KR20180123185A - 다이어프램 밸브, 유체 제어 장치, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents

Abstract

보디(2) 요부(2c) 저면(14)의 평탄부(14b)에, 유체 유출 통로(2b)의 요부(2c)의 저면(14)에 개구되어 있는 부분을 포함하도록, 스폿 페이싱(15)이 형성되어 있다.

Description

다이어프램 밸브, 유체 제어 장치, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법{DIAPHRAGM VALVE, FLUID CONTROL DEVICE, SEMICONDUCTOR PRODUCTION DEVICE, AND SEMICONDUCTOR PRODUCTION METHOD}

본 발명은, 다이어프램 밸브, 유체 제어 장치, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이며, 특히, 반도체 제조 장치의 가스 공급부에서의 사용에 적합하고, 필요 유량을 유지하면서 장치 전체의 소형화에 기여하기 위해 소형화된 다이어프램 밸브, 이러한 다이어프램 밸브를 구비한 유체 제어 장치, 이 유체 제어 장치를 구비한 반도체 제조 장치 및 이 반도체 제조 장치를 사용한 반도체 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 장치(CVD, 에칭 장치 등)에 있어서의 가스 공급부(유체 제어 장치)로서, 종래, 예컨대 도 7에 나타낸 것이 알려져 있다(특허문헌 1).

도 7에 있어서, 유체 제어 장치의 하나의 라인(C)은, 복수의 상단 부재 및 복수의 하단 부재로 이루어지며, 상단 부재로서, 역지 밸브(21), 압력 조절기(22), 압력 센서(23), 역 V자형 통로 블록(24), 차단 개방기(25), 매스플로우 컨트롤러(26), 개폐 밸브(27), 역 V자형 통로 블록(28) 및 필터(29)가 배치됨과 함께, 하단 부재로서, 좌측으로부터 순서대로, 역지 밸브(21)에 접속되고 또한 입구 이음새(31)가 부착된 L자형 통로 블록 이음새(32)와, 역지 밸브(21)와 압력 조절기(22)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 압력 조절기(22)와 압력 센서(23)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 압력 센서(23)와 역 V자형 통로 블록(24)을 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 역 V자형 통로 블록(24)과 차단 개방기(25)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 차단 개방기(25)와 매스플로우 컨트롤러(26)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 매스플로우 컨트롤러(26)와 개폐 밸브(27)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 개폐 밸브(27)와 역 V자형 통로 블록(28)을 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 역 V자형 통로 블록(28)으로 필터(29)를 연통하는 V자형 통로 블록 이음새(33)와, 필터(29)에 접속되고 또한 출구 이음새(34)가 부착된 L자형 통로 블록 이음새(32)가 배치되어 있다.

그리고, 하단 부재로서의 각종 이음 부재(31, 32, 33, 34)가 하나의 가늘고 긴 부(副)기판(40) 상에 실리고, 이들 하단 부재(31, 32, 33, 34)에 걸쳐 상단 부재로서의 각종 유체 제어 기기(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29)가 부착됨으로써 하나의 라인(C)이 형성되고, 이 라인(C)과 유사한 구성으로 된 복수의 라인이 주(主)기판(20) 상에 병렬로 배치되고, 각 라인(C)의 차단 개방기(25)끼리가, 3개의 I자형 통로 블록 이음새(51) 및 I자형 통로 블록 이음새(51)끼리를 접속하는 튜브(52)로 이루어진 통로 접속 수단(50)에 의해 접속됨으로써 유체 제어 장치가 형성된다.

반도체 제조 프로세스는, 파티클 개재에 의한 패턴 결함을 방지하기 위해 클린룸 내에서 행해진다. 클린룸의 용적 증가에 비례하여, 건설시의 이니셜비 및 러닝 코스트이 증가한다. 러닝 코스트 등의 증가는 제조 비용의 증가로 이어진다. 따라서, 클린룸 내에서 상설 사용되는 반도체 제조 장치에서는, 장치 전체의 소형화가 과제가 되고 있고, 그 때문에, 반도체 제조 장치에서 사용되는 유체 제어 장치에 있어서도 소형화가 큰 과제가 되고 있다.

소형화된 다이어프램 밸브로서, 특허문헌 2에는, 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 위를 향해 개구된 요부가 설치된 보디와, 보디에 형성된 유체 유입 통로의 둘레 가장자리에 배치된 시트와, 시트에 압박ㆍ이격됨으로써 유체 유입 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한 셸형 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리를 보디의 요부 저면과의 사이에서 유지하는 프레스 어댑터와, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스와, 다이어프램 프레스를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 것이 개시되어 있다.

