JP4775892B2 - 真空用ゲ−トバルブ - Google Patents

Description

本発明は真空装置に用いられる真空用ゲ−トバルブに関し、詳しくは蒸着装置の粉体材料供給室用ゲ−トバルブに関する。

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、閉止するゲ−トバルブが用いられている。

従来より、各種の真空用ゲ−トバルブが知られているが、代表的なものに、閉弁時にインフラ−トシ−ルでシ−ルを行うものがある（例えば、特許文献１、２を参照）。

図９にインフラ−トシ−ルを用いた従来の真空用ゲ−トバルブの一例を示す。
ゲ−トバルブ３００では、通気孔３０５ａへエアを供給することにより膨張可能なインフラ−トシ−ル３０５を、ケ−シング３０２の内面に開口３０４ａの周囲に沿って取り付けるとともに、インフラ−トシ−ル３０５の通気孔３０５ａへエアを供給するエア供給路３０７をケ−シング３０２にも受け、エア供給路３０７からのエアによってインフラ−トシ−ル３０５を弁板３０３方向へ押し付け、これにより開口３０４ａを閉止するように構成した。尚、受け止め部材３１４は、弁板３０３の板面が開口３０４ａ、３０４ｂに近接した際にケ−シング３０２の壁面と直接接触するのを防止する目的で設けている。
特開２００４−３６０７５４号公報（第５頁、図３） 特開２０００−１４５９８０号公報（第３頁、図１）

図１０に真空装置の一例であるインライン式ＭｇＯ蒸着装置の模式図を示す。
蒸着室５１は排気口５３に接続された図示しない排気装置により、真空を維持されるようになっている。被蒸着物８０と対向する位置にＭｇＯ８２を収納するハース５４が配置されている。また、ハース５４の側方にはハ−ス中のＭｇＯ８１に電子線を照射する加熱源である電子銃５２が配置されている。

インライン式ＭｇＯ蒸着装置５０では、２週間以上の連続運転を行うため、蒸着材料（ＭｇＯ）の自動供給機構６０をもっている。自動供給機構６０は次のユニットから構成されている。ＭｇＯ供給室（ＭｇＯを真空中でストックする貯蔵室）（６１）、仕切バルブ（ＭｇＯとフィ−ダ−間を仕切る）（６２）、ＭｇＯフィ−ダ−（ＭｇＯを定量連続で蒸着室に移送する装置）（６３）及びＭｇＯシュ−タ−（ＭｇＯをハースに落とす機構）（６４）である。
ＭｇＯ供給室６１に、約５Ｋｇから２００Ｋｇ以上のＭｇＯ（８２）をストックし、間欠的にフィ−ダ−６３に必要量のＭｇＯ約１〜１．５Ｋｇを供給する。間欠供給動作はエアシリンダ６６によりＭｇＯ供給弁６７を動かして行なう。フィ−ダ−６３からシュ−タ−６４を通し連続的にＭｇＯをハ−ス５４に供給する。ＭｇＯ供給室６１には、ＭｇＯ補給口６８より定期的にＭｇＯ８２を補給する。このとき仕切バルブ６２を閉にし蒸着室は真空に保持したままＭｇＯを補給する。

このとき、従来は、インフラートシールを用いた真空用ゲ−トバルブ３００を使用していた。（図９参照）ＭｇＯは粒子直径約２ｍｍ〜６ｍｍの単結晶ないし同様のサイズのペレットを使用する。しかし、供給の際、材料が飛び散るないしは砕けたＭｇＯの粉体が発生し、バルブのシ−ル面（ケ−シング内壁面、ケ−シング内シール、弁体シール面、弁座シ−ル面及びインフラ−トシ−ル、Ｏリング等のシ−ル材表面等を含むものとする）に付着し、真空が保持できないことがあった。

上記課題は、可動シ−ルドによってケ−シング内に小さい粒子が飛散するのを防止し、バルブ閉時は開口部の無い弁体を使用し、バルブ開時は中央部に開口部を持った弁体を使用し、いずれの時にもバルブのシ−ル面を保護するようにして解決できる。

インライン式ＭｇＯ蒸着装置の連続運転においてダウンタイムの低減ができる。
また、蒸着装置を運転したままＭｇＯが補給できるので、ＭｇＯ供給動作が蒸着装置の連続運転時間を律速しない。

