該真空腔室相連通的開口。
至目前為止，在半導體晶圓或液晶基板或類似物的處理裝置中，係經由通路來執行將半導體晶圓或液晶基板等等取回及置入各種處理腔室。在各自通路中，閘閥已被用於執行打開及關閉通路。
例如，如日本先行公開專利公告第11-351419號中所揭示，設置此閘閥以使得閥盤可以藉由閥桿(其係在缸的驅動動作下而位移)的直線移動而抵達面對閥室中之閥座的位置。之後，藉由水平地移動閥盤而使得其之一密封構件壓抵一閥座，便可關閉形成在閥室中的通路。
在上述閘閥中，已知有一情況，例如，在其中該閥盤被安置在閥座上的閥關閉狀態中，被連接至該閥室之一端側的一處理腔室係保持在約大氣壓力下，而被連接至該閥室之另一端側的另一處理腔室則保持在真空狀態 下。在此情況中，由於該處理腔室與閥室內部係由閥盤隔開，而該另一處理腔室與閥室內部相連通且保持在真空壓力下，由於在閥室內部與閥室外部之間會產生壓力差，閥室之壁會被向內壓迫而傾向於受到變形。
詳言之，若閥座被設置於其上用於安置閥盤的壁部分經歷變形，則密封構件在閥盤上的密封能力會劣化。基於此一理由，為了抑制閥室由於壓力差所造成的變形，可以考慮事先形成具有特定厚度的閥室壁。然而，在此情況中，閥室之重量會增加，且閘閥整體的總重量亦會不利地增加。
本發明之主要目的係要提供一種閘閥，其可防止閥室變形且同時可避免重量增加，且當閘閥關閉時亦能夠可靠地且穩定地執行密封。
本發明的特徵在於閘閥，其具有：閥室；閥盤，其被組構成用以相對於形成在該閥室中之閥座而安置；閥桿，其連接至該閥盤且被組構成用以造成該閥盤經歷直線移動以及接近與遠離該閥座的移動；以及驅動單元，其被設置在外殼的內部，該閥室被連接至該外殼，該驅動單元沿著軸向方向直線位移該閥桿。
在該閘閥中，該閥室包括：容納室，該閥盤被容納於其中；壁部分，其構成該容納室之一部分，且包括有供該閥盤被安置在其上的閥座；通路，其形成在該壁部分中，且在容納室與相鄰於該 閥室之處理腔室之間提供連通；平衡室，其形成在該壁部分中而與該處理腔室形成面對關係；及連通埠口，其在該平衡室與該容納室之間提供連通，且被設置成在該平衡室內部中不與通路連通。
依照本發明，在組成該閘閥的閥室中，提供有一些元件，諸如：可將閥盤容納於其中的容納室；該壁部分，其具有可供該閥盤安置在其上的閥座；通路，其形成在壁部分中且提供容納室與相鄰於閥室之處理腔室之間的連通；平衡室，其係形成為與處理腔室呈面對關係；以及連通埠口，其提供平衡室與容納室之間的連通，且被設置成在平衡室內部中不與通路連通。
因此，舉例來說，在該閥盤被安置在閥座上的閥關閉狀態中，即使在容納室與相鄰於該容納室之處理腔室之間產生壓力差，該容納室與平衡室之壓力可藉由連通埠口而平衡或設定在相同的壓力，藉此可避免由於壓力差而作用在被設置於容納室與處理腔室之間之壁部分的負載。因此，在不增加閥室之重量的情況下，可以可靠地防止閥室之壁部分由於壓力差而變形。此外，藉由防止被設置在壁部分中的閥座變形，當閘閥關閉時，可以可靠地且穩定地執行閥盤相對於閥座的密封。
本發明之上述及其他的目的、特徵、態樣及優點可從以下本發明之詳細說明配合隨附圖式來獲得更深入的瞭解，其中本發明之一較佳實施例係以繪示性實例的 方式展示於諸圖式中。
10‧‧‧閘閥
12‧‧‧第一通路
14‧‧‧第二通路
16‧‧‧閥室
16a‧‧‧一側壁
16b‧‧‧另一側壁
18‧‧‧外殼
20‧‧‧缸區段
22‧‧‧閥桿
24‧‧‧閥盤
26‧‧‧驅動轉換單元
28‧‧‧容納室
30‧‧‧閥座
32‧‧‧平衡室
34‧‧‧第一密封構件
36‧‧‧第二密封構件
38‧‧‧平衡埠口
