(57)【要約】【課題】腐食性の高いプロセスガスを流しても腐食することなく長い時間（長期間）連続して使用し得る流体制御弁を提供すること。【解決手段】流路が形成された流路ブロックと、流路ブロックに設けられた弁座と、弁座と当接離間する弁体とを有し、弁座に対する弁体の動作により流路を開閉して流体を制御する流体制御弁において、弁体の動作に伴って形状が変化する形状変化部を備え、形状変化部の表面に、フルオロシラン系物質の単分子膜が形成されている。【選択図】図１
2018025293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成された流路ブロックと、前記流路ブロックに設けられた弁座と、前記弁座と当接離間する弁体とを有し、前記弁座に対する前記弁体の動作により前記流路を開閉して流体を制御する流体制御弁において、
前記弁体の動作に伴って形状が変化する形状変化部を備え、前記形状変化部の表面に、フルオロシラン系物質の単分子膜が形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流体制御弁において、
前記弁体を保持し動作させる弁支柱を有し、
前記形状変化部は、前記弁体に接続され、前記流路を流れる流体から前記弁支柱を保護するためのベローズであること、
前記流体制御弁が、真空容器と真空ポンプを接続する配管上に配置され、前記弁座と前記弁体との間の開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁であること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項３】
請求項１に記載の流体制御弁において、
前記形状変化部は、ダイアフラム弁体であり、前記弁体を兼ねること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の流体制御弁において、
前記形状変化部は金属製であること、
前記フルオロシラン系物質はヒドロキシシランを含み、前記ヒドロキシシランが前記形状変化部の表面の水酸基と脱水縮合し、共有結合により固定化されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載の流体制御弁において、
隣合う前記ヒドロキシシランの水酸基同士が脱水縮合して、シロキサン結合を形成していること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の流体制御弁において、
前記フルオロシラン系物質の終端は、ＣＦ3基であること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の流体制御弁において、
前記フルオロシラン系物質の単分子膜が、ＣＶＤ法により形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項８】
請求項７に記載の流体制御弁において、
前記形状変化部が金属製であること、
前記フルオロシラン系物質の単分子膜を形成する前に、前記形状変化部の表面を酸素プラズマ処理すること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の流体制御弁において、
前記流体制御弁の弁室内壁面にフルオロシラン系物質の単分子膜が形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項１０】
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記流体制御弁が、比例電磁弁であること、
前記比例電磁弁は、コイルを巻いたボビンと、前記ボビンの中空部に固定された固定鉄心と、前記コイルと、前記ボビン及び前記固定鉄心を支持するホルダと、前記固定鉄心の端面に対応して配置され、前記固定鉄心に吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心の端面に固定された弁体と、前記ホルダと組み合わされたボディと、前記ボディに形成され、前記弁体が配置された弁室と、前記ボディに形成され、前記弁体に対応して前記弁室に配置された弁座と、前記ボディに形成され、前記弁室に流体を導入する導入通路と、前記ボディに形成され、前記弁室から前記弁座を経由して流体を導出する導出通路と、前記弁体を前記弁座に当接する方向へ付勢する板ばねを備えること、
前記コイルが通電により励磁されるときの前記固定鉄心の吸引力と前記板ばねの付勢力との釣り合いにより前記可動鉄心を変位させることで、前記弁座に対する前記弁体の位置が調節されること、
前記板ばねの表面に、フルオロシラン系物質の単分子膜が形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項１１】
