(57)【要約】【課題】バルブを開いた時の流量をより簡易に調整することのできるバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置１は、第１の流路１２及び第２の流路１３が内部に形成されたバルブボディ１０と、第１の流路の開口を閉鎖して第１の流路と第２の流路とを遮断すると共に、第１の流路の開口を開放して第１の流路と第２の流路とを連通させる弁体２０と、弁体に開口を閉鎖させる閉位置と、開口を開放させる開位置との間で移動する操作部材４０と、操作部材の開位置を規定すると共に、電界の変化に応じて変形する化合物からなる電気駆動材料を有し、電気駆動材料の変形により、規定される開位置を変化させる調整アクチュエータ１００と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流路及び第２の流路が内部に形成されたバルブボディと、
前記第１の流路の開口を閉鎖して前記第１の流路と前記第２の流路とを遮断すると共に、前記第１の流路の開口を開放して前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させる弁体と、
前記弁体に前記開口を閉鎖させる閉位置と、前記開口を開放させる開位置との間で移動する操作部材と、
前記操作部材の前記開位置を規定すると共に、電界の変化に応じて変形する化合物からなる電気駆動材料を有し、前記電気駆動材料の変形により、規定される前記開位置を変化させる調整アクチュエータと、を備えるバルブ装置。
【請求項２】
前記調整アクチュエータは、前記電気駆動材料を含む複数の素子が、前記操作部材の移動方向に積層された構造である、請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記電気駆動材料は、圧電材料又は電気駆動型高分子材料である、請求項１又は２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記電気駆動型高分子材料は、電気性ＥＡＰ、非イオン性ＥＡＰ及びイオン性ＥＡＰのいずれかである、請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記操作部材を前記閉位置へ付勢する弾性部材と、
前記操作部材を前記弾性部材に抗して前記開位置に付勢する主アクチュエータとを更に備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記主アクチュエータは、前記調整アクチュエータの側面を流路の一部として供給される駆動流体により、前記操作部材を前記開位置に移動する、請求項５に記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記調整アクチュエータを把持する、環状のアクチュエータ押えと、
前記アクチュエータ押えの内側で前記調整アクチュエータに接続される配線と、を更に備え、
前記アクチュエータ押えは、前記アクチュエータ押えの内側と外側を連通させるアクチュエータ押え流通路を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記主アクチュエータのケーシングに対して取り付けられると共に、前記アクチュエータ押えを接続する調整ボディを更に備え、
前記調整ボディは、前記アクチュエータ押えの内側に開口し、駆動流体を供給すると共に、前記配線を通す調整ボディ流通路を有する、請求項７に記載のバルブ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法。
【請求項１０】
複数の流体機器を有する流体制御装置であって、
前記流体機器に請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバルブ装置が含まれる、ことを特徴とする流体制御装置。
【請求項１１】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項１乃至８のいずれかに記載のバルブ装置を用いたことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１２】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１乃至８のいずれかいずれか一項に記載のバルブ装置を用いたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ装置、流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、正確に計量した処理ガスを処理チャンバに供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化した集積化ガスシステムと呼ばれる流体制御装置が用いられている。この集積化ガスシステムをボックスに収容したものがガスボックスと呼ばれている。
