JP2020190295A

JP2020190295A - 真空開閉弁

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Publication number: JP2020190295A
Application number: JP2019095896A
Authority: JP
Inventors: 哲児郎河野; Tetsujirou Kouno
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: KR20200135154A; TWI799693B; CN111981145A; TW202043657A; KR102257760B1; CN111981145B; JP7103995B2

Abstract

【課題】弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能な真空開閉弁を提供することを目的とする。【解決手段】真空チャンバ１１と、真空ポンプ１５と、の間に配設され、ポペット弁体３３Ａの開閉動作により真空チャンバ１１の排気を行う真空開閉弁３０であって、ポペット弁体３３Ａの開度を指定する開度指示を行う真空圧力制御装置７０と、開度指示により指定された開度に対応する位置に弁体を動作させるサーボ弁６０と、を備える真空開閉弁３０において、サーボ弁６０が、ポペット弁体３３Ａの位置を、所定の時間内に、第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）まで動作させる開度制御を行うための開度指示は、第１位置と第２位置との間の第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度を指定した後、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで漸次変動するものであること、を特徴とする【選択図】図８

Description

本発明は、真空チャンバと、真空ポンプと、の間に配設され、弁体の開閉動作により真空チャンバの排気を行う真空開閉弁であって、弁体の開度を指定する開度指示を行う制御装置と、開度指示に基づいて、指定された開度に対応する位置に弁体を動作させる制御弁と、を備える真空開閉弁に関するものである。

半導体製造装置においては、ウエハを配置した真空チャンバと、真空ポンプとの間に真空開閉弁が配設され、真空チャンバの圧力制御を行われる。近年、原子層堆積法（ＡＬＤ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の普及により、半導体の製造サイクルが高速化しており、真空チャンバの圧力制御が高速で行われるため、真空開閉弁も高速に弁体の開閉を行うこととなる。このとき、特許文献１に開示されるような真空圧力制御システムを用いることが考えられる。当該真空圧力制御システムに用いられる真空開閉弁は、弁体の開度の制御に、応答性の高いサーボ弁が用いられており、真空開閉弁の弁体を精度高く高速に動作させることができる。

特許第５０８６１６６号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
真空開閉弁が高速に弁体の開閉を行うと、真空開閉弁の内部において急激な内圧の変動が生じ、これに起因して真空開閉弁に振動が生じることを、出願人は実験により発見した。
例えば、従来の真空開閉弁において、弁体の開度をＸ１からＸ２とする場合（例えば、閉弁状態から完全開弁状態とする場合）、サーボ弁は、図１１に示すように、弁体の開度をＸ２とするよう制御装置より開度指示Ｃ２１を受ける（時点ｔ０）。この開度指示Ｃ２１により、サーボ弁は弁体を制御し、弁体は、図１１または図１２の波形ＰＶ２１に示すように、時点ｔ１において、Ｘ２に向かって駆動を開始する。そして、時点ｔ２において、Ｘ２に達する。この弁体の動きは非常に高速であるため、弁体が動き出す時点ｔ１において、真空開閉弁の内圧に急激な変動が生じる。内圧の変動は、図１２に示す波形Ｐ２１に表されており、弁体が動き出す時点ｔ１において、急激に変動していることが明らかである。この内圧の急激な変動により、真空開閉弁に振動が発生する。

真空開閉弁に振動が生じると、当該振動が配管を伝播することで真空チャンバに伝達され、真空チャンバの内壁面に付着しているパーティクルが剥がれ落ちるおそれがあるという問題点がある。剥がれ落ちたパーティクルがウエハ表面に付着すると半導体の欠陥につながる等、半導体製造の歩留りに悪影響を与えるため、可能な限り振動を抑えることが可能な真空開閉弁が求められている。

なお、従来は、真空開閉弁に振動が生じたとしても、大きな問題とはなっていなかったが、近年のＡＬＤの普及に伴い、使用されるガスの無駄を低減させる等の目的から半導体製造装置の小型化が進み、上記問題点が顕在化してきた。なぜならば、半導体製造装置の小型化により、半導体製造装置内部の高密度化が進んでおり、真空開閉弁の配設位置が真空チャンバに従来よりも近くなったことで、真空開閉弁に生じる振動が真空チャンバに伝達されやすくなっているためである。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能な真空開閉弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の真空開閉弁は、次のような構成を有している。
（１）真空チャンバと、真空ポンプと、の間に配設され、弁体の開閉動作により真空チャンバの排気を行う真空開閉弁であって、弁体の開度を指定する開度指示を行う制御装置と、開度指示により指定された開度に対応する位置に弁体を動作させる制御弁と、を備える真空開閉弁において、制御弁が、弁体の位置を、所定の時間内に、第１位置から第２位置まで動作させる開度制御を行うための開度指示は、第１位置と第２位置との間の第３位置に対応する開度を指定した後、第３位置に対応する開度から第２位置に対応する開度まで漸次変動するものであること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の真空開閉弁において、第３位置は、第１位置と第２位置との略中間位置であること、漸次変動は、所定の時間の略半分の時間をかけて行われること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載の真空開閉弁において、漸次変動は、第３位置に対応する開度から、第２位置に対応する開度まで、時間経過に比例して漸次変動するものであること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）に記載の真空開閉弁において、真空開閉弁は、原子層堆積法を用いた半導体製造装置に用いられ、真空チャンバと近接して配設されるものであること、を特徴とする。

