JP6085492B2 - プロセスガス分流供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロセスガス分流供給装置に関する。さらに詳細には、プロセスガスを供給するプロセスガス元弁と、パージガスを供給するパージガス元弁と、プロセスガス弁とパージガス弁とを備えるプロセスガス供給ユニットを複数個有するプロセスガス分流供給装置に関するものである。

半導体製造工程の一つに、複数種類のプロセスガスによる、チャンバ内のウエハの表面に回路の素材となる酸化シリコンなどの薄膜を形成することがある。プロセスガスは、チャンバに対して、プロセスガス供給装置により供給される。工場内には、チャンバとプロセスガス供給装置が複数設置されている。
一方、工場には、複数のプロセスガス供給装置にプロセスガスを供給するためのプロセスガス分流供給装置が設置されている。１つのプロセスガス分流供給装置は、複数のプロセスガス供給装置に対し、１種類のプロセスガスを供給している。このとき、プロセスガス供給装置からチャンバに供給されるプロセスガスの圧力は、０．３〜０．５ＭＰａである。
従来、プロセスガス供給装置で使用される集積弁ユニットについては、特許文献１、２に開示されている。

特許第４２８３８８４号 特開２００３−４９９６２号

しかしながら、前記した従来の各技術は、プロセスガス供給装置で使用される集積弁であって、プロセスガス分流供給装置に関するものではない。
そこで、本出願人は、図１１に示すように、プロセスガス弁１０１を含むプロセスガス分流供給装置１００（図示なし）を考案した。プロセスガス弁１０１は、ダイアフラム弁体２１が当接又は離間する弁座２２と、弁室２３と、プロセスガスが流入する入力流路１０２と、プロセスガスが常に流出する第１出力流路１０３と、ダイアフラム弁体２１が弁座２２と離間することによりプロセスガスが流出する第２出力流路１０４とが形成された本体ブロック１０５を有する。

図１１におけるプロセスガス弁１０１の本体ブロック１０５を単体としてＫ方向から示した図を図１３に示す。入力流路１０２の入力ポート１０２ａと、第１出力流路１０３の第１出力ポート１０３ａと、第２出力流路１０４の第２出力ポート１０４ａは、一直線Ｌ２に形成されている。各ポートの周りには、シール部材２９のためのシール部材収納部３６が形成されている。シール部材２９は、具体的に示していないが、公知の金属ガスケットや、エラストマー部材によるＯリングである。
図１１のＤ−Ｄ断面の略図を図１２に示す。入力ポート１０２ａと入力流路１０２において反対のポートである出力ポート１０２ｂと、第１出力ポート１０３ａと第１出力流路１０３において反対のポートである第１入力ポート１０３ｂと、第２出力ポート１０４ａと第２出力流路１０４において反対のポートである第２入力ポート１０４ｂは、図１３と同じ一直線Ｌ２に形成されている。

閉弁状態のプロセスガス弁１０１にプロセスガスを流すと、入力流路１０２を流れ、出力ポート１０２ｂを介して弁室２３に流入する。図１１に示すように、ダイアフラム弁体２１は弁座２２に当接しているため、プロセスガスは第２出力流路１０４に流入することはない。一方、プロセスガスは、弁室２３から第１入力ポート１０３ｂを介して第１出力流路１０３へと常に流れる。プロセスガス弁１０１では、プロセスガスを０．７ＭＰａ以下の圧力で使用することができた。

しかしながら、所定圧のプロセスガスを、高層階に設置された遠くのプロセスガス供給装置に供給するとき、一例として、約１ＭＰａのプロセスガスがプロセスガス分流供給装置から供給されていた。しかし、プロセスガス弁１０１は、０．７ＭＰａ以下の圧力のプロセスガスでしか使用できない。そのため、プロセスガス弁１０１を含むプロセスガス分流供給装置１００を高層階の各階に設けていた。その結果、高価なプロセスガス分流供給装置１００を多数購入しなければならず、コストアップの問題があった。また、装置を各階に設置するための場所を余分に確保しなければならなかった。

