JP3050294B2 - バルブ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ制御装置に
関し、特にＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor-phase ep
itaxy ）装置などでのガスミキシング、導入／排気（以
下、導入をＩＮＪと呼び、排気をＶＥＮＴと呼ぶ）の切
替時におけるバルブ開閉の制御を行うためのバルブ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、気相成長を行う場合、成長状態
にあっては、ＩＮＪ状態となり、成長していない状態に
あっては、ＶＥＮＴ状態となる。即ち、成長状態の際に
は、原料ガスが反応炉に流れ、カウンタガスが排気され
る状態となり、成長していない状態の際には、原料ガス
が排気され、カウンタガスが反応炉に流れている状態と
なる。ＭＯＶＰＥ装置における反応炉の上流側にあるガ
スのＩＮＪ／ＶＥＮＴから反応炉までに係る構成を図７
に示す。また、ＩＮＪ状態、即ち原料となるガスを反応
炉に流す場合と、ＶＥＮＴ状態、即ち原料となるガスを
排気する場合との夫々におけるバルブの開閉状態を図８
に示す。図７に示されるように、通常複数有るガスの切
替部分のバルブの状態は、成長時において、図８に示さ
れるＩＮＪ／ＶＥＮＴのいずれかの状態となっている。

【０００３】以下に、一種類のガスに着目し、ＶＥＮＴ
状態からＩＮＪ状態へと移行する際を例にして、時間経
過とバルブ動作、及びバルブ信号について図９及び図１
０を用いて説明する。図９及び図１０は、バルブＡ及び
バルブＤを閉から開に状態変化させ、バルブＢ及びバル
ブＣを開から閉に状態変化させる際におけるバルブ動作
と時間との関係及びバルブ信号について示すものであ
る。尚、図９において、斜線で示されるものは、開から
閉に変化するバルブＢ，Ｃと、閉から開に変化するバル
ブＡ，Ｄとのトータル開度を示す。図１０及び図９から
理解されるように、電気信号としてのバルブ信号に従っ
て、実際のバルブＡ〜Ｄは、バルブの仕様により定めら
れる所定の時間をもって、開から閉に、又は閉から開に
その状態を変化させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のバルブ制御技術によっては、バルブの状態切
替を示すバルブ信号がバルブに到達してから、状態を変
化させるまでの時間が、閉から開への状態変化と開から
閉への状態変化とで互いに異なることから、例えば、上
述した例では、４つのバルブＡ〜Ｄのトータルの開度が
１００％を越えることとなり、反応管圧力が瞬間的に高
くなり、ほぼ一定のトータル開度が得られないといった
問題があった。

【０００５】一般に、同一のバルブに関してバルブ信号
がバルブに到達してからバルブの状態が変化するまでの
時間を開から閉への変化と閉から開への変化とで比較し
た場合、バルブ動作は、開から閉への状態変化の方が遅
く、閉から開への状態変化の方が早い。例えば、前述の
図９及び図１０におけるバルブＡ〜Ｄの状態変化と時間
経過とに着目すると、図１０に示されるように、バルブ
Ａ，Ｄに対してバルブ状態を閉から開へと変化させるた
めのバルブ信号と、バルブＢ，Ｃに対してバルブ状態を
開から閉へと変化させるためのバルブ信号とは、同時に
発せられている。しかしながら、図９に示されるよう
に、バルブＢ，Ｃが閉じるまでの時間より、バルブＡ，
Ｄが開くまでの時間がかなり長いため、バルブＢ，Ｃが
開から閉への状態変化を完了させる前に、バルブＡ，Ｄ
が閉から開への状態変化を完了させてしまうため、バル
ブＡ〜Ｄの開度を合計して得られるトータル開度は、比
較的長い時間の間、１００％を越えてしまう。結果とし
て、反応管圧力は、瞬間的に高くなる。

【０００６】また、反応炉からみたトータル開度が一定
に保たれず、瞬間的ではあるものの、このような反応炉
内の圧力変動が生じると、製造されるデバイスの品質に
悪影響を及ぼすことなる。

【０００７】これまで、従来技術の有する欠点につい
て、一種類のガスに着目して説明してきたが、更に、複
数種類のガスを用いる場合、配管の様々な経路長差によ
りガスの進行時間が異なることから、ガスの種類によっ
て反応炉への到達時間が異なることとなり、ガスの均一
性が悪化し、成長面における境界がだれて、製造される
デバイス品質に悪影響を及ぼすこととなる。

