KR20100018442A

KR20100018442A - 버터플라이식 압력제어 밸브

Info

Publication number: KR20100018442A
Application number: KR1020080118024A
Authority: KR
Inventors: 토시아키 이와부치
Original assignee: 가부시키가이샤 깃츠 에스시티
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-02-17
Also published as: US8123195B2; JP5342595B2; TWI431213B; US20100032598A1; CN101644338A; CN101644338B; JP2011158096A; JP2010060133A; JP5271191B2; TW201007033A

Abstract

진공영역 내를 압력제어 하는 것에 적합한 버터플라이식 압력제어 밸브로서, 설치 스페이스가 작고, 작은 조작력에 의해 고속제어하여, 밸브 폐쇄시에는 밸브 폐쇄 상태를 유지하여 고실링성을 발휘하고, 유량제어시에는 미소 유량부터 대유량까지 정확하게 제어할 수 있고, 일반적인 버터플라이 밸브와 동등한 내구성을 발휘하면서, 단독으로 아이솔레이션 기능을 발휘하여 대기압으로부터 저진공까지의 소프트 배기의 배기시간을 제어할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브를 제공한다.

버터플라이식 압력제어 밸브는 밸브 개폐 기구(22)를 갖는다. 밸브 개폐 기구(22)는, 에어 유로(25)로의 에어의 공급에 의해 시트 링(24)을 밸브체(23)로부터 이간시킨 상태에서 이 밸브체(23)를 무슬라이딩으로 회전시켜, 밸브체(23)를 밸브 폐쇄 상태로 회전했을 때에 에어 유로(25)로의 에어의 공급과 스프링(26)의 가압력에 의하여 밸브체(23)에 시트 링(24)을 접촉이간시켜 유로(21) 내의 압력을 제어한다.

밸브, 밸브시트 실링부, 시트 링, 에어 유로, 밸브 개폐 기구, 버터플라이식 압력제어 밸브.

Description

버터플라이식 압력제어 밸브{PRESSURE CONTROL BATTERFLY VALVE}

본 발명은, 예를 들면, 반도체 제조 공정에서 고실링성을 확보하면서 미소 유량의 배기를 제어하기 위하여 사용되는 버터플라이식 압력제어 밸브로서, 특히, 대기압으로부터 저진공까지의 소프트 배기 제어(slowpump control)와 진공상태로부터 프로세스 가스 압력을 고속으로 안정제어하는 압력제어에 적합한 고내구성의 아이솔레이션 기능 부착 버터플라이식 압력제어 밸브에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면, 반도체 제조 공정에서, 진공용기인 진공챔버와 진공 펌프 사이에는, 아이솔레이션 기능 부착의 압력제어 밸브를 설치한 구조가 제안되어 있다. 진공용 아이솔레이션 밸브(이하, 아이솔레이션 밸브)는 진공챔버로의 배기나 배기의 정지를 행하고, 진공챔버 내를 소정의 진공압력에 근접하도록 압력제어하는 것이다. 아이솔레이션 밸브를 사용하여 압력제어를 행하는 경우, 소프트 배기 제어와, 프로세스 가스 제어의 2개의 제어를 실시할 수 있는 것이 요구된다.

아이솔레이션 밸브에 의해 압력제어하는 경우, 대기압으로부터의 진공 배기에서는 밸브 개방도가 갑자기 커지면, 진공챔버 내의 압력이 급격하게 변화되어, 난류가 발생함으로써 파티클이 비산할 우려가 있다.

이것을 막기 위하여, 종래는, 메인 밸브와 병렬로 설치한 소구경의 바이패스 밸브로 소프트 배기를 행하고 있었지만, 아이솔레이션 기능 부착의 압력제어 밸브에 의하면, 대구경의 밸브 폐쇄 부근의 개방도에서 유로를 소량씩 변화시켜서 유체를 리크시키는 것이 가능하게 되고, 이 경우, 미소 개방도에 의해 압력제어하는 것이 필요하게 되고 있다.

아이솔레이션 밸브로서는, 예를 들면, 진자식 게이트 밸브나 직동식 게이트 밸브, 및 L형 밸브나 버터플라이 밸브 등이 있다.

진자식 게이트 밸브나 직동식 게이트 밸브는, 밸브 폐쇄 위치에서의 간극이 커지는 구조이기 때문에, 대구경의 고진공 배기계의 압력제어에 사용되는 경우가 많아지고 있다.

또, L형 밸브로서, 예를 들면, 특허문헌 1에서의 진공 압력제어 시스템의 진공 비례제어 밸브가 있다. 동 문헌 1의 진공 압력제어 시스템은 L형 포핏 밸브인 진공 비례제어 밸브와, 진공 압력센서와, 콘트롤러를 가지고 있다. 진공 비례제어 밸브는 밸브시트 실링 기능과, 소프트 배기 기능과, 압력제어 기능을 가지고 있고, 이들 기능에 의해, 1대로 진공 압력제어를 행하게 되어 있다.

한편, 아이솔레이션 기능을 갖는 버터플라이 밸브로서, 시트 링의 개폐에 의해 아이솔레이션 할 수 있는 버터플라이 밸브가 있다 (예를 들면, 특허문헌 2참조.). 동 문헌 2의 버터플라이 밸브는 밸브 본체 내부의 밸브체 회동 공간 내에 밸브체 퇴피 공간이 설치되어, 밸브체가 회동할 때에 밸브체 회동 공간의 내면과의 접촉을 방지하면서 회동하는 구조이다. 그리고, 밸브시트는 압력공간 내로의 압력 의 공급에 의해 밸브체 회동 공간 내를 전진하고, 밸브체에 압접하여 유로를 밀봉한다. 이것에 의해, 이 버터플라이 밸브는 밸브체가 회전시에 밸브 본체 및 밸브시트에 접촉하는 것을 방지하여 밸브체의 마모나 손상을 방지하여, 실링성을 향상시키려고 하고 있다.

이 경우, 일반적으로, 버터플라이 밸브는, 동일한 구경의 다른 구조의 밸브와 비교하여 면간 치수가 작아, 포핏형의 유량제어 밸브보다도 배관에 대한 부착폭이 작게 되어 있다. 이 때문에, 버터플라이 밸브를 아이솔레이션 밸브로서 사용하면, 풋프린트성(footprint property)이 높아져, 특히, 반도체 제조분야에 사용한 경우, 배기 시스템 전체를 소형화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 버터플라이 밸브는 경량화를 도모할 수도 있으므로, 재료의 삭감으로도 연결할 수 있게 된다.

또, 다른 버터플라이 밸브로서, 특허문헌 3의 버터플라이 밸브의 밸브체 개폐 기구가 있다. 이 버터플라이 밸브의 밸브체 개폐 기구에서는, 밸브시트 실링부가 밸브체의 외주면에 밀접하는 실링 위치와 밸브체의 외주면으로부터 벗어나는 퇴피 위치와의 사이를 슬라이드 자유롭고, 밸브시트 실링부와 밸브 본체의 간극에 세정용 유체가 분사되게 되어 있다. 이것에 의해, 이 버터플라이 밸브는 밸브시트 실링부와 밸브 본체 사이에 침입하려고 하는 개체물을 제거하여, 밸브시트 실링부나 밸브 본체의 마모, 손상을 방지해서 실링성을 높이고자 하고 있다.

