KR100840866B1

KR100840866B1 - 차단밸브장치 및 이를 삽입한 질량유량 제어장치

Info

Publication number: KR100840866B1
Application number: KR1020070036912A
Authority: KR
Inventors: 시게히로 스즈키; 류우 사사키
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-06-23
Also published as: KR20070102955A; US7699070B2; JP2007285416A; JP4765746B2; US20070240769A1

Abstract

소형으로 데드 볼륨(dead volume)이 적고, 또한 작동 기체의 압력이 낮아도 확실하게 전폐(全閉) 동작을 행할 수 있는 차단밸브장치를 제공한다.

내부에 일시적으로 기체가 고이는 밸브실(36)을 갖는 밸브 블록체(80)과, 밸브실에 대해서 기체를 유입시키는 유입로(34), 밸브실로부터 기체를 유출시키는 유출로(40), 유입로의 유입구와 유출로의 유출구 중 어느 한쪽으로 되는 밸브구(42)에 설치된 밸브시트(44), 밸브시트에 대향시켜서 밸브실을 구획하도록 배치됨과 동시에 밸브시트에 굴곡 가능하게 맞닿아 밸브구를 차단하는 금속제 다이어프램 밸브체(38), 다이어프램 밸브체를 누르기 위한 누름수단(82)를 구비하고, 누름수단은 밸브실의 반대측에 다이어프램 밸브체에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판(84)와, 액츄에이터판에 의해 구획되어 작동 기체가 급배(給排)되는 작동실(86), 작동실 내로 작동 기체를 급배시키는 작동 기체 급배기구(88)로 구성된다.

차단밸브장치, 질량유량 제어장치, 밸브시트, 다이어프램 밸브체, 액츄에이터판

Description

차단밸브장치 및 이를 삽입한 질량유량 제어장치{Shutoff valve apparatus and mass flow control device with built-in shutoff valve}

도 1은 본 발명의 차단밸브장치를 삽입한 질량유량 제어장치의 일례를 나타내는 블록 구성도이다.

도 2는 도 1 중에 나타내는 각 부재의 배열 상태를 나타내는 배치도이다.

도 3은 본 발명의 차단밸브장치를 나타내는 확대 단면도이다.

도 4는 도 3 중 A부를 나타내는 부분 확대도이다.

도 5는 차단밸브장치를 나타내는 분해 조립도이다.

도 6은 작동 기체의 압력에 의해 다이어프램 밸브체가 굴곡 변형될 때의 상황을 설명하기 위한 설명도이다.

도 7은 차단밸브장치의 리크 테스트(leak test) 결과를 나타내는 도면이다.

도 8은 가스 배관 사이에 설치된 종래의 질량유량 제어장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 9는 질량유량 제어장치와 별체의 차단밸브장치의 종래 취부(取付) 형태의 일례를 나타내는 도면이다.

도 10은 차단밸브장치를 삽입한 종래의 질량유량 제어장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.

부호의 설명

4 가스관(유체 통로)

6 유로

8 질량유량 검출수단

10 유량 제어밸브 기구

12 바이패스관

14 센서관

16 센서회로

18 제어수단

20 유량 제어밸브

22 다이어프램(diaphragm)

28 밸브 구동회로

34 유입로

36 밸브실

38 다이어프램 밸브체

40 유출로

42 밸브구

44 밸브시트

50 질량유량 제어장치

50A 질량유량 제어 본체

50B 검정 본체

52, 54 차단밸브장치

80 밸브 블록체

801 통기로

82 누름수단

84 액츄에이터판(actuator plate)

86 작동실

88 작동 기체 급배기구

90 다이어프램 누름부재

901 통기로

91 실링 홈(seal groove)

92 누름 돌기부

93 실링 홈

96 버튼 홀더

98 판 누름부재

100 가이드용 단부(段部)

102 전자밸브

104 케이싱

108 3방 밸브(Three-way valve) 밸브체

본 발명은 가스 등의 비교적 소유량(小流量) 유체의 질량유량을 제어하는 질량유량 제어장치 및 이에 삽입된 차단밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적회로 등의 반도체 제품 등을 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등에 대해서 예를 들면 CVD 성막(成膜)이나 에칭 조작 등이 각종 반도체 제조장치에 있어서 반복적으로 행해지지만, 이 경우에 미량의 처리 가스의 공급량을 정밀도 좋게 제어할 필요로부터, 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller)와 같은 질량유량 제어장치가 사용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2).

여기서 일반적인 질량유량 제어장치의 구성에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 가스 배관 사이에 설치된 종래의 질량유량 제어장치의 일례의 개략 구성도를 나타낸다.

도시하는 바와 같이, 이 질량유량 제어장치(2)는 액체나 기체 등의 유체를 흐르게 하는 유체통로, 예를 들면 가스관(4) 도중에 설치되어 이 질량유량을 제어하도록 되어 있다. 또한, 이 가스관(4)의 일단(一端)에 접속되는 반도체 제조장치 내는 예를 들면 진공으로 되어 있다. 이 질량유량 제어장치(2)는 예를 들면 스테인리스 스틸 등에 의해 성형된 유로(6)을 갖고 있고, 이 양단(兩端)이 상기 가스관(4)에 접속된다. 이 질량유량 제어장치(2)는 유로(6)의 전단측(前段側)에 위치하는 질량유량 검출수단(8)과 후단측(後段側)에 위치하는 유량 제어밸브 기구(10)으 로 된다.

먼저, 상기 질량유량 검출수단(8)은 상기 유로(6)의 가스 유체의 흐름 방향의 상류측에 설치되고, 복수의 바이패스관을 묶어서 되는 바이패스군(12)를 갖고 있다. 상기 바이패스군(12)의 양단측에는 이를 우회하도록 센서관(14)가 접속되어 있고, 여기에 바이패스군(12)와 비교하여 소량의 가스 유체를 일정 비율로 흐르게 할 수 있도록 되어 있다. 즉, 이 센서관(14)에는 전체 가스 유량에 대해 일정 비율의 일부 가스를 항상 흐르게 하도록 되어 있다. 이 센서관(14)에는 직렬로 접속된 제어용 한쌍의 저항선(R1, R4)가 감겨 있고, 이것에 접속된 센서회로(16)에 의해 질량유량값을 나타내는 유량신호(S1)을 출력하도록 되어 있다.

이 유량신호(S1)은 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 되는 제어수단(18)에 도입되어, 상기 유량신호(S1)을 토대로 하여 현재 흐르고 있는 가스의 질량유량을 구할 수 있음과 동시에, 그 질량유량이 외부로부터 입력되는 유량 설정신호(S0)로 표시되는 질량유량에 일치하도록 상기 유량 제어밸브 기구(10)을 제어하게 된다. 이 유량 제어밸브 기구(10)은 상기 유로(6)의 하류측에 설치된 유량 제어 밸브(20)을 갖고 있고, 이 유량 제어 밸브(20)은 가스 유체의 질량유량을 직접적으로 제어하기 위한 밸브체로서, 예를 들면 금속판제의 굴곡 가능하게 된 다이어프램(22)를 갖고 있다.

그리고, 이 다이어프램(22)를 밸브구(24)를 향해서 적절히 굴곡 변형시켜 이동시킴으로써, 상기 밸브구(24)의 밸브 열림 정도를 임의로 제어할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 다이어프램(22)의 윗면은 예를 들면 적층 압전소자(피에조 소 자(piezo element)로 되는 액츄에이터(26)의 하단부에 접속되어 있고, 이것에 의해 그 밸브 열림 정도를 상기한 바와 같이 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 액츄에이터(26)은 상기 제어수단(18)로부터의 구동신호를 받아서 밸브 구동회로(28)이 출력하는 밸브 구동전압(S2)에 의해 작동한다. 또한, 상기 액츄에이터(26)으로서 적층 압전소자 대신에 전자식 액츄에이터를 사용하는 경우도 있다.

