(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室を有する弁ブロック体と、
前記弁室に対して流体を流入させる流入路と、
前記弁室から流体を流出させる流出路と、
前記流入路の流入口と前記流出路の流出口のいずれか一方よりなる弁口に設けられた弁座と、
前記弁座に対向させて前記弁室を区画するように配置されると共に、断面が円弧状に形成され、前記弁座に当接して前記弁口を遮断する金属製のダイヤフラム弁体と、
前記ダイヤフラム弁体を押圧するための押圧手段とを備え、
前記押圧手段は、前記弁室の反対側に前記ダイヤフラム弁体に対向するように配置された弾性体よりなるアクチュエータ板と、
前記アクチュエータ板により区画されて作動気体が給排される作動室と、
前記アクチュエータ板の中央部と前記ダイヤフラム弁体の中央部との間に介設され、中心部で前記ダイヤフラム弁体を押圧して前記ダイヤフラム弁体を屈曲させるボタン状の押圧突起部と、
前記アクチュエータ板の周囲を気密に押えるリング状の板押え部材と、
前記押圧突起部を前記アクチュエータ板に固定し、前記アクチュエータ板の中央部に前記作動室側に突出させて設け、前記板押え部材の内周面で軸方向の移動が案内される案内用突起部材と、
前記作動室内へ前記作動気体を給排させる作動気体給排機構とにより構成されることを特徴とする遮断弁装置。
【請求項２】
前記作動気体給排機構は、前記作動室内へ作動気体を給排させるための３方弁式電磁弁を有し、前記弁ブロック体に形成された凹部に収容されていることを特徴とする請求項１記載の遮断弁装置。
【請求項３】
前記作動気体給排機構の外周にはオネジが形成されており、前記作動気体給配機構は、前記弁ブロック体の凹部に形成されたメネジに螺合させて取り付け固定されていることを特徴とする請求項２記載の遮断弁装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ板は、ゴム部材よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遮断弁装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ板の接合面に対向する面には、凹凸状のシール溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遮断弁装置。
【請求項６】
流体を流す流路に、前記流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構と、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段と、を設けてなる質量流量制御装置において、
前記流路の上流側及び／又は下流側に請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遮断弁装置を備えることを特徴とする質量流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の質量流量を制御する質量流量制御装置及びこれに組み込まれた遮断弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置において繰り返し行われるが、この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く制御する必要から例えばマスフローコントローラのような質量流量制御装置が用いられている（例えば特許文献１、２）。
ここで一般的な質量流量制御装置の構成について、図８を参照して説明する。図８はガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例の概略構成図を示す。
【０００３】
図示するように、この質量流量制御装置２は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管４の途中に介設されて、この質量流量を制御するようになっている。尚、このガス管４の一端に接続される半導体製造装置内は例えば真空引きされている。この質量流量制御装置２は、例えばステンレススチール等により成形された流路６を有しており、この両端が上記ガス管４に接続される。この質量流量制御装置２は流路６の前段側に位置する質量流量検出手段８と後段側に位置する流量制御弁機構１０とよりなる。
【０００４】
まず、上記質量流量検出手段８は、上記流路６のガス流体の流れ方向の上流側に設けられて複数のバイパス管を束ねてなるバイパス群１２を有している。上記バイパス群１２の両端側には、これを迂回するようにセンサ管１４が接続されており、これにバイパス群１２と比較して小量のガス流体を一定の比率で流し得るようになっている。すなわち、このセンサ管１４には全ガス流量に対して一定の比率の一部のガスを常に流すようになっている。このセンサ管１４には直列に接続された制御用の一対の抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路１６により質量流量値を示す流量信号Ｓ１を出力するようになっている。
【０００５】
この流量信号Ｓ１は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１８へ導入されて、上記流量信号Ｓ１に基づいて現在流れているガスの質量流量が求められると共に、その質量流量が外部より入力される流量設定信号Ｓ０で表される質量流量に一致するように、上記流量制御弁機構１０を制御することになる。この流量制御弁機構１０は、上記流路６の下流側に設けられた流量制御弁２０を有しており、この流量制御弁２０はガス流体の質量流量を直接的に制御するための弁体として例えば金属板製の屈曲可能になされたダイヤフラム２２を有している。
【０００６】
