JP2005180504A - オリフィス部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 オリフィスの孔径精度を保持することができるオリフィス部材を提供すること。
【解決手段】 流路の途中に配管され、その流路をつなぐオリフィス３８を有し流路周りに設けられたシール部に荷重をかけて取り付けられるものであって、シール部とオリフィス３８との間に凹部４３が形成されたオリフィス部材２８。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば半導体製造装置を構成するガス供給流路上に設けられるオリフィス部材に関する。

従来、半導体製造装置の材料ガス反応炉の配管系では、真空発生系配管と反応炉が真空発生器を介して接続されており、真空発生系配管の上流側から不活性ガス（Ｎ2等）が所定の圧力をもって流されると、真空発生器の通過と共にその下流側が真空状態になり、反応炉内の残存ガス（シラン等）が真空引きされる。
反応炉の使用を停止して不活性ガスの供給弁を閉じると真空発生器または反応炉内に下流側より大気が逆流し、真空発生器または反応炉内の残存ガスと大気が反応して生成物を作り、反応炉内を汚染させてしまったり真空発生器の狭い孔に詰まりが生じたり、また反応炉内に材料ガスを供給する弁にまで逆流し、弁を汚染させたりすることがあった。このため従来から微少流量のガスを常時下流側に流し、反応炉内やガス供給弁に大気や他の材料ガスが逆流しないようにする定流量リーク弁が、例えば特開平７−３５２４８号公報や特開平８−１４４１５号公報に提案されている。

こうしたリーク弁は、材料ガスを流す流路上の特に弁部付近にオリフィスを形成して定流量リーク弁として構成されているが、このほかにも別流路から供給されたパージガスをその別流路上にオリフィスを設けて、大材料ガスの流路上に微少流量だけ常時流すようにする構成のものもある。その場合、当該別流路を構成するパージガス配管を材料ガス供給弁に接続するための継手部にシールを兼ねたオリフィス板が取り付けられ、そこに形成されたオリフィスが流路上に設けられる。すなわち、オリフィス板を取り付けるだけで、前記公報に開示されている定流量リーク弁とすることなく、常時微少流量のパージガスを流すことができるようになっている。
特開平７−３５２４８号公報（第３頁、図１） 特開平８−１４４１５号公報（第３−４頁、図１）

ところでオリフィス板は、微少流量を流すオリフィスの機能とガス漏れを防止するガスケットを備えたシール機能を兼ねているため、シール機能を果たすためには継手を締め込んでつぶすようにして配管の接続部分に取り付けられる。しかしながら、従来のオリフィス板は、こうして取り付けられた場合に精度良く形成されたオリフィスが締め込んでつぶされた際に変形して孔径がくるってしまうことがある。すると、オリフィスの孔径がくるって流路断面積が変化し、供給される微少流量が規定から外れてしまうことになってしまう。特に、このオリフィスの孔径は例えば５０±５μｍと極めて小さいため変形によって生じるズレは大きい。

そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、オリフィスの孔径精度を保持することができるオリフィス部材を提供することを目的とする。

本発明に係るオリフィス部材は、流路の途中に配管され、その流路をつなぐオリフィスを有し流路周りに設けられたシール部に荷重をかけて取り付けられるものであって、前記シール部とオリフィスとの間に凹部が形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明のオリフィス部材は、前記凹部が前記オリフィスを囲むように環状に形成されたものであることを特徴とする。
更に、本発明のオリフィス部材は、前記シール部にはシール部材を配置し、そのシール部材を介して荷重が加えられるものであって、そのシール部材が配置されるシール面がバニシング加工されたものであることを特徴とする。

こうした本発明のオリフィス部材によれば、シール部に応力が作用してそこを起点とした歪みが生じたとしても、その内側にある凹部において応力集中が生じて大きく変形し、オリフィス部材全体に生じる歪みが吸収されるため、更に凹部の内側にあるオリフィスには歪みが伝播されずに孔径をくるわせることはない。