請求項１０に記載する流体制御弁において、
前記流体制御弁の弁室内壁面にフルオロシラン系物質の単分子膜が形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路が形成された流路ブロックと、流路ブロックに設けられた弁座と、弁座と当接離間する弁体とを有し、弁座に対する弁体の動作により流路を開閉して流体を制御する流体制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体を制御する流体制御弁は、例えば、半導体製造工程において使用されている。従来、半導体製造工程においては、弁座と、弁座と当接離間する弁体と、弁体を保持し移動させる弁支柱と、弁支柱を保護するためのベローズとを有し、真空容器と真空ポンプを接続する配管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁（例えば、特許文献１に示す）が広く使用されている。
【０００３】
半導体製造工程においては、多くの場合、腐食性のプロセスガスが使用されるため、ベローズの表面の腐食を防止するために厚みが数μｍ前後の耐性膜を形成していた。
【０００４】
一方、例えば、インクジェットプリンタのノズルに対する撥水性コーティング材として、フルオロシラン（fluorosilane）系物質を用いることが特許文献２に記載されている。
【０００５】
特許文献２には、上記コーティングは、単一の分子の層であっても良いことが記載されている。
【０００６】
また、フルオロシラン系物質の単分子膜については、非特許文献１に記載されている。
また、特許文献３には、半導体製造工程や液晶パネル製造工程等において、約２００℃まで加熱したＨ2ガス、Ａｒガス等の高温ガス（流体）を、半導体製造装置等に供給またはその遮断をするにあたり、この高温ガスの流れを制御する流体制御弁が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第3619032号公報
【特許文献２】特表2008-544852号公報
【特許文献３】特開2012-092861号公報
【特許文献４】特開2011-145800号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】杉村博之、“自己集積化分子膜”、[online]、２０１２年１０月２３日、京都大学大学院工学研究科材料工学専攻機能構築学研究室、[２０１６年６月８日検索]、インターネット〈URL: http://www.nsa.mtl.kyoto-u.ac.jp/wp-content/uploads/2014/05/Introduction-To-SAM.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年、半導体製造工程において、より腐食性の高いプロセスガスが使用される傾向にあり、特許文献１の真空圧力制御弁では、ステンレス製のベローズの表面の腐食が問題となっている。
【００１０】
その理由として、本発明者らは次のような推測を行っている。すなわち、ベローズは、弁体の動きにより大きく伸び縮みするが、耐性膜が数μｍと比較的厚い膜であるため、大きな伸び縮みによりひびが発生し、そのひびを通してベローズの表面が腐食されると推測している。
【００１１】
上記問題を解決するために、頻繁に真空圧力制御弁を分解して清掃したり、ベローズの交換を行ったりしていたが、それにより半導体製造工程の稼働率が下がるため、コストアップの問題が発生していた。
【００１２】
特許文献２では、フルオロシラン系物質を耐性コーティングに用いることは記載されている。しかし、コーティングを形成する対象が動きのないノズルであって、可動物に対してコーティングを形成することについては、まったく示唆されていない。
【００１３】
非特許文献１は、フルオロシラン系物質の単分子膜の一般的な説明にすぎない。
【００１４】
また、特許文献３に記載の高温ガス制御弁においても、金属薄板状のダイアフラム弁体の形状が変化するため、ダイアフラム弁体が腐食する問題があった。ベローズと同様に、耐性膜が数μｍと比較的厚い膜であるため、大きな変形によりひびが発生し、そのひびを通してダイアフラム弁体の表面が腐食されると推測している。
【００１５】
また、流体制御弁の弁室が開放され、弁室内壁は空気にさらされることがあるが、そのとき、弁室に残留するガスが空気と反応して弁室内壁の腐食を起こすことがある。それを防止するため、弁室内壁を頻繁にクリーニングするか、交換するかしなければならず煩雑であった。これにより、歩留まりの低下や、装置の稼働率の低下を発生し、コストアップを引き起こしていた。