通常、上記のガスボックスから出力される処理ガスを処理チャンバに直接供給するが、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  法）により基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックスから供給される処理ガスをバッファとしてのタンクに一時的に貯留し、処理チャンバの直近に設けられたバルブを高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給することが行われている。なお、処理チャンバの直近に設けられるバルブとしては、例えば、特許文献１，２を参照。【０００３】
ＡＬＤ法は、化学気相成長法の１つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、２種類以上の処理ガスを１種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
ＡＬＤ法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化等により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６４３３３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エア駆動式のバルブにおいて、空圧調整や機械的調整により流量を精密に調整するのは容易ではない。また、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスでは、処理チャンバ周辺が高温となるため、バルブが温度の影響を受けやすい。さらに、高頻度でバルブを開閉するので、バルブの経時、経年変化が発生しやすく、精密な流量を維持するための流量調整作業に膨大な工数を要する。【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてされたものであり、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することのできるバルブ装置、流量制御方法及び流体制御装置提供すること、並びに、プロセスガスによる処理工程において、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することのできる半導体製造方法および半導体製造装置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】
【０００７】
本開示のバルブ装置は、第１の流路及び第２の流路が内部に形成されたバルブボディと、前記第１の流路の開口を閉鎖して前記第１の流路と前記第２の流路とを遮断すると共に、前記第１の流路の開口を開放して前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させる弁体と、前記弁体に前記開口を閉鎖させる閉位置と、前記開口を開放させる開位置との間で移動する操作部材と、前記操作部材の前記開位置を規定すると共に、電界の変化に応じて変形する化合物からなる電気駆動材料を有し、前記電気駆動材料の変形により、規定される前記開位置を変化させる調整アクチュエータと、を備えるバルブ装置である。【０００８】
また、本開示のバルブ装置においては、前記調整アクチュエータは、前記電気駆動材料を含む複数の素子が、前記操作部材の移動方向に積層された構造とすることができる。【０００９】
また、本開示のバルブ装置においては、前記電気駆動材料は、圧電材料又は電気駆動型高分子材料であってもよい。また、この場合には、前記電気駆動型高分子材料は、電気性ＥＡＰ、非イオン性ＥＡＰ及びイオン性ＥＡＰのいずれかとすることができる。【００１０】
また、本開示のバルブ装置においては、前記操作部材を前記閉位置へ付勢する弾性部材と、前記操作部材を前記弾性部材に抗して前記開位置に付勢する主アクチュエータとを更に備えていてもよい。【００１１】
また、本開示のバルブ装置においては、前記主アクチュエータは、前記調整アクチュエータの側面を流路の一部として供給される駆動流体により、前記操作部材を前記開位置に移動することとしてもよい。【００１２】
