专利名称：流体机构、支承部件及流体控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量及控制在例如半导体制造工序中使用的材料气体等的流量的流体机构、以及构成该流体机构的支承部件及供气系统等中的流体控制系统。
背景技术：
如专利文献I所示，以往作为流体设备单元的例如质量流量控制器，具有作为流体设备的流量传感器和流量控制阀，通过另外设置的或以一体的方式设置的信息处理电路，将流体的流量控制为设定值。此外，近来为了缩小占有面积等，要求使包括所述质量流量控制器的流体机构变细。因此，本发明人例如开发了从俯视方向看作为与长边方向垂直的宽度方向尺寸非常小的质量流量控制器。该质量流量控制器在用于导入流体的输入口和用于导出流体的输出口之间设置有一个或多个流体设备，并把从俯视方向看连接所述输入口和所述输出口的方向设定为长边方向。按照所述的结构，即使在设置有并排的多个流体路径的情况下，通过例如将多个质量流量控制器以使它们的长边方向相互平行的方式进行配置，并且配置成使所述多个质量流量控制器的侧面之间相邻，也可以构成非常紧凑的流量控制机构。可是，在这样的流量控制机构中，有时要与各质量流量控制器对应地附加开关阀等辅助的外部流体设备，所述开关阀在完全关闭流路时或异常情况下的停止时等情况下使用。所述的外部流体设备通常在沿着质量流量控制器的长边方向的前后配置。此外，以往在半导体制造工序中，把各种基本气体以规定的比例混合，生成材料气体，并把该材料气体向室内提供。因此，例如可以使用专利文献2、3所示的供气装置。此外，近来因晶片直径变大，有时从设在同一室的多个部位的气体流入口提供材料气体，因此还开发了具有把混合后的材料气体以任意的流量比分流成多个支流的分配器。现有技术文献专利文献1:日本专利公开公报特开2011 — 154433号专利文献2:日本专利公开公报特开2010 - 204899号专利文献3:W02008/023711 号可是，在从俯视方向观察时的所述外部流体设备的配置尺寸比所述质量流量控制器的宽度尺寸大的情况下，如果在沿着质量流量控制器的长边方向的前后以对准中心线的方式配置外部流体设备，则如图10所示，不得不以使质量流量控制器之间分开的方式来进行配置，不仅会产生无效的空间，原来的使质量流量控制器变细的意义也会消失。此外，如图11所示，如果使外部流体设备的中心线和质量流量控制器的中心线偏离，则虽然可以使质量流量控制器之间相邻，但是各流路的长度变得不同，从响应偏差等的观点来看是不理想的。此外，由于外部流体设备配置在质量流量控制器长边方向的前后，所以在要缩小长边方向尺寸的情况下存在极限。
发明内容
鉴于所述的问题，本发明所要解决的主要问题是将多个流体设备单元和与该多个流体设备单元以成套的方式安装的外部流体设备有效地配置成很紧凑，并且能够以紧凑且简单的结构按规定比例对流体的流量进行分流，而且可以实现使与各个流体设备单元对应的流体流路的长度尽可能地相等，从而在提供流体等时不容易广生响应偏差等。此外，对于分配器而言，由于在分配的各个流路中设置有流体阻力元件，所以如果分配数量增加，则会产生体积增大的问题。此外，分配器虽然可以控制材料气体通向各个气体流入口的流量比，但是不能控制各个浓度。为了控制各个浓度，虽然只要相互独立地设置向各个气体导入口提供材料气体的材料气体供给系统即可，但是如果采用这样的结构，则会导致规模和费用增大，是不现实的。鉴于所述的问题，本发明能够实现在保持紧凑性和简单性的同时，进行流体的混
入
口 οS卩，本发明提供一种流体机构，其包括:流体设备单元，在流体流入的输入口和流体流出的输出口之间设置有一个或多个流体设备，把从俯视方向看的连接所述输入口和所述输出口的方向设定为长边方向；以及支承部件，支承多个所述流体设备单元，并将多个所述流体设备单元支承成以使多个所述流体设备单元的长边方向大体相互平行的方式使多个所述流体设备单元相邻，所述支承部件包括:流入流路，与所述输入口连接，把流体导入所述输入口 ；以及流出流路，与所述输出口连接，把流体从所述输出口导出，形成于所述流入流路的始端的导入口，在从俯视方向看作为与所述长边方向垂直的方向的宽度方向上，配置在位于最外侧的一个所述流体设备单元的外侧，形成于所述流出流路的终端的导出口，在所述宽度方向上，配置在位于最外侧的另一个所述流体设备单元的外侧。按照所述的流体机构，导出口和导入口不是设置在侧面之间相邻贴紧配置的多个流体设备单元的长边方向的前后，而是设置在多个流体设备单元的侧方，所以即使与所述导出口和导入口连接的外部流体设备的尺寸比流体设备单元的宽度尺寸大，也不会产生无效的空间，可以实现能使占有面积成为最小的、面积利用率高的紧凑的结构。此外，也可以把长边方向尺寸抑制成仅是流体设备单元的长边方向尺寸。此外，在所述流体机构中，优选的是，所述流体设备单元配置成各个所述输入口和各个所述输出口分别沿所述宽度方向大体排列成一条直线，所述流入流路，按照从靠近所述输入口的一端的所述导入口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导入口与大体在所述宽度方向上排列的所述输入口，按照从靠近所述导入口的一端的所述输入口起的顺序，分别依次连接，所述流出流路，按照从靠近所述输出口的一端的所述导出口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导出口与大体在所述宽度方向上排列的所述输出口，按照从靠近所述导出口的一端的所述输出口起的顺序，分别依次连接。