そして、このダイヤフラム２２を弁口２４に向けて適宜屈曲変形させて移動させることによって、上記弁口２４の弁開度を任意に制御し得るようになっている。そして、このダイヤフラム２２の上面は、例えば積層圧電素子（ピエゾ素子）よりなるアクチュエータ２６の下端部に接続されており、これにより、その弁開度が上記したように調整できるようになっている。このアクチュエータ２６は、上記制御手段１８からの駆動信号を受けてバルブ駆動回路２８が出力するバルブ駆動電圧Ｓ２により動作する。尚、上記アクチュエータ２６として積層圧電素子に替えて電磁式のアクチュエータを用いる場合もある。
【０００７】
ところで、場合によっては、半導体製造装置側へ流れるガスを完全に停止させる必要があるが、上記したように質量流量制御装置２にあっては、構造上、流量制御に適した弁構成としているので流れるガスを完全に停止させるのが困難な場合があり、このため、この質量流量制御装置２の上流側、或いは下流側、またはこれらの双方に、ガス流を完全に停止させるための遮断弁装置が設けられる。これらの遮断弁装置は、この質量流量制御装置２自体の零点調整や測定値校正の時にも使用される。
【０００８】
例えば上記遮断弁装置としては、特許文献１にも開示されているように、図９に示すように、質量流量制御装置２に対して別体として例えば作動空気で動作するピストン式の遮断弁装置３０を接続するようにしている。ここで図９は質量流量制御装置と別体の遮断弁装置との従来の取付け形態の一例を示す図であり、ここでは質量流量制御装置の下流側に遮断弁装置を接続している。
このようなピストンシリンダ式の遮断弁装置によれば、圧縮された作動空気の接触するシリンダの表面積を大きくすることによって大きな力を得ることが可能となり、ダイヤフラムよりなる弁の締め切り性能が良いという利点を有する。
【０００９】
しかし、この種の遮断弁装置にあっては、ピストンとシリンダとの間にはＯリングなどのシール部材が介在しているため、その摩擦抵抗によって、開弁操作時（すなわち、作動空気の供給を止めたとき）に、金属製ダイヤフラムの弾性だけでは開弁状態が得られない場合があるので、開弁時の補助部材としてスプリングなどを備える必要がある。従って、構造が複雑で部品点数も多く、且つ寸法が大きくなってしまう。
【００１０】
しかも、上記質量流量制御装置２と遮断弁装置３０との間を結ぶ部分のガス管４Ａの容量、例えば数ｃｃは、デッドボリュームとなって無視できず、この部分に残留するガスは、上記質量流量制御装置２の制御外のガスなので、半導体製造装置の稼働時等、すなわち上記遮断弁装置３０を閉じた後にプロセス処理を再開する時には、処理再開の時に常に上記残留ガスの部分を廃棄しなければならず、処理ガスの無駄な消費が多くなってしまうという、問題がある。
【００１１】
そこで、上記遮断弁装置３０を質量流量制御装置２内へ一体的に組み込むようにすることも提案されている（特許文献１中の図１〜図３及び特許文献２の図９等）。
この特許文献１の場合には、小型化するために、ダイヤフラム自体を圧縮された作動気体で直接的に駆動するダイレクトシール式の遮断弁装置が開示されており、この遮断弁装置は流量制御弁の下流側に設けられた樹脂製の弁座と、弁座に対向するように配置され、且つ本体とふた部材を螺合することによって狭着保持された金属製ダイヤフラムとを備え、ふた部材に螺合された管継手を介して接続されるエア配管より供給される作動空気でダイレクトに金属製ダイヤフラムを樹脂製の弁座に押しつけることにより閉弁するようになっている。
【００１２】
この構造によれば、ピストンなどの部品が存在しないし、また、作動空気を排気した際に金属製ダイヤフラムが弾性によって元の形状に戻ることを阻害する要素が存在しないので、開弁の補助のためにスプリングなどを設ける必要もない。すなわちピストンシリンダ式の遮断弁装置と比較すると構造が単純で部品点数も少なく済むので小型化が可能である。
また特許文献２に開示されている遮断弁装置一体型の質量流量制御装置は、例えば図１０に示すように構成されている。図１０は遮断弁装置を組み込んだ従来の質量流量制御装置の一例を示す断面模式図である。尚、図１０中において、図８及び図９中に示す構成部分と同一構成部分には同一参照符号を付している。
【００１３】
この図１０に示された構造も、ダイレクトシール式の遮断弁装置を組み込んだ点において、特許文献１に開示された構造と基本的に同じである。図１０中において、流量制御弁機構１０は、金属製のダイヤフラム２２と、これを押圧して屈曲させるアクチュエータ２６を有しており、上記ダイヤフラム２２を弁口２４に対して接近及び離間させることによって弁開度を変えてガスの流量制御を行うようになっている。そして、上記流量制御弁機構１０の下流側に、すなわち図１０中では流量制御弁機構１０の下部に、これに対向させて遮断弁装置３０を、例えばねじ接合により取り付けて配置している。この遮断弁装置３０は、上記弁口２４に流入路３４を介して連通される弁室３６を有しており、この弁室３６は、金属製の略球殻状に成形されたダイヤフラム弁体３８により区画されている。
【００１４】
この弁室３６に臨む上記流入路３４の流入口が弁口４２となっており、この弁口４２の部分に弁座４４が設けられる。またこの弁室３６からは、半導体製造装置へ向かう流出路４０が延びている。上記ダイヤフラム３８の上記弁室３６とは反対側には、作動室４６が設けられており、この作動室４６には、電磁式３方弁４８により圧縮された作動空気が配給できるようになっている。
そして、上記作動空気を作動室４６内へ供給して上記ダイヤフラム３８を屈曲させて弁座４４に着座させることにより、弁口４２を閉じることができるようにしている。これにより、流量制御弁機構１０でガスの質量流量を制御し、遮断弁装置３０で全閉状態を実現できるようになっている。また流量制御弁機構１０から遮断弁装置３０に連通される流入路３４の容積、すなわちデッドボリュームは、図９に示す従来装置のガス管４Ａの部分の容積よりも遥かに少ないので、その分だけ、制御外の廃棄するガス量を少なくすることができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−１５４０２２号公報（図１乃至図３及び図９）
