JP5745271B2 - Ｍｓｍ構成部品及び関連ガスパネルアッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、概括的には、半導体加工のためのガスハンドリングシステムに、厳密には、局所的性質のもの又は半導体加工用具の周囲に分散配置されているものを問わず、ガスパネルシステムに関する。特に、本発明は、流体ハンドリング装置の分野、具体的には、半導体産業で使用されているモジュール表面実装（「ＭＳＭ」）流体用構成部品に処理流体が流入及び流出できるようにするシステムとアッセンブリに関する。

ウェーハ製作施設は、一般に、化学気相蒸着、プラズマ蒸着、プラズマエッチング、スパッタリングなどが実施される区域を含むように構成されている。これらの加工の多くを実施するために、加工で使用される用具は、化学気相蒸着反応器、真空スパッタリング機、プラズマエッチング装置、又はプラズマ強化化学気相蒸着装置であること、又はそれら用具には、反応性又は不活性であるか或いは反応種を提供するような様々な処理ガスが供給されることが必要である。個々の場合により、純粋なキャリヤガス又は反応性ガスは、汚染の無い状態で且つ厳密に計量された量が、用具に供給されなくてはならないことが理解頂けるであろう。

典型的なウェーハ製作施設では、不活性及び反応性ガスは、施設の地下に設置されていて配管又は導管を介して弁マニホールドボックスに接続されているタンクに貯蔵されている。タンクと弁マニホールドボックスは、施設レベルのシステムの一部であると考えることができる。用具レベルでは、プラズマエッチング装置などの総合的用具システムは、ガスパネルと用具そのものとを含んでいる。用具に含まれているガスパネルは、マニュアル弁、空気弁、圧力調整器、圧力変換器、質量流量制御装置、フィルタ、清浄器などが接続されている複数のガス経路を含んでいる。それら全てには、厳密に計量された量の純粋な不活性又は反応性ガスを弁マニホールドボックスから用具そのものに送出するという目的がある。

ガスパネルは、用具を備えているキャビネットに設置されており、作動装置のそれぞれが、装置に溶接された配管類によるか又はＶＣＲコネクタの様な溶接とコネクタの組合せによるかの何れかのやり方でガスパネルの中へ配管されているため、通常、比較的大きい空間量を占めている。ガスパネルは、製作が比較的難しく、従って高価である。ＶＣＲコネクタと溶接配管類を組み合わせたシステムでは、個々の構成部品は、ＶＣＲ継手箇所での接続前に整列させるためシム付き支持部に保持される。ＶＣＲ継手箇所の整列不良は、漏出を招きかねない。

従来のガスパネルにおける別の問題は、今日使用されている型式のＶＣＲと溶接を組み合わせたシステムでは、補修時にＶＣＲ接続部にアクセスしこれを開放することができるようにするため、構成部品それぞれの間に相当大きな空間量が必要になることである。更に、作動構成部品を現代のガスパネルから取り外すためには、周囲の構成部品の支持部の多くを緩めて、考慮対象の作動装置を取り外せるように構成部品をバラさなくてはならない。

１９９０年代半ばに始まったモジュール表面実装（「ＭＳＭ」）流体用構成部品の出現は、流体システムの小型化における大きな画期的出来事と考えられている。即ち、システムは、弁、調整器、フィルタ、圧力変換器、質量流量計、及び質量流量制御装置の様な、流体制御系及び測定系の構成部品から構成されている。ＭＳＭインターフェース以前は、その様な構成部品は、通常、溶接又は再使用可能なガスケット式接続の何れかを介した相互接続用配管具によって流体連通可能に接合されていた。何れの方法も、金属製配管類突起部、即ち相互接続と流体輸送という明白な目的に使用される各流体用構成部品に固有の付属物によって可能になっていた。

