JP4578829B2 - 真空用ゲート弁のシールプレート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におけるシールプレート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、このようなワークの出し入れ部となるゲート開口部のシール装置として、ボンデッドシールが知られている。ボンデッドシールは、アルミニウムなどの金属から形成された平板状のプレートに、フッ素ゴムなどのシール部材が接着されたものである。

このようなボンデッドシールは、例えば、プレート本体に形成した蟻溝内に、単にシール部材を装着した従来のシール装置（特許文献１）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。

図７は、半導体製造装置において、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に採用された従来のボンデッドシール６を示したものである。

ボンデッドシール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。

このようなボンデッドシール６では、軸１４が単に上下方向の移動するだけでゲート開口部１６を開閉する構造にすると、摺動によりプレート本体８などに傷が付き、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、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、このようなボンデッドシール６では、プレート本体８の長手方向の略中間部に軸１４が取り付けられ、この軸１４でプレート本体８が支持されているため、軸１４が取り付けられた中心領域Ｑ付近に、集中的な荷重が作用することになる。

このため、ゲート開口部１６を閉とした状態、すなわち矢印Ｙ方向に大きな締付け圧が作用している場合には、プレート本体８の端部領域Ｒ，Ｓ付近に反りが発生し、結果として両端部領域Ｒ，Ｓでのシール圧が弱くなり、リーク漏れが発生するおそれがある。これを回避するためには、プレート本体８の両端部領域Ｒ，Ｓを湾曲して形成し、Ｙ方向への締付け荷重によるプレート本体８の反りを吸収する対策も施されているが、アルミ製のプレート本体８を精密に湾曲加工することは手間であり、コスト高になるという問題があった。

一方、従来の構造では、軸１４を取り付けた中心領域Ｑに集中的な荷重が作用するため
、その中心領域Ｑに位置するシール部材１０に、集中応力が発生し、この位置にある接着剤が剥離するおそれもあった。
特開平１０−３１８３７３号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、半導体製造装置などに使用されるボンデッドシールにおいて、軸により支持された中心領域に集中的な荷重が作用したとしても、例えば、リーク漏れが生じたり、中心領域で接着剤が剥離したりする虞れもなく、長期に渡り安定したシール性を確保することのできる真空用ゲート弁におけるシールプレートおよびこのシールプレートに使用されるシール部材を提供することを目的としている。

本発明に係る真空用ゲート弁におけるシールプレートは、
略矩形状のゲート開口部に当接、または離反することにより、このゲート開口部を閉塞または開放する弁体が、略直線的に移動する駆動軸に支持された真空用ゲート弁におけるシールプレートであって、
略平板状に形成され、前記ゲート開口部の外周縁に形成された弁座面と対向する平板部分に、シール部材装着溝が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る周環状のシール部材とを有し、
前記プレート本体の前記駆動軸が取り付けられた付近を前記プレート本体の中心領域、
この中心領域から離れた一方の端部側を前記プレート本体の一方の端部領域、
前記中心領域から離れた他方の端部側を前記プレート本体の他方の端部領域として、それぞれ区分したとき、
前記プレート本体の前記中心領域では、前記シール部材の前記弁座面側への突出高さを最も低くし、
この中心領域から、前記一方の端部領域および前記他方の端部領域に近づくにしたがって、前記シール部材の突出高さを次第に高くなるように、予め設定したことを特徴としている。

係る構成による真空用ゲート弁におけるシールプレートは、予め、反りの影響を受けやすい両端部領域のシール部材の弁座側への突出高さを高くし、弁座面に当接する面圧を中心領域と端部領域で略等しくなるように設定しているため、リーク漏れの発生が防止される。

また、加工するのは、金属製のシールプレートではなく、これに接着される例えば弾性材料からなるシール部材であるため、加工費用が極めて安価になる。
さらに、本発明では、前記シール部材の前記中心領域における前記弁座面側への突出高さと、前記シール部材の両端部領域における前記弁座面側への高さの差をｄ、
前記ゲート開口部の長手方向の長さをＺとしたとき、
１００ｍｍ≦Ｚ≦４００ｍｍであるとき、０．１ｍｍ≦ｄ≦０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。

このような範囲に高さの差ｄが設定されていれば、仮に通常の使用状態における寸法精度の誤差が生じているような場合や、シールプレートに反りが生じている場合であっても、その誤差を吸収することができ、リーク漏れが発生しないことが確認された。

