JP2016031082A - 流体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主流路に対して直角方向に設けた副流路の置換性を向上させることにより、置換時間を短縮することができる流体供給装置を提供すること。
【解決手段】直線状の主流路１２と主流路に直角方向に延びる副流路１３Ｂ〜１３Ｄを有し、主流路１２を副流路１３Ｂ〜１３Ｄの上流側から下流側に粘性流体が流れる流体供給装置１において、主流路１２の内壁１５と副流路１３Ｂ〜１３Ｄの内壁１４Ｂ〜１４Ｄが交わるコーナー部９Ｂから）Ｄの主流路１２の上流側に位置する部分を面取りすることにより形成した面取部３１Ｂ〜３１Ｄを有し、コーナー部９Ｂ〜９Ｄの下流側に位置する部分が、内壁１５と内壁１４Ｂ〜１４Ｄを直交させ、主流路１２の上流側には置換流体入力制御弁２Ａを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流路内に流体が滞留し難い流体供給装置に関する。

従来より、半導体を用いた集積回路（以下単に「半導体」ともいう。）は、微細化、高集積化が進んでいる。それに伴い、半導体の製造に使用する流体（以下「プロセス流体」ともいう。）は、多様化し、多数の流体制御機器（例えば、流体制御弁やサックバックバルブ等の弁類や、圧力センサや流量センサ等の計測器類など）を用いて高精度に制御されている。半導体製造装置は、プロセス流体供給部において、流路内に流体が滞留する滞留時間を短くし、滞留によるプロセス流体の劣化を防ぎ、プロセス流体入れ換え時の置換性向上により、工程時間を短縮する必要がある。

図１６は、従来の流体供給装置１００の断面図である。図１７は、図１６のＢＢ断面図である。図１６に示すように、流体供給装置１００は、マニホールドブロック１１０に設けられた複数の弁座１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃ，１１６Ｄ，１１６Ｅと、取付開口部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ，１１１Ｅと、弁座１１６Ａ〜１１６Ｅに対応する弁体１２７Ａ〜１２７Ｅ及び駆動部１２９Ａ〜１２９Ｅからなる流体制御弁１０２Ａ〜１０２Ｅにより構成されている。マニホールドブロック１１０は、流体制御弁１０２Ａ〜１０２Ｅが並んで設けられる方向に沿って形成される主流路１１２と、主流路１１２に対して直角方向に形成されて取付開口部１１１Ａ〜１１１Ｅに連通する上流側連通部１１３Ａ、副流路１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄ、下流側連通部１１３Ｅを備える。図１７に示すように、それぞれの流体制御弁１０２Ａ〜１０２Ｅには、それぞれの取付開口部１１１Ａ〜１１１Ｅに直接連通するようにマニホールドブロック１１０に形成された入出力ポート１１９Ａ〜１１９Ｅが備えられている。（例えば特許文献１参照）。

流体供給装置１００がプロセス毎に種類の異なるプロセス流体を主流路１１２に流す場合、先のプロセス流体が主流路１１２や副流路１１３に残留していると、先のプロセス流体と後のプロセス流体が化学反応を起こしたり、残液が固化してパーティクルを発生させるなどして、半導体の歩留まりを低下させる恐れがある。また、種類が同じプロセス流体であっても、滞留による流体の劣化により同じような問題が発生する。そのため、半導体製造時には、先のプロセスと後のプロセスとの間に、マニホールドブロック１１０に置換流体を流すことによりマニホールドブロック１１０内の残液を排出するパージ工程が行われる。

ＷＯ２０１４／０６９３４４号公報

しかしながら、従来の流体供給装置１００は、図１６に示すように、副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄの内壁１１４Ｂ〜１１４Ｄと主流路１１２の内壁１１５とのコーナー部１０９Ｂ〜１０９Ｄの上流側と下流側の部分が、直角に形成されていた。流体供給装置１０１が、パージ工程を実施する場合、両端部の流体制御弁１０２Ａ，１０２Ｅを弁開状態にし、それらの間の流体制御弁１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄを弁閉状態にして、置換流体を流路１１２，１１３に流す。この場合、副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄは、単に、主流路１１２の内壁１１５から直角に凹んだ袋小路状の孔となり、主流路１１２を流体制御弁１０２Ｅへ向かって流れる置換流体が入り込みにくかった。つまり、従来の流体供給装置１００は、パージ工程時に、置換流体を主流路１１２から副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄへ流れ込ませて副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄから主流路１１２へ流れ出させる流れを形成しにくかった。よって、従来の流体供給装置１００では、副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄの残液を置換流体に置換するのに時間がかかっていた。

半導体製造装置の小型化を図る上では、プロセス流体を制御する流体制御弁１０２をマニホールドブロック１１０に出来るだけ多く取り付けることが好ましい。マニホールドブロック１１０は、プロセス流体用の流体制御弁１０２の取付数が増加すれば、残液を置換流体に置換すべき副流路１１３の数が増える。残液を置換流体に置換すべき副流路１１３の数が増えれば、置換流体を供給し始めてから、半導体の歩留まりに影響しない程度までマニホールドブロック１１０内の残液を置換流体に置換するまでの置換時間が長くなる。よって、副流路１１３一個あたりの置換性を向上させ、置換時間を短縮することが望まれる。

