特許 7415418 バルブ制御装置および推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】バルブ制御装置および推定装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 16/20 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

G05D16/20 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019187170

(22)【出願日】2019-10-10

(65)【公開番号】P2021064068

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(72)【発明者】

【氏名】小崎 純一郎

【審査官】田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０６７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７０９２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １６／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空バルブが装着されたチャンバの圧力計測値と前記チャンバの圧力目標値とに基づいて弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧を行うバルブ制御装置において、
前記チャンバへのガス導入時に前記弁体開度を一定に固定する開度設定部と、
前記弁体開度が一定に固定されている状態において、異なる時刻である第１時刻及び第２時刻における、圧力計測値、及び、圧力計測値の時間的な圧力変化率に基づいて算出する量と、前記第１時刻及び前記第２時刻における前記圧力計測値の差分量との比に基づいて、前記真空バルブの排気情報を推定する推定部と、を備え、
前記排気情報に基づいて前記弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧制御を行うバルブ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記排気情報に基づいて、前記圧力計測値に対する所定時間経過後の圧力予測値を算出する予測圧演算部をさらに備え、
前記圧力予測値が上限閾値を越えると前記弁体開度を増加させる、あるいは前記圧力予測値が下限閾値を越えると前記弁体開度を減少させる、バルブ制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記排気情報は前記チャンバに導入されているガスのガス種情報を含み、
前記推定部は、基準ガスに関する基準排気速度と前記比とに基づいて前記ガス種情報を推定する、バルブ制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記排気情報は、前記チャンバへ導入されるガスの流量およびガス種の少なくとも一方に関する情報を含み、
推定した前記排気情報が基準流量および基準ガス種と一致するか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を出力する出力部と、を備えるバルブ制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記推定部が、前記弁体開度が一定に固定されている状態において、異なる時刻である前記第１時刻及び前記第２時刻における、前記圧力計測値の差分量と、前記第１時刻および前記第２時刻における前記圧力計測値の時間的な圧力変化率の差分量との比に基づいて、前記真空バルブの排気情報を推定する、バルブ制御装置。

【請求項6】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記チャンバの容積をＶとし、前記第１時刻における圧力計測値をPr１とし、前記第２時刻における圧力計測値をPr２とし、前記第１時刻における圧力計測値の時間的な圧力変化率をdPr1/dtとし、前記第2時刻における圧力計測値の時間的な圧力変化率をdPr2/dtとすると、
前記推定部が、数式 Ｓe0＝－Ｖ×(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt) /(Ｐr2－Ｐr1)に基づいて、実効排気速度Ｓe0を推定する、バルブ制御装置。

【請求項7】

請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記チャンバの容積をＶとし、前記第１時刻における圧力計測値をPr１とし、前記第２時刻における圧力計測値をPr２とし、前記第１時刻における圧力計測値の時間的な圧力変化率をdPr1/dtとし、前記第2時刻における圧力計測値の時間的な圧力変化率をdPr2/dtとすると、
前記推定部が、数式 Ｑin0＝Ｖ×(Ｐr2×ｄPr1/ｄt－Ｐr1×ｄPr2/ｄt)/(Ｐr2－Ｐr1)に基づいて、流量Ｑin0を推定する、バルブ制御装置。

【請求項8】

チャンバに装着された真空バルブの排気情報を推定する推定装置であって、
前記真空バルブの弁体開度が一定状態において、異なる時刻である第１時刻及び第２時刻における、圧力計測値、及び、圧力計測値の時間的な圧力変化率に基づいて算出する量と、前記第１時刻及び前記第２時刻における前記圧力計測値の差分量との比に基づいて、バルブ排気速度、前記チャンバに導入されているガスの流量および前記ガスのガス種情報の少なくとも一つを前記排気情報として推定する、推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バルブ制御装置および推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ドライエッチング等の半導体プロセスにおいて、チャンバへ導入されるプロセスガスは、ガス種、流量Ｑinなどの条件が予め定められ、その条件になるように流量制御器で調節される。チャンバ圧力Ｐrは重要なプロセス条件の１つであり、予め定められた所定の圧力値になるようにバルブの弁体開度位置を制御することで、チャンバ圧力Ｐrが所定圧力値に保たれる。そのようなバルブとしては、特許文献１に記載のバルブのように弁体をモータで駆動制御する、自動圧力調整バルブ（ＡＰＣバルブとも呼ばれる）が使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０６７１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のバルブでは、予め記憶している実効排気速度データに基づいて調圧動作が行われる。しかしながら、実際に流されるガス種は予め記憶しているデータのガス種と同じとは限らず、ガス種が異なる場合には調圧制御の精度が低下するという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様によるバルブ制御装置は、真空バルブが装着されたチャンバの圧力計測値と前記チャンバの圧力目標値とに基づいて弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧を行うバルブ制御装置において、前記チャンバへのガス導入時に前記弁体開度を一定に固定する開度設定部と、前記弁体開度が一定に固定されているときの前記圧力計測値の変化情報に基づいて、前記真空バルブの排気情報を推定する推定部と、を備え、前記排気情報に基づいて前記弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧制御を行う。
本発明の第２の態様による推定装置は、チャンバに装着された真空バルブの排気情報を推定する推定装置であって、前記真空バルブの弁体開度が一定のときの前記チャンバの圧力計測値の変化情報に基づいて、バルブ排気速度、前記チャンバに導入されているガスの流量および前記ガスのガス種情報の少なくとも一つを前記排気情報として推定する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、調圧制御の精度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、真空処理装置に装着された真空バルブの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、真空バルブ１の機能ブロック図である。

【図3】図３は、オープン制御における調圧ロジックを説明する図である。

【図4】図４は、オープン制御による状態（θr、Ｐr）の推移を示す図である。

【図5】図５は、開度推移グラフおよび圧力推移グラフを示す図である。

【図6】図６は、ガス種と実効排気速度との関係を示す図である。

【図7】図７は、ガス種が異なる場合の圧力推移を示す図である。

【図8】図８は、実際に流れているガスの実効排気速度に対して記憶されている実効排気速度の値がずれている場合の軌跡を示す図である。

【図9】図９は、信頼性が十分に確保されている場合の実効排気速度比の算出例を示す図である。

【図10】図１０は、信頼性が不十分な場合の実効排気速度比の算出例を示す図である。

【図11】図１１は、実効排気速度比の調圧制御への適用例を示す図であり、実際に流れているガスの実効排気速度が記憶されている実効排気速度よりも小さい場合を示す。

【図12】図１２は、実効排気速度比の調圧制御への適用例を示す図であり、実際に流れているガスの実効排気速度が記憶されている実効排気速度よりも大きい場合を示す。

【図13】図１３は、校正モードにおける一連の処理を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、図１３の処理に続く処理を示すフローチャートである。

【図15】図１５は、校正処理時における開度計測値θr（ラインＬ３１）と、圧力計測値Ｐr（ラインＬ３２）とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、真空処理装置に装着された真空バルブ１の概略構成を示すブロック図である。真空バルブ１は調圧用のバルブであって、弁体１２が設けられたバルブ本体１ａと、弁体１２の開閉駆動を制御するバルブ制御装置１ｂとを備えている。バルブ本体１ａは真空処理装置の真空チャンバ３に装着され、バルブ本体１ａの排気側には真空ポンプ４が装着されている。真空チャンバ３には、流量コントローラ３２を介してプロセスガス等のガスが導入される。流量コントローラ３２は真空チャンバ３に導入されるガスの流量Ｑinを制御する装置であり、真空処理装置のメインコントローラＭＣにより制御される。真空チャンバ３内の圧力（チャンバ圧力）は真空計３１によって計測され、その圧力計測値Ｐrはバルブ制御装置１ｂに入力される。

