CN111836985A - 阀装置以及流体控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置。阀装置(1)具有：阀座(41)，其配置在与形成于阀体(3)内的流路连接的开口的周围；隔膜(5)，其通过在相对于阀座(41)接触的接触位置以及相对于阀座(41)不接触的非接触位置之间移动而进行流路的开闭；按压转接器(6)，其与隔膜(5)的周缘部接触；壳体(2)，其内置有使隔膜(5)动作的致动器，与形成于阀体(3)的螺纹孔螺纹结合而固定在阀体(3)；以及转接器固定环(7)，其与螺纹孔螺纹结合并对按压转接器(6)以及隔膜(5)进行按压，并且固定在阀体(3)内。

Description

阀装置以及流体控制装置

技术领域

本发明涉及阀装置以及包括该阀装置的流体设备集成化而成的流体控制装置。

背景技术

例如，作为为了向半导体制造装置等的腔室供给各种处理气体而使用的流体控制装置，已知有下述专利文献1等所公开的流体控制装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-175502号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述那样的流体控制装置的领域中，要求气体的供给控制的高响应性，因此要求使流体控制装置尽可能地小型化、集成化，并且设置在更靠近作为流体的供给目的地的腔室等的位置。由于在腔室等的附近配置空间存在限制，因此期望用于流体控制装置的阀装置进一步缩小块状的阀体的尺寸、内置有致动器的壳体的外径，该致动器使设置在阀体上的阀芯动作。

另一方面，半导体晶圆的大口径化等处理对象物的大型化发展，与之相应地也需要增加或维持自流体控制装置向腔室内供给的流体的供给流量。为了确保流量，出于确保在对阀进行开闭时的隔膜等阀芯的升程量等理由，致动器在阀芯的动作方向上变长。因此，阀装置成为与阀体的大小相比内置有致动器的壳体的高度较高的细长的外观。

在这样的细长构造的阀装置中，例如对于在附近进行作业的操作者的接触等冲击难以确保充分的强度。然而，在对流体进行控制的阀装置中，需要以下构造：即使在受到接触、地震等物理性冲击的情况下，冲击也不会传递至阀芯而对阀的开闭产生影响。

本公开是鉴于上述情况而作成的，其目的在于提供实现小型化并且进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置以及流体控制装置。

用于解决问题的方案

本公开的阀装置是具有以下构件的阀装置：阀座，其配置在与形成于阀体内的流路连接的开口部的周围；隔膜，其通过在相对于所述阀座接触的接触位置以及相对于所述阀座不接触的非接触位置之间移动而进行所述流路的开闭；按压转接器，其与所述隔膜的周缘部接触；壳体，其内置有使所述隔膜动作的致动器，与形成于所述阀体的螺纹孔螺纹结合而固定在所述阀体上；以及转接器固定环，其与所述螺纹孔螺纹结合并对所述按压转接器以及所述隔膜进行按压，并且固定在所述阀体内。

另外，在本公开的阀装置中，也可以是，在所述螺纹孔中，所述转接器固定环与所述壳体彼此具有间隙地配置。

另外，在本公开的阀装置中，也可以是，所述转接器固定环在外侧具有螺纹部，在内侧具有沿着轴向延伸的多个槽。

另外，在本公开的阀装置中，也可以是，所述壳体具有与所述阀体的上表面接触的保护构件。

另外，在本公开的阀装置中，也可以是，在所述隔膜的与所述阀座侧相反的一侧还具有与所述隔膜的中央部接触的隔膜按压件，所述隔膜按压件的在所述螺纹孔延伸的方向上的长度比所述转接器固定环(7)的长度长。

另外，在本公开的阀装置中，能够将一个方向上的外形尺寸设为10mm以下。

本公开的流体控制装置是从上游侧朝向下游侧排列有多个流体设备的流体控制装置，其中，所述多个流体设备包括上述任一结构的阀装置。

本公开的流量控制方法是使用上述任一结构的阀装置对流体的流量进行调整的流量控制方法。

本公开的半导体制造装置是在需要在密闭的腔室内利用处理气体进行处理工序的半导体装置的制造工艺中，在所述处理气体的控制中使用上述任一结构的阀装置的半导体制造装置。

本公开的半导体制造方法是在需要在密闭的腔室内利用处理气体进行处理工序的半导体装置的制造工艺中，在所述处理气体的流量控制中使用上述任一结构的阀装置的半导体制造方法。

