(57)【要約】キャリングガスの乱流部分がなく、キャリングガス内に流入させたプロセスガスが拡散しないようにしたガス集積弁を提供すること。アクチュエータ３１によって弁座３４に対して弁体３３を当接・離間させ、弁孔３５と弁室３６との連通・遮断を行う開閉弁３０が、途中で弁孔３５と分岐するように弁本体１２を貫通して形成された第１流路２６と、入力ポートから弁室に連通する弁本体１２に形成された第２流路２９とを有するものであり、こうした複数の開閉弁を一列に連設することで、第１流路２６同士が直接又は接続流路２７を介して直列に接続されたメイン流路２３が構成され、そのメイン流路２３に対して各開閉弁の第２流路３９が弁室３６及び弁孔３５を介して接続されたガス集積弁１。
2004036099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによって弁座に対して弁体を当接・離間させ、弁孔と弁室との連通・遮断を行う開閉弁が、途中で弁孔と分岐するように弁本体を貫通して形成された第１流路と、入力ポートから弁室に連通する弁本体に形成された第２流路とを有するものであり、こうした複数の開閉弁を一列に連設することで、前記第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続されたメイン流路が構成され、そのメイン流路に対して各開閉弁の第２流路が弁室及び弁孔を介して接続されたものであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項２】
アクチュエータによって弁座に対して弁体を当接・離間させ、弁孔と弁室との連通・遮断を行う開閉弁が、途中で弁孔と分岐するように弁本体を貫通して形成された第１流路と、入力ポートから弁室に連通する弁本体に形成された第２流路とを有するものであり、
こうした開閉弁を２つ一組にして複数組みの開閉弁を二列に連設することで、一方の開閉弁による第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続された第１メイン流路と、他方の開閉弁による第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続された第２メイン流路とが構成され、一組の開閉弁では、その第１メイン流路及び第２メイン流路に対して、一つの入力ポートからなる１本の第２流路が各弁室及び弁孔を介して接続されたものであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するガス集積弁において、
前記複数の開閉弁がベース上に搭載されて一体となったものであり、各開閉弁の第１流路同士がベースに形成された接続流路によって接続され、その第１流路と接続流路とによって前記メイン流路が形成されたものであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項４】
請求項３に記載するガス集積弁において、
前記開閉弁の第１流路と前記ベースの接続流路が同じ径の貫通孔によって形成され、当該第１流路と接続流路とが接続された前記メイン流路が全長にわたってほぼ一定の流路断面積であることを特徴とするガス集積弁。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載するガス集積弁において、
前記開閉弁の第１流路はＶ字型流路であって、その頂部の折り返し部分に前記弁孔が接続されたものであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項６】
請求項５に記載するガス集積弁において、
前記Ｖ字型流路の第１流路は、前記メイン流路を流れる流体によって閉弁時の弁孔内に残る流体をかき出すことが可能な程度に、その頂部が弁体と弁座とのシール部に近い位置に形成されたものであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項７】
請求項２に記載するガス集積弁において、
前記第１メイン流路と第２メイン流路との流路断面積が同じであることを特徴とするガス集積弁。
【請求項８】
請求項２に記載するガス集積弁において、
前記第２流路は、一つの入力ポートから一方の開閉弁の弁室に連通し、更にその弁室から他方の開閉弁の弁室に連通したものであることを特徴とするガス集積弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、複数種類のガスを切り換えて流すためのガス集積弁に関する。例えば、複数種類のプロセスガスから所定のプロセスガスを選択し、予め流されているキャリングガス内にそのプロセスガスを流入させる半導体製造装置に使用可能なガス集積弁に関するものである。
【背景技術】  従来より、異なるプロセスの材料となるガスを少量ずつ流し、順次、皮膜を形成して積層させることによって半導体を製造する方法がある。この方法には、例えば第１１図にブロック図で示すように、キャリングガス流路２００にプロセスガス流路２０１，２０２，２０３が接続され、各プロセスガス流路２０１，２０２，２０３に開閉弁２１１，２１２，２１３がそれぞれ設けられた構成のガス集積弁が使用される。このガス集積弁では、キャリングガス流路２００に反応炉が接続され、プロセスに影響のないキャリングガスが常時流されている。一方、プロセスガス流路２０１，２０２，２０３からはキャリングガス流路２００へ向けて各流路からそれぞれ異なるプロセスガスが供給される。そのため、所定の開閉弁２１１，２１２，２１３を開けることにより、必要なプロセスガスがキャリングガス流路２００内を流れるキャリングガスに流入して反応炉へと送り込まれる。
