WO2021199836A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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output
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flow path
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俊英 吉田
篠原　努
中田　知宏
竜太郎 丹野
裕也 鈴木
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株式会社フジキン
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    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a valve system, a diaphragm valve output monitoring method and an output adjusting method, and a semiconductor manufacturing apparatus using the valve system.
  • a fluid control device In the film formation process in which a film is deposited on a substrate by atomic layer deposition (ALD) and the etching process by atomic layer etching (ALE: Atomic Layer Etching), a fluid control device is used to stably supply the processing gas.
  • the supplied processing gas can be temporarily stored in a tank as a buffer, and the diaphragm valve provided in the immediate vicinity of the processing chamber can be opened and closed frequently to supply the processing gas from the tank to the processing chamber in a vacuum atmosphere. It is done.
  • the diaphragm valve provided in the immediate vicinity of the processing chamber see, for example, Patent Document 1.
  • the valve system according to the present invention has a body that defines a flow path through which a fluid flows, and the flow path that defines a part of the flow path and abuts and separates the valve seat provided on the body.
  • An operating member for operating the diaphragm provided so as to be movable between a diaphragm that opens and closes the diaphragm, a closed position that closes the flow path in the diaphragm, and an open position that opens the flow path in the diaphragm, and the operation.
  • a diaphragm valve including a drive mechanism for moving the member to the open position or the closed position, A displacement sensor that detects the displacement of the operating member with respect to the body, and A drive control unit that operates the drive mechanism so that the diaphragm opens and closes the flow path periodically. It has an output monitor unit that calculates the output mass of the fluid output from the diaphragm valve through the gap between the diaphragm and the valve seat using the displacement data detected by the displacement sensor.
  • the output monitor unit can adopt a configuration in which the output mass is calculated based on the time integration of the displacement data detected by the displacement sensor.
  • the valve system of the present invention further includes a lift amount adjusting mechanism for adjusting the lift amount of the diaphragm defined by the operating member positioned at the open position.
  • the adjustment lift amount is determined based on the output mass calculated by the output monitor unit, and the lift amount adjustment mechanism adjusts the lift amount with the determined adjustment lift amount to output from the diaphragm valve.
  • a configuration having an output adjusting unit for adjusting the output mass of the fluid can be adopted.
  • the method for monitoring the output of a diaphragm valve of the present invention is to abut and separate a body that defines a flow path through which a fluid flows and a valve seat that defines a part of the flow path and is provided on the body.
  • a method for monitoring the output of a diaphragm valve comprising a drive mechanism for moving the operating member to the open position or the closed position.
  • a pressure-controlled fluid is supplied to the diaphragm valve to supply it.
  • the drive mechanism is operated so that the diaphragm opens and closes the flow path periodically. Detecting the displacement of the operating member with respect to the body, Using the detected displacement data, the output mass of the fluid that passes through the gap between the diaphragm and the valve seat and is output from the diaphragm valve is calculated.
  • the method for adjusting the output of a diaphragm valve of the present invention is to abut and separate a body that defines a flow path through which a fluid flows and a valve seat that defines a part of the flow path and is provided on the body.
  • the drive mechanism is operated so that the diaphragm opens and closes the flow path periodically.
  • Detecting the displacement of the operating member with respect to the body Using the detected displacement data, the output mass of the fluid that passes through the gap between the diaphragm and the valve seat and is output from the diaphragm valve is calculated.
  • the adjustment lift amount is determined based on the calculated output mass, and the lift amount is adjusted by the lift amount adjustment mechanism with the determined adjustment lift amount.
  • the semiconductor manufacturing device of the present invention is a semiconductor manufacturing device that uses the above valve system for controlling the supply of the process gas in the manufacturing process of the semiconductor device that requires a processing process using a process gas in a closed chamber.
  • the mass of gas supplied from a valve that is periodically opened and closed can be monitored in real time. Further, according to the present invention, the output mass of the fluid supplied each time the valve is opened and closed can be precisely adjusted.
  • FIG. 1A It is a vertical cross-sectional view of a diaphragm valve, and is a cross-sectional view taken along the line 1a-1a of FIG. 1B.
  • Explanatory drawing which shows operation of a piezoelectric actuator.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part for explaining a state of the valve device of FIG. 1A when the flow rate is adjusted (when the flow rate is reduced).
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part for explaining a state of the valve device of FIG. 1A when the flow rate is adjusted (when the flow rate is increased).
  • the schematic diagram which shows the valve system which concerns on one Embodiment of this invention, and the application example to the process gas control system of the semiconductor manufacturing apparatus.
  • the graph which shows an example of the temporal displacement data V of the operating member when the diaphragm valve is opened and closed periodically, the output (flow rate) Q from the diaphragm valve, and the pressure value.
  • the flowchart which shows an example of the processing in a controller.
  • the flowchart which shows an example of a drive control process.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration example of the diaphragm valve 1, and shows a state when the valve is fully closed.
  • 1B is a top view of the diaphragm valve 1
  • FIG. 1C is an enlarged vertical sectional view of the actuator portion of the diaphragm valve 1
  • FIG. 1D is an enlarged vertical sectional view of the actuator portion in a direction 90 degrees different from that of FIG. 1C
  • FIG. 1E is an enlarged vertical sectional view of FIG. 1A. It is an enlarged cross-sectional view in a circle A.
  • A1 in FIG. 1A is upward and A2 is downward.
  • the diaphragm valve 1 has an accommodating box 301 provided on the support plate 302, a valve main body 2 installed in the accommodating box 301, and a pressure regulator 200 installed on the ceiling of the accommodating box 301.
  • 10 is a body
  • 15 is a valve seat
  • 20 is a diaphragm
  • 25 is a presser adapter
  • 27 is an actuator receiver
  • 30 is a bonnet
  • 40 is an operating member
  • 48 is a diaphragm presser
  • 50 is a casing
  • 60 is.
  • Main actuator as drive mechanism 70 is adjustment body, 80 is actuator retainer, 85 is displacement sensor, 86 is magnetic sensor, 87 is magnet, 90 is coil spring, 100 is piezoelectric actuator as lift amount adjustment mechanism, 120 is dish A spring, 130 is a partition member, 150 is a supply pipe, 160 is a limit switch, OR is an O-ring as a seal member, and G is compressed air.
  • the body 10 is made of a metal such as stainless steel and defines the flow paths 12 and 13.
  • the flow path 12 has an opening 12a that opens on one side surface of the body 10 at one end, and a pipe joint 601 is connected to the opening 12a by welding.
  • the other end 12b of the flow path 12 is connected to the flow path 12c whose other end 12b extends in the vertical directions A1 and A2 of the body 10.
  • the upper end of the flow path 12c is opened on the upper surface side of the body 10, the upper end is opened on the bottom surface of the recess 11 formed on the upper surface side of the valve body 10, and the lower end is opened on the lower surface side of the body 10. ing.
  • a valve seat 15 is provided around the opening at the upper end of the flow path 12c.
  • the valve seat 15 is made of synthetic resin (PFA, PA, PI, PCTFE, etc.) and is fitted and fixed in a mounting groove provided on the peripheral edge of the opening on the upper end side of the flow path 12c. In this embodiment, the valve seat 15 is fixed in the mounting groove by caulking.
  • the flow path 13 has an opening 13a at one end that opens at the bottom surface of the recess 11 of the valve body 10 and at the other end that opens at the other side surface of the body 10 opposite to the flow path 12 of the body 10.
  • a pipe joint 602 is connected to the pipe joint by welding.
  • the diaphragm 20 is arranged above the valve seat 15 to define a flow path communicating the flow path 12c and the flow path 13, and the central portion thereof moves up and down to sit on and off the valve seat 15. As a result, the flow paths 12 and 13 are opened and closed.
  • the diaphragm 20 has a spherical shell shape in which an upwardly convex arc shape is formed by bulging the central portion of a metal thin plate such as special stainless steel and a nickel-cobalt alloy thin plate upward. ing.
  • the diaphragm 20 is formed by laminating three special stainless steel thin plates and one nickel-cobalt alloy thin plate.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 20 is placed on a protrusion formed at the bottom of the recess 11 of the body 10, and the lower end of the bonnet 30 inserted into the recess 11 is screwed into the threaded portion of the body 10. It is pressed toward the protruding portion side of the body 10 via a presser adapter 25 made of a stainless alloy, and is held and fixed in an airtight state.
