JP2820135B2 - バルブ装置及びその制御方法 - Google Patents
バルブ装置及びその制御方法Info
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- JP2820135B2 JP2820135B2 JP27105096A JP27105096A JP2820135B2 JP 2820135 B2 JP2820135 B2 JP 2820135B2 JP 27105096 A JP27105096 A JP 27105096A JP 27105096 A JP27105096 A JP 27105096A JP 2820135 B2 JP2820135 B2 JP 2820135B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ装置及びそ
の制御方法に係り、特に半導体製造装置の気相結晶成長
装置に用いて好適であり、流体の混合あるいは切換の制
御を高精度に行うことで、素子の組成界面制御性すなわ
ち素子の特性及び製造精度を向上させることが可能な技
術に関する。
の制御方法に係り、特に半導体製造装置の気相結晶成長
装置に用いて好適であり、流体の混合あるいは切換の制
御を高精度に行うことで、素子の組成界面制御性すなわ
ち素子の特性及び製造精度を向上させることが可能な技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業やファインケミカルなどの分
野においては、流体、特に気体（ガス）を反応させる際
に、その組成を高精度で制御することがしばしば行われ
る。その際、流量の制御には、質量流量制御器が広く用
いられている。
野においては、流体、特に気体（ガス）を反応させる際
に、その組成を高精度で制御することがしばしば行われ
る。その際、流量の制御には、質量流量制御器が広く用
いられている。
【０００３】しかし、質量流量制御器による制御は、ガ
ス組成を定常的に一定に保つ面では優れているが、ガス
の混合組成をパルス状、ステップ状に切り換えて供給
し、反応させるような系を構成するにあたっては、応答
性（一般に質量流量制御器の応答速度は約１sec 程度）
などの面では不十分である。
ス組成を定常的に一定に保つ面では優れているが、ガス
の混合組成をパルス状、ステップ状に切り換えて供給
し、反応させるような系を構成するにあたっては、応答
性（一般に質量流量制御器の応答速度は約１sec 程度）
などの面では不十分である。
【０００４】例えば半導体製造装置の気相結晶成長装置
によって、界面での組成変化が急峻な結晶接合を形成し
ようとする場合には、ガス組成を急峻に変化させ、切り
換えることが必要となる。このため、図４に示すような
配管システムが採用される。
によって、界面での組成変化が急峻な結晶接合を形成し
ようとする場合には、ガス組成を急峻に変化させ、切り
換えることが必要となる。このため、図４に示すような
配管システムが採用される。
【０００５】この配管システムでは、原料を混合するメ
インラインａと排気を行うベントラインｂとが反応系ラ
インｇと排気系ラインｈとにそれぞれメイン配管ｅとベ
ント配管ｆとによって接続状態に配され、該メインライ
ンａとベントラインｂとに、一定の流量に保たれた原料
ガスラインｃ，ｄが、原料ガス配管ｊ，ｊ…およびバル
ブ１０，１０，…を介在状態として接続される。メイン
ラインａとベントラインｂとには、それぞれ圧力計５，
６が設置され、自動的にガスの圧力を一定に保つよう制
御する自動圧力制御器７，８が配される。
インラインａと排気を行うベントラインｂとが反応系ラ
インｇと排気系ラインｈとにそれぞれメイン配管ｅとベ
ント配管ｆとによって接続状態に配され、該メインライ
ンａとベントラインｂとに、一定の流量に保たれた原料
ガスラインｃ，ｄが、原料ガス配管ｊ，ｊ…およびバル
ブ１０，１０，…を介在状態として接続される。メイン
ラインａとベントラインｂとには、それぞれ圧力計５，
６が設置され、自動的にガスの圧力を一定に保つよう制
御する自動圧力制御器７，８が配される。
【０００６】この配管システムでは、原料ガスライン
ｃ，ｄから供給されるガスを、バルブ１０，１０，…を
組み合わせて制御することにより、メインラインａやベ
ントラインｂに合流させ、あるいは切り換えて目的の混
合組成のガスを形成し、反応系ラインｇへ導入する。
ｃ，ｄから供給されるガスを、バルブ１０，１０，…を
組み合わせて制御することにより、メインラインａやベ
ントラインｂに合流させ、あるいは切り換えて目的の混
合組成のガスを形成し、反応系ラインｇへ導入する。
【０００７】ここで、メイン配管ｅの流量に比べ原料ガ
ス配管ｊの流量は、例えば毎分数ｃｃ程度とされるた
め、特に高精度に制御することが必要となる。
