JP7216422B2 - 流体供給ライン - Google Patents
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Description
近年、ALD(Atomic Layer Deposition)等、半導体製造プロセスが高度化、複雑化し、流体供給ラインに搭載される流体制御機器の機器数が増えている。また、流体制御機器の高度化により、電気配線や駆動圧を供給するエアチューブなど、流制御機器周りの配線が複雑化している。
さらに、複数のバルブが搭載される流体供給ラインの精度向上のためには、バルブごとの動作のばらつきを抑える必要がある。
図1に示されるように、本実施形態に係るバルブVは、バルブ本体3とバルブ本体3に連結された駆動圧制御装置4とを備える。
駆動圧制御装置4には、ライン外の駆動圧供給源Gからバルブ本体3に駆動圧を導入する導入路として、駆動圧導入路431、432、433を備えている。駆動圧導入路431はライン外の駆動圧供給源Gに接続している。駆動圧導入路432は、自動弁411及び自動弁412を介して、駆動圧導入路431と駆動圧導入路433を連結している。駆動圧導入路433は、バルブ本体3の駆動圧導入口3aに連結している。
なお、自動弁411、412はいずれも、通常の電磁弁やエアー作動型電磁弁、あるいは電気弁など、各種の弁によって構成することができる。
なお、バルブ本体3とケーシング40は適宜、ネジ止めや接着剤による接着等の手段によって一体化させることができる。
また、常にバルブ本体3と一体的に連結された駆動圧制御装置4の自動弁411のところまで駆動圧が供給されており、バルブ本体3の駆動圧導入口3aに近いところで駆動圧が一定圧力に高められた状態が維持される。その結果、バルブ本体3は開閉の際、駆動圧の圧力変化を受けにくく、開閉速度を一定に保つことができ、ひいては材料ガスの制御の精度を向上させることができる。
図2~図4に示されるように、ガスユニット1は、本実施形態に係る3つの流体供給ラインL1、L2、L3を備えている。
ここで、「流体供給ライン(L1、L2、L3)」とは、ガスユニットの構成単位の一つであって、プロセス流体が流通する経路と、当該経路上に配設された一群の流体制御機器によって構成され、プロセス流体を制御し、独立して被処理体を処理することが可能な最小の構成単位である。ガスユニットは通常、当該流体供給ラインを複数、並設させて構成されている。また、以下の説明において言及する「ライン外」とは、この流体供給ラインを構成しない部分又は機構であって、ライン外の機構には、流体供給ラインの駆動に必要な電力を供給する電力供給減や駆動圧を供給する駆動圧供給源、流体供給ラインと通信可能に構成された装置等が含まれる。
この流量制御装置Fは例えば、流量レンジ可変型流量制御装置によって構成することができる。流量レンジ可変型流量制御装置は、切換弁の操作により自動的に流量制御域を切換選択できる装置である。
この流量レンジ可変型流量制御装置は、流量制御装置の流量検出部への流体通路として例えば、小流量用流体通路と大流量用流体通路を有している。小流量用流体通路を通して小流量域の流体を流量検出部へ流通させると共に、流量制御部の検出レベルを小流量域の検出に適した検出レベルに切換えし、大流量用流体通路を通して大流量域の流体を前記流量検出部へ流通させると共に、流量制御部の検出レベルを大流量域の流量の検出に適した検出レベルに切換えすることにより、大流量域と小流量域の流体を夫々切り換えて流量制御する。
また、流量制御装置Fに供給された駆動圧は、一旦供給された流量制御装置Fを通じて、流量制御装置Fに接続するバルブV等の他の流体制御機器に供給することができる。
また、流量のレンジを三段階にすることもできる。この場合、オリフィスを大流量用オリフィスと中流量用オリフィスと小流量用オリフィスの三種類とすると共に、一方の流体通路に第一の切換用バルブと第二の切換用バルブと大流量オリフィスを直列状に介在させ、また他方の流体通路に小流量オリフィスと中流量オリフィスを介在させ、更に、両切換バルブ間を連通する通路と、小流量オリフィスと中流量オリフィス間を連通する通路とを連通させる。
この流量レンジ可変型流量制御装置によれば、流量制御範囲を拡大させつつ、高い制御精度を維持することができる。
この差圧式流量制御装置は、バルブ駆動部を備えたコントロールバルブと、コントロールバルブの下流側に設けられたオリフィスと、オリフィスの上流側の流体圧力P1の検出器と、オリフィスの下流側の流体圧力P2の検出器と、オリフィスの上流側の流体温度Tの検出器とを有している。そして、内蔵する制御演算回路により、各検出器からの検出圧力及び検出温度を用いて流体流量QをQ=C1・P1/√T・((P2/P1)m-(P2/P1)n)1/2(但しC1は比例定数、m及びnは定数)により演算すると共に、演算流量と設定流量との差を演算する。
