KR101634420B1

KR101634420B1 - 진공 제어 시스템 및 진공 제어 방법

Info

Publication number: KR101634420B1
Application number: KR1020130018039A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이따후지; 마사유끼 고오께쯔
Original assignee: 시케이디 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2016-06-28
Also published as: KR20110084113A; KR101281944B1; KR20130036266A

Abstract

본 발명의 과제는 진공 용기의 내부에 있어서의 가스의 흐름을 제어하는 기술을 제공하는 것이다.
가스 공급부로부터 프로세스 가스의 공급을 받아 프로세스 대상에 프로세스를 실행하는 진공 용기(500)에 있어서의 프로세스 가스의 진공 압력과 흐름을 진공 펌프를 사용하여 제어하는 진공 제어 시스템(10)을 제공한다. 진공 제어 시스템(10)은 진공 용기(500)에 있어서 서로 상이한 위치에 배치된 복수의 가스 배출구(561, 562)의 각각과 진공 펌프(300) 사이에 접속되어 있는 각 진공 제어 밸브(100, 200)와, 프로세스 대상에 공급되는 프로세스 가스의 진공 압력을 계측하는 압력 계측부(631)와, 계측된 진공 압력에 따라서 복수의 진공 제어 밸브(561, 562)의 각각의 개방도를 조작하는 제어 장치(610)를 구비한다.

Description

진공 제어 시스템 및 진공 제어 방법 {VACUUM CONTROL SYSTEM AND VACUUM CONTROL METHOD}

본 발명은 제조 프로세스에 사용되는 진공 용기 내의 유체의 거동을 진공 제어 밸브로 제어하는 기술에 관한 것이다.

반도체의 제조 프로세스에는, 예를 들어 화학 기상 성장(CVD)과 같이 진공의 진공 용기(710)(도 20, 도 21 참조)의 내부에 프로세스 대상의 웨이퍼(W)를 배치하여, 웨이퍼(W)의 프로세스면(Ws)을 프로세스 가스(본 명세서에서는, 단순히 가스라고도 불림)에 폭로시키는 공정이 있다. 프로세스 가스는 박막 구성 원소를 포함하고 있어, 프로세스면(Ws) 상에서 반응하여 막 물질이 형성된다.

균일한 막 형성을 위해서는, 웨이퍼(W)에 대해 프로세스 가스의 보다 안정된 균일한 공급이 요구되게 된다. 한편, 종래의 CVD 공정에서는, 도 20, 도 21에 도시된 바와 같은 구성에 의해 프로세스 가스를 공급하면서 진공 펌프에 의한 배기가 행해진다. 이 배기 제어에서는 진자(720)를 이동시켜 개폐량을 조작하는 진자식 밸브를 사용하여 배기계의 컨덕턴스를 조작함으로써 일반적으로 행해지고 있었다.

일본 특허 출원 공개 제2009-117444호 공보

그러나, 이와 같은 방법에서는 컨덕턴스의 조정을 위해 진자(720)의 위치가 이동하면, 진자(720)의 이동에 수반하여 개구부의 중심이 이동하게 된다. 이와 같은 개구부의 중심 이동은 진공 용기(710)의 내부에 있어서의 가스의 흐름 FL1, FL2에 치우침을 발생시켜, 예를 들어 가스의 공급이 정체하는 굄 영역의 발생 등 가스 공급의 불균일의 원인이 되고 있었다. 또한, 가스의 공급의 불균일은 웨이퍼(W)의 한쪽으로부터 가스를 공급하는 동시에 다른 쪽으로부터 가스를 배기하는 구성에서는, 웨이퍼(W)의 배기측의 근방에 있어서의 박막 구성 원소의 농도 저하로서 발생하고 있었다. 이와 같은 가스의 공급의 치우침은 프로세스면(Ws)에서의 막압에도 치우침을 발생시켜, 상술한 바와 같은 제품의 고정밀도화나 고밀도화의 진전에 수반하여 영향이 현재화되고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 창작된 것으로, 진공 용기의 내부에 있어서의 가스의 흐름을 제어하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

수단 1은 가스 공급부로부터 프로세스 가스의 공급을 받아 프로세스 대상에 프로세스를 실행하는 진공 용기에 있어서의 프로세스 가스의 진공 압력과 흐름을 진공 펌프를 사용하여 제어하는 진공 제어 시스템이다. 본 진공 제어 시스템은 상기 진공 용기에 있어서 서로 상이한 위치에 배치된 복수의 가스 배출구의 각각과 상기 진공 펌프 사이에 접속되어 있는 각 진공 제어 밸브와, 상기 프로세스 대상에 공급되는 프로세스 가스의 진공 압력을 계측하는 압력 계측부와, 상기 계측된 진공 압력에 따라서, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 각각의 개방도를 조작하는 제어 장치를 구비한다.

수단 1에서는 진공 용기에 있어서 서로 상이한 위치에 배치된 각 배출부로부터의 배출량을 조작하여, 진공 용기 내의 프로세스 가스의 진공 압력과 흐름의 방향을 제어할 수 있다. 이에 의해, 반도체 프로세스의 조건 설정으로 하여, 프로세스 가스의 압력이나 유량뿐만 아니라, 제3 조작 파라미터로서 프로세스 가스의 흐름의 방향의 조작이 가능해지므로, 프로세스 가스의 흐름의 방향이라고 하는 새로운 자유도를 얻을 수 있다.

또한, 진공 펌프는 복수의 진공 제어 밸브로부터 공통의 진공 펌프에 접속되어 있어도 좋고, 복수의 진공 제어 밸브의 각각에 대해 하나씩 장비되어 있어도 좋다. 또한, 프로세스 가스의 흐름의 제어는 의도적으로 방향을 조작하도록 실장해도 좋고, 이하와 같이 프로세스 대상면 상에 있어서, 프로세스 가스의 공급부로부터 각 배기부를 향해 균일한 프로세스 가스의 흐름을 실현하도록 실장해도 좋다.

수단 2는 수단 1에 있어서, 상기 복수의 가스 배출구는 상기 진공 용기의 내부에 있어서 상기 프로세스가 실행되는 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에 배치되어 있다. 상기 압력 계측부는 상기 프로세스 반응 영역의 진공 압력을 계측한다. 이와 같이 하면, 프로세스 반응 영역에 있어서의 진공 압력을 제어하면서, 각 가스 배출구의 조정에 의한 진공 용기 내의 가스의 흐름의 벡터의 조작량을 크게 할 수 있다. 또한, 균일한 배기 유량으로 하면, 프로세스 대상면 상에 있어서의 균일한 프로세스 가스의 흐름을 간이하게 실현할 수 있다.

「프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치」라 함은, 프로세스의 대상이 되는 평면과 평행한 평면 내에 배치될 필요는 없고 상하 방향으로 시프트하여 배치되어 있어도 좋다. 또한, 가스 배출구의 수가 홀수인 경우에는, 프로세스 가스의 공급부를 중심으로 한 환형상의 위치에 있어서 등간격 혹은 불균일한 간격으로 배치되어 있는 위치도 「프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치」에 포함된다.

수단 3은 수단 2에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 프로세스 반응 영역으로부터 상기 각 가스 배출구까지의 컨덕턴스의 차이와, 상기 진공 펌프와 상기 진공 제어 밸브를 포함하는 각 배기계의 개체 차의 적어도 한쪽을 보상하여, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 배기 유량이 서로 근접해지도록 제어한다.

수단 3에 따르면, 상기 프로세스 반응 영역으로부터 각 배기부까지의 컨덕턴스의 차이나 각 배기계에 개체 차가 있어도, 프로세스 대상면 상에 있어서 프로세스 가스의 공급부로부터 각 배기부를 향해 균일한 프로세스 가스의 흐름을 실현할 수 있다. 또한, 컨덕턴스에 의한 설계 제한을 완화하여, 진공 용기의 내부의 설계 자유도를 높일 수도 있다.

수단 4는 수단 2에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 프로세스 반응 영역으로부터 상기 각 가스 배출구까지의 컨덕턴스의 차이와, 상기 진공 펌프와 상기 진공 제어 밸브를 포함하는 각 배기계의 개체 차의 적어도 한쪽을 보상하여, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 상기 프로세스 반응 영역에 있어서의 실행 배기 속도가 서로 근접해지도록 제어한다.

수단 4에 따르면, 실측 가능한 가스의 공급량과 프로세스 가스의 진공 압력에 기초하여 직접적으로 산출하는 것이 가능한 실행 배기 속도를 이용하여 가스의 진공 압력과 흐름을 간이하게 제어할 수 있다.

수단 5는 수단 3 또는 수단 4에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 차이와 상기 개체 차의 적어도 한쪽을 보상하는 오프셋값을 저장하는 오프셋값 저장부와, 상기 오프셋값 저장부로부터 판독된 오프셋값을 사용하여, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 개방도를 제어하기 위한 목표치를 설정하는 목표치 설정부를 갖는다. 이와 같이 하면, 복수의 진공 제어 밸브의 개방도의 제어를 간이하게 실현할 수 있다.

수단 6은 수단 5에 있어서, 상기 복수의 진공 제어 밸브는 가스의 흐름을 차단하는 차단 기능을 갖는다. 상기 제어 장치는 상기 복수의 진공 제어 밸브의 각각의 특성 데이터에 기초하여 상기 오프셋값을 생성하고, 상기 생성된 오프셋값을 상기 오프셋값 저장부에 저장하는 기능을 갖는다. 상기 특성 데이터는 상기 복수의 진공 제어 밸브 중 하나를 작동시켜, 상기 복수의 진공 제어 밸브 중 다른 밸브를 차단한 상태에서 취득된 상기 목표치를 설정하기 위한 데이터이다.

수단 6에 따르면, 복수의 진공 제어 밸브의 특성 데이터를 개별로 취득할 수 있으므로, 가스의 흐름의 선형성을 이용하여 간이한 실장이 가능하다. 목표치를 설정하기 위한 데이터는, 넓은 의미를 갖고, 반드시 목표치 자체를 나타내는 데이터로 한정되지 않고, 예를 들어 진공 제어 밸브의 개방도를 나타내는 데이터(개방도의 계측치)라도 좋다.

수단 7은 수단 5 또는 수단 6에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 계측된 진공 압력에 따라서, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 각각의 개방도를 조작하기 위한 공통의 지령치인 공통 개방도 지령치를 출력하는 공통의 주제어부와, 상기 공통 개방도 지령치에 따라서, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 각각의 개방도를 제어하기 위해 상기 진공 제어 밸브마다 설치되어 있는 복수의 종속 제어부를 구비한다. 상기 각 종속 제어부는 상기 각 진공 제어 밸브의 개방도의 실측치를 취득하여, 상기 각 실측치와 상기 공통 개방도 지령치와 상기 오프셋값에 따라서 상기 각 진공 제어 밸브의 개방도를 제어한다.

수단 7에 따르면, 각 진공 제어 밸브의 개방도의 실측치에 기초하여 제어되므로, 제어 입력과 개방도 사이의 관계의 선형성을 확보할 수 있다. 본 구성은 이 선형성을 이용함으로써, 오프셋값에 의해 각 진공 제어 밸브의 개방도 범위가 서로 시프트되어도 주제어부에 의한 공통의 제어칙으로 제어할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 구성은 개방도의 실측에 의해 개방도와 제어 입력의 선형성을 확보함으로써, 개방도 범위가 서로 시프트되어도 진공 제어 밸브의 특성 변화의 억제를 실현하고 있는 것이다.

수단 8은 수단 1 내지 7 중 어느 하나의 진공 제어 시스템에 있어서, 상기 복수의 진공 제어 밸브는 작동 유체에 의해 밸브 개방도를 조작하여 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 진공 제어 밸브이고, 상기 진공 용기와 상기 진공 펌프를 접속하는 유로와, 상기 유로에 형성되어 있는 밸브 시트를 갖는 제어 밸브 본체와, 상기 밸브 시트와의 거리인 리프트량의 조절에 의한 상기 밸브 개방도의 조작과, 상기 밸브 시트로의 접촉에 의한 상기 유로의 차단을 행하는 밸브체와, 피스톤과, 상기 밸브체와 상기 피스톤을 결합하는 로드를 갖는 동작부와, 상기 제어 밸브 본체에 접속되어 상기 피스톤을 수용하는 실린더와, 상기 리프트량이 작아지는 방향으로 상기 동작부를 압박하는 압박부와, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간극을, 상기 피스톤의 동작에 추종하면서 밀폐하는 벨로프램을 구비한다. 상기 동작부 및 상기 실린더는 상기 벨로프램에 의해 밀폐되어, 상기 로드를 둘러싸는 통 형상의 형상을 갖는 공간이며, 상기 작동 유체의 작용 압력에 따라서 상기 피스톤에 대해 상기 리프트량을 크게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 밸브 개방도 조작실과, 상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하여, 상기 작동 유체의 공급에 따라서 상기 동작부에 대해 상기 리프트량을 작게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 차단 하중 발생실을 구비한다.

수단 8에서는 피스톤의 동작에 추종하면서 밀폐하는 막 형상 탄성체로 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이의 간극을 밀폐하는 진공 제어 밸브로 제어가 행해진다. 이와 같은 구성의 진공 제어 밸브는 저히스테리시스 특성을 갖고 있으므로, 진공 제어 시스템의 제어 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.

수단 9는 수단 8에 있어서, 상기 실린더는 상기 차단 하중 발생실에 수용되어 있는 미끄럼 이동 볼록부를 갖는 헤드 커버를 구비한다. 상기 진공 제어 밸브는 상기 차단 하중 발생실과 상기 미끄럼 이동 볼록부 사이를 밀봉하는 밀봉면을 갖고, 상기 차단 하중 발생실로의 상기 작동 유체의 공급에 따라서 상기 밀봉면의 면압이 높아지는 밀봉부를 구비한다.

