CN103912720A - 真空控制阀以及真空控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供真空控制阀以及真空控制系统。真空控制阀包括：控制阀主体，具有连接真空容器和真空泵的流路、形成于流路的阀座；动作部，具有阀体、活塞、连结阀体和活塞的杆，阀体通过调节提升量操控阀开度，通过与阀座抵接切断流路；汽缸，与控制阀主体连接并收纳活塞；施压部，在使提升量减小的方向上对动作部施压；调压阀，追随活塞的动作，密封活塞外周面与汽缸内周面之间的间隙。动作部及汽缸包括：阀开度操控室，是由调压阀密封且具有呈包围杆的筒形的空间，根据工作流体的作用压力对活塞在使提升量增大的方向上产生载荷；切断载荷产生室，形成于杆的内部，与阀开度操控室共中心轴线，在被供给工作流体时，对动作部在使提升量减小的方向上产生载荷。

Description

真空控制阀以及真空控制系统
技术领域
本发明涉及真空控制阀以及真空控制系统。
背景技术
在半导体的制造工艺中，包括下述工序，即：例如，在进行化学气相沉积(CVD)时，将处理对象晶圆W配置在真空的真空容器710(参照图20、图21)的内部，并使晶圆W的处理面Ws暴露于工艺气体(在本说明书中，仅称为气体)中。工艺气体含有薄膜构成元素，在处理面Ws上进行反应从而形成膜物质。
为了形成均匀的膜，要求更加稳定均匀地将工艺气体提供给晶圆W。另一方面，在现有的CVD工序中，通过图20、图21所示的结构提供工艺气体并通过真空泵进行排气。这种排气控制一般通过使用振子式阀对排气系统的流导进行操控来实现的，其中，振子式阀通过移动振子720来操控开闭量。
专利文献1：日本国专利申请公开公报“特开2009-117444号公报”
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在这样的方法中，在为了调节流导而使振动子720的位置移动时，开口部的中心将随振动子720的移动而发生移动。这种开口部的中心移动使真空容器710内部的气流FL1、FL2发生偏移，从而例如产生气体供给延迟的滞流区等导致气体供给不均匀。而且，在从晶圆W的一侧供给气体并从另一侧排出气体的结构中，气体的供给不均以晶圆W的排气侧附近的薄膜构成元素的浓度降低的方式体现。这种气体供给的偏移，使处理面Ws的膜压也发生偏移，随着上述产品高精度化或高密度化的发展，这样影响将更显著。本发明是为解决上述现有问题中的至少一部分而完成的。
解决课题所需手段
方案1为，连接在真空容器和真空泵之间并通过工作流体操控阀开度以对所述真空容器内的真空压力进行控制的真空控制阀，包括：控制阀主体，具有将所述真空容器和所述真空泵连接的流路、和形成于所述流路的阀座；动作部，具有阀体、活塞和连结所述阀体和所述活塞的杆，所述阀体通过调节提升量进行所述阀开度的操作，通过与所述阀座抵接进行所述流路的切断，其中所述提升量为所述阀体与所述阀座的距离；汽缸，与所述控制阀主体连接并收纳所述活塞；施压部，对所述动作部施压使得所述提升量变小；以及调压阀，追随所述活塞的动作，并对所述活塞的外周面与所述汽缸的内周面之间的间隙进行密封，所述动作部及所述汽缸包括：阀开度操控室，是由所述调压阀密封且具有呈包围所述杆的筒形形状的空间，所述阀开度操控室根据所述工作流体的作用压力对所述活塞在使所述提升量增大的方向上产生载荷；以及切断载荷产生室，形成于所述杆的内部，与所述阀开度操控室共中心轴线，在被供给所述工作流体时，对所述动作部在使所述提升量变小的方向上产生载荷。
在方案1中，通过真空控制阀进行控制，所述真空控制阀通过追随活塞的动作并进行密封的膜状弹性体对活塞的外周面和汽缸的内周面间的间隙进行密封。这种结构的真空控制阀由于具有低滞后特性，因此能够显著提高真空控制性能。
方案2为，连接在真空容器和真空泵之间且通过工作流体操控阀开度以对所述真空容器内的真空压力进行控制的真空控制阀，包括：控制阀主体，具有将所述真空容器和所述真空泵连接的流路、和形成于所述流路的阀座；动作部，具有阀体、活塞和连结所述阀体和所述活塞的杆，所述阀体通过调节提升量进行所述阀开度的操作，通过与所述阀座抵接进行所述流路的切断，其中所述提升量为所述阀体与所述阀座的距离；汽缸，与所述控制阀主体连接并收纳所述活塞；施压部，对所述动作部施压使得所述提升量变小；以及调压阀，追随所述活塞的动作，并对所述活塞的外周面与所述汽缸的内周面之间的间隙进行密封，所述动作部及所述汽缸包括：阀开度操控室，是由所述调压阀密封且具有呈包围所述杆的筒形形状的空间，所述阀开度操控室根据所述工作流体的作用压力对所述活塞在使所述提升量增大的方向上产生载荷；以及切断载荷产生室，与所述阀开度操控室共中心轴线，在被供给所述工作流体时，对所述动作部在使所述提升量变小的方向上产生载荷。
另外，在方案2中，所述汽缸包括头盖，所述头盖具有收纳在所述切断载荷产生室中的滑动凸部，所述真空控制阀包括密封部，所述密封部具有对所述切断载荷产生室和所述滑动凸部之间进行密封的密封面，在对所述切断载荷产生室提供所述工作流体时，提高所述密封面的表面压力。
在方案2的真空控制阀中，密封部用于切断载荷产生室，其中，在对切断载荷产生室供给工作流体时，所述密封部提高密封面的表面压力。由此，在对阀开度进行操控时，即在非切断时，能够抑制切断载荷产生室的密封面的表面压力并以低摩擦的滑动进行移动。其结果是，例如即使不使用调压阀，也能够利用简单的结构实现低滞后的阀开度操控。
方案3为，在方案2中，所述滑动凸部与所述阀开度操控室共中心轴线，且呈圆筒状，其中该圆筒状的外径小于所述阀开度操控室的内径，所述动作部具有引导部，所述引导部在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸，
所述真空控制阀配置在所述引导部和所述滑动凸部之间，能够在所述动作方向上进行滑动，所述真空控制阀包括轴承，所述轴承对所述引导部和所述滑动凸部在与所述动作方向垂直的方向上的相互位置关系进行约束。
方案3的真空控制阀中，由于动作部中具有在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸的引导部，因此，与调压阀的滑动面相比，滑动凸部的滑动面配置在接近轴承的位置处。由此，精度要求较之于调压阀更严格，能够易于使切断载荷产生室和滑动凸部间的滑动面的间隙的精度提高。
方案4为，在方案1中，所述汽缸包括头盖，所述头盖具有收纳在所述切断载荷产生室中的滑动凸部，所述真空控制阀包括密封部，所述密封部具有对所述切断载荷产生室和所述滑动凸部之间进行密封的密封面，在对所述切断载荷产生室提供所述工作流体时，提高所述密封面的表面压力。
在方案4的真空控制阀中，密封部用于切断载荷产生室，其中，在对切断载荷产生室供给工作流体时，所述密封部提高密封面的表面压力。由此，在对阀开度进行操控时，即在非切断时，能够抑制切断载荷产生室的密封面的表面压力并以低摩擦的滑动进行移动。其结果是，例如即使不使用调压阀，也能够利用简单的结构实现低滞后的阀开度操控。
方案5为，在方案4中，所述滑动凸部与所述阀开度操控室共中心轴线，且呈圆筒状，其中该圆筒状的外径小于所述阀开度操控室的内径，所述动作部具有引导部，所述引导部在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸，
所述真空控制阀配置在所述引导部和所述滑动凸部之间，能够在所述动作方向上进行滑动，所述真空控制阀包括轴承，所述轴承对所述引导部和所述滑动凸部在与所述动作方向垂直的方向上的相互位置关系进行约束。
方案5的真空控制阀中，由于动作部中具有在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸的引导部，因此，与调压阀的滑动面相比，滑动凸部的滑动面配置在接近轴承的位置处。由此，精度要求较之于调压阀更严格，能够易于使切断载荷产生室和滑动凸部间的滑动面的间隙的精度提高。
方案6为，包括：在方案1～5中的任一项中记载的真空阀；压力传感器，测量所述真空容器内的真空压力；空压回路，连接用于提供工作流体的工作流体供给部、和用于排出所述工作流体的工作流体排出部，将所述工作流体提供给所述真空控制阀；以及控制部，对从所述空压回路提供给所述真空控制阀的工作流体进行操控以控制所述真空容器内的真空压力。
