JP5276038B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、入力ポートと出力ポートとの間に設けられた弁座に弁体を当接又は離間させることにより流体を制御する流体制御弁及び弁部流路構造に関する。

例えば、半導体製造工程では、洗浄したウエハの表面に酸化膜を形成した後、レジスト液をウエハの表面に塗布し、その後、ウエハにフォトマスクを通してレーザ光をレジストに露光してパターンを転写し、さらにその後、フォトレジストに現像液を滴下してフォトレジストパターンを形成することが行われている。レジスト液の供給量がばらつくと、ウエハに形成する膜の膜厚がばらつき、歩留まりを悪くする。そのため、レジスト液をウエハに塗布する塗布装置には、ウエハに供給するレジスト液を制御するための流体制御弁が設けられている。

図１３及び図１４は、従来の流体制御弁１００の断面図であって、図１３が弁閉状態を示し、図１４が弁開状態を示す。尚、図１３及び図１４の図中上側を「天」、図中下側を「地」と呼ぶ。
図１３及び図１４に示すように、流体制御弁１００は、バルブボディ１０１と駆動部１０５により外観が構成されている。バルブボディ１０１は、入力ポート１０２と出力ポート１０３が対向する側面に開設され、入力ポート１０２と出力ポート１０３が、弁室１０７に設けられた弁座１０４を介して連通している。弁座１０４には、駆動部１０５の駆動力によりダイアフラム弁体１０６が当接又は離間されるようになっている。

流体制御弁１００は、入力ポート１０２が地側（図中下側）、出力ポート１０３が天側（図中上側）に配置されるように塗布装置に組み付けられる。そのため、流体制御弁１００は、弁を開閉して入力ポート１０２から出力ポート１０３へレジスト液を供給する場合に、レジスト液に混入した数μｍの細かい気泡がレジスト液と一緒に出力ポート１０３へ流れる（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３１０３１６号公報

しかしながら、従来の流体制御弁１００は、図１７に示すように、弁室１０７内のデッドスペースＸ１２に気泡Ｂ１１，Ｂ１２が集まって成長し、その後、図１８に示すように、成長した気泡Ｂ１３が流体制御中に出力ポート１０３から出力されることがあった。流体制御中に成長した気泡Ｂ１３が出力されると、レジスト液供給量が減り、ウエハの膜厚が薄くなる。しかも、気泡Ｂ１３の大きさは、予測不能であるので、レジスト液の供給量にバラツキを生じさせ、製品品質を不安定にする問題があった。発明者らは、流体制御中に成長した気泡Ｂ１３が出力ポート１０３から出力されて流体供給量を不安定にする原因について、以下のように考える。

図１５に示すように、流体制御弁１００が弁開状態にされ、レジスト液を入力ポート１０２から弁座１０４を介して出力ポート１０３へ流すと、レジスト液が、一次側から二次側への運動エネルギを持つ。この運動エネルギにより、レジスト液に混入した細かい気泡Ｂ１１（図中白丸）は、一次側から二次側へ流れる。図１６に示すように、流体制御弁１００が弁閉すると、配管流路内のレジスト液の流れが急激に止められ、弁開時にレジスト液が持っていた運動エネルギが、行き場を失い、負圧に変換される。負圧の発生により、レジスト液に溶け込んでいた気体が気泡Ｂ１２（図中黒丸）となって発生する。

その後、図１７に示すように、レジスト液中の気泡Ｂ１１，Ｂ１２が浮力によって上昇する。ここで、弁室１０７は、天地方向に対して直交する方向に、円筒状に設けられている。そのため、図１７のＸ１２部分に示すように、弁室１０７の天側の内壁１０７ａは、天地方向に対して直交しており、浮力で弁室１０７内を上昇した気泡Ｂ１１，Ｂ１２が出力ポート１０３側へ浮上するのを遮っていた。そのため、従来の流体制御弁１００は、弁室１０７の天側の内壁１０７ａ付近に、レジスト液が流れにくいデッドスペースＸ１２が形成され、そのデッドスペースＸ１２に気泡Ｂ１１，Ｂ１２が結集して、数ｍｍもの大きな気泡Ｂ１３に成長してしまっていた。

そして、流体制御弁１００が次に弁開すると、図１８に示すように、成長した気泡Ｂ１３は、弁座１０４を通過したレジスト液に押されて、レジスト液と一緒に出力ポート１０３から出力される。ここで、気泡Ｂ１３は、弁室１０７の内壁１０７ａとの間に生じる摩擦抵抗が大きい。しかも、内壁１０７ａは、出力ポート１０３に対して直交する面である。そのため、気泡Ｂ１３は、弁開後にレジスト液に押されても、デッドスペースＸ１２から動きにくく、弁開後しばらくの間、デッドスペースＸ１２に留まっている。レジスト液の流体圧力が、内壁１０７ａと気泡Ｂ１３との間に生じる摩擦抵抗に打ち勝つと、図１８の実線に示すように、気泡Ｂ１３は、内壁１０７ａと擦れ合いながら出力ポート１０３側へゆっくり移動する。そして、図１８の点線に示すように、気泡Ｂ１３は、流路屈曲部分に達し、内壁１０７ａから離れると、一気に出力ポート１０３側へ流れる。よって、気泡Ｂ１３は、弁開後いつ出力ポート１０３へ流れるか予測するのは難しい。この結果、仮に、塗布装置が、弁開直後のレジスト液を捨ててから、ウエハへのレジスト液の供給を開始するとしても、流体制御弁１００は、レジスト液を制御する途中で、気泡Ｂ１３の混入したレジスト液を出力し、レジスト液供給量を不安定にしてしまっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、流体に混入した気泡を弁閉中に出力ポートから排出して、流体供給量を安定させることができる流体制御弁及び弁部流路構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る流体制御弁は、入力ポートと出力ポートが対向する側面に形成され、弁室に設けられた弁座を介して前記入力ポートと前記出力ポートが連通するバルブボディと、前記弁室に収納された弁体と、前記弁体に駆動力を付与する駆動部とを備える流体制御を行う流体制御弁において、前記入力ポートが地側、前記出力ポートが天側となるように設置されること、前記バルブボディが、前記出力ポートと前記弁室との間に形成された出力側流路を、天地方向に設けていること、前記弁室は、少なくとも前記天側の内壁が、前記弁室の内壁に付着した気泡の浮力が前記弁室の内壁と前記気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きく作用するように、前記出力側流路へ向かって天方向に傾斜していること、前記入力ポートを前記弁座に連通させるための弁孔を有すること、前記弁孔は、少なくとも前記天側の内壁が、前記弁座へ向かって天方向に傾斜していること、前記弁体がダイアフラム弁体であること、前記ダイアフラム弁体の外縁部を収納する収納凹部を有すること、前記収納凹部が、前記外縁部をバルブボディ側から押さえる弁部側押さえ面と、前記外縁部を駆動部側から押さえる駆動部側押さえ面を有し、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部が前記弁室の天側の内壁に含まれていること、前記駆動部側押さえ面の流路側の内側端部が、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部と前記外縁部を挟んで対称な位置、若しくは、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部より内側に配置されており、前記外縁部の浮き上がりを防止して前記外縁部と前記弁部側押さえ面との間にデッドスペースを形成させないことにより、前記外縁部と前記弁部押さえ面との間に気泡を入り込ませないこと、を特徴とする。