그런데, 버터플라이 밸브는, 밸브축이 밸브시트에 대하여 회전하여 유로를 개폐하는 구조이기 때문에, 플래퍼(밸브체)에 실링재가 없고 아이솔레이션 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 고속으로 동작시켜 유량제어를 행하는 것이 가능하게 된다. 여기에서, 예를 들면, 플래퍼에 실링재를 갖고 아이솔레이션 기능을 구비하는 버터플라이 밸브는 실링재의 회전마찰이 커져, 가령, 진공 그리스를 도포했다고 해도, 실링면이 슬라이딩 마모되어 내구성이 나빠진다. 예를 들면, 이 버터플라이 밸브는 수만회의 회전동작에 의해 사용한계에 달하고, 또한 가열 타입에서는 보다 내구성이 뒤떨어진다. 그러나, 아이솔레이션 기능이 없는 버터플라이 밸브는 회전동작하는 부위의 실링성만을 높이면 되어, 실링면의 내구성을 특별히 필요로 하지 않기 때문에, 약 100만회 정도의 회전동작에도 견딜 수 있는 것이 가능하게 되어 있다.

아이솔레이션 기능이 없는 버터플라이 밸브를 사용하여 진공압을 제어하는 경우, 이 버터플라이 밸브와 다른 밸브를 조합시켜 밸브 시스템을 설치하고, 이 밸브 시스템에 의해 진공압력을 제어하는 경우가 있다. 이 종류의 밸브 시스템으로서, 예를 들면, 도 11에 도시하는 밸브 시스템이 있다. 이 밸브 시스템(1)은 아이솔레이션 기능이 없는 압력제어용 버터플라이 밸브(2)와, 유로 개폐용의 진공밸브(3)와, 소구경의 유량조정 밸브(4)를 가지고 있다. 버터플라이 밸브(2)와 진공밸브(3)는 진공 유로(5)에 대하여 직렬로 접속되고, 유량조정 밸브(4)는, 진공 유로(5)에 대하여 진공밸브(3)와 병렬로 접속되어 이 진공밸브(3)를 바이패스할 수 있게 되어 있고, 유량조정 밸브(4)에 의해 유량조정함으로써 소프트 배기의 배기시간 조정을 행하고 있다.

이 밸브 시스템(1)은 진공밸브(3)에 의해 유로를 개폐 조작하고, 또한, 진공밸브(3)의 밸브 개방시에 있어서 버터플라이 밸브(2)를 개폐제어하여 압력제어하게 되어 있다. 또, 소프트 배기하는 경우에는, 진공밸브(3)를 폐쇄 상태로 한 상태에서, 소구경의 유량조정 밸브(4)를 열어 대기압으로부터 저진공까지의 소프트 배기를 행하게 되어 있다. 이 구성에 의해, 밸브 시스템(1)은 버터플라이 밸브 단독으로는 어려운 소프트 배기의 배기시간을 조정할 수 있게 하는 것이다.

특허문헌 1: 일본 특개 2006-18767호 공보

특허문헌 2: 일본 실용신안등록 제2516307호 공보

특허문헌 3: 일본 특허 제3826114호 공보

그렇지만, 진자식이나 직동식의 게이트 밸브는 대구경의 고진공 배기계의 압력제어에 적합한 구조이며, 이들의 게이트 밸브의 보디 구조는, 버터플라이 밸브의 보디 구조에 비해 복잡하게 되어, 중소형의 압력제어용으로서 일체형에 의해 소프트 배기 기능을 발휘할 수 있는 구조는 아니다.

또, L형의 포핏 밸브는 밸브체가 유로방향으로 왕복하도록 가동하기 때문에, 밸브체의 가동영역과, 이 밸브체 상승시의 유로를 넓게 확보하기 위하여 밸브 전체가 대형으로 된다. 이 때문에, 풋프린트성이 나빠, 배기 시스템 전체가 대형화되는 경향이 있었다.

또한, 포핏 밸브는 대구경의 에어 실린더의 개폐 동작을 전공(電空) 포지셔너로 제어하는 방식 때문에 고속으로 제어할 수 없었다.

예를 들면, 특허문헌 1의 진공 압력제어 시스템에서는, 진공 비례제어 밸브의 밸브 개폐 스트로크가 커지고, 게다가, 밸브 시일로서 벨로즈를 사용하고 있기 때문에, 동작시키기 위해서는 높은 추력이 필요하게 된다. 이것에 의해, 이 진공 비례제어 밸브를 동작시키기 위해서는, 공기압 실린더의 추력을 크게 할 필요가 있었다.

또, 동 진공 압력제어 시스템은 진공 비례제어 밸브가 평면에서 실링하는 밸브시트 구조이기 때문에, 소프트 배기의 미소 제어에 사용하는 경우에 공기압제어에서는 제어성이 나쁘고, 또, 밸브시트의 점착에 의한 헌팅 등의 문제도 일어난다. 이 때문에, 모터의 기계적 구동에 의한 제어를 채용하는 경우도 있었지만, 이 경우에는 보다 대형화되고, 구조도 복잡하게 되어 있었다.

한편, 버터플라이 밸브를 진공제어용으로서 사용하는 경우에 있어서, 이 버터플라이 밸브를 아이솔레이션 밸브로서 기능시키기 위해서는, 밸브체에 실링재를 설치하고, 또한, 밸브시트 실링성을 향상시키기 위하여 밸브체와 밸브시트 실링부와의 조이는 압력을 향상시켜, 밀착성을 높이는 것이 필요하게 된다. 그러나, 이 경우에는 밸브시트를 마감할 때의 마찰 토크가 커진다.

그 때문에 이 높은 밸브시트 실링 기능을 갖는 버터플라이 밸브를 사용하여 압력제어를 행하는 경우에는, 모터 출력이나 기어의 감속비를 크게 설정하여 출력 토크를 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 출력 토크를 증가시키면 동작 속도가 늦어져서 고속제어를 할 수 없게 되고, 또, 모터의 대형화나 기어수를 증가시키면 밸브 전체가 대형화된다. 또한 밸브체와 밸브시트가 마모되기 쉬워져, 리크 성능이 나빠지고 있었다. 따라서, 아이솔레이션 기능을 갖는 버터플라이 밸브는 밸브체의 회전동작의 한계가 약 10만회 정도가 되고, 또한, 가열 타입에서는 한계의 동작 회수가 보다 저하되어 내구성이 낮아진다고 하는 문제가 있다.

이 때문에, 특허문헌 2의 버터플라이 밸브는 밸브체 회동 공간에 밸브체 퇴피 공간을 설치하여 밸브체의 마모 등을 막아서 실링면 성능을 향상시키려고 했는데, 밸브 본체를 직경 확장방향으로 크게 형성하여 밸브체 퇴피 공간을 설치하고 있음으로써 보디 전체가 대형화되고, 부착 폭도 증가하고 있었다. 따라서, 동 문헌 2의 버터플라이 밸브는 버터플라이 밸브로서의 장점인 소형화를 유지할 수 없었 다.

