KR20220143125A - 밸브 시스템, 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법 및 출력 조정방법과 반도체 제조장치 - Google Patents

밸브 시스템, 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법 및 출력 조정방법과 반도체 제조장치 Download PDF

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토시히데 요시다
츠토무 시노하라
토모히로 나카타
류타로 탄노
유야 스즈키
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

주기적으로 개폐되는 밸브로부터 공급되는 가스 질량을 실시간으로 모니터링 가능하고, 밸브로부터 공급되는 가스의 출력 질량을 목표 질량에 가깝게 하도록 조정가능한 밸브 시스템을 제공한다. 다이어프램에 유로를 주기적으로 개폐시키도록 주 액추에이터(60)를 동작시키고, 변위 센서가 검출한 변위 데이터에 근거하여, 다이어프램과 밸브 시트의 간격을 통과해서 다이어프램 밸브로부터 출력되는 출력 질량을 산출하고, 산출한 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고, 결정한 조정 리프트 량으로 다이어프램(20)의 리프트 량(Lf)을 조정한다.

Description

밸브 시스템, 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법 및 출력 조정방법과 반도체 제조장치
본 발명은, 밸브 시스템, 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법 및 출력 조정방법과, 이 밸브 시스템을 사용한 반도체 제조장치에 관한 것이다.
원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의해 기판에 막을 퇴적시키는 성막공정이나 원자층 에칭(ALE: Atomic Layer Etching)에 의한 에칭 공정에서는, 처리 가스를 안정적으로 공급하기 위해 유체 제어장치로부터 공급되는 처리 가스를 버퍼로서의 탱크에 일시적으로 저류하고, 처리 챔버의 직근에 설치된 다이어프램 밸브를 고빈도로 개폐시켜 탱크로부터의 처리 가스를 진공 분위기의 처리 챔버에 공급하는 것이 행해지고 있다. 이때, 처리 챔버의 직근에 설치되는 다이어프램 밸브로서는, 예를 들면, 특허문헌 1을 참조.
ALD 기술이나 ALE 기술에 의한 반도체 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 가스 질량을 정밀하게 조정할 필요가 있다.
일본국 특개 2007-64333호 공보
그렇지만, 종래에 있어서는, 주기적으로 개폐되는 다이어프램 밸브로부터 공급되는 가스 질량을 실시간으로 모니터링할 수 없었다.
또한, 다이어프램 밸브의 기기 차이나 유로 저항의 차이 등에 의해, 복수의 다이어프램 밸브로부터 공급되는 가스의 출력 질량을 균등하게 제어하는 것도 곤란하였다.
본 발명의 한가지 목적은, 주기적으로 개폐되는 밸브로부터 공급되는 가스의 출력 질량을 실시간으로 모니터링 가능한 밸브 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 주기적으로 개폐되는 밸브로부터 공급되는 가스의 출력 질량을 목표 질량에 가깝게 하도록 조정가능한 밸브 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 밸브 시스템을 사용한 반도체 제조장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 밸브 시스템은, 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구를 포함하는 다이어프램 밸브와,
상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하는 변위 센서와,
상기 다이어프램에 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키는 구동 제어부와,
상기 변위 센서가 검출한 변위 데이터를 사용하여, 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출하는 출력 모니터링부를 갖는다.
바람직하게는, 상기 출력 모니터링부는, 상기 변위 센서가 검출하는 변위 데이터의 시간 적분에 근거하여, 상기 출력 질량을 산출하는 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 밸브 시스템은, 상기 개방 위치로 위치가 부여된 상기 조작부재에 의해 규정되는 상기 다이어프램의 리프트 량을 조정하기 위한 리프트 량 조정기구를 더 갖는다.
바람직하게는, 상기 출력 모니터링부가 산출하는 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고, 결정한 상기 조정 리프트 량으로 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정하게 하여 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 조정하는 출력 조정부를 더 갖는 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법은, 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구를 포함하는 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법으로서,
압력이 제어된 유체를 상기 다이어프램 밸브에 공급하고,
상기 다이어프램에게 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키고,
상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하고,
검출한 변위 데이터를 이용하여, 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출한다.
본 발명의 다이어프램 밸브의 출력 조정방법은, 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구와, 상기 개방 위치로 위치가 부여된 상기 조작부재에 의해 규정되는 상기 다이어프램 밸브의 리프트 량을 조정하기 위한 리프트 량 조정기구를 포함하는 다이어프램 밸브의 출력 조정방법으로서,
압력이 제어된 유체를 상기 다이어프램 밸브에 공급하고,
상기 다이어프램에게 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키고,
상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하고,
검출한 변위 데이터를 이용해서 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출하고,
산출한 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고, 결정한 조정 리프트 량으로 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정한다.
본 발명의 반도체 제조장치는, 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 공급 제어에 상기한 밸브 시스템을 사용한 반도체 제조장치이다.
본 발명에 따르면, 주기적으로 개폐되는 밸브로부터 공급되는 가스 질량을 실시간으로 모니터링 가능해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 밸브의 개폐마다 공급되는 유체의 출력 질량을 정밀하게 조정 가능해진다.
도1a는 다이어프램 밸브의 종단면도로서, 도1b의 1a-1a 선에 따른 단면도.
도1b는 도1a의 다이어프램 밸브의 평면도.
도1c는 도1a의 다이어프램 밸브의 액추에이터부의 확대 단면도.
도1d는 도1b의 1D-1D선에 따른 액추에이터부의 확대 단면도.
도1e는 도1a의 원 A 내부의 확대 단면도.
도2는 압전 액추에이터의 동작을 나타낸 설명도.
도3은 도1a의 다이어프램 밸브의 완전 폐쇄 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도.
도4는 도1a의 다이어프램 밸브의 완전 개방 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도.
도5는 도1a의 밸브장치의 유량 조정시(유량 감소시)의 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도.
도6은 도1a의 밸브장치의 유량 조정시(유량 증가시)의 상태를 설명하기 위한 요부의 확대 단면도.
도7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸브 시스템과, 이것의 반도체 제조장치의 프로세스 가스 제어계에의 적용예를 도시한 개략도.
도8은 다이어프램 밸브를 주기적으로 개폐했을 때의 조작부재의 시간적 변위 데이터 V, 다이어프램 밸브로부터의 출력(유량) Q 및 압력값의 일례를 나타낸 그래프.
도9a는 콘트롤러에 있어서의 처리의 일례를 나타낸 플로우차트.
도9b는 구동 제어 처리의 일례를 나타낸 플로우차트.
도9c는 출력 모니터링 처리의 일례를 나타낸 플로우차트.
도9d는 출력 조정 처리의 일례를 나타낸 플로우차트.
도9e는 출력 조정 처리의 다른 예를 나타낸 플로우차트.
다이어프램 밸브
도1a는, 다이어프램 밸브(1)의 구성예를 나타낸 단면도로서, 밸브가 완전 폐쇄시의 상태를 나타내고 있다. 도1b는 다이어프램 밸브(1)의 평면도, 도1c는 다이어프램 밸브(1)의 액추에이터부의 확대 종단면도, 도1d는 도1c와 90도 다른 방향의 액추에이터부의 확대 종단면도, 도1e는 도1a의 원 A 내부의 확대 단면도다. 이때, 이하의 설명에 있어서 도1a의 A1을 상측 방향, A2를 하측 방향으로 한다.
다이어프램 밸브(1)는, 지지 플레이트(302) 위에 설치된 수용 박스(301)와, 수용 박스(301) 내부에 설치된 밸브 본체(2)와, 수용 박스(301)의 천정부에 설치된 압력 레귤레이터(200)를 갖는다.
도1a∼도1e에 있어서, 10은 보디, 15는 밸브 시트, 20은 다이어프램, 25는 누르개 어댑터, 27은 액추에이터 받이, 30은 본네트, 40은 조작부재, 48은 다이어프램 누르개, 50은 케이싱, 60은 구동기구로서의 주 액추에이터, 70은 조정 보디, 80은 액추에이터 누르개, 85는 변위 센서, 86은 자기 센서, 87은 자석, 90은 코일 스프링, 100은 리프트 량 조정기구로서의 압전 액추에이터, 120은 디스크 스프링, 130은 격벽부재, 150은 공급관, 160은 리미트 스위치, OR는 씰 부재로서의 O링, G는 압축 에어를 나타낸다.
보디(10)는, 스테인레스 강 등의 금속에 의해 형성되어 있고, 유로 12, 13을 획정하고 있다. 유로 12는, 일단에 보디(10)의 일측면에서 개구하는 개구부 12a를 갖고, 개구부 12a에 관 조인트 601이 용접에 의해 접속되어 있다. 유로 12는, 타단(12b)이 보디(10)의 상하 방향 A1, A2로 뻗는 유로 12c와 접속되어 있다. 유로 12c의 상단부는, 보디(10)의 상면측에서 개구하고, 상단부는, 밸브 보디(10)의 상면측에 형성된 오목부(11)의 바닥서 개구하고, 하단부는 보디(10)의 하면측에서 개구하고 있다.
유로 12c의 상단부의 개구의 주위에 밸브 시트(15)가 설치되어 있다. 밸브 시트(15)는, 합성 수지(PFA, PA, PI, PCTFE 등)제이며, 유로 12c의 상단측의 개구 둘레에 설치된 장착 홈에 끼워맞추어 고정되어 있다. 이때, 본 실시형태에서는, 코킹가공에 의해 밸브 시트(15)가 장착 홈 내부에 고정되어 있다.
유로 13은, 일단이 밸브 보디(10)의 오목부(11)의 바닥면에서 개구하고, 또한, 타단에 보디(10)의 유로 12와는 반대측의 타측면에서 개구하는 개구부 13a를 갖고, 개구부 13a에 관 조인트 602가 용접에 의해 접속되어 있다.
다이어프램(20)은, 밸브 시트(15)의 윗쪽에 배치되어 있고, 유로 12c와 유로 13을 연통하는 유로를 획정하는 동시에, 그것의 중앙부가 상하 이동해서 밸브 시트(15)에 당접 및 이격함으로써, 유로 12, 13을 개폐한다. 본 실시형태에서는, 다이어프램(20)은, 특수 스테인레스 강 등의 금속제 박판 및 니켈·코발트 합금 박판의 중앙부를 윗쪽으로 팽출시킴으로써, 위로 볼록한 원호 형상이 자연 상태의 구각 형상으로 되어 있다. 이 특수 스테인레스 강 박판 3매와 니켈·코발트 합금 박판 1매가 적층되어 다이어프램(20)이 구성되어 있다.
다이어프램(20)은, 그것의 외주 가장자리부가 보디(10)의 오목부(11)의 바닥부에 형성된 돌출부 위에 재치되고, 오목부(11) 내부에 삽입한 본네트(30)의 하단부를 보디(10)의 나사부에 비틀어 박는 것에 의해, 스테인레스 합금제의 누르개 어댑터(25)를 거쳐 보디(10)의 상기 돌출부측으로 눌러져, 기밀 상태로 끼워 지지되어 고정되어 있다. 이때, 니켈·코발트 합금 박막은, 가스 접촉측에 배치되어 있는 다이어프램으로서는, 다른 구성의 것도 사용가능하다.
조작부재(40)는, 다이어프램(20)에 유로 12와 유로 13 사이를 개폐시키도록 다이어프램(20)을 조작하기 위한 부재로서, 대략 원통형으로 형성되고, 상단측이 개구하고 있다. 조작부재(40)는, 본네트(30)의 내주면에 O링 OR을 거쳐 끼워맞추어(도1c, 도1d 참조), 상하 방향 A1, A2로 이동이 자유롭게 지지되어 있다.
조작부재(40)의 하단면에는 다이어프램(20)의 중앙부 상면에 당접하는 폴리이미드 등의 합성 수지제의 누르개부를 갖는 다이어프램 누르개(48)가 장착되어 있다.
다이어프램 누르개(48)의 외주부에 형성된 플랜지부(48a)의 상면과, 본네트(30)의 천정면 사이에는, 코일 스프링(90)이 설치되어, 조작부재(40)는 코일 스프링(90)에 의해 하측 방향 A2를 향해 상시 부세되어 있다. 이 때문에, 주 액추에이터(60)가 작동하지 않고 있는 상태에서는, 다이어프램(20)은 밸브 시트(15)에 눌러져, 유로 12와 유로 13 사이는 닫힌 상태가 된다.
액추에이터 받이(27)의 하면과 다이어프램 누르개(48)의 상면 사이에는, 탄성부재로서의 디스크 스프링(120)이 설치되어 있다.
케이싱(50)은, 상측 케이싱 부재(51)와 하측 케이싱 부재(52)로 이루어지고, 하측 케이싱 부재(52)의 하단부 내주의 나사가 본네트(30)의 상단부 외주의 나사에 나사결합하고 있다. 또한, 하측 케이싱 부재(52)의 상단부 외주의 나사에 상측 케이싱 부재(51)의 하단부 내주의 나사가 나사결합하고 있다.
하측 케이싱 부재(52)의 상단부와 이것에 대향하는 상측 케이싱 부재(51)의 대향면(51f) 사이에는, 고리 형상의 벌크헤드(65)가 고정되어 있다. 벌크헤드(65)의 내주면과 조작부재(40)의 외주면 사이 및 벌크헤드(65)의 외주면과 상측 케이싱 부재(51)의 내주면 사이는, O링 OR에 의해 각각 씰되어 있다.
주 액추에이터(60)는, 고리 형상의 제1∼제3 피스톤(61, 62, 63)을 갖는다. 제1∼제3 피스톤(61, 62, 63)은, 조작부재(40)의 외주면에 끼워맞추어져 있고, 조작부재(40)와 함께 상하 방향 A1, A2로 이동 가능하게 되어 있다. 제1∼제3 피스톤(61, 62, 63)의 내주면과 조작부재(40)의 외주면 사이, 및, 제1∼제3 피스톤(61, 62, 63)의 외주면과 상측 케이싱 부재(51), 하측 케이싱 부재(52), 본네트(30)의 내주면 사이는 복수의 O링 OR으로 씰되어 있다.
도1c 및 도1d에 나타낸 것과 같이, 조작부재(40)의 내주면에는, 원통형의 격벽부재(130)가 이 조작부재(40)의 내주면과의 사이에 간격 GP1을 갖도록 고정되어 있다. 간격 GP1은, 격벽부재(130)의 상단측 및 하단측의 외주면과 조작부재(40)의 내주면 사이에 설치된 복수의 O링 OR1∼OR3에 의해 씰되고, 구동유체로서의 압축 에어 G의 유통로로 되고 있다. 이 간격 GP1으로 형성되는 유통로는, 압전 액추에이터(100)와 동심 형상으로 배치되어 있다. 후술하는 압전 액추에이터(100)의 케이싱(101)과 격벽부재(130) 사이에는, 간격 GP2가 형성되어 있다.
도1d에 나타낸 것과 같이 제1∼제3 피스톤(61, 62, 63)의 하면측에는, 각각 압력실 C1∼C3이 형성되어 있다.
조작부재(40)에는, 압력실 C1, C2, C3에 연통하는 위치에 있어서 반경 방향으로 관통하는 유통로(40h1, 40h2, 40h3)가 형성되어 있다. 유통로(40h1, 40h2, 40h3)는, 조작부재(40)의 둘레 방향으로 등간격으로 복수 형성되어 있다. 유통로(40h1, 40h2, 40h3)는, 상기한 간격 GP1으로 형성되는 유통로와 각각 접속되어 있다.
케이싱(50)의 상측 케이싱 부재(51)에는, 상면으로 개구하고 상하 방향 A1, A2로 뻗으며 또한 압력실 C1에 연통하는 유통로 51h가 형성되어 있다. 유통로 51h의 개구부에는, 관 조인트 152를 거쳐 공급관 150이 접속되어 있다. 이에 따라, 공급관 150으로부터 공급되는 압축 에어 G는, 상기한 각 유통로를 통해 압력실 C1, C2, C3에 공급된다.
케이싱(50) 내부의 제1 피스톤(61)의 윗쪽의 공간 SP은, 조정 보디(70)의 관통공(70a)을 통해 대기로 연결된다.
도1c에 나타낸 것과 같이, 리미트 스위치(160)는, 케이싱(50) 위에 설치되고 가동 핀(161)이 케이싱(50)을 관통해 제1 피스톤(61)의 상면에 접촉하고 있다. 리미트 스위치(160)는, 가동 핀(161)의 이동에 따라, 제1 피스톤(61)(조작부재(40))의 상하 방향 A1, A2의 이동량을 검출한다.
변위 센서
도1e에 나타낸 것과 같이, 변위 센서(85)는, 본네트(30)와 조작부재(40)에 설치되어 있고, 본네트(30)의 반경 방향을 따라 매립된 자기 센서(86)와, 이 자기 센서(86)에 대향하도록 조작부재(40)의 둘레 방향의 일부에 매립된 자석(87)을 포함한다.
자기 센서(86)는, 배선(86a)이 본네트(30)의 외부로 도출되어 있고, 배선(86a)은 급전선과 신호선으로 이루어지고, 신호선은 후술하는 콘트롤러(410)에 전기적으로 접속된다. 자기 센서(86)로서는, 예를 들면, 홀 소자를 이용한 것, 코일을 이용한 것, 자계의 힘이나 방향에 의해 저항값이 변화하는 AMR 소자를 이용한 것 등을 들 수 있고, 자석과의 조합에 의해, 위치 검지를 비접촉으로 할 수 있다.
자석(87)은, 상하 방향 A1, A2로 착자되어 있어도 되고, 반경 방향으로 착자되어 있어도 된다. 또한, 자석(87)은 링 형상으로 형성되어 있어도 된다.
이때, 본 실시형태에서는, 자기 센서(86)를 본네트(30)에 설치하고, 자석(87)을 조작부재(40)에 설치했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 누르개 어댑터(25)에 자기 센서(86)를 설치하고, 다이어프램 누르개(48)의 외주부에 형성된 플랜지부(48a)의 대향하는 위치에 자석(87)을 설치하는 것도 가능하다. 보디(10)에 대해 이동하는 측에 자석(87)을 설치하고, 밸브 보디(10) 또는 보디(10)에 대해 이동하지 않는 측에 자기 센서(86)를 설치하는 것이 바람직하다.
여기에서, 도2를 참조해서 압전 액추에이터(100)의 동작에 대해 설명한다.
압전 액추에이터(100)는, 도2에 나타낸 원통형의 케이싱(101)에 도시하지 않은 적층된 압전 소자를 내장하고 있다. 케이싱(101)은, 스테인레스 합금 등의 금속제이고, 반구형의 선단부(102)측의 단부면 및 기단부(103)측의 단부면이 막혀 있다. 적층된 압전 소자에 전압을 인가해서 신장시킴으로써, 케이싱(101)의 선단부(102)측의 단부면이 탄성변형하여, 반구형의 선단부(102)가 길이 방향에 있어서 변위한다. 적층된 압전 소자의 최대 스트로크를 2d로 하면, 압전 액추에이터(100)의 신장이 d가 되는 소정 전압 V0을 미리 걸어둠으로써, 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, 상하 방향 A1, A2에 있어서 선단부(102)로부터 기단부(103)까지의 전체 길이를 신축시킬 수 있다. 이때, 본 실시형태에서는, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)를 반구형으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 선단부가 평탄면이어도 된다.
도1a와 도1c에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)에의 급전은, 배선(105)에 의해 행해진다. 배선(105)은, 조정 보디(70)의 관통공(70a)을 통해 외부의 후술하는 콘트롤러(410)로 도출되어 있다.
압전 액추에이터(100)의 기단부(103)의 상하 방향의 위치는, 도1c와 도1d에 나타낸 것과 같이, 액추에이터 누르개(80)를 거쳐 조정 보디(70)의 하단면에 의해 규정되어 있다. 조정 보디(70)는, 케이싱(50)의 상부에 형성된 나사 구멍에 조정 보디(70)의 외주면에 설치된 나사부가 나사결합되어 있고, 조정 보디(70)의 상하 방향 A1, A2의 위치를 조정함으로써, 압전 액추에이터(100)의 상하 방향 A1, A2의 위치를 조정할 수 있다.
압전 액추에이터(100)의 선단부(102)는, 도1a에 나타낸 것과 같이 원반형의 액추에이터 받이(27)의 상면에 형성된 원추면 형상의 받이면에 당접하고 있다. 액추에이터 받이(27)는, 상하 방향 A1, A2로 이동 가능하게 되어 있다.
압력 레귤레이터(200)는, 1차측에 관 조인트 201을 거쳐 공급관 203이 접속되고, 2차측에는 공급관 150의 선단부에 설치된 관 조인트 151이 접속되어 있다.
압력 레귤레이터(200)는, 주지의 포펫 밸브식의 압력 레귤레이터이며, 상세 설명을 생략하지만, 공급관 203을 통해 공급되는 고압의 압축 에어 G를 원하는 압력으로 낮추어 2차측의 압력이 미리 설정된 조절된 압력에 되도록 제어된다. 공급관 203을 통해 공급되는 압축 에어 G의 압력에 맥동이나 외란에 의한 변동이 존재하는 경우에, 이 변동을 억제해서 2차측으로 출력한다.
다음에, 도3 및 도4를 참조하여, 다이어프램 밸브(1)의 기본 동작에 대해 설명한다.
도3은, 다이어프램 밸브(1)의 밸브 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다. 도3에 나타낸 상태에서는, 압축 에어 G는 공급되고 있지 않다. 이 상태에 있어서, 디스크 스프링(120)은 이미 어느 정도 압축되어 탄성변형하고 있고, 이 디스크 스프링(120)의 북원력에 의해, 액추에이터 받이(27)는 상측 방향 A1을 향해 상시 부세되어 있다. 이에 따라, 압전 액추에이터(100)도 상측 방향 A1을 향해서 상시 부세되어, 기단부(103)의 상면이 액추에이터 누르개(80)에 눌러진 상태로 되어 있다. 이에 따라, 압전 액추에이터(100)는, 상하 방향 A1, A2의 압축력을 받아, 보디(10)에 대해 소정의 위치에 배치된다. 압전 액추에이터(100)는, 어느쪽의 부재에도 연결되어 있지 않으므로, 조작부재(40)에 대해 상하 방향 A1, A2에 있어서 상대적으로 이동가능하다.
디스크 스프링(120)의 개수와 방향은 조건에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 디스크 스프링(120) 이외에도 코일 스프링, 판 스프링 등의 다른 탄성부재를 사용할 수 있지만, 디스크 스프링을 사용하면, 스프링 강성과 스트로크 등을 조정하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
도3에 나타낸 것과 같이, 다이어프램(20)이 밸브 시트(15)에 당접해서 밸브가 닫힌 상태에서는, 액추에이터 받이(27)의 하면측의 규제면(27b)과, 조작부재(40)에 장착된 다이어프램 누르개(48)의 상면측의 당접면(48t) 사이에는 틈이 형성되어 있다. 규제면(27b)의 상하 방향 A1, A2의 위치가, 개도 조정하고 있지 않은 상태에서의 개방 위치 OP이 된다. 규제면(27b)과 당접면(48t)의 틈의 거리가 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf에 해당한다. 리프트 량 Lf는, 개방 위치 OP로 위치가 부여된 조작부재(40)에 의해 규정된다. 리프트 량 Lf는, 밸브의 개도, 즉, 유량을 규정한다. 리프트 량 Lf를, 상기한 조정 보디(70)의 상하 방향 A1, A2의 위치를 조정함으로써 변경할 수 있다. 도4에 나타낸 상태의 다이어프램 누르개(48)(조작부재(40))는, 당접면(48t)을 기준으로 하면, 폐쇄 위치 CP에 위치한다. 이 당접면(48t)이, 액추에이터 받이(27)의 규제면(27b)에 당접하는 위치, 즉, 개방 위치 OP로 이동하면, 다이어프램(20)이 밸브 시트(15)로부터 리프트 량 Lf분만큼 떨어진다.
공급관 150을 통해 압축 에어 G를 다이어프램 밸브(1) 내부에 공급하면, 도4에 나타낸 것과 같이, 조작부재(40)를 상측 방향 A1로 밀어올리는 추력이 주 액추에이터(60)에 발생한다. 압축 에어 G의 압력은, 조작부재(40)에 코일 스프링(90) 및 디스크 스프링(120)으로부터 작용하는 하측 방향 A2의 부세력에 대항해서 조작부재(40)를 상측 방향 A1로 이동시키는데 충분한 값으로 설정되어 있다. 이와 같은 압축 에어 G가 공급되면, 도4에 나타낸 것과 같이, 조작부재(40)는 디스크 스프링(120)을 더 압축하면서 상측 방향 A1로 이동하고, 액추에이터 받이(27)의 규제면(27b)에 다이어프램 누르개(48)의 당접면(48t)이 당접하여, 액추에이터 받이(27)는 조작부재(40)로부터 상측 방향 A1로 향하는 힘을 받는다. 이 힘은, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)를 통해, 압전 액추에이터(100)를 상하 방향 A1, A2로 압축하는 힘으로서 작용한다. 따라서, 조작부재(40)에 작용하는 상측 방향 A1의 힘은, 압전 액추에이터(100)의 선단부(102)에서 받아들여져, 조작부재(40)의 A1 방향의 이동은, 개방 위치 OP에 있어서 규제된다. 이 상태에 있어서, 다이어프램(20)은, 밸브 시트(15)로부터 상기한 리프트 량 Lf만큼 이격한다.
다음에, 다이어프램 밸브(1)의 유량 조정의 일례에 대해 도5 및 도6을 참조해서 설명한다.
우선, 상기한 변위 센서(85)는, 도3 및 도4에 나타낸 상태에 있어서 보디(10)와 자기 센서(86)의 상대 변위를 상시 검출하고 있다. 도3에 나타낸, 밸브 폐쇄 상태에 있어서의 자기 센서(86)와 자석(87)의 상대 위치 관계를 변위 센서(85)의 원점 위치로 할 수 있다. 후술하는 변위 데이터 V의 원점 위치도 이 위치가 된다.
여기에서, 도5 및 도6의 중심선 Ct의 좌측은, 도3에 나타낸 상태를 나타내고 있고, 중심선 Ct의 우측은 조작부재(40)의 상하 방향 A1, A2의 위치를 조정한 후의 상태를 나타내고 있다.
유체의 유량을 감소시키는 방향으로 조정하는 경우에는, 도5에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)를 신장시켜, 조작부재(40)를 하측 방향 A2로 이동시킨다. 이에 따라, 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 거리인 조정후의 리프트 량 Lf-은, 조정전의 리프트 량 Lf보다도 작아진다. 압전 액추에이터(100)의 신장량은 변위 센서(85)에서 검출한 밸브 시트(15)의 변형량으로 해도 된다.
유체의 유량을 증가시키는 방향으로 조정하는 경우에는, 도6에 나타낸 것과 같이, 압전 액추에이터(100)를 단축시켜, 조작부재(40)를 상측 방향 A1로 이동시킨다. 이에 따라, 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 거리인 조정후의 리프트 량 Lf+은, 조정전의 리프트 량 Lf보다도 커진다. 압전 액추에이터(100)의 축소량은 변위 센서(85)에서 검출한 밸브 시트(15)의 변형량으로 해도 된다.
본 실시형태에서는, 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf의 최대값은 100∼900㎛ 정도이고, 압전 액추에이터(100)에 의한 조정량은 ±20∼50㎛ 정도이다.
압전 액추에이터(100)의 스트로크로는, 다이어프램(20)의 리프트 량을 커버할 수 없지만, 압축 에어 G로 동작하는 주 액추에이터(60)와 압전 액추에이터(100)를 병용함으로써, 상대적으로 스트로크가 긴 주 액추에이터(60)에서 다이어프램 밸브(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 없어진다.
본 실시형태에서는, 주어진 전력을 신축하는 힘으로 변환하는 수동 요소를 이용한 조정용 액추에이터로서, 압전 액추에이터(100)를 사용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전계의 변화에 따라 변형하는 화합물로 이루어진 전기구동 재료를 액추에이터로서 사용할 수 있다. 전류 또는 전압에 의해 전기구동 재료의 형상과 크기를 변화시켜, 규정되는 조작부재(40)의 개방 위치를 변화시킬 수 있다. 이와 같은 전기구동 재료는, 압전 재료이어도 되고, 압전재료 이외의 전기구동 재료이어도 된다. 압전재료 이외의 전기구동 재료로 하는 경우에는 전기 구동형 고분자 재료로 할 수 있다.
전기 구동형 고분자 재료는, 전기 활성 고분자 재료(Electro Active Polymer: EAP)로도 불리며, 예를 들면 외부 전기장이나 쿨롬력에 의해 구동하는 전기성 EAP, 및 폴리머를 팽윤시키고 있는 용매를 전기장에 의해 유동시켜 변형시키는 비이온성 EAP, 전기장에 의한 이온이나 분자의 이동에 의해 구동하는 이온성 EAP 등이 있으며, 이들 중 어느 한개 또는 조합을 사용할 수 있다.
도7에, 상기한 다이어프램 밸브(1)를 사용한 밸브 시스템(400) 및 이 밸브 시스템(400)을 프로세스 가스 제어계에 적용한 반도체 제조장치의 예를 나타낸다. 이 반도체 제조장치는, 예를 들면, ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에 사용된다.
도7에 있어서, 밸브 시스템(400)은, 다이어프램 밸브(1)와, 콘트롤러(410)를 포함한다. 콘트롤러(410)는, 도시하지 않은 프로세서, 입출력 회로, 메모리 등으로 이루어진 하드웨어, 소요의 소프트웨어, 디스플레이 등으로 구성되어 있다. 콘트롤러(410)는, 주 액추에이터(60)를 구동 제어하는 제어신호 SG1과, 압전 액추에이터(100)를 구동 제어하는 제어신호 SG2를 다이어프램 밸브(1)에 출력 가능하게 되어 있고, 다이어프램 밸브(1)에 설치된 변위 센서(85)의 검출신호 SG3이 입력되게 되어 있다. 또한, 콘트롤러(410)에는, 다이어프램 밸브(1)의 1차측의 유로에 설치된 압력 센서(420)가 검출하는 압력값 P가 입력된다.
도7에 있어서, 500은 프로세스 가스 공급원, 502는 가스 박스, 504는 탱크, 506은 처리 챔버, 508은 배기 펌프를 나타내고 있다.
가스 박스(502)는, 정확하게 계량한 프로세스 가스를 처리 챔버(506)에 공급하기 위해, 개폐 밸브, 레귤레이터, 유량 제어장치 등의 각종의 유체기기를 집적화해서 박스에 수용한 집적화 가스 시스템이다.
탱크(504)는, 가스 박스(502)로부터 공급되는 처리 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼로서 기능하고, 탱크(504)로부터 다이어프램 밸브(1)에 공급되는 가스의 압력값 P는 일정하게 콘트롤되고 있다.
처리 챔버(506)는, ALD법에 의한 기판에의 막형성을 위한 밀폐 처리 공간을 제공한다.
배기 펌프(508)는, 처리 챔버(506) 내부를 진공흡인한다.
여기에서, 콘트롤러(410)의 처리의 개략에 대해 도8을 참조해서 설명한다. 콘트롤러(410)는, 후술하는 것과 같이, 첫번째로, 다이어프램 밸브(1)를 주기적으로 개폐시켜 가스를 처리 챔버(506)에 공급하는 것, 두번째로, 다이어프램 밸브(1)의 개폐마다 출력되는 가스의 출력 질량을 산출해서 모니터링하는 것, 세번째, 다이어프램 밸브(1)의 개폐마다 출력되는 가스의 출력 질량이 목표 질량에 추종하도록 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf를 조정하는 것이다.
도8은, 다이어프램 밸브(1)를 주기적으로 개폐했을 때의, 다이어프램 밸브(1)로부터 출력되는 가스의 질량 유량 Q, 변위 센서(85)로부터 얻어지는 변위 데이터 V를 나타내고 있고, 횡축은 시간 t이다. 질량 유량 Q는, 다이어프램 밸브(1)로부터 출력되는 단위 시간당의 가스의 질량이다. 이때, 도8에 있어서 P는, 압력값을 나타내고 있고, 압력값 P는, 다이어프램 밸브(1)의 1차측의 압력이다.
다이어프램 밸브(1)는, 도8에 나타낸 것과 같이, 주기 T0으로 개폐 동작이 반복된다. 주기 T0 내의 초기 시점 0에서 밸브 개방 지령이 다이어프램 밸브(1)에 주어지고, 시점 T1에서 다이어프램 밸브(1)를 폐쇄하는 폐쇄 지령이 주어진다. 도8에 있어서, t1은 질량 유량 Q가 서서히 증대해 가는 상승 영역, t2는 질량 유량 Q가 일정하게 되는 밸브 완전 개방 영역, t3은 질량 유량 Q가 서서히 감소해 가는 하강 영역, t4는 가스의 출력이 차단된 밸브 완전 폐쇄 영역을 나타내고 있고, 주기 T0은 t1∼t4의 각 영역으로 구분할 수 있다. 주기 T0은, 예를 들면, 2.5초이고, 상승 영역 t1과 밸브 완전 개방 영역 t2와 하강 영역 t3을 합친 시간이 예를 들면 1.5초 정도이다.
여기에서, 중요한 점은, 압력값 P는 다이어프램 밸브(1)의 개폐 동작에 의한 변화가 무시할 수 있는 정도 작고 일정하다고 간주할 수 있기 때문에, 가스의 질량 유량 Q와 압력값 P와 변위 데이터 V 사이에는, 다음의 식(1)의 관계가 성립한다는 것이다.
Q=V×P (1)
다이어프램 밸브(1)의 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 틈을 단면적이 변화하는 가변 오리피스로 파악하면, 가스의 질량 유량 Q는 압력값 P에 비례한다. 식(1)의 관계를 이용함으로써, 변위 센서(85)의 검출신호 SG3로부터 얻어지는 변위 데이터 V와 압력값 P로부터, 다이어프램 밸브(1)가 출력하는 가스의 질량 유량 Q를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한, 질량 유량 Q를 시간 적분함으로써, 다이어프램 밸브(1)의 개폐마다 출력되는 가스의 출력 질량을 모니터링할 수 있다. 이때, 본 실시형태에서는, 콘트롤러(410)에 압력값 P를 입력했지만, 미리 이들 값을 알고 있는 경우에는, 콘트롤러(410)에 입력할 필요는 없다. 시계열 데이터인 변위 데이터 V를 취득할 수 있으면, 가스의 질량 유량 Q 및 질량 유량 Q의 시간 적분인 출력 질량을 모니터링할 수 있다.
도8에 있어서, 변위 데이터 V의 밸브 완전 개방 영역 t2의 평탄 부분의 높이는, 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf에 대응하고 있다. 상기한 압전 액추에이터(100)에 의해, R1으로 표시된 범위에서 리프트 량 Lf를 상하로 조정할 수 있다. 이때, 밸브 시트(15)가 다이어프램(20)과의 충돌에 의해 변형해 가면, 변위 데이터 V의 평탄 부분의 높이는 서서히 낮아져 간다.
다이어프램 밸브(1)의 다이어프램(20)과 밸브 시트(15)의 틈을 가변 오리피스로서 파악하면, 가변 오리피스의 단면적과 리프트 량 Lf의 관계는, 복수의 다이어프램 밸브(1) 사이에서 각각 다르다. 또한, 상기한 상승 영역 t1, 밸브 완전 개방 영역 t2, 하강 영역 t3의 특성에 대해서도, 복수의 다이어프램 밸브(1) 사이에서 각각 다르다.
이 때문에, 리프트 량 Lf의 값과 가변 오리피스의 단면적의 값의 관계를 각 다이어프램 밸브(1)에 대해 측정해서 데이터 테이블을 작성하고, 콘트롤러(410)의 메모리에 보관해 둘 필요가 있다. 가변 오리피스의 단면적의 값은 직접적으로는 측정할 수 없으므로, 각 다이어프램 밸브(1)에 대해, 리프트 량 Lf의 값과 가스의 질량 유량 Q의 값의 관계 데이터를 미리 측정해서 취득해 둘 필요가 있다.
다음에, 콘트롤러(410)의 구체적 처리의 일례에 대해, 도9a∼도9d에 나타낸 플로우차트를 참조해서 설명한다.
콘트롤러(410)에서는, 프로세스 가스가 처리 챔버(506)에 공급될 때에는, 공급 개시해야 할 것인지 아닌지가 판단되고(스텝 S1), 공급 개시로 판단된 경우(스텝 S1: Y)에는, 주 액추에이터(60)의 구동 제어 처리가 실행된다(스텝 S2). 공급 개시하지 않는 것으로 판단된 경우(스텝 S1: N)에는, 대기 상태가 된다.
구동 제어 처리는, 도9b에 나타낸 것과 같이, 현재 시점이 주기 T0 내의 시점 0으로부터 시점 T1의 구간 내에 있는지 판단되어(스텝 S11), 해당 구간 내에 있다고 판단된 경우에는(스텝 S11: Y), 다이어프램 밸브(1)에 출력되는 제어신호 SG1(밸브 개방 지령 신호)이 온되고(스텝 S12), 해당 구간 밖에 있다고 판단된 경우에는(스텝 S11: N), 제어신호 SG1(밸브 개방 지령 신호)이 오프된다(스텝 S13). 이와 같은 처리에 의해, 다이어프램 밸브(1)가 주기 T0로 주기적으로 개폐되어, 다이어프램 밸브(1)를 통해, 가스가 가스처리 챔버(506)로 출력된다.
다음에, 도9a에 나타낸 출력 모니터링 처리가 행해진다(스텝 S3). 출력 모니터링 처리는, 도9c에 나타낸 것과 같이, 상승 영역 t1, 밸브 완전 개방 영역 t2 및 하강 영역 t3의 어느 한개의 구간에 있는지가 판단되어(스텝 S21), 해당 구간 내에 있다고 판단된 경우에는(스텝 S21: Y), 변위 센서(85)의 검출신호 SG3이 샘플링되어(스텝 S22), 변위 데이터 V로서 기억된다(스텝 S23). 샘플링된 변위 데이터 V를 사용해서 가스의 질량 유량 Q가 산출되고(스텝 S24), 더구나, 질량 유량 Q가 시간 적분되어 가스의 출력 질량 TQ가 산출된다(스텝 S25). 스텝 S21에 있어서, 현시점이 상기한 구간 밖, 즉, 밸브 완전 폐쇄 영역 t4에 있다고 판단된 경우에는(스텝 S21: N), 처리가 종료된다. 산출된 질량 유량 Q 및 출력 질량 TQ는, 디스플레이 등에 그래프 표시될 수 있다.
다음에, 도9a에 나타낸 출력 조정 처리가 행해진다(스텝 S4).
출력 조정 처리 1은, 도9d에 나타낸 것과 같이, 현시점이 밸브 완전 폐쇄 영역 t4에 있는지가 판단되어(스텝 S31), 현시점이 밸브 완전 폐쇄 영역 t4에 있다고 판단되면(스텝 S31: Y), 스텝 S25에 있어서 산출된 출력 질량 TQ가 취득되고(스텝 S32), 이 출력 질량 TQ와 목표 질량 RQ의 편차 E가 산출된다(스텝 S33). 목표 질량 RQ는, 다이어프램 밸브(1)의 1 개폐 동작에 있어서 출력되는 가스의 이상적 질량이다. 스텝 S31에 있어서, 현시점이 밸브 완전 폐쇄 영역 t4의 구간 밖으로 판단된 경우에는(스텝 S31: N), 처리가 종료된다.
다음에, 편차 E가 임계값 Th보다도 큰지가 판단되어(스텝 S34), 편차 E가 임계값 Th보다도 크다고 판단된 경우에는(스텝 S34:Y), 상기한 리프트 량 Lf의 값과 가스의 질량 유량 Q와 관계 데이터를 참조하여, 편차 E를 캔슬하기 위한 리프트 량 Lf를 조정하는 리프트 조정량이 결정된다(스텝 S35). 산출된 리프트 조정량에 따른 제어신호 SG2가 압전 액추에이터(100)에 출력된다(스텝 S36). 이에 따라, 밸브 완전 폐쇄 영역 t4의 구간 내에서, 리프트 량 Lf가 변경되고, 그 결과, 다음 사이클에서 다이어프램 밸브(1)가 개폐되었을 때의 질량 유량 Q가 수정되어, 출력 질량 TQ가 목표 질량 RQ을 추종하게 된다. 이때, 스텝 S34에 있어서, 편차 E가 임계값 Th보다도 작다고 판단된 경우에는(스텝 S34: N), 처리가 종료된다.
도9a로 되돌아가, 스텝 S4의 후에, 가스의 공급을 종료해야 할 것인지 아닌지가 판단되어(스텝 S5), 종료해야 하다고 판단되는 경우에는(스텝 S5:Y), 처리가 종료되고, 종료해야 하지 않는다고 판단되는 경우에는(스텝 S5: N), 스텝 S2∼S4의 처리가 반복하여 실행된다. 이때, 도9a의 스텝 S2∼S5의 각 처리는 소정의 샘플링 시간마다 실행된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따르면, 다이어프램 밸브(1)로부터 밸브 개폐마다 출력되는 가스의 질량 유량 Q 및 출력 질량 TQ를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 더구나, 다이어프램 밸브(1)의 1 개폐 동작(1 주기)에서 얻어진 출력 질량 TQ에 근거하여, 출력 질량 TQ와 목표 질량 RQ의 편차 E가 캔슬되도록 리프트 량 Lf를 조정할 수 있으므로, 주기적으로 개폐되는 다이어프램 밸브(1)로부터 공급되는 가스의 출력 질량을 보다 정밀하게 콘트롤할 수 있다.
도9d에 나타낸 출력 조정 처리 1에서는, 다이어프램 밸브(1)의 1의 개폐 동작에서 얻어진 출력 질량 TQ에 근거하여, 다이어프램 밸브(1)의 다음의 개폐 동작에 있어서의 리프트 량 Lf가 조정되는 것으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
도9e에 나타낸 출력 조정 처리 2에서는, 다이어프램 밸브(1)의 1의 개폐 동작 도중에 산출되는 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고, 해당 1의 개폐 동작 도중에 리프트 량 Lf를 조정한다.
출력 조정 처리 2는, 도9e에 나타낸 것과 같이, 현시점이 하강 영역 t3에 있는지가 판단되어(스텝 S41), 현시점이 하강 영역 t3에 있다고 판단되면(스텝 S41: Y), 예측 출력 질량 PTQ가 산출된다(스텝 S42). 현시점이 하강 영역 t3에 없다고 판단되면(스텝 S41: N), 처리가 종료한다.
예측 출력 질량 PTQ는, 예를 들면, 상승 영역 t1 및 밸브 완전 개방 영역 t2와 현시점까지의 하강 영역 t3(즉, 하강 영역 t3의 도중까지)의 질량 유량 Q(변위 데이터 V)의 변화 특성에 근거하여, 하강 영역 t3가 최종적으로 완료한 시점에서 출력되는 출력 질량을 예측한다. 예를 들면, 현시점까지의 출력 질량과 현시점까지 취득한 하강 영역 t3의 질량 유량 Q의 변화 특성으로부터, 최종적으로 하강 영역 t3가 종료한 시점에서 출력되는 예측 출력 질량 PTQ를 산출할 수 있다. 이때, 이 방법에 한정되는 것은 아니고, 다이어프램 밸브(1)의 1의 개폐 동작 도중에 얻어지는 변위 데이터 V를 이용하여, 최종적인 출력 질량을 예측할 수 있으면 된다.
다음에, 예측 출력 질량 PTQ와 목표 질량 RQ의 편차 E가 산출된다(스텝 S43). 목표 질량 RQ는, 1의 개폐 동작에 있어서 출력되는 이상적인 질량이다.
다음에, 편차 E가 임계값 Th보다도 큰지 판단되어(스텝 S44), 편차 E가 임계값 Th보다도 크다고 판단된 경우에는(스텝 S44: Y), 상기한 리프트 량 Lf와 질량 유량 Q의 관계 데이터를 참조하여, 편차 E를 캔슬하기 위한 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf를 조정하는 리프트 조정량이 결정된다(스텝 S45). 산출된 리프트 조정량에 따른 제어신호 SG2가 압전 액추에이터(100)에 출력된다(스텝 S46).
이에 따라, 하강 영역 t3의 구간 내, 즉, 다이어프램 밸브(1)의 1의 개폐 동작 도중에, 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf가 변경된다. 이 결과, 동일한 개폐 동작 내에서 실시간으로 질량 유량 Q 및 출력 질량 TQ가 수정된다. 그 결과, 다이어프램 밸브(1)의 개폐마다의 출력 질량을 한층 더 고정밀하게 제어할 수 있다. 다이어프램(20)의 리프트 량 Lf의 변경은, 상승 영역 t1 및 밸브 완전 개방 영역 t2의 구간 내에서 행해도 된다.
이때, 스텝 S44에 있어서, 편차 E가 임계값 Th보다도 작다고 판단된 경우에는(스텝 S44: N), 처리가 종료된다.
상기 실시형태에서는 변위 센서로서 자기 센서 및 자석을 포함하는 것을 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 광학식의 위치 검출 센서 등의 비접촉식 위치 센서를 채용가능하다.
상기 실시형태에서는, 리프트 량 조정에 압전 액추에이터(100)를 사용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 다이어프램 밸브(1)의 출력을 모니터링하면서 매뉴얼 조작으로 리프트 량 Lf를 조정하는 것도 가능하다.
이때, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되지 않는다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에서, 다양한 추가와 변경 등을 행할 수 있다. 예를 들면, 상기 적용예에서는, 본 발명의 유량 제어장치를 ALD법에 의한 반도체 제조 프로세스에 사용하는 경우에 대해 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은, 예를 들면, 원자층 에칭법 등에 적용가능하다.
1: 다이어프램 밸브
2: 밸브 본체
10: 보디
11: 오목부
12: 유로
12a: 개구부
12b: 타단
12c, 13: 유로
13a: 개구부
15: 밸브 시트
20: 다이어프램
25: 누르개 어댑터
27: 액추에이터 받이
27b: 규제면
30: 본네트
40: 조작부재
48: 다이어프램 누르개
48a: 플랜지부
48t: 당접면
50: 케이싱
51: 상측 케이싱 부재
51f: 대향면
51h: 유통로
52: 하측 케이싱 부재
60: 주 액추에이터
70: 조정 보디
80: 액추에이터 누르개
85: 변위 센서
86: 자기 센서
86a: 배선
87: 자석
90: 코일 스프링
100: 압전 액추에이터
101: 케이싱
102: 선단부
103: 기단부
105: 배선
120: 디스크 스프링
130: 격벽부재
150: 공급관
151, 152: 관 조인트
160: 리미트 스위치
161: 가동 핀
200: 압력 레귤레이터
201: 관 조인트
203: 공급관
301: 수용 박스
302: 지지 플레이트
400: 밸브 시스템
410: 콘트롤러
420: 압력 센서
502: 가스 박스
504: 탱크
506: 처리 챔버
508: 배기 펌프
601, 602: 관 조인트
E: 편차
G: 압축 에어
Lf: 리프트 량
OP: 개방 위치
P: 압력값
PTQ: 예측 출력 질량
Q: 질량 유량
RQ: 목표 질량
T0: 주기
TQ: 출력 질량
Th: 임계값
V: 변위 데이터
t1: 상승 영역
t2: 밸브 완전 개방 영역
t3: 하강 영역
t4: 밸브 완전 폐쇄 영역

Claims (10)

  1. 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구를 포함하는 다이어프램 밸브와,
    상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하는 변위 센서와,
    상기 다이어프램에 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키는 구동 제어부와,
    상기 변위 센서가 검출한 변위 데이터를 사용하여, 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출하는 출력 모니터링부를 갖는 밸브 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 출력 모니터링부는, 상기 변위 센서가 검출하는 변위 데이터의 시간 적분에 근거하여, 상기 출력 질량을 산출하는 밸브 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 개방 위치로 위치가 부여된 상기 조작부재에 의해 규정되는 상기 다이어프램의 리프트 량을 조정하기 위한 리프트 량 조정기구를 더 갖는 밸브 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 리프트 량 조정기구는, 외부에서의 입력 신호에 따라 신축하는 수동 소자를 사용한 액추에이터를 포함하는 밸브 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 모니터링부가 산출하는 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고, 결정한 상기 조정 리프트 량으로 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정하게 하여 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 조정하는 출력 조정부를 더 갖는 밸브 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 출력 조정부는, 상기 다이어프램 밸브의 1의 개폐 동작에 의해 산출된 출력 질량과 목표 질량을 비교하고, 양자의 편차에 근거하여 상기 조정 리프트 량을 결정하고, 이 조정 리프트 량으로 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정하게 하는 밸브 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 출력 조정부는, 상기 다이어프램 밸브의 1의 개폐 동작 도중에 산출되는 출력 질량에 근거하여 상기 조정 리프트 량을 결정하고, 상기 1의 개폐 동작 도중에 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정하게 하는 밸브 시스템.
  8. 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구를 갖는 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법으로서,
    압력이 제어된 유체를 상기 다이어프램 밸브에 공급하고,
    상기 다이어프램에 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키고,
    상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하고,
    검출한 상기 조작부재의 변위 데이터를 이용하여, 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출하는, 다이어프램 밸브의 출력 모니터링 방법.
  9. 유체가 유통하는 유로를 획정하는 보디와, 상기 유로의 일부를 획정하고 또한 상기 보디에 설치된 밸브 시트에 대해 당접 및 이격함으로써 상기 유로를 개폐하는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 상기 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 상기 다이어프램에 상기 유로를 개방시키는 개방 위치 사이를 이동가능하게 설치된 상기 다이어프램을 조작하는 조작부재와, 상기 조작부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 구동기구와, 상기 개방 위치로 위치가 부여된 상기 조작부재에 의해 규정되는 상기 다이어프램 밸브의 리프트 량을 조정하기 위한 리프트 량 조정기구를 포함하는 다이어프램 밸브의 출력 조정방법으로서,
    압력이 제어된 유체를 상기 다이어프램 밸브에 공급하고,
    상기 다이어프램에 상기 유로를 주기적으로 개폐시키도록 상기 구동기구를 동작시키고,
    상기 보디에 대한 상기 조작부재의 변위를 검출하고,
    검출한 변위 데이터를 이용해서 상기 다이어프램과 상기 밸브 시트의 간격을 통과해서 상기 다이어프램 밸브로부터 출력되는 유체의 출력 질량을 산출하고,
    산출한 출력 질량에 근거하여 조정 리프트 량을 결정하고,
    결정한 조정 리프트 량으로 상기 리프트 량 조정기구에게 상기 리프트 량을 조정하게 하는, 다이어프램 밸브의 출력 조정방법.
  10. 밀폐된 챔버 내에 있어서 프로세스 가스에 의한 처리 공정을 필요로 하는 반도체장치의 제조 프로세스에 있어서, 상기 프로세스 가스의 공급 제어에 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 밸브 시스템을 사용한 반도체 제조장치.
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