JPH11110050A - 圧力及び流量の制御方法並びにその装置 - Google Patents
圧力及び流量の制御方法並びにその装置Info
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- JPH11110050A JPH11110050A JP10221187A JP22118798A JPH11110050A JP H11110050 A JPH11110050 A JP H11110050A JP 10221187 A JP10221187 A JP 10221187A JP 22118798 A JP22118798 A JP 22118798A JP H11110050 A JPH11110050 A JP H11110050A
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Abstract
に流体を供給又は流体を排出する際の流体圧力を制御し
て処理室内の被処理体のダメージを抑制すること。 【解決手段】 マイクロバルブ53の操作流体付与側
に、この操作流体の圧力を検出する圧力変換器54を設
けると共に、この圧力変換器54からの検出信号に基づ
いてマイクロバルブ53を制御可能に形成し、かつ、マ
イクロバルブ53を、処理室35内が例えば減圧雰囲気
から大気圧雰囲気に達するまでの複数の目標値に基づい
て制御すると共に、処理室35内が大気圧に達した状態
でダイヤフラム弁50の開度速度を緩やかに制御するC
PU52からの信号に基づいて制御可能に形成すること
により、例えば減圧雰囲気下の処理室内に流体を供給す
る際の流体圧力を制御して処理室内の被処理体のダメー
ジを抑制する。
Description
制御方法並びにその装置に関するものである。
いては、半導体ウエハやLCD用ガラス等の被処理体
(以下にウエハ等という)を薬液やリンス液(洗浄液)
等の処理液が貯留された処理槽に順次浸漬して洗浄を行
う洗浄処理方法が広く採用されている。また、このよう
な洗浄処理装置においては、洗浄後のウエハ等の表面に
例えばIPA(イソプロピルアルコール)等の揮発性を
有する溶剤の蒸気からなる乾燥ガスを接触させ、乾燥ガ
スの蒸気を凝縮あるいは吸着させて、ウエハ等の水分の
除去及び乾燥を行う乾燥処理装置が装備されている。
ば図22に示すように、複数枚例えば50枚のウエハW
を収容する処理室aと、この処理室a内に配設される乾
燥ガス供給ノズルbに連通する乾燥ガス供給管路cを介
して接続される蒸気発生器dとを具備してなり、乾燥ガ
ス供給管路cに、開閉弁eとニードル弁fを組み合わせ
た第1の管路gと、1つの開閉弁hを配列した第2の管
路iとを平行に配列した操作部jを介設し、また、蒸気
発生器dにキャリアガス例えば窒素(N2)ガスの供給
源kと、乾燥ガス例えばIPA(イソプロピルアルコー
ル)の供給源mを接続してなる構造のものが使用されて
いる。
置によれば、目標圧以下例えば減圧雰囲気下におかれる
処理室a内を目標圧例えば大気圧雰囲気にすべく処理室
a内にいきなり乾燥ガスを供給することによるウエハの
ダメージを抑制するために、第1ステップとして、第1
の管路gの開閉弁eとニードル弁fを開操作して処理室
a内に少量の乾燥ガスを供給した後、第2ステップとし
て第2の管路iの開閉弁hを開操作して乾燥ガスを処理
室a内に供給している。
雰囲気下で処理を行う例えばCVD装置やエッチング装
置等においても、上記と同様に真空状態から標準圧状態
に戻す際に、所定圧力のガスを供給して予め設定した気
圧雰囲気に戻すようにした処理装置が知られている(特
開平4−352326号公報参照)。
テップにおいて開閉弁eを開放すると同時に、差圧が1
気圧の圧力差を持って減圧された処理室aに乾燥ガスが
流入するため、図23に示すように、開閉弁eを開とし
た際にスパイク状の高速流が生じる。このスパイク状の
高速流によりパーティクルの舞い上がりが生じ、パーテ
ィクルがウエハWに付着するという問題があった。ま
た、第1の管路gの開閉弁eとニードル弁fのラインか
ら第2の管路iの開閉弁hのラインへ切り換える際にも
同様にスパイク状の高速流が発生し、同様にパーティク
ルが舞い上がり、ウエハWに付着するという問題があっ
た。
雰囲気下にある場合において、比較的大流量の乾燥ガス
の供給が必要とされる場合にも、大流量の乾燥ガスを処
理室a内に供給すると、同様にスパイク状の高速流が生
じ、同様の問題が生じると共に、ウエハWに振動を与
え、この振動によりウエハWにダメージを与える虞れも
あった。
記特開平4−352326号公報に記載された加工装置
や例えば真空雰囲気下で成膜処理を施す成膜装置等真空
を用いた処理室内に流体を供給する装置全般についても
同様の問題である。
ば大気圧雰囲気にある場合、処理室内を急速に目標圧例
えば減圧雰囲気にすると、処理室内のガスは瞬間的に高
速流動状態となり、同様にパーティクルが舞い上がり、
一方、断熱膨張によるガス中の水分の結露により発生す
るパーティクルが、ウエハ等に付着するという問題があ
る。
で、減圧雰囲気下又は大気圧雰囲気下の処理室内を目標
圧にすべく処理室内に流体を供給又は流体を排出する際
の流体圧力を制御して処理室内の被処理体のダメージを
抑制するようにした圧力及び流量の制御方法並びにその
装置を提供することを目的とするものである。
に、請求項1記載の発明は、目標圧以上又は以下の雰囲
気下の処理室内を上記目標圧雰囲気にする圧力及び流量
の制御方法であって、上記処理室内に連通する流体管路
に介設される開度調整手段の開度速度を、第1の期間で
は予め定められた第1の関数近似線を理想値としてこれ
に対して第1の目標値まで制御し、 その他の期間では
予め設定された複数の目標値に段階的に制御して、上記
処理室内が上記目標圧に達するよう上記流体管路を流れ
る流体の圧力及び流量を制御することを特徴とする。こ
の場合、上記第1の関数近似線を二次関数とすることが
できる(請求項4)。
の期間のうちの第1の期間の前の期間では、複数の目標
値のうちの第2の目標値まで開度調整手段の操作量に基
づいて開度速度を制御する方が好ましい(請求項2)。
この場合、上記開度調整手段の起動時点の操作量を検知
