WO2017033757A1 - 分流システム - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、半導体製造プロセスにおいては、上記のように正確に計量した処理ガスを均等に複数のプロセスチャンバに分配する、あるいは、一のプロセスチャンバの複数の場所に所定の比率で分配するために、分流システムが用いられている(例えば、特許文献2参照)。
従来においては、チューブを介して上記のガスボックスの出口を分流システムの入口に接続して、ガスボックスから供給される処理ガスを分配していた。
このため、要求される仕様毎に専用の分流システムを用意する必要があり、コストが高いという問題がある。また、分配数に応じた専用品であることから、分流システムに故障が発生した場合には、装置全体を交換する必要があり、メンテナンスコストも高いという問題もある。たとえば、特許文献1等の技術では、各流体制御装置のベース部の仕様が標準化され、各流体制御装置の間の接続および各流体制御装置と他の部品との接続が、チューブを介さずに、ブロック状の継手部材により行われている。ガスボックス内は集積化が実現されており、各流体制御装置と継手部材との間のインターフェースが標準化され、組み立てに要する時間や組み立ての自動化が進んでいる。これに反して、分流システムでは、ガスボックスとの間を接続するのにチューブを用いるため、組み立て工数が多く、また、組み立ての自動化も容易ではない。
また、分流システム本体を、処理チャンバの複数の供給位置の直近に配置したい場合であっても、複数の供給位置の間が離れている場合には、分流システムと各供給位置との間にチューブが必要となる。すなわち、従来の分流システムでは、供給位置や供給する向きを任意に設定することは困難であり、配置の自由度が低い。
本発明の目的の一つは、集積化に適するとともに、製造コストおよびメンテナンスコストが低減された分流システムおよびこの分流システムに用いられる流体制御装置を提供することにある。
本発明の目的の一つは、上記の分流システム用いた半導体製造方法を提供することにある。
単一の流量を複数の流量に分割する分岐機構と、
前記分岐機構とは別体に形成され、前記複数の流量をそれぞれ制御する、互いに分離独立した複数の流体制御装置と、を有し、
前記複数の流体制御装置の一つはマスター装置であり、残りの流体制御装置はスレーブ装置であり、
前記マスター装置は、前記設定流量比に基づく設定流量値を前記スレーブ装置へ送信し、前記スレーブ装置の流量検出値を受信する通信部を有し、
前記スレーブ装置は、前記マスター装置から前記設定流量値を受信し、前記流量検出値をマスター装置に送信する通信部を有する、
ことを特徴とする。
前記ベース部は、ブロック状に形成され、
前記ベース部は、設置面である底面に前記流入口および流出口が形成されている。
前記複数種類の流体制御装置の一部が上記の分流システムのマスター装置およびスレーブ装置である、ことを特徴とする。
前記複数種類の流体制御装置の一部が上記の分流システムのマスター装置およびスレーブ装置からなり、
共通のベースプレート上に複数のブロック状継手部材を位置決めし、
前記ブロック状の継手部材を締結部材により前記共通のベースプレートに固定し、
前記継手部材の上面に形成された開口の周囲にシール部材を位置決めし、
前記ブロック状の継手部材の上面に前記複数種類の流体制御装置の底面を位置決めし、
前記複数種類の流体制御装置のベース部を締結部材により前記ブロック状の継手部材に固定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、複数の流体制御装置を互いに分離独立させているので、システムに故障が生じたときなど、故障した流体制御装置のみを修理あるいは交換すればよく、分流システム全体の交換は不要となり、メンテナンスコストを大幅に低減できる。
また、本発明によれば、分流システムに用いる複数の流体制御装置のブロック状のベース部の底面に流入口および流出口を形成することにより、継手にチューブを用いることなく、分流システムを構築可能となり、分流システムの集積化も可能となる。
さらに、本発明によれば、分流システムを流体制御装置が集積化された流体制御システムに適用可能となり、分流システムを含む流体制御システムの組立の自動化も容易となる。
本発明の一実施形態に係る分流システム用の、第1の流体制御装置(以下、マスター装置)1Mを図1A~1Dに示し、第2の流体制御装置(以下、スレーブ装置)1Sを図2A~2Cに示す。
