JP4778549B2 - 真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、反応室と真空ポンプとを接続する配管上に配置される真空比例開閉弁により、反応室内の真空圧力を目標圧力に制御する真空圧力制御システム、及び、真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムに関する。

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３１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。

反応室１０の真空圧力は、製品品質に影響するため、目標真空圧力値に一定に保つ必要がある。一定に保つ目標真空圧力値は、種々の条件によって異なる。そのため、反応室１０内の真空圧力は、大気圧に近い低真空から高真空まで制御可能にする必要がある。従来の真空圧力制御システムは、反応室１０と真空ポンプ１３とを接続する配管上に真空比例開閉弁１６を配置し、真空圧力センサ１４，１５が測定した反応室１０の真空圧力と、外部から与えられた目標真空圧力値との差に応じて、真空比例開閉弁１６の弁開度を操作して、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り、反応室１０内の真空圧力をフィードバック制御する。真空比例開閉弁は、シリンダ圧力によって弁開度を制御するものであって、弁体が弁座に当接する面にＯリングが装着されている。このような真空比例開閉弁１６は、Ｏリングの潰し量を変化させて漏れを生じさせれば、微小流量まで制御できる。

反応室１０内の真空圧力を制御するときに、反応室１０の真空圧力が急激に変化すると、パーティクルが反応室１０内で巻き上がり、製品の歩留まりを悪くする。一方、パーティクルの巻き上げを防止するために、ゆっくり反応室１０内の真空圧力を変化させると、反応室１０内のバッチ処理時間が長期化する。そこで、例えば、特許文献１には、真空圧力制御を実行する前の準備段階において、真空圧力制御弁１６に予圧をかけた後、真空圧力制御を実行する段階において、真空比例開閉弁１６の弁開度を操作して、反応室１０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一律に変化させる技術が提案されている。

図３２は、特許文献１に記載する真空圧力制御システムにおける真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
図３２に示すように、真空圧力制御の準備段階では、まず、真空圧力センサ１４，１５により反応室１０内の現在の真空圧力を測定する（ステップ１０１（以下「Ｓ１０１」と略記する。））。そして、真空比例開閉弁１６の弁開度が、遮断された状態からランプ関数的に変化するように、コントローラから指令信号を出力する（Ｓ１０２）。この状態で、１０ｓｅｃを上限に、反応室１０内の真空圧力を測定し、僅かな圧力降下（例えば２６６Ｐａ以上の圧力降下）があったか否かを繰り返し確認する（Ｓ１０３〜１０５）。

真空圧力制御を開始してから１０ｓｅｃ経過したら（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、或いは、反応室１０内の真空圧力が例えば２６６Ｐａ以上の圧力降下）を生じたら（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、反応室１０内の現在の真空圧力から２６６Ｐａを引いた値をフィードバック制御目標値とし、フィードバック制御（定値制御）を行う（Ｓ１０６，Ｓ１０７）。定値制御を開始してから１０ｓｅｃが経過したら（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、真空圧力制御の準備段階を終了し、真空圧力制御を実行し始める。

真空圧力制御の実行段階では、所望の真空圧力と反応室１０内の現在の真空圧力を取得し、現在の真空圧力が所望の真空圧力に到達したか否かを判断する（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）。所望の真空圧力に到達するまでは（Ｓ１１１：ＮＯ）、所望の真空圧力変化速度を取得すると共に、反応室１０内の真空圧力を取得し、それらに基づいてフィードバック制御の目標値を変更し、内部コマンドを順次発生させる。そして、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を追従制御として行う（Ｓ１１２〜Ｓ１１５、Ｓ１０９，Ｓ１１０）。このように、フィードバック制御目標値を順次変更させながらフィードバック制御を行うことにより、反応室１０内の現在の真空圧力が所望の真空圧力に到達したら（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、その時点でのフィードバック制御目標値を所望の真空圧力とし、フィードバック制御を行う（Ｓ１１６，Ｓ１１５）。

このような真空圧力制御システムによれば、例えば、真空比例開閉弁１６の機械的零点のずれや、反応室１０と真空ポンプ１３との圧力差などの要因により、真空比例開閉弁１６を予圧する程度が変わったとしても、真空圧力制御の準備段階で、予圧後にフィードバック制御を実行することにより真空比例開閉弁１６の不感帯特性を確実になくす。これにより、真空比例開閉弁１６は、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で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させるときに応答遅れを発生せず、反応室１０内からガスを排出する進行過程をゆっくり行ってパーティクルの巻き上げを防止できる。また、目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させるので、反応室１０内の真空圧力変化速度が逆関数的に遅くなることがなく、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまでの時間を短縮し、反応室１０内のバッチ処理時間を短縮できる。

特開２０００−１６３１３７号公報

しかしながら、従来の真空圧力制御システムでは、真空圧力開閉弁１６の不感帯をなくすために、真空圧力制御弁１６のシリンダを予圧する。このとき、真空圧力制御弁１６のシール力が失われる位置（リーク開始位置）が不明であるため、予圧できる量が不明であった。そこで、従来の真空圧力制御システムは、予圧をした後に定値制御を行っていた（Ｓ１０２〜Ｓ１０８）。この予圧と定値制御には、それぞれ１０ｓｅｃかかり、最大２０ｓｅｃの無駄時間が生じていた。よって、従来の真空圧力制御システムは、圧力制御応答性が悪い問題があった。

しかも、従来の真空圧力制御システムは、２６６Ｐａの圧力降下が生じたときに、その時点における反応室１０内の真空圧力から２６６Ｐａを引いた値をフィードバック制御目標値とし（Ｓ１０６）、予圧していた。そのため、従来の真空圧力制御システムは、フィードバック制御の下限値が、Ｏリングのリーク開始位置にされるように、真空比例開閉弁１６のシリンダを予圧できないことがあった。

