JPWO2019193978A1 - バルブ装置および流体制御装置、流体制御方法、半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents
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Abstract
より安定的に大きな流量を制御することのできるバルブ装置を提供する。バルブ装置（１）は、第１の流路（２１）及び第２の流路（２２）を形成するバルブボディ（２）と、第１の流路の開口周囲に配置される内側環状部（３２）、内側環状部の外周側に配置された外側環状部（３１）、及び内側環状部と外側環状部とを接続する接続部（３７）を有するインナーディスク（３）と、内側環状部上に配置されるバルブシート（４８）と、周縁部が外側環状部と接触し、バルブシートに対して接触しない開位置及び接触する閉位置の間で移動することにより第１の流路と第２の流路との連通及び遮断を行うダイヤフラム（４１）と、外側環状部との間にダイヤフラムの周縁部を挟んで接触する押えアダプタ（４３）と、を備え、外側環状部がダイヤフラムと接触するダイヤフラム接触面の最外側の位置は、外側環状部が軸方向に垂直な面でバルブボディと接触するボディ接触面の最内側の位置よりも外側である。
Description
本発明は、バルブ装置および流体制御装置、流体制御方法、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
例えば、半導体製造工程においては、半導体製造装置のチャンバに対して、各種のプロセスガスの供給を制御するバルブ装置が用いられている。
引用文献１は、ボディに着脱可能に配置されてシートを保持するシートホルダを保持するリテーナを備え、リテーナは、略円筒状で、シートホルダの外周縁部を受ける内向きフランジ部を有しており、シートホルダを保持した状態でダイヤフラム保持部材に着脱可能に取り付けられたダイヤフラム弁について開示している。
引用文献２は、別のダイヤフラム弁について開示している。このダイヤフラム弁の本体の凹所は、開口に近い大径部および段差部を介して大径部の下方に連なる小径部からなる。凹所に流路形成ディスクが嵌め合わせられている。流路形成ディスクは、凹所大径部に嵌め合わせられている大径円筒部と、凹所段差部に受け止められている連結部と、凹所小径部の内径よりも小さい外径を有し下端が凹所の底面で受け止められている小径円筒部とからなる。流路形成ディスクの連結部に、小径円筒部外側環状空間と大径円筒部内側環状空間とを連通する複数の貫通孔が形成されている。流体流入通路は流路形成ディスクの小径円筒部下端に、流体流出通路は小径円筒部外側環状空間にそれぞれ通じている。
引用文献１は、ボディに着脱可能に配置されてシートを保持するシートホルダを保持するリテーナを備え、リテーナは、略円筒状で、シートホルダの外周縁部を受ける内向きフランジ部を有しており、シートホルダを保持した状態でダイヤフラム保持部材に着脱可能に取り付けられたダイヤフラム弁について開示している。
引用文献２は、別のダイヤフラム弁について開示している。このダイヤフラム弁の本体の凹所は、開口に近い大径部および段差部を介して大径部の下方に連なる小径部からなる。凹所に流路形成ディスクが嵌め合わせられている。流路形成ディスクは、凹所大径部に嵌め合わせられている大径円筒部と、凹所段差部に受け止められている連結部と、凹所小径部の内径よりも小さい外径を有し下端が凹所の底面で受け止められている小径円筒部とからなる。流路形成ディスクの連結部に、小径円筒部外側環状空間と大径円筒部内側環状空間とを連通する複数の貫通孔が形成されている。流体流入通路は流路形成ディスクの小径円筒部下端に、流体流出通路は小径円筒部外側環状空間にそれぞれ通じている。
例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 法）等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
本開示は、上述の事情に鑑みてされたものであり、より安定的に大きな流量を制御することのできるバルブ装置、そのバルブ装置を用いた流体制御装置、流体制御方法、半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することを目的とする。
本開示は、上述の事情に鑑みてされたものであり、より安定的に大きな流量を制御することのできるバルブ装置、そのバルブ装置を用いた流体制御装置、流体制御方法、半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することを目的とする。
