JP2005051205A - ガス供給システム、弁アセンブリ、および弁アセンブリを操作することによる反応物質パルス形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】死空間のいかなる影響もなく反応物質を遮断することができるとともに、パルスの分離を低下させることなく、弁部材と弁座との間のシールの低下を許容する一方、反応物質の好適に分離されたパルスを放つように操作されることができるガス供給システムを提供する。
【解決手段】このガス供給システムは、４ポートダイアフラム弁である第１弁１０と、前記第１弁１０を開放状態で第１ポート３０を排出部に流体連通するようにし、前記第１弁１０を閉じた状態で前記流体連通を閉鎖する図にはない第２弁と、を含み、反応物質フロー状態では第１弁１０は開放状態、第２弁は閉じた状態であり、また、パージ状態では第１弁１０は閉じられ、第２弁は開放状態である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス供給装置、および半導体プロセスにおけるプロセスガスの制御用弁の分野に関する。

半導体基板を処理する処理装置において、遮断弁は、プロセスガスの制御および切換に用いられる。従来技術の弁は、ダイアフラム弁である。ダイアフラムは、可撓性のある膜によって形成され、これは、弁の閉じる状態において、開口部の周りの座に対して押圧され、したがって開口部を閉じる。開放状態において、ダイアフラムは、ガスの通過を可能とする座から間隔をあけられる。模範的な弁は、特許文献１に記載される。遮断弁の問題は、死空間であり、弁の遮断後、プロセスガスが弁の下流の死空間にまだ存在する。この死空間は、弁装置それ自体、および／または弁装置に接続される管において、存在し得る。弁の遮断状態において、死空間に存在するプロセスガスは、好ましくないことに、管を通ってさらに下流に移動し、好ましくない影響をもたらす。特許文献２において、死空間のない弁アセンブリが開示された。弁は、１つの供給ポートと２つの排出ポートとを含み、全て膜において開く。閉じた状態において、供給ポートは、弁座に対して押圧される膜によって閉鎖されるが、２つの排出ポートは、互いに連通している。開放状態において、供給ポートは、排出ポートに連通している。供給ポートから弁座を通って排出ポートに流体のサンプルを供給した後、弁の閉鎖後の流体サンプルは、２つの排出ポート間での流体の通過によって弁から離れて運ばれることができ、弁装置内、または弁に接続される管の内部背後に、流体サンプルは残存しない。死空間の影響は、このようにして除去されるけれども、この弁アセンブリは、遮断の程度が、弁座に対する膜のシールの程度に完全に左右されるという不都合を未だ有する。

原子層堆積（ＡＬＤ）法の場合、少なくとも２つの相互に反応する反応物質が、一連の交互かつ反復するパルスで反応チャンバに供給されるが、異なる反応物質の適切な分離が絶対的に必要とされ、また、この装置の長期の使用後に磨耗を生じさせる可能性がある。さらなる問題は、ＡＬＤに用いられる多くの反応物質は、室温で液体または固体の状態であり、非常に低い蒸気圧を有することである。したがって、ガス供給システムは、システム中に、反応物質の凝縮を生じさせ得るいずれのコールドスポットも有することなく、加熱されることを必要とする。その結果、弁は、高温で操作される必要があり、それは、３００℃になり得る。このような条件下におけるこのタイプの弁の性能は、比較的知られていない。

米国特許第５１３１６２７号明細書 米国特許第５５４２４５２号明細書

本発明の目的は、死空間のいかなる影響もなく反応物質を遮断することができるとともに、パルスの分離を低下させることなく、弁部材、たとえば膜と、弁座との間のシールの低下を許容する一方、反応物質の好適に分離されたパルスを放つように操作されることができるガス供給システムを提供することである。本発明のさらなる目的は、低蒸気圧反応物質のためのガス供給システムおよび弁アセンブリであって、死空間を有さず、かつ、反応物質の凝縮を回避するために、弁アセンブリの操作温度を高くして、反応物質の、反復され、かつ好適に分離されたパルスを発することが可能なガス供給システムおよび弁アセンブリを提供することである。

本発明の目的はさらにまた、反応物質の、反復され、かつ好適に分離されたパルスの形成を確実にするダイアフラム弁による、反応物質の切換に関する方法であって、死空間の影響を除去するとともに、パルス分離を低下させることなく、膜と弁座との間のシールの低下を許容する方法を提供することである。

本発明は、反応器に反応ガスをパルス的に供給するガス供給システムであって、
第１および第２ポート間の第１流体通路と第３および第４ポート間の第２流体通路とを有する４ポートダイアフラム弁である第１弁であって、弁の閉じた状態において流体通路が分離され、開放状態において２つの流体通路が互いに連通するように、これらの流体通路は、分離可能であり、弁座に隣接する両側の空間に連通している第１弁と、
第１ポートに接続される反応物質の供給部と、
第２ポートに接続されるパージガスの供給部と、
第３ポートに接続されるパージガスの供給部と、
前記反応器に対する接続のために配列される第４ポートと、
開放状態において第１ポートを排出部に流体連通するようにし、閉じた状態において前記流体連通を閉鎖する第２弁と、を含み、
反応ガスが反応物質の供給部から、第１ポートおよび第４ポートを介して、反応器に流れるように、第１弁が開放状態であり、第２弁が閉じた状態である反応物質フロー状態が設けられ、
パージガスが第２ポートから第１ポートを介して排出部に流れるように、かつパージガスが第３ポートから第４ポートを介して反応器に流れるように、第１弁が閉じられ、第２弁が開放状態であるパージ状態が設けられることを特徴とするガス供給システムである。

