JP4288629B2

JP4288629B2 - 集積形流体制御装置

Info

Publication number: JP4288629B2
Application number: JP15703298A
Authority: JP
Inventors: 茂洋鈴木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: JPH11351500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置に使用されるプロセスガス等を制御する流体制御装置であって、フィルター、レギュレータ、圧力計、マスフローコントローラ及び遮断弁等の各種流体制御機器を一体的に接続してユニット化し、さらにこのユニット同士を接続して一体的にまとめた集積形の流体制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記したような集積形流体制御装置（以下、単に流体制御装置ということがある。）として、従来、例えば特開平５−１７２２６５号公報に開示され、図１２に示すものがある。この例では、プロセスガスａ、ｂ、ｃを流す流通ラインユニットＡ、Ｂ、Ｃとパージガスｄを流す流通ラインユニットＤの計４ラインが一体的に集積され（以下、モジュールと呼ぶことがあるが、本発明では集積とモジュールは同等の意味で扱っている。）、最終的には流出口Ｅに導出されるようになっている。例えばプロセスガスａの流通ラインユニットＡは、フィルター９１を経て流入したガスは、遮断弁９２と９３を介してマスフローコントローラ９４内に流入し、ここで流量制御される。その後マスフローコントローラ９４から流出したガスは、遮断弁９５と９６を介してマニホールド９７ａに形成され縦方向の流路に導かれて流出口Ｅから反応炉に供給されるようになっている。他のラインＢ〜Ｄも同様のユニットとして構成されている。このように各流通ライン毎に、フィルター、遮断弁、マスフローコントローラ、遮断弁、というような各種の流体制御機器を、まず横方向に流通ラインを形成するように接続して一つのユニットとなし、さらに、このユニットを縦方向に流通ラインを形成するように接続してモジュール化している。このモジュールの中で、隣同士の流体制御機器の流路を接続するのが横流路ブロック９８ａ、９８ｂ、９８ｃ（この従来技術では台座又はケーシングと称している。）であり、各ユニット間の流路を接続するのが縦流路ブロック９７ａ、９７ｂ（この従来技術ではマニホールドと称している。）である。
【０００３】
また、各種の流体制御機器の流路を接続する横流路ブロックとして、例えば図１３に示すものがある。このものは断面四角形の横流路ブロック８０〜８２の内部にＬ字状あるいは逆Ｌ字状の流路８３、８４を形成したものであった。従って、例えばマスフローコントローラ８５と遮断弁８６、８７の各流路にこの流路ブロック８０〜８２を接続し、それぞれ対面する横流路ブロック同士を横方向に通したボルトで締め付け連結するというものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術の内、前者の横流路ブロック及び縦流路ブロックは、単にステンレス材からなる断面四角形の長方体ブロックを全長にわたって用いたものであった。従って、大型となり重量が極めて重いという問題がある。一方、後者の横流路ブロックは前者のものよりは必要箇所に限定したブロックとなし軽量化されてはいるが、これでもまだ重いと言える。このような流体制御装置が用いられるシリンダーキャビネットでは、キャビネットの中により多くの配管系を集めて収容するので、ともかく数ｃｍでも小さく、また数Ｋｇでも軽いことが望まれている。このことから従来のものでは大きくて重いという問題があった。
また、横流路ブロックにしても縦流路ブロックにしてもその流路は、機械加工で形成するので出来るだけ短く簡素なものが望ましい。特に縦流路ブロックの縦方向の流路は、ブロックの端から端まで貫通した長いものであったので、その加工は非常にやっかいなものであった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解消するもので、横流路ブロック及び縦流路ブロックの全体形状と流路形状に改良を加え、よって集積形流体制御装置の小型化と軽量化及びデッドスペースの最小化を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各種流体制御機器と、隣合う流体制御機器の流出流路と流入流路を繋ぐ横流路ブロックとを備え、前記流体制御機器が前記横流路ブロックを介して接続され、プロセスガスを流す流路が形成される複数の流通ラインユニットを構成し、複数の前記流通ラインユニットは、縦流路ブロックを介してその流路同士が縦方向に連通するように接続され、各種流体の制御機能が集積された集積形流体制御装置であって、