よって本発明は、シール部とオリフィスとの間に凹部を形成した構成としたので、組み付けの際に加わる荷重の歪みによって流路断面積が変化してしまうことがなく、オリフィスの孔径精度を保持するオリフィス部材を提供することが可能となる。特に、オリフィスの全周を囲むように形成することでより効果的に孔径精度の保持が可能となる。
また、本発明は、シール部にシール部材を配置してそのシール部材を介して荷重が加えられるものである場合、そのシール部材が配置されるシール面をバニシング加工するようにしたので、シール面をシール部材に対して硬化し、歪みも生じにくくなる。

次に、本発明に係るオリフィス部材について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のオリフィス部材は、前述した半導体製造装置の材料ガス反応炉の配管系に設けられたガス供給弁に組み込まれるものである。そこで先ずガス供給弁を示しながら以下に説明する。図１及び図２は、それぞれガス供給弁を示した側面図あるいは正面図である。また、図３は図１のＡ−Ａ断面図であり、図４は図１のＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態のガス供給弁１は、図示するように横向きに突き出た入力側パイプ１１と下方に突き出た出力側パイプ１２が弁ブロック１３内に形成された弁を介して連通している。そして、その入力側パイプ１１と出力側パイプ１２との先端には継手がはめ込まれている。弁ブロック１３には出力側パイプ１２に連通する二次側流路１５が上下方向に穿設され、二次側流路１５の上端開口部には弁座１６が設けられている。そして、この弁座１６に対し当接・離間するようにダイアフラム１７が設けられている。ダイアフラム１７は、その周縁部分が保持部材１８によって弁ブロック１３との間で挟み込まれ、弁座１６が位置する中央部分が上下方向に撓むように形成されている。こうしてダイアフラム１７の下方に覆われて形成された弁室１９には、図３に示す二次側流路１５上にある出力側パイプ１２と、図４に示すその弁室１９に連通する一次側流路１４を介して入力側パイプ１１とがつながっている。

筒状の保持部材１８内には押圧ブロック２１が上下方向に摺動可能に挿入されている。この押圧ブロック２１はピストンロッド２２に連結され、ピストン２３の上下動によってダイアフラム１７を弁座１６に対して押圧および離間させるようになっている。このガス供給弁１は、そのピストン２３がシリンダ２４内において上方からスプリング２５によって付勢され、逆にピストンロッド２２に形成されたエア流路２６を通して供給されたエアによって上方に持ち上げられるようになったエアオペレート弁である。そしてこのガス供給弁１は、通常はスプリング２５の付勢力によって押圧ブロック２１を介してダイアフラム１７が弁座１６に当接した状態が維持されるノーマルクローズタイプの弁である。

こうしたガス供給弁１の二次側流路１５には弁ブロック１３に形成されたパージ流路２７が分岐し、オリフィス板２８を介してパージガス供給パイプ３１が延びている。このオリフィス板２８は、図４に示すように先ずパージガス供給パイプ３１が連結されたパージガスブロック３２に対しボルトの締め付けによって一体に固定され、更にその一体になったパージガスブロック３２とともにボルトの締め付けによって弁ブロック１３に対して固定される。ここで図５は、図４に示したオリフィス板２８の拡大断面図であり、図６は更にそのＣ部を拡大した図である。

オリフィス板２８には前述した固定のためのボルトを通す孔３３が形成され、その内側中央に流路が形成されている。流路３５部分にはオリフィス板２８の両面にガスケットを装填する凹部４１，４２が形成され、その外側縁にはリングシール３４を装填する環状の凹みが形成されている。そして、凹部４１，４２の底面はシール面となるため、表面粗さを向上させる他に表面を加工硬化させ耐久性の優れた仕上がり面とすべくローダバニシング加工が施される。
オリフィス板２８に形成された流路３５は、パージガス供給パイプ側からＮＣ旋盤などによって段階的に形成され、凹部の中心に球面状の凹み３６に続いて孔部３７が機械加工される。そして孔部３７は反対側に貫通しないように凹部４２の底面手前で止められ、そしてその未貫通部にオリフィス３８が形成される。

