JPH11166665A - 真空弁及びその制御方法 - Google Patents

真空弁及びその制御方法

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JPH11166665A
JPH11166665A JP33754997A JP33754997A JPH11166665A JP H11166665 A JPH11166665 A JP H11166665A JP 33754997 A JP33754997 A JP 33754997A JP 33754997 A JP33754997 A JP 33754997A JP H11166665 A JPH11166665 A JP H11166665A
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JP
Japan
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valve
spring
piston
vacuum
valve stem
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JP33754997A
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English (en)
Inventor
Osamu Uchisawa
内澤  修
Toshikatsu Meguro
俊勝 目黒
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Motoyama Eng Works Ltd
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Motoyama Eng Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、オフバランスの変化を防止でき、
弁の開き際の流量特性がなだらかに変化する真空弁を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、少なくとも、弁を開閉するた
めの弁軸と、操作空気圧により制御され、弁軸を制御す
るピストンと、弁座とにより構成される真空弁におい
て、前記ピストンと前記弁軸とは第1のスプリングを介
して設けられており、前記弁軸下部には第2のスプリン
グを介して傾斜板が設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】半導体製造装置内のチャンバ
ーの真空排気用途に適用する真空弁に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より利用されている一般的な半導体
製造装置の構成を図7に示す。
【0003】図7に示した通り、ロードロックチャンバ
ー(以下、LLCとする)にセットアップされたウエハ
ーはトランスファーチャンバー(以下、TCとする)を
介してプロセスチャンバー(以下、PCとする)に収納
され、CVD、エッチング等のウエハー処理が実施され
る。前記処理完了後、ウエハーはTCを介してアンロー
ドチャンバー(以下、ULCとする)に移送される。そ
して、ここから半導体製造装置外に搬出される。
【0004】この一連の装置内のウエハーの移送は、瞬
間的なガスの高速流によるパーティクルの舞い上がりを
防止するために両チャンバー間の差圧を一定値以下に抑
さえた真空中で行われる。しかし、装置外は大気圧力な
のでLLC、ULCでは、大気圧力と真空との圧力制御
が不可欠である。
【0005】このLLC、ULCにおいてウエハーの授
受を行った後はチャンバーをTCと同一圧力まで真空排
気する。この時、急速排気を行うと、上述と同様にパー
ティクルが舞い上がり防止のため、ガス流動を極少とす
る様にゆっくりと真空排気しなければならない。そのた
めスロー排気が必要条件となる。
【0006】歴史的に上述の真空排気部分は、図8に示
すフローで実施されてきた。即ち、先ずサイズの小さな
子弁を先に開き、小流量排気を実施する。その後、ガス
密度が十分低下しパーティクルの舞い上がりの危険性の
無い真空度に達してから主弁を開き、排気コンダクタン
スを上げTCと同一圧力まで真空排気する方式である。
【0007】また、半導体製造装置の小型化のため、一
部の装置では図7に示すような子弁内蔵型の真空弁が採
用されてきた。
【0008】ここで、子弁を利用したスロー排気につい
て詳述する。従来技術におけるスロー排気は、オリフィ
スを2段階に制御する方式であった。
【0009】この方式の制御によるチャンバー内圧力の
推移を図10に示す。図10の排気開始時の傾きは、上
述した通りパーティクル舞い上がり防止に直接影響する
要素である。このため、子弁のオリフィスのサイズが大
きければ、排気直後のパーティクル舞い上がり防止効果
が薄れるし、小さすぎれば真空排気時間がプロセスタイ
ムの増大となってしまう。
【0010】従って、オリフィス2段階制御方式による
スロー排気では性能的限界があり、チャンバー内ガス密
度に排気速度が反比例するような理想的な排気特性、即
ち図10に示すような通続的に真空度が変化する真空排
気特性を有するスロー排気が要求される。
【0011】図10に示す理想的排気特性を得るために
は、排気弁のオリフィスが連続的に変化する必要があ
る。そのため従来より図11に示す様な真空弁が用いら
れており、この真空弁は、弁の操作空気圧を徐々に変化
させながら排気制御することによって弁開面積が連続的
に変化し、図10の様な真空排気特性を得ることができ
る。
【0012】しかしながら、上述の真空排気弁には以下
のような問題点がある。
【0013】まず、弁の操作空気圧制御をする場合の基
本となる真空排気弁の弁開度に対する操作空気圧力の特
性を図12に示す。
【0014】本制御においては、制御開始後即座に図1