그런데, 경우에 따라서는 반도체 제조장치측으로 흐르는 가스를 완전히 정지시킬 필요가 있는데, 상기한 바와 같이 질량유량 제어장치(2)에 있어서는, 구조상 유량 제어에 적합한 밸브 구성으로 되어 있기 때문에 흐르는 가스를 완전히 정지시키는 것이 곤란한 경우가 있어, 이 때문에 이 질량유량 제어장치(2)의 상류측, 또는 하류측, 또는 이들의 양쪽에 가스 흐름을 완전히 정지시키기 위한 차단밸브장치가 설치된다. 이들의 차단밸브장치는 이 질량유량 제어장치(2) 자체의 영점 조정이나 측정값 교정시에도 사용된다.

예를 들면, 상기 차단밸브장치로서는 특허문헌 1에도 개시되어 있는 바와 같이, 도 9에 나타내는 바와 같이 질량유량 제어장치(2)에 대해 별체로서, 예를 들면 작동 공기로 작동하는 피스톤식 차단밸브장치(30)을 접속하도록 하고 있다. 여기서 도 9는 질량유량 제어장치와 별체의 차단밸브장치의 종래 취부 형태의 일례를 나타내는 도면이고, 여기서는 질량유량 제어장치의 하류측에 차단밸브장치를 접속하고 있다.

이와 같은 피스톤 실린더식 차단밸브장치에 의하면, 압축된 작동 공기가 접촉하는 실린더 표면적을 크게 함으로써 큰 힘을 얻을 수 있게 되어, 다이어프램으 로 되는 밸브의 차단 성능이 좋다는 이점을 갖는다.

그러나, 이 종류의 차단밸브장치에 있어서는 피스톤과 실린더 사이에는 O링 등의 실링부재가 개재(介在)되어 있기 때문에, 그 마찰저항에 의해서 밸브를 여는 조작시(즉, 작동 공기의 공급을 멈추었을 때)에 금속제 다이어프램의 탄성만으로는 밸브의 열림 상태를 얻을 수 없는 경우가 있기 때문에, 밸브를 열 때의 보조부재로서 스프링 등을 구비할 필요가 있다. 따라서, 구조가 복잡하고 부품점수도 많으며, 또한 치수도 커져 버린다.

또한, 상기 질량유량 제어장치(2)와 차단밸브장치(30) 사이를 연결하는 부분의 가스관(4A)의 용량, 예를 들면 수 cc는 데드 볼륨으로 되어 무시할 수 없고, 이 부분에 잔류하는 가스는 상기 질량유량 제어장치(2)의 제어 외의 가스이기 때문에, 반도체 제조장치의 가동시 등, 즉 상기 차단밸브장치(30)을 닫은 후에 프로세스처리를 재개할 때에는, 처리 개시시에 항상 상기 잔류 가스 부분을 폐기해야 하기 때문에, 처리 가스의 쓸데없는 소비가 많아져 버리는 문제가 있다.

따라서, 상기 차단밸브장치(30)을 질량유량 제어장치(2) 내로 일체적으로 삽입하도록 하는 것도 제안되어 있다(특허문헌 1 중 도 1~도 3 및 특허문헌 2의 도9 등).

이 특허문헌 1의 경우에는, 소형화하기 위해 다이어프램 자체를 압축된 작동 기체로 직접적으로 구동하는 다이렉트 실링식 차단밸브장치가 개시되어 있고, 이 차단밸브장치는 유량 제어 밸브의 하류측에 설치된 수지제의 밸브시트와 밸브시트에 대향하도록 배치되고, 또한 본체와 덮개부재를 나사 결합함으로써 협착(狹着) 유지된 금속제 다이어프램을 구비하며, 덮개부재에 나사 결합된 관 연결 부품을 매개로 하여 접속되는 에어 배관으로부터 공급되는 작동 공기로 다이렉트로 금속제 다이어프램을 수지제의 밸브시트에 누름으로써 밸브가 닫히도록 되어 있다.

이 구조에 의하면, 피스톤 등의 부품이 존재하지 않고, 또한, 작동 공기를 배기했을 때에 금속제 다이어프램이 탄성에 의해서 원래의 형상으로 돌아가는 것을 저해하는 요소가 존재하지 않기 때문에, 밸브를 열 때의 보조를 위해 스프링 등을 설치할 필요도 없다. 즉, 피스톤 실린더식 차단밸브장치와 비교하면 구조가 단순하여 부품점수도 적기 때문에 소형화가 가능하다.

또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 차단밸브장치 일체형의 질량유량 제어장치는, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 10은 차단밸브장치를 삽입한 종래의 질량유량 제어장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 또한, 도 10 중에 있어서 도 8 및 도 9 중에 나타내는 구성부분과 동일한 구성부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 있다.

이 도 10에 나타내어진 구조도 다이렉트 실링식 차단밸브장치를 삽입한 점에 있어서, 특허문헌 1에 개시된 구조와 기본적으로 같다. 도 10 중에 있어서, 유량 제어밸브 기구(10)은 금속제의 다이어프램(22)와 이것을 눌러서 굴곡시키는 액츄에이터(26)을 갖고 있고, 상기 다이어프램(22)를 밸브구(24)에 대해 접근 및 이간시킴으로써 밸브 열림 정도를 바꾸어 가스의 유량 제어를 행하도록 되어 있다. 그리고, 상기 유량 제어밸브 기구(10)의 하류측에, 즉 도 10 중에서는 유량 제어밸브 기구(10)의 하부에 이것에 대향시켜서 차단밸브장치(30)을, 예를 들면 나사 접합에 의해 취부하여 배치하고 있다. 이 차단밸브장치(30)은 상기 밸브구(24)에 유입로(34)를 매개로 하여 연통(連通)되는 밸브실(36)을 갖고 있고, 이 밸브실(36)은 금속제의 대략 속이 빈 구형상으로 성형된 다이어프램 밸브체(38)에 의해 구획되어 있다.

이 밸브실(36)에 면하는 상기 유입로(34)의 유입구가 밸브구(42)로 되어 있고, 이 밸브구(42)의 부분에 밸브시트(44)가 설치된다. 또한 이 밸브실(36)으로부터는 반도체 제조장치로 향하는 유출로(40)이 뻗어 있다. 상기 다이어프램(38)의 상기 밸브실(36)과는 반대측에는 작동실(46)이 설치되어 있고, 이 작동실(46)에는 전자식 3방 밸브(48)에 의해 압축된 작동 공기를 배급할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 작동 공기를 작동실(46) 내로 공급하고 상기 다이어프램(38)을 굴곡시켜서 밸브시트(44)에 착좌(着座)시킴으로써 밸브구(42)를 닫을 수 있도록 하고 있다. 이것에 의해 유량 제어밸브 기구(10)에서 가스의 질량유량을 제어하고, 차단밸브장치(30)으로 전폐 상태를 실현할 수 있도록 되어 있다. 또한 유량 제어밸브 기구(10)으로부터 차단밸브장치(30)으로 연통되는 유입로(34)의 용적, 즉 데드 볼륨은 도 9에 나타내는 종래 장치의 가스관(4A) 부분의 용적 보다도 훨씬 적기 때문에, 그 분량만큼 제어 외 폐기하는 가스량을 적게 할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제(평)11-154022호 공보(도 1 내지 도 3 및 도 9)

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 제2006-38832호 공보(도 9)

그런데, 상기한 특허문헌 1 및 2에 개시된 것과 같은 장치에 있어서는, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 차단밸브장치를 질량유량 제어장치로 일체적으로 삽입하도록 하였기 때문에, 장치 전체를 소형화할 수 있고, 또한 폐기되는 처리 가스도 적다는 이점을 갖는다.