【００１６】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、腐食性の高いプロセスガスを流しても腐食することなく長い時間（長期間）連続して使用し得る流体制御弁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】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様における流路が形成された流路ブロックと、流路ブロックに設けられた弁座と、弁座と当接離間する弁体とを有し、弁座に対する弁体の動作により流路を開閉して流体を制御する流体制御弁において、弁体の動作に伴って形状が変化する形状変化部を備え、形状変化部の表面に、フルオロシラン系物質の単分子膜が形成されていること、を特徴とする。
【００１８】
特に、流体制御弁は、弁体を保持し動作させる弁支柱を有し、形状変化部は、弁体に接続され、流路を流れる流体から弁支柱を保護するためのベローズであること、流体制御弁が、真空容器と真空ポンプを接続する配管上に配置され、弁座と弁体との間の開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁であること、を特徴とする。または、形状変化部は、ダイアフラム弁体であり、弁体を兼ねること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上記態様によれば、フルオロシラン系物質の単分子膜の厚みは、例えば、１０オングストローム（１ｎｍ）以上、２０オングストローム（２ｎｍ）以下である。そのため、ベローズまたは金属薄板状のダイアフラム弁体が大きな伸び縮みをしても、ベローズまたはダイアフラム弁体の表面に形成された単分子膜にかかる内部応力が小さいため、ひびが発生することがない。また、フルオロシラン系物質の単分子膜は、撥水性が高いため、反応生成物が単分子膜の表面に付着しても、プロセスガスの次の流れにより容易に除去される。また、メンテナンスの時にも、ベローズまたはダイアフラム弁体の表面を容易に払拭または洗浄することができる。
【００２０】
したがって、流体制御弁に腐食性の高いプロセスガスを流した場合でも、耐久性を維持することができ、頻繁に流体制御弁を分解して清掃やベローズや金属薄板状のダイアフラム弁体の交換を行う必要がなく、それにより半導体製造工程の稼働率を上げ、コストダウンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】フルオロシラン系の単分子膜の構造の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の真空圧力制御弁の構造を示す断面図である。
【図３】真空圧力制御弁が利用される真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態の流体制御弁の構造を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態の流体制御弁の構造を示す断面図である。
【図６】図５の板ばねの構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の流体制御弁の実施形態について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
はじめに、本発明の第１の実施形態について説明する。真空圧力制御弁が利用される真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を図３に示す。
【００２４】
真空チャンバ（「真空容器」の一例）１１の内部に、ウエハ１５が段状に配置される。真空チャンバ１１には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガスの供給源及び真空チャンバ１１内を清浄化するための窒素ガスの供給源が接続している。出口１４には、配管２０を介して弁開度比例弁である真空圧力制御弁（「流体制御弁」の一例）１８の入口ポート１８ａが接続されている。真空圧力制御弁１８の出口ポート１８ｂは、配管２０を介して真空ポンプ１９に接続している。
【００２５】
また、出口１４には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されている。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャパシタンス・マノメータ(Capacitance Manometer)を使用している。
【００２６】
次に、真空圧力制御弁１８の構造を図２に基づいて詳細に説明する。図２は、真空圧力制御弁１８が閉じられた状態を示している。真空圧力制御弁１８は、大きく上部のパイロットシリンダ３２と下部のベローズ式ポペット弁３１に分かれている。
【００２７】
パイロットシリンダ３２は、次のような構成を有する。単動空気圧シリンダ４３に対して、摺動可能にピストン４１が嵌合されている。ピストン４１は、復帰ばね４２により下向きに付勢されている。
