JP4335085B2

JP4335085B2 - 真空圧力制御システム

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Description

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。さらに詳細には、システムにおける各種の異常を検知することができる真空圧力制御システムに関するものである。

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１４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。

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、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する必要がある。また、反応室１０内のウエハーに形成される薄膜の品質を一層向上させるため、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止する観点から、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧に近い低真空から目標真空圧力値にまで到達させる真空引きの過程において、反応室１０内からガスが排出される進行過程をゆっくりと行う必要もある。

このような必要性を満足させるための真空圧力制御システムとして、例えば、特開２０００−１６３１３７号公報に開示されているものがある。このシステムでは、真空比例開閉弁の開度を操作して、真空容器内の真空圧力を外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度をもって変化させることにより、真空容器内からガスを排出させる進行過程をゆっくりと行って、真空容器内でパーティクルが巻き上ることを防止するとともに、真空容器内からガスを排出させる際に、真空容器内の真空圧力変化速度を自由に制御することができるようになっている。

より具体的には、真空圧力センサで計測された反応室内の真空圧力に対して取得された目標真空圧力変化速度で変化させた真空圧力値を、内部コマンドとして順次発生させていき、順次発生する内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御の目標値を順次変更することにより、フィードバック制御を追従制御として実行するようになっている。これにより、この真空圧力制御システムでは、反応室内の真空圧力を目標真空圧力変化速度をもって一律に変化させることができるようになっている。

特開２０００−１６３１３７号公報（第３〜４頁、図１）

しかしながら、上記した従来の真空圧力制御システムでは、例えば、「真空圧力センサの異常」、「反応室のリーク」、「配管の詰まり」等の異常は、オペレータなどによって発見された後に、その対策処置が実施される。つまり、システム自体で異常を検知することができないという問題があった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、真空圧力センサの異常、反応炉のリーク、配管のつまり等のシステムにおける異常を早期に検知することができる真空圧力制御システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る真空圧力制御システムは、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と、前記真空圧力センサの出力に基づいて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、前記コントローラは、システムが正常に作動するときの前記真空圧力センサの出力と前記真空比例開閉弁の開度との関係を予め記憶しており、前記真空圧力センサの出力に基づく前記真空比例開閉弁の開度制御を行っている際に、前記真空圧力センサの実際の出力と前記真空比例開閉弁の実際の開度との関係と、前記記憶された前記真空圧力センサの出力と前記真空比例開閉弁の開度との関係を比較することによりシステムの異常を検知することを特徴とするものである。

この真空圧力制御システムでは、コントローラが真空容器内の真空圧力を計測する真空圧力センサと、真空圧力センサの出力に基づいて真空比例開閉弁の開度を制御して、真空容器内の圧力を下げていく（図５参照）。ここで、システムが正常な場合には、真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度とは、常に一定の関係を有する。そこで、この真空圧力制御システムでは、このような正常時における真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度との関係をコントローラに記憶させている。

そして、真空圧力制御システムにおいて、「真空圧力センサの異常」、「真空容器のリーク」、あるいは「配管のつまり」等の異常が発生した場合には、上記した真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度とにおける一定の関係が崩れる。つまり、真空圧力センサの実際の出力と真空比例開閉弁の実際の開度との関係が、コントローラに記憶されている関係と一致しなくなる。このため、真空圧力センサの出力に基づく真空比例開閉弁の開度制御を行っている際に、真空圧力センサの実際の出力と真空比例開閉弁の実際の開度との関係と、コントローラに記憶された真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度との関係を比較することにより、上記したシステムの異常を早期に検出することができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る別の形態の真空圧力制御システムは、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と、前記真空圧力センサの出力に基づいて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、前記コントローラは、前記真空圧力センサの出力に基づく前記真空比例開閉弁の開度制御を行っている際に、前記真空比例開閉弁の開度が予め設定された所定開度に到達したときに、前記真空圧力センサの出力が予め設定された所定値より大きい場合、システムに異常が発生していると判断することを特徴とするものである。

