WO2019167711A1 - バルブ装置および流体制御装置 - Google Patents

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valve device
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一誠 渡辺
耕平 執行
洋平 澤田
中田　知宏
篠原　努
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株式会社フジキン
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Definitions

  • the present invention relates to a valve device and a fluid control device in which fluid equipment including the valve device is integrated.
  • the fluid control device In the field of fluid control devices as described above, high responsiveness of gas supply control is required. For this reason, the fluid control device is miniaturized and integrated as much as possible so that the fluid supply destination chamber or the like can be used. It is required to be installed nearby. Since the arrangement space is limited near the chamber or the like, the valve device used for the fluid control device is a block-shaped valve body dimension or a casing with a built-in actuator for operating the valve body installed on the valve body. It is desired to further reduce the outer diameter.
  • the size of the processing object is increasing, such as an increase in the diameter of the semiconductor wafer, and it is necessary to increase or maintain the supply flow rate of the fluid supplied from the fluid control device into the chamber.
  • the actuator becomes longer in the operating direction of the valve body, for example, for securing a lift amount of the valve body such as a diaphragm when opening and closing the valve. Therefore, the valve device has an elongated appearance in which the height of the casing containing the actuator is higher than the size of the valve body.
  • valve device that controls a fluid requires a structure that does not affect the opening and closing of the valve by the impact being transmitted to the valve body even when subjected to a physical impact such as contact or earthquake.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a valve device and a fluid control device in which an influence on a valve body with respect to a physical impact is further reduced while realizing miniaturization. .
  • the valve device includes a valve seat disposed around an opening connected to a flow path formed in the valve body, and a movement between a contact position and a non-contact position with respect to the valve seat.
  • a diaphragm that opens and closes the flow path, a presser adapter that contacts a peripheral edge of the diaphragm, and an actuator that operates the diaphragm are built in and screwed into a screw hole formed in the valve body,
  • the adapter fixing ring and the casing may be arranged with a gap therebetween in the screw hole.
  • the adapter fixing ring may have a threaded portion on the outer side and a plurality of grooves extending in the axial direction on the inner side.
  • the casing may include a protection member that contacts the upper surface of the valve body.
  • the diaphragm device further includes a diaphragm presser that is in contact with a central portion of the diaphragm on the side opposite to the valve seat side of the diaphragm, and the length of the diaphragm presser in the direction in which the screw hole extends is
  • the adapter fixing ring (7) may be longer than the length.
  • the outer dimension in one direction can be 10 mm or less.
  • the fluid control device is a fluid control device in which a plurality of fluid devices are arranged from the upstream side toward the downstream side, and the plurality of fluid devices include the valve device having any one of the above configurations.
  • the flow rate control method of the present disclosure is a flow rate control method that adjusts the flow rate of a fluid using the valve device having any one of the above configurations.
  • the semiconductor manufacturing apparatus is a semiconductor manufacturing apparatus that uses the valve device having any one of the above-described configurations for controlling the process gas in a manufacturing process of a semiconductor device that requires a process step using a process gas in a sealed chamber.
  • the semiconductor manufacturing method of the present disclosure is a semiconductor manufacturing method that uses the valve device having any one of the above-described configurations for the flow control of the process gas in a manufacturing process of a semiconductor device that requires a process step using a process gas in a sealed chamber. .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 3C-3C in the protective member of FIG. It is a perspective view which shows an example of the fluid control apparatus using the valve apparatus of this embodiment.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of a fluid control device using the valve device of the present embodiment.
  • five rail members 500 arranged along the width directions W1 and W2 and extending in the longitudinal directions G1 and G2 are provided on a metal base plate BS.
  • W1 indicates the front side
  • W2 indicates the rear side
  • G1 indicates the upstream side
  • G2 indicates the downstream direction.
  • Various fluid devices 110A to 110E are installed in each rail member 500 via a plurality of flow path blocks 200, and a flow path (not shown) through which fluid flows from the upstream side to the downstream side by the plurality of flow path blocks 200.
  • the “fluid device” is a device used in a fluid control apparatus that controls the flow of fluid, and includes at least two flow path openings that include a body that defines a fluid flow path and open on the surface of the body. It is a device having.
  • an on-off valve (two-way valve) 110A a regulator 110B, a pressure gauge 110C, an on-off valve (three-way valve) 110D, a mass flow controller 110E, and the like.
  • the introduction pipe 310 is connected to a flow path port on the upstream side of the flow path (not shown).
  • five flow paths that flow in the G2 direction are formed in the five rail members 500, and the lengths in the width directions W1 and W2 of the respective flow paths are 10 mm or less, that is, each fluid device.
  • the width (dimension) may be 10 mm or less.
  • FIG. 1 is an overall view showing a part of a valve device 1 according to the present embodiment in cross section.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the screw hole 33 of the valve body 3.
  • the valve device 1 includes a casing 2, a valve body 3, a valve seat 41, an inner disk 42, a diaphragm 5, a presser adapter 6, an adapter fixing ring 7, and a diaphragm. And a presser foot 8.
