TW202140947A - 閥系統、隔膜閥的輸出監視方法及輸出調整方法、半導體製造裝置 - Google Patents

閥系統、隔膜閥的輸出監視方法及輸出調整方法、半導體製造裝置 Download PDF

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Abstract

[課題] 提供一種閥系統，可即時地監視從周期地被開閉的閥被供給的氣體質量，可將從閥被供給的氣體的輸出質量調整至接近目標質量。 [技術內容] 以在隔膜將流路周期地開閉的方式將主致動器(60)動作(步驟S2)，依據變位感測器所檢出的變位資料，將通過隔膜及閥座之間的間隙從隔膜閥被輸出的輸出質量算出(步驟S3)，依據所算出的輸出質量來決定調整昇降量，由該決定的調整昇降量來調整隔膜(20)的昇降量(Lf)(步驟S4)。

Description

閥系統、隔膜閥的輸出監視方法及輸出調整方法、半導體製造裝置
本發明，是有關於閥系統、隔膜閥的輸出監視方法及輸出調整方法、使用該閥系統的半導體製造裝置。
在藉由原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)在基板堆積膜的鍍膜過程和在原子層蝕刻(ALE:Atomic Layer Etching)所產生的蝕刻過程中，為了將處理氣體穩定供給，是將從流體控制裝置被供給的處理氣體暫時地貯留在暫存區的槽桶，由高頻率開閉被設於處理腔室近傍的隔膜閥，使來自槽桶的處理氣體朝真空氣氛的處理腔室供給。又，被設於處理腔室近傍的隔膜閥，是例如，參照專利文獻1。 在由ALD技術和ALE技術所進行的半導體製造程序中，有必要將處理氣體的氣體質量精密地調整。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-64333號公報
[發明所欲解決之問題]
但是在習知中，無法即時地監視從周期地被開閉的隔膜閥被供給的氣體質量。 且依據隔膜閥的機差(設備誤差)和流路阻力的不同等，均等地控制從複數隔膜閥被供給的氣體的輸出質量也是困難。
本發明的一目的是提供一種閥系統，可即時地監視從周期地被開閉的閥被供給的氣體的輸出質量。 本發明的其他目的是提供一種閥系統，可以將從周期地被開閉的閥被供給的氣體的輸出質量調整至接近目標質量。 本發明的進一步其他的目的，是提供一種半導體製造裝置，其是使用上述的閥系統。 [用以解決問題之技術手段]
本發明的閥系統，是具有：隔膜閥，包含：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構；及變位感測器，是檢出前述操作構件對於前述殼體的變位；及驅動控制部，是以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作；及輸出監視部，是使用前述變位感測器所檢出的變位資料，將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出。
更佳是，前述輸出監視部，是依據前述變位感測器所檢出的變位資料的時間積分，算出前述輸出質量。
本發明的閥系統，是進一步具有昇降量調整機構，其是用於調整藉由被定位在前述開位置的前述操作構件而被規定的前述隔膜的昇降量。
更佳是，進一步具有輸出調整部，其是依據前述輸出監視部的算出的輸出質量決定調整昇降量，由所決定的前述調整昇降量在前述昇降量調整機構調整前述昇降量，而調整從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量。
本發明的隔膜閥的輸出監視方法，前述隔膜閥，包含：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構，前述隔膜閥的輸出監視方法，是將壓力被控制的流體供給至前述隔膜閥，以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作，檢出前述操作構件對於前述殼體的變位，利用檢出的變位資料，將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出。