发明的效果

根据本公开，能够提供一种进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置以及流体控制装置。

附图说明

图1是以截面表示本实施方式的阀装置的局部的整体图。

图2是表示阀体的螺纹孔附近的放大剖视图。

图3是转接器固定环的俯视图。

图4是转接器固定环的侧视图。

图5是以截面表示本实施方式的变形例的阀装置的局部的整体图。

图6是表示阀装置的阀体的螺纹孔附近的放大剖视图。

图7是保护构件的俯视图。

图8是图7的保护构件的沿3C-3C线的剖视图。

图9是表示使用本实施方式的阀装置的流体控制装置的一个例子的立体图。

图10是本发明的一实施方式的半导体制造装置的概略结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并且适当省略重复的说明。

首先，参照图9，对应用本发明的流体控制装置的一个例子进行说明。图9是表示使用本实施方式的阀装置的流体控制装置的一个例子的立体图。对于图9所示的流体控制装置，在金属制的基板BS上设有沿着宽度方向W1、W2排列并且沿着长度方向G1、G2延伸的5根导轨构件500。

此外，W1示出了正面侧的方向，W2示出了背面侧的方向，G1示出了上游侧的方向，G2示出了下游侧的方向。在各导轨构件500隔着多个流路块200而设置各种流体设备110A～110E，利用多个流路块200，分别形成有供流体从上游侧朝向下游侧流通的未图示的流路。

在此，“流体设备”是对流体的流动进行控制的流体控制装置所使用的设备，是具有划定流体流路的主体并且具有在该主体的表面开口的至少两个流路口的设备。具体而言，包括开闭阀(双通阀)110A、调节器110B、压力计110C、开闭阀(三通阀)110D、质量流量控制器110E等，但是并不限定于此。此外，导入管310与上述未图示的流路的上游侧的流路口连接。对于该流体控制装置，在5根导轨构件500形成有分别向G2方向流动的5条流路，也可以将各流路的宽度方向W1、W2上的长度设为10mm以下，即，将各流体设备的宽度(尺寸)设为10mm以下。

本发明能够应用于上述开闭阀110A、110D、以及调节器110B等各种阀装置，但在本实施方式中，以应用于开闭阀的情况为例进行说明。

图1是以截面表示本实施方式的阀装置1的局部的整体图。图2是表示阀体3的螺纹孔33附近的放大剖视图。如图1以及图2所示，阀装置1具有壳体2、阀体3、阀座41、内盘42、隔膜5、按压转接器6、转接器固定环7、以及隔膜按压件8。此外，图中的箭头A1、A2为上下方向，并且设为A1表示上方向，A2表示下方向。箭头B1、B2为阀装置1的阀体3的长度方向，并且设为B1表示一端侧，B2表示另一端侧。与箭头A1、A2以及箭头B1、B2均正交的方向为宽度方向。

阀体3形成为块状，划定气体的第1流路31以及第2流路32，第1流路31以及第2流路32在底面3b开口。在第1流路31以及第2流路32的位于底面3b的开口的周围形成有对未图示的密封构件进行保持的凹状的保持部31a以及保持部32a。第1流路31以及第2流路32经由连通于与底面3b侧相反的一侧的开口的阀室而彼此连通。

阀体3还具有自上表面3a开设的螺纹孔33，经由阀室而连通第1流路31以及第2流路32。在本实施方式中，在阀室具有用于对流量进行调整的节流体35，但也可以是不具有节流体35的结构。阀体3以隔着长度方向上的螺纹孔33的方式形成有两个贯通孔34。在贯通孔34插入用于将阀体3固定在图9所示那样的流路块200上的紧固螺栓。

阀座41配置在与形成于阀体3内的第1流路31连接的开口36的周围。在本实施方式中，阀座41配置在节流体35的与第1流路31连接的开口的周围，但是在不具有节流体35的结构等中，阀座41能够配置在阀体3的开口等与第1流路31连接的开口36的周围。阀座41利用例如PFA、PTFE等树脂形成为能够弹性变形。

