JPH0972458A - 真空圧力制御システム - Google Patents
真空圧力制御システムInfo
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- JPH0972458A JPH0972458A JP7248495A JP24849595A JPH0972458A JP H0972458 A JPH0972458 A JP H0972458A JP 7248495 A JP7248495 A JP 7248495A JP 24849595 A JP24849595 A JP 24849595A JP H0972458 A JPH0972458 A JP H0972458A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16K51/02—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
- G05D16/2093—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
- G05D16/2097—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power using pistons within the main valve
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
- Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
- Y10T137/7762—Fluid pressure type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低真空から高真空までの広いレンジに渡っ
て、真空圧力を精度良く保持できると共に、緊急遮断機
能を有し、コンパクトかつ安価な真空圧力制御システム
を提供すること。 【解決手段】 真空圧力制御システムは、（１）真空比
例開閉弁１８が、弁座３６と、外周に先細りのテーパ面
３４ａが形成され弁座３６の中心線に沿って移動するこ
とにより、弁座３６とテーパ面３４ａとで構成する隙間
の面積を変化させるポペット弁体３３と、ポペット弁体
３３を移動させるためのパイロットシリンダ３２とを有
し、（２）真空圧力制御装置が、圧力センサ１７の出力
に基づいてパイロットシリンダ３２に供給するエア圧力
を変化させる時間開閉動作弁６２を制御する。
て、真空圧力を精度良く保持できると共に、緊急遮断機
能を有し、コンパクトかつ安価な真空圧力制御システム
を提供すること。 【解決手段】 真空圧力制御システムは、（１）真空比
例開閉弁１８が、弁座３６と、外周に先細りのテーパ面
３４ａが形成され弁座３６の中心線に沿って移動するこ
とにより、弁座３６とテーパ面３４ａとで構成する隙間
の面積を変化させるポペット弁体３３と、ポペット弁体
３３を移動させるためのパイロットシリンダ３２とを有
し、（２）真空圧力制御装置が、圧力センサ１７の出力
に基づいてパイロットシリンダ３２に供給するエア圧力
を変化させる時間開閉動作弁６２を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程で
使用される真空容器内の真空圧力を所定値に正確かつ迅
速に保持するための真空圧力制御システムに関するもの
である。
使用される真空容器内の真空圧力を所定値に正確かつ迅
速に保持するための真空圧力制御システムに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されていた真空圧力制御システ
ムを図面を参照して説明する。図１６に全体の構成を示
す。真空容器である真空チャンバ１１の内部に、ウエハ
１５が段状に配置される。真空チャンバ１１には、入口
１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガ
スの供給源及び真空チャンバ１１内をパージするための
窒素ガスの供給源が接続している。出口１４には、ベロ
ーズ式ポペット弁であるパイロット式開閉弁２０の入口
ポートが接続されている。パイロット式開閉弁２０の出
口ポートは、バタフライ式の開度調整弁である弁開度比
例弁２３を介して、真空ポンプ１９に接続している。
ムを図面を参照して説明する。図１６に全体の構成を示
す。真空容器である真空チャンバ１１の内部に、ウエハ
１５が段状に配置される。真空チャンバ１１には、入口
１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガ
スの供給源及び真空チャンバ１１内をパージするための
窒素ガスの供給源が接続している。出口１４には、ベロ
ーズ式ポペット弁であるパイロット式開閉弁２０の入口
ポートが接続されている。パイロット式開閉弁２０の出
口ポートは、バタフライ式の開度調整弁である弁開度比
例弁２３を介して、真空ポンプ１９に接続している。
【０００３】ここで、弁開度比例弁２３は、配管内径と
ほぼ同径の円板が中心線を通る支柱を中心に回転可能に
付設されたものであり、支柱は、ステップモータにより
回転され停止される。このパルスモータの停止位置によ
り、弁の開度が決められる。ここで、圧力センサ１７に
より真空チャンバ１１内部の真空圧力を計測し、所定の
真空圧力値になるように、弁開度比例弁２３のステップ
モータの停止位置にフィードバック制御を行っている。
すなわち、製造プロセス中、真空チャンバ１１にはプロ
セスガスが供給されており、真空圧力制御システムは、
真空圧力値が目標値より大気圧方向に高くなったとき
は、弁開度比例弁２３を開度を大きくして、真空ポンプ
１９が吸引する真空流量を多くする。また、真空圧力値
が目標値より絶対真空方向に向かって低いときは、弁開
度比例弁２３の開度を小さくして、真空流量を少なくす
る。
ほぼ同径の円板が中心線を通る支柱を中心に回転可能に
付設されたものであり、支柱は、ステップモータにより
回転され停止される。このパルスモータの停止位置によ
り、弁の開度が決められる。ここで、圧力センサ１７に
より真空チャンバ１１内部の真空圧力を計測し、所定の
真空圧力値になるように、弁開度比例弁２３のステップ
モータの停止位置にフィードバック制御を行っている。
すなわち、製造プロセス中、真空チャンバ１１にはプロ
セスガスが供給されており、真空圧力制御システムは、
真空圧力値が目標値より大気圧方向に高くなったとき
は、弁開度比例弁２３を開度を大きくして、真空ポンプ
１９が吸引する真空流量を多くする。また、真空圧力値
が目標値より絶対真空方向に向かって低いときは、弁開
度比例弁２３の開度を小さくして、真空流量を少なくす
る。
【０００４】しかし、弁開度比例弁２３のようなバタフ
ライ式比例弁では、構造的に完全遮断を行えないため、
別にパイロット式開閉弁２０のような遮断弁を直列に接
続する必要がある。バタフライ式比例弁で完全遮断をし
ようとする場合、バタフライ弁体の周囲にＯリング等を
取り付けて配管内壁と接触させることが行われるが、半
導体製造装置では、プロセスガスの生成物がＯリングの
表面に析出して完全遮断ができなくなってしまうからで
ある。又、Ｏリングに対して完全遮断するための十分な
トルク荷重を与えられることができないからである。こ
こで、遮断弁は、完全真空遮断機能の他に、装置電源が
ＯＦＦした場合に弁が閉じるように、緊急遮断機能が必
要とされている。そのため、パイロット式開閉弁２０に
は、シリンダ式パイロット弁が使用されている。
ライ式比例弁では、構造的に完全遮断を行えないため、
別にパイロット式開閉弁２０のような遮断弁を直列に接
続する必要がある。バタフライ式比例弁で完全遮断をし
ようとする場合、バタフライ弁体の周囲にＯリング等を
取り付けて配管内壁と接触させることが行われるが、半
導体製造装置では、プロセスガスの生成物がＯリングの
表面に析出して完全遮断ができなくなってしまうからで
ある。又、Ｏリングに対して完全遮断するための十分な
トルク荷重を与えられることができないからである。こ
こで、遮断弁は、完全真空遮断機能の他に、装置電源が
ＯＦＦした場合に弁が閉じるように、緊急遮断機能が必
要とされている。そのため、パイロット式開閉弁２０に
は、シリンダ式パイロット弁が使用されている。
【０００５】一方、真空チャンバ１１を真空にする場
合、真空チャンバ１１内に多量のプロセスガスが残って
いるときに、弁開度比例弁２３の開度を大きくとると、
真空チャンバ１１から短時間で多量のプロセスガスが吸
引されるため、真空チャンバ１１内に気流が発生し、壁
面に付着していたパーティクルを巻き上げてしまう問題
がある。巻き上げられたパーティクルを全て吸引するの
は容易でないため、真空チャンバ１１内に多量のプロセ
スガスが残っている場合は、始めは少量づつ吸引する制
御を行っている。そのためには、弁開度比例弁２３の弁
開度を少しの状態で安定して保持しなければならない。
合、真空チャンバ１１内に多量のプロセスガスが残って
いるときに、弁開度比例弁２３の開度を大きくとると、
真空チャンバ１１から短時間で多量のプロセスガスが吸
引されるため、真空チャンバ１１内に気流が発生し、壁
面に付着していたパーティクルを巻き上げてしまう問題
がある。巻き上げられたパーティクルを全て吸引するの
は容易でないため、真空チャンバ１１内に多量のプロセ
スガスが残っている場合は、始めは少量づつ吸引する制
御を行っている。そのためには、弁開度比例弁２３の弁
開度を少しの状態で安定して保持しなければならない。
【０００６】しかし、バタフライ式比例弁は、その構造
上狭い開度においては、わずかな回転角度で開度が大き
く変化するため、真空ポンプ１９で真空チャンバ１１か
らゆっくりとガス抜きを行うことが難しい。そのため従
来のシステムでは、パイロット式開閉弁２０と並列に、
バイパス弁２２と遮断弁２１とが接続されている。すな
わち、バイパス弁２２は狭い開度で設定されており、パ
イロット式開閉弁２０を閉じて弁開度比例弁２３を開い
て、遮断弁２１を開くことによって、真空ポンプ１９と
真空チャンバ１１とを狭い開度で接続でき、真空チャン
バ１１内のプロセスガスをゆっくりと吸引することがで
きる。これらの制御は、出口ポート１４の真空圧力を計
測するための圧力センサ１７により計測された出力に基
づいて、図示しない真空制御装置により行われる。圧力
センサ１７と出口ポート１４との間には、圧力センサ１
７のメンテナンス用の遮断弁１６が接続されている。
上狭い開度においては、わずかな回転角度で開度が大き
く変化するため、真空ポンプ１９で真空チャンバ１１か
らゆっくりとガス抜きを行うことが難しい。そのため従
来のシステムでは、パイロット式開閉弁２０と並列に、
バイパス弁２２と遮断弁２１とが接続されている。すな
わち、バイパス弁２２は狭い開度で設定されており、パ
イロット式開閉弁２０を閉じて弁開度比例弁２３を開い
て、遮断弁２１を開くことによって、真空ポンプ１９と
真空チャンバ１１とを狭い開度で接続でき、真空チャン
バ１１内のプロセスガスをゆっくりと吸引することがで
きる。これらの制御は、出口ポート１４の真空圧力を計
