(57)【要約】【課題】  外部シール構造におけるシール性能を向上させることができる薬液制御弁を提供すること。【解決手段】  薬液制御弁１において、変性ＰＴＦＥ製のダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの先端に段部２４を、変性ＰＴＦＥ製のボディ３の突出部３ａの先端に段部２５をそれぞれ形成して、これらの段部２４，２５によりＰＦＡ製の溶着部品２３をはめ込む溝２６を形成する。そして、この溝２６に溶着部品２３をはめ込み、ボディ３の突出部３ａとダイアフラム弁体８の周縁先端部２２ａとを溶着部品２３によって溶着して外部シールを行う。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を摺動するロッドの下端に設けられたフッ素樹脂製の弁体と、前記弁体が密着・離間する弁座と、前記弁座に連通する流入路及び流出路と、前記流入路、前記流出路、および前記弁座が形成されたフッ素樹脂製のボディとを有する薬液制御弁において、
前記弁体は、前記ボディに固定される固定部と、前記ロッドの摺動に伴い可動する可動部とを備え、
前記固定部と前記ボディとを溶着または溶接することにより外部シールを行うことを特徴する薬液制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載する薬液制御弁において、
前記固定部と前記ボディとは、融点まで加熱すると溶けて流動する性質を持つフッ素樹脂製の溶着部品または溶接棒により溶着または溶接されていることを特徴とする薬液制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載する薬液制御弁において、
前記固定部と前記ボディとの溶着部には、前記溶着部品をはめ込むための溝が形成されていることを特徴する薬液制御弁。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの薬液制御弁において、
前記固定部は、前記シリンダと前記ボディとで狭持されていることを特徴する薬液制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載する薬液制御弁において、
前記シリンダと前記ボディとの間に配置されたスペーサと、
前記スペーサと前記シリンダとの間に配置された弾性体と、
を有することを特徴する薬液制御弁。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの薬液制御弁において、
半導体製造装置で使用される薬液の供給を制御することを特徴する薬液制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などで使用される薬液の供給を制御する薬液制御弁に関する。さらに詳細には、薬液制御弁における外部シール構造のシール性能を向上させることができる薬液制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置などで使用される薬液の供給を制御するための薬液制御弁では、制御対象である薬液の性質から、外部シール構造におけるシール性能が重要視されている。そして、一般的な外部シール構造では、薬液制御弁に備わるダイアフラムの周縁部をボディに設けられたシール溝に圧入して、ダイアフラムを弾性変形させダイアフラムに内部応力を発生させることによりシール性能を確保している。
【０００３】
このような外部シール構造を有する薬液制御弁の１つとして、例えば、特開２００３−２４７６５０号公報に開示されたものがある。この薬液制御弁は、ロッドの下端に設けられたフッ素樹脂製のダイアフラムと、前記ダイアフラムが密着・離間する弁座と、前記弁座に連通する流入路及び流出路と、前記弁座及び、前記流入路、前記流出路が形成されたフッ素樹脂製のボディと、前記弁座の周りを取り囲んで前記ボディに形成されたシール溝と、を有し、前記ダイアフラムの周縁突出部を前記シール溝に圧入しつつ前記シリンダと前記ボディとで挟着することにより外部シールを行う薬液制御弁において、前記ダイアフラムの周縁突出部の側面に形成された第１環状突起を備え、前記ダイアフラムの周縁突出部を前記シール溝に圧入させた状態では、前記第１環状突起が前記シール溝の側面の一部を押圧することにより、前記ダイアフラムの周縁突出部に発生する内部応力にピーク値を持たせる一方で、前記シール溝の内壁部の厚みと前記シール溝の幅との和を変更することなく、前記シール溝の幅を狭くすることにより前記シール溝の内壁部を厚みを増やしたことを特徴とする。これにより、シール能力がより高められ、外部シール構造の更なる安全性を確保することができるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４７６５０号公報（第３〜４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特開２００３−２４７６５０号公報に開示されている薬液制御弁では、外部シール構造におけるシール性能では十分でない場合がある。近年、半導体製造装置ではデバイスの高集積化が進むにつれて高浸透性の薬液を高温下で扱うことが多くなってきており、高浸透性の薬液には、ふっ酸などの危険なものも含まれている。