JP2004060741A - Diaphragm, diaphragm valve, and film forming device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、ダイアフラム及びダイアフラム弁並びに成膜装置に係り、より詳細には、例えば、半導体・液晶製遁ライン等に代表される超高純度流体ラインに用いられるメタルダイアフラム及びダイアフラム弁並びに成膜装置に関する
【0002】
【従来の技術】
従来、一般的に使用されているダイアフラム弁構造の構成例を図4、図5に示す。
【0003】
図4は、弁シート4に樹脂を使用したものでありボディ1に固定された樹脂製の弁シート4をダイアフラム3で押し付ける事により弁座部分のシールをする構造となっている。
【0004】
図5はボディ1に弁シート部2を形成したもので、このボディ1と同材質の弁シート部2をダイアフラム3で押し付ける事により弁座部分のシールをする構造となっている。
【0005】
しかし、従来例では、以下の問題点がある。
【0006】
図4に示す例では、弁シート4に樹脂を使用しているゆえに、(1)流体の種類・温度により適用範囲が狭い。(2)表面に吸着した水分の除去に長い時間を要する。(3)弁シート4にクリープが発生しシール性能に影響を与える事となる。
【0007】
図5に示す例では、弁シート部4がボディ1と同材質の金属であるゆえに、樹脂の材料特性に依存する先に述べた問題点は著しく改善されるものの、(1)弁シート部4をダイアフラム2でシールするためには大きな力を必要とする。(2)ダイアフラム2を弁シート部4に押しつけでシールする場合、ダイアフラム2全体としては弾性領域内である力を加えたとしても弁シート4との接触面において応力集中が生じることがある。応力集中が生じた部分は塑性変形が生ずる場合がある。そのため除加したとしても変形は残ってしまう。その結果、シールが不完全となり、弁としての信頼性を損なってしまう。(3)弁シート部4とダイアフラム2はともに金属であるため両者の接触によりその金属のパーティクルが発生することがある。このパーティクルは弁シート部4に噛み込みむことがある。パーティクルが噛み込むとリークしやすくなる。(4)弁シート部4とダイアフラム3とは両方とも金属であるため、両者の接触面(シール部)は完全な面接触とはなりにく。完全な面接触とするためには、弁シート部4及びダイアフラム2のそれぞれのシール面の表面粗度を小さくする必要がある。表面粗度を小さくするためには高度の加工技術が必要となる。(5)弁シート部4とダイアフラム2とシールを完全にしようとするとダイアフラムを弁シート部4に大きな押圧力で押しつける必要がある。しかし、大きな押圧力を与えるとダイアフラムが塑性変形を起こし、押圧力を除去しても塑性変形は残ってしまい、結局はリークの原因となってしまう。リークの無い安定性ないし信頼性をもってガスを供給することができない。(5)パーティクルがガスの使用部(例えば成膜装置)に混入してしまい、成膜した膜は不純物を含む特性の悪い膜となってしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するものである。
【0009】
本発明は、シールの信頼性を高めることが可能なダイアフラムを提供することを目的とする。
【0010】
本発明は、樹脂の材料特性に依存する問題(耐食、機械強度の温度依存性、水分脱離時間、クリープ)が発生しないダイアフラムを提供することを目的とする。
【0011】
本発明は、弁シート部のシールに要する力が小さくてすみ、弁駆動部の小出力化が可能となるダイアフラム及びダイアフラム弁を提供することを目的とする。
【0012】
本発明は、パーティクルの弁シート部への噛み込みによるリーク発生の危険性が低いダイアフラム及びダイアフラム弁を提供することを目的とする。
【0013】
本発明は、弁シート部のシール部の高度な加工技術が不必要となるダイアフラム及びダイアフラム弁を提供することを目的とする。
【0014】
本発明は、品質の良好な膜を形成することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイアフラムは、弁シートと接触する側の面に、超弾性金属材料の薄膜層が形成されていることを特徴とする。
【0016】
【作用】
本発明では、一方の面に超弾性金属材料の薄膜層が形成されている。
超弾性金属材料は、超弾性特性を示す金属材料である。なお、金属材料中には合金材料も含まれる。超弾性特性は、材料を大きく変形させても力を除くと元の形に戻る特性である。
【0017】
元の形に戻る場合の戻り方としては、▲1▼加重を付加していく場合の応力−歪曲線に沿って戻る場合、▲2▼ループを描いて戻る場合がある。なお、「大きく変形」とは、従来の材料における塑性変形に達する変形である。
【0018】
局部的に応力集中が生じた場合、その応力σ0が弾性領域内であれば従来技術においても除加すれば局部的な変形は残らない。しかし、弾性領域を超える応力集中(応力σ1)が生じた場合には、従来技術においては、除加しても局部的変形が残ってしまう.。
【0019】
それに対して、本発明においては、応力集中が生じ、その応力が上記のσ0であろうとσ1であろうと除荷した後には局部変形は残らない。そのため、信頼性の高い弁機能を果たすことができる。
【0020】
また、超弾性金属材料は、低い縦弾性係数を有している。そのため、大きな力を加えなくとも薄膜層は弁シートと大きな接触面積をもって接触する。すなわち、小さな力を加えるのみでシール性が良好となる。
【0021】
のみならず、接触面におけるこすれが少なくなり、パーティクルの発生が激減する。その結果、パーティクル巻き込みによるリークの発生を防止できる。また、ガスへのパーティクルの混入も激減するため、ガス使用部へ高純度のガスを供給することができる。特にガスの使用部が半導体などの成膜装置の場合には高品質の膜を成膜することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施の形態に係るダイアフラムを示す。
【0023】
ダイアフラム3はその凹面側(弁シートとのシール面側)に、超弾性金属材料からなる薄膜層12が形成されている。このダイアフラムは、図2に示すダイアフラム弁において使用される。なお、図2は、図Yに示す構造とダイアフラム以外は同じであるので説明は省略する。
【0024】
(ダイアフラムの基盤)
薄膜層12は基盤11上に形成されている。基盤11の材料は、超弾性金属材料以外の材料を用いることが好ましい。例えば、Ni−Co合金からなる基盤が好ましい。Ni−Co合金からなる基盤を用いた場合、高剛性・高耐久性・高耐食性が得られる。
