JP6681630B2 - 流体制御装置 - Google Patents
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Description
また、半導体ウエハの大口径化等の処理対象物の大型化が進んでおり、これに合わせて流体制御装置からチャンバ内へ供給する流体の供給流量も増加させる必要がある。
また、流体制御装置を小型化、集積化していくと、組立作業が難しくなり、組み立て工数が増大する。また、装置のメインテナンス性も低下する。
本発明の他の目的は、組立工数が大幅に削減され、メインテナンス性能も改善した流体制御装置を提供することにある。
長手方向に直線状に延びるとともに上流側および下流側継手ブロックの係合部が係合可能なガイド部を有する支持部材と、
前記上流側および下流側継手部材を介して前記支持部材に支持される流体機器と、を有する流体制御装置であって、
前記ガイド部は、前記上流側および下流側継手ブロックのガイド方向への移動を許容しつつ当該上流側および下流側継手ブロックを前記支持部材上に拘束し、
前記流体機器は、流体流路を画定するボディを有し、当該ボディはその底面で開口する2つの流路口を有し、
互いに突き合わされた前記上流側および下流側継手ブロックの流路口と前記ベースブロックの2つの流路口の周囲に配置されるシール部材を圧するとともに前記ボディを前記上流側および下流側継手ブロックに連結するための締結ボルトが螺合するネジ穴が、前記上流側および下流側継手ブロックの上面から底面側に向けて形成されており、
前記上流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向において当該上流側継手ブロックの流路口よりも上流側にのみ形成され、
前記下流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向において当該下流側継手ブロックの流路口よりも下流側にのみ形成され、
互いに連結された前記上流側および下流側継手ブロックと前記ボディに前記締結ボルトの締付力によって発生する曲げ力に抗する反力の一部を利用して、前記ガイド部の長手方向に直交する横方向の前記上流側および下流側継手ブロックの位置を前記ガイド部の中央位置に整列させるように作用する整列機構を前記ガイド部と前記係合部との間に有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、上流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向においてその流路口よりも上流側にのみ形成し、下流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向においてその流路口よりも下流側にのみ形成する。好適には、各継手ブロックと流体機器のベースブロックを単一の締結ボルトで連結する。すなわち、締結ボルトを各シール部材に対して一方側にのみ設けるので、締結ボルトの数および占有面積を大幅に削減できる。
本発明によれば、締結ボルトを締付けるだけで、整列機構の作用により、上流側および下流側継手ブロックの位置合わせを自動的にしてガイド部の中央位置に整列させることができるので、流体制御装置の組立作業が非常に容易になる。
本発明によれば、流体機器や継手ブロックが故障した場合には、故障した流体機器や継手ブロックのみを交換すればよいので、メインテナンス性が大幅に改善する。
本発明によれば、流体制御装置を全体として大幅に小型化、集積化することができるので、流体制御装置を処理チャンバの近傍に可能な限り近づけることができ、この結果、流体制御の応答性を高めることができる。
図1A〜図10を参照して本発明の一実施形態に係る流体制御装置について詳細に説明する。
図1A〜図1Cに示すように、流体制御装置1において、金属製のベースプレート10上には、幅方向W1,W2に沿って配列され長手方向G1,G2に延びる5本のレール部材50が設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側,G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。5本のレール部材50のうち両端部および中央部のレール部材50にのみ各種部材が設置されており、2番目および4番目のレール部材50には何も設置されておらず、空き状態となっているが、これら2本のレール部材50は各種部材を追加して設置することができるし、不要の場合には、ベースプレート10から取り外して両端部および中央部の3本のレール部材50を隣り合わせに配列することも可能である。
