JP6969465B2 - 目標開度推定器および圧力調整真空バルブ - Google Patents

Description

本発明は、目標開度推定器および圧力調整真空バルブに関する。

ＣＶＤ装置等の真空処理装置においては、プロセスチャンバにプロセスガスを流入させつつチャンバ内圧力を所定圧力に維持してプロセスを行う場合が多い。通常、異なるプロセス条件にて複数ステップあり、これら各ステップにおける条件が各々所定時間ごとに切り替わり処理が進められる。その際、ステップ間の切り替わりタイミングで次の所定の圧力値に速やかに収束させ、また各ステップ区間内で圧力変動を極力少なくすることが、プロセスの均一性を確保するために必要とされる。

そのため、プロセスチャンバと真空ポンプとの間に圧力調整真空バルブ（ＡＰＣバルブとも呼ばれる）が設けられ、この圧力調整真空バルブの弁体をモータで駆動制御することによってプロセスチャンバの圧力を所望の圧力に制御している（例えば、特許文献１参照）。

真空ポンプと自動圧力調整バルブとを備える真空排気装置を用いてプロセスチャンバを排気する場合、予め真空排気装置の排気特性データを圧力調整真空バルブのコントローラに記憶させておき、その排気特性データ基づいて自動圧力調整バルブによる調圧動作が行われる。例えば、調圧にフィードフォワード制御に用いる場合、排気特性データ基づいて移動先の目標開度を設定し弁体を駆動する。

特開２０１４−２０７３５３号公報

しかしながら、目標開度の精度が悪いと圧力値が振動的になったりする等、圧力調整応答の安定性が問題となる。

本発明の好ましい態様による目標開度推定器は、圧力調整真空バルブの弁体の開度と前記圧力調整真空バルブが接続される真空チャンバの圧力との相関関係と、現在の前記開度および前記圧力とに基づいて、前記真空チャンバの圧力が調圧目標圧力に到達したときの前記弁体の開度である目標開度推定値を推定する。
さらに好ましい態様では、前記相関関係は、開度変化に対する圧力応答特性を表す相関関係である。
さらに好ましい態様では、前記相関関係は、前記真空チャンバの圧力をＰ、前記真空チャンバの圧力の変化をΔＰ、前記弁体の開度の変化をΔθとしたときに、式「|(ΔＰ／Δθ)|／Ｐ」で表される量である。
さらに好ましい態様では、現在の開度に開度増分を加算した加算後開度と前記相関関係とに基づき算出される圧力が前記調圧目標圧力以上となるまで前記開度増分の加算を繰り返し行って前記目標開度推定値を推定し、加算前開度が所定開度未満の場合には前記開度増分として第１の開度増分を使用し、加算前開度が所定開度以上の場合には前記開度増分として前記第１の開度増分よりも大きな第２の開度増分を使用する。
本発明の好ましい態様による圧力調整真空バルブは、開閉駆動する弁体と、上記態様のいずれか一つに記載の目標開度推定器と、前記目標開度推定器により推定された目標開度推定値に基づいて前記弁体の開度を制御する開度制御部と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記開度制御部は、現在の開度から目標開度推定値までのフィードフォワード開度を弁体駆動による調圧開始時から出力して、前記弁体の開度をフィードフォワード制御する。
さらに好ましい態様では、前記開度制御部は、前記フィードフォワード制御に加えてフィードバック制御を行い、前記フィードバック制御においては、前記フィードフォワード開度が前記目標開度推定値に達するまでは値がゼロのフィードバック開度を出力し、前記フィードフォワード開度が前記目標開度推定値に達したならば、前記調圧目標圧力に対する前記真空チャンバの圧力の偏差に応じたフィードバック開度を出力する。
さらに好ましい態様では、前記開度制御部は、前記調圧目標圧力が前記真空チャンバの圧力よりも低い場合には、現在の開度から前記目標開度推定値よりも大きな開度までのフィードフォワード開度を出力し、前記調圧目標圧力が前記真空チャンバの圧力よりも高い場合には、現在の開度から前記目標開度推定値よりも小さな開度までのフィードフォワード開度を出力する。

