JP2536864B2 - 微少流量調整バルブ - Google Patents
微少流量調整バルブInfo
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- JP2536864B2 JP2536864B2 JP62090095A JP9009587A JP2536864B2 JP 2536864 B2 JP2536864 B2 JP 2536864B2 JP 62090095 A JP62090095 A JP 62090095A JP 9009587 A JP9009587 A JP 9009587A JP 2536864 B2 JP2536864 B2 JP 2536864B2
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Description
本発明は、高真空の下に運転する半導体製造装置や、
各種分析装置などに使用する微少ガス流量調整バルブの
改良に関する。
各種分析装置などに使用する微少ガス流量調整バルブの
改良に関する。
【従来の技術】 近年、半導体製造装置はより高い真空下で運転条件が
運ばれるようになり、これに供給するヘリウム、アルゴ
ン、酸素、各種の有機金属化合物などのガスの供給量
を、微細に調整することガ必要になってきた。 第５図に示すように、高度の真空に保たれている半導
体製造装置Ｄへ、ボンベＢなどの圧力容器からかなりの
圧力をもったガスを供給すると、流量調整バルブＶの前
後で、一次圧および二次圧の間で高い圧力差が生じる。
この高差圧に加えて、装置の運転時に生じる温度差が大
きく、それが反復するという苛酷な条件の下に使用する
ので、流量調整バルブには微少な流量を精密にコントロ
ールする高度の機能と、動作の安定性とが求められる。 そこで、この苛酷な条件を緩和するために、第６図に
示すように流量調整バルブＶの前に減圧室PDを設け、こ
れに一旦ガスを導入してガス圧を亜真空に調整し、流量
調整バルブの一次側に供給することにより高差圧を解消
するなどの手段を講じて来た。これはもとより面倒であ
るから、容器からのガスを直接、半導体製造装置へ導入
できるようにしたい。 従来、微少流量調整バルブとしては、ニードルタイプ
と平面弁体タイプのものとがある。ニードルタイプは、
よく知られているようにニードルとＯ−リングとを組合
せてなるものであり、平面弁体タイプは、第４図に示す
ように、硬質の金属でつくった平滑な平面をもった弁体
と、軟質の金属でつくったリップ状弁座とを組合せてな
るものである。 ニードルタイプのバルブは、ニードルとＯ−リングと
がこすれてホコリが出るという欠点があり、半導体製造
装置の一部としては使用に限界がある。平滑平面弁体を
もったバルブにおいては、硬質金属の弁体に押圧されて
軟質金属の弁座が変形し、相手になじんだ形状をとるの
で、微少な調整ができる。しかし変形が進むと流量が変
化するし、完全につぶれてしまうという面圧が低下して
リークが生じるから、耐用期間が短い。
運ばれるようになり、これに供給するヘリウム、アルゴ
ン、酸素、各種の有機金属化合物などのガスの供給量
を、微細に調整することガ必要になってきた。 第５図に示すように、高度の真空に保たれている半導
体製造装置Ｄへ、ボンベＢなどの圧力容器からかなりの
圧力をもったガスを供給すると、流量調整バルブＶの前
後で、一次圧および二次圧の間で高い圧力差が生じる。
この高差圧に加えて、装置の運転時に生じる温度差が大
きく、それが反復するという苛酷な条件の下に使用する
ので、流量調整バルブには微少な流量を精密にコントロ
ールする高度の機能と、動作の安定性とが求められる。 そこで、この苛酷な条件を緩和するために、第６図に
示すように流量調整バルブＶの前に減圧室PDを設け、こ
れに一旦ガスを導入してガス圧を亜真空に調整し、流量
調整バルブの一次側に供給することにより高差圧を解消
するなどの手段を講じて来た。これはもとより面倒であ
るから、容器からのガスを直接、半導体製造装置へ導入
できるようにしたい。 従来、微少流量調整バルブとしては、ニードルタイプ
と平面弁体タイプのものとがある。ニードルタイプは、
よく知られているようにニードルとＯ−リングとを組合
せてなるものであり、平面弁体タイプは、第４図に示す
ように、硬質の金属でつくった平滑な平面をもった弁体
と、軟質の金属でつくったリップ状弁座とを組合せてな
るものである。 ニードルタイプのバルブは、ニードルとＯ−リングと
がこすれてホコリが出るという欠点があり、半導体製造