本実施形態の場合、オリフィス板２８の板厚ｔ１が１０ｍｍであり、オリフィス３８が形成される部分の厚さｔ２は０．５ｍｍである。そして、この未貫通部にレーザによって細孔があけられてオリフィス３８が形成される。本実施形態では例えばそのオリフィス３８の孔径は５０±５μｍである。そして、このオリフィスが貫通した凹部４２側には、そのオリフィス３８を中心にして４５°の傾斜で谷形状に形成された環状溝４３が設けられている。すなわち本実施形態ではオリフィス３８がこの環状溝４３に囲まれたその中心に形成されている。そして、その環状溝４３はオリフィス３８の長さよりも深く形成されている。

そこで本実施形態のガス供給弁１では、凹部４１，４２の底面外周の凹みに沿ってリングシール３４がはめ込まれ、ボルトによって図４に示すように弁ブロック１３やパージガスブロック３２とともに組み付けられる。ところで、このリングシール３４を含め弁ブロック１３やオリフィス板２８、パージガスブロック３２は、耐腐食性を考慮してＳＵＳ３１６Ｌが使用されている。従ってボルトによってオリフィス板２８を組み付ける場合、同じ硬さのリングシール３４が押し潰されると、同じようにオリフィス板２８にも応力がかかって歪みが生じることになる。

しかしながら本実施形態のオリフィス板２８は、リングシール３４のある凹部４２の外周部分に応力が作用し、そこを起点として歪みが生じたとしてもオリフィス３８にまでその変形が伝わらない。つまり、凹部４２の外周部分においてオリフィス板２８に荷重が作用すると、その内側にある環状溝４３に応力集中が起こり、そこで大きく変形することにでオリフィス板２８全体に生じる歪みを吸収する。従って、更にその環状溝４３よりも内側にあるオリフィス３８には凹部４２の外周部分から生じた歪みが伝播されないため、そのオリフィス３８の孔径がくるってしまうことが回避される。また、凹部４２の底面をローラバニシング加工によって表面をリングシール３４に比べて硬化させているので、歪みも生じにくくなっている。

こうしたオリフィス板２８を備えたガス供給弁１は、ピストン２３がスプリング２５に付勢されて下降し、その付勢力がピストンロッド２２及び押圧ブロック２１を介してダイアフラム１７を弁座１６に当接させている。従って、ノーマルクローズタイプのガス供給弁１では、通常は閉弁状態にあるため入力側パイプ１１から流入したガスは弁室１９内に止められ、二次側の出力側パイプ１２へは流れない。
ところで、反応炉の使用を停止して不活性ガスを流すこのガス供給弁１を閉じていると、真空発生器または反応炉内に下流側より大気が逆流し、真空発生器または反応炉内の残存ガスと大気が反応して生成物を作り、反応炉内を汚染させてしまったり真空発生器の狭い孔に詰まりが生じたり、また反応炉内に材料ガスを供給する弁にまで逆流し、弁を汚染させたりすることがある。そのためこのガス供給弁１でも微少流量のパージガスを常時下流側に流し、反応炉内やガス供給弁に大気や他の材料ガスが逆流しないようにする。

パージガスはパージガス供給パイプ３１からオリフィス板２８の流路３５を通り、弁ブロック１３のパージ流路２７から二次側流路１５へと流れる。その際、オリフィス板２８の流路３５ではオリフィス３８を通過するため、二次側流路１５は微少流量となって流れる。そして、本実施形態では前述したようにオリフィス板２８の組み付けに際してオリフィス３８部分に歪みが生じないようにして孔径のくるいを回避しているため、設定通りの流量が二次側流路１５へと流れる。