また、上記態様の流体制御弁は、前記弁孔が、前記弁座の開口部分に対して鋭角に接続していることが好ましい。

また、上記態様の流体制御弁は、前記弁室と前記出力側流路が斜め流路を介して連通していること、前記斜め流路は、前記出力側流路へ向かって天方向に傾斜していること、前記斜め流路の前記天側の内壁が、前記弁室の前記天側の内壁の傾斜角度以上の角度で傾斜していることが好ましい。
ここで、前記出力側流路と前記斜め流路の流路断面積は、前記入力ポートの流路断面積より小さいことが好ましい。

本発明の一態様に係る流体制御弁は、弁開時には、流体が入力ポートから出力ポートへ流れて一次側から二次側への運動エネルギを持っている。弁が弁開状態から弁閉状態になると、弁開時の運動エネルギが負圧に変換される。これにより、流路内の流体は、流体に溶け込んでいた気体が気泡となって表れる。その後、浮力によって弁室の天側の内壁へ移動する。弁室の天側の内壁が、弁室を出力ポートへ連通させる出力側流路へ向かって天方向に傾斜しているため、弁室の天側の内壁へ移動した気泡は、浮力によって弁室の天側の内壁に沿って出力側流路へ移動し、出力ポートへ排出される。このように本発明の一態様に係る流体制御弁は、流体中に発生した気泡が自身の浮力によって天側へ移動し、弁室の内壁に集まって成長し難い。よって、本発明の一態様に係る流体制御弁によれば、流体に混入した気泡を弁閉中に出力ポートから排出して、流体供給量を安定させることができる。

また、上記態様の流体制御弁は、弁室の内壁に付着した気泡の浮力が、弁室の内壁と気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きく作用するように、弁室の天側の内壁が傾斜しているため、流体に混入した気泡が、弁閉中に弁室の内壁に集まって成長し難い。

また、上記態様の流体制御弁は、入力ポートが弁孔を介して弁座に連通しており、その弁孔の天側の内壁が、弁座へ向かって天方向に傾斜している。そのため、弁閉時に入力ポートと弁座との間に存在する流体に気泡が混入した場合、その気泡は、弁孔の天側の内壁へ移動し、弁孔の天側の内壁に沿って弁座まで移動して集まる。そして、ダイアフラム弁体が弁座から離間すると同時に、弁座付近に集まって成長した気泡が、流体圧によって弁座から弁室と出力側流路を介して出力ポートへ流れ、排出される。このように、上記態様の流体制御弁は、弁閉する間に弁座より一次側に発生した気泡が、弁座付近に集まり、弁開と同時に弁座から流れ出て出力ポートから排出されるので、弁開後の流体供給量を制御しやすい。

上記態様の流体制御弁は、弁孔が弁座の開口部分に対して鋭角に接続しているので、弁孔の形成と同時に、弁孔の天側の内壁を弁座の開口部分に対して傾斜させることができる。

上記態様の流体制御弁は、弁室と出力側流路を連通させる斜め流路が、出力側流路へ向かって天方向に傾斜しており、斜め流路の天側の内壁が、弁室の天側の内壁の傾斜角度以上の角度で傾斜している。そのため、斜め流路と弁室との接続部分に天側へ突出する凹みが形成されず、流体に含まれる気泡が、浮力によって、弁室から斜め流路を介して出力側流路へスムーズに流れ、出力ポートから排出される。よって、上記態様の流体制御弁によれば、気泡が弁室内に集まって成長しにくい。
しかも、出力側流路と斜め流路の流路断面積が、入力ポートの流路断面積より小さい場合には、流体が弁室から斜め流路へ流出する際に流速が速くなるので、流体に含まれる気泡が出力側流路へ流されやすい。

上記態様の流体制御弁は、ダイアフラム弁体の外縁部を駆動部側から押さえる駆動部側押さえ面の流路側の内側端部が、ダイアフラム弁体の外縁部をバルブボディ側から押さえる弁部側押さえ面の流路側の内側端部より、内側に配置されている。そのため、弁開時に、ダイアフラム弁体の外縁部が、駆動部側押さえ面によって弁部側押さえ面から浮き上がることを制限され、弁部側押さえ面に密着し続ける。よって、上記態様の流体制御弁によれば、弁開時にダイアフラム弁体の外縁部と弁部側押さえ面との間にデッドスペースが発生せず、気泡が成長し難い。