装置の一部としては使用に限界がある。平滑平面弁体を
もったバルブにおいては、硬質金属の弁体に押圧されて
軟質金属の弁座が変形し、相手になじんだ形状をとるの
で、微少な調整ができる。しかし変形が進むと流量が変
化するし、完全につぶれてしまうという面圧が低下して
リークが生じるから、耐用期間が短い。
本発明の目的は、高差圧かつ温度変化の大きい苛酷な
条件下に使用しても耐久力があり、安定した性能を保
ち、かつ微細な流量制御が可能な、真空用の微少ガス流
量調整バルブを提供することにある。
条件下に使用しても耐久力があり、安定した性能を保
ち、かつ微細な流量制御が可能な、真空用の微少ガス流
量調整バルブを提供することにある。
本発明の微少流量調整バルブは、ステムの先端にとり
つけた弁体をガスチェンバー底部に設けた筒状の弁座と
組み合わせ、平面弁体と平面弁座との間隙を通してガス
を弁座中央の流路に通過させるバルブにおいて、弁体お
よび弁座を硬質の宝石をもって製造するとともにそれら
の対向する面を平滑面に構成し、弁体を弁座に向って、
使用材質が永久変形を起さない範囲内の力で押圧する押
圧力をステムに対して常に与える付勢手段と、この付勢
手段の与える押圧力に対抗する対抗力をステムに与える
対抗力付与手段とからなり、対抗力を調節することによ
って弁体と弁座との間隙を調整するように構成した駆動
系をそなえたことを特徴とする。
つけた弁体をガスチェンバー底部に設けた筒状の弁座と
組み合わせ、平面弁体と平面弁座との間隙を通してガス
を弁座中央の流路に通過させるバルブにおいて、弁体お
よび弁座を硬質の宝石をもって製造するとともにそれら
の対向する面を平滑面に構成し、弁体を弁座に向って、
使用材質が永久変形を起さない範囲内の力で押圧する押
圧力をステムに対して常に与える付勢手段と、この付勢
手段の与える押圧力に対抗する対抗力をステムに与える
対抗力付与手段とからなり、対抗力を調節することによ
って弁体と弁座との間隙を調整するように構成した駆動
系をそなえたことを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明の具体例を説明する。 バルブ全体の構造は第１図および第２図に縦断面を示
すとおりであって、ガスチェンバーGCに導入されたガス
の微量を、硬質の宝石でつくった平滑面をもつ弁体1Aと
弁座1Bとの間隙を通して流通させる。硬質の宝石で使用
しやすいものの代表は、サファイアである。弁体1Aおよ
び弁座1Bの平滑面は、50nm以下の凹凸に仕上げることが
好ましい。 ガスチェンバーGCは、弁体に自由度をもたせるための
金属（たとえばSUS 304、316L、モネルメタル）ダイア
フラム９により仕切られた空間であって、金属ダイアフ
ラム９はステムの軸方向の微少の移動に対応しつつガス
チェンバーの気密性を保つ。金属ダイアフラム９を貫通
するステムの先端には、弁体支持具を介して弁体をとり
つけてあり、ガスチェンバーの底部に設けた弁座は、気
密に保持するために軟質金属（たとえば金）製のシール
リング７を使用してある。 ８はスタンディングベースであって、真空状態の半導
体製造装置や各種分析装置など、ガスの供給を受ける部
分との結合部であり、真空下にガスの発生が少なく耐食
性がよい金属（たとえばSUS 316L）でつくる。そのほ
かの接ガス部（接ガスケーシングなど）も、同様の材質
で構成する。 駆動系は、対抗力を与える手段として第１図に示した
ものは空気圧システム、第２図に示したものは電磁石を
用いており、付勢手段はともにバネ４である。対抗力付
与手段は、そのほかの方式たとえば電歪式であってもよ
い。 駆動力を弁体1Aに伝えるため、ステム２がある。弁体
1Aには、バネ４で、弁座1Bに押圧する方向の押圧力を付
勢する。この押圧力を調整するために、第１図ではステ
ムに固定されているダイアフラム３に空気圧を加えて、
バネの力に反対の方向の対抗力を生じさせる。エアチェ
ンバー内の空気の圧力を調節することによりこの対抗力
を調整し、弁体の弁座に対する押圧力を所望の強さにす
ることができる。このような空気圧システムを採用する
場合、作動用空気は減圧弁で安定化し、かつ圧力を調整
して使用することが望ましい。第２図では、電磁石10に
電流を流して磁性体11たとえば鉄板を引き寄せ、同様な
対抗力を発生させる。このような電磁式の場合は、供給
電力を安定化電源から出力するのがよい。電磁石の温度
安定性の観点から定電流電源を用い、かつロードセル、
電位量検出器のようなフィードバックループをつくれる
素子を組み込んで、安定した性能を得ることが望まし
