TWI483089B - 流體控制裝置 - Google Patents

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TWI483089B
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Jun Hirose
Kazuyuki Tezuka
Yohei Uchida
Mutsunori Koyomogi
Takahiro Matsuda
Ryousuke Dohi
Kouji Nishino
Nobukazu Ikeda
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Tokyo Electron Ltd
Fujikin Kk
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Description

流體控制裝置
本發明係關於使用於半導體製造裝置等之流體控制裝置，尤其是關於將複數個流體控制機器積體化後而形成之流體控制裝置。
在半導體製造裝置所使用之流體控制裝置中，正朝向將複數條線呈並聯狀地設置於基底構件上之所謂積體化製程發展，而該複數條線係由複數個流體控制機器呈串聯狀排列且不透過管道或接頭連接而形成者(專利文獻1及專利文獻2)。
在專利文獻1之流體控制裝置中，如第7圖所示，以一個流量控制器(21)作為基本構成要素，構成一行處理氣體控制線(流體控制線)，並藉由並聯地配置複數條(與流量控制器(21)之數量相同)處理氣體控制線L1～L16，來構成流體控制裝置。又，並聯地追加於流體控制線L1～L16之線P，係沖洗氣體線。
第7圖中，各處理氣體控制線L1～L16，從入口側起，具有過濾器(24)、入口側之2個開閉閥(23)、流量控制器(質量流量控制器)(21)及出口側開閉閥(25)，在各處理氣體控制線L1～L16共用的出口部分亦設有開閉閥(26)。
在此種流體控制裝置中，並非所有的處理氣體控制線L1～L16上均經常流動有流體(氣體)，而是使用2～3條線來依序切換不同種類或不同流量的氣體，並藉由流量調整器(21)來調整其流量，送至下游側之處理室。作為流量調整器(21)使用之質量流量控制器，係內建有流量感測器及控制閥等者，其價格昂貴且需要頻繁地進行維護，從而會造成整體成本的增加。另一方面，在半導體製造裝置所使用之流體控制裝置中，具有流體種類增加的傾向，伴隨此，會有空間及成本增加的問題。
另外，在專利文獻2之流體控制裝置中，具有：流體控制部，係以一個流量控制器作為基本構成要素，配置有M行流體控制線，而每一行流體控制線各具有一個入口及一個出口；及流體導入部，係以入口數為N(>M)且出口數成為M的方式由複數個開閉閥構成；且流體導入部之M個出口與流體控制部的M個入口分別以1:1的比例連接。
當使此專利文獻2之流體控制裝置與第7圖所示之習知流體控制裝置對應時，如第6圖所示，其具有流體控制部(2)，配置有M行將M個(圖示為8個)流量控制器(21)作為基本構成要素的流體控制線L1～L8；及流體導入部(3)，係以入口數為N(圖示為16個)且出口數成為M的方式而由複數個開閉閥(23)構成。
同圖中，各流體控制線L1～L8係控制處理氣體之控制線，並以與此等控制線並聯的方式設置一行沖洗氣體線P。
作為流量控制器(21)而言係使用質量流量控制器。質量流量控制器(21)的可調整流量範圍較為狹窄，因此，即使為相同種類之流體，在其流量調整範圍不同的情況，亦可使用其他之質量流量控制器(21)，藉由M行流體控制線L1～L8，可調整M種類之處理氣體(包含相同處理氣體、不同流量者)的流量。
流體導入部(3)係由N×M個開閉閥(23)所構成，流體導入部(3)之M個出口與流體控制部(2)的M個入口分別以1:1的比例對應連接。
