JP2001184127A - 集積タイプのマスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブ等の他の構成部材と同じベース取付け
部を有することでガス供給ラインを小型化できる集積タ
イプのマスフローコントローラを提供することである。 【解決手段】 本体ブロック１に流体入口８ａと流体出
口８ｂを形成し、これら流体入口８ａと流体出口８ｂを
接続する流体流路１１中に制御バルブ３１を設け、更
に、流体入口８ａと制御バルブ３１との間に、流体Ｇを
バイパスさせるバイパス素子７と、流体Ｇの流量測定を
行う流量センサ部１０とを並列的に設け、前記流量セン
サ部１０からの流量測定信号と流量設定信号とを比較制
御回路において比較し、この比較制御回路から出力され
る制御信号に基づいて制御バルブ３１の開度を制御する
ようにしたマスフローコントローラ３であって、前記本
体ブロック１内に前記バイパス素子７を設けるととも
に、前記本体ブロック１の側面ｎに前記流量センサ部１
０を設ける一方、前記本体ブロック１の上面ｓに前記制
御バルブ３１を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、半導体
製造プロセスでのウェハーの膜付けや、エッチング等に
使用されるガスを流すためのガス供給ラインに設置さ
れ、流量センサ部と制御バルブのベース取付け部をコン
パクト化した新規な集積タイプのマスフローコントロー
ラに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、半導体の製造に用いられるパージガスを含む各種の
ガスをウェハー等に供給する場合、図８に示すように、
それらの供給流路（ガス供給ライン）８１〜８８にマス
フローコントローラ８９をそれぞれ設け、これによって
ガス流量をそれぞれ調節するとともに、マスフローコン
トローラ８９の入口側（逆止弁９０のある側）および出
口側に通常複数個のバルブ９１が設置されるが、バルブ
９１，９１同士やマスフローコントローラ８９とバルブ
９１を、図８に示すようにパイプにより接続しないで、
ガス供給ラインの小型化を目的として、図７に示すよう
に、複数個のバルブ９１を基板９９により上方から着脱
自在に一方向に並んで取り付けて構成部材（この場合バ
ルブ９１）の占有面積を小さくすることが提案されてい
る（特開平１０−３１１４５０号公報、特開平１０−３
１１４５１号公報）。これらによれば、バルブのみなら
ず逆止弁あるいはフィルタ等の構成部材までベース取付
け部を同一にすることでこれら構成部材の標準化を図る
ことができるけれども、マスフローコントローラ８９だ
けは、依然、他のコンポーネント（前記逆止弁あるいは
フィルタ等の構成部材）と比べコンパクト化が図られて
いなかった。すなわち、マスフローコントローラ８９
は、例えばバルブと大きさが異なるため、特殊な取付け
方法にて基板９９に設置されていた。これは、マスフロ
ーコントローラ８９は、図６に示すように、本体ブロッ
ク６１に形成された流体入口６２と流体出口６３との間
に、ガスＧをバイパスさせるバイパス素子６４と、ガス
Ｇの流量測定を行う流量センサ部６５とを並列的に設
け、更に、流量センサ部６５と制御バルブ６６とを同じ
側に設置していたためである。例えば、図７、図６にお
いて、マスフローコントローラ８９の流体入口６２と流
体出口６３の基板９９への設置方向を両矢印Ｙで示す一
方、この設置方向に直角な方向を両矢印Ｘで示すと、上
面からみたマスフローコントローラ８９の矢印Ｘで示す
方向における横の長さｘに比して両矢印Ｙで示す方向に
おける縦の長さｙ（図６参照）が大である。