また、本開示のバルブ装置においては、前記調整アクチュエータを把持する、環状のアクチュエータ押えと、前記アクチュエータ押えの内側で前記調整アクチュエータに接続される配線と、を更に備え、前記アクチュエータ押えは、前記アクチュエータ押えの内側と外側を連通させるアクチュエータ押え流通路を有してもよい。【００１３】
また、本開示のバルブ装置においては、前記主アクチュエータのケーシングに対して取り付けられると共に、前記アクチュエータ押えを接続する調整ボディを更に備え、前記調整ボディは、前記アクチュエータ押えの内側に開口し、前記駆動流体を供給すると共に、前記配線を通す調整ボディ流通路を有してもよい。【００１４】
本開示の流量制御方法は、上述のバルブ装置のうちいずれかに記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法である。【００１５】
本開示の流体制御装置は、複数の流体機器を有する流体制御装置であって、上述のバルブ装置のうちいずれかに記載のバルブ装置が含まれる流体制御装置である。【００１６】
本開示の半導体製造方法は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に、上述のバルブ装置のうちいずれかに記載のバルブ装置を用いたことを特徴とする半導体製造方法である。【００１７】
本開示の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に、上述のバルブ装置のうちいずれかに記載のバルブ装置を用いたことを特徴とする半導体製造装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のバルブ装置、流量制御方法及び流体制御装置によれば、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することができる。また本発明の半導体製造方法および半導体製造装置によれば、プロセスガスによる処理工程において、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るバルブ装置の縦断面図。
【図２】閉状態にある図１のバルブ装置の調整アクチュエータ付近の拡大断面図。
【図３】閉状態にある図１のバルブ装置のダイヤフラム付近の拡大断面図。
【図４】駆動流体の供給によるバルブ装置の動作について説明するための図。
【図５】開状態にある図１のバルブ装置の縦断面図。
【図６】図５のバルブ装置の調整アクチュエータ付近の拡大断面図。
【図７】図５のバルブ装置のダイヤフラム付近の拡大断面図。
【図８Ａ】図５のバルブ装置の流量調整時（流量減少時）の状態を説明するためのアクチュエータ付近の拡大断面図。
【図８Ｂ】図５のバルブ装置の流量調整時（流量減少時）の状態を説明するためのダイヤフラム付近の拡大断面図。
【図９Ａ】図５のバルブ装置の流量調整時（流量増加時）の状態を説明するためのアクチュエータ付近の拡大断面図。
【図９Ｂ】図５のバルブ装置の流量調整時（流量増加時）の状態を説明するためのダイヤフラム付近の拡大断面図。
【図１０】本実施形態に係るバルブ装置の半導体製造プロセスへの適用例を示す概略図。
【図１１】本実施形態のバルブ装置を用いる流体制御装置の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同様の符号を使用することにより重複した説明を省略する。
先ず、図１１を参照して、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図１１に示す流体制御装置は、金属製のベースプレートＢＳ上には、幅方向Ｗ１，Ｗ２に沿って配列され長手方向Ｇ１，Ｇ２に延びる５本のレール部材９９４が設けられている。なお、Ｗ１は正面側、Ｗ２は背面側，Ｇ１は上流側、Ｇ２は下流側の方向を示している。各レール部材９９４には、複数の流路ブロック９９２を介して各種流体機器９９１Ａ〜９９１Ｅが設置され、複数の流路ブロック９９２によって、上流側から下流側に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
【００２１】
ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの表面で開口する少なくとも２つの流路口を有する機器である。具体的には、開閉弁（２方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３方弁）９９１Ｄ、マスフローコントローラ９９１Ｅ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管９９３は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。この流体制御装置は、５本のレール部材９９４に複数の流路ブロック９９２が固定されることでそれぞれＧ２方向に流れる５つの流路が形成されており、小型化・集積化のために、それぞれの流路の幅方向Ｗ１，Ｗ２の長さを１０ｍｍ以下、すなわち、各流体機器の幅（寸法）を１０ｍｍ以下とすることができる。
