電動バルブ、マスフローコントローラおよび基板処理装置

【課題】弁体の動作速度をさらに高速にでき、かつ大流量を制御できる電動バルブを提供すること。
【解決手段】流路１３を流れる流体の流量を制御する目的で、流路１３に開度を可変可能な弁構造３５を設け、この弁構造３５の弁体３７と弁体３７のアクチュエータであるピエゾ素子４２との間に、ピエゾ素子４２の伸縮を拡大して弁体３７に伝達する変位拡大機構（ストローク拡大機構）５０を設けた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は電動式のバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流路に設けられた弁構造の弁体に、アクチュエータとしてピエゾ素子を連結して、ピエゾ素子に電圧を印加することにより伸縮させ、これにより弁構造の開度を制御するバルブが知られている。弁体を開閉するアクチュエータとしてピエゾ素子を用いることで、動作速度の速い流量可変バルブとすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６２７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、ピエゾ変位量が小さく大流量の制御が難しいため、大流量を制御できる電動式のバルブが求められていた。
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、弁体の変位量を拡大し、従来より大流量を制御できる電動バルブ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】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、流路に開度を可変可能な弁構造を設け、ピエゾ素子の伸縮を拡大して弁体に伝達するストローク拡大機構を設けた。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図。
【図２】図２は、第１の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図。
【図３】図３は、第１の実施形態の電動バルブを用いたマスフローコントローラの構成を模式的に示す図。
【図４】図４は、第１の実施形態の電動バルブの弁構造を示す斜視図。
【図５】図５は、第２の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図。
【図６】図６は、第２の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図。
【図７】図７は、第２の実施形態の電動バルブの変形例の全閉状態を示す縦断面図。
【図８】図８は、第２の実施形態の電動バルブの変形例の全開状態を示す縦断面図。
【図９】図９は、第３の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図。
【図１０】図１０は、第３の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図。
【図１２】図１２は、第４の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図。
【図１３】図１３は、比較例としての電動バルブの全閉状態を示す縦断面図。
【図１４】図１４は、比較例としての電動バルブの全開状態を示す縦断面図。
【図１５】図１５は、図３のマスフローコントローラが適用される基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる電動バルブを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図である。図２は、第１の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図である。図１において、電動バルブ９１は、ケーシング本体１０ａと弁ボディ１０ｂとから成るケーシング１０を有している。弁ボディ１０ｂには、第１入出力ポート１１と第２入出力ポート１２を有する流路１３が形成されている。流路１３には、弁構造３５が設けられている。弁構造３５は、流路１３が部分的に狭くされて形成された弁座３６と、この弁座３６を密閉可能に対向する弁体（ポペット）３７とから構成されている。電動バルブ９１は、弁構造３５を開閉することにより流路１３に流体を流したり遮断したりする。