수단 9의 진공 제어 밸브는 차단 하중 발생실로의 작동 유체의 공급에 따라서 밀봉면의 면압이 높아지는 밀봉부가 차단 하중 발생실에 사용되어 있다. 이에 의해, 밸브 개방도의 조작 시, 즉 비차단 시에 있어서는, 차단 하중 발생실의 밀봉면의 면압을 억제하여 저마찰의 미끄럼 이동으로 움직일 수 있다. 이 결과, 예를 들어 벨로프램을 하지 않아도, 간이한 구성으로 저히스테리시스에서의 밸브 개방도의 조작을 실현할 수 있다.

수단 10은 수단 9에 있어서, 상기 미끄럼 이동 볼록부는 상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하여, 상기 밸브 개방도 조작실의 내경보다도 작은 외경의 원통 형상의 형상을 갖고, 상기 동작부는 상기 미끄럼 이동 볼록부의 내주면에 둘러싸인 공간에 있어서 상기 동작의 방향으로 연장되는 가이드부를 갖고,

상기 진공 제어 밸브는 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부 사이에 배치되어, 상기 동작의 방향의 미끄럼 이동을 가능하게 하고, 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부의 상기 동작의 방향과 수직인 방향의 위치 관계를 서로 구속하는 베어링을 구비한다.

수단 10의 진공 제어 밸브에는 원통 형상의 미끄럼 이동 볼록부의 내주면에 둘러싸인 공간에 있어서 동작의 방향으로 연장되는 가이드부가 동작부에 구비되어 있으므로, 벨로프램의 미끄럼 이동면보다도 베어링에 가까운 위치에 미끄럼 이동 볼록부의 미끄럼 이동면이 배치되게 된다. 이에 의해, 벨로프램보다도 정밀도 요구가 엄격한, 차단 하중 발생실과 미끄럼 이동 볼록부 사이의 미끄럼 이동면의 간극의 정밀도를 간이하게 향상시킬 수 있다.

수단 11은 수단 8 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 차단 하중 발생실은 상기 로드의 내부에 형성되어 있다.

수단 12는 수단 8 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 계측하는 압력 센서와, 작동 유체를 공급하기 위한 작동 유체 공급부와, 상기 작동 유체를 배기하기 위한 작동 유체 배기부에 접속되어, 상기 진공 제어 밸브에 상기 작동 유체를 공급하는 공기압 회로와, 상기 공기압 회로로부터 상기 진공 제어 밸브에 공급되는 작동 유체를 조작하여, 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 제어부를 구비한다.

수단 13은 수단 12에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 진공 펌프의 정지를 나타내는 정보를 포함하는 진공 펌프 정지 신호의 수신에 따라서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부 사이의 유로를 접속하는 동시에, 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부 사이의 유로를 접속한다.

수단 13의 진공 제어 시스템에서는 진공 펌프 정지 신호의 수신에 따라서 차단 하중이 인가되는 작동 모드로 되므로, 진공 펌프의 예측할 수 없는 정지에 의해 진공 펌프측의 압력이 상승해도 차단 상태를 확보할 수 있다는 이점을 갖고 있다. 또한, 「진공 펌프 정지 신호의 수신」은, 예를 들어 진공 펌프의 작동 상태를 나타내는 진공 펌프측의 내부 접점의 상태 확인이나 진공 펌프의 정상 신호가 도달하지 않는 등의 것도 포함하는 넓은 의미를 갖고 있다.

수단 14는 수단 12 또는 13에 있어서, 상기 공기압 회로는 비통전 상태에서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부 사이의 유로를 접속하는 제1 전자기 밸브와, 비통전 상태에서 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부 사이의 유로를 접속하는 제2 전자기 밸브를 갖는다.

수단 14의 진공 제어 시스템에서는 비통전 상태에서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부 사이의 유로를 접속하는 제1 전자기 밸브와, 비통전 상태에서 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부 사이의 유로를 접속하는 제2 전자기 밸브를 가지므로, 전원 오프나 정전 시에 있어서는 반드시 긴급 차단 상태로 된다. 이에 의해, 긴급 정지나 정전 시의 안전 확보를 고려한 시스템 설계를 간이하게 실현할 수 있다.

수단 15는 가스 공급부로부터 프로세스 가스의 공급을 받아 프로세스 대상에 프로세스를 실행하는 진공 용기에 있어서의 프로세스 가스의 진공 압력과 흐름을 진공 펌프를 사용하여 제어하는 진공 제어 방법이다. 이 진공 제어 방법은 상기 진공 용기에 있어서 서로 상이한 위치에 배치된 복수의 가스 배출구의 각각과 상기 진공 펌프 사이에 접속되어 있는 각 진공 제어 밸브를 준비하는 공정과, 상기 프로세스 대상에 공급되는 프로세스 가스의 진공 압력을 계측하는 압력 계측 공정과, 상기 계측된 진공 압력에 따라서, 상기 복수의 진공 제어 밸브의 각각의 개방도를 조작하는 제어 공정을 구비한다.

또한, 반도체의 제조 장치로 한정되지 않고, 반도체의 제조 방법에도 적용할 수 있고, 또한 진공 용기 내에 가스를 흘리는 프로세스 장치에 이용할 수 있다.

제1 수단에 따르면, 프로세스 가스의 압력이나 유량뿐만 아니라, 제3 조작 파라미터로서 프로세스 가스의 방향의 조작이 가능해지므로, 반도체 프로세스의 조건 설정에 흐름의 방향이라고 하는 새로운 자유도를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 진공 제어 시스템(10)의 평면도.
도 3은 진공 제어 시스템(10)의 제어 블록도.
도 4는 진공 제어 시스템(10)의 제어계의 작동 내용을 도시하는 흐름도.
도 5는 오프셋 밸브 개방도 지령치 취득 처리의 내용을 도시하는 흐름도.
도 6은 진공 제어 밸브(100)가 단일체에 의해 작동하는 모습을 도시하는 설명도.
도 7은 유효 배기 속도의 산출에 사용되는 계산식을 도시하는 설명도.
도 8은 변형예의 진공 제어 시스템(10a)의 구성을 도시하는 단면도.
도 9는 제2 실시 형태에 있어서의 비통전 시(밸브 완전 폐쇄)의 진공 제어 밸브(30)의 구성을 도시하는 단면도.
도 10은 비통전 시의 진공 제어 밸브(30)가 갖는 로드 커버(81)의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 11은 밸브 전개 시의 진공 제어 밸브(30)의 구성을 도시하는 단면도.
도 12는 진공 제어 밸브(30)의 진공 압력의 제어 시의 작동 상태를 도시하는 단면도.
도 13은 패킹(70)과 내주면(63) 사이의 마찰면을 도시하는 확대 단면도.
도 14는 패킹(70)의 장착 상태를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도.
도 15는 차단 하중 발생실(39)의 비가압 시의 상태를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도.
도 16은 차단 하중 발생실(39)로의 가압 시를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도.
도 17은 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)의 구성을 도시하는 모식도.
도 18은 실시 형태의 공기압 회로(22)의 구성과 작동 내용을 도시하는 모식도.
도 19는 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)의 제어 블록도.
도 20은 종래 기술의 진공 용기(710)의 내부에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 설명도.
도 21은 종래 기술의 진공 용기(710)의 내부에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 설명도.

이하, 본 발명을 구현화한 각 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

(A. 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템의 구성)

도 1은 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)의 평면도이다. 진공 제어 시스템(10)은 화학 기상 성장(CVD) 공정을 실행하는 진공 용기(500)에 공급되는 가스의 흐름을 제어한다. 진공 제어 시스템(10)은 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)와, 1개의 터보 분자 펌프(300)를 구비하고 있다. 진공 제어 밸브(100)는 진공 용기(500)의 가스 배출구(561)와 터보 분자 펌프(300) 사이에 접속되어 있다. 진공 제어 밸브(200)는 진공 용기(500)의 가스 배출구(562)와 터보 분자 펌프(300) 사이에 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)는 동일한 구성을 갖고 있다. 터보 분자 펌프(300)에는 드라이 펌프(도시 생략)가 직렬로 접속되어 있다.

진공 용기(500)는 프로세스 대상인 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼대(520)와, 웨이퍼(W)의 프로세스면(Ws)에 대해 가스를 분산하여 공급하는 가스 분산부(510)와, 진공 제어 밸브(100, 200)를 보호하기 위한 차폐판(530)과, 압력 계측부(631)를 구비하고 있다. 프로세스면(Ws)은, 본 제1 실시 형태에서는 웨이퍼대(520)에 의해 수평면, 즉 중력의 방향에 대해 수직인 면에 대해 평행해지도록 지지되어 있다. 가스 분산부(510)에는 진공 용기(500)의 외부로부터 가스를 공급하기 위한 가스 공급 파이프(512)와 지지 구조(도시 생략)가 접속되어 있다.

가스 분산부(510)는 프로세스면(Ws)에 대해 평행한 대향면(511)을 갖는다. 대향면(511)은 프로세스면(Ws)에 대해 대략 수직인 방향으로부터 가스류(FL)를 공급한다. 차폐판(530)은 가스 배출구(561, 562)의 각각을 덮는 원반 형상의 형상을 갖고 있다. 압력 계측부(631)는, 본 제1 실시 형태에서는 수평면 내에 있어서 프로세스 중심(Wc)의 근방의 압력을 검지하는 압력 검지부(632)를 갖고 있다. 본 명세서에서는, 「수평면 내에 있어서」라 함은, 수평면에 투영된 상태에 있어서라고 하는 의미이다. 프로세스 중심(Wc)은 프로세스가 실행되는 영역에 있어서 미리 설정된 위치이다. 프로세스가 실행되는 영역은 「프로세스 반응 영역」이라고도 불린다. 프로세스 반응 영역에 있어서는, 압력 손실이 거의 발생하지 않으므로, 압력 검지부(632)는 프로세스 반응 영역의 어디에 배치해도 좋다.

진공 용기(500)의 하우징은, 도 1, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스 분산부(510)를 저장하는 돔 형상을 갖는 돔부(551)와, 2개의 가스 배출 배관(571, 572)과, 가대(554)를 통해 웨이퍼대(520)가 고정되어 있는 하부 하우징(553)을 구비하고 있다. 돔부(551)는 수평면 내에 있어서 프로세스 중심(Wc)의 근방에 가스 공급구(Gc)를 갖고 있다.

2개의 가스 배출 배관(571, 572)은, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 수평면 내에 있어서 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에 장비되어 있다. 2개의 가스 배출 배관(571, 572)에는 각각 진공 제어 밸브(100, 200)의 각각이 접속되어 있다. 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)도 수평면 내에 있어서 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에서 반대 방향으로 접속되어 있다.

진공 용기(500)의 가스의 흐름은 이하와 같다. 가스는, 도 1에 도시된 바와 같이 가스 공급구(Gc)로부터 진공 용기(500)로 공급된다. 가스 공급구(Gc)로부터 공급된 가스는, 전술한 바와 같이 가스 분산부(510)의 대향면(511)으로부터 프로세스면(Ws)에 대해 대략 수직인 방향으로부터 가스류(FL)로서 공급된다. 프로세스면(Ws)에 공급된 가스는 프로세스면(Ws)에서 CVD 처리를 실행하면서, 차폐판(530)을 우회하여 가스 배출구(561, 562)에 흡입된다. 가스 배출구(561, 562)에 흡입된 가스는 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)를 통해 터보 분자 펌프(300)로부터 배출된다. 터보 분자 펌프(300)는 입구(301)의 근방에 있어서 유효 배기 속도(Soa, Sob)(m^3/sec)를 발생시키고 있다. 유효 배기 속도(Soa)는 가스 배출구(561)를 경유하는 유로에 대한 분담분이다. 유효 배기 속도(Sob)는 가스 배출구(562)를 경유하는 유로에 대한 분담분이다. 2개의 유효 배기 속도(Soa, Sob)는, 제1 실시 형태에서는 서로 일치한다.

진공 제어 밸브(100)는 진공 용기(500)의 가스 배출구(561)와 접속된 상류측 유로(141)와, 터보 분자 펌프(300)에 접속된 하류측 유로(142)와, 상류측 유로(141)와 하류측 유로(142) 사이를 개폐하는 포펫 밸브체(110)와, 포펫 밸브체(110)를 폐쇄측으로 압박하는 압박 스프링(133)과, 압착 공기의 힘으로 포펫 밸브체(110)를 개방측으로 움직이는 실린더실(135)과, 실린더실(135)로 압착 공기를 유도하는 공기 유로(134)와, 공기 유로(134)에 공급하는 압착 공기를 조작하는 전공 제어 밸브(131)와, 전공 제어 밸브(131)에 압착 공기를 공급하기 위한 공기 포트(132)와, 전공 제어 밸브(131)로부터 압착 공기를 배출하는 배기 포트(137)(도 2 참조)를 구비하고 있다.

하류측 유로(142)에는 유로 내부의 압력(P2a)을 계측하는 검지면(146)을 갖는 압력 센서(145)가 구비되어 있다. 진공 제어 밸브(200)에도 마찬가지로 유로 내부의 압력(P2b)을 계측하는 검지면(246)을 갖는 압력 센서(245)가 구비되어 있다. 포펫 밸브체(110)는 탄성 시일 부재(112)를 갖고, 압박 스프링(133)에 의해 밸브 시트(143)에 압박됨으로써 상류측 유로(141)와 하류측 유로(142) 사이를 차단할 수 있다.