또, 특허문헌 3의 버터플라이 밸브의 밸브체 개폐 기구는 밸브시트 실링부를 밸브체로부터 퇴피시키도록 하고 있는데, 밸브체 회전시에 이 밸브체와 밸브시트 실링부의 간섭을 막기 위해서는, 밸브시트 실링부를 밸브체로부터 크게 이간시킬 필요가 있고, 그 결과, 소유량시에 있어서의 컨덕턴스가 커지고 있었다. 따라서, 이 버터플라이 밸브는 미소 유량시의 압력제어가 어려워, 진공 압력제어에는 적합하지 않았다.

한편, 밸브체에 실링재가 없고 아이솔레이션 기능이 없는 버터플라이 밸브는 보디와 밸브시트의 실링부의 마모를 방지하는 것이 주목적으로 되어 있다. 이에 따라, 가령, 100A의 메인 배관에 부착된 ON-OFF 제어의 포핏 밸브와 병렬로 아이솔레이션 기능을 갖는 유량조절용 밸브를 설치한 경우에, 예를 들면, 1/4인치 사이즈의 유량조절용 밸브로 소프트 배기를 행하는 경우, 1/4인치 사이즈의 면적을 100A 사이즈의 버터플라이 밸브로 제어하기 위해서는, 밸브체와 실링부의 간극을 0.1mm 정도로 설정할 필요가 있다. 그러나, 개폐 기능만을 갖는 버터플라이 밸브는 설계상 필요한 간극이 커져, Min 제어성이 나빠지고 있다. 따라서, 이 개폐용 버터플라이 밸브를 사용하여, 소프트 배기의 시간조정을 할 수는 없다.

사이즈 100A 등의 대구경 버터플라이 밸브를 이용하여 소프트 배기를 행하기 위해서는, 실링면이 접촉이간(接離)되는 위치에서의 개폐제어를 행할 필요가 있어, 상기한 바와 같이, 밸브체와 밸브시트의 간극을 0.1mm 이하로 억제할 수 없는 경우에는 미소 유량시의 컨덕턴스가 커진다. 이 경우, 제어가능한 압력의 범위가 좁아 져, 충분한 범위의 압력제어를 할 수 없게 된다. 그러나, 이 밸브와 같이, 회전동작 부위 부근만의 실링성을 향상시킨 경우에는, 주로 마모하거나 리크가 발생하는 부분은 이 실링부 부근이 되고, 내구성이 향상되고, 또, 마모저항도 작아지기 때문에 고속제어할 수 있는 장점이 있다.

또, 도 11에서의 밸브 시스템(1)은 소프트 배기의 배기시간의 조정과 프로세스 가스의 압력제어를 행할 수는 있지만, 구조가 복잡하게 되어, 진공 배관(5)에 대한 부착 스페이스가 커진다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기의 과제점을 감안하여 예의 연구한 결과 개발에 이른 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 진공영역 내를 압력제어하는 것에 적합한 버터플라이식 압력제어 밸브로서, 우수한 내구성을 발휘하면서 단독으로 아이솔레이션 기능을 발휘하여 대기압으로부터 저진공까지의 소프트 배기의 배기시간의 제어와 프로세스 가스의 압력제어를 행할 수 있고, 설치 스페이스가 작고, 작은 조작력에 의해 고속제어하여, 밸브 폐쇄시에는 밸브 폐쇄상태를 유지하여 높은 실링성을 발휘하고, 유량제어시에는 미소 유량부터 대유량까지를 정확하게 제어할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 관계되는 발명은, 보디 내의 유로에 대하여 수직방향으로 회전가능한 밸브체와, 유로의 방향으로 왕복운동하여 밸브체에 밸브시트 실링부를 접촉이간 가능한 시트 링과, 시트 링을 밸브체로부터 이간하는 방향으로 에어가 공급되는 에어 유로와, 시트 링을 밸브체 방향으로 가압하는 스프링을 갖는 밸브 개폐 기구를 갖고, 이 밸브 개폐 기구는, 에어 유로로의 에어의 공급에 의해 시트 링을 밸브체로부터 이간시킨 상태에서 이 밸브체를 무슬라이딩으로 회전시키고, 밸브체를 밸브 폐쇄상태로 회전했을 때에 에어 유로로의 에어의 공급과 스프링의 가압력에 의하여 밸브체에 시트 링을 접촉이간시켜서 유로 내의 압력을 제어하는 개폐 기구인 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 2에 따른 발명은, 에어 유로에, 펌프로부터의 에어를 공급 또는 정지하는 전자 밸브와, 에어의 공급량을 조절하는 전공 레귤레이터를 병렬로 접속한 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 3에 따른 발명은 밸브체에 회전전달용의 스테핑 모터를 접속하고, 이 스테핑 모터와 전공 레귤레이터에 콘트롤러를 접속하고, 이 콘트롤러는 스테핑 모터의 회전을 제어하여 밸브체의 회전량을 제어하는 밸브체 제어부와, 전공 레귤레이터에 의해 에어 유로에 공급하는 출력 압력을 제어하여 시트 링의 개방도를 제어하는 에어 제어부를 갖는 버터플라이식 압력제어 밸브이다. 에어 제어부는 전공 레귤레이터의 밸브 개방도를 제어하여 에어 유로에 공급하는 에어의 양(압력)을 제어하게 되어 있다.

청구항 4에 따른 발명은 밸브체의 회전축을, 이 밸브체의 중심으로부터 편심시키고, 또한, 유로의 중심으로부터 편심시킨 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 5에 따른 발명은, 밸브체의 밸브시트 실링부와의 맞닿음측에 O링을 장착함과 아울러, 밸브시트 실링부를 시트 링의 내주면측에 내경측으로부터 외경측을 향하여 완만하게 직경확장하여 테이퍼 형상 또는 원호 형상으로 형성한 버터플 라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 6에 따른 발명은, 보디에, 에어 유로에 에어를 공급하여 시트 링이 이동했을 때에 이 시트 링의 이동을 소정의 위치에 규제하는 스토퍼를 장착한 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 7에 따른 발명은, 스토퍼는 원기둥 형상의 핀, 이 핀에 대하여 편심된 편심 캠을 갖고, 이 편심 캠의 캠면을 시트 링에 맞닿는 맞닿음면으로 한 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 1에 따른 발명에 의하면, 진공영역 내를 압력제어하는 것에 적합한 버터플라이식 압력제어 밸브이며, 배관으로의 부착 폭을 작게 하여 설치 스페이스를 작게 할 수 있고, 작은 조작력에 의해 고속제어하여, 밸브 폐쇄시에는 밸브 폐쇄 상태를 유지하여 높은 실링성을 발휘하고, 밸브 개방시에는 미소 유량부터 대유량까지 정확하게 유량제어할 수 있고, 특히, 미소 유량시에 있어서 우수한 리크 성능을 발휘하여 고정밀도로 압력제어할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다. 이것에 의해, 진공영역 내의 압력제어를 정확하게 행할 수 있다.

