JP4753173B2 - 流体制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体製造装置等に使用される流体制御装置に関し、特に、加熱装置付き流体制御装置に関する。
特許文献1には、複数の流体制御機器が前後に直列状に配されてベース部材に固定された流体制御装置を加熱する装置であって、流体制御装置左右両側の少なくとも片側に配されたヒータ部材としてのテープヒータと、ねじ部材によりベース部材に固定される底壁およびテープヒータを各流体制御機器に当接させる側壁よりなる複数個のブラケットとよりなるものが開示されている。
一方、流体制御装置を加熱するヒータ部材として、カートリッジヒータがあり、カートリッジヒータは高出力対応が可能であり、高温プロセスまたはテープヒータが適さない箇所における加熱に適している。
特開平１０‐２４６３５６号公報
特許文献１の加熱装置では、ブラケットの底壁を取り付けるための部分がベース部材に必要となることから、流体制御装置の設置面積を増加しなければならないという問題があった。集積化のためには、その設置面積の増加は好ましくないが、テープヒータによる側面からの加熱では、ブラケットを使用しないとしても、テープヒータの厚さ分だけ設置面積が増加してしまう。
そこで、上記テープヒータの問題点を解消するために、カートリッジヒータを使用してこれを複数の流体制御機器とベース部材との間に介在させることが考えられるが、カートリッジヒータは棒状であるため、ヒータ断線時の交換等のメンテナンス時には、長さ分の交換スペースが必要となり、そのためカートリッジヒータ使用時には、メンテナンス時の交換スペースの確保を考慮した設計をしなければならないという問題がある。
この発明の目的は、棒状のカートリッジヒータを使用しても、その長さ分の交換スペースを必要とせず、幅分の交換スペースがあればメンテナンスが可能となり、それに伴い設置面積の増加を抑えることができる流体制御装置を提供することにある。
請求項１による流体制御装置は、直列状に配された複数の流体制御機器が支持部材に支持されている流体制御装置において、支持部材は、2枚のプレート状部材が重ね合わせられることによって側方に開口する横断面コ字状の凹部を形成し、この凹部にヒータ部材が側方から着脱可能に挿入されてねじ部材によって固定されていることを特徴とするものである。
流体制御装置は、例えば、マスフローコントローラの入口側および出口側にそれぞれ開閉弁が設けられた構成を基本とし、必要に応じて、フィルター、レギュレータなどの各種流体制御機器が追加されて構成される。流体制御機器は、入口および出口にそれぞれ設けられた管接続部付きのブロック状継手部材、隣り合う流体制御機器同士を連通させる複数のV字状通路付きブロック状継手部材などとされることもある。
支持部材は、ステンレス鋼などの金属製とされ、支持部材の上面には、流体制御機器を取り付けるための複数のねじ孔が所定ピッチで設けられる。支持部材は、複数の流体制御機器の配置方向に沿った全長よりも大きい長さとされ、その両端部に、支持部材をベース部材に取り付けるねじ部材を挿通するための貫通孔が設けられる。
ヒータ部材としては、電熱線が金属製の管に入れられたカートリッジヒータでもよく、ファイバーグラス材に電熱線が織り込まれたテープヒータであってもよく、その他、シースヒータ、マイクロヒータ、プレートヒータなどの種々のタイプのヒータを使用することができる。
ヒータ部材は、支持部材に設けられた凹部に側方から着脱できるので、ヒータ部材を幅方向に取り出すための幅分のスペースがあれば、ヒータ部材を交換することができる。
支持部材は、2枚の平坦なプレート状部材がスペーサを介して重ね合わせられることによって、横断面コ字状に形成されていてもよく、少なくとも一方のプレート状部材に厚肉部が形成された2枚のプレート状部材が重ね合わせられることによって、横断面コ字状に形成されていてもよい。
請求項２による流体制御装置は、請求項１の装置において、一方のプレート状部材は、平坦なプレートであり、他方のプレート状部材は、平坦なプレートに重ね合わせられて結合される厚肉部と平坦なプレートに間隔を置いて対向させられる薄肉部とからなる段差付きプレートであることを特徴とするものである。
