JP5565962B2 - ガス供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、材料液を気化させて、その気化したガスを所定の流量で供給するガス供給装置に関するものである。
この種のガス供給装置A100としては、図6及び図7に示されるような、材料液Mが貯留されるタンクA1に、材料液Mを導入するための材料液導入配管と、気化したガスを導出する発生ガス導出配管とが設けられており、前記発生ガス導出配管がマスフローコントローラA2と接続されており、気化したガスの流量が制御されるものが特許文献1に開示されている。
このガス供給装置A100は、タンクの周囲に設けられたヒータによってタンク内の材料液を加熱して気化させるとともに、マスフローコントローラA2も別のヒータによって加熱しておくことにより、気化したガスが再び液化しないようにしている。
しかしながら、特許文献1に開示されるようなガス供給装置A100では、前記発生ガス導出配管については前記タンク又は前記マスフローコントローラからの熱伝導によって一定温度になると考えられているため特にヒータ等の加熱手段が設けられておらず、実際には配管周囲の温度が変化することによってガスの液化が生じることがある。このため、ガスの発生効率が低下してしまい、非常に非効率な運転となっていることがある。
このような問題に対して前記発生ガス導出配管におけるガスの液化を防ぐために配管自体を加熱することも考えられるが、ヒータを設置する箇所が増加していまい、コストが増大してしまうため現実的ではない。
また、前記タンクと前記マスフローコントローラは前記発生ガス導出配管によって離れて設けられているので、装置全体の設置面積が大きくなってしまい、工場のレイアウト等によってはこのようなガス供給装置を取り付けることが難しい場合もある。
特開2003−332327号公報
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、必要最小限の加熱手段によって気化したガスが再び液化する事を防ぐことができ、設置面積を大幅に小さくすることができるコンパクトな構成のガス供給装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明のガス供給装置は、材料液が貯留されるタンクと、前記タンクの内部と第1バルブユニットを介して接続され、前記材料液が気化したガスの流量を制御するマスフローコントローラとを具備するガス供給装置であって、前記第1バルブユニットは、前記タンクの外壁表面に直接取り付けられ、一面に第1インレットポート及び第1アウトレットポートが形成された第1バルブボディと、前記第1バルブボディの内部に設けられ、前記第1インレットポート及び前記第1アウトレットポートにそれぞれ接続される第1バルブとから構成され、前記タンクの外壁内部には内部流路が形成されており、前記内部流路は、タンクの内部と前記第1インレットポートとを接続する第1バルブ流入流路と、前記第1アウトレットポートと前記マスフローコントローラの導入口とを接続する第1バルブ流出流路とを具備する発生ガス導出ラインを備えたことを特徴とする。
このようなものであれば、従来であれば前記タンクから気化したガスが前記マスフローコントローラに流入するのを完全に止めるためのバルブは前記タンクと前記マスフローコントローラとの間の配管に設けるしかないと考えられていたため、前記タンクと前記マスフローコントローラと間のパイプ等の配管を無くしてしまうという発想は無かったのに対して、本発明のように前記タンクの外壁内部に内部流路を設けるとともに外壁平面に前記第1バルブユニットを直接取り付ける事によって初めてパイプ等の配管を無くすことができる。このため、前記タンク及び前記マスフローコントローラを近接させたり、直接取り付けたりすることができ、コンパクト化や熱的に略一体となることによるガスの液化を防ぐという効果を生じさせることができる。
言い換えると前記タンク、前記第1バルブユニット、前記マスフローコントローラはそれぞれ前記タンクの外壁内部に形成された内部流路によってそれぞれ接続され、外気と接触する配管を短くすることができるので、気化したガスが周辺温度の変化等によって配管が冷やされることにより液化する問題が生じるのを防ぐことができる。