다이어프램 밸브에서는, 다이어프램은 개폐 조작이 행해질 때마다 크게 변형되기 때문에, 그 내구성을 향상시키는 것이 중요한 것이 되고 있다.

다이어프램 밸브를 소형화할 때에는 다이어프램도 소형화되고, 이에 따라, 시트와 다이어프램 사이의 공간폭이 좁아짐으로써 유량이 저하된다. 그 유량 저하를 방지하기 위해, 시트와 다이어프램 사이의 공간폭을 확대하면, 다이어프램의 스트로크가 커지고, 결과적으로 다이어프램의 내구성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

따라서, 특허문헌 2의 것에서는, 프레스 어댑터는, 그 하면 전체가 소정의 경사 각도로 된 테이퍼형으로 되어 있고, 보디의 요부 저면은, 원형의 평탄부와, 평탄부의 외주에 연속해 있고 평탄부에 대하여 움푹 들어가 있는 오목부를 갖고 있고, 다이어프램은, 유체 통로가 개방되어 있는 상태에 있어서, 외주 가장자리의 상면이 프레스 어댑터의 테이퍼형 하면과 면접촉하고, 외주 가장자리의 하면이 보디의 요부 저면의 평탄부의 외주와 선접촉하도록 이루어져 있고, 프레스 어댑터의 하면의 테이퍼 각도를 보디의 요부 저면의 평탄부에 대하여 15.5∼16.5°로 하고, 다이어프램 프레스의 다이어프램에 접촉하고 있는 면의 곡률반경을 10.5∼12.5 mm로 함으로써 내구성의 향상이 도모되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2006-83959호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2014-9765호 공보

상기와 같이, 각종 반도체 제조 장치에 있어서는 소형화가 과제가 되고 있고, 그 때문에, 그 가스 공급부에서 사용되는 다이어프램 밸브에 관해서도 소형화가 요구되고 있다.

다이어프램 밸브의 소형화에 있어서는 내구성 향상이 과제가 되고, 내구성을 향상시키고자 하면 유량 향상의 과제가 발생한다. 특허문헌 2의 소형 다이어프램 밸브에 의하면 내구성의 향상이 도모되었지만, 유량의 저하가 커서, 유량을 증가시킨다고 하는 과제가 있다.

본 발명의 목적은, 소형화된 다이어프램 밸브의 내구성의 저하를 초래하지 않고 유량을 증가시킬 수 있는 다이어프램 밸브를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 이러한 다이어프램 밸브를 구비한 유체 제어 장치, 이 유체 제어 장치를 구비한 반도체 제조 장치 및 이 반도체 제조 장치를 사용한 반도체 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 다이어프램 밸브는, 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 위를 향해 개구된 요부가 설치된 보디와, 보디에 형성된 유체 유입 통로의 둘레 가장자리에 배치된 시트와, 시트에 압박ㆍ이격됨으로써 유체 유입 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한 셸형 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리를 보디의 요부 저면과의 사이에서 유지하는 프레스 어댑터와, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스와, 다이어프램 프레스를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 다이어프램 밸브에 있어서, 보디 요부 저면의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

유체 유입 통로로부터 유입된 유체는, 보디의 요부의 저면과 다이어프램에 의해 둘러싸인 공간 내에 유입되고, 유체 유출 통로를 거쳐서 외부로 유출된다.

프레스 어댑터는, 그 하면 전체가 소정의 경사 각도로 된 테이퍼형으로 되어 있고, 보디의 요부 저면은, 원형의 평탄부와, 평탄부의 외주에 연속해 있고 평탄부에 대하여 움푹 들어가 있는 오목부를 갖고 있고, 다이어프램은, 유체 통로가 개방되어 있는 상태에 있어서, 외주 가장자리의 상면이 프레스 어댑터의 테이퍼형 하면과 면접촉하고, 외주 가장자리의 하면이 보디의 요부 저면의 평탄부의 외주와 선접촉하도록 이루어져 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 다이어프램은, 유체 통로가 개방되어 있는 상태(통상 위로 볼록한 셸형 상태)에 있어서, 다이어프램의 외주 가장자리의 상면이 프레스 어댑터의 하면과 면접촉하고 있음으로써, 자연 상태인 셸형으로부터의 변형이 작게 억제된다. 그리고, 다이어프램의 외주 가장자리의 하면이 보디의 요부 저면의 평탄부의 외주와 선접촉하도록 이루어짐으로써, 다이어프램은 프레스 어댑터와 보디에 의해 유지된 상태에 있어서도, 자연 상태인 셸형으로부터의 변형이 작게 억제된 상태가 유지된다. 즉, 탄성 변형하는 셸형의 다이어프램의 외주 가장자리에 변형 불가능하고 또한 셸형 부분에 대하여 굴곡하는 평탄형 부분이 존재하지 않기 때문에, 부분적으로 응력이 집중하는 것이 회피되어, 다이어프램의 변형이 최적화되고, 다이어프램의 내구성이 향상된다.