【0025】
(弾性係数)
薄膜層12の縦弾性係数は、5000kg/mm2以下とすることが好ましい。4000kg/mm2以下がより好ましく、3000kg/mm2以下がさらに好ましい。ただ、100kg/mm2未満では強度的に弱くなるため下限としては100kg/mm2が好ましい。5000kg/mm2以下とすることにより薄膜層12は弁シートへの追従性が良好となる。すなわち、より小さな力を加えるのみで弁シート部との接触面積が大きくなり、よりシール特性が良好となる。
【0026】
なお、縦弾性係数の制御は、金属材料の組成を変化させることにより行ってもよい。例えば、Ti基合金の場合、Al、Vの添加量を増加させることにより縦弾性係数を大きくすることができる。また、組成制御とともに、アニール処理により縦弾性係数を制御してもよい。例えば、温度、時間を変更させて所望の縦弾性係数にすればよい。具体的材料において、予め実験により求めておけばよい。
【0027】
(薄膜層の形成方法)
薄膜層12は、超弾性金属材料からなるフィルムを基盤11上に接着することにより形成してもよい。
【0028】
基盤11への密着性が良好であり、かつ、緻密な薄膜層とするためには、IBAD法(Ion・Beam−Assist−Deposition:イオンビームアシスト堆積法)により形成することが好ましい。
【0029】
IBAD法の概念図を図3に示す。この方法は、基盤31上に電子線蒸着法やクラスイオンビーム蒸着法によって薄膜層32を形成する際に、蒸着槽内に配置されたイオンガンからイオンビームを照射することにより成膜を行う方法である。
【0030】
IBAD法を用いると、CVD法あるいはスパッタリング法により形成した場合よりも密着性が良好であり、かつ緻密な薄膜層32を基盤31上に形成することができる。
【0031】
例えば、Ti基合金の場合にあっては、IBAD法により形成した薄膜層は超弾性特性を有している。
【0032】
(薄膜層の層厚)
薄膜層の厚さとしては0.1μm〜10μmが好ましい。IBDA法により形成した場合には、3μm以下が好ましく1μm以下がより好ましい。0.1μm以上とすることにより繰り返し使用による破断を防止することができる。特にIBADにより形成した薄膜は0.1μmであっても疲労強度が高い。なお、10μmを超えても、本発明のシール性などの効果は飽和する。従って、コスト的な観点からは、10μm以下が好ましい。
【0033】
(超弾性材料の組成)
超弾性材料としては、Ti基合金が好ましい。Tiをベースとして、Nb、Ta、V、Zr、Hf,O、Nのいずれか1種以上を含有することが好ましい。また、Cを含有せしめてもよい。Nb、Ta、Va、Zr、Hf,O、N、Cのいずれか1種以上を含有せしめることにより、することが好ましい。また、Cを含有せしめてもよい。
【0034】
Ti基合金におけるTi以外の成分としては、例えば、1〜10重量%のAlなどがあげられる。
【0035】
(ダイアフラム弁)
上記ダイアフラムを使用したダイアフラム弁としては、図4、5に示す基本構造においてダイアフラムとして本発明のダイアフラムとすればよい。特に、弁シート部2が金属からなるダイアフラム弁において本発明の効果は顕著である。
【0036】
なお、図4に示す構造において、弁シート4を樹脂に替えて金属としたものにおいても本発明に係るダイアフラムを用いてもよい。
【0037】
(成膜装置)
本発明に係るダイアフラム弁は成膜装置に好適に使用される。特に、高純度のガスの供給が要求され、かつ、スループットの向上が要請される、半導体素子、液晶素子を形成するための成膜装置に好適に使用される。
【0038】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果がある。
【0039】
(1)樹脂を用いないので、樹脂の材料特性に依存する問題(耐食、機械強度の温度依存性、水分脱離時間、クリープ)が発生しない
(2)ダイアフラム凹面(弁座シールする面)側に形成された超弾性金属材料の薄膜層の効果により、弁座部分のシールに要するカが小さくてすみ、弁駆動部の小出力化が可能となる
(3)ダイアフラム凹面(弁座シールする面)側に形成された超弾性金属材料の薄膜層の効果により、パーティクルの弁座部分への噛み込みによるリーク発生の危険性は低くなる。
(4)ダイアフラム凹面(弁座シールする面)側に形成された起弾性金属材料の薄膜層の効果により、シール部の高度な加工技術が不必要となる。
(5)小出力で切り替えが可能なため、成膜室にガスの導入の切り替えを迅速に行うことが可能となり、所望のタイミングでガスの導入・停止を行うことが可能であるため、品質の良好な膜を形成することが可能となる。
【0040】
また、パーティクルの混入が防止できるため品質の良好な膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様に係るダイアフラムの断面図及びその拡大図である。
【図2】本発明の実施態様に係るダイアフラム弁の断面図である。
【図3】本発明の実施態様に係るダイアフラムの薄膜層を形成するための装置例の概念図である。
【図4】従来例に係るダイアフラム弁の断面図である。
【図5】他の従来例に係るダイアフラム弁の断面図である。
【符号の説明】
1 ホディ
2 弁シート部
3 ダイアフラム
4 弁シート
11 基盤
12 薄膜層
31 基盤
32 薄膜層
33 反応ガス
34 蒸発源、
35イオンガン[0001]
The present invention relates to a diaphragm, a diaphragm valve, and a film forming apparatus, and more particularly, to a metal diaphragm, a diaphragm valve, and a film forming apparatus used in an ultra-high-purity fluid line represented by, for example, a semiconductor / liquid crystal isolation line. [0002]
[Prior art]
FIGS. 4 and 5 show examples of the configuration of a generally used diaphragm valve structure.
[0003]
FIG. 4 shows a structure in which a resin is used for the
[0004]