按照该方案，在比较从导入口到导出口的各个流路长度的情况下，短的流入流路与长的流出流路连接，所以可以抑制各个流路长度的波动，可以解决在响应性等方面的问题。此外，在此所说的口虽然是指在流路的始端和终端形成的口，但是不限于采用了例如能够安装某种部件的特别的物理结构的口。例如在两个流路连接的情况下，口则成为形成在所述的流路之间的、一种概念上的口。作为本发明的可以显著发挥节省空间的效果的具体方案的例子，可以举出:在所述的流体机构中，所述流体机构还包括:上游外部流体设备，在所述一个所述流体设备单元的宽度方向的外侧，大体沿所述长边方向配置，并且分别与各个所述导入口连接，该上游外部流体设备的数量与所述流体设备单元的数量相同；和/或下游外部流体设备，在所述另一个所述流体设备单元的宽度方向的外侧，大体沿所述长边方向配置，并且分别与各个所述导出口连接，该下游外部流体设备的数量与所述流体设备单元的数量相同，从俯视方向看的配置所述上游外部流体设备或所述下游外部流体设备所需要的最短尺寸比所述流体设备单元的宽度方向的尺寸大。为了使系统整体的长边方向尺寸在流体设备单元的长边方向尺寸内，优选的是，以使所述上游外部流体设备在配置状态下的整体的长边方向的尺寸和所述下游外部流体设备在配置状态下的整体的长边方向的尺寸，与所述流体设备单元的长边方向的尺寸大体一致或比所述流体设备单元的长边方向的尺寸小的方式，来决定所述流体设备单元的个数。为了能够以更简单的结构实现节省空间，优选的是，所述支承部件为平板形，在该支承部件的内部形成有所述流入流路和所述流出流路，并且在该支承部件的上侧的面上安装有所述流体设备单元。所述流体设备单元还包括信息处理电路，所述信息处理电路控制所述流体设备或计算从流体设备的输出，并且所述信息处理电路被各个流体设备单元共有，按照该方案，不仅可以节省空间，而且也可以实现降低成本。作为不无用地扩大占有面积的具体方案的例子，可以举出:所述流体设备单元还包括覆盖所述流体设备的第一壳体，收容所述信息处理电路的第二壳体设置在所述第一壳体的上侧，并且从俯视方向看的所述第二壳体的轮廓大体在从俯视方向看的相互邻接的所述第一壳体整体的轮廓内。此外，本发明还提供一种支承部件，支承多个流体设备单元，并且将所述多个流体设备单元支承成以使所述多个流体设备单元的长边方向相互平行的方式使所述多个流体设备单元相邻，所述流体设备单元在流体流入的输入口和流体流出的输出口之间设有一个或多个流体设备，把从俯视方向看的连接所述输入口和所述输出口的方向设定为所述流体设备单元的长边方向，所述支承部件包括:流入流路，与所述输入口连接，把流体导入所述输入口 ；以及流出流路，与所述输出口连接，把流体从所述输出口导出，形成于所述流入流路的始端的导入口，在从俯视方向看的作为与所述长边方向垂直的方向的宽度方向上，配置在位于最外侧的一个所述流体设备单元的外侧，形成于所述流出流路的终端的导出口，在所述宽度方向上，配置在位于最外侧的另一个所述流体设备单元的外侧。此外，本发明还提供一种流体控制系统，其包括:一次流路，与假想平面平行地延伸；多个二次流路，从所述假想平面的俯视方向看，与所述一次流路交叉，并且在所述二次流路与所述一次流路的交叉点处与所述一次流路连接，使得流经所述一次流路的部分流体流入所述二次流路；以及流体阻力元件，配置在设于所述交叉点的设置区域，决定从所述一次流路流入所述二次流路的流体的流量的比例。
按照所述的流体控制系统，流体阻力元件配置于一次流路和二次流路的交叉点，与在流路的中途设置流体阻力元件的方案相比，可以省略流路，并且可以使所述流体控制系统成为从假想平面的俯视方向看的面积小的系统。即，可以通过简单且占有面积小的紧凑的结构，构建能够向二次流路分配流体的流量的流量控制系统。为了可以混合多个流体，并且可以控制混合比和浓度，优选的是，所述流体控制系统还包括流体供给装置，该流体供给装置分别与所述一次流路的两端连接，流体分别从所述一次流路的两端流入所述一次流路。为了能够自如地控制多个流体的分配和混合，可以同时生成成分、混合比、浓度等不同的多个混合流体，并且可以保持紧凑且简单的结构，优选的是，所述流体控制系统包括多个所述一次流路，从所述假想平面的俯视方向看，多个所述一次流路和多个所述二次流路构成格子形。具体地说，可以举出所述设置区域设于一次流路的方案。更具体地说，所述流体阻力元件在内部形成有:大直径通道，实际上不产生阻力；以及一对小直径通道，从所述大直径通道分支并产生阻力，配置于所述设置区域的所述流体阻力元件的所述大直径通道与所述二次流路连通，并且各个所述小直径通道分别与所述一次流路上的所述设置区域的上游和下游连通。如上所述，按照本发明，可以有效地将多个流体设备单元和与该多个流体设备单元以成套的方式安装的外部流体设备设置成很紧凑。此外，通过对流入流路和流出流路的路径想办法，可以使从导入口到导出口的各流体的响应特性一致。此外，按照本发明，能够以简单、且占有面积小的紧凑的结构，构建能够对流体流量进行分配的流量控制系统。此外，通过以使流体分别从一次流路的两端流入一次流路的方式进行构成，也可以进行混合，此外通过设置多个一次流路，可以同时生成成分、混合比、浓度不同的多个混合流体。