【００１０】
ケーシング本体１０ａには、流路１３に対してほぼ直交する第１の方向（図１の上下方向）に延び、上下に摺動するシャフト２１が設けられている。シャフト２１は、ケーシング本体１０ａの中央部に形成された貫通穴の両端部に設けられた軸受けに支持されて、図１の上下方向に摺動可能に設けられている。シャフト２１の図１の下側端は流路１３の内部まで延び、その先端に弁体３７が取り付けられている。
【００１１】
ケーシング本体１０ａの弁ボディ１０ｂと反対側に、ピエゾ素子４２が設けられている。ピエゾ素子４２は、詳細には複数のピエゾ素子が第１の方向に積層されてなるピエゾスタックである。ピエゾ素子４２は、端子ｈ、ｇに電圧を印加されて通電する時は第１の方向（図１の上下方向）に長さを伸ばし、断電時には第１の方向に長さを縮めるという性質を持っている。
【００１２】
本実施形態においては、ピエゾ素子４２と上記弁体３７を支持するシャフト２１との間に変位拡大機構（ストローク拡大機構）５０が設けられている。変位拡大機構５０は、ケーシング本体１０ａに形成された空間としての段付きシリンダ５３と、大径ピストン５２、および小径ピストン５１によって構成されている。段付きシリンダ５３は、ピエゾ素子４２側に設けられた大径のシリンダとシャフト２１側に設けられた小径のシリンダとから成り、大径のシリンダに設けられた大径ピストン５２と小径のシリンダに設けられた小径ピストン５１とで密閉された空間内部には水などの低粘度の作動液５４が充填されている。ピエゾ素子４２が大径ピストン５２を変位させると、大径のシリンダ内の作動液５４が小径のシリンダ内に移動したり、また逆に小径のシリンダ内の作動液が大径のシリンダ内に移動したりして、小径ピストン５１は大径ピストン５２の移動量より拡大された移動量でシャフト２１を移動させる。すなわち、変位拡大機構５０は、ピエゾ素子４２の伸縮を拡大して弁体３７に伝達するストローク拡大機構を構成している。なお、ケーシング本体１０ａに形成された空間にシリンダ容器を入れることによって、段付きシリンダ５３を構成してもよい。
【００１３】
このような構成の電動バルブ９１は、端子ｈ、ｇに印加される電圧により弁構造３５の開度を変化させることができ、流量制御弁として用いられる。図３は、第１の実施形態の電動バルブ９１を用いたマスフローコントローラの構成を模式的に示す図である。マスフローコントローラ１００は、ガス流路構成部材１１０と、流量検出部１２０と、流量調整部１３０と、流量制御処理部１４０と、を備える。
【００１４】
ガス流路構成部材１１０は、図示しないガス供給装置側からの配管と接続されるガス流入口１１１と、図示しないプラズマ処理室側の配管と接続されるガス流出口１１２と、ガス流入口１１１とガス流出口１１２との間のガス流路１１３と、を有する。ガス流路１１３は、ガス流入口１１１とガス流出口１１２との間でガスを流す主流部１１３ａと、ガス流量を検知するためのバイパス路１１３ｂと、を有する。ガス流路１１３の一部は、Ｌ字状に曲げられており、その部分に本実施形態の電動バルブ９１で構成された流量調整部１３０が設けられている。
【００１５】
流量調整部（電動バルブ９１）１３０は、第２入出力ポート１２（この場合は、入力ポート１２）と第１入出力ポート１１（この場合は、出力ポート１１）の間のＬ字状に曲げられた部分に形成された弁座３６と、この弁座３６に対して離間可能に支持されて流路を開閉する弁体（ポペット）３７と、弁体３７を弁座３６に対して進退動させるアクチュエータとして働くピエゾ素子４２とを有し、弁体３７とピエゾ素子４２とは図示しない変位拡大機構及びシャフト２１を介して接続されている。
【００１６】
流量検出部１２０は、たとえば熱式質量流量計からなり、バイパス路１１３ｂに設けられる２つのサーモレジスタ１２１，１２２と、２つのサーモレジスタ１２１，１２２間での抵抗変化を検出するブリッジ回路１２３と、を有する。サーモレジスタ１２１，１２２は、抵抗温度係数の大きな抵抗体からなり、バイパス路１１３ｂの上流側と下流側にそれぞれ巻きつけられている。
【００１７】