し、その検知された操作量に基づいて上記開度調整手段
の起動時間を設定する方が更に好ましい(請求項6)。
間の後の期間では、複数の目標値のうちの第2の目標値
から上記目標圧に達するまで、第1の関数近似線より変
化が大きい予め定められた第2の関数近似線を理想値と
してこれに対して開度速度を制御する方が好ましい(請
求項3)。この場合、上記第2の関数近似線を直線とす
ることができる(請求項5)。
開度調整手段の動作毎に、上記開度調整手段の起動時間
を検知し、その検知の値が所定値に達したとき、上記開
度調整手段の起動時間を修正制御する方が好ましい(請
求項7)。
上の雰囲気下の処理室内を上記目標圧雰囲気にする圧力
及び流量の制御方法であって、 上記処理室が上記目標
圧以下の雰囲気下に有る場合は、上記処理室内に連通す
る流体供給管路に介設される第1の開度調整手段の開度
速度を、第1の期間では予め定められた第1の関数近似
線を理想値としてこれに対して第1の目標値まで制御
し、 上記第1の期間に対するその他の期間では予め設
定された複数の目標値に段階的に制御して、上記処理室
内が上記目標圧に達するよう上記流体供給管路を流れる
流体の圧力及び流量を制御し、 上記処理室が上記目標
圧以上の雰囲気下に有る場合は、上記処理室内に連通す
る流体排出管路に介設される第2の開度調整手段の開度
速度を、第2の期間では予め定められた第2の関数近似
線を理想値としてこれに対して第2の目標値まで制御
し、 上記第2の期間に対するその他の期間では予め設
定された複数の目標値に段階的に制御して、上記処理室
内が上記目標圧に達するよう上記流体排出管路を流れる
流体の圧力及び流量を制御することを特徴とする。
上記第1及び第2の開度調整手段のいずれか一方の動作
毎に、上記いずれか一方の開度調整手段の起動時間を検
知し、その検知の値が所定値に達したとき、上記いずれ
か一方の開度調整手段の起動時間を修正制御する方が好
ましい(請求項9)。
記載の圧力及び流量の制御方法において、 上記処理室
が上記目標圧以上の雰囲気下に有る場合に、熱エネルギ
ー補給ガスを上記処理室に供給しながら上記処理室内が
上記目標圧に達するよう上記流体管路を流れる流体の圧
力及び流量を制御することを特徴とする。
記載の圧力及び流量の制御方法において、上記処理室が
目標圧以上の雰囲気下に有る場合に、熱エネルギー補給
ガスを上記処理室に供給しながら上記処理室内が上記目
標圧に達するよう上記流体排出管路を流れる流体の圧力
及び流量を制御することを特徴とする。
量の制御方法において、上記処理室に熱エネルギー補給
ガスを供給しながら上記処理室を真空排気することが可
能である(請求項12)。また、上記請求項10ないし
12のいずれかに記載の圧力及び流量の制御方法におい
て、上記熱エネルギー補給ガスは窒素ガスである方が好
ましい(請求項13)。
上又は以下の雰囲気下の処理室内に連通する流体供給管
路に介設される開度調整手段と、 上記処理室内の圧力
を検出し検出信号を出力する検出手段と、 上記検出信
号に応答して、上記開度調整手段の開度速度を、第1の
期間では予め定められた第1の関数近似線を理想値とし
てこれに対して第1の目標値まで制御し、その他の期間
では予め設定された複数の目標値に段階的に制御して、
上記処理室内が上記目標圧に達するよう上記流体管路を
流れる流体の圧力及び流量を制御する制御手段とを具備
することを特徴とする。
の圧力及び流量の制御装置において、上記開度調整手段
の開度量を制御する操作手段を更に具備し、上記制御手
段はその他の期間のうちの第1の期間の前の期間では、
複数の目標値のうちの第2の目標値まで上記開度量に基
づいて、上記操作手段を介して上記開度速度を制御する
ことを特徴とする。
の圧力及び流量の制御装置において、上記制御手段は、
その他の期間のうちの第1の期間の後の期間では、複数
の目標値のうちの第2の目標値から目標圧に達するま
で、第1の関数近似線より変化が大きい予め定められた
第2の関数近似線を理想値としてこれに対して開度速度
を制御することを特徴とする。
の圧力及び流量の制御装置において、上記制御手段は、
開度調整手段の動作毎に、上記開度調整手段の起動時間
を検知し、その検知の値が所定値に達したとき、上記開
度調整手段の起動時間を修正制御することを特徴とす
る。
下又は以上の雰囲気下の処理室内に連通する流体供給管
路に介設される第1の開度調整手段と、 上記処理室内
に連通する流体排出管路に介設される第2の開度調整手
段と、 上記処理室内の圧力を検出し検出信号を出力す
る検出手段と、 上記検出信号に応答して、上記処理室
が上記目標圧以下の雰囲気下に有る場合は、上記第1の
開度調整手段の開度速度を、第1の期間では予め定めら
れた第1の関数近似線を理想値としてこれに対して第1
の目標値まで制御し、上記第1の期間に対するその他の
期間では予め設定された複数の目標値に段階的に制御し
て、上記処理室内が上記目標圧に達するよう上記流体供
給管路を流れる流体の圧力及び流量を制御し、 上記処
理室が上記目標圧以上の雰囲気下に有る場合は、上記第
2の開度調整手段の開度速度を、第2の期間では予め定
められた第2の関数近似線を理想値としてこれに対して
第2の目標値まで制御し、上記第2の期間に対するその
他の期間では予め設定された複数の目標値に段階的に制
御して、上記処理室内が上記目標圧に達するよう上記流
体排出管路を流れる流体の圧力及び流量を制御する制御
手段とを具備することを特徴とする。
の圧力雰囲気から変化する状態の所定の圧力雰囲気をい
い、例えば大気圧雰囲気,減圧雰囲気あるいは加圧下又
は減圧下における所定の圧力雰囲気をいう。
体管路に介設される開度調整手段の開度速度を、第1の
期間では予め定められた第1の関数近似線を理想値とし
てこれに対して第1の目標値まで制御し、その他の期間
では予め設定された複数の目標値に段階的に制御して、
処理室内が目標圧に達するよう流体管路を流れる流体の
圧力及び流量を制御することにより、開度調整手段の起
動時における圧力の急激な上昇を抑制することができる
と共に、減圧雰囲気下又は大気圧雰囲気下において、大
流量の流体の供給又は大流量の流体の排出の際に生じる