フィードバック制御の下限値が、Ｏリングのリーク開始位置からずれている真空圧力制御システムは、オーバーシュートやハンチング、アンダーシュートを起こしたときに、図３３に示す弁体がＯリングのリーク開始位置を超えて弁座側へ移動することがあった。その後に流体を流す場合には、弁体が動き始めてから、Ｏリングから流体が漏れ始めるまでに無駄な時間が生じる。よって、従来の真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁１６がＯリングのリーグ位置を通過して弁開閉動作を行い、圧力制御応答性に欠けることがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、圧力制御応答性を向上させることができる真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムは、次のような構成を有している。
（１）本発明の一態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整するものであって、反応室と真空ポンプとの間に配置される真空比例開閉弁と、
反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する制御手段と、
を有する真空圧力制御システムにおいて、
前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、
前記制御手段は、前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧すること、
前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること。

（２）本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値に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、
前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、
前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から算出した予圧圧力値を入力し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧すること、
前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること。

（３）本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムにおいて、
前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧するように、前記真空圧力制御システムを動作させること、
前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること。

上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、その予圧圧力値をフィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁が、リーク開始位置を弁体が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチング、アンダーシュートが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値がリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。

次に、本発明に係る真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムの実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
＜真空圧力制御システムの全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空圧力制御システムの概略構成図である。
本実施の形態に係る真空圧力制御システムは、従来技術の欄で示した図３２に対し、真空比例開閉弁１６の弁開閉動作をフィードバック制御する前に、フィードバック制御の下限値を真空比例開閉弁１６の特性に合わせて個別に設定するものである。真空圧力制御システムは、コントローラ２０（制御手段の一例）、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。

真空圧力制御回路２２は、図３２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（位置検出手段の一例）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。
尚、真空比例開閉弁１６と空気圧制御部３０との間には、圧力センサ５０が配設され、真空比例開閉弁１６のシリンダ圧力を測定する。圧力センサ５０は、圧力測定結果をコントローラ２０に出力する。

操作部４０である真空比例開閉弁１６は、図３２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２及び図３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。このような真空比例開閉弁１６は、Ｏリング４９がポペット弁体４５に装着され、Ｏリング４９を弁座４７に当接又は離間させることにより弁開閉動作を行う。

具体的には、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、Ｏリング４９を弁座４７に押し当てて密着させるように下降し、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内に供給ポート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、Ｏリング４９を弁座４７から離間させるように上昇し、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。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、ポテンショメータ１８により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。

図１に示す真空圧力センサー１４、１５は、図３１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。

＜真空圧力制御システムの動作モード説明＞
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）と、真空圧力コントロールモード（ＰＲＥＳＳ）とを、コントローラ２０で選択して設定できる。

真空圧力制御システムは、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が、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。

一方、真空圧力制御システムは、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が、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。

真空圧力コントロールモードを選択したとき、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３２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、真空圧力コントロールモードを選択したとき、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。

＜真空圧力制御システムの電気構成＞
図４に示す真空圧力制御システムの制御ブロック図に基づいて具体的に説明すると、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された後、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。

＜シリンダ圧力と真空圧力との関係＞
図５は、シリンダ圧力と反応室１０の真空圧力との関係を示す図である。縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ）を示し、横軸は位置センサ出力（Ｖ）を示す。
図５は、Ｏリング４９の潰し量を０．５００ｍｍに設計した真空比例開閉弁１６について、反応室１０の真空圧力を０〜８００×０．１３３ｋＰａとしたときに圧力センサ５０（圧力測定手段の一例）が計測するシリンダ圧力を示している。

真空比例開閉弁１６は、弁体４５に真空圧力が作用するため、図中Ｘ１部に示すように、シリンダ圧力が０ｋＰａであっても、ポテンショメータ１８が測定する位置センサ出力の値（Ｖ）が相違している。つまり、弁開度が相違している。

Ｏリング４９から漏れを生じるときのシリンダ圧力は、真空圧力が０ｋＰａのときには１３９．７ｋＰａ、真空圧力が１００×０．１３３ｋＰａのときには１２３．３ｋＰａ、真空圧力が２００×０．１３３ｋＰａのときには１０９．０ｋＰａ、真空圧力が３００×０．１３３ｋＰａのときには９７．７ｋＰａ、真空圧力が４００×０．１３３ｋＰａのときには８３．９ｋＰａ、真空圧力が５００×０．１３３ｋＰａのときには７３．４ｋＰａ、真空圧力が６００×０．１３３ｋＰａのときには５９．５ｋＰａ、真空圧力が７００×０．１３３ｋＰａのときには４８．４ｋＰａ、真空圧力が８００×０．１３３ｋＰａのときには３３．２ｋＰａとなる。このように、真空比例開閉弁１６は、Ｏリング４９から漏れが生じるシリンダ圧力が、反応室１０の真空圧力によってばらばらである。

図６は、反応室１０の真空圧力を加算したシリンダ圧力と、位置センサ出力との関係を示す図である。縦軸は反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力（ｋＰａ）を示し、横軸は位置センサ出力（Ｖ）を示す。
しかし、Ｏリング４９から漏れが生じるシリンダ圧力に、弁体４５に作用している真空圧力を加算すると、図中Ｘ２に示すように、その加算圧力値が一定の値（本実施形態では１４０ｋＰａ）を示し、位置センサ出力も一定になることが判明した。よって、Ｏリング４９から漏れが生じ始める位置（リーク開始位置）は、圧力測定値が測定するシリンダ圧力と真空圧力からＯリング４９のリーク開始位置を算出することができる。
ここで、真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁１６や圧力センサ５０のバラツキを考慮して、リーク開始位置として、１２５ｋｐａ（弁開度０．０５０ｍｍ相当分のマージンを考慮）をコントローラ２０に記憶している。

図７は、真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
図７に示す真空圧力制御プログラムは、コントローラ２０に格納され、真空圧力コントロールモード（ＰＲＥＳＳ）が設定されたときに実行され、コントローラ２０に下記の処理を行わせる。

