KR20200030537A - 밸브장치, 유량 조정방법, 유체 제어장치, 유량 제어방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법 - Google Patents

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Abstract

외부 센서를 이용하지 않고, 경시, 경년 등에 의한 유량 변동을 정밀하게 조정가능한 밸브장치를 제공한다. 개방 위치에 위치한 조작부재의 위치를 조정하기 위한 압전소자를 이용한 조정용 액추에이터(100)를 갖고, 조정용 액추에이터(100)의 구동회로(200)는, 압전소자에 생기는 변형량에 관한 전기신호를 검출하는 검출부(210)와, 압전소자의 변형량에 관한 전기신호에 근거하여, 밸브체에 의한 유로의 개방도가 목표 개방도가 되도록 조정용 액추에이터(100)를 제어하는 제어부(210)를 갖는다.

Description

밸브장치, 유량 조정방법, 유체 제어장치, 유량 제어방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법
본 발명은, 밸브장치, 이 밸브장치의 유량 조정방법, 이 밸브를 포함하는 유체 제어장치, 반도체 제조장치, 및, 반도체 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서는, 정확하게 계량한 처리 가스를 처리 챔버에 공급하기 위해서, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러 등의 각종의 유체기기를 집적화한 집적화 가스 시스템으로 불리는 유체 제어장치가 이용되고 있다. 이 집적화 가스 시스템을 박스에 수용한 것이 가스 박스로 불리고 있다.
보통, 상기한 가스 박스로부터 출력되는 처리 가스를 처리 챔버에 직접 공급하지만, 원자층 퇴적법(ALD: Atomic Layer Deposition법)에 의해 기판에 막을 퇴적시키는 프로세스에 있어서는, 처리 가스를 안정적으로 공급하기 위해서 가스 박스로부터 공급되는 처리 가스를 버퍼로서의 탱크에 일시적으로 저장하고, 처리 챔버의 직근에 설치된 밸브를 고빈도로 개폐시켜 탱크로부터의 처리 가스를 진공분위기의 처리 챔버에 공급하는 것이 행해지고 있다. 이때, 처리 챔버의 직근에 설치되는 밸브로서는, 예를 들면, 특허문헌 1, 2를 참조.
ALD법은, 화학기상성장법의 1개이며, 온도나 시간 등의 성막 조건 하에서, 2종류 이상의 처리 가스를 1종류씩 기판 표면 위에 교대로 흘려, 기판 표면 상 원자와 반응시켜 단층씩 막을 퇴적시키는 방법으로서, 단원자층씩 제어가 가능하기 때문에, 균일한 막두께를 형성시킬 수 있고, 막질로서도 매우 치밀하게 막을 성장시킬 수 있다.
ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 유량을 정밀하게 조정할 필요가 있는 동시에, 기판의 대구경화 등에 의해, 처리 가스의 유량을 어느 정도 확보할 필요도 있다.
일본국 특개 2007-64333호 공보 일본국 특개 2016-121776호 공보
그렇지만, 에어 구동식의 밸브에 있어서, 공압 조정이나 기계적 조정에 의해 유량을 정밀하게 조정하는 것은 용이하지 않다. 또한, ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 챔버 주변이 고온으로 되기 때문에, 밸브가 온도의 영향을 받기 쉽다. 더구나, 고빈도로 밸브를 개폐하므로, 밸브의 경시, 경년 변화가 발생하기 쉽고, 유량 조정 작업에 방대한 공정수를 필요로 한다.
또한, 밸브의 경시, 경년에 의한 밸브 개방도의 변화를, 센서를 사용해서 검출하기 위해서는, 센서를 설치할 스페이스를 확보할 필요가 있어, 장치의 소형화가 곤란해지고, 장치의 비용이 높아지는 것 등의 문제도 있다.
본 발명의 한가지 목적은, 외부 센서를 이용하지 않고, 경시, 경년 등에 의한 유량 변동을 정밀하게 조정가능한 밸브장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 유량 조정 공정을 대폭 삭감할 수 있는 밸브장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 밸브장치를 사용한, 유체 제어장치, 유량 조정방법, 반도체 제조방법 및 반도체 제조장치를 제공하는 것에 있다.
본발명에 따른 밸브장치는, 유로를 획정하는 밸브 보디와, 상기 밸브 보디의 유로를 개폐 가능하게 설치된 밸브체와, 상기 밸브체에 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 밸브체에 유로를 개방시키는 개방 위치 사이에서 이동가능하게 설치되고, 상기 밸브체를 조작하는 조작부재를 갖는 밸브장치로서,
상기 개방 위치에 위치한 상기 조작부재의 위치를 조정하기 위한 압전소자를 이용한 조정용 액추에이터를 갖고,
상기 조정용 액추에이터의 구동회로는, 상기 압전소자에 생기는 변형량에 관한 전기신호를 검출하는 검출부와,
상기 압전소자의 변형량에 관한 전기신호에 근거하여, 상기 밸브체에 의한 상기 유로의 개방도가 목표 개방도가 되도록 상기 조정용 액추에이터를 제어하는 제어부를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 밸브장치는, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치의 한쪽으로 이동시키는 주 액추에이터와,
상기 조작부재를 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치의 다른 쪽으로 이동시키는 스프링 기구를 갖고,
상기 조정용 액추에이터는, 상기 주 액추에이터 또는 상기 스프링 기구에 의해 상기 개방 위치에 위치한 상기 조작부재의 위치를 조정하는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 밸브장치의 유량 조정방법은, 상기한 밸브장치의 유량 조정방법으로서, 상기 조정용 액추에이터의 구동회로에 있어서, 상기 압전소자에 생기는 변형량에 관한 전기신호를 추출하고,
검출한 상기 압전소자의 변형량에 관한 전기신호에 근거하여, 상기 밸브체에 의한 상기 유로의 개방도가 목표 개방도가 되도록 상기 조정용 액추에이터를 제어하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 밸브장치의 유량 조정방법은, 상기한 밸브장치의 유량 조정방법으로서,
상기 주 액추에이터를 구동해서 상기 밸브체에 유로를 개방시키고,
상기 조정 작업 미리 설정된 제어 전압을 상기 압전소자에 인가하고,
상기 제어 전압이 인가된 상기 압전소자의 변형에 관한 전기신호를 추출하고,
상기 전기신호에 근거하여, 개방도 조정량을 결정하고,
결정한 개방도 조정량에 따른 제어신호를 상기 조정용 액추에이터에 입력하는 것을 포함한다.