本發明的隔膜閥的輸出調整方法，前述隔膜閥，包含：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構、及調整藉由被定位在前述開位置的前述操作構件而被規定的前述隔膜閥的昇降量用的昇降量調整機構，前述隔膜閥的輸出調整方法，是將壓力被控制的流體供給至前述隔膜閥，以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作，檢出前述操作構件對於前述殼體的變位，利用檢出的變位資料將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出，依據所算出的輸出質量來決定調整昇降量，由所決定的調整昇降量在前述昇降量調整機構調整前述昇降量。
本發明的半導體製造裝置，是在密閉的腔室內需要由加工氣體進行處理過程的半導體裝置的製造程序中，在前述加工氣體的供給控制使用上述的閥系統的半導體製造裝置。 [發明的效果]
依據本發明的話，可即時地監視從周期地被開閉的閥被供給的氣體質量。 且依據本發明的話，在每一次閥的開閉時皆可精密地調整被供給的流體的輸出質量。
隔膜閥
第1A圖，是顯示隔膜閥1的構成例的剖面圖，閥是顯示全閉時的狀態。第1B圖是隔膜閥1的俯視圖，第1C圖是隔膜閥1的致動器部的擴大縱剖面圖，第1D圖是方向與第1C圖90度不同的致動器部的擴大縱剖面圖，第1E圖是第1A圖的圓A內的放大剖面圖。又，在以下的說明中，第1A圖的A1是上方向，A2是下方向。
隔膜閥1，是具有：被設於支撐托板302上的收容盒301、及被設置在收容盒301內的閥本體2、及被設置在收容盒301頂部的壓力調節器200。 在第1A圖～第1E圖中，10是殼體，15是閥座，20是隔膜，25是推壓轉接環，27是致動器承接件，30是罩蓋，40是操作構件，48是隔膜推，50是外殼，60是作為驅動機構的主致動器，70是調整殼體，80是致動器壓件，85是變位感測器，86是磁性感測器，87是磁鐵，90是捲簧，100是作為昇降量調整機構的壓電致動器，120是碟形彈簧，130是隔壁構件，150是供給管，160是限位開關，OR是作為密封構件的O形環，G是壓縮空氣。
殼體10，是由不銹鋼等的金屬所形成，將流路12、13劃界。流路12，是在一端具有在殼體10的一側面開口的開口部12a，管接頭601是藉由焊接被連接在開口部12a。流路12，其另一端12b是與朝殼體10的上下方向A1、A2延伸的流路12c連接。流路12c的上端部，是在殼體10的上面側開口，上端部，是在形成於閥殼體10的上面側的凹部11的底面開口，下端部是在殼體10的下面側開口。 在流路12c的上端部的開口的周圍設有閥座15。閥座15，是合成樹脂(PFA、PA、PI、PCTFE等)製，被嵌合固定在被設於流路12c的上端側的開口周緣的裝設溝。又，在本實施方式中，藉由夾箍加工而使閥座15被固定於裝設溝內。 流路13，其一端是在閥殼體10的凹部11的底面開口，且，在另一端具有在殼體10的流路12相反側的另一側面開口的開口部13a，管接頭602是藉由焊接而被連接在開口部13a。
隔膜20，是被配設在閥座15的上方，將連通流路12c及流路13的流路劃界，並且其中央部是藉由上下動與閥座15抵接分離，而將流路12、13開閉。在本實施方式中，隔膜20，是藉由將特殊不銹鋼等的金屬製薄板及鎳鈷合金薄板的中央部朝上方膨出，而形成自然狀態為上凸的圓弧狀的球殼狀。藉由疊層此特殊不銹鋼薄板3枚及鎳鈷合金薄板1枚而構成隔膜20。 隔膜20，其外周緣部是被載置在形成於殼體10的凹部11的底部的突出部上，藉由將朝凹部11內被插入的罩蓋30的下端部朝殼體10的螺栓部螺入，透過不銹鋼合金製的推壓轉接環25朝殼體10的前述突出部側被推壓，在氣密狀態下被挾持固定。且，鎳鈷合金薄膜，只要可作為被配置於接氣體側的隔膜，也可使用其他的構成者。
操作構件40，是以在隔膜20將流路12及流路13之間開閉的方式將隔膜20操作用的構件，形成近似圓筒狀，上端側是開口。操作構件40，是透過O形環OR嵌合在罩蓋30的內周面(第1C、1D圖參照)，朝上下方向A1、A2可移動自如地被支撐。 在操作構件40的下端面裝設有隔膜推48，隔膜推48具有與隔膜20的中央部上面抵接的推部，推部是聚醯亞胺等的合成樹脂製。 在形成於隔膜推48的外周部的鍔部48a的上面、及罩蓋30的頂面之間，設有捲簧90，操作構件40是藉由捲簧90時常朝向下方向A2被推迫。因此，在主致動器60未作動狀態下，隔膜20是朝閥座15被推壓，流路12及流路13之間是成為被關閉的狀態。
在致動器承接件27的下面及隔膜推48的上面之間，設有作為彈性構件的碟形彈簧120。 外殼50，是由上側外殼構件51及下側外殼構件52所構成，下側外殼構件52的下端部內周的螺栓是螺合於罩蓋30的上端部外周的螺栓。且，上側外殼構件51的下端部內周的螺栓是螺合在下側外殼構件52的上端部外周的螺栓。 在下側外殼構件52的上端部及與其相面對的上側外殼構件51的相對面51f之間，是固定有環狀的塊體頭65。塊體頭65的內周面及操作構件40的外周面之間、及塊體頭65的外周面及上側外殼構件51的內周面之間，是各別藉由O形環OR被密封。