本発明の真空開閉弁は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を有する。
（１）に記載の真空開閉弁によれば、弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。
従来の真空開閉弁は、弁体を第１位置から第２位置に動作させる場合、制御装置は、制御弁に対して、開度指示として第２位置に対応する開度を指定するのみであった。そうすると、弁体が第２位置に向かって急激に動作されるため、内圧に急激な変動が生じ、真空開閉弁に振動が生じていた。
一方で、本発明は、弁体を第１位置から第２位置に動作させる場合、まず、制御装置は、制御弁に対して、開度指示として、まず第１位置と第２位置との間の第３位置に対応する開度を指定し、その後、第３位置に対応する開度から第２位置に対応する開度まで、指定する開度を漸次変動させていく。このように制御されることで、弁体が第２位置に向かって急激に動作されるのではなく、まずは第３位置に向かって動作を開始した後、漸次変動される開度指示に従って、第２位置まで動作する。よって、弁体が急激な動作をせず、内圧の急激な変動を防ぐことができ、真空開閉弁に生じる振動を抑えることが可能である。真空開閉弁に生じる振動を抑えることができれば、真空チャンバに伝達される振動も抑えられ、真空チャンバ内壁に付着するパーティクルが剥がれ落ちて半導体製造の歩留りに悪影響を与える可能性が低減される。

（２）に記載の真空開閉弁によれば、弁体が動作するサイクルタイムに影響を与えることなく、弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。
弁体を第１位置から第２位置に動作させる場合、まず、制御装置は、制御弁に対して、開度指示として、まず第１位置と第２位置との間の略中間位置に対応する開度を指定し、その後、略中間位置に対応する開度から第２位置に対応する開度まで、指定する開度を漸次変動させていく。このように制御されることで、弁体が第２位置に向かって急激に動作されるのではなく、まずは略中間位置に向かって動作を開始した後、漸次変動される開度指示に従って、第２位置まで動作する。よって、弁体が急激な動作をせず、内圧の急激な変動を防ぐことができ、真空開閉弁に生じる振動を抑えることが可能である。

また、略中間位置から第２位置までの開度指示の漸次変動を、弁体が第１位置から第２位置まで動作する所定の時間の略半分の時間をかけて行うことで、弁体が第１位置から第２位置まで動作する時間に影響を与えることなく、真空開閉弁に生じる振動を抑えることが可能であることを、出願人は実験により発見した。

例えば、弁体を第１位置から第２位置までの動作させる時間（サイクルタイム）を１秒とする場合、従来の真空開閉弁においては、制御装置が、制御弁に対して、開度指示として第２位置に対応する開度を指定するのみで、弁体を１秒で動作させていた。

一方で、本発明においては、まず、制御装置は、制御弁に対して、開度指示として、まず第１位置と第２位置との間の第３位置に対応する開度を指定し、その後、第３位置に対応する開度から第２位置に対応する開度まで、指定する開度を０．５秒程度かけて漸次変動させていく。このように制御を行うことで、１秒程度で弁体を第１位置から第２位置まで動作させることができるため、真空開閉弁に振動が生じることを防止しつつ、従来の真空開閉弁と同等のサイクルタイムを確保することができる。

（３）に記載の真空開閉弁によれば、開度指示により指定される開度が、第３位置に対応する開度から、第２位置に対応する開度まで、時間経過に比例して漸次変動するため、弁体はスムーズに動作され、より確実に、弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。

（４）に記載の真空開閉弁によれば、本発明の真空開閉弁は、弁体が動作する際に生じる振動を抑えることが可能であり、近接する真空チャンバに振動が伝達されることを防ぐことができる。よって、真空チャンバの内壁面に付着しているパーティクルが剥がれ落ちるおそれが低減され、剥がれ落ちたパーティクルがウエハ表面に付着すると半導体の欠陥につながる等、半導体製造の歩留りに悪影響を与えるおそれが低減される。

本実施形態に係る真空開閉弁を用いた真空圧力制御システムの構成を表す説明図である。本実施形態に係る真空開閉弁の閉弁状態を表す断面図である。本実施形態に係る真空開閉弁の側面図である。本実施形態に係る真空開閉弁の開弁状態を表す断面図である。本実施形態に係る真空開閉弁に用いられるサーボ弁の構成を表す説明図である。本実施形態に係る真空圧力制御装置からなされる開度指示と、ポペット弁体の挙動を表すグラフである。サーボ弁に与えられる指令信号を表すグラフである。本実施形態に係るポペット弁体の挙動と、真空開閉弁の内圧の変動を表すグラフである。本実施形態に係る真空開閉弁に生じるＸ方向の振動を表すグラフである。本実施形態に係る真空開閉弁に生じるＺ方向の振動を表すグラフである。従来の、真空圧力制御装置からなされる開度指示と、ポペット弁体の挙動を表すグラフである。従来の、ポペット弁体の挙動と、真空開閉弁の内圧の変動を表すグラフである。従来の真空開閉弁に生じるＸ方向の振動を表すグラフである。従来の真空開閉弁に生じるＺ方向の振動を表すグラフである。真空開閉弁に生じる振動の測定方法を表す説明図である。本実施形態に係る真空圧力制御装置からなされる開度指示と、ポペット弁体の挙動を表すグラフである。本実施形態に係るポペット弁体の挙動と、真空開閉弁の内圧の変動を表すグラフである。本実施形態に係る真空開閉弁に生じるＸ方向の振動を表すグラフである。本実施形態に係る真空開閉弁に生じるＺ方向の振動を表すグラフである。従来の、真空圧力制御装置からなされる開度指示と、ポペット弁体の挙動を表すグラフである。従来の、ポペット弁体の挙動と、真空開閉弁の内圧の変動を表すグラフである。従来の真空開閉弁に生じるＸ方向の振動を表すグラフである。従来の真空開閉弁に生じるＺ方向の振動を表すグラフである。