先ず、ステップ２０（以下、「Ｓ２０」と省略して記載する。）において、所望の真空圧力を取得する。
Ｓ２１において、圧力センサ１４，１５の測定結果を取得して反応室１０の真空圧力を取得する。そして、Ｓ２２において、圧力センサ５０からシリンダ圧力を取得する。そして、Ｓ２３において、Ｓ２０で取得した所望の真空圧力と、Ｓ２１で取得した真空圧力を比較して、１２５ｋＰａ（本実施例での例）から大きい方を減算する。すなわち、現在の真空圧力が所望の真空圧力よりも大きいか、等しい場合には（Ｓ２３；ＹＥＳ）、１２５ｋＰａから現在の真空圧力値を減算して、Ｏリング４９のリーク位置を算出する（Ｓ２３１）。一方、現在の真空圧力が所望の真空圧力よりも小さい場合には（Ｓ２３；ＮＯ）、１２５ｋＰａから所望の真空圧力値を減算して、Ｏリング４９のリーク位置を算出する（Ｓ２３２）。これにより、Ｏリング４９のリーク開始位置となるシリンダ圧力を算出する。

そして、Ｓ２４において、Ｓ２２で取得した現在のシリンダ圧力が、Ｓ２３で算出したＯリング４９のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上であるか否かを判断する。現在のシリンダ圧力がＯリング４９のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上でない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、真空圧力制御中に真空圧力制御システムが停止若しくは一旦停止されたと考えられるので、Ｓ２５において、Ｓ２３で取得したＯリング４９のリーク開始位置までシリンダ４１に圧縮エアを供給して加圧し、フィードバック制御の下限値とする。その後、Ｓ２６において、コントローラ２０に設定された所望の真空圧力を取得する。そして、Ｓ２７において、圧力センサ１４，１５から反応室１０の現在の真空圧力を取得する。そして、Ｓ２８において、現在の真空圧力を所望の真空圧力に近づけるように真空比例開閉弁１６の弁開度を調整することにより、反応室１０の真空圧力をフィードバック制御する。一方、シリンダ圧力がＯリング４９のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上である場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、弁がクローズしていないので、そのままＳ２６へ進む。

このような真空圧力制御システムは、Ｓ２０〜Ｓ２８の処理を繰り返して真空圧力をフィードバック制御する際に、シリンダ圧力がＯリング４９のリーク開始位置以上であるか否かを監視し、シリンダ圧力がＯリング４９のリーク開始位置以上でない場合には、Ｓ２３で取得したＯリング４９のリーク開始位置までシリンダ４１を加圧し、フィードバック制御の下限位置をＯリング４９のリーク開始位置となるシリンダ圧力に調整する。

＜圧力制御応答性について＞
発明者らは、本実施形態の真空圧力制御システムの圧力制御応答性について調べた。
実験では、シリンダ圧力０ｋＰａのときの弁開度をフィードバック制御の下限値とする真空圧力制御システム（以下、「真空圧力制御システムＡ」という。）と、Ｏリング４９のリーク開始位置をフィードバック制御の下限値とする本実施形態の真空圧力制御システム（以下「真空圧力制御システムＢ」という。）を用いて行った。実験では、真空圧力制御システムＡ，Ｂの各真空比例開閉弁１６に、シリンダ圧力を５００ｋＰａに加圧して供給していた流量を、シリンダ圧力を１４０ｋＰａに減圧して流量調整する場合の応答性について調べた。

図９は、真空圧力制御システムＡの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。
真空圧力制御システムＡは、真空比例開閉弁１６のシリンダ圧力を５００ｋＰａから２０ｋＰａに減圧した後、１４０ｋＰａに調整する。この場合、反応室１０の真空圧力は、図中Ｘ３に示すように、オーバーシュートを発生した。また、反応室１０の真空圧力が安定するのに、約２３秒を要する。

図８は、真空圧力制御システムＢの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。
真空圧力制御システムＢは、真空比例開閉弁１６のシリンダ圧力を５００ｋＰａから１１０ｋＰａに減圧した後、１４０ｋＰａに調整する。この場合、反応室１０の真空圧力は、図中Ｘ４に示すように、オーバーシュートを発生しない。また、反応室１０の真空圧力が安定するのに約２０秒を要する。

よって、本実施形態のように、Ｏリング４９のリーク開始位置を算出してフィードバック制御の下限値として真空圧力制御システムＢは、シリンダ圧力０ｋＰａのときの弁開度をフィードバック制御の下限値とする真空圧力制御システムＡと比べ、オーバーシュートが生じにくい。これは、真空圧力制御システムＢは、真空圧力制御システムＡと比べ、シリンダ圧力を減圧する量が少なく、減圧後から目標シリンダ圧力までシリンダ圧力を充填する時間が短いからと考えられる。また、真空圧力制御システムＢは、真空圧力制御システムＡと比べ、反応室１０の真空圧力の安定時間を１割程度早くできる。

＜圧力制御安定性について＞
発明者らは、本実施形態の真空圧力制御システムの圧力制御安定性について調べた。
実験では、真空圧力制御システムＡと真空圧力制御システムＢを用いて行った。実験では、真空圧力制御システムＡ，Ｂに、各真空比例開閉弁１６の供給流量が３０ＳＭＬ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流路１０ＳＬＭにて同じ制御を行った場合に、ハンチングが生じるか否かを調べた。

図１０は、真空圧力制御システムＡの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を３０ＳＬＭとする場合を示す。図１１は、真空圧力制御システムＡの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を１０ＳＬＭとする場合を示す。
真空圧力制御システムＡは、図１０のＸ５に示すように、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御を用いて、真空比例開閉弁１６に供給流量を３０ＳＬＭに制御させる場合には、ハンチングが約２０秒間続く。一方、図１１のＸ６に示すように、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御を用いて、真空比例開閉弁１６に供給流量を１０ＳＬＭに制御させる場合には、ハンチングが１００秒以上続く。

図１２は、真空圧力制御システムＢの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を３０ＳＬＭとする場合を示す。図１３は、真空圧力制御システムＢの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を１０ＳＬＭとする場合を示す。
真空圧力制御システムＢは、図１２のＸ７に示すように、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御を用いて、真空比例開閉弁１６に供給流量を３０ＳＬＭに制御させる場合には、ハンチングが約１０秒間続く。一方、図１３のＸ８に示すように、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御を用いて、真空比例開閉弁１６に供給流量を１０ＳＬＭに制御させる場合には、ハンチングが約４０秒程度で収束する。