内盘42配置在阀座41的周围，具有分别供第1流路31的气体以及第2流路32的气体通过的孔。

隔膜5通过在相对于阀座41接触的接触位置和相对于阀座41不接触的非接触位置之间移动来进行流路的开闭而作为阀芯发挥作用。另外，隔膜5具有比阀座41的直径大的直径，利用不锈钢、NiCo系合金等金属、氟系树脂呈球壳状形成为能够弹性变形。

按压转接器6与隔膜5的周缘部接触，在按压转接器6与内盘42之间夹持隔膜5。

转接器固定环7与形成在阀体3的螺纹孔33螺纹结合并对按压转接器6以及隔膜5进行按压，并且固定在阀体3内。像这样，隔膜5借助按压转接器6被转接器固定环7的下端面朝向阀体3按压，由此该隔膜5以能够相对于阀座41抵接、分离的方式支承在阀体3。图3是转接器固定环7的俯视图。图4是转接器固定环7的侧视图。如这些图所示，转接器固定环7在外侧具有环螺纹部71，在内侧具有沿着轴向延伸的多个槽72。槽72在相对于螺纹孔33安装以及拆卸转接器固定环7时与用于使转接器固定环7旋转的工具卡合。由此，转接器固定环7能够更加可靠地相对于阀体3固定按压转接器6以及隔膜5。此外，转接器固定环7也可以由金属形成，能够设为与阀体3相同的材料或热膨胀系数接近的值的材料。

壳体2内置有使隔膜5动作的致动器，与螺纹孔33螺纹结合而固定在阀体3上。壳体2整体为圆筒状，在内部内置有未图示的致动器。致动器能够设为例如由压缩空气驱动的活塞等，但并不限定于此，能够采用手动、压电致动器、电磁致动器等各种致动器。内置有致动器的壳体2既可以构成致动器的局部，也可以与致动器独立。如图2所示，在壳体2的与阀体3连接的部分的外周形成有壳体螺纹部22，该壳体螺纹部22与阀体3的螺纹孔33螺纹结合，从而使该壳体2与阀体3连接。此时，阀体3能够不与之前螺纹结合于螺纹孔33的转接器固定环7接触而具有间隙73地配置。

隔膜按压件8在隔膜5的与阀座41侧相反的一侧自上方与隔膜5的中央部接触。隔膜按压件8连接于壳体2内的致动器，随着致动器的动作而进行移动。在此，能够将隔膜按压件8的在螺纹孔33延伸的方向上的长度设得比转接器固定环7的长度长，由此，即使在具有转接器固定环7的情况下，也能够将壳体2内的致动器的动作向隔膜5传递。

壳体2的与阀体3连接的部分为筒状，在内部具有在上下方向A1、A2上被内置于壳体2的致动器驱动的杆21。壳体2的与阀体3连接的部分和杆21之间设有O形密封圈24，对阀室侧与致动器侧之间进行密封。杆21的下侧形成为半球状，与隔膜按压件8连接，当向下方向A2驱动隔膜按压件8时，该杆21借助隔膜按压件8对隔膜5进行按压。

在图2中，隔膜5被隔膜按压件8进行按压而发生弹性变形，处于被按压在阀座41的状态。若释放隔膜按压件8的按压，则隔膜5恢复为球壳状。在隔膜5被按压于阀座41的状态下，第1流路31被封闭，当隔膜按压件8向上方向A1移动时，隔膜5自阀座41离开，第1流路31被打开而与第2流路32连通。