【0009】

バルブ本体１ａには、弁体１２を開閉駆動するモータ１３が設けられている。弁体１２は、モータ１３により開閉駆動される。モータ１３には、弁体１２の開閉角度を検出するためのエンコーダ１３０が設けられている。エンコーダ１３０の検出信号は、弁体１２の開度信号θr（以下では、開度計測値θrと称することにする）としてバルブ制御装置１ｂに入力される。

【0010】

バルブ本体１ａを制御するバルブ制御装置１ｂは、調圧制御部２１およびモータ駆動部２２を備えている。バルブ制御装置１ｂには、上述した圧力計測値Ｐrおよび開度計測値θrに加えて、上述した真空処理装置のメインコントローラＭＣから真空チャンバ３の圧力目標値Ｐsが入力される。モータ駆動部２２はモータ駆動用のインバータ回路とそれを制御するモータ制御部と備え、エンコーダ１３０からの開度計測値θrが入力される。調圧制御部２１には、真空計３１で計測されたチャンバ圧力Ｐrが入力されると共に、上述した真空処理装置のメインコントローラＭＣから真空チャンバ３の圧力目標値Ｐsが入力される。一方、調圧制御部２１からメインコントローラＭＣへは、後述する判定結果Ｄが送信される。

【0011】

バルブ制御装置１ｂは、例えば、ＣＰＵ，メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）および周辺回路等を有するマイコン等の演算処理装置を備え、ＲＯＭに記憶されているソフトウェアプログラムにより、調圧制御部２１およびモータ駆動部２２のモータ制御部の機能を実現する。また、マイコンに代えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のデジタル演算器とその周辺回路により構成しても良い。

【0012】

図２は、真空バルブ１の機能ブロック図である。調圧制御部２１は、演算部２１０、フィードフォワード制御器２２０、フィードバック制御器２３０および記憶部２４０を備えている。記憶部２４０には、調圧制御に必要なパラメータ（例えば、後述する実効排気速度Ｓe等に関するデータ）が記憶される。エンコーダ１３０で検出された開度計測値θrは、モータ駆動部２２および演算部２１０に入力される。

【0013】

本実施の形態においても、上述した特許文献１の発明と同様に、圧力目標値近傍までオープン制御による粗調整を行い、さらにクローズ制御に切り替えて圧力目標値まで微調整にて追い込む。調圧制御部２１において、演算部２１０およびフィードフォワード制御器２２０がオープン制御部に相当し、偏差ε（＝Ｐr－Ｐs）を生成する減算器２２９およびフィードバック制御器２３０がクローズ制御部に相当する。

【0014】

演算部２１０には、圧力計測値Ｐr、圧力目標値Ｐsおよび開度計測値θrが入力される。演算部２１０は、圧力計測値Ｐr、圧力目標値Ｐsおよび開度計測値θrに基づいて、目標開度推定値θse、予測圧Ｐp、およびバルブ本体１ａの排気情報（詳細は後述する）を演算する。一般に、弁体開度を一定の値に固定しても、チャンバ圧力がその弁体開度に対応する圧力平衡値に到達するまでにはある程度の時間を要する。そして、予測圧Ｐpは、圧力計測値Ｐrが計測された時点からΔｔ秒経過後（例えば、ｔ＝０．４秒のように制御サイクルよりも長い時間）の圧力推定値である。予測圧Ｐpの求め方については後述する。

【0015】

フィードフォワード制御器２２０は、目標開度推定値θseに基づいて開度設定θ1を出力する。また、フィードバック制御器２３０は、偏差ε＝Ｐr－Ｐsに基づいて開度設定θ2を出力する。出力された開度設定θ1と開度設定θ2とは加算器２２５で加算され、その加算結果が開度設定θsetとしてモータ駆動部２２に入力される。モータ駆動部２２は、開度設定θsetとエンコーダ１３０から入力された開度計測値θrとに基づいてモータ１３を駆動する。

【0016】

オープン制御によって最終的に開度計測値θｒが目標開度推定値θseになると、図２のフィードフォワード制御器２２０から出力される開度設定θ1はその値に固定されたまま、オープン制御からクローズ制御へと切り替わる。クローズ制御へと切り替わると図２の減算器２２９には圧力目標値Ｐsが入力され、フィードバック制御器２３０は偏差ε＝Ｐr－Ｐsに基づいて開度設定θ2を出力する。通常、フィードバック制御器２３０は、比例ゲイン、積分ゲイン（所謂ＰＩゲイン）で構成される。モータ駆動部２２は、開度設定θset＝θ1(固定)＋θ2に基づいて開度を制御する。開度計測値θrは、弁体１２が高速で動いていない限りθr＝θ1＋θ2となる。

【0017】

なお、クローズ制御開始までは、減算器２２９には圧力目標値Ｐsの代わりに圧力計測値Ｐrが入力されるように構成されている。そのため、オープン制御の際には圧力偏差ε＝０がフィードバック制御器２３０に入力されることになり、開度設定θ2＝０がフィードバック制御器２３０から出力される。

【0018】

（予測圧Ｐpの求め方）
予測圧Ｐpの求め方としては、一例として、特開２０１８－１０６７１８号公報の段落0024等に記載のような方法がある。ここでは、その要点のみを説明する。真空チャンバ３の圧力計測値Ｐrに関して、次式（１）で表される排気の式が成立している。
Ｖ×（ｄＰr/ｄｔ）＋Ｓe×Ｐr＝Ｑin …（１）
式（１）において、Ｖは真空チャンバ３を含むチャンバ容積、Ｓeは真空バルブ１のコンダクタンスを含む排気系の実効排気速度、Ｑinは真空チャンバ３に導入されるガスの流量である。実効排気速度Ｓeの情報は、真空バルブ１の開度θと実効排気速度Ｓeとの相関関係Ｓe(θ)として与えられる。

【0019】

調圧制御においては、式（１）に基づいて推定される実効排気速度Ｓeが用いられる。また、予測圧の算出には、上述した排気の式（１）が用いられる。式（１）の一般解は次式（２）のように表される。

【数1】

…（２）

【0020】

現在を基点としたｔ秒後の予測圧Ｐpを式（２）により算出する方法として、例えば、下記に示すような離散化関係式（３），（４）を用いる。式（３），（４）を用いて、現在を基点とするｔ秒先までのΔｔ刻みの漸化式を求めて、ｔ秒先の予測圧Ｐpを求める。例えば、ｋ＝１～９９とし、ｔ秒先を０．４秒とすると、Δｔ＝４ｍsecとなる。
Ｐ(Δｔ先)＝Ｃp(現在)×Ｐ(現在)
＋Ｃq(現在)×{Ｑin(現在)＋Ａ×Δt} …（３）
Ｐ((k+1)×Δt)＝Ｃp(k)×Ｐ(k×Δt)
＋Ｃq(k)×{Ｑin(現在)＋Ａ×ｋ×Δt} …（４）
ただし、
Ｃp(k)＝exp{(－Ｓe(k×Δt)/Ｖ)×Δt}
Ｃq(k)＝(１/Ｖ)×{１/(－Ｓe(k×Δt)/Ｖ)}×(Ｃp(k)－１)
式（３）、（４）を用いてｔ秒先の予測圧Ｐpを算出するためには、現在からt秒後までの流量推定値と、現在からt秒後までの実効排気速度Ｓeが必要である。例えば、式（４）では｛Ｑin(現在)＋Ａ×ｋ×Δt｝が現在からｋ×Δt秒後の流量推定値を表しており、ここでは、流量がＡ×ｋ×Δtのように変化する場合を仮定し、Ａは定数である。

