致动器、阀、及流体控制装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种用于半导体制造装置等的流体管线的致动器、阀、及流体控制装置。


背景技术：

[0002]
提出一种在致动器中使用压电元件，且具有使压电元件的位移量放大的机构的阀(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献
[0003]
专利文献1：日本特开2003-199366号公报


技术实现要素：

(一)要解决的技术问题
[0004]
但是，由于专利文献1所公开的阀处于常开状态，因此无法应用于需要常闭状态的阀的半导体制造装置等。
[0005]
因此，本发明的目的在于，提供一种能够放大压电元件的位移量，且能够实现阀的常闭状态的技术。(二)技术方案
[0006]
为了解决上述目的，作为本发明的一方式的致动器具备：壳体；杆，其设置于所述壳体内；压电元件，其以朝向所述杆进行位移的方式支撑于所述壳体；以及位移放大机构，其使所述压电元件的位移放大，所述位移放大机构具有第一杠杆部、中间部件及第二杠杆部，所述第一杠杆部位于所述压电元件与所述中间部件之间，并具有：接受来自所述压电元件的位移的第一力点部、抵接于所述壳体并作为所述第一杠杆部的转动中心的第一支点部、以及向所述中间部件传送位移的第一作用点部，所述中间部件位于所述第一杠杆部与所述第二杠杆部之间，且构成为：接受来自所述第一杠杆部的位移，并朝向所述第二杠杆部进行位移，所述第二杠杆部具有：接受来自所述中间部件的位移的第二力点部、抵接于所述壳体并作为所述第二杠杆部的转动中心的第二支点部、及向所述杆传送位移的第二作用点部，在与所述杆的轴正交的方向上，所述第一力点部位于所述第一支点部与所述第一作用点部之间，在与所述杆的轴正交的方向上，所述第二支点部位于所述第二力点部与所述第二作用点部之间，所述第二支点部与所述第二作用点部的距离构成为比所述第二支点部与所述第二力点部的距离更长，通过所述中间部件向所述第二杠杆部侧的位移，所述第二杠杆部的所述第二作用点部朝向所述杆位移，并使所述杆朝向所述压电元件移动。
[0007]
另外，也可以是，所述第一杠杆部具有沿着所述杆的周向配置的多个第一杠杆，所述第二杠杆部具有沿着所述杆的周向配置的多个第二杠杆。
[0008]
另外，也可以是，所述位移放大机构具备保持所述多个第一杠杆的第一保持件、以及保持所述多个第一杠杆的第一保持件。
[0009]
另外，作为本发明的一方式的阀具备：主体，其形成有流体通路；阀芯，对所述流体通路进行开闭；以及上述的致动器。
[0010]
另外，作为本发明的一方式的流体控制装置，由多个流体控制设备构成，其中，所述多个流体控制设备中的至少一个是上述的阀。(三)发明效果
[0011]
根据本发明，能够提供一种能够放大压电元件的位移量且能够实现阀的常闭状态的技术。
附图说明
[0012]
图1是本发明的实施方式的处于闭状态的阀的纵截面图。图2的(a)是将第一杠杆(第二杠杆)与第一保持件(第二保持件)组合后的状态的立体图，图2的(b)是第一保持件(第二保持件)的立体图，图2的(c)是第一杠杆(第二杠杆)的侧视图。图3是阀处于闭状态时的位移放大机构的截面图。图4是阀处于开状态时的位移放大机构的截面图。图5是显示半导体制造装置的示意图。
具体实施方式
[0013]
参照附图来说明本发明一实施方式的致动器、阀及流体控制装置。
[0014]
图1表示本实施方式中的处于闭状态的阀1的纵截面图。如图1所示，阀1是隔膜阀，且是在流体控制装置55(图5)的由多个流体控制设备构成的气体管线(例如，气体管线的最上游侧)上使用的阀。
[0015]
阀1具备主体2、隔膜3及致动器4。另外，在以下的说明中，将阀1的致动器4作为上侧，将主体2侧作为下侧进行说明。