方案7为，在方案6中，所述控制部在接收到真空泵停止信号时对所述阀开度操控室和所述工作流体排出部之间的流路进行连接，并对所述切断载荷产生室和所述工作流体供给部之间的流路进行连接，所述真空泵停止信号包含表示停止所述真空泵的信息。
在方案7的真空控制系统中，由于根据真空泵停止信号的接收成为施加切断载荷的工作模式，因此，即使真空泵侧的压力因真空泵的意外停止而上升，也具有能够确保切断状态的优点。另外，“真空泵停止信号的接收”具有广泛的含义，包括例如对表示真空泵工作状态的真空泵侧的内部接点进行的状态确认或真空泵的正常信号未抵达。
方案8为，在方案6或7中，所述空压回路具有：第1电磁阀，在非通电状态下连接所述阀开度操控室和所述工作流体排出部之间的流路；以及第2电磁阀，在非通电状态下连接所述切断载荷用产生室和所述工作流体供给部之间的流路。
在方案8的真空控制系统中，由于具有：在非通电状态下对所述阀开度操控室和所述工作流体排出部之间的流路进行连接的第1电磁阀，以及在非通电状态下对所述切断载荷用产生室和所述工作流体供给部之间的流路进行连接第2电磁阀，因此在电源断开或停电时必然成为紧急切断状态。由此，能够简单地实现考虑了确保紧急停止或停电时安全的系统设计。
方案9为，在方案2～5中的任一项中，所述密封部具有V字形垫圈。
方案10为，包括：在方案9中记载的真空阀；压力传感器，测量所述真空容器内的真空压力；空压回路，连接用于提供工作流体的工作流体供给部、和用于排出所述工作流体的工作流体排出部，将所述工作流体提供给所述真空控制阀；以及控制部，对从所述空压回路提供给所述真空控制阀的工作流体进行操控以控制所述真空容器内的真空压力。
另外，本发明并不限于半导体的制造装置，还可以适用于半导体的制造方法，而且，可以用于气体在真空容器内流过的处理装置中。
附图说明
图1是表示参考实施方式的真空控制系统10的结构的截面图。
图2是真空控制系统10的平面图。
图3是真空控制系统10的控制框图。
图4是表示真空控制系统10的控制系统的工作内容的流程图。
图5是表示偏离阀开度指令值获取处理的内容的流程图。
图6是表示真空控制阀100单独进行工作的情形的说明图。
图7是表示用于算出有效排气速度的计算式的说明图。
图8是表示变形例的真空控制系统10a的结构的截面图。
图9是表示实施方式中非通电时(阀全闭)的真空控制阀30的结构的截面图。
图10是表示非通电时的真空控制阀30具有的杆盖81的结构的放大截面图。
图11是表示阀全开时的真空控制阀30的结构的截面图。
图12是表示真空控制阀30在进行真空压力控制时的工作状态的截面图。
图13是表示垫圈70和内周面63之间的摩擦面的放大截面图。
图14是表示垫圈70的安装状态并对密封原理进行说明的示意图。
图15是表示切断载荷产生室39的非加压时的状态并对密封原理进行说明的示意图。
图16是表示对切断载荷产生室39加压时的状态并对密封原理进行说明的示意图。
图17是表示实施方式的真空控制系统20的结构的示意图。
图18是表示实施方式的空压回路22的结构和工作内容的示意图。
图19是实施方式的真空控制系统20的控制框图。
图20是表示现有技术的真空容器710的内部的气体流路的说明图。
图21是表示现有技术的真空容器710的内部的气体流路的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明具体化的各实施方式进行说明。
(A.参考实施方式的真空控制系统的结构)
图1是表示参考实施方式的真空控制系统10的结构的截面图。图2是参考实施方式的真空控制系统10的平面图。真空控制系统10对提供给执行化学气相沉积(CVD)工序的真空容器500的气体的流动进行控制。真空控制系统10具有2个真空控制阀100、200和1个涡轮分子泵300。真空控制阀100连接在真空容器500的排气口561和涡轮分子泵300之间。真空控制阀200连接在真空容器500的排气口562和涡轮分子泵300之间。在本实施例中，2个真空控制阀100、200具有相同的结构。干式泵(省略图示)串联连接于涡轮分子泵300。
真空容器500具有：晶圆台520，支撑作为处理对象的晶圆W；气体分散部510，将气体分散并提供给晶圆W的处理面Ws；防护板530，用于保护真空控制阀100、200；以及压力测量部631。在本参考实施方式中，处理面Ws由晶圆台520支撑，以使其平行于水平面，即与重力方向垂直的面。气体分散部510连接有用于从真空容器500的外部提供气体的气体供给管512和支撑结构(省略图示)。
气体分散部510具有与处理面Ws平行的相向面511。相向面511从与处理面Ws大致垂直的方向提供气流FL。防护板530具有覆盖排气口561、562的圆盘状的形状。在本参考实施方式中，压力测量部631具有检测水平面内处理中心Wc附近的压力的压力检测部632。在本说明书中，“水平面内”是指被投影到水平面的状态。处理中心Wc是在执行处理的区域内预先设定的位置。执行处理的区域也称为“处理反应区”。在处理反应区内，几乎不产生压力损失，因此压力检测部632可以配置在处理反应区的任意位置。
由图1、图2可知，真空容器500的筐体具有：收纳气体分散部510的呈圆顶形状的圆顶部551、2个排气管571、572以及通过底座554固定有晶圆台520的下部筐体553。在水平面内在处理中心Wc附近，圆顶部551具有供给口Gc。
由图2可知，2个排气管571、572配置于在水平面内相互夹持处理反应区的位置。真空控制阀100、200分别连接于排气管571、572。2个真空控制阀100、200也在水平面内相互夹持处理反应区的位置反向地连接。
真空容器500的气体的流动如下。如图1所示，气体从供气口Gc提供给真空容器500。如上所述，从供气口Gc提供的气体从气体分散部510的相向面511从与处理面Ws大致垂直的方向作为气流FL进行供给。提供给处理面Ws的气体在处理面Ws实施CVD处理，并绕过防护板530被吸入排气口561、562。被吸入排气口561、562的气体通过2个真空控制阀100、200从涡轮分子泵300排出。涡轮分子泵300在入口301的附近产生有效排气速度Soa、Sob(m3/秒)。有效排气速度Soa是对经由排气口561的流路的分担量。有效排气速度Sob是对经由排气口562的流路的分担量。在参考实施方式中，2个有效排气速度Soa、Sob相互一致。
真空控制阀100具备：与真空容器500的排气口561连接的上游侧流路141、与涡轮分子泵300连接的下游侧流路142、对上游侧流路141和下游侧流路142之间进行开闭的提升阀体110、对提升阀体110施压使其关闭的施压弹簧133、通过压缩空气的力量使提升阀体110向开放侧移动的汽缸室135、将压缩空气引导至汽缸室135的空气流路134、对提供给空气流路134的压缩空气进行操控的电动气动控制阀131、用于向电动气动控制阀131提供压缩空气的空气口132、以及从电动气动控制阀131排出压缩空气的排气口137(参照图2)。
下游侧流路142具备压力传感器145，压力传感器145具有测量流路内部的压力P2a的检测面146。真空控制阀200同样具备压力传感器245，压力传感器245具有测量流路内部的压力P2b的检测面246。提升阀体110具有弹性密封部件112，通过施压弹簧133将提升阀体110推压至阀座143，能够对上游侧流路141和下游侧流路142之间进行切断。
真空控制阀100的流导操控是通过操控提升阀体110的提升量来进行的。在本说明书中，提升量是指提升阀体110与阀座143之间的距离La。通过调节提升量La能够将真空控制阀100的流导作为上游侧流路141和下游侧流路142之间的流导来操控。真空控制阀200具有与真空控制阀100相同的结构，能够以同样的方法对流导进行操控。下游侧流路142的内部压力通过这种流导的操控发生变化。该内部压力P2a通过设置在下游侧流路142的内部且具有检测面146的压力传感器145测量，并将其传送给控制器610。在真空控制阀200中，也同样地对内部压力P2b进行测定，并传送给控制器610。
(B.参考实施方式的真空控制系统的结构和工作内容)