本発明においては、ベースプレート10に付設されるレール部材50は複数に限定されるものではなく1本であっても良いが、本数が多ければ多い程本発明の効果は顕著になる。
図1Aに示すように、正面側と中央部に配置された2本のレール部材50には、複数の継手ブロック20,30を介して各種流体機器110A〜110Eが設置され、複数の継手ブロック20,30によって、上流側から下流側に向かって流体が流通する流路がそれぞれ形成されている。背面側のレール部材50には、複数の継手ブロック20,30を介して流体機器110Eを除く流体機器110A〜110Dと連通管330が設置され、上流側から下流側に向かって流体が流通する流路が形成されている。
ここで、本発明の「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの底面で開口する少なくとも2つの流路口を有する機器である。具体的には、開閉弁(2方弁)110A、レギュレータ110B、プレッシャーゲージ110C、開閉弁(3方弁)110D、マスフローコントローラ110E等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
ガスケットしては、軟質ガスケット、セミメタルガスケット、メタルガスケットなどが挙げられる。具体的には、以下のものが好適に使用される。
(1)軟質ガスケット
・ゴムOリング
・ゴムシート(全面座用)
・ジョイントシート
・膨張黒鉛シート
・PTFEシート
・PTFEジャケット形
(2)セミメタルガスケット
・うず巻形ガスケット(Spiral−wound gaskets)
・メタルジャケットガスケット
(3)メタルガスケット
・金属平形ガスケット
・メタル中空Oリング
・リングジョイント
上記図示しないガスケットの両側から2本の締結ボルトBT2を締め付けることによりガスケットが圧せられ、継手部材300と継手ブロック30との間がシールされるようになっている。継手ブロック30に形成された流体流路の構成は、後述する継手ブロック20と同様なので、ここでは説明を省略する。継手ブロック30の図示しない下流側の流路口は、開閉弁110Aと接続されている。この部分の接続構造は、後述する継手ブロック20と流体機器110A〜110Eとの後述する接続構造と同様であるので詳細説明は省略する。
流体制御装置1の3系統の流路には、例えば、正面側の導入管310を通じてアンモニアガス等のプロセスガスが導入され、中央部の導入管310を通じて、例えば、水素ガス等のプロセスガスが導入され、背面側の導入管310を通じて、窒素ガス等のパージガスが導入される。
3つの開閉弁(3方弁)110Dは、連通管320で互いに接続されており、パージガスをプロセスガスの流路に導入できるようになっている。
連通管330は、パージガスの流路系統にはマスフローコントローラ110Eが不要なので、マスフローコントローラ110Eの代わりに流路の途中に設けられている。
供給管340は、下流側に配置された3つの継手部材300の間を接続するとともに、図示しない処理チャンバに接続されている。
正面側、中央部および背面側の上流側および下流側の端部においては、それぞれストッパ400が締結ボルトBT2でガイド部55の底面に固定されており、各流路系統で互いに連結された流体機器110A〜110Eの長手方向G1,G2への移動を規制している。ストッパ400は、流体機器の数等に応じて固定位置を適宜変更調整できる。
組立体200は、レール部材50、このレール部材50上に配置された上流側および下流側継手ブロック20,20、上流側および下流側継手ブロック20,20上に配置された、流体機器としての開閉弁110Aを有している。また、開閉弁110Aのボディ113と上流側および下流側継手ブロック20,20の間には、シール部材としてのガスケット120,120が設けられている。さらに、組立体200は、開閉弁110Aのボディ113を上流側および下流側継手ブロック20,20に連結するための2本の締結ボルトBTを有している。