46‧‧‧桿孔
48a、48b‧‧‧流體壓力缸
50‧‧‧缸管
58a、58b‧‧‧導引滾輪
60‧‧‧凹入溝槽
62‧‧‧水平溝槽部分
64‧‧‧波紋管
66‧‧‧密封環圈
68‧‧‧軛部
70‧‧‧位移塊
74‧‧‧凸輪框架
80‧‧‧彈簧
82a、82b‧‧‧凸輪滾輪
84‧‧‧擋止件滾輪
S1、S2‧‧‧處理腔室
第1圖係依照本發明之一實施例之閘閥的前視圖且部分以橫截面展示；第2圖係沿著第1圖之剖面線II-II所取的橫截面；第3圖係放大橫截面視圖，其展示第2圖之閥盤的附近；第4圖係沿著第1圖之剖面線IV-IV所取的橫截面視圖；第5圖係在第1圖之閘閥中的驅動轉換單元的分解透視圖；第6圖係前視圖且部分以橫截面展示，且繪示閥盤在第1圖之閘閥中移動的閥打開狀態；第7圖係沿著第6圖之剖面線VII-VII所取之橫截面視圖；及第8圖係橫截面視圖，其中展示該閥盤從第7圖所示之閘閥的閥打開狀態移動至該閥盤面向該閥座的位置之狀態。
如第1及2圖所示，閘閥10包括：閥室16，在該閥室16中形成有第一及第二通路12、14(見第2圖)以允許未繪示的工件(例如，半導體晶圓)可被插入及取出；外殼18，其連接至該閥室16的下部分；缸區段20， 其用以作為驅動單元且被設置在外殼18的內部；閥桿22，其可在缸區段20的驅動動作下沿著軸向方向(箭頭方向A及B)位移，以及大致上垂直於軸向方向來移動；閥盤24，其連接至閥桿22的一端且其可以關閉閥室16之第一通路12；以及驅動轉換單元26，其可將缸區段20之直線位移轉換成沿著垂直於閥桿22之軸線的方向的移動。
如第2及3圖所示，該閥室16係例如形成中空箱形形狀，且包括設置在其內部中的容納室28，該閥盤24可於該容納室28中移動。在面向容納室28之閥室16之側壁(壁部分)16a與另一側壁16b上係形成有第一及第二通路12、14，其分別地開放成具有矩形形狀的橫截面。
在閥室16中，在側壁16a之內部壁表面上係形成有閥座30，其面向第一通路12。該閥座30被設置成使得該閥盤24靠抵於其上。在閥室16中的該側壁16a與另一側壁16b係大致上平行而將容納室28夾於其間(見第2圖)。
此外，在閥室16中，一處理腔室S1係連接在該側壁16a之一側上且係經由第一通路12連通，而另一處理腔室S2係連接在另一側壁16b之側上且係經由第二通路14連通。
再者，如第1圖至第3圖所示，一平衡室32係形成在閥室16之該側壁16a上，該平衡室32係在面向處理腔室S1之外部壁表面上凹入一預定深度。該平衡室32係以相對於該側壁16a之外部邊緣的預定寬度向內形 成，且該第一通路12在其中央部分中形成開口。更具體言之，該平衡室32係形成環形形狀，在其中央區域中具有該第一通路12。
此外，平衡室32包含設置成用以覆蓋第一通路12之外側的第一密封構件(密封構件)34，及設置在平衡室32之外部邊緣上的第二密封構件36。該第一及第二密封構件34、36係例如由諸如橡膠或類似物之彈性材料所形成大致上呈矩形環圈形狀，且被各自安裝在形成於平衡室32之壁表面中的環形溝槽中。在這些密封構件各自安裝在環形溝槽中的狀態中，該第一及第二密封構件34、36係設置成從外部壁表面朝向處理腔室S1之側突出一預定高度(見第3圖)。
換言之，該平衡室32係形成環形形狀，該第二密封構件36被設置於其中從而圍繞第一密封構件34的外側，該第一密封構件34則被設置在內部。
本發明並未侷限於第二密封構件36被設置在第一密封構件34的外部圓周側且該平衡室32形成在第一密封構件34與第二密封構件36之間的例子。例如，該平衡室32可從第一密封構件34向下配置以封圍一平衡埠口38，其將在下文中說明。
