WO2023047754A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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valve
annular portion
flow path
valve chamber
inner annular
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Inventor
圭介 石橋
忠幸 薬師神
毅 谷川
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株式会社フジキン
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    • 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
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/36—Valve members

Definitions

  • the present invention relates to a valve device, a fluid control device, a fluid control method, a semiconductor manufacturing device, and a semiconductor manufacturing method.
  • valve devices are used to control the supply of various process gases to the chambers of semiconductor manufacturing equipment.
  • the invention described in Patent Document 1 relates to a direct-touch type metal diaphragm valve mainly used in a gas supply system of semiconductor manufacturing equipment, etc.
  • FIG. 101 has a fluid inlet 110 , a fluid outlet 111 , a valve seat 113 and a metal diaphragm 102 .
  • the valve seat 113 is arranged in an annular groove formed in the valve body 101 .
  • the fluid enters from the fluid inlet 110 , passes through the valve chamber 112 from the lower surface side of the metal diaphragm 102 , and exits from the fluid outlet 111 .
  • Patent Document 2 like Patent Document 1, relates mainly to a diaphragm valve used in a gas supply system or the like of a semiconductor manufacturing facility, and as shown in FIG. 202 includes a first flow path 221 , a second flow path 222 and a valve chamber 223 .
  • An inner disk 203 is arranged in the valve chamber 223 .
  • the inner disk 203 has an inner annular portion 232 and an outer annular portion 231 , and the upper end portion of the inner annular portion 232 is in contact with and separates from the diaphragm 241 .
  • a seat 248 is provided, and a disc seal 249 is provided at the lower end of the inner annular portion 232 to closely contact the bottom surface of the valve chamber 223 .
  • the valve device 200 described in Patent Document 2 includes a replaceable inner disc 203 that is not included in the metal diaphragm valve 100 described in Patent Document 1. , there is no need to form a groove for arranging the valve seat 113 in the valve body 202, so there is an advantage that processing is easy. Further, in the metal diaphragm valve 100 described in Patent Document 1, when the valve seat 113 or the like wears out, the valve body 101 must be additionally machined to replace it. The device 200 has the advantage of easy maintenance because the inner disk 203 can be taken out for repair and replacement.
  • valve chamber 223 of the valve device 200 described in Patent Document 2 is formed vertically deeper than the valve chamber 112 of the metal diaphragm valve 100 described in Patent Document 1. Due to this difference, the valve device 200 described in Patent Document 2 can process a large amount of fluid.
  • the bonnet 205 is screwed into the screw hole 225 to press the pressing adapter 243 from above, the pressing adapter 243 presses the peripheral edge of the diaphragm 241 from above, and the peripheral edge of the diaphragm 241 is pressed from above.
  • the outer annular portion 231 is pressed from above, the force is transmitted to the inner annular portion 232, and the disk seal 249 is pressed from above against the bottom surface of the valve chamber 223, so that the inner disk 203 is arranged at a predetermined position.
  • the disk seal 249 does not completely collapse even when the bonnet 205 is tightened.
  • the inner disk 203 is not lowered to the designed position, the gap between the valve seat 248 and the diaphragm 241 becomes small, resulting in a problem that the Cv value becomes small.
  • the Cv value is an index that indicates how easily a fluid such as gas flows in an on-off valve.
  • the repulsive force from the disk seal 249 is applied to the inner annular portion 232 upward, and the force from the bonnet 205 is applied to the outer annular portion 231 from above downward. Excessive force may be applied to the portion connecting the portion 231 and the portion may be damaged. If the diameter of the hole opening at the connecting portion is reduced in order to prevent damage, a new problem arises in that the Cv value becomes small.
  • the present invention has been made in view of such a point, and its object is to secure the Cv value by facilitating assembly of the inner disc at a predetermined position, and to provide a valve device or the like having an inner disc that is less likely to be damaged. is to provide
  • the present invention (1) comprises a valve body forming a first flow path and a second flow path as fluid passages, a valve chamber communicating with the first flow path and the second flow path, and an edge of the first flow path.
  • An inner annular portion arranged around a first opening that opens into the valve chamber at the end, an outer annular portion arranged on the outer peripheral side of the inner annular portion, and a plurality of second openings communicating with the second flow path.
  • an inner disk having a connection portion connecting the inner annular portion and the outer annular portion, and an annular upper seat disposed at the upper end portion of the inner annular portion.
  • a diaphragm that blocks and communicates between the first flow path and the second flow path has a lower surface peripheral portion in contact with the upper surface of the outer annular portion, and is pressed and arranged by a pressing adapter that presses the upper surface peripheral portion from above downward. and an annular lower seat disposed at the lower end of the inner annular portion and in close contact with the valve chamber bottom surface, which is the bottom surface of the valve chamber, wherein the peripheral edge portion of the valve chamber bottom surface on the first opening side is In the valve device, an upwardly projecting annular bottom surface of the valve chamber is in close contact with a portion of the lower end face of the lower seat, which is the lower end face of the lower seat.