差圧式流量制御装置によれば、インラインの形態で且つ取付姿勢に制約を受けることもなく使用でき、そのうえ圧力の変動に対しても制御流量がほとんど影響されることなしに、高精度な流量計測又は流量制御をリアルタイムで行うことができる。
動作情報取得機構は例えば、流量制御装置Fに内蔵される各種のセンサや流量制御を行う演算装置、これらのセンサや演算装置等の情報の処理を実行する情報処理モジュール等によって構成することができる。
特に、同一の流体供給ラインL1、L2、L3を構成するバルブVについて、流量制御装置Fを介してライン外の機構から駆動圧を供給させたり、通信可能にさせたりすることで、各バルブVの動作情報を流量制御装置Fに集約させることができる。その結果、各バルブVの動作情報と流量制御装置Fの動作情報と合わせてライン全体の動作情報が構成される。
なお、動作情報取得機構の取付け位置は制限されず、その機能を鑑みて駆動圧供給路上や電気配線上等のバルブV外に取り付けられる場合がある。
また、温度センサは例えば、流体の温度を測定するセンサであり、流路の近傍に設置して当該箇所の温度を測定することで、当該設置個所の温度を、流路内を流通する流体の温度とみなすことができる。
また、リミットスイッチは例えば、ピストンの近傍に固定され、ピストンの上下動に応じてスイッチが切り替えられる。これにより、バルブVの開閉回数や開閉頻度、開閉速度等を検知することができる。
より具体的には、図5の例に示されるように、磁気センサSは、ダイヤフラム51の周縁を押さえる押さえアダプタ52の内側であって、ステム53に対向する面に取り付けられている。また、バルブVの開閉動作に応じて摺動するステム53の押えアダプタ52近傍には、磁石Mが取り付けられている。
ここで、磁気センサSは平面コイル、発振回路、及び積算回路を有しており、対向する位置にある磁石Mとの距離変化に応じて発振周波数が変化する。そして、この周波数を積算回路で変換して積算値を求めることにより、バルブVの開閉状態のみならず、開弁時の開度を計測することができる。
ここで、ガスユニット1を構成する流体制御機器は、ライン外の機構と所定の流体制御機器とを直接、接続する第一の接続手段と、当該第一の接続手段から分岐して、あるいは当該第一の接続手段が接続する流体制御機器を介して、ライン外の機構と他の流体制御機器とを接続する第二の接続手段によって接続されている。具体的には、流体供給ラインL1であれば、後に詳述する図5において、ライン外からの電力供給及びライン外との通信では、メインケーブル10と延長ケーブル11が第一の接続手段を構成し、サブケーブル111、112、113、114が第二の接続手段を構成する。また、後に詳述する図6において、ライン外からの駆動圧の供給では、メインチューブ20、延長チューブ21、及びサブチューブ214が第一の接続手段を構成し、延長チューブ211、212、213、サブチューブ215、216、217、218が第二の接続手段を構成する。
メインケーブル10は、ガスユニット1近傍に設けられた分岐コネクタC1によって延長ケーブル11と分岐ケーブル101に分岐し、分岐ケーブル101は分岐コネクタC2によって延長ケーブル12と分岐ケーブル102に分岐し、分岐ケーブル102は分岐コネクタC3を介して延長ケーブル13に接続する。
また、サブケーブル112が接続しているバルブV12からはサブケーブル113が導出され、サブケーブル113はバルブV13に接続する。さらに、サブケーブル113が接続しているバルブV13からはサブケーブル114が導出され、サブケーブル114はバルブV14に接続する。
即ち、延長ケーブル12は流量制御装置F2に接続している。延長ケーブル12が接続している流量制御装置F2からは、サブケーブル121、122が導出され、サブケーブル121はバルブV21に接続し、サブケーブル122はバルブV22に接続する。
また、サブケーブル122が接続しているバルブV22からはサブケーブル123が導出され、サブケーブル123はバルブV23に接続する。さらに、サブケーブル123が接続しているバルブV23からはサブケーブル124が導出され、サブケーブル124はバルブV24に接続する。
即ち、延長ケーブル13は流量制御装置F3に接続している。延長ケーブル13が接続している流量制御装置F3からは、サブケーブル131、132が導出され、サブケーブル131はバルブV31に接続し、サブケーブル132はバルブV32に接続する。
また、サブケーブル132が接続しているバルブV32からはサブケーブル133が導出され、サブケーブル133はバルブV33に接続する。さらに、サブケーブル133が接続しているバルブV33からはサブケーブル134が導出され、サブケーブル134はバルブV34に接続する。
また、バルブV12、V13においても、サブケーブル112はサブケーブル113と接続し、サブケーブル113はサブケーブル114と接続している。このサブケーブル112、113、114の接続についても、バルブV12、V13内に設けられた演算処理装置を介したものであってもよいし、サブケーブル112、113を分岐させるものであってもよい。