[0016]
在主体2中形成有圆柱状的阀室2a、与阀室2a连通的流入路2b及流出路2c。在主体2的流入路2b与阀室2a连通的部位的周缘(流入路2b的开口部)处，设置有朝向致动器4的杆7突出的圆环状的阀座2d。阀座2d由树脂材料等构成。另外，主体2具有圆筒部2e，该圆筒部2e设置为朝向上方延伸，呈圆筒状，并在内周部形成有内螺纹部。
[0017]
隔膜3由多片隔膜构成，且配置于阀室2a。隔膜3通过后述的环状的按压适配器9夹压其外周缘部，且保持于主体2。作为阀芯的隔膜3呈大致球壳状，且上凸的大致圆弧状为自然状态。通过隔膜3相对于阀座2d抵接及分离，进行流入路2b与流出路2c之间的连通或切断。在阀1处于闭状态时，隔膜3抵接于阀座2d，且流入路2b与流出路2c被切断。在阀1处于开状态时，隔膜3与阀座2d分离，且流入路2b与流出路2c连通。
[0018]
致动器4具有壳体20、压电元件5、盘6、杆7、螺旋弹簧8、按压适配器9、隔膜按压部10及位移放大机构30。
[0019]
壳体20具备阀帽21、中间壳体22、罩23、第一支撑环24及第二支撑环25，且整体呈大致有盖圆筒状。
[0020]
阀帽21呈大致圆筒状，且具有基部21a、上圆筒部21b及下圆筒部21c。基部21a呈具有贯通孔21d的圆板状。上圆筒部21b呈圆筒状，且从基部21a的外周缘朝向上侧突出。在上
圆筒部21b的上端部的外周形成有外螺纹部。下圆筒部21c呈圆筒状，且从基部21a的贯通孔21d与外周缘之间的位置朝向下侧突出。在下圆筒部21c的外周形成有外螺纹部。阀帽21的下圆筒部21c的外螺纹部相对于主体2的圆筒部2e的内螺纹部螺纹结合，从而相对于主体2固定。
[0021]
中间壳体22呈具有贯通孔22a的大致圆筒状。在中间壳体22的下端部的内周形成有内螺纹部，在上端部的外周形成有外螺纹部。中间壳体22的下端部的内螺纹部与阀帽21的上圆筒部21b的外螺纹部螺纹结合，从而中间壳体22相对于阀帽21固定。
[0022]
罩23呈有盖圆筒状。在罩23的下端部的内周形成有内螺纹部。罩23的下端部的内螺纹部与中间壳体22的上端部的外螺纹部螺纹结合，从而罩23相对于中间壳体22固定。另外，在罩23中设置有板23a和锁紧螺母23b。
[0023]
第一支撑环24呈大致圆筒状，且配置在阀帽21的基部21a上。在第一支撑环24的上端部设置有朝向内方突出的环状的凸部24a。第一支撑环24的外径构成为比阀帽21的上圆筒部21b的内径稍小。
[0024]
第二支撑环25呈具有贯通孔25a的大致圆板状，且配置在阀帽21的基部21a上。第二支撑环25的上表面25b的中央部形成有凹部25c。第二支撑环25设置于第一支撑环24的内侧，第二支撑环25的外径构成为比第一支撑环24的内径稍小。
[0025]
压电元件5配置在后述的盘6上，且设置于中间壳体22内。压电元件5连接有一对引线端子5a、5b，引线端子5a、5b贯通罩23及板23a而朝向外部延伸。当向一对引线端子5a、5b施加规定的电压时，压电元件5由于逆压电效应而变形。压电元件5通过板23a及锁紧螺母23b限制其上端向上侧的变形，压电元件5的变形向下侧传递，盘6位移。通过调整锁紧螺母23b的紧固量，以调整由压电元件5的变形所导致的盘6的位移量。
[0026]
盘6位于压电元件5的下侧，且设置为能够在阀帽21的上圆筒部21b内朝向上下方向移动。在盘6的下表面侧设置有朝向下方突出的突出部6a。在突出部6a的中央部形成有朝向上方凹进的凹部6b。在突出部6a的外周缘设置有朝向下方突出的环状的突起部6c。突起部6c的下表面6d呈平面状。
[0027]