  • a presser adapter 25 made of a stainless alloy
  • the operation member 40 is a member for operating the diaphragm 20 so that the diaphragm 20 opens and closes between the flow path 12 and the flow path 13, and is formed in a substantially cylindrical shape, and the upper end side is open.
  • the operating member 40 is fitted to the inner peripheral surface of the bonnet 30 via an O-ring OR (see FIGS. 1C and 1D), and is movably supported in the vertical directions A1 and A2.
  • a diaphragm retainer 48 having a retainer made of synthetic resin such as polyimide that abuts on the upper surface of the central portion of the diaphragm 20 is mounted on the lower end surface of the operating member 40.
  • a coil spring 90 is provided between the upper surface of the flange portion 48a formed on the outer peripheral portion of the diaphragm retainer 48 and the ceiling surface of the bonnet 30, and the operating member 40 is always directed downward A2 by the coil spring 90. Being urged. Therefore, when the main actuator 60 is not operating, the diaphragm 20 is pressed against the valve seat 15, and the flow path 12 and the flow path 13 are closed.
  • a disc spring 120 as an elastic member is provided between the lower surface of the actuator receiver 27 and the upper surface of the diaphragm retainer 48.
  • the casing 50 is composed of an upper casing member 51 and a lower casing member 52, and a screw on the inner circumference of the lower end portion of the lower casing member 52 is screwed into a screw on the outer periphery of the upper end portion of the bonnet 30. Further, a screw on the inner circumference of the lower end portion of the upper casing member 51 is screwed into a screw on the outer circumference of the upper end portion of the lower casing member 52.
  • An annular bulkhead 65 is fixed between the upper end of the lower casing member 52 and the facing surface 51f of the upper casing member 51 facing the upper end. The space between the inner peripheral surface of the bulkhead 65 and the outer peripheral surface of the operating member 40 and the space between the outer peripheral surface of the bulkhead 65 and the inner peripheral surface of the upper casing member 51 are sealed by an O-ring OR, respectively.
  • the main actuator 60 has annular first to third pistons 61, 62, 63.
  • the first to third pistons 61, 62, and 63 are fitted on the outer peripheral surface of the operating member 40 and can move in the vertical directions A1 and A2 together with the operating member 40.
  • a plurality of O-rings OR are sealed between the lower casing member 52 and the inner peripheral surface of the bonnet 30. As shown in FIGS.
  • a cylindrical partition member 130 is fixed to the inner peripheral surface of the operating member 40 so as to have a gap GP1 between the inner peripheral surface of the operating member 40 and the inner peripheral surface of the operating member 40.
  • the gap GP1 is sealed by a plurality of O-rings OR1 to OR3 provided between the outer peripheral surfaces on the upper end side and the lower end side of the partition wall member 130 and the inner peripheral surface of the operating member 40, and the compressed air G as a driving fluid is used. It is a flow passage.
  • the flow passage formed by the gap GP1 is arranged concentrically with the piezoelectric actuator 100.
  • a gap GP2 is formed between the casing 101 of the piezoelectric actuator 100 and the partition member 130, which will be described later.
  • pressure chambers C1 to C3 are formed on the lower surface sides of the first to third pistons 61, 62, and 63, respectively.
  • the operating member 40 is formed with flow passages 40h1, 40h2, 40h3 that penetrate in the radial direction at positions communicating with the pressure chambers C1, C2, and C3.
  • a plurality of flow passages 40h1, 40h2, 40h3 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the operating member 40.
  • the flow passages 40h1, 40h2, and 40h3 are connected to the flow passages formed by the gap GP1 described above, respectively.
  • the upper casing member 51 of the casing 50 is formed with a flow passage 51h that opens on the upper surface, extends in the vertical directions A1 and A2, and communicates with the pressure chamber C1.
  • a supply pipe 150 is connected to the opening of the flow passage 51h via a pipe joint 152.
  • the compressed air G supplied from the supply pipe 150 is supplied to the pressure chambers C1, C2, and C3 through the above-mentioned flow passages.
  • the space SP above the first piston 61 in the casing 50 is connected to the atmosphere through the through hole 70a of the adjusting body 70.
  • the limit switch 160 is installed on the casing 50, and the movable pin 161 penetrates the casing 50 and is in contact with the upper surface of the first piston 61.
  • the limit switch 160 detects the amount of movement of the first piston 61 (operating member 40) in the vertical directions A1 and A2 in response to the movement of the movable pin 161.
  • the displacement sensor 85 is provided on the bonnet 30 and the operating member 40, and faces the magnetic sensor 86 embedded along the radial direction of the bonnet 30 and the magnetic sensor 86.
  • the magnet 87 embedded in a part of the operation member 40 in the circumferential direction is included.
  • the wiring 86a is led out to the outside of the bonnet 30, the wiring 86a is composed of a feeder line and a signal line, and the signal line is electrically connected to the controller 410 described later.
  • Examples of the magnetic sensor 86 include those using a Hall element, those using a coil, those using an AMR element whose resistance value changes depending on the strength and direction of the magnetic field, and the like, and the position can be determined by combining with a magnet. Detection can be made non-contact.
  • the magnet 87 may be magnetized in the vertical directions A1 and A2, or may be magnetized in the radial direction. Further, the magnet 87 may be formed in a ring shape.
  • the magnetic sensor 86 is provided on the bonnet 30 and the magnet 87 is provided on the operating member 40, but the present invention is not limited to this, and can be changed as appropriate.
  • a magnetic sensor 86 on the presser foot adapter 25 and provide a magnet 87 at a position facing the flange portion 48a formed on the outer peripheral portion of the diaphragm presser 48. It is preferable to install the magnet 87 on the side that moves with respect to the body 10 and the magnetic sensor 86 on the side that does not move with respect to the valve body 10 or the body 10.
  • the piezoelectric actuator 100 incorporates a laminated piezoelectric element (not shown) in the cylindrical casing 101 shown in FIG.
  • the casing 101 is made of a metal such as a stainless alloy, and the end face on the hemispherical tip 102 side and the end face on the base end 103 side are closed.
  • the end face of the casing 101 on the tip 102 side is elastically deformed, and the hemispherical tip 102 is displaced in the longitudinal direction.
  • the total length of the piezoelectric actuator 100 becomes L0 by applying a predetermined voltage V0 at which the elongation of the piezoelectric actuator 100 becomes d in advance.
  • V0 a voltage higher than the predetermined voltage V0
  • the total length of the piezoelectric actuator 100 becomes L0 + d at the maximum
  • a voltage lower than the predetermined voltage V0 including no voltage
  • the total length of the piezoelectric actuator 100 becomes the minimum L0. -D. Therefore, the total length from the tip end portion 102 to the base end portion 103 can be expanded and contracted in the vertical directions A1 and A2.
  • the tip 102 of the piezoelectric actuator 100 is hemispherical, but the present invention is not limited to this, and the tip may be a flat surface.
  • power is supplied to the piezoelectric actuator 100 by wiring 105.
  • the wiring 105 is led out to an external controller 410 described later through the through hole 70a of the adjustment body 70.
  • the vertical position of the proximal end 103 of the piezoelectric actuator 100 is defined by the lower end surface of the adjusting body 70 via the actuator retainer 80, as shown in FIGS. 1C and 1D.
  • a screw portion provided on the outer peripheral surface of the adjusting body 70 is screwed into a screw hole formed in the upper part of the casing 50, and the positions of the adjusting body 70 in the vertical direction A1 and A2 are adjusted. Therefore, the positions of the piezoelectric actuator 100 in the vertical direction A1 and A2 can be adjusted.
  • the tip 102 of the piezoelectric actuator 100 is in contact with a conical receiving surface formed on the upper surface of the disk-shaped actuator receiving 27.
  • the actuator receiver 27 is movable in the vertical directions A1 and A2.
  • the supply pipe 203 is connected to the primary side via the pipe joint 201, and the pipe joint 151 provided at the tip of the supply pipe 150 is connected to the secondary side.
  • the pressure regulator 200 is a well-known poppet valve type pressure regulator, and although detailed description thereof will be omitted, the pressure on the secondary side is preset by lowering the high-pressure compressed air G supplied through the supply pipe 203 to a desired pressure. It is controlled to have a regulated pressure.
  • the pressure of the compressed air G supplied through the supply pipe 203 fluctuates due to pulsation or disturbance, this fluctuation is suppressed and output to the secondary side.
  • FIG. 3 shows a fully closed state of the diaphragm valve 1.