段差付きプレートの厚肉部は、長さ方向全長にわたって設けられ、これにより、支持部材は、横断面コ字状に形成される。ヒータ部材、平坦なプレートおよび段差付きプレートは、同じ長さとされる。平坦なプレートと段差付きプレートとの結合は、好ましくは、ねじ部材によって行われ、この場合、両プレートの重ね合わせ部には、ねじ部材を挿通するための貫通孔が設けられ、この貫通孔に挿通されたおねじがベース部材に設けられたねじ孔にねじ合わされることによって、プレート同士の結合と支持部材のベース部材への取付けとが同時に果たされる。同様に、ヒータ部材の固定については、平坦なプレート、ヒータ部材および段差付きプレートのすべてを貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔に挿通されたおねじがベース部材に設けられたねじ孔にねじ合わされることによって、ヒータ部材の固定とヒータ部材および支持部材のベース部材への取付けとが同時に果たされる。ヒータ部材は、流体制御装置の周囲にスペースがあれば、長さ方向にも幅方向にも取り出すことができる。
請求項３による流体制御装置は、請求項２の装置において、ヒータ部材は、棒状ヒータ本体と、棒状ヒータ本体が着脱可能に挿入されているヒータ挿入孔を有する伝熱プレートとからなり、段差付きプレートの薄肉部の幅は、プレート全幅の半分よりも大きくなされており、ヒータ挿入孔は、棒状ヒータ本体が支持部材の幅方向中央に位置するように設けられていることを特徴とするものである。
棒状ヒータ本体は、例えば、カートリッジヒータとされる。カートリッジヒータは、一端部を封じて他端部を開口した金属製の管と、管の内部に設けられたニクロム線等の電熱線およびマグネシウム粉末等の充填材と、電熱線に接続された電極線とを備えているもので、高出力であり、高温加熱が可能である。カートリッジヒータは、例えば、温度コントロールによる電圧ＯＮ−ＯＦＦ制御により温度制御される。温度制御用のセンサとしては、例えば、白金薄膜温度センサやシース型Ｋタイプサーモカップルなどが使用される。
伝熱プレートは、熱伝導性がよい材質、例えば、アルミニウム製とされ、棒状ヒータ本体がヒータ挿入孔に密に挿入されることにより、棒状ヒータ本体による発熱が伝熱プレートを介して、効率よく支持部材に伝えられる。棒状ヒータ本体は、通常、断面が円形の棒状であり、これに対応して、ヒータ挿入孔も断面円形とされる。ヒータ挿入孔に挿入された棒状ヒータ本体は、例えば、伝熱プレートの側面からねじ込まれたおねじによって固定され、これにより、棒状ヒータ本体は、ヒータ挿入孔の周面に密接しかつ着脱自在に伝熱プレートに支持される。そして、段差付きプレートの薄肉部の幅をプレートの全幅の半分よりも大きくすることで、棒状ヒータ本体を支持部材の幅方向中央にちょうど位置させることができ、これにより、幅方向に均一な加熱が可能となる。
テープヒータによる加熱では、テープヒータが変形しやすいためクリップ等で流体制御機器に押し付けておかないと、テープヒータと流体制御機器との間に空気の層が発生して断熱層となりやすいが、棒状ヒータ本体を上記構成で使用することにより、流体制御機器との密着性をよくすることができ、断熱層となる空気の層の発生を防止することができる。
この発明による流体制御装置は、通常、１つの装置（集積化流体制御装置）の１つのラインを構成するもので、複数のラインが所定の間隔（ラインピッチ寸法）でベース部材上に並列に配置される。集積化流体制御装置は、さらに、他の装置と組み合わされて半導体製造用のガス供給装置として使用される関係上、ベース部材の面積に制約があり、ベース部材の周囲に十分なスペースを確保することも難しいものとなっている。テープヒータによって流体制御機器の側面から加熱する場合、ラインピッチ寸法を大きくすることが必要となるが、１つのラインに必要な幅とされた支持部材にヒータ部材を請求項１のように内蔵させることにより、ラインピッチ寸法を小さくすることができる。そして、ヒータ部材を交換する際には、流体制御装置が設置されたままの状態で、ヒータ部材を幅方向に取り出すことができる。これにより、集積化流体制御装置のベース部材の周囲、特に長さ方向に十分なスペースを確保できない場合であっても、ヒータ部材を幅方向に取り出すことができ、ヒータ部材をスペースの制約を受けない場所へ移動させて交換することができる。