여기서, 다이어프램의 내구성을 향상시키기 위해서는, 다이어프램의 높이(스트로크)를 억제하는 것이 바람직하지만, 스트로크를 감소시키면 유량이 감소하기 때문에, 다이어프램의 형상을 변경하지 않고 유량을 증가시키는 것이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 다이어프램 밸브에서는, 보디 요부 저면의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 홈이 형성되어 있는 것으로 되어 있다. 이에 따라, 유체 유출 통로의 입구 면적을 크게 취할 수 있어, 다이어프램의 형상을 변경하지 않고 유량의 증가가 도모된다.

홈은, 다이어프램의 외주 가장자리를 지지하기 위한 평탄부 외주를 남기도록 형성된다. 홈의 내주는, 시트에 걸리지 않도록 해도 좋고(홈은 고리형 홈이 된다), 시트를 유지하고 있는 부분을 포함하도록 해도 좋다(홈은 소위 「스폿 페이싱」이 된다). 고리형 홈의 경우, 시트를 유지하고 있는 부분의 높이는, 다이어프램의 외주 가장자리를 지지하기 위한 평탄부 외주의 높이와 동일하고, 스폿 페이싱의 경우에는, 시트를 유지하고 있는 부분의 높이는, 스폿 페이싱분만큼 낮아진다.

유체 유출 통로의 단면 형상은, 통상 원형 구멍이며, 유체 유입 통로의 직경, 시트와 다이어프램 사이의 공간폭 등에 따라서 그 직경이 설정된다.

유체 유출 통로의 단면 형상은, 원형이 아니라 긴 구멍이 되도록 해도 좋다. 예컨대, 단면적을 크게 하는 경우에, 긴 구멍으로 함으로써, 원형의 것에서는 얻어지지 않는 단면적을 얻을 수 있다.

다이어프램 밸브는, 상하 이동 수단이 개폐 핸들 등의 수동 밸브이어도 좋고, 상하 이동 수단이 적절한 액츄에이터로 된 자동 밸브이어도 좋고, 자동 밸브의 경우의 액츄에이터는, 유체(공기)압에 의한 것이어도 좋고, 전자력에 의한 것이어도 좋다.

또, 이 명세서에 있어서, 다이어프램 밸브의 스템의 이동 방향을 상하 방향으로 하지만, 이 방향은 편의적인 것이며, 실제 부착에서는 상하 방향이 수직 방향이 될 뿐만 아니라, 수평 방향이 되는 경우도 있다.

본 발명에 의한 유체 제어 장치는, 유체 제어 기기로서, 개폐 밸브를 구비하고 있는 유체 제어 장치이며, 그 개폐 밸브가 상기 다이어프램 밸브로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 다이어프램 밸브는, 필요 유량을 유지하면서 소형화가 가능하고, 이것을 유체 제어 장치의 개폐 밸브로서 사용함으로써, 소형화된 유체 제어 장치를 얻을 수 있다.

이러한 유체 제어 장치는, 반도체 제조 장치에서 사용됨으로써 반도체 제조 장치의 소형화에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 반도체 제조 장치는, 가스 공급부로서 상기 유체 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 유체 제어 장치는, 상기 다이어프램 밸브를 사용함으로써 소형화되어 있고, 이러한 유체 제어 장치를 가스 공급부로서 구비한 반도체 제조 장치는 소형화된 것이 된다.

반도체 제조 장치는, CVD 장치, 스퍼터링 장치 또는 에칭 장치의 어느 것이어도 좋다.

또한, 본 발명에 의한 반도체 제조 방법은, 상기 반도체 제조 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.

소형화된 반도체 제조 장치를 사용함으로써, 클린룸 내의 설치 면적이 작아지고, 클린룸의 러닝 코스트(제조 비용)를 저감시켜, 보다 저렴한 제조 방법으로 얻어진 반도체를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 위를 향해 개구된 요부(凹所)가 설치된 보디와, 보디에 형성된 유체 유입 통로의 둘레 가장자리에 배치된 고리형 시트와, 시트에 압박ㆍ이격됨으로써 유체 유입 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한, 자연 상태에서 셸형인 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리를 보디의 요부 저면과의 사이에서 유지하는 프레스 어댑터와, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스와, 다이어프램 프레스를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 다이어프램 밸브가 마련된다. 이 다이어프램 밸브에는, 요부 저면의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 스폿 페이싱부가 형성되어 있다.