本発明の真空開閉弁３０の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、真空開閉弁３０を用いた真空圧力制御システム１の構成を説明する説明図である。真空圧力制御システム１は、ＡＬＤを用いた半導体製造装置でウエハ１５０を表面処理するにあたり、ウエハ１５０を配置した真空チャンバ１１内にプロセスガスとパージガスとを交互に給気・排気させるものである。
この真空圧力制御システム１は、図１に示すように、真空容器である真空チャンバ１１、真空ポンプ１５、エア供給源２０、真空開閉弁３０、サーボ弁６０（図５参照）、及び、真空開閉弁３０等と電気的に接続する真空圧力制御装置７０等から構成されている。この真空圧力制御システム１では、真空開閉弁３０を開閉させる動力源として、エア供給源２０から供給される駆動エアＡＲを流体として用いている。

真空チャンバ１１のガス給入口１１ａには、真空チャンバ１１内に配置したウエハ１５０に表面処理をするときに用いるプロセスガスの供給源と、真空チャンバ１１内のプロセスガスをパージするのに用いる窒素ガスＮ_２の供給源とが並列に接続されている。
一方、真空チャンバ１１のガス排気口１１ｂには、後述する真空開閉弁３０の第１ポート３９が接続している。この真空開閉弁３０は、配管によりエア供給源２０と接続していると共に、エア供給源２０との間に、流体流通防止弁であるストップバルブ２１及び弁開度調節部であるハンドバルブ１４と接続している（図３参照）。また、ガス排気口１１ｂと真空開閉弁３０との間には、遮断弁１３を介してチャンバ用圧力センサ１２が接続し、このチャンバ用圧力センサ１２は、真空圧力制御装置７０と電気的に接続している。さらにまた、真空開閉弁３０の第２ポート４０は真空ポンプ１５と接続している。

次に、真空開閉弁３０について、図２〜図４を用いて説明する。
図２は、真空開閉弁３０の閉弁状態を示す断面図である。図３は、図２の側面図である。図４は、真空開閉弁３０の開弁状態を示す断面図である。
真空開閉弁３０は、ポペット弁体３３Ａの弁リフト方向（図２及び図４中、上下方向）の開弁側（図２及び図４中、上方）に位置するパイロットシリンダ部３２、及び閉弁側（図２及び図４中、下方）に位置するベローズ式ポペット弁部３１からなる。

パイロットシリンダ部３２は、図２中の上下方向を閉塞された単動空気圧シリンダ４３を備え、単動空気圧シリンダ４３の内部には、ベロフラム５０を介して単動空気圧シリンダ４３内を弁リフト方向に移動可能に収容されたピストン４１を備える。そして、ピストン４１は、復帰ばね４２により閉弁側に付勢されている。

なお、このピストン４１は、ベロフラム５０を介して単動空気圧シリンダ４３内を駆動するようになっているので、ピストン４１のスティックスリップが発生せず、ピストン４１は、高い応答性と正確な位置精度で単動空気圧シリンダ４３内を駆動することができる。
また、パイロットシリンダ部３２には、ピストン４１が開閉方向に移動したとき、ピストン４１の下死点の位置から変位した分のピストン４１の変位量、すなわち真空開閉弁３０の開弁度ＶＬを非接触で計測する変位センサ５１が設けられている。この変位センサ５１は、真空圧力制御装置７０と電気的に接続している。

ベロフラム５０は、例えば、ポリエステル、ポリアミド、アラミド等の基布をゴムに一体成形した有底円筒形状のダイヤフラムである。このベロフラム５０の中央部は、ピストン４１の閉弁側端部に固着されている。また、このベロフラム５０は、外周部を、単動空気圧シリンダ４３の図２中の下端面とシリンダ室壁４４の図２中の上端面とに挟持固定され、ピストン４１の外周面と、単動空気圧シリンダ４３の内周面との間で、図２中の上方向に深く折り返されている。これにより、弁リフト方向にストロークを有し、ピストン４１の開弁側の移動と共に追従できるようになっている。このベロフラム５０では、弁リフト方向におけるピストン４１とシリンダ室壁４４との間、つまり図４に示す供給エア収容室ＡＳ内に駆動エアＡＲが供給されると、ベロフラム５０において駆動エアＡＲによる有効受圧面積が一定不変に保持されるようになっている。

また、この供給エア収容室ＡＳには、供給された駆動エアＡＲの圧力を計測する開閉弁圧力センサ５２が配設されている（図３参照）。開閉弁圧力センサ５２は、真空圧力制御装置７０と電気的に接続している。

ピストン４１の径方向中央部には、ピストンロッド３７が固設されており、このピストンロッド３７は、ベローズ式ポペット弁部３１内部に延伸している。
ベローズ式ポペット弁部３１は、内部にポペット弁体３３Ａを有しており、ピストンロッド３７の、図２において下側端部が、ポペット弁体３３Ａと連結している。ピストン４１の弁リフト方向の駆動に伴って、ピストンロッド３７も同方向に駆動されるため、ピストンロッド３７に連結したポペット弁体３３Ａの開弁または閉弁動作が行われる。また、ピストンロッド３７の径方向外側を覆うように配設されたベローズ３８が、その軸方向の一端部をポペット弁体３３Ａに取り付けられており、ポペット弁体３３Ａの弁リフト方向の駆動に伴って伸縮するようになっている。

