KR102453794B1 - 밸브 장치, 유체 제어 장치, 유체 제어 방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

실링 성능이 개선되고, 소형화되면서 보다 안정적으로 큰 유량을 제어할 수 있는 밸브 장치를 제공한다.
밸브 바디(2)와, 수용 오목부(23) 내에 설치되고, 제1의 유로(21)와 연통되는 통형 부재(3)와, 통형 부재(3)에 지지되는 밸브 시트(48)와, 수용 오목부(23)의 저면의 제1의 유로(21)의 개구 주위와 통형 부재(3)의 하단부 사이에 개재하는 실링 부재(49)와, 밸브 바디(2)의 수용 오목부(23)의 내주면에 형성된 환형의 지지부(24)에 기밀 또는 액밀하게 고정되면서 통형 부재(3)의 외주면에 형성된 환형의 지지부(37)에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 제2의 유로(22)와 연통되는 복수의 개구를 갖는 가요성을 가지는 환형 플레이트(11)와, 밸브 시트(48)에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 제1의 유로(21)와 제2의 유로(22)의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램(41)을 가진다.

Description

밸브 장치, 유체 제어 장치, 유체 제어 방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법
본 발명은 밸브 장치, 유체 제어 장치, 유체 제어 방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 제조 공정에 있어서는, 반도체 제조 장치의 챔버에 대하여, 각종 프로세스 가스의 공급을 제어하는 밸브 장치가 이용되고 있다. 원자층 퇴적법(ALD:Atomic Layer Deposition법) 등에 있어서는, 소형화되면서, 기판에 막을 퇴적시키는 처리 프로세스에 사용하는 처리 가스를 보다 큰 유량으로 안정적으로 공급하는 밸브 장치가 요구되고 있다.
인용 문헌 1은 소형화됨과 더불어 처리 가스를 보다 큰 유량으로 안정적으로 공급 가능한 다이어프램 밸브에 대하여 개시하고 있다. 이 다이어프램 밸브의 본체의 오목한 부분은, 개구에 가까운 대직경부 및 단차부를 통해 대직경부의 하방으로 이어진 소직경부로 이루어진다. 오목한 부분에 유로 형성 디스크가 끼워져 있다. 유로 형성 디스크는 오목한 부분 대직경부에 끼워져 있는 대직경 원통부와, 오목한 부분 단차부에 받쳐져 있는 연결부와, 오목한 부분 소직경부의 내경보다 작은 외경을 가지며, 하단이 오목한 부분의 저면에서 받쳐져 있는 소직경 원통부로 이루어진다. 유로 형성 디스크의 연결부에, 소직경 원통부 외측 환형 공간과 대직경 원통부 내측 환형 공간을 연통되는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 유체 유입 통로는 유로 형성 디스크의 소직경 원통부 하단으로, 유체 유출 통로는 소직경 원통부 외측 환형 공간으로 각각 통하고 있다.
일본 특허 공개 2005-172026호 공보
상기한 다이어프램 밸브에서는, 다이어프램 밸브의 본체의 오목한 부분 단차부와 유로 형성 디스크의 대직경 원통부 사이, 및 다이어프램 밸브의 본체의 오목한 부분 저면과 유로 형성 디스크의 하단 사이의 2개소를 실링할 필요가 있다. 이를 위해, 부품간 치수 오차 등의 원인에 의해, 복수의 다이어프램 밸브 사이에서 유로 형성 디스크의 하단부와 다이어프램 밸브의 본체의 오목한 부분의 저면 사이의 실링 성능이 불균일해지는 문제가 존재하였다.
본 발명의 목적의 하나는, 실링 성능이 개선되고, 소형화되면서 보다 안정적으로 큰 유량을 제어할 수 있는 밸브 장치, 그 밸브 장치를 이용한 유체 제어 장치, 유체 제어 방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 밸브 장치는 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
상기 수용 오목부 내에 설치되고, 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가진다.
상기 통형 부재는 상기 환형 플레이트에 의해 캔틸레버 형상으로 지지됨으로써, 상기 다이어프램으로부터 상기 밸브 시트를 통해 받는 힘을, 상기 실링 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 압압하는 힘으로서 전달 가능하게 되어 있다.
상기 통형 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 탄성 가압하여, 상기 실링 부재를 당해 저면에 압압하는 탄성 가압 기구를 더욱 가지는 구성을 채용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 환형 플레이트는 당해 환형 플레이트가 발휘하는 탄성 복원력에 의해 상기 탄성 가압 기구를 겸하고 있다.
상기 환형 플레이트의 외주 연부는 상기 수용 오목부의 내주면에 형성된 지지부와 당해 지지부에 대향되게 상기 내주면에 삽입된 지지 링에 접촉하며,
상기 지지 링 상에 상기 다이어프램의 외주 연부가 배치되고,
상기 다이어프램의 외주 연부의 상기 지지 링의 측과는 반대측의 면이 압압 어댑터에 의해 압압되어, 상기 지지 링의 외주 연부 및 상기 다이어프램의 외주 연부가 상기 지지부에 고정되는 구성으로 할 수 있다.
상기 환형 플레이트의 내주 연부는 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부와 대향되게 상기 통형 부재의 외주면에 삽입되고, 상기 환형 플레이트의 내주 연부를 통해 당해 지지부에 대향되게 상기 외주면에 압입된 고정 링에 의해 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부에 고정되어 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 환형 플레이트는 금속제이며, 반경 방향의 중간에 굴곡진 굴곡부를 가지며,
상기 수용 오목부의 내주면에 형성된 지지부 및 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부에 고정될 때, 상기 굴곡부를 휠 수 있도록 고정됨으로써, 상기 통형 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 탄성 가압하여, 상기 실링 부재를 당해 저면에 압압하는 탄성 가압력을 발휘하는 구성을 채용할 수 있다.
상기 실링 부재는 상기 통형 부재의 상기 밸브 바디측에 형성된 실링 오목부에 홀딩되는 구성을 채용할 수 있다.
상기 통형 부재는 상기 다이어프램측에 형성된 밸브 시트 오목부를 가지며,
상기 밸브 시트는 상기 밸브 시트 오목부에 홀딩되고,
상기 밸브 시트는 상기 실링 부재와 같은 재료 및 형상으로 이루어지는 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 유체 제어 장치는 상류측에서 하류측을 향해 복수의 유체 기기가 배열된 유체 제어 장치로서, 상기 복수의 유체 기기는 상기의 밸브 장치를 포함하는 유체 제어 장치이다.
본 발명의 유량 제어 방법은 상기의 밸브 장치를 이용하여, 유체의 유량을 조정하는 유량 제어 방법이다.
본 발명의 반도체 제조 장치는 밀폐된 챔버 내에서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 제어에 상기의 밸브 장치를 이용하는 반도체 제조 장치이다.
본 발명의 반도체 제조 방법은 밀폐된 챔버 내에서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량 제어에 상기의 밸브 장치를 이용하는 반도체 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 실링 성능이 개선되고, 소형화되면서 보다 안정적으로 큰 유량을 제어하는 밸브 장치가 제공된다.
도 1A는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 밸브 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2B는 도 1A의 밸브 장치에 있어서의, 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2A는 밸브 시트 및 실링 부재를 홀딩하는 통형 부재의 상면도이다.
도 2B는 도 2A의 2B-2B선에 있어서의 통형 부재의 단면도이다.
도 3은 환형 플레이트의 평면도이다.
도 4A는 고정 링의 평면도이다.
도 4B는 도 4A의 4B-4B선에 있어서의 고정 링의 끝면도이다.
도 5는 환형 플레이트가 장착된 통형 부재의 단면도이다.
도 6은 도 1A의 밸브 장치의 조립 순서를 설명하는 단면도이다.
도 7은 도 1A의 밸브 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 8A는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 밸브 장치의 환형 플레이트의 평면도이다.
도 8B는 도 8A의 8B-8B선에 있어서의 환형의 단면도이다.
도 8C는 도 8B의 원 A 내의 확대 단면도이다.
도 9A는 통형 부재에 환형 플레이트를 고정하기 전의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9B는 통형 부재에 환형 플레이트를 고정 링으로 고정한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10A는 환형 플레이트가 고정된 통형 부재를 수용 오목부에 삽입한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10B는 환형 플레이트를 수용 오목부의 지지부에 고정한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 밸브 장치의 반도체 제조 프로세스로의 적용예를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 실시 형태의 밸브 장치를 이용하는 유체 제어 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
제1 실시 형태
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.
우선, 도 12를 참조하여, 본 발명이 적용되는 유체 제어 장치의 일례를 설명한다.
도 12에 나타내는 유체 제어 장치에는 폭 방향(W1, W2)을 따라 배열되어 길이 방향(G1, G2)으로 연장되는 금속제의 베이스 플레이트(BS)가 설치되어 있다. 또한, W1은 배면측, W2는 정면측, G1은 상류측, G2는 하류측의 방향을 나타내고 있다. 베이스 플레이트(BS)에는 복수의 유로 블록(992)을 통해 각종 유체 기기(991A~991E)가 설치되고, 복수의 유로 블록(992)에 의해, 상류측(G1)에서 하류측(G2)을 향해 유체가 유통되는 도시하지 않은 유로가 각각 형성되어 있다.
여기서, "유체 기기"란, 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어 장치에 사용되는 기기로서, 유체 유로를 획정하는 바디를 구비하고, 이 바디의 표면에서 개구하는 적어도 2개의 유로구를 가지는 기기이다. 구체적으로는, 개폐 밸브(2방향 밸브)(991A), 레귤레이터(991B), 프레셔 게이지(991C), 개폐 밸브(3방향 밸브)(991D), 매스 플로우 콘트롤러(991E) 등이 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도입관(993)은 상기한 도시하지 않은 유로의 상류측의 유로구에 접속되어 있다.
본 발명은 상기한 개폐 밸브(991A, 991D), 레귤레이터(991B) 등의 다양한 밸브 장치에 적용 가능하지만, 본 실시 형태에서는, 개폐 밸브에 적용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1A는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열린 상태에 있어서의 밸브 장치(1)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1B는 도 1의 밸브 장치(1)에 있어서의, 열린 상태를 나타내는 단면도이다. 도 1A, 도1B에 나타낸 바와 같이, 밸브 장치(1)는 케이싱(6)과, 보닛(5)과, 밸브 바디(2)와, 원통형에 형성된 통형 부재(3)와, 밸브 시트(48)와, 실링 부재(49)와, 지지 링(10), 환형 플레이트(11), 고정 링(12), 다이어프램(41)과, 압압 홀더(43)와, 다이어프램 프레서(42)와, 스템(44)과, 코일 스프링(45)을 가지고 있다.
또한, 도면에 있어서, 화살표(A1, A2)는 상하 방향으로 A1이 상방향, A2가 하방향을 나타내는 것으로 한다.
밸브 바디(2)는 스테인레스 강에 의해 형성되어 있고, 상면(2a) 및 서로 대향되는 측면(2b 및 2c)을 가지고 있다. 상면(2a)으로부터는, 원통형부(26)가 상방향(A1)을 향해 연장되어 있다. 원통형부(26)의 내부에는 통형 부재(3)를 배치하는 공간이며, 단차 형상의 지지부(24)를 가지는 수용 오목부(23)가 열림과 더불어, 보닛(5)과 나사 결합하는 나사 구멍(25)이 형성되어 있다. 또한, 밸브 바디(2)는 제1의 유로(21) 및 제2의 유로(22)를 형성하고 있다. 제1의 유로(21)는 측면(2b)과, 수용 오목부(23)의 저면에서 개구하는 유로이다. 제2의 유로(22)는 측면(2c)과, 수용 오목부(23)의 측면에 개구하는 유로이다.
다이어프램(41)은 그 외주 연부가, 후술되는 지지 링(10)과 압압 어댑터(13)에 의해 개재되고, 밸브 시트(48)에 대하여 접촉하는 폐쇄 위치 및 비접촉의 개방 위치 사이에서 이동함으로써, 제1의 유로(21)와 제2의 유로(22)의 연통 및 차단을 수행한다. 케이싱(6)은 다이어프램(41)을 구동하는 액튜에이터(8)를 내장하고, 보닛(5)에 나사 결합함으로써 고정된다. 조작 부재(7)는 밸브체인 다이어프램(41)에 제1의 유로(21)의 개구를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와, 개구를 개방시키는 개방 위치 사이에서 이동된다. 액튜에이터(8)의 조작 부재(7)는 대략 원통형으로 형성되고, 보닛(5)의 원 구멍(54)의 내주면과, 케이싱(6) 내에 형성된 원 구멍(64)의 내주면에 홀딩되고, 상하 방향(A1, A2)으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 원 구멍(54 및 64)의 내주면과, 조작 부재(7) 사이는 오링(91)이 배치되고, 기밀성이 확보되어 있다.
보닛(5)의 내부에 있어서, 조작 부재(7)는 스템(44)에 결합되고, 스템(44)은 조작 부재(7)과 함께 이동된다. 스템(44)은 보닛(5)의 내부에 있어서, 코일 스프링(46)에 의해, 보닛(5)에 대하여 하방향(A2), 즉 다이어프램(41)을 폐쇄 위치로 이동시키는 방향으로 탄성 가압되어 있다. 본 실시 형태에서는, 코일 스프링(46)을 사용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 접시 스프링이나 판 스프링 등의 다른 종류의 탄성 부재를 사용할 수 있다. 스템(44)의 하단면에는 압압 홀더(43)가 고정되고, 이 압압 홀더(43)에는 다이어프램(41)의 중앙부 상면에 맞닿는 폴리이미드 등의 합성 수지제의 다이어프램 프레서(42)가 장착되어 있다. 또한, 다이어프램 프레서(42)에는 알루미늄 등의 금속을 이용할 수도 있다.
케이싱(6) 내부에는 조작 부재(7)의 주변에 환형의 벌크 헤드(82)가 형성되고, 보닛(5)의 상면(5a)과 벌크 헤드(82)로 끼워진 실린더(83) 내에는 피스톤(81)이 배치되고, 벌크 헤드(82)의 상방으로 형성된 실린더(83)에도 피스톤(81)이 배치되어 있다. 상측의 피스톤(81)은 코일 스프링(45)에 의해 하방향(A2)을 향해 탄성 가압되어 있다.
케이싱(6) 내부의 공간을 형성하는 내주면과 피스톤(81) 사이, 및 조작 부재(7)과 피스톤(81) 사이는 오링(91)이 배치되고, 기밀성이 확보되어 있다.
실린더(83) 및 피스톤(81)은 조작 부재(7)을 코일 스프링(46)에 저항하여 개방 위치로 이동시키는 액튜에이터(8)를 구성하고 있다. 액튜에이터(8)는, 예를 들어 복수의 피스톤(81)을 이용하여 압력의 작용 면적을 증가시킴으로써, 조작 가스에 의한 힘을 증력할 수 있는 구성으로 할 수 있다. 상측의 피스톤(81)의 상측의 공간은 통기로(62) 등에 의해 대기로 개방되어 있다.
각 실린더(83)의 피스톤(81) 하측의 공간은 조작 부재(7)에 형성된 조작 부재 유통로(71)와 연통되어 있다. 조작 부재 유통로(71)는 케이싱(6)의 상면(6a)에 형성된 원 구멍(64)에 연결되는 조작 가스 공급구(61)에 연통되어 있다. 이에 따라 조작 가스 공급구(61)에서 공급되는 조작 가스는 실린더(83)로 공급되고, 피스톤(81)을 상방향(A1)으로 밀어 올린다. 또한, 케이싱(6), 액튜에이터(8), 보닛(5), 스템(44), 다이어프램 프레서(42) 및 코일 스프링(45, 46)의 구성은 압축 공기에 의해 밸브체의 개폐를 제어하는 자동 밸브 장치에 있어서의 구성의 일례이며, 이들의 구성은 다른 공지의 구성 등 적절히 선택할 수 있다. 또한 수동 밸브 장치인 경우 등에 있어서, 이들의 구성은 가지고 있지 않아도 된다.
통형 부재(3)는 스테인레스 강 등의 금속 재료에 의해 원통형으로 형성되고, 수용 오목부(23)의 저면의 제1의 유로(21)의 개구와 연통되는 유로(3a)를 획정하고 있다. 도 2A, 도 2B에 나타낸 바와 같이, 통형 부재(3)의 상단부에는 홀딩 오목부(35)가 형성되고, 하단부에는 홀딩 오목부(36)가 형성되고, 홀딩 오목부(35)에는 밸브 시트(48)가, 홀딩 오목부(36)에는 환형의 실링 부재(49)가 코킹(Caulking)에 의해 고정되어 있다. 통형 부재(3)의 상단부 및 하단부의 외주면에는 각각 단차부(37)가 형성되어 있다.
실링 부재(49)는 통형 부재(3)의 밸브 바디(2)측에 있어서, 통형 부재(3)의 내측과 외측 사이를 차단하고, 기밀성을 확보한다.
밸브 시트(48)는 PFA, PA, PI, PCTFE, PTFE 등의 합성 수지로 형성되고, 실링 부재(49)도 밸브 시트(48)와 같은 재료 및 형상으로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 이 구성에 의하면, 밸브 시트(48) 및 실링 부재(49)를 장착한 통형 부재(3)를 상하 어느 방향에서도 사용 가능하게 된다. 부품을 공통화하여 제품 단가를 저감하는 것도 가능해 진다. 또한, 밸브 시트(48) 및 실링 부재(49)를 통형 부재(3)에 고정하지 않는 구성도 채용할 수 있고, 밸브 시트(48) 및 실링 부재(49)를 동일 재료, 동일 형상으로 하지 않는 구성을 채용할 수도 있다.
환형 플레이트(11)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 중심부에 관통 구멍(11a)을 가지는 가요성의 원환상(円環狀)의 평탄한 판재이며, 스테인레스 등의 금속으로 형성되고, 주 방향으로 복수의 개구(11b)가 형성되어 있다. 환형 플레이트(11)는 후술하는 바와 같이, 내주 연부(11c)가 통형 부재(3)의 외주면에 형성된 단차부(37)에 고정되고, 외주 연부(11d)가 수용 오목부(23)의 지지부(24)에 고정된다.
지지 링(10)은 통형 부재(3)와 동심의 환형 형상이다. 지지 링(10)은 환형 플레이트(11)의 외주 연부(11d)를 통해 수용 오목부(23)의 단차 형상의 지지부(24)에 배치된다.
고정 링(12)은 통형 부재(3)와 동심의 환형 형상이며, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 상하 단면(12a)이 서로 평행한 평탄면으로 구성되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 환형 플레이트(11)가 통형 부재(3)의 상단측의 단차부(37)에 배치되고, 고정 링(12)이 통형 부재(3)의 상단측의 외주면에 압입된다. 이에 따라, 환형 플레이트(11)가 통형 부재(3)에 고정된다.
본 실시 형태에 있어서는, 통형 부재(3)는 통형 부재(3)의 내측의 유로(3a)가 제1의 유로(21)와 연통되어 있다. 수용 오목부(23)의 저면에 제1의 유로(21)의 개구를 설치하고, 수용 오목부(23)의 측면에 제2의 유로(22)의 개구를 설치할 수 있기 때문에, 제1의 유로(21) 및 제2의 유로(22)의 직경을 보다 크게 할 수 있다. 이에 따라 열린 상태에 있어서의 유량을 크게 할 수 있다.
다이어프램(41)은 밸브 바디(2)의 제1의 유로(21)로부터 연장되는 통형 부재(3)의 유로(3a)를 폐쇄하여 제1의 유로(21)와 제2의 유로(22)를 차단함과 더불어, 유로(3a)를 개방하여 제1의 유로(21)와 제2의 유로(22)를 연통시킨다. 다이어프램(41)은 밸브 시트(48)의 상방에 배설되어 있고, 수용 오목부(23)의 기밀을 유지함과 더불어, 그 중앙부가 상하 이동하여 밸브 시트(48)에/로부터 재치/이탈함으로써, 제1의 유로(21) 및 제2의 유로(22)의 차단 또는 연통된다. 본 실시 형태에서는, 다이어프램(41)은 특수 스테인레스 강 등의 금속제 박판 및 니켈·코발트 합금 박판의 중앙부를 상방으로 팽출시킴으로써, 위로 볼록한 원호형이 자연 상태의 구형 셸(球殼) 형상으로 되어 있다. 다이어프램(41)은, 예를 들어, 스테인레스, NiCo계 합금 등의 금속이나 불소계 수지로 구형 셸 형상으로 탄성 변형 가능하게 형성되어 있다.
밸브 장치(1)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 도 5에 나타낸 환형 플레이트(11)가 고정 링(12)에 의해 고정된 통형 부재(3)가, 실링 부재(49)가 수용 오목부(23)의 저면에 형성된 제1의 유로(21)의 개구 주위의 환형의 실링 면(23s)에 접하도록 배치된다. 다음으로, 지지 링(10)이 환형 플레이트(11)에 접촉하도록 배치되고, 그 후에, 지지 링(10)에 접촉하도록 다이어프램(41)이 배치되고, 다이어프램(41)에 접촉하도록 압압 어댑터(13)가 배치되고, 보닛(5)이 밸브 바디(2)의 나사 구멍(25)에 밀어 넣는다. 보닛(5)의 하단면에 의해, 압압 어댑터(13)가 하방향(A2)을 향해 압압되고, 다이어프램(41) 및 지지 링(10)을 통해 환형 플레이트(11)의 외주 연부(11d)가 밸브 바디(2)의 수용 오목부(23)의 지지부(24)에 압압된다. 이에 따라, 환형 플레이트(11)의 외주 연부(11d)는 밸브 바디(2)의 수용 오목부(23)의 지지부(24)에 기밀 또는 액밀하게 고정된다. 또한, 환형 플레이트(11)의 내주 연부(11c)는 통형 부재(3)의 외주면에 형성된 단차부(지지부)(37)에 기밀 또는 액밀하게 고정 링(12)에 의해 고정되어 있다.
여기서, 밸브 장치(1)의 통형 부재(3)에 작용하는 힘에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
또한, 도 7은 환형 플레이트(11)가 지지부(24)에 고정된 상태를 나타내고 있지만, 다이어프램(41) 및 보닛(5)의 기재를 생략하고 있다.
환형 플레이트(11)의 외주 연부는 밸브 바디(2)의 지지부(24)의 평탄면 및 지지 링(10)의 평탄면에 의해 개재되어 있고, 통형 부재(3)는 환형 플레이트(11)에 의해 캔틸레버 형상으로 지지되어 있다. 환형 플레이트(11)는 화살표(B1, B2)의 방향으로 휘는 것이 가능하고, 환형 플레이트(11)가 휘면 통형 부재(3)는 수용 오목부(23)의 저면에 대하여 상하 방향(A1, A2)으로 이동 가능하게 된다.
도시하지 않은 다이어프램(41)이 하방향(A2)으로 압압되어 밸브 시트(48)에 밀착하면, 밸브 시트(48)에는 하방향(A2)을 향하는 힘(F)이 작용한다. 이에 따라, 통형 부재(3)의 하단부에 설치된 실링 부재(49)는 수용 오목부(23)의 제1의 유로(21)의 개구 주위의 실링 면(23s)에서 다이어프램(41)으로부터 받는 힘(F)의 반력(R)을 받는다. 반력(R)이 실링 면(23s)에서 실링 부재(49)로 작용함으로써, 실링 부재(49)가 실링 면(23s)에 밀착하고, 수용 오목부(23)의 저면에 있어서, 통형 부재(3)의 내주와 외주 사이가 확실히 실링된다.
즉, 밸브 장치(1)가 도 1에 나타낸 폐쇄 상태에 있어서, 통형 부재(3)와 수용 오목부(23)의 저면 사이의 리크(leak)를 확실히 막을 수 있다.
제2 실시 형태
도 8A~도 8C에, 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 밸브 장치에 이용되는 환형 플레이트(11A)의 구조를 나타낸다. 또한, 제2의 실시 형태에 따른 밸브 장치는 환형 플레이트(11A)의 구조 이외에 대하여는, 제1의 실시 형태에 따른 밸브 장치(1)와 동일한 구성이다.
도 8A에 나타내는 환형 플레이트(11A)는 중심부에 관통 구멍(11a)을 가지는 가요성의 원환상의 판재이고, 스테인레스 등의 금속으로 형성되고, 주 방향으로 복수의 개구(11b)가 형성되어 있다. 게다가, 환형 플레이트(11A)는 내주 연부(11c)와 외주 연부(11d) 사이에 굴곡부(11e)를 가진다.
도 8C에서 알 수 있듯이, 환형 플레이트(11A)는 내주 연부(11c)의 굴곡부(11e)보다 내주측의 부분이 환형 플레이트(11A)의 중심 축선 방향 하방으로 향하도록, 내주 연부(11c)의 일부(반경 방향의 중도)를 환형 플레이트(11A)와 동심의 원을 따라 미리 소성 변형시키고 있다.
도 9A에 나타낸 바와 같이, 통형 부재(3)의 외주면에 환형 플레이트(11A)의 관통 구멍(11a)을 끼워 넣어, 단차부(37)에 환형 플레이트(11A)에 배치한다. 이 상태에서는, 환형 플레이트(11A)는 통형 부재(3)의 중심 축선(CL)에 직교하는 수평면(HP)에 대략 따른 위치에 배치된다.
이 상태에서, 도 9B에 나타낸 바와 같이, 고정 링(12)를 통형 부재(3)의 상단부의 외주면으로 압입하고, 고정 링(12)의 평탄한 단면과, 단차부(37)의 평탄한 지지면에서, 환형 플레이트(11A)의 내주 연부(11c)를 개재하면, 환형 플레이트(11A)는 수평면(HP)에 대하여 하방으로 향하도록 휜다.
도 9B에 나타낸 환형 플레이트(11A)가 고정된 통형 부재(3)를 밸브 바디(2)의 수용 오목부(23)에 삽입하면, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 환형 플레이트(11A)가 외주측을 향해 하방으로 경사진 상태에서 지지부(24)에 배치된다.
이 상태에서, 지지 링(10)을 환형 플레이트(11A) 상에 배치하고, 또한, 도시하지 않은 다이어프램(41) 및 압압 어댑터(13)를 지지 링(10) 상에 배치하고, 보닛(5)의 하단면에 의해 압압 어댑터(13)를 하방향(A2)을 향해 압압함으로써, 지지부(24)와 보닛(5)의 하단면 사이에서 환형 플레이트(11A)의 외주 연부 및 다이어프램(41)의 외주 연부가 기밀 또는 액밀하게 고정된다.
도 10B는 환형 플레이트(11A)가 지지부(24)에 고정된 상태를 나타내고 있지만, 다이어프램(41) 및 보닛(5)의 기재를 생략하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 통형 부재(3)의 단면으로의 해칭(hatching)을 생략하고 있다.
도 10B에 나타내는 상태에서는, 환형 플레이트(11A)는 수평 방향으로 뻗어 있지만, 통형 부재(3)의 상단부에는 환형 플레이트(11A)에서 하방향(A2)을 향하는 굽힘 모멘트(M)가 상시 작용하고 있다. 즉, 수용 오목부(23)의 지지부(24) 및 통형 부재(3)의 외주면에 형성된 단차부(지지부)(37)에 고정될 때, 환형 플레이트(11A)의 굴곡부(11e)를 휠 수 있도록 고정됨으로써, 환형 플레이트(11A)는 통형 부재(3)를 수용 오목부(23)의 저면을 향해 탄성 가압하여, 실링 부재(49)를 실링 면(23s)에 압압하는 탄성 가압력을 발휘한다. 실링 부재(49)에는 실링 면(23s)에서 반력(R1)이 상시 작용한다. 이러한 구성으로 함으로써, 밸브 장치가 열린 상태에 있고, 유체가 유통되고 있을 때, 유체에 맥동(압력 변동)이 있으면, 통형 부재(3)가 실링 면(23s)에 대하여 상하 이동하는 이른바 채터링(chattering)을 일으킬 가능성이 있다. 그러나, 탄성 가압 기구로서, 환형 플레이트(11A)에 실링 부재(49)를 실링 면(23s)에 압압하는 탄성 가압력을 발휘시킴으로써, 채터링을 억제할 수 있다. 통형 부재(3)를 수용 오목부(23)의 저면을 향해 탄성 가압하는 탄성 가압 기구를 환형 플레이트(11A)와는 별도로 설치하는 것도 가능하지만, 환형 플레이트(11A)에 탄성 가압 기능을 겸비함으로써, 구조를 간소화할 수 있다.
다음에, 도 11을 참조하여, 상기한 밸브 장치(1)의 적용예에 대하여 설명한다.
도 11에 나타내는 반도체 제조 장치(980)는 ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스를 실행하기 위한 장치이며, 981은 프로세스 가스 공급원, 982는 가스 박스, 983은 탱크, 984는 제어부, 985는 처리 챔버, 986은 배기 펌프를 나타내고 있다.
ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 유량을 정밀하게 조정할 필요가 있으며, 또한 기판의 대구경화에 의해 처리 가스의 유량을 어느 정도 확보할 필요도 있다.
가스 박스(982)는 정확하게 계량한 프로세스 가스를 처리 챔버(985)에 공급하기 위하여, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러 등의 각종 유체 제어 기기를 집적화하여 박스에 수용한 집적화 가스 시스템(유체 제어 장치)이다.
탱크(983)는 가스 박스(982)에서 공급되는 처리 가스를 일시적으로 저장하는 버퍼로서 기능한다.
제어부(984)는 밸브 장치(1)로의 조작 가스의 공급 제어에 의한 유량 조정 제어를 실행한다.
처리 챔버(985)는 ALD법에 의한 기판으로의 막 형성을 위한 밀폐 처리 공간을 제공한다.
배기 펌프(986)은 처리 챔버(985) 내를 진공으로 한다.
상기와 같은 시스템 구성에 의하면, 제어부(984)에서 밸브 장치(1)로 유량 조정을 위한 지령을 보내면, 처리 가스의 초기 조정이 가능해 진다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 범위 내에서 다양한 추가나 변경 등을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 적용예에서는, 밸브 장치(1)를 ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에 이용하는 경우에 대하여 예시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은, 예를 들어 원자층 식각법(ALE:Atomic Layer Etching법) 등 정밀한 유량 조정이 필요한 모든 대상에 적용 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 액튜에이터로서, 가스압으로 작동하는 실린더에 내장된 피스톤을 이용하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제어 대상에 따라 최적의 액튜에이터를 여러 가지 선택 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 밸브 장치(1)를 유체 제어 장치로서의 가스 박스(982)의 외부에 배치하는 구성으로 하였지만, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러 등의 각종 유체 기기를 집적화하여 박스에 수용한 유체 제어 장치에 상기 실시 형태의 밸브 장치(1)를 포함시키는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 유체 제어 장치로서 복수의 유로 블록(992)에 밸브 장치를 탑재한 것을 예시하였지만, 분할 타입의 유로 블록(992) 이외에도, 일체형의 유로 블록이나 베이스 플레이트에 대하여도 본 발명의 밸브 장치는 적용 가능하다.
1 : 밸브 장치
2 : 밸브 바디
2a : 상면
2b : 측면
2c : 측면
3 : 통형 부재
3a : 유로
5 : 보닛
5a : 상면
6 : 케이싱
6a : 상면
7 : 조작 부재
8 : 액튜에이터
10 : 지지 링
11 : 환형 플레이트
11A : 환형 플레이트
11a : 관통 구멍
11b : 개구
11c : 내주 연부
11d : 외주 연부
11e : 굴곡부
12 : 고정 링
12a : 상하 단면
13 : 압압 어댑터
21 : 제1의 유로
22 : 제2의 유로
23 : 수용 오목부
23s : 실링 면
24 : 지지부
25 : 나사 구멍
26 : 원통형부
35 : 홀딩 오목부
36 : 홀딩 오목부
37 : 단차부
41 : 다이어프램
42 : 다이어프램 프레서
43 : 압압 홀더
44 : 스템
45 : 코일 스프링
46 : 코일 스프링
48 : 밸브 시트
49 : 실링 부재
54 : 원 구멍
61 : 조작 가스 공급구
62 : 통기로
64 : 원 구멍
71 : 조작 부재 유통로
81 : 피스톤
82 : 벌크 헤드
83 : 실린더
91 : 오링
980 : 반도체 제조 장치
981 : 프로세스 가스 공급원
982 : 가스 박스
983 : 탱크
984 : 제어부
985 : 처리 챔버
986 : 배기 펌프
991A : 개폐 밸브(유체 기기)
991B : 레귤레이터(유체 기기)
991C : 프레셔 게이지(유체 기기)
991D : 개폐 밸브(유체 기기)
991E : 매스 플로우 콘트롤러(유체 기기)
992 : 유로 블록
993 : 도입관
A : 원
A1 : 상방향
A2 : 하방향
BS : 베이스 플레이트
CL : 중심 축선
F : 힘
G1 : 길이 방향(상류측)
G2 : 길이 방향(하류측)
HP : 수평면
M : 굽힘 모멘트
R : 반력
W1, W2 : 폭 방향

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
    상기 수용 오목부 내에 설치되고, 상기 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
    상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
    상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
    외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
    상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가지고,
    상기 통형 부재는 상기 환형 플레이트에 의해 캔틸레버 형상으로 지지됨으로써, 상기 다이어프램으로부터 상기 밸브 시트를 통해 받는 힘을, 상기 실링 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 압압하는 힘으로서 전달 가능하게 되어 있는, 밸브 장치.
  3. 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
    상기 수용 오목부 내에 설치되고, 상기 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
    상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
    상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
    외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
    상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가지고,
    상기 통형 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 탄성 가압하여, 상기 실링 부재를 당해 저면에 압압하는 탄성 가압 기구를 더욱 가지는, 밸브 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환형 플레이트는 당해 환형 플레이트가 발휘하는 탄성 복원력에 의해 상기 탄성 가압 기구를 겸하고 있는, 밸브 장치.
  5. 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
    상기 수용 오목부 내에 설치되고, 상기 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
    상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
    상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
    외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
    상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가지고,
    상기 환형 플레이트의 외주 연부는 상기 수용 오목부의 내주면에 형성된 지지부와 당해 지지부에 대향되게 상기 내주면에 삽입된 지지 링에 접촉하며,
    상기 지지 링 상에 상기 다이어프램의 외주 연부가 배치되고,
    상기 다이어프램의 외주 연부의 상기 지지 링의 측과는 반대측의 면이 압압 어댑터에 의해 압압되어, 상기 지지 링의 외주 연부 및 상기 다이어프램의 외주 연부가 상기 지지부에 고정되는, 밸브 장치.
  6. 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
    상기 수용 오목부 내에 설치되고, 상기 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
    상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
    상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
    외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
    상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가지고,
    상기 환형 플레이트의 내주 연부는 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부와 대향되게 상기 통형 부재의 외주면에 삽입되고, 상기 환형 플레이트의 내주 연부를 통해 당해 지지부에 대향되게 상기 외주면에 압입된 고정 링에 의해 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부에 고정되어 있는, 밸브 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 환형 플레이트는 금속제이며, 반경 방향의 중간에 굴곡진 굴곡부를 가지며,
    상기 수용 오목부의 내주면에 형성된 지지부 및 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 지지부에 고정될 때, 상기 굴곡부를 휠 수 있도록 고정됨으로써, 상기 통형 부재를 상기 수용 오목부의 저면을 향해 탄성 가압하여, 상기 실링 부재를 당해 저면에 압압하는 탄성 가압력을 발휘하는, 밸브 장치.
  8. 수용 오목부와, 상기 수용 오목부의 저면에서 개구하는 제1의 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 제2의 유로를 획정하는 밸브 바디와,
    상기 수용 오목부 내에 설치되고, 상기 제1의 유로와 연통되는 유로를 획정하는 통형 부재와,
    상기 통형 부재 상단부에서 지지되는 환형의 밸브 시트와,
    상기 수용 오목부의 저면의 상기 제1의 유로의 개구 주위와 상기 통형 부재의 하단부 사이에 개재하는 환형의 실링 부재와,
    외주 연부가 상기 밸브 바디의 수용 오목부의 내주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 내주 연부가 상기 통형 부재의 외주면에 형성된 환형의 지지부에 기밀 또는 액밀하게 고정되고, 상기 수용 오목부를 통해 상기 제2의 유로와 연통되는 복수의 개구를 가지며, 또한, 가요성을 가지는 환형 플레이트와,
    상기 통형 부재 상의 밸브 시트 및 상기 환형 플레이트를 덮고, 상기 밸브 시트에 대하여 접촉하지 않는 개방 위치 및 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동함으로써, 상기 제1의 유로와 상기 제2의 유로의 연통 및 차단을 수행하는 다이어프램을 가지고,
    상기 실링 부재는 상기 통형 부재의 상기 밸브 바디측에 형성된 실링 오목부에 홀딩되는, 밸브 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통형 부재는 상기 다이어프램측에 형성된 밸브 시트 오목부를 가지며,
    상기 밸브 시트는 상기 밸브 시트 오목부에 홀딩되고,
    상기 밸브 시트는 상기 실링 부재와 같은 재료 및 형상으로 이루어지는, 밸브 장치.
  10. 복수의 유체 기기가 배열된 유체 제어 장치로서,
    상기 복수의 유체 기기는 제2항 내지 제9항 중의 어느 한 항의 밸브 장치를 포함하는, 유체 제어 장치.
  11. 제2항 내지 제9항 중의 어느 한 항의 밸브 장치를 이용하여, 유체의 제어를 수행하는, 유체 제어 방법.
  12. 밀폐된 챔버 내에서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 제어에 제2항 내지 제9항 중의 어느 한 항의 밸브 장치를 이용하는, 반도체 제조 장치.
  13. 밀폐된 챔버 내에서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 제어에 제2항 내지 제9항 중의 어느 한 항의 밸브 장치를 이용하는, 반도체 제조 방법.
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