JPH06206015A - 流体分散エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】例えば高純度ガスなどの流体を広範囲に均一に
分散して流過させうる流体分散エレメントを提供する。 【構成】流体の導入口と、該導入口に通じかつ拡大した
導出口とを有するハウジングと、該ハウジングの導出口
を覆う多孔質焼結部材とを具え、前記多孔質焼結部材
は、空孔径が大な支持層と、少なくともその片面側に結
合され、空孔径が支持層よりも小な微細粒子の微細層と
の結合体からなり、前記微細層の厚さは前記支持層より
も薄くした流体分散エレメント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造用の
高純度ガスなどの流体を均一に分散して流過させうる流
体分散エレメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体、例えば半導体製造用のガス体は通
常、内部圧力が１５０kgｆ／cm² 程度の高圧ボンベに収
容され、この高圧を利用して目的場所に安定的に供給さ
れる。なお使用目的に応じて該圧力を減圧する減圧弁を
介在させる。

【０００３】一方半導体などの例えば電子部品製品の高
性能化、高品質化に伴ってしばしば超高真空状態に保持
したのちプロセスガスを注入して処理を行うことが必要
となり、このような場合、例えば雰囲気調整が可能なチ
ャンバーを用いてバッチ処理される。

【０００４】このようなチャンバーは、図６に例示する
ように、チャンバー本体Ａ１に排気用の配管Ａ２と給気
用の配管Ａ３とをバルブＡ４を介して設けるとともに、
被処理品Ａ５をチャンバー本体Ａ１下方まで移動させた
後押上げ、チャンバーＡ１内に搬入させて例えばエッチ
ング処理などを施した後、取出される。

【０００５】このチャンバー本体Ａ１は被処理品Ａ５を
出入れする気密なシャッタを有し、チャンバー本体Ａ１
内の雰囲気は、前記配管Ａ２、Ａ３、バルブＡ４を用い
て調整される。

【０００６】従来、このような装置において、チャンバ
ーＡ１内に処理ガスを供給する配管には余り検討が加え
られず、流体制御可能なベント用バルブを設けたり、極
端な例としては、比較的太径管をそのまま開口させてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなものでは排気された高真空のチャンバー本体Ａ１に
例えば還元ガスを給気し常圧に近づける給気用の配管Ａ
３をそのままチャンバーＡ１に接続しているため、高圧
の流体、即ち例えば還元ガスが瞬時に流れるため、不均
一な流れとなり被処理品Ａ５の特性変化、バラツキを生
じる他、このような高速流入はチャンバーＡ１室内に存
在する不純異物の吹き上げによる被処理品表面への付着
を生じトラブルの原因となる。

【０００８】特に、被処理品が例えば半導体ウェハなど
のような場合、回路の配線間隔が数ミクロン以下と非常
に微細なため、雰囲気の清浄度には極めて高いものが求
められ、わずかの微細粒子の吹き上げも防止することが
必要となる。

【０００９】なおかかる問題点を解決する方法として、
例えば給気用の配管数を増加しかつ比較的低圧状態で流
入させること、配管の導出口に粉末焼結体などの緩衝材
を配置することも試みられているが、前者の方法では配
管が複雑となって設備費の上昇を招く他、リーク原因と
もなり、また後者のものも比較的大な粉末を用い空孔も
粗い一層体のものを用いていたため空孔間のバラツキが
多く、広範囲に亘って均一に流れを分散させることは困
難である。

【００１０】本発明はこのような現状に鑑み研究の結
果、完成したものであり、均一な分散流をうる流体分散
エレメントの提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体の導入口
と、該導入口に通じかつ拡大した導出口とを有するハウ
ジング、および該ハウジングの導出口を覆う多孔質焼結
部材を具え、前記多孔質焼結部材は、空孔径が大な支持
層と、少なくともその片面側に結合され空孔径が支持層
よりも小な微細粒子の微細層との結合体からなり、前記
微細層の厚さを前記支持層よりも薄くした流体分散エレ
メントである。

【００１２】

【作用】このように本発明の流体分散エレメントは、拡
大した導出口に多孔質焼結部材を装着しており、しかも
該部材は比較的空孔径の大な支持層と、微細でかつ厚さ
の薄い微細層との複合品で構成することにより、強度と
流量特性を改良し全体厚さを軽減することができる。