本発明において、第２弁は、２つの分離可能な流体通路を含む４ポート弁であり、一方の通路は、反応物質流体通路であり、他方の通路は、一端部でパージガスの供給部に連通し、他端部で前記排出部に連通する排出部パージ通路であることを特徴とする。

本発明において、パージ供給部と第２ポートとの間における前記接続のためのパージ流体通路と、
前記パージ流体通路の開閉を選択的に切り換える、前記パージ流体通路における第３弁と、を含むことを特徴とする。

本発明において、前記弁と、反応物質の供給部を第１ポートに接続する反応物質流体通路とが組み込まれた単一の弁本体を有する弁アセンブリを含むことを特徴とする。

本発明において、前記弁と、反応物質の供給部を第１ポートに接続する反応物質流体通路と、前記パージ流体通路が組み込まれた単一の弁本体を有する弁アセンブリを含むことを特徴とする。
本発明において、弁本体は、ヒータを備えることを特徴とする。

本発明において、上述の複数の弁本体を有する弁アセンブリを含み、弁本体は、前記複数の弁本体の第２流体通路が互いに直接接続されるように、同一方向に並列して搭載されることを特徴とする。

本発明において、各弁本体において前記排出部パージ通路が延び、前記複数の弁本体の各排出部パージ通路が互いに直接に接続されることを特徴とする。

本発明において、前記弁アセンブリを加熱するヒータを含むことを特徴とする。
本発明において、前記弁アセンブリを実質的に包含する共通の熱分離外套部をさらに含むことを特徴とする。
また本発明は、上述のガス供給システムに用いるのに適した弁アセンブリである。

さらに本発明は、上述のガス供給システムを操作することによるプロセス流体の切換え方法であって、
第１および第２ポート間の第１流体通路と第３および第４ポート間の第２流体通路とを有する４ポートダイアフラム弁である第１弁であって、弁の閉じた状態において流体通路が分離され、開放状態において２つの流体通路が互いに連通するように、これらの流体通路は、分離可能であり、弁座に隣接する両側の空間に連通している第１弁を設けるステップと、
反応物質を供給するステップと、
反応物質フローステップの期間中に、前記第１弁を開放状態で維持するとともに、第１ポートを介して、前記第１流体通路を通って、前記第２流体通路に前記反応物質を流すステップと、
反応物質フローステップの終期に、前記第１弁を閉鎖するステップと、
第１弁の閉じた状態の期間中に、第２流体通路を通って、第１弁の弁座の反応物質下流側に沿ってパージガスを流すステップと、
一端部で前記第１流体通路の第１ポートと連通し、他端部で反応物質の供給部に連通する反応物質流体通路を設けるステップと、
開放状態においては第１ポートに排出部との流体連通をもたらし、閉じた状態においては前記流体連通を遮断する第２弁を設けるステップと、
第１弁の開放状態の期間中に、第２弁を閉じた状態で維持するステップと、
第１弁の閉じた状態の期間中に、第２弁を開放状態で維持するとともに、パージガスが第１弁の弁座の反応物質上流側に沿って流れるように、パージガスを、第２ポートを介して第１流体通路を通って第１ポートに、また、反応物質流体通路の少なくとも一部を通って排出部に向かって流すステップと、を含むことを特徴とする方法である。

本発明において、前記第２ポートに連通するパージ流体通路を設けるステップと、
前記パージ流体通路の開閉を選択的に切り換える、前記パージ流体通路における第３弁を設けるステップと、
前記第１弁の閉じた状態において前記第３弁を開放状態で維持するとともに、パージガスを、前記パージ流体通路を通って、また、前記第１流体通路を通って前記第２弁を介して流すステップと、
前記第１弁の開放状態で、前記第３弁を閉じた状態で維持するステップと、をさらに含むことを特徴とする。

本発明において、前記弁と、前記反応物質流体通路と、前記パージ流体通路とが組み込まれる単一の弁本体を設けるステップをさらに含むことを特徴とする。

本発明において、反応物質を供給するステップが、低蒸気圧の反応物質を供給するステップを含む方法であって、単一の弁本体を加熱するステップを含むことを特徴とする。

本発明において、第２反応物質はまた、請求項１２記載の方法に従って切り換えられ、反応物質および第２反応物質のパルスは、反応器に交互に供給されることを特徴とする。

第１ポートおよび第２ポートの間の第１流体通路と、第３ポートおよび第４ポートの間の第２流体通路とを有する、４つのポートを備える反応物質遮断弁を含むガス供給システムを提供する。弁の閉じた状態において流体通路が分離され、弁の開放状態において流体通路が互いに連通するように、これらの流体通路は、分離可能にされるとともに、弁座に隣接する両側の空間に連通している。ガス供給システムは、一端部で前記第１流体通路の第１ポートと連通しており、他端部で反応物質の供給部と連通している反応物質流体通路をさらに含む。第２弁は、排出部と選択的に連通して前記反応物質流体通路を切り換えるように設けられ、前記第２ポートおよび第３ポートは、パージガスの供給部に接続され、前記第４ポートは、反応器に接続される。ガス供給システムの好都合な実施形態において、第１弁および第２弁、ならびに反応物質流体通路は、単一の弁本体に組み込まれる。本発明の一局面に従えば、バルブ本体はヒータを備える。

