JP4420695B2 - Pressure regulator - Google Patents
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Description
本発明は圧力調整装置に係り、とくに信号圧として加えられる入力圧に応じて、所望の出力圧を得るようにした圧力調整装置に関する。 The present invention relates to a pressure adjusting device, and more particularly, to a pressure adjusting device that obtains a desired output pressure in accordance with an input pressure applied as a signal pressure.
例えば半導体の製造プロセスにおいて、化学的機械的研磨(chemical mechanical polishing)の工程で、半導体ウエハの表面を平滑化することが試みられる。この方法は、半導体ウエハの表面に研磨粒子を含むスラリを供給し、パッドを半導体ウエハの表面と平行に移動させながら研磨を行なうものである。ここでパッドは適正かつ均一な圧力で半導体ウエハに対して押圧される。 For example, in a semiconductor manufacturing process, an attempt is made to smooth the surface of a semiconductor wafer in a step of chemical mechanical polishing. In this method, a slurry containing abrasive particles is supplied to the surface of a semiconductor wafer, and polishing is performed while moving a pad parallel to the surface of the semiconductor wafer. Here, the pad is pressed against the semiconductor wafer with an appropriate and uniform pressure.
このようにchemical mechanical polishingにおいてパッドに印加される圧力を適正にかつ均一に維持しないと、半導体ウエハの表面の平滑化が達成されない。このような目的のために、適正な圧力を安定に発生する圧力調整装置を必要とする。なおそれ以外の各種の用途においても、適正な圧力を発生する圧力調整装置が要求されている。 In this way, unless the pressure applied to the pad is properly and uniformly maintained in chemical mechanical polishing, the surface of the semiconductor wafer cannot be smoothed. For this purpose, a pressure regulator that stably generates an appropriate pressure is required. In various other applications, a pressure adjusting device that generates an appropriate pressure is required.
図3は従来のchemical mechanical polishingに用いられる圧力調整装置の一例を示しており、この圧力調整装置はバランスブースタ4を備えている。バランスブースタ4は円板状をなす弁体5を備え、この弁体5がシールリングから成るバルブシート6に対して接触したり離間したりすることによって、開閉動作を行なうようになっている。弁体5は複数のロッド7によって下側の圧力板8と連結されるとともに、圧力板8の下側に配されたダイヤフラム9によって信号圧を受けるようになっている。
FIG. 3 shows an example of a pressure adjusting device used for conventional chemical mechanical polishing, and this pressure adjusting device includes a balance booster 4. The balance booster 4 includes a disc-
ここで調整ノブ11によって減圧スプリング12が下方に押す力と、フォースモータ13によって発生されかつモジュールベース14の凹部15および通路16を介して凹部17に印加され、ダイヤフラム9の下面に加えられる力とが釣合うようになっている。従って減圧スプリング12の変形量を、chemical mechanical polishingのパッドの重量をキャンセルするように調整する。これが初期調整に当る。
Here, the force by which the pressure-reducing
ここで上記フォースモータ13によって発生される信号圧であって、ダイヤフラム9の下面に加えられる入力圧を調整すると、ダイヤフラム9の下面に作用する力が変化する。いま入力圧を高くすると、ダイヤフラム9を介して圧力板8が上方へ押されるために、弁体5がバルブシート6から離間する。従って供給ポート18からの供給圧が通路19から凹部20に供給され、この通路19から出力ポート21に至る。これによって出力圧が増大する。そして圧力がバランスした状態で図3に示すように弁体5がバルブシート6に接触して供給圧が遮断される。
Here, when the signal pressure generated by the
弁体5がバルブシート6に接触して閉弁状態にあるときに、出力圧は凹部20からオリフィス22を通って排気ポート23側に流れる。すなわち平衡状態において常に排気側へ出力圧がゆっくりと流れる。従ってフォースモータ13によって与えられる入力圧であってダイヤフラム9の下側に印加される入力圧を低くすると、上記の排気ポート23を通る排気動作が長時間にわたってゆっくりと行なわれ、やがて新たな圧力のバランス状態となる。そしてこの状態においてもなおオリフィス22から排気ポート23に出力圧が流れるために、平衡状態に達した後は、弁体5が少し開いて供給圧が印加される状態と、排気ポート23を通して排気動作が行なわれる状態とが繰返されることになり、平衡状態における出力圧の変化は、鋸歯状波のような圧力変動を発現する。
When the
このような従来の圧力調整装置は、真空ポンプが接続される排気ポート23と出力ポート21とが固定抵抗を構成するオリフィス22によって連通されており、圧力の下降時間が上記オリフィス22の抵抗値によって決定され、オリフィス22を絞ると圧力の下降に時間を要する問題がある。また図3に示す構造はオリフィス22を通して排気ポート23から真空ポンプ側へ常に正圧が流れ込む。従って真空ポンプの負荷が大きくなり、あるいはまた真空ポンプのトラブルの原因になる。さらには真空ポンプの圧力変動がそのまま出力ポート21に出力ノイズとして現われるために、安定性を必要とする圧力調整装置には不適当なものである。また安定性を高めるためには、1つの圧力調整装置について1台の真空ポンプを必要とする欠点がある。
In such a conventional pressure adjusting device, the
本願発明の課題は、圧力調整時以外は真空ポンプとの接続が遮断されるようにした圧力調整装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the pressure regulator which made the connection with a vacuum pump cut off except at the time of pressure regulation.