主致動器60，是具有環狀的第1～第3活塞61、62、63。第1～第3活塞61、62、63，是嵌合於操作構件40的外周面，可與操作構件40一起朝上下方向A1、A2移動。第1～第3活塞61、62、63的內周面及操作構件40的外周面之間、及第1～第3活塞61、62、63的外周面及上側外殼構件51、下側外殼構件52、罩蓋30的內周面之間，是由複數O形環OR被密封。 如第1C及1D圖所示，圓筒狀的隔壁構件130是與該操作構件40的內周面具有間隙GP1地被固定在操作構件40的內周面。間隙GP1，是藉由被設於隔壁構件130的上端側及下端側的外周面及操作構件40的內周面之間的複數O形環OR1～OR3而被密封，成為作為驅動流體的壓縮空氣G的流通路。由此隙GP1所形成的流通路，是被配置成與壓電致動器100同心狀。在後述的壓電致動器100的外殼101及隔壁構件130之間，形成有間隙GP2。
如第1D圖所示，在第1～第3活塞61、62、63的下面側，各別形成有壓力室C1～C3。 在操作構件40中，在與壓力室C1、C2、C3連通的位置，形成有朝半徑方向貫通的流通路40h1、40h2、40h3。流通路40h1、40h2、40h3，是在操作構件40的圓周方向被等間隔複數形成。流通路40h1、40h2、40h3，是分別與由上述的間隙GP1所形成的流通路連接。 在外殼50的上側外殼構件51中，形成有在上面開口且朝上下方向A1、A2延伸且與壓力室C1連通的流通路51h。在流通路51h的開口部中，透過管接頭152連接供給管150。由此，從供給管150被供給的壓縮空氣G，是通過上述的各流通路被供給至壓力室C1、C2、C3。 外殼50內的第1活塞61的上方的空間SP，是通過調整殼體70的貫通孔70a與大氣連接。
如第1C圖所示，限位開關160是被設置在外殼50上，可動銷161是貫通外殼50與第1活塞61的上面接觸。限位開關160，是對應可動銷161的移動，檢出第1活塞61(操作構件40)的上下方向A1、A2的移動量。
變位感測器 如第1E圖所示，變位感測器85，是包含：被設於罩蓋30及操作構件40、及沿著罩蓋30的半徑方向被埋入的磁性感測器86、及以與此磁性感測器86相面對的方式被埋入操作構件40的圓周方向的一部分的磁鐵87。 磁性感測器86，其配線86a是朝罩蓋30的外部被導出，配線86a是由供電線及訊號線所構成，訊號線是與後述的控制器410電連接。磁性感測器86，可舉例例如，利用霍爾元件者、利用線圈者、利用藉由磁場的強度和方向而使阻力值變化的AMR元件者等，藉由與磁鐵的組合，位置檢出就可以非接觸。 磁鐵87，是在上下方向A1、A2被磁化也可以，在半徑方向被磁化也可以。且，磁鐵87是形成環狀也可以。 又，在本實施方式中，雖將磁性感測器86設於罩蓋30，將磁鐵87設於操作構件40，但是當然不限定於此，可以適宜變更。例如，在推壓轉接環25設置磁性感測器86，在形成於隔膜推48的外周部的鍔部48a的相面對的位置設置磁鐵87也可以。在對於殼體10移動側設置磁鐵87，在對於閥殼體10或是殼體10不移動側設置磁性感測器86較佳。
在此，參照第2圖說明壓電致動器100的動作。 壓電致動器100，是將無圖示的被疊層的壓電元件內藏在第2圖所示的圓筒狀的外殼101。外殼101，是不銹鋼合金等的金屬製，半球狀的前端部102側的端面及基端部103側的端面是被閉塞。藉由在被疊層的壓電元件外加電壓而伸長，外殼101的前端部102側的端面會彈性變形，半球狀的前端部102會朝長度方向變位。將被疊層的壓電元件的最大行程設成2d的話，藉由預先施加壓電致動器100的延伸是成為d的規定電壓V0，壓電致動器100的全長就會成為L0。且，施加比規定電壓V0更高的電壓的話，壓電致動器100的全長是成為最大而成為L0+d，施加比規定電壓V0更低的電壓(包含無電壓)的話，壓電致動器100的全長是成為最小而成為L0-d。因此，在上下方向A1、A2中可以將從前端部102至基端部103為止的全長伸縮。又，在本實施方式中，壓電致動器100的前端部102雖是半球狀，但是當然不限定於此，前端部是平坦面也可以。 如第1A圖和第1C圖所示，朝壓電致動器100的供電，是藉由配線105進行。配線105，是通過調整殼體70的貫通孔70a朝外部的後述的控制器410被導出。