い。 上記のような駆動系を用いると、空気圧または電磁石
が加えられないときには、弁体1Aは弁座1Bに永久変形を
起さない範囲内の、すなわち弾性変形の範囲内の圧力を
もって、バネ４により押圧されており、両者は最少の間
隙（良好な平滑面の仕上げが行なわれた場合は数10nm以
内）で接しているから、大きな差圧の下でも、実質上ガ
スのリークのない状態に保たれる。 一方、所望のガス流量に従って、押圧力に対向する力
を加えれば、それに応じて、第３図に示す弁体の平滑面
と弁座の平滑面の形成する間隙が広がり、ガスの流量が
増加する。 金属ダイアフラム９と接ガスケーシング５、弁体支持
具13は、面接触（表面粗さ１μ程度）でガスの洩れを防
いでいる。 ゴム製シールリング12は、軟質金属製のシールリング
７と弁座1Bの間に洩れが生じたときの安全をはかるもの
である。
すとおりであって、ガスチェンバーGCに導入されたガス
の微量を、硬質の宝石でつくった平滑面をもつ弁体1Aと
弁座1Bとの間隙を通して流通させる。硬質の宝石で使用
しやすいものの代表は、サファイアである。弁体1Aおよ
び弁座1Bの平滑面は、50nm以下の凹凸に仕上げることが
好ましい。 ガスチェンバーGCは、弁体に自由度をもたせるための
金属（たとえばSUS 304、316L、モネルメタル）ダイア
フラム９により仕切られた空間であって、金属ダイアフ
ラム９はステムの軸方向の微少の移動に対応しつつガス
チェンバーの気密性を保つ。金属ダイアフラム９を貫通
するステムの先端には、弁体支持具を介して弁体をとり
つけてあり、ガスチェンバーの底部に設けた弁座は、気
密に保持するために軟質金属（たとえば金）製のシール
リング７を使用してある。 ８はスタンディングベースであって、真空状態の半導
体製造装置や各種分析装置など、ガスの供給を受ける部
分との結合部であり、真空下にガスの発生が少なく耐食
性がよい金属（たとえばSUS 316L）でつくる。そのほ
かの接ガス部（接ガスケーシングなど）も、同様の材質
で構成する。 駆動系は、対抗力を与える手段として第１図に示した
ものは空気圧システム、第２図に示したものは電磁石を
用いており、付勢手段はともにバネ４である。対抗力付
与手段は、そのほかの方式たとえば電歪式であってもよ
い。 駆動力を弁体1Aに伝えるため、ステム２がある。弁体
1Aには、バネ４で、弁座1Bに押圧する方向の押圧力を付
勢する。この押圧力を調整するために、第１図ではステ
ムに固定されているダイアフラム３に空気圧を加えて、
バネの力に反対の方向の対抗力を生じさせる。エアチェ
ンバー内の空気の圧力を調節することによりこの対抗力
を調整し、弁体の弁座に対する押圧力を所望の強さにす
ることができる。このような空気圧システムを採用する
場合、作動用空気は減圧弁で安定化し、かつ圧力を調整
して使用することが望ましい。第２図では、電磁石10に
電流を流して磁性体11たとえば鉄板を引き寄せ、同様な
対抗力を発生させる。このような電磁式の場合は、供給
電力を安定化電源から出力するのがよい。電磁石の温度
安定性の観点から定電流電源を用い、かつロードセル、
電位量検出器のようなフィードバックループをつくれる
素子を組み込んで、安定した性能を得ることが望まし
い。 上記のような駆動系を用いると、空気圧または電磁石
が加えられないときには、弁体1Aは弁座1Bに永久変形を
起さない範囲内の、すなわち弾性変形の範囲内の圧力を
もって、バネ４により押圧されており、両者は最少の間
隙（良好な平滑面の仕上げが行なわれた場合は数10nm以
内）で接しているから、大きな差圧の下でも、実質上ガ
スのリークのない状態に保たれる。 一方、所望のガス流量に従って、押圧力に対向する力
を加えれば、それに応じて、第３図に示す弁体の平滑面
と弁座の平滑面の形成する間隙が広がり、ガスの流量が
増加する。 金属ダイアフラム９と接ガスケーシング５、弁体支持
具13は、面接触（表面粗さ１μ程度）でガスの洩れを防
いでいる。 ゴム製シールリング12は、軟質金属製のシールリング
７と弁座1Bの間に洩れが生じたときの安全をはかるもの
である。
上述の構成をもつ本発明により、従来の微少流量調整
バルブの欠点は完全に解消する。すなわち、本発明の微
少流量調整バルブは、弁体および弁座を硬質の宝石製と
することにより対向する面を高度に平滑な面とすること
ができ、平滑な面が向い合って形成する微少の間隙によ
って、ガスのリーク量を最小限に抑えるとともに、流量
を微細に制御することが可能になった。硬質の宝石、代
表的にはサファイアを使用すると、弁体や弁座の表面粗
