JP2003241841A - 真空圧力制御システム及びコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１電磁弁及び第２電磁弁による真空圧力制
御により、真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）
を目標真空圧力値（目標値）の近辺にまで大きく変化さ
せ、その後に、電空比例弁による真空圧力制御により、
真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）を目標真空
圧力値（目標値）に到達させることを、真空比例開閉弁
の弁開度に関係なく行うことができる真空圧力制御シス
テム及びコントローラを提供すること。 【解決手段】 真空チャンバ内の現在圧力値と目標値と
の制御偏差の絶対値が、値ｓより大きい場合には（Ｓ１
１：Ｙｅｓ又はＳ１４：Ｙｅｓ）、第１電磁弁及び第２
電磁弁を介して、真空比例開閉弁の空気圧シリンダを排
気ライン又は給気ラインに連通させる一方、制御偏差の
絶対値が値Ｓ以下である場合には（Ｓ１１：Ｎｏ且つＳ
１４：Ｎｏ）、電空比例弁を介して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造ライン
（特に、枚葉装置）で使用される真空圧力制御システム
及びコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、半導体製造装置のＣＶＤ
装置においては、反応室内を減圧状態、すなわち、真空
状態に保ちながら、薄膜材料を構成する元素からなる材
料ガスを、ウエハー上に供給している。このとき、反応
室内の真空圧力を一定に保持する必要があるが、その一
定値は、種々の条件によって変わり、大気圧又は大気圧
に近い低真空から高真空までの広いレンジに渡る。そこ
で、本出願人は、特開平１０−３３７５４３号公報にお
いて、大気圧に近い低真空から高真空までの広いレンジ
に渡って、真空圧力を精度良く一定に保持できる真空圧
力制御システムを開示している。

【０００３】そこで、ここでは、かかる真空圧力制御シ
ステムを具体的に説明する。図６のブロック図に示すよ
うに、かかる真空圧力制御システムは、コントローラ２
０、空気圧制御部３０、操作部４０である真空比例開閉
弁１６、検出部６０である真空圧力センサー１４、１５
などから構成されている。

【０００４】コントローラ２０は、インターフェイス回
路２１、真空圧力制御回路２２、シーケンス制御回路２
３などからなる。インターフェイス回路２１は、コント
ローラ２０のフロントパネルのボタンを介した現場入力
による信号、及び、コントローラ２０のバックパネルの
コネクタを介した遠隔入力による信号を、真空圧力制御
回路２２やシーケンス制御回路２３などに適した信号に
変換するものである。

【０００５】真空圧力制御回路２２は、上述した反応室
に該当する真空チャンバ内の真空圧力に対するフィード
バック制御をＰＩＤ制御で行わせる回路である。シーケ
ンス制御回路２３は、インターフェイス回路２１から与
えられた動作モードに従って、空気圧制御部３０内の第
１電磁弁３４の駆動コイルＳＶ１と第２電磁弁３５の駆
動コイルＳＶ２とに対し、予め定められた動作をさせる
回路である。

【０００６】空気圧制御部３０は、位置制御回路３１、
パルスドライブ回路３２、電空比例弁３３、第１電磁弁
３４、第２電磁弁３５などからなる。位置制御回路３１
は、真空圧力制御回路２２から与えられた弁開度指令値
と、真空比例開閉弁１６に設けられたポテンショメータ
１８からアンプ１９を介して与えられた弁開度計測値と
を比較して、真空比例開閉弁１６の弁の位置を制御する
ものである。パルスドライブ回路３２は、位置制御回路
３１からの制御信号に基づいて、電空比例弁３３へパル
ス信号を送信するものである。

【０００７】電空比例弁３３は、図示しない給気側比例
弁及び排気側比例弁を内蔵するものであって、パルスド
ライブ回路３２からのパルス信号に応じて、給気側比例
弁及び排気側比例弁を時間開閉動作させるものであり、
第１電磁弁３４と第２電磁弁３５を介して、真空比例開
閉弁１６の空気圧シリンダ４１（後述する図７、図８参
照）内の空気圧力を調整するものである。

【０００８】操作部４０である真空比例開閉弁１６は、
上述した反応室に該当する真空チャンバから真空ポンプ
までの排気系のコンダクタンスを変化させるものであ
る。図７、図８に真空比例開閉弁１６の断面を示す。図
に示すように、その中央には、ピストンロッド４３が設
けられている。そして、ピストンロッド４３に対し、真
空比例開閉弁１６の上部である空気圧シリンダ４１内に
おいて、ピストン４４が固設され、真空比例開閉弁１６
の下部であるベローズ式ポペット弁４２内において、ポ
ペット弁体４５が固設されている。従って、空気圧シリ
ンダ４１によりポペット弁体４５を移動させることがで
きる。

