KR102297491B1

KR102297491B1 - 유체 제어 밸브

Info

Publication number: KR102297491B1
Application number: KR1020197000977A
Authority: KR
Inventors: 타츠히토 아오야마
Original assignee: 씨케이디 가부시키 가이샤
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2021-09-03
Also published as: WO2017217179A1; CN109073099A; JP2017223318A; CN109073099B; KR20190015568A; US10724644B2; JP6307557B2; US20190128433A1

Abstract

고온 유체를 공급하여도, Cv 값의 변동율이 작고, 안정한 유량을 확보할 수 있는 유체 제어 밸브를 제공한다. 제1 유로 및 제2 유로에 연통하는 밸브 챔버에 밸브 시트를 마련한 밸브 보디와, 밸브 시트와 당접 또는 이간하는 메탈다이아프램과, 메탈다이아프램을 상하 운동시키는 제1 스템 및 제2 스템과, 제1 스템을 구동시키는 액츄에이터부를 구비하고, 고온 유체를 제어하는 유체 제어 밸브에 있어서, 제1 유로에 형성된 제1 오리피스의 직경은, 제2 유로의 직경의 50% 이하, 또는, 제2 유로에 형성된 제2 오리피스의 직경은, 제2 유로의 직경의 50% 이하이고, 제2 유로의 직경은, 밸브 시트와 메탈다이아프램이 이간하고 있을 때, 밸브 시트와 메탈다이아프램의 사이에서 형성되는 원통상의 유로 면적(QπH)을 원형의 유로의 직경으로 환산한 직경인 것이다.

Description

유체 제어 밸브

본 발명은, 제1 유로 및 제2 유로에 연통하는 밸브 챔버(valve chamber)에 밸브 시트(valve seat)를 마련한 밸브 보디(valve body)와, 상기 밸브 시트와 당접(當접) 또는 이간(離間)하는 메탈다이아프램(metal diaphragm)과, 상기 메탈다이아프램을 상하 운동시키는 스템(stem)과, 스템을 구동시키는 액츄에이터(actuator)를 구비하고, 고온 유체를 제어하는 유체 제어 밸브(fluid control valve)에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서의 성막 기술로서 원자층 퇴적 기술(이하, ALD)이 있다. ALD에서는, 가스의 공급이 소량으로 행해진다. 가스를 소량 정도(精度) 좋게 공급하기 위해서는, Cv 값을 안정시킬 필요가 있다.

ALD에서는, 예를 들면, 액화 티탄(비점 160℃)과 같이, 약 200℃의 고온 가스가 공급된다. 거기에서, 고온 가스에 견디기 때문에, 두께 0.1mm의 니켈ㆍ코발트 합금제의 메탈다이아프램을 사용하고 있다. 그러나, 스템으로 구동될 때, 박판상의 메탈다이아프램의 거동이 불안정하게 되기 때문에, Cv 값이 불안정하게 된다. 이것은, 메탈다이아프램의 금속판의 특성에 의해, 어떤 시점에서 메탈다이아프램이 급격히 변화하기 때문이라고 생각된다.

ALD에 있어서의 Cv 값의 안정성의 요청이 있는 한편, 고온 가스의 공급시에는 Cv 값이 불안정하게 된다고 하는 문제가 있고, 고온 가스의 공급시에 있어서도 Cv 값의 변동율이 작은 다이아프램 식의 유체 제어 밸브가 요구되고 있다. 고온 가스의 공급시에 있어서, Cv 값의 변동율이 작은 유체 제어 밸브에 관한 기술은, 본 출원인에 의한 특허문헌 1에 개시되어 있다. 도 10에 나타내는 유체 제어 밸브(100)는, 다이아프램의 스트로크를 조정하는 것에 의해, 고온 가스의 공급시에 있어서의 Cv 값의 변동율을 억제하고 있다. 유체 제어 밸브(100)의 Cv 값의 변동율은 ±10%이다.

