ゲートバルブ装置
【課題】高温環境において使用された場合でもラジカルによりシール部材が劣化することを防止できるゲートバルブ装置を提供する。
【解決手段】弁座６３に対して所定の距離が離間した状態で着座して開口部を閉塞する弁体と、弁体が弁座に着座したときに弁体と弁座との間をシールするシール部材と、を有するゲートバルブ装置であって、シール部材は、常温環境下で弁座を押圧することにより弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部５８と、高温環境下で熱膨張することにより弁座を押圧すると同時に弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部６０と、を有し、第１シール部５８の体積は第２シール部６０の体積よりも小さく設定され、第１シール部５８の弁座側の先端部は第２シール部６０の弁座側の先端部よりも弁座側に位置している。
【解決手段】弁座６３に対して所定の距離が離間した状態で着座して開口部を閉塞する弁体と、弁体が弁座に着座したときに弁体と弁座との間をシールするシール部材と、を有するゲートバルブ装置であって、シール部材は、常温環境下で弁座を押圧することにより弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部５８と、高温環境下で熱膨張することにより弁座を押圧すると同時に弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部６０と、を有し、第１シール部５８の体積は第２シール部６０の体積よりも小さく設定され、第１シール部５８の弁座側の先端部は第２シール部６０の弁座側の先端部よりも弁座側に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被処理体に対して所定の処理を行う処理チャンバに用いられるゲートバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置等の処理チャンバ内では、成膜、エッチング、洗浄等の各処理のために、プラズマによって化合物を分解する方法が多用されている。そして、プラズマによって化合物を分解すると、ラジカル（遊離基。不対電子を持った原子）が生成する。ラジカルは、熱エネルギを持ち、非常に反応性が高く、真空チャンバの壁面に数回衝突しても、その熱エネルギを失う傾向がなく、パッキン等のシール部材の重合状態を分解させ、シール部材を劣化させる。
【０００３】
このため、ラジカルによる悪影響を防止するため、従来から様々な工夫がされている。例えば、特許文献１は、弁体と弁箱の弁座との間に、弁体に取り付けられたシール部材までの距離を確保する間隙を設けることにより、ラジカルがその間隙を進む間に、ラジカルから熱エネルギを奪い、シール部材を保護するものである。
【特許文献１】特開２００５−３０４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来技術のゲートバルブ装置は、弁体が高温環境（１５０℃以上）で使用されると、特に、シール部材が熱膨張する。このとき、シール部材が熱膨張することにより弁座からシール部材を介して弁体に作用するシール反力が増大することで、弁体が撓んでしまう。これにより、弁体と弁箱の弁座との隙間が広がることになる。弁体と弁箱の弁座との隙間が広がれば、その隙間にラジカルが進入し易くなり、弁体に取り付けられたシール部材が劣化するという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、高温環境において使用された場合でも、ラジカルによりシール部材が劣化することを防止できるゲートバルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１発明は、弁座を有し開口部が形成された弁箱の内部に設けられ、前記弁座に対して所定の距離が離間した状態で着座して前記開口部を閉塞する弁体と、前記弁体に設けられ前記弁体が前記弁座に着座したときに前記弁体と前記弁座との間をシールするシール部材と、を有するゲートバルブ装置であって、前記シール部材は、常温環境下で前記弁座を押圧することにより前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部と、高温環境下で熱膨張することにより前記弁座を押圧すると同時に前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部と、を有し、前記第１シール部の体積は、前記第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ前記第１シール部の前記弁座側の先端部は、前記第２シール部の前記弁座側の先端部よりも前記弁座側に位置していることを特徴とする。
【０００７】
本願第１発明によれば、常温環境は装置立上時を想定しており、プラズマが発生しない。高温環境はプロセス稼動時を想定しており、チャンバが高温で保持され、プラズマが発生する。また、常温環境下において、シール部材の第１シール部が弁座を押圧することにより弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する。これにより、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされる。また、プラズマが発生する高温環境下において、シール部材の第２シール部が熱膨張することにより弁座を押圧すると同時に弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する。これにより、高温環境下では、第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされる。このように、プラズマが発生しない常温環境下及びプラズマが発生する高温環境下において、各々のシール部材により弁箱の弁座と弁体との間（換言すれば、弁箱の開口部）を気密にシールすることができる。
【０００８】
ここで、第１シール部の体積は、第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ第１シール部の弁座側の先端部は、第２シール部の弁座側の先端部よりも弁座側に位置している。第１シール部材は、常温環境下でシール機能が発揮されればよく、最低限のつぶし量を有する体積に設定できる。このため、弁座に接触している第１シール部の体積が第２シール部の体積よりも小さく設定することができる。それにより、高温環境下では第１シール部の熱膨張後の体積も小さくなる。この結果、弁体が第１シール部を介して弁座から受ける反作用力（シール反力）も小さくなる。
【０００９】
一方、第２シール部の体積は、第１シール部の体積よりも大きくなるが、第２シール部の弁座側の先端部は、第１シール部の弁座側の先端部よりも弁座側と反対側に位置している。第２シール部は、常温環境下でシール性能を発揮させる必要がなく、高温環境下でシール機能を発揮できれば良い。そこで、高温環境下でシールの熱膨張後に所定のつぶし量を確保できる設計となる。このため、高温環境下では、第２シール部の熱膨張後の体積が第１シール部の熱膨張後の体積より大きくなるが、弁座側と反対側に第２シール部の先端部が位置しているため、常温環境下における第２シール部の先端部と弁座との距離で、第２シール部の熱膨張した体積の少なくとも一部を吸収することができる。これにより、第２シール部が熱膨張して弁座を押圧する圧力が小さくなる。この結果、弁体が第２シール部を介して弁座から受ける反作用力（シール反力）を低減できる。
【００１０】
以上のように、常温環境下及び高温環境下のいずれにおいても、弁体に作用する弁座からの反作用力（シール反力）を小さくすることができるため、弁体の曲げ変形（撓み量）を小さくできる。特に、高温環境下における弁体の撓み量を小さくすることができるため、弁体と弁箱の弁座との離間距離が一定となり（常温環境下から変化することがなく）、弁体と弁箱の弁座との間にラジカルが進入することを抑制できる。この結果、ラジカルによりシール部材が攻撃されることで生じるシール部材の劣化を防止できる。
【００１１】
なお、本明細書において、「常温環境下」とは、５℃以上３５℃以下の範囲を示すものであり、特に、２０℃以上３０℃以下の温度を想定している。また、「高温環境下」とは、１５０℃以上２５０℃以下の範囲を示すものであり、特に、１８０℃以上２２０℃以下の温度を想定している。
【００１２】
本願第２発明は、本願第１発明に記載のゲートバルブ装置において、前記常温環境下において、前記第２シール部は、前記弁座に接触していないことを特徴とする。
【００１３】
本願第２発明によれば、常温環境下において、第２シール部が弁座に接触していないため、第２シール部の弁座側の先端部と弁座とを離間させることができる。これにより、高温環境下において第２シール部が熱膨張した場合でも、第２シール部の熱膨張した増加体積分を第２シール部の弁座側の先端部と弁座との離間距離で吸収することができる。この結果、高温環境下で第２シール部が弁座を押圧する圧力を小さくすることができ、弁座から第２シール部を介して弁体に作用する反作用力（シール反力）を大幅に低減することができる。
【００１４】
