JPWO2018079288A1 - 流体制御装置およびこの流体制御装置を用いた製品製造方法 - Google Patents
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Abstract
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、流路を形成した設置ブロック(以下、ベースブロックと呼ぶ)をベースプレートの長手方向に沿って配置し、このベースブロック上に複数の流体制御機器や管継手が接続される継手ブロック等の各種流体用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、流体制御機器の小型化を進展させるだけでなく、小型化された流体制御機器が設置されるベースブロックの寸法も小さくする必要がある。次世代の流体制御装置では、ベースブロックの幅として10mm以下が要求されている。
しかしながら、流体制御機器は、ベースブロックとの間で確実なシールが必要であるため、シールに必要な締め付け力を得るための締結ボルトのためのスペースを要する。また、ベースブロックをベースプレートへ固定するためには、締結ボルトを貫通する貫通孔のスペースも必要となる。さらに、特許文献2に開示されているように、ベースブロック間を締結ボルトで連結する場合には、締結ボルトのためのさらなるスペースが必要となる。このため、流体流路の断面積を確保しつつベースブロックの寸法を大幅に縮小化することは容易ではなかった。
本発明の他の目的は、ベースブロックとこれに連結される各種流体用機器との間のシール性能を確実に確保しつつ、ベースブロックの寸法、特に幅寸法が大幅に狭小化された流体制御装置を提供することにある。
流体流路を画定するボディを有し当該ボディの底面に前記流体流路の流路口を2つ有する、前記第1および第2のベースブロックの上面にそれぞれ設置される第1および第2の流体用機器と、を有し、
前記第1および第2のベースブロックの各々は、
前記所定方向の上流側と下流側とで分離して形成された上流側流路および下流側流路と、
前記所定方向の上流側と下流側とに形成され、前記上面で開口しかつ前記底面側に向けて延びる上流側ネジ穴および下流側ネジ穴と、を有し、
前記上流側流路および下流側流路は、前記上面で開口する流路口から前記底面に向けて延びる第1流路と、前記第1流路と前記ベースブロック内部で接続され前記所定方向の上流側端面または下流側端面に向けて延びる第2流路とをそれぞれ有し、
前記第1および第2のベースブロックの上流側ネジ穴および下流側ネジ穴は、上面視において、少なくとも一部が対応する前記第2流路と重複するように配置されているとともに、対応する前記第2流路の上方で閉塞し、
前記第1および第2の流体用機器のボディを貫通して前記第1および第2のベースブロックの前記上流側ネジ穴および下流側ネジ穴にそれぞれ螺合する締結ボルトの締結力により、前記第1および第2のベースブロックと前記第1および第2の流体用機器のボディとがそれぞれ連結されるとともに、前記ベースブロックの上面の流路口とそれぞれ突き合わされた前記第1および第2の流体用機器のボディの対応する流路口との周囲に配置されたシール部材が前記第1および第2のベースブロックと前記第1および第2の流体用機器のボディとの間で圧せられ、
前記第1および第2のベースブロックの各々は、前記上流側端面および下流側端面から前記所定方向に突出する突出管部を有し、
前記突出管部の各々は、対応する前記第2流路と連通しており、
前記第1のベースブロックの下流側端面の突出管部と前記第2のベースブロックの上流側端面の突出管部とは、気密又は液密に接続されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、流体用機器がベースブロック間をまたぐことがないので、ベースブロックと各種流体用機器との間のシール性能を確実に確保しつつ、ベースブロックの寸法、特に幅寸法を大幅に狭小化することができる。
本発明によれば、流体制御装置を大幅に小型化、集積化することができるので、流体制御装置を処理チャンバの近傍に可能な限り近づけることができ、この結果、流体制御の応答性を高めることができ、各種製造プロセスにおける製品の品質を改善できる。
図1A〜図6Bを参照して本発明の一実施形態に係る流体制御装置について詳細に説明する。図1A,図1Bは本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置の外観を示す斜視図、図1Cは、図1Aの流体制御装置の上面図、図1Dは、図1Aの流体制御装置の正面図、図1Eは、図1Dにおいてベースブロックのみを断面にした一部断面を含む正面図である。図2A〜2Cはベースブロック10Bの構造、図3A〜3Cはベースブロック10Cの構造、図4A〜4Cはベースブロック30の構造、図5はベースブロックアセンブリBAの構造をそれぞれ示している。図6Aおよび6Bは、後述する開閉弁110の構造を示している。
流体制御アセンブリA2は、流体制御アセンブリA1と同様の構成である。
流体制御アセンブリA3は、ベースブロック10C上にマスフローコントローラ130の代わりに連通管136が接続された継手ブロック135が設けられている。
