WO2016002514A1 - ダイヤフラム弁、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

ダイヤフラム弁、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法 Download PDF

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一誠 渡辺
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
    • H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
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    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0402—Apparatus for fluid treatment

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm valve, a fluid control device, a semiconductor manufacturing apparatus, and a semiconductor manufacturing method, and more particularly, a miniaturized diaphragm valve suitable for use in a gas supply unit of a semiconductor manufacturing apparatus, and such a diaphragm valve.
  • the present invention relates to a fluid control apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus including the fluid control apparatus, and a semiconductor manufacturing method using the semiconductor manufacturing apparatus.
  • Patent Document 1 As a gas supply unit (fluid control device) in a semiconductor manufacturing apparatus (CVD, etching apparatus, etc.), for example, the one shown in FIG. 7 is conventionally known (Patent Document 1).
  • one line (C) of the fluid control device is composed of a plurality of upper members and a plurality of lower members.
  • the upper members include a check valve (21), a pressure regulator (22), and a pressure sensor (23).
  • an L-shaped passage block joint (32) connected to the check valve (21) and fitted with an inlet joint (31), a check valve (21) and a pressure regulator (22) V-shaped passage block joint (33) that communicates with the pressure regulator, V-shaped passage block joint (33) that communicates the pressure regulator (22) and the pressure sensor (23), and the reverse V-shape with the pressure sensor (23).
  • V-shaped passage block joint (33) communicating with the V-shaped passage block (24), and blocking with the inverted V-shaped passage block (24)
  • a V-shaped passage block joint (33) communicating with the opener (25), a V-shaped passage block joint (33) communicating with the breaker opener (25) and the mass flow controller (26), and a mass flow controller ( 26) and a V-shaped passage block joint (33) communicating with the on-off valve (27), and a V-shaped passage block joint (33) communicating between the on-off valve (27) and the inverted V-shaped passage block (28).
  • a character-shaped passage first block joint (32) is arranged.
  • Various joint members (31) (32) (33) (34) as lower members are placed on one elongated sub-board (40), and these lower members (31) (32) (33) ( 34)
  • Various fluid control devices (21), (22), (23), (24), (25), (26), (27), (28), and (29) as upper members are attached to one line (C ) Is formed, and a plurality of lines having a configuration similar to this line (C) are arranged in parallel on the main board (20), and the circuit breakers (25) of each line (C) are
  • the fluid control device is formed by connecting by three passage connecting means (50) comprising three I-shaped passage block joints (51) and a tube (52) connecting the I-shaped passage block joints (51).
  • the semiconductor manufacturing process is performed in a clean room in order to prevent pattern defects caused by particles.
  • the initial cost and the running cost at the time of construction increase in proportion to the increase in the volume of the clean room.
  • An increase in running cost or the like leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, in a semiconductor manufacturing apparatus that is permanently used in a clean room, downsizing of the entire apparatus is an issue, and therefore downsizing is also a major issue in a fluid control device used in a semiconductor manufacturing apparatus. .
  • Patent Document 2 discloses a body provided with a fluid inflow passage, a fluid outflow passage, and a recess opening upward, and a seat disposed at the periphery of the fluid inflow passage formed in the body.
  • An elastically deformable spherical shell diaphragm that opens and closes the fluid inflow passage by being pressed and separated from the seat, a holding adapter that holds the outer peripheral edge of the diaphragm between the bottom surface of the recess of the body, and the diaphragm
  • a diaphragm presser that presses the center of the diaphragm
  • a vertical movement means that moves the diaphragm presser up and down.
  • the presser adapter has a tapered shape whose entire lower surface has a predetermined inclination angle.
  • the bottom surface has a circular flat part and a concave part that is continuous with the outer periphery of the flat part and is recessed with respect to the flat part.
  • the upper surface of the outer peripheral edge is in surface contact with the tapered lower surface of the holding adapter, and the lower surface of the outer peripheral edge is in line contact with the outer periphery of the flat portion of the bottom surface of the recess of the body.
  • the diaphragm When the diaphragm valve is downsized, the diaphragm is also downsized. As a result, the space width between the seat and the diaphragm is narrowed, and the flow rate is reduced. If the space width between the sheet and the diaphragm is increased in order to prevent the flow rate from decreasing, the stroke of the diaphragm increases, resulting in a problem that the durability of the diaphragm decreases.
  • the taper angle of the lower surface of the pressing adapter is set to 15.5 to 16.5 ° with respect to the flat portion of the bottom surface of the recessed portion of the body, and the curvature of the surface in contact with the diaphragm of the diaphragm pressing Durability is improved by setting the radius to 10.5 to 12.5 mm.
  • An object of the present invention is to provide a diaphragm valve that can greatly improve the durability of a miniaturized diaphragm valve.
  • Another object of the present invention is to provide a fluid control device including such a diaphragm valve, a semiconductor manufacturing device including the fluid control device, and a semiconductor manufacturing method using the semiconductor manufacturing device.
  • a diaphragm valve includes a fluid inflow passage, a fluid outflow passage, a body provided with an upwardly opened recess, a seat disposed at the periphery of the fluid inflow passage formed in the body, and a pressing / separation to the seat.
  • Elastically deformable spherical shell diaphragm that opens and closes the fluid inflow passage, a holding adapter that holds the outer peripheral edge of the diaphragm between the bottom surface of the recessed portion of the body, and a diaphragm that presses the center of the diaphragm
  • the presser adapter includes a presser and a vertical movement means for moving the diaphragm presser up and down.
  • the presser adapter has a tapered shape whose entire lower surface has a predetermined inclination angle. And a diaphragm valve having a recess that is continuous with the outer periphery of the flat portion and is recessed with respect to the flat portion.
  • the radius of curvature of the surface in contact with the diaphragm is 30 mm or more, and the taper angle of the lower surface of the holding adapter is 10 ° or less with respect to the flat portion of the bottom surface of the recess of the body.
  • the diaphragm for example, is such that the upper surface of the outer peripheral edge is in surface contact with the tapered lower surface of the holding adapter, and the lower surface of the outer peripheral edge is in line contact with the outer periphery of the flat portion of the bottom surface of the recess of the body.
  • the upper surface of the outer peripheral edge of the diaphragm is in surface contact with the lower surface of the holding adapter in a state where the fluid passage is open (usually in a convex spherical shell shape). The deformation from the spherical shell shape, which is a natural state, is suppressed to a small level.
  • the diaphragm since the lower surface of the outer peripheral edge of the diaphragm is in line contact with the outer periphery of the flat portion of the bottom surface of the recess of the body, the diaphragm is in a natural state even when held by the holding adapter and the body. The state where the deformation from the spherical shell shape is suppressed to be small is maintained. That is, since there is no flat part that cannot be deformed and bends against the spherical shell part at the outer peripheral edge of the spherical shell diaphragm that is elastically deformed, it is avoided that stress is partially concentrated. The deformation of the diaphragm is optimized, and the durability of the diaphragm is improved.
  • the radius of curvature of the surface that is in contact with the diaphragm of the diaphragm holder is 12 mm or less, and the taper angle of the lower surface of the holder adapter is appropriately changed around 16 °, Among them, the one with excellent durability will be selected.