그렇지만, 상기 도 10에 나타내는 바와 같은 장치예에서는 차단밸브장치(30)의 다이어프램 밸브체(38)을 구동시킬 때에, 작동 공기가 금속제 다이어프램 밸브체(38)의 전체에 균등하게 작동 공기의 압력이 걸리기 때문에, 금속제 다이어프램 밸브체(38)을 밸브 닫힘 상태에 도달할 때까지 변형시키기에는 높은 압력의 작동 공기를 필요로 한다.

예를 들면 내봉압(內封壓)이 0.3 MPa인 가스의 흐름을 차단할 경우, 0.6 MPa 정도의 작동 공기압이 필요하지만, 통상의 반도체 제조장치의 제조공장에서 사용되는 공장 에어의 작동 공기의 압력은 0.4~0.7 MPa이다. 이 때문에, 공장 에어의 작동 공기의 압력이 0.4~0.5 MPa인 경우에는 전폐 상태를 실현하는 것이 곤란해져 버린다고 하는 문제가 있었다. 바꾸어 말하면, 전술한 바와 같이 내봉압이 높은 가스의 흐름을 확실하게 차단할 경우에는 차단밸브장치의 조작압을 증압할 필요가 있기 때문에, 반도체 제조장치의 공장측 설비를 크게 개수(改修)해야 하는 문제가 발생한다.

발명의 요약

본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하고, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 소형으로 데드 볼륨이 적고, 또한 작동 기체의 압력이 낮아도 확실하게 전폐 동작을 행할 수 있는 차단밸브장치 및 이를 삽입한 일 체형의 질량유량 제어장치를 제공하는 것에 있다.

청구항 1의 발명은 밸브실을 갖는 밸브 블록체와, 상기 밸브실에 대해서 유체를 유입시키는 유입로, 상기 밸브실로부터 유체를 유출시키는 유출로, 상기 유입로의 유입구와 상기 유출로의 유출구 중 어느 한쪽으로 되는 밸브구에 설치된 밸브시트, 상기 밸브시트에 대향시켜서 상기 밸브실을 구획하도록 배치되는 동시에 상기 밸브시트에 맞닿아 상기 밸브구를 차단하는 다이어프램 밸브체, 상기 다이어프램 밸브체를 누르기 위한 누름수단을 구비하고, 상기 누름수단은 상기 밸브실의 반대측에 상기 다이어프램 밸브체에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판과, 상기 액츄에이터판에 의해 구획되어 작동 기체가 급배되는 작동실, 상기 작동실 내로 상기 작동 기체를 급배시키는 작동 기체 급배기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치이다.

이와 같이 밸브실을 구획하는 다이어프램 밸브체를 비교적 작은 힘으로 무리 없이 굴곡시키기 위해, 탄성체로 되는 액츄에이터판과 다이어프램 밸브체를 누르기 위한 누름수단을 별도로 설치하고, 이 액츄에이터판이 구획하는 작동실에 작동 기체를 급배시켜서 상기 액츄에이터판을 작동시킴으로써, 누름수단을 매개로 하여 상기 다이어프램 밸브체의 중앙 부분을 눌러 굴곡시켜서 밸브구를 닫도록 하였기 때문에, 소형으로 데드 볼륨이 적고, 또한 작동 기체의 압력이 낮아도 확실하게 요소(要所)를 눌러서 실링 성능이 높은 전폐 동작을 행할 수 있다.

이 경우, 예를 들면 청구항 2에 규정하는 바와 같이, 상기 액츄에이터판의 중앙부와 상이 다이어프램 밸브체의 중앙부 사이에는 누름 돌기부가 설치되어 있 다.

이와 같이, 액츄에이터판의 중앙부와 상기 다이어프램 밸브체의 중앙부 사이에 누름 돌기부를 설치함으로써, 압력이 보다 낮은 작동 기체라도 다이어프램 밸브체를 용이하게 굴곡시켜서 전폐 상태를 실현할 수 있다.

또한, 예를 들면 청구항 3 및 청구항 4에 규정하는 바와 같이, 상기 작동 기체 급배기구는 상기 작동실 내로 작동 기체를 급배시키기 위한 전자밸브를 갖는다.

또한, 예를 들면 청구항 5에 규정하는 바와 같이, 상기 액츄에이터판의 접합면에 대향하는 면에는 요철상의 실링 홈이 형성되어 있다.

청구항 6의 발명에 의하면, 밸브실을 갖는 밸브 블록체와 상기 밸브실에 대해서 유체를 유입시키는 유입로, 상기 밸브실로부터 유체를 유출시키는 유출로, 상기 유입로의 유입구와 상기 유출로의 유출구 중 어느 한쪽으로 되는 밸브구에 설치된 밸브시트, 상기 밸브시트에 대향시켜서 상기 밸브실을 구획하도록 배치되는 동시에, 상기 밸브시트에 맞닿아 상기 밸브구를 차단하는 다이어프램 밸브체, 상기 다이어프램 밸브체의 주위를 기밀(氣密)하게 누르는 다이어프램 누름부재, 상기 밸브실의 반대측에 상기 다이어프램 밸브체에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판, 상기 액츄에이터판의 주위를 기밀하게 누르는 판 누름부재, 상기 액츄에이터판의 중앙부와 상기 다이어프램 밸브체의 중앙부 사이에 설치된 누름 돌기부, 상기 액츄에이터판에 의해 구획되어 작동 기체가 급배되는 작동실, 상기 액츄에이터판의 중앙부에 상기 작동실측으로 돌출시켜서 설치한 안내용 돌기부재, 상기 작동실 내로 상기 작동 기체를 급배시키는 전자밸브를 갖는 작동 기체 급배기구에 의 해 구성되는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치이다.

청구항 7의 발명에 의하면, 유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과, 밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구, 외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서, 상기 유로의 상류측 및/또는 하류측에 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치이다.

청구항 8의 발명에 의하면, 유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과, 밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구, 외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서, 상기 유로의 상류측 및/또는 하류측에 청구항 5의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치이다.

청구항 9의 발명에 의하면, 유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과, 밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구, 외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서, 상기 유로의 상류측 및/또는 하류측에 청구항 6의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치이다.

발명의 상세한 설명

이하에 본 발명의 차단밸브장치 및 이를 삽입한 질량유량 제어장치의 하나의 실시예를 첨부 도면을 토대로 상세히 기술한다.