この真空圧力制御システムでも、コントローラが真空容器内の真空圧力を計測する真空圧力センサと、真空圧力センサの出力に基づいて真空比例開閉弁の開度を制御して、真空容器内の圧力を下げていく（図５参照）。ここで、システムが正常な場合には、真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度とは、常に一定の関係を有する。このため、前記真空比例開閉弁の開度が予め設定された所定開度に到達したときの真空圧力センサの出力を予測することができる。

そして、真空容器内の圧力は下げられていくので、真空比例開閉弁の開度が予め設定された所定開度に到達したときに、真空圧力センサの出力が予め設定された所定値より大きい場合にはシステムに異常が発生していると考えられる。そこで、この真空圧力制御システムでは、真空圧力センサの出力に基づく真空比例開閉弁の開度制御を行っている際に、真空比例開閉弁の開度が予め設定された所定開度に到達したときに、真空圧力センサの出力が予め設定された所定値より大きい場合、システムに異常が発生していると判断するのである。これにより、システムの異常を早期に検出することができる。

ここで、システムの異常を検知するために設定する真空比例開閉弁の所定開度および真空圧力センサの所定開度は、検知しようとする異常に最も適した値を実験などにより求めておけばよい。したがって、予め設定される真空比例開閉弁の所定開度および真空圧力センサの所定開度の組み合わせは、一組の場合もあれば複数組の場合もあり得る。

本発明に係る真空圧力制御システムにおいては、前記コントローラは、システムの異常を検知するために、前記真空比例開閉弁の開度の代わりに前記真空比例開閉弁に入力する操作電圧を使用することもできる。
あるいは、本発明に係る真空圧力制御システムにおいては、前記コントローラは、システムの異常を検知するために、前記真空比例開閉弁の開度の代わりに前記真空比例開閉弁に供給される操作空気圧を使用することもできる。

このようにすることにより、真空比例開閉弁の開度を検出する機構（例えば、ポテンショメータ等）が備わっていない弁でシステムを構築しても、システムの異常を早期に検知することができる。

本発明に係る真空圧力制御システムにおいては、前記コントローラは、システムの異常を検知、あるいはシステムに異常が発生していると判断したときに、その旨を報知することが望ましい。

これにより、オペレータがシステムの異常を早期に知ることができ、その後の対策措置を迅速に行うことができるからである。なお、「報知」には、聴覚に対するものや視覚に対するものなどがすべて含まれ、単一手段での報知（例えば、警告音のみ等）や複合手段での報知（例えば、警告音および警告表示等）のいずれであってもよい。

また、本発明に係る真空圧力制御システムにおいては、前記コントローラは、システムの異常を検知、あるいはシステムに異常が発生していると判断したときに、前記真空比例開閉弁をシステムの安全方向に動作させることが望ましい。

ここで、システムの安全方向は各システムの構成によって異なるため、「真空比例開閉弁をシステムの安全方向に動作させる」には、「弁を閉じる」、「弁を開く」、あるいは「弁開度を維持する」のいずれかが該当することになる。つまり、この真空圧力制御システムでは、異常時において各システムの安全性を高めるように、コントローラによって真空比例開閉弁の動作が制御される。このため、異常時の対処を自動的に行うことができるためシステムの安全性をより一層高めることができる。

本発明に係る真空圧力制御システムによれば、上記した手段によって、真空圧力センサの異常、反応炉のリーク、配管のつまり等のシステムにおける異常を早期に検知することができる。

以下、本発明の真空圧力制御システムを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。そこで、図１に従来技術の欄で示した図１４に対する、本実施の形態に係る真空圧力制御システムのブロック図を示す。本実施の形態に係る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とを備える。

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とを備える。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。また、コントローラ２０は、後述するように、正常時における真空圧力センサの出力と真空比例開閉弁の開度とにおける一定の関係を記憶しており、この一定の関係と、真空圧力センサの実際の出力と真空比例開閉弁の実際の開度の関係とを比較してシステムの異常を検知（判断）するものである。