2に示したA点まで操作空気圧力を与え、さらにB点付
近までゆっくりと変化させる必要がある。B点付近以降
は、要求されるチャンバー真空度に応じて徐徐に操作空
気圧力の変化を早めていげばよい。本制御方式では、B
点以降につきチャンバーに設置されている圧力センサー
によってフィードバック制御され容易に制御可能であ
る。しかしながら、A〜B点までは圧力センサーの検出
限界以下のためフィードバックが無く真空排気弁の開き
際の特性に依存していた。
【0015】そのため、スロー排気制御をする場合、上
記図11の真空排気弁は、長時間放置後、弁のオフバラ
ンス(弁開時の操作空気圧力)が変化し、操作空気庄変
化に対する弁開度変化が大きいため、弁の開き際の立ち
上がりが急峻であるという問題点がおこり、そのため、
図12のA〜B点の制御が困難となっていた。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、オフバラン
スの変化を防止でき、弁の開き際の流量特性がなだらか
に変化する真空弁を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の真空弁は、少な
くとも、弁を開閉するための弁軸と、操作空気圧により
制御され、弁軸を制御するピストンと、弁座とにより構
成される真空弁において、前記ピストンと前記弁軸とは
第1のスプリングを介して設けられており、前記弁軸下
部には第2のスプリングを介して傾斜板が設けられてい
ることを特徴とする。
【0018】また、本発明の真空弁の制御方法は、少な
くとも、操作空気圧により制御されるピストンと、弁の
開閉をための弁軸と弁座とにより構成される真空弁にお
いて、前記弁軸は、前記ピストンの始動に対し遅延して
始動し、前記弁の開閉の始動は、制御された弁座リーク
により、かつ前記弁軸の始動に対して遅延することを特
徴とする。
【0019】
【実施例】図1に本発明の真空排気弁の実施例を示す。
【0020】本実施例では、図1に示す通りベローズシ
ール型の真空排気弁を用い、ノーマリークローズ型とし
た。同図は弁が全閉の状態である。
【0021】まず、上部より構成を説明すると、図1に
示されたとおり、弁軸1とピストン2とは上部スプリン
グ3及びスプリング押さえ4を介して構成されており、
ピストン2とシリンダ5はO−リング6によりシールさ
れている。
【0022】この構成とすることによりオフバランス変
化を防止することができる。
【0023】詳述すると、オフバランス変化の原因は、
摺動部の静摩擦の時間的変化であり、そのほとんどがピ
ストン2外周部のシールを司るゴム製のO−リング6が
占めている。このことは、図4を参照すると明らかで、
O−リング6は時間とともにシリンダ2内壁の微細な凹
凸に食い込んでいく。そのため初動時には通常の摺動抵
抗の他に、ピストンとO−リング6との引き剥がし力も
必要となる。これが、真空排気弁のオフバランス変化の
原因である。
【0024】この点を解決するために、ピストン2に空
走距離を持たせ、予めシリンダ5内壁の凹凸からO−リ
ング6を引きはがし、その後弁軸を動作させる構造とし
た。
【0025】なお、このピストン2の空走距離の範囲は
αとなる。
【0026】本実施例では、これにより、ピストンの始
動と同時に弁軸が始動せず、遅れて弁軸が始動するよう
になった。
【0027】次に、弁シート付近を詳述する。
【0028】従来例の図11の真空排気弁は、弁シート
21と弁軸20が直結しているため弁軸20の動作と弁
シート21の開口面積とが比例するという弁開き際の特
性があるが、図1の本実施例では、その特性を改善する
ため、弁シート7と弁軸1とを切り離した構成となって
おり、内部に下部スプリング8を設けることによって弁
軸1についても空走距離を持たせた構成としている。な
お、この空走距離の範囲はβとして示されている。この
弁軸1の空走距離を移動する間、弁軸1は、その下部に
設けられている下部スプリング8によって弁シート7は
弁本体9に押しつけられたままとなる。
【0029】さらに本実施例では、下部スプリング8の
下に座が傾斜したスプリングベース10を設けることに
より弁軸1が空走距離βを移動する間に制御された弁座
リークが発生する構造とした。この構造とすることによ
り、図5のような弁開き際の特性を変えることができ、
精度の良いスロー排気が可能となった。
【0030】尚、上記座が傾斜したスプリングベース1
0の代わりに、図6のようなV字断面の穴開きパッキン
を弁シートとして用いても同様な効果が得られた。
【0031】次に、図1の構造図を用いて本発明の弁の
動作を説明する。
【0032】1)初期静止状態(弁閉止状態) 本実施例の図1の弁は、常時閉(Normally Closed)型
を採用したため、操作空気圧の無い状態では,同図のよ
うに弁は閉止状態である。
【0033】2)ピストン2の空走距離間の移動(弁閉
止状態) 次に、操作空気圧口11より空気が導入されると、上部
スプリング3によって下方に押し下げられていたピスト
ン2は操作空気圧にて上方に押し上げられる。この状態
はピストン2は空走距離間を移動しており、弁は閉止状
態である。なお、前記空走距離の範囲は図1に示された
αである。詳細は、図2に示すとおりである。
【0034】なお、この時、長時間静止状態にあった場
合でもO−リング6のゴム材はシリンダ5の壁の微小な
凹凸より引き剥がされることになり、弁シート7はベロ
ーズ内部のスプリング12によって弁本体9に押し付け
られて弁閉止状態をキープする。
【0035】3)弁軸の移動/空走距離β間の移動(弁
座リーク領域) 次に、操作空気圧をさらに高めていき、ピストン2によ
って発生する駆動力がベローズ内部に設置されているス
プリング12の弾性力に打ち勝った時、弁軸1が持ち上
げられる。この状態で弁シート7は、弁シー卜7内の下
部スプリング8の弾性力によって、まだ弁本体9に押し
つけられている。詳細は、図2に示すとおりである。し
