阅读说明：本技术 阀装置、使用该阀装置的流体控制装置以及半导体制造装置 (Valve device, fluid control device using the same, and semiconductor manufacturing apparatus ) 是由 渡边一诚 执行耕平 相川献治 中田知宏 松田隆博 篠原努 于 2018-11-13 设计创作，主要内容包括：提供一种能够实现小型化、低成本化并且具有泄放功能的阀装置。阀体(20)划定在该阀体(20)的表面开口并且内置有阀元件(2)的收纳凹部(22)、以及与收纳凹部(22)连接的初级侧流路(21)和次级侧流路(24),阀元件(2)具有将初级侧流路(21)和次级侧流路(24)之间的通过收纳凹部(22)的直接的连通切断的密封部、通过阀元件(2)而使初级侧流路(21)和次级侧流路(24)连通的迂回流路(50a)、以及经由收纳凹部(22)而使迂回流路(50a)和次级侧流路(24)连通的泄放孔(50p)。(Provided is a valve device having a bleed function, which can be reduced in size and cost. The valve element (2) has a seal section that blocks direct communication between the primary-side flow path (21) and the secondary-side flow path (24) via the housing recess (22), a bypass flow path (50a) that communicates the primary-side flow path (21) and the secondary-side flow path (24) via the valve element (2), and a drain hole (50p) that communicates the bypass flow path (50a) and the secondary-side flow path (24) via the housing recess (22).)

阀装置、使用该阀装置的流体控制装置以及半导体制造装置

技术领域

本发明涉及一种阀装置。

背景技术

在半导体制造工艺等各种制造工艺中，为了将准确计量后的处理气体向处理腔室供给，使用了将开闭阀、调节器、质量流量控制器等各种流体设备集成化了的流体控制装置。

在上述那样的流体控制装置中，代替管接头，使形成有流路的设置块(以下，称为基块)沿着基板的长度方向配置，在该基块上设置包括连接有多个流体设备、管接头的接头块等的各种流体设备，从而实现集成化(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-3013号公报

发明内容

发明要解决的问题

对于应用于上述那样的流体控制装置的阀装置，要求多种功能。例如，具有这样的泄放功能：即使为了防止逆流等而关闭阀，一定流量的流体也自初级侧流路向次级侧流路流动。

然而，为了对阀装置附加泄放功能，存在这样的问题：需要在阀装置的阀体加工泄放孔(节流孔)，加工不容易并且装置的成本也变高。

本发明的一个目的在于提供一种能够实现小型化、低成本化并且具有泄放功能的阀装置。

用于解决问题的方案

本发明的第1技术方案的阀装置是具有块状的阀体的阀装置，

所述阀体划定在该阀体的表面开口并且内置有阀元件的收纳凹部、与所述收纳凹部连接的初级侧流路以及次级侧流路，

所述阀元件具有将所述初级侧流路和所述次级侧流路之间的通过所述收纳凹部的直接的连通切断的密封部、通过该阀元件而使所述初级侧流路和所述次级侧流路连通的迂回流路、以及经由所述收纳凹部而使该迂回流路和所述次级侧流路连通的泄放孔。

优选的是，能够构成为：

所述阀元件具有：

阀座，其具有形成于该阀座的一端面的环状的座面、形成于该阀座的另一端面的环状的密封面、以及形成于所述座面和所述密封面的内侧并且将所述一端面以及所述另一端面贯通的流通流路；

阀座支承件，其具有与所述阀座的密封面抵接并且对来自该密封面的按压力进行支承的支承面；以及

隔膜，其设置为能够与支承于所述阀座支承件的所述座面抵接和分离，

所述隔膜通过该隔膜与所述座面之间的间隙而使所述流通流路和所述次级侧流路连通，

所述阀座支承件具有：密封面，其与所述收纳凹部的内壁面的一部分协同动作而将所述初级侧流路和所述次级侧流路之间的连通切断；以及所述迂回流路，其连接所述初级侧流路和所述流通流路。

本发明的第2技术方案的阀装置是具有块状的阀体的阀装置，

所述阀体划定分别内置有第1阀元件以及第2阀元件的第1收纳凹部以及第2收纳凹部、使所述第1收纳凹部以及第2收纳凹部分别与所述阀体外部连通的初级侧流路、使所述第1收纳凹部以及第2收纳凹部分别与所述阀体外部连通的次级侧流路、以及将所述第1收纳凹部以及第2收纳凹部连接并且使各所述次级侧流路彼此连通的连通流路，

