JP7309621B2 - 温度センサを備えた真空弁 - Google Patents

Description

本発明は、変形敏感なエレメントを有する少なくとも１つの温度センサを備えたセンサ装置を備えた真空弁に関する。

一般に、体積流量または質量流量を制御するためおよび／または弁ケーシングに加工成形された開口に通じる流路を実質的に気密に閉鎖するための真空弁は、従来技術から様々な実施形態において周知であり、特に保護雰囲気中で可能な限り汚染粒子の存在無しで行われねばならないＩＣ製造、半導体製造または基板製造の分野で真空チャンバシステムに使用される。このような真空チャンバシステムは、特に加工または製造されるべき半導体素子または基板を収容するために設けられる、排気可能な少なくとも１つの真空チャンバを有しており、真空チャンバは、半導体素子または別の基板を真空チャンバ内へ導入可能かつ真空チャンバから導出可能な少なくとも１つの真空チャンバ開口ならびに真空チャンバを排気するための少なくとも１つの真空ポンプを有している。例えば半導体ウェハまたは液晶基板用の製造設備内では、高感度の半導体素子または液晶素子が連続的に複数のプロセス真空チャンバを通走し、これらのプロセス真空チャンバにおいて、その内部に位置する部品がその都度、加工装置により加工される。プロセス真空チャンバ内での加工処理中も、チャンバからチャンバへの移動中も、高感度の半導体素子または基板は、常に保護雰囲気中－特に真空環境中－に位置していなければならない。

このために一方では、気体供給部または気体放出部を開閉するためには外周弁が使用され、かつ他方では、部品の導入および導出用の真空チャンバの移動開口を開閉するためには切換弁が使用される。

半導体部品を通す真空弁は、説明した使用分野およびこれに関係する寸法設定に基づき真空切換弁と呼ばれ、真空弁のほぼ矩形の開口横断面に基づき矩形弁とも呼ばれ、かつ真空弁の一般的な機能形式に基づき摺動弁、矩形スライダまたは切換摺動弁とも呼ばれる。

外周弁は、特に真空チャンバと真空ポンプまたは別の真空チャンバとの間の気体流をコントロールまたは制御するために使用される。外周弁は、例えばプロセス真空チャンバまたは移動室と、真空ポンプ、雰囲気または別のプロセス真空チャンバとの間の管系内に位置している。ポンプ弁とも呼ばれるこのような弁の開口横断面は、一般に真空切換弁におけるよりも小さくなっている。外周弁は、使用分野に応じて開口を完全に開閉するためだけでなく、完全な開放位置と気密な閉鎖位置との間で開口横断面を連続的に調節することにより、流量をコントロールまたは制御するためにも使用されるため、外周弁は制御弁とも呼ばれる。気体流をコントロールまたは制御するための１つの可能な外周弁は、揺動弁である。

たとえば米国特許第６０８９５３７号明細書（Olmsted）から公知のような典型的なシャトル弁では、第１のステップにおいて、通常は円形の弁ディスクが、通常は同様に円形の開口上に、開口を開放する位置から開口を覆う中間位置へと回転式に旋回させられる。たとえば米国特許第６４１６０３７号明細書（Geiser）または米国特許第６０５６２６６号明細書（Blecha）に記載されているようなゲート弁の場合、弁ディスクも開口も大抵は方形に形成されており、この第１のステップにおいて、開口を開放する位置から開口を覆う中間位置へと線形に移動させられる。この中間位置において、シャトル弁またはゲート弁の弁ディスクは、開口を取り囲む弁座に対して離間した対向位置に位置している。第２のステップにおいて、弁ディスクと弁座との間の間隔が減少させられて、これにより弁ディスクと弁座とは互いに対して均等に押し合わされ、開口は実質的に気密に閉鎖される。この第２の運動は、好適には、弁座に対して実質的に垂直方向で行われる。シールは、たとえば弁ディスクの閉鎖面に配置されて、開口を取り囲む弁座に押し当てられるシールリングを介して行われるか、または弁ディスクの閉鎖面に対して押し当てられる、弁座に設けられたシールリングを介して行われる。２つのステップにおいて行われる閉鎖過程により、弁ディスクと弁座との間のシールリングは、このシールリングを損傷し得る剪断力をほとんど受けない。なぜならば、弁ディスクの運動が、第２のステップにおいて、実質的に直線状に、弁座に向かって垂直方向に行われるからである。

様々なシール装置が、従来技術、例えば米国特許第６６２９６８２号明細書（Duelli）から公知である。真空弁のシールリングおよびシールのための適切な材料は、たとえばフッ素ゴム（ＦＫＭともいう）であり、特にＶｉｔｏｎの商品名で知られるフッ素エラストマ、およびパーフルオロゴム（略してＦＦＫＭ）である。

先行技術に基づいて、弁ディスクの、シャトル弁においては回転式の運動、ゲート弁においては開口上で平行に行われる並進的な運動と、開口に対して垂直方向に行われる実質的に並進的な運動とのこの組み合わせを達成するための種々異なる駆動システムは公知であり、たとえばシャトル弁のためには米国特許第６０８９５３７号明細書（Olmsted）から、ゲート弁のためには米国特許第６４１６０３７号明細書（Geiser）から公知である。

弁座に対する弁ディスクの押付けは、全圧力範囲内で要求された気密性が確保されていて、かつ過大な圧力負荷によるシール媒体、特にＯリングの形のシールリングの損傷が阻止されるように、行わなければならない。このことを保証するために、公知の弁では、両弁ディスク側の圧力差に依存して制御される、弁ディスクの押付け圧制御が予定される。しかし、特に圧力変動が大きな場合、または負圧から正圧または正圧から負圧への変化時には、シールリングの全周に沿った均一な力分配を常に保証することはできない。概して、シールリングを、弁に加えられる圧力に基づいて生じる支持力から切り離すことが目指される。このためには、米国特許第６６２９６８２号明細書（Duelli）では、たとえばシールリングとその隣に位置する支持リングとから構成されるシール媒体を備える真空弁が提案される。これにより、シールリングは支持力から実質的に解放されている。