【００２２】
本発明は、上記した開閉弁９９１Ａ、９９１Ｄ、レギュレータ９９１Ｂ等の種々のバルブ装置に適用可能であるが、本実施形態では、開閉弁（バルブ装置）に適用する場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構成を示す図であって、バルブが全閉時の状態を示しており、図２は図１の調整アクチュエータ付近の拡大断面図、図３は図１のダイヤフラム付近の拡大断面図である。なお、以下の説明において上方向を開方向Ａ１、下方向を閉方向Ａ２とする。
図１において、１はバルブ装置、１０はバルブボディ、２０は弁体としてのダイヤフラム、３８はダイヤフラム押え、３０はボンネット、４０は操作部材、５０はケーシング、６０は主アクチュエータ、７０は調整ボディ、８０はアクチュエータ押え、９０はコイルばね、１００は調整アクチュエータ、ＯＲはシール部材としてのＯリングを示している。
【００２３】
バルブボディ１０は、ステンレス鋼により形成されており、ブロック状のバルブボディ本体１０ａと、バルブボディ本体１０ａの側方からそれぞれ突出する接続部１０ｂ,１０ｃを有し、第１の流路１２及び第２の流路１３を画定している。第１の流路１２及び第２の流路１３の一端は、それぞれ接続部１０ｂ,１０ｃの端面でそれぞれ開口し、他端は上方が開放された凹状の弁室１４に連通している。弁室１４の底面には、第１の流路１２の他端側の開口（以下、単に「開口」という。）周縁に設けられた装着溝に合成樹脂（ＰＦＡ、ＰＡ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ等）製の弁座１５が嵌合固定されている。尚、本実施形態では、図３から明らかなように、加締め加工により弁座１５が装着溝内に固定されているが、加締めによらずに配置されていてもよい。
【００２４】
ダイヤフラム２０は、バルブボディ１０の第１の流路１２の開口を閉鎖して第１の流路１２と第２の流路１３とを遮断すると共に、第１の流路１２の開口を開放して第１の流路１２と第２の流路１３とを連通させる弁体である。ダイヤフラム２０は、弁座１５の上方に配設されており、弁室１４の気密を保持すると共に、その中央部が上下動して弁座１５に当離座することにより、第１の流路１２及び第２の流路１３を遮断又は連通する。本実施形態では、ダイヤフラム２０は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板及びニッケル・コバルト合金薄板の中央部を上方へ膨出させることにより、上に凸の円弧状が自然状態の球殻状とされている。本実施形態においては、この特殊ステンレス鋼薄板３枚とニッケル・コバルト合金薄板１枚とが積層されて、ダイヤフラム２０が構成される。
ダイヤフラム２０は、その周縁部が弁室１４の内周面の突出部上に載置され、弁室１４内へ挿入したボンネット３０の下端部をバルブボディ１０のネジ部１６へねじ込むことにより、ステンレス合金製の押えアダプタ２５を介してバルブボディ１０の前記突出部側へ押圧され、気密状態で挾持固定されている。尚、ニッケル・コバルト合金薄膜は、接ガス側に配置されている。
なお、ダイヤフラムとしては、他の構成のものも使用可能である。
【００２５】
操作部材４０は、弁体であるダイヤフラム２０に第１の流路１２の開口を閉鎖させる閉位置と、開口を開放させる開位置との間で移動する。操作部材４０は、略円筒状に形成され、ボンネット３０の内周面とケーシング５０内に形成された筒状部５１の内周面に嵌合し、上下方向に移動自在に支持されている。なお、図１および図２に示すＡ１，Ａ２は操作部材４０の移動方向であり、Ａ１はダイヤフラム２０の開状態への移動方向、Ａ２は閉状態への移動方向を示している。本実施形態では、バルブボディ１０に対して上方向が開方向Ａ１であり、下方向が閉方向Ａ２であるが、本発明はこれに限定されるわけではない。
操作部材４０の下端面にはダイヤフラム２０の中央部上面に当接するポリイミド等の合成樹脂製のダイヤフラム押え３８が装着されている。
操作部材４０の外周面に形成された鍔部４５の上面と、ケーシング５０の天井面との間には、コイルばね９０が設けられ、操作部材４０はコイルばね９０により閉方向Ａ２に向けて常時付勢されている。このため、図２に示すように、主アクチュエータ６０が作動していない状態では、鍔部４５はコイルばね９０により付勢され、鍔部４５と筒状部５１との距離はＤ０となる。この際、図３に示すように、ダイヤフラム２０は弁座１５に押し付けられ、第１の流路１２と第２の流路１３との間は閉じられた状態となっている。