さを50nm以下にすることが容易であり、かつ使用材質の
弾性変形の範囲内で永久変形させることなく平面弁体と
平面弁座との間隙を調整することが容易であるから、上
記の効果が確実に得られる。 さらに、弁座に軟質金属を使用しないで済むことによ
り耐久性が高まり、安定した性能を長期間維持すること
ができるので、メンテナンスの必要が著しく減少する。 本発明の微少流量調整バルブは、常温におけるリーク
量が１×10-9Atm cc/sec（Heガス）以下であり、閉止時
１×10-9−解放時５×10-7Atm cc/sec（Heガス）で反復
5000サイクル後も、リーク量に変化がない。閉止時以外
の流量調整範囲は５×10-8〜１×10-5Atm cc/sec（Heガ
ス）が得られる。一次側ガスの入力圧が常圧から2kg/cm
2Gまでは流量に変化がなく、閉止時には入力圧力10kg/c
m2Gまで耐える。 本発明のバルブは5000回に及び開閉試験に耐えたの
ち、弁体と弁座にはキズがないことが確認された。これ
は、平面弁座を用いた弾性限界内での動作が有利である
こと示している。
バルブの欠点は完全に解消する。すなわち、本発明の微
少流量調整バルブは、弁体および弁座を硬質の宝石製と
することにより対向する面を高度に平滑な面とすること
ができ、平滑な面が向い合って形成する微少の間隙によ
って、ガスのリーク量を最小限に抑えるとともに、流量
を微細に制御することが可能になった。硬質の宝石、代
表的にはサファイアを使用すると、弁体や弁座の表面粗
さを50nm以下にすることが容易であり、かつ使用材質の
弾性変形の範囲内で永久変形させることなく平面弁体と
平面弁座との間隙を調整することが容易であるから、上
記の効果が確実に得られる。 さらに、弁座に軟質金属を使用しないで済むことによ
り耐久性が高まり、安定した性能を長期間維持すること
ができるので、メンテナンスの必要が著しく減少する。 本発明の微少流量調整バルブは、常温におけるリーク
量が１×10-9Atm cc/sec（Heガス）以下であり、閉止時
１×10-9−解放時５×10-7Atm cc/sec（Heガス）で反復
5000サイクル後も、リーク量に変化がない。閉止時以外
の流量調整範囲は５×10-8〜１×10-5Atm cc/sec（Heガ
ス）が得られる。一次側ガスの入力圧が常圧から2kg/cm
2Gまでは流量に変化がなく、閉止時には入力圧力10kg/c
m2Gまで耐える。 本発明のバルブは5000回に及び開閉試験に耐えたの
ち、弁体と弁座にはキズがないことが確認された。これ
は、平面弁座を用いた弾性限界内での動作が有利である
こと示している。
第１図および第２図は、ともに本発明の微少流量調整バ
ルブの例について、全体の構造を示す縦断面図である。 第３図および第４図は、本発明のバルブと従来のバルブ
とを弁体および弁座の構造に関して比較した断面図であ
って、第３図は本発明のもの、第４図は従来のものを、
それぞれ示す。 第５図および第６図は、真空装置とそこに供給するガス
の源である圧力容器との接続の態様を、概念的に示す図
である。 1A……弁 体 1B……弁 座 ２……ステム ３……ゴム製ダイアフラム ４……バ ネ ５……接ガスケーシング ７……軟質金属製シールリング ８……スタンディングベース ９……金属ダイアフラム 10……電磁石 12……ゴム製シールリング 13……弁体支持具
ルブの例について、全体の構造を示す縦断面図である。 第３図および第４図は、本発明のバルブと従来のバルブ
とを弁体および弁座の構造に関して比較した断面図であ
って、第３図は本発明のもの、第４図は従来のものを、
それぞれ示す。 第５図および第６図は、真空装置とそこに供給するガス
の源である圧力容器との接続の態様を、概念的に示す図
である。 1A……弁 体 1B……弁 座 ２……ステム ３……ゴム製ダイアフラム ４……バ ネ ５……接ガスケーシング ７……軟質金属製シールリング ８……スタンディングベース ９……金属ダイアフラム 10……電磁石 12……ゴム製シールリング 13……弁体支持具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 徹夫 宮城県仙台市向山３−10−12 (72)発明者 堂園 光彦 宮城県泉市高森４−２−327 (56)参考文献 実開 昭55−73676（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】ステムの先端にとりつけた弁体をガスチェ
ンバー底部に設けた筒状の弁座と組み合わせ、平面弁体
と平面弁座との間隙を通してガスを弁座中央の流路に通
過させるバルブにおいて、弁体および弁座を硬質の宝石
をもって製造するとともにそれらの対向する面を平滑面
に構成し、弁体を弁座に向って、使用材質が永久変形を
起さない範囲内の力で押圧する押圧力をステムに対して
常に与える付勢手段と、この付勢手段の与える押圧力に
対抗する対抗力をステムに与える対抗力付与手段とから
なり、対抗力を調節することによって弁体と弁座との間
隙を調整するように構成した駆動系をそなえたことを特
徴とする微少流量調整バルブ。 - 【請求項２】対抗力付与手段が、エアーチェンバーおよ
びダイアフラムからなる空気圧システムであって、ダイ
アフラムはステムに固定されていて、エアーチェンバー
内の圧力を調節して対抗力を調節するものである特許請
求の範囲第１項に記載の微少流量調整バルブ。 - 【請求項３】対抗力付与手段が電磁石であって、そこに
流れる電流を調節して対抗力を調節するものである特許
請求の範囲第１項に記載の微少流量調整バルブ。 - 【請求項４】バルブの弁体および弁座をともにサファイ
ア製とし、その表面アラサを50nm以下にした特許請求の
範囲第１項に記載の微少流量調整バルブ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090095A JP2536864B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 微少流量調整バルブ |
| US07/179,942 US4903938A (en) | 1987-04-13 | 1988-04-11 | Micro flow control valve |
| GB8808736A GB2203522B (en) | 1987-04-13 | 1988-04-13 | Micro-flow control valve. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090095A JP2536864B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 微少流量調整バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63254288A JPS63254288A (ja) | 1988-10-20 |
| JP2536864B2 true JP2536864B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=13988961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62090095A Expired - Fee Related JP2536864B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 微少流量調整バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536864B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7387135B2 (en) * | 2004-12-23 | 2008-06-17 | Mks Instruments, Inc. | Valve assembly having rigid seating surfaces |
| CN100449188C (zh) * | 2006-11-22 | 2009-01-07 | 广州聚能生物科技有限公司 | 一种平面式单向阀 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52108514A (en) * | 1976-03-08 | 1977-09-12 | Keihin Kk | Gas manipulation valve |
| JPS5573676U (ja) * | 1978-11-06 | 1980-05-21 |
-
1987
- 1987-04-13 JP JP62090095A patent/JP2536864B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63254288A (ja) | 1988-10-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |