JP7045089B2 - 継手ブロックおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
上記のような集積化ガスシステムでは、管継手の代わりに、流路を形成した継手ブロックをベースプレートの長手方向に沿って配置し、この継手ブロック上に各種流体機器を設置することで、集積化を実現している(例えば、特許文献1、2参照)。
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プロセス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。
流体制御装置の小型化、集積化を進めていくには、流体機器の小型化を進展させるだけでなく、小型化された流体機器が設置される継手ブロックの寸法も小さくする必要がある。
加えて、継手ブロックに2カ所で開口する流路を形成するのも難しくなる。従来においては、例えば、継手ブロックの長手方向の一端側で閉塞し他端側で開口する孔を加工し、この孔の開口部に閉塞部材を溶接により固定して開口部を閉塞することで、継ぎ手ブロックの長手方向に延びる流路を形成している。
しかし、この方法では、流路表面が溶接により焼ける、溶接残滓が流路に残存する等の問題がある。継手ブロックの小型化を進めると、加工後の流路の研磨やクリーニングをするのが困難である。
特許文献3は、溶接を使用せずに、閉塞部材を流路端の開口に設け、かしめにより閉塞部材を固定する閉塞技術を開示しているが、この方法では、継手ブロックの寸法を縮小していくと、かしめ部に相対的に大きな力が印可されるため、継手ブロック自体が変形してしまう可能性がある。
本発明のさらに他の目的は、小型化を実現しつつ溶接を使用せずに継ぎ手ブロックを製造する継手ブロックの製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記の継手ブロックを含む小型化、集積化された流体制御装置を提供することにある。
第1および第2の開口部と、前記第1および第2の開口部を結ぶ流路を有する継手ブロックであって、
長手方向に延在し、かつ、当該長手方向の一端側で閉塞し他端側で開口する第1の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の一端側で接続されかつ前記第1の開口部に連通する第2の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の他端側で接続されかつ前記第2の開口部に連通する第3の流路と、を画定するブロック本体と、
前記ブロック本体の長手方向の他端側に形成された凹部に装着された閉塞部材と、を有し、
前記ブロック本体および閉塞部材の互いに対向する対向面の一方に形成された環状突起を有し、前記第1の流路の開口の周囲において前記環状突起が他方の対向面に食い込むことにより前記ブロック本体と前記閉塞部材との間をシールするシール機構と、
前記閉塞部材を前記ブロック本体の対向面に向けて押圧する、前記ブロック本体に形成されたかしめ部と、
前記凹部の内周部とこれに係合する前記閉塞部材の外周部とで形成される係合部と、を有し、
前記シール機構の環状突起を前記他方の対向面に押圧する押圧力を、前記かしめ部と前記係合部により分担している、ことを特徴とする。
第1および第2の開口部と、前記第1および第2の開口部を結ぶ流路を有する継手ブロックの製造方法であって、
長手方向に延在し、かつ、当該長手方向の一端側で閉塞し他端側で開口する第1の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の一端側で接続されかつ前記第1の開口部に連通する第2の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の他端側で接続されかつ前記第2の開口部に連通する第3の流路とを画定するブロック本体と、閉塞部材とを用意し、
前記閉塞部材を、前記ブロック本体の長手方向の他端側に形成された凹部に位置決めし、
前記閉塞部材を前記凹部に圧入して、前記凹部の内周部と前記閉塞部材の外周部とが係合する係合部を形成し、
前記ブロック本体に形成されたかしめ部を変形させて前記閉塞部材を前記ブロック本体の対向面に向けて押圧し、
前記ブロック本体および閉塞部材の互いに対向する対向面の一方に形成された環状突起を、前記第1の流路の開口の周囲において他方の対向面に食い込ませてシールする、ことを特徴とする。
第1実施形態
先ず、図1を参照して、本発明が適用される流体制御装置の一例を説明する。
図1に示す流体制御装置は、金属製のベースプレートBS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500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。各レール部材500には、複数の継手ブロック200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200によって、上流側から下流側に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