图3是参考实施方式的真空控制系统10的控制框图。该控制系统被构成为双环路结构的串级控制，其中，上述双环路结构具有：对真空控制阀100的提升阀体110的提升量进行控制的第1从属环路、对真空控制器200的提升阀体210的提升量进行控制的第2从属环路以及对真空容器500的内部压力进行控制的主环路。从属环路和主环路的各控制环路可由例如周知的PID控制系统构成。从属环路和主环路也分别称为从属控制部和主控制部。
第1从属环路是以电动气动控制部130的电动气动控制阀131(参照图1)对汽缸室135的压力进行操控使得提升阀体110的位置接近目标值为目的的控制环路。电动气动控制阀131能够操控汽缸室135的内部压力，通过与施压弹簧133的施压力的平衡来操控提升量。目标值通过控制器610作为表示提升阀体110的提升量的基准阀开度指令值pv1提供给电动气动控制阀131。提升阀体110的提升量通过阀体位置传感器138进行测量，并反馈给电动气动控制阀131。基准阀开度指令值pv1也称为共用开度指令值。
第1从属环路对提升阀体110的提升量进行操控，以使反馈量与基准阀开度指令值pv1的偏差δ1减小。由此，第1从属环路能够进行控制使得提升阀体110的提升量接近由控制器610提供的基准阀开度指令值pv1。提升量的操控与对孔径进行操控在物理上是等效的。
另外，还可以测量汽缸室135的内部压力用作反馈量以代替提升量。如果反馈提升量，则能够抑制由来自主环路的指令值(控制输入)和提升量(开度)的非线性所引起的精度降低。该精度降低是由于各真空控制阀的开度范围因偏离值相互偏移而产生的。本结构通过开度的实际测量以确保开度和控制输入的线性，由此，即使开度范围相互偏移也可实现对真空控制阀的特性变化进行抑制。
第2从属环路与第1从属环路的不同点在于目标值不是基准阀开度指令值pv1而是开度指令值pv2，除此之外，与第1从属环路具有相同的结构。阀开度指令值pv2是通过将基准阀开度指令值pv1与偏离阀开度指令值pva相加而生成的指令值。偏离阀开度指令值pva利用从修正值数据存储部620读出的值。偏离阀开度指令值pva是被设定使得当控制系统整体稳定在正常状态时有效排气速度Sa、Sb(m3/秒)相互一致的修正值。修正值数据存储部620也称为偏离值存储部。
有效排气速度Sa1(参照图3)是指：将从处理中心Wc经由排气口561(参照图1)至涡轮分子泵300的入口301的流路、和涡轮分子泵300看做一体，将处理中心Wc作为涡轮分子泵300的入口来看待时的排气速度。处理中心Wc为通过压力测量部631进行压力测量的位置。有效排气速度Sa1是考虑了自处理中心Wc到涡轮分子泵300的入口301的流导所引起的降低因素后的排气速度，是指处理中心Wc处的有效排气速度。另一方面，有效排气速度Sb1(参照图3)是考虑了自处理中心Wc经由排气口562(参照图1)到涡轮分子泵300的入口301的流导所引起的降低因素后的排气速度，是指处理中心Wc处的有效排气速度。
有效排气速度Sa1、Sb1(m3/秒)相互一致是指，通过流导的操控使得涡轮分子泵300在处理中心Wc产生相同的有效排气速度速度。另一方面，在处理中心Wc，由于经由排气口561的路径和经由排气口562的路径分享相同的压力，因此可实现相同的排气流量(Pa·m3/秒)。由此，能够以相同的排气流量从配置于相互夹着处理反应区位置处的2个排气口561、562排出气体。
主环路是以控制器610对2个真空控制阀100、200的流导进行操控使得真空容器500的处理中心Wc的附近的压力接近压力目标值P1t为目的的控制环路。压力目标值P1t是作为与处理相适应的值而被预先设定的固定压力值。由于阀开度指令值pv2是通过将基准阀开度指令值pv1与固定的偏离阀开度指令值pva相加而被修正的值，因此开度指令值pv2和基准阀开度指令值pv1作为一个整体进行变动。由此，2个真空控制阀100、200以偏离后的提升量作为中心位置而一体移动，因此，相对于利用单一的真空控制阀的控制，具有在几乎不损失适应性的情况下能够简单地确立控制规则的优点。
图4是表示参考实施方式的真空控制系统10的控制系统的工作内容的流程图。在步骤S100中，用户执行偏离阀开度指令值获取处理。偏离阀开度指令值获取处理是使2个真空控制阀100、200分别动作以获取特性数据，并获取偏离阀开度指令值pva的处理。偏离阀开度指令值获取处理的内容的详情之后进行叙述。
在步骤S200中，用户进行压力目标值输入处理。压力目标值输入处理是将压力目标值P1t输入控制器610的处理，其中压力目标值P1t为预先设定的固定目标值。压力目标值P1t被确定为与真空容器500执行的处理相适应的值。
在步骤S300中，控制器610执行基准阀开度指令值确定处理。基准阀开度指令值确定处理是指，根据真空容器500的内部的测量压力和压力目标值P1t的偏差δm依次算出基准基准阀开度指令值pv1的处理。基准基准阀开度指令值pv1基于预先存储在控制器610中的控制规则来确定。基准阀开度指令值pv1用作对真空控制阀100进行控制的第1从属环路的目标值。
在步骤S400中，执行偏离阀开度指令值相加处理。偏离阀开度指令值相加处理是指，将从修正值数据存储部620读出的偏离阀开度指令值pva与基准阀开度指令值pv1相加的处理。通过该相加处理，生成阀开度指令值pv2。阀开度指令值pv2用作对真空控制阀200进行控制的第2从属环路的目标值。由此，将基准阀开度指令值pv1和阀开度指令值pv2作为目标值对2个真空控制阀100、200进行一体地控制，其中基准阀开度指令值pv1和阀开度指令值pv2为相互偏离的目标值。
在步骤S500中，执行提升量操控处理。提升量操控处理是指，根据基准阀开度指令值pv1和阀开度指令值pv2分别对2个提升阀110、210进行操控的处理。由此，实质上对真空控制阀100、200的孔径进行操控，对真空控制阀100、200的流导进行操控。
在步骤S600中，执行真空容器内压力测量处理。真空容器内压力测量处理是指，通过压力测量部631测量真空容器500的内部压力的处理。测量位置为真空容器500中的处理中心Wc的附近。由此，对处理中心Wc附近的压力进行控制使其接近压力目标值P1t，并从真空控制阀100、200双方均等地排出气体。
由此，本参考实施方式只要能够获取偏离阀开度指令值pva，那么相对于利用单一的真空控制阀的控制就能够在几乎不损失适应性的情况下简单地确立控制规则。
(C.参考实施方式中的偏离阀开度指令值的获取方法)
图5是表示参考实施方式的偏离阀开度指令值获取处理的内容的流程图。在步骤S110中，用户关闭真空控制阀200。由此，排除由真空控制阀200的动作产生的影响，能够获取与真空控制阀100进行的排气相应的特性数据。
图6是表示参考实施方式的真空控制阀100单独进行工作的情形的说明图。在图6的例子中，关闭真空控制阀200，并使真空控制阀100成为打开的状态，因此，供给的全部气体通过排气口561被吸入真空控制阀100。由此可知，达到能够获取真空控制阀100的特性数据的状态。
在步骤S120中，用户设定目标值。目标值是处理中心Wc的附近的压力目标值P1t和来自供气口Gc的供气量(Q/2)。压力目标值P1t被设定为与所设想的处理相适应的真空压力。供气量(Q/2)被设定为真空控制阀100和涡轮分子泵300分担的流量，该流量是与所设想的处理相适应的流量Q的一半。
在步骤S130中，用户使真空控制阀100执行真空控制。作为该真空控制的准备，用户通过与涡轮分子泵300串联连接的干式泵(未图示)进行抽真空，使真空容器500的内部压力降低至分子区。接着，启动涡轮分子泵300并达到稳定运转状态。
当真空容器500的内部压力到达压力目标值P1t的附近时，用户以流量Q/2开始气体的供给，并启动由真空控制阀100进行的真空控制。在图3的控制系统中，在主环路和第1从属环路发挥作用而第2从属环路停止的状态下，作为串级控制来进行动作。在本参考实施方式的气体供给控制中，供气量(Q/2)作为设定值，并以该设定值稳定地供给气体。
如图8所示，控制器610向真空控制阀100发送基准阀开度指令值pv1，执行使真空压力P1接近压力目标值P1t的控制。控制器610从真空控制阀100获取涡轮分子泵300的入口压力P2a和提升量La。入口压力P2a作为下游侧142的压力，通过具有检测面146的压力传感器来测量，并被发送给控制器610。通过电动气动控制阀131将提升量La从阀体位置传感器138发送给控制器610。
