JP7481017B2 - 流路形成ブロック及び流路形成ブロックを備えた流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路形成ブロック及び流路形成ブロックを備えた流体制御装置に関する。

ＪＰ２０１４－１５２８７４Ａには、流体制御機器どうしを下部ボディに形成されたＶ字流路により連通するように構成されたプロセスガス分流供給装置が開示されている。

ＪＰ２０１４－１５２８７４Ａのような流体制御装置（プロセスガス分流供給装置）では、流体制御装置や流路形成ブロック（下部ボディ）を小型化するために、Ｖ字流路における２つの流路の間隔を狭くしようとすると、これら２つの流路がなす角度が小さくなる。このように流路の間の角度が小さくなると、流路が折り返す部分の有効断面積が小さくなって、圧力損失が大きくなり、流体が流れにくくなってしまう。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、流路形成ブロックや流体制御装置を小型化しても流路の有効断面積を確保できる流路形成ブロックを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、本発明のある態様に係る流路形成ブロックは、第１ブロックと、第１ブロックに取り付けられ第１流路及び第２流路を有する第２ブロックと、第１ブロックと第２ブロックとの間に設けられ、第１ブロックと第２ブロックとの間をシールするガスケットと、を備え、第２ブロックは、ガスケットに対向する面に形成され、第１流路と第２流路とを常時連通する連通部を有し、ガスケットは、連通部に対向する位置に形成された凹部を有し、第１流路と第２流路は、ガスケットによって遮断されることがない。

この態様によれば、第１流路と第２流路とは、連通部に加えて凹部によっても連通することができる。これにより、第１流路と第２流路とがなす角が小さくなっても、第１流路と第２流路が接続する部分での流路の有効断面積を確保できる。これにより、流路形成ブロックや流体制御装置を小型化できる。

本発明の実施形態に係る流体制御装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る第１ブロックの斜視図である。 本発明の実施形態に係る流体制御装置の上面図である。 本発明の実施形態に係る流体制御装置の側面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る流体形成ブロックの主要部の部分断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本実施形態の流体制御装置１００は、半導体製造装置（ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、エッチング装置など）におけるプロセスガス及びパージガスの供給手段に用いられる。

図１、図３及び図４に示すように、流体制御装置１００は、流路形成ブロック１と、流路形成ブロック１に取り付けられる複数のバルブ装置２，３，４，５，６と、を備える。バルブ装置２，３，４，５，６は、操作圧の供給により作動するエアオペレートバルブである。なお、バルブ装置２，３，４，５，６は、ノーマルクローズタイプであってもノーマルオープンタイプであってもよい。また、バルブ装置２，３，４，５，６は、弁体として金属ダイヤフラムを有している。

流路形成ブロック１は、第１ブロックとしてのブロック１０と、ブロック１０に取り付けられるブロック２０と、ブロック１０に取り付けられる第２ブロックとしてのブロック３０と、ブロック１０に取り付けられる第２ブロックとしてのブロック４０と、ブロック１０とブロック２０，３０，４０の間に設けられ、ブロック１０とブロック２０，３０，４０の間をシールする複数のガスケット５０，５１と、を備える。ブロック２０，３０，４０は、ボルト６０によってブロック１０に取り付けられる。なお、ブロック３０とブロック４０とは同一の構成であるため、以下では、ブロック３０のみについて具体的に説明し、ブロック４０については説明を省略する。

ブロック１０は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）によって形成される。ブロック１０は、ブロック２０，３０，４０が取り付けられる第１取付面１１と、第１取付面１１と反対側に位置する第２取付面１２と、ブロック１０の長手方向にブロック１０を貫通するように形成される流路１３（図２参照）と、第１取付面１１に形成され、ガスケット５０，５１を収容する収容凹部１１ａ～１１ｌと、第２取付面１２に形成され、ガスケット（図示せず）を収容する収容凹部１２ａ～１２ｃ（図２参照）と、を備える。

収容凹部１１ａ～１１ｌは、第１取付面１１から円筒状に窪むように形成される。収容凹部１１ａ～１１ｌの底面には、円環状に形成された環状突起１４がそれぞれ設けられる。収容凹部１１ａ～１１ｌは、同一形状に形成される。これにより、収容凹部１１ａ～１１ｌの加工の作業効率を高めることができる。