レール部材50は、例えば、ステンレス合金等の金属製の長尺の部材であり、断面が矩形状に形成され、上面51、これに直交する2つの側面52、上面51に平行で側面52に直交する底面53および長手方向の両端面54を画定している。上面51には、長手方向に溝状に形成されたガイド部55が延在している。このガイド部55は、図3Dに示すように、レール部材50の上面51および底面53の中央位置を通り長手方向に延びる仮想中央平面CPに関して対称に形成されており、ガイド部55は底面55bと、底面55bに向かって末広がり状に傾斜する2つの受け面55fとを有する。2つの受け面55fは逆向きに傾斜している。受け面55fは、底面55bに対して57度程度の角度で傾斜しているが、これに限定されるわけではない。レール部材50の上面51は、継手ブロック20,30、ストッパ400を支持可能な支持面として機能する。ガイド部55の底面55bの長手方向の両端部には、ベースプレート10にレール部材50を固定するための締結ボルト用の貫通孔56が形成されている。レール部材50の寸法は、幅および高さが10mm程度であり、全長が300mm程度であるが、これに限定されるわけではない。ストッパ400は、ガイド部55の長手方向の任意の位置に締結ボルトBT2で固定可能であるが、固定構造については周知のものを採用できるので詳細説明を省略する。
継手ブロック20は、ステンレス合金等の金属製の部材であり、互いに対向する平面からなる上面20aおよび平面からなる底面20b、上面20aに対してそれぞれ直交する4つの側面21a,21b,21c,21dを有する。4つの側面21a,21b,21c,21dのうち、隣り合う2つ側面は互いに直交している。側面21a,21bは、長手方向の両端に位置する平面であり、側面21c,21dは長手方向に延びる平面である。なお、継手ブロック20は直方体形状の場合を例に挙げたが他の形状を採用することもできる。
底面20bは、レール部材50の上面51によって支持される被支持面として機能するが、この底面20bには係合部22が突出するように一体的に形成されている。係合部22は、底面20bから下方に向かって末広がり状に形成され、互いに逆向きで傾斜する係合面22fを有する。係合部22は、仮想中央平面CP2に関して対称に形成されており、係合面22fの底面22bに対する傾斜角度は、レール部材50の受け面55fと略同じ角度であるが、これに限定されるわけではない。係合部22はレール部材50のガイド部55に嵌合する形状を有し、レール部材50の長手方向の両端部からそれぞれ挿入可能である。ガイド部55は、係合部22の長手方向への移動を許容しつつ継手ブロック20をレール部材50上に拘束する。係合部22とガイド部55との間には、加工および組立の観点から、設定された公差範囲のガタが存在するが、このガタは後述する整列機構が確実に作動する範囲内に設定される。
継手ブロック20の画定する流体流路23は、上面20aから底面20b側に向けて延びるとともに上面20aで開口する流路口24aを有する第1の垂直流路23aと、長手方向において互いに離隔した位置に、上面20aから底面20b側に向けて延びるとともに上面20aで開口する流路口24bを有する第2の垂直流路23bと、継手ブロック20の内部を長手方向に直線状に延びて第1および第2の垂直流路23a,23bと接続される水平流路23cとを含む。なお、第1および第2の垂直流路23a,23bは、上面20aに対して垂直に形成され、水平流路23cは上面20aに対して平行に形成されているが、これに限定されるわけではなく、垂直、水平としないことも可能である。
第1および第2の垂直流路23a,23bの加工方法は、例えば、継手ブロック20の上面20aに垂直な方向にドリルで穴を穿ち、ブラインドホールを形成すればよい。水平流路23cは、継手ブロック20の側面21aに垂直な方向にドリルで穴を穿ち、ブラインドホールを形成すればよい。このとき、第1および第2の垂直流路23a,23bの先端部と接続される高さに水平流路23cを加工する。水平流路23cを形成するための穴を継手ブロック20の側面21aから開けると、側面21aに開口が形成される。このため、側面21aの開口の周囲に保持凹部28を形成し、この保持凹部28に金属製の円盤状の閉塞部材150を嵌め込み閉塞部材150の外周縁部を溶接でシールすることにより、開口を塞ぐ。これにより、第1および第2の垂直流路23a,23bと水平流路23cとからなるU状流路が形成される。
継手ブロック20の上面20a側で開口する流路口24a,24bの周囲には、ガスケット120をそれぞれ保持するための保持凹部26,26が形成されている。保持凹部26,26の底面の流路口24a,24bの外周には、図示しないが、ガスケット120を押し潰すためにガスケット120よりも硬度を十分に高くする硬化処理した円環状の突起を形成してもよい。
