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1. (WO2018180380) FLUID HEATER, FLUID CONTROL DEVICE, AND PRODUCTION METHOD FOR FLUID HEATER
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明 細 書

発明の名称 流体加熱器、流体制御装置、および流体加熱器の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054  

符号の説明

0055  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 流体加熱器、流体制御装置、および流体加熱器の製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、半導体製造装置等に使用される流体制御装置で用いられる流体加熱器、流体制御装置、および流体加熱器の製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 従来、ヒータによりガスラインに流す流体を加熱する流体制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、複数のガスラインのうちの、所定のガスラインのパージガス配管に対し、パージガスを加熱するための流体加熱器が設けられる場合がある。流体加熱器は、パージガスが流れる流路部材と、流路部材を加熱するヒータとを有し、流路部材には、軸方向に直線的に伸びる流路が形成されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開平10-246356号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかし、従来の流体加熱器の流路部材では、加熱効率が悪く、所望の温度が高温になる場合、ガスラインに対する加熱距離を大きく取る必要があった。加熱距離が大きくなると、流路部材、及び流体加熱器の大型化を招き、近年の流体制御装置の更なる小型化を阻害する。
[0005]
 そこで本発明は、流体の加熱効率を高めることが可能な流体加熱器、および流体制御装置を提供することを目的の一つとする。

課題を解決するための手段

[0006]
 上記目的を解決するために、本発明の一態様である流路部材は、流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている。
[0007]
 また、本発明の一態様である流体制御装置は、継手に固定された複数の流体制御機器と、前記流体制御機器に流す流体を加熱するための流体加熱器と、を備え、前記流体加熱器は、流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている。
[0008]
 また、本発明の一態様である流体加熱器の製造方法は、流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている流体加熱器を製造する製造方法であって、前記流路部材を金属粉末焼結造形方式により作成する工程と、前記流路部材に前記ヒータ、前記固定部材、および前記接続部材を組み合わせる工程と、を備える。
[0009]
 また、流路部材は、その造形方向が、前記多角形状の対角線の一つと平行をなすように造形される。
[0010]
 また、前記流路部材は、円柱状をなし、その長手方向が前記流路部材の造形方向と同方向となるように造形される。
[0011]
 また、本発明の一態様である流路部材は、流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている。
[0012]
 また、本発明の一態様である流体制御装置は、継手に固定された複数の流体制御機器と、前記流体制御機器に流す流体を加熱するための流体加熱器と、を備え、前記流体加熱器は、流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている。
[0013]
 また、本発明の一態様である流体加熱器の製造方法は、流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている流体加熱器を製造する製造方法であって、前記流路部材を金属粉末焼結造形方式により作成する工程と、前記流路部材に前記ヒータ、前記固定部材、および前記接続部材を組み合わせる工程と、を備える。

発明の効果

[0014]
 本発明によれば、流体の加熱効率を高めることが可能な流体加熱器、流体制御装置、および流体加熱器の製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] 実施形態に係る流体制御装置の斜視図を示す。
[図2] 実施形態に係る流体制御装置の側面方向から見た一部断面図を示す。
[図3] (a)は、実施形態に係る流路部材の斜視図を示し、(b)は、実施形態に係る流路部材の縦断面図を示す。
[図4] 流路部材の造形方法の説明図を示す。
[図5] (a)は、変形例に係る流路部材の斜視図を示し、(b)は、変形例に係る流路部材の縦断面図を示す。
[図6] 本発明の実施形態に係る流体制御装置としてのファイナルバルブを備える半導体製造装置の概略図を示す。

