(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体(4)(5)内に、流体圧力または流量を調整する調整器(1)内の通路の入口または出口に通じる主通路(16)と、主通路(16)と接続されている長さが異なる副通路(17)(18)とが形成されており、いずれかの副通路(17)(18)が高純度を確保すべき流体(A)用とされる流体制御装置において、
流体制御装置は、弁本体(4)に弁アクチュエータ(6)が取り付けられた上方の開閉弁(2)と、上方の開閉弁(2)の弁本体(4)に接続された弁本体(5)に弁アクチュエータ(7)が取り付けられた下方の開閉弁(3)と、上方および下方の弁本体(4)(5)にそれぞれ設けられた入口管接続用継手(9)(10)とを備え、上方の弁本体(4)に、下方に開口している流出路(12)が形成されるとともに、下方の弁本体(5)に、調整器(1)に通じる流出路(14)、およびこの流出路(14)と上方の弁本体(4)の流出路(12)とを連通するバイパス路(15)が形成され、下方の弁本体(5)の流出路(14)は、下方の入口管接続用継手(10)から流入する流体の流出用および上方の入口管接続用継手(9)から流入する流体の流出用を兼ねる主通路(16)と、主通路(16)と下方の弁アクチュエータ(7)を介して接続される副通路(17)とよりなり、
主通路(16)に各弁アクチュエータ(6)(7)を介して接続される副通路(17)(18)として、上方の弁本体(4)の流出路(12)および下方の弁本体(5)のバイパス路(15)よりなる相対的に長い副通路(18)と、下方の弁本体(5)の流出路(14)の一部よりなる相対的に短い副通路(17)とが存在しており、
高純度を確保すべき流体(A)が流される際のデッドボリュームが相対的に短い副通路(17)となるように、高純度を確保すべき流体(A)が流される副通路が、相対的に長い副通路(18)とされていることを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
弁本体(22)内に、流体圧力または流量を調整する調整器(1)内の通路の入口または出口に通じる主通路(26a)と、主通路(26a)と接続されている長さが異なる副通路(27)(28)(26b)(29)(26c)(26b)とが形成されており、いずれかの副通路(27)(28)(26b)(29)(26c)(26b)が高純度を確保すべき流体用とされる流体制御装置において、
流体制御装置は、弁本体(22)上面に、調整器(1)から最も遠い弁アクチュエータ(23)、調整器(1)に最も近い弁アクチュエータ(25)および中間の弁アクチュエータ(24)が取り付けられたものであり、弁本体(22)内に直線状通路(26)が設けられて、この直線状通路(26)の開口端から調整器(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)までの部分が主通路(26a) とされ、
主通路(26a)に各弁アクチュエータ(23)(24)(25)を介して接続される副通路(27)(28)(26b)(29)(26c)(26b)として、主通路(26a) と調整器(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ部分である最も短い副通路(27)と、直線状通路(26)のうちの中間の弁アクチュエータ(24)と調整器(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)との間の部分(26b)、および直線状通路(26)と中間の弁アクチュエータ(24)とをつなぐ部分(28)よりなる中間の長さの副通路(28)(26b) と、直線状通路(26)のうちの調整器(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)と調整器(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)との間の部分(26c)(26b)、および直線状通路(26)と調整器(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)とをつなぐ通路(29)とよりなる最も長い副通路(29)(26c)(26b)とが存在しており、
最も高純度を確保すべき流体が流される際のデッドボリュームが、主通路(26a) と調整器(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ最も短い副通路(27)と、直線状通路(26)と中間の弁アクチュエータ(24)とをつなぐ部分(28)とを合わせたものだけとなるように、高純度を確保すべき流体が流される副通路が、最も長い副通路(29)(26c)(26b)とされており、