いずれの接続についても、ライン外の機構とバルブV11、V12、V13、V14が流量制御装置F1を介して通信可能に接続されると共に、電力が供給されるようになっていればよい。
メインチューブ20は、ガスユニット1近傍に設けられた分岐継手J1により、流体供給ラインL1、L2、L3毎に駆動圧を供給するための延長チューブ21、22、23に分岐する。
延長チューブ211はさらに、継手J111によって延長チューブ212とサブチューブ215に分岐する。サブチューブ215はバルブV11に接続しており、これによりバルブV11に駆動圧が供給される。
同様に、延長チューブ212はさらに、継手J112によって延長チューブ213とサブチューブ216に分岐する。サブチューブ216はバルブV12に接続しており、これによりバルブV12に駆動圧が供給される。
また、延長チューブ213はさらに、継手J113によってサブチューブ217とサブチューブ218に分岐する。サブチューブ217はバルブV13に接続しており、これによりバルブV13に駆動圧が供給される。また、サブチューブ218はバルブV14に接続しており、これによりバルブV14に駆動圧が供給される。
即ち、延長チューブ22は継手J12によって延長チューブ221とサブチューブ224に分岐する。サブチューブ224は流量制御装置F2に接続しており、これにより流量制御装置F2に駆動圧が供給される。
延長チューブ221はさらに、継手J121によって延長チューブ222とサブチューブ225に分岐する。サブチューブ225はバルブV21に接続しており、これによりバルブV21に駆動圧が供給される。
同様に、延長チューブ222はさらに、継手J122によって延長チューブ223とサブチューブ226に分岐する。サブチューブ226はバルブV22に接続しており、これによりバルブV22に駆動圧が供給される。
また、延長チューブ223はさらに、継手J123によってサブチューブ227とサブチューブ228に分岐する。サブチューブ227はバルブV23に接続しており、これによりバルブV23に駆動圧が供給される。また、サブチューブ228はバルブV24に接続しており、これによりバルブV24に駆動圧が供給される。
即ち、延長チューブ23は継手J13によって延長チューブ231とサブチューブ234に分岐する。サブチューブ234は流量制御装置F3に接続しており、これにより流量制御装置F3に駆動圧が供給される。
同様に、延長チューブ232はさらに、継手J132によって延長チューブ233とサブチューブ236に分岐する。サブチューブ236はバルブV32に接続しており、これによりバルブV32に駆動圧が供給される。
また、延長チューブ233はさらに、継手J133によってサブチューブ237とサブチューブ238に分岐する。サブチューブ237はバルブV33に接続しており、これによりバルブV33に駆動圧が供給される。また、サブチューブ238はバルブV34に接続しており、これによりバルブV34に駆動圧が供給される。
なお、流体供給ラインL2、L3についてもこれと同様にすることができる。
なお、流量制御装置F1、F2、F3に集約された各流体供給ラインL1、L2、L3の動作情報を、メインケーブル10を介して外部の情報処理装置に対して送信し、当該情報処理装置において異常の有無を診断させたり、動作を解析させたりすることもできる。なお、外部の情報処理装置は、ライン外の機構の一部を構成するものであってもよいし、ライン外の機構と通信可能に接続された装置であってもよい。また、当該外部の情報処理装置は所謂サーバコンピュータ等によって構成することができる。
ガスユニット1と異なり、ガスユニット2を構成する流体供給ラインL1、L2、L3は夫々、別個にライン外の機構と接続されている。
なお、各流体供給ラインL1、L2、L3において、流量制御装置FからバルブVへの接続はガスユニット1と同様である。
なお、各流体供給ラインL1、L2、L3において、継手J11、J12、J13から流量制御装置FやバルブVへの接続はガスユニット1と同様である。
また、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されることはなく、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、構成、手段、あるいは機能の変更や追加等が種々、可能である。
10、10a、10b、10c メインケーブル
101、102 分岐ケーブル
11、12、13 延長ケーブル
111、112、113、114 サブケーブル
121、122、123、124 サブケーブル
131、132、133、134 サブケーブル
20、20a、20b、20c メインチューブ
21、22、23 延長チューブ
