JP4774549B2 - 真空用ゲート弁およびこれに用いられるシール部材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置等に使用される真空用ゲート弁およびこれに用いられるシール部材に関する。

シリコンウェハなどの半導体製造、薄膜製造、液晶製造などにおいては、クリーンな環境下、高い真空中で、イオンプレーティング、プラズマエッチングなどのワークの加工、処理などが行われている。

ところで、このように高い気密性が要求されるとともに被処理物であるシリコンウェハなどの出し入れが容易に行なえる部分の開口を開閉する弁構造として、ボンデッド型の真空用ゲート弁が知られている。

このようなボンデッド型の真空用ゲート弁では、例えば、プレート本体に形成したあり溝内に単にシール部材を装着した従来のシール装置に比べて、シール性能が高く、しかも繰り返しの開閉動作性に優れるという利点を有している。

ここで、プレート本体は、アルミニウムなどの金属から形成されたもので、このプレート本体にフッ素ゴムなどのシール部材が接着される。

図６は、特許文献１に開示された従来の真空用ゲート弁を示したのである。この真空用ゲート弁は、例えば、プロセスチャンバー２とトランスファーチャンバー４との間のウェハ出し入れ用ゲート開口部１６に配置されている。

真空用ゲート弁６は、略矩形状に形成された金属製のプレート本体８とこのプレート本体８の外周部に接着された弾性材料からなるシール部材１０とから構成されている。また、プレート本体８は断面略Ｌ字状の基台１２に固定されるとともに、基台１２の長さ方向の中央部には上下方向に移動する例えば一本の軸１４が取り付けられている。

このような真空用ゲート弁６では、単に軸１４の上下方向の移動だけでゲート開口部１６を開閉する構造であると、プレート本体８などに摺動による傷が付き易く、金属パーティクルの発生原因となることから、プレート本体８は、一旦、図の左方に引き戻されてから上下方向に移動されている。すなわち、プレート本体８が下方位置にあり開の状態にあるゲート開口部１６を閉とするには、下方位置にある軸１４を先ず矢印Ｘ方向に移動させ、その後、プレート本体８を矢印Ｙ方向に移動させることにより、ゲート開口部１６の外周部に形成された弁座面１８にシール部材１０を押し付けて、プロセスチャンバー２内を密封するようにしている。

ところで、このような真空用ゲート弁６では、図７に示したように、プレート本体８に装着されたシール部材１０の断面形状は、略山形であるとともに、プレート本体８に形成されたシール部材装着溝２３の断面形状は、外側の端面が開放されたＬ字状に形成されている。

そして、シール部材１０の最も突出した頂点Ｔの位置は、シール部材装着溝２３の底面の幅をＳとしたとき、Ｓ/２の中間点の位置Ｃよりも外側（図７において右側）に位置している。すなわちＡ＞Ｂである。

また、真空用ゲート弁６のシール部材１０では、頂点Ｔを境に外側に外側傾斜面２６が、内側に内側傾斜面２８がそれぞれ形成されている。さらに、これら外側傾斜面２６と内側傾斜面２８との間は円弧状の曲線３０となっている。

ここで、内側傾斜面２８のシール部材装着溝２３の底面に対する傾斜角度θ２は、外側傾斜面２６の傾斜角度θ１に比べて大きい。すなわち、θ２＞θ１である。

このように頂点Ｔおよび傾斜角度θ１、θ２が設定されたシール部材１０がプレート本体８のシール部材装着溝２３内に接着剤で接着されている。そして、このようなシール部材１０を備えたプレート本体８が、図６に示したプロセスチャンバー２とトランスファーチャンバー４との間に配置される。そして、プレート本体８内のシール部材１０が、ゲート開口部１６を構成する壁２１に当接し、Ｙ方向に次第に圧縮されていくと、シール部材１０は、図８において、先ず矢印Ｚで示したように、シール部材装着溝２３の外方に向かって膨出するように変形する。すると、シール部材１０の端部１０ａは、図８に示したように、シール部材装着溝２３から一部食み出すように変形する。そして、このように一部食み出した状態で繰り返し変形動作を行なっていると、接着剤の剥離が生じる。また、接着剤が剥離された後に圧縮変形が行なわれていくと、プレート本体８の角部に当接する部位に応力集中が発生し、ここに亀裂２４が発生し易い。亀裂２４が発生した後、さらに圧縮荷重が加えられていくと、次第にこの亀裂２４が成長し、結果として、シール部材１０が破損されてしまうという問題があった。また、破損に至らずともパーティクルが発生するという問題があった。

