JP5999904B2 - バルブ一体型エジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、薬液の制御に使用されるバルブ一体型エジェクタに関する。

半導体製造過程には多種多様な薬液やガスが用いられている。その薬液やガスの流量や圧力は、半導体の高密度化に伴い、高精度に制御されることが求められている。そのため、半導体製造装置には、薬液やガスの流れる配管が多数設けられ、各配管に流体制御機器が多数設置される。よって、半導体製造装置の内部空間は、配管や流体制御機器により狭くなっており、流体制御機器や配管の省スペース化が求められている。

例えば、半導体製造装置に組み付けられる枚葉洗浄機は、排液パイプが、ウエハを洗浄する洗浄槽（エッチングポット）の底面部近傍まで延びるように、垂下されている。排液パイプには、エジェクタが接続されている。このエジェクタは、配管を介してバルブが接続され、そのバルブを開くことによりバキューム効果を発揮してエッチングポット内の液を強制排液できるようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−３３１９８３号公報（段落［００２９］、［００４６］〜［００４８］、図１）

しかしながら、特許文献１に記載される技術では、エジェクタとバルブを配管で接続しており、エジェクタとバルブの設置スペースと配管スペースを必要としていた。上述したように、近年、半導体製造装置の内部空間が狭くなっており、できるだけ配管スペースや流体制御制御機器の設置スペースを小さくすることが求められている。よって、エジェクタとバルブの配管スペースや設置スペースを小さくして省スペース化することが、現場から強く求められている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、省スペース化できるバルブ一体型エジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るバルブ一体型エジェクタは、次のような構成を有している。

（１）加圧流体を噴出するノズルと、前記ノズルと同軸上に設けられたディフューザと、前記ディフューザに連通する排出ポートと、前記ノズルと前記ディフューザとの間に形成される吸入室と、薬液を吸い込んで前記吸入室へ供給する吸入ポートと、を備え、前記ノズルから前記ディフューザへ加圧流体を噴出して前記ノズルと前記ディフューザとの間に負圧を生じさせることにより、吸入ポートから前記吸入室へ前記薬液を吸い込み、前記加圧流体と前記薬液を前記ディフューザを介して排出ポートへ排出するエジェクタにおいて、前記ノズルに供給される前記加圧流体を制御するバルブが一体に設けられ、前記ノズルが、前記バルブの弁座と同軸上に設けられ、前記吸入室に突出していること、前記バルブを収納するバルブブロックと、前記弁座と前記ノズルが設けられたノズルブロックと、前記ディフューザ及び前記排出ポートが設けられたディフューザブロックとが、直列一体に連結され、前記バルブブロックと前記ノズルブロックとの間に、前記弁座に当接又は離間する弁体を収納する弁室が形成され、前記ノズルブロックと前記ディフューザブロックとの間に、前記吸入室が形成されていることを特徴とする。

（２）（１）に記載するバルブ一体型エジェクタにおいて、前記バルブがエアオペレイトバルブであることを特徴とする。

（３）（２）に記載するバルブ一体型エジェクタにおいて、前記加圧流体を供給する給気ポートと前記吸入ポートと前記エアオペレイトバルブに操作エアを供給する操作ポートが、同一側面に設けられていることを特徴とする。

上記バルブ一体型エジェクタは、加圧流体を噴出するノズルと、ノズルと同軸上に設けられたディフューザと、ディフューザに連通する排出ポートと、ノズルとディフューザとの間に形成される吸入室と、薬液を吸い込んで吸入室へ供給する吸入ポートと、を備え、ノズルからディフューザへ加圧流体を噴出してノズルとディフューザとの間に負圧を生じさせることにより、吸入ポートから吸入室へ薬液を吸い込み、加圧流体と薬液をデフューザを介して排出ポートへ排出するエジェクタにおいて、ノズルに供給される加圧流体を制御するバルブが一体に設けられ、ノズルが、バルブの弁座と同軸上に設けられ、吸入室に突出しているので、エジェクタにバルブを接続する配管を省き、省スペース化することができる。