  • the dimension according to the conventional design method is completely different, and the radius of curvature of the surface of the diaphragm pressing contacted with the diaphragm is 30 mm or more.
  • the durability of the diaphragm is improved by setting the taper angle of the lower surface to 10 ° or less.
  • the lower limit of the taper angle on the lower surface of the holding adapter and the upper limit of the radius of curvature of the surface that is in contact with the diaphragm of the diaphragm holding are set so as to ensure performance (for example, flow rate) other than durability.
  • the flat surface of the bottom surface of the body recess is provided with a groove so as to include a portion opened to the bottom surface of the recess of the fluid outflow passage, and is a surface that is in contact with the diaphragm of the diaphragm presser It is preferable that the radius of curvature is 50 mm or less, and the taper angle of the lower surface of the pressing adapter is 5 ° or more with respect to the flat portion of the bottom surface of the recess of the body.
  • the groove is provided so as to leave a flat portion outer periphery for supporting the outer peripheral edge of the diaphragm.
  • the inner circumference of the groove may not cover the sheet (the groove becomes an annular groove) or may include a portion holding the sheet (the groove becomes a so-called “spot”).
  • the height of the part holding the sheet is the same as the height of the outer periphery of the flat part for supporting the outer peripheral edge of the diaphragm, and in the case of a spot, the part holding the sheet The height is reduced by the amount of counterbore.
  • the diaphragm valve according to the present invention includes a fluid inflow passage, a fluid outflow passage, a body provided with an upwardly opened recess, a seat disposed at the periphery of the fluid inflow passage formed in the body, and a pressure against the seat.
  • -Elastically deformable spherical shell diaphragm that opens and closes the fluid inflow passage by being separated, a pressing adapter that holds the outer peripheral edge of the diaphragm between the bottom of the body recess, and presses the center of the diaphragm
  • a vertical movement means for moving the diaphragm presser up and down.
  • the presser adapter has a tapered shape whose entire lower surface has a predetermined inclination angle, and the bottom surface of the recess of the body is circular.
  • a diaphragm valve having a flat portion and a concave portion that is continuous with the outer periphery of the flat portion and is recessed with respect to the flat portion.
  • the diaphragm apex is the apex of the upper surface of the lowermost diaphragm (wetted side) when the diaphragm is composed of a plurality of diaphragms.
  • the diaphragm valve may be a manual valve such as an open / close handle as the vertical movement means, or an automatic valve in which the vertical movement means is an appropriate actuator.
  • the actuator is a fluid (air) It may be by pressure or by electromagnetic force.
  • the moving direction of the stem of the diaphragm valve is referred to as the vertical direction, but this direction is convenient, and in actual mounting, the vertical direction is not only the vertical direction. , Sometimes horizontal.
  • the fluid control device is a fluid control device including an on-off valve as a fluid control device, and is characterized in that the on-off valve is the above-described diaphragm valve.
  • the above diaphragm valve is excellent in durability and in terms of securing a flow rate.
  • a miniaturized fluid control device can be obtained.
  • Such a fluid control device can contribute to miniaturization of a semiconductor manufacturing apparatus by being used in a semiconductor manufacturing apparatus.
  • a semiconductor manufacturing apparatus is characterized by including the above-described fluid control device as a gas supply unit.
  • the fluid control device is miniaturized by using the diaphragm valve, and a semiconductor manufacturing apparatus equipped with such a fluid control device as a gas supply unit is miniaturized. .
  • the semiconductor manufacturing apparatus may be any of a CVD apparatus, a sputtering apparatus, or an etching apparatus.
  • the semiconductor manufacturing method according to the present invention is characterized in that a semiconductor is manufactured using the semiconductor manufacturing apparatus described above.
  • the installation area in the clean room is reduced, the running cost (manufacturing cost) of the clean room is reduced, and a semiconductor obtained by a cheaper manufacturing method can be obtained.
  • the diaphragm valve of the present invention values that have not been taken into consideration in the past, such as a radius of curvature of the surface abutting on the diaphragm of the diaphragm presser being 30 mm or more and a taper angle of the lower surface of the presser adapter being 10 ° or less, are adopted. As a result, the durability of the diaphragm can be greatly improved.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a first embodiment of a diaphragm valve according to the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view of an essential part, and FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A with the diaphragm removed.
  • FIG. 2 is a diagram showing dimensions of each part of the diaphragm valve according to the first embodiment, and corresponds to FIG. 6.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a second embodiment of the diaphragm valve according to the present invention, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view of an essential part, and FIG. 3B is a plan view of FIG. 3A with the diaphragm removed. .
  • FIGS. 1A is a longitudinal sectional view of an essential part
  • FIG. 3B is a plan view of FIG. 3A with the diaphragm removed.
  • FIG. 4A and 4B are views showing a third embodiment of the diaphragm valve according to the present invention, in which FIG. 4A is a longitudinal sectional view of an essential part, and FIG. 4B is a plan view of FIG. 4A with the diaphragm removed.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of each embodiment of the diaphragm valve according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing dimensions of each part of a conventional diaphragm valve.
  • FIG. 7 is a side view showing an example of a fluid control device for a semiconductor manufacturing apparatus in which the diaphragm valve of the present invention is used.
  • Diaphragm valve (2): Body, (2a): Fluid inflow passage, (2b): Fluid outflow passage, (2c): Recess, (4): Seat, (5): Diaphragm, (6 ): Diaphragm presser, (7): Stem, (8): Presser adapter, (14): Bottom, (14a): Flat part, (14b): Recessed part, (14c): Outer periphery, (15): Counterbore (groove) ), (16): annular groove, (17): long hole
  • top and bottom and the left and right refer to the top and bottom and the left and right in FIG.
  • FIG. 5 shows the basic shape of the diaphragm valve (1) according to the present invention.
  • the diaphragm valve (1) has a fluid inflow passage (2a), a fluid outflow passage (2b), and a recess ( 2c), a block-shaped body (2), a cylindrical bonnet (3) whose lower end is screwed onto the upper part of the recess (2c) of the body (2), and a fluid inflow passage (2a)
  • An annular sheet (4) provided on the periphery of the diaphragm, a diaphragm (5) that opens or closes the fluid inflow passage (2a) by being pressed or separated by the sheet (4), and a diaphragm holder that presses the center of the diaphragm (5) (6), a stem (7) which is inserted into the bonnet (3) so as to be movable up and down and presses and separates the diaphragm (5) against the seat (4) via the diaphragm presser (6), and the bonnet (3)
  • the diaphragm (5) has a spherical shell shape, and an upwardly convex arc shape is in a natural state.
  • the diaphragm (5) is made of, for example, a nickel alloy thin plate, and is formed in a spherical shell shape that is cut out in a circular shape and has a central portion bulged upward.
  • the diaphragm (5) may be made of a stainless steel sheet or a laminate of a stainless steel sheet and a nickel / cobalt alloy sheet.
  • FIG. 6 shows a main part of a small diaphragm valve in which the diaphragm valve according to the present invention is a conventional technique.
  • the holding adapter (8) has a tapered shape in which the entire lower surface (8a) has a predetermined inclination angle.
  • the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2) has a circular flat portion (14a) and an annular shape that is continuous with the outer periphery of the flat portion (14a) and is recessed with respect to the flat portion (14a). And a recess (14b).