本発明の第１実施形態に係る流体制御弁の断面図であって、弁閉状態を示す。 図１に示す流体制御弁の断面図であって、弁開状態を示す。 図１のＡ部拡大図である。 流体供給時における気泡の動きを説明する模式図である。 弁閉した瞬間の流体の状態を説明する模式図である。 浮力により気泡が上昇する様子を説明する模式図である。 弁閉後に弁部に気泡が成長した状態を説明する模式図である。 気泡が排出される様子を説明する模式図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御弁の断面図であって、弁閉状態を示す。 図９に示す流体制御弁の断面図であって、弁開状態を示す。 本発明の第３実施形態に係る流体制御弁の断面図であって、弁閉状態を示す。 図１１に示す流体制御弁の断面図であって、弁開状態を示す。 従来の流体制御弁の断面図であって、弁閉状態を示す。 図１３に示す流体制御弁の断面図であって、弁開状態を示す。 弁開時の流体の流れを説明する図である。 気泡の成長過程を説明するための模式図である。尚、気泡Ｂ１１は、動きを説明しやすくするために、大きく目立たせて記載している。 気泡が成長した状態を示す模式図である。尚、気泡Ｂ１１，Ｂ１２は、動きを説明しやすくするために、大きく目立たせて記載している。 成長した気泡が出力ポート側へ流れる様子を示す模式図である。尚、気泡Ｂ１３，Ｂ１４は、動きを説明しやすくするために、大きく目立たせて記載している。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
＜流体制御弁の全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体制御弁１の断面図であって、弁閉状態を示す。図２は、図１に示す流体制御弁１の断面図であって、弁開状態を示す。図３は、図１のＡ部拡大図である。尚、図中上側を天側、図中下側を地側とする。
図１及び図２に示す流体制御弁１は、従来技術と同様、レジスト液をウエハに塗布する塗布装置に組み付けられ、ウエハに供給するレジスト液の供給量を制御する。流体制御弁１は、バルブボディ２０とシリンダ部材３１とカバー３２が図示しない締結部材としてのボルトで一体化されて外観を構成されており、流体の供給と遮断を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を付与する駆動部３を備える。流体制御弁１は、入力ポート２２が地側に、出力ポート２８が天側となるように設置される。

弁部２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂を材質とするバルブボディ２０を備える。バルブボディ２０は、直方体形状をなし、入力ポート２２と入力側流路２３と弁孔２４と弁座２５と斜め流路２６と出力側流路２７と出力ポート２８と弁室３０とダイアフラム弁体２９からなる弁部流路構造４を備える。

入力ポート２２と出力ポート２８は、バルブボディ２０の対向する側面に形成され、弁室３０に設けられた弁座２５を介して連通している。弁室形成室２１は、バルブボディ２０の駆動部３と連結される面から、天地方向に対して直交する水平方向に沿って開設されている。ダイアフラム弁体２９は、弁室３０に収納されている。バルブボディ２０は、弁室形成室２１の開口部外周に沿って、ダイアフラム弁体２９を位置決めするための位置決め段差部２０ａが設けられている。

ダイアフラム弁体２９は、耐腐食性が高くて柔軟性があるＰＴＦＥなどのフッ素樹脂を材質とする。ダイアフラム弁体２９は、駆動部３から駆動力を付与されて弁座２５に当接又は離間する略円柱形状の弁体部２９ａと、バルブボディ２０と駆動部３との間に挟持される外縁部２９ｃとが、薄膜部２９ｂを介して接続されている。ダイアフラム弁体２９は、薄膜部２９ｂが駆動部３側へ湾曲するように、外縁部２９ｃが位置決め段差部２０ａに装着され、バルブボディ２０と駆動部３のシリンダ部材３１との間で挟持されることにより、弁室形成室２１との間に弁室３０を形成している。

一方、駆動部３は、ピストン室３３に操作エアが給排気されることにより、ピストン３４が往復直線運動し、ダイアフラム弁体２９に駆動力を付与するように構成されている。駆動部３は、耐腐食性を得るために、圧縮ばね３９を除き、構成部品が樹脂を材質としている。

ピストン室３３は、中空円筒形状のシリンダ部材３１の一端にカバー３２を取り付けることにより形成されている。ピストン室３３は、ピストン３４が摺動可能に装填され、一次室３３ａと二次室３３ｂに気密に区画されている。一次室３３ａは、シリンダ部材３１に開設された操作ポート３５に連通し、ピストン３４を加圧するための操作エアを給排気される。また、二次室３３ｂは、カバー３２に開設された排気ポート３６に連通し、大気開放されている。ピストン３４とカバー３２との間には圧縮ばね３９が縮設され、ピストン３４を弁部２側へ常時付勢している。

ピストン３４は、ピストンロッド３４ａが、シリンダ部材３１に設けられた摺動孔３１ａに摺動可能に挿通され、弁部２内へ突出している。ピストンロッド３４ａの先端部は、ダイアフラム弁体２９の弁体部２９ａに連結されている。

＜ダイアフラム弁体挟持部分の構成＞
図３に示すように、バルブボディ２０とシリンダ部材３１との間には、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃを収納するための収納凹部４０が形成されている。収納凹部４０は、外縁部２９ｃを弁部２側から押さえる弁部側押さえ面４０ａと、外縁部２９ｃを駆動部３側から押さえる駆動部側押さえ面４０ｂと、弁部側押さえ面４０ａと駆動部側押さえ面４０ｂとを接続しており、外縁部２９ｃの外側面を押さえる外側押さえ面４０ｃにより構成され、内側面が流路側に開放されている。

図４〜図８に示すように、弁室形成室２１の内壁は、垂直内壁２１ｂと傾斜内壁２１ｃを含む。垂直内壁２１ｂは、天地方向に対して直交するように設けられている。一方、傾斜内壁２１ｃは、弁部側押さえ面４０ａの内側端部４０ｄが、駆動部側押さえ面４０ｂの内側端部４０ｅと外縁部２９ｃを挟んで対象な位置、若しくは、駆動部側押さえ面４０ｂの内側端部４０ｅより外側の位置に配置されるように、垂直内壁２１ｂから弁室形成室２１の開口部へ向かって傾斜角度を小さくするように設けられている。

このような収納凹部４０は、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃが、弁開時に、駆動部側押さえ面４０ｂの内側端部４０ｅに押さえられて、弁部側押さえ面４０ａから浮き上がらず、弁部側押さえ面４０ａとダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃとの間にデッドスペースが形成されない。