ここで、前記マスフローコントローラを前記タンクの外壁表面に近接させて取り付けるとは、前記マスフローコントローラを継手等を介して前記外壁表面に直接取り付けることを含む概念である。前記マスフローコントローラと前記外壁表面とを近接させる距離としては、例えば、所定時間以内に前記マスフローコントローラと前記タンクとが略同温度なるような熱伝達効率となるような距離が挙げられる。
また、前記第1バルブユニット及び前記マスフローコントローラが前記タンクの外壁表面に直接取り付けることができるので、タンク、第1バルブユニット、マスフローコントローラは熱的に略一体となっているので、どこか1か所を温めるだけで全ての部材を略均一な温度に保つことができる。従って、必要最小限の加熱手段によって気化したガスが再び液化することを防ぐことができるようになる。加えて、前記タンクの外壁内部に前記発生ガス導出ラインを具備する内部流路が形成されているので、従来であれば、温調されていないかった流路に対しても前記タンク等を介して温調することができ、より気化したガスが再び液化することを防ぐことができる。
さらに、前記タンクの外壁表面に前記第1バルブユニット及び前記マスフローコントローラが直接取り付けることができるので、従来あった配管分だけ各部材が離れていたことにより生じていた設置面積を無くすことができ、非常にコンパクトなガス供給装置にすることができる。
前記タンクの内部に材料液を導入する配管をできる限り無くし、ガス供給装置をよりコンパクトに構成できるようにするには、前記タンクの外壁表面に直接取り付けられる第2バルブユニットと、前記内部流路が前記タンクの内部に材料液を導入するための材料液導入ラインを更に備え、前記第2バルブユニットは、第2インレットポート及び第2アウトレットポートが形成された第2バルブボディと、前記第2バルブボディの内部に設けられ、前記第2インレットポート及び前記第2アウトレットポートにそれぞれ接続される第2バルブとから構成され、前記材料液導入ラインは、前記第2アウトレットポートと前記タンクの内部とを接続する第2バルブ流出流路を具備するものであればよい。
コンパクト化を進めるためにより好ましい実施の態様としては、前記第2バルブユニットは、前記第2バルブボディの一面に前記第2インレットポートと前記第2アウトレットポートとが形成されており、前記材料液導入ラインは、前記タンクの外壁表面に形成された材料液導入口と前記第2インレットポートとを接続する第2バルブ流入流路を更に具備するものが挙げられる。
前記マスフローコントローラの交換時等において残留ガスをパージするためのパージガスを導入するための配管を無くし、コンパクトにするには、前記タンクの外壁表面に取り付けられる第3バルブユニットと、前記内部流路がパージガスを導入するためのパージガス導入ラインを更に備え、前記第3バルブユニットは、第3インレットポート及び第3アウトレットポートが形成された第3バルブボディと、前記第3バルブボディの内部に設けられ、前記第3インレットポート及び前記第3アウトレットポートにそれぞれ接続される第3バルブとから構成され、前記パージガス導入ラインは、前記第3アウトレットポートと前記発生ガス導出ラインとを接続する第3バルブ流出流路を具備するものであればよい。
コンパクトな構成にするためにより好ましい態様としては、前記第3バルブユニットは、前記第3バルブボディの一面に前記第3インレットポートと前記第3アウトレットポートとが形成されており、前記パージガス導入ラインは、前記タンクの外壁表面に形成されたパージガス導入口と前記第3インレットポートとを接続する第3バルブ流入流路を更に備えたものが挙げられる。
複数のプロセスに対してそれぞれ流量の異なるガスを供給することができるようにするには、前記ガス発生ラインが複数設けられており、各ガス発生ラインにマスフローコントローラが接続されているものが挙げられる。
工場内等でのレイアウトの管理を行いやすくしたり、フットプリントを小さくしたりするためには、前記タンク又は前記マスフローコントローラが、ガスパネルに取り付けられているものであればよい。
ガス供給装置において、マスフローコントローラとタンクとの配管を無くすことができ、コンパクト化や熱伝導のよいものとすることができるようにするには、ガス供給装置において材料液が貯留され、その材料液が加熱されるタンクであって、前記タンクの外壁表面に直接取り付けられ、一面に第1インレットポート及び第1アウトレットポートが形成された第1バルブボディと、前記第1インレットポート及び前記第1アウトレットポートをつなぐ流路に設けられる第1バルブとから構成される第1バルブユニットを具備し前記タンクの外壁内部には内部流路が形成されており、前記内部流路は、タンクの内部と前記第1インレットポートとを接続する第1バルブ流入流路と、前記第1アウトレットポートとマスフローコントローラの導入口とを接続するための第1バルブ流出流路とを具備する発生ガス導出ラインを備えたことを特徴とするものであればよい。