  • the compressed air G is not supplied.
  • the disc spring 120 is already compressed to some extent and elastically deformed, and the restoring force of the disc spring 120 constantly urges the actuator receiver 27 toward the upward direction A1.
  • the piezoelectric actuator 100 is also constantly urged toward the upward direction A1, and the upper surface of the base end portion 103 is pressed against the actuator retainer 80.
  • the piezoelectric actuator 100 receives the compressive forces in the vertical directions A1 and A2 and is arranged at a predetermined position with respect to the body 10.
  • the piezoelectric actuator 100 Since the piezoelectric actuator 100 is not connected to any of the members, it can move relative to the operating member 40 in the vertical directions A1 and A2.
  • the number and orientation of the disc springs 120 can be appropriately changed according to the conditions.
  • other elastic members such as coil springs and leaf springs can be used, but using a disc spring has an advantage that the spring rigidity, stroke, and the like can be easily adjusted.
  • a gap is formed between the contact surface and the contact surface 48t.
  • the positions A1 and A2 in the vertical direction of the regulation surface 27b are the open position OPs in the state where the opening degree is not adjusted.
  • the distance between the regulation surface 27b and the contact surface 48t corresponds to the lift amount Lf of the diaphragm 20.
  • the lift amount Lf is defined by the operating member 40 positioned at the open position OP.
  • the lift amount Lf defines the opening degree of the valve, that is, the flow rate.
  • the lift amount Lf can be changed by adjusting the positions of the adjustment body 70 in the vertical direction A1 and A2.
  • the diaphragm retainer 48 (operating member 40) in the state shown in FIG. 4 is located at the closed position CP with reference to the contact surface 48t.
  • the contact surface 48t moves to a position where the contact surface 48t abuts on the regulation surface 27b of the actuator receiver 27, that is, to the open position OP, the diaphragm 20 is separated from the valve seat 15 by the lift amount Lf.
  • This force acts as a force for compressing the piezoelectric actuator 100 in the vertical directions A1 and A2 through the tip 102 of the piezoelectric actuator 100. Therefore, the upward A1 force acting on the operating member 40 is received by the tip 102 of the piezoelectric actuator 100, and the movement of the operating member 40 in the A1 direction is restricted at the open position OP. In this state, the diaphragm 20 is separated from the valve seat 15 by the lift amount Lf described above.
  • the displacement sensor 85 described above constantly detects the relative displacement between the body 10 and the magnetic sensor 86 in the states shown in FIGS. 3 and 4.
  • the relative positional relationship between the magnetic sensor 86 and the magnet 87 in the valve closed state shown in FIG. 3 can be set as the origin position of the displacement sensor 85.
  • the origin position of the displacement data V which will be described later, is also set to this position.
  • the left side of the center line Ct of FIGS. 5 and 6 shows the state shown in FIG. 3, and the right side of the center line Ct is the state after adjusting the positions of the operating members 40 in the vertical direction A1 and A2. Is shown.
  • the piezoelectric actuator 100 When adjusting in the direction of reducing the flow rate of the fluid, as shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator 100 is extended to move the operating member 40 in the downward direction A2. As a result, the adjusted lift amount Lf-, which is the distance between the diaphragm 20 and the valve seat 15, becomes smaller than the lift amount Lf before adjustment.
  • the extension amount of the piezoelectric actuator 100 may be the deformation amount of the valve seat 15 detected by the displacement sensor 85.
  • the piezoelectric actuator 100 When adjusting in the direction of increasing the flow rate of the fluid, as shown in FIG. 6, the piezoelectric actuator 100 is shortened and the operating member 40 is moved in the upward direction A1.
  • the adjusted lift amount Lf + which is the distance between the diaphragm 20 and the valve seat 15, becomes larger than the lift amount Lf before adjustment.
  • the amount of reduction of the piezoelectric actuator 100 may be the amount of deformation of the valve seat 15 detected by the displacement sensor 85.
  • the maximum value of the lift amount Lf of the diaphragm 20 is about 100 to 900 ⁇ m, and the adjustment amount by the piezoelectric actuator 100 is about ⁇ 20 to 50 ⁇ m.
  • the stroke of the piezoelectric actuator 100 cannot cover the lift amount of the diaphragm 20, but by using the main actuator 60 that operates with compressed air G and the piezoelectric actuator 100 together, the diaphragm of the main actuator 60 having a relatively long stroke can be used. While securing the flow rate supplied by the valve 1, the flow rate can be precisely adjusted by the piezoelectric actuator 100 having a relatively short stroke, and it is not necessary to manually adjust the flow rate by the adjusting body 70 or the like.
  • the piezoelectric actuator 100 is used as an adjusting actuator using a passive element that converts a given electric power into a force to expand and contract, but the present invention is not limited to this.
  • an electrically driven material made of a compound that deforms in response to a change in an electric field can be used as an actuator.
  • the shape and size of the electrically driven material can be changed by current or voltage, and the specified open position of the operating member 40 can be changed.
  • Such an electrically driven material may be a piezoelectric material or may be an electrically driven material other than the piezoelectric material.
  • an electrically driven material other than the piezoelectric material it can be an electrically driven polymer material.
  • the electrically driven polymer material is also called an electro active polymer (EAP).
  • EAP electro active polymer
  • an electric EAP driven by an external electric field or Coulomb force, and a solvent that swells the polymer are flowed by an electric field.
  • nonionic EAPs that deform, ionic EAPs that are driven by the movement of ions and molecules by an electric field, and any or a combination of these can be used.
  • FIG. 7 shows an example of a valve system 400 using the diaphragm valve 1 and a semiconductor manufacturing apparatus to which the valve system 400 is applied to a process gas control system.
  • This semiconductor manufacturing apparatus is used, for example, in a semiconductor manufacturing process by the ALD method.
  • the valve system 400 includes a diaphragm valve 1 and a controller 410.
  • the controller 410 is composed of a processor (not shown), an input / output circuit, hardware including a memory, required software, a display, and the like.
  • the controller 410 can output the control signal SG1 for driving and controlling the main actuator 60 and the control signal SG2 for driving and controlling the piezoelectric actuator 100 to the diaphragm valve 1, and the displacement sensor 85 provided on the diaphragm valve 1 can output the control signal SG1.
  • the detection signal SG3 is input. Further, the pressure value P detected by the pressure sensor 420 provided in the flow path on the primary side of the diaphragm valve 1 is input to the controller 410.
  • 500 is a process gas supply source
  • 502 is a gas box
  • 504 is a tank
  • 506 is a processing chamber
  • 508 is an exhaust pump.
  • the gas box 502 is an integrated gas system in which various fluid devices such as an on-off valve, a regulator, and a flow rate control device are integrated and housed in the box in order to supply the accurately measured process gas to the processing chamber 506.
  • the tank 504 functions as a buffer for temporarily storing the processing gas supplied from the gas box 502, and the pressure value P of the gas supplied from the tank 504 to the diaphragm valve 1 is controlled to be constant.
  • the processing chamber 506 provides a closed processing space for film formation on the substrate by the ALD method.
  • the exhaust pump 508 evacuates the inside of the processing chamber 506.
  • the controller 410 firstly opens and closes the diaphragm valve 1 periodically to supply gas to the processing chamber 506, and secondly, outputs the gas output each time the diaphragm valve 1 is opened and closed.
  • the mass is calculated and monitored, and the third is to adjust the lift amount Lf of the diaphragm 20 so that the output mass of the gas output each time the diaphragm valve 1 is opened and closed follows the target mass.
  • FIG. 8 shows the mass flow rate Q of the gas output from the diaphragm valve 1 and the displacement data V obtained from the displacement sensor 85 when the diaphragm valve 1 is periodically opened and closed, and the horizontal axis is time t. ..
  • the mass flow rate Q is the mass of gas per unit time output from the diaphragm valve 1.
  • P indicates a pressure value
  • the pressure value P is the pressure on the primary side of the diaphragm valve 1.
  • the diaphragm valve 1 is repeatedly opened and closed at a cycle T0.
  • a valve opening command is given to the diaphragm valve 1 at the initial time point 0 in the cycle T0, and a closing command for closing the diaphragm valve 1 is given at the time point T1.
  • t1 is a rising region where the mass flow rate Q gradually increases
  • t2 is a valve fully open region where the mass flow rate Q is constant
  • t3 is a falling region where the mass flow rate Q gradually decreases
  • t4 is.