測するための圧力センサ１７により計測された出力に基
づいて、図示しない真空制御装置により行われる。圧力
センサ１７と出口ポート１４との間には、圧力センサ１
７のメンテナンス用の遮断弁１６が接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
真空圧力制御システムには、次のような問題があった。 （１）バタフライ式比例弁である弁開度比例弁２３とバ
イパス弁２２の組み合せでは、大気に近い真空圧力であ
る低真空領域（例えば、数Ｔｏｒｒ）から、中真空領
域、及び高真空領域（例えば数ｍｍＴｏｒｒ）まで広い
範囲にわたって精度良く制御することができなかった。
特に、低真空領域では、バタフライ式比例弁は、少量の
流量を流すことが困難であり、また、バイパス弁を使用
した場合でも、バイパス弁２２で真空流量が固定されて
いるため、従来のシステムでは、真空圧力を僅かに変化
させる必要がある場合に対応することができなかった。
真空圧力制御システムには、次のような問題があった。 （１）バタフライ式比例弁である弁開度比例弁２３とバ
イパス弁２２の組み合せでは、大気に近い真空圧力であ
る低真空領域（例えば、数Ｔｏｒｒ）から、中真空領
域、及び高真空領域（例えば数ｍｍＴｏｒｒ）まで広い
範囲にわたって精度良く制御することができなかった。
特に、低真空領域では、バタフライ式比例弁は、少量の
流量を流すことが困難であり、また、バイパス弁を使用
した場合でも、バイパス弁２２で真空流量が固定されて
いるため、従来のシステムでは、真空圧力を僅かに変化
させる必要がある場合に対応することができなかった。
【０００８】（２）弁開度比例弁２３の他に、パイロッ
ト式開閉弁２０、バイパス弁２２、及び遮断弁２１を必
要とするため、配管系統に接続部が多く、パーティクル
の混入等の可能性が増える問題があった。また、設備が
大きくなり、工程が複雑化することにより各設備のコン
パクト化が求められている半導体製造工程で使用する設
備として問題があった。また、コストアップする問題が
あった。
ト式開閉弁２０、バイパス弁２２、及び遮断弁２１を必
要とするため、配管系統に接続部が多く、パーティクル
の混入等の可能性が増える問題があった。また、設備が
大きくなり、工程が複雑化することにより各設備のコン
パクト化が求められている半導体製造工程で使用する設
備として問題があった。また、コストアップする問題が
あった。
【０００９】（３）上記問題点を解決する手段として、
ポペット弁が考えられる。すなわち、弁座に当接・離間
する平らな弁体の位置をステップモータまたはサーボモ
ータで制御する方法である。この方法によれば、弁開度
比例弁２３、バイパス弁２２、及び遮断弁２１とを一体
的にすることが可能であるが、ステップモータまたはサ
ーボモータによりポペット弁を駆動する方法では、緊急
遮断機能を持たせることが難しい問題がある。すなわ
ち、停電が発生した場合に、ステップモータ等が停止し
て弁を緊急遮断させることができない。また、弁を高速
で遮断したい場合でも、完全に遮断するまでに１０秒近
い時間を必要とする問題がある。これは、弁を駆動する
トルクを発生させる必要があるためステップモータの回
転速度を早くできないからである。
ポペット弁が考えられる。すなわち、弁座に当接・離間
する平らな弁体の位置をステップモータまたはサーボモ
ータで制御する方法である。この方法によれば、弁開度
比例弁２３、バイパス弁２２、及び遮断弁２１とを一体
的にすることが可能であるが、ステップモータまたはサ
ーボモータによりポペット弁を駆動する方法では、緊急
遮断機能を持たせることが難しい問題がある。すなわ
ち、停電が発生した場合に、ステップモータ等が停止し
て弁を緊急遮断させることができない。また、弁を高速
で遮断したい場合でも、完全に遮断するまでに１０秒近
い時間を必要とする問題がある。これは、弁を駆動する
トルクを発生させる必要があるためステップモータの回
転速度を早くできないからである。
【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、低真空から高真空までの広いレ
ンジに渡って、真空圧力を精度良く保持できると共に、
緊急遮断機能を有し、コンパクトかつ安価な真空圧力制
御システムを提供することを目的とする。
になされたものであり、低真空から高真空までの広いレ
ンジに渡って、真空圧力を精度良く保持できると共に、
緊急遮断機能を有し、コンパクトかつ安価な真空圧力制
御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の真空圧力制御シ
ステムは、次に示す構成を有している。 （Ａ）真空容器と、真空容器内のガスを吸引する真空ポ
ンプと、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあ
って開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力
を変化させる真空比例開閉弁と、真空容器内の真空圧力
を計測する圧力センサと、圧力センサの出力に基づいて
真空比例開閉弁の開度を制御する真空圧力制御装置とを
有する真空圧力制御システムであって、（１）前記真空
比例開閉弁が、弁座と、外周に先細りのテーパ面が形成
され前記弁座の中心線に沿って移動することにより、前
記弁座と前記テーパ面とで構成する隙間の面積を変化さ
せる弁体と、前記弁体を移動させるためのパイロット弁
とを有すること、（２）前記真空圧力制御装置が、前記
圧力センサの出力に基づいて前記パイロット弁に供給す
るエア圧力を変化させるサーボ弁を制御することであ
る。
ステムは、次に示す構成を有している。 （Ａ）真空容器と、真空容器内のガスを吸引する真空ポ
ンプと、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあ
って開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力
を変化させる真空比例開閉弁と、真空容器内の真空圧力
を計測する圧力センサと、圧力センサの出力に基づいて
真空比例開閉弁の開度を制御する真空圧力制御装置とを
有する真空圧力制御システムであって、（１）前記真空
比例開閉弁が、弁座と、外周に先細りのテーパ面が形成
され前記弁座の中心線に沿って移動することにより、前
記弁座と前記テーパ面とで構成する隙間の面積を変化さ
せる弁体と、前記弁体を移動させるためのパイロット弁
とを有すること、（２）前記真空圧力制御装置が、前記
圧力センサの出力に基づいて前記パイロット弁に供給す
るエア圧力を変化させるサーボ弁を制御することであ
る。
【００１２】（Ｂ）（Ａ）に記載するシステムにおい
て、前記真空比例開閉弁を構成する前記パイロット弁
が、中空状のシリンダ室と、前記シリンダ室内を摺動す
るピストンと、内周端部が前記ピストンに固定され、外
周端部が前記シリンダ室壁に固定されたベロフラムとを
有することを特徴とする。 （Ｃ）（Ａ）または（Ｂ）に記載するシステムにおい
て、前記パイロット弁供給するエア圧力を変化させるサ
ーボ弁が、パルス周波数に応じて時間開閉動作する電磁
弁であって、前記パイロット弁とエア源との間に接続さ
れたエア供給電磁弁と、前記パイロット弁と排気管との
間に接続されたエア排気電磁弁とを有すると共に、前記
真空圧力制御装置が、前記エア供給電磁弁及び前記エア
排気電磁弁に対してパルス信号を供給することにより、
前記真空比例開閉弁の開度を制御することを特徴とす
る。
て、前記真空比例開閉弁を構成する前記パイロット弁
が、中空状のシリンダ室と、前記シリンダ室内を摺動す
るピストンと、内周端部が前記ピストンに固定され、外
周端部が前記シリンダ室壁に固定されたベロフラムとを
有することを特徴とする。 （Ｃ）（Ａ）または（Ｂ）に記載するシステムにおい
て、前記パイロット弁供給するエア圧力を変化させるサ
ーボ弁が、パルス周波数に応じて時間開閉動作する電磁
弁であって、前記パイロット弁とエア源との間に接続さ
れたエア供給電磁弁と、前記パイロット弁と排気管との
間に接続されたエア排気電磁弁とを有すると共に、前記
真空圧力制御装置が、前記エア供給電磁弁及び前記エア
排気電磁弁に対してパルス信号を供給することにより、
前記真空比例開閉弁の開度を制御することを特徴とす
る。
【００１３】（Ｄ）（Ａ）または（Ｂ）に記載するシス
テムにおいて、前記パイロット弁に供給するエア圧力を
変化させるサーボ弁が、ノズルフラッパ方式のサーボ弁
であって、前記真空圧力制御装置が、前記ノズルフラッ
パ方式サーボ弁のノズルの開度を圧電バイモルフにより
制御することにより、前記真空比例開閉弁の開度を制御
することを特徴とする。 （Ｅ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記真空圧力制御装置が、外部か
ら与えられる目標真空圧力と前記圧力センサの出力との
差を演算し、その差が所定値より大きい場合に、前記サ
ーボ弁に対して最大操作量が与えられることを特徴とす
る。 （Ｆ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記パイロット弁がノーマルクロ
ーズタイプのシリンダであって、電源遮断時には前記真
空比例開閉弁を閉じることを特徴とする。 （Ｇ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記パイロット弁がノーマルオー
プンタイプのシリンダであって、電源遮断時には前記真
空比例開閉弁を開くことを特徴とする。
テムにおいて、前記パイロット弁に供給するエア圧力を
変化させるサーボ弁が、ノズルフラッパ方式のサーボ弁
であって、前記真空圧力制御装置が、前記ノズルフラッ
パ方式サーボ弁のノズルの開度を圧電バイモルフにより
制御することにより、前記真空比例開閉弁の開度を制御
することを特徴とする。 （Ｅ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記真空圧力制御装置が、外部か
ら与えられる目標真空圧力と前記圧力センサの出力との
差を演算し、その差が所定値より大きい場合に、前記サ
ーボ弁に対して最大操作量が与えられることを特徴とす
る。 （Ｆ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記パイロット弁がノーマルクロ
ーズタイプのシリンダであって、電源遮断時には前記真
空比例開閉弁を閉じることを特徴とする。 （Ｇ）（Ａ）及至（Ｄ）に記載するシステムのうちのい
ずれか１つにおいて、前記パイロット弁がノーマルオー
プンタイプのシリンダであって、電源遮断時には前記真
空比例開閉弁を開くことを特徴とする。
【００１４】前記構成による本発明の真空圧力制御シス
テムは次のように作用する。真空ポンプは、真空容器内
のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、
真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁
が、開度を変化させることにより真空容器内から真空ポ
ンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力