【００１３】しかもこのような部材を採用することは、
単に穴空きプレートのみを配置する場合とは異なり、導
入圧が所定圧力にまで到達した時に流過し始めるように
なることから、分散流の均一性は大きく向上できる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の流体分散エレメント（以下エ
レメントという）の一例を示す部分断面図であって、エ
レメント１は、ハウジング２の導出口５を覆って配置さ
れた多孔質焼結部材３が、押具１０によって一体化され
ることで構成されており、本例では流体は多孔質焼結部
材３によって均一流れとなり矢印方向に流出する。

【００１５】本件ではハウジング２は、筒部２Ａにフラ
ンジ状の鍔部２Ｂを一体に設けており、筒部２Ａの一端
側の導入口４と、鍔部２Ｂ側に設けた導出口５とを流路
６によって連通している。又導出口５側には、外に向か
って拡大するコーン面からなる開口７が設けられてお
り、例えば機械加工などにより製作される。

【００１６】また、筒部２Ａには他の配管（図示せず）
と接続する為のネジ部９Ａと、レンチ保持部９Ｂとを外
周に設けるとともに、その端面には接続気密を保持する
為のリング状の凸条９Ｃが設けられている。

【００１７】このようなハウジングで、前記流路６は例
えば内径２〜２０mm程度の導入口４が、２０〜５００mm
程度の導出口５に拡大しているが、これら各寸法や形状
などは必要に応じて前記範囲内外で任意に選択できる。
また導出口５の形状も円形、角形など自在に設定可能で
ある。

【００１８】また鍔部２Ｂの先端は例えば図２に拡大し
て示すように、外周面１２を略同心で切欠くことによ
り、段差で示される合わせ面１６と減径化した外インロ
ー面１７、及び多孔質焼結部材３の外周縁を押圧する為
の突出した第一の押圧部１９を周設している。

【００１９】一方、押具１０は、本例では図２に示すご
とくハウジング２の外周面１２とほぼ同径の外周面２２
を有するとともに、その内周側には内側に張出した内周
縁１０Ｂを周設した段付リング体で形成されている。

【００２０】押具１０は前記ハウジング２の鍔部２Ｂ外
周面に形成した外インロー面１７及び合わせ面１６に沿
って嵌入するように構成している為、該押具１０にも内
インロー面２７と他方の合わせ面２６を形成するととも
に、内インロー面２７下方に前記多孔質焼結部材３を押
圧する為の第２押圧部２９などを持つ内周縁１０Ｂを形
成している。

【００２１】図２の例では、該内周縁１０Ｂは前記第２
押圧部２９で軸芯と直角な面とすることで形成されてお
り、該押圧部２９と前記ハウジング２に形成した第１押
圧部１９との間で多孔質焼結部材３を挟持するようにさ
れている。また同図では、さらにその下流側に前記多孔
質焼結部材３をバックアップする支持板１１保持用の保
持部１０Ｃを形成した例を示している。

【００２２】つぎに、前記多孔質焼結部材３について説
明する。本発明に用いる多孔質焼結部材３は、図２に見
られるように空孔径が大でかつ厚さを比較的厚くした支
持層３Ａと、その片面（本例では流出側）に一体に結合
された微細粒子の微細層３Ｂとの複合焼結体からなるも
のであって、必要によってはその間に中間層を介在させ
て用いることも可能である。

【００２３】この場合前記微細層３Ｂは、実質的には多
孔質焼結部材の流量特性を決定する重要な部分であり、
微細な空隙を均一に分布させることが必要となる反面、
その厚さを必要以上に増すことは流過抵抗を高めるなど
の不都合があり、この為本発明では、前記支持層３Ａと
の複合化によって、強度と流量特性とを満足せしめると
ともに、微細層３Ｂの厚さは支持層３Ａ厚さよりも薄く
し、全体厚さを減少させている。

【００２４】なお多孔質焼結部材３の具体的な構成につ
いては、用途や形状、寸法などを考慮し設定されるが、
例えば半導体製造工程で用いられるガス流として、例え
ば供給圧１０kgｆ／cm２程度以下の条件で使用する場合
を例に説明すれば、支持層３Ａとしては繊維径４〜２０
μｍ程度の金属長繊維を厚さ０．２〜１mm程度、好まし
くは０．３〜０．５mm程度とした金属繊維焼結体や、あ
るいは比較的粒子径の大な金属粉末によって焼結した金
属粉末焼結体などの単体、あるいはそれらを積層させた
複層構造で用いることができる。特に繊維焼結体はやや
弾力性に富みシール性を向上できる利点があり好適す
る。

