JP6735037B2 - ゲートバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器の開口を開閉するゲートバルブ装置に関するものである。

この種のゲートバルブ装置としては、特許文献１に示すように、弁体を開口に対して進退移動させる機構としてカム機構を用いたものが考えられている。

具体的にこのカム機構は、弁体を支持する弁体支持ロッドを進退移動させるものであり、弁体支持ロッドに設けられたカムピンと、当該カムピンが嵌合するカム孔を有するカム部とを有している。そして、カム部が移動することによって、当該カム部のカム孔を弁体支持ロッドのカムピンが摺動し、弁体が開口に対して進退移動するように構成されている。

しかしながら、カム機構を用いたものではカムピンとカム孔とが摺動することから、それらが滑り摩擦によって摩耗して塵埃が発生してしまう。この塵埃によりゲートバルブを通過する基板が汚染されてしまう可能性がある。また、カムピン又はカム孔が滑り摩擦により摩耗することによって、ゲートバルブ装置による開口の閉塞性が悪化してしまう可能性もある。

特許第４０７９１５７号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、ゲートバルブ装置に生じる塵埃を低減するとともに、真空容器の開口の閉塞性を確保することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るゲートバルブ装置は、真空容器の開口を開閉する弁体と、前記弁体の両端部に設けられ、前記弁体を回転させるための支持軸と、前記弁体及び前記支持軸の間に介在して設けられ、前記弁体を前記支持軸に直交する方向に進退移動させる進退移動機構とを備え、前記進退移動機構は、前記支持軸側に設けられたガイド部と、前記弁体側に設けられ、前記ガイド部をスライド移動するスライド部と、一端が前記スライド部に接続されたリンク機構と、前記リンク機構の他端が接続され、前記リンク機構を駆動させる駆動部とを備えることを特徴とする。

このようなゲートバルブ装置であれば、リンク機構を用いて弁体を開口に対して進退移動させているので、カム機構を用いた場合に比べて摺動により生じる塵埃を低減することができる。その結果、ゲートバルブ装置に起因する基板の汚染を防ぐことができる。
また、このゲートバルブ装置はリンク機構を用いているので、滑り摩擦による摩耗を防ぐことができ、ゲートバルブ装置による真空容器の開口の閉塞性の悪化を防止することができる。
さらに、リンク機構によりスライド部を進退移動させているので、スライド部には進退移動の間に速度変化が生じるため、その速度変化を活かして弁体の移動速度を減速させながら閉塞させることができる。そのため、弁体や弁体に設けられたシール部材等に加わる衝撃を小さくすることができる。その結果、弁体やシール部材等の破損を防ぐことができる。

進退移動機構の具体的な実施の態様としては、前記ガイド部は、相対向する一対の側壁を有するものであり、前記スライド部は、前記一対の側壁の内面をスライド移動するものであり、前記リンク機構は、前記一対の側壁の間に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、リンク機構がガイド部の内側に位置する構成となるため、ゲートバルブ装置の小型化することが可能となる。

スライド部とガイド部との滑り摩擦を無くして、それらの滑り摩擦による塵埃発生を防ぐためには、前記スライド部は、転動体を介して前記ガイド部に対してスライド移動するものであることが望ましい。この構成であれば、スライド移動により転動体とガイド部との転がり摩擦が生じ、この摩擦力は滑り摩擦に比べて小さいので、塵埃を低減することができる。

ところで、スライド部と一対の側壁のそれぞれの内面とが１点のみで接触している場合には、スライド部をスライド移動させる際に、リンク機構との接続部を回転中心としてスライド部が回転してしまい、弁体による真空容器の開口の閉塞性が低下する恐れがある。
スライド部の回転を防止し、弁体により開口をより安定的に閉塞するためには、前記転動体が、前記スライド部がスライド移動する方向に沿って複数個設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、スライド部は、一対の側壁のそれぞれの内面と、スライド移動する方向に沿って複数点で接触しているので、スライド移動させる際に、リンク機構との接続部を回転中心として回転することを防止できる。