【特許文献２】特開２００６−３８８３２号公報（図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、上記した特許文献１及び２に開示されたような装置にあっては、図１０を参照して説明したように、遮断弁装置を質量流量制御装置へ一体的に組み込むようにしたので、装置全体を小型化でき、しかも廃棄される処理ガスも少なくて済む利点を有する。
しかしながら、上記図１０に示すような装置例では、遮断弁装置３０のダイヤフラム弁体３８を駆動させる際に、作動空気が金属製のダイヤフラム弁体３８の全体に均等に圧力がかかるので、金属製のダイヤフラム弁体３８を閉弁状態に達するまで変形させるには高い圧力の作動空気を要する。
【００１７】
例えば内封圧が０．３ＭＰａのガスの流れを遮断する場合、０．６ＭＰａ程度の作動空気圧が必要であるが、通常の半導体製造装置の製造工場で使用される工場エアの作動空気の圧力は０．４〜０．７ＭＰａである。このため、工場エアの作動空気の圧力が０．４〜０．５ＭＰａの場合には全閉状態を実現するのが困難になってしまう、といった問題があった。換言すれば、上述のように、内封圧が高いガスの流れを確実に遮断する場合には、遮断弁装置の操作圧を増圧する必要があるので、半導体製造装置の工場側の設備に大きな改修を余儀なくされる不都合が生ずる。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、小型でデッドボリュームが少なくて、しかも作動気体の圧力が低くても確実に全閉動作を行うことができる遮断弁装置及びこれを組み込んだ一体型の質量流量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に係る発明は、弁室を有する弁ブロック体と、前記弁室に対して流体を流入させる流入路と、前記弁室から流体を流出させる流出路と、前記流入路の流入口と前記流出路の流出口のいずれか一方よりなる弁口に設けられた弁座と、前記弁座に対向させて前記弁室を区画するように配置されると共に、断面が円弧状に形成され、前記弁座に当接して前記弁口を遮断する金属製のダイヤフラム弁体と、前記ダイヤフラム弁体を押圧するための押圧手段とを備え、前記押圧手段は、前記弁室の反対側に前記ダイヤフラム弁体に対向するように配置された弾性体よりなるアクチュエータ板と、前記アクチュエータ板により区画されて作動気体が給排される作動室と、前記アクチュエータ板の中央部と前記ダイヤフラム弁体の中央部との間に介設され、中心部で前記ダイヤフラム弁体を押圧して前記ダイヤフラム弁体を屈曲させるボタン状の押圧突起部と、前記アクチュエータ板の周囲を気密に押えるリング状の板押え部材と、前記押圧突起部を前記アクチュエータ板に固定し、前記アクチュエータ板の中央部に前記作動室側に突出させて設け、前記板押え部材の内周面で軸方向の移動が案内される案内用突起部材と、前記作動室内へ前記作動気体を給排させる作動気体給排機構とにより構成されることを特徴とする遮断弁装置である。
【００１９】
このように、弁室を区画するダイヤフラム弁体を比較的小さな力で無理なく屈曲させるために、弾性体よりなるアクチュエータ板とダイヤフラム弁体を押圧するための押圧手段とを別途設け、このアクチュエータ板が区画する作動室に作動気体を給排させて、上記アクチュエータ板を作動させることによって、押圧手段を介して上記ダイヤフラム弁体の中央部分を押圧し屈曲させて弁口を閉じるようにしたので、小型でデッドボリュームが少なくて、しかも作動気体の圧力が低くても確実に要所を押圧してシール性能が高い全閉動作を行うことができる。
また、アクチュエータ板の中央部と前記ダイヤフラム弁体の中央部との間に、押圧突起部を介設することにより、圧力のより低い作動気体でもダイヤフラム弁体を容易に屈曲させて全閉状態を実現することができる。
【００２０】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記作動気体給排機構は、前記作動室内へ作動気体を給排させるための３方弁式電磁弁を有し、前記弁ブロック体に形成された凹部に収容されている。
また例えば請求項３に規定するように、前記作動気体給排機構の外周にはオネジが形成されており、前記作動気体給配機構は、前記弁ブロック体の凹部に形成されたメネジに螺合させて取り付け固定されている。
また例えば請求項４に規定するように、前記アクチュエータ板は、ゴム部材よりなる。
また例えば請求項５に規定するように、前記アクチュエータ板の接合面に対向する面には、凹凸状のシール溝が形成されている。
【００２１】
本発明の関連技術は、弁室を有する弁ブロック体と、前記弁室に対して流体を流入させる流入路と、前記弁室から流体を流出させる流出路と、前記流入路の流入口と前記流出路の流出口のいずれか一方よりなる弁口に設けられた弁座と、前記弁座に対向させて前記弁室を区画するように配置されると共に、前記弁座に当接して前記弁口を遮断する金属製のダイヤフラム弁体と、前記ダイヤフラム弁体の周囲を気密に押えるダイヤフラム押え部材と、前記弁室の反対側に、前記ダイヤフラム弁体に対向するように配置された弾性体よりなるアクチュエータ板と、前記アクチュエータ板の周囲を気密に押える板押え部材と、前記アクチュエータ板の中央部と前記ダイヤフラム弁体の中央部との間に介設された押圧突起部と、前記アクチュエータ板により区画されて作動気体が給排される作動室と、前記アクチュエータ板の中央部に前記作動室側に突出させて設けた案内用突起部材と、前記作動室内へ前記作動気体を給排させる電磁弁を有する作動気体給排機構と、により構成されることを特徴とする遮断弁装置である。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、流体を流す流路に、前記流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構と、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段と、を設けてなる質量流量制御装置において、前記流路の上流側及び／又は下流側に請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遮断弁装置を備えることを特徴とする質量流量制御装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る遮断弁装置及びこれを組み込んだ質量流量制御装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