図２に示すように、ブロック１０は、収容凹部１１ａの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ａと、収容凹部１１ｂの環状突起１４の内周側に開口し収容凹部１２ａと連通する流路１３ｂと、収容凹部１１ｃの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｃと、収容凹部１１ｄの環状突起１４の内周側に開口し収容凹部１２ｂと連通する流路１３ｄと、収容凹部１１ｆの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｆと、収容凹部１１ｇの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｇと、収容凹部１１ｈの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｈと、収容凹部１１ｉの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｉと、収容凹部１１ｋの環状突起１４の内周側に開口し収容凹部１２ｃと連通する流路１３ｋと、収容凹部１１ｌの環状突起１４の内周側に開口し流路１３と連通する流路１３ｌと、をさらに備える。なお、流路１３ａ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｌは、第１取付面１１に取り付けられる流体機器（図示せず）等と連通する。また、流路１３ｂ，１３ｄ，１３ｋは、第２取付面１２に取り付けられる他の流路形成ブロック（図示せず）等と連通する。

ブロック２０は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）によって形成される。図５に示すように、ブロック２０は、ブロック１０に取り付けられる第３取付面２１と、第３取付面２１と反対側に位置しバルブ装置２が取り付けられる第４取付面２２と、第３取付面２１に形成され、ガスケット５０を収容する収容凹部２１ａ，２１ｂと、第４取付面２２に形成され、バルブ装置２を部分的に収容するバルブ収容部２２ａと、を備える。

収容凹部２１ａ，２１ｂは、第３取付面２１から円筒状に窪むように形成される。収容凹部２１ａ，２１ｂの底面には、環状突起１４がそれぞれ設けられる。なお、収容凹部２１ａ，２１ｂは、収容凹部１１ａ～１１ｌと、同一形状に形成される。これにより、収容凹部２１ａ，２１ｂの加工の作業効率を高めることができる。

バルブ収容部２２ａの底面には、バルブ装置２の弁体としてのダイヤフラム２ａが離着座する円環状の弁座２３が設けられる。バルブ収容部２２ａには、バルブ装置２の外周部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成される。バルブ装置２は、外周部に形成された雄ねじをバルブ収容部２２ａに形成された雌ねじに螺合させることでブロック２０に固定される。

ブロック２０は、バルブ収容部２２ａにおける弁座２３の内周側に開口し収容凹部２１ａと連通する流路２４ａと、バルブ収容部２２ｂにおける弁座２３の外周側に開口し収容凹部２１ｂと連通する流路２４ｂと、をさらに備える。流路２４ａは、ガスケット５０に形成された貫通孔５０ａを通じて流路１３ｂと連通する。流路２４ｂは、ガスケット５０に形成された貫通孔５０ａを通じて流路１３ｃと連通する。

ブロック３０は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）によって形成される。図５に示すように、ブロック３０は、ブロック１０に取り付けられる第５取付面３１と、第５取付面３１と反対側に位置しバルブ装置３，４が取り付けられる第６取付面３２と、第５取付面３１に形成され、ガスケット５０，５１を収容する収容凹部３１ａ～３１ｃと、第６取付面３２に形成され、バルブ装置３，４を部分的に収容するバルブ収容部３２ａ，３２ｂと、を備える。

収容凹部３１ａ～３１ｃは、第５取付面３１から円筒状に窪むように形成される。収容凹部３１ａ～３１ｃの底面には、環状突起１４がそれぞれ設けられる。なお、収容凹部３１ａ～３１ｃは、収容凹部１１ａ～１１ｌと、同一形状に形成される。これにより、収容凹部３１ａ～３１ｃの加工の作業効率を高めることができる。

図５及び図６に示すように、バルブ収容部３２ａ，３２ｂの底面には、バルブ装置３，４の弁体としてのダイヤフラム３ａ，４ａが離着座する円環状の弁座３３がそれぞれ設けられる。バルブ収容部３２ａ，３２ｂには、バルブ装置３，４の外周部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成される。バルブ装置３，４は、それぞれの外周部に形成された雄ねじをバルブ収容部３２ａ，３２ｂに形成された雌ねじに螺合させることでブロック３０に固定される。

ブロック３０は、バルブ収容部３２ａにおける弁座３３の外周側に開口し収容凹部３１ｂと連通する流路３４ａと、バルブ収容部３２ｂにおける弁座３３の外周側に開口し収容凹部２１ｂと連通する流路３４ｂと、バルブ収容部３２ａにおける弁座３３の内周側に開口し収容凹部３１ａと連通する流路３４ｃと、バルブ収容部３２ｂにおける弁座３３の内周側に開口し収容凹部３１ｃと連通する流路３４ｄと、流路３４ａと流路３４ｂとを連通する連通部３６と、をさらに備える。