スパイク状の高速流を抑制することができる(請求項
1,14)。
る場合は、処理室内に連通する流体供給管路に介設され
る第1の開度調整手段の開度速度を、第1の期間では予
め定められた第1の関数近似線を理想値としてこれに対
して第1の目標値まで制御し、第1の期間に対するその
他の期間では予め設定された複数の目標値に段階的に制
御して、処理室内が目標圧に達するよう流体供給管路を
流れる流体の圧力及び流量を制御し、処理室が目標圧以
上の雰囲気下に有る場合は、処理室内に連通する流体排
出管路に介設される第2の開度調整手段の開度速度を、
第2の期間では予め定められた第2の関数近似線を理想
値としてこれに対して第2の目標値まで制御し、第2の
期間に対するその他の期間では予め設定された複数の目
標値に段階的に制御して、処理室内が目標圧に達するよ
う流体排出管路を流れる流体の圧力及び流量を制御する
ことにより、例えば減圧雰囲気下と大気雰囲気下の双方
の圧力及び流量制御を行うことができると共に、装置の
小型化を図ることができる(請求項8,18)。
図面に基いて詳細に説明する。この実施形態では半導体
ウエハの洗浄・乾燥処理システムに適用した場合につい
て説明する。
装置を乾燥処理部に適用した洗浄・乾燥処理システムの
一例を示す概略平面図、図2はその概略側面図である。
である半導体ウエハW(以下にウエハWという)を水平
状態に収納する容器例えばキャリア1を搬入、搬出する
ための搬送部2と、ウエハWを薬液、洗浄液等の液処理
すると共に乾燥処理する処理部3と、搬送部2と処理部
3との間に位置してウエハWの受渡し、位置調整及び姿
勢変換等を行うインターフェース部4とで主に構成され
ている。
の一側端部に併設して設けられる搬入部5と搬出部6と
で構成されている。また、搬入部5及び搬出部6のキャ
リア1の搬入口5a及び搬出口6bには、キャリア1を
搬入部5、搬出部6に出入れ自在のスライド式の載置テ
ーブル7が設けられている。また、搬入部5と搬出部6
には、それぞれキャリアリフタ8が配設され、このキャ
リアリフタ8によって搬入部間又は搬出部間でのキャリ
ア1の搬送を行うことができると共に、空のキャリア1
を搬送部2の上方に設けられたキャリア待機部9への受
け渡し及びキャリア待機部からの受け取りを行うことが
できるように構成されている(図2参照)。
によって搬入部5に隣接する第1の室4aと、搬出部6
に隣接する第2の室4bとに区画されている。そして、
第1の室4a内には、搬入部5のキャリア1から複数枚
のウエハWを取り出して搬送する水平方向(X,Y方
向),垂直方向(Z方向)及び回転(θ方向)可能なウ
エハ取出しアーム10と、ウエハWに設けられたノッチ
を検出するノッチアライナー11と、ウエハ取出しアー
ム10によって取り出された複数枚のウエハWの間隔を
調整する間隔調整機構12を具備すると共に、水平状態
のウエハWを垂直状態に変換する第1の姿勢変換装置1
3が配設されている。
数枚のウエハWを処理部3から垂直状態のまま受け取っ
て搬送するウエハ受渡しアーム14と、ウエハ受渡しア
ーム14から受け取ったウエハWを垂直状態から水平状
態に変換する第2の姿勢変換装置13Aと、この第2の
姿勢変換装置13Aによって水平状態に変換された複数
枚のウエハWを受け取って搬出部6に搬送された空のキ
ャリア1内に収納する水平方向(X,Y方向),垂直方
向(Z方向)及び回転(θ方向)可能なウエハ収納アー
ム15が配設されている。なお、第2の室4bは外部か
ら密閉されており、図示しない不活性ガス例えば窒素
(N2)ガスの供給源から供給されるN2ガスによって室
内が置換されるように構成されている。
するパーティクルや有機物汚染を除去する第1の処理ユ
ニット16と、ウエハWに付着する金属汚染を除去する
第2の処理ユニット17と、ウエハWに付着する酸化膜
を除去すると共に乾燥処理する洗浄・乾燥処理ユニット
18及びチャック洗浄ユニット19が直線状に配列され
ており、これら各ユニット16〜19と対向する位置に
設けられた搬送路20に、X,Y方向(水平方向)、Z
方向(垂直方向)及び回転(θ)可能なウエハ搬送アー
ム21(搬送手段)が配設されている。
に示すように、キャリアガス例えば窒素(N2)ガスの
供給源30に供給路31aを介して接続するN2ガス加
熱手段としてのN2ガス加熱器32(以下に単に加熱器
という)と、この加熱器32に供給路31bを介して接
続する一方、乾燥ガス用液体例えばIPAの供給源33
に供給路31cを介して接続する蒸気発生手段としての
蒸気発生器34と、この蒸気発生器34と乾燥処理室3
5(以下に単に処理室という)とを接続する流体供給管
路である乾燥ガス供給管路31dに配設されるこの発明
に係る圧力及び流量の制御装置36とを具備してなる。
2とを接続する供給路31aには開閉弁37aが介設さ
れている。また、IPA供給源33と加熱器32とを接
続する供給路31cには開閉弁37bが介設され、この
開閉弁37bのIPA供給源側には分岐路38及び開閉
弁37cを介してIPA回収部39が接続されている。
また、図3に二点鎖線で示すように、蒸気発生器34に
は、必要に応じてIPAのドレン管40が接続され、こ
のドレン管40にドレン弁41が介設されると共に、チ
ェッキ弁42を介設する分岐路40aが接続されてい
る。このようにドレン管40、ドレン弁41等を接続す
ることにより、蒸気発生器34内をクリーニングする際
の洗浄液等の排出に便利となる。
31bに接続する例えばステンレス鋼製のパイプ状部材
にて形成されており、このパイプ状部材の内周面にキャ
リアガスの流れ方向に沿って漸次狭小となる狭小テーパ
面と、この狭小テーパ面の狭小部から流れ方向に沿って
徐々に拡開する拡開テーパ面とからなる衝撃波形成部3
4aが形成されている。この衝撃波形成部34aは、衝
撃波形成部34aの流入側圧力(一次圧力)と流出側圧
力(二次圧力)との圧力差によって衝撃波が形成され
る。例えば、一次圧力(Kgf/cm2G)とN2ガスの通過流
量(Nl/min)を適宜選択することによって衝撃波を形成
することができる。この場合、衝撃波形成部34aの一
次側と二次側を接続する分岐路34bに圧力調整弁34
cを介設して、この圧力調整弁34cの調節によって衝