【００２８】
ピストン４１の上端にスライドレバー４８の一端が連結されている。スライドレバー４８は、単動空気圧シリンダ４３の外部に出てポテンショメータ５０の図示しないロッドと連結している。ロッドは、ポテンショメータ５０内の可変抵抗に接続しており、このポテンショメータ５０によりピストン４１の位置を正確に計測している。
【００２９】
また、ピストン４１の下面には、ベロフラム５１の内周端部が固定されている。ベロフラム５１の外周端部は、単動空気圧シリンダ４３の室内壁に固定されている。ベロフラム５１は、極めて薄く設計されている。ベロフラム５１とは、長いストロークと深い折り返し部を持ち、作動中にその有効受圧面積が一定不変に保たれる円筒形のダイアフラムである。
【００３０】
本実施の形態では、パイロットシリンダ３２のピストン４１の軸方向両側の隔離にベロフラム５１を使用しているので、ピストン４１のスティックスリップ(stick-slip)の発生がなく、ピストン４１を高い応答性と正確な位置精度で移動させることが可能である。
【００３１】
ベローズ式ポペット弁３１の外観は、第１ブロック４０と第２ブロック４４から構成される。ピストン４１の中央には、弁支柱３７が固設され、ピストン４１の移動に応じて第１ブロック４０及び第２ブロック４４の内部を上下に摺動する。弁支柱３７の下端には、ポペット弁体３３が付設されている。また、ポペット弁体３３の上面には、金属製のベローズ３８（「形状変化部」の一例。材質はステンレス等。）の一端が周方向全体にわたって取り付けられている。ベローズ３８の他端は第１ブロック４０に取り付けられている。ポペット弁体３３が上下動すると、ベローズ３８が、大きく伸び縮みする。ポペット弁体３３の下面には、弁体３４がポペット弁体３３と一体に設けられている。ポペット弁体３３と弁体３４の間にはＯリング３５が付設されている。ポペット弁体３３が上下動することにより、Ｏリング３５は第２ブロック４４の弁座４４ａに当接離間する。第２ブロック４４には、流体が流れる流路４４ｂと流路４４ｃが形成されている。
【００３２】
次に、ベローズ３８の表面３８ａに形成されたフルオロシラン系の単分子膜の構造について説明する。始めに全体の概略を説明し、後で個別に詳細に説明する。金属製のベローズ３８の表面３８ａに形成されたフルオロシラン系の単分子膜の構造の一例を図１に示す。
【００３３】
フルオロシラン系物質の単分子膜は、有機分子の共有結合により形成される単層膜である（Self-Assembled-Monolayer（ＳＡＭ））。ＳＡＭは、自己集積化によって形成される単分子膜であるが、有機分子が基板に対し共有結合によって固定化される。反応性官能基が３つある、トリハロゲン化フルオロシランやトリアルコキシフルオロシランを使うことで、より高密度に分子集積したフルオロシランＳＡＭ膜を形成できることが特徴である。
【００３４】
フルオロシラン系物質の単分子膜２１は、例えば、材料物質及び水蒸気を化学気相成長（ＣＶＤ）反応器に低圧で導入することにより、形成することができる。フルオロシランは、ＣＶＤ反応器内で加水分解により、終端のハロゲン、メトキシ基、エトキシ基がヒドロキシシランを形成する。この際、金属製のベローズ３８の表面３８ａ（以下、ベローズ表面ともいう）に均一な水酸基を形成すべく、酸素プラズマ処理を予め施してもよい。
【００３５】
ヒドロキシシランは、ベローズ表面３８ａ上の水酸基と脱水縮合し、共有結合２２によって固定化される。さらに、隣合う水酸基も脱水縮合して、シロキサン結合２３を形成し、ベローズ表面３８ａを被覆する。
【００３６】
各単分子の終端は、ＣＦ3基２４であり、一分子がベローズ表面３８ａと共有結合２２を形成し、横方向にネットワークを形成するのみで、縦方向にはこれ以上結合しないため、単分子膜２１のみの被覆となる。
【００３７】
本実施の形態のフルオロシラン系物質の単分子膜２１の厚みは、約１５オングストローム（１．５ｎｍ）である。
【００３８】
次に、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の構造を詳細に説明する。フルオロシラン系物質の単分子は、一方の末端が−ＣＦ３基で終端された一つ又は複数の炭素鎖を含むことができる。炭素鎖の他方の末端は、ＳｉＣｌ３基で終端されていてもよく、又は当該分子がシリコン酸化物層と結合している場合には、シリコン酸化物層の酸素原子と結合しているＳｉ原子（そのＳｉ原子の残りの結合手は、隣接するフルオロシラン系物質の単分子の終端のＳｉ原子と結び付いた酸素原子、若しくはＯＨ基、又はそれらの両方と結合していてもよい）で終端されていてもよい。炭素鎖は、完全に飽和していても、又は部分的に不飽和であってもよい。炭素鎖中の炭素原子の一部について、水素原子がフッ素に置換されていてもよい。炭素鎖中の炭素数は３〜１０個であってもよい。例えば、炭素鎖は、（ＣＨ２）Ｍ（ＣＦ２）ＮＣＦ３（ここで、Ｍ≧２及びＮ≧０、かつＭ＋Ｎ≧２）、例えば、図１に示すように、Ｍ＝２、Ｎ＝７、すなわち、（ＣＨ２）２（ＣＦ２）７ＣＦ３であってもよい。