ところで、第１１図に示すような従来のガス集積弁は、各開閉弁２１１，２１２，２１３からキャリングガス流路２００までの流路部分が、プロセスガス供給後の閉弁時にガスが残留するデッドスペースＱになってしまっている。そのため、例えば開閉弁２１１を開けてプロセスガスを供給した後、一旦閉弁して濃度を変えて同じプロセスガスを供給使用とした場合、開閉弁２１１の二次側に存在するデッドスペースＱに、先のプロセスガスが滞留しているため、異なる濃度のプロセスガスが混じって反応炉へ送られてしまうことになる。従って、こうしたデッドスペースをなくした弁構造のガス集積弁が望まれている。この点、特許文献１として挙げる特開２００１−２５４８５７号公報には、流路の接続部分にデッドスペースをなくした弁構造が記載されている。
第１２図は、その特許文献１に記載された遮断開放器１００を示した図である。この遮断開放器１００は、プロセスガスをパージする際、短時間でパージガスだけが流れるようにしたものであり、それ本来の目的はデッドスペースを無くすものではないが、結果的にガスを残留させないようにした弁構造が記載されている。すなわち、遮断開放器１００は、２ポート弁１０３と３ポート弁１０４を有し、マスフローコントローラ１０２にプロセスガスとパージガスを流すように、図示するような流路１１０〜１１５が形成されている。
この遮断開放器１００では、プロセスガスの供給時、２ポート弁１０３が閉じられた状態で３ポート弁１０４が開けられる。そこで、流入流路１１０から流入したプロセスガスは、流入流路１１１を流れ、開弁状態の３ポート弁１０４を通って流出流路１１２からマスフローコントローラ１０２へと送られる。一方、流路内のプロセスガスを置換する場合には、逆に２ポート弁１０３が開けられ、３ポート弁１０４が閉じられる。これにより、プロセスガスの流れは流入流路１１１の遮断によって止められる。そして、流入流路１１３から流入したパージガスが２ポート弁１０３を介して流出流路１１４へと流れ、更に流入流路１１５から閉弁状態の３ポート弁１０４の弁室を通って流出流路１１２へと流れ、マスフローコントローラ１０２へと送られる。
ここで、第１３図は、遮断開放器１００を構成する３ポート弁１０４について、その弁部分を拡大して示した断面図である。この３ポート弁１０４は、プロセスガスが流れる弁室１２０に連通する流出流路１１２に、パージガスを流す流入流路１１５が同じ弁室１２０を介して常時連通した構成になっている。プロセスガスの置換時には、パージガスがそれ自身の圧力によって弁室１２０および流出流路１１２に残っているプロセスガスを押し出すようにして流れ、両ガスが混ざり合った状態が素早く解消され、短時間でパージガスだけが流れるようになる。そして、このとき弁室１２０内のプロセスガスは全て押し流され、滞留することがない。
次に、こうした特許文献１に記載の３ポート弁１０４を利用し、第１１図に示すようなガス集積弁を構成する場合には、３ポート弁１０４のパージガス流路が連続するように接続することが考えられる。第１４図は、３つの３ポート弁１０４を連設したガス集積弁３００の弁部を示した図である。このガス集積弁３００では、流出流路１１２と流入流路１１５とを直列に接続して一連のキャリングガス流路２００が形成され、そのキャリングガス流路２００に、流入流路（プロセスガス流路）１１１が弁を介して接続される。従って、このガス集積弁３００は、第１１図に示すブロック図と同様に、全ての３ポート弁１０４が閉弁状態でもキャリングガス流路２００を通してキャリンガスを流すことができ、所定の３ポート弁１０４を開けることにより、キャリングガス内にプロセガスを流入させることができる。プロセスガス流路１１１は、弁のシール部を挟んで直ちにキャリングガス流路２００を構成する弁室１２０に連通するよう位置しているためデッドスペースもない。
（特許文献１）特開２００１−２５４８５７号公報（第３−４頁、第１−２図）
しかしながら、こうしたガス集積弁３００のキャリングガス流路２００は、３ポート弁１０４の弁室１２０を通って構成されているため、流路１１２，１１５部分と弁室１２０部分とで流路断面の形状や流路断面積が大きく変化している。そのため、狭い流路部分１１２から広い弁室１２０部分へキャリングガスが流れるときに急激なガス圧低下などの変化が生じて流速が落ち、キャリングガスの流れに乱れが発生する。従って、所定の３ポート弁１０４のプロセスガス流路１１１からプロセスガスを流入させると、特にキャリングガスの流れが乱流になった弁室１２０へと入るため、プロセスガスの流れがかき乱されてしまう。
ところで、近年、半導体製造工程における精度の向上から、こうしたプロセスガスの拡散が問題視されるようになってきている。つまり、薄く均一な皮膜を形成させるためには、少量のプロセスガスをある程度集中して流入させる必要があるからであるが、ガス集積弁３００のように、キャリングガス中に流入して一緒に流れるプロセスガスが拡散してしまい、そのような状態で反応炉へと送られると、薄く均一な皮膜の形成が困難になり、半導体製造に悪影響を及ぼすことになるからである。そのため、プロセスガスをキャリングガス中に流入させた際、プロセスガスが拡散しないで流れるようにしたガス集積弁が強く望まれている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、キャリングガスの乱流部分がなく、キャリングガス内に流入させたプロセスガスが拡散しないようにしたガス集積弁を提供することにある。
【発明の開示】
前記目的を達成するためになされた本発明のガス集積弁は、アクチュエータによって弁座に対して弁体を当接・離間させ、弁孔と弁室との連通・遮断を行う開閉弁が、途中で弁孔と分岐するように弁本体を貫通して形成された第１流路と、入力ポートから弁室に連通する弁本体に形成された第２流路とを有するものであり、こうした複数の開閉弁を一列に連設することで、前記第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続されたメイン流路が構成され、そのメイン流路に対して各開閉弁の第２流路が弁室及び弁孔を介して接続されたものであることを特徴とする。