ス配管ｊの流量は、例えば毎分数ｃｃ程度とされるた
め、特に高精度に制御することが必要となる。
【０００８】この場合、そのガス組成制御性能は、バル
ブ１０，１０…の応答速度、タイミング、及びガスの圧
力という制御条件によって決定される。これらの制御条
件うち、バルブ１０，１０，…の応答速度は、数十ｍｓ
ｅｃ程度であるため充分高速な制御が可能であり、タイ
ミングは、電気信号により取られるためそれ以上の制御
性が得られ、ガスの圧力は、圧力計５，６により検出し
たデータによって自動圧力制御器７，８により自動的に
圧力を一定に保つよう制御される。また、特開昭６１−
２８９６２５号公報に示すように、原料ガスラインのバ
ルブを一体構造にすることでガスの急峻な切換性能を向
上させる方法もある。
ブ１０，１０…の応答速度、タイミング、及びガスの圧
力という制御条件によって決定される。これらの制御条
件うち、バルブ１０，１０，…の応答速度は、数十ｍｓ
ｅｃ程度であるため充分高速な制御が可能であり、タイ
ミングは、電気信号により取られるためそれ以上の制御
性が得られ、ガスの圧力は、圧力計５，６により検出し
たデータによって自動圧力制御器７，８により自動的に
圧力を一定に保つよう制御される。また、特開昭６１−
２８９６２５号公報に示すように、原料ガスラインのバ
ルブを一体構造にすることでガスの急峻な切換性能を向
上させる方法もある。
【０００９】このような技術による方法では メイン配
管ｅに原料ガスを混合させる際に、バルブ１０，１０，
…の開閉という機械的移動を必ず伴う必要がある。
管ｅに原料ガスを混合させる際に、バルブ１０，１０，
…の開閉という機械的移動を必ず伴う必要がある。
【００１０】これらの技術では、例えば図５（ａ）に示
すような構造のバルブ１０が採用される。図において、
バルブ１０は、ベース１１がステンレスなどで形成さ
れ、該ベース１１にガスの流路Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、
ベース１１には、流路Ｂに接続される流体入口１１ａと
流路Ａ及び流路Ｃに接続される流体出口１１ｂとの合流
部分に弁室１２と弁座１３が配される。弁室１２内部に
は、硬質プラスチック等で形成されたバルブヘッド１４
が配され、該バルブヘッド１４はバルブ駆動シャフト１
５及びベローズ１６の先端に取り付けられ、これらバル
ブヘッド１４，バルブ駆動シャフト１５，ベローズ１６
は、外部に設置された駆動機構であるアクチュエータ１
７によって上下駆動可能とされる。ベローズ１６は、ベ
ース１１とバルブ駆動シャフト１５とに溶接等により取
り付けられ、アクチュエー夕１７には、例えば空気圧駆
動、電磁駆動などの技術が採用される。
すような構造のバルブ１０が採用される。図において、
バルブ１０は、ベース１１がステンレスなどで形成さ
れ、該ベース１１にガスの流路Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、
ベース１１には、流路Ｂに接続される流体入口１１ａと
流路Ａ及び流路Ｃに接続される流体出口１１ｂとの合流
部分に弁室１２と弁座１３が配される。弁室１２内部に
は、硬質プラスチック等で形成されたバルブヘッド１４
が配され、該バルブヘッド１４はバルブ駆動シャフト１
５及びベローズ１６の先端に取り付けられ、これらバル
ブヘッド１４，バルブ駆動シャフト１５，ベローズ１６
は、外部に設置された駆動機構であるアクチュエータ１
７によって上下駆動可能とされる。ベローズ１６は、ベ
ース１１とバルブ駆動シャフト１５とに溶接等により取
り付けられ、アクチュエー夕１７には、例えば空気圧駆
動、電磁駆動などの技術が採用される。
【００１１】流路Ａから流路Ｃへ流れるガスに対して、
流路Ｂから原料ガスの混入を行うには、バルブ１０の開
閉により行われる。その際、バルブ１０は、図５（ａ）
に示すように、アクチュエー夕１７によりシャフト１５
を駆動しバルブヘッド１４を下降させることにより、絞
り縮小調整状態または閉塞状態とされる。また、バルブ
１０は、図５（ｂ）に示すように、アクチュエータ１７
によりシャフト１５を駆動しバルブヘッド１４を上昇さ
せることにより、絞り拡大調整状態または開放状態とさ
れる。
流路Ｂから原料ガスの混入を行うには、バルブ１０の開
閉により行われる。その際、バルブ１０は、図５（ａ）
に示すように、アクチュエー夕１７によりシャフト１５
を駆動しバルブヘッド１４を下降させることにより、絞
り縮小調整状態または閉塞状態とされる。また、バルブ
１０は、図５（ｂ）に示すように、アクチュエータ１７
によりシャフト１５を駆動しバルブヘッド１４を上昇さ
せることにより、絞り拡大調整状態または開放状態とさ
れる。
【００１２】上述したような構造のバルブ１０を開閉す
る場合、図５（ｂ）に示すように、弁室１２の内部にお
