JP4095733B2 - 真空圧力制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置で使用される真空圧力制御システムに関する。
【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。例えば、図１６に示すＣＶＤ装置においては、真空容器である反応室１０内のウエハーに対して、反応室１０の入口１１から材料ガスを供給するとともに、反応室１０の出口１２から真空ポンプ１３で排気することによって、反応室１０内を真空状態に保っている。
【０００３】
このとき、反応室１０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、特許公報第２６７７５３６号において、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。
【０００４】
そこで、特許公報第２６７７５３６号に記載された真空圧力制御システム（以下、「従来技術の真空圧力制御システム」という）の概要について簡単に説明する。図１５に、図１６に対する、従来技術の真空圧力制御システムのブロック図を示す。従来技術の真空圧力制御システムは、コントローラ２０、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から構成される。
【０００５】
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２３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。
【０００６】
真空圧力制御回路２２は、図１６の反応室１０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。
【０００７】
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、時間開閉動作弁３３、第１電磁弁３４、第２電磁弁３５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（「弁開度センサー」に相当するもの）からアンプ１９を介して与えられた真空比例開閉弁１６の開度とを比較して、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、時間開閉動作弁３３へパルス信号を送信するものである。
【０００８】
時間開閉動作弁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１３、図１４参照）内の空気圧力を調整するものである。
【０００９】
操作部４０である真空比例開閉弁１６は、図１６について言えば、反応室１０から真空ポンプ１３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１３、図１４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。
【００１０】
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１３に示すように、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０（「弾性シール部材」に相当する）が弁座４７に密接し、真空比例開閉弁１６は遮断した状態となる。
【００１１】
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１４に示すように、ポペット弁体４５は弁座４７から離間し、真空比例開閉弁１６は開いた状態となる。
【００１２】
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の開度に相当するものである。
【００１３】
検出部である真空圧力センサー１４、１５は、図１６の反応室１０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。
【００１４】
このような構成を持つ従来技術の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（ＣＬＯＳＥ）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１５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。
【００１５】
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、時間開閉動作弁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、弁のリフト量が、空気圧シリンダ４１で操作できる状態となる。
【００１６】
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、図１６において、真空圧力センサー１４、１５で反応室１０内の真空圧力値を計測し、それと目標真空圧力値との差に応じて、弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力し、これにより真空比例開閉弁１６の弁のリフト量を操作し、排気系のコンダクタンスを変化させることによって、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持する。
【００１７】
従って、従来技術の真空圧力システムでは、真空圧力制御回路２２が弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力して真空比例開閉弁１６の開度を操作することによって、排気系のコンダクタンスを幅広く確実に変化させることができるので、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って、反応室１０内の真空圧力を精度良く目標真空圧力値に一定に保持することができる。
【００１８】
また、コントローラ２０においては、反応室１０内の真空圧力に対するフィードバック制御の制御偏差が大きいときは、フィードバック制御の操作量を最大にさせており、フィードバック制御の速応性が十分に確保している。一方、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させており、反応室１０内の真空圧力を安定した状態で維持することができる。
【００１９】
具体的には、図１７に示すように、真空圧力センサー１４、１５で計測された反応室１０内の真空圧力値を比例微分回路１０５、１０６により調整した値は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値と比較した後、比例微分積分回路１０２、１０３に入力される。その後、直列に接続された積分回路１０４は、位置制御回路３１に出力するため、０〜５Ｖの範囲の電圧を出力する。積分回路１０４の時定数は、積分時間調整回路１０１により決定される。
真空圧力センサー１４、１５の計測値が、目標真空圧力値に対し離れているときは、内部演算回路により積分回路の積分時間が極小となるように動作する。これにより、積分回路１０４は、ほぼ無限大のゲインをもつ増幅回路として機能する。
すなわち、真空圧力センサー１４、１５の計測値＞目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最大値である５Ｖが、位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は急速に開く方向に動作する。
【００２０】
真空圧力センサー１４、１５の計測値＜目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最小値である０Ｖが位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は、急速に閉じる方向に動作する。
これらの動作により、真空比例開閉弁１６の弁開度（弁のリフト量）は、目標真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間で到達できる。
その後、目標真空圧力値にするための位置の近くまで到達したと判断した積分時間調整回路１０１は、その位置にて真空圧力を安定した状態で保持するため、予め調整された積分回路１０４の時定数に段階的に移行する動作を行う。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の真空圧力制御システムにおいては、図１６のＣＶＤ装置の反応室１０について言えば、真空比例開閉弁１６の接ガス面に析出しやすいジクロールシランなどの材料ガスが入口１１から供給されることが多いことから、反応室１０の材料ガスが通過する真空比例開閉弁１６を定期的に分解・清浄・再組立する必要があった。
【００２２】
そして、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化などから、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が変わることとなる。
【００２３】
従って、例えば、反応室１０内の真空圧力を高真空圧から大気圧付近の目標真空圧力値に変化させる場合に、積分回路１０４の最小値である０Ｖを位置制御回路３１に対して出力し、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０を弁座４７に密接させて、真空比例開閉弁１６を遮断状態にして、反応室１０内の真空圧力を高真空圧から大気圧付近の目標真空圧力値に急速に近づけることが行われると、その後に、真空圧力制御回路２２が弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力して真空比例開閉弁１６の開度を操作しても、ポペット弁体４５が動き始めた直後の真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が変わることによって、反応室１０内の材料ガスの排出が再び開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて長くなることがあるので、その結果、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）があった。また、同様にして、反応室１０内の材料ガスの排出が開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて短くなることがあるので、真空比例開閉弁１６が遮断状態にある場合に、反応室１０内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させる際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（アンダーシュート）があった。
【００２４】
また、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化、電気的な経年変化などから、弁座４７とポテンショメータ１８の位置関係が真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて上下に変化するので、真空比例開閉弁１６の開度が同じ値であっても、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後では、真空比例開閉弁１６の開度を計測するポテンショメータ１８の出力値が異なることとなる。
【００２５】
一方、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行う場合には、ポテンショメータ１８の出力値で真空比例開閉弁１６の開度を測定しながら、真空圧力制御回路２２から出力された弁開度指令値に従って真空比例開閉弁１６の開度を操作しており、真空比例開閉弁１６の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、ポテンショメータ１８の出力値で判断しているので、ポテンショメータ１８の出力値と真空圧力制御回路２２から出力された弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。すなわち、弁開度指令値は、ポテンショメータ１８の出力値を介して、真空比例開閉弁１６の開度と一対一の対応関係にあった。
【００２６】
従って、ポテンショメータ１８の出力値のずれが生じると、真空比例開閉弁１６の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係にもずれが生じることとなる。そして、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係のずれが大きい場合には、ポテンショメータ１８の出力値と弁開度指令値との電気的対応関係の範囲内から、真空比例開閉弁１６の開度の制御範囲の一部が外れることがあり、真空比例開閉弁１６の再組立後において、真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正できないことがあった。
