KR20190140001A - 유체 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

히터를 이용하여 적합하게 원료의 공급을 행하기 위해서, 유체 제어 장치(100)는 내부에 유로 또는 유체 수용부가 형성된 유체 가열부(1)와, 유체 가열부를 가열하는 히터(10)를 구비하고, 히터가 발열체(10a)와, 발열체에 열적으로 접속되어 유체 가열부를 둘러싸도록 배치된 금속제의 전열 부재(10b)를 갖고, 전열 부재에 있어서의 유체 가열부에 대향하는 면은 방열성을 향상시키기 위해서 표면 처리된 면(S1)을 포함한다.

Description

유체 제어 장치
본 발명은 반도체 제조 장치나 화학 플랜트에서 사용되는 유체 제어 장치에 관한 것으로서, 특히, 유체를 가열하기 위한 히터를 구비한 유체 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 유기금속 기상 성장법(MOCVD)에 의해 성막을 행하는 반도체 제조 장치에 있어서, 프로세스 챔버에 원료 가스를 공급하기 위한 원료 기화 공급 장치가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
원료 기화 공급 장치에는, 예를 들면 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 등의 유기금속의 액체 원료를 저액 탱크에 모아 두고, 가압한 불활성 가스를 저액 탱크에 공급해서 액체 원료를 일정 압력으로 밀어내서 기화기에 공급하는 것이 있다. 공급된 액체 원료는 기화기의 주위에 배치된 히터에 의해 기화되고, 기화한 가스는 유량 제어 장치에 의해 소정 유량으로 제어되어서 반도체 제조 장치에 공급된다.
원료에 사용되는 유기금속 재료에는 비점이 150℃를 초과하는 것도 있고, 예를 들면 상기 TEOS의 비점은 약 169℃이다. 이 때문에, 원료 기화 공급 장치는 비교적 고온, 예를 들면 200℃ 이상의 온도까지 액체 원료를 가열할 수 있게 구성되어 있다.
또한, 원료 기화 공급 장치에서는 기화시킨 원료의 응축(재액화)을 방지하기 위해서, 고온으로 가열된 유로를 통과시켜서 프로세스 챔버까지 가스를 공급하는 것이 요구되고 있다. 또한, 유기금속 재료의 기화를 효율적으로 행하기 위해서, 기화기에 공급하기 전에 액체 원료를 미리 가열해 둘 경우도 있다. 이 때문에, 원료 기화 공급 장치에서는 유로 또는 유체 수용부가 형성된 유체 가열부(기화기 등)를 고온으로까지 가열하기 위한 히터가, 필요한 개소에 배치되어 있다.
특허문헌 2에는, 원료 액체를 예비 가열하는 예비 가열부와, 예비 가열부에서 가열된 원료 액체를 기화시키는 기화기와, 기화시킨 가스의 유량을 제어하는 고온 대응형의 압력식 유량 제어 장치를 구비한 기화 공급 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기화 공급 장치에서는, 기화기의 본체나 유로 등을 가열하기 위한 수단으로서 재킷 히터가 사용되고 있다. 재킷 히터는 기화기나 배관 등을 덮도록 외측으로부터 밀착해서 부착되고, 재킷 히터 내의 발열선(니크롬선 등)에 전류를 흘림으로써 유체를 외측으로부터 가열할 수 있다.
