JPH05106749A - 弁装置 - Google Patents

弁装置

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JPH05106749A
JPH05106749A JP3335798A JP33579891A JPH05106749A JP H05106749 A JPH05106749 A JP H05106749A JP 3335798 A JP3335798 A JP 3335798A JP 33579891 A JP33579891 A JP 33579891A JP H05106749 A JPH05106749 A JP H05106749A
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JP
Japan
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valve
gas
fluid
hole
replacement
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JP3335798A
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Mitsuo Nakamura
光男 中村
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Texas Instruments Japan Ltd
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Texas Instruments Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 弁装置1は、第一の弁部2Aと、第二の弁部
2Bと、両弁部に共通な基体8とを有する。基体の第一
の弁部側には、反応ガス導入孔3に連通する第一の連通
孔4Aと、環状溝16と、環状溝16に連孔するガス排出孔
17とが設けられている。基体の第二の弁部側には、第一
の弁部側の環状溝16に連通する第二の連通孔4Bと、置
換ガス供給孔6に連通する置換ガス導入孔5とが設けら
れている。 【効果】 基体内のガス通路に大気が侵入することが無
く、大気中の水分や塵埃による製品品質の劣化が起らな
い。また、第一、第二の弁部に共通の基体に各ガス通路
を設けているので、これらガス通路の容積を小さくでき
る。従って、第一、第二の通体(反応ガスと置換ガス)
の導通切換え時に前段のガスの残存量を小さくできる。
その結果、ガス置換が短時間で済んで迅速になされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弁装置に関し、更に詳
述すれば、複種類の流体を選択的に導通する弁装置に関
する。
【0002】
【従来技術】半導体工業においては、有毒で爆発性を有
する或いはその他の特殊なガスの雰囲気中で中間製品を
処理する工程が多々在る。その一例を挙げると、半導体
表面に被着した導電性被膜をプラズマエッチングによっ
て所定の配線パターンにパターニングする工程が在り、
この工程では、プラズマエッチング用ガス(反応ガス)
としてテトラフルオロメタン(CF4 )が用いられる。
【0003】プラズマエッチング装置が多数配置された
工場にあっては、共通の配管から分岐する各分岐管を通
して各装置にCF4 ガスを供給するが、これら装置のう
ちの一部の交換やレイアウトの変更等で移動させる場
合、当該分岐管の配管をやり直す必要がある。
【0004】このような場合、当該分岐管中のCF4
スを窒素やアルゴンで置換する必要がある。また、配管
のやり直しのために熔接用ガスとしてのヘリウムやアル
ゴンを当該分岐管に導入する必要があり、前記の置換ガ
スを更に熔接用ガスで置換せねばならない。
【0005】更に、前記の交換や移動等の処置を講ずる
装置のみを操業停止し、その間、他の装置は操業を経続
することが、生産性の観点から要請される。然し、上記
の各条件を満足する方法やこれに使用する弁装置は未だ
知られていない。
【0006】ガスを2方向に選択的に又は同時に導通す
るバルブとして、図14に示す構造のものが知られてい