ここで、「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、流路を画定するボディを備え、このボディの表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。なお、導入管310は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。
継手ブロック200は、ステンレス合金等の金属製のブロック本体10とステンレス合金等の金属製の閉塞部材50とを有する。なお、本実施形態では、ブロック本体10を構成する金属は、閉塞部材50を構成する金属よりも硬い(例えば、4倍程度)金属を使用するものとする。また、以下の図において、矢印A1、A2はブロック本体10の長手方向を示し、A1は閉塞部材50の非設置側(以下、一端側とする)を示し、A2は閉塞部材50の設置側(以下、他端側とする)を示す。
ブロック本体10は、互いに対向する平面からなる上面10aおよび平面からなる底面10b、上面10aに対してそれぞれ直交する側面10e1、10e2、これらの面に直交する長手方向A1,A2の両端部に配置された端面10c、10dを有する。なお、ブロック本体10が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。
なお、第2の流路12aおよび第3の流路12bは、上面10aに対して垂直に形成され、第1の流路12cは上面10a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2の流路12aおよび第3の12bの加工方法は、例えば、ブロック本体10の上面10a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。第1の流路12cは、ブロック本体10の端面10d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2の流路12aおよび第3の流路12bの先端部と接続される高さに第1の流路12cを加工する。第1の流路12cを形成するための穴をブロック本体10の端面10dから開けると、ブロック本体10の他端側A2に第1の流路12cの開口が形成される。この第1の流路12cの開口は、後述するように、閉塞部材50で閉塞され、第2の流路12aおよび第3の流路12bと第1の流路12cとからなるU状流路が形成される。なお、第1の流路12cの開口の周辺の構造については後述する。
ブロック本体10には、長手方向A1,A2において、上面10aで開口し底面10b側に向けて延びる2つのネジ穴18a、18bが形成されている。ネジ穴18a、18bは、上面10aで開口する2つの開口部12d、12eの間に位置する。ネジ穴18a、18b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。ブロック本体10の寸法仕様は、例えば、幅が10mm程度、長さが30mm程度、流路12の直径が2.6mm程度であり、係合部10tを含まない高さが13mm程度であるが、これに限定されるわけではない。ネジ穴18a、18bは、継手ブロック200に、異なる流体機器のボディを連結するのに用いられる。ブロック本体10およびレール部材500の幅は、約10mmで略一致している。
図3に示すように、凹部15はブロック本体10の第1の流路12cの開口12pに隣接して形成されている。凹部15は、開口12pと同心状に配置される円周面15aと第1の流路12cの軸線に直交する対向面15bを画定している。加えて、開口12pの周囲には、後述するシール機構を構成する円環状突起13が形成されている。さらに、ブロック本体10の端面10dには、長手方向の他端側A2に突出するかしめ部としての複数の突出片16が凹部15の内周面15aに隣接して一体的に形成されている。図2Cに示したように、突出片16は内周面15aに沿って等間隔に分散配置されている。
閉塞部材50は円盤状の金属部材であり、周面50aの幅方向の略中央位置に突起51が全周にわたり形成されている。閉塞部材50は表裏対称に形成されており、いずれの端面50eも上記のブロック本体10の対向面15bに対向する対向面として使用可能である。
先ず、図5Aに示すように、ブロック本体10の凹部15に対して閉塞部材50を位置決めする。なお、組立の際には、ブロック本体10は、凹部15が上方を向くように図示しないホルダーに固定される。
図5Aから分かるように、閉塞部材50の周面50aの外径は、凹部15の内周面15aの内径よりも若干小さく、突起51の外径は凹部15の内周面15aの内径よりも若干大きく形成されている。このため、閉塞部材50の突起51より一端側A1の部分は、凹部15に嵌合挿入されるが、突起51は端面10dおよび内周面15aと干渉するので、位置決めしただけでは、突起51は凹部15に入り込まない。
次いで、図5Cに荷重F1の力で、閉塞部材50を凹部15内に圧入する。このとき、閉塞部材50の突起51は凹部15の内周面15aと係合し、内周面15aにより潰されて塑性変形する。荷重F1は突起51が塑性変形するのに必要十分な大きさとする。これにより係合部ENが形成される。
