特許 7424447 真空バルブ、バルブシステム、バルブシステムの制御装置および校正装置

(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】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】真空バルブ、バルブシステム、バルブシステムの制御装置および校正装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 16/20 20060101AFI20240123BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

G05D16/20 Z

F16K51/02 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022157947

(22)【出願日】2022-09-30

(62)【分割の表示】P 2018149760の分割

【原出願日】2018-08-08

(65)【公開番号】P2022183192

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2022-09-30

(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】100102037

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100149962

【弁理士】

【氏名又は名称】阿久津 好二

(74)【代理人】

【識別番号】100170988

【弁理士】

【氏名又は名称】妹尾 明展

(74)【代理人】

【識別番号】100189566

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 雅之

(72)【発明者】

【氏名】中村 雅哉

(72)【発明者】

【氏名】小崎 純一郎

【審査官】西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０１９０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１２９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６７６２５３８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３４１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－１４６０８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １６／２０

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が、チャンバを排気する１つの真空ポンプと、前記真空ポンプと前記チャンバとの間に設けられる１つの真空バルブとを含む、ｎ組（ｎは２以上の整数）の排気系と、
前記真空バルブを調圧制御する制御装置とを備え、
前記ｎ組の排気系は、前記チャンバの等分割された各部分領域に配置されることにより、前記各部分領域は１組の排気系により均等に排気されるものであり、
前記制御装置は、
前記ｎ組の排気系が含む前記真空ポンプと前記真空バルブとの全てから成る全体排気系の排気速度Ｓｅを前記ｎ組の排気系の真空バルブの台数ｎで除した１台当たり排気速度Ｓｅ／ｎと、前記チャンバの容積Ｖ０を前記ｎ組の排気系の真空バルブの台数ｎで除した１台当たり容積Ｖ０／ｎと、前記チャンバの圧力と、前記チャンバの圧力目標値とに基づいて、前記ｎ組の排気系の真空バルブに対して同一の調圧用開度信号を出力する、バルブシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のバルブシステムにおいて、
前記制御装置は、前記全体排気系の排気速度Ｓｅおよび前記チャンバの容積Ｖ０を取得する校正部を有し、
前記校正部は、前記チャンバに一定流量のガスを導入しつつ前記ｎ組の排気系の真空バルブを同一の校正用開度信号で開閉制御して前記チャンバの圧力を複数の開度に対して取得し、取得された圧力と前記開度との関係から前記全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を算出する、バルブシステム。

【請求項3】

請求項１に記載のバルブシステムにおいて、
前記制御装置は、前記ｎ組の排気系の真空バルブの各々の開度を取得する開度取得部を有し、
前記制御装置は、前記開度取得部で取得される各々の開度に基づいて稼働している真空バルブの台数を推定し、前記１台当たり排気速度および前記１台当たり容積として、全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を前記稼働している真空バルブの台数で除した値を使用する、バルブシステム。

【請求項4】

請求項１に記載のバルブシステムにおいて、
前記ｎ組の排気系の１つは前記制御装置を含む第１の真空バルブを有し、前記ｎ組の排気系のその他は第２の真空バルブを有し、
前記第１の真空バルブは、
バルブプレートと、
前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行う第１のバルブ駆動部とを有し、
前記第２の真空バルブは、
バルブプレートと、
前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行う第２のバルブ駆動部とを有する、バルブシステム。

【請求項5】

請求項１に記載のバルブシステムにおいて、
前記ｎ組の排気系の各々の真空バルブが、バルブプレートと、前記制御装置とを有し、
前記制御装置が、
前記制御装置からの調圧用開度信号により前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行うバルブ駆動部と、
自身が有する前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブ駆動部を動作させ、かつ、前記調圧用開度信号を自身が有する前記制御装置から他の真空バルブが有する前記制御装置に与える第１の状態と、自身が有する前記制御装置が他の真空バルブが有する前記制御装置から前記調圧用開度信号を取得し、取得した前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブ駆動部を動作させる第２の状態とのいずれかに設定する設定部と、を有し、
前記複数の真空バルブの内、いずれか１台の真空バルブは前記チャンバの圧力が入力されると共に前記設定部が前記第１の状態に設定し、その他の真空バルブは前記設定部が前記第２の状態に設定する、バルブシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空バルブ、バルブシステム、バルブシステムの制御装置および校正装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、排気経路のコンダクタンスを自動調節するための真空バルブとして、バルブコンダクタンスを調整できる自動圧力制御バルブ（以下では、ＡＰＣバルブと呼ぶことにする）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。成膜装置やエッチング装置などでは、一定流量の処理ガスを真空チャンバ内に供給しながら、ＡＰＣバルブによって排気経路のコンダクタンスを調節し、所望のプロセス圧力に制御しつつ成膜処理やエッチング処理などのプロセスが行われる。

【0003】

ＡＰＣバルブの開度を調整して真空チャンバの圧力を所望のプロセス圧力に正確に制御するためには、ＡＰＣバルブの開度変化と真空チャンバの圧力変化との関係を正確に把握してそれを制御に反映させることが重要である。特許文献１に記載の発明では、真空チャンバに対してＡＰＣバルブと真空ポンプとから成る排気装置が１セット設けられている場合における制御方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１１２９３３号公報