ＭＳＭインターフェースのおかげで、実際、流体システムの大きさ又は「フットプリント」はかなり縮小された。ＭＳＭ構造では、流体用構成部品は、通常エラストマー系Ｏリング又は金属製ガスケットを用い、圧縮用のボルトを使って、受け入れるＭＳＭ又は「モジュール」構造に対してシールされている。普及している幾つかのＭＳＭ又はモジュール構造が、米国特許第５，８３６，３５５号、同第６，８７４，５３８号、同第６，９５１，２２６号、同第６，２９３，３１０号、及び同第７，０４８，００８号に記載されている。それらの開示に共通する態様は、（１）ＭＳＭ構成部品に対してシールするための標準化された流体用インターフェースを提供することと、（２）流体を、流体用構成部品へ、流体用構成部品から、及び流体用構成部品の間で経路決めすることを目的に相互接続用ガス導管を提供することとの、２つである。

モジュール式流体システムによって得られる大きさ及び内部「濡れ」面積及び容積の縮小は十分理解されており、特に、大きさ、流体の純度、ガスシステムの清浄度、及び補修の容易さがどの流体システムにおいても高く評価される属性である半導体ウェーハ加工産業界内ではそうである。

ＭＳＭ型流体システムは、小型化、制御流体に曝される面積及び容積の縮小化、及び補修の容易さの向上という観点では利益をもたらすが、ＭＳＭ構成部品は、通常、受け入れるＭＳＭモジュール構造に対して、上記特許に開示されているやり方でシールされなくてはならない。別のやり方を用いた場合、ＭＳＭ流体用構成部品は、通常、流体回路を完成させるために、対応するモジュール式インターフェースと嵌め合わされる。従来、この対応するモジュール式インターフェースは、様々な設計のモジュール構造により提供されているが、それらはどれも、ＳＥＭＩ規格Ｆ８６−０３０４及びＦ８７−０３０４その他に記載されている標準的なモジュール式インターフェースを具現化している。

米国特許第５，８３６，３５５号明細書 米国特許第６，８７４，５３８号明細書 米国特許第６，９５１，２２６号明細書 米国特許第６，２９３，３１０号明細書 米国特許第７，０４８，００８号明細書

ガスパネルシステムを組み立てるやり方は数多く存在しているが、本発明人は、空間要件を最小限に抑え、必要な部品の数を大幅に省き、ＭＳＭ構成部品を簡単に補修できるようにする新しい手法を考案した。本発明は、１つ又はそれ以上のモジュール式流体用インサートを土台又は支持板にインターフェースし固定するＵ字型相互接続部を有するＭＳＭ構成部品を使用することによって、先行技術のパネルアッセンブリの使用に伴う様々な問題の解決を図っている。Ｕ字型設計は、相互接続部が直に平坦な支持面に締め付けられる際に、平坦な支持板に対し押圧係合状態で、モジュール式流体用インサートに跨がる整列用脚部を有している。流体用インサートは、その下側の面に、平坦な面に切り込まれている整列用スロットに取り外し可能に係合させる少なくとも１つの整列コネクタを有している。本発明の上記及び他の特徴を以下に説明する。

本発明は、ガスパネルアッセンブリ、厳密には、新規なＭＳＭ相互接続部構成部品に着眼している。同アッセンブリは、３つの主要な構成部品、即ち１）平坦な支持板、２）少なくとも１対のモジュール式流体用インサート、及び３）前記１対の流体用インサートに跨り且つそれらと流体連通している少なくとも１つのＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品、によって特徴付けられる。

