(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-12
(45)【発行日】2022-10-20
(54)【発明の名称】バルブ装置
(51)【国際特許分類】
F16K 27/02 20060101AFI20221013BHJP
F16K 7/12 20060101ALI20221013BHJP
【ＦＩ】
F16K27/02
F16K7/12 B
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2019551108
(86)(22)【出願日】2018-10-22
(86)【国際出願番号】 JP2018039154
(87)【国際公開番号】W WO2019087838
(87)【国際公開日】2019-05-09
【審査請求日】2021-09-21
(31)【優先権主張番号】P 2017210282
(32)【優先日】2017-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】110002893
【氏名又は名称】弁理士法人ＫＥＮ知財総合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100186750
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 健司
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 一誠
(72)【発明者】
【氏名】執行 耕平
(72)【発明者】
【氏名】相川 献治
(72)【発明者】
【氏名】中田 知宏
(72)【発明者】
【氏名】松田 隆博
(72)【発明者】
【氏名】篠原 努
【審査官】篠原 将之
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０４７５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０３６５６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３１１４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０２１２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１６８４９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｋ ２７／０２
Ｆ１６Ｋ ７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブロック状のバルブボディを有するバルブ装置であって、 前記バルブボディは、対向する上面および底面、前記上面および底面の間で延びる側面を画定するとともに、当該バルブボディの上面で開口しかつバルブ要素が内蔵される収容凹部と、前記収容凹部に接続された一次側流路および二次側流路と、を画定し、
前記バルブ要素は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断し、かつ、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させるものであり、
当該バルブ要素は、
一端面に形成された環状の座面と、他端面に形成された環状のシール面と、前記座面およびシール面の内側に形成され前記一端面および他端面を貫通する流通流路とを有するバルブシートと、
前記収容凹部内に設けられ、前記バルブシートのシール面が当接し当該シール面からの押圧力を支持する支持面を有するバルブシートサポートと、
前記座面に当接および離隔可能に前記収容凹部内に設けられたダイヤフラムと、
を有し、
前記ダイヤフラムは、当該ダイヤフラムと前記座面との間隙を通じて、前記流通流路と前記二次側流路とを連通させ、
前記バルブシートサポートは、前記収容凹部の内壁面の一部と協働して前記一次側流路と前記二次側流路との連通を遮断するシール面と、前記一次側流路と前記流通流路を接続する迂回流路とを有する、バルブ装置。
【請求項2】
前記一次側流路は、前記バルブボディの底面で開口し、 前記二次側流路は、前記バルブボディ内で複数に分岐する分岐流路を含み、
複数の前記分岐流路は、前記上面、底面および側面のいずれかで開口している、ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項3】
前記二次側流路は、前記バルブボディの長手方向において前記収容凹部に対して互いに反対側に形成された第１および第２の二次側流路を含み、 前記第１および第２の二次側流路の一方の端部は前記バルブボディ内で閉塞し、
前記第１および第２の二次側流路の他方の端部は前記側面で開口している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ装置。
【請求項4】
前記第１および第２の二次側流路は、前記バルブボディの長手方向に延びる共通の軸線上に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項5】
前記収容凹部の内壁面の一部と前記バルブシートサポートのシール面との間に設けられたシール部材をさらに有する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項6】
前記シール部材は、前記バルブシートからの押圧力を受けて、前記収容凹部の内壁面の一部と前記バルブシートサポートとの間で圧し潰されるように形成されている、請求項５に記載のバルブ装置。
【請求項7】
前記バルブシートを前記支持面に対して位置決めし、かつ、当該バルブシートを前記支持面に向けて押圧する位置決め押圧部材をさらに有し、前記位置決め押圧部材は、前記ダイヤフラムと前記座面との間隙を介して前記流通流路と前記二次側流路とを連通させる流路を有する、請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項8】