  • arrows A1 and A2 are vertical directions, with A1 indicating the upward direction and A2 indicating the downward direction.
  • Arrows B1 and B2 are longitudinal directions of the valve body 3 of the valve device 1, and B1 indicates one end side and B2 indicates the other end side.
  • the direction orthogonal to both the arrows A1 and A2 and the arrows B1 and B2 is the width direction.
  • the valve body 3 is formed in a block shape and defines a first flow path 31 and a second flow path 32 of gas that open at the bottom surface 3b. Recessed holding portions 31 a and 32 a for holding a seal member (not shown) are formed around the openings in the bottom surface 3 b of the first flow path 31 and the second flow path 32.
  • the first flow path 31 and the second flow path 32 communicate with each other through a valve chamber that leads to an opening on the side opposite to the bottom surface 3b side.
  • the valve body 3 further has a screw hole 33 opened from the upper surface 3a, and communicates with the first flow path 31 and the second flow path 32 via the valve chamber.
  • the valve chamber has the orifice body 35 for adjusting the flow rate, but the orifice body 35 may be omitted.
  • the valve body 3 is formed with two through holes 34 so as to sandwich the screw hole 33 in the longitudinal direction.
  • a fastening bolt for fixing the valve body 3 on the flow path block 200 as shown in FIG. 9 is inserted into the through hole 34.
  • the valve seat 41 is disposed around the opening 36 connected to the first flow path 31 formed in the valve body 3. In the present embodiment, it is disposed around the opening of the orifice body 35 connected to the first flow path 31. However, in the configuration without the orifice body 35, the first flow path such as the opening of the valve body 3. It can be arranged around an opening 36 connected to 31.
  • the valve seat 41 is formed of a resin such as PFA or PTFE so as to be elastically deformable.
  • the inner disk 42 is disposed around the valve seat 41 and has holes through which the gas in the first flow path 31 and the gas in the second flow path 32 pass.
  • the diaphragm 5 functions as a valve body by opening and closing the flow path by moving between the contact position and the non-contact position with respect to the valve seat 41.
  • the diaphragm 5 has a diameter larger than that of the valve seat 41 and is formed in a spherical shell shape so as to be elastically deformable with a metal such as stainless steel or a NiCo alloy or a fluorine resin.
  • the presser adapter 6 comes into contact with the peripheral edge of the diaphragm 5 and sandwiches the diaphragm 5 with the inner disk 42.
  • FIG. 3 is a plan view of the adapter fixing ring 7.
  • FIG. 4 is a side view of the adapter fixing ring 7.
  • the adapter fixing ring 7 has a ring screw portion 71 on the outside and a plurality of grooves 72 extending in the axial direction on the inside.
  • the groove 72 engages with a tool for rotating the adapter fixing ring 7 when the adapter fixing ring 7 is attached to and removed from the screw hole 33.
  • the adapter fixing ring 7 can more securely fix the presser adapter 6 and the diaphragm 5 to the valve body 3.
  • the adapter fixing ring 7 may be made of metal, and may be made of the same material as the valve body 3 or a material having a value close to the coefficient of thermal expansion.
  • the casing 2 incorporates an actuator for operating the diaphragm 5 and is screwed into the screw hole 33 to be fixed on the valve body 3.
  • the casing 2 has a cylindrical shape as a whole and incorporates an actuator (not shown) inside.
  • the actuator can be, for example, a piston driven by compressed air, but is not limited thereto, and various actuators such as a manual operation, a piezoelectric actuator, and a solenoid actuator can be adopted.
  • the casing 2 containing the actuator may constitute a part of the actuator or may be separate from the actuator. As shown in FIG.
  • a casing screw portion 22 is formed on the outer periphery of a portion of the casing 2 connected to the valve body 3, and is screwed into a screw hole 33 of the valve body 3 to be connected to the valve body 3.
  • the valve body 3 can be arranged with a gap 73 without contacting the adapter fixing ring 7 screwed into the screw hole 33 previously.
  • the diaphragm presser 8 is in contact with the central portion of the diaphragm 5 from above on the side opposite to the valve seat 41 side of the diaphragm 5.
  • the diaphragm retainer 8 is connected to the actuator in the casing 2 and moves according to the operation of the actuator.
  • the length in the direction in which the screw hole 33 of the diaphragm retainer 8 extends can be made longer than the length of the adapter fixing ring 7, so that even if the adapter fixing ring 7 is present, The operation of the actuator can be transmitted to the diaphragm 5.
  • the portion of the casing 2 connected to the valve body 3 is cylindrical, and has a stem 21 that is driven in the vertical directions A1 and A2 by an actuator built in the casing 2.
  • An O-ring 24 is provided between the stem 21 and the portion of the casing 2 connected to the valve body 3 to seal between the valve chamber side and the actuator side.
  • the lower side of the stem 21 is hemispherical and is connected to the diaphragm retainer 8.