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１、２は本発明の材料供給室用バルブの実施の形態を示す説明図である。図１はケ−シング内部の本体正面側からの説明図、図２はケ−シング内部の本体側面からの説明図である。

図１、２に示したように、本実施の形態の材料供給室用バルブ１は、ケ−シング２と、ケ−シング２の内部に設けられた弁板３及び筒状の可動シ−ルド４とを備えている。
ケ−シング２にはその対向する上下２壁を貫通する開口５ａ、５ｂが形成され、このうちの開口５ａがＭｇＯ供給室へ、開口５ｂがＭｇＯフィ−ダへ、それぞれ連通している。

弁板３は、 図３Ａに示すように、扇型の弁板３は板材２４と板材３７により構成されている。板材２４は２つの弁体部を持つ。一方の弁体部６（図３Ｂ参照）は開口８を持ち、バルブを開いているときに使用する。他方の弁体部７（図３Ｃ参照）は凹部９を有するが開口は無い普通の弁体でありバルブを閉じるときに使用する。いずれもケ−シング２の開口５ｂの弁座１５に着座してシール面を保護するようになっている。弁体部６は２重のＯリング２６ａ、２６ｂを持ち、弁体部７も２重のＯリング２７ａ、２７ｂを持つ。２重のＯリングの中間排気により、封止を助けることができる。

また、板材２４には、凹部２５がある。凹部２５は３箇所あり、そのうちの２箇所が組みになって弁体部６及び７を挟んで配置されている。これは、シャフト１０８ａと１０８ｂに対応しており、弁板３を弁座１５に着座状態においてシャフト１０８ａと１０８ｂの先端が凹部２５に突き当てられ、弁板３を押さえつける。このことにより弁座１５を形成した開口５ｂのシール面と弁体部６のＯリング２６ａ、２６ｂ又は弁体７のＯリング２７ａ、２７ｂとの密着封止を助けている。

弁板３は、ケ−シング２の内部を、シャフト３２の回転により、開弁位置と閉弁位置との間で移動する。移動にあたって弁板３を弁体部６又は７がケ−シング２の開口５ｂの弁座１５のシ−ル面から離隔するように弁板を傾けた状態（図４Ｃ、図５Ａ）で首振り運動させる。

バルブ閉時は凹部９を設けた弁体部７をもって開口５ｂを閉鎖する。このとき開口５ｂの弁座１５には弁体部７が着座するので、弁座１５のシール面は砕けたＭｇＯの粉体から保護されている。バルブ開時は、中央部に開口８を設けた弁体部６で開口５ｂを開放するが、弁体部６が開口５ｂの弁座１５に着座しているので弁座１５のシ−ル面は保護されている。これにより、バルブ閉時でも開時でも、開口５ｂの弁座１５のシ−ル面が確実に保護されているため異物の付着を防止できる。

弁板３の持ち上げは、図２に示したように弁板持ち上げ用のスプリング３６で行っている。このスプリング３６は扇型弁板回転用のエアシリンダ１０６（図１）につながるジョイント３１の先のシャフト３２の先端のシャフト組み３３の上に載っている。弁板３は、板材３７においてシャフト組み３２にヒンジ３４を使って止められており、ヒンジピン３５を支点に傾いて持あげられ、シャフト３１を中心にしてシリンダ１０６（図１）によって首振り回転する。

ここで、バルブの弁板３の駆動には、回転運動のための回転機構とバルブを封止するための上下機構が必要となる。
本実施の形態では、弁板３を傾けて首振り運動を行うようにしたので、回転機構と上下機構の駆動系を別に設置することが出来た。その結果少スペース化を実現した。

また、弁板３を傾けた場合には、ヒンジ３４のヒンジピン３５が支点として作用する。従って、弁板３を押し付けてシールを行うシャフト１０８ａ、１０８ｂおよび駆動用エアシリンダ１０７ａ、１０７ｂを弁座１５の直上方向に配置し、シャフト１０８ａ、１０８ｂを結ぶ中間点が弁座１５の中心と一致するようにして力を有効に使用している。

また、弁板３を傾けたことにより、弁板３を傾けなかった場合と比較して回転機構の駆動力を有効に使用できる。また、回転駆動軸の強度も少なくて済む。もし仮に、弁板３を傾けなかった場合には、弁体３を片持ちで回転するため力が必要になる。またこの場合は、片持ちであるため軸にかなりの強度が必要となる。また片持ちの場合、軸に曲げモーメントがかかり信頼性も落ちることになる。

