JP3476332B2 - 半導体装置用電子制御レギュレータ - Google Patents

半導体装置用電子制御レギュレータ

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JP3476332B2
JP3476332B2 JP10549497A JP10549497A JP3476332B2 JP 3476332 B2 JP3476332 B2 JP 3476332B2 JP 10549497 A JP10549497 A JP 10549497A JP 10549497 A JP10549497 A JP 10549497A JP 3476332 B2 JP3476332 B2 JP 3476332B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体の流量制御に用
いられる電子制御レギュレータに関し、詳しくは、半導
体製造装置に用いられる電子制御レギュレータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造装置の中で、ウエハー
の断面の研磨を行うCMP装置が知られている。このC
MP装置においては、研磨の際にウエハーを研磨用クロ
スに押しつけるのにウエハーを保持するトップリングか
ら窒素ガスを噴出させて押し圧を生じさせていた。この
とき、窒素ガスの圧力を一定に制御するコントロールレ
ギュレータとしては、ばね加重設定方式の禁油タイプの
レギュレータが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレギュレータは機械式レギュレータであるので、当
該レギュレータの下流側(2次側)流量によって設定さ
れた圧力が変動する問題点があった。
【0004】また、通常ノンリリーフ構造のため下流側
(2次側)を閉じてしまうと上部パイロット部の空気を
抜いても下流側(2次側)の圧力がなかなか落ちず、圧
力降下速度が遅いという問題点もあった。
【0005】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、下流側(2次側)の流量の変動
によっても設定された圧力が変動することがなく、ま
た、上部パイロット部(レギュレータの制御部)の空気
を抜けば直ちに下流側(2次側)の圧力が落ちる応答性
のよいレギュレータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明の半導体装置用電子制御レ
ギュレータでは、操作空気圧力により流体の圧力を制御
するエアーパイロット式レギュレータ主弁と、当該エア
ーパイロット式レギュレータ主弁に接続され、操作空気
圧力を前記エアーパイロット式レギュレータ主弁の操作
圧入力部に与える操作圧力制御部と、前記エアーパイロ
ット式レギュレータ主弁の下流側流路に設けられたブリ
ードポートとを備えている。
【0007】上記の構成を有する半導体装置用電子制御
レギュレータでは、操作圧力制御部からエアーパイロッ
ト式レギュレータ主弁の操作圧入力部に操作空気圧力を
印加し、エアーパイロット式レギュレータ主弁が流体の
圧力を制御し、ブリードポートはエアーパイロット式レ
ギュレータ主弁の下流側流路が閉じられた場合に、流体
を排出し、圧力降下速度を速くする。
【0008】また、請求項2に記載の発明の半導体装置
用電子制御レギュレータでは、請求項1に記載の発明の
構成に加え、前記エアパイロット式レギュレータ主弁の
下流側流路には圧力センサを備えている。この圧力セン
サがエアパイロット式レギュレータ主弁の下流側の圧力
を検出し、操作圧力制御部へフィードバックする。
【0009】さらに、請求項3に記載の発明の半導体装
置用電子制御レギュレータでは、請求項1又は2に記載
の発明の構成に加えて、前記ブリードポートは常時開オ
リフィスであることを特徴とする構成になっている。上
記のようにブリードポートを常時開オリフィスにするこ
とにより、エアーパイロット式レギュレータ主弁の下流
側の流路が閉じられたとき、当該流路に残った流体は直
ちに排出され圧力も直ちに降下する。また、オリフィス
構造であるためエアーパイロット式レギュレータ主弁の