  • the diaphragm retainer 8 When the diaphragm retainer 8 is driven in the downward direction A2, the diaphragm 5 is pressed via the diaphragm retainer 8.
  • the diaphragm 5 is pressed by the diaphragm presser 8 to be elastically deformed and is pressed against the valve seat 41.
  • the pressing by the diaphragm presser 8 is released, it is restored to a spherical shell shape.
  • the diaphragm 5 In a state where the diaphragm 5 is pressed against the valve seat 41, when the first flow path 31 is closed and the diaphragm retainer 8 moves in the upward direction A1, the diaphragm 5 is separated from the valve seat 41, and the first flow path 31 is opened. And communicated with the second flow path 32.
  • the lower direction A2 side of the stem 21 is formed in a hemispherical shape
  • the upper direction A1 side of the diaphragm presser 8 may be formed in a hemispherical shape
  • the lower direction A2 side of the stem 21 may be formed in a flat surface.
  • the casing 2 and the adapter fixing ring 7 are formed as separate bodies, the influence transmitted to the adapter fixing ring 7 can be suppressed even when a physical impact occurs in the casing 2.
  • the influence on the opening and closing of the flow path can be suppressed.
  • it can be set as the valve apparatus 1 which reduced the influence on the valve body with respect to a physical impact more.
  • the adapter fixing ring 7 and the casing 2 are arranged with a gap 73 in the screw hole 33, even if a physical impact is generated in the casing 2, it is transmitted to the adapter fixing ring 7. The influence can be made smaller.
  • valve device 1 in which the influence on the valve body with respect to the physical impact is further reduced can be obtained.
  • the stem 21 and the diaphragm retainer 8 are connected by point contact, even if a physical impact is generated on the casing 2, the diaphragm retainer 8, the adapter fixing ring 7, and the diaphragm 5 are not affected. It can be further reduced.
  • the above-mentioned valve apparatus 1 can be applied to the valve apparatus 1 having a dimension in the width direction of 10 mm or less.
  • valve device 1 in which the influence on the valve body with respect to physical impact is further reduced.
  • FIG. 5 is an overall view showing a part of the valve device 10 according to a modification of the present embodiment in cross section.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the screw hole 33 of the valve body 3 of the valve device 10.
  • the casing 2 is the same as the above-described valve device 1 except that the casing 2 further includes a protection member 50 that contacts the upper surface 3a of the valve body 3, and thus redundant description is omitted. To do.
  • the protective member 50 is screwed into the upper portion of the casing screw portion 22, and in this state, the casing screw portion 22 is screwed into the screw hole 33 of the valve body 3, thereby the valve body. 3 is in contact with the upper surface 3a.
  • the protection member 50 is formed separately from the casing 2 and is integrated by screwing with the casing screw portion 22.
  • the protection member 50 is formed integrally with the casing 2. It is good as well.
  • the length in the width direction of the casing 2 and the protection member 50 can be equal to or less than the length in the width direction of the valve body 3.
  • the casing 2 and the valve body 3 are formed at the opening end of the screw hole 33 of the valve body 3. Stress concentrates between them. In particular, when the length in the width direction of the casing 2 and the valve body 3 is small and the height of the casing 2 is relatively large, a part of the valve body 3 may be damaged depending on the stress concentration. In the present modification, the stress can be dispersed by receiving the bending moment generated in the casing 2 by the protective member 50 at the upper surface 3a of the valve body 3.
  • FIG. 7 is a top view of the protection member 50.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 3C-3C in the protective member of FIG.
  • the protection member 50 is made of a metal annular member and has a vertically symmetrical shape.
  • a protective member screw portion 50 a that is screwed into the casing screw portion 22 is formed on the inner periphery of the protective member 50.
  • both end surfaces of the protection member 50 are flat contact end surfaces 50t, and one of the contact end surfaces 50t can contact the upper surface 3a of the valve body 3 as described later. Since the contact end surface 50t is configured as a flat surface, the contact end surface 50t can be in contact with the upper surface 3a of the valve body 3 entirely.
  • a round hole (not shown) is formed in the side surface of the protective member 50 and can be rotated using a hook pin spanner.
  • the protective member 50 shown in FIG. 7 and FIG. 8 is chamfered at the circumferential edge portion of the end surface, but in order to increase the area of the contact end surface 50t and increase the area of contact with the upper surface 3a, A smaller chamfer is preferable.
  • the protective member 50 is annular, but the outer shape is not limited to a circle as long as it is annular. However, it is desirable that the outer contour of the protection member 50 be within the upper surface 3 a of the valve body 3. Moreover, although the structure which fixes the protection member 50 by screwing was employ
  • the fluid control device is exemplified by mounting a valve device on a plurality of flow channel blocks 200.
  • the fluid control device is not limited to an integrated flow channel block or flow channel plate.
  • the valve device of the present invention is applicable.
  • valve device is exemplified by the one that automatically opens and closes the actuator with compressed air or the like.
  • present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a manual valve.
  • a semiconductor manufacturing apparatus 1000 shown in FIG. 10 is an apparatus for performing a semiconductor manufacturing process by the ALD method.