弁室を区画するダイヤフラム弁体を屈曲させるために、弾性体よりなるアクチュエータ板を別途設け、このアクチュエータ板が区画する作動室に作動気体を給排させて、上記アクチュエータ板を作動させることによって、上記ダイヤフラム弁体を屈曲させて弁口を閉じるようにしたので、小型でデッドボリュームが少なくて、しかも作動気体の圧力が低くても高いシール性をもって確実に全閉動作を行うことができる。
また、アクチュエータ板の中央部と前記ダイヤフラム弁体の中央部との間に、押圧突起部を介設することにより、圧力のより低い作動気体でもダイヤフラム弁体を容易に屈曲させて全閉状態を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る遮断弁装置及びこれを組み込んだ質量流量制御装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る遮断弁装置を組み込んだ質量流量制御装置の一例を示すブロック構成図、図２は図１中に示す各部材の配列状態を示す配置図、図３は本発明に係る遮断弁装置を示す拡大断面図、図４は図３中のＡ部を示す部分拡大図、図５は遮断弁装置を示す分解組立図である。尚、図８〜図１０において示した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
図示するように、この質量流量制御装置５０は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管４の途中に介設されて、この質量流量（以下、単に「流量」とも称す）を制御するようになっている。尚、このガス管４の一端に接続される半導体製造装置内は例えば真空引きされている。この質量流量制御装置５０は、質量流量制御本体５０Ａと、質量流量の検定を行う検定本体５０Ｂとよりなる。具体的には、この質量流量制御装置５０は、例えばステンレススチール等により成形された流路６を有しており、この流体入口６Ａが上記ガス管４の上流側に接続され、流体出口６Ｂがガス管４の下流側に接続される。そして、ここではこの流路６の最上流側と最下流側とに本発明の特徴とする遮断弁装置５２、５４が、それぞれ取り付けられている。これらの遮断弁装置５２、５４の構成については後述する。
【００２６】
上記質量流量制御装置５０Ａは、ここでは図８を参照して説明した従来装置と全く同じ構造となっており、例えば質量流量検出手段８、流量制御弁機構１０及び例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１８を備えている。上記質量流量検出手段８は、バイパス管１２、センサ管１４、センサ回路１６等を有しており、ここで検出した流量信号Ｓ１を上記制御手段１８に向けて出力するようになっている。上記流量制御弁機構１０は、流量制御弁２０、これを駆動するアクチュエータ２６、このアクチュエータ２６に向けてバルブ駆動電圧Ｓ２を出力するバルブ駆動回路２８等を有している。そして、上記制御手段１８は、これへ例えばホストコンピュータ等の外部より入力される流量設定信号Ｓ０で示される流量と上記流量信号Ｓ１で示される流量とが一致するように上記流量制御弁２０の弁開度を例えばＰＩＤ制御法で制御し得るようになっている。尚、図示例では、上記流量制御弁機構１０は上記質量流量検出手段８の下流側に設定されているが、これを上記質量流量検出手段８の上流側に位置させるようにしてもよい。
【００２７】
一方、図示例では上記検定本体５０Ｂは、上記質量流量制御本体５０Ａの上流側に設置されている。この検定本体５０Ｂは、上記流路６に、この流路６を開閉する検定用バルブとしての上記遮断弁装置５２と、所定の容量を有する検定用タンク部５６と、流体である上記ガスの圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段５８と、上記検定用バルブである遮断弁装置５２と上記検定用タンク部５６と上記圧力検出手段５８とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる検定制御手段６０とを共に備えている。
【００２８】
具体的には、上記検定用の遮断弁装置５２は検定本体５０Ｂの中で流路６の最上流側に設けられて、上記検定制御手段６０からの指令であるタンクバルブ開閉信号Ｓ３により開閉されてこの流路６を必要に応じて遮断できるようになっている。上記検定用の遮断弁装置５２としては、後述するように例えば三方弁と全閉用ダイヤフラムとを内蔵したアクチュエータレス小型バルブ装置を用いることができる。
【００２９】
このアクチュエータレス小型バルブ装置は、作動気体入口６２（図２参照）より導入される作動気体により全閉用ダイヤフラム弁体を屈曲させて弁口の全開状態と完全にシールされた全閉状態とを選択的に実現するものである。この構造は、他方の遮断弁装置５４も同様である。図２中においては、上記検定用の遮断弁装置５２は装置筐体６４に形成した取り付け凹部６６に着脱可能に設けられている。また上記圧力検出手段５８は例えばキャパマノメータよりなり、上記流路６内のガスの圧力を検出してこの検出値を圧力信号Ｓ４として上記検出制御手段６０に向けて出力し得るようになっている。
【００３０】