特に、半導体製造装置は、パージ工程が行われる間、待ち状態となる。近年、プロセス流体の種類が増加し、パージ工程の実施回数が増えている。パージ工程一回あたりの置換時間を短縮すれば、半導体製造装置の待ち時間を減らして総合利用効率を向上させることができる。

また、同じプロセス流体を主流路１１２に流し続けた場合でも、プロセス流体が副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄで滞留し続けると、変質したり、固化する問題がある。そのため、さらにできるだけ副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄ内のプロセス流体を置き換えやすくして、副流路１１３Ｂ〜１１３Ｄ内のプロセス流体の滞留時間を短くすることが望まれる。

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、主流路に対して直角方向に設けた副流路の置換性を向上させることにより、置換時間を短縮することができる流体供給装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）直線状の主流路と前記主流路に直角方向に延びる副流路を有し、前記主流路を前記副流路の上流側から下流側に粘性流体が流れる流体供給装置において、前記主流路の内壁と前記副流路の内壁が交わるコーナー部の前記主流路の上流側に位置する部分を面取りすることにより形成した第１面取部を有すること、前記コーナー部の前記主流路の下流側に位置する部分が、前記主流路の内壁と前記副流路の内壁を直交させていること、又は、前記第１面取部より小さく面取りを施された第２面取部を有すること、前記主流路の上流側には第１流体制御弁が設けられていること、を特徴とする。

上記構成の流体供給装置は、副流路に設けられた弁が閉じていたり、副流路に圧力計などの計測器が取り付けられている場合、主流路に対し副流路は袋小路となるため、副流路にいったん入り込んだ流体が主流路を流れる流体と置き換わることが困難となる。しかし、上記構成では、主流路の内壁と副流路の内壁が交わるコーナー部の主流路の上流側に位置する部分を面取りすることにより形成された第１面取部を有するため、粘性流体のコアンダ効果により、流体は第１面取部の壁面に沿って流れの方向が変わり、主流路の下流側に位置する副流路の下流側壁面に向かう。このとき、コーナー部の主流路の下流側に位置する部分が、主流路の内壁と副流路の内壁を直交させ、または、第１面取部より小さく面取りを施された第２面取部を有するため、流れ方向を変えた流体が、主流路に対して垂直な下流側壁面に衝突し、その多くが副流路の奥へ（主流路と反対側へ）流れる。副流路の奥へ流れた流体は、副流路の主流路側の流体を主流路側へ押し出す。連続的にこの流れが発生することにより、短時間で副流路内の流体が主流路を流れる流体と置き換えられることになる。これにより滞留による流体の劣化や、パーテクルの発生を防ぐことができる。

（２）（１）に記載の構成において、好ましくは、前記主流路の下流側には第２流体制御弁が設けられていること、前記副流路には第３流体制御弁が設けられていること、前記第３流体制御弁を開いて前記主流路に第１流体を流した後、前記第３流体制御弁を閉じ、前記主流路に第２流体を流すことを特徴とする。

上記構成によれば、副流路から第１流体を流した後、第３流体制御弁を閉じ、主流路に第２流体を流すと、第２流体が副流路全体を流れて第１流体と置き換えられるため、第２流体で副流路内の第１流体を短時間で置換することができる。これにより第１流体から第２流体への置き換えを短時間で行うことができるため生産効率を高めることができる。

（３）（１）又は（２）に記載の構成において、好ましくは、前記主流路及び前記副流路がマニホールドブロックに形成されていること、前記主流路は、上流側に位置する上流側端部と下流側に位置する下流側端部に、前記副流路と同じ方向に折れ曲がっている上流側連通部と下流側連通部を有していること、前記マニホールドブロックは前記主流路の上流側と下流側で分割されていること、を特徴とする。

上記構成によれば、主流路と副流路がマニホールドブロックにより形成されているため配管部材、継手部材を必要最小限にできるとともに、配管スペースをコンパクトにすることができる。また、主流路が、上流側に位置する上流側端部と下流側に位置する下流側端部に、副流路と同じ方向に折れ曲がっている上流側連通部と下流側連通部を有し、マニホールドブロックが上流側と下流側で分割してあるため、直線状の貫通穴と、貫通穴の両端開口部を塞ぐプラグの組合せで主流路を形成する必要がなくなり、主流路の上流側端部と下流側端部に流体が滞留するようなスペースを無くすことができる。

（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の構成において、好ましくは、前記第１面取部及び前記第２面取部は、回転する切削加工工具により成形されたものである。

上記構成によれば、面取部は回転する切削加工工具により形成されるため、面取部の表面が滑らかになり、壁付近の流速が低下することで発生するコアンダ効果を起こし易くすることができる。

（５）（４）に記載の構成において、好ましくは、前記主流路は、前記下流側連通部と対向する内壁面が、前記下流側連通部より上流側から前記下流側連通部側へ向かって傾斜していることを特徴とする。

上記構成によれば、主流路の下流側端部が下流側連通部より下流側へ突出する量が少なくなるので、下流側端部に形成される袋小路が少なくなり、流体が滞留することを防ぐことができる。