【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、真空比例開閉弁の弁体が動き始めた直後の弁開度指令値を、弁開度指令値の最下点として真空比例開閉弁の開度を制御することによって、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止する真空圧力制御システムを提供することを目的とする。また、真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正する真空圧力制御システムを提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために成された請求項１に係る発明は、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁と、前記真空容器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の出力値と目標真空圧力値に基づいて発生させる弁開度指令値で前記真空比例開閉弁の開度を制御するコントローラとを有する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁が、弁座と、前記弁座と当接または離間する弾性シール部材を設けた弁体とを備え、前記弁体が前記弁座と密接している際の前記弁開度センサーの出力値に対応する前記弁開度指令値を、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、前記真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、前記真空容器内の真空圧力を変化させる際に、前記目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することを特徴とする。
【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、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を除々に変化させながら前記真空比例開閉弁の開度を制御し、前記弁体が動き始めた直後の前記弁開度指令値を、新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うことを自動的に行うことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載する真空圧力制御システムであって、新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際に、前記弁体が動き始めた直後から前記弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの前記真空比例開閉弁の開度の制御、及び、前記真空比例開閉弁の再組立又は経年変化による前記真空比例開閉弁の開度の零点のずれに対する補正を、前記弁開度センサーの出力値と前記弁開度指令値との電気的対応関係内で確保することを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を前記コントローラに記憶して保持することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーを備え、前記弁開度センサーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダと、前記空気圧シリンダ内の空気圧を計測する空気圧センサーとを備え、前記空気圧シリンダーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする。
【００３２】
このような特定事項を有する本発明の真空圧力制御システムでは、真空ポンプは、真空容器内のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁の開度を変化させることにより、真空容器内から真空ポンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力を変化させている。また、真空圧力センサーは真空容器内の真空圧力を計測する。コントローラは、目標真空圧力と真空圧力センサーの出力値が一致するように、弁開度指令値をもって、真空比例開閉弁の開度を制御する。
このとき、弁開度センサーの出力値で真空比例開閉弁の開度を測定しながら、コントローラから発生した弁開度指令値に従って真空比例開閉弁の開度を制御しており、真空比例開閉弁の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、弁開度センサーの出力値で判断しているので、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。
【００３３】
そして、本発明の真空圧力制御システムの立ち上げ時において、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度として、初期の真空比例開閉弁の開度の零点として扱う。さらに、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の不感帯特性をなくしている。
【００３４】
一方、真空比例開閉弁を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、弁体に設けられた弾性部材の経時変化、電気的経事変化などから、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変わることとなる。従って、弁開度指令値を最下点からステップ的又はランプ的に変化させて、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作しても、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変わることによって、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁の再組立前のものと比べて長く又は短くなることがある。
同時に、真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーの出力値が異なることとなるから、真空比例開閉弁の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁の開度との対応関係にもずれが生じることとなる。
【００３５】
そこで、本発明の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁の再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことを自動的に行い、さらに、新たな真空比例開閉弁の開度の零点に対応する弁開度指令値をコントローラに記憶して保持する。これにより、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が再び開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近で変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）を防止することができる。また、同様にして、真空室内のガスの排出が開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空比例開閉弁が遮断状態にある場合に、真空室内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させるときでも、真空室内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（アンダーシュート）を防止することができる。
【００３６】
ただし、真空比例開閉弁の再組立後の弁開度指令値と真空比例開閉弁の開度との対応関係のずれが大きい場合は、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱ったときに、弁体が動き始めた直後から弁体を弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御範囲の一部が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内に収まらないことがある。そこで、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにする。これにより、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００３７】
新たな真空比例開閉弁の開度の零点を自動的に算出するには、例えば、以下の手順で行うことができる。先ず、再組立後の真空比例開閉弁において、弁体が弁座と密接させて、機械的に最下点の位置にする。
【００３８】
そして、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求め、暫定弁開度指令値を除々に変化させながら真空比例開閉弁の開度を操作する。その後、弁体が動き始めた直後の弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点とする。尚、弁体が動き始めた直後の時点は、弁開度センサーの出力値が変動し始めたことで判断する。
【００３９】
また、真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダと、空気圧シリンダの空気圧を計測する空気圧センサーを備えている場合には、弁体が弁座と密接している際に、空気圧シリンダの空気圧を除々に変化させながら真空比例開閉弁の開度を操作する。その後、真空容器内の真空圧力が僅かに変化した時の空気圧シリンダ内の空気圧を空気圧センサーで計測し、その計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点とする。尚、真空容器内の真空圧力が僅かに変化した時点は、真空圧力センサーの出力値が変動し始めたことで判断する。
【００４０】
すなわち、本発明の真空圧力制御システムでは、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することができる。
【００４１】
また、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにしているので、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００４２】
【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。本実施の形態の真空圧力制御システムは、従来技術の真空圧力制御システムと同様な構成を持つものである。従って、本実施の形態の真空圧力制御システムは、従来技術の欄で述べたように、半導体製造ライン上に設けられたＣＶＤ装置の反応室１０内の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５で計測して、外部から与えられた目標真空圧力値との差を求め、この差に応じてコントローラ２０が弁開度指令値を発生し、この弁開度指令値に従って空気圧制御部３０が真空比例開閉弁１６の開度を操作し、反応室１０から真空ポンプ１３までの排気系のコンダクタンスを変化させることによって、真空ポンプ１３でガスが排出される反応室１０内の真空圧力を、大気圧から高真空圧までの範囲にある目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行うものである。
【００４３】
このとき、空気圧制御部３０は、ポテンショメータ１８の出力値で真空比例開閉弁１６の開度を測定しながら、弁開度指令値に従った真空比例開閉弁１６の開度を操作しているので、真空比例開閉弁１６の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、ポテンショメータ１８の出力値で判断しているので、ポテンショメータ１８の出力値とコントローラ２０から発生された弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。
【００４４】
例えば、コントローラ２０が発生する弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８がアンプ１９を介して発生する出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合には、図４に示すような一対一の電気的対応関係にある。そして、ポペット弁体４５が弁座４７から離間する距離（弁の開度）も、ポテンショメータ１８がアンプ１９を介して発生する出力値と一対一の対応関係にある。すなわち、弁開度指令値は、ポテンショメータ１８の出力値を介して、真空比例開閉弁１６の開度と一対一の対応関係にある。