また上記検定用タンク部５６は、例えばステンレススチール等よりなるタンク本体６８よりなり、上記検定用の遮断弁装置５２と圧力検出手段５８との間に設けられている。このタンク本体６８は所定の流量、例えば４０ｃｍ３ 程度の容量に設定されており、流れるガスが必ずこのタンク本体６８内を通過するようになっている。また上記タンク本体６８の近傍、すなわちここではタンク本体６８の天井部の上面には、温度検出手段７０として例えば白金温度センサが取り付けられており、ここで検出した温度を示す信号を上記検定制御手段６０へ入力できるようになっている。
【００３１】
また上記検定制御手段６０には、流量の検定動作を行う時のガス流の基準となる圧力変化（基準圧力変化）を記憶する基準用データメモリ７２Ａと、流量の検定動作を行う時に取得したガス流の圧力変化を記憶する検定用データメモリ７２Ｂとが接続されている。
そして、この検定制御手段６０は、必要に応じて上記質量流量検出手段８のセンサ回路１６に向けて校正信号Ｓ１０を出力し、校正結果に基づいてこのセンサ回路１６を適正に校正できるようになっている。またこの検定制御手段４８と上記質量流量制御本体５０Ａの制御手段１８とは必要に応じて連動するようになっている。
【００３２】
また後流側に位置する他方の遮断弁装置５４は、図２にも示すように、装置筐体６４の下面側に取り付け凹部７４を設け、この取り付け凹部７４に上記遮断弁装置５４を組み込むようになっている。この取り付け凹部７４は、上記流量制御弁機構１０の流量制御弁２０に対して対向する位置に配置されている。また、この遮断弁装置５４を駆動する作動気体は、作動気体入口７６より導入できるようになっている。
【００３３】
次に、上記遮断弁装置５２、５４の構成について詳しく説明する。前述したように、上流側の遮断弁装置５２は、この質量流量制御装置５０が精度良く流量制御を行うことができるか否かの検定を行う時に用いる弁装置であり、後流側の遮断弁装置５４は、この質量流量制御装置５０の零点調整を行う時や半導体製造装置側へ流すガスを完全に遮断する必要がある時に用いる弁装置である。ここでは、上記２つの遮断弁装置５２、５４は全く同じ構成となっているので、ここでは後流側の遮断弁装置５４を例にとって説明する。
【００３４】
上記後流側の遮断弁装置５４は、図２、図３及び図９にも示すように、内部に一時的に気体が溜る弁室３６と、これに制御流体であるガスを流入させる流入路３４と、この弁室３６よりガスを流出させる流出路４０とを有している。上記流入路３４の上端部は、上記流量制御弁機構１０の弁口２４（図１０参照）に直接的に連通されるか、または別の流路を形成するかして、結果的にこの流入路３４の下端部である流入口は、この遮断弁装置５４の弁口４２となっている。この弁口４２の端部（図中の下端）には、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなど）よりなるリング状の弁座４４が先端方向へ少し突出させて設けられている。尚、弁座４４は弁口２４部分を加工して金属製弁座としても良い。
【００３５】
また上記流出路４０は、この弁室３６に臨ませて設けた流出口７８より延びており、その先端部は、流体出口６Ｂ（図１参照）として構成される。
上記流入路３４、流出路４０及び弁室３６は、例えばステンレスよりなる塊を削って穴や凹部を加工することにより弁ブロック体８０中に形成することができる。尚、この弁ブロック体８０は、上記流量制御弁機構１０の流量制御弁２０側と共通に使用されるようになっている。
上記弁室３６は、上記取り付け凹部７４の一番奥（図３及び図５中では一番上部）に位置するように設けられ、この弁室３６の下方は、屈曲可能になされた金属製のダイヤフラム弁体３８によって気密に区画される。
【００３６】
そして、このダイヤフラム弁体３８の上記弁室３６とは反対側には、このダイヤフラム弁体３８を押圧して上記弁口４２を開閉するための押圧手段８２が設けられる。この押圧手段８２は、上記弁室３６の反対側に上記ダイヤフラム弁体３８に対向するように配置した弾性体よりなるアクチュエータ板８４と、このアクチュエータ板８４により区画されて作動気体が給排される作動室８６と、この作動室８６内へ作動気体を給排させる作動気体給排機構８８とにより主に構成されている。
【００３７】
具体的には、図５にも示すように、まず、上記ダイヤフラム弁体３８は、厚さが例えば０．１ｍｍ程度の屈曲可能になされた円板状の金属板よりなり、断面が湾曲して円弧状に成形されている。このダイヤフラム弁体３８の直径は、例えば２２ｍｍ程度に設定される。このダイヤフラム弁体３８は、取り付け凹部７４の一番奥に位置され、その周辺部を、リング状に形成された例えばステンレス製のダイヤフラム押え９０によって気密に押え込むようになっている。そして、このダイヤフラム押え９０の上記ダイヤフラム弁体３８に接する面とは反対側の面には、図４に示すように断面が三角形の凹凸状になされた複数条、例えば２条のシール溝９１がその周方向に沿ってリング状に成形されており、ここにアクチュエータ板８４を押し付けることでこの部分のシール性を高めるようになっている。
【００３８】
またアクチュエータ板８４は、例えば厚さが０．４ｍｍ程度の円板状の弾性体よりなり、その周辺部にはリング状に係合突起８４Ａが形成されている。この弾性体としては、天然ゴムや合成ゴムを使用することができ、例えばエチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、クロロスルフォン化ゴム、塩素化ポリエチレンゴム、アクリルゴム等を用いることができる。
また上記アクチュエータ板８４の中央部と、上記ダイヤフラム弁体３８の中央部との間には、押圧突起部９２が介設されている。図示例では、この押圧突起部９２は、黄銅やステンレスからなり直径が１０ｍｍ程度の円板状の突起としてボタン状に形成され、上記アクチュエータ板８４側に取り付け固定されている。
【００３９】