211、212、213 延長チューブ
214、215、216、217、218 サブチューブ
221、222、223 延長チューブ
224、225、226、227、228 サブチューブ
231、232、233 延長チューブ
234、235、236、327、238 サブチューブ
3 バルブ本体
3a 駆動圧導入口
4 駆動圧制御装置
40 ケーシング
411、412 自動弁
421、422 弁駆動部
431、432、433 駆動圧導入路
44 排気通路
45 配線
L1、L2、L3 流体供給ライン
C1、C2、C3 分岐コネクタ
F(F1、F2、F3) 流量制御装置
J1 分岐継手
J11、J111、J112、J113 継手
J12、J121、J122、J123 継手
J13、J131、J132、J133 継手
V(V11~V14、V21~24、V31~34) バルブ
Claims (7)
- バルブ本体と、
ケーシングによって当該バルブ本体に一体化させられた駆動圧制御装置と、
バルブの開閉動作に応じて摺動するステムと、
ダイヤフラムの周縁を押さえる押えアダプタと、
前記ステムの前記押えアダプタ近傍に取り付けられた磁石と、
前記押えアダプタの内側であって、前記ステムに対向する面に取り付けられ、前記磁石との距離変化を検出する磁気センサと、
前記磁気センサによって検出された前記磁石との間の距離変化に係る情報を動作情報として、流量制御装置に対して送信する送信手段と、を備えたバルブと、
前記流量制御装置と、を有する流体供給ラインであって、
前記流体供給ライン外の機構と、前記流体供給ライン上の前記流量制御装置とを接続する第一の接続手段と、
前記バルブに接続する第二の接続手段と、を有し、
前記流量制御装置は、
前記バルブから前記動作情報を集約すると共に、前記バルブに対して所定の指示信号を発して制御する情報処理モジュール、を有して、集約した当該動作情報に基づき、前記バルブの異常の有無を診断し、
前記駆動圧制御装置は、
ライン外の駆動圧供給源と接続する第一の駆動圧導入路と、
前記第一の駆動圧導入路を開閉する第一の自動弁と、
前記バルブ本体の駆動圧導入口に連結する第二の駆動圧導入路と、
前記第一の自動弁と連動して前記第二の駆動圧導入路を開閉すると共に、前記第二の駆動圧導入路から駆動圧を排気する排気通路を開閉する第二の自動弁と、
前記第一の自動弁及び前記第二の自動弁を介して、前記第一の駆動圧導入路と前記第二の駆動圧導入路を連結する第三の駆動圧導入路と、を有し、
前記バルブは、
内部に、前記動作情報を取得する動作情報取得機構、を有する、
流体供給ライン。 - 前記第一の接続手段及び前記第二の接続手段が、前記流体供給ライン外の機構から前記バルブの駆動に用いる駆動圧を供給する駆動圧供給路である、
請求項1記載の流体供給ライン。 - 前記第一の接続手段及び前記第二の接続手段が、前記流体供給ライン外の機構と、前記流量制御装置及びバルブとを通信可能にする電気配線である、
請求項1記載の流体供給ライン。 - 前記流体供給ラインは複数、並設されてガスユニットを構成しており、
前記第一の接続手段は、前記ガスユニット近傍において複数の前記流体供給ライン毎に分岐し、前記複数の流体供給ライン上の流量制御装置毎に接続する、
請求項1記載の流体供給ライン。 - 前記流量制御装置は、流量レンジ可変型流量制御装置であって、
前記流量レンジ可変型流量制御装置は、
流量制御装置の流量検出部への流体通路として少なくとも小流量用流体通路と大流量用流体通路を設け、
前記小流量用流体通路を通して小流量域の流体を流量検出部へ流通させると共に、駆動圧の供給有無に応じて流量制御部の検出レベルを小流量域の検出に適した検出レベルに切換えし、また、前記大流量用流体通路を通して大流量域の流体を前記流量検出部へ流通させると共に、駆動圧の供給有無に応じて流量制御部の検出レベルを大流量域の流量の検出に適した検出レベルに切換えすることにより、大流量域と小流量域の流体を夫々切り換えて流量制御する、
請求項1記載の流体供給ライン。 - 前記流量レンジ可変型流量制御装置に供給された駆動圧が、前記流量レンジ可変型流量制御装置を通じて他の流体制御機器に供給される、
請求項5記載の流体供給ライン。 - 前記流量制御装置は、差圧式流量制御装置であって、
前記差圧式流量制御装置は、
バルブ駆動部を備えたコントロールバルブと、
前記コントロールバルブの下流側に設けられたオリフィスと、
前記オリフィスの上流側の流体圧力の検出器と、
前記オリフィスの下流側の流体圧力の検出器と、
前記オリフィスの上流側の流体温度の検出器と、
前記各検出器からの検出圧力及び検出温度を用いて流体流量を演算すると共に、演算流量と設定流量との差を演算する流量比較回路を備えた制御演算回路と、を有する、
請求項1記載の流体供給ライン。
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