JP4803732B2 - 真空ゲートバルブ - Google Patents

Description

本発明は真空装置に用いられる真空ゲ−トバルブに関し、詳しくは蒸着装置等の高真空装置用の仕切りバルブに関する。

半導体、薄膜、液晶などの製造に使用される真空装置では、各真空室間を開放、閉止する真空ゲ−トバルブが用いられている。

上記真空ゲ−トバルブは、真空室間のワ−ク移送通路、処理材料の供給通路、圧力流体又は気体の流通通路等の通路に設置される。

従来の真空ゲ−トバルブでは、例えば移動自在な弁体の周囲に取り付けたＯリング等の封止部材を前記通路の周囲部分に押し付けて前記通路を閉じていた。前記通路の周囲部分とは、例えば真空ゲ−トバルブ弁箱の内側側壁面である。

前記従来の真空ゲ−トバルブには、例えば、振り子式バルブがある。該振り子式バルブを閉じる場合、前記弁体を閉じ位置に移動後に封止する。このとき、前記弁体を前記側壁面に押し付けるために、リンク機構、あるいは、ロ−ラ−とボ−ルを使用したロック機構を使用している。前記ロック機構は、構造が複雑で部品点数も多い。また、摺動部分には、グリ−ス等の潤滑剤を必要とする。

前記従来の真空ゲ−トバルブの改良として、前記ロック機構を使用しない真空ゲ−トバルブが開発されている（例えば、特許文献１参照）。封止部材としてインフラ−トシ−ルを用いるものである。例えば、前記弁体の周囲に前記インフラ−トシ−ル取り付ける。バルブを閉じる時には、前記弁体をバルブ閉位置に移動した後、圧縮気体を前記インフラ−トシ−ルに供給して膨らませることにより前記通路を封止する。バルブを開く時には、前記インフラ−トシ−ルを排気して縮ませた後、前記弁体をバルブ開位置に移動する。

また、前記インフラ−トシ−ルを、前記通路の周囲部分に設けた真空ゲ−トバルブも開発されている（例えば、特許文献２参照）。可動部材である前記弁体に前記圧縮気体を供給する機構を設けるのは難しいため、真空用ゲ−トバルブ弁箱の内側側壁面に設けて簡素化を図っている。しかし、インフラ−トシ−ルの排気手段については記述していない。

さらに、前記インフラ−トシ−ルに前記処理材料等が付着するのを防止するため、インフラ−トシ−ルを収容する凹部を設けたものがあった（例えば、特許文献３参照）。

これは、真空成膜装置等に使用される。図１に前記真空ゲ−トバルブを備えた真空成膜装置の概略構成図を示す。この真空成膜装置は、蒸発源としてＥＢガン１を有する真空処理室２と、第１真空ゲ−トバルブ３を設けた供給管４を介して真空処理室２の上部に接続されている処理材料供給タンク５と、第２の真空ゲ−トバルブ６を介して真空処理室２の上部に接続されている基板搬送部７を備えている。

処理材料供給タンク５には、処理材料８が収納されており、第１真空ゲ−トバルブ３の開閉動作によって真空処理室２への処理材料８の供給量が調整される。基板搬送部７は、複数の基板９が図１の左側から右側方向に搬送される用に構成している。成膜処理時には基板９は第２真空ゲ−トバルブ６の上方で停止する。第２真空ゲ−トバルブ６は、ＥＢガン１の上方に位置している。真空処理室２と基板搬送部７には、それぞれ個別の真空排気装置（不図示）が接続されており、真空処理室２と基板搬送部７内をそれぞれ所定の圧力になるように排気する。

この真空成膜装置で成膜処理を行う際には、第１ゲ−トバルブ３を開けて処理材料供給タンク５内の処理材料８を、供給管４を通して真空処理装置の上方から真空排気されている真空処理室２内に供給する。真空処理室２内に供給された処理材料８は、ＥＢガン１で加熱昇華され、気体となった処理材料が、開いた状態の第２真空ゲ−トバルブ６を通してその上方にセットされている基板搬送部７内の基板９表面に付着し、成膜される。

この際、処理材料供給タンク５から真空処理室２に供給される処理材料８の供給量は、第１真空ゲ−トバルブ３の開閉によって調整される。また、第２真空ゲ−トバルブ６は、上記の成膜処理時には開いているが、成膜処理動作の終了時や定期的な真空処理装置２内のＥＢガン１の保守時等には閉じるようにしているというものである。
しかし、インフラ−トシ−ルの排気手段については真空排気であった。

特開２０００−１４５９８０号公報（第３頁、図１） 特開２００４−３６０７５４号公報（第４頁、図１） 特開２００５−１３３８６５号公報（第４頁、図１）

従来の前記インフラ−トシ−ルを用いた真空ゲ−トバルブにおいて、前記インフラ−トシ−ル自身を前記バルブの封止に使用した場合、前記バルブの封止を解除するための前記インフラ−トシ−ルの収縮に２つの方法があった。一つは、前記インフラ−トシ−ルの収縮を、前記インフラ−トシ−ル自身の復元力に依存する方法。他方は、前記インフラ−トシ−ル内部を真空に排気する必要があった。

前記インフラ−トシ−ル自身の復元力に依存した方法では、前記インフラ−トシ−ル内部を真空に排気する方法に比べて前記バルブの解除スピ−ドが遅い。

また、前記インフラ−トシ−ル内部を真空に排気する方法では、さらに排気設備を別途用意する必要があった。そのために、部品点数が多くなり、信頼性も低くなっていた。

前記課題は「バルブ本体に形成された所定幅の隙間に、移動自在に支持された板状の弁板を設置し、前記弁板にはバルブ開口部をシ−ル可能な弁体を有し、前記バルブの開動作時には、前記バルブ本体の両面を貫通するように形成された前記バルブ開口部から外すように前記弁板を移動させ、前記バルブ閉動作時には、前記バルブ開口に前記弁板の前記弁体が位置するように前記弁板を移動させ、前記バルブ開口部周囲の被シ−ル部でシ−ルする真空ゲ−トバルブであって、前記バルブの前記弁体に対向する面、又は前記弁体、又は前記弁体に対向する面と前記弁体の両方の内部に高圧流体の導入と排出によって膨張と収縮が可能な中空状のシ−ル材を設置し、前記中空状のシ−ル材が前記排出を加速する手段を有し、前記前記バルブの前記弁体に対向する面、又は前記弁体、又は前記弁体に対向する面と前記弁体の両方が前記中空状のシ−ル材の膨張と収縮によって２次的に厚みが変わる手段を有し、前記バルブの前記弁体に対向する面、又は前記弁体、又は前記弁体に対向する面と前記弁体の両方の面に取り付けたシ−ル材が、前記バルブ本体の両面の前記バルブ開口部周囲の前記被シ−ル部と前記弁体の両面の間をシ−ルする真空ゲ−トバルブ」によって解決される。

すなわち、前記バルブを封止する場合は、圧縮気体を前記中空状のシ−ル材であるインフラ−トシ−ルに供給して膨らませる。前記バルブの封止解除時には、バネ部材の復元力を利用して該インフラ−トシ−ルの排気を加速する。

前記バルブの解除スピ−ドは前記インフラ−トシ−ル自身の復元力に依存した方法に比べて、早くなった。また、前記インフラ−トシ−ル内部を真空に排気する方法に比べて、部品点数が少ない。その結果、信頼性が高くなった。

また、従来に比べてより大型のバルブへの適用が可能である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの斜視図である。図３は一部破断した斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ線で切った縦断面図である。

図２に示すように、本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブ（以下、バルブ本体という）１０は扇形の外観形状をしている。図３に示すように回転軸４０に回転自在に支持された振り子型の弁板１３を備えている。図４に示すように、バルブ本体１０は、対向するように形成された上側本体１１と下側本体１２とで形成されており、上側本体１１と下側本体１２を連通するようにしてバルブ１０の開口部１１ａ、１２ａが形成されている。

上側本体１１と下側本体１２の間に形成された所定幅の隙間部１０ａに弁板１３が設置されており、弁板１３は上側本体１１及び下側本体１２にシ−ル４１、４２されて回転自在に軸支された回転軸４０によって回転自在に支持されている。回転軸４０には、弁板１３を回転させるための回転駆動装置５０が接続されており、回転駆動装置５０からの回転駆動力によって回転軸４０と一的体に弁体１３が所定の角度回転するようになっている。

また、回転軸４０には、給排気管４０ａが形成されており、回転軸４０下端に設けた気体給排気口４３から、気体を注入排気することができる。給排気管４０ａは回転軸４０の中間に取り付けた支持部材２７の給排気管２７ｂを経て、弁板１３のインフラ−トシ−ル２６の給排気管２６ｄにつながっている。

弁体２０には、上側本体１１と下側本体１２に形成したバルブ開口部１１ａ、１２ａの径より少し大きい径に構成された円盤状の弁体２０を有している。バルブを閉じる時には、弁体２０が開口部１１ａ、１２ａに位置するように、回転駆動装置５０からの回転駆動力によって弁板１３が回転される。

弁板１３は、内部にインフラ−トシ−ル２６を有している。インフラ−トシ−ル２６に、気体を注入することにより弁体２０を膨らませて、バルブ本体１０の隙間部１０ａの被シ−ル面１１ｂ、１２ｂにＯリング２２ｄ、３０ｄを押し付けて封止することができる。

次に弁体２０の構造を図４〜９を使用して詳細に説明する。
図５に、弁体２０の展開図を示す。図６は、弁体２０が縮小した状態を示す。図７は弁体２０が拡大した状態を示す。図８、９は、図４の破線で囲んだＢ部の拡大断面図である。図８は弁体２０が縮小した状態を示す。図９は弁体２０が拡大した状態を示す。

円盤状の弁体２０は、キャップ２１、円板２２、円筒２３、円筒２４、インフラ−トシ−ル２６、止具２８、円筒２９、円板３０及びキャプ３１により構成される。

円板２２、円筒２４、円板３０により外形が決まり、円筒２３とインフラ−トシ−ル２６を中に配置した後、２枚の円板（２２，３０）をキャップ２１、キャップ３１及び円筒２９により止めつける。

さらに、詳細に説明すると、円板２２の下面及び円板３０上面はそれぞれ２つの凸部を有する。円板２２の下面の前記凸部と円板３０の上面の前記凸部は、同形状で相対する関係に配置されている。説明は、図５に示す円板３０で代表して行う。

円板３０の上面には、リング状の凸部３０ａ、３０ｂが形成されている。リング状の凸部３０ａ、３０ｂの間は溝になっている。

一方、円筒２３は、径が小さく、円筒２４は径が大きい。円筒２３の内径は、円板３０の凸部３０ａの外周より僅かに大きい。円筒２４の外径は、円板３０の凸部３０ｂの内周よりも僅かに小さい。従って、円板３０前記二つの凸部の間に、円筒２３、２４の下端が嵌り込むようになっている。

これは、もう一つの円板２２の下面においても同様で、円板２２の前記二つの凸部の間の溝に、円筒２３、２４の上端が嵌り込むようになっている。

従って、円板２２、円筒２３、円筒２４、円板３０の間にはド−ナツ状の部屋が形成される。ここに、インフラ−トシ−ル２６が収容される。

２枚の円板（２２，３０）をキャップ２１、キャップ３１及び円筒２９により止めつけるが、若干の遊びを持たせてある。インフラ−トシ−ル２６に気体を送ると膨張しようとするが、円筒２３、２４があるために横方向には広がれない。そこで、インフラ−トシ−ル２６は上下方向に広がるため、円板２２と円板３０の間を押し広げることになる。尚、円板２２、３０はバネ部材として、撓むことのできる弾性のある材質の使用が望ましい。
本実施例ではジュラルミンを使用した。また、円筒２３、２４は、気体の圧力に耐えるため一定の剛性を有する材質のものが望ましい。本実施例では、アルミ材を使用した。

図６に縮小した状態の弁体２０を示す。図７に拡大した状態の弁体２０を示す。図７に示すようにキャップ２１、キャップ３１及び円筒２９により止めつけられた中央部付近より、インフラ−トシ−ル２６のある外周部の方が膨張による押圧を受けてより膨らんでいる。

これは、円板（２２、３０）のキャップ（２１、３１）により止めつけられた中央部付近がてこの支点となり、インフラ−トシ−ル２６のある外周部付近が力点となり、シ−ル材であるＯリング（２２ｄ、３０ｄ）が作用点となるためである（図４参照）。その結果、インフラ−トシ−ル２６を直接バルブの封止に使用する場合に比べて、被シ−ル面１１ｂ、１２ｂに均一に押し付けることができるので、確実にバルブ本体１０を封止することができる。従って、従来に比べてより大型のバルブへの適用が可能である。

また、円板２２と円板３０の間には、円板２２の下面、円板３０の上面及び円筒２４の外周の成す溝が形成される（図６、７参照）。一方、支持部材２５及び支持部材２７を組み合わせてなる振り子形状には、中央部に円形の開口があり、弁体２０の前記溝に嵌り込むように構成されている（図５参照）。このような関係にある弁体２０と支持部材２５、２７を組み立てると弁体１３となる。前記支持部材２５、２７の成す前記円形の開口は、円板２２の凸部２２ｂと円板３０の凸部３０ｂに対して若干の隙間を有している。これにより、インフラ−トシ−ル２６に気体を送ると弁体２０の円板２２と円板３０は、弁体２０の厚みが増す方向に動くことができる。

次に、本発明の実施の形態のインフラ−トシ−ル２６につき説明する
図８、９は、図４のバルブ本体１０の縦断面図の破線Ｂで示した部分の拡大断面図である。図８は、インフラ−トシ−ル２６が縮んでいる場合である。図９は、インフラ−トシ−ル２６が膨らんでいる場合である。インフラ−トシ−ル２６は、前記弁体２０に対してより大きな圧力をかけられるように断面が方形の形状をしている。

図８のように、インフラ−トシ−ル２６は、ゴムで出来たチュ−ブ２６ａの内部に板バネ３４、３５が取り付けられている。この板バネ３４、３５は、排気時にその復元力によって排気を早く行わせるためのものである。また、インフラ−トシ−ル２６は、縮んでいるときも中空部２６ｅには隙間が確保されており、膨らましやすくなっている。ここでは、板バネ３４、３５の内周部と外周部にＲ加工３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを施して中空部２６ｅに隙間を確保できるようにしている。

図９に示すように、インフラ−トシ−ル２６が膨らむと弁体２０が拡大し、円板２２、３０の外縁部の外側に設けた凸部２２ｃ、３０ｃに取り付けられたシ−ル材であるＯリング２２ｄ、３０ｄがバルブ本体１０の開口１１ａ、１２ａの周囲の被シ−ル面１１ｂ、１２ｂに押し付けつけられてバルブ本体１０は封止される。

なお、インフラ−トシ−ル２６が膨らむと円板２２、３０が撓んで変形する。この変形した状態から、インフラ−トシ−ル２６が排気される場合、円板２２、３０はその復元力によって、図８に示すような直線状の断面に戻ろうとする。その結果、中空部２６ｅの排気が加速されることになる。本実施例では、円板２２、３０に弾力のある厚さ１ｍｍの金属材を使用した。勿論、弾力のある合金を使用しても良い。

また、図８に示す非シ−ル時には、インフラ−トシ−ル２６は、支持部材２５、凸部２２ｂ、３０ｂ、円筒２４によって、バルブ本体１０の隙間１０ａとは隔離される。また、図９に示すシ−ル時にも、インフラ−トシ−ル２６は、支持部材２５、凸部２２ｂ、３０ｂ、円筒２４によって、バルブ本体１０の隙間１０ａとは隔離される。そのため、バルブ本体１０を、図１の真空成膜装置の処理材料８の供給用の第１真空ゲ−トバルブ３として使用しても、インフラ−トシ−ル２６は処理材料８に曝されることなく保護される。

以上本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術思想に基いて、種々の変形が可能である。

例えば、本発明の実施の形態では、弁体２０にインフラ−トシ−ル２６を設けたが、バルブ本体１０の弁体２０に対向する面１１ｂ、１２ｂ（図４参照）にインフラ−トシ−ル２６を設けても良い。また、弁体２０とバルブ本体１０の弁体２０に対向する面１１ｂ、１２ｂに両方にインフラ−トシ−ル２６を設けても良い。厚みの変わる構造を設け、その内部にインフラ−トシ−ル２６を収容し、給排気手段を設置できれば、本発明を適用可能である。

また、開口１１ａ、１２ａは円形であったが、方形でも、多角形でも良い。バルブの構成部材は、それに従って、方形でも、多角形でも良い。インフラ−トシ−ル２６を収めることが出来て、膨張する方向を制限できる構造が確保できれば、本発明は適用可能である。

また、本発明の実施の形態の円板２２、３０のバネ部材として、ジュラルミンを使用したが、ステンレス鋼やチタン合金でも良い。各種の金属又は合金が使用できる。真空中で、放出ガスを減らすためのベ−キング（加熱処理）を行う際は、耐熱性を有する金属又は合金を使用する。より望ましくは、インコネル、ハステロイ、インバ−などのニッケル系、ステライトなどのコバルト系のバネ材料を使用すると良い。

また、弾性を有する材料であれば種々のものが使用可能である。各種の合成樹脂材料や複合材料が使用できる。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維を編みこんだＦＲＰに、放出ガス対策としての金属被膜をコ−ティグした合成樹脂材料や複合材料でも良い。

また、中空部２６ｅ（図８参照）に、給気のための隙間を確保するために、板バネ３４、３５の内周部と外周部にＲ加工３４a、３４ｂ、３５a、３５ｂを施したが、板バネ３４、３５の間に極薄い部材を挟んでも良い。前記部材に、エンボス、溝、開口を設ければ、給気のための隙間を確保できる。尚、前記部材を海綿状の多孔質の板材とすることも開口を設けることに含まれる。

また、インフラ−トシ−ル２６が膨らむときに板バネ３４、３５も断面が円弧状に変形するようにしてもよい（図１０参照）。この変形した状態から、インフラ−トシ−ル２６が排気される場合、板バネ３４、３５はその復元力によって、直線状の断面に戻ろうとする。その結果、中空部２６ｅの排気が加速されることになる。板バネ３４、３５の材質を適宜選んで使用することができる。

また、インフラ−トシ−ル２６に注入排気する気体は、窒素や希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）を使用できる。

真空ゲ−トバルブを備えた真空成膜装置を示す概略図である。真空ゲ−トバルブが２台使用された例である。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの斜視図である。扇形のバルブ本体１０は、上側本体１１と下側本体１２からなる。弁板１３はバルブ閉じ位置にある。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブを示す一部破断状態の斜視図である。図２のバルブ本体１０を一部破断した図である。弁板１３が、回転軸４０に取り付けられている。下方には、回転軸駆動装置５０がある。 図２のＡ−Ａ線での縦断面図である。バルブ本体１０、弁体１３の構造の断面を示す。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの弁体の展開図である。弁体１３を構成する部品を示している。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの弁体の斜視図である。弁体２０が縮んでいる状態（非シ−ル時）である 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの弁体の斜視図である。弁体２０が膨張している状態（シ−ル時）である。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの一部拡大断面図である。弁体２０が縮んでいる状態（非シ−ル時）である 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの一部拡大断面図である。弁体２０が膨張している状態（シ−ル時）である。 本発明の実施の形態の真空ゲ−トバルブの変形例である。弁体２０が膨張している状態（シ−ル時）のとき、インフラ−トシ−ル内の板バネも変形する。