本開示のバルブ装置は、第１の流路及び第２の流路を形成するバルブボディと、前記第１の流路の開口周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置された外側環状部、及び前記第２の流路と連通する複数の開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部を有するインナーディスクと、前記内側環状部上に配置されるバルブシートと、周縁部が前記外側環状部と接触し、前記バルブシートに対して接触しない開位置及び接触する閉位置の間で移動することにより前記第１の流路と前記第２の流路との連通及び遮断を行うダイヤフラムと、前記外側環状部との間に前記ダイヤフラムの周縁部を挟んで接触する押えアダプタと、を備え、前記外側環状部が前記ダイヤフラムと接触するダイヤフラム接触面の最外側の位置は、前記外側環状部が軸方向に垂直な面で前記バルブボディと接触するボディ接触面の最内側の位置よりも外側であるバルブ装置である。
また、本開示のバルブ装置においては、前記ダイヤフラム接触面の最外側の位置は、前記ボディ接触面の最外側の位置よりも外側であってもよい。
また、本開示のバルブ装置においては、前記ダイヤフラムは、前記開位置における曲面を形成する曲線が変曲点を有しないドーム型であってもよい。
また、本開示のバルブ装置においては、前記内側環状部と前記バルブボディとの間に配置されるディスクシールを更に備え、前記ディスクシールは、前記内側環状部の前記バルブボディ側に形成されたディスクシール凹部に保持されることとしてもよい。
また、本開示のバルブ装置においては、前記内側環状部は、前記ダイヤフラム側に形成されたバルブシート凹部を有し、前記バルブシートは、前記バルブシート凹部に保持され、前記バルブシートは、前記ディスクシールと同じ材料及び形状からなることとしてもよい。
また、本開示のバルブ装置においては、前記内側環状部は、前記外側環状部よりも中心線が延びる方向に長い筒状であり、前記内側環状部の内側が前記第１の流路と連通し、前記内側環状部の外側が前記第２の流路と連通していることとしてもよい。
本開示のバルブ装置は、第１の流路及び第２の流路を形成するバルブボディと、前記第１の流路の開口周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置された外側環状部、及び前記第２の流路と連通する複数の開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部を有するインナーディスクと、前記内側環状部上に配置されるバルブシートと、周縁部が前記外側環状部と接触し、前記バルブシートに対して接触しない開位置及び接触する閉位置の間で移動することにより前記第１の流路と前記第２の流路との連通及び遮断を行うダイヤフラムと、前記外側環状部との間に前記ダイヤフラムの周縁部を挟んで接触する押えアダプタと、を備え、前記外側環状部に形成される、互いに対向する面であるダイヤフラム側の面、及びバルブボディ側の面のうち、前記ダイヤフラム側の面の外側の縁で形成される円の半径は、前記バルブボディ側の面の内側の縁で形成される円の半径よりも大きいバルブ装置である。
また、本開示のバルブ装置においては、前記ダイヤフラム側の面、及び前記バルブボディ側の面のうち、前記ダイヤフラム側の面の外側の縁で形成される円の半径は、前記バルブボディ側の面の外側の縁で形成される円の半径よりも大きいこととしてもよい。
本開示の流体制御装置は、上流側から下流側に向かって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、上述のいずれかのバルブ装置を含む流体制御装置である。
本開示の流量制御方法は、上述のいずれかのバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法である。
本開示の半導体製造装置は、密閉された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の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上述のいずれかに記載のバルブ装置を用いる半導体製造装置である。
本開示の半導体製造方法は、密閉された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の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に上述のいずれかに記載のバルブ装置を用いる半導体製造方法である。
本発明によれば、より安定的に大きな流量を制御することができる。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。説明において同様の要素には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
先ず、図１２を参照して、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図１２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。
先ず、図１２を参照して、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図１２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。
ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの表面で開口する少なくとも２つの流路口を有する機器である。具体的には、開閉弁（２方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３方弁）９９１Ｄ、マスフローコントローラ９９１Ｅ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管９９３は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。
本発明は、上記した開閉弁９９１Ａ、９９１Ｄ、レギュレータ９９１Ｂ等の種々のバルブ装置に適用可能であるが、本実施形態では、開閉弁に適用する場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る開状態におけるバルブ装置１の構成を示す断面図である。図２は、図１のバルブ装置１における、閉状態を示す断面図である。図１に示すように、バルブ装置１は、ケーシング６と、ボンネット５と、バルブボディ２と、インナーディスク３と、バルブシート４８と、ダイヤフラム４１と、押えアダプタ４３と、ダイヤフラム押え４２と、ステム４４と、コイルばね４５とを有している。なお、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。
バルブボディ２は、ステンレス鋼により形成されており、上面２ａ及び互いに対向する側面２ｂ及び２ｃを有している。上面２ａからは、インナーディスク３を配置する空間であり、段差部２４を有する弁室２３が開けられると共に、ボンネット５と螺合するネジ溝を有するネジ穴２５が形成されている。またバルブボディ２は第１の流路２１及び第２の流路２２を形成している。第１の流路２１は、側面２ｂと、弁室２３の底面で開口する流路である。第２の流路２２は、側面２ｃと、弁室２３の側面に開口する流路である。
ダイヤフラム４１は、その周縁部が、後述するインナーディスク３の外側環状部３１と接触し、バルブシート４８に対して接触する閉位置及び非接触の開位置の間で移動することにより第１の流路２１と第２の流路２２との連通及び遮断を行う。ケーシング６は、ダイヤフラム４１を駆動するアクチュエータ８を内蔵し、接続部材６５を介してボンネット５上に固定される。本実施形態においては、バルブボディ２及びボンネット５は、接続部材６５を介してケーシング６に螺合されているが、接続部材６５を介さない構成であってもよい。操作部材７は、弁体であるダイヤフラム４１に第１の流路２１の開口を閉鎖させる閉位置と、開口を開放させる開位置との間で移動する。アクチュエータ８の操作部材７は、略円筒状に形成され、ボンネット５の円孔５４の内周面と、ケーシング６内に形成された円孔６４の内周面に保持され、上下方向Ａ１，Ａ２に移動自在に支持されている。円孔５４及び６４の内周面と、操作部材７との間はＯリング９１が配置され、気密性が確保されている。
ボンネット５の内部において、操作部材７はステム４４に結合され、ステム４４は操作部材と共に移動する。ステム４４は、ボンネット５の内部において、コイルばね４５により、ボンネット５に対して下方向Ａ２、つまりダイヤフラム４１を閉位置に移動させる方向に付勢されている。本実施形態では、コイルばね４５を使用しているが、これに限定されるわけではなく、皿ばねや板バネ等の他の種類の弾性部材を使用することができる。ステム４４の下端面にはダイヤフラム４１の中央部上面に当接するポリイミド等の合成樹脂製のダイヤフラム押え４２が装着されている。
ケーシング６内部には、操作部材７の周囲に一つ又は複数の環状のバルクヘッド８２が形成され、ボンネット５の上面５ａ、及び一つ又は複数のバルクヘッド８２で挟まれたシリンダ８３には一つ又は複数のピストン８１が配置される。ケーシング６内部の空間を形成する内周面とピストン８１との間、及び操作部材７とピストン８１との間はＯリング９１が配置され、気密性が確保されている。
シリンダ８３およびピストン８１は、操作部材７をコイルばね４５に抗して開位置に移動させるアクチュエータ８を構成している。アクチュエータ８は、例えば複数のピストン８１を用いて圧力の作用面積を増加させることにより、操作ガスによる力を増力できる構成とすることができる。各シリンダ８３のピストン８１上側の空間は、通気路６２等により大気に開放されている。
各シリンダ８３のピストン８１下側の空間は、操作部材７に形成された操作部材流通路７１と連通している。操作部材流通路７１は、ケーシング６の上面６ａに形成された円孔６４に繋がる操作ガス供給口６１に連通している。これにより操作ガス供給口６１から供給される操作ガスは、シリンダ８３に供給され、ピストン８１を上方向Ａ１に押し上げる。なお、ケーシング６、アクチュエータ８、ボンネット５、ステム４４、ダイヤフラム押え４２及びコイルばね４５の構成は、圧縮空気により弁体の開閉を制御する自動バルブ装置における構成の一例であり、これらの構成は他の公知の構成等適宜選択することができる。また手動バルブ装置である場合等においてこれらの構成は有していなくてもよい。