上記バルブ一体型エジェクタは、バルブがエアオペレイトバルブであるので、腐食性の高い薬液に対しても使用することができる。

上記バルブ一体型エジェクタは、給気ポートと吸入ポートとエアオペレイトバルブに操作エアを供給する操作ポートが、同一側面に設けられているので、３本の配管を一側面にまとめて接続して配管スペースを小さくできる。

上記バルブ一体型エジェクタは、バルブを収納するバルブブロックと、弁座とノズルが設けられたノズルブロックと、ディフューザ及び排出ポートが設けられたディフューザブロックとが、直列一体に連結され、バルブブロックとノズルブロックとの間に、弁座に当接又は離間する弁体を収納する弁室が形成され、ノズルブロックとディフューザブロックとの間に、吸入室が形成されているので、ブロック同士を連結することによりバルブをエジェクタに一体化して配管スペースを省くと共に、ノズルブロックに弁座とノズルを設けてバルブとエジェクタに使用されるブロックを共用化することにより設置スペースを省き、省スペース化することができる。

本発明の実施形態に係るバルブ一体型エジェクタの平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図であって、弁閉状態を示す。 図１のＡ−Ａ断面図であって、弁開状態を示す。 図１に示すバルブ一体型エジェクタを適用した枚葉洗浄機の概念図である。 図１に示すバルブ一体型エジェクタを適用した枚葉洗浄機の別例を示す概念図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。

図１は、本発明の実施形態に係るバルブ一体型エジェクタ（以下「エジェクタ１」ともいう。）の平面図である。
エジェクタ１は、加圧エア（加圧流体の一例）を制御するバルブ２がエジェクタ本体３に一体に設けられている。エジェクタ１は、カバーブロック１１とシリンダブロック１２とノズルブロック１３とディフューザブロック１４が図示しないボルトを用いて直列一体に連結され、外観を構成されている。尚、カバーブロック１１とシリンダブロック１２によりバルブブロック１０が構成されている。

エジェクタ１は、バルブ２に操作エアを供給する操作ポート１２ａと、加圧エアが供給される給気ポート１３ａと、薬液を吸入する吸入ポート１４ａが、同一側面の同軸上に並んで設けられている。また、エジェクタ１は、排出ポート４ｂがポート１２ａ，１３ａ，１４ａが形成される側面に対して直交する側面に設けられている。つまり、エジェクタ１は、接続される全ての配管（本実施形態では４本の配管）を２方向から接続できるようになっている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図であって、弁閉状態を示す。図３は、図１のＡ−Ａ断面図であって、弁開状態を示す。
エジェクタ１は、バルブ２とノズル１３ｃとディフューザ１４ｃと排出ポート１４ｂが同軸上に設けられている。そして、エジェクタ１は、バルブ２とノズル１３ｃとディフューザ１４ｃと排出ポート１４ｂの軸線に対して直交する方向に、操作ポート１２ａと給気ポート１３ａと吸入ポート１４ａが設けられている。

バルブ２は、操作エアにより弁の開閉を制御されるエアオペレイトバルブである。バルブ２は、バルブブロック１０に収納されている。バルブ２は、カバーブロック１１とシリンダブロック１２との間にピストン室２１が形成されている。ピストン室２１には、ピストン２２が軸線方向へ摺動できるように装填されている。ピストン室２１は、ピストン２２により第１室２１ａと第２室２１ｂに区画されている。

バルブブロック１０（シリンダブロック１２）とノズルブロック１３の間には、ダイアフラム弁体２４を収納する弁室２３が形成されている。ピストンロッド２２ａは、ピストンロッド２２に一体に設けられ、先端部が第２室２１ｂから弁室２３へ突き出している。ピストンロッド２２ａの先端部は、ダイアフラム弁体２４に連結されている。ダイアフラム弁体２４は、外縁部がシリンダブロック１２とノズルブロック１３との間で狭持され、弁室２３を気密に区画している。ノズルブロック１３には、ダイアフラム弁体２４が当接又は離間する弁座１３ｄが設けられている。