場合によっては正圧のためにも負圧のためにも要求された気密性を達成するために、第２の運動ステップに対して付加的にまたは代替的に、幾つかの公知のシャトル弁またはゲート弁は、弁ディスクに対して垂直方向に移動可能な、開口を取り囲む弁リングを設けられている。この弁リングは、弁を気密に閉鎖するために弁ディスクに対して押圧される。弁ディスクに対して相対的に能動的に移動可能な弁リングを備えるこのような弁は、たとえば独国特許出願公告第１２６４１９１号明細書、独国特許発明第３４４７００８号明細書、米国特許第３１４５９６９号明細書（von Zweck）および独国実用新案公開第７７３１９９３号明細書から公知である。米国特許第５５７７７０７号明細書（Brida）には、開口を有する弁ケーシングと、開口を通る流量を制御するための、開口上で平行に旋回可能な弁ディスクとを備えたシャトル弁が記載されている。開口を取り囲む弁リングは、弁ディスクに向かう方向で垂直方向に、複数のばねおよび圧縮空気シリンダにより能動的に運動可能である。このシャトル弁の可能な発展形は、米国特許出願公開第２００５／００６７６０３号明細書（Lucas等）において提案される。

上述の弁は特に真空チャンバ内での極めて繊細な半導体素子の製造時に使用されるので、そのようなプロセスチャンバのためにも対応するシール作用が信頼性よく保証されている必要がある。このためには、弁全体、特にシール材料の状態または押圧時のシール材料に接触するシール面の状態が重要である。真空弁の運転期間の経過中に、シール材料またはシール面の摩耗ならびに弁構成要素、たとえば駆動ユニットまたは弁ロッドの、環境影響（温度、湿度、衝突等）に基づく構造的な変化により、弁構成要素の一般的な変化が生じてしまう。

場合によっては生じる非シール性を回避するか、またはシールの品質を十分に高いレベルで一定に維持するために、弁閉鎖部材は、一般的には定められた時間間隔で交換もしくは更新することができる。このようなメンテナンスサイクルは、通常は定められた期間において予想される開閉サイクルの回数に合わせて、または生じた環境影響の個数および特性につき決定される。メンテナンスは、非シール性の発生を予め十分に排除することができるように、一般的には予防的に行われる。

このような修理要求は、シール材料または弁ディスクのみに限定されるのではなく、特に同様に別の弁構成要素、たとえば駆動ユニットまたは真空弁の、弁ディスクに対応する部分を形成する弁座にも及ぶ。弁座側のシール面の構造体、たとえば弁座に導入された溝は、同様に機械的荷重にさらされている。したがって、溝または弁座の、弁の運転に基づき生じる構造的な変化は、シールの損傷を引き起こす。このためにも、通常対応するメンテナンス間隔が定義されている。

この弁メンテナンスの欠点は、その予防的な性質にある。メンテナンスに関する部材は、大抵はその通常または実際の寿命の経過前に更新または交換される。このような各メンテナンスステップは、通常、製造プロセスにとってある程度の停止時間と、高められた技術的または経済的な手間を意味する。このことは、全体として、必要以上に短期かつ本来要求されているよりも頻繁な間隔での製造の停止を意味する。

さらに、弁の一般的な部材、たとえば駆動ユニットは、ローテーションおよび予防的なメンテナンスの枠内では交換または更新されない。しかしこのような構成要素が定期的に更新された場合でさえ、これらの構成要素はいわゆる新品状態でも、場合によっては外部ならびに内部の影響にさらされている。これによりたとえば弁の少なくとも一時的な望ましくない変化が生じてしまう。たとえば、これにより生じる、弁閉鎖部材のための移動経路の逸脱は、目標シール作用がもはや達成され得ないことにつながってしまう。

したがって、本発明の根底を成す課題は、真空弁の最適化された運転を可能にする改善された真空弁を提供することである。

本発明の別の課題は、最適化された弁メンテナンス、ひいては場合によっては生じるプロセス停止の改善、つまり短縮を可能にする改善された真空弁を提供することである。

本発明の別の課題は、プロセス容積のより確実な気密なシールを達成することができ、特にシールの品質が予測可能である弁システムを提供することにある。

これらの課題は、独立請求項の特徴部に記載の特徴を実現することにより解決される。本発明を代替的または有利な形式で変更する特徴は、従属請求項に記載されている。

本発明の基本的な構想は、真空弁を、少なくとも１つの温度センサを備えたセンサ装置と組み合わせ、弁およびセンサ装置を、これにより弁の特定の部分または全体的な弁における熱の影響または現象の検出および／または監視を行うことができるように構成することにある。

たとえば、温度は、駆動装置ケーシングにおいて、熱臨界的な構成要素の範囲において、たとえばニューマチックシリンダまたはセンサにおいて測定することができる。代替的な測定箇所は、直接に真空ケーシングである。このように測定可能な温度により、弁のための状態検出を行うことができる。たとえば、高められた温度は、これに関連する弁操作の変更に対する指標であり得る。駆動ユニットの拡大された間隙が生じ得る。温度作用の知識と、温度の同時的な測定とにより、弁の機能確実性を常に監視しかつ調節することができる。

このように検出可能な情報に基づいて、弁の駆動制御を適合させることができる。たとえば高い温度が測定され、さらにこの温度が弁の挙動にどのように影響を与えるかが既知である場合に、駆動ユニットの制御の適合により、できるだけ不都合な作用を補償することができる。たとえば、駆動ユニットまたは弁ロッドの変化した曲げ挙動が予想されると、（シールに対する）より大きな圧着圧を調節することができる。

制御の適合時に、同様に弁の挙動に影響を与える別のパラメータおよび測定データを考慮することができる。

概して、温度センサは、測定された温度が目標範囲内にあるか否か、または温度が定義された閾値を上回っているか否かの情報の生成を可能にする。このためには、弁もしくはその処理兼制御ユニットが、対応して保存された、現在の測定値と対照するための目標データを有している。