  • the holding adapter (8) is fixed in a state in which the bonnet (3) is in contact with the outer peripheral edge of the diaphragm (5) from above by screwing the bonnet (3) onto the body (2).
  • the entire bottom surface (8a) of the holding adapter (8) is tapered, so that the diaphragm (5) is not deformed from the spherical shell shape (upwardly convex arc shape) and the outer surface of the diaphragm adapter (8) is almost completely deformed.
  • the upper surface of the peripheral edge in surface contact with the tapered lower surface (8a) of the retainer adapter (8) (in a wide range), the bottom surface of the recess (2c) in the retainer adapter (8) and the body (2) (14 ).
  • the recess (14b) is provided on the outer peripheral edge of the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2), the outer peripheral edge of the diaphragm (5) is placed in the recess (14b). Be contained. Therefore, the outer peripheral edge of the diaphragm (5) is not deformed along the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2), and the bottom surface thereof is the bottom surface (14) of the recess (2c). ) Is in line contact with the outer periphery (diaphragm support portion) (14c) of the flat portion (14a).
  • the diameter (L) of the diaphragm (5) is ⁇ 8, and the height (H) of the diaphragm (5) is 0.65 mm.
  • the curvature radius (SR1) is SR13.5.
  • the taper angle ( ⁇ ) of the lower surface (8a) of the holding adapter (8) is the flat portion (14a) of the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2). )
  • the curvature radius (SR2) of the surface (6a) of the diaphragm presser (6) that is in contact with the diaphragm (5) is SR12.
  • FIG. 1 and 2 show the main part of a first embodiment of a diaphragm valve (1) according to the present invention.
  • the flat portion (reference surface) (14a) of the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2) is provided.
  • a counterbore (15) is provided so as to include a portion opened in the bottom surface (14) of the recess (2c) of the fluid outflow passage (2b).
  • the counterbore (15) is provided so as to leave the outer periphery (diaphragm support portion) (14c) of the flat portion (14a) for supporting the outer peripheral edge portion of the diaphragm (5).
  • the inlet area of the fluid outflow passage (2b) formed in the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2) is increased. Further, the height of the portion holding the sheet (4) in the bottom surface (14) of the recess (2c) of the fluid outflow passage (2b) is lowered by the counterbore (15).
  • the height (H) of the diaphragm (5) is 0.4 mm, and the curvature thereof is different from the conventional one.
  • the radius (SR1) is SR23.
  • the diameter (L) of the diaphragm (5) is ⁇ 8, which is the same as the conventional one.
  • the curvature radius (SR2) of the surface (6a) of the diaphragm presser (6) that is in contact with the diaphragm (5) is SR42, and the presser adapter (8)
  • the lower surface (8a) has a taper angle ( ⁇ ) of 9 °.
  • the curvature radius (SR2) of the surface (6a) of the diaphragm holder (6) that is in contact with the diaphragm (5) is increased.
  • the load at the center of the diaphragm (5) is reduced.
  • the taper angle ( ⁇ ) of the lower surface (8a) of the holding adapter (8) is set to an angle along the diaphragm (5), and in order to prevent interference with the diaphragm holding (6), the holding adapter (8 ) Has a large inner diameter.
  • the diaphragm (5) is a laminate of two diaphragms having a thickness of 0.05 mm. This is the same between the prior art and the embodiment.
  • the top of the diaphragm (5) is defined as the top of the bottom layer (wetted side) diaphragm. Therefore, in the diaphragm (5) in which two diaphragms are laminated, the vertex of the line passing through the center of the thickness becomes the vertex of the diaphragm (5).
  • the vertex of the diaphragm (5) is the vertex of the upper surface of the diaphragm (5), and the vertex when there are three or more diaphragms is the same as when there are two diaphragms. If the part dimensions for one sheet are the same, the apex of the diaphragm (5) will be the same regardless of whether the number of diaphragms is one or four.
  • Tables 1 and 2 show the comparison results of the first embodiment (small diaphragm valve) shown in FIGS. 1 and 2 and the conventional small diaphragm valve shown in FIG.
  • Table 1 shows the differences between the first embodiment and the conventional small diaphragm valve shown in FIG. 6, and Table 2 shows a comparison with existing diaphragm valves of standard size (standard products). The specifications and performance are shown.
  • the embodiment has extremely excellent durability, which is the same as that of the standard size, while being small, and more durable than the same small conventional product. It can be seen that not only the Cv value is increased.
  • the Cv value is a capacity coefficient of the valve, and represents a flow rate when the fluid flows through the valve at a certain differential pressure.
  • the shape (SR) of the diaphragm retainer (6) is SR42 and the retainer adapter (8 ) Is set to 9 °.
  • the index of durability is set to “4 million times”, which is equivalent to that of the conventional product, the diaphragm holder (6) diaphragm is considered considering that the durability is 4 million times or more and there is a margin in durability.
  • the curvature radius (SR) of the surface in contact with (5) is 30 mm or more, and the taper angle ( ⁇ ) of the lower surface of the holding adapter (8) is the bottom surface of the recess (2c) of the body (2) ( It is reasonable to set a condition for ensuring about 4 million times that the flat portion (14a) of 14) is 10 ° or less.
  • Diaphragm (5) from diaphragm support (14c) of bottom surface (14) of recess (2c) of body (2) which is in pressure contact with diaphragm (5) when valve is opened The ratio of the distance C to the top is preferably 18: 1 to 30: 1.
  • a preferable range of C when L is ⁇ 8 is 0.27 mm to 0.44 mm (about 0.25 mm to 0.45 mm).
  • the ratio of the diameter of the diaphragm (5) and the distance from the recess (2c) bottom surface (14) of the body (2) in pressure contact with the diaphragm (5) to the top of the diaphragm (the height of the top of the diaphragm (5))
  • the durability is remarkably reduced
  • the flow rate is remarkably insufficient.
  • the Cv value of the embodiment is twice that of the conventional one.
  • the bottom surface (14) of the recess (2c) of the body (2) is flat.
  • the point (14a) is provided with a counterbore (15) so as to include a portion opened to the bottom surface (14) of the recess (2c) of the fluid outflow passage (2b). That is, by providing the counterbore (15) and increasing the inlet area of the fluid outflow passage (2b), the Cv value is doubled compared to the conventional case.
  • the Cv value decreases. That is, according to this embodiment, not only the decrease in the flow rate accompanying the shape change of the diaphragm (5) can be compensated, but also the flow rate can be greatly increased.
  • the Cv value which is a contradictory performance
  • the durability of the diaphragm are compatible at a high level.
  • An annular groove (16) including a portion opened to the bottom surface (14) of the recess (2c) of 2b) may be provided.
  • the depth of the annular groove (16) is larger than the depth of the counterbore (15).
  • the portion holding the sheet (4) has the same shape as the conventional one.
  • the sheet (4) can be caulked from both the outer diameter side and the inner diameter side of the sheet (4), and the sheet (4) is strongly fixed.
  • the sheet (4) is caulked only from the inner diameter side of the sheet (4).
  • the inlet area of the fluid outflow passage (2b) can be made larger than that of the annular groove (16), and the Cv value becomes larger.