一方、数を減らしてコストダウンを図るためには、約１ＭＰａのプロセスガスでも使用することができるプロセスガス弁が必要であった。しかし、プロセスガス弁１０１は、閉弁時に、弁室２３に常に高圧プロセスガスが流れるため、弁室２３に対するダイアフラム弁体２１に高い圧力がかかっていた。このように受圧面積が大きいため、ダイアフラム弁体２１を押し上げる力が大きくなり、押し上がったダイアフラム弁体２１を押し下げるためのバネ力を強くしなければならなかった。その結果、バネ力に逆らってダイアフラム弁体２１を移動させるためのアクチュエータなどの弁駆動部を大きくしなければならず、装置全体が大型化していた。

本発明は、上記問題を解決するプロセスガス分流供給装置を提供することにある。すなわち、その課題とするところは、１つのプロセスガス分流供給装置によって、遠くに設置された多数のプロセスガス供給装置にプロセスガスを供給することができるプロセスガス分流供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様におけるプロセスガス分流供給装置は、次の構成を有する。
（１）プロセスガスを供給するプロセスガス元弁と、パージガスを供給するパージガス元弁と、プロセスガス弁とパージガス弁とを備えるプロセスガス供給ユニットを複数個有するプロセスガス分流供給装置において、前記プロセスガス弁は、弁体が当接又は離間する弁座と、弁室と、ガスが流入する入力流路と、前記ガスが常に流出する第１出力流路と、前記弁体が前記弁座と離間することにより前記ガスが流出する第２出力流路とが形成された本体ブロックを有すること、前記入力流路と前記第１出力流路とが前記弁座の直下に連通部を有すること、前記本体ブロックの下面には、前記入力流路の入力ポートと、前記第１出力流路の第１出力ポートと、前記第２出力流路の第２出力ポートとが、一直線に配置されていること、前記第２出力流路の、前記第２出力ポートと反対のポートが、前記弁室の前記一直線と直交する線上に配置されていること、を特徴とする。
（２）（１）に記載するプロセスガス供給装置において、前記プロセスガス弁の前記連通部と前記弁座が形成する弁孔部に、高圧プロセスガスの圧力がかかること、を特徴とすることが好ましい。

本発明は、上記構成を有することにより、次のような作用、効果を奏する。
（１）及び（２）の態様によれば、プロセスガス弁の閉弁時に、高圧プロセスガスを受ける部分が弁孔部のみであり、受圧面積が小さい。そのため、押し上がった弁体を押し下げるためのバネ力を強くする必要もなく、バネを押さえ付けるためにアクチュエータなどの弁駆動部を大きくし、装置全体を大きくすることなく、装置の小型化に貢献することができる。
さらに、１つのプロセスガス分流供給装置によって、遠くに設置された多数のプロセスガス供給装置にプロセスガスを供給することができるため、多数の装置を準備する必要はなく、コストアップの問題を回避することができる。

入口弁について図３のＡ−Ａ断面を示した図である。 本発明にかかるプロセスガス分流供給装置の回路を示した図である。 プロセスガス分流供給装置について図２を具現化した平面図である。 プロセスガス分流供給装置について図３を右方向から示した側面図である。 入口弁の平面を示した図である。 入口弁について図５をＧ方向から示した図である。 入口弁について図５をＨ方向から示した図である。 入口弁について図１のＢ−Ｂ断面を示した略図である。 入口弁について図１の本体ブロックを単体としてＪ方向から示した図である。 入口弁について図１のＣ−Ｃ断面を示した図である。 従来のプロセスガス弁について断面を示した図である。 従来のプロセスガス弁について図１１のＤ−Ｄ断面を示した略図である。 従来のプロセスガス弁について図１１の本体ブロックを単体としてＫ方向から示した図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
＜プロセスガス分流供給装置の構成＞
図２は、本発明のプロセスガス分流供給装置１の回路図である。図３は、図２の回路図を具現化したプロセスガス分流供給装置１の平面図である。
図２に示すように、プロセスガスを供給するプロセスガス供給源Ｓ１は、回転式手動弁であるプロセスガス元弁１１の入口ポートに接続されている。プロセスガス元弁１１の出口ポートは、分岐して入口弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの入口ポートに接続されている。さらに、入口弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの出口ポートは、それぞれ流路３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃを介して、レギュレータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの入口ポートに接続されている。レギュレータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの出口ポートは分岐して、圧力計１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと、出口弁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃの入口ポートに接続されている。作業者は、圧力計１６を見ながらレギュレータ１５を調整し、必要な圧力に設定する。出口弁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃの出口ポートは、プロセスガス供給装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃに接続されている。
パージガスを供給するパージガス供給源Ｓ２は、回転式手動弁であるパージガス元弁１２の入口ポートに接続されている。パージガス元弁１２の出口ポートは逆流を防ぐためのチェック弁１９に接続されている。チェック弁１９は、パージガス弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの入口ポートに接続されている。パージガス弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの出口ポートは、それぞれ入口弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの出口ポート側と、レギュレータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの入口ポート側との中間に接続されている。