ある程度の期間にわたって、特に始動時から継続的に弁における温度を監視し、かつ場合によっては記録することにより、弁の温度に依存する寿命に関連した情報を生成することができる。したがって、たとえばシール材料の温度または時間による変化を確認することができ、ひいてはシール材料の交換の必要性を示すことができる。理想的な温度範囲外での弁の運転と、この運転の期間とを検出することができ、特定の弁構成部材の予想寿命への作用を評価することができる。

温度センサとして、たとえばＰＴ１００エレメントを使用することができる。ＰＴ１００エレメントは、０°で１００オームの電気抵抗を有している。温度が高くなると、この抵抗は公知の形式で増大する。抵抗を、測定しかつ相応して評価することができ、これにより絶対温度の検出を可能にする。弁の金属製の表面に直接に取り付けることができるエレメントを使用することができるので、少なくともこの部材の表面温度を測定することができる。

同様に、先行技術の相応する代替的な温度センサも考えられる。たとえば、測定データが赤外線により提供される光学センサを使用することができる。

弁温度の監視により、メンテナンス間隔を改善して計画可能であり、かつ効果的に実施可能である。同時にプロセス完全性が保証され、保証されたままである。

本発明は、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を気密に遮断するための真空弁、特に真空ゲート弁、シャトル弁またはモノバルブに関する。弁は、開放軸線を定義する弁開口と、弁開口を取り囲む第１のシール面とを有する弁座と、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を遮断するための、第１のシール面に対応する第２のシール弁を備えた弁閉鎖部材、特に弁ディスクと、弁閉鎖部材に連結された駆動ユニットとを有している。

駆動ユニットは、弁閉鎖部材が、弁閉鎖部材と弁座とが互いに相対的に非接触に位置している開放位置から、弁閉鎖部材と弁座との間に位置するシールを介して第１のシール面と第２のシール面との間で気密な接触が生じていて、弁開口がこれにより気密に閉鎖されている閉鎖位置へと、かつ閉鎖位置から開放位置へと戻るように移動可能であるように、構成されている。

駆動ユニットは、たとえば電動モータ、たとえばステッピングモータとして、またはニューマチック式の駆動装置として形成されていてよい。

真空弁は、少なくとも１つの温度センサを有している。温度センサは、温度センサにより、真空弁の少なくとも一部に関する熱情報を表す測定信号が検出可能であるように、構成され、かつ配置されている。

温度センサは、これにより弁または弁の構成要素の熱状態を導出可能にする測定信号を提供することができる。信号は、たとえば直接に処理兼制御ユニットにおいて処理されるか、または出力情報として視覚的または音響的に出力することができる。

１つの実施形態において、温度センサはたとえば駆動ユニットに配置されている。

この場合、駆動ユニットは、特にニューマチック式の駆動装置として形成されていて、かつ温度センサは、駆動ユニットのニューマチックシリンダに配置されていてよい。

このような配置では、温度センサにより駆動ユニットの運転状態に直接に関連する熱情報を検出することができ、つまり温度センサの測定信号は、弁の開閉の機能に関する直接な推測を与える。たとえば、運転温度の上昇により、システムにおける増幅された弾性が発生し、これによりこの弾性を検知しかつ補償することができる。

別の実施形態によれば、温度センサは、弁閉鎖部材または弁座に配置されていてよい。これにより、たとえばシール、たとえばポリマベースのシール材料の状態を監視することができる。低い温度では、材料は高い温度におけるよりも明らかに固い性質を有していてよく、駆動装置は、対応して温度による材料挙動に適合されていてよく、たとえば目標押付け圧に関して適合されていてよい。

真空弁は、１つの構成において、弁ケーシングを有していてよく、温度センサは、弁ケーシングに配置されていてよい。この構成により、ケーシングに関する熱情報を検出することができる。たとえば、これにより弁への外部の影響（たとえば周辺温度の変化）を測定可能である。

１つの実施形態において、温度センサは、サーミスタまたはポジスタとして、特にプラチナまたはシリコン測定抵抗として、特にＰｔ１００エレメント（白金測温抵抗体）として構成されていてよい。温度センサは、同様に、半導体温度センサ、特に統合された半導体温度センサとして、光学温度センサ、特に赤外線サーモメータとして、または熱電素子として形成されていてよい。温度センサのその態様は、本発明の文脈において、排他的なものと見なすべきではなく、むしろ熱的な測定信号を提供することができる代替的なセンサタイプも考慮される。

熱情報は、特に温度により表されてよいが、たとえば熱エネルギの形でも表現することができる。

１つの実施形態によれば、測定信号は継続的に検出可能である。このためには、真空弁は、対応したアルゴリズムで設定された処理兼制御ユニットを有していてよい。継続的な検出は、熱状態に依存する弁機能の連続的な監視および検査を提供する。

１つの構成では、真空弁の駆動ユニットが、真空弁の処理兼制御ユニットにより制御されて、開放位置と閉鎖位置との間で弁閉鎖部材を移動するための制御値で駆動制御可能であってよい。したがって、処理兼制御ユニットは、特に、制御値が現在検出された測定信号に応じて自動的に調節されるように、調整されている。したがって、温度依存の（不都合な）効果の自動的な補償を提供することができる。

本発明の実施形態により、真空弁は、処理兼制御ユニットを有していてよく、この処理兼制御ユニットは、検出された測定信号を処理兼制御ユニットにより処理可能であり、検出された測定信号につき状態情報が生成されるように、構成されている。出力信号は、予め定義された公差値と状態情報との対照に基づいて提供することができる。

特に、駆動ユニット、弁座および／または弁閉鎖部材の機械的かつ／または構造的な完全性に関する状態情報を提供することができ、特に状態情報は検出された測定信号のための実際値－目標値－比較により生成されている。