ポペット弁体３３ＡとＯリング保持部材３３Ｂとは、ポペット弁体３３Ａの閉弁側で固定され、ポペット弁体３３ＡとＯリング保持部材３３Ｂとの隙間にＯリング取付部３４が設けられている。Ｏリング３５は、Ｏリング取付部３４に取付けられており、Ｏリング取付部３４の内壁は逆テーパー状になっているため、Ｏリング３５が抜け出ないようになっている。

ポペット弁体３３Ａは、復帰ばね４２によりピストン４１を介して弁リフト方向の閉弁側に付勢されている。このため、エア供給源２０より、サーボ弁６０を通じて駆動エアＡＲが供給エア収容室ＡＳに供給されないときには、Ｏリング３５は、ポペット弁体３３Ａ及び弁座３６により押圧される。これにより、第１ポート３９がポペット弁体３３Ａで塞がれて、真空開閉弁３０は閉弁する。
一方、駆動エアＡＲが供給エア収容室ＡＳに供給されると、供給エア収容室ＡＳ内の圧力が高まっていき、当該圧力が復帰ばね４２の付勢力を超えると、ピストン４１が復帰ばね４２による付勢力に抗して弁リフト方向の開弁側に移動し、これに伴ってポペット弁体３３Ａが弁リフト方向の開弁側に移動する。ポペット弁体３３Ａが開弁側に移動すると、Ｏリング３５と弁座３６とが離間して、第１ポート３９と第２ポート４０とが連通し、真空開閉弁３０は開弁する。これにより、真空チャンバ１１内にあるプロセスガスまたは窒素ガスを真空ポンプ１５で吸引することができる。

真空開閉弁３０の供給エア収容室ＡＳとエア供給源２０との間には、ハンドバルブ１４が接続されている。このハンドバルブ１４は、サーボ弁６０とは別に、供給エア収容室ＡＳへの駆動エアＡＲの吸気、及び、供給エア収容室ＡＳからの駆動エアＡＲの排気を、マニュアル操作で行う弁である。
真空圧力制御システム１のメンテナンスを実施する場合等において、このハンドバルブ１４の操作により、供給エア収容室ＡＳにおける駆動エアＡＲの吸排気を行えば、サーボ弁６０を用いることなく、真空開閉弁３０を簡単に開閉させることができる。これにより、メンテナンスの作業性は、サーボ弁６０を通じて真空開閉弁３０の開閉を行う場合に比べて向上する。

前述したように、真空圧力制御システム１には、ストップバルブ２１が設けられている（図３参照）。このストップバルブ２１の入力側は、エア供給源２０、排気流路及び真空開閉弁３０の供給エア収容室ＡＳに接続し、出力側は、サーボ弁６０の第１，第３ポート６１，６３に接続している。このストップバルブ２１は、入力側でエア供給源２０と接続するポートを通じて、出力側でサーボ弁６０の第１ポート６１と接続するポートに向けて駆動エアＡＲが流れないよう切換え可能な５ポートの弁である。このストップバルブ２１は、真空圧力制御装置７０と電気的に接続している。

このストップバルブ２１を設けることにより、真空圧力制御システム１を運転しないとき等、サーボ弁６０に駆動エアＡＲを供給しないときに、駆動エアＡＲがエア供給源２０からサーボ弁６０に向けて供給された状態になっていても、駆動エアＡＲはストップバルブ２１により遮断され、サーボ弁６０に供給されない。したがって、サーボ弁６０内で駆動エアＡＲが無駄に消費されることが防止できる。

次に、サーボ弁６０について、図５を用いて説明する。
図５は、サーボ弁６０の構成を説明するための説明図である。
サーボ弁６０は、ストップバルブ２１を介してエア供給源２０に接続する第１ポート６１、真空開閉弁３０の供給エア収容室ＡＳに接続する第２ポート６２、及び、ストップバルブ２１を介して排気側流路へ供給エア収容室ＡＳの排気を行う第３ポート６３を有している。第２ポート６２は、サーボ弁６０のストローク方向（図５中、左右方向）において、第１ポート６１と第３ポート６３との間に位置している。また、サーボ弁６０は、サーボ弁シリンダ６５と、コイルボビン６９と、コイルボビン６９の外周に周設され、通電方向が互いに反対同士の第１コイル６６Ａ及び第２コイル６６Ｂと、ストローク方向一端側（図５中、左方）でマグネット６７と連結するスプール６４と、制御部６８とを有している。このサーボ弁６０の制御部６８は、真空圧力制御装置７０と電気的に接続している。

サーボ弁６０は、第１コイル６６Ａに通電すると、この第１コイル６６Ａに生じる電磁力とマグネット６７による磁力により、スプール６４はサーボ弁シリンダ６５をストローク方向一端側（図５中、左方）に向けて駆動し、指令電圧値に対応した位置に正確に停止する。一方、第２コイル６６Ｂに通電すると、この第２コイル６６Ｂに生じる電磁力とマグネット６７による磁力により、スプール６４はサーボ弁シリンダ６５をストローク方向他端側（図５中、右方）に向けて駆動し、指令電圧値に対応した位置に正確に停止する。
したがって、真空圧力制御装置７０により第１コイル６６Ａ，第２コイル６６Ｂへの指令信号に相当する指令電圧がサーボ弁６０の制御部６８に入力されると、スプール６４は、この指令電圧の値に基づいて、高い応答性でかつ迅速に駆動する。そして、スプール６４は、サーボ弁シリンダ６５内を摺動しながら、この指令電圧の値に対応する所定位置までストローク方向に移動し、正確な位置で停止する。

