JP2000035151A - プロセスガス供給ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は上記問題点を解決し、コンパクト化
したプロセスガス供給ユニットを提供することを目的と
する。 【解決手段】 入力開閉弁と、マスフローコントローラ
と、出口開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニットに
おいて、前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁とが入力電
磁弁１７、出力電磁弁１９であって、中空状のボビン４
１の外周に巻線されたコイル３２と、ボビン４１の中空
部に上側から装着され下側に突き出した固定鉄心４０
と、コイル３２に通電されたときに固定鉄心４０に吸引
される可動鉄心３３と、内周が可動鉄心に固設され外周
が電磁弁本体に固設されコイルに通電されていないとき
に可動鉄心を弁シート３５が弁座３９に当接する方向に
付勢する板バネ３４とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程で
使用されるプロセスガス供給ユニットに関し、さらに詳
細には、電磁弁を用いて全体をコンパクト化したプロセ
スガス供給ユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程において、エッチ
ングガス等のプロセスガスを供給するためのプロセスガ
ス供給ユニットが開発されている。そして、半導体製造
工程が、複数枚のウェハをバッチ処理する方法から、ウ
ェハを１枚づつ処理する枚葉処理方法に移行するように
なり、プロセスガス供給ユニットの小型化がより強く要
求されている。プロセスガス供給ユニットを小型化する
ために、本出願人は、特許第２５６８３６５号公報によ
り、ブロック状のマニホールドに供給弁、パージ弁、真
空弁を上からボルトにより連結するプロセスガス供給ユ
ニットを提案している。

【０００３】図４に上記マニホールドを用いたプロセス
ガス供給ユニットの構成を示す。このユニットは、図５
の回路図を具体化したものである。先ず図５の回路図を
説明する。プロセスガスは、図において左端から入り、
右端から出る。手動弁１に逆止弁２が接続し、逆止弁２
にレギュレータ３が接続している。レギュレータ３は、
エアオペレーション弁である入力弁５に接続している。
レギュレータ３と入力弁５との流路の途中に圧力計４が
接続している。入力弁５は、マスフローコントローラ８
の入力ポートに接続している。また、マスフローコント
ローラ８の入力ポートには、エアオペレーション弁であ
るパージ弁６、逆止弁７を介してパージガス源が接続し
ている。マスフローコントローラ８の出力ポートは、エ
アオペレーション弁である出力弁１０に接続している。
また、マスフローコントローラ８の出力ポートには、エ
アオペレーション弁である真空弁９を介して真空源であ
る真空ポンプが接続している。出力弁１０は、手動弁１
１に接続している。手動弁１１の出口が、半導体製造工
程の真空チャンバに接続している。

【０００４】次に、図４により、図５の回路を具体化し
た構成を説明する。全ての機器は、取付パネルＤ上にボ
ルト止めされている。手動弁１は、ブラケットＹ１によ
り取付パネルＤに固定されている。手動弁１の両端に
は、配管１ａ，１ｂ及び継手Ｍが接続している。下流側
の配管１ｂ、継手Ｍには、逆止弁２が接続している。逆
止弁２は、継手Ｍ、配管３ａを介してレギュレータ３に
接続している。レギュレータ３は、ブラケットＹ２（構
成はブラケットＹ１と同じ）により取付パネルＤに固定
されている。レギュレータ３の右端には、継手Ｍを介し
て三叉配管５ａ，４ａが接続している。三叉配管４ａに
は圧力計４が接続している。三叉配管５ａには、継手Ｍ
を介してマニホールドＺ１に接続している。マニホール
ドＺ１の上面には入力弁５及びパージ弁６が取り付けら
れている。またマニホールドＺ１のパージ弁６のポート
には、配管６ａ、継手Ｍを介して逆止弁７が接続してい
る。逆止弁７は、継手Ｍを介して図示しないパージガス
源に接続されている。ここで、逆止弁７から配管６ａま
での流路は、マニホールドＺ１に形成されている。