所述第1阀元件以及第2阀元件各自具有将所述初级侧流路和所述次级侧流路之间的通过所述收纳凹部的直接的连通切断的密封部、以及通过该阀元件而使所述初级侧流路和所述次级侧流路连通的迂回流路，

在所述第1阀元件以及第2阀元件中的一者具有经由所述收纳凹部而使所述迂回流路和所述次级侧流路连通的泄放孔。

本发明的流量控制装置在处理气体的流量控制中使用包括上述结构的阀装置的流体控制装置。

在本发明的产品制造方法中，在需要在密闭的处理腔室内利用处理气体进行处理工序的半导体装置、平板显示器、太阳能面板等产品的制造工艺中，在所述处理气体的控制中使用包括上述结构的阀装置的流体控制装置。

本发明的半导体制造装置具有用于向处理腔室供给处理气体的流体控制装置，流体控制装置包括上述结构的阀装置。

发明的效果

根据本发明，得到一种能够实现小型化、低成本化并且具有泄放功能的阀装置。

附图说明

图1A是在本发明的一实施方式的阀装置的局部包含纵截面的主视图。

图1B是图1A的阀装置的俯视图。

图1C是图1A的阀装置的仰视图。

图1D是图1A的阀装置的侧视图。

图2是图1A的阀装置的主要部分放大剖视图，是表示阀关闭状态的图。

图3是图1A的阀装置的主要部分放大剖视图，是表示阀打开状态的图。

图4是内盘的剖视图。

图5是阀座的剖视图。

图6是阀座支承件的剖视图。

图7是在本发明的又一实施方式的阀装置的局部包含纵截面的主视图。

图8是图7的阀装置的主要部分放大剖视图。

图9是本发明的一实施方式的半导体制造装置的概略结构图。

图10是表示能够应用本发明的阀装置的流体控制装置的一个例子的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书以及附图中，通过对功能实质上相同的构成要素使用相同的附图标记来省略重复的说明。

图1A～图1D示出了本发明的一实施方式的阀装置的构造，图2以及图3示出了图1A的阀装置的动作，图4示出了内盘的截面构造，图5示出了阀座的截面构造，图6示出了阀座支承件的截面构造。

在图1A～图3中，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20的长度方向，并且设为B1表示一端侧，B2表示另一端侧。C1、C2表示与阀体20的长度方向B1、B2正交的宽度方向，并且设为C1表示前面侧，C2表示背面侧。

阀体20是在俯视时具有长方形形状的块状的构件，划定上表面20f1和底面20f2以及在上表面20f1和底面20f2之间延伸的侧面即4个侧面20f3～20f6。此外，划定在上表面20f1开口的收纳凹部22。由图2等可知，收纳凹部22由直径不同的内周面22a、22b、22c和底面22d构成。内周面22a、22b、22c的直径依次变小。在收纳凹部22内置有后述的阀元件2。

阀体20划定与收纳凹部22连接的初级侧流路21和次级侧流路24。初级侧流路21是被自外部供给气体等流体的一侧的流路，次级侧流路24是使气体等流体向外部流出的流路。初级侧流路21相对于阀体20的底面20f2倾斜地形成并且在底面20f2开口。在初级侧流路21的开口的周围形成有密封保持部21a。在密封保持部21a配置未图示的衬垫作为密封构件。通过将紧固螺栓拧入螺纹孔20h1从而阀体20与未图示的其他流路块连结。此时，由于保持于密封保持部21a的衬垫在与未图示的其他流路块之间被紧固螺栓的紧固力压扁，因此初级侧流路21的开口的周围被密封。

作为衬垫，能够列举出金属制或树脂制等衬垫。作为衬垫，能够列举出软质衬垫、半金属衬垫、金属衬垫等。具体而言，优选使用以下衬垫。

(1)软质衬垫

·橡胶O型密封圈

·橡胶片(整面座用)

·接合片

·膨胀石墨片

·PTFE片

·PTFE夹套形

(2)半金属衬垫

·螺旋缠绕形衬垫(Spiral-wound gaskets)

·金属夹套衬垫

(3)金属衬垫

·金属平形衬垫

·金属中空O型密封圈

·环接头

此外，在后述的分支流路25、26的开口的周围设置的密封保持部25a1、26b1也是同样的，省略详细说明。

次级侧流路24包括在阀体20的长度方向B1、B2上相对于收纳凹部22形成于彼此相反侧的两个次级侧流路24A、24B。次级侧流路24A、24B形成在沿着阀体20的长度方向B1、B2延伸的共用的轴线J1上。次级侧流路24A的一端在收纳凹部22的内周面22b开口，另一端24a1在阀体20的内部封闭。次级侧流路24B的一端在收纳凹部22的内周面22b开口，另一端24b1在侧面20f6一侧开口。利用焊接等方法在次级侧流路24B的位于侧面20f6的开口设置有封闭构件30，次级侧流路24B的开口被封闭。次级侧流路24A、24B能够使用钻头等工具容易地进行加工。