名前が暗示している通り、この相互接続部構成部品は、整列ピンとスロットの協働的な相互作用によって平坦な支持面上に配置されているモジュール式流体用インサートに跨がれるようにする、そのＵ字型設計によって特徴付けられており、同スロットは平坦な支持板側に設けられているのが望ましい。相互接続部構成部品は、上面及び下面と少なくとも２つの整列用脚部とを有する基部部分を有している。整列用脚部と下面は、同構成部品が流体用インサートに跨がれるようにするＵ字型開口部を画定している。相互接続部構成部品の上面は、処理流体に関して異なる加工機能を発揮する各種ＭＳＭ構成部品を支持することができる。使用される個々のＭＳＭ構成部品に関係無く、Ｕ字型相互接続部構成部品は、下面を通し、基部に穿孔されたポートを介して、流体用インサートと流体連通できるようにしている。下面は、１つ又はそれ以上の流体用インサートの上面と密閉シールを形成することができる。或る代表的な構成では、１つの流体用インサートの１つのポートが相互接続部構成部品の下面の１つのポートとシール関係に置かれ、第２の隣接する流体用インサートの１つのポートが相互接続部構成部品の下面の第２のポートとシール関係に置かれる。この様式では、流体は、一方の流体用インサートから隣接する流体用インサートへと、ＭＳＭ構成部品の相互接続部構成部品を介して移動することができる。換言すると、処理流体は、一方のモジュール式流体用インサートからＭＳＭ相互接続部構成部品の基部部分の一方の流体通路を通って流れ、相互接続部構成部品の第２の流体通路を通って戻り、第２の流体用インサートへ流入する。

相互接続部構成部品は、少なくとも２つの整列用脚部に設けられている少なくとも２つの締結具通路を有している。締結具通路は、平坦な支持面の同様の通路と整列している。このやり方では、締結具は、ＭＳＭ構成部品を直に平坦な支持面に固定するのに使用されている。整列用脚部の長さは、相互接続部構成部品の下面が下向きの押圧力を流体用インサートの上面（又は間に挟まれているガスケット又はシール）に与えるように選定されている。この下向きの力は、流体用インサートと相互接続部構成部品の間に防漏出シールを作り出すのみならず、流体用インサートがどの方向にも動かないようにする。インサートは、更に、押圧力と、整列ピンとスロットの相互作用との併用により、平坦な支持板と非可動関係に保持される。

より具体的には、本発明は、ガスパネルアッセンブリにおいて、１つ又はそれ以上の整列用スロットと複数の締結具通路を有する平坦な支持板と、上面と下面を有し、下面からは支持板の整列用スロットと係合するように構成されている少なくとも１つの整列ピンが突き出ている少なくとも１対のモジュール式流体用インサートと、を備えており、同インサートは上面に１つ又はそれ以上の流体通路を有している、ガスパネルアッセンブリに関する。少なくとも１つのＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品は上面と下面を備えた基部を有しており、上面は、ＭＳＭ構成部品と一体に構成されており、下面は、１つ又はそれ以上の流体通路と、少なくとも２つの締結具通路を有する少なくとも２つの整列用脚部とを有しており、下面の１つ又はそれ以上の流体通路は基部を通してＭＳＭ構成部品と流体連通している。ＭＳＭ相互接続部構成部品は、ＳＭＳ相互接続部構成部品の下面の１つ又はそれ以上の流体通路と、流体用インサートの上面の１つ又はそれ以上の流体通路の間に、シールされたインターフェースを提供するように構成されており、流体用インサートは、Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品が締結具通路の締結具を使用して支持板に締結されると、支持板に非可動式に固定される。