도 1은 본 발명의 차단밸브장치를 삽입한 질량유량 제어장치의 일례를 나타내는 블록 구성도, 도 2는 도 1 중에 나타내는 각 부재의 배열 상태를 나타내는 배치도, 도 3은 본 발명의 차단밸브장치를 나타내는 확대 단면도, 도 4는 도 3 중 A부를 나타내는 부분 확대도, 도 5는 차단밸브장치를 나타내는 분해 조립도이다. 또한, 도 8~도 10에 있어서 나타낸 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

도시하는 바와 같이, 이 질량유량 제어장치(50)은 액체나 기체 등의 유체를 흐르게 하는 유체 통로, 예를 들면 가스관(4) 도중에 설치되어 이 질량유량(이하, 단순히 「유량」이라고도 한다)을 제어하도록 되어 있다. 또한, 이 가스관(4)의 일단에 접속되는 반도체 제조장치 내는 예를 들면 진공으로 되어 있다. 이 질량유량 제어장치(50)은 질량유량 제어 본체(50A)와, 질량유량의 검정을 행하는 검정 본체(50B)로 된다. 구체적으로는, 이 질량유량 제어장치(50)은 예를 들면 스테인리스 스틸 등에 의해 성형된 유로(6)을 갖고 있고, 이 유체 입구(6A)가 상기 가스관(4)의 상류측에 접속되며, 유체 출구(6B)가 가스관(4)의 하류측에 접속된다. 그리고, 여기서는 이 유로(6)의 최상류측과 최하류측에 본 발명의 특징으로 하는 차단밸브장치(52, 54)가 각각 취부되어 있다. 이들의 차단밸브장치(52, 54)의 구성에 대해서는 후술한다.

상기 질량유량 제어장치(50A)는 여기서는 도 8을 참조하여 설명한 종래 장치와 완전히 같은 구조로 되어 있고, 예를 들면 질량유량 검출수단(8), 유량 제어밸브 기구(10) 및 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 되는 제어수단(18)을 구비하고 있다. 상기 질량유량 검출수단(8)은 바이패스관(12), 센서관(14), 센서회로(16) 등을 갖고 있고, 여기서 검출된 유량신호(S1)을 상기 제어수단(18)을 향해서 출력하도록 되어 있다. 상기 유량 제어밸브 기구(10)은 유량 제어 밸브(20), 이를 구동하는 액츄에이터(26), 이 액츄에이터(26)을 향해서 밸브 구동전압(S2)를 출력하는 밸브 구동회로(28) 등을 갖고 있다. 그리고, 상기 제어수단(18)은 여기에 예를 들면 호스트 컴퓨터 등의 외부로부터 입력되는 유량 설정신호(S0)로 나타내어지는 유량과 상기 유량신호(S1)으로 나타내어지는 유량이 일치하도록 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 열림 정도를, 예를 들면 PID 제어법으로 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도시예에서는 상기 유량 제어밸브 기구(10)은 상기 질량유량 검출수단(8)의 하류측에 설정되어 있지만, 이를 상기 질량유량 검출수단(8)의 상류측에 위치시키도록 해도 된다.

한편, 도시예에서는 상기 검정 본체(50B)는 상기 질량유량 제어 본체(50A)의 상류측에 설치되어 있다. 이 검정 본체(50B)는 상기 유로(6)에 이 유로(6)을 개폐하는 검정용 밸브로서의 상기 차단밸브장치(52)와, 소정의 용량을 갖는 검정용 탱 크부(56), 유체인 상기 가스의 압력을 검출하여 압력 검출신호를 출력하는 압력 검출수단(58), 상기 검정용 밸브인 차단밸브장치(52)와 상기 검정용 탱크부(56) 및 상기 압력 검출수단(58)을 사용해서 질량유량 검정 동작을 행하도록 제어하는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 되는 검정 제어수단(60)을 함께 구비하고 있다.

구체적으로는, 상기 검정용 차단밸브장치(52)는 검정 본체(50B) 중에서 유로(6)의 최상류측에 설치되고, 상기 검정 제어수단(60)으로부터의 지령인 탱크 밸브 개폐신호(S3)에 의해 개폐되어, 이 유로(6)을 필요에 따라서 차단할 수 있도록 되어 있다. 상기 검정용 차단밸브장치(52)로서는 후술하는 바와 같이, 예를 들면 3방 밸브와 전폐용 다이어프램을 내장한 액츄에이터가 없는 소형 밸브장치를 사용할 수 있다.

이 액츄에이터가 없는 소형 밸브장치는 작동 기체 입구(62)(도 2 참조)로부터 도입되는 작동 기체에 의해 전폐용 다이어프램 밸브체를 굴곡시켜서, 밸브구의 전개(全開) 상태와 완전히 실링된 전폐(全閉) 상태를 선택적으로 실현하는 것이다. 이 구조는 다른 쪽의 차단밸브장치(54)도 동일하다. 도 2 중에 있어서는, 상기 검정용의 차단밸브장치(52)는 장치 상자체(64)에 형성된 취부 오목부(66)에 탈착 가능하게 설치되어 있다. 또한, 상기 압력 검출수단(58)은 예를 들면 캐퍼시턴스 마노미터(capacitance manometer)로 되고, 상기 유로(6) 내의 가스의 압력을 검출하여 이 검출값을 압력신호(S4)로서 상기 검정 제어수단(60)을 향해서 출력할 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 검정용 탱크부(56)은 예를 들면 스테인리스 스틸 등으로 되는 탱 크 본체(68)로 되고, 상기 검정용 차단밸브장치(52)와 압력 검출수단(58) 사이에 설치되어 있다. 이 탱크 본체(68)은 소정의 유량, 예를 들면 40 ㎤ 정도의 용량으로 설정되어 있고, 흐르는 가스가 반드시 이 탱크 본체(68) 내를 통과하도록 되어 있다. 또한 상기 탱크 본체(68) 근방, 즉 여기서는 탱크 본체(68) 천장부의 윗면에는 온도 검출수단(70)으로서, 예를 들면 백금 온도 센서가 취부되어 있고, 여기서 검출된 온도를 나타내는 신호를 상기 검정 제어수단(60)으로 입력할 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 검정 제어수단(60)에는, 유량의 검정 동작을 행할 때의 가스 흐름의 기준이 되는 압력 변화(기준 압력 변화)를 기억하는 기준용 데이터 메모리(72A)와, 유량의 검정 동작을 행할 때에 취득한 가스 흐름의 압력 변화를 기억하는 검정용 데이터 메모리(72B)가 접속되어 있다. 그리고, 이 검정 제어수단(60)은 필요에 따라서 상기 질량유량 검출수단(8)의 센서회로(16)을 향해서 교정신호(S10)을 출력하고, 교정 결과를 토대로 하여 이 센서회로(16)을 적정히 교정할 수 있도록 되어 있다. 또한 이 검정 제어수단(60)과 상기 질량유량 제어 본체(50A)의 제어수단(18)은 필요에 따라서 연동(連動)하도록 되어 있다.

또한 후류측에 위치하는 다른 쪽의 차단밸브장치(54)는 도 2에도 나타내는 바와 같이, 장치 상자체(64)의 아랫면측에 취부 오목부(74)를 설치하고, 이 취부 오목부(74)에 상기 차단밸브장치(54)를 삽입하도록 되어 있다. 이 취부 오목부(74)는 상기 유량 제어밸브 기구(10)의 유량 제어 밸브(20)에 대해서 대향하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 이 차단밸브장치(54)를 구동하는 작동 기체는 작동 기체 입 구(76)으로부터 도입할 수 있도록 되어 있다.

다음으로, 상기 차단밸브장치(52, 54)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 상류측의 차단밸브장치(52)는 이 질량유량 제어장치(50)이 정밀도 좋게 유량 제어를 행할 수 있는지 여부의 검정을 행할 때에 사용하는 밸브장치이고, 후류측의 차단밸브장치(54)는 이 질량유량 제어장치(50)의 영점 조정을 행할 때나, 반도체 제조장치 측으로 흐르는 가스를 완전히 차단할 필요가 있을 때에 사용하는 밸브장치이다. 여기서는 상기 2개의 차단밸브장치(52, 54)는 완전히 같은 구성으로 되어 있기 때문에, 여기서는 후류측의 차단밸브장치(54)를 예로 들어 설명한다.

