真空壓力控制系統的制作方法

專利名稱：真空壓力控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種真空壓力控制系統，其用于在正確的真空壓力值 下使供應氣體保持在半導體制造工藝中使用的真空容器內，且還允許 氣體從真空容器中快速排出。
背景技術：
迄今為止，在半導體制造工藝中，已經提出了各種真空壓力控制 系統來交替地將工藝氣體和清除氣體充注到放置晶片的真空室內并將 工藝氣體和清除氣體從真空室中排出。 一些真空壓力控制系統設置成 用電磁閥和電-氣比例閥來控制氣體的流體通路并切斷氣體，這些閥用
來密封或排放供應到真空室內的氣體(參見JP9(1997)-72458A)。
下面參考圖12至圖15簡要說明JP'458A中公開的真空壓力控制系 統。圖12為顯示了真空壓力控制系統的配置的示例性視圖。圖13為用 在真空壓力控制系統中的真空比例開/關閥318的截面圖。圖14為說明了 用于控制真空比例開/關閥318的控制裝置的配置的框圖。圖15為說明了 定時開/關闊362的框圖。
JP'458A的真空壓力控制系統包括真空室311、壓力傳感器317、真 空泵319、連接在真空泵319和真空室311之間的真空比例開/關閥318及 其他。在此真空比例開/關闊318中，通過驅動空氣啟動柱塞341來相對 于閥座336上下移動提升閥元件333，從而使提升閥元件333和閥座336
之間有間隙或沒有間隙來提供閥打開狀態或閥關閉狀態。在該真空壓 力控制系統中，使用了用于快速供應空氣的第一電磁閥360和用于快速 排放空氣的第二電磁閥361。為了將氣體排出真空室311，在此真空壓力控制系統中，第二電磁
閥361中的第一進氣口611與出氣口613連接，而第一電磁閥360中的第 二進氣口 602與出氣口603連接，從而將驅動空氣供應到真空比例開/關 閥318。因此，提升閥元件333被打開，以允許氣體通過真空泵319從真 空室311吸入。
另一方面，為了密封真空室311內的氣體，第二電磁閥361中的第 二進氣口612與出氣口613連接，而第一電磁閥360中的第二進氣口602 與出氣口603連接。因此，沒有驅動空氣被供應到真空比例開/關閥318， 因此提升閥元件333保持關閉，從而將氣體密封在真空室311中。
在該真空壓力控制系統中，當密封在真空室311中的氣體被從提升 閥元件333的完全打開狀態或從提升閥元件333的關閉狀態調節到目標 真空壓力值時，通過使用第一電磁閥360和第二電磁閥361來將真空壓 力改變到接近目標真空壓力值，氣體被快速供應到真空室311內或從真 空室311中被排放出來。在密封了氣體的真空室311中，設定為目標值 的真空壓力值(即給定值)不同于通過壓力傳感器317所測得的真空壓 力值(即測量值)。因此，對真空壓力進行了額外精密的控制。
通過由真空壓力控制電路367啟動定時開/關閥362將真空室311內 的真空壓力值(測量值)調節到給定值來進行真空壓力的這種精密控 制。該定時開/關閥362由供應側比例閥374和排放側比例閥375構成，它 們為2 口電-氣比例閥。供應側比例閥374和排放側比例閥375之中的每一 個都具有有效截面面積小于第一電磁閥360和第二電磁閥361的有效截 面面積的氣體通路。
供應側比例閥374的進氣口374a連接到空氣供應源。閥374的出氣 口 374b連接到排放側比例閥375的進氣口 375b。排放側比例閥375的出 氣口 375a連接到排放側。排放側比例閥375的進氣口 375b和供應側比例 閥374的出氣口374b分別連接到第一電磁閥360的第一進氣口601。供應
5側比例閥374和排放側比例閥375在真空壓力控制電路367的控制下分 別轉換到開和關。具體地說，供應側比例閥374和排放側比例閥375由 通過脈沖驅動電路368施加到其上的脈沖電壓來驅動。
上述配置使得可以將柱塞341停止在相應于閥開度比提升閥元件 333的開度更小的精確位置，以通過第一電磁閥360和第二電磁閥361來 進行快速供應操作和快速排放操作，從而精確地使提升閥元件333以高 的響應速度打開和關閉。因此，氣體真空壓力可得到高度精確的控制。
實際上，當真空室311內的真空壓力的測量值高于給定值時，通過 從排放側比例閥375排放部分驅動空氣來控制主要供應到供應側比例 閥374的驅動空氣的量，從而通過第一電磁閥360使提升閥元件333移 動。因此，提升閥元件333從完全關閉位置被移動到略微打開位置，以 允許氣體從真空室311被吸入，直到真空壓力變為給定值為止。
另一方面，當真空室311內的真空壓力的測量值更接近絕對真空而 不是給定值時，大部分驅動空氣通過排放側比例閥375被排放，而驅動 空氣的剩余部分被供應到供應側閥374，以控制被供應到第一電磁閥 360的驅動空氣的量，從而通過第一電磁閥360使提升閥元件333移動。 這使提升閥元件333保持在相對于關閉位置有微小間隙的一個位置。在 此狀態下，允許氣體通過真空室311，使得真空壓力與給定值一致。
常規真空壓力控制系統，例如，JP'458A的真空壓力控制系統，具 有通過電磁閥快速供應和排放氣體的功能，除此之外，還有通過電-氣 比例閥將供應到并密封在真空室中的工藝氣體的真空壓力控制到確切 的預定真空壓力的功能。因此，如果使用真空壓力控制系統的表面處 理技術用于在半導體制作工藝中對晶片進行表面處理的話，可實現非 常精確的表面處理。
另一方面，在該表面處理技術中，密封在真空室內的工藝氣體的真空壓力通過使用電-氣閥來進行精確地控制(微調)。因此，要花費 超過十秒將工藝氣體的真空壓力控制到預定真空壓力值。
同時，在半導體制造工藝中，最近已經采用了使用原子層沉積
(ALD)工藝的處理技術。與常規表面處理技術一樣，使用ALD工藝 的該處理技術是一種要求將密封在真空室中的工藝氣體非常精確地控 制到給定值的技術。在不同于常規表面處理技術的使用ALD工藝的該 處理技術中，將清除氣體引入真空室來從真空室排放工藝氣體所需要 的時間約一秒或兩秒。

發明內容
然而，在常規真空壓力控制系統中，其將需要超過十秒的時間來 通過電-氣比例閥將工藝氣體的真空壓力調節到預定真空壓力值。
需要上述時間的原因如下電-氣比例閥的提升閥元件的沖程被確
定為小于電磁閥的閥元件的沖程，且柱塞和孔也被設計得更小，使得 電-氣比例閥可非常頻繁地打開和關閉。因此，可精確控制被允許流向 真空室的工藝氣體的流動速率，從而可非常精確地控制工藝氣體的真 空壓力。另一方面，在該電-氣比例閥中，提升閥元件具有短沖程，且 柱塞和孔是小的。與在電磁閥中相比，這允許用于供應或排放的工藝 氣體以每單位時間更小的流動速率流過其中。因此，其花費更長的時
間來允許工藝氣體流入真空室和從真空室流出，這導致需要超過十秒 的時間來精確控制真空壓力。
結果，使用ALD工藝在一秒或兩秒中用清除氣體取代工藝氣體的 表面處理技術不能采用常規真空壓力控制系統。需要開發一種適合于 使用ALD工藝的半導體制造工藝并能夠在短時間，例如， 一秒或兩秒 內將清除氣體引入真空室中來排放工藝氣體的真空壓力控制系統。
鑒于上述情況提出了本發明，且目的是提供一種真空壓力控制系統，該真空壓力控制系統用在半導體制造工藝中，能夠將供應氣體快 速維持在精確的真空壓力值，且快速將此氣體排出真空容器。本發明 的其他目的和優點將部分地陳述在隨后的描述中，且從該描述中部分 是明顯的，或者可以從本發明的實施中來了解。本發明的目的和優點 可借助于在附加權利要求中特別指出的工具和組合來實現并獲得。
