JP3858155B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体製造装置等に使用される流体制御装置に関し、より詳しくは、保守点検時に流体制御機器を単独で上方に取り出すことができるように組み立てられた集積化流体制御装置における流体流入部の構成に関する。

半導体製造装置に使用される流体制御装置は、種々の流体制御機器が複数列に配置されるとともに、隣り合う列の流体制御機器の流路同士が所定箇所において機器接続手段により接続されることにより構成されているが、近年、この種の流体制御装置では、マスフローコントローラや開閉弁などをチューブを介さずに接続する集積化が進められている。例えば、特許文献１には、上段に配された複数の流体制御機器と下段に配された複数の継手部材とによって形成されたラインが並列状に配置され、所定のラインの流路同士がライン間接続手段により接続されている流体制御装置が開示されている。

本出願人は、この種の流体制御装置において、ラインの増設・変更に対応しやすいように、ラインの流路同士を接続するライン間接続手段から溶接箇所をなくすことができる流体制御装置を提案した（特許文献２）。

図４は、この流体制御装置の１実施形態を示している。なお、図４において、図の上下を上下というものとする。

図４は、流体制御装置の流体流入部の構成を示すもので、この部分の流体制御装置は、２つの開閉弁(22)(23)からなる入口側遮断開放器(6)を有するライン(B1)(B2)(B3)と、各ライン(B1)(B2)(B3)の遮断開放器(6)に流体（プロセスガス）を導入する流体導入部のライン間接続手段(50)とを有している。

流体導入部のライン間接続手段(50)は、各ライン(B1)(B2)(B3)の端に配置される複数（図示は３つ）の下段通路ブロック(51)と、下段通路ブロック(51)の上側に配置された複数（図示は２つ）の上段通路ブロック(57)とからなる。

下段通路ブロック(51)には、遮断開放器(6)に通じるライン方向通路(54a)およびライン方向通路(54a)の端から上方にのび上向きに開口したＶ字状上向き通路(54b)からなるライン間接続用通路(54)と、遮断開放器(6)のバイパス通路に通じ下向きに開口したライン内接続用通路(55)が形成されている。

上段通路ブロック(57)は、図示した例では、２つのブロック(57a)(57b)が結合されて形成されており、その内部には、下向きに開口した逆Ｕ字状の通路(58)が形成されている。逆Ｕ字状の通路(58)は、ライン直交方向にのびる横向き通路(58a)および横向き通路(58a)の左右端から下方にのびる２本の平行状下向き通路(58b)からなる。上段通路ブロック(57)は、２つの下段通路ブロック(51)にまたがって配置されており、その逆Ｕ字状通路(58)は、右側のライン(B1)(B2)の下段通路ブロック(51)の左側の上向き開口(54d)と左側のライン(B2)(B3)の下段通路ブロック(51)の右側の上向き開口(54c)とを連通している。

下段通路ブロック(51)は、上方からのねじによって着脱可能にブロック状継手部材（図示略）に結合され、上段通路ブロック(57)は、上方からのねじによって下段通路ブロック(51)に着脱可能に取り付けられている。

この流体制御装置によると、ライン間接続手段(50)が下側および上段通路ブロック(51)(57)によって構成され、かつ下段通路ブロック(51)および上段通路ブロック(57)が着脱可能であるので、ライン間接続手段(50)を溶接なしで構成することができる。ラインを増設する際には、必要に応じてライン間接続手段(50)を構成する通路ブロック(51)(57)のうちの所要のものを上方に取り外した後、増設すべきラインを基板上に取り付け、増設によってライン間接続手段(50)の仕様が変更された場合には、仕様変更後のライン間接続手段(50)を増設前に使用されていた通路ブロック(51)(57)と新たに準備された通路ブロック(51)(57)とによって構成し、このライン間接続手段(50)を取り付ければよい。ラインの変更を行う際も同様であり、こうして、ラインの増設および変更を容易に行うことができる。
特開２００２−８９７９８号公報 特願２００２−３５１０２５号公報

上記特許文献１の流体制御装置によると、各ラインをプロセスガス供給源と接続するに際し、１つのプロセスガス流入部（流体流入部）から各ラインにプロセスガスを分配することが好ましい。しかしながら、この場合には、各ラインに均等にプロセスガスを導入することが問題となり、ラインの数が多くなるとこの問題の解決が難しいものとなる。特許文献２で提案した流体制御装置においてもこの課題は解決されていない。

この発明の目的は、１つの流体流入部から複数のラインに流体を供給するに際し、ラインの数が多くなっても、各ラインに均等な圧力の流体を導入することが可能な流体制御装置を提供することにある。

