JPWO2020158459A1 - バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 - Google Patents
バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2020158459A1 JPWO2020158459A1 JP2020569510A JP2020569510A JPWO2020158459A1 JP WO2020158459 A1 JPWO2020158459 A1 JP WO2020158459A1 JP 2020569510 A JP2020569510 A JP 2020569510A JP 2020569510 A JP2020569510 A JP 2020569510A JP WO2020158459 A1 JPWO2020158459 A1 JP WO2020158459A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- diaphragm
- operating member
- valve device
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 23
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
- F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
- F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
- F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/007—Piezoelectric stacks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
- F16K31/1225—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston with a plurality of pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
- F16K37/0025—Electrical or magnetic means
- F16K37/0033—Electrical or magnetic means using a permanent magnet, e.g. in combination with a reed relays
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
- F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
- F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
- F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Fluid-Driven Valves (AREA)
- Flow Control (AREA)
- Indication Of The Valve Opening Or Closing Status (AREA)
- Lift Valve (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Abstract
Description
通常、上記の流体制御装置から出力される処理ガスを処理チャンバに直接供給するが、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)により基板に膜を堆積させる処理プロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するために流体制御装置から供給される処理ガスをバッファとしてのタンクに一時的に貯留し、処理チャンバの直近に設けられたバルブを高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給することが行われている。なお、処理チャンバの直近に設けられるバルブとしては、例えば、特許文献1を参照。
ALD法は、化学気相成長法の1つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、2種類以上の処理ガスを1種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要がある。
このため、処理ガスの流量をより精密にコントロールするには、流量の経時変化に応じて流量調整の必要がある。
本出願人は、供給される駆動流体の圧力を受けて作動する主アクチュエータに加えて、ダイヤフラムを操作する操作部材の位置を調整するための調整用アクチュエータを設け、自動で流量を精密に調整可能なバルブ装置を特許文献2において提案している。
従来においては、特許文献2に開示されたバルブ装置に対しては、弁体としてのダイヤフラムの開度を検出して、さらに精密な流量制御に対する要請があった。
本発明の他の目的は、上記のバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
前記バルブボディの前記開口部の周囲に設けられたバルブシート