(1) 為了實現本發明的目的，提供了一種真空壓力控制系統，其 包括真空容器；真空泵，其用于從真空容器中抽吸氣體；真空開/關 閥，其連接在真空容器和真空泵之間，并適合于通過由從作為動力源 的流體供應源所供應的流體改變開度來控制真空容器中的真空壓力； 真空壓力控制裝置，其用于控制真空開/關閥；以及伺服閥，其用于控 制真空開/關閥的開度。
(2) 優選的是，在該真空壓力控制系統(1)中，伺服閥包括連 接到流體供應源的第一口、連接到真空開/關閥的第二口、以及連接到 排放通路的第三口，且真空壓力控制裝置適合于將如下伺服閥指令值 作為零指令信號值存儲，在所述伺服閥指令值下從所述第一口流到所 述第二口的流體的流動速率和從所述第二口流到所述第三口的流體的 流動速率之間的差值變為零。
(3) 優選的是，真空壓力控制系統(2)包括教學程序，當真空 壓力控制系統安裝在所述系統被實際操作的生產線中時，該教學程序 用于檢測零指令信號值。
(4) 優選的是，在該真空壓力控制系統(3)中，真空壓力控制 裝置適合于基于存儲的所述零指令信號值輸出所述伺服閥指令信號來 控制所述伺服閥。
(5) 優選的是，在真空壓力控制系統(1)中，真空開/關閥包括: 閥座；閥元件，其可通過從流體供應源所供應的流體移動成與閥座接觸或不與閥座接觸來沿閥打開方向和關閉方向改變開度；以及彈性構 件，其將閥元件推動到閥關閉側，通過克服彈性構件的推動力所需要 的流體的最小推壓力來改變所述開度。
(6) 優選的是，真空壓力控制系統(1)包括流體通路停止閥， 所述流體通路停止閥用于在所述真空壓力控制系統處于非工作狀態時 阻止流體從所述流體供應源流入到所述伺服閥內。
(7) 優選的是，在真空壓力控制系統(1)中，真空開/關閥包括 閥打開調節部分，該閥打開調節部分用于在不使用所述伺服閥的情況 下手動地控制所述真空開/關閥的開度。
(8) 優選的是，真空壓力控制系統(1)包括位移傳感器，該位 移傳感器用于在非接觸關系下測量真空開/關閥的開度。
(9) 優選的是，在真空壓力控制系統(1)中，真空開/關閥包括 閥座；閥元件，其可移動成與閥座接觸或不與閥座接觸；致動器，其 用于根據從流體供應源所供應的流體移動閥元件；以及壓力傳感器， 其用于測量致動器的內部壓力。
例如， 一些伺服閥通常設置成使得第一口允許流體流入伺服閥中， 第二口允許流體以受控流動速率朝供應點流出，第三口允許流體從伺 服閥排放出，以及其他。如上述這樣設置的這種伺服閥包括特定的伺 服閥，例如，該特定的伺服閥配備有具有相對的通電方向的兩個線圈、 具有磁體的閥芯等。在這種伺服閥中，在線圈之一被通電之后，在該 線圈中產生的電磁力和磁體的磁力致使閥元件在缸體中沿沖程方向之 一移動，并準確地停止在相應于通電量的一個位置。另一方面，在另 一線圈被通電之后，在該線圈中產生的電磁力和磁體的磁力致使閥元 件在缸體中沿另一沖程方向移動，并準確地停止在相應于通電量的一 個位置。因此，當伺服闊的控制部分從控制裝置接收指令信號來適當地控 制兩個線圈的通電量時，閥元件根據此指令信號在閥中沿沖程方向被 快速和高響應地啟動，且準確地停止在預定位置。在該伺服閥中，閥元件可在閥中沿沖程方向移動，也就是說，沿 第一口和第三口的設置方向，經過其間的第二口。當閥元件停止在缸體中沿沖程方向的一端位置時，第三口的通路 被切斷，而第一口的通路完全打開。因此，允許流入第一口的流體通 過第二口快速流動到供應點。進一步，當閥元件停止在沿沖程方向的 另一端位置時，第一口的通路被切斷，而第三口的通路完全打開。因 此，允許流入第二口的流體通過第三口快速流出伺服閥。而且，在伺服閥中，也允許閥元件停止在第一口的通路和第三口 的通路之間的中間位置處，以精確地阻擋各自通路的部分。這使得可 以通過例如略微增加連通在第一口和第二口之間的通路或連通在第二 口和第三口之間的通路來以高響應速度和高精度精確地控制被允許從 第一口流動到第二口的流體的流動速率和被允許從第二口流到第三口 的流體的流動速率。在本發明的真空壓力控制系統中，通過從流體供應源供應的流體 來改變真空開/關閥的開度，以便控制真空容器中的真空壓力。真空開/ 關閥的開度的控制通過伺服閥來進行。伺服閥允許流入第一口的流體通過第二口快速流到供應點，且允 許流過第二口的流體以如上所述的高響應和高精度通過第三口快速流 出。進一步，可以以高響應和高精度精確地控制從第一口流到第二口 的流體的流動速率和從第二口流動到第三口的流體的流動速率。因此，當通過伺服闊來控制引起真空開/關閥的開度改變的流體 時，可適當地將氣體快速供應到真空容器內并從真空容器中快速排放 出。還可快速且精確地實現供應到真空容器的氣體供應量和從真空容 器排放的氣體排放量之間的流動速率的精確控制。在常規真空壓力控制系統中，通過電磁閥快速供應和排放氣體以 及通過具有能非常頻繁地打開和關閉的提升閥的電-氣比例閥來精確地 控制真空容器中氣體的真空壓力將花費超過十秒。另一方面，在本發 明的真空壓力控制系統中，通過將清除氣體引入到真空容器來排放工 藝氣體所需要的時間可以是 一 秒或兩秒。因此，本發明的真空壓力控制系統可將供應氣體維持在正確的真 空壓力值下，并將氣體快速排放出真空容器。例如，本發明的真空壓 力控制系統可實現為適合于使用ALD工藝的半導體制造工藝的系統，ALD工藝需要在一秒或兩秒內通過將清除氣體引入到真空容器來排放工藝氣體。同時，在伺服閥中，閥元件，例如閥芯被移動，以在缸體內滑動， 并根據指令信號停止在預定位置。因此，在伺服閥中，微小間隙設置 在閥元件的外部外圍和缸體的內部表面之間。此間隙的存在可引起以下問題例如，甚至當用于關閉真空開/ 關閥的指令信號被輸入到伺服閥，且閥元件準確地停止在分別關閉連 通在第一口和第二口之間的通路以及連通在第二口和第三口之間的通 路的位置時，通過間隙從第一口泄漏的流體仍然可流入第二口。于是， 真空開/關閥不能完全關閉，且被流入第二口的流體變為打開狀態。或 者，通過間隙從第二口泄漏的流體可流入第三口。甚至當真空開/關閥 需要被關閉以在密封狀態下以預定真空壓力值將氣體保持在真空容器 內時，真空開/關閥仍將被泄漏在第三口中的流體打開。如上所提到的，在通過伺服閥來控制真空開/關閥的開度的情況 下，甚至當關閉真空開/關閥的指令信號被輸送到伺服閥時，流體仍易 于進入在閥元件的外部外圍和伺服閥中的缸體的內部外圍之間的間 隙。此時的流體泄漏量非常小，以致在作為定位閥使用時不會引起任 何問題。然而，在真空壓力控制系統中，通過啟動例如柱塞等來打開和關 閉真空開/關閥。為了提高打開和關閉真空開/關閥的響應速度，柱塞的 抗滑阻力是低的。因此，即使伺服閥中泄漏的流體量非常小，泄漏的 流體也能引起柱塞移動。這將在控制開始時就引起真空開/關閥同時打 開，從而通過真空泵從真空容器中吸入氣體，從而導致氣體的真空壓 力降低(真空壓力值改變到較高真空側)，或者，真空開/關閥以比需 要頻率更高的頻率重復打開和關閉，因此真空開/關閥的開度不能得到 精確控制。結果，可能出現問題，即密封在真空容器中的氣體的真空 壓力不能控制到與預定的真空壓力值精確地一致。