さらに本発明は、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を気密に遮断するために形成されている真空弁、特に真空ゲート弁、シャトル弁またはモノバルブを制御するための方法に関する。真空弁は、開口軸線を定義する弁開口と、弁開口を取り囲む第１のシール面とを有する弁座と、第１のシール面に対応する第２のシール面を備えた、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を遮断するための弁閉鎖部材、特に弁ディスクとを有している。第２のシール面の可変の位置は、弁閉鎖部材のそれぞれの位置および配向により定められている。弁閉鎖部材に連結された、可動の少なくとも１つの移動エレメントを備えた駆動ユニットが同様に設けられている。駆動ユニットが移動運動を実施するために形成されているので、弁閉鎖部材は、弁閉鎖部材と弁座とが互いに対して相対的に非接触に位置する開放位置から、特にシールを介して第１のシール面と第２のシール面との間で気密な接触が生じ、これにより弁開口が気密に閉鎖されている閉鎖位置へと、かつ戻るように移動可能である。

特に継続的な方法の枠内では、真空弁の少なくとも一部に関する熱情報が検出される。

１つの構成では、熱情報は、定められた時間区分中に周期的に、特に継続的に検出され、温度－時間推移が導出され得る。これにより、弁の状態変化が、定められた時間間隔にわたって、記録され、分析され、かつたとえば処理されて警告信号またはメンテナンス要求を形成することができる。

換言すれば、温度－時間推移につき、弁状態に関する出力情報を生成することができる。特に、出力情報は、温度閾値に対する現在の温度の関係、特に温度閾値の超過を提供する。さらに出力情報は、弁の運転状態、特にプロセス安全性、弁寿命および／または予想される弁メンテナンス時点への温度－時間推移の作用を提供する。

本発明は、熱情報の検出および／または特に上述の方法を実施するための電磁波により具現化される、上記の真空弁の機械読込み可能な担体、特に制御兼処理ユニットに保存されているプログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品またはコンピュータ－データ－信号にも関する。

本発明に係る真空弁を以下に図面に概略的に図示された実施例につき純粋に例示的に詳しく説明する。同一のエレメントは、複数の図面において同一の参照符号で示される。説明された実施形態は、通常、正しい縮尺では図示されておらず、実施形態は、制限するものとして理解すべきではない。

ａ，ｂは、モノバルブとしての本発明に係る真空弁の第１の可能な実施形態を示す図である。 ａ～ｃは、トランスファ弁としての本発明に係る真空弁の可能な別の実施形態を示す図である。 ａ，ｂは、シャトル弁としての真空弁の本発明による別の実施形態を示す概略図である。 ａ，ｂは、トランスファ弁としての真空弁の本発明による別の実施形態の概略図である。

図１ａおよび図１ｂは、本発明に係る真空弁１の第１の実施形態を概略的に示している。この例では、弁１は、いわゆるモノバルブとして形成されていて、横断面で開放位置Ｏ（図１ａ）および閉鎖位置Ｇ（図１ｂ）において図示されている。

線形運動により流路を気密に閉鎖するための弁１は、流路のための開口２を備えた弁ケーシング２４を有している。開口２は、流路に沿った幾何学的な開口軸線Ｈを有している。開口２は、図面において弁１もしくは分離壁（図示せず）の左側に位置している第１のガス領域Ｌと、弁１もしくは分離壁の右側に位置している第２のガス領域Ｒとを接続している。このような分離壁は、たとえば真空チャンバのチャンバ壁により形成される。

閉鎖エレメント４は、開口軸線Ｈに対して横方向に延びる、閉鎖エレメント平面２２内の幾何学的な移動軸線Ｖに沿って線形に、開口２を開放する開かれた位置Ｏから、開口２上に線形に移動させられた閉じられた位置Ｇへと閉鎖方向に、かつ反対に開放方向に戻るように、可動の作動エレメント５（たとえば移動アーム）を備えた駆動ユニット７により移動可能である。

たとえば、（屈曲された）第１のシール面３は、弁ケーシング２４の開口２を第１の平面２０ａでは第１の区分２１ａに沿って取り囲み、かつ第２の平面２０ｂでは第２の区分２１ｂに沿って取り囲んでいる。第１の平面２０ａと第２の平面２０ｂとは、互いに離間して、互いに平行に、かつ閉鎖エレメント平面２２に対して平行に延びている。したがって、第１の区分２１ａと、反対の側に位置する第２の区分２１ｂとは、移動軸線Ｖに対して横方向に、かつ開口軸線Ｈの方向で互いに対して幾何学的なずれを有している。移動軸線Ｖに沿って延びる領域において互いに反対側に位置する両区分２１ａ，２１ｂの間には、開口２が配置されている。

閉鎖エレメント４は、第１のシール面３に対応する第２のシール面６を有している。この第２のシール面６は、第１および第２の区分２１ａ，２１ｂに対応する区分に沿って延びている。

示された例において、シールを形成するシール材料が、弁座の第１のシール面３に設けられている。代替的または付加的には、シールは弁閉鎖部材の第２のシール面６に配置されていてよい。

シールは、たとえばポリマとして加硫形成により弁座上に加硫固定されていてよい。代替的には、シールは、たとえばＯリングとして弁座の溝内に形成されていてよい。シール材料は、弁座に接着されていてもよく、これにより、シールを具現化することができる。このようなシールは、当然ながらたとえば記載された弁１に制限されるのではなく、記載された別の弁実施形態においても使用可能である。

モノバルブ、つまり単独の線形運動により閉鎖可能な真空弁はたとえば、たとえば比較的複雑に構成された駆動装置を必要とする、２つの運動により閉鎖可能なトランスファ弁に比べて、比較的に簡単な閉鎖機構の利点を有している。閉鎖エレメントが一体的に形成されていてよいので、この閉鎖エレメントを高い加速力にさらすことができ、これによりこの弁は、高速閉鎖および非常閉鎖のためにも使用することができる。閉鎖およびシールは、単独の線形運動により行うことができるので、弁１の極めて迅速な閉開が可能である。

特にモノバルブの利点は、たとえば、シールがその閉鎖時の経過に基づいてシールの長手方向の延在方向に対して横方向の横方向荷重にさらされていないことにある。他方では、シールは、開口軸線Ｈに対する横方向延在に基づいて、特に圧力差が大きな場合に閉鎖エレメント４に作用してしまう、閉鎖エレメント４に開口軸線Ｈに沿って発生する力を受け止めることがほとんどできず、このことは、閉鎖エレメント４と、その駆動装置と、その支承部との頑丈な構造を必要としてしまう。