撃波の発生条件を適宜設定している。
の途中にはIPA供給口が開設されて、供給路31cを
介してIPA供給源33が接続されている。また、拡開
テーパ面の流出側のパイプ状部材内に内筒ヒータ34d
が挿入され、その外側には外筒ヒータ34eが配設され
ている。
供給源33から供給されるIPAを衝撃波形成部34a
の供給口から供給すると、衝撃波形成部34aで形成さ
れた衝撃波によってIPAが霧状にされ、その後ヒータ
34d,34eの加熱によってIPA蒸気が生成され
る。
ないし図4に示すように、乾燥ガス供給管路31dに介
設される開度調整手段例えばダイヤフラム弁50と、処
理室35内の圧力を検出する検出手段である圧力センサ
51からの信号と予め記憶された情報とを比較演算する
制御手段例えばCPU52(中央演算処理装置)と、C
PU52からの信号に基づいてダイヤフラム弁50の開
度を制御する操作手段例えばマイクロバルブ53と、こ
のマイクロバルブ53の操作信号例えば二次側圧力を検
出すると共に、その検出信号をマイクロバルブ53にフ
ィードバックする検出手段例えば圧力変換器54と図示
しない制御回路とからなるマイクロバルブ53の制御ボ
ード54Aを具備してなる。
6及び図7に示すように、乾燥ガス供給管路31dに接
続する一次側ポート50aと二次側ポート50bとを連
通する通路50c中に弁座50dを具備すると共に、こ
の弁座50cに対して就座すべく上下方向に変位可能な
常時弁開側に***するメタルダイヤフラム50eを具備
してなる。また、ダイヤフラム弁50は、メタルダイヤ
フラム50eの上面側と、上方に向かって開口する操作
流体すなわち空気の供給ポート50fに連通する室50
g内に、操作調整用弁体50hを摺動自在に配設すると
共に、この操作調整用弁体50hを常時下方に押圧する
操作調整用スプリング50iを具備してなり、操作調整
用スプリング50iの弾発力によって常時メタルダイヤ
フラム50eが閉塞され、供給ポート50fに流入する
操作流体すなわち空気の流量に追従してメタルダイヤフ
ラム50eが弁座50cから離隔し、弁座50cの外周
側に配置されたシートホルダ50jに設けられた流通孔
50kを乾燥ガスが流れるように構成されている。
によれば、図6(a),(b)に示す閉塞状態におい
て、上記マイクロバルブ53から供給される操作流体す
なわち空気が供給ポート50fに供給され、その供給流
量が増えて供給圧が操作調整用スプリング50iの弾発
力に打ち勝つと、操作調整用弁体50hが上昇し、それ
に伴なってメタルダイヤフラム50eも上昇して弁座5
0cから離隔する(図7(a),(b)参照)。これに
より、一次側ポート50aと二次側ポート50bが連通
し、一次側ポート50aから乾燥ガスが二次側ポート5
0bに流れ、処理室35に供給される。
図8に示すように、ダイヤフラム弁50の操作流体例え
ば空気の流入路55に排出路56を連通し、この排出路
56と対向する面に可撓性部材57を介して制御液体例
えば熱伸縮性オイル58を収容する室59を形成すると
共に、室59における可撓性部材57と対向する面に配
設される複数の抵抗ヒータ60を配設してなる。なおこ
の場合、可撓性部材57は、上部材53aと下部材53
cとの間に介在される中部材53bを有すると共に、下
部材53cと接合する台座53dを有しており、可撓性
部材57の撓み変形によって中部材53bが排出路56
を開閉し得るように構成されている。なお、このマイク
ロバルブ53は全体がシリコンにて形成されている。
2からの信号及び制御ボード54Aの制御信号をデジタ
ル/アナログ変換させて抵抗ヒータ60に伝達すると、
抵抗ヒータ60が加熱されると共に、制御液体すなわち
オイル58が膨脹収縮し、これにより可撓性部材57が
流入側に出没移動して排出路56の上部が開状態とな
り、操作流体すなわち空気圧力を調節することができ
る。したがって、マイクロバルブ53によって遅延制御
された操作流体すなわち空気によってダイヤフラム弁5
0を作動して予め記憶された情報と、マイクロバルブ5
3の二次側圧力又は処理室35内の圧力を比較し、ダイ
ヤフラム弁50の開度を制御してN2ガスを処理室35
内に供給することができ、処理室35内の圧力回復の時
間制御を行うことができる。
ダイヤフラム弁50の下流側(二次側)にフィルタ61
が介設されており、パーティクルの少ない乾燥ガスを供
給できるように構成されている。また、乾燥ガス供給管
路31dの外側には保温用ヒータ62が配設されてIP
Aガスの温度を一定に維持し得るように構成されてい
る。更に、乾燥ガス供給管路31dの処理室35側には
IPAガスの温度センサ63(温度検出手段)が配設さ
れて、乾燥ガス供給管路31d中を流れるIPAガスの
温度が測定されるようになっている。
はD/A変換器及び増幅器(AMP)を介して上記マイ
クロバルブ53に電気的に接続されると共に、上記圧力
センサ51,圧力変換器54に増幅器(AMP)やA/
D変換器等を介してこれらセンサ51,圧力変換器54
からの検出信号と、ウォッチ・ドグ・タイマ(WD
T),ROM及びRAM等より予め記憶された情報に基
づいて比例動作、積分動作及び微分動作の3動作を含む
PID制御が可能に構成されている。また、CPU52
には、3つのデジタルスイッチ(圧力1,時間1及び
2)と、5つの発光素子表示(アラーム,全閉,スロー
パージ,全開及びスローオープン)と、6つのリレー出
力信号(全閉,スローパージ,全開,スローオープン,
CPU異常及び電源異常)と、4つのフォトカプラ(ス
ローパージ,全開,スローオープンアラームリセット)
が接続されている。
方法について、図9ないし図15を参照して説明する。
まず、適宜洗浄処理されたウエハWを処理室35内に移
動し、目標圧以下の雰囲気下すなわち減圧雰囲気下の処
理室35内で乾燥処理が終了した状態で、図13に示す
オープン/クローズモードのように、マイクロバルブ5
3を作動させると共に、CPU52からの信号に基づい
てダイヤフラム弁50を制御する。この際、図14に示
すスローパージモードのように、処理室35内が目標圧
例えば大気圧に達するまで予め設定された複数例えば2
つの目標値に段階的に遅延制御し、その制御信号に基づ