このように本発明のガス供給装置によれば、前記タンクの外壁内部に内部流路を形成するとともに、その内部流路が外壁表面に開口している箇所へ前記第1バルブユニットを外壁表面に取り付けるようにしてあるので、第1バルブユニットを設けるための配管を前記タンクと前記マスフローコントローラとの間に設ける必要が無く、従って、マスフローコントローラを前記タンクの外壁表面に近接させて取り付ける、又は直接取り付けることができるようになる。このため、各部材を接続する配管が外気に触れないようにすることができ、温度変化による気化したガスの液化を防ぐことができる。しかも、前記タンクの外壁表面に各部材が直接又は近接させて取り付けることができるようになるからガス供給装置全体をコンパクトに構成する事が可能となるとともに、熱的に略一体のものとすることができ、例えば、タンクを温調しておくだけでもガス供給装置全体を均一な温度に保つことができ、ガスの液化を防ぐことができる。
本発明の一実施形態に係るガス供給装置の模式的斜視図。 同実施形態におけるガス供給装置のタンクの内部流路を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるガス供給装置の各機器の模式的構成図。 別の実施形態に係るガス供給装置の模式的斜視図。 更に別の実施形態に係るガス供給装置の模式的斜視図。 従来のガス供給装置の模式的斜視図。 従来のガス供給装置の模式的構成図。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1には本実施形態のガス供給装置100の外観を示す斜視図を示し、図2にはタンク1の内部構造を示す模式図が示してある。
本実施形態におけるガス供給装置100は、半導体製造ライン等において、プロセスチャンバに所定の流量のガスを供給するためのものであって、図1及び図3に示すように材料液Mが貯留されるタンク1と、そのタンク1の外壁表面11には3つのバルブユニット及びマスフローコントローラ2が取りつけられているものである。このものは、前記タンク1の内部と、前記マスフローコントローラ2とが前記バルブユニット31、32、33のうちの一つを介して接続してあるものであり、前記タンク1をヒータによって加熱することによって材料液Mを気化させ、その気化したガスの流量はマスフローコントローラ2により制御されるようにしてある。
前記ガス供給装置100の形状について図1を参照しながら説明すると、前記タンク1は概略直方体形状をなすものであり、その側面部に円筒状の外観を有したバルブユニットが前記タンク1の長手方向に沿って一列に並べて設けてあり、前記タンク1の図1における上面に概略直方体形状をしたマスフローコントローラ2の底部が直接取り付けられてあり、前記バルブユニット31、32、33が延伸する方向と同じ方向に突出させてある。また、前記タンク1、前記バルブユニット31、32、33、前記マスフローコントローラ2の短手方向の幅は略等しくなるように構成してあり、図1に示すように短手方向に薄くなるようにしてある。
各部について説明する。
前記マスフローコントローラ2は、内部において測定される測定流量が予め設定してある設定流量となるようにその内部のピエゾバルブ又は電磁弁等の開度を操作するものである。
前記バルブユニット31、32、33は、図1及び図3に示すように正方形状の面を有する直方体を底部に有し、その上部が円筒形状をしたバルブボディ311、321、331と、前記バルブボディ311、321、331の内部には例えばピボット型等の弁によって開閉動作が行われるバルブ312、322、332が設けてある。なお、本明細書では実際に稼動する部分をバルブとして定義している。前記タンク1の外壁表面11に直接取り付けられる前記バルブボディ311、321、331の底面の一面には流体が流入するインレットポート31i、32i、33iと、流体が流出するアウトレットポート31o、32o、33oとが形成してあり、前記バルブ312、322、332は前記インレットポート31i、32i、33iと前記アウトレットのそれぞれと接続するように前記バルブボディ311、321、331の内部には流路が形成してある。本実施形態では、後述するタンク1の一部が平面となっている部分に各バルブユニット31、32、33はまとめて取り付けてある。