前記開口部を覆いつつ流路と外部とを隔て、かつ、前記バルブシートに当接および離隔することで流路を開閉する弁体としてのダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに流路を開放させる開位置との間で移動可能に設けられた前記ダイヤフラムを操作する操作部材と、
供給される駆動流体の圧力を受けて、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる主アクチュエータと、
与えられた入力信号に応じて伸縮する受動要素を利用し、かつ、前記開位置に位置付けられた前記操作部材の位置を調整するための調整用アクチュエータと、
前記バルブボディに対する前記操作部材の位置を検出するための位置検出機構と、
前記ダイヤフラムが前記バルブシートに当接する弁閉状態を利用して前記位置検出機構の原点位置を決定する原点位置決定部と、を有する。
前記複数の流体機器は、上記構成のバルブ装置を含む。
バルブ装置1は、支持プレート302上に設けられた収容ボックス301と、収容ボックス301内に設置されたバルブ本体2と、収容ボックス301の天井部に設置された圧力レギュレータ200とを有する。
図1A〜図1Eにおいて、10はバルブボディ、15はバルブシート、20はダイヤフラム、25は押えアダプタ、27はアクチュエータ受け、30はボンネット、40は操作部材、48はダイヤフラム押え、50はケーシング、60は主アクチュエータ、70は調整ボディ、80はアクチュエータ押え、85は位置検出機構、86は磁気センサ、87は磁石、90はコイルばね、100は調整用アクチュエータとしての圧電アクチュエータ、120は皿ばね、130は隔壁部材、150は供給管、160はリミットスイッチ、ORはシール部材としてのOリング、Gは駆動流体としての圧縮エアを示す。なお、駆動流体は、圧縮エアに限定されるわけではなく他の流体を用いることも可能である。
流路12cの上端部の開口の周囲にバルブシート15が設けられている。バルブシート15は、合成樹脂(PFA、PA、PI、PCTFE等)製であり、流路12cの上端側の開口周縁に設けられた装着溝に嵌合固定されている。なお、本実施形態では、かしめ加工によりバルブシート15が装着溝内に固定されている。
流路13は、一端がバルブボディ10の凹部11の底面で開口し、かつ、他端にバルブボディ10の流路12とは反対側の他側面で開口する開口部13aを有し、開口部13aに管継手502が溶接により接続されている。
ダイヤフラム20は、その外周縁部がバルブボディ10の凹部11の底部に形成された突出部上に載置され、凹部11内へ挿入したボンネット30の下端部をバルブボディ10のねじ部へねじ込むことにより、ステンレス合金製の押えアダプタ25を介してバルブボディ10の前記突出部側へ押圧され、気密状態で挾持固定されている。尚、ニッケル・コバルト合金薄膜は、接ガス側に配置されているダイヤフラムとしては、他の構成のものも使用可能である。
操作部材40の下端面にはダイヤフラム20の中央部上面に当接するポリイミド等の合成樹脂製の押え部を有したダイヤフラム押え48が装着されている。
ダイヤフラム押え48の外周部に形成された鍔部48aの上面と、ボンネット30の天井面との間には、コイルばね90が設けられ、操作部材40はコイルばね90により下方向A2に向けて常時付勢されている。このため、主アクチュエータ60が作動していない状態では、ダイヤフラム20はバルブシート15に押し付けられ、流路12と流路13の間は閉じられた状態となる。
ケーシング50は、上側ケーシング部材51と下側ケーシング部材52からなり、下側ケーシング部材52の下端部内周のねじがボンネット30の上端部外周のねじに螺合している。また、下側ケーシング部材52の上端部外周のねじに上側ケーシング部材51の下端部内周のねじが螺合している。
下側ケーシング部材52の上端部とこれに対向する上側ケーシング部材51の対向面51fとの間には、環状のバルクヘッド65が固定されている。バルクヘッド65の内周面と操作部材40の外周面との間およびバルクヘッド65の外周面と上側ケーシング部材51の内周面との間は、OリングORによりそれぞれシールされている。
図1Cおよび1Dに示すように、操作部材40の内周面には、円筒状の隔壁部材130が当該操作部材40の内周面との間に間隙GP1を持つように固定されている。間隙GP1は、隔壁部材130の上端側および下端側の外周面と操作部材40の内周面との間に設けられた複数のOリングOR1〜OR3によりシールされ、駆動流体としての圧縮エアGの流通路となっている。この間隙GP1で形成される流通路は、圧電アクチュエータ100と同心状に配置されている。後述する圧電アクチュエータ100のケーシング101と隔壁部材130との間には、間隙GP2が形成されている。
操作部材40には、圧力室C1,C2,C3に連通する位置において半径方向に貫通する流通路40h1,40h2,40h3が形成されている。流通路40h1,40h2,40h3は、操作部材40の周方向に等間隔に複数形成されている。流通路40h1,40h2,40h3は、上記した間隙GP1で形成される流通路とそれぞれ接続されている。
ケーシング50の上側ケーシング部材51には、上面で開口し上下方向A1,A2に延びかつ圧力室C1に連通する流通路51hが形成されている。流通路51hの開口部には、管継手152を介して供給管150が接続されている。これにより、供給管150から供給される圧縮エアGは、上記した各流通路を通じて圧力室C1,C2,C3に供給される。