图1是本发明一个实施方式中的流体机构的流体回路图。图2是与图1为相同实施方式中的流体机构的整体立体图。图3是与图1为相同实施方式中的质量流量控制器的流体回路图。图4是与图1为相同实施方式中的质量流量控制器的整体立体图。图5是表示与图1为相同实施方式中的质量流量控制器内部结构的纵剖视图。图6是表示与图1为相同实施方式中的质量流量控制器内部结构的横剖视图。图7是与图1为相同实施方式中的流体阻力部件的分解立体图。图8是与图1为相同实施方式中的支承部件的仰视图和局部剖视图。图9是表示与图1为相同实施方式中的流体流的流体流图。图10是表示以往的流体机构的配置例子的示意图。图11是表示以往的流体机构的配置例子的示意图。图12是本发明其他实施方式中的支承部件的仰视图。图13是本发明第二实施方式中的流体控制系统的示意俯视图。图14是与图13为相同实施方式中的一次流路形成部件的纵剖视图。
图15是与图13为相同实施方式中的一次流路形成部件的俯视图。图16是表示与图13为相同实施方式中安装在一次流路形成部件上的流体阻力元件的纵剖视图。图17是与图13为相同实施方式中的流体阻力元件的分解立体图。图18表示在与图13为相同实施方式中安装在一次流路形成部件上的连接部件的纵首1J视图。图19是表示与图13为相同实施方式中的流体控制系统的作用说明图。附图标记说明100…流体机构10…质量流量控制器(流体设备单元)21…上游压力传感器( 流体设备)22…下游压力传感器(流体设备)3…流体阻力部件(流体设备)6…信息处理电路7…第一壳体8…第二壳体9a…导入口9b…导出口Id…输入口Ie…输出口9c…流入流路9d…流出流路X100...流体控制系统Xl----次流路X2…二次流路X3…流体阻力元件X4…设置区域
具体实施例方式下面参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。本实施方式的流体机构100例如用于半导体制造装置，如图1中表示的整个流体回路图所示，流体机构100形成有多个(在此为四个)并排的供气管道。在各个材料气体供气管道上，从上游依次分别排列有作为上游外部流体设备的上游开关阀V1、作为流体设备单元的质量流量控制器10和作为下游外部流体设备的下游开关阀V2，上游开关阀V1、质量流量控制器10和下游开关阀V2在各个材料气体供气管道上可以相互独立地控制材料气体的流量。此外，如图2表示的整体立体图所示，在物理结构上，除了所述上游开关阀V1、质量流量控制器10和下游开关阀V2以外，所述流体机构还包括支承部件9，该支承部件9支承上游开关阀V1、质量流量控制器10和下游开关阀V2。下面对各部分进行说明。
如图3的流体回路图和图4的立体图所示,质量流量控制器10包括:主体I,具有流体流经的内部流路Ia ;流量调节阀4，是设置在所述内部流路Ia上的流体设备；压力传感器21、22和流体阻力元件3，设置在比所述流量调节阀4更靠下游，是用于测量流经所述内部流路Ia的流体的质量流量的测量用的流体设备；信息处理电路6，根据压力传感器21、22的测量压力，计算出流经内部流路Ia的流量，并且控制所述流量调节阀4，使得测量流量成为预先确定的目标流量；第一壳体7，安装于所述主体I，覆盖流量调节阀4和压力传感器21、22。如图4 图6等所示，主体I例如是金属制的部件，形状为细长的长方体形。将该主体I的与长边方向平行的一个面设定为部件安装面lc，仅在该部件安装面Ic上安装所述流量调节阀4和压力传感器21、22等部件。此外，把该安装面Ic的相反一侧的面作为固定面lb，该固定面Ib用于把该主体I固定在面板等上。此外，在该实施方式中，内部流路Ia的输入口 Id开口于所述固定面Ib的长边方向上的一个端部，并且内部流路Ia的输出口 Ie开口于另一个端部。此外，在与长边方向平行的另外两个面(在下面称为侧面)上什么都不安装，使得可以将多个质量流量控制器10配置成其主体I的侧面之间贴紧或靠近。内部流路Ia从主体I的长边方向的一个端部向另一个端部延伸，当从作为与所述部件安装面Ic垂直的方向的俯视方向看时(下面也称为俯视)，流体与长边方向大体平行地流动。此外，下面把从俯视方向看与长边方向垂直的方向称为宽度方向。如图5等所示，流量调节阀4为柱状，垂直地安装在所述部件安装面Ic上。该流量调节阀4的最大宽度尺寸被设定为比所述部件安装面Ic的宽度尺寸(与长边方向垂直的方向上的尺寸)小或与其相同，如图4所示，在把该流量调节阀4安装在主体I上的状态下，流量调节阀4在宽度方向上不从主体I伸出。在构成所述流量调节阀4的部件中，阀座部件42为圆柱形，在中央形成有作为沿轴向延伸的贯通孔的流体导入通道42b，并且在周围形成有作为沿轴向延伸的贯通孔的流体导出通道42c，在阀座部件42的顶面上以包围所述中央贯通孔的方式突出形成有圆环形的阀座面。通过使后述的阀体部件41与阀座面贴紧，而成为切断流体导入通道42b和流体导出通道42c的关闭状态，通过使阀体部件41与阀座面分开，而成为流体导入通道42b和流体导出通道42c连通的打开状态。