そして、開弁するときはシリンダ２４上部のポートからエア流路２６に圧縮エアが送り込まれ、それがピストン２３を下方から加圧しスプリング２５の付勢力に抗して押し上げる。それよってピストンロッド２２が上昇し、ダイアフラム１７が押圧ブロック２１を押し上げて上方に撓む。従って、弁座１６からダイアフラム１７が離間して開弁し、入力側パイプ１１からガスは弁室１９内に流入したガスは二次側流路１５へと流れて反応炉へと送り込まれる。一方、エア流路２６から圧縮エアを排気すれば、再びスプリング２５の付勢力によってピストン２３が下降し、ダイアフラム１７が弁座１６に当接して閉弁状態に戻る。そして、オリフィス３８を通った微少流量のパージガスが二次側流路１５へと常時流され、反応炉内に大気や他の材料ガスが逆流しないようにする。

続いて第２実施形態として、図７に示したガスケット機能を備えたオリフィス部材について説明する。このオリフィス板５０は、流路６１，６２の接続部分に設けられたものであり、円盤の中心にはオリフィス５１が形成され、外周には継手６３，６４の突起６５，６６がはまり込んでシールする環状に形成された同じ径のシール溝５３，５４が両面に形成されている。そして、このオリフィス５１とシール溝５３，５４との間には、オリフィス板５０の肉厚を薄くして歪みを吸収するための環状溝５５，５６が同じ径で両面に環状に形成されている。

そこで、図示するようにオリフィス板５０を挟んで継手５１，５２を連結させる場合にには、オリフィス板５０を挟み込む流路６１，６２の軸方向に荷重がかかる。その荷重は、継手５１，５２の突起６５，６６によってオリフィス板５０を押し潰すように両側から作用する。このときその荷重によって、オリフィス板２８に歪みが生じる。
しかしながら本実施形態のオリフィス板５０は、突起６５，６６に押さえ付けられたシール溝５３，５４のある外周部分に応力が作用し、そこを起点として変形が生じたとしてもオリフィス５１にまでその変形が伝わらない。つまり、シール溝５３，５４部分においてオリフィス板５１に荷重が作用すると、その内側にある環状溝５３，５４によって応力集中が起こり、そこで大きく変形することにでオリフィス板５０全体に生じる変形を吸収する。従って、更にその環状溝５３，５４の内側にあるオリフィス５１には外側で生じた変形が伝播されずに、そのオリフィス３８の孔径がくるってしまうことが回避される。

以上、オリフィス部材ついて実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなくその趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

ガス供給弁を示した側面図である。 ガス供給弁を示した正面図である。 第１実施形態のオリフィス部材が示されている図１のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態のオリフィス部材が示されている図１のＢ−Ｂ断面図である。 図４に示したオリフィス板の拡大断面図である。 図５に示したオリフィス板のＣ部を拡大した図である。 第２実施形態のガスケット機能を備えたオリフィス部材を示した断面図である。

符号の説明

１ ガス供給弁
１５ 二次側流路
２７ パージガス流路
２８ オリフィス板
３４ リングシール
３８ オリフィス
４３ 環状溝

Claims (3)

1. 流路の途中に配管され、その流路をつなぐオリフィスを有し流路周りに設けられたシール部に荷重をかけて取り付けられるオリフィス部材において、
   前記シール部とオリフィスとの間に凹部が形成されたものであることを特徴とするオリフィス部材。
2. 請求項１に記載するオリフィス部材において、
   前記凹部は、前記オリフィスを囲むように環状に形成されたものであることを特徴とするオリフィス部材。
3. 請求項１又は請求項２に記載するオリフィス部材において、
   前記シール部にはシール部材を配置し、そのシール部材を介して荷重が加えられるものであって、そのシール部材が配置されるシール面がバニシング加工されたものであることを特徴とするオリフィス部材。

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