JP2000230670A - ヒータ付き集積流体制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造などに使用されるプロセスガスを
制御する各種の流体制御機器を一体的に接続した流通ラ
インプロセスユニットを持った集積流体制御装置で、加
熱が必要なユニットについて熱効率が良くユニット全体
を加熱する。 【解決手段】 流通ラインプロセスユニットのなかの各
種の流体制御機器を流路ブロックを介して流路方向に接
続し、これら流路ブロックの流路方向に凹溝を設け、凹
溝内にヒータを装着した。このヒータとしては自己温度
制御型であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
装置に使用される各種のプロセスガス等を制御する流体
制御装置であって、開閉弁、フィルター、レギュレー
タ、圧力計、マスフローコントローラ、三方弁及び遮断
弁等の各種流体制御機器を一体的に接続してユニット化
し、さらにこのユニット同士を接続してまとめた集積型
あるいはモジュール型（以下、本発明では集積型とモジ
ュールは同じ意味で用いているが、モジュールは全体の
配管構成も意味する。）と呼ばれる流体制御装置に関
し、特に、この流体制御装置のユニットを加温するヒー
タ機能を持たせたヒータ付き集積流体制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置の配管系では各種
の制御機器をまとめユニット化して集積流体制御装置と
することが行われてきた。例えば、このような集積流体
制御装置１として図６に示すものがある。

【０００３】この例では、プロセスガスａ、ｂ、ｃを、
夫々流通ラインユニットＡ、Ｂ，Ｃを介してプロセスガ
スａ' 、ｂ' 、ｃ' として各排出口１０ａ〜１０ｃより
反応炉に供給し、一方でパージガスｄを流通ラインユニ
ットＤから下記する縦流路ブロックを介して各ユニット
Ａ、Ｂ及びＣに供給して各流通ラインのパージ処理が行
えるようにした集積流体制御装置である。

【０００４】ここで、図７に示す流通ラインユニットＢ
を例にとれば、入口側より流入継手１２Ｂ、手動開閉弁
１３Ｂ、フィルター１４Ｂ、レギュレータ１５Ｂ、圧力
計１６Ｂ、空圧遮断弁１７Ｂ、マスフローコントローラ
１８Ｂ、空圧遮断弁１９Ｂ及び流出継手２０Ｂから構成
されている。そして、手動開閉弁１３Ｂの流出流路とフ
ィルター１４Ｂの流入流路（機器側の流出入流路は図示
せず。以下同様。）を繋ぐのが横流路ブロック２２Ｂで
あり、フィルター１４Ｂの流出流路とレギュレータ１５
Ｂの流入流路を繋ぐのが横流路ブロック２３Ｂである。
以下、同様にレギュレータ１５Ｂと圧力計１６Ｂとは横
流路ブロック２４Ｂ、圧力計１６Ｂと空圧遮断弁１７Ｂ
とは横流路ブロック２５Ｂ、空圧遮断弁１７Ｂとマスフ
ローコントローラ１８Ｂとは横流路ブロック２６Ｂ、マ
スフローコントローラ１８Ｂと空圧遮断弁１９Ｂとは横
流路ブロック２７Ｂによって流路方向に横一列に接続さ
れている。また、他の流通ラインユニットＡ、Ｃ、Ｄも
同様に流出入流路は、横流路ブロック２２〜２７を介し
て流路方向に接続している。

【０００５】他方、パージガス流通ラインユニットＤの
空圧遮断弁１７Ｄの流出流路と流通ラインユニットＣの
空圧遮断弁１７Ｃの流入流路と流通ラインユニットＢの
空圧遮断弁１７Ｂの流入流路及び流通ラインユニットＡ
の空圧遮断弁１７Ａの流入流路とをそれぞれ通じるため
に縦流路ブロック２９（２９Ｂ）を設けて各ユニットを
接続しモジュール化している。