図２の回路図を具現化したものを図３に示す。プロセスガス分流供給装置１には、左上にプロセスガス元弁１１と、パージガス元弁１２が並列して配置されている。パージガス元弁１２の右隣には、複数のレール１８が形成されている。レール１８上には、下から上に向かって、入口弁１３、パージガス弁１４、レギュレータ１５、圧力計１６、出口弁１７の順に配置されている。プロセスガス元弁１１と入口弁１３はパイプ１０により連通している。パージガス元弁１２とパージガス弁１４は、チェック弁１９と、パイプ２０により連通している。

図４は、図３を右方向から示す側面図である。レール１８上の入口弁１３、パージガス弁１４、レギュレータ１５、圧力計１６、出口弁１７によって、プロセスガス供給ユニット２が形成されている。入口弁１３は、下部ボディ４１に形成された供給流路３７と、パイプ４５によりレギュレータ１５に連通している。レギュレータ１５と圧力計１６は下部ボディ４９に形成されたＶ字流路４６により連通し、圧力計１６と出口弁１７は下部ボディ４９に形成されたＶ字流路４７により連通している。出口弁１７は流路４８によりプロセスガス分流供給装置１から外部へ出力している。

＜入口弁の外部構造＞
次に、単体の入口弁１３の外部構造を説明する。図５に、入口弁１３の平面図を示す。図６に、図５のＧ方向から示す入口弁１３の側面図を示す。図６は一部断面図として示す。図７に、図５のＨ方向から示す入口弁１３の側面図を示す。
入口弁１３は、図５に示すように、回転式のツマミ４４が中央に位置しており、上下に「Ｃｌｏｓｅｄ」と表示されている。図５のツマミ４４は、開弁状態の入口弁１３を示している。閉弁状態のツマミ４４は、開弁状態から時計回りに９０度回した状態になる（図示なし）。図６、図７に示すように、入口弁１３は、ツマミ４４を含む上部ブロック４０、本体ブロック３４から形成されている。

＜入口弁の内部構造＞
次に、複数の入口弁１３Ａ、１３Ｂを連結する内部構造を説明する。図３のＡ−Ａ断面を、図１に示す。なお、図１１のプロセスガス弁と共通している部分は、共通の番号で示す。
入口弁１３Ａの本体ブロック３４は、ダイアフラム弁体２１が当接又は離間する弁座２２と、弁室２３と、プロセスガスが流入する入力流路２４と、プロセスガスが常に流出する第１出力流路２５と、ダイアフラム弁体２１が弁座２２と離間することによりプロセスガスが流出する第２出力流路３０から形成される。ダイアフラム弁体２１は、アクチュエータからの押圧力によって押え付けられる押え部材２７により、弁座２２に対して当接又は離間する。入力流路２４と第１出力流路２５は、常に連通した状態である。一方、入力流路２４と第２出力流路３０は、開弁時のみ連通した状態である。弁座２２の直下には、入力流路２４と、第１出力流路２５とが連通する連通部２６が接続される。連通部２６と弁座２２によって、弁孔部３３が形成される。弁座２２の部材の材質は、フッ素系樹脂（ＰＣＴＦＥ）である。また、ダイアフラム弁体２１は、金属薄板を重ね合わせたものである。