を変化させている。また、圧力センサは、真空容器内の
真空圧力を計測する。真空圧力制御装置は、中央制御装
置からの真空圧力指示値を受けて、真空圧力指示値と圧
力センサの出力が一致するように真空比例開閉弁の開度
を制御する。ここで、真空比例開閉弁の開度は、弁座に
対して、パイロット弁により、外周に先細りのテーパ面
が形成された弁体を弁座の中心線に沿って移動させ、弁
座とテーパ面とで構成する隙間の面積を変化させること
により調整される。弁体を移動させるパイロット弁に供
給されるエアの圧力は、圧力センサの出力に基づいて真
空圧力制御装置がサーボ弁を介して制御する。
テムは次のように作用する。真空ポンプは、真空容器内
のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、
真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁
が、開度を変化させることにより真空容器内から真空ポ
ンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力
を変化させている。また、圧力センサは、真空容器内の
真空圧力を計測する。真空圧力制御装置は、中央制御装
置からの真空圧力指示値を受けて、真空圧力指示値と圧
力センサの出力が一致するように真空比例開閉弁の開度
を制御する。ここで、真空比例開閉弁の開度は、弁座に
対して、パイロット弁により、外周に先細りのテーパ面
が形成された弁体を弁座の中心線に沿って移動させ、弁
座とテーパ面とで構成する隙間の面積を変化させること
により調整される。弁体を移動させるパイロット弁に供
給されるエアの圧力は、圧力センサの出力に基づいて真
空圧力制御装置がサーボ弁を介して制御する。
【００１５】例えば、サーボ弁を構成するエア供給電磁
弁は、真空圧力制御装置よりパルス信号を受けて、パル
ス信号に応じて時間開閉動作することにより、パイロッ
ト弁に対して駆動エアを供給する。また、電磁弁を構成
するエア排気電磁弁は、真空圧力制御装置よりパルス信
号を受けて、パイロット弁の供給エアを排気管に排気す
ることで、パイロット弁に供給される駆動エアの圧力を
調整する。パイロット弁は、ベロフラムによりピストン
両側を隔離しているので、ピストンが移動するときに、
摺動抵抗がきわめて僅かなためピストンの停止位置を微
妙に制御することが可能である。また、パイロット弁
は、ノーマルクローズタイプのシリンダなので、停電等
のトラブルが発生したときに、パイロット弁は、迅速に
緊急遮断される。また、パイロット弁は、ノーマルオー
プンタイプのシリンダなので、停電等のトラブルが発生
したときに、パイロット弁は、迅速に緊急全開される。
弁は、真空圧力制御装置よりパルス信号を受けて、パル
ス信号に応じて時間開閉動作することにより、パイロッ
ト弁に対して駆動エアを供給する。また、電磁弁を構成
するエア排気電磁弁は、真空圧力制御装置よりパルス信
号を受けて、パイロット弁の供給エアを排気管に排気す
ることで、パイロット弁に供給される駆動エアの圧力を
調整する。パイロット弁は、ベロフラムによりピストン
両側を隔離しているので、ピストンが移動するときに、
摺動抵抗がきわめて僅かなためピストンの停止位置を微
妙に制御することが可能である。また、パイロット弁
は、ノーマルクローズタイプのシリンダなので、停電等
のトラブルが発生したときに、パイロット弁は、迅速に
緊急遮断される。また、パイロット弁は、ノーマルオー
プンタイプのシリンダなので、停電等のトラブルが発生
したときに、パイロット弁は、迅速に緊急全開される。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の真空圧力制御システムを
具体化した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を
図１５に示す。真空容器である真空チャンバ１１の内部
に、ウエハ１５が段状に配置される。真空チャンバ１１
には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、
プロセスガスの供給源及び真空チャンバ１１内をパージ
するための窒素ガスの供給源が接続している。出口１４
には、弁開度比例弁である真空比例開閉弁１８の入口ポ
ートが接続されている。真空比例開閉弁１８の出口ポー
トは、真空ポンプ１９に接続している。また、出口１４
には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されて
いる。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャ
パシタンス・マノメータを使用している。
具体化した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を
図１５に示す。真空容器である真空チャンバ１１の内部
に、ウエハ１５が段状に配置される。真空チャンバ１１
には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、
プロセスガスの供給源及び真空チャンバ１１内をパージ
するための窒素ガスの供給源が接続している。出口１４
には、弁開度比例弁である真空比例開閉弁１８の入口ポ
ートが接続されている。真空比例開閉弁１８の出口ポー
トは、真空ポンプ１９に接続している。また、出口１４
には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されて
いる。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャ
パシタンス・マノメータを使用している。
【００１７】次に、真空比例開閉弁１８の構造を図１及
び図２に基づいて詳細に説明する。図１は、真空比例開
閉弁１８が閉じられた状態を示し、図２は、真空比例開
閉弁１８が完全に開かれた状態を示している。真空比例
開閉弁１８は、大きく上部のパイロットシリンダ３２と
下部のベローズ式ポペット弁３１に別れている。パイロ
ットシリンダ３２は、次のような構成を有する。単動空
気圧シリンダ４３に対して、摺動可能にピストン４１が
嵌合されている。ピストン４１は、復帰バネ４２により
下向きに付勢されている。
び図２に基づいて詳細に説明する。図１は、真空比例開
閉弁１８が閉じられた状態を示し、図２は、真空比例開
閉弁１８が完全に開かれた状態を示している。真空比例
開閉弁１８は、大きく上部のパイロットシリンダ３２と
下部のベローズ式ポペット弁３１に別れている。パイロ
ットシリンダ３２は、次のような構成を有する。単動空
気圧シリンダ４３に対して、摺動可能にピストン４１が
嵌合されている。ピストン４１は、復帰バネ４２により
下向きに付勢されている。
【００１８】ピストン４１の上端にスライドレバー４８
の一端が連結されている。スライドレバー４８は、単動
空気圧シリンダ４３の外部に出てポテンショメータ５０
の図示しないロッドと連結している。ロッドは、ポテン
ショメータ５０内の可変抵抗に接続しており、このポテ
ンショメータ５０によりピストン４１の位置を正確に計
測している。また、ピストン４１の下面には、ベロフラ
ム５１の内周端部が固定されている。ベロフラム５１の
外周端部は、単動空気圧シリンダ４３の室壁に固定され
ている。ベロフラム５１は、極めて薄く設計され、構造
的には、強力なポリエステル、テトロン布等の上にゴム
を被覆したものである。ベロフラム５１とは、長いスト
ロークと深い折り返し部を持ち、作動中にその有効受圧
面積が一定不変に保たれる円筒形のダイヤフラムであ
る。本実施の形態では、パイロットシリンダ３２のピス
トン４１両側の隔離にベロフラム５１を使用しているの
で、ピストン４１のスティックスリップの発生がなく、
ピストン４１を高い応答性と正確な位置精度で移動させ
ることが可能である。
の一端が連結されている。スライドレバー４８は、単動
空気圧シリンダ４３の外部に出てポテンショメータ５０
の図示しないロッドと連結している。ロッドは、ポテン
ショメータ５０内の可変抵抗に接続しており、このポテ
ンショメータ５０によりピストン４１の位置を正確に計
測している。また、ピストン４１の下面には、ベロフラ
ム５１の内周端部が固定されている。ベロフラム５１の
外周端部は、単動空気圧シリンダ４３の室壁に固定され
ている。ベロフラム５１は、極めて薄く設計され、構造
的には、強力なポリエステル、テトロン布等の上にゴム
を被覆したものである。ベロフラム５１とは、長いスト
ロークと深い折り返し部を持ち、作動中にその有効受圧
面積が一定不変に保たれる円筒形のダイヤフラムであ
る。本実施の形態では、パイロットシリンダ３２のピス
トン４１両側の隔離にベロフラム５１を使用しているの
で、ピストン４１のスティックスリップの発生がなく、
ピストン４１を高い応答性と正確な位置精度で移動させ
ることが可能である。
【００１９】ピストン４１の中央には、ピストンロッド
３７が固設され、ピストン４１の移動に応じて上下に摺
動する。ピストンロッド３７の下端には、ポペット弁体
３３が付設されている。また、ポペット弁体３３の上面
には、ベローズ３８の一端が周回して取り付けられてい
る。ポペット弁体３３の詳細な構造を図３及び図４に示
す。図３は、真空比例開閉弁１８が閉じた状態を示し、
図４は、真空比例開閉弁１８が中真空領域で使用されて
いる状態を示している。ポペット弁体３３は、ピストン
ロッド３７と連結する弁本体３３ａ、Ｏリング３５を固
定するためのＯリング取付部３３ｂ、及びステンレス弁
体３４を取り付けるためのステンレス弁体取付部３３ｃ
より構成されている。本実施の形態では、ステンレス弁
体３４の材料としてＳＵＳ３１６Ｌを使用している。Ｏ
リング３５は、ポペット弁体３３のステンレス弁体３４
の外周に形成された先細りのテーパ面３４ａが弁本体４
５に形成された弁座３６に当接して押圧されたときに、
流体の漏れをなくすためのものである。テーパ面３４ａ
は本実施の形態では、θ＝３度としている。テーパ面３
４ａの上部にはストレート部３４ｂが形成されている。
３７が固設され、ピストン４１の移動に応じて上下に摺
動する。ピストンロッド３７の下端には、ポペット弁体
３３が付設されている。また、ポペット弁体３３の上面
には、ベローズ３８の一端が周回して取り付けられてい
る。ポペット弁体３３の詳細な構造を図３及び図４に示
す。図３は、真空比例開閉弁１８が閉じた状態を示し、
図４は、真空比例開閉弁１８が中真空領域で使用されて
いる状態を示している。ポペット弁体３３は、ピストン
ロッド３７と連結する弁本体３３ａ、Ｏリング３５を固
定するためのＯリング取付部３３ｂ、及びステンレス弁
体３４を取り付けるためのステンレス弁体取付部３３ｃ
より構成されている。本実施の形態では、ステンレス弁
体３４の材料としてＳＵＳ３１６Ｌを使用している。Ｏ
リング３５は、ポペット弁体３３のステンレス弁体３４
の外周に形成された先細りのテーパ面３４ａが弁本体４
５に形成された弁座３６に当接して押圧されたときに、
流体の漏れをなくすためのものである。テーパ面３４ａ
は本実施の形態では、θ＝３度としている。テーパ面３