なお、本発明の「流体用機器」とは、ガスや液体からなる流体の流れを制御する流体制御に使用される流体制御機器や圧力計等の流体制御はしないが流路に設けられる圧力計、継手ブロック等の各種機器を含み、流体流路を画定するボディを備え、このボディの底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、流体用機器には、開閉弁(2方弁)、レギュレータ、プレッシャーゲージ、開閉弁(3方弁)、マスフローコントローラ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
3つの開閉弁(3方弁)120は、連通管300で互いに接続されており、パージガスをプロセスガスの流路に導入できるようになっている。
上記した連通管136が接続された継手ブロック135は、パージガスの流路にはマスフローコントローラ130が不要なので、マスフローコントローラ130の代わりに流路の途中に設けられている。
供給管部400は、3つの継手ブロック160に接続された接続管161を排出管162で接続するとともに、処理ガスを供給するべく図示しない処理チャンバに接続されている。
ベースブロック10A〜10Dは、上記した各種流体用機器110〜140をそれぞれ単独で支持するとともに、流体用機器110〜140の隣り合う機器間の流路同士を連通させる流路を提供する役割を担う。
図5に示した上記ベースブロックアセンブリBAの寸法は、幅が10mmおよび高さが20mm程度であり、全長が300mm程度であるが、これに限定されるわけではない。
ベースブロックアセンブリBAを構成する複数のベースブロックのうち、上流側端部と下流側端部のベースブロック30,30は寸法および構造が同様である。ベーススブロック10A〜10Dは、本発明の第1および第2のベースブロックを構成しており、具体的には、ベーススブロック10Aと10B、10Bと10C、10Cと10Dとが、本発明の第1のベースブロックと第2のベースブロックとの関係にある。これらベーススブロック10A〜10Dは、基本構造は同様であるので、本明細書では、ベーススブロック10Bおよび10Cの構造について図2A〜図3Cを参照して詳細に説明することとする。
ベースブロック10Bは、ステンレス合金等の金属製の部材であり、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および底面10bに対してそれぞれ直交する2つの側面10c,10d、底面10bに直交する長手方向の上流側の端面10e1、上面10aに直交する長手方向の下流側の端面10e2を有する。
図2C等から分かるように、ベースブロック10Bは、端面10e1側と、端面10e2側とで分離して形成された上流側流路12および下流側流路13とを備えている。
上流側流路12は、上面10aで開口する流路口12aから底面10bに向けて延びる第1流路12cと、ベースブロック10Bの内部で第1流路12cと接続され端面10e1に向けて延びる第2流路12dとを有する。
下流側流路13は、上面10aで開口する流路口13aから底面10bに向けて延びる第1流路13cと、ベースブロック10Bの内部で第1流路13cと接続されかつ端面10e2に向けて延びる第2流路13dとを有する。
上記したように、図2Cの断面図からわかるように、上流側流路12および下流側流路13は略L形状をしている。
流路口12a,13aの周囲には、後述するガスケットGKを保持するための保持部15が形成され、この保持部15の底面には、ガスケットGKの一部を変形させるためにガスケットGKの形成材料よりも硬度を十分に高くする硬化処理をした円環状の突起部16が流路口12a,13aと同心状に形成されている。
ベースブロック10Bは、端面10e1からは、突出管部10p1が長手方向に突出して形成され、端面10e2からは、突出管部10p2が長手方向に突出して形成されている。突出管部10p1は、上記した第2流路12dと連通しており、円環状の先端面10p1eにより流路口12bを画定している。突出管部10p2は、上記した第2流路13dと連通しており、円環状の先端面10p2eにより流路口13bを画定している。
ネジ穴10h1は、第2流路12dの上方で閉塞しているとともに、ベースブロック10Bを上面10a側から見た上面視において(図2B参照)、第2流路12dと重複するように配置されている。
ネジ穴10h2は、第2流路13dの上方で閉塞しているとともに、ベースブロック10Bを上面10a側から見た上面視において(図2B参照)、第2流路13dと重複するように配置されている。
ベースブロック10Bは、締結ボルトを貫通させる貫通孔が形成されていない。この点は、他のベースブロック10A,10C,10Dおよび30も同様である。
図2Cから明らかなように、第2流路12d、13dは、ベースブロック10Bの上面10aと底面10bとの間で底面10b側に偏倚して配置されている。
さらに、ベースブロック10Bに締結ボルトを貫通させる貫通孔を形成しないことで、流路12,13のためのスペースが貫通孔により制限されることがないので、流路12,13の断面積も確保できる。
なお、ベースブロック10Bは基本的形状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。他のベースブロックについても同様である。
第1流路12c,13cは、ベースブロック10B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2流路12dは、ベースブロック10Bの端面10e1の突出管部10p1を通じて長手方向にドリルで穴を穿ち第1流路12cと接続すればよい。第2流路13dは、ベースブロック10Bの端面10e2の突出管部10p2を通じてドリルで穴を穿ち第1流路13cと接続すればよい。このような方法によれば、いわゆるV状流路を加工するよりも加工が容易である。なお、他のベースブロックの流路の加工方法も同様である。なお、突出管部10p1,10p2は、ブロック状の材料から削り出して形成することも可能であるし、溶接で管を端面に接合することもできる。
ベースブロック10Cの基本的構造は、上記したベースブロック10Bと同様である。
図3Cに示すように、ベースブロック10Cの流路12は、長手方向の上流側の端面10e1よりに形成され、流路13は、長手方向の下流側の端面10e2よりに形成され、長手方向において流路12と流路13との間の2カ所には、底面10bで開口し上面10aに向けて延びるネジ穴10h3,10h4が形成されている。これらのネジ穴10h3,10h4は、後述する、保持部材200にベースブロック10Cを取り付けるためのネジ穴である。ネジ穴10h3,10h4の上面10aに向かう先端部は、ベースブロック10Cの内部で閉塞している。
ベースブロック30は、図5に示したベースブロックアセンブリBAの上流側端部と下流側端部に使用される。このベースブロック30は、上記したベースブロック10A〜10Dと同様に、ステンレス合金等の金属製の部材であり、互いに対向する平面からなる上面30aおよび平面からなる底面30b、上面30aおよび底面30bに対してそれぞれ直交する2つの側面30c,30d、上面30a,底面30bおよび側面30c,30dに直交する互いに対向する端面30e1,端面30e2を有する。
図4C等からわかるように、ベースブロック30は、流路32を備えており、この流路32は、上面30aで開口する流路口32aから底面30bに向けて延びる第1流路32cと、ベースブロック30の内部で第1流路32cと接続され端面30e1に向けて延びる第2流路32dとを有し、流路32は、図4Cの断面図からわかるように、略L形状をしている。また第2流路32dは、上面30aと底面30bとの間で底面30b側に偏倚して配置されている。
一方の端面30e1からは、突出管部30pが突出して形成され突出管部30pは第2流路32dと連通し、突出管部30pの円環状の先端面30peは流路32の流路口32bを画定している。
流路口32aの周囲には、後述するガスケットGKを保持するための保持部35が形成され、この保持部35の底面には、ガスケットGKの一部を変形させるためにガスケットGKの形成材料よりも硬度を十分に高くする硬化処理をした円環状の突起部36が流路口32aと同心状に形成されている。
ベースブロック30には、流路口32aに対して端面30e1側の上面30aで開口し底面30bに向けて延びるネジ穴30h1が形成され、ネジ穴30h1は第2流路32dの上方で閉塞するとともに、図4Bに示すように、上面視において流路32dと重複する位置に形成されている。なお、ネジ穴30h1の深さが十分に確保できる場合には、第2流路32dは底面30b側に偏倚させなくてもよい。
また、ベースブロック30には、流路口32aに対して端面30e2側で上面30aから底面30bに向けて貫通する貫通孔30hが形成されている。貫通孔30hの上面30a側には、ネジ穴30h1と同じ直径のネジ穴30h2が形成され、底面30b側には、ネジ穴30h2よりも小径のネジ穴30h3が形成されている。ネジ穴30h3は、後述する保持部材200にベースブロック30を固定するためのものである。
なお、本実施形態では、突き合わせ溶接を用いた場合を例示するが、各突出管部外径よりも大きい内径を持つ継ぎ手を2つの突出管部に挿入して溶接する差し込み溶接も可能である。
また、溶接ではなく、一方の突出管部の外周にネジを切り、他方の突出管部にユニオンナットを設け、2つの突出管部の間にガスケットを介在させつつユニオンナットを一方の突出管部の外周ネジにねじ込むことで、突出管部間を気密又は液密に接続することも可能である。
開閉弁(2方弁)110は、ボディ111を有し、このボディ111の幅は、ベースブロックアセンブリBAの幅と整合しており(図1A〜図1C参照)、例えば、10mm程度であるが、これに限定されるわけではない。
ボディ111は、流路112,113を画定する。この流路112,113は、開閉弁(2方弁)110の内部で連通しており、内蔵された図示しない制御バルブにより開閉されるようになっている。
ボディ111の長手方向の両側部には、フランジ部111fがそれぞれ形成され、フランジ部111fには、締結ボルト50のための貫通孔111hが形成されている。
流路112,113は、底面111bで開口する流路口112a,113aをそれぞれ有し、流路口112a,113aの周囲にはガスケットGKを保持するための保持部114が形成されている。保持部114の底面には、ベースブロック10Bに形成された円環状の突起部16と同様の突起部115が形成されている。
なお、開閉弁(2方弁)110のボディ111を例示したが、他の流体用機器である、開閉弁(3方弁)120のボディ121,マスフローコントローラ130のボディ131、開閉弁(2方弁)140のボディ141も、ベースブロックアセンブリBAの幅と整合している。そして、これらのボディ121,131,141は、底面に2つの流路口をもち、締結ボルト50のための貫通孔が形成されたフランジ部を備え、ガスケットGKを保持するための保持部および円環状の突起を備えている。これらの流体用機器の詳細説明は省略する。
まず、図7に示すように、ベースブロック30と、ベースブロック10Aと、ベースブロック10Bと、ベースブロック10Cと、ベースブロック10Dと、ベースブロック30との間の各突出管部を突き合わせ溶接により気密又は液密に接続して、ベースブロックアセンブリBAを必要な本数準備する。
ガスケットGKとしては、金属製又は樹脂製などのガスケットを挙げることが出来る。
ガスケットしては、軟質ガスケット、セミメタルガスケット、メタルガスケットなどが挙げられる。具体的には、以下のものが好適に使用される。
(1)軟質ガスケット
・ゴムOリング
・ゴムシート(全面座用)
・ジョイントシート
・膨張黒鉛シート
・PTFEシート
・PTFEジャケット形
(2)セミメタルガスケット
・うず巻形ガスケット(Spiral−wound gaskets)
・メタルジャケットガスケット
(3)メタルガスケット
・金属平形ガスケット
・メタル中空Oリング
・リングジョイント
図9Aに示すように、ベースブロックアセンブリBAに各種流体用機器110〜140を組み付けたのち、図9Bに示すように、各種流体用機器110〜140が組み付けられたベースブロックアセンブリBAを保持部材200に固定する。これにより、図8Aおよび図8Bの手順で得られるのと同様の流体制御アセンブリA1〜A3が得られる。
次いで、図10Bに示すように、流体制御アセンブリA1〜A3の上流側端部のベースブロック30に継手ブロック150を設置し、3つの開閉弁(3方弁)120に連通管300を設置し、下流側端部のベースブロック30に供給管部400を設置する。これにより、流体制御装置1が形成される。
図11に示す半導体製造装置1000は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)による半導体製造プロセスを実行するためのシステムであり、600はプロセスガス供給源、700はガスボックス、710はタンク、800は処理チャンバ、900は排気ポンプを示している。
基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックス700から供給される処理ガスをバッファとしてのタンク710に一時的に貯留し、処理チャンバ800の直近に設けられたバルブ720を高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給する。
ALD法は、化学気相成長法の1つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、2種類以上の処理ガスを1種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
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、基板の大口径化等により、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700は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ800に供給するために、上記実施形態で説明した各種の流体制御機器を集積化した流体制御装置1をボックスに収容したものである。
タンク710は、ガスボックス700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。
処理チャンバ800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900は、処理チャンバ800内を真空引きする。
10A,10B,10C,10D ベースブロック
10a 上面
10b 底面
10c,10d 側面
10e1,10e2 端面
10h1,10h2,10h3,10h4 ネジ穴
12 上流側流路
12a,12b 流路口
12c 第1流路
12d 第2流路
13 下流側流路
13c 第1流路
13d 第2流路
13a,13b 流路口
15 保持部
16 突起部
30 ベースブロック
30a 上面
30b 底面
30c,30d 側面
30e1,30e2 端面
30h 貫通孔
30h1,30h2,30h3 ネジ穴
50,60 締結ボルト
110 開閉弁(2方弁)
111 ボディ
111b 底面
111f フランジ部
111h 貫通孔
112,113 流路
112a,113a 流路口
114 保持部
115 突起部
120 開閉弁(3方弁)
121 ボディ
130 マスフローコントローラ
131 ボディ
135 継手ブロック
136 連通管
140 開閉弁(2方弁)
141 ボディ
150 継手ブロック
151 導入管
160 継手ブロック
161 接続管
162 排出管
200 保持部材
300 連通管
400 供給管部
500 ベースプレート
501 支持部
502 設置面
503 ネジ孔
600 プロセスガス供給源
700 ガスボックス
710 タンク
720 バルブ
800 処理チャンバ
900 排気ポンプ
1000 半導体製造装置
A1,A2,A3 流体制御アセンブリ
BA ベースブロックアセンブリ
G1 長手方向(上流側)
G2 長手方向(下流側)
GK ガスケット
W1 幅方向(正面側)
W2 幅方向(背面側)
WL 溶接材料
Claims (7)
- 所定方向に沿って上流側と下流側とに配置される第1および第2のベースブロックであって、上面と、前記上面に対向する底面と、前記上面から前記底面側に向けて延びるとともに前記所定の方向において互いに対向する上流側端面および下流側端面とをそれぞれ画定する第1および第2のベースブロックと、
流体流路を画定するボディを有し当該ボディの底面に前記流体流路の流路口を2つ有する、前記第1および第2のベースブロックの上面にそれぞれ設置される第1および第2の流体用機器と、を有し、
前記第1および第2のベースブロックの各々は、
前記所定方向の上流側と下流側とで分離して形成された上流側流路および下流側流路と、
前記所定方向の上流側と下流側とに形成され、前記上面で開口しかつ前記底面側に向けて延びる上流側ネジ穴および下流側ネジ穴と、を有し、
前記上流側流路および下流側流路は、前記上面で開口する流路口から前記底面に向けて延びる第1流路と、前記第1流路と前記ベースブロック内部で接続され前記所定方向の上流側端面または下流側端面に向けて延びる第2流路とをそれぞれ有し、
前記第1および第2のベースブロックの上流側ネジ穴および下流側ネジ穴は、上面視において、少なくとも一部が対応する前記第2流路と重複するように配置されているとともに、対応する前記第2流路の上方で閉塞し、
前記第1および第2の流体用機器のボディを貫通して前記第1および第2のベースブロックの前記上流側ネジ穴および下流側ネジ穴にそれぞれ螺合する締結ボルトの締結力により、前記第1および第2のベースブロックと前記第1および第2の流体用機器のボディとがそれぞれ連結されるとともに、前記ベースブロックの上面の流路口とそれぞれ突き合わされた前記第1および第2の流体用機器のボディの対応する流路口との周囲に配置されたシール部材が前記第1および第2のベースブロックと前記第1および第2の流体用機器のボディとの間で圧せられ、
前記第1および第2のベースブロックの各々は、前記上流側端面および下流側端面から前記所定方向に突出する突出管部を有し、
前記突出管部の各々は、対応する前記第2流路と連通しており、
前記第1のベースブロックの下流側端面の突出管部と前記第2のベースブロックの上流側端面の突出管部とは、気密又は液密に接続されている、ことを特徴とする流体制御装置。 - 前記第1および第2のベースブロックは、締結部材を貫通させるための貫通孔を有していない、ことを特徴とする請求項1に記載の流体制御装置。
- 前記第2流路は、前記上面と底面との間で当該底面側に偏倚して配置されている、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の流体制御装置。
- 前記第1および第2のベースブロックを含む流体流路を画定する複数のベースブロックが互いに接続されて形成されるベースブロックアセンブリを有し、
前記ベースブロックアセンブリの各々に流体用機器がそれぞれ単独で設置され、
前記ベースブロックアセンブリを構成するベースブロックのいずれもが締結部材を貫通させるための貫通孔を有していない、ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の流体制御装置。 - プロセスガスの流量制御に請求項1〜4のいずれかに記載の流体制御装置を用いたことを特徴とする流量制御方法。
- 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、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製品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1〜4のいずれかに記載の流体制御装置を用いたことを特徴とする製品製造方法。
- 処理チャンバにプロセスガスを供給するための流体制御装置を有し、
前記流体制御装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の流体制御装置を含む、
ことを特徴とする半導体製造装置。
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