さらに、本発明に係るシール部材は、
上記した真空用ゲート弁におけるシートプレートに用いられる弾性材料からなる周環状
のシール部材であって、
略矩形状のシール部材装着溝内に接合される前記シール部材は、その断面形状が、前記シール部材装着溝の底面に接合される底辺と、前記シール部材装着溝の内側面に接合される内側辺と、前記プレート本体から前記弁座面に向かって突出され、前記弁座面に接離する弧状突出部と、該弧状突出部の一方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の外側に配置される外側傾斜辺と、前記弧状突出部の他方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の内側に配置される内側傾斜辺とを有しており、
前記シートプレートの前記シール部材装着溝の両端部領域に配置される前記シール部材の前記弁座面側への突出高さを、前記シートプレートの中央領域に配置される前記シール部材の突出高さをよりも高く設定するとともに、両端部領域から中心領域に向う間は連続的に変化させ、その変化の割合は、
前記中心領域におけるシール部材の突出高さと、両端部領域におけるシール部材の突出高さとの差をｄ、前記ゲート開口部の長手方向の長さをＺとしたとき、
１００ｍｍ≦Ｚ≦４００ｍｍであるとき、０．１ｍｍ≦ｄ≦０．５ｍｍの範囲にあることを特徴としている。

このような構成のシール部材によれば、真空用ゲートプレートのシール部材として、好ましく使用することができる。

本発明に係る真空用ゲート弁におけるシールプレートによれば、通常，アルミニウムなどから形成される金属製のプレート本体を加工するのではなく、例えば、弾性材料から形成されたシール部材を加工するだけで良いので、加工性が良好で安価に製造することができる。

また、ゲート開口部の弁座面に対する接触圧力が中心領域と両端部領域との間で略同一となるようにしているので、リーク漏れが発生することが防止されている。
また、シール部材の突出高さの違いを、上記のように設定することにより、シールプレートの反りによる変形を補正し、リーク漏れを効果的に防止することができた。

さらに，本発明によるシール部材は、真空用ゲート弁のシール部材として有効に使用することができる。

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おけるシールプレートの要部を示したものである。図２は、図１で示したボンデッドシールの反対側の端部領域の概略正面図、図３は図２のＡ−Ａ線方向の拡大断面図である。

図１に示したボンデッドシール４０は、図７に示したボンデッドシール６に対応している。すなわち、図１に示したプレート本体２０は、アルミニウムなどの金属から形成され、開口部に対応して左右方向に長い長方形に形成され、例えば、全体の横の長さＭは３５４ｍｍで、縦の長さＮは６５ｍｍ、厚さＰは２５ｍｍに設定されている。

そして、プレート本体２０の外周縁に、図３に拡大して示したように、断面Ｌ字状で片溝状のシール部材装着溝２２が形成されている。そして、このシール部材装着溝２２内に、弾性材料から形成されたシール部材２４が接着剤により接着されている。

シール部材２４は、自然状態で、帯状であり、シール部材装着溝２２内に装着されることにより周環状に調整される。
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、略三角形状で図３および図４に示したように、シール部材装着溝２２の底面に接合される底辺２４ａと、装着溝２２の内側面に接合される内側辺２４ｂと、プレート本体２０の前面から弁座面側に向って突出された弧状突出部２４ｃと、この弧状突出部２４ｃの図３、図４において左側方でシール部材装着溝２２の開放側に配置される外側傾斜辺２４ｄと、弧状突出部の右側方でシール部材装着溝２２の内側に配置される内側傾斜辺２４ｅとを有している。

シール部材２４の全体の断面形状は、上記のように形成されているが、このシール部材２４は、弁座面１８側への突出高さが、プレート本体２０に対する取り付け位置により、異なるように形成されている。