【０００８】尚、バルブタイミングを制御する装置とし
ては、特開平７−１１９５０１号公報及び特開平３−１
８４９２号公報に開示されているものが挙げられる。し
かしながら、これらの公報に開示されているいずれの制
御技術も、本発明とは技術的分野が異なるため、電気信
号としてのバルブ信号がバルブに到達してから、バルブ
がその状態を変化させるにあたって、閉から開への状態
変化と開から閉への状態変化との間に時間差が有ること
について着目したものではなく、従って、上記した問題
を解消することのできないものである。

【０００９】そこで、本発明は、上述した問題を解消す
べく、バルブ切替時の圧力変動、濃度不安定、及びガス
配管長の差による到達時間差を抑制することのできるバ
ルブ制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、以下に示すバルブ制御装置を提供す
る。

【００１１】即ち、本発明によれば、第１のバルブ制御
装置として、複数のバルブに対して、夫々、バルブ信号
を送出することにより、バルブの開閉を制御するための
バルブ制御装置であって、複数のバルブの状態及び備え
られた環境に応じて、バルブ信号が対応する前記バルブ
に対して伝達されるまでの時間を送らせることのできる
ディレイ手段を有することを特徴とするバルブ制御装置
が得られる。

【００１２】また、本発明によれば、第２のバルブ制御
装置として、前記第１のバルブ制御装置において、演算
処理装置、該演算処理装置に接続されるメモリ、該演算
処理装置に接続されるタイマ、並びに前記演算処理装置
及びバルブに接続される入出力インタフェースを備え、
前記ディレイ手段は、ソフト的に構成されており、前記
メモリに格納される現在のバルブの状態と次のバルブの
状態とから、バルブ信号をバルブに対して送出する時間
をディレイするかどうかについて、前記演算処理装置に
より演算し、ディレイする必要があると判断した場合に
は、前記タイマに当該ディレイさせる時間をセットする
ことにより達成され、前記演算処理装置は、前記タイマ
がタイムアップしたのを受けて、前記入出力インタフェ
ースから前記バルブに対してバルブ信号を送出するよう
にして、前記バルブの開閉を制御することを特徴とする
バルブ制御装置が得られる。

【００１３】更に、本発明によれば、第３のバルブ制御
装置として、前記第１のバルブ制御装置において、演算
処理装置、該演算処理装置に接続された入出力インタフ
ェース、該入出力インタフェース及び前記バルブに接続
されたディレイ手段を備え、該ディレイ手段は、前記演
算処理装置から出力されるバルブ信号を前記入出力イン
タフェースを介して受けて、接続された前記バルブの状
態及び備えられた環境に応じて、前記バルブ信号が対応
する前記バルブに対して伝達されるまでの時間を送らせ
ることを特徴とするバルブ制御装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態によ
るバルブ制御装置について図面を参照して詳細に説明す
る。

【００１５】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態のバルブ制御装置は、図１に示されるような構成
を備え、図２に示されるようにソフトウェア的に構成さ
れたディレイ手段を有するものである。以下により詳細
に示す。

【００１６】本実施の形態のバルブ制御装置は、図１に
示されるように、演算処理装置（以下、ＣＰＵ）１、メ
モリ２、タイマ３、入出力インタフェース（以下、Ｉ／
Ｏ）を備えている。ＣＰＵ１は、タイマ３から一定時間
ごとに割り込みをかけられて、メモリ２に格納されてい
るプログラムに従って演算処理を実行し、タイマを用い
て所定の時間をカウントした後に、バルブ信号をＩ／Ｏ
４を介してバルブ５に出力する。メモリ２は、プログラ
ムの他に、現在のバルブの状態（閉又は開）や、各バル
ブごとに応じたタイマディレイの時間等をも格納してい
る。タイマ３は、一定時間ごとにＣＰＵ１に対して割り
込みをかけると共に、各バルブごとに応じてＣＰＵ１か
らディレイタイムをセットされ、カウントダウン（若し
くはカウントアップ）することにより、セットされたデ
ィレイタイムがタイムアップすると、ＣＰＵ１に対して
その旨を通達する。