在步骤S140中，控制器610检测到已满足预先设定的稳定条件并根据该检测将提升量La存储在修正值数据存储部620。稳定条件可以设定为：例如，主环路的偏差δm和第1从属环路的偏差δ1两者在一定时间小于预先设定的阈值。控制器610还算出真空控制阀100的有效排气速度Sa1，并存储在修正数据存储部620。
图7是表示用于算出有效排气速度Sa1的计算式的说明图。有效排气速度Sa1如下算出。第一，控制器610使用计算式F2(参照图7)算出从处理中心Wc附近到涡轮分子泵300的入口的流导C。第二，控制器610使用计算式F4由流导C和涡轮分子泵300的排气速度Sa2算出有效排气速度Sa1。这里，可根据处理中心Wc附近由压力测量部631测量得到的测量压力P1m、和由压力传感器122测量得到的涡轮分子泵300的入口压力P2a的测量值算出流导C。另一方面，涡轮分子泵300的排气速度Sa2可通过连续式F5算出。由此，控制器610算出真空控制阀100的有效排气速度Sa1，并将计算结果存储在修正值数据存储部620。
计算式F1～F4是基于真空理论的算式且如下确定。计算式F2是将计算式F1进行数学变形而推导出的算式。计算式F1是将供气量(Q/2)、涡轮分子泵300的入口压力P2a的测量值和处理中心Wc的附近的真空压力P1(测量值)代入流导的定义式而得到的算式。计算式F4是将计算式F3进行数学变形而推导出的算式。计算式F3是表示排气速度、流导和有效排气速度Sa1的关系的理论算式。另一方面，计算式F5是将气体的流动作为压缩性流体的一维流动看待，并利用质量流量为恒定的情况来确定而得到的算式。
另外，在参考实施方式中，为了便于理解发明的概念，由涡轮分子泵300的入口压力P2a的测量值算出流导C。但是，在参考实施方式的真空容器500中，只要获取当处理中心Wc附近由压力测量部631测量的测量压力P1m与压力目标值P1t一致时的提升量La即足够。这是因为，通过上述，在与处理相适应的流量(分担量=Q/2)中能够获取实现合适的压力P1t的阀提升量La。换言之，这是因为，在供气量(Q/2)中，能够获取实现处理中心Wc附近的合适的有效排气速度Sa1的阀提升量La(P1×Sa1=Q/2)。由此，未必需要算出流导C。
在步骤S150中，用户停止真空控制阀100进行的控制并将该阀关闭。在停止气体供给后执行真空控制阀100的关闭。为了防止涡轮分子泵300的破损，在真空控制阀100关闭后执行涡轮分子泵300的停止。
在步骤S160中，用户设定真空控制阀200的目标值。设定目标值与真空控制阀200的目标值相同。即，目标值为处理中心Wc的附近的压力目标值P1t、和来自供气口Gc的供气量(Q/2：真空控制阀200的分担量)。
在步骤S170中，用户使真空控制阀200执行真空控制。真空控制的方法与真空控制阀100进行的真空控制(步骤S130)相同。在步骤S180中，控制器610检测到已满足预先设定的稳定条件并根据该检测将提升量Lb存储在修正值数据存储部620。提升量Lb的获取方法与提升量La的获取方法相同。
由此，能够分别获取在各分担流量(Q/2)中当与处理中心Wc的压力目标值P1t一致时的真空控制阀100的提升量La和此时的指令值Ca、真空控制阀200的提升量Lb和此时的指令值Cb。提升量La为在分担流量(Q/2)中用于将处理中心Wc的压力设为压力目标值P1t的真空控制阀100的提升量。提升量Lb为在分担流量(Q/2)中用于将处理中心Wc的压力设为压力目标值P1t的真空控制阀200的提升量。
因此，如果使两个真空控制阀100、200进行的真空控制发挥作用，则在供气量Q中以相同的分担流量(Q/2)向两者排气。该真空控制也可以理解为如下控制，即，通过真空控制阀100、200的各流导操控使通过经由排气口561的路径和经由排气口562的路径在处理中心Wc中产生的有效排气速度Sa1、Sb1(m3/秒)相互一致。偏离阀开度指令值pva能够作为指令值Ca和指令值Cb的差而算出。
如上所述，参考实施方式的真空控制系统10能够半自动地算出偏离阀开度指令值pva，并存储在修正值数据存储部620中。由此，能够使参考实施方式的控制系统发挥作用。其结果是，能够抑制处理面Ws的气流给真空控制系统的真空控制阀的动作带来的影响，能够在处理面Ws的附近实现均匀的流动。
在参考实施方式中，特别是2个真空控制阀100、200作为一体移动，阀的开口部的中心也相对重力方向同样地移动，因此，由阀的开口部的中心移动所引起的气流的偏离也得到有效抑制。
另外，上述实施方式构成为：在真空控制阀100侧，通过压力传感器145(参照图6)对下游侧流路中流路内部的压力进行测量。也可以如图8所示得变形例那样构成为，在各排气口561、562测量压力。在该变形例中，通过压力传感器581a测量排气口561的压力，压力传感器581a在排气口561的内部具有压力检测面582a。另外，在真空控制阀200侧，同样具备压力传感器581b，其中，上述压力传感器581b具有测量流路内部的压力P2b的检测面582b。这是因为，即使在这样的结构中也可以使用算式F1～F5进行与上述实施方式同样的处理。
如上所述，压力的测量位置只要设置在排气口561和涡轮分子泵的入口301之间的任意位置、和排气口562和涡轮分子泵的入口301之间的任意位置即可。如上述的实施例那样，如果在真空控制阀100、200的下游测量压力P2a、P2b，那么，由于压力P2a、P2b随阀提升量灵敏地发生变化，因此具有能够以较高的精度获取偏离阀开度指令值的优点。
(D.实施方式的真空控制系统20的结构)
实施方式的真空控制系统20使用多个具有低滞后特性的真空控制阀30，这一点与参考实施方式的真空控制系统10不同。由于真空控制阀30具有低滞后特性，因此能够进行高响应性且精确的流导操控，由此，能够使反应气体的流动的矢量操控性显著提高。
另外，在以下的说明中，对单个的真空控制阀30和操控单个的真空控制阀30的系统进行说明，但在应用于本发明时，单个的真空控制阀30被参考实施方式的真空控制阀100、200分别取代。
图9是表示非通电时(阀全闭)的真空控制阀30的结构的截面图。图10是表示非通电时的真空控制阀30具有的杆盖81的结构的放大截面图。图11是表示阀全开时的真空控制阀30的结构的截面图。真空控制阀30具备控制阀主体43、缸筒31和动作部件32。控制阀主体43呈沿动作部件32的移动方向(轴线方向)延伸的圆筒状的形状。控制阀主体43形成有阀箱45，阀箱45为在轴线方向上向缸筒31侧开口的大致圆柱形的凹部。阀箱45的开口部由杆盖81堵塞，其中，杆盖81具有可供动作部件32滑动贯穿的贯通孔82。
动作部件32具备：在阀箱45中操控真空控制阀30的阀开度的阀体33、贯穿贯通孔82的杆32r和与杆32r的端部连接的活塞51。阀体33与杆32r连接，可通过使动作部件32沿轴向移动来改变提升量La。在本实施方式中，提升量La相当于阀开度。动作部件32相当于动作部。
阀体33通过与控制阀主体43上形成的阀座42抵接而具有切断流路的功能。通过在阀箱45的内部使阀体33与阀座42抵接并使二次侧口44与阀箱45隔离，由此进行流路的切断。通过使一部分从阀体33突出的O形圈75与阀座42抵接并使其变形，由此实现切断时的密封。阀座42是例如在轴线方向与阀体33相向的环状的区域，并且在与二次侧口44连接的连接口周围形成的表面粗糙度小。O形圈75处于在轴线方向与阀座42相向的位置处且具有环形的形状。
活塞51具有朝向缸筒31的内周面53在半径方向上延伸的环形的形状，在缸筒31的内周面53形成有密闭的阀开度操控室36(参照图11)。在活塞51的外周端部连接有筒状部件51v，该筒状部件51v在轴线方向上沿阀开度操控室36的反向侧延伸呈圆筒形形状。活塞51连接有将阀开度操控室36密封的调压阀(bellofram)34。