前記転動体は、前記スライド部又は前記ガイド部の一方に設けられており、前記進退移動機構は、前記転動体を前記スライド部又は前記ガイド部の他方に対して押し付ける付勢体を有するものであることが好ましい。
このような構成であれば、付勢体によって、転動体がスライド部又はガイド部に押し付けられるので、転動体と、ガイド部又はスライド部との間のガタ付きをなくし、スライド部をガイド部に対してより安定してスライド移動させることができる。

前記駆動部は、前記支持軸の内部を通じて前記リンク機構の他端に接続されていることが望ましい。
この構成であれば、支持軸周りの構成を簡単にすることができ、ゲートバルブ装置を小型化することができる。

前記弁体と、前記進退移動機構及び前記支持軸とが分離可能に構成されていることが望ましい。
この構成であれば、弁体を交換する場合に弁体とともに進退移動機構及び支持軸を真空容器から取り外す必要が無く、弁体のメンテナンスを容易にすることができる。また、弁体の一方の端部に設けられた進退移動機構及び支持軸のみを取り外すこともでき、それらのメンテナンスも容易にすることができる。

このように構成した本発明によれば、リンク機構を用いて弁体を開口に対して進退移動させているので、ゲートバルブ装置に生じる塵埃を低減するとともに、真空容器の開口の閉塞性を確保することができる。

本実施形態のゲートバルブ装置の構成（閉塞位置）を模式的に示す断面図である。 同実施形態のゲートバルブ装置の構成（対向位置）を模式的に示す断面図である。 同実施形態のゲートバルブ装置の構成（退避位置）を模式的に示す断面図である。 同実施形態のゲートバルブ装置の構成（筐体を除く。）を模式的に示す弁体前方から見た斜視図である。 同実施形態の進退移動機構の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の弁体とそれ以外と分離した状態を示す斜視図である。 同実施形態の弁体をメンテナンス用の開口から取り出した状態を示す模式図である。 同実施形態の進退移動機構及び支持軸を取り外した状態を示す模式図である。 ゲートバルブ装置を２段配置した例を模式的に示す断面図である。 ゲートバルブ装置を３段配置した例を模式的に示す断面図である。 他の実施形態の進退移動機構の構成を模式的に示す図である。

１００・・・ゲートバルブ
１０、１１・・・真空容器
１０Ｈ、１１Ｈ・・・開口
２・・・弁体
Ｐ・・・対向位置
Ｑ・・・退避位置
Ｒ・・・閉塞位置
３・・・支持軸
４・・・進退移動機構
４１・・・ガイド部
４１ｂ、４１ｃ・・・一対の側壁
４２・・・スライド部
４３・・・リンク機構
４４・・・駆動部
４５・・・転動体

以下に、本発明に係るゲートバルブ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

＜装置構成＞
本実施形態のゲートバルブ装置１００は、例えばスパッタリングやＣＶＤなどのプラズマを用いた真空処理装置に用いられるものである。このゲートバルブ装置１００は、図１〜図３に示すように、２つの真空容器１０、１１の間に設けられてそれら２つの真空容器１０、１１の開口１０Ｈ、１１Ｈを連通又は遮断するものである。２つの真空容器１０、１１は、ロードロック室を形成する真空容器、予備加熱室を形成する真空容器又は基板処理室を形成する真空容器の何れか２つである。

具体的にゲートバルブ装置１００は、一方の真空容器１０の側壁１０１に形成された開口１０Ｈと、他方の真空容器１１の側壁１１１に形成された開口１１Ｈとを接続するものであり、それら開口１０Ｈ、１１Ｈにそれぞれ連通する開口６Ｈ１、６Ｈ２を有する筐体６を有している。

この筐体６は、直方体形状をなすものであり、その相対向する一対の側壁６ａ、６ｂに２つの開口６Ｈ１、６Ｈ２が形成されている。また、筐体６の側壁６ａ、６ｂと真空容器１０、１１の側壁１０１、１１１とは例えばＯリング等のシール部材１２、１３を介して気密に接続されている。真空容器１０、１１の開口１０Ｈ、１１Ｈ及び筐体６の開口６Ｈ１、６Ｈ２はともに、基板Ｗの搬入出が可能となるように、短辺及び長辺を有する矩形状をなすものである。