いてダイヤフラム弁50を追従させて開度速度を制御
し、乾燥ガス供給管路31dを流れるN2ガスを処理室
35内に供給する。また、処理室35内が大気圧に達し
た状態において、図15に示すスローオープンモードの
ように、ダイヤフラム弁50の開度速度を緩やかにして
N2ガスを処理室35内に供給する。
圧が印加されるまでオフセット状態であり、所定電圧が
印加された後、上述したように抵抗ヒータ60が加熱さ
れてオイル58が膨脹収縮することにより、可撓性部材
57が流入側に出没移動して操作流体すなわち空気がダ
イヤフラム弁50の供給ポート50fに流入し、ダイヤ
フラム弁50が開状態となる。この際、マイクロバルブ
53の起動時(立ち上がり時)にマイクロバルブ53の
二次側圧力を圧力変換器54にて検出すると共に、その
検出信号をマイクロバルブ53にフィードバックしてダ
イヤフラム弁50の開度速度を制御(第1の制御)する
ことにより、ダイヤフラム弁50のオフバランスの固有
のばらつきの範囲内でダイヤフラム弁50を緩やかに開
状態とすることができる(図9及び図10の参照)。
次に、適宜関数近似線例えば二次曲線を理想値としてこ
れに対して所定目標値{第1の目標値;例えば乾燥ガス
の流速が低下し始める臨界値(P2,T2)}までPID
制御(第2の制御)した後{第1の期間;(図10の
参照)}、所定目標値(P2,T2)から処理室35内が
大気圧雰囲気{第2の目標値;(P3,T3)}に達する
まで適宜関数近似例えば直線近似するように制御(第3
の制御)する{第2の期間;(図10の参照)}。
が大気圧に達した状態において、ダイヤフラム弁50の
開度速度を緩やかに制御することにより、比較的大流量
の乾燥ガスの供給が必要とされる場合においても、スパ
イク状の高速流の発生を防止することができる。
がり時にマイクロバルブ53の二次側圧力を監視してマ
イクロバルブ53を制御することにより、処理室35の
容積が大きいがために制御できない初期の段階すなわち
ダイヤフラム弁50の立ち上がり時における圧力を抑制
することができ、処理室35内へのN2ガスの急激な供
給によるスパイク状の高速流の発生を防止することがで
きると共に、パーティクルの舞い上がりによるウエハW
への付着を防止することができる。また、その後、所定
目標値{例えば乾燥ガスの流速が低下し始める臨界値
(P2,T2)}まで例えば二次曲線的にPID制御する
ことにより、処理室35内が減圧雰囲気であるがために
乾燥ガスが急激に供給されるのを抑制してウエハWの振
動によるダメージを抑制することができる(図12参
照)。また、乾燥ガスの流速が低下し始め臨界値に達し
た後、例えば直線近似するように制御することにより、
乾燥ガスの供給を早めて乾燥の促進を図ることができ
る。
において、ダイヤフラム弁50の開度速度を緩やかに制
御することにより、大気圧雰囲気下における大流量のN
2ガスの供給の際に生じるスパイク状の高速流の発生を
防止することができると共に、パーティクルの舞い上が
りによるウエハWへの付着を防止することができる。
5を目標圧例えば大気圧まで制御することができる。し
かし、装置の立ち上げ時やマイクロバルブ53の交換時
においては、ダイヤフラム弁50のオフバランス(弁の
開き始めの操作空気圧)が変わってしまうので、ダイヤ
フラム弁50が開くまでの時間{起動時間:図10
(a)のT1までの経過時間}が変化してしまい、これ
によって、二次曲線近似の特性が変化してしまうことが
ある。
下に示すようなオート・リセットモードが設けられてい
る。このオート・リセットモードは、開度調整手段であ
るダイヤフラム弁50の操作空気圧力を徐々に変化さ
せ、ダイヤフラム弁50の開きはじめの操作空気圧力
(オートバランス)を検知し、CPU52内の値を書き
換える動作を行うものである。すなわち、図16に示す
ように、ダイヤフラム弁50の操作空気圧力の時間軸で
の変化は2つの直線を組み合わせた形態でCPU52に
制御され、その交点P1はモード開始より約10秒の時
間をもってダイヤフラム弁50のオフバランスの90%
となるように設定される。更に、交点P1通過後におい
て、5秒の繰り返し時間もってダイヤフラム弁50の操
作空気圧力が0.03Kgf/cm2ずつ増加していくよ
うに設定される。このオート・リセットモードにおける
ダイヤフラム弁50の実際のオフバランス値の判断は、
圧力センサ51の変化をCPU52がモード中常時監視
し、その変化が規定量を超えたとき(例えば圧力センサ
51の出力値の変化量が10mVを超えたとき)にダイ
ヤフラム弁50の開き始めと判断することによって行
い、このときのダイヤフラム弁50の操作空気圧力を、
ダイヤフラム弁50の実際のオフバランス値とする。そ
して、ここで求められたダイヤフラム弁50の実際のオ
フバランス値を、既に設定されているオフバランス値に
対してCPU52内で上書き保存することにより、次回
より理想的(最適)な処理室35内の圧力の変化特性が
得られる。
り返し動作によって徐々にオフバランスが変化していく
ことがあり得る。このオフバランス変化もまた上記と同
様に二次曲線近似の特性変化の原因となる。これを防ぐ
ために、この発明においては、ダイヤフラム弁50の動
作毎に、そのオフバランスを検知し、ある定められた範
囲を逸脱したとき、CPU52内の制御定数を変化さ
せ、オフバランス変化に追従しながら理想的(最適)な
処理室35内の圧力変化特性を維持する制御機能(学習
機能)を具備している。
断基準点を(t0,P0)におき、圧力P0到達時間が、
t1−t0<t2又はt1−t0>t2となった時、設定オフ
バランス値を増減させて、ダイヤフラム弁50のオフバ
ランスの時間的変化に追従することにより、ダイヤフラ
ム弁50の起動時間を修正制御する機能である。具体的
に説明すると、この学習機能は、圧力変化曲線のスター
ト基準(図17中のt0,P0の点)例えば動作開始20
秒後に圧力センサ51の出力変化量が10mVとする基
準に対し、実際のスタートがその許容変化量±3秒(図
17中の2×t2の幅)を超える(図17中のt1,P0
の点)状況となった場合に、設定オフバランス値を増減
(例えば、既に設定されているオフバランス値に対して