また、本発明のガス集積弁は、アクチュエータによって弁座に対して弁体を当接・離間させ、弁孔と弁室との連通・遮断を行う開閉弁が、途中で弁孔と分岐するように弁本体を貫通して形成された第１流路と、入力ポートから弁室に連通する弁本体に形成された第２流路とを有するものであり、こうした開閉弁を２つ一組にして複数組みの開閉弁を二列に連設することで、一方の開閉弁による第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続された第１メイン流路と、他方の開閉弁による第１流路同士が直接又は接続流路を介して直列に接続された第２メイン流路とが構成され、一組の開閉弁では、その第１メイン流路及び第２メイン流路に対して、一つの入力ポートからなる１本の第２流路が各弁室及び弁孔を介して接続されたものであることを特徴とする。
この場合、前記第１メイン流路と第２メイン流路との流路断面積が同じであることが望ましい。また、前記第２流路が、一つの入力ポートから一方の開閉弁の弁室に連通し、更にその弁室から他方の開閉弁の弁室に連通したものであることが望ましい。
更に、本発明のガス集積弁は、前記複数の開閉弁がベース上に搭載されて一体となったものであり、各開閉弁の第１流路同士がベースに形成された接続流路によって接続され、その第１流路と接続流路とによって前記メイン流路が形成されたものであることが望ましい。
また、本発明のガス集積弁は、前記開閉弁の第１流路と前記ベースの接続流路が同じ径の貫通孔によって形成され、当該第１流路と接続流路とが接続された前記メイン流路が全長にわたってほぼ一定の流路断面積であることが望ましい。
また、本発明のガス集積弁は、前記開閉弁の第１流路がＶ字型流路であって、その頂部の折り返し部分に前記弁孔が接続されたものであることが望ましい。
また、本発明のガス集積弁は、前記Ｖ字型流路の第１流路が、前記メイン流路を流れる流体によって閉弁時の弁孔内に残る流体をかき出すことが可能な程度に、その頂部が弁体と弁座とのシール部に近い位置に形成されたものであることが望ましい。
そこで例えば、本発明のガス集積弁を前述した従来例のように、先ず反応炉へキャリングガスを予め流しておき、そのキャリングガスの流れに複数あるプロセスガスのうち所定のプロセスガスを選択的に流入させる半導体製造装置に使用する場合には、キャリングガスが第１流路を連通して形成されたメイン流路に流され、複数ある開閉弁は閉弁状態にされ、その第２流路へはそれぞれ異なるプロセスガスが供給される。そして、複数ある開閉弁から選択的にアクチュエータを作動させて弁を開けると、第２流路がメイン流路に連通して特定のプロセスガスがキャリングガス内に流入し、反応炉へと流れる。
また、一組の開閉弁を連設したガス集積弁の場合には、第１メイン流路を反応炉に接続し、第２メイン流路を回収容器に接続して、第１メイン流路と第２メイン流路とにそれぞれキャリングガスを常時流しておく。そして、各組みの開閉弁は、第１メイン流路側の開閉弁は全て閉じる一方、第２メイン流路側の開閉弁は全て開けておく。そのため、それぞれの第２流路に供給される各種プロセスガスは、弁の開いている第２メイン流路側に流れるため常に第２流路を通って流れ続けている。そこで、選択的に特定組の開閉弁の開閉を切り換えて逆転させると、第２流路から第２メイン流路へ流れていたプロセスガスが第１メイン流路への流れに変わり、反応炉へと流れるようになる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、第１実施形態に係るガス集積弁を示した平面図である。
第２図は、第１実施形態に係るガス集積弁について第１図のＡ−Ａ断面を示した図である。
第３図は、第１実施形態に係るガス集積弁について第１図のＢ−Ｂ断面を示した図である。
第４図は、第１実施形態に係るガス集積弁を示したブロック図である。
第５図は、第１実施形態に係る弁ブロックを示した断面図である。
第６図は、第１実施形態に係るベースブロックを示した平面図である。
第７図は、第２実施形態に係るガス集積弁について第１図のＢ−Ｂ断面を示した図である。
第８図は、第３実施形態に係るガス集積弁を示した平面図である。
第９図は、第３実施形態に係るガス集積弁について第８図のＧ−Ｇ断面を示した図である。
第１０図は、第３実施形態に係るガス集積弁について第８図のＨ−Ｈ断面を示した図である。
第１１図は、従来のガス集積弁を示したブロック図である。
第１２図は、特許文献１に記載された遮断開放器を示した図である。
第１３図は、特許文献１に記載された遮断開放器を構成する３ポート弁の弁部分を拡大して示した断面図である。
第１４図は、従来の遮断開放器を構成する開閉弁によって想定されるガス集積弁を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  「第１の実施の形態」
次に、本発明のガス集積弁を具体化した第１実施形態について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。第１図は、本実施形態のガス集積弁１を示した平面図である。また、第２図は、第１図のＡ−Ａ断面を示した図であり、第３図は、第１図のＢ−Ｂ断面を示した図である。更に、第４図は、本実施形態のガス集積弁を示したブロック図である。
本実施形態のガス集積弁１は、それぞれ同じ構成の４つの弁ブロック１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄがベースブロック１１上に並べて搭載されたものである。ガス集積弁１にはキャリングガスを流す２つの流路が形成され、一つは入力ポート２１Ｉから出力ポート２１Ｏまで連通した第１キャリングガス流路２３であり、もう一つは入力ポート２２Ｉから出力ポート２２Ｏまで連通した第２キャリングガス流路２４である。こうした第１及び第２キャリングガス流路２３，２４は同じ構成によって形成され、第１図に示す平面でガス集積弁１を見た場合には、ともにポート２１Ｉから２１Ｏと、ポート２２Ｉから２２Ｏとをそれぞれ結ぶ直線上に位置している。
