(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、
プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、
前記マニホールドは、
前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、
前記第１接続ポートを前記プロセスガスの排出口に連通させるプロセスガス流路と、
前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、
前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路とを有し、
前記プロセスガス流路と前記パージガス流路との合流点が、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとの間にあることを特徴とするバルブユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブユニットにおいて、
前記パージガス流路が、前記第２接続ポートから前記第１接続ポート側に傾斜して形成され、
前記プロセスガス流路が、第１接続ポートから前記第２接続ポート側に傾斜して形成される傾斜部分を有し、
前記パージガス流路が、前記プロセスガス流路の傾斜部分に合流することを特徴とするバルブユニット。
【請求項３】
ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、
プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、
前記マニホールドは、
前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、
前記第１接続ポートを排出口に連通させるプロセスガス流路と、
前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、
前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路と、
前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとを連絡するバイパス流路とを有することを特徴とするバルブユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等の産業用製造装置で使用されるバルブユニットに関し、さらに詳細には、流路内に滞留する残留ガスの置換を効率的に行うことが可能なバルブユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、従来からホトレジスト加工のエッチング等に腐食性ガス、毒性ガスおよび可燃性ガス等のプロセスガスが供給ガスとして使用されている。ホトレジスト加工（ホトレジスト塗布、露光、現像、エッチング）は、半導体製造工程において複数回繰り返されるが、そこではプロセスガスを必要に応じて供給するガス供給装置が使用されている。即ち、ホトレジスト加工においては、複数種類のプロセスガスや、同一種類であっても濃度の異なったプロセスガスが使用されることがある。そのため、密閉された空間で構成したチャンバ内で、複数の腐食性ガスや成分ガス等のプロセスガスが混合されたり、プロセスガス等に不活性ガスが混合されたりして所定の濃度にされたりして供給されている。
【０００３】
ところが、プロセスガスの中でも腐食性ガスは、供給後パイプ内に残留したまま放置されると、パイプ内部の金属等を腐食してしまうので、次のガス供給時に不純物が混入して半導体に悪影響を与えることがあった。
また、腐食性ガスが少量でも残留すれば、次に使用するプロセスガスの成分が変化してしまい、ホトレジスト加工に大きな悪影響を与え、半導体製品の品質の劣化させる原因にもなった。
さらに、前回使用のプロセスガスが可燃性ガス等の場合には、たとえ少しの残量であっても種類によっては次のガスと混合して、可燃性ガスによる燃焼や爆発が発生する恐れがあった。
そこで、ガス供給装置では、複数種類の所定量のプロセスガス等をチャンバ内で混合して供給ガスを製造して半導体工程に供給した後、チャンバやガス供給装置等の内部に残留しているプロセスガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換することが行われている。
【０００４】
ところで、最近では半導体製造装置の集積化が進み、ガス供給装置を構成する流路及び制御バルブなどをユニット化したバルブユニットが採用されるに至っている。図３は、そのようなバルブユニットの従来例を示す断面図である。バルブユニット１００は、流路の形成されたマニホールド１０１に、不図示のチャンバへのプロセスガスの流れを制御するガス供給バルブ１０２、残留ガスを置換するためのパージガスの流れを制御するガス置換バルブ１０３、及びプロセスガスの流入を防止するチェック弁１０４が一列に並べられ一体に取り付けられている。  そして、プロセスガスを流す時にはガス置換バルブ１０３が閉じられ、ガス供給バルブ１０２が開けられてプロセスガスがチャンバ側へと供給される。そのため、プロセスガスは、プロセスガス流入路１１１から入りガス供給バルブ１０２を介してプロセスガス流出路１１２へと流れ、排出流路１１３から不図示のチャンバへと供給される。