  • 300 is a process gas supply source
  • 400 is a gas box
  • 510 is a tank
  • 600 is a control unit
  • 700 is a processing chamber.
  • 800 are exhaust pumps
  • 900 is an open / close valve.
  • it is necessary to precisely adjust the flow rate of the processing gas, and it is also necessary to secure the flow rate of the processing gas to some extent by increasing the substrate diameter.
  • the gas box 400 incorporates the above-described fluid control device in which various fluid devices such as an open / close valve, a regulator, and a mass flow controller are integrated and accommodated in the box in order to supply accurately measured process gas to the processing chamber 700.
  • the tank 510 functions as a buffer that temporarily stores the processing gas supplied from the gas box 400.
  • the open / close valve 900 controls the flow rate of the gas measured in the gas box 400.
  • the controller 600 controls the opening / closing valve 900 to perform flow rate control.
  • the processing chamber 700 provides a sealed processing space for forming a film on a substrate by the ALD method.
  • the exhaust pump 800 evacuates the processing chamber 700.
  • the fluid control device 1 is used in a semiconductor manufacturing process by the ALD method.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is, for example, an atomic layer etching method (ALE: Atomic Layer Etching method). It can be applied to any object that requires precise flow rate adjustment.
  • ALE Atomic Layer Etching method
  • Valve apparatus 2 Casing 3: Valve body 3a: Upper surface 3b: Bottom surface 5: Diaphragm 6: Presser adapter 7: Adapter fixing ring 8: Diaphragm presser 21: Stem 22: Casing screw part 24: O-ring 31: First 1 flow path 31a: holding part 32: second flow path 33: screw hole 34: through hole 35: orifice body 36: opening 41: valve seat 42: inner disk 50: protection member 50a: protection member screw part 50t: contact End face 71: Ring screw part 72: Groove 73: Gap 110A: Open / close valve 110B: Regulator 110C: Pressure gauge 110D: Open / close valve 110E: Mass flow controller 200: Flow path block 310: Introducing pipe 400: Gas box 500: Rail member 5 0: Tank 600: Control unit 700: Processing chamber 800: Exhaust pump 900: Open / close valve 1000: Semiconductor manufacturing apparatus A1: Up direction A2: Down direction B1, B

Abstract

物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置を提供する。　バルブ装置（１）は、バルブボディ（３）内に形成された流路に接続する開口の周囲に配置されるバルブシート（４１）と、バルブシート（４１）に対して接触位置及び非接触位置の間で移動することにより流路の開閉を行うダイヤフラム（５）と、ダイヤフラム（５）の周縁部に接触する押えアダプタ（６）と、ダイヤフラム（５）を作動させるアクチュエータを内蔵し、バルブボディ（３）に形成されたネジ穴に螺合してバルブボディ（３）上に固定されるケーシング（２）と、ネジ穴に螺合して押えアダプタ（６）及びダイヤフラム（５）を押圧しつつバルブボディ（３）内に固定されるアダプタ固定リング（７）と、を備える。

Description