【０００６】以上のように各流通ライン毎に、開閉弁、
フィルター、レギュレータ、圧力計、空圧遮断弁、マス
フローコントローラ、空圧三方弁、空圧遮断弁、という
ような各種の流体制御機器を、まず横方向（紙面左右方
向）に接続して一つの流通ラインユニットＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄとなし、さらに、このユニットに対し、別のパージラ
インを縦方向（紙面上下方向）に接続して一つの集積流
体制御装置１としている。ここで、流路方向すなわち横
方向の各種流体制御機器の流路を接続するのが横流路ブ
ロックであり、これら各ユニット間の流路を縦方向に接
続するのが縦流路ブロックである。尚、本例の流れのブ
ロック図は、図８に示すようになっている。

【０００７】ところで、半導体製造装置の反応炉に供給
するガスとして常温で液化しやすいＢＣｌ₃ やＳｉＨ₂
Ｃｌ₂ 等の原料をガス化して送ることがある。これら蒸
気圧の低い原料の場合は、狭い流路やマスフローコント
ローラ等を通過するとき再液化しないように、例えば４
０〜８０℃程度に装置を加温して一定温度に保持するこ
とが必要となる。

【０００８】従来、制御装置を加温する手段としては、
特開昭６４- ６７２４３号や特開平２- ２６１５２９号
等に開示されたように、マスフローコントローラ等の制
御装置の本体にニクロム線ヒータを巻き付けたり、面状
のテープヒータを貼り付けたりするなどして加熱手段を
取り付け、これらのヒータにより制御装置を直接加温す
ることが行われていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した例
のようにニクロム線やテープ状のヒータを各種流体制御
機器の一つ一つのブロック毎にヒータを取り付けていた
のでは手間が掛かるし、衝撃やねじれによって断線する
という問題がある。かといって、テープヒータを流通ラ
インユニットの横流路ブロックの長手方向（紙面左右方
向）の側面に一列に貼り付けたのでは、ユニットの長手
方向の部位によって温度分布に差が生じる。すなわち、
流路ブロックの部分とこれが無い空間部分との間に温度
上昇の差が生じ、ユニット全体を一定温度に加温するこ
とが出来ない。具体的には、流路ブロック部分は熱容量
が大きいので温度上昇するのに時間が掛かる。一方、空
間部分は急に温度上昇する。よって、流路ブロック部分
が設定温度になる頃には空間部分は加熱しすぎて断線等
の問題が生じる。また、上記した温度分布のバラツキの
ことも関係するが、流路ブロックの外面にヒータを貼り
付けただけなので無駄な放熱が多く熱効率が悪い。さら
に、小型化した集積ユニットの中には、ユニットとユニ
ットとの間の寸法ピッチが規格化されていることがあ
る。このような場合、側面にヒータを貼ったのではヒー
タの厚さ分厚くなり規格ピッチを守れないということが
あった。

【００１０】そこで本発明は、ヒータの設置構造に改良
を加えると共に、独自の機能を持ったヒータを用いるこ
とによって上記問題を解消するもので、集積流体制御装
置の中にある流通ラインユニットあるいは単独の流通ラ
インユニットであっても加温が必要なユニットについ
て、熱効率が良くユニット全体を一定温度に加温するこ
との出来るヒータ付き集積流体制御装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のヒータ付き集積
流体制御装置は、各種の流体制御機器を流路ブロックを
介して流路方向に接続することによって一つの流通ライ
ンユニットとなし、この流通ラインユニットの各流路ブ
ロックの流路方向に凹溝を設け、その凹溝内にヒータを
装着したことを特徴とする。

【００１２】また本発明のヒータ付き集積流体制御装置
は、各種の流体制御機器を流路ブロックを介して流路方
向に接続することによって一つの流通ラインユニットと
なし、この流通ラインユニットの側面または下面に自己
温度制御型のヒータを装着したことを特徴とする。

【００１３】本発明のヒータ付き集積流体制御装置は、
前記流通ラインユニットの複数ユニットを平行に並べた
ものについて、その複数ユニットのうち加温が必要なユ
ニットについて、その流通ラインユニットの各流通ブロ
ックの流路方向に凹溝を設けて、その凹溝内にヒータを
装着したものとすることもできる。