청구항 2에 따른 발명에 의하면, 전자 밸브에 의해 밸브체를 개방 또는 폐쇄 상태로 할 수 있고, 전공 레귤레이터에 의해 밸브체와 시트 링 사이의 거리를 제어하여, 외부로부터 밸브체를 고속이고 또한 고정밀도로 개폐제어하여 압력제어할 수 있고, 전체가 대형화되거나 복잡하게 되거나 하는 것을 방지하면서, 우수한 리크 성능을 발휘할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 3에 따른 발명에 의하면, 밸브체의 컴팩트성을 유지하면서 밸브체의 개폐 동작과, 시트 링의 이동에 의한 미소 유량의 제어를 각각 행하여 고속이고 또한 고정밀도인 압력제어를 실시할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 4에 따른 발명에 의하면, 밸브체와 시트 링과의 슬라이딩을 방지하면서 밸브체를 회전시켜, 밸브 폐쇄시에 있어서의 실링성이나, 압력제어 기능을 유지할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 5에 따른 발명에 의하면, 시트 링을 유로방향으로 이동시켰을 때에 이 이동량을 매우 작은 밸브 개방도로서 변환하고, 미소한 밸브 개방도의 제어가 가능한 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

청구항 6에 따른 발명에 의하면, 밸브 완전개방 상태에서의 시트 링의 위치를 조절하여 시트 링과 밸브체와의 간극을 최소로 설정할 수 있어, 극히 미소한 유량이어도 고정밀도로 압력제어할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

또한 청구항 7에 따른 발명에 의하면, 스토퍼를 회전시킴으로써, 보디의 외부로부터 간단하게 시트 링의 위치를 조절하여 이 시트 링과 밸브체와의 간극을 임의로 설정할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명에서의 버터플라이식 압력제어 밸브의 바람직한 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브는, 예를 들면, 반도체 제조 공정에서의 관로(10)에 서 진 공챔버(11)와 진공펌프(12) 사이에 접속되고, 밸브 본체(15)와, 이 밸브 본체(15)에 접속된 전자밸브(16)와, 전공 레귤레이터(17)와, 액추에이터(18)와, 콘트롤러(19)를 구비하고 있다.

도 1에서는, 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브의 1실시형태를 도시하고 있다. 밸브 본체(15)의 보디(20) 내에는 유로(21)가 형성되고, 이 유로(21)를 개폐하는 밸브 개폐 기구(22)가 설치되어 있다. 밸브 개폐 기구(22)는 밸브체(23)와, 시트 링(24)과, 에어 유로(25)와, 스프링(26)을 가지고 있다.

밸브 개폐 기구(22)에서, 밸브체(23)는 대략 원판 모양으로 형성되고, 고착 볼트(27)에 의해 회전축인 밸브축(28)에 부착되고, 이 밸브축(28)에 의해 유로(21)에 대하여 수직방향으로 회전가능하게 되어 있다. 또한 밸브체(23)의 외주측에는 장착 홈(29)이 형성되고, 이 장착 홈(29)에 O링(30)이 장착되어 있다. O링(30)은 후술하는 시트 링(24)의 밸브시트 실링부(31)와 맞닿는 측에 배열 설치되고, 이 O링(30)에 의해, 밸브시트 실링부(31)와 밸브체(23) 사이가 실링된다.

도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밸브축(28)은 밸브체(23)의 중심(O₁)으로부터 편심되어 있고, 또한, 유로의 중심(O₂)으로부터 편심되어 있고, 이것에 의해, 밸브 본체(15)가 2중 편심 밸브의 구조를 보이고 있다. 이 경우, 유로의 중심(O₂)에 대한 밸브축(28)의 편심량(D)은 약 1~2mm 정도로 되어 있다. 또, 밸브축(28)은 상부측에 스테핑 모터(32)가 접속되어 있다. 스테핑 모터(32)는 밸브축(28)의 회전 오차를 억제하면서 원하는 회전각도로 고정밀도로 회전할 수 있게 되어 있다.

또, 시트 링(24)은, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 대략 링 모양으로 형성되고, 밸브시트 실링부(31)와 슬라이딩부(36)가 설치되어 있다. 밸브시트 실링부(31)는 O링(30)이 맞닿아서 실링하는 부분으로, 시트 링(35)의 내주면측에 형성되고, 내경측에서 외경측으로 완만하게 직경확장하는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 도 4(b)에서, 밸브시트 실링부(31)의 테이퍼 각도(θ)는 밸브의 사이즈에 따라 다르지만, 밸브체가 선회시에 간섭하지 않는 각도로 설정하고, 본 실시형태에서는, 이 테이퍼 각도(θ)를 10~15°로 설정하고 있다. 또, 밸브시트 실링부(31)는 테이퍼 형상 이외의 형상이어도 되고, 예를 들면, 원호 형상이어도 된다.

한편, 슬라이딩부(36)는 시트 링(24)이 보디(20) 내를 슬라이딩하기 위하여 형성되고, 이 슬라이딩부(36)에는 외경측으로 돌출하여 규제부(37)가 설치되어 있다. 또한, 이 규제부(37)가 이동하는 쪽에는, 밸브 폐쇄측 규제면(38)과 밸브 개방측 규제면이 각각 형성되어 있다.

시트 링(24)은, 보디(20)에 형성된 장착 오목부(40)에 대하여 슬라이딩부(36)가 장착되도록 하여 부착되고, 슬라이딩부(36)와 장착 오목부(40) 사이에 설치된 간극(G)에 의해 유로(21)에 대하여 수직방향으로 왕복운동 자유롭게 이동하고, 밸브시트 실링부(31)가 O링(30)에 접촉이간할 수 있게 되어 있다. 이때, 밸브 폐쇄측 규제면(38)이 장착 오목부(40)에 형성된 환상 돌기부(41), 또, 밸브 개방측 규제면(39)이 스토퍼(45)에 각각 맞닿음으로써 시트 링(24)의 왕복시의 이동량이 각각 규제되어 있다. 또, 시트 링(24)과 장착 오목부(40)에는 각각 시트 링(42, 43, 44)이 설치되고, 이 시트 링(42, 43, 44)에 의해, 보디(20)와 시트 링(24)으로 부터의 유체 누설이 방지되고 있다.

도 4(b), 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 스토퍼(45)는 원기둥 형상의 핀(46)과, 이 핀(46)에 대하여 편심된 편심 캠(47)을 가지고 있다. 또한, 핀(46)의 선단측에는, 홈부(48)가 형성되어 있다. 한편, 보디(20) 내에는 이 스토퍼(45)를 수용하는 수용부(50)가 설치되고, 이 수용부(50)는 핀(46)이 수용되는 장착부(51)와, 편심 캠(47)이 수용되는 직경확장부(52)를 가지고 있다. 스토퍼(45)는 수용부(50)에 장착되었을 때에, 이 수용부(50)에 대하여 회전가능하게 되어 있고, 이때, 편심 캠(47)의 캠면(49)이 시트 링(24)과 맞닿는 위치에 배열 설치되어서 이 시트 링(24)의 맞닿음면으로 된다.

이 부착 구조에 의해, 스토퍼(45)는 도 7에 도시하는 상태와 같이 회전시킬 수 있고, 이것에 의해, 캠면(49)의 위치를 조절할 수 있고, 시트 링(24)이 이동할 때의 이동량을 규제하게 되어 있다. 스토퍼(45)를 회전하는 경우에는, 홈부(48)에 도시하지 않은 드라이버 등의 공구의 선단을 꽂아넣고, 핀(46)에 각인 형성된 시인부(53)의 위치를 확인하면서 이 드라이버를 회전함으로써, 임의의 상태까지 회전할 수 있다. 이 경우, 스토퍼(45)를 0~180°까지의 범위에서 회전시켜 캠면(49)의 상태를 조절할 수 있다. 스토퍼(45)는 본 실시형태에서는 밸브 본체(15)의 상하의 2개소에 설치하고 있다.

