JP6475516B2 - 圧力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造装置等に使用される圧力制御装置に関する。
従来より、チャンバ内の圧力を一定に保つための圧力制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された圧力制御装置は、圧力センサにより検出し検出したチャンバ内の圧力および設定圧力に基づき、ガスの供給をオン・オフして、チャンバ内の圧力を一定に制御している。
特開平３−２９１７０６号公報
ところで、設備の都合により、ガスの制御流量に対してチャンバの容積が大きくなったり、圧力制御装置とチャンバとの間の配管が長くなったりする場合がある。この場合に、特許文献１に開示された圧力制御を行うと、流量制御バルブを開けてガスを流してからチャンバ内の圧力が上昇するまで、あるいは流量制御バルブを閉じてから圧力が下降するまでに遅延時間が生じる。このため、チャンバ内の圧力が上下動し、チャンバ内の圧力を一定に保つことができない。
そこで本発明は、ガスの制御流量に対してチャンバの容積が大きい場合、あるいは流量制御バルブとチャンバとの間の配管が長い場合であっても、チャンバ内の圧力を一定に保つことが可能な圧力制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を解決するために、本発明の一態様である圧力制御装置は、被圧力制御対象内を設定圧力に保つ圧力制御装置であって、圧力センサにより検出された前記被圧力制御対象内の圧力を示す圧力信号を、前記設定圧力を示す設定圧力信号に近づくように補正する補正手段と、補正された前記圧力信号と、前記設定圧力信号とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づき流量制御バルブの開閉を制御するバルブ駆動手段と、を備え、 前記補正手段は、フィルタ回路であり、その周波数特性は、所定の周波数でピークを有し、前記圧力信号の前記所定の周波数の成分を持ち上げるように、前記圧力信号を補正する。
また、前記所定の周波数は、前記配管のガスの流量と前記チャンバの容積との関係、および／または前記チャンバと前記圧力制御装置との間の配管の長さに基づき決定されても良い。
また、前記圧力信号が、前記設定圧力信号よりも大きな値を示し、かつ減少するように変化しているときは、前記圧力信号は、前記補正手段により、その値が小さくなるように補正されても良い。
また、前記圧力信号が、前記設定圧力信号よりも小さな値を示し、かつ増加するように変化しているときは、前記圧力信号は、前記補正手段により、その値が大きくなるように補正されても良い。
本発明によれば、ガスの制御流量に対してチャンバの容積が大きい場合、あるいは流量制御バルブとチャンバとの間の配管が長い場合であっても、チャンバ内の圧力を一定に保つことが可能な圧力制御装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る圧力制御装置を備える圧力制御システムの構成図を示す。 圧力制御装置の構成図を示す。 流量制御バルブおよび制御回路のブロック図を示す。 圧力制御システムの制御開始時の検出圧力信号、補正圧力信号、圧力設定信号、およびバルブ駆動信号の挙動を示す図である。 周波数特性曲線の一例を示す図である。 変形例における、圧力制御システムの制御開始時の検出圧力信号、補正圧力信号、圧力設定信号、およびバルブ駆動信号の挙動を示す図である。
本発明の一実施形態に係る圧力制御装置について、図面を参照して説明する。
図１は、圧力制御装置１を備える圧力制御システム１０の構成図を示している。
圧力制御システム１０は、圧力制御装置１と、開閉バルブ２と、被圧力制御対象であるチャンバ３と、圧力センサ４と、可変バルブ５と、ドライポンプ６と、配管７とを備える。
圧力制御装置１には、図示せぬガス供給源が配管７を介して接続されている。開閉バルブ２は、圧力制御装置１の上流側に設けられている。