본 발명의 유체 제어장치는, 상류측에서 하류측을 향해서 복수의 유체기기가 배열된 유체 제어장치로서,
상기 복수의 유체기기는, 상기한 밸브장치를 포함하는 유체 제어장치.
본 발명의 유량 제어방법은, 상기한 밸브장치를 사용하여, 유체의 유량을 제어한다.
본 발명의 반도체 제조장치는, 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량 제어에 상기한 밸브장치를 사용한다.
본 발명의 반도체 제조방법은, 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량 제어에 상기한 밸브장치를 사용한다.
본 발명에 따르면, 외부 센서를 사용하는 것 대신에, 조정용 액추에이터의 압전소자에 소정의 제어 전압을 인가했을 때에 발생하는 변형에 관한 전기신호를 조정용 액추에이터의 구동회로에 설치한 검출부로 검출함으로써, 조정용 액추에이터에 작용하는 외력을 추정할 수 있다. 이 외력의 변화로부터, 밸브장치의 경시, 경년 변화에 의한 유량 변동량을 추정하고, 이 변동량을 조정용 액추에이터에서 보상함으로써, 정밀한 유량관리가 가능해 진다.
본 발명에 따르면, 처리 챔버에 공급하는 프로세스 가스를 보다 정밀하게 콘트롤할 수 있기 때문에, 기판 위에 고품질의 막을 안정적으로 형성 가능해진다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브장치의 종단면도이다.
도2는 폐쇄 상태에 있는 도 1의 밸브장치의 요부의 확대 단면도이다.
도3은 압전 액추에이터의 동작을 나타내는 설명도이다.
도4는 개방 상태에 있는 도 1의 밸브장치의 종단면도이다.
도5는 도 4의 밸브장치의 요부의 확대 단면도이다.
도6a는 도 4의 밸브장치의 유량 조정시(유량 감소시)의 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도이다.
도6b는 도 4의 밸브장치의 유량 조정시(유량 증가시)의 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도이다.
도7은 본 발명의 구동회로의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도8은 도 7의 검출부의 구체적인 회로 예를 도시한 도면이다.
도9는 유량 조정 공정의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브장치의 반도체 제조 프로세스에의 적용예를 도시한 개략도이다.
도11은 본 실시예의 밸브장치를 사용하는 유체 제어장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 이때, 본 명세서 및 도면에 있어서는, 기능이 실질적으로 같은 구성요소에는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브장치의 구성을 도시한 도면이며, 밸브가 완전 폐쇄시의 상태를 나타내고 있고, 도 2는 도 1의 요부의 확대 단면도, 도 3은 조정용 액추에이터로서의 압전 액추에이터의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이때, 이하의 설명에 있어서 상측 방향을 개방 방향 A1, 하측 방향을 폐쇄 방향 A2로 한다.
도 1에 있어서, 1은 밸브장치, 10은 밸브 보디, 20은 밸브체로서의 다이어프램, 38은 다이어프램 누르개, 30은 본네트, 40은 조작부재, 50은 케이싱, 60은 주 액추에이터, 70은 조정 보디, 80은 액추에이터 누르개, 90은 코일스프링, 100은 조정용 액추에이터로서의 압전 액추에이터, 110은 액추에이터 받이, 120은 탄성부재로서의 디스크 스프링, OR는 씰부재로서의 O링을 나타내고 있다.
밸브 보디(10)는, 스테인레스 강에 의해 형성되어 있고, 블록 형상의 밸브 보디 본체(10a)와, 밸브 보디 본체(10a)의 옆쪽으로부터 각각 돌출하는 접속부(10b, 10c)를 갖고, 유로(12, 13)를 획정하고 있다. 유로(12, 13)의 일단은, 접속부(10b, 10c)의 단부면에서 각각 개구하고, 타단은 윗쪽이 개방된 오목 형상의 밸브실(14)에 연통하고 있다. 밸브실(14)의 저면에는, 유로 12의 타단측의 개구 가장자리에 설치된 장착 홈에 합성 수지(PFA, PA, PI, PCTFE 등)제의 밸브 시트(15)가 끼워맞추어 고정되어 있다. 이때, 본실시형태에서는 도 2로부터 명확한 것과 같이, 코킹가공에 의해 밸브 시트(15)가 장착 홈 내에 고정되어 있다.
다이어프램(20)은, 밸브 보디(10)의 유로(12, 13)를 개폐 가능하게 설치된 밸브체이며, 밸브 시트(15)의 윗쪽에 설치되어 있고, 밸브실(14)의 기밀을 유지하는 동시에, 그것의 중앙부가 상하 이동동해서 밸브 시트(15)에 당접 및 분리함으로써, 유로(12, 13)를 개폐한다. 본실시형태에서는, 다이어프램(20)은, 특수 스테인레스강 등의 금속제 박판 및 니켈·코발트 합금 박판의 중앙부를 윗쪽으로 볼록하게 돌출시킴으로써, 위로 볼록한 원호 형상이 자연 상태인 구각형으로 되어 있다.