る。
【0007】このバルブでは、エアシリンダ62A、62B
で駆動する可動弁体61A、61Bを有し、可動弁体61Aが
開きかつ可動弁体61Bが閉じているときに、ガスは一方
の排出口63Aから排出する(実線矢印)。可動弁体61A
が閉じかつ可動弁体61Bが開いているときに、ガスは他
方の排出口63Bから排出する(仮想線矢印)。可動弁体
61A、61Bの双方が開いているときは、ガスは排出口63
A、63Bの双方から排出する。
【0008】このバルブは、導通経路を選択するだけで
あって、ガスの置換は不可能である。
【0009】ガス置換を可能とするバルブとして、図15
に平面図で、図15のXVI −XVI 線断面図である図16に示
す構造のものが市販されている。
【0010】このバルブでは、上流側導通路71Aと下流
側導通路71Bとに分岐管72A、72Bを設け、ガス置換時
にはこれらに別のバルブ73A、73B(図15に仮想線で示
す)を取付けて置換ガスを導入するようにしている。こ
のバルブでは2種類の置換ガス導入を可能としている。
ガス置換時には、可動弁体74を弁座75に接当させて導通
ガスの導通を停止し、バルブ73A、73Bのいずれか一方
を開いて置換ガスを導入する。
【0011】このバルブには次の欠点がある。その一つ
は、導通ガスの導通停止後も分岐管72A、72B及びその
間のガス通路には可成りの量の導通ガスが充満してお
り、これを置換ガスで完全に置換するには時間がかか
る。下流側の分岐管37Bから置換ガスを導入する場合
は、特に長時間を要する。
【0012】欠点の他の一つは、置換ガスの導入を停止
し、可動弁体74を弁座から離間させて導通ガスを再び導
通するとき、その直前に、バルブ73A、73Bを分岐管72
A、72Bから外し、キャップ(図示省略)で閉塞するの
であるが、この作業中に分岐管72A、72Bは大気に開口
するので、此処から大気が侵入する。これにより、大気
中の水分や塵埃が導通ガスに入ることになり、半導体工
業にあっては製品の品質が甚だしく劣化する。
【0013】
【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、流体置換を短時間で行え、大気等の不所
望な流体が侵入することがなく、信頼性の高い弁装置を
提供することを目的としている。
【0014】
【発明の構成】本発明は、第一の流体の導通及び導通停
止をさせる第一の弁部( 例えば後述の第一の弁部2A)
と、第二の流体の導通及び導通停止をさせる第二の弁部
(例えば後述の第二の弁部2B)と、両弁部に共通の基
体(例えば後述の基体8)とを有し、前記基体の前記第
一の弁部側には、前記第一の流体を供給する第一流体供
給部(例えば後述の反応ガス導入孔3)と、前記第二の
流体を導入する第二流体導入部(例えば後述の置換ガス
導入孔5)と、この第二流体導入部に常時連通する流体
排出部(例えば後述のガス排出孔17) とが設けられ、前
記基体の前記第二の弁部側には、前記第二の流体を供給
する第二流体供給部(例えば後述の置換ガス供給孔6)
と、前記第二流体導入部に連通する第二流体導出部(例
えば後述の第二の連通孔4B)とが設けられ、前記第一
及び第二の弁部の操作により、前記第一の流体及び前記
第二の流体のいずれか一方が選択的に導通されるように
構成されている弁装置に係る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。先ず、プ
ラズマエッチング装置に供給するガスの流通回路を図12
によって説明する。
【0016】反応ガスCF4 の供給源41からの主配管42
から多数の分岐管43A、43B、……が分岐し、各分岐管
43A、43B、……の上流側位置に後述の実施例1の弁装
置1又は同実施例2の弁装置21が配設されている。
【0017】各分岐管43A、43B、……の後端はプラズ
マエッチング装置44A、44B、……に接続している。各
弁装置1又は21は第一の弁部2A又は22Aと第二の弁部
2B又は22Bとを有し、第一の弁部2A又は22Aは反応
ガスCF4 の導通及び導通停止を、第二の弁部2B又は
22Bは置換ガスSGの導通及び導通停止を司る。
【0018】プラズマエッチング装置44A、44B、……
のうちのいずれかについて、前述した処置を施すとき
