TW202041801A - 閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置 - Google Patents

閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202041801A
TW202041801A TW109102756A TW109102756A TW202041801A TW 202041801 A TW202041801 A TW 202041801A TW 109102756 A TW109102756 A TW 109102756A TW 109102756 A TW109102756 A TW 109102756A TW 202041801 A TW202041801 A TW 202041801A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
valve device
valve
diaphragm
operating member
actuating member
Prior art date
Application number
TW109102756A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI727634B (zh
Inventor
丹野竜太郎
吉田俊英
土口大飛
鈴木裕也
近藤研太
中田知宏
篠原努
滝本昌彥
Original Assignee
日商富士金股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商富士金股份有限公司 filed Critical 日商富士金股份有限公司
Publication of TW202041801A publication Critical patent/TW202041801A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI727634B publication Critical patent/TWI727634B/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0033—Electrical or magnetic means using a permanent magnet, e.g. in combination with a reed relays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1225—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston with a plurality of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Fluid-Driven Valves (AREA)
  • Indication Of The Valve Opening Or Closing Status (AREA)

Abstract

本發明提供可精密地調整流量之閥裝置。本發明之閥裝置，包含：操作構件40，操作以可在使隔膜20閉鎖流路的關閉位置CP與使隔膜20開放流路的開啟位置OP之間移動的方式設置之隔膜；主致動構件60，承受所供給的驅動流體之壓力，使該操作構件往該開啟位置或關閉位置移動；調整用致動構件100，用於調整定位至開啟位置之操作構件40的位置；以及位置檢測機構85，用於檢測操作構件40相對於閥主體10的位移。

Description

閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置
本發明係關於一種閥裝置、利用該閥裝置之流量控制方法、流體控制裝置及半導體製造方法。
於半導體製程中，為了將正確地量測的處理氣體供給至處理腔室，而利用將開閉閥、調節器、質量流量控制器等各種流體控制設備密集化之流體控制裝置。 一般，將從上述流體控制裝置輸出的處理氣體直接供給至處理腔室，但在藉由原子層沉積(ALD：Atomic Layer Deposition)法使膜沉積於基板之處理製程中，為了穩定地供給處理氣體，而將從流體控制裝置供給的處理氣體暫時貯存在作為緩衝之貯存槽，施行使設置於距離處理腔室最近的閥以高頻率開啟關閉而將來自貯存槽的處理氣體往真空環境氣體之處理腔室供給的程序。另，作為設置於距離處理腔室最近的閥，例如參考專利文獻1。 ALD法為化學氣相沉積法之一種，其係在溫度、時間等之成膜條件下，使2種以上的處理氣體各1種地逐一往基板表面上交互流動，在基板表面上與原子反應而以單層方式使膜逐一沉積的方法，由於可將單原子層逐層控制，故可形成均一的膜厚，作為膜質亦可使膜非常緻密地成長。 ALD法所進行之半導體製程，必須精密地調整處理氣體之流量。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開第2007-64333號公報 專利文獻2：國際公開WO2018/088326號公報
[本發明所欲解決的問題]