【０００９】この真空比例開閉弁１６では、空気圧シリ
ンダ４１内に供給ポート１８Ａを介して圧縮空気が供給
されず、空気圧シリンダ４１内が排気ポート１８Ｂを介
して排気ラインと連通するときは、空気圧シリンダ４１
内の復帰バネ４６による下向きの付勢力がピストン４４
に作用するので、図７に示すように、ポペット弁体４５
は弁座４７に密着し、真空比例開閉弁１６は遮断した状
態となる。

【００１０】一方、空気圧シリンダ４１内に給気ポート
１８Ａを介して圧縮空気が供給されるときは、空気圧シ
リンダ４１内の復帰バネ４６による下向きの付勢力と、
空気圧シリンダ４１内の圧縮空気による上向きの圧力と
がピストン４４に同時に作用するので、そのバランスに
応じて、図８に示すように、ポペット弁体４５は弁座４
７から離間し、真空比例開閉弁１６は開いた状態とな
る。

【００１１】よって、ポペット弁体４５が弁座４７から
離間する距離は、弁のストローク（リフト量）として、
空気圧シリンダ４１に対する圧縮空気の供給と排気で操
作することができる。尚、ポペット弁体４５が弁座４７
から離間する距離は、弁のストローク（リフト量）とし
て、ピストン４４に連結されたスライドレバー４８を介
して、ポテンショメータ１８で計測されるものであり、
真空比例開閉弁１６の弁開度に相当するものである。

【００１２】検出部である真空圧力センサー１４、１５
は、上述した反応室に該当する真空チャンバ内の真空圧
力を計測するキャパシタンスマノメータである。ここで
は、計測される真空圧力のレンジに応じて、２個のキャ
パシタンスマノメータを使い分けている。

【００１３】このような構成を持つ真空圧力制御システ
ムでは、動作モードとして、強制クローズモード（ＣＬ
ＯＳＥ）を、コントローラ２０で選択すると、シーケン
ス制御回路２３は、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５
を図６に示すように動作させる。これにより、空気圧シ
リンダ４１内には圧縮空気が供給されず、空気圧シリン
ダ４１内は排気ラインと連通するので、空気圧シリンダ
４１内の空気圧が大気圧となり、真空比例開閉弁１６は
遮断した状態となる。

【００１４】また、動作モードとして、真空圧力コント
ロールモード（ＰＲＥＳＳ）を、コントローラ２０で選
択すると、シーケンス制御回路２３は、第１電磁弁３４
を動作させることによって、電空比例弁３３と空気圧シ
リンダ４１とを連通させる。これにより、真空比例開閉
弁１６の空気圧シリンダ４１内の空気圧力が調整され、
弁のストローク（リフト量）が、空気圧シリンダ４１で
操作できる状態となる。

【００１５】また、このとき、真空圧力制御回路２２
は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値
を目標値とするフィードバック制御を開始する。すなわ
ち、真空圧力センサー１４、１５で真空チャンバ内の真
空圧力値を計測し、それと目標真空圧力値との差（制御
偏差）に応じて、真空比例開閉弁１６の弁のストローク
（リフト量）を操作し、排気系のコンダクタンスを変化
させることによって、真空チャンバ内の真空圧力を目標
真空圧力値に一定に保持する。

【００１６】そして、真空圧力制御回路２２において
は、フィードバック制御の制御偏差が小さいときは、予
め調整された時定数に段階的に移行するので、真空チャ
ンバ内の真空圧力を安定した状態で維持することができ
る。

【００１７】もっとも、電空比例弁３３のオリフィス径
は、真空比例開閉弁１６の弁のストローク（リフト量）
を微細に操作できるようにするため、第１電磁弁３４や
第２電磁弁３５のものと比べて小さくできている。その
ため、電空比例弁３３による真空圧力制御では、フィー
ドバック制御の制御偏差が大きいと、図１０や図１１に
示すように、真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力
値）を目標真空圧力値（目標値）に到達させるまでに、
かなりの時間を要していた。

【００１８】例えば、コントローラ２０へ信号が入力さ
れた結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を全閉から全開
にしなければならない場合には、図１２に示すように、
コントローラ２０へ信号が入力されてから真空比例開閉
弁１６の弁開度が全開になるまでに要する時間ｐは、約
７秒であった。また、コントローラ２０へ信号が入力さ
れた結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を全開から全閉
にしなければならない場合には、図１３に示すように、
コントローラ２０へ信号が入力されてから真空比例開閉
弁１６の弁開度が全閉になるまでに要する時間ｑは、約
１２．７秒であった。