図５は、スプール６４が、第１ポート６１および第３ポート６３を塞いでおり、供給エア収容室ＡＳへの給気および供給エア収容室ＡＳからの排気は行われない状態にあるが、スプール６４は、ストローク方向（図５中、左右方向）、すなわち第２ポート６２を挟んで第１ポート６１と第３ポート６３とを結ぶ方向に、サーボ弁シリンダ６５内を摺動することで、第１ポート６１または第３ポート６３の開閉を行う。

真空開閉弁３０の弁開度は、サーボ弁６０によって制御されている。
具体的には、スプール６４がサーボ弁シリンダ６５内のストローク方向一端側（図５中、右方）に位置で停止すると、第１ポート６１と第２ポート６２との連通流路が遮断した状態になる一方、第３ポート６３が全開され、第３ポート６３と第２ポート６２との連通流路が全開される。これにより、第２ポート６２から第３ポート６３を通じて、供給エア収容室ＡＳから駆動エアＡＲを、急速的に排気できるようになる。供給エア収容室ＡＳから駆動エアＡＲが排気されると、復帰ばね４２の付勢力により、ピストン４１が閉弁方向に動作し、これに伴ってポペット弁体３３Ａが閉弁方向に動作するため、真空開閉弁３０は閉弁される。

また、スプール６４がサーボ弁シリンダ６５内のストローク方向他端側（図５中、右方）の位置で停止すると、第３ポート６３と第２ポート６２との連通流路が遮断した状態になる一方、第１ポート６１が全開され、第１ポート６１と第２ポート６２との連通流路が全開される。これにより、駆動エアＡＲを、第１ポート６１から第２ポート６２を通じて真空開閉弁３０の供給エア収容室ＡＳに、急速的に給気できるようになる。供給エア収容室ＡＳに給気されると、供給エア収容室ＡＳの圧力が上昇していき、当該圧力が復帰ばね４２の付勢力を超えたときに、ピストン４１が開弁報告に動作する。これに伴ってポペット弁体３３Ａが開弁方向に動作するため、真空開閉弁３０は開弁される。

さらに、スプール６４は、第１ポート６１または第３ポート６３を全開するだけでなく、第１ポート６１または第３ポート６３の一部を精度良く塞ぐこともできる。これにより、第１ポート６１から第２ポート６２に向けて流れる駆動エアＡＲの流量と、第２ポート６２から第３ポート６３に向けて流れる駆動エアＡＲの流量とを、高い応答性で迅速にかつ精度良く調整することができる。
したがって、サーボ弁６０では、第１ポート６１に流入した駆動エアＡＲを、第２ポート６２を通じて真空開閉弁３０の供給エア収容室ＡＳに急速的に供給できることや、この供給エア収容室ＡＳから第２ポート６２に流れる駆動エアＡＲを、第３ポート６３を通じて急速的に排気できる。さらに、第１ポート６１を流れる駆動エアＡＲの流量と、第３ポート６３を流れる駆動エアＡＲの流量とを同時に精度良く調整することもできる。駆動エアＡＲの流量を調整することで、供給エア収容室ＡＳの圧力を調整し、真空開閉弁３０の弁開度が制御される。

ここで、真空圧力制御装置７０によるサーボ弁６０の制御方法について説明する。
真空圧力制御システム１では、チャンバ用圧力センサ１２により計測した真空チャンバ１１内の真空圧力計測値が真空圧力制御装置７０にフィードバックされ、この真空圧力計測値と目標とする真空圧力値とを比較計算して得られた開度指示が出力される。開度指示とは、ポペット弁体３３Ａの開度を指定するものである。
さらに、真空開閉弁３０の弁開度を、変位センサ５１により計測した変位検出信号（弁開度の計測値）は、真空圧力制御装置７０にフィードバックされ、上記開度指示と比較して、サーボ弁６０への指令信号が算出される。当該指令信号は、電圧値であり、サーボ弁６０の制御部６８に印加されることで、サーボ弁６０のスプール６４が、電圧値に応じた位置に移動する。

従来、ポペット弁体３３Ａを、ある開度Ｘ１からある開度Ｘ２まで、開弁方向に移動させるための開度指示は、図１１に示すように、開度Ｘ２の開度指示Ｃ２１が出力されるのみであった。ここで、例えば、開度Ｘ１を閉弁状態、開度Ｘ２を最大開弁状態とすると、閉弁状態から最大開弁状態までポペット弁体３３Ａを動作させる場合、最大開弁状態に対応する開度の開度指示Ｃ２１が行われるのみであった。これに伴い、制御部６８に印可される指令信号Ｓ２１は、図７に示すように、開度指示Ｃ２１が出力される時点ｔ０において、急激に印可されている。

ポペット弁体３３Ａの挙動は、図１１および図１２中の波形ＰＶ２１に表される。
時点ｔ０で開度指示Ｃ２１が出力された後、時点ｔ１から動作を始め、時点ｔ２で弁開度Ｘ２に到達する。時点ｔ１において、波形ＰＶ２１が直角に近い角度で急激に立ち上がっていることから、ポペット弁体３３Ａが急激に移動を開始していることが分かる。

