JPWO2019087838A1 - バルブ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (15)
- 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、バルブ装置。 - 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、請求項1に記載のバルブ装置。 - 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2に記載のバルブ装置。 - 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2又は3に記載のバルブ装置。 - 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2ないし4のいずれかに記載のバルブ装置。
- 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2ないし5のいずれかに記載のバルブ装置。
- 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6に記載のバルブ装置。
- 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2に記載のバルブ装置。 - 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8に記載のバルブ装置。
- 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支持面に向けて押圧する、請求項8又は9に記載のバルブ装置。 - 流体の流量を制御する流量制御装置であって、
請求項1〜10のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流量制御装置。 - 流体の流量制御に請求項1〜10のいずれかに記載のバルブ装置を用いた流量制御方法。
- 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1〜10のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流体制御装置。 - 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1〜10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。
- 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1〜10のいずれかに記載のバルブ装置を含む、半導体製造装置。
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