(57)【要約】【課題】  流体機器を通過する流体の帯電を防止するとともに、流体機器内部の接液部と非接液部との間の絶縁破壊を防止することができる流体機器を提供すること。【解決手段】  流体を入力する入力ポート２１ａと、流体が出力される出力ポート２１ｂと、を備える流体機器であって、入力ポート２１ａから出力ポート２１ｂまでを連通させる入力側流路２１ｃ・ダイアフラム室２２・出力側流路２１ｄが内部に形成されたバルブ本体２１を備える流体制御弁１において、バルブ本体２１は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であること、を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートと、を備える流体機器であって、前記入力ポートから前記出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、
前記本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、
前記導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であること、
を特徴とする流体機器。
【請求項２】
流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートを備える流体機器であって、前記入力ポートから前記出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、
前記本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、
前記導電性フッ素樹脂材料の、前記カーボンナノチューブの含有量は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下であること、
を特徴とする流体機器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機器において、
前記本体部は、前記流路内に弁座を備えること、
前記流体機器は、薄膜部を有する弁体を備え、前記薄膜部の弾性変形により前記弁体が、前記弁座に当接または離間することで前記流体の流量制御を行う流体制御弁であること、
を特徴とする流体機器。
【請求項４】
請求項３に記載の流体機器において、
前記弁体は、前記導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、
を特徴とする流体機器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の流体機器において、
前記フッ素樹脂材料は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥであること、
を特徴とする流体機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートを備える流体機器であって、入力ポートから出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、ウエハの洗浄に用いられる洗浄液や、回路パターンの現像に用いられる現像液など、種々の薬液が用いられている。薬液の流量を制御するために、バルブやレギュレータ等の流体機器が用いられており、流体機器を構成する部材であって、接液部を有する部材（例えば流路を内部に形成するバルブ本体など）は、耐薬品性を有するフッ素樹脂材料（例えばＰＦＡ，ＰＴＦＥ）により形成されている。例えば、特許文献１の流体制御装置においては、バルブ本体が、ＰＴＦＥにより形成されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０２１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
流体が流路を通過する際に、流体と流路内面の接触界面において、正負どちらか一方の電荷が流路内面に吸着され、流体には流路内面に吸着された電荷とは逆極性の電荷が残る。流体が流れることにより、接触していた流体と流路内面が引き離されるため、外部に電界が現れ、流路内面および流体が帯電した状態となる。すなわち静電気の発生である。
静電気が発生することで、以下の問題が生じることが考えられる。
例えば、流体機器の内部が、絶縁体であるダイアフラムによって、接液部と非接液部とに区画されている場合、流体が帯電することで、流体機器内部の接液部と非接液部との間の電位差が増大する。電位差が増大すると、ダイアフラムの厚みは非常に薄いため、絶縁破壊を起こす可能性がある。絶縁破壊を起こすと、急激にダイアフラムの内部を移動する電荷により熱が発生し、発生した熱によって、絶縁破壊が起きた箇所で微小な亀裂が発生する。亀裂が発生すると、流体の漏れが発生するおそれがある。また、ダイアフラムは、弁座との当接および離間により弾性変形を繰り返すため、亀裂が発生した箇所に応力が集中し、亀裂が発達することで、疲労破壊が発生するおそれがある。