は、その前に、当該プラズマエッチング装置に接続して
いる第一の弁部2A又は22Aを閉じて反応ガスCF4
導入を停止し、次いで第二の弁部2B又は22Bを開いて
置換ガスSGを導入し、ガスの置換を行う。
【0019】当該弁装置以外の弁装置は、通常は第一の
弁部2A又は22Aが開き、第二の弁部2B又は22Bが閉
じていて、反応ガスCF4 が他の各プラズマエッチング
装置に供給される。従って、特定のプラズマエッチング
装置が操業停止している間、他のプラズマエッチング装
置は操業を中断することなく続行できる。
【0020】実施例1 図1は弁装置の部分断面図、図2は図1のII−O−II線
部分断面図、図3は図1の右側から見た一部破砕側面
図、図4は反応ガス導通状態での図1の部分拡大図、図
5は置換ガス導入状態での図1の部分拡大図である。
【0021】弁装置1は、第一の弁部2A、第二の弁部
2B及び両者に共通の基体8を有する。第一の弁部2A
は反応ガスの導通及び導通停止を、第二の弁部2Bは置
換ガスの導通及び導通停止を夫々司る。
【0022】第一の弁部2A、第二の弁部2Bは、夫々
共通の基体8に固定された弁座9A、9B;可動弁体と
してのダイアフラム10A、10B;ダイアフラム押え11
A、11B;ダイアフラム10A、10Bの周縁部を基体8に
固定する環状のダイアフラム固定片12A、12B;基体8
に螺着してこれにダイアフラム固定片12A、12Bを固定
させるスリーブ13A、13B;スリーブ13A、13Bに往復
動可能に螺合しこの往復動によってダイアフラム押え11
A、11Bを往復動させる弁棒14A、14B;及びスリーブ
13A、13Bに螺着したナット15A、15B;を有する。
【0023】基体8には、図12の分岐管43A、43B、…
…に接続する反応ガス導入孔3、反応ガス導入孔3と弁
座8Aの内側とを連通する第一の連通孔4A、第一の連
通孔4Aの周囲に位置する環状溝16、環状溝16に連通す
るガス排出孔17、弁座8Bの内側に位置する置換ガス導
入孔5、弁座8Bの外側に位置して環状溝16に連通する
第二の連通孔4B、及び置換ガス導入孔5に連通する置
換ガス供給孔6が設けられている。
【0024】基体8の側面には、ガス導入孔3に接続
し、分岐管に接続させるための反応ガス供給用の第一の
管継手7A(図2)及びガス排出孔17に接続し、分岐管
に接続させるための第三の管継手7Cが取付けられる。
基体8の上面には、置換ガス供給孔6の先端に接続する
置換ガス供給用の第二の管継手7B(図2)が取付けら
れる。
【0025】反応ガスが導通しているときは、図4に示
すように、第一の弁部2Aの弁棒14Aが上昇し、第二の
弁部2Bの弁棒14Bが弁座9Bの法に位置している。従
って、ダイアフラム10Bは弁座9Bに接当していて置換
ガスは導入されない。他方、ダイアフラム10Aは弁座9
Aから離間し、反応ガスCF4 は、反応ガス導入孔3か
ら第一の連通孔4A、弁座9Aとダイアフラム10Aとの
間の空間18A、及び環状溝16を経由してガス排出孔17か
ら排出する。
【0026】置換ガスを導入するときは、図5に示すよ
うに、第二の弁部2Bの弁棒14Bが図において左方に移
動し、第一の弁部2Aの弁棒14Aが下降している。従っ
て、ダイアフラム10Aは弁座9Aに接当していて反応ガ
スは導入されない。他方、ダイアフラム10Bは弁座9B
から離間し、置換ガスSGは、置換ガス供給孔6、置換
ガス導入孔5、弁座9Bとダイアフラム10Bとの間の空
間18B、及び第二の連通孔4B、環状溝16を経由し、ガ
ス排出孔17から排出する。
【0027】次に、特定のプラズマエッチング装置に対
し、配管をやり直すときのガス供給の手順を図2、図4
及び図5によって説明する。
【0028】先ず、第二の管継手7Bに置換ガス供給用
管(図示省略)を接続し、上記の特定のプラズマエッチ
ング装置の操業を停止する。次に、上記装置の分岐管に
設けられた弁装置1について、図4の状態から第一の弁
部2Aを閉じ、第二の弁部2Bを開いて図5の状態とす
る。この状態で置換ガス導入孔5から置換ガスSGとし
ての窒素(N2 )(又はアルゴン(Ar))を導入す
る。
【0029】置換ガスSGは前述した経路を経てガス排
出孔17から排出する。置換ガスSGの導入により、図4
