JP3766760B2

JP3766760B2 - Valve unit

Info

Publication number: JP3766760B2
Application number: JP04196499A
Authority: JP
Inventors: 暁典長屋; 立典荻原
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP2000240900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等の産業用製造装置で使用されるバルブユニットに関し、さらに詳細には、流路内に滞留する残留ガスの置換を効率的に行うことが可能なバルブユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、従来からホトレジスト加工のエッチング等に腐食性ガス、毒性ガスおよび可燃性ガス等のプロセスガスが供給ガスとして使用されている。ホトレジスト加工（ホトレジスト塗布、露光、現像、エッチング）は、半導体製造工程において複数回繰り返されるが、そこではプロセスガスを必要に応じて供給するガス供給装置が使用されている。即ち、ホトレジスト加工においては、複数種類のプロセスガスや、同一種類であっても濃度の異なったプロセスガスが使用されることがある。そのため、密閉された空間で構成したチャンバ内で、複数の腐食性ガスや成分ガス等のプロセスガスが混合されたり、プロセスガス等に不活性ガスが混合されたりして所定の濃度にされたりして供給されている。
【０００３】
ところが、プロセスガスの中でも腐食性ガスは、供給後パイプ内に残留したまま放置されると、パイプ内部の金属等を腐食してしまうので、次のガス供給時に不純物が混入して半導体に悪影響を与えることがあった。
また、腐食性ガスが少量でも残留すれば、次に使用するプロセスガスの成分が変化してしまい、ホトレジスト加工に大きな悪影響を与え、半導体製品の品質の劣化させる原因にもなった。
さらに、前回使用のプロセスガスが可燃性ガス等の場合には、たとえ少しの残量であっても種類によっては次のガスと混合して、可燃性ガスによる燃焼や爆発が発生する恐れがあった。
そこで、ガス供給装置では、複数種類の所定量のプロセスガス等をチャンバ内で混合して供給ガスを製造して半導体工程に供給した後、チャンバやガス供給装置等の内部に残留しているプロセスガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換することが行われている。
【０００４】
ところで、最近では半導体製造装置の集積化が進み、ガス供給装置を構成する流路及び制御バルブなどをユニット化したバルブユニットが採用されるに至っている。図３は、そのようなバルブユニットの従来例を示す断面図である。バルブユニット１００は、流路の形成されたマニホールド１０１に、不図示のチャンバへのプロセスガスの流れを制御するガス供給バルブ１０２、残留ガスを置換するためのパージガスの流れを制御するガス置換バルブ１０３、及びプロセスガスの流入を防止するチェック弁１０４が一列に並べられ一体に取り付けられている。そして、プロセスガスを流す時にはガス置換バルブ１０３が閉じられ、ガス供給バルブ１０２が開けられてプロセスガスがチャンバ側へと供給される。そのため、プロセスガスは、プロセスガス流入路１１１から入りガス供給バルブ１０２を介してプロセスガス流出路１１２へと流れ、排出流路１１３から不図示のチャンバへと供給される。
【０００５】
一方、残留ガスの置換時には、ガス供給バルブ１０２が閉じられてプロセスガスの供給が止められた後、ガス置換バルブ１０３が開けられてパージガス（例えば窒素ガス）が高い圧力（例えば２気圧）で流路内に流される。パージガスは、チェック弁１０４からガス置換バルブ１０３を通ってプロセスガス流出路１１２に直交するパージガス流入路１１４から排出流路１１３側へ勢い良く流されるとともに、高い圧力で供給されているためガス供給バルブ１０２側へ続くデッドスペース１２０内へも流入することとなる。そのため、デッドスペース１２０内の残留ガスは、パージガスによって希釈されとともに排出流路１１３側へ流されて排出される。従って、プロセスガス流出路１１２内にパージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図３に示すような従来のバルブユニット１００では、流路内の残留ガスを所望の濃度にまで希釈させるガス置換に時間がかかり、またそれに伴ってパージガスの消費量が多くなることが問題になっていた。ガス置換に長時間を要すれば、半導体製造装置のサイクルタイムが長くなって生産効率を低下させ、またパージガスの消費量が多くなれば、コスト削減への障害となるからである。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決すべく、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバルブユニットは、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを前記プロセスガスの排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路とを有し、前記プロセスガス流路と前記パージガス流路との合流点が、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとの間にあることを特徴とする。
例えば、前記パージガス流路が、前記第２接続ポートから前記第１接続ポート側に傾斜して形成され、前記プロセスガス流路が、第１接続ポートから前記第２接続ポート側に傾斜して形成される傾斜部分を有し、前記パージガス流路が、前記プロセスガス流路の傾斜部分に合流する。
よって、プロセスガス供給後にガス供給バルブを閉じ、ガス置換バルブを開けてパージガスを流せば、パージガス流路からプロセスガス流路の合流点を通って下流側に残留ガスが押し流され、またパージガスは一般に高い圧力で供給されるため、ガス供給バルブによって閉じられてデッドスペースとなった合流点の上流側にも流れ込んで、当該スペースの残留ガスを希釈して排気させる。このとき、合流点がガス置換バルブの上流側、即ちガス供給バルブの閉弁部により近い位置にあるため、デッドスペースの容積が小さく、即ちプロセスガスの残留量が少なくなることでガス置換に要する時間を短縮し、パージガスの消費量も減らすことができる。
【０００９】
また、本発明に係るバルブユニットは、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路と、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとを連絡するバイパス流路とを有することを特徴とする。
よって、プロセスガス供給後にガス供給バルブを閉じ、ガス置換バルブを開けてパージガスを流せば、パージガス流路からプロセスガス流路の合流点を通って下流側に残留ガスが押し流され、またバイパス流路を通って合流点の更に上流側からプロセスガス流路内の残留ガスが押し流される。また、パージガスは一般に高い圧力で供給されるため、ガス供給バルブによって閉じられてデッドスペースとなったプロセスガス流路入り口の上流側にも流れ込んで、当該スペースの残留ガスを希釈して排気させる。このとき、デッドスペースがガス供給バルブ内の僅かな空間であるため、プロセスガスの残留量が少なく、ガス置換に要する時間を短縮し、パージガスの消費量も減らすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るバルブユニットの一実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。本実施の形態のバルブユニットは、前述したものと同様に半導体製造装置等のガス供給装置を構成するものである。図１は、バルブユニットの第１実施の形態を示す断面図である。
バルブユニット１０は、流路の形成されたマニホールド１上に、不図示のチャンバへのプロセスガスの流れを制御するガス供給バルブ２、残留ガスを置換するためのパージガスの流れを制御するガス置換バルブ３、及びプロセスガスの流入を防止するチェック弁４が一列に並べられ一体に取り付けられている。ガス供給バルブ２、ガス置換バルブ３及びチェック弁４は、それぞれのバルブブロック１１，１２，１３と一体に構成され、そのバルブブロック１１，１２，１３によってマニホールド１に取り付けられている。バルブブロック１１，１２，１３には、それぞれ弁部に連通し、取り付け面である底面側にポート部を開設する流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとが穿設されている。
【００１１】
そして、このバルブブロック１１，１２，１３の流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ及び流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとに連通する流路がマニホールド１に穿設されている。即ち、プロセスガスの流れを制御する作業バルブ２のバルブブロック１１には、プロセスガス流入路２１とプロセスガス流出路２２が連通している。特に、本実施の形態のものは、従来例のもの（図３参照）と比較して分かるように、プロセスガス流出路２２が、マニホールド１の長手方向に穿設された水平部２２Ｐに対し、下流側（ガス置換バルブ３側）に傾斜した傾斜部２２Ｑによって連通している。従って、バルブブロック１１の流出路１１Ｂもプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑに合わせて傾斜して形成されている。
【００１２】
またマニホールド１には、チェック弁４にパージガスを供給するパージガス流入路２３と、チェック弁４からガス置換バルブ３へパージガスを流すための連絡流路２４とが穿設されている。更に、マニホールド１には、ガス置換バルブ３に対するバルブブロック１２の流出路１２Ｂから、プロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑの途中で合流するようにパージガス供給路２５が穿設されている。このパージガス供給路２５は、上流側（ガス供給バルブ２側）にプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑと同程度に傾斜して形成され、そこへ連通するバルブブロック１２の流出路１２Ｂも傾斜して形成されている。
なお、プロセスガス流出路２２とパージガス供給路２５とが、それぞれ請求項１に記載するプロセスガス流路とパージガス流路に相当する。
【００１３】
そこで、このようなバルブユニット１０によれば、次のようにしてガス置換が行われる。
先ず、プロセスガスは、ガス置換バルブ３が閉じられた状態でガス供給バルブ２が開けられて、マニホールド１のパージガス流入路２１からパージガス流出路２２を通って不図示のチャンバへと供給される。そして、エッチング等の処理が終了すると、ガス供給バルブ２が閉じられプロセスガスの供給が停止し、次いでガス置換が実行される。即ち、ガス供給バルブ２の閉弁に続いてガス置換バルブ３が開けられ、高圧のパージガスがプロセスガス流出路２２内に押し流される。パージガスには、窒素ガスなどの不活性ガスが使用され、２気圧或いはそれ以上の圧力で供給される。
よって、パージガスは、マニホールド１のパージガス流入路２３及び連絡流路２４を通ってチェック弁４からガス置換バルブ３へと流れ、更にパージガス供給路２５からプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑへと勢い良く流入する。
【００１４】
プロセスガス流出路２２へ流れ込んだパージガスは、そのまま残留ガスを押し流しながら排出流路２６から排出する。
また、パージガスは、流路内の圧力より高圧で供給されているため、傾斜部２２Ｑをバルブブロック１１の流出路１１Ｂ、即ちデッドスペース２８（斑点で図示）内へも流れ込む。そのため、デッドスペース２８内の残留ガスは、パージガスによって希釈されるとともに排出流路２６側へ流されて排出される。従って、プロセスガス流出路２２内にパージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【００１５】
ここで、本実施の形態のバルブユニット１０と図３の従来のバルブユニット１００とのガス置換特性について試験結果を比較する。図４及び図５は、ガス置換特性についての試験結果をグラフで示したものである。なお、この試験では、腐食性ガスの代わりに酸素の充填された流路内に窒素ガスのパージによってガス置換を行った。図４のグラフには、バルブユニット流路内の残留酸素濃度に対するパージ時間の比較を示し、図５のグラフには、バルブユニット流路内の残留酸素濃度に対する窒素ガス消費量の比較を示している。
なお、本試験は、置換ガス圧力を０．２ＭＰａとし、毎分１リットルの置換ガス流量のもとで行った。
また、実際にガス置換を行う場合には、流路内の残留ガスの濃度はガス種により許容濃度が決められており、今回の試験は０．５ｐｐｍ以下に希釈するまでを比較した。
【００１６】
そこで、両バルブユニット１０，１００をほぼ基準値に達するまでのパージ時間と窒素ガス消費量で比較してみると、明らかに本実施の形態のバルブユニット１０（実線で表示）の方が、従来のバルブユニット１００に比べて良いガス置換特性を示した。
