JPH0579572A - 高圧ガス逆流防止弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発塵がなくかつ応等特性の良好な高圧ガス逆
流防止弁の提供。 【構成】 インレットボデイ１に設けたインレット室１
４における弁座１７の開閉を行うポペット３を、インレ
ット室に設けたダイヤフラム１１で行う。インレットボ
デイに直列に連結されたアウトレットボデイ２のアウト
レット室２４に前記ダイヤフラム１１にロッド３０を介
して連結されたダイヤフラム２１を設ける。ガス供給は
インレット室の１次圧室１２とアウトレット室の２次圧
室２２を連結するバイパスパイプ３１経由で行う。ガス
流路を遮るものはなく、ガス供給の応等性は良い。ダイ
ヤフラム２１の面積はダイヤフラム１１よりも大きく、
アウトレット側からの高圧ガスの逆流時、インレット側
に動き、ポペット３で弁座１７を塞ぎ高圧ガスの逆流を
阻止する。ダイヤフラムは擦れず発塵がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧ガス逆流防止弁（高
圧ガス逆流防止遮断弁）、特に半導体デバイス製造にお
けるガス供給システムに用いる高圧ガス逆流防止弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスは、高集積化に伴い
微細加工処理の傾向にあり、微細加工を実現する手段の
１つに塵埃を低減することが重要課題として挙げられて
いる。塵埃を極小に押さえるには、作業環境の浮遊塵埃
を低減することに併せて、プロセス処理装置内の塵埃を
少なくすることがポイトである。反応ガスを用いる装置
においては、反応ガスを供給するガス配管系内で発生す
る異物を少なくする方策が講じられている。

【０００３】一方、半導体製造プロセスにおいては、薄
膜形成やドライエッチプロセス等の反応ガスとして高圧
特殊ガスを使用し、化学反応によって処理する工程が多
くある。一般に特殊ガスは毒性，可熱性，爆発性を有す
る危険性のあるガスが使用されており、これらガスは高
圧ガスボンベに収納され、減圧されて供給されるが、何
らかの原因で、この高圧ガスが逆流し、リークすること
で災害が発生する恐れがある。そこで、高圧ガスの逆流
を防止するために高圧ガス逆流防止弁が用いられる。な
お、株式会社プレスジャーナル発行「月刊Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ（セミコンダクター ワール
ド）」１９８５年９月号、昭和６０年８月１５日発行、
Ｐ１６７〜Ｐ１７２には、「品質と保安を２柱とした，
ガスの製造・供給から消費，そして除害・廃棄を含めた
トータルシステム」について記載されている。また、同
文献には、危険性の高いガスの供給系に緊急遮断弁が配
設された図が示されている。

【０００４】高圧ガス逆流防止弁としては、たとえば、
ニュプロ社（ＮＵＰＲＯＣＯＭＰＡＮＹ）から発行され
ているカタログ（カタログ番号Ｎ−１８９−１：１９８
９年２月発行）に示されている。このカタログでは、高
圧ガス逆流防止弁は、ポペット・チェック・バルブ（Ｐ
ｏｐｐｅｔ Ｃｈｅｃｋ Ｖａｌｖｅｓ）として開示さ
れている。この高圧ガス逆流防止弁は、図２に示すよう
な概略構造となっている。高圧ガス逆流防止弁１０は、
それぞれ管状のインレットボデイ１にアウトレットボデ
イ２を直列に連結した構造となっている。前記インレッ
トボデイ１とアウトレットボデイ２とによって形成され
た空間内に、ポペット３とスプリング４とが配設されて
いる。前記ポペット３は、その先端をインレットボデイ
１の流路端に設けられたシール（Ｏ−リングやガスケッ
ト等）５に接触し、インレット側（１次側）とアウトレ
ット側（２次側）との間のガスの流れを遮断する働きを
する。スプリング４は前記ポペット３の先端を前記シー
ル５に弾力的に押し付ける役割をする。前記シール５に
あっては、少なくともポペット３が接触する面（弁座）
は弾力性のゴム，プラスチック，金属等によって形成さ
れている。ガスの流路を遮断するポペット３は、種々の
形状があり、球形のものもある。前記高圧ガス逆流防止
弁にあっては、所定の圧力を有する１次側のガス６は、
その圧力によって前記スプリング４の弾発力に抗してポ
ペット３を後退させることによって２次側に流れる。ま
た、２次側の高圧ガスが逆流する場合は、前記ポペット
３は２次側と１次側との圧力差および前記スプリング４
の弾発力によって１次側に動き、ポペット３は弁座を塞
ぎ、２次側から１次側への高圧ガスの逆流を阻止するこ
とになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の高圧ガス逆流防
止弁は、スプリング４によってポペット３をシール５の
シート面（弁座）に押し付けることによって、２次側か
ら１次側への高圧ガスの逆流を防止するようになってい
る。ガス供給時、ガス圧の変動によって、前記スプリン
グ４は繰り返し伸縮動作する。このスプリング４のくり
返しの運動によって、スプリング４の可動部は磨滅して
発塵し、異物の発生源となっている。特に、スプリング
４はガス、すなわち反応性のガスに常時晒されているた
め、スプリング４は腐食され易く、発塵化は促進される
ことになる。前記異物は、反応ガスで運ばれて装置処理
室の半導体基板に付着し、これが半導体デバイスの特性
不良の原因となる。さらに従来の構造では、１次側から
２次側にガスを流す際に、ポペット３を押さえているス
プリング４の弾性抗力に逆らって流すことから、差圧が
生じ、ガスの高速切換時に、時間的な差が発生したり、
２次側の圧力が変動し、装置処理室内の圧力変動の原因
ともなる。この圧力変動は処理の再現性と精度に悪影響
を及ぼす。