【０００３】この発明は上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、バルブ等の他の構成部材と同じベ
ース取付け部を有することでガス供給ラインを小型化で
きる集積タイプのマスフローコントローラを提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、本体ブロックに流体入口と流体出口を
形成し、これら流体入口と流体出口を接続する流体流路
中に制御バルブを設け、更に、流体入口と制御バルブと
の間に、流体をバイパスさせるバイパス素子と、流体の
流量測定を行う流量センサ部とを並列的に設け、前記流
量センサ部からの流量測定信号と流量設定信号とを比較
制御回路において比較し、この比較制御回路から出力さ
れる制御信号に基づいて制御バルブの開度を制御するよ
うにしたマスフローコントローラであって、前記本体ブ
ロック内に前記バイパス素子を設けるとともに、前記本
体ブロックの側面に前記流量センサ部を設ける一方、前
記本体ブロックの上面に前記制御バルブを設けている。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図１〜図５は、この発明の一実施形態を
示す。なお、図１は、この発明の集積タイプのマスフロ
ーコントローラ３の内部構造を基板４上に設置した状態
で示し、マスフローコントローラ３の流体入口８ａと流
体出口８ｂの基板４への設置方向を両矢印Ｙで示すとと
もに、両矢印Ｙで示す方向に垂直な上方向、すなわち、
マスフローコントローラ３の高さ方向を矢印Ｚで示して
いる。図２は、基板４上に設置された前記マスフローコ
ントローラ３を上面からみた図で、前記両矢印Ｙで示す
方向（以縦方向Ｙという）に直角な方向を両矢印Ｘで示
している（以横方向Ｘという）。図３〜図５は、基板４
上にマスフローコントローラ３とバルブと例えばフィル
タを設置して構成したガス供給ラインＬを示している。

【０００６】図１〜図５において、１は本体ブロック
で、平面視正方形（一辺ａの長さが例えば３９ｍｍ）の
ベース取付け部２が形成されている。すなわち、横の長
さＡも縦の長さＢも同じ（Ａ＝Ｂ＝ａ）である。このベ
ース取付け部２の四隅には、半導体の製造に用いられる
パージガスを含む各種のガスをウェハー等に供給するガ
ス供給ラインＬを形成するための基板４にマスフローコ
ントローラ３を取り付けて固定するためのネジ穴５が所
定のピッチｂを有して設けられている。５ａはネジ穴５
に螺合するボルトである。前記ピッチｂは、例えば３０
ｍｍである。このピッチｂは、例えば半導体製造プロセ
スでのウェハーの膜付けや、エッチング等に使用される
ガスを流すためのガス供給ラインＬにマスフローコント
ローラ３とともに設置される各種のバルブ５０、逆止弁
あるいはフィルタ５１等の構成部材のベース取付け部５
２に形成されているネジ穴５５，５５（図５参照）間の
ピッチと同一に設定してある。

【０００７】前記本体ブロック１内には、バイパス素子
７取り付け用のブロック６を介して、ガス（流体の一
例）Ｇをバイパスさせるバイパス素子７が高さ方向Ｚに
長く設置されている。８ａは、本体ブロック１の下面ｍ
に設けた流体入口で、この流体入口８ａからバイパス素
子７の上流端７ａに至る第１流路（マスフローコントロ
ーラ３の入口流路）９が本体ブロック１内に形成されて
いる。前記ブロック６もバイパス素子７と同様に高さ方
向Ｚに設置されている。このブロック６は、上方開口６
ａと下方開口６ｂと保持部６ｃと保持部６ｃの中央に形
成される側面中央穴６ｄと下方開口６ｂの直上に形成さ
れる側面下方穴６ｅを有する。前記ブロック６は本体ブ
ロック１内に設けたガス流路空間Ｈ内に嵌め込まれ、保
持部６ｃを介して前記ブロック６内にバイパス素子７が
設置される。１００は、前記本体ブロック１の内面と前
記ブロック６間をシールするメタルＯリングである。

【０００８】１０は、流体の流量測定を行う流量センサ
部で、本体ブロック１の一方側面ｎに設けてある。この
側面ｎはベース取付け部２の平坦な上面ｋから垂直に、
かつ、上方に至る面であり、かつ、マスフローコントロ
ーラ３は前記側面ｎが前記横方向Ｘに沿うよう前記基板
４へ設置される。そして、本体ブロック１は、これら一
方側面ｎ、上面ｋを跨ぐ形で、これらの中央に縦断面直
角三角形の突出部３０を有する。この突出部３０内に
は、マスフローコントローラ３の出口流路（第７流路）
２４（後述する）の一部を構成する流路が形成されてい
る。