従って、上記構成の流体供給装置によれば、主流路に対して直角方向に設けた副流路の置換性を向上させることにより、置換時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る流体供給装置の断面図である。 図１のＡ１−Ａ１断面図である。 図１に示す面取部を形成するための切削加工工具の側面図である。 本発明の実施形態に係る流体供給装置の回路図である。 本発明の実施形態に係る流体供給装置の部分拡大断面図である。 図５のＡ２−Ａ２断面図である。 比較例の部分拡大断面図である。 比較例のシミュレーション結果であって、シミュレーションを開始してからｔ１秒経過した状態を示す。 比較例のシミュレーション結果であって、シミュレーションを開始してからｔ２秒経過した状態を示す。 実施例のシミュレーション結果であって、シミュレーションを開始してからｔ１秒経過した状態を示す。 実施例のシミュレーション結果であって、シミュレーションを開始してからｔ２秒経過した状態を示す。 副流路の変形例を示す図である。 切削加工工具の第１変形例を示す側面図である。 図１３に示す切削加工工具の下面図である。 切削加工工具の第２変形例を示す側面図である。 従来のマニホールドブロックを用いた流体供給装置の断面図である。 図１６のＢＢ断面図である。

以下に、本発明に係る流体供給装置の実施形態について図面に基づいて説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る流体供給装置１の回路図である。流体供給装置１は、置換流体を供給する置換流体入力制御弁２Ａ（第１流体制御弁の一例）と、流体を出力する出力制御弁２Ｅ（第２流体制御弁の一例）と、プロセス流体を供給する第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ（第３流体制御弁の一例）が、副流路１３を介して主流路１２に連通している。

本実施形態では、置換流体入力制御弁２Ａの入出力ポート１９Ａが、置換流体を供給する置換流体供給源ＴＡに接続されている。また、プロセス流体入力制御弁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの入出力ポート１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、プロセス流体ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを供給するプロセス流体供給源ＴＢ，ＴＣ，ＴＤに各々接続されている。本実施形態では、置換流体は純水、プロセス流体ＰＢ，ＰＣ，ＰＤは種類が異なる酸系又はアルカリ系の液体とする。更に、出力制御弁２Ｅの入出力ポート１９Ｅは、流体供給装置１の外部に設けられた切替弁３に接続され、プロセス工程を行う反応室ＴＥ１又は排出された置換流体を貯める廃液タンクＴＥ２に接続されている。

図１は、本発明の実施形態に係る流体供給装置１の断面図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る流体供給装置１の部分拡大断面図である。図６は、図５のＡ２−Ａ２断面図である。図１に示すように、流体供給装置１は、樹脂材料を直方体形状に成形したマニホールドブロック１０を備える。マニホールドブロック１０には、置換流体入力制御弁２Ａと、第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ〜２Ｄと、出力制御弁２Ｅが横一列に並んで構成されている。置換流体入力制御弁２Ａと、第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ〜２Ｄと、出力制御弁２Ｅは、同じ構成なので、特に区別する必要がない場合には、流体制御弁２或いは流体制御弁２Ａ〜２Ｅともいう。

図１に示すように、流体供給装置１は、マニホールドブロック１０に設けられた弁座１６Ａ〜１６Ｅ、取付開口部１１Ａ〜１１Ｅ、その弁座１６Ａ〜１６Ｅに対応する弁体２７Ａ〜２７Ｅ及び駆動部２９Ａ〜２９Ｅからなる流体制御弁２Ａ〜２Ｅにより構成されている。マニホールドブロック１０は、流体制御弁２Ａ〜２Ｅが並んで配置される方向に沿って直線状に形成される主流路１２と、主流路１２から直角方向に分岐して取付開口部１１Ａ〜１１Ｅに連通する上流側連通部１３Ａ，副流路１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，下流側連通部１３Ｅを備える。図２に示すように、各流体制御弁２Ａ〜２Ｅは、それぞれの取付開口部１１Ａ〜１１Ｅに直接連通するようにマニホールドブロック１０に形成された入出力ポート１９Ａ〜１９Ｅを備える。流体供給装置１は、主流路１２と副流路１３Ｂ〜１３Ｄがマニホールドブロック１０により形成されているため、配管部材、継手部材を必要最小限にできると共に、配管スペースをコンパクトにすることができる。

図１及び図５、図６に示すように、流体供給装置１は、主流路１２の内壁と１５と副流路１３Ｂ〜１３Ｄの内壁１４Ｂ〜１４Ｄが交わるコーナー部９Ｂ〜９Ｄの主流路１２の上流側に位置する部分（流体が主流路１２を流れる流れ方向Ｆに対して上流側に位置する部分）を面取りすることにより形成した面取部３１Ｂ〜３１Ｄ（第１面取部の一例）を有する。これにより、主流路１２の内壁１５付近を流れる流体が、コアンダ効果により、面取部３１Ｂ〜３１Ｄに引き寄せられるようにして副流路１３Ｂ〜１３Ｄに流れ込むようになる。

尚、本実施形態において、面取りは、主流路１２の軸線方向断面において、主流路１２の内壁１５から副流路１３Ｂ〜１３Ｄの内壁１４Ｂ〜１４Ｄへ向かって勾配を各々大きくするように、副流路１３Ｂ〜１３Ｄと主流路１２の間のコーナー部９Ｂ〜９Ｄを除去することをいう。