【００２５】このような支持層３Ａと複合される前記微
細層３Ｂとしては、例えば繊維径３μｍ以下でアスペク
ト比２〜５０程度の金属短繊維や、同程度に微細な金属
粒子などの微細粒子によって、空孔径が１０μｍ以下、
好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下と
なり得るよう構成されたものが用い得る。しかし本発明
では特にこのような高精度のみに限定するものではな
く、比較的粗にしたものも採用可能であり、微細層３Ｂ
の厚さとしては０．０５〜０．５mm程度としている。

【００２６】本出願人は、このような複合部材を特願平
３−２８９０８７号としてすでに提案しており、具体的
には例えば予め所定特性で焼結成形した支持体に、微細
粒子を懸濁した液体を吸引などの方法で微細層を形成し
た上、両者を焼結一体化する方法である。なお使用する
金属としては、例えばステンレス鋼やＮｉ、ハステロ
イ、銀など流体の種類による耐食性や強度を考慮するこ
とが必要である。

【００２７】図２のエレメントは、このように構成した
多孔質焼結部材３の前記微細層３Ｂが流出側となるよう
配向するとともに、前記ハウジング２に形成した第１押
圧部１９と押具１０に形成した第２押圧部２９との間に
配置しており、その際、前記微細層３Ｂと接する押具側
の第２押圧部２９を大面積での当接となるよう広巾にし
ている。

【００２８】そうすることによって、押圧に伴う微細層
３Ｂ側の変形、クラックなどの不良発生を減少させてい
る。

【００２９】なお微細層３Ｂは、前記とは逆に流入側に
配向することももちろん可能であるが、その場合もそれ
に伴って押圧部巾は同様に変更されるものである。

【００３０】また本例では、その下流側に配置した支持
板１１によって前記多孔質焼結部材３の表面保護ととも
にバックアップ機能を持たせており、例えばパンチング
プレートやスクリーンが使用できる。

【００３１】エレメント１は、このように多孔質焼結部
材３をハウジング２と押具１０との間に挟み、前記イン
ロー面１７、２７を嵌合し、さらに所定圧で強圧した後
例えば溶接や圧入、螺入などの方法によって一体化す
る。

【００３２】本例では溶接によって一体化した場合を示
しており、予め多孔質焼結部材３がリーク発生しないよ
うに装着する判断を、ハウジング２に設けた合わせ面１
６と押具１０に設けた他の合わせ面２６との接触する位
置であると設定しておくことにより、生産能率を高める
ことができる。このようにして所定深さまで嵌入した
後、両合わせ部１６、２６に沿って溶接し熔融部Ｍを形
成させている。

【００３３】この場合、熔融部Ｍは多孔質焼結部材３に
までは達しない深さとすることが好ましく、またその熔
融部Ｍの冷却に伴う熱収縮によって、ハウジング２と押
具１０に設けた前記両押圧部１９、２９の間隔をさらに
狭めることで、多孔質焼結部材３のシール性をさらに向
上している。

【００３４】このような処理によって、前記支持層３Ａ
の縁部では押圧部１９または２９によってその厚さが減
じた緻密部が形成されるが、微細層３Ｂに比して支持層
３Ａ側の変形程度が大きいことが解る。

【００３５】さらにこの方法によれば、熔融部Ｍは多孔
質焼結部材３にまでは達しないことによって、例えば空
孔径が５μｍ以下のような微細化した焼結部材で、かつ
熱収縮率の大きいものに対してもクラック発生を防ぎ、
生産性を向上できる。

【００３６】またこの際発生する熱をさらに積極的に利
用する方法として、多孔質焼結部材３との接合界面にお
いて熔融までは伴わない拡散現象を発生させ、拡散接合
という方法で一体化させることも可能となり、この方法
はシール性と結合性が向上できるという特徴もある。こ
の拡散固着法は、特願平４−１４８１７４号によって提
案されている。また、エレメント１の他の例としては、
図３、４によって図示されている。

【００３７】図３は多孔質焼結部材３と押圧部１９との
間にメタルＯリングでなるパッキン部材１３を介在させ
た例を示しており、押圧に伴うパッキン部材１３の偏平
化によって外方に拡張させ、ハウジング２と押具１０と
の接合隙間Ａを遮断させている。

【００３８】又図４は、導入口４を側方に設けるととも
にエレメント１全体をドーナツ型に成形させた例であ
る。

【００３９】導入口４をこのように側型に設けること
は、取付けの為の上方スペースを低減させることがで
き、又ドーナツ型エレメントなどの形状にすることによ
ってその応用範囲をさらに拡張し得る。