チャンバ３には、圧力を検出するための圧力センサ４が設けられ、配管７を介して圧力制御装置１に接続されている。圧力センサ４により検出された圧力は、圧力信号として圧力制御装置１に送られる。チャンバ３とドライポンプ６とは、配管７により接続されており、可変バルブ５は、チャンバ３とドライポンプ６の間に設けられている。
次に、圧力制御装置１の構成について図２を参照して説明する。
図２は、圧力制御装置１の構成図を示している。
図２に示すように、圧力制御装置１は、バイパス１１と、流量センサ１２と、制御部１３と、電磁弁である流量制御バルブ１４とを備える。制御部１３は、ブリッジ回路１５と、増幅回路１６と、制御回路１７とを備える。
圧力制御装置１に流入したガスは、バイパス１１および流量センサ１２へ所定の流量比に分流される。流量センサ１２の２本のコイルは、ブリッジ回路１５の一部を構成する。増幅回路１６は、ブリッジ回路１５で検出された温度差に関する信号を増幅して流量信号（例えば、０〜５ＶＤＣ）として外部へ出力する。また、当該流量信号は、制御回路１７へも出力される。
次に、制御回路１７の構成について説明する。
図３は、流量制御バルブ１４および制御回路１７のブロック図を示す。
図３に示すように、制御回路１７は、２つのレベル変換回路１８、１９と、周波数特性補正回路２０と、比較回路２１と、バルブ駆動回路２２とを有する。
レベル変換回路１８、１９は、外部から入力されるチャンバ３の設定圧力値を示す圧力設定信号（例えば、０〜１０ＶＤＣ）、および、圧力センサ４により検出された圧力値を示す圧力信号（例えば、０〜１０ＶＤＣ）を、比較回路２１で正確に比較するために、 増幅または減衰させるための回路である。
周波数特性補正回路２０は、オペアンプを使用したフィルタ回路であり、圧力センサ４により検出された圧力信号に対し、所定の周波数を持ち上げる補正を行う。比較回路２１は、周波数補正後の圧力信号と、設定圧力信号とを比較し、その差を示す差信号をバルブ駆動回路２２へ出力する。バルブ駆動回路２２は、差信号に基づき、チャンバ３内の圧力が一定となるように、流量制御バルブ１４の開度を制御する。

次に、圧力制御システム１０における制御開始時の動作について図４を参照して説明する。チャンバ３内の圧力を減少させて、圧力を一定に保つ場合（大気圧よりも低圧にする場合）の動作について説明する。
図４は、圧力制御システム１０の制御開始時の検出圧力信号、補正圧力信号、圧力設定信号、およびバルブ駆動信号の挙動を示している。圧力センサ４により検出された検出圧力信号は実線で、補正後の補正圧力信号は一点鎖線で、圧力設定信号は点線で、バルブ駆動信号は実線で示している。
可変バルブ５を所定開度に設定した状態で、ドライポンプ６を駆動して、チャンバ３内のガスを一定の吸引力で吸引する。これにより、図４に示すように、検出圧力信号が一定の割合で減少する。そして、この検出圧力信号に対し、周波数特性補正回路２０で周波数特性補正を行う。当該補正では、例えば、チャンバ３の容積が１ｍ３、圧力制御装置１とチャンバ３の間の配管７の長さが１０ｍ、配管７を流れるガスの流量３００ｓｃｃｍである場合に、図５に示すような周波数特性を有する周波数特性補正回路２０により補正が行われる。図５において、横軸は周波数、縦軸は電圧を示す。
図５の周波数特性曲線は、所定の周波数に相当する約１０Ｈｚにおいてピークを有し、１０Ｈｚまでは電圧が１．０Ｖから徐々に増加し、１０Ｈｚより大きい周波数では、電圧は直線的に減少している。周波数特性曲線のピークの位置（所定の周波数）は、配管７を流れるガスの流量とチャンバ３の容積との関係、および／または圧力制御装置１とチャンバ３の間の配管７の長さに基づき決定される。
図４に示すように、補正圧力信号は、検出圧力信号よりも小さい値となる。すなわち、周波数特性補正回路２０により、検出圧力信号の所定の周波数の成分を持ち上げるように補正され、その結果、検出圧力信号が、設定圧力信号に近づくように補正される。そして、比較回路２１において、補正圧力信号と、圧力設定信号との比較が行われ、バルブ駆動回路２２は、補正圧力信号が圧力設定信号よりも小さくなると（図４中のＰ１）、バルブ駆動信号をオンにして、流量制御バルブ１４が開状態にする。これにより、チャンバ３に対しガスが供給される。