よって、真空圧力制御システムＢは、真空圧力制御システムＡと比べ、真空圧力のハンチング時間を約半分にすることができる。また、供給流量を３０ＳＬＭから１０ＳＬＭに変更する場合に、ＰＩＤ制御定数を変更しなくても、ハンチングを抑制して真空圧力を制御できる。ＰＩＤ制御定数の変更には、手間がかかるため、ＰＩＤ制御定数を変更せずに供給流量を変更できることは、ユーザにとって使い勝手が良い。

＜第１実施形態に係る真空圧力制御システムの作用効果＞
上記真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、反応室１０内の真空圧力、または真空目標圧力値から予圧圧力値（Ｏリング４９のリーク開始位置）を算出し、その予圧圧力値をフィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁１６が、Ｏリング４９がシール力を失うリーク開始位置を弁体４５が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチングが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値が、リーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。

（参考例）
続いて、参考例の真空圧力制御システムについて説明する。
参考例の真空圧力制御システムは、真空圧力制御プログラムが、ポテンショメータ１８が測定する位置センサ出力を用いて、Ｏリング４９のリーク開始位置を算出する点で、第１実施形態と相違する。よって、ここでは、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。尚、第１実施形態と同一構成には、第１実施形態と同じ符号を図面と説明に用い、詳細な説明を省略する。

＜位置センサ出力と反応室圧力との関係＞
図１６は、位置センサ出力と反応室１０の真空圧力との関係を示す図である。縦軸は、ポテンショメータ１８の位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は、シリンダ圧力（ｋＰａ）を示す。
図１６は、Ｏリング４９の潰し量を０．５００ｍｍに設計した真空比例開閉弁１６について、反応室１０の真空圧力を０〜８００×０．１３３ｋＰａとしたときにＯリング４９から漏れを生じる弁体４５の位置（弁開度）及びポテンショメータ１８が出力する位置センサ出力を測定した結果を示す図である。

真空比例開閉弁１６は、弁体４５に真空圧力が作用するため、図中Ｘ９部に示すように、シリンダ圧力が０ｋＰａであっても、ポテンショメータ１８の位置センサ出力（Ｖ）、すなわち弁開度が反応室１０の真空圧力によって異なっている。
図中数値は、Ｏリング４９から漏れが生じたときの位置センサ出力を示す。Ｏリング４９から漏れを生じるときの位置センサ出力は、真空圧力が０ｋＰａのときには１．２６４Ｖ、真空圧力が１００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６５Ｖ、真空圧力が２００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６３Ｖ、真空圧力が３００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６４Ｖ、真空圧力が４００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６２Ｖ、真空圧力が５００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６４Ｖ、真空圧力が６００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６１Ｖ、真空圧力が７００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６３Ｖ、真空圧力が８００×０．１３３ｋＰａのときには１．２６０Ｖとなる。このように、真空比例開閉弁１６は、Ｏリング４９から漏れが生じるときの位置センサ出力が約１．２６３Ｖ前後で安定している。

よって、真空圧力別に、シリンダ圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力からＯリング４９が漏れを生じ始めるときの位置センサ出力までの変動量を予めコントローラ２０に記憶しておけば、シリンダ圧力０ｋＰａのときに測定した位置センサ出力に、真空圧力に応じた変動量を加算することにより、Ｏリング４０のリーク開始位置を算出することができる。
位置センサ出力の変動量は、例えば、真空圧力が０ｋＰａの場合、シリンダ圧力が０ｋＰａのときの位置センサ出力が１．２００Ｖで、Ｏリング４６のリーク開始位置における位置センサ出力が１．２６４Ｖであり、その差分が０．０６４Ｖである。位置センサ出力０．００１Ｖが弁開度として約０．００７８ｍｍに相当するポテンショメータ１８を使用すると、位置センサ出力の変動量０．０６４Ｖは、弁開度の変動量０．４９８ｍｍに相当する。そして、この弁開度の変動量０．４９８ｍｍは、Ｏリング４９の潰し量０．５００ｍｍにほぼ一致する。よって、位置センサ出力の変動量から弁開度の変動量を認識できる。

＜真空圧力と変動量の関係テーブル＞
そこで、真空圧力制御システムは、真空圧力と変動量の関係テーブルをコントローラ２０に格納している。図１７は、真空圧力と変動量の関係テーブルの一例を示す図である。
テーブルは、図１６に示す測定結果から真空圧力毎に算出される弁開度の変動量及び位置センサ出力の変動量に、弁開度０．１００ｍｍ（位置センサ出力１３ｍＶ）分のマージンを考慮して、弁開度の変動量と位置センサ出力の変動量を記憶している。
図１４は、真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
真空圧力制御プログラムは、コントローラ２０に格納され、真空圧力コントロールモード（ＰＲＥＳＳ）が設定された場合に実行されて以下の処理をコントローラ２０に行わせる。
先ず、Ｓ２１において、圧力センサ１４，１５の測定結果を取得して反応室１０の真空圧力を取得する。そして、Ｓ３２において、現在の弁開度を、ポテンショメータ１８の位置センサ出力により取得する。そして、Ｓ３３において、Ｓ２１で取得した真空圧力とＳ３２で取得した位置センサ出力より、Ｏリング４９のリーク開始位置を算出する。