前記位置決め押圧部材は、前記バルブボディと前記ダイヤフラムとの間に設けられている、請求項７に記載のバルブ装置。
【請求項9】
前記ダイヤフラムを駆動するアクチュエータをさらに有し、 前記アクチュエータを収容するケーシングが前記バルブボディにねじ込まれ、
前記位置決め押圧部材は、前記ケーシングのねじ込み力を利用して前記バルブシートを、前記バルブシートサポートを挟んで前記収容凹部の底面に向けて押圧する、請求項７又は８に記載のバルブ装置。
【請求項10】
流体の流量を制御する流量制御装置であって、 請求項１～９のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流量制御装置。
【請求項11】
流体の流量制御に請求項１～９のいずれかに記載のバルブ装置を用いた流量制御方法。
【請求項12】
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１～９のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流体制御装置。
【請求項13】
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１～９のいずれかに記載のバルブ装置を用いる、半導体製造方法。
【請求項14】
処理チャンバにプロセスガスを供給する流体制御装置を有し、 前記流体制御装置は、複数の流体機器を含み、
前記流体機器は、請求項１～９のいずれかに記載のバルブ装置を含む、半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バルブ装置、これを用いた流量制御装置、流体制御装置、流量制御方法、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセス等の各種製造プロセスにおいては、正確に計量したプロセスガスをプロセスチャンバに供給するために、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た流体制御装置が用いられている。
上記のような流体制御装置では、管継手の代わりに、流路を形成した設置ブロック(以下、ベースブロックと呼ぶ)をベースプレートの長手方向に沿って配置し、このベースブロック上に複数の流体機器や管継手が接続される継手ブロック等を含む各種流体機器を設置することで、集積化を実現している(例えば、特許文献１参照)。
上記のような流体制御装置では、管継手の代わりに、流路を形成した設置ブロック(以下、ベースブロックと呼ぶ)をベースプレートの長手方向に沿って配置し、このベースブロック上に複数の流体機器や管継手が接続される継手ブロック等を含む各種流体機器を設置することで、集積化を実現している(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－３０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
各種製造プロセスにおけるプロセスガスの供給制御には、より高い応答性が求められており、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プロセスチャンバのより近くに設置する必要がある。
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プロセスチャンバ内へ供給する流体の供給流量も増加させる必要がある。
流体制御装置に使用されるバルブ装置では、ブロック状のバルブボディに流体流路が直接形成される。
流体制御装置の小型化に伴い、バルブボディの小型化も当然必要である。しかしながら、バルブボディが小型化すると、流路の流量を確保しつつ流路を最適に配置するのは容易ではない。例えば、流体が流入する一次側の流路に対して、バルブを通過した流体が流通する二次側流路を複数に分岐させる場合、流路の断面積や形成位置を確保することは容易ではなく、バルブボディの小型化も困難となる。
さらに、バルブ装置の一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流させて流出させる必要がある場合には、分流の数に応じた流路を形成する必要があり、バルブボディを大型化する必要がある。
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プロセスチャンバ内へ供給する流体の供給流量も増加させる必要がある。
流体制御装置に使用されるバルブ装置では、ブロック状のバルブボディに流体流路が直接形成される。
流体制御装置の小型化に伴い、バルブボディの小型化も当然必要である。しかしながら、バルブボディが小型化すると、流路の流量を確保しつつ流路を最適に配置するのは容易ではない。例えば、流体が流入する一次側の流路に対して、バルブを通過した流体が流通する二次側流路を複数に分岐させる場合、流路の断面積や形成位置を確保することは容易ではなく、バルブボディの小型化も困難となる。
さらに、バルブ装置の一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流させて流出させる必要がある場合には、分流の数に応じた流路を形成する必要があり、バルブボディを大型化する必要がある。
【0005】
本発明の一の目的は、必要な流量を確保しつつ、バルブボディの流路の配置自由度を飛躍的に高めることが可能な小型化されたバルブ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、装置の小型化を維持しつつ、一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流可能なバルブ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、装置の小型化を維持しつつ、一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流可能なバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の観点に係るバルブ装置は、ブロック状のバルブボディを有するバルブ装置であって、