マスター装置1Mは、ベース部10、ベース部10上に設けられたコントロールバルブ30および流量センサ40、これらを覆うカバー2、およびカバー2の内壁に固定された回路基板12Mを有する。
コントロールバルブ30は、駆動部31、フランジ部32およびバルブ部33からなり、 ベース部10に形成された凹部10m内にバルブ部33が収容され、フランジ部32がベース部10にボルトで固定されている。
ベース部10は、3つのベースブロック11A,11B,11Cが図示しないボルトにより互いに連結されることにより形成されている。
ベース部10の底面10jには、流入口10aおよび10gが開口し、流入口10aおよび10gの周囲には、ガスケット座10sが形成されている。
ベース部10の内部には、流入口10aに連通する流路10b、10c、10d、10eおよび10fが形成されている。流路10b、10c、10dは互いに接続され、流路10dの一端がコントロールバルブ30のバルブ部33の入口側に連通している。流路10eは、一端がバルブ部33の出口側に連通しているとともに、他端が流路10fに連通している。
流量センサ40は、ベース部10に形成されたバイパス流路10kを流れる液体、ガスなどの流体の流量を計測する。バイパス流路10kは、流路10cに接続されている。
通信ケーブル20は、マスター装置1Mとスレーブ装置1Sとの間のシリアル通信および電源供給に使用され、通信ケーブル21は、マスター装置1Mと図示しない外部コントローラとの間のシリアル通信および電源供給に使用される。通信ケーブル20、21の一端は、コネクタ15Aに接続されている。コネクタ15Aは、カバー2側に設けられて回路基板12Mと電気的に接続されたコネクタ15Bに接続される。これにより、通信ケーブル20は回路基板12Mと電気的に接続される。
スレーブ装置1Sは、回路基板12Sに連結されたコネクタ16Aに通信ケーブル20に接続されたコネクタ16Bを接続することにより、マスター装置1Mと通信ケーブル20を通じて通信可能である。モジュラージャック13B,13Cは、上記したモジュラージャック13Aと同様の機能である。
本実施形態に係る分流システムは、マスター装置1M、スレーブ装置1S、マニホールドブロック継手部材500およびブロック状継手部材510を有する。
マニホールドブロック継手部材500は、長手方向を横切る断面の形状が矩形のブロック状の部材である。マニホールドブロック継手部材500の内部には、長手方向に沿って流路501が形成されている。流路501の両端部は閉塞している。分岐流路503は、流路501に直交する方向に分岐するように形成され、マニホールドブロック継手部材500の上面で開口している。分岐流路503の開口は、長手方向に等間隔に配列されている。分岐流路503の開口の周囲には、ガスケット座505が形成されている。各分岐流路503の開口の両側には、ねじ穴507が形成されている。
マニホールドブロック継手部材500は、複数の分岐流路503の開口の一つから供給される流体を、他の2以上の分岐流路503の開口から流出させることにより、単一の流量を複数の流量に分割することができる。たとえば、2分割する場合には、一の分岐流路503の開口から流体を流入し、他の2つの分岐流路503の開口から当該流体を流出させる。このとき、使用しない残りの分岐流路503の開口は、図示しない閉止栓やバルブで閉止される。マニホールドブロック継手部材500によれば、流体を任意の位置で流入および流出させることができ、また、使用する開口数を選択することで、単一の流量を任意の数の流量に分割できる。
マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sのベース部10がマニホールドブロック継手部材500にボルトで固定されている。マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sの底面10jの流入口10aに連通する流路10bがマニホールドブロック継手部材500の上面に開口する分岐流路503に接続される。
ブロック状継手部材510は、上面に形成された開口510aと側面に筒状に形成された開口510bを有し、開口510aと開口510bとは、ブロック状継手部材510の内部に形成された図示しない単一の流路によって連通している。開口510aの周囲にはガスケットを収容するためのガスケット座510cが形成されている。ガスケット座の510cの両側には、上下方向に形成されたねじ穴510dが形成されている。ねじ穴510dには、上記したベース部10をブロック状継手部材510に固定するためのボルトがねじ込まれる。各ねじ穴510dの近傍には、貫通孔510eが上下方向に形成されている。貫通孔510eは、ブロック状継手部材510をベースプレート310に固定するボルトのために設けてあり、座繰りが形成されているが、詳細は省略する。