図5Cから分かるように、冶具600には、突出片16に係合する係合凹部610が形成されており、係合部ENの形成工程において、突出片16も塑性変形し、凹部15側に向けて傾斜する。
また、閉塞部材50の対向面である下側の端面50eは、開口12pの周囲に形成された円環状突起13に向けて押圧され、図に示すように、円環状突起13が下側の端面50eに食い込み、ブロック本体10と閉塞部材50との間をシールするシール機構が構成される。
図5Eに示すように、突出片16は凹部15内に収まり、端面10dと突出片16は共通平面に配置される。
図から分かるように、閉塞部材50の対向面である端面50eを円環状突起13へ押圧する押圧力は、かしめ部として変形した複数の突出片16と係合部ENにより分担される。すなわち、シール機構のシール力を保持する力をかしめ部と係合部ENとに分担させることで、冶具600の荷重F1と冶具700の荷重F2とを相対的に小さくできるので、ブロック本体10に過大な荷重が印可されるのを回避できる。
図6Aに示す突出片16Aは、先端に向けて厚みが減少する先細り形状に形成されており、加えて、端面10dの突出片16Aの根元には凹状に湾曲した溝10rが形成されている。このような構成とすることで、上記実施形態と比べて突出片16Aを塑性変形させる力を小さくすることができる。
図6Bに示す突出片16Bは、先端部が丸みを持つように形成されている。このような構成によれば、突出片16Bを折り曲げた際に、突出片16Bのエッジが閉塞部材50の端面50eに突き刺さりにくくなり、余計な負荷が閉塞部材50にかかるのを避けることができる。
図6Cに示す突出片16Cは、先端部に面積が拡大する拡大面積部が形成されている。このような構成によれば、突出片16Cの閉塞部材の端面50eを押圧する面積が拡大するため、シール機構のシール性能をより安定化することができる。
図7Aおよび図7Bに、本発明の第2実施形態に係る継手ブロックのブロック本体を示す。なお、図7A,図7Bにおいて、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
ブロック本体10Dは、凹部15の外方に延びる突出片16に代えて、かしめの際に、押圧により押しつぶされる複数の突出部16Dを有する。
先ず、図8Aに示すように、凹部15に対して閉塞部材50を位置決めすると、図5Aで説明した場合と同様の状態となる。
次いで、冶具700の押圧面710を閉塞部材50の上側の端面50eに当接させつつ閉塞部材50を凹部15内に荷重Fの力で圧入していくと、閉塞部材50の下側の端面50eに円環状突起13が食い込むとともに、閉塞部材50の突起51が凹部15の内周面15aにより圧し潰され塑性変形する。
さらに、冶具700を下降させていくと、ブロック本体10Dの複数の突出部16Dも圧し潰され、圧し潰された突出部16Dは閉塞部材50の周面50aを変形させつつ、凹部15の内周面15aと閉塞部材50の周面50aとの間を埋めるように塑性変形する。この結果、図8Dに示すように、円環状突起13が下側の端面50eに食い込み、ブロック本体10Dと閉塞部材50との間をシールするシール機構が構成されるとともに、シール機構のシール力を保持する力を分担するかしめ部16と係合部ENが構成される。
図8A~図8Dでは、共通の冶具700を用いて閉塞部材50の圧入および突出部16Dのかしめを共通の工程で実施した。
図9Aに示すように、冶具800を用いて閉塞部材50の圧入のみを先ず実施する。
次いで、図9Bに示すように、冶具700を用いて、突出部16Dのかしめを実施する。このように、工程を分けることで、荷重F3,F4を別々に設定できるというメリットがある。
ブロック本体10Eの複数の突起16Eは、半球状に形成されている。このように、突起16Eの形状を最適化することも可能である。
図11Aに示すブロック本体10Fは、凹部15の内周面15aに一条の溝15cを備える。閉塞部材としては、第1実施形態で説明したのと同様の閉塞部材50を使用する。
第2実施形態と同様の組立方法(2種類の方法)で組立可能である。
図11Bに示すように、凹部15の溝15cに閉塞部材50の突起51が嵌り込むことにより、係合部ENが形成される。
図12A~図12Cに本発明の第3実施形態に係る閉塞部材、ブロック本体および「継手ブロックを示す。なお、図12A~図12Cにおいて、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
閉塞部材50Aは、円盤状で周面50aはフラットに形成されている。
ブロック本体10Gは、凹部15の内周面15aに突条15tが形成されている。
第2実施形態と同様の組立方法(2種類の方法)を採用して、閉塞部材50Aを凹部15内に圧入し、突出部16Dをかしめると、図12Cに示すように、シール機構が構成されるとともに、突条15tが閉塞部材50Aの周面50aに食い込むことにより、係合部ENが形成される。また、突出部16Dがかしめ部を構成する。
図13A~図13Dに本発明の第4実施形態を示す。なお、図13A~図12Dにおいて、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