0.03Kgf/cm2 を増減)させて、この増減した
オフバランス値にてCPU52内で上書き保存すること
により、次回より理想的(最適)な処理室35内の圧力
変化特性を得ることができる。
信号を操作流体例えば空気の流量に変換するマイクロバ
ルブの場合について説明したが、操作手段は必しもマイ
クロバルブである必要はなく、電気信号を操作流体例え
ば空気の流量に変換する弁であれば例えば図18に示す
ような比例電磁弁を用いてもよい。
に、乾燥ガス供給管路31dに接続する一次側ポート8
1aと二次側ポート81bとを連通する通路81c中に
弁座81dを具備するバルブ本体81と、弁座81dに
就座するバルブシート82を有すると共に、スプリング
83の弾発力によって常時弁座81dに就座する方向す
なわち弁閉側に押圧されるバルブステム84と、このバ
ルブステム84に一体に装着されるソレノイド85と、
ソレノイド85を囲繞するようにバルブ本体81上に装
着されるコイル86とで主に構成されている。なお、バ
ルブステム84とバルブ本体81との間には、Oリング
87が介在されて、通路81c側とコイル86とが気水
密に遮断されている。
いて、コイル86が通電されると、ソレノイド85が励
磁されて、バルブステム84をスプリング83の弾発力
に抗して図において上昇させ、これに伴なってバルブシ
ート82が弁座81dから離隔する。これにより、一次
側ポート81aと二次側ポート81bが連通し、一次側
ポート81aから乾燥ガスが二次側ポート81bに流
れ、処理室35に供給される。
を処理室35側に配設して、処理室35内の圧力を検出
し、その検出信号に基づいてマイクロバルブ53及びダ
イヤフラム弁50を制御する場合について説明したが、
図3に二点鎖線で示すように、ダイヤフラム弁50と処
理室35の間の乾燥ガス供給管路31dの途中に圧力セ
ンサ51Aを介設して、ダイヤフラム弁50の二次側の
圧力を検出し、その検出信号に基づいてマイクロバルブ
53及びダイヤフラム弁50を制御するようにしてもよ
い。この場合、圧力センサ51と51Aを併設してもよ
く、あるいは、いずれか一方を配設したものであっても
よい。
囲気例えば減圧雰囲気下の処理室35を目標圧例えば大
気圧に復帰させる場合について説明したが、必ずしもこ
のような場合に限定されるものではなく、目標圧以上の
雰囲気例えば大気圧雰囲気下の処理室35内を目標圧例
えば真空等の減圧雰囲気に復帰させる場合にも適用でき
る。
5の底部に接続する流体排出管路70に開度調整手段で
あるダイヤフラム式の真空排気弁50Aを介設して真空
排気手段例えば真空ポンプ71に接続して、真空排気弁
50Aの開閉動作に基づいて処理室35内を目標圧例え
ば大気圧雰囲気から目標圧以下の所定の圧力例えば減圧
雰囲気に復帰させる減圧システムにも適用できる。この
場合、上記真空排気弁50Aは上記ダイヤフラム弁50
と同様に構成されており、上記実施形態と同様に、圧力
センサ51からの検出信号及び操作手段例えばマイクロ
バルブ53の圧力変換器(図示せず)からフィードバッ
クされた制御信号に基づいて真空排気弁50Aが制御さ
れるように構成されている。
数の目標値(処理室圧力、真空排気時間)を設定し、真
空排気弁50Aを制御することができる。すなわち、マ
イクロバルブ53の起動時(立ち上がり時)にマイクロ
バルブ53の二次側圧力を圧力変換器(図示せず)にて
検出すると共に、その検出信号をマイクロバルブ53に
フィードバックして真空排気弁50Aの開度速度を制御
(第1の制御)することにより、真空排気弁50Aのオ
フバランスの固有のばらつきの範囲内で真空排気弁50
Aを緩やかに開状態にすることができる(図21の参
照)。次いで、二次曲線を理想値としてこれに対して所
定目標値{例えば、嵌挿ガスの流速が上昇し始める臨界
値(P2a,T2a)}までPID制御(第2の制御)した
後{第1の期間;(図21の参照)}、所定目標値
(P2a,T2a)から処理室35内が減圧雰囲気(P0,
T3a)に達するまで適宜関数近似例えば直線近似するよ
うに制御(第3の制御)することができる{第2の期
間;(図21の参照)}。
態から真空排気弁50Aを開き急速に真空排気すること
により、処理室35内のガスが瞬間的に高速流動状態に
なるのを抑制することができ、パーティクルの発生とウ
エハWの振動を防止することができる。
3に示す第一実施形態と同じであるので、同一部分に
は、同一符号を付して、その説明は省略する。
ば減圧雰囲気下の処理室35を目標圧例えば大気圧に復
帰させる場合(図3,図4参照)と、目標圧以上例えば
大気圧雰囲気の処理室35内を目標圧例えば真空等の減
圧雰囲気に復帰させる場合(図19参照)の単独の装置
について説明したが、これら両方を1つの装置に組み込
むことも可能である。
5の頂部に接続する流体供給管路31dに介設される開
度調整手段であるダイヤフラム弁50と、処理室35の
底部に接続する流体排出管路70に介設される別の開度
調整手段であるダイヤフラム式の真空排気弁50Aを、
上記実施形態と同様に、圧力センサ51からの検出信号
と、圧力センサ51からの検出信号と予め記憶された情
報とを比較演算する制御手段であるCPU52及び操作
手段例えばマイクロバルブ53の圧力変換器54からフ
ィードバックされた制御信号に基づいて制御すると共
に、ダイヤフラム弁50と真空排気弁50Aを切換手段
例えば電磁切換弁90によって選択的に制御させるよう
にしてもよい。
弁50Aは、それぞれ第1又は第2の操作信号伝達路9
1,92を介してマイクロバルブ53の操作信号側に、
接続されると共に、操作信号伝達路91,92に介設さ
れる電磁切換弁90の切換操作によって、操作信号であ
る操作流体例えば空気がダイヤフラム弁50又は真空排
気弁50Aに付与されてダイヤフラム弁50又は真空排
気弁50Aが制御されるように構成されている。
換弁90の切換操作によって、目標圧以下の雰囲気例え
ば減圧雰囲気下の処理室35を目標圧の雰囲気例えば大
気圧雰囲気に復帰させることと、目標圧以上の雰囲気例
えば大気圧雰囲気下の処理室35を目標圧例えば真空等
の減圧雰囲気に復帰させることを選択的に行うことがで
きる。したがって、この発明に係る圧力制御装置を広範