次に純度を確保すべき流体が流される際のデッドボリュームが、主通路(26)と調整器(1)に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ最も短い副通路(27)と、直線状通路(26)のうちの調整器(1)から最も遠い弁アクチュエータ(23)と中間の弁アクチュエータ(24)との間の部分(26c)と、直線状通路(26)と調整器(1)から最も遠い弁アクチュエータ(23)とをつなぐ通路(29)とを合わせたものとなるように、次に純度を確保すべき流体が流される副通路が、残る２つの副通路(27)(28)(26b)のうち長いほうの通路(28)(26b)とされていることを特徴とする流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置などに用いられる流体制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置などに用いられる流体制御装置は、例えば、図６に示すように、マスフローコントローラ(31)と、マスフローコントローラ(31)の入口側に設けられた２つの入口側開閉弁(32)(33)と、同出口側に設けられた２つまたは３つの出口側開閉弁(34)(35)(36)とよりなるラインが複数配置されて構成されている。入口側開閉弁(32)(33)は、プロセスガス(A) とパージガス(B) との２種類のガスを切り換えるためのもので、出口側開閉弁(34)(35)(36)は、プロセスチャンバーへ行くライン、ベントラインおよび真空排気ラインを切り換えるためのものである。ここで、プロセスガス(A) は高純度を確保すべきガスであり、価格も高価である。このような流体制御装置には、２種類のガス(A)(B)を流す通路として、マスフローコントローラ(31)内の通路の入口に通じる主通路(37)と、相対的に長い副通路(38)、相対的に短い副通路(39)とが存在しているが、従来は、高純度を確保すべきプロセスガス(A) 用副通路を相対的に短い副通路(39)とすることにより、プロセスガス(A) の純度確保および使用量減少ができるものと考えられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人の研究結果によると、後述するように、高純度を確保すべきプロセスガス用副通路を相対的に短い副通路とすることは、結果的に、プロセスガスの純度確保および使用量減少につながっていないことが明らかになった。
【０００４】
この発明の目的は、高純度を確保すべき流体に関するデッドボリューム（流体溜まり部分）を最小化するという考え方を導入することにより、プロセスガスのように高純度を確保すべき流体の純度確保および使用量減少について最適化された流体制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による流体制御装置は、弁本体内に、流体圧力または流量を調整する調整器内の通路の入口または出口に通じる主通路と、主通路と接続されている長さが異なる副通路とが形成されており、いずれかの副通路が高純度を確保すべき流体用とされる流体制御装置において、流体制御装置は、弁本体に弁アクチュエータが取り付けられた上方の開閉弁と、上方の開閉弁の弁本体に接続された弁本体に弁アクチュエータが取り付けられた下方の開閉弁と、上方および下方の弁本体にそれぞれ設けられた入口管接続用継手とを備え、上方の弁本体に、下方に開口している流出路が形成されるとともに、下方の弁本体に、調整器に通じる流出路、およびこの流出路と上方の弁本体の流出路とを連通するバイパス路が形成され、下方の弁本体の流出路は、下方の入口管接続用継手から流入する流体の流出用および上方の入口管接続用継手から流入する流体の流出用を兼ねる主通路と、主通路と下方の弁アクチュエータを介して接続される副通路とよりなり、主通路に各弁アクチュエータを介して接続される副通路として、上方の弁本体の流出路および下方の弁本体のバイパス路よりなる相対的に長い副通路と、下方の弁本体の流出路の一部よりなる相対的に短い副通路とが存在しており、高純度を確保すべき流体が流される際のデッドボリュームが相対的に短い副通路となるように、高純度を確保すべき流体が流される副通路が、相対的に長い副通路とされていることを特徴とするものである。
【０００６】
高純度を確保すべき流体が流される副通路が相対的に長い副通路とされているとは、高純度を確保すべき流体が流されているときのデッドボリュームが最小とされていると言い換えることができる。
【０００７】
ここで、相対的に長い副通路とは、２つの副通路がある場合には、長いほうの通路を意味し、３つの副通路がある場合には、最も長い通路を意味する。３つの副通路がある場合には、残る２つの副通路のうち長いほうの通路を次に純度を確保すべき流体用とすることが好ましい。上記第１の発明による流体制御装置は、２つの副通路がある場合のものであり、３つの副通路がある場合には、次のようになる。