図３は、面取部１３を形成する切削加工工具５０の側面図を示す。切削加工工具５０は、シャフト５１とシャフト５１の先端部に固設された切削部５２を有する。切削部５２は略円錐形状をなし、テーパ部５２１、底面５２２とＲ面５２３を有する。テーパ部５２１には、切削加工が可能な刃物形状となっている。テーパ部５２１の傾斜角度は、本実施形態においては底面５２２に対して４５度の形状である。切削加工工具５０は、副流路１３から主流路１２へ挿入できるように、最大径寸法Ｃが副流路１３の径よりも小さい。面取部３１は、図３に示す切削加工工具５０を副流路１３から入れ、回転させながら主流路１２の上流側へ向かって水平移動させることにより、副流路１３のコーナー部９の上流側をテーパ部５２１で切削することで、表面が滑らかに形成されている。

図１に示すように、マニホールドブロック１０は、置換流体入力制御弁２Ａと第１，第２プロセス流体入力制御弁２Ｂ，２Ｃを構成する第１ブロック２１と、第３プロセス流体入力制御弁２Ｄと出力制御弁２Ｅを構成する第２ブロック２２に分割されている。第１ブロック２１と第２ブロック２２は、接続端部２１ａ，２２ａをシール部材２３を介して当接させ、連結部材２４により連結されている。

第１ブロック２１には、第１主流路形成部２１ｂが接続端部２１ａの接続端面から袋状に形成され、副流路１３Ｂ〜１３Ｃと同じ方向に折れ曲がっている上流側連通部１３Ａに連通している。第２ブロック２２には、第２主流路形成部２２ｂが接続端部２２ａの接続端面から袋状に形成され、副流路１３Ｄと同じ方向に折れ曲がっている下流側連通部１３Ｅに連通している。主流路１２は、第１及び第２主流路形成部２１ｂ，２２ｂが気密に接続して形成される。そのため、主流路１２は、マニホールドブロック１０に貫通して形成されておらず、主流路を構成する貫通穴の両端開口部をプラグによって閉鎖することにより生じる滞留部が発生しない。

主流路１２の内壁１５は、下流側連通部１３Ｅの下方に傾斜部３２が設けられている。図１及び図５に示すように、傾斜部３２は、内壁１５の底部に、流体の流れ方向Ｆに沿って（主流路１２の下流側端部１２ｂへ向かって）下流側連通部１３Ｅより上流側から取付面１０ａ側へ勾配を大きくして傾斜するように設けられている。これにより、主流路１２の底部を直線状に流れる置換流体が傾斜部３２に案内されて下流側連通部１３Ｅへ向かって流れるようになる。また、主流路１２が、下流側連通部１３Ｅより下流側へ突出する量が少なくなり、下流側端部１２ｂに形成される袋小路が少なくなるので、流体が下流側端部１２ｂに滞留しにくい。

図１に示すように、シール部材２３は、樹脂材料を短い円筒形状の成形したものであり、一端面と他端面に軸方向に沿って凹凸条が形成されている。接続端部２１ａ，２２ａの接続端面には、シール部材２３を装着するための環状溝２１ｃ，２２ｃが形成されている。環状溝２１ｃ，２２ｃは、第１及び第２主流路２１ｂ，２２ｂの軸線方向に沿って凸凹条が形成されている。接続端部２１ａ，２２ａは、主流路１２の軸方向に沿って引き寄せられ、凸凹条がシール部材２３の凹凸条に圧入して結合する。接続端部２１ａ，２２ａは、圧入部により径方向にシールされ、第１及び第２主流路２１ｂ，２２ｂが気密に接続される。

接続端部２１ａ，２２ａは、流体圧力により分離する恐れがある。そこで、連結部材２４は、接続端部２１ａ，２２ａを引き寄せた状態を維持するように接続端部２１ａ，２２ａの外周面に着脱自在に取り付けられている。

このように構成されたマニホールドブロック１０には、同一構造の流体制御弁２Ａ〜２Ｅが構成される。そこで、流体制御弁２Ａ〜２Ｅの構成については、添え字を適宜省略して説明する。流体制御弁２の駆動部２８は、カバー２１とシリンダ本体２２の間に形成されるシリンダ室２４にピストン２５が往復直線運動可能に装填されている。ピストン２５は、圧縮ばね２６により弁座１６方向に常時付勢されている。ダイアフラム２７は、ピストン２５に連結され、ピストン２５と一体的に動作することにより弁座１６に当接又は離間する。ダイアフラム２７は、マニホールドブロック１０の取付面１０ａに開設された取付開口部１１を気密に覆い、ダイアフラム室２８を形成する。

図５に示すように、ダイアフラム２７は、弁座１６に当接又は離間する弁体部２７ａと、弁体部２７ａの外周面から外径方向へ延設される薄膜部２７ｂと、薄膜部２７ｂの外縁部に沿って肉厚に設けられた肉厚部２７ｃを備える。弁体部２７ａは、薄膜部２７ｂと接続する部分から弁座側端面に向かって径の小さい小径部２７ｄを軸方向に沿って円柱状に設けられている。取付開口部１１は、弁座１６が開口する底部に沿って、ダイアフラム室２８の容積を拡大させるための容積拡大部１７を設けられている。これにより、流体制御弁２は、ストロークに関わらず、取付開口部１１（ダイアフラム室２８）の内周面と弁体部２７ａの外周面との間に形成される隙間を出来る限り軸方向に均一で幅広に確保することが可能になり、薄膜部２７ｂ付近に流体が滞留するのを防ぐことができる。

