JP2008014390A - 集積形流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトでかつ複雑な配線を必要とせず、また必要な部分のみ確実に加熱できるようにする。
【解決手段】 質量流量制御手段Ｍとそこにプロセスガスを流入する流入制御手段Ｓ、Ａ１とプロセスガスを流出する流出制御手段Ａ２、Ａ３を含む第１の流体制御機器と、隣接する流体制御機器を連通させる流路を有する複数の流路ブロックＶ１〜Ｖ６とを有する複数列のプロセスガスラインＬ１〜Ｌ３をベースプレートＤ上に設置した集積形流体制御装置１において、
プロセスガスラインＬ１〜Ｌ３を構成する第１の流体制御機器Ｍ、Ｓ、Ａ１〜Ａ３は、加熱手段を介してベースプレートＤ上に設置されるとともに、
この加熱手段は、ベースプレートＤ上に設置された単一のシート状ヒータＨと、その熱を流路ブロック又は質量流量制御手段に伝達する伝熱ブロックＸ１、Ｘ２を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス供給、特に半導体製造用ガスの供給に用いられる集積形流体制御装置に関する。

半導体製造装置に用いられるプロセスガスには、常温常圧で気体状態のものに限らず、例えば、ジクロルシラン、六フッ化タングステン、三フッ化塩素等の常温常圧では、液化しやすいガス材料も多く使用されている。このような液化しやすいガスを半導体製造装置に供給する過程で液化が生じると、レギュレータでの圧力制御やマスフローコントローラで質量流量制御を正確に行うことができず、不良率が増加してしまう。そこで、液化しやすいガス材料を供給する集積形流体制御装置においては、従来からガス供給ラインに加熱手段（ヒータ等）を設けて、ガス材料を気化温度以上に加熱保温することが行われている。

また、常温常圧では液化しやすいガス材料の中には、その沸点が高いものがあり、例えば、エッチングに使用される臭化水素は沸点が６７℃である。従って、臭化水素のような高沸点ガスを液化させることなく供給するためには、集積形流体制御装置を８０℃前後にまで加熱する必要がある。

集積形流体制御装置に加熱手段を設けることは、例えば特許文献１〜３に記載されている。特許文献１には、小型化した集積ユニットでも、ラインユニット間のピッチを変える必要が無く、無駄な放熱がなく安定した加熱を行うことができるようにするために、流通ラインプロセスユニットのなかの各種の流体制御機器を流路ブロックを介して流路方向に接続し、これら流路ブロックの流路方向に凹溝を設け、凹溝内にヒータを装着した集積流体制御装置が記載されている。

また、特許文献２には、コンパクトでかつ温度の制御性が良い集積弁を得るために、複数の集積ユニットがベースブロック上に並べて固定され、そのベースブロックに断続的に形成された流路によって、被制御流体が各集積ユニットを流れる流体制御ラインを構成するものであって、集積ユニットとベースブロックとの間に流体を加熱保温するためのヒータを介在させた集積弁が記載されている。

更に、特許文献３には、ガス供給装置の設置間隔を短くして、コンパクトな集積弁とするために、表面に複数のガス供給装置を取り付けた取付板の裏面に取付板加温部材を密着させて固定し、取付板加温部材が発生する熱が取付板に直接伝達されるようにするようにした集積弁が記載されている。

特開２０００−２３０６７０号公報（図１、図７） 特開２０００−１７０９５５号公報（図１） 特開２００３−６５４６２号公報（図２）

特許文献１に開示の技術によると、流路ブロックの流路方向に凹溝を設け、その凹溝内にヒータを装着しているので、流路ブロックをベースプレートに取り付けるボルト穴やマスフローコントローラ等の流体制御機器を取り付けるねじ穴を凹溝に干渉しないように配置しなければならず、流路ブロックが大型化し、結果として集積流体制御装置が大型化するという課題がある。

また、特許文献２に開示の技術によると、集積ユニットとベースブロックとの間に集積ユニットごとにヒータを介在させているので、個々の温度制御が可能であるという利点を有するものの、ヒータ用の配線や温度制御機器等を複雑に配置しなければならないといった課題がある。