図１５は、Ｏリングリーク開始位置算出プログラムのフローチャートである。
Ｏリングリーク開始位置は、図１５に示す処理を実行することにより算出される。具体的には、Ｓ４１において、真空比例開閉弁１６がクローズ状態であるか否かを検出する。真空比例開閉弁１６がクローズ状態でない場合は（Ｓ４１：ＮＯ）、Ｓ４５において、コントローラ２０に保存されているＯリング４９のリーク開始位置を採用し、図１４のＳ２４へ進む。
一方、真空比例開閉弁１６がクローズ状態である場合は（Ｓ４１：ＹＥＳ）、図１５のＳ４２において、真空圧力に応じた弁開度の変動量として、図１７に示すテーブルより位置センサ出力の変動量を参照して取得する。そして、Ｓ４３において、Ｓ３２で取得した現在の位置センサ出力にＳ４２で取得した位置センサ出力の変動量を加算することにより、Ｏリング４９のリーク開始位置を算出する。そして、Ｓ４４において、Ｓ４３で算出したＯリング４９のリーク開始位置をコントローラ２０に更新・保存する。その後、図１４のＳ２４へ進む。

Ｓ２４では、現在の弁開度がＯリング４９のリーク開始位置以上であるか否かを判断する。この判断は、Ｓ３２で取得した現在の位置センサ出力が、コントローラ２０に保存されているＯリング４９のリーク開始位置以上であるか否かにより判断される。現在の位置センサ出力がＯリング４９のリーク開始位置以上でない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、Ｓ２５において、Ｓ２３で取得したＯリング４９のリーク開始位置をポテンショメータ１８が計測するまで、供給ポート１８Ａに圧縮空気を供給してシリンダ４１を加圧する。これにより、フィードバック制御の下限値が調整される。その後、Ｓ２６〜Ｓ２８は、第１実施形態と同様の処理なので説明を省略する。

このような真空圧力制御システムは、Ｓ２４〜Ｓ２８の処理を繰り返して真空圧力をフィードバック制御する際に、弁開度（位置センサ出力）がＯリング４９のリーク開始位置以上であるか否かを監視し、位置センサ出力がＯリング４９のリーク開始位置以上でない場合には、コントローラ２０に保存されているＯリング４９のリーク開始位置までシリンダ４１を加圧し、フィードバック制御の下限位置をＯリング４９のリーク開始位置に調整する。

＜補正について＞
ところで、真空比例開閉弁１６は、バルブメンテナンス後の再組立による弁位置の変化や、経年的な機械的ずれ、生成物付着による弁位置の変化により、シリンダ圧力０ｋＰａのときの弁位置が正常な弁位置からずれることがある。この場合でも、真空圧力制御システムは、シリンダ圧力を０ｋＰａにして真空比例開閉弁１６をクローズした時にポテンショメータ１８が測定する位置センサ出力に、Ｏリング４９の潰し量分を考慮した位置センサ出力変動量を加算することにより、Ｏリング４９のリーク開始位置を補正する。

＜位置センサ出力と制御コマンドとの関係＞
実験では、真空比例開閉弁１６をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．１４５Ｖである真空圧力制御システムＣと、真空比例開閉弁１６をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．２４０Ｖである真空圧力制御システムＤと、真空比例開閉弁１６をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．３３５Ｖである真空圧力制御システムＥをそれぞれ用いて、反応室１０の真空圧力を目標圧力（ここでは、９．０×０．１３３ｋＰａ）に制御した。この場合に、真空圧力制御システムＣ〜Ｅが、真空比例開閉弁１６に出力する制御コマンド（Ｖ）とポテンショメータ１８から出力される位置センサ出力（Ｖ）と、真空比例開閉弁１６のシリンダ圧力（ｋＰａ）と、反応室１０の真空圧力（ｋＰａ）とを測定した。この実験結果を図１８、図１９に示す。

図１８は、位置センサ出力に応じて制御コマンド下限値を補正している様子を示す図であって、左側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間ｓｅｃを示す。
真空圧力制御システムＣ〜Ｅが真空比例開閉弁１６に付与する制御コマンドは、位置センサ出力とリニアに対応するようになっている。よって、制御コマンドも位置センサ出力に対応して変化し、制御コマンド下限値が、その時の位置センサ出力に応じて異なる値になっている。よって、図１８に示す測定結果から、真空圧力制御システムＣ〜Ｅが、クローズ時の位置センサ出力に応じて制御コマンドを補正していることが分かる。

＜位置センサ出力とシリンダ圧力との関係＞
図１９は、シリンダを予圧する様子を示す図であって、左側縦軸は反応室１０の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
上記のように制御コマンドを補正された真空圧力制御システムＣ〜Ｅは、真空比例開閉弁１６のクローズ時における位置センサ出力が１．１４５Ｖ、１．２４０Ｖ、１．３３５Ｖと異なる場合であっても、シリンダ４１が同じ圧力で予圧されている。

＜制御コマンドの下限値設定に関する具体例＞
次に、真空圧力制御システムが、フィードバック制御する際に真空比例開閉弁１６に出力する制御コマンドの下限値設定に関する具体例を説明する。
例えば、真空比例開閉弁１６をクローズ状態にしたときに、圧力センサ１４，１５が測定する現在の真空圧力が０ｋＰａであり、且つ、ポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．２０３Ｖである場合には、位置センサ出力が、図１６のＸ９部に示す正常時の位置センサ出力基準値（１．２００Ｖ）より０．００３Ｖ大きい。すなわち、弁開度が正常時より大きい。この場合、図１７に示す真空圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力基準値０．０５１Ｖを読み出し、位置センサ出力（１．２０３Ｖ）に加算する。これにより、Ｏリング４９のリーク開始位置は、位置センサ出力が１．２５４Ｖを出力する位置に補正される。

また、例えば、真空比例開閉弁１６をクローズ状態にしたときに、圧力センサ１４，１５が測定する現在の真空圧力が０ｋＰａであり、且つ、ポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．２１３Ｖである場合には、位置センサ出力が、図１６のＸ９部に示す真空圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力基準値（１．２００Ｖ）より０．０１３Ｖ大きい。この場合、図１７に示す真空圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力基準値０．０５１Ｖを読み出し、位置センサ出力（１．２１３Ｖ）に加算する。これにより、Ｏリング４９のリーク開始位置は、位置センサ出力が１．２６４Ｖを出力する位置に補正される。