続いて、流体供給装置１の動作について説明する。流体供給装置１は、プロセス工程とパージ工程を繰り返し行う。プロセス工程では、例えば、置換流体入力制御弁２Ａと第１プロセス流体入力制御弁２Ｂを弁閉した状態で、出力制御弁２Ｅと第２，第３プロセス流体入力制御弁２Ｃ，２Ｄを弁開する。すると、プロセス流体ＰＣ，ＰＤが、取付開口部１１Ｃ，１１Ｄから副流路１３Ｃ，１３Ｄを介して主流路１２に入力して混合され、出力制御弁２Ｅから出力される。プロセス工程は、流体制御弁２Ａ〜２Ｅを弁閉状態にして終了する。

パージ工程では、第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ〜２Ｄを弁閉状態にしたまま、置換流体入力制御弁２Ａと出力制御弁２Ｅが弁開状態にされる。すると、置換流体（本実施形態では純水とする。）が取付開口部１１Ａから主流路１２を介して取付開口部１１Ｅへ流れ、出力制御弁２Ｅから出力される。

図５に示すように、純水は、主流路１２を出力制御弁２Ｅへ向かって直線状に流れ（図中Ｆ１参照）、プロセス流体ＰＣ，ＰＤの残液と置換される。第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ〜２Ｄが弁閉されているため、副流路１３Ｂ〜１３Ｄは、主流路１２の内壁１５に対して直角に形成された袋小路状の孔になり、主流路１２を直線状に流れる純水が副流路１３Ｂ〜１３Ｄに入り込んだプロセス流体と置き換わることが困難とも考えられる。

しかし、図５及び図６に示すように、主流路１２の内壁１５は、面取部３１Ｂ〜３１Ｄにおいて、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ側へ凹むように変形している。これにより、主流路１２の頂部付近の純水は、コアンダ効果により、面取部３１Ｂ〜３１Ｄに引き寄せられ、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ側に流れの方向を変える（図中流れＦ２ｘ参照）。副流路１３Ｂ〜１３Ｄの内壁１４Ｂ〜１４Ｄと主流路１２の内壁１５とのコーナー部９Ｂ〜９Ｄは、主流路１２の下流側（純水の流れ方向Ｆの下流側）に位置する部分が面取りを施されず、直交している。そのため、副流路１３Ｂ〜１３Ｄに流入した純水は、面取部３１Ｂ〜３１Ｄに流入する勢いを維持したまま内壁１４Ｂ〜１４Ｄの下流側壁に衝突し（図中流れＦ２ｘ参照）、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの奥（ダイアフラム２７側）へと向かって流れ（図中流れＦ２ｙ参照）、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの流体が主流路１２側へ押し出される（図中流れＦ２ｚ参照）。これにより、副流路１３Ｂ〜１３Ｄに流入した純水が残液と攪拌され、効率良く置換される。副流路１３Ｂ〜１３Ｄ内の純水は、後から流入する純水によって、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの内壁１４Ｂ〜１４Ｄに沿うようにして流れの方向を主流路１２側へ変え、主流路１２へ押し出されるようにして流出し、再び主流路１２を出力制御弁２Ｅへ向かって流れる（図中流れＦ２ｘ〜Ｆ２ｚ参照）。連続的にこの流れＦ２ｘ〜Ｆ２ｚが発生することにより、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ内全てに純水が行き渡り、短時間で、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ内のプロセス流体が主流路１２を流れる純水に置き換えられることになる。つまり、面取部３１Ｂ〜３１Ｄを備える副流路１３Ｂ〜１３Ｄは、パージ工程が始まると直ぐに、残液が純水に巻き込まれて除去されるので、置換性が良い。これにより、滞留によるプロセス流体の劣化や、パーティクルの発生を防ぐことができる。

よって、上記マニホールドブロック１０及び流体供給装置１によれば、主流路１２に対して直角方向に設けた副流路１３Ｂ〜１３Ｄの置換性を向上させることにより、置換流体を供給し初めてから、プロセスに影響を与えない程度まで残液を純水に置換するまでの置換時間を短縮することができる。

ここで、副流路１３Ｂ〜１３Ｄに純水を流れ込みやすくするのであれば、純水の流れ方向Ｆに対して、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの上流側と下流側に面取部を設ければ良いとも考えられる。しかし、発明者らが、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの下流側に面取部３１Ｂ〜３１Ｄと同じ大きさの面取部を設けてシミュレーションしたところ、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの上流側のみに面取部を設ける場合より置換性が悪かった。その理由は、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの上流側と下流側に同様の面取部を設けると、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ側に流れの方向を変えて流入した純水は、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの下流側内壁に向かって進むが、そこに下流側面取部があると、その下流側面取部に衝突して主流路１２側へ流れの向きを変え、副流路１３Ｂ〜１３Ｄの奥へ流れ込むことができないためと考えられる。

マニホールドブロック１０に取り付ける流体制御弁２の数が多くなると、副流路１３の数が増えるが、各副流路１３に面取部３１を設けて副流路１３一個当たりの置換性を向上させれば、その分だけ、置換時間を短縮する効果が大きくなる。更に、上記構成のマニホールドブロック１０及び流体供給装置１を半導体製造装置に適用した場合には、パージ工程一回当たりの置換時間が短縮されるので、半導体製造の全工程における半導体製造装置の待ち時間を減らして総合利用効率、或いは、半導体の生産効率を高めることが可能になる。

