(57)【要約】【課題】複数のエアオペレートバルブ間の動作のタイミングばらつきを低減できる駆動流体の供給系を含む、流体制御装置を提供する。【解決手段】駆動流体供給源１０１から供給される駆動流体の圧力を調節する圧力レギュレータ１０３と、該圧力レギュレータからの駆動流体を複数に分岐して供給する供給配管１０４と、前記分岐された供給配管のそれぞれに接続された、３方弁からなるパイロットバルブ１０５a〜１０５ｆと、前記各パイロットバルブに接続されたエアオペレートバルブ１０６a〜１０６ｆと、を含む流体制御装置において、前記供給配管１０４の途中にバッファ１０４−１を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動流体供給源から供給される駆動流体の圧力を調節する圧力レギュレータと、前記圧力レギュレータの２次側に接続されて途中に分岐を有し該圧力レギュレータからの駆動流体を複数に分岐して供給する供給配管と、前記分岐された供給配管のそれぞれに接続された、３方弁からなるパイロットバルブと、前記各パイロットバルブに接続されて駆動されるエアオペレートバルブと、を含み、
前記供給配管の前記分岐の１次側にバッファを設けた流体制御装置。
【請求項２】
前記バッファは貯留タンクである、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記貯留タンクの形状は、球形、円筒形、円錐形又は直方体である請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記供給配管のうち、前記貯留タンクの１次側と２次側の配管が同一軸上にある請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記バッファは前記分岐前の前記供給配管を太くした部分である、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記供給配管のうち、前記バッファから前記各パイロットバルブまでの供給配管は、前記バッファから個別に分岐しており、該分岐後の各供給配管の内容積を均一とした請求項２または５に記載の流体制御装置。
【請求項７】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１ないし６のいずれかに記載の流体制御装置を用いる、半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御装置及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス等に用いられるプロセスガスの流体制御装置（ＩＧＳ）において、多数のプロセスガスをＯＮ／ＯＦＦするためのバルブとして、保持電力の低減による省エネルギー化等の理由から、電磁弁の代わりにエアオペレートバルブが広く用いられている。
特にＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程などでは、多数のエアオペレートバルブの作動により、成膜する層の厚さを原子レベルで調節している。
【０００３】
このようなエアオペレートバルブは、圧縮空気等の駆動流体の供給のＯＮ／ＯＦＦによって開閉作動するバルブであり、この駆動流体の供給のＯＮ／ＯＦＦは、エアオペレートバルブに接続された三方弁である電力消費の少ない電磁弁（パイロットバルブ）により行われる。
【０００４】
多数のエアオペレートバルブを駆動する駆動流体の供給系は、図５に一例を示すように、駆動流体の供給源２０１から開閉バルブ２０２、圧力レギュレータ２０３を経由し、多数の配管（ナイロンチューブ等）に分岐して、各パイロットバルブ２０５ａ〜２０５ｆを介して各エアオペレートバルブ２０６ａ〜２０６ｆに接続されている。
【０００５】
ここで、各エアオペレートバルブ２０６ａ〜２０６ｆの構造は、図３（特許文献１の図１）にその一例を示すように、内部に、対象となる流体の流路を開閉するダイヤフラムバルブ５からなるバルブ本体２と、該ダイヤフラムバルブ５を駆動する単動シリンダからなるアクチュエータ４とを含む。まず、パイロットバルブ２０５ａ〜２０５ｆをＯＮすると、アクチュエータ４の駆動流体導入室２６，２７が駆動流体供給源に連通し、駆動流体が導入されて駆動ロッド８が引き上げられ、ダイヤフラムバルブ６が開いて、制御対象の流体が流れるようになっている。
一方、パイロットバルブ２０５ａ〜２０５ｆをＯＦＦすると、駆動流体導入室２６，２７が大気圧開放され、駆動流体導入室２６，２７の圧力は低下して、駆動ロッド８がばね１１で引き下げられ、ダイヤフラムバルブ６が閉じて、制御対象の流体の流れが停止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２６５４４
【特許文献２】特開平１１−８２７６３
【特許文献３】特開２０１３−２２０９７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、エアオペレートバルブをＯＮ駆動する際は、パイロットバルブをＯＮしたのち、パイロットバルブから駆動流体導入室までの空間を所定圧力で満たす一定量の駆動流体が導入されることが必要である。
このＯＮ動作に必要な駆動流体は、駆動流体の供給配管２０４の容量が大きくないので、駆動流体の供給源２０１から圧力レギュレータ２０３を経由して供給されることになる。したがって、応答が遅くなり、また駆動流体の供給源から各パイロットバルブまでの配管の長さや径が異なる場合、エアオペレートバルブの応答性にばらつきが生じやすくなる。