스폿 페이싱부의 저면은, 시트의 외주면으로부터 다이어프램의 외주 가장자리부를 지지하는 부위의 내측 가장자리까지 평탄하고, 시트는 내측으로부터의 코킹만으로 보디에 고정될 수 있다.

밸브 개방 시, 상기 다이어프램의 직경에 대한, 상기 다이어프램과 압접 밀착해 있는 상기 요부의 다이어프램 지지부로부터 상기 다이어프램의 정점까지의 수직 거리의 비가 18:1 내지 30:1이고, 상기 정점이 접액(接液)측 최하층의 상면의 정점일 수 있다.

보디 요부 저면의 평탄부의 높이보다 시트의 상단면의 높이가 높을 수 있다.

유체 유출 통로의 단면 형상이 긴 구멍으로 되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유체 제어 기기로서, 개폐 밸브를 구비하고 있는 유체 제어 장치이며, 그 개폐 밸브가 상술한 다이어프램 밸브로 되어 있는 유체 제어 장치가 마련된다. 이 유체 제어 장치는 반도체 제조 장치에서 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가스 공급부로서 상술한 유체 제어 장치를 구비하는 반도체 제조 장치가 마련된다. 이 반도체 제조 장치는, CVD 장치, 스퍼터링 장치 또는 에칭 장치일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 반도체 제조 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 반도체 제조 방법이 마련된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 위를 향해 개구된 요부(凹所)가 설치된 보디와, 보디에 형성된 유체 유입 통로의 둘레 가장자리에 배치된 고리형 시트와, 시트에 압박ㆍ이격됨으로써 유체 유입 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한, 자연 상태에서 셸형인 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리를 보디의 요부 저면과의 사이의 다이어프램 지지부에서 유지하는 프레스 어댑터와, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스와, 다이어프램 프레스를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 다이어프램 밸브이 마련된다. 이 다이어프램 밸브에 있어, 시트의 상면은, 상기 다이어프램 지지부의 상면보다 상기 다이어프램측에 위치해 있고, 보디 요부 저면의 상기 시트 외주측의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 고리형 홈이 형성되어 있다.

상기 요부 저면과 상기 유체 유입 통로의 둘레 가장자리의 평탄면이 동일한 높이에 있을 수 있다.

상기 유체 유입 통로의 둘레 가장자리의 평탄면은 상기 고리형 홈의 저면보다 높고, 상기 시트의 상면보다 낮을 수 있다.

상기 시트가, 시트의 외경측 및 내경측으로부터 코킹되어 있을 수 있다.

본 발명의 다이어프램 밸브에 의하면, 보디 요부 저면의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 홈이 형성되어 있음으로써, 소형화된 다이어프램 밸브의 내구성의 저하를 초래하지 않고 유량을 증가시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 제1 실시형태를 나타내는 도면으로, (a)는 주요부의 종단면도, (b)는 다이어프램을 제거한 (a)의 평면도를 나타내고 있다.
도 2는, 제1 실시형태의 다이어프램 밸브의 각 부의 치수를 나타내는 도면으로, 도 6에 대응하고 있다.
도 3은, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 제2 실시형태를 나타내는 도면으로, (a)는 주요부의 종단면도, (b)는 다이어프램을 제거한 (a)의 평면도를 나타내고 있다.
도 4는, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 제3 실시형태를 나타내는 도면으로, (a)는, 주요부의 종단면도, (b)는 다이어프램을 제거한 (a)의 평면도를 나타내고 있다.
도 5는, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 각 실시형태의 전체 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 종래의 다이어프램 밸브의 각 부의 치수를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다이어프램 밸브가 사용되는 반도체 제조 장치용 유체 제어 장치의 일례를 나타내는 측면도이다.

본 발명의 실시의 형태를 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상하 및 좌우는 도 5의 상하 및 좌우를 말하는 것으로 한다.

도 5는, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브(1)의 기본 형상을 나타내고 있고, 다이어프램 밸브(1)는, 유체 유입 통로(2a), 유체 유출 통로(2b) 및 위를 향해 개구된 요부(2c)를 갖고 있는 블록형 보디(2)와, 보디(2)의 요부(2c) 상부에 하단부가 나사 결합되어 상측으로 신장된 원통형 본네트(3)와, 유체 유입 통로(2a)의 둘레 가장자리에 설치된 고리형의 시트(4)와, 시트(4)에 압박 또는 이격되어 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 다이어프램(5)과, 다이어프램(5)의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스(6)와, 본네트(3) 내에 상하 이동 가능하게 삽입되어 다이어프램 프레스(6)를 통해 다이어프램(5)을 시트(4)에 압박ㆍ이격시키는 스템(7)과, 본네트(3) 하단면과 보디(2)의 요부(2c) 저면 사이에 배치되어 다이어프램(5)의 외주 가장자리를 보디(2)의 요부(2c) 저면과의 사이에서 유지하는 프레스 어댑터(8)와, 천장벽(9a)을 가지며 본네트(3)에 나사 결합된 케이싱(9)과, 스템(7)에 일체화된 피스톤(10)과, 피스톤(10)을 하측으로 압박하는 압축 코일 스프링(압박 부재)(11)과, 피스톤(10) 하면에 설치된 조작 에어 도입실(12)과, 조작 에어 도입실(12) 내에 조작 에어를 도입하는 조작 에어 도입 통로(13)를 구비하고 있다.

도 1에 나타내는 통로 개방 상태에 있어서는, 유체 유입 통로(2a)로부터 유입된 유체는, 보디(2)의 요부(2c)의 저면과 다이어프램(5)에 의해 둘러싸인 공간 내에 유입되고, 유체 유출 통로(2b)를 거쳐 외부로 유출된다.

다이어프램(5)은 셸형으로 되어 있고, 위로 볼록한 원호형이 자연 상태로 되어 있다. 다이어프램(5)은, 예컨대 니켈 합금 박판으로 이루어진 것이며, 원형으로 펀칭하고, 중앙부를 상측으로 팽창시킨 셸형으로 형성된다. 다이어프램(5)은, 스테인리스강 박판으로 이루어진 것이나, 스테인리스강 박판과 니켈ㆍ코발트 합금 박판의 적층체로 이루어진 것이 되는 경우가 있다.

도 6은, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브가 종래 기술로 하고 있는 소형 다이어프램 밸브의 주요부를 나타내고 있다. 도 6에 있어서, 프레스 어댑터(8)는, 그 하면(8a) 전체가 소정의 경사 각도로 된 테이퍼형으로 되어 있다. 또한, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)은, 원형의 평탄부(14a)와, 평탄부(14a)의 외주에 연속해 있고 평탄부(14a)에 대하여 움푹 들어가 있는 고리형의 오목부(14b)를 갖고 있다.

프레스 어댑터(8)는, 본네트(3)가 보디(2)에 나사 결합됨으로써 다이어프램(5)의 외주 가장자리에 상면으로부터 접촉한 상태로 고정된다. 이 때, 프레스 어댑터(8)의 하면(8a) 전체가 테이퍼형으로 되어 있는 것에 의해, 다이어프램(5)은 셸형(위로 볼록한 원호형)으로부터 거의 변형되지 않고, 그 외주 가장자리의 상면이 프레스 어댑터(8)의 테이퍼형 하면(8a)과 면접촉(넓은 범위에서 접촉)한 상태로, 프레스 어댑터(8)와 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14) 사이에 유지된다. 또한, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 외주 가장자리에 오목부(14b)가 설치되어 있는 것에 의해, 다이어프램(5)의 외주 가장자리는 오목부(14b) 내에 수용된다. 따라서, 다이어프램(5)의 외주 가장자리는, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)을 따르는 변형을 받지는 않고, 그 하면이 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)의 외주(다이어프램 지지부)(14c)와 선접촉한다.

각 부재의 구체적인 수치로서, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 다이어프램(5)의 직경(L)은 φ8이고, 다이어프램(5)의 높이(H)는 0.65 mm이고, 그 곡률반경(SR1)은 SR13.5로 되어 있다. 그리고, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 프레스 어댑터(8)의 하면(8a)의 테이퍼 각도(θ)는, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)에 대하여 16°로 되어 있다. 또한, 다이어프램 프레스(6)의 다이어프램(5)에 접촉하고 있는 면(6a)의 곡률반경(SR2)은 SR12로 되어 있다. 또한, 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(기준면)(14a)로부터의 시트(4)의 높이(D)는 D=0.2 mm로 되어 있다.

도 1 및 도 2는, 본 발명에 의한 다이어프램 밸브(1)의 제1 실시형태의 주요부를 나타내고 있다.

이 실시형태의 것에서는, 종래의 것과 상이한 구성으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(기준면)(14a)에, 유체 유출 통로(2b)의 요부(2c)의 저면(14)에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 스폿 페이싱(15)이 형성되어 있다.

