JP2010121689A

JP2010121689A - ダイヤフラム弁

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Publication number: JP2010121689A
Application number: JP2008295098A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nishida; 雄一西田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】ダイヤフラム２１の静電破壊をより抑止することができるダイヤフラム弁を提供すること。
【解決手段】ダイヤフラム２１の液体と接触しない側の面に、カーボン等の導電体膜２５を当該ダイヤフラム２１の動きに悪影響を与えない例えば渦巻き形状として形成する。そして、導電体膜２５の外端はダイヤフラム保持部材２２の上面に形成された引き出し用の導電体膜２３に接続し、この引き出し用の導電体膜２３に接地用の導電体膜２４が接続され、当該接地用の導電体膜２４を本体１０の側面に沿って底面まで引き伸ばす。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂等の誘電体からなるダイヤフラムを備えたダイヤフラム弁に関し、特にダイヤフラムへの静電気の蓄積を抑える技術に関する。

半導体製造装置では、基板に対して液処理するレジスト液等の薬液や基板を洗浄するための洗浄液の供給及び停止を行うためにエアオペレートバルブを用いている。このエアオペレートバルブは、バルブ本体と、このバルブ本体に設けられた弁室と、当該弁室へ液体や気体等の流体が流入する流入路及び弁室から流体が流れ出る流出路と、前記弁室内に設けられた弁部及びこの弁部の動きに付随して動くダイヤフラムを備えている。図９はエアオペレートバルブの一部を示しており、９０はダイヤフラム９１の中央部に設けられた弁部、９２はダイヤフラム９１の周縁部を保持する保持部である。そして、エアオペレートバルブは弁部９０及びダイヤフラム９１が弁室の開閉を行うことによって、流体の流れを規制することができる。

薬液供給系において薬液の種類を切り替える場合、一の薬液の供給を停止した後洗浄液を流し、続いてパージガスを流すことにより供給路を乾燥することが行われる。また装置の出荷前や装置を立ち上げる前に配管内部の液体を抜くために長時間パージガスを流す場合がある。こうしたパージガスの通流において、パージガスの流速はかなり大きいために、当該パージガスの気体流と流入路、流出路及び弁室の内壁との摩擦が大きくなる。一方弁室やダイヤフラム９１は発塵しにくい材質であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系の樹脂で構成されていることから、静電気が発生して蓄積される。

ダイヤフラム９１の中央部にはダイヤフラム９１と一体に成形された弁部９０が設けられ、この弁部９０における流体流路の反対側部位には金属製の押圧体３０が取り付けられていて、この押圧体３０が空気圧により弁部９０を押圧することで当該弁部９０が弁座に着座するようになっている。このためダイヤフラム９１に電荷が溜まって、ダイヤフラム９１とこのダイヤフラム近傍の押圧体３０との間の電位差が例えば１０ｋＶ以上になると放電が起こりやすくなり、放電によって前記ダイヤフラム９１にピンホールが開く等の損傷が生じ、この結果ピンホールから液体が漏れ出て、エアオペレートバルブが不良になってしまい、基板の処理に悪影響を及ぼす。このためエアオペレートバルブのメンテナンス頻度を多くしなければならず、ダイヤフラム９１の交換を頻繁に行う必要がある。

一方、特許文献１及び特許文献２にはダイヤフラムを保持する保持部材の近傍に静電気を取り除くための導電性部材を設け、この導電性部材にアース線を取り付けることによって外部へ静電気を逃がす手法が掲載されている。しかし、前記導電性部材はダイヤフラムに直接に接触していないので放電防止を確実にするためにはより工夫が要求される。

特開２００７−２３９９１８特開２００８−１１５８９９

本発明は、このような事情の下になされたものであり、ダイヤフラムの静電破壊を抑止することができるダイヤフラム弁を提供することにある。

本発明のダイヤフラム弁は、
流体の流入路及び流出路が接続された弁室と、
この弁室の内部に設けられ、流体の流れを規制するための弁部と、
前記弁部と共に流体の通流領域を区画するように弁室に設けられた誘電体からなるダイヤフラムと、
このダイヤフラムにおける前記流体と接触しない側の面に当該ダイヤフラムへの静電気の蓄積を抑えるために設けられた導電体膜と、を備えたことを特徴とする。

また、前記導電体膜は渦巻状、メッシュ状または放射状に形成しても良く。また、前記導電体膜はカーボン膜であっても良く。また、前記ダイヤフラム弁は、前記導電体膜を接地するための導電路を設けても良く。また、前記導電路はダイヤフラムの周縁部を保持している部位にて導電体膜に接続されていても良い。