【０００９】１２は、本体ブロック１の内面において、
前記ブロック６の側面下方穴６ｅに連通するよう開設さ
れた測定流路入口である。また、１３は、本体ブロック
１の内面において、前記ブロック６の側面中央穴６ｄに
連通するよう開設された測定流路出口である。

【００１０】前記流量センサ部１０は、ガス流路１１に
連通するよう一端を前記測定流路入口１２に、他端を測
定流路出口１３に、それぞれ取付部材１４，１９を介し
て接続されたセンサ管１５を備えている。このセンサ管
１５は、平面視Ｕ字状に形成された例えば薄肉毛細管
（キャピラリ）よりなる。すなわち、前記センサ管１５
は、前記側面ｎに平行なセンサ流路部分１５ａと、この
一端から直角に折れ曲がり取付部材１４に至るセンサ流
路部分１５ｂと、前記流路部分１５ａの他端から直角に
折れ曲がり取付部材１９に至るセンサ流路部分１５ｃと
よりなる。更に、前記センサ流路部分１５ａには２つの
熱式質量流量センサ素子としての自己発熱抵抗体（以
下、単にセンサ素子という）１６，１７が巻回されてお
り、センサ素子１６，１７はブリッジ回路（図示してな
い）に接続されている。前記取付部材１４，１９は、前
記側面ｎに抵抗溶接されている。

【００１１】なお、１８は、センサ管１５およびセンサ
素子１６，１７を覆う断熱性のカバーで、風による熱影
響を防止する。

【００１２】２０は、測定流路入口１２とセンサ流路部
分１５ｂとを繋ぐ第２流路であり、また、２１は、セン
サ流路部分１５ｃと測定流路出口１３とを繋ぐ第３流路
である。前記第２流路２０は、本体ブロック１内に傾斜
状態で形成されている。また、前記第３流路２１は、本
体ブロック１内に水平状態で、すなわち、ベース取付け
部２の上面ｋに平行に形成されている。２２は、測定流
路出口１３と前記上方開口６ａを繋ぐ第４流路である。

【００１３】３１は、ガスＧの流量を制御するための制
御バルブである。この制御バルブ３１は、流量センサ部
１０からの流量測定信号と流量設定信号とを比較制御回
路（図示せず）において比較し、この比較制御回路から
出力される制御信号に基づいて制御されることにより弁
開度を変え、これによってガスＧの流量を制御するよう
に構成されている。前記制御バルブ３１は、例えば、弁
ブロック３２と、弁ブロック押さえ部材３３と、両者３
２，３３に挟まれたダイヤフラム３４と、ダイヤフラム
３４の中央に位置して弁ブロック３２の上面中央開口４
０の開度を調節する弁体３５と、この弁体３５を常時上
方に付勢するばね（図示せず）と、ばねの付勢力に抗し
て弁体３５を押圧駆動するアクチュエータ３７と、弁ブ
ロック３８に螺着された筒状のケース３９とから主とし
てなる。

【００１４】前記弁ブロック３２には、上流の第４流路
２２と前記上面中央開口４０を繋ぐ第５流路４１と、弁
ブロック３２の上面両端に位置する環状開口４２と流体
出口８ｂに至る前記出口流路（第７流路）２４を繋ぐ第
６流路４３が形成されている。前記第７流路２４は、前
記突出部３０内に傾斜状態で形成されている。

【００１５】更に、前記弁ブロック３２は下部フランジ
３２ａを有し、下部フランジ３２ａには、四隅に六角穴
付ボルト４４が設けられている。一方、本体ブロック１
の上面Ｓは、下部フランジ３２ａの下面Ｐと同一形状に
なっており、上面Ｓにおける前記ボルト４４の対応位置
にボルト穴（図示せず）が形成されている。そして、制
御バルブ３１は、本体ブロック１の上面ＳにメタルＯリ
ング４６ａ，４６ｂを介して六角穴付ボルト４４で締め
付けられて固定される。なお、３ａは、マスフローコン
トローラ３のケースである。

【００１６】この実施形態においては、バイパス素子７
取り付け用のブロック６の上方開口６ａの直上に弁ブロ
ック３２の上面中央開口４０に向かう真っ直ぐな第５流
路４１を形成するように本体ブロック１の上面Ｓに制御
バルブ３１を設置してある。これに対し、図６において
は、弁ブロック６６ａの上面中央開口１０１に向かうバ
イパス素子６４側からの流路１０２は真っ直ぐではなく
カーブしており最短距離ではない。

