(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートと出口ポートが形成され、パイロット室を具えた本体と、バルブ部を具えたスプールからなり、前記本体の入口ポートと出口ポートとを連結する滑り面にバルブシートが形成され、前記滑り面に前記スプールがばねに付勢されて受け入れられている排気装置の圧力制御システムであって、
前記入口ポートにおける圧力を検知する圧力センサと、前記パイロット室に調整用ガスを供給する制御バルブと、前記圧力センサの出力に基づいて前記制御バルブを駆動する制御回路とを有し、
前記パイロット室の内部圧力によって前記スプールが軸方向に移動し前記バルブ部が開閉することによって、前記入口ポートにおける気体の圧力が一定に保持されることを特徴とする、
排気装置の圧力制御システム。
【請求項２】
前記パイロット室が前記スプールの下部に設けられた、請求項１の排気装置の圧力制御システム。
【請求項３】
前記スプールの側面に溝が形成され、該溝に前記調整用ガスが供給される、請求項１又は２の排気装置の圧力制御システム。
【請求項４】
前記入口ポートに前記調整用ガスが供給される、請求項１から３のいずれかの排気装置の圧力制御システム。
【請求項５】
前記パイロット室が前記スプールの上部に設けられ、前記パイロット室が外部と連通している、請求項１の排気装置の圧力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気装置の排気圧力を制御するための圧力制御システムの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化・拡散・ＣＶＤ装置等では、各種の気体をチャンバー内に供給して反応させた後、排気装置によって反応後の気体を排気するようになっている。  このとき、チャンバーの内部圧力が急激に変化すると、チャンバー内部における反応に悪影響を及ぼすため、排気装置には圧力制御システムが設けられ、排気される気体の流量変化、及び排気装置下流の圧力変化によらず、排気される気体の圧力が常に一定になるようにコントロールされている。
【０００３】
このような排気装置の圧力制御システムとしては、従来から米国特許第５０００２２１号明細書のものがある。
図７に示すように、この圧力制御システム１００は、入口ポート２２０と出口ポート２４０が形成された本体の空間内にピストン３００が設けられており、入口ポート２２０、及び出口ポート２４０の圧力変化に応じてピストン３００が空間内に出没して、入口ポート２２０における流体の圧力を一定にしようとするものである。
【０００４】
また、従来の他の圧力制御システムとしては、特開平４−１５０９３８号公報や、特開平７−３１７９１９号公報に記載のものがある。
図８に示すように、この圧力制御システム１０２は、入口ポート２２２と出口ポート２４２の中間に設けられた円板状の弁体３０２を回動させて、断面が円形の流体通路を開閉するものであり、入口ポート２２２の圧力をモニターし、その出力をサーボモータ４００にフィードバックさせることによって、弁体３０２の開度を調節するように弁体３０２を回動させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、図７の圧力制御システム１００における特性を示す。
この圧力制御システム１００では、入口ポート２２０の圧力を検知し、フィードバックさせてピストン３００を作動させるものではないので、流量変化によってピストン３００の位置が変化し、図９に示すように、流量変化に起因する圧力の変動が大きく、安定性が悪いばかりでなく、安定した場合でも、シフトやヒステリシスがあるという問題を有する。
【０００６】
次に、図１０は、図８の圧力制御システムにおける特性を示す。
この圧力制御システム１０２は、圧力センサで検知した入口ポート２２２の圧力をサーボモータ４００にフィードバックさせて弁体３００を回動させるため、制御圧力の精度は比較的高いが、図１０に示すように、流量変化に起因する圧力の変動が大きく、安定性が悪いことに変わりはないという問題を有する。