【００４５】
そして、本実施の形態の真空圧力制御システムの立ち上げ時においては、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値（１．２Ｖ）に対応する弁開度指令値（０．２５Ｖ）を、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度として、初期の真空比例開閉弁１６の開度の零点として扱っている。
【００４６】
一方、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化、電気的経時変化などから、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度が変わることとなる。
【００４７】
また、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、弁座４７とポテンショメータ１８の位置関係が真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて上下に変化するので、真空比例開閉弁１６の開度が同じ値であっても、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後では、真空比例開閉弁１６の開度を計測するポテンショメータ１８の出力値が異なることとなる。従って、ポテンショメータ１８の出力値のずれが生じることから、真空比例開閉弁１６の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係にもずれが生じる。
【００４８】
そこで、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応する弁開度指令値を、初期の真空比例開閉弁１６の開度の零点にかわる、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点として、図１０のコントローラ２０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で自動的に算出し、コントローラ２０内に記憶して保持している。図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で算出する手順の一例を図１のフローチャートを用いて説明する。但し、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する際は、再組立後の真空比例開閉弁１６において、ポペット弁体４５を弁座４７と密接させて、機械的に最下点の位置にしておく。
【００４９】
そして、図１のＳ１において、ポテンショメータ１８の出力値に基づいて、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあるか否かを判断する。ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にないと判断した場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、Ｓ１２に進んで、メインプログラムに戻るが、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあると判断した場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、Ｓ２に進んで、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあると判断した際のポテンショメータ１８の出力値を取得する。そして、Ｓ３において、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として取得する。例えば、図４に示すように、弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８の出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合には、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値をＹ（Ｖ）、暫定弁開度指令値をＸ（Ｖ）とすれば、
（Ｙ−１）：（Ｘ−０）＝（５−１）：（５−０）
の比例式により計算する。
【００５０】
また、Ｓ４において、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値に基づいて、判定点となるポテンショメータ１８の検出値を設定する。その後、Ｓ５において、Ｓ３で計算した暫定弁開度指令値を空気圧制御部３０へ出力する。
【００５１】
その後、Ｓ６では、ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えているか判断する。ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていると判断した場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、Ｓ７に進んで、越えたことを示すフラグをコントローラ２０の内部において記憶する。そして、Ｓ８に進んで、暫定弁開度指令値に対して１５ｍＶを引いた値を、新たな暫定弁開度指令値とし、Ｓ６に戻る。
【００５２】
一方、ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていないと判断した場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、Ｓ９に進んで、越えたことを示すフラグが立っているか判断する。越えたことを示すフラグが立っていると判断した場合には（Ｓ９：Ｙｅｓ）、Ｓ１１に進んで、暫定弁開度指令値を新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点として決定する。一方、越えたことを示すフラグが立っていないと判断した場合には（Ｓ９：Ｎｏ）、Ｓ１０に進んで、暫定弁開度指令値に対して１５ｍＶを加えた値を、新たな暫定弁開度指令値とし、Ｓ６に戻り、Ｓ１１に進むまで、上述した処理を繰り返す。
【００５３】
図５は、ポテンショメータ１８の出力値が既に判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えている場合において、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定するまでの経過を説明する図である。この場合では、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６のループ処理を２回繰り返した後に、Ｓ１１に進んで、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定されている。また、図６は、ポテンショメータ１８の出力値が未だ判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていない場合において、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定するまでの経過を説明する図である。この場合では、Ｓ６→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ６のループ処理を２回繰り返した後に、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６のループ処理を１回行った後に、Ｓ１１に進んで、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定されている。
【００５４】
尚、図５と図６の機械的基準点とは、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあり、かつ、真空比例開閉弁１６の駆動源となる空気圧シリンダ４１内の空気圧が大気圧にある状態にあることを意味するものである。従って、図１のフローチャートによって決定される、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、判定値を僅かに下回るものとすることによって、空気圧シリンダ４１内の空気圧の充填が考慮されるので、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値とすることができる。
【００５５】
すなわち、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例である図１のフローチャートでは、Ｓ３において、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求め、Ｓ１１で決定された新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、Ｓ３で取得された暫定弁開度指令値より僅かに変化した弁開度指令値となっている（図５、図６参照）。そして、Ｓ１１で決定された、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、判定値を僅かに下回るものであるから、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値となる。
【００５６】
また、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例として、以下のものがある。例えば、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求める。この計算方法は、図１のＳ３の計算方法と同様である。そして、暫定弁開度指令値を除々に変化させながら真空比例開閉弁１６の開度を空気圧制御部３０で操作する。その後、ポテンショメータ１８の出力値の変動開始をもって、ポペット弁体４５が動き始めた直後の時点を特定し、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度零点とする。このように、オートティーチングにより算出した、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、図３に示すように、ゼロ点補正プログラムを介して、コントローラ２０が弁開度指令値を発生する際に考慮される。
【００５７】
尚、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を、ポペット弁体４５が動き始める直前の弁開度指令値としたい場合には、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値に対して、真空比例開閉弁１６の開度の閉方向に僅かに変化させた値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とする。
【００５８】
また、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例として、以下のものがある。例えば、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際に、空気圧シリンダ４１の空気圧を除々に変化させながら真空比例開閉弁１７の開度を空気圧制御部３０で操作する。ここで、空気圧シリンダ４１の空気圧を除々に変化させることは、空気圧シリンダ４１の空気圧を計測する空気圧力センサー７０を使用して、図１０のバイアス制御回路１１０が行う。例えば、空気圧シリンダ４１の空気圧をステップ的又はランプ的に除々に変化させる。
【００５９】
その後、反応室１０の真空圧力が僅かに変化した時の空気圧シリンダ４１内の空気圧を空気圧センサー７０で計測し、その計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とする。ここで、空気圧センサー７０で計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とするのは、ポペット弁体４５が動き始めた直後は、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の弾性変形などによって、反応室１０内の材料ガスの排出は未だ開始されてはいないからである。尚、反応室１０の真空圧力が僅かに変化した直後の時点は、真空圧力センサー１４、１５の計測値の変動開始をもって特定する。これにより、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、ポペット弁体４５が動き始める直後の弁開度指令値となる。
【００６０】
そして、図１０の下限値制限回路１２０を使用して、図１１の弁開度指令値の出力範囲を、図１２の弁開度指令値の出力範囲のようにして、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で決定した、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を、真空比例開閉弁１６の制御上の最下点とする。