本願発明の別の課題は、真空ポンプと出力ポートとが定常状態で遮断され、これによって排気ポートとの接続部に固定抵抗を必要とせず、減圧動作の際の圧力降下を高速で行なうことによって、圧力降下のための時間を短縮できるようにした圧力調整装置を提供することである。 Another problem of the present invention is that the vacuum pump and the output port are shut off in a steady state, thereby eliminating the need for a fixed resistance at the connection with the exhaust port, and performing a pressure drop during decompression at high speed. An object of the present invention is to provide a pressure adjusting device that can shorten the time for pressure drop.
本願発明のさらに別の課題は、真空ポンプの圧力変動が出力圧に影響せず、出力ノイズとならないようにした圧力調整装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a pressure adjusting device in which the pressure fluctuation of the vacuum pump does not affect the output pressure and does not cause output noise.
本願発明の別の課題は、真空ポートに接続される真空ポンプの負荷がほとんど発生しない圧力調整装置を提供することである。 Another subject of this invention is providing the pressure regulator which hardly generates the load of the vacuum pump connected to a vacuum port.
本願発明のさらに別の課題は、出力圧が安定であってしかも高精度の圧力調整が可能な圧力調整装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a pressure adjusting device that is stable in output pressure and capable of highly accurate pressure adjustment.
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる発明の技術的思想および実施の形態によって明らかにされよう。 The above and other problems of the present invention will be made clear by the technical idea and embodiments of the invention described below.
本願の主要な発明は、入力圧をダイヤフラムを介して圧力板に加え、該圧力板の変位によって弁体を開閉し、該弁体の開閉によって出力圧に対する供給圧の供給と遮断とを制御して前記出力圧を所望の圧力に調整するようにした圧力調整装置において、
前記ダイヤフラムから前記圧力板に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ前記出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタを前記ダイヤフラムと前記圧力板との間に介装し、
前記排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対して前記ダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して前記圧力板に力を伝達するとともに、前記伝達ブロックがばねによって前記入力圧と対向する方向に付勢され、前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたことを特徴とする圧力調整装置に関するものである。
The main invention of the present application applies input pressure to a pressure plate through a diaphragm, opens and closes a valve body by displacement of the pressure plate, and controls supply and cutoff of supply pressure with respect to output pressure by opening and closing the valve body. In the pressure adjusting device configured to adjust the output pressure to a desired pressure,
An exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the pressure plate and that opens an exhaust passage for exhausting the output pressure only at the time of decompression is interposed between the diaphragm and the pressure plate ,
The exhaust adapter has a transmission block for transmitting force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm with respect to the transmission block, and the force is transmitted to the pressure plate through the auxiliary diaphragm. The transmission block is urged by a spring in a direction opposite to the input pressure, and the pressure control device is characterized in that an output pressure is received on a surface opposite to the transmission block of the auxiliary diaphragm. is there.
ここで前記補助ダイヤフラムの連通孔と、前記伝達ブロックの排気孔とによって前記排気通路が形成され、減圧時に前記補助ダイヤフラムから前記圧力板が離間して排気通路が形成されてよい。また前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面にプレートが取付けられ、該プレートの筒状ボスが前記補助ダイヤフラムの連通孔を挿通して前記伝達ブロックの排気孔の入口部分に嵌着されてよい。 Here, the exhaust passage may be formed by the communication hole of the auxiliary diaphragm and the exhaust hole of the transmission block, and the pressure plate may be separated from the auxiliary diaphragm to form the exhaust passage during decompression. A plate is attached to the surface of the auxiliary diaphragm opposite to the transmission block, and a cylindrical boss of the plate is inserted through the communication hole of the auxiliary diaphragm and fitted into the inlet portion of the exhaust hole of the transmission block. It's okay.