具体的には、センシングを行う場合に、サーモレジスタ１２１，１２２に電流を流して２つのサーモレジスタ１２１，１２２が加熱された状態とする。この状態で、バイパス路１１３ｂ内にガスが流れない場合には、サーモレジスタ１２１，１２２は同じ温度でバランスする。一方、バイパス路１１３ｂ内にガスが流れる場合には、上流側（サーモレジスタ１２１側）はガスによって熱を奪われ、逆に下流側（サーモレジスタ１２２側）は上流側から奪われた熱によって温度が上昇する。これによって、サーモレジスタ１２１，１２２間に温度差が生じ、この際に生じる抵抗値の変化がブリッジ回路１２３で検出され、流量測定値として出力される。
【００１８】
流量制御処理部１４０は、増幅回路１４１と、流量設定回路１４２と、比較制御回路１４３と、変位量記憶部１４４と、設定回路１４５と、を有する。増幅回路１４１は、ブリッジ回路１２３によって電気的に出力された流量測定値を増幅する。流量設定回路１４２は、予め設定されたガス流量を比較制御回路１４３に対して設定する。
【００１９】
比較制御回路１４３は、増幅回路１４１からの流量測定値を流量設定回路１４２で設定された流量設定値と比較し、両者に差分がある場合には、その差分を打ち消す方向に（または差分が所定の範囲内に収まるように）流量調整部（電動バルブ９１）１３０の開度（弁体３７の位置）を変化させる設定信号、すなわちピエゾ素子４２によって変化させる弁体３７の変位量を算出し、設定回路１４５に出力する。また、比較制御回路１４３は、流量測定値信号と流量設定値との差分に対して、流量調整部１３０（電動バルブ９１）の開度をどの程度変化させればよいかについての開度制御情報を保持しており、この開度制御保持情報に基づいて変位量を出力する。
【００２０】
変位量記憶部１４４は、半導体基板等に対するガスを用いた加工条件としてガス流量を変化させた場合に、所望のガス流量を得るための流量調整部（電動バルブ９１）１３０の開度、具体的には弁体３７の変位量、を処理工程ごとに記憶した変位量記憶情報を格納する。この変位量記憶情報に記憶される変位量としては、前の工程での弁体３７の位置からの変位量とすることもできるし、弁体３７の基準位置からの変位量とすることもできる。
【００２１】
以上のように、本実施形態の電動バルブ９１によれば、ピエゾ素子４２と弁体３７を支持するシャフト２１との間に変位拡大機構（ストローク拡大機構）５０が設けられているので、ピエゾ素子４２の伸縮動作を拡大して弁体３７に伝達することができ、弁体３７の可動範囲を拡大することで大流量を制御することができる。また、ピエゾ素子４２の伸縮動作速度を向上できるため、弁体３７の可動速度を向上することも可能である。
【００２２】
図４は、本実施形態の電動バルブの弁構造を示す斜視図である。本実施形態の弁構造３５においては、弁座３６は、例えばその周縁部に径方向に対して凹凸が形成された平断面構造を有する短尺筒状を成している。一方、弁体３７は、これに対応する形状の平板状を成している。このような構成にすることにより、弁座３６と弁体３７との間に形成される開口部が、単純な円筒面ではなく円筒面に対して周縁凹凸状の開口部となる。開口部を通過しようとする流体は開口部の縁に直交する方向に吐出する。そのため、開口縁部が円周に対して凹凸している本実施形態の弁座３６においては、開口部が円形のものより吐出量を多くすることができ、更に大流量を制御することができる。
【００２３】
なお、上記のような理由から弁座３６の開口部は、凹凸を連続させた平断面構造に限らず、周縁に沿って平面方向に出入りするような波形形状であってもよく、すなわち、開口縁が周縁に沿って平面方向に蛇行しているような形状であれば概ね同様の効果を得ることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図である。図６は、第２の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動バルブ９２においては、変位拡大機構５０の内部に作動液５４を加熱膨脹させるヒータ（加熱手段）６０が設けられている。なお、作動液５４としては、水以外に、低粘度で膨張率の高いエーテルや、シリコンオイルが用いられている。この第２の実施形態においては、ピエゾ素子４２が伸張したときに全開し、ピエゾ素子４２が縮んだときに全閉する弁構造３５が採用されている。
【００２５】