更に、真空比例開閉弁１６をクローズ状態にしたときに、圧力センサ１４，１５が測定する現在の真空圧力が０ｋＰａであり、且つ、ポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．１９３Ｖである場合には、位置センサ出力が、図１６のＸ９部に示す真空圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力基準値（１．２００Ｖ）より０．００７Ｖ小さい。この場合、図１７に示す真空圧力０ｋＰａのときの位置センサ出力基準値０．０５１Ｖを読み出し、位置センサ出力（１．１９３Ｖ）に加算する。これにより、Ｏリング４９のリーク開始位置は、位置センサ出力が１．２４４Ｖを出力する位置に補正される。

また、真空比例開閉弁１６をクローズ状態にしたときに、圧力センサ１４，１５が測定する現在の真空圧力が１００×０．１３３ｋＰａであり、且つ、ポテンショメータ１８の位置センサ出力が１．２１０Ｖである場合には、位置センサ出力が、図１６のＸ９部に示す真空圧力１００×０．１３３ｋＰａのときの位置センサ出力基準値（１．２２０Ｖ）より０．０１０Ｖ小さい。この場合、図１７に示す真空圧力１００×０．１３３ｋＰａのときの位置センサ出力基準値０．０４５Ｖを読み出し、位置センサ出力（１．２１０Ｖ）に加算する。これにより、Ｏリング４９のリーク開始位置は、位置センサ出力が１．２５５Ｖを出力する位置に補正される。

＜参考例に係る真空圧力制御システムの作用効果＞
上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、Ｏリング４９がシール力を失うときに、真空比例開閉弁１６の弁体４５の位置に応じて出力値を変化させて出力するポテンショメータ１８が出力する出力値（位置センサ出力）がほぼ一定である。そして、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、ポテンショメータ１８の出力値が、Ｏリング４９がシール力を失うリーク開始位置まで弁体４５が移動したときにポテンショメータ１８が出力する出力値となるように、シリンダ４１を予圧して、フィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁１６が、リーク開始位置を弁体４５が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチングが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値がリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。

上記態様の真空圧力制御システムによれば、シリンダ４１が無加圧のとき（シリンダ圧力が０ｋＰａのとき）にポテンショメータ１８が出力する位置センサ出力から、シリンダ４１をＯリング４９がシール力を失うリーク開始位置まで予圧したときにポテンショメータ１８が出力する位置センサ出力まで変動する変動量を、反応室１０内の真空圧力別に記憶するデータ記憶手段（テーブル）を有し、反応室１０の真空圧力に応じた変動量をテーブルから取得し、取得した変動量をポテンショメータ１８が出力する位置センサ出力に加算することにより、Ｏリング４９がシール力を失う位置（リーク開始位置）を算出する。そのため、反応室１０の真空圧力とポテンショメータ１８の位置センサ出力からＯリング４９がシール力を失うリーク開始位置を簡単に算出できる。

上記態様の真空圧力制御システムによれば、シリンダ４１が無加圧のときにポテンショメータ１８が検出する出力値に対して、反応室１０の真空圧力に応じた変動量を加算するので、使用している間に位置センサの出力がずれてきたとしても、そのずれ分だけ、Ｏリング４９のリーク開始位置を補正する補正手段を有する。よって、上記態様の真空圧力制御システムによれば、例えば、真空比例開閉弁１６がメンテナンス後の再組立により弁位置をずらした場合でも、そのずれ量に応じてフィードバック制御の下限値を補正し、真空圧力制御を精度良く行うことができる。

（第２実施形態）
続いて本発明の第２実施形態に係る真空圧力制御システムついて説明する。
第２実施形態の真空圧力制御システムは、反応室１０からガスをスロー排気するスロー排気モードを備える点が第１実施形態と相違する。よって、ここでは、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。第１実施形態と共通する点については、第１実施形態と同一符号を図面や説明に用い、詳細な説明を省略する。

＜スロー排気制御プログラム＞
図２０は、真空圧力制御システムが実行するスロー排気制御プログラムのフローチャートである。
スロー排気制御プログラムは、真空圧力制御システムのコントローラ２０に格納されている。真空圧力制御システムは、スロー排気モードが設定されると、図２０に示すスロー排気制御プログラムをコントローラ２０に実行させ、以下の処理を行う。
真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁１６がクローズしている場合には、現在の真空圧力を取得と弁開度を取得し、Ｏリング４９のリーク開始位置を算出する（Ｓ２０１：ＹＥＳ、Ｓ２１，Ｓ５２，Ｓ５３）。弁開度及びＯリング４９のリーク開始位置は、第１実施形態のようにシリンダ圧力で検出しても良いし、参考例のようにポテンショメータ１８の位置センサ出力で取得しても良い。一方、真空比例開閉弁１６がクローズしていない場合には（Ｓ２０１：ＮＯ）、保存されているＯリング４９のリーク位置を採用する。

そして、Ｓ２４において、現在の弁開度がＯリング４９のリーク開始位置以上であるか否かを判断する。現在の弁開度がＯリング４９のリーク開始位置以上でない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、Ｓ２５において、Ｓ５３で取得したＯリング４９のリーク開始位置までシリンダ４１を加圧してフィードバック制御の下限値を調整する。その後、Ｓ１０９へ進む。一方、現在の位置センサ出力がＯリング４９のリーク開始位置以上である場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、そのままＳ１０９へ進む。

尚、Ｓ１０９以降は、従来技術と同様であるので、説明を省略する。真空圧力制御システムは、Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ１０９〜Ｓ１１５の処理を繰り返し、反応室１０の真空圧力をフィードバック制御する。このとき、真空圧力制御システムは、弁開度がＯリング４９のリーク開始位置以上でなく、真空比例開閉弁１６をクローズする場合は、弁開度がＯリングのリーク開始位置となるようにシリンダ４１を予圧状態にするので、フィードバック制御時に必要以上に弁開度を小さくし過ぎない。