【００１９】従って、これでは、半導体製造装置におけ
る枚葉装置の要求仕様を十分に満たすことができないの
で、本出願人は、特開平１０−２５２９４２号公報にお
いて、真空比例開閉弁１６の弁開度が全開である場合又
はしきい値より大きい場合に限り、真空比例開閉弁１６
の空気圧シリンダ４１内の圧縮空気を急速に排気させる
技術を提案している。これにより、真空圧力制御回路２
２においては、フィードバック制御の制御偏差が大きい
ときでも、フィードバック制御の操作量を最大にさせて
いるので、フィードバック制御の速応性が十分に確保さ
れている。

【００２０】具体的には、図９のフローチャートに示す
ように、先ず、Ｓ１１１において、真空比例開閉弁１６
の弁開度が全開であるか否かを判断する。ここで、真空
比例開閉弁１６の弁開度が全開であると判断した場合に
は（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、Ｓ１１２で第１電磁弁３４を
ＯＦＦさせ、さらに、Ｓ１１３で第２電磁弁３５をＯＦ
Ｆさせることにより、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３
５をノーマル位置とした後に（図６参照）、Ｓ１１１に
戻る。一方、真空比例開閉弁１６の弁開度が全開である
と判断しない場合には（Ｓ１１１：Ｎｏ）、Ｓ１１４に
進む。

【００２１】Ｓ１１４では、真空比例開閉弁１６の弁開
度がしきい値より大きいか否かを判断する。ここで、真
空比例開閉弁１６の弁開度がしきい値より大きいと判断
した場合には（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、Ｓ１１６で第１電
磁弁３４をＯＦＦさせ、さらに、Ｓ１１６で第２電磁弁
３５をＯＦＦさせることにより、第１電磁弁３４及び第
２電磁弁３５をノーマル位置とした後に（図６参照）、
Ｓ１１１に戻る。

【００２２】一方、真空比例開閉弁１６の弁開度がしき
い値より大きいと判断しない場合には（Ｓ１１４：Ｎ
ｏ）、Ｓ１１７で第１電磁弁３４をＯＮさせ、さらに、
Ｓ１１８で第２電磁弁３５をＯＦＦさせることにより、
第２電磁弁３５のみをノーマル位置として、電空比例弁
３３による真空圧力制御が行われる状態（Ｓ１１９）に
した後に（図６参照）、Ｓ１１１に戻る。

【００２３】従って、真空比例開閉弁１６の弁開度が全
開である場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）又はしきい値より大
きい場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）には、第１電磁弁３４及
び第２電磁弁３５をノーマル位置にすることにより、真
空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内を排気ライン
と連通させて（図６参照）、真空比例開閉弁１６の空気
圧シリンダ４１内の圧縮空気を急速に排気させることが
できる。

【００２４】そのため、例えば、図１４に示すように、
真空比例開閉弁１６の弁開度が全開である場合に、目標
真空圧力値（目標値）が変更され、フィードバック制御
の制御偏差が大きくなっても、真空比例開閉弁１６の弁
開度がしきい値になるまでの時間は、第１電磁弁３４及
び第２電磁弁３５による真空圧力制御が行われる時間ｔ
であって、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内
の圧縮空気が急速に排気されるから、短時間で、真空チ
ャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）を目標真空圧力値
（目標値）の近辺にまで変化させ、その後に、電空比例
弁３３による真空圧力制御を行うことができる。

【００２５】これにより、真空チャンバ内の真空圧力値
（現在圧力値）と目標真空圧力値（目標値）の差（制御
偏差）が大きくても、比較的短時間で、真空チャンバ内
の真空圧力値（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標
値）にまで大きく変化させることができるので、半導体
製造装置における枚葉装置の要求仕様を満たすことが可
能となる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１電
磁弁３４及び第２電磁弁３５による真空圧力制御と、電
空比例弁３３による真空圧力制御のいずれを行うかは、
図９に示すように、真空比例開閉弁１６の弁開度に対す
るしきい値で決定されるため（Ｓ１１１、Ｓ１１４）、
しきい値の設定次第では、フィードバック制御の制御偏
差が大きい場合でも、かかる制御偏差の全部又は殆ど
を、電空比例弁３３による真空圧力制御で無くさなけれ
ばならない事態になるおそれがあった。