【００１７】以下に、図２を用いて複数のバルブ信号を
夫々に所定の時間をもってディレイさせるためのディレ
イ手段について、説明する。

【００１８】まず、タイマ３は、一定時間ごとにＣＰＵ
１に対して割り込みをかける。

【００１９】ＣＰＵ１は、タイマ３からの割り込みが入
ると、図２に示される割り込みルーチンを実行する。割
り込みルーチンに入ると、ＣＰＵ１は、各バルブについ
て現在の状態と次の状態とからディレイタイムが必要で
あるかどうかを判断し、必要である場合は、タイマ３に
ディレイタイムをセットする一方で、必要ない場合は、
タイマ３のディレイタイムを０リセットする。詳しく
は、図２に示されるように、例えば、まず、バルブＡ１
について、ＣＰＵ１は、メモリ２に格納されている現在
の状態を参照し、次の状態が閉から開への変化であるか
どうかを判定する（ステップＳ１０１）。次の状態が閉
から開への変化である場合、ＣＰＵ１は、開から閉への
変化と比較して早くその動作が終了してしまうため、そ
の時間を補償すべく、所定の時間をディレイタイムとし
て、タイマ３に対してセットする（ステップＳ１０
２）。一方、次の状態が開から閉への変化である場合、
ＣＰＵ１は、閉から開への変化と比較して遅くその動作
が終了することとなるため、ディレイタイムが必要ない
ため、タイマ３を０リセットする。（ステップＳ１０
３）。次いで、ＣＰＵ１は、バルブＢ１について、メモ
リ２に格納されている現在の状態を参照し、次の状態が
閉から開への変化であるかどうかを判定する（ステップ
Ｓ１０４）。次の状態が閉から開への変化である場合、
ＣＰＵ１は、開から閉への変化と比較して早くその動作
が終了してしまうため、その時間を補償すべく、所定の
時間をディレイタイムとして、タイマ３に対してセット
する（ステップＳ１０５）。一方、次の状態が開から閉
への変化である場合、ＣＰＵ１は、閉から開への変化と
比較して遅くその動作が終了することとなるため、ディ
レイタイムが必要ないため、タイマ３を０リセットす
る。（ステップＳ１０６）。同様にして、全てのバルブ
について、必要であればディレイタイマをセットする。
本実施の形態においては、他のバルブについて全てディ
レイタイマをセットした後、バルブＡｎについての処理
を行う。即ち、ＣＰＵ１は、最後に、バルブＡｎについ
て、メモリ２に格納されている現在の状態を参照し、次
の状態が閉から開への変化であるかどうかを判定する
（ステップＳ１０７）。次の状態が閉から開への変化で
ある場合、ＣＰＵ１は、開から閉への変化と比較して早
くその動作が終了してしまうため、その時間を補償すべ
く、所定の時間をディレイタイムとして、タイマ３に対
してセットする（ステップＳ１０８）。一方、次の状態
が開から閉への変化である場合、ＣＰＵ１は、閉から開
への変化と比較して遅くその動作が終了することとなる
ため、ディレイタイムが必要ないため、タイマ３を０リ
セットする。（ステップＳ１０９）。このように全ての
バルブについて必要と有ればディレイタイマをセットし
て次のステップＳ１１０へ進む。

【００２０】ステップＳ１１０においては、全てのバル
ブに対してバルブ信号が出力されたかどうかを判定す
る。しかしながら、最初にステップＳ１１０を実行する
際には、まだ、ディレイタイムをセットしたのみであ
り、いずれのバルブ信号をも出力していないことから、
次のステップＳ１１１に進む。本実施の形態において
は、ステップＳ１１１及びステップＳ１１２により、バ
ルブ信号が送出されていない全てのバルブについて、一
つ一つディレイタイムがタイムアップしたかどうか判定
し（ステップＳ１１２）、タイムアップした場合は、Ｉ
／Ｏからディレイ信号を対応するバルブに対して出力す
る（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１２で、まだ、
ディレイタイムがタイムアップしていない場合、ステッ
プＳ１１３においてバルブ信号を出力した場合のいずれ
の場合もステップＳ１１０に戻り、全てのバルブについ
てのバルブ信号出力が終了したかどうかの判定を行い、
バルブ信号の出力が終了するまで、上記したステップＳ
を繰り返し実行する。その上で全てのバルブに対してバ
ルブ信号の出力が終了すると、ＣＰＵ１は、割り込みル
ーチンを抜ける。

【００２１】このような本実施の形態に示される制御を
行うことで、最初にディレイタイムが０と設定されたバ
ルブに対しては、直ぐにバルブ信号が出力されるが、所
定時間のディレイタイムが設定されたバルブに対して
は、その設定時間に達するまでバルブ信号が出力されな
い。このようにして、本実施の形態に示されるバルブ制
御装置によれば、異なったタイミングをもってバルブ信
号を出力することができ、トータル開度を１００％近傍
に保ち、トータル開度の変化を比較的緩やかにすること
で、従来問題とされていた瞬間的な圧力変化を抑制する
ことができる。