【０００８】
また、駆動流体の供給配管内は、圧力レギュレータ２０３により一定圧に保たれているが、各エアオペレートバルブのＯＮ動作に必要な駆動流体が、パイロットバルブから駆動流体導入室までの空間に一度に流出する（換言すれば、配管容量が前記空間の容量だけ変動する）ので、供給配管内の圧力が脈動して一時的に低下する。そのタイミングで、同一の供給配管から駆動流体の供給を受ける他のエアオぺレートバルブを駆動しようとすると、そのバルブの立ち上がり動作が遅くなる。ＡＬＤ工程等複数のガスの供給の同時性が求められる工程では、このような遅れが問題になることがある。
【０００９】
このような、エアオペレートバルブの動作による駆動流体の圧力の脈動等の問題に対しては、特許文献２では空電レギュレータ（パイロットバルブ）とエアオペレートバルブとの間の短通路を設けることで対応し、特許文献３では、小型のマニホールド構造を採用し、ガス流路を効率的に配置することで対応している。しかし、これらの対応手段は、バルブ内部の構造の変更を要し、実現が容易ではない。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、簡便な方法で複数のエアオペレートバルブ間の動作のタイミングばらつきを低減できる、駆動流体の供給系を含む流体制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の流体制御装置は、駆動流体供給源から供給される駆動流体の圧力を調節する圧力レギュレータと、前記圧力レギュレータの２次側に接続されて途中に分岐を有し該圧力レギュレータからの駆動流体を複数に分岐して供給する供給配管と、前記分岐された供給配管のそれぞれに接続された、３方弁からなるパイロットバルブと、前記各パイロットバルブに接続されて駆動されるエアオペレートバルブと、を含む流体制御装置において、
前記供給配管の途中にバッファを設けたことを特徴とする。
【００１２】
好適には、前記バッファは貯留タンクである、構成を採用できる。
【００１３】
代替的には、前記バッファは配管を太くした部分である、構成を採用できる。
【００１４】
本発明の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記の流体制御装置を用いる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動流体の供給配管にバッファを設けたので、各エアオペレートバルブのＯＮ動作に必要な駆動流体は、バッファから供給を受けることができる。したがって、エアオペレートバルブの応答性が速くなり、また駆動流体の供給源から各パイロットバルブまでの配管の長さや径が多少異なっても、エアオペレートバルブの応答性にばらつきが生じにくくなる。
【００１６】
また、駆動流体の供給配管にバッファを設けたので、駆動流体の供給配管の容積が大きくなり、各エアオペレートバルブのＯＮ動作時の容量変動が相対的に小さくなる。したがって、駆動流体の供給配管内の圧力変動が小さくなり、これに起因するエアオペレートバルブの動作タイミングのばらつきも減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置の駆動流体の供給系を示す概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置の駆動流体の供給系を示す概略図。
【図３】エアオペレートバルブの一例を示す断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図。
【図５】従来の流体制御装置の駆動流体の供給系を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の流体制御装置について図面を参照して説明する。本実施形態は、駆動流体の分岐する前の配管にバッファとしてバッファタンクを設けたものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の流体制御装置１００は、駆動流体供給源１０１からの駆動流体の供給系の開閉バルブ１０２と、圧力レギュレータ１０３と、バッファタンク１０４−１と、分岐配管１０４−２と、各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆと、各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆとを含む。なお、圧力レギュレータ１０３の下流の配管とバッファタンク１０４−１と分岐配管１０４−２とを総称して供給配管１０４ともいう。
【００２０】
駆動流体供給源１０１は、コンプレッサとドライヤ等からなる圧縮空気源でもよく、または、Ｎ２シリンダからなるＮ２源でもよい。駆動流体は、圧縮空気のみならず、圧縮したＮ２やＨｅ等の不活性ガスでもよい。
【００２１】
開閉バルブ１０２は、駆動流体の供給をＯＮ／ＯＦＦする元栓で、手動バルブでも電動バルブでも、エアオペレートバルブでもよい。
【００２２】
圧力レギュレータ１０３は、駆動流体供給系の圧力をエアオペレートバルブの作動に必要な圧力に調整するもので、必要な圧力と流量に応じて任意のものから選択できる。
【００２３】