の状態で弁装置内及びその下流側の分岐管部分に充満し
ていた反応ガスCF4 は、置換ガスによって追出され、
置換ガスSGによって置換される。
【0030】上記の置換が終了したら、第二の弁部2A
を閉じ、第二の管継手7Bに接続している置換ガス供給
用管を外してこれに替えて熔接用ガス供給管(図示省
略)を接続する。次に、第二の弁部2Bを開いて熔接用
ガスWGとしてのヘリウム(He)(又はアルゴン(A
r))を導入し、前記と同様にして熔接用ガスWGで置
換ガスSGを置換したら分岐管の熔接をやり直す。
【0031】熔接が終了したら第二の弁部2Bを閉じ、
第二の管継手7Bに接続している熔接用ガス供給管を外
し、これに替えて再び置換ガス供給用管を接続し、次い
で第二の弁部2Bを開く。そして、前記と同様にして置
換ガスSGで熔接用ガスWGを置換してから第二の弁部
2Bを閉じ、次いで第一の弁部2Aを開いて図4の状態
に戻す。
【0032】その後は第一の管継手7Aを経由して反応
ガスを送り、プラズマエッチングの操業を再開する。第
二の管継手7Bには、前述のように管内のガスを度々置
換、変更するので、T型分岐継手(図示せず)により作
業が終了する迄は置換用ガスの配管と溶接用ガスの配管
との双方を接続しておいて、両方のガスを切替えながら
使用するのが望ましい。それは、大気等の不所望な流体
の侵入をふせぐためである。
【0033】以上のように、本例による弁装置1では、
ガス置換中に大気が侵入する機会が無いので、大気中の
水分や塵埃の侵入による製品品質の劣化が起ることが無
い。
【0034】また、図4の状態から第一の弁部2Aを閉
じた瞬間では、第二の連通孔4B、環状溝16内には反応
ガスが充満しているのであるが、共通の基体8によって
第一、第二の弁部2A、2Bを一体にした構造としてい
るので、上記の反応ガス充満領域の容積が小さくなる。
その結果、図5の状態で反応ガスを置換ガスで置換する
のに要する時間が短時間で済み、操業停止の時間が短縮
されて頗る好都合である。
【0035】また、前回使用した反応ガスや熔接用ガス
の僅かな部分が弁装置内のガス通路の壁面に付着し、こ
れが後段に供給される反応ガスに混入して反応ガスの分
圧が変化するような不都合が起ることも無い。
【0036】次に、弁装置1によってガス置換をするの
に要する時間を実験によって測定した結果について説明
する。
【0037】この実験では、熔接用ガスにヘリウムを、
置換ガスに窒素を使用し、ヘリウムガスを窒素ガスで置
換するときの経過時間と両ガスの量との関係を求めた。
ガスの種類を上記のように選択したのは、実験において
危険な反応ガスの使用を避けるためである。
【0038】ガスの測定には、弁装置1のガス排出孔17
に管継手7Cによって接続された管にサンプリングチュ
ーブを取付け、このサンプリングチューブで採取された
ガスを四重極ガス分析計Qmax MSQ−150 (日本真空
技術社製)で分析し、その出力をパーソナルコンピュー
タを経由して陰極線管に表示すると共に、データを記録
紙に記録させ、プロッタによってグラフ表示させる方法
を採った。
【0039】測定結果は図6に示す通りである。同図に
は、比較のため、2個の市販のストップバルブを図13に
示すように接続してなるバルブアッセンブリ51を使用し
て同様の測定を行った結果を併記してある。
【0040】比較のバルブアッセッブリ51は、第二のス
トップバルブ52Bとサンプリングチューブ55とを接続す
る管53の途中に管54を介して第一のストップバルブ52A
を接続してなっている。そして、第一のストップバルブ
52Aを通してヘリウムガスを、第二のストップバルブ52
Bを通して窒素ガスを導入している。
【0041】図6から解るように、比較のバルブアッセ
ンブリ51ではヘリウムガスの導入を停止し、窒素ガスの
導入を開始した時点から150 秒を経過した時点で、ヘリ
ウムガスは約1×10-6 気圧から1×10-10 気圧に低下
している。これに対し、実施例の弁装置1では、ヘリウ
ムガスの上記と同じ減少が25秒という著しく短い時間に
短縮されている。
【0042】これは、比較のバルブアッセンブリ51では
管53、54中に充満していたヘリウムガスの量が多いのに
対し、実施例の弁装置1では前述したように前段のガス