【０００５】マニホールドＺ１は、プレートＸ１により
取付パネルＤに固定されている。また、マニホールドＺ
１には、マスフローコントローラブロックＮが接続され
ている。マスフローコントローラブロックＮの上面に
は、マスフローコントローラ８が付設されている。マス
フローコントローラブロックＮの右端は、真空弁９及び
出力弁１０が上面に取り付けられたマニホールドＺ２
（構成はマニホールドＺ１と同じ）に接続している。マ
ニホールドＺ２は、プレートＸ２により取付パネルＤに
固定されている。真空弁９は、真空源である真空ポンプ
に接続している。ここで、真空源からの流路は、プレー
トＸ２（構成はプレートＸ１と同じ）に形成されてい
る。マニホールドＺ２は、継手Ｍ、配管１１ａを介して
手動弁１１に接続している。手動弁１１は、ブラケット
Ｙ３（構成はブラケットＹ１と同じ）により取付パネル
Ｄに固定されている。手動弁１１の右端は、配管１１
ｂ、継手Ｍを介して真空チャンバへと接続している。

【０００６】ここで、従来、マスフローコントローラと
しては、市販されている製品が用いられている。市販の
マスフローコントローラは、質量流量センサ部、流量制
御弁部、コントローラ部より構成され、ホストコンピュ
ータからコントローラに与えられた流量値を維持するた
めに、コントローラ部が質量流量センサ部からの出力に
基づいて、流量制御弁部を制御する。そして、従来のマ
スフローコントローラシステムにおいては、マスフロー
コントローラの上流側に流体圧力を検出するための圧力
センサと、流体圧力を一定にするためのレギュレータ
と、流体を完全遮断するための遮断弁を別に設けてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プロセスガス供給ユニットには次のような問題があっ
た。 （１）入力弁、パージ弁、出力弁、及び真空弁として使
用される開閉弁が、圧縮空気により駆動されるエアオペ
レーション弁であるため、各弁に対して空気配管が必要
であり、そのため、プロセスガス供給ユニットに多数の
エア配管が引き回されることとなり、プロセスガス供給
ユニットのコンパクト化を実現するときに問題であっ
た。さらに、エアオペレーション弁を駆動するエアを制
御するための電磁弁が必要であり、余分な空間を占拠す
る問題があった。

【０００８】ここで、従来何故、電磁式開閉弁が用いら
れずに、エアオペレーション弁が使用されていたかとい
うと、従来の電磁弁では、可動鉄心がボビン中空部内を
摺動するため、摺動部からパーティクルが発生するから
であり、半導体工程でパーティクルが発生すると半導体
製品の歩留まりが低下する問題があったからである。

【０００９】（２）従来のマスフローコントローラで
は、圧力センサと、レギュレータと、完全遮断弁とが、
マスフローコントローラと別体で設けられているので、
余分な空間が必要であり、コンパクト化の要求に応えら
れない問題があった。また、マスフローコントローラで
は、質量流量センサとして細管を用いているため、腐食
性ガス等を流したときに詰まりが発生する。この場合、
マスフローコントローラ全体を交換しなければならず、
マスフローコントローラの単価が高いため問題であっ
た。

【００１０】本発明は上記問題点を解決し、コンパクト
化したプロセスガス供給ユニットを提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のプロセスガス供給ユニットは、次のような構
成を有している。 （１）入口開閉弁と、マスフローコントローラと、出口
開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニットにおいて、
前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁とが電磁式開閉弁で
あって、中空状のボビンの外周に巻線されたコイルと、
ボビンの中空部に上側から装着され下側に突き出した固
定鉄心と、コイルに通電されたときに固定鉄心に吸引さ
れる可動鉄心と、内周が可動鉄心に固設され外周が電磁
弁本体に固設されコイルに通電されていないときに可動
鉄心を弁シートが弁座に当接する方向に付勢する板バネ
とを有している。

【００１２】（２）（１）に記載するプロセスガス供給
ユニットにおいて、前記プロセスガス供給ユニットに備
えられる２以上の前記電磁式開閉弁を制御するコントロ
ーラに対して、メインコントローラが制御信号をシリア
ル送信することを特徴とする。