また、特許文献３に開示の技術によると、取付板は均一に加熱することができるものの、ガス供給装置は、複数の流路ブロックの上に配置されているために、取付板から伝わる熱は流路ブロックを経由することとなる。従って、本来効率よく加熱されるべきガス供給装置の流路が、効率よく加熱することができないという課題がある。

特許文献１乃至３に共通した課題として、ガス供給装置を構成する流体制御機器は、制御回路やセンサ部あるいは駆動部を備えているので、これらが例えば、６０℃以上の温度にまで加熱されると、機器の寿命が極端に短くなる、あるいは、突然の故障を起こしたりする原因となることがある。
更に、集積流体制御装置には、メンテナンスや将来のガスラインの増設を考慮して、流路ブロックと開閉弁のみを配置させ、それ以外の流体制御機器を具備しないガス供給ライン（予備ライン）を設けることがある。この予備ラインの途中には、伝熱されるべき流体制御機器が存在しない箇所があるために、その個所の放熱が不充分で、一部が過熱され、ヒータの断線等が懸念される。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、コンパクトなヒータ内蔵型集積形流体制御装置であって、複雑な配線が不要で、且つヒータの熱を効率よく流体制御機器に伝達することができる集積形流体制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の集積形流体制御装置は、質量流量制御手段とそこにプロセスガスを流入させる流入制御手段と質量流量制御手段からプロセスガスを流出させる流出制御手段を含む第１の流体制御機器と、隣接する前記制御手段を連通させる流路を有する複数の流路ブロックとを有する複数列のプロセスガスラインをベースプレート上に設置した集積形流体制御装置において、
前記第１の流体制御機器及び前記流路ブロックは、加熱手段を介して前記ベースプレート上に設置されるとともに、
前記加熱手段は、前記ベースプレート上に設置された単一のシート状ヒータと、その熱を前記流路ブロック又は前記質量流量制御手段に伝達する伝熱ブロックを有することを特徴とする。

本発明において、前記ベースプレート上に、前記プロセスガスラインと並列に、プロセスガスを流入する流入制御手段とプロセスガスを流出させる流出制御手段を含む第２の流体制御機器と、隣接する前記制御手段を連通させる流路を有する複数の流路ブロックとを有する予備ラインを加熱手段を介して設置することができる。

本発明において、前記プロセスガスラインと前記予備ラインにパージガスを導入するパージラインが付設されるとともに、前記各流路ブロックは、断面略Ｔ字形状のブロックであることが好ましい。

本発明において、前記伝熱ブロックは、前記質量流量制御手段とそれに連通する流路ブロックと前記ヒータで囲まれた領域及び前記流路ブロックと前記ヒータで囲まれた領域に設置されていることが好ましい。

本発明において、前記伝熱ブロックの少なくともひとつは、表面の一部が保温部材で被覆されていることが好ましい。

本発明によれば、ベースプレート上にシート状ヒータを設置するとともに、ヒータと質量流量制御手段及びヒータと流路ブロックとの間には伝熱ブロックを配置するので、コンパクトな装置とすることができるとともに、ヒータの熱を効率良くガスラインを構成する制御機器に伝熱することができる。しかも加熱手段として単一のシート状ヒータを使用するので、被加熱部が共通のヒータをもつことになり、接続端子が一箇所で済み、配線を簡素化することができる。

すなわち、本発明の集積形流体制御装置を使用すると、ガス流路内はガスが液化しない温度に維持され、しかも、流体制御機器の過熱が防止されるので、特に８０℃前後にまで加熱を必要とする集積形流体制御装置にも有効に適用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる集積形流体制御装置の配管系統図、図２は、本発明の集積形流体制御装置を示す平面図、図３は、図２をＡ方向から見た矢視図、図４はヒータの平面図、図５は流路ブロックを示し、（ａ）は平面図、(ｂ)は（ａ）をＢ方向から見た矢視図、（ｃ）は（ａ）をＣ方向から見た矢視図、図６は伝熱ブロックの側面図である。

