JP3716125B2 - 圧力変動防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は圧力変動防止装置に関し、さらに詳細には、シリコンウエハ等の半導体製造材料の平坦化研磨用スラリの定圧供給回路に適した圧力変動防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における研磨工程では、研磨用スラリを研磨装置に供給しまた停止するとき供給開閉弁を開閉操作している。しかし、その開閉操作にかかわらずスラリ供給圧は一定に維持する必要がある。それはスラリ供給圧が変化すると、スラリ供給量が変動してシリコンウエハを高い精度で研磨できないからである。このようなスラリは一例として水酸化カリウム溶液に二酸化珪素を混合したアルカリ性の溶液で腐食性がある。ここで、スラリ供給回路中に滞留部があると滞留部で沈殿しゲル化する傾向がある。スラリがゲル化すると部分的に凝縮を生じてスラリを不均質なものにするから、シリコンウエハの研磨品質を維持するためにも常時循環させておく必要がある。
そのため従来、スラリをポンプにて循環させ、その循環回路の途中に供給開閉弁とともにリリーフ弁を設けている。そのリリーフ弁はそのスラリ循環回路内の循環量を調節することにより、循環回路内の圧力変動を緩和できるのである。
【０００３】
このリリーフ弁は図６に示すように、ダイヤフラム室Ｈ内にあつて受圧体として作用するダイヤフラムＤを一体に備えた弁Ｂと、弁座Ｒからなる弁機構、および調圧ばね機構Ａを有しており、スラリの圧力変動をダイヤフラムＤで受圧検出している。そして、スラリの圧力に応じて弁ＢがばねＦと比例的にバランスして開いている。スラリの圧力が上昇するときはこれをダイヤフラムＤが受圧して弁Ｂをさらに持ち上げ、弁座Ｒに対する弁Ｂの開度を増してスラリの流量を増しスラリ圧力の上昇を防いでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のリリーフ弁では、弁と弁座の周囲に位置するダイヤフラム室Ｈはその容積、形状ともその前後の直線的な流通管路Ｅとは大きく異なって拡大している。そのため、その流通路の断面積が急激に変化するダイヤフラム室Ｈにはスラリが滞留しやすく、スラリが沈殿しゲル化する問題があった。
また、調圧ばね機構はばねＦの弾圧力を手動ノブＮにより調節するものであるから、遠隔調節または集中制御することができない不便があった。例えば、研磨すべきウエハの種類が変更されたとき、スラリ供給圧を変更する必要があるが、従来のリリーフ弁では工程管理者がその都度、各研磨装置ごとにリリーフ弁の手動ノブＮを調節設定しなければならないため不能率であった。
【０００５】
したがって、本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、スラリ循環回路におけるスラリの滞留を生じない流通路を有し、かつ耐食性のある圧力変動防止装置を提供することを目的とする。
また、本発明は手動調節を要せず遠隔調節可能なスラリ圧力変動防止装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスラリ圧力変動防止装置は、可撓性のチューブと該可撓性チューブを押圧変形させる作動部材、および該作動部材を所定の圧力で弾圧する弾圧機構を有している。通常時は該作動部材を介して可撓性チューブの内圧より十分高い圧力を加え、該チューブを押圧変形させてその断面積を減少させその流通路の流量係数を減少させてスラリの流通を抑制している。そしてスラリ循環回路中の圧力が上昇する場合には、該可撓性チューブの内圧により作動部材の押圧力に抗して可撓性チューブの断面形状が扁平楕円から円形近くに復元しスラリの流通を増す。そのためスラリ循環回路中の圧力上昇が抑えられ圧力変動が防止される。
【０００７】
また、前記弾圧機構は気体圧室機構を有するものとし、かつ作動部材を弾性板とすることにより、気体圧室に導入された気体圧をすべて該弾性板に作用させる。該弾性板はその気体圧が作用する面とは反対側の面で可撓性チューブの一側面（例えば上面）を押圧し変形させる。
さらに、前記作動部材としての弾性板を可撓性のチューブの上下に設けることにより、可撓性チューブを上下両側から挟んで押圧変形させることができる。このような構造により、該チューブの上下それぞれ片側づつの変形量が少なくても押圧変形量を確保して流量制御効果をあげることができる。なお前記可撓性のチューブは原形において直線円筒状の流体通路をもつからスラリの滞留を生ずることがない。
【０００８】
【作用】
本発明のスラリ圧力変動防止装置は、可撓性のチューブを作動部材と弾圧機構によって押圧して変形させ、その断面積を縮小または復元制御可能な状態でスラリを循環させる。スラリ循環回路中の圧力が上昇するとそれによる該可撓性チューブの内圧上昇に応じて該可撓性チューブを復元拡張させてスラリの流通を増す。逆にスラリ循環回路中の圧力が低下するとそれによる該可撓性チューブの内圧低下に応じて該可撓性チューブをさらに押圧変形させてスラリの流通を減少させ、スラリ循環回路の圧力変動を防止する。