このように近年、薬液制御弁が従来よりも過酷な条件下で使用される頻度が高まっているため、外部シール構造におけるシール性能が十分でない場合が発生するおそれがあるのである。このため、従来より過酷な条件下でも十分な安全性を確保することができように、薬液制御弁の外部シール構造に対し、更なるシール性能の向上が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、外部シール構造におけるシール性能を向上させることができる薬液制御弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る薬液制御弁は、シリンダ内を摺動するロッドの下端に設けられたフッ素樹脂製の弁体と、前記弁体が密着・離間する弁座と、前記弁座に連通する流入路及び流出路と、前記流入路、前記流出路、および前記弁座が形成されたフッ素樹脂製のボディとを有する薬液制御弁において、前記弁体は、前記ボディに固定される固定部と、前記ロッドの摺動に伴い可動する可動部とを備え、前記固定部と前記ボディとを溶着または溶接することにより外部シールを行うことを特徴するものである。なお、弁体の素材としては、ＰＴＦＥ（テトラフロロエチレン樹脂）あるいは変性ＰＴＦＥを使用し、ボディの素材としては、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、あるいはＰＦＡ（パーフロロアルコキシ樹脂）を使用すればよい。
【０００８】
この薬液制御弁では、ボディと弁体の固定部とを溶着または溶接することにより外部シールを行う構造としているので、従来のようにダイアフラム（弁体の固定部）の内部応力により外部シールを行う場合に比べてより高いシール性能を得ることができる。
【０００９】
なお、弁体には、ダイアフラム弁体やベローズ弁体等が含まれる。そして、ダイアフラム弁体の場合には、弁体の固定部がダイアフラムの外周縁部に相当し、弁体の可動部が弁体部および薄肉部に相当する。一方、ベローズ弁体の場合には、弁体の固定部がベローズアダプタに相当し、弁体の可動部が弁体部およびベローズに相当する。
【００１０】
本発明に係る薬液制御弁においては、前記ボディと前記固定部とは、融点まで加熱すると溶けて流動する性質を持つフッ素樹脂製の溶着部材または溶接棒により溶着または溶接されていることが望ましい。
【００１１】
ボディと弁体との両方がＰＴＦＥ製の場合には、両者を溶着または溶接することができない。ＰＴＦＥは融点（３２７℃）以上に加熱しても流動しないからである。そこで、この薬液制御弁では、ボディと弁体の固定部とを、融点まで加熱すると溶けて流動する性質を持つフッ素樹脂製の溶着部品または溶接棒を用いて溶着または溶接している。溶着部または溶接部を加熱した際に、融点まで加熱すると溶けて流動する性質を持つフッ素樹脂が溶融して両者を接合させることができる。したがって、ボディと弁体との両方がＰＴＦＥ製の場合であっても、確実に溶着または溶接させることができる。
【００１２】
そして、溶着部品を用いる場合、前記固定部と前記ボディとの溶着部には、前記溶着部品をはめ込むための溝が形成されていることが望ましい。これにより、溶着部を小さくしつつ溶着面積を大きくすることができるので、溶着時の熱影響による部材の変形を最小に抑えつつ大きな結合力を得ることができるからである。その結果として、シール性能を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る薬液制御弁においては、前記固定部は、前記シリンダと前記ボディとで狭持されていることが望ましい。これにより、弁体の動作による影響を溶着部または溶接部がほとんど受けないので外部シールの信頼性を高めることができる。また、従来の外部シール機構をも備えることができるので、外部シールが二重シール構造となり、シール性能をより一層向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る薬液制御弁においては、前記シリンダと前記ボディとの間に配置されたスペーサと、前記スペーサと前記シリンダとの間に配置された弾性体と、を有することが望ましい。
【００１５】
高温の薬液を制御する際に、ボディやダイアフラム弁体が熱収縮を受けてボディとシリンダとでダイアフラム弁体を狭持する力が弱くなっても、弾性体の弾性力でボディとシリンダとの狭持力を補うことができ、これにより、ダイアフラム弁体をしっかりと固定することができるからである。
【００１６】
そして、上記した薬液制御弁は、半導体製造装置で使用される薬液の供給を制御するのに好適なものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る薬液制御弁によれば、フッ素樹脂製のボディとフッ素樹脂製の弁体の固定部とを溶着または溶接することにより外部シールを行う構造としているので、外部シール構造におけるシール性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の薬液制御弁を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、ダイアフラム弁体を備え、半導体製造装置の薬液を制御するために使用される薬液制御弁を例示する。そこで、本実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を図１および図２に示す。図１は、薬液制御弁の断面図である。図２は、図１に示す薬液制御弁における外部シール部の拡大図である。