【０００６】本発明の目的は、発塵が起き難い高圧ガス
逆流防止弁を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、１次側と２次側の圧
力差がない高圧ガス逆流防止弁を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の高圧ガス逆流防
止弁は、インレット室を有するインレットボデイと、前
記インレット室よりも広いアウトレット室を有するアウ
トレットボデイが、直列に連結された構造となってい
る。また、前記インレット室とアウトレット室にはそれ
ぞれダイヤフラムが設けられているとともに、これらダ
イヤフラムはロッドで連結されている。直径の小さなア
ウトレット室側のダイヤフラムにはポペットが固定さ
れ、このポペットの先端は前記ダイヤフラムが撓んだ際
動いてインレット室の１次圧室の弁座を塞ぐようになっ
ている。また、インレット室の１次圧室とアウトレット
室の２次圧室はバイパスパイプによって連通されてい
る。そして、１次側から２次側へのガス供給にあって
は、１次側から送り込まれたガスの圧力によって１次圧
室のダイヤフラムが押されて後退するため、１次圧室に
入ったガスはバイパスパイプを通って２次圧室に入り、
２次側に流れる。また、２次側から１次側へ何らかの原
因によって高圧ガスとなって逆流した場合、アウトレッ
ト室のダイヤフラムがインレット室のダイヤフラムより
も面積が大きいことから、両ダイヤフラムは２次側に撓
み、ポペット先端は弁座を塞ぎ、２次側から１次側への
高圧ガスの逆流を阻止することになる。

【０００９】

【作用】本発明の高圧ガス逆流防止弁は、ポペットを可
動させるものとして、従来のスプリングに代えてダイヤ
フラムを用いている。スプリングはその可動時弾力的に
変形し、この際アウトレットボデイやポペットの壁面と
のこすれによって異物が発生し、２次側ガスを汚染す
る。しかし、ダイヤフラム構造の場合は、ダイヤフラム
が撓み、前記スプリング構造の場合のようなこすり現象
が起きないため異物の発生はなく、２次側ガスの汚染化
は防止でき、半導体デバイス製造歩留りの低下を抑止で
きる。

【００１０】また、本発明の高圧ガス逆流防止弁は、１
次側のガスが２次側に通過する際、１次側のガスは１次
圧室に入った後、バイパスパイプを通って２次側の２次
圧室に入り、１次側から２次側へのガス供給が行われる
ため、１次側のガスは、なんらの抵抗もなく２次側に流
れ、１次側と２次側の差圧はほとんどない。これに対し
て、従来のスプリング構造の場合は、１次側ガスの圧力
によってポペットを押し退けて弁座を解放させてガス供
給を行うため、ポペットを押し退けるための圧力分が圧
損となり、半導体デバイス製造の再現性や加工精度を阻
害させる要因となる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例による高圧ガス逆
流防止弁の概要を示す断面図である。本発明の高圧ガス
逆流防止弁１０は、概略的にはインレットボデイ１とア
ウトレットボデイ２を直列に連結した構造となってい
る。インレットボデイ１には、ダイヤフラム１１によっ
て１次圧室１２と隔室１３に区画されたインレット室１
４が設けられている。前記１次圧室１２側のダイヤフラ
ム１１の略中央にはポペット３が固定されている。この
ポペット３の先端は円錐台形の弁部１５となり、１次圧
室１２のインレット流路１６の内端のテーパー状弁座１
７に接触可能となっている。なお、前記ポペット３の先
端の弁部１５は弁座１７に確実に接触する必要があるた
め、弾性のあるゴム材，プラスチックあるいは金属等で
形成されている。