阀开度操控室36形成为由调压阀34、杆盖81、杆32r和活塞51(调压阀定位器52)包围的容积可变的环形密闭空间。通过螺丝54将调压阀34的内周侧的端部固定在活塞51和调压阀定位器52之间。另一方面，调压阀34的外周侧的端部34a夹在缸筒31和杆盖81之间。由此，调压阀34与杆盖81之间和调压阀34与缸筒31之间被密闭(密封)。用调压阀34对由内周面53形成的内部空间进行分隔而形成阀开度操控室36。能够通过开阀用空气流路37和连接流路87向阀开度操控室36供给操控气体。另外，之后将对操作空气的供给方法进行叙述。操作空气相当于工作流体。
调压阀34具有礼帽形的形状，是能够在较长的冲程(行程)中进行追随或转动(折返部分的移动)的可挠性空间分隔部件。调压阀34是追随活塞51的动作且使活塞51的外周面51s(参照图11)和缸筒31的内周面53之间的间隙密闭的调压阀。调压阀34也称为转动型隔膜，由于在动作部件32和阀开度操控室36之间未形成导致摩擦的面接触，因此滑动阻力极小，具有低滞后特性或微小压力响应性、高密封性等固有的特性。为了使调压阀34顺利地转动，通过直线轴承65确保外周面51s和内周面53的间隙。关于直线轴承65的详情，在之后进行叙述。
由于调压阀34将真空控制阀30中直径最大的缸筒31的内周面53和活塞51之间的滑动部密封，因此能够排除摩擦面从而显著地降低动作部件32的滑动摩擦阻力。由此，通过对从电动气动控制阀26提供给开阀用空气流路37的操作空气的压力进行操控，在低滞后特性下实现高响应性的提升量La的调节。另外，也可以通过使用电动马达使动作部件32移动。
另一方面，如图10所示，杆32r和杆盖81之间的密封如下构成。在杆盖81的贯通孔82中，在靠近阀箱45侧的位置处形成有安装凹部83，在较于安装凹部83更靠近缸筒31侧的位置处形成有安装槽84。安装凹部83配置有耐压性比较低、动摩擦阻力比较小的第1级轻载荷密封件76和第2级轻载荷密封件77。安装槽84配置有耐压性较高的垫圈74。另一方面，杆盖81上形成有泄漏检测用孔85，泄漏检测用孔85在垫圈74和第1级轻载荷密封件76之间与安装凹部83连通，并与外部贯通。
泄漏检测用孔85能够检测垫圈74的泄露、和第1级轻载荷密封件76及第2级轻载荷密封件77的泄露。垫圈74的泄露能够被检测以作为操作空气的泄露。第1级轻载荷密封件76及第2级轻载荷密封件77的泄露可以通过一方面向泄露检测用孔85中注入氦气另一方面使与氦泄露检测器(省略图示)连接的阀箱45处于真空状态来进行检测。
通过施压弹簧55对活塞51进行施压。施压弹簧55对动作部件32的活塞51施压使得提升量La和阀开度操控室36的容积都减小。施压弹簧55收纳在由缸筒31的内周面53和具有环形形状的头盖61所包围的空间内。在轴线方向上与阀开度操控室36相反的一侧(内侧)，施压弹簧55的一端与活塞51抵接。施压弹簧55的另一端与头盖61抵接。
头盖61具有：呈圆筒形形状的筒部61b、和较之于筒部61b具有较小直径的圆筒形的形状的滑动凸部61a。头盖61与滑动凸部61a及筒部61b共中心轴线。滑动凸部61a和筒部61b的直径差形成行程限制面61e。行程限制面61e是通过与活塞51上形成的行程限制端部51e抵接来限制活塞51的上升量的抵接面。由此，活塞51行程的上升方向(提升量La增大方向)被行程限制面61e所限制，活塞51行程的下降方向(提升量La的减少方向)被阀座42所限制。
滑动凸部61a收纳在动作部件32的内部形成的切断载荷产生室39中。切断载荷产生室39相对于在动作部件32的动作方向上延伸的中心线形成于阀开度操控室36的内侧。由此，切断载荷产生室39设置于在动作部件32的动作方向上与阀开度操控室36重合的位置处。其结果，能够抑制因设置切断载荷产生室39而导致的真空控制阀30的大型化(特别是动作部件32的动作方向上的大型化)。而且，由于能够减小头盖61的滑动半径，因此还能够抑制因设置切断载荷产生室39所引起的滑动阻力的产生。
通过切断载荷产生室39施加切断载荷，还能够使真空控制阀30的可制造性提高。这是因为能够减轻制造过程中施压弹簧55设置时的载荷(阀关闭时的载荷)而易于制造。即，在现有技术中，要求以产生切断时(提升量La为零时)所需要的切断载荷的弹簧模量、和产生初始载荷(预载)的初始变形量来设置施压弹簧55。
由此，伴随着真空控制阀30的口径的大型化，弹簧模量和初始变形量两者将变得过大，因此本发明人发现不仅是真空控制阀30的大型化，而且制造也变得困难。因此，在本结构中可知，通过头盖61和切断载荷产生室39产生切断载荷，由此能够使施压弹簧55的初始载荷减轻。
直线轴承65是约束头盖61和导杆56间的半径方向(与轴线方向垂直的方向)的位置关系，并能够以较小的摩擦在轴线方向(动作部件32的移动方向)上进行相对往复运动的轴承。直线轴承65配置在呈圆筒形形状的滑动凸部61a的内周面的内侧的空间中、且位于导杆56的外周面的外侧。
导杆56与动作部件32连接，因此直线轴承65能够维持(约束)活塞51和内周面53之间的位置关系(间隙)。由此，调压阀34通过使其折返部分顺利地移动从而能够在几乎不产生摩擦的情况下使动作部件32相对缸筒31移动。
导杆56上设置有用于测量导杆56相对于头盖61的动作量的阀体位置传感器35。供阀体位置传感器的探针35a插入的插入管35b通过接合器35c与导杆56连接。阀体位置传感器35能够产生与探针35a插入插入管35b的长度相应的电信号。导杆56相对于头盖61的动作量能够作为插入长度的变化量来进行测量，因此能够根据该变化量来测量提升量La。可以采用例如“リニアパルスコーダ”(注册商标)等作为阀体位置传感器35。
头盖61具有2个共中心轴线的筒状的滑动面。第1滑动面是滑动凸部61a的外周面61as和内周面63之间的滑动面。第2滑动面是滑动凸部61a的内周面62as和导杆56之间的滑动面。第1滑动面及第2滑动面的间距(间隙)通过直线轴承65精确地维持。
直线轴承65如上所述配置在滑动凸部61a和导杆56之间，并且滑动凸部61a和直线轴承65之间的相互位置关系被维持而与动作部件32的动作无关。由此，能够简单地提高切断载荷产生室39和滑动凸部61a之间的间隙的精度。另一方面，直线轴承65与设置在贯通孔82上的垫圈74的位置关系也被维持而与动作部件32的动作无关，从而较之于被调压阀34密闭的活塞51和内周面53之间的滑动面，直线轴承65更靠近垫圈47。由此，由于滑动面的间隙的精度要求严格的滑动面配置在直线轴承65的附近，因此能够同时简单地实现密封性能的提高和滑动阻力的降低。
在第1滑动面，在外周面61as上绕其整个外周形成有呈凹形状的安装槽78(参照图10)，在该安装槽78安装有V字形的垫圈70b。在第2滑动面，在内周面62as上绕其外周形成有呈凹形状的安装槽79，在该安装槽79安装有V字形的垫圈70a。V字形的垫圈70a、70b也称为V型垫圈。
接下来，参照图12对操控真空控制阀30的提升量La的方法进行说明。图12是表示真空控制阀30进行真空压力控制时的动作状态的截面图。如上所述，真空控制阀30通过将提升量La即阀体33和阀座42之间的距离作为阀开度来进行调节，由此能够操控一次侧口41和二次侧口44之间的流导。通过改变动作部件32与阀座42的相对位置来对提升量La进行调节。流导是指流路中流体流动的容易度。
通过施加给动作部件32的驱动力、和与该驱动力相反的施压弹簧55的施压力之间的平衡对提升量La进行操控。施加给动作部件32的驱动力是由阀开度操控室36内部的操作空气的压力作用而产生的。在提升量La的控制中，希望降低由动作部件32和缸筒31之间的相对移动引起的摩擦力。这是因为摩擦力是导致滞后的原因并是阻碍精密控制的主要因素。
如图10所示，动作部件32与缸筒31之间具有3处摩擦面。第1摩擦面是安装于安装槽78的垫圈70b和内周面63之间的摩擦面。第2摩擦面是安装于安装槽79的垫圈70a和导杆56之间的摩擦面。第3摩擦面是安装于杆盖81的贯通孔82的垫圈74与杆32r的外周面之间的摩擦面。
第3摩擦面主要通过降低阀开度操控室36的操控压力来降低滑动阻力。在本实施方式中，如上所述，降低阀开度操控室36的操控压力可以通过减小施压弹簧55设置时的载荷(阀关闭时的载荷)来实现。此外，根据本发明人的实验确认，通过使杆32r的外周面的表面粗糙度Ra设为0.2左右，能够同时确保滑动阻力的降低和必要的真空泄露特性。另外，第3摩擦面可以构成为通过使用波纹管覆盖动作部件32来进行密封。