また、帯電した流体が、例えば、回路パターンの現像時にウエハに接触すると、欠陥回路パターンを現像してしまう等の不具合を起こすおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、流体機器を通過する流体の帯電を防止するとともに、流体機器内部の接液部と非接液部との間の絶縁破壊を防止することができる流体機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の流体制御弁は、次のような構成を有している。
（１）流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートと、を備える流体機器であって、入力ポートから出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であること、を特徴とする。
【０００７】
（２）流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートを備える流体機器であって、入力ポートから出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の、カーボンナノチューブの含有量は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下であること、を特徴とする。
【０００８】
（３）（１）又は（２）に記載の流体機器において、本体部は、流路内に弁座を備えること、流体機器は、薄膜部を有する弁体を備え、薄膜部の弾性変形により弁体が、弁座に当接または離間することで流体の流量制御を行う流体制御弁であること、を特徴とする。
（４）（３）に記載の流体機器において、弁体は、導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体機器において、フッ素樹脂材料は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥであること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流体制御弁は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を有する。
（１）流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートと、を備える流体機器であって、入力ポートから出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であること、を特徴とするので、流体機器を通過する流体の帯電を防止するとともに、流体機器内部の接液部と非接液部との間の絶縁破壊を防止することができる。
すなわち、一般的なフッ素樹脂材料は、絶縁性が高く帯電しやすいが、導電性フッ素樹脂材料は、フッ素樹脂材料にカーボンナノチューブを分散させたものであるため、導電性を持つ。流体機器の本体部が、導電性を持つ導電性フッ素樹脂材料により形成されるため、流体が流路を通過することにより生じる静電気が放電され、本体部および流体の帯電を防止することができる。
【００１０】
流体の帯電を防止することで、例えば、流体機器の内部が、絶縁体であるダイアフラムによって、接液部と非接液部とに区画されている場合でも、流体機器内部の接液部と非接液部との間の電位差が生じにくい。接液部と非接液部との間の電位差が生じにくいため、厚みが非常に薄いダイアフラムであっても、絶縁破壊を起こすおそれが低減される。絶縁破壊を起こすおそれが低減されれば、急激にダイアフラムの内部を移動する電荷により熱が発生し、発生した熱によって、ダイアフラムに微小な亀裂が発生することを防止できる。微小な亀裂の発生を防止することで、流体の漏れや、ダイアフラムの弾性変形の繰り返しによる疲労破壊が生じるおそれが低減される。
また、流体の帯電が防止できるため、帯電した流体がウエハに接触してしまい、欠陥回路パターンを現像されるといった不具合が生じるおそれが低減される。
【００１１】
なお、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、低いほどに導電性が高く、電荷の移動が速やかに行われるため、静電気の放電が速やかに行われる。そうであれば、可能な限り体積抵抗率の低い導電性フッ素樹脂材料によって流体機器の本体部を形成するのが望ましいように思われる。
しかし、体積抵抗率が低すぎると、例えばメンテナンス時などに帯電した作業者や物体が本体部に近づいた際に、導電性の高さゆえに激しい静電気の放電が発生するおそれがある。したがって、本体部の帯電を防止しつつも、帯電した作業者等が近づいた場合にも急激な静電気の放電がされないよう、ゆるやかな放電が可能な体積抵抗率を持つ導電性フッ素樹脂材料によって本体部を形成する必要がある。