４ａの上部にはストレート部３４ｂが形成されている。
【００２０】弁座３６は、弁本体４５の下部中央に形成
された中空円筒の内面として形成されている。そして、
図４に示すように、ステンレス弁体３４のテーパ面３４
ａが弁座３６の中心線に沿って移動することにより、テ
ーパ面３４ａと弁座３６とで構成される隙間の面積が変
化し、真空比例開閉弁１８の弁開度が変化される。ま
た、図３に示すように、ポペット弁体３３が弁座３６の
上面に当接されたときは、Ｏリング３５が押圧されるこ
とにより、流体の漏れが完全に遮断される。
された中空円筒の内面として形成されている。そして、
図４に示すように、ステンレス弁体３４のテーパ面３４
ａが弁座３６の中心線に沿って移動することにより、テ
ーパ面３４ａと弁座３６とで構成される隙間の面積が変
化し、真空比例開閉弁１８の弁開度が変化される。ま
た、図３に示すように、ポペット弁体３３が弁座３６の
上面に当接されたときは、Ｏリング３５が押圧されるこ
とにより、流体の漏れが完全に遮断される。
【００２１】次に、本実施の形態の真空圧力制御システ
ムの制御装置について説明する。図５にシステム全体の
制御装置の構成を示し、図６に時間開閉動作弁６２の詳
細な構成を示す。始めに空気系統の構成を説明する。真
空比例開閉弁１８には、第１電磁弁６０の出力ポートが
接続している。第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１
には、時間開閉動作弁６２が接続している。第１電磁弁
６０の第２入力ポート６０２には、第２電磁弁６１が接
続している。時間開閉動作弁６２は、図６に示すよう
に、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とで構成され
ている。給気側比例弁７４の入力ポート７４ａは、供給
エアに接続している。排気側比例弁７５の出力ポート７
５ａは、排気配管に接続している。また、給気側比例弁
７４の出力ポート７４ｂと排気側比例弁７５の入力ポー
ト７５ｂとは共に、第１電磁弁６０の第１入力ポート６
０１に接続している。
ムの制御装置について説明する。図５にシステム全体の
制御装置の構成を示し、図６に時間開閉動作弁６２の詳
細な構成を示す。始めに空気系統の構成を説明する。真
空比例開閉弁１８には、第１電磁弁６０の出力ポートが
接続している。第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１
には、時間開閉動作弁６２が接続している。第１電磁弁
６０の第２入力ポート６０２には、第２電磁弁６１が接
続している。時間開閉動作弁６２は、図６に示すよう
に、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とで構成され
ている。給気側比例弁７４の入力ポート７４ａは、供給
エアに接続している。排気側比例弁７５の出力ポート７
５ａは、排気配管に接続している。また、給気側比例弁
７４の出力ポート７４ｂと排気側比例弁７５の入力ポー
ト７５ｂとは共に、第１電磁弁６０の第１入力ポート６
０１に接続している。
【００２２】次に、電気系統の構成を説明する。時間開
閉動作弁６２には、パルスドライブ回路６８が接続して
いる。パルスドライブ回路６８には、位置制御回路６４
が接続している。また、位置制御回路６４には、ポテン
ショメータ５０の位置信号がアンプ６３を介して接続し
ている。また、位置制御回路６４には、真空圧力制御回
路６７が接続している。真空圧力制御回路６７には、イ
ンターフェース回路６６が接続している。また、真空圧
力制御回路６７には、圧力センサ１７が接続されてい
る。インターフェース回路６６には、シーケンス回路６
５が接続している。シーケンス回路６５は、第１電磁弁
６０の駆動コイルＳＶ１、第２電磁弁６１の駆動コイル
ＳＶ２に接続している。
閉動作弁６２には、パルスドライブ回路６８が接続して
いる。パルスドライブ回路６８には、位置制御回路６４
が接続している。また、位置制御回路６４には、ポテン
ショメータ５０の位置信号がアンプ６３を介して接続し
ている。また、位置制御回路６４には、真空圧力制御回
路６７が接続している。真空圧力制御回路６７には、イ
ンターフェース回路６６が接続している。また、真空圧
力制御回路６７には、圧力センサ１７が接続されてい
る。インターフェース回路６６には、シーケンス回路６
５が接続している。シーケンス回路６５は、第１電磁弁
６０の駆動コイルＳＶ１、第２電磁弁６１の駆動コイル
ＳＶ２に接続している。
【００２３】次に、上記構成を有する真空圧力制御シス
テム全体の作用を説明する。始めに、急速給排気動作に
ついて説明する。全開にするときは、第１電磁弁６０を
ＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１をＯＮ状態とする。こ
れにより、第２電磁弁６１の第１入力ポート６１１が出
力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポ
ート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉
弁１８に駆動エアが供給される。図２に示すように、ポ
ペット弁体３３のステンレス弁体３４は、弁座３６から
遠く離間しており、真空ポンプ１９が真空チャンバ１１
内の気体を大量に吸引し、急速に排気することができ
る。
テム全体の作用を説明する。始めに、急速給排気動作に
ついて説明する。全開にするときは、第１電磁弁６０を
ＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１をＯＮ状態とする。こ
れにより、第２電磁弁６１の第１入力ポート６１１が出
力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポ
ート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉
弁１８に駆動エアが供給される。図２に示すように、ポ
ペット弁体３３のステンレス弁体３４は、弁座３６から
遠く離間しており、真空ポンプ１９が真空チャンバ１１
内の気体を大量に吸引し、急速に排気することができ
る。
【００２４】次に、全閉状態について説明する。第１電
磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１もＯＦＦ状
態とする。これにより、第２電磁弁６１の第２入力ポー
ト６１２が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０
の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、
真空比例開閉弁１８が排気配管に接続される。そして、
真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給されず、パイロッ
ト弁内部の空気が排気され、ピストン４１は、復帰バネ
４２により下向きに付勢され図１に示すように、ポペッ
ト弁体３３は弁座３６の上面に当接される。このとき、
Ｏリング３５が、ポペット弁体３３と弁座３６上面に押
圧されて変形するため、流体の漏れがなく真空比例開閉
弁１８は完全に遮断される。一方、停電等が発生した場
合にも、第１電磁弁６０及び第２電磁弁６１は、復帰バ
ネにより出力ポート６０３と第２入力ポート６０２が連
通し、かつ出力ポート６１３と第２入力ポート６１２が
連通し、同様に、真空比例開閉弁１８は、復帰バネ４２
により遮断される。これにより、緊急時の遮断機能が実
現されている。
磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１もＯＦＦ状
態とする。これにより、第２電磁弁６１の第２入力ポー
ト６１２が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０
の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、
真空比例開閉弁１８が排気配管に接続される。そして、
真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給されず、パイロッ
ト弁内部の空気が排気され、ピストン４１は、復帰バネ
４２により下向きに付勢され図１に示すように、ポペッ
ト弁体３３は弁座３６の上面に当接される。このとき、
Ｏリング３５が、ポペット弁体３３と弁座３６上面に押
圧されて変形するため、流体の漏れがなく真空比例開閉
弁１８は完全に遮断される。一方、停電等が発生した場
合にも、第１電磁弁６０及び第２電磁弁６１は、復帰バ
ネにより出力ポート６０３と第２入力ポート６０２が連
通し、かつ出力ポート６１３と第２入力ポート６１２が
連通し、同様に、真空比例開閉弁１８は、復帰バネ４２
により遮断される。これにより、緊急時の遮断機能が実
現されている。
【００２５】次に、低真空領域、中真空領域、及び高真
空領域におけるポペット弁体３３の位置制御動作につい
て説明する。ステンレス弁体３４がテーパ面３４ａを有
しているので、図４に示すようにポペット弁体３３の停
止する位置により、弁座３６とテーパ面３４ａが形成す
る隙間の断面積が僅かづつ変化する。そのため、ポペッ
ト弁体３３の停止位置を制御することにより、弁の開度
を微小量変化させる制御を行うことができる。低真空領
域では、ポペット弁体３３のストレート面３４ｂが弁座
３６に対抗する位置に停止するよう制御し、中真空領域
では、テーパ面３４ａが弁座３６に対抗する位置に停止
するよう制御し、高真空領域では、テーパ面３４ａが弁
座３６から少し離れた位置に停止するように制御してい
る。
空領域におけるポペット弁体３３の位置制御動作につい
て説明する。ステンレス弁体３４がテーパ面３４ａを有
しているので、図４に示すようにポペット弁体３３の停
止する位置により、弁座３６とテーパ面３４ａが形成す
る隙間の断面積が僅かづつ変化する。そのため、ポペッ
ト弁体３３の停止位置を制御することにより、弁の開度
を微小量変化させる制御を行うことができる。低真空領
域では、ポペット弁体３３のストレート面３４ｂが弁座
３６に対抗する位置に停止するよう制御し、中真空領域
では、テーパ面３４ａが弁座３６に対抗する位置に停止
するよう制御し、高真空領域では、テーパ面３４ａが弁
座３６から少し離れた位置に停止するように制御してい
る。
【００２６】すなわち、シーケンス回路６５は、インタ
ーフェース回路６６を介して中央制御装置より、真空チ
ャンバ１１の真空圧力値の指示をコマンド信号として受
け、第１電磁弁６０を開き、第２電磁弁６１を閉じると
共に、真空圧力制御回路６７にその真空圧力値の指示を
与える。真空圧力制御回路６７は、インターフェース回
路６６により与えられた目標真空圧力値と、圧力センサ
１７が計測した真空チャンバ１１内の現在の真空圧力値
を比較して、両者が一致するように、真空比例開閉弁１
８の弁開度を制御するため、パルスドライブ回路６８を
介して時間開閉動作弁６２の給気側比例弁７４及び排気
側比例弁７５を制御する。すなわち、真空チャンバ１１