【００２２】図３に、本実施の形態により制御されたバ
ルブの状態変化と時間との関係を示す。図３を参照する
と、本実施の形態によるトータル開度は、１００％近傍
で、変化しており、平均的には１００％に近い。これ
は、図４に示されるように、夫々のバルブに対して、状
態変化などに応じて異なるタイミングをもってバルブ信
号を出力していることによる。図９と比較すれば理解さ
れるように、本実施の形態によれば、異なったタイミン
グでバルブ信号を出力することができるため、従来例と
比較して安定したトータル開度が得られる。

【００２３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態によるバルブ制御装置について図５及び図
６を用いて説明する。

【００２４】本実施の形態によるバルブ制御装置は、デ
ィレイ手段としてハードウェアで構成されるディレイ回
路８を備えている。詳しくは、本実施の形態によるバル
ブ制御装置は、バルブ信号１０を出力するＣＰＵ６、Ｃ
ＰＵ６からバルブ信号１０を受けてＩ／Ｏ信号１１とし
て出力するＩ／Ｏ７、Ｉ／Ｏ７からＩ／Ｏ信号１１を受
けてバルブ９に対して設定されたディレイタイムに応じ
て出力するタイミングを変化させるようにしてバルブデ
ィレイ信号１２として出力するディレイ回路８を備えて
いる。従来のハードウェア構成では、ＣＰＵからＩ／Ｏ
を経由して、直接、バルブを駆動していたが、Ｉ／Ｏと
バルブとの間にディレイ回路を追加することにより、従
来のバルブ制御装置に対して本発明による機能を追加す
ることが可能となる。

【００２５】図６は、本実施の形態におけるディレイ回
路８の構成を示す。

【００２６】本実施の形態によるディレイ回路８は、各
バルブごとに設けられるものであり、ディレイ設定値出
力手段８１、論理積回路８２、及び減算カウンタ８３を
備えている。ディレイ設定値出力手段８１には、いずれ
かのバルブ（当該ディレイ回路８の対応するバルブ）に
対応したディレイ設定値が格納されており、当該ディレ
イ設定値は減算カウンタ８３に対してディレイ設定値出
力手段８１から出力される。論理積回路８２は、Ｉ／Ｏ
信号１１及びクロックＣｌｏｃｋを受けて論理積をと
り、カウント信号１３として出力する。減算カウンタ８
３は、Ｉ／Ｏ信号１１をリセット信号として受けて、デ
ィレイ設定値からカウント信号１３を減算するようにし
てカウントし、カウント値が０となった場合に、バルブ
の状態を変化させるためのバルブディレイ信号１２を出
力する。

【００２７】以下に、このような構成を備える本実施の
形態のディレイ回路における動作について説明する。

【００２８】まず、ディレイ設定値出力手段８１にて減
算カウンタ８３に対して予め目標となるディレイ時間を
設定する。論理積回路８２は、クロックＣｌｏｃｋとし
て、常に矩形波の信号が入力されている。この論理積回
路８２に対してＩ／Ｏ７からＩ／Ｏ信号１１が入力され
る。Ｉ／Ｏ信号１１は、“０”が閉を示し、“１”が開
を示すものであると仮定する。このような仮定の下で
は、Ｉ／Ｏ信号１１が閉“０”を示す際には、クロック
Ｃｌｏｃｋは、論理積回路８２により打ち消され、カウ
ント信号１３は、常に“０”のままとなる。従って、減
算カウンタ８３は、減算を行わない。更に、減算カウン
タ８３には、Ｉ／Ｏ信号１１がリセット信号として入力
されているため、Ｉ／Ｏ信号１１の入力によりディレイ
設定値がディレイ設定値出力手段８１からロードされて
いる。この状態でバルブ信号が閉“１”、即ちＩ／Ｏ信
号が“１”を示すと、減算カウンタ８３は、リセット解
除される。また、論理積回路８２は、クロックＣｌｏｃ
ｋがそのままカウント信号１３として減算カウンタに出
力される。そのため、減算カウンタ８３は、ロードされ
ていたディレイ設定値から、カウント信号１３をもって
カウントダウンを開始する。減算カウンタ８３は、カウ
ントダウンした結果、ディレイ設定値のタイムアップす
ると、バルブディレイ信号１２を出力する。このような
動作を行うディレイ回路を全てのバルブに取り付けるこ
とにより、バルブごとに設定されたディレイ時間に応じ
たタイミングを制御することが可能となる。