ＭＳＭ流体用構成部品の使用に精通している当業者なら、追加の部品又は締結具を使用すること無く、モジュール式流体用インサートを平坦な支持部に締結するのにＵ字型ＭＳＭ相互接続部を使用することは、ＭＳＭ流体用構成部品の直接的な実装にとって有意且つ新規な手法であることが理解頂けるであろう。Ｕ字型相互接続部構成部品の使用によって、別途支持部に締結されてモジュール式インサートを支持するのに使用される別体の担持部構成部品の必要が無くなり、実装の費用効果が高まり、修理又は流体経路の再構成の場合の流体用インサートの交換がし易くなり、ＭＳＭ流体用構成部品を直に平坦な支持部の表面に取り付けることができるようになることで最もコンパクトな流体アッセンブリが可能になる。
本発明の実施形態は、例えば、以下の通りである。
［形態１］
Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品において、
ａ．上面と下面を有する基部と、
ｂ．前記上面に設けられているＭＳＭ構成部品と、
ｃ．前記上面に設けられているポートを前記下面に設けられているポートにつないでいる少なくとも２つの流体通路と、
ｄ．前記基部から伸張していて、土台板へ取り付けるための少なくとも２つの締結具通路を有している少なくとも２つの整列用脚部であって、前記土台板に締結されると、モジュール式流体用インサートに跨り、同インサートを動かないように保持するように構成されている、整列用脚部と、を備えているＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態２］
前記整列用脚部は、中心線を有するモジュール式流体用インサートに、前記中心線を横断する向きに配置されて接続されているマニホールドに、跨るように構成されていることを更に特徴とする、形態１に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態３］
前記基部からは４つの整列用脚部が伸びており、各脚部は締結具通路を有していることを更に特徴とする、形態２に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態４］
前記下面の前記ポートは、１対の隣接するモジュール式流体用インサートのポートにシール可能に係合するように構成されていることを更に特徴とする、形態１に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態５］
前記基部は、前記上面と前記下面に、対応するポートを有する３つの流体通路を有していることを更に特徴とする、形態１に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態６］
前記基部は、少なくとも１つの漏出検知穴を有していることを更に特徴とする、形態１に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
［形態７］
ガスパネルアッセンブリにおいて、
１つ又はそれ以上の整列用スロットと、複数の締結具通路とを有する平坦な支持板と、
互いに隣接位置に在って、それぞれが、上面及び下面と、前記支持板の前記整列用スロットに係合するように構成されている前記下面の少なくとも１つの整列突起と、を有している、少なくとも１対のモジュール式流体用インサートであって、前記上面に１つ又はそれ以上の流体通路を有している、１対のモジュール式流体用インサートと、
ＭＳＭ構成部品を含んでいる上面と、１つ又はそれ以上の流体通路を有している下面と、それぞれが締結具通路を有している少なくとも２つの整列用脚部と、を備えている基部を有する少なくとも１つのＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品であって、前記下面の前記１つ又はそれ以上の流体通路は、前記基部を通して前記ＭＳＭ構成部品と流体連通しており、前記ＭＳＭ相互接続部構成部品の前記下面は、前記流体用インサートの前記上面の前記１つ又はそれ以上の流体通路との間にシールされたインターフェースを提供するように構成されている、少なくとも１つのＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品と、を備えており、
前記流体用インサートは、前記Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品が、前記締結具通路の締結具を用いて前記支持板に締結されると、圧縮力によって前記支持板に非可動式に固定される、ガスパネルアセンブリ。
上記及び他の実施形態は、以下の本発明のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明のガスパネルアッセンブリの実施形態の１つの例の斜視分解図である。 本発明の可能な相互接続部構成部品の２つの例の斜視図を示している。 側方又は分岐配管を含むように修正が加えられた流体用インサートの諸例の斜視図である。 ２つ又はそれ以上の流体用インサートが溶接によって接合され、両インサート間の流体連通のための密閉経路が形成されていることを示している、１つの実施形態の斜視図である。

本発明は、半導体ウェーハを含めた電子部品の製作に通常使用されているガス及び液体を含め、当業者に知られているあらゆる処理流体と共に使用できる。本発明のＵ字型相互接続具とモジュール式流体用インサートは、腐蝕性処理流体を輸送することができる金属を用いて製造されるのが望ましい。その様な金属としては、各種合金のステンレス鋼、モネル（登録商標）、ニッケル、コバルト、チタン、ハステロイ（登録商標）、及びそれらの組合せを含め、超高純度薬品及びガス送達や超高真空環境で通常使用されているものが挙げられる。