【００６１】
これにより、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁１６の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後において、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度が変化しても、真空比例開閉弁１６を遮断状態から真空比例開閉弁１６の開度を操作するときに、反応室１０内の材料ガスの排出が再び開始されるまでの時間を同じにすることができるので、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近で変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）を防止することができる。
【００６２】
例えば、図８は、新たな真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の下限値とすることなく、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御した経過状況を示した一例であるが、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度の変化が要因となって、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに、時間ｔ３の応答遅れが生じている。その結果、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）となる。
【００６３】
一方、図７は、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を弁開度指令値の下限値して、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御した経過状況を示した一例であるが、弁開度指令値の下限値がポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応するものであるから、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに、応答遅れが生じることはない。その結果、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）がない。
【００６４】
また、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに応答遅れが生じないことは、図９に示すような、真空比例開閉弁１６が遮断状態にある場合に、反応室１０内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させるときに有効である。なぜなら、応答遅れが生じて、反応室１０内の真空圧力の絶対圧真空方向に向かう進行過程が少しでも行き過ぎる（アンダーシュート）と、反応室１０内のガス流れが速くなってパーティクルが発生し、反応室１０内のウエハーの品質が低下するためである。
【００６５】
図２に、真空比例開閉弁１６の再組立前後における、ポテンショメータ１８の出力値と、弁開度指令値と、真空比例開閉弁１６の開度の関係についての一例を示す。ここでは、図４と同様にして、弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８の出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合であり、弁開度指令値とポテンショメータ１８の出力値とは、一対一の電気的対応関係にある。そして、ポテンショメータ１８の出力値の１〜５Ｖの範囲が、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の０〜３１．１１２ｍｍの範囲に相当する。
【００６６】
真空比例開閉弁１６の再組立前として、例えば、真空比例開閉弁１６が出荷される時点の設定時（Ｂ）では、弁開度指令値の０．２５Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．２Ｖ）を、初期の真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。
【００６７】
そして、真空比例開閉弁１６の再組立後として、例えば、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）では、弁開度指令値の０Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．０Ｖ）を、新たな真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。また、真空比例開閉弁１６の開度の零点が下方向にずれた時（Ｃ）では、弁開度指令値の０．５Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．４Ｖ）を、新たな真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。
【００６８】
そして、真空比例開閉弁１６の開度の制御範囲を、ポペット弁体４５が動き始めた直後から２８ｍｍ（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）までとすれば、弁開度指令値の範囲は、真空比例開閉弁１６が出荷される時点の設定時（Ｂ）で０．２５〜４．７５Ｖ、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）で０〜４．５Ｖ、真空比例開閉弁１６の開度の零点が下方向にずれた時（Ｃ）で０．５〜５Ｖとなる。このようにすることにより、ポペット弁体４５が動き始めた直後からポペット弁体４５を弁座４７から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁１７の開度の制御（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）を、ポテンショメータ１８の出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保している。これにより、真空比例開閉弁１６の再組立後の真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００６９】
図２の場合では、ポテンショメータ１８の出力値と真空比例開閉弁１６の開度の対応関係のずれが、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）や下方向にずれた時（Ｃ）に対して大きくずれると、ポペット弁体４５が動き始めた直後から２８ｍｍ（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）までの範囲で真空比例開閉弁１６の開度を制御するには、弁開度指令値の範囲が０〜５Ｖの範囲では不十分となるので、真空比例開閉弁１６の開度の操作に支障をきたすこととなる。従って、この範囲よりも大きくずれる場合は、異常と判断して、ゼロ点補正不可能として扱い、エラー処理を行うように警報を出す工夫がされている。尚、この補正の下限限界値（Ｃ）及び補正の上限限界値（Ａ）は、設計上の公差、電気的誤差及びＯリング５０の経年変化などを考慮して設定されている。
【００７０】
これにより、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６の再組立後において、真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれをも補正することができる。
【００７１】
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、本実施の形態の真空圧力制御システムは、ＣＶＤ装置の反応室１０以外の半導体製造ラインの真空容器についても、実施することは可能である。例えば、半導体製造ラインの拡散装置について使用する場合には、真空容器の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、真空容器内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することによって、真空容器に設けられたリリーフバルブの作動を防ぎ、真空容器内が大気と導通することを防ぐことができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御システムでは、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することができる。
【００７３】
また、新たな真空比例開閉弁の開度の零点を扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにしているので、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空比例開閉弁の開度の零点をＺＥＲＯ点補正回路で算出する手順の一例を示したフローチャート図である。
【図２】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値との対応関係のずれとその補正を説明する図である。
【図３】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図４】ポテンショメータの出力値と弁開度指令値との対応関係の一例を示した図である。
【図５】図１のフローチャートで算出した一例を説明する図である。
【図６】図１のフローチャートで算出した一例を説明する図である。
【図７】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にした場合の効果を示す図である。
【図８】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にしなかった場合の問題を示す図である。
【図９】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にした場合の効果を示す図である。
【図１０】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図１１】下限値制限回路で弁開度指令値の下限を制限する前の弁開度指令値の出力範囲を示した図である。
【図１２】下限値制限回路で弁開度指令値の下限を制限した後の弁開度指令値の出力範囲を示した図である。
【図１３】真空比例開閉弁の遮断した状態の断面図である。
【図１４】真空比例開閉弁の開いた状態の断面図である。
【図１５】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図１６】ＣＶＤ装置の反応室の排気系の概略図である。
【図１７】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ装置の反応室
１４、１５ 真空圧力センサー
１６ 真空比例開閉弁
１８ ポテンショメータ
２２ 真空圧力制御回路
４１ 空気圧シリンダ
４５ ポペット弁体
７０ 空気圧力センサー
１１０ バイアス回路
１２０ 下限値制限回路
１２１ ＺＥＲＯ点補正回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置で使用される真空圧力制御システムに関する。
【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。例えば、図１６に示すＣＶＤ装置においては、真空容器である反応室１０内のウエハーに対して、反応室１０の入口１１から材料ガスを供給するとともに、反応室１０の出口１２から真空ポンプ１３で排気することによって、反応室１０内を真空状態に保っている。
【０００３】
このとき、反応室１０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、特許公報第２６７７５３６号において、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。
【０００４】
そこで、特許公報第２６７７５３６号に記載された真空圧力制御システム（以下、「従来技術の真空圧力制御システム」という）の概要について簡単に説明する。図１５に、図１６に対する、従来技術の真空圧力制御システムのブロック図を示す。従来技術の真空圧力制御システムは、コントローラ２０、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から構成される。
【０００５】
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２３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。
【０００６】
真空圧力制御回路２２は、図１６の反応室１０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。