在流體導入部(3)之N個的各入口分別設有過濾器(24)及手動閥(27)。在M行之各流體控制線L1～L8分別設有2個出口側開閉閥(25)。另外，在流體控制部(2)之出口側設有各流體控制線L1～L8共用的壓力開關(28)、過濾器(24)及開閉閥(26)。
又，作為流量控制器，除質量流量控制器外，已知還有壓力式之流量控制器(參照專利文獻3)。
[專利文獻1]特開2002-206700號公報
[專利文獻2]特開2000-323464號公報
[專利文獻3]特許第3387849號公報
根據上述第6圖所示之流體控制裝置，其與第7圖所示之流體控制裝置比較，雖具有將包含成本相對較高且維護麻煩之流量控制器(21)的流體控制線，從16行(N行)減少為8行(M行)的優點，但開閉閥(23)之數量卻大幅增加，所以，在欲設置較多入口數的情況下，會有上述優點無法充分地發揮的問題。
本發明之目的在於提供一種流體控制裝置，其可節省成本，並可減少空間。
根據本發明，該流體控制裝置具有：流體控制部，係以一個流量控制器作為基本構成要素，配置M行流體控制線，而每一行流體控制線各具有一個入口及出口；及流體導入部，係以入口數為N(>M)且出口數成為M的方式由複數個開閉閥構成；且流體導入部之M個出口與流體控制部的M個入口分別以1:1的比例連接，其特徵為：流體導入部係分成入口側遮斷開放部及流體控制部側遮斷開放部，並且入口側遮斷開放部係分成分別具有2個以上所需數量之開閉閥的複數個群組；其中入口側遮斷開放部係由複數個開閉閥構成且配置於入口側，且入口總數為N個，出口總數為K個；流體控制部側遮斷開放部係由複數個開閉閥構成且配置於入口側遮斷開放部與流體控制部之間，且入口總數為K個，出口總數為M個。
此流體控制裝置之入口數為N個且出口數為M個，可使用M行流體控制線(例如，L1～L8)，調整N種類的流體之流量。
一行流體控制線係藉由流量控制器單獨形成或藉由將所需之流體控制機器連接於流量控制器上而形成。在此，流體控制機器是指流量控制器(質量流量控制器或流體可變型流量控制裝置)以外之流體控制裝置構成要素，作為流體控制機器而言可適當使用開閉閥(進行流體通路之遮斷/開放的閥)、減壓閥、壓力表示機、過濾器、壓力開關等。流體控制裝置所需要之流體控制機器係被分成分別設於流體導入部之N個入口者、設於M行流體控制線的各線者、及在流體控制部之出口設置共用於M行流體控制線者，而設於適宜的部位。
一條流體控制線，例如，可設計成藉由外螺紋構件將成為下段層的複數個塊狀接頭構件安裝於可動軌道，以跨設於相鄰之接頭構件的方式藉由來自上方之螺紋構件將成為上段層的複數個流體控制機器及流量控制器安裝於接頭構件者。
一般而言，入口總數為N個且出口總數為K個之入口側遮斷開放部，係由N×K個開閉閥所構成，入口總數為K個且出口總數為M個之流體控制部側遮斷開放部，係由K×M個開閉閥所構成，藉由入口側遮斷開放部被分成分別具有2個以上所需數量之開閉閥的複數個(例如，2或4個)群組，在入口側遮斷開放部之開閉閥總數被分成2個群組的情況，可減少為N×K/2個，在被分成4個群組的情況，可減少為N×K/4個。
例如有如下情況，亦即流體導入部的構成包括：分別由N1×2個及(N-N1)×2個開閉閥構成之第1及第2入口側遮斷開放部、及由4×M個開閉閥構成之流體控制部側遮斷開放部。例如N1為N/2。N為入口數，M為出口數，在此情況時，藉由第1及第2入口側遮斷開放部，相對於N個入口數，出口數被設為4個(流體種類最大對於各入口側遮斷開放部被限定為各2種類、合計為4種類)，藉由流體控制部側遮斷開放部將4種類之流體分配至M個出口的任一方。藉由上述構成，可減少構成流體導入部所需要之開閉閥的數量。
另外，具有如下情況，亦即流體導入部的構成包括：分別由N1、N2、N3及N4個開閉閥構成之第1至第4入口側遮斷開放部、及由4×M個開閉閥構成之流體控制部側遮斷開放部，其中N=N1+N2+N3+N4。例如，N1=N2=N3=N4=N/4。N為入口數，M為出口數，在此情況時，藉由第1至第4入口側遮斷開放部，相對於N個入口數，出口數被設為4個(流體種類最大對於各入口側遮斷開放部被限定為各1種類、合計為4種類)，藉由流體控制部側遮斷開放部將4種類之流體分配至M個出口的任一方。藉由上述構成，可進一步減少構成流體導入部所需要之開閉閥的數量。