内の真空圧力値がコマンド信号より大気圧に近い場合
は、ピストン４１の位置を上に移動させて真空比例開閉
弁１８の弁開度大きくし、真空チャンバ１１内の真空圧
力値がコマンド信号より絶対真空に近い場合は、ピスト
ン４１の位置を下に移動させて真空比例開閉弁１８の弁
開度を小さくする。ここで、パルスドライブ回路６８
は、真空圧力制御回路６７からの信号を受けて、その信
号をパルス信号に変換し、開閉信号として給気側比例弁
７４及び排気側比例弁７５に供給する。給気側比例弁７
４及び排気側比例弁７５は、パルス信号に応じた時間開
閉動作することで真空比例開閉弁１８への供給圧力を調
節する。
ーフェース回路６６を介して中央制御装置より、真空チ
ャンバ１１の真空圧力値の指示をコマンド信号として受
け、第１電磁弁６０を開き、第２電磁弁６１を閉じると
共に、真空圧力制御回路６７にその真空圧力値の指示を
与える。真空圧力制御回路６７は、インターフェース回
路６６により与えられた目標真空圧力値と、圧力センサ
１７が計測した真空チャンバ１１内の現在の真空圧力値
を比較して、両者が一致するように、真空比例開閉弁１
８の弁開度を制御するため、パルスドライブ回路６８を
介して時間開閉動作弁６２の給気側比例弁７４及び排気
側比例弁７５を制御する。すなわち、真空チャンバ１１
内の真空圧力値がコマンド信号より大気圧に近い場合
は、ピストン４１の位置を上に移動させて真空比例開閉
弁１８の弁開度大きくし、真空チャンバ１１内の真空圧
力値がコマンド信号より絶対真空に近い場合は、ピスト
ン４１の位置を下に移動させて真空比例開閉弁１８の弁
開度を小さくする。ここで、パルスドライブ回路６８
は、真空圧力制御回路６７からの信号を受けて、その信
号をパルス信号に変換し、開閉信号として給気側比例弁
７４及び排気側比例弁７５に供給する。給気側比例弁７
４及び排気側比例弁７５は、パルス信号に応じた時間開
閉動作することで真空比例開閉弁１８への供給圧力を調
節する。
【００２７】ここで、給気側比例弁７４及び排気側比例
弁７５は共に、パルス入力電圧に応じて弁体を弁座から
所定距離離すための機能を有する電磁弁である。パルス
ドライブ回路６８は、給気側比例弁７４を駆動すること
により、真空比例開閉弁１８に駆動エアを供給する。同
時にパルスドライブ回路６８は、排気側比例弁７５を駆
動することにより、真空比例開閉弁１８に供給される駆
動エアを排気配管に接続して駆動エアの供給圧力を調整
する。真空比例開閉弁１８に供給される駆動エアの圧力
が給気配管に接続する給気側比例弁７４と、排気配管に
接続する排気側比例弁７５とを同時に、パルスドライブ
回路６８によりパルス電圧で駆動しているので、高い応
答速度でピストン４１を所定の位置に正確に停止させる
ことができる。
弁７５は共に、パルス入力電圧に応じて弁体を弁座から
所定距離離すための機能を有する電磁弁である。パルス
ドライブ回路６８は、給気側比例弁７４を駆動すること
により、真空比例開閉弁１８に駆動エアを供給する。同
時にパルスドライブ回路６８は、排気側比例弁７５を駆
動することにより、真空比例開閉弁１８に供給される駆
動エアを排気配管に接続して駆動エアの供給圧力を調整
する。真空比例開閉弁１８に供給される駆動エアの圧力
が給気配管に接続する給気側比例弁７４と、排気配管に
接続する排気側比例弁７５とを同時に、パルスドライブ
回路６８によりパルス電圧で駆動しているので、高い応
答速度でピストン４１を所定の位置に正確に停止させる
ことができる。
【００２８】すなわち、給気側比例弁７４及び排気側比
例弁７５とが、同じ一定周期の電気パルス信号により駆
動され、その一定パルスの間で電磁弁のオン時間とオフ
時間の時間比率を換えることにより、給気側比例弁７４
と排気側比例弁７５とを通過する空気量を変化させてい
る。ここで、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５との
デューティ比は、位置制御回路６４により次のように定
められる。弁開度指令値より弁開度を開く方向に動作さ
せるときは、給気側比例弁７４のデューティを大きくす
る。これにより、真空比例開閉弁１８に給気される空気
流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気圧力は増
加し、弁は開く方向に動作する。この結果は、ポテンシ
ョメータ５０によりフィードバックされて位置制御回路
６４に入力される。ポテンショメータ５０の計測値と弁
開度指令値とが近づくと、給気側比例弁７４のデューテ
ィ比は小さくなり、完全に一致するとデューティ比はバ
イアス値となる。
例弁７５とが、同じ一定周期の電気パルス信号により駆
動され、その一定パルスの間で電磁弁のオン時間とオフ
時間の時間比率を換えることにより、給気側比例弁７４
と排気側比例弁７５とを通過する空気量を変化させてい
る。ここで、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５との
デューティ比は、位置制御回路６４により次のように定
められる。弁開度指令値より弁開度を開く方向に動作さ
せるときは、給気側比例弁７４のデューティを大きくす
る。これにより、真空比例開閉弁１８に給気される空気
流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気圧力は増
加し、弁は開く方向に動作する。この結果は、ポテンシ
ョメータ５０によりフィードバックされて位置制御回路
６４に入力される。ポテンショメータ５０の計測値と弁
開度指令値とが近づくと、給気側比例弁７４のデューテ
ィ比は小さくなり、完全に一致するとデューティ比はバ
イアス値となる。
【００２９】弁開度指令値より弁開度を閉じる方向に動
作させるときは、排気側比例弁７５のデューティ比を大
きくする。これにより、真空比例開閉弁１８より排気さ
れる空気流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気
圧力は減少し、弁は閉じる方向に動作する。この結果
は、ポテンショメータ５０によりフィードバックされて
位置制御回路６４に入力される。ポテンショメータ５０
の計測値と弁開度指令値とが近づくと、排気側比例弁７
５のデューティ比は小さくなり、完全に一致するとデュ
ーティ比はバイアス値となる。バイアスは、パルス信号
に対する電磁弁動作の不感帯をなくすために与えてい
る。電磁弁に不感帯があるのは、電磁弁に働く空気圧力
の面圧荷重と、電磁弁内部にある復帰バネのためであ
る。
作させるときは、排気側比例弁７５のデューティ比を大
きくする。これにより、真空比例開閉弁１８より排気さ
れる空気流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気
圧力は減少し、弁は閉じる方向に動作する。この結果
は、ポテンショメータ５０によりフィードバックされて
位置制御回路６４に入力される。ポテンショメータ５０
の計測値と弁開度指令値とが近づくと、排気側比例弁７
５のデューティ比は小さくなり、完全に一致するとデュ
ーティ比はバイアス値となる。バイアスは、パルス信号
に対する電磁弁動作の不感帯をなくすために与えてい
る。電磁弁に不感帯があるのは、電磁弁に働く空気圧力
の面圧荷重と、電磁弁内部にある復帰バネのためであ
る。
【００３０】例えば、真空チャンバ１１内の真空圧力が
コマンド信号より大気圧に近い場合、ポペット弁体３３
を少し上に移動させて弁開度を大きくし、真空ポンプ１
９により吸引するプロセスガスの量を多くすることによ
り、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマンド信号で
指示された真空圧力値に一致させることができる。すな
わち、真空圧力制御回路６７がパルスドライブ回路６８
を介して、給気側比例弁７４にパルス電圧を与えること
により、給気側比例弁７４の弁体を弁座から離間させ、
真空比例開閉弁１８に対して駆動エアを多く供給するこ
とができ、ピストン４１が上に移動され、ポペット弁体
３３が上に移動され、テーパ面３４ａと弁座３６とが構
成する隙間の断面積が大きくなる。ここで、給気側比例
弁７４を駆動させるだけでは、所定の位置でピストン４
１を停止させることは困難である。ピストン４１の行き
過ぎ等が発生するためである。本実施の形態の真空圧力
制御システムでは、ピストン４１が行き過ぎたとき、排
気側比例弁７５により、真空比例開閉弁１８に供給する
駆動エア圧力を下げているので、迅速かつ正確にピスト
ン４１を所定の位置で停止させることができる。
コマンド信号より大気圧に近い場合、ポペット弁体３３
を少し上に移動させて弁開度を大きくし、真空ポンプ１
９により吸引するプロセスガスの量を多くすることによ
り、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマンド信号で
指示された真空圧力値に一致させることができる。すな
わち、真空圧力制御回路６７がパルスドライブ回路６８
を介して、給気側比例弁７４にパルス電圧を与えること
により、給気側比例弁７４の弁体を弁座から離間させ、
真空比例開閉弁１８に対して駆動エアを多く供給するこ
とができ、ピストン４１が上に移動され、ポペット弁体
３３が上に移動され、テーパ面３４ａと弁座３６とが構
成する隙間の断面積が大きくなる。ここで、給気側比例
弁７４を駆動させるだけでは、所定の位置でピストン４
１を停止させることは困難である。ピストン４１の行き
過ぎ等が発生するためである。本実施の形態の真空圧力
制御システムでは、ピストン４１が行き過ぎたとき、排
気側比例弁７５により、真空比例開閉弁１８に供給する
駆動エア圧力を下げているので、迅速かつ正確にピスト
ン４１を所定の位置で停止させることができる。
【００３１】また、例えば、真空チャンバ１１内の真空
圧力がコマンド信号より絶対真空に近い場合、ポペット
弁体３３を少し下に移動させて弁開度を小さくし、真空
ポンプ１９により吸引するプロセスガスの量を少なくす
ることにより、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマ
ンド信号で指示された真空圧力値に一致させることがで
きる。すなわち、真空圧力制御回路６７がパルスドライ
ブ回路６８を介して、排気側比例弁７５にパルス電圧を
与えることにより、排気側比例弁７５の弁体を弁座から
離間させ、真空比例開閉弁１８に対して駆動エアの供給
を停止し排気を増やすことができ、ピストン４１が下に
移動され、ポペット弁体３３が下に移動され、テーパ面
３４ａと弁座３６とが構成する隙間の断面積が小さくな
る。ここで、排気側比例弁７５を駆動させるだけでは、
所定の位置でピストン４１を停止させることは困難であ
る。ピストン４１の行き過ぎ等が発生するためである。
本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ピストン４
１が行き過ぎたとき、給気側比例弁７４により、真空比
例開閉弁１８に供給する駆動エア圧力を上げているの
で、迅速かつ正確にピストン４１を所定の位置で停止さ
せることができる。
圧力がコマンド信号より絶対真空に近い場合、ポペット