本願の別の主要な発明は、入力圧をダイヤフラムを介して弁体に加え、該弁体の変位に伴う開閉によって出力圧に対する供給圧の供給と遮断とを制御して前記出力圧を所望の圧力に調整するようにした圧力調整装置において、
前記ダイヤフラムから前記弁体に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ前記出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタを前記ダイヤフラムと前記弁体との間に介装し、
前記排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対して前記ダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して前記弁体に力を伝達するとともに、前記伝達ブロックがばねによって前記入力圧と対向する方向に付勢され、前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたことを特徴とする圧力調整装置に関するものである。
According to another main invention of the present application, an input pressure is applied to a valve body via a diaphragm, and supply / cutoff of supply pressure with respect to the output pressure is controlled by opening / closing accompanying displacement of the valve body, and the output pressure is set to a desired value. In the pressure adjusting device adapted to adjust the pressure,
An exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the valve body and opens an exhaust passage that exhausts the output pressure only during decompression is interposed between the diaphragm and the valve body ,
The exhaust adapter has a transmission block for transmitting force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm with respect to the transmission block, and the force is transmitted to the valve body through the auxiliary diaphragm. The transmission block is urged by a spring in a direction opposite to the input pressure, and the pressure control device is characterized in that an output pressure is received on a surface opposite to the transmission block of the auxiliary diaphragm. is there.
ここで前記補助ダイヤフラムの連通孔と、前記伝達ブロックの排気孔とによって排気通路が形成され、減圧時に前記補助ダイヤフラムから前記弁体の突部の開閉制御部が離間して排気通路が形成されてよい。また前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面にプレートが取付けられ、該プレートの筒状ボスが前記補助ダイヤフラムの連通孔を挿通して前記伝達ブロックの排気孔の入口部分に嵌着され、前記弁体の開閉制御部が前記筒状ボスの中心孔を開閉してよい。 Here, an exhaust passage is formed by the communication hole of the auxiliary diaphragm and the exhaust hole of the transmission block, and the opening / closing control portion of the projection of the valve body is separated from the auxiliary diaphragm at the time of decompression, thereby forming an exhaust passage. Good. A plate is attached to the surface of the auxiliary diaphragm opposite to the transmission block, and a cylindrical boss of the plate is inserted through the communication hole of the auxiliary diaphragm and fitted into the inlet portion of the exhaust hole of the transmission block. The valve body opening / closing controller may open / close the central hole of the cylindrical boss.
またここでコイルによって軸線方向に移動するフラッパと対向するノズルの背圧として得られる信号圧を入力圧として印加してよい。あるいはまた高圧源と接続されて加圧動作を行なう第1の制御弁と、低圧源と接続されて減圧動作を行なう第2の制御弁とを有し、前記第1の制御弁と前記第2の制御弁の出力側の接続点に生ずる信号圧を入力圧として印加してよい。この場合には前記第1の制御弁および前記第2の制御弁がデューティ制御によって開閉が制御される電磁弁であることが好ましい。 Here, a signal pressure obtained as a back pressure of a nozzle facing the flapper moving in the axial direction by the coil may be applied as an input pressure. Alternatively, it includes a first control valve connected to a high pressure source to perform a pressurizing operation, and a second control valve connected to a low pressure source to perform a pressure reducing operation, and the first control valve and the second control valve A signal pressure generated at a connection point on the output side of the control valve may be applied as an input pressure. In this case, it is preferable that the first control valve and the second control valve are electromagnetic valves whose opening / closing is controlled by duty control.
本願の主要な発明は、入力圧をダイヤフラムを介して圧力板に加え、該圧力板の変位によって弁体を開閉し、該弁体の開閉によって出力圧に対する供給圧の供給と遮断とを制御して出力圧を所望の圧力に調整するようにした圧力調整装置において、ダイヤフラムから圧力板に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタをダイヤフラムと圧力板との間に介装し、排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対してダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して圧力板に力を伝達するとともに、伝達ブロックがばねによって入力圧と対向する方向に付勢され、補助ダイヤフラムの伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたものである。 The main invention of the present application applies input pressure to a pressure plate through a diaphragm, opens and closes a valve body by displacement of the pressure plate, and controls supply and cutoff of supply pressure with respect to output pressure by opening and closing the valve body. In the pressure adjusting device configured to adjust the output pressure to a desired pressure, the diaphragm is an exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the pressure plate and opens the exhaust passage for exhausting the output pressure only when the pressure is reduced. The exhaust adapter has a transmission block that is interposed between the pressure plate and the exhaust adapter transmits force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm with respect to the transmission block, and the pressure plate is interposed through the auxiliary diaphragm. The transmission block is biased in the direction opposite to the input pressure by the spring, and output is performed on the surface opposite to the transmission block of the auxiliary diaphragm. In which it was to receive the.