FIG. 5 shows a structure in which a valve seat portion 2 is formed on a body 1 and a valve seat portion is sealed by pressing a valve seat portion 2 made of the same material as the body 1 with a diaphragm 3.
[0005]
However, the conventional example has the following problems.
[0006]
In the example shown in FIG. 4, since the resin is used for the
[0007]
In the example shown in FIG. 5, since the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above problems.
[0009]
An object of the present invention is to provide a diaphragm capable of improving the reliability of a seal.
[0010]
An object of the present invention is to provide a diaphragm that does not cause problems (corrosion resistance, temperature dependency of mechanical strength, moisture desorption time, creep) depending on the material properties of a resin.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diaphragm and a diaphragm valve which require only a small force for sealing a valve seat portion and can reduce the output of a valve driving portion.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diaphragm and a diaphragm valve which have a low risk of leakage due to a particle being caught in a valve seat portion.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diaphragm and a diaphragm valve that do not require advanced processing technology for a seal portion of a valve seat.
[0014]
An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of forming a film with good quality.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The diaphragm according to the present invention is characterized in that a thin film layer of a superelastic metal material is formed on a surface in contact with the valve sheet.
[0016]
[Action]
In the present invention, a thin film layer of a superelastic metal material is formed on one surface.
Superelastic metal materials are metal materials that exhibit superelastic properties. Note that the metal material includes an alloy material. The superelastic property is a property in which even if a material is largely deformed, it returns to its original shape when a force is removed.
[0017]
When returning to the original shape, there are (1) a return along a stress-strain curve when a weight is added, and (2) a return in a loop. Note that “large deformation” is deformation that reaches plastic deformation in a conventional material.
[0018]
In the case where local stress concentration occurs, if the stress σ 0 is within the elastic region, the local deformation does not remain even if the stress is removed in the related art. However, in the case where a stress concentration (stress σ 1 ) exceeding the elastic region occurs, in the related art, local deformation remains even after removal. .
[0019]
On the other hand, in the present invention, stress concentration occurs, and no local deformation remains after the load is unloaded regardless of whether the stress is σ 0 or σ 1 . Therefore, a highly reliable valve function can be achieved.