そこで、出願人は、実験により、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上、１．０×１０５Ω・ｃｍ未満に設定するのが最適であることを導き出した。体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満である場合、急激な静電気の放電が行われるおそれがあるのに比べ、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であれば、緩やかに静電気が放電され、急激な静電気の放電が発生するおそれが低減される。また、体積抵抗率が１．０×１０５Ω・ｃｍ以上であると、放電がゆるやかになりすぎるため、の１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であるのが望ましい。
【００１２】
（２）流体を入力する入力ポートと、流体が出力される出力ポートを備える流体機器であって、入力ポートから出力ポートまでを連通させる流路が内部に形成された本体部を備える流体機器において、本体部は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の、カーボンナノチューブの含有量は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下であること、を特徴とするので、カーボンナノチューブの含有量を、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下とすることで、導電性フッ素樹脂材料は帯電防止のために適正な体積抵抗率を得ることができ、当該導電性フッ素樹脂材料により流体機器の本体部を形成することで、本体部および流体の帯電を防止することができる。
また、カーボンナノチューブを含有させることで、流路と流体の接触による流体の汚染が懸念されるが、含有量が０．０６重量％以下と微小であるため、汚染を抑えられることを、出願人は実験により確認した。
【００１３】
（３）（１）又は（２）に記載の流体機器において、本体部は、流路内に弁座を備えること、流体機器は、薄膜部を有する弁体を備え、薄膜部の弾性変形により弁体が、弁座に当接または離間することで流体の流量制御を行う流体制御弁であること、を特徴とするので、流体機器の内部が、薄膜部を有する弁体によって、接液部と非接液部とに区画されている。しかし、流体機器を構成する本体部が、導電性フッ素樹脂材料からなるため、本体部は帯電せず、本体部に形成される流路を通過する流体も帯電しない。よって、流体機器内部の接液部と非接液部との間の電位差が生じず、薄膜部が絶縁破壊を起こすおそれが低減される。薄膜部が絶縁破壊を起こすおそれが低減されれば、絶縁破壊により生じる微小なヒビによって、流体の漏れや、薄膜部の疲労破壊が生じるおそれが低減される。
【００１４】
（４）（３）に記載の流体機器において、弁体は、導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、を特徴とするので、流体機器の本体部だけでなく、弁体の帯電も防止することができ、より確実に流体機器を通過する流体の帯電を防止することが可能である。
弁体は薄膜部（例えばダイアフラム）を有しており、薄膜部は特に絶縁破壊を起こしやすい。しかし、弁体を導電性フッ素樹脂材料により形成することで、薄膜部において絶縁破壊が発生するおそれが低減される。
ここで、帯電防止のための材料としては、ＩＥＣ６１３４０−５−１，５−２において、表面抵抗率が１．０×１０５Ω以上であり、かつ１．０×１０１１Ω未満の材料が推奨されている。
一般的な厚みを有する薄膜部に対し、体積抵抗率が１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の導電性フッ素樹脂材料を適用すると、表面抵抗率が５.０×１０５〜５.０×１０６Ω程度となるため、上記の推奨される表面抵抗率の範囲内となる。なお、体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満の材料を適用すると、上記推奨される表面抵抗率の範囲外となるおそれがある。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体機器において、フッ素樹脂材料は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥであること、を特徴とするので、流体機器の接液部の帯電を防止しつつ、耐薬品性に優れた本体部とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る流体制御弁１の閉弁状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の流体機器の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、流体制御弁１（流体機器の一例）は、流体を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を付与する駆動部３を備える。流体制御弁１は、例えば、半導体製造装置に取り付けられ、ウエハに供給する薬液の流量を制御する。
【００１７】