再者，該平衡埠口(連通埠口)38係形成平衡室32中之介於該第一密封構件34與該第二密封構件36之間的一位置處。該平衡埠口38係例如大致上呈圓形橫截面，且穿過沿著從平衡室32至容納室28的直線。更具體 言之，該平衡埠口38係形成大致上平行與第一通路12且與其隔開一預定距離，且其具有比第一通路12還小的橫截面尺寸。
如第1及2圖所示，外殼18係由連接至該閥室16之下部分的基底框架40、一對分別連接至該基底框架40兩端且將缸區段20夾置於其間的側邊框架42a、42b，以及接合或互連側邊框架42a、42b之各自下端部的罩蓋框架44所組成。
該基底框架40係設置成用以覆蓋閥室16之下部分。該閥室16之容納室28及外殼18的內部係經由桿孔46而彼此連通，該桿孔46係大致上形成在基底框架40的中心。稍後將說明的閥桿22係可位移地插入穿過該桿孔46。
側邊框架42a、42b被形成大致上垂直於基底框架40。基底框架40係連接至側邊框架42a、42b的上部分，且構成缸區段20的缸管50係以大致上平行狀態分別地固定至側邊框架42a、42b兩者。
如第1圖所示，缸區段20係由一對流體壓力缸48a、48b所構成，該對流體壓力缸48a、48b係沿著基底框架40之縱向方向而被設置在兩端部上。流體壓力缸48a、48b之各者係分別地包括中空圓柱缸管50、設置成用於在缸管50的內部沿著軸向方向(箭頭方向A及B)位移之活塞52，以及連接至該活塞52的活塞桿54。
缸管50之末端係藉由連接至基底框架40而 封閉，而其另一端部係藉由桿蓋56所封閉，藉此，該活塞桿54可插入穿過該桿蓋56。接著，藉由從未繪示埠口被供應至缸管50內部的壓力流體，該活塞52沿著軸向方向(箭頭方向A及B)被壓迫，藉此位移活塞桿54。
此外，如第2、4及5圖所示，在閘閥10之中央側邊上，在各缸管50的側邊表面上係可旋轉地設置有成對的導引滾輪58a、58b。配合該導引滾輪58a、58b，凹入溝槽60被形成大致上平行於該導引滾輪58a、58b且與其隔開一預定距離。
導引滾輪58a、58b係沿著缸管50之軸向方向(箭頭方向A及B)隔開一預定距離，且被配置在一直線上。
在另一方面，如第2圖及第5圖所示，水平溝槽部分62係形成在凹入溝槽60之各自上端部上。該水平溝槽部分62沿著大致上垂直於該凹入溝槽60延伸方向的方向而朝向閥室16之閥座30之側延伸。構成驅動轉換單元26的擋止件滾輪84係插入至凹入溝槽60中。
活塞桿54之上端部係連接至活塞52的中央部分，而其下端部從缸管50朝外突出且分別地連接至稍後將說明的軛部68。
閥桿22大致上被設置在外殼18的中心，且被插入穿過基底框架40之桿孔46。閥桿22之沿著其軸向方向的大致上中央部分係由波紋管64所覆蓋。波紋管64由波紋管狀圓柱本體所組成，使得當閥桿22沿軸向方向 (箭頭方向A及B)位移時，波紋管64伸展及收縮且同時覆蓋閥桿22使得該閥桿22之部分始終被覆蓋。此外，閥桿22之上端部係插入至閥室16的內部且連接至閥盤24。
閥盤24係由具有對應於閥室16中之第一通路12的開口之矩形形狀橫截面的板片所構成。閥桿22係連接至閥盤24之大致上中央部分，且一密封環圈66(見第2及3圖)係經由環形溝槽而安裝在閥盤24之面向閥座30的側邊表面中。此外，在閥盤24被安置在閥座30上的閥關閉狀態中，密封環圈66靠抵於閥座30以藉此阻止第一通路12的連通狀態。
如第1圖至第5圖所示，驅動轉換單元26包括軛部68及位移塊70，該軛部68係固定至活塞桿54的另一端部，且該位移塊70係與軛部68整體式地位移。
