JP5369429B2 - 定圧弁の弁構造 - Google Patents

Description

本発明は、流体を汲み上げて循環ラインに供給する第１ダイヤフラムポンプと、循環ラインに供給された流体を加工領域に供給する第２ダイヤフラムポンプと、第１，第２ダイヤフラムポンプの間に設けられて第２ダイヤフラムポンプに供給される流体の供給圧力を一定圧力に減圧する定圧弁とを有して構成される流体供給システムに用いられる定圧弁の弁構造に関する。

ＣＭＰ（Chemical Mechanical PolishingまたはPlanarization）により基板表面を研磨加工するＣＭＰ装置は、加工領域にスラリー（Slurry）を供給し、研磨パッドと基板表面との間でスラリーによる化学的・機械的な研磨作用を生じさせて半導体ウェハ等の基板表面を超精密に平坦化する。ＣＭＰ加工に用いられるスラリーは加工対象に応じて種々のタイプが用いられ、例えばシリカやアルミナ、セリア（酸化セリウムCeO₂）などの砥粒を、界面活性剤や酸化剤等を含む溶液中に均一分散して形成される。

ここで、ＣＭＰ加工用のスラリーに砥粒以外の粒子が混入すると、基板の研磨品質に直接的に影響を与える。そのため、スラリーを圧送するポンプや制御弁などには外部からパーティクルが混入せず、自らの摩耗や損耗等によりパーティクルを発生させない構成のもの（接液部に摺動部を持たないもの）が用いられる。このようなスラリー供給用のポンプとして、駆動部とポンプ室とがダイヤフラムで仕切られたダイヤフラムポンプ（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）が用いられ、圧力制御用の定圧弁として、弁体が２枚のダイヤフラムでハウジング内に支持されたフローティング・ダイヤフラム、ないしＷダイヤフラムと称される形態の定圧弁が用いられる。

半導体製造工場では、複数のＣＭＰ装置にスラリーを供給する循環ラインが形成されており、スラリー貯留タンクに貯留されたスラリーを第１ダイヤフラムポンプにより汲み上げて循環ラインに供給し、この循環ラインとＣＭＰ装置の加工領域との間を繋ぐ供給ラインに設けられた第２ダイヤフラムポンプが、加工プロセスの進捗に応じてスラリーを加工領域に供給するように構成される。第１ダイヤフラムポンプと第２ダイヤフラムポンプとの間には、第１ダイヤフラムポンプに供給されるスラリーの供給圧力を一定圧力に減圧するフローティング・ダイヤフラム型の定圧弁が用いられる。

特開２００５−２１４１１３号公報 特開２００５−２９１０１０号公報

ここで、ダイヤフラムポンプポンプが設けられたラインでは、ダイヤフラムを押し引きして流体を圧送するダイヤフラムポンプの動作メカニズム上から、必然的に圧力変動幅が大きく脈動が発生する。スラリーの供給ラインに設けられた定圧弁は、第１ダイヤフラムポンプにより圧送されてくるスラリーの脈動を吸収するために設けられており、この定圧弁の１次側（入力側）に作用する圧力変動を吸収して１次側圧力よりも低い一定圧に調圧する機能を備えている。

一方、第２ダイヤフラムポンプの吸入工程では第２ダイヤフラムポンプの吸入側管路、すなわち、第２ダイヤフラムポンプと定圧弁との間の供給ラインの圧力が低下する。そのため、第２ダイヤフラムポンプと定圧弁との間の流体容量が少なく、かつ加工領域への供給流量が多いような場合、例えば、加工領域へのスラリーの供給量を第２ダイヤフラムポンプの回転数で制御している場合には、定圧弁の２次側（出力側）の圧力が負圧となる状況が発生する。そして、定圧弁の１次側の圧力が高い状態と２次側が負圧になる状態とが重なると、定圧弁内のダイヤフラムが引き伸ばされて損傷するおそれがある、という課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、２次側の圧力が負圧になるような場合でも、ダイヤフラムが損傷するようなことのない流体供給システム用の定圧弁の弁構造を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、請求項１に記載の発明は、流体を循環ラインに供給する第１ダイヤフラムポンプと、循環ラインと研磨装置の加工領域（例えば、実施形態における研磨加工の加工領域やドレッシング加工領域等）との間を繋ぐ供給ラインに設けられて循環ラインに供給された流体を加工領域に供給する第２ダイヤフラムポンプとを有して構成される流体供給システムにおいて、これらの第１ダイヤフラムポンプと第２ダイヤフラムポンプとの間の供給ラインに設けられて第２ダイヤフラムポンプに供給される流体の供給圧力を操作エア圧に応じた一定圧力に減圧する定圧弁の弁構造である。この定圧弁は、弁体と、この弁体を収容保持するハウジングとを備える。このうち、ハウジングは、第１ハウジング部材と第３ハウジング部材の間に第２ハウジング部材を挟んで一体に組み立てて構成され、内部に中空円筒状の弁体収容室が形成され、第１ハウジング部材に一端が弁体収容室の底部中央に円環状に開口し他端側に第１ダイヤフラムポンプ側の供給ラインが接続される１次側流路、及び一端が弁体収容室の底部側方に開口し他端側に操作エアの供給ラインが接続されるエア流路が形成され、第３ハウジング部材に一端が弁体収容室の上部に開口し他端側に第２ダイヤフラムポンプ側の供給ラインが接続される２次側流路が形成される。一方、弁体は、第２ハウジング部材の内径よりも小さい円盤状の弁板部、弁板部の下面中央に設けられた円筒部、内径が円筒部の外形よりも大きい円環状の固定フランジ部、円筒部の外周部と固定フランジ部の上端内周部との間に形成された小径の円環膜状の第１ダイヤフラム、及び弁板部の外周部から外径方向に形成された大径の円環膜状の第２ダイヤフラムを有し、弁板部および円筒部の中心を上下に貫通する貫通流路が形成される。さらに、弁体は、固定フランジ部が第１ハウジング部材の上面に形成された凹部内に嵌合されることにより第１ハウジング部材に固定され、第１ダイヤフラムおよび円筒部の下側に受圧面積が狭く１次側流路に繋がる１次側流路室を形成し、第２ダイヤフラムの外周縁部が弁体収容室の円筒部に固定されて弁板部の上側に受圧面積が広く２次側流路に繋がる２次側流路室を形成し、弁板部の下面と固定フランジ部との間に第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムにより仕切られてエア流路に繋がるエア室を形成する。そして、１次側流路室に弁体側の貫通流路と同一動軸上に対向して弁板部の上動に応じて１次側流路と貫通流路との間の流路断面積が増大するように構成されたプラグ部材が設けられ、２次側流路室に弁板部が所定量を超えて上動しようとしたときに弁板部の上面と当接して弁板部の上動を規制する上動規制部材（例えば、実施形態におけるストッパリング１４６）が設けられる。また、弁体の下側の受圧面積である、円筒部の下面及び第１ダイヤフラムの下面の合計面積をＡ１とし、弁体の上側の受圧面積である、弁板部の上面及び第２ダイヤフラムの２次側流路室内の合計面積をＡ２としたとき、受圧面積比がＡ１：Ａ２＝１：２０以上に設定されている。

請求項２に記載の発明は、プラグ部材が、貫通流路の内径よりも外径が大きい円柱状に形成され、弁板部が下動したときに貫通流路の下端開口を閉止するとともに貫通流路の周囲の弁体下面を受け止めて弁板部の下動を規制するように構成される。

請求項３に記載の発明は、２次側流路室の圧力が、弁板部が下動してエア室の圧力が上昇したときに操作エアをリリーフして操作エア圧を一定に保つリリーフ機能を備えたレギュレータにより制御されるように構成される。