相反，在本發明的真空壓力控制系統中，真空壓力控制裝置適合 于根據輸出到伺服閥的伺服閥指令信號來控制從第一口流動到第二口 的流體的流動速率和從第二口流動到第三口的流體的流動速率之間的 差值，并檢測開度從完全關閉位置改變到預定開度的值，并將其存儲 為伺服閥指令信號。真空壓力控制系統進一步包括教學程序，該教序 程序用于根據此伺服閥指令信號來控制伺服閥的操作。在此真空開/關閥中，從伺服閩的第二口流動到真空開/關閥的流體 的流動速率和從真空開/關閥流動到第二口的流體的流動速率之間的差 值可提前得到控制。真空開/關閥處于閥關閉狀態之后，當真空開/關閥 被調整到預定開度時，根據所獲得的伺服閥指令信號來控制伺服閥的 操作。即使流體泄漏通過閥元件的外部外圍和伺服閥中的缸體的內部 表面之間的間隙，真空開/關閥的開度也可得到精確控制。因此，真空 開/關閥可以高精度和精確的位置處于閥打開狀態。在本發明的真空壓力控制系統安裝到工廠或車間的情形下，例如， 該系統的使用環境，例如用于使驅動空氣AR從空氣供應源流到伺服閥 的管長度和管直徑以及從空氣供應源供應到裝備而不是真空壓力控制 系統的驅動空氣AR的量根據使用目的而不同。因此，根據使用目的，在伺服閥內泄漏的驅動空氣AR的量在系統之間是不同的。真空開/關閥的參考閥位置在系統之間略微不同。然而，在本發明的真空壓力控制系統中，真空壓力控制裝置包括 教學程序。因此，甚至在系統安裝在系統得到精確操作的工廠或車間 中的生產線等之后，可在實際操作前檢測并存儲適合于系統使用環境 的最佳的伺服閥指令信號，使得在與實際操作相同的條件下提前獲得 真空壓力控制系統的適當的操作條件。為了改變控制真空開/關閥的開度，流體壓力必須僅滿足用于控制 真空開/關閥的開度所需要的最小壓力值(需要的壓力值)。即使流體 壓力大于需要的真空壓力值，某些真空幵/關閥在控制開度時可能并不 引起問題。當真空開/關閥的開度向關閉側調節時，例如，當閥從最大開度關 閉時，如果壓力比需要的壓力值更大的流體被供應到該真空開/關閥的 話，其將比需要的花費更多的時間來將流體壓力從供應壓力值減小到 需要的壓力值。相反，在本發明的真空壓力控制系統中，真空開/關閥包括閥座； 閥元件，其可通過從流體供應源所供應的流體移動成與閥座接觸或不與閥座接觸來沿閥打開方向和關閉方向改變開度；以及彈性構件，其 將閥元件推動到閥關閉側。在此系統中，真空開/關閥的開度通過克服 彈性構件的推動力所需要的流體的最小推壓力來改變。因此，可以快 速減小流體壓力，使得彈性構件的推動力大于流體的推壓力。因此，真空開/關閥的閥開度可快速控制到關閉側。
如上所提到的，微小的間隙存在于安裝在伺服閥中的閥芯等閥元 件和包圍閥元件的缸體的內部外圍之間。這可使流體通過該間隙向外 泄漏。
如果甚至當伺服閥不需要流體供應時，例如當真空壓力控制系統 不工作時，流體仍然從供應源被供應到伺服閥，那么流體將通過此間 隙而浪費掉。
另一方面，本發明的真空壓力控制系統進一步包括流體通路停 止閥，當真空壓力控制系統處于非工作狀態時，該流體通路停止閥用 于阻止流體從流體供應源流入到伺服閥內。因此，當真空壓力控制系 統不工作時，流體到伺服閥的供應被完全切斷。在此狀態下，可以防 止流體的浪費性消耗。
優選的是，在本發明的真空壓力控制系統中，真空開/關閥包括閥 打開調節部分，其用于在不使用伺服閥的情況下手動地控制真空開/關 閥的開度。例如，在進行真空壓力控制系統維護的情形下，僅僅需要 使閥打開控制部分工作以容易地改變真空開/關閥的開度。
本發明的真空壓力控制系統優選地包括位移傳感器，該位移傳感 器用于在非接觸關系下測量真空開/關閩的開度。在測量真空開/關閥的 閥開度中，將不會發生由位移傳感器的部分和開/關閥之間接觸而引起 的摩擦。因此，將不會由因摩擦而引起的磨損粉末產生的位移傳感器 接觸失敗的麻煩。因此，可通過位移傳感器恰當地測量真空開/關閥的 閥開度VL。
優選的是，在本發明的真空壓力控制系統中，真空開/關閥包括 閥座；閥元件，其可移動成與閥座接觸或不與閥座接觸；致動器，其用于根據從流體供應源所供應的流體移動閥元件；以及壓力傳感器， 其用于測量致動器的內部壓力。壓力傳感器可用來檢測用于驅動致動 器的驅動空氣是否從空氣供應源供應到空氣室。另外地，表示用于驅 動致動器的流體的壓力的壓力信號通過壓力傳感器檢測，并被反饋到 真空壓力控制裝置。根據該壓力信號，真空壓力控制裝置適當地修正 應用到伺服閩的指令信號。因此，甚至在流體壓力改變的情況下，伺 服閥也可得到充分控制，而不會對真空開/關閥的控制產生不利影響。 因此，真空開/關閥的閥開度可得到適當地控制。
致動器可包括，例如柱塞，該柱塞通過供應到真空開/關閥的流體 室的流體驅動以改變真空開/關閥的開度。就這種致動器而言，致動器 內部壓力標示流體室內的內部壓力。


并入并構成了本說明書的一部分的附圖展示了本發明的實施方 式，并且同具體實施方式
一起用來說明本發明的目的、優點和原理。
在附圖中，
圖l為顯示了優選實施方式中的真空壓力控制系統的配置的示例 性視圖2為顯示了實施方式中真空壓力控制系統的配置的框圖； 圖3為顯示了實施方式中真空壓力控制裝置的系統控制器的閥打
開位置控制電路的控制方法的框圖4為實施方式中處于關閉狀態的真空開/關閥的截面圖； 圖5為實施方式中真空開/關閥的側視圖； 圖6為實施方式中處于打開狀態的真空開/關閥的截面圖； 圖7是顯示了在實施方式中用在真空壓力控制系統中的伺服閥的
配置的示例性視圖8為顯示了基于用于控制伺服閥中閥芯的位置的指令電壓和驅
動空氣的流動方向和流動速率之間關系的流動速率特性的圖表；
圖9為顯示了一種控制根據在實施方式中設置在真空壓力控制裝置中的教學程序的伺服閥的操作的技術的流程圖； 圖10為顯示了第一檢驗的結果的圖表；圖11A為顯示了第一檢驗的結果的圖表，其中閥從完全打開位置移動；圖11B為顯示了第一檢驗的結果的圖表，其中閥從關閉位置移動；圖12為顯示了常規真空壓力控制系統的配置的示例性視圖；圖13為用在常規真空壓力控制系統中的真空比例開/關閥的截面圖；圖14為顯示了常規真空壓力控制系統中的真空比例開/關閥的閥 控制的框圖；圖15為顯示了常規真空壓力控制系統中的真空比例開/關閥的閥 控制的框圖；圖16為顯示了實施方式中處于停止狀態的伺服閥的視圖。
具體實施方式
