JP2020051498A - 流体加熱器、および流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体加熱器を備える流体制御装置の大型化を抑制することができ、ガスの圧力損失を抑制することが可能な技術を提供する。【解決手段】流体加熱器２０は、筐体２２と、フィルタ２３と、ヒータ２５とを備える。筐体２２は、内部空間３０ｆを有し、流入口３０ｄと流出口３０ｅとが形成されている。フィルタ２３は、多孔質構造であり、内部空間３０ｆ内に設けられ、筐体２２と一体に成形されている。ヒータ２５は、筐体２２とフィルタ２３とを加熱する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体製造装置等に使用される流体制御装置で用いられる流体加熱器、および流体制御装置に関する。

従来、ヒータによりガスラインに流す流体を加熱する流体制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−２４６３５６号公報

複数のガスラインのうちの、所定のガスラインのパージガス配管に対し、パージガスを加熱するための流体加熱器が設けられる場合がある。当該流体加熱器は、パージガスが流れる筐体と、筐体を加熱するヒータとを備える。また、パージガス内のパーティクルを除去するためには別途フィルタを設ける場合がある。このため、流体加熱器を備える流体制御装置の小型化を阻害し、ガスの圧力損失が増加してしまう。

そこで本発明は、流体加熱器を備える流体制御装置の大型化を抑制することができ、ガスの圧力損失を抑制することが可能な技術を提供することを目的の一つとする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様である流体加熱器は、内部空間を有し、流入口と流出口とが形成された筐体と、前記内部空間内に設けられ、前記筐体と一体に成形された多孔質構造のフィルタと、前記筐体と前記フィルタとを加熱するためのヒータと、を備える。

筐体は、内筒部と、前記内筒部の周囲に設けられた外筒部とを有し、前記内筒部と前記外筒部との間に前記内部空間が形成され、前記内筒部内に前記ヒータが挿入されていてもよい。

前記フィルタは、板状の複数のフィンを有し、前記複数の板状フィンは、前記内部空間において、前記内筒部の周囲に放射状に設けられていてもよい。

前記筐体および前記フィルタとは、金属粉末積層造形により成形され、前記複数のフィンは、前記内筒部の軸方向に沿って延びていてもよい。

前記フィルタは、前記内筒部側の内端部と、前記外筒部側の外端部とを有し、前記内端部は、前記内筒部に接続され、前記外端部は、前記外筒部との間に隙間を有してもよい。

また、本発明の一態様である流体制御装置は、継手に固定された複数の流体制御機器と、前記流体制御機器に流す流体を加熱するため流体加熱器と、を備え、前記流体加熱器は、内部空間を有し、流入口と流出口とが形成された筐体と、前記内部空間内に設けられ、前記筐体と一体に成形された多孔質構造のフィルタと、前記筐体と前記フィルタとを加熱するためのヒータと、を備える。

本発明によれば、流体加熱器を備える流体制御装置の大型化を抑制することができ、ガスの圧力損失を抑制することが可能な技術を提供することができる。

実施形態に係る流体制御装置の斜視図である。 実施形態に係る流体制御装置のガスラインを側面方向から見た一部断面図である。 筐体およびフィルタの分開斜視図である。 （ａ）は、筐体およびフィルタの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、フィルタの斜視図、（ｂ）は、フィルタの平面図、（ｃ）は、（ｂ）のＶｃ−Ｖｃ線に沿った断面図である。 実施形態に係る流体制御装置としてのファイナルバルブを備える半導体製造装置の概略図を示す。

本発明の実施形態に係る流体加熱器２０、および流体制御装置１について、図面を参照して説明する。以下の説明における上下は、図２の上下とする。

図１は、本実施形態に係る流体制御装置１の斜視図を示している。図２は、本実施形態に係る流体制御装置１のガスライン３の側面図を示している。

流体制御装置１は、基盤２と、複数（４ライン）のガスライン３と、パージガス主配管４とを備えている。また、各ガスライン３の構成はほぼ同じであるので、以下では複数のガスライン３のうちの一つのガスライン３についてのみ説明を行う。