また、弁板３を傾けたことにより、バルブ回転部の真空保持のためのシール材は、回転のみのシール材でよい。傾かない場合には、バルブ回転部に上下運動と回転のシール材が必要になり、機構が複雑になるうえ、信頼性も低下する。

ケ−シング２の内壁には、開口５ａの周囲に沿って可動シ−ルド４の外周部を収納する凹部１１（図１）が設けられている。この凹部１１は、扇状の弁板３を傾斜して持ち上げ首振り回転するときに、可動シ−ルド４を収納することによって十分な下方空間を確保する。また、可動シ−ルド４を下ろしたときには、ＭｇＯを可動シ−ルド４内さらには開口５ｂを経てＭｇＯフィーダへと落とし込む筒の役目も果たす。

また、ケ−シング２の内壁には、開口５ｂの周囲に沿って弁座１５となっており、バルブの封止に用いるシ−ル面が形成されている。シ−ル面には開口５ｂに対して同心円状に溝が形成され、その中間が排気できるように排出路２８、２９（図６）が設けられている。シ−ル面上に弁体部６又は７を押し付けた後、図示しない排気装置によって、弁体部６又は７が有する２重のＯリングの中間排気を行い封止を助けるようにしている。

ケ−シング２の開口５ｂを開放して材料供給室と蒸着室間を導通する際には、弁板3をシリンダ１０６の駆動により閉弁位置から開弁位置へ移動させる。シール面上に弁体部６を押し付けた後、弁体部６が有する２重のＯリングの中間を排気することによってシ−ル上面の封止を助ける。

ケ−シングの開口５ｂを閉止して材料供給室と蒸着室間を遮断する際には、弁板３をシリンダ１０６の駆動により開弁位置から閉弁位置へ移動させる。シール面上に弁体部７を押し付けた後、弁体部７が有する２重のＯリングの中間を排気することによってシ−ル上面の封止を助ける。

開口５ｂのシ−ル面上を封止する際のタイミングは、弁板３が開弁位置または閉弁位置への移動後、シャフト１０８ａ、１０８ｂによって上から押さえられた後に排気して封止するのが望ましい。

図８に可動シ−ルド４、弁板３及び弁座１５の横断面図を示す。図８では、弁板３を持ち上げたところを図示している。先に述べたように、弁板３を、傾斜させることにより、コンパクトな構造となっている。可動シールド４は、弁板３が傾斜して首振り移動するのに十分な空間を確保するためケ−シング２の凹部１１に外周部が収納される。

図７に可動シ−ルド４の上面図を示す。円筒状のシールド２１が金具２２によってシャフト１０８ａ（図１）に固定される。他方の金具２３はガイドとなっている。可動シ−ルド４は、シャフト１０８ａ（図１）によってケ−シング２の外部に取り付けられたシャフト駆動用のエアシリンダ１０７ａ（図１）で移動される。２本のシャフトの移動量の差により可動シールド４に捩れ方向の力がかからない構造となっている。

図４、５は実施例の模式図で、発明のバルブの駆動状況を時系列で示したものである。
バルブ閉から開への移動の一連の動作を示している。

図４Ａは、バルブ閉時を示す。弁板３に設けた凹部２５に突き当てたシャフト１０８ａ、１０８ｂにより弁座１５のシ−ル面に弁板３の弁体部７を押し付けている状態を示す。可動シ−ルド４を下ろし、可動シ−ルド４の下端部を弁板３の弁体部７の凹部９に突き当てる。これにより、ケ−シング２の内部を可動シ−ルド４の内方側と外方側で相絶縁している。このことにより小さい粒子のシ−ル面への付着を防止している。
図４Ｂは、バルブを開放するにあたり、可動シールド４の外周部をケ−シング２の開口５ａ周囲の凹部１１に収納する様子を示している。
図４Ｃはバルブ閉から開への移行中を示す。弁板３を持ち上げ、凹部９を設けた弁体部７をシール面を有する開口５ｂの弁座１５から離隔させ、弁板３をシャフト３２で回転させる前の状態を示している。