軛部68係例如由被設置成垂直於活塞桿54之軸線的基底區段72以及以垂直於基底區段72的直立方式豎立的兩個凸輪框架74所組成。該對流體壓力缸48a、48b之活塞桿54係分別地連接至基底區段72的相對端部。因此，當活塞桿54與活塞52在壓力流體供應至缸管50的作用下而一起位移時，該軛部68亦整體式地位移。
如第4及5圖所示，凸輪框架74之各者包括沿著縱向方向延伸的導引溝槽76，以及被形成大致上平行於導引溝槽76的一對凸輪溝槽78a、78b，且該對凸輪溝槽78a、78b係沿著縱向方向而相互隔開一預定距離。凸輪溝槽78a、78b係傾斜而使得其上部分被定向在遠離該閥座 30的方向上。
閥桿22被插入且整體式地連接至位移塊70之大致上中央部分。由例如盤簧所構成的彈簧80係插置在軛部68與位移塊70之下端部之間。彈簧80之彈性力將軛部68與位移塊70沿著方向(箭頭方向A、箭頭方向B)推進而彼此相互隔開。
此外，設置且可旋轉地支撐兩對凸輪滾輪82a、82b，而從位移塊70之相對側邊表面向外突出。此外，凸輪滾輪82a、82b分別地插入至軛部68的凸輪溝槽78a、78b。如此一來，與距離基底區段72更遠的凸輪滾輪82a同軸設置的擋止件滾輪84係插入穿過凸輪溝槽78a且進入至缸管50的凹入溝槽60中。擋止件滾輪84之直徑小於凸輪滾輪82a的直徑。
再者，當位移塊70與軛部68藉由驅動缸區段20而一起升高時，軛部68在藉由插入至導引溝槽76中之缸管50的導引滾輪58a、58b所執行的導引動作下，會沿著垂直方向(箭頭方向B)移動。再者，擋止件滾輪84移動至凹入溝槽60之上端部上的水平溝槽部分62中，該擋止件滾輪84係於其上水平地移動。因此，藉由位移塊70的動作，閥桿22與閥盤24水平地朝向閥座30之側(沿著第2圖及第3圖中的箭頭方向C1)移動。
依照本發明之實施例的閘閥10基本上係如上述建構而成。接下來將說明閘閥10的操作及優點。在以下的說明中，在第6圖中所示的狀態將被視為初始狀態， 其中構成缸區段20的兩個(一對)活塞52係向下移動(沿著箭頭方向A)，且如第6圖及第7圖所示，其中閥盤24在閥室16內部向下位移，因此可實現第一通路12與第二通路14之間連通(閥打開狀態)。
首先，在初始狀態中，藉由從未繪示壓力流體供應源供應壓力流體至埠口，活塞52藉由被引入至缸管50內部中的壓力流體而被壓迫且向上位移(沿著箭頭方向B)。
伴隨活塞52的位移，軛部68與位移塊70整體式地上升，且閥桿22與閥盤24亦與其一起上升。此時，由於導引溝槽76處於與缸區段20之導引滾輪58a、58b嚙合，軛部68沿著垂直向上方向被導引，且該對凸輪滾輪82a、82b分別地移動同時保持與凸輪溝槽78a、78b之上端部相抵靠的狀態。
此外，位移塊70之擋止件滾輪84移動至凹入溝槽60的上端部且抵達其末端位置，之後限制其進一步上升移動，且如第8圖所示，閥盤24定位成與第一通路12及閥室16內部中的閥座30形成面對關係。在此情況中，由於彈簧80的彈性力大於來自於軛部68的壓迫力，彈簧80不會由軛部68壓縮，且軛部68及位移塊70將會一致地位移而不會相對於彼此位移。
此時，由於閥盤24尚未安置在閥座30上，且尚未造成閥關閉狀態，在閥室16中的第一通路12與第二通路14經由一細小的間隙而保持連通狀態。
從第8圖中的狀態，其中閥盤24定位成與閥座30呈面對關係，壓力流體持續進一步引入至缸管50中。因此，在進一步升高活塞52後，軛部68藉由活塞桿54而被向上拉動(沿著箭頭方向B)。此時，由於位移塊70之擋止件滾輪84藉由凹入溝槽60之上端部所嚙合而不會移動，僅有軛部68在彈簧80被壓縮時向上位移。換言之，軛部68係相對於位移塊70而位移。