【０００７】
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、時間開閉動作弁３３、第１電磁弁３４、第２電磁弁３５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（「弁開度センサー」に相当するもの）からアンプ１９を介して与えられた真空比例開閉弁１６の開度とを比較して、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、時間開閉動作弁３３へパルス信号を送信するものである。
【０００８】
時間開閉動作弁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１３、図１４参照）内の空気圧力を調整するものである。
【０００９】
操作部４０である真空比例開閉弁１６は、図１６について言えば、反応室１０から真空ポンプ１３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１３、図１４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。
【００１０】
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１３に示すように、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０（「弾性シール部材」に相当する）が弁座４７に密接し、真空比例開閉弁１６は遮断した状態となる。
【００１１】
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１４に示すように、ポペット弁体４５は弁座４７から離間し、真空比例開閉弁１６は開いた状態となる。
【００１２】
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の開度に相当するものである。
【００１３】
検出部である真空圧力センサー１４、１５は、図１６の反応室１０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。
【００１４】
このような構成を持つ従来技術の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（ＣＬＯＳＥ）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１５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。
【００１５】
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、時間開閉動作弁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、弁のリフト量が、空気圧シリンダ４１で操作できる状態となる。
【００１６】
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、図１６において、真空圧力センサー１４、１５で反応室１０内の真空圧力値を計測し、それと目標真空圧力値との差に応じて、弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力し、これにより真空比例開閉弁１６の弁のリフト量を操作し、排気系のコンダクタンスを変化させることによって、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持する。
【００１７】
従って、従来技術の真空圧力システムでは、真空圧力制御回路２２が弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力して真空比例開閉弁１６の開度を操作することによって、排気系のコンダクタンスを幅広く確実に変化させることができるので、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って、反応室１０内の真空圧力を精度良く目標真空圧力値に一定に保持することができる。
【００１８】
また、コントローラ２０においては、反応室１０内の真空圧力に対するフィードバック制御の制御偏差が大きいときは、フィードバック制御の操作量を最大にさせており、フィードバック制御の速応性が十分に確保している。一方、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させており、反応室１０内の真空圧力を安定した状態で維持することができる。
【００１９】
具体的には、図１７に示すように、真空圧力センサー１４、１５で計測された反応室１０内の真空圧力値を比例微分回路１０５、１０６により調整した値は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値と比較した後、比例微分積分回路１０２、１０３に入力される。その後、直列に接続された積分回路１０４は、位置制御回路３１に出力するため、０〜５Ｖの範囲の電圧を出力する。積分回路１０４の時定数は、積分時間調整回路１０１により決定される。
真空圧力センサー１４、１５の計測値が、目標真空圧力値に対し離れているときは、内部演算回路により積分回路の積分時間が極小となるように動作する。これにより、積分回路１０４は、ほぼ無限大のゲインをもつ増幅回路として機能する。
すなわち、真空圧力センサー１４、１５の計測値＞目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最大値である５Ｖが、位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は急速に開く方向に動作する。
【００２０】
真空圧力センサー１４、１５の計測値＜目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最小値である０Ｖが位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は、急速に閉じる方向に動作する。
これらの動作により、真空比例開閉弁１６の弁開度（弁のリフト量）は、目標真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間で到達できる。
その後、目標真空圧力値にするための位置の近くまで到達したと判断した積分時間調整回路１０１は、その位置にて真空圧力を安定した状態で保持するため、予め調整された積分回路１０４の時定数に段階的に移行する動作を行う。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の真空圧力制御システムにおいては、図１６のＣＶＤ装置の反応室１０について言えば、真空比例開閉弁１６の接ガス面に析出しやすいジクロールシランなどの材料ガスが入口１１から供給されることが多いことから、反応室１０の材料ガスが通過する真空比例開閉弁１６を定期的に分解・清浄・再組立する必要があった。
【００２２】
そして、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化などから、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が変わることとなる。
【００２３】
従って、例えば、反応室１０内の真空圧力を高真空圧から大気圧付近の目標真空圧力値に変化させる場合に、積分回路１０４の最小値である０Ｖを位置制御回路３１に対して出力し、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０を弁座４７に密接させて、真空比例開閉弁１６を遮断状態にして、反応室１０内の真空圧力を高真空圧から大気圧付近の目標真空圧力値に急速に近づけることが行われると、その後に、真空圧力制御回路２２が弁開度指令値を位置制御回路３１へ出力して真空比例開閉弁１６の開度を操作しても、ポペット弁体４５が動き始めた直後の真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が変わることによって、反応室１０内の材料ガスの排出が再び開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて長くなることがあるので、その結果、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）があった。また、同様にして、反応室１０内の材料ガスの排出が開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて短くなることがあるので、真空比例開閉弁１６が遮断状態にある場合に、反応室１０内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させる際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（アンダーシュート）があった。
【００２４】
また、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化、電気的な経年変化などから、弁座４７とポテンショメータ１８の位置関係が真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて上下に変化するので、真空比例開閉弁１６の開度が同じ値であっても、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後では、真空比例開閉弁１６の開度を計測するポテンショメータ１８の出力値が異なることとなる。
【００２５】
一方、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行う場合には、ポテンショメータ１８の出力値で真空比例開閉弁１６の開度を測定しながら、真空圧力制御回路２２から出力された弁開度指令値に従って真空比例開閉弁１６の開度を操作しており、真空比例開閉弁１６の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、ポテンショメータ１８の出力値で判断しているので、ポテンショメータ１８の出力値と真空圧力制御回路２２から出力された弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。すなわち、弁開度指令値は、ポテンショメータ１８の出力値を介して、真空比例開閉弁１６の開度と一対一の対応関係にあった。
【００２６】
従って、ポテンショメータ１８の出力値のずれが生じると、真空比例開閉弁１６の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係にもずれが生じることとなる。そして、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係のずれが大きい場合には、ポテンショメータ１８の出力値と弁開度指令値との電気的対応関係の範囲内から、真空比例開閉弁１６の開度の制御範囲の一部が外れることがあり、真空比例開閉弁１６の再組立後において、真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正できないことがあった。
【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、真空比例開閉弁の弁体が動き始めた直後の弁開度指令値を、弁開度指令値の最下点として真空比例開閉弁の開度を制御することによって、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止する真空圧力制御システムを提供することを目的とする。また、真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正する真空圧力制御システムを提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために成された請求項１に係る発明は、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁と、前記真空容器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の出力値と目標真空圧力値に基づいて発生させる弁開度指令値で前記真空比例開閉弁の開度を制御するコントローラとを有する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁が、弁座と、前記弁座と当接または離間する弾性シール部材を設けた弁体とを備え、前記弁体が前記弁座と密接している際の前記弁開度センサーの出力値に対応する前記弁開度指令値を、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、前記真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、前記真空容器内の真空圧力を変化させる際に、前記目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することを特徴とする。