本実施形態の電動バルブ９２においては、端子ｈ、ｇを介してピエゾ素子４２に電圧が印加されて通電されるときに、ヒータ（加熱手段）６０にも通電される。ピエゾ素子４２は、端子ｈ、ｇに電圧を印加される通電時には第１の方向（図５の上下方向）に長さを伸ばし、断電時には第１の方向に長さを縮めるという性質を持っている。ヒータ６０は、通電時、作動液５４を加熱して膨脹させるので、第２の実施形態の変位拡大機構５０は、ヒータ６０が設けられていない第１の実施形態の変位拡大機構５０比べ、ピエゾ素子４２の伸縮動作をさらに拡大して弁体３７に伝達する。そのため、弁体３７の可動範囲をさらに拡大することで大流量を制御することができる。また、ピエゾ素子４２が伸張して弁構造３５が開となるときに、ヒータ６０に通電しているので、弁構造３５の開方向への動作速度をさらに向上できる。
【００２６】
図７、図８は、第２の実施形態の電動バルブの変形例を示すもので、図７は電動バルブの全閉状態を示す縦断面図であり、図８は電動バルブの全開状態を示す縦断面図である。この変形例においては、ピエゾ素子４２が伸張したときに全閉し、ピエゾ素子４２が縮んだときに全開する弁構造３５が採用されている。また、ピエゾ素子への給電端子ｈ、ｇと、ヒータ６０への給電端子ｊ、ｋを独立させている。この変形例の場合、ヒータ６０を有する変位拡大機構５０によって弁体３７の可動範囲を拡大することで大流量を制御可能な点は図５、図６と同様であるが、この変形例の場合は、弁構造３５が閉となるときに、ヒータ６０に通電しており、弁構造３５の閉方向への動作速度を向上できる。
【００２７】
なお、これらの第２の実施形態の電動バルブの場合は、流量制御弁よりオンオフ弁への適用が容易である。この第２の実施形態の電動バルブに対しても図４に示した弁構造を適用するようにしてもよい。
【００２８】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図である。図１０は、第３の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図である。電動バルブ９３は、ケーシング本体１０ａと弁ボディ１０ｂとから成るケーシング１０を有している。弁ボディ１０ｂには、第１入出力ポート１１と第２入出力ポート１２を有する流路１３が形成されている。流路１３には、弁構造３５が設けられている。弁構造３５は、流路１３が部分的に狭くされて形成された弁座３６と、この弁座３６を密閉するように対向する弁体（ポペット）３７とから構成されている。電動バルブ９３は、弁構造３５を開閉することにより流路１３に流体を流したり遮断したりする。
【００２９】
ケーシング本体１０ａには、流路１３に対してほぼ直交する第１の方向（図９の上下方向）に上下動可能に設けられたシャフト２１が設けられている。シャフト２１は、ケーシング本体１０ａのほぼ中央部を貫通して図９の上下方向に摺動可能に設けられている。シャフト２１の下側端は流路１３の内部まで延び、その先端に弁体３７が取り付けられている。
【００３０】
ケーシング本体１０ａの弁ボディ１０ｂと反対側に、機械増幅式ピエゾ素子（以下、単にピエゾ素子）４０が設けられている。ピエゾ素子４０は、端子ｅ，ｆに電圧を印加されると、通電時には長手方向に長さを伸ばし、断電時には長手方向に長さを縮めるという性質を持っている。本実施形態においては、ピエゾ素子４０の一端をケーシング本体１０ａに固定し他端をロッド３８によりシャフト２１と連結している。支点部材３８ａは、ロッド３８のピエゾ素子４０との接続端と、ロッド３８のシャフト２１との接続端との中央位置よりピエゾ素子４０に近い位置を支点としてロッド３８を支持しており、てこの作用が働いてピエゾ素子４０の伸縮が拡大してシャフト２１に伝達される。このように、ロッド３８と支点部材３８ａとは、ピエゾ素子４０とシャフト２１とを連結しピエゾ素子４０の伸縮を拡大して上記シャフト２１に伝達するストローク拡大機構を構成している。本実施形態によれば、ピエゾ素子４０に近い位置を支点とするてこの作用が働くので、弁構造３５の可動範囲を拡大することができる。この第３の実施形態の電動バルブは、流量制御弁、オンオフ弁への適用が可能である。この第３の実施形態の電動バルブに対しても図４に示した弁構造を適用するようにしてもよい。
