JP3808071B2 - 薬液制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、薬液の供給制御を行う薬液制御弁に関する。さらに詳細には、研磨粒子などの粒子を含んだ薬液を供給制御する際に、粒子同士が凝集しないようにすることができる薬液制御弁に関するものである。

従来より、半導体製造におけるＣＭＰ（研磨）工程では、研磨粒子を含んだ薬液（スラリー）を使用してウエハの研磨が行われている。すなわち、スラリーをウエハ上に一定量供給しながら、ウエハを回転させて研磨を行っているのである。そして、スラリーの供給を制御する制御弁の１つとして、例えば、特開２００２−３１０３１６号公報に開示された制御弁が挙げられる。

この制御弁の概略構成を図１９に示す。制御弁１２０は、図１９に示すように、カバー１０１およびシリンダチューブ１０２からなる駆動部１０３に連結するボディ１２１に、流体の入力ポート又は出力ポートになる第１開口部１０９及び第２開口部１１０を同一軸線上に設け、第１開口部１０９に連通する流路１１１を設けている。そして、流路１１１が中央部に設けられた突起部１１２の端面に、流路１１１に連通する弁孔１１３ａが形成された弁座１１３を取り付けている。そして、弁座１１３の弁孔１１３ａと第２開口部１１０を連通させる連通流路１２２を、突起部１１２の周りに螺旋状に設けている。

これにより、制御弁１２０では、連通流路１２２の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座１１３付近に乱流部が発生することを減少させることができるようになっている。

特開２００２−３１０３１６号公報（第３〜４頁、第１図）

しかしながら、上記の特開２００２−３１０３１６号公報に開示された制御弁１２０は、連通流路１２２の内壁付近に滞留部が発生することを減少させるとともに、弁座１１３付近に乱流部が発生することを減少させることはできるが、スラリーを供給した際にスラリー中の研磨粒子を拡散させることができないという問題があった。この問題は、特開２００２−３１０３１６号公報に開示された制御弁以外のものでも同様である。すなわち、現状においては、スラリーが制御弁内を通過する際に、スラリー中の研磨粒子を凝集させないように拡散させる対策が施された制御弁が存在しない。

そして、スラリー中の研磨粒子は凝集しやすいため、現状の制御弁を使用してスラリーの供給を行うと、スラリー中の研磨粒子同士が凝集するおそれが非常に高い。研磨粒子同士が凝集してしまうと、粒子径の大きな研磨粒子がウエハ上に供給されてしまうため、ウエハの研磨において、ウエハーに対して致命的な欠陥（傷が付いてしまう（スキラッチと称されている））が生じて歩留まりが悪くなってしまう。また、凝集した研磨粒子が制御弁内や配管内に沈殿して堆積していき、制御弁や配管の詰まりが生じるおそれもあった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際に、薬液中の粒子を拡散させて凝集させないようにすることができる薬液制御弁を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る薬液制御弁は、薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、入力流路および出力流路と、前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、前記突起部の端面に設けられるとともに、前記第１連通流路に連通する弁孔が形成された弁座と、前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、前記弁座に当接・離間する弁体と、前記突起部の外周端部に設けられた障壁と、を有することを特徴とするものである。

この薬液制御弁では、弁体が弁座から離間すると、入力流路に供給された薬液が第１連通流路および第２連通流路を介して出力流路に供給される。ここで、この薬液制御弁には、突起部の外周端部に障壁が設けられている。このため、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際、第２連通流路の上方へ噴き上げるような流れが形成される。これにより、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）に薬液の滞留部が発生しにくくなる。したがって、この薬液制御弁では、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）で薬液中の粒子が凝集することくなく拡散する。

本発明に係る薬液制御弁においては、前記障壁は、その両端部が前記出力流路の中心線を基準として両側にそれぞれ３０〜９０度をなして位置することが望ましい。好ましくは、前記障壁の両端部が前記出力流路の中心線を基準として両側にそれぞれ６０度程度をなして位置するのがよい。

ここで、出力流路の中心線を基準として３０度未満となるように障壁の両端部を位置させると、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際、第２連通流路の上方へ噴き上げるような流れが形成されない。また、出力流路の中心線を基準として９０度を超えるように障壁の両端部を位置させると、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際の抵抗が大きくなり、速度係数（以下、「Ｃｖ値」という。）が低下する。

したがって、上記した範囲内に障壁の両端部を位置させる、言い換えると障壁の幅（周方向における大きさ）を設定しているのである。こうすることにより、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際、Ｃｖ値の低下を抑制しつつ、第２連通流路の上方へ噴き上げるような流れを確実に形成することができる。したがって、この薬液制御弁では、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際に、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）で薬液中の粒子が凝集することくなく拡散する。

また、本発明に係る薬液制御弁においては、前記障壁の高さは、前記弁座の弁体当接面よりも高く、かつ弁全開時における前記弁体の下面位置よりも低いことが望ましい。障壁の高さが弁座の弁体当接面より低いと、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際に、第２連通流路の上方へ噴き上げるような流れを形成することができず、また、障壁の高さが弁全開時における弁体の下面位置よりも高いと、Ｃｖ値が大幅に低下するからである。

また、本発明に係る薬液制御弁においては、前記障壁の高さは、前記弁座の弁体当接面を基準として前記弁体の移動量の略半分であることが望ましい。これにより、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際、Ｃｖ値の低下を抑制しつつ、第２連通流路の上方へ噴き上げるような流れを確実に形成することができるからである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る別形態の薬液制御弁は、薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、入力流路および出力流路と、前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、前記弁座に当接・離間する弁体とを有し、前記弁体の下面に、前記第１連通流路から第２連通流路に薬液が供給される際に、薬液を前記弁体の周辺全体に拡散させる拡散部材が設けられていることを特徴とするものである。

この薬液制御弁では、弁体が弁座から離間すると、入力流路に供給された薬液が第１連通流路および第２連通流路を介して出力流路に供給される。ここで、この薬液制御弁には、弁体の下面に拡散部材が設けられている。このため、薬液が第１連通路から第２連通流路に流れ出る際、弁体下面に衝突した後に拡散部材により弁体の周辺全体に流れ出て第２連絡流路へ流れる。これにより、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）の全周域に薬液が流れる。したがって、この薬液制御弁では、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）の全周域に薬液中の粒子を拡散させることができるので粒子が凝集することを防止することができる。

本発明に係る別形態の薬液制御弁薬液制御弁においては、前記拡散部材の端部は、弁全開時に前記弁孔内に位置することが望ましい。これにより、第１連通流路と第２連通流路との連通部付近（弁体下部の外周付近）の全周域に薬液を確実に流すことができるからである。

そして、前記拡散部材は、具体的には、前記第１連絡通路を流れ出る薬液に前記弁体の中央から外周方向への流れを形成させるための複数の羽根を備えているものとすればよい。すなわち、ポンプ等に備わる羽根車と同様の形状にすればよいのである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る別形態の薬液制御弁は、薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、入力流路および出力流路と、前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、前記弁座に当接・離間する弁体とを有し、前記第２連通流路の底面の縦断面形状が略半円形に形成されていることを特徴とするものである。

この薬液制御弁では、弁体が弁座から離間すると、入力流路に供給された薬液が第１連通流路および第２連通流路を介して出力流路に供給される。ここで、この薬液制御弁では、第２連通流路の底面の縦断面形状が略半円形に形成されているので、第２連通流路底部に角部が存在しない。このため、第２連通流路底部において薬液の流速が低下することがない。したがって、この薬液制御弁では、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際、薬液中の粒子が第２連絡流路底部に溜まり凝集することを防止することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る別形態の薬液制御弁は、薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、入力流路および出力流路と、前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、前記弁座に当接・離間する弁体とを有し、前記入力流路と前記第１連通流路との連通屈曲部の外側にテーパ部が形成されていることを特徴とするものである。

この薬液制御弁では、弁体が弁座から離間すると、入力流路に供給された薬液が第１連通流路および第２連通流路を介して出力流路に供給される。ここで、この薬液制御弁では、入力流路と第１連通流路との連通屈曲部の外側にテーパ部が形成されているので、入力流路と第１連通流路との連通屈曲部の外側に薬液の大きな滞留部が発生することを防止することができる。したがって、この薬液制御弁では、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際、薬液中の粒子が入力流路と第１連通流路との連通屈曲部の外側に溜まり凝集することを防止することができる。

本発明の別形態に係る薬液制御弁においては、前記テーパ部は、前記第１連通流路の中心線に対して３０〜６０度をなすことが望ましい。これにより、入力流路と第１連通流路との連通屈曲部の外側に薬液の大きな滞留部を確実に発生させないことができるからである。また、テーパ部の角度を上記範囲にするのは、テーパ部が第１連通流路の中心線に対して３０度未満の角度をなすものであると、入力流路とテーパ部との境付近に比較的大きな薬液の滞留部が発生し、テーパ部が第１連通流路の中心線に対して６０度超の角度をなすものであると、第１連通流路とテーパ部との境付近に比較的大きな薬液の滞留部が発生するからである。

また、本発明の別形態に係る薬液制御弁においては、前記テーパ部を備える前記連通屈曲部における最小流路径は、前記入力流路の径と略同一であることが望ましい。これにより、Ｃｖ値を低下させることなく、入力流路と第１連通流路との連通屈曲部の外側に薬液の大きな滞留部が発生することを防止することができるからである。

そして、上記した各薬液制御弁は、半導体製造装置で使用される研磨粒子を含む薬液（スラリー）の供給を制御するのに好適なものである。

各薬液制御弁は、研磨粒子を含むスラリーの供給制御を行う際に、スラリー中の研磨粒子を拡散させて凝集させないようにすることができるので、粒子径が大きくなった研磨粒子がウエハ上に供給されることを防止することができるからである。その結果、ウエハの研磨において、ウエハに対して致命的な欠陥を生じさせることがないので歩留まりを向上させることができる。また、研磨粒子が凝集しないため、研磨粒子が弁内や配管内に沈殿して堆積することがないので、制御弁内の流路や配管が詰まることを防止することができる。

なお、上記した各薬液制御弁の構成を任意に組み合わせることもできる。これにより、上記した各効果を相乗的に得ることができる。

本発明に係る薬液制御弁によれば、突起部の外周端部に設けられた障壁、弁体の下面に設けられた拡散部材、断面形状が略半円形である底面を備える第２連通流路、あるいは入力流路と第１連通流路との連通屈曲部外側に設けられたテーパ部の少なくとも１つを有するので、研磨粒子などの粒子を含む薬液の供給制御を行う際に、薬液中の粒子を拡散させて凝集させないようにすることができる。

以下、本発明の薬液制御弁を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。以下に述べる実施の形態は、半導体製造のＣＭＰ工程においてスラリー（研磨粒子を含む薬液）の供給を制御するために使用される薬液制御弁である。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を図１および図２に示す。図１は、第１の実施の形態に係る薬液制御弁の縦断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る薬液制御弁の流路形状を示す上面図である。

第１の実施の形態に係る薬液制御弁１０は、図１示すように、ベースプレート１１と、ボディ１２と、シリンダ１３と、カバー１４とを備えている。そして、ベースプレート１１上にボディ１２が固設され、ボディ１２とシリンダ１３とが連結されている。また、シリンダ１３の上方にカバー１４が配置されている。

ボディ１２には、入力流路２０および出力流路２１が形成されている。そして、ボディ１２の中央部には、入力流路２０に連通する第１連通流路２２が形成された突起部２３が設けられている。突起部２３の周りには、図２に示すように、出力流路２１に連通する第２連通流路２４，２５が形成されている。この第２連通流路２４，２５は、出力流路２１から突起部２３の両側（図１では突起部２３を挟んで前後）に形成されている。第２連通流路２４，２５の底面２４ａ，２５ａは、入力流路２０を回避するために、出力流路２１側から入力流路２０側に向かって同一角度で斜め上がりに形成されている。そのため、第２連通流路２４，２５は、突起部２３を挟んで対称形状をなしている。

また、突起部２３の上端部には弁座２６が配設され、その弁座２６には第１連通流路２２に連通する弁孔２６ａが形成されている。これにより、入力流路２０は、第１連通流路２２、弁座２６の弁孔２６ａ、第２連通流路２４，２５を介して、出力流路２１に連通するようになっている。

ここで、弁座２６の外周底部の一部分に障壁４０が設けられている。この障壁４０について、図３および図４をも参照しながら説明する。図３は、障壁の斜視図である。図４は、障壁の縦断面図である。この障壁４０は、図２および図３に示すように、円弧形状をなす板状のものであり、出力流路２１側に取り付けられている。障壁４０の幅方向（周方向）の大きさは、障壁４０の両端部の位置が、図２および図３に示す角度αが３０〜９０度程度となる範囲内に設定すればよい。こうすることにより、薬液が第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、Ｃｖ値の低下を抑制しつつ、第２連通流路２４，２５の上方へ噴き上げるような流れを確実に形成することができるからである。なお、角度αは、出力流路２１の中心線Ｌ１と弁孔２６ａの中心Ｃと障壁４０の端部とを結ぶ線Ｌ２とがなす角である。

また、障壁４０の断面形状は、図４に示すように、先細りのテーパ形状（テーパ角β）となっている。障壁４０の断面形状をこのような形状にすることにより、第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れる薬液が、第２連通流路２４，２５の上方へスムーズに噴き上げるようにすることができる。なお、本実施の形態では、テーパ角βは略１５度である。

また、障壁４０の高さは、弁座２６におけるダイアフラム弁体２７の当接面（弁座２６の頂部）２６ｃよりも高く、かつ弁全開時におけるダイアフラム弁体２７の底面位置よりも低くなるようにすればよい。好ましくは、弁座２６におけるダイアフラム弁体２７の当接面２６ｃを基準とした場合における障壁４０の高さＨが、ダイアフラム弁体２７のストロークの略半分となるのがよい。こうすることにより、薬液が第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、Ｃｖ値が低下することを抑制しつつ、第２連通流路２４，２５の上方へ噴き上げるような流れを確実に形成することができるからである。

このように、薬液制御弁１０は、上記した形状を有する障壁４０を弁座２６の外周底部に設けているので、薬液が第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、Ｃｖ値の低下を抑制しつつ、第２連通流路２４，２５の上方へ噴き上げるような流れを確実に形成することができるようになっている。これにより、薬液制御弁１０は、スラリーの供給制御を行う際に、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（弁体２７の下部外周付近）で研磨粒子を凝集させずに拡散させることができるようになっている。なお、第１の実施の形態では、角度αは略６０度であり、高さＨは略３ｍｍ（ダイアフラム弁体２７のストロークが約６ｍｍに設定されているので、ダイアフラム弁体２７のストロークの略半分）に設定されている。

図１に戻って、シリンダ１３には、ピストンロッド３０が摺動可能に設けられている。シリンダ１３の上方にカバー１４が取付られることにより、カバー１４、ピストンロッド３０、およびシリンダ１３により空間３１が形成されている。この空間３１には、ピストンロッド３０を下方へ付勢するためのスプリング３２が配設されている。また、カバー１４には、空間３１に連通する通気ポート３３が形成されている。また、シリンダ１３の下部に、ピストンロッド３０とシリンダ１３とにより空間３４が形成されている。そして、シリンダ１３に、空間３４に連通する操作ポート３５が形成されている。

また、ピストンロッド３０の下端には、ダイアフラム弁体２７が取り付けられている。ダイアフラム弁体２７は、その外周部がボディ１２とシリンダ１３とで狭持され、第２連通流路２４，２５を密閉している。

次に、上記の構成を有する薬液制御弁１０の動作について説明する。まず、ノーマル状態（操作ポート３５から圧縮空気が供給されていない状態）では、スプリング３２の付勢力によって、ピストンロッド３０が下方に押し下げられるため、ピストンロッド３０の下端に設けられたダイヤフラム弁体２７が弁座２６に当接している。より詳細には、弁座２７の内周頂部にダイアフラム弁体２７が当接している。このため、入力流路２０と出力流路２１とが遮断される。この状態で、スラリーが入力流路２０に供給される。なお、障壁４０は、弁座２６の外周部に設けているので、ダイアフラム弁体２７が弁座２６の頂部に当接したときに、ダイアフラム弁体２７と障壁４０とは接触しない。

そして、操作ポート３５を介して空間３４に圧縮空気を給気すると、圧縮空気の圧力がスプリング３２の付勢力より勝り、ピストンロッド３０が上方へ移動する。このとき、空間３１内の空気の一部が通気ポート３３を介して外部に排気されるので、ピストンロッド３０はスムーズに上方へ移動する。このため、ピストンロッド３０の下端に設けられたダイアフラム弁体２７が弁座２６から離間する。これにより、入力流路２０と出力流路２１とが連通する。その結果、入力流路２０から第１連通流路２２にまで供給されたスラリー液が、弁座２６の弁孔２６ａから第２連通流路２４，２５へ流出して、出力流路２１へと供給される。

このとき、薬液制御弁１０には障壁４０が弁座２６の外周底部に設けられているので、スラリーが第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、Ｃｖ値が低下することが抑制されつつ、第２連通流路２４，２５の上方へ噴き上げるような流れが形成される。したがって、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（弁体２７の下部外周付近）でスラリー中の研磨粒子が凝集せずに拡散する。

一方、ボディ１２の操作ポート３５を介して空間３４から圧縮空気を排気すると、スプリング３２の付勢力により、ピストンロッド３０が下方へ移動し、ピストンロッド３０の下端に設けられたダイアフラム弁体２７が弁座２６に当接する。これにより、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５とが遮断されるため、出力流路２１へのスラリーの供給が停止する。このようにして、薬液制御弁１０では、入力流路２０から出力流路２１に流すスラリーの量を制御する。

ここで、薬液制御弁１０と従来の薬液制御弁（障壁４０が存在しないもの）とを用いて、同一条件でスラリーの供給制御を行った際の弁内におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態をシミュレーションにて調べた結果を図５および図６に示す。図５は、第１の実施の形態に係る薬液制御弁１０の結果を示し、図６は、従来の薬液制御弁（障壁４０が存在しないもの）の結果を示す。なお、図５および図６に示す黒点（ドット）が研磨粒子を表している。

図６から従来の薬液制御弁（障壁４０が存在しないもの）では、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）でスラリー中の研磨粒子が凝集していることがわかる。これに対して、図５から第１の実施の形態に係る薬液制御弁１０では、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）にスラリー粒子が凝集することなく、第２連通流路２４，２５の上方へ拡散していることがわかる。

したがって、第１の実施の形態に係る薬液制御弁１０を使用して、スラリーの供給制御を行うことにより、凝集して粒子径が大きくなった研磨粒子がウエハ上に供給されること防止することができる。これにより、ウエハの研磨において、ウエハに対して致命的な欠陥を生じさせることがないので歩留まりを向上させることができる。また、研磨粒子が凝集しないため、研磨粒子が弁内や配管内に沈殿して堆積することがないので、制御弁内の流路や配管が詰まることを防止することができる。

以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る薬液制御弁１０では、弁座２６の外周底部に円弧状の障壁４０を設けたことにより、スラリーが第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、Ｃｖ値が低下することが抑制されつつ、第２連通流路２４，２５の上方へ噴き上げるような流れが形成される。このため、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（弁体２７の下部外周付近）において、スラリー中の研磨粒子を凝集させせずに拡散させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る薬液制御弁は、第１の実施の形態のものと基本的な構成はほぼ等しいが、障壁を設ける代わりに、ダイアフラム弁体の下面に拡散部材を設けた点が異なる。したがって、以下の説明では第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、その他の部分は図面に同一符号を付してその説明を適宜省略する。

そこで、第２の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を図７および図８に示す。図７は、第２の実施の形態に係る薬液制御弁の断面図である。図８は、拡散部材の横断面図（ダイアフラム弁体２７側から見たもの）である。この薬液制御弁１０ａは、図７に示すように、ダイアフラム弁体２７の下面に拡散部材５０を備えている。拡散部材５０は、図８に示すように、１２枚の羽根５１（ポンプ等に備わる羽根車の羽根と同様のもの）を備えており、この羽根５１によって第１連通流路２２から第２連通流路２４，２５に供給されるスラリーをダイアフラム弁体２７の周辺（第２連通流路２４，２５の上部）全体に拡散させるようになっている。また、拡散部材５０の高さ寸法は、その端部が弁全開時に弁孔２６ａ内に位置するように設定されている。拡散部材５０の端部が弁全開時に弁孔２６ａ内に位置しないと、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）の全周域にスラリーを流すことができないからである。

上記の構成を有する薬液制御弁１０ａでは、操作ポート３５に圧縮空気が供給されてダイアフラム弁体２７が弁座２６から離間すると、入力流路２０から第１連通流路２２にまで供給されたスラリーが、弁座２６の弁孔２６ａから第２連通流路２４，２５へ流出して、出力流路２１へと供給される。

このとき、薬液制御弁１０ａには拡散部材５０がダイアフラム弁体２７の下面に設けられているので、スラリーが第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、ダイアフラム弁体２７の下面に衝突した後に、拡散部材５０によりダイアフラム弁体２７の周辺全体に流れ出て第２連絡流路２４，２５へ流れる。したがって、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）で、スラリー中の研磨粒子を凝集させずに拡散させることができる。

ここで、薬液制御弁１０ａと従来の薬液制御弁（拡散部材５０が存在しないもの）とを用いて、同一条件でスラリーの供給制御を行った際の弁内におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態をシミュレーションにて調べた結果を図９および図１０に示す。図９は、第２の実施の形態に係る薬液制御弁１０ａの結果を示し、図１０は、従来の薬液制御弁（拡散部材５０が存在しないもの）の結果を示す。なお、図９および図１０に示す黒点（ドット）が研磨粒子を表している。

図１０から従来の薬液制御弁（拡散部材５０が存在しないもの）では、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）において、スラリー中の研磨粒子が出力流路２１側に偏って存在していることがわかる。これに対して、図９から第２の実施の形態に係る薬液制御弁１０ａでは、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）において、スラリー中の研磨粒子が全周域に拡散していることがわかる。

したがって、第２の実施の形態に係る薬液制御弁１０ａを使用して、スラリーの供給制御を行うことにより、凝集して粒子径が大きくなった研磨粒子がウエハ上に供給されることを防止することができる。これにより、ウエハの研磨において、ウエハに対して致命的な欠陥を生じさせることがないので歩留まりを向上させることができる。また、スラリー中の研磨粒子が凝集しないので、研磨粒子が弁内や配管内に沈殿して堆積することがないため、制御弁内の流路や配管が詰まることを防止することができる。

以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る薬液制御弁１０ａでは、１２枚の羽根５１からなる拡散部材５０をダイアフラム弁体２７の下面に設けたので、スラリーが第１連通路２２から第２連通流路２４，２５に流れ出る際、ダイアフラム弁体２７の下面に衝突した後に、ダイアフラム弁体２７の周辺全体に流出させて第２連絡流路２４，２５へと流すことができる。このため、第１連通流路２２と第２連通流路２４，２５との連通部付近（ダイアフラム弁体２７の下部外周付近）において、スラリー中の研磨粒子を凝集させずに拡散させることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態に係る薬液制御弁は、第１の実施の形態のものと基本的な構成はほぼ等しいが、障壁を設ける代わりに、第２連通流路の底面の断面形状を略半円形に形成した点が異なる。したがって、以下の説明では第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、その他の部分は図面に同一符号を付してその説明を適宜省略する。

そこで、第３の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を図１１に示す。図１１は、第３の実施の形態に係る薬液制御弁の縦断面図である。この薬液制御弁１０ｂは、図１１に示すように、断面形状が略半円形である底面６４ａ，６５ｂを備える第２連通通路６４，６５を有している。この底面６４ａ，６５ａのＲ寸法は、第２連通路６４，６５の流路幅Ｗの半分である。したがって、底面６４ａ，６５ａの断面形状が略半円形状となる。なお、本実施の形態では、Ｗ＝１０ｍｍ、Ｒ＝５ｍｍとなっている。

上記の構成を有する薬液制御弁１０ｂでは、操作ポート３５に圧縮空気が供給されてダイアフラム弁体２７が弁座２６から離間すると、入力流路２０から第１連通流路２２にまで供給されたスラリーが、弁座２６の弁孔２６ａから第２連通流路２４，２５へ流出して、出力流路２１へと供給される。

このとき、第２連通流路６４，６５の底面６４ａ，６５ａの断面形状を略半円形として第２連通流路６４，６５に角部が存在しないようにしているので、第２連通流路６４，６５においてスラリーの流速が遅くなる部分が発生することを抑制することができる。したがって、第２連通流路６４，６５をスラリーが通過する際に、スラリー中の研磨粒子が第２連通流路６４，６５の底部に溜まることを防止することができる。

ここで、薬液制御弁１０ｂと従来の薬液制御弁（第２連通流路の底部が矩形状のもの）とを用いて、同一条件でスラリーの供給制御を行った際の弁内におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態をシミュレーションにて調べた結果を図１２および図１３に示す。図１２は、第３の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｂの結果を示し、図１３は、従来の薬液制御弁（第２連通流路の底部が矩形状のもの）の結果を示す。なお、図１２および図１３に示す黒点（ドット）が研磨粒子を表している。

図１３から従来の薬液制御弁（第２連通流路の底部が矩形状のもの）では、第２連通流路に、スラリー中の研磨粒子が溜まっていることがわかる。第２連通流路の底部が矩形状であるため角部で流速が遅くなる部分が発生するからである。これに対して、図１２ら第３の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｂでは、第２連通流路に、スラリー中の研磨粒子が溜まらないことがわかる。

したがって、第３の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｂを使用して、スラリーの供給制御を行うことにより、凝集して粒子径が大きくなった研磨粒子がウエハ上に供給されることを防止することができる。これにより、ウエハの研磨において、ウエハに対して致命的な欠陥を生じさせることがないので歩留まりを向上させることができる。また、スラリー中の研磨粒子が凝集しないので、研磨粒子が弁内や配管内に沈殿して堆積することがないため、制御弁内の流路や配管が詰まることを防止することができる。

以上、詳細に説明したように第３の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｂでは、第２連通流路６４，６５の底面６４ａ，６５ａの断面形状を略半円形としたので、第２連通流路６４，６５においてスラリーの流速が遅くなる部分が発生することを抑制することができる。このため、第２連通流路６４，６５をスラリーが通過する際に、スラリー中の研磨粒子が第２連通流路６４，６５の底部に溜まることを防止することができる。

（第４の実施の形態）
最後に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態に係る薬液制御弁は、第１の実施の形態のものと基本的な構成はほぼ等しいが、障壁を設ける代わりに、入力流路と第１連通流路との連通部外側（入力流路の下方側）にテーパ部を設けた点が異なる。したがって、以下の説明では第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、その他の部分は図面に同一符号を付してその説明を適宜省略する。

そこで、第４の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を図１４に示す。図１４は、第４の実施の形態に係る薬液制御弁の縦断面図である。この薬液制御弁１０ｃは、図１４に示すように、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側（入力流路２０の下方側の連通部）にテーパ部７０を備えている。このテーパ部７０におけるテーパ角γは、３０〜６０度程度に設定すればよい。入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側にスラリーの大きな滞留部を確実に発生させないことができるからである。なお、テーパ角γは、第１連通流路２１の中心線Ｌ３とテーパ部７０とがなす角度であり、本実施の形態では、テーパ角γは略４５度である。

また、テーパ部の７０における最小流路径Ｄ２と入力流路２０の流路径Ｄ１とがほぼ等しくなるようにテーパ部７０が形成されている。これにより、Ｃｖ値を低下させることなく、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側にスラリーの大きな滞留部が発生することを防止することができる。

上記の構成を有する薬液制御弁１０ｃでは、操作ポート３５に圧縮空気が供給されてダイアフラム弁体２７が弁座２６から離間すると、入力流路２０から第１連通流路２２にまで供給されたスラリーが、弁座２６の弁孔２６ａから第２連通流路２４，２５へ流出して、出力流路２１へと供給される。

このとき、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側にテーパ部７０が形成されているので、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側にスラリーの大きな滞留部が発生しない。したがって、スラリー中の研磨粒子が入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側に溜まることを防止することができる。

ここで、薬液制御弁１０ｃと従来の薬液制御弁（テーパ部７０が存在しないもの）とを用いて、同一条件でスラリーの供給制御を行った際の弁内におけるスラリーの流速分布から滞留部の発生状態をシミュレーションにて調べた結果を図１５および図１６に示す。また、スラリー中の研磨粒子の残留状態を調べた結果を図１７および図１８に示す。図１５および図１７は、第４の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｃの結果を示し、図１６および図１８は、従来の薬液制御弁（テーパ部７０が存在しないもの）の結果を示す。なお、図１８（図１７）に示す黒点（ドット）が研磨粒子を表している。

図１６から従来の薬液制御弁（テーパ部７０が存在しないもの）では、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側に大きな滞留部Ｐが発生していることがわかる。これに対して、図１５から第４の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｃでは、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側に滞留部Ｐが発生しているが、非常に小さいことがわかる。

そして、図１８から従来の薬液制御弁（テーパ部７０が存在しないもの）では、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部にスラリー中の研磨粒子が残留することがわかる。このようにスラリー中の研磨粒子が残留するのは、上記したように入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側に大きな滞留部Ｐが発生しているからである。これに対し、図１７から第４の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｃでは、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部にスラリー中の研磨粒子が残留しないことがわかる。このようにスラリー中の研磨粒子が残留しないのは、上記したように入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部の外側に非常に小さな滞留部Ｐしか発生しないからである。

したがって、第４の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｃを使用して、スラリーの供給制御を行うことにより、凝集して粒子径が大きくなった研磨粒子がウエハ上に供給されることを防止することができる。これにより、ウエハの研磨において、ウエハに対して致命的な欠陥を生じさせることがないので歩留まりを向上させることができる。また、スラリー中の研磨粒子が凝集しないので、研磨粒子が弁内や配管内に沈殿して堆積することがないため、制御弁内の流路や配管が詰まることを防止することができる。

以上、詳細に説明したように第４の実施の形態に係る薬液制御弁１０ｃでは、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側にテーパ部７０を形成したので、入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側にスラリーの大きな滞留部を発生させないことができる。このため、スラリー中の研磨粒子が入力流路２０と第１連通流路２２との連通屈曲部外側に溜まることを防止することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、第１〜第４の形態をそれぞれ別々に構成したものを説明したが、これらの構成を任意に組み合わせてもよい。

また、上記した実施の形態では、エアオペレイトバルブを例示しているが、電動バルブや電磁弁等であってもよい。さらに、上記した実施の形態では、弁体としてダイアフラム弁体を例示したが、ポペット弁等であってももよい。

第１の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。 図１の薬液制御弁の流路形状を示す上面図である。 障壁の斜視図である。 障壁の断面図である。 第１の実施の形態に係る薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 従来の薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 第２の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。 拡散部材の断面図である。 第２の実施の形態に係る薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 従来の薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 第３の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 従来の薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の分布状態を示す図である。 第４の実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。 第４の実施の形態に係る薬液制御弁におけるスラリーの滞留部の発生状態を示す図である。 従来の薬液制御弁におけるスラリーの滞留部の発生状態を示す図である。 第４の実施の形態に係る薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の残留状態を示す図である。 従来の薬液制御弁におけるスラリー中の研磨粒子の残留状態を示す図である。 従来の制御弁の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 薬液制御弁
２０ 入力流路
２１ 出力流路
２２ 第１連通流路
２３ 突起部
２４，２５ 第２連通流路
２６ 弁座
２６ａ 弁孔
２７ ダイアフラム弁体
４０ 障壁
５０ 拡散部材
５１ 羽根
６４ａ，６５ａ 断面形状が半円形の底面
７０ テーパ部

Claims (6)

1. 薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、
   入力流路および出力流路と、
   前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、
   前記突起部の端面に設けられるとともに、前記第１連通流路に連通する弁孔が形成された弁座と、
   前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、
   前記弁座に当接・離間する弁体と、
   前記弁座の外周端部に設けられ、その両端部が前記出力流路に対応した位置にある障壁と、を有し、
   前記障壁の高さは、前記弁座の弁体当接面よりも高く、かつ弁全開時における前記弁体の下面位置よりも低いことを特徴とする薬液制御弁。
2. 請求項１に記載する薬液制御弁において、
   前記障壁は、その両端部が前記出力流路の中心線を基準として両側にそれぞれ３０〜９０度をなして位置することを特徴とする薬液制御弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する薬液制御弁において、
   前記障壁の高さは、前記弁座の弁体当接面を基準として前記弁体の移動量の略半分であることを特徴とする薬液制御弁。
4. 薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、
   入力流路および出力流路と、略円筒部とを備える弁本体と、
   前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、
   前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、
   前記突起部の周りの全周にわたり形成され、軸方向について弁座よりも低い位置に形成
   され、幅方向について前記突起部の外周面から前記略円筒部の内周面の範囲にわたって形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、
   前記弁座に当接・離間するポペット弁体とを有し、
   前記第２連通流路における全ての底面の縦断面形状は半径が流路幅の半分とする略半円形に形成されていることを特徴とする薬液制御弁。
5. 薬液の供給制御を行う薬液制御弁であって、
   入力流路および出力流路と、
   前記入力流路に連通する第１連通流路が中央に形成された突起部と、
   前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、
   前記突起部の周りに形成されるとともに、前記弁孔と前記出力流路とを連通させる第２連通流路と、
   前記弁座に当接・離間する弁体とを有し、
   前記入力流路と前記第１連通流路との連通屈曲部の外側にテーパ部が形成され、
   前記テーパ部は、前記第１連通流路の中心線に対して４５度をなし、
   前記テーパ部を備える前記連通屈曲部における最小流路径は、前記入力流路の径と略同一であることを特徴とする薬液制御弁。
6. 請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの薬液制御弁において、
   半導体製造工程で使用される、研磨粒子を含むスラリーの供給制御に使用されることを特徴とする薬液制御弁。

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