도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 에어 유로(25)는 보디(20) 내의 장착 오목부(40)로부터 외부로 계속해서 형성되고, 이 에어 유로(25)를 통하여 장착 오목부(40)에 에어가 공급된다. 이 에어 유로(25)는 에어를 공급했을 때에 시트 링(24)이 밸브체(23)로부터 이간되는 위치에 형성되고, 또한, 밸브체(23)에 탑재되는 액추에이터(18)의 내부에 설치된 에어 유로(55)에 접속되어 있다. 이 액추에이터의 에어 유로(55)는 그 도중부터 도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1 분기 유로(56)와 제 2 분기 유로(57)로 분기되어 있다.

스프링(26)은, 시트 링(24)에 형성된 부착부(60)와 보디(20)에 형성된 오목 형상 홈(61) 사이에, 시트 링(24)을 밸브체(23)의 방향으로 가압하는 방향으로 탄성 반발한 상태로 장착되어 있다. 이것에 의해, 통상시에는, 시트 링(24)이 이 스프링(26)의 탄성 반발에 의해 밸브체(23)방향으로 이동하여 밸브 폐쇄 상태로 회전했을 때의 밸브체(23)에 실링 가능하며, 한편, 에어를 에어 유로(25)로부터 공급했을 때에는, 시트 링(24)이 스프링(26)의 가압력에 저항하여 이동해서 유로(21)를 개방하도록 되어 있다. 이와 같이, 밸브 본체(15)는, 소위, NC(노멀리 클로즈)의 형태를 보이고 있다. 본 실시형태에서는, 스프링(26)은 시트 링(24)의 원주방향으로 동일한 간격으로 8개 장착되어 있는데, 필요에 따라 증감시키도록 해도 된다.

또한, 시트 링(24)의 스프링(26)의 부착면측의 스프링(26)과 간섭하지 않는 위치에, 도시하지 않은 걸림 부재를 부착하도록 해도 된다. 걸림 부재는 보디(20)에 형성된 도시하지 않은 걸림 구멍과 시트 링(24)에 형성된 도시하지 않은 걸림 구멍 사이에 삽입되고, 이 걸림 부재를 설치한 경우에는, 시트 링(24)이 보디(20)에 대하여 회전하는 것이 방지된다. 그 때문에, 시트 링(24)이 장착 오목부(40)에 대하여 왕복운동할 때의 동작이 안정되어, 밸브시트 실링부(31)가 밸브체(23)에 대하여 대략 수직방향에서 맞닿을 수 있게 되어 있다.

이상과 같이, 밸브 개폐 기구(22)는, 에어 유로(25)에 에어가 공급되었을 때에, 이 에어의 공급에 의해 시트 링(24)을 밸브체(23)의 O링(30)으로부터 이간시킨 상태에서 이 밸브체(23)를 무슬라이딩으로 회전시키고, 또, 밸브체(23)를 밸브 폐쇄 상태로 회전했을 때에 에어 유로(25)로의 에어의 공급과 스프링(26)의 가압력에 의하여 밸브체(23)에 시트 링(24)을 접촉이간시켜, 유로(21) 내의 유량(압력)을 제어하는 개폐 기구로 되어 있다. 이 밸브 개폐 기구(22)에 의해 유량제어함으로써, 버터플라이식 압력제어 밸브는 진공챔버(11) 내를 소프트 배기하면서 고정밀도로 압력제어할 수 있게 되어 있다.

시트 링(24)의 밸브체(23)에 대한 접촉이간은 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)에 의한 에어의 공급·정지, 또는 에어 공급량의 조정에 의해 행해진다.

전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)는 도 1의 제 1 분기 유로(56)와 제 2 분기 유로(57)에 대하여 병렬된 상태로 접속되어 있다. 또한, 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)에는 펌프(62)가 접속되고, 이 펌프(62)로부터 조작용의 에어가 공급되었을 때에, 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)가 각각 조작되어 유로가 제어된다.

전자밸브(16)는 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄의 상태로 조작 가능하고, 각 상태에서 펌프(62)로부터의 에어를 에어 유로(25)에 공급 또는 정지할 수 있게 되어 있다. 한편, 전공 레귤레이터(17)는 밸브 개방도를 조절함으로써 펌프(62)로부터의 에어의 공급압력을 조정할 수 있게 되어 있다. 이 전공 레귤레이터(17)는, 예를 들면, 도시하지 않은 내부의 피스톤에 의해 압력을 0~0.5MPa까지의 범위 내로 압력 제어하도록 밸브 본체(15)로의 에어의 공급량을 제어하는 것이면 된다. 또는, 공급 압력의 ON-OFF 제어에 의해 시트 링(24)의 위치제어를 할 수 있는 것이면 된다.

전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)의 내부 구조는 생략하지만, 전자밸브(16)는 온 오프용의 개폐 밸브, 전공 레귤레이터(17)는 유량조절가능한 유량조절 밸브이면, 그 구조에 구애받지 않고 적당한 형태의 밸브를 사용하도록 해도 된다. 또, 이것들은 제 1·제 2 분기 유로(56, 57)에 각각 소정량의 에어를 공급가능하면, 밸브 본체(15)와 일체 또는 근접하여 설치할 필요는 없고, 관로(10)의 임의의 위치에 설치하는 것이 가능하게 되어 있다.

한편, 액추에이터(18)는 상기한 스테핑 모터(32)를 내부에 탑재하고, 이 스테핑 모터(32)에 의하여 밸브축(28)을 통하여 밸브체(23)를 소정 각도로 회전제어할 수 있게 되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 스테핑 모터(32)에 대하여 콘트롤러(19)가 접속되고, 또, 이 콘트롤러(19)는 전공 레귤레이터(17)에 접속되어 있다. 이 콘트롤러(19)는 밸브체 제어부(65)와, 에어 제어부(66)를 가지고 있다. 밸브체 제어부(65)와 에어 제어부(66)는 도시하지 않은 기판 등을 가지고 있다.

밸브체 제어부(65)는 스테핑 모터(32)의 회전방향이나 회전속도 등을 제어하고, 밸브체(23)의 회전량을 제어한다. 한편, 에어 제어부(66)는 전공 레귤레이터(17) 내부의 도시하지 않은 밸브체의 밸브 개방도를 제어하고, 이 전공 레귤레이터(17)에 펌프(62)로부터 에어가 공급되었을 때에 에어 유로(25)에 공급하는 에어의 양(압력)을 제어하게 되어 있다. 이것에 의해, 에어 제어부(66)는 전공 레귤레 이터에 의해 에어 유로(25)에 공급하는 출력 압력을 제어하여 시트 링(24)의 개방도를 제어하고 있다.

또한, 상기의 실시형태에서, 전공 레귤레이터(17)의 위치에, 이 전공 레귤레이터(17)와 동일한 기능을 갖는 밸브를 형성해도 된다. 이 밸브로서는, 예를 들면, 도시하지 않지만, 오리피스 유로를 갖는 유량제어 밸브가 있다.