ピストン室２１の第１室２１ａには、ピストン２２を弁座方向へ常時付勢するように、圧縮ばね２５が縮設されている。第１室２１ａは、カバーブロック１１に開設された吸排気ポート１１ａを介して、大気に開放されている。
一方、ピストン室２１の第２室２１ｂには、操作ポート１２ａが連通流路１２ｂを介して連通している。シリンダブロック１２には、操作ポート１２ａと連通流路１２ｂが形成されると共に、ダイアフラム弁体２４の背室に連通するように呼吸孔１２ｃが形成されている。

このようなバルブ２は、第２室２１ｂの操作エアによる内圧と圧縮ばね２５のばね力とのバランスに応じてピストン２２がピストン室２１内で摺動し、ダイアフラム弁体２４を弁座１３ｄに当接又は離間させる。

エジェクタ本体３は、ノズルブロック１３とディフューザブロック１４との間に吸入室３１が形成されている。ノズルブロック１３は、切削加工や射出成形などにより、ノズル１３ｃが一体に設けられている。ノズル１３ｃは、連通流路１３ｂを介して弁座１３ｄと連通している。ノズルブロック１３は、弁座１３ｄと連通流路１３ｂとノズル１３ｃが同軸上に設けられている。ノズル１３ｃの先端部は、吸入室３１に突出している。また、ディフューザブロック１４には、ディフューザ１４ｃがノズル１３ｃと同軸上に設けられて吸入室３１に開口している。ディフューザ１４ｃは排出ポート１４ｃに連通している。ディフューザブロック１４は、ディフューザ１４ｃと排出ポート１４ｂが同軸上に設けられている。

ノズル１３ｃは、ノズル１３ｃからディフューザ１４ｃへ加圧エアを噴出した場合に、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に適度な負圧を形成するように、ディフューザ１４ｃとの間に隙間をあけて、吸入室３１内に突出している。その隙間に対応する位置に、吸入ポート１４ａが吸入室３１に連通するようにディフューザブロック１４に設けられ、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に生じた負圧によって吸入ポート１４ａへ吸い込まれた薬液が、吸入室３１を介してディフューザ１４ｃへ加圧エアと一緒に流れ込むようにしている。

エジェクタ１は、耐腐食性を確保するように部品が構成されている。すなわち、薬液に接触するノズルブロック１３とディフューザブロック１４、ダイアフラム弁体２４は、耐腐食性の高いフッ素樹脂（ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など）を材質とする。また、操作エアの圧力がかかるカバーブロック１１やシリンダブロック１２、ピストン２２は、耐腐食性があって強度のあるフッ素樹脂（例えばＰＰ（ポリプロピレン）など）を材質とする。また、各所シール部材は、耐腐食性及び弾性のあるゴムや樹脂を材質とする。更に、機能上金属を材質とする圧縮ばね２５は、耐腐食コーティングが表面に施されている。

次に、エジェクタ１の動作について説明する。
エジェクタ１は、操作エアが操作ポート１２ａに供給されない場合には、図２に示すように、バルブ２が圧縮ばね２５のばね力によってダイアフラム弁体２４が弁座１３ｄに当接している。そのため、給気ポート１３ａから弁室２３へ供給された加圧エアがノズル１３ｃへ供給されず、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に負圧が生じない。よって、エジェクタ１は、吸入ポート１４ａから薬液を吸い込んで排出することができない。

エジェクタ１は、操作エアが操作ポート１２ａに供給され、第２室２１ｂの操作エアによる内圧が圧縮ばね２５のばね力に打ち勝つと、図３に示すように、ピストン２２が圧縮ばね２５を圧縮させながら移動し、ダイアフラム弁体２４を弁座１３ｄから離間させる。すると、給気ポート１３ａから弁室２３へ供給された加圧エアが、弁座１３ｄから連通流路１３ｂを介してノズル１３ｃへ流れ、ノズル１３ｃからディフューザ１４ｃへ向けて噴出される。このとき、弁座１３ｄと連通流路１３ｂとノズル１３ｃが同軸上に設けられているため、加圧エアが圧損を生じることが殆どない状態でノズル１３ｃから噴出され、効率が良い。