  • the valve fully closed region where the gas output is cut off is shown, and the period T0 can be divided into each region of t1 to t4.
  • the period T0 is, for example, 2.5 seconds
  • the total time of the rising region t1, the valve fully open region t2, and the falling region t3 is, for example, about 1.5 seconds.
  • the mass flow rate Q of the gas is proportional to the pressure value P.
  • the mass flow rate Q of the gas output by the diaphragm valve 1 can be monitored in real time from the displacement data V and the pressure value P obtained from the detection signal SG3 of the displacement sensor 85. .. Further, by integrating the mass flow rate Q over time, the output mass of the gas output each time the diaphragm valve 1 is opened and closed can be monitored.
  • the pressure values P are taken into the controller 410, but if these values are known in advance, it is not necessary to take them into the controller 410. If the displacement data V, which is time series data, can be acquired, the output mass, which is the time integral of the mass flow rate Q and the mass flow rate Q of the gas, can be monitored.
  • the height of the flat portion of the valve fully open region t2 of the displacement data V corresponds to the lift amount Lf of the diaphragm 20.
  • the lift amount Lf can be adjusted up and down within the range indicated by R1.
  • the gap between the diaphragm 20 of the diaphragm valve 1 and the valve seat 15 is regarded as a variable orifice, the relationship between the cross-sectional area of the variable orifice and the lift amount Lf is different among the plurality of diaphragm valves 1.
  • the characteristics of the rising region t1, the valve fully open region t2, and the falling region t3 are also different among the plurality of diaphragm valves 1. Therefore, it is necessary to measure the relationship between the value of the lift amount Lf and the value of the cross-sectional area of the variable orifice for each diaphragm valve 1, create a data table, and store it in the memory of the controller 410. Since the value of the cross-sectional area of the variable orifice cannot be measured directly, it is necessary to measure and acquire the relationship data between the value of the lift amount Lf and the value of the mass flow rate Q of the gas for each diaphragm valve 1 in advance. ..
  • step S1 determines whether or not the supply should be started (step S1), and if it is determined to start the supply (step S1: Y), the main actuator The drive control process of 60 is executed (step S2).
  • step S1: N the standby state is set.
  • the drive control process determines whether the current time point is within the section from the time point 0 to the time point T1 within the period T0 (step S11), and when it is determined that the current time point is within the section. (Step S11: Y), when the control signal SG1 (valve opening command signal) output to the diaphragm valve 1 is turned on (step S12) and it is determined that the vehicle is outside the section (step S11: N), The control signal SG1 (valve open command signal) is turned off (step S13).
  • the diaphragm valve 1 is periodically opened and closed at cycle T0, and gas is output to the gas processing chamber 506 through the diaphragm valve 1.
  • step S3 the output monitor process shown in FIG. 9A is performed (step S3).
  • step S21 it is determined whether the output monitoring process is in any of the rising region t1, the valve fully open region t2, and the falling region t3 (step S21), and it is determined that the output monitoring process is within the section.
  • step S21: Y the detection signal SG3 of the displacement sensor 85 is sampled (step S22) and stored as displacement data V (step S23).
  • the mass flow rate Q of the gas is calculated using the sampled displacement data V (step S24), and the mass flow rate Q is time-integrated to calculate the output mass TQ of the gas (step S25).
  • step S21 when it is determined that the current time is outside the above section, that is, in the valve fully closed region t4 (step S21: N), the process is terminated.
  • the calculated mass flow rate Q and output mass TQ can be displayed as a graph on a display or the like.
  • step S4 the output adjustment process 1 shown in FIG. 9A is performed (step S4).
  • the output adjustment process 1 determines whether the current time is in the valve fully closed region t4 (step S31), and determines that the current time is in the valve fully closed region t4 (step S31: Y). ),
  • the output mass TQ calculated in step S25 is acquired (step S32), and the deviation E between the output mass TQ and the target mass RQ is calculated (step S33).
  • the target mass RQ is the ideal mass of the gas output in one opening / closing operation of the diaphragm valve 1. If it is determined in step S31 that the current time is outside the section of the valve fully closed region t4 (step S31: N), the process is terminated.
  • step S34 it is determined whether the deviation E is larger than the threshold Th (step S34), and when it is determined that the deviation E is larger than the threshold Th (step S34: Y), the value of the lift amount Lf and the gas With reference to the mass flow rate Q and the related data, the lift adjustment amount for adjusting the lift amount Lf for canceling the deviation E is determined (step S35).
  • the control signal SG2 according to the calculated lift adjustment amount is output to the piezoelectric actuator 100 (step S36).
  • the lift amount Lf is changed in the section of the valve fully closed region t4, and as a result, the mass flow rate Q when the diaphragm valve 1 is opened and closed in the next cycle is corrected, and the output mass TQ becomes the target mass RQ. Will follow.
  • step S34 If it is determined in step S34 that the deviation E is smaller than the threshold value Th (step S34: N), the process is terminated.
  • step S5 it is determined whether or not the gas supply should be terminated (step S5), and if it is determined that the gas supply should be terminated (step S5: Y), the process is terminated. If it is determined that the process should not be completed (step S5: N), the processes of steps S2 to S4 are repeatedly executed. The processes of steps S2 to S5 in FIG. 9A are executed at predetermined sampling times.
  • the mass flow rate Q and the output mass TQ of the gas output from the diaphragm valve 1 each time the valve is opened and closed can be monitored in real time.
  • the lift amount Lf can be adjusted so that the deviation E between the output mass TQ and the target mass RQ is canceled based on the output mass TQ obtained by one opening / closing operation (one cycle) of the diaphragm valve 1.
  • the output mass of the gas supplied from the diaphragm valve 1 that is periodically opened and closed can be controlled more precisely.
  • the lift amount Lf in the next opening / closing operation of the diaphragm valve 1 is adjusted based on the output mass TQ obtained in the opening / closing operation of one of the diaphragm valves 1.
  • the present invention is not limited to this.
  • the adjustment lift amount is determined based on the output mass calculated during the opening / closing operation of the diaphragm valve 1, and the lift amount Lf is adjusted during the opening / closing operation of the one.
  • the output adjustment process 2 as shown in FIG.
  • step S41 it is determined whether the current time is in the falling region t3 (step S41), and when it is determined that the current time is in the falling region t3 (step S41: Y).
  • the predicted output mass PTQ is calculated (step S42).
  • step S41: N the process ends.
  • the predicted output mass PTQ is based on, for example, the change characteristics of the mass flow rate Q (displacement data V) of the rising region t1 and the valve fully open region t2 and the falling region t3 up to the present time (that is, halfway through the falling region t3). , Predict the output mass that will be output when the falling region t3 is finally completed.
  • the predicted output mass PTQ output when the falling region t3 is finally completed can be calculated from the change characteristics of the output mass up to the present time and the mass flow rate Q of the falling region t3 acquired up to the present time.
  • the method is not limited to this method, and it is sufficient that the final output mass can be predicted by using the displacement data V obtained during the opening / closing operation of one of the diaphragm valves 1.
  • the deviation E between the predicted output mass PTQ and the target mass RQ is calculated (step S43).
  • the target mass RQ is an ideal mass output in one opening / closing operation.
  • the lift adjustment amount for adjusting the lift amount Lf of the diaphragm 20 for canceling the deviation E is determined with reference to the relational data of (step S45).
  • the control signal SG2 according to the calculated lift adjustment amount is output to the piezoelectric actuator 100 (step S46).
  • the lift amount Lf of the diaphragm 20 is changed within the section of the falling region t3, that is, during the opening / closing operation of one of the diaphragm valves 1.
  • the mass flow rate Q and the output mass TQ are corrected in real time within the same opening / closing operation.
  • the output mass for each opening and closing of the diaphragm valve 1 can be controlled with even higher precision.
  • the lift amount Lf of the diaphragm 20 may be changed within the section of the rising region t1 and the valve fully open region t2. If it is determined in step S44 that the deviation E is smaller than the threshold value Th (step S44: N), the process is terminated.
  • a displacement sensor including a magnetic sensor and a magnet has been exemplified, but the displacement sensor is not limited to this, and a non-contact type position sensor such as an optical position detection sensor can be adopted.
  • the piezoelectric actuator 100 is used for adjusting the lift amount, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to manually adjust the lift amount Lf while monitoring the output of the diaphragm valve 1.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • a person skilled in the art can make various additions and changes within the scope of the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to, for example, an atomic layer etching method. Is.