특허문헌 1: 특허 제5546018호 공보 특허문헌 2: 특허 제4137267호 공보 특허문헌 3: 특개2000-75931호 공보

그러나, 종래의 유체 제어 밸브(100)에는, 다음과 같은 문제가 있었다.

고온 가스의 공급시에 있어서의 Cv 값의 변동율을 ±10% 이내로 억제하는 것은, 현상의 ALD에 있어서 타당한 범위 내이다. 그러나, 유체 제어 밸브(100)에서는, 스트로크를 조정하기 위한 제어 장치를 이용할 필요가 있기 때문에, 부품 점수가 많게 되고, 코스트가 높게 된다고 하는 문제가 있었다.

더욱이, 근년, ALD에 있어서 가스를 소량 정도 좋게 공급할 필요성이 높아지고, 더욱이 Cv 값의 변동율이 작은 고정도(高精度)의 유체 제어 밸브(±5% 이하의 변동율)가 요구되고 있다. 종래의 유체 제어 밸브(100)에서는, 이와 같은 고정도의 유체 제어 밸브의 실현은 곤란하였다.

또한, 특허문헌 2, 3에 나타낸 바와 같이, 가스의 공급량을 제어하기 때문에, 유로에 오리피스를 마련하는 기술은 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 오리피스의 지름에 관하여, 구체적인 구체적인 기재는 일절 없다. 특히, 고온 가스의 공급에 있어서의 Cv 값에 관하여는 전혀 이해하고 있지 않았다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것이고, 고온 유체를 공급하여도, Cv 값의 변동율이 작고, 안정된 유량을 확보할 수 있는 유체 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 있어서의 유체 제어 밸브는, 다음과 같은 구성을 가지고 있다.

(1) 제1 유로 및 제2 유로에 연통하는 밸브 챔버에 밸브 시트를 마련한 밸브 보디와, 밸브 시트와 당접 또는 이간하는 메탈다이아프램과, 메탈다이아프램을 상하 운동시키는 스템과, 스템을 구동시키는 액츄에이터를 구비하고, 고온 유체를 제어하는 유체 제어 밸브에 있어서, 제1 유로에 형성된 제1 오리피스의 직경은, 밸브 시트와 메탈다이아프램이 이간하고 있을 때, 밸브 시트와 메탈다이아프램의 사이에서 형성되는 원통상 유로의 유로 면적을 원형 단면의 유로의 직경으로 환산한 값의 50% 이하인 것, 또는, 제2 유로에 형성된 제2 오리피스의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하인 것을 특징으로 한다.

(2) (1) 기재의 유체 제어 밸브에 있어서, 제1 오리피스의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것, 또는, 제2 오리피스의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 가지는 본 발명의 유체 제어 밸브는, 이하와 같은 작용 효과를 가진다.

제1 또는 제2 유로에 형성된 오리피스의 지름이 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하로 설정하는 것에 의해, 고온 유체를 공급하여도, Cv 값의 변동율을 ±10% 이내로 억제하는 것이 가능하다. 오리피스를 유로에 형성하는 것 만으로, 제어 장치를 별개로 마련하는 것 없이, 고정도로 유량 제어하는 것이 가능하다.

오리피스의 지름이 다른 유로의 지름의 40% 이하로 설정하는 것에 의해, 고온 유체를 공급하여도, Cv 값의 변동율을 ±5% 이내로 억제하는 것이 가능하다. 근년, 산업계에 있어서 요구되고 있는, ALD에 있어서 더욱 Cv 값의 변동율이 작은 고정도의 유체 제어 밸브(±5% 이하의 변동율)의 제공을 실현하는 것이 가능하다.