下流側流路に圧力が付与されているときでも、圧力に与
える影響は殆どない。
【0010】また、請求項4に記載の発明の半導体装置
用電子制御レギュレータでは、請求項2乃至3の何れか
に記載の発明の構成に加えて、エアーパイロット式レギ
ュレータ主弁と操作圧力制御部とブリードポートと圧力
センサとを一体に形成したことを特徴とする構成になっ
ている。上記のように、エアーパイロット式レギュレー
タ主弁と操作圧力制御部とブリードポートと圧力センサ
とを一体に形成したことにより、構造が強固になり、ま
た、装置の小型化を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態であ
る半導体装置用電子制御レギュレータについて図面を参
照して説明する。
【0012】図1は、本発明の一実施の形態である半導
体装置用電子制御レギュレータ1(以下「電子制御レギ
ュレータ1」という。)が使用されるCMP装置2のブ
ロック図である。CMP装置2はシリコンウエハー3の
断面を研磨する為に使用される半導体製造装置の一種で
ある。
【0013】図1に示すように、CMP装置2は図示外
のモータにより回転するターンテーブル4と当該ターン
テーブル4上に貼付され、シリコンウエハー3の底面3
aを研磨する研磨クロス5と、シリコンウエハー4を保
持するトップリング6と、トップリング6の上下動をを
駆動するシリンダ7と、シリンダ7を駆動する窒素ガス
の圧力やシリコンウエハー3の裏面押え用の窒素ガスの
圧力や研磨クロス5の表面の毛ば立て(ドレッシング)
用の窒素ガスの圧力を制御する電子制御レギュレータ1
と、電子制御レギュレータ1に制御信号を与えるメイン
CPU8と、制御バルブ9,10,11,12と、窒素
ガスの噴出及び空気の吸引を切り替えるセパレータ13
とから構成されている。
【0014】このCMP装置2では、研磨前のシリコン
ウエハー3が、トップリング6から空気を吸引すること
により保持され、図示外の移動機構により図示外のマガ
ジンからターンテーブル4上に運ばれる。図示外のモー
タによりターンテーブル4が回転されると、セパレータ
13の切り替えにより、トップリング6からの空気の吸
引が窒素ガスの噴出に切り替えられる。従って、トップ
リング6はシリコンウエハー3の上面3bに押え用圧力
を与える。また、シリンダ7に窒素ガスが供給されてい
るためトップリング6はシリコンウエハー3をターンテ
ーブル4上の研磨クロス5に押圧する。従って、シリコ
ンウエハー3の底面3aが研磨クロス5により研磨され
る。
【0015】また、研磨動作が済むと、トップリング6
からの押え用圧力は停止され、空気の吸引によりトップ
リング6がシリコンウエハー3の上面3bを吸引保持し
て、図示外の移動機構によりターンテーブル4上から図
示外のマガジンへ移動され、トップリング6の空気の吸
引が停止して、シリコンウエハー3がトップリング6か
ら離脱する。その後、研磨クロス5上は、トップリング
6による毛ば立て(ドレッシング)、または、窒素ガス
の噴出による毛ば立て(窒素ガスブロー)が行われる。
【0016】このとき、本発明の一実施の形態である電
子制御レギュレータ1は上記の各処理で窒素ガスの圧力
を規定の圧力に制御する。その一例としては、押え用圧
力は0.05乃至0.5kgf/cm2であり、ドレッシング
圧は5kgf/cm2であり、窒素ガスブロー圧は3kgf/cm2
ある。
【0017】次に、本発明の一実施の形態である電子制
御レギュレータ1について図2乃至図10を参照して詳
述する。
【0018】まず、電子制御レギュレータ1のシステム
について、図2に示すシステムブロック図を参照して説
明する。電子制御レギュレータ1は、被制御流体である
窒素ガスの圧力をコントロールする主弁であるエアーパ
イロット式レギュレータ主弁15と、当該エアーパイロ
ット式レギュレータ主弁15への操作空気圧力の入力部
である操作圧入力口16へ操作圧を印加する操作圧力制
御部17と、エアーパイロット式レギュレータ主弁15
の下流側(2次側)流路の圧力を測定し、前記操作圧力
制御部17へフィードバックする圧力センサ18とから
構成されている。
【0019】次に、電子制御レギュレータ1の構造につ
いて図3乃至図6を参照して説明する。図3は電子制御