상기 후류측의 차단밸브장치(54)는 도 2, 도 3 및 도 9에도 나타내는 바와 같이, 내부에 일시적으로 기체가 고이는 밸브실(36)과, 여기에 제어 유체인 가스를 유입시키는 유입로(34), 이 밸브실(36)으로부터 가스를 유출시키는 유출로(40)을 갖고 있다. 상기 유입로(34)의 상단부는 상기 유량 제어밸브 기구(10)의 밸브구(24)(도 10 참조)에 직접적으로 연통되거나, 또는 별도의 유로를 형성하거나 하여, 결과적으로 이 유입로(34)의 하단부인 유입구는 이 차단밸브장치(54)의 밸브구(42)로 되어 있다. 이 밸브구(42)의 단부(도면 중 하단)에는, 예를 들면 불소 수지(PTFE, PCTFE 등)로 되는 링상의 밸브시트(44)가 선단 방향으로 조금 돌출시켜 설치되어 있다. 또한, 밸브시트(44)는 밸브구(24) 부분을 가공하여 금속제 밸브시트로 해도 된다.

또한, 상기 유출로(40)은 이 밸브실(36)에 면하게 하여 설치된 유출로(78)로 부터 뻗어 있고, 그 선단부는 유체 출구(6B)(도 1 참조)로서 구성된다.

상기 유입로(34), 유출로(40) 및 밸브실(36)은 예를 들면 스테인리스로 되는 덩어리를 깎아서 구멍이나 오목부를 가공함으로써 밸브 블록체(80) 중에 형성할 수 있다. 또한, 이 밸브 블록체(80)은 상기 유량 제어밸브 기구(10)의 유량 제어 밸브(20)측과 공통으로 사용되도록 되어 있다.

상기 밸브실(36)은 상기 취부 오목부(74)의 가장 안쪽(도 3 및 도 5 중에서는 가장 상부)에 위치하도록 설치되고, 이 밸브실(36)의 아래쪽은 굴곡 가능하게 된 금속제 다이어프램 밸브체(38)에 의해서 기밀하게 구획된다.

그리고, 이 다이어프램 밸브체(38)의 상기 밸브실(36)과는 반대측에는, 이 다이어프램 밸브체(38)을 눌러서 상기 밸브구(42)를 개폐하기 위한 누름수단(82)가 설치된다. 이 누름수단(82)는 상기 밸브실(36)의 반대측에 상기 다이어프램 밸브체(38)에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판(84)와, 이 액츄에이터판(84)에 의해 구획되어 작동 기체가 급배되는 작동실(86), 이 작동실(86) 내로 작동 기체를 급배시키는 작동 기체 급배기구(88)에 의해 주로 구성되어 있다.

구체적으로는 도 5에도 나타내는 바와 같이, 먼저, 상기 다이어프램 밸브체(38)은 두께가 예를 들면 0.1 ㎜ 정도의 굴곡 가능하게 된 원판상의 금속판으로 되고, 단면이 만곡하여 원호상으로 성형되어 있다. 이 다이어프램 밸브체(38)의 직경은, 예를 들면 22 ㎜ 정도로 설정된다. 이 다이어프램 밸브체(38)은 취부 오목부(74)의 가장 안쪽에 위치되고, 이 주변부를 링상으로 형성된 예를 들면 스테인리스제의 다이어프램 누름부재(90)에 의해서 기밀하게 누르도록 되어 있다. 그리고, 이 다이어프램 누름부재(90)의 상기 다이어프램 밸브체(38)에 접하는 면과는 반대측 면에는 도 4에 나타내는 바와 같이 단면이 삼각형인 요철상으로 된 복수조, 예를 들면 2조의 실링 홈(91)이 그 둘레방향을 따라서 링상으로 성형되어 있고, 여기에 액츄에이터판(84)를 누름으로써 이 부분의 실링성을 높이도록 되어 있다.

또한 액츄에이터판(84)는, 예를 들면 두께가 0.4 ㎜정도의 원판상의 탄성체로 되고, 그 주변부에는 링상으로 계합돌기(係合突起)(84A)가 형성되어 있다. 이 탄성체로서는 천연 고무나 합성 고무를 사용할 수 있고, 예를 들면 에틸렌프로필렌 고무, 부틸 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 클로로설폰화 고무, 염소화 폴리에틸렌 고무, 아크릴 고무 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 액츄에이터판(84)의 중앙부와 상기 다이어프램 밸브체(38)의 중앙부 사이에는 누름 돌기부(92)가 설치되어 있다. 도시예에서는 이 누름 돌기부(92)는 황동이나 스테인리스로 되는 직경이 10 ㎜ 정도인 원판상의 돌기로서 버튼상으로 형성되고, 상기 액츄에이터판(84)측에 취부하여 고정되어 있다.

구체적으로는 이 누름 돌기부(92)의 중심에는 돌기 나사(94)가 설치되고, 이 돌기 나사(94)를 액츄에이터판(84)의 중심을 관통시켜, 그 반대측으로부터 중앙부에 나사 구멍을 갖는 원판상의 안내용 돌기부재로서 버튼 홀더(96)으로 상기 돌기 나사(94)로 조임으로써, 상기 누름 돌기부(92)를 취부하여 고정하고 있다. 그리고, 이 누름 돌기부(92)가 상기 액츄에이터판(84)와 접하는 면에는 도 3 중의 B부에 나타내는 바와 같이, 도 4가 나타낸 실링 홈(91)과 동일한 단면이 삼각형인 요철상으로 된 복수조, 예를 들면 2조의 실링 홈(93)이 그 둘레방향을 따라서 링상으로 형 성되어 있어, 이 부분의 실링성을 높이도록 되어 있다.

그리고, 이와 같이 형성된 액츄에이터판(84)의 주변부를, 예를 들면 스테인리스로 되는 링상의 판 누름부재(98)에 의해서 누르도록 되어 있다. 이 때, 상기 판 누름부재(98)에는 상기 액츄에이터판(84)의 계합돌기(84A)를 끼워 장착하기 위한 감합(嵌合) 오목부(98A)가 형성되어 있어, 조립하여 장착했을 때에 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 계합돌기(84A)의 반구상의 선단부를 눌러 부수고, 이 부분의 실링성을 높게 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도 4 중에 있어서, 일점쇄선은 부수기 전의 계합돌기(84A)의 형상을 나타내고 있다.

또한, 이 판 누름부재(98)의 중앙부에는 상기 버튼 홀더(96)의 바깥둘레와 약간의 간극, 예를 들면 0.1 ㎜ 정도의 간격을 두고 이것을 수용할 수 있는 크기로 된 가이드용 단부(段部)(100)이 형성되어 있고, 상기 액츄에이터판(84)가 밸브실(36)의 방향으로 탄성적으로 스트로크 이동할 때에 직선적인 스트로크 이동을 행하도록 안내할 수 있도록 되어 있다. 여기서 상기 액츄에이터판(84)는 작동실(86)의 한쪽, 즉 밸브실(36)측의 한쪽을 구획하게 된다. 또한, 다이어프램 밸브체(36)에 의해 구획된 밸브실(36)과 반대측의 공간, 즉 다이어프램 밸브체(36)과 액츄에이터판(84) 사이의 공간은, 그 공간에 압축 공기가 들어간 경우에 있어서도 액츄에이터판(84)의 동작을 저해하지 않도록, 통기로(801, 901)에 의해서 대기에 연통되도록 설치되어 있다.