此外，伴隨軛部68的上升，擋止件滾輪84移動至凹入溝槽60的水平溝槽部分62中，藉此該位移塊70沿著垂直於軸線的方向(箭頭方向C1)移動，亦即水平地移動，以接近閥座30之側，且被固持在位移塊70中的閥桿22以及閥盤24沿著水平方向整體式地移動。如此一來，如第2圖及第3圖所示，閥盤24被安置在閥座30上且同時壓迫密封環圈66，造成其中該閥室16之第一通路12被關閉的閥關閉狀態。
因此，在該第一通路12於其上被關閉之處理腔室S1中，可在工件(諸如半導體晶圓或類似物)上執行處理步驟。
接下來，在閥打開狀態的情況中，其中閥盤24與閥座30分離，且第一通路12及第二通路14經由容納室28而再次處於連通，在一未繪示切換構件的切換操作下，壓力流體從另一埠口供應至缸區段20之缸管50的內部。如此一來，活塞52被降下，且連接至活塞52的活塞桿54及軛部68與活塞52整體式下降。因此，造成彈簧 80伸展的狀態，該擋止件滾輪84移動遠離水平溝槽部分62，且凸輪滾輪82a、82b分別地靠抵凸輪溝槽78a、78b之上端部。伴隨這些動作，閥盤24與閥桿22沿著一方向(箭頭方向C2)一起水平地移動遠離閥座30，且藉由使閥盤24從閥座30離開，便解除了第一通路12之阻止狀態。
此外，藉由將壓力流體進一步引入至缸管50中且降下活塞52，該軛部68、位移塊70、閥桿22及閥盤24一起隨著活塞桿54下降，且初始狀態(亦即，閥打開狀態)便可藉由閥盤24被下降且移動遠離面向閥室16中之第一通路12的位置而回復(如第5、6圖所示)。
因此，造成了第一通路12與第二通路14彼此在閥室16中相連通的狀態，且工件(諸如未繪示的半導體晶圓或類似物)可被移動通過第一通路12。因此，舉例來說，已在第一處理腔室S1中執行一處理步驟的工件可從第一通路12經由容納室28和第二通路14，而進入至處理腔室S2中，且可在處理腔室S2中在工件上執行另一處理步驟。
此外，在工件已如上述被移入至另一處理腔室S2且閥盤24再次被安置在閥座30上的閥關閉狀態中，可能會發生該處理腔室S1被保持於大氣壓力，而連接至閥室16之背表面側的另一處理腔室S2被保持在真空壓力的情況。在此情況中，由於閥室16之容納室28經由第二通路14與第二處理腔室S2相連通，該容納室28的內部亦保持在相同的真空壓力，且橫跨閥盤24在該處理腔室S1與 容納室28之間產生一壓力差。
藉由本發明，由於容納室28與平衡室32的內部係經由平衡埠口38而處在連通狀態，在平衡室32內部中的真空壓力可與容納室28中的壓力相同，或換言之，在平衡室32與容納室28中的各自壓力可達到平衡。因此，在閥室16中，被施加至側壁16a的外部壁表面與內部壁表面的壓力變成相同，使得即使在閥室16之容納室28處在真空壓力下而相鄰於閥室16之該側壁16a的處理腔室S1被保持在大氣壓力的狀態中，由於壓力差所造成的負載並不會被施加至該側壁16a之內側及外側。
因此，可防止在閥室16中的該側壁16a由於壓力差而變形。如此一來，由於可避免形成在該側壁16a中的閥座30之變形，即使在閥盤24被安置在閥座30上的閥關閉狀態中，在閥盤24與閥座30之間不會因為此種變形而產生間隙，且因此，與第一通路12相連通的狀態可藉由該閥盤24而被可靠且穩定地阻止。
依上述方式，依照本實施例，提供在面向該處理腔室S1之閥室16之該側壁16a上凹入預定深度的平衡室32以及連通於平衡室32與容納室28之間的平衡埠口38。此外，在此一結構中，在平衡室32中之第一通路12的外側係由第一密封構件34所包圍，且平衡室32之外部邊緣係由第二密封構件36所包圍。