【００１３】（３）入口開閉弁と、マスフローコントロ
ーラと、出口開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニッ
トにおいて、マスフローコントローラが、プロセスガス
の圧力を検出するための圧力センサとプロセスガスの質
量流量を検出するための質量流量センサとを備えるセン
サパックと、プロセスガスの圧力を調節する電磁式圧力
制御弁と、プロセスガスの流量を調節する電磁式流量制
御弁とを有している。

【００１４】上記構成を有するプロセスガス供給ユニッ
トの作用を説明する。電磁式開閉弁を使用しているた
め、駆動用のエア配管を全く必要としないため、プロセ
スガス供給ユニット全体をコンパクト化できる。コイル
に通電すると、可動鉄心は、ボビンから下側に突き出し
ている固定鉄心に吸引され、弁体が弁座から離間する。
このとき、可動鉄心は、板バネにより支持されており、
可動鉄心は固定鉄心と接触しないため、パーティクルが
発生しない。コイルへの通電を遮断すると、可動鉄心
は、板バネの復帰力により弁座に当接する方向に付勢さ
れ、弁座に当接する。このときにも、可動鉄心は、何に
も接触しないため、パーティクルが発生することがな
い。

【００１５】また、メインコントローラは、端子ボック
スに対して、シリアル信号を伝送しているので、配線が
少なくて済むため、プロセスガス供給ユニット全体の構
成をコンパクト化することができる。

【００１６】センサパックの圧力センサがガスの圧力を
検出し、電磁式圧力制御弁の弁開度が検出した圧力に基
づいて制御され、ガス圧力が所定値に保持される。ま
た、センサパックの質量流量センサがガスの質量流量を
検出し、電磁式流量制御弁の弁開度が検出した質量流量
に基づいて制御される。これにより、従来の圧力計、レ
ギュレータ、マスフローコントローラ、完全遮断弁が為
していた機能を、本発明のセンサパック、電磁式圧力制
御弁、電磁式質量流量制御弁が為すことができる。従っ
て、プロセスガス供給ユニット全体をコンパクト化する
ことができる。また、質量流量センサに詰まり等が発生
したときには、センサパックを交換すれば済むので、交
換が容易であり、かつコストダウンを図ることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプロセスガス
供給ユニットを具体化した実施の形態を図面を参照して
詳細に説明する。本発明の１つの実施の形態であるプロ
セスガス供給ユニットの全体構成図を図１に示す。ブロ
ック２０に左側から、入力電磁弁１７、パージ電磁弁１
８、圧力制御電磁弁１２、センサパック１３、流量制御
電磁弁１４、出力電磁弁１９が上側からボルトにより取
り付けられている。ここで、センサパック１３内には、
プロセスガスの圧力を検出するための圧力センサ１５、
プロセスガスの質量流量を検出するためのマスフローメ
ータ１６が収納されている。これらのうち、圧力制御電
磁弁１２、センサパック１３及び流量制御電磁弁１４に
より、マスフローコントローラ１１が構成されている。

【００１８】ブロック２０には、入力電磁弁１７の入力
ポートと接続する入力流路２１、入力電磁弁１７の出力
ポートとパージ電磁弁１８の入力ポートとを接続する入
力パージ流路２２、パージ電磁弁１８にパージガスを供
給するパージ流路２３、パージ電磁弁１８の出力ポート
と圧力制御電磁弁１２の入力ポートとを接続するパージ
圧力流路２４、圧力制御電磁弁１２の出力ポートと流量
制御電磁弁１４の入力ポートとを接続しつつセンサパッ
ク１３内の圧力センサ１５及びマスフローメータ１６に
連通するセンサ流路２５、流量制御電磁弁１４の出力ポ
ート出力電磁弁１９の入力ポートとを接続する流量出力
流路２６、出力電磁弁１９の出力ポートと接続する出力
流路２７が形成されている。