【００３１】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態の電動バルブの全開状態を示す縦断面図である。図１２は、第４の実施形態の電動バルブの全閉状態を示す縦断面図である。図１１および図１２において、電動バルブ９４は、オンオフバルブである。電動バルブ９４は、ケーシング本体１０ａと弁ボディ１０ｂとから成るケーシング１０を有している。弁ボディ１０ｂには、第１入出力ポート１１と第２入出力ポート１２を有する流路１３が形成されている。流路１３には、弁構造１５が設けられている。弁構造１５は、流路１３が部分的に狭くされて形成された弁座１６と、この弁座１６を密閉するように対向する弁体（ポペット）１７とから構成されている。電動バルブ９４は、弁構造１５を開閉することにより流路１３に流体を流したり遮断したりする。
【００３２】
一方、ケーシング本体１０ａには、弁ボディ１０ｂに対してほぼ直交する第１の方向（図１１の上下方向）に上下動可能に設けられたシャフト体２０が設けられている。シャフト体２０は、ケーシング本体１０ａのほぼ中央部を貫通して図１１の上下方向に摺動可能に設けられた棒状のシャフト２１と、中心穴にシャフト２１を貫通させてシャフト２１に固着された鉄製円板状の可動コア２３とから構成されている。可動コア２３は、シャフト２１に直交する面で、ケーシング本体１０ａの端面に平行となる面に沿って広がる。可動コア２３を貫通したシャフト２１の下側端は流路１３の内部まで延びている。そして、その先端に弁体１７が取り付けられている。
【００３３】
シャフト体２０は、ケーシング本体１０ａ内で図１１の上下方向に摺動して弁体１７を上下させる。弁体１７は、弁座１６より離間した全開位置と、弁座１６に着座した全閉位置との間で移動する。
【００３４】
ケーシング本体１０ａのシャフト２１の周囲には、弾性部材であるコイルばね２２が縮設されている。コイルばね２２は、ケーシング本体１０ａと可動コア２３との間に縮めて配設されているので、シャフト２１を弁座１６方向（図１１の下方向）に付勢する。そして、弁体１７を弁座１６より密着させ全閉位置に保持する。
【００３５】
ケーシング本体１０ａのさらにコイルばね２２の周囲には、ソレノイド２５が配設されている。ソレノイド２５は、ヨーク、コイルボビンおよびコイル（各々図示せず）からなり、端子ａ，ｂを介して電流を流されると電磁力を発生する。ソレノイド２５の電磁力の作用面は、ケーシング本体１０ａの可動コア２３に対向する面に露呈している。そして、ソレノイド２５に励磁電流が流れると、ソレノイド２５は、コイルばね２２の付勢力に抗して可動コア２３をケーシング本体１０ａ側に引き寄せる。ソレノイド２５が可動コア２３を引き寄せることにより、弁体１７は弁座１６より離れた全開位置に移動する。
【００３６】
ケーシング本体１０ａの上部には、シリンダ３２とピストン３１からなるシリンダ構造が設けられている。そして、シャフト２１の上側端はシリンダ３２の内部まで延び、その先端部にピストン３１が連結されている。ピストン３１は、シリンダ３２内を第１の部屋（ケーシング本体１０ａ側）と第２の部屋（ケーシング本体１０ａと反対側）の２つの部屋に仕切る。そして、第１の部屋には、揮発性の高い液体として充填液体３３として例えばエタノールが充填されている。さらに、この第１の部屋の周囲にヒータ３４が配設されている。ヒータ３４は、端子ｃ，ｄを介して電流を流されると急激に温度を上昇して充填液体３３を加熱し気化させる。第２の部屋には空気穴３２ａが設けられている。
【００３７】
このような構成の電動バルブ９４によれば、ソレノイド２５に励磁電流が流されて弁体１７が全開位置に移動するとき、ほぼ同じタイミングでヒータ３４に充填液体を沸点以上にするための電圧が印加される。これにより、充填液体３３が急激に気化膨張してピストン３１を第１の方向と反対側に付勢する。これにより、弁体１７は全閉位置より全開位置に瞬時に移動する。なお、上記ヒータ３４に電圧が印加するタイミングをソレノイド２５に励磁電流を流すのとほぼ同じと記載したのは、全く同時の場合を含めて最も効率がよいように適切なタイミングに調整されるという意味であり、充填液体３３の気化膨張の過程及びソレノイド２５の吸引動作を考慮して合体された力により、最も速く弁体１７が移動するようにタイミングが調整されるためである。したがって、いずれか一方のタイミングを速くする（あるいは、遅くする）場合もある。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、摺動可能なシャフト２１の先端に弁体１７を取り付けて弁体１７を移動可能に支持している。