厳密には、本発明は、平坦な支持板の表面に直に接続できるようにする実質的に方形又は矩形のＵ字型相互接続具に関する。金属製作の技術分野における当業者には理解頂けるように、Ｕ字型相互接続具とモジュール式流体用インサートは共に、従来式の機械加工法でバルク材から製作するか、金属射出成形（ＭＩＭ）、熱間粉末鋳造、熱間又は冷間静水圧プレス成形の様な各種形態の粉末治金（ＰＭ）技法によって製作するか、又は射出成形によって製作することができる。用いられる製作方法次第では、許容可能な表面仕上げを実現するために、その後の「クリーンアップ」機械加工作業が必要になる場合もある。図１は、本発明のガスアッセンブリの１つの例の分解図を示しており、同アッセンブリでは、平坦な支持板１は、モジュール式インサート４の下面に設けられているピン１０（図示せず）を係合させるスロット２を含んでいる。各インサートは、その上面に、Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品６の下面の流体通路（図示せず）と整列しシールされる流体通路５が設けられている。図２は、基部１５と上面１６及び下面２０を有する相互接続部構成部品６の２通りの可能な設計を例示している。ＭＳＭ構成部品８は、上面１６に取り付けられているか又は上面と一体に形成されている。下面２０は、流体用インサート４の流体通路５と整列する流体通路２１を有している。基部１５には、更に、相互接続部構成部品６が流体用インサート４に跨がれるようにするＵ字型構造を形成している下向きに伸びる少なくとも２つの整列用脚部２３が設けられている。整列用脚部には、相互接続部構成部品がインサート４に跨り、それらを板１の表面に押圧して垂直及び水平方向への移動を防止するように、板１の締結具通路３に解除可能に係合する締結具７を受け入れるために、締結具通路２２が配置されている。

また、実際には、本発明は単一の直線的アッセンブリに限定されるものではないものと理解頂きたい。適切な流体用インサートに、側方配管が含まれるように修正を加えれば、モノリシック構造内で組立規模を拡大することができる。図３は、側方配管を含んでいる代表的な流体用インサート群を示している。これらの配管は、インサートの内部流体通路と流体連通している。２つ又はそれ以上の配管が設けられたインサートは、図４から分かるように、溶接、通常は流体制御システムの製作で日常的に行われている自動式軌道溶接、によって密閉接合することができる。側方配管を流体用インサートに追加しても、それらの深さには影響しない。而して、相互接続部構成部品のＵ字型設計は、流体用インサートの直線的構成と横断的構成の両方又は分岐構成に対応しており、それらは、個々に見合った一定の深さを有したものに簡単に構成することができる。インサートの配置は、無論、所望の流体回路、及び弁、調整器、変換器、フィルタの様な、当該回路を達成するための構成部品の対応した選択と配置によって導き出される。而して、モノリシックな構造面と複雑な流体回路の非常に効率の高い空間使用は、Ｕ字型相互接続部構成部品をここで説明している様に平坦な支持板に取り付けて採用することによって効果がもたらされることになる。