一方、ガス集積弁１を第２図に示す長手方向断面で見た場合には、入力ポート２１Ｉ，２２Ｉはブロック１７を介して接続され、出力ポート２１Ｏ，２２Ｏはブロック１８を介して接続されている。そして、ポート２１Ｉと２１Ｏを結ぶ第１キャリングガス流路２３および、ポート２２Ｉと２２Ｏを結ぶ第２キャリングガス流路２４は、ともに弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄとこれらが搭載されたベースブロック１１に形成された流路とが交互に直列接続され、上下して波形に形成されている。
次に、ガス集積弁１を構成する各弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄの構成について説明する。ただし、弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄは全て同じ構成をしているため、まとめて弁ブロック１０として説明する。弁ブロック１０は、第３図に示すように、ボディ１２に２つのアクチュエータ３１，４１が一体に組み付けられた２つの開閉弁３０，４０からなるものである。アクチュエータ３１，４１はエアシリンダであり、不図示のピストンに連結された弁ロッド３２，４２が上下動することにより、下方のダイアフラム弁体３３，４３が弁座３４，４４に対して当接・離間するよう構成されている。すなわち、ダイアフラム弁体３３，４３は、それ自身の弾性によって撓んで弁座３４，４４から離間し、アクチュエータ３１，４１からの押圧力によって弁座３４，４４に当接するよう構成されている。弁座３３，４３は、上下に貫通した弁孔３５，４５の外周に形成され、そうした弁座３３，４３の周りには環状に形成された溝によって弁室３６，４６が構成されている。
ここで、第５図は、開閉弁３０，４０を第２図と同様にガス集積弁１の長手方向で切断した図である。従って、開閉弁３０，４０の符号を一緒に付している。
開閉弁３０，４０の弁部が構成されたボディ１２には、この第５図に示すように、逆Ｖ字型のブロック流路２６，２６が、下面に開口して貫通して形成されている。そして、そのブロック流路２６，２６は、図面上方から下方へ折れるブロック流路２６，２６の頂部で弁孔３５、４５が分岐するように形成されている。
ボディ１２には、プロセスガスの入力ポート２５からブロック流路２６，４２と直交する方向にプロセスガス流路２９が形成されている。プロセスガス流路２９は、開閉弁３０側のブロック流路２６の下を抜けるようにしてのび、２箇所で直角に立ち上がり、弁室３６と弁室４６との２箇所に連通している。従って、弁ブロック１０の開閉弁３０，４０は、弁座３４，４４にダイアフラム弁体３３，４３が当接した閉弁状態では、プロセスガス流路２９とブロック流路２６，２６とを遮断し、弁座３４，４４からダイアフラム弁体３３，４３が離間した開弁状態では、プロセスガス流路２９を弁室３６，４６を介して弁孔３５，４５からブロック流路２６，２６へと連通するよう構成されている。
ガス集積弁１は、弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄがベースブロック１１上に並べて搭載される。第６図は、弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄを搭載するベースブロック１１の搭載面を示した図である。ベースブロック１１には、その上面すなわち搭載面に一直線上に並んだ６個の開口１９，１９…が２列に形成され、その隣り合う２つずつの開口１９，１９の間が、第２図に示すようなＶ字型の接続流路２７によって貫通している。そして、第２図に示すように弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄがこのベースブロック１１上に搭載されると、隣り合う弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのブロック流路２６同士が接続流路２７を介して直列に接続される。なお、流路開口の接合部分にはガスケットが挟み込まれ、流体漏れのない気密な状態になっている。
弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのブロック流路２６，２６は、弁孔３５，４５を介して弁室３６，４６に接続されているが、閉弁時には弁室３６，４６およびプロセスガス流路２９と遮断された状態にある。そして、各弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのブロック流路２６と接続流路２７は全てが常に連通した状態にあり、一続きに形成された１本の流路の如く構成されている。本実施形態では、こうしたブロック流路２６と接続流路２７から第１キャリングガス流路２３及び第２キャリングガス流路２４が形成されている。そして、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４は、これを構成する弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのブロック流路２６とベースブロック１１の接続流路２７とが同じ径の貫通孔であるため、全長にわたって流路断面の形状が同じで、流路断面積もほぼ同一になるよう構成されている。なお、このブロック流路２６が特許請求の範囲に記載する「第１流路」に相当し、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４が同じく「メイン流路（第１及び第２メイン流路）」に相当する。
次に、上記構成をなす本実施形態のガス集積弁１について、その作用を説明する。まず、入力ポート２１Ｉ及び入力ポート２２Ｉがキャリングガス供給源に接続される。そして、第１キャリングガス２３の出力ポート２１Ｏには反応炉が接続され、第２キャリングガス２４の出力ポート２２Ｏには回収用器が接続される。すなわち、第２キャリングガス流路２４に流されたプロセスガスは製造に使用されず、第１キャリングガス２３に流されたプロセスガスが半導体製造に使用される。