이 특수 스테인레스강 박판 3매와 니켈·코발트 합금 박판 1매가 적층되어 다이어프램(20)이 구성되어 있다.
다이어프램(20)은, 그것의 가장자리 부분이 밸브실(14)의 내주면의 돌출부 위에 재치되고, 밸브실(14) 내에 삽입한 본네트(30)의 하단부를 밸브 보디(10)의 나사부(16)에 비틀어 박는 것에 의해, 스테인레스 합금제의 누르개 어댑터(25)를 거쳐 밸브 보디(10)의 상기 돌출부측으로 눌러져, 기밀상태로 끼워 지지되어 고정되어 있다. 이때, 한편, 니켈·코발트 합금 박막은, 접 가스측에 배치되어 있다.
이때, 다이어프램으로서는, 다른 구성의 것도 사용가능하다.
조작부재(40)는, 다이어프램(20)에 유로(12, 13)를 개폐시키도록 다이어프램(20)을 조작하기 위한 부재이며, 대략 원통 형상으로 형성되고, 하단측이 폐쇄부(48)에 의해 폐쇄되고, 상단측이 개구하고 있고, 본네트(30)의 내주면과 케이싱(50) 내에 형성된 통형부(51)의 내주면에 끼워맞추어져, 상하 방향으로 이동이 자유롭게 지지되어 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 나타내는 A1, A2는 조작부재(40)의 개폐 방향이며, A1은 개방 방향, A2는 폐쇄 방향을 나타내고 있다. 본실시형태에서는, 밸브 보디(10)에 대하여 상측 방향이 개방 방향 A1이며, 하측 방향이 폐쇄 방향 A2이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
조작부재(40)의 하단면에는 다이어프램(20)의 중앙부 윗면에 당접하는 폴리이미드 등의 합성 수지제의 다이어프램 누르개(38)가 장착되어 있다.
조작부재(40)의 외주면에 형성된 플랜지부(45)의 윗면과, 케이싱의 천정면 사이에는, 코일스프링(90)이 설치되고, 조작부재(40)는 코일스프링(90)에 의해 폐쇄 방향 A2를 향해서 상시 부세되어 있다. 이 때문에, 도 2에 나타낸 것과 같이, 주 액추에이터(60)가 작동하고 있지 않는 상태에서는, 다이어프램(20)은 밸브 시트(15)에 눌러지고, 유로(12, 13)의 사이는 닫힌 상태로 되어 있다.
이때, 플랜지부(45)는, 조작부재(40)와 일체이어도, 별체이어도 된다.
코일스프링(90)은, 케이싱(50)의 내주면과 통형부(51) 사이에 형성된 유지부(52)에 수용되어 있다. 본실시형태에서는, 코일스프링(90)을 사용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 디스크 스프링이나 판 스프링 등의 다른 종류의 스프링을 사용할 수 있다.
케이싱(50)은, 그것의 하단부 내주가 본네트(30)의 상단부 외주에 형성된 나사부(36)에 비틀어 박힘으로써, 본네트(30)에 고정되어 있다. 이때, 본네트(30) 상단면과 케이싱(50) 사이에는, 고리 형상의 벌크헤드(63)가 고정되어 있다.
조작부재(40)의 외주면과, 케이싱(50) 및 본네트(30) 사이에는, 벌크헤드(63)에 의해 상하로 구획된 실린더 실 C1, C2가 형성되어 있다.
상측의 실린더 실 C1에는, 고리 형상으로 형성된 피스톤 61이 끼워맞춤 삽입되고, 하측의 실린더 실 C2에는, 고리 형상으로 형성된 피스톤 62가 끼워맞춤 삽입되어 있다. 이들 실린더 실 C1, C2 및 피스톤(61, 62), 조작부재(40)를 개방 방향 A1로 이동시키는 주 액추에이터(60)를 구성하고 있다. 주 액추에이터(60)는, 2개의 피스톤(61, 62)을 사용해서 압력의 작용 면적을 증가시킴으로써, 조작 가스에 의한 힘을 증가시킬 수 있도록 되어 있다.
실린더 실 C1의 피스톤 61의 상측의 공간은, 통기로(53)에 의해 대기에 연결된다. 실린더 실 C2의 피스톤 62의 상측의 공간은, 통기로 h1에 의해 대기에 연결된다.
실린더 실 C1, C2의 피스톤(61, 62)의 하측의 공간은 고압의 조작 가스가 공급되기 때문에, O링 OR에 의해 기밀이 유지되어 있다. 이들 공간은, 조작부재(40)에 형성된 유통로 41, 42와 각각 연통하고 있다. 유통로 41, 42는, 조작부재(40)의 내주면과 압전 액추에이터(100)의 케이스 본체(101)의 외주면 사이에 형성된 유통로 Ch에 연통하고, 이 유통로 Ch는, 조작부재(40)의 상단면과, 케이싱(50)의 통형부(51)와 조정 보디(70)의 하단면으로 형성되는 공간 SP과 연통하고 있다. 그리고, 고리 형상의 액추에이터 누르개(80)에 형성된 유통로 81은, 공간 SP과 조정 보디(70)의 중심부를 관통하는 유통로 71과를 접속하고 있다. 조정 보디(70)의 유통로 71은, 관 조인트(150)를 거쳐 관(160)과 연통하고 있다.