【００１９】
薬液制御弁１は、図１に示すように、ベースプレート２と、ボディ３と、シリンダ９と、スペーサ１５とを備えている。ボディ３はベースプレート２に固設され、ボディ３の上にスペーサ１５を介してシリンダ９が接続されている。スペーサ１５の上面（シリンダ側）には、円環状の溝が形成され、その溝にＯリング１６がはめ込まれている。
【００２０】
ボディ３には、流入路３１及び流出路３２が形成されている。流入路３１の一端には継手７を螺着した流入ポート６が形成され、流出路３２の一端には継手５を螺着した流出ポート４が形成されている。また、ボディ３の上面にある流入路３１の他端には弁座１９が形成されている。本実施の形態では、弁座１９をフラット形状として、ダイアフラム弁体８の弁座１９に当接する部分を凸形状にしているが、弁座１９を凸形状にしてダイアフラム弁体側をフラット形状にすることもできる。
【００２１】
一方、シリンダ９には、ピストンロッド１０が内装されている。シリンダ９の上部には、通気ポート１４を設けたカバー１３が取り付けられている。そして、カバー１３とピストンロッド１０とで形成されたシリンダ９の上部空間には、ピストンロッド１０を下方向へ付勢するスプリング１２が内挿されている。一方、シリンダ９の下部には、ピストンロッド１０とで形成されたシリンダ９の下部空間に連通する操作ポート１１が取り付けられている。また、ピストンロッド１０の下端にはダイアフラム弁体８が螺設されている。ダイアフラム弁体８は、ロッド１０の摺動に伴い可動する弁体部８ａおよび薄肉部８ｂと、ボディ３に固定される周縁部２２とを備えている。なお、弁体部８ａおよび薄肉部８ｂが本発明の「可動部」に相当し、周縁部２２が本発明の「固定部」に相当する。
【００２２】
なお、半導体製造装置で使用される制御対象の薬液の性質を考慮して、ダイアフラム弁体８やボディ３など接液する部品の材質には、フッ素樹脂の中でも耐食性に優れたＰＦＡ、ＰＴＦＥ、あるいは変性ＰＴＦＥが用いられる。本実施の形態では、ボディ３およびダイアフラム弁体８の材質に「変性ＰＴＦＥ」を用いている。なぜなら、ＰＦＡでは弁体の機能的要求を十分に満たすことができず、また、ＰＴＦＥでは変性ＰＴＦＥに比べ溶着力が劣るからである。
【００２３】
そして、図２に示すように、ダイアフラム弁体８の周縁部２２には周縁突出部２２ａが形成されている。このダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの先端には、段部２４が形成されている。また、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａを支持するために、ボディ３には環状の突出部３ａが形成されている。このボディ３の突出部３ａの先端には、段部２５が形成されている。これらの段部２４，２５により、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの先端部分を溶着させるためのフッ素樹脂（ＰＦＡ）製の溶着部品２３をはめ込む溝２６が形成されている。
【００２４】
そして、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの先端部分で、溶着部品２３により、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとが溶着された溶着部が形成されている。このように、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの先端に溶着部を形成することにより、ダイアフラム弁体８の動作による影響を溶着部がほとんど受けないようにすることができるので、外部シールの信頼性を高めることができる。
【００２５】
ここで溶着方法について簡単に説明する。ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの溶着は、図３に示すような金属治具（金型）４０を用いて行う。なお、図３は金型の縦断面図である。この金型４０は、溶着部の上面に接触して溶着部品２３を上方から加熱する上面部４０ａと、溶着部の側面（ボディ３側とダイアフラム弁体８側）を加熱する側面部４０ｂとを備えている。このように、金型４０に側面部４０ｂを設けることにより、溶着部に効率よく熱を伝えることができる。また、側面部４０ｂは、溶着部が熱膨張し変形した際にストッパの役割を果たす。
【００２６】
そして、この金型４０を約４００℃に加熱した状態で溶着部に接触させてダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの溶着を行う。加熱された金型４０が溶着部に接触すると、溶着部の周辺温度が上昇し、ボディ３やダイアフラム弁体８よりも融点（３０５℃前後）が低い溶着部品２３が溶融し始める。その後、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａおよびボディ３の突出部３ａも融点（３２７℃）に達するが、ボディ３およびダイアフラム弁体８はともに変性ＰＴＦＥ製であるため、流動することなく膨脹（軟化）し始める。その結果、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａおよびボディ３の突出部３ａと溶着部品２３とが溶け合い溶着が完了する。
