KR20200044893A

KR20200044893A - 유로 어셈블리 및 밸브장치

Info

Publication number: KR20200044893A
Application number: KR1020207008604A
Authority: KR
Inventors: 카즈나리 와타나베; 코헤이 시교; 켄지 아이카와; 토모히로 나카타; 타카히로 마츠다; 츠토무 시노하라
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-29
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JPWO2019087879A1; US20200340591A1; US11162597B2; CN111295544B; JP7181616B2; TW201932741A; WO2019087879A1; CN111295544A; TWI683072B; KR102398935B1

Abstract

오리피스나 필터 등의 기능 부품이 내장된 유로 어셈블리이며, 기능 부품과 유로를 획정하는 유로부품과의 사이가 장기간 확실히 밀봉된 유로 어셈블리를 제공한다. 유로부재(51, 52)의 대향면(51f, 52f)의 외측에 있어서 유로부재51, 52의 사이에 개재하는 환형의 탄성부재(54)를 가지고, 유로부재52는 코킹부(52e_c)를 가지고, 코킹부(52e_c)는 유로부재(51, 52)와 플레이트형 부재를 일체화하고, 대향면51f, 52f의 한쪽이 대향면51f, 52f의 다른쪽을 향하도록 유로부재52에 힘을 미치게 하고, 플레이트형 부재인 오리피스 플레이트(53)와 대향면51f, 52f와의 사이를 씰 하고, 탄성부재54는, 유로부재51, 52의 사이에서 눌러 찌부러뜨려져서 유로부재51, 52의 사이를 씰 한다.

Description

유로 어셈블리 및 밸브장치

본 발명은, 유로 어셈블리 및 이것을 사용한 밸브 장치, 유량제어장치, 유체제어장치, 유량제어방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스 등의 각종 제조 프로세스에 있어서는, 정확하게 계량한 프로세스 가스를 프로세스 챔버에 공급하기 위해서, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러등의 각종의 유체기기를 집적화한 유체제어장치가 사용되고 있다.

상기와 같은 유체제어장치에서는, 관 이음매 대신에, 유로를 형성한 설치 블록(이하, 베이스 블록이라고 부른다)을 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 배치하고, 이 베이스 블록 위에 복수의 유체기기나 관 이음매가 접속되는 이음매 블록 등을 포함하는 각종 유체기기를 설치함으로써, 집적화를 실현하고 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).

특허문헌1: 일본 특허공개2007-3013호 공보 특허문헌2: 특허4137267호 특허문헌3: 일본 특허공개2010-190430호 공보

각종 제조 프로세스에 있어서의 프로세스 가스의 공급 제어에는, 보다 높은 응답성이 요청되고 있고, 유체제어장치를 될 수 있는 한 소형화, 집적화하고, 유체의 공급처인 프로세스 챔버에 보다 가까이 설치할 필요가 있다.

반도체 웨이퍼의 대구경화 등의 처리 대상물의 대형화가 진행되고 있고, 이것에 맞춰서 유체제어장치로부터 프로세스 챔버내에 공급하는 유체의 공급 유량도 증가시킬 필요가 있다.

또한, 프로세스 가스의 공급 제어의 응답성을 높이기 위해서는, 유로의 단축화가 필요불가결하여, 오리피스나 필터 등의 기능 부품을 밸브 장치의 밸브 바디에 집약하는 기술도 제안되어 있다(특허문헌2, 3등을 참조).

이와 같이, 오리피스나 필터 등의 기능 부품을 밸브 장치의 밸브 바디의 유로등에 집약하였을 때는, 유로를 획정하는 부재와 오리피스나 필터 등의 기능 부품과의 사이를 장기간 확실히 씰하는 기술이 필요하다.

본 발명의 일 목적은, 오리피스나 필터 등의 기능 부품이 내장된 유로 어셈블리이며, 기능 부품과 유로를 획정하는 유로부품과의 사이가 장기간 확실히 밀봉된 유로 어셈블리를 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유로의 일부를 형성하기 위해서 상기한 유로 어셈블리를 밸브 바디에 내장하는 밸브 장치, 유량제어장치, 유체제어장치, 유량제어방법, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 유로 어셈블리는, 서로 접속되는 유체유로를 획정하는 금속제의 제1 및 제2의 유로부재와, 상기 제1 및 제2의 유로부재와의 사이에 설치되고 또 상기 유체유로를 유통하는 유체에 특정한 작용을 미치는 작용부를 가지는 플레이트형 부재가, 일체화된 유로 어셈블리이며,

상기 제1 및 제2의 유로부재는, 상기 유체유로의 개구의 주위에 배치되어, 상기 플레이트형 부재를 통해서 서로 대향하는 환형의 대향면을 가지고,

상기 대향면의 외측에 있어서 상기 제1 및 제2의 유로부재의 사이에 개재하는 환형의 탄성부재를 더욱 가지고,

상기 제1 및 제2의 유로부재의 한쪽은, 상기 제1 및 제2의 유로부재와 상기 플레이트형 부재를 일체화하고, 또한, 상기 대향면의 한쪽이 상기 대향면의 다른쪽을 향하도록 상기 제1 및 제2의 유로부재의 다른쪽에 힘을 미치게 하고, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 코킹부를 갖고,

상기 탄성부재는, 상기 코킹부로부터의 힘을 받아서 상기 제1 및 제2의 유로부재의 사이에서 눌러 찌부러뜨려져 해당 제1 및 제2의 유로부재의 사이를 씰하고 있다.

적합하게는, 상기 탄성부재는, 상기 코킹부에 직접 접촉하는 위치에 배치되어 있는, 구성을 채용할 수 있다. 덧붙여, 상기 제1 및 제2의 유로부재에 작용하는 상기 탄성부재의 복원력은, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 힘의 일부로서 작용하는, 구성을 채용할 수 있다.

더욱 적합하게는, 상기 작용부는, 오리피스를 포함하는, 구성을 채용할 수 있다.

본 발명의 밸브 장치는, 대향하는 상면 및 저면, 상기 상면 및 저면의 사이에서 연장되는 측면을 획정하는 블록형의 밸브 바디를 가지는 밸브 장치이며,

상기 밸브 바디는, 상기 상면에서 개구하고 또 밸브 요소가 내장되는 수용 오목부와, 상기 수용 오목부에 접속된 일차측 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 이차측 유로를, 획정하고,

상기 밸브 요소는,

일단면에 형성된 환형의 자리면과, 타단면에 형성된 환형의 씰면과, 상기 자리면 및 씰면의 내측에 형성되어 상기 일단면 및 타단면을 관통하는 유통 유로를, 가지는 밸브 시트와,

상기 밸브 시트의 씰면이 접촉해 해당 씰면으로부터의 가압력을 지지하는 지지면을 가지는 밸브 시트 서포트와,

상기 밸브 시트 서포트에 지지된 상기 밸브 시트의 자리면에 접촉 및 이격 가능하게 설치된 다이어프램을, 가지고,

상기 다이어프램은, 해당 다이어프램과 상기 밸브 시트의 자리면과의 간극을 통해서, 상기 밸브 시트의 유통 유로와 상기 이차측 유로를 연통시켜,

상기 밸브 시트 서포트는, 상기 수용 오목부의 내벽면의 일부와 협동 해서 상기 일차측 유로와 상기 이차측 유로와의 연통을 차단하는 씰면과, 상기 일차측 유로와 상기 밸브 시트의 유통 유로를 접속하는 우회 유로를, 가지고,

상기 밸브 시트 서포트는,

서로 접속되는 유체유로를 획정하는 금속제의 제1 및 제2의 유로부재와, 상기 제1 및 제2의 유로부재와의 사이에 설치되고 또 상기 유체유로를 유통하는 유체에 특정한 작용을 미치는 작용부를 가지는 플레이트형 부재가, 일체화된 유로 어셈블리로 이루어지고,

상기 제1 및 제2의 유로부재의 한쪽은, 상기 제1 및 제2의 유로부재와 상기 플레이트형 부재를 일체화하고, 또한, 상기 대향면의 한쪽이 상기 대향면의 다른쪽을 향하도록 상기 제1 및 제2의 유로부재의 다른쪽에 힘을 미치게 하고, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 코킹부를 가지고,

본 발명의 유량제어장치는, 유체의 유량을 제어하는 유량제어장치이며, 상기한 밸브 장치를 포함한다.

본 발명의 유량제어방법은, 유체의 유량제어에 상기 구성의 밸브 장치를 포함하는 유체제어장치를 사용한다.

본 발명의 유체제어장치는,

복수의 유체기기가 배열된 유체제어장치이며,

상기 복수의 유체기기는, 상기한 밸브 장치를 포함한다.

본 발명의 반도체 제조 방법은, 밀폐된 챔버내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 요하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량제어에 상기한 밸브 장치를 사용한다.

본 발명의 반도체 제조 장치는, 처리 챔버에 프로세스 가스를 공급하는 유체제어장치를 가지고,

상기 유체제어장치는, 복수의 유체기기를 포함하고,

상기 유체기기는, 상기한 밸브 장치를 포함한다.

본 발명에 의하면, 탄성부재를 설치함으로써, 제1 및 제2의 유로부재의 대향면의 사이를 씰하는 것에 더하여 대향면의 외측을 더욱 씰하므로, 플레이트형 부재가 개재하는 부재간을 장기간 확실히 씰 할 수 있다.

[도1a] 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브 장치의 일부에 종단면을 포함하는 정면도.
[도1b] 도1a의 밸브 장치의 평면도.
[도1c] 도1a의 밸브 장치의 저면도.
[도1d] 도1a의 밸브 장치의 측면도.
[도2] 인너 디스크의 단면도.
[도3] 밸브 시트의 단면도.
[도4a] 도1a의 밸브 장치의 주요부 확대 단면도이며, 밸브 요소가 폐쇄된 상태를 도시한 도면.
[도4b] 도1a의 밸브 장치의 주요부 확대 단면도이며, 밸브 요소가 개방된 상태를 도시한 도면.
[도5] 도1a의 밸브 장치에 내장되는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유로 어셈블리의 확대 단면도.
[도6] 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유로 어셈블리의 확대 단면도.
[도7] 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 유로 어셈블리의 확대 단면도.
[도8] 탄성부재를 구비하지 않고 있는 유로 어셈블리의 일례를 도시한 확대 단면도.
[도9] 본 실시형태의 밸브 장치를 사용하는 유체제어장치의 일례를 도시한 사시도.
[도10] 본 실시형태에 따른 밸브 장치가 적용되는 반도체 제조 장치의 일례를 도시한다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 이때, 본 명세서 및 도면에 있어서는, 기능이 실질적으로 같은 구성 요소에는, 같은 부호를 사용하는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.

도1a∼도1e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브 장치의 구조를 나타내고, 도2는 이너 디스크, 도3은 밸브 시트의 단면구조를 나타내고, 도4a 및 도4b는 밸브 장치의 동작을 나타내고 있다.

도1a∼도4b에 있어서, 도면중의 화살표A1, A2는 상하 방향이며 A1이 상방향, A2가 하방향을 나타내는 것으로 한다. 화살표B1, B2는, 밸브 장치(1)의 밸브 바디(20)의 길이 방향이며, B1이 일단측, B2가 타단측을 나타내는 것으로 한다. C1, C2는, 밸브 바디(20)의 길이 방향B1, B2에 직교하는 폭방향을 나타내고, C1이 전방면측, C2가 배면측을 나타내는 것으로 한다.

밸브 바디(20)는, 상면에서 볼 때 장방형상을 가지는 블록형의 부재이며, 상면(20f1) 및 저면(20f2), 상면(20f1) 및 저면(20f2)의 사이에서 연장되는 측면 4개의 측면(20f3∼20f6)을 획정하고 있다. 덧붙여, 상면(20f1)에서 개구하는 수용 오목부(22)를 획정하고 있다. 수용 오목부(22)에 후술하는 밸브 요소(2)가 내장되어 있다.

도4a등으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수용 오목부(22)는, 직경이 다른 내주면(22a, 22b, 22c)과 저면(22d)으로 구성되어 있다. 내주면(22a, 22b, 22c)은, 이 순서대로 직경이 작아지고 있다.

밸브 바디(20)는, 수용 오목부(22)에 접속된, 일차측 유로(21)와 이차측 유로(24A, 24B)를 획정하고 있다. 일차측 유로(21)는, 가스 등의 유체가 외부로부터 공급되는 측의 유로다. 이차측 유로(24A, 24B)는, 일차측 유로(21)로부터 밸브 요소(2)를 통해서 유입하는 가스 등의 유체를 외부에 유출시키는 유로다.

일차측 유로(21)는, 밸브 바디(20)의 저면20f2에 대하여 경사져서 형성되어, 일단이 수용 오목부(22)의 저면22d에서 접속되고, 타단이 저면20f2에서 개구하고 있다.

일차측 유로(21)의 저면(20f2)측의 개구의 주위에는, 씰 보유부(21a)가 형성되어 있다. 씰 보유부(21a)에는, 씰 부재로서 가스켓이 배치된다. 밸브 바디(20)는 도시하지 않은 다른 유로 블록과 나사 구멍(20h1)에 체결 볼트를 비틀어 박는 것으로 연결된다. 이때에, 씰 보유부(21a)에 보유된 가스켓은, 도시하지 않은 다른 유로 블록과의 사이에서 체결 볼트의 체결력으로 눌러 찌부러뜨려지므로, 일차측 유로(21)의 저면(20f2)측의 개구의 주위는 씰 된다.

가스켓으로서는, 금속제 또는 수지제등의 가스켓을 들 수 있다. 가스켓으로서는, 연질 가스켓, 세미메탈 가스켓, 금속 가스켓등을 들 수 있다. 구체적으로는, 이하의 것이 적합하게 사용된다.

(1) 연질 가스켓

·고무0링

·고무 시트(전체면 자리용)

·조인트 시트

·팽창 흑연 시트

·PTFE시트

·PTFE 재킷형

(2) 세미메탈 가스켓

·스파이럴형 가스켓(Spiral-wound gaskets)

·메탈 재킷 가스켓

(3) 금속 가스켓

·금속평형 가스켓

·메탈 중공 0링

·링 조인트

또한, 후술하는 분기 유로(25, 26)의 개구의 주위에 설치된 씰 보유부(25a, 26b)도 마찬가지이어서 상세설명은 생략한다.

이차측 유로(24)는, 밸브 바디(20)의 길이 방향B1, B2에 있어서 수용 오목부(22)에 대하여 서로 반대측에 형성된 2개의 이차측 유로(24A, 24B)를 포함한다. 이차측 유로(24A, 24B)는, 밸브 바디(20)의 길이 방향B1, B2로 연장되는 공통의 축선J1 위에 형성되어 있다.

이차측 유로(24A)는, 일단이 수용 오목부(22)의 내주면(22b)에서 개구하고, 타단(24a1)은 밸브 바디(20)의 내부에서 폐색하고 있다.

이차측 유로(24B)는, 일단이 수용 오목부(22)의 내주면(22b)에서 개구하고, 타단(24b1)은 측면(20f6)측에서 개구하고 있다.

이차측 유로(24B)의 측면(20f6)의 개구에는, 용접 등의 수단에 의해, 폐색 부재(30)가 설치되고, 이차측 유로(24B)의 개구는 폐색되어 있다.

이차측 유로(24)는, 드릴 등의 공구를 사용해서 용이하게 가공할 수 있다.

본 실시형태에 따른 밸브 장치(1)에서는, 일차측 유로(21)에 유입하는 가스 등의 유체를, 이차측 유로(24)의 분기 유로(25, 26)에 의해 4개로 분류할 수 있다.

밸브 요소(2)는, 각각, 다이어프램(14)과, 이너 디스크(15)와, 밸브 시트(16)와, 후술하는 유로 어셈블리로 구성된 밸브 시트 서포트(50)를, 가진다. 이하에 있어서, 밸브 시트 서포트(50)를 유로 어셈블리(50)라고도 부른다.

밸브 시트 서포트(50)는, 도4a에 도시한 바와 같이, 외주면(50b1)이 수용 오목부(22)의 내주면(22c)에 끼워 맞춰져 있다. 또한, 밸브 시트 서포트(50)를 구성하는 유로 어셈블리에 대해서는 나중에 상술한다. 밸브 시트 서포트(50)는, 중심부에 우회 유로(50a)가 형성되고, 상단면에 우회 유로(50a)를 중심으로 하는 환형의 지지면(50f1)이 형성되어 있다. 밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1)은, 평탄면으로 이루어지고, 그 외주부에는, 단차가 형성되어 있다. 밸브 시트 서포트(50)의 외주면(50b1)은, 수용 오목부(22)의 내주면(22c)에 끼워지는 직경을 가지고, 하단측의 소경화된 외주면(50b2)과의 사이에는 단차가 존재한다. 이 단차에 의해, 원환형의 단면(50b3)이 형성되어 있다. 외주면(50b2)에는, 도4a등에 도시한 바와 같이, PTFE등의 수지제의 씰 부재(55)가 끼워 넣어진다. 씰 부재(55)는, 단면형상이 직사각형으로 형성되어, 수용 오목부(22)의 저면(22d)과 밸브 시트 서포트(50)의 단면(50b3)과의 사이에서 눌러 찌부러뜨려지는 치수를 가진다. 씰 부재(55)가 수용 오목부(22)의 저면(22d)과 밸브 시트 서포트(50)의 단면(50b3)과의 사이에서 눌러 찌부러뜨려지면, 밸브 시트 서포트(50)의 외주면(50b1)과 수용 오목부(22)의 내주면(22c) 및 저면(22d)과의 사이에 수지가 밀치고 들어가, 밸브 시트 서포트(50)와 수용 오목부(22)와의 사이가 확실하게 씰 된다. 다시 말해, 씰면으로서의 외주면(50b2) 및 단면(50b3)은, 수용 오목부(22)의 내주면(22c) 및 저면(22d)과 협동하고, 일차측 유로(21)와 이차측 유로(24)와의 연통을 차단한다.

밸브 시트 서포트(50)의 우회 유로(50a)는, 수용 오목부(22)의 저면(22d)에서 개구하는 일차측 유로(21)와 접속된다.

밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1) 위에는, 밸브 시트(16)가 설치되어 있다.

밸브 시트(16)는, PFA, PTFE등의 수지로 탄성변형가능하게 형성되어 도3에 도시한 바와 같이, 원환형으로 형성되고, 일단면에 원환형의 자리면(16s)이 형성되고, 타단면에 원환형의 씰면(16f)이 형성되어 있다. 자리면(16s) 및 씰면(16f)의 내측에는, 관통구멍으로 이루어진 유통 유로(16a)가 형성되어 있다. 밸브 시트(16)는, 그 외주측에 소경부(16b1)와 대경부(16b2)를 가지고, 소경부(16b1)와 대경부(16b2)와의 사이에는 단차부가 형성되어 있다.

밸브 시트(16)는, 위치결정 가압부재로서의 이너 디스크(15)에 의해, 밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1)에 대하여 위치결정되고, 또 밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1)을 향해서 가압되어 있다. 구체적으로는, 이너 디스크(15)의 중심부에 형성된 대경부(15a1)와 소경부(15a2)가 형성되고, 대경부(15a1)와 소경부(15a2)와의 사이에는 단차면(15a3)이 형성되어 있다. 이너 디스크(15)의 일단면측에는, 원환형의 평탄면15f1이 형성되어 있다. 이너 디스크(15)의 타단면측에는, 외측에 원환형의 평탄면15f2가 형성되고, 내측에 원환형의 평탄면15f3이 형성되어 있다. 평탄면15f2와 평탄면15f3은 높이가 다르고, 평탄면15f3이 평탄면15f1 근처에 위치하고 있다. 이너 디스크(15)의 외주측에는, 수용 오목부(22)의 내주면(22a)에 끼워 맞추는 외주면(15b)이 형성되어 있다. 더욱, 일단면 및 타단면을 관통하는 유로(15h)가 원주방향으로 등간격으로 복수 형성되어 있다. 이너 디스크(15)의 대경부(15a1)과 소경부(15a2)에, 밸브 시트(16)의 대경부(16b2)와 소경부(16b1)가 끼워지는 것에 의해, 밸브 시트(16)는, 밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1)에 대하여 위치결정된다.

이너 디스크(15)의 평탄면15f2는, 수용 오목부(22)의 내주면22a와 내주면22b와의 사이에 형성된 평탄한 단차면 위에 설치된다. 이너 디스크(15)의 평탄면15f1 위에는, 다이어프램(14)이 설치되고, 다이어프램(14) 위에는, 가압 링(13)이 설치된다.

액추에이터(10)는, 공기 압력등의 구동원에 의해 구동되어, 상하 방향A1, A2로 이동가능하게 보유된 다이어프램 가압부(12)를 구동한다. 액추에이터(10)의 케이싱(11)의 선단부는, 도1a에 도시한 바와 같이, 밸브 바디(20)에 비틀어 박아져서 고정되어 있다. 그리고, 이 선단부가, 가압 링(13)을 하방A2를 향해서 가압하고, 다이어프램(14)은, 수용 오목부(22)내에서 고정된다. 다이어프램(14)은, 수용 오목부(22)를 개구측에서 밀폐하고 있다. 또한, 이너 디스크(15)도 하방A2를 향해서 가압된다. 이너 디스크(15)의 평탄면(15f2)이 수용 오목부(22)의 단차면에 꽉 눌려진 상태에 있어서, 단차면(15a3)이 밸브 시트(16)를 밸브 시트 서포트(50)의 지지면(50f1)을 향해서 가압하도록, 단차면(15a3)의 높이는 설정되어 있다. 또한, 이너 디스크(15)의 평탄면(15f3)은, 밸브 시트 서포트(50)의 상단면에 접촉하지 않게 되어 있다.

다이어프램(14)은, 밸브 시트(16)보다도 큰 직경을 가지고, 스테인레스, NiCo계 합금등의 금속이나 불소계 수지로 공 껍데기형으로 탄성변형가능하게 형성되어 있다. 다이어프램(14)은, 밸브 시트(16)의 자리면(16s)에 대하여 접촉 이격가능하게 밸브 바디(20)에 지지되어 있다.

도4a에 있어서, 다이어프램(14)은 다이어프램 가압부(12)에 의해 가압되어 탄성변형하고, 밸브 시트(16)의 자리면(16s)에 꽉 눌려져 있다. 밸브 요소(2)는 폐쇄 상태에 있다.

다이어프램(14)이 밸브 시트(16)의 자리면(16s)에 꽉 눌려져 있는 상태에서는, 일차측 유로(21)와 이차측 유로(24)와의 사이의 유로는 폐쇄된 상태에 있다. 밸브 요소(2)의 다이어프램(14)을 다이어프램 가압부(12)에 의한 가압으로부터 개방하면, 도4b에 도시한 바와 같이, 공 껍데기형으로 복원한다. 다이어프램 가압부(12)가 상방향A1으로 이동되면, 도4b에 도시한 바와 같이, 다이어프램(14)이 밸브 시트(16)의 자리면(16s)으로부터 떨어진다. 그리고, 일차측 유로(21)로부터 공급되는 프로세스 가스 등의 유체는, 다이어프램(14)과 밸브 시트(16)의 자리면(16s)과의 간극을 통해서, 이차측 유로(24)에 유입한다. 유체는, 최종적으로는, 분기 유로(25, 26)를 통해서 밸브 바디(20)의 외부에 유출한다. 다시 말해, 유체는 4개로 분류된다.

도5에 상기한 밸브 시트 서포트(50)를 구성하는 유로 어셈블리를 나타낸다.

유로 어셈블리(50)는, 유로부재(51, 52)와, 유로부재51, 52의 사이에 설치되는 플레이트형 부재로서의 오리피스 플레이트(53)와, 유로부재51, 52의 사이에 개재하는 환형의 탄성부재(54)를, 가진다.

유로부재(51)는, 중심부에 관통구멍으로 이루어지는 유체유로(51a)가 형성된 금속제의 원주형 부재로 이루어지고, 외주면(51b)에는, 돌출부(51t)가 원주방향으로 형성되어 있다.

유로부재(52)는, 중심부에 관통구멍으로 이루어지는 유체유로(52a)가 형성된 금속제의 바닥이 있는 원통형 부재로 이루어지고, 원통형부(52e)의 선단부에는, 코킹부(52e_c)가 형성되어 있다. 또한, 도5에 있어서, 코킹부(52e_c)는, 소성변형후의 상태를 나타내고 있고, 소성변형전에 대해서는 도시하지 않지만, 코킹부(52e_c)는, 돌출부(51t)의 하측 경사면부(51t2)로부터 떨어진 위치에 있다.

오리피스 플레이트(53)는, 금속제의 원판형 부재로 이루어지고, 중심부에 오리피스(53a)가 형성되어 있다. 오리피스(53a)는, 유체유로(51a, 52a)를 유통하는 유체를 통과시키기 위해서 설치되어 있다. 오리피스(53a)는 유체의 흐름에 대하여 저항으로서 작용하고, 유체유로51a측과 유체유로52a측에서 압력차를 생기게 한다.

유로부재(51, 52) 및 오리피스 플레이트(53)는, 스테인레스 합금등의 동종의 금속재료로 형성해도 좋고, 다른 금속재료로 형성할 수도 있다.

유로부재51의 상단측의 외주면(51e)과 유로부재52의 원통형부(52e)의 근원부근에 배치된 내주면(52el)과는 끼워 맞추어지도록 형성되어 있고, 이에 따라, 유체유로51a, 52a의 중심축선이 일치하도록 되어 있다.

유로부재51과 유로부재52는, 서로 대향하는 환형의 대향면51f, 52f가 형성되어 있다. 대향면51f, 52f는, 유체유로51a, 52a의 개구의 주위에 형성되고, 또한, 유체유로51a, 52a의 중심축선과 동심형으로 배치되어 있다. 대향면51f, 52f는 평탄면으로 이루어지고, 대향면51f, 52f에는 대응하는 위치에 환형돌기51p, 52p가 형성되어 있다. 환형돌기51p, 52p는, 코킹부(52e_c)를 코킹했을 때에 힘을 받아서 눌러 찌부러뜨려져, 대향면51f, 52f와 오리피스 플레이트(53)와의 사이를 씰 한다.

유로부재51의 외주면(51e) 및 돌출부(51t)의 상단면(51t1)과, 유로부재52의 내주면(52e2) 및 하측 단면(52e3)은, 환형의 탄성부재(54)를 수용하는 수용 공간을 획정하고 있다. 이 수용 공간은, 탄성부재(54)의 대략 직사각형의 단면형상에 맞춘 형상으로 되어 있다. 수용 공간의 용적은 코킹부(52e_c)를 소성변형시킴으로써 감소하고, 탄성부재(54)를 상단면(51t1)과 하측단면(52e3)에서 눌러 찌부러뜨리도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 코킹부(52e_c)를 안쪽으로 변형시키면, 코킹부(52e_c)가 돌출부(51t)의 하측 경사면부(51t2)에 걸어 맞춘다. 이에 따라, 코킹부(52e_c)는, 대향면51f, 52f의 한쪽이 대향면51f, 52f의 다른쪽을 향하도록, 다시 말해, 대향면51f가 대향면52f에 근접하도록, 유로부재(51, 52)에 힘을 미친다. 이에 따라, 탄성부재(54)가 유로부재51의 외주면(51e) 및 돌출부(51t)의 상단면(51t1)과, 유로부재52의 내주면(52e2) 및 하측단면(52e3)에 밀착하여, 유로부재51과 유로부재52와의 사이를 씰 한다.

탄성부재(54)는, PEEK수지(폴리에테르에테르케톤)이나 폴리이미드 수지등의 수지재료로 형성되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이, 유체유로51a와 유체유로52a와의 사이는, 대향면51f, 52f의 환형돌기51p, 52p에 있어서 씰됨과 아울러, 대향면51f, 52f의 외측에 있어서도 탄성부재(54)에 의해 씰 된다.

여기서, 도8에 탄성부재(54)를 사용하지 않는 유로 어셈블리(500)의 일례를 나타낸다. 도8에 있어서, 도5과 마찬가지의 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있다. 상측의 유로부재520의 코킹부(520e_c)가 미치는 힘에 의해, 하측의 유로부재51과 상측의 유로부재520과의 사이는, 대향면51f, 52f의 환형돌기51p, 52p에서만 씰 되어 있다. 이 씰 부분에 누설이 발생하고, 대향면51f, 52f의 외측에 유체가 유출하면, 외주면(51e)과 내주면(520el)과의 사이를 통해서, 유체가 외부에 유출해버린다.

한편, 도5에 나타낸 본 실시형태에 따른 유로 어셈블리(50)에서는, 대향면51f, 52f의 환형돌기51p, 52p에 있어서 누설이 발생했다고 해도, 탄성부재(54)에 의한 씰 때문에, 유체가 외부에 유출하는 것을 확실히 막을 수 있다.

제2 실시형태

도6에 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유로 어셈블리(50B)를 나타낸다. 도6에 있어서, 도5와 마찬가지의 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있다.

도6에 있어서, 유로부재51B의 외주면(51Bb)에는, 돌출부(51s)가 원주방향으로 형성되어 있다. 이 돌출부(51s)의 하단면(51s1)과, 유로부재(51B)의 외주면(51Bb)과, 유로부재52의 코킹부(52e_c)와의 사이에, 탄성부재(54)가 설치된다. 탄성부재(54)는 코킹부(52e_c)에 직접 접촉하는 위치에 배치되고, 코킹부(52e_c)로부터의 힘에 의해 변형해서 단면형상이 대략 삼각형상으로 되어 있지만, 변형전의 단면형상은 대략 직사각형이다.

도면에 도시한 바와 같이, 탄성부재(54)에는, 코킹부(52e_c)로부터 항상 힘F를 받고 있다. 이 힘F에 의해, 환형돌기51p, 52p는 눌러 찌부러뜨려져, 대향면51f, 52f와 오리피스 플레이트(53)와의 사이를 씰하고 있다. 또한, 탄성부재(54)가 코킹부(52e_c)에 의해 눌러 찌부러뜨려지는 것으로, 탄성부재(54)가 하단면(51s1), 외주면(51Bb) 및 코킹부(52e_c)에 밀착한다. 이에 따라, 상기 실시형태와 마찬가지로, 유로부재51B와 유로부재52와의 사이는 씰 된다.

여기에서 중요한 점은, 탄성부재(54)가 코킹부(52e_c)에 의해 직접 눌러 찌부러뜨려지는 것으로, 유로부재51B와 유로부재52에는, 탄성부재(54)의 복원력이 상시 작용한다.

코킹부(52e_c)가 탄성부재(54)로부터 받는 반력R의 일부는, 탄성부재(54)의 복원력이다. 반력R의 수직성분 및 수평성분을 Rv, Rh로 하면, 수직성분Rv는, 환형돌기51p, 52p가 대향면51f, 52f와 오리피스 플레이트(53)와의 사이를 씰하는 씰 힘으로서 작용한다. 이 수직성분Rv에는, 탄성부재(54)의 복원력이 포함되어 있으므로, 이 씰 힘을 장기간에 걸쳐 안정화시키는 것이 가능해진다.

제3 실시형태

도7에 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유로 어셈블리(50C)를 나타낸다. 도7에 있어서, 도6과 마찬가지의 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있다.

도7에 나타내는 유로부재(51C)는, 외주면(51Cb)에 코킹력을 받는 돌출부를 구비하지 않고 있다.

탄성부재(54)는, 상측의 유로부재52B의 원통형부(52Be)의 선단에 형성된 코킹부(52Be_c)와, 원통형부52Be의 하측단면(52Bel)과, 유로부재51C의 외주면(51Cb)과의 사이에서 눌러 찌부러뜨려져, 유로부재51C와 유로부재52B와의 사이는 씰 된다. 또한, 제2실시형태와 마찬가지로, 환형돌기51p, 52p가 대향면51f, 52f와 오리피스 플레이트(53)와의 사이를 씰 하는 씰 힘의 일부로서 탄성부재(54)의 복원력은 작용한다.

이상과 같이, 여러 가지의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것들의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상기 실시형태에서는, 이차측 유로(24)는, 밸브 바디(20)내에서 복수로 분기되고, 분기 유로(25, 26)가 밸브 바디(20)의 상면(20f1)에서 개구하는 경우를 예시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 저면(20f2)이나 측면20f3∼20f6 중 어느 하나에서 개구하는 구성도 채용할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 이너 디스크(15)와 밸브 시트(16)를 별도의 부재로 했지만, 이너 디스크(15)와 밸브 시트(16)를 일체화하는 것도 가능하다.

상기 실시형태에서는, 유로21을 일차측, 유로24A, 24B를 이차측으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 유로21을 이차측, 유로24A, 24B를 일차측으로 하는 것도 가능하다.

상기 실시형태에서는, 유로 어셈블리를 밸브 시트 서포트로서 사용했을 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 밸브 장치이외의 유로에도 적용가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는, 플레이트형 부재로서 오리피스 플레이트를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 플레이트형 부재로서 필터를 작용부에 갖는 필터 플레이트를 채용하는 것도 가능하다.

도9를 참조하여, 상기 실시형태에 따른 밸브 장치(1)가 적용되는 유체제어장치의 일례를 설명한다.

도9에 나타내는 유체제어장치에는, 폭방향W1, W2를 따라 배열되어 길이 방향G1, G2로 연장되는 금속제의 베이스 플레이트BS가 설치된다. 또한, W1은 정면측, W2는 배면측, G1은 상류측, G2는 하류측의 방향을 나타내고 있다. 베이스 플레이트BS에는, 복수의 유로 블록(992)을 통해 각종 유체기기(991A∼991E)가 설치되고, 복수의 유로 블록(992)에 의해, 상류측G1으로부터 하류측G2를 향해서 유체가 유통하는 도시하지 않은 유로가 각각 형성되어 있다.

여기서, 「유체기기」란, 유체의 흐름을 제어하는 유체제어장치에 사용되는 기기이며, 유체유로를 획정하는 보디를 구비하고, 이 보디의 표면에서 개구하는 적어도 2개의 유로구를 가지는 기기다. 구체적으로는, 개폐 밸브(2방향 밸브)(991A), 레귤레이터(991B), 프레셔 게이지(991C), 개폐 밸브(3방향 밸브)(991D), 유량제어장치인 매스 플로우 콘트롤러(991E)등이 포함되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도입관(993)은, 상기한 도시하지 않은 유로의 상류측의 유로구에 접속되어 있다.

본 실시형태에 따른 밸브 장치(1)는, 상기한 매스 플로우 콘트롤러(991E)에 적용가능해서, 이 매스 플로우 콘트롤러(991E)에서 유체의 유량제어가 행해진다. 또한, 개폐 밸브(2방향 밸브)(991A), 레귤레이터(991B), 프레셔 게이지(991C), 개폐 밸브(3방향 밸브)(991D)등의 밸브에, 본 실시형태에 따른 밸브 장치(1)를 적용가능하다.

다음에, 상기한 유체제어장치가 적용되는 반도체 제조 장치의 예를 도10에 나타낸다.

반도체 제조 장치(1000)는, 원자층 퇴적법(ALD:Atomic Layer Deposition법)에 의한 반도체 제조 프로세스를 실행하기 위한 시스템이며, 600은 프로세스 가스 공급원, 700은 가스 박스, 710은 탱크, 800은 처리 챔버, 900은 배기 펌프를 나타내고 있다. 도7에 나타낸 유체제어장치는, 가스 박스(700)내에 수용된다.

기판에 막을 퇴적시키는 처리 프로세스에 있어서는, 처리 가스를 안정적으로 공급하기 위해서 가스 박스(700)로부터 공급되는 처리 가스를 버퍼로서의 탱크(710)에 일시적으로 저류하고, 처리 챔버(800)의 직접 가깝게 설치된 밸브(720)를 고빈도로 개폐시켜서 탱크로부터의 처리 가스를 진공분위기의 처리 챔버에 공급한다.

ALD법은, 화학기상 성장법의 1개이며, 온도나 시간등의 성막조건 아래에서, 2종류이상의 처리 가스를 1종류씩 기판표면상에 교대로 흘리고, 기판 표면상 원자와 반응시켜서 단층씩 막을 퇴적시키는 방법이며, 단원자층씩 제어가 가능하기 때문에, 균일한 막 두께를 형성시킬 수 있고, 막질로서도 대단히 치밀하게 막을 성장시킬 수 있다.

ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 유량을 정밀하게 조정할 필요가 있음과 아울러, 기판의 대구경화 등에 의해, 처리 가스의 유량을 어느 정도 확보할 필요도 있다.

유체제어장치를 내장하는 가스 박스(700)는, 정확하게 계량한 프로세스 가스를 처리 챔버(800)에 공급한다. 탱크(710)는, 가스 박스(700)로부터 공급되는 처리 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼로서 기능한다.

처리 챔버(800)는, ALD법에 의한 기판에의 막형성을 위한 밀폐 처리 공간을 제공한다.

배기 펌프(900)는, 처리 챔버(800)안을 진공으로 뺀다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 범위내에서, 여러가지의 추가나 변경 등을 행할 수 있다. 예를 들면, 상기 적용 예에서는, 밸브 장치(1)를 ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에 사용할 경우에 대해서 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은, 예를 들면 원자층 에칭법(ALE:Atomic Layer Etching법)등, 정밀한 유량조정이 필요한 모든 대상에 적용가능하다.

1 :밸브장치
2 :밸브요소
10 :액추에이터
11 :케이싱
12 :다이어프램 가압부
13 :가압 링
14 :다이어프램
15 :이너 디스크
15a1 :대경부
15a2 :소경부
15a3 :단차면
15b :외주면
15f1∼15f3 :평탄면
15h :유로
16 :밸브 시트
16a :유통 유로
16b1 :소경부
16b2 :대경부
16f :씰면
16s :자리면
20 :밸브 바디
20f1 :상면
20f2 :저면
20f3∼20f6 :측면
20hl :나사 구멍
21 :일차측 유로
21a :씰 보유부
22 :수용 오목부
22a∼22c :내주면
22d :저면
24, 24A, 24B :이차측 유로
24a1, 24b1 :타단
25 :분기 유로
25a :씰 보유부
26 :분기 유로
26b :씰 보유부
30 :폐색 부재
50, 50B, 50C :유로 어셈블리(밸브 시트 서포트)
50a :우회 유로
50b1 :외주면
50b2 :외주면
50b3 :단면
50f1 :지지면
51 :유로부재
51B :유로부재
51Bb :외주면
51C :유로부재
51Cb :외주면
51a :유체유로
51b, 51e :외주면
51f :대향면
51p :환형돌기
51s :돌출부
51s1 :하단면
51t :돌출부
51t1 :상단면
51t2 :하측 경사면부
52, 52B :유로부재
52Be :원통형부
52Be1 :하측단면
52Be_c :코킹부
52a :유체유로
52e :원통형부
52e1 :내주면
52e2 :내주면
52e3 :하측단면
52e_c :코킹부
52f :대향면
52p :환형돌기
53 :오리피스 플레이트
53a :오리피스
54 :탄성부재
55 :씰 부재
500 :유로 어셈블리
520 :유로부재
520e1 :내주면
520e_c :코킹부
700 :가스 박스(유체제어장치)
710 :탱크
720 :밸브
800 :처리 챔버
900 :배기 펌프
991A :개폐 밸브(2방향 밸브)
991B :레귤레이터
991C :프레셔 게이지
991D :개폐 밸브(3방향 밸브)
991E :매스 플로우 콘트롤러(유량제어장치)
992 :유로 블록
993 :도입관
1000 :반도체 제조 장치
A1,A2 :상하 방향
B1,B2 :길이 방향
BS :베이스 플레이트
F :힘
G1,G2 :길이 방향
J1 :축선
R :반력
Rv :수직성분
W1, W2 :폭방향

Claims

서로 접속되는 유체유로를 획정하는 금속제의 제1의 유로부재 및 제2의 유로부재와, 상기 제1의 유로부재와 상기 제2의 유로부재와의 사이에 설치되고 또한 상기 유체유로를 유통하는 유체에 특정한 작용을 미치는 작용부를 가지는 플레이트형 부재가, 일체화된 유로 어셈블리이며,
상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재는, 상기 유체유로의 개구의 주위에 배치되어, 상기 플레이트형 부재를 통해서 서로 대향하는 환형의 대향면을 가지고,
상기 대향면의 외측에 있어서 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 사이에 개재하는 수지제의 환형의 탄성부재를 더욱 가지고,
상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 한쪽은, 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재와 상기 플레이트형 부재를 일체화하고, 또한, 상기 대향면의 한쪽이 상기 대향면의 다른쪽을 향하도록 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 다른쪽에 힘을 미치고, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 코킹부를 가지고,
상기 탄성부재는, 상기 코킹부로부터의 힘을 받아서 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 사이에서 눌러 찌부러뜨려져서 해당 제1의 유로부재 및 해당 제2의 유로부재의 사이를 씰 하고 있는, 유로 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성부재는, 상기 코킹부에 직접 접촉하는 위치에 배치되어 있는, 유로 어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재에 작용하는 상기 탄성부재의 복원력은, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 힘의 일부로서 작용하는, 유로 어셈블리.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기의 대향면의 적어도 한쪽에, 상기 코킹부로부터 받는 힘에 의해 눌러 찌부러뜨려져서 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하는 환형의 돌기부가 형성되어 있는, 유로 어셈블리.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작용부는, 오리피스를 포함하는, 유로 어셈블리.
대향하는 상면 및 저면, 상기 상면 및 상기 저면의 사이에서 연장되는 측면을 획정하는 블록형의 밸브 바디를 가지는 밸브 장치이며,
상기 밸브 바디는, 상기 상면에서 개구하고 또한 밸브 요소가 내장되는 수용 오목부와, 상기 수용 오목부에 접속된 일차측 유로와, 상기 수용 오목부에 접속된 이차측 유로를, 획정하고,
상기 밸브 요소는,
일단면에 형성된 환형의 자리면과, 타단면에 형성된 환형의 씰면과, 상기 자리면 및 상기 씰면의 내측에 형성되어 상기 일단면 및 상기 타단면을 관통하는 유통 유로를, 가지는 밸브 시트와,
상기 밸브 시트의 씰면이 접촉해 해당 씰면으로부터의 가압력을 지지하는 지지면을 가지는 밸브 시트 서포트와,
상기 밸브 시트 서포트에 지지된 상기 자리면에 접촉 및 이격가능하게 설치된 다이어프램을, 가지고,
상기 다이어프램은, 해당 다이어프램과 상기 자리면과의 간극을 통해서, 상기 유통 유로와 상기 이차측 유로를 연통시키고,
상기 밸브 시트 서포트는, 상기 수용 오목부의 내벽면의 일부와 협동해서 상기 일차측 유로와 상기 이차측 유로와의 연통을 차단하는 씰면과, 상기 일차측 유로와 상기 유통 유로를 접속하는 우회 유로를, 가지고,
상기 밸브 시트 서포트는,
서로 접속되는 유체유로를 획정하는 금속제의 제1의 유로부재 및 제2의 유로부재와, 상기 제1의 유로부재와 상기 제2의 유로부재와의 사이에 설치되고 또한 상기 유체유로를 유통하는 유체에 특정한 작용을 미치는 작용부를 가지는 플레이트형 부재가, 일체화된 유로 어셈블리로 이루어지고,
상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재는, 상기 유체유로의 개구의 주위에 배치되어, 상기 플레이트형 부재를 통해서 서로 대향하는 환형의 대향면을 가지고,
상기 대향면의 외측에 있어서 상기 제1의 유로부재와 상기 제2의 유로부재의 사이에 개재하는 환형의 탄성부재를 더욱 가지고,
상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 한쪽은, 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재와 상기 플레이트형 부재를 일체화하고, 또한, 상기 대향면의 한쪽이 상기 대향면의 다른쪽을 향하도록 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 다른쪽에 힘을 미치고, 상기 플레이트형 부재와 상기 대향면과의 사이를 씰하기 위한 코킹부를 가지고,
상기 탄성부재는, 상기 코킹부로부터의 힘을 받아서 상기 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 사이에서 눌러 찌부러뜨려져서 해당 제1의 유로부재 및 상기 제2의 유로부재의 사이를 씰 하고 있는, 밸브 장치.
유체의 유량을 제어하는 유량제어장치이며,
청구항 6에 기재된 밸브 장치를 포함하는, 유량제어장치.
유체의 유량제어에 청구항 6에 기재된 밸브 장치를 사용한 유량제어방법.
복수의 유체기기가 배열된 유체제어장치이며,
상기 복수의 유체기기는, 청구항 6에 기재된 밸브 장치를 포함하는, 유체제어장치.
밀폐된 챔버내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 요하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량제어에 청구항 6에 기재된 밸브 장치를 사용하는, 반도체 제조 방법.
처리 챔버에 프로세스 가스를 공급하는 유체제어장치를 가지고,
상기 유체제어장치는, 복수의 유체기기를 포함하고,
상기 유체기기는, 청구항 6에 기재된 밸브 장치를 포함하는, 반도체 제조 장치.