압전 액추에이터(100)는, 도 3에 나타내는 원통 형상의 케이스 본체(101)에 도시하지 않은 적층된 압전소자를 내장하고 있다. 케이스 본체(101)는, 스테인레스 합금 등의 금속제로, 반구형의 선단부(102)측의 단부면 및 기단부(103)측의 단부면이 폐쇄되어 있다. 적층된 압전소자에 전압을 인가해서 신장시킴으로써, 케이스 본체(101)의 선단부(102)측의 단부면이 탄성변형하고, 반구형의 선단부(102)가 길이 방향에 있어서 변위한다. 적층된 압전소자의 최대 스트로크를 2d로 하면, 압전 액추에이터(100)의 늘어남이 d가 되는 소정 전압 V0을 미리 걸어 둠으로써, 압전 액추에이터(100)의 전체 길이는 L0이 된다. 그리고, 소정 전압 V0보다도 높은 전압을 걸면, 압전 액추에이터(100)의 전체 길이는 최대로 L0+d가 되고, 소정 전압 V0보다도 낮은 전압(무전압을 포함한다)을 걸면, 압전 액추에이터(100)의 전체 길이는 최소로 L0-d가 된다. 따라서, 개폐 방향 A1, A2에 있어서 선단부(102)로부터 기단부(103)까지의 전체 길이를 신축시킬 수 있다. 이때, 본실시형태에서는, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)를 반구형으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 선단부가 평탄면이어도 된다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)에의 급전은, 배선(105)에 의해 행해진다. 배선(105)은, 조정 보디(70)의 유통로 71 및 관 조인트(150)를 통해서 관(160)으로 이끌어지고 있고, 관(160)의 도중으로부터 외부로 인출되어 있다.
압전 액추에이터(100)의 기단부(103)의 개폐 방향의 위치는, 액추에이터 누르개(80)를 거쳐 조정 보디(70)의 하단면에 의해 규정되어 있다. 조정 보디(70)는, 케이싱(50)의 상부에 형성된 나사 구멍(56)에 조정 보디(70)의 외주면에 설치된 나사부가 비틀어 박아져 있고, 조정 보디(70)의 개폐 방향 A1, A2의 위치를 조정함으로써, 압전 액추에이터(100)의 개폐 방향 A1, A2의 위치를 조정할 수 있다.
압전 액추에이터(100)의 선단부(102)는, 도 2에 나타낸 것과 같이 원반형의 액추에이터 받이(110)의 윗면에 형성된 원추면 형상의 받이 면(110a)에 당접하고 있다. 액추에이터 받이(110)는, 개폐 방향 A1, A2로 이동 가능하게 되어 있다.
액추에이터 받이(110)의 밑면과 조작부재(40)의 폐쇄부(48)의 윗면 사이에는, 탄성부재로서의 디스크 스프링(120)이 설치되어 있다. 도 2에 나타내는 상태에 있어서, 디스크 스프링(120)은 이미 어느 정도 압축되어 탄성변형하고 있고, 이 디스크 스프링(120)의 복원력에 의해, 액추에이터 받이(110)는 개방 방향 A1을 향해서 상시 부세되어 있다. 이에 따라, 압전 액추에이터(100)도 개방 방향 A1을 향해서 항상 부세되어, 기단부(103)의 윗면이 액추에이터 누르개(80)에 눌러진 상태로 되어 있다. 이에 따라, 압전 액추에이터(100)는, 밸브 보디(10)에 대하여 소정의 위치에 배치된다. 압전 액추에이터(100)는, 어느쪽의 부재에도 연결되지 않고 있으므로, 조작부재(40)에 대하여 개폐 방향 A1, A2에 있어서 상대적으로 이동가능하다.
디스크 스프링(120)의 개수나 방향은 조건에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 디스크 스프링(120) 이외에도 코일스프링, 판스프링 등의 다른 탄성부재를 사용할 수 있지만, 디스크 스프링을 사용하면, 스프링 강성이나 스트로크 등을 조정하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 다이어프램(20)이 밸브 시트(15)에 당접해서 밸브가 닫힌 상태에서는, 액추에이터 받이(110)의 밑면측의 규제면(110t)과, 조작부재(40)의 폐쇄부(48)의 윗면측의 당접면(40t) 사이에는 틈이 형성되어 있다. 이 틈의 거리가 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf에 해당한다. 리프트 량 Lf는, 밸브의 개방도, 즉, 유량을 규정한다. 리프트 량 Lf가, 상기한 조정 보디(70)의 개폐 방향 A1, A2의 위치를 조정함으로써 변경할 수 있다. 도 2에 나타내는 상태의 조작부재(40)는, 당접면(40t)을 기준으로 하면, 폐쇄 위치 CP에 위치한다. 이 당접면(40t)이, 액추에이터 받이(110)의 규제면(110t)에 당접하는 위치, 즉, 개방 위치 OP로 이동하면, 다이어프램(20)이 밸브 시트(15)로부터 리프트 량 Lf 만큼 떨어진다.
다음에, 상기 구성의 밸브장치(1)의 동작에 대해서 도 4∼도 6b를 참조해서 설명한다.
도 4에 나타낸 것과 같이 관(160)을 통해 소정 압력의 조작 가스 G를 밸브장치(1) 내부에 공급하면, 피스톤(61, 62)으로부터 조작부재(40)에 개방 방향 A1로 밀어올리는 추진력이 작용한다. 조작 가스 G의 압력은, 조작부재(40)에 코일스프링(90) 및 디스크 스프링(120)으로부터 작용하는 폐쇄 방향 A2의 부세력에 저항해서 조작부재(40)를 개방 방향 A1로 이동시키는데 충분한 값으로 설정되어 있다. 이러한 조작 가스 G가 공급되면, 도 5에 나타낸 것과 같이, 조작부재(40)는 디스크 스프링(120)을 더 압축하면서 개방 방향 A1로 이동하어, 액추에이터 받이(110)의 규제면(110t)에 조작부재(40)의 당접면(40t)이 당접하어, 액추에이터 받이(110)는 조작부재(40)로부터 개방 방향 A1로 향하는 힘을 받는다. 이 힘은, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)를 통해, 압전 액추에이터(100)를 개폐 방향 A1, A2로 압축하는 힘으로서 작용하지만, 압전 액추에이터(100)는 이 힘에 저항하는 충분한 강성을 갖는다. 따라서, 조작부재(40)에 작용하는 개방 방향 A1의 힘은, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)에서 막아내져, 조작부재(40)의 A1 방향의 이동은, 개방 위치 OP에 있어서 규제된다. 이 상태에 있어서, 다이어프램(20)은, 밸브 시트(15)로부터 상기한 리프트 량 Lf 만큼 격리한다.