【００１９】また、端子ボックス２９の入力ポートに
は、圧力センサ１５、マスフローメータ１６及びメイン
コントローラ３０が接続している。端子ボックス２９と
メインコントローラ３０とを接続する信号線には、シリ
アル信号が転送される。端子ボックス２９は、シリアル
信号を受けて、各電磁弁にパラレル信号として出力する
シリアルーパラレル変換器としての機能を有している。
また、圧力センサ１５及びマスフローメータ１６から受
けた信号をシリアル信号としてメインコントローラ３０
に送信する機能を有している。また、端子ボックス２９
の出力ポートには、入力電磁弁１７、パージ電磁弁１
８、圧力制御電磁弁１２、流量制御電磁弁１４、出力電
磁弁１９のコイル部が接続している。

【００２０】次ぎに、入力電磁弁１７、パージ電磁弁１
８、圧力制御電磁弁１２、流量制御電磁弁１４、及び出
力電磁弁１９として使用される電磁弁の基本構造を説明
する。図２に電磁弁３１の断面図を示す。中空状のボビ
ン４１の外周に巻線されたコイル３２のボビン４１中空
部に、上側から固定鉄心４０が装着されボビン４１の下
側からボビンの外に突き出している。コイル３２に通電
されると、固定鉄心が電磁石となる。弁部本体３８に
は、入力流路３６、出力流路３７及び入力流路３６の端
部に弁座３９が形成されている。弁座３９に当接または
離間する位置に弁体３３が、板バネ３４に保持されてい
る。弁体３３及び板バネ３４の詳細拡大図を図３に示
す。図３（ａ）が板バネ側からみた平面図であり、
（ｂ）が（ａ）のＡＡ断面図である。

【００２１】板バネ３４は、図３（ａ）に示すように、
エッチングにより中がくり抜かれた構造となっている。
そして、板バネ３４の中央に弁体３３がスポット溶接に
より結合されている。板バネ３４の外周は、弁本体３３
に挟まれて固定されているが、くり抜かれた後の残って
いる部分がバネの役割をするため、弁体３３は、軸心方
向に移動可能であり、また、移動した場合には、板バネ
３４は、常に図３（ｂ）の状態に戻そうとする復帰力を
弁体３３に付勢する。また、金属製である弁体３３の弁
座３９に当接する部分には、ゴムやプラスチックからな
る弾性体の弁シート３５が接着剤等により固着されてい
る。

【００２２】次ぎに、上記構成を有するプロセスガス供
給ユニットの作用について説明する。始めに、電磁弁３
１の作用を説明する。コイル３２に通電されると、固定
鉄心４０に磁界が発生し、固定鉄心が電磁石となり、弁
体３３を吸引する。その吸引力が、弁体３３を現在位置
に保持しようとする板バネ３４の復帰力に打ち勝つこと
により弁体３３が上向きに移動して、弁シート３５が弁
座３９から離間する。このとき、板バネ３４は、図３
（ａ）に示す残っている部分が変形するだけであり、弁
体３３はどこにも接触していないため、摺動する部分が
全くなく、パーティクルが発生することがない。これに
より、入力流路３６と出力流路３７とが連通してプロセ
スガスが流れる。

【００２３】ここで、コイル３２に通電する電流値を単
純なオンオフにすれば、電磁弁も単純なオンオフ弁とな
る。入力電磁弁１７、パージ電磁弁１８、出力電磁弁１
９は、単純なオンオフ弁である。また、コイル３２を吸
引力に対する電流値の比例帯が大きい特性のものにし、
電流信号を変えることにより、電磁弁３１を流量制御弁
として機能させることが可能である。圧力制御電磁弁１
２、流量制御電磁弁１４は、流量制御弁である。

【００２４】次ぎに、コイル３２への通電を遮断する
と、固定鉄心４０内の磁界がなくなり、弁体３３を吸引
している力がなくなるため、板バネ３４の復帰力によ
り、弁体３３が下向きの力を受け、弁シート３５が弁座
３９に所定の力で当接する。この動きにおいても、板バ
ネ３４は、図３（ａ）に示す残っている部分が変形する
だけであり、弁体３３はどこにも接触していないため、
摺動する部分が全くなく、パーティクルが発生すること
がない。これにより、入力流路３６と出力流路３７とが
遮断されプロセスガスが遮断される。