また、ガス集積弁１の各入力ポート２５には、それぞれ所定のプロセスガスのガス源が接続される。この入力ポート２５からプロセスガス流路２９へ送られるプロセスガスの流体圧力は、第１キャリングガス流路２３や第２キャリングガス流路２４を流れるキャリングガスの流体圧力よりやや大きく設定されている。
弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄでは、全てにおいて開閉弁３０が閉じた状態で維持され、もう一方の開閉弁４０が開いた状態で維持される。こうした状態では、弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのプロセスガス流路２９は、全てが弁室４６と弁孔４５とを介して第２キャリング流路２４に連通している。ガス集積弁１では、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４の両方にキャリングガスが常に流されている。そのため、入力ポート２５から供給されたプロセスガスは、常に第２キャリングガス流路２４を流れるキャリングガス内に送り込まれて流れる。このとき、第２キャリングガス流路２４を流れるキャリングガスの流体圧力よりも、プロセスガス流路２９を通して送られるプロセスガスの流体圧力の方が大きいので、キャリングガスがプロセスガス側に流れ込むことはなく、プロセスガスがキャリングガス側へ流れ込む。
そこで次に、半導体製造プロセスに従い、反応炉に接続された第１キャリングガス流路２３に所定のプロセスガスが順に供給される。それには、対象となるプロセスガスが送り込まれている弁ブロック１０において、開閉弁３０，４０による弁の開閉操作が行われる。すなわち、反応炉へのプロセスガス供給時には、開閉弁３０が開弁状態に切り換えられ、逆に開閉弁４０が閉弁状態に切り換えられる。これにより、プロセスガス流路２９が第２キャリングガス流路２４との間で遮断される一方、第１キャリングガス流路２３との間で連通する。そして、入力ポート２５からプロセスガス流路２９に供給されたプロセスガスは、流体圧力が低い第１キャリングガス流路２３を流れるキャリングガス内に流入し、反応炉へと運ばれる。
次に、同じプロセスガスを同じ入力ポート２５から濃度を変えて供給する。その場合には、弁ブロック１０において、弁の開閉が開閉弁３０，４０の開閉操作によって一旦元の状態に切り換えられる。すなわち、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０が閉じられ、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が開けられる。そのため、濃度を変えて供給されたプロセスガスは第２キャリングガス流路２４に送られ、流し続けられている間に濃度が安定する。そして、再び流路の切り換えが行われ、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０が開けられ、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が閉じられる。これにより、濃度の安定したプロセスガスが第１キャリングガス流路２３内に流され、反応炉へとキャリングガスによって運ばれていく。
更に、第１キャリングガス流路２３へプロセスガスが流入する時の様子を、プロセスガス流路２９に着目して説明する。第３図に示すように、プロセスガス入力ポート２５から供給されるプロセスガスは、プロセスガス流路２９を流れて弁室３６と弁室４６とに同時に送り込まれている。そして、成膜に必要のないプロセスガスが供給される弁ブロック１０では、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が開けられ、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０は閉じられている。従って、このプロセスガス流路２９から弁室３６へ流れたプロセスガスは、そこで流れが遮断され、プロセスガス流路２９から弁室４６へ流れたプロセスガスは、弁孔４５を通ってブロック流路２６へと流れ、第２キャリングガス流路２４を流れるキャリングガス内に流れ込む。
所定のタイミングで開閉弁３０，４０の切り換えが行われると、第２キャリングガス流路２４へ流れていたプロセスガスは、プロセスガス流路２９からの流れが開閉弁４０によって遮断される。一方、開閉弁３０に遮断されていたプロセスガスの流れは、開弁によって弁孔３５から第１キャリングガス流路２３を流れるキャリングガス内に流れ込み、反応炉へと送り込まれる。
こうして本実施形態のガス集積弁１では、第２キャリングガス流路２４側にプロセスガスを常に流しておき、必要なタイミングで弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄの開閉弁３０，４０の切り換えを行うことによって、第２キャリングガス流路２４側に流れているプロセスガスをそのまま第１キャリングガス流路２３側へと流れを切り換えて反応炉へと送る。
よって、こうした本実施形態のガス集積弁１では、先ず第１及び第２キャリングガス流路２３，２４がブロック流路２６と接続流路２７とで構成され、第１４図に示す従来例にように、流路の途中に弁室１２０があって急に空間が広がるような流路になっていない。すなわち流路のみで構成されているため、その流路断面の形状や流路断面積が流路全体で変わることなくほぼ一定になるように構成されている。これにより、キャリングガスは第１及び第２キャリングガス流路２３，２４を流れる際、流体圧力が変動することはなく、また乱流を発生させるようなこともない。従って、第１キャリングガス流路２３内を流れるキャリングガスにプロセスガスが流れ込んでも、反応炉へ送られるまでに拡散してしまうようなことはなく、ある程度層流のような状態で送られると考えられる。