【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、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を除々に変化させながら前記真空比例開閉弁の開度を制御し、前記弁体が動き始めた直後の前記弁開度指令値を、新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うことを自動的に行うことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載する真空圧力制御システムであって、新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際に、前記弁体が動き始めた直後から前記弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの前記真空比例開閉弁の開度の制御、及び、前記真空比例開閉弁の再組立又は経年変化による前記真空比例開閉弁の開度の零点のずれに対する補正を、前記弁開度センサーの出力値と前記弁開度指令値との電気的対応関係内で確保することを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を前記コントローラに記憶して保持することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーを備え、前記弁開度センサーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムであって、前記真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダと、前記空気圧シリンダ内の空気圧を計測する空気圧センサーとを備え、前記空気圧シリンダーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする。
【００３２】
このような特定事項を有する本発明の真空圧力制御システムでは、真空ポンプは、真空容器内のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁の開度を変化させることにより、真空容器内から真空ポンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力を変化させている。また、真空圧力センサーは真空容器内の真空圧力を計測する。コントローラは、目標真空圧力と真空圧力センサーの出力値が一致するように、弁開度指令値をもって、真空比例開閉弁の開度を制御する。
このとき、弁開度センサーの出力値で真空比例開閉弁の開度を測定しながら、コントローラから発生した弁開度指令値に従って真空比例開閉弁の開度を制御しており、真空比例開閉弁の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、弁開度センサーの出力値で判断しているので、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。
【００３３】
そして、本発明の真空圧力制御システムの立ち上げ時において、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度として、初期の真空比例開閉弁の開度の零点として扱う。さらに、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の不感帯特性をなくしている。
【００３４】
一方、真空比例開閉弁を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、弁体に設けられた弾性部材の経時変化、電気的経事変化などから、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変わることとなる。従って、弁開度指令値を最下点からステップ的又はランプ的に変化させて、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作しても、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変わることによって、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間が、真空比例開閉弁の再組立前のものと比べて長く又は短くなることがある。
同時に、真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーの出力値が異なることとなるから、真空比例開閉弁の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁の開度との対応関係にもずれが生じることとなる。
【００３５】
そこで、本発明の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁の再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことを自動的に行い、さらに、新たな真空比例開閉弁の開度の零点に対応する弁開度指令値をコントローラに記憶して保持する。これにより、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が再び開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近で変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）を防止することができる。また、同様にして、真空室内のガスの排出が開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空比例開閉弁が遮断状態にある場合に、真空室内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させるときでも、真空室内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（アンダーシュート）を防止することができる。
【００３６】
ただし、真空比例開閉弁の再組立後の弁開度指令値と真空比例開閉弁の開度との対応関係のずれが大きい場合は、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱ったときに、弁体が動き始めた直後から弁体を弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御範囲の一部が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内に収まらないことがある。そこで、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにする。これにより、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００３７】
新たな真空比例開閉弁の開度の零点を自動的に算出するには、例えば、以下の手順で行うことができる。先ず、再組立後の真空比例開閉弁において、弁体が弁座と密接させて、機械的に最下点の位置にする。
【００３８】
そして、弁体が弁座と密接している際の弁開度センサーの出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求め、暫定弁開度指令値を除々に変化させながら真空比例開閉弁の開度を操作する。その後、弁体が動き始めた直後の弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点とする。尚、弁体が動き始めた直後の時点は、弁開度センサーの出力値が変動し始めたことで判断する。
【００３９】
また、真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダと、空気圧シリンダの空気圧を計測する空気圧センサーを備えている場合には、弁体が弁座と密接している際に、空気圧シリンダの空気圧を除々に変化させながら真空比例開閉弁の開度を操作する。その後、真空容器内の真空圧力が僅かに変化した時の空気圧シリンダ内の空気圧を空気圧センサーで計測し、その計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点とする。尚、真空容器内の真空圧力が僅かに変化した時点は、真空圧力センサーの出力値が変動し始めたことで判断する。
【００４０】
すなわち、本発明の真空圧力制御システムでは、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することができる。
【００４１】
また、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにしているので、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００４２】
【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。本実施の形態の真空圧力制御システムは、従来技術の真空圧力制御システムと同様な構成を持つものである。従って、本実施の形態の真空圧力制御システムは、従来技術の欄で述べたように、半導体製造ライン上に設けられたＣＶＤ装置の反応室１０内の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５で計測して、外部から与えられた目標真空圧力値との差を求め、この差に応じてコントローラ２０が弁開度指令値を発生し、この弁開度指令値に従って空気圧制御部３０が真空比例開閉弁１６の開度を操作し、反応室１０から真空ポンプ１３までの排気系のコンダクタンスを変化させることによって、真空ポンプ１３でガスが排出される反応室１０内の真空圧力を、大気圧から高真空圧までの範囲にある目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行うものである。
【００４３】
このとき、空気圧制御部３０は、ポテンショメータ１８の出力値で真空比例開閉弁１６の開度を測定しながら、弁開度指令値に従った真空比例開閉弁１６の開度を操作しているので、真空比例開閉弁１６の開度が弁開度指令値に応じた開度になったか否かは、ポテンショメータ１８の出力値で判断しているので、ポテンショメータ１８の出力値とコントローラ２０から発生された弁開度指令値とは一対一の電気的対応関係にある。
【００４４】
例えば、コントローラ２０が発生する弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８がアンプ１９を介して発生する出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合には、図４に示すような一対一の電気的対応関係にある。そして、ポペット弁体４５が弁座４７から離間する距離（弁の開度）も、ポテンショメータ１８がアンプ１９を介して発生する出力値と一対一の対応関係にある。すなわち、弁開度指令値は、ポテンショメータ１８の出力値を介して、真空比例開閉弁１６の開度と一対一の対応関係にある。
【００４５】
そして、本実施の形態の真空圧力制御システムの立ち上げ時においては、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値（１．２Ｖ）に対応する弁開度指令値（０．２５Ｖ）を、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度として、初期の真空比例開閉弁１６の開度の零点として扱っている。
【００４６】
一方、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、再組立時の締付力の相違、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の経時変化、電気的経時変化などから、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度が変わることとなる。
【００４７】
また、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、弁座４７とポテンショメータ１８の位置関係が真空比例開閉弁１６の再組立前のものと比べて上下に変化するので、真空比例開閉弁１６の開度が同じ値であっても、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後では、真空比例開閉弁１６の開度を計測するポテンショメータ１８の出力値が異なることとなる。従って、ポテンショメータ１８の出力値のずれが生じることから、真空比例開閉弁１６の再組立後においては、弁開度指令値と真空比例開閉弁１６の開度との対応関係にもずれが生じる。
【００４８】