弁体３３を少し下に移動させて弁開度を小さくし、真空
ポンプ１９により吸引するプロセスガスの量を少なくす
ることにより、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマ
ンド信号で指示された真空圧力値に一致させることがで
きる。すなわち、真空圧力制御回路６７がパルスドライ
ブ回路６８を介して、排気側比例弁７５にパルス電圧を
与えることにより、排気側比例弁７５の弁体を弁座から
離間させ、真空比例開閉弁１８に対して駆動エアの供給
を停止し排気を増やすことができ、ピストン４１が下に
移動され、ポペット弁体３３が下に移動され、テーパ面
３４ａと弁座３６とが構成する隙間の断面積が小さくな
る。ここで、排気側比例弁７５を駆動させるだけでは、
所定の位置でピストン４１を停止させることは困難であ
る。ピストン４１の行き過ぎ等が発生するためである。
本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ピストン４
１が行き過ぎたとき、給気側比例弁７４により、真空比
例開閉弁１８に供給する駆動エア圧力を上げているの
で、迅速かつ正確にピストン４１を所定の位置で停止さ
せることができる。
【００３２】本実施の形態の真空圧力制御システムの効
果を実験データとして、図１０、図１１に示す。いずれ
も縦軸に真空圧力（Ｔｏｒｒ）を採り、横軸にポペット
弁体３３が弁座３６から離間している距離であるリフト
量（ｍｍ）を採っている。図１０が真空ポンプ１９とし
て１０００リットル／分の場合であり、図１１が１５０
００リットル／分の場合である。また、ＭＦＣ流量は、
システムガスの流量を計測する質量流量計の計測値であ
り、単位はスタンダードリットル／分である。半導体製
造装置で使用される真空圧力制御システムにおいては、
所定のシステムガスの流量において、所定の真空圧力を
保持する必要がある。図１０及び図１１から明らかなよ
うに、本真空圧力制御システムにおいては、ポペット弁
体３３のリフト量と真空圧力とがリニアに対応してい
る。これは、テーパ面３４ａの傾斜を、ポペット弁体３
３と真空圧力がリニアに対応するように設計しているか
らである。
果を実験データとして、図１０、図１１に示す。いずれ
も縦軸に真空圧力（Ｔｏｒｒ）を採り、横軸にポペット
弁体３３が弁座３６から離間している距離であるリフト
量（ｍｍ）を採っている。図１０が真空ポンプ１９とし
て１０００リットル／分の場合であり、図１１が１５０
００リットル／分の場合である。また、ＭＦＣ流量は、
システムガスの流量を計測する質量流量計の計測値であ
り、単位はスタンダードリットル／分である。半導体製
造装置で使用される真空圧力制御システムにおいては、
所定のシステムガスの流量において、所定の真空圧力を
保持する必要がある。図１０及び図１１から明らかなよ
うに、本真空圧力制御システムにおいては、ポペット弁
体３３のリフト量と真空圧力とがリニアに対応してい
る。これは、テーパ面３４ａの傾斜を、ポペット弁体３
３と真空圧力がリニアに対応するように設計しているか
らである。
【００３３】真空圧力はポペット弁体３３の停止位置精
度にそのまま対応している。ポペット弁体３３の停止精
度を図１２に実験データとして示す。縦軸は、ポペット
弁体３３のリフト量であり、横軸は、コマンド信号であ
るコマンド電圧である。本実施の形態の真空圧力制御シ
ステムでは、コマンド電圧とポペット弁体３３のリフト
量とがリニアに正確に制御されていることがわかる。従
って、真空圧力は、ポペット弁体３３のリフト量を介し
てコマンド信号に精度良く対応していることがわかる。
度にそのまま対応している。ポペット弁体３３の停止精
度を図１２に実験データとして示す。縦軸は、ポペット
弁体３３のリフト量であり、横軸は、コマンド信号であ
るコマンド電圧である。本実施の形態の真空圧力制御シ
ステムでは、コマンド電圧とポペット弁体３３のリフト
量とがリニアに正確に制御されていることがわかる。従
って、真空圧力は、ポペット弁体３３のリフト量を介し
てコマンド信号に精度良く対応していることがわかる。
【００３４】一般に、低真空領域で弁開度を小さくして
動作させるときに、テーパ面３４ａと弁座３６との隙間
が小さくなり、プロセスガスによる生成物が析出し、付
着して噛み込みを発生したり、流路の断面積が変化する
恐れがある。また生成物によるパーティフルの発生によ
り真空チャンバー内の汚染の原因となる。従って弁座３
６及び３４等を加熱することにより、プロセスガスによ
る生成物の付着を防止している。さらに本実施の形態で
は、ステンレス弁体３４にプロセスガスの析出物が付着
したことを、ある一定プロセス条件の際のポテンショメ
ータ５０の全閉時の出力値、すなわち弁の開度の変化に
より検出している。
動作させるときに、テーパ面３４ａと弁座３６との隙間
が小さくなり、プロセスガスによる生成物が析出し、付
着して噛み込みを発生したり、流路の断面積が変化する
恐れがある。また生成物によるパーティフルの発生によ
り真空チャンバー内の汚染の原因となる。従って弁座３
６及び３４等を加熱することにより、プロセスガスによ
る生成物の付着を防止している。さらに本実施の形態で
は、ステンレス弁体３４にプロセスガスの析出物が付着
したことを、ある一定プロセス条件の際のポテンショメ
ータ５０の全閉時の出力値、すなわち弁の開度の変化に
より検出している。
【００３５】以上詳細に説明したように、本実施の形態
の真空圧力制御システムによれば、（１）真空比例開閉
弁１８が、円筒内面入口に形成された弁座３６と、外周
に先細りのテーパ面３４ａが形成され弁座３６の中心線
に沿って移動することにより、弁座３６とテーパ面３４
ａとで構成する隙間の面積を変化させるポペット弁体３
３と、ポペット弁体３３を移動させるサーボシリンダ３
２とを有し、（２）位置制御回路６４が、圧力センサ１
７の出力に基づいてサーボシリンダ３２にエアを供給す
る給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５を制御してい
るので、バイパス弁を用いなくても、低真空領域、中真
空領域、及び高真空領域の全てのレンジに渡って、真空
チャンバ１１内の真空圧力を正確に制御することができ
る。また、バイパス弁等が不要のため、真空圧力制御シ
ステム全体をコンパクト化することができ、コストダウ
ンを実現することができる。
の真空圧力制御システムによれば、（１）真空比例開閉
弁１８が、円筒内面入口に形成された弁座３６と、外周
に先細りのテーパ面３４ａが形成され弁座３６の中心線
に沿って移動することにより、弁座３６とテーパ面３４
ａとで構成する隙間の面積を変化させるポペット弁体３
３と、ポペット弁体３３を移動させるサーボシリンダ３
２とを有し、（２）位置制御回路６４が、圧力センサ１
７の出力に基づいてサーボシリンダ３２にエアを供給す
る給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５を制御してい
るので、バイパス弁を用いなくても、低真空領域、中真
空領域、及び高真空領域の全てのレンジに渡って、真空
チャンバ１１内の真空圧力を正確に制御することができ
る。また、バイパス弁等が不要のため、真空圧力制御シ
ステム全体をコンパクト化することができ、コストダウ
ンを実現することができる。
【００３６】また、本実施の形態の真空圧力制御システ
ムは、（１）サーボシリンダ３２にエアを供給する電磁
弁が、サーボシリンダ３２とエア源との間に接続された
給気側比例弁７４と、サーボシリンダ３２と排気管との
間に接続された排気側比例弁７５とを有すると共に、
（２）位置制御回路６４が、給気側比例弁７４及び排気
側比例弁７５に対してパルス電圧を供給することによ
り、真空比例開閉弁１８の開度を制御しているので、真
空チャンバ１１内の真空圧力値を所定の値に迅速かつ正
確に制御することができる。
ムは、（１）サーボシリンダ３２にエアを供給する電磁
弁が、サーボシリンダ３２とエア源との間に接続された
給気側比例弁７４と、サーボシリンダ３２と排気管との
間に接続された排気側比例弁７５とを有すると共に、
（２）位置制御回路６４が、給気側比例弁７４及び排気
側比例弁７５に対してパルス電圧を供給することによ
り、真空比例開閉弁１８の開度を制御しているので、真
空チャンバ１１内の真空圧力値を所定の値に迅速かつ正
確に制御することができる。
【００３７】次に、本発明の第二の実施の形態について
説明する。第二の実施の形態の概略は、第一の実施の形
態と同様なので、異なる点のみ説明する。図８に全体シ
ステムを示し、図７にノズルフラッパ方式サーボ弁８０
周辺の詳細な構成を示す。すなわち、時間開閉動作弁６
２の代わりにノズルフラッパ方式サーボ弁８０が使用さ
れている。また、パルスドライブ回路６８の代わりに圧
電バイモルフ駆動回路６９が使用されている。ノズルフ
ラッパ方式サーボ弁８０の構造は、公知なので詳しくは
説明しないが、一対のダイヤフラム８６の上側に形成さ
れたパイロット室８４と連通するノズル８２を塞ぐよう
に圧電バイモルフ８１が取り付けられている。
説明する。第二の実施の形態の概略は、第一の実施の形
態と同様なので、異なる点のみ説明する。図８に全体シ
ステムを示し、図７にノズルフラッパ方式サーボ弁８０
周辺の詳細な構成を示す。すなわち、時間開閉動作弁６
２の代わりにノズルフラッパ方式サーボ弁８０が使用さ
れている。また、パルスドライブ回路６８の代わりに圧
電バイモルフ駆動回路６９が使用されている。ノズルフ
ラッパ方式サーボ弁８０の構造は、公知なので詳しくは
説明しないが、一対のダイヤフラム８６の上側に形成さ
れたパイロット室８４と連通するノズル８２を塞ぐよう
に圧電バイモルフ８１が取り付けられている。
【００３８】圧電バイモルフ８１は、圧電バイモルフ駆
動回路６９によりノズル８２を塞ぐ量が制御されてい
る。ここで、圧電バイモルフ８１の代わりにムービング
コイルを使用しても良い。ダイヤフラム８６を保持する
ダイヤフラム組立８５の下端が主弁体８８と当接してい
る。ダイヤフラム組立８５には、排気弁孔８７が形成さ
れている。また、パイロット室８４は、オリフィス８３
を介して空気圧源ポート８９と連通している。空気圧源
ポート８９とパイロット弁ポート９１とは、主弁体８８
により連通または遮断される。ダイヤフラム８６ａの下
側は、排気ポート９０と連通している。排気弁孔８７
は、ダイヤフラム組立８５と主弁体８８とが離間した時
にパイロット弁ポート９１と排気ポート９０とを連通す
る。
動回路６９によりノズル８２を塞ぐ量が制御されてい
る。ここで、圧電バイモルフ８１の代わりにムービング
コイルを使用しても良い。ダイヤフラム８６を保持する
ダイヤフラム組立８５の下端が主弁体８８と当接してい
る。ダイヤフラム組立８５には、排気弁孔８７が形成さ
れている。また、パイロット室８４は、オリフィス８３
を介して空気圧源ポート８９と連通している。空気圧源
ポート８９とパイロット弁ポート９１とは、主弁体８８
により連通または遮断される。ダイヤフラム８６ａの下
側は、排気ポート９０と連通している。排気弁孔８７
は、ダイヤフラム組立８５と主弁体８８とが離間した時
にパイロット弁ポート９１と排気ポート９０とを連通す
る。