駆動部３は、シリンダボディ３１とシリンダカバー３２とによりシリンダ本体３３が構成されている。ピストン３５は、ピストン本体３５ａがシリンダ本体３３内に形成されたピストン室３４に摺動可能に装填され、ピストン室３４を第１室３４ａと第２室３４ｂに区画している。そして、環状シール部材３７により、第１室３４ａと第２室３４ｂとの間の気密を保持している。ピストン本体３５ａには、シャフト３５ｂが一体に設けられている。シャフト３５ｂの下端部は、シリンダ本体３３から弁部２側へ突出し、弁部２のダイアフラム弁体４に連結されている。圧縮ばね３６は、第１室３４ａに縮設されてピストン３５を弁部２の弁座２４側へ向かって常時付勢しており、ピストン３５のシャフト３５ｂに連結されるダイアフラム弁体４にシール荷重を付与している。シリンダ本体３３には、第１室３４ａに連通して吸排気を行う吸排気ポート３３ａと、第２室３４ｂに連通して操作エアを供給する操作ポート３３ｂが形成されている。
【００１８】
かかる駆動部３は、圧縮ばね３６のばね力と第２室３４ｂの内圧とのバランスによってピストン３５を軸線に沿って往復直線運動させ、ダイアフラム弁体４を所定のストローク移動させる。かかる駆動部３は、圧縮ばね３６と環状シール部材３７を除いて、構成部品がフッ素樹脂を材質としており、腐食性の高い雰囲気でも使用できるようにされている。
【００１９】
弁部２は、バルブ本体２１に内蔵されたダイアフラム弁体４の、環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４ａに当接又は離間することにより流体制御を行う。
ダイアフラム弁体４は、柱状の弁本体４１が、駆動部３に連結され、弁座２４に当接又は離間する。弁本体４１の外周面には、薄膜部４２が接続し、その薄膜部４２の外縁部に外縁部４３が肉厚に設けられている。
【００２０】
バルブ本体２１は、直方体形状をなし、入力ポート２１ａと出力ポート２１ｂが対向する側面に開設されている。入力ポート２１ａは、薬液供給源に接続されており、流体が入力される。また、出力ポート２１ｂは、半導体製造装置の反応室に接続されており、入力ポート２１ａから入力された流体を出力し、反応室に供給する。
バルブ本体２１の上面には、開口部２１ｅが円柱形状に開設され、開口部２１ｅより外側に装着孔２１ｆが環状に形成されている。
ダイアフラム弁体４は、外縁部４３が装着孔２１ｆに圧入され、バルブ本体２１とシリンダ本体３３とにより挟持されることで固定されている。そして、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２により、接液部であるダイアフラム室２２と、非接液部である非接液室２３と、に区画されている。ダイアフラム弁体４の弁本体４１は、シャフト３５ｂに連結され、ダイアフラム室２２内で図中上下方向に移動する。非接液室２３は、シリンダ本体３３に形成された呼吸孔３３ｃに連通しており、弁本体４１の移動に伴い非液室内の空気が呼吸孔３３ｃから出入りできるため、薄膜部４２は、弁本体４１の移動に従ってスムーズな弾性変形が可能である。
【００２１】
入力側流路２１ｃは、入力ポート２１ａとダイアフラム室２２を連通させるようにバルブ本体２１に略Ｌ字形に形成され、ダイアフラム室２２の底面中央部に開口している。ダイアフラム室２２の底面は、入力側流路２１ｃが開口する開口部の外周に沿って弁座２４が設けられている。弁座２４は、ダイアフラム室２２の軸線に対して直交する平坦面になるように加工された弁座面２４ａを備える。出力側流路２１ｄは、出力ポート２１ｂをダイアフラム室２２に連通させるように略Ｌ字形に形成され、弁座２４より外側に開口している。
【００２２】
（流体制御弁の概略動作）
流体制御弁１は、ウエハに薬液を供給しない待機状態のときには、操作ポート３３ｂに操作エアが供給されない。この場合、圧縮ばね３６の付勢力がピストン３５を介してダイアフラム弁体４に作用し、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４ａに密着してシールされる。よって、入力ポート２１ａから入力される流体は、入力側流路２１ｃのダイアフラム室２２の底面中央部の開口部から先に進むことができず、出力ポート２１ｂから反応室へ薬液は供給されない。
【００２３】
ウエハに薬液を供給する場合には、流体制御弁１は、操作ポート３３ｂを介して第２室３４ｂに操作エアが供給される。操作エアが供給されることで、第２室の内圧が上昇していき、第２室３４ｂの内圧が圧縮ばね３６の付勢力より大きくなると、ピストン３５が圧縮ばね３６に抗して反弁座側へ移動する。ダイアフラム弁体４は、ピストン３５と一体的に上昇し、環状シール突起４１４を弁座面２４ａから離間させる。これにより、流体制御弁１は、弁本体４１のストロークに応じて薬液を入力ポート２１ａから出力ポート２１ｂへ流し、反応室へ供給する。