本願第３発明は、本願第１発明又は本願第２発明に記載のゲートバルブ装置において、前記第１シール部はフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、前記第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本願第３発明によれば、第１シール部はフッ素ゴムで構成され、第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されているため、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされ、プラズマが発生する高温環境下では、ラジカル耐性を有する第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされることで、プラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。ひいてはシール性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温環境において使用された場合でも、ラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、処理チャンバ１２を区画する側壁３６には、半導体ウエーハを通過させて搬出入させる細長い搬出入開口部３８が形成され、また、処理チャンバ１２と連通可能な搬送室１４を区画する側壁４０にも開口部４２が形成されている。そして、ゲートバルブ装置１０は、例えばアルミニウムよりなる略直方体状の弁箱４４を有している。この弁箱４４の一の側壁には、処理チャンバ１２内に連通する細長い開口部４６が形成されている。開口部４６の近傍には、弁体５２の第２シール面５７が所定の距離をあけて着座し後述のシール部材５５が接触する弁座６３が形成されている。なお、弁箱４４と上記処理チャンバ１２及び搬送室１４との接合面には、Ｏリング４８、５０がそれぞれ介在されて気密性を保持できるようになっている。
【００１９】
弁箱４４内には、弁体５２とこの弁体５２を駆動する弁体駆動機構１１が設けられており、必要に応じて弁体５２が開口部４６に着座してこれらを気密にシールできるようになっている。なお、上記開口部４６と搬出入開口部３８とは一体的に連通されているので、上記開口部４６を開閉することにより搬出入開口部３８も開閉されることになる。
【００２０】
ここで、弁体５２は、第１開口部４６に対向する第１シール面５６と、開口部４６を閉塞したときに開口部４６の弁座６３に対向する第２シール面５７と、第２シール面５７に設けられたシール部材５５と、を有している。なお、シール部材５５は、後述するように、第１シール部５８と、第２シール部６０と、で構成されている。
【００２１】
第１シール面５６は、第２シール面５７の中央部から突出するように形成されている。弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第１シール面５６は、開口部４６の内部に入り込み、弁体と弁箱の弁座との間に、弁体に取り付けられたシール部材までの距離を確保する間隙を形成している。ラジカルがその間隙を進む間に、ラジカルから熱エネルギを奪い、シール部材への攻撃を抑制できる。
【００２２】
図１、図６（Ａ）に示すように、第２シール面５７は、開口部４６の弁座６３と対向する平面部７１を有している。弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第２シール面５７の平面部７１が開口部４６の弁座６３に対して所定の離間距離（例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲のいずれか）をあけて対向するように設定されている。また、第２シール面５７の平面部７１であって第２シール面の外縁側には、第１シール溝７５が形成されている。第１シール溝７５は、１本の連続した溝であり、第１シール面５６を囲むように形成されている。第１シール溝７５には、第１シール部５８が嵌められている。
【００２３】
さらに、第２シール面５７の平面部７１であって第２シール面５７の外縁側には、第２シール溝７７が形成されている。第２シール溝７７は、１本の連続した溝であり、第１シール溝７５のさらに内縁側であって、かつ第１シール面５６を囲むように形成されている。第２シール溝７７には、第２シール部６０が嵌められている。
【００２４】
第１シール部５８及び第２シール部６０は、弁箱４４の開口部４６の弁座６３に対し所定の圧力で押圧した状態で接触することにより、この反作用として弁座６３から受ける反作用力（シール反力）により弾性変形（圧縮変形）される。このため、第２シール面５７の平面部７１と開口部４６の弁座６３との間が第１シール部５８及び第２シール部６０によって区画され、開口部４６が気密にシールされている。
【００２５】
ここで、図６に示すように、第１シール溝７５と第２シール溝７７の溝深さの関係は、各シール溝７９、８１に各シール部５８、６０を嵌め込んだときに、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部の第２シール面５７の平面部７１からの高さ寸法が、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部の第２シール面５７の平面部７１からの高さ寸法よりも大きくなるように設定されている。本実施形態では、第２シール溝７７の溝深さ寸法は、第１シール溝７５の溝深さ寸法よりも大きく（深く）なるように設定されている。また、第１シール溝７５と第２シール溝７７の容積の関係は、後述のように、第２シール部６０体積が第１シール部５８の体積よりも大きくなるため、各シール溝７９、８１に各シール部５８、６０を嵌め込めるように、第２シール溝７７の容積が第１シール溝７５の容積よりも大きくなるように設定されている。以上のように、第１シール部５８が第１シール溝７５に装着され、第２シール部６０が第２シール溝７７に装着された状態では、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部の平面部７１からの高さは、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部の平面部７１からの高さよりも高くなる。この結果、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部は、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部よりも弁座６３に近接した位置になっている。
【００２６】
第１シール部５８の体積は、第２シール部６０の体積よりも小さくなるように設定されている。具体的には、第１シール部５８の体積は、第２シール部６０の体積の１／４倍から１／２７倍程度が好ましい。このため、高温環境下（例えば、２００℃）において、第２シール部６０の熱膨張による体積の増加分が第１シール部５８の熱膨張による体積の増加分よりも大きくなる。換言すれば、高温環境下（例えば、２００℃）において、第２シール部６０は、第１シール部５８よりも大きく膨らみ、高温環境下（例えば、２００℃）における第２シール部６０の第１シール部５８に対する体積倍率が常温環境下（例えば、２５℃）における第２シール部６０の第１シール部５８に対する体積倍率よりも大きくなる。
【００２７】
なお、第１シール部５８は、フッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、第２シール部６０は、パーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されている。第１シール部５８がフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成されていることにより、耐熱性及び耐油性の機能を持ちせることができる。また、第２シール部６０がパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることにより、耐熱性と耐薬品性の機能を持たせ、ラジカルに強い性質（耐ラジカル性）にすることができる。これにより、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされ、プラズマが発生する高温環境下では、第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされることで、プラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。
【００２８】
また、第１シール部５８及び第２シール部６０がパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていてもよく、これにより、第２シール溝７７及び第２シール部６０を第１シール溝７５及び第１シール部５８の内側であって開口部４６に近接するように設定が好ましいが、これに限られるものではなく、両者を逆の配置にすること、すなわち、第１シール溝７５及び第１シール部５８は、第２シール溝７７及び第２シール部６０の内側であって第１開口部４６又は第２開口部６２に近接するように設定できる。
【００２９】
図１に示すように、弁体５２の長手方向両端部近傍には、弁体５２を弁箱４４に対して回動させ又は径方向に移動させるための弁体駆動機構１１が取り付けられている。
【００３０】
ここで、弁体５２を駆動させる弁体駆動機構１１の構成について説明する。
【００３１】
図２及び図３に示すように、弁体５２の長手方向両端部には、支持部１３が取り付けられている。この支持部１３は、中空状に形成されている。この支持部１３は、弁箱４４の軸受部１５により回動可能となるように支持されている。また、支持部１３の内側には、軸受部を介して偏心シャフト１７が回動可能となるように配置されている。この偏心シャフト１７は、シャフト本体部１７Ａと、シャフト本体部１７Ａの中心（軸心）から所定の距離だけ離れた部位に中心が位置する偏心軸部１７Ｂと、で構成されている。この偏心軸部１７Ｂの外周には、すべり軸受けを介してローラ２２が配置されており、径方向に延在した支持片１９が取り付けられている。すなわち、この支持片１９には、ローラ２２が挿入される挿入部２１が形成されており、このローラ２２を介して偏心軸部１７Ｂが回動可能に接続された構成となっている。上記した支持片１９の径方向外側端部は、弁体５２と接続されている。なお、支持片１９と弁体５２とは、ビスやネジなどの固着具により接続されている。また、支持部１３には、支持片１９の外周を囲むと共に、弁体５２が径方向外側に移動する際に伸び、弁体５２が径方向内側に移動する際に縮むベローズ３３が取り付けられている。