【００３９】上記構成を採ることにより、ノズルフラッ
パ方式サーボ弁８０は、圧電バイモルフ駆動回路６９で
与えた所定値にパイロット弁ポート９１の出力圧を精度
良く制御することができる。すなわち、位置制御回路６
４は、目標とする真空比例開閉弁１８の弁開度指令値
と、ポテンショメータ５０からの計測値とを比較し、ポ
テンショメータ５０からの計測値と比較して真空比例開
閉弁１８の弁開度指令値が増加した場合、圧電バイモル
フ８１に加えられる電圧が増加するため圧電バイモルフ
８１の先端が、下方に変位しノズル８２開口部を閉じよ
うとする。ここで、供給空気の一部は、オリフィス８３
を通過しパイロット室８４に流入するが、ノズル８２開
口部が圧電バイモルフ８１により閉じられていると、パ
イロット室８４の圧力が上昇し、ダイヤフラム８６を下
方に押すため、主弁体８８が開かれパイロット弁ポート
９１と空気圧源ポート８９とが連通する。
パ方式サーボ弁８０は、圧電バイモルフ駆動回路６９で
与えた所定値にパイロット弁ポート９１の出力圧を精度
良く制御することができる。すなわち、位置制御回路６
４は、目標とする真空比例開閉弁１８の弁開度指令値
と、ポテンショメータ５０からの計測値とを比較し、ポ
テンショメータ５０からの計測値と比較して真空比例開
閉弁１８の弁開度指令値が増加した場合、圧電バイモル
フ８１に加えられる電圧が増加するため圧電バイモルフ
８１の先端が、下方に変位しノズル８２開口部を閉じよ
うとする。ここで、供給空気の一部は、オリフィス８３
を通過しパイロット室８４に流入するが、ノズル８２開
口部が圧電バイモルフ８１により閉じられていると、パ
イロット室８４の圧力が上昇し、ダイヤフラム８６を下
方に押すため、主弁体８８が開かれパイロット弁ポート
９１と空気圧源ポート８９とが連通する。
【００４０】この給気によりパイロット弁ポート９１の
圧力が上昇すると、一対のダイヤフラム８６の間の圧力
も上昇し、受圧面積の差によりダイヤフラム組立８５を
上方に押し戻そうとすると共に、ポテンショメータ５０
からの計測値も増加して入力信号との差が小さくなり、
圧電バイモルフ８１の変位が減少してノズル８２開口部
が開きパイロット室８４の圧力が減少するため、ダイヤ
フラム８６は上方に戻され、主弁体８８が閉じる。ま
た、入力信号に対して出力圧力が高い場合は、ダイヤフ
ラム組立８５はさらに上方に押されるため、排気弁孔８
７が開き出力圧が減圧される。以上の作用により、入力
信号に対応した出力を応答性良くかつ正確に得ることが
できる。以上説明したように、第二の実施の形態によれ
ば、圧電バイモルフ駆動回路６９によりノズルフラッパ
方式サーボ弁８０を制御することにより、真空比例開閉
弁１８に供給する空気圧力を制御しているので、高い応
答性かつ正確にピストン４１の位置を制御することがで
きる。
圧力が上昇すると、一対のダイヤフラム８６の間の圧力
も上昇し、受圧面積の差によりダイヤフラム組立８５を
上方に押し戻そうとすると共に、ポテンショメータ５０
からの計測値も増加して入力信号との差が小さくなり、
圧電バイモルフ８１の変位が減少してノズル８２開口部
が開きパイロット室８４の圧力が減少するため、ダイヤ
フラム８６は上方に戻され、主弁体８８が閉じる。ま
た、入力信号に対して出力圧力が高い場合は、ダイヤフ
ラム組立８５はさらに上方に押されるため、排気弁孔８
７が開き出力圧が減圧される。以上の作用により、入力
信号に対応した出力を応答性良くかつ正確に得ることが
できる。以上説明したように、第二の実施の形態によれ
ば、圧電バイモルフ駆動回路６９によりノズルフラッパ
方式サーボ弁８０を制御することにより、真空比例開閉
弁１８に供給する空気圧力を制御しているので、高い応
答性かつ正確にピストン４１の位置を制御することがで
きる。
【００４１】次に、本発明の第三の実施の形態を説明す
る。この実施の形態は、サーボ弁制御方法に特徴がある
ので、その点について詳細に説明する。図９に第一実施
の形態にサーボ弁制御方法を適用した場合の構成をブロ
ック図で示す。中央制御装置より入力される目標真空圧
力指令値と、真空チャンバ１１内の真空圧力を計測する
圧力センサ１７の計測値とを比較した後、比例微分回路
１０２，１０３に入力される。その後、積分回路１０４
が直列に接続している。積分回路１０４は、位置制御回
路６４に出力するため、０〜５Ｖの範囲の電圧を出力す
る。積分回路１０４の時定数は、積分時間調整回路１０
１により決定される。圧力センサ１７の計測値が、目標
真空圧力指令値に対し離れているときは、内部演算回路
により積分回路の積分時間が極小となるように動作す
る。これにより、積分回路１０４は、ほぼ無限大のゲイ
ンをもつ増幅回路として機能する。すなわち、圧力セン
サ１７の計測値＞目標真空圧力指令値の場合は、積分回
路１０４の最大値である５Ｖが、位置制御回路６４に対
して出力される。その結果、真空比例開閉弁１８は急速
に開く方向に動作する。
る。この実施の形態は、サーボ弁制御方法に特徴がある
ので、その点について詳細に説明する。図９に第一実施
の形態にサーボ弁制御方法を適用した場合の構成をブロ
ック図で示す。中央制御装置より入力される目標真空圧
力指令値と、真空チャンバ１１内の真空圧力を計測する
圧力センサ１７の計測値とを比較した後、比例微分回路
１０２，１０３に入力される。その後、積分回路１０４
が直列に接続している。積分回路１０４は、位置制御回
路６４に出力するため、０〜５Ｖの範囲の電圧を出力す
る。積分回路１０４の時定数は、積分時間調整回路１０
１により決定される。圧力センサ１７の計測値が、目標
真空圧力指令値に対し離れているときは、内部演算回路
により積分回路の積分時間が極小となるように動作す
る。これにより、積分回路１０４は、ほぼ無限大のゲイ
ンをもつ増幅回路として機能する。すなわち、圧力セン
サ１７の計測値＞目標真空圧力指令値の場合は、積分回
路１０４の最大値である５Ｖが、位置制御回路６４に対
して出力される。その結果、真空比例開閉弁１８は急速
に開く方向に動作する。
【００４２】圧力センサ１７の計測値＜目標真空圧力指
令値の場合は、積分回路１０４の最小値である０Ｖが位
置制御回路６４に対して出力される。その結果、真空比
例開閉弁１８は、急速に閉じる方向に動作する。これら
の動作により、真空比例開閉弁１８の弁開度は、目標と
する真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間
で到達できる。その後、目標とする真空圧力値に保持す
るための位置近くまで到達したと判断した積分時間調整
回路１０１は、その位置にて真空圧力を安定した状態で
保持するため、予め調整された積分回路１０４の時定数
に段階的に移行する動作を行う。
令値の場合は、積分回路１０４の最小値である０Ｖが位
置制御回路６４に対して出力される。その結果、真空比
例開閉弁１８は、急速に閉じる方向に動作する。これら
の動作により、真空比例開閉弁１８の弁開度は、目標と
する真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間
で到達できる。その後、目標とする真空圧力値に保持す
るための位置近くまで到達したと判断した積分時間調整
回路１０１は、その位置にて真空圧力を安定した状態で
保持するため、予め調整された積分回路１０４の時定数
に段階的に移行する動作を行う。
【００４３】次に、その理由を説明する。真空圧力を計
測する圧力センサ１７の計測値と目標真空圧力指令値が
離れているときより、真空圧力を安定した状態で維持す
るため、予め調整された積分回路の時定数により制御を
行うと、図１３に示すように、目標真空圧力まで、ゆっ
くりと近づき目標値に達した後も位相の遅れにより大き
くオーバーシュートしてしまう問題がある。また、真空
圧力を計測する圧力センサの計測電圧値と目標真空指令
電圧値が離れているときの積分の時定数のままで、制御
を続けると、図１４に示すように、目標真空圧力まで
は、最短時間で達するものの、目標真空圧力を中心とし
てオフセット振動が発生する問題がある。
測する圧力センサ１７の計測値と目標真空圧力指令値が
離れているときより、真空圧力を安定した状態で維持す
るため、予め調整された積分回路の時定数により制御を
行うと、図１３に示すように、目標真空圧力まで、ゆっ
くりと近づき目標値に達した後も位相の遅れにより大き
くオーバーシュートしてしまう問題がある。また、真空
圧力を計測する圧力センサの計測電圧値と目標真空指令
電圧値が離れているときの積分の時定数のままで、制御
を続けると、図１４に示すように、目標真空圧力まで
は、最短時間で達するものの、目標真空圧力を中心とし
てオフセット振動が発生する問題がある。
【００４４】上記問題を解決するために、真空圧力を計
測する圧力センサである圧力センサ１７の計測値＞目標
真空圧力指令電圧値の場合は、位置制御回路６４に対し
最大操作量を与えるように動作し、目標真空圧力値を維
持するためのリフト量に近づいたと判断した場合は、そ
の位置で真空圧力を安定した状態で維持するため、予め
調整された積分回路の時定数に段階的に移行する動作を
行うことで、最短時間かつ真空比例開閉弁１８に振動を
発生されることなく安定した状態で制御を行うことがで
きる。
測する圧力センサである圧力センサ１７の計測値＞目標
真空圧力指令電圧値の場合は、位置制御回路６４に対し
最大操作量を与えるように動作し、目標真空圧力値を維
持するためのリフト量に近づいたと判断した場合は、そ
の位置で真空圧力を安定した状態で維持するため、予め
調整された積分回路の時定数に段階的に移行する動作を
行うことで、最短時間かつ真空比例開閉弁１８に振動を
発生されることなく安定した状態で制御を行うことがで
きる。
【００４５】積分時間調整回路１０１、積分回路１０４
等で構成される真空圧制御回路１０７は、マイコンによ
り作成されている。従って、積分時間の更新は、プログ
ラム上で行われる。すなわち、真空圧力を計測する圧力
センサ１７の計測電圧値と、目標真空圧力指令電圧値を
常にサンプリングして、積分時間変数を内部演算により
決定する。内部演算は、圧力センサ１７の計測電圧値と
目標真空圧力指令電圧値との差をとり、差が少なくなれ
ば、積分時間を大きくしていき、差が大きくなれば積分
時間を少なくしていく。この動作は、比例関数的に行っ
てもよいし、２次関数的に行ってもよい。
等で構成される真空圧制御回路１０７は、マイコンによ
り作成されている。従って、積分時間の更新は、プログ
ラム上で行われる。すなわち、真空圧力を計測する圧力
センサ１７の計測電圧値と、目標真空圧力指令電圧値を
常にサンプリングして、積分時間変数を内部演算により
決定する。内部演算は、圧力センサ１７の計測電圧値と
目標真空圧力指令電圧値との差をとり、差が少なくなれ
ば、積分時間を大きくしていき、差が大きくなれば積分
時間を少なくしていく。この動作は、比例関数的に行っ
てもよいし、２次関数的に行ってもよい。
【００４６】以上、本発明の真空圧力制御システムの実
施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態
に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、実施の形態で用いたポテンショメータ５０に変