インナーディスク３は、弁室２３に配置され、第２の流路２２に対する第１の流路２１のシール性を確保しつつ、ダイヤフラム４１側で開口する。図３は、インナーディスク３の上面図である。図４は、図３のIV−IV線におけるインナーディスク３の断面図である。これらの図に示されるように、インナーディスク３は、内側環状部３２、外側環状部３１及び接続部３７を有している。内側環状部３２は第１の流路２１の開口周囲に配置され、第１の開口３３を有している。外側環状部３１は内側環状部３２と同心の環状形状である。接続部３７は、第２の流路２２と連通する複数の第２の開口３４を有して内側環状部３２と外側環状部３１とを接続する。なお、外側環状部３１は、弁室２３の段差部２４に配置される。
本実施形態においては、内側環状部３２は、外側環状部３１よりも中心線ＣＬが延びる方向に長い筒状であり、内側環状部３２の内側が第１の流路２１と連通し、内側環状部３２の外側が第２の流路２２と連通している。このような構成とすることにより、弁室２３の底面に第１の流路２１の開口を設け、弁室２３の側面に第２の流路２２の開口を設けることができるため、第１の流路２１及び第２の流路２２の径をより大きくすることができる。これにより開状態における流量を大きくすることができる。しかしながら、弁室２３を浅い深さのものとして、内側環状部３２は、外側環状部３１と同程度の長さのものを使用することとしてもよい。
バルブシート４８は、内側環状部３２上に配置される。また、バルブ装置１は、内側環状部３２とバルブボディ２との間に配置されるディスクシール４９を更に有していてもよい。ディスクシール４９は、内側環状部３２のバルブボディ２側に形成された溝であるディスクシール凹部３６に保持される。更に内側環状部３２は、ダイヤフラム４１側に形成された溝であるバルブシート凹部３５を有し、バルブシート４８は、バルブシート凹部３５に保持されることとしてもよい。ディスクシール４９は、内側環状部３２のバルブボディ２側において、内側環状部３２の内側と外側との間を遮断し、気密性を確保する。
バルブシート４８はバルブシート凹部３５で加締め等により固定されることとしてもよい。また、ディスクシール４９はディスクシール凹部３６で加締め等により固定されることとしてもよい。このようにバルブシート４８やディスクシール４９をインナーディスク３に固定することにより、組立時及び動作時の位置ずれ等を防止すると共に、製造工程をより簡易化することができる。特にディスクシール４９をインナーディスク３に固定することにより、バルブボディ２に対してディスクシール４９を位置決めするための溝等を形成する必要がなく、更に組立時の位置決め作業も簡易になるため、より製造コストを低減し、歩留まりを向上させることができる。また、図５の一部断面図に示すように、バルブボディ２は、ディスクシール４９を配置するための溝Ｍを有していてもよい。高温の流体を流す場合には、バルブボディ２に溝Ｍを形成することにより流体とディスクシール４９との接触面積を最小限に抑え、ディスクシール４９の熱による膨張を抑制することができる。また、ディスクシール４９を溝Ｍに収め、インナーディスク３の下端がバルブボディ２に接触してインナーディスク３の内側と外側とを隔離することにより、バルブシート４８の高さを正確に定めることができる。また、例えディスクシール４９が膨張した場合であっても、膨張したディスクシール４９の体積が溝Ｍ内で収められることにより、シール性を保ちつつ、インナーディスク３が浮き上がることを防ぎ、バルブシート４８の高さを安定して保持することができる。よって、ディスクシール４９によりインナーディスク３のバルブボディ２側のシールをより確実にするため、バルブ装置１は、より安定的に大きな流量を制御することができる。
バルブシート４８及びディスクシール４９は、合成樹脂（ＰＦＡ、ＰＡ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ等）製とすることができる。また、バルブシート４８は、ディスクシール４９と同じ材料及び形状からなるものであってもよい。つまり、バルブシート４８及びディスクシール４９は、同一部品を上下逆向きに取り付けたものとすることができる。これにより部品を共通化して製品コストを低減することができる。
バルブシート４８及びディスクシール４９は、合成樹脂（ＰＦＡ、ＰＡ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ等）製とすることができる。また、バルブシート４８は、ディスクシール４９と同じ材料及び形状からなるものであってもよい。つまり、バルブシート４８及びディスクシール４９は、同一部品を上下逆向きに取り付けたものとすることができる。これにより部品を共通化して製品コストを低減することができる。