図１に示す集積形流体制御装置１は、矢印方向に独立してプロセスガスが流動可能な複数列（３ライン）のプロセスガスラインＬ（Ｌ１、Ｌ２およびＬ３）と、ガスラインの増設が必要な場合あるいはガスラインの保守点検時にプロセスガスを流動可能とするために、プロセスガスラインＬと並列に設けられた予備のプロセスガスライン（以下単に予備ラインという）Ｙ１、Ｙ２を有する。また各プロセスガスラインのガス流入側にこれらを横切るように不活性ガスを導入するパージラインＰ１、Ｐ２が設置されている。プロセスガスラインＬ１は、ガスの流動方向に沿って、手動三方開閉弁Ｓ、空圧遮断弁Ａ１、マスフローコントローラＭ、空圧遮断弁Ａ２、空圧三方弁Ａ３を有し、他のプロセスガスラインＬ２、Ｌ３もこれと同様の構造を有する。また予備ラインＹ１は、ガスの流動方向に沿って、手動三方開閉弁Ｓ、空圧遮断弁Ａ１、空圧遮断弁Ａ２、空圧三方弁Ａ３を有し、他の予備ラインＹ２もこれと同様の構造を有する。
上記のプロセスガスラインＬ、予備ラインＹ１、Ｙ２及びパージラインＰ１、Ｐ２は、ベースプレート上にヒータを含む加熱手段（いずれも図示を省略）を介して設置されており、その詳細は後述する。

図１に示す集積形流体制御装置１において、プロセスガスラインＬ１を使用する場合、次の手順により半導体製造装置にプロセスガスの供給を行うことができる。プロセスガスの供給開始前に、窒素等の不活性ガスを各プロセスガスラインＬ１に導入し、管路内をパージする。具体的には、パージラインＰ２から導入した不活性ガスは、手動ニ方弁Ｓ‘及び手動三方開閉弁Ｓを開弁することによって、例えば、プロセスガスラインＬ１へ導入し、同時に空圧遮断弁Ａ１、マスフローコントローラＭ、空圧遮断弁Ａ２、空圧三方弁Ａ３をそれぞれ開放することによって、パージラインＰ１へ排出される。

十分なパージが行われた後、各機器を操作してプロセスガスを導入する。すなわち、手動三方開閉弁Ｓ、及び空圧三方弁Ａ３を閉じることによって、プロセスガスラインＬ１とパージラインＰ１、Ｐ２とは遮断され、同時に空圧遮断弁Ａ１、空圧遮断弁Ａ２を開弁することによって、紙面右側から流入したプロセスガスを紙面左側に流出させる。このとき、マスフローコントローラＭは流量センサと制御弁を内蔵しているので、流量センサでプロセスガスの質量流量を測定し、その測定値に基づいて制御弁の開度を制御することによって、所定流量のプロセスガスを流出させる。

最後に、再び手動三方開閉弁Ｓを開弁することによって、パージラインＰ２より不活性ガスをプロセスガスラインＬ１へ導入し、同時に空圧遮断弁Ａ１と空圧三方弁Ａ３をそれぞれ開放することによって、パージラインＰ１へ排出することで、別の種類のプロセスガスを使用することが可能となる。

他のプロセスガスラインＬ２、Ｌ３を使用する場合も、上記と同様の手順で半導体製造装置にプロセスガスの供給を行うことができる。

図１に示す集積形流体制御装置１の各部の構成を図２〜６により説明する。プロセスガスラインＬ１（Ｌ２及びＬ３も同様）は、図２及び図３を参照すると、ガスの流動方向に沿って設置された複数の流体制御機器、例えば手動三方開閉弁Ｓ、空圧遮断弁Ａ１、マスフローコントローラＭ、空圧遮断弁Ａ２、空圧三方弁Ａ３と、隣接する流体制御機器を連通させる流路（図示を省略）を有する断面略Ｔ字型の横流路ブロックＶ（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５）と、プロセスガス発生源（図示を省略）と接続される流入継手ブロックＶ１と、半導体製造チャンバ（図示を省略）と接続される流出継手ブロックＶ６とからなる。図２及び図３において、流入継手ブロックＶ１及び流出継手ブロックＶ６は、袋ナットで封止された形態で示されている。