所述阀座部件42嵌入在有底凹部If中，该有底凹部If开口于所述部件安装面Ic的一个端部。所述有底凹部If设置于把所述内部流路Ia切断的位置，在有底凹部If中嵌入有阀座部件42的状态下，所述内部流路Ia中的上游内部流路Ia (I)的终端与阀座部件42的流体导入通道42b连接，并且所述内部流路Ia中的下游内部流路Ia (2)的始端与阀座部件42的流体导出通道42c连接。另一方面，在构成流量调节阀4的部件中，阀体部件41是设置于与所述阀座面相对的位置的隔膜状部件。该阀体部件41通过设置于与阀座面相反一侧的作为驱动器的层叠压电元件43能够进行移动，从而能够与阀座面接触或分开。所述层叠压电元件43收容在柱状的箱体44内，所述箱体44从所述部件安装面Ic立起。按照所述的结构，通过在层叠压电元件43上施加规定电压，控制阀座面和阀体部件41之间的距离，从而可以控制流体的流量。如前所述，作为流量测量用设备，使用设在内部流路Ia上的流体阻力部件3、以及用于分别测量所述流体阻力部件3的上游和下游的流体压力的一对压力传感器21、22。下面对各部分进行详细叙述。如图5、图7等所示，所述流体阻力部件3是通过把多个矩形薄板3a层叠成长方体形而构成的部件，所述流体阻力部件3构成为使流经其内部的流体成为层流，因此也将所述流体阻力部件3称为层流阻力元件。在所述流体阻力部件3中设置有:连接通道3c，贯通流体阻力部件3的中央；以及小直径流路3d，其内侧一端与所述连接通道3c连通，并且其外侧一端开口于侧面，所述小直径流路3d构成阻力流路。通过在所述薄板3a上设置狭缝3b而形成小直径流路3d，通过使在薄板3a上形成的狭缝3b的形状、数量不同，可以调节流路阻力。另一方面，在主体I的部件安装面Ic的长边方向的中央部，设置有矩形的凹部lh，该凹部Ih切断内部流路la。所述凹部Ih被设计成能够使所述流体阻力部件3以在宽度方向上没有间隙、且在主体I的长边方向上有间隙的方式嵌入该凹部lh。于是，在所述流体阻力部件3嵌入凹部Ih的状态下，所述连接通道3c与上游内部流路Ia (2)的终端连接，并且小直径流路3d的外侧一端与下游内部流路Ia (3)的始端连通。即，上游内部流路Ia (2)通过连接通道3c和小直径流路3d，与下游内部流路Ia (3)连接。如图4 图6等所示，压力传感器21、22包括:扁平形状的主体部件2A ;以及压力检测用元件2B，内置于所述主体部件2A内。把所述扁平的主体部件2A安装在所述部件安装面Ic上，并且使主体部件2的面板部分(扁平面)与部件安装面Ic垂直、且使主体部件2的面板部分与主体I的长边方向大体平行，亦即从俯视方向看使主体部件2的面板部分与流体的流动方向大体平行。此外，如图6等所示，压力传感器21、22的厚度尺寸被设定成比部件安装面Ic的宽度方向尺寸小或与其相同，并且在安装状态下，压力传感器21、22在宽度方向上不从主体I伸出。如图6所示，在所述主体部件2A内形成有:薄圆板形的流体填充室2b，是通过用能弹性变形的隔膜壁2A1形成作为与所述面板部平行的一个面的感压面2bl而构成的；以及流体导入通道2c，连通所述流体填充室2b和压力导入口 2al。所述压力导入口 2al开口于用于向主体I安装的安装面2a。在此，所述压力检测用元件2B使用通过把贴在所述隔膜壁2A1背面上的四个等价的电阻元件连接成电桥而成的元件。此外，压力检测用元件2B不限于此，压力检测用元件2B也可以是压电元件或电容式的电极等，只要是可以测量因流体压力而变形的隔膜壁2A1的变形量即可。所述一对压力传感器21、22中的上游压力传感器21，安装在主体I的部件安装面Ic的长边方向的中央部，下游压力传感器22安装在比所述上游压力传感器21更靠下游的所述部件安装面Ic上。特别是，通过把所述上游压力传感器21安装在主体I上，由此安装面2a通过环形密封部件气密地密封所述凹部Ih的开口，并且把凹部Ih内的流体阻力部件3按压夹持在该安装面2a与凹部Ih的底面之间。由此，无需使用专用的盖等对流体阻力部件3进行密封，由此可以减少零部件的个数、促进组装的简单化，并可以实现降低成本。此外，在该状态下，流体阻力部件3中的连接通道3c与上游压力传感器21的压力导入口 2al连接，比阻力流路3d更靠上游的内部流路Ia (2)通过所述连接通道3c与上游压力传感器21连通。另一方面，比阻力流路3d更靠下游的内部流路Ia (3)沿主体I的长边方向延伸到输出口 le，并且在其中途与下游压力传感器22的压力导入口 2al连接。信息处理电路6在物理上包括CPU、存储器，I/O通道、A/D转换器、D/A转换器、其他的模拟电路、数字电路，按照存储在存储器中的程序，CPU和其它外围设备协同动作，由此如图3所示，该信息处理电路6承担作为流量计算电路61和控制电路62的功能。具体地说，流量计算电路61接收来自所述压力传感器21、22的压力测量信号，根据所述的信号值和预先存储的所述流体阻力部件3的流体阻力特性，计算并输出流经内部流路Ia的流体的质量流量、体积流量。另一方面，控制电路62向所述流量调节阀4输出控制信号并在层叠压电元件43上施加电压来进行控制，从而使由所述流量计算电路61计算出的内部流路Ia的流体流量成为从外部指示的设定流量。下面对上游开关阀Vl和下游开关阀V2进行说明。