特許 6564544 ゲートバルブの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6564544

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】ゲートバルブの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F16K 51/02 20060101AFI20190808BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   F16K51/02 Z

   F16K37/00 F

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-79720(P2019-79720)

(22)【出願日】2019年4月19日

【審査請求日】2019年4月19日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000141347

【氏名又は名称】株式会社ブイテックス

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】特許業務法人 日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永井 秀明

(72)【発明者】

【氏名】池田 光浩

(72)【発明者】

【氏名】宮本 凛

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 勝之

(72)【発明者】

【氏名】荒木 秀一

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 特許第６４９１３９０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特許第６３９２４７９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１９／００４０７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−２８３２８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

Ｆ１６Ｋ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブにおいて、
前記上位装置から開閉指令が出された時間と、前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを位置センサで検出して開閉信号を前記上位装置に送った時間をタイマーで取得し、
前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、前記上位装置に通知して前記加圧空気を調整するように開閉指令を変更させる、
ことを特徴とするゲートバルブの制御方法。

【請求項2】

前記加圧空気の圧力値を圧力センサで検出し、
前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を振動センサで検出し、
前記加圧空気の圧力値、前記弁体の開閉時間及び振動状況が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、前記上位装置に通知して前記加圧空気を調整するように開閉指令を変更させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブの制御方法。

【請求項3】

上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブであって、
前記加圧空気の圧力値を検出する圧力センサと、
前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を検出する振動センサと、
前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを検出して開閉信号を前記上位装置に送る位置センサと、
前記上位装置から開閉指令が出された時間と、前記位置センサから開閉信号を前記上位装置に送った時間を取得するタイマーと、を備え、
前記圧力センサ、位置センサ及び振動センサが、前記上位装置ではなくバルブ内部に設置され、
前記加圧空気の圧力値、前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間及び振動状況が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、開閉指令を変更して前記加圧空気を調整するように前記上位装置に通知される、
ことを特徴とするゲートバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置のチャンバ間に設置されたゲートバルブの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置では、複数のチャンバを備え、プロセスごとに基板が処理を行うチャンバに移送される。チャンバ間はゲートバルブで仕切られており、基板を移送するときにゲートバルブを開き、処理中はゲートバルブを閉じる。

【0003】

ゲートバルブは、弁体を移動させて開閉動作するが、弁体の駆動方式として、加圧空気を使用する圧空式と、モーターを使用する電動式のものがある。圧空式のゲートバルブは、上位装置からの開閉指令により加圧空気が供給されて弁体が移動する。そして、弁体の位置をセンサで検知して開閉信号を上位装置に返している。

【0004】

ゲートバルブの開閉時に大きな振動等が生じると、チャンバ内にパーティクル（異物）が散乱し、基板が汚染されるおそれがある。そのため、異常な振動を検出した場合には、動作速度の調整や、部品の交換などにより、故障に伴う復旧時間を短縮し、装置の稼働時間を確保する必要がある。

【0005】

また、チャンバは、真空バルブを介して真空ポンプを備えており、チャンバ内の圧力が真空バルブの開閉により調整される。ゲートバルブを開くときは、チャンバ内外の圧力差を無くしておく。特許文献１に記載しているように、真空バルブの動作速度を調整して振動を許容範囲内に制御することで寿命を延ばす真空バルブ駆動制御方法の発明も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６３９２４７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、圧空式のゲートバルブは、弁体の動作を開閉信号により伝達しているが、部品の劣化などで振動が大きくなってもそれを上位装置には伝達しておらず、正常時の加圧空気が供給され続けることで、ゲートバルブの寿命が短くなっていた。また、ゲートバルブの故障時に、上位装置において故障要因やその部位を特定するのに時間を要してしまい、装置の稼働時間の低下を招いていた。

【0008】

そこで、本発明は、ゲートバルブの状態を上位装置に伝達し、上位装置に対してゲートバルブを開閉させるための指令を調整させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明であるゲートバルブの制御方法は、上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブにおいて、前記上位装置から開閉指令が出された時間と、前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを位置センサで検出して開閉信号を前記上位装置に送った時間をタイマーで取得し、前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、前記上位装置に通知して前記加圧空気を調整するように開閉指令を変更させる、ことを特徴とする。

【0010】

また、前記ゲートバルブの制御方法は、前記加圧空気の圧力値を圧力センサで検出し、前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を振動センサで検出し、前記加圧空気の圧力値、前記弁体の開閉時間及び振動状況が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、前記上位装置に通知して前記加圧空気を調整するように開閉指令を変更させる、ことを特徴とする。

【0011】

さらに、本発明は、上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブであって、前記加圧空気の圧力値を検出する圧力センサと、前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を検出する振動センサと、前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを検出して開閉信号を前記上位装置に送る位置センサと、前記上位装置から開閉指令が出された時間と、前記位置センサから開閉信号を前記上位装置に送った時間を取得するタイマーと、を備え、前記圧力センサ、位置センサ及び振動センサが、前記上位装置ではなくバルブ内部に設置され、前記加圧空気の圧力値、前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間及び振動状況が、予め取得しておいた正常値の範囲外として設定した閾値を超えたときに、開閉指令を変更して前記加圧空気を調整するように前記上位装置に通知される、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ゲートバルブ自体が弁体を動作させるための圧力や、弁体が動作したときの振動を検出し、異常の有無を上位装置に伝達することで、上位装置がゲートバルブを動作させるための指令を調整し、動作速度の調整や部品交換を警告することにより、故障に伴う復旧時間を短縮し、装置の稼働時間を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明であるゲートバルブの制御方法が適用される半導体製造装置の概観を示す斜視図である。

【図2】本発明であるゲートバルブの制御方法が適用されるゲートバルブの構造を示す斜視図である。

【図3】本発明であるゲートバルブの制御方法が適用されるゲートバルブの動作を説明するための側面図である。

【図4】本発明であるゲートバルブの制御方法が適用されるゲートバルブの内部構成を説明するためのブロック図である。

【図5】本発明であるゲートバルブの制御方法によりゲートバルブを動作させたときの結果を示すグラフである。

【図6】本発明であるゲートバルブの制御方法によりゲートバルブを動作させたときの結果を示すグラフである。

【図7】本発明であるゲートバルブの制御方法によりゲートバルブを動作させたときの結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【実施例1】

【0015】

まず、本発明であるゲートバルブの制御方法が適用される半導体製造装置について説明する。図１は、半導体製造装置の概観を示す斜視図である。図２は、半導体製造装置に設置されるゲートバルブの構造を示す斜視図である。図３は、ゲートバルブの動作を説明するための側面図である。図４は、ゲートバルブの内部構成を説明するためのブロック図である。

【0016】

図１に示すように、半導体製造装置１００は、複数のチャンバ１１０を備え、プロセスごとに各チャンバ１１０に基板を搬送して処理が行われる。例えば、複数のチャンバ１１０が星状に配置されるクラスタ型の場合、搬送室となるトランスファーチャンバの周りに、真空予備室となるロード（アンロード）ロックチャンバや、処理室となるプロセスチャンバなどが配置される。

【0017】

各チャンバ１１０の間には、開口部を塞ぐためのゲートバルブ２００が介される。また、各チャンバ１１０には、排気用の真空バルブを介して、真空ポンプ１２０が取り付けられる。各チャンバ１１０は、真空ポンプ１２０により所定の圧力まで減圧される。そして、基板をチャンバ１１０に移送する際にゲートバルブ２００を開き、チャンバ１１０内で基板を処理する際にゲートバルブ２００を閉じる。

【0018】

図２に示すように、ゲートバルブ２００は、真空バルブの一つであり、チャンバ１１０に取り付けられる高気密性の開閉弁である。真空バルブには、用途によって、半導体製造装置１００の出入口に設置されるドアバルブ、チャンバ１１０間に設置されるゲートバルブ２００、真空ポンプ１２０との間に配置される排気バルブなどがある。