다음에 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브의 상기 실시형태에서의 동작 및 작용을 설명한다.

우선, 밸브 개방 상태에서 밸브 폐쇄 상태로 하는 경우에는, 도 4의 상태에서, 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)는 개방 상태이며, 이 상태에서 펌프(62)로부터 에어 유로(25)로 에어가 공급되고 있다. 이것에 의해, 에어 유로(25)로부터 장착 오목부(40)에 에어가 공급되고, 시트 링(24)이 스프링(26)의 가압력에 저항하여 도면에 도시하는 바와 같이 좌측으로 이동한다. 그때, 도 4(c)에 도시한 스토퍼(45)의 회전을 조절하고, 캠면(49)을 적당한 상태로 설정하여 시트 링(24)의 이동량을 규제해 둔다. 도면에서는, 캠면(49)의 편심량이 적은 면측을 시트 링(24)과의 맞닿음측에 배열설치하도록 조절하고, 이것에 의해, 시트 링(24)의 이동량이 커지도록 하고 있다.

계속해서, 이 상태에서 밸브체 제어부(65)를 제어하여 스테핑 모터(32)를 소정량 회전시키고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 밸브 본체(15)의 밸브체(23)를 폐쇄 상태의 위치까지 회전시킨다. 이때, 시트 링(24)이 밸브체(23)로부터 이간시킨 상태로 유지되어 있음으로써, 밸브체(23)가 이 시트 링(24)에 대하여 무슬라이딩으로 회전한다. 또, 밸브체(23)의 중심(O₁)으로부터 유로의 방향으로 편심되고, 또한, 유로의 중심(O₂)으로부터 편심되어 있기 때문에, 밸브체(23)에서의 밸브축 부근이 시트 링(24)에 접촉되지는 않는다. 이 때문에, 밸브체(23)가 회전하는 것을 원인으로 하는 실링성의 악화가 방지되어, 후술하는 밸브 폐쇄시에 있어서의 실링성을 유지할 수 있다.

이어서, 도 3, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전자밸브(16)를 폐쇄 상태로 하여 에어 유로(25)로의 에어의 공급을 정지하고, 장착 오목부(40)로부터 에어를 배기한다. 이것에 의해, 스프링(26)이 탄성반발 가압하여 시트 링(24)을 밸브체(23) 방향으로 눌러, 시트 링(24)의 밸브시트 실링부(31)가 밸브체(23)의 O링(30)에 실링된다. 그때, O링(30)은 테이퍼 형상의 밸브시트 실링부(31)의 내주면측에 맞닿아 있기 때문에, 도 6(b)에서, 시트 링(24)이 스프링(26)의 가압력에 의해 O링(30)방향으로 이동했을 때에, 이 O링(30)이 밸브시트 실링면(35)을 따라 직경축소하면서 변형함으로써 고실링성이 발휘된다.

이상의 밸브 본체(15)의 밸브 폐쇄 동작에 의해, 진공챔버(11)와 진공펌프(12) 사이의 관로(10)가 폐쇄 상태로 된다.

다음에, 이 밸브 폐쇄 상태로부터 소프트 배기 제어하는 경우와, 소프트 배기 제어 후의 프로세스 가스 압력제어하는 경우를 기술한다. 우선, 서서히 밸브 개방 상태로 동작시켜 진공챔버(11) 내를 소프트 배기하는 경우, 즉, 대기압의 상태에서 닫혀진 진공챔버(11) 내의 압력을, 이 대기압으로부터 서서히 배기하여 감 압시의 값(진공상태)으로 감압하는 경우를 설명한다.

상기의 상태로부터 소프트 배기하는 경우에는, 최초에, 전자밸브(16)의 폐쇄 상태를 유지한 상태에서 에어 제어부(66)에 의해 전공 레귤레이터(17)의 밸브 개방도를 제어해서 에어 유로(25)에 공급하는 압력을 제어하여 시트 링(24)의 개방도를 제어한다.

이때, 전공 레귤레이터(17)의 밸브 개방도는, 도 8의 그래프에 나타내는 바와 같이, 진공챔버(11) 내의 압력이 대기압(760Torr)으로부터 소정의 소프트 배기시간이 경과했을 때에 0기압이 되도록 제어된다. 즉, 진공챔버(11) 내가 대기압으로부터 0기압까지 감압할 때에, 이 진공챔버(11) 내에 파티클의 발생 등의 문제가 발생하지 않는 감압속도에 의한 소프트 배기시간(T)이 미리 설정되어 있고, 이 소프트 설정시간(T)에서 진공챔버(11) 내의 압력이 비례하여 배기되도록 전공 레귤레이터(17)의 개방도가 제어된다. 이 개방도 제어에 의해, 에어 유로(25)로의 에어 공급 압력이 조절되어 밸브체(23)에 대한 시트 링(24)의 이동량이 미세하게 제어되고, 시트 링(24)과 밸브체(23) 사이의 간극량이 제어된다.

이와 같이, 에어 제어부(66)에 의해 전공 레귤레이터(17)를 개방도 제어함으로써, 대기압 부근에서는 리크량을 미량으로 제어하여 저진공으로 됨에 따라 개방도를 크게 제어함으로써 진공챔버(11) 내의 진공압력은 배기시간(T) 이내에서 대기압으로부터 1Torr 이하로 되기 쉬워진다.

이때, 설정시간 내에 진공압력이 1Torr 이하에 달하도록 배기된 경우에는, 전공 레귤레이터(17)가 폐쇄 상태로 됨과 동시에 전자밸브(16)가 개방 상태로 제어 되어, 전자밸브(16)를 통하여 에어 유로(25)에 에어가 공급되어 시트 링(24)이 스토퍼(45)의 위치까지 이동한다. 또, 밸브체 제어부(65)에 의해 스테핑 모터(32)의 회전이 제어되고, 밸브 본체(15)의 밸브체(23)가 완전개방 상태로 되어 제어가 종료된다.

한편, 진공압력이 시간 내에 1Torr 이하에 달하도록 배기할 수 없는 경우에는, 전공 레귤레이터에 의해 시트 링의 완전개방 상태의 출력압력이 검출되고, 이 검출결과에 의해 스테핑 모터에 의한 밸브체 제어로 전환되고, 밸브체(23)가 서서히 개방되어 설정시간 이내에서의 소프트 배기가 행해진다. 이 소프트 배기에 의해 설정 진공압력에 달한 후에는, 밸브체(23)가 완전개방 상태로 되고 제어가 종료된다.

이들 소프트 배기 후에는, 진공펌프(12)의 능력에 의해, 진공챔버(11) 내는 고진공까지 배기된다.

상기의 제어시에는 밸브체(23)와 시트 링(24)이 O링(30)과 테이퍼 형상의 밸브시트 실링부(31)에 의해 실링하는 실링면 구조이기 때문에, 특히, 대기압 부근에서의 미소 유량의 제어가 가능하게 되어 있다.

즉, 도 9에서, 밸브시트 실링부(31)(시트 링(24))가 O링(30)으로부터 벗어나 있을 때의 유로방향에서의 거리를 L이라고 하면, 이 거리(L)에 의해 시트 링(24)과 O링(30) 사이에 발생하는 직경방향의 간극(S)은 간극(S)=거리(L)×tanθ(θ: 테이퍼 각도)에 의해 표시된다.