【００２９】尚、いうまでもないことであるが、全ての
バルブに対応するディレイ設定値（若しくは、第１の実
施の形態におけるディレイタイマの設定値）の夫々は、
他のバルブとの関係により定められる。その結果、反応
炉から見た全てのバルブのトータル開度を調整すること
ができるため、反応管内圧力の変動をなだらかに制御す
ることが可能である。また、ガス種類別に１つのブロッ
ク単位と考え、配管長、配管抵抗などから、反応炉まで
の到達時間を計算し、その到達時間を考慮したディレイ
設定値等を設定することにより、これら配管長等による
ガスの到達時間を変化させることが可能である。従っ
て、本発明の実施の形態によれば、配管長によるガス到
達時間のばらつきをも抑制することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応炉から見た全てのバルブのトータル開度を１００％
近傍に保つようにして調節することにより、反応管内の
圧力の変動を抑制することができるバルブ制御装置が得
られる。

【００３１】また、本発明によれば、ガス種類別に１つ
のブロック単位と考え、配管長及び配管抵抗などから、
反応炉までの到達時間を計算し、その計算結果をもって
バルブの状態変化を遅らせることにより、配管長などに
よるガスの到達時間を変化させることが可能であるた
め、配管長などによるガス到達時間のばらつきを抑制す
ることができるバルブ制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のバルブ制御装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における割り込みル
ーチンとしてのバルブディレイ手段を示すフローチャー
トである。

【図３】本発明の第１の実施の形態のバルブ制御装置に
よる制御の結果としてのトータル開度などの時間経過を
示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態によるバルブ信号出
力のタイミングを示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態によるバルブ制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態のバルブ制御装置に
おけるディレイ回路の詳細を示す図である。

【図７】従来のＭＯＶＰＥ装置のバルブ近辺の構成を示
す図である。

【図８】従来、気相成長を行う場合のバルブの切替状態
を示す図である。

【図９】従来のバルブ制御によるトータル開度等と時間
との関係を示す図である。

【図１０】従来のバルブ制御におけるバルブ信号出力の
タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ（演算処理装置） ２ メモリ ３ タイマ ４ Ｉ／Ｏ（入出力インタフェース） ５ バルブ ６ ＣＰＵ ７ Ｉ／Ｏ ８ ディレイ回路 ８１ ディレイ設定値出力手段 ８２ 論理積回路 ８３ 減算カウンタ ９ バルブ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のバルブに対して、夫々、バルブ信
   号を送出することにより、バルブの開閉を制御するため
   のバルブ制御装置であって、 演算処理装置、該演算処理装置に接続されるメモリ、該
   演算処理装置に接続されるタイマ、並びに前記演算処理
   装置及びバルブに接続される入出力インタフェースを備
   え、 複数のバルブの状態及び備えられた環境に応じて、バル
   ブ信号が対応する前記バルブに対して伝達されるまでの
   時間を、遅らせることのできるディレイ手段であって、
   ソフト的に構成されており、前記メモリに格納される現
   在のバルブの状態と次のバルブの状態とから、バルブ信
   号をバルブに対して送出する時間をディレイするかどう
   かについて、前記演算処理装置により演算し、ディレイ
   する必要があると判断した場合には、前記タイマに当該
   ディレイさせる時間をセットすることにより、達成され
   たディレイ手段を有し、 前記演算処理装置は、前記タイマがタイムアップしたの
   を受けて、前記入出力インタフェースから前記バルブに
   対してバルブ信号を送出するようにして、前記バルブの
   開閉を制御することを特徴とするバルブ制御装置。
2. 【請求項２】 複数のバルブに対して、夫々、バルブ信
   号を送出することにより、バルブの開閉を制御するため
   のバルブ制御装置であって、 演算処理装置、該演算処理装置に接続された入出力イン
   タフェース、該入出力インタフェース及び前記バルブに
   接続されたディレイ手段を備え、 前記ディレイ手段は、前記演算処理装置から出力される
   各バルブ信号を前記入出力インタフェースを介して受け
   て、前記複数のバルブの状態及び備えられた環境に応じ
   て、現在のバルブの状態と次のバルブの状態とから、デ
   ィレイ時間を得、そのディレイ時間をもって、各バルブ
   信号が対応する前記バルブに対して伝達されるまでの時
   間を、バルブ毎に遅らせることのできるものであること
   を特徴とするバルブ制御装置。