【０００５】
一方、残留ガスの置換時には、ガス供給バルブ１０２が閉じられてプロセスガスの供給が止められた後、ガス置換バルブ１０３が開けられてパージガス（例えば窒素ガス）が高い圧力（例えば２気圧）で流路内に流される。パージガスは、チェック弁１０４からガス置換バルブ１０３を通ってプロセスガス流出路１１２に直交するパージガス流入路１１４から排出流路１１３側へ勢い良く流されるとともに、高い圧力で供給されているためガス供給バルブ１０２側へ続くデッドスペース１２０内へも流入することとなる。そのため、デッドスペース１２０内の残留ガスは、パージガスによって希釈されとともに排出流路１１３側へ流されて排出される。従って、プロセスガス流出路１１２内にパージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図３に示すような従来のバルブユニット１００では、流路内の残留ガスを所望の濃度にまで希釈させるガス置換に時間がかかり、またそれに伴ってパージガスの消費量が多くなることが問題になっていた。ガス置換に長時間を要すれば、半導体製造装置のサイクルタイムが長くなって生産効率を低下させ、またパージガスの消費量が多くなれば、コスト削減への障害となるからである。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決すべく、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバルブユニットは、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを前記プロセスガスの排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路とを有し、前記プロセスガス流路と前記パージガス流路との合流点が、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとの間にあることを特徴とする。
例えば、前記パージガス流路が、前記第２接続ポートから前記第１接続ポート側に傾斜して形成され、前記プロセスガス流路が、第１接続ポートから前記第２接続ポート側に傾斜して形成される傾斜部分を有し、前記パージガス流路が、前記プロセスガス流路の傾斜部分に合流する。
よって、プロセスガス供給後にガス供給バルブを閉じ、ガス置換バルブを開けてパージガスを流せば、パージガス流路からプロセスガス流路の合流点を通って下流側に残留ガスが押し流され、またパージガスは一般に高い圧力で供給されるため、ガス供給バルブによって閉じられてデッドスペースとなった合流点の上流側にも流れ込んで、当該スペースの残留ガスを希釈して排気させる。このとき、合流点がガス置換バルブの上流側、即ちガス供給バルブの閉弁部により近い位置にあるため、デッドスペースの容積が小さく、即ちプロセスガスの残留量が少なくなることでガス置換に要する時間を短縮し、パージガスの消費量も減らすことができる。
【０００９】
また、本発明に係るバルブユニットは、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路と、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとを連絡するバイパス流路とを有することを特徴とする。
よって、プロセスガス供給後にガス供給バルブを閉じ、ガス置換バルブを開けてパージガスを流せば、パージガス流路からプロセスガス流路の合流点を通って下流側に残留ガスが押し流され、またバイパス流路を通って合流点の更に上流側からプロセスガス流路内の残留ガスが押し流される。また、パージガスは一般に高い圧力で供給されるため、ガス供給バルブによって閉じられてデッドスペースとなったプロセスガス流路入り口の上流側にも流れ込んで、当該スペースの残留ガスを希釈して排気させる。このとき、デッドスペースがガス供給バルブ内の僅かな空間であるため、プロセスガスの残留量が少なく、ガス置換に要する時間を短縮し、パージガスの消費量も減らすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るバルブユニットの一実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。本実施の形態のバルブユニットは、前述したものと同様に半導体製造装置等のガス供給装置を構成するものである。図１は、バルブユニットの第１実施の形態を示す断面図である。