すなわち、プレート本体２０は、横方向に長い長方形であるが、例えば、図１、図２および図５に示したように、軸１４が取り付けられる中心付近を、プレート本体の中心領域Ｑ、この中心領域Ｑから離れた一方の端部側をプレート本体の一方の端部領域Ｒ、他方の端部側を他方の端部領域Ｓとしたとき、中心領域Ｑにおけるシール部材２４の底辺２４ａからの突出高さＴ’は、図４に実線で示したように、両端部領域Ｒ，Ｓにおける突出高さＴ（破線）に比べて低く設定されている。すなわち、シール部材２４を，図１において上方側からみれば、図５に示したように、中心領域Ｑでは、高さＴ’が最も低く、端部領域Ｒ，Ｓに近づくにしたがって高くされている。この中心部領域Ｑと端部領域Ｒ，Ｓとの間の高さの差をｄで表すとき、高さの違いｄは、図７に示したゲート開口部１６の長手方向の長さＺ（図１におけるプレート本体２０の長さＭと略等しい）に応じて、適宜調整される。実施例では、高さの差ｄは、０．２ｍｍに設定されている。

本発明では、ゲート開口部の長手方向の長さをＺとしたとき、このＺが１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲にあるとき、高さの差ｄは、０．１ｍｍ〜０，５ｍｍ程度であることが好ましい。また、中央領域Ｑと両方の端部領域Ｒ，Ｓとの間では、高さの差ｄは、図５に示したように、連続的に変化している。

このように高さの差ｄを設定したのは、以下の理由による。
すなわち、図６は、長方形状のプレート本体２０の中心部に軸１４を設けた従来形状のボンデッドシールの反り量をＦＥＡ解析により測定したものである。

この解析結果から明らかなように、プレート中心部と両端部との間で最大０．２ｍｍの反りが発生していることがわかった。したがって、高さの差ｄをこのような反り量に対応して設定した。このような範囲に、高さの違いｄを設定して、シール部材２４のシールトップ部（弧状突出部２４ｃ）における面圧分布をＦＥＡ解析で測定した。このＦＥＡ解析により、中心領域Ｑと端部領域Ｒ，Ｓでの面圧分布が略一定になることが確認された。

表１はＦＥＡ解析で用いたものと同じ寸法のシール部材をサンプルとして使用し、シール試験と剥離試験を行った実験結果を示したものである。
なお、シール部材が装着されるゲートバルブとしては、図１に示したゲート弁を採用し、Ｙ方向への押し付け荷重を３０００Ｎとした。また、シール試験は、常温により、Ｈｅガスのリーク測定を行った。

さらに、剥離試験としては、プレート本体２０の温度を１５０℃とし、１００何回の開閉動作を行い、剥離の確認を行った。これらの試験により、それぞれのシール部材を使用
したボンデッドシールの特徴を表に示した。なお、比較例１の形状は、高さの違いｄが全くないもので、比較例２は、シール部材を加工するのではなく、金属製のプレート本体２０を湾曲加工したものである。

この表１から理解できるように、本実施例によるものは、シール性も剥離性もコストの面でも良好であった。
このように本実施例によれば、弾性材料からなるシール部材を加工するだけ良いので、加工の面の煩雑さが不要で，しかも安価に製造することができる。

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におけるシールプレートによれば、軸で支持された付近を中心として生じる反りをシール部材の突出高さにより補正することにより、両端部領域でのシール面圧を略一定にすることができる。これにより、リーク漏れを防止することができた。
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、上記実施例では、直径３００ｍｍのウェアを出し入れするのに適したゲート開口部に使用されるシール部材とこのシール部材が装着されたシールプレートについて説明したが、本発明は，勿論これ以上大きなゲート開口部を備えたゲート弁にも適用可能である。

また、ゲート開口部の断面形状は長方形に限定されず、上下方向に対して左右方向が長い形状であれば、どのような形状であっても良い。
さらに、上記実施例では，プレート本体２０に、一本の軸を取り付ける場合を例にして説明したが、勿論、２本の軸でプレート本体２０を支持するゲート弁にも適用可能である。

さらに、上記実施例では、片側が外方に開放されたシール部材装着溝２２を例示しているが、この装着溝は、断面コ字状すなわち、両溝タイプであっても適用することができる。

図１は、本発明の一実施例に係るボンデッドシールの概略斜視図である。 図２は，図１におけるボンデッドシールの反対側の端部領域を示す正面図である。 図３は、図２におけるＡ−Ａ線方向の拡大断面図である。 図４は、図２に示したシール部材の拡大断面図である。 図５は、図１に示したシール部材を図１の上方向からみた場合の概略上面図である。 図６は、ＦＥＡ解析によりプレート本体の反り量を測定した実験結果である。 図７は従来のボンデッドシールが採用されたシール部分の断面図である。