[도 1] 본 발명의 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브의 전체 단면도이고, 메탈다이아프램의 밸브 닫힘 상태를 나타낸다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브의 전체 단면도이고, 메탈다이아프램의 밸브 열림 상태를 나타낸다.
[도 3] 도 2의 A부 확대도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브를 이용하여, 오리피스 지름과 Cv 값과의 관계를 구한 그래프이다.
[도 5] 도 4의 일부 확대도이다.
[도 6] 본 발명의 제2 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브의 전체 단면도이고, 메탈다이아프램의 밸브 닫힘 상태를 나타낸다.
[도 7] 도 6의 B부 확대도이고, 메탈다이아프램의 밸브 열림 상태를 나타낸다.
[도 8] 본 발명의 제3 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브의 전체 단면도이고, 메탈다이아프램의 밸브 닫힘 상태를 나타낸다.
[도 9] 도 8의 C부 확대도이고, 메탈다이아프램의 밸브 열림 상태를 나타낸다.
[도 10] 종래의 유체 제어 밸브의 단면도이다.

본 발명의 유체 제어 밸브의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 이하에 상세히 설명한다.

＜제1 실시 형태＞

(구성)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)의 구성에 대하여 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1 및 도 2는, 유체 제어 밸브(1)의 전체 단면도이다. 도 1은, 메탈다이아프램(27)의 밸브 닫힘 상태를 나타내고, 도 2는 그의 밸브 열림 상태를 나타낸다. 도 3은 도 2의 A부 확대도이다.

유체 제어 밸브(1)는, 반도체 제조 장치의 가스 공급계에 조립되어 부착되고, 약 200℃의 고온 가스의 공급을 제어한다. 유체 제어 밸브(1)는, 노멀 클로즈 타입의 에어 오퍼레이트 식 개폐 밸브이다. 유체 제어 밸브(1)는, 액츄에이터부(2)와 밸브부(3)로 구성되어 있다. 액츄에이터부(2)는, 에어 실린더부(4)와 스프링부(5)로 구성되어 있다.

우선, 에어 실린더부(4)에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 에어 실린더부(4)의 저면에 위치하는 실린더 베이스(11)는, 통상의 실린더 케이스(12)가 위로부터 나합(螺合)되고 있다. 실린더 베이스(11)의 위측에는, 상플랜지(11a)가 내뻗고 있다. 실린더 케이스(12) 내에는, 상피스톤(13A)가, 상플랜지(11a) 내에는, 하피스톤(13B)가, 각각 미끄럼 운동 자재로 유지되고 있다. 상하 피스톤(13A, 13B)의 사이에는, 중간 플레이트(14)가 고정 설치되어 있다. 중간 플레이트(14)에는, 상하 피스톤(13A, 13B)과 연결된 피스톤 로드(15)의 상하 운동을 안내하는 가이드 구멍(14a)이 중앙에 천설(穿設)되어 있다.

실린더 케이스(12)의 상단 중앙에는, 파일럿 포트(12a)와, 피스톤 로드(15)의 상하 운동을 안내하는 가이드 구멍(12b)이 상하 관통하여 형성되어 있다. 피스톤 로드(15)에는, 파일럿 포트(12a)를 개재하여 조작 에어(압축 에어)를 송급(送給)하는 송급공(15a)가 천설되어 있다. 송급공(15a)을 개재하여, 상피스톤(13A)와 중간 플레이트(14)와의 사이에 형성된 가압실(29), 및 하피스톤(13B)과 실린더 베이스(11)와의 사이에 형성된 가압실(17)에 조작 에어를 공급한다. 파일럿 포트(12a)에 조작 에어를 송급하면, 상하 피스톤(13A, 13B) 및 피스톤 로드(15)는 상방(밸브 열림 방향)으로 구동한다.

실린더 케이스(12)의 내주면과 피스톤 로드(15)의 외주면의 사이에, O링이 배치되어 있다. 상피스톤(13A)의 내주면과 피스톤 로드(15)의 외주면의 사이에, O링(30)이 배치되어 있다. 중간 플레이트(14)의 내주면과 피스톤 로드(15)의 외주면의 사이에, O링(31)이 배치되어 있다. 하피스톤(13B)의 내주면과 피스톤 로드(15)의 외주면의 사이에, O링(32)이 배치되어 있다. 실린더 베이스(11)의 내주면과 피스톤 로드(15)의 외주면의 사이에는, O링(33)이 배치되어 있다.