本発明に係る定圧弁の弁構造では、第２ダイヤフラムポンプ側の供給ラインにつながる定圧弁の２次側流路室に、弁板部が所定量を超えて上動しようとしたときに弁板部の上面と当接して弁板部の上動を規制する上動規制部材が設けられている。上記所定量は、弁板部の移動ストロークに基づいて設定され、弁板部の上動により第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムの少なくともいずれかが引き伸ばされて無理な張力が生じるようなことがないように設定される。従って、本発明に係る定圧弁の弁構造によれば、定圧弁の２次側の圧力が負圧になるような場合でも、ダイヤフラムが損傷するようなことのない流体供給システム用の定圧弁の弁構造を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る弁構造の定圧弁を適用した流体供給システムの一例として、ＣＭＰ装置のスラリー供給システムＳの配管系統図を図２に示しており、まず、この図を参照してスラリー供給システムＳの概要構成について説明する。

スラリー供給システムＳは、大別的に、ＣＭＰ装置にスラリーを循環供給するスラリー循環ライン１と、このスラリー循環ライン１に接続されてＣＭＰ装置の加工領域に導く供給ライン２とからなる。

スラリー循環ライン１には、スラリーの凝固・沈殿を防止するミキシング機構が設けられたスラリー貯留タンク４、スラリー貯留タンク４に貯留されたスラリーを汲み上げてＣＭＰ装置に供給する第１ダイヤフラムポンプ（以下「第１ポンプ」と記載する）５が設けられ、スラリー貯留タンク４と第１ポンプ５の吸入口とがライン１１により接続されている。

一方、ＣＭＰ装置には、スラリー循環ライン１からスラリーの供給を受けるスラリーポートＡ、余剰のスラリーをスラリー循環ライン１に戻すリターンポートＢが設けられ、第１ポンプ５の吐出口とスラリーポートＡがライン１２により接続され、リターンポートＢとスラリー貯留タンク４がライン１６により接続されている。またＣＭＰ装置内において、スラリーポートＡに繋がるライン１３が分岐してリターンポートＢに繋がるライン１４が形成されている。

これにより、スラリー貯留タンク４に貯留されたスラリーが、ライン１１を介して第１ポンプ５に汲み上げられ、この第１ポンプ５から吐出されたスラリーがライン１２，１３，１４，１５を通ってスラリー貯留タンク４に戻るスラリー循環ライン１が構成される。そして、ＣＭＰ装置の主電源がオン状態のときに第１ポンプ５が回転駆動され、加工領域での実行内容に拘わらず常時スラリーが循環される。

なお、ＣＭＰ装置には、上述したスラリーポートＡ、リターンポートＢのほか、図示省略する純水ラインから純水の供給を受ける純水ポートＣ、クリーンエア供給ラインからエアの供給を受けるエアーポートＤが設けられている。

供給ライン２は、スラリー循環ライン１とＣＭＰ装置の研磨加工部ＰＡとの間、より具体的には、ライン１３と、研磨ヘッド３の先端に設けられてウェハ等の基板に対して相対回転される研磨パッド６の中心部との間を繋いで設けられる。供給ライン２には、ライン１３に供給されたスラリーを研磨パッド６に供給する第２ダイヤフラムポンプ（以下、「第２ポンプ」という）３５が設けられるとともに、第１ポンプ５と第２ポンプ３５との間に第２ポンプ３５に供給されるスラリーの供給圧力を、ライン４３を介して供給される操作エア圧に応じた一定圧力に減圧する定圧弁１００が設けられている。

定圧弁１００は、この定圧弁１００の入力ポートに接続されたライン２３を介して、スラリー循環ライン１を構成するライン１３に接続されている。ライン２３には、この流路を開閉するソレノイドバルブ２１が設けられており、スラリー循環ライン１から供給ライン２へのスラリーの供給がオン・オフ制御されるようになっている。また、ライン２３には純水ポートＣに繋がるライン１６が接続されるとともに、このライン１６にソレノイドバルブ２２が設けられており、純水ラインから供給ライン２への純水の供給がオン・オフ制御されるようになっている。すなわち、ソレノイドバルブ２１，２２のオン／オフを切り換え制御することによって、ライン２３よりも下流側の流路のスラリーを純水で洗い流すフラッシングを行えるようになっている。

定圧弁１００の出力ポートはライン２４、スローリーク・ソレノイドバルブ２５、ライン２６を介して研磨ヘッド３内に入り、ソレノイドバルブ３１及びライン３４を介して第２ポンプ３５に繋がっている。研磨ヘッド３には、このスラリーの供給ラインのほか、図示省略する他のスラリー循環ラインから異なる種類のスラリーの供給を受けるポートＥ、及び純水供給ラインが接続されるポートＦが設けられており、それぞれソレノイドバルブ３１，３２を介してライン３４に接続されている。これにより、ソレノイドバルブ３１，３２，３３のオン／オフを切り換え制御することにより、ライン３４を介して研磨加工部に供給するスラリーの種類またはリンス洗浄用の純水を切り換え、またライン３４よりも下流側の流路を純水によりフラッシング可能になっている。

ライン３４は第２ポンプ３５の吸入ポートに接続され、第２ポンプ３５の吐出ポートに接続されたライン３６が研磨パッド６の中心から研磨加工部ＰＡに導かれる。ライン３６には、このライン３６を通るスラリーの流量を検出する流量計３７、研磨パッド６の中心から加工領域ＰＡに吐出されるスラリーの供給圧力を、ライン４６を通って導かれるエアの操作圧力に応じた一定圧に調圧する加圧弁３８が設けられている。

このため、ソレノイドバルブ２１，２５，３１をオン、他のソレノイドバルブをオフとして第２ポンプ３５を作動させると、スラリー循環ライン１に供給されたスラリーが、第２ポンプ３５の作動に応じた流量（例えば第２ポンプ３５が電気モータ駆動の場合にはモータ回転数、エア駆動の倍にはエア流量に応じた流量）で供給ライン２を流下し、研磨パッド６の中心から加工領域ＰＡに供給される。

さて、このように構成されるスラリーの供給システムにあって、定圧弁１００は、図１に流路に沿った代表断面図を示すように、大別的には、弁体１１０と、この弁体１１０を収容保持するハウジング１３０とから構成される。

ハウジング１３０は、第１ハウジング部材１３１と、第２ハウジング部材１３２と、第３ハウジング部材１３３とからなり、これらを組み立てて一体に構成され、内部に中空円筒状の弁体収容室１４０が形成される。第１ハウジング部材１３１には、一端が弁体収容室１４０の底部中央に円環状に開口し他端側にライン２３が接続される１次側流路１３５、一端が弁体収容室１４０の底部側方に開口し他端側にエアの供給ライン４３が接続されるエア流路１３７が形成されている。第３ハウジング部材１３３には、一端が弁体収容室３０の上部に開口し他端側にライン２４が接続される２次側流路１３６が形成されている。第２ハウジング部材１３２及び第３ハウジング部材１３３の下面には、弁体収容室１４０を囲んでＯリング溝が形成されている。第１，第２，第３ハウジング部材１３１，１３２，１３３は、スラリーに対する耐薬品性を考慮しＰＴＦＥ（ポリ・テトラ・フルオロ・エチレン）を用いて形成される。

一方、弁体１１０は、円盤状の弁板部１１１と、この弁板部の中央に下向き凸の円筒状に設けられ中心に上下貫通する貫通流路１１５が形成された円筒部１１２、内径が円筒部１１２の外径よりも大きく外周面に第１ハウジング部材１３１の底部に形成された雌ネジ部と螺合する雄ねじ部が形成された円環状の固定フランジ部１１３、円筒部１１２の下端外周部と固定フランジ部１１３の上端内周部との間に成された小径の円環膜状の第１ダイヤフラム１２１、弁板１１１の外周部から外径方向に開いて形成された大径の円環膜状の第２ダイヤフラム１２２などから構成される。固定フランジ部１１３の下面には、Ｏリングを装着するＯリング溝が形成されている。弁体１１０についても、スラリーに対する耐薬品性を考慮しＰＴＦＥ（ポリ・テトラ・フルオロ・エチレン）を用いて形成される。