  • the peripheral portion of the first opening in the bottom surface of the valve chamber has an annular valve chamber bottom surface protrusion portion that protrudes upward, and the valve chamber bottom surface protrusion portion is the lower side, which is the lower end surface of the lower seat. Since the inner disk is in close contact with a part of the lower end face of the seat, the area of the lower end face of the lower sheet which receives the pressing force from above becomes smaller and is easily crushed due to plastic deformation. As a result, the gap between the valve seat and the diaphragm can be set as set, the Cv value can be ensured, and the valve device can have an inner disk that is less likely to be damaged.
  • the present invention (2) is the valve device according to the present invention (1), wherein the lower seat is held in a lower seat groove formed in the end face of the inner annular portion on the valve body side.
  • the lower seat since the lower seat is held in the lower seat groove formed in the end face of the inner annular portion on the valve body side, the lower seat can be easily held by the inner annular portion. can be done.
  • the lower seat is formed between the upper surface of the valve chamber bottom surface protrusion and the lower end surface of the inner annular portion when the diaphragm is pressed by the pressing adapter. It is the valve device of the present invention (1) or the present invention (2) having a gap for accommodating the bulging portion of.
  • the bulging portion of the lower seat which is generated when the diaphragm is pressed by the pressing adapter, is located between the upper surface of the valve chest bottom projection and the lower end surface of the inner annular portion. Since there is a gap to accommodate the lower seat, it becomes easier to assemble the inner disc in a predetermined position, and a valve device equipped with an inner disc that has a higher Cv value and is less likely to be damaged. can do
  • the present invention (4) is a fluid control device in which a plurality of fluidic devices are arranged from the upstream side to the downstream side, wherein the plurality of fluidic devices are any of the present inventions (1) to (3).
  • a fluid control device including the valve device.
  • the present invention (5) is a flow rate control method for adjusting the flow rate of a fluid using the valve device according to any one of the present inventions (1) to (3).
  • the present invention (6) provides the valve device according to any one of the present inventions (1) to (3) for controlling the process gas in a semiconductor device manufacturing process that requires a process step using a process gas in a sealed chamber. It is a semiconductor manufacturing apparatus using
  • the present invention (7) provides the valve according to any one of the present inventions (1) to (3) for controlling the flow rate of the process gas in a semiconductor device manufacturing process that requires a process step using a process gas in a sealed chamber. It is a semiconductor manufacturing method using an apparatus.
  • the present invention by making it easier to assemble the inner disc at a predetermined position, it is possible to secure the Cv value and provide a valve device or the like having an inner disc that is less likely to be damaged.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a valve device according to an embodiment of the invention
  • FIG. It is a figure which shows typically the difference of the valve body of patent document 1 (A), patent document 2 (B), and this invention (C). It is a perspective view of an inner disc.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the lower end of the inner annular portion; FIG.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the lower end of the inner annular portion to which the lower seat is attached when the inner disc is in place; 4 is a cross-sectional photograph of the lower end of the inner annular portion to which the lower seat is attached when the inner disc is placed in place;
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the metal diaphragm of Patent Document 1;
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the valve device of Patent Document 2;
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the valve device according to the embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 will be explained before explaining this valve device.
  • FIG. 2 schematically shows the difference between the valve bodies of Patent Document 1 (A), Patent Document 2 (B), and the present invention (C), and the difference of the valve bodies will be explained.
  • FIG. 2(A) shows the valve body 101 of the metal diaphragm 100 of Patent Document 1.
  • a fluid inlet 110 and a fluid outlet 111 communicate with each other through a valve chamber 112 .
  • FIG. 2B shows the valve body 202 of the valve device 200 of Patent Document 2.
  • the first flow path 221 and the second flow path 222 communicate with each other through a valve chamber 223 .
  • the valve chamber 223 in FIG. 2(B) is enlarged in the vertical direction compared to the valve chamber 112 in FIG. 2(A), and in the case of FIG. 2B, the second passage 222 directly communicates with the valve chamber 223 from the lateral direction. Due to this difference in structure, the valve device 200 can flow more fluid than the metal diaphragm 100 and can have a larger Cv value.
  • the valve device 1 of FIG. 2(C) shows the valve body 10 of one embodiment of the present invention.
  • a first flow path 11, a second flow path 12 and a valve chamber 13 are formed inside.
  • 2(C) and 2(B) is that the bottom surface of the valve chamber 223 is flat in FIG. 2(B), whereas the bottom surface of the valve chamber 12 in FIG. The point is that the periphery of the opening of the first channel 11 protrudes. This is one of the features of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the inner disc 20, which is arranged in the valve chamber 13.
  • the inner disk 20 includes an outer annular portion 21 , an inner annular portion 22 , and a connecting portion 23 that connects the outer annular portion 21 and the inner annular portion 22 .
  • An upper seat groove 22a is formed in the upper end of the inner annular portion 22 to accommodate an upper seat 26 (see FIG. 1).
  • Four second openings 24 are formed in the outer annular portion 23 . Through this second opening 24, the fluid flows out to the second flow path 24 (see FIG. 1).
  • a first flow path 11, a second flow path 12, and a valve chamber 13 are formed in the valve body 10, and a bonnet portion 16 having a recess is formed in the upper portion thereof.
  • the inner disc 20 described with reference to FIG. 3 is arranged in the valve chamber 13 .