【００２７】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、第１電磁弁及び第２電
磁弁による真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空
圧力値（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）の近
辺にまで大きく変化させ、その後に、電空比例弁による
真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空圧力値（現
在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）に到達させるこ
とを、真空比例開閉弁の弁開度に関係なく行うことがで
きる真空圧力制御システム及びコントローラを提供する
ことを課題とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に成された請求項１に係る発明は、半導体製造ライン上
に設けられた真空チャンバと、前記真空チャンバ内のガ
スを排出する真空ポンプと、前記真空チャンバと前記真
空ポンプとを接続する配管上にあって弁開度を変化させ
ることにより前記真空チャンバ内の真空圧力を変化させ
るとともにポペット式の弁構造を持った真空比例開閉弁
と、前記真空チャンバ内の真空圧力を計測する真空圧力
センサーと、前記真空圧力センサーで計測された前記真
空チャンバ内の真空圧力値と外部から与えられた目標真
空圧力値との制御偏差に応じて外部コマンドを発生させ
るコントローラと、前記外部コマンドに従って前記真空
比例開閉弁の弁開度を操作するサーボ機構と、前記サー
ボ機構を構成する第１電磁弁及び第２電磁弁と、前記サ
ーボ機構を構成するとともに前記第１電磁弁及び前記第
２電磁弁よりも小さな径のオリフィスを設けた電空比例
弁と、を有し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁、前
記電空比例制御弁の動作により、前記真空比例開閉弁の
駆動源となる空気圧シリンダを排気ライン又は給気ライ
ンに連通させて、大気圧から高真空圧までの範囲で前記
真空チャンバ内の真空圧力をフィードバック制御する真
空圧力制御システムにおいて、前記コントローラは、前
記制御偏差の絶対値が所定値より大きい場合には、前記
第１電磁弁及び前記第２電磁弁を介して前記空気圧シリ
ンダを前記排気ライン又は前記給気ラインに連通させる
一方、前記制御偏差の絶対値が所定値より小さい場合に
は、前記電空比例弁を介して前記空気圧シリンダを前記
排気ライン又は前記給気ラインに連通させること、を特
徴としている。

【００２９】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載する真空圧力制御システムであって、前記所定値
を、前記真空圧力センサーのフルスケール値と所定比率
との積とすること、を特徴としている。

【００３０】また、請求項３に係る発明は、半導体製造
ライン上に設けられた真空チャンバと、前記真空チャン
バ内のガスを排出する真空ポンプと、前記真空チャンバ
と前記真空ポンプとを接続する配管上にあって弁開度を
変化させることにより前記真空チャンバ内の真空圧力を
変化させるとともにポペット式の弁構造を持った真空比
例開閉弁と、前記真空チャンバ内の真空圧力を計測する
真空圧力センサーと、前記真空圧力センサーで計測され
た前記真空チャンバ内の真空圧力値と外部から与えられ
た目標真空圧力値との制御偏差に応じて発生する外部コ
マンドと、前記外部コマンドに従って前記真空比例開閉
弁の弁開度を操作するサーボ機構と、前記サーボ機構を
構成する第１電磁弁及び第２電磁弁と、前記サーボ機構
を構成するとともに前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁
よりも小さな径のオリフィスを設けた電空比例弁と、を
有する真空圧力制御システムで使用されるとともに、前
記外部コマンドを発生させて、前記第１電磁弁及び前記
第２電磁弁、前記電空比例制御弁を動作させることによ
り、前記真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダ
を排気ライン又は給気ラインに連通させて、大気圧から
高真空圧までの範囲で前記真空チャンバ内の真空圧力を
フィードバック制御するコントローラにおいて、前記制
御偏差の絶対値が所定値より大きい場合には、前記第１
電磁弁及び前記第２電磁弁を介して前記空気圧シリンダ
を前記排気ライン又は前記給気ラインに連通させる一
方、前記制御偏差の絶対値が所定値より小さい場合に
は、前記電空比例弁を介して前記空気圧シリンダを前記
排気ライン又は前記給気ラインに連通させること、を特
徴としている。

【００３１】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載するコントローラであって、前記所定値を、前記真
空圧力センサーのフルスケール値と所定比率との積とす
ること、を特徴としている。

【００３２】このような特徴を有する本発明の真空圧力
制御システム及びコントローラでは、真空圧力センサー
で計測された真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力
値）と外部から与えられた目標真空圧力値（目標値）と
の制御偏差の絶対値が所定値より大きい場合には、第１
電磁弁及び第２電磁弁を介して、真空比例開閉弁の駆動
源となる空気圧シリンダを排気ライン又は給気ラインに
連通させる一方、制御偏差の絶対値が所定値より小さい
場合には、電空比例弁を介して空気圧シリンダを排気ラ
イン又は給気ラインに連通させるが、この点、第１電磁
弁及び第２電磁弁のオリフィス径は電空比例弁よりも大
きいので、このとき、第１電磁弁及び第２電磁弁による
急速な真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空圧力
値（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）の近辺に
まで大きく変化させ、その後に、電空比例弁による微細
な真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空圧力値
（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）に到達させ
ることができ、さらに、この真空圧力制御では、第１電
磁弁及び第２電磁弁による真空圧力制御と、電空比例弁
による真空圧力制御のいずれを行うかは、制御偏差の絶
対値と所定値の大小関係で決定されるため、真空比例開
閉弁の弁開度に関係なく行うことができる。