＜弁部流路構造の構成＞
次に、上述した弁部流路構造４について説明する。
図１及び図２に示すように、入力ポート２２と入力側流路２３と出力側流路２７と出力ポート２８は、天地方向に形成されている。弁室３０は、天地方向と直交する水平方向に設けられている。弁座２５は、弁室３０の底面中央部に突設され、弁孔２４を介して入力側流路２３と連通している。また、弁室３０の底面には、弁室３０の天側に斜め流路２６が連通し、その斜め流路２６を介して出力側流路２７が弁室３０に連通している。

斜め流路２６と出力側流路２７と出力ポート２８の流路断面積は、弁座２５が弁室３０に開口する開口面積、及び、弁孔２４と入力側流路２３と入力ポート２２の流路断面積より小さい。これは、レジスト液が弁室３０から斜め流路２６へ流出する際に流速が速くなり、気泡が弁室３０や斜め流路２６の内壁に付着しにくくするためである。斜め流路２６は、弁室形成室２１の傾斜内壁２１ｃに沿って形成されている。つまり、斜め流路２６は、傾斜内壁２１ｃと同じ角度で傾斜するように設けられている。そのため、斜め流路２６の天側の内壁２６ａは、弁室形成室２１の天側の内壁２１ａと滑らかに接続され、凹凸が接続部分に形成されていない。

よって、図３に示すように、弁室形成室２１の天側の内壁２１ａと斜め流路２６の天側の内壁２６ａは、出力側流路２７へ向かって天方向に傾斜している。すなわち、内壁２１ａ，２６ａは、二次側が一次側より高位置になるように設けられている。内壁２１ａ，２６ａは、出力側流路２７及び出力ポート２８の軸線（天地方向）に対して直交する水平方向の軸Ｌ１に対して第１傾斜角度θ１をなすように、設けられている。ここで、第１傾斜角度θ１は、気泡が浮力で上昇して出力ポート２８から抜けやすく、また、弁室３０の天側の内壁２１ａに付着した気泡の浮力が、弁室３０の天側の内壁２１ａと気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きくなるように、鋭角に設定することが好ましい。

弁座２５は、天地方向に対して直交する方向に開口し、テーパ面２５ａが内周面に形成されている。弁孔２４は、弁座２５へ向かって天方向に傾斜し、二次側（弁座２５側）の端部が一次側（入力側流路２３側）の端部より高位置にされている。弁孔２４は、入力側流路２３と同じ流路径で設けられ、テーパ面２５ａの天側の内壁に沿って形成されている。そのため、弁孔２４の天側の内壁２４ａは、テーパ面２５ａの天側の内壁と滑らかに接続され、凹凸が接続部分に形成されていない。また、弁孔２４は、弁座２５の開口部分に対して鋭角に接続している。弁孔２４の天側の内壁２４ａは、天地方向に対して垂直な水平な軸Ｌ２に対して第２傾斜角度θ２をなすように設けられている。ここで、第２傾斜角度θ２は、気泡が弁室３０へ抜けやすく、また、弁孔２４の天側の内壁２４ａに付着した気泡の浮力が、弁孔２４の内壁２４ａと気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きくなるように、鋭角に設定することが好ましい。

このような弁部流路構造４を備える流体制御弁１は、弁室形成室２１と弁孔２４と斜め流路２６が、気泡との間に生じる摩擦係数を小さくするように、内壁２１ａ，２４ａ，２６ａの面粗度を小さくされている。面粗度を小さくする手段は、研磨や研削により行ってもよいし、加熱板を押し当てて、面の山部を押し潰すことにより行っても良い。
尚、流体制御弁１は、気泡との間に生じる摩擦係数が小さくなるように流路内壁全体の面粗度を小さくしても良いことは、言うまでもない。

＜動作説明＞
上記構成の流体制御弁１は、操作ポート３５から一次室３３ａに操作エアを送らない間は、図１に示すように、圧縮ばね３９がピストン３４を弁部２方向へ付勢し、ダイアフラム弁体２９の弁体部２９ａが弁座２５に当接している。そのため、入力ポート２２に供給されたレジスト液は、弁座２５で遮断され、出力ポート２８から出力されない。

一方、流体制御弁１は、操作ポート３５から一次室３３ａに操作エアが供給され、一次室３３ａの内部圧力が圧縮ばね３９のばね力に打ち勝つと、図２に示すように、ピストン３４が駆動部３側へ移動し、ダイアフラム弁体２９の弁体部２９ａを弁座２５から離間させる。すると、レジスト液が、弁座２５を通過して、弁室３０、斜め流路２６、出力側流路２７を介して出力ポート２８から出力される。

図４は、流体供給時における気泡Ｂ１の動きを説明する模式図である。図５は、弁閉した瞬間の流体の状態を説明する模式図である。図６は、浮力により気泡Ｂ１，Ｂ２が上昇する様子を説明する模式図である。図７は、弁閉後に弁部２に気泡Ｂ４が成長した状態を説明する模式図である。図８は、気泡Ｂ４が排出される様子を説明する模式図である。尚、図中気泡Ｂ１〜Ｂ４は、動きを分かりやすくするために大きく目立つように記載している。尚、図中上側を天側、図中下側を地側とする。

図４に示すように、レジスト液は、流体制御弁１の弁開中、入力ポート２２から出力ポート２８へ流れ、一次側から二次側への運動エネルギを持っている。その運動エネルギにより、レジスト液に含まれる細かい気泡Ｂ１（図中白丸）は、入力ポート２２から弁孔２４と弁室３０を介して出力ポート２８へ排出され、弁開中に弁室３０内で気泡が成長し難い。尚、気泡Ｂ１は数μｍ程度と非常に小さいため、製品の歩留まりに殆ど影響しない。

図５に示すように、流体制御弁１を弁開状態から弁閉状態に切り替えると、レジスト液が出力ポート２８へ流れることができなくなり、レジスト液の運動エネルギが行き場を失って負圧に変換される。運動エネルギが負圧に変換されるときに、レジスト液に溶けていた気体が気泡Ｂ２（図中黒丸）となって表れる。