レギュレータ1の正面図、図4は電子制御レギュレータ
1の平面図、図5は電子制御レギュレータ1の側面図、
図6は電子制御レギュレータ1の底面図である。
【0020】図1に示すように、電子制御レギュレータ
1は、エアーパイロット式レギュレータ主弁15と、エ
アーパイロット式レギュレータ主弁15の下流側に接続
された下流側流路ブロック19と、エアーパイロット式
レギュレータ主弁15の上部に載置された操作圧力制御
部17と、下流側流路ブロック19上に載置された圧力
センサ18とから構成されている。図1及び図2に示す
ように、圧力センサ18の上部には圧力センサ18の出
力を操作圧力制御部17に伝達するセンサケーブル20
の一端が接続され、センサケーブル20の他端は操作圧
力制御部17の側面に接続されている。なお、操作圧力
制御部17の上部には、図3乃至図5に示すように、メ
インCPU8からの制御信号を伝達する制御信号ケーブ
ル27が接続されている。
【0021】また、下流側流路ブロック19の内部には
流路21が形成されており、流路21の図3における右
端部には前記トップリング6へ窒素ガスを出力する流路
OUTポート22が形成され、流路21の図3における
左端部は、エアーパイロット式レギュレータ主弁15の
OUTポート23に接続されている。
【0022】さらに、下流側流路ブロック19の中間部
には、ブリードポート24が設けられている。このブリ
ードポート24は微細な孔であるオリフィス25により
流路25と接続され、このオリフィス25が常時開口し
ている。ここで、オリフィス25の一例としては、流路
21内の窒素ガス圧が0.5kgf/cm2の時に4l/分で窒
素ガスが流出する程度の固定オリフィスにしておけば十
分であり、オリフィス25の直径は0.6mm程度であ
る。このブリードポート24のオリフィス25はエアー
パイロット式レギュレータ主弁15が閉じて、OUTポ
ート23への加圧がなくなった場合には、残留した窒素
ガスの圧力を外部に逃がすことが出来、圧力の降下速度
を高めることができる。また、流路21を流れる窒素ガ
スに圧力がかかっているときには、オリフィス25が微
細な孔に形成されているため、加圧されている圧力への
影響は少ない。尚、ブリードポート24の上部には止め
ねじ26が螺合されている。
【0023】また、図3又は図5に示すように、エアー
パイロット式レギュレータ主弁15の左側面には、加圧
された窒素ガスが吸気されるINポート28が形成され
ている。このINポート28及びOUTポート23に
は、雌ねじが切られており、図示外の配管等を接続でき
るようになっている。さらに、図5に示すように、操作
圧力制御部17には、操作圧用の加圧された空気を吸気
する吸気ポート29と、操作圧用の空気を排気する排気
ポート30が形成されている。さらに、図6に示すよう
に、下流側流路ブロック19の底面には、固定用の取り
付け穴31,32が形成されている。
【0024】次に、図7及び図8を参照して、操作圧力
制御部17について説明する。図7は操作圧力制御部1
7のブロック図であり、図8は操作圧力制御部17の電
気的構成を示す図である。
【0025】図7に示すように、操作圧力制御部17
は、吸・排気用電磁弁動作時間演算回路33に、指令信
号電圧(圧力目標値)が制御信号ケーブル27により入
力され、また、圧力センサ18の実測値がセンサフィー
ドバック信号電圧として、センサケーブル20により入
力されている。また、吸・排気用電磁弁動作時間演算回
路33は、吸気ポート29から吸気された操作圧用の加
圧空気を制御する吸気用電磁弁34と、操作圧用の空気
の排気を制御する排気用電磁弁35が接続されている。
吸・排気用電磁弁動作時間演算回路33は、指令信号電
圧とセンサフィードバック信号電圧とからPIDによる
比例演算によりPWM制御(パルス幅変調制御)で吸気
用電磁弁34及び排気用電磁弁35をコントロールし
て、吸気用電磁弁34と排気用電磁弁35の中間部に設
けられている操作圧力出力口41から操作空気圧力をエ
アーパイロット式レギュレータ主弁15の操作圧入力部
である操作圧入力口16に出力している。
【0026】次に、吸・排気用電磁弁動作時間演算回路
33の電気的構成について図8を参照して説明する。図