【文献】特開２０１８－１１２２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、フラットパネルディスプレイを製造するための成膜装置やエッチング装置では、ＡＰＣバルブと真空ポンプとから成る排気装置が真空チャンバに対して複数設けられる場合があり、そのような構成においても正確な圧力制御が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の好ましい態様による制御装置は、チャンバを排気する複数の真空ポンプの各々と前記チャンバとの間に設けられる複数の真空バルブを備えるバルブシステムの制御装置であって、前記複数の真空ポンプと前記複数の真空バルブとから成る全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を前記複数の真空バルブの台数で除した１台当たり排気速度および１台当たり容積と、前記チャンバの圧力と、前記チャンバの圧力目標値とに基づいて、前記複数の真空バルブに対して同一の調圧用開度信号を出力する調圧制御部を備える。
さらに好ましい態様では、前記全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を取得する校正部を備え、前記校正部は、前記チャンバに一定流量のガスを導入しつつ前記複数の真空バルブを同一の校正用開度信号で開閉制御して前記チャンバの圧力を複数の開度に対して取得し、取得された圧力と前記開度との関係から前記全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を算出する。
さらに好ましい態様では、前記複数の真空バルブの各々の開度を取得する開度取得部を備え、前記調圧制御部は、前記開度取得部で取得される各々の開度に基づいて稼働している真空バルブの台数を推定し、前記１台当たり排気速度および前記１台当たり容積として、全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を前記稼働している真空バルブの台数で除した値を使用する。
本発明の好ましい態様によるバルブシステムは、チャンバを排気する複数の真空ポンプの各々と前記チャンバとの間に設けられる複数の真空バルブと、上述の態様の制御装置と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記複数の真空バルブは、前記制御装置を含む一つの第１の真空バルブと、その他の第２の真空バルブとで構成され、前記第１の真空バルブは、バルブプレートと、前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行う第１のバルブ駆動部とを有し、前記第２の真空バルブは、バルブプレートと、前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行う第２のバルブ駆動部とを有する。
さらに好ましい態様では、前記複数の真空バルブの各々が、バルブプレートと、前記制御装置とを有し、前記制御装置が、前記制御装置からの調圧用開度信号により前記バルブプレートの調圧時のバルブ開閉駆動を行うバルブ駆動部と、自身が有する前記制御装置からの前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブ駆動部を動作させ、かつ、前記調圧用開度信号を自身が有する前記制御装置から他の真空バルブが有する前記制御装置に与える第１の状態と、自身が有する前記制御装置が他の真空バルブが有する前記制御装置から前記調圧用開度信号を取得し、取得した前記調圧用開度信号に基づいて前記バルブ駆動部を動作させる第２の状態とのいずれかに設定する設定部と、を有し、前記複数の真空バルブの内、いずれか１台の真空バルブは前記チャンバの圧力が入力されると共に前記設定部が前記第１の状態に設定し、その他の真空バルブは前記設定部が前記第２の状態に設定する。
本発明の好ましい態様による真空バルブは、上述した態様のいずれか一つに記載のバルブシステムに適用される。
本発明の好ましい態様による校正装置は、チャンバを排気する複数の真空ポンプの各々と前記チャンバとの間に設けられる複数の真空バルブを備え、同一の開度信号で前記複数の真空バルブを調圧制御するバルブシステムの、校正装置であって、前記チャンバに一定流量のガスを導入しつつ前記複数の真空バルブを同一の校正用開度信号で開閉制御し、前記チャンバの圧力を複数の開度に対して取得する取得部と、前記取得された圧力と前記開度との関係から、前記複数の真空ポンプと前記複数の真空バルブとから成る全体排気系の排気速度および前記チャンバの容積を算出する演算部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、複数の真空バルブを備えるバルブシステムにおいて、調圧応答性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、バルブシステムを示す模式図である。

【図2】図２は、ＡＰＣバルブをチャンバ側から見た平面図である。

【図3】図３は、マスタのＡＰＣバルブとスレーブのＡＰＣバルブとの関係を説明するブロック図である。

【図4】図４は、調圧制御部の制御を説明するブロック図である。

【図5】図５は、校正処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、校正処理時における開度θおよびチャンバ内圧力を示す図である。

【図7】図７は、開度－圧力特性の一例を示す図である。

【図8】図８は、開度－排気速度特性の一例を示す図である。

【図9】図９は、開度－プラントゲイン特性の一例を示す図である。

【図10】図１０は、変形例１を示す図である。

【図11】図１１は、第２の実施の形態のバルブシステムの全体構成を示す図である。

【図12】図１２は、図１１のバルブシステムに含まれるバルブおよびバルブコントローラを詳細に示すブロック図である。

【図13】図１３は、第２の実施の形態のバルブシステムの、他の例を示す図である。

【図14】図１４は、校正部の詳細を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。
―第１の実施の形態―
図１は、半導体装置に設けられたバルブシステムを示す模式図である。半導体装置のチャンバ３には、ＡＰＣバルブ（自動圧力制御バルブ）１Ａ～１Ｄを介して４台の真空ポンプ２が設けられている。ＡＰＣバルブ１Ａとそれに接続された真空ポンプ２とで１組の排気系を構成しており、図１に示すチャンバ３には４組の排気系が設けられていることになる。なお、本実施の形態では、真空ポンプ２としてターボ分子ポンプが用いられているが、真空ポンプ２はターボ分子ポンプに限定されない。