【0021】

予測圧Ｐpを用いた判定は、図３に示す調圧ロジックに従って行われる。図３に示す座標系は、状態（θr、Ｐr）を座標点とするθr-Ｐr座標系であり、原点は状態（θse、Ｐs）を表す。θse、Ｐsは、上述した目標開度推定値、圧力目標値である。このようなθr-Ｐr座標系において、状態（θr、Ｐr）が第１～４象限のいずれにあるか、および、予測圧Ｐpと圧力目標値Ｐsとの大小関係に基づいて、弁体１２の開度θを開方向および閉方向のいずれに制御するかを決定する。

【0022】

開度変更前の状態（θr、Ｐr）が第２象限および第４象限にある場合には、開度θを目標開度推定値θseの方向に調整する。その結果、圧力計測値Ｐrが圧力目標値Ｐsの方向に変化する。すなわち、第２象限の場合は圧力が減少し、第４象限の場合には圧力が上昇する。制御開始の起点は第２または第４象限のいずれかであり、起点の圧力Ｐsttから圧力が上昇するアップケースの場合は第４象限、起点の圧力Ｐsttから圧力が降下するダウンケースの場合は第２象限となる。

【0023】

一方、開度変更前の状態（θr、Ｐr）が第１象限および第３象限にある場合には、予測圧Ｐpと圧力目標値Ｐsとの大小関係に応じて開度調整の方向を設定する。第１象限では、Ｐp＞Ｐsのように予測圧Ｐpが圧力目標値Ｐsよりも大きい場合には、開度を大きくしてチャンバ圧力を下げる方向（右向きの矢印で示す方向）に開度調整を行うか、あるいは円５０で示すように開度値をそのまま維持する。逆に、Ｐp≦Ｐsである場合には、開度を小さくしてチャンバ圧力を上げる方向（左向きの矢印で示す方向）に開度調整を行う。第３象限では、Ｐp＞Ｐsの場合には開度を大きくしてチャンバ圧力を下げる方向（右向きの矢印で示す方向）に開度調整を行う。逆に、Ｐp≦Ｐsである場合には、開度を小さくしてチャンバ圧力を上げる方向（左向きの矢印で示す方向）に開度調整を行うか、あるいは円５０で示すように開度値をそのまま維持する。

【0024】

（オープン制御の制御例）
図４、５を参照して、オープン制御における状態（θr、Ｐr）の変化について説明する。図４は、制御開始の起点の状態（θstt、Ｐstt）が点Ｂ１のように第４象限にある場合の、オープン制御による状態（θr、Ｐr）の推移の一例を示したものである。なお、点Ｂ２における状態を（θse0、Ｐra）と表し、点Ｂ３における状態を（θse0、Ｐrb）と表す。図５の上側のグラフは圧力計測値Ｐr（実線）と予測圧Ｐp（破線）との関係を示す圧力推移グラフであり、縦軸は圧力Ｐ、横軸は時間ｔである。図５の下側のグラフは開度計測値θrの時間変化を示す開度推移グラフであり、縦軸は開度θ、横軸は時間ｔである。

【0025】

図５の開度推移グラフに示すように、オープン制御により開度が点Ｂ１の開度θsttから点Ｂ２の開度θse0へ変更されると、圧力計測値は点Ｂ１におけるＰsttから上昇を開始する。開度変更後、開度は一時的にθ＝θse0に固定される。図５の圧力推移グラフは開度θがθse0（時刻ｔ０）に変更され、その後、θ＝θse0の状態を継続した場合のｔ＝ｔ０以後の圧力推移を示したものである。開度をθsttからθse0に変更すると、圧力計測値ＰrはラインＬ１ＡのようにＰsttから上昇を開始する。

【0026】

さらに十分な時間が経過すると、圧力計測値Ｐrは、開度θse0における圧力平衡値（平衡状態の圧力値）Ｐe(θse0) に収束する。なお、開度θse0は、圧力目標値Ｐsに対応する目標開度θsよりも小さく設定されており、ラインＬ１Ａが収束する圧力平衡値Ｐe(θse0)は圧力目標値Ｐsよりも高い。

【0027】

このように、図５の圧力推移グラフにおけるラインＬ１Ａは、ｔ＝ｔ０に開度をθse0に固定した後の圧力計測値Ｐrの推移を示したものである。ラインＬ１Ｂは、ラインＬ１Ａに対する予測圧Ｐpを示したものである。予測圧Ｐpは圧力計測値Ｐrを計測した時点からΔｔ秒（例えば、０．４秒）経過後の圧力予測値であり、Δｔ秒後の圧力計測値Ｐrを正確に予測していると仮定した場合には、ラインＬ１ＢはラインＬ１Ａを－Δｔだけずらしたものになっている。ラインＬ１Ａが圧力平衡値Ｐe(θse0)に収束すると、予測圧ＰpのラインＬ１ＢもＰe(θse0) に収束する。

【0028】

図４の点Ｂ２（θse0、Ｐra）は、開度をθse0に固定した直後のＰ＝Ｐraに上昇した時点を示している。図５の圧力推移グラフにおける予測圧ＰpのラインＬ１Ｂを見ると、ｔ＝ｔａにおける予測圧ＰpaはＰpa≦Ｐsであり、図３のロジックに従って、弁体１２の開度は点Ｂ２の位置の開度に維持される。なお、図３の第３象限においては、Ｐp≦Ｐsの場合には開度を小さくする方向（左向きの矢印で示す方向）に開度調整を行うか、あるいは開度値をそのまま維持することになるが、θse0＜θsに設定されているので開度θse0を開度制御の下限値として扱い、「開度値をそのまま維持する」をＰp≦Ｐsの場合のロジックとして採用する。

【0029】

θ＝θse0が維持され、圧力計測値Ｐrがさらに上昇すると状態（θr、Ｐr）を示す軌跡は点Ｂ２から上方に移動し、Ｐr＝Ｐrbとなるｔ＝ｔｂにおいて点Ｂ３に達する。ラインＬ１Ａの上昇に伴って予測圧ＰpのラインＬ１Ｂも上昇し、圧力計測値Ｐrが点Ｂ３の圧力力計測値Ｐrbに達すると、予測圧ＰpがＰp＞Ｐsとなり。その結果、図３のロジックに従って値が大きくなる方向へ開度θが変更され、状態（θr、Ｐr）の軌跡は点Ｂ３から目標開度推定値θseの近傍の点Ｂ４へ移動する。

【0030】

上述したように、予測圧Ｐpは、記憶部２４０に記憶されている排気特性データに基づいて算出される。この排気特性データは、予め記憶部２４０に記憶されているアルゴンガス等の標準ガスに関するバルブコンダクタンスデータや、図１のようにユーザの真空装置に真空バルブ１を装着した状態で校正用ガスを流して取得された実効排気速度に関する初期校正データなどである。しかしながら、真空チャンバ３に導入されるガスのガス種は、記憶部２４０に記憶されている排気特性データのガス種と同じとは限らない。ガス種が異なると、式（２）に基づく予測圧Ｐpの演算結果が異なり、図３のロジックに基づくオープン制御に悪影響を及ぼす。