【００３２】
さらに、弁箱４４には、駆動モータ６６が取り付けられている。この駆動モータ６６は、正方向及び逆方向に回転するモータ回転軸６６Ａを備えている。このモータ回転軸６６Ａは偏心シャフト１７のシャフト本体部１７Ａに接続されており、モータ回転軸６６Ａの回転により偏心シャフト１７を一方向又は逆方向に回動することができるようになっている。
【００３３】
次に、本実施形態のゲートバルブ装置１０の作用について説明する。図１に示すように、本実施形態の作用では、常温環境下（例えば、２５℃）において、弁体５２が開口部４６と９０度対向する面にある弁箱４４の側壁６２と対向する位置にある状態（ＯＰＥＮ状態）を基準に説明する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、弁体５２が側壁６２と対向する位置にある状態（ＯＰＥＮ状態）では、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、回動中心を基準として側壁６２側と反対側（径方向内側）に位置している。
【００３５】
次に、図４に示すように、駆動モータ６６が駆動されると、支持部１３が偏心シャフト１７とともに略９０度回動し、弁体５２は、第１開口部４６に対向する位置に移動する。
【００３６】
図５に示すように、図４に示す略９０度の位置から駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａが正方向にさらに回転されると、偏心シャフト１７は駆動モータ６６の回転駆動力を受けることになるため、偏心シャフト１７のみが回動する。偏心シャフト１７が図４に示す９０度の位置から１８０度だけ回転すると、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、その偏心量×２倍の距離（偏心軸部１７Ｂの直径寸法に相当）だけ開口部４６側に移動する。これにより、弁体５２が開口部４６近傍の弁座６３に着座し、開口部４６が閉塞される（ＣＬＯＳＥ時状態）。
【００３７】
ここで、弁体５２が開口部４６近傍の弁座６３に着座し、開口部４６が閉塞した状態では、弁体５２の第１シール面５６の縁と開口部４６との間、及び弁体５２の第２シール面５７の平面部７１と第１開口部４６外縁の弁座６３との間は、所定の距離（例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲のいずれか）だけ離間した状態になっている。
【００３８】
このとき、弁体５２の押圧力により、第１シール部５８から開口部４６近傍の弁座６３に対して所定の圧力が作用する。これにより、図６（Ｂ）に示すように、常温環境下（例えば、２５℃）において、第１シール部５８は、弁座６３からその反作用力としてシール反力を受け、弾性変形している。また、第２シール部６０は、第１開口部４６近傍の弁座６３に対して接触していないか、あるいは圧力ゼロで当接しているため、シール反力を受けず、弾性変形しない。このように、常温環境下（例えば、２５℃）では、主に、第１シール部５８のみにより、第１開口部４６が気密にシールされる。
【００３９】
一方、図６（Ｃ）に示すように、高温環境下（例えば、２００℃）において、第１シール部５８は、熱膨張により体積が増大しているため、弁座６３から作用するシール反力が大きくなり、弾性変形量が大きくなる。また、第２シール部６０も同様にして、熱膨張して体積が大きくなる。このため、第２シール部６０が開口部４６近傍の弁座６３に対して所定の圧力を及ぼして接触するため、第２シール部６０は反作用力としてシール反力を受け、弾性変形する。このように、高温環境下（例えば、２００℃）では、第１シール部５８及び第２シール部６０により、開口部４６が気密にシールされる。
【００４０】
弁体５２が開口部４６に着座して第１開口部４６が閉塞された状態から開口部４６を開放する場合には、駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａを逆方向に回転させて偏心シャフト１７を逆方向に回転させる。偏心シャフト１７を逆方向に１８０度回転させると、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、その偏心量×２倍の距離（偏心軸部１７Ｂの直径寸法に相当）だけ第１開口部４６側と反対側（径方向内側）に移動して、図４に示す９０度の位置に戻る。これにより、第１開口部４６は開放される。
【００４１】
図４に示す９０度の位置から駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａをさらに逆方向にさらに回転させると、偏心シャフト１７は支持部１３とともに所定の方向に回動する。そして、支持部１３は、偏心シャフト１７とともに９０度だけ回動して、図３に示す位置に戻る。これにより、弁体５２は、側壁６２と対向する位置に移動する。
【００４２】
次に、本発明の一実施形態のゲートバルブ装置１０の作用及び効果について説明する。
【００４３】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、常温環境下（例えば、２５℃）では、弁体５２の第１シール部５８が弁箱４４の開口部４６の弁座６３に対して所定の圧力を作用させる形で接触する。これにより、第１シール部５８は、弁座６３から反作用力（シール反力）を受けて弾性変形（圧縮変形）する。これに伴い、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には、第１シール部５８を介してシール反力が作用する。換言すれば、弁体５２は、各支持端部となる外縁部からシール反力が作用した両端支持梁のような力学状態になっている。
【００４４】
また、常温環境下（例えば、２５℃）では、弁体５２の第２シール部６０が弁箱４４の開口部の弁座６３に接触していないか、あるいは圧力を作用させずに当接した状態になっている。このため、弁座６３から第２シール部６０に対してシール反力が作用せず、第２シール部６０は、弾性変形（圧縮変形）しない。この結果、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には、第２シール部６０を介してシール反力が作用しない。
【００４５】
そして、常温環境下（例えば、２５℃）では、第１シール部５８が弁体５２と弁箱４４の弁座６３との隙間を閉塞し、開口部４６との連通状態が遮断される。このとき、処理チャンバ１２内はプラズマが発生しない常温環境下であるため、第１シール部５８及び第２シール部６０がプラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化されることがない。
【００４６】
ここで、図６（Ｃ）に示すように、高温環境下（例えば、２００℃）になると、第１シール部５８及び第２シール部６０が熱膨張する。第１シール部５８は、熱膨張により体積が増加するが、もともとの体積が小さく設定されているため、増加分の体積も小さくなる。このため、第１シール部５８が弁座６３を押す圧力も比較的小さくなり、第１シール部５８に作用するシール反力も小さくて済む。
【００４７】
また、第２シール部６０は、熱膨張により体積が増加する。そして、第２シール部６０のもともとの体積が大きいため、増加分の体積も大きくなる。ここで、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部と弁座６３との間には所定の距離（クリアランス）が存在するため、第２シール部６０は、体積が増加するに伴い、クリアランスを埋めるようにして弁座６３側に近づいていき、やがて弁座６３に接触する。第２シール部６０が各弁座６３に接触すると、第２シール部６０が弁座６３に対して所定の圧力を作用させるとともに、第２シール部６０は弁座６３から反作用力となるシール反力を受ける。これにより、第２シール部６０が弾性変形（圧縮変形）するとともに、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には第２シール部６０を介してシール反力が作用する。このように、弁体５２には、第１シール部５８及び第２シール部６０から所定のシール反力が作用する。この結果、弁体５２は、各支持端部となる外縁部から大きなシール反力が作用した両端支持梁のような力学状態になっている。
【００４８】
ここで、第２シール部６０はもともとの体積が大きく設定されており、熱膨張による体積増加も大きくなるが、第２シール部６０の増加した体積の一部を第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部と弁座６３との間には所定の距離（クリアランス）で吸収することができる。これにより、第２シール部６０の弁座６３に接触する体積分が小さくなり、第２シール部６０から弁座６３に作用する圧力が小さくなる。この結果、第２シール部６０が弁座６３から受けるシール反力も小さくなり、弁体５２に作用するシール反力も小さくなる。これにより、高温環境下（例えば、２００℃）では、弁体５２は、第１シール部５８及び第２シール部６０を介して弁座６３からシール反力を受けることになるが、弁体５２が弁座６３から受けるシール反力を低減することができる。
【００４９】
なお、常温環境下（例えば、２５℃）において、第２シール部６０が弁座６３に対し圧力がゼロの状態（押圧していない状態）で接触している構成でも、第２シール部６０を介して弁体５２に作用するシール反力を小さくすることができる。
【００５０】
同時に、高温環境下（例えば、２００℃）では、弁体５２と弁箱４４の弁座６３との隙間は、第１シール部５８及び第２シール部６０により閉塞されている。これにより、２つのシール部５８、６０により、開口部４６がより気密にシールされる。特に、高温環境下（例えば、２００℃）では、体積の大きな第２シール部６０の作用により、シール性を高めることができる。
