JP4654370B1 - 真空用ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 超高速での開閉を可能としてチャンバ内での処理効率を高めつつ、衝突や永年劣化による寿命の低下を防止して耐用年数を向上させる。
【解決手段】 真空用ゲートバルブ１０は、開口を有するケーシング１２と、ケーシング１２内を揺動して開口を開閉するバルブプレート１４と、バルブプレート１４を駆動するモーター１６を備え、モーター１６の回転軸１６Ａの動力は、ギアを介さずに同軸上で、回転軸１６Ａと共に回転するフランジ２０と、フランジ２０及びバルブプレート１４に連結される回転体２２を介してバルブプレート１４に直接伝達される。回転体２２は、本体部２２Ａと、本体部２２Ａから延びるシャフト部２２Ｂを有し、本体部２２Ａは、横方向においてはローラーベアリング２８を介して、上下方向においては本体部２２Ａの上下に配置された２つのスラストベアリング３０Ａ、３０Ｂを介して保持されることによりカバー２６内に回転自在に設置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、半導体装置の処理チャンバに使用されて各種処理チャンバ内を真空にするための真空用ゲートバルブの改良に関し、特に、バルブプレートを高速で開閉して処理速度を高めつつ、永年劣化を低減して耐用年数を向上させることに関するものである。

半導体装置の製造工程においては、エッチング装置やＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理、ＰＶＤ等の処理を行う各種処理チャンバ内を真空状態とするために、処理チャンバと吸引ポンプとの間にゲートバルブが使用される。この真空用ゲートバルブとしては、近年、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、ケーシング内においてバルブプレートを横方向に揺動させる横旋回式のゲートバルブが多く採用されている。

この横旋回式の真空用ゲートバルブにおいては、その揺動の駆動源として、伸縮式のアクチュエータが使用されることが多かった（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、伸縮式のアクチュエータでは、バルブプレートを開閉させる速度に限界があるため、チャンバ内での処理効率も充分に向上させることができず、大量生産の要求に必ずしも充分に対応することができなかった。また、アクチュエータを使用すると、いきおい真空用ゲートバルブが大型化する問題もあった。

このため、駆動源として、アクチュエータではなく、モーターを使用して、その駆動力をバルブプレートに伝達することも考えられる。この場合、バルブプレートが、大型化、重量化した近年においては、充分な駆動力を確保するために、モーターの回転軸をギアを介してバルブプレートに連結することが一般的であるといえる。しかし、動力の伝達のための要素が増えれば増えるほど、やはり処理速度が低下すると共に、ギアの噛み合い等の際の部材同士の衝突により摩耗が生じ寿命が短くなる上に、その交換等に手間を要する問題が生ずる。

更には、バルブプレートの高速での揺動を実現した場合でも、特に、大型化、重量化された近年のバルブプレートにおいては、このモーターの駆動により、バルブプレートの揺動に伴って振動が生じ、この振動が処理チャンバへ伝達されると、処理チャンバ内でパーティクルが飛散して、製造される半導体装置の性能に影響を与えたり、圧力センサー等の各種計測機器が損傷して、不具合が生じることがある。また、この振動により、高速で開閉するバルブプレートがケーシング等と接触した場合には、バルブプレートが破損するおそれも生じる。従って、特に、ゲートバルブを高速で開閉させる場合には、振動による影響には最大限の注意を払う必要が高まっている。

加えて、バルブプレートは、大気圧と真空という圧力差が激しい空間の境界に設置されて負荷がかかるため、特に、処理チャンバの密閉時から開口のための初動時において変位しやすく、その際にケーシング等と接触して損傷したり、また、大面積で圧力を受けるため、バルブプレートが大きく反って変形や破損等するおそれもある。