또한, 상기 작동 기체 급배기구(88)은 전자밸브(102)와 이 주위를 덮는 원통체상의 케이싱(104)로 주로 구성되어 있다. 상기 케이싱(104) 내에 수용되는 전자 밸브(102)로서는, 여기서는 예를 들면 3방 밸브식 전자밸브가 설치되고, 전자 코일(106)에 의해서 3방 밸브 밸브체(108)을 구동할 수 있도록 되어 있다. 여기서 상기 3방 밸브 밸브체(108)의 첫번째 가스구는 케이싱(104)에 형성된 유로(108A)를 매개로 하여 상기 작동실(86) 내로 연통되고, 두번째 출구는 케이싱(104)에 형성된 유로(108B)를 매개로 하여 작동 기체 입구(76)(도 2 참조)으로 연통되며, 세번째 가스구는 유로(108C)를 매개로 하여 대기측으로 연통되어 있다. 여기서 전자밸브(102)의 전원은 제어수단(18)로부터 공급되고, 통전(通電), 비통전의 제어는 제어수단(18)에 의해서 행해진다. 즉, 비통전시에는 밸브체(108)은 스프링 등(도시하지 않는)의 수단에 의해 유로(108B)의 개구부를 닫는 방향으로 내리눌려 밸브가 닫히게 되어 있다. 이 때, 유로(108A)와 유로(108C)가 연통된 상태가 되어, 작동 기체는 작동실(86)으로는 흘러들어가지 않는다. 한편, 통전시에는 밸브체(108)은 전자밸브(102)가 발생하는 전자력에 의해 스프링을 되미는 방향으로 이동하고, 유로(108C)의 개구부를 닫는 방향으로 내리눌려 밸브가 닫히게 된다. 이 때, 유로(108A)와 유로(108B)가 연통되어 작동 기체가 작동실(86)으로 흘러들어간다.

상기 케이싱(104)의 바깥둘레에는 수나사(110)이 형성되어 있고, 이것을 상기 취부 오목부(74)의 내벽면 선단에 설치한 암나사(112)(도 5 참조)에 나사 결합시켜서 케이싱(104)를 안쪽을 향해서 조임으로써, 상기 각 부재를 밸브실(36)측을 향해 눌러 취부하여 고정할 수 있도록 되어 있다.

또한, 이 취부 오목부(74)의 내벽과 상기 케이싱(104) 사이에는, 예를 들면 O링 등으로 되는 실링부재(114)가 설치되어 기밀성을 유지하고 있다. 또한, 케이 싱(104)와 이 내측에 설치되는 전자밸브(102) 사이에도 O링 등으로 되는 실링부재(116)이 설치되어 있어 기밀성을 유지하고 있다. 또한, 상기 전자밸브(102)의 3방 밸브 밸브체(108)을 덮는 덮개부재(120)에도 상기 전자밸브(102)의 사이에서 O링 등으로 되는 실링부재(118)이 설치되어 있어 이 부분의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.

이것에 의해, 상기 케이싱(104)의 상단면(도 3 참조)에 의해서 상기 작동실(86)의 반대측 구획벽을 형성하도록 되어 있고, 필요에 따라서 상기 유로(108A)를 매개로 하여 작동실(86) 내로 작동 기체를 공급하고, 상기 3방 밸브 밸브체(108)을 전환함으로써 이 작동실(86) 내의 작동 기체를 상기 유로(108C)를 매개로 하여 대기 개방할 수 있도록 되어 있다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 발명의 질량유량 제어장치 및 차단밸브장치의 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 이 질량유량 제어장치(50)의 동작은 실제로 반도체 제조장치 등을 향해서 처리 가스를 유량 제어하면서 흐르게 하는 통상 동작 모드와, 질량유량의 검정에 관한 동작을 행하는 검정 동작 모드의 2종류가 있다. 먼저, 통상 동작 모드에 대해서 설명한다. 이는 앞서 도 8을 참조하여 설명한 동작과 같고, 이 경우에는 검정 본체(50B)측의 동작은 휴지(休止) 상태로 되어 있다. 즉, 상기 질량유량 제어 본체(50A)의 제어수단(18)은, 이것으로 예를 들면 호스트 컴퓨터 등의 외부로부터 입력되는 유량 설정신호(S0)로 나타내어지는 유량과 상기 유량신호(S1)으로 나타내어지는 유량이 일치하도록 상기 유량 제어밸브(20)의 밸브 열림 정도를, 예를 들면 PID 제어법으로 계속 제어하게 된다. 이것에 의해 하류측의 반도체 제조장치 등에는 필요로 하는 질량유량의 처리 가스가 공급되게 된다.

여기서 처리 가스를 흐르게 할 때에는, 최하류측의 차단밸브장치(54)(최상류의 차단밸브장치(52)도 동일)는 열림 상태로 되어 있다. 따라서, 유량 제어밸브(20)을 흐른 가스는 도 3 중에 있어서, 차단밸브장치(54)의 유입로(34) 내를 흘러서 밸브구(42)로부터 밸브실(36) 내로 유입되고, 이 처리 가스는 밸브실(36) 내에 일시적으로 고이듯이 흐르며 또한 유출구(78)을 매개로 하여 유출로(40)측으로 흘러나가, 유체 출구(6B)(도 1 참조)로부터 가스관(4)를 통해서 반도체 제조장치를 향해서 흘러간다.

이 경우, 처리 가스의 사용계인 반도체 제조장치의 가동 상태에 따라서는 처리 가스의 공급을 완전히 정지할 필요가 빈번하게 발생하게 된다. 이와 같은 경우에는, 이 질량유량 제어장치(50)의 최하류측에 설치된 차단밸브장치(54)를 작동시켜서 이를 전폐 상태로 하여 처리 가스의 흐름을 완전히 정지시키게 된다.

구체적으로는, 전술한 바와 같이 이 차단밸브장치(54)의 작동 기체 급배기구(88)의 3방 밸브 방식 전자밸브(102)를 작동시킴으로써, 여기에 0.4~0.7 MPa로 공급되고 있는 공장측의 작동 기체(구체적으로는 작동 공기)를 유로(108B), 3방 밸브 밸브체(108) 및 유로(108A)를 매개로 하여 작동실(86) 내로 도입한다. 이 작동실(86) 내로 상기 작동 기체가 도입되면, 이 작동실(86)을 구획하는 고무제 액츄에이터판(84)는 도 3 중에 있어서 위쪽 방향을 향하도록 탄성적으로 굴곡 변형되고, 이것에 의해 다이어프램 밸브체(38)측을 향하는 힘(F)가 발생한다.

여기서, 상기 다이어프램 밸브체(38)의 중앙부와 액츄에이터판(84)의 중앙부에 설치한 누름 돌기부(92)의 선단부는 항상 접하고 있기 때문에, 상기 다이어프램 밸브체(38)의 중앙부는 상기 누름 돌기부(92)에 의해서 집중적으로 눌리게 된다. 이 결과, 상기 다이어프램 밸브체(38)을 용이하게 굴곡 변형시켜서 이것을 밸브시트(44)에 착좌시키고, 밸브구(42)를 완전히 닫아서 처리 가스의 흐름을 완전히 차단할 수 있다. 실험 결과, 후술하는 바와 같이 외부로부터 공급되는 작동 기체의 압력이 0.35 MPa이더라도 이 차단밸브장치(54)의 개폐작동을 확실히 행할 수 있었다.