【0010】

ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄは、バルブプレート１０１を開閉駆動するバルブモータ（不図示）が設けられているモータ部１１と、バルブモータを制御するバルブ制御部１２とを備えている。なお、ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの共通部分を説明する場合には、符号１Ａ～１Ｄの代わりに符号１を用いる場合もある。後述するように、本実施の形態では、ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄには同一構成のバルブが用いられ、ＡＰＣバルブ１Ａはマスタのバルブに設定され、ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄは、マスタのＡＰＣバルブ１Ａからの開度信号θｓに基づいて各バルブプレート１０１を開閉駆動されるスレーブのバルブに設定されている。

【0011】

マスタのＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２は、通信ライン７によってスレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄのバルブ制御部１２と接続され、ＲＳ－４８５などのデイジーチェーンによりＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄのバルブ制御部１２と通信を行う。マスタのＡＰＣバルブ１Ａは、通信によりＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄの開度計測値や稼働状態やＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄ自身により生成されるアラーム信号等をスレーブ情報として検出する。以下では、ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの開度計測値をθra～θrdと標記することにする。

【0012】

チャンバ３の圧力は真空計５によって計測される。計測された圧力計測値Ｐｇは、半導体装置のコントローラ４およびＡＰＣバルブ１Ａに入力される。ＡＰＣバルブ１Ａには、調圧制御をする際の圧力目標値Ｐｓがコントローラ４から入力される。チャンバ３に導入されるガスの流量Ｑは、マスフローコントローラ６によって計測されると共に制御される。マスフローコントローラ６は、コントローラ４からの流量指令に基づいて流量Ｑのガスをチャンバ３内に流入させる。マスフローコントローラ６で計測された流量値は、コントローラ４に入力される。

【0013】

図２は、ＡＰＣバルブ１をチャンバ３側から見た平面図である。バルブモータ１１０を正方向および逆方向に回転駆動してバルブプレート１０１を揺動駆動することにより、バルブプレート１０１の開閉動作が行われる。バルブプレート１０１は、バルブボディ１００に形成された開口部１００ａの全体に対向する全遮蔽位置Ｃ２と、バルブボディ１００内のバルブ退避位置Ｃ１との間の任意の位置にスライド移動させることができる。バルブプレート１０１の開閉状態は開度と呼ばれるパラメータで表される。

【0014】

開度とは、比＝（バルブプレートの揺動角）：（全遮蔽位置Ｃ２からバルブ退避位置Ｃ１までの揺動角）をパーセントで表したものである。図２の全遮蔽位置Ｃ２は開度＝０％であり、バルブ退避位置Ｃ１は開度＝１００％である。バルブプレート１０１の開度は、モータ軸に設けられたエンコーダ（不図示）によって検出される回転角に基づいて算出される。ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄでは、バルブプレート１０１の開度を調整することによりＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄのコンダクタンスを調整することができる。

【0015】

図３は、マスタのＡＰＣバルブ１ＡとスレーブのＡＰＣバルブ１Ｂとの関係を説明するブロック図である。前述したように、各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄには同一構成のＡＰＣバルブが用いられ、各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄのバルブプレート１０１は、バルブモータ１１０により開閉駆動される。バルブモータ１１０にはエンコーダ１１１が設けられており、エンコーダ１１１で検出されたバルブプレート１０１の開度計測値θra～θrdはバルブ制御部１２に入力される。

【0016】

バルブ制御部１２は、調圧制御部１２１，バルブ駆動部１２２，校正部１２３，設定部１２４，記憶部１２５，入出力部１２６および警報部１２７を備えている。記憶部１２５にはバルブ制御に用いられるプラントパラメータ等が記憶されている。プラントパラメータとしては、ＡＰＣバルブ１の開度変化とチャンバ３の圧力変化との関係を表すプラントゲインＧｐ、チャンバ３の容積Ｖ０、および、４組の排気系から成る全排気系の排気速度Ｓｅが記憶されている。プラントパラメータの詳細は後述する。

【0017】

調圧制御部１２１は、圧力計測値Ｐｇ、圧力目標値Ｐｓ、プラントゲインＧｐおよびチャンバ３の容積Ｖ０に基づいて、調圧制御における開度指令としての開度信号θｓをバルブ駆動部１２２へ出力する。バルブ駆動部１２２は、開度信号θｓに基づいてバルブモータ１１０を駆動する。

【0018】

校正部１２３は、後述するようにプラントパラメータの校正処理を行う。設定部１２４はＡＰＣバルブ１の状態を設定するためのものであり、設定部１２４の設定に応じて、ＡＰＣバルブ１Ａはマスタのバルブに設定され、ＡＰＣバルブ１Ｂ～１ＤはＡＰＣバルブ１Ａによって制御されるスレーブのバルブに設定される。入出力部１２６は外部装置との信号の授受をするために設けられている。警報部１２７は、ＡＰＣバルブ１の異常を検知するとアラーム信号を出力する。そのアラーム信号は入出力部１２６から半導体装置のコントローラ４へと出力される。

【0019】

設定部１２４および入出力部１２６についてより詳細に説明する。ＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１で生成された開度信号θｓは、通信ライン７を介してスレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄへ出力される。各ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄから、各エンコーダ１１１で検出された開度計測値θrb～θrdが通信ライン７を介してＡＰＣバルブ１Ａへ出力される。