스폿 페이싱(15)은, 다이어프램(5)의 외주 가장자리를 지지하기 위한 평탄부(14a)의 외주(14c)를 남기도록 형성되어 있다. 스폿 페이싱(15)이 형성되어 있는 것에 의해, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)에 형성된 유체 유출 통로(2b)의 입구 면적이 커져 있다. 또한, 유체 유출 통로(2b)의 요부(2c)의 저면(14)에서의 시트(4)를 유지하고 있는 부분이 높이가 스폿 페이싱(15)분만큼 낮아져 있다.

이 실시형태의 것에서는, 종래의 것과 상이한 구성으로서, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 또한 다이어프램(5)의 높이(H)는 0.4 mm이고, 그 곡률반경(SR1)은 SR23으로 되어 있다. 다이어프램(5)의 직경(L)은 φ8이고, 종래와 동일하게 되어 있다. 그리고, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 다이어프램 프레스(6)의 다이어프램(5)에 접촉하고 있는 면(6a)의 곡률반경(SR2)은 SR42이고, 또한 프레스 어댑터(8)의 하면(8a)의 테이퍼 각도(θ)는 9°로 되어 있다. 또한, 밸브 개방시에 있어서의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)의 외주(다이어프램(5)의 외주 가장자리와 압접 밀착해 있는 다이어프램 지지부)(14c)로부터 다이어프램(5)의 정점까지의 거리(C)는 0.35 mm으로 되어 있다.

즉, 다이어프램 프레스(6)의 다이어프램(5)에 접촉하고 있는 면(6a)의 곡률반경(SR2)이 커짐으로써, 다이어프램 프레스(6)와 다이어프램(5)의 접촉 면적의 증가가 도모되고, 이에 따라, 다이어프램(5) 중심에서의 부하가 저감되었다. 또한, 프레스 어댑터(8)의 하면(8a)의 테이퍼 각도(θ)가 다이어프램(5)을 따르는 각도로 설정되고, 또한 다이어프램 프레스(6)와의 간섭을 방지하기 위해 프레스 어댑터(8)의 내경이 커졌다.

시트(4)의 높이는, 종래 D=0.2 mm에 비해, 제1 실시형태에서는 이 D가 0.05 mm(도면상에서는 0)로 되어 있다. 이것은, 다이어프램(5)의 형상에 맞춰 조정된 것이며, 이것에 따라, 다이어프램(5)의 리프트량은 0.27 mm이 되고, 종래의 0.37 mm에서 0.1 mm 작아졌다.

또, 다이어프램(5)은, 두께가 0.05 mm인 다이어프램을 2장 적층한 것으로 되어 있다. 이것은, 종래와 실시형태에서 동일하게 되어 있다.

다이어프램(5)의 정점은, 최하층(접액측)의 다이어프램의 상면의 정점으로 정의한다. 상기 정의는, 내구성을 고려하여, 다이어프램 1층에 초점을 맞춰, 그 다이어프램의 고정부(지점(支点)=보디(2)의 다이어프램 지지부(14c))와 누름부(역점=다이어프램 프레스(6)와의 접촉부=다이어프램(5) 구(球) 덮개의 정점)의 거리가 내구성을 결정하는 큰 요인이 된다고 하는 평가 결과에 기초하고 있다.

또, 다이어프램이 1장인 경우는, 다이어프램(5)의 정점은, 그 다이어프램(5)의 상면의 정점이 되고, 다이어프램이 복수인 경우의 정점도, 정의대로, 최하층(접액측)의 다이어프램의 상면의 정점이 된다.

도 1 및 도 2에 나타내는 제1 실시형태의 것(소형 다이어프램 밸브)과 도 6에 나타내는 종래의 소형 다이어프램 밸브에 관한 비교 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

표 1에는, 제1 실시형태의 것과 도 6에 나타내는 종래의 소형 다이어프램 밸브의 상이점을 나타내고, 표 2에는, 기존의 일반적인 크기의 다이어프램 밸브(표준품)와 비교하여 그 사양 및 성능을 나타내고 있다.

표 2로부터, 실시형태의 것은 소형이면서, 표준적인 크기의 것과 동등한 매우 우수한 내구성을 갖고 있고, 또한 동일한 소형의 종래품에 비교하면, 내구성뿐만 아니라, Cv값에 관해서도 증가하고 있는 것을 알 수 있다. Cv값은 밸브의 용량계수이며, 유체가 어느 전후 차압에 있어서 밸브를 흐를 때의 유량을 나타내는 값이다.