ダイヤフラム４１は、バルブボディ２の第１の流路２１から伸びる第１の開口３３を閉鎖して第１の流路２１と第２の流路２２とを遮断すると共に、第１の開口３３を開放して第１の流路２１と第２の流路２２とを連通させる。ダイヤフラム４１は、バルブシート４８の上方に配設されており、弁室２３の気密を保持すると共に、その中央部が上下動してバルブシート４８に当離座することにより、第１の流路２１及び第２の流路２２の遮断又は連通する。本実施形態では、ダイヤフラム４１は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板及びニッケル・コバルト合金薄板の中央部を上方へ膨出させることにより、上に凸の円弧状が自然状態の球殻状とされている。ダイヤフラム４１は、例えば、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４１は、その周縁部がインナーディスク３の外側環状部３１上に載置され、弁室２３内へ挿入したボンネット５の下端部をバルブボディ２のネジ穴２５へねじ込むことにより、例えばステンレス合金製の押えアダプタ４３を介してインナーディスク３の外側環状部３１側へ押圧され、気密状態で挾持固定されている。つまり、ダイヤフラム４１は、その周縁部を押えアダプタ４３と外側環状部３１との間に挟まれることにより固定されている。なお、ダイヤフラム４１としては、他の構成のものも使用可能である。ここで、ダイヤフラム４１は、自然状態において曲面を形成する曲線が変曲点を有しないドーム型とすることができる。「曲面を形成する曲線が変曲点を有しない」とは、例えば、回転することによりダイヤフラム４１の曲面を形成する曲線がある場合、その曲線は変曲点を有しない意味である。変曲点を有しないことは、曲率の符号の変化のないことと同じ意味である。このようにドーム型のダイヤフラム４１とすることにより、開位置においてバルブシート４８からの距離を大きくし、流路を大きくすることができるため、流量を大きくすることができる。
図６は、外側環状部３１について説明するための拡大断面図である。ここでダイヤフラム４１は、上述したドーム型であるとして説明する。図６に示されるように、ダイヤフラム４１がドーム型である場合には、ダイヤフラム４１は、その縁部においても、上下方向Ａ１，Ａ２に垂直な面に対して角度θを有している。このため、ダイヤフラム４１は、外側環状部３１の角部において接触し、外側環状部３１には、この接触部分においてダイヤフラム４１から斜め内側方向に力Ｆが加わることとなる。ここで、外側環状部３１がダイヤフラム４１と接触する面をダイヤフラム接触面Ｔ１とする。本実施形態においては、ダイヤフラム接触面Ｔ１における最外側の位置Ｐｄは、外側環状部３１がバルブボディ２の段差部２４と接触するボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも外側となっている。ここで、外側及び内側の用語は、外側環状部３１及び内側環状部３２の中心線ＣＬを基準としている。また、ボディ接触面Ｔ２は、中心線ＣＬが延びる方向である軸方向に垂直な面であり、支持面である。
図７は、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも内側にある場合のダイヤフラム４１からの力Ｆのかかり方について説明するための模式図である。図８は、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも外側にある場合のダイヤフラム４１からの力のかかり方について説明するための模式図である。図７に示されるように、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも内側にある場合においては、ダイヤフラム接触面Ｔ１から斜め内側方向に力Ｆが加わったときに、力Ｆは、インナーディスク３の中央部分が沈むように曲げる力として働くこととなる。このような力は、バルブ装置１内のインナーディスク３による気密性の確保に影響を与えるほか、インナーディスク３自体の耐久性にも影響を与える恐れがある。
一方、図６に示されるように、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも外側にある場合には、図８に示されるように、斜め内側方向に力Ｆが加わった場合においても、外側環状部３１がバルブボディ２との間で、力を受け止めるため、インナーディスク３を変形させようとする力を抑えることができる。ここで、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄは、ボディ接触面Ｔ２の最外側の位置Ｐboよりも外側とすることとしてもよい。この場合には、より斜め内側方向に力Ｆを受け止めることができるため、インナーディスク３の変形をより抑えることができる。したがって、このような構成とすることにより、バルブ装置１は、より安定的に大きな流量を制御することができる。
また、図６に戻り、外側環状部３１の断面形状に着目すると、外側環状部３１の断面形状は、互いに対向する面であるダイヤフラム側の面Ｓ１、及びバルブボディ側の面Ｓ２を有している。ダイヤフラム側の面Ｓ１及びバルブボディ側の面Ｓ２のうち、ダイヤフラム側の面Ｓ１の外側の縁で形成される円の半径Ｒｄは、バルブボディ側の面Ｓ２の内側の縁で形成される円の半径Ｒbiよりも大きく形成されている。このような構成において、斜め内側方向に力Ｆが加わった場合においても、外側環状部３１がバルブボディ２との間で、力を受け止めるため、インナーディスク３の変形を抑えることができる。