【００３９】
次に、ベローズ表面３８ａにフルオロシラン系物質の単分子膜２１を形成する方法について説明する。始めに、フルオロシラン系物質の材料について説明する。
【００４０】
フルオロシラン系物質の材料としては、例として、分子の末端とベローズ３８の表面３８ａに付着可能な末端とを有する分子を含む材料物質が挙げられる。例えば、一つの末端が−ＣＦ３基で終端され二つめの末端が−ＳｉＣｌ３基で終端された炭素鎖を含む材料を用いることができる。具体的には、1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane（パーフルオロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ））や、1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltrichlorosilane（パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ））等のPerfluoroalkylsilane、1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrimethoxysilane や、
1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltrimethoxysilane 等のOrganomethoxysilane、
1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane や、
1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilane 等のOrgranoethoxysilaneを用いる。
【００４１】
次に、本実施形態におけるＣＶＤの条件について説明する。材料ガスの分圧は６．７Ｐａ〜１．３×１０２Ｐａ（例えば、１３Ｐａ〜６７Ｐａ）であってもよい。Ｈ２Ｏの分圧は６．７Ｐａ〜２．７×１０３Ｐａ（例えば、１３Ｐａ〜２．７×１０２Ｐａ）であってもよい。堆積温度は、室温から約１００℃の間であってもよい。
【００４２】
分子が−ＳｉＣｌ３末端を含む材料物質（ＦＯＴＳやＦＤＴＳなど）が水蒸気と共にＣＶＤ反応器に導入されると、材料物質が加水分解され、次いでシロキサン結合２３が生じて、−ＳｉＣｌ３基のシリコン原子がベローズ３８の表面３８ａ上の−ＯＨ基の酸素原子と結合することにより、非湿潤性の末端が露出した分子（例えば単分子層）のコーティングが形成されるものと考えられる。
【００４３】
ベローズ３８の表面３８ａは、ＣＶＤを行う前に、酸素（Ｏ２）プラズマ処理に供することができる。酸素プラズマ処理は、例えばアノードカップリング型プラズマツールで行うことができる。
【００４４】
ベローズ３８は、圧力が真空近く、例えば１．３×１０２Ｐａ未満、例えば２７Ｐａ又は１．３×１０−３Ｐａまで減圧されたプラズマツールの真空チャンバ内に置かれ得る。チャンバ内に酸素が例えば８０ｓｃｃｍの流量で導入され得る。高周波電力（例えば５００Ｗの電力）の印加が開始されると、Ｏ２プラズマが形成される。Ｏ２プラズマ処理は、例えば５分間〜６０分間にわたって行われ得る。主にベローズの外周面（表面３８ａ）が、Ｏ２プラズマに曝露され得る。
【００４５】
更に、Ｏ２プラズマ処理により、ベローズ３８外周面の表面上のＯＨ基の密度を高めることができる。ＯＨ基の密度が高まると、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の被覆率が向上する。即ち、材料分子はベローズ外周面のＯＨ基と結合するので、ＯＨ基の密度が高いほどフルオロシラン系物質の単分子膜２１の被覆率がより向上する。
【００４６】
フルオロシラン系物質の単分子膜は、高い撥水性を有している。すなわち、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の接触角（Water contact angle）は、１０５度以上あり、高い撥水性を示している。
【００４７】