現將參考附圖給出實施本發明的真空壓力控制系統的優選實施方 式的詳細描述。圖l是顯示了本實施方式中真空壓力控制系統l的配置的示例性視 圖。該系統l設置成交替地將工藝氣體和清除氣體供應到放置有晶片 150的真空室11，并將工藝氣體和清除氣體從真空室ll排出，用于在半 導體制造工藝中對晶片150進行表面處理。如圖1所示，真空壓力控制系統1主要由真空室11、真空泵15、 空氣供應源20(流體供應源)、真空開/關閥30(下文，"開/關閥30")、 伺服閥60 (參見圖5)、電連接到開/關閥30的真空壓力控制裝置70 以及其他。在該系統1中，從空氣供應源20供應的驅動空氣AR用作 作為動力的流體，來打開和關閉開/關閥30。工藝氣體供應源和氮氣供應源并行連接到真空室11的進氣口lla，工藝氣體供應源用來對放置在真空室11中的晶片150進行表面處理，氮氣供應源用來將工藝氣體從真空室11清除出去。稍后將提到的開/關閥30的第一口 39連接到真空室11的出氣口 11b。此開/關閥30經由用作流體流動停止閥的停止閥21和用作連接到 開/關閥30的閥打開調節部分(見圖5)的手動閥14通過管道連接到 空氣供應源20。用于室的壓力傳感器12經由截流閥13連接到設置在 出氣口 11b和開/關閥30之間的通路。此壓力傳感器12電連接到真空 壓力控制電路83，此真空壓力控制電路83稍后在真空壓力控制裝置 70中提到。該開/關閥30的第二口 40與真空泵15連通。首先，參考圖2和圖3對真空壓力控制裝置70作如下說明。圖2 為顯示了真空壓力控制裝置70的配置的框圖。圖3為說明真空壓力控 制裝置70的系統控制器80中的閥開度控制電路84的控制方法的框圖。該真空壓力控制裝置70包括系統控制器80和空氣壓力控制器 100，并且還有具有眾所周知的配置例如CPU、 ROM和RAM的微型計 算機(未顯示)。微型計算機設置成使得后面提到的教學程序和存儲 在ROM及其他中的其他程序加載在CPU中來執行預定操作，例如啟 動伺服閥60及其他，以及控制真空室11中工藝氣體的真空壓力。系統控制器80進一步包括接口電路81、順序控制電路82、真空 壓力控制電路83以及閥開度控制電路84，且還連接到微型計算機。接 口電路81連接到順序控制電路82和真空壓力控制電路83。真空壓力 控制電路83經由閥開度控制電路84連接到空氣壓力控制器100的驅 動電路101。系統控制器80的閥開度控制電路84包括比例電路85、集成電路 86、以及微分電路87，它們并行連接到真空壓力控制電路83、柱塞加 速控制電路88、柱塞操作控制電路89、真空開/關閥內部壓力反饋控制電路90、以及伺服閥驅動修正控制電路91。閥開度控制電路84由微型計算機控制。在閥開度控制電路84中，從稍后提到的位移傳感器51 (參見圖4) 輸出的位移檢測信號和從較高級接口電路81或真空壓力控制電路83 輸出的控制信號之間的差值被輸入到比例電路85、集成電路86以及微 分電路87。此位移檢測信號也通過柱塞加速控制電路88輸入到比例電 路85、集成電路86和微分電路87的輸出端，以及還通過柱塞操作控 制電路89輸入到柱塞加速控制電路88的輸出端。而且，由開/關閥壓 力傳感器52輸出的代表開/關閥30的空氣室AS中壓力的壓力檢測信 號通過真空開/關閥內部壓力反饋控制電路90類似地輸入到柱塞操作 控制電路89和柱塞加速控制電路88的輸出端。來自柱塞加速控制電 路88、柱塞操作控制電路89和真空開/關閥內部壓力反饋控制電路90 的輸出信號被輸入到伺服閥驅動修正控制電路91，并在伺服閥驅動修 正控制電路91中進行修正。修正之后，伺服閥驅動修正控制電路91， 也就是說，閥開度控制電路84將閥開度控制信號輸出到空氣壓力控制 器100的驅動電路101。柱塞加速控制電路88是一種用于限制加速程度以防止柱塞41在 工作中的加速增加得比必要的更高的電路。柱塞加速控制電路88的存 在可抑制某些不足，例如，由波紋管38和柏勒夫件50以比關于柱塞 41的運轉所需要的速度更高的速度移動所引起的破壞和過早劣化。柱塞操作控制電路89是一種用于電修正開/關閥30的復位彈簧42 的響應特性的電路。更具體地說，在開/關閥30中，柱塞41可頂著復 位彈簧42的推動力沿著閥提升方向朝閥打開側移動。因此，甚至當朝 閥打開側的驅動空氣AR的推壓力大于復位彈簧42的推動力時，由于 復位彈簧42的彈簧特性，復位彈簧42往往并不線性地響應(減小) 推壓力。因此，不允許開/關閥30根據適當的推壓力在精確的閥開度 VL下打開。柱塞操作控制電路89設置成施加偏壓值，以便線性地控制驅動空氣AR的推壓力和復位彈簧42的推動力之間的平衡。應注意 到，在此實施方式中，"閥打開側"表示圖中的上側，而"閥關閉側"表示 圖中的下側。伺服閥驅動修正控制電路91是這樣一種電路，即該電路用于將閥 開度控制信號修正為在教學程序下獲得的教學指令電壓值，如同施加到伺服閥60的控制部分68的指令電壓。下面將參考圖2和圖4-6對開/關閥30進行說明。圖4為處于關閉 狀態的開/關閥30的截面圖。圖5為圖4開/關閥30的側視圖。圖6為 處于打開狀態的開/關閥30的截面圖。開/關閥30由前導缸體部分32和波紋管提升閥部分31構成，前 導缸體部分32沿著可上下移動來打開和關閉的提升閥33A的提升方向 (圖4和圖6的豎直方向)位于閥打開側(圖4和圖6的上側)，波 紋管提升閥部分31位于閥關閉側(圖4和圖6的下側)。前導缸體部分32進一步包括柱塞41 (致動器)、復位彈簧42、 單動式氣動缸體43、柏勒夫件50、位移傳感器51以及其他。另一方 面，波紋管提升閥部分31包括提升閥元件33A、 0型圈保持器33B、 閥座36、波紋管38、與真空室ll連通的第一口 39、與真空泵15連通 的第二口 40以及其他。在前導缸體部分32中，柱塞41被復位彈簧42沿著闊提升方向推 向閥關閉側。該柱塞41設置成可在單動式氣動缸體43內沿著閥提升 方向移動，而柏勒夫件50設置在柱塞41和缸體43之間。該柱塞41 設置成通過柏勒夫件50在缸體43內移動，因此柱塞41將不會引起粘 滑運動。因此，柱塞41能夠以高響應和精確的位置精度在缸體43內 移動。前導缸體部分32進一步配備有位移傳感器51 (參見圖2)，用于當柱塞41在閥提升方向移動時，在非接觸關系下測量柱塞41相對于 距柱塞41下死點的移動距離的位移量，也就是說，開/關閥30的開度 VL。位移傳感器51電連接到真空壓力控制系統70中的系統控制器80 的閥開度控制電路84和空氣壓力控制器IOO的驅動電路101。柏勒夫件50是由諸如整體模制到橡膠材料中的聚酯、聚酰胺和芳 族聚酰胺的布制成的底部閉合圓柱形形狀的隔膜。該柏勒夫件50的中 間部分固定到柱塞41的位于閥關閉側的端部(即，圖4中柱塞41的 底部)。柏勒夫件50的外圍部分固定到缸體壁44。柏勒夫件50深折 疊在缸體壁44附近。這樣設置的柏勒夫件50在闊提升方向具有一沖 程，以沿柱塞41的移動前進到閥打開側。當驅動空氣AR沿閥提升方 向供應到柱塞41和缸體壁44之間，即圖6所示的空氣室AS時，柏勒 夫件50相對于驅動空氣AR維持持續有效的壓力區域。此空氣室AS配備有開/關閥壓力傳感器52 (參見圖5)，用于測 量供應到空氣室AS的驅動空氣AR的壓力。此壓力傳感器52電連接 到真空壓力控制系統70中的系統控制器80的閥開度控制電路84和空 氣壓力控制器100的驅動電路101。在此實施方式的真空壓力控制系統1中，驅動柱塞41來控制開/ 關閥30的開度VL所需要的驅動空氣AR的最小供應壓力值作為開/關 閥壓力傳感器52的測量值設定到0.35Mpa。換句話說，當供應到空氣 室AS的驅動空氣AR的供應壓力為0.35MPa或更大時，柱塞41頂著 復位彈簧42的推動力沿閥提升方向移動到閥打開側。相反，當驅動空 氣AR的供應壓力小于0.35Mpa時，驅動空氣AR沿閥打開方向的推壓 力小于復位彈簧42的推動力，因此，柱塞41不移動到閥打開側。因此，在此實施方式的真空壓力控制系統1中，通過克服復位彈 簧42的推動力所需要的驅動空氣AR的最小推壓力(供應壓力0.35MPa)來控制開/關閥30的開度VL發生改變。這使得可以快速減 小驅動空氣AR的壓力，使得復位彈簧42的推動力克服驅動空氣AR 的推壓力。因此，開/關閥30的開度VL可在朝閥關閉側得到快速控制 (參加圖10)。柱塞桿37在徑向固定地設置在柱塞41的中心。