本発明によれば、導電体膜が直接ダイヤフラムの表面に形成されているためダイヤフラムに発生した静電気が導電体膜に引き込まれ、ダイヤフラムにおける電荷の蓄積が抑えられ、ダイヤフラムの静電破壊を低減させることができる。

本発明の実施形態に係るダイヤフラム弁の構成を説明する。図１に示すように、ダイヤフラム弁は外装部をなす筒状の本体１０を有している。この本体１０は上面が開口して有底の下部材１２の上面側に上部材１１を係合させて、後述の弁部を作動させる部品の収納空間を形成し、下部材１２の下部側にベース部材１３を積層して構成される。これら上部材１１、下部材１２及びベース部材１３は例えばテフロン（登録商標）系の樹脂であるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を用いて作製されている。前記ベース部材１３には外部より液体や気体等の流体が流入する流入路１４が接続されており、この流入路１４の先端部位は、下部材１２とベース部材１３及び後述する弁部１６で囲まれる弁室１７に接続されている。また、弁室１７へ流入した流体が外部へ排出できるように流出路１５の一端が当該弁室１７へ接続され、他端は本体１０の外部へ引き回されている。前記流入路１４及び流出路１５に使用される材料には、例えばＰＦＡが用いられる。

弁室１７の内部に設けられた弁部１６は図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上面側が例えばカーボン樹脂等の例えば導電性のある材料からなる導電体膜２０で被膜されている。また、弁部１６の上側部分である軸部は後述する押圧体３０の凹部にはめ込まれて固着されている。そして、弁部１６の下部における周縁部にはダイヤフラム２１の内周縁が取り付けられている。ダイヤフラム２１は誘電体である樹脂（ＰＴＦＥ）で作製され、柔軟性に優れた弾性板である。また、ダイヤフラム２１の厚さは例えば０．１ｍｍ程度である。

前記ダイヤフラムには図２（ｂ）に示すように、流体と接触しない側すなわち上面側にカーボン樹脂等の導電体膜２５が０．０２〜０．０５ｍｍ程度の厚さで形成されている。この導電体膜２５は例えばＰＴＦＥとの一体成形により形成され、例えばその後必要に応じて切削される。また、図２（ｂ）及び図３に示すように、導電体膜２５は前記弁部１６の側面より線状に引き出されて、渦を巻いて外方へ向けて伸びだしている。なお、図３では図示の便宜上ダイヤフラム２１を横に引き伸ばして描いている。このように導電体膜２５を渦巻状に形成すれば、ダイヤフラム２１の柔軟性が損なわれない点で好ましい。また、ダイヤフラム２１の下面側つまり接液面に導電体膜２５を設けない理由は、例えば導電体膜２５をダイヤフラム２１の接液面に設けた場合には、ダイヤフラム２１に発生する静電荷により当該導電体膜２５が負電位になるので液中のイオン分子を引き込んで導電体膜２５の表面に析出物が生じ、この析出物が離脱して基板のパーティクル汚染を引き起こすからである。前記渦巻き状の導電体膜２５の外周縁は、受け渡し用の導電体膜２５ａを介して後述の引き出し用の導電体膜２３に接続されている。

また、ダイヤフラム２１の外周縁は環状のダイヤフラム保持部材２２に保持されている。前記ダイヤフラム保持部材２２は下部材１２の底面とベース部材１３の上面との間に挟まれている。そして、ダイヤフラム保持部材２２の上面及び下面にて中央位置より外方側には引き出し用の導電体膜２３が形成され、当該ダイヤフラム保持部材２２の外側面を介して上面側の導電体膜２３と下面側の導電体膜２３とが接続されている。また、引き出し用の導電体膜２３は下部材１２とベース部材１３の接面から引き出されて、本体１０の側面及び底面に形成された導電体膜２４に接続されている。前記導電体膜２４は図示しないバルブ本体の導電体を介して接地されている。なお、導電体膜２４は例えばカーボンシートでもよく、カーボンフィルムを貼り付けてもよい。また本体１０の側面及び底面の全面に形成されている必要はなく、線状のアース線の形態を取ってもよい。

上部材１１と下部材１２とで囲まれる空間である内部空間３１には押圧体３０が設けられ、この押圧体３０は、上側押圧部材３０ａとこの押圧部材３０ａの下側に位置し、弁部１６の軸部に嵌合している下側部材３０ｂとからなり、上部材１１の上に設けられた付勢手段をなすスプリングバネ３２によって下方へ付勢されている。従って、前述した弁部１６はその下端が弁室１７の底面に接触して流路を遮断している状態となる。なお、押圧体３０は金属で構成され、その表面は図示しない例えばカーボン樹脂によって被膜されている。