图13是表示第1摩擦面、即安装于安装槽78的垫圈70和内周面63之间的摩擦面的放大截面图。垫圈70是具有跟部71和分为2股的一对唇部72a、72b的V字形的垫圈。垫圈70被构成为使得一对唇部72b侧朝向切断载荷产生室39，受到来自切断载荷产生室39的压力时表面压力将增大。第2摩擦面与第1摩擦面同样地被密封。
在滑动部的设计中，滑动部的间隙S2、和安装槽78的深度S1与垫圈70b的一对唇部72a、72b宽度方向的大小之差的关系将成为设计参数。在本实施方式中，由于仅在阀体33与阀座42抵接并产生切断载荷时要求切断载荷产生室39的气密性，因此如后所述能够减小垫圈70b的变形量。由此，能够减小垫圈70b和内周面63之间的摩擦量并能够使滞后降低。
接下来，参照图14至图16，对由垫圈70b实现的密封机制进行详细说明。图14是表示垫圈70b的安装状态以对密封原理进行说明的示意图。图15是表示切断载荷产生室39的非加压时的状态以对密封原理进行说明的示意图。图16是表示对切断载荷产生室39加压时的状态以对密封原理进行说明的示意图。在图14及图16中，示出垫圈70b的表面压力分布Pd1、Pd2。真空控制阀30由于仅在切断时对切断载荷产生室39进行加压，因此在进行提升量La的控制的状态下，不对切断载荷产生室39进行加压。
如图15所示，垫圈70b在以变形量Q发生弹性形变的状态下安装于安装槽78。在非加压时，垫圈70b的接触面压力和表面压力区域如表面压力分布Pd1所示极小。这是因为，表面压力分布Pd1是由一对唇部72a、72b的刚性和变形量Q引起并产生的表面压力分布。由此，在利用真空控制阀26进行真空控制的状态(切断载荷产生室39的非加压时)下，在切断载荷产生室39和头盖61之间产生极小的动摩擦。
另一方面，如图16所示，切断载荷产生室39在施加切断载荷时，如表面压力分布Pd2所示那样能够实现充分的密封性能。而且可知，在施加切断载荷时，由于处于阀体33与阀座42抵接的切断状态，切断载荷产生室39和头盖61之间无需进行相对移动，而且控制状态也未形成，因此动摩擦的产生并不会引起任何问题。而且，本发明人发现，由于滑动时可以允许泄漏，因此能够使表面压力分布Pd1降低。由此发现能够实现以下设计，即为了实现切断载荷的产生功能，即使设置切断载荷产生室39和滑动凸部61a，其滑动也不会重新成为滞后的原因。
接下来，参照图17至图19，对使用真空控制阀30的真空控制系统20进行说明。
图17是表示实施方式的真空控制系统20的结构的示意图。真空控制系统20具备用于执行蚀刻处理的真空容器90、真空控制阀30、控制器21、空压回路22、涡轮分子泵300和与涡轮分子泵300串联连接的抽真空用的干式泵。以一定的供给量向真空容器90提供反应性气体G，并通过真空控制阀30利用涡轮分子泵300进行排气。通过操控真空控制阀30的流导对真空容器90的真空压力进行控制。涡轮分子泵300相当于真空泵。
真空容器90具备：提供反应性气体G的反应气体供给孔91、排气孔93以及真空压力传感器92。向反应气体供给孔91提供利用质量流量传感器(图示省略)测量的一定量的反应性气体G。排气孔93与真空控制阀30的一次侧口41连接。真空压力传感器92测量真空容器90内部的真空压力并将电信号发送至控制器21。真空压力用于控制器21对真空控制阀30进行的操控。
通过从空压回路22借助开阀用空气流路37提供或排出操作空气来对阀开度操控室36的内部压力进行操控。空压回路22与用于提供操作空气的高压侧的工作流体供给部95、和用于排出操作空气的低压侧的工作流体排出部96连接。
切断用载荷作为以下载荷来发挥作用，即，通过将操作空气从空压回路22提供给切断用空气流路38，使阀体33向阀座42移动，并在移动后将阀体33推压在阀座42上。切断用载荷与施压弹簧55的施压载荷形成合力来发挥作用。
在本实施方式中，例如，在控制器21从涡轮分子泵300接收到真空泵停止信号以使真空控制系统20紧急停止时施加切断用载荷。以下，对包含紧急停止在内的各工作模式的工作内容进行说明。控制器21相当于控制部。真空泵停止信号是例如在真空泵停止时或者涡轮分子泵300的转数异常降低时发送的信号。
接下来，参照图18对空压回路22和真空控制阀30的工作内容进行说明。图18是表示实施方式的空压回路22的构成和工作内容的示意图。空压回路22为根据来自控制器21的指令提供操作空气并利用操作空气操控真空控制阀30的回路。空压回路22具备：电动气动控制阀26和3个电磁阀SV1、SV2、SV3。电动气动控制阀26具有：与操作空气的高压侧连接的供气阀26a、和与操作空气的排气侧连接的排气阀26b。
在本实施方式中，控制器21构成为内置2个PID控制电路24a、24b的可编程序逻辑控制器(PLC)。可编程序逻辑控制器21是例如可使用梯形逻辑实现具有高可靠性的控制的逻辑电路。2个PID控制电路24a、24b用于真空容器90的真空压力的反馈控制，其详情之后进行叙述。控制器21向空压回路22发送对3个电磁阀SV1、SV2、SV3各自的通断指令、和对电动气动控制阀26的脉宽调制信号。也可将电磁阀SV2和电磁阀SV3分别称为第1电磁阀和第2电磁阀。
电动气动控制阀26例如可通过以公知的脉宽调制方式操控供气阀26a和排气阀26b的开阀时间(占空比)从而操控由外部对开阀用空气流路37提供压缩空气时的供气压力。电动气动控制阀26通过增加供气阀26a的开阀时间(占空比)使排气阀26b的开阀时间减少，从而能够提高由阀开度操控室36作用于动作部件32的空气压力。由此，能够增大阀体33的提升量La。
另一方面，电动气动控制阀26通过使供气阀26a的开阀时间(占空比)减小，使排气阀26b的开阀时间增大，能够降低由阀开度操控室36作用于动作部件32的空气压力。由此，通过来自施压弹簧55的载荷能够减小阀体33的提升量La。
电磁阀SV1是将与电磁阀SV2连接的流路切换至电动气动控制阀26或工作流体供给部95的电磁阀，在非通电时，电磁阀SV1与电动气动控制阀26连接。电磁阀SV2是将与开阀用空气流路37连接的流路切换至电磁阀SV1或工作流体排出部96的电磁阀，在非通电时，电磁阀SV2与工作流体排出部96连接。电磁阀SV3是将与切断用空气流路38连接的流路切换至工作流体供给部95或工作流体排出部96的电磁阀，在非通电时，电磁阀SV3与工作流体排出部95连接。
接下来，参照表T，对空压回路22的各工作模式的内容进行说明。表T是表示各工作模式中3个电磁阀SV1、SV2、SV3的通电状态的表。在表T中，通和断分别以“ON”和“OFF”表示。
在真空控制系统20紧急停止时的工作模式中，电动气动控制阀26及3个电磁阀SV1、SV2、SV3全部断开。紧急停止是在真空控制系统20的系统设计中被定义为最差的工作模式，例如是控制器21从干式泵(省略图示)接收到真空泵停止信号时的工作模式。干式泵是与涡轮分子泵300串联连接以用于抽真空的泵。在本工作模式中，处于大气开放状态的二次侧口44和真空侧的一次侧口41之间，大气压全部作为压差来施加。该压差载荷在使提升量La增大的方向上施加给阀体33，在使阀体33离开阀座42并使大气向真空容器90逆流的方向上发挥作用。在本实施方式的紧急停止中，能够通过切断载荷对抗上述压差从而防止逆流。
如此，高压侧的工作流体供给部95与切断用空气流路38连接，并且排气侧的工作流体排出部96与开阀用空气流路97连接。由此，施加切断载荷的切断载荷产生室39的气压上升，施加开阀侧(提升量La增大)的载荷的阀开度操控室36的室内压力降低至大气压。其结果是，与动作部件32连接的阀体33向阀座42的方向迅速移动，使真空控制阀30处于关闭状态(切断)并持续切断载荷的施加。
另外，电磁阀SV3也可以构成为：在非通电时使得与切断用空气流路38连接的流路与工作流体排出部95连接。如上所述，如果电磁阀SV3在非通电时与工作流体供给部95连接，那么，在停电时，由于停止向空压回路22供电，因此，如表T的箭头所示那样能够设定与紧急停止时相同的工作内容的工作模式。
如上所述，当真空控制系统20停电或紧急停止时，在任一工作模式下，均能够关闭真空控制阀30并施加切断载荷。其结果是，在本实施方式的真空控制系统20中，空气回路构成为：在停止向空压回路22供电的状态下，通过施压弹簧55的施压力和切断载荷产生室39的加压，使得阀体33向阀座42移动从而施加切断载荷。