【００１４】本発明において、ヒータは、自己温度制御
型ヒータであることが好ましい。このヒータは、２本の
母線間に連続した抵抗発熱体を持ち、この抵抗発熱体は
温度とともに抵抗が上昇する自己温度制御型であること
が好ましい。また流通ラインユニットを取り付けるベー
スプレートに断熱スリットを設けていることが好まし
い。また、マスフローコントローラのように大きな流体
制御機器でその下の流路ブロックの間隔が大きな場合に
は、その機器の下にダミーブロックを設けて、それにヒ
ータを装着することが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の集積流体制御装置につい
て、図面を参照しながら以下詳しく説明する。図１は本
発明の集積流体制御装置の一つの流通ラインユニット
で、一部の流体制御機器を含んでいる分解斜視図であ
る。図２は本発明の集積流体制御装置の流路ブロックの
部分の平面図である。図３は本発明に使用している自己
温度制御型ヒータの説明斜視図であり、図４はそのヒー
タの温度特性図である。図５は本発明の集積流体制御装
置でフードを付けたものの断面図である。

【００１６】図６は一般の集積流体制御装置の平面図、
図７はその一つの流通ユニットラインで、横流路ブロッ
クを断面で示している側面図、図８は集積流体制御装置
のブロック図である。これらの図で、一般の集積流体制
御装置と本発明の集積流体制御装置で共通の部分、部品
は同じ参照符号を用いて示している。

【００１７】本発明の集積流体制御装置において、４０
はベースプレートで、その上に流路ブロックが流路方向
に並べて取り付けられている。図１は、１本の流通ライ
ンユニットを分解斜視図で示したものであり、ここでは
流体制御機器として２ヶの遮断弁とマスフローコントロ
ーラ１８が、５ヶの流路ブロック２５、２６、２７の上
部に例示してある。流路ブロックの両側にある穴は流体
制御機器を取り付けるためのねじ穴である。中央に並ん
でいる穴は流路ブロックに付けられた流路の入口および
出口である。流路ブロック上で中央に並んでいる穴の両
側には凹溝が連続して設けられており、これら凹溝内に
ヒータ６０が取り付けられている。流路ブロック２５、
２６、２７はその下面でベースプレート４０に、ベース
プレート４０に開けたねじ穴４１を通してねじで取り付
けられている。流路ブロックの両側面ではベースプレー
ト４０に断熱スリット４２が長さ方向に付けられてい
る。

【００１８】このように、ベースプレート４０上に流路
方向に並べて取り付けられている流路ブロックと、流路
ブロックをまたぐように取り付けられた流体制御機器お
よび流路ブロック２５、２６、２７に設けられた凹溝内
にヒータ６０が設けられて１本の流通ラインユニット
Ａ，（Ｂ，Ｃ）となっている。図６〜８に示している一
般の集積流体制御装置に本発明を適用した場合、その流
路ブロック部分を平面図で示しているのが図２である。

【００１９】ここでも、プロセスガスａ，ｂ，ｃを各々
流通ラインユニットＡ，Ｂ，Ｃを介してプロセスガス
ａ′，ｂ′，ｃ′として各排出口１０ａ〜１０ｃより反
応炉に供給するとともに、一方でパージガスｄを流通ラ
インユニットＤから縦流路ブロックを介して各ユニット
Ａ，Ｂ，Ｃに供給して各流通ラインのパージ処理が行わ
れる。

【００２０】Ａの流通ラインユニットには、流路ブロッ
クとして、２１Ａ，２２Ａ，………２８Ａが並んでお
り、Ｂの流通ラインユニットには、流路ブロックとし
て、２１Ｂ，２２Ｂ，………２８Ｂが、Ｃの流通ライン
ユニットには流路ブロックとして、２１Ｃ、２２Ｃ，…
……２８Ｃが、Ｄの流通ラインユニットには流路ブロッ
クとして、２１Ｄ，２２Ｄ，………、２５Ｄが並んでい
る。Ｄの流通ラインユニットからＡ〜Ｃの流通ラインユ
ニットにパージガスｄを供給するために、縦の流路ブロ
ック２９Ｄ，２９Ｃ，２９Ｂ，２９Ａが設けられてい
る。これら各横の流路ブロック、縦の流路ブロックとも
に、両端にある穴は流体制御機器を取り付けるためのね
じ穴であり、中央にある穴は流路の入口および出口であ
る。