[0020]
Further, the superelastic metal material has a low modulus of longitudinal elasticity. Therefore, the thin film layer contacts the valve sheet with a large contact area without applying a large force. That is, the sealing property is improved only by applying a small force.
[0021]
In addition, rubbing on the contact surface is reduced, and generation of particles is drastically reduced. As a result, it is possible to prevent the occurrence of leakage due to the entrapment of particles. In addition, since the mixing of particles into the gas is drastically reduced, a high-purity gas can be supplied to the gas use section. In particular, when the gas is used in a film forming apparatus such as a semiconductor, a high quality film can be formed.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a diaphragm according to an embodiment of the present invention.
[0023]
The diaphragm 3 has a
[0024]
(Base of diaphragm)
The
[0025]
(Elastic coefficient)
It is preferable that the longitudinal elastic modulus of the
[0026]
The control of the longitudinal elastic coefficient may be performed by changing the composition of the metal material. For example, in the case of a Ti-based alloy, the longitudinal elastic modulus can be increased by increasing the addition amount of Al and V. In addition to the composition control, the longitudinal elastic modulus may be controlled by annealing. For example, the temperature and time may be changed to a desired longitudinal elastic modulus. The specific material may be determined in advance by experiments.
[0027]
(Method of forming thin film layer)
The
[0028]
In order to have good adhesion to the
[0029]
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the IBAD method. In this method, when the thin film layer 32 is formed on the substrate 31 by an electron beam evaporation method or a class ion beam evaporation method, a film is formed by irradiating an ion beam from an ion gun disposed in an evaporation tank. is there.
[0030]
When the IBAD method is used, the adhesion is better and the dense thin film layer 32 can be formed on the base 31 as compared with the case where the IBAD method is used.
[0031]
For example, in the case of a Ti-based alloy, a thin film layer formed by the IBAD method has superelastic properties.
[0032]
(Thickness of thin film layer)
The thickness of the thin film layer is preferably from 0.1 μm to 10 μm. When formed by the IBDA method, the thickness is preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm or less. When the thickness is 0.1 μm or more, breakage due to repeated use can be prevented. In particular, a thin film formed by IBAD has high fatigue strength even at 0.1 μm. Even if the thickness exceeds 10 μm, the effects of the present invention such as the sealing property are saturated. Therefore, from the viewpoint of cost, the thickness is preferably 10 μm or less.
[0033]
(Composition of superelastic material)
As the superelastic material, a Ti-based alloy is preferable. It is preferable to contain one or more of Nb, Ta, V, Zr, Hf, O, and N based on Ti. Further, C may be contained. It is preferable to do so by including at least one of Nb, Ta, Va, Zr, Hf, O, N, and C. Further, C may be contained.
[0034]
Components other than Ti in the Ti-based alloy include, for example, Al of 1 to 10% by weight.
[0035]
(Diaphragm valve)
As a diaphragm valve using the above-mentioned diaphragm, the diaphragm of the present invention may be used as the diaphragm in the basic structure shown in FIGS. In particular, the effect of the present invention is remarkable in a diaphragm valve in which the valve seat portion 2 is made of metal.
[0036]
In the structure shown in FIG. 4, the diaphragm according to the present invention may be used even when the
[0037]
(Deposition equipment)
The diaphragm valve according to the present invention is suitably used for a film forming apparatus. In particular, it is suitably used for a film forming apparatus for forming a semiconductor element or a liquid crystal element, which requires supply of a high-purity gas and requires improvement in throughput.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0039]
(1) Since no resin is used, problems (corrosion resistance, temperature dependence of mechanical strength, moisture desorption time, creep) that do not depend on the material properties of the resin do not occur. Due to the effect of the thin film layer of the superelastic metal material formed in the above, the power required for sealing the valve seat portion can be small, and the output of the valve drive unit can be reduced. Due to the effect of the thin film layer of the superelastic metal material formed on the side of ()), the danger of the occurrence of leakage due to the bite of the particles into the valve seat portion is reduced.
(4) Due to the effect of the thin layer of the elastic metal material formed on the concave surface of the diaphragm (the surface on which the valve seat is sealed), an advanced sealing technique is not required.
(5) Since the switching can be performed with a small output, the introduction of the gas into the film forming chamber can be quickly switched, and the introduction and the stop of the gas can be performed at a desired timing. A good film can be formed.
[0040]
In addition, since particles can be prevented from being mixed, a film with good quality can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view and an enlarged view of a diaphragm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a diaphragm valve according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram of an example of an apparatus for forming a thin film layer of a diaphragm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a diaphragm valve according to a conventional example.
FIG. 5 is a sectional view of a diaphragm valve according to another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Body 2 Valve seat part 3
35 ion gun
Claims (11)
Priority Applications (1)
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JP2002218976A JP2004060741A (en) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | Diaphragm, diaphragm valve, and film forming device |
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