図１ａおよび図１ｂに示された真空弁１は、本発明によれば２つの温度センサ１０’，１０’’を有している。これらのセンサ１０’，１０’’のうちの少なくとも１つは、Ｐｔ１００エレメント（白金測温抵抗体）として形成されていて、それぞれの弁構成要素、つまり駆動ユニット７もしくは弁閉鎖部材４に直接に接触している。温度センサ１０’，１０’’は、たとえば駆動ユニット７もしくは弁閉鎖部材４にねじ締結により位置固定されているか、または接着されていてよい。

第１の温度センサ１０’により、弁閉鎖部材の現在の温度を測定することができる。第２の温度センサ１０’’は、駆動ユニットの温度の検出を可能にする。

駆動ユニット７において、互いに対して相対的に運動させられる部分と、これにより生じる摩擦とにより、温度の上昇が発生してしまう。これにより駆動ユニット７における温度検出は、駆動ユニット７の現在の運転状態の確認を可能にする。したがって、たとえば駆動ユニット７の過熱または概して臨界的な運転を阻止することができる。温度閾値または温度閾値に関する許容範囲への到達が記録されると、駆動ユニットは対応して負荷の少ない運転のために駆動制御されるか、もしくは停止され得る。代替的には、駆動装置７もしくは弁１のための冷却ユニットが始動させられるか、またはより大きな出力段で運転され得る。

さらに、駆動ユニット７における温度測定は、閉鎖エレメント４のための移動経路の精度に関する弁状態を表すことができる。上昇した温度が存在する場合、駆動ユニット７または弁ロッド５のガイド内に間隙が生じるか、もしくは間隙が増大し、制御パラメータの対応する適合を必要とし、これにより弁の所望の確実な機能は引き続き保証されたままとなる。制御のこのような適合は、センサ１０’’の現在の測定信号につき自動的に行うことができる。

閉鎖体４に設けられた第２のセンサ１０’により、第１には駆動ユニット７により発生する温度上昇の作用を検出することができ、このような測定につき制御における適合を行うことができる。

さらに、センサ１０’により、弁１の使用時に開口２の一方の側で実施され得る真空加工プロセスによる熱作用を確認することができる。たとえば加工プロセスが高いチャンバ温度で行われると、この温度は、弁１のシールに不都合に影響し、シールの加速された摩耗をもたらしてしまう。この温度の継続的な検出により、シールの寿命、ひいては運転時間に応じた真空ロックの確実性を特定することができる。これにより、シールの最適かつ適宜の交換が可能にされる。つまり、対応するメンテナンス要求が予め定められ、計画され得る。停止時間を著しく減じ、少なくとも部分的に回避することができる。

図２ａ～図２ｃは、本発明に係る真空弁１’の別の実施形態を示している。この真空弁１’は、トランスファ弁１’として形成されていて、種々異なる閉鎖位置で図示されている。

示されたトランスファ弁１’は、ゲート弁の特殊形である。真空弁１’は、方形のプレート状の閉鎖エレメント４（弁ディスク）を有していて、この閉鎖エレメント４は、開口２を気密に閉じるためのシール面６を有している。開口２は、閉鎖エレメント４に対応する横断面を有していて、壁部１２に成形されている。開口２は、同様に閉鎖エレメント４のシール面６に対応するシール面３を提供する弁座により取り囲まれている。閉鎖エレメント４のシール面６は、閉鎖エレメント４の周囲に延びていて、シール材料（シール）を支持している。閉鎖位置では、シールが両シール面３，６の間でプレスされる。

開口２は、壁部１２の左側に位置する第１のガス領域Ｌと、壁部１２の右側にある第２のガス領域Ｒとを接続している。壁部１２は、たとえば真空チャンバのチャンバ壁により形成される。真空弁１’は、閉鎖エレメント４とチャンバ壁１２との協働により形成される。

閉鎖エレメント４は、移動アーム５に配置されている。この移動アーム５は、この実施形態ではたとえばロッド状であり、幾何学的な移動軸線Ｖに沿って延びている。移動アーム５は、駆動ユニット７に機械的に連結されている。駆動ユニット７により、閉鎖部材４が壁部１２の左側の第１のガス領域Ｌ内で駆動ユニット７による移動アーム５の移動により開放位置Ｏ（図２ａ）から、中間位置Ｚ（図２ｂ）を介して閉鎖位置Ｇ（図２ｃ）にまで移動可能である。

開放位置Ｏでは、閉鎖エレメント４は開口２の投影領域の外側に位置していて、この開口２を図２ａに示されているように完全に開放する。

移動アーム５の、「垂直方向の」第１の移動軸線Ｖに対して平行かつ壁部１２に対して平行な軸方向での移動により、閉鎖エレメント４は駆動ユニット７により開放位置Ｏから中間位置Ｚへと移動させることができる。

この中間位置Ｚ（図２ｂ）では、閉鎖エレメント４のシール面６は、弁座の、開口２を取り囲むシール面３に対して離間した対向位置に位置している。

「水平方向の」第２の移動軸線Ｈの方向（第１の移動軸線Ｖに対して直行する横方向）への、つまりたとえば壁部１２および弁座に対して垂直な方向への移動アーム５の移動により、閉鎖エレメント４は中間位置Ｚから閉鎖位置Ｇ（図２ｃ）へと移動させることができる。

閉鎖位置Ｇでは、閉鎖エレメント４が開口２を気密に閉鎖し、第１のガス領域Ｌを第２のガス領域Ｒから気密に分離している。

つまり真空弁の開閉は、駆動ユニット７により、閉鎖エレメント４および移動アーム５の、たとえば互いに対して垂直な２つの方向Ｈ，ＶへのＬ字形の運動により行われる。したがって、示されたトランスファ弁はＬ字型弁とも呼ばれる。

示されたようなトランスファ弁１’は、一般的には、プロセス容積（真空チャンバ）をシールし、かつ容積内への充填および容積からの放出のために設けられる。開放位置Ｏと閉鎖位置Ｇとの間の頻繁な交換は、このような使用において通常である。これにより、シール面３，６の間に位置するシールおよび機械的に運動可能な構成部材、たとえば移動エレメント５または駆動装置７の別の部分の増幅させられた摩滅現象が生じてしまう。

