JPH112400A - 混合ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置に適用される混合ガス供給装
置に於て、大流量のガスが小流量のガスの方へ逆流する
のを適確に防止する。 【解決手段】 ガス供給ライン、マニホルド、流速調整
器とで構成し、とりわけ、ガス供給ラインの通路断面積
と流通するガス流量との比を略等しくする流速調整器を
各ガス供給ラインに設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
装置に適用される混合ガス供給装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の混合ガス供給装置として
は、例えば図７に示したものが知られている。当該混合
ガス供給装置５０は、流量が異なる複数種類のガスＧ
（Ｇ₁ 〜Ｇ_n ）が供給される複数のガス供給ライン５１
（５１₁ 〜５１_n ）と、各ガス供給ライン５１からのガ
スを混合させてガス使用対象（図示せず）に供給するマ
ニホルド５２とから構成されている。各ガス供給ライン
５１は、圧力調整器５３（５３₁ 〜５３_n ）と、フィル
タ５４（５４₁ 〜５４_n ）と、上流側バルブ５５（５５
₁ 〜５５_n ）と、マスフローコントローラ５６（５６₁
〜５６_n ）と、下流側バルブ５７（５７₁ 〜５７_n ）と
を備えている。マニホルド５２は、各ガス供給ライン５
１に接続される分岐路５８（５８₁ 〜５８_n ）と、ガス
アウト部（合流部）５９と、ガス使用対象に接続される
幹路６０とを備え、幹路６０には、主バルブ６１が設け
られている。

【０００３】而して、この様なものは、複数種類のガス
を流量の大きさに関係なく適宜各ガス供給ラインから供
給すると、大流量のガスが小流量のガスの方へ逆流して
種々の問題を引き起こす事が知られている。例えば逆流
ガスに依って小流量のガス供給ライン内に反応生成物が
起生し、これが原因で小流量のガス供給ラインのバルブ
に漏洩が生じたり、或は小流量のガス供給ラインのマス
フローコントローラに詰まりが生じるという問題があっ
た。とりわけ、供給されるガスの一種が微小流量の場合
には、この事が顕著であった。

【０００４】この為、大流量のガスをマニホルドの合流
部に近いガス供給ラインから供給すると共に、小流量の
ガスほど大流量のガスから遠いガス供給ラインから供給
する様にして大流量のガスが小流量のガスの方へ逆流す
るのを防止する事が提案されている。つまり、複数種類
のガスＧ₁ 〜Ｇ_n の流量の大きさがＧ₁ ＜Ｇ₂ ＜Ｇ₃＜
Ｇ_n の場合には、この順序に従ってガスＧ₁ 〜Ｇ_n を各
ガス供給ライン５１₁〜５１_n から供給するのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この様にし
ても、各ガス供給ラインに供給されるガスの流量に対し
てマニホルドの混合部から各ガス供給ラインまでの距離
が呼応していない場合が殆どであったので、適確に逆流
を防止する事が叶わなかった。

【０００６】ところで、近年にあっては、例えば特開平
５−１７２２６５号や特開平６−２４１４００号に記載
されている如く、各ガス供給ラインに設けられているマ
スフローコントローラやバルブ等を一体的に直結して集
積化する傾向にある。そこで、混合ガス供給装置に於て
も、各ガス供給ラインに設けられているマスフローコン
トローラやバルブ等を集積化した場合には、小流量のガ
スを供給するガス供給ラインが大流量のガスを供給する
ガス供給ラインに近づくので、益々大流量のガスが小流
量のガスの方へ逆流するのを防止できなくなる。

【０００７】本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解
消する為に創案されたもので、その主たる目的は、大流
量のガスが小流量のガスの方へ逆流するのを適確に防止
できる混合ガス供給装置を提供するにある。本発明の他
の目的は、各ガス供給ラインに設けられているマスフロ
ーコントローラやバルブ等を集積化した場合でも、大流
量のガスが小流量のガスの方へ逆流するのを適確に防止
できる混合ガス供給装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の混合ガス供給装
置は、基本的には、異なるガスが供給される複数のガス
供給ラインと、各ガス供給ラインからのガスを混合させ
てガス使用対象に供給するマニホルドと、各ガス供給ラ
インに設けられてガス供給ラインの通路断面積と流通す
るガス流量との比を略等しくする流速調整器と、から構
成した事に特徴が存する。

【０００９】各ガス供給ラインの通路断面積と流通する
ガス流量との比を略等しくする流速調整器を各ガス供給
ラインに設けたので、各ガス供給ラインを流通するガス
の流速を略等しくできる。従って、大流量のガスが小流
量のガスの方へ逆流するのを適確に防止する事ができ
る。勿論、各ガス供給ラインに供給するガスは、流量の
大小に関係なく、任意のガス供給ラインに供給する事が
できる。

【００１０】各ガス供給ラインは、少なくとも上流側バ
ルブとマスフローコントローラと下流側バルブとを備え
てこれらが一体的に直結されていても良い。この場合に
は、小流量のガスを供給するガス供給ラインが大流量の
ガスを供給するガス供給ラインに近づくが、各ガス供給
ラインに設けた流速調整器に依り各ガス供給ラインを通
流するガスの流速を略等しくできるので、大流量のガス
が小流量のガスの方へ逆流するのを適確に防止する事が
できる。

【００１１】流速調整器は、下流側バルブの流出路に設
けられたオリフィスガスケットや、下流側バルブの流出
路の一部を細径にした細径部や、下流側バルブの流出路
に先端が挿入されて弁体に固着されたニードル体であっ
ても良い。この様に流速調整器を下流側バルブに設けて
置くと、回路の組立等が容易になり、集積化に大いに貢
献する事ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の混合ガス供給
装置を示す概要回路図である。

【００１３】混合ガス供給装置１は、ガス供給ライン
２、マニホルド３、流速調整器４とからその主要部が構
成されている。

【００１４】ガス供給ライン２は、流量が異なる複数種
類のガスＧが供給される複数のもので、この例では、４
種類のガスＧ₁ 〜Ｇ_n が供給される４つのガス供給ライ
ン２ ₁ 〜２_n にしてあり、流路内径つまり通路断面積を
同一にしている。

【００１５】各ガス供給ライン２（２₁ 〜２_n ）には、
圧力調整器５（５₁ 〜５_n ）と、フィルタ６（６₁ 〜６
_n ）と、上流側バルブ７（７₁ 〜７_n ）と、マスフロー
コントローラ８（８₁ 〜８_n ）と、下流側バルブ９（９
₁ 〜９_n ）とが上流側から順に設けられている。

【００１６】マニホルド３は、各ガス供給ライン２から
のガスＧを混合させてガス使用対象に供給するもので、
この例では、各ガス供給ライン２に接続される分岐路１
０（１０₁ 〜１０_n ）と、これらのガスアウト部（合流
部）１１と、これから延びてガス使用対象（図示せず）
に接続される幹路１２とを備え、ガス供給ライン２_nと
合流部１１と幹路１２とが一直線状に並ぶ様にされ、ガ
ス供給ライン２_n からのガスが最短距離でガス使用対象
に供給される様に為されている。マニホルド３の幹路１
２には、主バルブ１３が設けられている。

【００１７】流速調整器４は、各ガス供給ライン２に設
けられて各ガス供給ライン２の通路断面積と流通するガ
ス流量との比を略等しくするもので、この例では、下流
側バルブ９の下流側に設けている。

【００１８】ガスＧ（Ｇ₁ 〜Ｇ_n ）としては、Ｈe ，Ａ
r ，Ｈ₂ ，Ｏ₂ ，Ｎ₂ ，ＨＣｌ，Ｃｌ₂ ，Ｈ₂ Ｓ，ＳＦ
₆ ，Ｓi Ｈ₄ 等の各種所謂半導体製造用ガスがある。

【００１９】マニホルド３のガスアウト部１１から最も
遠いガス供給ライン２₁ には最小流量のガスＧ₁ が、ガ
ス供給ライン２₁ に隣接するガス供給ライン２₂ にはガ
スＧ ₁ より流量の大きなガスＧ₂ が、ガス供給ライン２
₂ に隣接するガス供給ライン２₃ にはガスＧ₂ より流量
の大きなガスＧ₃ が、マニホルド３のガスアウト部１１
に最も近いガス供給ライン２_n には最大流量のガスＧ_n
が夫々供給される。つまり、各ガス供給ライン２₁ 〜２
_n に供給するガスＧ₁ 〜Ｇ_n は、その流量の大きさがＧ
₁ ＜Ｇ₂ ＜Ｇ₃ ＜Ｇ_n になる様にしてある。

【００２０】各ガス供給ライン２₁ 〜２_n に供給される
ガスＧ₁ 〜Ｇ_n の流量が異なると共に、各ガス供給ライ
ン２₁ 〜２_n の流路内径が同一にしてあるので、各ガス
供給ライン２₁ 〜２_n 内を流通するガスの流速は夫々異
なっている。そこで、各ガス供給ライン２₁ 〜２_n に設
けた流速調整器４₁ 〜４_n を、各ガス供給ライン２の通
路断面積と流通するガス流量との比が略等しくなる様に
する。そうすると、各ガス供給ライン２₁ 〜２_n のガス
Ｇ₁ 〜Ｇ_n の流速が略等しくなり、例えば最大流量のガ
スＧ_n が最小流量のガスＧ₁ の方へ逆流するのが適確に
防止される。