ケーシング50内の第1のピストン61の上方の空間SPは、調整ボディ70の貫通孔70aを通じて大気につながっている。
位置検出機構
図1Eに示すように、位置検出機構85は、ボンネット30と操作部材40とに設けられており、ボンネット30の半径方向に沿って埋め込まれた磁気センサ86と、この磁気センサ86に対向するように操作部材40の周方向の一部に埋め込まれた磁石87とを含む。
磁気センサ86は、配線86aがボンネット30の外部に導出されており、配線86aは給電線と信号線からなり、信号線は後述する制御部300に電気的に接続される。磁気センサ86としては、例えば、ホール素子を利用したもの、コイルを利用したもの、磁界の強さや向きによって抵抗値が変化するAMR素子を利用したもの等が挙げられ、磁石との組み合わせにより、位置検知を非接触にできる。
磁石87は、上下方向A1,A2に着磁されていてもよいし、半径方向に着磁されていてもよい。また、磁石87はリング状に形成されていてもよい。
なお、本実施形態では、磁気センサ86をボンネット30に設け、磁石87を操作部材40に設けたが、これに限定されるわけではなく、適宜変更できる。例えば、押えアダプタ25に磁気センサ86を設け、ダイヤフラム押え48の外周部に形成された鍔部48aの対向する位置に磁石87を設けることも可能である。バルブボディ10に対して移動する側に磁石87を設置し、バルブボディ10又はバルブボディ10に対して移動しない側に磁気センサ86を設置することが好ましい。
圧電アクチュエータ100は、図2に示す円筒状のケーシング101に図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケーシング101は、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部102側の端面および基端部103側の端面が閉塞している。積層された圧電素子に入力信号としての電圧を印加して伸長させることで、ケーシング101の先端部102側の端面が弾性変形し、半球状の先端部102が長手方向において変位する。積層された圧電素子の最大ストロークを2dとすると、圧電アクチュエータ100の伸びがdとなる所定電圧V0を予めかけておくことで、圧電アクチュエータ100の全長はL0となる。そして、所定電圧V0よりも高い電圧をかけると、圧電アクチュエータ100の全長は最大でL0+dとなり、所定電圧V0よりも低い電圧(無電圧を含む)をかけると、圧電アクチュエータ100の全長は最小でL0−dとなる。したがって、上下方向A1,A2において先端部102から基端部103までの全長を伸縮させることができる。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ100の先端部102を半球状としたが、これに限定されるわけではなく、先端部が平坦面であってもよい。
図1Aや図1Cに示すように、圧電アクチュエータ100への給電は、配線105により行われる。配線105は、調整ボディ70の貫通孔70aを通じて外部に導出されている。
圧電アクチュエータ100の先端部102は、図1に示すように円盤状のアクチュエータ受け27の上面に形成された円錐面状の受け面に当接している。アクチュエータ受け27は、上下方向A1,A2に移動可能となっている。
圧力レギュレータ200は、周知のポペットバルブ式の圧力レギュレータであり、詳細説明を省略するが、供給管203を通じて供給される高圧の圧縮エアGを所望の圧力へ下げて二次側の圧力が予め設定された調節された圧力になるように制御される。供給管203を通じて供給される圧縮エアGの圧力に脈動や外乱による変動が存在する場合に、この変動を抑制して二次側へ出力する。
図3の半導体製造装置1000は、例えば、ALD法による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、800は圧縮エアGの供給源、810はプロセスガスPGの供給源、900A〜900Cは流体制御装置、VA〜VCは開閉バルブ、1A〜1Cは本実施形態に係るバルブ装置、CHA〜CHCは処理チャンバである。
ALD法による半導体製造プロセスでは、プロセスガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量を確保する必要もある。
流体制御装置900A〜900Cは、正確に計量したプロセスガスPGを処理チャンバCHA〜CHCにそれぞれ供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化した集積化ガスシステムである。
バルブ装置1A〜1Cは、上記したダイヤフラム20の開閉により、流体制御装置900A〜900CからのプロセスガスPGの流量を精密に制御して処理チャンバCHA〜CHCにそれぞれ供給する。
開閉バルブVA〜VCは、バルブ装置1A〜1Cに開閉動作させるために、制御指令に応じて圧縮エアGの供給遮断を実行する。
共通の供給源800からは、ほぼ一定の圧力の圧縮エアGが常時出力されるが、開閉バルブVA〜VCがそれぞれ独立に開閉されると、バルブ開閉時の圧力損失等の影響を受けてバルブ装置1A〜1Cにそれぞれ供給される圧縮エアGの圧力が変動を起こし、一定ではなくなる。
バルブ装置1A〜1Cに供給される圧縮エアGの圧力が変動すると、上記した圧電アクチュエータ100による流量調整量が変動してしまう可能性がある。この問題を解決するために、上記した圧力レギュレータ200が設けられている。