図１に示すように、ガスライン３は、複数の継手５〜７と、複数の流体制御機器８〜１４と、パージガス分岐配管１５と、流体加熱器２０と、を備える。

複数の継手５〜７は、プロセスガスの入口となる入口継手５と、プロセスガスの出口となる出口継手７と、入口継手５と出口継手７との間に配置される複数のブロック状のブロック継手６とにより構成さている。

複数の継手５〜７は、基盤２上に一列に並ぶように設けられ、図示せぬボルトにより基盤２に固定されている。図２に示すように、各継手５〜７には、ガスの流路５ａ〜７ａが形成されている。各流路５ａ〜７ａは、対応する流体制御機器８〜１４の流路に連通している。

複数の流体制御機器８〜１４は、自動弁（例えば空圧作動式の自動弁）であるバルブ８〜１１（バルブ９を第１バルブ９、バルブ１０を第２バルブ１０とする。）と、手動式のレギュレータ（減圧弁）１２と、圧力計１３と、流量制御機器（例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ：Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ））１４とにより構成されている。図１に示すように、各流体制御機器８〜１４は、ボルト１６（図の簡略化のため一つのボルト１６にのみ参照番号を付している。）により、継手５〜７に対しそれぞれ連結されている。

第１バルブ９は、第１バルブ本体部９Ａと、第１ボディ９Ｂとを備える。第１バルブ本体部９Ａは、アクチュエータ等を備える。第１ボディ９Ｂには、ガス流路９ｃと、パージガス流入路９ｄと、パージガス排出路９ｅとが形成されている。

第２バルブ１０は、三方弁であり、第２バルブ本体部１０Ａと、第２ボディ１０Ｂとを備える。第２バルブ本体部１０Ａは、アクチュエータ等を備える。第２ボディ１０Ｂには、ガス流入路１０ｃと、ガス排出路１０ｄと、パージガス流路１０ｅとが形成されている。第１ボディ９Ｂと第２ボディ１０Ｂとは、互いに接続されている。

ガス流路９ｃの、一端はブロック継手６の流路６ａに接続され、他端はガス流入路１０ｃの一端に接続されている。パージガス流入路９ｄの、一端は流体加熱器２０に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。パージガス排出路９ｅの、一端は図示せぬ弁室に接続され、他端はパージガス流路１０ｅの一端に接続されている。

ガス流入路１０ｃの、一端はガス流路９ｃの他端に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。ガス排出路１０ｄの、一端は図示せぬ弁室に接続され、他端はブロック継手６の流路６ａに接続されている。パージガス流路１０ｅの、一端はパージガス排出路９ｅの他端に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。

流体加熱器２０は、第１バルブ９の第１ボディ９Ｂ上に設けられている。

パージガス分岐配管１５は、一端が流体加熱器２０に接続され、他端がパージガス主配管４に接続されている。

そして、入口継手５から流入するプロセスガスは、流体制御機器８〜１４、複数のブロック継手６、出口継手７を通過して、図示せぬチャンバへ供給される。また、パージガス主配管４から供給されるパージガス（例えば、窒素）は、パージガス分岐配管１５に流入し、流体加熱器２０において加熱された後、第１バルブ９のパージガス流入路９ｄおよびパージガス排出路９ｅを通過して、第２バルブ１０のパージガス流路１０ｅを介して、ガス流入路１０ｃから入口継手５側へ、ガス排出路１０ｄから出口継手７側へ流れる。

次に、本実施形態に係る流体加熱器２０について、図１、２を参照して説明する。

流体加熱器２０は、固定ブロック２１と、筐体２２と、フィルタ２３と、接続配管２４と、ヒータ２５とを備える。

固定部材である固定ブロック２１は、ボルト２６により、第１バルブ９の第１ボディ９Ｂに固定されている。固定ブロック２１は、流路部２７を有し、その上端は、筐体２２の下端に接続されている。