いては、バルブヘッド１４の上下移動およびベローズ１
６の移動により、バルブヘッド１４の移動軌跡にほぼ等
しい容積変動量Ｄが容積変動として生じ、この容積変動
量Ｄは数ｃｃ程度となる。他に、このような構成におい
て、ダイアフラム構造を有するバルブが用いられる場合
があるが、基本的に駆動シャフトの上下移動を伴い、数
ｃｃ程度の容積変動が生じる。
る場合、図５（ｂ）に示すように、弁室１２の内部にお
いては、バルブヘッド１４の上下移動およびベローズ１
６の移動により、バルブヘッド１４の移動軌跡にほぼ等
しい容積変動量Ｄが容積変動として生じ、この容積変動
量Ｄは数ｃｃ程度となる。他に、このような構成におい
て、ダイアフラム構造を有するバルブが用いられる場合
があるが、基本的に駆動シャフトの上下移動を伴い、数
ｃｃ程度の容積変動が生じる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この弁室１２
内部における容積変動の量は原料ガス配管ｊのガス量や
メイン配管ｅのガス量に対して無視できないレベルとな
るため、バルブ１０の流量制御性などに大きく影響し、
圧力などの配管内状態に直接影響が及ぶことになる。こ
の配管内状態に生じる影響としては、図３（ａ）に示す
ように、時刻toにおいて、バルブヘツド１４の上昇によ
りバルブ１０を開く時、弁室１２の容積が瞬間的に容積
変動量Ｄだけ増加することにより、バルブ１０近傍の配
管内に生じるパルス的圧力減少ΔＰと、逆に、時刻tcに
おいて、バルブへッド１４の下降によりバルブ１０を閉
める時、弁室１２の容積が瞬間的に容積変動量Ｄだけ減
少することにより、バルブ１０近傍の配管内に生じるパ
ルス的圧力増加ΔＰとが考えられる。このパルス的圧力
変動ΔＰは、数十ｍTorr程度であり、メイン配管ｅと原
料ガス配管ｊの間に圧力差を生じさせ、この圧力差によ
り、原料ガス切換時にメイン配管ｅから原料ガス配管ｊ
側へガスが吸い込まれたり、逆にメイン配管ｅに原料ガ
スが所定の流量より多く吐き出され、その結果、図３
（ｂ）に示すように、メイン配管ｅの原料濃度がバルブ
１０の開閉を行っている切換点付近において、所定の濃
度に切り替わるまでの間にδt のタイムラグが生じる恐
れがある。このような現象により、従来のバルブ１０で
は原料ガス混合比の高精度制御が困難になり、原料ガス
の混合比が急峻に切り換わらず、その反応によって形成
される結晶などの界面組成の急峻性・制御性が低下し、
目的の性能の素子を形成することが困難になるという事
態が生じる。
内部における容積変動の量は原料ガス配管ｊのガス量や
メイン配管ｅのガス量に対して無視できないレベルとな
るため、バルブ１０の流量制御性などに大きく影響し、
圧力などの配管内状態に直接影響が及ぶことになる。こ
の配管内状態に生じる影響としては、図３（ａ）に示す
ように、時刻toにおいて、バルブヘツド１４の上昇によ
りバルブ１０を開く時、弁室１２の容積が瞬間的に容積
変動量Ｄだけ増加することにより、バルブ１０近傍の配
管内に生じるパルス的圧力減少ΔＰと、逆に、時刻tcに
おいて、バルブへッド１４の下降によりバルブ１０を閉
める時、弁室１２の容積が瞬間的に容積変動量Ｄだけ減
少することにより、バルブ１０近傍の配管内に生じるパ
ルス的圧力増加ΔＰとが考えられる。このパルス的圧力
変動ΔＰは、数十ｍTorr程度であり、メイン配管ｅと原
料ガス配管ｊの間に圧力差を生じさせ、この圧力差によ
り、原料ガス切換時にメイン配管ｅから原料ガス配管ｊ
側へガスが吸い込まれたり、逆にメイン配管ｅに原料ガ
スが所定の流量より多く吐き出され、その結果、図３
（ｂ）に示すように、メイン配管ｅの原料濃度がバルブ
１０の開閉を行っている切換点付近において、所定の濃
度に切り替わるまでの間にδt のタイムラグが生じる恐
れがある。このような現象により、従来のバルブ１０で
は原料ガス混合比の高精度制御が困難になり、原料ガス
の混合比が急峻に切り換わらず、その反応によって形成
される結晶などの界面組成の急峻性・制御性が低下し、
目的の性能の素子を形成することが困難になるという事
態が生じる。
【００１４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 弁室内部の容積変動の減少を図ること。 弁室内部の圧力変動を抑えること。 流体の混合及び切換を急峻に行うことを可能とするこ
と。 流体の流量制御性を向上すること。 バルブの接続されたラインの配管内部における圧力変
動を極力減らすこと。 流体状態の制御を向上させること。
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 弁室内部の容積変動の減少を図ること。 弁室内部の圧力変動を抑えること。 流体の混合及び切換を急峻に行うことを可能とするこ