ポペット弁体３３Ａが急激に移動を開始するため、真空開閉弁３０の内圧に急激な変動が生じる。内圧の変動は、図１２に示す波形Ｐ２１に表される。ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１から、内圧がＹ１からＹ２に向かって漸増していくが、時点ｔ１において、波形Ｐ２１に急激な変動が生じていることが明らかである。
そして、急激な内圧の変動に起因して、真空開閉弁３０には振動が生じる。

なお、この振動とは、図１５に示すような試験方法で計測されるものである。具体的には、真空開閉弁３０の第１ポート３９に、長さ６００ｍｍの試験用配管７１を接続したものを、試験用治具７２Ａ，７２Ｂの上に横置きした状態で、真空開閉弁３０を動作させる。試験用配管７１の、第１ポート３９に接続された端部とは反対側の端部には、加速度計７３が取り付けられており、真空開閉弁３０が動作した際に生じる、Ｘ方向（図１５中、左右方向）およびＺ方向（図１５中、上下方向）の振動を計測することが可能となっている。

Ｘ方向の振動は図１３に示す振動波形ＶＸ２１に表され、Ｚ方向の振動は、図１４に示す振動波形ＶＺ２１に表されている。これらの振動波形ＶＸ２１，ＶＺ２１を見ると、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１において、大きく振動が生じていることが分かる。

真空開閉弁に振動が生じると、当該振動が、配管等を通じて真空チャンバ１１に伝達され、真空チャンバ１１の内壁面に付着しているパーティクルが剥がれ落ちるおそれがあるという問題点がある。剥がれ落ちたパーティクルがウエハ１５０の表面に付着すると半導体の欠陥につながる等、半導体製造の歩留りに悪影響を与えるため、可能な限り振動を抑えることが可能な真空開閉弁が求められている。
特に、近年の半導体製造装置の小型化により、上記問題点が顕在化している。なぜならば、半導体製造装置の小型化により、半導体製造装置内部の高密度化が進んでおり、真空開閉弁３０の配設位置が真空チャンバ１１に従来よりも近くなったことで、真空開閉弁３０に生じる振動が真空チャンバ１１に伝達されやすくなっているためである。

一方、本実施形態に係る真空開閉弁３０において、ポペット弁体３３Ａを、ある開度Ｘ１からある開度Ｘ２まで移動させるための開度指示は、図１１のように開度Ｘ２の開度指示Ｃ２１が出力されるのではなく、図６に示すように、まず、開度Ｘ１と開度Ｘ２の略中間である開度Ｘ３が開度指示Ｃ１１として出力される。その後、開度指示Ｃ１１で指定される開度が、開度Ｘ３から開度Ｘ２に向かって、時間経過に応じて比例して漸増していき、時点ｔ３でＸ２に到達する。ここで、時点ｔ０から時点ｔ３までの時間は、時点ｔ０から時点ｔ２までの時間の約半分である。このような開度指示Ｃ１１が出力されることで、制御部６８に印可される信号Ｓ１１は、図７に示すように徐々に印可される。

ポペット弁体３３Ａの挙動は、図６および図８中の波形ＰＶ１１に表される。時点ｔ０で開度指示Ｃ１１が出力された後、時点ｔ１から動作を始め、時点ｔ２で弁開度Ｘ２に到達する。時点ｔ０から時点ｔ２までの時間は、従来と同等である。
波形ＰＶ１１は、従来の波形ＰＶ２１と比べて、時点ｔ１から浅い角度で立ち上がっており、ポペット弁体３３Ａが急激に移動を開始されることが防止されていることが分かる。

ポペット弁体３３Ａの急激な移動が防止されることで、従来、真空開閉弁３０に生じていた内圧な急激な変動が防止される。内圧の変動は、図８に示す波形Ｐ１１に表される。波形Ｐ１１は、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１から、内圧がＹ１からＹ２に向かって漸増していくが、時点ｔ１において、波形Ｐ２１に比べてなだらかに立ち上がっており、急激な変動が生じていないことが明らかである。

波形Ｐ１１に表される内圧の急激な変動が抑えられることで、真空開閉弁３０に振動が生じることが防止される。
Ｘ方向の振動は、図９に示す振動波形ＶＸ１１に表されており、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１において、ほぼ振動が生じていないことが分かる。また、Ｚ方向の振動は、図１０に示す振動波形ＶＺ１１に表されており、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１において、やや振動が生じているが、従来の振動波形ＶＺ１１に比して大きく改善されていることが分かる。

なお、上記においては、開度Ｘ１から開度Ｘ２まで、すなわち、ポペット弁体３３Ａの開弁方向について説明しているが、開度Ｘ２から開度Ｘ１までの閉弁方向に適用しても良い。

従来、ポペット弁体３３Ａを、開度Ｘ２から開度Ｘ１まで、閉弁方向に移動させるための開度指示は、図２０に示すように、開度Ｘ１の開度指示Ｃ２２が出力されるのみであった。例えば、ここで、開度Ｘ２を最大開弁状態、開度Ｘ１を閉弁状態とすると、最大開弁状態から閉弁状態にするためにポペット弁体３３Ａを動作させる場合、閉弁状態に対応する開度の開度指示Ｃ２２が行われるのみであった。