【0020】

マスタのＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１は、スレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄから送信されるスレーブ情報（例えば、開度計測値θrb～θrdやアラーム信号等）により、正常に稼働しているスレーブの台数を検出する。例えば、ＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２は、受信したＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄの開度計測値θrb～θrdが開度信号θｓから大きく乖離していた場合（例えば、常にθｒ＝０）には、そのＡＰＣバルブは正常に動作していないと判断する。正常に動作していないＡＰＣバルブがある場合には、マスタのＡＰＣバルブ１Ａは警報部１２７からアラーム信号を出力する。アラーム信号は、半導体装置のコントローラ４へと送信される。また、ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄは自身に異常を検出した場合、アラーム信号を警報部１２７から出力する。出力されたアラーム信号は通信ライン７を介してＡＰＣバルブ１Ａへ送信される。

【0021】

（マスタ、スレーブの設定処理）
次に、設定部１２４によるマスタとスレーブの設定方法について説明する。本実施の形態では、設定指令が半導体装置のコントローラ４からＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに出力される構成の場合について説明するが、各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの設定部１２４の設定をオペレータが手動で予め設定するようにしても良い。設定指令は各ＡＰＣバルブ１Ａ～１ＤのＩＤナンバーとマスタ／スレーブ設定であり、ここでは、ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの（ＩＤナンバー、マスタ／スレーブ設定）が、順に（ＩＤ＝０、マスタ），（ＩＤ＝１、スレーブ），（ＩＤ＝２、スレーブ），（ＩＤ＝３、スレーブ）であると仮定する。

【0022】

設定指令（ＩＤ＝０、マスタ）（ＩＤ＝１、スレーブ）（ＩＤ＝２、スレーブ）（ＩＤ＝３、スレーブ）がＡＰＣバルブ１Ａの入出力部１２６に入力されると、ＡＰＣバルブ１Ａの設定部１２４は、ＩＤを０に設定すると共に、調圧制御部１２１および校正部１２３を有効化して通常通りの動作を行わせ、調圧制御部１２１で生成された開度信号θｓを入出力部１２６から出力させる。ＡＰＣバルブ１Ａの入出力部１２６からＡＰＣバルブ１Ｂの入出力部１２６へは、設定指令（ＩＤ＝１、スレーブ）（ＩＤ＝２、スレーブ）（ＩＤ＝３、スレーブ）が出力される。

【0023】

ＡＰＣバルブ１Ａから設定指令（ＩＤ＝１、スレーブ）（ＩＤ＝２、スレーブ）（ＩＤ＝３、スレーブ）を受信したＡＰＣバルブ１Ｂでは、設定部１２４は、ＩＤを１に設定すると共に、調圧制御部１２１および校正部１２３を無効化してそれらの動作を停止させる。さらに設定部１２４は、ＡＰＣバルブ１Ａから入出力部１２６に入力された開度信号θｓをバルブ駆動部１２２に入力すると共に入出力部１２６からＡＰＣバルブ１Ｃへ出力させる。その結果、バルブ駆動部１２２は、ＡＰＣバルブ１Ｂの開度をＡＰＣバルブ１Ａと同一の開度に制御する。ＡＰＣバルブ１Ｂの入出力部１２６からＡＰＣバルブ１Ｃの入出力部１２６へは、設定指令（ＩＤ＝２、スレーブ）（ＩＤ＝３、スレーブ）が出力される。

【0024】

説明は省略するが、同様の手順で、ＡＰＣバルブ１ＣおよびＡＰＣバルブ１ＤのＩＤ設定とマスタ／スレーブ設定が行われる。その結果、ＡＰＣバルブ１Ａはマスタのバルブに設定され、ＡＰＣバルブ１Ｂ～１ＤはＡＰＣバルブ１Ａに従属して動作するスレーブのバルブに設定される。

【0025】

（調圧動作の説明）
次に、複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄを備えるバルブシステムにおける調圧動作について、図１を参照して説明する。大型のフラットパネルディスプレイに用いられる半導体製造装置においては、チャンバ３は高さ寸法に比べて底面積が大きく、そのようなチャンバ３を均等に真空排気するためには図１のように複数組の排気系（ＡＰＣバルブ１＋真空ポンプ２）を均等に配置するのが好ましい。本実施の形態では、等分割された各部分領域は流量ｑ＝Ｑ／（分割数）のガスが流入する独立した排気領域とみなし、各部分領域は１組の排気系により均等に排気されるものと考えて調圧制御を行う。

【0026】

図１のように４台のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄが設けられている場合には、各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに対応してチャンバ３の容積Ｖ０を等しい４つの部分領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤに区分し、各部分領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤが対応するＡＰＣバルブ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄで個別に均等に排気されると考える。各部分領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤに流入するガス流量はｑ＝Ｑ／ｎと考える。ただし、ｎは稼働しているＡＰＣバルブの台数であり、マスタのＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１は通信ライン７を介して取得されるスレーブ情報から判断する。

【0027】

このように、４組の排気系で各部分領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤを均等に排気する場合には、マスタのＡＰＣバルブ１Ａと同一の開度信号θｓで、スレーブの各ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄを制御するのが好ましい。例えば、複数台のＡＰＣバルブを独立して調圧制御させると、調圧応答の干渉により調圧応答性が劣化するという問題が生じる。しかし、本実施の形態のように複数台のＡＰＣバルブを同一の開度信号θｓで同期して調圧制御する場合には調圧応答の干渉を避けることができ、調圧応答性の向上を図ることができる。