【０００７】
本発明は、入口ポートと出口ポートが形成され、パイロット室を具えた本体と、バルブ部を具えたスプールからなり、前記本体の入口ポートと出口ポートとを連結する滑り面にバルブシートが形成され、前記滑り面に前記スプールがばねに付勢されて受け入れられている排気装置の圧力制御システムであって、前記入口ポートにおける圧力を検知する圧力センサと、前記パイロット室に調整用ガスを供給する制御バルブと、前記圧力センサの出力に基づいて前記制御バルブを駆動する制御回路とを有し、前記パイロット室の内部圧力によって前記スプールが軸方向に移動し前記バルブ部が開閉することによって、前記入口ポートにおける気体の圧力が一定に保持されることを特徴とする排気装置の圧力制御システムによって、前記の課題を解決した。
【０００８】
【作用】
入口ポートにおける気体の圧力に応じてパイロット室に調整用ガスを供給し、パイロット室の内部圧力によって、スプールが軸方向に移動してバルブ部が開閉する。
そのため、出口ポートにおける気体の圧力によらず、調整用ガスの圧力を調整するだけで、入口ポートにおける気体の圧力を一定に保持することができる。
また、圧力センサで入口ポートにおける気体の圧力を検知し、出力をフィードバックさせているので、入口ポートにおける気体の流量変化に対する応答性、精度、及び安定性が改善される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態の圧力制御システム１０の構成図である。
この圧力制御システム１０において、本体２０には気体の入口ポート２２及び出口ポート２４が形成され、滑り面２９ａ，２９ｂに、後述するスプール４０が受入れられている。
なお、入口ポート２２には、酸化・拡散・ＣＶＤ装置等のチャンバーの排気ポート（図示せず。）が連結されている。
【００１０】
本体２０の下部には下面蓋２８で覆われたパイロット室３０が形成されており、このパイロット室３０は絞りＲ１を介して入口ポート２２に連通されている。
本体２０の外部には、パイロット通路３２を介してパイロット室３０に窒素等の調整用ガスを供給する制御バルブＶと、入口ポート２２の圧力を検知する圧力センサＳと、圧力センサＳの出力に基づいて制御バルブＶを駆動させる制御回路Ｃが取付けられている。
【００１１】
スプール４０はばね４８によって本体２０上部に取付けられており、スプール４０の上方及び下方に形成された上方摺動部４２及び下方摺動部４４によって、本体２０の滑り面２９ａ，２９ｂに対して軸方向に摺動可能になっている。
また、スプール４０の軸方向中心部分には、本体２０に形成されたバルブシート（弁座）２６に対応するバルブ部４６が具えられており、スプール４０が軸方向上側に摺動するとバルブ部４６とバルブシート２６の間に隙間が生じ、入口ポート２２と出口ポート２４とが連通する。
なお、スプール４０を保持するばね力Ｆは、ばね調整ねじ４８ａで調整することができる。
【００１２】
パイロット室３０には配管を介して制御バルブＶによって調整用ガスが供給されており、パイロット室３０の内部圧力が、入口ポート２２の気体の圧力よりもΔＰだけ高くなるように設定されている。
【００１３】
この圧力制御システム１０において、ばね力をＦ、スプール４０の重量をＷ、入口ポート２２の気体の圧力をＰ１、出口ポート２４の気体の圧力をＰ２、スプール４０のバルブ径をｄとすると、パイロット室３０の内部圧力はＰ１＋ΔＰで表され、スプール４０が平衡状態にある場合、
Ｆ−Ｗ＋１／４・πｄ2（Ｐ１＋ΔＰ）＝０
の関係にある。
従って、入口ポート２２の気体の圧力Ｐ１は、
Ｐ１＝４／πｄ2・（Ｗ−Ｆ）−ΔＰ
で表され、スプール４０の重量Ｗは不変であるから、入口ポート２２の気体の圧力Ｐ１は、ばね力Ｆ、及びパイロット室３０と入口ポート２２の圧力差ΔＰにのみ依存し、出口ポート２４の気体の圧力Ｐ２とは無関係であることが分かる。