弁体１１０は、固定フランジ部１１３のＯリング溝にＯリングを装着して雄ねじ部を第１ハウジング部材１３１の雌ネジ部に螺合固定し、第２ハウジング部材１３２のＯリング溝及び第３ハウジング部材のＯリング溝にＯリングを装着して、第２ダイヤフラム１２２の外周縁部を第２ハウジング部材１３２と第３ハウジング部材１３３との間に挟み込んで固定することにより弁体収容室１４０内に収容保持される。

こうして弁体１１０が弁体収容室１４０に収容保持されると、第１ダイヤフラム１２１の外周縁部が弁体収容室１４０の底部に固定されて第１ダイヤフラム１２１及び円筒部１１２の下側に受圧面積が狭く１次側流路１３５に繋がる１次側流路室１４１が形成され、第２ダイヤフラム１２２の外周縁部が弁体収容室１４０の円筒部に固定されて弁板部１１１の上面側に受圧面積が広く２次側流路１３６に繋がる２次側流路室１４２が形成され、弁板部１１１の下面と固定フランジ部１１３の上面との間に第１ダイヤフラム１２１及び第２ダイヤフラム１２２により仕切られてエア流路１３７に繋がるエア室１４３が形成される。１次側流路室１４１と２次側流路室１４２とは弁体１１０の中央を貫通する貫通流路１１５を介して接続される。

１次側流路室１４１には、貫通流路１１５と同一動軸上に対向して円柱状のプラグ部材１４５が上方に延びて突設されており、弁体収容部１４０における弁板部１１１の高さ位置に応じて１次側流路１３５と貫通流路１１５との間の流路断面積が変化するようになっている。すなわち、弁板部１１１の上動に伴って円筒部１１２とプラグ部材１４５との間隔が拡大し、１次側流路１３５と貫通流路１１５との間の流路断面積が増大するようになっている。

さらに、各図に示す実施例では、プラグ部材１４５の外径が貫通流路１１５の内径よりも大きく上端面が平坦な円柱状に形成し、弁板部１１１が下動されたときにプラグ部材１４５が貫通流路１１５の下端開口を閉止するとともに、円筒部１１２の下面を受け止めて弁体１１０の下動を規制するように構成している。これにより、ハウジング部材に弁板部１１１の下動を規制するための規制部材を別途設けることなく、スラリーの流れ方向と逆方向の圧力が作用して弁板部１１１が下動された場合に第１，第２ダイヤフラム１２１，１２２に無理な力が作用しない保護構造を構成している。

一方、２次側流路室１４２には、弁板部１１１の上面に対向して円環状のストッパリング１４６が下方に延びて形成されている。ストッパリング１４６の高さは、弁板部１１１の上動により第１ダイヤフラム１２１及び第２ダイヤフラム１２２の揺動範囲に基づいて定まる所定量を超えて上動しようとしたときに、弁板部１１１の上面と当接して弁板部１１１の上動を規制するように構成される。すなわち、弁板部１１１が所定量を超えて移動しようとしたときにストッパリング１４６が弁板部１１１の上面を受け止めて弁板部１１１体の上動を規制し、第１ダイヤフラム１２１及び第２ダイヤフラム１２２を無理に引き延ばすような張力が作用しないように構成されている。

ストッパリング１４６は、図１中に付記するIII矢視方向の断面図を図３に示すように、出口側のチューブコネクタと反対側に位置する周壁の一部に切り欠き部が設けられた円環状に形成されており、弁板部１１１の上面を広く均等に支持し、弁板部１１１の傾きに起因して第１，第２ダイヤフラムに不均一な張力が発生しないようになっている。