另外，具有如下情況：亦即流體導入部的構成包括：分別由N/4個開閉閥構成之第1至第4入口側遮斷開放部、及分別由2×M/2個開閉閥構成之第1及第2流體控制部側遮斷開放部。N為入口數，M為出口數，在此情況時，藉由第1至第4入口側遮斷開放部，相對於N個入口數，出口數被設為4個(流體種類最大對於各入口側遮斷開放部被限定為各1種類、合計為4種類)，藉由第1及第2流體控制部側遮斷開放部將4種類之流體分配至M個出口的任一方。藉由上述構成，可減少流體控制部側遮斷開放部的開閉閥，可進一步減少構成流體導入部所需要之開閉閥的數量。
作為流量控制器而言，例如可使用質量流量控制器，質量流量控制器係由形成有入口通路及出口通路之本體、及安裝於本體上之流量感測器及壓電元件式控制閥所構成者，另外，還有由開閉控制閥、壓力感測器、節流部、流量感測器及控制部所構成者。
作為流量控制器而言，具有壓力式流量控制器(壓力式流量控制裝置)，此種流量控制器係壓力式流量控制器，其在將孔口之上游側壓力保持為下游側壓力的約2倍以上之狀態下進行流體之流量控制；該流量控制器係由以在金屬薄板上穿設微細小孔之方式形成且具備所需之流量特性的孔口、設於孔口之上游側的控制閥、設於控制閥與孔口之間的壓力檢測器、及運算控制裝置所構成；該運算控制裝置係從壓力檢測器之檢測壓力P，以Qc=α×P(其中α為常數)來計算流量Qc，並將流量指令信號Qs與上述算出之流量信號Qc的差作為控制信號Qy輸出至控制閥之驅動部；並且，該流量控制器係藉由控制閥之開閉來調整孔口上游側壓力，並控制孔口下游側流量者。
根據此壓力式流量控制器，可藉由一台壓力式流量控制器，來調整複數種類之流體的流量，因此，具有M個流量控制器之M行流體控制線，可由具有m(<M)個該壓力式流量控制器之M行流體控制線所替換。藉由上述構成，可確保入口數及出口數為相同數量，可減少流體控制部所使用之流量控制器的數量。
根據本發明之流體控制裝置，對應於N個入口數，以使M(<N)行之流體控制線與其對應，所以，可減少造成成本增加之主要原因之流量控制器，可降低整體之成本。另外，可抑制由複數個開閉閥構成之流體導入部的開閉閥之數量的增加，所以，可進一步減少成本，還可減少整體之設置空間。
以下，參照圖面，說明本發明之實施形態。以下之說明中，對與第6圖所示者相同的構成，賦予相同之元件符號，並省略詳細說明。
第1圖顯示本發明之流體控制裝置的第1實施形態。
本實施形態之流體導入部(3)係分成三個部分，其構成包括：配置於入口側且分別由2×N/2個開閉閥(23)構成之第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)；以及具有4×M個開閉閥(23)、且由配置於第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)與流體控制部(2)之間的流體控制部側遮斷開放部(7)。
第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)係將N個入口分成2個入口側遮斷開放部者，分別具有N/2個入口及2個出口。藉此，第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)之合計出口數(對流體控制部側遮斷開放部(7)而言為入口數)成為(2+2)個，對應於此合計為4個出口數，藉由4×M個開閉閥(23)來構成流體控制部側遮斷開放部(7)，藉此，作為流體導入部(3)整體，可獲得M個出口，流體導入部(3)之M個出口與流體控制部(2)的M個入口，分別以1:1的比例對應連接。