本発明のさらなる局面に従えば、本発明に従うガス供給システムを操作することによるプロセス流体切換方法を提供し、該方法は、弁の閉じた状態において膜と弁座との間に形成されたシールの両側に沿って不活性ガスを流すステップを含む。この方法は、第１弁であって、第１ポートおよび第２ポートの間の第１流体通路と、第３ポートおよび第４ポートの間の第２流体通路とを有する４ポートダイアフラム弁である第１弁を設けるステップを含み、これらの流体通路は、弁の閉じた状態において流体通路が分離され、弁の開放状態において２つの流体通路が互いに連通するように、分離可能にされるとともに、弁座に隣接する両側の空間に連通している。この方法は、反応物質を供給するステップと、反応物質フローステップの期間中に前記第１弁を開放状態で維持するステップと、第１ポートを介して前記第１流体通路を通って前記第２流体通路に対して、前記反応物質を流すステップと、反応物質フローステップの終期に、前記第１弁を閉じるステップとをさらに含む。この方法は、第２流体通路を通って、かつ第１弁の閉じた状態の期間中に第１弁の座の反応物質下流側に沿ってパージガスを流すステップを含む。この方法は、一端部で前記第１流体通路の第１ポートと連通し、かつ他端部で反応物質の供給部と連通する反応物質流体通路を設けるステップであって、第２弁が、前記第１弁が閉じた状態にあるときに、パージステップの期間中に排出部に選択的に連通して前記反応物質流体通路を切り換えるように設けられるステップと、第１弁の座の反応物質上流側がパージされるように、パージステップの期間中に第１弁の第２ポートを介して前記第１流体通路を通って第１ポートに、さらに前記反応物質流体通路を通って排出部に対してパージガスを流すステップとを含む。

特許文献２によって記載されたように、ダイアフラム弁アセンブリは、１つの供給ポートと２つの排出ポートとを含み、膜に直接に隣接して開く流体溝に接続されたポートは、たとえばフランス、モンペリエ、クオリフローＳ．Ａ．社から商業的に入手することができる。また、４つのポートを含む弁は、この供給業者およびその他の供給業者から入手可能である。これらの４ポート弁は、様々な構成で利用可能であり、本発明に関して、２つの分離可能な流体通路を含む構成であって、第１通路が、ポートの第１対を接続し、第２通路が、ポートの第２対を接続し、ここにおいて弁の閉じた状態において流体通路は分離され、弁の開放状態において２つの流体通路は相互に連通している構成を用いることが望まれる。この既知の弁は、所望の効果に達するように、創意に富む方法で、少なくとも１つの他方の弁、およびパージガスの供給部とともに用いられ、かつ組み合わせられるであろう。

本発明は、以下において、添付図面を参照してより詳細に記載され、ここにおいて同一の参照符号は同一の部分を示す。２つの分離可能なガス通路を含む４ポート弁は、ガス通路が分離される閉じた状態が、図１に概略的に示され、２つのガス通路が互いに連通している開放状態が、図２に示される。弁の全体は１０で示され、弁本体は１２で示される。閉じた状態において、膜２０は、ビーム２５を介してアクチュエータ２４によって作用する力によって弁座２２に対して押圧される。弁は、流体溝３１、３３、３５および３７にそれぞれ連通している４つのポート３０、３２、３４、３６を含み、これらの流体溝は、膜および／または弁座の付近で排出する。図１に示すように閉じた状態において、ポート３０および３２は、流体溝３１および３３と膜に隣接する空間２８とを介して互いに連通している。同様に、ポート３４および３６は、溝３５および３７と膜に隣接する空間２６とを介して互いに連通している。空間２６および２８は、弁座２２の両側に位置する。

本発明に従えば、弁１０の閉じた状態において、ポート３２および３４は、パージガスの供給源と連通している。パージガスの第１フローは、ポート３２、流体溝３３、空間２８、流体溝３１およびポート３０を通過する。パージガスの第２フローは、ポート３４、流体溝３５、空間２６、流体溝３７、およびポート３６を通過する。その結果、座２２に対して押圧された膜２０によって形成された弁におけるシールの両側は、パージガスによってパージされ、弁および流体溝における反応物質の全ての痕跡は、パージガスのフローによって弁から放出される。

図２に示すように、弁の開放状態において、膜２０は、座２２に対して間隔をあけた関係で移動され、流体を空間２８から空間２６まで、またはその逆に流すように通路を自由にする。