即ち、図４に示すように、残留酸素が基準濃度に達するまでに、従来のバルブユニット１００の場合は約９００ｓｅｃものパージ時間を要したのに対し、本バルブユニット１０は約２００ｓｅｃであった。また、図５に示すように、残留酸素が基準濃度に達するまでに、従来のバルブユニット１００の場合は約１５リットルもの窒素ガスを消費したたのに対し、本バルブユニット１０は約３．３リットルであった。従って、本実施の形態のバルブユニット１０によれば、パージ時間の短縮に伴って窒素ガス消費量もで抑えることができた。
【００１７】
これは、プロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑに、同じように傾斜させたパージガス供給路２５を合流させるように形成したので、デッドスペース２８を極力小さくすることができたからであると考えられる。その点において、従来のマニホールド１０１ではデッドスペース１２０内での残留ガスの容量が０．７１ｃｃであるのに対し、本実施の形態のマニホールド１では、デッドスペース２８内での残留ガスの容量を０．１３ｃｃにまで低下させることができた。
そして、この結果から、本実施の形態のバルブユニット１０によれば、半導体製造装置のサイクルタイムを短くすることができ、製造能力の向上につながった。また、ガス置換に使用されるパージガスの消費量を少なくさせることができ、コスト削減にもなった。
【００１８】
次に、本発明に係るバルブユニットの第２実施の形態について説明する。図２は、バルブユニットの第２実施の形態を示す断面図である。本実施の形態のバルブユニット３０は、第１実施の形態のものと同様に組み付けられ、半導体製造装置等のガス供給装置を構成するものである。従って、前記バルブユニット１０（図１参照）と同一の構成部品には同符号を付して説明する。
流路の形成されたマニホールド３１上に、ガス供給バルブ２、ガス置換バルブ３、及びチェック弁４が一列に並べられ一体に取り付けられている。そして、これらは各バルブブロック１１，１２，１３と一体に構成され、そのバルブブロック１１，１２，１３によってマニホールド３１に取り付けられている。バルブブロック１１，１２，１３には、それぞれ弁部に連通し、取り付け面である底面側にポート部を開設する流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとが穿設されている。
【００１９】
そして、このバルブブロック１１，１２，１３の流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ及び流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとに連通する流路がマニホールド３１に穿設されている。即ち、プロセスガスの流れを制御する作業バルブ２のバルブブロック１１には、プロセスガス流入路４１とプロセスガス流出路４２が連通している。プロセスガス流出路４２は、マニホールド３１の長手方向に穿設された水平部４２Ｐに対し、上面から垂直に穿設された垂直部４２Ｑによって連通している。
またマニホールド３１には、チェック弁４にパージガスを供給するパージガス流入路４３と、チェック弁４からガス置換バルブ３へパージガスを流すための連絡流路４４とが穿設されている。
更に、マニホールド３１には、バルブブロック１２の流出路１２Ｂからプロセスガス流出路４２の水平部４２Ｐへ垂直に連通して合流するパージガス供給路４５と、そのパージガス供給路４５とプロセスガス流出路４２との上面開口部を連通するＶ字形のバイパス流路４６が穿設されている。
なお、プロセスガス流出路４２とパージガス供給路４５とが、それぞれ請求項２に記載するプロセスガス流路とパージガス流路に相当する。
【００２０】
そこで、このようなバルブユニット３０によれば、次にようにしてガス置換が行われる。
先ず、プロセスガスは、ガス置換バルブ３が閉じられた状態でガス供給バルブ２が開けられて、マニホールド３１のパージガス流入路４１からパージガス流出路４２を通って不図示のチャンバへと供給される。そして、エッチング等の処理が終了すると、ガス供給バルブ２が閉じられプロセスガスの供給が停止し、ガス置換が実行される。即ち、ガス供給バルブ２の閉弁に続いてガス置換バルブ３が開けられ、高圧のパージガスがプロセスガス流出路４２内に押し流される。パージガスには、窒素ガスなどの不活性ガスが使用され、２気圧或いはそれ以上の圧力で供給される。
よって、パージガスは、マニホールド３１のパージガス流入路４３及び連絡流路４４を通ってチェック弁４からガス置換バルブ３へと流れ、更にバルブブロック１２の流出路１２Ｂからパージガス供給路４５とバイパス流路４６との２方向に分かれて流れ込む。
【００２１】
パージガス供給路４５へ流れ込んだパージガスは、そのままプロセスガス流出路４２内の残留ガスを押し流して排出流路２６から排出する。一方、バイパス流路４６へ流れ込んだパージガスは、プロセスガス流出路４２内の残留ガスを上流から更に押し流して排出流路２６側へ排出する。また、バイパス流路４６へ流れ込んだパージガスは、高圧で供給されているため、デッドスペース４８（斑点で図示）となっているバルブブロック１１の流出路１１Ｂ内へも流れ込む。
そのため、デッドスペース４８内の残留ガスは、パージガスによって希釈されとともに排出流路２６側へ流されて排出される。従って、パージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【００２２】
そして、本実施の形態のバルブユニット３０によれば、ガス置換特性の試験結果は示されていないが、更なるパージ時間の短縮を可能とし、それに伴って窒素ガス消費量もでより抑えることができる。第１実施の形態でも示したように、ガス置換特性の向上は、流路内のデッドスペースに起因していると考えられるからである。その点において本実施の形態では、マニホールド３１内の残留ガスを完全に押し流すようにしたので、デッドスペース４８内での残留ガスの容量が、流出路１１Ｂ部分の０．０９ｃｃにまでに低下させることができたからである。
また、ガス置換特性向上の根拠として、パージガスがデッドスペース４８へ流れ込む方向性を挙げることもできる。即ち、パージガスは流路内の圧力より高圧で供給されるためデッドスペース内にも流入するが、本実施の形態のようにバイパス流路４６がデッドスペース４８の方向を向いていることにより、パージガスの流れによる運動エネルギが有効に働いてデッドスペース内に効果的に流入することが考えられるからである。
【００２３】
従って、本実施の形態のバルブユニット３０によれば、ガス置換特性の向上により半導体製造装置のサイクルタイムを短くすることができ、製造能力の向上につながる。また、ガス置換に使用されるパージガスの消費量を少なくさせることができ、コスト削減にもなる。
【００２４】
なお、本発明は、前記実施の形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記第２実施の形態では、パージガス供給路４５に加えてバイパス流路４６を形成したがバイパス流路４６のみでパージガスを供給するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを前記プロセスガスの排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路とを有し、前記プロセスガス流路と前記パージガス流路との合流点が、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとの間にあるので、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することが可能となった。
【００２６】
また、本発明は、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路と、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとを連絡するバイパス流路とを有する構成としたので、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルブユニットの第１実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るバルブユニットの第２実施の形態を示す断面図である。
【図３】従来のバルブユニットを示す断面図である。
【図４】パージ時間に基づくガス置換特性を示したグラフである。
【図５】パージガス消費量に基づくガス置換特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１，３１，１０１マニホールド
２，１０２ガス供給バルブ
３，１０３ガス置換バルブ
４，１０４チェック弁
１０，３０，１００バルブユニット
２２，４２，１１２プロセスガス流出路
２５，４５，４６，１１４パージガス供給路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve unit used in an industrial manufacturing apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a valve unit capable of efficiently replacing residual gas staying in a flow path.
[0002]
[Prior art]
In the semiconductor manufacturing process, a process gas such as a corrosive gas, a toxic gas, and a flammable gas has been conventionally used as a supply gas for etching of photoresist processing or the like. Photoresist processing (photoresist application, exposure, development, and etching) is repeated a plurality of times in the semiconductor manufacturing process, where a gas supply device that supplies process gas as needed is used. That is, in photoresist processing, a plurality of types of process gases or process gases having the same concentration but different concentrations may be used. Therefore, a process gas such as a plurality of corrosive gases and component gases may be mixed in a chamber configured with a sealed space, or an inert gas may be mixed with the process gas to obtain a predetermined concentration. Have been supplied.
[0003]
However, corrosive gas among process gases, if left in the pipe after supply, will corrode the metal inside the pipe, etc., so impurities will be mixed in the next gas supply, which will adversely affect the semiconductor. There was to give.
Further, if a corrosive gas remains even in a small amount, the component of the process gas to be used next is changed, which has a great adverse effect on the photoresist processing and causes the quality of the semiconductor product to deteriorate.
In addition, if the process gas used last time is flammable gas, even if it is a small amount, it may be mixed with the next gas depending on the type, and there is a risk of combustion or explosion caused by flammable gas. It was.
Therefore, in the gas supply device, a plurality of types of predetermined amounts of process gas and the like are mixed in the chamber to manufacture the supply gas and supply it to the semiconductor process, and then remain in the chamber and the gas supply device. The gas is replaced with an inert gas such as nitrogen gas.