図4に示すように、制御部300は、磁気センサ86の検出信号が入力され、圧電アクチュエータ100を駆動制御するようになっている。制御部300は、例えば、図示しない、プロセッサ、メモリ等のハードウエアおよび所要のソフトウエアと圧電アクチュエータ100を駆動するドライバとを含む。制御部300による圧電アクチュエータ100の制御の具体例については後述する。
図5はバルブ装置1のバルブ全開状態を示し、図6はバルブ装置1のバルブ全閉状態を示している。図6に示す状態では、圧縮エアGは供給されていない。この状態において、皿ばね120は既にある程度圧縮されて弾性変形しており、この皿ばね120の復元力により、アクチュエータ受け27は上方向A1に向けて常時付勢されている。これにより、圧電アクチュエータ100も上方向A1に向けて常時付勢され、基端部103の上面がアクチュエータ押え80に押し付けられた状態となっている。これにより、圧電アクチュエータ100は、上下方向A1,A2の圧縮力を受け、バルブボディ10に対して所定の位置に配置される。圧電アクチュエータ100は、いずれの部材にも連結されていないので、操作部材40に対して上下方向A1,A2において相対的に移動可能である。
皿ばね120の個数や向きは条件に応じて適宜変更できる。また、皿ばね120以外にもコイルばね、板ばね等の他の弾性部材を使用できるが、皿ばねを使用すると、ばね剛性やストローク等を調整しやすいという利点がある。
先ず、上記した位置検出機構85は、図5および図6に示す状態におけるバルブボディ10と磁気センサ86との相対変位を検出している。位置検出機構85の検出する信号を所定のサンプリング時間でサンプリングしたサンプリングデータを用いて、図9に示すように、バルブ開度VOPを算出する(ステップS1)。バルブ開度VOPは、位置検出機構85の検出出力から換算された変位Pと原点位置P0の差で定義され、基本的には、バルブシート15にダイヤフラム20が接触した位置での磁気センサ86の出力と、ダイヤフラム20がバルブシート15から離れた状態の磁気センサ86との差を変位量に換算することで求めることができる。
原点位置P0は、ダイヤフラム20がバルブシート15に接触した状態の磁気センサ86の検出出力から決定され、初期の原点位置P0は、図7の(a)に示した状態のバルブシート15にダイヤフラム20が当接した状態である。しかし、バルブシート15にダイヤフラム20が当接した状態であっても、バルブシート15が樹脂であるため図7の(b)や図7の(c)のように変形することや外乱の影響で、磁気センサ86の出力が一定にはならない。このため、後述するように、原点位置P0をサンプリングした磁気センサ86の出力から決定する必要がある。なお、初期の原点位置P0は製品出荷時に決定することができる。また、別途温度センサを設けて、変位Pの値、および原点位置P0の値に温度補正を行っても良い。
次いで、偏差eが所定の閾値−eth(ethは正の値)よりも小さいかを判断する(ステップS3)。これは、バルブ装置1がバルブ閉状態にある場合には開度調整が不要であるため、開度調整が不要かどうかを判断する。すなわち、バルブ開度VOPが所定開度を下回ったかを判断する。
バルブ開度VOPが所定開度よりも大きいと判断される場合(ステップS3:Y)には、圧電アクチュエータ100に偏差eの大きさに応じた電圧が印加される。すなわち、フィードバック制御が行われる。なお、本実施形態では、偏差eをゲイン要素Kpのみで補償したが、PID補償してもよい。
バルブ開度VOPが所定開度を下回ったと判断される場合(ステップS3:N)には、圧電アクチュエータ100に0[V]が印加される。
図10に示すように、偏差eが−eth以上の場合にのみ圧電アクチュエータ100に電圧が印加され(ステップS4)、それ以外は0[V]が印加される(ステップS5)。これにより、バルブの開度調整が不要の場合には、圧電アクチュエータ100は作動しない(伸長しない)ので、その分、圧電アクチュエータ100の寿命を延ばすことができる。
なお、バルブ閉状態では、変位Pは原点位置P0の値の近傍となり、ステップS1の算出結果であるバルブ開度VOPの値は極端に小さくなる。次いで、ステップS2で当該バルブ閉状態でのバルブ開度VOPからリフト量Lfを減算すると、偏差eは必ず負の値になる。偏差eが負の場合はリフト量Lfよりバルブ開度VOPが少ないことを意味し、この状態でステップS4が行われると、圧電アクチュエータ100への印加電圧は必ず負の値になる。この結果、圧電アクチュエータ100への印加電圧は負の値となり、実質的に0[V]となる。従って、バルブ開度VOPが所定開度を下回ったと判断する必要がないため、上述のステップS3、ステップ5は省略が可能であり、省略した場合、ステップ数の減少によって、処理速度の高速化が期待できる。
制御部300では、磁気センサ86の出力からバルブ閉状態かを判断する(ステップS6)。バルブ閉状態にあると判断される場合には、原点位置を検出する(ステップS7)。制御部300は原点位置決定部を兼ねている(ステップS6:Y)。
原点位置の検出は、例えば、以下のような方法により行われる。
(1)磁気センサの出力値をサンプルし、弁閉状態から弁開状態になった時点(センサ出力値が閾値を超えた時点)から所定時間T0だけさかのぼった時点のセンサ出力値を原点位置として採用し更新する(ステップS8)。
(2)磁気センサの出力値をサンプルし、弁閉状態から弁開状態になる時点まで(センサ出力値が閾値を超える時点まで)、センサ出力値の移動平均をt時間毎に算出し、原点位置として更新する。