囲に使用することができると共に、装置の小型化を図る
ことができる。
図3,図4及び図19に示す実施形態と同じであるの
で、同一部分には同一符号を付して、説明は省略する。
圧力制御方法及び圧力制御装置を半導体ウエハの洗浄・
乾燥処理システムに適用した場合について説明したが、
洗浄・乾燥処理の他に、例えば真空雰囲気下で成膜処理
を施す成膜装置等真空を用いた処理室内に流体を供給す
る処理システムについても同様に適用できることは勿論
である。
圧雰囲気から目標圧以下の所定の圧力例えば減圧雰囲気
に復帰させる減圧システムについて説明したが、大気圧
雰囲気から急速に真空排気すると、処理室35内のガス
が断熱膨張する。このとき、ガス温度が急速に低下し、
内部に存在する水分は結露する。水分以外の液体でも凝
固点が低下したガス温度の範囲に有れば結露する。これ
によって処理室35内の不純物を濃縮付着させることに
なり、例えば半導体ウエハを洗浄乾燥等の処理をした場
合、半導体デバイスの歩留まりの低下につながる。
素ガス、アルゴンガス等の熱エネルギー補給用ガスをガ
ス供給源95から、絞り弁96、ダイアフラム弁97を
介しガス供給管路98を経由してフィルタ61と温度セ
ンサ63間の乾燥ガス供給管路31dに供給することに
より上記問題を解決するようにしている。
ば、以下のような優れた効果が得られる。
ば、処理室内に連通する流体管路に介設される開度調整
手段の開度速度を、第1の期間では予め定められた第1
の関数近似線を理想値としてこれに対して第1の目標値
まで制御し、その他の期間では予め設定された複数の目
標値に段階的に制御して、処理室内が目標圧に達するよ
う流体管路を流れる流体の圧力及び流量を制御すること
により、開度調整手段の起動時における圧力の急激な上
昇を抑制することができると共に、減圧雰囲気下又は大
気圧雰囲気下において、大流量の流体の供給又は大流量
の流体の排出の際に生じるスパイク状の高速流を抑制す
ることができる。したがって、パーティクルが例えば半
導体ウエハに付着するという問題を解決することができ
る。
ば、処理室が目標圧以下の雰囲気下に有る場合は、処理
室内に連通する流体供給管路に介設される第1の開度調
整手段の開度速度を、第1の期間では予め定められた第
1の関数近似線を理想値としてこれに対して第1の目標
値まで制御し、第1の期間に対するその他の期間では予
め設定された複数の目標値に段階的に制御して、処理室
内が目標圧に達するよう流体供給管路を流れる流体の圧
力及び流量を制御し、処理室が目標圧以上の雰囲気下に
有る場合は、処理室内に連通する流体排出管路に介設さ
れる第2の開度調整手段の開度速度を、第2の期間では
予め定められた第2の関数近似線を理想値としてこれに
対して第2の目標値まで制御し、第2の期間に対するそ
の他の期間では予め設定された複数の目標値に段階的に
制御して、処理室内が目標圧に達するよう流体排出管路
を流れる流体の圧力及び流量を制御することにより、上
記1)に加えて例えば減圧雰囲気下と大気雰囲気下の双
方の圧力及び流量制御を行うことができると共に、装置
の小型化を図ることができる。
用した洗浄・乾燥処理システムの概略平面図である。
る。
る洗浄・乾燥処理ユニットの概略構成図である。
ある。
略構成図である。
断面図(a)及びその要部拡大断面図(b)である。
断面図(a)及びその要部拡大断面図(b)である。
ロバルブの概略断面図である。
すグラフである。
示すグラフ(a)及び(a)のを拡大して示すグラフ
(b)である。
力と時間との関係を示すグラフである。
び流量の関係を示すグラフである。
の制御入出力信号のタイムチャートである。
入出力信号のタイムチャートである。
御入出力信号のタイムチャートである。
おける圧力と時間の関係を示すグラフである。
特性を維持する制御機能を示す圧力と時間の関係のグラ
フである。
例電磁弁の概略断面図である。
実施形態を示す概略構成図である。
別の実施形態を示す概略構成図である。
と圧力の関係を示すグラフである。
圧力及び流量の関係を示すグラフである。
Claims (18)
- 【請求項1】 目標圧以上又は以下の雰囲気下の処理室
内を上記目標圧雰囲気にする圧力及び流量の制御方法で
あって、 上記処理室内に連通する流体管路に介設される開度調整
手段の開度速度を、第1の期間では予め定められた第1
の関数近似線を理想値としてこれに対して第1の目標値
まで制御し、 その他の期間では予め設定された複数の目標値に段階的
に制御して、上記処理室内が上記目標圧に達するよう上
記流体管路を流れる流体の圧力及び流量を制御すること
を特徴とする圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記その他の期間のうちの第1の期間の前の期間では、
複数の目標値のうちの第2の目標値まで開度調整手段の
操作量に基づいて開度速度を制御することを特徴とする
圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記その他の期間のうちの第1の期間の後の期間では、
複数の目標値のうちの第2の目標値から上記目標圧に達
するまで、第1の関数近似線より変化が大きい予め定め
られた第2の関数近似線を理想値としてこれに対して開
度速度を制御することを特徴とする圧力及び流量の制御
方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記第1の関数近似線は二次関数であることを特徴とす
る圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項5】 請求項3記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記第2の関数近似線は直線であることを特徴とする圧
力及び流量の制御方法。 - 【請求項6】 請求項2記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記開度調整手段の起動時点の操作量を検知し、その検
知された操作量に基づいて上記開度調整手段の起動時間
を設定することを特徴とする圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項7】 請求項1記載の圧力及び流量の制御方法