図６に示すように、気泡Ｂ１，Ｂ２は、浮力によって、弁室形成室２１の天側の内壁２１ａと斜め流路２６の天側の内壁２６ａへ移動する。内壁２１ａ，２６ａは、出力側流路２７へ向かって天方向に傾斜しており、二次側が一次側より高位置にある。そのため、気泡Ｂ１，Ｂ２は、浮力によって、弁室３０の天側の内壁２１ａから斜め流路２６の天側の内壁２６ａを介して出力側流路２７へ流れ、出力ポート２８から出力される。また仮に、気泡Ｂ１，Ｂ２が結合して気泡Ｂ３を形成したとしても、気泡Ｂ３は、浮力によって、弁室３０の天側の内壁２１ａから斜め流路２６の天側の内壁２６ａを介して出力側流路２７へ流れ、出力ポート２８から出力される。ここで、内壁２１ａ，２６ａは、凹凸なく滑らかに接続されている。よって、気泡Ｂ１〜Ｂ３は、内壁２１ａから内壁２６ａへ流れ、弁室３０や斜め流路２６の内部で気泡が成長しにくい。

また、内壁２１ａ，２６ａの第１傾斜角度θ１は、レジスト液中の気泡の浮力が、内壁２１ａ，２６ａとレジスト液中の気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きくなるように設定されている。そのため、気泡Ｂ１〜Ｂ３は、自身の浮力によって、内壁２１ａ，２６ａの傾斜に従って出力側流路２７へ自然に流れる。

しかも、内壁２１ａ，２６ａは、気泡との間に生じる摩擦抵抗を小さくするように面祖度が小さくされている。そのため、気泡は、内壁２１ａ，２６ａを滑るようにして出力側流路２７へ移動し、出力ポート２８から出力される。

ところで、図１３〜図１８に示す従来の流体制御弁１００は、弁孔１０８が弁座１０４の開口部分と同軸上に設けられ、弁孔１０８の内壁が天地方向に対して直交して設けられていた。流体制御弁１００が、図１５に示す弁開状態から図１６弁閉状態になった瞬間に、レジスト液が持っていた一次側から二次側への運動エネルギが負圧に変換されると、図１６に示すように、レジスト液に溶け込んでいた気体が気泡Ｂ１２となって発生する。そして、図１７に示すように、気泡Ｂ１１，Ｂ１２が、浮力によって上昇し、弁孔１０８の天側の内壁に付着して気泡１４を成長させていた。その後、図１８に示すように、流体制御弁１００を弁閉状態から弁開状態に切り替えても、気泡Ｂ１４が二次側へ流れにくい。なぜなら、弁孔１０８が天地方向に対して直交するように設けられ、入力ポート１０２から弁孔１０８へ流れるレジスト液の流速が、弁孔１０８の地側の内壁付近よりも弁孔１０８の天側の内壁付近の方が遅く、レジスト液によって成長した気泡Ｂ１４を押す力が弱いからである。そのため、弁開後からどれくらい時間が経過したら、気泡Ｂ１４が出力ポート１０３へ出力されるかということを予測できず、レジスト液の供給量が不安定になってしまっていた。

これに対して、本実施形態の流体制御弁１も、図４に示す弁開状態から図５に示す弁閉状態に切り替えられると、弁開中にレジスト液が持っていた運動エネルギが負圧に変換され、図５に示すように、弁座２５の一次側にあるレジスト液に溶け込んでいた気体が気泡Ｂ２となって表れる。その後、図６に示すように、気泡Ｂ１，Ｂ２が浮力によって天側へ上昇し、入力ポート２２、入力側流路２３を介して弁孔２４に集まる。弁孔２４は、二次側（弁座２５側）の端部が一次側（入力側流路２３側）の端部より高位置に配置されるように傾斜している。そのため、図６に示すように、入力側流路２３から弁孔２４の天側の内壁２４ａへ上昇した気泡Ｂ１，Ｂ２は、浮力によって、内壁２４ａの傾斜に従って弁座２５側へ流れる。そして、図７に示すように、弁体部２９ａが弁座２５に当接するシール部分に気泡Ｂ１，Ｂ２が結集して、気泡Ｂ４を成長させる。

その後、図８に示すように、流体制御弁１が弁閉状態から弁開状態に切り替えられると、気泡Ｂ４は、自身の浮力とレジスト液の流体圧によって、弁座２５から排出される。ここで、弁孔２４が、内壁２４ａの面粗度を小さくされているため、弁が開かれると同時に、弁座２５から排出されやすく、気泡抜けが良い。また、弁孔２４の天側の内壁２４ａが弁座２５のテーパ面２５ａと滑らかに接続して凹凸或いは段差部を形成していないため、気泡Ｂ４はスムーズに弁座２５から弁室３０へ排出される。弁室３０に排出された気泡Ｂ４は、弁室３０内を上昇して、弁室形成室２１の天側の内壁２１ａにぶつかった後、内壁２１ａの傾斜に従って斜め流路２６の天側の内壁２６ａを介して出力側流路２７へ流れ、出力ポート２８から排出される。

よって、本実施形態の流体制御弁１は、弁閉時に弁座２５と弁体部２９ａのシール部分で成長した気泡Ｂ４が、弁開と同時に必ず弁座２５から弁室３０へ流れ出し、出力ポート２８から排出される。そのため、流体制御弁１は、弁開直後のレジスト液を除けば、レジスト液の供給量が安定する。従って、塗布装置では、流体制御弁１の弁開直後のレジスト液を破棄した後、レジスト液をウエハに塗布するようにすれば、ウエハの膜厚を安定させることが可能である。