第6圖所示構成中，最大可將M種類(8種類)之流體同時導入流體控制部(2)。然而，實際應用中，最大只要將4種類之流體同時導入流體控制部(2)即可，在此條件下，藉由設成如第1實施形態之構成，可減少開閉閥(23)之數量。又，本實施形態中，第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)之出口數均為2個，在同時導入4種類之流體時，無法將4種類均導入第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)之任一方，所以，在第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)分別各導入2種類的流體。
如此，根據第1實施形態之構成，與第6圖所示構成比較，可將開閉閥(23)之數量從N×M個減少為(2N+4×M)個。
第2圖顯示本發明之流體控制裝置的第2實施形態。
本實施形態之流體導入部(3)係分成五個部分，其構成包括：配置於入口側且分別由N/4個開閉閥(23)構成之第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)；以及具有4×M個開閉閥(23)、且配置於第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)與流體控制部(2)之間的流體控制部側遮斷開放部(7)。
流體控制部側遮斷開放部(7)係與第1實施形態之構成相同。與第1實施形態之差異點在於，第1實施形態中之第1及第2入口側遮斷開放部(5)(6)分別被進一步分割而分成4個入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)。根據第2實施形態，分別將各一種類之流體導入第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)，與第1實施形態同樣地，第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)之總出口數(對流體控制部側遮斷開放部(7)而言為入口數)成為(1+1+1+1)的4個，使此合計4個出口數與由4×M個開閉閥(23)構成之流體控制部側遮斷開放部(7)的各入口對應，藉此，作為流體導入部(3)整體，可獲得M個出口，流體導入部(3)之M個出口與流體控制部(2)的M個入口，分別以1:1的比例對應連接。
如此，根據第2實施形態之構成，與第1實施形態比較，可將開閉閥(23)之數量進一步減少N個。
第3圖顯示本發明之流體控制裝置的第3實施形態。
本實施形態之流體導入部(3)係分成六個部分，其構成包括：配置於入口側且分別由N/4個開閉閥(23)構成之第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)；以及分別具有2×M/2個開閉閥(23)、且配置於第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)與流體控制部(2)之間的第1及第2流體控制部側遮斷開放部(12)(13)。
第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)係與第2實施形態之構成相同。第3實施形態與第2實施形態之差異點在於，第2實施形態之流體控制部側遮斷開放部(7)分別被進一步分割而分成2個流體控制部側遮斷開放部(12)(13)。第1及第2流體控制部側遮斷開放部(12)(13)整體之入口數為4個，出口數為M個，此點與第2實施形態相同。
因此，根據第3實施形態，分別將各一種類之流體導入第1至第4之各入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)，與第3實施形態相同，第1至第4入口側遮斷開放部(8)(9)(10)(11)之總出口數(對流體控制部側遮斷開放部(12)(13)而言為入口數)成為(1+1+1+1)的4個，使此合計4個出口數分別對應於第1流體控制部側遮斷開放部(12)之2個入口及第2流體控制部側遮斷開放部(13)的2個入口，藉此，作為流體控制部側遮斷開放部(12)(13)整體(流體導入部(3)整體)，可獲得M個出口，流體導入部(3)之M個出口與流體控制部(2)的M個入口，分別以1:1的比例對應連接。