特開２００８−２８１０３４号公報 特開２００３−４２３１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、超高速での開閉を可能としてチャンバ内での処理効率を高めつつ、衝突や永年劣化による寿命の低下を防止して耐用年数を向上させることができる真空用ゲートバルブを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、開口を有するケーシングと、ケーシング内を揺動して開口を開閉するバルブプレートと、バルブプレートを駆動するモーターとを備えた真空用ゲートバルブにおいて、モーターの回転軸の動力をギアを介さずに同軸上でバルブプレートに直接伝達する動力伝達手段を更に有する真空用ゲートバルブであって、この動力伝達手段は、モーターの回転軸に連結されて回転軸と共に回転するフランジと、このフランジ及びバルブプレートに連結されてフランジと共に回転する回転体と有し、この回転体２２は、本体部と、この本体部から延びバルブプレートに連結されるシャフト部を有し、ケーシングに固定されたカバー内に設置されて、カバーにより横方向及び上下方向を覆われ、回転体の本体部は、カバーに対して、横方向においてはローラーベアリングを介して、上下方向においては本体部の上下に配置された２つのスラストベアリングを介して保持されることにより、カバー内に回転自在に設置されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、動力伝達手段は、回転体に連結されたバルブプレートがケーシングの開口から離反する方向に回転体を付勢するスプリングを更に有し、このスプリングは、バルブプレートの上下方向における変位を吸収することを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、動力伝達手段は、スプリングの付勢力により、バルブプレートをケーシングとの間にギャップを保持させて揺動させることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第２又は第３のいずれかの解決手段において、スプリングは、リング状の皿バネから成り、バルブプレートの横方向の全方位における傾きを修正することを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１乃至第４のいずれかの解決手段において、バルブプレートは、閉位置にあるときに前記開口に位置する部分が他の部分よりも薄く形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第１乃至第５のいずれかの解決手段において、モーター及び動力伝達手段は、バルブプレートに着脱自在に連結されていることを特徴とする真空用ゲートバルブを提供するものである。

本発明によれば、上記のように、モーターの回転軸の動力をギアを介さずに同軸上でバルブプレートに直接伝達する動力伝達手段を備えているため、モーターの駆動力をダイレクトにバルブプレートに伝達することができ、０．３秒程度の超高速でバルブプレートを開閉させることができる一方、部品点数が低減すると共に噛み合い等の際に生ずる衝突による劣化を抑制することができるため、耐用年数を飛躍的に向上させることができる実益がある。また、同軸上での回転であるため、回転時に生ずる振動を低減することができる実益もあり、更に、ギアを用いた場合に比べて動力伝達手段をコンパクトにすることができ、小型化、省スペース化にもなる実益がある上に、特に、回転体は、摩擦係数が小さいベアリングにより回転自在に保持されるため、ギア等を用いた場合と異なり、永年劣化が少なく、充分な駆動力を確保しつつ耐用年数を向上させることができると共に、回転体を芯振れなく回転させることができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、フランジによりモーターの回転軸の回転力をバルブプレートに伝達しつつ、バルブプレートに連結された回転体を付勢するスプリングによりバルブプレートの上下方向への変位を吸収しているため、高速で揺動して振動が生じたり、バルブプレートの表裏で気圧差が激しくても、変位や反りを打ち消してバルブプレートを設定した所定の位置や形状に調整して、バルブプレートの破損を抑制することができると共に、バルブプレートを適正に揺動させることができる。

本発明によれば、上記のように、スプリングの付勢力により、バルブプレートをケーシングとの間にギャップを保持させて揺動させるため、高速で開閉しても、バルブプレートがケーシングに衝突や接触等することがなく、円滑な開閉を実現することができると共に、バルブプレートの損傷を防止して耐用年数を向上させることができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、スプリングは、リング状の皿バネから成るため、バルブプレートの横方向（周方向）のいずれの位置において傾きが生じても、その傾きを修正してバルブプレートを適正な位置に調整することができるので、円滑な開閉の確保及びバルブプレートの損傷の抑制を実現することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、バルブプレートは、閉位置にあるときに前記開口部に位置する部分が、例えば、表裏両面を切削する等して、他の部分よりも薄く形成されているため、バルブプレートの軽量化を図ることができ、高速での開閉を適切に達成することができる実益がある。

本発明によれば、記のように、モーター及び動力伝達手段は、バルブプレートに着脱可能に連結されているため、保守や修理等のメンテナンスや交換等を簡易に行うことができる実益がある。

