JP7435096B2

JP7435096B2 - 圧力制御バルブ

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Publication number: JP7435096B2
Application number: JP2020047550A
Authority: JP
Inventors: 雅哉中村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-03-18
Also published as: JP2021148179A

Description

本発明は、圧力制御バルブに関する。

成膜装置やエッチング装置等の半導体製造装置においては、ガスの供給を制御し、圧力を調整した状態でプロセスが行われる。そのため、稀薄ガス雰囲気にある真空チャンバの圧力を予め設定した目標圧力に自動的に調整する自動調圧式の真空バルブが用いられる。例えば、特許文献１に記載のポペット式の真空バルブでは、弁体を弁座に対して昇降駆動して弁体と弁座との隙間を変えることで真空バルブのコンダクタンスを調整し、調圧を行っている。

特開２０１７－２２７３２５号公報

自動調圧式の真空バルブでは目標圧力近傍では弁体開度の微調整が必要なため、弁体駆動に対して微調整性能が要求される。しかしながら、特許文献１に記載の真空バルブのように弁体駆動方向の隙間を変えてコンダクタンスを調整する構造では、シール材の公差、圧力調整駆動軸とプレートの直角性すなわち弁体と弁座との平行精度、駆動の直線性等の問題により、コンダクタンスの安定性すなわち圧力制御の安定性に問題がある。

本発明の態様による圧力制御バルブは、バルブ流路の一部である開口部が形成された弁座と、前記開口部と対向するように、前記弁座に対して対向配置される弁体と、前記弁体を前記弁座に対して離接する方向に昇降駆動する弁体駆動部と、を備え、前記昇降駆動に応じてバルブコンダクタンスが変化する圧力制御バルブにおいて、前記弁座には、前記弁体の昇降駆動方向に沿った第１の壁面が形成され、前記弁体には、前記第１の壁面との間に所定間隔離れて対向する第２の壁面が形成され、前記第１の壁面と前記第２の壁面との対向面積は、前記弁体の前記昇降駆動に応じて変化する。

本発明によれば、圧力制御バルブにおける圧力制御安定性の向上を図ることができる。

図１は、圧力制御バルブを備える真空プロセス装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、圧力制御バルブの平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。図４は、バルブプレートとバルブボディとの間の隙間空間のコンダクタンスを説明する図である。図５は、圧力制御バルブの比較例を示す図である。図６は、図４、５に示す構成における隙間空間コンダクタンス(合成コンダクタンス)の一例を示す図である。図７は、第１の変形例を示す図である。図８は、第２の変形例を示す図である。図９は、第２の変形例の他の例を示す図である。図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。図１１は、駆動部と変位センサを４組設けた場合の平面図である。図１２は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－第１の実施の形態－
図１は、本発明の圧力制御バルブ１を備える真空プロセス装置１００の概略構成を示すブロック図である。真空プロセス装置１００は、例えばＣＶＤ装置であり、装置チャンバ２には圧力制御バルブ１を介してターボ分子ポンプ３が接続されている。ターボ分子ポンプ３の排気側には、ロータリーポンプやドライポンプ等の補助ポンプ４が接続される。圧力制御バルブ１はバルブコントローラ７によって制御される。ターボ分子ポンプ３はＴＭＰコントローラ８によって制御される。

装置チャンバ２には、チャンバ内圧力を計測する真空計６、および、装置チャンバ２に導入されるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５が設けられている。マスフローコントローラ５は、真空プロセス装置１００の装置コントローラ９によって制御される。真空計６で計測された圧力計測値は、装置コントローラ９およびバルブコントローラ７に入力される。バルブコントローラ７は、装置コントローラ９から入力される目標圧力と真空計６から入力される圧力計測値とに基づいて、圧力制御バルブ１の開度を制御し、装置チャンバ２の圧力が目標圧力となるように調整する。

図２は、圧力制御バルブ１を装置チャンバ２側から見た平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。圧力制御バルブ１は、弁座として機能するバルブボディ１１と、弁体として機能するバルブプレート１２とを備えている。バルブプレート１２は、バルブボディ１１の開口部１１１と対向する装置チャンバ２側に配置される。ターボ分子ポンプ３は、バルブボディ１１の下面、すなわち、開口部１１１の排気側に接続される。バルブプレート１２の周辺部にはリング状の突出部１２１が形成されており、突出部１２１の下端面がバルブプレート１２のシール面として機能する。突出部１２１の下端面が対向する面には、すなわち、バルブボディ１１のシール面にはＯリング等のシール部材１６が設けられている。