において、 上記開度調整手段の動作毎に、上記開度調整手段の起動
時間を検知し、その検知の値が所定値に達したとき、上
記開度調整手段の起動時間を修正制御することを特徴と
する圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項8】 目標圧以下又は以上の雰囲気下の処理室
内を上記目標圧雰囲気にする圧力及び流量の制御方法で
あって、 上記処理室が上記目標圧以下の雰囲気下に有る場合は、
上記処理室内に連通する流体供給管路に介設される第1
の開度調整手段の開度速度を、第1の期間では予め定め
られた第1の関数近似線を理想値としてこれに対して第
1の目標値まで制御し、 上記第1の期間に対するその他の期間では予め設定され
た複数の目標値に段階的に制御して、上記処理室内が上
記目標圧に達するよう上記流体供給管路を流れる流体の
圧力及び流量を制御し、 上記処理室が上記目標圧以上の雰囲気下に有る場合は、
上記処理室内に連通する流体排出管路に介設される第2
の開度調整手段の開度速度を、第2の期間では予め定め
られた第2の関数近似線を理想値としてこれに対して第
2の目標値まで制御し、 上記第2の期間に対するその他の期間では予め設定され
た複数の目標値に段階的に制御して、上記処理室内が上
記目標圧に達するよう上記流体排出管路を流れる流体の
圧力及び流量を制御することを特徴とする圧力及び流量
の制御方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の圧力及び流量の制御方法
において、 少なくとも上記第1及び第2の開度調整手段のいずれか
一方の動作毎に、上記いずれか一方の開度調整手段の起
動時間を検知し、その検知の値が所定値に達したとき、
上記いずれか一方の開度調整手段の起動時間を修正制御
することを特徴とする圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項10】 請求項1記載の圧力及び流量の制御方
法において、 上記処理室が上記目標圧以上の雰囲気下に有る場合に、
熱エネルギー補給ガスを上記処理室に供給しながら上記
処理室内が上記目標圧に達するよう上記流体管路を流れ
る流体の圧力及び流量を制御することを特徴とする圧力
及び流量の方法。 - 【請求項11】 請求項8記載の圧力及び流量の制御方
法において、 上記処理室が目標圧以上の雰囲気下に有る場合に、熱エ
ネルギー補給ガスを上記処理室に供給しながら上記処理
室内が上記目標圧に達するよう上記流体排出管路を流れ
る流体の圧力及び流量を制御することを特徴とする圧力
及び流量の方法。 - 【請求項12】 請求項10又は11記載の圧力及び流
量の制御方法において、 上記処理室に熱エネルギー補給ガスを供給しながら上記
処理室を真空排気することを特徴とする圧力及び流量の
制御方法。 - 【請求項13】 請求項10ないし12のいずれかに記
載の圧力及び流量の制御方法において、 上記熱エネルギー補給ガスは窒素ガスであることを特徴
とする圧力及び流量の制御方法。 - 【請求項14】 目標圧以上又は以下の雰囲気下の処理
室内に連通する流体供給管路に介設される開度調整手段
と、 上記処理室内の圧力を検出し検出信号を出力する検出手
段と、 上記検出信号に応答して、上記開度調整手段の開度速度
を、第1の期間では予め定められた第1の関数近似線を
理想値としてこれに対して第1の目標値まで制御し、そ
の他の期間では予め設定された複数の目標値に段階的に
制御して、上記処理室内が上記目標圧に達するよう上記
流体管路を流れる流体の圧力及び流量を制御する制御手
段とを具備することを特徴とする圧力及び流量の制御装
置。 - 【請求項15】 請求項14記載の圧力及び流量の制御
装置において、 上記開度調整手段の開度量を制御する操作手段を更に具
備し、上記制御手段はその他の期間のうちの第1の期間
の前の期間では、複数の目標値のうちの第2の目標値ま
で上記開度量に基づいて、上記操作手段を介して上記開
度速度を制御することを特徴とする圧力及び流量の制御
装置。 - 【請求項16】 請求項14記載の圧力及び流量の制御
装置において、 上記制御手段は、その他の期間のうちの第1の期間の後
の期間では、複数の目標値のうちの第2の目標値から目
標圧に達するまで、第1の関数近似線より変化が大きい
予め定められた第2の関数近似線を理想値としてこれに
対して開度速度を制御することを特徴とする圧力及び流
量の制御装置。 - 【請求項17】 請求項14記載の圧力及び流量の制御
装置において、 上記制御手段は、開度調整手段の動作毎に、上記開度調
整手段の起動時間を検知し、その検知の値が所定値に達
したとき、上記開度調整手段の起動時間を修正制御する
ことを特徴とする圧力及び流量の制御装置。 - 【請求項18】 目標圧以下又は以上の雰囲気下の処理
室内に連通する流体供給管路に介設される第1の開度調
整手段と、 上記処理室内に連通する流体排出管路に介設される第2
の開度調整手段と、 上記処理室内の圧力を検出し検出信号を出力する検出手
段と、 上記検出信号に応答して、上記処理室が上記目標圧以下
の雰囲気下に有る場合は、上記第1の開度調整手段の開
度速度を、第1の期間では予め定められた第1の関数近
似線を理想値としてこれに対して第1の目標値まで制御
し、上記第1の期間に対するその他の期間では予め設定
された複数の目標値に段階的に制御して、上記処理室内
が上記目標圧に達するよう上記流体供給管路を流れる流
体の圧力及び流量を制御し、 上記処理室が上記目標圧以上の雰囲気下に有る場合は、
上記第2の開度調整手段の開度速度を、第2の期間では
予め定められた第2の関数近似線を理想値としてこれに
対して第2の目標値まで制御し、上記第2の期間に対す
るその他の期間では予め設定された複数の目標値に段階
的に制御して、上記処理室内が上記目標圧に達するよう
上記流体排出管路を流れる流体の圧力及び流量を制御す
る制御手段とを具備することを特徴とする圧力及び流量
の制御装置。
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