壓電致動器100的基端部103的上下方向的位置，是如第1C圖和第1D圖所示，透過致動器壓件80藉由調整殼體70的下端面被規定。調整殼體70，是藉由被設於調整殼體70的外周面的螺栓部而被螺合在形成於外殼50的上部的螺孔，藉由調整該調整殼體70的上下方向A1、A2的位置，就可以調整壓電致動器100的上下方向A1、A2的位置。 壓電致動器100的前端部102，是如第1A圖所示與形成於圓盤狀的致動器承接件27的上面的圓錐面狀的承接件面抵接。致動器承接件27，是成為可朝上下方向A1、A2移動。
壓力調節器200，是在一次側透過管接頭201連接供給管203，在二次側連接被設於供給管150的前端部的管接頭151。 壓力調節器200，因為是周知的提動閥式的壓力調節器，所以省略詳細說明，將通過供給管203被供給的高壓的壓縮空氣G朝所期的壓力下降，使二次側的壓力成為預先被設定的調節壓力地進行控制。當通過供給管203被供給的壓縮空氣G的壓力若存在由脈動和干擾所導致的變動的情況時，可抑制此變動地朝二次側輸出。
接著，參照第3圖及第4圖，說明隔膜閥1的基本動作。 第3圖，是顯示隔膜閥1的閥全閉狀態。在第3圖所示的狀態下，壓縮空氣G未被供給。在此狀態中，碟形彈簧120已經被某程度壓縮而彈性變形，致動器承接件27是藉由此碟形彈簧120的復原力，朝向上方向A1時常被推迫。由此，壓電致動器100也朝向上方向A1時常被推迫，基端部103的上面是成為被致動器壓件80推壓的狀態。由此，壓電致動器100，是承接上下方向A1、A2的壓縮力，對於殼體10被配置於規定的位置。壓電致動器100，因為未與其中任一的構件連結，所以可對於操作構件40朝上下方向A1、A2相對地移動。 碟形彈簧120的個數和方向可以對應條件適宜變更。且，除了碟形彈簧120以外，雖也可以使用捲簧、板彈簧等的其他的彈性構件，但是使用碟形彈簧的話，具有容易調整彈簧剛性和行程等的優點。
如第3圖所示，在隔膜20與閥座15抵接且閥是關閉的狀態下，在致動器承接件27的下面側的限制面27b、及被裝設於操作構件40的隔膜推48的上面側的抵接面48t之間，形成有間隙。限制面27b的上下方向A1、A2的位置，是成為在開度未調整的狀態下的開位置OP。限制面27b及抵接面48t之間的間隙的距離是相當於隔膜20的昇降量Lf。昇降量Lf，是藉由被定位在開位置OP的操作構件40而被規定。昇降量Lf，是限定閥的開度，即，流量。昇降量Lf，是藉由調整上述的調整殼體70的上下方向A1、A2的位置而可以變更。第4圖所示的狀態的隔膜推48(操作構件40)，是以抵接面48t為基準的話，位於閉位置CP。此抵接面48t，是移動至與致動器承接件27的限制面27b抵接的位置，即，開位置OP的話，隔膜20只有從閥座15遠離昇降量Lf的距離。
通過供給管150將壓縮空氣G供給至隔膜閥1內的話，如第4圖所示，將操作構件40朝上方向A1推舉的推力會發生於主致動器60。壓縮空氣G的壓力，是設定成：可充分抵抗從捲簧90及碟形彈簧120作用在操作構件40的下方向A2的推迫力，將操作構件40朝上方向A1移動的值。這種壓縮空氣G被供給的話，如第4圖所示，操作構件40會將碟形彈簧120進一步壓縮且朝上方向A1移動，使隔膜推48的抵接面48t抵接在致動器承接件27的限制面27b，致動器承接件27會受到從操作構件40朝向上方向A1的力。此力，是通過壓電致動器100的前端部102，作為將壓電致動器100朝上下方向A1、A2壓縮的力作用。因此，作用於操作構件40的上方向A1的力，是被壓電致動器100的前端部102擋住，使操作構件40的A1方向的移動被限制在開位置OP。在此狀態中，隔膜20，是只有從閥座15隔離了上述的昇降量Lf。
接著，對於隔膜閥1的流量調整的一例參照第5圖及第6圖進行說明。 首先，上述的變位感測器85，是時常檢出第3圖及第4圖所示的狀態中的殼體10及磁性感測器86之間的相對變位。如第3圖所示，可以將閥閉狀態中的磁性感測器86及磁鐵87之間的相對位置關係作為變位感測器85的原點位置。後述的變位資料V的原點位置也設定在此位置。 在此，第5圖及第6圖的中心線Ct的左側，是顯示如第3圖所示的狀態，中心線Ct的右側是顯示將操作構件40的上下方向A1、A2的位置調整之後的狀態。 朝使流體的流量減少的方向調整的情況時，如第5圖所示，將壓電致動器100伸長，將操作構件40朝下方向A2移動。由此，隔膜20及閥座15之間的距離也就是調整後的昇降量Lf-，是比調整前的昇降量Lf更小。壓電致動器100的伸長量是由變位感測器85檢出的閥座15的變形量也可以。 朝使流體的流量增加的方向調整的情況時，如第6圖所示，將壓電致動器100縮短，將操作構件40朝上方向A1移動。由此，隔膜20及閥座15之間的距離也就是調整後的昇降量Lf+，是比調整前的昇降量Lf更大。壓電致動器100的縮小量是由變位感測器85檢出的閥座15的變形量也可以。
在本實施方式中，隔膜20的昇降量Lf的最大值是100～900μm程度，由壓電致動器100所進行的調整量是±20～50μm程度。 壓電致動器100的行程，雖無法覆蓋隔膜20的昇降量，但是藉由併用由壓縮空氣G動作的主致動器60及壓電致動器100，就可以由行程相對長的主致動器60來確保隔膜閥1的供給的流量，且由行程相對短的壓電致動器100精密地調整流量，就不需要藉由調整殼體70等由手動調整流量。
在本實施方式中，利用了將被施加的電力轉換成伸縮的力的受動要素的調整用致動器，雖是使用壓電致動器100，但是不限定於此。例如，可以將由對應電場的變化而變形的化合物所構成的電力驅動材料作為致動器使用。可以藉由電流或是電壓使電力驅動材料的形狀和大小變化，來使被規定的操作構件40的開位置變化。這種電力驅動材料，是壓電材料也可以，壓電材料以外的電力驅動材料也可以。使用壓電材料以外的電力驅動材料的情況時可以使用電力驅動型高分子材料。 電力驅動型高分子材料，也稱為電活性高分子材料(Electro Active Polymer:EAP)，例如具有：藉由外部電場和庫侖力而被驅動的電性EAP、及藉由電場使將聚合物膨潤的溶劑流動而變形的非離子性EAP、藉由由電場所產生的離子和分子的移動而被驅動的離子性EAP等，可以使用這些的其中任一或是組合。
在第7圖，顯示：使用上述的隔膜閥1的閥系統400、及將此閥系統400適用於加工氣體控制系統的半導體製造裝置的例。此半導體製造裝置，是例如使用由ALD法所進行的半導體製造程序。 在第7圖中，閥系統400，是包含：隔膜閥1、及控制器410。控制器410，是由：由無圖示的處理器及輸入輸出電路及記憶體等所構成的硬體、所需的軟體、顯示器等所構成。控制器410，可朝隔膜閥1輸出：將主致動器60驅動控制的控制訊號SG1、及將壓電致動器100驅動控制的控制訊號SG2，並輸入：被設於隔膜閥1的變位感測器85的檢出訊號SG3。且，被設於隔膜閥1的一次側的流路壓力感測器420的檢出壓力值P是被輸入控制器410。
在第7圖中，500是加工氣體供給源，502是氣體盒，504是槽桶，506是處理腔室，508是排氣泵。 氣體盒502，是收容有集成化氣體系統。為了將正確地被計量的加工氣體供給至處理腔室506，而將開閉閥、調節器、流量控制裝置等的各種的流體機器集成化並收容於氣體盒502。 槽桶504，是作為將從氣體盒502被供給的處理氣體暫時地貯留的暫存區的功能，從槽桶504被供給至隔膜閥1的氣體的壓力值P是被控制成維持固定。 處理腔室506，是提供由ALD法所進行的對於基板進行膜形成用的密閉處理空間。 排氣泵508，是將處理腔室506內抽真空。
在此，對於控制器410的處理的概略參照第8圖進行說明。控制器410的處理，是如後述，第1，將隔膜閥1周期地開閉使氣體被供給至處理腔室506，第2，將每一次隔膜閥1的開閉被輸出的氣體的輸出質量算出並監視，第3，以使每一次隔膜閥1的開閉被輸出的氣體的輸出質量追從目標質量的方式調整隔膜20的昇降量Lf。
第8圖，是顯示將隔膜閥1周期地開閉時的，從隔膜閥1被輸出的氣體的質量流量Q、從變位感測器85所得到的變位資料V，橫軸是時間t。質量流量Q，是從隔膜閥1被輸出的每單位時間的氣體的質量。又，在第8圖中，P是顯示壓力值，壓力值P，是隔膜閥1的一次側的壓力。
隔膜閥1，是如第8圖所示，由周期T0反覆開閉動作。閥開放指令是在周期T0內的初期時點0朝隔膜閥1被給與，將隔膜閥1閉鎖的閉鎖指令是在時點T1被給與。在第8圖中，t1是質量流量Q漸漸地增大的上昇領域，t2是質量流量Q是成為固定的閥全開領域，t3是質量流量Q漸漸地減少的下降領域，t4是氣體的輸出被遮斷的閥全閉領域，周期T0可以區分成t1～t4的各領域。周期T0，是例如2.5秒，上昇領域t1及閥全開領域t2及下降領域t3合計的時間是例如1.5秒程度。
在此，重要的點，對於由隔膜閥1的開閉動作所產生的變化，因為壓力值P是小到可以忽視的程度，所以被視為固定，氣體的質量流量Q及壓力值P及變位資料V之間，次式(1)的關係是成立。
Q=V×P     (1)
將隔膜閥1的隔膜20及閥座15之間的間隙視為剖面積變化的可變限流孔的話，氣體的質量流量Q是與壓力值P成正比例。藉由利用式(1)的關係，可以從由變位感測器85的檢出訊號SG3所得到的變位資料V及壓力值P，即時地監視隔膜閥1的輸出的氣體的質量流量Q。且，藉由將質量流量Q時間積分，就可以監視每一次隔膜閥1的開閉被輸出的氣體的輸出質量。又，在本實施方式中，雖將壓力值P輸入控制器410，但是預先知道這些值的情況時，就不需要將其輸入控制器410。可以取得時間序列資料也就是變位資料V的話，就可以監視氣體的質量流量Q及質量流量Q的時間積分也就是輸出質量。
在第8圖中，變位資料V的閥全開領域t2的平坦部分的高度，是對應隔膜20的昇降量Lf。藉由上述的壓電致動器100，可以在由R1顯示的範圍將昇降量Lf上下調整。又，閥座15是藉由與隔膜20的衝突而漸漸地變形的話，變位資料V的平坦部分的高度也會漸漸地變低。 將隔膜閥1的隔膜20及閥座15之間的間隙視為可變限流孔的話，可變限流孔的剖面積及昇降量Lf的關係，是在複數隔膜閥1之間各別不同。且，對於上述的上昇領域t1、閥全開領域t2、下降領域t3的特性，也在複數隔膜閥1之間各別不同。 因此，有必要對於各隔膜閥1進行測量並作成資料表格，將昇降量Lf的值及可變限流孔的剖面積的值的關係，保管在控制器410的記憶體。可變限流孔的剖面積的值因為無法直接地測量，所以對於各隔膜閥1，有必要預先測量來取得昇降量Lf的值及氣體的質量流量Q的值的關係資料。
接著，對於控制器410的具體處理的一例，參照第9A圖～第9D圖所示的流程圖進行說明。 在控制器410中，加工氣體被供給至處理腔室506時，判斷是否應開始供給(步驟S1)，被判斷為應開始供給的情況時(步驟S1：Y)，實行主致動器60的驅動控制處理(步驟S2)。被判斷為不應供給開始的情況時(步驟S1：N)，成為待機狀態。
驅動控制處理，是如第9B圖所示，判斷現在時點是否位於周期T0內的時點0至時點T1的區間內(步驟S11)，被判斷為位於該區間內的情況時(步驟S11：Y)，朝隔膜閥1被輸出的控制訊號SG1(閥開放指令訊號)被導通(ON)(步驟S12)，被判斷為位於該區間外的情況時(步驟S11：N)，控制訊號SG1(閥開放指令訊號)被斷開(OFF)(步驟S13)。藉由這種處理，隔膜閥1是由周期T0周期地被開閉，氣體是通過隔膜閥1朝氣體處理腔室506被輸出。
接著，進行第9A圖所示的輸出監視處理(步驟S3)。輸出監視處理，是如第9C圖所示，判斷是否位於上昇領域t1、閥全開領域t2及下降領域t3的其中任一的區間內(步驟S21)，被判斷為位於該區間內的情況時(步驟S21：Y)，變位感測器85的檢出訊號SG3被取樣(步驟S22)，作為變位資料V被記憶(步驟S23)。使用被取樣的變位資料V將氣體的質量流量Q算出(步驟S24)，進一步，將質量流量Q時間積分將氣體的輸出質量TQ算出(步驟S25)。在步驟S21中，現時點是被判斷為位於上述的區間之外，即，被判斷為位於閥全閉領域t4內的情況時(步驟S21：N)，結束處理。被算出的質量流量Q及輸出質量TQ，可以在顯示器等被圖表顯示。
接著，進行第9A圖所示的輸出調整處理1(步驟S4) 輸出調整處理1，是如第9D圖所示，判斷現時點是否位於閥全閉領域t4內(步驟S31)，被判斷為現時點是位於閥全閉領域t4內的話(步驟S31 Y)，在步驟S25中取得被算出的輸出質量TQ(步驟S32)，算出此輸出質量TQ及目標質量RQ之間的偏差E(步驟S33)。目標質量RQ，是在隔膜閥1的一開閉動作中被輸出的氣體的理想的質量。在步驟S31中，被判斷為現時點是位於閥全閉領域t4的區間外的情況時(步驟S31：N)，結束處理。 接著，判斷偏差E是否比門檻值Th更大(步驟S34)，被判斷為偏差E是比門檻值Th更大的情況時(步驟S34：Y)，參照上述的昇降量Lf的值及氣體的質量流量Q及關係資料，決定供調整將偏差E消除用的昇降量Lf用的昇降機調整量(步驟S35)。使對應被算出的昇降機調整量的控制訊號SG2朝壓電致動器100被輸出(步驟S36)。由此，昇降量Lf可在閥全閉領域t4的區間內被變更，其結果，在下一次的週期當隔膜閥1被開閉時使質量流量Q被修正，輸出質量TQ就可追從目標質量RQ。又，在步驟S34中，被判斷為偏差E是比門檻值Th更小的情況時(步驟S34：N)，結束處理。
返回至第9A圖，在步驟S4之後，判斷是否應結束氣體的供給(步驟S5)，被判斷為應結束的情況時(步驟S5：Y)，結束處理，被判斷為不應結束的情況時(步驟S5：N)，反覆實行步驟S2～S4的處理。又，第9A圖的步驟S2～S5的各處理是在每一次規定的取樣時間被實行。
如以上，依據本實施方式，可以即時地監視從隔膜閥1朝各閥開閉被輸出的氣體的質量流量Q及輸出質量TQ。此外，因為可以依據由隔膜閥1的一次的開閉動作(一周期)所獲得的輸出質量TQ，以使輸出質量TQ及目標質量RQ之間的偏差E被消除的方式調整昇降量Lf，所以可以更精密地控制從周期地被開閉的隔膜閥1被供給的氣體的輸出質量。