流路３４ａ及び流路３４ｂは、連通部３６に向かって互いに近づくように、つまり、略Ｖ字形になるように設けられる。

流路３４ｃは、ガスケット５０に形成された貫通孔５０ａを通じて流路１３ｄと連通する。流路３４ｄは、ガスケット５０に形成された貫通孔５０ａを通じて流路１３ｆと連通する。

図６に示すように、連通部３６は、収容凹部３１ｂのガスケット５１に対向する底面３５に形成される。具体的には、連通部３６は、収容凹部３１ｂにおける環状突起１４の内周側に開口するように形成される。連通部３６は、例えば、円錐形状になるように形成される。連通部３６の形状は、これに限らず例えば、半球形状であってもよい。

次に、ガスケット５０及びガスケット５１について説明する。ガスケット５０，５１は、円板状の金属ガスケットであり、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）によって形成される。ガスケット５０及びガスケット５１は、同じ直径及び厚さを有するように形成される。ガスケット５０，５１は、収容凹部１１ｂ～１１ｆ，１１ｉ～１１ｋと、収容凹部２１ａ，２１ｂ，３１ａ～３１ｃとによって形成された空間内に設けられる。収容凹部１１ｂ～１１ｆ，１１ｉ～１１ｋに形成された環状突起１４と、収容凹部２１ａ，２１ｂ，３１ａ～３１ｃに形成された環状突起１４と、が食い込むことで、ガスケット５０，５１は、ブロック１０、及びブロック２０，３０，４０の間に挟持されるとともに、ブロック１０とブロック２０，３０，４０の間からガスが漏れることを防止する。

ガスケット５０は、中央に両表面を貫通する貫通孔５０ａを備える。ガスケット５０は、ブロック１０とブロック２０，３０，４０との間をシールしつつ、貫通孔５０ａによってブロック１０に形成された流路とブロック２０，３０，４０に形成された流路との連通を確保する。

ガスケット５１は、貫通孔を有さないブラインドタイプのガスケットである。ガスケット５１は、連通部３６の開口を閉塞するとともに、連通部３６に対向する位置に形成された凹部５１ａを備える。凹部５１ａは、連通部３６の開口部と略同じ半径を有する半球形状に形成される。凹部５１ａを形成する曲面部５１ｂ（図６参照）は、流路３４ａから流路３４ｂへ流れる流体を折り返して導くように形成される。

次に、流体制御装置１００の作用について説明する。流体制御装置１００は、プロセスガス及びパージガスの流れを制御する。なお、以下では、流体制御装置１００の使用方法の一例を示すが、この使用方法に限定されるものではない。

第１及び第２のプロセスガスは、例えば、ウェハーに薄膜を形成する際に用いられるガスであり、流体制御装置１００を通じてチャンバ（図示せず）内に供給される。第１のプロセスガスは、第２取付面１２の収容凹部１２ｂに対向する位置に取り付けられた他の流路形成ブロック（図示せず）から供給される。収容凹部１２ｂから供給された第１のプロセスガスは、流路１３ｄ、貫通孔５０ａ、流路３４ｃを通じて、バルブ装置３に導かれる（図５及び図６参照）。バルブ装置３のダイヤフラム３ａが弁座３３から離間すると、第１プロセスガスは、流路３４ａ、連通部３６、凹部５１ａ、流路３４ｂを通じてバルブ装置４に導かれる。さらに、バルブ装置４のダイヤフラム４ａが弁座３３から離間すると、第１プロセスガスは、流路３４ｄ、貫通孔５０ａ、流路１３ｆを通じて流路１３に導かれる。流路１３に導かれた第１のプロセスガスは、流路１３ａ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｌを通じて、他の流体機器等に導かれ、チャンバ（図示せず）内に供給される。

このように、流体制御装置１００では、バルブ装置３及びバルブ装置４が、流路３４ａ～３４ｄによって形成される流路において直列に設けられることになる。このため、仮に、バルブ装置３及びバルブ装置４の一方が故障した場合に、流路３４ａ～３４ｄを通じて流れる第１のプロセスガスの流れを確実に遮断することができる。