【００３３】従って、本発明の真空圧力制御システム及
びコントローラでは、殆どの場合で、制御偏差の大部分
を、第１電磁弁及び第２電磁弁による急速な真空圧力制
御で無くすことができ、従来技術のものと比べて、真空
チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）が目標真空圧力
値（目標値）に到達するまでの時間を短縮できるので、
圧力応答性が向上し、半導体製造のプロセス時間の短縮
にも貢献することができる。

【００３４】特に、制御偏差の絶対値の比較対象となる
所定値を、真空圧力センサーのフルスケール値と所定比
率との積とすれば、真空チャンバ内の真空圧力値（現在
圧力値）が目標真空圧力値（目標値）に到達するまでの
時間を短縮させることを、この真空圧力制御の分解能に
適合させつつつも、臨機応変に対応させることが可能と
なる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照にして説明する。本実施の形態は、従来技術の欄
で述べたものと同様な構成を持つものである（図６〜図
８）。従って、その詳細は、従来技術の欄に記載されて
いるので省略し、その真空制御の動作について詳細に説
明する。

【００３６】すなわち、図１のフローチャートに示すよ
うに、先ず、Ｓ１１において、真空チャンバ内の真空圧
力値（現在圧力値）と目標真空圧力値（目標値）の差
（以下、「制御偏差」という）が、真空圧力センサー１
４、１５のフルスケール値のＸ％の値ｓよりも大きいか
否かを判断する。尚、真空圧力センサー１４、１５は、
計測される真空圧力のレンジに応じて、２個のキャパシ
タンスマノメータを使い分けているので、Ｓ１１では、
目標真空圧力値（目標値）の際に使用する真空圧力セン
サー１４、１５のフルスケール値を用いる。

【００３７】ここで、「制御偏差」が値ｓよりも大きい
と判断した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、Ｓ１２で第１
電磁弁３４をＯＮさせ、さらに、Ｓ１３で第２電磁弁３
５をＯNさせることにより、空気圧シリンダ４１内を給
気ポート１８Ａを介して給気ラインと連通させた後に
（図６〜図８参照）、Ｓ１１に戻る。一方、「制御偏
差」が値ｓよりも大きいと判断しない場合には（Ｓ１
１：Ｎｏ）、Ｓ１４に進む。

【００３８】Ｓ１４では、「制御偏差」がマイナスの値
ｓよりも小さいか否かを判断する。ここで、「制御偏
差」がマイナスの値ｓより小さいと判断した場合には
（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、Ｓ１２で第１電磁弁３４をＯＦＦ
させ、さらに、Ｓ１３で第２電磁弁３５をＯＦＦさせる
ことにより、空気圧シリンダ４１内を排気ポート１８Ｂ
を介して排気ラインと連通させた後に（図６〜図８参
照）、Ｓ１１に戻る。一方、「制御偏差」がマイナスの
値ｓより小さいと判断しない場合には（Ｓ１４：Ｎ
ｏ）、Ｓ１７に進む。

【００３９】一方、「制御偏差」がマイナスの値ｓより
小さいと判断しない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、Ｓ１７
で第１電磁弁３４をＯＮさせ、さらに、Ｓ１８で第２電
磁弁３５をＯＦＦさせることにより、空気圧シリンダ４
１内を電空比例弁３３を介して給気ライン及び排気ライ
ンと連通させて、電空比例弁３３による真空圧力制御が
行われる状態（Ｓ１９）にした後に（図６〜図８参
照）、Ｓ１１に戻る。

【００４０】従って、「制御偏差」が値ｓよりも大きい
と判断した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、真空比例開閉
弁１６の空気圧シリンダ４１内を給気ラインと連通させ
て（図６参照）、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ
４１内に圧縮空気を急速に給気させることができる。そ
のため、例えば、真空圧力制御中に目標真空圧力値（目
標値）が変更されても、図２に示すように、真空比例開
閉弁１６の現在の弁開度に関係なく、「制御偏差」が値
ｓよりも小さくなるまでの時間は、第１電磁弁３４及び
第２電磁弁３５による真空圧力制御が行われる時間ｔで
あって、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内に
圧縮空気が急速に給気されるから、短時間で、真空チャ
ンバ内の真空圧力値（現在圧力値）を目標真空圧力値
（目標値）の近辺にまで変化させ、その後に（Ｓ１４：
Ｎｏ）、電空比例弁３３による微細な真空圧力制御を行
うことができる。

【００４１】これにより、例えば、コントローラ２０へ
信号が入力された結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を
全閉から全開にしなければならない場合には、図４に示
すように、コントローラ２０へ信号が入力されてから真
空比例開閉弁１６の弁開度が全開になるまでに要する時
間は、約０．５秒であった。