소형품끼리의 내구성에 관해, 실시형태의 것의 내구성이 대폭 향상된 것에 관해서는, 실시형태의 것에서는, 다이어프램 프레스(6)의 형상(SR)이 SR42로 되고, 프레스 어댑터(8)의 테이퍼 각도(θ)가 9°로 되어 있는 것에 의한 것이다. 내구 횟수의 지표를 종래품과 동등한 「400만회」로 설정한 경우, 내구 횟수가 400만회 이상이라는 것으로, 내구성에 여유가 있는 것을 고려하면, 다이어프램 프레스(6)의 다이어프램(5)에 접촉하고 있는 면의 곡률반경(SR)은 30 mm 이상이 되고, 프레스 어댑터(8)의 하면의 테이퍼 각도(θ)는, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)에 대하여 10° 이하로 되어 있는 것이 내구 횟수 약 400만회 확보를 위한 조건으로 설정하는 것이 타당하다.

또한, 밸브 개방시에 있어서의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)의 외주(다이어프램(5)의 외주 가장자리와 압접 밀착해 있는 다이어프램 지지부)(14c)로부터 다이어프램(5)의 정점까지의 거리(C)가 0.35 mm이기 때문에, 다음과 같이 말할 수 있다. 밸브 개방시, 다이어프램(5)의 직경(L)과, 다이어프램(5)과 압접 밀착해 있는 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 다이어프램 지지부(14c)로부터 다이어프램(5)의 정점까지의 거리(C)의 비가 18:1∼30:1인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, L은 φ8이기 때문에, L이 φ8인 경우의 C의 바람직한 범위는 0.27 mm∼0.44 mm(약 0.25 mm∼0.45 mm)가 된다.

다이어프램(5)의 직경과 다이어프램(5)과 압접 밀착해 있는 보디(2)의 요부(2c) 저면(14)으로부터 다이어프램 정점까지의 거리(다이어프램(5)의 정점 높이)의 비가 18:1 미만인(C가 0.45 mm를 초과한) 경우 내구성이 현저히 저하되고, 30:1을 초과한(C가 0.25 mm 미만인) 경우 유량이 현저히 부족하다. 상기 비를 18:1∼30:1로 함으로써, 내구성이 우수한 소형 다이어프램 밸브이며, 게다가 유량 확보의 점에서도 우수한 다이어프램 밸브를 얻을 수 있다.

또한, 소형품끼리의 비교에서, 실시형태의 것의 Cv값이 종래의 것에 비교해서 2배로 되어 있는 점에 관해서는, 보디(2)의 요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)에, 유체 유출 통로(2b)의 요부(2c)의 저면(14)에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 스폿 페이싱(15)이 형성되어 있는 점이 기여하고 있다. 즉, 스폿 페이싱(15)을 형성하여, 유체 유출 통로(2b)의 입구 면적을 크게 함으로써, 결과적으로 Cv값이 종래비로 2배로 되어 있다.

통상, 다이어프램(5)의 곡률반경을 크게 하여 SR13.5로부터 SR23로 한 경우, Cv값은 작아진다. 즉, 이 실시형태에 의하면, 다이어프램(5)의 형상 변화에 따르는 유량의 감소를 보충할 뿐만 아니라, 유량을 대폭 증가시킬 수 있다.

이렇게 하여, 이 실시형태의 것에서는, 상반되는 성능인 Cv값과 다이어프램의 내구성이 높은 레벨로 양립되어 있다.

Cv값을 증가시키기 위해서는, 스폿 페이싱(15)(요부(2c)의 저면(14)의 평탄부(14a)의 거의 전면을 깎는) 대신에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 유체 유출 통로(2b)의 요부(2c)의 저면(14)에 개구되어 있는 부분을 포함하는 고리형 홈(16)을 형성하도록 해도 좋다.

고리형 홈(16)의 깊이는, 스폿 페이싱(15)의 깊이에 비교해서 큰 것으로 된다. 고리형 홈(16)의 경우, 시트(4)를 유지하고 있는 부분은 종래와 동일한 형상이 된다.

고리형 홈(16)으로 한 경우, 시트(4)의 코킹을, 시트(4)의 외경측 및 내경측의 양쪽으로부터 행할 수 있어, 시트(4)의 고정이 강한 것이 된다.

스폿 페이싱(15)으로 한 경우, 시트(4)의 코킹은 시트(4)의 내경측으로부터만 행해진다. 스폿 페이싱(15)으로 함으로써, 고리형 홈(16)에 비교해서 유체 유출 통로(2b)의 입구 면적을 크게 취할 수 있어, Cv값이 커진다.

Cv값을 더욱 증가시키기 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 스폿 페이싱(15)이 형성되어 있고, 유체 유출 통로(2b)의 단면 형상이 긴 구멍(17)으로 되어 있도록 해도 좋다.