【0028】

マスタのＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１は、マスタのＡＰＣバルブ１Ａと真空ポンプ２とから成る排気系の排気速度ｓｅ（＝Ｓｅ／ｎ）、部分領域ＲＡの容積ｖ（＝Ｖ０／ｎ）に基づいて調圧動作を行う。なお、Ｓｅは、ｎ組の排気系から成る排気系全体の排気速度である。排気速度ＳｅおよびｓｅはＡＰＣバルブ１の開度θに依存するので、以下ではＳｅ(θ)およびｓｅ(θ)のように表す場合もある。ｎは稼働状態にあるＡＰＣバルブの台数であって、図１の場合にはｎ＝４である。なお、排気速度Ｓｅ(θ)およびチャンバ３の容積Ｖ０は、ＡＰＣバルブ１Ａの記憶部１２５に記憶されている。

【0029】

上述したように、スレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄのバルブ開閉動作は、マスタのＡＰＣバルブ１Ａから入力される開度信号θｓに基づいてＡＰＣバルブ１Ａに同期するように行われる。本実施の形態では、流量ｑのガスが流入する容積ｖの部分領域ＲＡを１組の排気系（ＡＰＣバルブ１Ａ＋真空ポンプ２）で排気するものとみなして考えるので、調圧制御に用いられる排気の式は次式（１）のように表される。部分領域ＲＡの圧力Ｐとしては、真空計５で計測される圧力計測値Ｐｇが用いられる。
ｑ＝ｖ×（ｄＰ／ｄｔ）＋Ｐ×ｓｅ(θ) …（１）

【0030】

図４は、ＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１における制御を説明するブロック図である。調圧制御部１２１は、圧力計測値Ｐｇと圧力目標値Ｐｓとの差分である圧力偏差ΔＰ（＝Ｐｇ－Ｐｓ）を算出し、圧力偏差ΔＰを解消する開度操作量Δθを算出する。そして、調圧制御部１２１は、エンコーダ１１１で計測された開度計測値θraに開度操作量Δθを加算した開度信号θｓをバルブ駆動部１２２に出力する。このときの開度操作量Δθは、圧力偏差ΔＰを解消するための圧力変化（－ΔＰ）を発生させるものであり、次式（２）のように表される。式（２）において、Ｋｐは圧力偏差ΔＰに対する比例ゲインであり、Ｇｐはバルブの開度変化とチャンバの圧力変化との関係を表すプラントゲインである。
Δθ＝（１／Ｐｇ）・（１／Ｇｐ）・Ｋｐ・ΔＰ …（２）

【0031】

プラントゲインＧｐは次式（３）で表される量である。平衡状態ではＳｅ＝Ｑ／Ｐとなっているので、排気速度Ｓｅを用いて、Ｇｐ＝｜ｄＳｅ／ｄθ｜／Ｓｅと表すこともできる。プラントゲインの導出方法については、例えば、特開２０１８－１１２２６３号公報等に開示されている。なお、図４では、比例制御（Ｐ制御）を用いる場合を例に説明したが、従来の比例積分制御（ＰＩ制御）または比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）でも良い。
Ｇｐ＝｜ｄＰ／ｄθ｜／Ｐ …（３）

【0032】

本実施の形態では、全てのＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄが同一の開度信号θｓで制御され、各部分領域ＲＡ～ＲＤの圧力はチャンバ３の圧力と等しいとみなしている。そのため、式（３）からも分かるように、１組の排気系で各部分領域ＲＡ～ＲＤを排気する場合にＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１で用いられるプラントゲインは、４組の排気系でチャンバ３の全体を排気する場合のプラントゲインＧｐと同じものとなる。

【0033】

（校正処理の説明）
一般に、チャンバ３に１組の排気系（ＡＰＣバルブ１Ａ＋真空ポンプ２）が設けられている場合には、プラントパラメータとしてチャンバ３の容積Ｖ０、プラントゲインＧｐおよび排気系の排気速度Ｓｅが記憶部１２５に記憶される。その場合、校正処理またはラーニング処理などと呼ばれる処理を実行して、容積Ｖ０、プラントゲインＧｐおよび排気系の排気速度Ｓｅを取得して記憶部１２５に記憶させるのが一般的である。本実施の形態では、上述したように４組の排気系（ＡＰＣバルブ１＋真空ポンプ２）の各々が同一容積を有する部分領域を排気するものとみなし、各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの開度を同一の開度信号θｓにより同期して制御しているので、プラントパラメータを取得する場合も、このような調整制御を前提とした校正処理を行う必要がある。

【0034】

図１４は、バルブ制御部１２に設けられた校正部１２３の詳細を示すブロック図である。校正部１２３は、開度生成部１２３１、特性取得部１２３２および演算部１２３３を備えている。開度生成部１２３１は、バルブ駆動部１２２に校正用開度信号θｃを出力する。特性取得部１２３２は、校正用開度信号θｃにより開閉制御したときに得られる圧力計測値Ｐｇから、開度－圧力特性を取得する。演算部１２３３は、取得したデータに基づいてチャンバ３の容積Ｖ０、排気速度Ｓｅ、およびプラントゲインＧｐを演算する。なお、本実施の形態では、校正処理を行う校正部１２３をＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２に設けたが、校正部１２３をＡＰＣバルブ１Ａ内ではなく独立した校正装置として設けて、その校正装置から各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに校正信号を送信するようにしても良い。

【0035】

図５は、校正部１２３で実行される校正処理の一例を示すフローチャートである。また、図６は、校正処理時における開度θおよびチャンバ内圧力を示す図である。図６においてラインＬ３１は開度計測値θra（％）を示し、ラインＬ３２は真空計５により計測される圧力計測値Ｐｇ（Ｐａ）を示す。