発明を実施するための形態

[0016]
 本発明の実施形態に係る流体加熱器20、および流体制御装置1について、図面を参照して説明する。以下の説明における上下は、図2の上下とする。
[0017]
 図1は、本実施形態に係る流体制御装置1の斜視図を示している。図2は、本実施形態に係る流体制御装置1の側面図を示している。
[0018]
 流体制御装置1は、基盤2と、複数(4ライン)のガスライン3と、パージガス主配管4とを備えている。また、各ガスライン3の構成はほぼ同じであるので、以下では複数のガスライン3のうちの一つのガスライン3についてのみ説明を行う。
[0019]
 図1に示すように、ガスライン3は、複数の継手5~7と、複数の流体制御機器8~14と、パージガス分岐配管15と、流体加熱器20と、を備える。なお、流体加熱器20は、図1における最も手前のガスライン3にのみ設けられている。
[0020]
 複数の継手5~7は、プロセスガスの入口となる入口継手5と、プロセスガスの出口となる出口継手7と、入口継手5と出口継手7との間に配置される複数のブロック状のブロック継手6とにより構成さている。
[0021]
 複数の継手5~7は、基盤2上に一列に並ぶように設けられ、図示せぬボルトにより基盤2に固定されている。図2に示すように、各継手5~7には、ガスの流路5a~7aが形成されている。各流路5a~7aは、対応する流体制御機器8~14の流路に連通している。
[0022]
 複数の流体制御機器8~14は、自動弁(例えば空圧作動式の自動弁)であるバルブ8~11(バルブ9を第1バルブ9、バルブ10を第2バルブ10とする。)と、手動式のレギュレータ(減圧弁)12と、圧力計13と、流量制御機器(例えば、マスフローコントローラ(MFC:Mass Flow Controller))14とにより構成されている。図1に示すように、各流体制御機器8~14は、ボルト16(図の簡略化のため一つのボルト16にのみ参照番号を付している。)により、継手5~7に対しそれぞれ連結されている。
[0023]
 第1バルブ9は、第1バルブ本体部9Aと、第1ボディ9Bとを備える。第1バルブ本体部9Aは、アクチュエータ等を備える。第1ボディ9Bには、ガス流路9cと、パージガス流入路9dと、パージガス排出路9eとが形成されている。
[0024]
 第2バルブ10は、三方弁であり、第2バルブ本体部10Aと、第2ボディ10Bとを備える。第2バルブ本体部10Aは、アクチュエータ等を備える。第2ボディ10Bには、ガス流入路10cと、ガス排出路10dと、パージガス流路10eとが形成されている。第1ボディ9Bと第2ボディ10Bとは、互いに接続されている。
[0025]
 ガス流路9cの、一端はブロック継手6の流路6aに接続され、他端はガス流入路10cの一端に接続されている。パージガス流入路9dの、一端は流体加熱器20に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。パージガス排出路9eの、一端は図示せぬ弁室に接続され、他端はパージガス流路10eの一端に接続されている。
[0026]
 ガス流入路10cの、一端はガス流路9cの他端に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。ガス排出路10dの、一端は図示せぬ弁室に接続され、他端はブロック継手6の流路6aに接続されている。パージガス流路10eの、一端はパージガス排出路9eの他端に接続され、他端は図示せぬ弁室に接続されている。
[0027]
 流体加熱器20は、第1バルブ9の第1ボディ9B上に設けられている。
[0028]
 パージガス分岐配管15は、一端が流体加熱器20に接続され、他端がパージガス主配管4に接続されている。
[0029]
 そして、入口継手5から流入するプロセスガスは、流体制御機器8~14、複数のブロック継手6、出口継手7を通過して、図示せぬチャンバへ供給される。また、パージガス主配管4から供給されるパージガス(例えば、窒素)は、パージガス分岐配管15に流入し、流体加熱器20において加熱された後、第1バルブ9のパージガス流入路9dおよびパージガス排出路9eを通過して、第2バルブ10のパージガス流路10eを介して、ガス流入路10cから入口継手5側へ、ガス排出路10dから出口継手7側へ流れる。
[0030]
 次に、本実施形態に係る流体加熱器20について、図1、2を参照して説明する。
[0031]
 流体加熱器20は、固定ブロック21と、流路部材22と、接続配管23と、アルミブロック24と、一対のヒータ25と、を備える。
[0032]
 固定部材である固定ブロック21は、ボルト26により、第1バルブ9の第1ボディ9Bに固定されている。固定ブロック21は、流路部27を有し、その上端は、流路部材22の下端に接続されている。
[0033]
 接続配管23は、上端がパージガス分岐配管15に接続され、下端が流路部材22の上端に接続されている。接続配管23は、接続部材に相当する。
[0034]
 アルミブロック24は、流路部材22を覆うように構成されている。なお、アルミブロック24の外周面を断熱ジャケットで覆うように構成してもよい。
[0035]
 一対のヒータ25は、アルミブロック24に埋め込まれており、発熱してアルミブロック24を加熱し、流路部材22を加熱する。また、ヒータ25には、図示せぬ電源リード線が接続され、図示せぬ電源リード線を介してヒータ25に対し通電されることにより、ヒータ25は発熱する。なお、アルミブロック24を設けずに、ヒータ25を流路部材22に直接接触させて流路部材22を加熱してもよい。また、流体加熱器20は、流路部材22に対し、アルミブロック24に取り付けられたヒータ25を組み合わせることにより製造される。
[0036]
 次に、本実施形態に係る流路部材22について、図3を参照して説明する。
[0037]
 図3(a)は、流路部材22の斜視図を示し、図3(b)は、流路部材22の縦断面図を示している。なお、図3(b)は断面図であるが、流路をより明確に図示するためハッチングを施していない。
[0038]
 図3(a)に示すように、流路部材22は、円柱状、又は略円柱状をなし、両方の端部22D、22Eに開口22a、22bが形成されている。両端の開口22a、22bの間には、流路22cが螺旋状に形成されている。流路22cは、その両端においてそれぞれ開口22a、22bに連通している。流路22cの流路部材22の長手方向に沿った断面形状は、多角形状(本実施形態では、ひし形状)をなしている。なお、多角形状とは、3本以上の線分で囲まれた図形である。