バルブプレート１２の上面には、ｘ軸方向に延在するプレート支持部１３が固定されている。プレート支持部１３には、ｚ軸方向に延在する一対のガイド棒１４ａ，１４ｂが取り付けられている。一対のガイド棒１４ａ，１４ｂのそれぞれには、ガイド棒１４ａ，１４ｂをｚ軸方向に上下駆動する駆動部１５ａ，１５ｂが設けられている。各駆動部１５ａ，１５ｂはバルブコントローラ７により制御され、一対のガイド棒１４ａ，１４ｂの駆動量が同一となるように制御される。すなわち、バルブプレート１２はバルブボディ１１に対して平行状態を保ちながら、ｚ軸方向に上下駆動される。すなわち、後述する第１の壁面１１２と第２の壁面１２２との間隔を維持しつつ、バルブプレート１２がｚ軸方向に昇降駆動される。駆動部１５ａ，１５ｂによりバルブプレート１２をバルブ全閉位置まで降下させると、バルブプレート１２のバルブボディ側端面がシール部材１６に押圧されてシール部材１６が弾性変形し、開口部１１１がバルブプレート１２により封止される。

バルブボディ１１は、平面視が円形形状であり、中央部に円形の開口部１１１が形成されている。開口部１１１の吸気側には、バルブプレート１２の側に突出する環状の突出部１１０が形成されている。突出部１１０の外周面が第１の壁面１１２（後述する図４を参照）である。第１の壁面１１２は、ｚ軸に平行な面である。一方、バルブプレート１２は、平面視が円形形状であり、周縁部には、バルブボディ１１の側に突出する環状の突出部１２１が設けられている。換言すると、バルブボディ１１の突出部１１０の外径より大きい内径の凹部がバルブプレート１２の中央部に形成されるように、バルブプレート１２の周辺部に突出部１２１が形成されている。突出部１２１の内周面は第２の壁面１２２であり、その内径は、突出部１１１の外径より大きい。第２の壁面１２２は、ｚ軸に平行な面である。

バルブ全閉位置においては、バルブプレート１２の突出部１２１の内側に突出部１１０が入り込む。突出部１２１と突出部１１０との間には隙間Ｇ２が形成される。隙間Ｇ２は、一周に亘って同一寸法である。また、バルブプレート１２をバルブ全閉位置から図示上方に駆動すると、図１に示すようにシール部材１６と突出部１２１の下端面との間に隙間Ｇ１が形成される。その結果、装置チャンバ２が隙間Ｇ１およびＧ２により開口部１１１と連通し、装置チャンバ２内のガスが、太線矢印で示すように隙間Ｇ１、隙間Ｇ２および開口部１１１を通ってターボ分子ポンプ３により排気される。

なお、駆動部１５ａ，１５ｂとしては、例えば、ステッピングモータとボールねじ機構とを使用したリニアアクチュエータが用いられる。ボールねじ機構のボールねじナットをガイド棒１４ａ，１４ｂに取り付け、そのボールねじナットに螺合するねじ棒をステッピングモータにより回転駆動する。ステッピングモータの回転方向に応じて、ボールねじナットが設けられたガイド棒１４ａ，１４ｂが上昇または降下する。駆動部１５ａ，１５ｂの駆動量は、例えば、エンコーダ等でモータ回転角度を検出することで計測される。

バルブコントローラ７は、圧力制御バルブ１の開閉動作を制御するデジタル演算器であり、例えば、中央演算装置（CPU）、読み出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、及び入出力インタフェース（ I/O インタフェース）を備えたマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成される。バルブコントローラ７は、各駆動部１５ａ，１５ｂの駆動量計測値に基づいて駆動部１５ａ，１５ｂを制御する。

圧力制御バルブ１とターボ分子ポンプ３とから成る排気系の実効排気速度は、圧力制御バルブ１のコンダクタンスとターボ分子ポンプ３の排気速度とを合成した排気速度となる。バルブプレート１２の位置を変えることによって圧力制御バルブ１のコンダクタンスが変化し、排気系の実効排気速度が変化する。そして、装置チャンバ２の圧力調整は、装置チャンバ２に導入されるガスの流量に対してバルブプレート１２の位置を制御することにより行われる。