또, 상피스톤(13A)의 외주면과 실린더 케이스(12)의 내주면의 사이에, O링(34)이 배치되어 있다. 중간 플레이트(14)의 외주면과 실린더 케이스(12)의 내주면의 사이에, O링(36)이 배치되어 있다. 하피스톤(13B)의 외주면과 실린더 케이스(12)의 내주면의 사이에, O링(37)이 배치되어 있다.

다음으로, 스프링부(5)에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 실린더 베이스(11)의 하단에는, 하플랜지(11b)가 형성되어 있다. 하플랜지(11b)는, 하방(밸브 열림 방향)으로 바이어싱하는 압축 스프링(19)을 유지하는 스프링 리테이너(18)의 상면에 당접하여 있다. 하플랜지(11b)의 하방에는, 숫나사부(11c)가 형성되고, 스프링 리테이너(18)의 내주면에 마련된 암나사부(18a)에 나합되어 있다. 관통한 피스톤 로드(15)의 하단부에는, 숫나사부(15b)가 형성되고, 제1 스템(21)의 상단 중앙에 형성된 암나사부(21a)에 나합되어 있다. 그 때문에, 피스톤 로드(15)의 상방으로의 구동력이 제1 스템(21)에 전달된다.

제1 스템(21)의 외주측 상면에는, 압축 스프링(19)의 하단이 당접하여 있다. 그 때문에, 압축 스프링(19)의 탄성력이, 제1 스템(21)을 하방으로 압압(押壓)한다. 스프링 리테이너(18)의 하방에는, 중공상(中空狀)의 아답타(22)가 형성되어 있다. 아답타(22) 내에는, 압축 스프링(19)과, 제1 스템(21)이 배치되어 있다. 아답타(22)의 상부 외주면에는 제1 숫나사부(22a)가 형성되고, 누름 너트(20)의 내주면에 형성된 암나사부(20a)와 나합되어 있다. 누름 너트(20)의 상방 내주면에는, 스프링 리테이너(18)와 계합하고 있다. 누름 너트(20)의 나사를 체결하는 것에 의해, 아답타(22)와, 스프링 리테이너(18)를 연결하고 있다.

아답타(22)의 하방 외주면에는, 제1 숫나사부(22b)가 형성되고, 밸브부(3)를 구성하는 밸브 보디(25)의 상부에 돌설된 통부(25a)의 내주면에 마련된 암나사부(25e)에 나합되어 있다. 아답타(22)의 하단에는, 홀더(23)의 상면이 당접하여 있다. 홀더(23)는, 메탈다이아프램(27)의 외주연의 상면에 배설되고, 밸브 챔버(28)의 저면과의 사이에서 메탈다이아프램(27)을 기밀상(氣密狀)으로 끼워 누르고 있다.

다음으로, 밸브부(3)에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 밸브 보디(25)의 상부에 돌설된 통부(25a)의 내면에는, 입력 측의 제2 유로(25b)와, 출력 측의 제1 유로(25c)에 연통하는 밸브 챔버(28)이 형성되어 있다. 밸브 챔버(28)의 저면에는, 제2 유로(25b)에 연통하는 개소(箇所)에 밸브 시트(26)가 마련되어 있다. 밸브 시트(26)의 재질은, 내열성이 우수한 PI(폴리이미드), PFA(테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)이다. 밸브 시트(26)는, 밸브 보디(25)에 코킹(calking) 결합되어 있다. 밸브 시트(26)의 상방에는, 밸브 시트(26)와 당접 또는 이간하고, 상방으로 팽출(膨出)하는 메탈다이아프램(27)이 배설되어 있다. 메탈다이아프램(27)은, 니켈ㆍ코발트 합금제의 박막이 복수매 적층되고, 시트상(sheet 狀)으로 압착되어 있다. 메탈다이아프램(27)은, 0.1mm 두께의 박막을 3매 적층하여, 중앙의 팽출량은, 자유 상태에서 0.9mm로 하여, 제작되어 있다. 또, 메탈다이아프램(27)은, 고강도화하기 때문에, 열처리를 행하고 있으므로, 경도는, 비커스 경도 Hv500 이상을 가지고 있다. 메탈다이아프램(27)의 상면에 제2 스템(24)의 하단이 당아 누르고 있다.

