JP7030342B2 - 継手ブロックおよびこれを用いた流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、継手ブロックおよびこれを用いた流体制御装置に関する。

例えば、半導体製造装置等の処理チャンバへ各種のガスを供給するために使用される流体制御装置として、引用文献１に開示されたものが知られている。
引用文献１に開示された流体制御装置は、共通のプレート上に上流側から下流側に向けて延びる、複数のプロセスガスアセンブリ５０，５２，５４，５６，５８が並列され、加えて、プロセスガスアセンブリ５８の隣にパージガスアセンブリ６０が配置されている。パージガスアセンブリ６０はパージガスを必要に応じてプロセスガスアセンブリのガス流路に供給する役割を果たす。

特表２００１-５２１１２０号公報

上記のような流体制御装置では、インターロック、すなわち安全装置を必ず備えている。特許文献１では、複数のプロセスガスアセンブリの上流側に手動バルブ１３０、および、パージガスアセンブリの上流側に手動バルブ１７６が設けられ、手動バルブ１３０，１７６の下流側に隣接して自動バルブ１３４，２８０がそれぞれ設けられている。
ところで、上記のような流体制御装置の分野においては、各種ガスの供給制御により一層高い応答性が求められており、このためには流体制御装置をできるだけ小型化、集積化して、ガス供給先である処理チャンバのより近くに設置する必要がある。
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処理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。
流体制御装置を単に小型化したのでは、流体流路の断面積も小さくなり、供給流量も減少してしまう。

本発明の一の目的は、流体制御装置を小型化するのに適した継手ブロックを提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の継手ブロックを用いて、流体の供給流量を減少させることなく、より一層の小型化、集積化された流体制御装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記の流体制御装置を用いた半導体製造方法および半導体製造装置を提供することにある。

本発明に係る継手ブロックは、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画定する継手ブロックであって、
前記継手ブロック内を長手方向の一端側から他端側に向かって延びる流路と、前記上面において一端側と他端側とで開口する一端側開口部および他端側開口部とを有するメイン流路と、
前記継手ブロック内を長手方向の一端側から他端側に向かって延びる流路と、前記上面において一端側で開口する第１開口部および下流側で開口する第２開口部とを有し、前記第１および第２開口部は、前記長手方向において、前記一端側開口部および前記他端側開口部の間に配置されたサブ流路と、
一端部が前記メイン流路に接続され、他端部が前記上面で開口し、かつ、前記長手方向において、前記サブ流路の前記第２開口部と前記メイン流路の前記他端側開口部との間で開口する第３開口部を有する接続流路と、を有し、
前記メイン流路は、上面視において、前記サブ流路および前記接続流路と一部が重複するように配置され、かつ、前記サブ流路とは独立に形成されている。

本発明に係る流体制御装置は、一方向に配列される複数の流体機器と、
請求項１に記載の継手ブロックと、
前記サブ流路の前記第１開口部と接続される管路部材とを備え、
前記複数の流体機器のうち少なくとも一つの流体機器は、前記継手ブロックの前記上面の前記第２開口部及び前記第３開口部上に設置され、前記第２開口部及び前記第３開口部を連通する流路を画定するボディを有する。

本発明に係る半導体製造方法は、上記の流体制御装置を用いた半導体製造方法であって、
前記メイン流路に連通する最下流側端部は、処理チャンバに接続され、
前記サブ流路の全てを、前記接続流路を介して前記メイン流路と連通させ、前記サブ流路の第１開口部を通じてパージガスを前記反応炉に供給し、
前記サブ流路の前記接続流路を介した前記メイン流路との連通を遮断し、前記メイン流路を通じて前記反応炉にパージガス以外のガスを供給する、ことを特徴とする。
本発明の半導体製造装置は、上記の流体制御装置を含む半導体製造装置であって、
前記メイン流路に連通する最下流側端部は、処理チャンバに接続され、
前記サブ流路の全てが、前記接続流路を介して前記メイン流路と連通し、
前記サブ流路の第１開口部を通じてパージガスが前記処理チャンバに供給され、前記サブ流路の前記接続流路を介した前記メイン流路との連通を遮断し、前記メイン流路を通じて前記処理チャンバにパージガス以外のガスが供給される。