【００１４】
従って、入口ポート２２の気体の圧力Ｐ１を一定にするためには、ばね力Ｆを一定に保ち、パイロット室３０と入口ポート２２の圧力差ΔＰを一定にするように、制御バルブＶからの調整用ガスの圧力を調整すればよいことになる。
【００１５】
次に、図１の圧力制御システム１０の動作原理について説明する。
スプール４０のバルブ開度が変化しない状態で、入口ポート２２の気体の流量が増加すると、入口ポート２２における圧力Ｐ１が高くなる。
前述のように、パイロット室３０の内部圧力は入口ポート２２における圧力Ｐ１よりもΔＰだけ高くなるように保持されているから、Ｐ１の変化に応じてパイロット室３０の内部圧力Ｐ１＋ΔＰも増加する。
パイロット室３０の内部圧力Ｐ１＋ΔＰが増加すると、スプール４０の下方摺動部４４が押上げられてスプール４０が軸方向に上昇し、バルブ部４６の開度が大きくなる。従って、入口ポート２２からより多くの気体が出口ポート２４側に流出するようになり、その結果、入口ポート２２における圧力Ｐ１が一定に保持される。
【００１６】
また、この圧力制御システム１０において、入口ポート２２における圧力Ｐ１は、圧力センサ用配管ＳＰを介して圧力センサＳで検知され、その出力は制御回路Ｃにフィードバックされている。
上記のように入口ポート２２における圧力Ｐ１が高くなると、制御回路Ｃによって制御バルブＶが駆動され、パイロット室３０への調整用ガスの供給圧力（ΔＰ）を増加させる。
その結果、パイロット室３０の内部圧力Ｐ１＋ΔＰが増加し、上記と同様に、スプール４０の下方摺動部４４が押上げられてスプール４０が軸方向に上昇し、バルブ４６の開度が大きくなるため、入口ポート２２からより多くの気体が出口ポート２４に流出するようになり、入口ポート２２における圧力Ｐ１が一定に保持される。
【００１７】
図２は、以上に説明した本発明の圧力制御システム１０の特性を示すグラフである。
従来の圧力制御システムの特性を示す図９及び図１０と比較して、本発明の圧力制御システム１０では、流量変化に対する圧力の変動が大幅に少なく、また、流量変化に対する応答時間も大幅に短縮されていることがわかる。
【００１８】
次に、図３は、本発明の第２実施形態による圧力制御システム１２の構成図である。
この実施形態では、スプール４０’の上方摺動部４２’及び下方摺動部４４’の側面に、軸に沿って溝４２０，４４０が形成されている。
また、本体２０には、スプール４０’の上方摺動部４２’及び下方摺動部４４’の側面と、入口ポート２２に調整用ガスを供給する配管５０が形成され、この配管５０は制御バルブＶに連結されている。
なお、この実施形態において、上記のスプール４０’と配管５０以外の構成は第１実施形態のものと同一である。
【００１９】
この実施形態では、スプール４０’の各摺動部４２’，４４’の側面に形成された溝４２０，４４０を通って、本体２０の滑り面と各摺動部４２’，４４’の間に調整用ガスが均一に供給されるので、スプール４０’と本体２０の滑り面２９ａ，２９ｂとの間に塵埃等が侵入することがなく、また、スプール４０’と本体２０の滑り面２９ａ，２９ｂとの摺動摩擦が低減されて、スプールの動きが滑らかになる。
さらに、入口ポート２２を通過する気体が少なく、入口ポート２２における圧力Ｐ１によって所定のバルブ開度を得ることができない場合には、配管５０を通して入口ポート２２に調整用ガスを供給して、一定量のバルブ開度を保持させることができる。
なお、配管５０の端部には絞りＲ２，Ｒ３，Ｒ４が具えられており、絞りＲ２，Ｒ３，Ｒ４の径によって制御バルブＶから供給されたガスの分配比が決定される。
【００２０】
次に、図４は、本発明の第３実施形態による圧力制御システム１４の構成図である。この実施形態は、第１実施形態の圧力制御システム１０において、気体と接触する部分をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、耐蝕性プラスチックであるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で形成したものであり、特に、入口ポートを通過する気体が腐食性を有する場合に有効である。例えば、この実施形態では、本体２０及び下面蓋２８はＰＴＦＥで、スプールはＰＥＥＫで形成されている。