진공 제어 밸브(100)의 컨덕턴스 조작은 포펫 밸브체(110)의 리프트량을 조작함으로써 행해진다. 리프트량이라 함은, 본 명세서에서는 포펫 밸브체(110)와 밸브 시트(143) 사이의 거리(La)를 의미한다. 진공 제어 밸브(100)의 컨덕턴스는 리프트량(La)을 조정함으로써 상류측 유로(141)와 하류측 유로(142) 사이의 컨덕턴스로서 조작할 수 있다. 진공 제어 밸브(200)는 진공 제어 밸브(100)와 동일한 구성을 갖고, 동일한 방법으로 컨덕턴스를 조작할 수 있다. 하류측 유로(142)의 내부 압력은 이와 같은 컨덕턴스의 조작에 의해 변동된다. 이 내부 압력(P2a)은 하류측 유로(142)의 내부에 검지면(146)을 갖는 압력 센서(145)에 의해 계측되어, 컨트롤러(610)로 보내진다. 진공 제어 밸브(200)에 있어서도 마찬가지로 내부 압력(P2b)이 계측되어, 컨트롤러(610)로 보내진다.

(B. 제1 실시 형태의 진공 제어계의 구성과 작동 내용)

도 3은 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)의 제어 블록도이다. 이 제어계는 진공 제어 밸브(100)의 포펫 밸브체(110)의 리프트량을 제어하는 제1 슬레이브 루프와, 진공 제어 밸브(200)의 포펫 밸브체(210)의 리프트량을 제어하는 제2 슬레이브 루프와, 진공 용기(500)의 내부 압력을 제어하는 마스터 루프를 갖는 이중 루프 구조의 캐스케이드 제어로서 구성되어 있다. 슬레이브 루프와 마스터 루프의 각 제어 루프는, 예를 들어 주지의 PID 제어계로서 구성할 수 있다. 슬레이브 루프와 마스터 루프는 각각 종속 제어부와 주제어부라고도 불린다.

제1 슬레이브 루프는 전공 제어부(130)의 전공 제어 밸브(131)(도 1 참조)가 실린더실(135)의 압력을 조작하여, 포펫 밸브체(110)의 위치를 목표치에 근접시키는 것을 목적으로 하는 제어 루프이다. 전공 제어 밸브(131)는 실린더실(135)의 내부 압력을 조작하여, 압박 스프링(133)의 압박력과의 밸런스에 의해 리프트량을 조작할 수 있다. 목표치는 컨트롤러(610)에 의해 포펫 밸브체(110)의 리프트량을 나타내는 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)로서 전공 제어 밸브(131)에 부여된다. 포펫 밸브체(110)의 리프트량은 밸브체 위치 센서(138)에 의해 계측되어, 전공 제어 밸브(131)에 피드백된다. 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)는 공통 개방도 지령치라고도 불린다.

제1 슬레이브 루프는 피드백량과 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)의 편차(δ1)를 작게 하도록 포펫 밸브체(110)의 리프트량을 조작한다. 이에 의해, 제1 슬레이브 루프는 포펫 밸브체(110)의 리프트량을 컨트롤러(610)로부터 부여된 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)에 근접해지도록 제어할 수 있다. 리프트량의 조작은 오리피스 직경을 조작하는 것과 물리적으로 등가이다.

또한, 리프트량 대신에, 실린더실(135)의 내부 압력을 계측하여 피드백량으로서 이용해도 좋다. 단, 리프트량을 피드백하면, 마스터 루프로부터의 지령치(제어 입력)와 리프트량(개방도)의 비선형성에 기인하는 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 이 정밀도의 저하는 오프셋값에 의해 각 진공 제어 밸브의 개방도 범위가 서로 시프트함으로써 발생한다. 본 구성은 개방도의 실측에 의해 개방도와 제어 입력의 선형성을 확보함으로써, 개방도 범위가 서로 시프트되어도 진공 제어 밸브의 특성 변화의 억제를 실현하고 있는 것이다.

제2 슬레이브 루프는 목표치가 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)가 아니고 밸브 개방도 지령치(pv2)인 점에서, 제1 슬레이브 루프와 상이하고, 다른 구성을 공통으로 한다. 밸브 개방도 지령치(pv2)는 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)에 대해 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)를 가산함으로써 생성되는 지령치이다. 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)는 보정치 데이터 저장부(620)로부터 판독된 값이 이용된다. 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)는 제어계 전체가 정상 상태에서 안정되어 있을 때의 유효 배기 속도(Sa, Sb)(m^3/sec)가 서로 일치하도록 설정된 보정치이다. 보정치 데이터 저장부(620)는 오프셋값 저장부라고도 불린다.

유효 배기 속도(Sa1)(도 3 참조)는 프로세스 중심(Wc)으로부터 가스 배출구(561)(도 1 참조)를 경유하는 터보 분자 펌프(300)의 입구(301)까지의 유로와, 터보 분자 펌프(300)를 일체로 간주하여, 프로세스 중심(Wc)을 터보 분자 펌프(300)의 입구로서 취급했을 때의 배기 속도를 의미한다. 프로세스 중심(Wc)은 압력 계측부(631)에 의한 압력 계측 위치이다. 유효 배기 속도(Sa1)는 프로세스 중심(Wc)으로부터 터보 분자 펌프(300)의 입구(301)까지의 컨덕턴스에 의한 저감이 고려된 배기 속도이며, 프로세스 중심(Wc)에 있어서의 유효한 배기 속도로서의 의미를 갖고 있다. 한편, 유효 배기 속도(Sb1)(도 3 참조)는 프로세스 중심(Wc)으로부터 가스 배출구(562)(도 1 참조)를 경유하는 터보 분자 펌프(300)의 입구(301)까지의 컨덕턴스에 의한 저감이 고려된 배기 속도이며, 프로세스 중심(Wc)에 있어서의 유효한 배기 속도로서의 물리적 의미를 갖고 있다.

유효 배기 속도(Sa1, Sb1)(m^3/sec)가 서로 일치한다고 하는 것은, 컨덕턴스의 조작에 의해, 터보 분자 펌프(300)가 프로세스 중심(Wc)에 있어서 동일한 유효 배기 속도를 발생시키고 있게 된다. 한편, 프로세스 중심(Wc)에서는, 가스 배출구(561)를 경유하는 루트와 가스 배출구(562)를 경유하는 루트가 동일한 압력을 공유하게 되므로, 동일한 배기 유량(Paㆍm^3/sec)이 실현되게 된다. 이에 의해, 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에 배치된 2개의 가스 배출구(561, 562)로부터 동일한 배기 유량으로 가스가 배출되게 된다.

마스터 루프는 컨트롤러(610)가 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)의 컨덕턴스를 조작하여, 진공 용기(500)의 프로세스 중심(Wc)의 근방의 압력을 압력 목표치(P1t)에 근접시키는 것을 목적으로 하는 제어 루프이다. 압력 목표치(P1t)는 프로세스에 적합한 값으로서 미리 설정된 고정 압력치이다. 밸브 개방도 지령치(pv2)는 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)에 대해 고정의 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)의 가산에 의해 보정된 값이므로, 밸브 개방도 지령치(pv2)와 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)는 일체로서 변동하게 된다. 이에 의해, 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)는 오프셋한 리프트량을 중심 위치로 하여 일체로 움직이게 되므로, 단일의 진공 제어 밸브에 의한 제어에 대해서도 거의 즉응성을 손상시키지 않고 간이하게 제어칙을 조성할 수 있다고 하는 이점을 갖고 있다.

도 4는 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)의 제어계의 작동 내용을 도시하는 흐름도이다. 스텝 S100에서는, 사용자는 오프셋 밸브 개방도 지령치 취득 처리를 실행한다. 오프셋 밸브 개방도 지령치 취득 처리는 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)의 각각을 개별로 작동시켜 특성 데이터를 취득하고, 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)를 취득하는 처리이다. 오프셋 밸브 개방도 지령치 취득 처리의 내용의 상세는 후술한다.

스텝 S200에서는, 사용자는 압력 목표치 입력 처리를 행한다. 압력 목표치 입력 처리라 함은, 미리 설정된 고정 목표치인 압력 목표치(P1t)를 컨트롤러(610)에 입력하는 처리이다. 압력 목표치(P1t)는 진공 용기(500)에서 실행시키는 프로세스에 적합한 값으로서 결정된다.

스텝 S300에서는, 컨트롤러(610)는 기준 밸브 개방도 지령치 결정 처리를 실행한다. 기준 밸브 개방도 지령치 결정 처리라 함은, 진공 용기(500)의 내부의 계측 압력과 압력 목표치(P1t)의 편차(δm)에 따라서 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)를 차차 산출하는 처리이다. 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)는 미리 컨트롤러(610)에 저장되어 있는 제어칙에 기초하여 결정된다. 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)는 진공 제어 밸브(100)를 제어하는 제1 슬레이브 루프의 목표치로서 이용된다.

스텝 S400에서는 오프셋 밸브 개방도 지령치 가산 처리가 실행된다. 오프셋 밸브 개방도 지령치 가산 처리라 함은, 보정치 데이터 저장부(620)로부터 판독된 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)가 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)에 대해 가산되는 처리이다. 이 가산 처리에 의해, 밸브 개방도 지령치(pv2)가 생성된다. 밸브 개방도 지령치(pv2)는 진공 제어 밸브(200)를 제어하는 제2 슬레이브 루프의 목표치로서 이용된다. 이와 같이, 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)는 서로 오프셋한 목표치인 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)와, 밸브 개방도 지령치(pv2)를 목표치로 하여 일체적으로 제어된다.

스텝 S500에서는 리프트량 조작 처리가 실행된다. 리프트량 조작 처리는 2개의 포펫 밸브체(110, 210)의 각각이 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)와, 밸브 개방도 지령치(pv2)에 따라서 조작되는 처리이다. 이에 의해, 실질적으로 진공 제어 밸브(100, 200)의 오리피스 직경이 조작되고, 진공 제어 밸브(100, 200)의 컨덕턴스가 조작되게 된다.

스텝 S600에서는 진공 용기 내 압력 계측 처리가 실행된다. 진공 용기 내 압력 계측 처리라 함은, 압력 계측부(631)에 의해 진공 용기(500)의 내부 압력이 계측되는 처리이다. 계측 위치는 진공 용기(500) 중의 프로세스 중심(Wc)의 근방이다. 이에 의해, 프로세스 중심(Wc)의 근방의 압력이 압력 목표치(P1t)에 근접하도록 제어되는 동시에, 진공 제어 밸브(100, 200)의 양쪽으로부터 균등하게 가스가 배출되게 된다.

이와 같이, 본 제1 실시 형태는 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)를 취득할 수 있으면, 단일의 진공 제어 밸브에 의한 제어에 대해서도 거의 즉응성을 손상시키지 않고 간이하게 제어칙을 조성할 수 있다.

(C. 제1 실시 형태에 있어서의 오프셋 밸브 개방도 지령치의 취득 방법)

도 5는 제1 실시 형태의 오프셋 밸브 개방도 지령치 취득 처리의 내용을 도시하는 흐름도이다. 스텝 S110에서는, 사용자는 진공 제어 밸브(200)를 폐쇄한다. 이에 의해, 진공 제어 밸브(200)의 작동에 의한 영향을 배제하여, 진공 제어 밸브(100)에 의한 배기의 특성 데이터를 취득할 수 있다.

도 6은 제1 실시 형태의 진공 제어 밸브(100)가 단일체에 의해 작동하는 모습을 도시하는 설명도이다. 도 6의 예에서는, 진공 제어 밸브(200)가 폐쇄되어 있는 동시에, 진공 제어 밸브(100)가 개방 상태로 되어 있으므로, 공급된 모든 가스는 가스 배출구(561)를 통해 진공 제어 밸브(100)에 흡입되게 된다. 이와 같이, 진공 제어 밸브(100)의 특성 데이터를 취득할 수 있는 상태로 되어 있는 것을 알 수 있다.

스텝 S120에서는, 사용자는 목표치를 설정한다. 목표치는 프로세스 중심(Wc)의 근방의 압력 목표치(P1t)와, 가스 공급구(Gc)로부터의 가스 공급량(Q/2)이다. 압력 목표치(P1t)는 상정되는 프로세스에 적합한 진공 압력으로서 설정된다. 가스 공급량(Q/2)은 상정되는 프로세스에 적합한 유량(Q) 중, 진공 제어 밸브(100)와 터보 분자 펌프(300)가 분담하는 유량으로서 절반으로 설정된다.

스텝 S130에서는, 사용자는 진공 제어 밸브(100)에 의한 진공 제어를 실행시킨다. 이 진공 제어의 준비로서, 사용자는 터보 분자 펌프(300)에 직렬로 접속된 드라이 펌프(도시하지 않음)에 의해 진공화를 행하여, 진공 용기(500)의 내부 압력을 분자 영역까지 저하시킨다. 다음에, 터보 분자 펌프(300)를 기동하여 안정 운전 상태로 한다.

진공 용기(500)의 내부 압력이 압력 목표치(P1t)의 근방에 도달하면, 사용자는, 유량(Q/2)으로 가스의 공급을 개시하는 동시에, 진공 제어 밸브(100)에 의한 진공 제어를 기동시킨다. 이 제어는, 도 3의 제어계에 있어서, 마스터 루프와 제1 슬레이브 루프가 기능하고, 제2 슬레이브 루프가 정지한 상태에 있어서의 캐스케이드 제어로서 작동하게 된다. 가스는, 본 제1 실시 형태의 가스 공급 제어에서는 가스 공급량(Q/2)이 설정치로 되고, 그 설정치로 안정적으로 공급되게 된다.

컨트롤러(610)는, 도 8에 도시된 바와 같이 진공 제어 밸브(100)에 기준 밸브 개방도 지령치(pv1)를 송신하여, 진공 압력(P1)을 압력 목표치(P1t)에 근접시키는 제어를 실행한다. 컨트롤러(610)는 터보 분자 펌프(300)의 입구 압력(P2a)과, 리프트량(La)을 진공 제어 밸브(100)로부터 취득한다. 입구 압력(P2a)은 하류측 유로(142)의 압력으로서 검지면(146)을 갖는 압력 센서(145)로 계측되어, 컨트롤러(610)로 송신된다. 리프트량(La)은 밸브체 위치 센서(138)로부터 전공 제어 밸브(131)를 통해 컨트롤러(610)로 송신된다.