符号の説明

６ ボンデッドシール
８ プレート本体
１４ 駆動軸
１６ ゲート開口部
１８ 弁座面
２０ プレート本体
２２ シール部材装着溝
２４ シール部材
２４ａ 底辺
２４ｂ 内側辺
２４ｃ 弧状突出部
２４ｄ 外側傾斜辺
２４ｅ 内側傾斜辺
Ｑ 中心領域
Ｒ 一方の端部領域
Ｓ 他方の端部領域
Ｚ ゲート開口部の長手方向の長さ
ｄ 高さの差

Claims (3)

1. 略矩形状のゲート開口部に当接、または離反することにより、このゲート開口部を閉塞または開放する弁体が、略直線的に移動する駆動軸に支持された真空用ゲート弁におけるシールプレートであって、
   略平板状に形成され、前記ゲート開口部の外周縁に形成された弁座面と対向する平板部分の外周縁に、断面略Ｌ字状で片溝状のシール部材装着溝が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る周環状のシール部材とを有し、
   前記プレート本体の前記駆動軸が取り付けられた付近を前記プレート本体の中心領域、
   この中心領域から離れた一方の端部側を前記プレート本体の一方の端部領域、
   前記中心領域から離れた他方の端部側を前記プレート本体の他方の端部領域として、それぞれ区分したとき、
   前記プレート本体の前記中心領域では、前記シール部材の前記弁座面側への突出高さを最も低くし、
   この中心領域から、前記一方の端部領域および前記他方の端部領域に近づくにしたがって、前記シール部材の突出高さを次第に高くなるように、予め設定するとともに、
   前記シール部材が、その断面形状において、前記シール部材装着溝の底面に接合される底辺と、前記シール部材装着溝の内側面に接合される内側辺と、前記プレート本体から前記弁座面に向かって突出され、前記弁座面に接離する弧状突出部と、該弧状突出部の一方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の外側に配置される外側傾斜辺と、前記弧状突出部の他方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の内側に配置される内側傾斜辺とを有し、前記内側傾斜辺と前記内側辺とが、略水平に延伸する水平部によって接続されるとともに、前記底辺と前記外側傾斜辺とが、略鉛直に延伸する外側辺によって接続されていることを特徴とする真空用ゲート弁におけるシールプレート。
2. 前記シール部材の前記中心領域における前記弁座面側への突出高さと、前記シール部材の両端部領域における前記弁座面側への高さの差をｄ、
   前記ゲート開口部の長手方向の長さをＺとしたとき、
   １００ｍｍ≦Ｚ≦４００ｍｍであるとき、０．１ｍｍ≦ｄ≦０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の真空用ゲート弁におけるシールプレート。
3. 請求項１または請求項２に記載の真空用ゲート弁におけるシートプレートに用いられる弾性材料からなる周環状のシール部材であって、
   断面略Ｌ字状で片溝状のシール部材装着溝内に接合される前記シール部材は、その断面形状が、前記シール部材装着溝の底面に接合される底辺と、前記シール部材装着溝の内側面に接合される内側辺と、前記プレート本体から前記弁座面に向かって突出され、前記弁座面に接離する弧状突出部と、該弧状突出部の一方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の外側に配置される外側傾斜辺と、前記弧状突出部の他方の裾部分に位置し前記シール部材装着溝の内側に配置される内側傾斜辺とを有し、前記内側傾斜辺と前記内側辺とが、略水平に延伸する水平部によって接続されるとともに、前記底辺と前記外側傾斜辺とが、略鉛直に延伸する外側辺によって接続されており、
   前記シートプレートの前記シール部材装着溝の両端部領域に配置される前記シール部材の前記弁座面側への突出高さを、前記シートプレートの中央領域に配置される前記シール部材の突出高さをよりも高く設定するとともに、両端部領域から中心領域に向う間は連続的に変化させ、その変化の割合は、
   前記中心領域におけるシール部材の突出高さと、両端部領域におけるシール部材の突出高さとの差をｄ、前記ゲート開口部の長手方向の長さをＺとしたとき、
   １００ｍｍ≦Ｚ≦４００ｍｍであるとき、０．１ｍｍ≦ｄ≦０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とするシールプレート用のシール部材。

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