【００２１】
この実施形態では、第１実施形態と同様の圧力制御システムにおいて、パイロット室３０からパージ用流路６０が、圧力センサ配管ＳＰからセンサ用流路６２がそれぞれ延びており、これらのパージ用流路６０とセンサ用流路６２は互いに連結されている。
【００２２】
上記構成の圧力制御システム１４においても、パイロット室３０の内部圧力は入口ポート２２を通過する気体の圧力Ｐ１よりもΔＰだけ高くなるように保持されているので、パイロット室３０の調整用ガスの一部は、パージ用流路６０、センサ用流路６２、及び圧力センサ用配管ＳＰを通って入口ポート２２に流込む。さらに、圧力センサ用配管ＳＰの管径をパージ用流路６０の管径よりも大きくしたり、パージ用流路６０又はセンサ用流路６２に絞り（図示せず。）を設けたりすることによって、圧力センサ用配管ＳＰでの圧力損失を小さくすることにより、圧力センサＳでは、入口ポート２２における圧力Ｐ１とほぼ等しい圧力が検知されることになる。
【００２３】
通常、圧力センサＳは、その機能上の問題からＰＴＦＥやＰＥＥＫ等の耐蝕性材料で形成することは困難であるが、この実施形態の場合、入口ポート２２を通過する気体が圧力センサ用配管ＳＰ内を流過することがないので、入口ポート２２を通過する気体が腐食性を有するものであっても、圧力センサＳに直接触れることなく、且つ、正確に、その圧力を測定することが可能になる。
【００２４】
次に、図５は、本発明の第４実施形態における圧力制御システム１６の構成図である。
この実施形態では、本体２０上部に上部蓋２８’で囲まれたパイロット室３０’が設けられており、このパイロット室３０’は、上部蓋２８’に形成されたブリードポート７０を介して外部と連通している。
また、パイロット室３０’には、パイロット通路３２’を介して制御バルブＶから調整用ガスが供給され、パイロット室３０’の内部圧力がδＰになるように保持されている。
その他の構成は、第１実施形態のものと同一である。
【００２５】
この実施形態の圧力制御システム１６において、ばね力をＦ、スプールの重量をＷ、入口ポート２２の気体の圧力をＰ１、出口ポート２４の気体の圧力をＰ２、スプール４０のバルブ径をｄ、パイロット室３０’の内部圧力をδＰとすると、スプール４０が平衡状態にある場合、
Ｆ−Ｗ−１／４・πｄ2・δＰ＋１／４・πｄ2・Ｐ１＝０
の関係にある。
従って、入口ポート２２を通過する気体の圧力Ｐ１は、
Ｐ１＝４／πｄ2・（Ｗ−Ｆ）＋δＰ
で表され、スプール４０の重量Ｗは不変であるから、入口ポート２２を通過する気体の圧力Ｐ１は、ばね力Ｆ、及びパイロット室３０’の内部圧力δＰにのみ依存し、出口ポート２４の気体の圧力Ｐ２とは無関係であることが分かる。
【００２６】
従って、この実施形態の圧力制御システム１６において、入口ポート２２の気体の圧力Ｐ１を一定にするためには、ばね力Ｆを一定に保ち、パイロット室３０’の内部圧力δＰを一定にするように、制御バルブＶからの調整用ガスの圧力を調整すればよいことになる。
【００２７】
図６は、本発明の第５実施形態における圧力制御システム１８の構成図である。
この実施形態の圧力制御システム１８は、図５と同様の構成において、パイロット室３０’からパージ用流路６０’が、圧力センサ配管ＳＰからセンサ用流路６２’がそれぞれ延びており、これらのパージ用流路６０’とセンサ用流路６２’は互いに連結されている。
また、この実施形態の圧力制御システム１８は、本発明の第３実施形態と同様に、気体と接触する部分がＰＥＦＴやＰＥＥＫで形成されている。
【００２８】
上記構成の圧力制御システム１８において、パイロット室３０’にはパイロット通路３２’を介して制御バルブから調整用ガスが供給され、パイロット室３０’の内部圧力がδＰになるように保持されている。