在如第9D圖所示的輸出調整處理1中，雖依據由隔膜閥1的一次的開閉動作所獲得的輸出質量TQ，使隔膜閥1的下一次的開閉動作中的昇降量Lf被調整，但是本發明不限定於此。 在第9E圖所示的輸出調整處理2中，依據在隔膜閥1的一次的開閉動作中途處被算出的輸出質量決定調整昇降量，在該一的開閉動作中途處調整昇降量Lf。 輸出調整處理2，是如第9E圖所示，判斷現時點是否位於下降領域t3內(步驟S41)，被判斷為現時點是位於下降領域t3內的話(步驟S41：Y)，就算出預測輸出質量PTQ(步驟S42)。被判斷為現時點不是位於下降領域t3的話(步驟S41：N)，結束處理。 預測輸出質量PTQ，是例如，依據上昇領域t1及閥全開領域t2及現時點為止的下降領域t3(即下降領域t3的中途處為止)的質量流量Q(變位資料V)的變化特性，預測在下降領域t3最終完成的時點被輸出的輸出質量。例如，可以從現時點為止的輸出質量及現時點為止所取得的下降領域t3的質量流量Q的變化特性，算出在最終下降領域t3結束的時點被輸出的預測輸出質量PTQ。又，不限定於此方法，也可以利用在隔膜閥1的一次的開閉動作中途處所獲得的變位資料V，預測最終的輸出質量。
接著，算出預測輸出質量PTQ及目標質量RQ之間的偏差E(步驟S43)。目標質量RQ，是在一次的開閉動作中被輸出的理想的質量。 接著，判斷偏差E是否比門檻值Th更大(步驟S44)，被判斷為偏差E是比門檻值Th更大的情況時(步驟S44：Y)，參照上述的昇降量Lf及質量流量Q的關係資料，決定供調整將偏差E消除用的隔膜20的昇降量Lf用的昇降機調整量(步驟S45)。使對應被算出的昇降機調整量的控制訊號SG2朝壓電致動器100被輸出(步驟S46)。 由此，隔膜20的昇降量Lf是在下降領域t3的區間內，即，在隔膜閥1的一次的開閉動作中途處，被變更。此結果，可在同一的開閉動作內即時地修正質量流量Q及輸出質量TQ。其結果，可以更高精密地控制每一次隔膜閥1開閉的輸出質量。隔膜20的昇降量Lf的變更，是在上昇領域t1及閥全開領域t2的區間內進行也可以。 又，在步驟S44中，被判斷為偏差E是比門檻值Th更小的情況時(步驟S44：N)，結束處理。
在上述實施方式中，變位感測器雖例示了包含磁性感測器及磁鐵者，但是當然不限定於此，可採用光學式的位置檢出感測器等的非接觸式位置感測器。
在上述實施方式中，在昇降量的調整雖使用壓電致動器100，但是當然不限定於此，也可以一邊監視隔膜閥1的輸出一邊由手動操作調整昇降量Lf。
又，本發明，不限定於上述的實施方式。本行業者，可以在本發明的範圍內，進行各種的追加和變更等。例如，在上述適用例中，本發明的流量控制裝置雖例示了使用由ALD法所進行的半導體製造程序的情況，但是當然不限定於此，本發明，可適用在例如原子層蝕刻法等。
1:隔膜閥 2:閥本體 10:殼體 11:凹部 12:流路 12a:開口部 12b:另一端 12c,13:流路 13a:開口部 15:閥座 20:隔膜 25:推壓轉接環 27:致動器承接件 27b:限制面 30:罩蓋 40:操作構件 48:隔膜推 48a:鍔部 48t:抵接面 50:外殼 51:上側外殼構件 51f:相對面 51h:流通路 52:下側外殼構件 60:主致動器 70:調整殼體 80:致動器壓件 85:變位感測器 86:磁性感測器 86a:配線 87:磁鐵 90:捲簧 100:壓電致動器 101:外殼 102:前端部 103:基端部 105:配線 120:碟形彈簧 130:隔壁構件 150:供給管 151,152:管接頭 160:限位開關 161:可動銷 200:壓力調節器 201:管接頭 203:供給管 301:收容盒 302:支撐托板 400:閥系統 410:控制器 420:壓力感測器 502:氣體盒 504:槽桶 506:處理腔室 508:排氣泵 601,602:管接頭 E:偏差 G:壓縮空氣 Lf:昇降量 OP:開位置 P:壓力值 PTQ:預測輸出質量 Q:質量流量 RQ:目標質量 T0:周期 TQ:輸出質量 Th:門檻值 V:變位資料 t1:上昇領域 t2:閥全開領域 t3:下降領域 t4:閥全閉領域