일본 특허공개 2014-114463호 공보 국제공개 제2016/174832호
재킷 히터는 착탈이 비교적 용이하기 때문에 편리성이 높다고 하는 이점을 갖고 있다. 그러나, 그 한편으로, 재킷 히터를 사용했을 경우 재킷 히터와 유체 가열부 사이에 간극이 생기는 것 등에 의해서, 장소에 따른 열전도성의 편차가 생기기 쉽고, 내부의 유체를 균일하게 가열하기 어려워질 우려가 있다고 하는 문제가 있었다. 또한, 재킷 히터에서는 균열성을 향상시키기 위해서 광범위하게 발열선을 균등하게 배치할 필요가 있으므로, 제작을 위한 시간이나 비용이 소요된다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 히터를 이용하여 효율적이고 또한 균일하게 원료를 가열해서 공급할 수 있는 유체 제어 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 유체 제어 장치는, 내부에 유로 또는 유체 수용부가 형성된 유체 가열부와, 상기 유체 가열부를 가열하는 히터를 구비하고, 상기 히터가 발열체와, 상기 발열체에 열적으로 접속되어 상기 유체 가열부를 둘러싸도록 배치된 전열 부재를 갖고, 상기 전열 부재에 있어서의 상기 유체 가열부에 대향하는 면은 방열성을 향상시키기 위해서 표면 처리된 면을 포함한다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 전열 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 방열성을 향상시키기 위해서 표면 처리된 면은 알루마이트 처리된 면이다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 전열 부재는 상기 유체 가열부에 대향하는 면인 내측면과, 상기 내측면의 반대측에 위치하는 외측면을 갖고, 상기 외측면은 연마면을 포함한다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 전열 부재는 상기 유체 가열부에 대향하는 면인 내측면과, 상기 내측면의 반대측에 위치하는 외측면을 갖고, 상기 외측면은 경면 가공된 면을 포함한다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 전열 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 전열 부재의 상기 외측면은 경면 가공된 면이며, 상기 전열 부재의 상기 외측면 이외의 모든 면은 알루마이트 처리된 면이다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 유체 제어 장치는 기화부와, 상기 기화부에 공급되는 액체를 예비 가열하는 예비 가열부와, 상기 기화부에서 송출된 가스를 제어 또는 측정하는 유체 제어 측정부를 구비하고, 상기 유체 가열부는 상기 기화부, 상기 예비 가열부 및 상기 유체 제어 측정부 중 적어도 어느 하나이다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 예비 가열부를 가열하는 제1히터의 전열 부재와, 상기 기화부를 가열하는 제2히터의 전열 부재 사이에 간극이 형성되어 있다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 유체 제어 장치는 상기 제1히터의 전열 부재와 상기 제2히터의 전열 부재 사이의 상기 간극에 설치된 단열 부재를 더 구비한다.
본 발명의 실시형태에 따른 유체 제어 장치에 의하면, 에너지 이용 효율이 향상된 히터를 이용하여 유체를 균일하게 효율적으로 가열함으로써, 에너지 절약화를 꾀하면서 가열한 원료를 적절하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 유체 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 히터의 분해 사시도이며, 각각 비스듬히 위로부터 보았을 때, 및 비스듬히 아래로부터 보았을 때를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 히터의 전열 부재의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 히터의 전열 부재의 제작 공정을 나타내는 도면이고, (a)∼(c)는 각각 다른 공정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 유체 제어부의 구성예를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 유체 제어 장치(100)를 나타낸다. 유체 제어 장치(100)는, 반도체 제조 장치 등에서 사용하는 원료 가스(G)를 생성하기 위한 기화부(4)와, 기화부(4)에 공급하는 액체 원료(L)를 예비 가열하는 예비 가열부(2)와, 기화부(4)로부터 송출된 가스(G)를 제어 또는 측정하기 위한 유체 제어 측정부(6)를 구비하고 있다. 도 1에 있어서, 액체 원료(L)가 충전되어 있는 부분을 사선의 해칭으로 나타내고, 가스(G)가 흐르고 있는 부분을 도트의 해칭으로 나타내고 있다.
예비 가열부(2), 기화부(4), 유체 제어 측정부(6)는 모두 내부의 유체(액체 원료(L) 또는 가스(G))가 가열되는 유체 가열부(1)로서 설치되는 것이며, 예비 가열부(2), 기화부(4), 유체 제어 측정부(6)의 각각의 내부에는 유로 또는 유체 수용부가 형성되어 있다. 이것들은, 후술하는 히터(10)에 의해 각각 외측으로부터 가열된다.
유체 제어 장치(100)에 있어서, 기화부(4)는 액체 충전용 밸브(3)를 통해서 예비 가열부(2)에 접속되어 있다. 또한, 기화부(4)와 유체 제어 측정부(6)는 내부에 유로가 형성된 유로 블록(5)을 통해서 연통하고 있다. 기화부(4)와 유체 제어 측정부(6) 사이의 유로에 있어서는, 기화시킨 가스(G)의 압력(P0)을 검출하기 위한 압력 검출기(7)가 설치되어 있다.
이 구성에 있어서, 압력 검출기(7)가 검출한 압력값에 의거하여 기화부(4)에 소정량의 액체 원료(L)를 공급하도록 액체 충전용 밸브(3)를 제어할 수 있다. 또한, 기화부(4) 내에 소정량을 초과하는 액체 원료(L)가 공급된 것을 검지하는 액체검지부(도시하지 않음)를 설치하고, 액체 검지부가 액체를 검지했을 때에는 액체 충전용 밸브(3)를 닫도록 함으로써 기화부(4)로의 액체 원료(L)의 과공급을 방지할 수 있다. 액체 검지부로서는, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 기화실에 배치된 온도계(백금 측온 저항체, 열전대, 서미스트 등), 액면계, 로드셀 등을 사용할 수 있다.