この発明による流体制御装置は、第１番目から第ｎ番目までの流体制御ラインと、各ラインの入口に配された流体制御機器にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部とを備えている流体制御装置において、プロセスガス導入部は、各ラインの入口に配された流体制御機器にプロセスガスを分岐して供給するものであり、上方に開口した入口ポート、上方に開口した出口ポートおよび側方に開口した出口ポートをそれぞれ有し、第１番目から第ｎ番目までの流体制御ラインと直交する方向に一列に配置されて、各ラインの入口に配された流体制御器に側方に開口した出口ポートを介して接続されている第１番目から第ｎ番目までの下段通路ブロックと、隣り合う２つの下段通路ブロックにまたがって配置されて隣り合う下段通路ブロックの上方に開口した出口ポートと入口ポートとを連通する第１番目から第（ｎ−１）番目までの上段通路ブロックと、第１番目の下段通路ブロックの入口ポートに接続されたプロセスガス導入配管と、プロセスガス導入配管と所定の上段通路ブロックとを連通するバイパス配管とを備えていることを特徴とするものである。

下段通路ブロックは、通常、各番目のブロックが独立した部材とされるが、複数のブロックからなるマニホールドブロックを含んでもよい。３つの通路の組を有するマニホールドブロックの場合、第１の通路の組を第ｍ番目の下段通路ブロックと見なし、第２の通路の組を第（ｍ＋１）番目の下段通路ブロックと見なし、第３の通路の組を第（ｍ＋２）番目の下段通路ブロックと見なすこととする。同様に、上段通路ブロックは、通常、各番目のブロックが独立した部材とされるが、複数のブロックからなるマニホールドブロックを含んでもよい。３つの通路の組を有するマニホールドブロックの場合、第１の通路の組を第ｍ番目の上段通路ブロックと見なし、第２の通路の組を第（ｍ＋１）番目の上段通路ブロックと見なし、第３の通路の組を第（ｍ＋２）番目の上段通路ブロックと見なすこととする。

下段通路ブロックに接続される流体制御器としては、例えば、開閉弁とされるが、逆止弁、フィルタ、レギュレータ、通路ブロックなどとされることもある。

より具体的な構成として、流体制御装置は、各ラインの上段のライン方向同じ位置にそれぞれ配置されかつ少なくとも１つの上向き開口を有するライン間接続用通路が形成された下段通路ブロックと、接続対象の各ラインにまたがって下段通路ブロックの上側に配置されかつライン直交方向にのびる横向き通路および横向き通路からのびて下段通路ブロックのライン間接続用通路の上向き開口に通じる下向き通路を有する１または複数の上段通路ブロックとからなり、下段通路ブロックは、上方からのねじによって着脱可能に下段の継手部材に結合されており、上段通路ブロックは、上方からのねじによって着脱可能に下段通路ブロックに結合されているものとされて、流体流入部に配置される。

ラインの数やバイパス配管の数および何番目の上段通路ブロックがバイパス配管で接続されるかは、適宜変更される。例えば、ｎ≦１０であり、流体導入配管と第ｎ_１番目の通路ブロックとがバイパス配管で連通され、３≦ｎ_１≦６とされていることがあり、ｎ＞１０であり、流体導入配管と第ｎ_１番目の通路ブロックとが第１バイパス配管で連通され、第ｎ_１番目の通路ブロックと第ｎ_２番目の通路ブロックとが第２バイパス配管で連通されており、３≦ｎ_１≦６および７≦ｎ_２≦１０とされていることがある。

この発明の流体制御装置によると、流体導入配管から第１番目の下段通路ブロックに導入されたガスは、これと一列に配置された第２番目から第ｎ番目までの下段通路ブロックに上段通路ブロックを介して順次送られ、各下段通路ブロックから各ラインの流体制御器に送られる。１カ所の流体流入部（第１番目の下段通路ブロック）から複数のラインの入口に配された各流体制御器に流体を供給するに際し、下流側の下段通路ブロックでは、流体圧力または流量が低下して、これから流体の供給を受ける流体制御器の流体圧力または流量が低下する可能性があるが、第２番目から第（ｎ−１）番目までの上段通路ブロックのうちの少なくとも１つが流体導入配管とバイパス配管を介して連通されていることにより、下流側の下段通路ブロックにおける流体圧力低下および流量低下が防止され、ラインの数が多くなっても、各ラインに均等な圧力の流体を導入することができる。

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、左右・上下については、図１および図２の左右を左右といい、図２の上下を上下というものとする。この左右・上下は便宜的なもので、上下が左右になったりして使用されることもある。