스텝 S140에서는, 컨트롤러(610)는 미리 설정된 안정 조건을 만족시킨 것을 검지하고, 그 검지에 따라서 리프트량(La)을 보정치 데이터 저장부(620)에 저장한다. 안정 조건은, 예를 들어 마스터 루프의 편차(δm)와 제1 슬레이브 루프의 편차(δ1)의 양쪽이 일정 시간만큼 미리 설정된 임계치보다도 작은 것으로 해도 좋다. 컨트롤러(610)는, 또한 진공 제어 밸브(100)의 유효 배기 속도(Sa1)를 산출하여 보정치 데이터 저장부(620)에 저장한다.

도 7은 유효 배기 속도(Sa1)의 산출에 사용되는 계산식을 도시하는 설명도이다. 유효 배기 속도(Sa1)는 이하와 같이 하여 산출된다. 첫째로, 컨트롤러(610)는 계산식 F2(도 7 참조)를 사용하여 프로세스 중심(Wc)의 근방으로부터 터보 분자 펌프(300)의 입구까지의 컨덕턴스(C)를 산출한다. 둘째로, 컨트롤러(610)는 계산식 F4를 사용하여 컨덕턴스(C)와, 터보 분자 펌프(300)의 배기 속도(Sa2)로부터 유효 배기 속도(Sa1)를 산출한다. 여기서, 컨덕턴스(C)는 프로세스 중심(Wc)의 근방에서 압력 계측부(631)에 의해 계측되는 계측 압력(P1m)과, 압력 센서(122)에 의해 계측되는 터보 분자 펌프(300)의 입구 압력(P2a)의 계측치로부터 산출할 수 있다. 한편, 터보 분자 펌프(300)의 배기 속도(Sa2)는 연속의 식 F5에 의해 산출할 수 있다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(610)는 진공 제어 밸브(100)의 유효 배기 속도(Sa1)를 산출하고, 산출 결과를 보정치 데이터 저장부(620)에 저장한다.

계산식 F1 내지 F4는 진공 이론에 기초하는 것이며 이하와 같이 결정되어 있다. 계산식 F2는 계산식 F1을 수학적으로 변형하여 도출된 것이다. 계산식 F1은 컨덕턴스의 정의식에 대해, 가스 공급량(Q/2)과, 터보 분자 펌프(300)의 입구 압력(P2a)의 계측치와, 프로세스 중심(Wc)의 근방의 진공 압력(P1)(계측치)을 대입한 것이다. 계산식 F4는 계산식 F3을 수학적으로 변형하여 도출된 것이다. 계산식 F3은 배기 속도와, 컨덕턴스와, 유효 배기 속도(Sa1)의 관계를 나타내는 이론식이다. 한편, 계산식 F5는 가스의 흐름을 압축성 유체의 1차원 흐름으로서 취급하여, 질량 유량이 일정한 것을 이용하여 결정된 것이다.

또한, 제1 실시 형태에서는 발명 개념을 알기 쉽게 설명하기 위해, 터보 분자 펌프(300)의 입구 압력(P2a)의 계측치로부터 컨덕턴스(C)를 산출하고 있다. 그러나, 제1 실시 형태의 진공 용기(500)에서는 프로세스 중심(Wc)의 근방에서 압력 계측부(631)에 의해 계측되는 계측 압력(P1m)이 압력 목표치(P1t)에 일치했을 때의 리프트량(La)을 취득하면 충분하다. 이에 의해, 프로세스에 적합한 유량(분담분＝Q/2)에 있어서, 적절한 압력(P1t)을 실현하는 밸브 리프트량(La)을 취득할 수 있게 되기 때문이다. 바꾸어 말하면, 가스 공급량(Q/2)에 있어서, 프로세스 중심(Wc)의 근방에 있어서의 적절한 유효 배기 속도(Sa1)를 실현하는 밸브 리프트량(La)을 취득할 수 있게 되기 때문이다(P1×Sa1＝Q/2). 이와 같이, 컨덕턴스(C)의 산출은 반드시 필요하지는 않다.

스텝 S150에서는, 사용자는 진공 제어 밸브(100)에 의한 제어를 정지하여 밸브 폐쇄한다. 진공 제어 밸브(100)의 폐쇄는 가스 공급을 정지한 후 실행한다. 터보 분자 펌프(300)의 정지는 터보 분자 펌프(300)의 파손을 방지하기 위해, 진공 제어 밸브(100)의 폐쇄 후에 실행한다.

스텝 S160에서는, 사용자는 진공 제어 밸브(200)의 목표치를 설정한다. 설정 목표치는 진공 제어 밸브(200)의 목표치와 동일하다. 즉, 목표치는 프로세스 중심(Wc)의 근방의 압력 목표치(P1t)와, 가스 공급구(Gc)로부터의 가스 공급량[Q/2 : 진공 제어 밸브(200)의 분담분]이다.

스텝 S170에서는, 사용자는 진공 제어 밸브(200)에 의한 진공 제어를 실행시킨다. 진공 제어의 방법은 진공 제어 밸브(100)에 의한 진공 제어(스텝 S130)와 동일하다. 스텝 S180에서는, 컨트롤러(610)는 미리 설정된 안정 조건을 만족시킨 것을 검지하고, 그 검지에 따라서 리프트량(Lb)을 보정치 데이터 저장부(620)에 저장한다. 리프트량(Lb)의 취득 방법은 리프트량(La)의 취득 방법과 동일하다.

이에 의해, 각 분담 유량(Q/2)에 있어서, 프로세스 중심(Wc)의 압력 목표치(P1t)에 일치했을 때의 진공 제어 밸브(100)의 리프트량(La)과 이때의 지령치(Ca)와, 진공 제어 밸브(200)의 리프트량(Lb)과 이때의 지령치(Cb)를 각각 취득할 수 있게 된다. 리프트량(La)은 분담 유량(Q/2)에 있어서, 프로세스 중심(Wc)의 압력을 압력 목표치(P1t)로 하기 위한 진공 제어 밸브(100)의 리프트량이다. 리프트량(Lb)은 분담 유량(Q/2)에 있어서, 프로세스 중심(Wc)의 압력을 압력 목표치(P1t)로 하기 위한 진공 제어 밸브(200)의 리프트량이다.

따라서, 양쪽의 진공 제어 밸브(100, 200)에 의한 진공 제어를 기능시키면, 가스 공급량(Q)에 있어서, 양쪽에 동일한 분담 유량(Q/2)으로 배기되게 된다. 이 진공 제어는 진공 제어 밸브(100, 200)의 각각의 컨덕턴스 조작에 의해, 가스 배출구(561)를 경유하는 루트와 가스 배출구(562)를 경유하는 루트에 의해 프로세스 중심(Wc)에 있어서 발생시키고 있는 유효 배기 속도(Sa1, Sb1)(m^3/sec)를 서로 일치시키는 제어로서 파악할 수도 있다. 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)는 지령치(Ca)와 지령치(Cb)의 차로서 산출할 수 있다.

이와 같이, 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)은 반자동적으로 오프셋 밸브 개방도 지령치(pva)를 산출하여, 보정치 데이터 저장부(620)에 저장할 수 있다. 이에 의해, 제1 실시 형태의 제어계를 기능시킬 수 있다. 이 결과, 프로세스면(Ws)에 있어서의 가스의 흐름이 진공 제어계에 있어서의 진공 제어 밸브의 작동에 영향을 억제하여, 프로세스면(Ws)의 근방에서 균일한 흐름을 실현시킬 수 있다.

제1 실시 형태에서는, 특히 2개의 진공 제어 밸브(100, 200)가 일체로서 움직이고, 밸브의 개구부의 중심도 중력 방향에 대해 마찬가지로 움직이므로, 밸브의 개구부의 중심 이동에 기인하는 가스의 흐름의 치우침도 효과적으로 억제되게 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 진공 제어 밸브(100)측에 있어서, 압력 센서(145)(도 6 참조)로 하류측 유로에 있어서 유로 내부의 압력을 계측하는 구성으로 하고 있지만, 도 8에 도시되는 변형예와 같이 가스 배출구(561, 562)의 각각에서 압력을 계측하는 구성으로 해도 좋다. 이 변형예에서는, 가스 배출구(561)의 내부에 압력 검지면(582a)을 갖는 압력 센서(581a)로 가스 배출구(561)의 압력을 계측하고 있다. 또한, 진공 제어 밸브(200)측에 있어서는, 마찬가지로 유로 내부의 압력(P2b)을 계측하는 검지면(582b)을 갖는 압력 센서(581b)가 구비되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서도, 계산식 F1 내지 F5를 사용하여 상술한 실시 형태와 동일한 취급이 가능하기 때문이다.

이와 같이, 압력의 계측 위치는 가스 배출구(561)와 터보 분자 펌프의 입구(301) 사이의 어느 한쪽의 위치와, 가스 배출구(562)와 터보 분자 펌프의 입구(301) 사이의 어느 한쪽의 위치에 장비되어 있으면 좋다. 단, 상술한 실시예와 같이 진공 제어 밸브(100, 200)의 하류에서 압력(P2a, P2b)을 계측하면, 밸브 리프트량에 대해 예민하게 압력(P2a, P2b)이 변동되므로, 높은 정밀도로 오프셋 밸브 개방도 지령치를 취득할 수 있다는 이점이 있다.

[D. 제2 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)의 구성]

제2 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)은 저히스테리시스 특성을 갖는 복수의 진공 제어 밸브(30)를 사용하고 있는 점에서 제1 실시 형태의 진공 제어 시스템(10)과 상이하다. 진공 제어 밸브(30)는 저히스테리시스 특성을 가지므로, 고 응답성이고 또한 정밀한 컨덕턴스 조작을 가능하게 하고, 이에 의해 반응 가스의 흐름의 벡터 조작성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 이하의 설명에서는, 단일의 진공 제어 밸브(30)와, 단일의 진공 제어 밸브(30)를 조작하는 시스템이 설명되어 있지만, 본 발명으로의 적용에 있어서는 제1 실시 형태의 진공 제어 밸브(100, 200)의 각각으로 치환되게 된다.

도 9는 비통전 시(밸브 완전 폐쇄)의 진공 제어 밸브(30)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 10은 비통전 시의 진공 제어 밸브(30)가 갖는 로드 커버(81)의 구성을 도시하는 확대 단면도이다. 도 11은 밸브 전개 시의 진공 제어 밸브(30)의 구성을 도시하는 단면도이다. 진공 제어 밸브(30)는 제어 밸브 본체(43)와, 실린더 튜브(31)와, 동작 부재(32)를 구비하고 있다. 제어 밸브 본체(43)는 동작 부재(32)의 이동 방향(축선 방향)으로 연장되는 원통 형상의 형상을 갖고 있다. 제어 밸브 본체(43)에는 축선 방향에 있어서 실린더 튜브(31)측에 개방되는 대략 원기둥 형상의 오목부인 밸브 박스(45)가 형성되어 있다. 밸브 박스(45)의 개구부는 동작 부재(32)가 미끄럼 이동 가능하게 관통하고 있는 관통 구멍(82)을 갖는 로드 커버(81)에 의해 막혀 있다.

동작 부재(32)는 밸브 박스(45)에 있어서 진공 제어 밸브(30)의 밸브 개방도를 조작하는 밸브체(33)와, 관통 구멍(82)을 관통하는 로드(32r)와, 로드(32r)의 단부에 접속되어 있는 피스톤(51)을 구비하고 있다. 밸브체(33)는 로드(32r)에 접속되어 있고, 동작 부재(32)를 축 방향으로 이동시켜 리프트량(La)을 변화시킬수 있다. 리프트량(La)은, 본 실시 형태에서는 밸브 개방도에 상당한다. 동작 부재(32)는 동작부에 상당한다.

밸브체(33)는 제어 밸브 본체(43)에 형성되어 있는 밸브 시트(42)에 접촉함으로써 유로를 차단하는 기능을 갖고 있다. 유로의 차단은 밸브 박스(45)의 내부에 있어서 밸브체(33)를 밸브 시트(42)에 접촉시키고 2차측 포트(44)를 밸브 박스(45)로부터 격리함으로써 행해진다. 차단 시의 밀봉은 밸브체(33)로부터 그 일부가 돌출된 O링(75)을 밸브 시트(42)에 접촉시켜 찌그러뜨림으로써 실현되어 있다. 밸브 시트(42)는, 예를 들어 밸브체(33)에 대해 축선 방향으로 대향하는 환형상의 영역이며, 2차측 포트(44)와의 접속구의 주위에 형성되어 있는 표면 거칠기가 작은 영역이다. O링(75)은 밸브 시트(42)에 대해 축선 방향으로 대향하는 위치에 환형상의 형상을 갖고 있다.

피스톤(51)은 실린더 튜브(31)의 내주면(53)을 향해 반경 방향으로 연장되는 환형상의 형상을 갖고, 실린더 튜브(31)의 내주면(53)에 있어서 밀폐된 밸브 개방도 조작실(36)(도 11 참조)을 형성하고 있다. 피스톤(51)의 외주 단부에는 축선 방향에 있어서 밸브 개방도 조작실(36)의 반대측으로 연장되는 원통 형상의 형상을 갖는 통 형상 부재(51v)가 접속되어 있다. 피스톤(51)에는 밸브 개방도 조작실(36)을 밀봉하는 벨로프램(34)이 접속되어 있다.