（１）以上詳細に説明したように、本実施の形態の真空圧力制御弁１８によれば、流路４４ｂ、流路４４ｃが形成された第２ブロック４４と、第２ブロック４４に設けられた弁座４４ａと、弁座４４ａと当接離間するポペット弁体３３、弁体３４とを有し、弁座４４ａに対するポペット弁体３３、弁体３４の動作により流路４４ｂ、流路４４ｃを開閉して流体を制御する真空圧力制御弁１８において、ポペット弁体３３、弁体３４を保持し動作させる弁支柱３７を有する。さらに、ポペット弁体３３、弁体３４の動作に伴って形状が変化するベローズ３８を備え、ベローズ３８の表面３８ａに、フルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されている。本実施形態では、例えば、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の厚みは、１０オングストローム（１ｎｍ）以上、２０オングストローム（２ｎｍ）以下である。そのため、ベローズ３８が大きな伸び縮みをしても、ベローズ３８の表面３８ａに形成されたフルオロシラン系物質の単分子膜２１にかかる内部応力が小さいため、ひびが発生することがない。
【００４８】
また、フルオロシラン系物質の単分子膜２１は、撥水性が高いため、反応生成物が単分子膜２１の表面に付着しても、プロセスガスの流れにより容易に除去される。また、メンテナンスの時にも、ベローズ３８の表面３８ａを容易に払拭または洗浄することができる。
【００４９】
したがって、真空圧力制御弁１８に腐食性の高いプロセスガスを流した場合でも、耐久性を維持することができ、頻繁に真空圧力制御弁１８を分解して清掃やベローズ３８の交換を行う必要がなく、それにより半導体製造工程の稼働率を上げ、コストダウンすることができる。
【００５０】
（２）（１）に記載の真空圧力制御弁１８において、ベローズ３８が金属製（材質はステンレス等）であり、フルオロシラン系物質はヒドロキシシランを含む。ヒドロキシシランは、フルオロシラン系物質を加水分解で生成する中間生成物であり、基板（ステンレス等の金属）表面の水酸基と脱水縮合して基板に固定化され、さらに隣合う分子同士で、シロキサン結合を形成する。
【００５１】
すなわち、フルオロシラン系物質は、加水分解によりヒドロキシシランを生成し、ヒドロキシシランがベローズ３８の表面３８ａの水酸基と脱水縮合し、共有結合２２により固定化される。さらに、隣合うヒドロキシシランの水酸基同士が脱水縮合して、シロキサン結合２３を形成する。
【００５２】
従来は、テフロン（登録商標）膜を表面に焼き付けていたが、焼き付けでは接着性が弱く、部分的にはがれる問題があったが、本実施の形態では、金属表面（ステンレス等）と化学反応して、共有結合２２しているため、接着力が強く、フルオロシラン系物質の単分子膜２１がベローズ３８の表面３８ａからはがれる恐れがなく、隣合う単分子膜２１の横の結合を強くすることができ、ひびの発生やピンホールの発生を防止することができる。
【００５３】
（３）（１）に記載の真空圧力制御弁１８において、フルオロシラン系物質の終端は、ＣＦ3基２４であってもよい。ＣＦ3基２４は、臨界表面張力が最も低い官能基であり、ベローズ表面３８ａの撥水性を保つことができる。すなわち、反応生成物が付着することが少ないため、腐食性の高いプロセスガスと接触しても腐食されることが少なく、フルオロシラン系物質の単分子膜２１を介してベローズ３８の表面３８ａを有効に保護することができる。
【００５４】
（４）（１）に記載の真空圧力制御弁１８において、フルオロシラン系物質の単分子膜２１が、ＣＶＤ法により形成されてもよい。金属製（ステンレス等）のベローズ３８の大きな凹凸のある表面３８ａに対して、均一な厚み（例えば、１５オングストローム）のフルオロシラン系物質の単分子膜２１を形成することができる。均一かつ薄い膜が形成されているので、ベローズ３８が大きな伸び縮みをしたときに、単分子膜２１にかかる内部応力が分散され均一になるため、ひびが発生することがない。
【００５５】
（５）（４）に記載の真空圧力制御弁１８において、ベローズ３８が金属製（ステンレス等）であり、フルオロシラン系物質の単分子膜２１を形成する前に、ベローズ３８の表面３８ａは酸素プラズマ処理されてもよい。ベローズ３８の表面３８ａとフルオロシラン系物質との化学反応が促進され、ベローズ３８の表面３８ａとフルオロシラン系物質の単分子膜２１とを強い化学結合で結びつけることができる。
【００５６】
（６）（１）に記載の真空圧力制御弁１８において、真空圧力制御弁１８の弁室内壁面４５ａにフルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されている。フルオロシラン系の物質は、金属表面上で自己集積化され、単分子膜２１が形成される。金属表面とは、物理的に強固なシロキサン結合を形成し、高撥水性、高耐薬品性を有し、金属表面の腐食を防止できる。また、高撥水性の膜上に反応生成物が付着しても、容易に除去が可能であり、何度でも再利用が可能である。したがって、真空圧力制御弁１８の弁室４５は開放され、弁室４５の内壁は空気にさらされることがあるが、そのとき、本実施形態では、弁室内壁面４５ａにフルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されているため、弁室４５に残留するガスが空気と反応して弁室内壁の腐食を起こすことが少なく、たとえ反応生成物が付着しても、容易に除去することができる。そして、弁室内壁を頻繁にクリーニングする必要がなく、交換する必要もないため、歩留まりの低下や、装置の稼働率の低下を防止することができ、コストアップを引き起こすことがない。
