DE69814758T2

DE69814758T2 - Regelungsvorrichtung für Fluide

Info

Publication number: DE69814758T2
Application number: DE1998614758
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Ohmi; Yukio Minami; Akihiro Morimoto; Nobukazu Ikeda; Keiji Horao; Takashi Hirose; Michio Yamaji; Kazuhiro Yoshikawa
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: US20020124894A1; IL125437A0; TW517140B; KR19990023326A; IL125437A; US6408879B1; EP0896177A1; JPH1151298A; DE69814758D1; EP0896177B1; CA2244565A1; JP4235759B2; SG88740A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidsteuervorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die beispielsweise in einer Einrichtung zur Halbleiterherstellung verwendet werden können und durch die ein erstes Fluid geleitet wird, das anschließend durch ein zweites Fluid ersetzt wird.
Fluidsteuervorrichtungen umfassen verschiedene Bauteile, wie beispielsweise Filter, Druckregler, unterschiedliche Arten von Ventilen, Massendurchflußsteuerungen, Druckmesser und Drucksensoren, die miteinander verbunden sind. wie beispielsweise in 5 gezeigt ist, ist ein Druckmeßgerät im wesentlichen am Ende eines Zweigkanals 42 angeordnet, der sich im rechten Winkel von einem Hauptdurchgang 41 erstreckt.
Bei derartigen herkömmlichen Fluidsteuervorrichtungen erzeugt der Zweigkanal, dessen Ende mit dem Druckmeßgerät verschlossen ist, ein sogenanntes Totraumvolumen, wobei ein Fluid in diesem Totraumvolumenbereich verbleibt, wenn anschließend ein weiteres Fluid durch den Durchgang geleitet wird. Es ist ein großes Problem, die Austauschdauer, die einerseits zum Ersetzten des einen Fluids durch ein weiteres und andererseits für die Sauberkeit des weiteren Fluids erforderlich ist, derart zu reduzieren, daß sie einen gewünschten Wert erreicht. Zur Lösung dieses Problems konzentrieren sich die Betrachtungen auf die Verringerung des Totraumvolumens. Jedoch wurde die relative Beziehung zwischen dem Hauptdurchgang und dem Zweigdurchgang bislang nicht berücksichtigt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidsteuervorrichtung unter Berücksichtigung der relativen Anordnung der Durchgänge zueinander zu schaffen, bei der ein Fluid innerhalb einer kürzeren Zeitdauer durch ein weiteres Fluid ersetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Fluidsteuervorrichtung mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen gelöst.
1 ist eine vertikale Querschnittansicht einer Fluidsteuervorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 ist eine vertikale Querschnittansicht, die eine Fluidsteuervorrichtung zu Vergleichszwecken zeigt;
3 ist ein Graph, der die Austauscheigenschaften der in den 1 und 2 dargestellten Fluidsteuervorrichtungen zeigt;
4 ist ein Rohranordnungsplan, der eine weitere Ausführungsform der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist ein Rohranordnungsplan, der eine Vorrichtung des Stands der Technik zeigt, die der in 4 dargestellten Vorrichtung entspricht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Fluidsteuervorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert. Die Vorrichtung umfaßt zwei Schaltventile 2, 3, die vertikal einander gegenüber positioniert und an der Einlaßseite einer Massendurchflußsteuerung 1 angeordnet sind. Obwohl es nicht gezeigt ist, weist auch die Auslaßseite der Steuerung zwei Schaltventile auf, die vertikal einander gegenüber angeordnet sind. Der Körper 4 des oberen Schaltventils 2 und der Körper 5 des unteren Schaltventils 3 sind miteinander verbunden. Das obere Schaltventil 2 umfaßt ein Betätigungselement 6, das an der Oberseite des Ventilkörpers 4 befestigt ist, während das untere Ventil 3 ein Betätigungselement 7 aufweist, das an der Unterseite des Ventilkörpers 5 befestigt ist. Der Körper 5 des unteren Ventils 3 ist mit einem Kanalblock 8 verbunden, der an der Einlaßseite der Massendurchflußsteuerung 1 vorgesehen ist. Der obere und der untere Ventilkörper 4, 5 weisen jeweils ein entsprechendes Einlaßrohverbindungselement 9, 10 auf. Der obere Ventilkörper 4 umfaßt einen L-förmigen Einströmkanal 11 und einen I-förmigen Ausströmkanal 12.
Der Ausströmkanal 12 ist nach unten offen. Der untere Ventilkörper 5 umfaßt einen umgekehrt L-förmigen Einströmkanal 13, der symmetrisch zum L-förmigen Einströmkanal 11 des oberen Ventilkörpers 4 angeordnet ist, einen L-förmigen Ausströmkanal 14, der im wesentlichen symmetrisch zum Einströmkanal 11 positioniert ist, und einen Bypasskanal 15, der den Ausströmkanal 14 mit dem Ausströmkanal 12 des oberen Ventilkörpers 4 verbindet. Der umgekehrt L-förmige Ausströmkanal 14 des unteren Ventilkörpers 5 umfaßt einen Hauptdurchgang (Stromabwärtsbereich) 16, der mit der Massendurchflußsteuerung 1 verbunden ist, und einen ersten Fluidnebendurchgang (Stromaufwärtsbereich) 17, der im wesentlichen rechtwinklig mit dem Hauptdurchgang 16 verbunden ist. Der Hauptdurchgang 16 wird nicht nur zum Auslassen eines durch das untere Einlaßrohrverbindungselement 10 einströmenden Fluids sondern auch zum Auslassen eines durch das obere Einlaßrohrverbindungselement 9 einströmenden Fluids verwendet. Die Kombination des Ausströmkanals 12 des oberen Ventilkörpers 4 und des Bypasskanals 15 des unteren Ventilkörpers 5 erzeugt einen zweiten Fluidnebendurchgang 18.