このときに、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に負圧が生じ、吸入ポート１４ａから吸入室３１へ薬液が吸い込まれる。吸入室３１に流入した薬液は、ディフューザ１４ｃへ流れ込む加圧エアの粘性によりディフューザ１４ｃへ流れ込む。よって、ディフューザ１４ｃへ流れ込んだ加圧エアと薬液は、排出ポート１４ｂから排出される。この場合、ディフューザ１４ｃと排出ポート１４ｂが同軸上に設けられているため、圧損が生じにくく、効率良く薬液を加圧エアと共に排出できる。

図４は、エジェクタ１を適用した枚葉洗浄機５０Ａの概念図である。
枚葉洗浄機５０Ａは、通常、複数の洗浄槽５１を備えるが、図４には図面をわかりやすく説明するために洗浄槽５１を１個だけの図を記載している。枚葉洗浄機５０Ａは、搬入されたウエハＷを回転可能に保持する機能を有する洗浄槽５１と、洗浄槽５１に搬入されたウエハＷに洗浄液を供給する洗浄液供給管５２と、洗浄槽５１に溜まった洗浄液を排液する排液管５６を備える。

洗浄液供給管５２は、ウエハＷに供給するための洗浄液を溜めている給液タンク６０からウエハＷへ洗浄液を供給するために、ポンプ５７と制御バルブ５３が上流側から順に配設されている。洗浄液供給管５２は、制御バルブ５３の下流側から分岐配管５９が分岐している。分岐配管５９には、制御バルブ５３の下流側に残った洗浄液を給液タンク６０に戻すために、制御バルブ５８とエジェクタ１が上流側から順に配設されている。エジェクタ１は、操作エア供給源６４に接続する配管６５が操作ポート１２ａに接続され、加圧エア供給源６１に接続する配管６２が給気ポート１３ａに接続され、制御バルブ５８が配設される上流側分岐配管５９ａが吸入ポート１４ａに接続され、給液タンク６０に接続される下流側分岐配管５９ｂが排出ポート１４ｂに接続される。
一方、排液管５６には、洗浄槽５１に溜まった洗浄液を吸い出して排液タンク５５へ排出するために、エジェクタ１が配設されている。この場合、エジェクタ１は、操作エア供給源６４に接続する配管６６が操作ポート１２ａに接続され、加圧エア供給源６１に接続する配管６３が給気ポート１３ａに接続され、洗浄槽５１側の排液管５６ａが吸入ポート１４ａに接続され、排液タンク５５側の排液管５６ｂが排出ポート１４ｂに接続される。

次に、図４に示す枚葉洗浄機５０Ａの動作について説明する。
枚葉洗浄機５０Ａは、待機状態の間、ポンプ５７の駆動を停止し、制御バルブ５３，５８を弁閉状態としている。また、枚葉洗浄機５０Ａは、分岐配管５９と排液管５６のエジェクタ１に操作エアを供給せず、加圧エア供給源６１から加圧エアのみを供給している。つまり、枚葉洗浄機５０Ａは、エジェクタ１に洗浄液の排出動作を行わせない状態で、待機している。

その待機状態からウエハＷが洗浄槽５１へ搬入されると、枚葉洗浄機５０Ａは、ウエハＷを回転させて、ポンプ５７を駆動させると共に制御バルブ５３を弁閉状態から弁開状態に切り換える。これにより、洗浄液が所定量ずつウエハＷに供給される。洗浄液は、回転するウエハＷの表面を流れて洗浄を行った後、洗浄槽５１内に飛び散る。使用済みの洗浄液は、洗浄槽５１の底に溜められる。