ところで、従来の流体制御弁１００は、図１５〜図１８に示すように、ダイアフラム弁体１０６の外縁部１０６ｃを駆動部１０５側から押さえる押さえ面が、外縁部１０６ｃをバルブボディ１０１側から押さえる押さえ面より外側に位置している。そのため、図１５に示すように、流体制御弁１００が弁開状態にされると、ダイアフラム弁体１０６の外縁部１０６ｃが、バルブボディ１０１側の押さえ面から浮き上がって、デッドスペースＸ１３を形成し、流体制御中にレジスト液に混入した細かい気泡Ｂ１１がそのデッドスペースＸ１３に集まって気泡Ｂ１５を成長させることがあった。この場合、図１６に示すように、弁閉時に、ダイアフラム弁体１０６の外縁部１０６ｃが、薄膜部１０６ｂを介して弁体部１０６ａにバルブボディ１０１側へ引っ張られ、バルブボディ１０１側の押さえ面に押し付けられたときに、気泡Ｂ１５がデッドスペースＸ１３から弁室１０７へ押し出されていた。図１７に示すように、押し出された気泡Ｂ１５は、気泡Ｂ１１，Ｂ１２と結合して、弁室１０７内に気泡Ｂ１３を成長させる原因となってしまっていた。

これに対して、本実施形態の流体制御弁１は、図４及び図５に示すように、外縁部２９ｃを収納する収納凹部４０が、駆動部側押さえ面４０ｂの内側端部４０ｅを弁部側押さえ面４０ａの内側端部４０ｄより内側に配置している。そのため、図４に示すように、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃは、弁開時に、薄膜部２９ｂを介して弁体部２９ａに駆動部３側へ引っ張られても、弁部側押さえ面４０ａから浮き上がらず、外縁部２９ｃと弁部側押さえ面４０ａとの間にデッドスペースが形成されない。そのため、弁開時に、レジスト液に含まれる気泡Ｂ１，Ｂ２が外縁部２９ｃと弁部側押さえ面４０ａとの間の隙間に入り込まない。その結果、流体制御弁１が図４に示す弁開状態から図５に示す弁閉状態になる場合に、外縁部２９ｃと弁部側押さえ面４０ａとの間から気泡が押し出されず、弁閉時に弁室３０内で気泡を成長させることがない。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の流体制御弁１及び弁部流路構造４は、弁開時には、レジスト液が入力ポート２２から出力ポート２８へ流れて一次側から二次側への運動エネルギを持っている。弁部２が弁開状態から弁閉状態になると、弁開時の運動エネルギが負圧に変換される。これにより、レジスト液に溶け込んでいた気体が気泡Ｂ２となって表れる。その後、気泡Ｂ１，Ｂ２が浮力によって弁室３０の天側の内壁２１ａへ移動する。弁室３０の天側の内壁２１ａが、弁室３０を出力ポート２８へ連通させる出力側流路２７へ向かって天方向に傾斜しているため、弁室３０の天側の内壁２１ａへ移動した気泡Ｂ１，Ｂ２は、浮力によって弁室３０の天側の内壁２１ａに沿って出力側流路２７へ移動し、出力ポート２８へ排出される。このように本実施形態の流体制御弁１及び弁部流路構造４は、弁閉中に、レジスト液中に発生した気泡Ｂ１，Ｂ２が自身の浮力によって天側へ移動し、弁室３０の内壁に集まって成長し難い。よって、本実施形態の流体制御弁１及び弁部流路構造４によれば、レジスト液に混入した気泡Ｂ１，Ｂ２を弁閉中に出力ポート２８から排出して、流体供給量を安定させることができる。これにより、塗布装置がウエハに塗布するレジスト液の塗布量を安定させ、歩留まりを向上させることが可能になった。

また、本実施形態の流体制御弁１は、弁室３０の天側の内壁２１ａに付着した気泡の浮力が、弁室３０の天側の内壁２１ａと気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きく作用するように、弁室３０の天側の内壁２１ａが傾斜しているため、レジスト液に混入した気泡が、弁閉中に弁室３０の内壁に集まって成長し難い。

また、本実施形態の流体制御弁１は、入力ポート２２が弁孔２４を介して弁座２５に連通しており、その弁孔２４の天側の内壁２４ａが、弁座２５へ向かって天方向に傾斜している。そのため、弁閉時に入力ポート２２と弁座２５との間に存在するレジスト液に気泡Ｂ１，Ｂ２が混入した場合、その気泡Ｂ１，Ｂ２は、弁孔２４の天側の内壁２４ａへ移動し、弁孔２４の天側の内壁２４ａに沿って弁座２５まで移動して集まり、弁座２５付近に気泡Ｂ４を成長させる。そして、ダイアフラム弁体２９が弁座２５から離間すると同時に、弁座２５付近で成長した気泡Ｂ４が、流体圧によって弁座２５から弁室３０と出力側流路２７を介して出力ポート２８へ流れ、排出される。このように、本実施形態の流体制御弁１は、弁閉する間に弁座２５より一次側に発生した気泡Ｂ１，Ｂ２が、弁座２５付近に集まり、弁開と同時に弁座２５から流れ出て出力ポート２８から排出されるので、弁開後の流体供給量を制御しやすい。

本実施形態の流体制御弁１は、弁孔２４が弁座２５の開口部分に対して鋭角に接続しているので、弁孔２４の形成と同時に、弁孔２４の天側の内壁２４ａを弁座２５の開口部分に対して傾斜させることができる。

本実施形態の流体制御弁１は、弁室３０と出力側流路２７を連通させる斜め流路が、出力側流路２７へ向かって天方向に傾斜しており、斜め流路２６の天側の内壁２６ａが、弁室３０の天側の内壁２１ａと同じ傾斜角度θ１で傾斜している。そのため、斜め流路２６と弁室３０との接続部分に天側へ突出する凹みが形成されず、レジスト液に含まれる気泡Ｂ１，Ｂ２が、浮力によって、弁室３０から斜め流路２６を介して出力側流路２７へスムーズに流れ、出力ポート２８から排出される。よって、本実施形態の流体制御弁１によれば、気泡Ｂ１，Ｂ２が弁室３０内で集まって成長しにくい。
しかも、出力側流路２７と斜め流路２６の流路断面積が、入力ポート２２の流路断面積より小さいので、レジスト液が弁室３０から斜め流路２６へ流出する際に流速が速くなる。そのため、レジスト液に含まれる気泡Ｂ１，Ｂ２が出力側流路２７へ流されやすい。