  • a counterbore (15) is provided as shown in FIG. 4, and the cross-sectional shape of the fluid outflow passage (2b) is a long hole (17). Good.
  • the cross-sectional shape of the elongated hole (17) may be a semi-circular portion added to both ends of the rectangular portion, may be elliptical, or may be a crescent shape along the counterbore (15). Good.
  • the long hole (17) can be combined with the annular groove (16) shown in FIG. That is, the cross-sectional shape of the fluid outflow passage (2b) that is circular in FIG. 3 may be the long hole (17) shown in FIG.
  • the vertical movement means for moving up and down (6) is configured, the configuration of the vertical movement means is not limited to that shown in FIG.
  • the diaphragm valve can be used as an on-off valve in the fluid control device shown in FIG. And since the said diaphragm valve is reduced in size and is excellent also in durability, the fluid control apparatus using this is used as a gas supply part in the semiconductor manufacturing apparatus in which size reduction is an issue. Suitable for
  • Semiconductor manufacturing equipment includes CVD equipment, sputtering equipment, etching equipment, and the like.
  • the CVD apparatus is an apparatus that includes an energy supply means, a vacuum chamber, a gas supply means (fluid control device), and an exhaust means, and forms a passive film (oxide film) on the wafer.
  • Etching apparatus is an apparatus that is composed of an energy supply means, a processing chamber, a gas supply means (fluid control device), and an exhaust means, and that processes a material surface and the like by a corrosive action by a reactive gas.
  • the sputtering apparatus is an apparatus for forming a film on the surface of a material, which includes a target, an energy supply means, a vacuum chamber, a gas supply means (fluid control device), and an exhaust means.
  • the gas supply means (fluid control apparatus) is an indispensable configuration, and the semiconductor manufacturing apparatus can be downsized by reducing the size thereof. it can.
  • the fluid control device is not limited to the one shown in FIG. 7, and the semiconductor manufacturing device is not limited at all.
  • the durability of the diaphragm can be greatly improved, it is possible to contribute to the performance improvement of the diaphragm valve, the fluid control device including the diaphragm valve, and the semiconductor manufacturing apparatus.

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Abstract

ダイヤフラム押さえ（6）のダイヤフラム（5）に当接している面の曲率半径（ＳＲ２）は、３０ｍｍ以上とされている。押さえアダプタ（8）の下面のテーパ角度（θ）は、ボディ（2）の凹所（2c）底面（14）の平坦部（14b）に対して１０°以下とされている。

Description

ダイヤフラム弁、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法
  この発明は、ダイヤフラム弁、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法に関し、特に、半導体製造装置のガス供給部での使用に適した小型化されたダイヤフラム弁、このようなダイヤフラム弁を備えた流体制御装置、この流体制御装置を備えた半導体製造装置およびこの半導体製造装置を使用した半導体製造方法に関する。
　半導体製造装置（ＣＶＤ、エッチング装置など）におけるガス供給部（流体制御装置）として、従来、例えば図７に示したものが知られている（特許文献１）。
　図７において、流体制御装置の１つのライン(C)は、複数の上段部材および複数の下段部材からなり、上段部材として、逆止弁(21)、プレッシャレギュレータ(22)、圧力センサ(23)、逆Ｖ字状通路ブロック(24)、遮断開放器(25)、マスフローコントローラ(26)、開閉弁(27)、逆Ｖ字状通路ブロック(28)およびフィルタ(29)が配置されるとともに、下段部材として、左から順に、逆止弁(21)に接続されかつ入口継手(31)が取り付けられたＬ字状通路ブロック継手(32)と、逆止弁(21)とプレッシャレギュレータ(22)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、プレッシャレギュレータ(22)と圧力センサ(23)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、圧力センサ(23)と逆Ｖ字状通路ブロック(24)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、逆Ｖ字状通路ブロック(24)と遮断開放器(25)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、遮断開放器(25)とマスフローコントローラ(26)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、マスフローコントローラ(26)と開閉弁(27)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、開閉弁(27)と逆Ｖ字状通路ブロック(28)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、逆Ｖ字状通路ブロック(28)とフィルタ(29)とを連通するＶ字状通路ブロック継手(33)と、フィルタ(29)に接続されかつ出口継手(34)が取り付けられたＬ字状通路第ブロック継手(32)とが配置されている。
　そして、下段部材としての各種継手部材(31)(32)(33)(34)が１つの細長い副基板(40)上に載せられるとともに、これらの下段部材(31)(32)(33)(34)にまたがって上段部材としての各種流体制御機器(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)(29)が取り付けられることで１つのライン(C)が形成され、このライン(C)と類似の構成とされた複数のラインが主基板(20)上に並列に配置されるとともに、各ライン(C)の遮断開放器(25)同士が、３つのＩ字状通路ブロック継手(51)およびＩ字状通路ブロック継手(51)同士を接続するチューブ(52)からなる通路接続手段(50)により接続されることにより、流体制御装置が形成される。