請求項１の流体制御装置によれば、支持部材は、2枚のプレート状部材が重ね合わせられることによって側方に開口する横断面コ字状の凹部を形成し、この凹部にヒータ部材が側方から着脱可能に挿入されてねじ部材によって固定されているので、ヒータ部材を交換する際に、ヒータ部材の幅分の交換スペースで足りるため設置面積の増加が抑えられコンパクトにすることができる。また、ヒータ部材を固定しているねじ部材を外すことによりヒータ部材を支持部材から取り外してメンテナンスが可能となり、交換を容易にすることができる。
請求項２の流体制御装置によれば、２枚のプレート状部材の形状を簡単なものにすることができ、製造コストを下げることができる。
請求項３の流体制御装置によれば、棒状ヒータ本体によって長さ方向に均一に発熱させるとともに、このヒータ本体を支持部材の幅方向中央に位置させることにより、幅方向に均一に加熱できるので、流体制御装置を一定温度で均一に加熱することができる。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図の上下を上下といい、図の右を前、左を後といい、左右は、後方に向かっていうものとする。この前後・上下・左右は便宜的なもので、前後が逆になったり、上下が左右になったりして使用されることもある。
図1および図2に示すように、この発明による流体制御装置(1)は、直列状に配された複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)と、右方（側方）に開口する凹部(2a)を有しかつ複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)を支持する支持部材(2)と、支持部材(2)の凹部(2a)に右方から着脱可能に挿入されているヒータ部材(3)とを備えている。
複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)は、上段層(4)および下段層(5)に分かれて配置されており、上段層(4)は、マスフローコントローラ(16)と、マスフローコントローラ(16)の後側（入口側）に設けられた手動弁(11)、フィルター(12)、レギュレータ(13)、圧力計(14)および入口側遮断開放器(15)と、マスフローコントローラ(16)の前側（出口側）に設けられた出口側遮断開放器(17)とからなり、下段層(5)は、入口および出口にそれぞれ設けられた管接続部付きのブロック状継手部材(51)(53)と、隣り合う上段層構成要素同士を連通させる複数のＶ字状通路付きブロック状継手部材(52)とからなる。入口側遮断開放器(15)は、ブロック状本体(41a)(41b)と、これに取り付けられた２つの開閉弁アクチュエータ(15a)(15b)とからなる。出口側遮断開放器(17)は、ブロック状本体(42a)(42b)と、これに取り付けられた２つの開閉弁アクチュエータ(17a)(17b)とからなる。
支持部材(2)に所定間隔で下段層構成要素としての継手部材（流体制御機器）が固定され、前後に隣り合う継手部材(51)(52)(53)にまたがって上段層構成要素としての流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)が配置されてねじ部材で対応する継手部材(51)(52)(53)に固定されている。
そして、複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)を支持した支持部材(2)がベース部材(6)に並列状に配置されることにより、直列状に配された複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)によって形成された流体制御装置（ライン）(1)を複数有する装置（例えば、半導体製造用ガス供給装置）が形成される。
図3および図4に示すように、支持部材(2)は、ステンレス鋼製の平坦なプレート(21)と、平坦なプレート(21)の下面に重ね合わせられているステンレス鋼製の段差付きプレート(22)とからなる。
平坦なプレート(21)の上面には、流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)を取り付けるための複数のねじ孔(21c)が所定ピッチで設けられている。