そして、ゲートバルブ装置１００は、図１〜図４に示すように、筐体６の側壁６ｂに形成された開口６Ｈ２を閉塞する弁体２と、当該弁体２の両端部に設けられて、弁体２を筐体６に対して回転可能に支持する支持軸３と、弁体２及び支持軸３の間に介在して設けられ、弁体２を支持軸３に直交する方向に進退移動させる進退移動機構４とを備えている。本実施形態では、弁体２が筐体６の開口６Ｈ２を開閉することによって、真空容器１１の開口１１Ｈを開閉することになる。

弁体２は、開口６Ｈ２を覆うことができる形状をなすものであり、具体的には短辺及び長辺を有する矩形状をなすものである（図４参照）。弁体２は、筐体６の長手方向に沿って設けられている。この弁体２の着座面２ａには、開口６Ｈ２の周辺部である側壁６ｂの内面に気密に接触するために、例えばＯリング等のシール部材２１が設けられている。

支持軸３は、弁体２の長手方向両端部にそれぞれ設けられており、筐体６の外部に設けられた回転駆動部５により回転駆動される。本実施形態では、２つの支持軸３それぞれに回転駆動部５が設けられている。この回転駆動部５により支持軸３は、弁体２が筐体６の開口６Ｈ２に対向する対向位置Ｐ（図１参照）と、弁体２が開口６Ｈ２から退避した退避位置Ｑ（図２参照）との間で回転する。回転駆動部５は、支持軸３を回転させる回転アクチュエータであって、例えば、圧縮空気を用いたロータリーアクチュエータや正逆回転可能なモータ等を用いることができる。

進退移動機構４は、対向位置Ｐにある弁体２を当該対向位置Ｐ（図１参照）と開口６Ｈ２を閉塞した閉塞位置Ｒ（図３参照）との間で支持軸３に対して直進移動させるものである。

具体的に進退移動機構４は、特に図５に示すように、支持軸３側に設けられたガイド部４１と、弁体２側に設けられ、ガイド部４１をスライド移動するスライド部４２と、一端がスライド部４２に接続されたリンク機構４３と、リンク機構４３の他端が接続され、リンク機構４３を駆動させる駆動部４４とを備えている。

ガイド部４１は、支持軸３に接続されて支持軸３とともに回転するものである。このガイド部４１は、支持軸３に接続される基端部４１ａと、当該基端部４１ａから延出した相対向する一対の側壁４１ｂ、４１ｃとを有している。この一対の側壁４１ｂ、４１ｃは、互いに平行となるように形成されており、基端部４１ａから軸方向に沿って弁体２側に延出している。

スライド部４２は、弁体２の長手方向両端部にそれぞれ接続されて弁体２とともに進退移動するものである。このスライド部４２は、ガイド部４１の一対の側壁４１ｂ、４１ｃの内面をスライド移動するものであり、一対の側壁４１ｂ、４１ｃの内面に接触するように転動体であるローラ４５が回転自在に設けられている。本実施形態では、側壁４１ｂ、４１ｃの内面それぞれに１つのローラ４５が接触するように設けられている。なお、このローラ４５はガイド部４１の一対の側壁４１ｂ、４１ｃに回転自在に設けて、スライド部４２がローラ４５上を転がるように構成しても良い。

リンク機構４３は、駆動リンク４３ａと従動リンク４３ｂとを有するものであり、従動リンク４３ｂの一端部が第１の軸部材４３ｃによりスライド部４２に回転可能に連結されている。また、駆動リンク４３ａ及び従動リンク４３ｂとは第２の軸部材４３ｄにより回転可能に連結されている。このリンク機構４３は、ガイド部４１の一対の側壁４１ｂ、４１ｃの間に設けられている。

ここで、スライド部４２において、従動リンク４３ｂの一端部が接続される位置（第１の軸部材４３ｃの位置）は、スライド部４２に設けられた上下２つのローラ４５を結ぶ中心線Ｌ上とは異なる位置に設けられている。このように接続することで、２つのローラ４５によりスライド移動させる構成であっても、ガイド部４１に対してスライド部が第１の軸部材４３ｃの周りで回転することなくその姿勢を安定させることができる。

駆動部４４は、リンク機構４３の駆動リンク４３ａの他端部に接続されており、リンク機構４３を駆動させることによって、スライド部４２及び弁体２を進退移動させるものである。この駆動部４４は、支持軸３の内部を通じてリンク機構４３の駆動リンク４３ａの他端部に接続されている。駆動部４４は、駆動リンク４３ａを回転させる回転アクチュエータであって、例えば、圧縮空気を用いたロータリーアクチュエータや正逆回転可能なモータ等を用いることができる。

このように構成されたゲートバルブ装置１００の動作について簡単に説明する。

２つの真空容器１０、１１を連通させる場合には、回転駆動部５は支持軸３を回転させて弁体２を退避位置Ｑ（図２参照）に移動させる。このとき弁体２は、基板Ｗが通過する領域の外に退避しており、本実施形態では、基板Ｗが通過する領域の上部に退避している。

真空容器１０から真空容器１１への基板Ｗの搬送が終了した後に、回転駆動部５は支持軸３を退避位置Ｑから９０度回転させて弁体２を対向位置Ｐ（図１参照）に移動させる。そして、進退移動機構４の駆動部４４はリンク機構４３を駆動してスライド部４２を開口６Ｈ２に向かって移動させる。これにより、弁体２が閉塞位置Ｒ（図３参照）に移動して、真空容器１１の開口１１Ｈが閉塞される。なお、回転駆動部５及び進退移動機構４の駆動部４４を同時に駆動させて、退避位置Ｑから対向位置Ｐへの移動と対向位置Ｐから閉塞位置Ｒへの移動を同時に行うように構成しても良い。

その後、真空容器１１の開口１１Ｈを開放する場合には、進退移動機構４の駆動部４４は、リンク機構４３を駆動してスライド部４２を開口６Ｈ２から離間させる。これにより、弁体２は対向位置Ｐ（図１参照）に移動する。そして、回転駆動部５が支持軸３を対向位置Ｐから９０度回転させて弁体２を退避位置Ｑ（図２参照）に移動させる。この状態で、真空容器１１から真空容器１０への基板Ｗの搬送が行われる。なお、回転駆動部５及び進退移動機構４の駆動部４４を同時に駆動させて、閉塞位置Ｒから対向位置Ｐへの移動と対向位置Ｐから退避位置Ｑへの移動を同時に行うように構成しても良い。

そして、本実施形態のゲートバルブ装置１００では、図６に示すように、弁体２と、進退移動機構４及び支持軸３とが分離可能に構成されている。具体的には、弁体２と進退移動機構４のスライド部４２とがネジ７を用いた締結構造（図４参照）で接続されることにより分離可能に構成されている。

ここで、筐体６は、図１等に示すように、弁体２をメンテナンスするための開口６Ｈ３が形成された筐体本体６１と、当該開口６Ｈ３を開閉可能に閉塞する蓋部材６２とを有している。筐体本体６１においてメンテナンス用の開口６Ｈ３は、上壁部６ｃに形成されており、弁体２が取り外し可能となるように例えば短辺及び長辺を有する矩形状をなすものである。蓋部材６２は、筐体本体６１のメンテナンス用の開口６Ｈ３の周辺部にネジ固定されるものであり、筐体本体６１と蓋部材６２とは例えばＯリング等のシール部材８によって気密に閉塞される。そして、蓋部材６２が取り外された状態で、退避位置Ｑにある弁体２とスライド部４２とを分離することにより、メンテナンス用の開口６Ｈ３から弁体２のみを取り外すことができる（図７参照）。なお、開口６Ｈ３からの弁体２の取り外し作業を容易にするために、弁体２とスライド部４２とを締結するネジ７は、弁体２の前面部分である着座面から締結されている。

また、図６及び図８に示すように、筐体本体６１の長手方向両端部の側壁部６１１、６１２には、進退移動機構４及び支持軸３が一体的に取り付けられている。そして、この側壁部６１１、６１２は、筐体本体６１のその他の側壁部から分離可能に構成されている。側壁部６１１、６１２は、筐体本体６１のその他の側壁部にネジ固定されるものであり、筐体本体６１のその他の側壁部と側壁部６１１、６１２とは例えばＯリング等のシール部材１４によって気密に閉塞される。そして、弁体２が取り外された状態で、側壁部６１１、６１２を筐体本体６１から分離することにより、進退移動機構４及び支持軸３を筐体本体６１から一挙に取り外すことができる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のゲートバルブ装置１００によれば、リンク機構４３を用いて弁体２を真空容器１１の開口１１Ｈ、つまり筐体６の開口６Ｈ２に対して進退移動させているので、カム機構を用いた場合に比べて摺動により生じる塵埃を低減することができる。その結果、ゲートバルブ装置１００の動作に起因する基板Ｗの汚染を防ぐことができる。
また、このゲートバルブ装置１００はリンク機構４３を用いているので、滑り摩擦による摩耗を防ぐことができ、ゲートバルブ装置１００による真空容器１１の開口１１Ｈ、つまり筐体６の開口６Ｈ２の閉塞性の悪化を防止することができる。
さらに、リンク機構４３によりスライド部４２を進退移動さているので、スライド部４２には進退移動の間に速度変化が生じるため、その速度変化を活かして弁体２の移動速度を減速させながら閉塞位置Ｒとなるようにすることができる。そのため、弁体２や弁体２に設けられたシール部材２１等に加わる衝撃を小さくすることができる。その結果、弁体２やシール部材２１等の破損を防ぐことができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態のゲートバルブ装置１００を多段配置しても良い。具体的には、図９及び図１０に示すように、前記実施形態の２つの真空容器１０、１１が上下に多段配置された場合には、各段にゲートバルブ装置１００を設ける。

図９の場合には、２つのゲートバルブ装置１００の筐体６が共通とされており、且つ、２つのゲートバルブ装置１００の動作が上下対称となるように構成されている。そして、筐体６の上壁部６ｃ及び下壁部６ｄにメンテナンス用の開口６Ｈ３及び蓋部材６２を設けている。

また、図１０の場合には、３つのゲートバルブ装置１００の筐体６が共通とされており、且つ、上２つのゲートバルブ装置１００の動作と、下１つのゲートバルブ装置１００の動作とが上下対称となるように構成されている。筐体６の上壁部６ｃ及び下壁部６ｄにメンテナンス用の開口６Ｈ３及び蓋部材６２が設けられており、２つのゲートバルブ装置１００を仕切る仕切壁６３が取り外し可能に構成されている。仕切壁６３は、筐体６の上壁部６ｃのメンテナンス用の開口６Ｈ３から取り外される。これにより、真ん中のゲートバルブ装置１００の弁体２もメンテナンスすることができる。

また、前記実施形態のゲートバルブ装置１００では、一対の側壁４１ｂ、４１ｃの内面のそれぞれに１つのローラ４５が接触するように設けられていたがこれに限らない。他の実施形態では、図１１に示すように、一対の側壁４１ｂ、４１ｃのそれぞれの内面に、スライド方向に沿って複数個（例えば２つ）のローラ４５が接触するように設けられていてもよい。この場合、一方の側壁４１ｂに接触するローラ４５の数と、他方の側壁４１ｂに接触するローラ４５の数は、同じであってもよいし、異なってもよい。なお、一対の側壁４１ｂ、４１ｃのそれぞれの内面に接触するローラ４５の数は、３つ以上であってもよい。
このようなものであれば、一対の側壁４１ｂ、４１ｃのそれぞれの内面に、スライド方向に沿って複数個（例えば２つ）のローラ４５が接触するように設けられているので、スライド部４２自身が、軸部材４３ｃを回転中心にして回転することを防止できる。これにより、弁体２は、閉塞位置Ｒにおいて、開口６Ｈ２をより安定的に閉塞することができる。
なお、側壁４１ｂ（又は側壁４１ｃ）の内面に、スライド方向に沿って複数個のローラ４５が接触し、側壁４１ｃ（又は側壁４１ｂ）の内面に１つのローラ４５が接触するようにしても、同様の効果を得ることができる。