在这种结构中，由于确保在电源断开或停电时必定处于切断状态，因此存在如下优点：即能够易于实现考虑了紧急停止或停电时确保安全的系统设计。而且，在本实施方式中，由于控制器21在接收到真空泵停止信号时而处于紧急停止的工作模式，因此还具有如下优点：即使因涡轮分子泵300的意外停止暂时使得二次侧口44的压力上升，也能够确保切断状态。
接下来，在使真空控制阀30处于关闭状态的工作模式中，2个电磁阀SV1、SV2处于断开状态，另一方面电磁阀SV3处于接通状态。该工作模式中，在涡轮分子泵300正常运转的状态下，使真空控制阀30处于关闭状态。在该动工作模式中，为了在正常运转状态下使真空控制阀30处于关闭状态，被设定为通过施压弹簧55施加载荷，其中，上述载荷使得O型圈75以适当的变形量变形。由此，能够提高O型圈75的耐久性。
如上所述，由于本发明的实施方式具备产生用于应对紧急情况时的切断载荷的机构，因此可提供以下的设计自由度，即，能够将施压弹簧55的施压力设定为使O型圈以适于正常运转的变形量变形的程度。
另一方面，在使真空控制阀30处于打开状态的工作模式中，3个电磁阀SV1、SV2、SV3全部接通。由此，高压侧的工作流体供给部95经由处于接通状态的2个电磁阀SV1、SV2使流路与开阀用空气流路37连接。另一方面，排气侧的工作流体排出部96经由处于接通状态的电磁阀SV3使流路与切断用空气流路38连接。另一方面，电动气动控制阀26通过处于接通状态的电磁阀SV1使流路处于与开阀用空气流路37分离的状态。由此，无论电动气动控制阀26的工作状态如何，都能够使真空控制阀30迅速地变为打开状态(提升量La最大的状态)。
最后，在利用真空控制阀30控制真空压力的工作模式中，电磁阀SV1处于断开，另一方面2个电磁阀SV2、SV3均处于接通。由此，高压侧的工作流体供给部95依次经由电动气动控制阀26、处于断开状态的电磁阀SV1和处于接通状态的电磁阀SV2使流路与开阀用空气流路37连接。另一方面，排气侧的工作流体排出部96通过处于接通状态的电磁阀SV3，使流路与切断用空气流路38连接。由此，电动气动控制阀26能够从开阀用空气流路37提供操作空气并对阀开度操控室36的内部压力进行操控，从而调节提升量La。
接下来，参照图19对真空控制系统20的控制内容进行说明。图19是实施方式的真空控制系统20的控制框图。该控制系统构成为双环路结构的串级控制，该双环路结构包括：控制真空控制阀30的阀体33的提升量La的从属环路SL、和控制真空容器90的内部压力的主环路ML。从属回路SL和主环路ML的各控制电路可构成为例如公知的PID控制系统。
从属回路SL为以通过电动气动控制阀26操控阀开度操控室36的内部压力使得阀体33的提升量La接近阀开度指令值Vp为目的的控制电路。在从属回路SL中，PID控制电路24b根据阀开度指令值Vp(目标值)和提升量La(测量值)的偏差δm来生成控制信号，向电动气动控制阀26发送脉宽调制信号。电动气动控制阀26根据脉宽调制信号操控阀开度操控室36的内部压力，从而调节对安装有阀体33的动作部件32施加的驱动力。
提升量La通过阀体位置传感器35进行测量，并被PID控制电路24b用作反馈量。由此，真空控制阀30能够对提升量La进行反馈控制。由此，能够调节真空容器90和涡轮分子泵300之间的流路的流导。
在主环路ML中，PID控制电路24a根据预先设定的目标压力值Pt和测量值Pm间的偏差δp，确定阀开度指令值Vp并将其发送给PID控制电路24b。测量压力值Pm是由真空压力传感器92测量得到的真空容器90的内部压力。PID控制电路24a调节阀开度指令值Vp以使测量压力值Pm接近目标压力值Pt。
另外，也可以去除提升量La的反馈环路而构成为对阀开度操控室36的内部压力进行操控以使偏差δp接近0的简单的单环路控制。如果设置成对提升量La进行反馈的双环路结构，那么能够抑制由来自主环路ML的指令值(控制输入)和提升量(开度)的非线性引起的精度降低。该精度的降低是由于各真空控制阀的开度范围因偏离值相互偏移而产生的。本结构被构成为通过开度的实测确保开度和控制输入的线性从而在任意的开度范围内使真空控制阀的特性保持平坦。
真空控制系统20还具有通过动作部件32对阀体33施加切断用载荷的开环路AL。可编程序逻辑控制器21通过使2个电磁阀SV2、SV3都处于关闭状态，并对切断载荷产生室39(参照图10)施加气压来产生切断用载荷。不管电磁阀SV1的通断，都能够通过适当设定切断载荷产生室39的内径、头盖61的外形来预先设定切断用载荷的大小。
以上详述的本实施方式具有以下优点。
在本实施方式的真空控制阀30中，由于直径最大的主汽缸的内周面和主活塞的外周面间通过调压阀密封，因此能够使滑动摩擦降低并使滞后缓和。由此，实施方式的真空控制阀30能够简单地实现低滞后下的正确工作、和对其工作状态进行正确的测量，因此能够实现精密且响应性高的真空控制。
而且，在本实施方式的真空控制阀30中，由于在动作部形成有通过工作流体的供给产生切断载荷的切断载荷产生室39，因此能够有效利用动作部件32的占有空间并设置切断载荷产生室39。而且，通过将切断载荷产生室39形成于动作部的内部，能够提供使切断载荷产生室39的直径变小方面的设计自由度。由此，抑制由切断载荷产生室39的设置引起的真空控制阀的大型化，并能够减小切断载荷产生室39的滑动面积，从而降低由切断载荷产生室39的摩擦引起的滞后。
在本实施方式的真空控制系统20中，空气回路被构成为，使得在对全部电磁阀停止供电的状态下，阀体33立即移动至阀座42以施加切断载荷。由此，能够简单地实现考虑了确保紧急停止或停电时安全的系统设计。
另外，在实施方式中，切断载荷产生室39和切断用活塞61之间利用垫圈进行密封，但也可以构成为：利用调压阀将切断载荷产生室39和切断用活塞61之间密封。如果利用垫圈将切断载荷产生室39和切断用活塞61之间密封，那么能够使真空控制阀的结构简单并能够实现小型化。
此外，在实施方式中，在密封切断载荷产生室39和切断用活塞61之间的密封面使用V字形的垫圈，例如，也可以使用O型圈。这是因为：O型圈具有根据提供给切断载荷产生室39的工作流体使接触面压力增高的性质。对于切断载荷产生室39和切断用活塞61之间的密封而言，通常，如果使用根据提供给切断载荷产生室39的工作流体使密封面的表面压力提高的密封部，那么能够使真空控制阀的滞后降低。如果使用V字形的垫圈，那么能够减小非加压时的动摩擦力。
在实施方式中，切断载荷产生室39形成于动作部件32的内侧，切断用活塞61配置在施压弹簧的内侧，但也可以反过来配置切断载荷产生室39和切断用活塞61。如果构成为在动作部件32的内部形成切断载荷产生室39，那么能够利用动作部件32的内部空间形成切断载荷产生室39，因此能够实现真空控制阀的小型化。
在实施方式中构成为：将一次侧口(真空容器侧连接口)作为低压侧、将二次侧口(真空泵侧连接口)作为高压侧并连接真空控制阀，通过对抗其压差载荷的切断载荷来维持切断状态。也可以使高压侧和低压侧对换位置。这样的话，能够对抗维持切断状态的方向上的压差载荷从而处于打开状态。而且，不仅可以用于真空容器的压力控制而且还可以用于高压容器的压力控制。
(E.变形例)
另外，本发明并不限于上述各实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。
(a)在上述各实施方式中，通过单个涡轮分子泵300从经由排气口561的路径和经由排出口562的路径排出气体，但不限于此，例如，也可以在各路径上设置涡轮分子泵。这样的话，能够缩短从涡轮分子泵到排气口的流路，提高有效排气速度从而实现高泵送效率。
(b)在上述各实施方式中，构成为利用配置于相互夹着处理反应区的位置处的2个排气口，但不限于此，利用多个排气口即可，例如，可以利用为3个以上的排气口。而且，也可以构成为：4个涡轮分子泵分别通过各真空控制阀(真空控制阀的个数为4个)与各排气口(排气口的个数为4个)连接。