接続配管２４は、一端がパージガス分岐配管１５に接続され、他端が筐体２２の上端に接続されている。

ヒータ２５は、後述のように筐体２２に挿入されており、発熱して筐体２２およびフィルタ２３を加熱する。また、ヒータ２５には、電源リード線２８が接続され、電源リード線２８を介してヒータ２５に対し通電されることにより、ヒータ２５は発熱する。ヒータ２５は巻かれたニクロム線を絶縁しつつそれを金属パイプのシースで覆うようにして構成されている。

次に、流体加熱器２０の筐体２２およびフィルタ２３について、図３〜図５を参照して説明する。

図３は、筐体２２およびフィルタ２３の分解斜視図である。図４（ａ）は、筐体２２およびフィルタ２３の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。図５（ａ）は、フィルタ２３の斜視図、（ｂ）は、フィルタ２３の平面図、（ｃ）は、（ｂ）のＶｃ−Ｖｃ線に沿った断面図である。

図３、４に示すように、筐体２２は、略円筒状をなし、内筒部２９と、外筒部３０と、流入部３１と、流出部３２とを有する。

内筒部２９は、内筒２９Ａと底部２９Ｂとを有する。内筒２９Ａの上端は開口し、下端に、下に凸の三角錐状の底部２９Ｂが設けられている。内筒２９Ａの内側孔２９ｃには、ヒータ２５が挿入される。

外筒部３０は、内筒部２９の外周に設けられている。内筒部２９と外筒部３０とにより内部空間３０ｆが形成される。外筒部３０は、外筒３０Ａと、接続部３０Ｂと、テーパ部３０Ｃとを有する。

外筒３０Ａは、内筒部２９の内筒２９Ａの外周に設けられている。環状の接続部３０Ｂは、外筒３０Ａの上端に設けられ、内筒２９Ａの上端に接続されている。下方に向かって先細るテーパ部３０Ｃは、外筒３０Ａの下端に設けられている。流入部３１は、管状をなし、外筒３０Ａの上端部に形成された流入口３０ｄに接続されている。流出部３２は、管状をなし、テーパ部３０Ｃの下端に形成された流出口３０ｅに接続されている。

図４、５に示すように、フィルタ２３は、複数のフィン３３と、複数の外周部３４と、複数の下端部３５とを有する。なお、図４、５においては、一部のフィン３３、一部の外周部３４、一部の下端部３５にのみ符号を付している。

複数のフィン３３は、板状をなし、内部空間３０ｆにおいて、内筒２９Ａの軸方向に沿って延び、内筒２９Ａの周囲に放射状に設けられている。各フィン３３の上端は、接続部３０Ｂに接合されている。各フィン３３の下端は、テーパ部３０Ｃに接合されている。よって、各フィン３３の下面は、テーパ部３０Ｃに沿って傾斜している。各フィン３３の内端部３３Ａは、フィルタ２３の内端部を構成し、内筒２９Ａに接続されている。

複数の外周部３４は、隣り合う一対のフィン３３の外周端を、軸方向に沿って互いに接続している。よって、各外周部３４は、板状をなし、内筒２９Ａの軸方向に沿って延びている。複数の外周部３４は、フィルタ２３の外端部を構成し、外筒部３０の外筒３０Ａとの間に隙間３４ａを有する。

複数の下端部３５は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数の外周部３４が接続する一対のフィン３３とは異なる一対のフィン３３の下端の内周端を互いに接続している。よって、複数の外周部３４により、互いに接続されていないフィン３３同士が、その下端の内周端において互いに接続されている。また、複数の下端部３５は、底部２９Ｂとテーパ部３０Ｃとの間に位置し、かつ、複数のフィン３３の内周端よりも内側に位置する。すなわち、複数の下端部３５は、複数のフィン３３の内周端よりも内側に突出している。そして、当該複数の下端部３５上に内筒部２９が設けられている。よって、複数の下端部３５は、内筒部２９の底部２９Ｂに接続されている。