2 zeigt eine Fluidsteuervorrichtung, die zum Vergleich mit der in 1 gezeigten Fluidsteuervorrichtung verwendet wird. Der Körper 22 eines unteren Schaltventils 21 weist einen Fluiddurchgang auf, der sich von dem in 1 dargestellten Durchgang unterscheidet. Genauer gesagt umfaßt der Ventilkörper 22 ein Einlaßrohrverbindungselement 10', das an seiner Unterseite befe stigt ist, und ein Betätigungselement 7'', das an seiner linken Seite befestigt ist. Ein I-förmiger Ausströmkanal 23 umfaßt einen Hauptdurchgang (Stromabwärtsbereich) 16, der die gleichen Abmessungen wie der in 1 dargestellte Durchgang aufweist und mit einer Massendurchflußsteuerung 1 verbunden ist, und einen ersten Fluidnebendurchgang (Stromaufwärtsbereich) 24, der im wesentlichen mit dem Hauptdurchgang 16 fluchtet. Der Ausströmkanal 23 ist durch einen Bypasskanal 15, der die gleichen Abmessungen wie der in 1 dargestellte Bypasskanal aufweist, mit einem in einem oberen Ventilkörper 4 vorgesehenen Ausströmkanal 12 verbunden.
3 zeigt Veränderungen der Sauberkeit eines Prozeßgases nach dem Hindurchleiten des Prozeßgases durch die in den 1 und 2 dargestellten Fluidsteuervorrichtungen. Die Sauberkeit des Prozeßgases wurde gemessen, indem die Konzentration von N₂ überprüft wurde, das als Reinigungsgas verwendet wurde. Das Totraumvolumen betrug 0,7 cc. In 3 ist zu erkennen, daß die Konzentration des Stickstoffgases bei der in 1 gezeigten Vorrichtung nach Ablauf von 250 Sekunden auf weniger als 1 ppb abnimmt, und daß die Stickstoffgaskonzentration bei der in 2 dargestellten Vorrichtung nach Ablauf von 250 Sekunden mehr als 1 ppm beträgt und selbst nach 500 Sekunden nicht unter 1 ppm fällt.
Obwohl die Abmessungen des entsprechenden zweiten Fluidnebendurchgangs 18, der das Totraumvolumen erzeugt, bei beiden Vorrichtungen die gleichen Abmessungen aufweist, zeigt die Vorrichtung, bei der der durch das Betätigungselement 6 verschlossene Nebendurchgang 18 und der erste Fluidnebendurchgang 17 im wesentlichen miteinander fluchten und mit dem Hauptdurchgang 16 nahezu rechtwinklig verbunden sind (siehe 1), höhere Austauscheigenschaften als die andere Vorrichtung, bei der der zweite Fluidnebendurchgang 18 mit dem ersten Fluidnebendurchgang 24 verbunden ist und sich nahezu rechtwinklig zu diesem erstreckt (siehe 2).
Das oben beschrieben Ergebnis kann als ein Kriterium zur Bewertung von Durchgängen verwendet werden, die nicht nur in Fluidsteuervorrichtung der in 1 gezeigten Art sondern auch in anderen Fluidsteuervorrichtungen ausgebildet sind.
4 zeigt einen optimalen Durchgang zur Verwendung in einem Druckmeßgerät oder in einem anderen Meßgerät. Ein Hauptdurchgang 31 umfaßt einen Stromaufwärtsbereich 32 und einen Stromabwärtsbereich 33, die etwa rechtwinklig miteinander verbunden sind. Ein Zweigkanal 34, dessen Ende mit einem Druckmeßgerät 40 verschlossen ist, erstreckt sich von dem Ende des Stromaufwärtsbereiches 32 des Hauptdurchgangs 31 und fluchtet mit dem Stromaufwärtsbereich 32. Diese Anordnung erzeugt verglichen mit der in 5 dargestellten Anordnung dieselbe Wirkung, die in dem in 3 dargestellten Graph gezeigt ist, so daß folglich die Austauschdauer verkürzt wird, obwohl die beiden Anordnungen Zweigkanäle 34, 42 mit identischem Volumen aufweisen.
Obwohl die zuvor beschriebenen Vorrichtungen in Verbindung mit Gasen verwendet werden, die zur Herstellung von Halbleitern dienen, kann der oben genannte Vorteil auch bei Vorrichtungen mit ähnlichem Aufbau erzielt werden, die zu anderen Zwecken mit Flüssigkeiten anstelle von Gasen verwendet werden.

Claims

Fluidsteuervorrichtung mit einem ersten Durchgang (31) und einem mit diesem in Verbindung stehenden zweiten Durchgang (34), der ein Ende aufweist, das mit einer Fluidsteuereinrichtung (40) verschlossen ist, wobei durch den ersten Durchgang (31) ein Fluid geleitet werden kann, während in dem zweiten Durchgang (34) ein anderes Fluid verbleibt, der erste Durchgang einen stromaufwärts gelegenen Bereich (32) und einen mit diesem in Verbindung stehenden stromabwärts gelegenen Bereich (33) umfaßt, und wobei sich der zweite Durchgang (34) von einem Ende des stromaufwärts gelegenen Bereiches (32) des ersten Durchgangs (31) erstreckt und mit dem stromaufwärts gelegenen Bereich (32) fluchtet, wobei es sich bei der Fluidsteuereinrichtung (40) um ein Druckmeßgerät handelt, welches das Ende des zweiten Durchgangs (34) stets verschließt.