在排气口为奇数个(例如3个)时，优选地在以处理的供给部或处理中心Wc为中心的环状的位置处等间隔地进行配置。所谓“相互夹着处理反应区的位置”，无需配置在水平面内，即与作为处理对象的平面平行的平面内，而可以在上下方向上偏移地配置。具体而言，双方的排气口可以不配置在真空容器的侧面(参考实施方式)，而是配置在下面或上面，也可以一个配置在下面另一个配置在上面。而且，排气口的个数为奇数时，在以工艺气体的供给部为中心的环状的位置中，等间隔或不等间隔配置的位置也包含在“相互夹着处理反应区的位置”中。
(c)在上述各实施方式中，将第1从属环路和第2从属环路的目标值之差用作修正值，但不限于此，例如，也可以构成为：第1从属环路和第2从属环路两者的目标值相对于基准值具有修正值。这种构成对于例如在真空控制阀侧存储修正值是有效的。
(d)可以在各排气口追加设置压力传感器(上述实施方式中共计有5个传感器)。这样的话，能够获取涡轮分子泵的入口和排气口之间的流导，从而分别实现对排气系统侧的个体差进行补偿的修正、或者对真空容器内从处理中心Wc到排气口的流导差异进行补偿的修正。通常，对从供气部到各排气部的流导差异、和／或包括真空泵与真空控制阀在内的各排气系统的个体差进行补偿即可。
(e)在上述各实施方式中，例示了在化学气相沉积(CVD)的工序中实际安装的例子，但也可以用于例如蚀刻处理或溅射这样的工序中。通常，可以用于要求既供给气体又维持真空状态的控制的真空容器的真空控制。
上述各实施方式在蚀刻处理中起到显著的效果。在蚀刻处理中具有如下的工序，即，例如在真空的真空容器的内部配置处理对象的晶圆W，并使晶圆W的处理面暴露于蚀刻气体中。例如在反应性离子蚀刻中，在真空容器的内部通过放电电离等方式使蚀刻气体等离子化，并在放置有晶圆W的阴极产生高频磁场。由此，使等离子中的离子、原子团在晶圆W的方向加速并碰撞。其结果是，由于离子的溅射、和蚀刻气体的化学反应同时发生，因此能够进行适于精细处理的高精度蚀刻。
这种高精度的蚀刻也可以应用于MEMS(微机电系统，MicroElectric Mechanical Systems)，从而能够实现机械零部件或传感器、执行器、电子电路等集成装置的实用化。这是因为在高精度的蚀刻中要求更均匀稳定地将蚀刻气体提供给晶圆W。
(f)在上述各实施方式中，配置在相互夹着处理反应区的位置，但不限于此，也可以配置在不同的位置。由此，不仅可以将工艺气体的压力和流量作为半导体工艺的设定条件，还可以将工艺气体的方向操控作为第3操控参数，因此能够得到工艺气体的流动方向这个新的自由度。工艺气体的方向操控还可以构成为例如基于处理的状态来进行反馈。
(g)在上述各实施方式中，使用涡轮分子泵和干式泵等作为真空泵，但不限于此，例如，也可以是单独使用干式泵的结构，通常使用真空泵即可。
(h)在上述各实施方式中，真空容器用于半导体的制造工艺中，但不限于此，也可以是其他的用途。由于气流的微小变化对工艺的影响较大，因此，真空容器在半导体制造工艺中能够起到显著的效果。

Claims (10)

1.真空控制阀，连接在真空容器和真空泵之间并通过工作流体操控阀开度以对所述真空容器内的真空压力进行控制，其特征在于，包括：
控制阀主体，具有将所述真空容器和所述真空泵连接的流路、以及形成于所述流路的阀座；
动作部，具有阀体、活塞以及连结所述阀体和所述活塞的杆，所述阀体通过调节提升量来操控所述阀开度，通过与所述阀座抵接进行所述流路的切断，其中，所述提升量为所述阀体与所述阀座之间的距离；
汽缸，与所述控制阀主体连接并收纳所述活塞；
施压部，在使所述提升量减小的方向上对所述动作部施压；以及
调压阀，追随所述活塞的动作，并对所述活塞的外周面与所述汽缸的内周面之间的间隙进行密封，
其中，所述动作部及所述汽缸包括：
阀开度操控室，是由所述调压阀密封且具有呈包围所述杆的筒形形状的空间，所述阀开度操控室根据所述工作流体的作用压力对所述活塞在使所述提升量增大的方向上产生载荷；以及
切断载荷产生室，形成于所述杆的内部，与所述阀开度操控室共中心轴线，在被供给所述工作流体时，对所述动作部在使所述提升量减小的方向上产生载荷。
2.真空控制阀，连接在真空容器和真空泵之间并通过工作流体操控阀开度以对所述真空容器内的真空压力进行控制，其特征在于，包括：
控制阀主体，具有将所述真空容器和所述真空泵连接的流路、以及形成于所述流路的阀座；
动作部，具有阀体、活塞以及连结所述阀体和所述活塞的杆，所述阀体通过调节提升量来操控所述阀开度，通过与所述阀座抵接进行所述流路的切断，其中，所述提升量为所述阀体与所述阀座之间的距离；
汽缸，与所述控制阀主体连接并收纳所述活塞；
施压部，在使所述提升量减小的方向上对所述动作部施压；以及
调压阀，追随所述活塞的动作，并对所述活塞的外周面与所述汽缸的内周面之间的间隙进行密封，
其中，所述动作部及所述汽缸包括：
阀开度操控室，是由所述调压阀密封且具有呈包围所述杆的筒形形状的空间，所述阀开度操控室根据所述工作流体的作用压力对所述活塞在使所述提升量增大的方向上产生载荷；以及
切断载荷产生室，与所述阀开度操控室共中心轴线，在被供给所述工作流体时，对所述动作部在使所述提升量减小的方向上产生载荷，
所述汽缸包括头盖，所述头盖具有收纳在所述切断载荷产生室中的滑动凸部，
所述真空控制阀包括密封部，所述密封部具有对所述切断载荷产生室和所述滑动凸部之间进行密封的密封面，当所述切断载荷产生室被提供所述工作流体时，提高所述密封面的表面压力。
3.如权利要求2所述的真空控制阀，其特征在于，
所述滑动凸部与所述阀开度操控室共中心轴线，且呈圆筒状，其中该圆筒状的外径小于所述阀开度操控室的内径，
所述动作部具有引导部，所述引导部在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸，
所述真空控制阀配置在所述引导部和所述滑动凸部之间，能够在所述动作方向上进行滑动，所述真空控制阀包括轴承，所述轴承对所述引导部和所述滑动凸部在与所述动作方向垂直的方向上的相互位置关系进行约束。
4.如权利要求1所述的真空控制阀，其特征在于，
所述汽缸包括头盖，所述头盖具有收纳在所述切断载荷产生室中的滑动凸部，
所述真空控制阀包括密封部，所述密封部具有对所述切断载荷产生室和所述滑动凸部之间进行密封的密封面，当所述切断载荷产生室被提供所述工作流体时，提高所述密封面的表面压力。
5.如权利要求4所述的真空控制阀，其特征在于，
所述滑动凸部与所述阀开度操控室共中心轴线，且呈圆筒状，其中该圆筒状的外径小于所述阀开度操控室的内径，
所述动作部具有引导部，所述引导部在被所述滑动凸部的内周面包围的空间中沿所述动作方向延伸，
所述真空控制阀配置在所述引导部和所述滑动凸部之间，能够在所述动作方向上进行滑动，所述真空控制阀包括轴承，所述轴承对所述引导部和所述滑动凸部在与所述动作方向垂直的方向上的相互位置关系进行约束。
6.真空控制系统，其特征在于，包括：
在权利要求1～5中的任一项所述的真空控制阀；
压力传感器，测量所述真空容器内的真空压力；
空压回路，连接用于提供工作流体的工作流体供给部、和用于排出所述工作流体的工作流体排出部，将所述工作流体提供给所述真空控制阀；以及
控制部，通过对从所述空压回路提供给所述真空控制阀的工作流体进行操控以控制所述真空容器内的真空压力。
7.如权利要求6所述的真空控制系统，其特征在于，
所述控制部在接收到真空泵停止信号时对所述阀开度操控室和所述工作流体排出部之间的流路进行连接，并对所述切断载荷产生室和所述工作流体供给部之间的流路进行连接，其中，所述真空泵停止信号包含表示停止所述真空泵的信息。
8.如权利要求6所述的真空控制系统，其特征在于，
所述空压回路具有：第1电磁阀，在非通电状态下连接所述阀开度操控室和所述工作流体排出部之间的流路；以及第2电磁阀，在非通电状态下连接所述切断载荷用产生室和所述工作流体供给部之间的流路。
9.如权利要求2～5中的任一项所述的真空控制阀，其特征在于，
所述密封部具有V字形垫圈。
10.真空控制阀，其特征在于，包括：
在权利要求9中所述的真空控制阀；
压力传感器，测量所述真空容器内的真空压力；
空压回路，连接用于提供工作流体的工作流体供给部、和用于排出所述工作流体的工作流体排出部，将所述工作流体提供给所述真空控制阀；以及控制部，通过对从所述空压回路提供给所述真空控制阀的工作流体进行操控以控制所述真空容器内的真空压力。
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