【００４２】また、「制御偏差」がマイナスの値ｓより
小さいと判断した場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、真空比
例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内を排気ラインと連
通させて（図６参照）、真空比例開閉弁１６の空気圧シ
リンダ４１内の圧縮空気を急速に排気させることができ
る。そのため、例えば、真空圧力制御中に目標真空圧力
値（目標値）が変更されても、図３に示すように、真空
比例開閉弁１６の現在の弁開度に関係なく、「制御偏
差」がマイナスの値ｓよりも大きくなるまでの時間は、
第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５による真空圧力制御
が行われる時間ｔであって、真空比例開閉弁１６の空気
圧シリンダ４１内の圧縮空気が急速に排気されるから、
短時間で、真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）
を目標真空圧力値（目標値）の近辺にまで変化させ、そ
の後に（Ｓ１４：Ｎｏ）、電空比例弁３３による微細な
真空圧力制御を行うことができる。

【００４３】これにより、例えば、コントローラ２０へ
信号が入力された結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を
全開から全閉にしなければならない場合には、図５に示
すように、コントローラ２０へ信号が入力されてから真
空比例開閉弁１６の弁開度が全閉になるまでに要する時
間は、約１．２秒であった。

【００４４】尚、Ｓ１１及びＳ１４における値ｓを求め
るために使用される百分率Ｘの値は、１０（％）である
が、コントローラ２０への入力により変更させることが
可能である。

【００４５】以上詳細に説明したように、本実施の形態
では、真空圧力センサー１４、１５で計測された真空チ
ャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）と外部から与えら
れた目標真空圧力値（目標値）との「制御偏差」の絶対
値が、真空圧力センサー１４、１５のフルスケール値の
Ｘ％の値ｓ（所定値）より大きい場合には（Ｓ１１：Ｙ
ｅｓ又はＳ１４：Ｙｅｓ）、第１電磁弁３４及び第２電
磁弁３５を介して、真空比例開閉弁１６の駆動源となる
空気圧シリンダ４１を排気ライン又は給気ラインに連通
させる一方、「制御偏差」の絶対値が値ｓ（所定値）以
下である場合には（Ｓ１１：Ｎｏ且つＳ１４：Ｎｏ）、
電空比例弁３３を介して空気圧シリンダ４１を排気ライ
ン又は給気ラインに連通させる。

【００４６】この点、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３
５のオリフィス径は電空比例弁３３よりも大きいので、
このとき、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５による急
速な真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空圧力値
（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）の近辺にま
で大きく変化させ、その後に、電空比例弁３３による微
細な真空圧力制御により、真空チャンバ内の真空圧力値
（現在圧力値）を目標真空圧力値（目標値）に到達させ
ることができ（図２、図３参照）、さらに、この真空圧
力制御では、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５による
真空圧力制御と、電空比例弁３３による真空圧力制御の
いずれを行うかは、「制御偏差」の絶対値と値ｓ（所定
値）の大小関係で決定されるため（Ｓ１１、Ｓ１４）、
真空比例開閉弁１６の弁開度に関係なく行うことができ
る。

【００４７】従って、本実施の形態では、図２及び図３
に示すように、殆どの場合で、「制御偏差」の大部分
を、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５による急速な真
空圧力制御で無くすことができるので、従来技術のもの
と比べて、真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）
が目標真空圧力値（目標値）に到達するまでの時間を短
縮できるので、圧力応答性が向上し、半導体製造のプロ
セス時間の短縮にも貢献することができる。

【００４８】例えば、コントローラ２０へ信号が入力さ
れた結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を全閉から全開
にしなければならない場合には、コントローラ２０へ信
号が入力されてから真空比例開閉弁１６の弁開度が全開
になるまでに要する時間は、従来技術では約７秒であっ
たが（図１２参照）、本実施の形態では約０．５秒であ
った（図４参照）。また、コントローラ２０へ信号が入
力された結果、真空比例開閉弁１６の弁開度を全開から
全閉にしなければならない場合には、コントローラ２０
へ信号が入力されてから真空比例開閉弁１６の弁開度が
全閉になるまでに要する時間は、図１５に示すように、
従来技術（図１４の技術）では、しきい値Ｒの設定次第
により、約１．２秒（Ｒ＝０．５ｍｍ）〜１２．３秒
（Ｒ＝２７．５ｍｍ）であったが、本実施の形態では約
１．２秒であった（図５参照）。