【００５１】
以上のように、常温環境下（例えば、２５℃）及び高温環境下（例えば、２００℃）において、弁座６３から弁体５２に作用するシール反力を低減させることができる。これにより、弁体５２がシール反力を受けることによる弁体５２の弾性変形（撓み変形）による変形量（撓み量）を小さくできる。この結果、弁体５２の第１シール面５６の傾斜部６９と開口部４６の傾斜面６１とのクリアランス、及び、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１と開口部４６近傍の弁座６３とのクリアランスを一定値に維持することができる。このように、特に高温環境下（例えば、２００℃）における弁体５２の撓み変形によって、弁体５２の第１シール面５６の傾斜部６９と開口部４６の傾斜面６１とのクリアランス、及び、弁体５２の第２シール面５７の平面７１と開口部近傍の弁座６３とのクリアランスが変更することを防止できるため、ラジカルの進入を防止でき、ひいては各シール部５８、６０の劣化を防止できる。そして、各シール部５８、６０の製品寿命を向上させることができる。
【００５２】
また、常温環境下（例えば、２５℃）及び高温環境下（例えば、２００℃）において、弁座６３から弁体５２に作用するシール反力を低減させることができることにより、弁体５２が弁座６３を押す力を小さくすることができる。これにより、弁体５２の駆動源を小型化することができ、ひいてはゲートバルブ装置１０を小型化することができる。
【００５３】
特に、第１シール部５８をフッ素ゴム(ＦＫＭ)で、第２シール部６０をパーフルオロエラストマ(ＦＦＫＭ)で構成することにより、より高いラジカル耐性を持たせ、長寿命化を実現できる。
【００５４】
（実施例）
次に、各シール部５８、６０の性質及び各シール溝７９、８１の深さ寸法の関係について具体的な数値を検討する。なお、実施例では、弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第２シール面５７の平面部７１と開口部４６の弁座６３との離間距離が０．２ｍｍであることを前提にする。
【００５５】
第１シール部５８は、フッ素ゴム（ＦＫＭ）が使用され、第２シール部６０は、パーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）が使用される。第１シール部５８の線膨張係数は、０．０００１８であり、第２シール部６０の線膨張係数は、０．０００３０である。
【００５６】
常温環境下（例えば、２５℃）での、各シール部５８、６０のシール公差０．１、各シール溝７９、８１及び弁体５２の公差０．１とするときの第１シール部５８の最小潰し量（圧縮変形量）が０．２ｍｍとなる。この状態で、第１シール部５８の１０％の潰し量（（常温環境下での第１シール部５８に圧力が作用していないときの第１シール部５８の体積／第１シール部５８に圧力が作用していないときの第１シール部５８の体積）×１００）とするためには、０．２／０．１＝２．０（ｍｍ）となり、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）の最小値は、２．０（ｍｍ）となる。
【００５７】
高温環境下（例えば、２００℃）での、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、２．０×（１+０．０００１８×（２００−２５））＝２．０６（ｍｍ）となる。
【００５８】
ここで、第１シール溝７５の溝底部７９と第２シール溝７７の溝底部８１との高さの差をｔ、第２シール部６０の常温環境（２５℃）での高さ寸法（第２シール溝７７の溝底部８１から第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）をｄとすると、常温環境下（２５℃）において第２シール部６０が弁座６３に対して非接触となる条件は、ｄ＜ｔ+（２．０−０．２）…（１式）
【００５９】
一方、高温環境下（２００℃）において第２シール部６０が弁座６３に対して接触し、かつ第２シール部６０の潰し量が０．２ｍｍ（最小値）となる条件は、
ｄ×（１+０．０００３０×（２００−２５））＞１．８+０．２+ｔ…（２式）
【００６０】
（１式）及び（２式）より、ｄ＞３．８１（ｍｍ）となり、第２シール部６０の高さ寸法（第２シール溝７７の溝底部８１から第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、３．８１（ｍｍ）よりも大きな値になる。
【００６１】
以上をまとめると、常温環境下（２５℃）における第１シール部５８の潰し量は、０．２から０．８（ｍｍ）の範囲が好ましい。また、第１シール部５８の潰し率：３から２０（％）が好ましい。また、常温環境下（２５℃）における第２シール部６０の潰し量は、０（第２シール部６０の潰し率：０（％））となる。
【００６２】
高温環境下（２００℃）における第１シール部５８の潰し量は、０．２（ｍｍ）から１．０（ｍｍ）の範囲が好ましい。また、高温環境下（２００℃）における第２シール部６０の潰し量は、０．２ｍｍから０．６（ｍｍ）の範囲が好ましい。
【００６３】
また、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、１．０から３．０（ｍｍ）の範囲に設定することが好ましい。また、第２シール部６０の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、第１シール部５８の高さ寸法の２倍から３倍、すなわち、２．０から９．０（ｍｍ）の範囲に設定することが好ましい。
【００６４】
次に、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置１０の弁体５２に取り付けられたシール部材（第１シール部５８及び第２シール部６０）の各変形例について説明する。
【００６５】
図７に示すように、シール部材８３は、第１シール部５８と第２シール部６０とが一体形成されたものである。各シール溝７９、８１が相互に連通した状態になっており、各シール溝７９、８１にまたがるようにして、シール部材８３が嵌められている。なお、各シール部５８、６０の機能は、上記実施形態と同様であるので省略する。
【００６６】
図８に示すように、シール部材８５は、第１シール部５８と第２シール部６０とが一体形成されたものであり、各シール溝７９、８１にまたがるようにして設けられている。このシール部材８５は、各シール溝７９、８１に対して溶着することにより位置決め固定されている。なお、各シール部５８、６０の機能は、上記実施形態と同様であるので省略する。
【００６７】
上記各変形例のシール部材８３、８５を用いた構成でも、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の取り付け状態を示す拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の要部を示す部分拡大図である。
【図３】ＯＰＥＮ状態における本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部の位置を示す断面図である。
【図４】９０度回転状態における本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部の位置を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部により第１開口部を閉塞した状態の弁体部の位置を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体が弁箱の開口部を開放した状態（第１シール部及び第２シール部にシール反力が作用していない状態）のシール部材の構成図であり、（Ｂ）は、常温環境下（２５℃）においてゲートバルブ装置の弁体が弁箱の弁座に対して所定の距離をあけて着座した状態（第１シール部のみにシール反力が作用している状態）のシール部材の構成図であり、（Ｃ）は、高温環境下（２００℃）においてゲートバルブ装置の弁体が弁箱の弁座に対して所定の距離をあけて着座した状態（第１シール部及び第２シール部にシール反力が作用している状態）のシール部材の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体に取り付けられたシール部材（第１シール部及び第２シール部）の第１変形例の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体に取り付けられたシール部材（第１シール部及び第２シール部）の第２変形例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ゲートバルブ装置
４４ 弁箱
４６ 開口部
５２ 弁体
５５ シール部材
５８ 第１シール部（シール部材）
６０ 第２シール部（シール部材）
６２ 側壁
６３ 弁座
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被処理体に対して所定の処理を行う処理チャンバに用いられるゲートバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置等の処理チャンバ内では、成膜、エッチング、洗浄等の各処理のために、プラズマによって化合物を分解する方法が多用されている。そして、プラズマによって化合物を分解すると、ラジカル（遊離基。不対電子を持った原子）が生成する。ラジカルは、熱エネルギを持ち、非常に反応性が高く、真空チャンバの壁面に数回衝突しても、その熱エネルギを失う傾向がなく、パッキン等のシール部材の重合状態を分解させ、シール部材を劣化させる。
【０００３】
このため、ラジカルによる悪影響を防止するため、従来から様々な工夫がされている。例えば、特許文献１は、弁体と弁箱の弁座との間に、弁体に取り付けられたシール部材までの距離を確保する間隙を設けることにより、ラジカルがその間隙を進む間に、ラジカルから熱エネルギを奪い、シール部材を保護するものである。