予備ラインＹ１及びＹ２は、プロセスガスラインの増設が必要となった場合や、プロセスガスラインＬ１〜Ｌ３のメンテナンスを行う場合に、マスフローコントローラのみを取り付ければプロセスガスラインを構築できるように構成されている。したがって予備ラインＹ１及びＹ２は、流体制御機器のうちマスフローコントローラＭを除いた流体制御機器を有するとともに、そのラインにプロセスガスが導入される時にマスフローコントローラＭと接続される流路をフランジＦで封止した形態としている。

また、図３に示すように、プロセスガスラインＬ１〜Ｌ３に設けられた手動三方開閉弁Ｓ及び空圧三方弁Ａ３の下方には、各々の弁と連通するとともに、各プロセスガスラインＬ１〜Ｌ３を横切るパージラインＰ１を形成するために、紙面に垂直な方向に連通する流路を有する逆Ｔ型形状の縦流路ブロックＴ１、Ｔ２が設けられている。このようにＴ字形の横流路ブロックＶと逆Ｔ字形の縦流路ブロックＴ１、Ｔ２と組み合わせることによって、縦横に連通する流路を有する集積形流体制御装置のコンパクト化を図ることができる。

ベースプレートＤには、上記のプロセスガスラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び予備ラインＹ１、Ｙ２を加熱する加熱手段が設置され、この加熱手段は平面から見て各ガスラインを構成する流体制御機器に対応する形状を有するヒータＨとそこで発生した熱を各制御機器に伝達するための伝熱ブロックＸ１、Ｘ２、Ｘ３を有する。ヒータＨとしては、例えば、シリコーンゴム等の絶縁体からなるシートの内部に、ニクロム線又はニクロム箔などの発熱体が埋め込まれたシート状ヒータを使用することができる。このヒータＨは、図４に示すように、ベースプレートＤのほぼ全域をカバーし得る大きさを有するとともに、ベースプレートＤに横流路ブロックを固定するためのボルトとの干渉を防止するために、ガスが流動しない部分に対応する部分に、凹凸部Ｈ２又はヌスミ部Ｈ３を設けた形状を有する。このヒータＨは、電源に接続されるヒータ端子Ｈ１が一箇所のみに設けられているので、複雑な配線作業が不要となる。さらにヒータＨは、広い表面積をもち、ヒータ容量が大きいので、少ない入力電力で８０度前後にまで短時間に昇温することができる。

加熱手段は、ヒータＨと制御機器との熱伝導を効率よく行うために、伝熱ブロックＸ１、Ｘ２及びＸ３を有する（図３参照）。伝熱ブロックＸ１、Ｘ２及びＸ３は各々、横流路ブロックＶ２、Ｖ３及びヒータＨで囲まれた領域と、マスフローコントローラＭ、横流路ブロックＶ３、Ｖ４及びヒータＨで囲まれた領域と、横流路ブロックＶ４、Ｖ５及びヒータＨで囲まれた領域に設けられている。

横流路ブロックＶには、上面にベースプレートＤと締結するためのボルト穴Ｖ１３と、このブロックの上面に設ける流体制御機器を締結するためのねじ部と、流体制御機器と連通するガス流路Ｖ１２と、流体制御機器の定位置を決める位置決め穴Ｖ１５が設けられている｛図５（ａ）参照｝。また、ヒータＨをベースプレートＤと横流路ブロックＶとで挟持するために、横流路ブロックＶには、底面に凹部Ｖ１１が設けられている｛図５（ｂ）参照｝。また、流入継手ブロックＶ１、及び流出継手ブロックＶ６においても同様に底面に凹部を設けることができる。

さらに、予備ラインＹ１、Ｙ２においても、マスフローコントローラが設置される部分には伝熱ブロックＸ２１が設置されている（図２参照）。この伝熱ブロックＸ２１は、図６に示すように、両端に段差が設けられたブロック状部材であり、表面の一部（上面）が保温部材Ｘ２２で被覆されている。この伝熱ブロックＸ２１をマスフローコントローラを具備しない予備ラインに設けることにより、ヒータＨからの熱を適切に伝熱させるとともに、上面が保温部材Ｘ２２で覆われているので、放熱が防止され、省エネルギーとなる。

上記の加熱手段を設けることによって、ヒータＨからの熱は、伝熱ブロックを介して横流路ブロック及び縦流路ブロックに伝達され、ガスライン全体を加熱することができる。すなわち縦流路ブロックを設けない箇所に、断熱空間（空気）が形成されることがないので、ヒータからの熱を有効に流体制御装置に伝達することができる。特に、予備ラインＹ１、Ｙ２においては、伝熱ブロックを経由して横流路ブロックへの熱伝導が行われるので、ヒータＨの一部分のみが過熱されることがなく、断線等の故障を防止することができる。

本発明において、予備ラインを設けない場合は、それを除いた部分に加熱手段を設ければよい。

本発明の集積形流体制御装置の配管系統図である。 本発明の実施の形態に係わる集積形流体制御装置の平面図である。 図２をＡ方向から見た矢視図である。 ヒータの平面図である。 （ａ）は横流路ブロックの平面図、（ｂ）は（ａ）をＢ方向から見た矢視図、（ｃ）は（ａ）をｃ方向から見た矢視図である。 伝熱ブロックの側面図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２：空圧遮断弁、Ａ３：空圧三方弁、Ｓ：手動三方開閉弁、Ｍ：マスフローコントローラ、Ｄ：ベースプレート、
Ｈ：ヒータ、Ｈ１：ヒータ端子、Ｈ２：凹凸部、Ｈ３：ヌスミ部
Ｖ１：流入継手ブロック、Ｖ、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５：横流路ブロック、Ｖ６：流出継手ブロック、Ｖ１１：凹部、Ｖ１２：ガス流路、Ｖ１３：ボルト穴、Ｖ１４：ねじ部、Ｖ１５：位置決め穴
Ｔ１、Ｔ２：縦流路ブロック
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：プロセスガスライン
Ｙ１、Ｙ２：予備ライン
Ｐ１、Ｐ２：パージライン
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ２１：伝熱ブロック、Ｘ２２：保温部材

Claims (5)

1. 質量流量制御手段とそこにプロセスガスを流入させる流入制御手段と質量流量制御手段からプロセスガスを流出させる流出制御手段を含む第１の流体制御機器と、隣接する前記制御手段を連通させる流路を有する複数の流路ブロックとを有する複数列のプロセスガスラインをベースプレート上に設置した集積形流体制御装置において、
   前記第１の流体制御機器及び前記流路ブロックは、加熱手段を介して前記ベースプレート上に設置されるとともに、
   前記加熱手段は、前記ベースプレート上に設置された単一のシート状ヒータと、その熱を前記流路ブロック又は前記質量流量制御手段に伝達する伝熱ブロックを有することを特徴とする集積形流体制御装置。
2. 前記ベースプレート上に、前記プロセスガスラインと並列に、プロセスガスを流入する流入制御手段とプロセスガスを流出させる流出制御手段を含む第２の流体制御機器と、隣接する前記制御手段を連通させる流路を有する複数の流路ブロックとを有する予備ラインが加熱手段を介して設置されることを特徴とする請求項１に記載の集積形流体制御装置。
3. 前記プロセスガスラインと前記予備ラインにパージガスを導入するパージラインが付設されるとともに、前記各流路ブロックは、断面略Ｔ字形状のブロックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の集積形流体制御装置。
4. 前記伝熱ブロックは、前記質量流量制御手段とそれに連通する流路ブロックと前記ヒータで囲まれた領域及び／又は流路ブロックと前記ヒータで囲まれた領域に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集積形流体制御装置。
5. 前記伝熱ブロックの少なくともひとつは、表面の一部が保温部材で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集積形流体制御装置。