次级侧流路24A在另一端24a1分支为两个分支流路25，在上表面20f1开口。次级侧流路24B在中途分支为两个分支流路26，在上表面20f1开口。

即，在本实施方式的阀装置1中，向初级侧流路21流入的气体等流体能够利用次级侧流路24的分支流路25、26分流为4个。

阀元件2具有隔膜14、内盘15、阀座16、以及阀座支承件50。阀元件2将初级侧流路21和次级侧流路24之间的通过收纳凹部22的直接的连通切断，并且，通过该阀元件2而使初级侧流路21和次级侧流路24连通。以下，具体说明阀元件2。

在收纳凹部22内插入了具有与内周面22c嵌合的外径的阀座支承件50。

如图6所示，阀座支承件50为圆柱状的金属制构件，在中心部形成有由贯通孔构成的迂回流路50a，在上端面形成有以迂回流路50a为中心的环状的支承面50f1。此外，阀座支承件50在与迂回流路50a正交的方向上形成有一个泄放孔51。泄放孔50p的直径比迂回流路50a的直径充分小。

阀座支承件50的支承面50f1由平坦面形成，在其外周部形成有台阶。阀座支承件50的外周面50b1具有嵌入于收纳凹部22的内周面22c的直径，并且在与下端侧的小径化而成的外周面50b2之间存在台阶。由该台阶形成有圆环状的端面50b3。如图2等所示，在外周面50b2嵌入PTFE等树脂制的密封构件51。密封构件51的截面形状形成为矩形形状，如后所述，具有在收纳凹部22的底面22d与阀座支承件50的端面50b3之间被压扁的尺寸。当密封构件51在收纳凹部22的底面22d与阀座支承件50的端面50b3之间被压扁时，树脂进入阀座支承件50的外周面50b1与收纳凹部22的内周面22c以及底面22d之间，阀座支承件50与收纳凹部22之间被可靠地密封。即，作为密封部的外周面50b2以及端面50b3与收纳凹部22的内周面22c以及底面22d协同动作，将初级侧流路21和次级侧流路24之间的连通切断。

阀座支承件50的迂回流路50a与在收纳凹部22的底面22d开口的初级侧流路21连接。

在阀座支承件50的支承面50f1上设有阀座16。

阀座16利用PFA、PTFE等树脂形成为能够弹性变形，如图5所示，阀座16形成为圆环状，在一端面形成有圆环状的座面16s，在另一端面形成有圆环状的密封面16f。在座面16s以及密封面16f的内侧形成有由贯通孔构成的流通流路16a。阀座16在其外周侧具有小径部16b1和大径部16b2，在小径部16b1与大径部16b2之间形成有台阶部。

阀座16被作为定位按压构件的内盘15相对于阀座支承件50的支承面50f1定位，并且被朝向阀座支承件50的支承面50f1按压。具体而言，在内盘15的中心部形成大径部15a1和小径部15a2，在大径部15a1与小径部15a2之间形成有台阶面15a3。在内盘15的一端面侧形成有圆环状的平坦面15f1。对于内盘15的另一端面侧，在外侧形成有圆环状的平坦面15f2，在内侧形成有圆环状的平坦面15f3。平坦面15f2和平坦面15f3的高度不同，平坦面15f3位于靠近平坦面15f1的位置。在内盘15的外周侧形成有与收纳凹部22的内周面22a嵌合的外周面15b。再者，将一端面以及另一端面贯通的流路15h在圆周方向上等间隔地形成有多个。通过在内盘15的大径部15a1和小径部15a2嵌入阀座16的大径部16b2和小径部16b1，阀座16相对于阀座支承件50的支承面50f1定位。

内盘15的平坦面15f2设置于在收纳凹部22的内周面22a与内周面22b之间形成的平坦的台阶面上。在内盘15的平坦面15f1上设置隔膜14，在隔膜14上设置压环13。