前記バルブボディは、当該バルブボディの表面で開口しかつバルブ要素が内蔵される収容凹部と、前記収容凹部に接続された一次側流路および二次側流路と、を画定し、
前記バルブ要素は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断し、かつ、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる。
前記バルブボディは、当該バルブボディの表面で開口しかつバルブ要素が内蔵される収容凹部と、前記収容凹部に接続された一次側流路および二次側流路と、を画定し、
前記バルブ要素は、前記一次側流路と前記二次側流路との前記収容凹部を通じた直接的な連通を遮断し、かつ、当該バルブ要素を通じて前記一次側流路と前記二次側流路とを連通させる。
【0007】
好適には、前記バルブボディは、対向する上面および底面、前記上面および底面の間で延びる側面を画定し、
前記収容凹部は、前記バルブボディの上面で開口しており、
前記バルブ要素は、
一端面に形成された環状の座面と、他端面に形成された環状のシール面と、前記座面およびシール面の内側に形成され前記一端面および他端面を貫通する流通流路とを有するバルブシートと、
前記収容凹部内に設けられ、前記バルブシートのシール面が当接し当該シール面からの押圧力を支持する支持面を有するバルブシートサポートと、
前記バルブシートサポートに支持された前記座面に当接および離隔可能に前記収容凹部内に設けられたダイヤフラムと、を有し、
前記ダイヤフラムは、当該ダイヤフラムと前記座面との間隙を通じて、前記流通流路と前記二次側流路とを連通させ、
前記バルブシートサポートは、前記収容凹部の内壁面の一部と協働して前記一次側流路と前記二次側流路との連通を遮断するシール面と、前記一次側流路と前記流通流路を接続する迂回流路とを有する。
前記収容凹部は、前記バルブボディの上面で開口しており、
前記バルブ要素は、
一端面に形成された環状の座面と、他端面に形成された環状のシール面と、前記座面およびシール面の内側に形成され前記一端面および他端面を貫通する流通流路とを有するバルブシートと、
前記収容凹部内に設けられ、前記バルブシートのシール面が当接し当該シール面からの押圧力を支持する支持面を有するバルブシートサポートと、
前記バルブシートサポートに支持された前記座面に当接および離隔可能に前記収容凹部内に設けられたダイヤフラムと、を有し、
前記ダイヤフラムは、当該ダイヤフラムと前記座面との間隙を通じて、前記流通流路と前記二次側流路とを連通させ、
前記バルブシートサポートは、前記収容凹部の内壁面の一部と協働して前記一次側流路と前記二次側流路との連通を遮断するシール面と、前記一次側流路と前記流通流路を接続する迂回流路とを有する。
【0008】
さらに好適には、前記一次側流路は、前記バルブボディの底面で開口し、
前記二次側流路は、前記バルブボディ内で複数に分岐し、分岐流路は、前記バルブボディの上面、底面および側面のいずれかで開口している、構成を採用できる。また、前記二次側流路は、前記バルブボディの長手方向において前記収容凹部に対して互いに反対側に形成された第１および第２の二次側流路を含み、前記第１および第２の二次側流路の一方の端部は前記バルブボディ内で閉塞し、前記第１および第２の二次側流路の他方の端部は前記バルブボディの側面で開口している、構成を採用できる。さらに好適には、前記第１および第２の二次側流路は、前記バルブボディの長手方向に延びる共通の軸線上に形成されている、構成を採用できる。
前記二次側流路は、前記バルブボディ内で複数に分岐し、分岐流路は、前記バルブボディの上面、底面および側面のいずれかで開口している、構成を採用できる。また、前記二次側流路は、前記バルブボディの長手方向において前記収容凹部に対して互いに反対側に形成された第１および第２の二次側流路を含み、前記第１および第２の二次側流路の一方の端部は前記バルブボディ内で閉塞し、前記第１および第２の二次側流路の他方の端部は前記バルブボディの側面で開口している、構成を採用できる。さらに好適には、前記第１および第２の二次側流路は、前記バルブボディの長手方向に延びる共通の軸線上に形成されている、構成を採用できる。
【0009】
また、前記収容凹部の内壁面の一部と前記バルブシートサポートのシール面との間に設けられたシール部材をさらに有する、構成を採用できる。この場合、
前記シール部材は、前記バルブシートからの押圧力を受けて、前記収容凹部の内壁面の一部と前記バルブシートサポートとの間で押し潰されるように形成されている、構成を採用できる。
前記シール部材は、前記バルブシートからの押圧力を受けて、前記収容凹部の内壁面の一部と前記バルブシートサポートとの間で押し潰されるように形成されている、構成を採用できる。
【0010】
さらに、前記バルブシートを前記バルブシートサポートの支持面に対して位置決めし、かつ当該バルブシートを前記バルブシートサポートの支持面に向けて押圧する位置決め押圧部材をさらに有し、
前記位置決め押圧部材は、前記ダイヤフラムと前記座面との間隙を介して前記バルブシートの流通流路と前記二次側流路とを連通させる流路を有する、構成を採用できる。好適には、前記位置決め押圧部材は、前記バルブボディと前記ダイヤフラムとの間に設けられている、構成を採用できる。さらに好適には、前記ダイヤフラムを駆動するアクチュエータをさらに有し、前記アクチュエータを収容するケーシングが前記バルブボディにねじ込まれ、前記位置決め押圧部材は、前記ケーシングのねじ込み力を利用して前記バルブシートを前記バルブシートサポートの支持面に向けて押圧する、構成を採用できる。