図１および図２は、この発明による流体制御装置の１実施形態を示している。

流体制御装置は、第１番目から第ｎ番目までのプロセスガス制御ライン（Ａ１，Ａ２〜Ａｎ）と、各ライン（Ａ１，Ａ２〜Ａｎ）の入口に配された開閉弁(11)にプロセスガスを供給する流体導入部(10)とを備えている。

流体導入部(10)は、一列に配置された第１番目から第ｎ番目までの下段通路ブロック(12A)(12)と、隣り合う２つの下段通路ブロック(12A)(12)にまたがって配置された第１番目から第（ｎ−１）番目までの上段通路ブロック(13)(13A)(13B)と、第１番目の下段通路ブロック(12A)の入口ポートに接続されたプロセスガス導入配管（流体導入配管）(14)と、プロセスガス導入配管(14)と所定の上段通路ブロック(13A)とを接続する第１バイパス配管(15)と、必要に応じて第１バイパス配管(15)と所定の上段通路ブロック(13B)とを接続する第２バイパス配管(16)とを備えている。

下段通路ブロック(12A)(12)は、例えば図４に示したライン方向通路(54a)および上向きに開口したＶ字状上向き通路(54b)からなるライン間接続用通路(54)を有する下段通路ブロック(51)と同じ形状とされ、左右方向に一列に並ぶ上方に開口した入口ポートおよび上方に開口した出口ポートと、側方に開口した出口ポートとを有しているものとされる。

上段通路ブロック(13)(13A)(13B)は、例えば図４に示した下向きに開口した逆Ｕ字状の通路(58)を有する上段通路ブロック(57)と同じ形状とされ、隣り合う下段通路ブロック(12A)(12)の出口ポートと入口ポートとを連通するものとされる。

プロセスガス制御ライン（Ａ１〜Ａｎ）は、図示した開閉弁(11)の他に、開閉弁、マスフローコントローラ、レギュレータ、フィルタなどから構成される。図示した開閉弁(11)の入口ポートは、下段通路ブロック(12A)(12)の側方に開口した出口ポートに接続されている。

各バイパス配管(15)(16)は、上流側のライン（Ａ１，Ａ２など）に送られるプロセスガスの圧力および流量が下流側のライン（Ａｎなど）に送られる圧力および流量と大きく異なることを防止するためのもので、図１および図２には、１２個の下段通路ブロック(12A)(12)および１１個の上段通路ブロック(13)(13A)(13B)が示されており、第４番目の上段通路ブロック(13A)がプロセスガス導入配管(14)と第１バイパス配管(15)を介して連通されており、第８番目の上段通路ブロック(13B)が第１バイパス配管(15)と第２バイパス配管(16)を介して連通されている。

この発明の流体制御装置によると、プロセスガス導入配管(14)から第１番目の下段通路ブロック(12A)に導入されたプロセスガスは、図２に実線の矢印で示すように、これと一列に配置された第２番目から第ｎ番目までの下段通路ブロック(12)に第１番目から第（ｎ−１）番目までの上段通路ブロック(13)(13A)(13B)を介して順次送られ、図１に実線の矢印で示すように、各下段通路ブロック(12A)(12)から各ライン（Ａ１〜Ａｎ）の開閉弁（または開閉弁以外の流体制御器）(11)に送られる。１カ所の流体流入部（第１番目の下段通路ブロック(12A)）から複数のライン（Ａ１〜Ａｎ）の入口に配された各流体制御器(11)に流体を供給するに際し、下流側の下段通路ブロック(12)では、流体圧力または流量が低下して、これから流体の供給を受ける流体制御器(11)の流体圧力または流量が低下する可能性があるが、所定の上段通路ブロック(13A)(13B)が流体導入配管(14)とバイパス配管(15)(16)を介して連通されていることにより、図１および図２に破線の矢印で示すように、下段通路ブロック(12)を介することなく所定の上段通路ブロック(13A)(13B)にプロセスガスが送られ、下流側の下段通路ブロック(12)における流体圧力低下および流量低下が防止され、ライン（Ａ１〜Ａｎ）の数が多くなっても、各ライン（Ａ１〜Ａｎ）に均等に流体（プロセスガス）を導入することができる。