  • An upper seat 26 is provided on the upper portion of the inner annular portion 22
  • a lower seat 25 is provided on the lower portion thereof.
  • a first opening 15 is formed in the bottom surface 14 of the valve chest and communicates with the valve chest 13 . After positioning the inner disc 20 , the fluid passes through the first opening 15 and enters the interior of the inner annular portion 22 .
  • a second opening 24 is formed in the connecting portion 23 .
  • a diaphragm 33 pressed by a pressing adapter 30 is arranged on the upper sheet 26 .
  • An actuator having a lower casing 50 and an upper casing 60 as housings is arranged above the bonnet 16 .
  • the actuator is composed of a spring coil 61, a first piston 65, a bulkhead 72, a second piston 69, and a stem 38.
  • An operating gas introduced from an operating gas supply port 62 passes through an operating gas passage 64 to move the stem 38 up and down. move.
  • the upper casing 60 and the lower casing 50 are connected by screwing between the upper casing lower female thread 71 and the lower casing male thread 51 .
  • a large number of O-rings 63, 66, 67, 68, 70, 52 are provided to maintain airtightness.
  • the lower recess of the lower casing 50 is equipped with a stroke increasing mechanism composed of a lid 40, a tapered ring 39 and a ball 37.
  • a nut 34 connects the valve body 10 and the actuator.
  • the nut lower female thread 35 and the bonnet upper male thread 17 are screwed together.
  • the bonnet upper male thread 43 and the lower casing female thread 53 are screwed together, and by screwing the nut 34 , the pressing adapter 30 presses the peripheral edge of the diaphragm 33 and fixes the diaphragm 33 to the outer annular portion 21 .
  • the lid male thread 41 and the nut upper female thread 42 are screwed together.
  • the tip tapered portion of the stem 38 presses the disc 36 downward, the disc 36 presses the diaphragm presser 32 downward, and the diaphragm 33 is pressed and deformed to come into contact with the upper sheet 26 to block the flow of fluid. As the stem 38 moves upward, it opens and allows fluid to flow.
  • FIG. 4 shows a partial cross-sectional view of the lower end portion of the inner annular portion 22, and an annular lower seat groove 22b for holding the lower seat 25 is formed in the lower end surface.
  • the position of the outer lower end face 22d which is the outer lower end face of the lower sheet groove 22b, is located below the position of the inner lower end face 22e, which is the inner lower end face. this is.
  • the lower end of the outer peripheral side of the inner annular portion 22 is cut inward in order to caulk inward from the outer peripheral side of the inner annular portion 22 so that the lower seat 25 does not come off. This is for folding using 22c.
  • the upper end portion of the inner annular portion 22 has substantially the same structure as the lower end portion, and the upper seat 26 is fixed to the upper seat groove by caulking.
  • FIG. 5 shows a partial cross-sectional view of the lower end portion of the inner annular portion 22 to which the lower seat 25 is attached when the inner disk 20 is placed at a predetermined position.
  • the lower seat 25 protrudes from the first opening 15 side of the valve chamber bottom surface 14 of the valve chamber 13 formed in the valve body 10 by the pressing force from above from the pressing adapter 30 (see FIG. 1). It abuts on the upper surface 14b of the valve chamber bottom projection portion, which is the upper surface of the portion 14a.
  • the lower sheet lower end surface 25a which was originally flat, becomes stepped and crushed, and the inner disk 20 is easily placed at a predetermined position. . Since the inner disk 20 is easily arranged at a predetermined position, the valve device can secure the Cv value and has an inner disk that is less likely to be damaged.
  • FIG. 6 is an actual cut photograph of the lower end of the inner annular portion 22 to which the lower seat 25 is attached when the inner disc 20 is placed in place.
  • the lower sheet lower end surface 25a has a clear step at the boundary between the pressed portion and the non-pressed portion.
  • the lower sheet 25 bulges on the side of the first opening 15 (see FIG. 1) to form an inner bulging portion 25b.
  • the bulge (thickness flow) of the lower seat 25 occurs inside the lower seat 25 because the contact portion between the upper surface 14b of the valve chamber bottom projection and the lower seat 25 is inside the valve chamber.
  • the abutting portion is on the outer side of the lower sheet 25, and the bulging portion is also formed on the outer side.
  • Synthetic resin such as PFA, PA, PI, PCTFE, etc. is used for the lower sheet 25.
  • Synthetic resin such as PFA, PA, PI, PCTFE, etc. is used for the lower sheet 25.
  • a high load is continuously applied to the resin, deformation progresses over time, and the resin may eventually break.
  • a portion surrounded by a dotted line in FIG. 6 is a high load area, and no load is applied to the outer portion of the lower seat 25 .
  • the creep phenomenon is less likely to occur in the outer portion where no load is applied, and creep deformation is stopped at the outer portion to prevent the lower sheet 25 from being damaged.
  • the entire bottom surface 25a of the lower seat would be flat, and creep deformation would also occur on the outside of the lower seat 25, increasing the possibility of eventual breakage.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an application example of the valve device according to one embodiment of the present invention to a semiconductor manufacturing process, and an application example of the valve device 1 will be described.