제2 스템(24)은, 거의 원주(圓柱) 형상이고, 그 하단은, 하방으로 완만하게 팽출하여 만곡한 형상으로 형성되어 있다. 밸브 보디(25)에 부착하는 단계(초기 단계)에서, 메탈다이아프램(27)을 제2 스템(24)의 만곡면을 따른 형상으로 규제한다. 밸브 열림 시에 있어서도, 메탈다이아프램(27)은, 닿아 누르는 제2 스템(24)의 만곡면을 따른 형상으로 유지되고 있다.

다음으로, 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)의 특징인 밸브 보디(25)에 형성된 유로의 구성에 대하여 도 1, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. 도 4는, 유체 제어 밸브(1)를 이용하여, 오리피스 지름과 Cv 값과의 관계를 구한 그래프이다. 종축은 Cv값을 나타내고, 횡축은 제2 유로(25b)에 대한 제1 유로(25c)에 형성된 오리피스(251)의 지름의 비율을 나타낸다. 꺾은 선 X는 Cv 값의 최대치를 나타내고, 꺾은 선 Z는 Cv 값의 최소치를 나타낸다. 점선 Y는 꺾은 선 X와 꺾은 선 Z의 중간점을 나타낸다. 길이 V는 Cv 값의 변동 폭을 나타내고, 점선 Y로부터 꺾은 선 X의 길이 V와, 점선 Y로부터 꺾은 선 Z까지의 길이 V는 같다. 오리피스(251)의 지름이 제2 유로(25b)의 지름과 동일 지름(100%)에 가까워질수록 Cv 값의 변동 폭은 크게 된다. Cv 값의 변동율은, ±V/Y로 얻어진다. 도 5는, 도 4 중, 종축 Cv 값, 50-150%, 및 횡축의 제2 유로(25b)에 대한 제1 유로(25c)에 형성된 오리피스(251)의 지름의 비율, 40-80%의 부분을 확대한 도이다.

도1에 나타낸 바와 같이, 제1 유로(25c)에는, 오리피스(251)가 형성되어 있다. 오리피스(251)의 직경 R은, 도3에 나타낸 바와 같이, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)이 이간하여 있을 때, 선단부의 내경(Q)을 가지는 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이에 형성되는 원통상 유로의 유로 면적(원주면의 면적)(약 QπH)을, 약 QπH와 같은 원형 단면 면적을 가지는 원형 유로의 직경으로 환산한 값의 50%로 형성되어 있다. 즉, 제2 유로(25b)의 단면적보다도, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이의 유로 면적(약 QπH)의 쪽이 작기 때문에, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이의 유로 면적이 대상으로 된다. 오리피스(251)의 직경 R이 제2 유로(25b)의 직경 Q의 50%일 때, 도 5의 Cv 값의 최대치 X2, 최소치 Z2, 중간치 Y2가 실험에 의해 얻어진 데이터에 의하면, Cv 값의 변동율은, ±10% 이하(±V2/Y2)로 억제되는 것이 가능하다.