前記押圧体３０の下方の環状の空間は調圧空間３１ａとして形成される。この調圧空間３１ａは内部の気圧を調整することによって、押圧体３０を上下に動かす役目を持つものである。そして、調圧空間３１ａには当該空間内へ気体例えば空気を供給して圧力を上昇させるための空気供給部３３が供給管３４を介して接続されており、また調圧空間３１ａ内の空気を排出することによって加圧を解除するための排出吸引部３５が吸引管３６を介して接続されている。前記空気供給部３３からの加圧空気により調圧空間３１ａが加圧されるとスプリングバネ３２の付勢力に抗して押圧体３０を上方へ押し上げ、これにより弁部１６が上方へ移動し、ダイヤフラム弁が開状態となる。そして、調圧空間３１ａの加圧が解除されるとスプリングバネ３２の付勢力により弁部１６が押し下げられて、弁室１７の下面である弁座に接触し、ダイヤフラム弁が閉じた状態となる。

次に、上述の実施形態に係るダイヤフラム弁の作用を説明する。ダイヤフラム弁が閉じた状態で、空気供給部３３が調圧空間３１ａへ空気を供給してゆくと、当該調圧空間３１ａが加圧される。なお、排出吸引部３５から空気の排出は行っていないものとする。そして、調圧空間３１ａの気圧スプリングバネ３２の付勢力と押圧体３０の重量よりも大きくなると図４に示すように、弁部１６が上方へ押し上げられる。これに伴って柔軟性に優れたダイヤフラム２１は上方へ引き伸ばされる。このとき、ダイヤフラム２１の導電体膜２５は、渦巻き状に形成されていることから、バネのように伸縮するために、ダイヤフラム２１の伸縮運動には影響を与えない。以上に述べてきたことにより、ダイヤフラム弁が開き、流体例えばパージガスが流入路１４から、弁室１７内に流入し、流出路１５から流出される。

このとき流入路１４、弁室１７及び流出路１５の内壁とパージガスとにより摩擦が生じ、誘電体の部分この例では樹脂部分である流入路１４、弁室１７、流出路１５及びダイヤフラム２１に静電気（電子４０）が発生し、蓄積されてゆく。そして、図５に示すようにダイヤフラム２１への電子４０の蓄積が増えて、例えば金属製の押圧体３０との電位差が約１０ｋＶを超えると図５中の点線矢印に示すように放電現象（電子の移動）が起こる。ところが、この実施形態ではダイヤフラム２１には導電体膜２５が形成されているので、発生した電子４０は導電体膜２５に引き寄せられ、ダイヤフラム２１内における電子４０の蓄積が抑えられる。このためダイヤフラム２１と押圧体３０との電位差の増大が抑制されて、放電現象が起きずらくなる。また、導電体膜２５に引き寄せられた電子４０は、ダイヤフラム弁の昇降時の空気流によって除去され、あるいは受け渡し導電体膜２５ａを介して導電体膜２４に沿ってバルブ本体１０の底面部よりアースに流れてゆく。なお、バルブ本体は１回の成型で一体成型化で製作する。

上述の実施形態によれば、ダイヤフラム２１に導電体膜２５を形成しているため、既述のようにダイヤフラム２１への静電荷（電子４０）の蓄積が抑えられる。従って、押圧体３０とダイヤフラム２１との間で放電しにくくなり、ダイヤフラム２１にピンホールが形成されるといったトラブルが低減する。この結果、メンテナンス作業の頻度が少なくなり、ダイヤフラム弁の交換に起因するコストの削減が図れる。また、導電体膜２５はダイヤフラム２１における液体の通路とは反対側の面に形成されているので液体中のイオンが導電体膜２５に引き寄せられてパーティクルが発生するおそれもない。以上において、この実施形態のように導電体膜２４を形成して電子４０をアースに流すことが好ましいが、既述のように導電体膜２５に蓄積した電子４０は空気流により自然飽和されるため、必ずしも導電体膜２５を接地しなくてよい。

また、ダイヤフラム２１に形成される導電体膜２５のパターンは図２のパターンに限られるものではなく、図６に示すものであってもよい。図６（ａ）に示す例では、ダイヤフラム２１の表面側に導電体膜２５をメッシュ状に形成している。図６（ｂ）に示す例では、導電体膜２５をスクリュー状に形成しており、このパターンは渦巻状の一形態である。図６（ｃ）に示す例では、導電体膜２５を同心のリング部分と中央から周縁へ向けて放射状に伸びる線状部分とを組み合わせて構成しており、この例は放射状の一形態である。このように導電体膜２５を形成すれば、膜厚が大きくなってもダイヤフラム２１の屈伸動作を妨げる度合いが少ないが、図６（ｄ）に示すようにダイヤフラム２１の表面側の全面に導電体膜２５を形成してもよい。導電体膜２５をダイヤフラム２１の全面に形成せずに一部に形成する場合には、接地ができるように渦巻状、メッシュ状あるいは放射状に形成することが望ましい。