そこで、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６を再組立した際には、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応する弁開度指令値を、初期の真空比例開閉弁１６の開度の零点にかわる、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点として、図１０のコントローラ２０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で自動的に算出し、コントローラ２０内に記憶して保持している。図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で算出する手順の一例を図１のフローチャートを用いて説明する。但し、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する際は、再組立後の真空比例開閉弁１６において、ポペット弁体４５を弁座４７と密接させて、機械的に最下点の位置にしておく。
【００４９】
そして、図１のＳ１において、ポテンショメータ１８の出力値に基づいて、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあるか否かを判断する。ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にないと判断した場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、Ｓ１２に進んで、メインプログラムに戻るが、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあると判断した場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、Ｓ２に進んで、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあると判断した際のポテンショメータ１８の出力値を取得する。そして、Ｓ３において、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として取得する。例えば、図４に示すように、弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８の出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合には、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値をＹ（Ｖ）、暫定弁開度指令値をＸ（Ｖ）とすれば、
（Ｙ−１）：（Ｘ−０）＝（５−１）：（５−０）
の比例式により計算する。
【００５０】
また、Ｓ４において、Ｓ２で取得したポテンショメータ１８の出力値に基づいて、判定点となるポテンショメータ１８の検出値を設定する。その後、Ｓ５において、Ｓ３で計算した暫定弁開度指令値を空気圧制御部３０へ出力する。
【００５１】
その後、Ｓ６では、ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えているか判断する。ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていると判断した場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、Ｓ７に進んで、越えたことを示すフラグをコントローラ２０の内部において記憶する。そして、Ｓ８に進んで、暫定弁開度指令値に対して１５ｍＶを引いた値を、新たな暫定弁開度指令値とし、Ｓ６に戻る。
【００５２】
一方、ポテンショメータ１８の出力値が判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていないと判断した場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、Ｓ９に進んで、越えたことを示すフラグが立っているか判断する。越えたことを示すフラグが立っていると判断した場合には（Ｓ９：Ｙｅｓ）、Ｓ１１に進んで、暫定弁開度指令値を新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点として決定する。一方、越えたことを示すフラグが立っていないと判断した場合には（Ｓ９：Ｎｏ）、Ｓ１０に進んで、暫定弁開度指令値に対して１５ｍＶを加えた値を、新たな暫定弁開度指令値とし、Ｓ６に戻り、Ｓ１１に進むまで、上述した処理を繰り返す。
【００５３】
図５は、ポテンショメータ１８の出力値が既に判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えている場合において、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定するまでの経過を説明する図である。この場合では、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６のループ処理を２回繰り返した後に、Ｓ１１に進んで、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定されている。また、図６は、ポテンショメータ１８の出力値が未だ判定点となるＳ４で設定したポテンショメータ１８の検出値を越えていない場合において、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定するまでの経過を説明する図である。この場合では、Ｓ６→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ６のループ処理を２回繰り返した後に、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６のループ処理を１回行った後に、Ｓ１１に進んで、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点が決定されている。
【００５４】
尚、図５と図６の機械的基準点とは、ポペット弁体４５が機械的に最下点の位置にあり、かつ、真空比例開閉弁１６の駆動源となる空気圧シリンダ４１内の空気圧が大気圧にある状態にあることを意味するものである。従って、図１のフローチャートによって決定される、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、判定値を僅かに下回るものとすることによって、空気圧シリンダ４１内の空気圧の充填が考慮されるので、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値とすることができる。
【００５５】
すなわち、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例である図１のフローチャートでは、Ｓ３において、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求め、Ｓ１１で決定された新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、Ｓ３で取得された暫定弁開度指令値より僅かに変化した弁開度指令値となっている（図５、図６参照）。そして、Ｓ１１で決定された、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、判定値を僅かに下回るものであるから、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値となる。
【００５６】
また、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例として、以下のものがある。例えば、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際のポテンショメータ１８の出力値に対応する弁開度指令値を暫定弁開度指令値として求める。この計算方法は、図１のＳ３の計算方法と同様である。そして、暫定弁開度指令値を除々に変化させながら真空比例開閉弁１６の開度を空気圧制御部３０で操作する。その後、ポテンショメータ１８の出力値の変動開始をもって、ポペット弁体４５が動き始めた直後の時点を特定し、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度零点とする。このように、オートティーチングにより算出した、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、図３に示すように、ゼロ点補正プログラムを介して、コントローラ２０が弁開度指令値を発生する際に考慮される。
【００５７】
尚、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を、ポペット弁体４５が動き始める直前の弁開度指令値としたい場合には、ポペット弁体４５が動き始めた直後の弁開度指令値に対して、真空比例開閉弁１６の開度の閉方向に僅かに変化させた値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とする。
【００５８】
また、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を算出する手順の一例として、以下のものがある。例えば、ポペット弁体４５が弁座４７と密接している際に、空気圧シリンダ４１の空気圧を除々に変化させながら真空比例開閉弁１７の開度を空気圧制御部３０で操作する。ここで、空気圧シリンダ４１の空気圧を除々に変化させることは、空気圧シリンダ４１の空気圧を計測する空気圧力センサー７０を使用して、図１０のバイアス制御回路１１０が行う。例えば、空気圧シリンダ４１の空気圧をステップ的又はランプ的に除々に変化させる。
【００５９】
その後、反応室１０の真空圧力が僅かに変化した時の空気圧シリンダ４１内の空気圧を空気圧センサー７０で計測し、その計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とする。ここで、空気圧センサー７０で計測した空気圧より適度に低い空気圧を実現するための弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点とするのは、ポペット弁体４５が動き始めた直後は、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０の弾性変形などによって、反応室１０内の材料ガスの排出は未だ開始されてはいないからである。尚、反応室１０の真空圧力が僅かに変化した直後の時点は、真空圧力センサー１４、１５の計測値の変動開始をもって特定する。これにより、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点は、ポペット弁体４５が動き始める直後の弁開度指令値となる。
【００６０】
そして、図１０の下限値制限回路１２０を使用して、図１１の弁開度指令値の出力範囲を、図１２の弁開度指令値の出力範囲のようにして、図１０のＺＥＲＯ点補正回路１２１で決定した、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を、真空比例開閉弁１６の制御上の最下点とする。
【００６１】
これにより、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁１６の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁１６の再組立前と再組立後において、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度が変化しても、真空比例開閉弁１６を遮断状態から真空比例開閉弁１６の開度を操作するときに、反応室１０内の材料ガスの排出が再び開始されるまでの時間を同じにすることができるので、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近で変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）を防止することができる。
【００６２】
例えば、図８は、新たな真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の下限値とすることなく、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御した経過状況を示した一例であるが、ポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度の変化が要因となって、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに、時間ｔ３の応答遅れが生じている。その結果、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）となる。
【００６３】