本実施形態の流体制御弁１は、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃを駆動部３側から押さえる駆動部側押さえ面４０ｂの流路側の内側端部４０ｅが、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃをバルブボディ２０側から押さえる弁部側押さえ面４０ａの流路側の内側端部４０ｄより、内側に配置されている。そのため、弁開時に、ダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃが、駆動部側押さえ面４０ｂによって弁部側押さえ面４０ａから浮き上がることを制限され、弁部側押さえ面４０ａに密着し続ける。よって、本実施形態の流体制御弁１によれば、弁開時にダイアフラム弁体２９の外縁部２９ｃと弁部側押さえ面４０ａとの間にデッドスペースが発生せず、気泡が成長し難い。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る流体制御弁５１の断面図であって、弁閉状態を示す。図１０は、図９に示す流体制御弁５１の断面図であって、弁開状態を示す。尚、図中上側を天側、図中下側を地側とする。
第３実施形態の流体制御弁５１と弁部流路構造５７は、弁室形成室５４と出力側流路５５と出力ポート５６の構成が、第１実施形態と相違し、その他の構成は第１実施形態と共通している。よって、ここでは、第１実施形態と相違する点を中心に説明し、第１実施形態と共通する点は図面に第１実施形態と同じ符号を用い、適宜説明を省略する。

流体制御弁５１は、弁部５２と駆動部３を一体化したものである。樹脂製のバルブボディ５３は、天地方向に入力ポート２２，入力側流路２３，出力側流路５５，出力ポート５６が設けられている。出力側流路５５と出力ポート５６の内径寸法は、入力側流路２３と入力ポート２２の内径寸法と同じである。バルブボディ５３は、駆動部３側の端面に弁室形成室５４が開設されている。弁室形成室５４は、天地方向に対して垂直な垂直内壁２１ｂと、天地方向に対して直交する水平方向に対して第１傾斜角度θ１で傾斜する傾斜内壁２１ｃとを備える。出力側流路５５は、天側の側面から垂直内壁２１ｂに連通するように設けられている。傾斜内壁２１ｃの天側は、垂直内壁２１ｂを介さずに、直接出力側流路５５に接続されている。

このような流体制御弁５１及び弁部流路構造５７は、レジスト液に含まれる気泡が、浮力によって弁室３０の天側の傾斜内壁２１ｃへ移動する。傾斜内壁２１ｃの天側は、弁室３０を出力ポート５６へ連通させる出力側流路５５へ向かって天方向へ傾斜している。そのため、弁閉時に弁室３０にあるレジスト液中の気泡は、浮力によって天側へ上昇した後、傾斜内壁２１ｃに沿って出力側流路５５へ移動し、出力ポート５６へ排出される。このように本実施形態の流体制御弁５１は、弁閉中に、レジスト液中に発生した気泡が自身の浮力によって天側（図中上側）へ移動し、弁室３０の内壁に集まって成長し難い。よって、本実施形態の流体制御弁５１によれば、レジスト液に混入した気泡を弁閉中に出力ポート５６から排出して、レジスト液の供給量を安定させることができる。

また、流体制御弁５１は、出力側流路５５が弁室３０の内壁に開口し、傾斜内壁２１ｃが出力側流路５５に直接接続しているので、弁室３０と出力ポート５６とを結ぶ流路が短い。よって、流体制御弁５１によれば、傾斜内壁２１ｃに付着した気泡が出力側流路５５へ短時間で移動し、気泡抜けが良い。

（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係る流体制御弁６１の断面図であって、弁閉状態を示す。図１２は、図１１に示す流体制御弁６１の断面図であって、弁開状態を示す。尚、図中上側を天側、図中下側を地側とする。
本実施形態の流体制御弁６１及び弁部流路構造６６は、弁室形成室６４の形状と弁孔６５の形状が第２実施形態と相違し、その他の構成は第２実施形態と共通している。よって、ここでは、第２実施形態と相違する点を中心に説明し、第２実施形態と共通する点は図面に第２実施形態と同じ符号を用い、適宜説明を省略する。

流体制御弁６１は、弁部６２と駆動部３を一体化したものである。樹脂製のバルブボディ６３は、駆動部３側の端面に弁室形成室６４が開設されている。弁室形成室６４は、天地方向に対して垂直な垂直内壁６４ａと、天地方向に対して直交する水平方向の軸Ｌ１に対して第１傾斜角度θ１で傾斜する傾斜内壁６４ｂが設けられている。傾斜内壁６４ｂは、第２実施形態より気泡抜けを良くするために、第２実施形態より第１傾斜角度θ１が大きくなるように、設けられている。

弁孔６５は、弁室形成室６４と同軸上に設けられている。弁孔６５は、弁座２５の開口部分へ向かって拡径する円錐形状をなす。そのため、弁孔６５は、天側の内壁６５ａが天地方向に対して直交する水平方向の軸Ｌ２に対して第２傾斜角度θ２で傾斜している。第２傾斜角度θ２は鋭角に設定されている。

このような流体制御弁６１及び弁部流路構造６６は、レジスト液に含まれる気泡が、浮力によって弁室３０の天側の傾斜内壁６４ｂへ移動する。傾斜内壁６４ｂが、弁室３０を出力ポート５６へ連通させる出力側流路５５へ向かって天方向に傾斜しているため、弁室３０の天側の傾斜内壁６４ｂへ移動した気泡は、浮力によって傾斜内壁６４ｂに沿って出力側流路５５へ移動し、出力ポート５６へ排出される。このように本実施形態の流体制御弁６１は、弁閉中に、レジスト液中に発生した気泡が自身の浮力によって天側（図中上側）へ移動し、弁室３０の内壁に集まって成長し難い。よって、本実施形態の流体制御弁６１によれば、レジスト液に混入した気泡を弁閉中に出力ポート５６から排出して、レジスト液の供給量を安定させることができる。