如此，根據第3實施形態之構成，與第2實施形態比較，可將流體控制部側遮斷開放部(12)(13)之開閉閥(23)的數量減少為一半(M/2個)。
第4圖顯示本發明之流體控制裝置的第4實施形態。第4實施形態之構成與第3實施形態的構成，其流體控制部(2)(4)的構成不同。
第4實施形態中，流量控制器(22)係使用壓力式流量控制器來取代質量流量控制器(21)。
如第5圖所示，該流量控制器(21)係由控制閥(31)、其驅動部(32)、壓力檢測器(33)、孔口(34)、流體取出用接頭(35)、流量運算電路(36)、流體種類選擇電路(37)、流量設定電路(38)、比FF記憶部(39)、流量運算部(40)、流量顯示部(41)及運算控制電路(42)所構成。
流量運算電路(36)係由溫度檢測器(44)、放大電路(43)(45)、A/D轉換器(46)(47)、溫度修正電路(48)及運算電路(49)所構成。另外，運算控制電路(42)係由比較電路(50)及放大電路(51)所構成。
控制閥(31)係使用所謂直接接觸型之金屬隔膜閥，另外，其驅動部(32)係使用壓電元件型驅動裝置。又，作為此等驅動部，另外還可使用磁應變元件型驅動裝置或螺旋管型驅動裝置、馬達型驅動裝置、空氣壓型驅動裝置、熱膨脹型驅動裝置。
壓力檢測器(33)係使用半導體應變型壓力感測器，但作為壓力檢測器，另外還可使用金屬箔應變型壓力感測器、靜電電容型壓力感測器、磁性電阻型壓力感測器等。溫度檢測器(44)係使用熱電耦型溫度感測器，亦可使用測溫電阻型溫度感測器等周知的各種溫度感測器。
孔口(34)係以具備所需之流量特性的方式在金屬薄板製墊圈上藉由切削加工穿設微細小孔而形成。作為孔口，另外還可使用藉由蝕刻及放電加工而於金屬膜上形成孔的孔口。
流體種類選擇電路(37)係用以選擇流體者，流量設定電路(38)係將該流量設定信號Qe指示於運算控制電路(42)。比FF記憶部(39)係儲存相對於N2 氣體之比FF的記憶體。在流量運算部(40)中，使用比FF之資料，以Q=比FF×QN (QN 相當於N2 氣體之流量)來運算流通中之流體種類的流量Q，並將此值顯示於流量顯示部(41)。
在流量控制器(22)中，設定為一面將上游側壓力保持為下游側壓力的約2倍以上，一面可對於特定之流體，以Qc=α×P(其中α為常數)來計算下游側的流量Qc，並藉由此運算流量Qc與設定流量Qs之差信號來開閉控制控制閥(31)。
在此，依照每一流體種類，流量係數FF係依下式運算。
FF=(k/γ){2/(κ+1)}1/(κ-1) [κ/{(κ+1)R}1/2
γ：流體之標準狀態下的密度；κ：流體之比熱比；R：流體常數；k：不依存於流體種類之比例常數。
使用儲存於比FF記憶部(39)中之流體種類B對流體種類A的比流量係數FF，在成為基準之流體種類A的運算流量為Qa的情況下，在相同孔口、相同上游側壓力及相同上游側溫度的條件下，使流體種類B流通，在流量運算部(40)中，以Qb=比流量係數×Qa，計算出該運算流量Qb。
藉此，可使一台流量控制器(22)對應於複數之流體種類，在第4實施形態中，藉由使用此構成，與第3實施形態比較，可將M個流量控制器(21)減少成為m個(例如一半)的流量控制器(22)。此被減少之流量控制器(22)的數量，可依照流體種類或流量範圍來適當變更。
第4實施形態之流體控制部(4)，還可應用於第1至第3實施形態的流體控制裝置(1)，藉此，可從各實施形態減少流量控制器(21)的數量。
(產業上之可利用性)
在將複數個流體控制機器積體化而形成之流體控制裝置中，由於可節省成本，並可減少空間，所以，可將其應用於半導體製造裝置等所使用之流體控制裝置，可有助於提高半導體製造裝置等的性能。