여기에서, 메탈다이아프램(27)은 비커스 경도 Hv500 이상의 경도이기 때문에, 어떤 시점에서 메탈다이아프램(27)의 형상이 급격하게 변화한다. 그 때문에, 도4에 있어서 오리피스를 구비하지 않는 100%의 경우에는, 박판상의 메탈다이아프램(27)의 거동이 불안정하게 되기 때문에, Cv 값의 변동율이 ±37% 이상으로 크다. 그것에 대하여, 오리피스(251)가 제1 유로(25c)에 형성되어 있는 것에 의해, Cv 값의 변동율을 ±10%로 억제하는 것이 가능하였다. 이 이유는, 메탈다이아프램이 급격히 변화하여 압력이 급변했을 때에, 유량이 오리피스에 의해 제한되고 있기 때문에, Cv 값의 변동율이 작게 되는 것으로 생각된다.

본 실시 형태에서는, 오리피스(251)의 직경 R을, 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하로 설정하고 있지만, 이것을 40% 이하로 설정하면, 도5에 나타낸 바와 같이, Cv 값의 최대치 X1, 최소치 Z1, 중간치 Y1이 얻어지고, Cv 값의 변동율은, 더욱 작게 ±5%(±V1/Y1)로 된다. 이것에 의해, 근년의 산업계에 있어서 가스를 정도 좋게 공급하는 요청에 대응한, 더욱 고정도의 유체 제어 밸브를 제공하는 것이 가능하다.

또, 본 실시 형태에서는, 제1 유로(25c)에 오리피스(251)가 형성되어 있지만, 제1 유로(25c)에 오리피스(251)를 형성하는 대신에, 제2 유로(25b)에 오리피스를 형성하여도 좋다(도시하지 않음). 제2 유로(25b)에 형성된 오리피스의 직경을 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하로 했을 때, Cv 값의 변동율은 ±10% 이하로 된다. 더욱이, 제2 유로(25b)에 형성된 오리피스의 직경을 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하로 했을 때는, Cv 값의 변동율은 ±5% 이하로 된다. 이때, 상기 원형 유로의 직경이란, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)이 이간하고 있을 때, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이에 형성되는 원통상의 유로 면적을 원형의 유로의 직경으로 환산한 직경의 것을 말한다.

(동작 설명)

다음으로, 유체 제어 밸브(1)의 동작에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유체 제어 밸브(1)는, 파일럿 포트(12a)에 조작 에어를 송급하면, 조작 에어가 가압실(17, 29)에 공급되고, 상하 피스톤(13A, 13B) 및 피스톤 로드(15)는 상방(밸브 열림 방향)으로 구동된다. 제1 스템(21)은, 피스톤 로드(15)와 연결되어 있기 때문에, 압축 스프링(19)의 탄성력에 대항하여 상승단 위치까지 상승한다. 제1 스템(21)에 의해 상승이 규제되고 있던 제2 스템(24)은, 메탈다이아프램(27)의 복원력에 의해 상승한다. 메탈다이아프램(27)은, 밸브 시트(26)와 이간하고, 밸브 열림 상태로 된다. 메탈다이아프램(27)이 밸브를 열면, 고온 가스는 제2 유로(25b)로부터 밸브 챔버(28)를 통하여 제1 유로(25c)에 공급된다.

한편, 유체 제어 밸브(1)는, 파일럿 포트(12a)로의 조작 에어의 송급을 정지하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 압축 스프링(19)의 탄성력에 의해, 제1 스템(21)은 하방(밸브 닫힘 방향)으로 구동된다. 제1 스템(21)은, 제2 스템(24)의 상승을 규제한 채, 제2 스템(24)과 함께 하강한다. 제2 스템(24)의 하강에 수반하여 메탈다이아프램(27)은, 밸브 시트(26)와 당접하고, 밸브 닫힘 상태로 된다. 메탈다이아프램(27)이 밸브를 닫으면, 고온 가스의 제1 유로(25c)로의 공급이 정지된다.

＜제2 실시 형태＞

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 유체 제어 밸브(1)의 구성에 대하여 도 6, 7을 이용하여 설명한다. 도 6은, 제2 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)의 단면도이다. 도 7은 도 6의 B부 확대도이고, 메탈다이아프램(27)의 밸브 열림 상태를 나타낸다.

