JP7529287B2 - ダイヤフラムバルブ、流量制御装置、流体制御装置、及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤフラムバルブ、流量制御装置、流体制御装置、及び半導体製造装置に関する。
半導体製造プロセス等に用いられるプロセスガスの流量制御には、質量流量制御装置（マスフローコントローラ）が広く用いられている。この質量流量制御装置は、例えば圧力式の質量流量制御装置の場合、流路に設けられたオリフィスの前後の圧力に基づいて質量流量を測定し、この質量流量が目標値になるように制御バルブで調節している。このような制御バルブとして、ダイヤフラムバルブが広く用いられている。
ダイヤフラムバルブは、金属の薄板等からなるダイヤフラムを、駆動部により押圧して弾性変形させ、流路の開閉及び開度の調節を行う構造になっている。この駆動部は、例えば、図６（特許文献１の図４）に示すように、ダイヤフラム（図１の符号１７）を押圧するステム８と、これを駆動する圧電アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）２を含む。電圧印加時には、圧電アクチュエータ２は伸長するように構成されているので、ステム８は、変位伝達機構（４，７，６，５，５ｂ）を介して、圧電アクチュエータ２によりバルブを開く方向に駆動される。一方、圧電アクチュエータ２の電圧非印加時には、ステム８は皿ばね９ａによりダイヤフラムバルブを閉じる方向に付勢されており、これにより、ノーマルクローズ動作を実現する。ステム８は、Ｏリング１４を介してボンネット１０の貫通孔１０ｂによりガイドされている（特許文献１）。
このＯリング１４は、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、クロロプレンゴム等のゴムで形成され、柔軟性を有する。圧電アクチュエータ２に駆動されたステム８の動作ストロークは数１０μｍと小さいので、摺動よりもＯリング１４の弾性変形によりステム８の軸方向変位を許容していると考えられる。
しかし、上記機構では、Ｏリングのガイドとしての接触面積が小さいため、保持力が十分とは言えず、ステムの軸ブレが起こる場合があった。その結果、ダイヤフラムにおけるステムの当接箇所が偏心すると、応力が高くなって、ダイヤフラムの寿命を縮める恐れがあった。特に、流量制御装置の小型化に伴って、ダイヤフラムが小型化されると、ステムの僅かな軸ブレでもダイヤフラムにとって相対的に大きな偏心になるので、より厳しい軸ブレの抑制が求められるようになった。
そこで、このＯリングをガイドとしての保持力の高い金属製のスリーブに置き替えて、軸ブレを低減することも考えられる。しかし、このスリーブはボンネット１０の範囲内に配置されるため軸方向長さが短く、ステムに結合された長い上記変位伝達機構（４，７，６，５，５ｂ）に外力が掛かると、スリーブに過大な反力が掛かって損傷しやすく（カジリやすく）、その結果、バルブの開度調整に支障をきたすという問題があった。
そこで、このＯリングをガイドとしての保持力の高い金属製のスリーブに置き替えて、軸ブレを低減することも考えられる。しかし、このスリーブはボンネット１０の範囲内に配置されるため軸方向長さが短く、ステムに結合された長い上記変位伝達機構（４，７，６，５，５ｂ）に外力が掛かると、スリーブに過大な反力が掛かって損傷しやすく（カジリやすく）、その結果、バルブの開度調整に支障をきたすという問題があった。
本発明の目的は、上記課題を解決し、ステムの軸ブレを低減したダイヤフラムバルブを提供することにある。
本発明のダイヤフラムバルブは、内部に流路を有し、上面に弁室が凹設されたバルブボディと、前記弁室に配置され、弾性変形により前記流路の開閉及び開度の調節が可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを押圧して弾性変形させるステムと、該ステムを駆動するアクチュエータと、前記バルブボディに固定されて前記ステムと前記アクチュエータとを支持する支持機構と、を有するダイヤフラムバルブであって、
前記ステムと前記アクチュエータは、前記バルブボディの上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置され、
前記アクチュエータは、下端部が前記支持機構の部材に当接して位置決めされて、上端部の垂直方向位置が変位するように構成され、
前記アクチュエータの上端部と前記ステムとは、前記アクチュエータを迂回して伸びる変位伝達部材によって接続された、ダイヤフラムバルブにおいて、
前記ステムは、前記変位伝達部材に接続された第１のステム部材と、
前記支持機構によりスリーブを介して軸方向に変位可能に保持され、上端部が前記第１のステム部材の下端部に当接し、該第１のステム部材に駆動されて前記ダイヤフラムを押圧する第２のステム部材と、からなることを特徴とする。
この構成により、変位伝達部材に接続された第１のステム部材に外力によるモーメントが加わっても第２のステム部材には伝わらないため、第２のステム部材のガイドとしてガイド剛性の高いスリーブを用いることができ、ステムの軸ブレを低減したダイヤフラムバルブが実現できる。
前記ステムと前記アクチュエータは、前記バルブボディの上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置され、
前記アクチュエータは、下端部が前記支持機構の部材に当接して位置決めされて、上端部の垂直方向位置が変位するように構成され、
前記アクチュエータの上端部と前記ステムとは、前記アクチュエータを迂回して伸びる変位伝達部材によって接続された、ダイヤフラムバルブにおいて、
前記ステムは、前記変位伝達部材に接続された第１のステム部材と、
前記支持機構によりスリーブを介して軸方向に変位可能に保持され、上端部が前記第１のステム部材の下端部に当接し、該第１のステム部材に駆動されて前記ダイヤフラムを押圧する第２のステム部材と、からなることを特徴とする。
この構成により、変位伝達部材に接続された第１のステム部材に外力によるモーメントが加わっても第２のステム部材には伝わらないため、第２のステム部材のガイドとしてガイド剛性の高いスリーブを用いることができ、ステムの軸ブレを低減したダイヤフラムバルブが実現できる。
好ましくは、前記スリーブは、金属製で内周側に樹脂層が形成されているものである、構成を採用できる。
この構成により、高いガイド剛性と樹脂層の自己潤滑性による低い摩擦抵抗が得られるため、第２のステム部材のスムーズな移動が可能になる。
この構成により、高いガイド剛性と樹脂層の自己潤滑性による低い摩擦抵抗が得られるため、第２のステム部材のスムーズな移動が可能になる。
好適には、前記樹脂層は、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、フッ素樹脂、フェノール樹脂のいずれかで形成されたものである、構成を採用できる。
好ましくは、前記第２のステム部材の上端部は、前記第１のステム部材の下端部に点接触している、構成を採用できる。
この構成により、変位伝達部材に外力が加わって第１のステム部材が振れても、第２のステム部材の軸方向位置の変動を抑えることができる。
この構成により、変位伝達部材に外力が加わって第１のステム部材が振れても、第２のステム部材の軸方向位置の変動を抑えることができる。
好ましくは、前記アクチュエータは、電圧印加により長さが伸長する圧電アクチュエータである、構成を採用できる。
本発明の流量制御装置は、上記構成のダイヤフラムバルブを用いたものである。
本発明の流体制御装置は、上流から下流に向かって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、上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含むものである。
前記複数の流体機器は、上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含むものである。
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制御に上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を用いたものである。
本発明によれば、ステムを、変位伝達部材に接続された第１のステム部材と、ダイヤフラムを押圧する第２のステム部材とに分割して、第２のステム部材のみスリーブで軸方向の動きをガイドさせる構造にしたので、第１のステム部材に外力によるモーメントが加わっても第２のステム部材には伝わらない。このため、第２のステム部材のガイドとしてガイド剛性の高いスリーブを用いることができ、ステムの軸ブレを低減したダイヤフラムバルブが実現できる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１の概略図を示す。
図１に示すように、本実施形態のダイヤフラムバルブ１は、バルブボディ１６と、ダイヤフラム１７と、支持機構（３，１０）と、ステム８と、アクチュエータ２と、を含んで構成される。
バルブボディ１６は、略ブロック形状を成し、内部に上流側流路１６ａと下流側流路１６ｂとを有する。上流側流路１６ａは、バルブボディ１６の上面に形成された浅い座ぐり穴状の窪みである弁室１６ｄの底面の中央部に開口し、この開口の周囲は環状に盛り上がってバルブシート１６ｅを形成している。一方、下流側流路１６ｂは、弁室１６ｄの底面の周辺部１６ｆに開口している。
ダイヤフラム１７は、本実施形態では、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板やニッケル・コバルト合金薄板の中央部を上方へ膨出させた球殻状の部材で、バルブボディ１６上面における弁室１６ｄに配置されている。ダイヤフラム１７の外周縁部の上に円環状の押えアダプタ１８が配置され、その上からボンネット１０の下端部が当接し、ボンネット１０が支持プレート３とともに、ボルトによりバルブボディ１６へ共締めされることで、ダイヤフラム１７は固定され、弁室１６ｄが気密に密封されている。
ダイヤフラムバルブ１が開のときは、ダイヤフラム１７とバルブシート１６ｅとの間には、所定量の隙間があり、上流側流路１６ａからこの隙間を通ってダイヤフラム１７で封止された弁室１６ｄに連通し、さらに下流側流路１６ｂへ連通する流路が形成されている。ダイヤフラム１７が駆動部１２により押圧されてバルブシート１６ｅに当接すると、上流側流路１６ａと下流側流路１６ｂとの連通が遮断され、ダイヤフラム１７がバルブシート１６ｅから離隔することにより、上流側流路１６ａと下流側流路１６ｂとが連通する。これにより、流路の開閉及び開度の調節が可能になっている。
支持機構（３，１０）は、バルブボディ１６に固定されてステム８とアクチュエータ２とを支持するもので、ボンネット１０と、支持プレート３と、を有する。
ボンネット１０は、フランジ付きの略円筒状の部材から、図１の紙面垂直方向両側を切り落として幅を狭めた形状を有し、その内周側にステム８が配置できるようになっている。支持プレート３は、ボンネット１０の上端部の上に架設された部材で、アクチュエータ２の下端部を受けて位置決めする役割を有する。
これにより、ステム８とアクチュエータ２は、バルブボディ１６の上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置されている。
ボンネット１０のフランジ部と支持プレート３の両端部は、２本のボルトで、バルブボディ１６に共締めされている。ボンネット１０は、上記のようにダイヤフラム１７をバルブボディ１６に固定する役割も果たしている。
ボンネット１０は、フランジ付きの略円筒状の部材から、図１の紙面垂直方向両側を切り落として幅を狭めた形状を有し、その内周側にステム８が配置できるようになっている。支持プレート３は、ボンネット１０の上端部の上に架設された部材で、アクチュエータ２の下端部を受けて位置決めする役割を有する。
これにより、ステム８とアクチュエータ２は、バルブボディ１６の上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置されている。
ボンネット１０のフランジ部と支持プレート３の両端部は、２本のボルトで、バルブボディ１６に共締めされている。ボンネット１０は、上記のようにダイヤフラム１７をバルブボディ１６に固定する役割も果たしている。
アクチュエータ２は、ステム８を駆動するもので、本実施形態では圧電アクチュエータを用いている。以下、「圧電アクチュエータ２」ともいう。
圧電アクチュエータ２は、円筒状のケース２ｃに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケース２ｃは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部２ａ側の端面および基端部２ｂ側の端面が閉塞している。ケース２ｃは、積層された圧電素子に電圧を印加して伸長させることで、ケース２ｃの先端部２ａ側の端面が弾性変形し、半球状の先端部２ａが長手方向において変位する。すなわち、ケース２ｃは、積層された圧電素子に電圧を印可することで、先端部２ａから基端部２ｂまでの全長が伸びる。
圧電アクチュエータ２は、円筒状のケース２ｃに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケース２ｃは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部２ａ側の端面および基端部２ｂ側の端面が閉塞している。ケース２ｃは、積層された圧電素子に電圧を印加して伸長させることで、ケース２ｃの先端部２ａ側の端面が弾性変形し、半球状の先端部２ａが長手方向において変位する。すなわち、ケース２ｃは、積層された圧電素子に電圧を印可することで、先端部２ａから基端部２ｂまでの全長が伸びる。
圧電アクチュエータ２は、下端部である先端部２ａが支持プレート３に当接するように垂直方向に配置されている。先端部２ａの先端は半球状を成し、本実施形態では支持プレートの上面に形成された円錐状の窪みに落ち込むようになっている。
一方、圧電アクチュエータ２の上端部である基端部２ｂは、押圧部材４を介して上部連結部材６に保持されている。押圧部材４の上面は、上部連結部材６のねじ穴に螺合された調整ねじ７の先端に当接している。上部連結部材６は、有底円筒を伏せて両側をカットした略コの字型を有し、その内側に一対の変位伝達部材５が、ねじで連結されている。
一対の変位伝達部材５は、熱膨張係数の小さいインバー材等の金属材料で形成され、圧電アクチュエータ２の外周面に沿う円筒状部材を長手方向に沿って二つに分割した形態を呈している。これらの一対の変位伝達部材５は、それぞれの開口部５ａに支持プレート３を挿通させてその下側に伸び、下端部に係止部５ｂが形成されている。
ステム８は、ダイヤフラム押え１９を介してダイヤフラム１７を押圧して弾性変形させるもので、支持プレート３の下側に、ボンネット１０のガイド孔１０ａを貫いて前記圧電アクチュエータ２と同軸に配置されている。
ここで、本発明では、ステム８は、変位伝達部材５に接続された第１のステム部材８ａと、第１のステム部材８ａに駆動されてダイヤフラム１７を押圧する第２のステム部材８ｂと、からなる。
第１のステム部材８ａは、一対の変位伝達部材５の下端部に形成された各係止部５ｂがそれぞれ係合するアーム部８ａ－１を備えている。また、第１のステム部材８ａは、コイルばね９により下方向に付勢されている。圧電アクチュエータ２が伸長すると、第１のステム部材８ａもコイルばね９の付勢力に抗して一対の変位伝達部材５により上方向に引き上げられる。このように、圧電アクチュエータ２の長さの変位が、変位伝達部材５を含む一連の変位伝達機構（４，７，６，５、５ｂ）を通して第１のステム部材８ａに伝達され、第１のステム部材８ａが軸方向に変位するようになっている。
なお、第１のステム部材８ａの上端部が、支持プレート３の下面の止り穴に緩く嵌入することで、第１のステム部材８ａと変位伝達部材５を含む一連の変位伝達機構（４，７，６，５、５ｂ）の軸方向の動きは、緩くガイドされている。
なお、第１のステム部材８ａの上端部が、支持プレート３の下面の止り穴に緩く嵌入することで、第１のステム部材８ａと変位伝達部材５を含む一連の変位伝達機構（４，７，６，５、５ｂ）の軸方向の動きは、緩くガイドされている。
第２のステム部材８ｂは、上端部が第１のステム部材８ａの下端部に当接するようにこれと同軸に配置されている。第１のステム部材８ａの下端部は略平面を成す一方、第２のステム部材８ｂの上端部は略球面を成しており、両者は点接触している（図２参照）。この構成により、変位伝達部材５に外力が加わって第１のステム部材８ａが振れても、第２のステム部材８ｂの軸方向位置の変動を極小化できる。第２のステム部材８ｂの下端部には、ダイヤフラム押え１９が取り付けられ、ダイヤフラム１７に当接している。第２のステム部材８ｂは、第１のステム部材８ａに駆動されてダイヤフラム１７を押圧して弾性変形させるようになっている。
また第２のステム部材８ｂは、ボンネット１０によりスリーブ１５を介して軸方向に変位可能に保持されている。本実施形態では、第２のステム部材８ｂとボンネット１０のガイド孔１０ａとの摺動部分に、従来のＯリング１４（図６参照）の代わりに、スリーブ１５を用いている。すなわち、ボンネット１０のガイド孔１０ａに外周が嵌合固定されたスリーブ１５の内周により、第２のステム部材８ｂがガイドされている。このスリーブ１５は、図２に示すように、金属製のスリーブ本体１５ａの内周側にポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、フッ素樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、フェーノール樹脂などの自己潤滑性の樹脂層１５ｂが形成されているので、ガイドされるステンレス鋼製の第２のステム部材８ｂとの摩擦係数が小さい。また、第２のステム部材８ｂの外周とスリーブ１５の内周との組み合わせは、円筒状の接触面を有するので、接触面積が広く、高いガイド剛性が得られる。
次に、このように構成された本実施形態のダイヤフラムバルブ１の動作について、図１を参照して説明する。
まず、圧電アクチュエータ２への印加電圧がゼロである初期状態では、圧電アクチュエータ２の長さＬは初期長さＬ０と最小であり、変位伝達機構（４，７，６，５，５ｂ）とこれに係合させた第１のステム部材８ａは、コイルばね９に押し下げられて最下位置にあり、これに当接する第２のステム部材８ｂも最下位置にある。したがって、ダイヤフラム１７は第２のステム部材８ｂに押圧されて、バルブシート１６ｅに密着し、バルブは全閉状態になる。
次に、圧電アクチュエータ２に電圧を印加すると、圧電アクチュエータ２の長さＬは大きくなるため、コイルばね９の付勢力に打ち勝って、変位伝達機構（４，７，６，５，５ｂ）と第１のステム部材８ａは引き上げられる。その結果、第２のステム部材８ｂもダイヤフラム１７の形状復元力により押し上げられて、ダイヤフラム１７とバルブシート１６ｅの間に隙間ができて、バルブは開き、流体がダイヤフラムバルブ１を通過できるようになる。圧電アクチュエータ２への印加電圧を調節することにより、ダイヤフラム１７とバルブシート１６ｅとの隙間を調節でき、流体の流量を調節できる。
この際、まず、ステム８が変位伝達部材に接続された第１のステム部材と、ダイヤフラムを押圧する第２のステム部材とに分割したので、第１のステム部材に外力によるモーメントが加わっても第２のステム部材には伝わらない。
このため、第２のステム部材８ｂのガイドとしてガイド剛性の高いスリーブ１５を用いることができる。したがって、上下方向移動の際に軸ブレを起こすことなく、軸ブレによるダイヤフラム１７の応力上昇を低減できるため、ダイヤフラム１７の寿命の向上を図ることができる。また、第２のステム部材８ｂの外周が接触するスリーブ１５の内周側には、低摩擦係数の樹脂層１５ｂが形成されているので、第２のステム部材８ｂはスムーズに上下方向移動できる。
このため、第２のステム部材８ｂのガイドとしてガイド剛性の高いスリーブ１５を用いることができる。したがって、上下方向移動の際に軸ブレを起こすことなく、軸ブレによるダイヤフラム１７の応力上昇を低減できるため、ダイヤフラム１７の寿命の向上を図ることができる。また、第２のステム部材８ｂの外周が接触するスリーブ１５の内周側には、低摩擦係数の樹脂層１５ｂが形成されているので、第２のステム部材８ｂはスムーズに上下方向移動できる。
尚、本実施形態では、第２のステム部材８ｂのガイドとして、金属製のスリーブ本体１５ａの内周側に樹脂層１５ｂが形成されたスリーブ１５を用いているが、これに限られない。例えば、転動ボールを有するボールブッシュを用いても良く、そのような構成でも、高ガイド剛性と低いガイド抵抗が実現できる。
また、第１のステム部材８ａの下端部と第２のステム部材８ｂの上端部との当接箇所は、前者を平面とし、後者を球面とすることにより、点接触を実現しているが、これに限られず、前者を球面とし、後者を平面としてもよく、両者とも球面としても良い。また、第２のステム部材８ｂの上端部は、両端は平面で中心部は略球面を成しているが、上端部全体球面でも良い。
次に、本発明の流量制御装置について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る流量制御装置２０の部分断面図であり、上記したダイヤフラムバルブ１が組み込まれた圧力式の流量制御装置２０を示す。
図３において、流量制御装置２０の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置２０は、上記したダイヤフラムバルブ１の構成要素に加えて、下流側ブロック２５、圧力検出器２２、オリフィス（図示省略）、圧力検出器２６、下流側流路（図示省略）を有する。
図３は、本発明の一実施形態に係る流量制御装置２０の部分断面図であり、上記したダイヤフラムバルブ１が組み込まれた圧力式の流量制御装置２０を示す。
図３において、流量制御装置２０の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置２０は、上記したダイヤフラムバルブ１の構成要素に加えて、下流側ブロック２５、圧力検出器２２、オリフィス（図示省略）、圧力検出器２６、下流側流路（図示省略）を有する。
バルブボディ１６の内部において、ダイヤフラム１７の下流側の流路１６ｂ内にオリフィス（図示省略；本実施形態では、ガスケット型オリフィス）が設けられている。その上流側の流路１６ｂの途中には、圧力を検出する上流側の圧力検出器２２が設けられている。
下流側ブロック２５は、バルブボディ１６にボルトにより連結され、バルブボディ１６の下流側の流路１６ｂに連通する下流側流路（図示省略）を有し、この流路内の圧力を検出する下流側の圧力検出器２６が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器２２、２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブ１がＰＩＤ制御により開閉制御される。
下流側ブロック２５は、バルブボディ１６にボルトにより連結され、バルブボディ１６の下流側の流路１６ｂに連通する下流側流路（図示省略）を有し、この流路内の圧力を検出する下流側の圧力検出器２６が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器２２、２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブ１がＰＩＤ制御により開閉制御される。
本流量制御装置では、本発明のダイヤフラムバルブを用いたので、ダイヤフラムバルブの長寿命化に伴う、流体制御装置の長寿命化が期待できる。
次に、本発明の流体制御装置について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
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には、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。
図４は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
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には、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。
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（２方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３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。
本発明は、上記した開閉弁９９１Ａ、９９１Ｄ、レギュレータ９９１Ｂ、マスフローコントローラ９９１Ｅ等の種々のダイヤフラムバルブに適用可能である。
次に、本発明の半導体製造装置について説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図５に示す半導体製造装置９８０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装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス（流体制御装置）、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図５に示す半導体製造装置９８０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装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス（流体制御装置）、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。
本発明は、上記したガスボックス９８２を構成する流体機器、開閉バルブ９８４に適用可能である。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。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。例えば、上記適用例では、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法（ＡＬＥ ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ 法）等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。
上記実施形態では、開閉バルブ９８４を流体制御装置としてのガスボックス９８２の外部に配置する構成としたが、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した流体制御装置に上記実施形態のダイヤフラムバルブを含ませることも可能である。
１ ：ダイヤフラムバルブ
２ ：圧電アクチュエータ、アクチュエータ
２ａ ：先端部
２ｂ ：基端部
２ｃ ：ケース
３ ：支持プレート（支持機構）
４ ：押圧部材
５ ：変位伝達部材
５ａ ：開口部
５ｂ ：係止部
６ ：上部連結部材
７ ：調整ねじ
８ ：ステム
８ａ ：第１のステム部材
８ａ－１ ：アーム部
８ｂ ：第２のステム部材
９ ：コイルばね
１０ ：ボンネット（支持機構）
１０ａ ：ガイド孔
１０ｂ ：貫通孔
１２ ：駆動部
１４ ：Ｏリング
１５ ：スリーブ
１５ａ ：スリーブ本体
１５ｂ ：樹脂層
１６ ：バルブボディ
１６ａ ：上流側流路、流路
１６ｂ ：下流側流路、流路
１６ｄ ：弁室
１６ｅ ：バルブシート
１７ ：ダイヤフラム
１８ ：押えアダプタ
１９ ：ダイヤフラム押え
２０ ：流量制御装置
２２ ：圧力検出器
２５ ：下流側ブロック
２６ ：圧力検出器
９８０ ：半導体製造装置
９８１ ：プロセスガス供給源
９８２ ：ガスボックス（流体制御装置）
９８３ ：タンク
９８４ ：開閉バルブ
９８５ ：制御部
９８６ ：処理チャンバ
９８７ ：排気ポンプ
９９１Ａ～９９１Ｅ：流体機器
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
ＢＳ ：ベースプレート
Ｇ１、Ｇ２：長手方向
Ｗ１、Ｗ２：幅方向
２ ：圧電アクチュエータ、アクチュエータ
２ａ ：先端部
２ｂ ：基端部
２ｃ ：ケース
３ ：支持プレート（支持機構）
４ ：押圧部材
５ ：変位伝達部材
５ａ ：開口部
５ｂ ：係止部
６ ：上部連結部材
７ ：調整ねじ
８ ：ステム
８ａ ：第１のステム部材
８ａ－１ ：アーム部
８ｂ ：第２のステム部材
９ ：コイルばね
１０ ：ボンネット（支持機構）
１０ａ ：ガイド孔
１０ｂ ：貫通孔
１２ ：駆動部
１４ ：Ｏリング
１５ ：スリーブ
１５ａ ：スリーブ本体
１５ｂ ：樹脂層
１６ ：バルブボディ
１６ａ ：上流側流路、流路
１６ｂ ：下流側流路、流路
１６ｄ ：弁室
１６ｅ ：バルブシート
１７ ：ダイヤフラム
１８ ：押えアダプタ
１９ ：ダイヤフラム押え
２０ ：流量制御装置
２２ ：圧力検出器
２５ ：下流側ブロック
２６ ：圧力検出器
９８０ ：半導体製造装置
９８１ ：プロセスガス供給源
９８２ ：ガスボックス（流体制御装置）
９８３ ：タンク
９８４ ：開閉バルブ
９８５ ：制御部
９８６ ：処理チャンバ
９８７ ：排気ポンプ
９９１Ａ～９９１Ｅ：流体機器
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
ＢＳ ：ベースプレート
Ｇ１、Ｇ２：長手方向
Ｗ１、Ｗ２：幅方向
Claims (8)
- 内部に流路を有し、上面に弁室が凹設されたバルブボディと、前記弁室に配置され、弾性変形により前記流路の開閉及び開度の調節が可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを押圧して弾性変形させるステムと、該ステムを駆動するアクチュエータと、前記バルブボディに固定されて前記ステムと前記アクチュエータとを支持する支持機構と、を有するダイヤフラムバルブであって、
前記ステムと前記アクチュエータは、前記バルブボディの上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置され、
前記アクチュエータは、下端部が前記支持機構の部材に当接して位置決めされて、上端部の垂直方向位置が変位するように構成され、
前記アクチュエータの上端部と前記ステムとは、前記アクチュエータを迂回して伸びる変位伝達部材によって接続されたダイヤフラムバルブにおいて、
前記ステムは、前記変位伝達部材に接続された第１のステム部材と、
前記支持機構によりスリーブを介して軸方向に変位可能に保持され、上端部が前記第１のステム部材の下端部に当接し、該第１のステム部材に駆動されて前記ダイヤフラムを押圧する第２のステム部材と、
からなることを特徴とする、ダイヤフラムバルブ。 - 前記スリーブは、金属製で内周側に樹脂層が形成されているものである、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記樹脂層は、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、フッ素樹脂、フェノール樹脂のいずれかで形成されたものである、請求項２に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記第２のステム部材の上端部は、前記第１のステム部材の下端部に点接触している、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記アクチュエータは、電圧印加により長さが伸長する圧電アクチュエータである、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
- 請求項１～５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブを用いた、流量制御装置。
- 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１～５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項６に記載の流量制御装置を含む、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の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１～５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項６に記載の流量制御装置を用いる、半導体製造装置。
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