本発明によれば、プロセスガス等が流通するメイン流路により互いに接続される一方向に配列された複数の流体機器を含む流体制御アセンブリに、パージガス等が流通するサブ流路およびサブ流路を開閉するバルブ装置等の流体機器を集約化でき、流体制御装置の小型化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る流体制御装置の斜視図。 図１Ａの流体制御装置の上面図。 図１Ｂの１Ｃ－１Ｃ線の断面を一部に含む正面図。 本発明の一実施形態に係る継手ブロック。 図２Ａの継手ブロックの上面図。 図２Ｂの継手ブロックの２Ｃ－２Ｃ線の断面図。 本発明の他の実施形態に係る流体制御装置の一部断面を含む正面図。 図３Ａの流体制御装置に用いられる継手ブロックの断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体制御装置の一部断面を含む正面図。 流体制御装置１が適用される半導体製造装置の構成例を示す概略図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。
図１Ａ～図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る流体制御装置１の構造を示す図である。なお、図１Ａ～図１Ｃにおける矢印Ａ１，Ａ２は流体機器の配列される方向を示しており、ここではＡ１，Ａ２を長手方向とし、Ａ１が上流側、Ａ２が下流側を示すものとする。矢印Ｂ１，Ｂ２は、長手方向に直交する幅方向を示すものとする。
流体制御装置１は、半導体製造装置等の処理チャンバへ各種のガスを供給するために使用される。
ここで、流体制御装置１について説明する前に、流体制御装置１が適用される半導体製造装置の構成例を図５に示す。
半導体製造装置１０００は、流体制御装置１、処理チャンバ６００、真空ポンプ８００を含む。
流体制御装置１には、ガス供給源５０２から各種のガスＧが供給され、パージガス供給源５０１からパージガスＰＧが供給される。
流体制御装置１を通ったガスは、処理チャンバ６００内のシャワープレート６０１に供給される。シャワープレート６０１の下方に設けられたステージ６０２上には、ウエハＷが置かれる。シャワープレート６０１からのガスによりウエハＷは処理される。シャワープレート６０１とステージ６０２との間には、電源により電圧が印可される。ウエハＷの処理の際には、真空ポンプ８００により、処理チャンバ６００内は減圧される。

図１Ａ～図１Ｃからわかるように、ベース板金１００上には、それぞれ長手方向Ａ１，Ａ２に延びる複数（３つの）流体制御アセンブリＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３が幅方向Ｂ１，Ｂ２に配列されている。
流体制御アセンブリＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３は、互いに共通の構造を有しており、ベース板金１００上の長手方向Ａ１，Ａ２に一列に配列された継手ブロック６０，５０，６１，６２，６３，６４と、これら複数の継手ブロック上に固定された流体機器としての手動バルブ１１０、自動バルブ１２０、手動バルブ１３０、自動バルブ１４０、自動バルブ１５０、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６０、自動バルブ１７０とを有する。
継手ブロック６０は、パージガスＰＧ以外のガスＧＳが導入される管部６０ａが側面に突出して形成され、これと連通するブロック内部に形成された流路６０ｂは上面で開口し、手動バルブ１１０のボディに形成された流路の底面側開口と接続される。
継手ブロック６０の開口部と手動バルブ１１０の開口部との周囲には、金属や樹脂で形成されたリング状のシール部材ＳＬが設けられ、シール部材ＳＬは継手ブロック６０と手動バルブ１１０のボディとを締結するボルトの締め付け力により圧せられ、開口部間が密封される。このシール構造は、他の継手ブロックと流体機器のボディとの間でも同様である。
継手ブロック６１は、流路６１ａにより手動バルブ１１０と自動バルブ１２０との間を流体接続している。
継手ブロック６２は、流路６２ａにより自動バルブ１５０とマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６０との間を流体接続している。
継手ブロック６３は、流路６３ａによりマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６０と自動バルブ１７０との間を流体接続している。
継手ブロック６４は、継手ブロック６０と共通の構造を有し、自動バルブ１７０と流体接続された流路６４ｂを通じてガスＧＳ又はパージガスＰＧを管部６４ａから出力する。管部６４ａは、半導体製造装置１０００の処理チャンバ６００に配管を介して接続される。