真空圧力制御回路２２は、図１４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。

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とを備える。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、時間開閉動作弁３３へパルス信号を送信するものである。

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２電磁弁３５と第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２、図３参照）内の空気圧力を調整するものである。

操作部４０である真空比例開閉弁１６は、図１４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２、図３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。

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２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。

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３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。

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。

検出部である真空圧力センサー１４、１５は、図１４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。

このような構成を持つ本実施の形態に係る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１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。

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。

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１４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（制御偏差）に応じて、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。

また、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。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するので、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。

具体的には、図４のブロック図のように、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）
となる場合は、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。一方、
（真空圧力センサー１４、１５の計測値）＜（目標真空圧力値）
となる場合は、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。

さらに、本実施の形態に係る真空圧力制御システムでは、動作モードとして、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を、コントローラ２０で選択すると、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力に到達させる際に、反応室１０内の真空圧力変化速度までも制御することができる。

このように、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）では、フィードバック制御を行うことにより、図５に示すように、真空比例開閉弁１６のコンダクタンス（バルブ開度）を変化させて、設定された一定の速度で反応室１０内の圧力を低下させていく。このため、真空圧力制御システムにおいて、「真空圧力センサ１４，１５の異常」、「反応室１０のリーク」、あるいは「配管のつまり」等の異常が発生している場合には、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）のある時点で、「真空比例開閉弁１６のバルブ開度」と「真空圧力センサ１４，１５の値」との関係が図５に示すようにならない。そして、この現象を利用して、本実施の形態に係る真空圧力制御システムでは、上記した異常を検知するようになっている。

そこで、本実施の形態に係る真空圧力制御システムにおける動作について、図６〜図９を参照しながら説明する。図６は、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）についてのフローチャートである。図７は、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の準備時間についてのフローチャートである。図８は、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の実行時間についてのフローチャートである。図９は、正常時における真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）での反応室の圧力変化と真空比例開閉弁１６のバルブ開度の変化の一例を示す図である。なお、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）は、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）から移行するものとする。

真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）は、図６に示すように、２つのサブルーチン、つまり、準備時間処理と実行時間処理の２つを実行する。そして、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を、コントローラ２０で選択すると、まず、準備時間処理が実行される。

そうすると、まず、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ１）。ここでは、反応室１０内の現在の真空圧力は大気圧Ｖ０であるので（図９参照）、大気圧Ｖ０が取得される。

次に、真空比例開閉弁１６のバルブ開度をポテンショメータ１８を介して取得する（Ｓ２）。そして、取得したバルブ開度が設定値Ｘ１に到達しているか否かを判断する（Ｓ３）。このとき、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達している場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ４）。そして、取得した反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下であるか否かを判断する（Ｓ５）。このとき、反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２よりも大きい場合には（Ｓ５：ＮＯ）、異常が発生していると判断して、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を終了し異常時処理を行う（Ｓ６）。

ここで、設定値Ｘ１は、システムの異常の検知（判断）を行うための閾値である。つまり、真空比例開閉弁１６のバルブ開度が設定値Ｘ１に到達したときにシステムの異常検知処理が実施される。また、設定値Ｘ２は、異常検知処理が実施された際に、システムに異常が発生しているか否かを判断するための閾値である。つまり、異常検知処理が実施されて、反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２より大きい場合に、システムに異常が発生していると判断される。

一方、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達していない場合（Ｓ３：ＮＯ）、あるいは反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下である場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、弁のリフト量ランプアップ処理を行う（Ｓ７）。ここでは、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）から移行しているので、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）が選択されたときは、真空比例開閉弁１６は遮断した状態にある。そこで、図１０に示すように、真空比例開閉弁１６の弁のリフト量がランプ関数的に変化するように、バイアス制御回路１１０が位置制御回路３１へ指令電圧を出力し、位置制御回路３１がパルスドライブ回路３２へ制御信号を発信する（図４参照）。ここでは、一例として、時間ｔ１を１０ｓｅｃとし、弁のリフト量の値Ｌ１を０．１２６６ｍｍとする。