【００２１】図２は、図１の回路を集積化した平面図。
図３は、図２の３−３矢視図である。

【００２２】図２及び図３に於て、混合ガス供給装置１
を構成する圧力調整器５とフィルタ６と上流側バルブ７
とマスフローコントローラ８と下流側バルブ９とマニホ
ルド３と主バルブ１３は、一体的に直結されて集積化さ
れている。

【００２３】圧力調整器５とフィルタ６と上流側バルブ
７とマスフローコントローラ８と下流側バルブ９と主バ
ルブ１３は、夫々下方が開口した流入路１４及び流出路
１５を備えている。

【００２４】圧力調整器５の上流側（図３に於て左側）
の下方には、圧力調整器５の流入路１４に連通する上方
と上流側が開口した略Ｌ型の流入路１６を有する流入路
形成部材１７がシール材（図示せず）を介して上下方向
に分離可能に取付けられている。

【００２５】圧力調整器５の下流側とフィルタ６の上流
側との下方、フィルタ６の下流側と上流側バルブ７の上
流側との下方、上流側バルブ７の下流側とマスフローコ
ントローラ８の上流側との下方、マスフローコントロー
ラ８の下流側と下流側バルブ９の上流側との下方には、
夫々隣接する流出路１５と流入路１４に連通する上方が
開口した略Ｖ型の連通路１８を有する連通路形成部材１
９がシール材（図示せず）を介して上下方向に分離可能
に取付けられている。

【００２６】各下流側バルブ９の下流側と主バルブ１３
の上流側との下方には、各下流側バルブ９の流出路１５
と主バルブ１３の流入路１４に連通する上方が開口した
略Ｖ型の分岐路１０とガスアウト部１１と幹路１２を有
するマニホルド３がシール材（図示せず）を介して上下
方向に分離可能に取付けられている。

【００２７】主バルブ１３の下流側の下方には、主バル
ブ１３の流出路１５に連通する上方と下流側が開口した
略Ｌ型の流出路２０を有する流出路形成部材２１がシー
ル材（図示せず）を介して上下方向に分離可能に取付け
られている。

【００２８】圧力調整器５、フィルタ６、上流側バルブ
７、マスフローコントローラ８、下流側バルブ９及び主
バルブ１３の各下面は、面一にしてあると共に、流入路
形成部材１７、連通路形成部材１９、マニホルド３及び
流出路形成部材２１の各上面は、面一にしてある。

【００２９】図４は、流速調整器を備えた下流側バルブ
を示す縦断側面図である。下流側バルブ９は、バルブ本
体２２、弁体２３、シャフト２４、弁駆動装置２５を備
えている。

【００３０】バルブ本体２２は、ステンレス鋼等の耐食
鋼に依り作製されて居り、内部に形成された弁室２６
と、これの底部に形成された弁座２７と、下方に開口し
て弁室２６に連通する流入路１４と、下方に開口して弁
座２７を介して弁室２６に連通する流出路１５とを備え
ている。流入路１４及び流出路１５等の容積は、可能な
限り小さくしてガスの置換性等を高める様にして置く。

【００３１】弁体（ダイヤフラム）２３は、ステンレス
鋼等の薄板であり、スプリング２８に依り弁体押え２９
を介して押圧されて弾性変形をし、弁座２７へ当座する
と共に、シャフト２４が上方へ引っ張られて押圧力が喪
失すると、その弾性力によって弁座２７から離座する。
弁体２３の外周縁部は、ボンネット３０及び袋ナット３
１を介してバルブ本体２２側へ気密状に押圧固定されて
いる。

【００３２】弁駆動装置２５は、シャフト２４を上昇さ
せる公知のエアーシリンダ型であるが、電動型や油圧シ
リンダ型であっても良い。

【００３３】バルブ本体２２の流出路１５の途中には、
流速調整器４となるオリフィスガスケット３２が着脱可
能に設けられて居り、これに穿設されたオリフィス小孔
３３にガスＧを流通させる事に依り流速を上昇させる様
にしている。つまり、オリフィス小孔３３の大きさが異
なるオリフィスガスケット３２に交換する事に依りガス
Ｇの流速を変える事ができる。従って、各ガス供給ライ
ン２に供給されるガスＧの流量に夫々呼応した流速を得
る事ができ、大流量のガスが小流量のガス内へ逆流する
のを適確に防止する事ができる。

【００３４】図５は、流速調整器を備えた下流側バルブ
の第二例を示す縦断側面図である。第二例にあっては、
流出路１５の弁室２６側の端部を、内径が０．２〜２ｍ
ｍ程度で長さが１ｍｍ程度の細径部３４にして流速調整
器４にされている。この細径部３４の内径を変える事に
依り供給されるガスＧの流量に応じた流速に調整する事
ができる。

【００３５】図６は、流速調整器を備えた下流側バルブ
の第三例を示す縦断側面図である。第三例にあっては、
弁体２４の流出路３０側の中央部に流速調整器４である
ニードル体３５が溶接されてその先端が流出路１５内へ
挿入されている。そして、弁駆動装置２５のケース体３
６には、ストローク調整ねじ３７が螺動可能に設けられ
て居り、このストローク調整ねじ３７の締込み量を調整
する事に依りシャフト２４の作動ストロークＬが規制さ
れている。その結果、開弁時のニードル体３５の移動
量、即ち流出路１５の間隙Ｓの調整が可能となり、供給
されるガスＧの流量に応じた流速に調整する事ができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上、既述した如く、本発明に依れば、
次の様な優れた効果を奏する事ができる。 （１） ガス供給ライン、マニホルド、流速調整器とで
構成し、とりわけ、ガス供給ラインの通路断面積と流通
するガス流量との比を略等しくする流速調整器を各ガス
供給ラインに設けたので、大流量のガスが小流量のガス
の方へ逆流するのを適確に防止できる。 （２） 各ガス供給ラインに設けられる少なくとも上流
側バルブとマスフローコントローラと下流側バルブとを
一体的に直結した場合でも、ガス供給ラインの通路断面
積と流通するガス流量との比を略等しくする流速調整器
を各ガス供給ラインに設けたので、大流量のガスが小流
量のガスの方へ逆流するのを適確に防止できる。 （３） 流速調整器を、下流側バルブの流出路に設けら
れたオリフィスガスケットや、下流側バルブの流出路の
一部を細径にした細径部や、下流側バルブの流出路に先
端が挿入されて弁体に固着されたニードル体にした場合
には、回路の組立等が至便になり、集積化に大いに貢献
する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の混合ガス供給装置を示す概要回路図。

【図２】図１の回路を集積化した平面図。

【図３】図２の３−３矢視図。

【図４】流速調整器を備えた下流側バルブを示す縦断側
面図。

【図５】流速調整器を備えた下流側バルブの第二例を示
す縦断側面図。

【図６】流速調整器を備えた下流側バルブの第三例を示
す縦断側面図。

【図７】従来の混合ガス供給装置を示す概要回路図。

【符号の説明】

１，５０…混合ガス供給装置、２，５１…ガス供給ライ
ン、３，５２…マニホルド、４…流速調整器、５，５３
…圧力調整器、６，５４…フィルタ、７，５５…上流側
バルブ、８，５６…マスフローコントローラ、９，５７
…下流側バルブ、１０，５８…分岐路、１１，５９…ガ
スアウト部、１２，６０…幹路、１３，６１…主バル
ブ、１４，１６…流入路、１５，２０…流出路、１７…
流入路形成部材、１８…連絡路、１９…連絡路形成部
材、２１…流出路形成部材、２２…バルブ本体、２３…
弁体、２４…シャフト、２５…弁駆動装置、２６…弁
室、２７…弁座、２８…スプリング、２９…弁体押え、
３０…ボンネット、３１…袋ナット、３２…オリフィス
ガスケット、３３…オリフィス小孔、３４…細径部、３
５…ニードル体、３６…ケース体、３７…ストローク調
整ねじ、Ｇ…ガス、Ｌ…作動ストローク、Ｓ…間隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 // Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/302 Ｂ (72)発明者 マノハル、Ｌ、シュレスタ 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 加賀爪 哲 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量が異なる複数種類のガスが供給され
   る複数のガス供給ラインと、各ガス供給ラインからのガ
   スを混合させてガス使用対象に供給するマニホルドと、
   各ガス供給ラインに設けられて各ガス供給ラインの通路
   断面積と流通するガス流量との比を略等しくする流速調
   整器と、から構成した事を特徴とする混合ガス供給装
   置。
2. 【請求項２】 各ガス供給ラインは、少なくとも上流側
   バルブとマスフローコントローラと下流側バルブとを備
   えてこれらが一体的に直結されている請求項１に記載の
   混合ガス供給装置。
3. 【請求項３】 流速調整器は、下流側バルブの流出路に
   設けられたオリフィスガスケットである請求項２に記載
   の混合ガス供給装置。
4. 【請求項４】 流速調整器は、下流側バルブの流出路の
   一部を細径にした細径部である請求項２に記載の混合ガ
   ス供給装置。
5. 【請求項５】 流速調整器は、下流側バルブの流出路に
   先端が挿入されて弁体に固着されたニードル体である請
   求項２に記載の混合ガス供給装置。