所述的开关阀V1、V2例如是电磁驱动方式的阀，仅可以成为全开、全关这两种状态，如图2所示，开关阀V1、V2包括:安装基板部Va，为正方形板状；以及大体圆柱形的主体部Vb，直立于所述安装基板部Va的面板部。配置所述开关阀V1、V2所需要的尺寸由从俯视方向看的所述安装基板部Va的大小决定，所述安装基板部Va的一边的长度比所述质量流量控制器10的宽度尺寸(主体I的宽度尺寸)大。 下面对支承部件9进行说明。所述支承部件9为厚度均匀的矩形平板形，在其一个面板部(下面也称为上侧的面)上，支承有所述的多个质量流量控制器10、上游开关阀Vl和下游开关阀V2。以使主体I的侧面之间贴紧且使多个质量流量控制器10作为整体成为俯视为矩形的形状的方式，支承多个质量流量控制器10。即，各个质量流量控制器10以下述方式配置在支承部件9上:各个质量流量控制器10的长边方向相互平行，并且它们的各个输入口Id和各个输出口 Ie在从俯视方向看作为与所述长边方向垂直的宽度方向上，以等间隔的方式分别排列在一条直线上。在端部的质量流量控制器10的宽度方向的外侧，所述上游开关阀Vl以沿所述长边方向排列成一条直线的方式配置在支承部件9的上侧的面上。另一方面，在与上游开关阀Vl相反的一侧亦即在另一个端部的质量流量控制器10的宽度方向的外侧，下游开关阀V2以沿所述长边方向排列成一条直线的方式配置在支承部件9的上侧的面上。此外，在所述支承部件9上设置有:多个导入口 9a，沿着位于最外侧的一个质量流量控制器10的长边方向等间隔地排列在一条直线上；导出口 ％，沿着位于最外侧的另一个质量流量控制器单元10的长边方向等间隔地排列在一条直线上。导入口 9a与所述输入口Id连接，用于把流体导入该输入口 Id。导出口 9b与所述输出口 Ie连接，用于把流体从该输出口导出。具体地说，形成有流入流路9c和流出流路9d。按照从靠近所述输入口 Id—端的导入口 9a起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的多个导入口 9a与大体在所述宽度方向上排列的所述输入口 ld，按照从靠近所述导入口 9a的一端的输入口 Id起的顺序分别依次连接，由此形成俯视为直线形的流入流路9c。按照从靠近所述输出口 Ie—端的导出口9b起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导出口 9b与大体在所述宽度方向上排列的所述输出口 le，按照从靠近所述导出口 9b的一端的输出口 Ie起的顺序分别依次连接，由此形成俯视为直线形的流出流路9d。在该实施方式中，所述导入口 9a形成于在支承部件9的厚度方向上贯通的孔91的上侧的开口。以使上游开关阀Vl的出口位于所述导入口 9a上的方式配置有该上游开关阀VI。所述流入流路9c包括:所述孔91 ;贯通孔92,在支承部件9中形成在质量流量控制器10的输入口 Id的正下方，且与该输入口 Id连通；有底槽93，为直线形，连接所述孔91的下侧的下侧开口部和所述贯通孔92的下侧的下侧开口部。所述导出口 9b和流出流路9d也与此相同。S卩，导出口 9b形成于在支承部件9的厚度方向上贯通的孔94的上侧的开口，以使下游开关阀V2的入口位于所述导出口 9b上的方式配置有该下游开关阀V2。此外，所述流出流路9d包括:所述孔94 ;贯通孔95,在支承部件9中形成在质量流量控制器10的输出口 Ie的正下方，且与该输出口 Ie连通；有底槽96，为直线形，连接所述孔94的下侧的下侧开口部和所述贯通孔95的下侧的下侧开口部。此外，虽然在图中没有表示，但是在所述支承部件9的下侧的面上安装有没有另外进行图示的密封板，该密封板密封有底槽93、96 ;孔91、94 ;或贯通孔92、95的下侧的开□。此外，在该实施方式中，所述信息处理电路6的一部分被设置成各个质量流量控制器10共用，如图2所示，其共用的部分收容在第二壳体8中，该第二壳体8设于相邻配置的第一壳体7的上侧的面上。此外，信息处理电路6中没有被共用的部分，分别收容在各个第一壳体7中。从俯视方向看的所述第二壳体的轮廓大体在从俯视方向看的相邻的所述第一壳体的整体轮廓内。按照所述的结构，开关阀V1、V2不是设置在质量流量控制器10的长边方向的前后，而是设置在质量流量控制器10的侧方，因此如该实施方式所示，即使开关阀V1、V2的配置尺寸比质量流量控制器10的宽度尺寸大，也可以把多个质量流量控制器10以使它们的侧面之间邻接的方式贴紧配置。因此不会产生无效的空间，可以实现能使占有面积成为最小的、面积利用率高的、紧凑的结构。此外，在比较从导入口 9a到导出口 9b的各个流路长度的情况下，如图9中用箭头表示的流体流所示，短的流入流路9c与长的流出流路9d连接，从而可以抑制各个流路的长度的波动。因此也不会在响应性偏差等方面产生大的问题。此外，也可以把长边方向尺寸抑制为实际上仅是质量流量控制器10的长边方向尺寸。此外,收容信息处理电路6的第二壳体8设于所述第一壳体7的上侧,从俯视方向看的所述第二壳体8的轮廓大体在从俯视方向看的相互邻接的所述第一壳体7的整体轮廓内，所以从俯视方向看无需另外设置用于收容信息处理电路6的空间。此外，本发明不限于所述实施方式。例如在所述实施方式中，作为流体设备单元例举了质量流量控制器(流量控制器)，但是流体设备单元也可以是没有流量调节阀的质量流量计(流量测量器)等其他设备单元。