そして、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したか否かを判断する（Ｓ８）。時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したと判断したときは（Ｓ８：ＹＥＳ）、Ｓ１１に進むが、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過していないと判断したときは（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ９に進んで、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。その後、反応室１０内の真空圧力について、僅かな圧力降下があったか否かを判断する（Ｓ１０）。僅かな圧力降下がないと判断したときは（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ２に戻って、上述した処理を繰り返す。尚、ここでは、僅かな圧力降下を、２６６Ｐａ以上の圧力降下とする。

一方、２６６Ｐａ以上の圧力降下があると判断したときは（Ｓ１０：ＹＥＳ）、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したと判断したとき（Ｓ３：ＹＥＳ）と同様にして、Ｓ１１に進む。Ｓ１１では、反応室１０内の真空圧力についてのフィードバック制御の目標値が、現在の真空圧力から２６６Ｐａを引いた値Ｖ１（図９参照）に設定される。

その後、真空比例開閉弁１６のバルブ開度をポテンショメータ１８を介して取得する（Ｓ１２）。そして、取得したバルブ開度が設定値Ｘ１に到達しているか否かを判断する（Ｓ１３）。このとき、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達している場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ１４）。そして、取得した反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下であるか否かを判断する（Ｓ１５）。このとき、反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２よりも大きい場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、異常が発生していると判断して、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を終了し異常時処理を行う（Ｓ１６）。

一方、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、あるいは反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下である場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、反応室１０内の真空圧力について、現在の真空圧力から２６６Ｐａを引いた値Ｖ１（図９参照）を目標値としたフィードバック制御を、所定の時間（ここでは、１０ｓｅｃ）が経過するまで定値制御として行う（Ｓ１７）。そして、フィードバック制御を開始して１０ｓｅｃが経過したと判断したら（Ｓ１８：ＹＥＳ）、実行時間処理に移行する。

なお、Ｓ６およびＳ１６における異常時処理は、システムに異常が発生していることを報知して、真空比例制御弁１６を安全方向に動作させる。本実施の形態では、真空比例制御弁１６を閉方向に動作させるが、システムによっては、弁を開方向に動作させる場合、あるいは現状の弁開度を維持する場合もあり得る。システムによって安全方向が異なるからである。したがって、異常時処理では、各システムに適した弁動作を行えるように設定しておけばよい。また、「報知」には、聴覚に対するものや視覚に対するものなどがすべて含まれ、単一手段での報知（例えば、警告音のみ等）や複合手段での報知（例えば、警告音および警告表示等）のいずれであってもよい。

実行時間処理では、まず、真空比例開閉弁１６のバルブ開度をポテンショメータ１８を介して取得する（Ｓ２１）。そして、取得したバルブ開度が設定値Ｘ１に到達しているか否かを判断する（Ｓ２２）。このとき、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達している場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ２３）。そして、取得した反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下であるか否かを判断する（Ｓ２４）。このとき、反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２よりも大きい場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、異常が発生していると判断して、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を終了し異常時処理を行う（Ｓ２５）。

一方、バルブ開度が設定値Ｘ１に到達していない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、あるいは反応室１０内の現在の真空圧力が設定値Ｘ２以下である場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値を取得する（Ｓ２６）。また、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ２７）。そして、反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達したか否かを判断する（Ｓ２８）。反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達していない場合には（Ｓ２８：ＮＯ）、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力変化速度を取得する（Ｓ２９）。

また、反応室１０内の現在の真空圧力値を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する（Ｓ３０）。そして、Ｓ３０で取得した現在の反応室１０の真空圧力値に対し、Ｓ２９で取得した目標真空圧力変化速度で変化させた真空圧力値を、内部コマンドとしてコントローラ２０で発生させる。そして、内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御の目標値を変更する（Ｓ３１）。その後、フィードバック制御を行う（Ｓ３２）。