特に、このような摩滅現象を早期に突き止めるためには、真空弁１’は、本発明によれば温度センサ１０を有している。温度センサ１０は、この実施形態では移動エレメント５に配置されている。繰り返される多数の開放工程および閉鎖工程により、移動エレメント５はたとえば弁運転中の摩擦効果に基づいて加熱される。移動エレメント５の加熱自体は、減じられた硬さ、ひいては増大された曲げ性につながる。結果として、両方のシール面３および６の間で減じられた押付け圧が生じ、これにより所望のシール作用が減じられるか、または生じない。

移動エレメント５自体における温度検出により、弁機能のこのような変化を検出し、補償することができる。たとえば、移動エレメント５の高すぎる弾性が存在し、これにより通常運転において確実なシールがもはや提供され得ない、移動エレメント５の温度のための閾値が既知である。つまり、温度センサ１０は、温度が閾値の上側または下側に存在しているのか、ひいてはシールプロセスのこれに関連した完全性が保証されているか否かを確認することを可能にする。

閾値を上回っていることが確認された場合、駆動ユニット７の駆動制御を適合させることができる。たとえば、移動軸線Ｈの方向で閉鎖位置を達成するための移動経路が拡大されると、これにより移動エレメント５の、対応して拡大された撓みによりシールの所望のプレスが達成され、真空容積のシールは引き続き保証されたままである。

駆動制御の適合は、処理兼制御ユニット（図示せず）により完全に自動的に行うことができる。このためには、温度センサ１０の測定信号は、たとえば無線またはケーブル結合部を介して処理兼制御ユニットに伝送することができる。同様に、制御信号が、処理兼制御ユニットから駆動ユニット７へと伝送され得る。処理兼制御ユニットは、弁１’に直接に配置されていてよく、または構造的に別個のユニットとして構成されていてよく（たとえば対応するインタフェースおよびアルゴリズムを備えるラップトップ）、通信接続されていてよい。

制御の適合は、たとえば、移動エレメント５の温度に依存する移動エレメント５の曲げ挙動が既知である場合に、連続的に行うことができる。これにより、同一のままの押付け圧が変化する温度においても提供され得る。

図３ａおよび図３ｂは、シャトル弁１’’の形の本発明に係る弁の別の可能な実施形態を概略的に示している。少なくとも質量流量を制御するための弁１は、弁ケーシングを有している。この弁ケーシングは開口２を有している。開口２は、この実施形態ではたとえば円形の横断面を有している。開口２は、弁座により取り囲まれる。この弁座は、軸方向で弁ディスク４の方向に向いた、開口軸線Ｈに対して横方向に延びる、円環の形を有する（第１の）シール面３により形成される。このシール面３は、弁ケーシングに成形されている。弁ディスク４は、回転軸線Ｒを中心として旋回可能にかつ開口軸線Ｈに対して実質的に平行に移動可能である。弁ディスク４（弁閉鎖部材）の閉鎖位置（図３ｂ）において、開口２は、シール材料を備えた第２のシール面６を有する弁ディスク４により気密に閉鎖されている。弁ディスク４の開放位置は、図３ａに示されている。

弁ディスク４は、側方でディスクに配置された、開口軸線Ｈに対して垂直方向に延びる移動エレメント５（アーム）を介して駆動ユニット７に結合されている。このアーム５は、弁ディスク４の閉鎖位置では、開口２の、開口軸線Ｈに沿って幾何学的に投影された開口横断面の外側に位置している。

駆動装置７は、モータおよび対応する伝動装置の使用により、弁ディスク４が、シャトル弁において通常であるように、開口軸線Ｈに対して横方向かつ開口２の横断面にわたって実質的に平行、かつ開口軸線Ｈに対して垂直方向に行われる、旋回軸線Ｒを中心とする旋回運動の形の駆動装置７の横方向運動ｘによって、開放位置と中間位置との間で旋回可能に移動可能であり、かつ駆動装置７の、開口軸線Ｈに対して平行に行われる長手方向運動によって線形に移動可能であるように、構成されている。開放位置では、弁ディスク４が側方で開口２の隣に配置された滞留区分に位置決めされているので、開口２および流路は開放されている。中間位置では、弁ディスク４は開口２上に離間して位置決めされていて、開口２の開口横断面を覆っている。閉鎖位置では、弁閉鎖部材４（弁ディスク）のシール面６と弁座のシール面３との間で気密な接触が生じることにより、開口２は気密に閉じられていて、流路は遮断されている。

自動化され、制御された弁１の開閉を可能にするために、弁１’’は、たとえば電子的な制御兼開コントロールユニットを定めている（図示せず）。この制御兼コントロールユニットは、弁ディスク４がプロセス容積の閉鎖またはこの容積の内圧の制御のために対応して移動可能であるように、構成されていて、かつ駆動装置７に接続されている。

この実施例では、駆動装置７が、電動モータとして形成されていて、伝動装置は、駆動装置７の駆動が横方向運動ｘまたは長手方向運動で生じるように、切替え可能である。駆動装置と伝動装置とは、制御装置により電子的に駆動制御される。特にゲート切替えを備えるこのような伝動装置は、先行技術から公知である。さらに、回転運動および線形運動を生ぜしめるために複数の駆動装置を使用することも可能であり、この場合、制御装置が駆動装置の駆動制御を引き受ける。

記載したシャトル弁１’’よる流量の正確な制御もしくはコントロールは、横方向運動による開放位置と中間位置との間での弁ディスク４の旋回移動によってだけではなく、特に長手方向運動による中間位置と閉鎖位置との間での開口軸線ＨもしくはＲに沿った弁ディスク４の線形の移動によって可能である。記載したシャトル弁は、正確な制御タスクのために使用することができる。