  • Diaphragm valve 2 Valve body 10: Body 11: Recessed 12: Flow path 12a: Opening 12b: Other end 12c, 13: Flow path 13a: Opening 15: Valve seat 20: Diaphragm 25: Presser adapter 27: Actuator Receiver 27b: Regulatory surface 30: Bonnet 40: Operating member 48: Diaphragm presser 48a: Flange 48t: Contact surface 50: Casing 51: Upper casing member 51f: Facing surface 51h: Flow passage 52: Lower casing member 60: Main Actuator 70: Adjusting body 80: Actuator presser foot 85: Displacement sensor 86: Magnetic sensor 86a: Wiring 87: Magnet 90: Coil spring 100: piezoelectric actuator 101: Casing 102: Tip 103: Base end 105: Wiring 120: Countersunk spring 130: Partition member 150: Supply pipe 151, 152: Pipe joint 160: Limit switch 161: Movable pin 200: Pressure regulator 201: Pipe joint 203: Supply pipe 301:

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Abstract

周期的に開閉されるバルブから供給されるガス質量をリアルタイムにモニター可能で、バルブから供給されるガスの出力質量を目標質量に近づけるように調整可能なバルブシステムを提供する。ダイヤフラムに流路を周期的に開閉させるように主アクチュエータ（６０）を動作させ、変位センサの検出した変位データに基づいて、ダイヤフラムとバルブシートとの間隙を通過してダイヤフラムバルブから出力される出力質量を算出し、算出した出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、決定した調整リフト量でダイヤフラム（２０）のリフト量（Ｌｆ）を調整する。

Description

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
　本発明は、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、当該バルブシステムを用いた半導体製造装置に関する。
　原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により基板に膜を堆積させる成膜工程や原子層エッチング（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるエッチング工程では、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ダイヤフラム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ダイヤフラムバルブとしては、例えば、特許文献１を参照。
　ＡＬＤ技術やＡＬＥ技術による半導体製造プロセスでは、処理ガスのガス質量を精密に調整する必要がある。
特開２００７－６４３３３号公報
　しかしながら、従来においては、周期的に開閉されるダイヤフラムバルブから供給されるガス質量をリアルタイムにモニターすることができなかった。
　また、ダイヤフラムバルブの機差や流路抵抗の違い等により、複数のダイヤフラムバルブから供給されるガスの出力質量を均等に制御することも困難であった。
　本発明の一の目的は、周期的に開閉されるバルブから供給されるガスの出力質量をリアルタイムにモニター可能なバルブシステムを提供することにある。
　本発明の他の目的は、周期的に開閉されるバルブから供給されるガスの出力質量を目標質量に近づけるように調整可能なバルブシステムを提供することにある。
　本発明のさらに他の目的は、上記のバルブシステムを用いた半導体製造装置を提供することにある。
　本発明に係るバルブシステムは、流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、を含むダイヤフラムバルブと、
　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出する変位センサと、
　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させる駆動制御部と、
　前記変位センサの検出した変位データを用いて、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出する出力モニター部と、を有する。
　好適には、前記出力モニター部は、前記変位センサの検出する変位データの時間積分に基づいて、前記出力質量を算出する、構成を採用できる。
　本発明のバルブシステムは、前記開位置に位置付けられた前記操作部材によって規定される前記ダイヤフラムのリフト量を調整するためのリフト量調整機構をさらに有する。
　好適には、前記出力モニター部の算出する出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、決定した前記調整リフト量で前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整させて前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を調整する出力調整部をさらに有する構成を採用できる。
　本発明のダイヤフラムバルブの出力モニター方法は、流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、を含むダイヤフラムバルブの出力モニター方法であって、
　圧力が制御された流体を前記ダイヤフラムバルブに供給し、
　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させ、
　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出し、
　検出した変位データを利用して、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出する。
　本発明のダイヤフラムバルブの出力調整方法は、流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、前記開位置に位置付けられた前記操作部材によって規定される前記ダイヤフラムバルブのリフト量を調整するためのリフト量調整機構と、を含むダイヤフラムバルブの出力調整方法であって、
　圧力が制御された流体を前記ダイヤフラムバルブに供給し、
　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させ、
　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出し、
　検出した変位データを利用して前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出し、
　算出した出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、決定した調整リフト量で前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整する。
　本発明の半導体製造装置は、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供給制御に上記のバルブシステムを用いた半導体製造装置である。
　本発明によれば、周期的に開閉されるバルブから供給されるガス質量をリアルタイムにモニター可能となる。
　また、本発明によれば、バルブの開閉毎に供給される流体の出力質量を精密に調整可能となる。
ダイヤフラムバルブの縦断面図であって、図１Ｂの１ａ－１ａ線に沿った断面図。 図１Ａのダイヤフラムバルブの上面図。 図１Ａのダイヤフラムバルブのアクチュエータ部の拡大断面図。 図１Ｂの１Ｄ－１Ｄ線に沿ったアクチュエータ部の拡大断面図。 図１Ａの円Ａ内の拡大断面図。 圧電アクチュエータの動作を示す説明図。 図１Ａのダイヤフラムバルブの全閉状態を説明するための要部の拡大断面図。 図１Ａのダイヤフラムバルブの全開状態を説明するための要部の拡大断面図。 図１Ａのバルブ装置の流量調整時（流量減少時）の状態を説明するための要部の拡大断面図。 図１Ａのバルブ装置の流量調整時（流量増加時）の状態を説明するための要部の拡大断面図。 本発明の一実施形態に係るバルブシステムと、これの半導体製造装置のプロセスガス制御系へ適用例を示す概略図。 ダイヤフラムバルブを周期的に開閉したときの操作部材の時間的変位データＶ、ダイヤフラムバルブからの出力（流量）Ｑおよび圧力値の一例を示すグラフ。 コントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 駆動制御処理の一例を示すフローチャート。 出力モニター処理の一例を示すフローチャート。 出力調整処理の一例を示すフローチャート。 出力調整処理の他の例を示すフローチャート。
ダイヤフラムバルブ
　図１Ａは、ダイヤフラムバルブ１の構成例を示す断面図であって、バルブが全閉時の状態を示している。図１Ｂはダイヤフラムバルブ１の上面図、図１Ｃはダイヤフラムバルブ１のアクチュエータ部の拡大縦断面図、図１Ｄは図１Ｃと９０度異なる方向のアクチュエータ部の拡大縦断面図、図１Ｅは図１Ａの円Ａ内の拡大断面図である。なお、以下の説明において図１ＡのＡ１を上方向、Ａ２を下方向とする。
　ダイヤフラムバルブ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は駆動機構としての主アクチュエータ、７０は調整ボディ、８０はアクチュエータ押え、８５は変位センサ、８６は磁気センサ、８７は磁石、９０はコイルばね、１００はリフト量調整機構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は圧縮エアを示す。