具体的には、図４のブロック図に示すように、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値や真空圧力変化速度は、インターフェース回路２１（図１参照）で０〜５Ｖの範囲の電圧で出力され、内部コマンド発生回路１１１へ入力される。内部コマンド発生回路１１１では、現在の反応室１０の真空圧力値から、真空圧力変化速度の大きさに応じて、所定の真空圧力値を引き、その値をフィードバック制御の目標値として出力する。

一方、反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達している場合には（Ｓ２８：ＹＥＳ）、Ｓ２６で取得した目標真空圧力値をフィードバック制御の目標値に設定する。その後、フィードバック制御を行う（Ｓ３２）。

なお、Ｓ３２のフィードバック制御は、動作モードが真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）から変更されない限り続行される。

ここで、異常が検出されて異常時処理が行われる場合について図１１〜図１３に示す具体例を参照しながら説明する。図１１は、真空圧力センサ１４，１５に異常が発生した状態を示す図である。図１２は、反応室１０のリーク時の状態を示す図である。図１３は、配管が詰まった状態を示す図である。

まず、真空圧力センサ１４，１５に異常が発生して、図１１に示すように、反応室１０の圧力が下がらない場合には、時刻ｔ２にて真空比例開閉弁１６のバルブ開度が設定値Ｘ１に到達する。このとき、反応室１０の真空圧力が設定値Ｘ２以下になっていない。

つまり、時刻ｔ２が真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）開始から１０秒経過していない場合には、図７のＳ３〜Ｓ６の処理にてシステムに異常が発生している判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。一方、時刻ｔ２が真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）開始から１０秒経過している場合には、図７のＳ１３〜Ｓ１６の処理にてシステムに異常が発生している判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。

次に、反応室１０にリークが発生して、図１２に示すように、反応室１０の圧力降下途中から圧力が下がらなくなった場合には、時刻ｔ３にて真空比例開閉弁１６のバルブ開度が設定値Ｘ１に到達する。このとき、反応室１０の真空圧力が設定値Ｘ２以下になっていない。

つまり、時刻ｔ３が反応室１０の圧力降下開始から１０秒経過していない場合には、図７のＳ１３〜Ｓ１６の処理にてシステムに異常が発生している判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。一方、時刻ｔ３が反応室１０の圧力降下開始から１０秒経過している場合には、図８のＳ２２〜Ｓ２５の処理にてシステムに異常が発生している判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。

最後に、配管が詰まり、図１２に示すように、反応室１０の圧力降下途中から圧力が下がらなくなった場合には、時刻ｔ４にて真空比例開閉弁１６のバルブ開度が設定値Ｘ１に到達する。このとき、反応室１０の真空圧力が設定値Ｘ２以下になっていない。

つまり、時刻ｔ４が反応室１０の圧力降下開始から１０秒経過していない場合には、図７のＳ１３〜Ｓ１６の処理にてシステムに異常が発生している判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。一方、時刻ｔ３が反応室１０の圧力降下開始から１０秒経過している場合には、図８のＳ２２〜Ｓ２５の処理にてシステムに異常が発生していると判断される。そして、真空比例開閉弁１６を閉じる異常時処理が実行される。

一方、正常時には、図９に示すように、時刻ｔにおいて真空比例開閉弁１６のバルブ開度が設定値Ｘ１に到達するが、そのときの反応室１０の真空圧力が設定値Ｘ２よりも小さいので、システムに異常は発生していないと判断される。

このように、本実施の形態に係る真空圧力制御システムでは、真空圧力センサ１４，１５、反応室１０のリーク、あるいは配管の詰まりなどのシステムにおける異常を迅速に検知することができる。そして、異常を検知した場合には、その旨を報知するとともに、真空比例開閉弁１６を閉じる。したがって、非常に安全性の高い真空圧力制御システムを構築することができる。