杆7位于盘6的下侧，且设置为能够朝向上下方向移动。杆7具有上杆7a和下杆7b。上杆7a具有圆板部7c、上延伸部7d及下延伸部7e。圆板部7c呈圆板状，且位于阀帽21的上圆筒部21b内。圆板部7c的外径构成为比上延伸部7d及下延伸部7e的外径更大。
[0028]
上延伸部7d呈正六角柱状，且从圆板部7c的中央部朝向上侧延伸。上延伸部7d的上端构成为：虽然位于盘6的凹部6b内，但是即使杆7上下移动也不与盘6接触。下延伸部7e从圆板部7c的中央部朝向下侧延伸。下延伸部7e具有正六角柱部7e1和圆柱部7e2。正六角柱部7e1位于圆板部7c的下侧，圆柱部7e2位于正六角柱部7e1的下侧。圆柱部7e2贯通第二支撑环25的贯通孔25a及基部21a的贯通孔21d，圆柱部7e2的下端部位于下圆筒部21c内，且在其外周形成有外螺纹部。
[0029]
下杆7b呈大致圆筒状，且位于下圆筒部21c内。在下杆7b的上端部的内周形成有内螺纹部。下杆7b的上端部的内螺纹部与上杆7a的下端部的外螺纹部螺纹结合，由此下杆7b相对于上杆7a固定。
[0030]
螺旋弹簧8设置于下圆筒部21c内，且介于基部21a与下杆7b之间，始终朝向下侧对杆7施力。
[0031]
按压适配器9呈环状，夹压隔膜3的外周缘部，且将隔膜3保持于主体2。
[0032]
隔膜按压部10设置于杆7的下侧，且能够按压隔膜3的中央部。
[0033]
接着，针对位移放大机构30加以说明。
[0034]
图2的(a)表示将第一杠杆31(第二杠杆34)与第一保持件32(第二保持件35)组合后的状态的立体图，图2的(b)表示第一保持件32(第二保持件35)的立体图，图2的(c)表示第一杠杆31(第二杠杆34)的侧视图。另外，图2中的第一杠杆31及第一保持件32图示出相对于图1、图3所示的第一杠杆31及第一保持件32上下反转后的状态。因而，在图2中对上下反转后的状态的第一杠杆31及第一保持件32进行说明。
[0035]
位移放大机构30具备六个第一杠杆31、第一保持件32、中间部件33、六个第二杠杆34及第二保持件35。六个第一杠杆31相当于第一杠杆部，六个第二杠杆34相当于第二杠杆部。
[0036]
六个第一杠杆31分别独立并呈相同形状，且沿着壳体20的圆周方向等间隔地配置于上延伸部7d的周围。各第一杠杆31由金属(例如，不锈钢)、树脂、陶瓷等构成，且具有在后述的阀1进行开闭动作时不变形(不应变)的硬度。即，各第一杠杆31相对于阀1的开闭动作而作为刚体发挥作用。
[0037]
各第一杠杆31具有内侧部31a和外侧部31b，且呈从外侧部31b朝向内侧部31a前端细的形状。外侧部31b以朝向上侧屈曲的方式与内侧部31a连接。如此，各第一杠杆31具有屈曲部31h。在内侧部31a形成有插入孔31c。
[0038]
如图2的(c)所示，第一杠杆31具有第一主面31d及第二主面31e。第一主面31d及第二主面31e的构成内侧部31a及外侧部31b的部分分别呈平面状。
[0039]
各第一杠杆31的外端部31f及内端部31g以与将杆7的轴作为中心的圆的切线方向平行的方式延伸。并且，如图3所示，各第一杠杆31以第一主面31d朝向下侧、第二主面31e朝向上侧的方式配置，且各第一杠杆31的外端部31f与第一支撑环24的凸部24a的上表面24b线接触，内端部31g与杆7的上延伸部7d的正六角柱的各面对置而与中间部件33的上表面33f线接触。另外，盘6的下表面6d相对于第二主面31e中的第一杠杆31的屈曲部31h线接触。
[0040]
第一保持件32由橡胶等具有柔软性的材料构成，在俯视观察下呈大致六角形状，并形成有正六角形状的插入孔32a。第一保持件32具有环状部32b、六个第一突起32c及六个第二突起32d。
[0041]
六个第一突起32c分别呈大致圆柱状，且相对于环状部32b等间隔地配置在致动器4的圆周方向。
[0042]