本発明によれば、目標開度推定値を精度良く算出することができ、圧力調整応答の安定性向上を図ることができる。

図１は本発明の圧力調整真空バルブを備える装置の模式図である。 図２は、圧力調整真空バルブの吸気口側を示す図である。 図３は、圧力調整真空バルブの調圧制御を説明するブロック図である。 図４は、プラントゲイン特性カーブを示す図である。 図５は、ガスの種類が異なる場合のプラントゲインを示す図である。 図６は、実効排気速度値Ｓｅに誤差があった場合の目標開度推定値θｅの一例を示したものである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の圧力調整真空バルブを備える装置の模式図である。図１に示す装置は、例えばＣＶＤ装置のような真空プロセス装置１０００であり、圧力調整真空バルブ１を介して真空ポンプ４が装着される真空チャンバ３と、装置コントローラ２とを備えている。

真空ポンプ４はターボ分子ポンプであり、粗引きポンプ５が排気側に接続されている。真空チャンバ３には、チャンバ内圧力を計測する真空計３１、および真空チャンバ３に導入されるガスの流量Ｑinを制御する流量制御器３２が設けられている。圧力調整真空バルブ１には弁体１２と、弁体１２を開閉駆動するモータ１１と、圧力調整真空バルブ１の動作を制御するバルブ制御部１０とを備えている。真空計３１で計測された圧力計測値Ｐｒは、装置コントローラ２および圧力調整真空バルブ１のバルブ制御部１０に入力される。装置コントローラ２からバルブ制御部１０へは、目標圧力値Ｐｓが入力される。

図２は、圧力調整真空バルブ１の吸気口側を示す図である。弁体１２は圧力調整真空バルブ１のバルブボディ１４内に納められており、バルブボディ１４の吸気側には開口１４２を有する吸気口フランジ１４１が設けられている。なお、バルブボディ１４の排気側（吸気側とは反対側）には、真空ポンプ４が取り付けられる排気口フランジ（不図示）が吸気口フランジ１４１と同軸で設けられている。

モータ１１を正方向および逆方向に回転駆動して弁体１２を揺動駆動させると、弁体１２が水平方向にスライドしてバルブ開閉動作が行われる。弁体１２は、開口１４２の全体に対向する開度０％の位置と開口１４２から退避した開度１００％の位置との間で、開閉駆動される。圧力調整真空バルブ１では、弁体１２の開度を調整することにより圧力調整真空バルブ１のコンダクタンスを調整することができる。

図３は、圧力調整真空バルブ１の調圧制御を説明するブロック図である。モータ１１には弁体１２の開度を検出するためのエンコーダ１３が設けられている。エンコーダ１３の検出信号（以下では開度計測値θｒと記す）は、バルブ制御部１０に入力される。また、真空計３１の圧力計測値Ｐｒがバルブ制御部１０に入力される。バルブ制御部１０は、目標開度推定器１１０、フィードフォワード制御器１２０、フィードバック制御器１３０およびモータ制御器１４０を備えている。

目標開度推定器１１０は、入力された目標圧力値Ｐｓに基づいて目標開度推定値θｅを推定演算する。目標開度推定器１１０の記憶部１１２には開度θと圧力Ｐとの相関関係が記憶され、演算部１１１は目標圧力値Ｐｓと相関関係とに基づいて目標開度推定値θｅを推定演算する。目標開度推定値θｅの推定演算方法については後述する。フィードフォワード制御器１２０は、目標開度推定器１１０で推定演算された目標開度推定値θｅに基づいて開度設定出力（フィードフォワード開度設定出力）Δθ１を出力する。このように、フィードフォワード制御では、目標圧力値Ｐｓになるような目標開度推定値θｅを別途求め、最終的に目標開度推定値θｅになるように適切に決めた経路でもって開度設定を出力する。フィードバック制御器１３０は、偏差εに基づく開度設定出力（フィードバック開度設定出力）Δθ２を出力する。通常、フィードバック制御器１３０は、比例ゲイン、積分ゲイン（所謂ＰＩゲイン）で構成される。

フィードフォワード開度設定出力Δθ１とフィードバック開度設定出力Δθ２とは加算され、開度設定出力θsとしてモータ制御器１４０に入力される。モータ制御器１４０は開度設定出力θｓに基づいてモータ１１を駆動制御する。図３に示すブロック図では、フィードフォワード開度設定出力Δθ１とフィードバック開度設定出力Δθ２とを加算した開度設定出力θｓをモータ制御器１４０に入力している。実際の制御パターンとしては、弁体駆動開始時からフィードバック制御も混合して、つまり０でないΔθ２値が加算された開度設定出力θｓで制御しても良いし、駆動前期においてはフィードフォワード制御で駆動を行い、Δθ１がθeに達して目標圧力値に近づいた後期においてはフィードバック制御を行うというような制御パターンでも良い。目標圧力値から遠い調圧開始時はフィードフォワード制御が主体で、目標圧力値近傍ではフィードバック制御が主体とされる。以下では、後者の制御パターンの場合を例に説明する。