図４は、バルブプレート１２とバルブボディ１１との間の隙間空間のコンダクタンスを説明する図である。図４において、バルブプレート１２とバルブボディ１１との間の隙間空間のコンダクタンス（以下では、隙間空間コンダクタンスと呼ぶことにする）Ｃは、概略で、円環形状の隙間領域Ｃ１～Ｃ５のコンダクタンスを合成したものとなる。隙間領域Ｃ１～Ｃ５のコンダクタンスを符号Ｃ１～Ｃ５で表した場合、隙間空間コンダクタンスＣは、一般的に次式（１）で与えられる。
１/Ｃ＝１/Ｃ１＋１/Ｃ２＋１/Ｃ３＋１/Ｃ４＋１/Ｃ５ …（１）
バルブ全閉状態を除く圧力制御バルブ１のコンダクタンスは、この隙間空間コンダクタンスＣと、開口部１１１の円筒領域をバルブプレート１２の下面まで延長した円筒空間Ｓのコンダクタンスとを合成したものとなる。

図５は、図４に示す圧力制御バルブの比較例を示す図である。図５に示す比較例では、図４に示すような突出部１１０，１２１が設けられておらず、隙間領域Ｃ４，Ｃ５は生じない。この場合、隙間空間コンダクタンスＣは次式（２）で与えられる。
１/Ｃ＝１/Ｃ１＋１/Ｃ２＋１/Ｃ３ …（２）

図４、５において、隙間領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５は、バルブプレート１２とバルブボディ１１との間において、弁体駆動方向（ｚ軸方向）に互いに対向する面の間の隙間領域である。バルブプレート１２をｚ軸方向に昇降駆動して、バルブプレート１２をバルブボディ１１に対して離接させて、バルブプレート１２とバルブボディ１１とのｚ軸方向の対向距離を変化させると、各隙間領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５の隙間間隔の寸法Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５が変化し、各隙間領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５のコンダクタンスも変化する。なお、隙間領域Ｃ１～Ｃ３，Ｃ５の径方向の寸法Ｗ１～Ｗ３，Ｗ５は、バルブプレート１２を昇降駆動しても変化しない。

一方、隙間領域Ｃ４は、突出部１１０の壁面１１２と突出部１２１の壁面１２２との間の一定間隔Ｄ４の隙間領域である。昇降駆動方向に沿った壁面１１２の法線は径方向を向いており、バルブプレート１２の駆動方向であるｚ軸方向と直交している。壁面１２２は、バルブ流路の一部である一定間隔Ｄ４の隙間領域Ｃ４を介して壁面１１２と対向している。そして、バルブプレート１２のｚ軸方向の昇降駆動に応じて、昇降駆動方向に沿った壁面１１２，１２２の対向面積が変化する。

寸法Ｄ４は隙間領域Ｃ４の隙間間隔である。寸法Ｈ４は壁面１１２と壁面１２２との対向領域のｚ方向の寸法であり、隙間領域Ｃ４のｚ方向の寸法に相当する。隙間間隔の寸法Ｄ４はバルブプレート１２が昇降駆動されても変化しないが、隙間領域Ｃ４のｚ方向の寸法Ｈ４は昇降駆動に応じて変化する。そのため、隙間領域Ｃ４のコンダクタンスは、バルブプレート１２の昇降駆動に応じて変化する。隙間領域Ｃ４は隙間領域Ｃ５を介して開口部１１１の円筒空間Ｓと連通している。

図５の構成と比べた場合の図４の構成の特徴は、隙間領域として、バルブプレート１２が昇降駆動されても隙間間隔の寸法Ｄ４が変化しない隙間領域Ｃ４を備えた点にある。隙間領域Ｃ１～Ｃ３，Ｃ５の寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ５は数ｍｍ～１ｃｍ程度の大きさに設定されるが、隙間領域Ｃ４の寸法Ｄ４は０．２ｍｍ程度と一桁以上小さな値に設定される。