【００５７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、ガス弁３０（「流体制御弁」の一例）の説明図であり、閉弁状態を示す。ガス弁３０は、金属薄板であるダイアフラム弁体４（「形状変化部」の一例。材質はニッケル合金等。）と、入力流路５と出力流路６とが形成された流路ブロック７と、この流路ブロック７に設けた弁座部材８とを有し、弁座部材８に対し、ダイアフラム弁体４が当接または離間することにより、高温ガスの流れを制御する。
【００５８】
ガス弁３０は、図４に示すように、大別してエア制御部２と弁制御部３とからなる。はじめに、エア制御部２について説明する。
【００５９】
エア制御部２は、本実施形態では、２つのシリンダ（第１シリンダ１０、第２シリンダ５２）と、２つのピストン（第１ピストン５３、第２ピストン５４）と、区画部材５５等を有し、何れもステンレス材等の金属からなる。第１シリンダ１０には、操作ポート５６、第１排気ポート５７及び第２排気ポート５８が形成されている。第１シリンダ１０と第２シリンダ５２とは、螺合により一体化されている。第１シリンダ１０と第２シリンダ５２との間には、区画部材５５が挟み込まれ、第１シリンダ１０と第２シリンダ５２の内部が、区画部材５５によって第１加圧室２５と第２加圧室２６とに分けられている。
【００６０】
第１ピストン５３は、第１シリンダ１０と区画部材５５との間に配設され、第２ピストン５４は、第２シリンダ５２と区画部材５５との間に配設されている。第１シリンダ１０及び第２シリンダ５２の内部には、軸線方向ＡＸに延びるピストンロッド６０の上部が配置されている。ピストンロッド６０の上部には、軸線方向ＡＸに沿って延びるパイロット孔６０Ｈが穿孔されており、このパイロット孔６０Ｈと交差して径方向ＣＲに延びる２つの第１貫通孔６１Ｈ、第２貫通孔６２Ｈが形成されている。ピストンロッド６０の下部は、次述する弁制御部３に配置されている。
【００６１】
次に、弁制御部３について説明する。弁制御部３は、流路ブロック７、ダイアフラム弁体４を有し、何れもステンレス材等の金属からなる。流路ブロック７は、図４に示すように、入力流路５と出力流路６とを有している。入力流路５と出力流路６との間には、流路ブロック７とは別体である弁座部材８が設けられている。ダイアフラム弁体４と弁座部材８は、弁室２７に配置されている。
【００６２】
弁座部材８は、リング状に形成されている。弁座部材８は、フッ素系樹脂からなり、本実施形態では、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）からなっている。
【００６３】
金属薄板状のダイアフラム弁体４の少なくとも下面側の表面４ａに、フルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されている。また、ガス弁３０の弁室内壁面２７ａに、単分子膜２１が形成されている。フルオロシラン系物質の単分子膜２１の構成、製造方法は、第１の実施形態と同じなので説明を割愛する。
【００６４】
以上詳細に説明したように、入力流路５と出力流路６が形成された流路ブロック７と、流路ブロック７に設けられた弁座部材８と、弁座部材８と当接離間するダイアフラム弁体４とを有し、弁座部材８に対するダイアフラム弁体４の動作により入力流路５と出力流路６を開閉して流体を制御するガス弁３０において、ダイアフラム弁体４の表面４ａに、フルオロシラン系物質の単分子膜が形成されている。本実施形態では、例えば、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の厚みは、１０オングストローム（１ｎｍ）以上、２０オングストローム（２ｎｍ）以下である。そのため、ダイアフラム弁体４が大きく変形しても、ダイアフラム弁体４の表面４ａに形成されたフルオロシラン系物質の単分子膜２１にかかる内部応力が小さいため、ひびが発生することがない。
【００６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、比例電磁弁７０（「流体制御弁」の一例）の説明図であり、閉弁状態を示す。
【００６６】