【特許文献１】特開２００５−３０４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来技術のゲートバルブ装置は、弁体が高温環境（１５０℃以上）で使用されると、特に、シール部材が熱膨張する。このとき、シール部材が熱膨張することにより弁座からシール部材を介して弁体に作用するシール反力が増大することで、弁体が撓んでしまう。これにより、弁体と弁箱の弁座との隙間が広がることになる。弁体と弁箱の弁座との隙間が広がれば、その隙間にラジカルが進入し易くなり、弁体に取り付けられたシール部材が劣化するという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、高温環境において使用された場合でも、ラジカルによりシール部材が劣化することを防止できるゲートバルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１発明は、弁座を有し開口部が形成された弁箱の内部に設けられ、前記弁座に対して所定の距離が離間した状態で着座して前記開口部を閉塞する弁体と、前記弁体に設けられ前記弁体が前記弁座に着座したときに前記弁体と前記弁座との間をシールするシール部材と、を有するゲートバルブ装置であって、前記シール部材は、常温環境下で前記弁座を押圧することにより前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部と、高温環境下で熱膨張することにより前記弁座を押圧すると同時に前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部と、を有し、前記第１シール部の体積は、前記第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ前記第１シール部の前記弁座側の先端部は、前記第２シール部の前記弁座側の先端部よりも前記弁座側に位置していることを特徴とする。
【０００７】
本願第１発明によれば、常温環境は装置立上時を想定しており、プラズマが発生しない。高温環境はプロセス稼動時を想定しており、チャンバが高温で保持され、プラズマが発生する。また、常温環境下において、シール部材の第１シール部が弁座を押圧することにより弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する。これにより、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされる。また、プラズマが発生する高温環境下において、シール部材の第２シール部が熱膨張することにより弁座を押圧すると同時に弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する。これにより、高温環境下では、第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされる。このように、プラズマが発生しない常温環境下及びプラズマが発生する高温環境下において、各々のシール部材により弁箱の弁座と弁体との間（換言すれば、弁箱の開口部）を気密にシールすることができる。
【０００８】
ここで、第１シール部の体積は、第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ第１シール部の弁座側の先端部は、第２シール部の弁座側の先端部よりも弁座側に位置している。第１シール部材は、常温環境下でシール機能が発揮されればよく、最低限のつぶし量を有する体積に設定できる。このため、弁座に接触している第１シール部の体積が第２シール部の体積よりも小さく設定することができる。それにより、高温環境下では第１シール部の熱膨張後の体積も小さくなる。この結果、弁体が第１シール部を介して弁座から受ける反作用力（シール反力）も小さくなる。
【０００９】
一方、第２シール部の体積は、第１シール部の体積よりも大きくなるが、第２シール部の弁座側の先端部は、第１シール部の弁座側の先端部よりも弁座側と反対側に位置している。第２シール部は、常温環境下でシール性能を発揮させる必要がなく、高温環境下でシール機能を発揮できれば良い。そこで、高温環境下でシールの熱膨張後に所定のつぶし量を確保できる設計となる。このため、高温環境下では、第２シール部の熱膨張後の体積が第１シール部の熱膨張後の体積より大きくなるが、弁座側と反対側に第２シール部の先端部が位置しているため、常温環境下における第２シール部の先端部と弁座との距離で、第２シール部の熱膨張した体積の少なくとも一部を吸収することができる。これにより、第２シール部が熱膨張して弁座を押圧する圧力が小さくなる。この結果、弁体が第２シール部を介して弁座から受ける反作用力（シール反力）を低減できる。
【００１０】
以上のように、常温環境下及び高温環境下のいずれにおいても、弁体に作用する弁座からの反作用力（シール反力）を小さくすることができるため、弁体の曲げ変形（撓み量）を小さくできる。特に、高温環境下における弁体の撓み量を小さくすることができるため、弁体と弁箱の弁座との離間距離が一定となり（常温環境下から変化することがなく）、弁体と弁箱の弁座との間にラジカルが進入することを抑制できる。この結果、ラジカルによりシール部材が攻撃されることで生じるシール部材の劣化を防止できる。
【００１１】
なお、本明細書において、「常温環境下」とは、５℃以上３５℃以下の範囲を示すものであり、特に、２０℃以上３０℃以下の温度を想定している。また、「高温環境下」とは、１５０℃以上２５０℃以下の範囲を示すものであり、特に、１８０℃以上２２０℃以下の温度を想定している。
【００１２】
本願第２発明は、本願第１発明に記載のゲートバルブ装置において、前記常温環境下において、前記第２シール部は、前記弁座に接触していないことを特徴とする。
【００１３】
本願第２発明によれば、常温環境下において、第２シール部が弁座に接触していないため、第２シール部の弁座側の先端部と弁座とを離間させることができる。これにより、高温環境下において第２シール部が熱膨張した場合でも、第２シール部の熱膨張した増加体積分を第２シール部の弁座側の先端部と弁座との離間距離で吸収することができる。この結果、高温環境下で第２シール部が弁座を押圧する圧力を小さくすることができ、弁座から第２シール部を介して弁体に作用する反作用力（シール反力）を大幅に低減することができる。
【００１４】
本願第３発明は、本願第１発明又は本願第２発明に記載のゲートバルブ装置において、前記第１シール部はフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、前記第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本願第３発明によれば、第１シール部はフッ素ゴムで構成され、第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されているため、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされ、プラズマが発生する高温環境下では、ラジカル耐性を有する第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされることで、プラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。ひいてはシール性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温環境において使用された場合でも、ラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、処理チャンバ１２を区画する側壁３６には、半導体ウエーハを通過させて搬出入させる細長い搬出入開口部３８が形成され、また、処理チャンバ１２と連通可能な搬送室１４を区画する側壁４０にも開口部４２が形成されている。そして、ゲートバルブ装置１０は、例えばアルミニウムよりなる略直方体状の弁箱４４を有している。この弁箱４４の一の側壁には、処理チャンバ１２内に連通する細長い開口部４６が形成されている。開口部４６の近傍には、弁体５２の第２シール面５７が所定の距離をあけて着座し後述のシール部材５５が接触する弁座６３が形成されている。なお、弁箱４４と上記処理チャンバ１２及び搬送室１４との接合面には、Ｏリング４８、５０がそれぞれ介在されて気密性を保持できるようになっている。
【００１９】
弁箱４４内には、弁体５２とこの弁体５２を駆動する弁体駆動機構１１が設けられており、必要に応じて弁体５２が開口部４６に着座してこれらを気密にシールできるようになっている。なお、上記開口部４６と搬出入開口部３８とは一体的に連通されているので、上記開口部４６を開閉することにより搬出入開口部３８も開閉されることになる。
【００２０】
ここで、弁体５２は、第１開口部４６に対向する第１シール面５６と、開口部４６を閉塞したときに開口部４６の弁座６３に対向する第２シール面５７と、第２シール面５７に設けられたシール部材５５と、を有している。なお、シール部材５５は、後述するように、第１シール部５８と、第２シール部６０と、で構成されている。
【００２１】
第１シール面５６は、第２シール面５７の中央部から突出するように形成されている。弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第１シール面５６は、開口部４６の内部に入り込み、弁体と弁箱の弁座との間に、弁体に取り付けられたシール部材までの距離を確保する間隙を形成している。ラジカルがその間隙を進む間に、ラジカルから熱エネルギを奪い、シール部材への攻撃を抑制できる。
【００２２】