エア流路１３７に接続される操作エアの供給ライン４３には、エア室１４３の圧力が上昇してライン４３の内圧が上昇したときに、エアをリリーフして操作エア圧を一定に保つリリーフ機能を備えたレギュレータ４５が用いられ、弁板１１１の上下動に拘わらずエア室１４３の圧力が一定に保持されるように構成されている。

次に、以上のように構成される定圧弁１００の作用について、図４〜図６を参照しながら説明する。なお以降の説明にあたって、弁体１１０の下側の受圧面積、具体的には円筒部１１２の下面及び第１ダイヤフラム１２１の下面の合計面積をＡ１、弁体１１０の上側の受圧面積、具体的には弁板部１１１の上面及び第２ダイヤフラム１２２の２次側流路室内の合計面積をＡ２とする。このとき、受圧面積比は、Ａ１：Ａ２＝１：２０以上（Ａ１＜＜Ａ２であり、例えばＡ１：Ａ２＝１：２５程度）に設定され、流れ方向に対して正圧・負圧とも略同一である。また、１次側流路室１４１の圧力（１次側圧力）をＰ１、２次側流路室１４２の圧力（２次側圧力）をＰ２、エア室１４３の圧力（操作エア圧）をＰａとする。力の作用方向は、弁体１１０に上向きに作用する力を正、下向きに作用する力を負とする。

まず、図４に示す、定圧弁１００の調圧作用が機能してスラリーが流れている状態では、力の釣り合いから、Ｐ１＊Ａ１＋Ｐａ＊（Ａ２−Ａ１）−Ｐ２＊Ａ２となり、これをＡ１，Ａ２について整理すると、
（Ｐ１−Ｐａ）＊Ａ１−（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝０・・・・・（１）
が成り立つ。ここで、上記（１）式においてＡ１＜＜Ａ２であることから、Ａ１の項を無視すると（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝０となる。従って、Ａ１の項を考慮してもＰ２≒Ｐａであり、操作エア圧Ｐａをスラリーの目標供給圧Ｐ２とほぼ同圧に設定することでバランスさせることができる。

この状態で１次側圧力Ｐ１が変動した場合、例えば１次側圧力Ｐ１がΔＰ増加すると、スラリーが流れている状態では２次側圧力Ｐ２も同時にΔＰ増加する。するとＡ１＜＜Ａ２であることから、（１）式は、（Ｐ１−Ｐａ）＊Ａ１−（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝Ｆ（Ｆ＜０）となり弁板部１１１が下動する。その結果、１次側流路１３５と貫通流路１１５との間（制御部）の流路断面積が縮小してＰ２≒Ｐａでバランスし、２次側圧力Ｐ２が目標供給圧に定圧制御される。１次側圧力Ｐ１が減少した場合も同様のメカニズムにより定圧制御される。

次に、ソレノイドバルブ３１により定圧弁１００の２次側のラインが閉止され、スラリーが流れていない状態で、１次側から過大な圧力が作用した場合には、上記同様に（１）式において（Ｐ１−Ｐａ）＊Ａ１−（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝Ｆ（Ｆ＜０）となり弁板部１１１が下動する。一方、２次側のラインが閉止された状態では、弁板部１１１が下動して制御部の流路断面積が縮小しても２次側圧力Ｐ２は１次側圧力Ｐ１と同じである。その結果（１）式の力Ｆは負のままであり弁板部１１１が単調下動するが、円筒部１１２の下面がプラグ部材１４５に当接支持され移動規制される（図５を参照）。このため、第１，第２ダイヤフラム１２１，１２２に無理な張力が作用するようなことはなく、安全に保護される。２次側圧力Ｐ２が正圧で、１側圧力Ｐ１が瞬時的に負圧になった場合も同様である。