なお、鍔部４５は、操作部材４０と一体であっても、別体であってもよい。
【００２６】
コイルばね９０は、ケーシング５０の内周面と筒状部５１との間に形成された保持部５２に収容されている。本実施形態では、コイルばね９０を使用しているが、これに限定されるわけではなく、皿ばねや板バネ等の他の種類の弾性部材を使用できる。
【００２７】
ケーシング５０は、その下端部内周がボンネット３０の上端部外周に形成されたネジ部３６にねじ込まれることで、ボンネット３０に固定されている。なお、ボンネット３０上端面とケーシング５０との間には、環状のバルクヘッド６３が固定されている。
操作部材４０の外周面と、ケーシング５０およびボンネット３０との間には、バルクヘッド６３によって上下に区画されたシリンダ室Ｃ１，Ｃ２が形成されている。
【００２８】
上側のシリンダ室Ｃ１には、環状に形成されたピストン６１が嵌合挿入され、下側のシリンダ室Ｃ２には、環状に形成されたピストン６２が嵌合挿入されている。これらシリンダ室Ｃ１，Ｃ２およびピストン６１，６２は、操作部材４０を弾性部材であるコイルばね９０に抗して開位置に移動させる主アクチュエータ６０を構成している。主アクチュエータ６０は、２つのピストン６１，６２を用いて圧力の作用面積を増加させることにより、駆動流体Ｇによる力を増力できるようになっている。
シリンダ室Ｃ１のピストン６１の上側の空間は、通気路５３により大気につながっている。シリンダ室Ｃ２のピストン６２の上側の空間は、通気路ｈ１により大気につながっている。
【００２９】
図４では、駆動流体Ｇが供給される領域がハッチングで示されている。駆動流体Ｇは、例えば圧縮エアであるが、これに限定されるわけではない。この図においては、説明を分かりやすくするため、駆動流体Ｇが供給される領域以外のハッチング等の記載を省略している。シリンダ室Ｃ１，Ｃ２のピストン６１，６２の下側の空間は高圧の駆動流体Ｇが供給されるため、ＯリングＯＲにより気密が保たれている。これらの空間は、操作部材４０に形成された操作部材流通路４１，４２とそれぞれ連通している。操作部材流通路４１，４２は、操作部材４０の内側に形成された第２空圧流路Ｃｈ２に連通し、第２空圧流路Ｃｈ２は、操作部材４０の内周面と調整アクチュエータ１００の外周面との間に形成された第１空圧流路Ｃｈ１に連通し、この第１空圧流路Ｃｈ１は、操作部材４０の上端面と、ケーシング５０の筒状部５１と調整ボディ７０の下端面とで形成される空間ＳＰと連通している。調整アクチュエータ１００を把持する環状のアクチュエータ押え８０は、その内側と外側を連通させるアクチュエータ押え流通路８１を有し、アクチュエータ押え流通路８１は、空間ＳＰと調整ボディ７０の中心部を貫通する調整ボディ流通路７１とを接続している。調整ボディ流通路７１は、管継手１５０を介して管１６０と連通している。これにより管１６０から供給される駆動流体Ｇは、シリンダ室Ｃ１及びＣ２に供給され、ピストン６１及び６２を方向Ａ１に押し上げる。このように、調整アクチュエータ１００の側面を流路の一部として駆動流体Ｇを供給することにより、バルブ装置１をより小型化することができる。ここで、第１空圧流路Ｃｈ１及び第２空圧流路Ｃｈ２の開閉方向Ａ１，Ａ２長さは、主アクチュエータ６０の開閉方向Ａ１，Ａ２長さ、及び調整アクチュエータ１００の開閉方向Ａ１，Ａ２長さに応じて適宜定めることができ、この場合において第２空圧流路Ｃｈ２を有さずに、操作部材流通路４１，４２が直接第１空圧流路Ｃｈ１に接続される構成であってもよい。
【００３０】
調整アクチュエータ１００は、操作部材４０の開位置を規定すると共に、電界の変化に応じて変形する化合物からなる電気駆動材料を有している。操作部材４０の開位置は、調整アクチュエータ１００の操作部材４０から受ける圧力の弾性変形により規定されるものとしてもよい。つまり調整アクチュエータ１００は、電流又は電圧により電気駆動材料の形状や大きさを変化させ、規定される操作部材４０の開位置を変化させることができる。このような電気駆動材料は、圧電材料であってもよいし、圧電材料以外の電気駆動材料であってもよい。圧電材料以外の電気駆動材料とする場合には電気駆動型高分子材料とすることができる。
電気駆動型高分子材料は、電気活性高分子材料（Electro Active Polymer:ＥＡＰ）ともよばれ、例えば外部電場やクーロン力により駆動する電気性ＥＡＰ、およびポリマーを膨潤させている溶媒を電場により流動させて変形させる非イオン性ＥＡＰ、電場によるイオンや分子の移動により駆動するイオン性ＥＡＰ等があり、これらのいずれか又は組合せを用いることができる。
【００３１】
電気性ＥＡＰとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidene DiFluoride: ＰＶＤＦ)等の圧電性高分子を用いてもよいし、アクリルゴムやシリコンゴム等の誘電体エラストマーを用いることとしてもよい。非イオン性ＥＡＰとしては、例えばポリビニルアルコールゲル（Polyvinyl alcohol: ＰＶＡ）を誘電性溶媒であるジメチルスルホキシド（Dimethyl sulfoxide: ＤＭＳＯ）で膨潤させたゲル等の非イオン性ゲルを用いることができる。
イオン性ＥＡＰとしては、例えばポリアクリロニトリル（Polyacrylonitrile: ＰＡＮ）ファイバに白金を無電解めっきしたＰＡＮ−白金ファイバ等の非イオン性ゲルを用いることができる。また、ポリピロールやポリアニリン等の電子導電性高分子を用いてもよいし、カーボンナノチューブとイオン液体を混ぜ合わたバッキーゲルを利用したバッキーゲルアクチュエータを利用してもよい。
【００３２】
また別のイオン性ＥＡＰとして、例えばフッ素系イオン交換樹脂等の電解質膜の両面に、金あるいは白金等の薄膜電極を接合した構造等のイオン導電性高分子金属接合体(Ionic Polymer-Metal Composite: IPMC)を用いることとしてもよい。特に、ＩＰＭＣを膨潤するイオン液体としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート(1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate: EMIBF4)水溶液中でイオン交換したもの（例えば、Nafion（登録商標））や、イオン液体である1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート(1-ethyl-3-methylimidazoliumtrifluoroacetate、 EMITFA) と1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド(1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide、 EMITFSI)、およびアルカリ金属イオンを含んだ水酸化ナトリウム(NaOH)を用いてイオン交換したもの（例えば、Nafion（登録商標）NRE-211）等を用いることができる。
調整アクチュエータ１００は、電気駆動材料を含む複数の素子が、操作部材４０の移動方向に積層された構造とすることができる。また調整アクチュエータ１００は、この積層された構造が容器に収められ、容器と共に変形する構成とすることができる。またこの場合には複数のアクチュエータ素子のそれぞれは、配線１０５に接続されて動作が制御される。
【００３３】
図１に示すように、調整アクチュエータ１００への給電は、配線１０５により行われる。配線１０５は、アクチュエータ押え８０の内側で調整アクチュエータ１００に接続され、そこから調整ボディ流通路７１および管継手１５０を通じて管１６０に導かれており、管１６０の途中から外部に引き出されている。外部に引き出された配線１０５は不図示の制御装置に接続され、制御装置からの電流又は電圧に基づいて調整アクチュエータ１００の伸長が制御される。
調整アクチュエータ１００の基端部１０３の開閉方向の位置は、アクチュエータ押え８０を介して調整ボディ７０の下端面により規定されている。調整ボディ７０は、ケーシング５０の上部に形成されたネジ孔５６に調整ボディ７０の外周面に設けられたネジ部がねじ込まれることにより、主アクチュエータ６０のケーシング５０に対して取り付けられる。調整ボディ７０の開閉方向Ａ１，Ａ２の位置を調整することで、調整アクチュエータ１００の開閉方向Ａ１，Ａ２の位置を調整できる。調整ボディ７０は、アクチュエータ押え８０の内側に開口し、駆動流体Ｇを供給すると共に、配線１０５を通す調整ボディ流通路７１を有している。
【００３４】
次に、上記構成のバルブ装置１の動作について図５〜図９Ｂを参照して説明する。
図５に示すように、管１６０を通じて所定圧力の駆動流体Ｇをバルブ装置１内に供給すると、ピストン６１，６２から操作部材４０へ開方向Ａ１に押し上げる推力が作用する。駆動流体Ｇの圧力は、操作部材４０にコイルばね９０から作用する閉方向Ａ２の付勢力に抗して操作部材４０を開方向Ａ１に移動させるのに十分な値に設定されている。操作部材４０に作用する開方向Ａ１の力は、調整アクチュエータ１００で受け止められ、操作部材４０のＡ１方向の移動は、操作部材４０から受ける圧力により弾性変形した開位置において規制される。つまり図６において、鍔部４５と筒状部５１との距離は、操作部材が閉位置の距離Ｄ０より、調整アクチュエータ１００が弾性変形した分だけ小さい距離Ｄ１となる。この状態において、図７に示すように、ダイヤフラム２０は、弾性変形量に応じて弁座１５からリフト量Ｌｆだけ離隔する。ここで調整アクチュエータ１００の弾性変形量が無視できる程度の場合には、例えば調整アクチュエータ１００の下面を、操作部材４０の開位置を規制するものとすることができる。