図３は、バイパス配管(15)(16)の有無によって流体圧力および流量がどう違うかを調べたもので、図３（ａ）は、ライン数が１０の場合の１段目から１０段目までの各ラインにおける出力圧力を求めたもので、これによると、図１および図２に破線で示すバイパス配管無しのものでは、下流側（グラフの右側）にいくに連れて出口圧力が減少していくのに対し、同図に実線で示すバイパス配管有りのものでは、下流側でも出口圧力が上流側とほぼ同じに保たれる。また、図３（ｂ）は、ライン数を１から１０まで増やしていった場合のライン数と流量との関係を求めたもので、これによると、図１および図２に破線で示すバイパス配管無しのものでは、１０ライン実装（グラフの上側）において流量が少ライン実装（グラフの下側）に比べて大きく減少し５ＳＬＭ程度になるのに対し、同図に実線で示すバイパス配管有りのものでは、１０ライン実装でも流量が１０ＳＬＭ程度に維持される。なお、図３（ａ）（ｂ）において、太線は、配管の太さが３／８インチのものを、細線は、配管の太さが１／４インチのものをそれぞれ示しており、図３（ｂ）から分かるように、配管の太さを大きくすることで、流量減少を防ぐことができ、バイパス配管＋配管太さアップによって、下流側における圧力低下および流量低下をより確実に防ぐことができる。

上記において、下段通路ブロック(12A)(12)および上段通路ブロック(13)(13A)(13B)の形状は、図４に示したものに限られるものではなく、第１番目の下段通路ブロック(12A)から第ｎ番目の下段通路ブロック(12)に順次プロセスガス（流体）を送ることが可能な範囲内で、種々変更可能である。

また、下段通路ブロック(12A)(12)したがってライン（Ａ１〜Ａｎ）の数は、１２とされているが、これに限られるものではなく、１２より少なくてもよいし、多くてもよい。ラインの数が１２より少ない場合には、バイパス配管(15)(16)は、２つでもよいし、１つとしてもよい。ラインの数が１２より多い場合には、バイパス配管(15)(16)は、２つでもよいし、３つ以上としてもよい。

上記流体制御装置によると、ライン（Ａ１〜Ａｎ）を増設する際には、通路ブロック(12)(13)(13A)(13B)の数を増やすことで可能であり、この際の圧力低下および流量低下がバイパス配管(15)(16)で防止される。したがって、プロセスガスの供給ライン側の配管径を大きくするなどの大幅な変更を伴うことなく、ラインの増設および変更を容易に行うことができる。

本発明の好ましい適用例としては、ラインの数（ｎ）が８以上とされ、ｎ≦１０の場合には、流体導入配管(14)と第ｎ_１番目（３≦ｎ_１≦６）の上段通路ブロック(13A)がバイパス配管(15)で連通され、ｎ＞１１の場合には、流体導入配管(14)と第ｎ_１番目の上段通路ブロック(13A)が第１バイパス配管(15)で連通されるとともに、第ｎ_１番目（３≦ｎ_１≦６）の上段通路ブロック(13A)と第ｎ_２番目（７≦ｎ_２≦１０）の上段通路ブロック(13B)とが第２バイパス配管(16)で連通される。

この発明による流体制御装置の１実施形態を示す平面図である。 同正面図である。 この発明による流体制御装置の作用効果を示すグラフである。 従来の流体制御装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

(10) 流体導入部
(12A)(12) 下段通路ブロック
(13)(13A)(13B) 上段通路ブロック
(14) プロセスガス導入配管
(15) 第１バイパス配管
(16) 第２バイパス配管

Claims (3)

1. 第１番目から第ｎ番目までの流体制御ラインと、各ラインの入口に配された流体制御機器にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部とを備えている流体制御装置において、
   プロセスガス導入部は、各ラインの入口に配された流体制御機器にプロセスガスを分岐して供給するものであり、上方に開口した入口ポート、上方に開口した出口ポートおよび側方に開口した出口ポートをそれぞれ有し、第１番目から第ｎ番目までの流体制御ラインと直交する方向に一列に配置されて、各ラインの入口に配された流体制御器に側方に開口した出口ポートを介して接続されている第１番目から第ｎ番目までの下段通路ブロックと、隣り合う２つの下段通路ブロックにまたがって配置されて隣り合う下段通路ブロックの上方に開口した出口ポートと入口ポートとを連通する第１番目から第（ｎ−１）番目までの上段通路ブロックと、第１番目の下段通路ブロックの入口ポートに接続されたプロセスガス導入配管と、プロセスガス導入配管と所定の上段通路ブロックとを連通するバイパス配管とを備えていることを特徴とする流体制御装置。
2. ｎ≦１０であり、流体導入配管と第ｎ_１番目の通路ブロックとがバイパス配管で連通され、３≦ｎ_１≦６とされている請求項１の流体制御装置。
3. ｎ＞１０であり、流体導入配管と第ｎ_１番目の通路ブロックとが第１バイパス配管で連通され、第ｎ_１番目の通路ブロックと第ｎ_２番目の通路ブロックとが第２バイパス配管で連通されており、３≦ｎ_１≦６および７≦ｎ_２≦１０とされている請求項１の流体制御装置。

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