そして、コイルばね２２により全閉位置に付勢配置されている弁体１７を、ソレノイド２５を駆動することによりコイルばね２２の付勢力に抗して全開位置に移動させて保持する。そして、本実施形態の電動バルブ９４によれば、シャフト２１の後端にピストン３１を連結し、このピストンが区画するシリンダ３２の弁体１７側の部屋に、例えばエタノールなどの液体３３を充填する。さらに、この充填液体３３が充填されたシリンダ３２の周囲に充填液体３３を急激に加熱して気化させるヒータ３４を配置する。そして、ソレノイド２５の駆動に合わせてヒータ３４に通電することで、充填液体３３を気化膨張させ、その力をピストン３１を介して弁体１７に伝達する。弁体１７はソレノイド２５の吸引力に加えて、充填液体３３の気化膨張する力を受けて移動するので高速駆動が可能となる。
【００３９】
図１３は、第４の実施形態の電動バルブ９４との比較例としての電動バルブ９０の全閉状態を示す縦断面図である。図１４は同電動バルブ９０の全開状態を示す縦断面図である。図１３及び図１４に示す電動バルブ９０は、エタノールや、このエタノールを充填するシリンダ構造を加熱するヒータを備えていない。そのため、弁体１７を全閉位置より全開位置に移動させる力は、ソレノイド２５のみのものである。そのため動作速度が遅かった。
【００４０】
なお、本実施形態の電動バルブ９４において、シリンダ３２の上記第１の部屋（ケーシング本体１０ａ側の部屋）に充填される充填液体３３は、加熱されて気化膨張するものであればよく、上記エタノールに限らず水等であってもよいが、好ましくは揮発性が高く沸点が低い液体が望ましい。
【００４１】
また、本実施形態においては、弁体１７は、弁座１６より完全に離間した全開位置と、弁座１６に着座した全閉位置との間で移動するが、全開位置および全閉位置はそれぞれ完全に開放或いは完全閉塞する位置にかぎるものではなく、例えば概ね開放或いは概ね閉塞する位置であってもよい。すなわち、開度の異なる２つの位置間を移動する弁体を有する電動バルブであれば適用することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、シリンダ３２の第１の部屋（ケーシング本体１０ａ側）に充填した液体を気化膨張させて、弁体１７が全閉位置より全開位置に移動する際の動作（開弁の動作）を速めるようにしたが、反対にシリンダ３２の第２の部屋（ケーシング本体１０ａと反対側）に充填した液体を気化膨張させて、ヒータ３４加熱のタイミングをソレノイド２５の励磁電流切りのタイミングと合わせることのより、弁体１７の全開位置より全閉位置に移動する際の動作（閉弁の動作）を速めるようにすることもできる。
【００４３】
さらに、本実施形態のシャフト体２０は、棒状のシャフト２１と円板状の可動コア２３とから成り、ソレノイド２５の電磁吸引力は円板状の可動コア２３に作用するが、シャフト構造はこのような構成に限らず、例えばプランジャと呼ばれるような軸径を一部太くした軸体を用い、ソレノイド２５の電磁吸引力が太径のこの部分に作用するようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた、ケーシング本体１０ａとシャフト体２０との間に縮めた状態で配設され、弁体１７を全閉位置側に付勢する弾性部材は、本実施形態では上記のようにコイルばね２２であるが、弾性部材は、コイルばね２２に限らず、板ばねや耐食性が問題なければゴム等であってもよい。この第４の実施形態の電動バルブに対しても図４に示した弁構造を適用するようにしてもよい。
【００４５】
図１５は、図３に示したマスフローコントローラ１００が適用される基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。基板処理装置としては、供給されるガスに基づいて保持した処理基板に半導体製造関連処理を実行するものであれば任意の装置に適用可能であるが、ここではＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置３００を例示している。ＲＩＥ装置３００は、ウェハなどの処理対象を処理する基板処理室であるプラズマ処理室３１０と、プラズマ処理室３１０に所定量のガスを供給するマスフローコントローラ１００と、ＲＩＥ装置３００全体をプログラムにしたがって制御するプログラマブルコントローラ２００と、を備える。