さらに、シール部材１０の頂点Ｔが変形時に相手面とこすれてパーティクルが発生するという問題があった。
特開２００５−２５２１８４号公報

本発明は、このような実情に鑑み、半導体製造装置などに使用される真空用ゲート弁において、例えば、応力集中あるいは接着剤の剥離などにより、シール部材に亀裂が入ったりパーティクルが発生したりすることを防止でき、長期間に亘り安定したシール性能を発揮させることができる真空用ゲート弁を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明に係る真空用ゲート弁は、
シール部材装着溝の外方端が開放するように形成されたプレート本体と、
前記プレート本体の前記シール部材装着溝内に装着され、弾性部材により無端状に形成されたシール部材と、を有する真空用ゲート弁であって、
前記シール部材の断面形状は、頂点Ｔを有する略山形であり、この頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の外側に外側傾斜面を有し、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に内側傾斜面を有し、さらに、前記外側傾斜面の傾斜角をθ１、前記内側傾斜面の傾斜角をθ２、前記シール部材装着溝の底面の幅をＳとしたとき、
前記頂点Ｔの位置は、Ｓ/２よりも前記シール部材装着溝の内側に位置しており、かつθ１＞θ２であることを特徴としている。

このような構成の本発明に係る真空用ゲート弁によれば、シール部材が圧縮されたとしても、そのシール部材の外側への変形が抑制されるので、外径側での応力集中が生じ難くなるとともに、外方側での接着剤の剥離が防止される。これにより、外側への倒れこみに起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

ここで、前記外側傾斜面の下部には、屈曲点Ｐが形成され、この屈曲点Ｐからさらに前記シール部材装着溝の幅方向の外方に向かうにしたがって傾斜角が緩やかに小さくなる裾部が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、シール部材の外側への倒れこみ並びに亀裂の発生やパーティクルの発生をより効果的に防止することができる。

断面形状が頂点Ｔを有する略山形であり、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の外側に外側傾斜面を有し、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に内側傾斜面を有し、さらに、前記外側傾斜面の傾斜角をθ１、前記内側傾斜面の傾斜角をθ２、前記シール部材装着溝の底面の幅をＳとしたとき、
前記頂点Ｔの位置は、Ｓ/２よりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に位置しており、かつθ１＞θ２であることを特徴としている。

このような構造のシール部材であれば、相手部材との間で圧縮された場合に、外側への変形が小さくなるので外径側での応力集中を小さくすることができる。

本発明に係る真空用ゲート弁によれば、相手部材との間で圧縮変形されたときに、シール部材の外側への変形が小さくなるので、シール部材装着溝からシール部材が食み出すような変形を防止できる。これにより接着剤の剥離などが生じ難くなる。また、応力集中が発生し難くなるので、シール部材に亀裂が入ったり、破損したり、パーティクルが発生したりすることを防止できる。さらに、頂部Ｔの変形により相手面とこすれてパーティクルが発生することも抑制できる。

また、シール部材の外側傾斜面の下部に、屈曲点を境に緩やかな傾斜角度を備えた裾部が形成されていれば、より一層シール部材の外側への倒れこみを防止することができ、これにより、亀裂の発生やパーティクルの発生をより効果的に防止することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁を構成するプレート本体の略半部の斜視図である。 図２は、図１のプレート本体に装着されるシール部材の略半部の正面図である。 図３は、図２のシール部材が図１のプレート本体に装着されたときの断面図である。 図４は、図３に示したシール部材の概略断面図である。 図５は、図３に示したシール部材が圧縮されたときの概略断面図である。 図６は特開２００５−２５２１８４号に開示された従来の真空用ゲート弁の断面図である。 図７は特開２００５−２５２１８４号に開示されたシール部材が圧縮変形する初期状態の概略断面図である。 図８は図７に示したシール部材が十分に変形したときの概略断面図である。

符号の説明

２２ 壁体
２３ シール部材装着溝
２４ シール部材
２４ｄ 外側傾斜面
２４ｅ 内側傾斜面
３２ 裾部
４０ プレート本体
Ｐ 屈曲点
Ｔ 頂点
θ１、θ２ 傾斜角

以下，図面に示した本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁に採用されたプレート本体を示したもので、図２は、図１で示したプレート本体に装着されるシール部材を示した正面図である。

図１および図２は、図６に対応している。すなわち、図１に示したプレート本体４０は、図６に示したプレート本体８に対応しており、アルミニウムなどの金属から形成されている。また、プレート本体８に対応して左右方向に長く形成されている。シール部材２４は、自然状態で帯状であり、プレート本体４０のシール部材装着溝２３内に装着されることにより、周環状に調整される。

図１に示したプレート本体４０の外周縁には、図３にも拡大して示したように、外方の端部が開放されることにより断面Ｌ字状のシール部材装着溝２３が形成されている。そして、このシール部材装着溝２３内に、図２に示した弾性材料からなるシール部材２４が接着剤により強固に接着される。

シール部材２４は、具体的には、フッ素系ゴムから形成されている。そして、使用環境に合わせて、耐プラズマ性、耐熱性、耐真空性などの機能に優れた材料を選択して使用することができる。