また、本実施形態のガス集積弁１では、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４の流路断面積が等しく形成されている。そのため、プロセスガスの流れを第２キャリングガス流路２４から第１キャリングガス流路２３へ切り換えても、プロセスガスの流れに流量変化はほとんど生じない。そのため、弁の開閉によるオーバーシュートや圧力変動がなく、プロセスガスの流れに脈動が生じることもない。そして、ごく少量のプロセスガスを流す半導体製造のように短時間の間に弁の開閉を行ったとしても、安定した流量制御が可能となる。
また、開閉弁３０を閉弁状態にした第１キャリングガス流路２３は、弁孔３５の部分がデッドスペースとなる。しかし、弁孔３５は非常に浅く、しかも逆Ｖ字型をしたブロック流路２６の頂部に位置しているため、閉弁直後にプロセスガスがそのデッドスペースからかき出されるように流されてしまう。従って、本実施形態のガス集積弁１では、第１キャリング流路２３内にプロセスガスが滞留するようなことはない。
更に、ガス集積弁１には、第１および第２キャリングガス流路２３，２４を流れるキャリングガスよりも、プロセスガス流路２９を流れるプロセスガスの方が流体圧力を高く設定して供給されている。そのため、開閉弁３０，４０を開けてプロセスガスをキャリングガス内に流し込む場合、キャリングガスがプロセスガス流路２９内へ流れ込むようなことはなく、確実にプロセスガスがキャリングガスに流入して送られる。また、プロセスガスは、圧力の低い流れのキャリングガス内に引かれるようにして流れ込むため、プロセスガス自体が拡散してしまうことなくキャリングガス内にまとまって流れ込む。
「第２の実施形態」
次に、本発明のガス集積弁を具体化した第２の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のガス集積弁は、前記第１実施形態のガス集積弁１と同様、２本のキャリングガス流路２３，２４が形成され、そこを流れるキャリングガスに対して２つの開閉弁３０，４０を交互に切り換えてプロセスガスを流し込むようにしたものである。従って、本実施形態のガス集積弁は、第１実施形態のガス集積弁１と同じように構成されたものであるが、キャリングガス流路２３，２４へプロセスガスを供給するプロセスガス流路の構成が異なっている。そこで、ガス集積弁１と同様の構成については同符号を付し、適宜、第１図、第２図及び第４図を参照して説明する。そして、第７図は、第１図のＢ−Ｂ断面で本実施形態のガス集積弁２を示した断面図である。
このガス集積弁２の構成について、先ず第１実施形態のガス集積弁１と同様の構成について簡単に説明する。ガス集積弁２は、第１図及び第２図に示すように、４つの弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄがベースブロック１１上に搭載されている。そして、第４図に示すように２つのキャリングガス流路２３，２４が設けられ、２つの流路に対応して各弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄには２つの開閉弁３０，４０が構成されている。ボディ１２には、第２図に示すように弁座３４，４４の中心を貫いた弁孔３５，４５が、逆Ｖ字型のブロック流路２６から分岐するように形成されている。各弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄのブロック流路２６同士は、ベースブロック１１に形成されたＶ字型の接続流路２７によって直列に接続され、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４が構成されている。
そして、本実施形態では、こうした第１及び第２キャリングガス２３，２４に対し、第７図に示すようなプロセスガス流路が接続されている。すなわち、ボディ１２には、プロセスガスの入力ポート２５から弁室３６まで連通するように、第１プロセスガス流路２９Ａが形成され、更にこの弁室３６からもう一方の弁室４６まで連通するように、Ｖ字型の第２プロセスガス流路２９Ｂが形成されている。本実施形態のプロセスガス流路２９Ａ，２９Ｂは、前記第１実施形態のように、入力ポート２５から供給されたプロセスガスが弁室４６まで直接流れるのではなく、弁室３６を一旦経由して流れるよう構成されている。
次に、本実施形態におけるガス集積弁２の作用について説明する。本実施形態でも、キャリングガスは第１及び第２キャリングガス流路２３，２４を常に流されている。そして、弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄでは、先ず全てにおいて開閉弁３０が閉弁状態に維持され、開閉弁４０が開弁状態に維持される。そのため、各弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄの入力ポート２５から供給された各種プロセスガスは、先ずプロセスガス流路２９Ａを通って弁室３６へ流れ込む。しかし開閉弁３０が閉じているため、プロセスガスは、第１キャリングガス流路２３へは流れ込まず、更にプロセスガス流路２９Ｂを通って弁室４６へと流れる。そして、開閉弁４０が開いているため、プロセスガスは、弁孔４５を通ってブロック流路２６すなわち第２キャリングガス流路２４へと流れ込む。
プロセスガスは、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４を流れるキャリングガスの流体圧力よりも大きいので、キャリングガスがプロセスガス流路２９側に流れ込むことはなく、プロセスガスが必ず第１及び第２キャリングガス流路２３，２４側へと流れ込む。こうして半導体製造に使用されるプロセスガスは、全てが第２キャリングガス流路２４を流れるキャリングガス内に常時流され、第１キャリングガス流路２３に接続された反応炉への送り込み準備がとられる。