と。 流体の流量制御性を向上すること。 バルブの接続されたラインの配管内部における圧力変
動を極力減らすこと。 流体状態の制御を向上させること。
【００１５】
【課題を解決するための手段】バルブ装置にあっては、
弁箱と、該弁箱に設けられる流体入口と、流体出口と、
該流体入口と流体出口との間に配される弁室と、該弁室
の内部に配される弁座と、該弁座とともに気密を保持す
る弁体と、該弁体に接続される弁棒と、該弁棒を往復移
動させるアクチュエータとを有し、弁体の移動により生
じる弁室の内部の容積変化を相殺する容積補償手段が弁
室内部に配され、該容積補償手段には、弁室の内部に配
される容積補償ヘッドと、該容積補償ヘッドに接続され
る駆動棒と、該駆動棒を駆動するアクチュエータとが配
され、弁体と容積補償ヘッドとの往復移動によってバル
ブ装置が開閉され、弁体の往復移動と容積補償ヘッドの
往復移動とが、弁室内部の空間容積を所定の状態に保持
するように同期して制御される。弁体の往復移動と容積
補償ヘッドの往復移動とが、弁室内部の空間容積を一定
の状態に保持するように同期して制御される。弁体がベ
ローズにより弁箱に接続され、容積補償ヘッドがベロー
ズにより弁箱に接続され、弁棒の移動軸線と駆動棒の移
動軸線とが、直行状態に配される、弁棒と駆動棒とが同
一のアクチュエータにより駆動され、容積補償ヘッドと
弁体との移動軸線が同軸状態とされ、容積補償ヘッドが
弁体の周囲に配される。流体出口が複数分割状態として
配される。弁棒の移動軸線と駆動棒の移動軸線とが、直
交状態に配される技術が選択される。
弁箱と、該弁箱に設けられる流体入口と、流体出口と、
該流体入口と流体出口との間に配される弁室と、該弁室
の内部に配される弁座と、該弁座とともに気密を保持す
る弁体と、該弁体に接続される弁棒と、該弁棒を往復移
動させるアクチュエータとを有し、弁体の移動により生
じる弁室の内部の容積変化を相殺する容積補償手段が弁
室内部に配され、該容積補償手段には、弁室の内部に配
される容積補償ヘッドと、該容積補償ヘッドに接続され
る駆動棒と、該駆動棒を駆動するアクチュエータとが配
され、弁体と容積補償ヘッドとの往復移動によってバル
ブ装置が開閉され、弁体の往復移動と容積補償ヘッドの
往復移動とが、弁室内部の空間容積を所定の状態に保持
するように同期して制御される。弁体の往復移動と容積
補償ヘッドの往復移動とが、弁室内部の空間容積を一定
の状態に保持するように同期して制御される。弁体がベ
ローズにより弁箱に接続され、容積補償ヘッドがベロー
ズにより弁箱に接続され、弁棒の移動軸線と駆動棒の移
動軸線とが、直行状態に配される、弁棒と駆動棒とが同
一のアクチュエータにより駆動され、容積補償ヘッドと
弁体との移動軸線が同軸状態とされ、容積補償ヘッドが
弁体の周囲に配される。流体出口が複数分割状態として
配される。弁棒の移動軸線と駆動棒の移動軸線とが、直
交状態に配される技術が選択される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るバルブ装置及
びその制御方法の第１実施形態を、図面に基づいて説明
する。図１（ａ）ないし図１（ｂ）において、符号２０
はバルブ機構（バルブ）、２１は弁箱（ベース）、２１
ａは流体入口、２１ｂは流体出口、２２は弁室、２３は
弁座、２４は弁体（バルブヘッド）、２５は弁棒（バル
ブ駆動シャフト）、２６はベローズ、２７はアクチュエ
ータ、２８は該容積補償手段である。
びその制御方法の第１実施形態を、図面に基づいて説明
する。図１（ａ）ないし図１（ｂ）において、符号２０
はバルブ機構（バルブ）、２１は弁箱（ベース）、２１
ａは流体入口、２１ｂは流体出口、２２は弁室、２３は
弁座、２４は弁体（バルブヘッド）、２５は弁棒（バル
ブ駆動シャフト）、２６はベローズ、２７はアクチュエ
ータ、２８は該容積補償手段である。
【００１７】図において、バルブ２０は、ベース２１が
ステンレスなどで形成され、該ベース２１にガスの流路
Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、ベース２１には、流路Ｂに接続
される流体入口２１ａと流路Ａ及び流路Ｃに接続される
流体出口２１ｂとの合流部分に弁室２２と弁座２３が配
される。弁室２２内部には、硬質プラスチック等で形成
されたバルブヘッド２４が配され、該バルブヘッド２４
はバルブ駆動シャフト２５及びベローズ２６の先端に取
り付けられ、これらバルブヘッド２４，バルブ駆動シャ
フト２５，ベローズ２６は、外部に設置された駆動機構
であるアクチュエータ２７によって上下駆動可能とされ
る。ベローズ２６は、ベース２１とバルブ駆動シャフト
２５とに溶接等により取り付けられ、アクチュエー夕２
７には、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採用