ブロック状継手部材510には、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sのベース部10がボルトにより固定される。ブロック状継手部材510の上面に開口510aをもつ流路は、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sの底面10jに流出口10gをもつ流路10fに接続される。
流体制御装置320~380は、ブロック状に形成されたベース部320B~380Bを有し、これらベース部320B~380Bは、SEMI規格により標準化された仕様に沿って形成されており、ベース部320B~380Bの底面に流体が流入又は流出する図示しない開口が形成されている。MFC370のベース部370Bの仕様およびMFC370の外形寸法は、マスター装置1M,スレーブ装置1Sと同様となっている。
各流体制御装置320~380のベース部320B~380Bは、ブロック状継手部材401~407の上に設置、固定されている。口述するように、ベース部320B~380Bとブロック状継手部材401~407との間には、シール部材としてのガスケットGKが介在しており、ベース部320B~380Bの流路とこれに接続されるブロック状継手部材401~407の流路は、ガスケットGKによりシールされている。ブロック状継手部材401は、上記したブロック状継手部材510と同様の構造であり、流入口401bから供給される流体を開閉バルブ320に導き、他のブロック状継手部材402~407は、流体制御装置320~380の流路間を接続している。
図6に示すように、マスター装置1Mは、コントロールバルブ30および流量センサ40に加えて、制御部103M、ドライバ104M、通信部102Mおよび流量算出部105を有する。
マスター装置1Mの制御部103Mは、コントロールバルブ30の開度を、たとえば、全開や75%の一定に固定する。
流量算出部105は、外部のコントローラ200から通信部102Mを通じて設定流量比TFR(%)を受信し、設定流量比TFRに応じた設定流量値TRMおよびTRSを算出する。設定流量値TRMは、マスター装置1Mの設定(目標)流量値である。設定流量値TRSは、スレーブ装置1Sの設定(目標)流量値である。スレーブ装置1Sの設定(目標)流量値は、通信部102Mを通じてスレーブ装置1Sの通信部102Sに送信される。
スレーブ装置1Sの制御部103Sは、流量センサ40の検出値DQ2に相当する流量Q2と、通信部102M、102Sを通じて与えられた設定流量値TRSとの偏差に応じた制御指令を生成し、ドライバ104Sに与える。ドライバ104Sは、受けた制御指令に応じた駆動電流をコントロールバルブ30の駆動部に与える。
さらに、流量算出部105は、マスター装置1Mの流量センサ40の検出値DQ1を受け取るとともに、スレーブ装置1Sの流量センサ40の検出値DQ2を通信部102S,102Mを通じて受け取り、設定流量比TFRに相当する設定流量TRSを常時更新して、出力する。これにより、一次側の流量Qに変動があったとしても、二次側の流量Q1、Q2の比は常に一定に保たれる。
通信部102M,102Sは、マスター装置1Mとスレーブ装置1Sとの間で流量センサ40の検出値DQ2、設定流量TRS等の各種データをシリアル通信する。なお、本実施形態では、ケーブル20を用いて通信するが、無線でシリアル通信を行うことも可能である。
ベースプレート310の所定の位置には、ブロック状継手部材401~407、510をボルトBT1で固定するためのねじ穴があらかじめ形成されており、これらのねじ穴の形成位置に、ブロック状継手部材401~407、510を位置決めするとともに、マニホールドブロック継手500を所定位置に位置決めする。
次いで、ボルトBT1をブロック状継手部材401~407、510の各貫通孔に挿入し、ブロック状継手部材401~407、510をベースプレート310に締結する。この状態では、ブロック状継手部材401~407、510およびマニホールドブロック継手500の上面は共通の平面上にある。
次いで、ガスケットGKをブロック状継手部材401~407、510およびマニホールドブロック継手500の適所に位置決めする。(予め、ガスケットGKを流体制御装置320~380、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sに取り付けても良い。)