【００４０】これまで説明したことは、本発明の一例を
説明したものに過ぎず、それによって権利範囲が限定さ
れるものではない。従って、説明以外の形状や寸法ある
いは各部材の組合わせなどについても本発明の精神を逸
脱しない限り同様に実施されてかまわない。

【００４１】

【具体例】導入口内径を４．３５mmとし、導出口径を８
０mmとした図１に示すのと同様なハウジングに、厚さ
０．６mmの多孔質焼結部材を装着している。

【００４２】前記多孔質焼結部材の構成としては、支持
層３Ａを繊維径４μｍのステンレス鋼繊維を厚さ０．４
mmに焼結することで形成した片面に、微細層３Ｂとして
繊維径１μｍ、平均アスペクト比１０のステンレス鋼短
繊維を厚さ０．２mmとなる層を持つ複合構造で焼結一体
化されている。

【００４３】そしてこのような多孔質焼結部材３を図２
と同様な向きで、ハウジングと押具との間で挟み、その
合わせ面を外周溶接し、その結果前記焼結部材３にまで
は達しない熔融部を形成したものとなった。

【００４４】得られたエレメントは、多孔質焼結部材の
クラック発生がなく、しかも確実なシール性が具備され
ていることがわかった。

【００４５】つぎに、ここで得られたエレメントについ
ての流動特性を評価した。測定は熱線風速計により、導
入口より圧力０．２〜０．５kgｆ／cm² 範囲でＮ２ガス
を送り、各圧力における多孔質焼結部材から放出される
流れ分布状態を測定した。

【００４６】その結果、図５に見られるようにいずれの
圧力においてもほぼ全面から均一な流れとなっているこ
とが確認された。つぎにこのエレメントに１０kg／cm²
の圧力をかける耐圧試験を行ったが多孔質焼結部材及び
その取付部などからのリーク発生は起こらなかった。

【００４７】

【発明の効果】このように、本発明の流体分散エレメン
トは、複合構造の多孔質部材を採用することにより、強
度を維持しつつ均一な流れ分布が得られ、電子部品等の
製造用のガス分散用として特に好適に利用しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】その要部を示す拡大断面図である。

【図３】他の実施例を示す拡大断面図である。

【図４】他の実施例を示す正面図である。

【図５】試験結果の流量分布状態を示す線図である。

【図６】チャンバを例示する線図である。

【符号の説明】

１ 流体分散エレメント ２ ハウジング ３ 多孔質焼結部材 ３Ａ 支持層 ３Ｂ 微細層 ４ 導入口 ５ 導出口 １０ 押具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の導入口と、該導入口に通じかつ拡大
   した導出口とを有するハウジング、および該ハウジング
   の導出口を覆う多孔質焼結部材を具え、前記多孔質焼結
   部材は、空孔径が大な支持層と、少なくともその片面側
   に結合され空孔径が支持層よりも小な微細粒子の微細層
   との結合体からなり、前記微細層の厚さを前記支持層よ
   りも薄くした流体分散エレメント。
2. 【請求項２】前記微細層は、厚さ０．５mm以下であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の流体分散エレメント。
3. 【請求項３】前記多孔質焼結部材は、前記ハウジング
   と、この導出口に取付けられる押具との間で前記導出口
   を覆って取付けられることを特徴とする請求項１又は２
   記載の流体分散エレメント。
4. 【請求項４】前記押具は、前記多孔質焼結部材を介在さ
   せて前記ハウジングにインロー嵌合しかつ外周面をハウ
   ジングと押具との合わせ面に沿って溶融部を形成する溶
   着により一体化され取付けられるとともに、前記溶融部
   は多孔質焼結部材迄は達しない深さかつ溶融部の冷却に
   際しての熱収縮により前記多孔質焼結部材を挟持するこ
   とを特徴とする請求項３記載の流体分散エレメント。
5. 【請求項５】前記押具は、前記多孔質焼結部材を介在さ
   せて前記ハウジングにインロー嵌合しかつ外周面をハウ
   ジングと押具との合わせ面に沿って溶融部を形成する溶
   着により一体化され取付けられるとともに、前記溶融部
   は多孔質焼結部材迄は達しない深さとするとともに、前
   記多孔質焼結部材は、溶融部の溶接熱によるハウジン
   グ、押具との接融界面での拡散結合により取付けられる
   ことを特徴とする請求項３記載の流体分散板エレメン
   ト。