バルブ本体２１および流体は、流体が入力側流路２１ｃおよび出力側流路２１ｄを通過する際に、静電気が発生しやすい。すなわち、流体と入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面の接触界面において、正負どちらか一方の電荷が入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面に吸着され、流体には入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面に吸着された電荷とは逆極性の電荷が残る。流体が流れることにより、接触していた流体と入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面が引き離されるため、流体や入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの外部に電界が現れ、帯電した状態となるのである。また、特に、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４と、弁座２４の弁座面２４ａとの間の隙間が、入力側流路２１ｃの断面積よりも小さく、通過する流体の速度が上昇するため、バルブ本体２１と流体との摩擦により、バルブ本体２１および流体が帯電しやすい状態となるのである。
しかし、後述の通り、バルブ本体２１が、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されているため、バルブ本体２１および流体の帯電を防止することが可能である。
【００２４】
ウエハへの薬液供給を停止する場合には、流体制御弁１は、操作ポート３３ｂから操作流体を排気する。すると、圧縮ばね３６の付勢力によって、ピストン３５が弁座方向に移動し、ピストン３５が弁座方向に移動するに伴いダイアフラム弁体４も弁座方向に移動する。そして、環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４ａに密着してシールされる。これにより、流体制御弁１は、待機状態となる。
【００２５】
次に、バルブ本体２１の材質について説明する。
本実施形態のバルブ本体２１は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されている。
カーボンナノチューブの含有量は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下の範囲内のうち、０．０４５〜０．０５５重量％の範囲内で設定されており、体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の範囲内のうち、４．５×１０４〜５．５×１０４Ω・ｃｍの範囲内となっている。体積抵抗率は、４×１０４〜６×１０４Ω・ｃｍの範囲内であっても十分な性能が得られるが、上記４．５×１０４〜５．５×１０４Ω・ｃｍの範囲がより好ましい範囲である。
また、含有量の０．０４５〜０．０５５重量％の範囲内および体積抵抗率の４．５×１０４〜５．５×１０４Ω・ｃｍの範囲内におけるある１点の値を基準としてもよく、当該範囲内でばらつきが生じても良い。
さらにまた、フッ素樹脂材料とは、耐薬品性を有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。ＰＴＦＥにカーボンナノチューブを添加した導電性フッ素樹脂材料によりバルブ本体２１を形成することで、帯電を防止しつつ、耐薬品性に優れたバルブ本体２１とすることができる。なお、フッ素樹脂材料には、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を適用しても良い。
【００２６】
なお、出願人は、ＡＳＴＭ  Ｄ２５７に準拠した方法により、カーボンナノチューブの含有量を、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下の範囲とすることで、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の範囲となることを確認した。
なお、材料メーカーによって含有させるカーボンナノチューブの特性が異なるため、含有量と体積抵抗率の関係は、メーカーにより様々である。
【００２７】
バルブ本体２１および流体は、流体が入力側流路２１ｃおよび出力側流路２１ｄを通過する際に、静電気が発生しやすい。すなわち、流体と入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面の接触界面において、正負どちらか一方の電荷が入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面に吸着され、流体には入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面に吸着された電荷とは逆極性の電荷が残る。流体が流れることにより、接触していた流体と入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの内面が引き離されるため、流体や入力側流路２１ｃまたは出力側流路２１ｄの外部に電界が現れ、帯電した状態となるのである。特に、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４と、弁座２４の弁座面２４ａとの間の隙間が、入力側流路２１ｃの断面積よりも小さく、通過する流体の速度が上昇するため、バルブ本体２１と流体との摩擦により、バルブ本体２１および流体が帯電しやすい状態となる。