[0039]
 流路部材22は、三次元造形装置において、流路部材22を形成するためのデータに基づいて、ステンレス、チタン等の金属粉末を積層する工程と、積層した金属粉末層をレーザまたは電子ビームで溶着(焼結)する工程とを繰り返すことにより、開口22a、22bを有さない流路部材22が造形される。このように、流路部材22は、金属粉末焼結造形方式により製造される。開口22a、22bを有さない流路部材22を造形後に、ドリルにより両方の端部22D、22Eに開口22a、22bを形成することにより、流路部材22が製造される。また、流路部材22の端部22D、22Eは、エンドミル等で削られることによりその外形が縮径されている。これにより、流路部材22の端部22D、22Eの肉厚を薄くして、接続配管23および流路部27との溶接性を向上させている。
[0040]
 また、図4に示すように、流路部材22は、その長手方向が造形方向Mと同方向になるように造形される。また、金属粉末焼結造形方式により作成した流路部材22に対し、一対のヒータ25、固定ブロック21、および接続配管23を組み合わせることにより、流体加熱器が製造される。なお、図4は断面図であるが、流路をより明確に図示するためハッチングを施していない。
[0041]
 また、流路22cの表面積は、流路部材22のうち流路22cが形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている。すなわち、流路22cの表面積は、流路部材22の矢印Sで示した範囲の外周の表面積よりも大きく構成されている。かかる構成は、流路22cを流れる流体の圧力に耐えられるように流路22cと流路部材22の外周面との肉厚を確保しつつ、径方向の流路間隔を広くし、かつ、造形方向Mの流路間隔を短くすることにより造形することができる。また、流路22cの断面形状を、径方向における中心部分よりも内側の部分が内方に張り出すように構成してもよい。なお、この場合、流路22cの断面形状は、円形または楕円形等であってもよい。当該構成により、流路部材22の造形に要する材料を低減させ、かつ流体の加熱効率を高めることができる。
[0042]
 上記の流路部材22によれば、その流路22cは、螺旋状をなし、断面形状が多角形状をなしている。よって、流路部材22の強度を確保するために、図4における流路22cの中心間の距離Aおよび外周面との距離をある程度とる必要がある場合において、例えば流路の形状を四角形、六角形等とすることにより、円形と比較して流体との接触面積を増加させることができ、流体の加熱効率を高めることができる。
[0043]
 そして、流路22cは、ひし形をなし、その対角線の一つが、流路部材22の造形方向と平行をなしている。これにより、流路22cを形成する面が、造形方向に対して傾斜する面により構成されことになるので、オーバーハング部に生じ易い歪みや凹凸の発生を防止することができる。よって、流路22cの造形精度を高めることができ、流路部材22間における加熱時の温度のばらつきを抑制することができる。したがって、パージガスを所望の温度に加熱することができる流体加熱器20を提供することができる。
[0044]
 また、流路部材22は、その長手方向が造形方向Mと同方向になるように造形されている。これにより、流路部材22の造形時の反りを防止でき、造形精度を高めることができる。よって、流路部材22間における加熱時の温度のばらつきを抑制することができる。したがって、パージガスを所望の温度に加熱することができる流体加熱器20を提供することができる。
[0045]
 なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
[0046]
 上記の実施形態では、流路部材22の一方の端部22Dは、固定ブロック21の流路部27に接続され、流路部27を介して流体制御機器に接続されるように構成していたが、図5に示した流路部材122の端部122Dのように、一方の端部にガスケットを収容可能な環状凹部122aを形成して、他の流体制御機器に直接接続可能に構成してもよい。なお、図5(b)は断面図であるが、流路をより明確に図示するためハッチングを施していない。
[0047]
 また、上記の実施形態では、流体加熱器20をパージガスの加熱をするために用いたが、プロセスガスを加熱するために用いてもよい。また、流路22cの形状は、ひし形に限らず、多角形であれば他の形状であってもよい。また、流路22cは一本であったが、複数本であってもよい。
[0048]
 また、実施形態では、流体制御装置1は、流体制御機器として開閉弁(バルブ)、圧力計、レギュレータ、およびマスフローコントローラを備えていたが、これらの他にフィルタ、逆止弁等を備えていてもよい。
[0049]
 また、上記の実施形態では、流体加熱器20を備える流体制御装置1がガス供給器であったが、流体制御装置は図6に示すようなファイナルバルブ30であってもよい。
[0050]
 図6は、本発明の実施形態に係る流体制御装置としてのファイナルバルブ30を備える半導体製造装置100の概略図を示している。
[0051]
 半導体製造装置100は、例えば、CVD装置であり、ガス供給手段40と、ファイナルバルブ30と、真空チャンバ50と、排気手段60とを有し、ウェハ上に不動態膜(酸化膜)を形成する装置である。
[0052]
 ガス供給手段40は、ガス供給源41と、流体制御装置42とを備える。ファイナルバルブ30は、ガス供給手段40と真空チャンバ50との間に設けられている。ファイナルバルブ30は、3本の配管31を備え、各配管31に対し自動弁32および流体加熱器20が設けられている。各流体加熱器20は、真空チャンバ50の入口直近に設けられ、各流体加熱器20により加熱されたガスが真空チャンバ50内に供給される。
[0053]
 従来の流体加熱器は大型であったためチャンバから離間して設置する必要があったが、本実施形態の流体加熱器20の構成によれば、真空チャンバ50の入口直近に設置することができるので、所望の温度に加熱したガスを真空チャンバ50内に供給することができる。
[0054]
 また、流体制御装置としては、ファイナルバルブに限らず、DLI気化器、キャリア気化器、プリ加熱パージライン等の流体の加熱が必要な装置であればどんな装置であってもよい。