第２の発明による流体制御装置は、弁本体内に、流体圧力または流量を調整する調整器内の通路の入口または出口に通じる主通路と、主通路と接続されている長さが異なる副通路とが形成されており、いずれかの副通路が高純度を確保すべき流体用とされる流体制御装置において、流体制御装置は、弁本体上面に、調整器から最も遠い弁アクチュエータ、調整器に最も近い弁アクチュエータおよび中間の弁アクチュエータが取り付けられたものであり、弁本体内に直線状通路が設けられて、この直線状通路の開口端から調整器に最も近い弁アクチュエータまでの部分が主通路とされ、主通路に各弁アクチュエータを介して接続される副通路として、主通路と調整器に最も近い弁アクチュエータとをつなぐ部分である最も短い副通路と、直線状通路のうちの中間の弁アクチュエータと調整器に最も近い弁アクチュエータとの間の部分、および直線状通路と中間の弁アクチュエータとをつなぐ部分よりなる中間の長さの副通路と、直線状通路のうちの調整器から最も遠い弁アクチュエータと調整器に最も近い弁アクチュエータとの間の部分、および直線状通路と調整器から最も遠い弁アクチュエータとをつなぐ通路とよりなる最も長い副通路とが存在しており、最も高純度を確保すべき流体が流される際のデッドボリュームが、主通路と調整器に最も近い弁アクチュエータとをつなぐ最も短い副通路と、直線状通路と中間の弁アクチュエータとをつなぐ部分とを合わせたものだけとなるように、高純度を確保すべき流体が流される副通路が、最も長い副通路とされており、次に純度を確保すべき流体が流される際のデッドボリュームが、主通路と調整器に最も近い弁アクチュエータとをつなぐ最も短い副通路と、直線状通路のうちの調整器から最も遠い弁アクチュエータと中間の弁アクチュエータとの間の部分と、直線状通路と調整器から最も遠い弁アクチュエータとをつなぐ通路とを合わせたものとなるように、次に純度を確保すべき流体が流される副通路が、残る２つの副通路のうち長いほうの通路とされていることを特徴とするものである。
【０００８】
第１および第２の発明の流体制御装置によると、高純度を確保すべき流体が流されているときのデッドボリュームが従来のものよりも小さくなることにより、高純度を確保すべき流体の流し始めに起こる純度低下の程度が小さくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下は図の上下をいうものとする。
【００１０】
図１は、この発明の流体制御装置の一例を示しており、マスフローコントローラ(1) の入口側に、２つ開閉弁(2)(3)が上下に対向して設けられている。図示省略したが出口側にも、２つ開閉弁が上下に対向して設けられている。上方の開閉弁(2) と下方の開閉弁(3) とは、その弁本体(4)(5)同士が接続されており、上方の開閉弁(2) の弁アクチュエータ(6) は、弁本体(4) 上面に取り付けられ、下方の開閉弁(3) の弁アクチュエータ(7) は、弁本体(5) 下面に取り付けられている。そして、下方の開閉弁(3) の弁本体(5) がマスフローコントローラ(1) の入口側に設けられた通路ブロック(8) に接続されている。上方および下方の弁本体(4)(5)には、それぞれ入口管接続用継手(9)(10) が設けられている。上方の弁本体(4) には、Ｌ形の流入路(11)とＩ形の流出路(12)とが形成されており、流出路(12)は下方に開口している。下方の弁本体(5) には、上方の弁本体(4) のＬ形の流入路(11)と対称な逆Ｌ形の流入路(13)と、この流入路(13)とほぼ対称な逆Ｌ形の流出路(14)とが形成されるとともに、この流出路(14)と上方の弁本体(4) の流出路(12)とを連通するバイパス路(15)が形成されている。ここで、下方の弁本体(5) の逆Ｌ形の流出路(14)は、流体圧力または流量を調整する調整器(1) に通じる主通路(16)と、主通路(16)と下方の弁アクチュエータ(7) を介して接続される副通路(17)とよりなり、主通路(16)は、下方の入口管接続用継手(10)から流入する流体の流出用としてだけでなく、上方の入口管接続用継手(9) から流入する流体の流出用としても使用される。
【００１１】
この流体制御装置には、上方の弁本体(4) の流出路(12)および下方の弁本体(5) のバイパス路(15)よりなる相対的に長い副通路(18)と、下方の弁本体(5) の流出路(14)の一部よりなる相対的に短い副通路(17)とが存在している。そして、相対的に長い副通路(18)に、プロセスガス(A) が流されて、相対的に短い副通路(17)にパージガス(B) が流されている。
【００１２】