従ってこのような圧力調整装置によれば、減圧時にのみ排気通路が開放されて出力圧が排気アダプタの排気通路から排気され、それ以外の場合には排気通路が閉じた状態に維持されるために、定常状態では排気通路が閉じた状態で出力側と排気通路とが遮断状態に維持され、このために真空ポンプの出力変動が出力ノイズとならず、真空ポンプの負荷も小さくなる。また排気通路に固定抵抗を設ける必要がなくなり、このために圧力降下のための時間を短縮できる。 Therefore, according to such a pressure adjusting device, the exhaust passage is opened only at the time of decompression, and the output pressure is exhausted from the exhaust passage of the exhaust adapter. In other cases, the exhaust passage is kept closed. In the steady state, the output side and the exhaust passage are maintained in a closed state with the exhaust passage closed, and therefore, the output fluctuation of the vacuum pump does not become output noise and the load of the vacuum pump is also reduced. Further, there is no need to provide a fixed resistance in the exhaust passage, and therefore the time for pressure drop can be shortened.
本願の別の主要な発明は、入力圧をダイヤフラムを介して弁体に加え、該弁体の変位に伴う開閉によって出力圧に対する供給圧の供給と遮断とを制御して出力圧を所望の圧力に調整するようにした圧力調整装置において、ダイヤフラムから弁体に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタをダイヤフラムと弁体との間に介装し、排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対してダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して弁体に力を伝達するとともに、伝達ブロックがばねによって入力圧と対向する方向に付勢され、補助ダイヤフラムの伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたものである。 According to another main invention of the present application, an input pressure is applied to a valve body through a diaphragm, and supply / shutoff of supply pressure with respect to the output pressure is controlled by opening / closing accompanying displacement of the valve body to control the output pressure to a desired pressure. In the pressure adjusting device, the exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the valve body and opens the exhaust passage for exhausting the output pressure only when the pressure is reduced is interposed between the diaphragm and the valve body. The exhaust adapter has a transmission block for transmitting force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm to the transmission block, and the force is transmitted to the valve body through the auxiliary diaphragm. is urged in the direction of transmission blocks facing the input pressure by the spring, the transmission block of the auxiliary diaphragm is obtained by to receive the output pressure at the surface opposite
従ってこのような圧力調整装置によれば、減圧時にのみ出力圧を排気する排気通路が開放され、定常状態においては排気通路が遮断状態に維持される。従って出力圧が真空ポンプの圧力変動の影響をほとんど受けず、さらには真空ポンプの負担が非常に軽くなる。また排気通路に絞り抵抗を設ける必要がなくなるために、排気動作を高速で行なうことが可能になる。 Therefore, according to such a pressure adjusting device, the exhaust passage for exhausting the output pressure is opened only at the time of pressure reduction, and the exhaust passage is maintained in a shut-off state in a steady state. Therefore, the output pressure is hardly affected by the pressure fluctuation of the vacuum pump, and the burden on the vacuum pump is very light. Further, since it is not necessary to provide a throttle resistance in the exhaust passage, the exhaust operation can be performed at a high speed.