도 5에 나타내는 상태에 있어서의 밸브장치(1)의 유로 13으로부터 출력하여 공급되는 유체의 유량을 조정하고 싶을 경우에는, 압전 액추에이터(100)를 작동시킨다. 도6a 및 도 6b의 중심선 Ct의 좌측은, 도 5에 나타내는 상태를 나타내고 있고, 중심선 Ct의 우측은 조작부재(40)의 개폐 방향 A1, A2의 위치를 조정한 후의 상태를 나타내고 있다.
유체의 유량을 감소시키는 방향으로 조정할 경우에는, 도6a에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)를 신장시켜, 조작부재(40)를 폐쇄 방향 A2로 이동시킨다. 이에 따라, 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 거리인 조정후의 리프트 량 Lf-은, 조정전의 리프트 량 Lf보다도 작아진다.
유체의 유량을 증가시키는 방향으로 조정할 경우에는, 도 6b에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)를 단축시켜, 조작부재(40)를 개방 방향 A1로 이동시킨다. 이에 따라, 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 거리인 조정후의 리프트 량 Lf+은, 조정전의 리프트 량 Lf보다도 커진다.
본실시형태에서는, 다이어프램(20)의 리프트 량의 최대값은 100∼200㎛ 정도로, 압전 액추에이터(100)에 의한 조정량은 ±20㎛ 정도이다.
즉, 압전 액추에이터(100)의 스트로크에서는, 다이어프램(20)의 리프트 량을 커버할 수 없지만, 조작 가스 G로 동작하는 주 액추에이터(60)와 압전 액추에이터(100)를 병용함으로써, 상대적으로 스트로크가 긴 주 액추에이터(60)로 밸브장치(1)가 공급하는 유량을 확보하면서, 상대적으로 스트로크가 짧은 압전 액추에이터(100)로 정밀하게 유량 조정할 수 있어, 조정 보디(70) 등에 의해 수동으로 유량 조정을 할 필요가 없어지므로, 유량 조정 공정수가 대폭 삭감된다.
본 실시형태에 따르면, 압전 액추에이터(100)에 인가하는 전압을 변화시키는 것 만으로 정밀한 유량 조정이 가능하므로, 유량 조정을 곧바로 실행할 수 있는 동시에, 실시간으로 유량 제어를 하는 것도 가능해진다.
유량 자동 조정
상기 실시형태에서는 유량을 조정할 때에, 유량 조정량(리프트 량)이 미리 기지인 것이 전제이다.
그렇지만, 밸브장치(1)를 구성하는 다이어프램(20), 디스크 스프링(120), 코일스프링(90) 등의 구성요소의 기계적 특성은, 밸브장치(1)의 개폐 빈도나 가동 기간에 따라 변화되어 간다. 예를 들면, 다이어프램(20)의 초기 단계의 복원력과, 장기간 사용한 후의 복원력을 비교하면, 초기 단계의 복원력 쪽이 크다. 이 때문에, 밸브장치(1)의 개폐 동작을 장기간 반복해 가면, 서서히 상기한 바와 같은 구성요소의 기계 특성의 변화에 의해, 미리 설정한 유량으로부터 괴리가 생긴다.
그렇지만, 소형화, 집적화가 진행된 밸브장치에서는, 유량의 변동을 모니터하는 외부 센서 등을 설치하는 것은 실용적이지 않고, 장치의 비용도 높아져 버린다.
여기에서는, 유량의 변동을 모니터하는 외부 센서 등을 설치해서 검출하는 것 대신에, 압전 액추에이터(100)를 센서로서도 사용하여, 유량 조정의 자동화의 일례에 대해서 도 7∼도 9를 참조해서 설명한다.
도 7에 나타낸 것과 같이 압전 액추에이터(100)를 구동하는 구동회로(200)는, 검출부(210) 및 제어부(220)를 갖는다.
여기에서, 압전 액추에이터(100)의 전기적 등가 모델은, 전기적 공진주파수 미만의 저주파 영역에 있어서는, 도 8의 파선중에 나타낸 것과 같이, 변형에 의한 전압원(전압신호로도 부른다) Vp과 커패시터 Cp을 직렬로 접속한 것으로 근사할 수 있다.
전압원 Vp은, 압전소자의 변형에 비례하기 때문에, 압전소자의 양쪽 단자 전압을 측정함으로써 압전소자의 외력에 의한 변형을 검지할 수 있다. 즉, 압전 액추에이터(100)를, 외력을 검지하는 센서로서도 사용할 수 있다.
압전 액추에이터(100)의 압전소자의 변형량은, 외력에 의한 압전소자의 변형에 기인하는 성분과, 인가 전압 Va에 의한 압전소자의 변형에 기인하는 성분의 합이 된다.
압전 액추에이터(100)의 압전소자에 인가 전압 Va가 걸린 상태에서 변형에 의한 전압원 Vp을 추출하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 것과 같이, 브리지회로를 구성하고, 압전소자의 자기 검출 변형을 추출한다. 이 브리지회로에서는, 제어 전압 Vc이 압전소자에 직접 인가되는 것은 아니고, Va=Vc-V1이다. 이때, 도 8의 브리지회로에 있어서, C1은 참조 커패시터, C2는 게인 커패시터다.