なお、弁板部１１１の下動によりエア室１４３の容積が減少し操作エア圧Ｐａが上昇するが、操作エア供給用のライン４３に設けたレギュレータ４５はライン４３の内圧が上昇したときに、エアをリリーフして操作エア圧を一定に保つリリーフ機能を備えるため、弁板１１１の上下動に拘わらずエア室１４３の圧力Ｐａが一定に保持される。

一方、１次側圧力Ｐ１が正圧で、２側圧力Ｐ２が負圧になった場合には、Ｐ２＜０のため（１）式における−（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝（Ｐ２＋Ｐａ）＊Ａ２となり、（１）式は、（Ｐ１−Ｐａ）＊Ａ１＋（Ｐ２＋Ｐａ）＊Ａ２＝Ｆ（Ｆ＞０）。その結果、弁板部１１１が単調に上動する。しかし、２次側流路室１４２には、弁板部１１１の上面に対向して円環状のストッパリング１４６が形成されており、弁板部１１１が所定量を超えて移動しようとしたときにストッパリング１４６が弁板部１１１の上面を受け止めて弁板部１１１の上動が規制される（図６を参照）。このため、第１，第２ダイヤフラム１２１，１２２を無理に引き延ばすような張力が作用するようなことはなく、弁体１１０は弁体収容室の上端位置に安全に保持される。

次に、操作エア圧Ｐａが何らかの原因によって２次側圧力Ｐ２を超えて過大圧になった場合、（１）式は、（Ｐ１−Ｐａ）＊Ａ１−（Ｐ２−Ｐａ）＊Ａ２＝Ｆは正の値となり、弁板部１１１が上記同様に単調上動する。例えば、何らかの原因によってレギュレータ４５のブリード孔が閉塞され、レギュレータ４５の調圧機能が阻害された場合に、ライン４３にレギュレータ４５の１次側のライン４２の圧力が作用し、操作エア圧Ｐａが２次側圧力Ｐ２を超える過大圧となる場合が想定される。しかしながら、このような場合でも、弁板部１１１が所定量を超えて移動しようとしたときにストッパリング１４６が弁板部１１１の上面を受け止めて上動を規制し、第１，第２ダイヤフラム１２１，１２２に無理な張力が作用しないように保護する。

従って、以上説明したような定圧弁１１０の弁構造によれば、第１ダイヤフラム１２１及び第２ダイヤフラム１２２により弁体収容室１４０内にフローティング状態で支持された弁体１１０に対して、通常想定される圧力状態を超えた上向きまたは下向きの力が作用した場合であっても、これらのダイヤフラムを無理に引き延ばすような張力が作用するようなことがなく、ダイヤフラムの損傷を抑制して長期信頼性の高いスラリー供給システムを提供することができる。

定圧弁の流路に沿った代表断面図である。 ＣＭＰ装置のスラリー供給システムの配管系統図である。 図１中に付記するIII矢視方向の断面図である。 定圧弁の作用を示す説明図（１）である。 定圧弁の作用を示す説明図（２）である。 定圧弁の作用を示す説明図（３）である。

符号の説明

Ｓ スラリー供給システム
１ スラリー循環ライン（循環ライン）
２ 供給ライン
３ 研磨ヘッド
４ スラリー貯留タンク
５ 第１ダイヤフラムポンプ
６ 研磨パッド
２３ 第１ダイヤフラムポンプ側の供給ライン
２６ 第２ダイヤフラムポンプ側の供給ライン
３５ 第２ダイヤフラムポンプ
４３ エアの供給ライン
４５ レギュレータ
１００ 定圧弁
１１０ 弁体
１３０ ハウジング
１４０ 弁体収容室
１３５ １次側流路
１３７ エア流路
１３６ ２次側流路
１１１ 弁板部
１１５ 貫通流路
１１２ 円筒部
１１３ 固定フランジ部
１２１ 第１ダイヤフラム
１２２ 第２ダイヤフラム
１４１ １次側流路室
１４２ ２次側流路室
１４３ エア室
１４５ プラグ部材
１４６ ストッパリング（上動規制部材）

