JPWO2019107123A1 - バルブ装置、このバルブ装置を用いた流体制御装置および半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のような流体制御装置では、管継手の代わりに、流路を形成した設置ブロック(以下、ベースブロックと呼ぶ)をベースプレートの長手方向に沿って配置し、このベースブロック上に複数の流体機器や管継手が接続される継手ブロック等を含む各種流体機器を設置することで、集積化を実現している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、バルブ装置の流路中にオリフィスプレート等を挿入すると、シールが難しく、製造コストが高くなるという問題があった。
前記バルブボディは、当該バルブボディの表面で開口しかつバルブ要素が内蔵される収容凹部と、前記収容凹部の底面に接続された一次側流路と、当該収容凹部の内周面で接続された二次側流路と、を画定し、
前記バルブ要素は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断するシール部と、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる貫通流路とを有し、
前記貫通流路に、オリフィスが形成されている。
一端面に形成された環状の座面と、他端面に形成された環状のシール面と、前記座面および前記シール面の内側に形成され前記一端面および前記他端面を貫通する流通流路とを有するバルブシートと、
前記バルブシートのシール面が当接し当該シール面からの押圧力を支持する支持面を有するバルブシートサポートと、
前記バルブシートサポートに支持された前記座面に当接および離隔可能に設けられたダイヤフラムと、を有し、
前記ダイヤフラムは、当該ダイヤフラムと前記座面との間隙を通じて、前記流通流路と前記二次側流路とを連通させ、
前記バルブシートサポートは、前記収容凹部の内壁面の一部と協働して前記一次側流路と前記二次側流路との連通を遮断するシール面と、前記一次側流路と前記流通流路とを接続する前記迂回流路とを有し、
前記バルブシートの流通流路または前記バルブシートサポートの迂回流路に前記オリフィスが形成されている、構成を採用できる。
前記バルブボディは、第1および第2のバルブ要素がそれぞれ内蔵される第1および第2の収容凹部と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディ外部へ連通させる一次側流路と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディ外部へ連通させる二次側流路と、前記第1および第2の収容凹部を接続して前記二次側流路の各々を互いに連通させる連通流路を画定し、
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断するシール部と、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる貫通流路と、を有し、
前記第1および第2のバルブ要素の一方の貫通流路には、オリフィスが形成されている。
前記流体制御装置は、上記構成のバルブ装置を含む。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。
図1A〜図1Dは本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構造を示し、図2および図3は図1Aのバルブ装置の動作を示す、図4はインナーディスク、図5はバルブシートおよび図6はバルブシートサポートの断面構造を示している。
図1A〜図3において、図中の矢印A1,A2は上下方向であってA1が上方向、A2が下方向を示すものとする。矢印B1,B2は、バルブ装置1のバルブボディ20の長手方向であって、B1が一端側、B2が他端側を示すものとする。C1,C2は、バルブボディ20の長手方向B1,B2に直交する幅方向を示し、C1が前面側、C2が背面側を示すものとする。
バルブボディ20は、収容凹部22に接続された一次側流路21および二次側流路24を画定している。一次側流路21は、ガス等の流体が外部から供給される側の流路であり、二次側流路24はガス等の流体を外部へ流出させる流路である。一次側流路21は、バルブボディ20の底面20f2に対して傾斜して形成され底面20f2で開口している。一次側流路21の開口の周囲には、シール保持部21aが形成されている。シール保持部21aには、シール部材として図示しないガスケットが配置される。バルブボディ20は図示しない他の流路ブロックとねじ穴20h1に締結ボルトをねじ込むことで連結される。この際に、シール保持部21aに保持されたガスケットは、図示しない他の流路ブロックとの間で締結ボルトの締結力で押し潰されるので、一次側流路21の開口の周囲はシールされる。
(1)軟質ガスケット
・ゴムOリング
・ゴムシート(全面座用)
・ジョイントシート
・膨張黒鉛シート
・PTFEシート
・PTFEジャケット形
(2)セミメタルガスケット
・うず巻形ガスケット(Spiral−wound gaskets)
・メタルジャケットガスケット
(3)メタルガスケット
・金属平形ガスケット
・メタル中空Oリング
・リングジョイント
なお、後述する分岐流路25,26の開口の周囲に設けられたシール保持部25a1,26b1も同様であり詳細説明は省略する。
二次側流路24Aは、他端24a1で2本の分岐流路25に分岐し、上面20f1で開口している。二次側流路24Bは、中途で2本の分岐流路26に分岐し、上面20f1で開口している。
すなわち、本実施形態に係るバルブ装置1では、一次側流路21に流入するガス等の流体を、二次側流路24の分岐流路25,26により4つに分流することができる。