【００２１】Ａ〜Ｃの流通ラインユニットの流路ブロッ
クは、その流路方向に溝が流路の入口および出口の両側
に設けられていて、そのなかにヒータ６０が付けられて
いる。Ｄの流通ラインユニットはパージガスｄを供給す
るラインなのでヒータが設けられていない。また、流路
ブロック２６Ａ〜Ｃと２７Ａ〜Ｃの間にマスフローコン
トローラ１８が取り付けられるので、マスフローコント
ローラの下部には熱容量の大きなダミーブロック３０Ａ
〜Ｃが設けられている。ダミーブロック３０Ａ〜Ｃに
も、流路方向に溝が付けられており、そこにヒータ６０
が埋め込まれている。

【００２２】流路ブロック２１Ａ〜２８Ａ，２１Ｂ〜２
８Ｂ，２１Ｃ〜２８Ｃはステンレススチール、例えばＳ
ＵＳ３１６材などで作られており、流路とねじ穴以外の
部分はバルクとなっているので重量が大きく熱容量の大
きなものとなっている。

【００２３】ここで使われているヒータ６０は、自己温
度制御型であることが好ましい。自己温度制御型ヒータ
は図３にある説明斜視図にあるように、ほぼ平行に並べ
た２本の母線６１があり、その間に連続した面状の抵抗
発熱体６２が取り付けられている。面状の抵抗発熱体６
２の外周は耐熱性の絶縁物６３で覆われ、更にその外周
は保護のためにステンレス鋼の編組６４で覆われてい
る。耐熱性の絶縁物６３としてはフッ素樹脂などのよう
に高温まで耐える材料でできていることが好ましい。

【００２４】面状の抵抗発熱体６２としては、その抵抗
の温度特性が図４に示すように温度とともにその抵抗が
急激に上昇する。すなわち、抵抗発熱体の発熱量（ワッ
ト）が温度とともに急激に減少する性質を持ったもので
ある。このような温度特性を持つことによって、本発明
にこのヒータを用いた場合、流路ブロックの温度が低い
ときにはヒータの２本の母線間に電圧が印加されると、
抵抗が小さいので多くの電流が流れて発熱量が大きいの
で、ヒータが埋め込まれているブロックの温度が上昇す
る。温度が上昇していくと抵抗は急激に大きくなって流
れる電流が減少して発熱量が小さくなる。放熱量と発熱
量の平衡がとれる温度は、印加される電圧、ヒータの抵
抗発熱体、ヒータの周辺の状況によって決まってくる。

【００２５】このヒータを本発明に適用した場合、流路
ブロックの間のブロックのないところではその部分にあ
るヒータの温度は他の部分よりも早く上昇するが上昇し
た後では抵抗が大きくなるので異常昇温しない。またい
くつかの流路ブロックに設けられた溝に埋め込まれてい
ると、それら流路ブロックの内で温度が早く高くなった
ブロックのところにある部分のヒータ抵抗が、温度の上
昇の遅いブロックのところの部分のヒータ抵抗よりも大
となるので、温度の低いところにあるヒータ部分により
多くの電流が流れるようになって全体の温度を一様にす
るように働く。

【００２６】本発明の集積流体制御装置にこのヒータを
用いると、流路ブロックとヒータの抵抗発熱体は予め作
られているものなので、印加する電圧を調節すること
で、ユニットの温度を制御することができる。

【００２７】ヒータの面状抵抗発熱体としては、カーボ
ン粉末をフッ素樹脂ポリマーと混練したものが適してい
る。フッ素樹脂ポリマーはカーボン粉体中に分散しそれ
を結合している。フッ素樹脂ポリマーは低温では体積が
小さいが高温になると膨張して体積が大きくなる。この
ために、低温ではカーボン粉体間の接触面積が大きく、
抵抗が小さいが、高温になるとカーボン粉体間の接触面
積が小さくなり抵抗が大きくなるものである。