本体ブロック３４の下には、下部ブロック３５が取り付けられている。下部ブロック３５は、下部ボディ４１と共通ボディ４２から構成される。下部ボディ４１には、供給流路３７が形成されている。供給流路３７は、本体ブロック３４に形成された第２出力流路３０と連通している。また、供給流路３７は、レギュレータ１５に連通する。共通ボディ４２には、共通流路３８が形成されている。共通流路３８の入力ポート３８ａは、本体ブロック３４に形成された第１出力流路２５と連通している。共通流路３８の出力ポート３８ｂは、入口弁１３Ｂの入力流路２４と連通している。
なお、入口弁１３Ｂは、入口弁１３Ａと同じ構成を有するため、共通する番号は図示せず、詳細な説明を省略する。この入口弁１３が特許請求の範囲に記載する「プロセスガス弁」に相当し、このダイアフラム弁体２１が特許請求の範囲に記載する「弁体」に相当する。

図９は、図１における入口弁１３の本体ブロック３４を単体としてＪ方向から示した図である。本体ブロック３４の下面には、入力流路２４の入力ポート２４ａと、第１出力流路２５の第１出力ポート２５ａと、第２出力流路３０の第２出力ポート３０ａとが、一直線Ｌ１に配置されている。各ポートの周りには、本体ブロック３４と下部ブロック３５をシールするためのシール部材２９を収納するためのシール部材収納部３６がそれぞれ形成されている。
図８は、図１における入口弁１３のＢ−Ｂ断面を示した略図である。第２出力流路３０の、第２出力ポート３０ａと反対のポート３０ｂは、弁室２３の一直線Ｌ１と直交する線上に配置されている。
図１０は、図１における入口弁１３のＣ−Ｃ断面を示した図である。第２出力流路３０は、中間より第２出力ポート３０ａ側が傾斜して形成されている。また、第２出力ポート３０ａの反対のポート３０ｂから中間までは垂直に形成されている。第２出力流路３０の傾斜角度θは、流路を形成するために本体ボディ２８がドリルにより切削されるとき、ドリルがシール部材収納部３６に干渉しない程度の角度である。すなわち、シール部材収納部３６と第２出力流路３０との最も接近する部分の厚みが、１ｍｍ程度確保できる程度とする。

＜作用効果＞
次に、本発明のプロセスガス分流供給装置１によって、プロセスガスがプロセスガス供給装置３に分流して供給される作用効果について説明する。
プロセスガスを、プロセスガス供給装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…に分流して供給するとき、高層階に設置された遠くの装置まで所定圧を保つため、約１ＭＰａのプロセスガスが、プロセスガス供給源Ｓ１からプロセスガス分流供給装置１に供給される。
プロセスガスは、プロセスガス元弁１１から入口弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ…に分流される。このとき、入口弁１３Ａの入力流路２４に流れ、連通部２６を介し、分岐して第１出力流路２５と弁室２３に流れる。開弁状態の入口弁１３は、ダイアフラム弁体２１が弁座２２から離間しているため、入力流路２４と弁室２３の流路は連通しているからである。第１出力流路２５に流れたプロセスガスは、共通流路３８に流れ、隣接する入口弁１３Ｂの入力流路２４に流入する。同様に、入口弁１３Ｃ…に流入する。
一方、弁室２３に流入したプロセスガスは、第２出力流路３０に流入し、第２出力ポート３０ａを介して供給流路３７、パイプ４５に流れる。作業者は、圧力計１６Ａを見ながらプロセスガスが流入するレギュレータ１５Ａを調整し、プロセスガス供給装置３Ａにプロセスガスを供給するための必要な圧力に設定する。さらに出口弁１７Ａを介し、プロセスガス供給装置３Ａに供給される。入口弁１３Ｂ、１３Ｃ…に流入したプロセスガスも同様にプロセスガス供給装置３Ｂ、３Ｃ…に供給される。
こうして、本発明のプロセスガス分流供給装置１によって、プロセスガスは、プロセスガス供給装置３へと分流して供給される。なお、パージガス元弁１２、とパージガス弁１４は閉弁した状態である。