【００２５】次ぎに、図１のプロセスガス供給ユニット
の作用を説明する。真空チャンバにプロセスガスを供給
するときは、メインコントローラ３０は、端子ボックス
２９にシリアル信号を送信し、端子ボックス２９は、シ
リアル信号をパラレル信号に変換して、パージ電磁弁１
８を閉じた状態で入力電磁弁１７及び出力電磁弁１９を
開く。これにより、プロセスガスがセンサパック１３内
を流れ出す。圧力センサ１５は、プロセスガスの圧力を
検出し、コントローラ２９に入力する。また、マスフロ
ーメータ１６は、プロセスガスの質量流量を検出し、端
子ボックス２９を介してメインコントローラ３０に入力
する。メインコントローラ３０は、圧力センサ１５が検
出した圧力に基づいて、端子ボックス２９を介して圧力
制御電磁弁１２を制御してプロセスガスの圧力を所定値
に保持する。また、メインコントローラ３０は、マスフ
ローメータ１６が検出した質量流量に基づいて、端子ボ
ックス２９を介して流量制御電磁弁１４を制御してプロ
セスガスの質量流量を所定値に保持する。通常、プロセ
スガスの圧力及び質量流量が所定値になるまでは、その
ガスは、廃棄され、圧力及び質量流量が所定値になった
後、真空チャンバに供給される。

【００２６】次ぎに、メインコントローラ３０は、ガス
供給停止の指令を受けると、端子ボックス２９を介して
出力電磁弁１９及び入力電磁弁１７を遮断する。その
後、パージ電磁弁１８を開いて、ブロック２０の流路内
等に残留しているプロセスガスを吸引し、また窒素ガス
パージを行うことを繰り返すことにより、ブロック２０
内流路等に残留しているプロセスガスを窒素ガスに置換
する。

【００２７】以上詳細に説明したように、本実施の形態
のプロセスガス供給ユニットによれば、入力開閉弁と、
マスフローコントローラと、出口開閉弁とを有するプロ
セスガス供給ユニットにおいて、前記入口開閉弁及び前
記出口開閉弁とが入力電磁弁１７、出力電磁弁１９であ
って、中空状のボビン４１の外周に巻線されたコイル３
２と、ボビン４１の中空部に上側から装着され下側に突
き出した固定鉄心４０と、コイル３２に通電されたとき
に固定鉄心４０に吸引される可動鉄心３３と、内周が可
動鉄心に固設され外周が電磁弁本体に固設されコイルに
通電されていないときに可動鉄心を弁シート３５が弁座
３９に当接する方向に付勢する板バネ３４とを有してい
るので、エアオペレーション弁を使用していないため、
駆動用のエア配管を全く必要としないため、プロセスガ
ス供給ユニット全体をコンパクト化できる。

【００２８】また、本実施の形態のプロセスガス供給ユ
ニットによれば、プロセスガス供給ユニットに備えられ
る２以上の前記電磁式開閉弁を制御するコントローラに
対して、メインコントローラが制御信号をシリアル送信
しているので、配線が少なくて済むため、プロセスガス
供給ユニット全体の構成をコンパクト化することができ
る。

【００２９】また、本実施の形態のプロセスガス供給ユ
ニットによれば、入口開閉弁と、マスフローコントロー
ラと、出口開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニット
において、マスフローコントローラが、プロセスガスの
圧力を検出するための圧力センサ１５とプロセスガスの
質量流量を検出するためのマスフローメータ１６とを備
えるセンサパック１３と、プロセスガスの圧力を調節す
る圧力制御電磁弁１２と、プロセスガスの流量を調節す
る流量制御電磁弁１４とを有しているので、従来の圧力
計、レギュレータ、マスフローコントローラ、完全遮断
弁が為していた機能を、本実施の形態のセンサパック１
３、圧力制御電磁弁１２、流量制御電磁弁１４が為すこ
とができ、プロセスガス供給ユニット全体をコンパクト
化することができる。また、マスフローメータ１６に詰
まり等が発生したときには、センサパック１３を交換す
れば済むので、交換が容易であり、かつコストダウンを
図ることができる。