筐体２２の内筒部２９および外筒部３０と、フィルタ２３とは、三次元造形装置において、それらを造形するための三次元データに基づいて、ステンレス、チタン等の金属粉末を積層する工程と、積層した金属粉末層をレーザまたは電子ビームで溶着（焼結）する工程とを繰り返すことにより、筐体２２の内筒部２９および外筒部３０とフィルタ２３とが一体に成形される。レーザ等の出力を調整することにより、筐体２２はパージガスに対して気密となるように焼結され、フィルタ２３は、多孔質構造となるように焼結される。

内筒部２９および外筒部３０とフィルタ２３との造形方向（積層方向）Ｍは、図４（ａ）に示すように、筐体２２の長手方向に沿って、上から下へ向かって積層される。すなわち、図４（ａ）に示した内筒部２９および外筒部３０とフィルタ２３とが上下反転した状態となるように、下側から順次積層され、筐体２２の内筒部２９および外筒部３０とフィルタ２３とが一体に成形される。そして、成形された外筒部３０の流入口３０ｄおよび流出口３０ｅに、流入部３１および流出部３２がそれぞれ溶接等により接続される。

ヒータ２５の熱は、内筒２９Ａへ伝達され、内筒２９Ａからフィルタ２３へ伝達され、内部空間３０ｆ内のパージガスが加熱される。特に、パージガスがフィルタ２３を通過する際に、ガスと金属との接触面積が非常に大きくなり、効率的な加熱がなされる。なお、フィルタ２３と、外筒３０Ａとの間には、隙間３４ａがあるため、外筒３０Ａへの熱の伝達は抑制される。そして、流入部３１から流入する一次側からのパージガスは、内部空間３０ｆ内へ流入してフィルタ２３を通過しかつ加熱されて、流出部３２から二次側へ流出する。同時に、パージガスがフィルタ２３を通過するときに、パージガス内のパーティクルがフィルタ２３に捕捉される。

上記のように、筐体２２の内筒部２９および外筒部３０とフィルタ２３とが一体に成形されるので、熱交換機能とフィルタ機能とを一つの部品で達成することができる。これにより、流体加熱器２０を備える流体制御装置１の大型化を抑制することができ、パージガスの圧力損失を抑制することができる。

内筒２９Ａの内側孔２９ｃに、ヒータ２５が挿入されているので、ヒータ２５により加熱される部位が直接外気に接する範囲を狭くすることができ、筐体２２を覆う断熱材の使用を抑制することができる。

フィルタ２３は、複数の板状のフィン３３を有し、複数の板状のフィン３３は、内部空間３０ｆにおいて、内筒部２９の周囲に放射状に設けられている。これにより、フィルタ２３と内筒部２９の接触面積を増やし、ヒータ２５の熱をフィルタ２３に効率的に伝えることができる。また、これにより、フィルタ２３の表面積を増加し、ヒータ２５の熱の伝達効率を向上させることができる。

筐体２２の内筒部２９および外筒部３０と、フィルタ２３とは、金属粉末積層造形により成形され、複数のフィン３３は、内筒部２９の軸方向に沿って延びている。これにより、三次元積層造形において板状の複数のフィン３３を安定して積層して成形することができる。

フィルタ２３の内端部（各フィン３３の内端部３３Ａ）が内筒２９Ａに接続され、フィルタ２３の外端部（外周部３４）は外筒３０Ａとの間に隙間３４ａを有する。これにより、フィルタ２３への熱の伝達の効率を向上させることができ、外筒部３０への熱の伝達を抑制することができる。よって、外気への熱の伝達を抑制するためのサーマルジャケットが必要のない流体加熱器を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

上記の実施形態では、筐体２２の流出部３２は、固定ブロック２１の流路部２７に接続され、流路部２７を介して流体制御機器に接続されるように構成していたが、流出部３２の端部にガスケットを収容可能な環状凹部を形成して、他の流体制御機器に直接接続可能に構成してもよい。

また、上記の実施形態では、流体加熱器２０をパージガスの加熱をするために用いたが、プロセスガスを加熱するために用いてもよい。筐体２２の内筒部２９および外筒部３０を三次元積層造形により成形し、流入部３１および流出部３２を外筒部３０に接合したが、流入部３１および流出部３２も内筒部２９および外筒部３０と共に、三次元積層造形により成形してもよい。