このシール部材２４の断面形状は、以下のように形成されている。
すなわち、シール部材２４は、図３および図４に示したように、断面形状で見れば略山形である。そして、このシール部材２４は、図３および図４に示したように、外方の端部が開放された断面略Ｌ字状のシール部材装着溝２３の２辺に対応して、互いに直角な底辺２４ａと内側辺２４ｂとを有している。

また、このシール部材２４は、プレート本体４０から突出するように円弧状突出部２４ｃを有し、この弧状突出部２４ｃの頂部に頂点Ｔを有している。そして、この頂点Ｔよりも外側に外側傾斜面２４ｄを有し、頂点Ｔよりも内側に内側傾斜面２４ｅを有している。

さらに、外側傾斜面２４ｄにおいては、その下方部に屈曲点Ｐが形成され、この屈曲点Ｐからシール部材装着溝２３の下方に向けて、傾斜角が次第に緩やかになる裾部３２が形成されている。また裾部３２の終端部には、面取り３４が形成されている。

一方、シール部材２４の頂点Ｔは、シール部材装着溝２３の底面の幅をＳとしたとき、Ｓ/２よりも内側に配置されるように設定されている。すなわち、図３において、頂点Ｔの位置は、Ａ＜Ｂとなる位置に予め設定されている。

またシール部材２４における内側傾斜面２４ｅの径内方側には、平坦な基部側端部２４ｆが具備されている。

このような構成のシール部材２４が図１に示したプレート本体４０のシール部材装着溝２３内に接着剤を介して接着されている。そして、このようなシール部材２４を備えた真空用ゲート弁は、例えば図６に示した場合と同様に、プロセスチャンバー２とトランスファーチャンバー４との間の真空用ゲート弁６として使用される。

以下に、本実施例による真空用ゲート弁およびこの真空用ゲート弁に使用されたシール部材の作用について説明する。

本実施例のシール部材２４が、図５に示したように、壁体２２により圧縮されると、シール部材２４は、図５に矢印Ｌで示したように、力が作用する。すると、内側辺２４ｂが当接する壁面からの反力があるため、シール部材２４は外側に変形するものの、その変形を小さく抑制することができる。また、外側での応力集中も低減できる。また、このように外側への圧縮変形が抑制されるので、シール部材２４の裾部３２付近での接着剤の剥離を防止し、加えて亀裂の発生を防止することができる。またシール部材２４は、外側傾斜面２４ｄの下部側に形成された裾部３２が外側に食み出し難くなる。これにより、外方端での亀裂の発生、亀裂の成長によるパーティクルの発生を防止することができる。よって、長期に亘り安定したシール性能を期待することができる。さらに、頂部Ｔが変形により相手面と擦れてパーティクルが発生することも抑制できる。

以上、説明したように、本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁およびこの真空用ゲート弁に用いられるシール部材によれば、シール部材が圧縮された場合に、外側への変形が抑制されるので、外側端部に応力集中が生じ難くなり、これにより亀裂の発生やパーティクルの発生を防止することができる。したがって、長期に亘り安定したシール性能を発揮させることができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。

例えば、ゲート開口部の断面形状は長方形に限定されない。

また、上記実施例のプレート本体４０には、一本の軸１４が取り付けられるのが一般的であるが、勿論、２本の軸でプレート本体４０を支持することもできる。

Claims (3)

1. シール部材装着溝の外方端が開放するように形成されたプレート本体と、
   前記プレート本体の前記シール部材装着溝内に装着され、弾性部材により無端状に形成されたシール部材と、を有する真空用ゲート弁であって、
   前記シール部材の断面形状は、頂点Ｔを有する略山形であり、この頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の外側に外側傾斜面を有し、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に内側傾斜面を有し、さらに、前記外側傾斜面の傾斜角をθ１、前記内側傾斜面の傾斜角をθ２、前記シール部材装着溝の底面の幅をＳとしたとき、
   前記頂点Ｔの位置は、Ｓ/２よりも前記シール部材装着溝の内側に位置しており、かつθ１＞θ２であることを特徴とする真空用ゲート弁。
2. 前記外側傾斜面の下部には、屈曲点Ｐが形成され、この屈曲点Ｐからさらに前記シール部材装着溝の幅方向の外方に向かうにしたがって傾斜角が緩やかに小さくなる裾部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空用ゲート弁。
3. 断面形状が頂点Ｔを有する略山形であり、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の外側に外側傾斜面を有し、前記頂点Ｔよりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に内側傾斜面を有し、さらに、前記外側傾斜面の傾斜角をθ１、前記内側傾斜面の傾斜角をθ２、前記シール部材装着溝の底面の幅をＳとしたとき、
   前記頂点Ｔの位置は、Ｓ/２よりも前記シール部材装着溝の幅方向の内側に位置しており、かつθ１＞θ２であることを特徴とするシール部材。

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