【００３５】
図５に示す状態におけるバルブ装置１の第２の流路１３から出力し供給される流体の流量を調整したい場合には、調整アクチュエータ１００を作動させる。
図８Ｂおよび図９Ｂの中心線Ｃｔの左側は、図５に示す状態を示しており、中心線Ｃｔの右側は操作部材４０の開閉方向Ａ１，Ａ２の位置を調整した後の状態を示している。
流体の流量を減少させる方向に調整する場合には、配線１０５を介した電圧の印加等により、図８Ａに示すように、調整アクチュエータ１００を伸長させて、調整アクチュエータ１００の下端面を閉方向Ａ２に移動させることにより、操作部材４０の開位置を閉方向Ａ２に移動させる。これにより開状態における操作部材４０の閉位置からの移動量は減少し、鍔部４５と筒状部５１との距離Ｄ２は通常の閉位置における距離Ｄ１より大きくなる。これにより、図８Ｂに示すように、ダイヤフラム２０と弁座１５との距離である調整後のリフト量Ｌｆ−は、調整前のリフト量Ｌｆよりも小さくなる。
流体の流量を増加させる方向に調整する場合には、配線１０５を介した電圧の印加等により、図９Ａに示すように、調整アクチュエータ１００を短縮させて、調整アクチュエータ１００の下端面を開方向Ａ１に移動させることにより、操作部材４０を開方向Ａ１に移動させる。これにより開状態における操作部材４０の閉位置からの移動量は増加し、鍔部４５と筒状部５１との距離Ｄ３は通常時の閉位置における距離Ｄ１より小さくなる。これにより、図９Ｂに示すように、ダイヤフラム２０と弁座１５との距離である調整後のリフト量Ｌｆ＋は、調整前のリフト量Ｌｆよりも大きくなる。
【００３６】
本実施形態では、ダイヤフラム２０のリフト量の最大値は１００〜２００μｍ程度で、調整アクチュエータ１００による調整量は±２０μｍ程度としているが、調整量はバルブ装置１の用途や、調整アクチュエータ１００に用いる材料等に基づいて適宜定められる。
すなわち、調整アクチュエータ１００のストロークでは、ダイヤフラム２０のリフト量をカバーすることができないが、駆動流体Ｇで動作する主アクチュエータ６０と調整アクチュエータ１００を併用することで、相対的にストロークの長い主アクチュエータ６０でバルブ装置１の供給する流量を確保しつつ、相対的にストロークの短い調整アクチュエータ１００で精密に流量調整することができ、調整ボディ７０等により手動で流量調整をする場合と比較して、流量調整工数が大幅に削減される。
本実施形態によれば、調整アクチュエータ１００に印可する電圧を変化させるだけで精密な流量調整が可能であるので、流量調整を即座に実行できるとともに、リアルタイムに流量制御をすることも可能となる。
本実施形態によれば、主アクチュエータおよび調整アクチュエータを適宜選択することにより、必要なバルブ開度を得られるとともに精密な流量制御が可能となる。
本実施形態によれば、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することができる。
【００３７】
次に、図１０を参照して、上記したバルブ装置１の適用例について説明する。
図１０に示す半導体製造装置９８０は、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は制御部、９８５は処理チャンバ、９８６は排気ポンプを示している。
ＡＬＤ法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
ガスボックス９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８５に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
タンク９８３は、ガスボックス９８２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
制御部９８４は、バルブ装置１への駆動流体Ｇの供給制御や調整アクチュエータ１００におけるバルブを開いた時の開き量の調整制御を実行する。
処理チャンバ９８５は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ９８６は、処理チャンバ９８５内を真空引きする。
【００３８】