次いで、流体制御装置320~380、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sを、ガスケットGKを介在させた状態で、ブロック状継手部材401~407、510およびマニホールドブロック継手500の上面に位置決めする。
次いで、ボルトBT2およびBT3を用いて、流体制御装置320~380、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sを、ブロック状継手部材401~407、510およびマニホールドブロック継手500に締結する。
次いで、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1S間を通信ケーブル20で接続する。
以上の工程により、流体制御システムの組立が完了する。
また、分流システムに故障が生じたときなど、故障したコンポーネントのみを修理あるいは交換すればよいので、メインテナンスに要するコストも低減できる。
本実施形態によれば、マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sの間を通信可能としたので、マスター装置1Mとスレーブ装置1Sとの相対位置を任意に設定でき、分割した後の流体の流出位置を可変にできるので、システムの設計の自由度が増す。
本実施形態によれば、分流システムを含む流体制御システムの各要素間を、ブロック状のインターフェースを用いて連結するので、システムの高集積化が可能となる。
本実施形態によれば、分流システムを含む流体制御システムの各要素をベースプレート310上に積み上げるとともに、すべてのボルトを同じ鉛直方向にねじ込むことにより組立が可能なので、組立の自動化が非常に容易となる。
図8Aおよび図8Bに、本発明の流体制御システムの変形例を示す。
図8Aおよび図8Bに示す流体制御システムは、A1およびA2方向に配列された開閉バルブ320、レギュレータ330、圧力計340、開閉バルブ350,360、マスフローコントローラ(MFC)370および開閉バルブ380の流体制御装置の列が並列されている。マスター装置1Mは、2列の流体制御装置に対してB2方向側、スレーブ装置1SはB1方向側に配置されている。マスター装置1Mおよびスレーブ装置1Sで構成される分流システムは、複数列の流体制御装置のいずれか一列または複数列からの流体を分割する。
図9Aおよび図9Bに示す流体制御システムは、2つのスレーブ装置1S-1,1S―2を有し、単一の流量を3分割する。図8Aおよび図8Bに示す流体制御システムに新たにスレーブ装置1S―2を追加して、通信ケーブルで接続すれば、図9Aおよび図9Bに示す流体制御システムを容易に構築できる。
1S スレーブ装置
2 カバー
10 ベース部
11A,11B,11C ベースブロック
15A,15B コネクタ
20,21 通信ケーブル
300,300A,300B 流体制御システム
310 ベースプレート
320 開閉バルブ
330 レギュレータ
340 圧力計
350 開閉バルブ
360 開閉バルブ
370 マスフローコントローラ
380 開閉バルブ
401~407 ブロック状継手部材
500 マニホールドブロック継手部材(分岐機構)
510 ブロック状継手部材
BT1~BT3 ボルト(締結部材)
GK ガスケット
Claims (16)
- 単一の流量を複数の流量に分割し、分割された流量の比が設定流量比になるように各流量を制御する分流システムであって、
単一の流量を複数の流量に分割する分岐機構と、
前記分岐機構とは別体に形成され、前記複数の流量をそれぞれ制御する、互いに分離独立した複数の流体制御装置と、を有し、
前記複数の流体制御装置の一つはマスター装置であり、残りの流体制御装置はスレーブ装置であり、
前記マスター装置は、前記設定流量比に基づく設定流量値を前記スレーブ装置へ送信し前記スレーブ装置の流量検出値を受信する通信部を有し、
前記スレーブ装置は、前記マスター装置から前記設定流量値を受信し前記流量検出値をマスター装置に送信する通信部を有する、