段差付きプレート(22)は、厚肉部(22d)および薄肉部(22c)からなり、厚肉部(22d)が平坦なプレート(21)に重ね合わせられ、薄肉部(22c)が平坦なプレート(21)に間隔を置いて対向させられている。薄肉部(22c)は、長さ方向全長にわたって設けられ、その幅は、プレート全幅の半分よりも大きくなされている。両プレート(21)(22)が重ね合わせられることにより、支持部材(2)は、横断面コ字状に形成され、両プレート(21)(22)間にヒータ部材(3)を収容するための凹部(2a)が形成されている。
両プレート(21)(22)は、複数の流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)の配列方向に沿った全長よりも大きい長さとされ、その前後両端部の左右に、支持部材(2)をベース部材(6)に取り付けるねじ部材(23)(26)を挿通するための貫通孔(21a)(21b)(22a)(22b)が設けられている。
ヒータ部材(3)は、発熱部となる棒状ヒータ本体(32)と、棒状ヒータ本体(32)が着脱可能に挿入されているヒータ挿入孔(31a)を有する伝熱プレート(31)とからなる。
棒状ヒータ本体(32)は、カートリッジヒータが使用されている。棒状ヒータ本体(32)は、断面が円形の棒状であり、これに対応して、ヒータ挿入孔(31a)も断面円形とされている。ヒータ挿入孔(31a)は、伝熱プレート(31)の幅方向中央よりも左にずらして設けられている。このずれ量は、ヒータ部材(3)が支持部材(2)に取り付けられた際に、棒状ヒータ本体(32)が支持部材(2)の幅方向中央に位置するように調整されている。ヒータ挿入孔(31a)に挿入された棒状ヒータ本体(32)は、伝熱プレート(31)の右側面からねじ込まれたおねじ(33)によって固定されている。これにより、棒状ヒータ本体(32)は、ヒータ挿入孔(31a)の周面に密接しかつ着脱自在に伝熱プレート(31)に支持され、棒状ヒータ本体(32)による発熱が伝熱プレート(31)を介して、効率よくベース部材(6)に伝えられる。そして、棒状ヒータ本体(32)が支持部材(2)の幅方向中央に位置させられていることで、幅方向に均一な加熱が可能となされている。
ヒータ部材(3)、平坦なプレート(21)および段差付きプレート(22)は同じ長さとされている。
支持部材(2)とベース部材(6)は、六角穴付きボルト(23)(26)、スリーブ(24)(27)およびスプリングワッシャ(25)(28)で結合されている。
支持部材(2)をベース部材(6)に取り付ける六角穴付きボルト(23)(26)のうち左の２つ(23)は支持部材(2)の平坦なプレート(21)と段差付きプレート(22)との結合を兼ねており、両プレート(21)(22)の重ね合わせ部に設けられた貫通孔(21b)(22b)に挿通されたボルト(23)がベース部材(6)に設けられたねじ孔(6b)にねじ合わされることによって、プレート同士(21)(22)の結合と支持部材(2)のベース部材(6)への取付けとが同時に果たされている。
支持部材(2)をベース部材(6)に取り付ける六角穴付きボルト(23)(26)のうち右の２つ(26)は、ヒータ部材(3)の支持部材(2)への固定を兼ねている。ヒータ部材(3)には、平坦なプレート(21)および段差付きプレート(22)の右側の貫通孔(21a)(22a)に対応する貫通孔(31b)が設けられ、平坦なプレート(21)、ヒータ部材(3)および段差付きプレート(22)のすべてを貫通する貫通孔(21a)(31b)(22a)に挿通されたボルト(26)がベース部材(6)に設けられたねじ孔(6a)にねじ合わされることによって、ヒータ部材(3)の固定とヒータ部材(3)および支持部材(2)のベース部材(6)への取付けとが同時に果たされている。
各六角穴付きボルト(23)(26)は、スリーブ(24)(27)に挿通された状態で使用されており、スプリングワッシャ(25)(28)は、スリーブ(24)(27)の上下に配置されている。したがって、六角穴付きボルト(23)(26)を締め付けることによって、スプリングワッシャ(25)(28)が弾性変形して、平坦なプレート(21)と段差付きプレート(22)とがヒータ部材(3)に押し付けられ、これにより、ヒータ部材(3)と支持部材(2)とが密着させられる。ヒ−タ部材(3)は、流体制御装置(1)の周囲にスペースがあれば、長さ方向にも幅方向にも取り出すことができる。