[第1A圖]隔膜閥的縱剖面圖，第1B圖的1a-1a線的剖面圖。 [第1B圖]第1A圖的隔膜閥的俯視圖。 [第1C圖]第1A圖的隔膜閥的致動器部的放大剖面圖。 [第1D圖]第1B圖的1D-1D線的致動器部的放大剖面圖。 [第1E圖]第1A圖的圓A內的放大剖面圖。 [第2圖]顯示壓電致動器的動作的說明圖。 [第3圖]說明第1A圖的隔膜閥的全閉狀態用的主要部分的放大剖面圖。 [第4圖]說明第1A圖的隔膜閥的全開狀態用的主要部分的放大剖面圖。 [第5圖]說明第1A圖的閥裝置的流量調整時(流量減少時)的狀態用的主要部分的放大剖面圖。 [第6圖]說明第1A圖的閥裝置的流量調整時(流量增加時)的狀態用的主要部分的放大剖面圖。 [第7圖]顯示本發明的一實施方式的閥系統、及其半導體製造裝置的加工氣體控制系統的適用例的概略圖。 [第8圖]顯示將隔膜閥周期地開閉時的操作構件的時間變位資料V、來自隔膜閥的輸出(流量)Q及壓力值的一例的圖表。 [第9A圖]顯示控制器中的處理的一例的流程圖。 [第9B圖]顯示驅動控制處理的一例的流程圖。 [第9C圖]顯示輸出監視處理的一例的流程圖。 [第9D圖]顯示輸出調整處理的一例的流程圖。 [第9E圖]顯示輸出調整處理的其他例的流程圖。

Claims (10)

  1. 一種閥系統，具有： 隔膜閥，包含：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構；及 變位感測器，是檢出前述操作構件對於前述殼體的變位；及 驅動控制部，是以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作；及 輸出監視部，是使用前述變位感測器所檢出的變位資料，將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出。
  2. 如請求項1的閥系統，其中， 前述輸出監視部，是依據前述變位感測器所檢出的變位資料的時間積分，算出前述輸出質量。
  3. 如請求項1或2的閥系統，其中， 進一步具有昇降量調整機構，其是用於調整藉由被定位在前述開位置的前述操作構件而被規定的前述隔膜的昇降量。
  4. 如請求項3的閥系統，其中， 前述昇降量調整機構，是包含致動器，其是使用對應來自外部的輸入訊號而伸縮的受動元件。
  5. 如請求項1或2的閥系統，其中， 進一步具有輸出調整部，其是依據前述輸出監視部所算出的輸出質量決定調整昇降量，由該決定的前述調整昇降量在前述昇降量調整機構調整前述昇降量，而調整從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量。
  6. 如請求項5的閥系統，其中， 前述輸出調整部，是比較藉由前述隔膜閥的一次的開閉動作而被算出的輸出質量及目標質量，依據兩者的偏差來決定前述調整昇降量，由該調整昇降量在前述昇降量調整機構調整前述昇降量。
  7. 如請求項5的閥系統，其中， 前述輸出調整部，是依據在前述隔膜閥的一次的開閉動作中途處被算出的輸出質量來決定前述調整昇降量，在前述一的開閉動作中途處在前述昇降量調整機構調整前述昇降量。
  8. 一種隔膜閥的輸出監視方法， 前述隔膜閥，具有：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構，前述隔膜閥的輸出監視方法，是 將壓力被控制的流體供給至前述隔膜閥， 以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作， 檢出前述操作構件對於前述殼體的變位， 利用所檢出的前述操作構件的變位資料，將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出。
  9. 一種隔膜閥的輸出調整方法， 前述隔膜閥，包含：將流體流通的流路劃界的殼體、及藉由將前述流路的一部分劃界且對於被設於前述殼體的閥座抵接及隔離而將前述流路開閉的隔膜、及將在前述隔膜將前述流路閉鎖的閉位置及在前述隔膜將前述流路開放的開位置之間可移動的前述隔膜操作的操作構件、及將前述操作構件朝前述開位置或是閉位置移動的驅動機構、及調整藉由被定位在前述開位置的前述操作構件而被規定的前述隔膜閥的昇降量用的昇降量調整機構，前述隔膜閥的輸出調整方法，是 將壓力被控制的流體供給至前述隔膜閥， 以在前述隔膜將前述流路周期地開閉的方式將前述驅動機構動作， 檢出前述操作構件對於前述殼體的變位， 利用檢出的變位資料將通過前述隔膜及前述閥座之間的間隙從前述隔膜閥被輸出的流體的輸出質量算出， 依據所算出的輸出質量來決定調整昇降量， 由決定的調整昇降量在前述昇降量調整機構調整前述昇降量。
  10. 一種半導體製造裝置， 在密閉的腔室內需要由加工氣體進行處理過程的半導體裝置的製造程序中，在前述加工氣體的供給控制使用請求項1至7中任一項的閥系統。
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