図13Aに示す閉塞部材50Bは、一端面50e2に円環状突起52が形成されており、他端面50e1は平坦面となっている。円環状突起52は、硬化処理により、閉塞部材50Bの他の部分よりも十分に硬度が高くなっており、また、ブロック本体を形成する金属よりも硬くなっている。
図13Bに示すように、ブロック本体10Hの対向面15bは平坦面となっている。
図13Cに示すように、凹部15に対して閉塞部材50Bを位置決めすると、閉塞部材50Bの突起52が端面10dに干渉する。この状態から、上記した組立方法を用いて閉塞部材50Bを凹部15内に圧入するとともに突出部16Dをかしめると、図13Dに示すように、円環状の突起52は対向面15bに食い込んでシール機構を構成し、突起51が圧し潰されて係合部ENを構成し、突出部16Dがかしめ部を構成する。
図14A~図14Fに本発明の第5実施形態を示す。なお、図14A~図14Fにおいて、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
図14Aおよび図14Bに示す閉塞部材50Cは、一端面50e2とは反対側の他端面50e1に周面50aおよび突起51よりも外径が大きい拡径部53を有する。拡径部53の外周縁部には、凹部53tが周方向に等間隔に形成されている。
図14Cに示すブロック本体10Jは、凹部15の端面10d側に、上記した拡径部53を収容可能な拡大凹部15mが形成されている。また、複数の突起16Fが、凹部53tに対応する位置に形成されている。
図14Dに示すように、閉塞部材50Cの凹部53tとブロック本体10Jの突起16Fを位置合わせし挿入すると、各凹部53tが各突起16Fを通過することで、閉塞部材50Cが凹部15に収容される。
次いで、図14Eに示すように、閉塞部材50Cを一方向に回転させて凹部53tと突起16Fの位置をずらす。
その後、突起16Fをかしめることで、図14Fに示すように、シール機構、係合部ENおよびかしめ部16Fが形成される。
図15A~図15Cに本発明の第6実施形態を示す。なお、図15A~図15Cにおいて、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を使用している。
図15Aに示す閉塞部材50Dは、円盤状であるが、テーパ状の周面50bを有する。
図15Bに示すように、閉塞部材50Dをブロック本体10Dの凹部15に位置決めすると、テーパ状の周面50bの小径側の一部のみが凹部15内に入り、途中で干渉するようになっている。
図15Cに示すように、閉塞部材50Dをブロック本体10Dの凹部15内に圧入すると、テーパ状の周面50bの大径側が塑性変形し、係合部ENが形成される。突出部16Dをかしめるとかしめ部が形成される。
閉塞部材50Eは、周面50a上に周方向に延在し、等間隔に配列された複数の突条50cを有する。
図19に示す半導体製造装置1000は、ALD法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、900はプロセスガス供給源、901はガスボックス(流体制御装置)、902はタンク、903は開閉バルブ、904は制御部、905は処理チャンバ、906は排気ポンプを示している。
ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
ガスボックス901は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ905に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した上記の流体制御装置を内蔵している。
タンク902は、ガスボックス901から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
開閉バルブ903は、ガスボックス901で計量されたガスの流量を制御する。
制御部904は、開閉バルブ903を制御して流量制御を実行する。
処理チャンバ905は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ906は、処理チャンバ903内を真空引きする。
10a :上面
10b :底面
10c :端面
10d :端面
10e1 :側面
10e2 :側面
10r :溝
10t :係合部
12 :流路
12a :第2の流路
12b :第3の流路
12c :第1の流路
12d :第1の開口部
12e :第2の開口部
12p :開口
13 :円環状突起
14a :保持凹部
14b :保持凹部
15 :凹部
15a :内周面
15b :対向面
15c :溝
15m :拡大凹部
15t :突条
16、16A~16C 突出片(かしめ部)
16D :突出部(かしめ部)
16E :突起
16F :突起
18a :ネジ穴
18b :ネジ穴
50~50G :閉塞部材
50a :周面
50b :周面
50c :突条
50d :突起
50e :端面
50e1 :他端面
50e2 :一端面
50r :周面
51 :突起
52 :突起
53 :拡径部
53t :凹部
110A~110E :流体機器
200 :継手ブロック
310 :導入管
500 :レール部材
600 :冶具
601 :押圧面
610 :係合凹部
700 :冶具
710 :押圧面
800 :冶具