しかし、バルブ本体２１が、導電性を持つ導電性フッ素樹脂材料により形成されるため、流体が入力側流路２１ｃ・出力側流路２１ｄを通過することにより生じる静電気が放電され、バルブ本体２１および流体の帯電を防止することができる。よって、帯電した流体がウエハに接触することにより欠陥回路パターンを現像してしまう等の不具合が生じるおそれが低減される。
【００２８】
流体制御弁１の内部が、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２によって、接液部であるダイアフラム室２２と非接液部である非接液室２３とに区画されている。流体が帯電してしまうと、ダイアフラム室２２と非接液室２３との間の電位差が増大する。電位差が増大すると、薄膜部４２の厚みは非常に薄いため、絶縁破壊を起こす可能性がある。
しかし、上述の通り、バルブ本体２１が導電性を持つ導電性フッ素樹脂材料により形成されており、流体の帯電が防止されるため、ダイアフラム室２２と非接液室２３との間の電位差が生じず、薄膜部４２が絶縁破壊を起こすおそれが低減される。薄膜部４２が絶縁破壊を起こすおそれが低減されれば、絶縁破壊により生じる微小な亀裂によって流体の漏れが生じるおそれが低減される。
また、薄膜部４２は、弁本体４１の環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４aとの当接および離間を行う度に弾性変形を繰り返すため、微小な亀裂が発生すると、その亀裂に応力が集中し、疲労破壊が発生するおそれがあるが、絶縁破壊を起こすおそれが低減され、亀裂の発生も抑えられるため、ダイアフラムの疲労破壊が生じるおそれも低減される。
【００２９】
なお、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、低いほどに導電性が高く、電荷の移動が速やかに行われるため、静電気の放電が速やかに行われる。そうであれば、可能な限り体積抵抗率の低い導電性フッ素樹脂材料によって流体制御弁１のバルブ本体２１を形成するのが望ましいように思われる。
しかし、体積抵抗率が低すぎると、例えばメンテナンス時などに帯電した作業者や物体がバルブ本体２１に近づいた際に、導電性の高さゆえに激しい静電気の放電が発生するおそれがある。したがって、バルブ本体２１の帯電を防止しつつも、帯電した作業者等が近づいた場合にも急激な静電気の放電がされないよう、ゆるやかな放電が可能な体積抵抗率を持つ導電性フッ素樹脂材料によってバルブ本体２１を形成する必要がある。
そこで、出願人は、実験により、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上、１．０×１０５Ω・ｃｍ未満に設定するのが最適であることを導き出した。体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満である場合、急激な静電気の放電が行われるおそれがあるのに比べ、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であれば、緩やかに静電気が放電され、急激な静電気の放電が発生するおそれが低減される。また、体積抵抗率が１．０×１０５Ω・ｃｍ以上であると、放電がゆるやかになりすぎるため、の１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であるのが望ましい。
【００３０】
出願人は、カーボンナノチューブの添加量を０．０４５〜０．０５５重量％の範囲の内のある数値とした導電性フッ素樹脂材料でバルブ本体２１を形成した流体制御弁１を用い、入力側流路２１ｃおよび出力側流路２１ｄに発生する帯電電圧を測定したところ、一般的なＰＴＦＥによりバルブ本体２１を形成した場合と比べ、７０％の低減効果が見られた。
【００３１】
また、カーボンナノチューブを含有させることで、流路と流体の接触による流体の汚染が懸念されるため、出願人は、カーボンナノチューブの添加量を０．０４５〜０．０５５重量％の範囲の内のある数値とした導電性フッ素樹脂材料でバルブ本体２１を形成した流体制御弁１を用い、入力側流路２１ｃおよび出力側流路２１ｄを通過する流体に含有されるパーティクル数を測定した。パーティクル数とは、純水１ｍｌあたりに含まれる２０ｎｍ以上のサイズのパーティクルの数をいう。測定の結果、パーティクル数は、１０個未満に維持されていた。
本実施形態のバルブ本体２１は、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０６重量％以下の微小な割合であるため、入力側流路２１ｃおよび出力側流路２１ｄと流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、ダイアフラム弁体４も、バルブ本体２１と同様に導電性フッ素樹脂材料により形成されている。ダイアフラム弁体４も導電性フッ素樹脂材料により形成することで、流体制御弁１のバルブ本体２１だけでなく、ダイアフラム弁体４の帯電も防止することができ、より確実に流体制御弁１を通過する流体の帯電を防止することが可能である。
ダイアフラム弁体４は薄膜部４２を有しており、薄膜部４２は特に絶縁破壊を起こしやすい。しかし、ダイアフラム弁体４を導電性フッ素樹脂材料により形成することで、薄膜部４２において絶縁破壊が発生するおそれが低減される。