【0031】

また、調圧制御は式（１）の排気の式に基づいて行われるが、排気の式（１）には排気特性データの一つである実効排気速度Ｓeが含まれる。そのため、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度Ｓeのガス種が実際に流れているガス種と異なると、調圧制御の精度低下を招く。

【0032】

（ガス種と予測圧Ｐpとの関係）
前述したように、真空バルブ１のコンダクタンスを含む排気系の実効排気速度は、真空バルブ１の開度θと実効排気速度Ｓeとの相関関係Ｓe(θ)として与えられる。図６は、ガス種と実効排気速度との関係を示す図であり、縦軸は実効排気速度Ｓe、横軸は開度θである。ラインＬ１１はアルゴンガスの実効排気速度Ｓe(θ)を示しており、ラインＬ１２はヘリウムガスの実効排気速度Ｓe(θ)を示しており、ラインＬ１３はキセノンガスの実効排気速度Ｓe(θ)を示している。開度θに応じて実効排気速度Ｓe(θ)は変化するが、ガス種による実効排気速度Ｓe(θ)の大小関係は、開度θによらずＬ１２＞Ｌ１１＞Ｌ１３となっている。

【0033】

一般に、排気系の実効排気速度Ｓe(θ)は、ガス種ごとに、真空ポンプ４の排気速度Ｓｐと真空バルブ１のバルブコンダクタンスＣ(θ)と真空チャンバ３の構造によってほぼ決まる。実効排気速度Ｓe(θ)は、開度θが大きい領域を除いて真空バルブ１のバルブコンダクタンスＣが支配的になり、調圧制御が行われる低開度領域θ＝０％～約２０％ではバルブコンダクタンスＣ(θ)でほぼ決まる。なお、実効排気速度Ｓeは開度θだけでなくガス流量Ｑinにも依存するが、ガス流量Ｑin の影響は開度θよりも小さいので、本実施の形態における説明では、実効排気速度Ｓeは開度θのみの関数として扱うことにする。

【0034】

図７は、ガス流量Qin一定でガス種が異なる場合の圧力推移を示す。ラインＬ１Ａは図５に示したラインＬ１Ａと同一のものであり、その場合の実効排気速度をＳe1とする。ラインＬ２Ａの実効排気速度Ｓe2はＳe2＞Ｓe1を満たし、ラインＬ３Ａの実効排気速度Ｓe3はＳe1＞Ｓe3を満たしている。実効排気速度Ｓe2（＞Ｓe1）のラインＬ２Ａの圧力平衡値Ｐe2(θse0)はラインＬ１Ａの圧力平衡値Ｐe(θse0)よりも低く、逆に、実効排気速度Ｓe3（＜Ｓe1）のラインＬ３Ａの圧力平衡値Ｐe3(θse0)は圧力平衡値Ｐe(θse0)よりも高い。また、破線で示したラインＬ１Ｂは、ラインＬ１Ａの予測圧Ｐpを表している。

【0035】

ここで、実際に流れているガスの実効排気速度がＳe1で、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度がＳe2であった場合を考える。ｔ＝ｔ１０における圧力計測値はＰr0である。実際に流れているガスに対する実効排気速度はＳe1であるので、その場合の予測圧はラインＬ１Ａの予測圧を示すラインＬ１Ｂに基づいて予測されるべきである。

【0036】

しかしながら、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度はＳe2であり、Ｓe2に基づいて推定演算される予測圧は、Ｓe1に基づく本来の予測圧を示すラインＬＩＢより下方となり、ｔ＝ｔ１０ではＰr4となる。すなわち、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度Ｓe2に、実際に流れているガスの実効排気速度Ｓe1に対してＳe2＞Ｓe1のような誤差があると、圧力計測値ＰrのラインＬ１Ａに対する予測圧のラインは、ラインＬ１Ｂよりも下方のラインＬ１Ｃのようになる。逆に、実効排気速度Ｓe3（＜Ｓe1）が記憶部２４０に記憶されている場合には、圧力計測値のラインＬ１Ａに対する予測圧はラインＬ１Ｂよりも上方のラインＬ１Ｄのようになる。

【0037】

図７において、ラインＬ１Ａで示す圧力計測値ＰrがＰr＞Ｐsとなるタイミングに対して、ラインＬ１Ｂ，Ｌ１Ｃ，Ｌ１Ｄが圧力目標値Ｐsを超えるタイミングを比較する。ラインＬ１Ｂで示す予測圧が圧力目標値Ｐsを超えるタイミングは、Ｐr＞ＰsとなるタイミングよりもΔｔ秒前となる。一方、ラインＬ１Ｃ，Ｌ１Ｄが圧力目標値Ｐsを超えるタイミングをそれぞれΔｔ１秒前、Δｔ２秒前とすると、図７からΔｔ１＜Δｔ＜Δｔ２であることが分かる。ラインＬ１Ｃを用いた場合には予測時間がΔｔよりも短くなって、ラインＬ１Ｂの場合よりも予測タイミングが遅れてしまう。逆に、ラインＬ１Ｄを用いた場合には予測時間がΔｔよりも長くなり、ラインＬ１Ｂの場合よりも早くＰr＞Ｐsとなるタイミングを予測できる。

【0038】

このように、実際に流れているガスの実効排気速度に対して記憶部２４０に記憶されている実効排気速度の値がずれている場合、図４に示した状態（θr、Ｐr）の軌跡は、図８に示すような軌跡に変化する。破線で示す軌跡は記憶部２４０に実効排気速度Ｓe2（＞Ｓe1）が記憶されている場合であって、予測圧Ｐpが目標圧力値Ｐsを越えるタイミング、すなわち開度θを増加方向に反転させるタイミングがＳe1の場合よりも遅れる。そのため、圧力目標値Ｐsよりも過大な圧力にオーバーシュートする可能性が高くなる。逆に、記憶部２４０に実効排気速度Ｓe3（＜Ｓe1）が記憶されている場合には、一点鎖線で示すように開度θを減少方向に反転させるタイミングがＳe1の場合よりも早くなる。そのため、座標原点（θse、Ｐs）から大きく離れた状態からクローズ制御を開始することになり、調圧時間が長くなってしまう。

【0039】

（調圧途中における実効排気速度推定）
上述したように、記憶部２４０に予め記憶されている実効排気速度と実際に流れているガスの実効排気速度との間に誤差があると、オーバーシュートが発生したり、調圧時間が長くなったりするという問題が生じる。このような課題に対して、本実施の形態では、実効排気速度を調圧の途中で推定することで、実際に流れているガスに対応する実効排気速度を求めるようにした。そのように取得した実効排気速度を予測圧の演算や調圧制御に用いることで、調圧応答の改善を図るようにした。

【0040】

調圧用の真空バルブ１が使用される半導体プロセスでは、チャンバへ導入されるガス種、ガス流量Ｑin、目標圧力値Ｐs等の条件が所定時間ごとに変更される多数の調圧イベントから構成される。各調圧イベントでは、開始直後に流量コントローラ３２にてガス流量Ｑinが所定流量値に収束され、並行して真空バルブ１の弁体開度を調整して実効排気速度Ｓeを制御することで圧力計測値（チャンバ圧力）Ｐrが目標圧力値Ｐsへ収束される。