プロセスガス(A) 用副通路を相対的に長い副通路(18)とする根拠について、図１から図４までを参照して説明する。図２に示す流体制御装置は、図１と同じ構成部材を使用しており、相対的に長い副通路(18)に、パージガス(B) が流され、相対的に短い副通路(17)にプロセスガス(A) が流されている点だけが異なっている。
【００１３】
したがって、図１に示す流体制御装置において、高純度を確保すべき流体(A) が流されているときのデッドボリュームは、図１に点を打って示した相対的に短い副通路(17)部分だけとなる。逆に、従来通り、高純度を確保すべき流体用の副通路を相対的に短い副通路(17)とすると、高純度を確保すべき流体が流されているときのデッドボリュームは、図２に点を打って示した相対的に長い副通路(18)部分となる。これらの図から明らかなように、デッドボリュームの大きさについて、この発明のものが従来のものよりも極めて小さくなっている。
【００１４】
図３は、図１に示すこの発明の流体制御装置において、プロセスガスを流し始めてから、このプロセスガスの純度がどのように変化するかを示している。ここで、プロセスガスの純度は、パージガスをＮ２  として、その減衰を確認することによって測定している。また、このテスト時に流されたガス流量は、２０ｃｃ／分である。同図において、Ｎ２  は、置換時間９０秒で、５ｐｐｂ、すなわちバックグラウンドレベルにまで低下しており、９０秒後には、プロセスガスが半導体製造用として使用可能な高純度に達していることを示している。
【００１５】
一方、図４は、図２に示す従来の流体制御装置において、上記と同じ方法に基づいて、プロセスガスを流し始めてから、このプロセスガスの純度がどのように変化するかを示している。同図において、Ｎ２  は、置換時間１６５０秒以上であり、約３０分経過してもまだ１ｐｐｍのレベルにまでしか低下しておらず、この間、純度の低いプロセスガスを使用するかあるいはプロセスガスを捨てるかしなければならないことを示している。
【００１６】
なお、上記実験におけるデッドボリュームは、図１に示す流体制御装置が０．０５ｃｃ、図２に示す流体制御装置が、０．６７ｃｃであった。
【００１７】
なお、マスフローコントローラ(1) の出口側については、２つ開閉弁は、プロセスチャンバーへ行くラインとベントラインとの切り換えを行うが、同様の考えにより、プロセスチャンバーへ行くラインが相対的に長い副通路とされる。
【００１８】
また、上記に示した弁本体(4)(5)と弁アクチュエータ(6)(7)との組合せの形態は、ほんの一例であり、上記以外に、例えば２つの弁本体(4)(5)を一体にしたり、弁本体同士を上下に対向させる代わりに並列状に配置したり、弁本体および弁アクチュエータの数を３つにしたりなど、適宜変更可能である。その例を図５に示す。
【００１９】
図５において、マスフローコントローラ(1) の出口側に、１つの弁本体(22)および３つの弁アクチュエータ(23)(24)(25)よりなる弁装置(21)が設けられている。
【００２０】
弁本体(22)内には、マスフローコントローラ(1) の出口側に設けられた通路ブロック(8) の通路から真っ直ぐのびる直線状通路(26)が設けられており、この直線状通路(26)のうち、マスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)までのびる部分が主通路(26a) とされている。副通路は３つあり、最も短い副通路(27)は、主通路(26a) とマスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ部分であり、中間の長さの副通路(28)(26b) は、直線状通路(26)のうち、中間の弁アクチュエータ(24)とマスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)との間の部分(26b) と、直線状通路(26)と中間の弁アクチュエータ(24)とをつなぐ部分(28)とよりなり、最も長い副通路(29)(26c)(26b)は、直線状通路(26)のうち、マスフローコントローラ(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)とマスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)との間の部分(26c)(26b)と、直線状通路(26)とマスフローコントローラ(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)とをつなぐ通路(29)とよりなる。そして、最も長い副通路(29)(26c)(26b)が、プロセスガスチャンバーへ行くライン、中間の長さの副通路(28)(26b) がベントライン、最も短い副通路(27)が真空排気ラインとされている。