가령, θ=10°인 경우에는, 간극(S)을 0.1mm 이하로 제어하기 위한 시트 링(24)의 이동거리(L)가 약 0.6mm가 되고, 이와 같이 이동거리(L)를 큰 스트로크로 거칠게 제어하면서, 간극(S)의 양을 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이동거리(L)를 스토퍼(45)에 의해 조정함으로써 완전개방시의 간극(S)을 0.1~0.2mm 정도로 설정할 수 있어, 컨덕턴스를 작게 할 수 있다. 이와 같이, O링(30)과 테이퍼 각도(θ)를 설치한 시트 링(24)의 유량조절에 의해, 시트 링(24)의 밸브체 방향으로의 이동거리(L)를 간극(S)에 따라 작게 변환하여 미소제어를 행할 수 있다. 이 때문에, 소프트 배기시의 제어를 고정밀도로 실시할 수 있다.

또, 밸브 본체(15)는 2중 편심 밸브의 구조를 보이고 있으므로, 밸브체(23)의 폭이 작은 경우이어도, 밸브시트 실링부(31)와 O링(30)과의 간극이 최소의 상태에서 개폐하여, 미소 유량시에 있어서의 컨덕턴스가 최소가 된다. 이 때문에, 밸브체(23)의 회전시에는 밸브체(23)와 밸브시트 실링부(31)와의 간섭이 억제되어, 원활한 밸브체(23)의 회전이 가능하다.

소프트 배기 후에는, 프로세스 가스를 흘려 목표 압력제어가 행해진다. 프로세스 가스 압력제어는, 밸브체(23)가 완전개방에서 고진공으로 배기된 상태로부터 가스 도입과 압력제어가 스타트하여, 설정압력으로 조압 PID 동작이 행해진다. 그때, 가스 도입의 스타트는 압력제어의 스타트보다 전후하는 경우가 있지만, 압력제어가 스타트할 때에는, 고속으로 밸브 폐쇄 동작과 안정 제어가 행해지진다.

밸브체(23)는, 스테핑 모터(32)의 모터 제어에 의하여 밸브 폐쇄 상태까지 회전한다. 회전 후에는, 밸브시트 실링부(31)가 O링(30)으로부터 이간하고 있기 때문에, 밸브체(23)는 거의 슬라이딩 저항이 없는 상태에서 회전하여 저토크로 고 속의 압력제어가 가능하게 되고, 또, 밸브시트 실링부(31)와 O링(30)과의 관계가 Min 컨덕턴스로 설정되어 있기 때문에, 광범위한 압력제어가 가능하게 되어 있다.

이 밸브 폐쇄 상태에서, 전공 레귤레이터(17)에 의해 에어 유로(25)에 공급하는 압력을 PID 제어하여 시트 링(24)의 이동에 의한 프로세스 가스 압력제어를 행한다. 그때, 프로세스 가스유량이 적은 상태, 또는, 설정압력이 높아 밸브체 개방도가 0%에서도 설정압력까지 상승하지 않는 경우에는, 밸브체 개방도를 0%로 한 상태에서 전공 레귤레이터(17)에 의해 에어 유로(25)에 공급하는 압력을 PID 제어하여 시트 링(24)을 폐쇄방향으로 제어함으로써 대기압에 가까운 높은 압력에서도 제어할 수 있다.

여기에서, PID 제어는 피드백제어의 일종으로, 입력값의 제어를, 출력값과 목표값과의 편차, 적분, 미분으로 이루어지는 요소에 의해 실시하는 제어이다. 이 PID 제어는, 일반적으로 널리 실시되고 있는 제어방법이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

밸브 폐쇄 상태에서의 프로세스 가스 압력제어는, 전자 레귤레이터(17)에 의한 에어 유로(25)에 대한 압력의 PID 제어에 의해, 시트 링(24)을 개폐 방향으로 이동시켜 행한다. 이 경우, 설정압력이 저진공 영역에서 시트 링(24)만의 압력제어로는 압력이 내려가지 않는 경우에는, 이 압력을 내리기 위하여, 에어 유로(25)의 시트 링(24)이 완전개방 상태로 되는 압력을 전공 레귤레이터(17)의 출력 압력으로 검출하고, 이 검출결과에 따라 스테핑 모터(32)의 PID 제어로 전환되고, 밸브체(23)의 개폐제어에 의해 목표 압력까지 배기 조압된다. 이와 같이, 전공 레귤레 이터(17)에 의한 리크 제로로부터의 제어범위와, 모터 구동에 의한 Min 컨덕턴스로부터의 제어범위를 전환하여 제어함으로써 넓은 제어범위를 확보하여, 프로세스 가스 압력제어와, 상기한 소프트 배기 제어가 가능하게 되어 있다.

상기에서, 소프트 배기 제어나 가스 압력제어에 대하여, 밸브 개방측으로의 압력제어시에는, 시트 링(24)이 완전개방이 되는 압력을 전공 레귤레이터(17)에 의해 검출하여 스테핑 모터(32)의 제어로 전환하고, 밸브 폐쇄측으로의 제어시에는, 스테핑 모터(32)의 제어의 개방도가 0%의 조건시에 에어 유로(25)의 압력을 배기제어함으로써 시트 링(24)의 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 본체(15)의 Min 컨덕턴스까지와, 밸브 본체(15)의 밸브체 제어에 의한 Min 컨덕턴스로부터 Max 컨덕턴스까지의 2개의 제어계통을 연속해서 제어 가능하게 하고 있다. 그때, 프로세스 가스를 고속으로 안정시키기 위해서는, 밸브 본체(15)의 밸브체(23)의 제어만으로 행하는 것이 좋으며, 프로세스 가스의 조압 범위를 넓게 하는데는, Min 컨덕턴스를 작게 하기 위하여, 시트 링(24)과 밸브체(23)의 간극(S)를 밸브체(23)가 무슬라이딩으로 회동할 수 있는 최소의 간극으로 설정하는 것이 좋다.

또, 2개의 제어계통에 의한 연속된 전환 제어를 행하지 않는 경우에는, 프로세스 가스 압력제어를 밸브체(23)의 회동에 의해서만 행하고, 한편, 클리닝 등의 대기압에 가까운 높은 압력제어를 행하는 경우에는, 시트 링(24)의 제어에 의해서만 행하는 것이 좋다.

상기에서, 밸브체(23)의 회동만에 의한 프로세스 가스 압력제어시에서의 압력은, 예를 들면, 0.5~5Torr 정도이며, 한편, 클리닝 시의 압력은, 예를 들면 700Torr 정도이다. 또, 전술한 소프트 배기 제어는 대기압으로부터 100Torr 정도가 될 때까지의 시간이 약 10~20분 정도의 시간에 의해 배기한다.

또한, 모터 제어상태로부터 다시 밸브 본체(15)를 완전폐쇄 상태로 하는 경우에는, 밸브체(23)를 완전폐쇄 위치까지 회전시켜, 전자밸브(16)를 OFF로 한 에어 유로(25)의 에어를 배기하면, 스프링(26)이 시트 링(24)을 O링(30)에 세게 눌러 실링시켜, 유로(21)가 폐쇄 상태로 된다.