제1 실시 형태와 제2 실시 형태의 주요한 상위점은, 밸브 보디의 유로의 형상이다. 또한, 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)와 같은 구조는, 같은 인용 번호를 붙이는 것에 의해, 설명을 생략한다.

도6에 나타낸 바와 같이, 밸브 보디(35)에는, 입력 측의 제2 유로(35b)와, 출력 측의 제1 유로(35c)가 형성되어 있다. 밸브 보디(35) 내의 제1 유로(35c)의 제1 포트와, 제2 유로(35b)의 제2 포트가 측면으로 대향하여 마련되어 있다. 제1 유로(35c)에는, 오리피스(351)가 형성되어 있다. 오리피스(351)의 직경 T는, 도7에 나타낸 바와 같이, 선단부의 내경(S)를 가지는 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)이 이간하고 있을 때, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이에 형성되는 원통상 유로의 유로 면적(원주면의 면적)(약 SπH)을, 약 SπH와 같은 원형 단면적을 가지는 원형의 유로의 직경으로 환산한 값의 50% 이하로 형성되어 있다. 오리피스(351)의 직경 T를 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하로 했을 때, Cv 값의 변동율은 ±10% 이하로 된다. 더욱이, 오리피스(351)의 직경 T를 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하로 했을 때는, Cv 값의 변동율은 ±5% 이하로 된다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 유체 제어 밸브(1)에 의하면, (1) 제1 유로(25c, 35c) 및 제2 유로(25b, 35b)에 연통하는 밸브 챔버(28)에 밸브 시트(26)를 마련한 밸브 보디(25, 35)와, 밸브 시트(26)와 당접 또는 이간하는 메탈다이아프램(27)과, 메탈다이아프램(27)을 상하 운동시키는 제1 스템(21) 및 제2 스템(24)과, 제1 스템(21)을 구동시키는 액츄에이터부(2)를 구비하고, 고온 가스를 제어하는 유체 제어 밸브(1)에 있어서, 제1 유로(25c, 35c)에 형성된 제1 오리피스(251)의 직경 R, 오리피스(351)의 직경 T는, 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하인 것, 또는, 제2 유로(25b, 35b)에 형성된 제2 오리피스(도시하지 않음)의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하인 것, 상기 원형 유로의 직경이란, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)이 이간하고 있을 때, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이에서 형성되는 원통상 유로의 유로 면적(원주면의 면적)(약 QπH)을 원형의 유로의 직경으로 환산한 값인 것을 특징으로 하고, 고온 가스를 공급하여도, Cv 값의 변동율을 ±10% 이내로 억제하는 것이 가능하다.

(2) (1)에 기재한 유체 제어 밸브(1)에 있어서, 제1 오리피스(251)의 직경 R, 오리피스(351)의 직경 T은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것, 또는, 제2 오리피스(도시하지 않음)의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것을 특징으로 하고, 고온 가스를 공급하여도, Cv 값의 변동율을 ±5% 이내로 억제하는 것이 가능하다. 근년, 산업계에 있어서 요구되고 있는, ALD에 있어서 더욱 Cv 값의 변동율이 작은 고정도의 유체 제어 밸브(±5% 이하의 변동율)의 제공을 실현하는 것이 가능하다.

＜제3 실시 형태＞

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(1)의 구성에 대하여 도 8, 9을 이용하여 설명한다. 도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)의 단면도이다. 도 9는 도 8의 C부 확대도이고, 메탈다이아프램(27)의 밸브 열림 상태를 나타낸다.