  • a semiconductor manufacturing apparatus 300 shown in FIG. 7 is an apparatus for executing a semiconductor manufacturing process by the ALD method
  • 301 is a process gas supply source
  • 302 is a gas box
  • 303 is a tank
  • 304 is a control unit
  • 305 is a processing chamber.
  • 306 indicate the exhaust pump.
  • the gas box 302 is an integrated gas system (fluid control system) in which various fluid control devices such as on-off valves, regulators, mass flow controllers, etc. equipment).
  • the tank 303 functions as a buffer that temporarily stores the processing gas supplied from the gas box 302 .
  • the control unit 304 executes flow rate adjustment control by controlling the supply of the operation gas to the valve device 1 .
  • Processing chamber 305 provides an enclosed processing space for deposition of films on substrates by ALD methods.
  • An exhaust pump 306 evacuates the processing chamber 305 . According to such a system configuration, the processing gas can be initially adjusted by sending a flow rate adjustment command from the control unit 304 to the valve device 1 .
  • FIG. 8 is a perspective view showing an example of a fluid control device using the valve device of this embodiment, and explains an example of a fluid control device to which the present invention is applied.
  • the fluid control device shown in FIG. 8 is provided with metal base plates BS arranged along width directions W1 and W2 and extending in longitudinal directions G1 and G2.
  • W1 indicates the front side
  • W2 indicates the rear side
  • G1 indicates the upstream side
  • G2 indicates the downstream side.
  • Various fluid devices 311A to 311E are installed on the base plate BS via a plurality of flow path blocks 312, and a flow path (not shown) through which the fluid flows from the upstream side G1 to the downstream side G2 through the plurality of flow path blocks 312. are formed respectively.
  • the term “fluid device” refers to a device used in a fluid control device for controlling the flow of fluid, comprising a body defining a fluid flow path, and having at least two flow path openings on the surface of the body. It is a device that has Specifically, an on-off valve (two-way valve) 311A, a regulator 311B, a pressure gauge 311C, an on-off valve (three-way valve) 311D, a mass flow controller 311E, etc. are included, but are not limited to these.
  • the introduction pipe 313 is connected to the upstream side flow path port of the above-described flow path (not shown).
  • the present invention can be applied to various valve devices such as the on-off valves 311A and 311D and the regulator 311B.
  • the valve device of the present invention can secure the Cv value by facilitating assembly of the inner disc at a predetermined position, and can provide a valve device or the like having an inner disc that is less likely to be damaged. , fluid control devices and semiconductor manufacturing devices.