8に示すように、吸・排気用電磁弁動作時間演算回路3
3は演算基盤36にPID回路37とPWM回路38と
が設けられていおり、PID回路37には指令信号電圧
(目標値)とセンサフィードバック信号電圧(実測値)
が入力されている。PWM回路38の出力は吸気用電磁
弁34の駆動用のドライバトランジスタ39と排気用電
磁弁35の駆動用のドライバトランジスタ40に各々接
続されている。
【0027】次に、エアーパイロット式レギュレータ主
弁15の構造について、図9に示す断面図を参照して説
明する。エアーパイロット式レギュレータ主弁15は、
上部ボディ42と上部ボディ43とから構成されてい
る。上部ボディ42には、操作圧力制御部17の操作圧
力出力口41からの操作空気圧力を入力する操作圧入力
口16が設けられている。また、上部ボディ42と下部
ボディ43との間にはダイアフラム44が設けられ、当
該ダイアフラム44は、ダイアフラムリティナー45に
よって保持されている。さらに、上部ボディ42内のダ
イヤフラム44の上部には、操作圧入力口16に繋がっ
たパイロットチャンバ46が形成されており、前記ダイ
アフラム44に操作空気圧力を加えるようになってい
る。
【0028】また、下部ボディ43には、被制御流体で
ある加圧窒息ガスを吸気するINポート28が形成さ
れ、INポート28の内部には、流体を濾過する通気性
のあるフィルタ47が設けられている。さらに、下部ボ
ディ43には、上部が一段細くなっている二段円筒状の
バルブ孔48が形成されており、前記INポート28に
接続されている。バルブ孔48の上部孔48aは、通気
孔49によりOUTポート23に接続されている。ま
た、バルブ孔48内には、中間部に円錐状の膨らみを有
するバルブ50が上下に移動可能に配置され、バルブ5
0の下部の周囲にはバルブスプリング51が配置され、
バルブスプリング51はスプリングレスト52により保
持されてる。さらに、バルブ50の上端部はダイアフラ
ム44に接続されている。
【0029】ここで、エアーパイロット式レギュレータ
主弁の動作について説明すると、操作空気圧力が操作圧
入力口16に印加されると、パイロットチャンバ46も
当該操作空気圧力と同じ圧力になり、ダイアフラム44
が下方向に変形する。すると、バルブ50が下方に移動
して、INポート28から吸気される加圧窒素ガスは、
フィルタ47を通過してバルブ孔48、上部孔48a及
び通気孔49を介してOUTポート23まで達する。ま
た、操作空気圧力の印加が停止されると、ダイヤフラム
44が元の状態に戻るとともに、バルブ50は上方に移
動する。このとき、バルブスプリング51によりバルブ
50の円錐状の部分がバルブ孔48の細くなっている上
部孔48aの下端部を塞ぎ、窒息ガスの通過は出来なく
なり、OUTポート23への圧力の印加も無くなる。
【0030】次に、圧力センサ18の構造について図1
0の縦断面図を参照して説明する。図10(a)はダイ
レクトタイプの圧力センサ18をの縦断面図を示してい
る。このダイレクトタイプの圧力センサは、圧力センサ
ケース54の底部に金属ダイアフラム55を設け、当該
金属ダイアフラム55の上面に歪みゲージ又は半導体圧
力センサ56を直接蒸着し、当該歪みゲージ又は半導体
圧力センサ56の出力を信号増幅回路57で増幅してセ
ンサフィードバック信号として出力するものである。こ
の信号ににより下流側流路ブロック19内の流路21内
の窒素ガスの圧力の実測値が操作圧力制御部にセンサケ
ーブル20を介してフィードバックされる。
【0031】なお上記のダイレクトタイプ以外の圧力セ
ンサとしては、図10(b)に示す間接タイプ58のも
のがある。この間接タイプ58は、金属ダイアフラム5
9の上側にシリコングリス60からなる伝達機構61の
上部に歪みゲージまたは半導体圧力センサ62を設け、
当該歪みゲージまたは半導体圧力センサ62の出力を信
号増幅回路63によりセンサフィードバック信号として
出力するものである。
【0032】次に、上記実施の形態の電子制御レギュレ
ータ1の動作について説明する。電子制御レギュレータ
1の操作圧力制御部17の吸・排気用電磁石弁動作時間
演算回路33にシリコンウエハー3を研磨するための指