前記位置決め押圧部材は、前記ダイヤフラムと前記座面との間隙を介して前記バルブシートの流通流路と前記二次側流路とを連通させる流路を有する、構成を採用できる。好適には、前記位置決め押圧部材は、前記バルブボディと前記ダイヤフラムとの間に設けられている、構成を採用できる。さらに好適には、前記ダイヤフラムを駆動するアクチュエータをさらに有し、前記アクチュエータを収容するケーシングが前記バルブボディにねじ込まれ、前記位置決め押圧部材は、前記ケーシングのねじ込み力を利用して前記バルブシートを前記バルブシートサポートの支持面に向けて押圧する、構成を採用できる。
【0011】
本発明の流量制御装置は、流体の流量を制御する流量制御装置であって、
上記のバルブ装置を含む。
本発明の流量制御方法は、流体の流量制御に上記構成のバルブ装置を含む流体制御装置を用いる。
上記のバルブ装置を含む。
本発明の流量制御方法は、流体の流量制御に上記構成のバルブ装置を含む流体制御装置を用いる。
【0012】
本発明の流体制御装置は、
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、上記のバルブ装置を含む。
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、上記のバルブ装置を含む。
【0013】
本発明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のバルブ装置を用いる。
【0014】
本発明の半導体製造装置は、処理チャンバにプロセスガスを供給する流体制御装置を有し、
前記流体制御装置は、複数の流体機器を含み、
前記流体機器は、上記のバルブ装置を含む。
前記流体制御装置は、複数の流体機器を含み、
前記流体機器は、上記のバルブ装置を含む。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、バルブボディに収容凹部を設け、当該収容凹部にバルブシートサポートを収容し、一次側流路と二次側流路との連通を遮断し、一方で、バルブシートサポートに支持されたバルブシートの流通流路と一次側流路とをバルブシートサポートの迂回流路で接続する構成としたので、一次側流路および二次側流路は、収容凹部に接続されていればよく、一次側流路および二次側流路の配置の自由度を飛躍的に高めることができる。
また、本発明によれば、一次側流路および二次側流路の配置を最適化することで、バルブボディのさらなる小型化も可能となる。
さらに、本発明によれば、二次側流路の配置を最適化しつつ二次側流路を分岐させることにより、一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流可能となる。
また、本発明によれば、一次側流路および二次側流路の配置を最適化することで、バルブボディのさらなる小型化も可能となる。
さらに、本発明によれば、二次側流路の配置を最適化しつつ二次側流路を分岐させることにより、一次側の流路に流入する流体を二次側で多数に分流可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1A】本発明の一実施形態に係るバルブ装置の一部に縦断面を含む正面図。
【図4】インナーディスクの断面図。
【図5】バルブシートの断面図。
【図6】バルブシートサポートの断面図。
【図7】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。
【図8】本実施形態に係るバルブ装置が適用される半導体製造装置の一例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。
図１Ａ～図１Ｅは本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構造を示し、図２および図３は図１Ａのバルブ装置の動作を示す、図４はインナーディスク、図５はバルブシートおよび図６はバルブシートサポートの断面構造を示している。
図１Ａ～図３において、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２０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。Ｃ１，Ｃ２は、バルブボディ２０の長手方向Ｂ１，Ｂ２に直交する幅方向を示し、Ｃ１が前面側、Ｃ２が背面側を示すものとする。
図１Ａ～図１Ｅは本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構造を示し、図２および図３は図１Ａのバルブ装置の動作を示す、図４はインナーディスク、図５はバルブシートおよび図６はバルブシートサポートの断面構造を示している。
図１Ａ～図３において、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２０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。Ｃ１，Ｃ２は、バルブボディ２０の長手方向Ｂ１，Ｂ２に直交する幅方向を示し、Ｃ１が前面側、Ｃ２が背面側を示すものとする。
【0018】
バルブボディ２０は、上面視で長方形状を有するブロック状の部材であり、上面２０ｆ１および底面２０ｆ２、上面２０ｆ１および底面２０ｆ２の間で延びる側面４つの側面２０ｆ３～２０ｆ６を画定している。加えて、上面２０ｆ１で開口する収容凹部２２を画定している。図２等からわかるように、収容凹部２２は、直径の異なる内周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃと底面２２ｄとで構成されている。内周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、この順に直径が小さくなっている。収容凹部２２に、後述するバルブ要素２が内蔵されている。