符号の説明

[0055]
1:流体制御装置、2:基盤、3:ガスライン、4:パージガス主配管、5:入口継手、5a:流路、6:ブロック継手、6a:流路、7:出口継手、7a:流路、8~14:流体制御機器、9A:第1バルブ本体部、9B:第1ボディ、9c:ガス流路、9d:パージガス流入路、9e:パージガス排出路、10A:第2バルブ本体部、10B:第2ボディ、10c:ガス流入路、10d:ガス排出路、10e:パージガス流路、15:パージガス分岐配管、16:ボルト、20:流体加熱器、21:固定ブロック、22:流路部材、22a:開口、22b:開口、22c:流路、22D、22E:端部、23:接続配管、24:アルミブロック、25:ヒータ、26:ボルト、27:流路部、30:ファイナルバルブ、122:流路部材、122a:環状凹部、122D:端部、A:距離、M:造形方向

請求の範囲

[請求項1]
 流路が形成された流路部材と、
 前記流路部材を加熱するためのヒータと、
 前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、
 前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、
 前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている、流体加熱器。
[請求項2]
 継手に固定された複数の流体制御機器と、
 前記流体制御機器に流す流体を加熱するため流体加熱器と、を備え、
 前記流体加熱器は、
  流路が形成された流路部材と、
  前記流路部材を加熱するためのヒータと、
  前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、
  前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、
 前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている、流体制御装置。
[請求項3]
 流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、長手方向に沿った断面の形状が多角形状をなしている流体加熱器を製造する製造方法であって、
 前記流路部材を金属粉末焼結造形方式により作成する工程と、
 前記流路部材に前記ヒータ、前記固定部材、および前記接続部材を組み合わせる工程と、を備える流体加熱器の製造方法。
[請求項4]
 前記流路部材は、その造形方向が、前記多角形状の対角線の一つと平行をなすように造形される、請求項3に記載の流体加熱器の製造方法。
[請求項5]
 前記流路部材は、円柱状をなし、その長手方向が前記流路部材の造形方向と同方向となるように造形される、請求項3または請求項4に記載の流体加熱器の製造方法。
[請求項6]
 流路が形成された流路部材と、
 前記流路部材を加熱するためのヒータと、
 前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、
 前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、
 前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている、流体加熱器。
[請求項7]
 継手に固定された複数の流体制御機器と、
 前記流体制御機器に流す流体を加熱するため流体加熱器と、を備え、
 前記流体加熱器は、
  流路が形成された流路部材と、
  前記流路部材を加熱するためのヒータと、
  前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、
  前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、
 前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている、流体制御装置。
[請求項8]
 流路が形成された流路部材と、前記流路部材を加熱するためのヒータと、前記流路部材を流体制御機器に固定するための固定部材と、前記流路部材に接続され、流体を前記流路部材に流入させるための接続部材と、を備え、前記流路は、螺旋状をなし、前記流路の表面積は、前記流路部材のうち前記流路が形成されている部分の外周の表面積より大きく構成されている流体加熱器を製造する製造方法であって、
 前記流路部材を金属粉末焼結造形方式により作成する工程と、
 前記流路部材に前記ヒータ、前記固定部材、および前記接続部材を組み合わせる工程と、を備える流体加熱器の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]