図1は本発明の第1の実施の形態の圧力調整装置の構成を示しており、この圧力調整装置はベース31と、バランスブースタ32と、排気アダプタ33と、入力信号発生部34と、フォースモータ35とを備えている。なおベース31には供給ポート36と出力ポート37とが設けられ、排気アダプタ33には排気ポート38が設けられる。
FIG. 1 shows a configuration of a pressure adjusting device according to a first embodiment of the present invention. This pressure adjusting device includes a
上記ベース31の供給ポート36は通路42からバランスブースタ32の通路43、排気アダプタ33の通路44、および入力信号発生部34の通路45を通して入力信号発生部34の空間46に接続されている。また上記ベース31の出力ポート37と連通する通路48はこのベース31の上面に臨む凹部49に連通されている。
The
バランスブースタ32の下部には凹部52が形成され、この凹部52が上記ベース31の凹部49と連通される。そして凹部52内に弁体53が配されている。弁体53は中心孔54の出口側の部分に設けられたシールリングから成るバルブシート55と接触することによって閉弁動作を行なうようになっている。なお中心孔54は供給圧が供給される通路43に横孔56を介して連通されている。
A
上記弁体53は複数の縦方向に延びるロッド57を介してバランスブースタ32の上側の凹部58に配された圧力板59と連結されるようになっている。圧力板59はその下面に突部60を備え、この突部60が圧力板59の下側に配された小ダイヤフラム61を上から押圧するようになっている。小ダイヤフラム61は中心孔54と凹部58との連通を遮断している。また上記バランスブースタ32の上下の凹部58、52は互いに連通路62によって連通される。
The
次に排気アダプタ33の構成について説明する。排気アダプタ33内にはそのほぼ中心部を縦方向に貫通するように凹部65が形成され、この凹部65内に伝達ブロック66が配される。伝達ブロック66はその外周側に配されるばね67によって上方に弾性的に付勢される。そして伝達ブロック66が排気アダプタ33の上面に取付けられたダイヤフラム68の下面を受けるようになっている。
Next, the configuration of the
これに対して伝達ブロック66の下面にはプレート69が取付けられ、このプレート69の中心部に形成された筒状ボス70が伝達ブロック66の中心孔71に嵌着されている。なおプレート69は伝達ブロック66の中心部を貫通する皿ビス75によってこの伝達ブロック66の下面に固着される。そしてプレート69の中心孔71はこの伝達ブロック66の排気孔72に連通される。またプレート69と伝達ブロック66の下面との間には補助ダイヤフラム73が配される。また補助ダイヤフラム73にはその中心部に連通孔74が形成され、この連通孔74に上記プレート69の筒状ボス70が挿入されている。
On the other hand, a
次に入力信号発生部の構成について説明すると、入力信号発生部34を構成するブロックには側面に開放された断面が円形の凹部80が形成され、この凹部80にはノズル81の基部82が嵌着されている。なおノズル81はこのブロックにばね83に抗してねじ込まれている。そして基部82の外周面に形成された一対の周溝に装着されたOリング84、85によって凹部80がシールされている。
Next, the configuration of the input signal generation unit will be described. The block constituting the input
上記ノズル81の先端部に開放される中心孔86は基部82の横孔87と連通されるとともに、入力信号発生部34のブロックの通路88を通してこのブロックの下面の凹部89に連通される。
A
フォースモータ35には、上記ノズル81の先端部と対向するようにフラッパ92が配される。フラッパ92はその外周側に開口93が形成され、これによってその両面の圧力を等しくしている。フラッパ92はムービングコイル94を巻装したボビン95を備えている。そしてヨーク96とセンタコア97とマグネット98とによって磁気回路が形成され、とくにヨーク96とセンタコア97とのエアギャップの部分にムービングコイル94が配され、このムービングコイル94に電流を通ずることによって、フラッパ92を軸線方向に移動させるようにしている。
A flapper 92 is disposed on the
次に以上のような構成になるこの圧力調整装置の初期調整の動作を説明する。入力信号発生部34のノズル81をねじ込み調整し、このノズル81の先端部とフラッパ92との間のギャップ調整を行なう。このときのギャップは、ノズル81の背圧であって凹部89に生ずる圧力であり、ダイヤフラム68の上面に加わる入力圧が所定の値となるように調整する。
Next, the initial adjustment operation of the pressure adjusting device configured as described above will be described. The
例えばこの圧力調整装置をchemical mechanical polishingのためのパッドに対する圧力調整装置として使用する場合には、出力ポート37を通してパッドに加えられる圧力が、パッドの重量をキャンセルするような圧力に調整される。このような初期調整が出荷時の0点調整になる。なお出荷時の圧力調整が必ずしもパッドの自重をキャンセルする値でなくてもよく、目的に応じて種々の値が設定可能である。
For example, when this pressure adjusting device is used as a pressure adjusting device for a pad for chemical mechanical polishing, the pressure applied to the pad through the
次に通常の圧力調整の動作を説明する。フォースモータ35のムービングコイル94に電流を通ずると、スピーカのボイスコイルの原理と同様の原理によって、ボビン95が軸線方向の力を受ける。従ってこれにより、ノズル81の先端部に対するフラッパ92の距離を調整できる。フラッパ92のノズル81に対するギャップを調整することによって、供給圧が印加されているノズル81の背圧が変化する。背圧は中心孔86、横孔87、通路88、および凹部89を通してダイヤフラム68の上面に入力圧あるいは信号圧として印加される。
Next, a normal pressure adjustment operation will be described. When a current is passed through the moving