この発明による流体制御装置(1)は、１つの装置（集積化流体制御装置）の１つのラインを構成するもので、複数のライン(1)が所定の間隔（ラインピッチ寸法）でベース部材(6)上に並列に配置される。集積化流体制御装置は、さらに、他の装置と組み合わされて半導体製造用のガス供給装置として使用される関係上、ベース部材(6)の面積に制約があり、ベース部材(6)の周囲に十分なスペースを確保することが難しいものとなっている。この発明の流体制御装置(1)によると、１つのライン(1)に必要な幅とされた支持部材(2)にヒータ部材(3)を上記のように内蔵させることにより、ラインピッチ寸法を小さくすることができる。そして、ヒータ部材(3)は、支持部材(2)に設けられた凹部(2a)に側方から着脱できるので、ヒータ部材(3)を交換する際には、ベース部材固定用六角穴付きボルト(23)は、締め付けたままで、ヒータ部材固定用六角穴付きボルト(26)を外すことにより、流体制御機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)が設置されたままの状態で（各機器(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)間のシール性能を確保した状態で）ヒータ部材(3)を幅方向に取り出すことができる。これにより、集積化流体制御装置(1)のベース部材(6)の周囲、特に長さ方向に十分なスペースを確保できない場合であっても、ヒータ部材(3)を幅方向に取り出すことができ、ヒータ部材(3)をスペースの制約を受けない場所へ移動させて交換することができる。
なお、上記実施形態では、支持部材(2)は、厚肉部(22d)および薄肉部(22c)からなる段差付きプレート(22)と、平坦なプレート(21)とが重ね合わせられることによって、横断面コ字状に形成されているが、支持部材は、厚肉部および薄肉部からなる同じ形状の段差付きプレート同士が重ね合わせられることによって、横断面コ字状に形成されていてもよく、また、支持部材は、２枚の平坦なプレートがスペーサを介して重ね合わせられることによって、横断面コ字状に形成されていてもよい。
この発明による流体制御装置の斜視図である。 この発明による流体制御装置の斜視図で、ヒータ部材を取り外した状態を示している。 この発明による流体制御装置の要部を示す分解図である。 同組立図である。
(1) 流体制御装置(ライン)
(2) 支持部材
(2a) 凹部
(3) ヒータ部材
(11) 手動弁（流体制御機器）
(12) フィルター （流体制御機器）
(13) レギュレータ （流体制御機器）
(14) 圧力計 （流体制御機器置）
(15) 入口遮断開放器（流体制御機器）
(16) マスフローコントローラ（流体制御機器）
(17) 出口遮断開放器（流体制御機器）
(21) 平坦なプレート （プレート状部材）
(22) 段差付きプレート（プレート状部材）
(22c) 薄肉部
(22d) 厚肉部
(23)(26) 六角穴付きボルト（ねじ部材）
(31) 伝熱プレート
(31a) ヒータ挿入孔
(32) 棒状ヒータ本体

Claims (3)

  1. 直列状に配された複数の流体制御機器が支持部材に支持されている流体制御装置において、支持部材は、2枚のプレート状部材が重ね合わせられることによって側方に開口する横断面コ字状の凹部を形成し、この凹部にヒータ部材が側方から着脱可能に挿入されてねじ部材によって固定されていることを特徴とする流体制御装置。
  2. 一方のプレート状部材は、平坦なプレートであり、他方のプレート状部材は、平坦なプレートに重ね合わせられて結合される厚肉部と平坦なプレートに間隔を置いて対向させられる薄肉部とからなる段差付きプレートである請求項１の流体制御装置。
  3. ヒータ部材は、棒状ヒータ本体と、棒状ヒータ本体が着脱可能に挿入されているヒータ挿入孔を有する伝熱プレートとからなり、段差付きプレートの薄肉部の幅は、プレート全幅の半分よりも大きくなされており、ヒータ挿入孔は、棒状ヒータ本体が支持部材の幅方向中央に位置するように設けられていることを特徴とする請求項２の流体制御装置。
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