긴 구멍(17)의 단면 형상은, 도면에 나타낸 바와 같이, 사각형 부분의 양단부에 반원형 부분을 부가한 것이어도 좋고, 타원형이어도 좋고, 또한 스폿 페이싱(15)을 따르는 초승달형이어도 좋다.

긴 구멍(17)은, 도 3에 나타낸 고리형 홈(16)과 조합할 수도 있다. 즉, 도 3에 있어서, 원형으로 되어 있는 유체 유출 통로(2b)의 단면 형상을 도 4에 나타내는 긴 구멍(17)으로 해도 좋다.

또, 상기 다이어프램 밸브에 있어서, 스템(7), 피스톤(10), 압축 코일 스프링(압박 부재)(11), 조작 에어 도입실(12), 조작 에어 도입 통로(13) 등은, 다이어프램 프레스(6)를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구성하고 있지만, 상하 이동 수단의 구성은, 도 1에 나타낸 것에 한정되는 것이 아니다.

상기 다이어프램 밸브는, 예컨대 도 7에 나타낸 유체 제어 장치에서 개폐 밸브로서 사용할 수 있다. 그리고, 상기 다이어프램 밸브가 소형화되고, 게다가 내구성도 우수하기 때문에, 이것을 사용한 유체 제어 장치는, 소형화가 과제가 되고 있는 반도체 제조 장치에서의 가스 공급부로서 사용하기에 적합하다.

반도체 제조 장치로는, CVD 장치, 스퍼터링 장치, 에칭 장치 등이 있다.

CVD 장치는, 에너지 공급 수단, 진공 챔버, 가스 공급 수단(유체 제어 장치), 배기 수단으로 구성되며, 웨이퍼 상에 부동태막(산화막)을 형성하는 장치이다.

에칭 장치(드라이 에칭 장치)는, 에너지 공급 수단, 처리실, 가스 공급 수단(유체 제어 장치), 배기 수단으로 구성되며, 반응성의 기체에 의한 부식 작용에 의해 재료 표면 등을 가공하는 장치이다.

스퍼터링 장치는, 타겟, 에너지 공급 수단, 진공 챔버, 가스 공급 수단(유체 제어 장치), 배기 수단으로 구성되며, 재료 표면을 성막하는 장치이다.

CVD 장치, 스퍼터링 장치 및 에칭 장치의 어느 반도체 제조 장치에 있어서도, 가스 공급 수단(유체 제어 장치)은 필수적인 구성이며, 이것을 소형화함으로써 반도체 제조 장치를 소형화할 수 있다.

또, 유체 제어 장치는, 도 7에 나타낸 것에 한정되는 것이 아니며, 또한 반도체 제조 장치에 관해서도 전혀 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 소형화된 다이어프램 밸브의 내구성의 저하를 초래하지 않고 유량을 증가시킬 수 있기 때문에, 다이어프램 밸브 및 이것을 구비한 유체 제어 장치, 반도체 제조 장치 등의 성능 향상에 기여할 수 있다.

1 : 다이어프램 밸브 2 : 보디
2a : 유체 유입 통로 2b : 유체 유출 통로
2c : 요부 4 : 시트
5 : 다이어프램 6 : 다이어프램 프레스
7 : 스템 8 : 프레스 어댑터
14 : 저면 14a : 평탄부
14b : 오목부 14c : 외주
14d : 시트 외주측의 평탄부
14e : 유체 유입 통로의 둘레 가장자리의 평탄면
15 : 스폿 페이싱(홈) 16 : 고리형 홈
17 : 긴 구멍

Claims (4)

1. 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 위를 향해 개구된 요부(凹所)가 설치된 보디와, 보디에 형성된 유체 유입 통로의 둘레 가장자리에 배치된 고리형 시트와, 시트에 압박ㆍ이격됨으로써 유체 유입 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한, 자연 상태에서 셸형인 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리를 보디의 요부 저면과의 사이의 다이어프램 지지부에서 유지하는 프레스 어댑터와, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 프레스와, 다이어프램 프레스를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 다이어프램 밸브에 있어서,
   상기 시트의 상면은, 상기 다이어프램 지지부의 상면보다 상기 다이어프램측에 위치해 있고,
   보디 요부 저면의 상기 시트 외주측의 평탄부에, 유체 유출 통로의 요부의 저면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 고리형 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 요부 저면과 상기 유체 유입 통로의 둘레 가장자리의 평탄면이 동일한 높이에 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 유체 유입 통로의 둘레 가장자리의 평탄면은 상기 고리형 홈의 저면보다 높고, 상기 시트의 상면보다 낮은 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트가, 시트의 외경측 및 내경측으로부터 코킹되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.

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