次に、本発明の実施形態に係るダイヤフラム弁を用いたレジスト液供給機構１００の一例を図７に示しておく。この例では圧送ガス供給管１１０を介して例えば窒素がレジスト液供給源１０１に供給され、レジスト液供給源１０１の内部圧力が大きくなり、レジスト液Ｒがバッファタンク１０２へ押し出される。前記バッファタンク１０２内のレジスト液はポンプ１０３の送液動作によりバッファタンク１０２より当該ポンプ１０３を介して、レジストノズル１２４へ送られる。このレジストノズル１２４からはレジスト液Ｒが図示しない塗布装置（ＣＯＴ）内の基板である半導体ウエハへ供給される。図７中１１０、１１４、１１６、１２０は配管である。そして、これら配管に上述のエアオペレートバルブＡＶが介設されており、窒素ガス、空気あるいはレジスト液の給断が行われる。

評価実験
次に、本発明のダイヤフラム弁の効果を確認するために評価実験を行った。試料１としてＰＦＡチューブを使用し、試料２として導体であるカーボンが付いたＰＦＡチューブであるＰＦＡ−ＮＥ（NonExplosion：防爆）チューブを使用した。こられ試料の大きさは夫々外径３/８インチ（１ｍｍ肉厚、外径９．５２×内径７．５２サイズ）であり、試料２の形状はチューブの表面に導体がストライプ状に形成されている。

実験方法については測定する試料より５０ｍｍ離れた位置に表面電位計を配置して、試料１及び試料２に流体である空気を流して、これら試料の表面電位の変化を計測した。また、測定環境は室内温度２５．２℃、室内湿度４５．６０％であった。

以下、測定結果を表１、表２及び図８に示す。表１は試料１の表面電位の変化を示したものであり、表２は試料２の表面電位の変化を示したものである。摩擦発生時点（０秒時点）では表１及び図８より試料１の表面電位は−３３４１（Ｖ）であり、表２及び図８より試料２の表面電位は−１３０５（Ｖ）であることから、試料１と試料２の電位差は−２０３６（Ｖ）であり、試料２は摩擦が発生した時点で電位の絶対値が小さくなっていることがわかる。これは摩擦により発生した静電気が導体に引き寄せられたからである。また、試料１の電位は時間の経過にかかわらず変化しないが、試料２の電位は時間の経過に伴って電位の絶対値が小さくなってゆくことがわかる。これは静電気が導体より空気中へ放出されるためである。以上のことより導体を付けることによって摩擦が発生した時点で電位の差が抑制され、時間の経過に伴って電位差が小さくなることがわかる。
表１

表２

本発明の実施の形態に係るダイヤフラム弁の縦断面図である。前記ダイヤフラム弁内に設けられたダイヤフラムの構成を説明する説明図である。前記ダイヤフラムの縦断面図である。前記ダイヤフラム弁が開いたときの様子を模式的に説明する説明図である。前記ダイヤフラムに電子が蓄積される模式図である。他の実施の形態に係るダイヤフラム弁の構成図である。前記ダイヤフラム弁を組み込んだレジスト液供給機構を模式的に説明する説明図である。評価実験の結果を示したグラフである。従来のダイヤフラム弁の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１４流入路
１５流出路
１６弁部
１７弁室
２１ダイヤフラム
２４導電体膜
２５導電体膜
３０押圧体
３０ａ調圧空間
４０電子

Claims

流体の流入路及び流出路が接続された弁室と、
この弁室の内部に設けられ、流体の流れを規制するための弁部と、
前記弁部と共に流体の通流領域を区画するように弁室に設けられた誘電体からなるダイヤフラムと、
このダイヤフラムにおける前記流体と接触しない側の面に当該ダイヤフラムへの静電気の蓄積を抑えるために設けられた導電体膜と、を備えたことを特徴とするダイヤフラム弁。
前記導電体膜は渦巻状、メッシュ状または放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
前記導電体膜はカーボン膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤフラム弁。
前記導電体膜を接地するための導電路が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のダイヤフラム弁。
前記導電路はダイヤフラムの周縁部を保持している部位にて導電体膜に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のダイヤフラム弁。