【0036】

図５のステップＳ１では、一定流量Ｑinのガスをマスフローコントローラ６からチャンバ３内に流入させる。そして、圧力計測値Ｐｇが安定するまで待つ。所定流量Ｑinとしては、例えば、実際に行われるプロセス処理の代表的なガス流入量にほぼ近い流量が用いられる。そのように設定することで、実際の使用状況と同様の条件におけるプラントパラメータが取得できる。このときの流量値Ｑinは、半導体装置のコントローラ４からＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２に送信される。

【0037】

ステップＳ２では、複数の開度計測値θra (i)における圧力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、校正部１２３から校正処理用の開度信号θｓがバルブ駆動部１２２へ入力される。図６に示す例では、θra＝１００％であって圧力計測値Ｐｇが安定している時刻ｔ１において、開度信号θｓを１００％から０％へと変更する。調圧制御の場合と同様に、開度信号θｓは通信ライン７を介してスレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄへ送信され、各バルブ駆動部１２２に入力される。すなわち、校正処理においても、調圧制御の場合と同様にスレーブのＡＰＣバルブ１Ｂ～１ＤはマスタのＡＰＣバルブ１Ａと同一の開度信号θｃにより同期して制御される。

【0038】

開度変更により圧力計測値Ｐｇは上昇するが、圧力計測値Ｐｇが安定してほぼ一定値となったならば、真空計５の圧力計測値Ｐｇ(1)を取得する。同様に、図６の時刻ｔ２，ｔ３，・・・，ｔＮにおいて開度信号θｓをθｓ(2)，θｓ(3)，・・・，θｓ(N)の順に出力し、複数の開度計測値θra (2)，θra (3)，・・・，θra (N)＝１００％に対して圧力計測値Ｐｇ(2)，Ｐｇ(3)，・・・，Ｐｇ(N)を取得する。

【0039】

ステップＳ３では、ビルドアップ法によりチャンバ３の容積Ｖ０を求める。具体的には、図６の時刻ｔａにおいて開度信号θｓを１００％→０％と変更し、変更後の圧力計測値Ｐｇを複数取得する。開度は０％なので、チャンバ３の圧力Ｐとガス流入量Ｑinと容積Ｖ０との間には次式（４）の関係が成り立つ。そのため、時刻ｔａの後に計測される圧力計測値Ｐｇの変化からチャンバ３の容積Ｖ０を算出することができる。
Ｑin＝Ｖ０×（ｄＰ／ｄｔ） …（４）

【0040】

ステップＳ４では、ＡＰＣバルブ１Ａの開度θに対する排気速度Ｓｅ(θ)を算出する。チャンバ３に流入するガスの流量値ＱinとステップＳ２で取得した開度θra(1)～θra (N)における圧力計測値Ｐｇ(2)～Ｐｇ(N)とに基づいて、図７に示すような開度－圧力特性（すなわち、Ｐ(θ)）が得られる。４組の排気系のトータルの排気速度Ｓｅ(θ)は、平衡状態では次式（５）の関係が成り立つ。図７に示す開度－圧力特性（すなわち、Ｐ(θ))と式（５）とから図８に示す開度－排気速度特性（すなわち、Ｓｅ(θ))が得られる。
Ｓｅ(θ)＝Ｑin／Ｐ(θ) …（５）

【0041】

ステップＳ５では、図７に示す開度－圧力特性と式（３）とからプラントゲインＧｐ(θ)を算出する。その結果、図９に示すような開度－プラントゲイン特性が得られる。ステップＳ６では、校正処理によって取得されたプラントパラメータ、すなわち、チャンバ３の容積Ｖ０、開度－排気速度特性（Ｓｅ(θ))および開度－プラントゲイン特性（Ｇｐ(θ)）を、マスタのＡＰＣバルブ１Ａの記憶部１２５に記憶する。記憶部１２５に予めプラントパラメータが記憶されている場合には、そのプラントパラメータを校正処理により取得されたプラントパラメータで書き替える。

【0042】

上述したように、バルブシステムに含まれる複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの各々は、外部装置との間で信号を入出力する入出力部１２６と、バルブ開閉動作を行うバルブ駆動部１２２と、チャンバ３の圧力（すなわち、圧力計測値Ｐｇ）、チャンバ３の圧力目標値Ｐｓおよび調圧制御用のプラントパラメータに基づいて複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに対して同一の開度信号θｓを出力するＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１と、外部から入力される設定指令に基づいて、開度信号θｓによりバルブ駆動部１２２を動作させ、かつ、開度信号θｓを入出力部１２６から出力させる第１の状態と、入出力部１２６から入力される開度信号θｓによりバルブ駆動部１２２を動作させる第２の状態とのいずれかに設定する設定部１２４と、を備え、複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの内、いずれか１台のバルブ（図１ではＡＰＣバルブ１Ａ）はチャンバ３の圧力計測値Ｐｇが入力されると共に前記第１の状態に設定され、残りのバルブ（図１ではＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄ）は前記第２の状態に設定される。

【0043】

このように、バルブ制御部１２の調圧制御部１２１から出力される同一の開度信号θｓによりＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの開閉動作が制御されるので、複数のバルブを独立に調圧制御した場合の調圧応答の干渉を防止することができ、調圧応答性の向上を図ることができる。また、本実施の形態では、図３に示すように、同一構成のＡＰＣバルブをＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに使用し、設定部１２４による設定でマスタとして用いるかスレーブとして用いるかを決めているので、マスタ専用およびスレーブ専用のバルブを用いることなくバルブシステムを構成することができる。