六个第二突起32d分别设置于相邻的第一突起32c之间，且在俯视观察下呈朝向环状部32b的中心前端细的形状。
[0043]
就各第一杠杆31而言，通过向其内侧部31a的插入孔31c插入第一保持件32的第一突起32c，从而保持于第一保持件32。各第一杠杆31配置于相邻的第二突起32d之间，由此抑制各第一杠杆31的旋转。
[0044]
在环状部32b的正六角形状的插入孔32a中插入有正六角柱状的上延伸部7d。由于插入孔32a具有比上延伸部7d的外形稍大的尺寸，因此抑制第一保持件32相对于上延伸部7d的旋转。
[0045]
中间部件33呈大致环状，且如图3所示位于第一杠杆31及第一保持件32的下侧。中
间部件33具有上传递部33a和下传递部33b。上传递部33a位于第一支撑环24的凸部24a的内侧。在上传递部33a的中央部形成有正六角形状的上贯通孔33c。上贯通孔33c的尺寸构成为比上延伸部7d的尺寸稍大。上延伸部7d贯通于上贯通孔33c。
[0046]
在下传递部33b的上传递部33a侧形成有圆柱状的中间贯通孔33e，且在其下侧形成有下贯通孔33d。中间贯通孔33e的内径构成为比杆7的圆板部7c的外径稍大。圆板部7c能够沿着中间贯通孔33e的内周上下移动。下贯通孔33d的内径构成为比中间贯通孔33e的内径更大。
[0047]
六个第二杠杆34及第二保持件35位于中间部件33的下侧，且如图2所示分别具有与六个第一杠杆31及第一保持件32相同的构成、形状。
[0048]
即，各第二杠杆34由金属(例如，不锈钢)、树脂、陶瓷等构成，具有在后述的阀1进行开闭动作时不变形(不应变)的硬度，且具有形成有插入孔34c的内侧部34a、和外侧部34b。各第二杠杆34的外端部34f及内端部34g以与将杆7的轴作为中心的圆的切线方向平行的方式延伸。另外，如图2的(c)所示，第二杠杆34具有第三主面34d及第四主面34e，第三主面34d及第四主面34e的构成内侧部34a及外侧部34b的部分分别呈平面状。
[0049]
并且，如图3所示，六个第二杠杆34沿着壳体20的圆周方向等间隔地配置于正六角柱部7e1的周围。各第二杠杆34以第三主面34d朝向上侧、第四主面34e朝向下侧的方式配置，各第一杠杆34的外端部34f与中间部件33的下表面33g线接触，内端部34g与正六角柱部7e1的各面对置而与杆7的圆板部7c的下表面7f线接触。另外，第二支撑环25的上表面25b与第二主面34e中的第二杠杆34的屈曲部34h线接触。
[0050]
第二保持件35由橡胶等具有柔软性的弹性材料构成，在俯视观察下呈大致六角环状，且形成有正六角形状的插入孔35a。第二保持件35具有环状部35b、六个第三突起35c及六个第四突起35d。
[0051]
就各第二杠杆34而言，通过向其内侧部34a的插入孔34c插入第二保持件35的第三突起35c，从而保持于第二保持件35。各第二杠杆34配置于相邻的第四突起35d之间，由此抑制各第二杠杆34的旋转。
[0052]
杆7的正六角柱状的正六角柱部7e1插入第二保持件35的正六角形状的插入孔35a。由于插入孔35a具有比正六角柱部7e1的外形稍大的尺寸，因此抑制第二保持件35相对于正六角柱部7e1的旋转。
[0053]
接着，针对本实施方式的阀1的开闭动作进行说明。
[0054]
图3表示阀1处于闭状态时的位移放大机构30的截面图。图4表示阀1处于开状态时的位移放大机构30的截面图。
[0055]
如图1所示，在阀1处于闭状态的情况下，并未对压电元件5施加规定的电压，杆7被螺旋弹簧8朝向下方施力，并位于最下端。在阀1从图1、图3所示的闭状态成为图4所示的开状态时，对压电元件5施加规定的电压，压电元件5的变形(位移)传递至盘6。通过盘6朝向下侧移动(位移)，各第一杠杆31的屈曲部31h被盘6的下表面6d按压，从而各第一杠杆31以与第一支撑环24的凸部24a的上表面24b抵接的外端部31f为中心转动。由此，各第一杠杆31的内端部31g向下侧移动，中间部件33的上表面33f被按压，从而中间部件33向下侧移动。