上記のようなシステム構成によれば、制御部９８４からバルブ装置１に流量調整のための指令を送れば、処理ガスの初期調整が可能になる。また、処理チャンバ９８５内で成膜プロセスを実行途中であっても、処理ガスの流量調整が可能であり、リアルタイムに処理ガス流量の最適化ができる。つまり、本実施形態に係る半導体製造装置９８０による半導体製造方法によれば、プロセスガスによる処理工程において、バルブを開いた時の開き量をより簡易に調整することができる。
【００３９】
上記適用例では、バルブ装置１をＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  法）等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。
【００４０】
上記実施形態では、主アクチュエータとして、ガス圧で作動するシリンダ室に内蔵されたピストンを用いたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、制御対象に応じて最適なアクチュエータを種々選択可能である。
【００４１】
なお、調整ボディ７０により、操作部材４０の開位置を予め精度良く機械的に調整すれば、その後の操作部材４０の位置の高精度な制御を調整アクチュエータ１００に担わせることで、調整アクチュエータ１００の最大ストロークを可能な限り小さくできるとともに（調整アクチュエータの小型化が可能になるとともに）、操作部材４０の位置の高精度な微調整および高精度な位置制御が可能となる。
【００４２】
上記実施形態では、いわゆるノーマリクローズタイプのバルブを例に挙げたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、ノーマリオープンタイプのバルブにも適用可能である。この場合には、例えば、弁体の開度調整を調整用アクチュエータで行うようにすればよい。
【００４３】
上記実施形態では、調整アクチュエータ１００で操作部材４０に作用する力を支える（受け止める）構成としたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、操作部材４０の開位置での位置決めを機械的に行い、操作部材４０に作用する力を支持することなく操作部材４０の開閉方向の位置調整のみを調整用アクチュエータで実行する構成も可能である。
【００４４】
上記実施形態では、弁体としてダイヤフラムを例示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、他の種類の弁体を採用することも可能である。
【００４５】
上記実施形態では、バルブ装置１を流体制御装置としてのガスボックス９８３の外部に配置する構成としたが、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した流体制御装置に上記実施形態のバルブ装置１を含ませることも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  バルブ装置
１０  バルブボディ
１２  第１の流路
１３  第２の流路
１５  弁座
２０  ダイヤフラム
２５  押えアダプタ
３０  ボンネット
３８  ダイヤフラム押え
４０  操作部材
４５  鍔部
５０  ケーシング
６０  主アクチュエータ
６１，６２  ピストン
６３  バルクヘッド
７０，７０Ａ  調整ボディ
７１  調整ボディ流通路
８０  アクチュエータ押え
８１  アクチュエータ押え流通路
９０  コイルばね
１００  調整アクチュエータ
１０３  基端部
１０５  配線
１５０  管継手
１６０  管
９８１  プロセスガス供給源
９８２  ガスボックス
９８３  タンク
９８４  制御部
９８５  処理チャンバ
９８６  排気ポンプ
９８０  半導体製造装置
９９１Ａ  開閉弁（２方弁）
９９１Ｂ  レギュレータ
９９１Ｃ  プレッシャーゲージ
９９１Ｄ  開閉弁（３方弁）
９９１Ｅ  マスフローコントローラ
９９２  流路ブロック
９９３  導入管
９９４  レール部材
Ａ１  開方向
Ａ２  閉方向
Ｃ１，Ｃ２  シリンダ室
Ｃｈ１,Ｃｈ２  第１空圧流路、第２空圧流路
ＳＰ  空間
ＯＲ  Ｏリング
Ｇ  駆動流体
Ｌｆ  調整前のリフト量
Ｌｆ＋，Ｌｆ−  調整後のリフト量
【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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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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