在空氣驅動式之隔膜閥中，樹脂製的閥座隨著時間而壓扁，由於樹脂製的閥座因熱變化而膨脹或收縮等之原因，而致使流量隨著時間改變。 因此，為了更精密地控制處理氣體之流量，必須依照流量的經時變化而調整流量。 本案發明人，於專利文獻2中提出一種閥裝置，除了設置承受所供給的驅動流體之壓力而作動的主致動構件以外，設置用於調整操作隔膜的操作構件之位置的調整用致動構件，可自動精密地調整流量。 過去，對於專利文獻2所揭露之閥裝置，檢測作為閥體的隔膜之開度，需要更為精密的流量控制。
本發明之一目的在於提供可精密地調整流量之閥裝置。 本發明之另一目的在於提供使用上述閥裝置之流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之閥裝置，包含： 閥主體，劃定流體所流通之流路、以及在該流路的途中向外部開口之開口部； 隔膜，作為閥體，覆蓋該開口部並將流路與外部分隔，且藉由與該開口部的周圍抵接及分離而將流路開啟關閉； 操作構件，對於以可在使該隔膜閉鎖流路的關閉位置與使該隔膜開放流路的開啟位置之間移動的方式設置之該隔膜加以操作； 主致動構件，承受所供給的驅動流體之壓力，使該操作構件往該開啟位置或關閉位置移動； 調整用致動構件，用於調整定位至該開啟位置之該操作構件的位置；以及 位置檢測機構，用於檢測該操作構件之相對於該閥主體的位移。
本發明之流量控制方法，係利用上述構成之閥裝置，調整流體之流量的流量控制方法。
本發明之流體控制裝置，配設有複數流體設備； 該複數流體設備，包含上述構成之閥裝置。
本發明之半導體製造方法，在密閉的腔室內，於需要由處理氣體所進行之處理步驟的半導體裝置之製程中，在該處理氣體之流量控制使用上述構成之閥裝置。
本發明之半導體製造裝置，在密閉的腔室內，於需要由處理氣體所進行之處理步驟的半導體裝置之製程中，在該處理氣體之流量控制使用上述構成之閥裝置。 [本發明之效果]
依本發明，藉由檢測操作構件之相對於閥主體的位移，而可檢測閥開度，故調整用致動構件所進行之更精密的流量調整成為可能。
圖1A為顯示本發明的一實施形態之閥裝置1的構成之剖面圖，其顯示閥全部關閉時的狀態。圖1B為閥裝置1的俯視圖，圖1C為閥裝置1的致動構件部之放大縱剖面圖，圖1D為與圖1C相差90度方向的致動構件部之放大縱剖面圖，圖1E為圖1A的圓A內之放大剖面圖。另，以下說明中，使圖1A的A1為上方，使A2為下方。
閥裝置1，包含：收納盒301，設置於支持板302上；閥本體2，設置於收納盒301內；以及壓力調節器200，設置於收納盒301之頂棚部。 圖1A～圖1E中，10顯示閥主體，15顯示閥座，20顯示隔膜，25顯示推壓接合器，27顯示致動構件承托件，30顯示閥帽，40顯示操作構件，48顯示隔膜推壓件，50顯示殼體，60顯示主致動構件，70顯示調整體，80顯示致動構件推壓件，85顯示位置檢測機構，86顯示磁感測器，87顯示磁石，90顯示螺旋彈簧，100顯示作為調整用致動構件之壓電致動構件，120顯示碟型彈簧，130顯示分隔壁構件，150顯示供給管，160顯示極限開關，OR顯示作為密封構件之O型環，G顯示作為驅動流體之壓縮空氣。另，驅動流體，並未限定於壓縮空氣，亦可使用其他流體。
閥主體10，由不鏽鋼等金屬形成，劃定流路12、13。流路12，於一端具備在閥主體10之一側面開口的開口部12a，藉由熔接將管接頭501連接至開口部12a。流路12，另一端12b與往閥主體10的上下方向A1、A2延伸之流路12c連接。流路12c之上端部，在閥主體10的頂面側開口；上端部於形成在閥主體10的頂面側之凹部11的底面開口，下端部於閥主體10的底面側開口。於流路12c之下端側的開口，設置壓力感測器400，將流路12c之下端側的開口封閉。 於流路12c之上端部的開口周圍設置閥座15。閥座15，為合成樹脂(PFA、PA、PI、PCTFE等)製，嵌合固定至設置於流路12c之上端側的開口邊緣之裝設溝。另，在本實施形態，藉由歛縫加工而將閥座15固定於裝設溝內。 流路13，其一端在閥主體10之凹部11的底面開口，且於另一端具備在與閥主體10的流路12為相反側之另一側面開口的開口部13a，藉由熔接將管接頭502連接至開口部13a。
隔膜20，配置於閥座15之上方，劃定將流路12c與流路13連通的流路，且使其中央部上下移動而與閥座15接觸分離，藉以將流路12、13開啟關閉。在本實施形態，隔膜20，藉由使特殊不鏽鋼等金屬製薄板及鎳鈷合金薄板之中央部往上方膨出，而使其成為上凸之圓弧狀呈自然狀態的球殼狀。堆疊此等特殊不鏽鋼薄板3片與鎳鈷合金薄板1片，構成隔膜20。 隔膜20，其外邊緣部載置於形成在閥主體10的凹部11之底部的突出部上，藉由將往凹部11內插入之閥帽30的下端部往閥主體10的螺紋部鎖入，而經由不鏽鋼合金製之推壓接合器25往閥主體10的該突出部側推壓，以氣密狀態挾持固定。另，鎳鈷合金薄膜，作為配置於接觸氣體側之隔膜，亦可使用其他構成之隔膜。
操作構件40，係用於操作隔膜20俾使隔膜20將流路12與流路13之間開啟關閉的構件，形成為略圓筒狀，上端側開口。操作構件40，隔著O型環OR而嵌合至閥帽30的內周面(參考圖1C、1D)，以可往上下方向A1、A2任意移動的方式支持。 於操作構件40的下端面，裝設隔膜推壓件48，其具備與隔膜20之中央部頂面抵接的聚醯亞胺等合成樹脂製之推壓部。 於隔膜推壓件48的形成在外周部之凸緣部48a的頂面，與閥帽30的頂棚面之間，設置螺旋彈簧90，藉由螺旋彈簧90而將操作構件40往下方A2常時偏壓。因此，在主致動構件60並未作動的狀態，隔膜20抵緊閥座15，成為流路12與流路13之間關閉的狀態。
在致動構件承托件27的底面與隔膜推壓件48的頂面之間，設置作為彈性構件的碟型彈簧120。 殼體50，由上側殼體構件51與下側殼體構件52構成，下側殼體構件52之下端部內周的螺紋部，與閥帽30之上端部外周的螺紋部螺合。此外，上側殼體構件51之下端部內周的螺紋部下側，與殼體構件52之上端部外周的螺紋部螺合。 在下側殼體構件52的上端部與和其相對向之上側殼體構件51的對向面51f之間，固定環狀的擋板65。擋板65的內周面與操作構件40的外周面之間，及擋板65的外周面與上側殼體構件51的內周面之間，分別藉由O型環OR而密封。
主致動構件60，具備環狀的第1～第3活塞61、62、63。第1～第3活塞61、62、63，嵌合至操作構件40的外周面，成為可與操作構件40一同往上下方向A1、A2移動。將第1～第3活塞61、62、63的內周面與操作構件40的外周面之間，以及第1～第3活塞61、62、63的外周面與上側殼體構件51、下側殼體構件52、閥帽30的內周面之間，以複數O型環OR密封。 如圖1C及1D所示，將圓筒狀的分隔壁構件130，以與該操作構件40的內周面之間具有間隙GP1的方式，固定於操作構件40的內周面。間隙GP1，藉由設置於分隔壁構件130的上端側及下端側的外周面與操作構件40的內周面之間的複數O型環OR1～OR3而密封，成為作為驅動流體的壓縮空氣G之流通路。將以此間隙GP1形成之流通路，與壓電致動構件100呈同心狀地配置。在後述壓電致動構件100的殼體101與分隔壁構件130之間，形成間隙GP2。
如圖1D所示，於第1～第3活塞61、62、63的底面側，分別形成壓力室C1～C3。 於操作構件40，在與壓力室C1、C2、C3連通的位置中，形成貫通半徑方向之流通路40h1、40h2、40h3。流通路40h1、40h2、40h3，在操作構件40的圓周方向等間隔地形成複數個。流通路40h1、40h2、40h3，與由上述間隙GP1形成之流通路分別連接。 於殼體50的上側殼體構件51，形成在頂面開口而往上下方向A1、A2延伸且與壓力室C1連通之流通路51h。於流通路51h的開口部，經由管接頭152而與供給管150連接。藉此，將從供給管150供給的壓縮空氣G，通過上述各流通路而供給至壓力室C1、C2、C3。 殼體50內之第1活塞61上方的空間SP，通過調整體70之貫通孔70a而與大氣連結。
如圖1C所示，極限開關160，設置於殼體50上，使可動銷161貫通殼體50而與第1活塞61的頂面接觸。極限開關160，依照可動銷161的移動，而檢測第1活塞61(操作構件40)之上下方向A1、A2的移動量。
[位置檢測機構] 如圖1E所示，位置檢測機構85，設置於閥帽30與操作構件40，包含：作為固定部之磁感測器86，沿著閥帽30之半徑方向嵌入；以及作為可動部之磁石87，以與此磁感測器86相對向之方式嵌入至操作構件40的圓周方向之一部分。 磁感測器86，將配線86a導出至閥帽30之外部，配線86a由供電線與訊號線構成，訊號線與後述控制部300電性連接。作為磁感測器86，例如可列舉：利用霍爾元件者、利用線圈者、利用藉由磁場的強度與方向而改變電阻值之AMR元件者等，藉由與磁石的組合，而能夠以非接觸方式偵測位置。 磁石87，可使上下方向A1、A2磁化，亦可使半徑方向磁化。此外，磁石87亦可形成為環狀。 另，在本實施形態，雖將磁感測器86設置於閥帽30，將磁石87設置於操作構件40，但並未限定於此一形態，可適當變更。例如，亦可於推壓接合器25設置磁感測器86，於隔膜推壓件48的形成在外周部之凸緣部48a的對向之位置設置磁石87。宜在對於閥主體10移動之側設置磁石87，在閥主體10或對於閥主體10不移動之側設置磁感測器86。
此處，參考圖2而對壓電致動構件100的運作予以說明。 壓電致動構件100，於圖2所示之圓筒狀的殼體101內建有未圖示之堆疊的壓電元件。殼體101，係不鏽鋼合金等金屬製，將半球狀之前端部102側端面及基端部103側的端面封閉。藉由對堆疊的壓電元件施加電壓，使其伸長，而使殼體101之前端部102側的端面彈性變形，使半球狀之前端部102在長邊方向中位移。若使堆疊的壓電元件的最大行程為2d，則藉由預先施加使壓電致動構件100的伸長量成為d之既定電壓V0，而使壓電致動構件100的全長成為L0。而後，若施加較既定電壓V0更高之電壓，則壓電致動構件100的全長成為最大之L0+d，若施加較既定電壓V0更低之電壓(包含無電壓)，則壓電致動構件100的全長成為最小之L0-d。因此，可於上下方向A1、A2中使前端部102至基端部103的全長伸縮。另，在本實施形態，雖使壓電致動構件100的前端部102呈半球狀，但並未限定於此一形態，前端部亦可為平坦面。 如圖1A與圖1C所示，往壓電致動構件100的供電，係藉由配線105施行。配線105，通過調整體70之貫通孔70a而導出至外部。
壓電致動構件100的基端部103之上下方向的位置，如圖1C與如圖1D所示，係隔著致動構件推壓件80而以調整體70的下端面界定。調整體70，將設置於調整體70的外周面之螺紋部，螺合至形成在殼體50的上部之螺孔，藉由調整調整體70之上下方向A1、A2的位置，而可調整壓電致動構件100之上下方向A1、A2的位置。 壓電致動構件100的前端部102，如圖1A所示地與在圓盤狀之致動構件承托件27的頂面形成之圓錐面狀的承托面抵接。致動構件承托件27，成為可往上下方向A1、A2移動。
壓力調節器200，一次側經由管接頭201而與供給管203相連接，二次側與設置於供給管150的前端部之管接頭151相連接。 壓力調節器200，為習知的提動閥式之壓力調節器，控制將通過供給管203供給之高壓的壓縮空氣G降低至期望之壓力俾使二次側之壓力成為預先設定的調節之壓力，但省略其詳細說明。在通過供給管203而供給的壓縮空氣G之壓力存在有脈動或干擾所造成的變動之情況，抑制該變動而往二次側輸出。
於圖3，顯示對半導體製造裝置之處理氣體控制系統應用本實施形態之閥裝置1的例子。 圖3之半導體製造裝置1000，例如為用於實行ALD法所進行之半導體製程的裝置，800為壓縮空氣G之供給源，810為處理氣體PG之供給源，900A～900C為流體控制裝置，VA～VC為開閉閥，1A～1C為本實施形態之閥裝置，CHA～CHC為處理腔室。 在ALD法所進行之半導體製程，必須精密地調整處理氣體之流量，且由於基板的大口徑化，亦必須確保處理氣體之流量。 流體控制裝置900A～900C，係為了將正確地量測的處理氣體PG分別供給至處理腔室CHA～CHC，而將開閉閥、調節器、質量流量控制器等各種流體設備密集化之密集化氣體系統。 閥裝置1A～1C，藉由上述隔膜20的開啟關閉，而精密地控制來自流體控制裝置900A～900C的處理氣體PG之流量，分別供給至處理腔室CHA～CHC。 開閉閥VA～VC，為了使閥裝置1A～1C開閉運作，而依照控制指令，實行壓縮空氣G之供給隔斷。
在如上述之半導體製造裝置1000，雖從共通之供給源800供給壓縮空氣G，但開閉閥VA～VC為分別獨立地驅動。 雖從共通之供給源800，將幾近一定之壓力的壓縮空氣G常時輸出，但若將開閉閥VA～VC分別獨立地開啟關閉，則受到閥開啟關閉時之壓力損耗等影響，對閥裝置1A～1C分別供給的壓縮空氣G之壓力產生變動，成為並非為一定。 若供給至閥裝置1A～1C的壓縮空氣G之壓力有所變動，則上述壓電致動構件100之流量調整量可能有所變動。為了解決此一問題，而設置上述壓力調節器200。
接著，參考圖4，針對本實施形態之閥裝置1的控制部予以說明。 如圖4所示，控制部300，使磁感測器86的檢測訊號輸入，將壓電致動構件100驅動控制。控制部300，例如包含未圖示之處理器、記憶體等硬體及所需軟體與驅動壓電致動構件100的驅動器。關於控制部300所進行之壓電致動構件100的控制之具體例，將於後述內容說明。
接著，參考圖5及圖6，對本實施形態之閥裝置1的基本運作予以說明。 圖5，顯示閥裝置1的閥全部關閉狀態。在圖5所示之狀態，並未供給壓縮空氣G。此一狀態中，碟型彈簧120已受到某程度壓縮而彈性變形，藉由此一碟型彈簧120的復原力，而將致動構件承托件27往上方A1常時偏壓。藉此，亦將壓電致動構件100朝向上方A1常時偏壓，成為基端部103的頂面抵緊致動構件推壓件80之狀態。藉此，壓電致動構件100，受到上下方向A1、A2的壓縮力，對於閥主體10配置在既定位置。壓電致動構件100，與任一構件皆未連結，故對於操作構件40可在上下方向A1、A2中相對地移動。 碟型彈簧120之個數與方向可依照條件而適當變更。此外，在碟型彈簧120以外，亦可使用螺旋彈簧、板狀彈簧等其他彈性構件，但若使用碟型彈簧，則有容易調整彈簧剛性或行程等優點。
如圖5所示，在隔膜20與閥座15抵接而閥關閉的狀態中，於致動構件承托件27之底面側的限制面27b，與裝設於操作構件40的隔膜推壓件48之頂面側的抵接面48t之間，形成間隙。限制面27b之上下方向A1、A2的位置，成為並未調整開度之狀態下的開啟位置OP。限制面27b與抵接面48t之間隙的距離，相當於隔膜20的上升量Lf。上升量Lf，界定閥之開度，亦即界定流量。上升量Lf，可藉由調整上述調整體70之上下方向A1、A2的位置而變更。圖5所示的狀態之隔膜推壓件48(操作構件40)，若以抵接面48t為基準，則位於關閉位置CP。若此抵接面48t，往與致動構件承托件27之限制面27b抵接的位置，亦即，往開啟位置OP移動，則隔膜20與閥座15分離上升量Lf的分。
若通過供給管150將壓縮空氣G供給至閥裝置1內，則如圖6所示，在主致動構件60產生將操作構件40往上方A1推起的推力。壓縮空氣G之壓力，設定為足夠對抗從螺旋彈簧90及碟型彈簧120對操作構件40作用之下方A2的偏壓力而使操作構件40往上方A1移動的值。若供給此等壓縮空氣G，則如圖6所示，操作構件40進一步壓縮碟型彈簧120並往上方A1移動，使隔膜推壓件48的抵接面48t與致動構件承托件27的限制面27b抵接，致動構件承托件27受到從操作構件40往上方A1的力。此力，通過壓電致動構件100的前端部102，作為將壓電致動構件100在上下方向A1、A2壓縮的力而作用。因此，對操作構件40作用之上方A1的力，由壓電致動構件100的前端部102承受，操作構件40之A1方向的移動，在開啟位置OP中受到限制。此一狀態中，隔膜20，與閥座15分離上述上升量Lf的分。
接著，參考圖7，對於在閥裝置1中流量變動發生之主要原因加以說明。 作為在閥裝置1中流量隨著時間而改變之主要原因，可列舉閥座15的變形。使圖7的(a)所示之狀態為無變形的初始狀態，使VOP為從閥座15的閥座表面分離上述上升量Lf的分之開啟位置。 對閥座15，隔著隔膜20藉由隔膜推壓件48重複施加應力，故例如如圖7的(b)所示，閥座15壓扁。若使閥座15之因壓扁所產生的變形量為α，則閥開度，成為閥座表面與開啟位置VOP的距離Lf+α，相較於初始狀態，流量增加。 閥座15，暴露於高溫環境氣體，故如圖7的(c)所示，閥座15熱膨脹。若使閥座15之因熱膨脹所產生的變形量為β，則閥開度，成為閥座表面與開啟位置VOP的距離Lf-β，相較於初始狀態，流量減少。
接著，參考圖8A及圖8B，對於閥裝置1之流量調整的一例予以說明。 首先，上述位置檢測機構85，常時檢測圖5及圖6所示的狀態中之閥主體10與磁感測器86的相對位移。可使圖6所示的閥關閉狀態中之磁感測器86與磁石87的相對位置關係，為位置檢測機構85的原點位置。 此處，圖8A及圖8B之中心線Ct的左側，顯示圖5所示的狀態，中心線Ct的右側，顯示將操作構件40的上下方向A1、A2之位置調整後的狀態。 在往減少流體之流量的方向調整之情況，如圖8A所示，使壓電致動構件100伸長，使操作構件40往下方A2移動。藉此，隔膜20與閥座15的距離，即調整後的上升量Lf-，成為較調整前的上升量Lf更小。亦可使壓電致動構件100的伸長量，為以位置檢測機構85檢測到之閥座15的變形量。 在往增加流體之流量的方向調整之情況，如圖8B所示，使壓電致動構件100縮短，使操作構件40往上方A1移動。藉此，隔膜20與閥座15的距離，即調整後的上升量Lf+，成為較調整前的上升量Lf更大。亦可使壓電致動構件100的縮小量，為以位置檢測機構85檢測到之閥座15的變形量。
在本實施形態，隔膜20的上升量Lf之最大值為100～200μm程度，壓電致動構件100所產生之調整量為±20μm程度。 亦即，壓電致動構件100的行程，雖無法涵蓋隔膜20的上升量，但藉由將以壓縮空氣G運作之主致動構件60與壓電致動構件100併用，而可藉由行程相對較長之主致動構件60確保閥裝置1的供給之流量，並藉由行程相對較短之壓電致動構件100精密地調整流量，不必藉由調整體70等以手動方式調整流量，故大幅減少流量調整工時。 依本實施形態，則僅藉由改變對壓電致動構件100施加之電壓而可進行精密的流量調整，故可立即實行流量調整，且亦可即時地控制流量。
在上述實施形態，作為利用將所給予的電力轉換為伸縮力之被動元件的調整用致動構件，雖使用壓電致動構件100，但並未限定於此一形態。例如，可將由依照電場之變化而變形的化合物所構成之電驅動材料，作為致動構件使用。可藉由電流或電壓改變電驅動材料的形狀或大小，而改變界定之操作構件40的開啟位置。此等電驅動材料，可為壓電材料，亦可為壓電材料以外之電驅動材料。使其為壓電材料以外之電驅動材料的情況，可為電驅動型高分子材料。 電驅動型高分子材料，亦稱作電活性高分子材料(Electro Active Polymer：EAP)，例如有：藉由外部電場或庫侖力而驅動之電性EAP、及使聚合物膨潤的溶媒藉由電場而流動變形之非離子性EAP、藉由電場所造成之離子或分子的移動而驅動之離子性EAP等，可使用其等之任一者或組合。
上述實施形態，雖列舉所謂常閉型的閥為例，但本發明並未限定於此一形態，亦可應用於常開型的閥。
上述應用例，雖對於將閥裝置1使用於ALD法所進行之半導體製程的情況加以例示，但並未限定於此一形態，本發明，例如可應用在原子層蝕刻法(ALE：Atomic Layer Etching法)等，需進行精密的流量調整之任何對象。
上述實施形態，作為主致動構件，雖使用內建於藉由氣體壓力作動之缸筒室的活塞，但本發明並未限定於此一形態，可依照控制對象而選擇各種最佳的致動構件。
上述實施形態，作為位置檢測機構雖例示包含磁感測器及磁石者，但並未限定於此一形態，可採用光學式位置檢測感測器等非接觸式位置感測器。
參考圖9，說明應用本發明之閥裝置的流體控制裝置之一例。 於圖9所示之流體控制裝置，設置沿著寬方向W1、W2配設並往長邊方向G1、G2延伸之金屬製的底板BS。另，W1顯示正面側，W2顯示背面側、G1顯示上游側，G2顯示下游側之方向。於底板BS，經由複數流路區塊992而設置各種流體設備991A～991E，藉由複數流路區塊992，分別形成流體從上游側G1向下游側G2流通之未圖示的流路。
此處，「流體設備」，係控制流體之流動的流體控制裝置所使用之設備，具備劃定流體流路之主體，具有在該主體之表面開口的至少2個流路口。具體而言，包含開閉閥(二通閥)991A、調節器991B、壓力表991C、開閉閥(三通閥)991D、質量流量控制器991E等，但並未限定於此一形態。另，導入管993，與上述未圖示之流路的上游側之流路口相連接。
本發明，可應用在上述開閉閥991A與991D、及調節器991B等各種閥裝置。
1,1A,1B,1C:閥裝置 2:閥本體 10:閥主體 11:凹部 12,12c,13:流路 12a,13a:開口部 12b:另一端 15:閥座 20:隔膜 25:推壓接合器 27:致動構件承托件 27b:限制面 30:閥帽 40:操作構件 40h1~40h3:流通路 48:隔膜推壓件 48a:凸緣部 48t:抵接面 50:殼體 51:上側殼體構件 51f:對向面 51h:流通路 52:下側殼體構件 60:主致動構件 61:第1活塞 62:第2活塞 63:第3活塞 65:擋板 70:調整體 70a:貫通孔 80:致動構件推壓件 85:位置檢測機構 86:磁感測器 86a:配線 87:磁石 90:螺旋彈簧 100:壓電致動構件(調整用致動構件) 101:殼體 102:前端部 103:基端部 105:配線 120:碟型彈簧 130:分隔壁構件 150:供給管 151,152:管接頭 160:極限開關 161:可動銷 200:壓力調節器 201:管接頭 203:供給管 300:控制部 301:收納盒 302:支持板 400:壓力感測器 501,502:管接頭 800,810:供給源 900A~900C:流體控制裝置 991A,991D:開閉閥(流體設備) 991B:調節器(流體設備) 991C:壓力表(流體設備) 991E:質量流量控制器(流體設備) 992:流路區塊 993:導入管 1000:半導體製造裝置 A:圓 A1:上方 A2:下方 BS:底板 C1~C3:壓力室 CHA,CHB,CHC:處理腔室 CP:關閉位置 G:壓縮空氣(驅動流體) GP1,GP2:間隙 Lf:上升量 OP:開啟位置 OR,OR1~OR3:O型環 PG:處理氣體 SP:空間 V0:既定電壓 VA~VC:開閉閥 VOP:開啟位置
圖1A係本發明的一實施形態之閥裝置的縱剖面圖，為沿著圖1B之1a-1a線的剖面圖。 圖1B係圖1A之閥裝置的俯視圖。 圖1C係圖1A之閥裝置的致動構件部之放大剖面圖。 圖1D係沿著圖1B之1D-1D線的致動構件部之放大剖面圖。 圖1E係圖1A的圓A內之放大剖面圖。 圖2係顯示壓電致動構件的運作之說明圖。 圖3係顯示本發明的一實施形態之閥裝置的對半導體製造裝置之處理氣體控制系統的應用例之概略圖。 圖4係顯示控制系統之概略構成的功能方塊圖。 圖5係用於說明圖1A之閥裝置的全部關閉狀態之要部放大剖面圖。 圖6係用於說明圖1A之閥裝置的全部開啟狀態之要部放大剖面圖。 圖7(a)～(c)係用於說明流量的經時變化之發生的主要原因之圖。 圖8A係用於說明圖1A的閥裝置之流量調整時(流量減少時)的狀態之要部放大剖面圖。 圖8B係用於說明圖1A的閥裝置之流量調整時(流量增加時)的狀態之要部放大剖面圖。 圖9係顯示流體控制裝置的一例之外觀立體圖。
1:閥裝置
2:閥本體
10:閥主體
11:凹部
12,12c,13:流路
12a,13a:開口部
12b:另一端
15:閥座
20:隔膜
25:推壓接合器
27:致動構件承托件
30:閥帽
40:操作構件
48:隔膜推壓件
48a:凸緣部
50:殼體
51:上側殼體構件
52:下側殼體構件
60:主致動構件
61:第1活塞
62:第2活塞
63:第3活塞
65:擋板
70:調整體
85:位置檢測機構
86:磁感測器
87:磁石
90:螺旋彈簧
100:壓電致動構件(調整用致動構件)
101:殼體
102:前端部
105:配線
120:碟型彈簧
150:供給管
151:管接頭
160:極限開關
161:可動銷
200:壓力調節器
201:管接頭
301:收納盒
302:支持板
400:壓力感測器
501,502:管接頭
A:圓
A1:上方
A2:下方
G:壓縮空氣(驅動流體)

Claims (14)

  1. 一種閥裝置，包含： 閥主體，劃定流體所流通之流路、及在該流路的途中向外部開口之開口部； 隔膜，覆蓋該開口部並將流路與外部分隔，且藉由與該開口部的周圍抵接及分離而將流路開啟關閉； 操作構件，對於以可在使該隔膜閉鎖流路的關閉位置與使該隔膜開放流路的開啟位置之間移動的方式設置之該隔膜加以操作； 主致動構件，承受所供給的驅動流體之壓力，使該操作構件往該開啟位置或關閉位置移動； 調整用致動構件，用於利用將所給予的電力轉換為伸縮力之被動元件，並調整定位至該開啟位置之該操作構件的位置；及 位置檢測機構，用於檢測該操作構件之相對於該閥主體的位移。
  2. 如請求項第1項之閥裝置，其中， 該位置檢測機構，包含可動部與固定部； 該可動部，設置成與該操作部一同移動； 該固定部，設置成不相對於該閥主體移動。
  3. 如請求項第1或2項之閥裝置，其中， 該位置檢測機構的檢測訊號，使用於將該調整用致動構件驅動控制之控制部。
  4. 如請求項第2項之閥裝置，其中， 該位置檢測機構，包含磁石、以及用來檢測取決於與該磁石的相對位置之磁場的強度之磁感測器。
  5. 如請求項第1或2項之閥裝置，其中， 該主致動構件，使該操作構件往該開啟位置移動； 該調整用致動構件，以該調整用致動構件的前端部，承受由該主致動構件作用至定位於該開啟位置之該操作構件的力，來限制該操作構件之移動，並調整該操作構件的位置。
  6. 如請求項第5項之閥裝置，其中， 在該操作構件與該調整用致動構件之間夾設彈性構件，該彈性構件將該調整用致動構件朝向該既定位置偏壓，並將該隔膜往閥關閉方向偏壓。
  7. 如請求項第1或2項之閥裝置，其中， 該調整用致動構件，具有隨著供電而伸縮之驅動源。
  8. 如請求項第1或2項之閥裝置，其中， 該調整用致動構件，包含利用壓電元件的伸縮之致動構件。
  9. 如請求項第8項之閥裝置，其中， 該調整用致動構件，包含具備基端部與前端部的殼體、以及收納於該殼體內而堆疊在該基端部與該前端部之間的壓電元件，利用該壓電元件之伸縮，使該殼體的該基端部與該前端部之間的全長伸縮。
  10. 如請求項第1或2項之閥裝置，其中， 該調整用致動構件，包含具有電驅動型聚合物以將其作為驅動源之致動構件。
  11. 一種流量控制方法， 利用如請求項第1至10項中任一項之閥裝置，以調整流體之流量。
  12. 一種流體控制裝置，配設有複數流體設備； 該複數流體設備，包含如請求項第1至10項中任一項之閥裝置。
  13. 一種半導體製造方法， 在密閉的腔室內，於需要由處理氣體所進行之處理步驟的半導體裝置之製程中，在該處理氣體之流量控制使用如請求項第1至10項中任一項之閥裝置。
  14. 一種半導體製造裝置， 在密閉的腔室內，於需要由處理氣體所進行之處理步驟的半導體裝置之製程中，在該處理氣體之流量控制使用如請求項第1至10項中任一項之閥裝置。
TW109102756A 2019-01-31 2020-01-30 閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置 TWI727634B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-015355 2019-01-31
JP2019015355 2019-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202041801A true TW202041801A (zh) 2020-11-16
TWI727634B TWI727634B (zh) 2021-05-11

Family

ID=71840955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109102756A TWI727634B (zh) 2019-01-31 2020-01-30 閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220082176A1 (zh)
JP (1) JP7352971B2 (zh)
KR (1) KR20210118162A (zh)
CN (1) CN113423987A (zh)
TW (1) TWI727634B (zh)
WO (1) WO2020158573A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11598430B2 (en) * 2019-01-31 2023-03-07 Fujikin Incorporated Valve device, flow rate control method, fluid control device, semiconductor manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus using the valve device
JP7045738B1 (ja) * 2021-03-23 2022-04-01 株式会社リンテック 常時閉型流量制御バルブ

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5144977A (en) * 1991-06-20 1992-09-08 Dresser Industries, Inc. Fluid valve with actuation sensor
JPH071381U (ja) * 1993-06-10 1995-01-10 シーケーディ株式会社 方向制御弁
JPH10148275A (ja) * 1997-11-12 1998-06-02 Ckd Corp エアーオペレートバルブ
US6536469B2 (en) * 1999-06-29 2003-03-25 Fisher Controls International, Inc. Self-centering magnet assembly for use in a linear travel measurement device
JP2001317646A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Smc Corp 圧電式流体制御弁
JP3502597B2 (ja) 2000-07-07 2004-03-02 Ｓｍｃ株式会社 二方弁
FR2836536B1 (fr) * 2002-02-26 2004-05-14 Cedrat Technologies Vanne piezoelectrique
DE10304551A1 (de) * 2003-02-04 2004-08-12 Mann + Hummel Gmbh Stellelement mit Lageerkennung
JP4055002B2 (ja) 2003-09-02 2008-03-05 Ｓｍｃ株式会社 真空調圧用バルブ
CN1854581B (zh) * 2005-03-05 2013-07-10 仕龙阀门公司 控制液体流动的电磁装置和方法
US7509972B2 (en) * 2005-07-07 2009-03-31 Parker-Hannifin Corporation Pneumatic valve with lockout
JP5054904B2 (ja) 2005-08-30 2012-10-24 株式会社フジキン ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁
US8156822B2 (en) * 2009-12-01 2012-04-17 Bettelle Energy Alliance, Llc Force measuring valve assemblies, systems including such valve assemblies and related methods
US8515579B2 (en) 2009-12-09 2013-08-20 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods associated with handling an object with a gripper
DE102010034313A1 (de) 2010-03-24 2011-09-29 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Haltevorrichtung
JP5397525B1 (ja) 2012-11-13 2014-01-22 Ｓｍｃ株式会社 真空調圧システム
US9194509B2 (en) * 2013-09-17 2015-11-24 Ge Oil & Gas Pressure Control Lp Power boost assist closed device for actuators
JP6491878B2 (ja) * 2014-12-25 2019-03-27 株式会社フジキン 流体制御器
CN109952459B (zh) * 2016-11-08 2021-02-26 株式会社富士金 阀装置、使用该阀装置的流量控制方法和半导体制造方法
WO2018100968A1 (ja) * 2016-11-30 2018-06-07 株式会社フジキン バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法および半導体製造方法
JP6793026B2 (ja) * 2016-12-13 2020-12-02 株式会社堀場エステック バルブ装置及びバルブ制御装置
JP6941507B2 (ja) * 2017-08-31 2021-09-29 株式会社キッツエスシーティー アクチュエータ用電磁弁の取付構造とアクチュエータ付きバルブ

Also Published As

Publication number Publication date
US20220082176A1 (en) 2022-03-17
JPWO2020158573A1 (ja) 2021-12-09
WO2020158573A1 (ja) 2020-08-06
JP7352971B2 (ja) 2023-09-29
CN113423987A (zh) 2021-09-21
TWI727634B (zh) 2021-05-11
KR20210118162A (ko) 2021-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109952459B (zh) 阀装置、使用该阀装置的流量控制方法和半导体制造方法
TWI682058B (zh) 閥裝置、流量調整方法、流體控制裝置、流量控制方法、半導體製造裝置及半導體製造方法
TWI727634B (zh) 閥裝置、流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置
TWI695945B (zh) 閥裝置
JP7202597B2 (ja) アクチュエータおよびこれを用いたバルブ装置
US11187346B2 (en) Valve device, its control device, control methods using the same, fluid control device and semiconductor manufacturing apparatus
TWI727633B (zh) 閥裝置、利用該閥裝置之流量控制方法、流體控制裝置、半導體製造方法及半導體製造裝置
US20230136494A1 (en) Valve system, output monitoring method and output adjusting method for diaphragm valve, and semiconductor manufacturing apparatus
JP7308506B2 (ja) バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、半導体製造方法、および半導体製造装置