ここでノズル81に対してフラッパ92を近づけるようにムービングコイル94に電流を通ずると、ノズル81の背圧であってダイヤフラム68の上面に加わる圧力が上昇する。従って伝達ブロック66がダイヤフラム68によって下方へ押され、ばね67に抗して下方へ移動する。従ってこの伝達ブロック66の下部のプレート69が圧力板59を下方へ押圧する。従って圧力板59とロッド57を介して連結されている下側の弁体53が下方へ移動し、この弁体53がバルブシート55から離間する。
Here, when a current is passed through the moving
このようにして弁体53が開かれると、供給ポート36から通路42、43、横孔56、および中心孔54を通して凹部52に供給圧が印加され、この供給圧がさらに連通路62を通して上側の凹部58に供給される。従って伝達ブロック66の下側の補助ダイヤフラム73に対してその下面に作用する上方への力が増加する。そしてやがて上側のダイヤフラム68に加わる入力圧による下方への力と上記の補助ダイヤフラム73に加わる上方への力とがバランスする位置で、弁体53がバルブシート54に接触して閉じることになり、ここで供給圧が遮断される。
When the
上記のダイヤフラム68の上面に作用する入力圧が増加することによる圧力調整動作は、基本的に伝達ブロック66が下方に移動する動作であって、バランスブースタ32の圧力板59の上面をプレート69が押す動作である。従ってこの動作の際にはプレート69の筒状ボス70の中心孔71が圧力板59の上面で閉じられており、排気動作が行なわれない。従ってこの圧力調整の動作時には排気ポート38を通して真空ポンプ側へ空気が流れることはない。
The pressure adjustment operation by increasing the input pressure acting on the upper surface of the
次に減圧動作を説明する。フォースモータ35のコイル94に逆方向の電流を通じ、これによってフラッパ92をノズル81の先端部から離間させると、このノズル81の背圧が低下する。従って凹部89に生ずる入力圧であってダイヤフラム68の上面に加わる圧力が低下する。従って伝達ブロック66はばね67によって上方に移動される。ところが下側の弁体53がバルブシート55に着座しており、それ以上に上方へ移動できないために圧力板59も上方に移動できず、伝達ブロック66の下面のプレート69の筒状ボス70が圧力板59の上面から離間する。
Next, the decompression operation will be described. When a current in the reverse direction is passed through the
従って互いに連通路62によって連通されているバランスブースタ32の上下の凹部58、52内の空気が上記プレート69の筒状ボス70の中心孔71および排気孔72から凹部65を通って排気ポート38側に流れ、排気動作が行なわれる。すると凹部58内の圧力であって補助ダイヤフラム73に対して下側から印加される圧力が低下するために、上側のダイヤフラム68に加わる上方からの圧力と補助ダイヤフラム73に下方から印加される圧力とがバランスした状態で、再び力が釣合うようになり、このときにプレート69の筒状ボス70の中心孔71が圧力板59によって閉塞されて排気動作を停止する。
Therefore, the air in the upper and lower
このように本実施の形態の圧力調整装置は、ムービングコイル型のフォースモータ35を有する入力信号発生部34、真空ポンプあるいは真空圧力と接続される排気アダプタ33、流量増幅を行なうバランスブースタ32から構成され、これらによって連成型電空レギュレータを構成したもである。
As described above, the pressure adjusting device according to the present embodiment includes the input
ここでフォースモータ35と連動する圧力信号発生部34で発生する入力信号によって、排気アダプタ33への入力信号圧Pinが決定される。排気アダプタ33には排気ポート38を通して負圧供給圧力(真空圧)が接続され、この圧力が常にバランス状態にある。また排気アダプタ33には減算スプリングを構成するばね67が内蔵され、そのばね力と負圧出力による力とがバランスされており、入力圧Pinが0の状態で、最大の負圧が出力される。この状態で排気アダプタ33はバランス状態である。このような状態から入力圧Pinが上昇すると、バランスが崩れて新たなバランス状態になるので出力圧Po が上昇する。
By an input signal generated here by the pressure
いま上側のダイヤフラム68の有効面積をS1 とし、伝達ブロック66の下側の補助ダイヤフラム73の有効面積をS2 とし、減算スプリングを構成するばね67のばね力をFとすると、入力圧Pinと出力圧Pout とは力平衡原理に基いて次の式が成立する。
The effective area of the
Pin・S1 −F=Pout ・S2
ここで上下のダイヤフラム68、73の面積を等しくし、S1 =S2 とすると、真空ポンプの圧力変動が出力ノイズとならず、排気ポート38と接続される負圧供給圧力(真空圧)の影響を受けなくなる。またS1 =S2 とすることによって、上記の式は次のようになる。
P in · S 1 -F = P out · S 2
Here, when the areas of the upper and
Pout =Pin−F/S2
この状態では出力側のバルブシート55および排気側のバルブシートを構成する筒状ボス70の中心孔71が何れも遮断状態にあり、真空ポンプと出力圧とは互いに独立の状態になる。
P out = P in −F / S 2
In this state, both the output
このような圧力調整装置によれば、上述の如く上下のダイヤフラム68、73の面積を等しくすることによって、真空ポンプの圧力変動の影響を受けず、出力ノイズが減少する。また真空ポンプと出力ポート37とは、減圧動作時以外は常に排気通路が閉じて遮断されているために、従来の装置における絞り22(図3参照)に相当する固定抵抗が不要になり、圧力降下を高速で行なうことが出来、圧力降下のための時間が短縮される。また真空ポンプは減圧動作時のみしか負荷が加わらないために、真空ポンプの負荷を最小限にしてそのトラブルの発生を防止することが可能になる。
According to such a pressure adjusting device, by making the areas of the upper and
さらに図1に示す構成によれば、圧力板59の下面の突部60が小ダイヤフラム61を押すようになっており、この小ダイヤフラム61の有効面積をバルブシート55の有効面積と等しくすることによって、横孔56から中心孔54を通して上方に働く力と下方に働く力とが互いにバランスする。従って供給圧の影響を受けなくなり、供給圧が出力圧に対してノイズとならない。