図２，３に示す圧力制御バルブ１の圧力制御範囲、すなわちコンダクタンス制御範囲は、概略、バルブプレート１２の位置がＤ２≒０．２ｍｍとなる位置からＨ４＝０となるまでの範囲のコンダクタンス範囲である。バルブプレート１２をバルブ全閉に近い状態まで降下させた場合、すなわち寸法Ｄ２がＤ２＝０．１～０．２ｍｍである場合には、隙間領域Ｃ２のコンダクタンスは他の隙間領域Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５よりも小さくなり、隙間領域Ｃ４のコンダクタンスと同程度の大きさになる。

一方、バルブプレート１２をＤ２＞０．２ｍｍに上昇させると、隙間領域Ｃ１～Ｃ３，Ｃ５のコンダクタンスの増加の方が隙間領域Ｃ４のコンダクタンスの増加の方が大きく、Ｄ２＞０．２ｍｍにおいては隙間領域Ｃ４のコンダクタンスが最も小さくなる。この範囲においては隙間領域Ｃ４のコンダクタンスが最も小さく、式（１）で表される隙間空間コンダクタンスＣにおいて、隙間領域Ｃ４のコンダクタンスが支配的となる。

図６は、圧力制御バルブ１の隙間空間コンダクタンス（合成コンダクタンス）Ｃの設計例を示したものであり、シール部材（Ｏリング）１６の中心間の直径Ｄｒが３６０ｍｍの場合の一例を示した。図６において、ラインＬ１は図４に示す本実施の形態の場合の隙間空間コンダクタンスＣを示し、ラインＬ２は図５に示す比較例の場合の隙間空間コンダクタンスＣを示す。いずれの場合も、Ｗ１＝５ｍｍ、Ｗ２＝２ｍｍ、Ｗ３＝５ｍｍ、Ｗ５＝５ｍｍであって、バルブプレート１２の位置をＤ２＝０のように位置決めした時には、Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５はＤ１＝１ｍｍ、Ｄ３＝１ｍｍ、Ｄ５＝１ｍｍとなり、Ｈ４はＨ４＝８．５ｍｍとなるように設定されている。

ラインＬ１の場合、Ｄ２が０．５ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの場合の（隙間空間コンダクタンスＣ、隙間領域Ｃ４のコンダクタンス）は、それぞれ（3.65、4.46）、（4.37、4.74）、（5.53、5.64）、（6.96、7.03）となる。単位は［Ｌ／Ｓ］である。このように、隙間領域Ｃ４のコンダクタンスが支配的となり、隙間空間コンダクタンスＣと隙間領域Ｃ４のコンダクタンスとの差は小さい。すなわち、隙間空間コンダクタンスＣは、隙間間隔Ｄ４が一定な隙間領域Ｃ４のコンダクタンスとほぼ同じように変化し、例えば、Ｄ２＝１からＤ２＝５までのバルブプレート駆動量＝４ｍｍに対して、隙間空間コンダクタンスＣの変化量は１．４３（＝6.96－5.53）［Ｌ／Ｓ］となる。すなわち、コンダクタンス変化量１［Ｌ／Ｓ］に対するバルブプレート駆動量は約２．８ｍｍとなる。言い換えると、バルブプレート駆動量１ｍｍ当たりのコンダクタンス変化量を約０．３６［Ｌ／Ｓ］と小さく抑えることができる。

一方、図５に示す比較例の場合には、式（２）で計算される隙間空間コンダクタンスＣはラインＬ２０のように変化する。例えば、図５のＤ２が０．１、０．１５、０．２、０．５ｍｍの場合の隙間空間コンダクタンスＣは、それぞれ、３．１２、４．５１、５．８４、２２．８［Ｌ／Ｓ］となる。例えば、Ｄ２＝０．１５ｍｍからＤ２＝０．５ｍｍまでのバルブプレート駆動量＝０．３５ｍｍに対して、隙間空間コンダクタンスＣの変化量は１．４３（＝22.8－4.51）［Ｌ／Ｓ］となる。すなわち、コンダクタンス変化量１［Ｌ／Ｓ］に対するバルブプレート駆動量は約０．２４ｍｍとなる。言い換えると、バルブプレート駆動量１ｍｍ当たりのコンダクタンス変化量が約４．１［Ｌ／Ｓ］となり、図４の構成の場合と比べて一桁大きい。