　半導体製造プロセスは、パーティクル介在によるパターン欠陥を防ぐため、クリーンルーム内で行われる。クリーンルームの容積増加に比例して、建設時のイニシャル費、及びランニングコストが増加する。ランニングコスト等の増加は製造コストの増加につながる。従って、クリーンルーム内で常設使用される半導体製造装置では、装置全体の小型化が課題となっており、そのため、半導体製造装置で使用される流体制御装置においても、小型化が大きな課題となっている。
　小型化されたダイヤフラム弁として、特許文献２には、流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディに形成された流体流入通路の周縁に配置されたシートと、シートに押圧・離間されることで流体流入通路の開閉を行う弾性変形可能な球殻状ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁部をボディの凹所底面との間で保持する押さえアダプタと、ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えており、押さえアダプタは、その下面全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされており、ボディの凹所底面は、円形の平坦部と、平坦部の外周に連なり平坦部に対して凹まされている凹部とを有しており、ダイヤフラムは、流体通路が開となっている状態において、外周縁部の上面が押さえアダプタのテーパ状下面と面接触し、外周縁部の下面がボディの凹所底面の平坦部の外周と線接触するようになされているものが開示されている。
　ダイヤフラム弁では、ダイヤフラムは、開閉操作が行われるごとに、大きく変形することから、その耐久性を向上することが重要なものとなっている。
　ダイヤフラム弁を小型化する際には、ダイヤフラムも小型化され、これに伴い、シートとダイヤフラムとの間の空間幅が狭まることで、流量が低下する。当該流量低下を防ぐため、シートとダイヤフラムとの間の空間幅を拡大すると、ダイヤフラムのストロークが大きくなり、結果として、ダイヤフラムの耐久性が低下するという問題がある。
　そこで、特許文献２のものでは、押さえアダプタの下面のテーパ角度をボディの凹所底面の平坦部に対して１５．５～１６．５°とし、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径を１０．５～１２．５ｍｍとすることで耐久性の向上が図られている。
特開２００６－８３９５９号公報 特開２０１４－９７６５号公報
　上記のように、各種半導体製造装置においては、小型化が課題となっており、そのため、そのガス供給部で使用されるダイヤフラム弁についても、小型化が求められている。
　ダイヤフラム弁の小型化に際しては、耐久性向上が課題になり、耐久性を向上させようとすると、流量向上の課題が発生する。特許文献２の小型ダイヤフラム弁によると、耐久性の向上が図られているものの、小型化されていないダイヤフラム弁に比べると、耐久性が劣るという問題があった。
  この発明の目的は、小型化されたダイヤフラム弁の耐久性を大幅に向上することができるダイヤフラム弁を提供することにある。
  また、この発明の目的は、このようなダイヤフラム弁を備えた流体制御装置、この流体制御装置を備えた半導体製造装置およびこの半導体製造装置を使用した半導体製造方法を提供することにある。
  この発明によるダイヤフラム弁は、流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディに形成された流体流入通路の周縁に配置されたシートと、シートに押圧・離間されることで流体流入通路の開閉を行う弾性変形可能な球殻状ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁部をボディの凹所底面との間で保持する押さえアダプタと、ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えており、押さえアダプタは、その下面全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされており、ボディの凹所底面は、円形の平坦部と、平坦部の外周に連なり平坦部に対して凹まされている凹部とを有しているダイヤフラム弁において、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径は、３０ｍｍ以上とされており、押さえアダプタの下面のテーパ角度は、ボディの凹所底面の平坦部に対して１０°以下とされていることを特徴とするものである。
　ダイヤフラムは、例えば、外周縁部の上面が押さえアダプタのテーパ状下面と面接触し、外周縁部の下面がボディの凹所底面の平坦部の外周と線接触するようになされているものとされる。このようなダイヤフラムは、流体通路が開となっている状態（通常、上に凸の球殻状の状態）において、ダイヤフラムの外周縁部の上面が押さえアダプタの下面と面接触していることで、自然状態である球殻状からの変形が小さく抑えられる。そして、ダイヤフラムの外周縁部の下面がボディの凹所底面の平坦部の外周と線接触するようになされていることで、ダイヤフラムは、押さえアダプタとボディとによって保持された状態においても、自然状態である球殻状からの変形が小さく抑えられた状態が維持される。すなわち、弾性変形する球殻状のダイヤフラムの外周縁部に変形不可能でかつ球殻状部分に対して屈曲する平坦状部分が存在しないことから、部分的に応力が集中することが回避されて、ダイヤフラムの変形が最適化され、ダイヤフラムの耐久性が向上する。
　ここで、従来の設計手法であれば、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径については、１２ｍｍ以下、押さえアダプタの下面のテーパ角度については、１６°近辺で、適宜変更されて、その中から耐久性に優れたものを選び出すことになる。
　これに対し、この発明のダイヤフラム弁では、上記従来の設計手法に従った寸法とは全く相違したものとされ、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径は、３０ｍｍ以上、押さえアダプタの下面のテーパ角度は、１０°以下とされることで、ダイヤフラムの耐久性向上が図られている。
　押さえアダプタの下面のテーパ角度の下限およびダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径の上限は、耐久性以外の性能（例えば流量）を確保するように設定される。
　具体的には、ボディ凹所底面の平坦部に、流体流出通路の凹所の底面に開口している部分を含むように、溝が設けられており、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径は、５０ｍｍ以下とされ、押さえアダプタの下面のテーパ角度は、ボディの凹所底面の平坦部に対して５°以上とされていることが好ましい。
　溝は、ダイヤフラムの外周縁部を支持するための平坦部外周を残すように設けられる。溝の内周は、シートにかからないようにしてもよく（溝は環状溝となる）、シートを保持している部分を含むようにしてもよい（溝はいわゆる「ざぐり」となる）。環状溝の場合、シートを保持している部分の高さは、ダイヤフラムの外周縁部を支持するための平坦部外周の高さと同じとされ、ざぐりの場合には、シートを保持している部分の高さは、ざぐりの分だけ低くなる。
　このようにすると、耐久性に優れた小型ダイヤフラム弁であって、しかも、流量確保の点でも優れたダイヤフラム弁を得ることができる。
　また、この発明によるダイヤフラム弁は、流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディに形成された流体流入通路の周縁に配置されたシートと、シートに押圧・離間されることで流体流入通路の開閉を行う弾性変形可能な球殻状ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁部をボディの凹所底面との間で保持する押さえアダプタと、ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えており、押さえアダプタは、その下面全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされており、ボディの凹所底面は、円形の平坦部と、平坦部の外周に連なり平坦部に対して凹まされている凹部とを有しているダイヤフラム弁において、弁開時、ダイヤフラムの直径と、ダイヤフラムと圧接密着しているボディの凹所底面からダイヤフラム頂点までの距離との比が１８：１～３０：１であることを特徴とするものである。
　ここで、ダイヤフラム頂点は、ダイヤフラムが複数枚のダイヤフラムからなる場合には、最下層（接液側）のダイヤフラムの上面の頂点をいうものとする。
　ダイヤフラムの直径とダイヤフラムと圧接密着しているボディの凹所底面からダイヤフラム頂点までの距離（ダイヤフラムの頂点高さ）との比が１８：１未満の場合、耐久性が著しく低下し、３０：１を超えると、流量が著しく不足する。上記比を１８：１～３０：１とすることで、耐久性に優れた小型ダイヤフラム弁であって、しかも、流量確保の点でも優れたダイヤフラム弁を得ることができる。
　ダイヤフラム弁は、上下移動手段が開閉ハンドルなどの手動弁であってもよく、上下移動手段が適宜なアクチュエータとされた自動弁であってもよく、自動弁の場合のアクチュエータは、流体（空気）圧によるものでもよく、電磁力によるものでもよい。
　なお、この明細書において、ダイヤフラム弁のステムの移動方向を上下方向というものとするが、この方向は、便宜的なものであり、実際の取付けでは、上下方向が鉛直方向とされるだけでなく、水平方向とされることもある。
  この発明による流体制御装置は、流体制御機器として、開閉弁を備えている流体制御装置であって、該開閉弁が上記のダイヤフラム弁とされていることを特徴とするものである。
　上記のダイヤフラム弁は、耐久性に優れているとともに、流量確保の点でも優れており、これを流体制御装置の開閉弁として使用することで、小型化された流体制御装置を得ることができる。
　このような流体制御装置は、半導体製造装置で使用されることで、半導体製造装置の小型化に寄与できる。
  また、この発明による半導体製造装置は、ガス供給部として上記の流体制御装置を備えたことを特徴とするものである。
　上記の流体制御装置は、上記のダイヤフラム弁を使用していることで、小型化されており、このような流体制御装置をガス供給部として備えた半導体製造装置は、小型化されたものとなる。
　半導体製造装置は、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置またはエッチング装置のいずれであってもよい。
　また、この発明による半導体製造方法は、上記の半導体製造装置を使用して半導体を製造することを特徴とするものである。
　小型化された半導体製造装置を使用することにより、クリーンルーム内の設置面積が小さくなり、クリーンルームのランニングコスト（製造コスト）を低減させ、より安価な製造方法で得られた半導体を得ることができる。
　この発明のダイヤフラム弁によると、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径が３０ｍｍ以上、押さえアダプタの下面のテーパ角度が１０°以下という、従来には考慮されていなかった値が採用されたことで、ダイヤフラムの耐久性を大幅に向上させることができる。
図１は、この発明によるダイヤフラム弁の第１実施形態を示す図で、（ａ）は、要部の縦断面図、（ｂ）は、ダイヤフラムを取り除いた（ａ）の平面図を示している。 図２は、第１実施形態のダイヤフラム弁の各部の寸法を示す図で、図６に対応している。 図３は、この発明によるダイヤフラム弁の第２実施形態を示す図で、（ａ）は、要部の縦断面図、（ｂ）は、ダイヤフラムを取り除いた（ａ）の平面図を示している。 図４は、この発明によるダイヤフラム弁の第３実施形態を示す図で、（ａ）は、要部の縦断面図、（ｂ）は、ダイヤフラムを取り除いた（ａ）の平面図を示している。 図５は、この発明によるダイヤフラム弁の各実施形態の全体構成を示す縦断面図である。 図６は、従来のダイヤフラム弁の各部の寸法を示す図である。 図７は、この発明のダイヤフラム弁が使用される半導体製造装置用流体制御装置の１例を示す側面図である。
(1)：ダイヤフラム弁、(2)：ボディ、(2a)：流体流入通路、(2b)：流体流出通路、(2c)：凹所、(4)：シート、(5)：ダイヤフラム、(6)：ダイヤフラム押さえ、(7)：ステム、(8)：押さえアダプタ、(14)：底面、(14a)：平坦部、(14b)：凹部、(14c)：外周、(15)：ざぐり（溝）、(16)：環状溝、(17)：長孔
  この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下および左右は、図５の上下および左右をいうものとする。
　図５は、この発明によるダイヤフラム弁(1)の基本形状を示しており、ダイヤフラム弁(1)は、流体流入通路(2a)、流体流出通路(2b)および上方に向かって開口した凹所(2c)を有しているブロック状ボディ(2)と、ボディ(2)の凹所(2c)上部に下端部がねじ合わされて上方にのびる円筒状ボンネット(3)と、流体流入通路(2a)の周縁に設けられた環状のシート(4)と、シート(4)に押圧または離間されて流体流入通路(2a)を開閉するダイヤフラム(5)と、ダイヤフラム(5)の中央部を押さえるダイヤフラム押さえ(6)と、ボンネット(3)内に上下移動自在に挿入されてダイヤフラム押さえ(6)を介してダイヤフラム(5)をシート(4)に押圧・離間させるステム(7)と、ボンネット(3)下端面とボディ(2)の凹所(2c)底面との間に配置されてダイヤフラム(5)の外周縁部をボディ(2)の凹所(2c)底面との間で保持する押さえアダプタ(8)と、頂壁(9a)を有しボンネット(3)にねじ合わされたケーシング(9)と、ステム(7)に一体化されたピストン(10)と、ピストン(10)を下方に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）(11)と、ピストン(10)下面に設けられた操作エア導入室(12)と、操作エア導入室(12)内に操作エアを導入する操作エア導入通路(13)とを備えている。
　図１に示す通路開の状態においては、流体流入通路(2a)から流入した流体は、ボディ(2)の凹所(2c)の底面とダイヤフラム(5)とによって囲まれた空間内に流入し、流体流出通路(2b)を経て外部へと流出する。
　ダイヤフラム(5)は、球殻状とされており、上に凸の円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム(5)は、例えば、ニッケル合金薄板からなるものとされ、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。ダイヤフラム(5)は、ステンレス鋼薄板からなるものや、ステンレス鋼薄板とニッケル・コバルト合金薄板との積層体よりなるものとされることがある。
　図６は、この発明によるダイヤフラム弁が従来技術としている小型ダイヤフラム弁の主要部を示している。図６において、押さえアダプタ(8)は、その下面(8a)全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされている。また、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)は、円形の平坦部(14a)と、平坦部(14a)の外周に連なり平坦部(14a)に対して凹まされている環状の凹部(14b)とを有している。
　押さえアダプタ(8)は、ボンネット(3)がボディ(2)にねじ合わされることで、ダイヤフラム(5)の外周縁部に上面から当接した状態で固定される。この際、押さえアダプタ(8)の下面(8a)全体がテーパ状とされていることにより、ダイヤフラム(5)は、球殻状（上に凸の円弧状）からほとんど変形することなく、その外周縁部の上面が押さえアダプタ(8)のテーパ状下面(8a)と面接触（広い範囲で接触）した状態で、押さえアダプタ(8)とボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)との間に保持される。また、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)の外周縁部に凹部(14b)が設けられていることにより、ダイヤフラム(5)の外周縁部は、凹部(14b)内に収容される。したがって、ダイヤフラム(5)の外周縁部は、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)に沿うような変形を受けることはなく、その下面が凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)の外周（ダイヤフラム支持部）(14c)と線接触する。
　各部材の具体的な数値として、図６（ａ）に示すように、ダイヤフラム(5)の径（Ｌ）は、φ８で、ダイヤフラム(5)の高さ（Ｈ）は、０．６５ｍｍで、その曲率半径（ＳＲ１）はＳＲ１３．５とされている。そして、図６（ｂ）に示すように、押さえアダプタ(8)の下面(8a)のテーパ角度（θ）は、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)に対して１６°とされている。また、ダイヤフラム押さえ(6)のダイヤフラム(5)に当接している面(6a)の曲率半径（ＳＲ２）は、ＳＲ１２とされている。また、凹所(2c)の底面(14)の平坦部（基準面）(14a)からのシート(4)の高さ（Ｄ）は、Ｄ＝０．２ｍｍとされている。
　図１および図２は、この発明によるダイヤフラム弁(1)の第１実施形態の主要部を示している。
　この実施形態のものでは、従来のものと相違している構成として、図１に示すように、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)の平坦部（基準面）(14a)に、流体流出通路(2b)の凹所(2c)の底面(14)に開口している部分を含むようにざぐり(15)が設けられている。
　ざぐり(15)は、ダイヤフラム(5)の外周縁部を支持するための平坦部(14a)の外周（ダイヤフラム支持部）(14c)を残すように設けられている。ざぐり(15)が設けられていることにより、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)に形成された流体流出通路(2b)の入口面積が大きくなっている。また、流体流出通路(2b)の凹所(2c)の底面(14)におけるシート(4)を保持している部分の高さがざぐり(15)の分だけ低くなっている。
　この実施形態のものでは、従来のものと相違している構成として、図２（ａ）に示すように、さらに、ダイヤフラム(5)の高さ（Ｈ）は、０．４ｍｍとされ、その曲率半径（ＳＲ１）は、ＳＲ２３とされている。ダイヤフラム(5)の径（Ｌ）は、φ８で、従来と同じとされている。そして、図２（ｂ）に示すように、ダイヤフラム押さえ(6)のダイヤフラム(5)に当接している面(6a)の曲率半径（ＳＲ２）は、ＳＲ４２とされ、また、押さえアダプタ(8)の下面(8a)のテーパ角度（θ）は、９°とされている。また、弁開時における凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)の外周（ダイヤフラム(5)の外周縁部と圧接密着しているダイヤフラム支持部）(14c)からダイヤフラム(5)の頂点までの距離Ｃは、０．３５ｍｍとされている。
　すなわち、ダイヤフラム押さえ(6)のダイヤフラム(5)に当接している面(6a)の曲率半径（ＳＲ２）が大きくなされることで、ダイヤフラム押さえ(6)とダイヤフラム(5)との接触面積の増加が図られ、これにより、ダイヤフラム(5)中心における負荷が低減されている。また、押さえアダプタ(8)の下面(8a)のテーパ角度（θ）がダイヤフラム(5)に沿う角度に設定され、さらに、ダイヤフラム押さえ(6)との干渉を防止するために、押さえアダプタ(8)の内径が大きくなされている。
　シート(4)の高さは、従来がＤ＝０．２ｍｍに対して、第１実施形態では、このＤが０．０５ｍｍ（図面上では０）とされている。これは、ダイヤフラム(5)の形状に合わせて調整されたもので、これに伴って、ダイヤフラム(5)のリフト量は、０．２７ｍｍとなり、従来の０．３７ｍｍから０．１ｍｍ小さくなっている。
　なお、ダイヤフラム(5)は、厚さが０．０５ｍｍのダイヤフラムを２枚積層したものとされている。これは、従来と実施形態とで同じとなっている。
　ダイヤフラム(5)の頂点は、最下層（接液側）のダイヤフラムの上面の頂点と定義する。したがって、ダイヤフラムを２枚積層したダイヤフラム(5)では、厚さの中央を通る線の頂点がダイヤフラム(5)の頂点となる。上記定義は、耐久性を考える上で、ダイヤフラム１層にスポットを当てて、そのダイヤフラムの固定部（支点＝ボディ(2)のダイヤフラム支持部(14c)）と押部（力点＝ダイヤフラム押さえ(6)との接触部＝ダイヤフラム(5)球蓋の頂点）の距離が耐久性を決める大きな要因になるという評価結果に基づいている。
　なお、ダイヤフラムが１枚の場合は、ダイヤフラム(5)の頂点は、そのダイヤフラム(5)の上面の頂点となり、ダイヤフラムが３枚以上の場合の頂点は、ダイヤフラムが２枚の場合と同じとなり、１枚分の部品寸法が同じであれば、ダイヤフラム数が1枚でも4枚でも　ダイヤフラム(5)の頂点は同じとなる。
　図１および図２に示す第１実施形態のもの（小型ダイヤフラム弁）と図６に示す従来の小型ダイヤフラム弁とについての比較結果を表１および表２に示す。
　表１には、第１実施形態のものと図６に示す従来の小型ダイヤフラム弁との相違点を示し、表２には、既存の一般的な大きさのダイヤフラム弁（標準品）と比較して、その仕様および性能を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、実施形態のものは、小型でありながら、標準的な大きさのものと同等という、極めて優れた耐久性を有しており、また、同じ小型の従来品に比べると、耐久性だけでなく、Ｃｖ値についても、増加していることが分かる。Ｃｖ値は、バルブの容量係数であり、流体がある前後差圧においてバルブを流れるときの流量を表す値である。
　小型品同士の耐久性に関し、実施形態のものの耐久性が大幅に向上したことについては、実施形態のものでは、ダイヤフラム押さえ(6)の形状（ＳＲ）がＳＲ４２とされるとともに、押さえアダプタ(8)のテーパ角度（θ）が９°とされていることによるものである。耐久回数の指標を従来品と同等である「４００万回」と設定した場合、耐久回数が４００万回以上ということで、耐久性に余裕があることを考慮すると、ダイヤフラム押さえ(6)のダイヤフラム(5)に当接している面の曲率半径（ＳＲ）は、３０ｍｍ以上とされ、押さえアダプタ(8)の下面のテーパ角度（θ）は、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)に対して１０°以下とされていることが耐久回数約４００万回確保のための条件と設定することが妥当である。
　また、弁開時における凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)の外周（ダイヤフラム(5)の外周縁部と圧接密着しているダイヤフラム支持部）(14c)からダイヤフラム(5)の頂点までの距離Ｃが０．３５ｍｍであることから、次のことが言える。　弁開時、ダイヤフラム(5)の直径Ｌと、ダイヤフラム(5)と圧接密着しているボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)のダイヤフラム支持部(14c)からダイヤフラム(5)の頂点までの距離Ｃの比が１８：１～３０：１であることが好ましい。
　上記において、Ｌは、φ８であるので、Ｌがφ８である場合のＣの好ましい範囲は、０．２７ｍｍ～０．４４ｍｍ（約０．２５ｍｍ～０．４５ｍｍ）となる。
　ダイヤフラム(5)の直径とダイヤフラム(5)と圧接密着しているボディ(2)の凹所(2c)底面(14)からダイヤフラム頂点までの距離（ダイヤフラム(5)の頂点高さ）の比が１８：１未満の（Ｃが０．４５ｍｍを超えた）場合、耐久性が著しく低下し、３０：１を超えた（Ｃが０．２５ｍｍ未満の）場合、流量が著しく不足する。上記比を１８：１～３０：１とすることで、耐久性に優れた小型ダイヤフラム弁であって、しかも、流量確保の点でも優れたダイヤフラム弁を得ることができる。
　また、小型品同士の比較で、実施形態のもののＣｖ値が従来のものに比べて、２倍になっている点については、ボディ(2)の凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)に、流体流出通路(2b)の凹所(2c)の底面(14)に開口している部分を含むようにざぐり(15)が設けられている点が寄与している。すなわち、ざぐり(15)を設けて、流体流出通路(2b)の入口面積を大きくしたことで、結果として、Ｃｖ値が従来比で２倍になっている。
　通常、ダイヤフラム(5)の曲率半径を大きくして、ＳＲ１３．５からＳＲ２３にした場合、Ｃｖ値は、小さくなる。すなわち、この実施形態によると、ダイヤフラム(5)の形状変化に伴う流量の減少を補うだけでなく、流量を大幅に増加させることができている。
　こうして、この実施形態のものでは、相反する性能であるＣｖ値とダイヤフラムの耐久性とが高いレベルで両立させられている。
　Ｃｖ値を増加させるには、ざぐり(15)（凹所(2c)の底面(14)の平坦部(14a)のほぼ全面を削る）に代えて、図３に示すように、流体流出通路(2b)の凹所(2c)の底面(14)に開口している部分を含む環状溝(16)を設けるようにしてもよい。
　環状溝(16)の深さは、ざぐり(15)の深さに比べて、大きいものとされる。環状溝(16)の場合、シート(4)を保持している部分は、従来と同じ形状となる。
　環状溝(16)とした場合、シート(4)のかしめが、シート(4)の外径側および内径側の両方から行うことができ、シート(4)の固定が強いものとなる。
　ざぐり(15)とした場合、シート(4)のかしめは、シート(4)の内径側のみから行われる。ざぐり(15)とすることで、環状溝(16)に比べて流体流出通路(2b)の入口面積を大きくとることができ、Ｃｖ値が大きくなる。
　Ｃｖ値をさらに増加するために、図４に示すように、ざぐり(15)が設けられているとともに、流体流出通路(2b)の断面形状が長孔(17)とされているようにしてもよい。
　長孔(17)の断面形状は、図に示すように、方形部分の両端部に半円形部分を付加したものでもよく、楕円形でもよく、また、ざぐり(15)に沿うような三日月状でもよい。
　長孔(17)は、図３に示した環状溝(16)と組み合わせることもできる。すなわち、図３において、円形とされている流体流出通路(2b)の断面形状を図４に示す長孔(17)としてもよい。
　なお、上記のダイヤフラム弁において、ステム(7)、ピストン(10)、圧縮コイルばね（付勢部材）(11)、操作エア導入室(12)、操作エア導入通路(13)などは、ダイヤフラム押さえ(6)を上下移動させる上下移動手段を構成しているが、上下移動手段の構成は、図１に示したものに限定されるものではない。
　上記ダイヤフラム弁は、例えば図７に示した流体制御装置で開閉弁として使用することができる。そして、上記ダイヤフラム弁が小型化されて、しかも、耐久性にも優れているので、これを使用した流体制御装置は、小型化が課題となっている半導体製造装置におけるガス供給部として使用するのに適している。
　半導体製造装置としては、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、エッチング装置などがある。
　ＣＶＤ装置は、エネルギー供給手段、真空チャンバー、ガス供給手段（流体制御装置）、排気手段から構成され、ウェハ上に不動態膜（酸化膜）を形成する装置である。