ここで、帯電防止のための材料としては、ＩＥＣ６１３４０−５−１，５−２において、表面抵抗率が１．０×１０５Ω以上であり、かつ１．０×１０１１Ω未満の材料が推奨されている。
一般的な厚みを有する薄膜部４２に対し、体積抵抗率が１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の導電性フッ素樹脂材料を適用すると、表面抵抗率が５.０×１０５〜５.０×１０６Ω程度となるため、上記の推奨される表面抵抗率の範囲内となる。なお、体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満の材料を適用すると、上記推奨される表面抵抗率の範囲外となるおそれがある。
なお、表面抵抗率は下記の数１により求められる。
【００３３】
（数１）
表面抵抗率［Ω／ｓｑ］＝体積抵抗率［Ω・ｃｍ］／厚み［ｃｍ］
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の流体制御弁１によれば、
（１）流体を入力する入力ポート２１ａと、流体が出力される出力ポート２１ｂと、を備える流体機器であって、入力ポート２１ａから出力ポート２１ｂまでを連通させる入力側流路２１ｃ・ダイアフラム室２２・出力側流路２１ｄが内部に形成されたバルブ本体２１を備える流体制御弁１において、バルブ本体２１は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であること、を特徴とするので、流体制御弁１を通過する流体の帯電を防止するとともに、流体制御弁１内部の接液部と非接液部との間の絶縁破壊を防止することができる。
すなわち、一般的なフッ素樹脂材料は、絶縁性が高く帯電しやすいが、導電性フッ素樹脂材料は、フッ素樹脂材料にカーボンナノチューブを分散させたものであるため、導電性を持つ。流体制御弁１のバルブ本体２１が、導電性を持つ導電性フッ素樹脂材料により形成されるため、流体が入力側流路２１ｃ・ダイアフラム室２２・出力側流路２１ｄを通過することにより生じる静電気が放電され、バルブ本体２１および流体の帯電を防止することができる。
【００３５】
流体の帯電を防止することで、例えば、流体制御弁１の内部が、絶縁体であるダイアフラムによって、接液部と非接液部とに区画されている場合でも、流体機器内部の接液部と非接液部との間の電位差が生じにくい。接液部と非接液部との間の電位差が生じにくいため、厚みが非常に薄いダイアフラムであっても、絶縁破壊を起こすおそれが低減される。絶縁破壊を起こすおそれが低減されれば、急激にダイアフラムの内部を移動する電荷により熱が発生し、発生した熱によって、ダイアフラムに微小な亀裂が発生することを防止できる。微小な亀裂の発生を防止することで、流体の漏れや、ダイアフラムの弾性変形の繰り返しによる疲労破壊が生じるおそれが低減される。
また、流体の帯電が防止できるため、帯電した流体がウエハに接触してしまい、欠陥回路パターンを現像されるといった不具合が生じるおそれが低減される。
【００３６】
なお、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率は、低いほどに導電性が高く、電荷の移動が速やかに行われるため、静電気の放電が速やかに行われる。そうであれば、可能な限り体積抵抗率の低い導電性フッ素樹脂材料によって流体制御弁１のバルブ本体２１を形成するのが望ましいように思われる。
しかし、体積抵抗率が低すぎると、例えばメンテナンス時などに帯電した作業者や物体がバルブ本体２１に近づいた際に、導電性の高さゆえに激しい静電気の放電が発生するおそれがある。したがって、バルブ本体２１の帯電を防止しつつも、帯電した作業者等が近づいた場合にも急激な静電気の放電がされないよう、ゆるやかな放電が可能な体積抵抗率を持つ導電性フッ素樹脂材料によってバルブ本体２１を形成する必要がある。
そこで、出願人は、実験により、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上、１．０×１０５Ω・ｃｍ未満に設定するのが最適であることを導き出した。体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満である場合、急激な静電気の放電が行われるおそれがあるのに比べ、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であれば、緩やかに静電気が放電され、急激な静電気の放電が発生するおそれが低減される。また、体積抵抗率が１．０×１０５Ω・ｃｍ以上であると、放電がゆるやかになりすぎるため、の１．０×１０５Ω・ｃｍ未満であるのが望ましい。
なお、体積抵抗率は、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上、１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の範囲のうち、好ましくは４×１０４〜６×１０４Ω・ｃｍの範囲内、より好ましくは４．５×１０４〜５．５×１０４Ω・ｃｍの範囲内とするのが良い。
【００３７】