ここで、更にダイヤフラム側の面Ｓ１、及びバルブボディ側の面Ｓ２のうち、ダイヤフラム側の面Ｓ１の外側の縁で形成される円の半径Ｒｄは、バルブボディ側の面Ｓ２の外側の縁で形成される円の半径Ｒboよりも大きくしてもよい。この場合には、より斜め内側方向に力Ｆを受け止めることができるため、インナーディスク３の変形をより抑えることができる。したがって、このような構成とすることにより、バルブ装置１は、より安定的に大きな流量を制御することができる。
図９は、別のバルブ装置１００について示す部分断面図である。バルブ装置１００は、高温に対応した圧縮空気により弁体を制御する自動バルブ装置である。図９の説明においては、図１及び２のバルブ装置１と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図９においてダイヤフラム１０１は、図１及び２の場合と異なり、開位置において曲面を形成する曲線が変曲点を有するハット型である。ハット側のダイヤフラム１０１において、外側環状部３１と押えアダプタ４３との間で挟持されるダイヤフラム１０１の周縁部は、上下方向Ａ１，Ａ２に対して略垂直な面となっている。
図１０は、ハット型のダイヤフラム１０１の外側環状部３１について説明するための拡大断面図である。上述したように、外側環状部３１と押えアダプタ４３との間で挟持されるダイヤフラム１０１の周縁部は上下方向Ａ１，Ａ２に対して略垂直方向に延びている。この場合においても、図７及び８で説明したように、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも内側にあるときには、ダイヤフラム接触面Ｔ１からの力Ｆは、インナーディスク３は中央部分が沈むように曲げる力として働くこととなる。したがって、図６で説明した場合と同様に、ダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄが、ボディ接触面Ｔ２の最内側の位置Ｐbiよりも外側にある場合には、インナーディスク３の変形を抑えることができる。また、外側環状部３１がダイヤフラム１０１に接触するダイヤフラム接触面Ｔ１の最外側の位置Ｐｄは、外側環状部３１がバルブボディ２と接触するボディ接触面Ｔ２の最外側の位置Ｐboよりも外側とすることとしてもよい。この場合には、より内側において力Ｆを受け止めることができるため、インナーディスク３の変形をより抑えることができる。したがって、このような構成とすることにより、バルブ装置１００は、より安定的に大きな流量を制御することができる。
また、図６の場合と同様に、ダイヤフラム側の面Ｓ１及びバルブボディ側の面Ｓ２のうち、ダイヤフラム側の面Ｓ１の外側の縁で形成される円の半径Ｒｄは、バルブボディ側の面Ｓ２の内側の縁で形成される円の半径Ｒbiよりも大きく形成されていることとしてもよい。この場合においても、外側環状部３１がバルブボディ２との間で、力を受け止めるため、インナーディスク３の変形を抑えることができる。また、更にダイヤフラム側の面Ｓ１、及びバルブボディ側の面Ｓ２のうち、ダイヤフラム側の面Ｓ１の外側の縁で形成される円の半径Ｒｄは、バルブボディ側の面Ｓ２の外側の縁で形成される円の半径Ｒboよりも大きくしてもよい。この場合には、より内側において力Ｆを受け止めることができるため、インナーディスク３の変形をより抑えることができる。したがって、このような構成とすることにより、バルブ装置１００は、より安定的に大きな流量を制御することができる。
次に、図１１を参照して、上記したバルブ装置１の適用例について説明する。
図１１に示す半導体製造装置９８０は、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は制御部、９８５は処理チャンバ、９８６は排気ポンプを示している。
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９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８５に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
タンク９８３は、ガスボックス９８２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。
制御部９８４は、バルブ装置１への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８５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９８６は、処理チャンバ９８５内を真空引きする。
図１１に示す半導体製造装置９８０は、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は制御部、９８５は処理チャンバ、９８６は排気ポンプを示している。