比例電磁弁７０は、コイル７１を巻いたボビン７２と、ボビン７２の中空部７２ａに固定された棒状をなす固定鉄心７３とを有する。また、比例電磁弁７０は、コイル７１、ボビン７２及び固定鉄心７３を支持するホルダ７４と、固定鉄心７３の先端（端面）に対応して配置され、固定鉄心７３に吸引される略円板状をなす可動鉄心７５と、可動鉄心７５の先端（端面）中央に固定された弁体７６と、可動鉄心７５の先端（端面）に固定された金属製の板ばね７７（「形状変化部」の一例。材質はステンレス等。）とを有する。さらに、比例電磁弁７０は、ホルダ７４と組み合わされるボディ７８と、ボディ７８に形成され、弁体７６が配置される弁室７９と、ボディ７８に形成され、弁体７６に対応して弁室７９に配置された弁座８０とを有する。ボディ７８は、弁室７９に流体を導入する導入通路８１と、弁室７９から弁座８０を経由して流体を導出する導出通路８２と、弁座８０の直下流に形成されたオリフィス８３とを備える。
【００６７】
固定鉄心７３は、大部分がボビン７２の中空部７２ａに収容される第１鉄心７３Ａと、第１鉄心７３Ａの先端部に固定された第２鉄心７３Ｂとから構成される。ホルダ７４は、断面四角形の一辺が開放して形成されたボンネット８６と、そのボンネット８６の一端部（下端部）の組付孔に組み付けられたコア８７とから構成される。ボンネット８６の他端部（上端部）には、ねじ孔８６ｂが形成される。このねじ孔８６ｂに締め付けられたねじ８８により、固定鉄心７３の一端がボンネット８６に固定される。可動鉄心７５は、コア８７の中に配置される。可動鉄心７５は、第１鉄心７３Ａに対向しながら、その軸方向へ若干変位可能に設けられる。ホルダ７４は、そのコア８７が、ボディ７８の段部７８ａに嵌合されることでボディ７８と一体に設けられる。
【００６８】
板ばね７７の形状を図６に示す。板ばね７７は、中心孔７７ａと、所定形状の肉抜き７７ｂとを有する円形薄板により形成される。板ばね７７は、その中心部が、弁体７６を中心にして可動鉄心７５の先端（端面）に溶接スポット９１により固定されると共に、図５に示すように、外周部がボディ７８とホルダ７４（コア８７）との間に挟まれて固定される。ここで、板ばね７７に溶接スポット９１が施される部位には、補強板が設けられる。すなわち、板ばね７７の中心部には、円環状の補強板９２が重ねて設けられ、その板ばね７７と補強板とが可動鉄心７５に対して溶接スポット９１により接合される。板ばね７７の材質にはステンレス等が用いられている。
【００６９】
金属薄板状の板ばね７７の表面７７ｃに、フルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されている。フルオロシラン系物質の単分子膜２１の構成、製造方法は、第１の実施形態と同じなので説明を割愛する。
【００７０】
以上詳細に説明したように、比例電磁弁７０は、コイル７１を巻いたボビン７２と、ボビン７２の中空部に固定された固定鉄心７３と、コイル７１と、ボビン７２及び固定鉄心７３を支持するホルダ７４と、固定鉄心７３の端面に対応して配置され、固定鉄心７３に吸引される可動鉄心７５と、可動鉄心７５の端面に固定された弁体７６と、ホルダ７４と組み合わされたボディ７８と、ボディ７８に形成され、弁体７６が配置された弁室７９と、ボディ７８に形成され、弁体７６に対応して弁室７９に配置された弁座８０と、ボディ７８に形成され、弁室７９に流体を導入する導入通路８１と、ボディ７８に形成され、弁室７９から弁座８０を経由して流体を導出する導出通路８２と、弁体７６を弁座８０に当接する方向へ付勢する板ばね７７と、コイル７１が通電により励磁されるときの固定鉄心７３の吸引力と板ばね７７の付勢力との釣り合いにより可動鉄心７５を変位させることで、弁座８０に対する弁体７６の位置が調節されることとを備え、板ばね７７の表面７７ｃに、フルオロシラン系物質の単分子膜２１が形成されている。また、比例電磁弁７０の弁室内壁面７９ａに、単分子膜２１が形成されている。
【００７１】
本実施形態では、例えば、フルオロシラン系物質の単分子膜２１の厚みは、１０オングストローム（１ｎｍ）以上、２０オングストローム（２ｎｍ）以下である。そのため、板ばね７７が大きく変形しても、板ばね７７の表面７７ｃに形成されたフルオロシラン系物質の単分子膜２１にかかる内部応力が小さいため、ひびが発生することがない。
【００７２】
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。
【００７３】
例えば、第１の実施の形態では、圧力比例弁である真空圧力制御弁１８に適用したが、真空圧力制御弁がベローズを有する単純な開閉弁であっても、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
４      ダイアフラム弁体
１８    真空圧力制御弁
２１    フルオロシラン系物質の単分子膜
２２    共有結合
２３    シロキサン結合
４４ａ  弁座
３７    弁支柱
３８    ベローズ
７７    板ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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