Further, according to the configuration shown in FIG. 1, the
次に第2の実施の形態を図2によって説明する。この実施の形態は、バランスブースタ32の横孔56と中心孔54とを連通する通路のバルブシート55を閉じるように小さな弁体53が配され、しかもこの弁体53が上方へ突出するように突部105を備えている。そして突部105の上端が円錐状の開閉制御部106になっており、この開閉制御部106が上記プレート69の筒状ボス70の中心孔71を開閉制御するようになっている。なお弁体53はこのバランスブースタ32内においてばね107によって上方へ押圧付勢されている。また弁体53が着座するバルブシート55の下流側は連通路63を通してこのバランスブースタ32の凹部52に連通されている。なお排気アダプタ33の構成は上記第1の実施の形態と同様である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a
またここでは入力信号発生部34が高圧側電磁弁111と低圧側電磁弁112とを備えている。高圧側電磁弁111は高圧源として供給ポート36から通路42、43、44、45を通して供給圧が印加される。これに対して低圧側電磁弁112は大気開放114によって低圧源と接続されている。そしてこれら一対の電磁弁111、112がともにコントローラ113によってデューティ制御されるようになっており、これらの電磁弁111、112の接続部が通路88から凹部89に連通され、上側のダイヤフラム68の上面に入力圧を印加するようになっている。
Here, the
入力信号発生部34で高圧を発生させる場合には、コントローラ113によって高圧側電磁弁111をデューティ制御する。ここで目標値に対して偏差が大きい場合にはデューティ比を高くし、これに対して目標値に対する偏差が小さくなるとデューティ比を小さくするようにしている。また減圧動作の場合には、コントローラ113によって低圧側電磁弁112のデューティ制御を行なう。この場合にも偏差が大きい場合にはデューティ比を高くし、偏差が小さい場合にはデューティ比を小さくする。そしてこれら一対の電磁弁111、112によって所望の入力圧を発生させるようにし、この入力圧を通路88を通して凹部89に加え、上側のダイヤフラム68の上面に作用させるようにしている。
When the
いま上側のダイヤフラム68に加えられる入力圧が高くなると、伝達ブロック66がばね67に抗して下方へ移動する。従って伝達ブロック66の下部に取付けられているプレート69の筒状ボス70が弁体53の突部105を下方に押圧する。従って弁体53が下方に移動し、バルブシート55から離間する。従って供給ポート36からの供給圧が通路42、56、54、62を通してバランスブースタ32の凹部58に加えられる。従って補助ダイヤフラム73に対してその下面から作用する圧力が次第に増大し、やがて入力圧が印加されている上側のダイヤフラム68による下方への力とバランスする。するとその時点で伝達ブロック66が上昇し、これに応じて弁体53が上昇してバルブシート55に着座して供給圧を遮断する。なおこの入力圧を増大したときの圧力調整の動作の際には、弁体53の突部105の開閉制御部106が常に筒状ボス70の中心孔71を閉じており、このために排気動作が行なわれない。
When the input pressure applied to the
これに対して入力信号発生部34で発生する入力圧が低くなった場合には、上側のダイヤフラム68に印加される圧力が小さくなる。従って伝達ブロック66を下方へ押圧する力が弱くなるために、ばね67によって伝達ブロック66が上方に移動する。従ってバルブシート55に着座して上方に移動できない弁体53の突部105の開閉制御部106がプレート69の筒状ボス70の中心孔71から離間する。従って凹部58内の空気がプレート69の筒状ボス70の中心孔71から排気孔72を通って排気ポート38から排気される。すると凹部58の圧力が低下するために、下側の補助ダイヤフラム73を上方へ押圧する力が弱くなり、やがて上側のダイヤフラム68に印加される入力圧による力とバランスして伝達ブロック66が下方に移動することになり、ここで弁体53の突部105の開閉制御部106がプレート69の中心孔71を閉じるようになり、新たな平衡状態に達する。
On the other hand, when the input pressure generated by the
従ってこの減圧動作の際に極めて微量の空気が凹部58から排気ポート38を通して排気されるだけであって、真空ポンプにかかる負荷が極めて微小になり、真空ポンプのトラブルの発生が防止される。また上下のダイヤフラム68、73の有効面積を互いに等しくしておくことによって、真空圧の変動が出力ノイズにならず、極めて安定な圧力調整が可能になる。しかも真空ポート38と連通する排気通路72に抵抗を設ける必要がなく、圧力降下の動作を高速で短時間で行なうことが可能になり、応答性が改善される。
Accordingly, a very small amount of air is only exhausted from the
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えばバランスブースタ32と排気アダプタ33と入力信号発生部34とフォースモータ35との配置関係は、上記実施の形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。また第1の実施の形態の入力信号発生部として第2の実施の形態のそれを用い、第2の実施の形態の入力信号発生部として第1の実施の形態のそれを用いるようにしてもよい。
Although the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the positional relationship among the
本願発明は、chemical mechanical polishingにおけるパッドの圧力調整のみならず、真空圧から正圧までの連続した圧力を発生させる高精度の圧力調整手段として各種の用途に広く利用可能である。 The present invention can be widely used in various applications as not only a pad pressure adjustment in chemical mechanical polishing but also a high-precision pressure adjustment means for generating a continuous pressure from a vacuum pressure to a positive pressure.