밸브 개방도 조작실(36)은 벨로프램(34)과, 로드 커버(81)와, 로드(32r)와, 피스톤(51)[벨로프램 리테이너(52)]에 의해 둘러싸여 있는 용적이 가변의 도넛 형상의 밀폐 공간으로서 형성되어 있다. 벨로프램(34)은 그 내주측의 단부가 피스톤(51)과 벨로프램 리테이너(52) 사이에 있어서 나사(54)로 체결되어 있다. 한편, 벨로프램(34)은 그 외주측의 단부(34a)가 실린더 튜브(31)와 로드 커버(81) 사이에서 끼워져 있다. 이에 의해, 벨로프램(34)과 로드 커버(81) 사이와, 벨로프램(34)과 실린더 튜브(31) 사이가 밀폐(밀봉)되어 있다. 밸브 개방도 조작실(36)은 벨로프램(34)에 의해 내주면(53)에 의해 형성되어 있는 내부 공간을 구획함으로써 형성되어 있다. 밸브 개방도 조작실(36)에는 밸브 개방용 공기 유로(37)와 접속 유로(87)를 통해 조작 에어를 공급할 수 있다. 또한, 조작 에어의 공급 방법에 대해서는 후술한다. 조작 에어는 작동 유체에 상당한다.

벨로프램(34)은 실크 해트형의 형상을 갖고, 긴 행정(스트로크)에서 추종 혹은 구름 이동(되접음 부분의 이동)하는 것이 가능한 가요성의 공간 구획 부재이다. 벨로프램(34)은 피스톤(51)의 외주면(51s)(도 11 참조)과 실린더 튜브(31)의 내주면(53) 사이의 간극을, 피스톤(51)의 동작에 추종하면서 밀폐하는 벨로프램이다. 벨로프램(34)은 구름 이동형 다이어프램이라고도 불리고, 동작 부재(32)와 밸브 개방도 조작실(36) 사이에 마찰의 요인이 되는 면 접촉을 형성하지 않으므로, 미끄럼 이동 저항이 극히 작아 저히스테리시스 특성이나 미소 압력 응답성, 높은 밀봉성 등의 고유한 특성을 갖고 있다. 벨로프램(34)은 원활하게 구름 이동을 행할 수 있도록, 리니어 베어링(65)에 의해 외주면(51s)과 내주면(53)의 간극을 확보하도록 구성되어 있다. 리니어 베어링(65)의 상세에 대해서는 후술한다.

벨로프램(34)은 진공 제어 밸브(30)에 있어서 가장 직경이 큰 실린더 튜브(31)의 내주면(53)과 피스톤(51) 사이의 미끄럼 이동부를 밀봉하고 있으므로, 마찰면을 배제하여 현저하게 동작 부재(32)의 미끄럼 이동 마찰 저항을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 전공 제어 밸브(26)로부터 밸브 개방용 공기 유로(37)로 공급되는 조작 에어의 압력 조작에 의해, 저히스테리시스 특성에 있어서 높은 응답성에서의 리프트량(La)의 조절이 실현된다. 또한, 동작 부재(32)는 전동 모터를 사용하여 이동시키는 구성으로 해도 좋다.

한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 로드(32r)와 로드 커버(81) 사이의 밀봉은 이하와 같이 구성되어 있다. 로드 커버(81)의 관통 구멍(82)에는 밸브 박스(45)의 측에 가까운 위치에 장착 오목부(83)가 형성되고, 장착 오목부(83)보다도 실린더 튜브(31)측에 가까운 위치에 장착 홈(84)이 형성되어 있다. 장착 오목부(83)에는 비교적 내압성이 낮고 동마찰 저항이 작은 제1 단경 하중 시일(76)과 제2 단경 하중 시일(77)이 장비되어 있다. 장착 홈(84)에는 비교적 내압성이 높은 패킹(74)이 장비되어 있다. 한편, 로드 커버(81)에는 패킹(74)과 제1 단경 하중 시일(76) 사이에서 장착 오목부(83)에 연통하여, 외부에 관통하는 리크 검출용 포트(85)가 형성되어 있다.

리크 검출용 포트(85)는 패킹(74)에 있어서의 누설과, 제1 단경 하중 시일(76) 및 제2 단경 하중 시일(77)에 있어서의 누설을 검지할 수 있다. 패킹(74)에 있어서의 누설은 조작 에어의 누설로서 검지할 수 있다. 제1 단경 하중 시일(76) 및 제2 단경 하중 시일(77)에 있어서의 누설은 리크 검출용 포트(85)에 헬륨 가스를 주입하는 한편, 헬륨 리크 디텍터(도시 생략)에 접속되어 있는 밸브 박스(45)를 진공 상태로 함으로써 검출할 수 있다.

피스톤(51)은 압박 스프링(55)에 의해 압박되어 있다. 압박 스프링(55)은 동작 부재(32)의 피스톤(51)에 대해, 리프트량(La)과 밸브 개방도 조작실(36)의 용적이 모두 작아지는 방향으로 압박력을 인가하고 있다. 압박 스프링(55)은 실린더 튜브(31)의 내주면(53)과 환형상의 형상을 갖는 헤드 커버(61)에 둘러싸인 공간에 수용되어 있다. 압박 스프링(55)의 한쪽은 피스톤(51)에 대해 밸브 개방도 조작실(36)과는 축선 방향으로 반대측(이측)에 있어서 접촉하고 있다. 압박 스프링(55)의 다른 쪽은 헤드 커버(61)에 접촉하고 있다.

헤드 커버(61)는 원통 형상의 형상을 갖는 통부(61b)와, 통부(61b)보다도 작은 직경을 갖는 원통 형상의 형상을 갖는 미끄럼 이동 볼록부(61a)를 갖고 있다. 헤드 커버(61)는 미끄럼 이동 볼록부(61a) 및 통부(61b)와 중심 축선을 공유하고 있다. 미끄럼 이동 볼록부(61a)와 통부(61b)의 직경 차는 행정 제한면(61e)을 형성하고 있다. 행정 제한면(61e)은 피스톤(51)에 형성되어 있는 행정 제한 단부(51e)에 접촉함으로써 피스톤(51)의 상승량을 제한하는 접촉면이다. 이에 의해, 피스톤(51)의 행정은 상승 방향[리프트량(La) 증대 방향]이 행정 제한면(61e)에 의해 제한되는 한편, 하강 방향[리프트량(La) 감소 방향]이 밸브 시트(42)에 의해 제한되어 있게 된다.

미끄럼 이동 볼록부(61a)는 동작 부재(32)의 내부에 형성되어 있는 차단 하중 발생실(39)에 수용되어 있다. 차단 하중 발생실(39)은 동작 부재(32)의 동작 방향으로 연장되는 중심선에 대해, 밸브 개방도 조작실(36)의 내측에 형성되어 있다. 이에 의해, 차단 하중 발생실(39)은 동작 부재(32)의 동작 방향에 있어서 밸브 개방도 조작실(36)에 대해 겹치는 위치에 장비되어 있게 된다. 이 결과, 차단 하중 발생실(39)의 장비에 기인하는 진공 제어 밸브(30)의 대형화[특히, 동작 부재(32)의 동작 방향의 대형화]를 억제할 수 있다. 또한, 헤드 커버(61)의 미끄럼 이동 반경을 작게 할 수 있으므로, 차단 하중 발생실(39)의 장비에 기인하는 미끄럼 이동 저항의 발생을 억제할 수도 있다.

차단 하중 발생실(39)에 의한 차단 하중의 인가는 진공 제어 밸브(30)의 제조성을 향상시킬 수도 있다. 제조 시에 있어서의 압박 스프링(55)의 세트 시 하중(밸브 폐쇄 시의 하중)을 경감하여 제조를 용이하게 할 수 있기 때문이다. 즉, 압박 스프링(55)은, 종래 기술에서는 차단 시[리프트량(La)이 제로인 경우]에 있어서 요청된 차단 하중을 발생시키는 스프링 계수와 초기 하중(프리로드)을 발생시키는 초기 휨량으로 장비하는 것이 요청된다.

이에 의해, 진공 제어 밸브(30)의 구경의 대형화에 수반하여 스프링 계수와 초기 휨량의 양쪽이 과대해지므로, 진공 제어 밸브(30)의 대형화뿐만 아니라, 제조도 곤란해지는 것이 본 발명자에 의해 발견되었다. 그러나, 본 구성에서는 헤드 커버(61)와 차단 하중 발생실(39)에서 차단 하중을 발생시킴으로써 압박 스프링(55)의 초기 하중을 경감시킬 수 있기 때문이다.

리니어 베어링(65)은 헤드 커버(61)와 가이드 로드(56) 사이의 반경 방향(축선 방향에 수직인 방향)의 위치 관계를 구속하면서, 작은 마찰로 축선 방향[동작 부재(32)의 이동 방향]으로의 상대적인 왕복 운동을 가능하게 하는 베어링이다. 리니어 베어링(65)은, 원통 형상의 형상을 갖는 미끄럼 이동 볼록부(61a)의 내주면의 내측의 공간이며, 가이드 로드(56)의 외주면의 외측에 배치되어 있다.

가이드 로드(56)는 동작 부재(32)에 접속되어 있으므로, 리니어 베어링(65)은 피스톤(51)과 내주면(53) 사이의 위치 관계(간극)도 유지(구속)할 수 있다. 이에 의해, 벨로프램(34)은 그 되접음 부분을 원활하게 이동시킴으로써 거의 마찰을 발생시키지 않고, 실린더 튜브(31)에 대해 동작 부재(32)를 이동시킬 수 있다.

가이드 로드(56)에는 헤드 커버(61)에 대한 가이드 로드(56)의 동작량을 계측하기 위한 밸브체 위치 센서(35)가 장비되어 있다. 가이드 로드(56)에는 밸브체 위치 센서의 프로브(35a)가 삽입되는 삽입관(35b)이 어댑터(35c)를 통해 접속되어 있다. 밸브체 위치 센서(35)는 삽입관(35b)으로의 프로브(35a)의 삽입 길이에 따른 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 헤드 커버(61)에 대한 가이드 로드(56)의 동작량은 삽입 길이의 변동량으로서 도모할 수 있으므로, 그 변동량에 따라서 리프트량(La)을 계측할 수 있다. 밸브체 위치 센서(35)에는, 예를 들어 리니어 펄스코더(등록 상표) 등이 이용 가능하다.

헤드 커버(61)는 중심 축선을 공유하는 2개의 통 형상의 미끄럼 이동면을 갖고 있다. 제1 미끄럼 이동면은 미끄럼 이동 볼록부(61a)의 외주면(61as)과 내주면(63) 사이의 미끄럼 이동면이다. 제2 미끄럼 이동면은 미끄럼 이동 볼록부(61a)의 내주면(62as)과 가이드 로드(56) 사이의 미끄럼 이동면이다. 제1 미끄럼 이동면 및 제2 미끄럼 이동면의 클리어런스(간극)는 리니어 베어링(65)에 의해 정확하게 유지하고 있다.

리니어 베어링(65)은, 전술한 바와 같이 미끄럼 이동 볼록부(61a)와 가이드 로드(56) 사이에 배치되어 있는 동시에, 미끄럼 이동 볼록부(61a)와 리니어 베어링(65) 사이의 상호의 위치 관계도 동작 부재(32)의 동작에 관계없이 유지되어 있다. 이에 의해, 간이하게 차단 하중 발생실(39)과 미끄럼 이동 볼록부(61a) 사이의 간극의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 한편, 리니어 베어링(65)은 관통 구멍(82)에 장비되어 있는 패킹(74)과의 위치 관계에 대해서도 동작 부재(32)의 동작에 관계없이 유지되어, 벨로프램(34)으로 밀폐되어 있는 피스톤(51)과 내주면(53) 사이의 미끄럼 이동면보다도 근방에 유지되어 있다. 이에 의해, 미끄럼 이동면의 간극의 정밀도 요구가 엄격한 미끄럼 이동면이 리니어 베어링(65)의 근방에 배치되어 있게 되므로, 간이하게 밀봉 성능의 향상과 미끄럼 이동 저항의 저감의 양립을 도모할 수 있다.

제1 미끄럼 이동면에 있어서, 외주면(61as)에는 그 외주의 전체 둘레에 걸쳐서 오목 형상을 갖는 장착 홈(78)(도 10 참조)이 형성되고, 그 장착 홈(78)에 V자 형상의 패킹(70b)이 장착되어 있다. 제2 미끄럼 이동면에 있어서, 내주면(62as)에는 그 내주에 걸쳐서 오목 형상을 갖는 장착 홈(79)이 형성되고, 그 장착 홈(79)에 V자 형상의 패킹(70a)이 장착되어 있다. V자 형상의 패킹(70a, 70b)은 V패킹이라고도 불린다.

다음에, 도 12를 참조하여 진공 제어 밸브(30)의 리프트량(La)을 조작하는 방법에 대해 설명한다. 도 12는 진공 제어 밸브(30)의 진공 압력의 제어 시의 작동 상태를 도시하는 단면도이다. 진공 제어 밸브(30)는, 전술한 바와 같이 밸브체(33)와 밸브 시트(42) 사이의 거리인 리프트량(La)을 밸브 개방도로서 조절함으로써 1차측 포트(41)와 2차측 포트(44) 사이의 컨덕턴스를 조작할 수 있다. 리프트량(La)은 밸브 시트(42)에 대해 동작 부재(32)의 위치를 상대적으로 이동시킴으로써 조절된다. 컨덕턴스는 유로에 있어서의 유체의 흐르기 쉬움을 의미하고 있다.

리프트량(La)은 동작 부재(32)로의 구동력과, 그 구동력에 상반되는 압박 스프링(55)의 압박력의 밸런스에 의해 조작된다. 동작 부재(32)로의 구동력은 밸브 개방도 조작실(36)의 내부의 조작 에어의 압력의 작용에 의해 발생한다. 리프트량(La)의 제어에 있어서는, 동작 부재(32)와 실린더 튜브(31) 사이의 상대적인 이동에 기인하는 마찰력의 저감이 기대된다. 마찰력은 히스테리시스의 원인이 되어 정밀한 제어를 저해하는 큰 요인이 되기 때문이다.