此外，杆21的下方向A2侧形成为半球状，但也可以是，隔膜按压件8的上方向A1侧形成为半球状，杆21的下方向A2侧形成为平面。

如上所述，由于壳体2和转接器固定环7独立地形成，因此即使在对壳体2产生了物理性冲击的情况下，也能够抑制向转接器固定环7传递的影响，能够抑制对流路的开闭的影响。由此，能够设为进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置1。另外，由于在螺纹孔33中，转接器固定环7以及壳体2彼此具有间隙73地配置，因此即使在对壳体2产生了物理性冲击的情况下，也能够进一步降低向转接器固定环7传递的影响。由此，能够进一步抑制对流路的开闭的影响，能够设为进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置1。另外，由于杆21和隔膜按压件8以点接触进行连接，因此即使在对壳体2产生了物理性冲击的情况下，也能够进一步降低对隔膜按压件8、转接器固定环7的影响，进而能够进一步降低对隔膜5的影响。另外，上述阀装置1能够适用于宽度方向上的尺寸为10mm以下的阀装置1。由此，即使为阀装置1的一个方向上的宽度与高度之比较大而对壳体2产生的冲击成为较大的力矩并向阀体3传递的形状，也能够抑制对流路的开闭部分的影响，因此，能够设为进一步降低物理性冲击对阀芯的影响的阀装置1。

图5是以截面表示本实施方式的变形例的阀装置10的局部的整体图。图6是表示阀装置10的阀体3的螺纹孔33附近的放大剖视图。该变形例的阀装置10除了壳体2还具有与阀体3的上表面3a接触的保护构件50之外，与上述阀装置1相同，因此，省略重复的说明。

如这些图所示，保护构件50与壳体螺纹部22的上部螺纹结合，并且在该状态下壳体螺纹部22与阀体3的螺纹孔33螺纹结合，由此该保护构件50与阀体3的上表面3a接触。此外，在本变形例中，保护构件50和壳体2独立地形成，该保护构件50与壳体螺纹部22螺纹结合而一体化，但是也可以使保护构件50与壳体2一体地形成。在此，虽未图示，但能够将壳体2以及保护构件50的宽度方向长度设为阀体3的宽度方向长度以下。

当在壳体螺纹部22未设有保护构件50的状态下，在壳体2受到物理性冲击而作用弯曲力矩时，在阀体3的螺纹孔33的开口端，应力集中在壳体2与阀体3之间。特别是，若壳体2以及阀体3的宽度方向长度较小，而壳体2的高度相对较大，则也有可能由于应力集中而阀体3的局部破损。在本变形例中，通过利用保护构件50在阀体3的上表面3a承受产生于壳体2的弯曲力矩，能够使应力分散。

另外，在采用了双螺母构造的情况下，能够对壳体2的相对于阀体3的拧入位置进行微调。由此，开阀时的隔膜的位移量发生变化，因此，能够在对开阀时的气体的流量进行微调的同时进行组装。

图7是保护构件50的俯视图。图8是图7的保护构件的沿3C-3C线的剖视图。如图7以及图8所示，保护构件50由金属制的圆环状构件形成，具有上下对称的形状。在保护构件50的内周形成有与壳体螺纹部22螺纹结合的保护构件螺纹部50a。另外，保护构件50的两端面为由平面形成的抵接端面50t，如后所述，抵接端面50t中的一者能够与阀体3的上表面3a抵接。由于抵接端面50t由平面构成，因此抵接端面50t能够整面地与阀体3的上表面3a抵接。在保护构件50的侧面开设有未图示的圆孔，能够使用挂钩扳手进行旋转。

在图7以及图8所示的保护构件50，在端面圆周角部实施了倒角，但为了增大抵接端面50t的面积，增大与上表面3a抵接的面积，优选倒角的大小较小。

在本实施方式中，将保护构件50设为圆环状，但只要为环状，外形就不限定于圆形。不过，优选的是保护构件50的外轮廓收纳在阀体3的上表面3a内。

另外，采用了通过螺纹结合对保护构件50进行固定的结构，但也能够采用铆接、焊接等其他代替方法。

在上述实施方式中，作为流体控制装置，例示了在多个流路块200上搭载有阀装置的流体控制装置，但是除了分割型的流路块200以外，对于一体型的流路块、流路板也能够适用本发明的阀装置。

在上述实施方式中，作为本发明的阀装置，例示了利用压缩空气等自动开闭致动器的阀装置，但是并不限定于此，本发明也能够适用于手动阀。

接着，参照图10对上述流体控制装置的应用例进行说明。

图10所示的半导体制造装置1000是用于执行基于ALD法的半导体制造工艺的装置，附图标记300示出了处理气体供给源，附图标记400示出了气体箱，附图标记510示出了罐，附图标记600示出了控制部，附图标记700示出了处理腔室，附图标记800示出了排气泵，附图标记900示出了开闭阀。