また、実施形態では、流体制御装置１は、流体制御機器として開閉弁（バルブ）、圧力計、レギュレータ、およびマスフローコントローラを備えていたが、これらの他にフィルタ、逆止弁等を備えていてもよい。

また、上記の実施形態では、流体加熱器２０を備える流体制御装置１がガス供給器であったが、流体制御装置は図６に示すようなファイナルバルブ４０であってもよい。

図６は、本発明の実施形態に係る流体制御装置としてのファイナルバルブ４０を備える半導体製造装置１００の概略図を示している。

半導体製造装置１００は、例えば、ＣＶＤ装置であり、ガス供給手段５０と、ファイナルバルブ４０と、真空チャンバ６０と、排気手段７０とを有し、ウェハ上に不動態膜（酸化膜）を形成する装置である。

ガス供給手段５０は、ガス供給源５１と、流体制御装置５２とを備える。ファイナルバルブ４０は、ガス供給手段５０と真空チャンバ６０との間に設けられている。ファイナルバルブ４０は、３本の配管４１を備え、各配管４１に対し自動弁４２および流体加熱器２０が設けられている。各流体加熱器２０は、真空チャンバ６０の入口直近に設けられ、各流体加熱器２０により加熱されたガスが真空チャンバ６０内に供給される。

従来の流体加熱器は大型であったためチャンバから離間して設置する必要があったが、本実施形態の流体加熱器２０の構成によれば、真空チャンバ６０の入口直近に設置することができるので、所望の温度に加熱したガスを真空チャンバ６０内に供給することができる。

また、流体制御装置としては、ファイナルバルブに限らず、ＤＬＩ気化器、キャリア気化器、プリ加熱パージライン等の流体の加熱が必要な装置であればどんな装置であってもよい。

１：流体制御装置、 ５〜７：継手、 ８〜１４： 流体制御機器、 ２０：流体加熱器、 ２２：筐体、 ２３：フィルタ、 ２５：ヒータ、 ２９：内筒部、 ３０：外筒部、 ３０ｄ：流入口 ３０ｅ：流出口、 ３０ｆ：内部空間、 ３３：フィン、 ３３Ａ：内端部、 ３４：外周部、 ４０：ファイナルバルブ

Claims (6)

1. 内部空間を有し、流入口と流出口とが形成された筐体と、
   前記内部空間内に設けられ、前記筐体と一体に成形された多孔質構造のフィルタと、
   前記筐体と前記フィルタとを加熱するためのヒータと、を備える流体加熱器。
2. 筐体は、内筒部と、前記内筒部の周囲に設けられた外筒部とを有し、
   前記内筒部と前記外筒部との間に前記内部空間が形成され、
   前記内筒部内に前記ヒータが挿入されている、請求項１に記載の流体加熱器。
3. 前記フィルタは、板状の複数のフィンを有し、
   前記複数の板状フィンは、前記内部空間において、前記内筒部の周囲に放射状に設けられている、請求項２に記載の流体加熱器。
4. 前記筐体および前記フィルタとは、金属粉末積層造形により成形され、
   前記複数のフィンは、前記内筒部の軸方向に沿って延びている、請求項３に記載の流体加熱器。
5. 前記フィルタは、前記内筒部側の内端部と、前記外筒部側の外端部とを有し、
   前記内端部は、前記内筒部に接続され、
   前記外端部は、前記外筒部との間に隙間を有する、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の流体加熱器。
6. 継手に固定された複数の流体制御機器と、
   前記流体制御機器に流す流体を加熱するため流体加熱器と、を備え、
   前記流体加熱器は、
   内部空間を有し、流入口と流出口とが形成された筐体と、
   前記内部空間内に設けられ、前記筐体と一体に成形された多孔質構造のフィルタと、
   前記筐体と前記フィルタとを加熱するためのヒータと、を備える、流体制御装置。

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