【００１２】アウトレットボデイ２には、ダイヤフラム
２１によって２次圧室２２と隔室２３に区画されたアウ
トレット室２４が設けられている。前記２次圧室２２は
前記１次圧室１２よりも広く、たとえば直径にして数倍
と広くなっている。また、前記インレット室１４の隔室
１３と、前記アウトレット室２４の隔室２３は隣合わせ
となっているが、この隔室１３，２３側で一対のダイヤ
フラム１１，１２はロッド３０で連結されている。した
がって、ダイヤフラム１１，１２の一方の動きは他方に
追随する。また、前記２次圧室２２は、アウトレットボ
デイ２の中央を貫いて設けられたアウトレット流路２５
に連通している。さらに、前記１次圧室１２と２次圧室
２２には、管状のバイパスパイプ３１で接続されてい
る。

【００１３】また、実際の組立においては、図１に示す
ように、コネクタブロック３３を製造し、このコネクタ
ブロック３３の一端側に１次側の隔室１３を設けるとと
もに、他端側に２次側の隔室２３を設ける。また、この
コネクタブロック３３の中央を貫くように、前記ダイヤ
フラム１１とダイヤフラム２１を連結するロッド３０を
挿入するためのガイド孔３４を設ける。また、前記コネ
クタブロック３３の一端側の外形寸法はインレットボデ
イ１の外形寸法に一致させ、他端側の外形寸法はアウト
レットボデイ２の外形寸法に一致させる。そして、前記
ロッド３０の一端にダイヤフラム１１を固定し、他端に
ダイヤフラム２１を固定する。また、前記ダイヤフラム
１１はコネクタブロック３３の一端とインレットボデイ
１の一端に挟むようにして一体化する。この場合、前記
隔室１３および１次圧室１２の気密を維持するため、ダ
イヤフラム１１の外周を覆うようにコネクタブロック３
３とインレットボデイ１とは溶接（リークタイト構造）
によって接続される。また、同様に前記ダイヤフラム２
１はコネクタブロック３３の他端とアウトレットボデイ
２の一端に挟むようにして一体化する。この場合、前記
隔室２３および２次圧室２２の気密を維持するため、ダ
イヤフラム２１の外周を覆うようにコネクタブロック３
３とアウトレットボデイ２とは溶接（リークタイト構
造）によって接続される。なお、図示はしないが、イン
レットボデイ１およびアウトレットボデイ２の外端は、
配管に接続自在のコネクタ構造となっている。

【００１４】一方、前記隔室１３，２３には、アルゴン
や窒素ガスなどの不活性ガスを封止しておくと、ガスと
の反応が起きず安全性が向上する。また、この不活性ガ
ス等のガスを封止する圧力が変化すると、逆流防止弁の
逆圧印加時の動作圧力が変化する。したがって、前記封
止ガス圧を選択設定することによって、逆圧での動作圧
力を変えることができる。

【００１５】このような高圧ガス逆流防止弁１０にあっ
ては、１次側のガス６、すなわち反応ガス６はインレッ
ト流路１６から１次圧室１２に入り、バイパスパイプ３
１，２次圧室２２を通り、２次側（アウトレット流路２
５）に流れる。前記高圧ガス逆流防止弁１０は、ガス圧
が作用しない状態ではポペット３の弁部１５は弁座１７
に接触しない構造となっていることと、１次側からガス
６が流入するため、ガス６は何ら遮られるものもなくス
ムーズに２次側に流れ込む。

【００１６】一方、２次側の圧力が１次側圧力よりも高
くなる異常が発生すると、２次側のガスが１次側に流れ
る逆流現象が生じる。この場合、高圧ガスは２次圧室２
２に到った瞬間、２次側のダイヤフラム２１の面積が１
次側のダイヤフラム１１の面積よりも大幅に広いため、
また１次側のガス６のガス圧に比較して２次側のガス圧
が高いことから、２次側のダイヤフラム２１はロッド３
０側に撓み、ロッド３０に連動するポペット３が動いて
弁座１７を塞ぎ、流路が遮断されることになる。なお、
前記バイパスパイプ３１の管径を適当に選定すると、２
次側から１次側に一時的に流れるバースト流量を押さえ
ることができる。安全面を考慮し、バイパスパイプ径を
細くすることで、逆圧時の２次側から１次側へのガスの
送流量を低減できる。いずれにしてもこのバイパスパイ
プの管径は、１次側から２次側に流すトータル流量を加
味し選定することが重要である。

【００１７】

【発明の効果】（１）本発明の高圧ガス逆流防止弁は、
弁座を塞ぐポペットが異物発生のないダイヤフラムによ
って動くため、ポペットの逆流防止動作時、異物の発生
がないという効果が得られる。

