特許 7333577 バルブ装置、このバルブ装置を用いた流体制御装置および半導体製造装置

(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】2023-08-17

(45)【発行日】2023-08-25

(54)【発明の名称】バルブ装置、このバルブ装置を用いた流体制御装置および半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 27/00 20060101AFI20230818BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20230818BHJP

【ＦＩ】

F16K27/00 B

H01L21/02 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019059802

(22)【出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2020159477

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-02-21

(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

(72)【発明者】

【氏名】余湖 隆司

(72)【発明者】

【氏名】里見 優樹

(72)【発明者】

【氏名】茂木 雄太

(72)【発明者】

【氏名】稲田 敏之

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８４５８１２９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５７４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１１４１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３０４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００５９９０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１６９８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３５０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １／００－１／５４

２７／００－２７／１２

３１／０６－３１／１１

Ｈ０１Ｌ ２１／００－２１／０２

２１／０４－２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流路と、弁が開くと前記第１流路と連通する第２流路と、前記第１流路と常時連通する第３流路とを有するバルブボディと、
前記第２流路と接続される第４流路と前記第３流路と接続される第５流路と、前記第４流路と前記第５流路とが合流する共通流路とを有し、前記バルブボディと締結部材により連結される継手ブロックと、
前記バルブボディの第３流路の開口と前記継手ブロックの第５流路の開口との間に設けられ、かつ、前記バルブボディと前記継手ブロックにより圧せられるオリフィスガスケットと、を有し、
前記第１流路と前記第２の流路との間はダイヤフラムで開閉され、かつ、前記第１流路と前記第３流路とを接続する流路の一部は前記ダイヤフラムで画定されている、バルブ装置。

【請求項2】

前記バルブボディの第２流路の開口と前記継手ブロックの第４流路の開口との周囲に設けられ、かつ、前記バルブボディと前記継手ブロックにより圧せられるガスケットをさらに有する、請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項3】

前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路は、前記バルブボディの共通面で開口している、請求項１又は２に記載のバルブ装置。

【請求項4】

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ないし３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5】

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ないし３のいずれかに記載のバルブ装置を用いた半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、バルブ装置、このバルブ装置を用いた流体制御装置および半導体製造装置に関する。

【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、バルブが閉じた状態においても流入口から流出路に一定流量のガス等の流体を流すいわゆるブリードバルブが用いられることがある。
たとえば、特許文献１は、バルブシートにブリード用の流通孔を設けることにより、バルブ閉状態であっても流入路から流出路に一定流量のガスを流すことができるバルブ装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８－１４４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたバルブ装置では、ブリード用の流通孔を変更して流量を変更するのは容易ではない。また、ブリード用の流通孔に塵等が詰まって流量が変化したような場合に、メインテナンス性が良くない。

【0005】

本発明の一の目的は、バルブ閉状態であっても流入路から流出路に一定流量のガスを流すことができるバルブ装置であって、ブリード流量の変化に容易に対応でき、メインテナンス性も改善し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、上記のバルブ装置を用いた流体制御装置、半導体製造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】

本発明のバルブ装置は、流体が流入する第１流路と、前記第１流路と弁が開くと連通する第２流路と、前記第１流路と常時連通する第３流路とを有するバルブボディと、
前記第２流路と接続される第４流路と前記第３流路と接続される第５流路と、前記第４流路と前記第５流路とが合流する共通流路とを有し、前記バルブボディと締結部材により連結される継手ブロックと、
前記バルブボディの第３流路の開口と前記継手ブロックの第５流路の開口との間に設けられ、かつ、前記バルブボディと前記継手ブロックにより圧せられる金属製のオリフィスガスケットと、を有する。

【0007】

好適には、前記バルブボディの第２流路の開口と前記継手ブロックの第４流路の開口との周囲に設けられ、かつ、前記バルブボディと前記継手ブロックにより圧せられる金属製のガスケットをさらに有する。

【0008】

さらに好適には、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路は、前記バルブボディの共通面で開口している。

【0009】

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、構成である。

【0010】

本発明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流量制御に上記のバルブ装置を用いた、構成である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、バルブ閉状態であっても流入路から流出路に一定流量の流体を流すことができるとともに、ブリード流量の変化に容易に対応でき、メインテナンス性も改善したバルブ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るバルブ装置の外観斜視図。

【図2】図１のバルブ装置の内部構造を概略的に示す部分断面図。

【図3】半導体製造装置の構成の一例を示す概略図。

【図4】流体制御装置の一例を示す外観斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。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。
なお、図中に示す矢印Ａ，Ｂは、バルブ装置１０に流れる流体の流れを示すものであって、矢印Ａがバルブ装置１０への流体の流入方向を示し、矢印Ｂがバルブ装置１０からの流体の流出方向を示しているが、逆方向になってもよい。

【0014】

図１および図２に示すように、バルブ装置１０は、バルブボディ１１、アクチュエータ１５、ダイヤフラム１９、下流側の継手ブロック２０、上流側の継手ブロック４０、オリフィスガスケット５０、ガスケット５１，５２を有する。

【0015】

バルブボディ１１は、上面視において矩形状を有しており、それぞれ底面から弁室１１ａに向かって延びる、本発明の第１流路としての流入路１２と本発明の第２流路としての第１の流出路１３Ａおよび本発明の第３流路としての第２の流出路１３Ｂが形成されている。
第１の流出路１３Ａは、弁室１１ａの底面で開口し、この開口の周囲にバルブシート１６が設けられている。
流入路１２および第２の流出路１３Ｂの弁室１１ａ側の端部は、環状の接続流路１４により接続され、流入路１２および第２の流出路１３Ｂは常時連通している。
ダイヤフラム１９は、接続流路１４、バルブシート１６および第１の流出路１３Ａの開口を覆うように配置され、ダイヤフラム１９の外周縁部が押えアダプタ１７を介してアクチュエータ１５のケーシング１５ａの下端部によりバルブボディ１１に押圧固定されている。

【0016】

ダイヤフラム押え１８は、アクチュエータ１５により上下方向に駆動され、ダイヤフラム押え１８によって弁体としてのダイヤフラム１９がバルブシート１６に押し付けられているバルブ閉状態では、流入路１２と第１の流出路１３Ａとの連通は遮断される。ダイヤフラム１９がバルブシート１６から離れると、流入路１２と第１の流出路１３Ａとが連通する。このように、バルブ装置１０では、三方弁が構成されている。
アクチュエータ１５は、例えば、空圧により駆動されるものが採用されるが、これに限定されるわけではない。

【0017】

継手ブロック２０は、第１の流出路１３Ａと接続される本発明の第４流路としての第１流路２２Ａと、第２の流出路１３Ｂと接続される本発明の第４流路としての第２流路２２Ｂと、第１流路２２Ａと第２流路２２Ｂとが合流する共通流路２３とが形成されている。
継手ブロック４０は、流入路１２と接続される流路４１が形成されている。
継手ブロック２０，４０は、複数の締結部材ＢＴにより、バルブボディ１１に締結される。

【0018】

オリフィスガスケット５０は、バルブボディ１１の第２の流出路１３Ｂの開口と継手ブロック２０の第２流路２２Ｂの開口との間に設けられ、かつ、前記と前記継手ブロックにより圧せられる。オリフィスガスケット５０は、金属製や合成樹脂製で、流体が通過するオリフィス孔（第２の流出路１３Ｂおよび第２流路２２Ｂの径よりも小径）を有し、バルブボディ１１の第２の流出路１３Ｂと継手ブロック２０の第２流路２２Ｂとの間をシールするシール部材としての役割と、オリフィス孔により流量を制限する役割とを果たす。

【0019】

ガスケット５１は、金属製や合成樹脂製で、バルブボディ１１の第１の流出路１３Ａの開口と継手ブロック２０の第１流路２２Ａの開口の周囲に設けられ、第１の流出路１３Ａと第１流路２２Ａとの間をシールする。
ガスケット５２は、金属製や合成樹脂製で、バルブボディ１１の流入路１２の開口と継手ブロック４０の流路４１の開口の周囲に設けられ、流入路１２と流路４１の間をシールする。

【0020】

上記構成のバルブ装置１０では、バルブ閉状態では、継手ブロック４０の流路４１、バルブボディ１１の流入路１２、第２の流出路１３Ｂを介してオリフィスガスケット５０のオリフィス孔から一定流量の流体が共通流路２３に供給される。すなわち、バルブ閉状態であっても流入路から流出路に一定流量の流体を流すことができるバルブ装置１０が提供される。オリフィス孔を通じて流すブリード流量を変更したい場合には、その流量に合わせた径のオリフィスガスケット５０に交換すれば容易に対応できる。オリフィスガスケット５０の交換は、バルブボディ１１を取り外すことで実施できるので、保守が非常に容易である。すなわち、バルブボディ１１の底面(共通面)で３本の流路が開口されているので、バルブボディ１１のみを取り外せば、ガスケットの交換が容易可能となる。また、バルブ開状態では、第２の流出路１３Ｂはオリフィス孔により流量を制限されているので、第１の流出路１３Ａへの流体の供給が支配的になる。すなわち、１つのバルブを開閉することで、流量の異なる流体を提供することができる。言い換えれば、弁開閉で、選択的に大流量/小流量の供給ができる

【0021】

次に、図３を参照して、上記したバルブ装置１０の適用される半導体製造装置の一構成例について説明する。

【0022】

図３に示す半導体製造装置１０００は、密閉されたチャンバ（処理チャンバ８００）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、プロセスガスの流量制御にバルブ装置１０を用いたものである。たとえば、図３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。

【0023】

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。

【0024】

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ため、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（プロセスガス）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。

【0025】

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に供給するために、各種の流体機器を集積化した流体制御装置をボックスに収容したものである。流体制御装置は、複数の流体機器が配列されたものである。バルブ装置１０は、ガスボックス内に一流体機器として設けられる。

【0026】

タンク７１０は、ガスボックス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。

【0027】

図４を参照して、本発明のバルブ装置１０が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図４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は背面側、Ｗ２は正面側，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。

【0028】

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（二方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（三方弁）９９１Ｄ、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。
バルブ装置１０はこのような流体制御装置の一つの流体機器として用いられる。

【0029】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。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。

【符号の説明】

【0030】

１０ ：バルブ装置
１１ ：バルブボディ
１１ａ ：弁室
１２ ：流入路(第１流路)
１３Ａ ：第１の流出路(第２流路)
１３Ｂ ：第２の流出路(第３流路)
１４ ：接続流路
１５ ：アクチュエータ
１５ａ ：ケーシング
１６ ：バルブシート
１７ ：押えアダプタ
１８ ：ダイヤフラム押え
１９ ：ダイヤフラム
２０ ：継手ブロック
２２Ａ ：第１流路(第４流路)
２２Ｂ ：第２流路(第５流路)
２３ ：共通流路
４０ ：継手ブロック
４１ ：流路
５０ ：オリフィスガスケット
５１ ：ガスケット
５２ ：ガスケット
６００ ：プロセスガス供給減
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
９９１Ａ ：開閉弁（二方弁）
９９１Ｂ ：レギュレータ
９９１Ｃ ：プレッシャーゲージ
９９１Ｄ ：開閉弁（三方弁）
９９１Ｅ ：マスフローコントローラ
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
１０００ ：半導体製造装置
ＢＳ ：ベースプレート
ＢＴ ：締結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】