（プラントゲインＧｐについて）
上述したように、目標開度推定器１１０の演算部１１１では、記憶部１１２に記憶されている開度θと真空チャンバ３の圧力Ｐとの相関関係と、入力された目標圧力値Ｐｓとに基づいて、目標開度推定値θｅを推定演算する。ここでは、開度θと圧力Ｐとの相関関係として次式（１）で定義されるプラントゲインＧｐを使用する場合を例に説明する。式（１）から分かるように、プラントゲインＧｐは開度θの変化に対する圧力応答特性を表している。なお、|(ΔＰ／Δθ)|は、(ΔＰ／Δθ)の絶対値を示している。
Ｇｐ＝|(ΔＰ／Δθ)|／Ｐ …（１）

開度θを入力とし真空チャンバ３の圧力Ｐを出力とした場合、開度変化に対する圧力変化つまり（ΔＰ／Δθ）を圧力Ｐで規格化した量（（ΔＰ／Δθ）／Ｐ）は、プラントである真空チャンバ３内の希薄ガスの圧力応答の静的なゲイン特性を表している。ここでは、（ΔＰ／Δθ）／Ｐの絶対値|(ΔＰ／Δθ)|／ＰをプラントゲインＧｐと呼ぶことにする。なお、式（１）で表されるプラントゲインＧｐは、圧力Ｐ(θ)の対数値（Log_ｅＰ(θ)）を開度θで微分した量と考えることもできる。

プラントゲインＧｐは圧力調整真空バルブ１、真空チャンバ３および真空ポンプ４から成るシステムの特性であって、圧力調整真空バルブ１が同じであっても真空チャンバ３や真空ポンプ４が異なればプラントゲインＧｐは若干異なる。

従来、圧力調整真空バルブ１の開度制御には、圧力調整真空バルブ１の吸気口における実効排気速度値Ｓｅが一般的に用いられる。通常、圧力調整真空バルブ１を真空チャンバ３に装着して使用する際には、実効排気速度値Ｓｅに関する初期校正操作、すなわち弁体制御に関する初期校正操作が行われる。一般に、適用するプロセス条件の代表的なガス、あるいは平均的なガス条件（ガス種、ガス流量）にした状態にて、真空チャンバ３の容積、弁体の感度等に応じて制御器のゲイン校正が行われる。平均的な条件としては、例えば、混合ガスの平均分子量を求め、取扱が比較的容易なガス種で代用されることが多い。

記憶部１１２にはプラントゲインＧｐの初期値（データテーブル）が記憶されているが、プラントゲインＧｐについても、実効排気速度値Ｓｅを用いて制御を行う従来の場合と同様に初期校正が必要となる。初期校正により、予め決めておいた特定ガス種および流量値条件における各開度θiごとのプラントゲインＧpiを求め、得られたデータテーブル（θi，Ｇpi）を校正後のプラントゲインＧｐとして記憶部１１２に記憶させる。

図４は、プラントゲインＧｐの特性カーブの一例を示したものである。プラントゲインＧｐは、開度θが比較的小さな開度位置（開度θ_Gp_max）に最大値を有している。このことは、最大値を取る開度θ_Gp_max付近では開度変化に対して圧力変化が大きく敏感に反応し、プラントゲインＧｐの値が低い曲線の裾野付近（開度θが大きな領域）では開度変化に対する圧力変化が鈍感になっていることを示している。

発明者は、式（１）のように定義したプラントゲインＧｐは、図５に示すように、排気するガスの種類が異なっても曲線Ｇｐ(１)，Ｇｐ(２)，Ｇｐ(３)のように最大になる開度θ_Gp_maxはほぼ同じ位置になることを見出した。また、開度θ_Gp_maxの周辺開度を含めてプラントゲインＧｐの値は、ガス種や導入ガス流量が異なっても数十％の範囲内に収まる特性を有している。これに対して、実効排気速度値Ｓｅはガス種や導入ガス流量の違いにより数１００％程度の範囲にばらける特性を有している。