そこで、半導体製造プロセスに従い、反応炉に接続された第１キャリングガス流路２３に所定のプロセスガスが順に供給される。それには、各プロセスガスに対応した弁ブロック１０Ａ〜１０Ｄにおいて、開閉弁３０，４０の切り換え操作が行われる。すなわち、反応炉へ所定のプロセスガスを供給する場合、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０が開けられ、逆に第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が閉じられ、弁の開閉が切り換えられる。すると、第２キャリングガス流路２４まで流れていたプロセスガスは、弁室３６から弁孔３５を通ってブロック流路２６、すなわち第１キャリングガス流路２３に流れ込む。一方、第２キャリングガス流路２４への流れは遮断される。
次に、同じプロセスガスをプロセスガス入力ポート２５から濃度を変えて供給する。そのためには、同じ弁ブロック１０において、開閉弁３０，４０の開閉状態が一旦元の状態に戻される。すなわち、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０弁が閉じられ、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が開けられる。そのため、濃度を変えて供給されたプロセスガスは、第２キャリングガス流路２４に流されて所定時間の経過により濃度が安定する。そこで、再び開閉弁３０，４０の切り換えが行われ、第１キャリングガス流路２３側の開閉弁３０が開けられ、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０が閉じられる。そのため、濃度が変えられたプロセスガスは、そのまま第１キャリングガス流路２３に流され、キャリングガスによって反応炉へと運ばれる。
本実施形態のガス集積弁２では、プロセスガスを第２キャリングガス流路２４へ送るための流路を、プロセスガス流路２９Ａ，２９Ｂによって一旦弁室３６を経由させる構造をとっている。そのため、第１キャリングガス流路２３へのプロセスガスの供給を止めても、プロセスガスは同じ流路を通って弁室３６から第２キャリングガス流路２４まで流れる。従って、濃度を変えてプロセスガスを供給する場合にでも、変更前のプロセスガスが残らないため、反応炉へは変更濃度のプロセスガスのみが供給される。
また、本実施形態のガス集積弁２では、第１実施形態のガス集積弁１と同様に構成された第１キャリングガス流路２３は、弁室を通過することなく流路断面の形状や流路断面積が流路全体でほぼ一定になるように構成されている。そのため、キャリングガスは、第１キャリングガス流路２３を流れる際、流体圧力が変動することはなく、また乱流を発生させるようなこともない。従って、そうした第１キャリングガス流路２３内を流れるキャリングガスにプロセスガスが流し込まれても、反応炉へ送られるまでに拡散してしまうようなことはなく、ある程度、層流のような状態で送られる。
その他にも第１実施形態と同様に、第１及び第２キャリングガス流路２３，２４の流路断面積が等しく形成されているため、プロセスガスの流れを切り換えても弁の開閉によるオーバーシュートや圧力変動がなく、プロセスガスの流れに脈動が生じることもない。そして、ごく少量のプロセスガスを流す半導体製造のように、短時間の間に弁の開閉を行ったとしても、安定した流量制御が可能となる。また、デッドスペースとなる弁孔３５のプロセスガスがキャリングガスの流れによって流されるため、第１キャリング流路２３内にプロセスガスが残ってしまうようなことはない。更に、キャリングガスとプロセスガスの圧力差により、プロセスガスは確実にキャリングガスに流れ込むため、プロセスガス自体が拡散してしまうことなくキャリングガス内にまとまって流れ込む。
「第３の実施形態」
次に、本発明のガス集積弁を具体化した第３実施形態について、図面を参照にながら以下に説明する。第８図は、本実施形態のガス集積弁を示した平面図である。そして第９図は、第８図のＧ−Ｇ断面を示した図であり、第１０図は、第８図のＨ−Ｈ断面を示した図である。本実施形態のガス集積弁３は、第１実施形態のガス集積弁１の構成から第２キャリングガス流路２４を省略したものである。すなわち、弁ブロック１０にある２つの開閉弁３０，４０のうち、第２キャリングガス流路２４側の開閉弁４０と、それに関する流路が省略されている。従って、残る開閉弁３０側の構成は第１実施形態のものと同様であるため、ガス集積弁１と同じ構成には同じ符号を付して説明する。
このガス集積弁３は、一つの開閉弁３０からなる弁ブロック５０Ａ〜５０Ｄがベースブロック１６上に搭載されたものである。そして、このガス集積弁３では、入力ポート２１Ｉからキャリングガス出力ポート２１Ｏまで、１本のキャリングガス流路２３が形成され、各弁ブロック５０Ａ〜５０Ｄには、プロセスガス入力ポート２５からキャリングガス流路２３へと連通するプロセスガス流路２９が形成されている。
各弁ブロック５０Ａ〜５０Ｄでは、開閉弁３０によってボディ１５内でプロセスガス流路２９とキャリングガス流路２３との連通・遮断が操作される。すなわち、ボディ１５の内部には逆Ｖ字型のブロック流路２６が形成され、弁室３６に連通したプロセスガス流路２９が弁孔３５を介して連通している。また、ベースブロック１６には、Ｖ字のブロック流路２６が間隔をおいて形成され、搭載された弁ブロック５０Ａ〜５０Ｄのブロック流路２６，４１…が直列に接続され１本のキャリングガス流路２３を構成している。すなわち、このガス集積弁３のキャリングガス流路２３は、ブロック流路２６及び接続流路２７が直列に接続されて構成されている。