ポペット弁体３３Ａの挙動は、図２０および図２１中の波形ＰＶ２２に表される。時点ｔ０で開度指示Ｃ２２が出力された後、時点ｔ１から動作を始め、時点ｔ２で弁開度Ｘ１に到達する。これに伴い、真空開閉弁３０の内圧は、波形Ｐ２２に示すように、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１におけるＹ３から、時点ｔ２におけるＹ４まで漸減していく。
時点ｔ１において、ポペット弁体３３Ａが開度Ｘ１に向けて急激に移動を開始するため、真空開閉弁３０において、図２２、図２３に示す振動波形ＶＸ２２，ＶＺ２２のように、Ｘ方向の振動、Ｚ方向の振動が生じている。そして、ポペット弁体３３Ａが急激に閉弁されると、Ｏリング３５が弁座３６に衝突するため、ポペット弁体３３Ａが開度Ｘ２に達した時点ｔ２においても、Ｘ方向の振動、Ｚ方向の振動が生じている。なお、真空開閉弁３０に生じる振動は、図１５に示す試験方法で計測されるものである。

一方、本実施形態に係る真空開閉弁３０において、ポペット弁体３３Ａを、開度Ｘ２から開度Ｘ１まで移動させるための開度指示は、従来のように開度Ｘ１の開度指示Ｃ２２が出力されるのではなく、図１６に示すように、まず、開度Ｘ２と開度Ｘ１の略中間である開度Ｘ３が開度指示Ｃ１２として出力される。その後、開度指示Ｃ１２で指定される開度が、開度Ｘ３から開度Ｘ１に向かって、時間経過に応じて比例して漸減していき、時点ｔ３でＸ１に到達する。ここで、時点ｔ０から時点ｔ３までの時間は、時点ｔ０から時点ｔ２までの時間の約半分である。

このような開度指示Ｃ１２がなされたときのポペット弁体３３Ａの挙動は、図１６および図１７中の波形ＰＶ１２に表される。ポペット弁体３３Ａは、時点ｔ０で開度指示Ｃ１２が出力された後、時点ｔ１から動作を始め、時点ｔ４で弁開度Ｘ１に到達する。これに伴い、真空開閉弁３０の内圧は、波形Ｐ１２に示すように、ポペット弁体３３Ａが動作を開始する時点ｔ１におけるＹ３から、時点ｔ４におけるＹ４まで漸減していく。

まず開度Ｘ３が指示されることで、ポペット弁体３３Ａが急激に移動を開始されることが防止され、図１８、図１９に示す振動波形ＶＸ１２，ＶＺ１２のように、時点ｔ１において振動が抑えられていることが分かる。さらに、ポペット弁体３３Ａが開度Ｘ１に達した際の、Ｏリング３５が弁座３６に当接する際の衝撃が和らぎ、時点ｔ４における振動も抑えられていることが分かる。

よって、本発明を閉弁方向に適用することでも、真空開閉弁３０に生じる振動を軽減することが可能であることが分かる。ただし、時点ｔ０から時点ｔ４までの時間は、従来の時点ｔ０から時点ｔ２までの時間よりもやや長くなっており、ポペット弁体３３Ａの動作が従来に比べて遅くなる傾向があるため、ポペット弁体３３Ａの動作が遅くならない開弁方向において本発明を実施することが最も望ましい。

以上説明したように、本実施形態の真空開閉弁３０によれば、
（１）真空チャンバ１１と、真空ポンプ１５と、の間に配設され、弁体（ポペット弁体３３Ａ）の開閉動作により真空チャンバ１１の排気を行う真空開閉弁３０であって、弁体（ポペット弁体３３Ａ）の開度を指定する開度指示を行う制御装置（真空圧力制御装置７０）と、開度指示により指定された開度に対応する位置に弁体を動作させる制御弁（サーボ弁６０）と、を備える真空開閉弁３０において、制御弁（サーボ弁６０）が、弁体（ポペット弁体３３Ａ）の位置を、所定の時間内に、第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）まで動作させる開度制御を行うための開度指示は、第１位置と第２位置との間の第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度を指定した後、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで漸次変動するものであること、を特徴とするので、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。

従来の真空開閉弁は、弁体（ポペット弁体３３Ａ）を第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）に動作させる場合、制御装置（真空圧力制御装置７０）は、制御弁（サーボ弁６０）に対して、開度指示として第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度を指定するのみであった。そうすると、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が第２位置（開度Ｘ２）に向かって急激に動作されるため、内圧に急激な変動が生じ、真空開閉弁に振動が生じていた。
一方で、本発明は、弁体（ポペット弁体３３Ａ）を第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）に動作させる場合、まず、制御装置（真空圧力制御装置７０）は、制御弁（サーボ弁６０）に対して、開度指示として、まず第１位置（開度Ｘ１）と第２位置（開度Ｘ２）との間の第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度を指定し、その後、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで、指定する開度を漸次変動させていく。このように制御されることで、弁体が第２位置（開度Ｘ２）に向かって急激に動作されるのではなく、まずは第３位置（開度Ｘ３）に向かって動作を開始した後、漸次変動される開度指示に従って、第２位置（開度Ｘ２）まで動作する。よって、弁体が急激な動作をせず、内圧の急激な変動を防ぐことができ、真空開閉弁３０に生じる振動を抑えることが可能である。真空開閉弁３０に生じる振動を抑えることができれば、真空チャンバ１１に伝達される振動も抑えられ、真空チャンバ１１内壁に付着するパーティクルが剥がれ落ちて半導体製造の歩留りに悪影響を与える可能性が低減される。