前記横流路ブロック及び前記縦流路ブロックは、その断面が略凸形状に形成され、前記横流路ブロックと前記縦流路ブロックとは、それらが組まれる部分では凸形状の上下を違えて横方向に重ねて組み合わされることを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記した横流路ブロックに形成する流路は、略Ｖ字形にすることが望ましい。他方、上記した縦流路ブロックに形成する流路は、Ｔ字形、Ｌ字形あるいはこれら組み合わせとすることが望ましく、これによって、個々流路形状の異なる縦流路ブロックを所定の流路形状になるように組み合わせることが出来る。
尚、上記において断面略凸形状とは必ずしも角張ったものだけではなく、例えば傾斜面で結んだ断面台形であってもよい。要するに厚肉部分がなく、尚かつ隣同士の流路ブロックが重なっって組み合わせ得る形状であればよいものである。
【０００８】
このように断面略凸形状としたことによって、まず、余分な肉厚部分が削除されて軽量化できる。通常１つのモジュールで使用する縦横流路ブロックは相当数になるので、全体的な減量効果は大きい。
また、横流路ブロックと縦流路ブロックを組み合わせる部位では、その上下を違えて重なるように組むことができるから、重なり合う分だけ横方向寸法を相殺して寸法を小さく抑えることができる。例えば、図１１に示す横流路ブロックの幅をＷとすれば、本発明に対応する図４の幅は約０．８５Ｗで１５％の小型化が達成できている。実際本発明によれば、およそ５〜２０％の横方向の小型化が可能であり、シリンダーキャビネットもその分コンパクトで軽量に出来る。
【０００９】
また、横流路ブロックの流路は、図２他に示すようにＶ字状に形成したことから流路長さが短くてすむ。よって、機械加工が楽であるし、パーティクル等の吸着、汚染の可能性が減少する。また、断面凸形状のブロック体の流路として適した形状である。
縦流路ブロックの方は、Ｔ字形（Ｔを並べたものを含む）やＬ字形（逆Ｌ、斜めＬを含む）の流路を形成し、これら数種類の流路形状を備えたブロックを予め複数個用意し、これらのブロックを形成しようとする所定の流路形状に応じて組み合わせるものである。よって、全長の短いブロック毎に流路を加工すれば良いから機械加工の技術的またコスト的な負担が軽減される。また、流路形状は数種類でブロックも数種類だけ用意すればよく製造また部品管理が合理化される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す集積形流体制御装置の上面図である。図２は、図１の流通ラインＢを抜き出した部分断面図である。図３は、この集積配管の流れを示すブロック図である。図４〜図７は、図１のＺ部分を抜き出したもので、図４は縦横流路ブロックを組み立てた状態の上面図、図５は図４のＸ−Ｘ断面図、図６は図４のＹ−Ｙ断面図、図７は分解展開図である。図８、図９は、縦流路ブロックの種類例を示すもので、図８は縦流路ブロックの（イ）上面図、（ロ）正面断面図、（ハ）左側面図である。図９は、他の縦流路ブロックの（イ）上面図、（ロ）正面断面図、（ハ）左側面図である。図１０は、他の縦横流路ブロックの実施例を示す一部断面図である。図１１は、従来の比較例であって図４及び図５に対応する図である。尚、これらの図面において同一部品、箇所については同一符号を付して説明は省略する。
【００１１】
図１〜図３に示す実施例では、プロセスガスａ、ｂ、ｃを、夫々流通ラインユニットＡ、Ｂ，Ｃを介してプロセスガスａ’ｂ’ｃ’を各排出口１０ａ〜１０ｃより反応炉に供給する。一方パージガスｄを流通ラインユニットＤから下記する縦流路ブロックを介して各ユニットＡ、Ｂ及びＣに供給して各流通ラインのパージ処理が行えるようにした集積形流体制御装置である。