【００１８】（２）上記（１）により、本発明の高圧ガ
ス逆流防止弁を半導体デバイス製造システムに使用した
場合、ガス供給に伴う逆流防止時の半導体基体の汚染は
なく、半導体デバイスの特性向上，歩留り向上が図れる
という効果が得られる。

【００１９】（３）本発明の高圧ガス逆流防止弁は、１
次側と２次側の圧力差が発生しないため、２次側に連な
る処理室の圧力変動が少なく、反応室の圧力が安定する
という効果が得られる。

【００２０】（４）上記（３）により、本発明の高圧ガ
ス逆流防止弁を半導体デバイス製造システムに使用した
場合、反応室の圧力が安定することから、薄膜を生成す
る場合、膜厚の安定化が図れ、特性向上，歩留り向上が
図れるという効果が得られる。

【００２１】（５）上記（３）により、本発明の高圧ガ
ス逆流防止弁を半導体デバイス製造システムに使用した
場合、反応室の圧力が安定することから、ドライエッチ
ング処理では、エッチングバラツキの低減が図れ、特性
向上，歩留り向上が図れるという効果が得られる。

【００２２】（６）本発明の高圧ガス逆流防止弁は、イ
ンレット室およびアウトレット室の隔室に不活性ガスが
充填されていることから、反応ガス内に空気が入り込ま
ず安全性が高いという効果が得られる。

【００２３】（７）本発明の高圧ガス逆流防止弁は、イ
ンレット室およびアウトレット室の隔室に不活性ガスが
充填されているが、この不活性ガスの充填圧力を適当に
選択することによって、ダイヤフラムの剛性とも相俟っ
て所望逆流圧でポペットを動作させることができるとい
う効果が得られる。

【００２４】（８）本発明の高圧ガス逆流防止弁におい
ては、バイパスパイプの管径を適当に選択することで、
突発的な高圧ガス逆流時の逆流ガスの１次側への流入量
を調整できるという効果が得られる。

【００２５】（９）上記（１）〜（８）により、本発明
によれば、２次側ガスの汚染がなく、操作応等性が高い
安全な高圧ガス逆流防止弁を提供することができるとい
う相乗効果が得られる。

【００２６】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
ポペットとして、ベロー構造のものを用いても前記実施
例同様な効果が得られる。また、前記隔室１３および／
または隔室２３において、ロッド３０に圧縮コイルバネ
を挿入し、バネの弾発力で弁座の開閉動作を行っても前
記実施例同様な効果が得られる。

【００２７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
デバイス製造における高圧ガス逆流防止技術に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
い。本発明は少なくとも可燃性ガス等危険性の高いガス
供給システムに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高圧ガス逆流防止弁の
概要を示す断面図である。

【図２】従来の高圧ガス逆流防止弁の概要を示す断面図
である。

【符号の説明】 １…インレットボデイ、２…アウトレットボデイ、３…
ポペット、４…スプリング、５…シール、６…ガス、１
０…高圧ガス逆流防止弁、１１…ダイヤフラム、１２…
１次圧室、１３…隔室、１４…インレット室、１５…弁
部、１６…インレット流路、１７…弁座、２１…ダイヤ
フラム、２２…２次圧室、２３…隔室、２４…アウトレ
ット室、２５…アウトレット流路、３０…ロッド、３１
…バイパスパイプ、３３…コネクタブロック、３４…ガ
イド孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラムによって１次圧室と隔室と
   に区画されたインレット室を有するインレットボデイ
   と、ダイヤフラムによって２次圧室と隔室とに区画され
   たアウトレット室を有しかつ前記インレットボデイの隔
   室側に直列に接続されたアウトレットボデイと、前記イ
   ンレット室のダイヤフラムとアウトレット室のダイヤフ
   ラムを連結する摺動自在のロッドと、前記インレット室
   のダイヤフラムに固定されかつダイヤフラムの撓みによ
   って前記１次圧室の弁座を塞ぐポペットと、前記インレ
   ット室の１次圧室とアウトレット室の２次圧室とを接続
   するバイパスパイプとを有し、前記アウトレット室はイ
   ンレット室よりも広くなっていてアウトレット室のダイ
   ヤフラムはインレット室のダイヤフラムよりもその面積
   が広くなっていることを特徴とする高圧ガス逆流防止
   弁。
2. 【請求項２】 前記インレット室およびアウトレット室
   の隔室には、不活性ガスが封入されているとともに、こ
   の不活性ガスは所望の圧力に設定されて前記ダイヤフラ
   ムのポペットの作動開始圧の調整が図られていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高圧ガス逆流防
   止弁。