される。
ステンレスなどで形成され、該ベース２１にガスの流路
Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、ベース２１には、流路Ｂに接続
される流体入口２１ａと流路Ａ及び流路Ｃに接続される
流体出口２１ｂとの合流部分に弁室２２と弁座２３が配
される。弁室２２内部には、硬質プラスチック等で形成
されたバルブヘッド２４が配され、該バルブヘッド２４
はバルブ駆動シャフト２５及びベローズ２６の先端に取
り付けられ、これらバルブヘッド２４，バルブ駆動シャ
フト２５，ベローズ２６は、外部に設置された駆動機構
であるアクチュエータ２７によって上下駆動可能とされ
る。ベローズ２６は、ベース２１とバルブ駆動シャフト
２５とに溶接等により取り付けられ、アクチュエー夕２
７には、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採用
される。
【００１８】さらに、バルブ２０の開閉を行うバルブヘ
ッド２４の近傍に容積補償手段２８が配され、該容積補
償手段２８には、弁室２２の内部に配される容積補償ヘ
ッド２８Ａと、該容積補償ヘッド２８Ａに接続されるベ
ローズ２８Ｂ及び駆動棒２８Ｃと、該駆動棒２８Ｃを駆
動するアクチュエータ２８Ｄとが配され、ベローズ２８
Ｂは、容積補償ヘッド２８Ａ，駆動棒２８Ｃ，ベース２
１とに溶接等によって取り付けられ、アクチュエー夕２
８Ｄには、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採
用される。バルブ駆動シャフト２５の軸線と駆動棒２８
Ｃの軸線とは、互いに直交状態に配される。
ッド２４の近傍に容積補償手段２８が配され、該容積補
償手段２８には、弁室２２の内部に配される容積補償ヘ
ッド２８Ａと、該容積補償ヘッド２８Ａに接続されるベ
ローズ２８Ｂ及び駆動棒２８Ｃと、該駆動棒２８Ｃを駆
動するアクチュエータ２８Ｄとが配され、ベローズ２８
Ｂは、容積補償ヘッド２８Ａ，駆動棒２８Ｃ，ベース２
１とに溶接等によって取り付けられ、アクチュエー夕２
８Ｄには、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採
用される。バルブ駆動シャフト２５の軸線と駆動棒２８
Ｃの軸線とは、互いに直交状態に配される。
【００１９】この容積補償ヘッド２８Ａは、バルブへッ
ド２４と同期して駆動される。バルブ２０を、開放状態
あるいは絞り拡大調整状態とする場合には、図１（ｂ）
に示すように、アクチュエータ２７によりシャフト２５
を駆動しバルブヘッド２４を上昇させ、同時にアクチュ
エー夕２８Ｄにより駆動棒２８Ｃを駆動し容積補償ヘッ
ド２８Ａを弁室２２内に突出する。その結果、バルブヘ
ッド２４の移動により生じた弁室２２内の変動容積量Ｄ
を、容積補償ヘッド２８Ａの移動により補って弁室２２
内部の容積を一定の状態に保持する。また、バルブ２０
を、閉塞状態または絞り縮小調整状態とする場合には、
図１（ａ）に示すように、アクチュエータ２７によりシ
ャフト２５を駆動しバルブヘッド２４を下降させ、同時
にアクチュエー夕２８Ｄにより駆動棒２８Ｃを駆動し容
積補償ヘッド２８Ａを弁室２２内から待避させることに
より、減少した弁室２２内の変動容積量Ｄを補って弁室
２２内部の容積を一定の状態に保持する。
ド２４と同期して駆動される。バルブ２０を、開放状態
あるいは絞り拡大調整状態とする場合には、図１（ｂ）
に示すように、アクチュエータ２７によりシャフト２５
を駆動しバルブヘッド２４を上昇させ、同時にアクチュ
エー夕２８Ｄにより駆動棒２８Ｃを駆動し容積補償ヘッ
ド２８Ａを弁室２２内に突出する。その結果、バルブヘ
ッド２４の移動により生じた弁室２２内の変動容積量Ｄ
を、容積補償ヘッド２８Ａの移動により補って弁室２２
内部の容積を一定の状態に保持する。また、バルブ２０
を、閉塞状態または絞り縮小調整状態とする場合には、
図１（ａ）に示すように、アクチュエータ２７によりシ
ャフト２５を駆動しバルブヘッド２４を下降させ、同時
にアクチュエー夕２８Ｄにより駆動棒２８Ｃを駆動し容
積補償ヘッド２８Ａを弁室２２内から待避させることに
より、減少した弁室２２内の変動容積量Ｄを補って弁室
２２内部の容積を一定の状態に保持する。
【００２０】このバルブ２０の開閉により、例えば流路
Ａから流路Ｃへ流れるガスに対して、流路Ｂからガスの
混入が行われ、その際、バルブ２０の弁室２２の容積が
一定に保持されるため、図６（ａ）に示すように、時刻
toにおいてバルブヘツド２４の上昇によりバルブ２０を
開く時、及び、時刻tcにおいてバルブへッド２４の下降
によりバルブ２０を閉める時、バルブ２０近傍の配管内
にパルス的圧力変動を生じることなく、その結果、図６
（ｂ）に示すように、流路Ｃから流れる混合ガス濃度