(3)磁気センサの出力値をサンプルし、弁閉状態から弁開状態になる時点(センサ出力値が閾値を超えた時点)までのセンサ出力値の中で最も低い出力値を原点位置として採用し更新する。
流体の流量を減少させる方向に調整する場合には、図8Aに示すように、圧電アクチュエータ100を伸長させて、操作部材40を下方向A2に移動させる。これにより、ダイヤフラム20とバルブシート15との距離である調整後のリフト量Lf-は、調整前のリフト量Lfよりも小さくなる。圧電アクチュエータ100の伸長量は位置検出機構85で検出したバルブシート15の変形量としてもよい。
流体の流量を増加させる方向に調整する場合には、図8Bに示すように、圧電アクチュエータ100を短縮させて、操作部材40を上方向A1に移動させる。これにより、ダイヤフラム20とバルブシート15との距離である調整後のリフト量Lf+は、調整前のリフト量Lfよりも大きくなる。圧電アクチュエータ100の縮小量は位置検出機構85で検出したバルブシート15の変形量としてもよい。
すなわち、圧電アクチュエータ100のストロークでは、ダイヤフラム20のリフト量をカバーすることができないが、圧縮エアGで動作する主アクチュエータ60と圧電アクチュエータ100を併用することで、相対的にストロークの長い主アクチュエータ60でバルブ装置1の供給する流量を確保しつつ、相対的にストロークの短い圧電アクチュエータ100で精密に流量調整することができ、調整ボディ70等により手動で流量調整をする必要がなくなるので、流量調整工数が大幅に削減される。
本実施形態によれば、圧電アクチュエータ100に印加する電圧を変化させるだけで精密な流量調整が可能であるので、流量調整を即座に実行できるとともに、リアルタイムに流量制御をすることも可能となる。
電気駆動型高分子材料は、電気活性高分子材料(Electro Active Polymer:EAP)ともよばれ、例えば外部電場やクーロン力により駆動する電気性EAP、およびポリマーを膨潤させている溶媒を電場により流動させて変形させる非イオン性EAP、電場によるイオンや分子の移動により駆動するイオン性EAP等があり、これらのいずれか又は組合せを用いることができる。
図11に示す流体制御装置には、幅方向W1,W2に沿って配列され長手方向G1,G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側,G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992によって、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
2 :バルブ本体
10 :バルブボディ
11 :凹部
12 :流路
12a :開口部
12b :他端
12c,13 :流路
15 :バルブシート
20 :ダイヤフラム
25 :押えアダプタ
27 :アクチュエータ受け
27b :規制面
30 :ボンネット
40 :操作部材
40h1−40h3 :流通路
48 :ダイヤフラム押え
48a :鍔部
48t :当接面
50 :ケーシング
51 :上側ケーシング部材
51f :対向面
51h :流通路
52 :下側ケーシング部材
60 :主アクチュエータ
61 :第1のピストン
62 :第2のピストン
63 :第3のピストン
65 :バルクヘッド
70 :調整ボディ
70a :貫通孔
80 :アクチュエータ押え
85 :位置検出機構
86 :磁気センサ
86a :配線
87 :磁石
90 :コイルばね
100 :圧電アクチュエータ(調整用アクチュエータ)
101 :ケーシング
102 :先端部
103 :基端部
105 :配線
120 :皿ばね
130 :隔壁部材
150 :供給管
151,152 :管継手
160 :リミットスイッチ
161 :可動ピン
200 :圧力レギュレータ
201 :管継手
203 :供給管
300 :制御部
301 :収容ボックス
302 :支持プレート
400 :圧力センサ
501,502 :管継手
800,810:供給源
900A−900C :流体制御装置
1000 :半導体製造装置
A :円
A1 :上方向
A2 :下方向
C1−C3 :圧力室
CHA,CHB,CHC:処理チャンバ
CP :閉位置
Ct :中心線
G :圧縮エア(駆動流体)
GP1,GP2:間隙
Lf :リフト量
OP :開位置
OR−OR3 :Oリング
PG :プロセスガス
P :変位
P0 :原点位置
SP :空間
V0 :所定電圧
VA−VC :開閉バルブ
VOP :開位置
991A−991E :流体機器
992 :流路ブロック
993 :導入管
Claims (9)
- 流体が流通する流路と、当該流路の途中で外部に開口する開口部とを画定するバルブボディと、
前記バルブボディの前記開口部の周囲に設けられたバルブシート
前記開口部を覆いつつ流路と外部とを隔て、かつ、前記バルブシートに当接および離隔することで流路を開閉する弁体としてのダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに流路を開放させる開位置との間で移動可能に設けられた前記ダイヤフラムを操作する操作部材と、
供給される駆動流体の圧力を受けて、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる主アクチュエータと、