在基于ALD法的半导体制造工艺中，需要精密地调整处理气体的流量，并且由于基板的大口径化，也需要在某种程度上确保处理气体的流量。

气体箱400为了将准确计量后的处理气体向处理腔室700供给，内置有上述流体控制装置，上述流体控制装置将开闭阀、调节器、质量流量控制器等各种流体设备集成化并收纳于箱。

罐510作为暂时贮存从气体箱400供给的处理气体的缓冲器而发挥作用。

开闭阀900对由气体箱400计量后的气体的流量进行控制。

控制部600对开闭阀900进行控制而执行流量控制。

处理腔室700提供用于利用ALD法在基板上形成膜的密闭处理空间。

排气泵800对处理腔室700内进行抽真空。

在上述应用例中，例示了将流体控制装置1用于基于ALD法的半导体制造工艺的情况，但是并不限定于此，本发明能够适用于例如原子层蚀刻法(ALE：Atomic Layer Etching法)等需要精密的流量调整的所有对象。

附图标记说明

1、10、阀装置；2、壳体；3、阀体；3a、上表面；3b、底面；5、隔膜；6、按压转接器；7、转接器固定环；8、隔膜按压件；21、杆；22、壳体螺纹部；24、O形密封圈；31、第1流路；31a、保持部；32、第2流路；33、螺纹孔；34、贯通孔；35、节流体；36、开口；41、阀座；42、内盘；50、保护构件；50a、保护构件螺纹部；50t、抵接端面；71、环螺纹部；72、槽；73、间隙；110A、开闭阀；110B、调节器；110C、压力计；110D、开闭阀；110E、质量流量控制器；200、流路块；310、导入管；400、气体箱；500、导轨构件；510、罐；600、控制部；700、处理腔室；800、排气泵；900、开闭阀；1000、半导体制造装置；A1、上方向；A2、下方向；B1、B2、箭头；BS、基板；G1、G2、长度方向；W1、W2、宽度方向。

Claims (10)

1.一种阀装置，其中，

所述阀装置具有：

阀座，其配置在与形成于阀体内的流路连接的开口部的周围；

隔膜，其通过在相对于所述阀座接触的接触位置以及相对于所述阀座不接触的非接触位置之间移动而进行所述流路的开闭；

按压转接器，其与所述隔膜的周缘部接触；

壳体，其内置有使所述隔膜动作的致动器，与形成于所述阀体的螺纹孔螺纹结合而固定在所述阀体上；以及

转接器固定环，其与所述螺纹孔螺纹结合并对所述按压转接器以及所述隔膜进行按压，并且固定在所述阀体内。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其中，

在所述螺纹孔中，所述转接器固定环与所述壳体彼此具有间隙地配置。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，

所述转接器固定环在外侧具有螺纹部，在内侧具有沿着轴向延伸的多个槽。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的阀装置，其中，

所述壳体具有与所述阀体的上表面接触的保护构件。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的阀装置，其中，

所述阀装置在所述隔膜的与所述阀座侧相反的一侧还具有与所述隔膜的中央部接触的隔膜按压件，

所述隔膜按压件的在所述螺纹孔延伸的方向上的长度比所述转接器固定环的长度长。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的阀装置，其中，

所述阀体的一个方向上的尺寸为10mm以下。

7.一种流体控制装置，其是从上游侧朝向下游侧排列有多个流体设备的流体控制装置，其特征在于，

所述多个流体设备包括权利要求1～6中任一项所述的阀装置。

8.一种流量控制方法，其中，

所述流量控制方法使用权利要求1～6中任一项所述的阀装置，对流体的流量进行调整。

9.一种半导体制造装置，其中，

所述半导体制造装置在需要在密闭的腔室内利用处理气体进行处理工序的半导体装置的制造工艺中，在所述处理气体的控制中使用权利要求1～6中任一项所述的阀装置。

10.一种半导体制造方法，其中，

所述半导体制造方法在需要在密闭的腔室内利用处理气体进行处理工序的半导体装置的制造工艺中，在所述处理气体的流量控制中使用权利要求1～6中任一项所述的阀装置。

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