柱塞桿37可與柱 塞41 一起沿相同的閥提升方向移動。尤其是，柱塞桿37放置成延伸 到波紋管提升閥部分31中，且柱塞桿37的端部(圖的下端)與提升 閥元件33A連接。波紋管38在其一端處沿軸向固定在提升閥元件33A 上，以沿徑向從外部包圍柱塞桿37。波紋管38將與提升閥元件33A 的移動相關聯地沿閥提升方向膨脹和收縮。提升閥元件33A和0型圈保持器33B在提升閥元件33A的閥關 閉側上(即，其底部)相互固定。0型圈安裝部分34設置在提升閥元 件33A和O型圈保持器33B之間的間隙中。O型圈35裝配在0型圈 安裝部分34中，以與閥座36接觸。在真空壓力控制系統1中，提升閥元件33A由復位彈簧42經由柱 塞41沿閥提升方向朝閥關閉側推動。因此，當驅動空氣AR沒有從空 氣供應源20供應到此空氣室AS時，O型圈35被壓在提升閥元件33A 和閥座36之間。因此，第一口 39被提升閥元件33A關閉，從而使開/ 關閥30處于閥關閉狀態(開度VLi)。另一方面，當驅動空氣AR供應到空氣室AS時，提升閥元件33A 通過柱塞41頂著復位彈簧42的推動力而沿閥提升方向朝閥打開側移 動。當提升閥元件33A移動到閥打開側，使O型圈35不與閥座36接 觸，從而允許在第一口 39和第二口 40之間連通時，開/關閥30處于闊 打開狀態(開度VL>0)。因此，工藝氣體或者氮氣將通過真空泵15 而從真空室11吸入。手動闊14連接在開/關閥30的空氣室AS和空氣供應源20之間。 與伺服閥60相獨立地手動操作手動閥14，以將驅動空氣AR引入到空 氣室AS內，并從空氣室AS排放驅動空氣AR。當要對真空壓力控制系統1進行維護時，例如，可操作手動i瑰14 來進行與空氣室AS有關的驅動空氣AR的吸入/排放。因此，可以在不 使用伺服閥60的情況下容易地打開和關閉開/關閥30。與通過使用伺 服閥60來打開和關閉開/關閥30的情形相比，這使得可以提高維護中 的可操作性。如上所述，真空壓力控制系統1配備有停止閥21 (圖2)。此停 止閥21的進氣口側分別連接到空氣供應源20、排放通路EX和開/關閥 30的空氣室AS。停止闊21的出氣口側連接到伺服閥60的第一口 61 和第三口 63。此停止閥21為5 口閥，其設置成可從在進氣口側連接到 空氣供應源20的口轉換到在出氣口側連接到伺服閥60的第一口 61的 口，來阻擋驅動空氣AR的流動。停止閥21電連接到真空壓力控制系 統70中的系統控制器80的順序控制電路82。當不需要將驅動空氣AR供應到伺服閥60，例如，在真空壓力控 制系統1的非工作過程中，而驅動空氣AR從空氣供應源20朝伺服閥 60被供應時，停止闊21切斷驅動空氣AR朝伺服閥60的流動。因此， 可以防止驅動空氣AR在伺服閥60中的浪費性消耗。將在下面參考圖7和圖8對伺服閥60進行說明。圖7為顯示了伺 服閥60的配置的示例性視圖。圖8為顯示了基于用于控制伺服閥60 中閥芯64位置的指令電壓和驅動空氣AR的流動方向和流動速率之間 關系的流動速率特性的圖表。在圖8中，虛線表示在不計算第一口 61、 第二口 62和第三口 63之間的驅動空氣AR泄漏的情形下的流動速率特 性，而實線表示在以教學程序控制伺服閥60的情形下的流動速率特性。伺服閥60包括經由停止閥21連接到空氣供應源20的第一口 61、 連接到開/關閥30的空氣室AS的第二 口 62和經由停止閥21連接到排 放通路EX的第三口 63 (參見圖2)。第二口 62沿伺服閥60的沖程方 向設置在第一口 61和第三口 63之間(圖7中橫向)。伺服閥60包括 缸體65、沿彼此相反的方向被通電的第一線圈66A和第二線圈66B、 端部在沖程方向與磁體67連接(圖7的左端)的閥芯64和控制部分 68。伺服閥60的控制部分68電連接到該真空壓力控制裝置70的系統 控制器80。在伺服閥60中，通過通電產生在第一線圈66A中的電磁力和磁體 67的磁力致使閥芯64朝一側或者朝在缸體65內的沖程方向的第一側 (圖7左側)移動，并停止在與指令電壓值相對應的精確位置。另一 方面，通過通電產生在第二線圈66B中的電磁力和磁體67的磁力致使 閥芯64朝另一側或者朝在缸體65內的沖程方向的第二側(圖7右側) 移動，并停止在與指令電壓值相對應的精確位置。因此，當伺服閥60的控制部分68從真空壓力控制裝置70接收相 應于第一線圈至第三線圈66A-66C的指令信號的指令電壓值Vc時，閥 芯64根據指令電壓值Vc以高響應快速地移動。于是，使閥芯64沿沖 程方向滑動到相應于缸體65內的指令電壓值Vc的預定位置，并停止 在精確位置。在此伺服閥60中，閥芯64可在缸體65內沿沖程方向(圖7中橫 向)，也就是說，分部地沿第一口 61和第三口 63的設置方向，經過 其間的第二口 62移動。更具體地說，當閥芯64沿沖程方向停止在缸體65內的第二側(圖 7中右側)位置處時，連通在第一口 61和第二口 62之間的通路被切斷， 而連通在第三口 63和第二口 62之間的通路被完全打開。此配置允許 驅動空氣AR通過第二口 62和第三口 63被快速排放到排放通路EX。當閥芯64停止在第二側上的位置處(圖7中右側)時，在第三口 63 和第二口 62之間的通路被切斷，而在第一口 61和第二口 62之間的通 路被完全打開。此配置允許驅動空氣AR通過第一口 61和第二口 62 快速流到開/關閥30的空氣室AS。而且，閥芯64可停止在第一口 61和第三口 63之間的中間位置處， 以精確地阻擋第一口 61或第三口 63的部分。這使得可以，例如，略 微增加第一口 61和第二口 62之間的連通通路或者第二口 62和第三口 63之間的連通通路，使得從第一口 61流動到第二口 62的驅動空氣AR 的流動速率或從第二 口 62流動到第三口 63的驅動空氣AR的流動速率 可以高響應和高精度而得到精確控制。因此，伺服閥60可通過第二口 62將流入第一口 60的驅動空氣 AR快速供應到開/關閥30的空氣室AS，并通過第三口 63將從空氣室 AS流動到第二口 62中的驅動空氣AR排放到排放通路EX。此外，流 入第一口 61的驅動空氣AR的流動速率和流入第三口 63的驅動空氣 AR的流動速率都可得到高精確地控制。在真空壓力控制系統l中，閥打開量，即，開/關閥30的閥開度 VL由伺服閥60控制。在此實施方式中，尤其是，當指令電壓為如圖8中虛線所標示的 流動速率特性所示的指令電壓值Vc=0 (V)時，閥芯64沿沖程方向位 于第二側，從而關閉第一口 61并完全打開連通在第二口 62和第三口 63之間的通路。空氣室AS中的驅動空氣AR通過第二口 62和第三口 63快速排放到排放通路EX。因此，開/關閥30處于閥關閉狀態。在指令電壓值Vc二5(V)的情況下，如圖7所示，閥芯64停止在關 閉連通在第一口 61和第二口 62之間的通路和連通在第三口 63和第二 口 62之間的通路的位置。在指令電壓值Vc-10(V)的情況下，閥芯64停止在沿沖程方向的 第一側的位置處(圖7中左側)，從而關閉第三口 63并打開連通在第 一口 61和第二口 62之間的通路。因此，驅動空氣AR快速供應到空氣 室AS，且開/關閥30以最大開度VL處于打開狀態。
當指令電壓值Vc大于0 (V)但小于5 (V) (0<Vc<5)時，從 第二口 62流動到第三口 63的驅動空氣AR的流動速率隨指令電壓值 Vc增大而減少。當指令電壓值Vc大于5(V)但小于IO(V) (5<Vc<10) 時，從第一口 61流動到第二口 62的驅動空氣AR的流動速率隨指令電 壓值Vc增大而增加。
在此，將給出對一種通過真空壓力控制裝置70控制伺服閥60的 方法的說明。在真空壓力控制系統1中，通過壓力傳感器12所測量的 真空室中的真空壓力的測量值被反饋到真空壓力控制電路83。將此真
空壓力測量值與真空壓力指令值進行對比，然后輸出通過此對比計算 得到的閥開度指令值。接著，關于開/關閥30的閥開度VL，位移傳感 器51的位移檢測信號(閥開度VL的測量值)被反饋到閥開度控制電 路84，其中，將信號與閥開度指令值進行對比，并輸入到閥開度控制 電路84中的比例電路85、集成電路86和微分電路87。然后，控制在 闊開度控制電路84中的指令電壓作為伺服閥60的指令信號通過驅動 電路101被施加到伺服閥60的控制部分68。
同時，在伺服閥60中，根據指令信號使閥芯64在缸體65內滑動 到預定位置，并停留在此。在伺服閥60中，微小間隙設置在閥芯64 的外部外圍和缸體65的內部表面之間。即使當關閉開/關閥30的指令信號被輸入到伺服閥60的控制部分 68，使得閥芯64分別精確地停止在關閉連通在第一口 61和第二口 62 之間的通路和連通在第三口 63和第二口 62之間的通路的位置時，此間隙也可引起問題。例如，通過間隙從第一口 61泄漏的驅動空氣AR
可流入第二口62中。因此，開/關閥30不完全關閉，并通過泄露到第 二口 62的驅動空氣AR來打開。或者，通過間隙從第二口 62泄漏的驅 動空氣AR可流入第三口 63中，從而關閉開/關閥30。因此，甚至當需 要在預定真空壓力值下將工藝氣體密封在真空室11中時，開/關閥30 也將通過泄露到第三口 63中的驅動空氣AR來打開。
如上所述，當開/關閥30的閥開度VL由伺服閥60控制時，即使 關閉開/關閥30的指令信號被輸入到伺服閥60，驅動空氣AR也可流入 閥芯64的外部外圍和伺服閥60中的缸體65的內部表面之間的間隙。 此時驅動空氣AR的泄漏量很微小，以致在用作定位閥時并不引起任何 問題。
然而，在真空壓力控制系統l中，開/關閥30通過柱塞41的移動 而打開和關閉，而柱塞41的抗滑阻力由設置成提高開/關閥30的打開 和關閉響應的柏勒夫件50降低。因此，甚至在伺服閥60內的驅動空 氣AR的微小泄漏也可能引起柱塞41移動。因此，在控制開始時，開/ 關閥30同時打開，且真空室11中的氣體通過真空泵15吸入，從而導 致氣體的真空壓力降低(真空壓力值改變到較高程度)。或者，致使 開/關閥30以比需要的更高的頻率重復打開和關閉，因此不能精確控制 開/關閥30的閥開度VL。結果可能出現問題，即密封在真空室11中的 工藝氣體的真空壓力不能控制到與預定真空壓力值精確地一致。
然而，在真空壓力控制系統l中，真空壓力控制裝置70配備有教 學程序。設置該教學程序進行控制，使得在第一口 61和第二口 62之 間流動的驅動空氣AR的流動速率和在第二口 62和第三口 63之間流動 的驅動空氣AR的流動速率之間的差值相對地變成零，并當開/關閥30 從完全關閉狀態打開到預定開度VL (臨界值VLth)時，檢測并存儲輸 出到伺服閥60的教學指令電壓值(伺服閥指令信號)。根據此教學指 令電壓值，控制伺服閥60的閥芯64的運動。以下參考圖8和圖9對使用教學程序控制伺服閥60的控制方法進
行說明。圖9為顯示了在設置在真空壓力控制裝置70中的教學程序下 控制伺服閥60操作的技術的流程圖。
伺服閥60首先處于初始狀態，其中指令信號一應用到控制部分 68，閥芯64就準備移動。
在步驟Sl中，與驅動空氣AR并不供應到開/關閥30的空氣室AS 且開/關閥30處于關閉狀態的狀態相對應的指令電壓的指令電壓值Vc 設定為初始指令電壓值。尤其是，指令電壓值Vc=0 (V)是初始指令 電壓值。當指令電壓值Vc是O (V)時，閥芯64移動以停止在某一位 置，用于完全打開連通在第二口 62和第三口 63之間的通路，但用于 阻擋連通在第一口 61和第二口 62之間的通路。換句話說，驅動空氣 AR不被允許從第一口 61流動到第二口 62，但被允許從第二口 62流動 到第三口 63。
在步驟S2中，從真空壓力控制裝置70施加到伺服閥60的指令電 壓從初始指令電壓值(電壓值VfO)逐漸增加。當指令電壓值Vc增 加時，閥芯64沿沖程方向移動到第一側(圖7中左側)，且連通在第 二口 62和第三口 63之間的通路的截面積將減小。也就是說，允許在 第二口 62和第三口 63之間的通路中流動的驅動空氣AR的流動速率降 低了。
隨后，在步驟S3中，確定開/關闊30的閥開度VL是臨界值VLth 還是最大。如果閥開度VL是臨界值VLth或更大(VL ^VLth)，過程 進行到步驟S4。臨界值VLth代表在預定開度處，例如剛好在閥打開之 后，開/關閥30的打開位置。
當閥開度VL是臨界值VLth或更大(VL SVLth)時，閥芯64移動成完全阻擋連通在第二口 62和第三口 63之間的通路，同時允許連 通在第一口 61和第二口 62之間的通路隨指令電壓值Vc的增加而開始 打開。此通路一開始打開，增加指令電壓值Vc的控制便停止，且此指 令電壓值Vc在微型計算機中存儲為第一檢測指令電壓值。
當閥開度VL是臨界值VLth或更大(VL 2VLth)的條件不滿足 時，在步驟S5中再次將指令電壓值Vc設定成使閥開度VL等于或大 于臨界值VLth。返回到步驟S2，指令電壓增加到新設定的指令電壓值 Vc。
在步驟S4中，小于第一檢測指令電壓值的指令電壓值Vc被再次 設定成使得閥芯64根據此設定的指令電壓值Vc沿沖程方向朝第二側 (圖7右側)移動，到達連通在第二口 62和第三口 63之間的通路剛 好打開之前的位置。
在步驟S6中，施加到伺服閥60的指令電壓從第一指令電壓值逐 漸下降到在步驟S4中設定的指令電壓值Vc。當指令電壓值Vc的下降 時，閥芯64沿沖程方向移動到第二側(圖7中右側)，從而關閉連通 在第一口 61和第二口 62之間的通路。
在步驟S7中，確定開/關閥30的閥開度VL是臨界VLth值還是 更小。如果閥開度VL是臨界值VLth或更小(VL SVLth)，過程進行 到步驟S8。
當閥開度VL是臨界值VLth或更小(VL^VLth)時，閥芯64阻 擋連通在第一口 62和第二口 62之間的通路，同時再次開始打開連通 在第二口 62和第三口 63之間的通路。
當閥開度VL是臨界值VLth或更小(VL ^VLth)的條件不滿足 時，在步驟S9中，將指令電壓Vc再次設定成使閥開度VL等于或小于臨界值。返回到步驟S6，將指令電壓降到新設定的指令電壓值Vc。
在步驟S8中，當通過閥芯64移動到與步驟S4中設定的指令電壓 值Vc相對應的位置使得連通在第二口 62和第三口 63之間的通路開始 打開時，該指令電壓值Vc在微型計算機中存儲為第二檢測指令電壓值。 尤其是，此第二檢測指令電壓值為圖8中實線所標示的流動速率特性 中的教學指令電壓值Vct。將教學指令電壓值Vct存儲在微型計算機中。
如上所述，輸出到伺服閥60的指令電壓值Vc得到了控制，使得 在第一口 61和第二口 62之間流動的驅動空氣AR和在第二口 62和第 三口 63之間流動的驅動空氣AR之間的流動速率差值相對地變成零。 當開/關閥30的閥開度VL從完全關閉狀態改變為臨界值VLth時，檢 測教學指令電壓值Vct。根據此教學指令電壓值Vct，控制閥芯64的移 動。因此，開/關閥30的閥開度VL變為等于VLth。
在本實施方式的真空壓力控制系統1中，通過從空氣供應源20供 應的驅動空氣AR來改變開/關閥30的開度VL，以控制真空室11中的 真空壓力。開/關閥30的閥開度VL的控制通過使用伺服閥60來進行。
伺服閥60可通過第一口 61和第二口 62將驅動空氣AR快速供應 到空氣室AS，并通過第二口 62和第三口 63快速排放驅動空氣AR， 且可以高響應和高精度來精確地控制在第一口 61和第二口 62之間以 及第二口 62和第三口 63之間流動的驅動空氣AR的流動速率。
當用于改變開/關閥30的閥開度VL的驅動空氣AR由伺服閥60 控制時，氣體可以高精確性快速供應到真空室11，且也從真空室11快 速排放。進一步，可以對供應到真空室11的氣體量和從真空室11排 放的氣體量進行精確快速地控制。
在常規真空壓力控制系統中，將花費超過十秒來通過電磁閥進行氣體的快速供應/排放，以及通過具有能夠非常頻繁打開和關閉的電-氣閥來精確控制真空容器中氣體的真空壓力。另一方面，此實施方式 中的真空壓力控制系統1能夠短時間，例如， 一秒或兩秒，將清除氣 體引入真空室11中來排放工藝氣體。
此實施方式中的真空壓力控制系統1可以是適合于例如半導體制 造工藝的系統或使用了要求在一秒或兩秒內將清除氣體引入真空室來 排放工藝氣體的ALD工藝等的系統。
在此實施方式的真空壓力控制系統1中，真空壓力控制裝置70包
括設置成檢測并存儲輸出到伺服閥60的教學指令電壓值Vct的教學程序。
如上所述，從伺服閥60的第二口 62流動到開/關閥30的驅動空 氣AR和從開/關閥30流動到第二口 62的驅動空氣AR之間的流動速 率差提前得到控制。當開/關閥30從關閉狀態調整到預定閥開度VLth 時，根據所獲得的教學指令電壓值Vct來控制伺服閥60的操作。因此， 即使驅動空氣AR通過閥芯64的外部外圍和缸體65的內部表面之間的 間隙泄漏，開/關閥30的閥開度VL也可得到精確控制。因此，開/關閥 30，也就是說提升閥元件33A可以高精確性放置在正確的打開位置。
在本實施方案的真空壓力控制系統1安裝到工廠或車間的情形 下，例如，系統1的使用環境，例如用于使驅動空氣AR從空氣供應源 20流動到伺服閥60的管長度和管直徑以及從空氣供應源20供應到裝 備而不是真空壓力控制系統1的驅動空氣的量根據使用目的而不同。 因此，根據使用目的，在伺服閥60內泄漏的驅動空氣AR的量在系統 1之間不同。開/關閥30的參考閥位置在系統1之間略微不同。
然而，在此實施方式的真空壓力控制系統1中，真空壓力控制裝 置70包括教學程序。甚至在系統1安裝在系統得到精確操作的工廠或車間中的生產線等之后，適合于系統1使用環境的最佳教學指令電壓 值Vct也可在實際操作之前被檢測并存儲，使得在與實際操作相同的 條件下提前獲得系統1的適當的操作條件。此實施方式的真空壓力控制系統1進一步包括用于在非接觸關系下測量開/關閥30的閥開度VL的位移傳感器51。在測量開/關閥30的 閥開度VL中，將不會發生由位移傳感器51的部分和開/關閥30之間 接觸而引起的摩擦。因此，將不會由因摩擦而引起的磨損粉末產生位 移傳感器51接觸失效的麻煩。因此，可通過位移傳感器51恰當地測 量開/關閥30的閥開度VL。在此實施方式的真空壓力控制系統1中，開/關閥30配備有位于 接收驅動空氣AR以驅動柱塞40的空氣室AS中的壓力傳感器52。壓 力傳感器52用來檢測驅動空氣AR是否從空氣供應源20供應到空氣室 AS。另外地，表示由壓力傳感器52檢測的空氣室AS中的驅動空氣AR 壓力的壓力檢測信號被反饋到真空壓力控制裝置70中的系統控制器80 的閥開度控制電路84和空氣壓力控制器100的驅動電路101。由閥開 度控制電路84的伺服閥驅動修正控制電路91修正的閥開度控制信號 通過空氣壓力控制器100的驅動電路101被輸入到伺服閥60的控制部 分68。甚至在真空室AS中的驅動空氣AR的壓力變化到超過0.35Mpa 的供應壓力的情況下，伺服闊60也可如上所述得到恰當地控制，而沒 有對閥開度VL的控制產生不利影響。因此，開/關閥30的閥開度VL 可得到精確控制。這里，對于此實施方式的真空壓力控制系統1的優點，通過與常 規真空壓力控制系統進行對比來進行以下兩個檢驗(參見圖7、 13和15)。通過對比真空壓力控制系統1和常規真空壓力控制系統將真空開/關閥30的提升閥元件33A和真空開/關閥318的提升閥元件333從最 大閥開度的打開位置改變到關閉位置所需要的時間來進行第一檢驗。 圖10為顯示了在第一檢驗中關閉提升閥元件33A和333所需要的時間 的圖表。第一檢驗在以下條件下進行(i)在真空壓力控制系統1中，開/關 閥30的最大閥開度VL設定到42 (mm)。在常規真空壓力控制系統 中，開/關閥318的最大閥開度VL設定到32 (mm)。(ii) 在真空壓力控制系統1中，用于控制/關閥30的閥開度VL的 驅動空氣AR的供應壓力值設定到0.35 (MPa)。在常規真空壓力控制 系統中，用于控制/關閥318的閥開度VL的驅動空氣AR的供應壓力 值設定到0.55 (MPa)。(iii) 在改變閥開度的過程中，真空壓力控制系統1的真空壓力控制 裝置70和常規真空壓力控制系統的其它裝置中程序的時間間隔(t)在 都約為0.05 (秒)。圖IO顯示了第一檢驗的結果。這些結果揭示，真空壓力控制系統 l需要約0.36 (秒)的時間(t)來將提升閥元件33A從完全打開位置 改變到關閉位置，而常規真空壓力控制系統需要約1.05 (秒)的時間 (t)來將提升閥元件318改變到關閉位置。盡管真空壓力控制系統1的閥開度VL大于常規真空壓力控制系 統的閥開度VL，系統1的提升閥元件33A仍然可以比常規系統以更短 的時間關閉。原因如下在常規真空壓力控制系統中，第一電磁閥360、第二電磁閥361 以及具有比閥360和361更小的氣體通路有效截面積的定時開/關閥362 用于控制，因此關閉真空開/關閥318所需要的時間較長。另一方面，在真空壓力控制系統1中，伺服閥60用于控制開/關 閥30的閥開度VL。當提升閥元件33A從完全打開位置改變到關閉位 置時，伺服閥60的第三口 63完全打開。因此，空氣室AS中的驅動空 氣AR可通過第二 口 62和第三口 63快速排放到排放通路EX。在真空壓力控制系統l中，可通過在克服復位彈簧42的推動力所 需要的0.35Mpa壓力下供應的驅動空氣AR的最小推壓力來改變開/關 閥30的閥開度VL。因此，不需要時間來排放驅動空氣AR，直到驅動 空氣AR的推壓力降低到小于復位彈簧42的推動力，即，沒有因排放 而浪費時間。第二檢驗包括通過對比真空壓力控制系統1和常規真空壓力控制 系統將真空開/關閥30的提升閥元件33A和真空開/關閥318的提升閥 元件333從最大閥開度的完全打開位置改變到開度VL=14 (mm)所需 要的時間來進行的測試。圖11A為顯示了將真空開/關閥的闊開度VL 從完全打開位置改變到14mm所需要的時間的圖表。第二檢驗還包括 通過對比將真空開/關閥30的提升閥元件33A和真空開/關闊318的提 升閥元件333從關閉位置改變到開度VL-14 (mm)所需要的時間來進 行的另一測試。