【００４６】
プラズマ処理室３１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ３１１によって構成される。このチャンバ３１１は接地されている。チャンバ３１１内には、処理対象としてのウェハ３３０を静電吸着して保持する静電チャック３０９と下部電極３１２が設けられる。静電チャック３０９と下部電極３１２の側面および底面の周縁部を覆うように絶縁リング３１３が設けられ、チャンバ３１１と静電チャック３０９および下部電極３１２との間を電気的に絶縁している。
【００４７】
下部電極３１２、高周波電力を供給する給電線３２１が接続されており、この給電線３２１にブロッキングコンデンサ３２２、整合器３２３および高周波電源３２４が接続されている。高周波電源３２４からは所定の周波数の高周波電力が下部電極１２に供給される。
【００４８】
チャンバ３１１内には、下部電極３１２と対向するように、下部電極３１２の上部に上部電極として機能するシャワーヘッド３１４が設けられる。シャワーヘッド３１４は支持テーブル３１２と平行に、支持テーブル３１２から所定の距離を隔てたチャンバ３１１の上部付近の側壁に固定される。このような構造によって、シャワーヘッド３１４と支持テーブル３１２とは、一対の平行平板電極を構成している。また、シャワーヘッド３１４には、板の厚さ方向を貫通する複数の貫通孔３１５が設けられており、この貫通孔３１５からシャワーヘッド３１４の上部に供給されたガスがチャンバ３１１内へと供給される。
【００４９】
チャンバ３１１の下部にはガス排気口３１６が設けられており、ガス排気口３１６には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。また、チャンバ３１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口３１７が設けられており、ガス供給口３１７にはガス配管３３５を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。ガス供給口３１７とガス供給装置との間には、ガス配管３３５を流れるガスの流量を調整するマスフローコントローラ１００が設けられる。
【００５０】
マスフローコントローラ１００は、プログラマブルコントローラ２００からの指示に従って、所定の流量のガスをチャンバ３１１内へと供給する。プログラマブルコントローラ２００は、使用者によって作成され、処理手順が記録されたプログラムに基づいて、マスフローコントローラ１００によるガス流量の調整やプラズマ生成のオン／オフを行う高周波電源３２４や整合器３２３の制御などを行う。
【００５１】
このように構成されたＲＩＥ装置１での処理の概要について説明する。まず、静電チャック３０９上に処理対象であるウェハ３３０が載置され、固定される。ついで、ガス排気口３１６に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ３１１内が真空引きされる。その後、チャンバ３１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からのガスが、マスフローコントローラ１００によって所定の流量に調整され、シャワーヘッド３１４の貫通孔３１５を通じてからチャンバ３１１内へと供給される。供給されたガスは、チャンバ３１１内の圧力が所定の圧力に達すると、シャワーヘッド３１４（上部電極）を接地した状態で、下部電極３１２に高周波電圧を印加し、整合器３２３でインピーダンス整合を取ることでプラズマ処理室３１０内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極３１２には高周波電圧が印加されているので、プラズマとウェハとの間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンがウェハ３３０へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ケーシング、１０ａケーシング本体、１０ｂ弁ボディ、１１入出力ポート、１２入出力ポート、１３流路、１５，３５弁構造、１６，３６弁座、１７，３７弁体（ポペット）、２０シャフト体、２１シャフト、２３可動コア、２５ソレノイド、３１ピストン、３２シリンダ、３３充填液体（エタノール）、３４ヒータ（加熱手段）、３８ロッド（ストローク拡大機構）、３８ａ支点部材（ストローク拡大機構）、４０機械増幅式ピエゾ素子、４２ピエゾ素子、５０変位拡大機構（ストローク拡大機構）、５１小径ピストン、５２大径ピストン、５３段付きシリンダ、５４作動液（水）、６０ヒータ（加熱手段）、９０，９１，９２，９３，９４電動バルブ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられた弁座と前記弁座に対して開度を変化させて前記流路を流れる流体の流量を制御する弁体とを有する弁構造と、
電圧を印加されて伸縮するピエゾ素子と、
前記電圧印加に基づく前記ピエゾ素子の伸縮を拡大して前記弁体に伝えるストローク拡大機構と、
を備えたことを特徴とする電動バルブ。
【請求項２】
前記ストローク拡大機構は、前記弁体と前記ピエゾ素子との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動バルブ。
【請求項３】
前記ストローク拡大機構は、前記ピエゾ素子側でシリンダ断面積が大きく前記弁体側でシリンダ断面積が小さく作動液が充填された段付きシリンダと、
前記断面積が大きい側のシリンダ内に摺動可能に配設され前記ピエゾ素子と連結される大径ピストンと、
前記断面積が小さい側のシリンダ内に摺動可能に配設され前記弁体と連結される小径ピストンとを備えた変位拡大機構である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動バルブ。
【請求項４】
前記弁構造が開するときに、前記変位拡大機構の前記作動液を加熱して膨張させる加熱手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項３に記載の電動バルブ。
【請求項５】
前記弁構造が閉するときに、前記変位拡大機構の前記作動液を加熱して膨張させる加熱手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項３に記載の電動バルブ。
【請求項６】
前記作動液は、水またはエーテルまたはシリコンオイルであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の電動バルブ。
【請求項７】
前記ストローク拡大機構は、前記ピエゾ素子に一端が接続され、他端が前記弁構造の弁体に連結されたシャフトに接続され、支点を中心にてこ動作するロッドを有し、前記ピエゾ素子との接続端と前記シャフトとの接続端との中央位置より前記ピエゾ素子に近い側に支点が位置することを特徴とする請求項１に記載の電動バルブ。
【請求項８】
前記流路に設けられた弁座と前記弁座に対して接離可能に設けられ流路を開閉させる弁構造と、
一端部に前記弁体を支持し前記弁体を開位置と閉位置との間で移動させるシャフト体と、
前記ケーシングと前記シャフト体との間に配設され前記弁体を閉位置側に付勢する弾性部材と、
電磁力にて前記弾性部材の付勢力に抗して、前記弁体を開位置に移動させるソレノイドと、
前記シャフト体の他端部に連結されたピストンと、
前記ピストンを収納するとともに前記ピストンより仕切られた前記弁体側空間に液体が充填されるシリンダと、
前記ソレノイドにより弁体を開位置に移動させる際に、前記シリンダに充填された液体を加熱して気化させる加熱手段と、
を備えることを特徴とする電動バルブ。
【請求項９】
前記弁座は、開口縁が円周に沿って径方向に凹凸形状を成している
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の電動バルブ。
【請求項１０】
ガス流路を構成するガス流路構成部材と、
前記ガス流路中に配置され、ガスの流量を調整する請求項１から９のいずれか一つに記載の電動バルブと、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項１１】
処理基板を保持し、供給されるガスに基づいて保持した処理基板に半導体製造関連処理を実行する基板処理室と、
前記基板処理室ガスを供給するガス供給路と、
前記ガス供給路に配置される請求項１０に記載のマスフローコントローラと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。

【図１】