【００３０】なお、本発明は上記実施の形態に何ら限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいて以下のように実施することもできる。例えば、上
記各実施の形態では、圧力センサ１５及びマスフローメ
ータ１６をセンサパック１３内に固定し、マスフローメ
ータ１６が故障したときにセンサパック１３として全体
を交換しているが、センサパック１３内のマスフローメ
ータ１６のみ交換して、圧力センサ１５をそのまま使用
しても良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明のプロセスガス供給ユニットによ
れば、入力開閉弁と、マスフローコントローラと、出口
開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニットにおいて、
前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁とが電磁弁であっ
て、中空状のボビンの外周に巻線されたコイルと、ボビ
ンの中空部に上側から装着され下側に突き出した固定鉄
心と、コイルに通電されたときに固定鉄心に吸引される
可動鉄心と、内周が可動鉄心に固設され外周が電磁弁本
体に固設されコイルに通電されていないときに可動鉄心
を弁シートが弁座に当接する方向に付勢する板バネとを
有しているので、エアオペレーション弁を使用していな
いため、駆動用のエア配管を全く必要としないため、プ
ロセスガス供給ユニット全体をコンパクト化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態であるプロセスガス供給
ユニットの全体構成を示す図である。

【図２】本発明のプロセスガス供給ユニットで使用され
る電磁弁の構造を示す断面図である。

【図３】電磁弁で使用される弁体及び板バネの詳細拡大
図である。

【図４】従来のプロセスガス供給ユニットの全体構成を
示す図である。

【図５】図４の回路図である。

【符号の説明】

１２ 圧力制御電磁弁 １３ センサパック １４ 流量制御電磁弁 １５ 圧力センサ １６ マスフローメータ １７ 入力電磁弁 １８ パージ電磁弁 １９ 出力電磁弁 ２９ 端子ボックス ３０ メインコントローラ ３３ 弁体 ３４ 板バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H065 AA01 BB11 CA07 3H066 AA01 BA12 BA17 BA38 3H106 DA07 DA13 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DB38 DC02 DC17 DD03 EE30 EE34 EE42 EE48 FB11 FB12 FB40 GA24 GC26 KK01 KK31 5F004 AA16 BC03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口開閉弁と、マスフローコントローラ
   と、出口開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニットに
   おいて、 前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁とが、電磁式開閉弁
   であって、 中空状のボビンの外周に巻線されたコイルと、 前記ボビンの中空部に上側から装着され下側に突き出し
   た固定鉄心と、 前記コイルに通電されたときに、前記固定鉄心に吸引さ
   れる可動鉄心と、 内周が前記可動鉄心に固設され、外周が電磁弁本体に固
   設され、前記コイルに通電されていないときに、前記可
   動鉄心を前記弁シートが弁座に当接する方向に付勢する
   板バネとを有することを特徴とするプロセスガス供給ユ
   ニット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するプロセスガス供給ユ
   ニットにおいて、 前記プロセスガス供給ユニットに備えられる２以上の前
   記電磁式開閉弁を制御するコントローラに対して、メイ
   ンコントローラが制御信号をシリアル送信することを特
   徴とするプロセスガス供給ユニット。
3. 【請求項３】 入口開閉弁と、マスフローコントローラ
   と、出口開閉弁とを有するプロセスガス供給ユニットに
   おいて、 前記マスフローコントローラが、 プロセスガスの圧力を検出するための圧力センサとプロ
   セスガスの質量流量を検出するための質量流量センサと
   を備えるセンサパックと、 プロセスガスの圧力を調節する電磁式圧力制御弁と、 プロセスガスの流量を調節する電磁式流量制御弁とを有
   することを特徴とするプロセスガス供給ユニット。