バルブボディ２０は、収容凹部２２に接続された一次側流路２１および二次側流路２４を画定している。一次側流路２１は、バルブ要素２を通じてガス等の流体が外部から供給される側の流路であり、二次側流路２４はガス等の流体を外部へ流出させる流路である。一次側流路２１は、バルブボディ２０の底面２０ｆ２に対して傾斜して形成され底面２０ｆ２で開口している。一次側流路２１の開口の周囲には、図示しないシール保持部２１ａが形成されている。シール保持部２１ａには、シール部材としてガスケットが配置される。バルブボディ２０は図示しない他の流路ブロックとねじ穴２０ｈ１に締結ボルトをねじ込むことで連結される。この際に、シール保持部２１ａに保持部されたガスケットは、図示しない他の流路ブロックとの間で締結ボルトの締結力で押し潰されるので、一次側流路２１の開口の周囲はシールされる。
バルブボディ２０は、収容凹部２２に接続された一次側流路２１および二次側流路２４を画定している。一次側流路２１は、バルブ要素２を通じてガス等の流体が外部から供給される側の流路であり、二次側流路２４はガス等の流体を外部へ流出させる流路である。一次側流路２１は、バルブボディ２０の底面２０ｆ２に対して傾斜して形成され底面２０ｆ２で開口している。一次側流路２１の開口の周囲には、図示しないシール保持部２１ａが形成されている。シール保持部２１ａには、シール部材としてガスケットが配置される。バルブボディ２０は図示しない他の流路ブロックとねじ穴２０ｈ１に締結ボルトをねじ込むことで連結される。この際に、シール保持部２１ａに保持部されたガスケットは、図示しない他の流路ブロックとの間で締結ボルトの締結力で押し潰されるので、一次側流路２１の開口の周囲はシールされる。
【0019】
ガスケットとしては、金属製又は樹脂製などのガスケットを挙げることが出来る。ガスケットしては、軟質ガスケット、セミメタルガスケット、メタルガスケットなどが挙げられる。具体的には、以下のものが好適に使用される。
（１）軟質ガスケット
・ゴムＯリング
・ゴムシート(全面座用)
・ジョイントシート
・膨張黒鉛シート
・ＰＴＦＥシート
・ＰＴＦＥジャケット形
（２）セミメタルガスケット
・うず巻形ガスケット(Ｓｐｉｒａｌ－ｗｏｕｎｄ ｇａｓｋｅｔｓ)
・メタルジャケットガスケット
（３）メタルガスケット
・金属平形ガスケット
・メタル中空Ｏリング
・リングジョイント
なお、後述する分岐流路２５，２６の開口の周囲に設けられたシール保持部２５ａ１，２６ｂ１も同様であり詳細説明は省略する。
（１）軟質ガスケット
・ゴムＯリング
・ゴムシート(全面座用)
・ジョイントシート
・膨張黒鉛シート
・ＰＴＦＥシート
・ＰＴＦＥジャケット形
（２）セミメタルガスケット
・うず巻形ガスケット(Ｓｐｉｒａｌ－ｗｏｕｎｄ ｇａｓｋｅｔｓ)
・メタルジャケットガスケット
（３）メタルガスケット
・金属平形ガスケット
・メタル中空Ｏリング
・リングジョイント
なお、後述する分岐流路２５，２６の開口の周囲に設けられたシール保持部２５ａ１，２６ｂ１も同様であり詳細説明は省略する。
【0020】
二次側流路２４は、バルブボディ２０の長手方向Ｂ１，Ｂ２において収容凹部２２に対して互いに反対側に形成された２つの二次側流路２４Ａ，２４Ｂを含む。二次側流路２４Ａ，２４Ｂは、バルブボディ２０の長手方向Ｂ１，Ｂ２に延びる共通の軸線Ｊ１上に形成されている。二次側流路２４Ａは、一端が収容凹部２２の内周面２２ｂで開口し、他端２４ａ１はバルブボディ２０の内部で閉塞している。二次側流路２４Ｂは、一端が収容凹部２２の内周面２２ｂで開口し、他端２４ｂ１は側面２０ｆ６側で開口している。二次側流路２４Ｂの側面２０ｆ６の開口には、溶接等の手段により、閉塞部材３０が設けられ、二次側流路２４Ｂの開口は閉塞されている。二次側流路２４Ａ，２４Ｂは、ドリル等の工具を用いて容易に加工できる。
二次側流路２４Ａは、他端２４ａ１で２本の分岐流路２５に分岐し、上面２０ｆ１で開口している。二次側流路２４Ｂは、中途で２本の分岐流路２６に分岐し、上面２０ｆ１で開口している。
すなわち、本実施形態に係るバルブ装置１では、一次側流路２１に流入するガス等の流体を、二次側流路２４の分岐流路２５，２６により４つに分流することができる。
二次側流路２４Ａは、他端２４ａ１で２本の分岐流路２５に分岐し、上面２０ｆ１で開口している。二次側流路２４Ｂは、中途で２本の分岐流路２６に分岐し、上面２０ｆ１で開口している。
すなわち、本実施形態に係るバルブ装置１では、一次側流路２１に流入するガス等の流体を、二次側流路２４の分岐流路２５，２６により４つに分流することができる。
【0021】
バルブ要素２は、ダイヤフラム１４と、インナーディスク１５と、バルブシート１６と、バルブシートサポート５０とを有する。バルブ要素２は、一次側流路２１と二次側流路２４との収容凹部２２を通じた直接的な連通を遮断し、かつ、当該バルブ要素２を通じて一次側流路２１と二次側流路２４とを連通させる。以下、バルブ要素２について具体的に説明する。
収容凹部２２内には、内周面２２ｃと嵌合する外径をもつバルブシートサポート５０が挿入されている。バルブシートサポート５０は、図６に示すように、円柱状の金属製部材であり、中心部に貫通孔からなる迂回流路５０ａが形成され、上端面に迂回流路５０ａを中心とする環状の支持面５０ｆ１が形成されている。バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１は、平坦面からなり、その外周部には、段差が形成されている。バルブシートサポート５０の外周面５０ｂ１は、収容凹部２２の内周面２２ｃに嵌る直径を有し、下端側の小径化された外周面５０ｂ２との間には段差が存在する。この段差により、円環状の端面５０ｂ３が形成されている。外周面５０ｂ２には、図２等に示すように、ＰＴＦＥ等の樹脂製のシール部材５１が嵌め込まれる。シール部材５１は、断面形状が矩形状に形成され、後述するように、収容凹部２２の底面２２ｄとバルブシートサポート５０の端面５０ｂ３との間で押し潰される寸法を有する。シール部材５１が収容凹部２２の底面２２ｄとバルブシートサポート５０の端面５０ｂ３との間で押し潰されると、バルブシートサポート５０の外周面５０ｂ１と収容凹部２２の内周面２２ｃおよび底面２２ｄとの間に樹脂が入り込み、バルブシートサポート５０と収容凹部２２との間が確実にシールされる。すなわち、シール面としての外周面５０ｂ２および端面５０ｂ３は、収容凹部２２の内周面２２ｃおよび底面２２ｄと協働して一次側流路２１と二次側流路２４との連通を遮断する。
収容凹部２２内には、内周面２２ｃと嵌合する外径をもつバルブシートサポート５０が挿入されている。バルブシートサポート５０は、図６に示すように、円柱状の金属製部材であり、中心部に貫通孔からなる迂回流路５０ａが形成され、上端面に迂回流路５０ａを中心とする環状の支持面５０ｆ１が形成されている。バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１は、平坦面からなり、その外周部には、段差が形成されている。バルブシートサポート５０の外周面５０ｂ１は、収容凹部２２の内周面２２ｃに嵌る直径を有し、下端側の小径化された外周面５０ｂ２との間には段差が存在する。この段差により、円環状の端面５０ｂ３が形成されている。外周面５０ｂ２には、図２等に示すように、ＰＴＦＥ等の樹脂製のシール部材５１が嵌め込まれる。シール部材５１は、断面形状が矩形状に形成され、後述するように、収容凹部２２の底面２２ｄとバルブシートサポート５０の端面５０ｂ３との間で押し潰される寸法を有する。シール部材５１が収容凹部２２の底面２２ｄとバルブシートサポート５０の端面５０ｂ３との間で押し潰されると、バルブシートサポート５０の外周面５０ｂ１と収容凹部２２の内周面２２ｃおよび底面２２ｄとの間に樹脂が入り込み、バルブシートサポート５０と収容凹部２２との間が確実にシールされる。すなわち、シール面としての外周面５０ｂ２および端面５０ｂ３は、収容凹部２２の内周面２２ｃおよび底面２２ｄと協働して一次側流路２１と二次側流路２４との連通を遮断する。
【0022】
バルブシートサポート５０の迂回流路５０ａは、収容凹部２２の底面２２ｄで開口する一次側流路２１と接続される。
バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１上には、バルブシート１６が設けられている。
バルブシート１６は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂で弾性変形可能に形成され図５に示すように、円環状に形成され、一端面に円環状の座面１６ｓが形成され、他端面に円環状のシール面１６ｆが形成されている。座面１６ｓおよびシール面１６ｆの内側には、貫通孔からなる流通流路１６ａが形成されている。バルブシート１６は、その外周側に小径部１６ｂ１と大径部１６ｂ２とを有し、小径部１６ｂ１と大径部１６ｂ２との間には段差部が形成されている。
バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１上には、バルブシート１６が設けられている。
バルブシート１６は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂で弾性変形可能に形成され図５に示すように、円環状に形成され、一端面に円環状の座面１６ｓが形成され、他端面に円環状のシール面１６ｆが形成されている。座面１６ｓおよびシール面１６ｆの内側には、貫通孔からなる流通流路１６ａが形成されている。バルブシート１６は、その外周側に小径部１６ｂ１と大径部１６ｂ２とを有し、小径部１６ｂ１と大径部１６ｂ２との間には段差部が形成されている。
【0023】
バルブシート１６は、位置決め押圧部材としてのインナーディスク１５により、バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１に対して位置決めされ、かつバルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１に向けて押圧されている。具体的には、インナーディスク１５の中心部に形成された大径部１５ａ１と小径部１５ａ２とが形成され、大径部１５ａ１と小径部１５ａ２との間には段差面１５ａ３が形成されている。インナーディスク１５の一端面側には、円環状の平坦面１５ｆ１が形成さている。インナーディスク１５の他端面側には、外側に円環状の平坦面１５ｆ２が形成され、内側に円環状の平坦面１５ｆ３が形成されている。平坦面１５ｆ２と平坦面１５ｆ３とは高さが異なり、平坦面１５ｆ３が平坦面１５ｆ１寄りに位置している。インナーディスク１５の外周側には、収容凹部２２の内周面２２ａに嵌合する外周面１５ｂが形成されている。さらに、一端面および他端面を貫通する流路１５ｈが円周方向に等間隔に複数形成されている。インナーディスク１５の大径部１５ａ１と小径部１５ａ２とに、バルブシート１６の大径部１６ｂ２と小径部１６ｂ１とが嵌ることにより、バルブシート１６は、バルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１に対して位置決めされる。
インナーディスク１５の平坦面１５ｆ２は、収容凹部２２の内周面２２ａと内周面２２ｂとの間に形成された平坦な段差面上に設置される。インナーディスク１５の平坦面１５ｆ１上には、ダイヤフラム１４が設置され、ダイヤフラム１４上には、押えリング１３が設置される。
インナーディスク１５の平坦面１５ｆ２は、収容凹部２２の内周面２２ａと内周面２２ｂとの間に形成された平坦な段差面上に設置される。インナーディスク１５の平坦面１５ｆ１上には、ダイヤフラム１４が設置され、ダイヤフラム１４上には、押えリング１３が設置される。
【0024】
アクチュエータ１０は、空圧等の駆動源により駆動され、上下方向Ａ１，Ａ２に移動可能に保持されたダイヤフラム押え１２を駆動する。アクチュエータ１０のケーシング１１の先端部は、図１Ａに示すように、バルブボディ２０にねじ込まれて固定されている。そしてこの先端部が、押えリング１３を下方Ａ２に向けて押圧し、ダイヤフラム１４は、収容凹部２２内で固定される。ダイヤフラム１４は、収容凹部２２を開口側で密閉している。また、インナーディスク１５も下方Ａ２に向けて押圧される。インナーディスク１５の平坦面１５ｆ２が収容凹部２２の段差面に押し付けられた状態において、段差面１５ａ３がバルブシート１６をバルブシートサポート５０の支持面５０ｆ１に向けて押圧するように、段差面１５ａ３の高さは設定されている。また、インナーディスク１５の平坦面１５ｆ３は、バルブシートサポート５０の上端面に当接しないようになっている。