此外，支承部件不仅可以是板状的，也可以是通过多个配管形成的部件。流入通道、流出通道也可以不是直线形，而是可以在中途弯曲。外部流体设备也不限于开关阀，外部流体设备例如也可以是三通阀、压力传感器、流体阻力元件、流量调节阀等。此外，外部流体设备也无需一定要设置在流体设备单元组的两侧，也可以仅设置在单侧(例如仅有开关阀VI)。外部流体设备无需排列成严格的直线形，从配置的观点出发，也可以稍稍配置成之字形。如图12所示，在支承部件中，也可以设置输入共用流路9e以及输出共用流路9f，输入共用流路9e连通各输入口 Id从而能够共用各输入口 ld，输出共用流路9f连通各输出口 Ie从而能够共用各输出口 le。按照该结构，可以进行流体的混合和分配，共用的部分可以仅仅是输入口，也可以仅仅是输出口。例如在共用输入口时可以进行分配。在该情况下，如果是同种的气体，则可以仅使用一个导入口，而关闭其他的导入口。此外，在所述实施方式中，根据从俯视方向看的流体设备单元和外部流体设备的相互尺寸关系，把流体设备单元的数量设定为最合适的四个，但是如果改变尺寸关系则有时也可以改变流体设备单元的数量。此外，也可以把相邻的流体设备单元中的任意一个流体设备单元或多个流体设备单元的输入口和输出口，设定成与其他的流体设备单元相反。此外，流体设备单元之间只要是长边方向的侧面之间相邻即可，在长边方向上可以稍稍偏离，即，相邻流体设备单元之间的输入口、输出口无需在宽度方向上严格地并排。但是，不包括在长边方向上排列成一条直线的情况。除此以外，本发明不限于所述图示的例子，在不脱离本发明技术思想的范围内，可以进行各种变形。下面对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式的流体控制系统XlOO通过把基本气体混合，从而生成并提供例如在半导体制造工序中所使用的材料气体，如图13的示意图所示，流体控制系统XlOO包括多个(在此例如为四个)一次流路Xl和多个(分别例如为四个)二次流路X2，所述多个一次流路Xl和多个二次流路X2在假想平面(在此为图13的纸面)上分别平行地配置。各个一次流路Xl以直线形的方式延伸，以等间隔的方式相互平行配置。此外，各个二次流路X2沿与所述一次流路Xl垂直的方向以直线形的方式延伸，且以等间隔的方式配置，从假想平面的俯视方向看，所述的一次流路Xl和二次流路X2形成格子形。供气装置(在此为流量控制装置)X5分别与一次流路Xl的两端连接，不同种类(或相同种类)的基本气体从所述的流量控制装置X5，以相互朝向相反的方向的方式流入所述一次流路Xl中。在从假想平面的俯视方向看的所述一次流路Xl与二次流路X2的交叉点，所述一次流路Xl与所述二次流路X2连接。但是，所述一次流路Xl与所述二次流路X2不是在所有的交叉点连接，而是仅在所需要的一部分交叉点连接。此外，在所述各交叉点分别设有设置区域X4，流体阻力元件X3能够以可装拆的方式设置于设置区域X4。此外，无需在全部的设置区域X4 (或交叉点)设置流体阻力元件X3，在该实施方式中，仅在所需要的一部分设置区域X4设置有流体阻力元件X3。
更详细地说，如图14、图15所示，以贯通矩形杆状的一次流路形成部件X6的长边方向的方式形成一次流路XI。此外，与一次流路Xi相同，以贯通矩形杆状的二次流路形成部件X9的长边方向的方式形成二次流路X2。所述二次流路形成部件X9被配置成与所述一次流路形成部件X6垂直并且与一次流路形成部件X6的底面接触，二次流路形成部件X9与一次流路形成部件X6在交叉点层叠。因此，一次流路Xl和二次流路X2具有异面的位置关系，通过后述的连通孔X7连接一次流路Xl和二次流路X2。在一次流路形成部件X6中设置有多个向上面开口的凹形的所述设置区域X4，该设置区域X4切断一次流路XI。通过把流体阻力元件X3嵌入所述设置区域X4，从而把流体阻力元件X3配置在一次流路Xl上。此外，通过在一次流路形成部件X6上侧的面上配置图中没有表示的盖体来密封所述设置区域X4的上侧的开口。此外，从各设置区域X4的底面起设置有连通孔X7，该连通孔X7在该所述一次流路形成部件X6底面上开口，并且与二次流路X2连接。如图16、图17所示，流体阻力元件X3是把多个矩形薄板X3a层叠而成的长方体形部件，流体阻力元件X3使流体以层流状态在其内部流动，所以也可以将流体阻力元件X3称为层流阻力元件。在该流体阻力元件X3中设置有大直径通道X3c以及一对小直径通道X3d。所述大直径通道X3c在流体阻力元件X3的中央贯通。所述一对小直径通道X3d的内侧一端与所述大直径通道X3c连通，并且外侧一端开口于与其相对的各侧面，所述小直径通道X3d构成实际上的阻力流路。此外，作为流体阻力元件不仅可以使用层流阻力元件，也可以使用节流孔这样的紊流阻力元件等。在该实施方式中，大直径通道X3c具有不会成为实际上的阻力流路的直径，大直径通道X3c的底面与所述连通孔X7连接。此外，小直径通道X3d是通过在所述薄板X3a上设置狭缝X3b而形成的。通过使在薄板X3a上形成的狭缝X3b的形状、数量不同，可以调节流路阻力。