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９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８５に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
タンク９８３は、ガスボックス９８２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。
制御部９８４は、バルブ装置１への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８５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９８６は、処理チャンバ９８５内を真空引きする。
上記のようなシステム構成によれば、制御部９８４からバルブ装置１に流量調整のための指令を送れば、処理ガスの初期調整が可能になる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、上記適用例では、バルブ装置１をＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ 法）等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。
上記実施形態では、アクチュエータとして、ガス圧で作動するシリンダに内蔵されたピストンを用いたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、制御対象に応じて最適なアクチュエータを種々選択可能である。
上記実施形態では、バルブ装置１を流体制御装置としてのガスボックス９８２の外部に配置する構成としたが、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した流体制御装置に上記実施形態のバルブ装置１を含ませることも可能である。
上記実施形態では、流体制御装置として複数の流路ブロック９９２にバルブ装置を搭載したものを例示したが、分割タイプの流路ブロック９９２以外にも、一体型の流路ブロックやベースプレートに対しても本発明のバルブ装置は適用可能である。
１ ：バルブ装置
２ ：バルブボディ
２ａ ：上面
２ｂ ：側面
２ｃ ：側面
３ ：インナーディスク
５ ：ボンネット
５ａ ：上面
６ ：ケーシング
６ａ ：上面
７ ：操作部材
８ ：アクチュエータ
２１ ：第１の流路
２２ ：第２の流路
２３ ：弁室
２４ ：段差部
２５ ：ネジ穴
３１ ：外側環状部
３２ ：内側環状部
３３ ：第１の開口
３４ ：第２の開口
３５ ：バルブシート凹部
３６ ：ディスクシール凹部
３７ ：接続部
４１ ：ダイヤフラム
４２ ：ダイヤフラム押え
４３ ：押えアダプタ
４４ ：ステム
４５ ：コイルばね
４８ ：バルブシート
４９ ：ディスクシール
５４ ：円孔
６１ ：操作ガス供給口
６２ ：通気路
６４ ：円孔
６５ ：接続部材
７１ ：操作部材流通路
８１ ：ピストン
８２ ：バルクヘッド
８３ ：シリンダ
９１ ：Ｏリング
１００ ：バルブ装置
１０１ ：ダイヤフラム
９８０ ：半導体製造装置
９８１ ：プロセスガス供給源
９８２ ：ガスボックス
９８３ ：タンク
９８４ ：制御部
９８５ ：処理チャンバ
９８６ ：排気ポンプ
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
Ａ１ ：上方向
Ａ２ ：下方向
ＢＳ ：ベースプレート
ＣＬ ：中心線
Ｆ ：力
Ｇ１ ：長手方向（上流側）
Ｇ２ ：長手方向（下流側）
Ｍ ：溝
Ｒbi，Ｒbo，Ｒｄ：半径
Ｓ１ ：ダイヤフラム側の面
Ｓ２ ：バルブボディ側の面
Ｔ１ ：ダイヤフラム接触面
Ｔ２ ：ボディ接触面
Ｗ１,Ｗ２：幅方向
θ ：角度
２ ：バルブボディ
２ａ ：上面
２ｂ ：側面
２ｃ ：側面
３ ：インナーディスク
５ ：ボンネット
５ａ ：上面
６ ：ケーシング
６ａ ：上面
７ ：操作部材
８ ：アクチュエータ
２１ ：第１の流路
２２ ：第２の流路
２３ ：弁室
２４ ：段差部
２５ ：ネジ穴
３１ ：外側環状部
３２ ：内側環状部
３３ ：第１の開口
３４ ：第２の開口
３５ ：バルブシート凹部
３６ ：ディスクシール凹部
３７ ：接続部
４１ ：ダイヤフラム
４２ ：ダイヤフラム押え
４３ ：押えアダプタ
４４ ：ステム
４５ ：コイルばね
４８ ：バルブシート
４９ ：ディスクシール
５４ ：円孔
６１ ：操作ガス供給口
６２ ：通気路
６４ ：円孔
６５ ：接続部材
７１ ：操作部材流通路
８１ ：ピストン
８２ ：バルクヘッド
８３ ：シリンダ
９１ ：Ｏリング
１００ ：バルブ装置
１０１ ：ダイヤフラム
９８０ ：半導体製造装置
９８１ ：プロセスガス供給源
９８２ ：ガスボックス
９８３ ：タンク
９８４ ：制御部
９８５ ：処理チャンバ
９８６ ：排気ポンプ
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