【0041】

一般に、流量コントローラ３２による流量制御収束完了タイミングは、真空バルブ１による圧力制御収束完了タイミングより早い。さらに、調圧制御処理において実効排気速度を推定するタイミングにおいても、早々に流量値Ｑinは一定の値Ｑin0にほぼ収束する。ガス種についても、変更後のガス種に置き換わるとみなすことができる。

【0042】

ここで、上記の圧力制御収束完了タイミング付近において開度θが固定される期間を設けると、すなわち、図５の開度θse0に固定される期間（ｔ≧ｔ０）を設けると、ガス種、流量、開度が一定なので実効排気速度Ｓeも一定の値Ｓe0であると考えて良い。その場合、開度θが固定されている期間中の任意の時点ｔ１，ｔ２において次式（５），（６）が成り立つ。Ｐr1およびＰr2はｔ＝ｔ１、ｔ２における圧力計測値であり、ｄPr1/ｄtおよびｄPr2/ｄtはｔ＝ｔ１、ｔ２における圧力計測値の時間的な圧力変化率である。Ｖはチャンバ容積であり、初期校正等により求められ記憶部２４０に記憶されている。
Ｑin0＝Ｖ×ｄPr1/ｄt＋Ｓe0×Ｐr1 …（５）
Ｑin0＝Ｖ×ｄPr2/ｄt＋Ｓe0×Ｐr2 …（６）

【0043】

式（５），（６）から、上述した実効排気速度Ｓe0は次式（５）で表せる。
Ｓe0＝－Ｖ×(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt) /(Ｐr2－Ｐr1) …（７）
式（７）を用いることにより、時刻ｔ１、ｔ２において計測される圧力計測値Ｐr1，Ｐr2および圧力変化率ｄPr1/ｄt，ｄPr2/ｄtと記憶部２４０に記憶されているチャンバ容積Ｖとから、実効排気速度Ｓe0を推定することができる。

【0044】

（実効排気速度比a_gs）
通常、圧力変化率ｄPr1/ｄt，ｄPr2/ｄtは直接計測することはできないので、圧力計測値の差分値で代用される。式（５）の右辺分子＝(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt)は圧力変化率の差分であるため圧力計測のノイズの影響を受け易く、そのままでは信頼性が低い。そこで、本実施の形態では下記のような処置を施す。

【0045】

記憶部２４０には実効排気速度等に関するデータが記憶されている。例えば、初期校正で得られる実効排気速度と開度との相関関係Ｓe(θ)、あるいは、予め出荷時に記憶部２４０に記憶されるバルブコンダクタンスＣ(θ)が記憶されている。前述したように、調圧制御が行われる開度領域では実効排気速度はほぼバルブコンダクタンスと同じであると考えることができるので、記憶部２４０に記憶されているデータ（Ｓe(θ)、Ｃ(θ)）をＳer(θ)のように表し、基準排気速度と呼ぶことにする。この基準排気速度Ｓer(θ)は既知のガス種に関する実効排気速度である。

【0046】

式（７）で算出される実効排気速度Ｓe0は、固定された開度θse0における実効排気速度である。ガス種が未知であるこの実効排気速度Ｓe0は、ガス種が既知の基準排気速度Ｓer(θ)を用いて次式（８）のように表すことができる。式（８）において、係数a_gsを実効排気速度比と呼ぶことにする。式（７）を用いると、実効排気速度比a_gsは次式（９）のように表される。
Ｓe0＝a_gs×Ｓer(θ) …（８）
a_gs＝－(Ｖ/Ｓer(θ))×(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt) /(Ｐr2－Ｐr1) …（９）

【0047】

（予測圧Ｐp）
開度θをθse0に固定してから以後の予測圧Ｐpは、実効排気速度Ｓ(θse0)＝Ｓe0に基づいて算出される。上述したように流量Ｑinも所定の流量値Ｑin0に収束しているとみなせるので、式（３），（４）の定数ＡはＡ＝０となる。また、式（４）のＣp(k)、 Ｃq(k)に含まれる実効排気速度Ｓe(k×Δt)は開度の計画値に依存しているが、図５のｔ＝ｔ０において開度θが固定されているので、Ｓe(k×Δt)には開度θse0における実効排気速度Ｓe0が用いられる。また、実効排気速度比a_gsと既知の基準排気速度Ｓer(θ)を用いて、Ｓe0＝a_gs×Ｓer(θ)を採用しても良い。さらに、式（５）から、Ｑin(現在)＝Ｑin0＝Ｖ×ｄPr1/ｄt＋Ｓe0×Ｐr1と表せる。これらを式（３）、（４）に適用することによりΔｔ秒先の予測圧Ｐpを算出することができる。

【0048】

（実効排気速度Ｓe0および実効排気速度比a_gsの信頼性判定）
上述したように、調圧制御が行われる開度領域θ＝０％～約２０％では、実効排気速度はバルブコンダクタンスでほぼ決定される。特に、開度θがθ＜約５％のような低開度である場合には、バルブコンダクタンスはガスの分子量Ｍに対して√Ｍに反比例する。例えば、分子量Ｍ＝４０のアルゴン（Ａr）ガスを排気したときの実効排気速度を基準排気速度Ｓer(θ)とした場合、分子量Ｍ＝２の水素（Ｈ_２）ガスに関する実効排気速度比a_gsは約４．５で、分子量Ｍ＝１３１のキセノン（Ｘe）ガスに関する実効排気速度比a_gsは約０．５５である。よって、分子量Ｍ＝２から分子量Ｍ＝１３１までのガス種に関する実効排気速度比a_gsは、だいたいa_gs ＝０．５５～４．５となる。なお、高開度領域では真空ポンプの排気速度が支配的であるが、ターボ分子ポンプを用いた場合には、高開度領域における実効排気速度比a_gsはa_gs ＝０．５５～４．５の範囲内に収まる。

【0049】

よって、式（９）で算出される実効排気速度比a_gsが０．５５～４．５の範囲内であれば、算出された実効排気速度比a_gsの信頼性が高いと判定することができる。算出された実効排気速度比a_gsが０．５５～４．５の範囲内であればその実効排気速度比a_gsを採用し、範囲外の場合には不採用とすることで、実効排気速度比a_gsの信頼性を確保することができる。

【0050】

なお、演算式（７）で算出される実効排気速度Ｓe0は、開度一定の場合の実効排気速度であるので、式（９）で算出される実効排気速度比a_gsも理想的には一定となる。そこで、算出される実効排気速度比a_gsがその許容範囲（０．５５～４．５）に所定の時間留まれば、あるいは、許容範囲を複数に分割した分割区間の各々に所定の時間留まれば、算出された実効排気速度比a_gsは信頼性ありと判定して採用するのがより好ましい。

【0051】

また、式（９）で算出される実効排気速度比a_gsは、(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt)の部分が圧力計測値Ｐrのノイズの影響を受け易い。そこで、このノイズの影響を低減するために、圧力変化率（圧力計測値の差分）の移動平均処理、さらには実効排気速度比a_gsそのものの移動平均処理を行い、滞在判定を行えば、信頼性の向上をより図れる。ただし、圧力応答が極端に速い条件では上記滞在時間を十分に確保できず、採用成立の割合と信頼性確保はトレードオフするので、そのことに留意して適宜判定閾値を定めることになる。

【0052】

図９，１０は、図５に示すような起点の圧力Ｐsttから圧力が上昇するアップケースの典型的な応答関係における、実効排気速度比a_gsの算出例を示したものである。図９は実効排気速度比a_gsの信頼性が十分に確保されている場合を示し、図１０は信頼性が不十分な場合を示す。図９では、算出される実効排気速度比a_gsが許容範囲（０．５５～４．５）に十分な時間以上滞在しており、a_gs＝３であると推定される。

【0053】

一方、図１０の場合には、算出される実効排気速度比a_gsの変動が大きく許容範囲（０．５５～４．５）に入ったり出たりしており、信頼性が確保できない。このような場合には、記憶部２４０に記憶されている基準ガス種に関する基準排気速度Ｓer(θ)に基づいて、すなわち実効排気速度比a_gsがa_gs＝１であるとして調圧制御を行う。

【0054】

なお、実効排気速度Ｓe0の推定演算は開度固定条件が必要なため、図９、１０の時刻ｔ０以降からa_gs信号が出力される。ちなみに、図１０の例のように推定値が確定できないケースは、圧力応答が極端に速い条件や、圧力信号（圧力計測値Ｐr）のＳＮが悪い場合に発生し易い。

【0055】

（a_gsの適用例）
図１１，１２は、推定した実効排気速度比a_gsの調圧制御への適用例を示す図である。上述したように確定された実効排気速度比a_gsを予測圧Ｐpの演算に用いることにより、予測圧Ｐpが補正されることになる。

【0056】

図１１は、図７のラインＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ２ＡおよびＬ１Ｃを示したものであり、実際に流れているガスに関する実効排気速度がＳe1で、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度がＳe2（＞Ｓe1）の場合について説明する。例えば、実際に流れているガスはＸeであるが、記憶部２４０に記憶されている基準排気速度Ｓer(θ)（＝Ｓe2）がＡrに関する実効排気速度である場合に相当する。ｔ＝ｔ２０は実効排気速度比a_gsが確定された時刻である。

【0057】

圧力計測値Ｐrは、実効排気速度Ｓe1の場合のラインＬ１Ａで表される。実効排気速度比a_gsが確定されるまでは、すなわちｔ＜ｔ２０においては記憶部２４０に記憶されている基準排気速度Ｓer(θ)＝Ｓe2に基づいて予測圧Ｐpが算出される。すなわち、実効排気速度比a_gs はa_gs＝１であって、そのときの予測圧Ｐpは、ラインＬ１Ａに対する予測圧のラインＬ１Ｂ(Ｐp’)ではなくて、圧力計測値Ｐr（ラインＬ１Ａ）に実効排気速度Ｓe2の場合の予測圧を適用した場合のラインＬ１Ｃ(Ｐp)で与えられる。そのため、算出される予測圧Ｐpには誤差が生じており、ラインＬ１Ｂ(Ｐp’)を用いた場合の予測圧Ｐp’よりも小さな値となる。

【0058】

推定された実効排気速度Ｓe0に基づいて、ｔ＝ｔ２０において実効排気速度比sがa_gs（＝Ｓe0/Ｓer(θ)＝Ｓe1/Ｓe2＜１）のように確定される。ｔ＝ｔ２０に実効排気速度比a_gsが確定されると、予測圧は確定された実効排気速度比a_gsすなわち実効排気速度Ｓe1（＝a_gs×Ｓe2）に基づいて算出されるので、ラインＬ１Ｂ(Ｐp’)で表される誤差の無いＰp’に補正される。ｔ≧ｔ２０においては、予測圧Ｐp’を用いて予測圧が判定閾値（＝Ｐs）を越えたか否かを判定することになる。

【0059】

図１２は、図７のラインＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ３ＡおよびＬ１Ｄを示したものであり、実際に流れているガスに関する実効排気速度がＳe1で、記憶部２４０に記憶されている実効排気速度がＳe3（＜Ｓe1）の場合について説明する。例えば、実際に流れているガスはＨeであるが、記憶部２４０に記憶されている基準排気速度Ｓer(θ)（＝Ｓe3）がＡrに関する実効排気速度である場合に相当する。ｔ＝ｔ２０は実効排気速度比a_gsが確定された時刻である。

【0060】

圧力計測値Ｐrは、実効排気速度Ｓe1の場合のラインＬ１Ａで表される。実効排気速度比a_gsが確定されるまでは、すなわちｔ＜ｔ２０においては記憶部２４０に記憶されている基準排気速度Ｓer(θ)＝Ｓe3に基づいて予測圧が算出される。すなわち、実効排気速度比a_gs はa_gs＝１であって、そのときの予測圧は、ラインＬ１Ａに対する予測圧Ｐp'のラインＬ１Ｂ(Ｐp')ではなくて、圧力計測値Ｐr（ラインＬ１Ａ）に実効排気速度Ｓe3の場合の予測圧Ｐpを適用した場合のラインＬ１Ｄ(Ｐp)で与えられる。そのため、算出される予測圧Ｐpには誤差が生じており、ラインＬ１Ｂ(Ｐp')を用いた場合の予測圧Ｐp'よりも大きな値となる。

【0061】

推定された実効排気速度Ｓe0に基づいて、ｔ＝ｔ２０において実効排気速度比sがa_gs（＝Ｓe0/Ｓer(θ)＝Ｓe1/Ｓe3＞１）のように確定される。ｔ＝ｔ２０に実効排気速度比a_gsが確定されると、予測圧は確定された実効排気速度比a_gsすなわち実効排気速度Ｓe1（＝a_gs×Ｓe3）に基づいて算出されるので、ラインＬ１Ｂ(Ｐp')で表される誤差の無いＰp’に補正される。ｔ≧ｔ２０においては、予測圧Ｐp’を用いて予測圧が判定閾値（＝Ｐs）を越えたか否かを判定することになる。

【0062】

なお、圧力応答が速い条件ほど、採用成立のタイミングにおける圧力計測値Ｐrは目標圧力値Ｐsにより近づく。そのため、場合によっては予測圧Ｐpが判定閾値（例えば、目標圧力値Ｐs）を越えた後にa_gs値が確定され、補正処理が間に合わないこともある。その場合には、記憶部２４０に記憶されている基準ガスデータ（基準排気速度Ｓer(θ)）を適用した予測圧、すなわち、Ｓe0＝a_gs×Ｓer(θ)においてa_gs＝１を適用した予測圧Ｐpを用いて判定閾値を越えたか否かの判定を継続することになる。
以上、圧力の目標値Psが起点の圧力Ｐsttよりも大きい場合について説明したが、逆に、圧力の目標値Ｐsが起点の圧力Ｐsttよりも小さい場合についても同様に推定して調圧への適用が可能であり、調圧制御の精度向上を図ることができる。

【0063】

（Ｓe0、a_gsの初期校正処理への適用）
上述した実施の形態では、調圧中に開度θをθse0に固定したときに実効排気速度Ｓe0や実効排気速度比a_gsを求め、それらを用いて予測圧を補正したり、それらを調圧制御へ適用したりすることで、調圧応答の改善を図るようにした。以下では、実効排気速度Ｓe0や実効排気速度比a_gsの初期校正処理への適用について説明する。

【0064】

初期校正処理とは、記憶部２４０に記憶されている基準ガスデータ（基準排気速度Ｓer(θ)）を、実際の真空系に適したデータに校正するための処理である。校正処理の指令が外部装置（例えば、真空処理装置のメインコントローラ）から調圧制御部２１に入力されると、調圧制御部２１は通常の調圧モードから校正モードになって一連の校正処理を行う。例えば、ユーザが、校正処理のマニュアルに従って真空処理装置のメインコントローラの操作部を操作して指令をバルブ制御装置１ｂに送信し、調圧制御部２１に校正処理を行わせる。