令信号(窒素ガス加圧信号)電圧がメインCPU8から
入力されると、吸気用電磁弁34がPWM制御により開
かれ吸気ポート29から加圧空気が吸気され、排気用電
磁弁35がPWM制御により閉じられる。そして、操作
圧力出力口41から操作空気圧力がエアーパイロット式
レギュレータ主弁15の操作圧入力口16に印加され
る。すると、パイロットチャンバ46も当該操作空気圧
力と同じ圧力になり、ダイアフラム44が下方向に変形
する。すると、バルブ50が下方に移動して、INポー
ト28から吸気される加圧窒素ガスは、フィルタ47を
通過してバルブ孔48、上部孔48a及び通気孔49を
介してOUTポート23まで達する。
【0033】ここで、圧力センサ18が下流側流路ブロ
ック19内の流路21内の窒素ガスの圧力を実測してセ
ンサフィードバック信号電圧として吸・排気用電磁石弁
動作時間演算回路33にフィードバックするので、流路
21内の窒素ガスの圧力は目標値になるように補正され
てい維持される。
【0034】次に、操作圧力制御部17の吸・排気用電
磁石弁動作時間演算回路33にシリコンウエハー3を研
磨を停止するための指令信号(窒素ガス停止信号)電圧
がメインCPU8から入力されると、PWM制御により
吸気用電磁弁34が閉じられ、PWM制御により排気用
磁弁35が開かれ、操作空気圧力は、排気ポート30か
ら排気される。従って、操作空気圧力が、エアーパイロ
ット式レギュレータ主弁15の操作圧入力口16から操
作圧力出力口41方向に排気されて操作空気圧力の印加
が停止される。ダイヤフラム44は元の状態に戻るとと
もに、バルブ50は上方に移動する。このとき、バルブ
スプリング51によりバルブ50の円錐状の部分がバル
ブ孔48の細くなっている上部孔48aの下端部を塞
ぎ、窒息ガスの通過は出来なくなり、OUTポート23
への圧力の印加も無くなる。
【0035】このとき、下流側流路ブロック19の中間
部には、ブリードポート24が設けられている。このブ
リードポート24は微細な孔であるオリフィス25によ
り流路25と接続され、このオリフィス25が常時開口
している。従って、エアーパイロット式レギュレータ主
弁15が閉じて、OUTポート23への加圧がなくなっ
た場合には、残留した窒素ガスの圧力を外部に逃がすこ
とが出来、圧力の降下速度を高めることができる。ま
た、流路21を流れる窒素ガスに圧力がかかっていると
きには、オリフィス25が微細な孔に形成されているた
め、加圧されている圧力への影響は少ない。
【0036】以上説明したように、本実施の形態の電子
制御レギュレータ1は、エアーパイロット式レギュレー
タ主弁15のバルブ50を閉じた場合に、下流側の流路
21内に残った加圧された窒素ガスがブリードポート2
4から直ちに排出されるため、圧力降下の指令信号に対
する応答性がよくなるという効果がある。
【0037】また、流路21を流れる窒素ガスに圧力が
かかっているときには、オリフィス25が微細な孔に形
成されているため、加圧されている圧力への影響は少な
い。
【0038】さらに、圧力センサ18を設けて流路21
の圧力の実測値の信号電圧を、操作電圧制御部17にフ
ィードバックしているので、被制御流体である窒素ガス
の圧力の変動に対して補正が可能であり、常に一定の下
流側(2次側)圧力を得ることができる。
【0039】また、電子制御レギュレータ1は、操作圧
力制御部17とエアーパイロット式レギュレータ主弁1
5と圧力センサ18とブリードポート24とを一体構造
にしているので、強度が高くなり、小型化も実現でき
る。
【0040】なお、上記の実施の形態では、流体として
窒素ガスを使用しているが、他のガスについても使用可
能なことはいうまでもない。また、半導体製造装置以外
にも使用できることもいうまでもない。さらに、本発明
は上記の実施の形態に限られず、各種の変形が可能であ
る。
【0041】
【発明の効果】請求項1に記載の発明の半導体装置用電
子制御レギュレータでは、操作圧力制御部からエアーパ
イロット式レギュレータ主弁の操作圧入力部に操作空気
圧力を印加を中止した場合には、エアーパイロット式レ
ギュレータ主弁が閉じ当該主弁の下流側への圧力の印加
が中止されるが、このとき下流側流路に残った加圧流体