各流通ラインユニットは以下の各種流体制御機器から構成されている。例えば図２に示す流通ラインユニットＢを例にとれば、入口側より流入継手２Ｂ、手動開閉弁３Ｂ、フィルター４Ｂ、レギュレータ５Ｂ、圧力計６Ｂ、空圧遮断弁７Ｂ、マスフローコントローラ８Ｂ、空圧遮断弁９Ｂ及び流出継手１０Ｂから構成されている。（以下、アルファベットが付いていない場合は流体制御機器単体を示し、アルファベットが付いている場合は、各ラインの流体制御機器を示す。）そして、手動開閉弁３Ｂの流出流路とフィルター４Ｂの流入流路（機器側の流出入流路は図示せず。以下同様。）を繋ぐのが横流路ブロック１２Ｂであり、フィルター４Ｂの流出流路とレギュレータ５Ｂの流入流路を繋ぐのが横流路ブロック１３Ｂである。以下、同様にレギュレータ５Ｂと圧力計６Ｂとは横流路ブロック１４Ｂ、圧力計６Ｂと空圧遮断弁７Ｂとは横流路ブロック１５Ｂ、空圧遮断弁７Ｂとマスフローコントローラ８Ｂとは横流路ブロック１６Ｂ、マスフローコントローラ８Ｂと空圧遮断弁９Ｂとは横流路ブロック１７Ｂによって横一列に接続されている。また、他の流通ラインユニットＡ、Ｃ、Ｄも同様に流出入流路は、横流路ブロック１２〜１７を介して横方向に接続している。
【００１２】
他方、パージガス流通ラインユニットＤの空圧遮断弁７Ｄの流出流路と流通ラインユニットＣの空圧遮断弁７Ｃの流入流路と流通ラインユニットＢの空圧遮断弁７Ｂの流入流路及び流通ラインユニットＡの空圧遮断弁７Ａの流入流路とをそれぞれ通じるために縦流路ブロック１９（１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｄ）を設けて各ユニットを接続しモジュール化している。このようにして、横方向と縦方向にユニットが集積した集積形流体制御装置１を構成している。
ここで、横流路ブロック１２〜１７と縦流路ブロック１９は、ステンレス鋼からなり断面凸形状のブロック体となしている。使用形態は各横流路ブロック１２〜１７は図のように凸形の平面側を上側（逆凸）に配置し、縦流路ブロック１９は凸形状のまま配置する。このような形状にしたことによって、長方体ブロックを用いた従来の集積形流体制御装置に比べ約３０％の軽量化ができている。尚、本例では横流路ブロックと縦流路ブロックが隣接し、上下を違えて重なった場所は、横流路ブロック１５、縦流路ブロック１９、横流路ブロック１６からなる一ヶ所であるが、流路構成によっては重なり合う部分が複数箇所にわたる場合もある。このような場合は更に軽量化できる。また、ユニットの両端の横流路ブロック１１、１８も隅を削った形状となし、上記縦横流路ブロックと組合せ可能とすると共に軽量化を計っている。
【００１３】
図４は、図１のＺ部分の縦横流路ブロックだけの上面（空圧遮断弁などの流体制御機器の取付け面）を示し、図５はＸ−Ｘ断面、図６はＹ−Ｙ断面である。図４〜図７を見てわかる通り、横流路ブロック１５Ｂ、１６Ｂと１５Ｃ、１６Ｃは縦流路ブロック１９Ｂの平面１９０に重なって組み合わさっている。よって、図５に示す横幅寸法を小さく抑えることができる。具体的には図１１に示す従来の比較例の横幅をＷとすれば、本例では０．８５Ｗの１５％だけ小さくなっている。これは、強度やボルト穴のサイズ、位置をさらに考慮すれば２０％程度までの小型化が可能である。
【００１４】
次ぎに、横流路ブロックには、図５に示すようにＶ字形の流路１５０、１６０を形成し、縦流路ブロックには、図６に示すようにＬ字形流路１９５、Ｔ字形（ここではＴ字を連ねている。）流路１９６及びＬ字形（ここでは逆Ｌ方向に用いている。）流路１９７が形成されている。そして、図中、横流路ブロック１５Ｂ、１６ＢにはＶ字流路１５０と１６０の入口１５１、１６１と出口１５２、１６２がそれぞれ形成され、各縦流路ブロックには空圧遮断弁７への流入口１９１、１９２、１９３、１９４が設けられている。このようにＶ字流路としたので流路長さが短く、加工が楽であるし、汚染される可能性のあるデットスペースが小さくなる。尚、本例ではＶ字形の角度は９０度としているが、これをさらに鋭角にすることが出来れば横幅寸法と流路長さを小さくすることも可能である。
尚、縦横流路ブロックの上面に見られる穴の内、１５３は圧力計６の流出側と、１５４、２３、１５５は空圧遮断弁７と、１５６はマスフローコントローラ８の流入側と、それぞれ接続するためのボルト穴である。また、横流路ブロックの中央にある穴１５７は、縦横流路ブロックを基礎ベース（図示せず）に接続するためのボルト孔である。２１は締結ボルト２０用の貫通孔である。
【００１５】