【００２１】
したがって、プロセスガスチャンバーへ行くラインのデッドボリュームは、主通路(26a) とマスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ最も短い副通路(27)と、直線状通路(26)と中間の弁アクチュエータ(24)とをつなぐ部分(28)とを合わせたものだけとなり、ベントラインのデッドボリュームは、主通路(26a) とマスフローコントローラ(1) に最も近い弁アクチュエータ(25)とをつなぐ最も短い副通路(27)と、直線状通路(26)のうち、マスフローコントローラ(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)と中間の弁アクチュエータ(24)との間の部分(26c) と、直線状通路(26)とマスフローコントローラ(1) から最も遠い弁アクチュエータ(23)とをつなぐ通路(29)とを合わせたものとなり、真空排気ラインのデッドボリュームは、最も長い副通路(29)(26c)(26b)と、直線状通路(26)と中間の弁アクチュエータ(24)とをつなぐ部分(28)とを合わせたものとなる。
【００２２】
そして、デッドボリュームが最も小さくなる最も長い副通路(29)(26c)(26b)をプロセスガスチャンバーへ行くラインとすることにより、上述したのと同じ原理により、プロセスガスの純度確保および使用量減少が最適化される。なお、真空排気ラインが真空に排気するものであるため、真空排気ラインのデッドボリュームは、大きくてもまったく問題はなく、ベントラインのデッドボリュームが小さくなるように、中間の長さの副通路(28)(26b) をベントラインとすることが好ましい。
【００２３】
なお、上記の例では半導体製造用のガスを例として説明したが、半導体製造用以外の用途であっても、また、ガスでなく液体であっても同様の構成により同様の効果が得られる。要するに、弁本体内に、流体圧力または流量を調整する調整器内の通路の入口または出口に通じる主通路と、主通路と接続されている相対的に長い副通路および相対的に短い副通路とが形成されており、いずれかの副通路が高純度を確保すべき流体用とされる流体制御装置であれば、高純度を確保すべき流体を相対的に長い副通路に流すことにより、高純度を確保すべき流体の純度確保および使用量減少が最適化される。ここで、３つの副通路がある場合、最も長い副通路が最も高純度を確保すべき流体用とされ、残る２つの副通路を比較して、長いほうの副通路が次に純度を確保すべき流体用とされる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の流体制御装置によると、高純度を確保すべき流体の流し始めに起こる純度低下の程度が小さくなり、高純度を確保すべき流体の純度確保および使用量減少が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による流体制御装置の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】  従来の流体制御装置を示す正面図である。
【図３】  この発明による流体制御装置におけるプロセスガスの純度変化を示すためのグラフである。
【図４】  従来の流体制御装置におけるプロセスガスの純度変化を示すためのグラフである。
【図５】  この発明による流体制御装置の第２の実施形態を示す正面図である。
【図６】  この発明が対象とする流体制御装置の使用例を示す図である。
【符号の説明】
(1)             調整器
(2)  上方の開閉弁
(3)  下方の開閉弁
(4)(5)          弁本体
(6)(7)          弁アクチュエータ
(9)(10)  入口管接続用継手
(12)(14)        流出路
(15)            バイパス路
(16)            主通路
(17)            相対的に短い副通路
(18)            相対的に長い副通路
(22)            弁本体
(23)(24)(25)    弁アクチュエータ
(26)            直線状通路
(26a)           主通路
(27)            最も短い副通路
(28)(26b)       中間の長さの副通路
(29)(26c)(26b)  最も長い副通路
【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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【図６】
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