　ボディ１０は、ステンレス鋼等の金属により形成されており、流路１２，１３を画定している。流路１２は、一端にボディ１０の一側面で開口する開口部１２ａを有し、開口部１２ａに管継手６０１が溶接により接続されている。流路１２は、他端１２ｂがボディ１０の上下方向Ａ１，Ａ２に延びる流路１２ｃと接続されており。流路１２ｃの上端部は、ボディ１０の上面側で開口し、上端部は、バルブボディ１０の上面側に形成された凹部１１の底面で開口し、下端部はボディ１０の下面側で開口している。
　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６０２が溶接により接続されている。
　ダイヤフラム２０は、バルブシート１５の上方に配設されており、流路１２ｃと流路１３とを連通する流路を画定すると共に、その中央部が上下動してバルブシート１５に当離座することにより、流路１２，１３を開閉する。本実施形態では、ダイヤフラム２０は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板及びニッケル・コバルト合金薄板の中央部を上方へ膨出させることにより、上に凸の円弧状が自然状態の球殻状とされている。この特殊ステンレス鋼薄板３枚とニッケル・コバルト合金薄板１枚とが積層されてダイヤフラム２０が構成されている。
　ダイヤフラム２０は、その外周縁部がボディ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は、ダイヤフラム２０に流路１２と流路１３との間を開閉させるようにダイヤフラム２０を操作するための部材であり、略円筒状に形成され、上端側が開口している。操作部材４０は、ボンネット３０の内周面にＯリングＯＲを介して嵌合し（図１Ｃ，１Ｄ参照）、上下方向Ａ１，Ａ２に移動自在に支持されている。
　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。
　アクチュエータ受け２７の下面とダイヤフラム押え４８の上面との間には、弾性部材としての皿ばね１２０が設けられている。
　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。
　主アクチュエータ６０は、環状の第１～第３のピストン６１，６２，６３を有する。第１～第３のピストン６１，６２，６３は、操作部材４０の外周面に嵌合しており、操作部材４０とともに上下方向Ａ１，Ａ２に移動可能となっている。第１～第３のピストン６１，６２，６３の内周面と操作部材４０の外周面との間、および、第１～第３のピストン６１，６２，６３の外周面と上側ケーシング部材５１，下側ケーシング部材５２，ボンネット３０の内周面との間は複数のＯリングＯＲでシールされている。
　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。
　図１Ｄに示すように、第１～第３のピストン６１，６２，６３の下面側には、それぞれ圧力室Ｃ１～Ｃ３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。
　図１Ｃに示すように、リミットスイッチ１６０は、ケーシング５０上に設置され可動ピン１６１がケーシング５０を貫通して第１のピストン６１の上面に接触している。リミットスイッチ１６０は、可動ピン１６１の移動に応じて、第１のピストン６１（操作部材４０）の上下方向Ａ１，Ａ２の移動量を検出する。
変位センサ
　図１Ｅに示すように、変位センサ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、信号線は後述するコントローラ４１０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。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。
　ここで、図２を参照して圧電アクチュエータ１００の動作について説明する。
　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を通じて外部の後述するコントローラ４１０に導出されている。
　圧電アクチュエータ１００の基端部１０３の上下方向の位置は、図１Ｃや図１Ｄに示すように、アクチュエータ押え８０を介して調整ボディ７０の下端面により規定されている。調整ボディ７０は、ケーシング５０の上部に形成されたねじ孔に調整ボディ７０の外周面に設けられたねじ部が螺合されており、調整ボディ７０の上下方向Ａ１，Ａ２の位置を調整することで、圧電アクチュエータ１００の上下方向Ａ１，Ａ２の位置を調整できる。
　圧電アクチュエータ１００の先端部１０２は、図１Ａ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、一次側に管継手２０１を介して供給管２０３が接続され、二次側には供給管１５０の先端部に設けられた管継手１５１が接続されている。
　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。
　次に、図３および図４を参照して、ダイヤフラムバルブ１の基本動作について説明する。
　図３は、ダイヤフラムバルブ１のバルブ全閉状態を示している。図３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、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。
　図３に示すように、ダイヤフラム２０がバルブシート１５に当接してバルブが閉じた状態では、アクチュエータ受け２７の下面側の規制面２７ｂと、操作部材４０に装着されたダイヤフラム押え４８の上面側の当接面４８ｔとの間には隙間が形成されている。規制面２７ｂの上下方向Ａ１，Ａ２の位置が、開度調整していない状態での開位置ＯＰとなる。規制面２７ｂと当接面４８ｔとの隙間の距離がダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆに相当する。リフト量Ｌｆは、開位置ＯＰに位置付けられた操作部材４０によって規定される。リフト量Ｌｆは、バルブの開度、すなわち、流量を規定する。リフト量Ｌｆが、上記した調整ボディ７０の上下方向Ａ１，Ａ２の位置を調整することで変更できる。図４に示す状態のダイヤフラム押え４８（操作部材４０）は、当接面４８ｔを基準にすると、閉位置ＣＰに位置する。この当接面４８ｔが、アクチュエータ受け２７の規制面２７ｂに当接する位置、すなわち、開位置ＯＰに移動すると、ダイヤフラム２０がバルブシート１５からリフト量Ｌｆ分だけ離れる。
　供給管１５０を通じて圧縮エアＧをダイヤフラムバルブ１内に供給すると、図４に示すように、操作部材４０を上方向Ａ１に押し上げる推力が主アクチュエータ６０に発生する。圧縮エアＧの圧力は、操作部材４０にコイルばね９０および皿ばね１２０から作用する下方向Ａ２の付勢力に抗して操作部材４０を上方向Ａ１に移動させるのに十分な値に設定されている。このような圧縮エアＧが供給されると、図４に示すように、操作部材４０は皿ばね１２０をさらに圧縮しつつ上方向Ａ１に移動し、アクチュエータ受け２７の規制面２７ｂにダイヤフラム押え４８の当接面４８ｔが当接し、アクチュエータ受け２７は操作部材４０から上方向Ａ１へ向かう力を受ける。この力は、圧電アクチュエータ１００の先端部１０２を通じて、圧電アクチュエータ１００を上下方向Ａ１，Ａ２に圧縮する力として作用する。したがって、操作部材４０に作用する上方向Ａ１の力は、圧電アクチュエータ１００の先端部１０２で受け止められ、操作部材４０のＡ１方向の移動は、開位置ＯＰにおいて規制される。この状態において、ダイヤフラム２０は、バルブシート１５から上記したリフト量Ｌｆだけ離隔する。
　次に、ダイヤフラムバルブ１の流量調整の一例について図５および図６を参照して説明する。
　先ず、上記した変位センサ８５は、図３および図４に示す状態におけるボディ１０と磁気センサ８６との相対変位を常時検出している。図３に示した、弁閉状態における磁気センサ８６と磁石８７との相対位置関係を変位センサ８５の原点位置とすることができる。後述する変位データＶの原点位置もこの位置とされる。
　ここで、図５および図６の中心線Ｃｔの左側は、図３に示した状態を示しており、中心線Ｃｔの右側は操作部材４０の上下方向Ａ１，Ａ２の位置を調整した後の状態を示している。
　流体の流量を減少させる方向に調整する場合には、図５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の伸長量は変位センサ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６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の縮小量は変位センサ８５で検出したバルブシート１５の変形量としてもよい。
　本実施形態では、ダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆの最大値は１００～９００μｍ程度で、圧電アクチュエータ１００による調整量は±２０～５０μｍ程度である。
　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でダイヤフラムバルブ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。
　本実施形態では、与えられた電力を伸縮する力に変換する受動要素を利用した調整用アクチュエータとして、圧電アクチュエータ１００を用いたが、これに限定されるわけではない。たとえば、電界の変化に応じて変形する化合物からなる電気駆動材料をアクチュエータとして用いることができる。電流又は電圧により電気駆動材料の形状や大きさを変化させ、規定される操作部材４０の開位置を変化させることができる。このような電気駆動材料は、圧電材料であってもよいし、圧電材料以外の電気駆動材料であってもよい。圧電材料以外の電気駆動材料とする場合には電気駆動型高分子材料とすることができる。
　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７に、上記のダイヤフラムバルブ１を用いたバルブシステム４００およびこのバルブシステム４００をプロセスガス制御系へ適用した半導体製造装置の例を示す。この半導体製造装置は、例えば、ＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いられる。