具体的には、この押圧突起部９２の中心には、突起ネジ９４が設けられ、この突起ネジ９４をアクチュエータ板８４の中心を貫通させて、その反対側より中央部にネジ穴を有する円板状の案内用突起部材としてボタンホルダ９６により上記突起ネジ９４に締め付けることにより、上記押圧突起部９２を取り付け固定している。そして、この押圧突起部９２が上記アクチュエータ板８４と接する面には、図３中のＢ部に示すように、図４が示したシール溝９１と同様な断面が三角形の凹凸状になされた複数条、例えば２条のシール溝９３がその周方向に沿ってリング状に形成されており、この部分のシール性を高めるようになっている。
【００４０】
そして、このように形成されたアクチュエータ板８４の周辺部を、例えばステンレスよりなるリング状の板押え部材９８によって押圧するようになっている。この際、上記板押え部材９８には、上記アクチュエータ板８４の係合突起８４Ａを嵌装するための嵌合凹部９８Ａが形成されており、組み立て装着した時に図４に示すように上記係合突起８４Ａの半球状の先端部を押し潰して、この部分のシール性を高く維持できるようになっている。尚、図４中において、一点鎖線は押し潰す前の係合突起８４Ａの形状を示している。
【００４１】
また、この板押え部材９８の中央部には、上記ボタンホルダ９６の外周と僅かな隙間、例えば０．１ｍｍ程度を隔ててこれを収容できる大きさになされたガイド用段部１００が形成されており、上記アクチュエータ板８４が弁室３６の方向へ弾性的にストローク移動する際に、直接的なストローク移動を行うように案内できるようになっている。ここで上記アクチュエータ板８４は、作動室８６の一側、すなわち弁室３６側の一側を区画することになる。
【００４２】
また上記作動気体給排機構８８は、電磁弁１０２と、この周囲を覆う円筒体状のケーシング１０４とにより主に構成されている。上記ケーシング１０４内に収容される電磁弁１０２としては、ここでは例えば３方弁式の電磁弁が設けられ、電磁コイル１０６によって３方弁弁体１０８を駆動できるようになっている。ここで上記３方弁弁体１０８の１つ目のガス口はケーシング１０４に形成した流路１０８Ａを介して、上記作動室８６内へ連通され、２つ目の出口はケーシング１０４に形成した流路１０８Ｂを介して作動気体入口７６（図２参照）へ連通され、３つ目のガス口は流路１０８Ｃを介して大気側へ連通されている。ここで電磁弁１０２の電源は、制御手段１８より供給され、通電、非通電の制御は、制御手段１８によって行われる。即ち、非通電時には、弁体１０８はバネ等（図示せず）の手段により流路１０８Ｂの開口部を閉じる方向に押し付けられて閉弁となっている。このとき、流路１０８Ａと流路１０８Ｃが連通された状態となり、作動気体は作動室８６へは流れ込まない。一方、通電時には、弁体１０８は、電磁弁１０２が発生する電磁力によりバネを押し返す方向に移動し、流路１０８Ｃの開口部を閉じる方向に押し付けられて閉弁となる。このとき、流路１０８Ａと流路１０８Ｂが連通され、作動気体が作動室８６へ流れ込む。
【００４３】
上記ケーシング１０４の外周にはオネジ１１０が形成されており、これを上記取り付け凹部７４の内壁面の先端に設けたメネジ１１２（図５参照）に螺合させてケーシング１０４を奥に向かって締め付けることによって、上記各部材を弁室３６側へ向けて押圧して取り付け固定できるようになっている。
また、この取り付け凹部７４の内壁と上記ケーシング１０４との間には、例えばＯリング等よりなるシール部材１１４が設けられて気密性を保持している。また、ケーシング１０４と、この内側に設けられる電磁弁１０２との間にもＯリング等よりなるシール部材１１６が設けられており、気密性を保持している。更に、上記電磁弁１０２の３方弁弁体１０８を覆う蓋部材１２０にも上記電磁弁１０２との間でＯリング等よりなるシール部材１１８が設けられており、この部分の気密性を保持するようになっている。
【００４４】
これにより、上記ケーシング１０４の上端面（図３参照）によって、上記作動室８６の反対側の区画壁を形成するようになっており、必要に応じて上記流路１０８Ａを介して作動室８６内へ作動気体を供給し、上記３方弁弁体１０８を切り替えることによって、この作動室８６内の作動気体を上記流路１０８Ｃを介して大気開放できるようになっている。
【００４５】
次に以上のように構成された本発明の質量流量制御装置及び遮断弁装置の動作について説明する。
まず、この質量流量制御装置５０の動作は、実際に半導体製造装置等に向けて処理ガスを流量制御しつつ流す通常動作モードと、質量流量の検定に関する動作を行う検定動作モードの２種類がある。まず、通常動作モードについて説明する。これには、先に図８を参照して説明した動作と同じであり、この場合には検定本体５０Ｂ側の動作は休止状態となっている。すなわち、上記質量流量制御本体５０Ａの制御手段１８は、これへ例えばホストコンピュータ等の外部より入力される流量設定信号Ｓ０で示される流量と上記流量信号Ｓ１で示される流量とが一致するように上記流量制御弁２０の弁開度を例えばＰＩＤ制御法で制御し続けることになる。これにより下流側の半導体製造装置等には、必要とする質量流量の処理ガスが供給されることになる。
【００４６】
ここで処理ガスを流す時には、最下流側の遮断弁装置５４（最上流の遮断弁装置５２も同様）は開状態になされている。従って、流量制御弁２０を流れたガスは、図３中において、遮断弁装置５４の流入路３４内を流れて弁口４２より弁室３６内に流入し、この処理ガスは、弁室３６内に一時的に溜るようにして流れて更に流出口７８を介して流出路４０側へ流れ出て行き、流体出口６Ｂ（図１参照）からガス管４を通って半導体製造装置に向けて流れて行く。
【００４７】
この場合、処理ガスの使用系である半導体製造装置の稼働状態によっては、処理ガスの供給を完全に停止する必要が頻繁に生ずることになる。このような場合には、この質量流量制御装置５０の最下流側に設けた遮断弁装置５４を作動させてこれを全閉状態とし、処理ガスの流れを完全に停止させることになる。