なお、上記した各異常を検出ために設定しておく設定値Ｘ１，Ｘ２は、それぞれの異常を適切に検出することができるように実験などにより予め求めておけばよい。

ここで、真空比例開閉弁１６のようにバルブ開度を検知する機構（ポテンショメータ１８）が備わっていない弁を使用する場合には、システムの異常を検知するために、バルブ開度を使用する代わりに弁に入力する操作電圧または弁に供給される操作空気圧を使用するようにしればよい。これにより、弁の開度を検出する機構が備わっていない弁でシステムを構築しても、システムの異常を早期に検知することができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る真空圧力制御システムでは、コントローラ２０が、真空比例開閉弁１６のバルブ開度が予め設定された設定値Ｘ１に到達したときに反応室１０の真空圧力が予め設定された設定値Ｘ２よりも大きい場合に、システムに異常が発生していると判断する。そして、設定値Ｘ１，Ｘ２は、各異常を適切に検出することができるように実験などにより予め求められたものである。したがって、本実施の形態に係る真空圧力制御システムによれば、真空圧力センサ１４，１５、反応室１０のリーク、あるいは配管の詰まりなどのシステムにおける異常を迅速に検知することができる。そして、異常を検知した場合には、その旨を報知するとともに、真空比例開閉弁１６を閉じる。したがって、非常に安全性の高い真空圧力制御システムを構築することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態においては、本発明をＣＶＤ装置の反応室１０に対して適用した場合を例示したが、それ以外の半導体製造ラインの真空容器についても本発明を適用することは可能である。

実施の形態の真空圧力制御システムの概略を示したブロック図である。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。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。実施の形態の真空圧力制御システムの概略を示したブロック図である。真空圧力変化速度コントロールモードにおいて、真空比例開閉弁のコンダクタンス（バルブ開度）を変化させて、設定された一定の速度で反応室内の圧力を低下させていく様子を示す図である。真空圧力変化速度コントロールモードの処理内容を示すフローチャートである。真空圧力変化速度コントロールモードの準備時間処理の内容を示すフローチャートである。真空圧力変化速度コントロールモードの実行時間処理の内容を示すフローチャートである。正常時における真空圧力変化速度コントロールモードでの反応室の圧力変化と真空比例開閉弁のバルブ開度の変化の一例を示す図である。弁のリフト量ランプアップ処理における入力信号を示した図である。異常が検出されて異常時処理が行われる場合における反応室の圧力変化と真空比例開閉弁のバルブ開度の変化の一例を示す図である。異常が検出されて異常時処理が行われる場合における反応室の圧力変化と真空比例開閉弁のバルブ開度の変化の一例を示す図である。異常が検出されて異常時処理が行われる場合における反応室の圧力変化と真空比例開閉弁のバルブ開度の変化の一例を示す図である。ＣＶＤ装置及びその排気系の概要を示した図である。

符号の説明

１０ＣＶＤ装置の反応室
１４、１５真空圧力センサ
１６真空比例開閉弁
１８ポテンショメータ
２０コントローラ

Claims

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と、前記真空圧力センサの出力に基づいて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、
前記コントローラは、前記真空比例開閉弁の開度を変化させて設定された一定の速度で前記真空容器内の圧力を低下させる真空圧力変化速度コントロールモードが選択された際に、前記真空比例開閉弁の開度が予め１点として設定された所定開度に到達したときに、前記真空圧力センサの出力が予め設定された所定値より大きい場合、前記真空容器の密閉状態に異常が発生していると判断する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、
前記コントローラは、システムの異常を検知するために、前記真空比例開閉弁の開度の代わりに前記真空比例開閉弁に入力する操作電圧を使用することを特徴とする真空圧力制御システム。
請求項１または請求項２に記載する真空圧力制御システムにおいて、
前記コントローラは、システムの異常を検知するために、前記真空比例開閉弁の開度の代わりに前記真空比例開閉弁に供給される操作空気圧を使用することを特徴とする真空圧力制御システム。
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの真空圧力制御システムにおいて、
前記コントローラは、システムの異常を検知、あるいはシステムに異常が発生していると判断したときに、その旨を報知することを特徴とする真空圧力制御システム。
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの真空圧力制御システムにおいて、
前記コントローラは、システムの異常を検知、あるいはシステムに異常が発生していると判断したときに、前記真空比例開閉弁をシステムの安全方向に動作させることを特徴とする真空圧力制御システム。