[0056]
通过中间部件33向下侧移动，各第二杠杆34的外端部34f被中间部件33的下表面33g推压，从而各第二杠杆34以各第二杠杆34的屈曲部34h为中心转动。由此，各第二杠杆34
的内端部34g向上侧移动，杆7的圆板部7c的下表面7f被按压，从而杆7克服螺旋弹簧8的作用力而向上侧移动。由此，由于按压隔膜3的力消失，因此隔膜3通过在流入路2b中流动的流体的压力及隔膜3本身的复原力而被上推，且与阀座2d分离，从而流入路2b与流出路2c连通。
[0057]
另一方面，在阀1从图4所示的开状态成为图1、图3所示的闭状态时，解除对压电元件5施加的规定的电压，且压电元件5恢复初始状态。因此，由于通过位移放大机构30将杆7向上推的力消失，因此杆7及隔膜3被螺旋弹簧8的作用力推压，并抵接于阀座2d，从而流入路2b与流出路2c的连通被切断。
[0058]
在本实施方式中，由压电元件5的变形所导致的盘6的位移通过位移放大机构30放大，并传递至杆7。即，在将第一杠杆31的外端部31f相对于第一支撑环24的上表面24b的抵接部a1作为支点，将第一杠杆31的屈曲部31h相对于盘6的下表面6d的抵接部b1作为力点，将第一杠杆31的内端部31g相对于中间部件33的上表面33f的抵接部c1作为作用点的情况下，在与杆7的轴正交的方向上，抵接部a1与抵接部c1的距离是抵接部a1与抵接部b1的距离的数倍(在本实施方式中约为3.5倍)。因而，根据杠杆原理，第一杠杆31的内端部31g的位移相对于第一杠杆31的屈曲部31h的位移、即由压电元件5的变形所导致的盘6的位移为约3.5倍。
[0059]
另外，在将第二杠杆34的屈曲部34h相对于第二支撑环25的上表面25b的抵接部a2作为支点，将第二杠杆34的外端部34f相对于中间部件33的下表面33g的抵接部b2作为力点，将第二杠杆34的内端部34g相对于杆7的圆板部7c的下表面7f的抵接部c2作为作用点的情况下，在与杆7的轴正交的方向上，抵接部a2与抵接部b2的距离是抵接部a2与抵接部c2的距离的数倍(在本实施方式中约为3.5倍)。因而，根据杠杆原理，第二杠杆34的内端部34g的位移相对于第二杠杆34的外端部34f的位移为约3.5倍。因此，第二杠杆34的内端部34g的位移相对于由压电元件5的变形所导致的盘6的位移为约12倍。
[0060]
如此，由压电元件5的变形所导致的盘6的位移构成为：通过位移放大机构30放大，而使杆7向上侧移动。由此，即使压电元件5的位移量(例如20μm)较小，也能够增大杆7的位移量。另外，各第二杠杆34的内端部34g通过由电压施加所导致的压电元件5的位移而朝向压电元件5位移，并使杆7朝向压电元件5移动。由此，能够使常闭状态的阀1呈开状态。
[0061]
在第一杠杆31中，外端部31f相当于第一支点部，屈曲部31h相当于第一力点部，内端部31g相当于第一作用点部。在第二杠杆34中，外端部34f相当于第二力点部，屈曲部34h相当于第二支点部，内端部34g相当于第二作用点部。
[0062]
如上所述，根据具备本实施方式的致动器4的阀1，在位移放大机构30中，在与杆7的轴正交的方向上，作为第一力点部的屈曲部31h位于作为第一支点部的外端部31f与作为第一作用点部的内端部31g之间，作为第二支点部的屈曲部34h位于作为第二力点部的外端部34f与作为第二作用点部的内端部34g之间，屈曲部34h与内端部34g的距离构成为比屈曲部34h与外端部34f的距离更长。并且，通过中间部件33向各第二杠杆34侧的位移，各第二杠杆34的内端部34g朝向压电元件5位移，并使杆7朝向压电元件5位移。因而，能够使压电元件5的位移放大，并且能够通过压电元件5的位移使杆7朝向压电元件5侧位移。因此，能够提供常闭状态的阀1。