上述のように、本実施の形態では、圧力制御バルブ１の圧力制御範囲（コンダクタンス制御範囲）においては、図４に示すようにバルブプレート１２とバルブボディ１１との間の隙間領域に、隙間間隔が常に一定な隙間領域Ｃ４が形成される。この隙間領域Ｃ４は、隣接する隙間領域Ｃ３，Ｃ５に連通している。このように、バルブプレート１２がｚ方向に昇降駆動されても隙間間隔（寸法Ｄ４）が変化しない隙間領域Ｃ４が形成されるように構成することで、単位コンダクタンス当たりのバルブプレート駆動量を、図５に示す比較例の場合よりも大きくすることができる。その結果、圧力制御バルブ１のコンダクタンスをより細かく制御することができ、圧力制御の安定性向上を図ることができる。換言すると、バルブプレート１２のｚ軸方向の単位移動量あたりのコンダクタンスの変化量を小さくできる。

なお、図６のラインＬ１で示した設計例では、直径Ｄｒが３６０ｍｍの圧力制御バルブであって、コンダクタンスが５［Ｌ/Ｓ］程度の低コンダクタンスで圧力制御をタイプのものを示した。しかしながら、隙間領域Ｃ４の寸法Ｄ４，Ｈ４の設定を適宜変えることによって、所望のコンダクタンス制御範囲に設定することができる。

（第１の変形例）
図７は、上述した実施の形態の第１の変形例を示す図である。第１の変形例では、バルブプレート１２に２つの突出部１２１ａ，１２１ｂを形成し、バルブボディ１１にも２つの突出部１１０ａ，１１０ｂを形成した。すなわち、バルブボディ１１は二重環状壁１１０ａ，１１０ｂを有し、バルブプレート１２の突出部１２１ａ，１２１ｂは二重環状壁１２１ａ，１２１ｂを有する。昇降駆動方向に沿った壁面１２２ａ，１１２ａの間には第１の隙間領域Ｃ４１が形成され、昇降駆動方向に沿った壁面１２２ｂ，１１２ｂの間には第２の隙間領域Ｃ４２が形成され、昇降駆動方向に沿った壁面１２２ｃ，壁面１１２ｃの間には第３の隙間領域Ｃ４３が形成される。隙間領域Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ４３の隙間間隔およびｚ方向寸法は、図４の場合の隙間領域Ｃ４と同様にＤ４およびＨ４に設定される。隙間領域Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ４３は隙間領域Ｃ５１，Ｃ５２により互いに連通しており、隙間領域Ｃ４３は隙間領域Ｃ５を介して開口部１１１の空間に連通している。

第１の変形例の場合、隙間空間コンダクタンスＣは、上述した式（１）において、１/Ｃ４の項および１/Ｃ５の項を、それぞれ次式（３）、（４）で置き換えたものになる。
１/Ｃ４１＋１/Ｃ４２＋１/Ｃ４３ …（３）
１/Ｃ５＋１/Ｃ５１＋１/Ｃ５２ …（４）
図４の場合と同様に、Ｄ２がＤ４よりも大きい場合には、隙間空間コンダクタンスＣは隙間領域Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ４３のコンダクタンスが支配的になる。

各隙間領域Ｃ４１～Ｃ４３は円環形状の径寸法が異なるので、式（３）で与えられるコンダクタンスは隙間領域Ｃ４のｚ方向の寸法Ｈ４を単純に３倍した場合のコンダクタンスとはならないが、寸法Ｈ４をほぼ３倍とした場合と同様のコンダクタンスとなる。すなわち、図７に示す構成で図６のＬ１と同様な設計仕様の圧力制御バルブ１を設計した場合、隙間領域Ｃ４１～Ｃ４３のｚ方向寸法を隙間領域Ｃ４のｚ方向寸法よりも小さくなるので、圧力制御バルブ１の軸方向寸法（厚さ方向寸法）をより小さくすることができる。

（第２の変形例）
図８，９は、上述した実施の形態の第２の変形例を示す図である。上述した実施の形態や第１の変形例では、バルブプレート１２およびバルブボディ１１の両方に突出部を設けたが、図８，９に示すような構成としても良い。図８に示す例では、バルブプレート１２に形成された突出部１２３を開口部１１１に挿入するような構成とし、突出部１２３の壁面１２３ａと開口部１１１の壁面との間に、隙間領域Ｃ４を形成するようにした。