센서 전압 Vs를, V1-V2로 정의하고, C1=Cp가 되도록 조정하면, 센서 전압 Vs는,
Vs=Vp×Cp/(Cp+C2)=K×Vp (1)
이렇게, 제어 전압 Vc의 영향을 제거하고, 압전소자의 변형에 관한 전압신호 Vp에만 게인 K이 걸린 분압의 형태로 센서 전압 Vs를 추출할 수 있다.
유량 조정은, 도 9에 나타낸 것과 같이, 주 액추에이터(60)를 구동해서 밸브를 개방한다(스텝 ST1). 이 상태에서는, 압전 액추에이터(100)에는, 코일스프링(90)의 복원력 등의 외력이 작용하여, 압전소자에 변형이 생기고 있다. 여기에서, 미리 설정된 소정의 제어 전압 Vc을 인가한다(스텝 ST2). 이에 따라, 압전 액추에이터(100)의 압전소자의 변형량은, 외력에 의한 압전소자의 변형에 기인하는 성분과, 인가 전압 Va에 의한 압전소자의 변형에 기인하는 성분이 포함된 상태가 된다.
그리고, 상기한 센서 전압 Vs를 검출한다(스텝 ST3).
밸브장치(1)의 초기 설정 상태에 있어서의 센서 전압을 Vs0으로 하면, 밸브장치(1)의 기계적 특성(코일스프링(90)과 다이어프램(20)의 기계적 특성)이 경시, 경년 등에 의해 변화하고 있는 것으로 하면, 검출된 센서 전압 Vs의 값도 초기의 센서 전압 Vs0과는 다르다. 검출된 센서 전압 Vs와 초기의 센서 전압 Vs0의 편차 ΔV를 산출하면(스텝 ST4), 밸브장치(1)의 기계 특성의 변화의 크기에 비례한 값으로 된다고 예상된다. 밸브장치(1)의 기계 특성의 변화가 유량 변화의 주원인이므로, 편차 ΔV의 크기에 따라 유량 조정량(개도 조정량)을 결정한다(스텝 ST5). 그리고, 결정한 개방도 조정량에 따른 제어 전압 Vc'을 결정하여, 압전 액추에이터(100)에 제공한다(스텝 ST6).
이때, 상기한 유량 조정의 절차는 일례이며, 이 이외에도, 다양한 방법을 채용할 수 있다. 도 8에 나타낸 브리지회로에서 압전소자의 변형량에 관한 전압신호Vp 만을 추출했을 경우를 예시했지만, 외부 센서를 이용하지 않고 압전소자의 변형량에 관한 전압신호 Vp을 추출할 수 있는 것이라면, 다른 방법을 채용할 수 있다.
다음에, 도 10을 참조하여, 상기한 밸브장치(1)의 적용예에 대해 설명한다.
도 10에 나타내는 시스템은, ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스를 실행하기 위한 반도체 제조장치(1000)로서, 300은 프로세스 가스 공급원, 400은 가스 박스, 500은 탱크, 600은 콘트롤러, 700은 처리 챔버, 800은 배기 펌프를 나타내고 있다.
ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 유량을 정밀하게 조정할 필요가 있는 동시에, 기판의 대구경화에 의해, 처리 가스의 유량을 어느 정도 확보할 필요도 있다.
가스 박스(400)는, 정확하게 계량한 프로세스 가스를 처리 챔버(700)에 공급하기 위해서, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러 등의 각종의 유체기기를 집적화해서 박스에 수용한 유체 제어장치다.
탱크(500)는, 가스 박스(400)로부터 공급되는 처리 가스를 일시적으로 저장하는 버퍼로서 기능한다.
콘트롤러(600)는, 밸브장치(1)에의 조작 가스 G의 공급 제어나 압전 액추에이터(100)에 의한 유량 조정 제어를 실행하는 지령을 준다.
처리 챔버(700)는, ALD법에 의한 기판에의 막형성을 위한 밀폐 처리 공간을 제공한다.
배기 펌프(800)는, 처리 챔버(700) 내부를 진공처리한다.
상기와 같은 시스템 구성에 따르면, 콘트롤러(600)로부터 밸브장치(1)에 유량 조정을 위한 지령을 보내면, 처리 가스의 초기 조정이 가능해진다.
또한, 처리 챔버(700) 내에서 성막 프로세스를 실행 도중이라도, 처리 가스의 유량 조정이 가능해서, 실시간으로 처리 가스 유량의 최적화를 할 수 있다.
상기 적용예에서는, 밸브장치(1)를 ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에 사용할 경우에 대해서 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은, 정밀한 유량 조정이 필요한 모든 대상에 적용가능하다.
상기 실시형태에서는 주 액추에이터로서, 가스압으로 작동하는 실린더 실에 내장된 피스톤을 사용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 제어 대상에 따라 최적의 액추에이터를 여러가지로 선택가능하다.
상기 실시형태에서는 소위 노멀리 클로즈 타입의 밸브를 예로 들었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 노멀리 오픈 타입의 밸브에도 적용가능하다. 이 경우에는, 예를 들면, 밸브체의 개방도 조정을 조정용 액추에이터에서 행하도록 하면 된다.
상기 실시형태에서는, 밸브체로서 다이어프램을 예시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 종류의 밸브체를 채용하는 것도 가능하다.
상기 실시형태에서는, 압전소자의 변형에 관한 전압신호를 추출할 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 압전소자의 변형에 관한 전류신호를 추출하는 회로를 채용하는 것도 가능하다.