【００４９】特に、本実施の形態では、「制御偏差」の
絶対値の比較対象となる値ｓ（所定値）を、真空圧力セ
ンサー１４、１５のフルスケール値と百分率Ｘの値（所
定比率）との積としており、さらに、百分率Ｘの値（所
定比率）はコントローラ２０への入力により自由に設定
変更が可能であるから、真空チャンバ内の真空圧力値
（現在圧力値）が目標真空圧力値（目標値）に到達する
までの時間を短縮させることを、この真空圧力制御の分
解能に適合させつつつも、臨機応変に対応させることが
可能となる。

【００５０】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、図１のＳ１１及びＳ１４における
値ｓを求めるために使用される百分率Ｘの値は、目標真
空圧力値（目標値）の際に使用する真空圧力センサー１
４、１５ごとに設定してもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明の真空圧力制御システム及びコン
トローラでは、真空圧力センサーで計測された真空チャ
ンバ内の真空圧力値（現在圧力値）と外部から与えられ
た目標真空圧力値（目標値）との制御偏差の絶対値が所
定値より大きい場合には、第１電磁弁及び第２電磁弁を
介して、真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダ
を排気ライン又は給気ラインに連通させる一方、制御偏
差の絶対値が所定値より小さい場合には、電空比例弁を
介して空気圧シリンダを排気ライン又は給気ラインに連
通させるが、この点、第１電磁弁及び第２電磁弁のオリ
フィス径は電空比例弁よりも大きいので、このとき、第
１電磁弁及び第２電磁弁による急速な真空圧力制御によ
り、真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）を目標
真空圧力値（目標値）の近辺にまで大きく変化させ、そ
の後に、電空比例弁による微細な真空圧力制御により、
真空チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）を目標真空
圧力値（目標値）に到達させることができ、さらに、こ
の真空圧力制御では、第１電磁弁及び第２電磁弁による
真空圧力制御と、電空比例弁による真空圧力制御のいず
れを行うかは、制御偏差の絶対値と所定値の大小関係で
決定されるため、真空比例開閉弁の弁開度に関係なく行
うことができる。

【００５２】従って、本発明の真空圧力制御システム及
びコントローラでは、殆どの場合で、制御偏差の大部分
を、第１電磁弁及び第２電磁弁による急速な真空圧力制
御で無くすことができ、従来技術のものと比べて、真空
チャンバ内の真空圧力値（現在圧力値）が目標真空圧力
値（目標値）に到達するまでの時間を短縮できるので、
圧力応答性が向上し、半導体製造のプロセス時間の短縮
にも貢献することができる。

【００５３】特に、制御偏差の絶対値の比較対象となる
所定値を、真空圧力センサーのフルスケール値と所定比
率との積とすれば、真空チャンバ内の真空圧力値（現在
圧力値）が目標真空圧力値（目標値）に到達するまでの
時間を短縮させることを、この真空圧力制御の分解能に
適合させつつつも、臨機応変に対応させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフローチャート図である。

【図２】本発明の真空圧力制御の一例を示した図であ
る。

【図３】本発明の真空圧力制御の一例を示した図であ
る。

【図４】本発明において、真空比例開閉弁の弁開度を全
閉から全開にしなければならない場合に（フルストロー
ク３０ｍｍ）、コントローラへ信号が入力されてから真
空比例開閉弁の弁開度が全開になるまでに要する時間を
示した図である。

【図５】本発明において、真空比例開閉弁の弁開度を全
開から全閉にしなければならない場合に（フルストロー
ク３０ｍｍ）、コントローラへ信号が入力されてから真
空比例開閉弁の弁開度が全閉になるまでに要する時間を
示した図である。

【図６】本発明及び従来技術の概略を示したブロック図
である。

【図７】本発明及び従来技術で使用される真空比例開閉
弁が遮断した状態にあるときの断面図である。

【図８】本発明及び従来技術で使用される真空比例開閉
弁が開いた状態にあるときの断面図である。

【図９】従来技術のフローチャート図である。

【図１０】従来技術の真空圧力制御の一例を示した図で
ある。

【図１１】従来技術の真空圧力制御の一例を示した図で
ある。

【図１２】従来技術において、真空比例開閉弁の弁開度
を全閉から全開にしなければならない場合に（フルスト
ローク３０ｍｍ）、コントローラへ信号が入力されてか
ら真空比例開閉弁の弁開度が全開になるまでに要する時
間を示した図である。

【図１３】従来技術において、真空比例開閉弁の弁開度
を全開から全閉にしなければならない場合に（フルスト
ローク３０ｍｍ）、コントローラへ信号が入力されてか
ら真空比例開閉弁の弁開度が全閉になるまでに要する時
間を示した図である。

【図１４】従来技術の真空圧力制御の一例を示した図で
ある。

【図１５】しきい値を用いた従来技術において、真空比
例開閉弁の弁開度を全開から全閉しなければならない場
合に（フルストローク３０ｍｍ）、コントローラへ信号
が入力されてから真空比例開閉弁の弁開度が全閉になる
までに要する時間を示した図である。