致动器10由空压等的驱动源驱动，使被保持为能够在上下方向A1、A2上移动的隔膜按压件12移动。如图1A所示，致动器10的壳体11的顶端部被拧入并固定于阀体20。并且该顶端部将压环13朝向下方A2按压，隔膜14被固定在收纳凹部22内。隔膜14在开口侧将收纳凹部22密闭。另外，内盘15也被朝向下方A2按压。以这样的方式设定台阶面15a3的高度：在将内盘15的平坦面15f2按压到收纳凹部22的台阶面的状态下，台阶面15a3将阀座16朝向阀座支承件50的支承面50f1按压。另外，内盘15的平坦面15f3成为不与阀座支承件50的上端面抵接。

隔膜14具有比阀座16的直径大的直径，由不锈钢、NiCo系合金等金属、氟系树脂呈球壳状形成为能够弹性变形。隔膜14以能够相对于阀座16的座面16s抵接分离的方式支承于阀体20。

在图2中，隔膜14被隔膜按压件12按压而发生弹性变形，处于被按压于阀座16的座面16s的闭阀的状态。在该状态下，即使将阀关闭，一定流量的流体也会自泄放孔50p从初级侧流路21向次级侧流路24流动。由此，次级侧流路24成为通常被向初级侧流路21供给的流体充满的状态。

当释放由隔膜按压件12进行的按压时，如图3所示，隔膜14恢复为球壳状。在隔膜14被按压于阀座16的座面16s的状态下，初级侧流路21与次级侧流路24之间的流路处于被关闭的状态。当隔膜按压件12向上方向A1移动时，如图3所示，隔膜14自阀座16的座面16s离开。并且，自初级侧流路21供给的流体通过隔膜14与阀座16的座面16s之间的间隙而向次级侧流路24A、24B流入，最终，通过分支流路25、26向阀体20的外部流出。

如上所述，根据本实施方式，不在阀体20直接加工泄放孔50p，而在作为阀元件2的构成部件的阀座支承件加工，由此，能够容易地对阀装置1附加泄放功能。另外，由于也不需要为了泄放孔50而扩大阀体20，因此也能够维持阀体20的小型化。

在上述实施方式中，例示了次级侧流路24在阀体20内分支为多个，分支流路25、26在阀体20的上表面20f1开口的情况，但是本发明并不限定于此，也能够采用在底面20f2、侧面20f3～20f6中的任一者开口的结构。

在上述实施方式中，将内盘15和阀座16设为了不同的构件，但是也能够将内盘15和阀座16一体化。

第2实施方式

图7表示本发明的第2实施方式的阀装置1B，图8表示图7的阀装置1B的主要部分放大图。此外，在图7、图8中，对与上述实施方式相同的构成部分使用了相同的附图标记。

本实施方式的阀装置1B在共用的阀体20具有两个阀元件2A、2B。

阀体20划定在上表面20f1开口的两个收纳凹部22A、22B。收纳凹部22A、22B具有与上述收纳凹部22相同的构造，并且在长度方向B1、B2上分开地配置。在收纳凹部22A、22B分别内置有阀元件2A、2B。划定分别与第1收纳凹部22A以及第2收纳凹部22B连接的初级侧流路21A、21B、分别与收纳凹部22A、22B连接的次级侧流路24A、24B、以及连接收纳凹部22A和收纳凹部22B的连通流路24C。连通流路24C作为次级侧流路24的一部分而发挥作用。

初级侧流路21A相对于阀体20的底面20f2倾斜地形成，初级侧流路21A的一端连接于收纳凹部22A的底面22d，初级侧流路21A的另一端在底面20f2开口。

初级侧流路21B相对于阀体20的底面20f2向与初级侧流路21A相反的朝向倾斜地形成，一端连接于收纳凹部22B的底面22d，另一端在底面20f2开口。

在初级侧流路21A、21B的开口的周围分别形成有与上述密封保持部21a相同的密封保持部21a、21b。

次级侧流路24包括在阀体20的长度方向B1、B2上相对于收纳凹部22A、22B形成于彼此相反侧的两个次级侧流路24A、24B和连接收纳凹部22A、22B之间的连通流路24C。

次级侧流路24A、24B和连通流路24C形成于沿着阀体20的长度方向B1、B2延伸的共用的轴线J1上。

次级侧流路24A的一端在收纳凹部22A的内周面22b开口，另一端24a1在阀体20的内部封闭。

次级侧流路24B的一端在收纳凹部22B的内周面22b开口，另一端24b1在侧面20f6一侧开口。

利用焊接等方法在次级侧流路24B的位于侧面20f6的开口设置有封闭构件30，次级侧流路24B的开口被封闭。

连通流路24C的一端在收纳凹部22A的内周面22b开口，另一端在收纳凹部22B的内周面22b开口。经由连通流路24C连通次级侧流路24A和次级侧流路24B。

构成次级侧流路24的次级侧流路24A、24B以及连通流路24C能够使用钻头等工具容易地进行加工。此外，次级侧流路24既可以自阀体20的另一端使用钻头等进行切削加工，也可以自一端和另一端这两端使用钻头等进行切削加工而在阀体20内连通。