【0044】

（変形例１）
図１０は変形例１を示す図である。図１～３に示した構成ではスレーブのバルブにもＡＰＣバルブを用いたが、調圧制御部１２１は少なくともマスタのＡＰＣバルブ１Ａに設けられていれば良いので、図１０のような構成としても良い。

【0045】

図１０に示す変形例１では、マスタのＡＰＣバルブ１Ａｍは、バルブ制御部１２ｍにおいて設定部１２４が省略されている点が図３に示すＡＰＣバルブ１Ａと異なるが、その他の構成は図３に示すＡＰＣバルブ１Ａと同一である。スレーブのバルブには、ＡＰＣバルブ１Ｂに代えて、外部から入力される開度信号θｓによって開閉動作するスレーブ専用のバルブ１Ｂｓが用いられている。バルブ１Ｂｓのバルブ制御部１２ｓでは、バルブ制御部１２に設けられていた調圧制御部１２１，校正部１２３，設定部１２４および記憶部１２５が省略されている。ＡＰＣバルブ１Ｃ，１Ｄについても、バルブ１Ｂｓと同様の構造のバルブ１Ｃｓ，１Ｄｓに置き換えられている。

【0046】

図１０に示すバルブシステムは、マスタ専用のバルブ（ＡＰＣバルブ１Ａｍ）とスレーブのバルブ（バルブ１Ｂｓ～１Ｄｓ）とが予め決められており、半導体装置のコントローラ４にはマスタのＡＰＣバルブ１Ａｍのバルブ制御部１２ｍが接続される。上述の実施の形態の場合と同様に、ＡＰＣバルブ１Ａｍからはスレーブのバルブ１Ｂｓへ開度信号θｓが送信され、バルブ１Ｂｓの開度計測値θrbがスレーブ情報としてバルブ１ＢｓからＡＰＣバルブ１Ａｍへ送信される。調圧制御および校正動作は上述した実施の形態の場合と同様であるので、説明を省略する。

【0047】

変形例１では、複数のバルブは、開度信号θｓを生成してスレーブ専用のバルブ１Ｂｓ～１Ｄｓに開度信号θｓを出力するバルブ制御部１２ｍを含むＡＰＣバルブ１Ａｍと、開度信号θｓが入力されるスレーブ専用のバルブ１Ｂｓ～１Ｄｓとを含む。バルブ１Ｂｓ～１Ｄｓには開度信号θｓによりバルブ開閉駆動を行うバルブ駆動部１２２が設けられている。このように、スレーブ専用のバルブ１Ｂｓ～１Ｄｓを用いることで、図３の構成のようにマスタおよびスレーブのバルブに同一構成のＡＰＣバルブを使用する場合と比べてバルブ制御部１２ｓの構成を簡略化することができ、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏しつつバルブシステムのコスト低減を図ることができる。

【0048】

－第２の実施の形態－
上述した第１の実施の形態では、マスタのＡＰＣバルブ１Ａからの指令によりＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄの調圧制御や校正制御が行われた。一方、以下に述べる第２の実施の形態では、バルブシステムコントローラを別に設けて、そのバルブシステムコントローラからの指令により複数台のバルブを同一の開度信号θｓで同期して制御するようにした。

【0049】

図１１，１２は、第２の実施の形態のバルブシステムの一例を示す図である。図１１は、図１の場合と同様のバルブシステムの全体構成を示す図である。チャンバ３に装着されている４台のバルブ１Ａｓ～１Ｄｓは図１０に示したバルブ１Ｂｓと同様の構成とされている。バルブ１Ａｓ～１Ｄｓは通信ライン７により接続され、バルブ１Ａｓはバルブシステムコントローラ８に接続されている。バルブシステムコントローラ８は、真空計５で計測されたチャンバ３の圧力計測値Ｐｇと半導体装置のコントローラ４からの圧力目標値Ｐｓとバルブ１Ａｓの開度計測値θraとに基づいて、バルブ１Ａｓ～１Ｄｓの開閉動作を制御する。

【0050】

図１２のブロック図は、図１１のバルブ１Ａｓ，１Ｂｓおよびバルブシステムコントローラ８を示したものである。各バルブ１Ａｓ～１Ｄｓのバルブ制御部１２ｓは図１０に示したバルブ制御部１２ｓと同一構成であって、バルブ駆動部１２２、入出力部１２６および警報部１２７を備えている。バルブシステムコントローラ８は、調圧制御部８０，校正部８１，記憶部８２，警報部８３および入出力部８４を備えている。バルブシステムコントローラ８は各バルブ１Ａｓ～１ＤｓにＩＤを設定し、そのＩＤによりバルブ１Ａｓ～１Ｄｓを管理する。

【0051】

バルブシステムコントローラ８には、バルブ１Ａｓ～１Ｄｓからスレーブ情報として各バルブ１Ａｓ～１Ｄｓの開度計測値θra～θrdおよびアラーム信号等が入力される。バルブシステムコントローラ８の調圧制御部８０は、そのスレーブ情報に基づいてバルブ１Ａｓ～１Ｄｓの稼働状況を判定する。警報部８３はスレーブ情報に基づいてアラーム信号をコントローラ４へ出力する。記憶部８２には、チャンバ３の容積Ｖ０，プラントゲインＧｐ(θ)および排気速度Ｓｅ(θ)などのプラントパラメータが記憶されている。