図１、図６（Ａ）に示すように、第２シール面５７は、開口部４６の弁座６３と対向する平面部７１を有している。弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第２シール面５７の平面部７１が開口部４６の弁座６３に対して所定の離間距離（例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲のいずれか）をあけて対向するように設定されている。また、第２シール面５７の平面部７１であって第２シール面の外縁側には、第１シール溝７５が形成されている。第１シール溝７５は、１本の連続した溝であり、第１シール面５６を囲むように形成されている。第１シール溝７５には、第１シール部５８が嵌められている。
【００２３】
さらに、第２シール面５７の平面部７１であって第２シール面５７の外縁側には、第２シール溝７７が形成されている。第２シール溝７７は、１本の連続した溝であり、第１シール溝７５のさらに内縁側であって、かつ第１シール面５６を囲むように形成されている。第２シール溝７７には、第２シール部６０が嵌められている。
【００２４】
第１シール部５８及び第２シール部６０は、弁箱４４の開口部４６の弁座６３に対し所定の圧力で押圧した状態で接触することにより、この反作用として弁座６３から受ける反作用力（シール反力）により弾性変形（圧縮変形）される。このため、第２シール面５７の平面部７１と開口部４６の弁座６３との間が第１シール部５８及び第２シール部６０によって区画され、開口部４６が気密にシールされている。
【００２５】
ここで、図６に示すように、第１シール溝７５と第２シール溝７７の溝深さの関係は、各シール溝７９、８１に各シール部５８、６０を嵌め込んだときに、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部の第２シール面５７の平面部７１からの高さ寸法が、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部の第２シール面５７の平面部７１からの高さ寸法よりも大きくなるように設定されている。本実施形態では、第２シール溝７７の溝深さ寸法は、第１シール溝７５の溝深さ寸法よりも大きく（深く）なるように設定されている。また、第１シール溝７５と第２シール溝７７の容積の関係は、後述のように、第２シール部６０体積が第１シール部５８の体積よりも大きくなるため、各シール溝７９、８１に各シール部５８、６０を嵌め込めるように、第２シール溝７７の容積が第１シール溝７５の容積よりも大きくなるように設定されている。以上のように、第１シール部５８が第１シール溝７５に装着され、第２シール部６０が第２シール溝７７に装着された状態では、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部の平面部７１からの高さは、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部の平面部７１からの高さよりも高くなる。この結果、第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部は、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部よりも弁座６３に近接した位置になっている。
【００２６】
第１シール部５８の体積は、第２シール部６０の体積よりも小さくなるように設定されている。具体的には、第１シール部５８の体積は、第２シール部６０の体積の１／４倍から１／２７倍程度が好ましい。このため、高温環境下（例えば、２００℃）において、第２シール部６０の熱膨張による体積の増加分が第１シール部５８の熱膨張による体積の増加分よりも大きくなる。換言すれば、高温環境下（例えば、２００℃）において、第２シール部６０は、第１シール部５８よりも大きく膨らみ、高温環境下（例えば、２００℃）における第２シール部６０の第１シール部５８に対する体積倍率が常温環境下（例えば、２５℃）における第２シール部６０の第１シール部５８に対する体積倍率よりも大きくなる。
【００２７】
なお、第１シール部５８は、フッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、第２シール部６０は、パーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されている。第１シール部５８がフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成されていることにより、耐熱性及び耐油性の機能を持ちせることができる。また、第２シール部６０がパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることにより、耐熱性と耐薬品性の機能を持たせ、ラジカルに強い性質（耐ラジカル性）にすることができる。これにより、プラズマが発生しない常温環境下では、第１シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされ、プラズマが発生する高温環境下では、第２シール部によって弁箱の開口部が気密にシールされることで、プラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化することを防止できる。
【００２８】
また、第１シール部５８及び第２シール部６０がパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていてもよく、これにより、第２シール溝７７及び第２シール部６０を第１シール溝７５及び第１シール部５８の内側であって開口部４６に近接するように設定が好ましいが、これに限られるものではなく、両者を逆の配置にすること、すなわち、第１シール溝７５及び第１シール部５８は、第２シール溝７７及び第２シール部６０の内側であって第１開口部４６又は第２開口部６２に近接するように設定できる。
【００２９】
図１に示すように、弁体５２の長手方向両端部近傍には、弁体５２を弁箱４４に対して回動させ又は径方向に移動させるための弁体駆動機構１１が取り付けられている。
【００３０】
ここで、弁体５２を駆動させる弁体駆動機構１１の構成について説明する。
【００３１】
図２及び図３に示すように、弁体５２の長手方向両端部には、支持部１３が取り付けられている。この支持部１３は、中空状に形成されている。この支持部１３は、弁箱４４の軸受部１５により回動可能となるように支持されている。また、支持部１３の内側には、軸受部を介して偏心シャフト１７が回動可能となるように配置されている。この偏心シャフト１７は、シャフト本体部１７Ａと、シャフト本体部１７Ａの中心（軸心）から所定の距離だけ離れた部位に中心が位置する偏心軸部１７Ｂと、で構成されている。この偏心軸部１７Ｂの外周には、すべり軸受けを介してローラ２２が配置されており、径方向に延在した支持片１９が取り付けられている。すなわち、この支持片１９には、ローラ２２が挿入される挿入部２１が形成されており、このローラ２２を介して偏心軸部１７Ｂが回動可能に接続された構成となっている。上記した支持片１９の径方向外側端部は、弁体５２と接続されている。なお、支持片１９と弁体５２とは、ビスやネジなどの固着具により接続されている。また、支持部１３には、支持片１９の外周を囲むと共に、弁体５２が径方向外側に移動する際に伸び、弁体５２が径方向内側に移動する際に縮むベローズ３３が取り付けられている。
【００３２】
さらに、弁箱４４には、駆動モータ６６が取り付けられている。この駆動モータ６６は、正方向及び逆方向に回転するモータ回転軸６６Ａを備えている。このモータ回転軸６６Ａは偏心シャフト１７のシャフト本体部１７Ａに接続されており、モータ回転軸６６Ａの回転により偏心シャフト１７を一方向又は逆方向に回動することができるようになっている。
【００３３】
次に、本実施形態のゲートバルブ装置１０の作用について説明する。図１に示すように、本実施形態の作用では、常温環境下（例えば、２５℃）において、弁体５２が開口部４６と９０度対向する面にある弁箱４４の側壁６２と対向する位置にある状態（ＯＰＥＮ状態）を基準に説明する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、弁体５２が側壁６２と対向する位置にある状態（ＯＰＥＮ状態）では、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、回動中心を基準として側壁６２側と反対側（径方向内側）に位置している。
【００３５】
次に、図４に示すように、駆動モータ６６が駆動されると、支持部１３が偏心シャフト１７とともに略９０度回動し、弁体５２は、第１開口部４６に対向する位置に移動する。
【００３６】
図５に示すように、図４に示す略９０度の位置から駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａが正方向にさらに回転されると、偏心シャフト１７は駆動モータ６６の回転駆動力を受けることになるため、偏心シャフト１７のみが回動する。偏心シャフト１７が図４に示す９０度の位置から１８０度だけ回転すると、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、その偏心量×２倍の距離（偏心軸部１７Ｂの直径寸法に相当）だけ開口部４６側に移動する。これにより、弁体５２が開口部４６近傍の弁座６３に着座し、開口部４６が閉塞される（ＣＬＯＳＥ時状態）。
【００３７】
ここで、弁体５２が開口部４６近傍の弁座６３に着座し、開口部４６が閉塞した状態では、弁体５２の第１シール面５６の縁と開口部４６との間、及び弁体５２の第２シール面５７の平面部７１と第１開口部４６外縁の弁座６３との間は、所定の距離（例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲のいずれか）だけ離間した状態になっている。
【００３８】