900 :プロセスガス供給源
901 :ガスボックス(流体制御装置)
902 :タンク
903 :開閉バルブ
904 :制御部
905 :処理チャンバ
906 :排気ポンプ
1000 半導体製造装置
A1,A2 :長手方向
BS :ベースプレート
EN :係合部
G1,G2 :長手方向
W1,W2 :幅方向
Claims (12)
- 第1および第2の開口部と、前記第1および第2の開口部を結ぶ流路を有する継手ブロックであって、
長手方向に延在し、かつ、当該長手方向の一端側で閉塞し他端側で開口する第1の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の一端側で接続されかつ前記第1の開口部に連通する第2の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の他端側で接続されかつ前記第2の開口部に連通する第3の流路と、を画定するブロック本体と、
前記ブロック本体の長手方向の他端側に形成された凹部に装着された閉塞部材と、を有し、
前記ブロック本体および閉塞部材の互いに対向する対向面の一方に形成された環状突起を有し、前記第1の流路の開口の周囲において前記環状突起が他方の対向面に食い込むことにより前記ブロック本体と前記閉塞部材との間をシールするシール機構と、
前記閉塞部材を前記ブロック本体の対向面に向けて押圧する、前記ブロック本体に形成されたかしめ部と、
前記凹部の内周部とこれに係合する前記閉塞部材の外周部とで形成される係合部と、を有し、
前記かしめ部は、前記凹部の内周面に隣接して前記ブロック本体と一体的に設けられた複数の突出片を屈曲することにより形成されたもので、前記閉塞部材の周囲に沿って分散配置されており、
前記シール機構の環状突起を前記他方の対向面に押圧する押圧力を、前記かしめ部と前記係合部により分担している、ことを特徴とする継手ブロック。 - 前記係合部は、前記凹部の内周面と当該内周面への圧入により塑性変形した前記閉塞部材の外周部とで形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の継手ブロック。
- 前記係合部は、一方に前記凹部の内周面または前記閉塞部材の外周面に形成された突起と、他方に前記凹部の内周面または前記閉塞部材の外周面に形成され前記突起が嵌る溝とを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の継手ブロック。
- 前記かしめ部は、前記凹部内に収まるように形成される、ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の継手ブロック。
- 前記かしめ部は、前記閉塞部材の前記対向面とは反対側の背面を前記ブロック本体の対向面に向けて押圧するように形成されている、ことを特徴とする請求項1又は4に記載の継手ブロック。
- 前記かしめ部は、前記凹部の内周面と前記閉塞部材の外周面との間を埋めるように形成されている、ことを特徴とする請求項1又は4に記載の継手ブロック。
- 第1および第2の開口部と、前記第1および第2の開口部を結ぶ流路を有する継手ブロックの製造方法であって、
長手方向に延在し、かつ、当該長手方向の一端側で閉塞し他端側で開口する第1の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の一端側で接続されかつ前記第1の開口部に連通する第2の流路と、前記第1の流路と前記長手方向の他端側で接続されかつ前記第2の開口部に連通する第3の流路とを画定するブロック本体と、閉塞部材とを用意し、
前記閉塞部材を、前記ブロック本体の長手方向の他端側に形成された凹部に位置決めし、
前記閉塞部材を前記凹部に圧入して、前記凹部の内周部と前記閉塞部材の外周部とが係合する係合部を形成し、
前記ブロック本体に形成されたかしめ部を変形させて前記閉塞部材を前記ブロック本体の対向面に向けて押圧し、
前記ブロック本体および閉塞部材の互いに対向する対向面の一方に形成された環状突起を、前記第1の流路の開口の周囲において他方の対向面に食い込ませてシールする、方法であって、
前記かしめ部は、前記凹部の内周面に隣接して前記ブロック本体と一体的に設けられた複数の突出片を屈曲することにより形成されたもので、前記閉塞部材の周囲に沿って分散配置されている、
ことを特徴とする継手ブロックの製造方法。 - 前記係合部を形成する工程と、前記かしめ部を変形させる工程と、を共通の工程で実施することを特徴とする請求項7に記載の継手ブロックの製造方法。
- 請求項1~6のいずれかに記載の継手ブロックを用いて流体機器間の流路が接続されている流体制御装置。
- 請求項9の流体制御装置を用いて流体の流量制御をする流量制御方法。
- 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項9に記載の流体制御装置を用いる半導体製造装置。
- 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項9に記載の流体制御装置を用いる半導体製造方法。
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