（２）（１）に記載の真空開閉弁３０において、第３位置（開度Ｘ３）は、第１位置（開度Ｘ１）と第２位置（開度Ｘ２）との略中間位置であること、漸次変動は、所定の時間の略半分の時間をかけて行われること、を特徴とするので、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が動作するサイクルタイムに影響を与えることなく、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。

弁体（ポペット弁体３３Ａ）を第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）に動作させる場合、まず、制御装置（真空圧力制御装置７０）は、制御弁（サーボ弁６０）に対して、開度指示として、まず第１位置（開度Ｘ１）と第２位置（開度Ｘ２）との間の略中間位置に対応する開度を指定し、その後、略中間位置に対応する開度から第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで、指定する開度を漸次変動させていく。このように制御されることで、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が第２位置（開度Ｘ２）に向かって急激に動作されるのではなく、まずは略中間位置に向かって動作を開始した後、漸次変動される開度指示に従って、第２位置（開度Ｘ２）まで動作する。よって、弁体が急激な動作をせず、内圧の急激な変動を防ぐことができ、真空開閉弁３０に生じる振動を抑えることが可能である。

また、略中間位置から第２位置（開度Ｘ２）までの開度指示の漸次変動を、弁体が第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）まで動作する所定の時間の略半分の時間をかけて行うことで、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）まで動作する時間に影響を与えることなく、真空開閉弁３０に生じる振動を抑えることが可能であることを、出願人は実験により発見した。

例えば、弁体を第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）までの動作させる時間（サイクルタイム）を１秒とする場合、従来の真空開閉弁においては、制御装置（真空圧力制御装置７０）が、制御弁（サーボ弁６０）に対して、開度指示として第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度を指定するのみで、弁体（ポペット弁体３３Ａ）を１秒で動作させていた。

一方で、本発明においては、まず、制御装置（真空圧力制御装置７０）は、制御弁（サーボ弁６０）に対して、開度指示として、まず第１位置（開度Ｘ１）と第２位置（開度Ｘ２）との間の第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度を指定し、その後、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで、指定する開度を０．５秒程度かけて漸次変動させていく。このように制御を行うことで、１秒程度で弁体（ポペット弁体３３Ａ）を第１位置（開度Ｘ１）から第２位置（開度Ｘ２）まで動作させることができるため、真空開閉弁３０に振動が生じることを防止しつつ、従来の真空開閉弁と同等のサイクルタイムを確保することができる。

（３）（１）または（２）に記載の真空開閉弁３０において、漸次変動は、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から、第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで、時間経過に比例して漸次変動するものであること、を特徴とするので、開度指示により指定される開度が、第３位置（開度Ｘ３）に対応する開度から、第２位置（開度Ｘ２）に対応する開度まで、時間経過に比例して漸次変動するため、弁体（ポペット弁体３３Ａ）はスムーズに動作され、より確実に、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が動作する際に生じる振動を抑えることが可能である。

（４）（１）乃至（３）に記載の真空開閉弁３０において、真空開閉弁３０は、原子層堆積法に用いた半導体製造装置に用いられ、真空チャンバ１１と近接して配設されるものであること、を特徴とするので、本発明の真空開閉弁３０は、弁体（ポペット弁体３３Ａ）が動作する際に生じる振動を抑えることが可能であり、近接する真空チャンバ１１に振動が伝達されることを防ぐことができる。よって、真空チャンバ１１の内壁面に付着しているパーティクルが剥がれ落ちるおそれが低減され、剥がれ落ちたパーティクルがウエハ１５０表面に付着すると半導体の欠陥につながる等、半導体製造の歩留りに悪影響を与えるおそれが低減される。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施形態において、サーボ弁６０のスプール６４は、長手方向に摺動することで、駆動エアＡＲの流量を制御することとしているが、長手方向の中心軸を中心とした自転をすることで、駆動エアＡＲの流量を制御することとしてもよい。

１１真空チャンバ
１５真空ポンプ
３３Ａポペット弁体
６０サーボ弁（制御弁の一例）
７０真空圧力制御装置（制御装置の一例）

Claims

真空チャンバと、真空ポンプと、の間に配設され、弁体の開閉動作により前記真空チャンバの排気を行う真空開閉弁であって、前記弁体の開度を指定する開度指示を行う制御装置と、前記開度指示により指定された開度に対応する位置に前記弁体を動作させる制御弁と、を備える真空開閉弁において、
前記制御弁が、前記弁体の位置を、所定の時間内に、第１位置から第２位置まで動作させる開度制御を行うための前記開度指示は、前記第１位置と前記第２位置との間の第３位置に対応する開度を指定した後、前記第３位置に対応する開度から前記第２位置に対応する開度まで漸次変動するものであること、
を特徴とする真空開閉弁。
請求項１に記載の真空開閉弁において、
前記第３位置は、前記第１位置と前記第２位置との略中間位置であること、
前記漸次変動は、前記所定の時間の略半分の時間をかけて行われること、
を特徴とする真空開閉弁。
請求項１または２に記載の真空開閉弁において、
前記漸次変動は、前記第３位置に対応する開度から、前記第２位置に対応する開度まで、時間経過に比例して漸次変動するものであること、
を特徴とする真空開閉弁。
請求項１乃至３に記載の真空開閉弁において、
真空開閉弁は、原子層堆積法を用いた半導体製造装置に用いられ、前記真空チャンバと近接して配設されるものであること、
を特徴とする真空開閉弁。