符号の説明

１・・・ＥＢガン、２・・・真空処理室、３・・・第１真空ゲ−トバルブ、４・・・供給管、５・・・処理材料供給タンク、６・・・第２真空ゲ−トバルブ、７・・・基板搬送部、８・・・処理材料、９・・・基板、
１０・・・真空ゲ−トバルブ（バルブ本体）、１０ａ・・・隙間部、１１・・・上側本体、１１ａ・・・開口部、１１ｂ・・・被シ−ル面、１２・・・下側本体、１２ａ・・・開口部、１２ｂ・・・被シ−ル面、１３・・・弁板、
２０・・・弁体、２１・・・キャップ、２１ａ・・・凸部、２２・・・円板、２２ａ・・・凸部、２２ｂ・・・凸部、２２ｃ・・・凸部、２２ｄ・・・Ｏリング、２３・・・円筒、２４・・・円筒、２５・・・支持部材、２６・・・インフラ−トシ−ル、２６ａ・・・チュ−ブ、２６ｄ・・・給排気管、２６ｅ・・・中空部、２７・・・支持部材、２７ａ・・・凹部、２８・・・止具、２８ａ・・・凹部、２９・・・円筒、
３０・・・円板、３０ａ・・・凸部、３０ｂ・・・凸部、３０ｃ・・・凸部、３０ｄ・・・Ｏリング、３１・・・キャップ、３１ａ・・・凸部、３４・・・板バネ、３４ａ・・・Ｒ加工、３４ｂ・・・Ｒ加工、３５・・・板バネ、３５ａ・・・Ｒ加工、３５ｂ・・・Ｒ加工、
４０・・・回転軸
５０・・・回転駆動装置

Claims (5)

1. バルブ本体と、
   前記バルブ本体の内部に配置され、前記バルブ本体の両面を貫通するように形成されたバルブ開口部を開閉する弁体と、
   前記バルブ本体に取り付けられ、前記バルブ開口部を閉塞する第１の位置と前記バルブ開口部を開放する第２の位置との間で前記弁体を移動させる駆動部とを具備し、
   前記弁体は、前記開口部の周縁に各々対向する環状の第１のシール部材をそれぞれ有し中央部が相互に固定された弾性変形可能な一対の円板と、前記一対の円板の間に配置され流体の給排によって膨張と収縮が可能な中空環状の第２のシール部材と、前記第２のシール部材の内部に配置され前記第２のシール部材が収縮する方向に前記第２のシール部材を付勢する板バネとを有し、
   前記第１の位置において、前記第２のシール部材は、前記流体の供給により前記一対の円板及び前記板バネを弾性変形させて膨張することで、前記第１のシール部材を前記開口部の周縁に密着させる一方、前記流体の排出により前記一対の円板及び前記板バネの復元力を利用して収縮することで、前記第１のシール部材と前記開口部の周縁との密着を解除する真空ゲートバルブ。
2. 請求項１に記載の真空ゲートバルブであって、
   前記弁体は、前記第２のシール部材の膨張方向と収縮方向とを前記弁体の厚み方向に制限する構造を有する真空ゲートバルブ。
3. 請求項２に記載の真空ゲートバルブであって、
   前記構造は、前記第２のシール部材の外周部と内周部とに各々配置された一対の円筒を含む真空ゲートバルブ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の真空ゲートバルブであって、
   前記一対の円板は、金属又は合金である真空ゲートバルブ。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の真空ゲートバルブであって、
   前記板バネの内周部と外周部とにＲ加工が施されている真空ゲートバルブ。

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