[0004]
Recently, integration of semiconductor manufacturing apparatuses has progressed, and a valve unit in which a flow path and a control valve constituting a gas supply apparatus are unitized has been adopted. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional example of such a valve unit. A valve unit 100 includes a gas supply valve 102 that controls the flow of a process gas to a chamber (not shown), and a gas replacement valve 103 that controls the flow of a purge gas for replacing residual gas, in a manifold 101 in which a flow path is formed. , And check valves 104 for preventing inflow of process gas are aligned in a row and attached integrally. When the process gas is flowed, the gas replacement valve 103 is closed, the gas supply valve 102 is opened, and the process gas is supplied to the chamber side. Therefore, the process gas flows from the process gas inflow passage 111 to the process gas outflow passage 112 via the gas supply valve 102 and is supplied from the discharge passage 113 to a chamber (not shown).
[0005]
On the other hand, when replacing the residual gas, after the gas supply valve 102 is closed and the supply of the process gas is stopped, the gas replacement valve 103 is opened and the purge gas (for example, nitrogen gas) flows at a high pressure (for example, 2 atm). Flowed into the road. The purge gas flows from the check valve 104 through the gas replacement valve 103 to the exhaust gas passage 113 side from the purge gas inflow passage 114 orthogonal to the process gas outflow passage 112 and is supplied at a high pressure. It will also flow into the dead space 120 that continues to the 102 side. Therefore, the residual gas in the dead space 120 is diluted with the purge gas, and flows to the discharge flow path 113 side to be discharged. Therefore, by continuing to flow the purge gas into the process gas outflow path 112, the process gas remaining in the flow path is diluted and gas replacement is completed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional valve unit 100 as shown in FIG. 3, it takes time for gas replacement to dilute the residual gas in the flow path to a desired concentration, and the consumption of purge gas increases accordingly. It was. This is because if the gas replacement takes a long time, the cycle time of the semiconductor manufacturing apparatus becomes longer and the production efficiency is lowered, and if the consumption amount of the purge gas is increased, it becomes an obstacle to cost reduction.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a valve unit that can efficiently replace residual gas in order to solve the above-described problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The valve unit according to the present invention is a valve unit in which a plurality of fluid control devices for controlling the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body. there are, comprises a gas supply valve for controlling the flow of process gas, wherein disposed from a gas supply valve to the downstream side of the flow of the process gas and a gas replacement valve for controlling the flow of purge gas, said manifold, A first connection port connected to a discharge path of the gas supply valve; a process gas flow path communicating the first connection port with a discharge port of the process gas; and a second connection connected to a discharge path of the gas replacement valve. And a purge gas passage for communicating the second connection port with the process gas passage, the process gas passage and the purge gas Confluence with the road, characterized in that between the first connecting port and the second connecting port.
For example, the purge gas channel is formed to be inclined from the second connection port to the first connection port, and the process gas channel is formed to be inclined from the first connection port to the second connection port. The purge gas flow path merges with the inclined portion of the process gas flow path .
Therefore, if the gas supply valve is closed after the process gas is supplied, the gas replacement valve is opened and the purge gas is allowed to flow, the residual gas will be pushed downstream from the purge gas flow path through the confluence of the process gas flow path. Since it is supplied at a high pressure, it flows into the upstream side of the junction where the dead space is closed by the gas supply valve, and the residual gas in the space is diluted and exhausted. At this time, the merge point is located upstream of the gas replacement valve, that is, closer to the closed portion of the gas supply valve. Therefore, the dead space volume is small, that is, the residual amount of process gas is reduced, which is required for gas replacement. Time can be shortened and purge gas consumption can also be reduced.
[0009]
The valve unit according to the present invention is a valve in which a plurality of fluid control devices that control the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body. a unit has a gas supply valve for controlling the flow of process gas, wherein disposed from a gas supply valve to the downstream side of the flow of the process gas and a gas replacement valve for controlling the flow of purge gas, the manifold It has a first connection port connected to the discharge path of the gas supply valve, and process gas passage for communicating the discharge port of the first connection port, a second connection port connected to the discharge channel of the gas exchange valve the purge gas flow path for communicating the second connection port to the process gas flow path, by which contact with the said first connection port second connection port And having a scan channel.
Therefore, if the gas supply valve is closed after the process gas is supplied, the gas replacement valve is opened and the purge gas is allowed to flow, the residual gas is pushed downstream from the purge gas flow path through the confluence of the process gas flow path, and the bypass flow path. The residual gas in the process gas flow path is forced away from the further upstream side of the confluence through the flow path. Further, since the purge gas is generally supplied at a high pressure, it flows into the upstream side of the process gas flow path entrance which is closed by the gas supply valve and becomes a dead space, and the residual gas in the space is diluted and exhausted. At this time, since the dead space is a slight space in the gas supply valve, the residual amount of process gas is small, the time required for gas replacement can be shortened, and the consumption of purge gas can also be reduced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a valve unit according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The valve unit according to the present embodiment constitutes a gas supply device such as a semiconductor manufacturing device as described above. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a valve unit.
A valve unit 10 includes a gas supply valve 2 that controls the flow of a process gas to a chamber (not shown), and a gas replacement valve that controls the flow of a purge gas for replacing residual gas on a manifold 1 in which a flow path is formed. 3 and a check valve 4 for preventing inflow of process gas are arranged in a line and attached integrally. The gas supply valve 2, the gas replacement valve 3, and the check valve 4 are configured integrally with the respective valve blocks 11, 12, and 13, and are attached to the manifold 1 by the valve blocks 11, 12, and 13. The valve blocks 11, 12, 13 are respectively provided with inflow passages 11 A, 12 A, 13 A and outflow passages 11 B, 12 B, 13 B that communicate with the valve portions and open ports on the bottom side that is the mounting surface. Yes.
[0011]
A flow path communicating with the inflow paths 11A, 12A, 13A and the outflow paths 11B, 12B, 13B of the valve blocks 11, 12, 13 is formed in the manifold 1. That is, the process gas inflow passage 21 and the process gas outflow passage 22 communicate with the valve block 11 of the work valve 2 that controls the flow of the process gas. In particular, in the present embodiment, the process gas outflow path 22 has a horizontal portion 22P drilled in the longitudinal direction of the manifold 1, as can be seen in comparison with the conventional example (see FIG. 3). It communicates with the inclined portion 22Q inclined to the downstream side (gas replacement valve 3 side). Therefore, the outflow passage 11B of the valve block 11 is also formed to be inclined in accordance with the inclined portion 22Q of the process gas outflow passage 22.
[0012]
Also in the manifold 1, a purge gas inlet passage 23 for supplying purge gas to the check valve 4, and a communication passage 24 for the flow of purge gas from the check valve 4 to the gas exchange valve 3 are bored. Further, a purge gas supply path 25 is bored in the manifold 1 so as to join from the outflow path 12B of the valve block 12 to the gas replacement valve 3 in the middle of the inclined portion 22Q of the process gas outflow path 22. The purge gas supply path 25 is formed on the upstream side (gas supply valve 2 side) with an inclination similar to that of the inclined portion 22Q of the process gas outflow path 22, and the outflow path 12B of the valve block 12 communicating therewith is also inclined. Is formed.
The process gas outflow path 22 and the purge gas supply path 25 correspond to the process gas flow path and the purge gas flow path described in claim 1, respectively.
[0013]
Therefore, according to such a valve unit 10, gas replacement is performed as follows.
First, the process gas is supplied from the purge gas inflow passage 21 of the manifold 1 to the chamber (not shown) through the purge gas inflow passage 22 with the gas replacement valve 3 being closed and the gas supply valve 2 being opened. When processing such as etching is completed, the gas supply valve 2 is closed, the supply of process gas is stopped, and then gas replacement is performed. That is, following the closing of the gas supply valve 2, the gas replacement valve 3 is opened, and a high-pressure purge gas is pushed into the process gas outflow passage 22. An inert gas such as nitrogen gas is used as the purge gas, and the purge gas is supplied at a pressure of 2 atm or higher.
Accordingly, the purge gas flows from the check valve 4 to the gas replacement valve 3 through the purge gas inflow path 23 and the communication flow path 24 of the manifold 1, and further from the purge gas supply path 25 to the inclined portion 22Q of the process gas outflow path 22. It flows in well.
[0014]
The purge gas that has flowed into the process gas outflow passage 22 is discharged from the discharge passage 26 while pushing the residual gas as it is.
Further, since the purge gas is supplied at a pressure higher than the pressure in the flow path, the inclined portion 22Q flows into the outflow path 11B of the valve block 11, that is, the dead space 28 (illustrated by spots). For this reason, the residual gas in the dead space 28 is diluted with the purge gas, and flows to the discharge flow path 26 side to be discharged. Therefore, by continuing to flow the purge gas into the process gas outflow path 22, the process gas remaining in the flow path is diluted and gas replacement is completed.
[0015]
Here, a test result is compared about the gas displacement characteristic of the valve unit 10 of this Embodiment and the conventional valve unit 100 of FIG. 4 and 5 are graphs showing the test results for the gas replacement characteristics. In this test, gas replacement was performed by purging nitrogen gas in a flow path filled with oxygen instead of corrosive gas. The graph of FIG. 4 shows the comparison of the purge time with respect to the residual oxygen concentration in the valve unit flow path, and the graph of FIG. 5 shows the comparison of the nitrogen gas consumption with respect to the residual oxygen concentration in the valve unit flow path. Yes.
In addition, this test was performed under a replacement gas flow rate of 1 liter per minute at a replacement gas pressure of 0.2 MPa.
In the actual gas replacement, the allowable concentration of the residual gas concentration in the flow path is determined by the gas type, and this test was compared until diluted to 0.5 ppm or less.
[0016]
Therefore, when comparing the valve units 10 and 100 with the purge time until the reference value is substantially reached and the amount of nitrogen gas consumed, the valve unit 10 of this embodiment (shown with a solid line) is clearly more conventional. Compared with the valve unit 100 of FIG.
That is, as shown in FIG. 4, in the case of the conventional valve unit 100, a purge time of about 900 seconds was required until the residual oxygen reached the reference concentration, whereas the present valve unit 10 was about 200 seconds. Further, as shown in FIG. 5, in the case of the conventional valve unit 100, about 15 liters of nitrogen gas was consumed before the residual oxygen reached the reference concentration, whereas in the present valve unit 10, about 3.3 liters were consumed. Liters. Therefore, according to the valve unit 10 of the present embodiment, the consumption of nitrogen gas can be suppressed as the purge time is shortened.
[0017]
This is presumably because the purge gas supply passage 25 that is similarly inclined is joined to the inclined portion 22Q of the process gas outlet passage 22 so that the dead space 28 can be made as small as possible. In that respect, the conventional manifold 101 has a residual gas capacity of 0.71 cc in the dead space 120, whereas the manifold 1 of the present embodiment has a residual gas capacity of 0 in the dead space 28. It was possible to reduce to .13 cc.
From this result, according to the valve unit 10 of the present embodiment, the cycle time of the semiconductor manufacturing apparatus can be shortened, leading to an improvement in manufacturing capability. In addition, the consumption of purge gas used for gas replacement can be reduced, resulting in cost reduction.
[0018]
Next, a second embodiment of the valve unit according to the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the valve unit. The valve unit 30 of the present embodiment is assembled in the same manner as that of the first embodiment, and constitutes a gas supply apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus. Accordingly, the same components as those of the valve unit 10 (see FIG. 1) will be described with the same reference numerals.
A gas supply valve 2, a gas replacement valve 3, and a check valve 4 are arranged in a line on a manifold 31 in which a flow path is formed, and are integrally attached. These are configured integrally with the respective valve blocks 11, 12, 13 and are attached to the manifold 31 by the valve blocks 11, 12, 13. The valve blocks 11, 12, 13 are respectively provided with inflow passages 11 A, 12 A, 13 A and outflow passages 11 B, 12 B, 13 B that communicate with the valve portions and open ports on the bottom side that is the mounting surface. Yes.
[0019]
A flow path communicating with the inflow paths 11A, 12A, 13A and the outflow paths 11B, 12B, 13B of the valve blocks 11, 12, 13 is formed in the manifold 31. That is, the process gas inflow passage 41 and the process gas outflow passage 42 communicate with the valve block 11 of the work valve 2 that controls the flow of the process gas. The process gas outflow passage 42 communicates with a horizontal portion 42P formed in the longitudinal direction of the manifold 31 by a vertical portion 42Q formed vertically from the upper surface.
The manifold 31 includes a purge gas inlet passage 43 for supplying purge gas to the check valve 4, and the communication passage 44 for the flow of purge gas from the check valve 4 to the gas substitution valve 3 is bored.
The manifold 31 further includes a purge gas supply path 45 that vertically communicates with the horizontal portion 42P of the process gas outflow path 42 from the outflow path 12B of the valve block 12, and the purge gas supply path 45 and the process gas outflow path 42. A V-shaped bypass passage 46 communicating with the upper surface opening is formed.
The process gas outflow path 42 and the purge gas supply path 45 correspond to a process gas flow path and a purge gas flow path described in claim 2, respectively.
[0020]
Therefore, according to such a valve unit 30, gas replacement is performed as follows.
First, the process gas is supplied from the purge gas inflow passage 41 of the manifold 31 to the chamber (not shown) through the purge gas inflow passage 42 while the gas replacement valve 3 is closed and the gas supply valve 2 is opened. When processing such as etching is completed, the gas supply valve 2 is closed, the supply of process gas is stopped, and gas replacement is executed. That is, the gas replacement valve 3 is opened after the gas supply valve 2 is closed, and the high-pressure purge gas is pushed into the process gas outflow passage 42. An inert gas such as nitrogen gas is used as the purge gas, and the purge gas is supplied at a pressure of 2 atm or higher.
Therefore, the purge gas flows from the check valve 4 to the gas replacement valve 3 through the purge gas inflow path 43 and the communication flow path 44 of the manifold 31 and further from the outflow path 12B of the valve block 12 to the purge gas supply path 45 and the bypass flow path 46. And flow in two directions.
[0021]
The purge gas that has flowed into the purge gas supply passage 45 is directly discharged from the discharge passage 26 by pushing away the residual gas in the process gas outlet passage 42. On the other hand, the purge gas that has flowed into the bypass flow path 46 further pushes the residual gas in the process gas outflow path 42 from the upstream side and discharges it to the discharge flow path 26 side. Further, since the purge gas that has flowed into the bypass flow path 46 is supplied at a high pressure, it also flows into the outflow path 11B of the valve block 11 that is a dead space 48 (illustrated with spots).
Therefore, the residual gas in the dead space 48 is diluted with the purge gas and flows to the discharge flow path 26 side to be discharged. Therefore, by continuing the flow of the purge gas, the process gas remaining in the flow path is diluted and the gas replacement is completed.
[0022]
According to the valve unit 30 of the present embodiment, the test result of the gas replacement characteristic is not shown, but the purge time can be further shortened, and the nitrogen gas consumption can be further suppressed accordingly. it can. This is because, as shown in the first embodiment, the improvement in the gas replacement characteristics is considered to be caused by the dead space in the flow path. In this respect, in the present embodiment, since the residual gas in the manifold 31 is completely washed away, the capacity of the residual gas in the dead space 48 is reduced to 0.09 cc in the outflow passage 11B. It was because it was made.
Further, the direction of the purge gas flowing into the dead space 48 can be cited as a basis for improving the gas replacement characteristics. That is, since the purge gas is supplied at a pressure higher than the pressure in the flow path, the purge gas also flows into the dead space. However, since the bypass flow path 46 faces the dead space 48 as in the present embodiment, the purge gas This is because it is considered that the kinetic energy due to the flow of gas effectively works and effectively flows into the dead space.
[0023]
Therefore, according to the valve unit 30 of the present embodiment, the cycle time of the semiconductor manufacturing apparatus can be shortened by improving the gas replacement characteristics, leading to an improvement in manufacturing capability. In addition, the consumption of purge gas used for gas replacement can be reduced, resulting in cost reduction.
[0024]
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the second embodiment, the bypass flow path 46 is formed in addition to the purge gas supply path 45, but the purge gas may be supplied only by the bypass flow path 46.
[0025]
【The invention's effect】
The present invention provides a valve unit in which a plurality of fluid control devices for controlling the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body, A gas supply valve that controls a gas flow; and a gas replacement valve that is disposed downstream of the process gas flow from the gas supply valve and controls a flow of a purge gas. The manifold includes the gas supply valve A first connection port connected to the discharge path, a process gas flow path communicating the first connection port with the process gas discharge port, a second connection port connected to the discharge path of the gas replacement valve, the second connection port and a purge gas flow path which communicates with the process gas flow path, the meeting point of the process gas flow path and the purge gas flow path, before Since between the first connection port second connection port, it becomes possible to provide a valve unit capable of performing the substitution of the residual gas efficiently.
[0026]
Further, the present invention is a valve unit in which a plurality of fluid control devices for controlling the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body. A gas supply valve that controls a flow of the process gas; and a gas replacement valve that is disposed on the downstream side of the flow of the process gas from the gas supply valve to control the flow of the purge gas, and the manifold includes the gas A first connection port connected to the discharge path of the supply valve; a process gas flow path connecting the first connection port to the discharge port; a second connection port connected to the discharge path of the gas replacement valve; structure with a purge gas passage for communicating the connection port to the process gas flow path, and a bypass passage communicating with said first connection port and the second connecting port Since was, it becomes possible to provide a valve unit capable of performing the substitution of the residual gas efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a valve unit according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a valve unit according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional valve unit.
FIG. 4 is a graph showing gas replacement characteristics based on purge time.
FIG. 5 is a graph showing gas replacement characteristics based on purge gas consumption.
[Explanation of symbols]
1,31,101 Manifold 2,102 Gas supply valve 3,103 Gas replacement valve 4,104 Check valve 10,30,100 Valve unit 22,42,112 Process gas outflow passage 25,45,46,114 Purge gas supply passage

Claims

A valve unit in which a plurality of fluid control devices for controlling the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body,
A gas supply valve for controlling the flow of the process gas, wherein disposed from a gas supply valve to the downstream side of the flow of the process gas and a gas replacement valve for controlling the flow of purge gas,
The manifold is
A first connection port connected to the discharge path of the gas supply valve ;
A process gas flow path for communicating the first connection port with the process gas outlet;
A second connection port connected to the discharge path of the gas replacement valve;
A purge gas flow path communicating the second connection port with the process gas flow path,
The valve unit, wherein a confluence of the process gas flow path and the purge gas flow path is between the first connection port and the second connection port .

The valve unit according to claim 1, wherein
The purge gas flow path is formed to be inclined from the second connection port to the first connection port ;
The process gas flow path has an inclined portion formed to be inclined from the first connection port to the second connection port ;
The valve unit , wherein the purge gas flow path joins an inclined portion of the process gas flow path.

A valve unit in which a plurality of fluid control devices for controlling the flow of fluid flowing through the flow path are integrally attached to a manifold having a flow path formed in a block body,
A gas supply valve for controlling the flow of the process gas, wherein disposed from a gas supply valve to the downstream side of the flow of the process gas and a gas replacement valve for controlling the flow of purge gas,
The manifold is
A first connection port connected to the discharge path of the gas supply valve ;
A process gas flow path for communicating the first connection port with the discharge port;
A second connection port connected to the discharge path of the gas replacement valve;
A purge gas flow path for communicating the second connection port with the process gas flow path;
A valve unit comprising a bypass flow path connecting the first connection port and the second connection port .