バルブユニット１０は、流路の形成されたマニホールド１上に、不図示のチャンバへのプロセスガスの流れを制御するガス供給バルブ２、残留ガスを置換するためのパージガスの流れを制御するガス置換バルブ３、及びプロセスガスの流入を防止するチェック弁４が一列に並べられ一体に取り付けられている。ガス供給バルブ２、ガス置換バルブ３及びチェック弁４は、それぞれのバルブブロック１１，１２，１３と一体に構成され、そのバルブブロック１１，１２，１３によってマニホールド１に取り付けられている。バルブブロック１１，１２，１３には、それぞれ弁部に連通し、取り付け面である底面側にポート部を開設する流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとが穿設されている。
【００１１】
そして、このバルブブロック１１，１２，１３の流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ及び流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとに連通する流路がマニホールド１に穿設されている。即ち、プロセスガスの流れを制御する作業バルブ２のバルブブロック１１には、プロセスガス流入路２１とプロセスガス流出路２２が連通している。特に、本実施の形態のものは、従来例のもの（図３参照）と比較して分かるように、プロセスガス流出路２２が、マニホールド１の長手方向に穿設された水平部２２Ｐに対し、下流側（ガス置換バルブ３側）に傾斜した傾斜部２２Ｑによって連通している。従って、バルブブロック１１の流出路１１Ｂもプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑに合わせて傾斜して形成されている。
【００１２】
またマニホールド１には、チェック弁４にパージガスを供給するパージガス流入路２３と、チェック弁４からガス置換バルブ３へパージガスを流すための連絡流路２４とが穿設されている。更に、マニホールド１には、ガス置換バルブ３に対するバルブブロック１２の流出路１２Ｂから、プロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑの途中で合流するようにパージガス供給路２５が穿設されている。このパージガス供給路２５は、上流側（ガス供給バルブ２側）にプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑと同程度に傾斜して形成され、そこへ連通するバルブブロック１２の流出路１２Ｂも傾斜して形成されている。
なお、プロセスガス流出路２２とパージガス供給路２５とが、それぞれ請求項１に記載するプロセスガス流路とパージガス流路に相当する。
【００１３】
そこで、このようなバルブユニット１０によれば、次のようにしてガス置換が行われる。
先ず、プロセスガスは、ガス置換バルブ３が閉じられた状態でガス供給バルブ２が開けられて、マニホールド１のパージガス流入路２１からパージガス流出路２２を通って不図示のチャンバへと供給される。そして、エッチング等の処理が終了すると、ガス供給バルブ２が閉じられプロセスガスの供給が停止し、次いでガス置換が実行される。即ち、ガス供給バルブ２の閉弁に続いてガス置換バルブ３が開けられ、高圧のパージガスがプロセスガス流出路２２内に押し流される。パージガスには、窒素ガスなどの不活性ガスが使用され、２気圧或いはそれ以上の圧力で供給される。
よって、パージガスは、マニホールド１のパージガス流入路２３及び連絡流路２４を通ってチェック弁４からガス置換バルブ３へと流れ、更にパージガス供給路２５からプロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑへと勢い良く流入する。
【００１４】
プロセスガス流出路２２へ流れ込んだパージガスは、そのまま残留ガスを押し流しながら排出流路２６から排出する。
また、パージガスは、流路内の圧力より高圧で供給されているため、傾斜部２２Ｑをバルブブロック１１の流出路１１Ｂ、即ちデッドスペース２８（斑点で図示）内へも流れ込む。そのため、デッドスペース２８内の残留ガスは、パージガスによって希釈されるとともに排出流路２６側へ流されて排出される。従って、プロセスガス流出路２２内にパージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【００１５】
ここで、本実施の形態のバルブユニット１０と図３の従来のバルブユニット１００とのガス置換特性について試験結果を比較する。図４及び図５は、ガス置換特性についての試験結果をグラフで示したものである。なお、この試験では、腐食性ガスの代わりに酸素の充填された流路内に窒素ガスのパージによってガス置換を行った。図４のグラフには、バルブユニット流路内の残留酸素濃度に対するパージ時間の比較を示し、図５のグラフには、バルブユニット流路内の残留酸素濃度に対する窒素ガス消費量の比較を示している。
なお、本試験は、置換ガス圧力を０．２ＭＰａとし、毎分１リットルの置換ガス流量のもとで行った。
また、実際にガス置換を行う場合には、流路内の残留ガスの濃度はガス種により許容濃度が決められており、今回の試験は０．５ｐｐｍ以下に希釈するまでを比較した。