  • valve device 10 valve body 11 first flow path 12 second flow path 13 valve chamber 14 valve chamber bottom surface 14a valve chamber bottom surface protrusion 14b valve chamber bottom surface protrusion upper surface 15 first opening 16 bonnet portion 17 bonnet portion upper male screw 20 inner Disk 21 Outer annular portion 22 Inner annular portion 22a Upper seat groove 22b Lower seat groove 22c Cut 22d Outer lower end surface 22e Inner lower end surface 22f Gap 23 Connecting portion 24 Second opening 25 Lower seat 25a Lower seat lower end surface 25b Inner bulging portion 26 Upper seat 30 Presser adapter 32 Diaphragm presser 33 Diaphragm 34 Nut 35 Nut lower female thread 36 Disk 37 Ball 38 Stem 39 Tapering 40 Lid 41 Lid male thread 42 Nut upper female thread 43 Nut upper male thread 50 Lower casing 51 Lower side Upper Casing Male Thread 52 O-ring 53 Lower Casing Lower Female Thread 60 Upper Casing 61 Spring Coil 62 Operating Gas Supply Port 63 O-ring 64 Operating Gas Passage 65 First Piston 66, 67, 68 O-ring 69 Second Pi

Abstract

インナーディスクが組み立てやすく、Ｃｖ値を確保し、破損おそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置等を提供することを課題とする。　流体通路１１，１２と弁室１３を備えるバルブボディ１０と、第１開口１５の周囲に配置される内側環状部２２、外側環状部２１、及び接続部２３とを有するインナーディスク２０と、内側環状部２２の上端部に配設される環状の上側シート２６と接触・離間することにより流路の遮断・連通を行い、下面が外側環状部２１の上面と接触し、上面周縁部を上方から下方へ押圧する押さえアダプタ３０により押圧配置させられるダイヤフラム３３と、内側環状部２２の下端部に配設され、弁室１３の底面である弁室底面と密着する環状の下側シートとを備え、上方に突出する環状の弁室底面突出部１４ａが、下側シート２５の下端面である下側シート下端面２５ａの一部と密着する。

Description

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
　この発明は、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に関する。
　例えば、半導体製造工程においては、半導体製造装置のチャンバに対して、各種のプロセスガスの供給を制御するバルブ装置が用いられている。特許文献１に記載の発明は、主として半導体製造設備のガス供給系等に於いて使用されるダイレクトタッチ型のメタルダイヤフラム弁に関するものであり、図９に示すように、メタルダイヤフラム弁１００のバルブボディ１０１には、流体入口１１０、流体出口１１１、弁座１１３、メタルダイヤフラム１０２を有している。弁座１１３はバルブボディ１０１に形成された円環溝に配設されている。流体は、流体入口１１０から入りメタルダイヤフラム１０２の下面側から弁室１１２を通過して流体出口１１１から出ていく。
　特許文献２に記載の発明は、特許文献１と同じく、主として半導体製造設備のガス供給系等に於いて使用されるダイヤフラム弁に関するものであり、図１０に示すように、バルブ装置２００のバルブボディ２０２は、第１の流路２２１、第２流路２２２、弁室２２３を備えている。弁室２２３には、インナーディスク２０３が配設されており、インナーディスク２０３は、内側環状部２３２と外側環状部２３１を備え、内側環状部２３２の上端部にはダイヤフラム２４１と接触・離間するバルブシート２４８が配設され、内側環状部２３２の下端部には弁室２２３の底面と密着するディスクシール２４９が配設されている。
　特許文献２に記載のバルブ装置２００は、特許文献１に記載のメタルダイヤフラム弁１００にはない取り換え交換可能なインナーディスク２０３を備えているので、特許文献１に記載のメタルダイヤフラム弁１００のように、弁座１１３を配置する溝をバルブボディ２０２に形成しなくてもよいので加工が容易という利点がある。また、特許文献１に記載のメタルダイヤフラム弁１００では、弁座１１３等が消耗した場合、その取り換え等にバルブボディ１０１の追加工等を行わなければならないのに比べ、特許文献２に記載のバルブ装置２００では、インナーディスク２０３を取り出して、修理交換ができるのでメンテナンスが容易という利点を有している。
　さらに、特許文献２に記載のバルブ装置２００の弁室２２３は、特許文献１に記載のメタルダイヤフラム弁１００の弁室１１２と比べて上下方向に深く形成されている。この違いによって、特許文献２に記載のバルブ装置２００では大容量の流体を処理できることとなった。
特開２０１２－２６５７７号公報 国際公開ＷＯ２０１９／１９３９７８号公報
　図１０の特許文献２のバルブ装置２００において、ボンネット２０５をねじ穴２２５にねじ込んで、押さえアダプタ２４３を上から押圧し、押さえアダプタ２４３がダイヤフラム２４１の周縁を上から押圧し、ダイヤフラム２４１の周縁が外側環状部２３１を上から押圧し、その力は内側環状部２３２に伝わり、ディスクシール２４９が上から弁室２２３の底面に押しつぶされてインナーディスク２０３は所定の位置に配置される構造となっている。
　しかし、特許文献２のバルブ装置２００におけるディスクシール２４９の底面と、弁室２２３の底面との密着は平面同士の密着であるため、ボンネット２０５を締めこんでもディスクシール２４９がつぶれ切らずインナーディスク２０３が設計位置まで下がりきらないという問題があった。インナーディスク２０３が設計位置まで下がりきらないと、バルブシート２４８とダイヤフラム２４１との隙間が小さくなり、Ｃｖ値が小さくなるという問題が生じてしまう。ここでＣｖ値とは、開閉弁におけるガス等の流体の流れやすさを示す指標である。