収容凹部22内には、内周面22cと嵌合する外径をもつバルブシートサポート50が挿入されている。バルブシートサポート50は、図6に示すように、円柱状の金属製部材であり、中心部に貫通孔からなる迂回流路50aが形成され、上端面に迂回流路50aを中心とする環状の支持面50f1が形成されている。バルブシートサポート50の支持面50f1は、平坦面からなり、その外周部には、段差が形成されている。バルブシートサポート50の外周面50b1は、収容凹部22の内周面22cに嵌る直径を有し、下端側の小径化された外周面50b2との間には段差が存在する。この段差により、円環状の端面50b3が形成されている。外周面50b2には、図2等に示すように、PTFE等の樹脂製のシール部材51が嵌め込まれる。シール部材51は、断面形状が矩形状に形成され、収容凹部22の底面22dとバルブシートサポート50の端面50b3との間で押し潰される寸法を有する。シール部材51が収容凹部22の底面22dとバルブシートサポート50の端面50b3との間で押し潰されると、バルブシートサポート50の外周面50b1と収容凹部22の内周面22cおよび底面22dとの間に樹脂が入り込み、バルブシートサポート50と収容凹部22との間が確実にシールされる。すなわち、シール部としての外周面50b2および端面50b3は、収容凹部22の内周面22cおよび底面22dと協働して一次側流路21と二次側流路24との連通を遮断する。
バルブシートサポート50の支持面50f1上には、バルブシート16が設けられている。
バルブシート16は、PFA、PTFE等の樹脂で弾性変形可能に形成され図5に示すように、円環状に形成され、一端面に円環状の座面16sが形成され、他端面に円環状のシール面16fが形成されている。座面16sおよびシール面16fの内側には、貫通孔からなる流通流路16pが形成されている。
流通流路16pは、バルブシートサポート50の迂回流路50aと接続される本発明の流通流路16pであるが、迂回流路50aの内径よりも十分に小さい内径を持つオリフィスでもある(以下、オリフィス16pとも呼ぶ)。流通流路16pとバルブシートサポート50の迂回流路50aとが本発明の貫通流路を構成している。
バルブシート16は、その外周側に小径部16b1と大径部16b2とを有し、小径部16b1と大径部16b2との間には段差部が形成されている。
インナーディスク15の平坦面15f2は、収納凹部22の内周面22aと内周面22bとの間に形成された平坦な段差面上に設置される。インナーディスク15の平坦面15f1上には、ダイヤフラム14が設置され、ダイヤフラム14上には、押えリング13が設置される。
ダイヤフラム14は、バルブシート16よりも大きな直径を有し、ステンレス、NiCo系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。ダイヤフラム14は、バルブシート16の座面16sに対して当接離隔可能にバルブボディ20に支持されている。
図7に本発明の第2の実施形態に係るバルブ装置を示す。なお、図7において、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
図7に示すバルブ装置のバルブシートサポート50Bは、上端部の中心部に円柱状の突出部50tを有し、この突出部50tの中心部に、迂回流路50aの内径よりも十分に小さい内径のオリフィス50pが形成されている。バルブシート16Bは、中心部に貫通孔16aが形成され、これにバルブシートサポート50Bの突出部50tが嵌合挿入される。
本実施形態によれば、バルブボディ20に直接オリフィスを加工せず、バルブ要素2の構成部品であるバルブシートサポート50Bにオリフィス50pを形成することにより、バルブ装置にオリフィス機能を容易に付加できる。
図8に本発明の第3の実施形態に係るバルブ装置を示す。図8において上記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を使用している。
本実施形態に係るバルブ装置は、共通のバルブボディ20に2つのバルブ要素2A,2Bを備える
一次側流路21Bは、バルブボディ20の底面20f2に対して一次側流路21Aとは逆向きに傾斜して形成され、一端が収容凹部22Bの底面22dで接続され、他端が底面20f2で開口している。
一次側流路21A,21Bの開口の周囲には、上記したシール保持部21aと同様のシール保持部21a,21bがそれぞれ形成されている。
二次側流路24A,24Bと連通流路24Cとは、バルブボディ20の長手方向B1,B2に延びる共通の軸線J1上に形成されている。
二次側流路24Aは、一端が収容凹部22Aの内周面22bで開口し、他端24a1はバルブボディ20の内部で閉塞している。
二次側流路24Bは、一端が収容凹部22Bの内周面22bで開口し、他端24b1は側面20f6側で開口している。
二次側流路24Bの側面20f6の開口には、溶接等の手段により、閉塞部材30が設けられ、二次側流路24Bの開口は閉塞されている。
連通流路24Cは、一端が収容凹部22Aの内周面22bで開口し、他端が収容凹部22Bの内周面22bで開口している。連通流路24Cを介して二次側流路24Aと二次側流路24Bとは連通している。
二次側流路24を構成する二次側流路24A,24Bおよび連通流路24Cは、ドリル等の工具を用いて容易に加工できる。なお、二次側流路24はバルブボディ20の他端からドリル等を用いて切削加工しても良いし、一端、及び他端の両方からドリル等を用いて切削加工を行い、バルブボディ20内で連通させても良い。
二次側流路24Aは、他端24a1で2本の分岐流路25に分岐し、上面20f1で開口している。
二次側流路24Bは、中途で2本の分岐流路26に分岐し、上面20f1で開口している。
なお、本実施では、バルブ要素2Aのバルブシート16にオリフィス16pを形成した場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、第2実施形態と同様にバルブシートサポートにオリフィスを形成することも可能である。
図9に示す半導体製造装置1000は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)による半導体製造プロセスを実行するためのシステムであり、600はプロセスガス供給源、700はガスボックス、710はタンク、720はバルブ、800は処理チャンバ、900は排気ポンプを示している。
基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックス700から供給される処理ガスをバッファとしてのタンク710に一時的に貯留し、処理チャンバ800の直近に設けられたバルブ720を高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバ800へ供給する。