与えられた入力信号に応じて伸縮する受動要素を利用し、かつ、前記開位置に位置付けられた前記操作部材の位置を調整するための調整用アクチュエータと、
前記バルブボディに対する前記操作部材の位置を検出するための位置検出機構と、
前記ダイヤフラムが前記バルブシートに当接する弁閉状態を利用して前記位置検出機構の原点位置を決定する原点位置決定部と、を有するバルブ装置。 - 前記原点位置決定部は、弁閉毎に原点位置を決定し、更新する、請求項1に記載のバルブ装置。
- 前記原点位置決定部は、前記位置検出機構の検出信号をサンプリングし、弁閉状態から弁開状態に移行する際のサンプリングデータに基づいて、原点位置を決定する、請求項1又は2に記載のバルブ装置。
- 弁開度が目標開度になるように、前記調整用アクチュエータを駆動して前記原点決定部の決定した原点位置から前記操作部材を目標位置に制御する制御部をさらに有する、請求項1ないし3のいずれかに記載のバルブ装置。
- 前記調整用アクチュエータは、基端部と先端部とを有するケーシングと、当該ケーシング内に収容され前記基端部と前記先端部との間で積層された圧電素子と、を有し、前記圧電素子の伸縮を利用して当該ケーシングの前記基端部と前記先端部との間の全長を伸縮させる、請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を調整する流量制御方法。
- 複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1ないし5のいずれかに記載のバルブ装置を含む、流体制御装置。 - 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項1ないし5のいずれかに記載のバルブ装置を用いた半導体製造方法。
- 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項1ないし5いずれかに記載のバルブ装置を用いた半導体製造装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019015592 | 2019-01-31 | ||
JP2019015592 | 2019-01-31 | ||
PCT/JP2020/001534 WO2020158459A1 (ja) | 2019-01-31 | 2020-01-17 | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2020158459A1 true JPWO2020158459A1 (ja) | 2021-12-02 |
JP7389492B2 JP7389492B2 (ja) | 2023-11-30 |
Family
ID=71841731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020569510A Active JP7389492B2 (ja) | 2019-01-31 | 2020-01-17 | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11598430B2 (ja) |
JP (1) | JP7389492B2 (ja) |
KR (1) | KR102542263B1 (ja) |
CN (1) | CN113366253A (ja) |
TW (1) | TWI727633B (ja) |
WO (1) | WO2020158459A1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007064333A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Fujikin Inc | ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁 |
WO2018088326A1 (ja) * | 2016-11-08 | 2018-05-17 | 株式会社フジキン | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法および半導体製造方法 |
JP2018085365A (ja) * | 2016-11-21 | 2018-05-31 | 株式会社Screenホールディングス | バルブユニットおよび基板処理装置 |
WO2020158512A1 (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 株式会社フジキン | 流路アセンブリ、この流路アセンブリを用いたバルブ装置、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法 |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4471256A (en) * | 1982-06-14 | 1984-09-11 | Nippon Soken, Inc. | Piezoelectric actuator, and valve apparatus having actuator |
US5281885A (en) * | 1989-11-14 | 1994-01-25 | Hitachi Metals, Ltd. | High-temperature stacked-type displacement device |