を、バルブ２０の開閉を行っている切換点付近において
瞬間的に所定の濃度に切り替えることができる。
Ａから流路Ｃへ流れるガスに対して、流路Ｂからガスの
混入が行われ、その際、バルブ２０の弁室２２の容積が
一定に保持されるため、図６（ａ）に示すように、時刻
toにおいてバルブヘツド２４の上昇によりバルブ２０を
開く時、及び、時刻tcにおいてバルブへッド２４の下降
によりバルブ２０を閉める時、バルブ２０近傍の配管内
にパルス的圧力変動を生じることなく、その結果、図６
（ｂ）に示すように、流路Ｃから流れる混合ガス濃度
を、バルブ２０の開閉を行っている切換点付近において
瞬間的に所定の濃度に切り替えることができる。
【００２１】以下、本発明に係るバルブ装置及びその制
御方法の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。図
２（ａ）ないし図２（ｂ）において、符号３０はバルブ
機構（バルブ）、３１は弁箱（ベース）、３１ａは流体
入口、３１ｂは流体出口、３２は弁室、３３は弁座、３
４は弁体（バルブヘッド）、３５は弁棒（バルブ駆動シ
ャフト）、３６はベローズ、３７はアクチュエータ、３
８は容積補償手段である。
御方法の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。図
２（ａ）ないし図２（ｂ）において、符号３０はバルブ
機構（バルブ）、３１は弁箱（ベース）、３１ａは流体
入口、３１ｂは流体出口、３２は弁室、３３は弁座、３
４は弁体（バルブヘッド）、３５は弁棒（バルブ駆動シ
ャフト）、３６はベローズ、３７はアクチュエータ、３
８は容積補償手段である。
【００２２】図において、バルブ３０は、ベース３１が
ステンレスなどで形成され、該ベース３１にガスの流路
Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、ベース３１には、流路Ｂに接続
される流体入口３１ａと流路Ａ及び流路Ｃに接続される
流体出口３１ｂとの合流部分に弁室３２と弁座３３が配
される。弁室３２内部には、硬質プラスチック等で形成
されたバルブヘッド３４が配され、該バルブヘッド３４
はバルブ駆動シャフト３５及びベローズ３６の先端に取
り付けられ、これらバルブヘッド３４，バルブ駆動シャ
フト３５，ベローズ３６は、外部に設置された駆動機構
であるアクチュエータ３７によって上下駆動可能とされ
る。ベローズ３６は、ベース３１とバルブ駆動シャフト
３５とに溶接等により取り付けられ、アクチュエー夕３
７には、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採用
される。
ステンレスなどで形成され、該ベース３１にガスの流路
Ａ，Ｂ，Ｃが接続され、ベース３１には、流路Ｂに接続
される流体入口３１ａと流路Ａ及び流路Ｃに接続される
流体出口３１ｂとの合流部分に弁室３２と弁座３３が配
される。弁室３２内部には、硬質プラスチック等で形成
されたバルブヘッド３４が配され、該バルブヘッド３４
はバルブ駆動シャフト３５及びベローズ３６の先端に取
り付けられ、これらバルブヘッド３４，バルブ駆動シャ
フト３５，ベローズ３６は、外部に設置された駆動機構
であるアクチュエータ３７によって上下駆動可能とされ
る。ベローズ３６は、ベース３１とバルブ駆動シャフト
３５とに溶接等により取り付けられ、アクチュエー夕３
７には、例えば空気圧駆動、電磁駆動などの技術が採用
される。
【００２３】さらに、バルブ３０の開閉を行うバルブヘ
ッド３４の近傍に容積補償手段３８が配され、該容積補
償手段３８には、弁室３２の内部に位置しバルブヘッド
３４の外周部に円管状に配される容積補償ヘッド３８Ａ
と、該容積補償ヘッド３８Ａに接続されるベローズ３８
Ｂ及び駆動棒３８Ｃとが配され、ベローズ３８Ｂは、容
積補償ヘッド３８Ａ，駆動棒３８Ｃ，ベース３１とに溶
接等によって取り付けられ、容積補償ヘッド３８Ａは、
駆動棒３８Ｃとともにアクチュエー夕３７によって駆動
される。駆動棒３８Ｃの軸線とバルブ駆動シャフト３５
の軸線とは、互いに平行状態にかつ同軸に配される。
ッド３４の近傍に容積補償手段３８が配され、該容積補
償手段３８には、弁室３２の内部に位置しバルブヘッド
３４の外周部に円管状に配される容積補償ヘッド３８Ａ
と、該容積補償ヘッド３８Ａに接続されるベローズ３８
Ｂ及び駆動棒３８Ｃとが配され、ベローズ３８Ｂは、容
積補償ヘッド３８Ａ，駆動棒３８Ｃ，ベース３１とに溶
接等によって取り付けられ、容積補償ヘッド３８Ａは、
駆動棒３８Ｃとともにアクチュエー夕３７によって駆動
される。駆動棒３８Ｃの軸線とバルブ駆動シャフト３５
の軸線とは、互いに平行状態にかつ同軸に配される。
【００２４】この第２実施形態では、容積補償ヘッド３