次级侧流路24A在另一端24a1分支为两个分支流路25，在上表面20f1开口。

次级侧流路24B在中途分支为两个分支流路26，在上表面20f1开口。

阀元件2A与第1实施方式的阀元件2基本上是相同的，但是阀元件2B在阀座支承件50不具有泄放孔50p。即，阀元件2A附加有泄放功能，但是阀元件2B不具有泄放功能。

像这样，能够在共用的阀体20设置两个阀元件2A、2B，并且能够仅对一个阀元件2A不要泄放功能。自初级侧流路21A或21B供给的流体向次级侧流路24A、24B、24C共同流出。对于阀元件2A和阀元件2B，选择性地打开一者，而关闭另一者。

接着，参照图9对上述阀装置1的应用例进行说明。

图9所示的半导体制造装置1000是用于执行基于原子层沉积法(ALD：AtomicLayer Deposition法)的半导体制造工艺的系统，附图标记600示出了处理气体供给源，附图标记700示出了气体箱，附图标记710示出了罐，附图标记720示出了阀，附图标记800示出了处理腔室，附图标记900示出了排气泵。

在使膜沉积于基板的处理工艺中，为了稳定地供给处理气体，将自气体箱700供给的处理气体暂时贮存在作为缓冲器的罐710中，使设置在紧靠处理腔室800的附近的阀720以高频率进行开闭，将来自罐的处理气体向真空气氛的处理腔室800供给。

ALD法是化学气相沉积法的1种，是在温度、时间等成膜条件下使两种以上的处理气体一种接着一种地在基板表面上交替流动，与基板表面上的原子发生反应而一个单层接着一个单层地沉积膜的方法，由于能够对每个单原子层进行控制，因此能够形成均匀的膜厚，能够成长作为膜质也非常致密的膜。

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等，也需要在某种程度上确保处理气体的流量。

气体箱700是为了将准确计量后的处理气体向处理腔室800供给而将集成化了各种流体设备的流体控制装置收纳于箱而成的。在该流体控制装置中包括上述阀装置1、1B。

罐710作为暂时贮存自气体箱700供给的处理气体的缓冲器而发挥作用。

处理腔室800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900对处理腔室800内进行抽真空。

参照图10对能够应用本发明的阀装置的流体控制装置的一个例子进行说明。

在图10所示的流体控制装置设有沿着宽度方向W1、W2排列并且沿着长度方向G1、G2延伸的金属制的基板BS。此外，附图标记W1示出了正面侧的方向，附图标记W2示出了背面侧的方向，附图标记G1示出了上游侧的方向，附图标记G2示出了下游侧的方向。在基板BS上隔着多个流路块992而设置各种流体设备991A～991E，利用多个流路块992，分别形成有供流体自上游侧G1朝向下游侧G2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)991A、调节器991B、压力计991C、开闭阀(三通阀)991D、以及质量流量控制器991E等，但是并不限定于此。此外，导入管993与上述未图示的流路的上游侧的流路口连接。

本发明能够应用于上述开闭阀991A、991D、调节器991B等各种阀装置。

附图标记说明

1、1B、阀装置；2、2A、2B、阀元件；10、10A、10B、致动器；11、壳体；12、隔膜按压件；13、压环；14、隔膜；15、内盘；15h、流路；16、阀座；16a、流通流路；16f、密封面；16s、座面；20、阀体；20f1、上表面；20f2、底面；20f3～20f6、侧面；20h1、螺纹孔；21、21A、21B、初级侧流路；21a、密封保持部；22、22A、22B、收纳凹部；24A、24B、24C、24、次级侧流路；25、26、分支流路；30、封闭构件；50、阀座支承件；50a、迂回流路；50f1、支承面；50b2、外周面(密封面、密封部)；50b3、端面(密封面、密封部)；50p、泄放孔；51、密封构件；600、处理气体供给源；700、气体箱；710、罐；720、阀；800、处理腔室；900、排气泵；1000、半导体制造装置；A1、上方向；A2、下方向；991A、开闭阀；991B、调节器；991C、压力计；991D、开闭阀；991E、质量流量控制器；992、流路块；993、导入管；BS、基板；G1、长度方向(上游侧)；G2、长度方向(下游侧)；W1、宽度方向；W2、宽度方向。