ALD法は、化学気相成長法の1つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、2種類以上の処理ガスを1種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化等により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
ガスボックス700は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ800に供給するために、各種の流体機器を集積化した流体制御装置をボックスに収容したものである。この流体制御装置に、上記した各実施形態に係るバルブ装置が含まれる。
タンク710は、ガスボックス700から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
処理チャンバ800は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ900は、処理チャンバ800内を真空引きする。
図10に示す流体制御装置には、幅方向W1,W2に沿って配列され長手方向G1,G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側,G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992によって、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
2,2A,2B バルブ要素
10 アクチュエータ
11 ケーシング
12 ダイヤフラム押え
13 押えリング
14 ダイヤフラム
15 インナーディスク
15h 流路
16,16B バルブシート
16a 貫通孔
16f シール面
16p オリフィス(流通流路)
16s 座面
20 バルブボディ
20f1 上面
20f2 底面
20f3〜20f6 側面
20h1 ねじ穴
21 一次側流路
21a シール保持部
22 収容凹部
22b 内周面
24A,24B,24 二次側流路
25,26 分岐流路
30 閉塞部材
50,50B バルブシートサポート
50a 迂回流路
50p オリフィス
50t 突出部
50f1 支持面
50b2外周面(シール面、シール部)
50b3 端面(シール面、シール部)
51 シール部材
600 プロセスガス供給源
700 ガスボックス
710 タンク
720 バルブ
800 処理チャンバ
900 排気ポンプ
1000 半導体製造装置
A1 上方向
A2 下方向
991A :開閉弁
991B :レギュレータ
991C :プレッシャーゲージ
991D :開閉弁
991E :マスフローコントローラ
992 :流路ブロック
993 :導入管
BS :ベースプレート
G1 :長手方向(上流側)
G2 :長手方向(下流側)
W1 :幅方向
W2 :幅方向
Claims (7)
- ブロック状のバルブボディを有するバルブ装置であって、
前記バルブボディは、当該バルブボディの表面で開口しかつバルブ要素が内蔵される収容凹部と、前記収容凹部の底面に接続された一次側流路と、当該収容凹部の内周面で接続された二次側流路と、を画定し、
前記バルブ要素は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断するシール部と、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる貫通流路とを有し、
前記貫通流路に、オリフィスが形成されている、バルブ装置。 - 前記バルブ要素は、
一端面に形成された環状の座面と、他端面に形成された環状のシール面と、前記座面および前記シール面の内側に形成され前記一端面および前記他端面を貫通する流通流路とを有するバルブシートと、
前記バルブシートのシール面が当接し当該シール面からの押圧力を支持する支持面を有するバルブシートサポートと、
前記バルブシートサポートに支持された前記座面に当接および離隔可能に設けられたダイヤフラムと、を有し、
前記ダイヤフラムは、当該ダイヤフラムと前記座面との間隙を通じて、前記流通流路と前記二次側流路とを連通させ、
前記バルブシートサポートは、前記収容凹部の内壁面の一部と協働して前記一次側流路と前記二次側流路との連通を遮断するシール面と、前記一次側流路と前記流通流路とを接続する前記迂回流路とを有し、
前記バルブシートの流通流路または前記バルブシートサポートの迂回流路に前記オリフィスが形成されている、請求項1に記載のバルブ装置。 - ブロック状のバルブボディを有するバルブ装置であって、
前記バルブボディは、第1および第2のバルブ要素がそれぞれ内蔵される第1および第2の収容凹部と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディ外部へ連通させる一次側流路と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディ外部へ連通させる二次側流路と、前記第1および第2の収容凹部を接続して前記二次側流路の各々を互いに連通させる連通流路を画定し、
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断するシール部と、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる貫通流路と、を有し、
前記第1および第2のバルブ要素の一方の貫通流路には、オリフィスが形成されている、バルブ装置。 - 複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1ないし3のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流体制御装置。 - プロセスガスの流量制御に請求項1〜3のいずれかに記載のバルブ装置を含む流体制御装置を用いた流量制御方法。
- 密閉された処理チャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製品の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項1〜3のいずれかに記載のバルブ装置を含む流体制御装置を用いた製品製造方法。
- 処理チャンバにプロセスガスを供給するための流体制御装置を有し、
前記流体制御装置は、請求項1〜3のいずれかに記載のバルブ装置を含む半導体製造装置。
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