[0063]
由于位移放大机构30具有多个第一杠杆31和多个第二杠杆34，因此通过沿着杆7
的周向等间隔地配置该多个杠杆，能够均等地进行从压电元件5经由中间部件33朝向杆7的力的传递，且能够将压电元件5的位移顺利地传递至杆7。
[0064]
另外，由于多个第一杠杆31被第一保持件32保持，多个第二杠杆34被第二保持件35保持，因此能够提高致动器4及阀1的组装性。
[0065]
接着，对使用上述已说明的阀1的流体控制装置55及具备流体控制装置55的半导体制造装置60进行说明。
[0066]
图5是半导体制造装置60的示意图。半导体制造装置60例如是cvd装置，具有：具备流体控制装置55的气体供给组件50、真空腔70及排气组件80，且是在晶圆上形成钝化膜(氧化膜)的装置。
[0067]
气体供给组件50具备气体供给源51、压力计52及流体控制装置55。流体控制装置55具有由多个流体控制设备构成的多个气体管线，且具备开闭阀53、54、和mfc1～4(质量流量控制器)作为流体控制设备。在气体供给组件50与真空室70之间设置有开闭阀61。真空腔70具备用于载置晶圆72的载置台71和用于在晶圆72上形成薄膜的电极73。在真空腔70连接有商用电源62。排气组件80具备排气配管81、开闭阀82及集尘器83。
[0068]
当在晶圆72上形成薄膜时，可通过开闭阀53、54的开闭、mfc1～4、及开闭阀61的开闭控制气体向真空室70的供给。另外，当除去在晶圆72上形成了薄膜时所产生的属于副生成物的粉粒体时，开闭阀82呈开状态，经由排气配管81通过集尘器83除去粉粒体。
[0069]
并且，能够将本实施方式中的阀1应用于开闭阀53、54、61、82。如上所述，由于阀1的耐久性优异，因此能够提供耐久性优异的流体控制装置55。
[0070]
另外，虽然已对半导体制造装置60为cvd装置的情况进行了说明，但也可是溅镀装置或蚀刻装置。蚀刻装置(干式蚀刻装置)由处理室、气体供给组件(流体控制装置)、排气组件构成，且为利用由反应性的气体所导致的腐蚀作用对材料表面等的装置进行加工。溅镀装置由靶材、真空腔、气体供给组件(流体控制装置)、排气组件构成，是将材料表面成膜的装置。
[0071]
另外，本实施方式不限定于上述的实施方式。本领域技术人员可以在本发明的范围内进行各种的追加或变更等。
[0072]
例如，虽然上述实施方式中的位移放大机构30具备六个第一杠杆31、第一保持件32、中间部件33、六个第二杠杆34及第二保持件35，但是也可以不具备第一保持件32及第二保持件35。另外，虽然第一杠杆部及第二杠杆部分别通过独立的六个部件构成，但是六个第一杠杆31或六个第二杠杆34也可以是在它们的内周缘或外周缘连接而成的一体结构。在这种情况下，第一杠杆31或第二杠杆34也可以由伴随盘6及中间部件33的位移而变形的金属、树脂等材料构成。另外，虽然位移放大机构30具有六个第一杠杆31及六个第二杠杆34，但是只要分别为二个以上即可。
[0073]
另外，螺旋线圈8也可以由碟形弹簧构成。虽然阀座是将由树脂构成的环状的阀座2d内嵌而构成，但是也可以由与主体2相同的金属材料形成圆环状的凸部，以构成阀座。附图标记说明
[0074]
1：阀；2：主体；2b：流入路；2c：流出路；3：隔膜；4：致动器；5：压电元件；7：杆；20：壳体；30：位移放大机构；31：第一杠杆部；31f：外端部；31g：内端部；31h：屈曲部；33：中间部件；34：第二杠杆部；34f：外端部；34g：内端部；34h：屈曲部；55：流体控制装置。