Ａ１ ：上方向
Ａ２ ：下方向
ＢＳ ：ベースプレート
ＣＬ ：中心線
Ｆ ：力
Ｇ１ ：長手方向（上流側）
Ｇ２ ：長手方向（下流側）
Ｍ ：溝
Ｒbi，Ｒbo，Ｒｄ：半径
Ｓ１ ：ダイヤフラム側の面
Ｓ２ ：バルブボディ側の面
Ｔ１ ：ダイヤフラム接触面
Ｔ２ ：ボディ接触面
Ｗ１,Ｗ２：幅方向
θ ：角度
Claims (12)
- 第１の流路及び第２の流路を形成するバルブボディと、
前記第１の流路の開口周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置された外側環状部、及び前記第２の流路と連通する複数の開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部を有するインナーディスクと、
前記内側環状部上に配置されるバルブシートと、
周縁部が前記外側環状部と接触し、前記バルブシートに対して接触しない開位置及び接触する閉位置の間で移動することにより前記第１の流路と前記第２の流路との連通及び遮断を行うダイヤフラムと、
前記外側環状部との間に前記ダイヤフラムの周縁部を挟んで接触する押えアダプタと、を備え、
前記外側環状部が前記ダイヤフラムと接触するダイヤフラム接触面の最外側の位置は、前記外側環状部が軸方向に垂直な面で前記バルブボディと接触するボディ接触面の最内側の位置よりも外側である、バルブ装置。 - 前記ダイヤフラム接触面の最外側の位置は、前記ボディ接触面の最外側の位置よりも外側である、請求項１に記載のバルブ装置。
- 前記ダイヤフラムは、前記開位置における曲面を形成する曲線が変曲点を有しないドーム型である、請求項１又は２に記載のバルブ装置。
- 前記内側環状部と前記バルブボディとの間に配置されるディスクシールを更に備え、
前記ディスクシールは、前記内側環状部の前記バルブボディ側に形成されたディスクシール凹部に保持される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ装置。 - 前記内側環状部は、前記ダイヤフラム側に形成されたバルブシート凹部を有し、
前記バルブシートは、前記バルブシート凹部に保持され、
前記バルブシートは、前記ディスクシールと同じ材料及び形状からなる、請求項４に記載のバルブ装置。 - 前記内側環状部は、前記外側環状部よりも中心線が延びる方向に長い筒状であり、前記内側環状部の内側が前記第１の流路と連通し、前記内側環状部の外側が前記第２の流路と連通している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ装置。
- 第１の流路及び第２の流路を形成するバルブボディと、
前記第１の流路の開口周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置された外側環状部、及び前記第２の流路と連通する複数の開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部を有するインナーディスクと、
前記内側環状部上に配置されるバルブシートと、
周縁部が前記外側環状部と接触し、前記バルブシートに対して接触しない開位置及び接触する閉位置の間で移動することにより前記第１の流路と前記第２の流路との連通及び遮断を行うダイヤフラムと、
前記外側環状部との間に前記ダイヤフラムの周縁部を挟んで接触する押えアダプタと、を備え、
前記外側環状部に形成される、互いに対向する面であるダイヤフラム側の面、及びバルブボディ側の面のうち、前記ダイヤフラム側の面の外側の縁で形成される円の半径は、前記バルブボディ側の面の内側の縁で形成される円の半径よりも大きい、バルブ装置。 - 前記ダイヤフラム側の面、及び前記バルブボディ側の面のうち、前記ダイヤフラム側の面の外側の縁で形成される円の半径は、前記バルブボディ側の面の外側の縁で形成される円の半径よりも大きい、請求項７に記載のバルブ装置。
- 上流側から下流側に向かって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乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置を含むことを特徴とする流体制御装置。 - 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法。
- 密閉された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乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いる半導体製造装置。
- 密閉された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の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いる半導体製造方法。
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