本発明の真空用ゲートバルブの開位置における概略断面図である。 本発明に用いられる動力伝達手段の分解斜視図である。 本発明に用いられるバルブプレートが開位置にあるときの動力伝達手段の断面図である。 本発明に用いられるバルブプレートが閉位置にあるときの動力伝達手段の断面図である。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１は本発明の真空用ゲートバルブ１０を示し、この真空用ゲートバルブ１０は、例えば、図示しない半導体装置の製造工程で使用される処理チャンバと、この処理チャンバ内を真空とするための図示しない吸引ポンプとの間に設置され、処理チャンバ内を密閉して真空に保持するために使用される。

この本発明の真空用ゲートバルブ１０は、図２に示すように、開口１２Ａを有するケーシング１２と、このケーシング１２内を揺動して開口１２Ａを開閉するバルブプレート１４と、このバルブプレート１４を駆動するモーター１６と、このモーター１６の回転軸１６Ａの動力をバルブプレート１４に伝達する動力伝達手段１８とを備えている。

（１．動力伝達手段）
本発明においては、この動力伝達手段１８は、図１乃至図４に示すように、モーター１６の回転軸１６Ａの動力を、ギアを介さずに、同軸上でバルブプレート１４に直接伝達する。従って、モーター１６の駆動力をダイレクトにバルブプレート１４に伝達することができ、０．３秒程度の超高速でバルブプレート１４を開閉させることができる。同時に、ギア等を介さないため部品点数が低減すると共に噛み合い等の際に生ずる衝突による劣化を抑制することができるため、耐用年数を飛躍的に向上させることができる。

具体的には、この動力伝達手段１８は、図１乃至図４に示すように、モーター１６の回転軸１６Ａに連結されてこの回転軸１６Ａと共に回転するフランジ２０と、このフランジ２０及びバルブプレート１４に連結されてフランジ２０と共に回転する回転体２２と、この回転体２２に連結されたバルブプレート１４がケーシング１２の開口１２Ａから離反する方向に回転体２２を付勢するスプリング２４とを有している。

フランジ２０は、特に図２乃至図４に示すように、モーター１６の回転軸１６Ａに直結される結合フランジ部２０Ａと、この結合フランジ部２０Ａに連結されるシャフトフランジ部２０Ｂと、結合フランジ部２０Ａとシャフトフランジ部２０Ｂとの間に挟持される凹凸状の結合板バネ２０Ｃとから成っている。このフランジ２０により、モーター１６の回転軸１６Ａの回転力を、ギアを介さずに同軸上でバルブプレート１４に伝達することができ、バルブプレート１４の高速での揺動を実現することができる。なお、結合板バネ２０Ｃは、結合フランジ部２０Ａとシャフトフランジ部２０Ｂとの間の駆動時における緩衝作用を担うものである。

回転体２２は、特に図２乃至図４に示すように、本体部２２Ａと、この本体部２２Ａから延びバルブプレート１４に連結されるシャフト部２２Ｂを有する略駒状の形状を有する。この回転体２２は、図２乃至図４に示すように、ケーシング１２に固定されたカバー２６内に設置されて、このカバー２６により横方向及び上下方向を覆われる。回転体２２の本体部２２Ａは、このカバー２６に対して、特に図２乃至図４に示すように、横方向においてはローラーベアリング２８を介して、また、上下方向においては本体部２２Ａの上下に配置されたワッシャ３０ａ付きの２つのスラストベアリング３０Ａ、３０Ｂを介して保持されることにより、カバー２６内に回転自在に設置される。このように、回転体２２は、摩擦係数が小さいベアリング２８、３０Ａ、３０Ｂにより回転自在に保持されるため、ギア等を用いた場合と異なり、永年劣化が少なく、充分な駆動力を確保しつつ耐用年数を向上させることができると共に、回転体２２を芯振れなく回転させることができる。

なお、このカバー２６内には、図２及び図３に示すように、フランジ２０のシャフトフランジ部２０Ｂの一部（先端）が挿入され、回転体２２は、このカバー２６内において、フランジ２０に連結されると共に、フランジ２０の回転によりフランジ２０と共に回転することができる。この場合、スラストベアリング３０Ａ、３０Ｂは、図２乃至図４に示すように、フランジ２０のシャフトフランジ部２０Ｂの周囲や回転体２２の本体部２２Ａの上面部及び底面部を覆うようにリング状に配置される。一方、ローラーベアリング２８は、図２乃至図４に示すように、回転体２２の本体部２２Ａの周囲に配置されるリング状のフレーム２８Ａと、このフレーム２８Ａ内に隣り合って配置された複数の棒状ローラー２８から成っている。また、回転体２２のシャフト部２２Ｂは、図２及び図３に示すように、Ｏリングのケーシング３２を介してケーシング１２内に保持される。

また、スプリング２４は、図２乃至図４に示すように、回転体２２のフランジ２０側において、回転体２２の本体部２２Ａとスラストベアリング３０Ａとの間に設置されている。このスプリング２４としては、図２乃至図４に示すように、フランジ２０のシャフトフランジ部２０Ｂの周囲に配置されたリング状の皿バネを使用することが好適である。

このスプリング２４は、自由状態においては、この回転体２２に連結されたバルブプレート１４がケーシング１２の開口１２Ａから離反する方向に（図１及び図３においては回転体２２を上方へ押し上げるように）回転体２２を付勢している。従って、バルブプレート１４に密閉時のための機械的な負荷が係らない開位置においては、回転体２２は、図３に示すように、バルブプレート１４側のスラストベアリング３０Ａとの間にギャップが生じない状態で押しつけられ、図１に示すように、バルブプレート１４を持ち上げてケーシング１２から離反するように付勢している。

このため、例えば、バルブプレート１４に大気圧や振動等によって、ケーシング１２方向（図１及び図３における下方向）への力が作用した場合、本発明と異なりバルブプレート１４がスプリング２４を介さずに固定的に動力伝達手段１８に連結されている場合には、バルブプレート１４の根元部分は固定（挟持）されたまま先端に行くに連れて次第に反ってしまうままとなってしまうのに対し、本発明では、スプリング２４が、バルブプレート１４の根元部分を含めて上下方向への変位を受け止めて吸収すると共に、その付勢力によりバルブプレート１４を本来の位置に復元しようとするため、バルブプレート１４を所定の位置に調整することができる。このため、バルブプレート１４が高速で揺動して振動が生じたり、バルブプレート１４の表裏で気圧差が激しい場合であっても、バルブプレート１４を設定した所定の位置に調整して適正に揺動させることができる。同時に、バルブプレート１４に不自然に負荷された圧力により、バルブプレート１４の破損や変形を抑制することができる。

一方、チャンバ内の密閉のために図１に示すアイソレーション手段３６により、バルブプレート１４が、スプリング２４の付勢力に抗して、ケーシング１２に機械的に密着させられている状態（密閉時）においては、回転体２２は、図３に示すように、スプリング２４を緩衝部材としてケーシング１２側（図１及び図４における下方向）への変位が許容され、回転体２２とスラストベアリング３０Ａとの間にギャップが生じ、密閉状態を保持することができる。この密閉時においても、バルブプレート１４は大気圧側から広範囲にわたって圧力を受け、例えば、図１において下側に膨らむように反りが生じうるが、その場合も、バルブプレート１４の根元部分もスプリング２４により変位できるため、反りによる剪断力を低減して不自然に応力がかかるのを抑制することができ、バルブプレート１４の損傷を防止することができる。

また、バルブプレートの開閉時（揺動時）においては、このスプリング２４の付勢力により、動力伝達手段１８は、図１及び図３に示すように、バルブプレート１４をケーシング１２との間にギャップを保持させたまま揺動させることができる。従って、バルブプレート１４を高速で開閉しても、バルブプレート１４がケーシング１２に衝突や接触等することがなく、円滑な開閉を実現することができると共に、バルブプレート１４の損傷を防止して耐用年数を向上させることができる。

更に、このスプリング２４は、リング状の皿バネから成っているため、バルブプレート１４の横方向（周方向）の全方位における傾きを修正することができる。即ち、例えば、バルブプレート１４の根元部分と先端を結んだ方向（図１及び図２における左右方向）において生じた傾きや、これに直行する方向（図１及び図２における奥行方向）において生じた傾きのいずれであっても、傾斜の上端側に位置するバネ部分が圧縮され、傾斜の下端側に位置するバネ部分が伸張することによりバルブプレート１４の傾きを受け止める一方、その復元力によりバルブプレート１４を元の水平位置に戻してバルブプレート１４を適正な位置に調整することができ、バルブプレート１４の円滑な開閉を確保することができると共に、不自然に応力が集中してバルブプレート１４が損傷するのを抑制することができる。