続いて、プロセスガス分流供給装置１のプロセスガス供給ユニット２の何れかの機器のメンテナンスをする場合について説明する。
例えば、プロセスガス供給ユニット２Ａのレギュレータ１５Ａの交換をするとき、作業者は、入口弁１３Ａを閉弁状態にし、プロセスガス供給ユニット２Ａへのプロセスガスの流入を止める。しかし、このままでは流路にプロセスガスが残留しているため、パージガスに置換する必要がある。そこで、パージガス元弁１２とパージガス弁１４Ａを開弁する。チェック弁１９はパージガスの流体圧により開弁する。パージガス元弁１２から供給されたパージガスは、パージガス弁１４Ａに流入し、レギュレータ１５Ａ、圧力計１６Ａ、出口弁１７Ａを介してプロセスガス供給ユニット２Ａから外部に流出する。これにより、プロセスガスはパージガスに置換されるため、レギュレータ１５Ａの交換をすることができる。

ここで、入口弁１３Ａの閉弁状態とは、図１に示すように、ダイアフラム弁体２１が弁座２２に当接した状態である。すなわち、入力流路２４と弁室２３の流路は遮断されている。そのため、プロセスガス元弁１１から供給されたプロセスガスは、入力流路２４に流入したあと、弁室２３に流入することはない。一方、入力流路２４に流入したプロセスガスは、連通部２６を介して第１出力流路２５に流れる。そのため、弁孔部３３は、閉弁時に、約１ＭＰａの高圧プロセスガスの圧力がかかる。

図１１におけるプロセスガス弁１０１についてプロセスガスの圧力を受ける部分は弁室２３であり、受圧面積は大きかった。そのため、ダイアフラム弁体２１を弁座から離間させようとする力が大きいため、押し上がったダイアフラム弁体２１を押し下げるためのバネ力を強くする必要があった。その結果、バネを押さえつけるアクチュエータなどの弁駆動部を大きくするため、装置全体が大型化していた。
これに対し、図１における入口弁１３についてプロセスガスの圧力を受ける部分は弁孔部３３であり、図１１のプロセスガス弁と比較して、受圧面積は小さい。そのため、ダイアフラム弁体２１を弁座２２から離間させようとする力が小さいため、押し上がったダイアフラム弁体２１を押し下げるためのバネ力を強くする必要はない。その結果、バネを押させ付けるアクチュエータなどの弁駆動部を大きくする必要はなく、装置全体を大型化しなくてもよい。

本発明のプロセスガス分流供給装置１によれば、一例として、約１ＭＰａの高圧プロセスガスを使用することができるため、１つのプロセスガス分流供給装置１によって、遠くに設置された多数のプロセスガス供給装置３にプロセスガスを供給することができる。よって、各階にプロセスガス分流供給装置を設置するために装置を多数準備する必要はなく、コストアップの問題を回避することができる。

第２出力流路３０は、中間より第２出力ポート３０ａ側がシール部材収納部３６に干渉しない傾斜角度θで傾斜している。そのため、図１１のプロセスガス弁１０１において使用していた下部ブロック３５をそのまま共用することができる。よって、本体ブロック１０５を本発明に係る本体ブロック３４に置き換えるだけでよく、置き換えが容易である。また、新たな下部ブロックを製造する必要がなく、コストアップの問題を回避することができる。