ＭＳＭ相互接続部構成部品を通る流体連通の達成は、モジュール式流体用インサート４によってもたらされる。重要なことに、本発明のモジュール式インサートは、幅と高さがＵ字型空間１１の寸法を超えない作りになっている。同様に、図１のマニホールド１３の様な、流体用構成部品の中心線を横切るマニホールドを有する構成では、Ｕ字型空間１２は、その様なマニホールドに簡単に跨がれるように選択すればよい。モジュール式インサート４は、ガスパネルアッセンブリの技術分野では周知されている適切なガスケット又は密閉シールを使用して相互接続部構成部品６を板１の上面に固定している締結具７によって引き起こされる圧縮力によるシールされた関係を通して、ＭＳＭ流体用構成部品８と流体連通している。モジュール式インサートと相互接続部構成部品の間に適切なシールが実現されたか否かを検知するために、随意的な漏出チェック穴２４を相互接続部構成部品側に含んでもよい。この穴は、下面から上面につながる基部を貫いて穿孔された小さい通過穴である。シールが不適切であれば、処理流体は下面から上面に逃げるので、組み立て後のガスパネルの作動中に簡単に検知されるはずである。確実に適切なシールが実現されるようにするには、流体用インサートの全ての流体通路の直径を、ＭＳＭ相互接続部構成部品の下面の流体通路の直径と整合させ、特に、当技術では周知されている個別のポートシール又はシールプレートを使用することによって、防漏出シールを得易くすることが望ましい。流体用インサートを支持するのに架台又は他の構造体は一切使用されていないため、コンパクトなアッセンブリが可能になる。同様に、Ｕ字型相互接続部構成部品が直に支持板に固定されているため、架台又は他の支持構成部品を固定するための別体又は追加の締結具が不要になる。ＭＳＭ流体用構成部品８には、例えば、弁、調整器、圧力変換器、フィルタ、及びＭＳＭ標準インターフェースと共に利用できる任意の他の流体用構成部品がある。

本発明は、言及された目的と利点並びにそれらに本来的に備わっている目的と利点を達成するためにうまく適合していることが明らかであろう。本開示を目的として現時点で好適な実施形態を説明してきたが、十分に本発明の範囲内に含まれる様々な変更及び修正を加えることもできる。当業者には容易に想起され、且つ開示され付随の特許請求の範囲に定義されている本発明の精神に包含される、数々の他の変更を加えることもできる。

１ 支持板
２ スロット
３ 締結具通路
４ モジュール式インサート
５ 流体通路
６ Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品
７ 締結具
８ ＭＳＭ流体用構成部品
１１、１２ Ｕ字型空間
１３ マニホールド
１５ 接続部構成部品の基部
１６ 接続部構成部品の上面
２０ 接続部構成部品の下面
２１ 接続部構成部品の流体通路
２２ 接続部構成部品の締結具通路
２３ 整列用脚部
２４ 漏出チェック穴

Claims (3)

1. Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品において、
   ａ．上面と下面を有する基部であって、前記下面にＵ字型空間が設けられている基部と、
   ｂ．前記上面に設けられているＭＳＭ構成部品と、
   ｃ．前記上面に設けられているポートを前記下面に設けられているポートにつないでいる少なくとも２つの流体通路と、
   ｄ．前記基部から伸張していて、平坦な土台板へ取り付けるための締結具が通るように構成された少なくとも２つの締結具通路を有している少なくとも２つの整列用脚部であって、前記土台板に締結されると、モジュール式流体用インサートに跨り、同インサートを動かないように保持するように構成されている、整列用脚部とを備えているＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品であって、
   前記整列用脚部が、中心線を有するモジュール式流体用インサートに、前記中心線を横断する向きに配置されて接続されているマニホールドに、跨るように構成されており、
   前記基部からは４つの整列用脚部が伸びており、各整列用脚部が締結具通路を有しており、
   前記基部が、前記上面と前記下面との間を貫く漏出チェック穴を含んでおり、
   前記下面の前記ポートは、前記モジュール式流体用インサートの対応するポートにシール可能に係合するように構成されており、
   前記整列用脚部以外の、前記モジュール式流体用インサートを保持するための構造体を備えず、
   前記締結具以外の、前記Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品を土台板へ取り付けるための締結用部材を備えない、Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
2. 前記基部は、前記上面と前記下面に、対応するポートを有する３つの流体通路を有していることを更に特徴とする、請求項１に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。
3. 前記土台板が複数の締結具通路を有し、
   前記整列用脚部の前記締結具通路に受け入れられた締結具が前記土台板の前記締結具通路に解除可能に係合して、前記Ｕ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品が前記モジュール式流体用インサートを前記土台板の表面に押圧して垂直及び水平方向への移動を防止する、請求項１又は２に記載のＵ字型ＭＳＭ相互接続部構成部品。