【００２７】
なお、溶着時間は、４〜５分程度である。そして、溶着後には、白色であった変性ＰＴＦＥ製のボディ３およびダイアフラム弁体８が乳白色の透明状に変化する。このように金型４０を用いて溶着部周辺にだけ熱を加えることにより、ボディ３の機能部（弁座１９など）およびダイアフラム弁体８の可動部（薄肉部８ｂ）に熱による悪影響を及ぼさないで溶着を行うことができる。
【００２８】
ここで図２に示すように、溝２６の縦断面形状は略長方形状であり、その三辺が溶着箇所となる。したがって、このような溝２６を形成することにより、溶着部を小さくしつつ大きき結合力を得ることができる。その結果として、外部シールのシール性能を向上させることができる。
【００２９】
そして、溶着されたダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとが、スペーサ１５に形成された溝１５ａに圧入された状態で、スペーサ１５を介してシリンダ９とボディ３とが接続されることにより、ダイアフラム弁体８がボディ３とスペーサ１５とで狭持されて固定されるようになっている。このとき、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの溶着部と、スペーサ１５の溝１５ａとの間には、若干の隙間が形成されるようになっている。これにより、溶着部の変形に影響されることなく、スペーサ１５によりダイアフラム弁体８をしっかりと固定することができる。
【００３０】
また、スペーサ１５にはＯリング１６が設けられているので、高温の薬液を制御する際に、ボディ３やダイアフラム弁体８が熱収縮を受けてボディ３とシリンダ９とでダイアフラム弁体８を狭持する力が弱くなっても、Ｏリング１６の弾性力でボディ３とシリンダ９との狭持力を補うことができる。これにより高温下でも、ダイアフラム弁体８をしっかりと固定することができる。
【００３１】
ここで、薬液制御弁１の外部シール構造について説明する。薬液制御弁１の外部シールは、まず、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部とを、スペーサ１５の溝に圧入した際、弾性力を有するダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａが径方向に圧縮されて、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの内部に発生する内部応力により行われている。これは、従来から行われている外部シールと同様の方法である。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとの先端部で溶着部品２３を用いてダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部とを溶着することにより外部シールが行われている。つまり、本実施の形態では、二重の外部シールが行われている。これにより、外部シールのシール性能を大幅に向上させることができる。
【００３３】
次に、上記構成を有する薬液制御弁１の動作について説明する。操作ポート１１を介してシリンダ９の下部空間に圧縮空気を給気すると、スプリング１２の付勢力と圧縮空気の圧力とのバランスにより、ピストンロッド１０が上方向に移動し、ピストンロッド１０の下端に設けられたダイアフラム弁体８の弁体部８ａが弁座１９から離間する。これにより、流入路３１と流出路３２とが連通する。
【００３４】
一方、ボディ３の操作ポート１１を介してシリンダ９の下部空間から圧縮空気を排気すると、スプリング１２の付勢力と圧縮空気の圧力とのバランスにより、ピストンロッド１０が下方向に移動し、ピストンロッド１０の下端に設けられたダイアフラム弁体８の弁体部８ａが弁座１９に密着する。これにより、流入路３１と流出路３２とが遮断される。このようにして、薬液制御弁１では、弁座１９を介して流入ポート６から流出ポート４に流す薬液を制御する。そして、薬液制御弁１では、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとボディ３の突出部３ａとが溶着部品２３によって溶着されて外部シールが行われて高いシール性能が確保されるから、過酷な条件下であっても薬液制御弁１の外部に薬液が漏出することがない。
【００３５】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る薬液制御弁１では、ボディ３の突出部３ａとダイアフラム弁体８の周縁先端部２２ａとを溶着部品２３を用いて溶着することにより外部シールを行っているので、従来のようにダイアフラム弁体の内部応力により外部シールを行う場合に比べてより高いシール性能を得ることができる。
【００３６】
また、薬液制御弁１では、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの先端に段部２４を、ボディ３の突出部３ａの先端に段部２５をそれぞれ形成して、これらの段部２４，２５により溶着部品２３をはめ込む溝２６を形成しているので、溶着部を小さくしつつ溶着面積を大きくすることができる。その結果、溶着により部材の変形を最小に抑えつつ大きな結合力を得ることができ、シール性能を向上させることができる。
【００３７】