제1 실시 형태와 제3 실시 형태의 주요한 상위점은, 밸브 보디의 유로의 형상이다. 또한, 제1 실시 형태에 관계되는 유체 제어 밸브(1)와 같은 구조는, 같은 인용 번호를 붙이는 것에 의해, 설명을 생략한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 밸브 보디(45)에는, 입력 측의 제2 유로(45b)와 제3 유로(45d), 출력 측의 제1 유로(45c)가 형성되어 있다. 메탈다이아프램(27)이 밸브 시트(26)로부터 이간할 때, 재료 가스는, 제2 유로(45b)로부터, 캐리어 가스는 제3 유로(45d)로부터 밸브 챔버(28)을 통하여 제1 유로(45c)로 공급된다. 한편, 메탈다이아프램(27)이 밸브를 닫으면, 재료 가스와 캐리어 가스의 제1 유로(45c)로의 공급이 정지된다.

또, 캐리어 가스는, 제3 유로(45d)로부터 밸브 시트(26)을 통하여 제1 유로(45c)로 다른 수단에 의해 제어된 유량이 상시 공급되고 있다.

제1 유로(45c)에는, 오리피스(451)가 형성되어 있다. 오리피스(451)의 직경 W는, 도9에 나타낸 바와 같이, 선단부의 내경(U)를 가지는 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)이 이간하고 있을 때, 밸브 시트(26)와 메탈다이아프램(27)의 사이에 형성되는 원통상 유로의 유로 면적(원주면의 면적)을, 원형의 유로의 직경으로 환산한 값의 50% 이하로 형성되고 있다. 오리피스(451)의 직경 W를 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하로 했을 때, Cv 값의 변동율은 ±10% 이하로 된다. 더욱이, 오리피스(451)의 직경 W를 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하로 했을 때는, Cv 값의 변동율은 ±5% 이하로 된다.

또한, 본 실시 형태는 단지 예시에 지나지 않고, 본 발명을 조금도 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 당연히, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다.

예를 들면, 본 실시 형태에서는, 밸브 보디에 오리피스를 형성하고 있지만, 오리피스를 다른 부재로 유로에 마련하여도 좋다.

1 유체 제어 밸브
2 액츄에이터부
3 밸브부
21 제1 스템
24 제2 스템
25, 35 밸브 보디
25b, 35b 제2 유로
25c, 35c 제1 유로
26 밸브 시트
27 메탈다이아프램
28 밸브 챔버
251, 351, 451 오리피스

Claims

제1 유로 및 제2 유로에 연통하는 밸브 챔버에 밸브 시트를 마련한 밸브 보디와, 상기 밸브 시트와 당접 또는 이간하는 메탈다이아프램과, 상기 메탈다이아프램을 상하 운동시키는 스템과, 상기 스템을 구동시키는 액츄에이터를 구비하고, 고온 유체를 제어하는 유체 제어 밸브에 있어서,
상기 제1 유로에 형성된 제1 오리피스의 직경은, 상기 밸브 시트와 상기 메탈다이아프램이 이간하고 있을 때 상기 밸브 시트와 상기 메탈다이아프램의 사이에 형성되는 원통상 유로 면적을 원형 유로의 직경으로 환산한 값의 50% 이하이고, 또는 상기 제2 유로에 형성된 제2 오리피스의 직경은 상기 원형 유로의 직경의 50% 이하이고,
상기 유체 제어 밸브는, 상기 고온 유체의 가열에 의해 상기 메탈다이아프램의 불안정한 거동에 의해 최소 Cv값과 최대 Cv값 사이에서 변동하는 Cv값을 가지고,
상기 밸브 시트의 유로 면적은, 상기 메탈다이아프램이 상기 밸브 시트로부터 이간하였을 때 상기 밸브 시트와 상기 메탈다이아프램 사이에 형성되는 원통형 유로 면적이고,
상기 제1 오리피스 또는 상기 제2 오리피스의 유로 면적은, 상기 오리피스의 유로 면적을 상기 밸브 시트의 유로 면적과 같게 한 경우에 최소 Cv값을 100%로 하였을 때에, 50% 이상의 최소 Cv값을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 유체 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 제1 오리피스의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것, 또는, 상기 제2 오리피스의 직경은, 상기 원형 유로의 직경의 40% 이하인 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.