【００１６】
そこで、両バルブユニット１０，１００をほぼ基準値に達するまでのパージ時間と窒素ガス消費量で比較してみると、明らかに本実施の形態のバルブユニット１０（実線で表示）の方が、従来のバルブユニット１００に比べて良いガス置換特性を示した。
即ち、図４に示すように、残留酸素が基準濃度に達するまでに、従来のバルブユニット１００の場合は約９００ｓｅｃものパージ時間を要したのに対し、本バルブユニット１０は約２００ｓｅｃであった。また、図５に示すように、残留酸素が基準濃度に達するまでに、従来のバルブユニット１００の場合は約１５リットルもの窒素ガスを消費したたのに対し、本バルブユニット１０は約３．３リットルであった。従って、本実施の形態のバルブユニット１０によれば、パージ時間の短縮に伴って窒素ガス消費量もで抑えることができた。
【００１７】
これは、プロセスガス流出路２２の傾斜部２２Ｑに、同じように傾斜させたパージガス供給路２５を合流させるように形成したので、デッドスペース２８を極力小さくすることができたからであると考えられる。その点において、従来のマニホールド１０１ではデッドスペース１２０内での残留ガスの容量が０．７１ｃｃであるのに対し、本実施の形態のマニホールド１では、デッドスペース２８内での残留ガスの容量を０．１３ｃｃにまで低下させることができた。
そして、この結果から、本実施の形態のバルブユニット１０によれば、半導体製造装置のサイクルタイムを短くすることができ、製造能力の向上につながった。また、ガス置換に使用されるパージガスの消費量を少なくさせることができ、コスト削減にもなった。
【００１８】
次に、本発明に係るバルブユニットの第２実施の形態について説明する。図２は、バルブユニットの第２実施の形態を示す断面図である。本実施の形態のバルブユニット３０は、第１実施の形態のものと同様に組み付けられ、半導体製造装置等のガス供給装置を構成するものである。従って、前記バルブユニット１０（図１参照）と同一の構成部品には同符号を付して説明する。
流路の形成されたマニホールド３１上に、ガス供給バルブ２、ガス置換バルブ３、及びチェック弁４が一列に並べられ一体に取り付けられている。そして、これらは各バルブブロック１１，１２，１３と一体に構成され、そのバルブブロック１１，１２，１３によってマニホールド３１に取り付けられている。バルブブロック１１，１２，１３には、それぞれ弁部に連通し、取り付け面である底面側にポート部を開設する流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとが穿設されている。
【００１９】
そして、このバルブブロック１１，１２，１３の流入路１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ及び流出路１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとに連通する流路がマニホールド３１に穿設されている。即ち、プロセスガスの流れを制御する作業バルブ２のバルブブロック１１には、プロセスガス流入路４１とプロセスガス流出路４２が連通している。プロセスガス流出路４２は、マニホールド３１の長手方向に穿設された水平部４２Ｐに対し、上面から垂直に穿設された垂直部４２Ｑによって連通している。
またマニホールド３１には、チェック弁４にパージガスを供給するパージガス流入路４３と、チェック弁４からガス置換バルブ３へパージガスを流すための連絡流路４４とが穿設されている。
更に、マニホールド３１には、バルブブロック１２の流出路１２Ｂからプロセスガス流出路４２の水平部４２Ｐへ垂直に連通して合流するパージガス供給路４５と、そのパージガス供給路４５とプロセスガス流出路４２との上面開口部を連通するＶ字形のバイパス流路４６が穿設されている。
なお、プロセスガス流出路４２とパージガス供給路４５とが、それぞれ請求項２に記載するプロセスガス流路とパージガス流路に相当する。
【００２０】
そこで、このようなバルブユニット３０によれば、次にようにしてガス置換が行われる。
先ず、プロセスガスは、ガス置換バルブ３が閉じられた状態でガス供給バルブ２が開けられて、マニホールド３１のパージガス流入路４１からパージガス流出路４２を通って不図示のチャンバへと供給される。そして、エッチング等の処理が終了すると、ガス供給バルブ２が閉じられプロセスガスの供給が停止し、ガス置換が実行される。即ち、ガス供給バルブ２の閉弁に続いてガス置換バルブ３が開けられ、高圧のパージガスがプロセスガス流出路４２内に押し流される。パージガスには、窒素ガスなどの不活性ガスが使用され、２気圧或いはそれ以上の圧力で供給される。
よって、パージガスは、マニホールド３１のパージガス流入路４３及び連絡流路４４を通ってチェック弁４からガス置換バルブ３へと流れ、更にバルブブロック１２の流出路１２Ｂからパージガス供給路４５とバイパス流路４６との２方向に分かれて流れ込む。
【００２１】