前記タンク1は、概略直方体形状のブロック体であり、その内部には円筒形状の空間が形成してあり、その空間内に材料液Mが貯留されるようにしてある。前記タンク1の外壁内部には、図2に示すように内部流路13がブロック体にドリル等で穴をあけることによって形成してある。前記内部流路13は、前記タンク1の内部空間12において気化したガスを前記マスフローコントローラ2へ導出するための発生ガス導出ラインGoutと、前記タンク1の内部空間12に材料液Mを導入するための材料液導入ラインMinと、前記マスフローコントローラ2の交換時等において残留ガスをパージするパージガスを導入するためのパージガス導入ラインPinとを具備するものである。
前記内部流路13の各ラインについて説明する。以下の説明では図1の斜視図に示す3つのバルブユニットを図面視で上から順に第1バルブユニット31、第3バルブユニット33、第2バルブユニット32と請求項の記載と対応させて記述する。なお、第1バルブユニット31は前記発生ガス導出ラインGoutに、第2バルブユニット32は材料液導入ラインMinに、第3バルブユニット33はパージガス導入ラインPinに関連するものである。なお、第1バルブユニット31及び第3バルブユニット33には主としてガスが流れ、第2バルブユニット32には主として液体が流れるように構成してある。
前記発生ガス導出ラインGoutは、図2及び図3に示すように前記タンク1の内部と前記第1バルブユニット31の第1インレットポート31iとを接続する第1バルブ流入流路131と、前記第1バルブユニット31の第1アウトレットポート31oと前記マスフローコントローラ2の導入口とを接続する第1バルブ流出流路132とを具備するものである。
前記第1バルブ流入流路131は図2において、前記タンク1の各バルブユニットが取り付けられている側面からタンク1の内部空間12まで穴があけられて形成されており、前記第1バルブ流出流路132はタンク1の上面から長手方向へ穴が空けられ、その穴と交差するように前記側面上部から垂直に穴を空けることによって形成されているものである。
前記材料液導入ラインMinは、図2及び図3に示すように前記マスフローコントローラ2が取り付けられている面の対面である底面に形成された材料液導入口MHと前記第2バルブユニット32の第2インレットポート32iとを接続する第2バルブ流入流路133と、前記第2バルブユニット32の第2アウトレットポート32oと前記タンク1の内部空間12とを接続する第2バルブ流出流路134とを具備するものである。
前記第2バルブ流入流路133は、図2に示すようにタンク1の底面から長手方向に向かって穴が開けられ、その穴と交差するように前記側面下部から垂直に穴を空けることによって形成してある。前記第2バルブ流出流路134は、前記側面から垂直に前記内部空間12に開口するまで穴をあけることによって形成してある。
前記パージガス導入ラインPinは、図2及び図3に示すように前記底面に形成されたパージガス導入口PHと前記第3バルブユニット33の第3インレットポート33iとを接続する第3バルブ流入流路135と、前記第3バルブユニット33の第3アウトレットポート33oと前記発生ガス導出ラインGoutを構成する第1バルブ流出流路132と接続する第3バルブ流出流路136とを具備するものである。
前記第3バルブ流入流路135は、図2に示すように前記底面に形成してあるパージガス導入口から長手方向に穴が開けられ、その穴と交差するように前記側面の中央部から垂直に穴を空けることによって形成してある。前記第3バルブ流出流路136は、前記側面から前記第1バルブ流出流路132と交差するように穴を空けることで形成してある。
以上のように前記タンク1の外壁内部に内部流路13が形成してあり、前記タンク1の外壁表面11に各バルブユニット及び前記マスフローコントローラ2を直接取り付けることができるようにしてある。
このように本実施形態のガス供給装置100によれば、外壁内部に内部流路13を形成してあるとともに前記タンク1に対して各バルブユニットを外壁表面11に直接取り付けてあるので、タンク1とマスフローコントローラ2との間にパイプ等の配管を設ける必要が無い。従って、前記タンク1と前記マスフローコントローラ2とを直接取り付けることが可能となるのでガス供給装置100全体をコンパクトに構成することができるとともに、熱的に一体のものとすることができる。従って、前記タンク1をヒータにより加熱することによって、他の各バルブユニット及び前記マスフローコントローラ2にも熱伝導によって十分に熱が伝導されて全ての構成部材において略均一な温度に保つことが可能となる。従って、一度気化したガスが再び液化し材料液Mに戻ってしまうことを好適に防ぐことができるようになるので、ガス供給装置100の運転効率を大幅に向上させることができる。
また、従来であればガスが液化する一因であった周辺外気にさらされる配管は、内部流路13を形成することによって全くもしくはほとんど無いようにすることができるので、ガスの液化をより防ぎやすくすることができる。
その他の実施形態について説明する。
前記実施形態では前記内部流路はパージガス導入ラインを備えたものであったが、例えば、マスフローコントローラの交換等を行う必要がほとんどない場合には、前記パージガス導入ラインが無いものあっても構わない。
前記第2バルブユニット及び第3バルブユニットはバルブボディの底面においてそれぞれインレットポート及びアウトレットポートが形成されているものであったが、少なくともアウトレットポートのみが前記タンク1の外壁表面に接することができるように設けてあっても構わない。このような場合には、前記インレットポートと材料液が流れる配管又パージガスが流れる配管とを接続するようにしても構わない。
前記実施形態では、タンクは直方体形状のものであったが、円筒形状等の曲面を有した形状であっても構わない。また、タンクの曲面を有した形状の場合には、各ユニットバルブ又はマスフローコントローラを取り付けやすくするには、タンクの外壁表面に一部平面が形成してあるものが好ましい。
前記タンクへの前記マスフローコントローラの取り付け方法としては、前記マスフローコントーラの筐体を直接タンクの外壁表面に取り付けるものであっても構わない。この場合、タンクとマスフローコントローラとの間の熱伝導が非常によくなり、特にガスの液化を防ぐために好適な態様となる。
また、前記マスフローコントローラと前記タンクとの間に継手があり、それぞれが近接するようにして取りつけてもよい。要するにタンクとマスフローコントローラとの間にガスの液化が生じてしまう長さの配管が存在しないようにすればよい。加えて、タンクとマスフローコントローラの接続面にO字状の溝を形成しておき、オーリングによって密閉できるようにしてそれぞれが接続できるようにしておいても構わない。
さらに、前記タンクと前記マスフローコントローラが一体に成形されているものであっても構わない。この場合、各部材の温度を均一に制御しやすくなるが、マスフローコントローラの校正等は行いにくくなってしまう。そのような不具合を防ぐには、マスフローコントローラとタンクとを取り外し可能なものにしておくことが好ましい。
前記実施形態では、前記材料液導入口及びパージガス導入口は、マスフローコントローラの対面であるタンクの底面に設けてあったが、他の場所であっても構わない。ただし、内部流路の形成のしやすさや、他の部材の配置を邪魔しないようにすることを考えると、バルブユニットが設けられている面又はマスフローコントローラが設けられている面以外に材料液導入口又はパージガス導入口を形成することが好ましい。
前記実施形態ではガスを1ラインでしか供給できないものであったが、複数ラインから異なる流量のガスを供給できるようにしても構わない。具体的には、図4に示すように前記発生ガス導出ラインGoutが複数設けられており、各発生ガス導出ラインGoutにマスフローコントローラ2が接続されているようなものであればよい。
また、各発生ガス導出ラインGoutは各々タンク内に別々の内部空間に接続されるものであってもよいし、全ての発生ガス導出ラインGoutがタンク内の共通の内部空間と接続されて、共有しているものであってもよい。
さらに、図5に示すようにガス供給装置100のタンク1及びマスフローコントローラ2がガスパネルGP上に取り付けられるものであっても構わない。ここで、ガスパネルGPとは、メータ、マスフローコントローラ、バルブ等のガス機器が搭載されるパネルである。ガスパネルGPにガス機器を取り付けておき、各ガス機器を配管で接続するように構成してあるものであってもよいし、各ガス機器のガス流入口、ガス流出口が直接パネルに接続され、パネル内部に形成された流体の流れる流路により、各ガス機器にガスが流れるようにしてもよい。また、各パネルを連結していくことにより各ガス機器を接続していくことができるものであってもよい。この実施形態では、ガス供給装置100の図面視における背面に平面が形成してあるので、そのままガスパネルの平面に取り付けることができ、ガス供給装置100以外のガス機器との接続を容易に行うことができる。また、ガスパネルにより各ガス機器を接続する配管を最小限にするとともに、レイアウトを視認しやすく最小限の面積に設置する事が可能となるので、流体制御機器として使いやすく、工場等の使用場所におけるフットプリント(設置面積)を小さくすることができるようになる。また、タンク1のみがガスパネルGPに取り付けられても構わないし、マスフローコントローラ2のみがガスパネルに取り付けられるように構成しても構わない。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や組み合わせが可能である。
本発明によれば各部材を接続する配管が外気に触れないようにすることができ、温度変化による気化したガスの液化を防ぐことができるガス供給装置を得ることができる。
100・・・ガス供給装置
1・・・タンク
11・・・外壁表面
13・・・内部流路
2・・・マスフローコントローラ
31・・・第1バルブユニット
32・・・第2バルブユニット
33・・・第3バルブユニット
Gout・・・発生ガス導出ライン
Min・・・材料液導入ライン
Pin・・・パージガス導入ライン
GP・・・ガスパネル

Claims (5)

  1. 材料液が貯留され、その材料液が加熱されるタンクと、前記タンクの内部と第1バルブユニットを介して接続され、前記材料液が気化したガスの流量を制御するマスフローコントローラとを具備するガス供給装置であって、
    前記第1バルブユニットは、前記タンクの外壁表面に直接取り付けられ、一面に第1インレットポート及び第1アウトレットポートが形成された第1バルブボディと、前記第1インレットポート及び前記第1アウトレットポートをつなぐ流路に設けられる第1バルブとから構成され、
    前記タンクの外壁内部には内部流路が形成されており、前記内部流路は、タンクの内部と前記第1インレットポートとを接続する第1バルブ流入流路と、前記第1アウトレットポートと前記マスフローコントローラの導入口とを接続するための第1バルブ流出流路とを具備する発生ガス導出ラインを備えたことを特徴とするガス供給装置。
  2. 前記タンクの外壁表面に直接取り付けられる第2バルブユニットと、前記内部流路が前記タンクの内部に材料液を導入するための材料液導入ラインを更に備え、
    前記第2バルブユニットは、第2インレットポート及び第2アウトレットポートが形成された第2バルブボディと、前記第2バルブボディの内部に設けられ、前記第2インレットポート及び前記第2アウトレットポートにそれぞれ接続される第2バルブとから構成され、
    前記材料液導入ラインは、前記第2アウトレットポートと前記タンクの内部とを接続する第2バルブ流出流路を具備する請求項1記載のガス供給装置。
  3. 前記ガス発生ラインが複数設けられており、各ガス発生ラインにマスフローコントローラが接続されている請求項1記載のガス供給装置。
  4. 前記タンク又は前記マスフローコントローラが、ガスパネルに取り付けられている請求項1記載のガス供給装置。
  5. ガス供給装置において材料液が貯留され、その材料液が加熱されるタンクであって、前記タンクの外壁表面に直接取り付けられ、一面に第1インレットポート及び第1アウトレットポートが形成された第1バルブボディと、前記第1インレットポート及び前記第1アウトレットポートをつなぐ流路に設けられる第1バルブとから構成される第1バルブユニットを具備し、
    前記タンクの外壁内部には内部流路が形成されており、前記内部流路は、タンクの内部と前記第1インレットポートとを接続する第1バルブ流入流路と、前記第1アウトレットポートとマスフローコントローラの導入口とを接続するための第1バルブ流出流路とを具備する発生ガス導出ラインを備えたことを特徴とするガス供給装置用タンク。
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