＜スロー排気時間について＞
発明者らは、シリンダの予圧がスロー排気時間に与える影響について調べた。
実験では、フィードバック制御の下限値をシリンダ圧力０ｋＰａ時のシリンダ圧力とする真空圧力制御システムＦと、フィードバック制御の下限値をＯリング４９のリーク開始位置とする真空圧力制御システムＧとを使用して行った。実験では、真空圧力制御システムＦ，Ｇが、設定流量（ここでは０．３３３ｋＰａ／ｓｅｃ）で反応室１０を減圧するように真空比例開閉弁１６の弁開度を調整し、その間の真空圧力とシリンダ圧力を経時的に測定した。その実験結果を、図２２及び図２３に示す。

図２１は、真空圧力制御システムＦによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室１０の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
真空圧力制御システムＦは、反応室１０を目標流量で減圧するように真空比例開閉弁１６の弁開度を調整するまでに、９秒間かかった。
図２２は、真空圧力制御システムＧによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室１０の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
真空圧力制御システムＧは、反応室１０を目標流量で減圧するように真空比例開閉弁１６の弁開度を調整するまでに、６秒間かかった。
よって、真空圧力制御システムＧは、真空圧力制御システムＦよりスロー排気に要する時間を３分の２に短縮することができた。これは、真空圧力制御システムＧが、シリンダ４１をＯリング４９のリーク開始位置まで予圧しており、真空比例開閉弁１６の供給ポート１８Ａに圧縮空気を供給すると同時に真空比例開閉弁１６にガスが流れ始めるためと考えられる。

＜アンダーシュート発生時の制御について＞
発明者らは、上記真空圧力制御システムＦ，Ｇを用いて、スロー排気時にアンダーシュートが発生した場合の制御について調べた。実験では、真空圧力制御システムＦ，Ｇが設定流量（ここでは０．３３３ｋＰａ／ｓｅｃ）で反応室１０を減圧するように真空比例開閉弁１６の弁開度を調整し、反応室１０が減圧し始めるときにシリンダ４１を加圧してアンダーシュードを生じさせる。この場合に、真空圧力制御システムＦ，Ｇについて真空圧力とシリンダ圧力を経時的に測定した。その実験結果を、図２３及び図２４に示す。

図２３は、真空圧力制御システムＦにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室１０の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
真空圧力制御システムＦは、シリンダ圧力変動が最大約７０ｋＰａであり、シリンダ圧力の安定に約３０秒かかった。そして、反応室１０では、−２７．５×０．１３３ｋＰａのアンダーシュートが生じ、アンダーシュート発生後から安定するまでに約４０秒かかった。

図２４は、真空圧力制御システムＧにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室１０の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
真空圧力制御システムＧは、シリンダ圧力変動が最大約３０ｋＰａであり、シリンダ圧力の安定に約１５秒かかった。そして、反応室１０では、−９．０×０．１３３ｋＰａのアンダーシュートが生じ、アンダーシュート発生後から安定するまでに約１５秒かかった。

このように、真空圧力制御システムＧは、真空圧力制御システムＦより、アンダーシュート発生時のシリンダ圧力変動が半分以上小さく、シリンダ圧力が安定するまでに要する時間も約半分に短くなる。そして、真空圧力制御システムＧは、真空圧力制御システムＦより、反応室１０で発生するアンダーシュートが約３分の１に押さえられ、アンダーシュート発生後に真空圧力が安定する時間も半分以上短縮できる。これは、真空圧力制御システムＧが、真空比例開閉弁１６に流量を絞らせる場合に、Ｏリング４９のリーク開始位置までしか弁体４５を移動させないため、反応室１０の圧力変動に追従して真空比例開閉弁１６を開閉して応答性良く流量制御できるからと考えられる。

＜第２実施形態に係る真空圧力制御システムの作用効果＞
第２実施形態に係る真空圧力制御システムは、第１実施形態と同様、圧力制御応答性が向上を図ることができる。また、第２実施形態に係る真空圧力制御システムは、アンダーシュートが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値が、Ｏリング４９がシール力を失うリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。
ここで、第２実施形態に係る真空圧力制御システムと特許文献１記載の真空圧力制御システムとを、真空圧力と制御コマンドとの関係、真空圧力とシリンダ圧力との関係、真空圧力と位置センサ出力との関係から対比し、両者の差異を明らかにする。

実験では、特許文献１記載の真空圧力制御システムと第２実施形態の真空圧力制御システムに、設定流量２．５×０．１３３ｋＰａ／ｓｅｃでスロー排気を行わせ、そのときの、真空圧力変動と制御コマンド変動、シリンダ圧力変動、位置センサ出力変動を調べた。この実験結果を図２５〜図３０に示す。
図２５は、特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
特許文献１記載の真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁１６の不感帯をなくすために、シリンダ４１に予圧をかけている。しかし、Ｏリング４９のリーク開始位置が不明なため、シリンダ４１に予圧できる予圧可能量が不明である。そこで、図３２のＳ１０３，Ｓ１０８に示すように、規定時間（１０ｓｅｃ）の間、真空圧力変動を確認しながら弁開度を段階的に調整して予圧を行い（図２５のＡ部）、その後、規定時間（１０ｓｅｃ）の間、フィードバック制御を行うことにより（図２５のＢ部）、予圧可能量を求めている。そのため、特許文献１記載の真空圧力制御システムは、予圧に、最大で２０ｓｅｃを要し、スロー排気の流量安定に２９．６秒もかかり、制御応答性が悪かった。

図２６は、第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
第２実施形態の真空圧力制御システムは、真空圧力または真空圧力目標からＯリング４９のリーク開放位置を算出し、又は、位置センサ出力値に位置センサ出力変動量を加算してＯリング４９のリーク開始位置を算出し、シリンダ４１の予圧可能量を求めている。そのため、Ｏリング４９のリーク開始位置までシリンダ４１に圧縮空気を供給してシリンダ４１を一気に予圧できるため、予圧時間が短く、スロー排気の流量安定に９．２秒しかかからず、制御応答性が良い。

図２７は、特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
特許文献１記載の真空圧力制御システムは、予圧可能量を調整する図中Ａ部とＢ部において、殆どシリンダ４１を予圧していない。
図２８は、第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
第２実施形態の真空圧力制御システムは、スロー排気開始と同時にシリンダ４１を予圧し始めている。