また、図９に示す例では、バルブボディ１１の開口部１１１にシール部材１６を配置するためのシール部１１３を形成し、バルブプレート１２を開口部１１１に挿入するような構成とした。隙間領域Ｃ４は、バルブプレート１２の側壁面１２４と開口部１１１の壁面との間に形成される。

－第２の実施の形態－
図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。図１０に示す構成では、図２に示す構成に対して、さらに変位センサ４０ａ，４０ｂを追加した。変位センサ４０ａ，４０ｂは、バルブプレート１２とバルブボディ１１との間のｚ軸方向の距離をモニタするための光学式の変位センサである。図１０では、変位センサ４０ａ，４０ｂをｘ軸方向に延在するプレート支持部１３の両端に設けて、バルブボディ１１との距離を計測しているが、逆に、変位センサ４０ａ，４０ｂをバルブボディ１１に設けてバルブプレート１２との距離を計測しても良い。

これらの変位センサ４０ａ，４０ｂでモニタしたそれぞれの距離計測値ｚａ，ｚｂは、バルブコントローラ７に入力される。バルブコントローラ７は、変位センサ４０ａ，４０ｂから入力された距離計測値ｚａ，ｚｂが等しくなるように、すなわち、バルブボディ１１に対してバルブプレート１２の平行が維持されるように、駆動部１５ａ，１５ｂによるバルブプレート１２の駆動を制御する。圧力制御の際には、距離計測値ｚａ，ｚｂの平均値＝(ｚａ＋ｚｂ)/２を用いて駆動制御を行いつつ、距離計測値ｚａと距離計測値ｚｂとの差である偏差（＝ｚａ－ｚｂ）がゼロとなるようにバルブプレート１２のｘ軸方向の傾きを補正する。

また、図１１に示すように、プレート支持部１３の形状をｘ軸およびｙ軸の両方向に延びる十字形状とし、ｙ軸方向にも、一対の駆動部１５ｃ、１５ｄと一対の変位センサ４０ｃ，４０ｄ（距離計測値ｚｃ，ｚｄ）とを設けるようにしても良い。この場合、ｘ軸方向の偏差だけでなく、ｙ軸方向の偏差（＝ｚｃ－ｚｄ）についてもその値がゼロとなるように、バルブプレート１２の傾き補正を行う。その場合、圧力制御は、平均値＝(ｚａ＋ｚｂ＋ｚｃ＋ｚｄ)/４を用いて行う。なお、変位センサを４つ設ける場合、それらの配置は必ずしもｚ軸方向、ｙ軸方向でなくても構わない。すなわち、４つの距離計測値からバルブプレート１２の姿勢を演算により求め、４つの距離計測値が同一となるような各駆動部の駆動量を算出する。

例えば、バルブプレート１２の駆動機構にボールねじ機構を使用している場合、ボールねじ機構におけるバックラッシュ等のような機械的な誤差により、バルブプレート１２の平行精度が悪化する。このようなバルブプレート１２の平行精度の悪化は、微少な隙間Ｇ２（図４の隙間領域Ｃ４）におけるバルブプレート１２とバルブボディ１１との接触や、コンダクタンス制御安定性の悪化や、シール部材１６に対するバルブプレート１２の傾きによるシール性能の悪化などを招くことになる。

しかしながら、図１０に示す第２の実施の形態では、変位センサ４０ｃ，４０ｄで計測された距離計測値を用いてバルブプレート１２の傾きを修正することで、バルブプレート１２の平行精度の悪化を防止することができる。その結果、隙間Ｇ２におけるバルブプレート１２とバルブボディ１１との接触や、コンダクタンス制御安定性の悪化や、シール部材１６に対するバルブプレート１２の傾きによるシール性能の悪化などを防止することができる。

－第３の実施の形態－
図１２は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。図１２に示す構成では、バルブプレート１２は、一つのガイド棒１４ａおよび駆動部１５ａによって昇降駆動される。また、第２の実施の形態の場合と同様に、バルブプレート１２とバルブボディ１１との間の距離をモニタするための変位センサ４０ａ，４０ｂがプレート支持部１３に設けてられている。もちろん、変位センサ４０ａ，４０ｂをバルブボディ１１に設けても良いし、２組の変位センサをｘ軸方向およびｙ軸方向に沿ってそれぞれ設けても良い。傾動部５０は、ガイド棒１４ａおよび駆動部１５ａから成る昇降駆動系を、ｘ－ｚ平面内において±θ方向に傾けるための駆動部であって、モータ等が用いられる。