（２．バルブプレート）
また、本発明においては、バルブプレート１４は、図１に示すように、閉位置にあるときに開口１２Ａに位置する部分が他の部分よりも薄く形成されている。これにより、バルブプレート１４の軽量化を図ることができ、高速での開閉により適したバルブプレート１４とすることができる。この場合、図１に示すように、真空となるチャンバ側の表面のみを切削等することもできるし、バルブプレート１４の表裏両面を切削等して薄く形成することもできる。

また、この軽量化のために、バルブプレート１４はアルミニウムから形成することが望ましい。このように、薄肉化や軽量化を図っても、本発明においては、動力伝達手段１８のスプリング２４により、バルブプレート２４の変位や変形を吸収しているため、充分な耐用性を確保することができる。

（３．着脱）
更に、本発明においては、モーター１６及び動力伝達手段１８は、バルブプレート１４に着脱自在に連結されている。具体的には、バルブプレートと回転体２２は、図１に示すように、スクリュー３４により連結され、この連結ピンによる固定を解除することにより、動力伝達手段１８及びモーター１６、並びに、Ｏリングのケーシング３２を、バルブプレート１４やケーシング１２から簡易に取り外すことができる。このため、保守や修理等のメンテナンスや交換等を簡易に行うことができる。

本発明は、特に、半導体装置におけるエッチング装置やＣＶＤによる薄膜処理、ＰＶＤ、更には、フラットパネルディスプレイの製造等に使用される処理チャンバ等に広く適用することができる。

１０ 真空用ゲートバルブ
１２ ケーシング
１２Ａ 開口
１４ バルブプレート
１６ モーター
１６Ａ 回転軸
１８ 動力伝達手段
２０ フランジ
２０Ａ 結合フランジ部
２０Ｂ シャフトフランジ部
２０Ｃ 結合板バネ
２２ 回転体
２２Ａ 本体部
２２Ｂ シャフト部
２４ スプリング
２６ カバー
２８ ローラーベアリング
２８Ａ フレーム２８Ａ
２８Ｂ 棒状ローラー
３０Ａ、３０Ｂ スラストベアリング
３０ａ ワッシャ
３２ Ｏリングのケーシング
３４ スクリュー

Claims (6)

1. 開口を有するケーシングと、前記ケーシング内を揺動して前記開口を開閉するバルブプレートと、前記バルブプレートを駆動するモーターとを備えた真空用ゲートバルブにおいて、前記モーターの回転軸の動力をギアを介さずに同軸上で前記バルブプレートに直接伝達する動力伝達手段を更に有する真空用ゲートバルブであって、前記動力伝達手段は、前記モーターの回転軸に連結されて前記回転軸と共に回転するフランジと、前記フランジ及び前記バルブプレートに連結されて前記フランジと共に回転する回転体と有し、前記回転体は、本体部と、前記本体部から延び前記バルブプレートに連結されるシャフト部を有し、前記ケーシングに固定されたカバー内に設置されて、前記カバーにより横方向及び上下方向を覆われ、前記回転体の本体部は、前記カバーに対して、横方向においてはローラーベアリングを介して、上下方向においては本体部の上下に配置された２つのスラストベアリングを介して保持されることにより、前記カバー内に回転自在に設置されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
2. 請求項１に記載された真空用ゲートバルブであって、前記動力伝達手段は、前記回転体に連結された前記バルブプレートが前記ケーシングの開口から離反する方向に前記回転体を付勢するスプリングを更に有し、前記スプリングは、前記バルブプレートの上下方向における変位を吸収することを特徴とする真空用ゲートバルブ。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記動力伝達手段は、前記スプリングの付勢力により、前記バルブプレートを前記ケーシングとの間にギャップを保持させて揺動させることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
4. 請求項２又は請求項３のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記スプリングは、リング状の皿バネから成り、前記バルブプレートの横方向の全方位における傾きを修正することを特徴とする真空用ゲートバルブ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記バルブプレートは、閉位置にあるときに前記開口に位置する部分が他の部分よりも薄く形成されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された真空用ゲートバルブであって、前記モーター及び動力伝達手段は、前記バルブプレートに着脱可能に連結されていることを特徴とする真空用ゲートバルブ。

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