1．．．流體控制裝置
2、4．．．流體控制部
3．．．流體導入部
5、6．．．第1及第2入口側遮斷開放部
7．．．流體控制部側遮斷開放部
8、9、10、11．．．第1至第4入口側遮斷開放部
12、13．．．第1及第2流體控制部側遮斷開放部
21、22．．．流量控制器
23．．．開閉閥
31．．．控制閥
32．．．驅動部
33．．．壓力檢測器
34．．．孔口
42．．．運算控制電路(運算控制裝置)
L1～L8．．．流體控制線
第1圖為顯示本發明之流體控制裝置的第1實施形態之流程圖。
第2圖為顯示本發明之流體控制裝置的第2實施形態之流程圖。
第3圖為顯示本發明之流體控制裝置的第3實施形態之流程圖。
第4圖為顯示本發明之流體控制裝置的第4實施形態之流程圖。
第5圖為顯示在本發明之流體控制裝置的第4實施形態所使用之流量控制器的方塊圖。
第6圖為顯示作為本發明之流體控制裝置的比較例之習知流體控制裝置的流程圖。
第7圖為顯示習知之流體控制裝置的其他例的流程圖。
1．．．流體控制裝置
2．．．流體控制部
3．．．流體導入部
5、6．．．第1及第2入口側遮斷開放部
7．．．流體控制部側遮斷開放部
21．．．流量控制器
23、25、26．．．開閉閥
24．．．過濾器
27．．．手動閥
28．．．壓力開關
L1～L8．．．流體控制線

Claims (5)

  1. 一種流體控制裝置，具有：流體控制部，係以一個流量控制器作為基本構成要素，配置有M行流體控制線，而每一行流體控制線各具有一個入口及出口；及流體導入部，係以入口數為N(>M)且出口數成為M的方式由複數個開閉閥構成；且流體導入部之M個出口與流體控制部的M個入口分別以1：1的比例連接，其特徵為：流體導入部係分成入口側遮斷開放部及流體控制部側遮斷開放部，並且入口側遮斷開放部係分成分別具有2個以上所需數量之開閉閥的複數個群組；其中入口側遮斷開放部係由複數個開閉閥構成且配置於入口側，且入口總數為N個，出口總數為K個；流體控制部側遮斷開放部係由複數個開閉閥構成且配置於入口側遮斷開放部與流體控制部之間，且入口總數為K個，出口總數為M個。
  2. 如申請專利範圍第1項之流體控制裝置，其中流體導入部的構成包括：分別由N1×2個及(N-N1)×2個開閉閥構成之第1及第2入口側遮斷開放部、及由4×M個開閉閥構成之流體控制部側遮斷開放部。
  3. 如申請專利範圍第1項之流體控制裝置，其中流體導入部的構成包括：分別由N1、N2、N3及N4個開閉閥構成之第1至第4入口側遮斷開放部、及由4×M個開閉閥構成之流體控制部側遮斷開放部，其中N=N1+N2+N3+N4。
  4. 如申請專利範圍第1項之流體控制裝置，其中流體導入部的構成包括：分別由N/4個開閉閥構成之第1至第4入口側遮斷開放部、及分別由2×M/2個開閉閥構成之第1及第2流體控制部側遮斷開放部。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之流體控制裝置，其中流量控制器係壓力式流量控制器，其在將孔口之上游側壓力保持為下游側壓力的約2倍以上之狀態下進行流體之流量控制；該流量控制器係由以在金屬薄板上穿設微細小孔之方式形成且具備所需之流量特性的孔口、設於孔口之上游側的控制閥、設於控制閥與孔口之間的壓力檢測器、及運算控制裝置所構成；該運算控制裝置係從壓力檢測器之檢測壓力P，以Qc=α×P(其中α為常數)來計算流量Qc，並將流量指令信號Qs與上述算出之流量信號Qc的差作為控制信號Qy輸出至控制閥之驅動部；並且，該流量控制器係藉由控制閥之開閉來調整孔口上游側壓力，並控制孔口下游側流量者；而具有M個流量控制器之M行流體控制線係由具有m(<M)個該壓力式流量控制器之M行流體控制線所替換。
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