本発明の好適な実施形態に従えば、反応物質は、弁座２２に対して下流の位置でパージ期間中のポートに供給される。このようなポートは、たとえばポート３０である。反応物質フローステップの期間中、反応物質は、ポート３０に供給され、流体溝３１、空間２８、空間２６および流体溝３７を通って流れ、ポート３６で弁本体を離れる。その結果、弁の開放状態における反応物質フローステップの期間中、反応物質は、流体溝３１を通って一方向に流れ、他方、弁の閉じた状態の期間中、パージガスは、反対または逆流方向に流体溝３１を通って流れる。このようにして、反応物質のフローは、弁の機械的シールによるのみならず、パージガスの逆流によって形成される流体溝３１の拡散障壁によっても妨げられる。

反応物質フローステップを円滑にするために、ポート３０は、反応物質の供給部と接続され、反応物質フローステップの期間中、ポート３０は、反応物質の供給部と連通中である。さらに、弁の閉じた状態で弁のパージを可能とするために、ポート３０は、ガスの排出部に連通され、パージステップの期間中、ポート３０は、排出部と連通中である。少なくとも１つの弁は、ポート３０が排出部に連通中である第１状態と、ポート３０が反応物質の供給源と連通中であるがポート３０が排出部と連通中でない第２状態との間で切り換えるように設けられる。ここで留意すべきは、本開示内容において、ＡがＢと「接続される」ということを特定する場合、ＡおよびＢの間にガス流路、たとえば導管が存在することを意味するが、閉じた状態の弁を含んでもよい。ＡがＢと「連通している」、または「連通中である」ということを特定する場合、これは、ＡおよびＢの間にガス流路、たとえば導管が、存在するとともに、ガスがＡからＢに流れるように開いていることを意味する。

図３は、図１および図２において示されるような弁１０を記号で示す。弁全体は、参照符号３００で示される。縦線３１０および横線３２０は２つの分離された流体通路をそれぞれ表す。弁３３０は、弁の切換機能を表し、すなわち弁３３０を開くことによって、第１流体通路３１０および第２流体通路３２０は、互いに連通するようにされる。図４において、図３の４ポート弁を含む本発明の２つの基本的な実施形態が示される。

図４（Ａ）において、第２弁を含む実施形態を示す。反応物質流体通路５１０が設けられ、一端部で弁３００のポート３０に接続され、他端部において反応物質の供給部に接続される（図示せず）。第２弁５００は、排出部に選択的に連通して反応物質流体通路を切り換えることができる。ポート３２は、流量を制限する流量制限装置４０５を含むパージガス管４１０を通って、パージガスの供給部に接続される。ポート３４は、反応器パージガスの供給部に接続され、ポート３６は、反応器に接続される。反応物質フローステップの期間中、弁３３０は、開放され、弁５００は、閉鎖される。反応物質は、反応物質流体管を介してポート３０に流れ、開いている弁３３０を介してポート３６に流れる。パージガスは、パージガス管４１０を介して、ポート３２および弁３３０を介してポート３６に流れる。パージステップの期間中、弁３３０は閉鎖され、弁５００は開放され、パージガスは、パージガス管４１０を通ってポート３２に、第１流体通路３１０を通ってポート３０に、反応物質流体管および弁５００を通って排出部に流れる。パージステップの期間中、パージガスポート３４に供給され、第２流体通路３２０を通ってポート３６に流れる。図４Ｂにおいて、第３弁４００は、パージガス流体管４１０において、反応物質の不要な希釈を防ぐために、反応物質フローステップの期間中に第１導管を通るパージガスのフローを遮断することができるように設けられる。

３つの弁を含む本発明の好適な実施形態は、図５に示される。第２および第３の弁（４００，５００）は、前述の、図３において示される４ポート切換弁３００と同様に表される。ポート３４は、反応器パージ供給部に接続され、プロセス反応器と接続されるポート３６と連通している。ポート３２は、パージ流体通路４１０および弁機能４３０を含む弁４００を通って弁パージ供給部に接続される。ポート３０は、反応物質流体通路５１０および弁機能５３０を含む弁５００を通って、反応物質の供給部および排出部に交互に連通している。排出部は、真空ポンプを使用することによって低い圧力で維持されてもよく、または排出部は、大気圧にされてもよい。好適な実施形態において、弁５００はまた、２つの分離可能な流体通路５１０および５２０を有する４ポート弁である。ポート５０およびポート５２の間の第１流体通路５１０は、反応物質流体通路であり、ここにおいてポート５０は、反応物質の供給部に接続され、ポート５２は、弁３００のポート３０に連通している。第２流体通路５２０は、ポート５４およびポート５６の間に設けられる。ポート５４は、排出パージ供給部に接続され、ポート５６は、排出部に接続される。弁５３０を開くことによって、バルブ５００の第１および第２流体通路は、互いに連通するように切り換えられる。４ポート弁５００の利点は、この方法で排出パージの接続を本願発明者が見出したことであるが、この接続は、他の方法で形成されてもよい。一般的に、ガスの積極的なフローのない、かつ一端部が排出部に連通している、全ての導管において、排出部から導管に対する不純物の逆拡散が生じることが予想され得る。したがって、ガスの積極的なフローは、好ましくは、このような導管内に維持される。