を、ブリードポートは直ちに排出し、圧力降下速度を速
くすることができるので、指令信号応答性のよい電子制
御レギュレータを実現できる。
【0042】また、請求項2に記載の発明の半導体装置
用電子制御レギュレータでは、請求項1に記載の発明の
効果に加え、圧力センサがエアーパイロット式レギュレ
ータ主弁の下流側の圧力を検出し、操作圧力制御部へフ
ィードバックするので、常に下流側の流体の圧力を一定
に保つことができる。
【0043】さらに、請求項3に記載の発明の半導体装
置用電子制御レギュレータでは、請求項1又は2に記載
の発明の効果に加えて、ブリードポートを常時開オリフ
ィスにすることにより、エアーパイロット式レギュレー
タ主弁の下流側の流路が閉じられたとき、当該流路に残
った流体は直ちに排出され圧力も直ちに降下することが
可能になり、また、オリフィス構造であるためエアーパ
イロット式レギュレータ主弁の下流側流路に圧力が付与
されているときでも、圧力に与える影響は殆どない。
【0044】また、請求項4に記載の発明の半導体装置
用電子制御レギュレータでは、請求項2乃至3の何れか
に記載の発明の効果に加えて、エアーパイロット式レギ
ュレータ主弁と操作圧力制御部とブリードポートと圧力
センサとを一体に形成したことにより、構造が強固にな
り、また、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子制御レギュレータ
が使用されるCMP装置のブロック図である。
【図2】上記のCMP装置のブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態の電子制御レギュレータ
の正面図である。
【図4】本発明の一実施の形態の電子制御レギュレータ
の平面図である。
【図5】本発明の一実施の形態の電子制御レギュレータ
の左側面図である。
【図6】本発明の一実施の形態の電子制御レギュレータ
の底面図である。
【図7】上記電子制御レギュレータの操作圧力制御部の
ブロック図である。
【図8】上記電子制御レギュレータの操作圧力制御部の
電気的構成を示す図である。
【図9】上記電子制御レギュレータのエアーパイロット
式レギュレータ主弁の縦断面図である。
【図10】上記電子制御レギュレータの圧力センサの縦
断面図である。
【符号の説明】
1 電子制御レギュレータ 15 エアーパイロット式レギュレータ主弁 16 操作圧入力口 17 操作圧力制御部 18 圧力センサ 19 下流側流路ブロック 20 センサケーブル 21 流路 22 流路OUTポート 23 OUTポート 24 ブリードポート 25 オリフィス
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−20605(JP,A) 特開 平4−357507(JP,A) 特開 平7−9327(JP,A) 実開 平2−143611(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 16/20 H01L 21/304 621

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 操作空気圧力により流体の圧力を制御す
    るエアーパイロット式レギュレータ主弁と、 当該エアーパイロット式レギュレータ主弁に接続され、
    操作空気圧力を前記エアーパイロット式レギュレータ主
    弁の操作圧入力部に与える操作圧力制御部と、 前記エアーパイロット式レギュレータ主弁の下流側流路
    に設けられた常時開オリフィスとを備えたことを特徴と
    する半導体装置用電子制御レギュレータ。
  2. 【請求項2】 前記エアパイロット式レギュレータ主弁
    の下流側流路には圧力センサを設けたことを特徴とする
    請求項1に記載の半導体装置用電子制御レギュレータ。
  3. 【請求項3】 前記エアーパイロット式レギュレータ主
    弁と前記操作圧力制御部と前記ブリードポートと前記圧
    力センサとを一体に形成したことを特徴とする請求項
    記載の半導体装置用電子制御レギュレータ。
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