図５Ａは、バルブ閉から開への移行中を示す。弁板３を持ち上げ、シャフト３２で回転させた後の状態を示している。
図５Ｂは、バルブを封止するにあたり、弁板３を下ろし、開口８を設けた弁体６を開口５ｂの弁座１５のシ−ル面に被せて異物の付着を防止する様子を示している。
図５Ｃは、バルブ開時を示す。可動シ−ルド４を下ろし、開口８を設けた弁体６に突き当てる。これにより、ケ−シング２の内部を可動シ−ルド４の内方側と外方側で相絶縁している。このことにより小さい粒子のシ−ル面への付着を防止する。

バルブ閉から開への移動も同様の手順で行われる。弁板３を持ち上げて、シャフト３２を閉から開へ移動させるところだけが異なるだけである。

以上のような真空用ゲートバルブ１によれば、バルブ閉時、バルブ開時ともにバルブシール面への異物の付着が完全に防止できるので、ＭｇＯ供給室へのＭｇＯ補給時でも蒸着室の真空保持が可能になる。従って、インライン式ＭｇＯ蒸着装置の連続運転においてダウンタイム低減ができる。

バルブが正常に動作した場合の材料供給時間は、大型のＭｇＯ供給室の場合、試料供給室ベント５分、ＭｇＯ供給１０分、真空排気１５分の合計３０分であり、小型のＭｇＯ供給室の場合、合計１０分以下である。
バルブが正常に動作しない場合の材料供給時間は、
蒸着室冷却３０分、材料供給室及び蒸着室ベント１０分、ＭｇＯ供給１０分、蒸着室及び材料供給室真空排気３６０分、蒸発源加熱３０分の合計４４０分であった。
４１０分のダウンタイム低減ができる。

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、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、Ｏリング表面の汚れを防止するため、汚れ防止ブロックを設置しても良い。汚れ防止用ブロックは弁座１５と同じ形状で開口部の無い形にし、弁座１５に着座していない方の弁体部を着座させることにより、弁体部のシール面に付いているＯリングが汚れるのを防止するものである。

また、以上の実施の形態では、可動シ−ルド４のシ−ルド２１を円筒状としたが、シ−ルド２１が漏斗状であっても良い。またその断面形状も楕円形や多角形であってもよい。例えば、開口ａと開口ｂの大きさや形を異なるものとしたり、弁体部６の開口８の大きさや形をあわせることで対応可能である。

また、以上の実施の形態では、可動シ−ルドを１０８ａに取り付けて移動したが、可動シ−ルドの移動専用に別の駆動機構を設けても良い。

また、以上の実施の形態では、弁板３には開口８を設けた弁体部６、と凹部９を設けた弁体部７がそれぞれ１個ずつの計２個有していたが、それぞれ、複数個あっても良い。複数用意することにより、Ｏリング２６などのシ−ル部材の交換のための休止間隔を長くすることが可能になる。

図１は、本発明の材料供給室用バルブの一実施形態を示した説明図（ケ−シング２内部の本体正面側からの説明図である。） 図２は、図１の材料供給室用バルブのケ−シング２内部の本体側面側からの説明図である。 図３は、本発明のバルブの弁板３の説明図である。 図３Ａは、弁板３の平面図である。図３Ｂは弁板３の一方の弁体部６の拡大断面図である。図３Ｃは、弁板３の他方の弁体部７の拡大断面図である。 図４は、本発明のバルブの構成例の弁板移動前の動作をＡ〜Ｃの順で説明する模式図である。 図４Ａは、凹部９を設けた弁体部７をケ−シング２内の弁座１５シ−ル面に載せてバルブの閉止位置とし、シリンダロッドの押圧動作によって弁板３をケ−シング２内の弁座１５のシ−ル面に押し付けてバルブ及びシ−ル面を封止している状態である。 図４Ｂは、シリンダロッド１０８ａ、１０８ｂ及び可動シ−ルド４を引き上げて、バルブの封止を解いた状態である。 図４Ｃは、扇型の弁板３を持ち上げて、弁体部７をケ−シング２の弁座１５のシ−ル面から離した状態である。 図５は、本発明のバルブの構成例の弁板移動後の動作をＡ〜Ｃの順で説明する模式図である。 図５Ａは、扇型の弁板３を持ち上げたまま回動させている状態である。 図５Ｂは、開口８を設けた弁体部６をケ−シング２の弁座１５のシ−ル面に載せてバルブの開放位置とした状態である。 図５Ｃは、シリンダロッド１０８ａ、１０８ｂの押圧動作によって弁板３をケ−シング２の弁座１５のシ−ル面に押し付けてバルブは開放し、シ−ル面は封止している状態である。 図６は、図１の材料供給室用バルブのケ−シング２内部の本体上面側からの説明図である。 図７は、本発明の実施形態の可動シ−ルド４の上部からの説明図である。 図８は、図２の材料供給室用バルブのケ−シング２内部の本体側面側からの説明図において、可動シ−ルド４を引き上げ、弁板３を傾けた場合の拡大図である。 図９は、従来の真空用ゲ−トバルブの他の一例を示した説明図である。 図１０は、インライン式ＭｇＯ蒸着装置の模式図である。