第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと同様に、第２取付面１２の収容凹部１２ｃに対向する位置に取り付けられた他の流路形成ブロック（図示せず）から供給され、バルブ装置５，６、及び流路１３ｉを通じて流路１３に導かれる（図１及び図２参照）。ブロック３０とブロック４０とは同一の構成であるため詳しくは説明しないが、バルブ装置５及びバルブ装置６も流路に対して直列に設けられることになる。このため、仮に、バルブ装置５及びバルブ装置６の一方が故障した場合に、第２のプロセスガスの流れを確実に遮断することができる。また、ブロック４０とブロック１０との間に設けられたガスケット５１も、上述した効果を奏する。

パージガスは、不活性ガス（例えば、窒素）である。パージガスは、例えば、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとの供給を切り換えるときに、流体制御装置１００内をパージするために流体制御装置１００内に供給される。パージガスは、第２取付面１２の収容凹部１２ａに対向する位置に取り付けられた他の流路形成ブロック（図示せず）から供給される。収容凹部１２ａから供給されたパージガスは、流路１３ｂ、貫通孔５０ａ、流路２４ａを通じて、バルブ装置２に導かれる。バルブ装置２のダイヤフラム２ａが弁座２３から離間すると、パージガスは、流路２４ｂ、貫通孔５０ａ、流路１３ｃを通じて流路１３に導かれる。このようにして流路１３に導かれたパージガスは、流路１３内をパージする。

例えば、流体制御装置１００を小型化するために、バルブ装置３とバルブ装置４との距離を近づけると、流路３４ａと流路３４ｂとの間の距離が近づき、流路３４ａと流路３４ｂとのなす角がより小さくなる。このように、流路３４ａと流路３４ｂとのなす角が小さくなると、流路３４ａから流路３４ｂへ流れるときの圧力損失（流路抵抗）が大きくなってしまう。しかしながら、流体制御装置１００は、ガスケット５１に形成された凹部５１ａを備えているので、連通部３６だけでなく凹部５１ａによっても流路３４ａと流路３４ｂとを連通させることができる。これにより、流路３４ａと流路３４ｂとの接続部分での必要な有効断面積を確保できる。よって、流体の流れを妨げることなく、流体制御装置１００を小型化できる。

特に、流路３４ａと流路３４ｂがなす角度が４５度以下である場合には、連通部３６だけでは必要な有効断面積を確保することが難しくなる。このため、凹部５１ａを設けることにより、流路３４ａと流路３４ｂとの接続部分での必要な有効断面積を確保できるので、有用である。

さらに、流体制御装置１００では、凹部５１ａが、流路３４ａから流路３４ｂへ流れる流体を折り返すように導く曲面部５１ｂを備えているので、流路３４ａから流路３４ｂへ流体をスムーズに導くことができる。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

流路形成ブロック１は、第１ブロック（ブロック１０）と、第１ブロック（ブロック１０）に取り付けられ第１流路（流路３４ａ）及び第２流路（流路３４ｂ）を有する第２ブロック（ブロック３０，４０）と、第１ブロック（ブロック１０）と第２ブロック（ブロック３０，４０）との間に設けられ、第１ブロック（ブロック１０）と第２ブロック（ブロック３０，４０）との間をシールするガスケット５１と、を備え、第２ブロック（ブロック３０，４０）は、ガスケット５１に対向する底面３５に形成され、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とを連通する連通部３６を有し、ガスケット５１は、連通部３６に対向する位置に形成された凹部５１ａを有する。

この構成では、連通部３６に対向する位置に凹部５１ａが形成されているので、連通部３６に加えて凹部５１ａによっても、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とを連通させることができる。これにより、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）との接続部分における流路の有効断面積を確保できる。よって、流体の流れを妨げることなく、流路形成ブロック１を小型化することができる。

また、流路形成ブロック１では、第１流路（流路３４ａ）及び第２流路（流路３４ｂ）は、凹部５１ａに向かって互いに近づくように形成され、凹部５１ａは、第１流路（流路３４ａ）から第２流路（流路３４ｂ）へ流れる流体を折り返すように導く曲面部５１ｂを有する。

この構成では、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とのなす角がより小さくなっても、凹部５１ａが、第１流路（流路３４ａ）から第２流路（流路３４ｂ）へ流れる流体を折り返すように導く曲面部５１ｂを有することにより、第１流路（流路３４ａ）から第２流路（流路３４ｂ）へ流れる流体を曲面部５１ｂによってスムーズに導くことができる。これにより、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）との接続部分における圧力損失をより一層低減させることができる。

流体制御装置１００は、流路形成ブロック１と、第２ブロック（ブロック３０，４０）に取り付けられる第１バルブ装置（バルブ装置３，６）及び第２バルブ装置（バルブ装置４，５）と、を備え、第２ブロック（ブロック３０，４０）は、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）によって第１流路（流路３４ａ）と連通または遮断される第３流路（流路３４ｃ）と、第２バルブ装置（バルブ装置４，５）によって第２流路（流路３４ｂ）と連通または遮断される第４流路（流路３４ｄ）と、をさらに有する。

流体制御装置１００を小型化しようとする際に、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）と第２バルブ装置（バルブ装置４，５）との距離を近づけると、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）との間の距離も近づき、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とのなす角がより小さくなる。このように、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とのなす角が小さくなると、第１流路（流路３４ａ）から第２流路（流路３４ｂ）へ流れるときの圧力損失（流路抵抗）が大きくなってしまう。しかしながら、流体制御装置１００では、凹部５１ａを備えているので、第１流路（流路３４ａ）と第２流路（流路３４ｂ）とを接続するための流路の有効断面積を確保できる。よって、流体の流れを妨げることなく、流体制御装置１００を小型化することができる。

流体制御装置１００では、第１流路（流路３４ａ）は、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）の出口流路であり、第２流路（流路３４ｂ）は、第２バルブ装置（バルブ装置４，５）の入口流路であり、第３流路（流路３４ｃ）は、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）の入口流路であり、第４流路（流路３４ｄ）は、第２バルブ装置（バルブ装置４，５）の出口流路である。

この構成では、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）及び第２バルブ装置（バルブ装置４，５）が、流路３４ａ～３４ｄに直列に設けられることになるので、第１バルブ装置（バルブ装置３，６）及び第２バルブ装置（バルブ装置４，５）の一方が故障しても、流路３４ａ～３４ｄを通じて流れる流体の流れを確実に遮断することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

バルブ装置２，３，４，５，６は、例えば、駆動部を手動操作により作動させるバルブ装置であってもよい。また、ソレノイドによって駆動するバルブ装置であってもよい。また、弁体として金属ダイヤフラムを有するバルブ装置を例に説明したが弁体は、どのようなものであってもよく、例えば、金属ベローズを備えたリフト弁などであってもよい。

また、上記実施形態では、流路３４ｂを入口流路とし、流路３４ｄを出口流路とした場合を例に説明したが、流路３４ｄを入口流路とし、流路３４ｂを出口流路としてもよい。

上記実施形態では、ブロック３０に、バルブ装置３，４が取り付けられる場合を例に説明したが、これに限らず、圧力センサや三方弁など他の流体機器を取り付ける装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、流路３４ａと流路３４ｂは、凹部５１ａに向かって互いに近づくように形成されている場合を例に説明したが、これに限らず、流路３４ａと流路３４ｂとが平行に延びるものであってもよい。

本願は、２０１９年４月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１９－０８６３９５号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (4)

1. 第１ブロックと、
   前記第１ブロックに取り付けられ第１流路及び第２流路を有する第２ブロックと、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間に設けられ、前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間をシールするガスケットと、を備え、
   前記第２ブロックは、前記ガスケットに対向する面に形成され、前記第１流路と前記第２流路とを常時連通する連通部を有し、
   前記ガスケットは、前記連通部に対向する位置に形成された凹部を有し、
   前記第１流路と前記第２流路は、前記ガスケットによって遮断されることがない流路形成ブロック。
2. 請求項１に記載の流路形成ブロックであって、
   前記第１流路及び前記第２流路は、前記凹部に向かって互いに近づくように形成され、
   前記凹部は、前記第１流路から前記第２流路へ流れる流体を折り返すように導く曲面部を有する流路形成ブロック。
3. 請求項１または２に記載の流路形成ブロックと、
   前記第２ブロックに取り付けられる第１バルブ装置及び第２バルブ装置と、を備え、
   前記第２ブロックは、
   前記第１バルブ装置によって前記第１流路と連通または遮断される第３流路と、
   前記第２バルブ装置によって前記第２流路と連通または遮断される第４流路と、をさらに有する流体制御装置。
4. 請求項３に記載の流体制御装置であって、
   前記第１流路は、前記第１バルブ装置の出口流路であり、
   前記第２流路は、前記第２バルブ装置の入口流路であり、
   前記第３流路は、前記第１バルブ装置の入口流路であり、
   前記第４流路は、前記第２バルブ装置の出口流路である流体制御装置。

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