図５に示すように、純水は、更に、マニホールドブロック１０の下流側端部１２ｂに近づくと、下流側連通部１３Ｅ側へ向かって流れ方向を変える（図中Ｆ４，Ｆ５参照）。主流路１２の底部付近を流れる純水は、弁座１６Ｅから遠く、下流側連通部１３Ｅ側に流れを変えにくいとも考えられる。しかし、主流路１２には、底部に対する傾斜角度θが３０度の傾斜部３２が設けられているので、底部付近の純水は、傾斜部３２に案内されて下流側連通部１３Ｅ側へ流れ方向を変え、取付開口部１１Ｅ（ダイアフラム室２８）へ流れ込む。よって、主流路１２は、底部を流れる純水が下流側端部１２ｂに衝突して上流側へ向かう流れを発生させないため、下流側端部１２ｂに滞留部が発生しない。つまり、マニホールドブロック１０は下流側端部１２ｂの置換性が良い。

出力制御弁２Ｅは、弁体部２７ａに小径部２７ｄを円柱形状に設け、また、取付開口部１１Ｅに容積拡大部１７Ｅを設けているので、弁体部２７ａの外周面とダイアフラム室２８の内周面との間の隙間が軸方向にほぼ均一に幅広く確保されている。そのため、弁座１１６からダイアフラム室２８へ流入した純水は、薄膜部２７ｂまで回り込んで乱流を発生させることで残液と撹拌され、出力制御弁２Ｅから排出される。よって、流体供給装置１は、出力制御弁２Ｅの薄膜部２７ｂ付近に滞留部が発生することを防止できる。

尚、置換流体入力制御弁２Ａと第１〜第３プロセス流体入力制御弁２Ｂ〜２Ｄは、出力制御弁２Ｅと同様に構成されているので、出力制御弁２Ｅと同様、薄膜部２７ｂ付近に滞留部が発生しにくい。よって、薄膜部２７ｂ付近でプロセス流体ＰＢ〜ＰＤの残液が化学反応してプロセス流体の性質を変化させたり、パーティクルを発生させることがない。

発明者らは、実施例と比較例について置換性を調べるシミュレーションを行った。図７は、比較例の部分拡大断面図である。実施例は、上記実施形態に対応するものである。シミュレーションは、面取部３１等による置換性を調べることを目的としているので、実施例は、プロセス流体入力制御弁２Ｂ，２Ｃを省き、流体制御弁２Ａ，２Ｄ，２Ｅをマニホールドブロック１０に構成するものとして簡略化している。比較例は、面取部３１Ｂと傾斜部３２と小径部２７ｂを備えない点を除き、実施例と同様に構成されている。

実施例と比較例は、副流路１３Ｄ，１０１３Ｄと上流側連通部１３Ａ，１０１３Ａと下流側連通部１３Ｅ，１０１３Ｅの内径を３ｍｍ以上５ｍｍ以下とすると、主流路１２，１０１２の内径を４ｍｍ以上８ｍｍ以下と仮定した。そして、面取部３１Ｄは、流路の中心を通る断面において、副流路１３Ｄの内径の８分の１以上２分の１以下の３０°以上６０°以下の面取りを仮定した（例えば、副流路１３Ｄの内径を４ｍｍとした場合には、Ｃ０．５以上Ｃ２以下の面取りを行って面取部３１Ｄとする）。そして、取付開口部１１Ａ〜１１Ｃの内径は、副流路１３Ｄ，１０１３Ｄの３〜４倍と仮定した。シミュレーションでは、プロセス流体を所定時間流した後にパージ工程を行った場合の置換割合を調べた。プロセス流体と置換流体は純水と仮定した。

図８は、比較例のシミュレーション結果であって、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した状態を示す。図９は、比較例のシミュレーション結果であって、パージ工程を開始してからｔ２秒経過した状態を示す。尚、ｔ２秒は、ｔ１秒の２倍である。

図８に示すように、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した時点では、副流路１０１３Ｄと（図中Ｙ１参照）、主流路１０１２の下流側端部１０１２ｂ（図中Ｙ２参照）、置換流体入力制御弁１００２Ａと出力制御弁１００２Ｅの薄膜部１０２７ｂ付近（図中Ｙ３、Ｙ４参照）が置換できていない。その後、図９に示すように、パージ工程を開始してからｔ２秒経過した時点では、下流側端部１０１２ｂ（図中Ｙ６参照）、置換流体入力制御弁１００２Ａと出力制御弁１００２Ｅの薄膜部１０２７ｂ付近（図中Ｙ７，Ｙ８参照）は、置換できたものの、副流路１０１３Ｄは、置換できていない（図中Ｙ５参照）。

図１０は、実施例のシミュレーション結果であって、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した状態を示す。図１１は、実施例のシミュレーション結果であって、パージ工程を開始してからｔ２秒経過した状態を示す。

図１０に示すように、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した時点では、副流路１３Ｄと（図中Ｚ１参照）、置換流体入力制御弁２Ａと出力制御弁２Ｅの薄膜部２７ｂ付近（図中Ｚ３、Ｚ４参照）が置換されていないが、下流側端部１２ｂ付近は置換されている（図中Ｚ２参照）。図１１に示すように、パージ工程を開始してからｔ２秒経過した時点では、副流路１３Ｄ（図中Ｚ５参照）及び置換流体入力制御弁２Ａと出力制御弁２Ｅの薄膜部２７ｂ付近（図中Ｚ７、Ｚ８参照）の置換も完了した。