図２Ａ～図２Ｃは、継手ブロック５０の構造を示す図である。図２Ａ～図２Ｃにおいて、矢印Ｃ１，Ｃ２は長手方向を示す、Ｃ１が長手方向上流側、Ｃ２が長手方向下流側を示すものとする。矢印Ｄ１，Ｄ２は長手方向Ｃ１，Ｃ２に直交する幅方向を示すものとする。
継手ブロック５０は、直方体形状に形成された金属製のブロックであり、互いに対向する上面５０ａおよび底面５０ｂと、上面５０ａから底面５０ｂ側に向けて延びる上流側および下流側の端面５０ｃ，５０ｄと、上面５０ａから底面５０ｂ側に向けて延びかつ長手方向Ｃ１，Ｃ２に沿った２つの側面５０ｅ１，５０ｅ２を画定している。５５は流体機器のボディや配管継手を上面に締結するためのボルトがねじ込まれるねじ穴であり、５６は継手ブロック５０をベース板金１００に取り付けるためのボルトが挿入される貫通孔である。

メイン流路５１は、継手ブロック５０内を長手方向Ｃ１，Ｃ２の上流側から下流側に向かって延びる流路（長路部）５１ａと、上面５０ａに対して垂直に延び流路５１ａと上流側において接続されている流路５１ｂと、上面５０ａに対して斜めに傾斜するように延びて下流側において流路５１ａと接続されている流路５１ｃとを有する。流路５１ａの下流側端部は、開口部５８と連通しており、開口部５８を通じて閉塞部材２００が流路５１ａの下流側端部に溶接等の固定手段によって設けられ、流路５１ａの下流側端部は閉塞されている。
メイン流路５１は、流路５１ｂが上面５０ａにおいて開口する一端側開口部としての上流側開口部５１ｄと流路５１ｃが上面５０ａにおいて開口する他端側開口部としての下流側開口部５１ｅとを有する。上流側開口部５１ｄおよび下流側開口部５１ｅの外周部には、上記したシール部材ＳＬを圧するための円環状の突起とシール部材ＳＬを保持する保持部を有するが、詳細については省略する。また、本実施形態におけるすべての継手ブロックの上面における開口部も同様の構成を有する。
本実施形態においては、他端側開口部としての下流側開口部５１ｅから流路（長路部）５１ａに延びる流路が、上面５０ａから長手方向に沿って斜めに延びている。しかしながら、一端側開口部としての上流側開口部５１ｄから長路部５１ａに垂直に延びる流路５１ｂについても、上面５０ａから長手方向に沿って斜めに延びることとしてもよいし、上流側開口部５１ｄから延びる流路５１ｂのみが長手方向に沿って斜めに延びることとしてもよい。

サブ流路５２Ａは、継手ブロック５０内を長手方向Ｃ１，Ｃ２の上流側から下流側に向かって延びる互いに逆向きに傾斜し内部で接続された流路５２ａ，５２ｂを含み、上面５０ａにおいて上流側と下流側とで開口する第１開口部５２ｃおよび第２開口部５２ｄを有する。第１および第２の開口部は、長手方向Ｃ１，Ｃ２において、上流側開口部５１ｄおよび下流側開口部５１ｅの間に配置されている。
サブ流路５２Ｂは、サブ流路５２Ａの下流側に形成され、サブ流路５２Ａと同様に、流路５２ａ，５２ｂを含み、上面５０ａにおいて上流側と下流側とで開口する第１開口部５２ｃおよび第２開口部５２ｄを有する。

接続流路５３は、上面５０ａに対して傾斜するように形成されて、継手ブロック５０内の一端部がメイン流路５１の流路５１ｃの途中に接続されている。接続流路５３の他端部は、上面５０ａで開口する第３開口部としての開口部５３ａを有する。開口部５３ａは、長手方向Ｃ１，Ｃ２において、サブ流路５２Ｂの第２開口部５２ｄとメイン流路５１の下流側開口部５１ｅとの間に位置している。本実施形態においては、接続流路５３は、上面５０ａから長手方向の他端側に斜めに延びることとしたが、接続流路５３は、上面５０ａに垂直に開けられてメイン流路５１と接続されるものであってもよい。

ここで、上記したメイン流路５１、サブ流路５２Ａ，５２Ｂ、接続流路５３の位置関係について説明する。
図２Ｂに示すように、メイン流路５１、サブ流路５２Ａ，５２Ｂ、接続流路５３は、上面視において、重複するように、配置されている。これに加えて、メイン流路５１は、図２Ｃに示すように、サブ流路５２Ａ，５２Ｂを底面５０ｂ側から迂回するように形成されている。これにより、メイン流路５１は、接手ブロック５０内でサブ流路５２Ａ又は５２Ｂと異なる経路に配置され、互いに接続することなく独立した流路を形成している。サブ流路５２Ａ又は５２Ｂは、長手方向に複数配置されることとしたが、１つであっても３つ以上であってもよい。
なお、本実施形態では、メイン流路５１、サブ流路５２Ａ，５２Ｂ、接続流路５３が上面視で重なるように配置されているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、一部が重なるように配置されていればよい。また、本実施形態では、メイン流路５１、サブ流路５２Ａ，５２Ｂ、接続流路５３の開口部は一直線上に配置されているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、各開口部の位置が幅方向Ｄ１，Ｄ２においてずれている構成を採用することも可能である。

メイン流路５１は、図１Ｃに示すように、自動バルブ１２０のボディに形成された流路と流体接続されてパージガスＰＧ以外の調圧されたガスＧＳが流通する。
サブ流路５２Ａの第１開口部５２ｃは、図１Ｃに示すように、パージガス供給用のガス供給管１８１が流体接続される。複数の流体制御アセンブリＡＳ１～ＡＳ３の継手ブロック５０のサブ流路５２Ａの第１開口部５２ｃには、それぞれガス供給管１８１が流体接続され、これらのガス供給管１８１は、図１Ｂ等に示すように、ガス供給管１８２により互いに流体接続され、ガス供給管１８２は、図１Ａに示すように、装置の外方から導かれたガス供給管１８０に流体接続される。ガス供給管１８０を通じて外部からパージガスＰＧが供給される。
サブ流路５２Ａの第２開口部５２ｄとサブ流路５２Ｂの第１開口部５２ｃとは、手動バルブ１３０のボディの底面に開口する２つの開口部と流体接続され、サブ流路５２Ａとサブ流路５２Ｂとは、手動バルブ１３０の流路を介して流体接続される。
サブ流路５２Ｂの第２開口部５２ｄと接続流路５３の開口部５３ａとは、自動バルブ１４０のボディの底面に開口する２つの開口部とそれぞれ流体接続され、サブ流路５２Ｂとメイン流路５１とは、自動バルブ１４０の流路および接続流路５３を介して流体接続される。

上記構成の流体制御装置1において、処理チャンバ６００にパージガスＰＧ以外のガスＧＳを供給する際には、所定の条件がすべて揃うと、手動バルブ１１０が開放され、自動バルブ１２０も開放され、手動バルブ１３０および自動バルブ１４０が閉鎖される。これにより、継手ブロック５０のメイン流路５１は、これに連通する最下流側端部である継手ブロック６４の管部６４ａを通じて処理チャンバ６００に流体接続される。そして、継手ブロック６０の管部６０ａを通じて供給されるガスＧＳは、メイン流路５１を流通し、最終的に、処理チャンバ６００に供給される。
上記構成の流体制御装置1において、処理チャンバ６００にパージガスＰＧを供給する際には、所定の条件がすべて揃うと、手動バルブ１１０が閉鎖され、自動バルブ１２０も閉鎖され、手動バルブ１３０および自動バルブ１４０が開放される。これにより、継手ブロック５０の全てのサブ流路５２Ａ，５２Ｂは、接続流路５３を介してメイン流路５１に流体接続され、ガス供給管１８０から供給されるパージガスＰＧはサブ流路５２Ａ，５２Ｂ、接続流路５３およびメイン流路５１を流通し、最終的に、処理チャンバ６００に供給される。

本実施形態によれば、継手ブロック５０をもちいて、パージガス供給経路を、パージガスＰＧ以外のプロセスガスやクリーニングガス等のガス供給経路に集約化することで、パージガスＰＧのための独立したパージガスアセンブリが不要となり、装置の寸法、特に、幅方向Ｂ１，Ｂ２の寸法を小さくできる。
なお、本実施形態で説明した継手ブロック５０は、パージガスＰＧの供給系統とパージガス以外のガスＧＳの供給系統を集約する場合を例示したが、このようなガスの組み合わせ以外にも適用可能である。
上記実施形態では、継手ブロック５０の上面５０ａを平面としたが、これに限定されるわけではなく、曲面であって段差や凹凸があってもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の他の実施形態を示す図である。なお、上記実施形態に係る流体制御装置１と図３Ａに示す流体制御装置１Ｂとでは、手動バルブ１１０，１３０および自動バルブ１２０に代えて、ハイブリッドバルブ２１０，２２０を用い、継手ブロック５０に代えて継手ブロック５０Ｂを用いた点が異なる。
ハイブリッドバルブ２１０，２２０は、自動および手動で作動可能なバルブである。
継手ブロック５０Ｂは、サブ流路５２Ｂを有しておらず、サブ流路５２Ａのみを有しており、他の構成は上記した継手ブロック５０と同様である。
このような継手ブロック５０Ｂを採用することで、装置のさらなる小型化が可能となる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
図４に示す流体制御装置１Ｃにおいては、継手ブロック５０を、接続流路５３が配置される他端側を上流側に配置し、他端側を下流側に配置している。
この構成によれば、手動バルブ１１０と自動バルブ１２０を閉じ、かつ、手動バルブ１３０および自動バルブ１４０を開いてパージガスＰＧを供給すると、パージガスをサブ流路５２Ａ，５３Ｂおよび接続流路５３を通じてメイン流路５１内を流通させることができ、メイン流路５１内のパージ処理を確実に実施できる。

１，１Ｂ，１Ｃ 流体制御装置
５０，５０Ｂ 継手ブロック
５１ メイン流路
５２Ａ，５２Ｂ サブ流路
５３ 接続流路
６０，６１，６２，６３，６４ 継手ブロック
１１０ 自動バルブ（流体機器）
１２０ 自動バルブ（流体機器）
１３０ 手動バルブ（流体機器）
１４０ フィルタ（流体機器）
１５０ 自動バルブ（流体機器）
１６０ マスフローコントローラ（流体機器）
１７０ 自動バルブ（流体機器）
１８０，１８１，１８２ ガス供給管
２１０，２２０ ハイブリッドバルブ
ＡＳ１～ＡＳ３ 流体制御アセンブリ
ＧＳ ガス
ＰＧ パージガス
Ａ１，Ａ２ 長手方向（一方向）
Ｂ１，Ｂ２ 幅方向
Ｃ１，Ｃ２ 長手方向

Claims (5)

1. 一方向に配列される複数の流体機器と、
   継手ブロックと、
   前記サブ流路の前記第１開口部と接続される管路部材とを備え、
   前記継手ブロックは、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画定する継手ブロックであって、
   前記継手ブロック内を長手方向の一端側から他端側に向かって延びる流路と、前記上面において一端側と他端側とで開口する一端側開口部および他端側開口部とを有するメイン流路と、
   前記継手ブロック内を長手方向の一端側から他端側に向かって延びる流路と、前記上面において一端側で開口する第１開口部および下流側で開口する第２開口部とを有し、前記第１および第２開口部は、前記長手方向において、前記一端側開口部および前記他端側開口部の間に配置されたサブ流路と、
   一端部が前記メイン流路に接続され、他端部が前記上面で開口し、かつ、前記長手方向において、前記サブ流路の前記第２開口部と前記メイン流路の前記他端側開口部との間で開口する第３開口部を有する接続流路と、を有し、
   前記メイン流路は、上面視において前記サブ流路および前記接続流路と一部が重複するように配置されており、
   前記複数の流体機器のうち少なくとも一つの流体機器は、前記継手ブロックの前記上面の前記第２開口部及び前記第３開口部上に設置され、前記第２開口部及び前記第３開口部を連通する流路を画定するボディを有する、流体制御装置。
2. 前記少なくとも一つの流体機器は、バルブ装置である、請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記管路部材を通じて第1のガスが供給され、
   前記メイン流路には、前記第1のガス以外の第２のガスが供給される、
   請求項１又は２に記載の流体制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の流体制御装置を用いた半導体製造方法であって、
   前記メイン流路に連通する最下流側端部は、処理チャンバに接続され、
   前記サブ流路の全てを、前記接続流路を介して前記メイン流路と連通させ、前記サブ流路の第１開口部を通じてパージガスを前記処理チャンバに供給し、
   前記サブ流路の前記接続流路を介した前記メイン流路との連通を遮断し、前記メイン流路を通じて前記処理チャンバにパージガス以外のガスを供給する、半導体製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の流体制御装置を含む半導体製造装置であって、
   前記メイン流路に連通する最下流側端部は、処理チャンバに接続され、
   前記サブ流路の全てが、前記接続流路を介して前記メイン流路と連通し、
   前記サブ流路の第１開口部を通じてパージガスが前記処理チャンバに供給され、前記サブ流路の前記接続流路を介した前記メイン流路との連通を遮断し、前記メイン流路を通じて前記処理チャンバにパージガス以外のガスが供給される、
   半導体製造装置。
   

Images