さらに、薬液制御弁１では、シリンダ８とボディ３との間にＯリング１６を備えるスペーサ１５を配置しているので、高温下においてボディ３やダイアフラム弁体８が熱収縮を受けてボディ３とシリンダ９とでダイアフラム弁体８を狭持する力が弱くなっても、Ｏリング１６の弾性力でボディ３とシリンダ９との狭持力を補うことができる。
【００３８】
なお、上記した実施の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く、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、ダイアフラム弁体８の周縁部２２およびボディ３の一部をシリンダ９側（上方）に突出させた部分で溶着を行っているが、図４に示すように、突出部を形成することなく側面（ダイアフラム弁体の径方向）から溶着を行うようにしてもよい。この場合には、図４中の×印で示す部分に加熱した金属治具（金型）を接触させて溶着を行う。
【００３９】
また、上記した実施の形態では、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの段部２４とボディ３の突出部３ａの段部２５とで形成する溝２６の断面形状を縦長の略長方形としているが、図５に示すように横長の略長方形にしてもよいし、図６に示すように略正方形にしてもよいし、図７に示すように三角形にしてもよい。
【００４０】
また、溶着部品２３をはめ込むための溝２６を形成することなく、図８に示すように、ダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａの上面およびボディ３の突出部３ａの上面に直接、溶着部品２３を配置して溶着することもできる。
【００４１】
また、ボディ３の素材として「ＰＦＡ」を使用する場合には、図９に示すように、ボディ３の突出部３ａを外側から覆うようにＰＴＦＥ製あるいは変性ＰＴＦＥ製のリング４５を配置した状態で、図３に示したような金属治具（金型）を使用して溶着を行えばよい。この場合には、図９に示す×印の部分で溶着される。
【００４２】
さらに、上記した実施の形態では、シリンダ９とボディ３との間にスペーサ１５を配置しているが、図１０に示すように、スペーサ１５を配置せずにシリンダ９とボディ３とを接続することもできる。ただし、この場合には、高温の薬液を制御するには適さない。高温下においてボディ３やダイアフラム弁体８が熱収縮を受けると、ボディ３とシリンダ９とでダイアフラム弁体８を狭持する力が弱くなってしまうからである。
【００４３】
さらにまた、上記した実施の形態では、ダイアフラム弁体を備える薬液制御弁を例示したが、本発明は、図１１に示すようなベローズ弁体４８を備える薬液制御弁１ａにも適用することができる。ここで、ベローズ弁体４８は、弁体部４８ａおよびベローズ４８ｂ（可動部に相当）と、ベローズアダプタ４８ｃ（固定部に相当）とを備えている。そして、ベローズアダプタ４８ｃの外周部とボディ３とを溶着部品２３により溶着して外部シールを行うようにすればよい。
【００４４】
また、上記した実施の形態では、ボディ３の突出部３ａとダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとを溶着により接合して外部シールを行っているが、ボディ３の突出部３ａとダイアフラム弁体８の周縁突出部２２ａとを溶接により接合して外部シールを行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施の形態に係る薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す薬液制御弁における外部シール部の拡大図である。
【図３】溶着を行うための金属治具（金型）を示す断面図である。
【図４】溶接箇所の変形例を示す図である。
【図５】溶着部品をはめ込む溝の変形例を示す図である。
【図６】溶着部品をはめ込む溝の変形例を示す図である。
【図７】溶着部品をはめ込む溝の変形例を示す図である。
【図８】溶着部品をはめ込む溝を設けない変形例を示す図である。
【図９】ＰＦＡ製のボディを使用する場合における外部シール部の断面図である。
【図１０】スペーサを配置しない変形例を示す図である。
【図１１】本発明を適用したベローズ弁体を備える薬液制御弁の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  薬液制御弁
３  ボディ
３ａ  ボディの突出部
８  ダイアフラム弁体
８ａ  弁体部
８ｂ  薄肉部
９  シリンダ
１０  ピストンロッド
１５  スペーサ
１６  Ｏリング
１９  弁座
２２  ダイアフラム弁体の周縁部
２２ａ  ダイアフラム弁体の周縁突出部
２３  溶着部品
２６  溝
【図１】
2005163877.tif 000003
【図２】
2005163877.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005163877.tif 000008
【図７】
2005163877.tif 000009
【図８】
2005163877.tif 000010
【図９】
2005163877.tif 000011
【図１０】
2005163877.tif 000012
【図１１】
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