在把所述流体阻力元件X3配置于设置区域X4的状态下，所述流体阻力元件X3的大直径通道X3c与所述二次流路X2连通，并且各个小直径通道X3d分别与一次流路Xl上的所述设置区域X4的上游和下游连通。此外，在所述设置区域X4中不仅可以配置流体阻力元件X3，也可以配置其他的部件，还可以不配置任何部件。例如，如图18所示，通过在所述设置区域X4配置连接部件X8，可以在该交叉点切断一次流路Xl和二次流路X2的连接，所述连接部件X8具有沿与一次流路Xl相同的方向贯通的联络通道X8a，并且在其底面上设有密封所述连通孔X7上侧的密封面。此外，如果在所述设置区域X4不配置任何部件，则在该交叉点，一次流路Xl和二次流路X2之间没有流体阻力地连接。接着，参照图19对所述结构的流体控制系统XlOO的作用例子进行说明。在此，将在半导体制造中使用的气体作为流体的例子。在所述图19中，设置区域X4 (I)表示没有设置任何部件的设置区域X4，设置区域X4 (2)表示设置有所述流体阻力元件X3的设置区域X4，设置区域X4 (3)表示设置有所述连接部件X8的设置区域X4。此外，二次流路X2分别与图中没有表示的设置在半导体制造室中的多个气体导入口连接。按照所述的例子，在最初一级的一次流路Xl中，将基本气体XA和基本气体XB混合，以与配置在该一次流路Xl上的各流体阻力元件X3的阻力特性对应的比例，分配混合后的混合气体XAB。接着，在下一级的一次流路Xl中，将基本气体XC和基本气体XD混合，把混合后的混合气体X⑶以规定的比例分配给第一列的二次流路X2和第二列的二次流路X2，与流经第一列的二次流路X2和第二列的二次流路X2的混合气体XAB混合。即，混合气体XAB⑶在第一列的二次流路X2和第二列的二次流路X2中流动，混合气体XAB在第三列的二次流路X2和第四列的二次流路X2中流动。接着，在第三极的一次流路Xl中，将基本气体XE和基本气体XF混合，混合后的混合气体XEF全部流入第三列的二次流路X2中。由此，混合气体XABEF在第三列的二次流路X2中流动。最后，在最后一级的一次流路Xl中，将基本气体XG和基本气体XH混合，混合后的混合气体XGH全部流入第四列的二次流路X2。由此，混合气体XABGH在第四列的二次流路X2中流动。这样，按照第二实施方式，可以自如地混合多种基本气体并进行分配，并且可以使各个混合气体在二次流路X2中流动。而且，由于可以通过流量控制装置X5控制各种基本气体的流量，所以也可以自如地控制浓度。此外，本实施方式的结构不仅能够以极高的自由度分别控制在各个二次流路X2中流动的气体的流量、成分和浓度，而且仅仅通过把一次流路Xl和二次流路X2配置成矩阵状，并且根据所要求的规格在一次流路Xl和二次流路X2交叉点设置流体阻力元件X3或连接部件X8，就使本实施方式的结构变得紧凑且简单。此外，由于流体阻力元件X3或连接部件X8可以装拆，并且也可以对流体阻力元件X3的阻力特性进行各种变更，因此可以灵活地应对系统的规格变更等。此外，本发明不限于所述的实施方式。例如，如果把压力传感器安装于配置有流体阻力元件X3的设置区域X4的上侧的开口，则可以密封设置区域X4，并且通过利用另外设在二次流路X2上的压力传感器的测量压力，可以测量流经二次流路X2的流体流量。此外，流体阻力元件X3和连接部件X8只要设置在从假想平面的俯视方向看的交叉点处即可，例如也可以把设置区域设置在所述实施方式中的连通孔X7的中途。此外，在所述实施方式中，一次流路Xl和二次流路X2具有异面的位置关系，但是也可以把它们设在同一平面上。例如把所述实施方式中的一次流路形成部件X6层叠，即，只要使一个一次流路形成部件X6的上侧的面和另一个一次流路形成部件X6的底面贴紧，就可以实现所述的把一次流路Xl和二次流路X2设在同一平面上的方式。在该情况下，通过所述连通孔X7和大直径通道X3c来形成二次流路。除此以外，本发明不限于所述图示的例子，在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行各种变形。
权利要求
1.一种流体机构，其特征在于，所述流体机构包括: 流体设备单元，在流体流入的输入口和流体流出的输出口之间设置有一个或多个流体设备，把从俯视方向看的连接所述输入口和所述输出口的方向设定为长边方向；以及 支承部件，支承多个所述流体设备单元，并将多个所述流体设备单元支承成以使多个所述流体设备单元的长边方向大体相互平行的方式使多个所述流体设备单元相邻， 所述支承部件包括:流入流路，与所述输入口连接，把流体导入所述输入口 ；以及流出流路，与所述输出口连接，把流体从所述输出口导出， 形成于所述流入流路的始端的导入口，在从俯视方向看作为与所述长边方向垂直的方向的宽度方向上，配置在位于最外侧的一个所述流体设备单元的外侧， 形成于所述流出流路的终端的导出口，在所述宽度方向上，配置在位于最外侧的另一个所述流体设备单元的外侧。
2.根据权利要求1所述的流体机构，其特征在于， 所述流体设备单元配置成各个所述输入口和各个所述输出口分别沿所述宽度方向大体排列成一条直线， 所述流入流路，按照从靠近所述输入口的一端的所述导入口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导入口与大体在所述宽度方向上排列的所述输入口，按照从靠近所述导入口的一端的所述输入口起的顺序，分别依次连接， 所述流出流路，按照从靠近所述输出口的一端的所述导出口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导出口与大体在所述宽度方向上排列的所述输出口，按照从靠近所述导出口的一端的所述输出口起的顺序，分别依次连接。