バッファタンク１０４−１は、前記の各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆのＯＮ動作時の配管容量の変動量（すなわち、パイロットバルブから駆動流体導入室までの空間の容量）より十分大きい容量を有することは必要で、前記変動量の好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍以上、さらに好ましくは１００倍以上の容量を有する。バッファタンク１０４−１は、本実施形態ではステンレス鋼等からなる容器であるが、構造体の中の隙間等、駆動流体を満たすことができる一定の閉じた空間であってもよい。バッファタンク１０４−１の形状は、駆動流体の圧力を均一に貯留するために球形であってもよく、その他の形状、例えば、円筒形、円錐形、直方体などでもよい。
【００２４】
分岐配管１０４−２は、駆動流体を供給できるものであれば、いずれの種類の配管でもよく、例えば可撓性のあるエアチューブの配管で良い。
但し、分岐する前の配管は十分な径を有し、分岐した後の各配管１０４−２の径と長さが極力同一に形成され、内容積が均一になるようにしている。なお、図１では、バッファタンク１０４−１の２次側の配管が１次側の配管の接続方向と直交方向に導出しているが、バッファタンク１０４−１の１次側と２次側の配管が同一軸上にある構成も好ましく採用できる。
また、図１では、バッファタンク１０４−１からは１本の配管で導出した後に各配管に分岐しているが、バッファタンク１０４−１から、上記分岐後の各配管が導出するようにしてもよい。
【００２５】
各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆは、前記のように電磁弁で３方弁になっており、パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆをＯＮすると、駆動流体導入室２６，２７（図３参照）が駆動流体供給源１０１に連通し、パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆをＯＦＦすると、駆動流体導入室２６，２７（図３参照）が大気圧開放されるように接続されている。
【００２６】
各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆは、前記図３で示したものを用いる。但し、これに限られず、任意の適切なエアオペレートバルブであってもよい。
【００２７】
このように構成された本実施形態の流体制御装置１００の動作について、図１を参照して説明する。
まず。開閉バルブ１０２を開くと、駆動流体供給源１０１から駆動流体が供給され、圧力レギュレータ１０３により所定の圧力に減圧されて、バッファタンク１０４−１に供給される。さらに分岐配管１０４−２を通り、途中で分岐してそれぞれのパイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆに分配される。
【００２８】
各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆは、前記のように３方弁であり、初期状態では全てＯＦＦで、駆動流体はストップされる一方、エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆの駆動流体導入室２６，２７（図３参照）へ連絡する配管は大気圧開放されている。
次に、例えば、パイロットバルブ１０５ａをＯＮすると、駆動流体は前記連絡配管を経由して、これに接続されたエアオペレートバルブ１０６ａに導入される。それにより、エアオペレートバルブ１０６ａが開いて、制御対象の流体が流れるようになる。
【００２９】
このとき、エアオペレートバルブ１０６ａのＯＮ動作に必要な駆動流体は、バッファタンク１０４−１から供給を受けることができる。したがって、エアオペレートバルブ１０６ａの応答性が速くなり、また駆動流体の供給源から各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆまでの配管の長さや径が多少異なっても、エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆの応答性にばらつきが生じにくくなる。
【００３０】
このＯＮ動作の際、前記のように、パイロットバルブ１０５ａから駆動流体導入室２６，２７（図３参照）までの空間を所定圧力で満たす一定量の駆動流体が、バッファタンク１０４−１及び分岐配管１０４−２から流出するが、バッファタンク１０４−１の容量が大きいので、圧力の低下は小さい。したがって、他のエアオペレートバルブ１０６ｂ〜１０６ｆの動作に与える影響も小さくなる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態において、バッファとしてバッファタンクの代わりに太い配管を使用した実施形態である。
図２に本実施形態の流体制御装置を示す。但し、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態の流体制御装置１１０は、駆動流体供給源１０１と、開閉バルブ１０２と、圧力レギュレータ１０３と、太い配管１０４−３と、分岐配管１０４−２と、各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆと、各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆとを含む。
【００３３】
