WO2019087843A1 - バルブ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a valve device, a flow control device using the same, a flow control method, a fluid control device, a semiconductor manufacturing method, and a semiconductor manufacturing method. About.
- a fluid control device integrated with various fluid devices such as on-off valves, regulators, mass flow controllers is used.
- various fluid devices such as on-off valves, regulators, mass flow controllers
- a base block an installation block having a flow path
- a plurality of fluid devices are placed on the base block. Integration is realized by installing various fluid devices including a joint block to which a pipe joint is connected and the like (for example, see Patent Document 1).
- a predetermined amount of flow controlled process gas is added to each of a plurality of carrier gas lines.
- This is intended to provide a uniform process over the entire surface of the wafer by providing a plurality of gas injection ports in the process chamber and feeding the process gas on a carrier gas whose flow ratio is controlled.
- the number of lines of a set of various fluid devices aligned in the longitudinal direction is the same as the number of process gas types multiplied by the number of carrier gas lines, which hinders miniaturization and integration.
- the flow path corresponding to the number of branches is used as the valve body. It is necessary to form, and it is necessary to enlarge the valve body. In addition, in general, it is necessary to flow a purge gas such as nitrogen gas in the diversion flow path through which the process gas flows. If the flow path for supplying the purge gas through the valve is formed in the valve body, it is necessary to further increase the size of the valve body. Also, in the conventional fluid control system, the joint for diverting the process gas and the joint for diverting the purge gas are present separately, and it is selected which gas should flow for each line of the fluid control apparatus. A valve was provided.
- a valve device is a valve device having a block-like valve body,
- the valve body includes first and second receiving recesses in which first and second valve elements are respectively incorporated, and a primary side flow connecting the first and second receiving recesses with the outside of the valve body.
- a secondary flow passage for communicating the first and second accommodation recesses with the outside of the valve body, and the first and second accommodation recesses for connecting each of the secondary flow passages.
- the valve body defines opposite top and bottom surfaces, side surfaces extending between the top and bottom surfaces,
- Each of the first and second valve elements is An annular seat formed at one end face, an annular seal face formed at the other end, and a flow passage formed inside the seat and the seal face and passing through the one end and the other end;
- a valve seat support having a support surface on which a sealing surface of the valve seat abuts and supports pressure from the sealing surface;
- a diaphragm which is provided so as to be in contact with and separated from the seat surface of the valve seat supported by the valve seat support, The diaphragm communicates the flow passage of the valve seat with the corresponding secondary flow passage through the gap between the diaphragm and the seat surface of the valve seat.
- the valve seat support has a seal surface that cooperates with a part of the inner wall surface of the corresponding accommodation recess to block communication between the corresponding primary flow passage and the secondary flow passage, and the primary side flow A configuration having a bypass channel connecting the channel and the channel of the valve seat may be employed.
- each of the primary side channels opens at the bottom surface of the valve body
- each of the secondary side channels includes a plurality of branch channels branched into a plurality in the valve body, Each of the plurality of branch channels may be open at any one of the top surface, the bottom surface, and the side surface of the valve body.
- the secondary flow passage and the communication flow passage may be configured to extend in the longitudinal direction of the valve body and be formed on a common axis.
- the secondary flow passage whose one end is connected to the first accommodation recess is closed at the other end in the valve body, and the secondary side whose one end is connected to the second accommodation recess.
- the flow path can also be configured such that the other end is open at the side surface of the valve body.
- the flow control device of the present invention is a flow control device that controls the flow rate of fluid, and It is a flow control device containing the above-mentioned valve device.
- the flow rate control method of the present invention is a flow rate control method using the valve device of the above configuration for flow rate control of a process gas.
- the fluid control device of the present invention is a fluid control device in which a plurality of fluid devices are arranged,
- the plurality of fluid devices include the valve devices described above.
- the semiconductor manufacturing method of the present invention uses the above-described valve device for controlling the flow rate of the process gas in the process of manufacturing a semiconductor device that requires a process step using a process gas in a sealed chamber.