4 バランスブースタ
5 弁体
6 バルブシート(シールリング)
7 ロッド
8 圧力板
9 ダイヤフラム
11 調整ノブ
12 減圧スプリング
13 フォースモータ
14 モジュールベース
15 凹部
16 通路
17 凹部
18 供給ポート
19 通路
20 凹部
21 出力ポート
22 オリフィス
23 排気ポート
31 ベース
32 バランスブースタ
33 排気アダプタ
34 入力信号発生部
35 フォースモータ
36 供給ポート
37 出力ポート
38 排気ポート
42〜45 通路
46 空間
48 通路
49 凹部
52 凹部
53 弁体
54 中心孔
55 バルブシート(シールリング)
56 横孔
57 ロッド
58 凹部
59 圧力板
60 突部
61 小ダイヤフラム
62、63 連通路
65 凹部
66 伝達ブロック
67 ばね
68 ダイヤフラム
69 プレート
70 筒状ボス
71 中心孔
72 排気孔
73 補助ダイヤフラム
74 連通孔
75 皿ビス
80 凹部
81 ノズル
82 基部
83 ばね
84、85 Oリング
86 中心孔
87 横孔
88 通路
89 凹部
92 フラッパ
93 開口
94 ムービングコイル
95 ボビン
96 ヨーク
97 センタコア
98 マグネット
105 突部
106 円錐状の開閉制御部
107 ばね
111 高圧側電磁弁
112 低圧側電磁弁
113 コントローラ
114 大気開放
4
7 Rod 8
56
Claims (9)
前記ダイヤフラムから前記圧力板に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ前記出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタを前記ダイヤフラムと前記圧力板との間に介装し、
前記排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対して前記ダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して前記圧力板に力を伝達するとともに、前記伝達ブロックがばねによって前記入力圧と対向する方向に付勢され、前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたことを特徴とする圧力調整装置。 The input pressure is applied to the pressure plate through the diaphragm, the valve body is opened and closed by the displacement of the pressure plate, and the supply and cutoff of the supply pressure with respect to the output pressure is controlled by opening and closing the valve body, and the output pressure is set to a desired value. In the pressure adjusting device adapted to adjust the pressure,
An exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the pressure plate and that opens an exhaust passage for exhausting the output pressure only at the time of decompression is interposed between the diaphragm and the pressure plate,
The exhaust adapter has a transmission block for transmitting force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm with respect to the transmission block, and the force is transmitted to the pressure plate through the auxiliary diaphragm. The pressure adjusting device according to claim 1, wherein the transmission block is biased by a spring in a direction opposite to the input pressure, and receives an output pressure on a surface of the auxiliary diaphragm opposite to the transmission block.
前記ダイヤフラムから前記弁体に対する力の伝達手段として作用し、しかも減圧時にのみ前記出力圧を排気する排気通路を開放する排気アダプタを前記ダイヤフラムと前記弁体との間に介装し、
前記排気アダプタが力を伝達する伝達ブロックを有し、しかも該伝達ブロックに対して前記ダイヤフラムとは反対側に補助ダイヤフラムを配し、該補助ダイヤフラムを介して前記弁体に力を伝達するとともに、前記伝達ブロックがばねによって前記入力圧と対向する方向に付勢され、前記補助ダイヤフラムの前記伝達ブロックとは反対側の面で出力圧を受けるようにしたことを特徴とする圧力調整装置。 Pressure adjustment in which the input pressure is applied to the valve body through a diaphragm, and the output pressure is adjusted to a desired pressure by controlling supply and shutoff of the supply pressure with respect to the output pressure by opening and closing accompanying the displacement of the valve body In the device
An exhaust adapter that acts as a means for transmitting force from the diaphragm to the valve body and opens an exhaust passage that exhausts the output pressure only during decompression is interposed between the diaphragm and the valve body,
The exhaust adapter has a transmission block for transmitting force, and an auxiliary diaphragm is arranged on the opposite side of the diaphragm with respect to the transmission block, and the force is transmitted to the valve body through the auxiliary diaphragm. The pressure adjusting device according to claim 1, wherein the transmission block is biased by a spring in a direction opposite to the input pressure, and receives an output pressure on a surface of the auxiliary diaphragm opposite to the transmission block.
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