具体的には、上述したようにこの遮断弁装置５４の作動気体給排機構８８の３方弁方式の電磁弁１０２を作動させることにより、これに０．４〜０．７ＭＰａで供給されている工場側の作動気体（具体的には作動空気）を、流路１０８Ｂ、３方弁弁体１０８及び流路１０８Ａを介して作動室８６内へ導入する。この作動室８６内へ上記作動気体が導入されると、この作動室８６を区画するゴム製のアクチュエータ板８６は図３中において上方向へ向かうように弾性的に屈曲変形し、これによりダイヤフラム弁体３８側に向かう力Ｆが発生する。
【００４８】
ここで、上記ダイヤフラム弁体３８の中央部とアクチュエータ板８４の中央部に設けた押圧突起部９２の先端部とは常に接しているので、上記ダイヤフラム弁体３８の中央部は上記押圧突起部９２によって集中的に押圧されることになる。この結果、上記ダイヤフラム弁体３８を容易に屈曲変形させて、これを弁座４４に着座させ、弁口４２を完全に閉じて処理ガスの流れを完全に遮断することができる。実験の結果、後述するように、外部より供給される作動気体の圧力が０．３５ＭＰａでもこの遮断弁装置５４の開閉作動を確実に行うことができた。
【００４９】
この処理ガスの遮断後に、処理ガスを再度流す場合には、上述したように上記電磁弁１０２を駆動して３方弁弁体１０８を動かし、上記作動室８６内に導入されていた加圧状態の作動気体を、流路１０８Ｃを介して大気開放させる。これにより、上記アクチュエータ板８４は自らの弾発復帰力と上記ダイヤフラム弁体３８の弾性復元力によって弁座４４から離れて元の位置（ノーマリーオープン状態）に戻り、この弁口４２を開放することになる。
このように、弁室３６を区画するダイヤフラム弁体３８を屈曲させるために、弾性体よりなるアクチュエータ板８４を別途設け、このアクチュエータ板８４が区画する作動室８６に作動気体を給排させて、上記アクチュエータ板８４を作動させることによって、上記ダイヤフラム弁体３８を屈曲させて弁口４２を閉じるようにしたので、小型でデッドボリュームが少なくて、しかも作動気体の圧力が低くても確実に全閉動作を行うことができる。
【００５０】
また、流量制御弁機構１０で制御できないデッドスペースの流量は流入路３４の容積分だけとなって、このデッドスペースを非常に小さく抑制することができ、処理ガスの無駄を大幅に抑制して、処理ガスの廃棄時間も短くできるので、その分、スループットを向上させることができる。
また、例えば３方弁式の電磁弁１０２は非常に小型で済むので、装置自体を小型化でき、しかもこの質量流量制御装置自体の底部側を凹凸の少ない、或いは凹凸のないフラット化を達成することができ、集積ブロック化する時の取り付けの汎用性を高めることができる。例えば本実施例の遮断弁装置５４の全体の高さは１８ｍｍ程度であり、従来装置と比較してかなり小型化することができた。また、上記アクチュエータ板８４のストローク量は１ｍｍ以下、例えば０．４ｍｍ程度であり、非常に僅かなストローク量で開閉動作を行うことができる。
【００５１】
ここで図６を参照して、作動気体の圧力が低くても、ダイヤフラム弁体３８を屈曲作動できる理由について説明する。図６は作動気体の圧力によりダイヤフラム弁体３８が屈曲変形する時の状況を説明するための説明図である。図６（Ａ）は従来装置におけるダイヤフラム弁体３８（図１０参照）の動作を示し、図６（Ｂ）は本発明装置におけるダイヤフラム弁体３８の動作を示す。図６（Ａ）に示す従来装置の場合には、ダイヤフラム弁体３８の全面に均等に作動気体の圧力が加わるため、結果的に、ダイヤフラム弁体３８の断面アーチ形状に均等に圧力が加わるような状態となって変形に対して大きな耐性を有し、この結果、容易には変形しない状態となっている。
【００５２】
これに対して、本発明装置の場合には、ゴム状のアクチュエータ板８４に作動気体の圧力を加え、そして、中心部の押圧突起部９２に接する部分だけでダイヤフラム弁体３８を押圧するようにしているので、局部的な集中力によってダイヤフラム弁体３８が屈曲し易くなり、この一部で屈曲変形が生ずると、この変形が周辺部に伝播して最終的にダイヤフラム弁体３８の全体が屈曲変形することになる。従って、本発明の場合には、作動気体の圧力が小さくても、ダイヤフラム弁体３８を十分に屈曲変形させることができる。
【００５３】
＜動作状況の評価結果＞
ここで、上述した本発明の遮断弁装置５４の動作状況について評価を行ったので、その評価結果について説明する。使用したダイヤフラム弁体３８の板厚は０．１１ｍｍ、高さは０．４８ｍｍである。作動気体としてＮ２ ガスを用い、０．２０〜０．８０ＭＰａまで変化させて評価を行った。その結果、作動気体の圧力が０．２０〜０．３０ＭＰａの間では、ダイヤフラム弁体３８は屈曲変形せず、開閉動作を行うことができなかった。これに対して、作動気体の圧力が０．３５〜０．８０ＭＰａの間では、ダイヤフラム弁体３８は屈曲変形し、十分に開閉動作を行うことができることを確認することができた。従って、半導体製造装置が設置されている一般的な工場エリアの作動気体の圧力である０．４〜０．７ＭＰａに対して本発明の遮断弁装置５４を確実に開閉動作させることができることを確認できた。
【００５４】
＜リーク検査＞
次に、上述した本発明の遮断弁装置５４のリーク検査を行って、評価を行ったので、その評価結果について説明する。図７は遮断弁装置のリーク検査の結果を示す図である。ここでのダイヤフラム弁体３８は先の動作状況の評価で使用したものと同じであり、板厚は０．１１ｍｍ、高さは０．４８ｍｍである。ここでは２秒オープン、２秒クローズの開閉動作を０〜２０００Ｋ（Ｋ＝１０３ ）回行って、そのリークの有無をチェックした。洩れチェックにはＨｅガスを使用した。ここでは流体の流れやすさを示すＣＶ値が０．０７の弁を用いて、作動気体の圧力を０．４０ＭＰａに設定し、外部リークとシートリークについて検討を行った。外部リークとは、遮断弁装置５４の装置自体の洩れを示し、シートリークとは全閉状態のダイヤフラム弁体３８部分からの洩れを示す。尚、図中、”Ｂ．Ｇ”は、バックグランドを示し、検査開始３分後の値を測定している。ここでのＨｅガスを用いたリーク検査は、真空法に基づくもので被検査対象である弁内部を真空引きし、この弁にＨｅガスを吹きつけた時に、外から中へ吸い込まれたＨｅガスの量を測定するものである。従って、全く漏れがない場合にはＨｅリーク検査器の示す数値は検査後の方が小さい値を示すことがある。