Claims (3)

1. 流体を循環ラインに供給する第１ダイヤフラムポンプと、前記循環ラインと研磨装置の加工領域との間を繋ぐ供給ラインに設けられて前記循環ラインに供給された流体を前記加工領域に供給する第２ダイヤフラムポンプとを有して構成される流体供給システムにおいて、前記第１ダイヤフラムポンプと前記第２ダイヤフラムポンプとの間の前記供給ラインに設けられて前記第２ダイヤフラムポンプに供給される流体の供給圧力を操作エア圧に応じた一定圧力に減圧する定圧弁の弁構造であって、
   第１ハウジング部材と第３ハウジング部材の間に第２ハウジング部材を挟んで一体に組み立てて構成され、内部に中空円筒状の弁体収容室が形成され、前記第１ハウジング部材に一端が前記弁体収容室の底部中央に円環状に開口し他端側に前記第１ダイヤフラムポンプ側の供給ラインが接続される１次側流路、及び一端が前記弁体収容室の底部側方に開口し他端側に前記操作エアの供給ラインが接続されるエア流路が形成され、前記第３ハウジング部材に一端が前記弁体収容室の上部に開口し他端側に前記第２ダイヤフラムポンプ側の供給ラインが接続される２次側流路が形成されたハウジング部材と、
   前記第２ハウジング部材の内径よりも小さい円盤状の弁板部、前記弁板部の下面中央に設けられた円筒部、内径が前記円筒部の外形よりも大きい円環状の固定フランジ部、前記円筒部の外周部と前記固定フランジ部の上端内周部との間に形成された小径の円環膜状の第１ダイヤフラム、及び前記弁板部の外周部から外径方向に形成された大径の円環膜状の第２ダイヤフラムを有し、前記弁板部および前記円筒部の中心を上下に貫通する貫通流路が形成された弁体とを備え、
   前記弁体は、前記固定フランジ部が前記第１ハウジング部材の上面に形成された凹部内に嵌合されることにより前記第１ハウジング部材に固定され、前記第１ダイヤフラムおよび前記円筒部の下側に受圧面積が狭く前記１次側流路に繋がる１次側流路室を形成し、前記第２ダイヤフラムの外周縁部が前記弁体収容室の円筒部に固定されて前記弁板部の上側に受圧面積が広く前記２次側流路に繋がる２次側流路室を形成し、前記弁板部の下面と前記固定フランジ部との間に前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムにより仕切られて前記エア流路に繋がるエア室を形成し、
   前記１次側流路室に、前記弁体側の前記貫通流路と同一動軸上に対向して前記弁板部の上動に応じて前記１次側流路と前記貫通流路との間の流路断面積が増大するように構成されたプラグ部材が設けられ、
   前記２次側流路室に、前記弁板部が所定量を超えて上動しようとしたときに前記弁板部の上面と当接して前記弁板部の上動を規制する上動規制部材が設けられ、
   前記弁体の下側の受圧面積である、前記円筒部の下面及び前記第１ダイヤフラムの下面の合計面積をＡ１とし、前記弁体の上側の受圧面積である、前記弁板部の上面及び前記第２ダイヤフラムの前記２次側流路室内の合計面積をＡ２としたとき、受圧面積比がＡ１：Ａ２＝１：２０以上に設定されていることを特徴とする定圧弁の弁構造。
2. 前記プラグ部材は、前記貫通流路の内径よりも外径が大きい円柱状に形成され、前記弁板部が下動したときに前記貫通流路の下端開口を閉止するとともに前記貫通流路の周囲の弁体下面を受け止めて前記弁板部の下動を規制するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の定圧弁の弁構造。
3. 前記２次側流路室の圧力が、前記弁板部が下動して前記エア室の圧力が上昇したときに操作エアをリリーフして前記操作エア圧を一定に保つリリーフ機能を備えたレギュレータにより制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定圧弁の弁構造。

Images