充満領域の容積が小さいことに起因している。
【0043】図2において、第二の管継手7Bを2個設
け、両者のいずれか一方を三方コックによって選択的に
使用することにより、置換ガス供給管と熔接用ガス供給
管とを着脱する手間を省くことができる。即ち、第二の
管継手の一方には置換ガス供給管を、他方には熔接用ガ
ス供給管を夫々接続しておく。このようにして、操作時
間の短縮を図ることができる。
【0044】図4、図5の第二の連通孔4Bとガス排出
孔17との連通を、第一のダイアフラム10Aの直下で行う
ようにして良い。図7はこのようにした第一のダイアフ
ラム直下の図4と同様の状態での拡大断面図(図8のVI
I −VII 線断面図)、図8は図7のVIII−VIII線断面図
である。
【0045】この変形例では、図4、図5の環状溝16に
替えて置換ガス導通孔19Aと排出ガス導通孔19Bとを第
一の弁座9Aの両側の対称位置に配設し、これら導通孔
を第二の貫通孔4B、ガス排出孔17に夫々連通させる。
基体8の上面には、置換ガス導通孔19Aとガス排出ガス
導出孔19Bとに接続する環状の浅い溝20を設け、浅い環
状溝20と両導通孔19A、19Bとによって第二の貫通孔4
Bとガス排出孔17とを連通させる。
【0046】このようにすると、ガス置換前に使用した
ガスの充満領域の容積が更に小さくなり、ガス置換に要
する時間が一層短縮される。このような変形は、次に述
べる実施例2に対しても同様に適用可能である。
【0047】実施例2 前記実施例1では第一、第二の弁部の開閉を各弁棒の回
転によっているのに対し、この例では上記開閉をエアシ
リンダの駆動によっている。図9は反応ガス導通状態に
おける弁装置の部分断面図、図10は置換ガス導通状態に
おける弁装置の部分断面図、図11は弁装置の底面図であ
る。
【0048】弁装置21は、第一の弁部22A、第二の弁部
22B及び両者に共通の基体28を有する。第一の弁部22A
は反応ガスの導通及び導通停止を、第二の弁部22Bは置
換ガスの導通及び導通停止を夫々司る。
【0049】第二の弁部22Bは、第一の弁部22Aよりも
小型であること及び置換ガス供給孔26が第二の弁部の側
壁からその内部に通じていることが第一の弁部22Aと異
なるだけで、その他は同様であるので、第二の弁部22B
を構成する各部の符号及び説明を省略する。
【0050】第一の弁部22Aは、共通の基体28に固定さ
れた弁座29A、可動弁体としてのダイアフラム30A、ダ
イアフラム30Aに固定された弁座への接当片31A、ダイ
アフラム30Aの周縁部を基体28に固定する環状のダイア
フラム固定片32A、基体28Aに螺着してこれにダイアフ
ラム固定片32Aを固定させるスリーブ33A、弁棒34A、
弁棒34Aを弁座29Aとは逆の方向へ付勢するコイルばね
39A、及び弁棒34Aに接続するピストンロッド40Aaを
有するエアシリンダ40A、を有する。
【0051】基体28には、図12の分岐管43A、43B、…
…に接続する反応ガス導入孔33、反応ガス導入孔33と弁
座28Aの内側とを連通する第一の連通孔24A、第一の連
通孔24Aの周囲に位置する環状溝36、環状溝36に連通す
るガス排出孔37、第二の弁部22B、第二の弁部22Bと環
状溝36とを連通する第二の連通孔24B、置換ガス供給管
(図示省略)を接続するための管継手27B及びガス排出
孔37に接続する管継手27Cが設けられている。
【0052】反応ガスが導通しているときは、図9に示
すように、第一の弁部22Aの弁棒34Aがコイルばね39A
の付勢力によって上昇しており、ダイアフラム30Aが彎
曲して接当片31Aが弁座29Aから離間している。これに
より、反応ガスCF4 は、反応ガス導入孔23から、第一
の連通孔24A、弁座29Aと接当片31Aとの間の空間38
A、及び環状溝36を経由してガス排出孔37から排出す
る。
【0053】置換ガスを導入するときは、図10に示すよ
うに、エアシリンダ40Aの駆動によるピストンロッド40
Aaの下降によって第一の弁部22Aの弁棒34Aがコイル
ばね39Aの付勢力に逆って下降し、ダイアフラム30Aが
略平面状になって接当片31Aが弁座29Aに圧接し、これ
によって反応ガス導通を停止する。
【0054】他方、第二の弁部22Bは図9における第一