このとき、弁体５２の押圧力により、第１シール部５８から開口部４６近傍の弁座６３に対して所定の圧力が作用する。これにより、図６（Ｂ）に示すように、常温環境下（例えば、２５℃）において、第１シール部５８は、弁座６３からその反作用力としてシール反力を受け、弾性変形している。また、第２シール部６０は、第１開口部４６近傍の弁座６３に対して接触していないか、あるいは圧力ゼロで当接しているため、シール反力を受けず、弾性変形しない。このように、常温環境下（例えば、２５℃）では、主に、第１シール部５８のみにより、第１開口部４６が気密にシールされる。
【００３９】
一方、図６（Ｃ）に示すように、高温環境下（例えば、２００℃）において、第１シール部５８は、熱膨張により体積が増大しているため、弁座６３から作用するシール反力が大きくなり、弾性変形量が大きくなる。また、第２シール部６０も同様にして、熱膨張して体積が大きくなる。このため、第２シール部６０が開口部４６近傍の弁座６３に対して所定の圧力を及ぼして接触するため、第２シール部６０は反作用力としてシール反力を受け、弾性変形する。このように、高温環境下（例えば、２００℃）では、第１シール部５８及び第２シール部６０により、開口部４６が気密にシールされる。
【００４０】
弁体５２が開口部４６に着座して第１開口部４６が閉塞された状態から開口部４６を開放する場合には、駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａを逆方向に回転させて偏心シャフト１７を逆方向に回転させる。偏心シャフト１７を逆方向に１８０度回転させると、偏心シャフト１７の偏心軸部１７Ｂは、その偏心量×２倍の距離（偏心軸部１７Ｂの直径寸法に相当）だけ第１開口部４６側と反対側（径方向内側）に移動して、図４に示す９０度の位置に戻る。これにより、第１開口部４６は開放される。
【００４１】
図４に示す９０度の位置から駆動モータ６６のモータ回転軸６６Ａをさらに逆方向にさらに回転させると、偏心シャフト１７は支持部１３とともに所定の方向に回動する。そして、支持部１３は、偏心シャフト１７とともに９０度だけ回動して、図３に示す位置に戻る。これにより、弁体５２は、側壁６２と対向する位置に移動する。
【００４２】
次に、本発明の一実施形態のゲートバルブ装置１０の作用及び効果について説明する。
【００４３】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、常温環境下（例えば、２５℃）では、弁体５２の第１シール部５８が弁箱４４の開口部４６の弁座６３に対して所定の圧力を作用させる形で接触する。これにより、第１シール部５８は、弁座６３から反作用力（シール反力）を受けて弾性変形（圧縮変形）する。これに伴い、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には、第１シール部５８を介してシール反力が作用する。換言すれば、弁体５２は、各支持端部となる外縁部からシール反力が作用した両端支持梁のような力学状態になっている。
【００４４】
また、常温環境下（例えば、２５℃）では、弁体５２の第２シール部６０が弁箱４４の開口部の弁座６３に接触していないか、あるいは圧力を作用させずに当接した状態になっている。このため、弁座６３から第２シール部６０に対してシール反力が作用せず、第２シール部６０は、弾性変形（圧縮変形）しない。この結果、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には、第２シール部６０を介してシール反力が作用しない。
【００４５】
そして、常温環境下（例えば、２５℃）では、第１シール部５８が弁体５２と弁箱４４の弁座６３との隙間を閉塞し、開口部４６との連通状態が遮断される。このとき、処理チャンバ１２内はプラズマが発生しない常温環境下であるため、第１シール部５８及び第２シール部６０がプラズマ環境下で生成するラジカルによりシール部材が劣化されることがない。
【００４６】
ここで、図６（Ｃ）に示すように、高温環境下（例えば、２００℃）になると、第１シール部５８及び第２シール部６０が熱膨張する。第１シール部５８は、熱膨張により体積が増加するが、もともとの体積が小さく設定されているため、増加分の体積も小さくなる。このため、第１シール部５８が弁座６３を押す圧力も比較的小さくなり、第１シール部５８に作用するシール反力も小さくて済む。
【００４７】
また、第２シール部６０は、熱膨張により体積が増加する。そして、第２シール部６０のもともとの体積が大きいため、増加分の体積も大きくなる。ここで、第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部と弁座６３との間には所定の距離（クリアランス）が存在するため、第２シール部６０は、体積が増加するに伴い、クリアランスを埋めるようにして弁座６３側に近づいていき、やがて弁座６３に接触する。第２シール部６０が各弁座６３に接触すると、第２シール部６０が弁座６３に対して所定の圧力を作用させるとともに、第２シール部６０は弁座６３から反作用力となるシール反力を受ける。これにより、第２シール部６０が弾性変形（圧縮変形）するとともに、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１には第２シール部６０を介してシール反力が作用する。このように、弁体５２には、第１シール部５８及び第２シール部６０から所定のシール反力が作用する。この結果、弁体５２は、各支持端部となる外縁部から大きなシール反力が作用した両端支持梁のような力学状態になっている。
【００４８】
ここで、第２シール部６０はもともとの体積が大きく設定されており、熱膨張による体積増加も大きくなるが、第２シール部６０の増加した体積の一部を第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部と弁座６３との間には所定の距離（クリアランス）で吸収することができる。これにより、第２シール部６０の弁座６３に接触する体積分が小さくなり、第２シール部６０から弁座６３に作用する圧力が小さくなる。この結果、第２シール部６０が弁座６３から受けるシール反力も小さくなり、弁体５２に作用するシール反力も小さくなる。これにより、高温環境下（例えば、２００℃）では、弁体５２は、第１シール部５８及び第２シール部６０を介して弁座６３からシール反力を受けることになるが、弁体５２が弁座６３から受けるシール反力を低減することができる。
【００４９】
なお、常温環境下（例えば、２５℃）において、第２シール部６０が弁座６３に対し圧力がゼロの状態（押圧していない状態）で接触している構成でも、第２シール部６０を介して弁体５２に作用するシール反力を小さくすることができる。
【００５０】
同時に、高温環境下（例えば、２００℃）では、弁体５２と弁箱４４の弁座６３との隙間は、第１シール部５８及び第２シール部６０により閉塞されている。これにより、２つのシール部５８、６０により、開口部４６がより気密にシールされる。特に、高温環境下（例えば、２００℃）では、体積の大きな第２シール部６０の作用により、シール性を高めることができる。
【００５１】
以上のように、常温環境下（例えば、２５℃）及び高温環境下（例えば、２００℃）において、弁座６３から弁体５２に作用するシール反力を低減させることができる。これにより、弁体５２がシール反力を受けることによる弁体５２の弾性変形（撓み変形）による変形量（撓み量）を小さくできる。この結果、弁体５２の第１シール面５６の傾斜部６９と開口部４６の傾斜面６１とのクリアランス、及び、弁体５２の第２シール面５７の平面部７１と開口部４６近傍の弁座６３とのクリアランスを一定値に維持することができる。このように、特に高温環境下（例えば、２００℃）における弁体５２の撓み変形によって、弁体５２の第１シール面５６の傾斜部６９と開口部４６の傾斜面６１とのクリアランス、及び、弁体５２の第２シール面５７の平面７１と開口部近傍の弁座６３とのクリアランスが変更することを防止できるため、ラジカルの進入を防止でき、ひいては各シール部５８、６０の劣化を防止できる。そして、各シール部５８、６０の製品寿命を向上させることができる。
【００５２】
また、常温環境下（例えば、２５℃）及び高温環境下（例えば、２００℃）において、弁座６３から弁体５２に作用するシール反力を低減させることができることにより、弁体５２が弁座６３を押す力を小さくすることができる。これにより、弁体５２の駆動源を小型化することができ、ひいてはゲートバルブ装置１０を小型化することができる。
【００５３】
特に、第１シール部５８をフッ素ゴム(ＦＫＭ)で、第２シール部６０をパーフルオロエラストマ(ＦＦＫＭ)で構成することにより、より高いラジカル耐性を持たせ、長寿命化を実現できる。
【００５４】
（実施例）
次に、各シール部５８、６０の性質及び各シール溝７９、８１の深さ寸法の関係について具体的な数値を検討する。なお、実施例では、弁体５２が開口部４６を閉塞したときに、第２シール面５７の平面部７１と開口部４６の弁座６３との離間距離が０．２ｍｍであることを前提にする。
【００５５】
第１シール部５８は、フッ素ゴム（ＦＫＭ）が使用され、第２シール部６０は、パーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）が使用される。第１シール部５８の線膨張係数は、０．０００１８であり、第２シール部６０の線膨張係数は、０．０００３０である。
【００５６】
常温環境下（例えば、２５℃）での、各シール部５８、６０のシール公差０．１、各シール溝７９、８１及び弁体５２の公差０．１とするときの第１シール部５８の最小潰し量（圧縮変形量）が０．２ｍｍとなる。この状態で、第１シール部５８の１０％の潰し量（（常温環境下での第１シール部５８に圧力が作用していないときの第１シール部５８の体積／第１シール部５８に圧力が作用していないときの第１シール部５８の体積）×１００）とするためには、０．２／０．１＝２．０（ｍｍ）となり、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）の最小値は、２．０（ｍｍ）となる。