また、進退移動機構４は、ローラ４５を一対の側壁４１ｂ、４１ｃのそれぞれの内面に押し付ける弾性体である付勢体４６を有していてもよい。この付勢体４６は、圧縮方向の荷重を受けて復元力が生じる圧縮コイルバネ（付勢バネ）である。
図１１に示すように、付勢体４６は、スライド部４２のスライド方向に対して垂直な方向に沿って伸び縮みできるように、その一端がスライド部４２に取付けられる。側壁４１ｃ側のローラ４５は付勢体４６の他端に接続されており、これによりスライド部４２に対して前記垂直な方向に変位できるように構成されている。そして、この付勢体４６は、弁体２が対向位置Ｐ、退避位置Ｑ、閉塞位置Ｒ及びこれらの間の位置のいずれにあっても、ローラ４５及びスライド部１２の間で常に圧縮されており、復元力が働くように構成されている。

このようなものであれば、付勢体４６の復元力によって、側壁４１ｃ側のローラ４５を、側壁４１ｃに押し付けられる。また、付勢体４６の復元力によって、スライド部４２が側壁４１ｂ側に押し上げられ、スライド部４２に設けられた側壁４１ｂ側のローラ４５が、側壁４１ｂに押し付けられる。これにより、ガイド部４１とスライド部４２との間のガタ付きをなくし、スライド部４２をより安定してスライド移動させることができる。
なお、この実施形態において付勢体４６は圧縮コイルバネであったが、これに限定されない。付勢体４６は、圧縮方向の荷重を受けて反発力（復元力）を生じるものであればよく、例えばゴムなどの弾性部材であってもよい。
また、付勢体４６は、側壁４１ｂ側のローラ４５に接続されてもよく、一対の側壁４１ｂ、４１ｃのいずれ側のローラ４５に接続されていてもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明によれば、ゲートバルブ装置に生じる塵埃を低減するとともに、真空容器の開口の閉塞性を確保することができる。

Claims (6)

1. 真空容器の開口を開閉する弁体と、
   前記弁体の両端部に設けられ、前記弁体を回転させるための支持軸と、
   前記弁体及び前記支持軸の間に介在して設けられ、前記弁体を前記支持軸に直交する方向に進退移動させる進退移動機構とを備え、
   前記進退移動機構は、
   前記支持軸側に設けられたガイド部と、
   前記弁体側に設けられ、前記ガイド部をスライド移動するスライド部と、
   一端が前記スライド部に接続されたリンク機構と、
   前記リンク機構の他端が接続され、前記リンク機構を駆動させる駆動部とを備えるゲートバルブ装置。
2. 前記ガイド部は、相対向する一対の側壁を有するものであり、
   前記スライド部は、前記一対の側壁の内面をスライド移動するものであり、
   前記リンク機構は、前記一対の側壁の間に設けられている、請求項１記載のゲートバルブ装置。
3. 前記スライド部は、転動体を介して前記ガイド部に対してスライド移動するものである、請求項１又は２記載のゲートバルブ装置。
4. 前記転動体は、前記スライド部がスライド移動する方向に沿って複数個設けられている、請求項２を引用する請求項３記載のゲートバルブ装置。
5. 前記転動体は、前記スライド部又は前記ガイド部の一方に設けられており、
   前記進退移動機構は、前記転動体を前記スライド部又は前記ガイド部の他方に対して押し付ける付勢体を有するものである、請求項３又は４記載のゲートバルブ装置。
6. 前記駆動部は、前記支持軸の内部を通じて前記リンク機構の他端に接続されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のゲートバルブ装置。

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