の弁部22Aの状態と同様の状態になっている。従って、
図10において、置換ガスSGは、置換ガス導入孔26、第
二の弁部22B内、第二の連通孔24B、及び環状溝36を経
由してガス排出孔37から排出する。
【0055】以上のほかは、前記実施例1におけると異
なるところは無い。
【0056】以上、半導体工業におけるプラズマエッチ
ング工程を例に挙げて本発明の実施例を説明したが、本
発明は他のガス又は液体を使用する工程にも同様に適用
可能である。また、弁装置の構造も、本発明の技術的思
想から外れない範囲で他の適宜の構造とすることができ
る。
【0057】
【発明の効果】本発明に基づく弁装置は、基体の第一の
弁部側には、第一流体供給部と、第二流体導入部と、第
二流体導入部に常時連通する流体排出部とが設けられ、
基体の第二の弁部側には、第二流体供給部と、前記第一
の弁部側の第二流体導入部に連通する第二流体導出部と
が設けられているので、第一、第二の流体の導通切換え
時に外気が流体通路に侵入することが無い。従って、外
気の水分や塵埃等の不所望な成分が侵入せず、流体は常
に清浄であることが保証される。
【0058】また、前記基体は、第一、第二の弁部に共
通であるので、、基体内の流体通路の容積を小さくで
き、第一、第二の流体導通の切換え時に基体内に残存す
る前段の流体の量が小さい。従って、上記の切換えが短
時間で終了して迅速になされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施例による弁装置の部分断面図であ
る。
【図2】図1のII−O−II線断面図である。
【図3】図1の右側から見た弁装置の側面図である。
【図4】反応ガス導通状態における図1の拡大部分断面
図である。
【図5】置換ガス導通状態における図1の拡大部分断面
図である。
【図6】ガス分析結果を示すグラフである。
【図7】第一の実施例に若干の変形を加えた弁装置の拡
大部分断面図(図8のVII −VII 線断面図)である。
【図8】図7のVIII−VIII線断面図である。
【図9】第二の実施例による弁装置の反応ガス導通状態
での部分断面図である。
【図10】同、置換ガス導通状態での部分断面図である。
【図11】同、底面図である。
【図12】プラズマエッチング工程におけるガス導通の概
略回路図である。
【図13】ガス分析実験に用いたストップバルブアッセン
ブリのガス導通回路図である。
【図14】従来の2方向選択バルブの部分断面図である。
【図15】従来のガス置換用バルブの平面図である。
【図16】図15のXVI −XVI 線断面図である。
【符号の説明】
1、21 弁装置 2A、22 第一の弁部 2 22 第二の弁部 3、23 反応ガス導入孔 4A、24A 第一の連通孔 4B、24B 第二の連通孔 5、25 置換ガス導入孔 6、26 置換ガス供給孔 8、28 基体 9A、9B、19A 弁座 10A、10B、30A ダイアフラム 11A、11B、 ダイアフラム押え 12A、12B、32A ダイアフラム固定片 14A、14B、34A 弁棒 16、20、36 環状溝 17、37 ガス排出孔 18A、18B 弁座とダイアフラムとの間の空間 19A 置換ガス導通孔 19B 排出ガス導通孔 31A 弁座への接当片 CF4 反応ガス SG 置換ガス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一の流体の導通及び導通停止をさせる
    第一の弁部と、第二の流体の導通及び導通停止をさせる
    第二の弁部と、両弁部に共通の基体とを有し、 前記基体の前記第一の弁部側には、前記第一の流体を供
    給する第一流体供給部と、前記第二の流体を導入する第
    二流体導入部と、この第二流体導入部に常時連通する流
    体排出部とが設けられ、 前記基体の前記第二の弁部側には、前記第二の流体を供
    給する第二流体供給部と、前記第二流体導入部に連通す
    る第二流体導出部とが設けられ、 前記第一及び第二の弁部の操作により、前記第一の流体
    及び前記第二の流体のいずれか一方が選択的に導通され
    るように構成されている弁装置。
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