【0065】

図１３、１４は校正モードにおける一連の処理を示すフローチャートである。また、図１５は、校正処理時においてエンコーダ１３０で検出される開度計測値θr（ラインＬ３１）と、真空計３１により計測される圧力計測値Ｐr（ラインＬ３２）とを示す図である。図１３、１４のフローチャートは調圧制御部２１により実行され、校正処理の指令が外部装置から調圧制御部２１に入力されるとスタートする。

【0066】

図１３のステップＳ１０では、記憶部２４０に真空チャンバ３のチャンバ容積Ｖが記憶されているか否かを判定する。記憶部２４０にチャンバ容積Ｖが記憶されていない場合には、ステップＳ１２へ進んでチャンバ容積Ｖの送信を要求する指令を外部装置へ送信する。以下では、外部装置が真空装置のメインコントローラＭＣであるとして説明する。メインコントローラＭＣはチャンバ容積Ｖの要求指令があることをメインコントローラＭＣの表示装置等に表示して、ユーザにチャンバ容積Ｖの入力を促す。ステップＳ１４では、メインコントローラＭＣからはチャンバ容積Ｖを受信したか否かを判定し、受信した場合（ｙｅｓ）にはステップＳ１６において記憶部２４０に記憶させ、その後、ステップＳ２０へ進む。

【0067】

ステップＳ１０において記憶部２４０にチャンバ容積Ｖが記憶されていると判定された場合、もしくは、ステップＳ１６でチャンバ容積Ｖを記憶した場合には、ステップＳ２０において開度をθ＝１００％に設定する。すなわち、図２の演算部２１０から開度指令θ＝１００％を出力する。ここではθ＝１００％に設定したが、１００％でなくても構わない。図１５においてｔ＝ｔ１にθ＝１００％に設定されると、圧力計測値Ｐr（ラインＬ３２）は減少する。

【0068】

ステップＳ３０では、所定のガス種を所定の流量Ｑin0だけ流入させる指令をメインコントローラＭＣに送信する。ユーザは、校正処理のマニュアルで指定されているガス種のガスを、指定されている所定流量Ｑin0だけ流入させる命令をメインコントローラに入力する。ステップＳ４０では、圧力計測値Ｐrの上昇からガスが流入されたか否かを検知する。ステップＳ４０でガス流入が検知された場合には、ステップＳ５０に進んで開度θをθ＝１００％から所定の開度θtestへと減少させる。図１５では、ｔ＝ｔ３にガス流入が検知されて開度θがθ＝θtestに設定される。この開度θtestは図５の固定された開度θse0に相当するものである。

【0069】

ステップＳ５０の処理が終了すると、図１４のステップＳ６０へと進む。ステップＳ６０では、上述した式（５），（６）に基くガス流量Ｑin0の算出、および、式（９）により算出される実効排気速度比a_gsに基づくガス種の推定を行う。式（５）の両辺にＰr2を乗じたものと式（６）の両辺にＰr1を乗じたものとの差分を取ることにより、流量Ｑin0が次式（１０）により算出される。
Ｑin0＝Ｖ×(Ｐr2×ｄPr1/ｄt－Ｐr1×ｄPr2/ｄt)/(Ｐr2－Ｐr1) …（１０）
ちなみに、式（６）と式（８）よりＱin0＝Ｖ×ｄPr2/ｄt＋a_gs×Ser(θtest)×Ｐr2から算出して求めても良い。

【0070】

また、式（９）において、記憶部２４０に記憶されている基準排気速度Ｓer(θ)がバルブコンダクタンスＣ(θ)であった場合、実効排気速度比a_gsは次式（１１）により算出される。開度θtestが小さい場合には、実効排気速度におけるバルブコンダクタンスの影響が支配的になり、実効排気速度ＳeはバルブコンダクタンスＣに近い値となる。
a_gs＝－(Ｖ/Ｃ(θtest))×(ｄPr2/ｄt－ｄPr1/ｄt) /(Ｐr2－Ｐr1) …（１１）

【0071】

なお、式（１１）により算出される実効排気速度比a_gsは、バルブコンダクタンスＣを基準とするものである。記憶部２４０に初期状態で記憶されているバルブコンダクタンスＣとしては、Ａrガスに関するコンダクタンス用いるのが一般的であり、以下では、Ａrガスを流した場合のコンダクタンスであるとして説明する。そのため、マニュアルに記載のガス種は、バルブコンダクタンスＣのガス種と同一のものが記載されている。式（１１）で算出される実効排気速度比a_gsがほぼ１であれば、指示通りＡrガスが導入されていると判定することができる。なお、実効排気速度比a_gsの演算誤差を考慮して判定基準に１±Δのような許容範囲Δを設けても良く、１－Δ≦a_gs≦１＋ΔであればＡrガスが導入されていると判定する。

【0072】

ステップＳ７０では、ステップＳ６０で推定されたガス流量Ｑin0およびガス種が、マニュアルに記載されている条件を満足しているか否かを判定する。条件を満足している場合にはステップＳ８０へ進む。一方、条件を満足していない場合、すなわちガス流量Ｑin0およびガス種の少なくとも一方がマニュアルの記載と異なっている場合には、ステップＳ７２へ進んでガス導入条件を確認すべき指令ＤをメインコントローラＭＣへ送信し、図１３のステップＳ４０へ戻る。

【0073】

一方、ステップＳ７０からステップＳ８０へ進んだ場合には、複数の開度θ(i)における圧力計測値Ｐrを取得する処理を行う。なお、ｉ＝１～Ｎ（正の整数）である。校正処理においては、演算部２１０から校正用の開度指令θ(i)が出力される。図１５に示す例では、ｔ＝ｔ１１に開度θが１００％から０％へと変更される。開度変更により圧力計測値Ｐrは上昇するが、圧力計測値Ｐrが安定してほぼ一定値となった時点で圧力計測値Ｐr(1)を取得する。同様に、図１５の時刻ｔ１２，ｔ１３，・・・，ｔ１Ｎにおいて開度指令θ(i)をθ(2)，θ(3)，・・・，θ(N)の順に出力し、それぞれに対して圧力計測値Ｐr(2)，Ｐr(3)，・・・，Ｐr(N)を取得する。すなわち、Ｎ個の開度θ(i)に対して圧力計測値Ｐr(θ(i))が得られる。

【0074】

ステップＳ９０では、ガス流量Ｑin0と取得された圧力計測値Ｐr(θ(i))とを用いて、次式（１２）により実効排気速度Ｓe(θ(i))を算出する。式（１１）は厳密には平衡状態において成り立つ式であるが、図１５におけるｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，・・・，ｔ１Ｎの時間間隔を十分大きく設定することで、ほぼ平衡状態を満たす。
Ｓe(θ)＝Ｑin0／Ｐ(θ) …（１２）

【0075】

なお、ステップＳ８０およびＳ９０における実効排気速度の計算では、開度変更後の圧力計測値Ｐrがほぼ収束するまで待って、その値から式（１２）より実効排気速度Ｓe(θ)を算出したが、圧力変化率を取得して式（７）により実効排気速度Ｓe(θ)を算出しても良い。この場合、圧力計測値Ｐrがほぼ収束するまで待つ必要が無いので、校正処理に要する時間の短縮を図ることができる。

【0076】

ステップＳ１００では、校正処理によって取得された実効排気速度Ｓe(θ(i))を調圧制御部２１の記憶部２４０に記憶する。なお、記憶部２４０に予め実効排気速度Ｓeが記憶されている場合には、その実効排気速度Ｓeを校正処理により取得された実効排気速度Ｓe(θ(i))で補正したり、あるいは、そのまま書き替える。

【0077】

上述のように、ステップＳ７０，Ｓ７２を設けて、ユーザがマニュアル通りのガス種を所定の流量Ｑin0だけ流入させているか確認することで、間違ったガス種や流量で校正処理が行われてしまうのを防止することができる。ガス種や流量でマニュアル通りでないと調圧精度が低下するが、上述のような校正処理を行うことにより、そのような調圧精度が低下を防止できる。

【0078】

なお、図１３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０～ステップＳ１６までの処理を設けて、記憶部２４０にチャンバ容積Ｖが記憶されていない場合にユーザに入力させるようにしたが、ビルドアップ法によりチャンバ容積を推定演算して記憶部２４０に記憶させるようにしても良い。ビルドアップ法では、弁体開度を０％にするだけでなく弁体を押しつけて完全に密閉状態とした状態（実効排気速度＝０）にて、ガス導入量Ｑinを固定したときの圧力変化率ｄＰ／ｄｔとから、チャンバ容積Ｖが次式（１３）により算出される。
Ｖ＝Ｑin/(ｄＰ/ｄｔ) …（１３）

【0079】

また、校正用のガス種をＡrガスに限定せず、例えば、Ａrガスおよび窒素ガスからガス種を選択できるようにしても良い。その場合、記憶部２４０に記憶されているバルブコンダクタンスＣはＡrガスを流したときの値なので、記憶部２４０にＡrガスの場合の実効排気速度比a_gs＝１と、Ａrガスを基準とする窒素ガスの実効排気速度比a_gs＝１．２とを記憶させておく。そして、導入するガス種としてユーザがＡrガスを選択した場合には、その選択情報に基づいて、ガス種判定に用いる実効排気速度比a_gsとして窒素ガス用のa_gs＝１．２を選択する。すなわち、ステップＳ６０で算出された実効排気速度比a_gsの値がほぼ１．２である場合には、ユーザが申告した通りの窒素ガスが導入されたと、導入条件を満足していると判定できる。

【0080】

上述した例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0081】

［１］一態様に係るバルブ制御装置は、真空バルブが装着されたチャンバの圧力計測値と前記チャンバの圧力目標値とに基づいて弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧を行うバルブ制御装置において、前記チャンバへのガス導入時に前記弁体開度を一定に固定する開度設定部と、前記弁体開度が一定に固定されているときの前記圧力計測値の変化情報に基づいて、前記真空バルブの排気情報を推定する推定部と、を備え、前記排気情報に基づいて前記弁体開度を制御し、前記チャンバの調圧制御を行う。

【0082】

例えば、図２の演算部２１０は推定部および開度設定部として機能し、演算部２１０は、弁体開度が一定値θse0に固定されているときの圧力計測値の変化情報、すなわち、圧力変化率ｄPr1/ｄt，ｄPr2/ｄtに基づいて、式（７）より算出される実効排気速度Ｓe0、式（９）により算出される実効排気速度比a_gs、および式（１０）により算出される流量Ｑin0を排気情報として推定する。それらは、実際に流れているガスのガス種に応じた排気情報であるので、推定された排気情報に基づいて予測圧Ｐpの演算や調圧制御を行うことにより、調圧制御の精度向上を図ることができる。

【0083】

［２］上記［１］に記載のバルブ制御装置において、前記排気情報に基づいて、前記圧力計測値に対する所定時間経過後の圧力予測値を算出する予測圧演算部をさらに備え、前記圧力予測値が上限閾値を越えると前記弁体開度を増加させる、あるいは前記圧力予測値が下限閾値を越えると前記弁体開度を減少させる。

【0084】

図１１のｔ≧ｔ２０のように、推定された実効排気速度は、実際に流れているガスのガス種に対応した実効排気速度Ｓe1となり、その実効排気速度Ｓe1を用いて算出される圧力予測値（予測圧）は、ラインＬ１Ｂで表される誤差の無い予測圧Ｐp’となる。その結果、弁体開度θを増加方向に反転させるタイミングが遅れたり、早まったりするのを防止でき、圧力応答においてオーバーシュートが発生したり、逆に、調圧時間が長くなったりするのを防止できる。なお、推定される実効排気速度（Ｓe0）と実効排気速度比a_gsと式（８）の関係があるので、排気情報としてガス種情報である実効排気速度比a_gsを推定し、推定された実効排気速度比a_gsと式（８）とから圧力予測値を算出しても良い。

【0085】

［３］上記［１］に記載のバルブ制御装置において、前記排気情報は前記チャンバに導入されているガスのガス種情報を含み、前記推定部は、基準ガスに関する基準排気速度と前記変化情報とに基づいて前記ガス種情報を推定する。排気情報の一つである実効排気速度比a_gsは、式（８）で示すように真空チャンバ３に導入されているガスのガス種に応じた値であって、式（９）のように、基準ガス（例えば、Ａrガス）に関する基準排気速度Ｓerと圧力Ｐr1，Ｐr2と圧力変化率ｄPr1/ｄt，ｄPr2/ｄtとに基づいて推定される。

【0086】

［４］上記［１］に記載のバルブ制御装置において、前記排気情報は、前記チャンバへ導入されるガスの流量およびガス種の少なくとも一方に関する情報を含み、推定した前記排気情報が基準流量および基準ガス種と一致するか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果を出力する出力部と、を備える。

【0087】

図１３、１４に示す校正処理に示すように、真空チャンバ３へ導入されるガスの流量およびガス種を排気情報として推定し（ステップＳ６０）、その推定結果に基づいて、推定されたガス流量およびガス種がマニュアルで指定されているガス流量（基準流量）およびガス種（基準ガス種）と一致するか否かを判定し（ステップＳ７０）、その判定結果を出力する（ステップＳ７２）。ユーザは、その判定結果（条件確認指令Ｄ）により、導入したガスの導入条件（ガス流量およびガス種）が基準導入条件（基準流量および基準ガス種）と異なっていることを認識することができ、校正処理を正しいガス導入条件で行うことができる。

【0088】

［５］一態様に係る推定装置は、チャンバに装着された真空バルブの排気情報を推定する推定装置であって、前記真空バルブの弁体開度が一定のときの前記チャンバの圧力計測値の変化情報に基づいて、バルブ排気速度、前記チャンバに導入されているガスの流量および前記ガスのガス種情報の少なくとも一つを前記排気情報として推定する。その推定結果をバルブ制御に利用することにより、推定された排気情報に基づいて予測圧Ｐpの演算や調圧制御を行うことができ、調圧制御の精度向上を図ることができる。なお、推定装置はバルブ制御装置と独立して構成されても良いし、バルブ制御装置に組み込まれた構成としても良い。

【0089】

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述した実施の形態では、校正処理をバルブ制御装置１ｂの調圧制御部２１で行う構成したが、バルブ制御装置１ｂとは別に独立した校正装置を設けて、その校正装置の指令により校正処理を行うようにしても良い。

【符号の説明】

【0090】

１…真空バルブ、１ａ…バルブ本体、１ｂ…バルブ制御装置、３…真空チャンバ、１２…弁体、２１…調圧制御部、２１０…演算部、Ｐr…圧力計測値、Ｐs…圧力目標値、Ｐp…予測圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】