【００１７】この実施形態では、上述した構成よりな
り、流量センサ部１０および制御バルブ３１をそれぞ
れ、本体ブロック１の側面ｎおよび本体ブロック１の上
面Ｓに設置することにより、従来流量センサ部６５と制
御バルブ６６とを本体ブロック側に設置していた分だけ
長くなっていたベース取付け部をコンパクト化できる。

【００１８】すなわち、この実施形態は、図７を例にと
ると、図７におけるマスフローコントローラ８９の横の
長さｘに比して大きかった縦の長さｙを横の長さｘと同
じ長さに設定したもので、マスフローコントローラ３の
ベース取付け部２をコンパクト化でき、マスフローコン
トローラ３のベース取付け部２を、前記基板４のガス供
給ラインに設置された各種のバルブ５０、逆止弁あるい
はフィルタ５１等の構成部材のベース取付け部５２と同
一寸法に標準化できる（図３〜図５参照）。その結果、
前記基板４を図７に示した基板９９に比して更に小型化
でき、より集積化が行えることになり、ウェハーの大型
化に対応できる。

【００１９】図３〜図５から、マスフローコントローラ
３と各種バルブ５０、フィルタ５１等の構成部材がマス
フローコントローラ３と同じベース取付け状態で設置さ
れていることが分かる。なお、９８は基板４に設けた流
路で、基板４に設置されたマスフローコントローラ３の
流路２４とバルブ５０の流路５０ａとを繋ぐ流路であ
る。

【００２０】なお、上記実施形態ではバイパス素子７と
してキャピラリタイプのものを示したが、テーパーピ
ン、エッチングプレート等のタイプのものを用いてもよ
い（特願平１１−３０５７９５号の明細書、図面参
照）。

【００２１】

【発明の効果】この発明では、本体ブロック内にバイパ
ス素子を設けるとともに、本体ブロックの側面に流量セ
ンサ部をバイパス素子と並列的に設ける一方、本体ブロ
ックの上面に制御バルブを設けたので、流量センサ部と
制御バルブのベース取付け部をコンパクト化でき、バル
ブ等の他の構成部材と同じベース取付け部を有する集積
タイプのマスフローコントローラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す全体構成説明図で
ある。

【図２】上記実施形態における上面側からみた構成説明
図である。

【図３】上記実施形態をガスラインに適用した状態を示
す要部斜視図である。

【図４】上記実施形態をガスラインに適用した状態を示
す構成説明図である。

【図５】上記実施形態をガスラインに適用した状態を示
す上面図である。

【図６】従来のマスフローコントローラを示す構成説明
図である。

【図７】従来の集積化したガスラインを有する基板を示
す構成説明図である。

【図８】従来のガスラインを示す構成説明図である。

【符号の説明】

１…本体ブロック、２…ベース取付け部、３…マスフロ
ーコントローラ、５…ネジ穴、７…バイパス素子、８ａ
…流体入口、８ｂ…流体出口、１０…流量センサ部、３
１…制御バルブ、４４…六角穴付ボルト、ｎ…本体ブロ
ックの一方側面、Ｓ…本体ブロックの上面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ブロックに流体入口と流体出口を形
   成し、これら流体入口と流体出口を接続する流体流路中
   に制御バルブを設け、更に、流体入口と制御バルブとの
   間に、流体をバイパスさせるバイパス素子と、流体の流
   量測定を行う流量センサ部とを並列的に設け、前記流量
   センサ部からの流量測定信号と流量設定信号とを比較制
   御回路において比較し、この比較制御回路から出力され
   る制御信号に基づいて制御バルブの開度を制御するよう
   にしたマスフローコントローラであって、前記本体ブロ
   ック内に前記バイパス素子を設けるとともに、前記本体
   ブロックの側面に前記流量センサ部を設ける一方、前記
   本体ブロックの上面に前記制御バルブを設けたことを特
   徴とする集積タイプのマスフローコントローラ。