【0052】

調圧制御部８０は図３に示した調圧制御部１２１と同様の調圧制御機能を有しており、受信した開度計測値θraと記憶部８２に記憶されているプラントパラメータとに基づいて開度信号θｓを生成し、その開度信号θｓを各バルブ１Ａｓ～１Ｄｓに送信することで、上述した第１の実施の形態の場合と同様の調圧制御を行う。校正部８１は図３に示した校正部１２３と同様の校正処理機能を有しており、同一の開度信号θｓをバルブ１Ａｓ～１Ｄｓのそれぞれに送信して図５に示した校正処理を実行する。

【0053】

なお、図１２に示すバルブシステムでは、チャンバ３に装着される４台のバルブを、バルブ制御部１２ｓを備えるバルブ１Ａｓ～１Ｄｓで構成したが、図１３に示すような構成としても良い。すなわち、４台のバルブを、図３に示したバルブ制御部１２を備えるＡＰＣバルブで構成しても良い。第１の実施の形態で説明した図１，３に示す構成の場合には、設定指令が半導体装置のコントローラ４から各ＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄに入力されたが、図１３に示す構成の場合には、バルブシステムコントローラ８から各ＡＰＣバルブ１Ａ～１ＤにＩＤナンバーとマスタ／スレーブ設定に関する設定指令が入力される。

【0054】

各ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄにおける設定の詳細は図３に示す構成の場合と同様であり、各ＡＰＣバルブ１Ｂ～１Ｄの調圧制御部１２１および校正部１２３は無効化されて動作を停止する。本実施の形態の場合にはＡＰＣバルブ１Ａもスレーブに設定され、ＡＰＣバルブ１Ａの調圧制御部１２１および校正部１２３は無効化されて動作を停止する。そして、図１２の場合と同様に、バルブシステムコントローラ８の調圧制御部８０および校正部８１によって、図１２の場合と同様の調圧制御および校正処理が行われる。

【0055】

以上説明した第１および第２の実施の形態によれば、バルブシステムの制御装置は、複数の真空ポンプ２と複数のバルブとから成る全体排気系の排気速度Ｓｅおよび前記チャンバの容積Ｖ０を前記複数のバルブの内の稼働しているバルブの台数ｎで除した１台当たり排気速度ｓｅ＝Ｓｅ／ｎおよび１台当たり容積ｖ＝Ｖ０／ｎと、チャンバ３の圧力（すなわち、圧力計測値Ｐｇ）と、チャンバ３の圧力目標値Ｐｓとに基づいて、複数のバルブに対して同一の調圧用開度信号を出力する調圧制御部を備える。

【0056】

例えば、図１に示すバルブシステムの場合には、ＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２がバルブシステムの制御装置として機能し、バルブ制御部１２の調圧制御部１２１から出力される開度信号θｓによりＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄの開閉動作が制御される。また、図１１に示すバルブシステムの場合には、バルブシステムコントローラ８の調圧制御部８０から出力される開度信号θｓによりバルブ１Ａｓ～１Ｄｓの開閉動作が制御される。

【0057】

このように同一の開度信号θｓで複数のバルブを制御することでチャンバ全体を均一な圧力状態で調圧制御を行うことが可能となり、複数のバルブを独立に調圧制御した場合の調圧応答の干渉を防止することができ、調圧応答性の向上を図ることができる。

【0058】

制御装置はさらに校正部１２３，８１を備え、校正部１２３，８１は、チャンバ３に一定流量Ｑinのガスを導入しつつ複数のバルブを同一の校正用の開度信号で開閉制御して、チャンバ３の圧力（すなわち、圧力計測値Ｐｇ）を複数の開度に対して取得する。そして、校正部１２３，８１は、取得された圧力と開度との関係から全体排気系の排気速度Ｓｅおよびチャンバ３の容積Ｖ０を算出する。校正によりプラントの状況および調圧制御が反映されたプラントパラメータ（Ｓｅ、Ｖ０）が取得されるので、より高精度の調圧制御を行うことができる。なお、調圧制御に排気速度Ｓｅから導出されるプラントゲインＧｐを用いる場合には、校正により得られた排気速度Ｓｅから算出されるプラントゲインＧｐを用いれば良い。

【0059】

図３に示す構成では、ＡＰＣバルブ１Ａのバルブ制御部１２に設けられた校正部１２３は、チャンバ３に一定流量Ｑinのガスを導入しつつ複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄを同一の校正用開度信号で開閉制御し、複数の開度の各々におけるチャンバ３の圧力（すなわち、圧力計測値Ｐｇ）を取得し、取得された圧力と開度との関係から、複数の真空ポンプ２と複数のＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄとから成る全体排気系の排気速度Ｓｅおよびチャンバ３の容積Ｖ０を算出する。そのため、同一の開度信号θｓでＡＰＣバルブ１Ａ～１Ｄを調圧制御するバルブシステムに適応した容積Ｖ０および排気速度Ｓｅを取得することができ、高精度な調圧制御が可能となる。

【0060】

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、上述した実施形態では真空ポンプ２としてターボ分子ポンプを用いたが、真空ポンプ２はターボ分子ポンプに限らない。

【符号の説明】

【0061】

１Ａ～１Ｄ…ＡＰＣバルブ、２…真空ポンプ、３…チャンバ、４…コントローラ、５…真空計、８…バルブシステムコントローラ、１１…モータ部、１２…バルブ制御部、８０，１２１…調圧制御部、８１，１２３…校正部、１２４…設定部、１２６…入出力部、１２３１…開度生成部、１２３２…特性取得部、１２３３…演算部

【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】