図１２に示すように、ガイド棒１４ａはプレート支持部１３の両端に固定され、いわゆる片持ち構造によりバルブプレート１２を支持している。そのため、バルブプレート１２およびプレート支持部１３に作用する重力によるモーメントがガイド棒１４ａのバルブプレート固定部分に作用し、ガイド棒１４ａおよび駆動部１５ａが＋θ方向に傾きやすくなる。そのような傾きが生じると、上述したような、隙間Ｇ２におけるバルブプレート１２とバルブボディ１１との接触や、コンダクタンス制御安定性の悪化や、シール部材１６に対するバルブプレート１２の傾きによるシール性能の悪化などを招くことになる。

第３の実施の形態では、バルブコントローラ７は、変位センサ４０ａ，４０ｂの距離計測値ｚａ，ｚｂの差分＝ｚａ－ｚｂがゼロとなるように、傾動部５０による±θ方向の傾動量を制御することでバルブプレート１２の傾きを修正し、バルブボディ１１に対するバルブプレート１２の平行を維持する。その結果、隙間Ｇ２におけるバルブプレート１２とバルブボディ１１との接触や、コンダクタンス制御安定性の悪化や、シール部材１６に対するバルブプレート１２の傾きによるシール性能の悪化などを防止することができる。

なお、上述した第２および第３の実施の形態では、隙間Ｇ２（すなわち隙間領域Ｃ４）を備える構成において変位センサ４０ｃ，４０ｄを設けた。しかし、図５に示す比較例のように隙間領域Ｃ４が形成されない構成の場合においても、変位センサ４０ｃ，４０ｄを設けてバルブプレート１２の平行を維持することで、上述したコンダクタンス制御安定性の悪化やシール性能の悪化を防止することができる。

上述した例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

［１］一態様に係る圧力制御バルブは、バルブ流路の一部である開口部が形成された弁座と、前記開口部と対向するように、前記弁座に対して対向配置される弁体と、前記弁体を前記弁座に対して離接する方向に昇降駆動する弁体駆動部と、を備え、前記昇降駆動に応じてバルブコンダクタンスが変化する圧力制御バルブにおいて、前記弁座には、前記弁体の昇降駆動方向に沿った第１の壁面が形成され、前記弁体には、前記第１の壁面との間に所定間隔離れて対向する第２の壁面が形成され、前記第１の壁面と前記第２の壁面との対向面積は、前記弁体の前記昇降駆動に応じて変化する。

例えば、図４に示すように、弁座であるバルブボディ１１には、法線がバルブプレート１２の昇降駆動方向（ｚ軸方向）と直交する、すなわち昇降駆動方向に沿った壁面１１２が形成され、バルブプレート１２には、壁面１１２との間に所定間隔離れて対向する壁面１２２が形成されている。そして、壁面１１２と壁面１２２との対向面積は、バルブプレート１２の昇降駆動に応じて変化する。そのため、壁面１１２、１２２の間隔はバルブプレート１２が昇降駆動されても一定に維持されるので、昇降駆動に対する隙間領域Ｃ４のコンダクタンス変化は小さく、圧力制御バルブ１による圧力調整の安定性向上を図ることができる。

［２］上記［１］に記載の圧力制御バルブにおいて、前記第１および第２の壁面は、前記開口部を囲む環状の壁面である。図４のように、壁面１１２、１２２をバルブボディ１１の開口部１１１を囲む環状の壁面とすることで、開口部１１１を囲むように隙間領域Ｃ４が形成される。

［３］上記［２］に記載の圧力制御バルブにおいて、前記第１および第２の壁面を複数組備える。例えば、図７に示す例のように、一定間隔の隙間領域Ｃ４１を介して対向する壁面１１２ａ，１２２ａと、一定間隔の隙間領域Ｃ４２を介して対向する壁面１１２ｂ，１２２ｂと、一定間隔の隙間領域Ｃ４３を介して対向する壁面１１２ｃ，１２２ｃとを備えることで、一つに繋がった隙間領域全体のコンダクタンスは隙間領域Ｃ４１のコンダクタンスのほぼ１／３に小さくなる。そのため、第１および第２の壁面を一組設ける場合と比べて、圧力制御バルブ１の軸方向寸法（厚さ方向寸法）をより小さくすることができる。