因此，在閥盤24係安置在閥座30上的閥關閉狀態中，即使在容納室28與處理腔室S1之間產生壓力 差，藉由使容納室28與平衡室32之間經由平衡埠口38而連通，在閥室16中的該側壁16a的內側與外側上的壓力會變成平衡或處在相同壓力下。
因此，在不增加閥室16之重量的情況下，可以可靠地防止閥室16之該側壁16a由於壓力差而變形。此外，由於不會發生形成在該側壁16a中的閥座30之變形，被形成為扁平形狀的閥盤24可被可靠地且穩定地安置在閥座30上，且可以確保該閥盤24的密封。
此外，在平衡室32中，由於與第一通路12的連通係藉由第一密封構件34所阻止，藉此保持平衡室32與第一通路12中斷連通，可防止該處理腔室S1與容納室28經由平衡室32連通而平衡其之間的壓力。
依照本發明之閘閥並未侷限於上述的實施例，且在不違背隨附申請專利範圍中所述之本發明範疇的情況下，可在實施例中採用各種修改或額外的結構。
10‧‧‧閘閥
12‧‧‧第一通路
14‧‧‧第二通路
16‧‧‧閥室
16a‧‧‧一側壁
16b‧‧‧另一側壁
22‧‧‧閥桿
24‧‧‧閥盤
28‧‧‧容納室
30‧‧‧閥座
32‧‧‧平衡室
34‧‧‧第一密封構件
36‧‧‧第二密封構件
38‧‧‧平衡埠口
46‧‧‧桿孔
64‧‧‧波紋管
66‧‧‧密封環圈
S1、S2‧‧‧處理腔室

Claims (4)

  1. 一種閘閥(10)，係設置在第一處理腔室(S1)與第二處理腔室(S2)之間，該閘閥(10)具有：閥室(16)；閥盤(24)，其被組構成用以相對於形成在該閥室(16)中之閥座(30)而安置；閥桿(22)，其連接至該閥盤(24)且被組構成用以造成該閥盤(24)經歷直線移動以及接近與遠離該閥座(30)的移動；以及驅動單元(20)，其被設置在外殼(18)的內部，該閥室(16)被連接至該外殼，該驅動單元(20)沿著軸向方向直線位移該閥桿(22)，其中，該閥室(16)包含：容納室(28)，該閥盤(24)被容納於其中；壁部分(16a)，其構成該容納室(28)之一部分，且包括有供該閥盤(24)被安置在其上的該閥座(30)；通路(12)，其形成在該壁部分(16a)中，且在該容納室(28)與相鄰於該閥室(16)之該第一處理腔室(S1)之間提供連通，該第一處理腔室(S1)具有低於該第二處理腔室(S2)的真空度；平衡室(32)，其形成在該壁部分(16a)中而與該處理腔室(S1)形成面對關係；及連通埠口(38)，其在該平衡室(32)與該容納室(28)之間提供連通，且被設置成在該平衡室(32)內部中不與該通路(12)連通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之閘閥，其中該通路(12)在該平衡室(32)之中央部分中形成開口，且密封構件(34) 係設置在該通路(12)與該平衡室(32)之間，該通路(12)與該平衡室(32)係由該密封構件(34)隔開。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之閘閥，其中該通路(12)及該連通埠口(38)被形成實質上平行。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之閘閥，其中該連通埠口(38)係形成為具有較該通路(12)小的橫截面尺寸。
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