前記作動部材は、弾圧機構の弾圧力と該可撓性チューブの間に介在して可撓性チューブを押圧するものであるから、弾圧機構の構造上の制約を受けることなく可撓性チューブの急激な変形を防いで可撓性チューブを保護し可撓性チューブの耐久性を維持することができる。
【０００９】
また、前記弾圧機構は気体圧室機構を有して所定の気体圧力で前記可撓性チューブを弾圧するので、気体圧室の圧縮性により該可撓性チューブの内圧の変化に応じた可撓性チューブ自体の断面拡大や縮小を許容する。
前記作動部材としての弾性板はその気体圧が作用する面とは反対側の面で可撓性チューブの一側面を押圧し変形させる。そのため弾性板は可撓性チューブの薄い管壁を柔軟に保護し、しかも十分な押圧力で変形させる。
さらに、該弾圧機構と前記作動部材を可撓性のチューブの上下に設けることにより、該可撓性チューブ上下それぞれ片側づつの変形量が少なくても流量制御効果をあげることができる。それゆえ、可撓性チューブの機械的な疲労を減少させることができる。
そして圧力変動防止装置の該可撓性チューブは直線的な流通管路であり、その断面は楕円形もしくは円形であるためスラリの滞留を生ずることがない。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明する。
図１は本発明の圧力変動防止装置の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は可撓性チューブの断面図、図４はその外形図を示している。
可撓性チューブ１０は、上下の本体カバー２１と一対の側板２２に囲まれて形成された空間内に配置されており、該空間には弾性板としてのゴム板２３によって仕切られた圧力室２４が上下に形成されている。該ゴム板２３は自然状態で平板状であり本体カバー２１と側板２２の間に支持板２５を介して挟持される。支持板２５は圧力室２４の周囲に配置される環状の板体であり、同様に圧力室２４の周囲の溝に環状のシール部材２６を備えて圧力室２４の気密を保っている。
本体カバー２１と側板２２はゴム板２３と支持板２５を挟んで、複数のボルト２８によって分解可能に結合されている。
上下の本体カバー２１には接続孔２７が設けられていて、図５に示すように該圧力室２４に、電気信号に比例した空気圧力を供給する電気・空気圧比例弁３０からの所定の空気圧力を導入することができる。電気・空気圧比例弁３０には、圧力司令器としての電気信号発生器３１が接続される。
前記圧力室２４に供給する空気圧は該電気・空気圧比例弁の代わりに圧力調整弁等の空気圧設定器（図示しない）から得ても良い。
【００１１】
図３、図４において可撓性チューブ１０は可撓性であるとともに研磨用スラリの圧力と性質に対応して、耐久性と耐食性に優れた、例えばＰＴＦＥ樹脂を素材として製作するのが望ましい。可撓性チューブ１０は形状が簡素であるから切削加工もしくは射出成形によって容易に製作できる。可撓性チューブ１０の中央部には常時は円形断面の通孔１１を有しており、可撓性チューブ１０の両端から接続ネジ部１２と角形フランジ１３を一体に形成されている。角形フランジ１３は本体カバー２１の段部２９に嵌合して可撓性チューブ１０の回転を拘束されるから、ねじ１２の接合に対する配管接続のためのねじ締めトルクに対応できる。
さらに、可撓性チューブ１０の中央円筒部分１４の内径は円形断面から楕円断面へ容易に変形できるようになっている。該中央円筒部分１４の厚さｔは０．５ｍｍ程度であり、その内径寸法１６ｍｍに対して長さｌは１２０ｍｍと、大きな縦横比をもっているから、可撓性チューブ１０を急激に断面縮小することなく緩やかに変形して小さな断面積にすることができる。
接続ネジ部１２を入口側、および出口側として研磨用スラリの循環回路にそれぞれ接続すればよい。
【００１２】
次に、上記構成を有する本実施例の圧力変動防止装置の作用について説明する。圧力変動防止装置はスラリの循環回路中に接続ネジ部１２で接続されてスラリを循環させる。
このとき、上下の本体カバー２１の圧力室２４に電気・空気比例弁から所定の空気圧を導入して弾性板であるゴム板２３を弾圧し、該ゴム板２３によって可撓性チューブ１０の中央円筒部分１３を押圧変形させる。この変形によって可撓性チューブ１０の断面積を減少させることにより流量係数を減少させ、流通抵抗を増加させてスラリの流量を制限している。
【００１３】
可撓性チューブ１０の断面が楕円に変化すると、楕円の断面積ＳＤはａ，ｂを楕円のｘ、ｙ２軸の半径とするとき、
ＳＤ＝πａｂ
であるから、可撓性チューブ１０の断面が円形から一方のｘ軸ａの半径を半減させて楕円に変化すると、ｙ軸側は増加して、

と概算とされる。すなわち、可撓性チューブ１０の断面積が全開時の７５％に減少する。
そして、スラリ循環回路中の圧力が上昇すると、該可撓性チューブ１０の内圧により前記ゴム板２３の押圧力に抗して可撓性チューブ１０が近円形に復元して流量を増し、スラリの循環回路中の圧力の上昇を防ぐ。