　また、内側環状部２３２にはディスクシール２４９からの反発力が上方に向けてかかり、外側環状部２３１にはボンネット２０５からの上方から下方に向けての力がかかるため内側環状部２３２と外側環状部２３１とをつなぐ部分に過大な力がかかり破損するおそれもある。破損しないようにするために、このつなぐ部分に開口する穴の径を小さくするとＣｖ値が小さくなってしまうという問題が新たな問題が惹起されてしまう。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インナーディスクを所定の位置に組み立てやすくすることによって、Ｃｖ値を確保し、破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置等を提供することにある。
　本発明（１）は、流体通路である第１流路及び第２流路並びに当該第１流路及び第２流路と連通する弁室を形成するバルブボディと、前記第１流路の縁端の前記弁室に開口する第１開口の周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置される外側環状部、及び前記第２流路と連通する複数の第２開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部とを有するインナーディスクと、前記内側環状部の上端部に配設される環状の上側シートと接触・離間することにより前記第１流路と前記第２流路との遮断・連通を行い、下面周縁部が前記外側環状部の上面と接触し、上面周縁部を上方から下方へ押圧する押さえアダプタにより押圧配置させられるダイヤフラムと、前記内側環状部の下端部に配設され、前記弁室の底面である弁室底面と密着する環状の下側シートとを備え、前記弁室底面の前記第１開口側の周縁部が上方に突出する環状の弁室底面突出部が、前記下側シートの下端面である下側シート下端面の一部と密着するバルブ装置である。
　本発明（１）では、弁室底面の第１開口の周縁部が上方に突出する環状の弁室底面突出部を有し、この弁室底面突出部が下側シートの下端面である下側シート下端面の一部と密着するので、上からの押圧力を受ける下側シート下端面の面積が小さくなって塑性変形をして潰れやすくなり、インナーディスクを所定の位置に組み立てやすくなる。その結果、バルブシートとダイヤフラムとの隙間を設定通りにすることが出来てＣｖ値を確保し、かつ、破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置とすることが出来る。
　本発明（２）は、前記下側シートが、前記内側環状部の前記バルブボディ側の端面に形成された下側シート用溝に保持される、本発明（１）のバルブ装置である。
　本発明（２）によると、下側シートが、内側環状部のバルブボディ側の端面に形成された下側シート用溝に保持されるので、容易に下側シートを内側環状部に保持させることができる。
　本発明（３）は、前記弁室底面突出部の上面と、前記内側環状部の下端面との間には、前記押さえアダプタにより前記ダイヤフラムが押圧配置させられた際に発生する前記下側シートの膨出部を収容する隙間がある本発明（１）または本発明（２）のバルブ装置である。
　本発明（３）によると、弁室底面突出部の上面と、内側環状部の下端面との間には、押さえアダプタによりダイヤフラムが押圧配置させられた際に発生する下側シートの膨出部を収容する隙間があるので、下側シートがより潰れやすくなるため、よりインナーディスクを所定の位置に組み立てやすくなり、よりＣｖ値を確保し、より破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置とすることが出来る。
　本発明（４）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、本発明（１）～本発明（３）のいずれかのバルブ装置を含むことを特徴とする流体制御装置である。
　本発明（５）は、本発明（１）～本発明（３）のいずれか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。
　本発明（６）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本発明（１）～本発明（３）のいずれかのバルブ装置を用いる半導体製造装置である。
　本発明（７）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本発明（１）～本発明（３）のいずれかのバルブ装置を用いる半導体製造方法である。
　本発明によれば、インナーディスクを所定の位置に組み立てやすくすることによって、Ｃｖ値を確保し、破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置等を提供することができる。
本発明の実施の形態に係るバルブ装置の部分断面図である。 特許文献１（Ａ）、特許文献２（Ｂ）及び本願発明（Ｃ）のバルブボディの相違を模式的に示す図である。 インナーディスクの斜視図である。 内側環状部の下端部の部分断面図である。 インナーディスクが所定の位置に配置されたときの、下側シートがとりつけられた内側環状部の下端部の部分断面図である。 インナーディスクが所定の位置に配置されたときの、下側シートがとりつけられた内側環状部の下端部の断面写真である。 本発明の一実施形態に係るバルブ装置の半導体製造プロセスへの適用例を示す概略図である。 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。 特許文献１のメタルダイヤフラムの部分断面図である。 特許文献２のバルブ装置の部分断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　図１は、本発明の実施の形態に係るバルブ装置の部分断面図であるが、このバルブ装置の説明の前に図２及び図３の説明をする。図２は、特許文献１（Ａ）、特許文献２（Ｂ）及び本願発明（Ｃ）のバルブボディの相違を模式的に示すもので、バルブボディの違いを説明する。
　図２（Ａ）は、特許文献１のメタルダイヤフラム１００のバルブボディ１０１を示す。流体入口１１０と流体出口１１１は弁室１１２で連通している。図２（Ｂ）は、特許文献２のバルブ装置２００のバルブボディ２０２を示す。第１の流路２２１と第２の流路２２２は弁室２２３で連通している。図２（Ｂ）の弁室２２３は、図２（Ａ）の弁室１１２と比べて上下方向に拡大しており、図２（Ａ）の場合は流体出口１１１の通路は下から上に向かって弁室１１２と連通しているのに対して、図２（Ｂ）の場合は第２の通路２２２は横方向から直接弁室２２３と連通している。この構造の違いによって、バルブ装置２００は、メタルダイヤフラム１００と比べてより多くの流体を流すことが出来て、Ｃｖ値もより大きくすることができる。
　図２（Ｃ）のバルブ装置１は、本願発明の一実施形態のバルブボディ１０を示すものである。内部に第１流路１１，第２流路１２及び弁室１３が形成されている。図２（Ｃ）と図２（Ｂ）との違いは、図２（Ｂ）では弁室２２３の底面がフラットであるのに対して、図２（Ｃ）は、弁室１２の底面において、第１流路１１の開口の周囲が突出している点である。これが、本願発明の特徴部分の１つである。