継手ブロック20には、長手方向において、上面20aで開口し底面20b側に向けて延びる2つのネジ穴25a,25bが形成されている。ネジ穴25a,25bは、上面20aで開口する2つの流路口24a,24bの間に位置する。ネジ穴25a,25bは、例えば、M5で少なくとも3つのネジ山を有し、深さが3mm程度であるがこれに限定されるわけではない。また、仮想中央平面CP2上に中心軸が位置しているが、これに限定されるわけではなく、幅方向の一方にずれていてもよく、また、ネジ穴25a,25bは一方が側面21c側寄り、他方が側面21d側寄りに配置されていてもよい。また、継手ブロック20の寸法仕様は、例えば、幅が10mm程度、長さが30mm程度、流体流路23の直径が2.6mm程度、高さが13mm程度であるが、これに限定されるわけではない。継手ブロック20およびレール部材50の幅は、約10mmで略一致している。
さらに、図4Cおよび図4Eから明らかなように、水平流路23cは上面20aと底面20bとの間で、底面20b側に偏倚している。このような構成を採用することにより、締結ボルトBTの螺合するネジ穴25a,25bの深さを十分に確保することができる。
開閉弁110Aは、アクチュエータ内蔵部111、バルブ内蔵部112およびボディ113を有し、継手ブロック20を介してレール部材50に支持される。
ボディ113の幅は、継手ブロック20の幅と整合しており、例えば、10mm程度であるが、これに限定されるわけではない。
ボディ113は、流体流路117を画定するとともに、この流体流路117は、底面113b側で開口する2つの流路口117aを有し、2つの流路口117aにはそれぞれガスケット120を保持する保持用凹部116が形成されている。保持用凹部116には、図示しないが、ガスケット120を押し潰すためにガスケット120よりも硬度を十分に高くする硬化処理した円環状の突起を形成してもよい。
ボディ113の長手方向の両端部には、上面113aから底面113bに向けて、締結ボルトBTを挿通するための貫通孔114がそれぞれ形成されている。
ガスケットは、ステンレス合金等のボディ113と同じ材料で形成することができるが、ボディ113よりも硬度が十分に低くなるように熱処理する必要がある。金属材料以外にも、樹脂製のガスケットを使用することも可能である。
上記実施形態では、整列機構は、レール部材50のガイド部55の2つの受け面55fと、継手ブロック20の係合部22の2つの係合面22fを含む。
図8Aは、レール部材50上ではなく、基準面BS上に2つの継手ブロック20,20を置き、ガスケット120を所定箇所に配置し、この上に流体機器としての開閉弁110Aのボディ113を置いた状態を示している。
この状態においては、ガスケット120が圧せられていないので、ボディ113の底面113bと2つの継手ブロック20の上面20aとの間には、ほぼ一定の隙間GPが形成される。
次いで、図8Bに示すように、上流側および下流側継手ブロック20,20のネジ穴25a,25aにボディ113の貫通孔114を通じて締結ボルトBTをねじ込み、締めつけていくと、上流側および下流側継手ブロック20,20には、ネジ穴25a,25aに矢印F1A,F2Aで示す方向の引き上げ力が作用するとともに、ガスケット120,120からは矢印F1B,F2Bで示す下向きの力が作用する。したがって、上流側継手ブロック20の上流側端部は基準面BSに対してD1方向に浮き上がり、下流側継手ブロック20の下流側端部も基準面BSに対してD2方向に浮き上がる。
ガスケットは、締結ボルトBTの締め付け力により圧せられるので、ガスケット120から離れた位置の隙間GP2は、図8Aの隙間GPよりも小さくなるが、ガスケット120の近傍の隙間GP1よりも小さくなる。このため、互いに連結された上流側および下流側継手ブロック20,20とボディ113には、上流側継手ブロック20と下流側継手ブロック20とを互いに逆向きに傾斜させる曲げ力が作用する。
例えば、図9Aや図9Bのような横方向(長手方向に直交する方向)の位置ずれがあると、レール部材50上で複数の流体機器110A〜110Eが蛇行する、あるいは、左右の一方側に傾く可能性があり、ガスケット120のシール性能が低下する可能性がある。
具体的には、図10に示すように、曲げ力により継手ブロック20に引き上げ力Fが作用したとすると、ガイド部55の2つの受け面55fは、係合部22の2つの係合面22fに対して反力R1,R2を作用させる。ガイド部55および係合部22は、仮想中央平面CP,CP2に関して対称に形成されているので、反力R1,R2は同じ大きさとなる。そして、反力R1,R2の水平方向分力R1x,R2xは、互いに逆向きで同じ大きさなので、この分力R1x,R2xは、係合部22の仮想中央平面CP2が、ガイド部55の仮想中央平面CPに一致させるように作用する。
また、反力R1,R2の垂直方向分力R1y,R2yは互いに同じ大きさであり、引き上げ力Fに抗して、継手ブロック20をレール部材50上に拘束する(レール部材が支持部材として機能し、継手ブロック20を正規位置で固定的に支持する)ように作用する。
このように、本実施形態によれば、継手ブロック20をレール部材50のガイド部55に挿入し、流体機器のボディ113と継手ブロック20を締結ボルトBTで連結していけば、継手ブロック20はガイド部55の中央位置に自動的に整列するので、組立作業が格段に容易となり、組立の自動化もさらに容易となる。
10 ベースプレート
20A−20E 継手ブロック
20a 上面
20b 底面
21a〜21d 側面
22 係合部
22b 底面
22f 係合面(整列機構)
23 流体流路
23a,23b 垂直流路
23c 水平流路
24a,24b 流路口
25a,25b ネジ穴
26 保持凹部
30 継手ブロック
50 レール部材
55 ガイド部
55f 受け面(整列機構)
110A 開閉弁(2方弁)(流体機器)
110B レギュレータ(流体機器)
110C プレッシャーゲージ(流体機器)
110D 開閉弁(3方弁)(流体機器)
110E マスフローコントローラ(流体機器)
111 アクチュエータ内蔵部
112 バルブ内蔵部
113 ボディ
113a 上面
113b 底面
114 貫通孔
300 継手部材
310 導入管
320 連通管
330 連通管
340 供給管
400 ストッパ
BT 締結ボルト
BT2 締結ボルト
GP,GP1,GP2,GP3 隙間
Claims (4)
- 互いに対向する上面および底面、前記上面から前記底面側に向けて延びる側面を有し、流体流路を画定するとともに、前記上面で開口する当該流体流路の流路口を画定し、前記底面側にそれぞれ係合部を有する上流側および下流側継手ブロックと、
長手方向に直線状に延びるとともに上流側および下流側継手ブロックの係合部が係合可能なガイド部を有する支持部材と、
前記上流側および下流側継手ブロックを介して前記支持部材に支持される流体機器と、を有する流体制御装置であって、
前記ガイド部は、前記上流側および下流側継手ブロックのガイド方向への移動を許容しつつ当該上流側および下流側継手ブロックを前記支持部材上に拘束し、
前記流体機器は、流体流路を画定するボディを有し、当該ボディはその底面で開口する2つの流路口を有し、
互いに突き合わされた前記上流側および下流側継手ブロックの流路口と前記ボディの2つの流路口の周囲に配置されるシール部材を圧するとともに前記ボディを前記上流側および下流側継手ブロックに連結するための締結ボルトが螺合するネジ穴が、前記上流側および下流側継手ブロックの上面から底面側に向けて形成されており、
前記上流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向において当該上流側継手ブロックの流路口よりも上流側にのみ形成され、
前記下流側継手ブロックのネジ穴は、長手方向において当該下流側継手ブロックの流路口よりも下流側にのみ形成され、
互いに連結された前記上流側および下流側継手ブロックと前記ボディに前記締結ボルトの締付力によって発生する曲げ力に抗する反力の一部を利用して、前記ガイド部の長手方向に直交する横方向の前記上流側および下流側継手ブロックの位置を前記ガイド部の中央位置に整列させるように作用する整列機構を前記ガイド部と前記係合部との間に有する、ことを特徴とする流体制御装置。 - 前記係合部は、前記上面に直交しかつ長手方向に延びる仮想中央平面に関して対称に形成され、
前記ガイド部は、前記支持部材の上面に直交しかつ長手方向に延びる仮想中央平面に関して対称に形成され、
前記係合部およびガイド部の少なくとも一方には、長手方向に延びる前記仮想中央平面に関して対称な傾斜面又は湾曲面を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の流体制御装置。 - 前記上流側および下流側継手ブロックは、前記流体機器のボディにそれぞれ単一の締結ボルトで連結される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の流体制御装置。
- 半導体製造プロセスにおいて使用される流体の制御に、請求項1〜3のいずれかに記載の流体制御装置を用いることを特徴とする半導体製造方法。
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