도 11을 참조하여, 본 발명의 밸브장치가 적용되는 유체 제어장치의 일례를 설명한다.
도 11에 나타내는 유체 제어장치에는, 폭방향 W1, W2를 따라 배열되고 길이 방향 G1, G2로 뻗는 금속제의 베이스 플레이트 BS가 설치되어 있다. 이때, W1은 정면측, W2는 배면측, G1은 상류측, G2는 하류측의 방향을 나타내고 있다. 베이스 플레이트 BS에는, 복수의 유로 블록(992)을 거쳐 각종 유체기기(991A∼991E)가 설치되고, 복수의 유로 블록(992)에 의해, 상류측 G1로부터 하류측 G2를 향해서 유체가 유통하는 도시하지 않은 유로가 각각 형성되어 있다.
여기에서, 「유체기기」란, 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어장치에 사용되는 기기이며, 유체 유로를 획정하는 보디를 구비하고, 이 보디의 표면에서 개구하는 적어도 2개의 유로구를 갖는 기기다. 구체적으로는, 개폐 밸브(2방향 밸브)(991A), 레귤레이터(991B), 프레셔 게이지(991C), 개폐 밸브(3방향 밸브)(991D), 매스 플로우 콘트롤러(991E) 등이 포함되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 이때, 도입 관(993)은, 상기한 도시하지 않은 유로의 상류측의 유로구에 접속되어 있다.
본 발명은, 상기한 개폐 밸브 991A, 991D, 레귤레이터(991B) 등의 다양한 밸브장치에 적용가능하다.
1: 밸브장치
10: 밸브 보디
10a: 밸브 보디 본체
10b: 접속부
10c: 접속부
12: 유로
13: 유로
14: 밸브실
15: 밸브 시트
16: 나사부
20: 다이어프램
25: 누르개 어댑터
30: 본네트
36: 나사부
38: 다이어프램 누르개
40: 조작부재
40t: 당접면
41: 유통로
42: 유통로
45: 플랜지부
48: 폐쇄부
50: 케이싱
51: 통형부
52: 유지부
53: 통기로
56: 나사 구멍
60: 주 액추에이터
61: 피스톤
62: 피스톤
63: 벌크헤드
70: 조정 보디
71: 유통로
80: 액추에이터 누르개
81: 유통로
90: 코일스프링
100: 압전 액추에이터
101: 케이스 본체
102: 선단부
103: 기단부
105: 배선
110: 액추에이터 받이
110a: 받이 면
110t: 규제면
120: 디스크 스프링
150: 관 조인트
160: 관
200: 구동회로
210: 검출부
220: 제어부
300: 프로세스 가스 공급원
400: 가스 박스
500: 탱크
600: 콘트롤러
700: 처리 챔버
800: 배기 펌프
991A: 개폐 밸브
991B: 레귤레이터
991C: 프레셔 게이지
991D: 개폐 밸브
991E: 매스 플로우 콘트롤러
992: 유로 블록
993: 도입 관
1000: 반도체 제조장치
A1: 개방 방향
A2: 폐쇄 방향
BS: 베이스 플레이트
C1: 실린더 실
C2: 실린더 실
CP: 폐쇄 위치
Ch: 유통로
Cp: 커패시터
Ct: 중심선
G: 조작 가스
G1: 길이 방향(상류측)
G2: 길이 방향(하류측)
K: 게인
L0: 전체 길이
Lf: 리프트 량
OP: 개방 위치
OR: O링
SP: 공간
ST1: 스텝
ST2: 스텝
ST3: 스텝
ST4: 스텝
ST5: 스텝
ST6: 스텝
V0: 소정 전압
Va: 인가 전압
Vc: 제어 전압
Vc': 제어 전압
Vp: 전압원(전압신호)
Vs: 센서 전압
Vs0: 센서 전압
W1, W2: 폭방향
h1: 통기로
ΔV: 편차

Claims (8)

  1. 유로를 획정하는 밸브 보디와, 상기 밸브 보디의 유로를 개폐 가능하게 설치된 밸브체와, 상기 밸브체에 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 밸브체에 유로를 개방시키는 개방 위치 사이에서 이동가능하게 설치되고, 상기 밸브체를 조작하는 조작부재를 갖는 밸브장치로서,
    상기 개방 위치에 위치한 상기 조작부재의 위치를 조정하기 위한 압전소자를 이용한 조정용 액추에이터를 갖고,
    상기 조정용 액추에이터의 구동회로는, 상기 압전소자에 생기는 변형량에 관한 전기신호를 검출하는 검출부와,
    상기 압전소자의 변형량에 관한 전기신호에 근거하여, 상기 밸브체에 의한 상기 유로의 개방도가 목표 개방도가 되도록 상기 조정용 액추에이터를 제어하는 제어부를 갖는 밸브장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조작부재를 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치의 한쪽으로 이동시키는 주 액추에이터와,
    상기 조작부재를 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치의 다른 쪽으로 이동시키는 스프링 기구를 갖고,
    상기 조정용 액추에이터는, 상기 주 액추에이터 또는 상기 스프링 기구에 의해 상기 개방 위치에 위치한 상기 조작부재의 위치를 조정하는 밸브장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 기재된 밸브장치의 유량 조정방법으로서,
    상기 조정용 액추에이터의 구동회로에 있어서, 상기 압전소자에 생기는 변형량에 관한 전기신호를 추출하고,
    검출한 상기 압전소자의 변형량에 관한 전기신호에 근거하여, 상기 밸브체에 의한 상기 유로의 개방도가 목표 개방도가 되도록 상기 조정용 액추에이터를 제어하는 것을 포함하는 유량 조정방법.