なお、入口ポート２２における圧力Ｐ１は大気圧より低く設定され、パイロット室３０’における圧力δＰは大気圧より高く設定されている。
【００２９】
パイロット室３０’の圧力δＰと入口ポート２２の圧力Ｐ１の圧力差δＰ−Ｐ１によって、パイロット室３０’内に供給された調整用ガスの一部がパージ用流路６０’内に流れ込み、センサ用流路６２’及び圧力センサ配管ＳＰを介して入口ポート２２のガスと合流する。
【００３０】
従って、この実施形態の圧力制御システム１８では、第３実施形態のものと同様に、制御すべき気体が圧力センサに直接触れることがない。
【００３１】
以上に説明した本発明の第２実施形態乃至第５実施形態の圧力制御システム１２，１４，１６，１８によっても、第１実施形態のものと同様に、図２に示したすぐれた特性が得られる。
【００３２】
なお、上記の実施形態において、調整用ガスとして窒素を使用したが、制御すべき気体と反応することがなく、安定性のあるものであれば、他の気体であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の排気装置の圧力制御システムは、入口ポートにおける気体の圧力に応じてパイロット室に調整用ガスを供給し、パイロット室の内部圧力によって、スプールが軸方向に移動してバルブ部が作動する構成であるため、出口ポートにおける気体の圧力によらず、調整用ガスの圧力を調整するだけで、入口ポートにおける気体の圧力を一定に保持することができるという効果を奏する。
また、圧力センサで入口ポートにおける気体の圧力を検知し、出力をフィードバックさせているので、入口ポートにおける気体の流量変化に対する応答性、精度、及び安定性が著しく改善される。
【００３４】
なお、スプールの側面に溝を形成し、本体の滑り面と溝の間に調整用ガスを供給するようにすると、スプールと本体の間に塵埃が侵入することがなく、また、摺動摩擦が低減されるため、スプールの動きが滑らかになる効果がある。
【００３５】
また、入口ポートに調整用ガスを供給すると、入口ポートにおける気体の流量が少ない場合でも常に一定量のガスが入口ポートに流されるので、一定以上のバルブ開度を保つことができる。
【００３６】
そして、パイロット室を圧力センサと連結し、圧力センサ用配管に調整用ガスが流れるようにすると、制御すべき気体が腐食性を有するものであっても、気体が圧力センサに直接触れることをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の圧力制御システムの構成図。
【図２】  図１の圧力制御システムの流量−圧力特性の図。
【図３】  本発明の第２実施形態の圧力制御システムの構成図。
【図４】  本発明の第３実施形態の圧力制御システムの構成図。
【図５】  本発明の第４実施形態の圧力制御システムの構成図。
【図６】  本発明の第５実施形態の圧力制御システムの構成図。
【図７】  従来の圧力制御システムの断面図。
【図８】  従来の他の圧力制御システムの断面図。
【図９】  図７の圧力制御システムの流量−圧力特性の図。
【図１０】  図８の圧力制御システムの流量−圧力特性の図。
【符号の説明】
１０，１２，１４，１６，１８：圧力制御システム
２０：本体
２２：入口ポート        ２４：出口ポート
２６：バルブシート
３０，３０’：パイロット室
４０，４０’：スプール
４６：バルブ部
Ｓ：圧力センサ
Ｃ：制御回路
Ｖ：制御バルブ
【図１】
0004212187.tif 000002
【図２】
0004212187.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004212187.tif 000007
【図７】
0004212187.tif 000008
【図８】
0004212187.tif 000009
【図９】
0004212187.tif 000010
【図１０】
0004212187.tif 000011