一方、図７は、新たな真空比例開閉弁１６の開度の零点を弁開度指令値の下限値して、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御した経過状況を示した一例であるが、弁開度指令値の下限値がポペット弁体４５が動き始めた直後における真空比例開閉弁１６の開度に対応するものであるから、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに、応答遅れが生じることはない。その結果、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎること（オーバーシュート）がない。
【００６４】
また、ポペット弁体４５が弁座４７から離間し始めるのに応答遅れが生じないことは、図９に示すような、真空比例開閉弁１６が遮断状態にある場合に、反応室１０内の真空圧力を大気圧から絶対真空方向に向かってゆっくりと変化させるときに有効である。なぜなら、応答遅れが生じて、反応室１０内の真空圧力の絶対圧真空方向に向かう進行過程が少しでも行き過ぎる（アンダーシュート）と、反応室１０内のガス流れが速くなってパーティクルが発生し、反応室１０内のウエハーの品質が低下するためである。
【００６５】
図２に、真空比例開閉弁１６の再組立前後における、ポテンショメータ１８の出力値と、弁開度指令値と、真空比例開閉弁１６の開度の関係についての一例を示す。ここでは、図４と同様にして、弁開度指令値が０〜５Ｖの範囲にあり、ポテンショメータ１８の出力値が１〜５Ｖの範囲にある場合であり、弁開度指令値とポテンショメータ１８の出力値とは、一対一の電気的対応関係にある。そして、ポテンショメータ１８の出力値の１〜５Ｖの範囲が、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の０〜３１．１１２ｍｍの範囲に相当する。
【００６６】
真空比例開閉弁１６の再組立前として、例えば、真空比例開閉弁１６が出荷される時点の設定時（Ｂ）では、弁開度指令値の０．２５Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．２Ｖ）を、初期の真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。
【００６７】
そして、真空比例開閉弁１６の再組立後として、例えば、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）では、弁開度指令値の０Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．０Ｖ）を、新たな真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。また、真空比例開閉弁１６の開度の零点が下方向にずれた時（Ｃ）では、弁開度指令値の０．５Ｖ（このときのポテンショメータ１８の出力値は１．４Ｖ）を、新たな真空比例開閉弁１７の開度の零点として扱っている。
【００６８】
そして、真空比例開閉弁１６の開度の制御範囲を、ポペット弁体４５が動き始めた直後から２８ｍｍ（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）までとすれば、弁開度指令値の範囲は、真空比例開閉弁１６が出荷される時点の設定時（Ｂ）で０．２５〜４．７５Ｖ、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）で０〜４．５Ｖ、真空比例開閉弁１６の開度の零点が下方向にずれた時（Ｃ）で０．５〜５Ｖとなる。このようにすることにより、ポペット弁体４５が動き始めた直後からポペット弁体４５を弁座４７から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁１７の開度の制御（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）を、ポテンショメータ１８の出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保している。これにより、真空比例開閉弁１６の再組立後の真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【００６９】
図２の場合では、ポテンショメータ１８の出力値と真空比例開閉弁１６の開度の対応関係のずれが、真空比例開閉弁１６の開度の零点が上方向にずれた時（Ａ）や下方向にずれた時（Ｃ）に対して大きくずれると、ポペット弁体４５が動き始めた直後から２８ｍｍ（弁のリフト量として０〜２８ｍｍの範囲）までの範囲で真空比例開閉弁１６の開度を制御するには、弁開度指令値の範囲が０〜５Ｖの範囲では不十分となるので、真空比例開閉弁１６の開度の操作に支障をきたすこととなる。従って、この範囲よりも大きくずれる場合は、異常と判断して、ゼロ点補正不可能として扱い、エラー処理を行うように警報を出す工夫がされている。尚、この補正の下限限界値（Ｃ）及び補正の上限限界値（Ａ）は、設計上の公差、電気的誤差及びＯリング５０の経年変化などを考慮して設定されている。
【００７０】
これにより、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６の再組立後において、真空比例開閉弁１６の開度と弁開度指令値の対応関係のずれをも補正することができる。
【００７１】
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、本実施の形態の真空圧力制御システムは、ＣＶＤ装置の反応室１０以外の半導体製造ラインの真空容器についても、実施することは可能である。例えば、半導体製造ラインの拡散装置について使用する場合には、真空容器の真空圧力を大気圧又は大気圧付近でフィードバック制御する際に、真空容器内の真空圧力が目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することによって、真空容器に設けられたリリーフバルブの作動を防ぎ、真空容器内が大気と導通することを防ぐことができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御システムでは、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度に対応する弁開度指令値を、新たな真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、真空比例開閉弁の再組立前と再組立後において、弁体が動き始めた直後における真空比例開閉弁の開度が変化しても、真空比例開閉弁を遮断状態から真空比例開閉弁の開度を操作するときに、真空室内のガスの排出が（再び）開始されるまでの時間を同じにすることができるので、真空容器内の真空圧力を変化させる際に、目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止することができる。
【００７３】
また、新たな真空比例開閉弁の開度の零点を扱う際には、弁体が動き始めた直後から弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの真空比例開閉弁の開度の制御が、弁開度センサーの出力値と弁開度指令値との電気的対応関係内で確保されるようにしているので、真空比例開閉弁の再組立後の真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値の対応関係のずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空比例開閉弁の開度の零点をＺＥＲＯ点補正回路で算出する手順の一例を示したフローチャート図である。
【図２】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度と弁開度指令値との対応関係のずれとその補正を説明する図である。
【図３】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図４】ポテンショメータの出力値と弁開度指令値との対応関係の一例を示した図である。
【図５】図１のフローチャートで算出した一例を説明する図である。
【図６】図１のフローチャートで算出した一例を説明する図である。
【図７】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にした場合の効果を示す図である。
【図８】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にしなかった場合の問題を示す図である。
【図９】真空比例開閉弁の再組立後において、真空比例開閉弁の開度の零点を弁開度指令値の最下点にした場合の効果を示す図である。
【図１０】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図１１】下限値制限回路で弁開度指令値の下限を制限する前の弁開度指令値の出力範囲を示した図である。
【図１２】下限値制限回路で弁開度指令値の下限を制限した後の弁開度指令値の出力範囲を示した図である。
【図１３】真空比例開閉弁の遮断した状態の断面図である。
【図１４】真空比例開閉弁の開いた状態の断面図である。
【図１５】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【図１６】ＣＶＤ装置の反応室の排気系の概略図である。
【図１７】本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ装置の反応室
１４、１５ 真空圧力センサー
１６ 真空比例開閉弁
１８ ポテンショメータ
２２ 真空圧力制御回路
４１ 空気圧シリンダ
４５ ポペット弁体
７０ 空気圧力センサー
１１０ バイアス回路
１２０ 下限値制限回路
１２１ ＺＥＲＯ点補正回路
Claims (5)
- 真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁と、前記真空容器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の出力値と目標真空圧力値に基づいて発生させる弁開度指令値で前記真空比例開閉弁の開度を制御するコントローラとを有する真空圧力制御システムにおいて、
前記真空比例開閉弁が、弁座と、前記弁座と当接または離間する弾性シール部材を設けた弁体と、
前記真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーとを備え、
前記弁体が前記弁座と密接している際の前記弁開度センサーの出力値に対応する前記弁開度指令値を、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うとともに、前記真空比例開閉弁の開度の制御上の最下点として扱うことによって、前記真空容器内の真空圧力を変化させる際に、前記目標真空圧力値に対して行き過ぎることを防止すること、及び、初期の前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を所定開度ずつ所定の時間間隔で段階的に変化させながら前記真空比例開閉弁の開度を制御し、前記弁体が動き始めたときの前記弁開度指令値を、新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱うことを自動的に行うことを特徴とする真空圧力制御システム。 - 請求項１に記載する真空圧力制御システムにおいて、
新たな前記真空比例開閉弁の開度の零点として扱う際に、前記弁体が動き始めた直後から前記弁体を前記弁座から制御的に最も離間させるまでの前記真空比例開閉弁の開度の制御、及び、前記真空比例開閉弁の再組立又は経年変化による前記真空比例開閉弁の開度の零点のずれに対する補正を、前記弁開度センサーの出力値と前記弁開度指令値との電気的対応関係内で確保することを特徴とする真空圧力制御システム。 - 請求項１又請求項２に記載する真空圧力制御システムにおいて、
前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を前記コントローラに記憶して保持することを特徴とする真空圧力制御システム。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムにおいて、
前記真空比例開閉弁の開度を計測する弁開度センサーを備え、
前記弁開度センサーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする真空圧力制御システム。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載する真空圧力制御システムにおいて、
前記真空比例開閉弁の駆動源となる空気圧シリンダと、
前記空気圧シリンダ内の空気圧を計測する空気圧センサーとを備え、
前記空気圧シリンダーの出力に基づいて、前記真空比例開閉弁の開度の初期零点に対応する前記弁開度指令値を算出することを特徴とする真空圧力制御システム。
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