동작 부재(32)는, 도 10에 도시한 바와 같이 실린더 튜브(31) 사이에 3개소의 마찰면을 갖고 있다. 제1 마찰면은 장착 홈(78)에 장착되어 있는 패킹(70b)과, 내주면(63) 사이의 마찰면이다. 제2 마찰면은 장착 홈(79)에 장착되어 있는 패킹(70a)과, 가이드 로드(56) 사이의 마찰면이다. 제3 마찰면은 로드 커버(81)의 관통 구멍(82)에 장착되어 있는 패킹(74)과 로드(32r)의 외주면 사이의 마찰면이다.

제3 마찰면은 주로 밸브 개방도 조작실(36)의 조작 압력을 저감시킴으로써 미끄럼 이동 저항이 저감되어 있다. 밸브 개방도 조작실(36)의 조작 압력의 저감은, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 압박 스프링(55)의 세트 시 하중(밸브 폐쇄 시의 하중)을 작게 함으로써 실현 가능하게 되어 있다. 또한, 본 발명자의 실험에 따르면, 로드(32r)의 외주면의 표면 거칠기(Ra)를 0.2 정도로 함으로써, 미끄럼 이동 저항의 저감에 필요한 진공 리크 특성의 양립을 확보할 수 있는 것이 확인되어 있다. 또한, 제3 마찰면은 벨로즈로 동작 부재(32)를 덮음으로써 밀봉하도록 구성해도 좋다.

도 13은 제1 마찰면, 즉 장착 홈(78)에 장착되어 있는 패킹(70)과, 내주면(63) 사이의 마찰면을 도시하는 확대 단면도이다. 패킹(70)은 힐부(71)와 두 갈래로 나뉘어져 있는 한 쌍의 립부(72a, 72b)를 갖는 V자 형상의 패킹이다. 패킹(70)은 한 쌍의 립부(72b)측이 차단 하중 발생실(39)을 향하게 되어 있고, 차단 하중 발생실(39)로부터의 압력을 받아 면압이 높아지도록 구성되어 있다. 제2 마찰면은 제1 마찰면과 마찬가지로 밀봉되어 있다.

미끄럼 이동부의 설계에 있어서는, 미끄럼 이동부의 클리어런스(S2)와, 장착 홈(78)의 깊이(S1)와 패킹(70b)의 한 쌍의 립부(72a, 72b)의 폭 방향의 크기의 차의 관계가 설계 파라미터로 된다. 본 실시 형태에서는, 밸브체(33)가 밸브 시트(42)에 접촉하여 차단 하중을 발생시킬 때에만 차단 하중 발생실(39)의 기밀성이 요구되므로, 후술하는 바와 같이 패킹(70b)의 찌그러짐량을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 패킹(70b)과 내주면(63) 사이의 마찰량을 저감시켜 히스테리시스를 저감시킬 수 있다.

다음에, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 패킹(70b)에 의한 밀봉 메커니즘을 상세하게 설명한다. 도 14는 패킹(70b)의 장착 상태를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도이다. 도 15는 차단 하중 발생실(39)의 비가압 시의 상태를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도이다. 도 16은 차단 하중 발생실(39)로의 가압 시를 도시하여 밀봉 원리를 설명하는 모식도이다. 도 14 및 도 16에 있어서는, 패킹(70b)의 면압 분포(Pd1, Pd2)가 도시되어 있다. 진공 제어 밸브(30)는 차단 하중 발생실(39)로의 가압이 차단 시에만 행해지므로, 리프트량(La)의 제어가 행해지고 있는 상태에서는, 차단 하중 발생실(39)로의 가압이 행해지지 않는다.

도 15에 도시된 바와 같이, 패킹(70b)은 찌그러짐량(Q)으로 탄성 변형시킬 수 있었던 상태에서 장착 홈(78)에 장착되어 있다. 비가압 시에는, 패킹(70b)의 접촉면압과 면압 영역은 면압 분포(Pd1)로서 도시된 바와 같이 극히 작다. 면압 분포(Pd1)는 한 쌍의 립부(72a, 72b)의 강성과 찌그러짐량(Q)에 기인하여 발생하는 면압 분포이기 때문이다. 이에 의해, 전공 제어 밸브(26)에 의한 진공 제어가 행해지고 있는 상태[차단 하중 발생실(39)의 비가압 시]에 있어서는, 차단 하중 발생실(39)과 헤드 커버(61) 사이에는 극히 작은 동마찰이 발생하게 된다.

한편, 도 16에 도시된 바와 같이, 차단 하중 발생실(39)은 차단 하중의 인가 시에는, 면압 분포(Pd2)에 의해 도시되는 바와 같이 충분한 밀봉 성능을 실현할 수 있다. 또한, 차단 하중의 인가에 있어서는, 밸브체(33)가 밸브 시트(42)에 접촉하는 차단 상태므로, 차단 하중 발생실(39)과 헤드 커버(61) 사이에 상대적인 이동은 필요없고, 제어 상태가 아니므로 동마찰의 발생은 어떤 문제도 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명자는 미끄럼 이동 시의 누설이 허용 가능하므로, 면압 분포(Pd1)도 저감시키는 것이 가능한 것도 발견하였다. 이에 의해, 차단 하중의 발생 기능을 장비하기 위해, 차단 하중 발생실(39)과 미끄럼 이동 볼록부(61a)를 설치해도, 그 미끄럼 이동이 새롭게 히스테리시스의 원인이 되지 않는 설계를 실현할 수 있는 것이 발견되었다.

다음에, 도 17 내지 도 19를 참조하여, 진공 제어 밸브(30)를 사용하는 진공 제어 시스템(20)에 대해 설명한다.

도 17은 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)의 구성을 도시하는 모식도이다. 진공 제어 시스템(20)은 에칭 프로세스를 실행하기 위한 진공 용기(90)와, 진공 제어 밸브(30)와, 컨트롤러(21)와, 공기압 회로(22)와, 터보 분자 펌프(300)와, 터보 분자 펌프(300)에 직렬로 접속되어 있는 진공화용 드라이 펌프를 구비하고 있다. 진공 용기(90)에는 일정한 공급량으로 반응성 가스(G)가 공급되면서, 진공 제어 밸브(30)를 통해 터보 분자 펌프(300)에 의해 배기된다. 진공 용기(90)의 진공 압력은 진공 제어 밸브(30)의 컨덕턴스를 조작함으로써 제어된다. 터보 분자 펌프(300)는 진공 펌프에 상당한다.

진공 용기(90)는 반응성 가스(G)가 공급되는 반응 가스 공급 구멍(91)과, 배기 구멍(93)과, 진공 압력 센서(92)를 구비하고 있다. 반응 가스 공급 구멍(91)에는 매스플로우 센서(도시 생략)로 계측된 일정량의 반응성 가스(G)가 공급된다. 배기 구멍(93)에는 진공 제어 밸브(30)의 1차측 포트(41)가 접속되어 있다. 진공 압력 센서(92)는 진공 용기(90)의 내부의 진공 압력을 계측하여 전기 신호를 컨트롤러(21)로 송신한다. 진공 압력은 컨트롤러(21)에 의한 진공 제어 밸브(30)의 조작에 사용된다.

밸브 개방도 조작실(36)의 내부 압력은 공기압 회로(22)로부터 밸브 개방용 공기 유로(37)를 통해 조작 에어가 공급 혹은 배기됨으로써 조작된다. 공기압 회로(22)는 조작 에어를 공급하기 위한 고압측의 작동 유체 공급부(95)와, 조작 에어를 배기하기 위한 저압측의 작동 유체 배기부(96)에 접속되어 있다.

차단용 하중은 공기압 회로(22)로부터 차단용 공기 유로(38)로 조작 에어가 공급됨으로써, 밸브체(33)를 밸브 시트(42)까지 이동시키고, 그 이동 후에 밸브체(33)를 밸브 시트(42)에 압박하는 하중으로서 기능한다. 차단용 하중은 압박 스프링(55)에 의한 압박 하중과의 합력으로서 작용한다.

차단용 하중은, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 컨트롤러(21)가 터보 분자 펌프(300)로부터 진공 펌프 정지 신호를 수신하여, 진공 제어 시스템(20)을 긴급 정지시킬 때에 인가된다. 이하에서는, 긴급 정지를 포함하는 각 작동 모드에 있어서의 작동 내용에 대해 설명한다. 컨트롤러(21)는 제어부에 상당한다. 진공 펌프 정지 신호는, 예를 들어 진공 펌프가 정지한 경우, 혹은 터보 분자 펌프(300)의 회전수가 매우 저하된 경우에 발신되는 신호이다.

다음에, 도 18을 참조하여 공기압 회로(22)와 진공 제어 밸브(30)의 작동 내용을 설명한다. 도 18은 실시 형태의 공기압 회로(22)의 구성과 작동 내용을 도시하는 모식도이다. 공기압 회로(22)는 컨트롤러(21)로부터의 지령에 따라서 조작 에어를 공급하고, 이에 의해 진공 제어 밸브(30)를 조작하는 회로이다. 공기압 회로(22), 전공 제어 밸브(26)와, 3개의 전자기 밸브(SV1, SV2, SV3)를 구비하고 있다. 전공 제어 밸브(26)는 조작 에어의 고압측에 접속되어 있는 급기 밸브(26a)와, 조작 에어의 배기측에 접속되어 있는 배기 밸브(26b)를 갖고 있다.

컨트롤러(21)는, 본 실시 형태에서는 2개의 PID 제어 회로(24a, 24b)를 내장하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로서 구성되어 있다. 프로그래머블 로직 컨트롤러(21)는, 예를 들어 래더ㆍ로직을 사용하여 높은 신뢰성을 갖는 제어를 실현할 수 있는 논리 회로이다. 2개의 PID 제어 회로(24a, 24b)는, 상세에 대해서는 후술하지만, 진공 용기(90)의 진공 압력의 피드백 제어에 사용된다. 컨트롤러(21)는 3개의 전자기 밸브(SV1, SV2, SV3)의 각각으로의 온 오프 지령과, 전공 제어 밸브(26)로의 펄스 폭 변조 신호를 공기압 회로(22)로 송신한다. 전자기 밸브(SV2)와 전자기 밸브(SV3)는 각각 제1 전자기 밸브와 제2 전자기 밸브라고도 불린다.

전공 제어 밸브(26)는, 예를 들어 주지의 펄스 폭 변조 방식으로 급기 밸브(26a)와 배기 밸브(26b)의 밸브 개방 시간(듀티)을 조작함으로써, 외부로부터 공급되는 압축 공기의 밸브 개방용 공기 유로(37)로의 공급 압력을 조작할 수 있다. 전공 제어 밸브(26)는 급기 밸브(26a)의 밸브 개방 시간(듀티)을 크게 하고, 배기 밸브(26b)의 밸브 개방 시간을 작게 함으로써 밸브 개방도 조작실(36)에서 동작 부재(32)에 작용하는 에어 압력을 높게 할 수 있다. 이에 의해, 밸브체(33)의 리프트량(La)을 크게 하는 것이 가능해진다.

한편, 전공 제어 밸브(26)는 급기 밸브(26a)의 밸브 개방 시간(듀티)을 작게 하고, 배기 밸브(26b)의 밸브 개방 시간을 크게 함으로써 밸브 개방도 조작실(36)에서 동작 부재(32)에 작용하는 에어 압력을 낮게 할 수 있다, 이에 의해, 압박 스프링(55)으로부터의 하중에 의해 밸브체(33)의 리프트량(La)을 작게 할 수 있다.

전자기 밸브(SV1)는 전자기 밸브(SV2)에 접속되는 유로를, 전공 제어 밸브(26)와 작동 유체 공급부(95)의 어느 하나로 전환하는 전자기 밸브로, 비통전 시에는 전공 제어 밸브(26)에 접속된다. 전자기 밸브(SV2)는 밸브 개방용 공기 유로(37)에 접속되는 유로를, 전자기 밸브(SV1)와 작동 유체 배기부(96)의 어느 하나로 전환하는 전자기 밸브로, 비통전 시에는 작동 유체 배기부(96)에 접속된다. 전자기 밸브(SV3)는 차단용 공기 유로(38)에 접속되는 유로를, 작동 유체 공급부(95)와 작동 유체 배기부(96)의 어느 하나로 전환하는 전자기 밸브로, 비통전 시에는 작동 유체 공급부(95)에 접속된다.

다음에, 표 T를 참조하여, 공기압 회로(22)의 각 작동 모드의 내용을 설명한다. 표 T는 각 작동 모드에 있어서의 3개의 전자기 밸브(SV1, SV2, SV3)의 통전 상태를 도시하는 표이다. 표 T에서는 온과 오프를 각각 「ON」과 「OFF」로 표기하고 있다.

진공 제어 시스템(20)의 긴급 정지 시의 작동 모드에서는, 전공 제어 밸브(26) 및 3개의 전자기 밸브(SV1, SV2, SV3)가 모두 오프로 된다. 긴급 정지는 진공 제어 시스템(20)의 시스템 설계에서 정의되는 워스트 케이스로서의 작동 모드이며, 예를 들어 컨트롤러(21)가 드라이 펌프(도시 생략)로부터 진공 펌프 정지 신호를 수신한 경우의 작동 모드이다. 드라이 펌프는 터보 분자 펌프(300)에 직렬로 접속되어, 진공화 사용되는 펌프이다. 본 작동 모드에서는 대기 개방 상태의 2차측 포트(44)와, 진공측의 1차측 포트(41) 사이에는 대기압의 전체가 차압으로서 인가되게 된다. 이 차압 하중은 밸브체(33)에 대해 리프트량(La)을 증대시키는 방향으로 인가되고, 밸브체(33)를 밸브 시트(42)로부터 이격하여 진공 용기(90)에 대기를 역류시키는 방향으로 작용하게 된다. 본 실시 형태의 긴급 정지에서는, 차단 하중에 의해 상술한 차압에 대항하여 역류를 방지할 수 있다.