JP3037831B2 (ja) * | 1992-07-20 | 2000-05-08 | 太平洋工業株式会社 | 電動弁の原点検出構造 |
US5520001A (en) * | 1994-02-20 | 1996-05-28 | Stec, Inc. | Vapor controller |
JP2001317646A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Smc Corp | 圧電式流体制御弁 |
JP4474668B2 (ja) * | 2005-01-31 | 2010-06-09 | Smc株式会社 | 位置検出機構付き切換弁 |
JP2012102839A (ja) | 2010-11-12 | 2012-05-31 | Miura Co Ltd | 流量制御装置および燃焼装置 |
JP3168588U (ja) * | 2011-04-08 | 2011-06-16 | アドバンス電気工業株式会社 | 流体供給量調節装置 |
JP5867517B2 (ja) * | 2012-02-03 | 2016-02-24 | 日立金属株式会社 | 流量制御装置及びプログラム |
JP6475441B2 (ja) | 2014-09-01 | 2019-02-27 | 株式会社フジキン | 圧電素子駆動式バルブ及び圧電素子駆動式バルブを備えた流量制御装置 |
JP6455086B2 (ja) | 2014-11-04 | 2019-01-23 | 株式会社Soken | 統合弁、制御装置、制御装置の製造方法、および車載装置 |
JP6491878B2 (ja) * | 2014-12-25 | 2019-03-27 | 株式会社フジキン | 流体制御器 |
WO2017130959A1 (ja) * | 2016-01-26 | 2017-08-03 | 株式会社フジキン | 流体制御器 |
US10480670B2 (en) * | 2016-04-07 | 2019-11-19 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Valve element and fluid control valve |
JP6923220B2 (ja) * | 2016-11-30 | 2021-08-18 | 株式会社フジキン | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法および半導体製造方法 |
JP6929098B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2021-09-01 | 株式会社キッツエスシーティー | メタルダイヤフラムバルブ |
US11506290B2 (en) * | 2017-09-25 | 2022-11-22 | Fujikin Incorporated | Valve apparatus, flow rate adjusting method, fluid control apparatus, flow rate control method, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor manufacturing method |
WO2019059040A1 (ja) * | 2017-09-25 | 2019-03-28 | 株式会社フジキン | バルブ装置、調整情報生成方法、流量調整方法、流体制御装置、流量制御方法、半導体製造装置および半導体製造方法 |
JP7475631B2 (ja) * | 2017-11-24 | 2024-04-30 | 株式会社フジキン | バルブ装置およびその制御装置を用いた制御方法、流体制御装置および半導体製造装置 |
KR102380863B1 (ko) * | 2017-11-30 | 2022-04-01 | 가부시키가이샤 후지킨 | 밸브 장치, 이 밸브 장치를 사용한 유체제어장치 및 반도체 제조 장치 |
JP7190186B2 (ja) * | 2017-11-30 | 2022-12-15 | 株式会社フジキン | 流量制御装置の自己診断方法 |
US11242934B2 (en) * | 2018-03-09 | 2022-02-08 | Fujikin Incorporated | Valve device |
US11402029B2 (en) * | 2018-04-06 | 2022-08-02 | Fujikin Incorporated | Valve device, fluid control system, fluid control method, semiconductor manufacturing system, and semiconductor manufacturing method |
JP7237370B2 (ja) * | 2018-07-31 | 2023-03-13 | 株式会社フジキン | バルブ装置 |
KR20210118162A (ko) * | 2019-01-31 | 2021-09-29 | 가부시키가이샤 후지킨 | 밸브장치, 유량 제어방법, 유체 제어장치, 반도체 제조방법, 및 반도체 제조장치 |
JP7374513B2 (ja) * | 2019-02-19 | 2023-11-07 | 株式会社フジキン | バルブ |
-
2020