ことを特徴とする分流システム。 - 前記マスター装置は、外部から与えられる前記設定流量比に基づいて、前記複数の流体制御装置の設定流量値をそれぞれ算出する流量算出部を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の分流システム。 - 前記流量算出部は、前記設定流量比と、前記マスター装置の流量検出値および前記通信部を通じて取得した前記スレーブ装置の流量検出値とに基づいて、前記スレーブ装置に与える設定流量値を変更する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の分流システム。
- 前記流体制御装置は、分割された複数の流量のうちの一の流量の、流入口、流路および流出口を画定するベース部を有し、
前記ベース部は、ブロック状に形成され、
前記ベース部は、設置面である底面に前記流入口および流出口が形成されている、
ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の分流システム。 - 前記分岐機構は、単一の流量を複数の流量に分割するマニホールドを含む、ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の分流システム。
- 前記マニホールドは、複数の開口が配列された上面を有し、前記複数の開口にそれぞれ連通する複数の分岐流路および当該複数の分岐流路が共通に接続される流路が内部に形成されたブロック状継手部材を含み、
前記マスター装置およびスレーブ装置のベース部が前記ブロック状継手部材に締結部材で固定され、当該マスター装置およびスレーブ装置の底面の流入口に連通する流路が当該ブロック状継手部材の上面の開口に連通する流路に接続されている、ことを特徴とする請求項5に記載の分流システム。 - 前記マスター装置およびスレーブ装置のベース部の底面が設置される上面を有し、前記ベース部が締結部材により固定される複数のブロック状継手部材をさらに有し、
前記ブロック状継手部材は、前記マスター装置およびスレーブ装置の底面の流出口に接続される、前記上面で開口する流路を有する、ことを特徴とする請求項6に記載の分流システム。 - 請求項1~7のいずれかに記載の分流システムに用いられるマスター装置又はスレーブ装置からなることを特徴とする流体制御装置。
- 複数種類の流体制御装置が集積化された流体制御システムであって、
前記複数種類の流体制御装置の一部が請求項1~7の分流システムのマスター装置およびスレーブ装置である、ことを特徴とする流体制御システム。 - 前記複数種類の流体制御装置のすべてが、設置面である底面に流路の開口が形成されたブロック状のベース部を有する、ことを特徴とする請求項9に記載の流体制御システム。
- 前記複数種類の流体制御装置には、流体の流量を計測しつつ当該流量を制御する流量制御装置が含まれ、
前記流量制御装置は、請求項4~7のいずれかに記載の分流システムのマスター装置およびスレーブ装置のベース部と同じ仕様のベース部を有する、ことを特徴とする請求項9又は10に記載の流体制御システム。 - 複数種類の流体制御装置が集積化された流体制御システムの製造方法であって、
前記複数種類の流体制御装置の一部が請求項4~7のいずれかに記載の分流システムのマスター装置およびスレーブ装置からなり、
共通のベースプレート上に複数のブロック状継手部材を位置決めし、
前記ブロック状継手部材を締結部材により前記共通のベースプレートに固定し、
前記継手部材の上面に形成された開口の周囲にシール部材を位置決めし、
前記ブロック状継手部材の上面に前記複数種類の流体制御装置の底面を位置決めし、
前記複数種類の流体制御装置のベース部を締結部材により前記ブロック状の継手部材に固定する、ことを特徴とする流体制御システムの製造方法。 - 前記ブロック状継手部材として、複数の開口が配列された上面を有し、前記複数の開口にそれぞれ連通する複数の分岐流路および当該複数の分岐流路が共通に接続される流路が内部に形成されたブロック状継手部材を用いる、ことを特徴とする請求項12に記載の流体制御システムの製造方法。
- 半導体製造プロセスにおいて使用される流体の流量比制御に、請求項1~7のいずれかに記載の分流システムを用いることを特徴とする半導体製造方法。
- フラットパネルディスプレイの製造プロセスにおいて使用される流体の流量比制御に、請求項1~7のいずれかに記載の分流システムを用いることを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
- ソーラーパネルの製造プロセスにおいて使用される流体の流量比制御に、請求項1~7のいずれかに記載の分流システムを用いることを特徴とするソーラーパネルの製造方法。
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