図２９は、特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
特許文献１記載の真空圧力制御システムは、予圧可能量を調整する図中Ａ部とＢ部において、位置センサ出力が殆ど変化していない。すなわち、弁開度が変化していない。
図３０は、第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
第２実施形態に係る真空圧力制御システムは、スロー排気と同時に位置センサ出力が変化している。すなわち、弁開度が変化している。

以上のように、第２実施形態の真空圧力制御システムは、フィードバック制御の下限値をＯリングリーク開始位置としたことにより、制御応答性を向上させ、シリンダ４１の予圧や弁開度の調整をスロー排気開始後から直ちに行うことができ、無駄がない。特に、半導体製造装置は、真空圧力制御システムの制御応答性や予圧時間を短縮できれば、短縮した時間の間も製品を製造することができ、より多くの製品を製造することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施例では、予圧圧力値を実験データから算出しているが、Ｏリングのつぶし量の設計値に基づいて算出しても良い。または、Ｏリングのつぶし量が所定値（例えば、０．５００ｍｍ）になったときのシリンダ圧力に基づいて算出してもよい。
また、本実施例では、予圧圧力値を予め記憶させているが、前記シリンダ圧力等から自動検出するシステムを採用しても良い。

また、上記実施形態では、真空比例開閉弁１６の外部に個別に設けたコントローラ２０に真空圧力制御プログラムやスロー排気制御プログラムを格納している。これに対して、真空圧力制御システムの外部に設けられた制御コントローラ（例えば、半導体製造装置の制御コントローラなど）に真空圧力制御プログラム又はスロー排気制御プログラムを読み込ませ、制御コントローラを用いて真空圧力制御システムの動作を制御するようにしても良い。また、真空比例開閉弁１６にコントローラ２０を設けても良い。
また例えば、参考例のようにポテンショメータ１８の位置センサ出力と反応室１０の真空圧力に基づいてＯリング４９のリーク開始位置を算出する場合は、圧力センサ５０を省略してコストダウンを図っても良い。
また例えば、ピストンに設けたマグネットを検出して弁開度を測定するものを、位置測定手段の一例としても良い。

本発明の第１実施形態に係る真空圧力制御システムの概略構成図である。 真空圧力制御システムに使用される真空比例開閉弁の断面図であって、遮断状態を示す。 真空圧力制御システムに使用される真空比例開閉弁の断面図であって、弁開状態を示す。 真空圧力制御システムの制御ブロック図である。 シリンダ圧力と反応室の真空圧力との関係を示す図である。縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ）を示し、横軸は位置センサ出力（Ｖ）を示す。 反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力と、位置センサ出力との関係を示す図である。縦軸は反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は位置センサ出力（Ｖ）を示す。 圧力制御プログラムのフローチャートである。 真空圧力制御システムＢの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。 真空圧力制御システムＡの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。 真空圧力制御システムＡの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を３０ＳＬＭとする場合を示す。 真空圧力制御システムＡの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を１０ＳＬＭとする場合を示す。 真空圧力制御システムＢの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を３０ＳＬＭとする場合を示す。 真空圧力制御システムＢの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が３０ＳＬＭ時のＰＩＤ制御定数を使用して供給流量を１０ＳＬＭとする場合を示す。 本発明の参考例の真空圧力制御システムで使用される真空圧力制御プログラムのフローチャートである。 Ｏリングリーク開始位置算出プログラムのフローチャートである。 位置センサ出力と反応室の真空圧力との関係を示す図である。縦軸は、ポテンショメータが出力する位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は、シリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示す。 真空圧力と変動量の関係テーブルの一例を示す図である。 位置センサ出力に応じて制御コマンド下限値を補正している様子を示す図であって、左側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間ｓｅｃを示す。 シリンダを予圧する様子を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 本発明の第２実施形態に係る真空圧力制御システムが実行するスロー排気制御プログラムのフローチャートである。 真空圧力制御システムＦによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 真空圧力制御システムＧによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 真空圧力制御システムＦにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 真空圧力制御システムＧにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は制御コマンド（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸はシリンダ圧力（ｋＰａ、ゲージ圧力）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 特許文献１に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 第２実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力（×０．１３３ｋＰａ、絶対圧力）を示し、右側縦軸は位置センサ出力（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。 ＣＶＤ装置及びその排気系の概要を示した図である。 特許文献１に記載する真空圧力制御システムにおけるスロー排気制御プログラムのフローチャートである。 真空比例開閉弁のシリンダ圧力と弁開度との関係を示す図である。横軸が時間（ｓｅｃ）を示し、図中左側縦軸が弁開度（ｍｍ）を示し、図中右側縦軸がシリンダ圧力（ｋＰａ）を示す。

符号の説明

１０ 反応室
１３ 真空ポンプ
１６ 真空比例開閉弁
１８ ポテンショメータ（位置検出手段の一例）
２０ コントローラ（制御手段の一例）
４１ シリンダ
４５ 弁体
４７ 弁座
４９ Ｏリング
５０ 圧力センサ（圧力測定手段の一例）

Claims (3)

1. 弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整するものであって、反応室と真空ポンプとの間に配置される真空比例開閉弁と、
   反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する制御手段と、
   を有する真空圧力制御システムにおいて、
   前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、
   前記制御手段は、前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧すること、
   前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること、
   を特徴とする真空圧力制御システム。
2. 弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値に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、
   前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、
   前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から算出した予圧圧力値を入力し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧すること、
   前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること、
   を特徴とする真空圧力制御システム。
3. 弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムにおいて、
   前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、前記圧力測定手段が測定した圧力値が、前記予圧圧力値より小さい場合には、前記シリンダの内圧を前記予圧圧力値まで加圧するように、前記真空圧力制御システムを動作させること、
   前記予圧圧力値は、前記弁座に当接している前記弾性シール部材のリーク開始位置となるときの前記シリンダの内圧であること、
   を特徴とする真空圧力制御プログラム。

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