- 2020-01-17 US US17/425,974 patent/US11598430B2/en active Active
- 2020-01-17 CN CN202080012063.2A patent/CN113366253A/zh active Pending
- 2020-01-17 KR KR1020217027215A patent/KR102542263B1/ko active IP Right Grant
- 2020-01-17 JP JP2020569510A patent/JP7389492B2/ja active Active
- 2020-01-17 WO PCT/JP2020/001534 patent/WO2020158459A1/ja active Application Filing
- 2020-01-30 TW TW109102729A patent/TWI727633B/zh active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007064333A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Fujikin Inc | ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁 |
WO2018088326A1 (ja) * | 2016-11-08 | 2018-05-17 | 株式会社フジキン | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法および半導体製造方法 |
JP2018085365A (ja) * | 2016-11-21 | 2018-05-31 | 株式会社Screenホールディングス | バルブユニットおよび基板処理装置 |
WO2020158512A1 (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 株式会社フジキン | 流路アセンブリ、この流路アセンブリを用いたバルブ装置、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI727633B (zh) | 2021-05-11 |
CN113366253A (zh) | 2021-09-07 |
US20220196163A1 (en) | 2022-06-23 |
US11598430B2 (en) | 2023-03-07 |
KR20210118163A (ko) | 2021-09-29 |
TW202035900A (zh) | 2020-10-01 |
KR102542263B1 (ko) | 2023-06-13 |
WO2020158459A1 (ja) | 2020-08-06 |
JP7389492B2 (ja) | 2023-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7113529B2 (ja) | バルブ装置、流量調整方法、流体制御装置、流量制御方法、半導体製造装置および半導体製造方法 | |
JP6336692B1 (ja) | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法および半導体製造方法 | |
TWI701403B (zh) | 閥裝置、使用此閥裝置的流量控制方法及半導體製造方法 | |
JP7030359B2 (ja) | バルブ装置 | |
JP7174430B2 (ja) | バルブ装置、調整情報生成方法、流量調整方法、流体制御装置、流量制御方法、半導体製造装置および半導体製造方法 | |
JPWO2020158573A1 (ja) | バルブ装置、流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 | |
JP2020020371A (ja) | アクチュエータおよびこれを用いたバルブ装置 | |
WO2021199836A1 (ja) | バルブシステム、ダイヤフラムバルブの出力モニター方法および出力調整方法並びに半導体製造装置 | |
JP7389492B2 (ja) | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、流体制御装置、半導体製造方法、および半導体製造装置 | |
KR102304548B1 (ko) | 밸브장치 및 그 제어장치를 사용한 제어방법, 유체 제어장치 및 반도체 제조장치 | |
JP7308506B2 (ja) | バルブ装置、このバルブ装置を用いた流量制御方法、半導体製造方法、および半導体製造装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230106 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230920 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231004 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231017 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7389492 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |