JPH09505884A - プロセス流体の処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プロセス流体の処理装置、即ち計器（１０）は、質量流量計ブロック（１６）を有する。変形可能な金属シール（１１４）が、質量流量計ブロック（１６）と熱質量流量センサー（６２）との間に位置決めされ、それらに形成された一対の縁（３７ａ、３９ａ）と変形可能に係合して、汚染の低い、高い健全性の金属シール（１１４）を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 プロセス流体の処理装置発明の背景 本発明は、一般的に２つの構成要素の間に改良した金属シールを有する流量計 のようなプロセスの処理装置に関し、特に良好なシール及び質量流量計を通るガ ス流れの汚染を低くしつつ、質量流量計の組立寸法に対して非常に優れた寸法支 配を可能にする金属シールを有する熱質量流量計に関する。 質量流量計及び質量流量コントローラ、特に電磁弁と連結された熱質量流量計 を有する質量流量コントローラの設計製造業界において、流入口、質量流量計ブ ロック、弁ブロック、流出口等を有する質量流量コントローラの構成要素を、シ ールを形成するエラストマー製或いは他の非金属製Ｏリング取付部品と組立てる ことが周知である。かかる熱質量流量計コントローラは、半導体装置の製造にお いてガス又はベーパの流れを正確に計るのにしばしば用いられる。例えば半導体 ウェハーは、化学蒸着、熱酸化、プラズマエッチング及び真空スパッタリングを 含む多数の工程によって製作される。かかるウェハー製作工程に用いられるガス 及び／又は蒸気は、水素、酸素、シラン、ジクロロシラン、サルファーヘキサフ ロライド、テトラエトキシシラン、アルゴン及び窒素を含む。統合回路に対する 設計ルールは、縮小し続けて、今や１／４ミクロンに近づいていることが周知で ある。半導体ダイ上に形成された個々の構成要素の寸法が縮小するので、非常に 小量の粒子でさえプロセスガスを汚染して半導体ダイを使用不能にする可能性が 増大した。 在来のＯリングシールを有する質量流量コントローラによって発生する粒子数 を減じるための初期の試みにおいて、発明者は、国際公開公報No．WO 90/12239( 国際出願番号 No.PCT/US90/02019)に開示されたビードタイプの金属シールを備 えたモジュール熱質量流量コントローラを既に開発した。このモジュール熱質量 流量コントローラは、面シールで終わる別個の質量流量計及び弁ブロックを有す る。ブロックはネジによって一緒に保持される。Cajon fittingの一番目の部分 を形成するようにした、別個の流入口及び流出口取付具が面シールに取り付けら れる。平らな面と一体的に形成された、丸みを持たせた金属或いはビードタイ プのシールによって、モジュール質量流量コントローラが種々の構成要素から容 易に組立られるだけでなく、質量流量コントローラの寸法或いは足跡を増大させ る中間的なCajon fittingを用いなければならないことを回避する。 不運にも、先行のボードタイプの金属シールは、ビードタイプシールの略円形 断面は高いつぶれ強度を有するので、良好なシール係合とするのに比較的大きな 力を必要とするという欠点を受ける。質量流量コントローラ構成要素ブロックの 平らな面がビードに係合するので、ビードをどれほど圧縮しなければならないか につき組立がしばしば不確かである。 何が必要とされるかは、優れたシール特性を備え、且つ熱質量流量コントロー ラを流れるプロセスガス流れの粒状汚染物をほとんど或いは全くなくしつつ、低 い力を加えて容易に閉じ、組立ることができる改良金属シールである。 発明の概要 本発明は、プロセス流体を処理するための装置、特に構成要素間に、低い閉鎖 力、低い汚染の金属シールを有するモジュール熱質量流量コントローラに具体化 される。装置は、その面に形成されたシール溝を備えたブロックを有し、シール 溝は縁で終わる。取り外し可能な連結取付具が流通してシール溝に連結される。 連結取付具は、面に形成されたシール溝を有する。シール溝は軸線のまわりに延 び、且つブロックの溝の半径方向距離と僅かに異なる半径方向距離によって構成 される。取り外し可能な連結溝は又、縁で終わる。変形可能な金属シールが、取 り外し可能なコネクションとブロックとの間に位置決めされ、取り外し可能なコ ネクションとブロックとが組立られるとき、面が互いの方に移動してオフセット した縁がシールに係合する。縁によって加えられる圧力は、シールを押し込んで 比較的幅広の一対の端部及び比較的狭い中央部分を有する形態にする。 本発明は、厚さ0.060インチから0.031インチまでシール厚さを減少し、シール の製造のために棒材ではなく板材を用いることによって、コストを節減する。シ ールは機械加工でなく、化学的に加工されるので、多重ユニットにエッチングさ れ、加熱処理、洗浄さらに多重ユニットでパッケージ化される。シールと関連し たキーパー組立体は、自己位置選定の特徴を有し、シールは迅速且つ容易に組立 られる。縁によって変形可能な金属シールに加えられた高圧力は、締付取付具を 用いることなく装置の組立を可能にする構成要素の充分な閉鎖を行うのに必要 とされる締め付けトルクを60％減少する。さらに広範囲のシールの変形可能性は 、良好な接触を維持しつつ、縁及び関連したブロックの表面及び取り外し可能な コネクションが互いに接触した状態でシールの合わせ仕上げ面に大きな許容差を 可能にする。金属Ｏリング設計に起こり得て、且つ内部Ｏリング容積のプロセス 流れへの脱ガスの緩慢な汚染を生じるタイプの内部シール壁の破損の可能性は非 常に低減される。シール其自体はメンテナンス等のために構成要素が分解される ときに配置可能であるが、ブロック及び取り外し可能なコネクションの比較的硬 い表面は、柔らかいシールで閉鎖を繰り返すことによって損傷を受けず、さらに それによって高いシール健全性が保持される。 本発明の主な観点は、処理されるプロセスガスに汚染物がほとんどない改良し た金属シールを有する、プロセス流体を処理するための装置を提供することにあ る。 本発明の別の観点は、低コストで、迅速且つ容易に組立られるプロセス流体を 処理するための装置を提供することにある。 本発明の他の観点は、添付図面に照らして以下の明細書及びクレームを読めば 、当業者に明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を具体化した熱質量流量計を有する通常の熱質量流量コントロ ーラの斜視図である。 図２は、図１の線2-2における熱質量流量コントローラの断面図である。 図３は、図１の熱質量流量計ブロックと熱質量流量コントローラの弁ブロック との間に位置決めされた、本発明を具体化した第１金属統合キーパーシールの立 面図である。 図４は、センサーチューブ取付けブロックと図１に示す熱質量流量コントロー ラの熱質量流量計ブロックとの間に位置決めされた、本発明を具体化した第２金 属統合キーパーシールの立面図である。 図５は、弁ブロックと図１に示す熱質量流量コントローラの電磁弁との間に位 置決めされた、本発明を具体化した第３金属統合キーパーシールの立面図である 。 図６は、熱質量流量計ブロックと弁ブロックとが係合する前の図３に示す第１ 統合金属キーパーシールの一部の、詳細を示すために一部切り取って示す拡大断 面図である。 図７は、熱質量流量計ブロックと弁ブロックとか係合し、且つそれらの間に良 好なシールを形成した後の、図６に示す第１金属シールの、詳細を示すために一 部切り取って示す拡大断面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図面、特に図１を参照すれば、本発明を具体化し、且つ全体的に参照番号１０ で指示するモジュール熱質量流量コントローラを有する、プロセス流体の処理装 置を示す。モジュール熱質量流量コントローラ１０は、計測されるべきガス流れ を受け入れるための流入口１２を有する。ガス或いは蒸気、例えば水素、酸素、 シラン、ジクロロシラン、サルファーヘキサフロライド、テトラエトキシシラン 、アルゴン及び窒素のようなプロセスガスの質量流量速度に関連した信号を発生 するための、取り外し可能な連結用取付具でもある熱質量流量計１４は、流入口 １２からガス流れを受け入れるために流入口１２に連結されている。熱質量流量 計１４は流入口１２と流通した熱質量流量計ブロック１６を有する。弁組立体１ ８が、熱質量流量計ブロック１６で熱質量流量計１４に連結され、熱質量流量計 １４に応答してガス流速を制御する。 流入口１２は、タンク又はガスシェルフの一部のような適当な供給源からガス を受け入れるために、Cajon或いはVCR取付具に連結されるようになったタイプの 、一体的に形成されたネジ山付取付具２２を備えた流入口ブロック２０を有する 。流入口ブロック２０は、ボルト２４として１つを示す、一対のボルトを介して 熱質量流量計１４に連結されている。カバー２６が、カバー２６を流入口２０に 保持するために、ネジ３０を受け入れるカバータブ２８を有する。流入口２０は 、略円形断面を有し、且つ計測されるべきプロセスガス流れを受け入れる、内部 に形成されたガス流入口ボア３４が連結された円形ガス流入ポート３２を有する 。このプロセスガス流れは、流入口ブロック２０を出て、平らな面３６に形成さ れた円形面排出ポート３５を通る。直角シール縁３７ａを有する長方形断面シー ル溝３７が、ポート３５のまわりに形成される。 円形質量流量計流入ポート３８が、排出ポート３６と位置合わせされて、ガス の流れを受け入れる。シール縁３９ａを有する長方形断面のシール溝３９が面３ ９ｂに形成される。長方形断面シール溝３９は、シール溝３７より若干小さい径 を有する。熱質量流量計ブロック１６内に形成されたバイパスボア４０は、質量 流量計流入ポート３８に連結されて、ガスの流れを受け入れて、運ぶ。複数のチ ューブ４４からなる圧力降下用制流器或いはバイパス４２が、バイパスボア４０ 内にあり、熱質量流量計１４前後の圧力降下を与え、且つ熱質量流量計１４のセ ンサーチューブによってガス流れのセンサー部分を駆動させる。熱質量流量計１ ４は、センサーチューブと接触した、熱的に応答する巻き線を付勢するための、 且つ流れ信号を発生するための信号処理回路４６を有する。 無条件の第１流れ信号を発生するための熱質量流量センサー６２が、熱質量流 量計ブロック１６に連結されて、そこからガス流れの一部を受け入れる。熱質量 流量センサー６２は、ブロック１６に連結されたセンサーベース６４を有し、そ こからガス流れを受け入れる。センサーチューブ６８は、この実施例では熱質量 流量計業界において在来の構成である316Lステンレス鋼センサーチューブである 。センサーチューブ６８は熱質量流量計ブロック１６からガス流れの一部を受け 入れる。センサーチューブ６８は、質量流量計ブロック１６のセンサー流入ボア ７１に連結され、そこからガス流れの検出部分を受入れ、横方向、或いはセンサ ーレグ７２が流入レグ７０と一体的に形成され、且つ流入レグ７０からガスの流 れの検出部分を受け入れる。流出レグ７４が、横方向レグ７２と一体的に形成さ れ、そこからセンサー流れを受け入れる。ガスの流れの検出部分は、バイパス４ ２の前後の圧力降下によってセンサーチューブ６８に押し込められる。 サーキットボード４８がセンサーチューブ６８の後ろに取り付けられる。高い 熱抵抗係数を有する一対の直列接続の1.5mil電気巻き線７６及び７８が、当業界 で周知のように良好な熱伝達関係をなして、センサーチューブ６８の横方向レグ ７２のまわりに巻かれる。この実施例では銅線からなる熱ストラップ８０は、上 流巻き線８２を有する第１接続点でハンダ付け或いは銀エポキシ或いは他の良好 な熱伝導体によって流入レグ７０に接続される。熱ストラップ８０の向かい端は 、センサーチューブ６８の流出レグ７４と良好な熱伝達関係で接続された第２点 ８４を構成する。熱ストラップ８０は、熱的応答をバランスさせ、且つセンサー チューブ６８の熱的応答性を早める。絶縁ブランケット８６が、横方向レグ７２ 及び直列接続された巻き線７６及び７８のまわりに包まれ、横方向レグ７２から の望ましくない熱伝達のガス流れに対するセンサーの応答への影響を最小にする 。 巻き線７６及び７８が、信号処理回路４６からの電流によって電気的に付勢され るとき、巻き線はワイヤハーネス８９を経てそれに接続された信号処理回路４６ に到る流れ信号を与える。 流れ信号が信号処理回路４６によって受け入れられ、さらにカバー２６の頂部 を貫通するサーキットボード４８のエッジコネクター８８に送信され、又コネク ター８８から送信される。 弁組立体１８が、サーキットボード４６に接続された電磁弁９２を有し、電磁 弁９２は流れ信号に応答してサーキットボード４６から駆動される。特に、電磁 弁９２はプランジャー９６をジェット９８の方に、又ジェット９８から駆動して 、ガス或いは蒸気の流れを熱質量流量コントローラ１０によって制御するソレノ イド９４を有する。 弁ブロック１００は、同様に１つをコネクター１０１として示す一対のネジ山 付コネクターによって質量流量計ブロック１６に接続される。ネジ山付コネクタ ー３０及び４６は両方とも、締め付けられて流れ質量流量計ブロック１６と係合 するように、Allenレンチを受け入れるようになっている。 ガス流れを質量流量計ブロック１６から受け入れる弁流入ボア１０２は、ガス 流れを電磁弁９２の流入口１０４に運ぶ。流出口１０６が、弁ジェット９６に接 続されて、電磁弁９２からのガス流れを受け入れて、ネジ山付外壁１１２が形成 された一体的な流出口Cajon取り付け具１１０を貫通する略円形の流出ボア１０ ８にガス流れを移送する。 金属シールが、流入ブロック２０と質量流量計ブロック１６との間に、質量流 量計ブロック１６と弁ブロック１００との間に、質量流量計ブロック１６とセン サー６２との間に、さらに弁ブロック１００と電磁弁９６との間にそれぞれ設け られる。組立前に取る形態で統合キーパーシール１１４、１１６及び１１８を示 す図３、４及び５に示すように、統合キーパーシール１１４は、ブロック２０、 １６と１００の対の間に位置決めされるタイプである。図４に示す統合キーパー シール１１６は、質量流量計ブロック１６とセンサー６２との間に位置決めされ るタイプである。図５に示す統合キーパーシール１１８は、弁ブロック１００と 電磁弁９２との間でシール結合を行うのに用いられるタイプである。 統合キーパーシール１１４は、キーパー部分１２０と丸いシール部分１２２と を有する。統合キーパーシール１１４は、キーパー部分１２０を厚さ0.026イン チまでエッチングし、さらに，丸いシール部分１２２を厚さ0.031インチまでエ ッチングする化学エッチングによって形成される。図６に示す丸いシール部分１ ２２は、丸みを有する長方形断面と、略平行な一対の対向面１２６及び１２８と を有する。統合キーパーシール１１４、１１６及び１１８は、３５乃至４５Ｒ_B のロックウェル硬さを有する完全焼きなましニッケル２００からなる。丸みを有 するシール部分１２２或いは統合キーパーシール１１４、１１６及び１１８の他 の部分には、面仕上げは必要でない。 面３６を有する流入ブロック２０が面３９ｂを有する質量流量計ブロック１１ ６と近接させるとき、図６及び図７に示すように、流入ブロック２０の長方形断 面シール溝３７が、質量流量計ブロック１６の長方形断面シール溝３９ｂとオフ セットして近接する。しかしながら、シール直交縁３７ａと３９ａとが整列し、 且つ丸みを備えたシール１２２の面１２６及び１２８とそれぞれ剪断係合するよ うに、長方形断面溝３７ａ及び３９ｂがオフセットしていることに留意されたい 。面１２６及び１２８によってシールに及ぼされた圧力は、丸みを備えたシール １２２を圧縮し、且つ第１拡幅端１５０、第２拡幅端１５２及び狭い中央部分１ ５３を有するダンベル形断面に変形させる。本発明のシールは本質的には、丸み を備えたシール１２２に接触する２つの縁であるから、ビードタイプシール向け の閉じ力の６０％だけが必要とされるに過ぎない。さらに、縁３７ａ及び３９ａ によって丸みを備えたシール１２２に加えられる非常に高い局所圧力のために、 閉じ前に丸みを備えたシール１２２を準備するのに先行技術のビードタイプシー ルに必要とされるような表面仕上げは必要とされない。 今図４に示す統合キーパーシール１１６を参照すれば、統合キーパーシール１ １６が、一対のセンサー円形シール１７２及び１７４が適正な位置合わせにある ように、組立中ネジ山付ファスナーが係合する厚さ0.026インチのキーパープレ ート１７０を有する。センサー円形シール１７２及び１７４は、ウェブ１７６、 １７８及び１８０並びにウェブ１８４、１８６及び１８８それぞれによってキー パープレート１７０に連結される。円形シール１７２及び１７４の各々は、厚さ 0.031インチであり、さらに丸みを帯びた長方形断面を有する。 同様に、図５に示す統合キーパーシール１１８は、それぞれ丸みを帯びた長方 形断面及び厚さ0.031インチを備えたシールリング２００、２０２、２０４及び ２０５を有する。シールリング２００或いは２０２の１つだけが、電磁弁１００ の流入口５６と一致するようになっている。他のシールリングは、対称なキーパ ーの使用を可能にするスペアである。シールリング２０４は、弁ジェット９８の 直ぐ下でシールを行う。シールリング２０５は又、図２に見られる。 シール１７２、１７４、２００、２０２及び２０４は同様に、閉鎖面と一体的 なナイフエッジとの間に保持され、汚染物の導入なしに或いはシールそれ自体に 表面仕上げを必要とすることなく、比較的低い閉鎖力でダンベル形状の、変形し たシールが形成される。 シールリング２００及び２０２は、それぞれウェブ２０６及び２０８を介して シールリング２０４に連結される。ウェブ２１０はシールリング２００をキーパ ー組立体１０４のプレート２１２に連結する。ウェブ２１４はシールリング２０ ２をキーパー組立体２１２に連結する。図７に最も良く示すように、モジュール 熱質量流量コントローラ１０が組立られるときシールが完了するので、ウェブが シールリングから剪断変形することが理解される。しかしながら、かかるウェブ の剪断変形はシールの健全性のいかなる減少も生じず、さらに剪断変形が生じる かどうかは、かくして形成されたシールの高い健全性にとって重要ではない。 ローコストで、汚染が低く、製造容易な質量流量コントローラを半導体の製造 向けに非常にクリーンな環境で使用することができることが理解されるであろう 。 本発明の特定の実施例を示し、説明する一方、当業者なら多数の変形及び修正 を思いつくことがわかるが、請求の範囲において本発明の精神及び範囲内でこれ らの全ての変形及び修正を包含することが意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 (１)面に形成されたブロックシール溝を有し、且つ縁で終わるブロックと、前記 ブロックに流通可能に連結された取り外し可能な連結取付具とを有し、該取り外 し可能な連結取付具は、その面に形成された連結シール溝を有し、シール溝は、 軸線のまわりに延び、且つ前記ブロックシール溝の半径方向距離と僅かに異なる 半径方向所定距離によって構成され、前記連結シール溝は、縁で終わり、 さらに前記取り外し可能な連結取付具と前記ブロックとの間に位置決めされた 金属シールを有し、前記取り外し可能な連結取付具と前記ブロックが組立られる とき、前記面が互いの方に移動し、且つ前記オフセットした縁が前記金属シール に係合して、前記金属シールを比較的幅の広い一対の端部と比較的狭い中央部分 とを有する形態に変形するプロセス流体の処理装置。