弁ディスク４も弁座も、それぞれ１つのシール面、つまり第１のシール面３および第２のシール面６を有している。弁ディスク４の第２のシール面６は、さらにシール２３を有している。このシール２３は、たとえばポリマとして加硫形成により弁ディスク４上に加硫固定されていてよい。代替的には、シール２３は、たとえばＯリングとして弁座の溝内に形成されていてよい。シール材料は、弁ディスク４または弁座に接着されていてもよく、これにより、シール２３を具現化することができる。代替的な実施形態では、シール２３は、弁座側で、特に第１のシール面３に配置されていてよい。これらの構成の組み合わせも可能である。このようなシール２３は、当然ながらこの実施例で説明された弁１’’に制限されるのではなく、説明された別の弁実施形態においても使用可能である。

弁ディスク４は、たとえば制御量および出力された制御信号につき可変に調節される。入力信号として、たとえば弁１’’に接続されたプロセス容積内の現在の圧力状態に関する情報が得られる。さらに、制御部に、別の入力量、たとえば容積内への質量供給量を提供することができる。この量について、かつこの容積のために調節もしくは達成されるべき設定された目標圧力について、次いで弁１’’の制御された調節が制御サイクルの時間に関して行われるので、容積からの質量排出流を弁１により時間に関して制御することができる。このためには、弁１’’の背後に真空ポンプが設けられている。つまり弁１’’は、プロセスチャンバとポンプとの間に配置されている。したがって、所望の圧力推移が調整され得る。

弁閉鎖部材４の調節により、弁開口２のためのそれぞれの開口横断面が調節され、ひいては、時間単位ごとにプロセス容積から脱気され得る可能なガス量が調節される。弁閉鎖部材４は、この目的のために、特にできるだけ層状の媒体流を達成するために、円形とは異なる形状を有していてよい。

開口横断面を調節するために、弁ディスク４は、制御およびコントロールユニットによって、駆動装置７の横方向運動により開放位置から中間位置へ移動可能であり、かつ駆動装置７の長手方向運動により中間位置から閉鎖位置へと移動可能である。流路の完全な開放のためには、弁ディスク４が制御装置によって、駆動装置７の長手方向運動により閉鎖位置から中間位置へと移動可能であり、かつこの中間位置から、駆動装置７の回転運動により中間位置から開放位置へと移動可能である。

弁座への弁ディスク４の押付けは、要求された気密性が全圧力範囲内で確保され、過大な圧力負荷による弁’’の損傷、または詳細にはシール２３のシール面３および６の損傷が回避されるように、行わなければならない。このことを保証するために、公知の弁は、両弁ディスク側で形成される圧力差に応じて制御される、弁ディスク４の押付け圧制御が予定される。

本発明によれば、弁１’’は、４つの温度センサ１０，１０’，１０’’，１０’’’を有している。各センサは、要素固有の温度が検出され得るように弁に配置されている。

第１のセンサ１０は、駆動ユニット７に設けられていて、したがって、駆動状態に関する情報を検出することができる。これにより駆動装置７の可能な熱上昇を検出することができる。

第２の温度センサ１０’は、弁１’’の可動の部分、つまり駆動ユニット７に移動アーム５を結合するための弁ロッドに位置決めされている。これにより、たとえば摩擦効果に基づく熱の影響を確認することができ、ロッドの構造的な変位を示すことができる。

第３のセンサ１０’’は、弁座において第１のシール面３の近傍に配置されている。この第３のセンサ１０’’により、シール面３またはシール材料２３における温度上昇を確認することができる。このような温度上昇は、たとえば多数の閉鎖プロセスに基づいて発生するか、またはシールにおいて発生する摩擦のための指標であってよい。つまり情報は、第１には、温度変動に基づくシール状態もしくはシールの劣化の記録化を改善されたメンテナンス計画および短縮された停止時間のために可能にする。第２には、臨界的な弁運転のための指標であってよい不都合な摩擦の確認を行うことができる。特にシール材料２３におけるこのような摩擦により、粒子が発生し、この粒子は真空の汚染を引き起こし、これにより加工プロセスに不都合に作用してしまう。

弁ケーシングに配置されている第４のセンサ１０’’’により、たとえば外部の熱の影響を検出することができる。外部の熱には、たとえばシールの寿命を一緒に定め得る真空容積内における意図的な高い加工温度または閉鎖運動の精度に影響を有し得る高い周辺温度がある。

つまり、各センサは、その処理によって弁運転の意図的な補償を引き起こすことができるか、または対応する出力信号、たとえば警告を生成することができる情報を提供する。このためには、一般的にはそれぞれの測定された温度と対応する目標状態（たとえば目標温度または目標温度推移）との比較が行われる。

４つのセンサ１０～１０’’’は、この場合純粋に例示的に組み合わせられて図示されていることは自明である。本発明は、記載されたこれらのセンサのうちの１つしか有していない実施形態も含む。

図示のようなシャトル弁１’’に対して代替的には、本発明による真空弁１’は、別の真空弁タイプ、たとえばフラップ弁、ゲート弁またはいわゆるバタフライ制御弁により実現されていてよい。さらに、その閉鎖体が一方向のみで移動され得るシャトル弁も使用可能である。

図４ａおよび図４ｂは、本発明によるトランスファ弁における別の可能な温度センサ装置１０を閉鎖位置（図４ａ）および開放位置（図４ｂ）で概略的に示している。示された図面では、弁座は、真空弁１’’’のケーシング２４に形成されている。しかし、当業者にとって、以下の記載は、弁座がプロセスチャンバにより、つまりチャンバケーシングにより提供されている実施形態にも実質的に同様に使用可能であることは自明である。

さらに、本実施形態では純粋に概略的に傾倒機構として図示された弁機構は制限するものと理解すべきではなく、当業者は本発明によるセンサ装置をたとえば同様の形式で任意のＬモーション駆動装置、たとえば弁ディスクの、互いに垂直である線形の２つの移動方向を備えるＬモーションの駆動装置に転用することができることは、自明である。

