JPH06201064A

JPH06201064A - 超高純度ガス制御用耐食性バルブ

Info

Publication number: JPH06201064A
Application number: JP35852892A
Authority: JP
Inventors: Michihisa Kimura; 通久木村; Makoto Harada; 誠原田; Michio Yamaji; 道雄山路
Original assignee: Fujikin Inc; Fuji Bellows Co Ltd; Fuji Seiko Co Ltd
Current assignee: Fujikin Inc; Fuji Bellows Co Ltd; Fuji Seiko Co Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-19
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH0747989B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超高純度ガス制御用耐食性バルブにおけるベ
ローズの耐孔食性及び耐すきま腐食性並びに耐酸性を著
しく向上させる。【構成】流入通路１と流出通路２とを有する弁筐体３
内に、弁座４及び弁室５が設けられ、この弁室５内に、
基端部側に前記弁座４に対向する弁体６を設けた弁軸７
が配置され、前記弁軸７の基端部側と前記弁室５の開放
側に嵌設固定されたベローズフランジ８との間に、ベロ
ーズ９を設けた超高純度ガス制御用耐食性バルブにおい
て、前記ベローズ９の材質を、Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ１
4.５〜１6.５％、Ｍｏ１5.０〜１7.０％、Ｗ3.０〜4.５
％、Ｆｅ4.０〜7.０％、低炭素、低シリコンからなる合
金で構成するか、又はＮｉ５０％以上、Ｃｒ２0.０〜２
2.５％、Ｍｏ１2.５〜１4.５％、Ｗ2.５〜3.５％、Ｆｅ
2.０〜6.０％、低炭素、低シリコンからなる合金で構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセス用
超高純度ガス製造装置並びに半導体製造装置に使用され
る超高純度ガス制御用耐食性バルブに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおけるウエハ用多
結晶製造工程、又はエピタキシャル工程、更にはＣＶＤ
工程に於ては、塩素系や弗素系の多くの反応ガスを使用
する。使用されるガスが完全にドライであれば腐食の問
題は発生しないが、大気開放時に微量の水分が配管内に
入る場合がある。これ等の水分は、装置内の凹部やすき
ま部に溜り易く、前記したガスと反応して塩酸や弗酸等
の濃縮酸を生成する。この生成が装置内に発生した場合
には、腐食が進行して腐食生成物（サビ）となり、半導
体製造の歩留りを低下させるパーティクル（汚染粒子）
の発生原因となる。従って、ここに使用されるバルブも
その対象となり、この問題から逃れることはできない。
バルブの構成部品中、ベローズは肉厚が一番薄い所だけ
に腐食によって孔があくようなことがあれば、更に重大
な問題に発展することから、この材料の選択は重要であ
る。半導体製造プロセスに使用される超高純度ガス制御
用耐食性バルブとしては、Ｎｉ基耐食合金であるインコ
ネル（ＩＮＣＯＮＥＬ）６２５（又は７１８）に相当す
る材料からなるベローズを使用したものが知られてい
る。従来品としてのインコネル６２５に相当する材料の
成分は、Ｎｉ５８％以上、Ｃｒ２0.０〜２3.０％、Ｆｅ
5.０％以上、Ｍｏ8.０〜１0.０％、Ｎｂ（⁺Ｔａ）3.１
５〜4.１５％、低炭素、低シリコンからなる合金であ
る。図４ないし図７は、ベローズ９の一端部を軸金具４
０に溶接により固着し、かつベローズ９の他端部を環状
金具４１に溶接により固着した各種の例を示している。
前記各種の例においては、ベローズ９と軸金具４０およ
び環状金具４１との間に、合せすきまが発生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記合せすきまの発生
側が、ガス流体との接触側にある場合は、最悪の状態で
あり、またガス流体との非接触側にある場合も、悪い結
果を及ぼす。前記合せすきまの発生側がガス流体の接触
側にある最悪の場合は、前記合せすきまに、反応ガスと
水分とによって生じた塩素や弗酸が溜り易いため、すき
ま腐食が発生し易く、かつ腐食生成物によるパーティク
ルが発生し、さらにウエット性付着ゴミを媒体とした孔
食によるリークが発生するという問題がある。一方、ベ
ローズ単品の製造過程においては、外表面の汚れ除去の
ため多くの酸洗洗浄工程があり、この時の酸液は沸騰点
に近い温度で使用される場合が多く、このためベローズ
表面の肌が荒れ、外観上も悪くなり、又肌荒れによる脱
ガスの悪さから真空特性にも悪い影響を与えるという問
題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の問題を有利に解決
するために、本発明の超高純度ガス制御用耐食性バルブ
においては、流入通路１と流出通路２とを有する弁筐体
３内に、前記流入通路１の下流側に位置する弁座４を介
して弁室５が設けられ、この弁室５内に、外部から弁の
開閉操作が可能で基端部側に前記弁座４に対向する弁体
６を設けた弁軸７が配置され、前記弁軸７の基端部側と
前記弁室５の開放側に気密に嵌設固定されたベローズフ
ランジ８との間に、気密保持状態で前記弁体６の開閉を
可能にするためのベローズ９を設けた超高純度ガス制御
用耐食性バルブにおいて、前記ベローズ９の材質を、Ｎ
ｉ５０％以上、Ｃｒ１4.５〜１6.５％、Ｍｏ１5.０〜１
7.０％、Ｗ3.０〜4.５％、Ｆｅ4.０〜7.０％、低炭素、
低シリコンからなる合金で構成する。また流入通路１と
流出通路２とを有する弁筐体３内に、前記流入通路１の
下流側に位置する弁座４を介して弁室５が設けられ、こ
の弁室５内に、外部から弁の開閉操作が可能で基端部側
に前記弁座４に対向する弁体６を設けた弁軸７が配置さ
れ、前記弁軸７の基端部側と前記弁室５の開放側に気密
に嵌設固定されたベローズフランジ８との間に、気密保
持状態で前記弁体６の開閉を可能にするためのベローズ
９を設けた超高純度ガス制御用耐食性バルブにおいて、
前記ベローズ９の材質を、Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ２0.０
〜２2.５％、Ｍｏ１2.５〜１4.５％、Ｗ2.５〜3.５％、
Ｆｅ2.０〜6.０％、低炭素、低シリコンからなる合金で
構成することによっても、前述の問題を有利に解決する
ことができる。

【０００５】

【実施例】図１ないし図３は本発明の実施例に係る超高
純度ガス制御用耐食性バルブを示すものであって、弁室
５とその中央下部に設けられた弁座４とを備えている弁
筐体３に、一端部が弁座４内に連通する流入通路１と、
一端部が弁室５に連通する流出通路２とが設けられ、流
入通路１，弁座４，弁室５および流出通路２の順序で連
通している。前記弁筐体３の中心部に、弁室５内に位置
する基端部側から先端部側に向かって小径となる弁軸７
が配置され、その弁軸７における大径軸部と中径軸部と
の間に段部１０が設けられると共に、前記弁軸７におけ
る中径軸部と小径軸部との間に段部１１が設けられてい
る。

【０００６】前記弁軸７の基端部に設けられた凹部１２
に、截頭円錐形の弁座４に対向する截頭円錐形の弁体６
に連設された大径部が嵌合され、前記凹部１２の先端部
がプレス加工によって曲げられて前記大径部の周縁に係
合する弁体固定用爪片１３が形成されている。前記弁体
６を構成する材料としては、耐酸性並びに比較的耐高温
性を有しかつ弾性を有する合成樹脂又は合成ゴムが用い
られる。

【０００７】前記弁室５の開放側に設けた大口径段部１
４に、中心孔に前記弁軸７を摺動自在に嵌挿したベロー
ズフランジ８が、シール部材１５を介して嵌設され、前
記弁軸７と同軸上でその外側に配置されたベローズ９の
一端部は、前記ベローズフランジ８の小径部に設けた環
状耳部１６に対し、溶接により気密状態で固着され、前
記ベローズ９の他端部は、前記弁軸７の基端部の大径部
に設けた環状耳部１７に対し、溶接により気密状態で固
着されている。このように構成することによって、弁室
５は外気に対して完全に遮断される。また前記シール部
材１５を構成する材料としては、弁体６の材料と同じも
のまたは耐食性金属材料を使用するのが好ましい。

【０００８】前記弁室５の開放側の大口径段部１４に嵌
合されたベローズフランジ８の上に、筒状のボンネット
金具１８が載置され、かつ前記ボンネット金具１８の下
部は前記大口径段部１４の内側に嵌合され、さらにボン
ネット金具１８の外部フランジ１９に係合する環状締付
金具２０の雌ねじは、弁筐体３に設けられた雄ねじに螺
合され、前記環状締付金具２０により、ボンネット金具
１８がベローズフランジ８および弁筐体３に締付固定さ
れている。

【０００９】前記ボンネット金具１８内に、つる巻きば
ねからなる閉弁用ばね２１が配置され、前記弁軸７の段
部１０に係合する座金２２と、ボンネット金具１８の上
端部の内向きフランジとの間に、前記閉弁用ばね２１が
圧縮状態で介在され、その閉弁用ばね２１により、弁軸
７を介して弁体６が閉弁方向に押圧されて、弁体６が弁
座４の内部を常に閉じるように構成されている。また前
記ボンネット金具１８の上部と、弁軸７との摺動部は、
ボンネット金具１８の上部に嵌合したＯリング２３によ
って気密的にシールされている。

【００１０】前記ボンネット金具１８の上側の小外径部
２４に、内部にシリンダー孔２５を有するアクチュエー
タ本体２６が気密状態で回動自在に嵌合され、前記ボン
ネット金具１８とアクチュエータ本体２６との間にＯリ
ング２７が介在され、かつ前記ボンネット金具１８の上
端部の外周に、前記シリンダー孔２５の底面に係合する
ワッシャ２８が嵌合され、さらに前記ボンネット金具１
８の上端部外周に設けられた環状溝に、前記ワッシャ２
８の上面に係合する一部切欠円環金具からなるスナップ
リング２９が嵌合されている。

【００１１】前記シリンダー孔２５内に、弁軸７の段部
１１が配置され、外周にＯリング３０を嵌合したピスト
ン３１は、前記シリンダー孔２５に摺動自在に嵌合さ
れ、前記段部１１に係合された受座金３２と、前記ピス
トン３１の中央部の環状凹部との間に、Ｏリング３３が
介在され、前記弁軸７の上端部に設けられた環状溝にピ
ストン固定用スナップリング３４が嵌合されている。

【００１２】前記ピストン３１とシリンダー孔２５の底
部側との間に気密室３５が設けられ、前記アクチュエー
タ本体２６に設けられた制御流体導入孔３６と前記気密
室３５とは、連通孔３７を介して接続され、かつシリン
ダー孔２５の内部に若干の作動油が塗布されるが、アク
チュエータ本体２６とボンネット金具１８および弁軸７
との間は前述のようにシールされ、さらにピストン３１
とシリンダー孔２５との間も前述のようにシールされて
いるので、作動油が外部に漏洩することはない。前記ア
クチュエータ本体２６の開口部側に、通気孔３８を有す
る蓋体３９が螺合されている。

【００１３】前記気密室３５に制御流体が導入される
と、その流体圧力によって、ピストン３１が閉弁用ばね
２１の圧力に抗して移動したとき、ピストン３１におけ
るスナップリング３４の外側の面が、蓋体３９の内面に
突き当たって、ピストン３１の移動が制限される。また
ピストン３１が移動する場合は、ピストン３１の蓋体３
９側に通気孔３８を経て空気が出入りするので、ピスト
ン３１は背圧を受けることなく制御流体圧力に従って移
動する。

【００１４】ピストン３１が移動すると、弁軸７を介し
て弁体６が移動されて、開弁または閉弁される。

【００１５】前記ベローズ９を構成する材料としては、
Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ１4.５〜１6.５％、Ｍｏ１5.０〜
１7.０％、Ｗ3.０〜4.５％、Ｆｅ4.０〜7.０％、低炭
素、低シリコンからなる合金、又はＮｉ５０％以上、Ｃ
ｒ２0.０〜２2.５％、Ｍｏ１2.５〜１4.５％、Ｗ2.５〜
3.５％、Ｆｅ2.０〜6.０％、低炭素、低シリコンからな
る合金が用いられる。

【００１６】従来品のベローズと本発明品のベローズと
について、合金の成分を比較すると表１に示す通りであ
る。

【表１】

【００１７】表１において、各ベローズは、何れもＮ
ｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｏを含有する。しかし、本発明品の
ベローズは、Ｗを3.０〜4.５％または2.５〜3.５％含有
するが、従来品のベローズはＷを含有しないで、Ｎｂと
Ｔａを含有している。

【００１８】従来品のベローズにおいて使用されている
ＮｂとＴａは、材料の強度向上のためには有効である
が、材料の耐食性の向上のためには有効でないとされて
いる。Ｍｏは、特に還元性環境での耐食性、耐孔食性の
向上に有効とされ、表１に示すように、本発明品のベロ
ーズにおいては、従来品のベローズに対し、Ｍｏを4.５
〜7.０％だけ多く添加して耐孔食並びに耐すきま腐食等
の耐食性性能を大幅に向上させている。

【００１９】Ｗは、Ｍｏと同様に還元性環境での耐食
性、耐孔食性の向上に有効であり、適切な量のＷを添加
すると、耐孔食ならびに耐すきま腐食等の耐食性能を大
幅に向上させることができる。またＷは高温における強
度の向上に有効である。しかし、Ｗの添加量が多過ぎる
と、ベローズを構成する材料が脆化するので、他の成分
とのバランスで決める必要がある。

【００２０】Ｎｉは合金の構成元素として重要であり、
本発明においては、５０％以上を添加する。またＣｒ
は、合金の構成元素として重要であり、安定な酸化膜に
より耐酸化性の付与に役立つ。

【００２１】次に本発明品のベローズと従来品のベロー
ズとについて行なった性能比較試験結果について説明す
る。（１）耐孔食性水溶液（４％ＮａＣｌ＋0.１％Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃＋0.
０１ＭＨＣｌ２4,３００ppm Ｃｌ^-，ｐＨ２）に、各試験片を浸漬して、孔食が発生する最も低い温度
を求めた。また水溶液の温度を５℃ずつ上昇させてい
き、各温度での孔食の発生の有無を顕微鏡で確認し、孔
食が発生しない場合は次の温度に進めるようにして、次
々に確認を行なった。なお各温度での浸漬時間は２４hr
s である。また耐孔食性試験結果を表２に示す。

【表２】

【００２２】（２）耐すきま腐食性水溶液（４％ＮａＣｌ＋0.１％Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃＋0.
０１ＭＨＣｌ２4,３００ppm Ｃｌ^-，ｐＨ２）に、各試験片を浸漬して、すきま腐食が発生する最も低
い温度を求めた。また水溶液の温度を５℃ずつ上昇させ
ていき、各温度でのすきま腐食の発生の有無を顕微鏡で
確認し、すきま腐食が発生しない場合は次の温度に進め
るようにして、次々に確認を行なった。なお各温度での
浸漬時間は１００hrs である。また耐すきま腐食性試験
結果を表３に示す。

【表３】

【００２３】（３）耐応力腐食割れ性沸騰水溶液（４２％ＭｇＣｌ₂）に浸漬し、割れ発生時
間を観察した。その結果、１０００hrs を経過しても割
れの発生は無く、各合金とも優位差は認められなかっ
た。

【００２４】（４）耐酸性表４に示す条件の水溶液に試験片を浸漬して腐食速度
（ｍｍ／Ｙｒ）を観察した。

【表４】

【００２５】以上の比較から明らかであるように、本発
明品のベローズは、従来品のベローズに比べて、耐孔食
性および耐すきま腐食性において１６０％以上の大幅な
向上が見られる。また沸騰液中における耐酸性において
は、２００％以上の大幅な向上がみられた。

【００２６】耐孔食性、耐すきま腐食性については、本
発明の合金２は本発明の合金１よりもさらに優れてい
る。また耐酸性については、酸濃度にもよるが、本発明
の合金１と合金２との差はなく、ほぼ同等の効果が得ら
れる。

【００２７】また真空遮断器において、１６０％以上の
耐食性能の向上は、動力送電系装置の全体の性能を１６
０％以上向上させることになる。さらにまた、２００％
以上の耐酸性の向上は、ベローズ単品の製造過程におい
て、ベローズの外表面の肌荒れが２００％以上防止され
ることになり、これによってベローズの外観が良くなる
と共に、脱ガス性が良くなるので、高真空特性が良くな
り、したがって、真空遮断器の信頼性を一層高めること
ができる。

【００２８】半導体製造プロセス用超高純度ガス製造装
置並びに半導体製造装置に使用されるガス制御用耐食性
バルブとしては、弁体の開閉動作を、遠方から自動制御
するものと、手動操作するものとがある。図１ないし図
３に示したバルブは自動制御バルブであるが、本発明は
後者の手動操作式バルブにも実施することができる。

【００２９】本発明の実施例の場合、ベローズ９とその
ベローズを固定するベローズフランジ８等の金具との合
わせ隙間の発生側が、設計上どうしてもガス流体との接
触側になるような場合が生じたときでも、耐孔食性およ
び耐すきま腐食性等においては、１６０％以上の向上が
あり、そのため腐食生成物によるパーティクルの発生が
１６０％以上防止されることになるので、バルブの信頼
性を一層高くし、かつ本発明の実施例に示すように、す
きまの発生側が非接触側にある場合は、バルブの信頼性
をさらに高めることがきる。また本発明の実施例におけ
るベローズ９は、耐酸性が２００％以上向上し、２００
％以上の耐酸性の向上は、ベローズ単品の製造過程にお
いて、ベローズ外表面の肌あれが、２００％以上防止さ
れることになり、これによって、ベローズ９の外表面が
良くなると共に、脱ガス性が良くなるので、真空特性が
良くなり、そのため半導体製造プロセス用バルブとして
の信頼性を一層高めることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、流入通路１と流出通路
２とを有する弁筐体３内に、前記流入通路１の下流側に
位置する弁座４を介して弁室５が設けられ、この弁室５
内に、外部から弁の開閉操作が可能で基端部側に前記弁
座４に対向する弁体６を設けた弁軸７が配置され、前記
弁軸７の基端部側と前記弁室５の開放側に気密に嵌設固
定されたベローズフランジ８との間に、気密保持状態で
前記弁体６の開閉を可能にするためのベローズ９を設け
た超高純度ガス制御用耐食性バルブにおいて、前記ベロ
ーズ９の材質を、Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ１4.５〜１6.５
％、Ｍｏ１5.０〜１7.０％、Ｗ3.０〜4.５％、Ｆｅ4.０
〜7.０％、低炭素、低シリコンからなる合金で構成する
か、又はＮｉ５０％以上、Ｃｒ２0.０〜２2.５％、Ｍｏ
１2.５〜１4.５％、Ｗ2.５〜3.５％、Ｆｅ2.０〜6.０
％、低炭素、低シリコンからなる合金で構成するので、
超高純度ガス制御用耐食性バルブにおけるベローズ９の
耐食性能のうち、特に耐孔食性、耐すきま腐食性を著し
く向上させることができ、かつ沸騰液状態における耐酸
性を著しく向上させることができ、そのため高信頼性の
耐食性バルブが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る超高純度ガス制御用耐食
性バルブを示す縦断側面図である。

【図２】図１の下側部分を拡大して示す縦断側面図であ
る。

【図３】図１の上側部分を拡大して示す縦断側面図であ
る。

【図４】ベローズを金物に溶接により固着する例を示す
縦断側面図である。

【図５】ベローズを金物に溶接により固着する他の例を
示す縦断側面図である。

【図６】ベローズを金物に溶接により固着する他の例を
示す縦断側面図である。

【図７】ベローズを金物に溶接により固着する他の例を
示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１流入通路２流出通路３弁筐体４弁座５弁室６弁体７弁軸８ベローズフランジ９ベローズ１０段部１１段部１２凹部１３弁体固定用爪片１４大口径段部１５シール部材１６環状耳部１７環状耳部１８ボンネット金具１９外部フランジ２０環状締付金具２１閉弁用ばね２２座金２３Ｏリング２４小外径部２５シリンダー孔２６アクチュエータ本体２７Ｏリング２８ワッシャ２９スナップリング３０Ｏリング３１ピストン３２受座金３３Ｏリング３４スナップリング３５気密室３６制御流体導入孔３７連通孔３８通気孔３９蓋体４０軸金具４１環状金具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山路道雄大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流入通路１と流出通路２とを有する弁筐
体３内に、前記流入通路１の下流側に位置する弁座４を
介して弁室５が設けられ、この弁室５内に、外部から弁
の開閉操作が可能で基端部側に前記弁座４に対向する弁
体６を設けた弁軸７が配置され、前記弁軸７の基端部側
と前記弁室５の開放側に気密に嵌設固定されたベローズ
フランジ８との間に、気密保持状態で前記弁体６の開閉
を可能にするためのベローズ９を設けた超高純度ガス制
御用耐食性バルブにおいて、前記ベローズ９の材質を、
Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ１4.５〜１6.５％、Ｍｏ１5.０〜
１7.０％、Ｗ3.０〜4.５％、Ｆｅ4.０〜7.０％、低炭
素、低シリコンからなる合金で構成したことを特徴とす
る超高純度ガス制御用耐食性バルブ。
【請求項２】流入通路１と流出通路２とを有する弁筐
体３内に、前記流入通路１の下流側に位置する弁座４を
介して弁室５が設けられ、この弁室５内に、外部から弁
の開閉操作が可能で基端部側に前記弁座４に対向する弁
体６を設けた弁軸７が配置され、前記弁軸７の基端部側
と前記弁室５の開放側に気密に嵌設固定されたベローズ
フランジ８との間に、気密保持状態で前記弁体６の開閉
を可能にするためのベローズ９を設けた超高純度ガス制
御用耐食性バルブにおいて、前記ベローズ９の材質を、
Ｎｉ５０％以上、Ｃｒ２0.０〜２2.５％、Ｍｏ１2.５〜
１4.５％、Ｗ2.５〜3.５％、Ｆｅ2.０〜6.０％、低炭
素、低シリコンからなる合金で構成したことを特徴とす
る超高純度ガス制御用耐食性バルブ。