よって、本実施形態のガス集積弁１では、ブロック流路２６及び接続流路２７とからなる第１キャリングガス流路２３は、第１４図に示すように弁室１２０を途中に介さない流路のみからなるため、その流路断面の形状や流路断面積が流路全体でほぼ一定になるように構成されている。そのため、キャリングガスは、第１キャリングガス流路２３を流れる際、流体圧力が変動することはなく、また乱流を発生させるようなこともない。従って、第１キャリングガス流路２３内を流れるキャリングガスにプロセスガスが流し込まれても、反応炉へ送られるまでに拡散してしまうようなことはなく、ある程度、層流のような状態で送られる。
その他、第１実施形態と同様に、デッドスペースとなる弁孔３５のプロセスガスがキャリングガスの流れによって流されるため、第１キャリング流路２３内にプロセスガスが残ってしまうようなことはない。また、キャリングガスとプロセスガスの圧力差により、プロセスガスは確実にキャリングガスに流れ込むため、プロセスガス自体が拡散してしまうことなくキャリングガス内にまとまって流れ込む。
一方、このガス集積弁３ではプロセスガスは閉弁によって一旦供給を止め、再び弁を開けて送り込むので、弁孔３５の開閉によるオーバーシュートや圧力変動が避けられない。しかし、これらの変化はある程度予測可能であり、ごく微量のガスを正確に流入させる場合を除けば使用上問題はない。さらにこのガス集積弁３では、ガス集積弁１に比較して使用される弁の個数が半分であるのでコストダウンとなり、占有面積が減少されるという利点も有する。
以上、ガス集積弁の一実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では複数の弁ブロック１０をベースブロック１１に搭載し、ブロック流路２６を接続流路２７で接続してキャリングガス流路２３を構成したが、弁ブロック１０のブロック流路を直線にして直接連通させるようにしてもよい。
また例えば、前記各実施形態では、４つの弁ブロック１０，１１を接続したガス集積弁１，２としたが、弁ブロック１０，１１の個数はこれに限るものではない。必要なプロセスガスの種類数に合わせて適宜変更して構成すればよい。
また例えば、ガス集積弁１の弁ブロック１０のボディ１２は一体であるとしたが、ガス集積弁３の弁ブロック１１のような、１つのアクチュエータを有する弁ブロックを接続して構成することもできる。
【産業上の利用可能性】  以上の説明から明らかなように本発明のガス集積弁によれば、常にキャリングガスが流されるようなメイン流路が、従来例のように途中で広い空間の弁室を通るようなことがなく、第１流路を直列に接続したガスを流すための流路のみからなる。そのため、流路断面の形状や流路断面積に大きな変化が加わることがなくなり、キャリングガスの流れに乱流が生じることがなくなるので、そうした流れのスムーズなキャリングガス内にプロセスガスを流入させれば、プロセスガスを拡散させることなく反応炉へ供給することができる。
また、本発明のガス集積弁によれば、第１メイン流路と第２メイン流路とにキャリングガスを流し、一対の開閉弁を切り換えてプロセスガスを流すようにしたので、例えば途中で濃度を変える場合には、濃度が安定してから開閉弁を切り換えて反応炉へプロセスガスを供給することができる。また、こうしてメイン流路を２つ設ける場合にも、そのメイン流路が従来例のように途中で広い空間の弁室を通るようなことがなく、第１流路を直列に接続したガスを流すための流路のみからなる。そのため、流路断面の形状や流路断面積に大きな変化が加わることがなくなり、キャリングガスの流れに乱流が生じることがなくなるので、そうした流れのスムーズなキャリングガス内にプロセスガスを流入させれば、プロセスガスを拡散させることなく反応炉へ供給することができる。
また、第１メイン流路と第２メイン流路の流路断面積を同じにすることにより、プロセスガスの流れを切り換えても圧力変動を生じさせないので、ごく少量のプロセスガスを流す半導体製造のように短時間の間に弁の開閉を行ったとしても、安定した流量制御が可能となる。
また、第２流路を一組の開閉弁の弁室を直列につなぐように接続して形成することにより、プロセスガスを入力ポートから遠い位置にある開閉弁を介して第２メイン流路に流し、切り換えて近い位置にある開閉弁を介して第１メイン流路に流すようにすれば、濃度を変えてプロセスガスを流す場合、第２流路内には変更前のプロセスガスが残らないため、第１メイン流路には変更濃度のプロセスガスのみが供給されるようになる。
更に、本発明のガス集積弁は、各開閉弁をベース上に搭載するようにすれば、ガス集積弁の構成が簡素化できる他、各開閉弁の第１流路とベースの接続流路とを全て同一径の貫通孔で形成することで、メイン流路全体を一定断面積の流路とすることができ、より安定したキャリングガスの流れを得ることができる。
また、本発明のガス集積弁によれば、開閉弁を閉じたとき、弁体と弁座とのシール部分からメイン流路までの弁孔部分にガス溜まりができるが、Ｖ字型の第１流路をキャリングガスが流れることにより、その頂部を折り返して流れる際、弁孔内のプロセスガスはキャリングガスにかき出されて残留することがない。
【図１】
2004036099.tif 000003
【図２】
2004036099.tif 000004
【図３】
2004036099.tif 000005
【図４】
2004036099.tif 000006
【図５】
2004036099.tif 000007
【図６】
2004036099.tif 000008
【図７】
2004036099.tif 000009
【図８】
2004036099.tif 000010
【図９】
2004036099.tif 000011
【図１０】
2004036099.tif 000012
【図１１】
2004036099.tif 000013
【図１２】
2004036099.tif 000014
【図１３】
2004036099.tif 000015
【図１４】
2004036099.tif 000016
【国際調査報告】
2004036099.tif 000017
2004036099.tif 000018
2004036099.tif 000019
2004036099.tif 000020