圖11B為顯示了將真空開/關閥的閥開度從關閉位置改 變到14mm所需要的時間的圖表。第二檢驗條件與第一檢驗條件相同。圖11A和11B顯示了第二檢驗的結果。根據第二檢驗的閥開度 VL從完全打開位置改變到VL-14mm的前一測試，如圖11A所示，常 規真空壓力控制系統需要約9.0秒的時間(t)將提升閥元件333移動 到VI^14mm。另一方面，本發明的真空壓力控制系統1需要約0.2秒 的時間(t)將提升閥元件33A從完全打開位置改變到VL=14mm。根據閥開度VL從完全關閉位置改變到VL=14mm的后一測試，如 圖IIB所示，常規真空壓力控制系統需要約3.50秒的時間(t)將提升 閥元件333移動到VL=14mm。另一方面，本發明的真空壓力控制系統 1需要約0.2秒的時間(t)將提升閥元件33A從完全關閉位置改變到 VL=14mm。從以上結果很清楚，改變闊開度VL所需要的時間在真空壓力控 制系統1和常規真空壓力控制系統之間不同。原因如下在常規真空壓力控制系統中，當密封在真空室311中的氣體被控制到目標真空壓力值時，第一電磁閥360和第二電磁閥361 首先工作來將氣體快速供應到真空室311中，并從真空室311排放氣 體，使得真空壓力非常接近目標真空壓力值。在密封了氣體的真空室 311中，通過壓力傳感器317所測得的真空壓力值(測量值)不同于設 定為目標值(給定值)的真空壓力值。這需要通過定時開/關閥362來 進一步精確地控制真空壓力。然而，這種精確控制要花費較長時間。另一方面，在真空壓力控制系統l中，通過使用伺服閥60控制開 /關閥30的閥開度VL。伺服閥60能夠通過第二口 62將驅動空氣AR 快速供應到開/關閥30的空氣室AS，并通過第三口 63將從空氣室AS 流動到第二口 62中的驅動空氣AR排放到排放通路EX。此外，可以快 速并精確地控制流入第一口 61中的驅動空氣AR的流動速率和流入第 三口 63中的驅動空氣的流動速率，包括各自的泄漏量。換句話說，使 用伺服閥60能在從開/關閥30的空氣室AS和伺服閥60之間流動的驅 動空氣AR的較小量到較大量的大范圍內實現快速的流動速率控制。如上所述，在真空壓力控制系統1中，通過伺服閥60控制幵/關 閥30的閥開度VL。因此，可以將供應到真空室11的氣體快速維持在 精確的真空壓力值，且也可以將此氣體快速排放到真空室11夕卜。因此，真空壓力控制系統1可實現為如下真空壓力控制系統，其 適于使用ALD工藝的表面處理技術，用于在例如一秒或兩秒的短時間 內替換工藝氣體和清除氣體。本發明不限于上述實施方式，且可以在不偏離本發明必要特征的 前提下以其他具體形式來實施本發明。例如，上述實施方式舉例說明了伺服閥60，該伺服閥60設置成 使得閥芯64可在沖程方向移動，同時在缸體65內滑動，而不在其軸 上旋轉。可替代地，伺服閥可設置成使得閥元件如閥芯在其軸上旋轉， 以控制流體流動速率。在上述實施方式中，例如，當伺服閥60的驅動動力源用盡或被關 掉時，閥芯64停止在如圖7所示的位置。在閩芯64的該狀態下，驅 動空氣AR從第一口 61泄漏到第二口 62，因此驅動空氣AR可進入開 /關閥30的空氣室AS中，從而導致閥30出現故障。為了防止這類缺 陷，伺服閥60可設置成當伺服閥60的驅動動力源用盡或被關掉時， 使閥芯64停止在如圖16所示的位置。在此狀態下，第二口62和第三 口 63彼此連續地連通。因此，即使驅動空氣AR從第一口 61朝第二口 62泄漏，泄漏的驅動空氣AR也會流到第三口 63而不會流入第二 口 62。 因此，防止了開/關閥30出現故障。盡管已經顯示和描述了本發明的目前優選的實施方式，但是應理 解，本公開內容是用于展示的目的，且可在不偏離如附加權利要求所 述的本發明范圍的前提下進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種真空壓力控制系統，其包括真空容器；真空泵，其用于從所述真空容器中抽吸氣體；真空開/關閥，其連接在所述真空容器和所述真空泵之間，并適合于通過由從作為動力源的流體供應源所供應的流體改變開度來控制所述真空容器中的真空壓力；真空壓力控制裝置，其用于控制所述真空開/關閥；以及伺服閥，其用于控制所述真空開/關閥的開度。
2. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，其中 所述伺服閥包括連接到所述流體供應源的第一口、連接到所述真空開/關閥的第二口、和連接到排放通路的第三口，以及所述真空壓力控制裝置適合于將如下伺服閥指令值作為零指令信 號值存儲，在所述伺服閥指令值下從所述第一口流到所述第二口的流 體的流動速率和從所述第二口流到所述第三口的流體的流動速率之間 的差值變為零。
3. 根據權利要求2所述的真空壓力控制系統，包括教學程序，當所述真空壓力控制系統安裝在所述系統被實際操作的生e線中時，所 述教學程序用于檢測所述零指令信號值。
4. 根據權利要求3所述的真空壓力控制系統，其中 所述真空壓力控制裝置適合于基于存儲的所述零指令信號值輸出所述伺服閥指令信號來控制所述伺服閥。
5. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，其中 所述真空開/關閥包括閥座；閥元件，其可通過從所述流體供應源所供應的流體移動成與 所述閥座接觸或不與所述閥座接觸來沿閥打開方向和關閉方向改變所 述開度；以及以及彈性構件，其將所述閥元件推動到閥關閉側， 通過克服所述彈性構件的推動力所需要的流體的最小推壓力 來改變所述開度。
6. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，還包括流體通路停止閥，所述流體通路停止閥用于在所述真空壓力控制系統處于非工作 狀態時阻止流體從所述流體供應源流入到所述伺服閥內。
7. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，其中 所述真空開/關閥包括閥打開調節部分，所述閥打開調節部分用于在不使用所述伺服閥的情況下手動地控制所述真空開/關閥的開度。
8. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，還包括位移傳感器， 所述位移傳感器用于在非接觸關系下測量所述真空開/關閥的開度。
9. 根據權利要求l所述的真空壓力控制系統，其中 所述真空開/關閥包括閥座；閥元件，其可移動成與所述閥座接觸或不與所述閥座接觸； 致動器，其用于根據從所述流體供應源所供應的流體移動所 述閥元件；以及壓力傳感器，其用于測量所述致動器的內部壓力。
全文摘要
一種真空壓力控制系統，其包括真空室、真空泵、真空開/關閥、真空壓力控制裝置和伺服閥，真空泵用于從真空室抽吸氣體，真空開/關閥用于通過由從作為動力源的空氣供應源所供應的驅動空氣改變開度來控制真空室中的真空壓力，真空壓力控制裝置用于控制真空開/關閥，伺服閥用于控制真空開/關閥的開度。
文檔編號F16K51/02GK101320275SQ20081012540
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月5日 優先權日2007年6月5日
發明者宮原誠, 梅澤俊祐, 渡邊雅之 申請人:喜開理株式會社