　図７において、バルブシステム４００は、ダイヤフラムバルブ１と、コントローラ４１０とを含む。コントローラ４１０は、図示しないプロセッサ、入出力回路、メモリ等からなるハードウエア、所要のソフトウエア、ディスプレイ等から構成されている。コントローラ４１０は、主アクチュエータ６０を駆動制御する制御信号ＳＧ１と、圧電アクチュエータ１００を駆動制御する制御信号ＳＧ２とをダイヤフラムバルブ１に出力可能になっており、ダイヤフラムバルブ１に設けられた変位センサ８５の検出信号ＳＧ３が入力されるようになっている。また、コントローラ４１０には、ダイヤフラムバルブ１の一次側の流路に設けられた圧力センサ４２０の検出する圧力値Ｐが入力される。
　図７において、５００はプロセスガス供給源、５０２はガスボックス、５０４はタンク、５０６は処理チャンバ、５０８は排気ポンプを示している。
　ガスボックス５０２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ５０６に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、流量制御装置等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステムである。
　タンク５０４は、ガスボックス５０２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能し、タンク５０４からダイヤフラムバルブ１に供給されるガスの圧力値Ｐは一定にコントロールされている。
　処理チャンバ５０６は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
　排気ポンプ５０８は、処理チャンバ５０６内を真空引きする。
　ここで、コントローラ４１０の処理の概略について図８を参照して説明する。コントローラ４１０は、後述するように、第１に、ダイヤフラムバルブ１を周期的に開閉させてガスを処理チャンバ５０６に供給すること、第２に、ダイヤフラムバルブ１の開閉毎に出力されるガスの出力質量を算出してモニターすること、第３に、ダイヤフラムバルブ１の開閉毎に出力されるガスの出力質量が目標質量に追従するようにダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆを調整することである。
　図８は、ダイヤフラムバルブ１を周期的に開閉したときの、ダイヤフラムバルブ１から出力されるガスの質量流量Ｑ、変位センサ８５から得られる変位データＶを示しており、横軸は時間ｔである。質量流量Ｑは、ダイヤフラムバルブ１から出力される単位時間当たりのガスの質量である。なお、図８においてＰは、圧力値を示しており、圧力値Ｐは、ダイヤフラムバルブ１の一次側の圧力である。
　ダイヤフラムバルブ１は、図８に示すように、周期Ｔ０で開閉動作が繰り返される。周期Ｔ０内の初期時点０でバルブ開放指令がダイヤフラムバルブ１に与えられ、時点Ｔ１でダイヤフラムバルブ１を閉鎖する閉鎖指令が与えられる。図８において、ｔ１は質量流量Ｑが徐々に増大していく立ち上がり領域、ｔ２は質量流量Ｑが一定となるバルブ全開領域、ｔ３は質量流量Ｑが徐々に減少していく立下り領域、ｔ４はガスの出力が遮断されたバルブ全閉領域を示しており、周期Ｔ０はｔ１～ｔ４の各領域に区分できる。周期Ｔ０は、例えば２．５秒であり、立ち上がり領域ｔ１とバルブ全開領域ｔ２と立下り領域ｔ３を合わせた時間が例えば１．５秒程度である。
　ここで、重要な点は、圧力値Ｐはダイヤフラムバルブ１の開閉動作による変化が無視できる程度小さく一定とみなせることから、ガスの質量流量Ｑと圧力値Ｐと変位データＶとの間には、次の式（１）の関係が成り立つことである。
Ｑ＝Ｖ×Ｐ　　　（１）
　ダイヤフラムバルブ１のダイヤフラム２０とバルブシート１５との隙間を断面積が変化する可変オリフィスと捉えると、ガスの質量流量Ｑは圧力値Ｐに比例する。式（１）の関係を利用することで、変位センサ８５の検出信号ＳＧ３から得られる変位データＶと圧力値Ｐから、ダイヤフラムバルブ１の出力するガスの質量流量Ｑをリアルタイムにモニターすることができる。また、質量流量Ｑを時間積分することで、ダイヤフラムバルブ１の開閉毎に出力されるガスの出力質量をモニターできる。なお、本実施形態では、コントローラ４１０に圧力値Ｐを取り込んだが、予めこれらの値が分かっている場合には、コントローラ４１０に取り込む必要はない。時系列データである変位データＶが取得できれば、ガスの質量流量Ｑおよび質量流量Ｑの時間積分である出力質量をモニターできる。
　図８において、変位データＶのバルブ全開領域ｔ２の平坦部分の高さは、ダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆに対応している。上記した圧電アクチュエータ１００により、Ｒ１で示す範囲でリフト量Ｌｆを上下に調整することができる。なお、バルブシート１５がダイヤフラム２０との衝突により変形していくと、変位データＶの平坦部分の高さは徐々に低くなっていく。
　ダイヤフラムバルブ１のダイヤフラム２０とバルブシート１５との隙間を可変オリフィスとして捉えると、可変オリフィスの断面積とリフト量Ｌｆとの関係は、複数のダイヤフラムバルブ１の間でそれぞれ異なる。また、上記の立ち上がり領域ｔ１、バルブ全開領域ｔ２、立下り領域ｔ３の特性についても、複数のダイヤフラムバルブ１の間でそれぞれ異なる。
　このため、リフト量Ｌｆの値と可変オリフィスの断面積の値との関係を各ダイヤフラムバルブ１ついて測定してデータテーブルを作成し、コントローラ４１０のメモリに保管しておく必要がある。可変オリフィスの断面積の値は直接には測定できないので、各ダイヤフラムバルブ１ついて、リフト量Ｌｆの値とガスの質量流量Ｑの値との関係データを予め測定して取得しておく必要がある。
　次に、コントローラ４１０の具体的処理の一例について、図９Ａ～図９Ｄに示すフローチャートを参照して説明する。
　コントローラ４１０では、プロセスガスが処理チャンバ５０６に供給される際には、供給開始すべきか否かが判断され（ステップＳ１）、供給開始と判断された場合（ステップＳ１：Ｙ）には、主アクチュエータ６０の駆動制御処理が実行される（ステップＳ２）。供給開始しないと判断された場合（ステップＳ１：Ｎ）には、待機状態となる。
　駆動制御処理は、図９Ｂに示すように、現在時点が周期Ｔ０内の時点０から時点Ｔ１の区間内にあるかが判断され（ステップＳ１１）、当該区間内にあると判断された場合には（ステップＳ１１：Ｙ）、ダイヤフラムバルブ１に出力される制御信号ＳＧ１（バルブ開放指令信号）がオンされ（ステップＳ１２）、当該区間外にあると判断された場合には（ステップＳ１１：Ｎ）、制御信号ＳＧ１（バルブ開放指令信号）がオフされる（ステップＳ１３）。このような処理により、ダイヤフラムバルブ１が周期Ｔ０で周期的に開閉され、ダイヤフラムバルブ１を通じて、ガスがガス処理チャンバ５０６へ出力される。
　次いで、図９Ａに示す出力モニター処理が行われる（ステップＳ３）。出力モニター処理は、図９Ｃに示すように、立ち上がり領域ｔ１、バルブ全開領域ｔ２および立下り領域ｔ３のいずれかの区間にあるかが判断され（ステップＳ２１）、当該区間内にあると判断された場合には（ステップＳ２１：Ｙ）、変位センサ８５の検出信号ＳＧ３がサンプリングされ（ステップＳ２２）、変位データＶとして記憶される（ステップＳ２３）。サンプリングされた変位データＶを用いてガスの質量流量Ｑが算出され（ステップＳ２４）、さらに、質量流量Ｑが時間積分されてガスの出力質量ＴＱが算出される（ステップＳ２５）。ステップＳ２１において、現時点が上記の区間外、すなわち、バルブ全閉領域ｔ４にあると判断された場合には（ステップＳ２１：Ｎ）、処理が終了される。算出された質量流量Ｑおよび出力質量ＴＱは、ディスプレイ等にグラフ表示されることができる。
　次いで、図９Ａに示す出力調整処理１が行われる（ステップＳ４）
　出力調整処理１は、図９Ｄに示すように、現時点がバルブ全閉領域ｔ４にあるかが判断され（ステップＳ３１）、現時点がバルブ全閉領域ｔ４にあると判断されると（ステップＳ３１：Ｙ）、ステップＳ２５において算出された出力質量ＴＱが取得され（ステップＳ３２）、この出力質量ＴＱと目標質量ＲＱとの偏差Ｅが算出される（ステップＳ３３）。目標質量ＲＱは、ダイヤフラムバルブ１の一開閉動作において出力されるガスの理想的質量である。ステップＳ３１において、現時点がバルブ全閉領域ｔ４の区間外と判断された場合には（ステップＳ３１：Ｎ）、処理が終了される。
　次いで、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも大きいかが判断され（ステップＳ３４）、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも大きいと判断された場合には（ステップＳ３４：Ｙ）、上記したリフト量Ｌｆの値とガスの質量流量Ｑと関係データを参照して、偏差Ｅをキャンセルするためのリフト量Ｌｆを調整するリフト調整量が決定される（ステップＳ３５）。算出されたリフト調整量に応じた制御信号ＳＧ２が圧電アクチュエータ１００へ出力される（ステップＳ３６）。これにより、バルブ全閉領域ｔ４の区間内で、リフト量Ｌｆが変更され、その結果、次サイクルでダイヤフラムバルブ１が開閉された際の質量流量Ｑが修正され、出力質量ＴＱが目標質量ＲＱに追従するようになる。なお、ステップＳ３４において、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも小さいと判断された場合には（ステップＳ３４：Ｎ）、処理が終了される。
　図９Ａに戻って、ステップＳ４の後に、ガスの供給を終了すべきか否かが判断され（ステップＳ５）、終了すべきと判断される場合には（ステップＳ５：Ｙ）、処理が終了され、終了すべきでないと判断される場合には（ステップＳ５：Ｎ）、ステップＳ２～Ｓ４の処理が繰り返し実行される。なお、図９ＡのステップＳ２～Ｓ５の各処理は所定のサンプリング時間毎に実行される。
　以上のように、本実施形態によれば、ダイヤフラムバルブ１からバルブ開閉毎に出力されるガスの質量流量Ｑおよび出力質量ＴＱをリアルタイムにモニターすることができる。加えて、ダイヤフラムバルブ１の一の開閉動作（一周期）で得られた出力質量ＴＱに基づいて、出力質量ＴＱと目標質量ＲＱとの偏差Ｅがキャンセルされるようにリフト量Ｌｆを調整できるので、周期的に開閉されるダイヤフラムバルブ１から供給されるガスの出力質量をより精密にコントロールできる。
　図９Ｄに示した出力調整処理１では、ダイヤフラムバルブ１の一の開閉動作で得られた出力質量ＴＱに基づいて、ダイヤフラムバルブ１の次の開閉動作におけるリフト量Ｌｆが調整されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。