８Ａがバルブへッド３４と同期して駆動され、バルブ３
０の開閉は第１実施形態と同様に行われる。その際、容
積補償へッド３８Ａがバルブヘッド３４の外周部に円管
状に配置され、バルブヘッド３４と容積補償ヘッド３８
Ａとが近接位置とされることで、更に圧力への影響を押
さえることができる。
８Ａがバルブへッド３４と同期して駆動され、バルブ３
０の開閉は第１実施形態と同様に行われる。その際、容
積補償へッド３８Ａがバルブヘッド３４の外周部に円管
状に配置され、バルブヘッド３４と容積補償ヘッド３８
Ａとが近接位置とされることで、更に圧力への影響を押
さえることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明のバルブ装置及びその制御方法に
よれば、以下の効果を奏する。 （１）弁室の弁体近傍に容積補償手段を配したので、弁
室内部の容積変動及び該容積変動によって生じる圧力変
動を減少することができる。 （２）上記により、流体の混合及び切換を急峻に行うこ
とを可能とすることができ、同時に、流体の流量制御性
を向上することができる。 （３）バルブの接続されたラインの配管内部における圧
力変動を極力減らすことにより、流体状態の制御を向上
させることができ、半導体製造装置の気相結晶成長装置
において製造される素子の組成界面制御性すなわち特性
の向上を図ることができる。
よれば、以下の効果を奏する。 （１）弁室の弁体近傍に容積補償手段を配したので、弁
室内部の容積変動及び該容積変動によって生じる圧力変
動を減少することができる。 （２）上記により、流体の混合及び切換を急峻に行うこ
とを可能とすることができ、同時に、流体の流量制御性
を向上することができる。 （３）バルブの接続されたラインの配管内部における圧
力変動を極力減らすことにより、流体状態の制御を向上
させることができ、半導体製造装置の気相結晶成長装置
において製造される素子の組成界面制御性すなわち特性
の向上を図ることができる。
【図１】 本発明に係るバルブ装置の第１実施形態を示
し、開放状態（ａ）及び閉塞状態（ｂ）を示す断面図で
ある。
し、開放状態（ａ）及び閉塞状態（ｂ）を示す断面図で
ある。
【図２】 本発明に係るバルブ装置の第２実施形態を示
し、開放状態（ａ）及び閉塞状態（ｂ）を示す断面図で
ある。
し、開放状態（ａ）及び閉塞状態（ｂ）を示す断面図で
ある。
【図３】 本発明に係るバルブ構造の近傍における圧力
−時間グラフ、およびガス混合比−時間グラフである。
−時間グラフ、およびガス混合比−時間グラフである。
【図４】 バルブ構造の使用してガス混合、切り替えを
行う配管システムを示す結線図である。
行う配管システムを示す結線図である。
【図５】 従来のバルブを示す断面図である。
【図６】 従来のバルブ構造の近傍における圧力−時間
グラフ、およびガス混合比−時間グラフである。
グラフ、およびガス混合比−時間グラフである。
ａ…メインライン ｂ…ベントライン ｇ…反応系ライン ｈ…排気系ライン ｅ…メイン配管 ｆ…ベント配管 ｃ，ｄ…原料ガスライン ｊ…原料ガス配管 ５，６…圧力計 ７，８…自動圧力制御器 Ａ，Ｂ，Ｃ…流路 Ｄ…変動容積量 １０…バルブ １１…ベース １１ａ…流体入口 １１ｂ…流体出口 １２…弁室 １３…弁座 １４…バルブヘッド １５…バルブ駆動シャフト １６…ベローズ １７…アクチュエータ ２０…バルブ機構（バルブ） ２１…弁箱（ベース） ２１ａ…流体入口 ２１ｂ…流体出口 ２２…弁室 ２３…弁座 ２４…弁体（バルブヘッド） ２５…弁棒（バルブ駆動シャフト） ２６…ベローズ ２７…アクチュエータ ２８…容積補償手段 ２８Ａ…容積補償ヘッド ２８Ｂ…ベローズ ２８Ｃ…駆動棒 ２８Ｄ…アクチュエータ ３０…バルブ機構（バルブ） ３１…弁箱（ベース） ３１ａ…流体入口 ３１ｂ…流体出口 ３２…弁室 ３３…弁座 ３４…弁体（バルブヘッド） ３５…弁棒（バルブ駆動シャフト） ３６…ベローズ ３７…アクチュエータ ３８…容積補償手段 ３８Ａ…容積補償ヘッド ３８Ｂ…ベローズ ３８Ｃ…駆動棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16K 1/00 F16K 51/00 C23C 16/44 H01L 21/205
Claims (11)
- 【請求項１】 弁箱（２１，３１）内部の弁室（２２，
３２）に配される弁座（２３，３３）と、該弁座を開閉
する弁体（２４，３４）と、該弁体に接続され弁座の開
閉を行うアクチュエータ（２７，３７）とを有し、弁体
の移動により生じる弁室の内部の容積変化を相殺する容
積補償手段（２８，３８）が弁室内部に配されることを
特徴とするバルブ装置。 - 【請求項２】 容積補償手段（２８，３８）には、弁室
（２２，３２）の内部に配される容積補償ヘッド（２８
Ａ，３８Ａ）と、該容積補償ヘッドに接続される駆動棒