留意すべきは、弁５００は、互いに連通するように切換え可能な２対の分離可能な流体通路を含む４ポート弁として示されるけれども、同一の機能をまた、２つの導管によって行うことができ、ここにおいて、各導管は、Ｔクロス(T-cross)を備え、両方のＴクロスは、第３導管を介して接続され、ここにおいて第３導管は、２ポート弁を含む。しかしながら、前述の４ポート弁を用いることによって、全ての必要とされる構成要素は、非常にコンパクトにして設けられ、これは好都合である。

さらに好適な実施形態において、図５に示す３つの弁は、図６に概略的に示すように、１つの弁本体に組み込まれ、ここにおいて弁アセンブリ全体は、６００で示される。この組込みは、反応物質の凝縮を防ぐための、低い蒸気圧の反応物質とともに用いる弁アセンブリの加熱を単純化する。５０〜３００℃の範囲の温度に加熱することが必要とされてもよい。弁が１つの本体に組み込まれるとき、本体は、全体として加熱かつ分離されてもよい。好ましくは、この実施形態において、全ての３つの弁は、ダイアフラム弁である。

本発明に従う弁アセンブリが用いられる反応物質供給システムの概略図が、図７に示される。本発明の弁アセンブリは、６００で示される。蒸発チャンバ７１０が、反応物質供給ポート５０を介して弁アセンブリ６００に連通している。加熱される領域７６０は、弁アセンブリ６００、蒸発チャンバ７１０、およびこれらの間の接続部を含む。反応物質７５６は、反応物質容器７５０に含まれ、反応物質供給ライン７５２を通って蒸発チャンバ７１０に供給される。反応物質供給管７５２は、反応物質７５６の液体流を制御するための反応物質フロー制御装置７３２と、遮断弁７２０および７２２とを含む。反応物質容器７５０の上部領域は、窒素マニホールド管７１２および窒素供給管７５４を介して窒素で加圧される。窒素供給管７５４は、圧力スイッチ７２６およびチェック弁７２８を備える。窒素は、質量流量制御装置７３４を含む導管７３５を介して蒸発チャンバ７１０に直接供給されてもよい。弁アセンブリ６００の種々のポートは、窒素マニホールド管７１２に接続される。マニホールド管と弁パージポート４４とを接続する導管７１４は、窒素流量を制限する流量制限装置７４０を備える。マニホールド管７１２と反応物質パージポート３４とを接続する導管７１３は、反応物質パージ流量を定値で制御する質量流量制御装置７３０を備える。マニホールド管７１２とポンプパージポート５４とを接続する導管７１５は、流量制限装置７４２を備える。弁アセンブリ６００のポート３６は、プロセス反応器に接続され、ポート５６は、排出部に接続され、好ましくはポンプに連通している。

完全なプロセスシステムが、図７に示すような反応物質供給システムを複数含み得ることは明らかであろう。さらに、図７に示す反応物質供給システムは、一例にすぎず、多くの変形が可能である。Ｎ₂の代わりに、別のパージガスを用いてもよく、たとえば、ＡｒおよびＨｅのような希ガスまたはその他の不活性ガスを用いてもよい。さらに、パージガスは、異なる目的で用いられてもよく、たとえば反応物質容器を加圧するためにＡｒを、その他のパージ用途のためにＮ₂を用いてもよい。

図８は、本発明の弁アセンブリの実施形態を示す。図８（Ａ）は側面図であり、図８（Ｂ）は正面図であり、図８（Ｃ）は平面図である。弁アセンブリ全体は、８００で示される。弁アセンブリ８００は、単一の弁本体８１０を含み、ここにおいて、供給ポート８３４、８４４、８５０および８５４、排出ポート８３６および８５６、ならびに弁アクチュエータ８２０、８３０および８４０が搭載される。図６に概略的に示される弁アセンブリと同様に、８３４は、反応器パージ供給ポートであり、８４４は、弁パージ供給ポートであり、８５４は、排出部パージ供給ポートであり、８５０は、反応物質供給ポートである。排出ポート８３６は、反応器に接続され、排出ポート８５６は、排出部に接続される。好ましくは、弁アセンブリ８００は、弁アセンブリを加熱するとともに、５０〜３００℃の範囲で、より好ましくは、１５０〜２５０℃の温度範囲で、高温で弁を維持するために、ヒータを備える（図示せず）。ヒータは、ヒータを弁本体の穴部または収納部に挿入することによって、弁本体中に組み込まれてもよい。代替的に、ヒータ本体が設けられ、ここにおいて、ヒータ本体は、ヒータを含むとともに、ヒータ本体は、弁本体８１０と親しく接し、好ましくは少なくとも部分的に、弁本体８１０を含む。好ましくは、弁本体またはヒータ本体および温度制御装置の温度を検出する温度センサが設けられ、弁本体の温度は、定値で維持かつ制御されることができる。

薄膜の基板に対する堆積に関する実際のプロセス、たとえばＡＬＤプロセスを利用するとき、複数の反応物質が必要とされる。図９において、本発明の実施形態が示され、ここにおいて、本発明の３つの同一の弁アセンブリ８００、９００および１０００は、並行して接続かつ搭載される。図９（Ａ）は平面図であり、図９（Ｂ）は側面図である。弁アセンブリ８００に関して、同一の部分は、図８における同一の参照符号と同一である。弁アセンブリ８００、９００および１０００に関して、類似の部分は、同一の下２桁を有する参照符号で示される（たとえば、アセンブリ８００、９００および１０００の反応物質供給ポートはそれぞれ８５０、９５０および１０５０である。）。弁アセンブリ８００の排出ポート８３６は、弁アセンブリ９００の反応器パージ供給ポート９５６に接続される。弁アセンブリの排出ポート８５６は、弁アセンブリ９００の排出部パージ供給ポート９５４に接続される。弁アセンブリ１０００は、弁アセンブリ９００が弁アセンブリ８００に接続されるのと同様にして、弁アセンブリ９００に接続される。

好ましくは、接続された弁アセンブリは、弁アセンブリを加熱するためのヒータを備え、より好ましくは、並行して接続された弁アセンブリは、構成する弁アセンブリにわたって延び、かつ好ましくは少なくとも部分的に前記弁アセンブリを取り囲む単一のヒータを備える。図９において、弁アセンブリが搭載されたヒータ本体８０３を示す。ヒータ本体８０３は、高い熱伝導率を有する材料、たとえばアルミニウムのプレートである。より好ましくは、ヒータ本体８０３は、高い熱伝導率を有する材料、たとえばアルミニウムのブロックまたはアセンブリであり、ここに、前記弁アセンブリと、接続された弁アセンブリの種々の供給ポートに接続される導管を含むこれらの接続部とを収納する多数の収納部が設けられる。これは、接続点でのコールドスポットを回避し、かつ／または並行して接続される弁アセンブリおよびこれらの接続部の加熱および熱分離を単純化させる。

弁パージ供給ポート８４４、９４４および１０４４はそれぞれ、導管８４５、９４５および１０４５を通って、外部弁パージ供給ポート８４６、９４６および１０４６と接続される。反応器パージ供給ポート８３４は、導管８３３を通って、外部反応器パージ供給ポート８３２と接続される。最後に、排出部パージ供給ポート８５４は、導管８５３を通って、外部排出部パージ供給ポート８５２に接続される。導管８４５、９４５、１０４５、８３３および８５３を通って流れるとき、Ｎ２またはパージガスは、加熱され、弁アセンブリの１つに入る前にヒータ本体の温度を帯びる。したがって、導管８４５、９４５、１０４５、８３３および８５３は、有効な長さのヒータ本体８０３に渡って延びる。好ましくは、この長さは、導管の直径の１０倍であり、より好ましくは、この長さは、導管の直径の２０倍である。これは、弁アセンブリのうち１つの供給ポートのうち１つに供給する前のＮ２およびパージガスの適切な予熱を可能とする。

切断面線Ａ−Ａに沿った図９の接続された弁アセンブリの断面図が、図１０に示される。同一の部分には、図９における同一の参照符号が与えられる。また、図１０において、分離材料８０７およびカバー８０９が示される。分離材料は、接続された弁アセンブリの熱分離と、分離材料の機械的保護とをもたらす。ヒータ本体８０３は、好ましくはアルミニウムのブロックであり、弁アセンブリ、これらの接続部および必要な導管が収納可能な収納部を設けるように機械加工される。このようにして、弁アセンブリは、底から加熱されるのみならず、ヒータ本体の上方に延びる部分によって側面からも加熱される。ヒータ本体は、１つまたは複数のヒータを備える（図示せず）。これらの１つまたは複数のヒータは、ヒータ本体８０３における収納部または穴部に搭載されてもよい。好ましくは、ヒータ本体８０３はまた、温度を検出するための温度センサを備える。ヒータおよび温度センサは、好ましくは、定値で弁アセンブリの温度を制御する制御装置に接続される。

本発明に従う方法は、以下において、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して記載される。図１１（Ａ）は、反応物質フロー状態における図６の弁アセンブリの概略図であり、図１１（Ｂ）は、パージ状態における弁アセンブリである。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）において、同一の部分は、図６における同一の参照符号と同一である。反応物質フロー状態において、弁３３０は開かれ、弁５３０は閉じられる。図１１（Ａ）において示すように、反応物質は、反応物質供給ポート５０に供給され、反応物質は、矢印１１１０によって示されるように、Ｓ２およびＳ１の間の反応物質流体通路を通って流れる。反応物質のフローは、矢印１１１２によって示されるように、弁３３０を通過し、ポート３６で弁アセンブリから離れる。好ましくは、反応物質フローステップの期間中、反応器パージガスは、ポート３４からポート３６に流れ、排出部パージガスは、ポート５４からポート５６に流れる。好ましくは、反応物質フローステップの期間中、弁４３０は閉じられ、その結果弁パージガスは流れない。しかしながら、反応物質フローステップの期間中、パージガスフローまたはこれらの不存在の応用例は、本発明に不可欠ではない。

パージステップの期間中、反応物質フローステップの完了後、弁３３０は閉じられ、弁５３０および４３０は開かれる。弁パージガスは、矢印１１２０、１１２２によって示されるように、弁パージ供給ポート４４から点Ｓ１に向かって流れる。点Ｓ１において、弁パージガスフローは、弁座の反応物質上流側で弁３３０を通過する。その後、弁パージガスは、矢印１１２４によって示されるように、Ｓ１からＳ２に流れる。最後に、弁パージガスは、弁５３０を通過し、ポート５６を介して弁アセンブリを離れる。弁パージガスフローと同時に、反応器パージガスが、ポート３４に供給され、ポート３６に流れる。反応器パージガスは、座の反応物質下流側で弁３３０を通過する。このようにして、弁パージステップの期間中、弁３３０の座は、両側でパージされる。好ましくは、弁パージステップの期間中、排出部パージガスは、ポート５４で供給され、ポート５４からポート５６に流れる。

反応物質フローステップの期間中、反応物質は、弁パージステップの期間中に弁パージガスがＳ１からＳ２に反対方向に流れるのに反して、Ｓ２からＳ１に流れる。これは、弁３３０の機械的密閉に加えて、追加的なパージガス拡散隔膜を提供し、弁パージステップの期間中に反応物質ガスが反応物質供給ポート５０から反応器に流れ得ないように保護する。

本発明の本質的な特徴、すなわち弁パージステップの期間中、パージガスがダイアフラム弁の座の両側に沿って流れることが達成される限り、いくつかの選択肢が選択されてもよいことが理解されるであろう。弁パージステップの期間中、反応物質供給ポート５０に対する反応物質の供給を遮断することができる。しかしながら、多くの場合、反応物質供給ポート５０に反応物質の連続的なフローを供給し、パージステップの期間中に、反応物質を、弁５３０を通って排出部に向かって流し、反応物質フローステップの期間中に、反応物質を、弁３３０を通って反応器に向かって流すことは好都合となるであろう。さらに、弁パージは、反応物質フローステップの期間中に閉鎖されてもよく、または連続的な弁パージが反応物質フローステップおよび弁パージステップの両方の期間中に供給されてもよい。好ましくは、反応器パージフローおよび排出部パージフローは、全てのステップの期間中に等値で維持される。

４つのポートと２つの分離したガス通路とを含むダイアフラム弁を、弁が閉じた状態で示す図である。 ４つのポートと２つの分離したガス通路とを含むダイアフラム弁を、弁がガス通路間の連通を可能とする開いた状態で示す図ある。 ４つのポートと２つの分離したガス通路とを含む弁を記号で示す図である。 図４（Ａ）は２つの弁を含む本発明の弁アセンブリの基本的実施形態の概略図であり、図４（Ｂ）は３つの弁を含む本発明の弁アセンブリの別の基本的実施形態の概略図である。 本発明の弁アセンブリの実施形態を記号で示す図である。 単一の弁本体に組み込まれた３つの弁を含む本発明の弁アセンブリの別の実施形態を記号で示す図である。 図６の弁アセンブリを含む反応物質供給システムの例を示す図である。 図８（Ａ）は本発明の弁アセンブリの実施形態の側面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の弁アセンブリの正面図であり、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の弁アセンブリの平面図である。 図９（Ａ）は共通のヒータ本体に並行して搭載された３つの弁アセンブリの組み合わせの平面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の組み合わせの正面図である。 切断面線Ａ−Ａに沿った図９（Ａ）の組み合わせの断面図である。 図１１（Ａ）は流体物質フロー状態における図６の弁アセンブリの概略図であり、図１１（Ｂ）はパージ状態における図１１（Ａ）の弁アセンブリの概略図である。

符号の説明

１０ 弁
１２ 弁本体
２０ 膜
２２ 弁座
２４ アクチュエータ
２５ ビーム
２６，２８ 空間
３０ 第１ポート
３１，３３，３５，３７ 流体溝
３２ 第２ポート
３４ 第３ポート
３６ 第４ポート

Claims (16)