　図９Ｅに示す出力調整処理２では、ダイヤフラムバルブ１の一の開閉動作途中に算出される出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、当該一の開閉動作途中にリフト量Ｌｆを調整する。
　出力調整処理２は、図９Ｅに示すように、現時点が立下り領域ｔ３にあるかが判断され（ステップＳ４１）、現時点が立下り領域ｔ３にあると判断されると（ステップＳ４１：Ｙ）、予測出力質量ＰＴＱが算出される（ステップＳ４２）。現時点が立下り領域ｔ３にないと判断されると（ステップＳ４１：Ｎ）、処理が終了する。
　予測出力質量ＰＴＱは、たとえば、立ち上がり領域ｔ１およびバルブ全開領域ｔ２と現時点までの立下り領域ｔ３（すなわち、立下り領域ｔ３の途中まで）の質量流量Ｑ（変位データＶ）の変化特性に基づいて、立下り領域ｔ３が最終的に完了した時点で出力される出力質量を予測する。例えば、現時点までの出力質量と現時点までに取得した立下り領域ｔ３の質量流量Ｑの変化特性から、最終的に立下り領域ｔ３が終了した時点で出力される予測出力質量ＰＴＱを算出することができる。なお、この方法に限られるわけではなく、ダイヤフラムバルブ１の一の開閉動作途中に得られる変位データＶを利用して、最終的な出力質量を予測できればよい。
　次いで、予測出力質量ＰＴＱと目標質量ＲＱとの偏差Ｅが算出される（ステップＳ４３）。目標質量ＲＱは、一の開閉動作において出力される理想的な質量である。
　次いで、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも大きいか判断され（ステップＳ４４）、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも大きいと判断された場合には（ステップＳ４４：Ｙ）、上記したリフト量Ｌｆと質量流量Ｑとの関係データを参照して、偏差Ｅをキャンセルするためのダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆを調整するリフト調整量が決定される（ステップＳ４５）。算出されたリフト調整量に応じた制御信号ＳＧ２が圧電アクチュエータ１００へ出力される（ステップＳ４６）。
　これにより、立下り領域ｔ３の区間内、すなわち、ダイヤフラムバルブ１の一の開閉動作途中で、ダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆが変更される。この結果、同一の開閉動作内でリアルタイムに質量流量Ｑおよび出力質量ＴＱが修正される。その結果、ダイヤフラムバルブ１の開閉毎の出力質量をより一層高精密に制御できる。ダイヤフラム２０のリフト量Ｌｆの変更は、立ち上がり領域ｔ１およびバルブ全開領域ｔ２の区間内で行っても良い。
　なお、ステップＳ４４において、偏差Ｅが閾値Ｔｈよりも小さいと判断された場合には（ステップＳ４４：Ｎ）、処理が終了される。
　上記実施形態では、変位センサとして磁気センサおよび磁石を含むものを例示したが、これに限定されるわけではなく、光学式の位置検出センサ等の非接触式位置センサを採用可能である。
　上記実施形態では、リフト量調整に圧電アクチュエータ１００を用いたが、これに限定されるわけではなく、ダイヤフラムバルブ１の出力をモニターしながらマニュアル操作でリフト量Ｌｆを調整することも可能である。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。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。例えば、上記適用例では、本発明の流量制御装置をＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法等に適用可能である。
１　　　　：ダイヤフラムバルブ
２　　　　：バルブ本体
１０　　　：ボディ
１１　　　：凹部
１２　　　：流路
１２ａ　　：開口部
１２ｂ　　：他端
１２ｃ，１３　：流路
１３ａ　　：開口部
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
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
７０　　　：調整ボディ
８０　　　：アクチュエータ押え
８５　　　：変位センサ
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
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
３０１　　：収容ボックス
３０２　　：支持プレート
４００　　：バルブシステム
４１０　　：コントローラ
４２０　　：圧力センサ
５０２　　：ガスボックス
５０４　　：タンク
５０６　　：処理チャンバ
５０８　　：排気ポンプ
６０１，６０２　：管継手
Ｅ　　　　：偏差
Ｇ　　　　：圧縮エア
Ｌｆ　　　：リフト量
ＯＰ　　　：開位置
Ｐ　　　　：圧力値
ＰＴＱ　　：予測出力質量
Ｑ　　　　：質量流量
ＲＱ　　　：目標質量
Ｔ０　　　：周期
ＴＱ　　　：出力質量
Ｔｈ　　　：閾値
Ｖ　　　　：変位データ
ｔ１　　　：立ち上がり領域
ｔ２　　　：バルブ全開領域
ｔ３　　　：立下り領域
ｔ４　　　：バルブ全閉領域

 

Claims (10)

  1. 　流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、含むダイヤフラムバルブと、
    　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出する変位センサと、
    　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させる駆動制御部と、
    　前記変位センサの検出した変位データを用いて、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出する出力モニター部と、を有するバルブシステム。
  2. 　前記出力モニター部は、前記変位センサの検出する変位データの時間積分に基づいて、前記出力質量を算出する、請求項１に記載のバルブシステム。
  3. 　前記開位置に位置付けられた前記操作部材によって規定される前記ダイヤフラムのリフト量を調整するためのリフト量調整機構をさらに有する、請求項１又は２に記載のバルブシステム。
  4. 　前記リフト量調整機構は、外部からの入力信号に応じて伸縮する受動素子を用いたアクチュエータを含む、請求項３に記載のバルブシステム。
  5. 　前記出力モニター部の算出する出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、決定した前記調整リフト量で前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整させて前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を調整する出力調整部をさらに有する請求項１ないし４のいずれかに記載のバルブシステム。
  6. 　前記出力調整部は、前記ダイヤフラムバルブの一の開閉動作により算出された出力質量と目標質量とを比較し、両者の偏差に基づいて前記調整リフト量を決定し、当該調整リフト量で前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整させる、請求項５に記載のバルブシステム。
  7. 　前記出力調整部は、前記ダイヤフラムバルブの一の開閉動作途中に算出される出力質量に基づいて前記調整リフト量を決定し、前記一の開閉動作途中に前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整させる、請求項５に記載のバルブシステム。
  8. 　流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、を有するダイヤフラムバルブの出力モニター方法であって、
    　圧力が制御された流体を前記ダイヤフラムバルブに供給し、
    　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させ、
    　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出し、
    　検出した前記操作部材の変位データを利用して、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出する、
    ダイヤフラムバルブの出力モニター方法。
  9. 　流体が流通する流路を画定するボディと、前記流路の一部を画定しかつ前記ボディに設けられたバルブシートに対し当接および離隔することで前記流路を開閉するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに前記流路を閉鎖させる閉位置と前記ダイヤフラムに前記流路を開放させる開位置との間を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、前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる駆動機構と、前記開位置に位置付けられた前記操作部材によって規定される前記ダイヤフラムバルブのリフト量を調整するためのリフト量調整機構と、を含むダイヤフラムバルブの出力調整方法であって、
    　圧力が制御された流体を前記ダイヤフラムバルブに供給し、
    　前記ダイヤフラムに前記流路を周期的に開閉させるように前記駆動機構を動作させ、
    　前記ボディに対する前記操作部材の変位を検出し、
    　検出した変位データを利用して前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間隙を通過して前記ダイヤフラムバルブから出力される流体の出力質量を算出し、
    　算出した出力質量に基づいて調整リフト量を決定し、
    　決定した調整リフト量で前記リフト量調整機構に前記リフト量を調整させる、
    ダイヤフラムバルブの出力調整方法。
  10. 　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供給制御に請求項１ないし７のいずれかに記載のバルブシステムを用いた半導体製造装置。

     
     
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