　エッチング装置（ドライエッチング装置）は、エネルギー供給手段、処理室、ガス供給手段（流体制御装置）、排気手段から構成され、反応性の気体による腐食作用によって、材料表面等を加工する装置である。
　スパッタリング装置は、ターゲット、エネルギー供給手段、真空チャンバー、ガス供給手段（流体制御装置）、排気手段から構成され、材料表面を成膜する装置である。
　ＣＶＤ装置、スパッタリング装置およびエッチング装置のいずれの半導体製造装置においても、ガス供給手段（流体制御装置）は、必須の構成であり、これを小型化することで、半導体製造装置を小型化することができる。
　なお、流体制御装置は、図７に示したものに限定されるものではなく、また、半導体製造装置についても、全く限定されない。
　この発明によると、ダイヤフラムの耐久性を大幅に向上させることができるので、ダイヤフラム弁およびこれを備えた流体制御装置、半導体製造装置などの性能向上に寄与できる。

Claims (8)

  1. 　流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディに形成された流体流入通路の周縁に配置されたシートと、シートに押圧・離間されることで流体流入通路の開閉を行う弾性変形可能な球殻状ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁部をボディの凹所底面との間で保持する押さえアダプタと、ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えており、押さえアダプタは、その下面全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされており、ボディの凹所底面は、円形の平坦部と、平坦部の外周に連なり平坦部に対して凹まされている凹部とを有しているダイヤフラム弁において、
    　ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径は、３０ｍｍ以上とされており、押さえアダプタの下面のテーパ角度は、ボディの凹所底面の平坦部に対して１０°以下とされていることを特徴とするダイヤフラム弁。
  2. 　ボディ凹所底面の平坦部に、流体流出通路の凹所の底面に開口している部分を含むように、溝が設けられており、ダイヤフラム押さえのダイヤフラムに当接している面の曲率半径は、５０ｍｍ以下とされ、押さえアダプタの下面のテーパ角度は、ボディの凹所底面の平坦部に対して５°以上とされていることを特徴とする請求項１のダイヤフラム弁。
  3. 　流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディに形成された流体流入通路の周縁に配置されたシートと、シートに押圧・離間されることで流体流入通路の開閉を行う弾性変形可能な球殻状ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁部をボディの凹所底面との間で保持する押さえアダプタと、ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えており、押さえアダプタは、その下面全体が所定の傾斜角度とされたテーパ状とされており、ボディの凹所底面は、円形の平坦部と、平坦部の外周に連なり平坦部に対して凹まされている凹部とを有しているダイヤフラム弁において、
    　弁開時、ダイヤフラムの直径と、ダイヤフラムと圧接密着しているボディの凹所底面からダイヤフラム頂点までの距離との比が１８：１～３０：１であることを特徴とするダイヤフラム弁。
  4. 　流体制御機器として、開閉弁を備えている流体制御装置であって、該開閉弁が請求項１から３までのいずれかに記載のダイヤフラム弁とされていることを特徴とする流体制御装置。
  5. 半導体製造装置で使用されることを特徴とする請求項４の流体制御装置。
  6. 　ガス供給部として請求項４の流体制御装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  7. 　半導体製造装置は、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置またはエッチング装置であることを特徴とする請求項６の半導体製造装置。
  8. 　請求項７の半導体製造装置を使用して半導体を製造することを特徴とする半導体製造方法。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6929098B2 (ja) * 2017-03-30 2021-09-01 株式会社キッツエスシーティー メタルダイヤフラムバルブ
CN111836985A (zh) * 2018-02-28 2020-10-27 株式会社富士金 阀装置以及流体控制装置
CN111757998B (zh) * 2018-03-19 2022-05-27 日立金属株式会社 隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置
WO2019193978A1 (ja) * 2018-04-06 2019-10-10 株式会社フジキン 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
CN113710939A (zh) * 2019-04-26 2021-11-26 株式会社富士金 隔膜、阀、以及隔膜的制造方法
TWI770615B (zh) * 2020-09-22 2022-07-11 和正豐科技股份有限公司 氟樹脂膜片閥
EP4530512A3 (en) 2020-11-04 2025-05-14 Swagelok Company Valves with integrated orifice restrictions
KR20230093446A (ko) 2020-11-06 2023-06-27 스웨이지락 캄파니 밸브 캐비티 캡 장치
JP7636037B2 (ja) * 2021-07-30 2025-02-26 株式会社フジキン バルブ装置
KR102582673B1 (ko) * 2023-05-24 2023-09-25 주식회사 진검물산 과열 방지가 개선된 휴대용 가스버너용 압력조절기

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006083959A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Fujikin Inc センサ付き継手部材
JP2012026577A (ja) * 2011-09-22 2012-02-09 Fujikin Inc ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁のバルブストローク調整方法
JP2014009765A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Fujikin Inc ダイヤフラム弁

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449142A (en) * 1994-12-12 1995-09-12 Automatic Switch Company Two-way cartridge valve for aggresive media
JP3701367B2 (ja) * 1996-02-22 2005-09-28 Ｓｍｃ株式会社 ポペット弁
US6758239B2 (en) * 2001-11-09 2004-07-06 Roger J. Gregoire Metal diaphragm structure for pressure regulators
CN1894526A (zh) * 2003-10-17 2007-01-10 松德沃技术公司 故障保险气动致动阀
JP5138863B2 (ja) * 2004-12-10 2013-02-06 Ｃｋｄ株式会社 ダイアフラム弁
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
JP5565856B2 (ja) * 2010-03-24 2014-08-06 セイコーインスツル株式会社 ダイアフラム、ダイアフラムバルブ、及びダイアフラムの製造方法
CN203176426U (zh) * 2013-03-28 2013-09-04 鞍钢股份有限公司 一种用于镀铝锌线炉区下溜槽火炬电磁阀橡胶阀芯

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006083959A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Fujikin Inc センサ付き継手部材
JP2012026577A (ja) * 2011-09-22 2012-02-09 Fujikin Inc ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁のバルブストローク調整方法
JP2014009765A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Fujikin Inc ダイヤフラム弁

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