えて、磁気リニアスケールや光学式リニアスケール、又
は省スペースを考えてロータリーエンコーダを用いるこ
とも可能である。
施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態
に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、実施の形態で用いたポテンショメータ５０に変
えて、磁気リニアスケールや光学式リニアスケール、又
は省スペースを考えてロータリーエンコーダを用いるこ
とも可能である。
【００４７】
【発明の効果】上記構成を有する本発明の真空圧力制御
システムによれば、（１）真空比例開閉弁が、弁座と、
外周に先細りのテーパ面が形成され前記弁座の中心線に
沿って移動することにより、弁座とテーパ面とで構成す
る隙間の面積を変化させる弁体と、弁体を移動させるた
めのパイロット弁とを有し、（２）真空圧力制御装置
が、圧力センサの出力に基づいてパイロット弁に供給す
るエア圧力を変化させるサーボ弁を制御するので、バイ
パス弁を用いなくても、低真空領域、中真空領域、及び
高真空領域の全てのレンジに渡って、真空容器内の真空
圧力を正確に制御することができる。また、バイパス弁
等が不要のため、真空圧力制御システム全体をコンパク
ト化することができ、コストダウンを実現することがで
きる。
システムによれば、（１）真空比例開閉弁が、弁座と、
外周に先細りのテーパ面が形成され前記弁座の中心線に
沿って移動することにより、弁座とテーパ面とで構成す
る隙間の面積を変化させる弁体と、弁体を移動させるた
めのパイロット弁とを有し、（２）真空圧力制御装置
が、圧力センサの出力に基づいてパイロット弁に供給す
るエア圧力を変化させるサーボ弁を制御するので、バイ
パス弁を用いなくても、低真空領域、中真空領域、及び
高真空領域の全てのレンジに渡って、真空容器内の真空
圧力を正確に制御することができる。また、バイパス弁
等が不要のため、真空圧力制御システム全体をコンパク
ト化することができ、コストダウンを実現することがで
きる。
【００４８】また、本発明の真空圧力制御システムは、
真空比例開閉弁を構成するパイロット弁が、中空状のシ
リンダ室と、シリンダ室内を摺動するピストンと、内周
端部がピストンに固定され、外周端部がシリンダ室壁に
固定されたベロフラムとを有しているので、テーパ面を
備える弁体をステックスリップなしでスムーズに移動で
き、真空容器内の真空圧力値を所定の値に迅速かつ正確
に制御することができる。
真空比例開閉弁を構成するパイロット弁が、中空状のシ
リンダ室と、シリンダ室内を摺動するピストンと、内周
端部がピストンに固定され、外周端部がシリンダ室壁に
固定されたベロフラムとを有しているので、テーパ面を
備える弁体をステックスリップなしでスムーズに移動で
き、真空容器内の真空圧力値を所定の値に迅速かつ正確
に制御することができる。
【図１】本発明の一実施の形態の真空圧力制御システム
で使用される真空比例開閉弁１８の構成を示す断面図で
ある。
で使用される真空比例開閉弁１８の構成を示す断面図で
ある。
【図２】真空比例開閉弁１８の全開状態を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】弁座３６とポペット弁体３３との全閉状態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】弁座３６とポペット弁体３３との流量調整状態
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】真空圧力制御システムの制御装置の全体構成を
示すブロックである。
示すブロックである。
【図６】時間開閉動作弁６２の詳細な構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図７】ノズルフラッパ方式サーボ弁８０の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図８】第２実施の形態の真空圧力制御システムの制御
装置の全体を示すブロック図である。
装置の全体を示すブロック図である。
【図９】サーボ弁制御装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図１０】真空圧力とポペット弁体３３のリフト量との
関係を示す第１データ図である。
関係を示す第１データ図である。
【図１１】真空圧力とポペット弁体３３のリフト量との
関係を示す第２データ図である。
関係を示す第２データ図である。
【図１２】ポペット弁体３３のリフト量とコマンド電圧
との関係を示すデータ図である。
との関係を示すデータ図である。
【図１３】従来の制御方法の結果を示すデータ図であ
る。
る。
【図１４】従来の別の制御方法の結果を示すデータ図で
ある。
ある。
【図１５】本発明の真空圧力制御システムの構成を示す
配管図である。
配管図である。
【図１６】従来の真空圧力制御システムの構成を示す配
管図である。
管図である。
１１ 真空チャンバ １７ 圧力センサ １８ 真空比例開閉弁 １９ 真空ポンプ ３１ ベローズ式ポペット弁 ３２ パイロットシリンダ ３３ ポペット弁体 ３４ ステンレス弁体 ３４ａ テーパ面 ３５ Ｏリング ３６ 弁座 ５０ ポテンショメータ ６２ 時間開閉動作弁 ６４ 位置制御回路 ７４ 給気側比例弁 ７５ 排気側比例弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹原 宏 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 真空容器と、真空容器内のガスを吸引す
る真空ポンプと、真空容器と真空ポンプとを接続する配
管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の
真空圧力を変化させる真空比例開閉弁と、真空容器内の
真空圧力を計測する圧力センサと、圧力センサの出力に
基づいて真空比例開閉弁の開度を制御する真空圧力制御
装置とを有する真空圧力制御システムにおいて、 （１）前記真空比例開閉弁が、弁座と、外周に先細りの
テーパ面が形成され前記弁座の中心線に沿って移動する
ことにより、前記弁座と前記テーパ面とで構成する隙間
の面積を変化させる弁体と、前記弁体を移動させるため
のパイロット弁とを有すること、 （２）前記真空圧力制御装置が、前記圧力センサの出力
に基づいて前記パイロット弁に供給するエア圧力を変化
させるサーボ弁を制御すること、を特徴とする真空圧力
制御システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載するシステムにおいて、 前記真空比例開閉弁を構成する前記パイロット弁が、 中空状のシリンダ室と、 前記シリンダ室内を摺動するピストンと、 内周端部が前記ピストンに固定され、外周端部が前記シ
リンダ室壁に固定されたベロフラムとを有することを特
徴とする真空圧力制御システム。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載するシス
テムにおいて、 前記パイロット弁に供給するエア圧力を変化させるサー
ボ弁が、パルス周波数に応じて時間開閉動作する電磁弁
であって、前記パイロット弁とエア源との間に接続され
たエア供給電磁弁と、前記パイロット弁と排気管との間
に接続されたエア排気電磁弁とを有すると共に、 前記真空圧力制御装置が、前記エア供給電磁弁及び前記
エア排気電磁弁に対してパルス信号を供給することによ
り、前記真空比例開閉弁の開度を制御することを特徴と
する真空圧力制御システム。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載するシス
テムにおいて、 前記パイロット弁に供給するエア圧力を変化させるサー
ボ弁が、ノズルフラッパ方式のサーボ弁であって、 前記真空圧力制御装置が、前記ノズルフラッパ方式サー
ボ弁のノズルの開度を圧電バイモルフにより制御するこ
とにより、前記真空比例開閉弁の開度を制御することを
特徴とする真空圧力制御システム。 - 【請求項５】 請求項１及至請求項４に記載するシステ
ムのうちのいずれか１つにおいて、 前記真空圧力制御装置が、外部から与えられる目標真空
圧力と前記圧力センサの出力との差を演算し、その差が
所定値より大きい場合に、前記サーボ弁に対して最大操
作量が与えられることを特徴とする真空圧力制御システ
ム。 - 【請求項６】 請求項１及至請求項４に記載するシステ
ムのうちのいずれか１つにおいて、 前記パイロット弁がノーマルクローズタイプのシリンダ
であって、電源遮断時には前記真空比例開閉弁を閉じる
ことを特徴とする真空圧力制御システム。 - 【請求項７】 請求項１及至請求項４に記載するシステ
ムのうちのいずれか１つにおいて、 前記パイロット弁がノーマルオープンタイプのシリンダ
であって、電源遮断時には前記真空比例開閉弁を開くこ
とを特徴とする真空圧力制御システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248495A JP2677536B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 真空圧力制御システム |
| US08/580,358 US6041814A (en) | 1995-09-01 | 1995-12-28 | Vacuum pressure control system |
| US09/496,624 US6202681B1 (en) | 1995-09-01 | 2000-02-02 | Vacuum pressure control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248495A JP2677536B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 真空圧力制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972458A true JPH0972458A (ja) | 1997-03-18 |
| JP2677536B2 JP2677536B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=17179026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7248495A Expired - Lifetime JP2677536B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 真空圧力制御システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6041814A (ja) |
| JP (1) | JP2677536B2 (ja) |
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