洗浄が終わると、枚葉洗浄機５０Ａは、ポンプ５７を停止させると共に制御バルブ５３を弁開状態から弁閉状態に切り換えることにより洗浄液の供給を停止させた後、制御バルブ５８を弁開させ、分岐配管５９のエジェクタ１に操作エアを供給する。すると、分岐配管５９のエジェクタ１は、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に負圧が生じ、洗浄液供給管５２の制御バルブ５３より下流側に残っている洗浄液を吸入ポート１４ａから吸い込んで加圧エアと共に排出ポート１４ｂから排出管へ排出する。つまり、枚葉洗浄機５０Ａは、洗浄液供給管５２の制御バルブ５３より下流側に残った洗浄液をエジェクタ１のバキューム効果により吸い戻して、洗浄が終了したウエハＷに洗浄液が垂れ落ちることを防ぐ。このとき、エジェクタ１は、制御バルブ５８により洗浄液の吸い込み量を調整されるので、洗浄液の吸戻量が安定している。

その後、枚葉洗浄機５０Ａは、ウエハＷの回転を停止させる。また、枚葉洗浄機５０Ａは、制御バルブ５８を弁閉し、分岐配管５９のエジェクタ１への操作エアの供給を停止する。その後、枚葉洗浄機５０Ａは、ウエハＷが洗浄槽５１から搬出されると、排液管５６のエジェクタ１に操作エアを供給する。すると、排液管５６のエジェクタ１は、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に負圧が生じ、洗浄槽５１に溜まった洗浄液を吸入ポート１４ａから吸い込んで加圧エアと共に排出ポートｂから排液タンク５５へ排出する。つまり、枚葉洗浄機５０Ａは、洗浄槽５１に溜まった薬液をエジェクタ１のバキューム効果により吸い出して、排液タンク５５へ排出する。洗浄液の排出が終了すると、枚葉洗浄機５０Ａは、排液管５６のエジェクタ１への操作エアの供給を停止させ、待機状態に戻る。

枚葉洗浄機５０Ａは、装置に設置された複数の洗浄槽５１について上記洗浄動作をそれぞれ行い、ウエハＷを効率よく洗浄していく。

以上説明したように、本実施形態のエジェクタ１は、加圧エアを噴出するノズル１３ｃと、ノズル１３ｃと同軸上に設けられたディフューザ１４ｃと、ディフューザ１４ｃに連通する排出ポート１４ｂと、ノズル１３ｃとディフューザ１４ｃとの間に形成される吸入室３１と、薬液を吸い込んで吸入室３１へ供給する吸入ポート１４ａと、を備え、ノズル１３ｃからディフューザ１４ｃへ加圧エアを噴出してノズル１４ｃとディフューザ１４ｃとの間に負圧を生じさせることにより、吸入ポート１４ａから吸入室３１へ薬液を吸い込み、加圧エアと薬液をデフューザ１４ｃを介して排出ポート１４ｂへ排出するエジェクタ１において、ノズル１３ｃに供給される加圧エアを制御するバルブ２が一体に設けられ、ノズル１３ｃが、バルブ２の弁座１３ｄと同軸上に設けられ、吸入室３１に突出しているので、エジェクタ１にバルブ２を接続する配管を省き、省スペース化することができる。

上記エジェクタ１は、バルブ２がエアオペレイトバルブであるので、腐食性の高い薬液に対しても使用することができる。

上記エジェクタ１は、給気ポート１３ａと吸入ポート１４ａとバルブ２に操作エアを供給する操作ポート１２ａが、同一側面に設けられているので、３本の配管を一側面にまとめて接続して配管スペースを小さくできる。

上記エジェクタ１は、バルブ２を収納するバルブブロック１０と、弁座１３ｄとノズル１３ｃが設けられたノズルブロック１３と、ディフューザ１４ｃ及び排出ポート１４ｂが設けられたディフューザブロック１４とが、直列一体に連結され、バルブブロック１０とノズルブロック１３との間に、弁座１３ｄに当接又は離間するダイアフラム弁体２４を収納する弁室２３が形成され、ノズルブロック１３とディフューザブロック１４との間に、吸入室３１が形成されているので、ブロック同士を連結することによりバルブ２をエジェクタ本体３に一体化して配管スペースを省くと共に、ノズルブロック１３に弁座１３ｄとノズル１３ｃを設けてバルブ２とエジェクタ３に使用されるブロックを共用化することにより設置スペースを省き、省スペース化することができる。