以上、詳細に説明したように、
（１）プロセスガスを供給するプロセスガス元弁１１と、パージガスを供給するパージガス元弁１２と、入口弁１３とパージガス弁１４とを備えるプロセスガス供給ユニット２を複数個有するプロセスガス分流供給装置１において、入口弁１３は、ダイアフラム弁体２１が当接又は離間する弁座２２と、弁室２３と、ガスが流入する入力流路２４と、ガスが常に流出する第１出力流路２５と、ダイアフラム弁体２１が弁座２２と離間することによりガスが流出する第２出力流路３０とが形成された本体ブロック３４を有すること、入力流路２４と第１出力流路２５とが弁座２２の直下に連通部２６を有すること、本体ブロック３４の下面には、入力流路２４の入力ポート２４ａと、第１出力流路２５の第１出力ポート２５ａと、第２出力流路３０の第２出力ポート３０ａとが、一直線Ｌ１に配置されていること、第２出力流路３０の、第２出力ポート３０ａと反対のポート３０ｂが、弁室２３の一直線Ｌ１と直交する線上に配置されていること、を特徴とし、（２）（１）に記載するプロセスガス供給装置１において、入口弁１３の連通部２６と弁座２２が形成する弁孔部３３に、高圧プロセスガスの圧力がかかること、を特徴とするため、入口弁１３の閉弁時に、高圧プロセスガスを受ける部分が弁孔部３３のみであり、受圧面積が小さい。そのため、押し上がったダイアフラム弁体２１を押し下げるためのバネ力を強くする必要もなく、バネを押さえ付けるためにアクチュエータなどの弁駆動部を大きくし、装置全体を大きくすることなく、装置の小型化に貢献することができる。
さらに、１つのプロセスガス分流供給装置１によって、遠くに設置された多数のプロセスガス供給装置３にプロセスガスを供給することができるため、多数の装置を準備する必要はなく、コストアップの問題を回避することができる。

（３）（１）又は（２）に記載するプロセスガス供給装置１において、本体ブロック３４の下面には、シール用のシール部材２９を収納するためのシール部材収納部３６が形成されていること、第２出力流路３０は、第２出力ポート３０ａ側が傾斜して形成され、ドリルにより切削されるとき、ドリルが前記シール部材収納部３６に干渉しない傾斜角度θを有すること、を特徴とするため、下部ブロック３５を新しく作り変えることなく、もともとあった下部ブロック３５を利用することができるため、置き換えが容易である。

なお、本形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、プロセスガス弁は、本実施例では手動弁であるが、パイロット弁でも良い。

１ プロセスガス分流供給装置
２ プロセスガス供給ユニット
３ プロセスガス供給装置
１１ プロセスガス元弁
１２ パージガス元弁
１３ 入口弁（プロセスガス弁）
１４ パージガス弁
２１ ダイアフラム弁体（弁体）
２２ 弁座
２３ 弁室
２４ 入力流路
２４ａ 入力ポート
２５ 第１出力流路
２５ａ 第１出力ポート
２６ 連通部
２９ シール部材
３０ 第２出力流路
３０ａ 第２出力ポート
３０ｂ 第２出力ポートと反対のポート
３３ 弁孔部
３４ 本体ブロック
３６ シール部材収納部

Claims (2)

1. プロセスガスを供給するプロセスガス元弁と、
   パージガスを供給するパージガス元弁と、
   プロセスガス弁とパージガス弁とを備えるプロセスガス供給ユニットを複数個有するプロセスガス分流供給装置において、
   前記プロセスガス弁は、弁体が当接又は離間する弁座と、弁室と、ガスが流入する入力流路と、前記ガスが常に流出する第１出力流路と、前記弁体が前記弁座と離間することにより前記ガスが流出する第２出力流路とが形成された本体ブロックを有すること、
   前記入力流路と前記第１出力流路とが前記弁座の直下に連通部を有すること、
   前記本体ブロックの下面には、前記入力流路の入力ポートと、前記第１出力流路の第１出力ポートと、前記第２出力流路の第２出力ポートとが、一直線に配置されていること、
   前記第２出力流路の、前記第２出力ポートと反対のポートが、前記弁室の前記一直線と直交する線上に配置されていること、
   を特徴とするプロセスガス分流供給装置。
2. 請求項１に記載するプロセスガス分流供給装置において、
   前記プロセスガス弁の前記連通部と前記弁座が形成する弁孔部に、高圧プロセスガスの圧力がかかること、
   を特徴とするプロセスガス分流供給装置。
   
   

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