【符号の説明】

１４、１５ 真空圧力センサー １６ 真空比例開閉弁 ２０ コントローラ ３３ 電空比例弁 ３４ 第１電磁弁 ３５ 第２電磁弁 ４１ 空気圧シリンダ ｓ 所定値 Ｘ 所定比率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H056 AA01 BB01 CA01 CB03 CC05 CC07 CC11 CC12 CD04 CE03 DD02 EE06 EE08 GG02 GG14 4K030 JA09 KA28 KA41 5H316 AA20 BB01 DD03 EE02 EE09 EE12 FF01 GG12 HH01 HH04 HH08 HH10 HH12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造ライン上に設けられた真空チ
   ャンバと、前記真空チャンバ内のガスを排出する真空ポ
   ンプと、前記真空チャンバと前記真空ポンプとを接続す
   る配管上にあって弁開度を変化させることにより前記真
   空チャンバ内の真空圧力を変化させるとともにポペット
   式の弁構造を持った真空比例開閉弁と、前記真空チャン
   バ内の真空圧力を計測する真空圧力センサーと、前記真
   空圧力センサーで計測された前記真空チャンバ内の真空
   圧力値と外部から与えられた目標真空圧力値との制御偏
   差に応じて外部コマンドを発生させるコントローラと、
   前記外部コマンドに従って前記真空比例開閉弁の弁開度
   を操作するサーボ機構と、前記サーボ機構を構成する第
   １電磁弁及び第２電磁弁と、前記サーボ機構を構成する
   とともに前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁よりも小さ
   な径のオリフィスを設けた電空比例弁と、を有し、前記
   第１電磁弁及び前記第２電磁弁、前記電空比例制御弁の
   動作により、前記真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧
   シリンダを排気ライン又は給気ラインに連通させて、大
   気圧から高真空圧までの範囲で前記真空チャンバ内の真
   空圧力をフィードバック制御する真空圧力制御システム
   において、 前記コントローラは、 前記制御偏差の絶対値が所定値より大きい場合には、前
   記第１電磁弁及び前記第２電磁弁を介して前記空気圧シ
   リンダを前記排気ライン又は前記給気ラインに連通させ
   る一方、前記制御偏差の絶対値が所定値より小さい場合
   には、前記電空比例弁を介して前記空気圧シリンダを前
   記排気ライン又は前記給気ラインに連通させること、 を特徴とする真空圧力制御システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する真空圧力制御システ
   ムであって、 前記所定値を、前記真空圧力センサーのフルスケール値
   と所定比率との積とすること、を特徴とする真空圧力制
   御システム。
3. 【請求項３】 半導体製造ライン上に設けられた真空チ
   ャンバと、前記真空チャンバ内のガスを排出する真空ポ
   ンプと、前記真空チャンバと前記真空ポンプとを接続す
   る配管上にあって弁開度を変化させることにより前記真
   空チャンバ内の真空圧力を変化させるとともにポペット
   式の弁構造を持った真空比例開閉弁と、前記真空チャン
   バ内の真空圧力を計測する真空圧力センサーと、前記真
   空圧力センサーで計測された前記真空チャンバ内の真空
   圧力値と外部から与えられた目標真空圧力値との制御偏
   差に応じて発生する外部コマンドと、前記外部コマンド
   に従って前記真空比例開閉弁の弁開度を操作するサーボ
   機構と、前記サーボ機構を構成する第１電磁弁及び第２
   電磁弁と、前記サーボ機構を構成するとともに前記第１
   電磁弁及び前記第２電磁弁よりも小さな径のオリフィス
   を設けた電空比例弁と、を有する真空圧力制御システム
   で使用されるとともに、前記外部コマンドを発生させ
   て、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁、前記電空比例
   制御弁を動作させることにより、前記真空比例開閉弁の
   駆動源となる空気圧シリンダを排気ライン又は給気ライ
   ンに連通させて、大気圧から高真空圧までの範囲で前記
   真空チャンバ内の真空圧力をフィードバック制御するコ
   ントローラにおいて、 前記制御偏差の絶対値が所定値より大きい場合には、前
   記第１電磁弁及び前記第２電磁弁を介して前記空気圧シ
   リンダを前記排気ライン又は前記給気ラインに連通させ
   る一方、前記制御偏差の絶対値が所定値より小さい場合
   には、前記電空比例弁を介して前記空気圧シリンダを前
   記排気ライン又は前記給気ラインに連通させること、を
   特徴とするコントローラ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載するコントローラであっ
   て、 前記所定値を、前記真空圧力センサーのフルスケール値
   と所定比率との積とすること、を特徴とするコントロー
   ラ。