チャンバ３に対しガスの供給を開始して所定時間経過後（図４中のＰ２）、検出圧力信号は圧力設定信号と等しくなり、その傾きが変化する。この変化により、補正圧力信号は、急激に増加するがすぐに減少し、補正圧力信号は、圧力設定信号とほぼ等しい値となる。
このように、周波数特性補正回路２０は、所定の周波数でピークを有し、検出圧力信号の所定の周波数の成分を持ち上げるように、検出圧力信号を補正する。これにより、流量制御バルブ１４が開状態となる時間を早めることができる。よって、検出圧力と設定圧力がほぼ等しくなった時点で、チャンバ３内にガスを供給することができるので、ガスの制御流量に対してチャンバ３の容積が大きい場合、あるいは圧力制御装置１とチャンバ３との間の配管７が長い場合であっても、チャンバ３内の圧力が上下動することなく、圧力を一定に保つことができる。
また、所定の周波数は、配管７を流れるガスの流量とチャンバ３の容積との関係、および／またはチャンバ３と圧力制御装置１との間の配管の長さに基づき決定されるので、検出圧力信号に対し、適切な補正を行うことができる。
また、検出圧力信号が、設定圧力信号よりも大きな値を示し、かつ減少するように変化しているときは、検出圧力信号は、周波数特性補正手段２０により、その値が小さくなるように補正される。チャンバ３内を圧力を減少させて圧力を一定に保つ際に、このような補正を行うことにより、チャンバ３内の圧力が上下動することなく、圧力を一定に保つことができる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
上記の実施形態では、圧力制御装置１により、チャンバ３内の圧力を減少させて、圧力を一定に保つ場合について説明したが、圧力制御装置１により、チャンバ３内の圧力を増加させて、圧力を一定に保っても良い。すなわち、図６に示すように、検出圧力信号が、設定圧力信号よりも小さな値を示し、かつ増加するように変化しているときは、検出圧力信号は、周波数特性補正手段２０により、その値を大きくなるように補正する。このような補正を行うことにより、チャンバ３内の圧力が上下動することなく、圧力を一定に保つことができる。
また、圧力制御装置１が備える回路は、アナログ回路またはデジタル回路のどちらであっても良い。また、上記の実施形態における被圧力制御対象はチャンバ３であったが、圧力容器等であっても良い。
１：圧力制御装置、３：チャンバ、４：圧力センサ、７：配管、１４：流量制御バルブ、２０：周波数特性補正回路、２１：比較回路、２２：バルブ駆動回路

Claims (4)

  1. 被圧力制御対象内を設定圧力に保つ圧力制御装置であって、
    圧力センサにより検出された被圧力制御対象内の圧力を示す圧力信号を、前記設定圧力を示す設定圧力信号に近づくように補正する補正手段と、
    補正された前記圧力信号と、前記設定圧力信号とを比較する比較手段と、
    前記比較手段による比較結果に基づき流量制御バルブの開閉を制御するバルブ駆動手段と、を備え、
    前記補正手段は、フィルタ回路であり、その周波数特性は、所定の周波数でピークを有し、前記圧力信号の前記所定の周波数の成分を持ち上げるように、前記圧力信号を補正する、圧力制御装置。
  2. 前記所定の周波数は、前記被圧力制御対象と前記圧力制御装置との間の配管のガスの流量と前記被圧力制御対象の容積との関係、および／または前記配管の長さに基づき決定される、請求項１の圧力制御装置。
  3. 前記圧力信号が、前記設定圧力信号よりも大きな値を示し、かつ減少するように変化しているときは、前記圧力信号は、前記補正手段により、その値が小さくなるように補正される、請求項１または請求項２の圧力制御装置。
  4. 前記圧力信号が、前記設定圧力信号よりも小さな値を示し、かつ増加するように変化しているときは、前記圧力信号は、前記補正手段により、その値が大きくなるように補正される、請求項１または請求項２の圧力制御装置。
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