上記シミュレーション結果より、実施例は、パージ工程を開始してからｔ２秒経過した時点で副流路１３Ｄの置換が完了し、比較例よりも副流路１３Ｄを短時間で置換できることが分かった（図８のＹ５、図１１のＺ５参照）。比較例では、図７に示すように、副流路１０１３Ｄの内壁の上流側壁と下流側壁のコーナー部１００９Ｄが主流路１０１２に対して直角であるため、コアンダ効果が殆ど発生せず、主流路１０１２の頂部付近の置換流体の大部分が直線状の流れを維持して副流路１０１３Ｄを通過する（図７のＦ１２参照）。そのため、比較例では、副流路１０１３Ｄの滞留部Ｘ１が長時間残る。一方、実施例は、主流路１２の頂部付近を流れる置換流体が、面取部３１Ｄによりコアンダ効果を発生し、副流路１３Ｄ側に流れ方向を変える（図５の流れＦ２ｘ参照）。そして、面取部がない内壁１４Ｄの下流側壁に衝突することで（図５の流れＦ２ｘ参照）、副流路１３Ｄの奥へ向かう流れが形成され（図５の流れＦ２ｙ参照）、副流路１３Ｄ内に短時間で置換流体を流し込むことができる。よって、実施例は、面取部３１Ｄを備えることにより、副流路１３Ｄの置換性が比較例より優れ、置換時間を短縮できる。

また、比較例は、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した時点では下流側端部１０１２ｂを置換できていないが、実施例は、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した時点で下流側端部１２ｂを置換できていることが分かった（図８のＹ２、図１０のＺ２参照）。比較例は、主流路１０１２の底部付近を流れる置換流体が下流側端部１０１２ｂに衝突して跳ね返った後、流れＦ１７のように、上流側へ逆流し、流れＦ１６と向かい合うことで流れが止まり、滞留部Ｘ２を形成する（図７の矢印Ｆ１６、Ｆ１７参照）。一方、実施例は、主流路１２の底部付近を流れる置換流体が傾斜部３２に案内されて副流路１３Ｄ側へ流れを変えるため（図５の矢印Ｆ６参照）、置換流体が流れＦ４に対してスムーズに合流する。よって、比較例は、下流側端部１２ｂに滞留部Ｘ２が発生させない。よって、実施例は、傾斜部３２を備えることにより、下流側端部１２ｂに滞留部を発生させず、置換性が比較例より優れている。

更に、実施例は、パージ工程を開始してからｔ１秒経過した時点において、薄膜部２７ｂ付近の置換割合が比較例より高いことが分かった（図８のＹ３，Ｙ４、図１０のＺ３，Ｚ４；参照）。比較例は、弁体部１０２７ａが薄膜部１０２７ｂに接続する根本から弁座当接面側へ向かって拡径している。そのため、弁が開くと、薄膜部１０２７ｂ付近において、弁体部１０２７ａの外周面とダイアフラム室１０２８の内周面との間の隙間が狭くなる。これにより、弁座１０１６Ｅからダイアフラム室１０２８に流入した置換流体が薄膜部１０２７ｂ付近まで流れ込みにくくなり、薄膜部１０２７ｂ付近に滞留部Ｘ３が発生する。一方、実施例は、小径部２７ｄと容積拡大部１７Ｅを有することにより、比較例と比べ、ダイアフラム室２８の内周面と弁体部２７ａの外周面との間の隙間が軸方向に均一に幅広で設けられている。そのため、実施例は、比較例より、弁座１６Ｅからダイアフラム室２８に流入した置換流体が、薄膜部２７ｂ付近まで回り込んでから出力されやすい。よって、実施例は、小径部２７ｄを有することにより、薄膜部２７ｄ付近に置換流体が滞留せず、置換性が比較例より優れている。

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、図１２に示すように、コーナー部９Ｄの下流側の位置に、面取部３１Ｄ（第１面取部の一例）より小さく面取りを施すことで面取部３３Ｄを設け、副流路１３Ｄ内の流体を主流路１２へ流出させやすくしても良い。この場合、面取部３３Ｄが面取部３１Ｄより小さく面取りされるので、面取部３１Ｄに沿って副流路１３Ｄへ流れ込んだ流体の大部分を内壁１４Ｄの下流側壁に衝突させて副流路１３Ｄの奥側（ダイアフラム２７Ｅ側）へ流れの向きを変えさせることが可能である。

（２）例えば、上記実施形態では、マニホールドブロック１０と流体供給装置１を液体の制御に使用したが、プロセスガスやパージガス等の気体の制御に使用しても良い。

（３）例えば、上記実施形態では、マニホールドブロック１０を複数のプロセス流体が流れる流体供給装置１に適用したが、一種類のプロセス流体が流れる流体供給装置に適用しても良い。