이 처리 가스의 차단 후에 처리 가스를 다시 흐르게 할 경우에는, 전술한 바와 같이 상기 전자밸브(102)를 구동하여 3방 밸브 밸브체(108)을 움직여, 상기 작동실(86) 내에 도입되어 있던 가압 상태의 작동 기체를 유로(108C)를 매개로 하여 대기 개방시킨다. 이것에 의해, 상기 액츄에이터판(84)는 스스로의 탄발(彈發) 복귀력과 상기 다이어프램 밸브체(38)의 탄성 복원력에 의해서 밸브시트(44)로부터 떨어져 원래의 위치(노멀리 오픈 상태)로 돌아가, 이 밸브구(42)를 개방하게 된다.

이와 같이, 밸브실(36)을 구획하는 다이어프램 밸브체(38)을 굴곡시키기 위해 탄성체로 되는 액츄에이터판(84)를 별도로 설치하고, 이 액츄에이터판(84)가 구획하는 작동실(86)에 작동 기체를 급배시켜서 상기 액츄에이터판(84)를 작동시킴으로써, 상기 다이어프램 밸브체(38)을 굴곡시켜서 밸브구(42)를 닫도록 하였기 때문에, 소형으로 데드 볼륨이 적고, 또한 작동 기체의 압력이 낮아도 확실하게 전폐 동작을 행할 수 있다.

또한, 유량 제어밸브 기구(10)으로 제어할 수 없는 데드 스페이스의 유량은 유입로(34)의 용적분량 만큼이 되어 이 데드 스페이스를 매우 작게 억제할 수 있고, 처리 가스의 낭비를 대폭 억제하여 처리 가스의 폐기 시간도 짧게 할 수 있기 때문에, 그 만큼 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있다.

또한, 예를 들면 3방 밸브식 전자밸브(102)는 매우 소형이기 때문에 장치 자체를 소형화할 수 있고, 또한 이 질량유량 제어장치 자체의 저부(底部)측을 요철이 적거나 요철이 없는 플랫화를 달성할 수 있으며, 집적 블록화할 때의 취부의 범용성을 높일 수 있다. 예를 들면 본 실시예의 차단밸브장치(54) 전체의 높이는 18 ㎜ 정도로, 종래 장치와 비교하여 매우 소형화할 수 있었다. 또한, 상기 액츄에이터판(84)의 스트로크량은 1 ㎜ 이하, 예를 들면 0.4 ㎜ 정도로, 매우 적은 스트로크량으로 개폐동작을 행할 수 있다.

여기서 도 6을 참조하여, 작동 기체의 압력이 낮아도 다이어프램 밸브체(38)을 굴곡 작동할 수 있는 이유에 대해서 설명한다. 도 6은 작동 기체의 압력에 의해 다이어프램 밸브체(38)이 굴곡 변형될 때의 상황을 설명하기 위한 설명도이다. 도 6(A)는 종래 장치에 있어서의 다이어프램 밸브체(38)(도 10 참조)의 동작을 나타내고, 도 6(B)는 본 발명의 장치에 있어서의 다이어프램 밸브체(38)의 동작을 나타낸다. 도 6(A)에 나타내는 종래 장치의 경우에는 다이어프램 밸브체(38)의 전면에 균등하게 작동 기체의 압력이 가해지기 때문에, 결과적으로 다이어프램 밸브체(38)의 단면 아치형상으로 균등하게 압력이 가해지는 상태가 되어 변형에 대해서 큰 내성을 가져, 이 결과 용이하게 변형되지 않는 상태로 되어 있다.

이것에 대해, 본 발명 장치의 경우에는 고무상의 액츄에이터판(84)에 작동 기체의 압력을 가하고, 그리고 중심부의 누름 돌기부(92)에 접하는 부분만으로 다이어프램 밸브체(38)을 누르도록 하고 있기 때문에, 국부적인 집중력에 의해서 다이어프램 밸브체(38)이 굴곡되기 쉬워져, 이 일부에서 굴곡 변형이 발생하면 이 변형이 주변부에 전파되어 최종적으로 다이어프램 밸브체(38) 전체가 굴곡 변형되게 된다. 따라서, 본 발명의 경우에는 작동 기체의 압력이 작아도, 다이어프램 밸브체(38)을 충분히 굴곡 변형시킬 수 있다.

<동작 상황의 평가결과>

여기서, 전술한 본 발병의 차단밸브장치(54)의 동작 상황에 대해서 평가를 행하였기에, 그 평가 결과에 대해서 설명한다. 사용한 다이어프램 밸브체(38)의 판 두께는 0.11 ㎜, 높이는 0.48 ㎜이다. 작동 기체로서 N2 가스를 사용하고, 0.20~0.80 MPa까지 변화시켜서 평가를 행하였다. 그 결과, 작동 기체의 압력이 0.20~0.30 MPa 사이에서는 다이어프램 밸브체(38)은 굴곡 변형되지 않아, 개폐동작을 행할 수 없었다. 이에 대해서, 작동 기체의 압력이 0.35~0.80 MPa 사이에서는 다이어프램 밸브체(38)은 굴곡 변형되어, 충분히 개폐동작을 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 반도체 제조장치가 설치되어 있는 일반적인 공장 에어리어의 작동 기체의 압력인 0.4~0.7 MPa에 대해, 본 발명의 차단밸브장치(54)를 확실히 개폐동작시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

<리크 테스트>

다음으로, 전술한 본 발명의 차단밸브장치(54)의 리크 테스트를 행하고 평가 를 행하였기에, 그 평가결과에 대해서 설명한다. 도 7은 차단밸브장치의 리크 테스트의 결과를 나타내는 도면이다. 여기서의 다이어프램 밸브체(38)은 앞서 동작 상황의 평가에서 사용한 것과 같고, 판 두께는 0.11 ㎜, 높이는 0.48 ㎜이다. 여기서는 2초 오픈, 2초 클로즈의 개폐동작을 0~2000 K(K=103)회 행하고, 그 리크의 유무를 체크하였다. 누출 체크에는 He 가스를 사용하였다. 여기서는 유체 흐름의 용이함을 나타내는 CV값이 0.07인 밸브를 사용해서 작동 기체의 압력을 0.40 MPa로 설정하고, 외부 리크와 시트 리크에 대해서 검토를 행하였다. 외부 리크란 차단밸브장치(54) 장치 자체의 누출을 나타내고, 시트 리크란 전폐 상태의 다이어프램 밸브체(38) 부분으로부터의 누출을 나타낸다. 또한, 도면 중, "B.G"는 백그라운드를 나타내고, 검사 개시 3분 후의 값을 측정하고 있다. 여기서의 He 가스를 사용한 리크 테스트는 진공법을 토대로 하는 것으로 피검사 대상인 밸브 내부를 진공으로 하고, 이 밸브에 He 가스를 분사한 후에 밖에서 안으로 흡입된 He 가스의 양을 측정하는 것이다. 따라서, 전혀 누출이 없는 경우에는 He 리크 테스트기가 나타내는 수치는 검사 후의 쪽이 작은 값을 나타내는 경우가 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 검사 개시 3분 후의 측정값과 백그라운드의 차, 즉, 검사 개시 3분 후의 값-백그라운드의 값을 리크값으로 한 결과, 외부 리크량은 모두 합격 기준의 상한값인 1.0×10^-11Pa·㎥/s 보다도 충분히 작은 값이고, 또한 시트 리크량에 대해서도 합격 기준의 상한값인 5.0×10^-8Pa·㎥/s 보다도 충분히 작은 값이었다. 그리고 개폐횟수가 많아져도 양쪽 리크량은 리크 테스트 기준(상한 값) 보다 작고, 판정 및 결과는 2×10⁶회의 개폐동작을 한 후까지 전부 이상이 없는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기한 차단밸브장치(54)의 닫힘 동작은 이 질량유량 제어장치의 영점 조정시에도 행해지고, 예를 들면 차단밸브장치(54)를 전폐 상태로 설정함으로써 유량 제어 밸브(20)에 흐르는 가스의 유량을 완전히 영상태로 하고, 이 때의 유량의 검출값으로 영점 교정을 행한다.