  4. 청구항 2에 기재된 밸브장치의 유량 조정방법으로서,
    상기 주 액추에이터를 구동해서 상기 밸브체에 유로를 개방시키고,
    상기 조정 작업 미리 설정된 제어 전압을 상기 압전소자에 인가하고,
    상기 제어 전압이 인가된 상기 압전소자의 변형에 관한 전기신호를 추출하고,
    상기 전기신호에 근거하여, 개방도 조정량을 결정하고,
    결정한 개방도 조정량에 따른 제어신호를 상기 조정용 액추에이터에 입력하는 것을 포함하는 유량 조정방법.
  5. 상류측에서 하류측을 향해서 복수의 유체기기가 배열된 유체 제어장치로서,
    상기 복수의 유체기기는, 청구항 1 또는 2에 기재된 밸브장치를 포함하는 유체 제어장치.
  6. 청구항 1 또는 2의 밸브장치를 사용하여, 유체의 유량을 제어하는 유량 제어방법.
  7. 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량 제어에 청구항 1 또는 2에 기재된 밸브장치를 사용하는 반도체 제조방법.
  8. 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유량 제어에 청구항 1 또는 2에 기재된 밸브장치를 사용하는 반도체 제조장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102312480B1 (ko) * 2016-11-08 2021-10-14 가부시키가이샤 후지킨 밸브 장치, 이 밸브 장치를 사용한 유량제어방법 및 반도체 제조 방법
JP7475631B2 (ja) * 2017-11-24 2024-04-30 株式会社フジキン バルブ装置およびその制御装置を用いた制御方法、流体制御装置および半導体製造装置
US11598430B2 (en) * 2019-01-31 2023-03-07 Fujikin Incorporated Valve device, flow rate control method, fluid control device, semiconductor manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus using the valve device
JP7333944B2 (ja) * 2019-06-27 2023-08-28 株式会社フジキン 流体制御装置
IL268254B2 (en) * 2019-07-24 2024-10-01 Ham Let Israel Canada Ltd Flow control accessory
KR20230159410A (ko) * 2021-03-22 2023-11-21 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 반도체 장치의 제조 방법, 표시 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
CN113248045B (zh) * 2021-05-18 2021-12-07 浙江备得福食品有限公司 一种基于多级处理的农业废水的处理装置及方法
EP4425112A2 (en) * 2021-06-18 2024-09-04 Victaulic Company Calibrated flow rate sensing and flow control device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050106096A (ko) * 2005-09-07 2005-11-08 씨케이디 가부시키 가이샤 유량 제어 밸브
JP2007064333A (ja) 2005-08-30 2007-03-15 Fujikin Inc ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁
JP2008008356A (ja) * 2006-06-28 2008-01-17 Noiberuku Kk 圧電駆動装置、バルブおよびブレーキ装置
JP2013210095A (ja) * 2012-03-12 2013-10-10 Msp Corp 膜蒸着のための液体流量制御
JP2015124851A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 株式会社フジキン 流体制御装置
JP2016121776A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 株式会社フジキン 流体制御器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0762502B2 (ja) 1986-06-09 1995-07-05 日本電装株式会社 制御弁
US5092360A (en) * 1989-11-14 1992-03-03 Hitachi Metals, Ltd. Flow rated control valve using a high-temperature stacked-type displacement device
CN2086352U (zh) * 1991-01-30 1991-10-09 张卓行 一种膜片式截止阀
JPH0783351A (ja) 1993-09-10 1995-03-28 Com:Kk 弁体開閉表示方法およびその装置
JP2001317646A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Smc Corp 圧電式流体制御弁
IT1320475B1 (it) * 2000-06-30 2003-11-26 Fiat Ricerche Attuatore piezoelettrico autocompensato per una valvola di controllo.
US20030042459A1 (en) * 2001-08-29 2003-03-06 Gregoire Roger J. Unitary diaphragm and seat assembly
CN1751200A (zh) * 2003-03-07 2006-03-22 喜开理株式会社 流量控制阀
JP4237781B2 (ja) * 2006-06-29 2009-03-11 シーケーディ株式会社 流量制御弁
JP4933936B2 (ja) * 2007-03-30 2012-05-16 株式会社フジキン 圧電素子駆動式制御弁
CN201344278Y (zh) * 2009-03-10 2009-11-11 蒋可贞 高流量膜片式电磁阀
US20130000758A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Agilent Technologies, Inc. Microfluidic device and external piezoelectric actuator
US20130000759A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Agilent Technologies, Inc. Microfluidic device and external piezoelectric actuator
KR102009242B1 (ko) * 2015-08-21 2019-08-09 가부시키가이샤 후지킨 압전식 리니어 액츄에이터, 압전 구동 밸브 및 유량 제어 장치
KR102312480B1 (ko) * 2016-11-08 2021-10-14 가부시키가이샤 후지킨 밸브 장치, 이 밸브 장치를 사용한 유량제어방법 및 반도체 제조 방법
CN110023659B (zh) * 2016-11-30 2021-01-29 株式会社富士金 阀装置、使用该阀装置的流量控制方法和半导体制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007064333A (ja) 2005-08-30 2007-03-15 Fujikin Inc ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁
KR20050106096A (ko) * 2005-09-07 2005-11-08 씨케이디 가부시키 가이샤 유량 제어 밸브
JP2008008356A (ja) * 2006-06-28 2008-01-17 Noiberuku Kk 圧電駆動装置、バルブおよびブレーキ装置
JP2013210095A (ja) * 2012-03-12 2013-10-10 Msp Corp 膜蒸着のための液体流量制御
JP2015124851A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 株式会社フジキン 流体制御装置
JP2016121776A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 株式会社フジキン 流体制御器

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WO2019059043A1 (ja) 2019-03-28
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US20200278033A1 (en) 2020-09-03

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