特に、複数の洗浄槽５１を備える枚葉洗浄機５０Ａは、流体制御機器を多数備えるため、内部空間や周辺の設置空間が狭くなっている。そのような枚葉洗浄機５０Ａに対して本実施形態のエジェクタ１を適用すれば、エジェクタ１の設置スペースや配管スペースを小さくして枚葉洗浄機５０Ａ内の使用可能な内部空間や周辺の設置空間の領域を広げることができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、エジェクタ１を枚葉洗浄機５０Ａに適用したが、薬液を排出する他の種類の装置にエジェクタ１を適宜適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、第１〜第４ブロック１１，１２，１３，１４の材質を樹脂としたが、第１〜第４ブロック１１，１２，１３，１４の材質を金属としても良い。また、材質を金属とした場合には、その表面や流路面に耐腐食コーティングを施すようにしても良い。
例えば、上記実施形態では、バルブ２をエアオペレイトバルブ機構にしたが、バルブ２を電磁弁機構にしても良い。
例えば、洗浄槽５１の数が一つ又は数個で少ない場合には、図５に示すように、洗浄槽５１の底に排液バルブ５４を設け、排液バルブ５４の開閉により排液タンク５５への洗浄液の排液を制御するようにしても良い。
例えば、上記実施形態では、加圧流体の一例として加圧エアを挙げたが、加圧流体を水などの流体や蒸気などの気体としても良い。
例えば、上記実施形態の枚葉洗浄機５０Ａは、操作エア供給源６４と加圧エア供給源６１が各エジェクタ１に共通に用いられているが、操作エア供給源と加圧エア供給源をエジェクタ１毎に設けても良い。

１ バルブ一体型エジェクタ
２ バルブ
３ エジェクタ本体
１０ バルブブロック
１１ カバーブロック
１２ シリンダブロック
１２ａ 操作ポート
１３ ノズルブロック
１３ａ 給気ポート
１４ ディフューザブロック
１４ａ 吸入ポート
１４ｂ 排出ポート
２３ 弁室
２４ ダイアフラム弁体
３１ 吸入室

Claims (3)

1. 加圧流体を噴出するノズルと、前記ノズルと同軸上に設けられたディフューザと、前記ディフューザに連通する排出ポートと、前記ノズルと前記ディフューザとの間に形成される吸入室と、薬液を吸い込んで前記吸入室へ供給する吸入ポートと、を備え、前記ノズルから前記ディフューザへ加圧流体を噴出して前記ノズルと前記ディフューザとの間に負圧を生じさせることにより、吸入ポートから前記吸入室へ前記薬液を吸い込み、前記加圧流体と前記薬液を前記ディフューザを介して排出ポートへ排出するエジェクタにおいて、
   前記ノズルに供給される前記加圧流体を制御するバルブが一体に設けられ、
   前記ノズルが、前記バルブの弁座と同軸上に設けられ、前記吸入室に突出していること、
   前記バルブを収納するバルブブロックと、
   前記弁座と前記ノズルが設けられたノズルブロックと、
   前記ディフューザ及び前記排出ポートが設けられたディフューザブロックとが、直列一体に連結され、
   前記バルブブロックと前記ノズルブロックとの間に、前記弁座に当接又は離間する弁体を収納する弁室が形成され、
   前記ノズルブロックと前記ディフューザブロックとの間に、前記吸入室が形成されている
   ことを特徴とするバルブ一体型エジェクタ。
2. 請求項１に記載するバルブ一体型エジェクタにおいて、
   前記バルブがエアオペレイトバルブである
   ことを特徴とするバルブ一体型エジェクタ。
3. 請求項２に記載するバルブ一体型エジェクタにおいて、
   前記加圧流体を供給する給気ポートと前記吸入ポートと前記エアオペレイトバルブに操作エアを供給する操作ポートが、同一側面に設けられている
   ことを特徴とするバルブ一体型エジェクタ。

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