　図３は、インナーディスク２０の斜視図で、このインナーディスク２０は、弁室１３に配設される。インナーディスク２０は、外側環状部２１と、内側環状部２２と、外側環状部２１と内側環状部２２とを接続する接続部２３を備えている。内側環状部２２の上端部には、上側シート２６（図１参照）が納まる上側シート用溝２２ａが形成されている。外側環状部２３には、第２開口２４が４つあけられている。この第２開口２４を通過して流体は第２流路２４（図１参照）に流れ出る。
　次に図１のバルブ装置１の全体について説明する。バルブボディ１０には第１流路１１、第２流路１２及び弁室１３が形成され、上部にはボンネット部１６が内部に凹所を備えて形成されている。弁室１３には、上記図３で説明したインナーディスク２０が配置させられている。内側環状部２２の上部には上側シート２６、下部には下側シート２５が配設され、下側シート２５が弁室底面１４と密着している。弁室底面１４には、第１開口１５があいており、弁室１３と連通される。インナーディスク２０配置後は、流体は第１開口１５を通過し、内側環状部２２の内部に入る。接続部２３には第２開口２４があけられている。上側シート２６の上には押さえアダプタ３０で押圧されるダイヤフラム３３が配設されている。
　ボンネット１６の上方には、下側ケーシング５０と上側ケーシング６０を筐体とするアクチュエータが配置されている。アクチュエータは、スプリングコイル６１、第１ピストン６５、バルクヘッド７２，第２ピストン６９、ステム３８から構成され、操作ガス供給口６２から導入された操作ガスが操作ガス通路６４を通ってステム３８を上下動させる。上側ケーシング６０と下側ケーシング５０とは、上側ケーシング下部雌ねじ７１と下側ケーシング雄ねじ５１との螺合で接続している。気密性を保つために多くのＯリング６３，６６，６７，６８，７０，５２が配設させられている。
　下側ケーシング５０の下部凹所には、蓋４０、テーパリング３９、ボール３７で構成されるストローク増大機構が備えられている。バルブボディ１０とアクチュエータとはナット３４によってつながれている。ナット下部雌ねじ３５とボンネット部上部雄ねじ１７が螺合している。ボンネット上部雄ねじ４３と下部ケーシング雌ねじ５３とは螺合しており、ナット３４を捻じ込むことで押えアダプタ３０がダイヤフラム３３周縁を押圧し、外側環状部２１との間でダイヤフラム３３を固定している。蓋雄ねじ４１とナット上部雌ねじ４２とは螺合している。
　ステム３８の先端テーパー部がディスク３６を下方に押圧し、ディスク３６がダイヤフラム押さえ３２を下方に押圧し、ダイヤフラム３３を押圧して変形させて上側シート２６に接触させて流体の流れを遮断する。ステム３８が上方に移動すると開となり流体が流れる。
　図４は、内側環状部２２の下端部の部分断面図を示し、下端面には下側シート２５を保持する環状の下側シート用溝２２ｂが形成されている。下側シート用溝２２ｂの外側の下端面である外側下端面２２ｄの位置は、内側の下端面である内側下端面２２ｅの位置よりも下に位置している。これは。下側シート２５を挿入した後に内側環状部２２の外周側から内方に加締めをして下側シート２５が抜けないようにするために、内側環状部２２の外周側下端部を内側に切込み２２ｃを使って折り曲げるためである。なお、内側環状部２２の上端部も下端部と略同様の構造で、上側シート２６を上側シート用溝に加締めにより固定している。
　図５は、インナーディスク２０が所定の位置に配置されたときの、下側シート２５がとりつけられた内側環状部２２の下端部の部分断面図を示し、内側環状部２２の外周側下端部を内側に、切込み２２ｃを使って加締められている。押さえアダプタ３０（図１参照）からの上からの押圧力で下側シート２５は、バルブボディ１０に形成された弁室１３の弁室底面１４に開口する第１開口１５側の弁室底面突出部１４ａの上面である弁室底面突出部上面１４ｂと当接する。そのため、下側シート下端面２５ａは図に示すように、元々フラットであったものが段差を生じて、押しつぶされた状態になり、インナーディスク２０は所定の位置に容易に配置されることになる。インナーディスク２０が容易に所定の位置に配置されることによって、Ｃｖ値を確保し、破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置となる。
　内側下端面２２ｅと弁室底面突出部上面１４ｂとの間には隙間２２ｆがあり、この隙間２２ｆに、塑性変形し膨出した内側膨出部２５ｂが入り込むので、下側シート２５がより潰れやすくなるため、よりインナーディスク２０を所定の位置に組み立てやすくなり、よりＣｖ値を確保し、より破損するおそれの少ないインナーディスク２０を備えるバルブ装置１とすることが出来る。
　図６は、インナーディスク２０が所定の位置に配置されたときの、下側シート２５がとりつけられた内側環状部２２の下端部の実際の切断写真である。下側シート下端面２５ａは、押圧された部分と押圧されない部分との境界に明瞭に段差が生じているのがわかる。また、下側シート２５は、第１開口１５（図１参照）側が膨出して内側膨出部２５ｂが形成されているのが明瞭にわかる。なお、下側シート２５の膨出（肉流れ）は、弁室底面突出部上面１４ｂと下側シート２５との当接部が、下側シート２５の内側のため、内側に生じるが、弁室底面突出部上面１４ｂを図例より外側に形成するときは当接部が下側シート２５の外側となり膨出部も外側に形成される。
　下側シート２５は、合成樹脂、例えばＰＦＡ、ＰＡ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ等が用いられるが、樹脂は高負荷をかけ続けると時間とともに変形が進んでいく現象であり、最終的に破損に到る場合がある。図６の点線で囲まれた部分が高負荷領域であり、下側シート２５の外側部分には負荷がかかっていない。このため、負荷がかかっていない外側部分はクリープ現象が起こりにくくなっており、クリープ変形は外側部分でクリープの進行が止められ下側シート２５が破損することを防ぐことが出来る。弁室底面突出部１４ａがないと、下側シート下端面２５ａ全面が平面となり、下側シート２５の外側にもクリープ変形が起こり、最終的に破断に到る可能性が高まる。
　図７は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置の半導体製造プロセスへの適用例を示す概略図であり、バルブ装置１の適用例について説明する。図７に示す半導体製造装置３００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、３０１はプロセスガス供給源、３０２はガスボックス、３０３はタンク、３０４は制御部、３０５は処理チャンバ、３０６は排気ポンプを示している。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３０２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ３０５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制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