【００５７】
高温環境下（例えば、２００℃）での、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、２．０×（１+０．０００１８×（２００−２５））＝２．０６（ｍｍ）となる。
【００５８】
ここで、第１シール溝７５の溝底部７９と第２シール溝７７の溝底部８１との高さの差をｔ、第２シール部６０の常温環境（２５℃）での高さ寸法（第２シール溝７７の溝底部８１から第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）をｄとすると、常温環境下（２５℃）において第２シール部６０が弁座６３に対して非接触となる条件は、ｄ＜ｔ+（２．０−０．２）…（１式）
【００５９】
一方、高温環境下（２００℃）において第２シール部６０が弁座６３に対して接触し、かつ第２シール部６０の潰し量が０．２ｍｍ（最小値）となる条件は、
ｄ×（１+０．０００３０×（２００−２５））＞１．８+０．２+ｔ…（２式）
【００６０】
（１式）及び（２式）より、ｄ＞３．８１（ｍｍ）となり、第２シール部６０の高さ寸法（第２シール溝７７の溝底部８１から第２シール部６０の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、３．８１（ｍｍ）よりも大きな値になる。
【００６１】
以上をまとめると、常温環境下（２５℃）における第１シール部５８の潰し量は、０．２から０．８（ｍｍ）の範囲が好ましい。また、第１シール部５８の潰し率：３から２０（％）が好ましい。また、常温環境下（２５℃）における第２シール部６０の潰し量は、０（第２シール部６０の潰し率：０（％））となる。
【００６２】
高温環境下（２００℃）における第１シール部５８の潰し量は、０．２（ｍｍ）から１．０（ｍｍ）の範囲が好ましい。また、高温環境下（２００℃）における第２シール部６０の潰し量は、０．２ｍｍから０．６（ｍｍ）の範囲が好ましい。
【００６３】
また、第１シール部５８の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、１．０から３．０（ｍｍ）の範囲に設定することが好ましい。また、第２シール部６０の高さ寸法（第１シール溝７５の溝底部７９から第１シール部５８の最も弁座６３側に位置する先端部までの寸法）は、第１シール部５８の高さ寸法の２倍から３倍、すなわち、２．０から９．０（ｍｍ）の範囲に設定することが好ましい。
【００６４】
次に、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置１０の弁体５２に取り付けられたシール部材（第１シール部５８及び第２シール部６０）の各変形例について説明する。
【００６５】
図７に示すように、シール部材８３は、第１シール部５８と第２シール部６０とが一体形成されたものである。各シール溝７９、８１が相互に連通した状態になっており、各シール溝７９、８１にまたがるようにして、シール部材８３が嵌められている。なお、各シール部５８、６０の機能は、上記実施形態と同様であるので省略する。
【００６６】
図８に示すように、シール部材８５は、第１シール部５８と第２シール部６０とが一体形成されたものであり、各シール溝７９、８１にまたがるようにして設けられている。このシール部材８５は、各シール溝７９、８１に対して溶着することにより位置決め固定されている。なお、各シール部５８、６０の機能は、上記実施形態と同様であるので省略する。
【００６７】
上記各変形例のシール部材８３、８５を用いた構成でも、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の取り付け状態を示す拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の要部を示す部分拡大図である。
【図３】ＯＰＥＮ状態における本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部の位置を示す断面図である。
【図４】９０度回転状態における本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部の位置を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体部により第１開口部を閉塞した状態の弁体部の位置を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体が弁箱の開口部を開放した状態（第１シール部及び第２シール部にシール反力が作用していない状態）のシール部材の構成図であり、（Ｂ）は、常温環境下（２５℃）においてゲートバルブ装置の弁体が弁箱の弁座に対して所定の距離をあけて着座した状態（第１シール部のみにシール反力が作用している状態）のシール部材の構成図であり、（Ｃ）は、高温環境下（２００℃）においてゲートバルブ装置の弁体が弁箱の弁座に対して所定の距離をあけて着座した状態（第１シール部及び第２シール部にシール反力が作用している状態）のシール部材の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体に取り付けられたシール部材（第１シール部及び第２シール部）の第１変形例の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るゲートバルブ装置の弁体に取り付けられたシール部材（第１シール部及び第２シール部）の第２変形例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ゲートバルブ装置
４４ 弁箱
４６ 開口部
５２ 弁体
５５ シール部材
５８ 第１シール部（シール部材）
６０ 第２シール部（シール部材）
６２ 側壁
６３ 弁座
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座を有し開口部が形成された弁箱の内部に設けられ、
前記弁座に対して所定の距離が離間した状態で着座して前記開口部を閉塞する弁体と、
前記弁体に設けられ前記弁体が前記弁座に着座したときに前記弁体と前記弁座との間をシールするシール部材と、
を有するゲートバルブ装置であって、
前記シール部材は、
常温環境下で前記弁座を押圧することにより前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部と、
高温環境下で熱膨張することにより前記弁座を押圧すると同時に前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部と、
を有し、
前記第１シール部の体積は、前記第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ前記第１シール部の前記弁座側の先端部は、前記第２シール部の前記弁座側の先端部よりも前記弁座側に位置していることを特徴とするゲートバルブ装置。
【請求項２】
前記常温環境下において、前記第２シール部は、前記弁座に接触していないことを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブ装置。
【請求項３】
前記第１シール部はフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、及び前記第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゲートバルブ装置。
【請求項１】
弁座を有し開口部が形成された弁箱の内部に設けられ、
前記弁座に対して所定の距離が離間した状態で着座して前記開口部を閉塞する弁体と、
前記弁体に設けられ前記弁体が前記弁座に着座したときに前記弁体と前記弁座との間をシールするシール部材と、
を有するゲートバルブ装置であって、
前記シール部材は、
常温環境下で前記弁座を押圧することにより前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第１シール部と、
高温環境下で熱膨張することにより前記弁座を押圧すると同時に前記弁座から作用する反作用力を受けて弾性変形する第２シール部と、
を有し、
前記第１シール部の体積は、前記第２シール部の体積よりも小さく設定され、かつ前記第１シール部の前記弁座側の先端部は、前記第２シール部の前記弁座側の先端部よりも前記弁座側に位置していることを特徴とするゲートバルブ装置。
【請求項２】
前記常温環境下において、前記第２シール部は、前記弁座に接触していないことを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブ装置。
【請求項３】
前記第１シール部はフッ素ゴム（ＦＫＭ）で構成され、及び前記第２シール部はパーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゲートバルブ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−３８３０８（Ｐ２０１０−３８３０８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０３６４１（Ｐ２００８−２０３６４１）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（０００２２９５６４）日本バルカー工業株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（０００２２９５６４）日本バルカー工業株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
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