かし、弁シート7内の下部スプリング8はその座面の傾
いている(傾斜角度=θ)スプリングベース10ために
弁本体9への押しつけ力が不均一化し、一方向から弁座
リークし始める。このとき、弁座のリークの程度は傾斜
角度θによるため、この傾斜角度θで所望の弁座リーク
量を制御する。
【0036】4)弁リニア動力開始 さらに操作空気圧を上げていくと、弁本体9に押し付け
られていた側の弁シート7も空走距離β間を過ぎ、弁は
操作空気圧に対してリニアに開き始める。
【0037】即ち、静摩擦係数は、一般に動摩擦係数よ
り大きいため、初動に少し大きめの力を要するが、動き
始めると摩擦力は小さくなる。そのため、この段階にな
ると、微妙なコントロールを要する場合、動摩擦の状態
だけをコントロール範囲に使用すればよい。なお、ピス
トンを常に回転させておいても同様の効果が得られる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、従来困難であった真空
排気弁のオフバランス変化を極少化でき、真空排気弁の
開き際の流量特性をなだらかに変化するようにできる。
【0039】さらに、本発明によれば、真空弁の操作空
気圧制御による連続的開口面積変化を安価に達成でき
る。また、チャンバー内のガス密度変化に対応する真空
排気が可能となった。
【0040】さらに、本発明によれば、弁軸の空走距離
範囲内と弁全開の2段階に操作空気を与えることができ
るため、従来の2段動作弁の機能を安価に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の真空弁の断面図である。
【図2】本発明の上部スプリング付近の拡大断面図であ
る。
【図3】本発明の下部スプリング付近の拡大断面図であ
る。
【図4】動作中のO−リングとシリンダ壁との関係図で
ある。
【図5】本実施例に係る弁開き際の特性を示すグラフで
ある。
【図6】他の実施例の弁構造の断面図である。
【図7】一般的な半導体製造装置の構成図である。
【図8】ロードロックチャンバーの真空排気系の構成図
である。
【図9】2段動作型真空排気弁の一例の断面図である。
【図10】従来と理想との真空排気特性を示す図であ
る。
【図11】従来の空気圧作動式真空排気弁の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 弁軸、 2 ピストン、 3 上部スプリング、 4 スプリング押さえ、 5 シリンダ、 6 O−リング、 7 弁シート7、 8 下部スプリング、 9 弁本体、 10 スプリングベース。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年12月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の真空弁の断面図である。
【図2】本発明の上部スプリング付近の拡大断面図であ
る。
【図3】本発明の下部スプリング付近の拡大断面図であ
る。
【図4】動作中のO−リングとシリンダ壁との関係図で
ある。
【図5】本実施例に係る弁開き際の特性を示すグラフで
ある。
【図6】他の実施例の弁構造の断面図である。
【図7】一般的な半導体製造装置の構成図である。
【図8】ロードロックチャンバーの真空排気系の構成図
である。
【図9】2段動作型真空排気弁の一例の断面図である。
【図10】従来と理想との真空排気特性を示す図であ
る。
【図11】従来の空気圧作動式真空排気弁の断面図であ
る。
【図12】真空排気弁の弁開度に対する操作空気圧力の
特性を示すグラフである。
【符号の説明】 1 弁軸、 2 ピストン、 3 上部スプリング、 4 スプリング押さえ、 5 シリンダ、 6 O−リング、 7 弁シート7、 8 下部スプリング、 9 弁本体、 10 スプリングベース。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、弁を開閉するための弁軸
    と、操作空気圧により制御され、弁軸を制御するピスト
    ンと、弁座とにより構成される真空弁において、 前記ピストンと前記弁軸とは第1のスプリングを介して
    設けられており、 前記弁軸下部には第2のスプリングを介して傾斜板が設
    けられていることを特徴とする真空弁。
  2. 【請求項2】 少なくとも、操作空気圧により制御され
    るピストンと、弁の開閉をための弁軸と弁座とにより構
    成される真空弁において、 前記弁軸は、前記ピストンの始動に対し遅延して始動
    し、 前記弁の開閉の始動は、制御された弁座リークにより、
    かつ前記弁軸の始動に対して遅延することを特徴とする
    真空弁の制御方法。
JP33754997A 1997-12-08 1997-12-08 真空弁及びその制御方法 Pending JPH11166665A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007042929A (ja) * 2005-08-04 2007-02-15 Hitachi High-Tech Control Systems Corp ロードロック装置とその方法及び半導体製造装置
CN104369896A (zh) * 2014-11-12 2015-02-25 山西江淮重工有限责任公司 密封包装箱抽真空及充氮气装置
CN108194443A (zh) * 2018-03-13 2018-06-22 中铁隧道局集团有限公司 一种用于盾构机的速度集成装置
CN114110186A (zh) * 2021-12-09 2022-03-01 美洲豹(浙江)航空装备有限公司 一种真空阀
KR20220054217A (ko) * 2020-10-23 2022-05-02 주식회사 에스알티 앵글밸브

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