バルブ装置および流体制御装置
　本発明は、バルブ装置およびこのバルブ装置を含む流体機器が集積化された流体制御装置に関する。
　例えば、半導体製造装置等のチャンバへ各種のプロセスガスを供給するために使用される流体制御装置としては、下記の引用文献１等に開示されたものが知られている。
特開２０１５－１７５５０２号公報
　上記のような流体制御装置の分野においては、ガスの供給制御の高い応答性が求められており、このため流体制御装置をできるだけ小型化、集積化して、流体の供給先であるチャンバ等のより近くに設置することが求められている。チャンバ等の近くでは配置スペースに限りがあることから、流体制御装置に用いるバルブ装置は、ブロック状のバルブボディの寸法や、バルブボディ上に設置される弁体を作動させるアクチュエータを内蔵するケーシングの外径を、より縮小することが望まれている。
　一方で、半導体ウエハの大口径化等の処理対象物の大型化が進んでおり、これに合わせて流体制御装置からチャンバ内へ供給する流体の供給流量も増加あるいは維持させる必要がある。流量を確保するためには、バルブを開閉する際のダイヤフラム等の弁体のリフト量を確保する等の理由から、アクチュエータは弁体の作動方向に長くなる。そのため、バルブ装置はバルブボディの大きさと比較してアクチュエータを内蔵するケーシングの高さが高い、細長い外観となる。
　このような細長い構造のバルブ装置においては、例えば近くで作業するオペレータの接触等の衝撃に対して十分な強度を確保することが難しくなる。しかしながら、流体を制御するバルブ装置においては、接触や地震等の物理的な衝撃を受けた場合においても、衝撃が弁体に伝わって弁の開閉に影響を及ぼさない構造が必要とされる。
　本開示は、上述の事情に鑑みてされたものであり、小型化を実現しつつ物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置及び流体制御装置を提供することを目的とする。
　本開示のバルブ装置は、バルブボディ内に形成された流路に接続する開口部の周囲に配置されるバルブシートと、前記バルブシートに対して接触位置及び非接触位置の間で移動することにより前記流路の開閉を行うダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの周縁部に接触する押えアダプタと、前記ダイヤフラムを作動させるアクチュエータを内蔵し、前記バルブボディに形成されたネジ穴に螺合して前記バルブボディ上に固定されるケーシングと、
　前記ネジ穴に螺合して前記押えアダプタ及び前記ダイヤフラムを押圧しつつ、前記バルブボディ内に固定されるアダプタ固定リングと、を備えるバルブ装置である。
　また、本開示のバルブ装置においては、前記ネジ穴において、前記アダプタ固定リング及び前記ケーシングは互いに間隙を有して配置されていてもよい。
　また、本開示のバルブ装置においては、前記アダプタ固定リングは、外側にねじ部を有し、内側に軸方向に伸びる複数の溝を有していてもよい。
　また、本開示のバルブ装置においては、前記ケーシングは、前記バルブボディの上面と接触する保護部材を有してもよい。
　また、本開示のバルブ装置においては、前記ダイヤフラムの前記バルブシート側とは反対側で前記ダイヤフラムの中央部と接触するダイヤフラム押えを更に備え、前記ダイヤフラム押えの前記ネジ穴の伸びる方向の長さは、前記アダプタ固定リング（７）の長さよりも長くてもよい。
　また、本開示のバルブ装置においては、一方向の外形寸法が１０ｍｍ以下とすることができる。
　本開示の流体制御装置は、上流側から下流側に向かって複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、前記複数の流体機器は、上記いずれかの構成のバルブ装置を含む流体制御装置である。
　本開示の流量制御方法は、上記いずれかの構成のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法である。
　本開示の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記いずれかの構成のバルブ装置を用いる半導体製造装置である。
　本開示の半導体製造方法は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に上記いずれかの構成のバルブ装置を用いる半導体製造方法である。
　本開示によれば、物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置及び流体制御装置とすることができる。
本実施形態に係るバルブ装置の一部を断面で示す全体図である。 バルブボディのネジ穴付近について示す拡大断面図である。 アダプタ固定リングの平面図である。 アダプタ固定リングの側面図である。 本実施形態の変形例に係るバルブ装置の一部を断面で示す全体図である。 バルブ装置のバルブボディのネジ穴付近について示す拡大断面図である。 保護部材の上面図である。 図７の保護部材における３Ｃ－３Ｃ線での断面図である。 本実施形態のバルブ装置を用いる流体制御装置の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の概略構成図。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。説明において同様の要素には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
　先ず、図９を参照して、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。図９は、本実施形態のバルブ装置を用いる流体制御装置の一例を示す斜視図である。図９に示す流体制御装置は、金属製のベースプレートＢＳ上には、幅方向Ｗ１，Ｗ２に沿って配列され長手方向Ｇ１，Ｇ２に延びる５本のレール部材５００が設けられている。
　なお、Ｗ１は正面側、Ｗ２は背面側，Ｇ１は上流側、Ｇ２は下流側の方向を示している。各レール部材５００には、複数の流路ブロック２００を介して各種流体機器１１０Ａ～１１０Ｅが設置され、複数の流路ブロック２００によって、上流側から下流側に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
　ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの表面で開口する少なくとも２つの流路口を有する機器である。具体的には、開閉弁（２方弁）１１０Ａ、レギュレータ１１０Ｂ、プレッシャーゲージ１１０Ｃ、開閉弁（３方弁）１１０Ｄ、マスフローコントローラ１１０Ｅ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管３１０は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。この流体制御装置は、５本のレール部材５００にそれぞれＧ２方向に流れる５つの流路が形成されており、それぞれの流路の幅方向Ｗ１，Ｗ２の長さを１０ｍｍ以下、すなわち、各流体機器の幅（寸法）を１０ｍｍ以下としてもよい。
　本発明は、上記した開閉弁１１０Ａ、１１０Ｄ、レギュレータ１１０Ｂ等の種々のバルブ装置に適用可能であるが、本実施形態では、開閉弁に適用する場合を例に挙げて説明する。
　図１は、本実施形態に係るバルブ装置１の一部を断面で示す全体図である。図２は、バルブボディ３のネジ穴３３付近について示す拡大断面図である。図１及び図２に示すように、バルブ装置１は、ケーシング２と、バルブボディ３と、バルブシート４１と、インナーディスク４２と、ダイヤフラム５と、押えアダプタ６と、アダプタ固定リング７と、ダイヤフラム押え８とを有する。なお、図中の矢印Ａ１，Ａ２は上下方向であってＡ1が上方向、Ａ２が下方向を示すものとする。矢印Ｂ１，Ｂ２は、バルブ装置１のバルブボディ３の長手方向であって、Ｂ１が一端側、Ｂ２が他端側を示すものとする。矢印Ａ１，Ａ２及び矢印Ｂ１，Ｂ２に共に直交する方向は幅方向である。
　バルブボディ３は、ブロック状に形成され、底面３ｂで開口するガスの第１流路３１及び第２流路３２を画定している。第１流路３１及び第２流路３２の底面３ｂにおける開口の周囲には、図示しないシール部材を保持する凹状の保持部３１ａ及び３２ａが形成されている。第１流路３１及び第２流路３２は、底面３ｂ側とは反対側の開口に通じる弁室で互いに連通している。
　バルブボディ３は、更に上面３ａから開けられたネジ穴３３を有し、弁室を介して第１流路３１及び第２流路３２と連通している。本実施形態においては、弁室に流量を調整するためのオリフィス体３５を有しているが、オリフィス体３５を有していない構成であってもよい。バルブボディ３は、長手方向のネジ穴３３を挟むように２つの貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４には、図９に示したような流路ブロック２００上にバルブボディ３を固定するための締結ボルトが挿入される。
　バルブシート４１は、バルブボディ３内に形成された第１流路３１に接続する開口３６の周囲に配置される。本実施形態においては第１流路３１に接続するオリフィス体３５の開口の周囲に配置されているが、オリフィス体３５を有さない構成等においては、バルブボディ３の開口等の第１流路３１に接続する開口３６の周囲に配置することができる。バルブシート４１は、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂で弾性変形可能に形成されている。
　インナーディスク４２はバルブシート４１の周囲に配置され、第１流路３１のガス及び第２流路３２のガスをそれぞれ通過させる孔を有している。
　ダイヤフラム５は、バルブシート４１に対して接触位置及び非接触位置の間で移動することにより流路の開閉を行って弁体として機能する。また、ダイヤフラム５は、バルブシート４１よりも大きな直径を有し、ステンレス、ＮｉＣｏ系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。
　押えアダプタ６は、ダイヤフラム５の周縁部に接触し、インナーディスク４２との間でダイヤフラム５を挟持する。
　アダプタ固定リング７は、バルブボディ３に形成されたネジ穴３３に螺合して押えアダプタ６及びダイヤフラム５を押圧すると共に、バルブボディ３内に固定される。このように、ダイヤフラム５は、押えアダプタ６を介してアダプタ固定リング７の下端面によりバルブボディ３に向けて押しつけられることにより、バルブシート４１に対して当接離隔可能にバルブボディ３に支持されている。図３は、アダプタ固定リング７の平面図である。図４は、アダプタ固定リング７の側面図である。これらの図に示されるように、アダプタ固定リング７は、外側にリングねじ部７１を有し、内側に軸方向に伸びる複数の溝７２を有している。溝７２は、ネジ穴３３にアダプタ固定リング７を取り付ける際、及び取り外す際に、アダプタ固定リング７を回転させるための工具と係合するものである。これにより、アダプタ固定リング７は、押えアダプタ６及びダイヤフラム５をバルブボディ３に対してより確実に固定することができる。なお、アダプタ固定リング７は金属により形成されていてもよく、バルブボディ３と同じ材料又は熱膨張率が近い値の材料とすることができる。
　ケーシング２は、ダイヤフラム５を作動させるアクチュエータを内蔵し、ネジ穴３３に螺合してバルブボディ３上に固定される。ケーシング２は、全体として円筒状であり、内部に図示しないアクチュエータを内蔵している。アクチュエータは、例えば、圧縮エアで駆動されるピストン等とすることができるが、これに限定されるわけではなく、手動、圧電アクチュエータ、ソレノイドアクチュエータ等種々のアクチュエータを採用することができる。アクチュエータを内蔵しているケーシング２は、アクチュエータの一部を構成してもよいし、アクチュエータと別体であってもよい。図２に示すように、ケーシング２のバルブボディ３と接続される部分の外周には、ケーシングねじ部２２が形成され、バルブボディ３のネジ穴３３と螺合して、バルブボディ３と接続される。この際、バルブボディ３は、先にネジ穴３３に螺合されたアダプタ固定リング７に接触せず、間隙７３を有して配置されることができる。
　ダイヤフラム押え８は、ダイヤフラム５のバルブシート４１側とは反対側でダイヤフラム５の中央部と上方から接触する。ダイヤフラム押え８は、ケーシング２内のアクチュエータに接続され、アクチュエータの動作に従って移動する。ここで、ダイヤフラム押え８のネジ穴３３の伸びる方向の長さは、アダプタ固定リング７の長さよりも長くすることができ、これにより、アダプタ固定リング７がある場合であっても、ケーシング２内のアクチュエータの動作を、ダイヤフラム５に伝えることができる。
　ケーシング２のバルブボディ３と接続される部分は筒状であり、内部に、ケーシング２に内蔵されたアクチュエータにより上下方向Ａ１，Ａ２に駆動されるステム２１を有している。ステム２１とケーシング２のバルブボディ３と接続される部分との間にはＯリング２４が設けられ、弁室側とアクチュエータ側との間をシールしている。ステム２１は下側が半球状に形成されダイヤフラム押え８と接続しており、ダイヤフラム押え８が下方向Ａ２に駆動されると、ダイヤフラム押え８を介してダイヤフラム５が押圧される。
　図２では、ダイヤフラム５はダイヤフラム押え８により押圧されて弾性変形し、バルブシート４１に押し付けられている状態にある。ダイヤフラム押え８による押圧を開放すると、球殻状に復元する。ダイヤフラム５がバルブシート４１に押し付けられている状態では、第１流路３１が閉鎖され、ダイヤフラム押え８が上方向Ａ１に移動すると、ダイヤフラム５がバルブシート４１から離れ、第１流路３１は開放され、第２流路３２と連通する。
なお、ステム２１の下方向Ａ２側が半球状に形成されているが、ダイヤフラム押え８の上方向Ａ１側が半球状に形成されステム２１の下方向Ａ２側が平面に形成されていてもよい。
　上述のように、ケーシング２とアダプタ固定リング７は別体として形成されているため、ケーシング２に物理的な衝撃が発生した場合であっても、アダプタ固定リング７に伝わる影響を抑えることができ、流路の開閉への影響を抑えることができる。これにより物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置１とすることができる。また、ネジ穴３３において、アダプタ固定リング７及びケーシング２は互いに間隙７３を有して配置されているため、ケーシング２に物理的な衝撃が発生した場合であっても、アダプタ固定リング７に伝わる影響をより小さくすることができる。これにより、流路の開閉への影響をより抑えることができ、物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置１とすることができる。また、ステム２１とダイヤフラム押え８が点接触により接続されているため、ケーシング２に物理的な衝撃が発生した場合であっても、ダイヤフラム押え８、アダプタ固定リング７、ひいてはダイヤフラム５への影響をより低減させることができる。また、上述のバルブ装置１は、幅方向の寸法を１０ｍｍ以下のバルブ装置１に適用することができる。これにより、バルブ装置１の一方向の幅と高さとの比が大きく、ケーシング２に生じた衝撃が大きなモーメントとなってバルブボディ３に伝わる形状であっても、流路の開閉部分への影響を抑えることができるため、物理的衝撃に対する弁体への影響をより低減させたバルブ装置１とすることができる。
　図５は、本実施形態の変形例に係るバルブ装置１０の一部を断面で示す全体図である。図６は、バルブ装置１０のバルブボディ３のネジ穴３３付近について示す拡大断面図である。この変形例のバルブ装置１０では、ケーシング２が、バルブボディ３の上面３ａと接触する保護部材５０を更に有している他は、上述のバルブ装置１と同様であるため、重複する説明を省略する。
　これらの図に示されるように、保護部材５０は、ケーシングねじ部２２の上部に螺合され、その状態でケーシングねじ部２２がバルブボディ３のネジ穴３３に螺合されることにより、バルブボディ３の上面３ａに接触する。なお本変形例においては、保護部材５０は、ケーシング２と別体として形成し、ケーシングねじ部２２と螺合して一体化させることとしたが、保護部材５０をケーシング２と一体的に形成することとしてもよい。ここで、不図示であるが、ケーシング２および保護部材５０の幅方向長さは、バルブボディ３の幅方向長さ以下とすることができる。
　ケーシングねじ部２２に保護部材５０が設けられていない状態では、ケーシング２が物理的な衝撃を受けて曲げモーメントが作用すると、バルブボディ３のネジ穴３３の開口端において、ケーシング２とバルブボディ３との間に応力が集中する。特に、ケーシング２およびバルブボディ３の幅方向長さが小さく、ケーシング２の高さが相対的大きくなると、応力集中によってはバルブボディ３の一部が破損してしまう恐れもある。本変形例においては、保護部材５０により、ケーシング２において生じた曲げモーメントをバルブボディ３の上面３ａで受けることにより、応力を分散させることができる。
　また、ダブルナット構造を採用した場合、ケーシング２のバルブボディ３に対するねじ込み位置を微調整することができる。これにより、バルブ開時のダイヤフラムの変位量が変化するため、バルブ開時のガスの流量を微調整しながら組み立てることが可能になる。
　図７は、保護部材５０の上面図である。図８は、図７の保護部材における３Ｃ－３Ｃ線での断面図である。図７および図８に示すように、保護部材５０は、金属製の円環状部材からなるとともに、上下対称な形状を有する。保護部材５０の内周には、ケーシングねじ部２２に螺合する保護部材ねじ部５０ａが形成されている。また、保護部材５０の両端面は、平面からなる当接端面５０ｔとなっており、後述するように、当接端面５０ｔの一方がバルブボディ３の上面３ａに当接可能となっている。当接端面５０ｔは平面で構成されるため、当接端面５０ｔは全面的にバルブボディ３の上面３ａに当接可能である。保護部材５０の側面には図示しない丸穴が開けられており、引掛ピンスパナを用いて回すことができる。
　図７および図８に示される保護部材５０には、端面円周角部に面取りが施されているが、当接端面５０ｔの面積を大きくし、上面３ａと当接する面積を大きくするために、面取りの大きさは小さい方が好ましい。
　本実施形態では、保護部材５０を円環状としたが、環状であれば外形は円形に限定されない。ただし、保護部材５０の外輪郭がバルブボディ３の上面３ａの内に収まっていることが望ましい。
　また、保護部材５０を螺合により固定する構成を採用したが、かしめや溶接等の他の代替手段を採用することもできる。
　上記実施形態では、流体制御装置として複数の流路ブロック２００にバルブ装置を搭載したものを例示したが、分割タイプの流路ブロック２００以外にも、一体型の流路ブロックや流路プレートに対しても本発明のバルブ装置は適用可能である。
　上記実施形態では、本発明のバルブ装置としてアクチュエータを圧縮エア等により自動開閉するものを例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は手動弁にも適用可能である。
　次に、図１０を参照して、上記した流体制御装置の適用例について説明する。
　図１０に示す半導体製造装置１０００は、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、３００はプロセスガス供給源、４００はガスボックス、５１０はタンク、６００は制御部、７００は処理チャンバ、８００は排気ポンプ、９００は開閉バルブを示している。
　ＡＬＤ法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
　ガスボックス４００は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ７００に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した上記の流体制御装置を内蔵している。
　タンク５１０は、ガスボックス４００から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
　開閉バルブ９００は、ガスボックス４００で計量されたガスの流量を制御する。
　制御部６００は、開閉バルブ９００を制御して流量制御を実行する。
　処理チャンバ７００は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
　排気ポンプ８００は、処理チャンバ７００内を真空引きする。
　上記適用例では、流体制御装置１をＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　法）等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。
１，１０　：バルブ装置
２　　　　：ケーシング
３　　　　：バルブボディ
３ａ　　　：上面
３ｂ　　　：底面
５　　　　：ダイヤフラム
６　　　　：押えアダプタ
７　　　　：アダプタ固定リング
８　　　　：ダイヤフラム押え
２１　　　：ステム
２２　　　：ケーシングねじ部
２４　　　：Ｏリング
３１　　　：第１流路
３１ａ　　：保持部
３２　　　：第２流路
３３　　　：ネジ穴
３４　　　：貫通孔
３５　　　：オリフィス体
３６　　　：開口
４１　　　：バルブシート
４２　　　：インナーディスク
５０　　　：保護部材
５０ａ　　：保護部材ねじ部
５０ｔ　　：当接端面
７１　　　：リングねじ部
７２　　　：溝
７３　　　：間隙
１１０Ａ　：開閉弁
１１０Ｂ　：レギュレータ
１１０Ｃ　：プレッシャーゲージ
１１０Ｄ　：開閉弁
１１０Ｅ　：マスフローコントローラ
２００　　：流路ブロック
３１０　　：導入管
４００　　：ガスボックス
５００　　：レール部材
５１０　　：タンク
６００　　：制御部
７００　　：処理チャンバ
８００　　：排気ポンプ
９００　　：開閉バルブ
１０００　：半導体製造装置
Ａ１　　　：上方向
Ａ２　　　：下方向
Ｂ１，Ｂ２：矢印
ＢＳ　　　：ベースプレート
Ｇ１，Ｇ２：長手方向
Ｗ１，Ｗ２：幅方向

Claims (10)

  1. 　バルブボディ内に形成された流路に接続する開口部の周囲に配置されるバルブシートと、
    　前記バルブシートに対して接触位置及び非接触位置の間で移動することにより前記流路の開閉を行うダイヤフラムと、
    　前記ダイヤフラムの周縁部に接触する押えアダプタと、
    　前記ダイヤフラムを作動させるアクチュエータを内蔵し、前記バルブボディに形成されたネジ穴に螺合して前記バルブボディ上に固定されるケーシングと、
    　前記ネジ穴に螺合して前記押えアダプタ及び前記ダイヤフラムを押圧しつつ、前記バルブボディ内に固定されるアダプタ固定リングと、を備えるバルブ装置。
  2. 　前記ネジ穴において、前記アダプタ固定リング及び前記ケーシングは互いに間隙を有して配置される、請求項１に記載のバルブ装置。
  3. 　前記アダプタ固定リングは、外側にねじ部を有し、内側に軸方向に伸びる複数の溝を有している、請求項１又は２に記載のバルブ装置。
  4. 　前記ケーシングは、前記バルブボディの上面と接触する保護部材を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ装置。
  5. 　前記ダイヤフラムの前記バルブシート側とは反対側で前記ダイヤフラムの中央部と接触するダイヤフラム押えを更に備え、
    　前記ダイヤフラム押えの前記ネジ穴の伸びる方向の長さは、前記アダプタ固定リングの長さよりも長い、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ装置。
  6. 　前記バルブボディの一方向の寸法が１０ｍｍ以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ装置。
  7. 　上流側から下流側に向かって複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
    　前記複数の流体機器は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバルブ装置を含むことを特徴とする流体制御装置。
  8. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法。
  9. 　密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いる半導体製造装置。
  10. 　密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いる半導体製造方法。
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