本例の縦流路ブロックは、図７に示すようにブロック１９Ａとブロック１９Ｂ及びブロック１９Ｄとからなり、これらをシール部材３０を介してボルト２０で締結して一体化している。他方、縦流路ブロックの流路形状は図６に示すようであり、図８に示すＬ字状の流路を形成したブロックと、図９に示すＴ＋Ｔ字状の流路を形成したブロックを組み合わせたものである。すなわち、ここでは２種類のブロックを予め用意して図６のような流路形状になるブロックを組み合わせたものである。従って、さらにＴ字状やＴを３つ４つ連ねるなど応用の流路形状としたブロックを数種類用意しておくことによって、これらの組合せを考えれば適宜の流路を持った縦流路を構成することが出来る。また、各ユニットを繋ぐ縦流路はこのようなブロックによってある程度区分されているので流路やボルト孔の長さが短く加工が楽になる。また、ブロックは数種類予め製作しておけばよいので製作コストが安くかつ部品管理が簡単となる。
【００１６】
図１０は、横流路ブロックと縦流路ブロックを組み合わせた状態の他の例を示している。この例では一種類の横流路ブロック４０が横一列に接続繋がれており、縦流路ブロックはＴ字形流路を備えたブロック５０ＢとＬ字形流路を備えたブロック５０Ａの二種類が縦方向に接続され繋がれている。縦横流路ブロックを多数使用する複雑なモジュールでは、本発明による軽量化と小型化の効果がより大きく表れる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の集積形流体制御装置によれば、横流路ブロック及び縦流路ブロックに余分な肉がないので軽量化ができる。さらに、横流路ブロックと縦流路ブロックが重なる部分では、横寸法の一部が相殺されて組合されるので小型化ができる。よって、集積形流体制御装置全体の小型化と軽量化を達成することが出来た。
また、単一ブロックとなし、Ｖ、Ｔ，Ｌ等の流路を各ブロック毎に形成するようにしたので、流路形成の加工が容易となると共にデッドスペースを最小化できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す集積形流体制御装置の上面図である。
【図２】図１の流通ラインＢを抜き出した部分断面図である。
【図３】本実施例の集積形流体制御装置の流れを示すブロック線図である。
【図４】横流路ブロックと縦流路ブロックを組み立てた上面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】図４のＹ−Ｙ断面図である。
【図７】図４の展開部品図である。
【図８】縦流路ブロックの一例を示す（イ）上面図、（ロ）正面断面図、（ハ）左側面図である。
【図９】縦流路ブロックの他の一例を示す（イ）上面図、（ロ）正面断面図、（ハ）左側面図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す縦横流路ブロックを組み合わせた一部断面図である。
【図１１】比較例を示すものであって図４及び図５に対応する図である。
【図１２】従来の集積形流体制御装置の例を示す外観斜視図である。
【図１３】従来の横流路ブロックの一例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１：集積形流体制御装置
２（Ａ〜Ｄ）：流入継手３（Ａ〜Ｄ）：手動開閉弁
４（Ａ〜Ｄ）：フィルター５（Ａ〜Ｄ）：レギュレータ
６（Ａ〜Ｄ）：圧力計７（Ａ〜Ｄ）：空圧遮断弁
８（Ａ〜Ｃ）：マスフローコントローラ９（Ａ〜Ｃ）：空圧遮断弁
１０（Ａ〜Ｃ）：流出継手
１１（Ａ〜Ｄ）：流入流路ブロック１８（Ａ〜Ｃ）：流出横流路ブロック
１２、１３、１４、１５、１６（Ａ〜Ｄ）、１７（Ａ〜Ｃ）：横流路ブロック
１９（Ａ、Ｂ、Ｄ）：縦流路ブロック
２０：接続用ボルト
３０：シール部材
４０：横流路ブロック
５０（Ａ、Ｂ）：縦流路ブロック
１５０、１６０：Ｖ字形流路
１９５、１９７：Ｌ字形流路
１９６：Ｔ字形流路
１６２：横方向の流体制御機器の流路との接続口
１９４：縦方向の流体制御機器の流路との接続口
１５３、１５４、１５５、４５６：流体制御機器接続用のボルト穴
１５７、１５８：縦横流路ブロックを基板に接続するためのボルト穴

Claims

各種流体制御機器と、隣合う流体制御機器の流出流路と流入流路を繋ぐ横流路ブロックとを備え、前記流体制御機器が前記横流路ブロックを介して接続され、プロセスガスを流す流路が形成される複数の流通ラインユニットを構成し、
複数の前記流通ラインユニットは、縦流路ブロックを介してその流路同士が縦方向に連通するように接続され、各種流体の制御機能が集積された集積形流体制御装置であって、
前記横流路ブロック及び前記縦流路ブロックは、その断面が略凸形状に形成され、
前記横流路ブロックと前記縦流路ブロックとは、それらが組まれる部分では凸形状の上下を違えて横方向に重ねて組み合わされることを特徴とする集積形流体制御装置。