1. 反応器に反応ガスをパルス的に供給するガス供給システムであって、
   第１および第２ポート（３０，３２）間の第１流体通路（３１０）と第３および第４ポート（３４，３６）間の第２流体通路（３２０）とを有する４ポートダイアフラム弁（３００）である第１弁であって、弁の閉じた状態において流体通路が分離され、開放状態において２つの流体通路が互いに連通するように、これらの流体通路は、分離可能であり、弁座（２２）に隣接する両側の空間に連通している第１弁と、
   第１ポート（３０）に接続される反応物質の供給部と、
   第２ポート（３２）に接続されるパージガスの供給部と、
   第３ポート（３４）に接続されるパージガスの供給部と、
   前記反応器に対する接続のために配列される第４ポート（３６）と、
   開放状態において第１ポート（３０）を排出部に流体連通するようにし、閉じた状態において前記流体連通を閉鎖する第２弁（５００）と、を含み、
   反応ガスが反応物質の供給部から、第１ポート（３０）および第４ポート（３６）を介して、反応器に流れるように、第１弁が開放状態であり、第２弁が閉じた状態である反応物質フロー状態が設けられ、
   パージガスが第２ポート（３２）から第１ポート（３０）を介して排出部に流れるように、かつパージガスが第３ポート（３４）から第４ポート（３６）を介して反応器炉に流れるように、第１弁が閉じられ、第２弁が開放状態であるパージ状態が設けられることを特徴とするガス供給システム。
2. 第２弁は、２つの分離可能な流体通路を含む４ポート弁（５００）であり、一方の通路は、反応物質流体通路（５１０）であり、他方の通路は、一端部でパージガスの供給部に連通し、他端部で前記排出部に連通する排出部パージ通路（５２０）であることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
3. パージ供給部と第２ポート（３２）との間における前記接続のためのパージ流体通路（４１０）と、
   前記パージ流体通路の開閉を選択的に切り換える、前記パージ流体通路における第３弁（４３０）と、を含むことを特徴とする請求項１または２記載のガス供給システム。
4. 前記弁（３００，４００，５００）と、反応物質の供給部を第１ポート（３０）に接続する反応物質流体通路（５１０）とが組み込まれた単一の弁本体を有する弁アセンブリを含むことを特徴とする請求項１または２記載のガス供給システム。
5. 前記弁（３００，４００，５００）と、反応物質の供給部を第１ポート（３０）に接続する反応物質流体通路（５１０）と、前記パージ流体通路（４１０）が組み込まれた単一の弁本体を有する弁アセンブリを含むことを特徴とする請求項３記載のガス供給システム。
6. 弁本体は、ヒータを備えることを特徴とする請求項４または５記載のガス供給システム。
7. 請求項４または５記載の複数の弁本体を有する弁アセンブリを含み、弁本体は、前記複数の弁本体の第２流体通路が互いに直接接続されるように、同一方向に並列して搭載されることを特徴とする請求項４または５記載のガス供給システム。
8. 各弁本体において前記排出部パージ通路が延び、前記複数の弁本体の各排出部パージ通路が互いに直接に接続されることを特徴とする請求項７記載のガス供給システム。
9. 前記弁アセンブリを加熱するヒータを含むことを特徴とする請求項８記載のガス供給システム。
10. 前記弁アセンブリを実質的に包含する共通の熱分離外套部をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のガス供給システム。
11. 請求項４〜１０のうちのいずれか１項に記載のガス供給システムに用いるのに適した弁アセンブリ。
12. 請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載のガス供給システムを操作することによるプロセス流体の切換え方法であって、
    第１および第２ポート（３０，３２）間の第１流体通路（３１０）と第３および第４ポート（３４，３６）間の第２流体通路（３２０）とを有する４ポートダイアフラム弁（３００）である第１弁であって、弁の閉じた状態において流体通路が分離され、開放状態において２つの流体通路が互いに連通するように、これらの流体通路は、分離可能であり、弁座（２２）に隣接する両側の空間に連通している第１弁を設けるステップと、
    反応物質を供給するステップと、
    反応物質フローステップの期間中に、前記第１弁（３００）を開放状態で維持するとともに、第１ポート（３０）を介して、前記第１流体通路（３１０）を通って、前記第２流体通路（３２０）に前記反応物質を流すステップと、
    反応物質フローステップの終期に、前記第１弁（３００）を閉鎖するステップと、
    第１弁（３００）の閉じた状態の期間中に、第２流体通路（３２０）を通って、第１弁（３００）の弁座（２２）の反応物質下流側に沿ってパージガスを流すステップと、
    一端部で前記第１流体通路（３１０）の第１ポート（３０）と連通し、他端部で反応物質の供給部に連通する反応物質流体通路（５１０）を設けるステップと、
    開放状態においては第１ポート（３０）に排出部との流体連通をもたらし、閉じた状態においては前記流体連通を遮断する第２弁（５００）を設けるステップと、
    第１弁（３００）の開放状態の期間中に、第２弁（５００）を閉じた状態で維持するステップと、
    第１弁（３００）の閉じた状態の期間中に、第２弁（５００）を開放状態で維持するとともに、パージガスが第１弁（３００）の弁座（２２）の反応物質上流側に沿って流れるように、パージガスを、第２ポート（３２）を介して第１流体通路を通って第１ポート（３０）に、また、反応物質流体通路（５１０）の少なくとも一部を通って排出部に向かって流すステップと、を含むことを特徴とする方法。
13. 前記第２ポート（３２）に連通するパージ流体通路（４１０）を設けるステップと、
    前記パージ流体通路（４１０）の開閉を選択的に切り換える、前記パージ流体通路（４１０）における第３弁（４００）を設けるステップと、
    前記第１弁（３００）の閉じた状態において前記第３弁（４００）を開放状態で維持するとともに、パージガスを、前記パージ流体通路（４１０）を通って、また、前記第１流体通路（３１０）を通って前記第２弁（３２）を介して流すステップと、
    前記第１弁（３００）の開放状態で、前記第３弁（４００）を閉じた状態で維持するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記弁（３００，４００，５００）と、前記反応物質流体通路（５１０）と、前記パージ流体通路（４１０）とが組み込まれる単一の弁本体を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の方法。
15. 反応物質を供給するステップが、低蒸気圧の反応物質を供給するステップを含む方法であって、単一の弁本体を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 第２反応物質はまた、請求項１２記載の方法に従って切り換えられ、反応物質および第２反応物質のパルスは、反応器に交互に供給されることを特徴とする請求項１２記載の方法。

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