이와 같이, 고압측의 작동 유체 공급부(95)가 차단용 공기 유로(38)에 접속되는 동시에, 배기측의 작동 유체 배기부(96)가 밸브 개방용 공기 유로(37)에 접속되게 된다. 이에 의해, 차단 하중을 인가하는 차단 하중 발생실(39)의 공기압이 상승하여, 밸브 개방측[리프트량(La) 증대]의 하중을 인가하는 밸브 개방도 조작실(36)의 실내가 대기압까지 저하되게 된다. 이 결과, 동작 부재(32)에 접속되어 있는 밸브체(33)가 밸브 시트(42)의 방향으로 급속하게 이동하여, 진공 제어 밸브(30)를 폐쇄 상태(차단)로 하는 동시에 차단 하중의 인가를 계속한다.

또한, 전자기 밸브(SV3)는, 비통전 시에는 차단용 공기 유로(38)에 접속되는 유로를 작동 유체 배기부(96)에 접속되도록 구성해도 좋다. 단, 상술한 바와 같이, 비통전 시에 있어서 작동 유체 공급부(95)에 접속되도록 구성하면, 정전 시에 있어서, 공기압 회로(22)로의 전력 공급이 정지되므로, 표 T의 화살표로 나타낸 바와 같이, 긴급 정지 시와 동일한 작동 내용의 작동 모드로 할 수 있다.

이와 같이, 진공 제어 시스템(20)의 정전 혹은 긴급 정지에 있어서는, 어느 하나의 작동 모드에 있어서도, 진공 제어 밸브(30)를 폐쇄하는 동시에 차단 하중을 인가할 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)에서는, 공기압 회로(22)로의 전력 공급이 정지된 상태에 있어서는, 압박 스프링(55)의 압박력과 차단 하중 발생실(39)의 가압에 의해 밸브체(33)가 밸브 시트(42)로 이동하여, 차단 하중이 인가되도록 공기 회로가 구성되어 있게 된다.

이와 같은 구성에서는 전원 오프나 정전 시에 있어서도 반드시 차단 상태로 되는 것이 확보되어 있으므로, 긴급 정지나 정전 시의 안전 확보를 고려한 시스템 설계를 간이하게 실현할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(21)는 진공 펌프 정지 신호의 수신에 따라서 긴급 정지의 작동 모드로 되므로, 터보 분자 펌프(300)의 예측할 수 없는 정지에 의해 가령 2차측 포트(44)의 압력이 상승해도 차단 상태를 확보할 수 있다는 이점도 갖고 있다.

다음에, 진공 제어 밸브(30)를 폐쇄 상태로 하는 작동 모드에서는, 2개의 전자기 밸브(SV1, SV2)가 오프로 되는 한편, 전자기 밸브(SV3)가 온으로 되어 있다. 이 작동 모드는 터보 분자 펌프(300)가 정상적인 운전 상태에 있어서, 진공 제어 밸브(30)를 폐쇄 상태로 한다. 이 작동 모드에서는 정상적인 운전 상태에 있어서 진공 제어 밸브(30)를 폐쇄 상태로 하기 위해 적절한 찌그러짐량으로 O링(75)을 찌그러뜨릴 정도의 하중이 압박 스프링(55)에 의해 인가되도록 설정되어 있다. 이에 의해, O링(75)의 내구성을 높일 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태는 긴급 시에 대응하기 위한 차단 하중을 발생시키는 기구를 구비하고 있으므로, 통상의 운전에 적합한 찌그러짐량으로 O링(75)을 찌그러뜨릴 정도로 압박 스프링(55)의 압박력을 설정할 수 있다고 하는 설계 자유도를 제공할 수도 있다.

한편, 진공 제어 밸브(30)를 개방 상태로 하는 작동 모드에서는, 3개의 전자기 밸브(SV1, SV2, SV3)의 전체가 온으로 된다. 이에 의해, 고압측의 작동 유체 공급부(95)는 온 상태의 2개의 전자기 밸브(SV1, SV2)를 경유하여 밸브 개방용 공기 유로(37)에 유로가 접속된다. 한편, 배기측의 작동 유체 배기부(96)는 온 상태의 전자기 밸브(SV3)를 경유하여 차단용 공기 유로(38)에 유로가 접속된다. 한편, 전공 제어 밸브(26)는 온 상태의 전자기 밸브(SV1)에 의해 밸브 개방용 공기 유로(37)로부터 유로가 분리된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 전공 제어 밸브(26)의 작동 상태에 관계없이, 진공 제어 밸브(30)를 급속하게 개방 상태[리프트량(La)이 최대인 상태]로 할 수 있다.

마지막으로, 진공 제어 밸브(30)로 진공 압력을 제어하는 작동 모드에서는, 전자기 밸브(SV1)가 오프로 되는 한편, 2개의 전자기 밸브(SV2, SV3)가 모두 온으로 된다. 이에 의해, 고압측의 작동 유체 공급부(95)는 전공 제어 밸브(26)와 오프 상태의 전자기 밸브(SV1)와 온 상태의 전자기 밸브(SV2)를 순서대로 경유하여 밸브 개방용 공기 유로(37)에 유로가 접속된다. 한편, 배기측의 작동 유체 배기부(96)는 온 상태의 전자기 밸브(SV3)를 통과하여, 차단용 공기 유로(38)에 유로가 접속된다. 이에 의해, 전공 제어 밸브(26)는 밸브 개방용 공기 유로(37)로부터 조작 에어를 공급하여 밸브 개방도 조작실(36)의 내부 압력을 조작하여, 리프트량(La)을 조절할 수 있다.

다음에, 도 19를 참조하여 진공 제어 시스템(20)의 제어 내용을 설명한다. 도 19는 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)의 제어 블록도이다. 이 제어계는 진공 제어 밸브(30)의 밸브체(33)의 리프트량(La)을 제어하는 슬레이브 루프(SL)와, 진공 용기(90)의 내부 압력을 제어하는 마스터 루프(ML)를 갖는 이중 루프 구조의 캐스케이드 제어로서 구성되어 있다. 슬레이브 루프(SL)와 마스터 루프(ML)의 각 제어 루프는, 예를 들어 주지의 PID 제어계로서 구성할 수 있다.

슬레이브 루프(SL)는 전공 제어 밸브(26)에 의해 밸브 개방도 조작실(36)의 내부 압력을 조작하여, 밸브체(33)의 리프트량(La)을 밸브 개방도 지령치(Vp)에 근접시키는 것을 목적으로 하는 제어 루프이다. 슬레이브 루프(SL)에서는, PID 제어 회로(24b)는 밸브 개방도 지령치(Vp)(목표치)와 리프트량(La)(계측치)의 편차(δm)에 따라서 제어 신호를 생성하여, 펄스 폭 변조 신호를 전공 제어 밸브(26)로 송신한다. 전공 제어 밸브(26)는 펄스 폭 변조 신호에 따라서 밸브 개방도 조작실(36)의 내부 압력을 조작하여 밸브체(33)가 장착되어 있는 동작 부재(32)로의 구동력을 조절한다.

리프트량(La)은 밸브체 위치 센서(35)에 의해 계측되어, PID 제어 회로(24b)에 의해 피드백량으로서 사용된다. 이에 의해, 진공 제어 밸브(30)는 리프트량(La)을 피드백 제어할 수 있다. 이에 의해, 진공 용기(90)와 터보 분자 펌프(300) 사이의 유로의 컨덕턴스를 조절할 수 있다.

마스터 루프(ML)에서는, PID 제어 회로(24a)는 미리 설정된 목표 압력치(Pt)와 계측 압력치(Pm)의 편차(δp)에 따라서 밸브 개방도 지령치(Vp)를 결정하여 PID 제어 회로(24b)로 송신한다. 계측 압력치(Pm)는 진공 압력 센서(92)에 의해 계측되는 진공 용기(90)의 내부의 압력이다. PID 제어 회로(24a)는 계측 압력치(Pm)가 목표 압력치(Pt)에 근접해지도록 밸브 개방도 지령치(Vp)를 조절한다.

또한, 리프트량(La)의 피드백 루프를 삭제하여, 편차(δp)를 0에 근접시키도록 밸브 개방도 조작실(36)의 내부 압력을 조작하는 간이한 싱글 루프 제어로서 구성해도 좋다. 단, 리프트량(La)을 피드백하는 이중 루프 구성으로 하면, 마스터 루프(ML)로부터의 지령치(제어 입력)와 리프트량(개방도)의 비선형성에 기인하는 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 이 정밀도의 저하는 오프셋값에 의해 각 진공 제어 밸브의 개방도 범위가 서로 시프트됨으로써 발생한다. 본 구성은 개방도의 실측에 의해 개방도와 제어 입력의 선형성을 확보함으로써, 어떤 개방도 범위에 있어서도 진공 제어 밸브의 특성이 플랫으로 되도록 구성되어 있다.

진공 제어 시스템(20)은, 또한 동작 부재(32)를 통해 밸브체(33)에 대해 차단용 하중을 인가하는 오픈 루프(AL)를 갖고 있다. 프로그래머블 로직 컨트롤러(21)는 2개의 전자기 밸브(SV2, SV3)를 모두 오프 상태로 함으로써, 차단 하중 발생실(39)(도 10 참조)에 공기압을 인가함으로써 차단용 하중을 발생시킨다. 차단용 하중의 크기는 전자기 밸브(SV1)의 온 오프에 관계없이, 차단 하중 발생실(39)의 내경이나 헤드 커버(61)의 외형을 적절하게 설정함으로써 미리 설정할 수 있다.

이상에 상세하게 서술한 본 실시 형태는 이하의 이점을 갖는다.

제2 본 실시 형태의 진공 제어 밸브(30)에서는 가장 직경이 큰 주실린더의 내주면과 주피스톤의 외주면 사이가 벨로프램에 의해 밀봉되어 있으므로, 미끄럼 이동 저항을 저감시켜 히스테리시스를 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 제2 실시 형태의 진공 제어 밸브(30)는 저히스테리시스에서의 정확한 작동과, 그 작동 상태의 정확한 계측을 간이하게 실현할 수 있으므로, 정밀하고 또한 높은 응답성의 진공 제어를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 진공 제어 밸브(30)에서는 작동 유체의 공급에 의해 차단 하중을 발생시키는 차단 하중 발생실(39)이 동작부에 형성되어 있으므로, 동작 부재(32)의 점유 공간을 유효하게 이용하여 차단 하중 발생실(39)을 장비할 수 있다. 또한, 동작부의 내부에 차단 하중 발생실을 형성함으로써, 차단 하중 발생실(39)의 직경을 작게 하는 방향의 설계 자유도를 제공할 수 있다. 이에 의해, 차단 하중 발생실(39)의 장비에 기인하는 진공 제어 밸브의 대형화를 억제하는 동시에, 차단 하중 발생실(39)의 미끄럼 이동 면적을 작게 하여 차단 하중 발생실(39)의 마찰에 기인하는 히스테리시스를 저감시킬 수 있다.

본 실시 형태의 진공 제어 시스템(20)에서는 모든 전자기 밸브로의 전력 공급이 정지된 상태에 있어서는, 즉시 밸브체(33)가 밸브 시트(42)로 이동하고, 차단 하중이 인가되도록 공기 회로가 구성되어 있다. 이에 의해, 긴급 정지나 정전 시의 안전 확보를 고려한 시스템 설계를 간이하게 실현할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에서는 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61) 사이가 패킹으로 밀봉되어 있지만, 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61) 사이를 벨로프램으로 밀봉하도록 구성해도 좋다. 단, 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61) 사이를 패킹으로 밀봉하면, 진공 제어 밸브의 구성을 간이하게 할 수 있는 동시에 소형화를 도모할 수도 있다.

또한, 제2 실시 형태에서는, 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61) 사이를 밀봉하는 밀봉면에는 V자 형상의 패킹이 사용되어 있지만, 예를 들어 O링이라도 좋다. O링도 차단 하중 발생실(39)로의 작동 유체의 공급에 따라서 접촉면압이 높아지는 성질을 갖고 있기 때문이다. 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61) 사이의 밀봉에는, 일반적으로, 차단 하중 발생실(39)로의 작동 유체의 공급에 따라서 밀봉면의 면압이 높아지는 밀봉부를 사용하면 진공 제어 밸브의 히스테리시스를 저하시킬 수 있다. 단, V자 형상의 패킹을 사용하면, 비가압 시의 동마찰력을 작게 할 수 있다.

제2 실시 형태에서는, 동작 부재(32)의 내측에 차단 하중 발생실(39)이 형성되고, 압박 스프링의 내측에 차단용 피스톤(61)이 배치되어 있지만, 차단 하중 발생실(39)과 차단용 피스톤(61)이 역회전된 배치로 해도 좋다. 단, 차단 하중 발생실(39)을 동작 부재(32)의 내부에 형성하는 구성으로 하면, 동작 부재(32)의 내부 공간을 이용하여 차단 하중 발생실(39)을 형성할 수 있으므로, 진공 제어 밸브의 소형화를 도모할 수 있다.

제2 실시 형태에서는 1차측 포트(진공 용기측 접속구)를 저압측으로 하고 2차측 포트(진공 펌프측 접속구)를 고압측으로 하여 진공 제어 밸브가 접속되어, 그 차압 하중에 대항하는 차단 하중에 의해 차단 상태를 유지하는 형태로서 구성되어 있다. 그러나, 고압측과 저압측을 역방향으로 해도 좋다. 이와 같이 하면, 차단 상태를 유지하는 방향의 차압 하중에 대항하여 개방 상태로 할 수 있다. 또한, 진공 용기뿐만 아니라 고압 용기의 압력 제어에도 이용 가능하다.