- a semiconductor manufacturing apparatus has a fluid control device for supplying a process gas to a processing chamber,
- the fluid control device includes a plurality of fluid devices,
- the fluidic device comprises the valve arrangement described above.
- the valve body is provided with the receiving recess, the valve seat support is received in the receiving recess, and the communication between the primary flow passage and the secondary flow passage is shut off, while the valve seat support is supported. Since the flow passage of the valve seat and the primary flow passage are connected by the bypass flow passage of the valve seat support, if the primary flow passage and the secondary flow passage are connected to the accommodation recess, It is possible to dramatically increase the degree of freedom in the arrangement of the primary channel and the secondary channel. Further, according to the present invention, by causing the first and second secondary flow paths to communicate with each other by the communication flow path, the first and second valve elements respectively flow the fluid flowing from the respective primary flow paths.
- valve elements for switching process gas and purge gas are shared for a plurality of fluid control device lines, so that the total number of valve elements of the fluid control device can be reduced and cost can be reduced. Further, according to the present invention, even when the fluid is caused to flow through either of the first and second valve elements, the gas flows in all of the respective secondary side flow paths and the communication flow paths, so that the retention portion Formation of the fluid can be minimized, and the substitution of the fluid can be significantly improved.
- FIG. 1B is a top view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1B is a bottom view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1B is a side view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1E is a cross-sectional view taken along the line 1E-1E of FIG. 1A. It is a principal part expanded sectional view of the valve apparatus of FIG. 1A, and a figure which shows a valve closed state.
- FIG. 2 is an enlarged sectional view of an essential part of the valve device of FIG. 1A, in which one of two valve elements is opened and the other is closed.
- FIG. 1B is a top view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1B is a bottom view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1B is a side view of the valve device of FIG. 1A.
- FIG. 1E is a cross-sectional view taken along the line 1E-1E of FIG. 1A. It
- FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an essential part of the valve device of FIG. 1A, in which one of two valve elements is closed and the other is opened.
- Sectional drawing of an inner disc Sectional drawing of a valve seat.
- Sectional drawing of a valve seat support Sectional drawing of a valve seat support.
- FIG. 1A to 1E show the structure of a valve device according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2 shows the main part of the valve device
- FIGS. 3A and 3B show the operation of the valve device.
- FIG. 4 shows the inner disk
- FIG. 5 shows the valve seat
- FIG. 6 shows the cross-sectional structure of the valve seat support.
- arrows A1 and A2 in the figure indicate the up and down direction
- A1 indicates the upward direction
- A2 indicates the downward direction.
- Arrows B1 and B2 indicate the longitudinal direction of the valve body 20 of the valve device 1, where B1 indicates one end side and B2 indicates the other end side.
- C1 and C2 indicate width directions orthogonal to the longitudinal directions B1 and B2 of the valve body 20, C1 indicates the front side, and C2 indicates the back side.
- the valve body 20 is a block-like member having a rectangular shape in top view, and defines four side faces 20f3 to 20f6 extending between the top face 20f1 and the bottom face 20f2, the top face 20f1 and the bottom face 20f2.
- two accommodation recesses 22A and 22B which open at the upper surface 20f1 are defined.
- the housing recesses 22A and 22B have the same structure and are spaced apart in the longitudinal direction B1 and B2.
- Valve elements 2A and 2B which will be described later, are respectively incorporated in the housing recesses 22A and 22B.
- the housing recess 22 is composed of inner peripheral surfaces 22a, 22b, 22c having different diameters and a bottom surface 22d.
- the valve body 20 includes primary side flow passages 21A and 21B respectively connected to the first and second accommodation recesses 22A and 22B, and secondary side passages 24A and 24B respectively connected to the accommodation recesses 22A and 22B.
- a communication channel 24C is defined to connect the housing recess 22A and the housing recess 22B.
- the communication channel 24C functions as a part of the secondary channel 24 as described later.
- the primary side flow paths 21A and 21B are flow paths on the side where a fluid such as gas is supplied from the outside.
- the secondary side flow path 24 is a flow path which makes fluid, such as gas which flows in from the primary side flow paths 21A and 21B through the valve elements 2A and 2B, flow out to the outside.
- the primary side flow passage 21A is formed to be inclined with respect to the bottom surface 20f2 of the valve body 20, one end is connected to the accommodation recess 22A at the bottom surface 22d, and the other end is open at the bottom surface 20f2.
- the primary flow passage 21B is formed to be inclined in the direction opposite to the primary flow passage 21A with respect to the bottom surface 20f2 of the valve body 20, one end is connected to the accommodation recess 22B at the bottom surface 22d, and the other end is a bottom surface 20f2. It is open.
- Seal holding parts 21a and 21b are respectively formed around the openings of the primary side flow paths 21A and 21B. Gaskets are disposed as seal members in the seal holding portions 21a and 21b.
- the valve body 20 is connected to another flow passage block (not shown) by screwing fastening bolts into screw holes 20h1 and 20h2. At this time, the gasket held by the seal holding portions 21a and 21b is crushed by the fastening force of the fastening bolt with another flow path block (not shown), so the openings of the primary side flow paths 21A and 21B The perimeter is sealed.
- gasket examples include a gasket made of metal or resin.
- Gaskets include soft gaskets, semi-metal gaskets, metal gaskets and the like. Specifically, the following are suitably used.
- Soft gasket, rubber o-ring, rubber sheet (for full seat) ⁇ Joint sheet ⁇ Expanded graphite sheet ⁇ PTFE sheet ⁇ PTFE jacket type
- Semi-metal gasket ⁇ Spiral-wound gasket (Spiral-wound gaskets) -Metal jacket gasket
- Metal gasket-Flat metal gasket-Metal hollow O-ring-Ring joint The seal holding parts 25a1 and 26b1 provided around the opening of the branch flow paths 25 and 26 described later are the same The description is omitted.
- the secondary side flow passage 24 is formed between the two secondary side flow passages 24A and 24B and the housing depressions 22A and 22B formed on opposite sides of the housing depressions 22A and 22B in the longitudinal directions B1 and B2 of the valve body 20. And a communication channel 24C connecting the The secondary side flow paths 24A, 24B and the communication flow path 24C are formed on a common axis J1 extending in the longitudinal direction B1, B2 of the valve body 20.
- One end of the secondary flow passage 24A opens at the inner peripheral surface 22b of the accommodation recess 22A, and the other end 24a1 closes at the inside of the valve body 20.
- One end of the secondary side flow passage 24B opens at the inner peripheral surface 22b of the accommodation recess 22B, and the other end 24b1 opens at the side surface 20f6.
- a closure member 30 is provided at the opening of the side surface 20f6 of the secondary flow passage 24B by means such as welding, and the opening of the secondary flow passage 24B is closed.
- One end of the communication flow channel 24C opens at the inner peripheral surface 22b of the accommodation recess 22A, and the other end opens at the inner peripheral surface 22b of the accommodation recess 22B.
- the secondary flow passage 24A and the secondary flow passage 24B communicate with each other through the communication flow passage 24C.
- the secondary side flow paths 24A and 24B and the communication flow path 24C that constitute the secondary side flow path 24 can be easily processed using a tool such as a drill.
- the secondary channel 24 may be cut from the other end of the valve body 20 using a drill or the like, or cut from both the one end and the other end using a drill or the like. You may make it connect internally.
- the secondary side flow passage 24A branches into two branch flow passages 25 at the other end 24a1, and opens at the upper surface 20f1.
- the secondary side flow path 24B branches into two branch flow paths 26 halfway and opens at the upper surface 20f1. That is, in the valve device 1 according to the present embodiment, the fluid such as gas flowing into the primary side flow paths 21A and 21B can be divided into four by the branch flow paths 25 and 26 of the secondary side flow path 24. it can.
- Each of the valve elements 2A, 2B has a diaphragm 14, an inner disc 15, a valve seat 16, and a valve seat support 50.
- Valve seat supports 50 having an outer diameter fitted to the inner circumferential surface 22c are respectively inserted into the housing recesses 22A and 22B.
- the valve seat support 50 is a cylindrical metal member, a bypass flow passage 50a consisting of a through hole is formed at the central portion, and an annular ring centering on the bypass flow passage 50a at the upper end face.
- the support surface 50f1 is formed.
- the support surface 50f1 of the valve seat support 50 is a flat surface, and a step is formed on the outer peripheral portion.
- the outer peripheral surface 50b1 of the valve seat support 50 has a diameter fitted to the inner peripheral surface 22c of the housing recess 22, and a step is present between the lower end side and the reduced outer peripheral surface 50b2.
- An annular end surface 50b3 is formed by the step.
- a seal member 51 made of resin such as PTFE is fitted on the outer peripheral surface 50b2.
- the sealing member 51 has a rectangular cross-sectional shape, and has a dimension to be crushed between the bottom surface 22 d of the housing recess 22 and the end surface 50 b 3 of the valve seat support 50.
- the bypass flow passage 50 a of the valve seat support 50 is connected to the primary flow passage 21 opened at the bottom surface 22 d of the accommodation recess 22.
- a valve seat 16 is provided on the support surface 50 f 1 of the valve seat support 50.
- the valve seat 16 is formed of a resin such as PFA or PTFE so as to be elastically deformable, and is formed in an annular shape as shown in FIG. 5, an annular seat surface 16s is formed on one end surface, and an annular shape is formed on the other end surface.
- a sealing surface 16f is formed.
- a flow passage 16a formed of a through hole is formed inside the seat surface 16s and the seal surface 16f.
- the valve seat 16 has a small diameter portion 16b1 and a large diameter portion 16b2 on its outer peripheral side, and a stepped portion is formed between the small diameter portion 16b1 and the large diameter portion 16b2.
- the valve seat 16 is positioned with respect to the support surface 50 f 1 of the valve seat support 50 by the inner disk 15 as a positioning pressing member, and is pressed toward the support surface 50 f 1 of the valve seat support 50. Specifically, a large diameter portion 15a1 and a small diameter portion 15a2 formed at the central portion of the inner disk 15 are formed, and a step surface 15a3 is formed between the large diameter portion 15a1 and the small diameter portion 15a2.
- An annular flat surface 15 f 1 is formed on one end face side of the inner disc 15. On the other end face side of the inner disc 15, an annular flat surface 15f2 is formed on the outer side, and an annular flat surface 15f3 is formed on the inner side.
- the flat surface 15f2 and the flat surface 15f3 are different in height, and the flat surface 15f3 is positioned closer to the flat surface 15f1.
- An outer circumferential surface 15 b fitted to the inner circumferential surface 22 a of the housing recess 22 is formed on the outer circumferential side of the inner disc 15. Furthermore, a plurality of flow paths 15h penetrating one end surface and the other end surface are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- the flat surface 15f2 of the inner disc 15 is disposed on a flat step surface formed between the inner peripheral surface 22a and the inner peripheral surface 22b of the housing recess 22.
- the diaphragm 14 is disposed on the flat surface 15 f 1 of the inner disk 15, and the pressing ring 13 is disposed on the diaphragm 14.
- the actuator 10 is driven by a drive source such as air pressure to drive the diaphragm presser 12 movably held in the vertical directions A1 and A2.
- the tip of the casing 11 of the actuator 10 is screwed into and fixed to the valve body 20 as shown in FIG. 1A.
- the front end portion presses the pressing ring 13 downward A 2
- the diaphragm 14 is fixed in the housing recess 22.
- the diaphragm 14 seals the housing recess 22 at the opening side.
- the inner disc 15 is also pressed downward A2.
- the diaphragm 14 has a diameter larger than that of the valve seat 16, and is formed so as to be elastically deformable in the form of a spherical shell from a metal such as stainless steel or NiCo alloy or a fluorine resin. The diaphragm 14 is supported by the valve body 20 so as to be in contact with and separated from the seating surface 16 s of the valve seat 16.
- the diaphragm 14 is pressed by the diaphragm holder 12 so as to be elastically deformed and pressed against the seating surface 16 s of the valve seat 16. Both valve elements 2A, 2B are in a closed state.
- the diaphragm 14 of the valve element 2A is released from the pressure by the diaphragm retainer 12, as shown in FIG. 3A, it restores to a spherical shape.
- the diaphragm 14 is pressed against the bearing surface 16s of the valve seat 16, the flow passage between the primary flow passage 21A and the secondary flow passage 24 is in a closed state.
- the diaphragm presser 12 of the valve element 2A is moved in the upward direction A1, as shown in FIG.
- the diaphragm 14 separates from the bearing surface 16s of the valve seat 16. Then, the fluid G1 such as process gas supplied from the primary side flow passage 21A flows into the secondary side flow passage 24A through the gap between the diaphragm 14 on the valve element 2A side and the seating surface 16s of the valve seat 16 It also flows into the secondary channel 24B via the communication channel 24C. The fluid G1 finally flows out of the valve body 20 through the branch channels 25 and 26. That is, the fluid G1 is divided into four.
- the diaphragm 14 on the valve element 2A side is pressed again by the diaphragm presser 12, and the diaphragm 14 on the valve element 2B side is released from the press by the diaphragm presser 12.
- the flow of the fluid G1 is interrupted, and the fluid G2 such as purge gas supplied from the primary side flow passage 21B passes through the gap between the diaphragm 14 on the valve element 2B side and the bearing surface 16s of the valve seat While flowing into the secondary flow passage 24B, it also flows into the secondary flow passage 24A via the communication flow passage 24C.
- the fluid G2 finally flows out of the valve body 20 through the branch flow paths 25 and 26. That is, the fluid G2 is branched into four.
- the different fluids G1 and G2 supplied from the primary side flow paths 21A and 21B are combined into the common secondary side formed of the secondary side flow paths 24A and 24B and the communication flow path 24C. It can be made to flow through the flow path 24 and divided into four. That is, according to the present embodiment, in the miniaturized valve body 20, two types of fluids G1 and G2 can be divided into four. According to the present embodiment, although the case of dividing into four is illustrated, for example, if the number of branches from the secondary side flow paths 24A and 24B is increased, it is possible to easily divide into more. . Preferably, the number of branches is the same as the number of carrier gas lines delivered to the processing chamber 800 described later.
- the flow is generated in all of the secondary side flow paths 24A and 24B and the communication flow path 24C, and there is no flow path that generates a liquid pool. It is extremely excellent in replaceability.
- the valve body 20 is integrally formed, the volume of the communication flow channel 24C can be reduced, and the difference in response at the time of gas switching for each diversion destination can be minimized.
- the secondary side flow passage 24 is branched into a plurality of parts in the valve body 20, and the branch flow passages 25 and 26 are opened at the upper surface 20f1 of the valve body 20.
- the present invention is not limited to this, and a configuration of opening at either the bottom surface 20f2 or the side surfaces 20f3 to 20f6 can also be adopted.
- the inner disc 15 and the valve seat 16 are separate members, it is also possible to integrate the inner disc 15 and the valve seat 16.
- valve apparatus 1 Although the case where two types of fluid G1 and G2 are diverted into four was illustrated in the above-mentioned embodiment, the present invention is not limited to this, and the primary side channel and the valve element are common valve body 20 If it adds, the kind of fluid made to flow into valve apparatus 1 can further be increased.
- the fluid control device shown in FIG. 7 is provided with a metal base plate BS arranged along the width directions W1 and W2 and extending in the longitudinal directions G1 and G2.
- W1 indicates the front side
- W2 indicates the back side
- G1 indicates the upstream side
- G2 indicates the downstream side.
- Various fluid devices 991A to 991E are installed on the base plate BS via a plurality of flow path blocks 992, and a plurality of flow path blocks 992 allow the flow of fluid from the upstream side G1 to the downstream side G2 (not shown) Are formed respectively.
- the "fluid device” is a device used in a fluid control device that controls the flow of fluid, and includes a body that defines a fluid flow passage, and at least two flow passage ports that open at the surface of the body
- the introduction pipe 993 is connected to a flow path port on the upstream side of the flow path (not shown) described above.
- the valve device 1 according to the present embodiment is applicable to the mass flow controller 991E described above, and the flow control of fluid is performed by the mass flow controller 991E.
- the valve device 1 according to the present embodiment can be applied to valves such as the on-off valve (two-way valve) 991A, the regulator 991B, the pressure gauge 991C, and the on-off valve (three-way valve) 991D.
- a semiconductor manufacturing apparatus 1000 is a system for performing a semiconductor manufacturing process by atomic layer deposition (ALD), 600 is a process gas supply source, 700 is a gas box, 710 is a tank, 800 is processing.
- Chamber 900 shows an exhaust pump.
- the fluid control device shown in FIG. 7 is housed in a gas box 700.
- the process gas supplied from the gas box 700 is temporarily stored in the buffer tank 710 as a buffer to stably supply the process gas, and provided in the immediate vicinity of the process chamber 800.
- the valve 720 is frequently opened and closed to supply the processing gas from the tank to the processing chamber in a vacuum atmosphere.
- the ALD method is one of the chemical vapor deposition methods, in which two or more types of processing gases are alternately flowed one by one onto the substrate surface under film forming conditions such as temperature and time, and This is a method of depositing a film one layer at a time, and controlling a single atomic layer one by one, so that a uniform film thickness can be formed, and a film can be grown extremely densely as a film quality. .
- the gas box 700 incorporating the fluid control device supplies the accurately metered process gas to the processing chamber 800.
- the tank 710 functions as a buffer for temporarily storing the processing gas supplied from the gas box 700.
- the processing chamber 800 provides a closed processing space for film formation on a substrate by the ALD method.
- the exhaust pump 900 evacuates the processing chamber 800.
- the present invention is not limited to the embodiments described above. Those skilled in the art can make various additions and modifications within the scope of the present invention.
- the above application example illustrates the case where the valve device 1 is used in a semiconductor manufacturing process by the ALD method
- the present invention is not limited to this, and for example, the atomic layer etching method (ALE: atomic layer etching method) It can be applied to all objects that require precise flow control such as
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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)。
ある種の流体制御装置では、複数のキャリアガスラインのそれぞれに流量制御されたプロセスガスを所定量ずつ添加することが行われる。これはプロセスチャンバに複数のガス噴き出し口を設けて、流量比制御されたキャリアガスに乗せてプロセスガスを送ることで、ウエハ全面について均一なプロセスを行うことを目的としている。この場合、長手方向に並んだ一組の各種流体機器のラインの数はプロセスガスの種類数とキャリアガスラインの数を乗じた本数だけ必要になり、小型化、集積化を阻害している。
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、バルブボディを小型化すると、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。
また、バルブ装置の一次側の流路に流入するプロセスガスを、バルブを通じて、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バルブボディに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。加えて、一般的には、プロセスガスを流した分流流路には、窒素ガス等のパージガスを流す必要がある。バルブを通じてパージガスを供給する流路をバルブボディに形成すると、バルブボディをさらに大型化する必要がある。
また、従来の流体制御装置においては、プロセスガスを分流する継手とパージガスを分流させる継手は別々に存在しており、流体制御装置の一本のラインごとに、どちらのガスを流すかを選択するバルブが設けられていた。そのため、プロセスガスとパージガスを切り替えるためのバルブが、ラインの数に比例して必要であった。さらに、この従来の構造では、ラインにガスを流した際にガスの置換性が悪く元のガスが残留、滞留してしまう滞留部を小さくする努力が行われてきた。しかし、流路のうち、ガスが流通しない領域に形成される滞留部をなくすのは困難であった。
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複数の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。また、それによりバルブの総数を減らして小型化された流体制御装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ガスの滞留を最小限に抑えてガスの置換性が改善されたバルブ装置を提供することにある。
前記バルブボディは、第1および第2のバルブ要素がそれぞれ内蔵される第1および第2の収容凹部と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディの外部と連通させる一次側流路と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディの外部と連通させる二次側流路と、前記第1および第2の収容凹部を接続して前記二次側流路の各々を互いに連通させる連通流路を画定し、
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、前記第1および第2の収容凹部に接続された前記一次側流路の各々と前記各二次側流路との連通状態を選択的に切り換える。
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、
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バルブシートの座面に当接および離隔可能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バルブシートの座面との間隙を通じて、前記バルブシートの流通流路と対応する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、対応する前記収容凹部の内壁面の一部と協働して対応する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バルブシートの流通流路とを接続する迂回流路とを有する、構成を採用できる。
さらに好適には、前記一次側流路の各々は、前記バルブボディの底面で開口し、前記二次側流路の各々は、前記バルブボディ内で複数に分岐する複数の分岐流路を含み、前記複数の分岐流路の各々は、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。
さらに好適には、前記二次側流路と前記連通流路とは、前記バルブボディの長手方向に延在し、かつ、共通の軸線上に形成されている、構成を採用できる。また、前記第1の収容凹部に一端部が接続された二次側流路は、他端部が前記バルブボディ内で閉塞し、前記第2の収容凹部に一端部が接続された二次側流路は、他端部が前記バルブボディの側面で開口している、構成とすることも可能である。
上記のバルブ装置を含む、流量制御装置である。
本発明の流量制御方法は、プロセスガスの流量制御に上記構成のバルブ装置を用いる、流量制御方法である。
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、連通流路により第1および第2の二次側流路を互いに連通させることで、各一次側流路からそれぞれ流入する流体を、第1および第2のバルブ要素を通じて、第1の収容凹部に接続された二次側流路と第2の収容凹部に接続された二次側流路の両方に流すことができ、各一次側流路からの流体を多数に分流できるとともにバルブボディの小型化も可能となる。
また、本発明によれば、プロセスガスとパージガスを切り替えるバルブ要素が複数の流体制御装置のラインについて共用されて、流体制御装置のバルブ要素の総数を削減し、低コスト化が可能となる。
また、本発明によれば、第1および第2のバルブ要素のいずれを通じて流体を流通させた場合であっても、各二次側流路と連通流路の全てにガスが流れるため、滞留部の形成を最小限に抑えることができ、流体の置換性を大幅に改善することが可能となる。
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はバルブ装置の要部を示し、図3Aおよび図3Bは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3B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。
バルブボディ20は、前記第1および第2の収容凹部22A,22Bにそれぞれ接続された一次側流路21A,21Bと、収容凹部22A,22Bにそれぞれ接続された二次側流路24A,24Bと、収容凹部22Aと収容凹部22Bとを接続する連通流路24Cとを画定する。連通流路24Cは、後述するように、二次側流路24の一部として機能する。一次側流路21A,21Bは、ガス等の流体が外部から供給される側の流路である。二次側流路24は、一次側流路21A,21Bからバルブ要素2A,2B通じて流入する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21Bは、バルブボディ20の底面20f2に対して一次側流路21Aとは逆向きに傾斜して形成され、一端が収容凹部22Bに底面22dで接続され、他端が底面20f2で開口している。
一次側流路21A,21Bの開口の周囲には、シール保持部21a,21bがそれぞれ形成されている。シール保持部21a,21b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20h1,20h2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,21b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21A,21B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,24Bと連通流路24Cとは、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22A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22B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。
連通流路24Cは、一端が収容凹部22Aの内周面22bで開口し、他端が収容凹部22Bの内周面22bで開口している。連通流路24Cを介して二次側流路24Aと二次側流路24Bとは連通している。
二次側流路24を構成する二次側流路24A,24Bおよび連通流路24Cは、ドリル等の工具を用いて容易に加工できる。なお、二次側流路24はバルブボディ20の他端からドリル等を用いて切削加工しても良いし、一端、及び他端 の両方からドリル等を用いて切削加工を行い、バルブボディ20内で連通させても良い。
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21A,21Bにそれぞれ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22A,22B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がそれぞれ挿入されている。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、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21Aと二次側流路24Aとの連通および一次側流路21Bと二次側流路24B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。
バルブ要素2Aのダイヤフラム14をダイヤフラム押え12による押圧から開放すると、図3A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21Aと二次側流路24との間の流路は閉鎖された状態にある。バルブ要素2Aのダイヤフラム押え12が上方向A1に移動されると、図3A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21Aから供給されるプロセスガス等の流体G1は、バルブ要素2A側のダイヤフラム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に流入するとともに、連通流路24Cを介して二次側流路24Bにも流入する。流体G1は、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。すなわち、流体G1は4つに分流される。
なお、本実施形態によれば、4つに分流する場合について例示したが、例えば、二次側流路24A,24Bからの分岐数を増やせば、さらに多数に分流することが容易に可能である。好適には、後述の処理チャンバ800に送出されるキャリアガスのラインの本数と同じ数の分岐数とすることが望ましい。
また、流体G1,G2のいずれを流通させた場合にも、二次側流路24A,24Bおよび連通流路24Cの全てに流れが発生するため液だまりを生じる流路が存在せず、ガスの置換性に極めて優れている。
特に、バルブボディ20を一体として形成したため、連通流路24Cの体積を小さくでき、各分流先についてのガス切り替え時の応答の差異を最小限に抑えることができる。
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。
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、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。
2A,2B 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
20h1,20h2 ねじ穴
21A,21B,21 一次側流路
21a,21b シール保持部
22A,22B,22 収容凹部
24A,24B,24 二次側流路
24C 連通流路(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
A1 上方向
A2 下方向
J1 軸線
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、第1および第2のバルブ要素がそれぞれ内蔵される第1および第2の収容凹部と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディの外部と連通させる一次側流路と、前記第1および第2の収容凹部をそれぞれ前記バルブボディの外部と連通させる二次側流路と、前記第1および第2の収容凹部を接続して前記二次側流路の各々を互いに連通させる連通流路を画定し、
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、前記第1および第2の収容凹部に接続された前記一次側流路の各々と前記各二次側流路との連通状態を選択的に切り換える、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、
前記第1および第2のバルブ要素の各々は、
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バルブシートの座面に当接および離隔可能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バルブシートの座面との間隙を通じて、前記バルブシートの流通流路と対応する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、対応する前記収容凹部の内壁面の一部と協働して対応する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バルブシートの流通流路と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。 - 前記一次側流路の各々は、前記バルブボディの底面で開口し、
前記二次側流路の各々は、前記バルブボディ内で複数に分岐する複数の分岐流路を含み、
前記複数の分岐流路の各々は、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、請求項2に記載のバルブ装置。 - 前記二次側流路と前記連通流路とは、前記バルブボディの長手方向に延在し、かつ、共通の軸線上に形成されている、請求項2又は3に記載のバルブ装置。
- 前記第1の収容凹部に一端部が接続された二次側流路は、他端部が前記バルブボディ内で閉塞し、
前記第2の収容凹部に一端部が接続された二次側流路は、他端部が前記バルブボディの側面で開口している、請求項4に記載のバルブ装置。 - 前記第1および第2の収容凹部の各々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、請求項1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押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、請求項2ないし7のいずれか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バルブシートサポートの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。
Priority Applications (4)
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