【0019】

ゲートバルブ２００には、バルブを上下等にスライド移動させて開閉する角型バルブ、円板状のバルブを回転させて開閉するバタフライバルブ、バルブを振り子のように回動させて開閉するペンドロールバルブなどがある。

【0020】

例えば、角型バルブの場合、チャンバ１１０の出入口に開口部３１０を合わせて取り付けられる弁箱３００、弁箱３００内で可動して開口部３１０を塞ぐための弁体２１０、開口部３１０の周縁部である弁座３２０に弁体２１０を押し当てたときに気密性を維持するシール材２２０、弁体２１０を支持する弁ロッド２３０、弁体２１０で開口部３１０を閉塞又は開放するために弁ロッド２３０を移動させる弁体駆動機構４００等を有する。

【0021】

弁体２１０は、弁箱３００の開口部３１０より一回り大きい板材を使用すれば良い。シール材２２０は、ゴム製のＯリング等を使用し、開口部３１０の周りであって弁体２１０と弁座３２０とが接触する部分に沿って環状に配置されれば良い。なお、弁体２１０には、振動センサ５１０など各種センサを設けても良い。

【0022】

弁ロッド２３０は、例えば、上下移動又は伸縮することにより、弁体２１０を昇降させる。また、開口部３１０を閉塞するときは弁体２１０を弁座３２０に押し付けてシール材２２０を潰し、開口部３１０を開放するときは弁体２１０をシール材２２０から引き剥がす。

【0023】

弁体駆動機構４００は、弁ロッド２３０に与える動力を発生させる駆動装置である。例えば、駆動方式として、加圧空気を使用する圧空式のものや、モーターを使用する電動式のもの等がある。

【0024】

圧空式の場合、図３（ａ）に示すように、開状態においては、弁座３２０とシール材２２０との間が空いた状態で、弁体２１０が下がった位置にあり、開口部３１０が開放されている。なお、ピストンロッド４２０を囲むように支持枠３３０の下側に配されたべローズ４５０は、伸張した状態となる。

【0025】

図３（ｂ）に示すように、閉状態に移行する際は、外部（例えば、電磁弁）からシリンダ４１０に加圧空気が供給されてピストンロッド４２０が押し上げられることで可動体４３０が上方に移動し、弁ロッド２３０が上昇する。それによって、弁体２１０が開口部３１０を塞ぐための高さに合わせられる。なお、可動体４３０が上昇することで支持枠３３０との間に挟まれたべローズ４５０は、圧縮された状態となる。

【0026】

図３（ｃ）に示すように、さらに、シリンダ４１０に加圧空気が供給されて可動体４３０が上方に移動するとカム４４０によって弁ロッド２３０が開口部３１０に向かって押し出される。それによって、弁体２１０に固定されているシール材２２０が弁座３２０に押し付けられる。

【0027】

図４に示すように、ゲートバルブ２００は、半導体製造装置１００における上位装置１３０、すなわちゲートバルブ２００以外の外部装置（例えば、チャンバ１１０など）との間で通信することにより、開閉動作を行う。なお、圧空式の角型バルブで説明するが、電空レギュレータで空気の圧力を連続的にコントロールするような方式でも良い。

【0028】

ゲートバルブ２００を開くときは、上位装置１３０からの開指令に基づいて開電磁弁１４０ａが開き、加圧空気が弁体駆動機構４００に供給される。ゲートバルブ２００のべローズ４５０が伸張して、弁体２１０が下降する。ゲートバルブ２００には開位置センサ２４０ａが設置されており、弁体２１０が開位置に到達したことを検出したら、上位装置１３０に開信号を送信する。

【0029】

また、ゲートバルブ２００を閉じるときは、上位装置１３０からの閉指令に基づいて閉電磁弁１４０ｂが開き、加圧空気が弁体駆動機構４００に供給される。ゲートバルブ２００のピストンロッド４２０が伸張して、弁体２１０が上昇する。ゲートバルブ２００には閉位置センサ２４０ｂが設置されており、弁体２１０が閉位置に到達したことを検出したら、上位装置１３０に閉信号を送信する。

【0030】

なお、弁体駆動機構４００が電動式の場合は、弁体２１０の動作速度などをゲートバルブ２００内で制御可能であるが、圧空式の場合は、上位装置１３０が開電磁弁１４０ａ又は閉電磁弁１４０ｂを開くことで供給される加圧空気によって動作するだけなので、弁体２１０の動作速度などは上位装置１３０で制御されることになる。

【0031】

そのため、ゲートバルブ２００には、制御ユニットと、開圧力センサ４６０ａ及び閉圧力センサ４６０ｂを設ける。制御ユニットは、制御部５００、振動センサ５１０、ＡＤ変換器５２０、タイマー５３０及び通信手段５４０などを有する。

【0032】

開圧力センサ４６０ａは、開電磁弁１４０ａが開くことで供給された加圧空気の圧力値を検出する。また、閉圧力センサ４６０ｂは、閉電磁弁１４０ｂが開くことで供給された加圧空気の圧力値を検出する。圧力値は、ＡＤ変換器５２０でアナログ信号からデジタル信号に変換されて制御部５００に送られる。

【0033】

振動センサ５１０は、弁体２１０が開動作又は閉動作する際に発生した振動状況を検出する。なお、振動センサ５１０としては、三軸加速度センサなどを用いて、弁体２１０又はゲートバルブ２００全体に発生した振動の周波数や振幅を測定すれば良い。振動状況は、ＡＤ変換器５２０で信号変換されて制御部５００に送られる。

【0034】

タイマー５３０は、上位装置１３０から出された開指令及び閉指令と、ゲートバルブ２００の開位置センサ２４０ａから出された開信号及び閉位置センサ２４０ｂから出された閉信号について時間を取得する。そして、制御部５００において、上位装置１３０が開指令を出してから開信号を受けるまでの開時間、及び上位装置１３０が閉指令を出してから閉信号を受けるまでの閉時間を算出する。

【0035】

制御部５００は、開圧力センサ４６０ａ及び閉圧力センサ４６０ｂから取得した圧力値が正常な範囲に収まっているか否かを判断し、通信手段５４０を介して異常の有無を上位装置１３０に通知する。

【0036】

また、制御部５００は、振動センサ５１０から取得した振動状況（例えば、三軸の振動波形など）が正常な範囲に収まっているか否かを判断し、通信手段５４０を介して異常の有無を上位装置１３０に通知する。

【0037】

また、制御部５００は、タイマー５３０から取得した開時間及び閉時間が正常な範囲に収まっているか否かを判断し、通信手段５４０を介して異常の有無を上位装置１３０に通知する。

【0038】

さらに、異常がある場合は、その内容を上位装置１３０に通知する。例えば、開時間が正常時よりも長ければ開動作時の圧力不足が予想される。弁体２１０の振動波形が正常時よりも大きければ、駆動部品の劣化が予想される。なお、圧力値が大きいと、弁体２１０の移動が速くなって開閉時間が速くなり、さらに振動も大きくなるといった関連性を有する場合もある。

【0039】

また、上位装置１３０が出す開指令又は閉指令を変更させるための指示を含めても良い。例えば、弁体２１０の振動が通常よりも大きい場合に、開電磁弁１４０ａ又は閉電磁弁１４０ｂの開度を変動させて加圧空気の圧力値が下がるように調整することにより、弁体２１０の振動が小さくなるようにしても良い。

【0040】

加圧空気の圧力値、開閉時間及び振動状況については、予め正常値のデータを取得しておく。なお、複数のデータから平均値を求めて正常値としても良いし、それを基に正常な範囲を設定しても良い。なお、その範囲の上限と下限を、正常な範囲外か否かを判断するための閾値とすれば良い。

【0041】

例えば、振動センサ５１０から取得した振幅が上限値を超えたら動作速度を落として振幅が範囲内に収まるように、上位装置１３０の開閉指令の変更指示を出し、振幅が下限値を下回ったら動作速度を元に戻すよう、上位装置１３０の開閉指令の変更指示を出す。

【0042】

閾値は、複数の段階を設定しても良い。例えば、第１段階では開閉指令を変更させるための指示を出す基準とし、第２段階では半導体製造装置１００を停止させて部品の交換などメンテナンスするように警告する基準となる等である。

【0043】

また、異常を検出した回数をカウントするなど履歴を蓄積しておくことで、閾値が適正となるように適宜調整しても良いし、異常の内容に応じて（例えば、振動の種類を判別する等して）劣化や故障の部位を特定し、更にそれに応じて上位装置１３０に出す変更指示が適正となるように学習させても良い。

【0044】

図５〜７は、ゲートバルブの制御方法によりゲートバルブを動作させたときの結果を示すグラフである。各図における下側の図は、上側の図の一部を拡大したものであり、弁体２１０の変位が開位置６００ａ（０ｍｍ）から閉位置６００ｂ（７０ｍｍ）までにおける振動加速度の時系列データである。なお、振動加速度（−）０．２Ｇに閾値を設定したとする。

【0045】

図５では、圧力センサで検出した圧力値が０．４５Ｍｐａであり、約２秒の動作時間のうち弁体２１０の押付時に振動６１０ａが発生している。また、図６では、圧力センサで検出した圧力値が０．５Ｍｐａであり、約２秒の動作時間のうち弁体２１０の押付時に振動６１０ｂが発生している。なお、圧力値が僅かに高いことから、振動６１０ｂも少し大きくなっているが許容範囲である。

【0046】

図７では、圧力センサで検出した圧力値が０．７Ｍｐａであり、約２秒の動作時間のうち弁体２１０の押付時に振動６１０ｃが発生している。なお、圧力値が高くなっていることから、振動６１０ｂも大きくなっており、許容範囲を超えている。ゲートバルブ２００は、上位装置１３０に対して、振動状況（振動加速度）の異常と、圧力値の異常（加圧空気が高圧）が通知され、上位装置１３０はそれに基づいて加圧空気の圧力を調整するような開閉指令を出せば良い。

【0047】

本発明によれば、ゲートバルブ自体が弁体を動作させるための圧力や、弁体が動作したときの振動を検出し、異常の有無を上位装置に伝達することで、上位装置がゲートバルブを動作させるための指令を調整し、動作速度の調整や部品交換を警告することにより、故障に伴う復旧時間を短縮し、装置の稼働時間を確保することができる。

【0048】

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、電空レギュレータを搭載した空操式ゲートバルブにおいて、加圧空気を変化させて振動状況を制御することにより、ゲートバルブの延命動作をさせても良い。

【符号の説明】

【0049】

１００：半導体製造装置
１１０：チャンバ
１２０：真空ポンプ
１３０：上位装置
１４０ａ：開電磁弁
１４０ｂ：閉電磁弁
２００：ゲートバルブ
２１０：弁体
２２０：シール材
２３０：弁ロッド
２４０ａ：開位置センサ
２４０ｂ：閉位置センサ
３００：弁箱
３１０：開口部
３２０：弁座
３３０：支持枠
４００：弁体駆動機構
４１０：シリンダ
４２０：ピストンロッド
４３０：可動体
４４０：カム
４５０：べローズ
４６０ａ：開圧力センサ
４６０ｂ：閉圧力センサ
５００：制御部
５１０：振動センサ
５２０：ＡＤ変換器
５３０：タイマー
５４０：通信手段
６００ａ：開位置
６００ｂ：閉位置
６１０ａ：振動
６１０ｂ：振動
６１０ｃ：振動

【要約】

【課題】本発明は、ゲートバルブの状態を上位装置に伝達し、上位装置に対してゲートバルブを開閉させるための指令を調整させることを目的とする。
【解決手段】ゲートバルブの制御方法は、上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブにおいて、前記加圧空気の圧力値を圧力センサで検出し、前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を振動センサで検出し、前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを位置センサで検出して開閉信号を前記上位装置に送ると共に、前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間を計測し、前記加圧空気の圧力値、前記弁体の開閉時間及び振動状況を前記上位装置に通知する、ことを特徴とする。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】