다음으로, 검정 동작 모드에 대해서 간단하게 설명한다.

상기 질량유량 제어장치의 유량 측정값이 바른지 여부를 검정하여 교정하는 검정 동작을 행할 경우에는, 하류측의 차단밸브장치(54)는 열림 상태로 하고, 최상류값의 차단밸브장치(52)를 닫힘 상태로 하여 행하게 된다. 이 경우의 개폐동작은 앞서 하류측의 차단밸브장치(54)의 개폐동작으로 설명한 경우와 동일하다.

먼저, 반도체 제조장치측을 계속적으로 진공으로 하고, 어느 소정의 유량으로 일정량의 가스를 안정적으로 흐르게 하고 있는 상태에서, 상류측의 차단밸브장치(52)를 완전한 닫힘 상태로 한다. 그러면, 지금까지 검정용 탱크부(56)의 탱크 본체(68) 내에 가득 차 있던 가스가 이 탱크 본체(68) 내로부터 조금씩 하류측으로 흘러나가, 최종적으로는 진공에 의한 베이스압까지 압력이 저하되게 된다. 이 때의 압력의 변화를 압력 검출수단(58)에 의해 측정하고, 변동 특성, 즉 압력 강하 특성을 얻는다.

이와 같은 압력 강하 특성은 가스의 설정 유량을 변화시켜서 그때마다 취득 하여 검정용 데이터 메모리(72B)에 기억해 둔다. 그리고, 여기서 각 설정 유량에 대해서 취득된 압력 강하 특성을, 미리 취득하여 기준용 데이터 메모리(72A)에 기억하고 있던 각 기준용 압력 강하 특성과 각각 비교하여 차이 분을 교정하게 된다.

또한, 상기 차단밸브장치(52, 34)에 있어서는, 전자밸브(102)로서 3방 밸브식 전자밸브를 사용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고 2방 밸브, 또는 4방 밸브 이상의 전자밸브를 사용해도 된다. 또한, 2방 밸브식 전자밸브를 사용하는 경우에는, 외부의 제어계에 의해 작동 기체의 급배의 제어를 행하도록 한다.

또한, 본 실시예에 있어서는 다이어프램 밸브체(38)과 액츄에이터판(84) 사이에 개재되는 누름 돌기부(92)는 액츄에이터판(84)측에 장착 고정하도록 했지만, 이것에 한정되지 않고 이 누름 돌기부(92)를 다이어프램 밸브체(38)측으로, 예를 들면 접착제 등에 의해 접착 고정하도록 해도 된다.

또한, 본 실시예에서는 유입로(34)의 유입구를 밸브구(42)로 하고 여기에 밸브시트(44)를 설치하였지만, 이것에 한정되지 않고 유출로(40)의 유출구(78)을 밸브구로 하고 여기에 밸브시트(44)를 설치하도록 해도 된다.

본 발명의 차단밸브장치 및 이를 삽입한 질량유량 제어장치에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

밸브실을 구획하는 다이어프램 밸브체를 굴곡시키기 위해, 탄성체로 되는 액츄에이터판을 별도로 설치하고, 이 액츄에이터판이 구획하는 작동실에 작동 기체를 급배시켜서 상기 액츄에이터판을 작동시킴으로써, 상기 다이어프램 밸브체를 굴곡시켜서 밸브구를 닫도록 하였기 때문에, 소형으로 데드 볼륨이 적고, 또한 작동 기체의 압력이 낮아도 높은 실링성을 갖고 확실하게 전폐 동작을 행할 수 있다.

Claims

밸브실을 갖는 밸브 블록체와,

상기 밸브실에 대해서 유체를 유입시키는 유입로,

상기 밸브실로부터 유체를 유출시키는 유출로,

상기 유입로의 유입구와 상기 유출로의 유출구 중 어느 한쪽으로 되는 밸브구에 설치된 밸브시트,

상기 밸브시트에 대향시켜서 상기 밸브실을 구획하도록 배치되는 동시에 상기 밸브시트에 맞닿아 상기 밸브구를 차단하는 다이어프램 밸브체,

상기 다이어프램 밸브체를 누르기 위한 누름수단을 구비하고,

상기 누름수단은 상기 밸브실의 반대측에 상기 다이어프램 밸브체에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판과,

상기 액츄에이터판에 의해 구획되어 작동 기체가 급배되는 작동실,

상기 작동실 내로 상기 작동 기체를 급배시키는 작동 기체 급배기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
제1항에 있어서, 상기 액츄에이터판의 중앙부와 상기 다이어프램 밸브체의 중앙부 사이에는 누름 돌기부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
제1항에 있어서, 상기 작동 기체 급배기구는 상기 작동실 내로 작동 기체를 급배시키기 위한 전자밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
제2항에 있어서, 상기 작동 기체 급배기구는 상기 작동실 내로 작동 기체를 급배시키기 위한 전자밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터판의 접합면에 대향하는 면에는 요철상의 실링 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
밸브실을 갖는 밸브 블록체와,

상기 밸브실에 대해서 유체를 유입시키는 유입로,

상기 밸브실로부터 유체를 유출시키는 유출로,

상기 유입로의 유입구와 상기 유출로의 유출구 중 어느 한쪽으로 되는 밸브구에 설치된 밸브시트,

상기 밸브시트에 대향시켜서 상기 밸브실을 구획하도록 배치되는 동시에 상기 밸브시트에 맞닿아 상기 밸브구를 차단하는 다이어프램 밸브체,

상기 다이어프램 밸브체의 주위를 기밀하게 누르는 다이어프램 누름부재,

상기 밸브실의 반대측에 상기 다이어프램 밸브체에 대향하도록 배치된 탄성체로 되는 액츄에이터판,

상기 액츄에이터판의 주위를 기밀하게 누르는 판 누름부재,

상기 액츄에이터판의 중앙부와 상기 다이어프램 밸브체의 중앙부 사이에 설치된 누름 돌기부,

상기 액츄에이터판에 의해 구획되어 작동 기체가 급배되는 작동실,

상기 액츄에이터판의 중앙부에 상기 작동실측으로 돌출시켜서 설치한 안내용 돌기부재,

상기 작동실 내로 상기 작동 기체를 급배시키는 전자밸브를 갖는 작동 기체 급배기구

로 구성되는 것을 특징으로 하는 차단밸브장치.
유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과,

밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구,

외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서,

상기 유로의 상류측, 하류측 또는 이들 모두에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치.
유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과,

밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구,

외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서,

상기 유로의 상류측, 하류측 또는 이들 모두에 제5항의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치.
유체를 흐르게 하는 유로에, 상기 유로로 흐르는 유체의 질량유량을 검출하여 유량신호를 출력하는 질량유량 검출수단과,

밸브 구동신호에 의해 밸브 열림 정도를 바꿈으로써 질량유량을 제어하는 유량 제어밸브 기구,

외부로부터 입력되는 유량 설정신호와 상기 유량신호를 토대로 하여 상기 유량 제어밸브 기구를 제어하는 제어수단을 설치해서 되는 질량유량 제어장치에 있어서,

상기 유로의 상류측, 하류측 또는 이들 모두에 제6항의 차단밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량 제어장치.