　タンク３０３は、ガスボックス３０２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。制御部３０４は、バルブ装置１への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。処理チャンバ３０５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３０６は、処理チャンバ３０５内を真空引きする。このようなシステム構成によれば、制御部３０４からバルブ装置１に流量調整のための指令を送れば、処理ガスの初期調整が可能になる。
　図８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り、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。図８に示す流体制御装置には、幅方向Ｗ１，Ｗ２に沿って配列され長手方向Ｇ１，Ｇ２に延びる金属製のベースプレートＢＳ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。ベースプレートＢＳには、複数の流路ブロック３１２を介して各種流体機器３１１Ａ～３１１Ｅが設置され、複数の流路ブロック３１２によって、上流側Ｇ１から下流側Ｇ２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）３１１Ａ、レギュレータ３１１Ｂ、プレッシャーゲージ３１１Ｃ、開閉弁（３方弁）３１１Ｄ、マスフローコントローラ３１１Ｅ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３１３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。本発明は、上記の開閉弁３１１Ａ、３１１Ｄ、レギュレータ３１１Ｂ等の種々のバルブ装置に適用可能である。
　以上説明したように、本発明のバルブ装置は、インナーディスクを所定の位置に組み立てやすくすることによって、Ｃｖ値を確保し、破損するおそれの少ないインナーディスクを備えるバルブ装置等を提供することができ、流体制御装置や半導体製造装置にも好適に用いることができる。
　１　　バルブ装置
　１０　バルブボディ
　１１　第１流路
　１２　第２流路
　１３　弁室
　１４　弁室底面
　１４ａ　弁室底面突出部
　１４ｂ　弁室底面突出部上面
　１５　第１開口
　１６　ボンネット部
　１７　ボンネット部上部雄ねじ
　２０　インナーディスク
　２１　外側環状部
　２２　内側環状部
　２２ａ　上側シート用溝
　２２ｂ　下側シート用溝
　２２ｃ　切込み
　２２ｄ　外側下端面
　２２ｅ　内側下端面
　２２ｆ　隙間
　２３　接続部
　２４　第２開口
　２５　下側シート
　２５ａ　下側シート下端面
　２５ｂ　内側膨出部
　２６　上側シート
　３０　押さえアダプタ
　３２　ダイヤフラム押さえ
　３３　ダイヤフラム
　３４　ナット
　３５　ナット下部雌ねじ
　３６　ディスク
　３７　ボール
　３８　ステム
　３９　テーパリング
　４０　蓋
　４１　蓋雄ねじ
　４２　ナット上部雌ねじ
　４３　ナット上部雄ねじ
　５０　下側ケーシング
　５１　下側ケーシング上部雄ねじ
　５２　Ｏリング
　５３　下側ケーシング下部雌ねじ
　６０　上側ケーシング
　６１　スプリングコイル
　６２　操作ガス供給口
　６３　Ｏリング
　６４　操作ガス通路
　６５　第１ピストン
　６６、６７、６８　Ｏリング
　６９　第２ピストン
　７０　Ｏリング
　７１　上側ケーシング下部雌ねじ
　７２　バルクヘッド
　３００　半導体製造装置
　３０１　プロセスガス供給源
　３０２　ガスボックス
　３０３　タンク
　３０４　制御部
　３０５　処理チャンバ
　３０６　排気ポンプ
　３１１Ａ　開閉弁（２方弁）
　３１１Ｂ　レギュレータ
　３１１Ｃ　プレッシャーゲージ
　３１１Ｄ　開閉弁（３方弁）
　３１１Ｅ　マスフローコントローラ
　３１２　流路ブロック
　３１３　導入管

Claims (7)

  1. 　流体通路である第１流路及び第２流路並びに当該第１流路及び第２流路と連通する弁室を形成するバルブボディと、
    　前記第１流路の縁端の前記弁室に開口する第１開口の周囲に配置される内側環状部、前記内側環状部の外周側に配置される外側環状部、及び前記第２流路と連通する複数の第２開口を有し、前記内側環状部と前記外側環状部とを接続する接続部とを有するインナーディスクと、
    　前記内側環状部の上端部に配設される環状の上側シートと接触・離間することにより前記第１流路と前記第２流路との遮断・連通を行い、下面周縁部が前記外側環状部の上面と接触し、上面周縁部を上方から下方へ押圧する押さえアダプタにより押圧配置させられるダイヤフラムと、
    　前記内側環状部の下端部に配設され、前記弁室の底面である弁室底面と密着する環状の下側シートとを備え、
    　前記弁室底面の前記第１開口側の周縁部が上方に突出する環状の弁室底面突出部が、前記下側シートの下端面である下側シート下端面の一部と密着するバルブ装置。
  2. 　前記下側シートは、前記内側環状部の前記バルブボディ側の端面に形成された下側シート用溝に保持される、請求項１に記載のバルブ装置。
  3. 　前記弁室底面突出部の上面と、前記内側環状部の下端面との間には、前記押さえアダプタにより前記ダイヤフラムが押圧配置させられた際に発生する前記下側シートの膨出部を収容する隙間がある請求項１または２に記載のバルブ装置。
  4. 　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１～３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。
  5. 　請求項１～３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。
  6. 　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１～３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。
  7. 　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１～３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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