逆にスラリ循環回路中の圧力が低下すると、該可撓性チューブ１０の断面積がさらに減少してスラリ循環回路中の圧力低下を防ぐ。この作用によってスラリ循環回路中の圧力変動が防止される。スラリポンプの吐出圧脈動を平滑化する作用もある。
【００１４】
なお、図２に示されるようにゴム板２３はその気体圧が作用する面とは反対側の面２３ｂで、可撓性チューブの側面（上面と下面）の長手方向と幅方向を均一な圧力で押圧し変形させる。均一な押圧力によって可撓性チューブの急激な変形が防がれる。
また、ゴム板２３は支持板２５の外側から可撓性チューブ１０を押圧するから、支持板２５の内周部で圧力室２４側におけるゴム板２３ａの屈曲率が大であっても、その内側１４ａの可撓性チューブ１０の屈曲率はゴム板２３ａの屈曲率より小さくなる。そのため、可撓性チューブ１０に急激な断面縮小を起こすことがないからその耐久性を保つとともに、スラリの滞留を生ずることがない。
また、作動部材を弾圧する弾圧機構を気体圧室機構とすることにより、作用気体圧を電気・空気比例弁等から導入できるから遠隔調節または集中制御が可能となる。
さらに、可撓性チューブ１０の流通管路は直線形であるとともにその断面積が流通管路に沿って変化しない円管であるためスラリの滞留を生ずることがない。
また、可撓性チューブ１０は耐食性材料で作られるから耐久性がある。
【００１５】
なお、本発明の圧力変動防止装置は上記実施例に限定されるものではなく、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、弾性板はゴム板以外の金属板、ダイアラム、ジャバラ等でも良い。また、可撓性のチューブは合成ゴム材料で製作しても良く、その形状は滞留を生じなければ直線形以外でも良い。可撓性のチューブは一体のものでなくても良く、角形フランジ部分と中央円筒部分を別材料で組み合わせても良い。また、圧力室機構と作動部材は上下にいずれか一方に設けても良い。
【００１６】
【効果】
本発明の圧力変動防止装置によれば、可撓性のチューブを作動部材と弾圧機構によって押圧変形し、スラリを制御可能状態で循環させ、スラリ循環回路中の圧力が上昇するとそれによる該可撓性チューブの内圧上昇に応じて該可撓性チューブを復元させてスラリの流通を増し圧力変動を防止する。それゆえ、研磨用スラリを研磨装置に安定して供給しウエハを高い精度で研磨できる。
また、可撓性のチューブはその流通管路に沿ってその断面積が変化しない円管にできるからスラリ圧力変動防止装置内でスラリの滞留を生ずることがない。それゆえ、スラリをゲル化させず均質なスラリを研磨装置に供給でき、ウエハの研磨を高精度化できる。
しかも可撓性のチューブは耐食性材料で容易に製作できるから、耐食性の高い圧力変動防止装置が得られる。可撓性のチューブは簡素な構造であり、圧力変動防止装置の保守のための分解組立が容易となる利点がある。
さらに、作動部材を弾圧する弾圧機構を気体圧室機構とすることにより、気体圧室の圧力を電気的に、または気体圧によって遠隔調節または集中制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力変動防止装置の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】可撓性チューブの断面図である。
【図４】可撓性チューブの外形図である。
【図５】本発明の圧力変動防止装置圧力導入回路を示す。
【図６】従来の従来のリリーフ弁の断面図である。
【符号の説明】
１０ 可撓性チューブ
１４ 可撓性チューブ１０の中央円筒部分
２１ 本体カバー
２３ ゴム板
２４ 圧力室

Claims (4)

1. 可撓性のチューブと、上側平板弾性板と下側平板弾性板とからなり該可撓性チューブを押圧変形させる作動部材と、該作動部材を前記可撓性チューブの内圧より高い所定の圧力で弾圧する弾圧機構を有し、
   前記可撓性チューブが内圧の変化に応じて変形し、前記可撓性チューブの内圧の圧力変動を防止することを特徴とする圧力変動防止装置。
2. 前記作動部材が弾性板であって、
   前記弾圧機構は、中空状の空間を備えるカバーに前記可撓性チューブが気密に貫き通され、前記弾性板が前記空間を仕切って圧力室を形成し、前記圧力室に空気圧を供給する気体圧室機構を有することを特徴とする請求項１の圧力変動防止装置。
3. 前記弾圧機構と前記作動部材が可撓性のチューブの上下に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２の圧力変動防止装置。
4. 前記可撓性のチューブが原形において直線円筒状であることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３の圧力変動防止装置。

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