【００２８】なお、図１でベースプレート４０には、流
通ラインユニットの流路ブロックの両側に断熱スリット
４２が設けられている。ヒータ６０で発生した熱が流路
ブロック、その上に取り付けられている流体制御機器を
加熱するとともにその下にあるベースプレート４０をも
加熱する。ベースプレート４０は流通ラインユニットの
部分だけが加熱されればよいので、熱がベースプレート
４０を伝わって加熱の必要のない流通ラインユニットに
行かないように断熱スリットが設けてある。

【００２９】本発明の集積流体制御装置では、ベースプ
レート４０の上に並べて取り付けた流路ブロックおよび
流体制御機器を図５に示すようにフード５０で覆うこと
によって集積流体制御装置全体の温度を一定に保つこと
ができ、室温が２４℃前後であっても、集積流体制御装
置の温度を４０℃±１℃に保つことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように本発明の集積
流体制御装置では、熱容量の大きな流路ブロックに溝を
設けてヒータを埋め込んでいるので、ヒータ部分がブロ
ック内に入るので、小型化した集積ユニットでも、ライ
ンユニット間のピッチを変える必要が無い。また、無駄
な放熱がなく安定した加熱を行うことができる。

【００３１】また、自己温度制御型ヒータを埋め込んで
いるのでユニット全体を一定温度に加熱することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積流体制御装置の一つの流通ライン
ユニットで、一部の流体制御機器を含んでいる分解斜視
図である。

【図２】本発明の集積流体制御装置の流路ブロックの部
分の平面図である。

【図３】本発明に使用している自己温度制御型ヒータの
説明斜視図である。

【図４】ヒータの温度特性図である。

【図５】本発明の集積流体制御装置でフードを付けたも
のの断面図である。

【図６】一般の集積流体制御装置の平面図である。

【図７】図６の一つの流通ユニットラインで、横流路ブ
ロックを断面で示している側面図である。

【図８】集積流体制御装置のブロック図である。

【符号の説明】 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 流通ラインユニット ａ，ｂ，ｃ，ａ′，ｂ′，ｃ′ プロセスガス ｄ パージガス １ 集積流体制御装置 １０ 排出口 １２ 流入継手 １３ 手動開閉弁 １４ フィルター １５ レギュレータ １６ 圧力計 １７、１９ 空圧遮断弁 １８ マスフローコントローラ ２０ 流出継手 ２１、２２、２３、………２８ （横）流路
ブロック ２９ （縦）流路ブロック ３０ ダミーブロック ４０ ベースプレート ４１ ねじ穴 ４２ 断熱スリット ５０ フード ６０ ヒータ ６１ 母線 ６２ 抵抗発熱体 ６３ 絶縁物 ６４ 編組

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 誠 三重県桑名市大福２番地 日立金属株式会 社桑名工場内 (72)発明者 松井 和夫 三重県桑名市大福２番地 日立金属株式会 社桑名工場内 Ｆターム(参考） 3H051 BB10 CC17 FF15 3H066 BA36 4G068 AA02 AB02 AC05 AD50 AF13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種の流体制御機器を流路ブロックを介
   して流路方向に接続することによって一つの流通ライン
   ユニットとなし、この流通ラインユニットの各流路ブロ
   ックの流路方向に凹溝を設け、その凹溝内にヒータを装
   着したことを特徴とするヒータ付き集積流体制御装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータは、自己温度制御型ヒータで
   あることを特徴とする請求項１記載のヒータ付き集積流
   体制御装置。
3. 【請求項３】 各種の流体制御機器を流路ブロックを介
   して流路方向に接続することによって一つの流通ライン
   ユニットとなし、この流通ラインユニットの側面または
   下面に自己温度制御型のヒータを装着したことを特徴と
   するヒータ付き集積流体制御装置。
4. 【請求項４】 前記流通ラインユニットの複数ユニット
   を平行に並べたものについて、その複数ユニットのうち
   加温が必要な流通ラインユニットについてその流通ライ
   ンユニットの各流路ブロックの流路方向に凹溝を設け
   て、その凹溝内にヒータを装着したことを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載のヒータ付き集積流体制御
   装置。
5. 【請求項５】 前記流通ラインユニットを取り付けるベ
   ースプレートに断熱スリットを設けたことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載のヒータ付き集積流体制
   御装置。