一方、流体制御弁６１は、天地方向に対して直交する方向に開口する弁座２５に、入力ポート２２が弁孔６５を介して連通しており、その弁孔６５の天側の内壁６５ａが、弁座２５へ向かって天方向に傾斜している。そのため、弁閉時に流体圧が低下して、レジスト液中に発生した気泡は、弁孔６５の天側の内壁６５ａへ移動し、弁孔６５の天側の内壁６５ａに沿って弁座２５まで移動して集まる。そして、ダイアフラム弁体２９が弁座２５から離間すると同時に、弁座２５付近に集まって成長した気泡が、浮力と流体圧によって弁座２５から弁室３０と出力側流路５５を介して出力ポート５６へ流れ、排出される。このように、本実施形態の流体制御弁６１は、弁閉する間に弁座２５より一次側に発生した気泡が、弁座２５付近に集まり、弁開と同時に弁座２５から流れ出て出力ポート５６から排出されるので、弁開後の流体供給量を制御しやすい。

本実施形態の流体制御弁１は、弁孔６５が弁座２５の開口部分へ向かって拡径する円錐形状であるので、弁孔６５の形成と同時に、弁孔６５の天側の内壁６５ａを弁座２５の開口部分に対して傾斜させることができる。特に、弁孔６５を円錐状とすることにより、バルブボディ６３の製造時に第２傾斜角度θ２を管理しやすい。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
（１）例えば、上記実施形態では、バルブボディ２０，５３、６３、ダイアフラム弁体２９、シリンダ部材３１、カバー３２、ピストン３４等をフッ素樹脂で構成したが、それらをステンレス等の金属材料から構成しても良い。
（２）例えば、上記実施形態では、流体制御弁１をレジスト液の制御に用いたが、気泡を発生しやすい他の液体の制御に用いても良い。
（３）例えば、上記実施形態の流体制御弁１，５１，６１の弁部流路構造４，５７，６６をマニホールド等に適用しても良い。
（４）例えば、上記実施形態では、斜め流路２６を弁室３０の天側の内壁２１ａと同じ第１傾斜角度θ１で設けたが、斜め流路２６を第１傾斜角度θ１より大きく、９０度未満の角度で設けても良い。この場合、斜め流路２６の天側の内壁２６ａと弁室３０の天側の内壁２１ａが接続する部分に、天側に突出する凹みが形成されず、気泡が弁室３０から斜め流路２６を介して出力側流路２７へ抜けやすく、弁室３０や斜め流路２６の内部で成長しにくい。
（５）例えば、上記実施形態では、弁室２０が天地方向に対して直交するように設けられているが、弁室２０を斜めに形成することにより、弁室２０の天側の内壁を天地方向に対して傾斜させるようにしても良い。このような流路構造でも、弁閉中に、弁室２０の天側に集まった気泡が出力側流路２７へ流れて出力ポート２８から出力されるので、流体制御弁の流体供給量を安定させることができる。

１，５１，６１ 流体制御弁
２，５２，６２ 弁部
３ 駆動部
４，５７，６６ 弁部流路構造
２０，５３，６３ バルブボディ
２１ａ，２１ｃ，６４ｂ 内壁
２２ 入力ポート
２３ 入力側流路
２４，６５ 弁孔
２４ａ，６５ａ 内壁
２５ 弁座
２６ 斜め流路
２６ａ 内壁
２７，５５ 出力側流路
２８，５６ 出力ポート
２９ ダイアフラム弁体（弁体の一例）
３０ 弁室
４０ 収納凹部
４０ａ 弁部側押さえ面
４０ｂ 駆動部側押さえ面
４０ｄ，４０ｅ 内側端部
θ１ 第１傾斜角度
θ２ 第２傾斜角度
Ｂ１〜Ｂ４ 気泡

Claims (4)

1. 入力ポートと出力ポートが対向する側面に形成され、弁室に設けられた弁座を介して前記入力ポートと前記出力ポートが連通するバルブボディと、前記弁室に収納された弁体と、前記弁体に駆動力を付与する駆動部とを備える流体制御を行う流体制御弁において、
   前記入力ポートが地側、前記出力ポートが天側となるように設置されること、
   前記バルブボディが、前記出力ポートと前記弁室との間に形成された出力側流路を、天地方向に設けていること、
   前記弁室は、少なくとも前記天側の内壁が、前記弁室の内壁に付着した気泡の浮力が前記弁室の内壁と前記気泡との間に生じる摩擦抵抗より大きく作用するように、前記出力側流路へ向かって天方向に傾斜していること、
   前記入力ポートを前記弁座に連通させるための弁孔を有すること、
   前記弁孔は、少なくとも前記天側の内壁が、前記弁座へ向かって天方向に傾斜していること、
   前記弁体がダイアフラム弁体であること、
   前記ダイアフラム弁体の外縁部を収納する収納凹部を有すること、
   前記収納凹部が、前記外縁部をバルブボディ側から押さえる弁部側押さえ面と、前記外縁部を駆動部側から押さえる駆動部側押さえ面を有し、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部が前記弁室の天側の内壁に含まれていること、
   前記駆動部側押さえ面の流路側の内側端部が、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部と前記外縁部を挟んで対称な位置、若しくは、前記弁部側押さえ面の流路側の内側端部より内側に配置されており、前記外縁部の浮き上がりを防止して前記外縁部と前記弁部側押さえ面との間にデッドスペースを形成させないことにより、前記外縁部と前記弁部押さえ面との間に気泡を入り込ませないこと、
   を特徴とする流体制御弁。
2. 請求項１に記載する流体制御弁において、
   前記弁孔は、前記弁座の開口部分に対して鋭角に接続している
   ことを特徴とする流体制御弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する流体制御弁において、
   前記弁室と前記出力側流路が斜め流路を介して連通していること、
   前記斜め流路は、前記出力側流路へ向かって天方向に傾斜していること、
   前記斜め流路の前記天側の内壁が、前記弁室の前記天側の内壁の傾斜角度以上の角度で傾斜していること
   を特徴とする流体制御弁。
4. 請求項３に記載する流体制御弁において、
   前記出力側流路と前記斜め流路の流路断面積は、前記入力ポートの流路断面積より小さい
   ことを特徴とする流体制御弁。
   

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