(E. 변형예)

또한, 상술한 각 실시 형태의 기재 내용으로 한정되지 않고, 예를 들어 다음과 같이 실시해도 좋다.

(a) 상술한 각 실시 형태에서는, 가스 배출구(561)를 경유하는 루트와 가스 배출구(562)를 경유하는 루트로부터의 가스 배출을 단일의 터보 분자 펌프(300)로 실행하고 있지만, 예를 들어 각 루트에 터보 분자 펌프를 장비하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 터보 분자 펌프로부터 가스 배출구까지의 유로를 짧게 하고 유효 배기 속도를 높게 하여 높은 펌프 효율을 실현할 수 있다.

(b) 상술한 각 실시 형태에서는, 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에 배치된 2개의 가스 배출구를 이용하는 구성으로 하고 있지만, 예를 들어 3개 이상이라도 좋고, 복수개의 가스 배출구를 이용하는 것이면 좋다. 또한, 4개의 터보 분자 펌프의 각각이 각 진공 제어 밸브(진공 제어 밸브의 수는 4개)를 통해 각 가스 배출구(가스 배출구의 수는 4개)에 접속하는 구성이라도 좋다.

가스 배출구가 홀수개(예를 들어, 3개)인 경우에는, 프로세스의 공급부나 프로세스 중심(Wc)을 중심으로 한 환형상의 위치에 있어서 등간격으로 배치하는 것이 바람직하다. 「프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치」라 함은, 수평면 내, 즉 프로세스의 대상이 되는 평면과 평행한 평면 내에 배치될 필요는 없고 상하 방향으로 시프트하여 배치되어 있어도 좋다. 구체적으로는, 양쪽의 배기구가 진공 용기의 측면(제1 실시 형태)이 아니라, 하면 혹은 상면에 배치되어 있어도 좋고, 한쪽이 하면이고 다른 쪽이 상면이라도 좋다. 또한, 가스 배출구의 수가 홀수인 경우에는, 프로세스 가스의 공급부를 중심으로 한 환형상의 위치에 있어서 등간격 혹은 불균일한 간격으로 배치되어 있는 위치도 「프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치」에 포함된다.

(c) 상술한 각 실시 형태에서는, 제1 슬레이브 루프와 제2 슬레이브 루프의 목표치의 차를 보정치로서 이용하고 있지만, 예를 들어 기준치에 대해, 제1 슬레이브 루프와 제2 슬레이브 루프의 양쪽의 목표치가 보정치를 갖는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성은, 예를 들어 진공 제어 밸브측에 보정치를 저장하는 구성에서 유효하다.

(d) 압력 센서를 각 가스 배출구에 추가하여 장비(상술한 실시 형태에서는 합계 5개의 센서)하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 터보 분자 펌프의 입구와 가스 배출구 사이의 컨덕턴스를 취득하여, 배기계측의 개체 차를 보상하는 보정, 혹은 프로세스 중심(Wc)으로부터 가스 배출구까지의 진공 용기 내의 컨덕턴스의 차이를 보상하는 보정을 별개로 실현할 수도 있다. 일반적으로, 가스 공급부로부터 각 배기부까지의 컨덕턴스의 차이와, 진공 펌프와 진공 제어 밸브를 포함하는 각 배기계의 개체 차의 적어도 한쪽을 보상하는 것이면 좋다.

(e) 상술한 각 실시 형태에서는, 화학 기상 성장(CVD)의 공정으로의 실장을 예시하고 있지만, 예를 들어 에칭 처리나 스패터와 같은 공정에도 이용 가능하다. 일반적으로, 가스를 공급하면서 진공 상태를 유지하는 제어가 요청되는 진공 용기의 진공 제어에 이용 가능하다.

상술한 각 실시 형태는 에칭 처리에 있어서 현저한 효과를 발휘한다. 에칭 처리에서는, 예를 들어 진공의 진공 용기의 내부에 프로세스 대상의 웨이퍼(W)를 배치하여, 웨이퍼(W)의 프로세스면을 에칭 가스에 폭로시키는 공정이 있다. 예를 들어, 반응성 이온 에칭에서는, 진공 용기의 내부에서 에칭 가스를 방전 전리 등으로 플라즈마화하여, 웨이퍼(W)를 두는 음극에서 고주파 자계를 발생시킨다. 이에 의해, 플라즈마 중의 이온 종류나 라디칼 종류가 웨이퍼(W)의 방향으로 가속되어 충돌한다. 이 결과, 이온에 의한 스퍼터링과, 에칭 가스의 화학 반응이 동시에 일어나므로, 미세 가공에 적합한 높은 정밀도에서의 에칭을 행할 수 있다.

이와 같은 고정밀도의 에칭은 MEMS(멤스, Micro Electro Mechanical Systems)에도 응용되어, 기계 요소 부품이나 센서, 액추에이터, 전자 회로 등의 집적화된 디바이스의 실용화가 실현되어 있다. 고정밀도의 에칭에서는, 웨이퍼(W)에 대해 에칭 가스의 보다 안정된 균일한 공급이 요구되기 때문이다.

(f) 상술한 각 실시 형태에서는, 프로세스 반응 영역을 서로 끼우는 위치에 배치되어 있지만, 상이한 위치에 배치되어 있으면 좋다. 이에 의해, 반도체 프로세스의 조건 설정으로 하여, 프로세스 가스의 압력이나 유량뿐만 아니라, 제3 조작 파라미터로서 프로세스 가스의 방향의 조작이 가능해지므로, 프로세스 가스의 흐름의 방향이라고 하는 새로운 자유도를 얻을 수 있기 때문이다. 프로세스 가스의 방향의 조작은, 예를 들어 프로세스의 상태에 기초하여 피드백하도록 해도 좋다.

(g) 상술한 각 실시 형태에서는, 진공 펌프로서 터보 분자 펌프와 드라이 펌프 등이 사용되고 있지만, 예를 들어 드라이 펌프를 단독으로 사용하는 구성이라도 좋고, 넓은 의미로 일반적으로 진공 펌프를 사용하는 것이면 좋다.

(h) 상술한 각 실시 형태에서는, 반도체의 제조 프로세스에 진공 용기가 이용되고 있지만, 다른 용도라도 좋다. 단, 반도체의 제조 프로세스에서는, 가스의 흐름의 미소한 변동에 의한 프로세스로의 영향이 크기 때문에, 현저한 효과를 발휘할 수 있다.

Claims

진공 용기와 진공 펌프의 사이에 접속되고, 작동 유체에 의해 밸브 개방도를 조작해서 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 진공 제어 밸브이며,
상기 진공 용기와 상기 진공 펌프를 접속하는 유로와, 상기 유로에 형성되어 있는 밸브 시트를 갖는 제어 밸브 본체와,
상기 밸브 시트와의 거리인 리프트량의 조절에 의한 상기 밸브 개방도의 조작과, 상기 밸브 시트에의 접촉에 의한 상기 유로의 차단을 행하는 밸브체와, 피스톤과, 상기 밸브체와 상기 피스톤을 결합하는 로드를 갖는 동작부와,
상기 제어 밸브 본체에 접속되고, 상기 피스톤을 수용하는 실린더와,
상기 리프트량이 작아지는 방향으로 상기 동작부를 압박하는 압박부와,
상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면의 사이의 간극을, 상기 피스톤의 동작에 추종하면서 밀폐하는 벨로프램을 구비하고,
상기 동작부 및 상기 실린더는,
상기 벨로프램에 의해 밀폐되고, 상기 로드를 둘러싸는 통 형상의 형상을 갖는 공간이며, 상기 작동 유체의 작용 압력에 따라서 상기 피스톤에 대하여 상기 리프트량을 크게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 밸브 개방도 조작실과,
상기 로드의 내부에 형성되고, 상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하고, 상기 작동 유체의 공급에 따라 상기 동작부에 대하여 상기 리프트량을 작게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 차단 하중 발생실을 형성하고 있는 진공 제어 밸브.
진공 용기와 진공 펌프의 사이에 접속되고, 작동 유체에 의해 밸브 개방도를 조작해서 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 진공 제어 밸브이며,
상기 진공 용기와 상기 진공 펌프를 접속하는 유로와, 상기 유로에 형성되어 있는 밸브 시트를 갖는 제어 밸브 본체와,
상기 밸브 시트와의 거리인 리프트량의 조절에 의한 상기 밸브 개방도의 조작과, 상기 밸브 시트에의 접촉에 의한 상기 유로의 차단을 행하는 밸브체와, 피스톤과, 상기 밸브체와 상기 피스톤을 결합하는 로드를 갖는 동작부와,
상기 제어 밸브 본체에 접속되고, 상기 피스톤을 수용하는 실린더와,
상기 리프트량이 작아지는 방향으로 상기 동작부를 압박하는 압박부와,
상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면의 사이의 간극을, 상기 피스톤의 동작에 추종하면서 밀폐하는 벨로프램을 구비하고,
상기 동작부 및 상기 실린더는,
상기 벨로프램에 의해 밀폐되고, 상기 로드를 둘러싸는 통 형상의 형상을 갖는 공간이며, 상기 작동 유체의 작용 압력에 따라서 상기 피스톤에 대하여 상기 리프트량을 크게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 밸브 개방도 조작실과,
상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하고, 상기 작동 유체의 공급에 따라서 상기 동작부에 대하여 상기 리프트량을 작게 하는 방향으로 하중을 발생시키는 차단 하중 발생실을 형성하고,
상기 실린더는, 상기 차단 하중 발생실에 수용되어 있는 미끄럼 이동 볼록부를 갖는 헤드 커버를 구비하고,
상기 진공 제어 밸브는, 상기 차단 하중 발생실과 상기 미끄럼 이동 볼록부의 사이를 밀봉하는 밀봉면을 갖고, 상기 차단 하중 발생실에의 상기 작동 유체의 공급에 따라서 상기 밀봉면의 면압을 높일 수 있는 밀봉부를 구비하는 진공 제어 밸브.
제2항에 있어서,
상기 미끄럼 이동 볼록부는, 상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하고, 상기 밸브 개방도 조작실의 내경보다도 작은 외경의 원통 형상의 형상을 갖고,
상기 동작부는, 상기 미끄럼 이동 볼록부의 내주면에 둘러싸인 공간에 있어서 상기 동작의 방향으로 연장되는 가이드부를 갖고,
상기 진공 제어 밸브는, 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부의 사이에 배치되고, 상기 동작의 방향의 미끄럼 이동을 가능하게 하고, 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부의 상기 동작의 방향과 수직한 방향의 위치 관계를 서로 구속하는 베어링을 구비하는 진공 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 실린더는, 상기 차단 하중 발생실에 수용되어 있는 미끄럼 이동 볼록부를 갖는 헤드 커버를 구비하고,
상기 진공 제어 밸브는, 상기 차단 하중 발생실과 상기 미끄럼 이동 볼록부의 사이를 밀봉하는 밀봉면을 갖고, 상기 차단 하중 발생실에의 상기 작동 유체의 공급에 따라서 상기 밀봉면의 면압을 높일 수 있는 밀봉부를 구비하는 진공 제어 밸브.
제4항에 있어서,
상기 미끄럼 이동 볼록부는, 상기 밸브 개방도 조작실과 중심 축선을 공유하고, 상기 밸브 개방도 조작실의 내경보다도 작은 외경의 원통 형상의 형상을 갖고,
상기 동작부는, 상기 미끄럼 이동 볼록부의 내주면에 둘러싸인 공간에 있어서 상기 동작의 방향으로 연장되는 가이드부를 갖고,
상기 진공 제어 밸브는, 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부의 사이에 배치되고, 상기 동작의 방향의 미끄럼 이동을 가능하게 하고, 상기 가이드부와 상기 미끄럼 이동 볼록부의 상기 동작의 방향과 수직한 방향의 위치 관계를 서로 구속하는 베어링을 구비하는 진공 제어 밸브.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부는, V자 형상의 패킹을 갖는 진공 제어 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 진공 제어 밸브와,
상기 진공 용기 내의 진공 압력을 계측하는 압력 센서와,
작동 유체를 공급하기 위한 작동 유체 공급부와, 상기 작동 유체를 배기하기 위한 작동 유체 배기부에 접속되고, 상기 진공 제어 밸브에 상기 작동 유체를 공급하는 공기압 회로와,
상기 공기압 회로로부터 상기 진공 제어 밸브에 공급되는 작동 유체를 조작하고, 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 제어부를 구비하는 진공 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 진공 펌프의 정지를 나타내는 정보를 포함하는 진공 펌프 정지 신호의 수신에 따라서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부의 사이의 유로를 접속하는 동시에, 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부의 사이의 유로를 접속하는 진공 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 공기압 회로는, 비통전 상태에서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부의 사이의 유로를 접속하는 제1 전자기 밸브와, 비통전 상태에서 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부의 사이의 유로를 접속하는 제2 전자기 밸브를 갖는 진공 제어 시스템.
제6항에 기재된 진공 제어 밸브와,
상기 진공 용기 내의 진공 압력을 계측하는 압력 센서와,
작동 유체를 공급하기 위한 작동 유체 공급부와, 상기 작동 유체를 배기하기 위한 작동 유체 배기부에 접속되고, 상기 진공 제어 밸브에 상기 작동 유체를 공급하는 공기압 회로와,
상기 공기압 회로로부터 상기 진공 제어 밸브에 공급되는 작동 유체를 조작하고, 상기 진공 용기 내의 진공 압력을 제어하는 제어부를 구비하는 진공 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 공기압 회로는, 비통전 상태에서 상기 밸브 개방도 조작실과 상기 작동 유체 배기부의 사이의 유로를 접속하는 제1 전자기 밸브와, 비통전 상태에서 상기 차단 하중 발생실과 상기 작동 유체 공급부의 사이의 유로를 접속하는 제2 전자기 밸브를 갖는 진공 제어 시스템.