太い配管１０４−３は、分岐前の前記供給配管を太くした部分である。この太い配管１０４−３は、前記の各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆのＯＮ動作時の配管容量の変動量（すなわち、パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆから駆動流体導入室２６，２７（図３参照）までの空間の容量）より十分大きい容量を有することが必要で、前記変動量の好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍以上、さらに好ましくは１００倍以上の容量を有する。太い配管１０４−３は、本実施形態ではステンレス鋼等からなる配管であるが、可撓性のあるエアチューブの配管であっても良い。ガスＢＯＸ中に柔軟に配置でき、また汎用の管材及び分岐継手を利用できる点で有利である。なお、太い配管１０４−３の上流の圧力レギュレータ１０３からの配管も、太い配管１０４−３と同様の径を有する配管であっても良い。
前記太い配管１０４−３（バッファ）から前記各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆまでの供給配管１０４−２は、前記太い配管１０４−３（バッファ）から個別に分岐しており、該分岐後の各供給配管１０４−２の内容積を均一としている。
【００３４】
このように構成された本実施形態の流体制御装置１１０の動作は、第１の実施形態と同様である。
【００３５】
次に、本発明の半導体製造装置について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図であり、本発明の第１の実施形態の流体制御装置を用いている。
図４に示す半導体製造装置９８０は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  法）による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。例えば、ＡＬＤ法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８６に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステムである。
タンク９８３は、ガスボックス９８２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッフアとして機能する。
【００３６】
開閉バルブ９８４は、各処理ガスの供給を精密なタイミングでＯＮ／ＯＦＦするバルブで、各処理ガスの流路を開閉する上記したエアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆと、それを駆動する駆動ガスをＯＮ／ＯＦＦするパイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆの対からなる。実際には複数種類の処理ガスがそれぞれの配管系で供給されるが、図４では簡略して、１つの処理ガスの配管系と、エアオペレートバルブ１０６ａとパイロットバルブ１０５ａのみを示す。
【００３７】
制御部９８５は、開閉バルブ９８４の各パイロットバルブ１０５ａ〜１０５ｆを制御することにより、各エアオペレートバルブ１０６ａ〜１０６ｆをＯＮ／ＯＦＦさせ、処理ガスの流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８６は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ９８７は、処理チャンバ９８６内を真空引きする。
【００３８】
上記のようなシステム構成によれば、制御部９８５から開閉バルブ９８４に制御指令を送れば、処理ガスの流量制御が可能になる。
ここで、本発実施形態の半導体製造装置９８０では、駆動ガス（駆動流体）の供給配管の途中にバッファタンク１０４−１を設けたので、駆動流体の供給配管内の圧力変動が小さくなり、これに起因するエアオペレートバルブの動作タイミングのばらつきを低減できるため、ＡＬＤプロセスに要求される処理ガスの精密な供給制御が可能になる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【符号の説明】
【００４０】
２        ：バルブ本体
４        ：アクチュエータ
５、６    ：ダイヤフラムバルブ
８        ：駆動ロッド
１１      ：ばね
２６、２７：駆動流体導入室
１００    ：流体制御装置
１０１    ：駆動流体供給源
１０２    ：開閉バルブ
１０３    ：圧力レギュレータ
１０４    ：供給配管
１０４−１：バッファタンク
１０４−２：分岐配管
１０４−３：太い配管
１０５ａ〜１０５ｆ：パイロットバルブ
１０６ａ〜１０６ｆ：エアオペレートバルブ
１１０    ：流体制御装置
２００    ：駆動流体の供給系
２０１    ：駆動流体の供給源
２０２    ：開閉バルブ
２０３    ：圧力レギュレータ
２０４    ：供給配管
２０５ａ〜２０５ｆ：パイロットバルブ
２０６ａ〜２０６ｆ：エアオペレートバルブ
９８０    ：半導体製造装置
９８１    ：プロセスガス供給源
９８２    ：ガスボックス
９８３    ：タンク
９８４    ：開閉バルブ
９８５    ：制御部
９８６    ：処理チャンバ
９８７    ：排気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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