또, 전공 레귤레이터(17)의 위치에, 이 전공 레귤레이터(17)와 동일한 기능을 갖는 오리피스 유로를 갖는 유량제어 밸브를 설치한 경우에는, 이 유량제어 밸브를 고속으로 개폐제어함으로써, 오리피스를 통하여 미소 유량의 에어가 장착 오목부(40)에 공급되어, 시트 링(24)을 감속시키면서 동작시키는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 시트 링(24)을 서서히 이동시켜 소프트 배기를 실시할 수 있다. 이 경우, 전공 레귤레이터(17)를 사용한 경우와 비교하여 저렴하게 소프트 배기를 행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브는 밸브체(23)와, 시트 링(24)과, 에어 유로(25)와, 스프링(26)을 갖는 밸브 개폐 기구(22)를 밸브 본체(15) 내에 설치하고, 밸브 개폐 기구(22)에 의해 고실링성을 확보하면서 유로(21)를 개폐제어하도록 하고 있으므로, 버터플라이 밸브 구조에 의해 전체의 컴팩트성을 유지해서 양호한 풋프린트성 확보하여, 고속제어에 의한 아이솔레이션 기능을 발휘할 수 있다. 이 때문에, 반도체 제조 공정에서의 진공 유로(5)에 대하여 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브를 사용한 경우에는, 전체의 공간절약화가 가능하게 되어, 대유량의 유로이어도 그 진공압력을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되어 있다. 게다가, 고가인 부품 등을 사용하는 경우가 없기 때문에 저렴하게 설치할 수 있다.

또한, 밸브 개폐 기구(22)는, 에어 유로(25)로의 에어의 공급에 의해 밸브체(23)가 시트 링(24)으로부터 이간한 상태에서 회전하므로, 밸브체(23)가 시트 링(24)에 대하여 슬라이딩하지 않고 밸브시트 실링부(31)에 의한 실링성을 확보하면서 작은 출력 토크의 스테핑 모터(32)를 이용하여 고속작동시킬 수 있다. 이것에 의해, 소출력의 액추에이터(18)를 사용한 경우에도, 예를 들면, 소구경의 40A부터 구경이 큰 150A까지의 밸브 본체(15)의 밸브체의 고속작동이 가능하게 된다.

또, 밸브체(23)나 시트 링(24)의 마모가 방지되어, 진공압력제어시의 리크 성능이 향상된다. 또한, O링(30)의 수명이 연장되기 때문에 내구성이 높아져, 밸브체(23)의 회전동작의 한계를 약 100만회까지 향상시키는 것도 가능하다.

또, 에어 유로(25)에 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)를 병렬로 접속한 상태에서 밸브 개폐 기구(22)에 의해 제어하고 있으므로, 구조가 복잡하게 되거나 전체가 대형화되지 않고, 1개의 에어 유로(25)를 통하여 전자밸브(16)와 전공 레귤레이터(17)에 의하여 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄시까지의 압력을 용이하게 제어할 수 있는 버터플라이식 압력제어 밸브이다.

도 1은 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브의 1실시형태를 도시한 모식도.

도 2는 본 발명의 버터플라이식 압력제어 밸브에 에어를 공급한 상태를 도시하는 주요부를 확대한 단면도.

도 3은 도 2의 버터플라이식 압력제어 밸브로부터 에어를 배출한 상태를 도시하는 주요부를 확대한 단면도.

도 4는 밸브체의 부분 확대도로서, (a)는 밸브체의 부분 확대단면도, (b)는 (a)의 주요부 확대도, (c)는 편심 캠의 확대 평면도,

도 5는 도 4의 밸브체가 회전한 상태를 도시하는 부분 확대도.

도 6은 도 5의 시트 링이 이동한 상태를 도시하는 부분 확대도.

도 7은 도 5의 편심 캠을 회전시킨 상태를 도시하는 부분 확대도.

도 8은 본 발명에서의 소프트 배기시간과 진공챔버 내의 압력의 관계를 나타낸 그래프.

도 9는 O링과 시트 링의 위치관계를 나타낸 모식도.

도 10은 진공 유로를 도시한 개략 모식도.

도 11은 종래의 밸브 시스템을 도시하는 모식도.

(부호의 설명)

15 밸브 본체 16 전자 밸브

17 전공 레귤레이터 19 콘트롤러

20 보디 21 유로

22 밸브 개폐 기구 23 밸브체

24 시트 링 25 에어 유로

26 스프링 30 O링

32 스테핑 모터 35 밸브시트 실링부

45 스토퍼 46 핀

47 편심 캠 49 캠면

62 펌프 65 밸브체 제어부

66 에어 제어부

Claims

보디 내의 유로에 대하여 수직방향으로 회전가능한 밸브체와, 상기 유로의 방향으로 왕복운동하여 상기 밸브체에 밸브시트 실링부를 접촉이간 가능한 시트 링과, 상기 시트 링을 상기 밸브체로부터 이간하는 방향으로 에어가 공급되는 에어 유로와, 상기 시트 링을 상기 밸브체 방향으로 가압하는 스프링을 갖는 밸브 개폐 기구를 갖고, 이 밸브 개폐 기구는, 상기 에어 유로로의 에어의 공급에 의해 상기 시트 링을 상기 밸브체로부터 이간시킨 상태에서 이 밸브체를 무슬라이딩으로 회전시키고, 상기 밸브체를 밸브 폐쇄 상태로 회전시켰을 때에 상기 에어 유로로의 에어의 공급과 상기 스프링의 가압력에 의하여 상기 밸브체에 상기 시트 링을 접촉이간시켜서 상기 유로 내의 압력을 제어하는 개폐 기구인 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 에어 유로에, 펌프로부터의 에어를 공급 또는 정지하는 전자 밸브와, 에어의 공급량을 조절하는 전공 레귤레이터를 병렬로 접속한 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 밸브체에 회전전달용의 스테핑 모터를 접속하고, 이 스테핑 모터와 상기 전공 레귤레이터에 콘트롤러를 접속하고, 이 콘트롤러는 상기 스테핑 모터의 회전을 제어하여 상기 밸브체의 회전량을 제어하는 밸브체 제어부 와, 상기 전공 레귤레이터에 의해 상기 에어 유로에 공급하는 출력 압력을 제어하여 상기 시트 링의 개방도를 제어하는 에어 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브체의 회전축을 이 밸브체의 중심으로부터 편심시키고, 또한, 유로의 중심으로부터 편심시킨 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브체의 상기 밸브시트 실링부와의 맞닿음측에 O링을 장착함과 아울러, 상기 밸브시트 실링부를 상기 시트 링의 내주면측에 내경측에서 외경측을 향하여 완만하게 직경확장하여 테이퍼 형상 또는 원호 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보디에, 상기 에어 유로에 에어를 공급하여 상기 시트 링이 이동했을 때에 이 시트 링의 이동을 소정의 위치에 규제하는 스토퍼를 장착한 것을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.
제 6 항에 있어서, 상기 스토퍼는 원기둥 형상의 핀, 이 핀에 대하여 편심된 편심 캠을 갖고, 이 편심 캠의 캠면을 상기 시트 링에 맞닿는 맞닿음면으로 한 것 을 특징으로 하는 버터플라이식 압력제어 밸브.