移動アーム５を制御してガイドするために、真空弁１はこの実施形態ではたとえばガイド構成要素１５を有している。駆動ユニット７とガイド構成要素１５とは、この実施形態ではたとえば、駆動ユニット７もガイド構成要素１５もそれぞれ弁ケーシング２４に不動に結合されていることによって、それぞれ互いに対して固定的な配置にある。さらに移動アーム５は、弁閉鎖部材４と駆動ユニット７とに機械的に連結されている。駆動ユニット７による移動アーム５の移動により、弁閉鎖部材４が開放位置と閉鎖位置との間で実質的に弁座に対して平行に移動可能であり、特に図２ａ～図２ｃにおいて説明されたようなＬモーションの運動において移動可能である。

本発明によれば、ガイド構成要素は温度センサ１０を有している。温度センサ１０は、特にガイド構成要素１５において発生する摩擦により引き起こされるガイド構成要素１５における熱変化の検出を可能にする。

これらの図示された図面は単に可能な実施例を概略的に図示していることは自明である。種々異なる手段を同様に互いに組み合わせ、かつ公知の方法および装置と組み合わせることができる。

Claims (13)

1. 体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を気密に遮断するための真空弁（１，１’，１’’，１’’’）であって、
   ・開口軸線（Ｈ）を定義する弁開口（２）と、該弁開口（２）を取り囲む第１のシール面（３）とを有する弁座（３）と、
   ・前記第１のシール面（３）に対応する第２のシール面（６）を備えた、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を遮断するための弁閉鎖部材（４）と、
   ・前記弁閉鎖部材（４）に連結された駆動ユニット（７）であって、
   前記弁閉鎖部材（４）が、
   ・前記弁閉鎖部材（４）と弁座（３）とが互いに対して相対的に非接触に位置する開放位置（Ｏ）から、前記弁閉鎖部材（４）と前記弁座（３）との間にあるシール（２３）を介して、前記第１のシール面（３）と前記第２のシール面（６）との間で気密な接触が生じ、前記弁開口（２）がこれにより気密に閉鎖されている閉鎖位置（Ｇ）へと、かつ該閉鎖位置（Ｇ）から前記開放位置（Ｏ）へと戻るように移動可能であるように、
   構成されている駆動ユニットと
   を備えた真空弁（１，１’，１’’，１’’’）において、
   前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）が、少なくとも１つの温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）を有していて、該温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）は、該温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）により前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）の少なくとも一部に関する熱情報を表す測定信号を検出可能であるように、構成されかつ配置されており、
   前記駆動ユニット（７）は、前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）の処理兼制御ユニットにより制御されて、前記開放位置（Ｏ）と前記閉鎖位置（Ｇ）との間で前記弁閉鎖部材（４）を移動するための制御値で駆動制御され、前記処理兼制御ユニットは、前記制御値が現在検出された測定信号に応じて自動的に調節されるように、調整されていることを特徴とする、真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
2. 前記温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）が、前記駆動ユニット（７）に配置されている、請求項１記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
3. 前記駆動ユニット（７）が、ニューマチック式の駆動装置として形成されていて、前記温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）が前記駆動ユニットのニューマチックシリンダに配置されている、請求項１または２記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
4. 前記温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）が、前記弁閉鎖部材（４）または前記弁座（３）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
5. 前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）が、弁ケーシング（２４）を有していて、前記温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）が、前記弁ケーシング（２４）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
6. 前記温度センサ（１０，１０’，１０’’，１０’’’）が以下に挙げる温度センサのうちの１つとして、すなわち、
   ・サーミスタ、
   ・ポジスタ、
   ・半導体温度センサ、
   ・光学温度センサ、
   ・熱電素子
   として構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
7. 前記熱情報が、温度により表されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
8. 前記測定信号が継続的に検出可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
9. 前記処理兼制御ユニットは、検出された制御信号が前記処理兼制御ユニットにより処理可能であり、検出された前記測定信号に基づき状態情報が生成可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
10. 前記駆動ユニット（７）、前記弁座（３）および／または前記弁閉鎖部材（４）の機械的かつ／または構造的な完全性に関する前記状態情報が提供される、請求項９記載の真空弁（１，１’，１’’，１’’’）。
11. 真空弁（１，１’，１’’，１’’’）を制御するための方法であって、前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）が、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を気密に遮断するために形成されていて、かつ前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）が、
    ・開口軸線（Ｈ）を定義する弁開口（２）と、該弁開口（２）を取り囲む第１のシール面（３）とを有する弁座（３）と、
    ・前記第１のシール面（３）に対応する第２のシール面（６）を備えた、体積流量または質量流量を制御し、かつ／または流路を遮断するための弁閉鎖部材（４）であって、前記第２のシール面（６）の可変の位置は、前記弁閉鎖部材（４）のそれぞれの位置および配向により定められている、弁閉鎖部材（４）と、
    ・前記弁閉鎖部材（４）に連結された、可動の少なくとも１つの移動エレメント（５）を備えた駆動ユニット（７）であって、該駆動ユニット（７）が、移動運動を実施するために構成されていて、これにより、前記弁閉鎖部材（４）が、
    ・前記弁閉鎖部材（４）と前記弁座とが互いに対して相対的に非接触に位置する開放位置（Ｏ）から、
    ・前記第１のシール面（３）と前記第２のシール面（６）との間で気密な接触が生じていて、前記弁開口（２）がこれにより気密に閉鎖されている閉鎖位置（Ｇ）へと、かつ該閉鎖位置（Ｇ）から前記開放位置（Ｏ）へと戻るように移動可能である、駆動ユニット（７）と
    を有している、真空弁（１，１’，１’’，１’’’）を制御するための方法において、
    該方法の枠内で前記真空弁（１，１’，１’’，１’’’）の少なくとも一部に関する熱情報を検出し、
    前記駆動ユニット（７）は、前記開放位置（Ｏ）と前記閉鎖位置（Ｇ）との間で前記弁閉鎖部材（４）を移動するための制御値で駆動制御され、前記制御値が、現在検出された前記熱情報を表す測定信号に応じて自動的に調節することを特徴とする、真空弁（１，１’，１’’，１’’’）を制御する方法。
12. 前記熱情報を、定められた時間区分中に周期的に検出し、温度－時間推移を導出する、請求項１１記載の方法。
13. 前記温度－時間推移に基づき、弁状態に関する出力情報を生成する、請求項１２記載の方法。

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