（２８Ｃ，３８Ｃ）と、該駆動棒を駆動するアクチュエ
ータ（２８Ｄ，３７）とが配されることを特徴とする請
求項１記載のバルブ装置。 - 【請求項３】 弁体（２４，３４）がベローズ（２６，
３６）により弁箱（２１，３１）に接続され、容積補償
ヘッド（２８Ａ，３８Ａ）がベローズ（２８Ｂ，３８
Ｂ）により弁箱に接続されることを特徴とする請求項１
または２記載のバルブ装置。 - 【請求項４】 弁体（２４，３４）と容積補償ヘッド
（２８Ａ，３８Ａ）との往復移動によってバルブ装置
（２０，３０）が開閉され、弁体の往復移動と容積補償
ヘッドの往復移動とが、弁室（２２，３２）内部の容積
を所定の状態に保持するように同期して移動制御される
ことを特徴とする請求項１、２、または３記載のバルブ
装置。 - 【請求項５】 弁体（２４，３４）の往復移動と容積補
償ヘッド（２８Ａ，３８Ａ）の往復移動とが、弁室（２
２，３２）内部の容積を一定の状態に保持するように同
期して制御されることを特徴とする請求項４記載のバル
ブ装置。 - 【請求項６】 弁棒（２５）の移動軸線と駆動棒（２８
Ｃ）の移動軸線とが、直交状態に配されることを特徴と
する請求項１、２、３、４、または５記載のバルブ装
置。 - 【請求項７】 弁棒（３５）の移動軸線と駆動棒（３８
Ｃ）の移動軸線とが、平行状態に配されることを特徴と
する請求項１、２、３、４、または５記載のバルブ装
置。 - 【請求項８】 弁棒（３５）と駆動棒（３８Ｃ）とが同
一のアクチュエータ（３７）により駆動されることを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、または７記載のバ
ルブ装置。 - 【請求項９】 容積補償ヘッド（３８Ａ）と弁体（３
４）との移動軸線が同軸状態とされ、容積補償ヘッドが
弁体の周囲に配されることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、７、または８記載のバルブ装置。 - 【請求項１０】 流体出口（２１ｂ，３１ｂ）が複数分
割状態として弁箱（２１，３１）に配されることを特徴
とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または
９記載のバルブ装置。 - 【請求項１１】 弁体（２４，３４）を弁室（２２，３
２）に対して出没させることにより弁座（２３，３３）
の開閉を行うとともに、弁室内の容積補償手段（２８，
３８）を弁体による弁室の容積の増減と逆方向に出没さ
せて弁室の容積を相殺することを特徴とするバルブ装置
の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27105096A JP2820135B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | バルブ装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27105096A JP2820135B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | バルブ装置及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10122381A JPH10122381A (ja) | 1998-05-15 |
| JP2820135B2 true JP2820135B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=17494713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27105096A Expired - Fee Related JP2820135B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | バルブ装置及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820135B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4567398B2 (ja) * | 2004-08-18 | 2010-10-20 | シーケーディ株式会社 | 薬液弁 |
-
1996
- 1996-10-14 JP JP27105096A patent/JP2820135B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10122381A (ja) | 1998-05-15 |
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