（２）流体を入力する入力ポート２１ａと、流体が出力される出力ポート２１ｂと、を備える流体機器であって、入力ポート２１ａから出力ポート２１ｂまでを連通させる入力側流路２１ｃ・ダイアフラム室２２・出力側流路２１ｄが内部に形成されたバルブ本体２１を備える流体制御弁１において、バルブ本体２１は、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、導電性フッ素樹脂材料の、カーボンナノチューブの含有量は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下であること、を特徴とするので、カーボンナノチューブの含有量を、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下とすることで、導電性フッ素樹脂材料は帯電防止のために適正な体積抵抗率を得ることができ、当該導電性フッ素樹脂材料により流体制御弁１のバルブ本体２１を形成することで、バルブ本体２１および流体の帯電を防止することができる。
また、カーボンナノチューブの含有量が少ないほど、入力側流路２１ｃ・出力側流路２１ｄと流体の接触による流体の汚染を抑えることができるが、含有量が０．０６重量％以下と微小であるため、汚染を抑えられることを、出願人は実験により確認した。
なお、カーボンナノチューブの含有率は、０．０４重量％以上であり、かつ０．０６重量％以下の範囲のうち、０．０４５〜０．０５５重量％の範囲内とするのが好ましい。
【００３８】
（３）（１）又は（２）に記載の流体制御弁１において、バルブ本体２１は、ダイアフラム室２２に弁座２４を備えること、流体制御弁１は、薄膜部４２を有するダイアフラム弁体４を備え、薄膜部４２の弾性変形によりダイアフラム弁体４が、弁座２４に当接または離間することで流体の流量制御を行う流体制御弁１であること、を特徴とするので、流体制御弁１の内部が、薄膜部４２を有するダイアフラム弁体４によって、接液部と非接液部とに区画されている。しかし、流体制御弁１を構成するバルブ本体２１が、導電性フッ素樹脂材料からなるため、バルブ本体２１は帯電せず、バルブ本体２１に形成される入力側流路２１ｃ・ダイアフラム室２２・出力側流路２１ｄを通過する流体も帯電しない。よって、流体制御弁１内部の接液部と非接液部との間の電位差が生じず、薄膜部４２が絶縁破壊を起こすおそれが低減される。薄膜部４２が絶縁破壊を起こすおそれが低減されれば、絶縁破壊により生じる微小なヒビによって、流体の漏れや、薄膜部の疲労破壊が生じるおそれが低減される。
【００３９】
（４）（３）に記載の流体制御弁１において、ダイアフラム弁体４は、導電性フッ素樹脂材料により形成されていること、を特徴とするので、流体制御弁１のバルブ本体２１だけでなく、ダイアフラム弁体４の帯電も防止することができ、より確実に流体制御弁１を通過する流体の帯電を防止することが可能である。
ダイアフラム弁体４は薄膜部４２を有しており、薄膜部４２は特に絶縁破壊を起こしやすい。しかし、ダイアフラム弁体４を導電性フッ素樹脂材料により形成することで、薄膜部４２において絶縁破壊が発生するおそれが低減される。
ここで、帯電防止のための材料としては、ＩＥＣ６１３４０−５−１，５−２において、表面抵抗率が１．０×１０５Ω以上であり、かつ１．０×１０１１Ω未満の材料が推奨されている。
一般的な厚みを有する薄膜部４２に対し、体積抵抗率が１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、かつ１．０×１０５Ω・ｃｍ未満の導電性フッ素樹脂材料を適用すると、表面抵抗率が５.０×１０５〜５.０×１０６Ω程度となるため、上記の推奨される表面抵抗率の範囲内となる。なお、体積抵抗率が、１．０×１０４Ω・ｃｍ未満の材料を適用すると、上記推奨される表面抵抗率の範囲外となるおそれがある。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体制御弁１において、フッ素樹脂材料は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥであること、を特徴とするので、流体制御弁１の接液部の帯電を防止しつつ、耐薬品性に優れた本体部とすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施例では弁本体４１に設けられた環状シール突起４１４を弁座２４の弁座面２４aに当接または離間させることで流体の流量制御を行う流体制御弁１としているが、ダイアフラムを当接または離間させることで流量制御を行うものとすることが可能である。
また、本発明は、半導体製造工程に用いる流体機器のみでなく、化学産業や食品産業に用いる流体機器においても適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  流体制御弁（流体機器の一例）
４  ダイアフラム弁体（弁体の一例）
２１  バルブ本体（本体部の一例）
２１ａ  入力ポート
２１ｂ  出力ポート
２１ｃ  入力側流路
２１ｄ  出力側流路
２２    ダイアフラム室
２４  弁座
４２  薄膜部
【図１】
2020060281.tif 000003