（４）例えば、上記実施形態では、流体制御弁２Ａ〜２Ｅをエアオペレイト式バルブで構成したが、電磁弁で構成しても良い。

（５）上記実施形態では、置換流体のみを制御する置換流体入力制御弁２Ａをマニホールドブロック１０の端部に配置したが、置換流体とプロセス流体を制御する流体制御弁をマニホールドブロック１０の端部に配置しても良い。また、上記実施形態では、出力制御弁２Ｅから置換流体とプロセス流体を排出するようにしたが、置換流体出力用とプロセス流体出力用の流体制御弁をマニホールドブロック１０に取り付けても良い。この場合、置換流体を出力する流体制御弁を端に配置することは、言うまでもない。

（６）上記実施形態の副流路２Ｅにも、コーナー部９Ｅの上流側に面取部３１を設け、流体がスムーズに流れるようにしても良い。

（７）上記実施形態の副流路１３Ｂ〜１３Ｄの先には、流体制御弁を設けたが、圧力計などの計測器を設けたり、その先をダイアフラムで封止し、ダイアフラムを前後させて液垂れ防止機能を設けても良い。

（８）上記実施形態では、副流路１３Ｂ〜１３Ｄ側のプロセス流体を置換流体でパージする場合を示したが、１種類の流体を主流路１２に流しても良い。この場合、副流路１３Ｂ〜１３Ｄに入り込んだ流体の滞留時間を短縮し、流体の変質や固化を防止できる。

（９）上記実施形態では、流体制御弁がマニホールド化されているが、個別の流体制御弁を継手配管を介して接続することで、主流路と副流路を構成しても良い。また、配管により主流路と副流路を構成し、副流路上に個別の流体制御弁を配置するものであっても良い。この場合、上記実施形態と同様に、配管内に面取部を設ければ、置換性を向上させて置換時間を短縮できる。

（１０）例えば、図１３、図１４に示す切削加工工具６０を用いて面取りを行っても良い。切削加工工具６０は、シャフト６１とシャフト６１の先端部に固設された切削部６２を有する。図１３に示すように、切削部６２は正面直角三角形状をなし、テーパ部６２１、底面６２２を有する。切削部６２は下面から見ると、図１４に示すように、シャフト６１から遠い先端部６２３に切削部６２４が成形されている。面取部３１を成形する際には、切削加工工具６０を副流路１３に挿入し、水平方向を移動させながら回転させ、コーナー部９の上流側を切削する。これにより、切削加工工具６０の回転軌跡が円錐状となり、面取部３１を成形することができる。また、図１５に示すように、シャフト７１と切削部７２を有する切削加工工具７０を用いて面取部を形成しても良い。切削部７２の外周面には、凹状の曲面７２１が形成されている。よって、副流路１３に切削加工工具７０を挿入し、水平方向に移動させながら回転すると、コーナー部９が曲面７２１に切削され、面取りされる。この場合、面取りは、角の部分に丸みをつけた丸面取りとなる。また、例えば、円筒状の切削加工工具を斜めに副流路１３Ｂ〜１３Ｄ側から入れ、コーナー部９Ｂ〜９Ｄの上流部を切削することで、面取りを行っても良い。

１ 流体供給装置
２Ａ 置換流体入力制御弁（第１流体制御弁の一例）
２Ｂ〜２Ｄ 第１〜第３プロセス流体入力制御弁（第３流体制御弁の一例）
２Ｅ 出力制御弁（第２流体制御弁の一例）
１０ マニホールドブロック
１１Ａ〜１１Ｅ 取付開口部
１２ 主流路
１３Ｂ〜１３Ｄ 副流路
１４Ｂ〜１４Ｄ 内壁
１５ 内壁
１６Ａ〜１６Ｅ 弁座
３１Ｂ〜３１Ｄ 面取部（第１面取部の一例）
３２ 傾斜部
３３Ｄ 面取部(第２面取部の一例）

Claims (5)

1. 直線状の主流路と前記主流路に直角方向に延びる副流路を有し、前記主流路を前記副流路の上流側から下流側に粘性流体が流れる流体供給装置において、
   前記主流路の内壁と前記副流路の内壁が交わるコーナー部の前記主流路の上流側に位置する部分を面取りすることにより形成した第１面取部を有すること、
   前記コーナー部の前記主流路の下流側に位置する部分が、前記主流路の内壁と前記副流路の内壁を直交させていること、又は、前記第１面取部より小さく面取りを施された第２面取部を有すること、
   前記主流路の上流側には第１流体制御弁が設けられていること、
   を特徴とする流体供給装置。
2. 前記主流路の下流側には第２流体制御弁が設けられていること、
   前記副流路には第３流体制御弁が設けられていること、
   前記第３流体制御弁を開いて前記主流路に第１流体を流した後、前記第３流体制御弁を閉じ、前記主流路に第２流体を流すこと
   を特徴とする請求項１に記載する流体供給装置。
3. 前記主流路及び前記副流路がマニホールドブロックに形成されていること、
   前記主流路は、上流側に位置する上流側端部と下流側に位置する下流側端部に、前記副流路と同じ方向に折れ曲がっている上流側連通部と下流側連通部を有していること、
   前記マニホールドブロックは前記主流路の上流側と下流側で分割されていること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載する流体供給装置。
4. 前記第１面取部及び前記第２面取部は、回転する切削加工工具により成形されたものである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する流体供給装置。
5. 前記主流路は、前記下流側連通部と対向する内壁面が、前記下流側連通部より上流側から前記下流側連通部側へ向かって傾斜していること
   を特徴とする請求項４に記載する流体供給装置。