유체 제어 측정부(6)는, 본 실시형태에서는 공지의 고온 대응형의 압력식 유량 제어 장치이며, 후술하는 바와 같이, 오리피스 부재(71)를 흐르는 가스의 유량을, 컨트롤 밸브를 이용하여 오리피스 부재(71)의 상류 압력(P1)을 조정함으로써 제어할 수 있다.
단, 유체 제어 측정부(6)는 압력식 유량 제어 장치에 한하지 않고, 여러 가지 형태의 유량 제어 장치이어도 좋다. 또한, 유체 제어 측정부(6)는 유량 센서, 농도 센서 등의 유체 측정부라도 좋다. 이하, 압력식 유량 제어 장치인 유체 제어 측정부(6)를 유체 제어부(6)로서 설명할 경우가 있다.
본 실시형태에 의한 유체 제어 장치(100)는, 상기 유체 가열부(1)(여기에서는, 예비 가열부(2), 기화부(4), 유체 제어부(6))를 가열하는 히터(10)로서, 예비 가열부(2)를 가열하는 제1히터(12)와, 기화부(4)를 가열하는 제2히터(14)와, 유체 제어부(6)를 가열하는 제3히터(16)를 구비하고 있다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 각각 다른 각도로부터 보았을 때의 히터(10)(제1히터(12), 제2히터(14), 및 제3히터(16))의 분해 사시도이다. 도 2의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 히터(10)의 각각은 발열체(10a)와, 발열체(10a)에 열적으로 접속된 금속제의 전열 부재(10b)를 구비하고 있다.
발열체(10a)가 발한 열은 전열 부재(10b)의 전체에 전도되고, 발열체(10a)에 의해 전열 부재(10b)가 전체적으로로 가열된다. 그리고, 균일하게 가열된 전열 부재(10b)는 유체 가열부(1)를 외측으로부터 균일하게 가열할 수 있다. 전열 부재(10b)는 그 목적을 위하여, 열전도율이 양호한 금속(예를 들면, 알루미늄, 은, 구리, 금 등)으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 발열체(10a)로서는 공지의 카트리지 히터가 사용되고 있다. 또한, 전열 부재(10b)로서는 유체 가열부(1)를 둘러싸도록 배치된 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 부재가 사용되고 있다. 전열 부재(10b)는 알루미늄제의 부품을 나사 고정 등에 의해 접속함으로써 구성되어 있고, 예를 들면, 저판부와, 한쌍의 측벽부와, 상면부를 조합시켜서 고정함으로써 내측에 유체 가열부(1)를 포위하도록 설치되어 있다.
반도체 제조 장치에 사용하는 유체 제어 장치(100)로서는, 프로세스로의 오염의 염려가 적고, 또한 비교적 저렴하기 때문에, 전열 부재(10b)의 재료로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 선택하는 것이 적합하다. 단, 다른 용도에 있어서는, 상술한 바와 같은 다른 고열전도성의 금속 재료를 사용해도 좋다.
히터(10)의 발열체(10a)는 전열 부재(10b)의 측벽부에 형성된 미세 구멍에 삽입되어서 고정되어 있다. 발열체(10a)와 전열 부재(10b)는 열적으로 접속되어 있고, 발열체(10a)로부터의 열이 전열 부재(10b)에 효율적으로 전해지도록 고정되어 있다. 바람직한 형태에 있어서, 발열체(10a)는 전열 부재(10b)에 형성한 미세 구멍에 밀착해서 고정되어 있고, 발열체(10a)의 외측에 부여한 공지의 열전도성 물질(열전도 그리스나 열전도 시트 등)을 통해서 전열 부재(10b)에 고정되어 있어도 된다.
도 2에 나타내는 예에서는, 제1히터(12)에 있어서 막대 형상의 카트리지 히터(10a)가 전열 부재(10b)의 측벽부의 상단면으로부터 아래를 향해서 수직 방향으로 연장되는 미세 구멍에 삽입되어 있고, 제2히터(14) 및 제3히터(16)에 있어서 L자 형상으로 굴절된 발열체(10a)가 전열 부재(10b)의 측벽부의 횡단면에 개구가 형성된 수평 방향으로 연장되는 미세 구멍에 삽입되어 있다. 단, 발열체(10a)로서는 공지의 여러 가지 발열 장치를 사용할 수 있고, 예를 들면 전열 부재(10b)에 고정 된 면 형상 히터를 사용해도 된다.
또, 상기의 L자 형상으로 굴절된 발열체(10a)의 수평 방향 부분(10y)은 전열 부재(10b)의 미세 구멍에 수납되지만, 수직 방향 부분(10z)은 미세 구멍에 삽입되어 있지 않으므로, 전열 부재(10b)끼리의 접속의 방해가 될 경우도 있다. 그러한 때에는, 수직 방향 부분(10z)을 수납할 수 있는 오목부(11z)를 전열 부재(10b)의 단부에 미리 형성해 두고, 발열체(10a)의 수평 방향 부분(10y)을 미세 구멍에 삽입했을 때에 수직 방향 부분(10z)을 오목부(11z)에 수납함으로써 전열 부재(10b)의 접속을 방해하지 않도록 할 수도 있다.
또한, 도 2에 나타내는 예에서는, 제2히터(14)(기화부(4)를 가열하는 히터)에 부착된 온도 센서(10c)가 나타내어져 있고, 제2히터(14)의 전열 부재(10b)의 온도를 직접적으로 측정할 수 있게 되어 있다.
제1히터(12)의 온도는 예를 들면 약 180℃로 설정되고, 제2히터(14)의 온도는 예를 들면 약 200℃로 설정되며, 제3히터(16)의 온도는 예를 들면 약 210℃로 설정된다. 통상, 예비 가열부(2)를 가열하는 제1히터(12)는 기화부(4)를 가열하는 제2히터(14)보다 낮은 온도로 설정되고, 유체 제어부(6)를 가열하는 제3히터(16)는 제2히터(14)보다 높은 온도로 설정된다. 이와 같이, 본 실시형태에서는 도시하지 않은 제어 장치를 이용하여 각 히터를 개별적으로 온도 제어 가능하기 때문에, 원료의 기화, 액체 원료의 예비 가열, 및 기화 원료의 재액화의 방지를 각각 적절한 온도에서 행할 수 있다.
또한, 전열 부재(10b)의 상면부는 그 위에 부착되는 밸브나 압력 센서 등의 상부 부착 부재의 형상에 대응하는 임의의 형상을 갖고 있어도 좋다. 이것에 의해, 유체 가열부(1)로의 전열을 행할 수 있음과 아울러, 상부 부착 부재의 지지 부재로서도 적절하게 이용할 수 있다. 전열 부재(10b)의 저판부는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 수지(예를 들면 PEEK(Poly Ether Ether Ketone))제의 단열 부재(18)를 개재해서 공통 지지대(19)에 부착되어 있어도 된다. 단열 부재(18)는 열을 차단할 수 있는 한 임의의 재료로 형성되어 있어도 좋고, 또한 온도에 맞춰서 재료 등이 적당하게 선택되어 있어도 좋다.
본 실시형태에 있어서, 제1히터(12)의 전열 부재(10b)와 제2히터(14)의 전열 부재(10b)의 사이, 및 제2히터(14)의 전열 부재(10b)와 제3히터(16)의 전열 부재(10b)의 사이에는 각각 간극(X)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 각 히터(12, 14, 16)를 사용하여 예비 가열부(2), 기화부(4), 유체 제어부(6)를 각각 개별적으로 가열했을 때에도, 히터간의 열전도성이 저하되어 있으므로 소망의 온도로 제어하기 쉽다고 하는 이점이 얻어진다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1히터(12)의 전열 부재와 제2히터(14)의 전열 부재 사이의 간극에 PEEK제의 단열 부재(13)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 제2히터(14) 및 기화부(4)로부터 예비 가열부(2)로의 열전도가 억제되므로, 예비 가열부(2)가 지나치게 고온으로 되어서 기화부로 보내기 전에 원료 액체가 기화해 버리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 유체 제어부(6)의 하류측(스톱 밸브(56)의 근방)에도 단열 부재(13')가 배치되어, 외측으로의 전열을 억제하여 유체 제어부(6)가 고온으로 유지되기 쉽게 되어 있다. 단열 부재(13, 13')도 열을 차단할 수 있는 한 임의의 재료나 형상으로 형성되어 있어도 좋고, 또한 온도에 맞춰서 재료 등이 적당하게 선택되어 있어도 좋다.
이와 같이 구성된 히터(10)에 있어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 내부에 발열체(10a)가 배치된 알루미늄제의 전열 부재(10b)의 내측면, 즉, 유체 가열부(1)와 대향하는 면에는 방열성을 향상시키기 위한 표면 처리로서 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 이루어진 면(S1)이 포함되어 있다. 또한, 전열 부재의 외측면에는 연마면 또는 경면 가공면(S2)이 포함되어 있다. 전열 부재(10b) 외측의 경면 가공면은 전형적으로는 연마 처리에 의해 형성되지만, 깎음만에 의해서 형성되어 있어도 된다.
전열 부재(10b)의 내측면(S1)이 알루마이트 처리(특히는 경질 알루마이트 처리)되어 있음으로써 방열성을 향상시킬 수 있다. 발열체(10a)로부터의 열(h)을, 접촉하고 있는 경우에는 전열 부재(10b)로부터 직접 유체 가열부(1)에 열을 전도할 수 있고, 또한 전열 부재(10b)와 유체 가열부(1)에 거리가 있을 경우에도 높은 방사성(높은 복사열)에 의해서 액체 가열부(1)에 균일하고 또한 향상된 효율로 전달할 수 있다.
또한, 전열 부재(10b)에 유체 가열부(1)가 접촉하고 있을 경우에 있어서 열(h)은 접촉 부분으로부터 전도되지만, 전열 부재(10b)로부터 유체 가열부(1)로 열(h)이 이동할 때, 전열 부재(10b)의 내측 표면이 알루마이트 처리되어 있지 않으면, 복사율의 관계로부터 전열 부재(10b)의 내측 표면에서 열이 반사하여 유체 가열부(1)로 이동하지 않는 열(h)이 존재한다. 이것에 대하여, 본 실시형태와 같이 전열 부재(10b)의 내측 표면이 알루마이트 처리되어 있으면, 복사율이 높기 때문에 유체 가열부(1)와 접촉하는 면에서 반사되는 열은 거의 없어, 전열 부재(10b)로부터의 열(h)의 거의 전부가 유체 가열부(1)로 전도된다.
이상의 이유로부터, 본 실시형태의 히터(10)에 의하면 에너지 이용 효율을 향상시켜서 에너지 절약화를 꾀할 수 있다. 또한, 액체 가열부(1)를 소망 온도까지 가열하기 위한 시간을 단축할 수 있다.
또한, 전열 부재(10b)의 외측면(S2)이 경면 가공되어 있으므로, 반사율이 향상되고, 복사율이 저하되어 있다. 이 때문에, 히터(10)의 외측으로의 방열 작용이 억제됨과 아울러 내측으로의 방열을 효율적으로 행할 수 있어, 에너지 절약화를 꾀할 수 있다. 또한, 외측으로의 방열량이 적고, 표면 온도가 비교적 낮은 온도로 유지되기 때문에 외측에서의 고온 대책을 비교적 간이하게 행할 수 있다. 유체 제어 장치(100)의 외측은, 안전을 위해서 예를 들면 60℃ 이하의 온도로 유지되는 것이 요구되고 있다.
구체적인 설계예에서는, 전열 부재(10b)의 내측면(S1)(알루마이트 처리면)의 200℃에서의 복사율은 예를 들면 0.950(반사율 0.050)으로 설정되고, 외측면(S2)(연마면 또는 경면 가공면)의 200℃에서의 복사율은 예를 들면 0.039(반사율 0.961)로 설정된다. 또한, 외측면의 경면 가공된 표면은, 예를 들면 산술 평균 조도 Ra=0.1a∼1.6a 정도로 설정된다.
이하, 도 4(a)∼(c)를 참조하면서, 히터(10)의 전열 부재(10b)의 제작 순서를 설명한다.
우선, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 우선, 절삭 가공에 의해 소망 형상의 알루미늄 부재(여기에서는 알루미늄 플레이트)가 준비된다. 알루미늄 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있어도 좋다.
다음에, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 부재의 전면에 대하여 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된다. 본 실시형태에 있어서는, 소위 경질 알루마이트 처리가 이루어져 있고, 표면에 형성되는 알루마이트층의 두께(여기에서는, 다공질 알루미나층과 베이스층의 합계 두께)는, 예를 들면 20㎛∼70㎛로 비교적 두꺼운 것으로 된다. 알루마이트 처리는 공지의 여러 가지 방법에 의해 이루어져도 좋지만, 방열성을 향상시키기 위해서 효과적인 알루마이트층이 얻어지도록, 처리 조건이 적당하게 선택되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서의 알루마이트 처리는 경질 알루마이트 처리에 한하지 않고, 통상의 알루마이트 처리이여도 동일한 효과가 발휘된다. 알루마이트층의 두께도, 통상의 알루마이트 처리로 형성되는 두께(예를 들면 1㎛ 이상)이면, 동일한 효과를 발휘한다. 단, 경질 알루마이트 처리는 운용시에 상처가 나기 어렵고, 통상의 알루마이트 처리보다 막이 벗겨질 염려를 적게 할 수 있다고 하는 메리트가 있다.
다음에, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 전면이 알루마이트 처리된 알루미늄 부재의 외측면, 즉, 유체 가열부(1)에 대향하는 측과는 반대측에 배치되는 외측면(S2)만을 재가공한다. 재가공으로는, 알루마이트층의 제거와 경면 가공 처리가 행하여지고, 이것에 의해, 알루미늄 부재의 외측면만이 경면 가공면으로 되고, 그 밖의 면은 알루마이트 처리된 면인 상태로 유지된다. 경면 가공면은 알루마이트층을 연삭에 의해 제거한 후에 별도의 연마 처리를 행하는 것에 의해서 형성해도 좋고, 공지의 경면 가공 연삭 기술을 이용하여 알루마이트층의 연삭만으로 형성해도 좋다.
이상과 같이 해서 얻어진, 외측면이 경면 가공되고, 내측면이 알루마이트 처리된 알루미늄 부재를 사용하고, 유체 가열부(1)의 외측을 덮도록 이것들을 조합시키고, 또한 측벽부의 끝면에 형성한 미세 구멍에 발열체(10a)를 장착함으로써 히터를 제작할 수 있다.
또, 이상의 순서에 의해 제작된 히터에서는 전열 부재(10b)의 외측면만이 경면 가공된 면으로 됨과 아울러, 외측면 이외의 모든 면(내측면 및 끝면을 포함한다)은 알루마이트 처리된 면으로 된다. 단, 전열 부재(10b)의 끝면에 대하여도 연마 처리 등의 방열성을 저하시키는 처리를 행해도 된다. 또는, 내측면만 알루마이트 처리를 행하고, 다른 모든 면을 경면 가공 또는, 가공 무구면(통상의 가공 후, 표면 처리 등을 행하고 있지 않음)으로 해도 된다.
이하, 도 1 등을 참조하면서 본 실시형태의 유체 제어 장치(100)의 보다 구체적인 구성을 상세하게 설명한다.
기화부(4)는 스테인레스강제의 기화 블록(41)과 가스 가열 블록(42)을 연결해서 구성된 본체(40)를 구비하고 있다. 기화 블록체(41)는 상부에 액공급구가 형성되고, 내부에 기화실(41a)이 형성되어 있다. 가스 가열 블록(42)에는 기화실(41a)의 상부로부터 연장되는 가스 유로와 연통하는 가스 가열실(42a)이 형성됨과 아울러, 상부에 가스 배출구가 형성되어 있다. 가스 가열실(42a)은 원통 형상의 공간 내에 원기둥 형상의 가열 촉진체가 설치된 구조를 갖고, 원통 형상 공간과 가열 촉진체의 간극이 가스 유로로 되어 있다. 기화 블록(41)과 가스 가열 블록(42) 사이의 가스 연통부에는 통공 형성 개스킷(43)이 개재되고, 이들 통공 형성 개스킷(43)의 통공을 가스가 통과함으로써 가스의 맥동이 방지된다.
예비 가열부(2)는 기화부(4)의 기화 블록(41)에 액체 충전용 밸브(3)를 통해서 접속된 예비 가열 블록(21)을 구비하고 있다. 예비 가열 블록(21)의 내부에는 액저류실(23)이 형성되어 있다. 액저류실(23)은 측면에 형성된 액유입 포트(22) 및 상면에 형성된 액유출구에 연통하고 있다. 예비 가열 블록(21)은, 도면 밖의 저액 탱크로부터 소정 압으로 압송되어 오는 액체 원료(L)를 액저류실(23)에 저류해 둠과 아울러, 기화실(41a)에 공급하기 전에 제1히터(12)를 사용해서 예열한다. 또, 액저류실(23) 내에 있어서도 표면적을 늘리기 위한 원기둥 형상의 가열 촉진체가 배치되어 있어도 된다.
액체 충전용 밸브(3)는 예비 가열 블록(21)과 기화 블록체(41)에 연통하는 공급로(4)를 밸브 기구를 이용하여 개폐 또는 개방도 조정함으로써 기화부(4)로의 액체 원료(L)의 공급량을 제어한다. 액체 충전용 밸브(3)로서는, 예를 들면 에어 구동 밸브를 사용할 수 있다. 기화 블록(41)의 액공급구에는 미세 구멍이 형성된 개스킷(44)이 개재되고, 개스킷(44)의 미세 구멍에 액체 원료를 통과시킴으로써 기화실(41a) 내로의 공급량이 조정되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 유체 제어부(6)는 고온 대응형의 압력식 제어 장치 이며, 예를 들면 특허문헌 2에 기재된 구성을 갖고 있어도 좋다. 고온 대응형의 압력식 제어 장치는, 예를 들면 가스 유로가 내부에 형성된 본체로서의 밸브 블록과, 가스 유로에 개재된 금속제 다이어프램 밸브체와, 세로 방향으로 배열된 방열 스페이서 및 압전 구동 소자와, 금속 다이어프램 밸브체의 하류측의 가스 유로에 개재되어 미세 구멍이 형성된 오리피스 부재(오리피스 플레이트 등)와, 금속 다이어프램 밸브체와 오리피스 부재 사이의 가스 유로 내의 압력을 검출하는 유량 제어용 압력 검출기를 구비하고 있다. 방열 스페이서는 인바재 등으로 형성되어 있고, 가스 유로에 고온의 가스가 흘러도 압전 구동 소자가 내열 온도 이상으로 되는 것을 방지한다. 고온 대응형의 압력식 제어 장치는, 압전 구동 소자의 비통전시에는 금속 다이어프램 밸브체가 밸브 시트에 접촉해 가스 유로를 닫는 한편, 압전 구동 소자에 통전함으로써 압전 구동 소자가 신장하여, 금속 다이어프램 밸브체가 자기 탄성력에 의하여 원래의 역접시 형상으로 복귀해서 가스 유로가 개통하도록 구성되어 있다.
도 5는 유체 제어부(6)(압력식 유량 제어 장치)의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 압력식 유량 제어 장치(6)에서는 오리피스 부재(71)와, 금속 다이어프램 밸브체 및 압전 구동 소자로 구성되는 컨트롤 밸브(80)와, 오리피스 부재(71)와 컨트롤 밸브(80) 사이에 설치된 압력 검출기(72) 및 온도 검출기(73)를 구비하고 있다. 오리피스 부재(71)는 스로틀부로서 설치된 것이며, 이것 대신에 임계 노즐 또는 음속 노즐을 사용할 수도 있다. 오리피스 또는 노즐의 구경은, 예를 들면 10㎛∼500㎛로 설정된다.
압력 검출기(72) 및 온도 검출기(73)는 AD 컨버터를 통해서 제어회로(82)에 접속되어 있다. AD 컨버터는 제어회로(82)에 내장되어 있어도 된다. 제어회로(82)는 컨트롤 밸브(80)에도 접속되어 있고, 압력 검출기(72) 및 온도 검출기(73)의 출력 등에 의거하여 제어신호를 생성하고, 이 제어신호에 의해 컨트롤 밸브(80)의 동작을 제어한다.
압력식 유량 제어 장치(6)는 종래와 같은 유량 제어 동작을 행할 수 있고, 압력 검출기(72)를 사용해서 상류 압력(P1)(오리피스 부재(71) 상류측의 압력)에 의거하여 유량을 제어할 수 있다. 압력식 유량 제어 장치(6)는, 다른 형태에 있어서 오리피스 부재(71)의 하류측에도 압력 검출기를 구비하고 있어도 좋고, 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)에 의거하여 유량을 검출하도록 구성되어 있어도 좋다.
압력식 유량 제어 장치(6)에서는, 임계 팽창 조건 P1/P2≥약 2(단, P1: 스로틀부 상류측의 가스 압력(상류 압력), P2: 스로틀부 하류측의 가스 압력(하류 압력)이며, 약 2는 질소 가스의 경우)를 충족시킬 때, 스로틀부를 통과하는 가스의 유속은 음속으로 고정되고, 유량은 하류 압력(P2)에 의하지 않고 상류 압력(P1)에 의해 결정된다고 하는 원리를 이용해서 유량 제어가 행하여진다. 임계 팽창 조건을 충족시킬 때, 스로틀부 하류측의 유량(Q)은, Q=K1·P1(K1은 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 정수)에 의해 주어지고, 유량(Q)은 상류 압력(P1)에 비례한다. 또한, 하류 압력 센서를 구비할 경우, 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)의 차가 작아, 임계 팽창 조건을 충족하지 않을 경우이여도 유량을 산출할 수 있고, 각 압력 센서에 의해 측정된 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)에 의거하여 소정의 계산식 Q=K2·P2m(P1-P2)n(여기에서 K2는 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 정수, m, n은 실제의 유량을 바탕으로 도출되는 지수)으로부터 유량(Q)을 산출할 수 있다.
제어회로(82)는 압력 검출기(72)의 출력(상류 압력(P1)) 등에 의거하여 상기 Q=K1·P1 또는 Q=K2·P2m(P1-P2)n으로부터 유량을 연산에 의해 구하고, 이 유량이 유저에 의해 입력된 설정 유량에 가깝도록 컨트롤 밸브(80)를 피드백 제어한다. 연산에 의해 구해진 유량은 유량 출력값으로서 표시해도 좋다.
또한, 본 실시형태의 유체 제어 장치(100)에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 가열 블록(42)에 스페이서 블록(50)이 연결되고, 스페이서 블록(50)에 유체 제어 장치(6)의 밸브 블록이 연결되어 있다. 가스 가열 블록(42)과 스페이서 블록(50)에 걸쳐지도록 해서 고정된 유로 블록(5) 내의 가스 유로가, 가스 가열 블록(42)의 가스 가열실(42a)과 스페이서 블록(50)의 가스 유로를 연통시킨다. 스페이서 블록(50)의 가스 유로는 유체 제어 장치(6)의 밸브 블록의 가스 유로에 연통하고 있다. 또한, 유체 제어부(6)의 하류측의 가스 유로에는 스톱 밸브(56)가 설치되어 있고, 필요에 따라서 가스의 흐름을 차단할 수 있다. 스톱 밸브(56)로서는, 예를 들면 공지의 공기 구동 밸브나 전자밸브를 사용할 수 있다. 스톱 밸브(56)의 하류측은, 예를 들면 반도체 제조 장치의 프로세스 챔버에 접속되어 있고, 가스 공급시에는 프로세스 챔버의 내부가 진공펌프에 의해 감압되어, 소정 유량의 원료 가스가 프로세스 챔버에 공급된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 가지가지 개변이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 실시형태에 의한 유체 제어 장치는, 예를 들면 MOCVD용의 반도체 제조 장치에 있어서 고온의 원료 가스를 프로세스 챔버에 공급하기 위해서 사용할 수 있다.
1 : 유체 가열부
2 : 예비 가열부
3 : 액체 충전용 밸브
4 : 기화부
5 : 유로 블록
6 : 유체 가열부
7 : 압력 검출기
10 : 히터
12 : 제1히터
14 : 제2히터
16 : 제3히터
71 : 오리피스 부재
80 : 컨트롤 밸브
100 : 유체 제어 장치

Claims (8)

  1. 내부에 유로 또는 유체 수용부가 형성된 유체 가열부와, 상기 유체 가열부를 가열하는 히터를 구비하는 유체 제어 장치로서,
    상기 히터가 발열체와, 상기 발열체에 열적으로 접속되어 상기 유체 가열부를 둘러싸도록 배치된 전열 부재를 갖고,
    상기 전열 부재에 있어서의 상기 유체 가열부에 대향하는 면은 방열성을 향상시키기 위해서 표면 처리된 면을 포함하는 유체 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 방열성을 향상시키기 위해서 표면 처리된 면은 알루마이트 처리된 면인 유체 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전열 부재는 상기 유체 가열부에 대향하는 면인 내측면과, 상기 내측면의 반대측에 위치하는 외측면을 갖고, 상기 외측면은 연마면을 포함하는 유체 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전열 부재는 상기 유체 가열부에 대향하는 면인 내측면과, 상기 내측면의 반대측에 위치하는 외측면을 갖고, 상기 외측면은 경면 가공된 면을 포함하는 유체 제어 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전열 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 전열 부재의 상기 외측면은 경면 가공된 면이며, 상기 전열 부재의 상기 외측면 이외의 모든 면은 알루마이트 처리된 면인 유체 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기화부와, 상기 기화부에 공급되는 액체를 예비 가열하는 예비 가열부와, 상기 기화부에서 송출된 가스를 제어 또는 측정하는 유체 제어 측정부를 구비하고,
    상기 유체 가열부는 상기 기화부, 상기 예비 가열부 및 상기 유체 제어 측정부 중 적어도 어느 하나인 유체 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 예비 가열부를 가열하는 제1히터의 전열 부재와 상기 기화부를 가열하는 제2히터의 전열 부재 사이에 간극이 형성되어 있는 유체 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1히터의 전열 부재와 상기 제2히터의 전열 부재 사이의 상기 간극에 설치된 단열 부재를 더 구비하는 유체 제어 장치.
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