3.根据权利要求1所述的流体机 构，其特征在于，所述流体机构还包括: 上游外部流体设备，在所述一个所述流体设备单元的宽度方向的外侧，大体沿所述长边方向配置，并且分别与各个所述导入口连接，该上游外部流体设备的数量与所述流体设备单元的数量相同；和/或 下游外部流体设备，在所述另一个所述流体设备单元的宽度方向的外侧，大体沿所述长边方向配置，并且分别与各个所述导出口连接，该下游外部流体设备的数量与所述流体设备单元的数量相同， 从俯视方向看的配置所述上游外部流体设备或所述下游外部流体设备所需要的最短尺寸比所述流体设备单元的宽度方向的尺寸大。
4.根据权利要求3所述的流体机构，其特征在于，以使所述上游外部流体设备在配置状态下的整体的长边方向的尺寸和所述下游外部流体设备在配置状态下的整体的长边方向的尺寸，与所述流体设备单元的长边方向的尺寸大体一致或比所述流体设备单元的长边方向的尺寸小的方式，来决定所述流体设备单元的个数。
5.根据权利要求1所述的流体机构，其特征在于，所述支承部件为平板形，在该支承部件的内部形成有所述流入流路和所述流出流路，并且在该支承部件的上侧的面上安装有所述流体设备单元。
6.一种支承部件，其特征在于，支承多个流体设备单元，并且将所述多个流体设备单元支承成以使所述多个流体设备单元的长边方向相互平行的方式使所述多个流体设备单元相邻，所述流体设备单元在流体流入的输入口和流体流出的输出口之间设有一个或多个流体设备，把从俯视方向看的连接所述输入口和所述输出口的方向设定为所述流体设备单元的长边方向， 所述支承部件包括: 流入流路，与所述输入口连接，把流体导入所述输入口 ；以及 流出流路，与所述输出口连接，把流体从所述输出口导出， 形成于所述流入流路的始端的导入口，在从俯视方向看的作为与所述长边方向垂直的方向的宽度方向上，配置在位于最外侧的一个所述流体设备单元的外侧， 形成于所述流出流路的终端的导出口，在所述宽度方向上，配置在位于最外侧的另一个所述流体设备单元的外侧。
7.根据权利要求6所述的支承部件，其特征在于， 以使各个所述输入口和各个所述输出口分别大体沿所述宽度方向排列成一条直线的方式来配置所述流体设备单元， 所述流入流路，按照从靠近所述输入口的一端的所述导入口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导入口与大体在所述宽度方向上排列的所述输入口，按照从靠近所述导入口的一端的所述输入口起的顺序，分别依次连接， 所述流出流路，按照从靠近所述输出口的一端的所述导出口起的顺序，把大体在所述长边方向上排列的所述导出口与大体在所述宽度方向上排列的所述输出口，按照从靠近所述导出口的一端的所述输出口起的顺序，分别依次连接。
8.一种流体控制系统，其特征在于包括: 一次流路，与假想平面平行地延伸； 多个二次流路，从所述假想平面的俯视方向看，与所述一次流路交叉，并且在所述二次流路与所述一次流路的交叉点处与所述一次流路连接，使得流经所述一次流路的部分流体流入所述二次流路；以及 流体阻力元件，配置在设于所述交叉点的设置区域，决定从所述一次流路流入所述二次流路的流体的流量的比例。
9.根据权利要求8所述的流体控制系统，其特征在于，所述流体控制系统还包括流体供给装置，该流体供给装置分别与所述一次流路的两端连接，流体分别从所述一次流路的两端流入所述一次流路。
10.根据权利要求8所述的流体控制系统，其特征在于，所述流体控制系统包括多个所述一次流路，从所述假想平面的俯视方向看，多个所述一次流路和多个所述二次流路构成格子形。
11.根据权利要求8所述的流体控制系统，其特征在于，所述设置区域设于所述一次流路。
12.根据权利要求8所述的流体控制系统，其特征在于，所述流体阻力元件在内部形成有:大直径通道，实际上不产生阻力；以及一对小直径通道，从所述大直径通道分支并产生阻力， 配置于所述设置区域的所述流体阻力元件的所述大直径通道与所述二次流路连通，并且各个所述小直径通道分别与所述一次流路上的所述设置区域的上游和下游连通。
全文摘要
本发明提供流体机构、支承部件及流体控制系统。流体机构(100)能使多个流体设备单元(10)和与其成套安装的外部流体设备(V1、V2)有效地配置成很紧凑，将各流体设备单元(10)的长边方向的侧面之间贴紧配置，并且把外部流体设备(V1、V2)排列配置在流体设备单元(10)的宽度方向的外侧。此外，在连接外部流体设备(V1、V2)和流体设备单元(10)的流入流路(9c)和流出流路(9d)中，使短的流入流路(9c)与长的流出流路(9d)连接。
文档编号G05D11/02GK103116369SQ20121037784
公开日2013年5月22日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年10月5日
发明者安田忠弘 申请人:株式会社堀场Stec