パージガス供給路４５へ流れ込んだパージガスは、そのままプロセスガス流出路４２内の残留ガスを押し流して排出流路２６から排出する。一方、バイパス流路４６へ流れ込んだパージガスは、プロセスガス流出路４２内の残留ガスを上流から更に押し流して排出流路２６側へ排出する。また、バイパス流路４６へ流れ込んだパージガスは、高圧で供給されているため、デッドスペース４８（斑点で図示）となっているバルブブロック１１の流出路１１Ｂ内へも流れ込む。
そのため、デッドスペース４８内の残留ガスは、パージガスによって希釈されとともに排出流路２６側へ流されて排出される。従って、パージガスを流し続けることによって、流路内に残るプロセスガスが希釈されてガス置換が完了することになる。
【００２２】
そして、本実施の形態のバルブユニット３０によれば、ガス置換特性の試験結果は示されていないが、更なるパージ時間の短縮を可能とし、それに伴って窒素ガス消費量もでより抑えることができる。第１実施の形態でも示したように、ガス置換特性の向上は、流路内のデッドスペースに起因していると考えられるからである。その点において本実施の形態では、マニホールド３１内の残留ガスを完全に押し流すようにしたので、デッドスペース４８内での残留ガスの容量が、流出路１１Ｂ部分の０．０９ｃｃにまでに低下させることができたからである。
また、ガス置換特性向上の根拠として、パージガスがデッドスペース４８へ流れ込む方向性を挙げることもできる。即ち、パージガスは流路内の圧力より高圧で供給されるためデッドスペース内にも流入するが、本実施の形態のようにバイパス流路４６がデッドスペース４８の方向を向いていることにより、パージガスの流れによる運動エネルギが有効に働いてデッドスペース内に効果的に流入することが考えられるからである。
【００２３】
従って、本実施の形態のバルブユニット３０によれば、ガス置換特性の向上により半導体製造装置のサイクルタイムを短くすることができ、製造能力の向上につながる。また、ガス置換に使用されるパージガスの消費量を少なくさせることができ、コスト削減にもなる。
【００２４】
なお、本発明は、前記実施の形態のものに限定されるわけではなく、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、前記第２実施の形態では、パージガス供給路４５に加えてバイパス流路４６を形成したがバイパス流路４６のみでパージガスを供給するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを前記プロセスガスの排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路とを有し、前記プロセスガス流路と前記パージガス流路との合流点が、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとの間にあるので、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することが可能となった。
【００２６】
また、本発明は、ブロック体に流路が形成されたマニホールドに対して、前記流路を通って流れる流体の流れを制御する複数の流体制御機器が一体に取り付けられてなるバルブユニットであって、プロセスガスの流れを制御するガス供給バルブと、前記ガス供給バルブより前記プロセスガスの流れの下流側に配置されてパージガスの流れを制御するガス置換バルブとを有し、前記マニホールドは、前記ガス供給バルブの排出路に接続する第１接続ポートと、前記第１接続ポートを排出口に連通させるプロセスガス流路と、前記ガス置換バルブの排出路に接続する第２接続ポートと、前記第２接続ポートを前記プロセスガス流路に連通させるパージガス流路と、前記第１接続ポートと前記第２接続ポートとを連絡するバイパス流路とを有する構成としたので、残留ガスの置換を効率よく行うことが可能なバルブユニットを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバルブユニットの第１実施の形態を示す断面図である。
【図２】  本発明に係るバルブユニットの第２実施の形態を示す断面図である。
【図３】  従来のバルブユニットを示す断面図である。
【図４】  パージ時間に基づくガス置換特性を示したグラフである。
【図５】  パージガス消費量に基づくガス置換特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１，３１，１０１    マニホールド
２，１０２    ガス供給バルブ
３，１０３    ガス置換バルブ
４，１０４    チェック弁
１０，３０，１００  バルブユニット
２２，４２，１１２  プロセスガス流出路
２５，４５，４６，１１４  パージガス供給路
【図１】
0003766760.tif 000002
【図２】
0003766760.tif 000003
【図３】
0003766760.tif 000004
【図４】
0003766760.tif 000005
【図５】
0003766760.tif 000006