符号の説明

１・・・真空用ゲ−トバルブ、２・・・ケ−シング、３・・・弁板、４・・・可動シ−ルド、５ａ・・・開口（ケ−シング上面側）、５ｂ・・・開口（ケ−シング下面側）、６・・・弁体、７・・・弁体、８・・・開口、９・・・凹部、１１・・・凹部、１５・・・弁座
２１・・・シ−ルド、２２、２３・・・金具、２５・・・凹部、２７、２８・・・排出路
３１・・・ジョイント、３２・・・シャフト、３３・・・シャフト組み、３４・・・ヒンジ、３５・・・ヒンジピン、３６・・・スプリング
５０・・・インラインＭｇＯ式蒸着装置、５１・・・蒸着室、５２・・・電子銃、５３・・・排気口、５４・・・ハ−ス
６０・・・自動供給機構、６１・・・ＭｇＯ供給室、６２・・・仕切りバルブ、６３・・・ＭｇＯフィ−ダ−、６４・・・ＭｇＯシュ−タ−、６５・・・弁板、６６・・・エアシリンダ、６７・・・ＭｇＯ供給弁、６８・・・ＭｇＯ補給口、６９・・・ＭｇＯ補給口の蓋
８０・・・被蒸着物、８２・・・ＭｇＯ
１０６・・・エアシリンダ、１０７ａ、１０７ｂ・・・エアシリンダ、１０８ａ、１０８ｂ・・・シャフト
３００・・・真空用ゲ−トバルブ、３０２・・・ケ−シング、３０３・・・弁板
３０４ａ、３０４ｂ・・・開口、３０５・・・インフラ−トシ−ル、３０５ａ・・・通気孔、３０６・・・保持部材、３０７・・・エア導入路、３０８・・・エア導入路、３１４・・・受け止め部材

Claims (2)

1. 第１の開口と前記第１の開口の周囲に形成された環状の凹部とを有する上部壁面と、前記上部壁面に対向し、第２の開口と前記第２の開口の周囲に形成された弁座とを有する下部壁面とを含むケーシングと、
   前記弁座に各々着座可能に形成された開口部のない第１の弁体部及び開口部を有する第２の弁体部とを有する下面と、前記第１及び第２の弁体部を挟むように複数の凹部が形成された上面とを有する、前記ケーシングの内部に設けられた扇形の弁板と、
   前記ケーシングの内部に上下動可能に設けられ、前記環状の凹部に収納される上端部分と前記第１の弁体部または前記第２の弁体部に当接可能な下端部分とを有し、前記第１の開口から前記第２の開口へ粉体材料を案内する円筒状または漏斗状の可動シールドと、
   前記第１及び第２の弁体部に２重に取り付けられた環状のシール部材と、
   前記２重のシール部材の間を排気可能な中間排気機構と、
   前記下部壁面に対して前記弁板が傾いた状態で前記弁板を持ち上げる方向に付勢するスプリングを有し、前記第１の弁体部が前記弁座に着座する第１の位置と前記第２の弁体部が前記弁座に着座する第２の位置との間で前記弁板を前記下部壁面に対して傾けた状態で回転させることが可能な回転機構と、
   前記上部壁面に設置され、前記複数の凹部にそれぞれ突き当てられる複数のシャフトを有し、前記スプリングの付勢力に抗して前記第１の弁体部または前記第２の弁体部を前記弁座に押し付ける上下機構と
   を備えたことを特徴とする真空用ゲートバルブ。
2. 前記可動シ−ルドの断面形状が、円形、楕円形、多角形となっていることを特徴とする請求項１に記載の真空用ゲ−トバルブ。

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