ダイヤフラム１４は、バルブシート１６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。ダイヤフラム１４は、バルブシート１６の座面１６ｓに対して当接離隔可能にバルブボディ２０に支持されている。
ダイヤフラム１４は、バルブシート１６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。ダイヤフラム１４は、バルブシート１６の座面１６ｓに対して当接離隔可能にバルブボディ２０に支持されている。
【0025】
図２において、ダイヤフラム１４はダイヤフラム押え１２により押圧されて弾性変形し、バルブシート１６の座面１６ｓに押し付けられている状態にある。ダイヤフラム１４は、ダイヤフラム押え１２による押圧を開放すると、図３に示すように、球殻状に復元する。ダイヤフラム１４がバルブシート１６の座面１６ｓに押し付けられている状態では、一次側流路２１と二次側流路２４との間の流路は閉鎖された状態にある。ダイヤフラム押え１２が上方向Ａ１に移動されると、図３に示すように、ダイヤフラム１４がバルブシート１６の座面１６ｓから離れる。そして、一次側流路２１から供給される流体は、ダイヤフラム１４とバルブシート１６の座面１６ｓとの間隙を通じて、二次側流路２４Ａ，２４Ｂに流入し、最終的には、分岐流路２５，２６を通じてバルブボディ２０の外部に流出する。
【0026】
以上のように、本実施形態によれば、バルブボディ２０に収容凹部２２を設け、当該収容凹部２２にバルブシートサポート５０を収容し、一次側流路２１と二次側流路２４との連通を遮断し、一方で、バルブシートサポート５０に支持されたバルブシート１６の流通流路１６ａと一次側流路２１とをバルブシートサポート５０の迂回流路５０ａで接続している。この結果、一次側流路２１および二次側流路２４は、収容凹部２２に接続されていればよく、一次側流路２１および二次側流路２４の配置の自由度が飛躍的に増す。すなわち、本実施形態のように、二次側流路２４を長手方向Ｂ１，Ｂ２に延在させることが可能となり、流路の配置の最適化が非常に容易となる。一次側流路２１および二次側流路２４の配置を最適化することで、バルブボディ２０のさらなる小型化も可能となる。
【0027】
上記実施形態では、二次側流路２４は、バルブボディ２０内で複数に分岐し、分岐流路２５，２６がバルブボディ２０の上面２０ｆ１で開口する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、底面２０ｆ２や側面２０ｆ３～２０ｆ６のいずれかで開口する構成も採用できる。
【0028】
上記実施形態では、インナーディスク１５とバルブシート１６とを別部材としたが、インナーディスク１５とバルブシート１６とを一体化することも可能である。
【0029】
図７を参照して、上記実施形態に係るバルブ装置１が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図７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９９２を介して各種流体機器９９１Ａ～９９１Ｅが設置され、複数の流路ブロック９９２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。
図７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９９２を介して各種流体機器９９１Ａ～９９１Ｅが設置され、複数の流路ブロック９９２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。
【0030】
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）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３方弁）９９１Ｄ、流量制御装置であるマスフローコントローラ９９１Ｅ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９９３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。
【0031】
本実施形態に係るバルブ装置１は、上記のマスフローコントローラ９９１Ｅに適用可能であり、このマスフローコントローラ９９１Ｅで流体の流量制御が行われる。また、開閉弁（２方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３方弁）９９１Ｄ等のバルブに、本実施形態に係るバルブ装置１を適用可能である。
【0032】
次に、上記の流体制御装置が適用される半導体製造装置の例を図８に示す。
半導体製造装置１０００は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 法）による半導体製造プロセスを実行するためのシステムであり、６００はプロセスガス供給源、７００はガスボックス、７１０はタンク、８００は処理チャンバ、９００は排気ポンプを示している。図７に示した流体制御装置は、ガスボックス７００内に収容される。
基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックス７００から供給される処理ガスをバッファとしてのタンク７１０に一時的に貯留し、処理チャンバ８００の直近に設けられたバルブ７２０を高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給する。
ＡＬＤ法は、化学気相成長法の１つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、２種類以上の処理ガスを１種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
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、基板の大口径化等により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
流体制御装置を内蔵するガスボックス７００は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ８００に供給する。タンク７１０は、流体制御装置７００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。
処理チャンバ８００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９００は、処理チャンバ８００内を真空引きする。
半導体製造装置１０００は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 法）による半導体製造プロセスを実行するためのシステムであり、６００はプロセスガス供給源、７００はガスボックス、７１０はタンク、８００は処理チャンバ、９００は排気ポンプを示している。図７に示した流体制御装置は、ガスボックス７００内に収容される。
基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックス７００から供給される処理ガスをバッファとしてのタンク７１０に一時的に貯留し、処理チャンバ８００の直近に設けられたバルブ７２０を高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給する。
ＡＬＤ法は、化学気相成長法の１つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、２種類以上の処理ガスを１種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
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、基板の大口径化等により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
流体制御装置を内蔵するガスボックス７００は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ８００に供給する。タンク７１０は、流体制御装置７００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。
処理チャンバ８００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９００は、処理チャンバ８００内を真空引きする。
【0033】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、上記適用例では、バルブ装置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。
【符号の説明】
【0034】
１ バルブ装置
２ バルブ要素
１０ アクチュエータ
１１ ケーシング
１２ ダイヤフラム押え
１３ 押えリング
１４ ダイヤフラム
１５ インナーディスク
１５ｈ 流路
１６ バルブシート
１６ａ 流通流路
１６ｆ シール面
１６ｓ 座面
２０ バルブボディ
２０ｆ１ 上面
２０ｆ２ 底面
２０ｆ３～２０ｆ６ 側面
２０ｈ１ ねじ穴
２１ 一次側流路
２１ａ シール保持部
２４Ａ，２４Ｂ，２４ 二次側流路
２５，２６ 分岐流路
３０ 閉塞部材
５０ バルブシートサポート
５０ａ 迂回流路
５０ｆ１ 支持面
５０ｂ２，５０ｂ３ シール面
５１ シール部材
６００ プロセスガス供給源
７００ ガスボックス
７１０ タンク
７２０ バルブ
８００ 処理チャンバ
９００ 排気ポンプ
１０００ 半導体製造装置
９９１Ａ ：開閉弁（２方弁）
９９１Ｂ ：レギュレータ
９９１Ｃ ：プレッシャーゲージ
９９１Ｄ ：開閉弁（３方弁）
９９１Ｅ ：マスフローコントローラ
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
Ａ１ 上方向
Ａ２ 下方向
ＢＳ ：ベースプレート
Ｊ１ ：軸線
Ｗ１ ：幅方向
Ｗ２ ：幅方向
２ バルブ要素
１０ アクチュエータ
１１ ケーシング
１２ ダイヤフラム押え
１３ 押えリング
１４ ダイヤフラム
１５ インナーディスク
１５ｈ 流路
１６ バルブシート
１６ａ 流通流路
１６ｆ シール面
１６ｓ 座面
２０ バルブボディ
２０ｆ１ 上面
２０ｆ２ 底面
２０ｆ３～２０ｆ６ 側面
２０ｈ１ ねじ穴
２１ 一次側流路
２１ａ シール保持部
２４Ａ，２４Ｂ，２４ 二次側流路
２５，２６ 分岐流路
３０ 閉塞部材
５０ バルブシートサポート
５０ａ 迂回流路
５０ｆ１ 支持面
５０ｂ２，５０ｂ３ シール面
５１ シール部材
６００ プロセスガス供給源
７００ ガスボックス
７１０ タンク
７２０ バルブ
８００ 処理チャンバ
９００ 排気ポンプ
１０００ 半導体製造装置
９９１Ａ ：開閉弁（２方弁）
９９１Ｂ ：レギュレータ
９９１Ｃ ：プレッシャーゲージ
９９１Ｄ ：開閉弁（３方弁）
９９１Ｅ ：マスフローコントローラ
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
Ａ１ 上方向
Ａ２ 下方向
ＢＳ ：ベースプレート
Ｊ１ ：軸線
Ｗ１ ：幅方向
Ｗ２ ：幅方向
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】