［４］上記［１］から［３］までのいずれかに記載の圧力制御バルブにおいて、前記弁体が昇降駆動する方向における前記弁体と前記弁座との間の昇降駆動方向距離を、前記弁体の複数個所に関して計測する計測部と、前記計測部により計測された複数の昇降駆動方向距離に基づいて前記弁体駆動部を制御し、前記第１の壁面と第２の壁面との間隔を維持しつつ前記弁体を昇降駆動させる制御部と、を備える。

例えば、図１２に示すように、２つの変位センサ４０ｃ，４０ｄをプレート支持部１３に設けて、バルブボディ１１とバルブプレート１２との間の昇降駆動方向距離を２か所について計測する。そして、その計測結果に基づいて、バルブプレート１２がバルブボディ１１に対して平行となるように、弁体駆動部である駆動部１５ａおよび傾動部５０を制御する。それにより、隙間領域Ｃ４の部分におけるバルブプレート１２とバルブボディ１１との接触や、コンダクタンス制御安定性の悪化や、シール部材１６に対するバルブプレート１２の傾きによるシール性能の悪化などを防止することができる。

［５］上記［４］に記載の圧力制御バルブにおいて、前記弁体駆動部は、前記弁体における複数の支持位置を個別に支持して前記昇降駆動方向に前記弁体を駆動する複数の個別駆動部を備え、前記制御部は、前記計測部により計測された複数の昇降駆動方向距離に基づいて前記複数の個別駆動部をそれぞれ制御し、前記第１の壁面と第２の壁面との間隔を維持しつつ前記弁体を昇降駆動させる。

例えば、図１０に示すように、２つの変位センサ４０ｃ，４０ｄをプレート支持部１３に設けて、バルブボディ１１とバルブプレート１２との間の昇降駆動方向距離を２か所について計測する。そして、その計測結果に基づいて、バルブプレート１２がバルブボディ１１に対して平行となるように、駆動部１５ａ，１５ｂの駆動量を制御するようにしても良い。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…圧力制御バルブ、２…装置チャンバ、３…ターボ分子ポンプ、７…バルブコントローラ、１１…バルボディ、１２…バルブプレート、１５ａ～１５ｄ…駆動部、４０ａ～４０ｄ…変位センサ、５０…傾動部、１１１…開口部、１１２，１１２ａ～１１２ｃ，１２２，１２２ａ～１２２ｃ，１２３ａ，１２４…壁面、１００…真空プロセス装置、Ｃ１～Ｃ５，Ｃ４１～Ｃ４３，Ｃ５１，Ｃ５２…隙間領域、Ｃ…隙間空間コンダクタンス

Claims

バルブ流路の一部である開口部が形成された弁座と、
前記開口部と対向するように、前記弁座に対して対向配置される弁体と、
前記弁体を前記弁座に対して離接する方向に昇降駆動する弁体駆動部と、を備え、前記昇降駆動に応じてバルブコンダクタンスが変化する圧力制御バルブにおいて、
前記弁座には、前記弁体の昇降駆動方向に沿った第１の壁面が形成され、
前記弁体には、前記第１の壁面との間に所定間隔離れて対向する第２の壁面が形成され、
前記第１の壁面と前記第２の壁面との対向面積は、前記弁体の前記昇降駆動に応じて変化し、
前記弁体駆動部は、前記弁体における複数の支持位置を個別に支持して前記昇降駆動方向に前記弁体を駆動する複数の個別駆動部を備え、
前記弁体が昇降駆動する方向における前記弁体と前記弁座との間の昇降駆動方向距離を、前記弁体の複数個所に関して計測する計測部と、
前記計測部により計測された複数の昇降駆動方向距離が同一となるような前記複数の個別駆動部の各駆動量を算出し、それに基づいて前記複数の個別駆動部をそれぞれ制御し、前記第１の壁面と第２の壁面との間隔を維持しつつ前記弁体を昇降駆動させる制御部と、を備える、圧力制御バルブ。
請求項１に記載の圧力制御バルブにおいて、
前記第１および第２の壁面は、前記開口部を囲む環状の壁面である、圧力制御バルブ。
請求項２に記載の圧力制御バルブにおいて、
前記第１および第２の壁面を複数組備える、圧力制御バルブ。