【００５５】
図７に示す通り、検査開始３分後の測定値とバックグラウンドとの差、即ち、検査開始３分後の値−バックグラウンドの値をリーク値とした、その結果、外部リーク量は何れも合格基準の上限値である１．０×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓより  も十分小さい値であり、またシートリーク量についても合格基準の上限値である５．０×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓよりも十分小さい値であった。そして開閉回数が 多くなっても両リーク量はリーク検査基準（上限値）より少なく、判定及び結果は２００万開閉動作した後まで全て異常なしであることを確認することができた。
尚、上記した遮断弁装置５４の閉動作は、この質量流量制御装置の零点調整の際にも行われ、例えば遮断弁装置５４を全閉状態に設定することにより、流量制御弁２０に流れるガスの流量を完全に零状態とし、この時の流量の検出値でもって零点校正を行う。
【００５６】
次に、検定動作モードについて簡単に説明する。
上記質量流量制御装置の流量測定値が正しいか否かを検定して校正する検定動作を行う場合には、下流側の遮断弁装置５４は開状態とし、最上流値の遮断弁装置５２を閉状態として行うことになる。この場合の開閉動作は先に下流側の遮断弁装置５４の開閉動作で説明した場合と同じである。
まず、半導体製造装置側を継続的に真空引きし、ある所定の流量で一定量のガスを安定的に流している状態で、上流側の遮断弁装置５２を完全な閉状態とする。すると、今まで検定用タンク部５６のタンク本体６８内に満たされていたガスが、このタンク本体６８内から少しずつ下流側へ流れて出して行き、最終時には真空引きによるベース圧まで圧力が低下することになる。この時の圧力の変化を圧力検出手段５８により測定し、変動特性、すなわち圧力降下特性を得る。
【００５７】
このような圧力降下特性は、ガスの設定流量を変化させてその都度取得して検定用データメモリ７２Ｂに記憶しておく。そして、ここで各設定流量に対して取得した圧力降下特性を、予め取得して基準用データメモリ７２Ａに記憶していた各基準用圧力降下特性とそれぞれ比較し、差分を校正することになる。
尚、上記遮断弁装置５２、３４にあっては、電磁弁１０２として３方弁式の電磁弁を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、２方弁、或いは４方弁以上の電磁弁を用いてもよい。また、２方弁式の電磁弁を用いる場合には、外部の制御系により作動気体の給排の制御を行うようにする。
【００５８】
また、本実施例においては、ダイヤフラム弁体３８とアクチュエータ板８４との間に介在される押圧突起部９２はアクチュエータ板８４側に装着固定するようにしたが、これに限定されず、この押圧突起部９２を、ダイヤフラム弁体３８側へ例えば接着剤等により接着固定するようにしてもよい。
更に、本実施例では流入路３４の流入口を弁口４２としてここに弁座４４を設けたが、これに限定されず、流出路４０の流出口７８を弁口とし、ここに弁座４４を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る遮断弁装置を組み込んだ質量流量制御装置の一例を示すブロック構成図である。
【図２】図１中に示す各部材の配列状態を示す配置図である。
【図３】本発明に係る遮断弁装置を示す拡大断面図である。
【図４】図３中のＡ部を示す部分拡大図である。
【図５】遮断弁装置を示す分解組立図である。
【図６】作動気体の圧力によりダイヤフラム弁体が屈曲変形する時の状況を説明するための説明図である。
【図７】遮断弁装置のリーク検査の結果を示す図である。
【図８】ガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例を示す概略構成図である。
【図９】質量流量制御装置と別体の遮断弁装置との従来の取付け形態の一例を示す図である。
【図１０】遮断弁装置を組み込んだ従来の質量流量制御装置の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
４  ガス管（流体通路）
６  流路
８  質量流量検出手段
１０  流量制御弁機構
１２  バイパス管
１４  センサ管
１６  センサ回路
１８  制御手段
２０  流量制御弁
２２  ダイヤフラム
２８  バルブ駆動回路
３４  流入路
３６  弁室
３８  ダイヤフラム弁体
４０  流出路
４２  弁口
４４  弁座
５０  質量流量制御装置
５０Ａ  質量流量制御本体
５０Ｂ  検定本体
５２，５４  遮断弁装置
８０  弁ブロック体
８２  押圧手段
８４  アクチュエータ板
８６  作動室
８８  作動気体給排機構
９０  ダイヤフラム押え
９１  シール溝
９２  押圧突起部
９３  シール溝
９６  ボタンホルダ
９８  板押え
１００  ガイド用段部
１０２  電磁弁
１０４  ケーシング
１０８  ３方弁弁体
【図１】
0004765746.tif 000002
【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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【図７】
0004765746.tif 000008
【図８】
0004765746.tif 000009
【図９】
0004765746.tif 000010
【図１０】
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