（目標開度推定値θｅの算出）
次に、プラントゲインＧｐを用いた目標開度推定値θｅの算出方法の一例について説明する。ここでは、現在の調圧状態（θ，Ｐ）は（θ０，Ｐ０）であって、移行すべき次の調圧状態は（θ１，Ｐ１）であるとする。いずれの調圧状態も平衡状態なので、調圧のガス種、流量に対応するプラントゲインＧｐ(θ)に従う。さらに、上述したようにプラントゲインＧｐはガス種および流量に対する依存性が小さいので、記憶部１１２に予め記憶している所定のガス種、流量におけるプラントゲインＧｐのデータ、あるいは校正後のデータでおよそ近似できるものと考えて良い。

図４の開度θとプラントゲインＧｐとの関係を表すデータテーブル（θ，Ｇｐ）を用いることで、各開度θのプラントゲインＧｐ(θ)が得られる。式（１）の定義式を用いると、開度変化Δθと圧力変化ΔＰとの関係は、式（２）のように表される。開度θが増加すると圧力Ｐは減少するので、式（２）の右辺にはマイナス符号が付く。
ΔＰ＝−Ｐ×Ｇｐ(θ)×Δθ …（２）

現在の調圧状態（θ０，Ｐ０）と次の調圧状態（θ１，Ｐ１）との関係は次式（３）、（４）で表せる。
θ１＝θ０＋∫dθ （積分範囲はθ0からθ1まで） …（３）
Ｐ１＝Ｐ０＋∫dＰ （積分範囲はＰ０からＰ１まで） …（４）

式（３）、（４）の積分は、実際には調圧状態（θ０，Ｐ０）から調圧状態（θ１，Ｐ１）までの各準静的状態における開度の増分Δθと圧力の増分ΔＰをそれぞれ加算したものとして表されるので、θ１およびＰ１は次式（５）、（６）のように表すことができる。なお、式（５）におけるΔθ_n(θ_n)は、開度θ_nにおける開度増分Δθ_nであることを表しており、例えば、Δθ_1(θ_1)は開度θ０から開度θ_1に変化した場合の開度増分である。同様に、ΔＰ_n(p_n)は、圧力Ｐ_nにおける圧力増分を表している。
θ１＝θ０＋ΣΔθ_n(θ_n) …（５）
Ｐ１＝Ｐ０＋ΣΔＰ_n(Ｐ_n) …（６）

式（５）のΔθ_n(θ_n)に関しては、式（７）のように各開度θ_nに従って増分Δθ_n(θ_n)を与えれば良い。式（６）のΔＰ_n(Ｐ_n)に関しては、開度θと圧力Ｐとの相関関係を用いて開度θ_nにおける増分Δθ_n(θ_n)に対応する圧力Ｐ_nにおける増分ΔＰ_n(Ｐ_n)を与えれば良い。相関関係としてプラントゲインＧｐを用いる場合には、圧力Ｐ_nにおける増分ΔＰ_n＝ΔＰ_n(Ｐ_n)は、上述の式（２）を適用して次式（８）のように表される。なお、式（８）において、Δθ_n＝Δθ_n(θ_n)であり、Ｇp_n＝Ｇｐ(θ_n)である。
Δθ_n＝Δθ_n(θ_n) …（７）
ΔＰ_n＝ΔＰ_n(Ｐ_n)＝−Ｐ_n×Ｇp_n×Δθ_n …（８）

式（７），（８）を式（５），（６）に代入して累積演算すれば、調圧状態（θ１，Ｐ１）における開度値θ１、圧力値Ｐ１へおおよそ到達できる。また、式（５），（６）を変形して下記のように表せば、逐次演算することができる。
θ_n+1 = θ_n＋Δθ_n …（９）
P_n+1 = P_n＋ΔP_n …（１０）

現在の調圧状態（θ０，Ｐ０）において次の調圧条件として目標圧力値Ｐｓが装置コントローラ２からバルブ制御部１０に入力されると、その時点で、少なくとも現在の目標圧力に対して次の目標圧力が高いか低いかが判る。従って、次の目標圧力値Ｐｓが高くなる場合（Ｐｓ＝Ｐ１＞Ｐ０）は、極端に流量が変化しない限り、弁体駆動方向は現在よりも開度を小さくする方向である。逆に、次ぎの目標圧力値Ｐｓが低くなる場合（Ｐｓ＝Ｐ１＜Ｐ０）は、弁体駆動方向は開度を現在よりも大きくする方向となる。つまり、次の調圧条件が装置コントローラ２より指示されると、現在の調圧状態（θ０，Ｐ０）から開度増分を単調に増やす方向か、単調に減らす方向か決定できる。

目標開度推定器１１０の演算処理能力が高ければ、式（７）におけるΔθ_nの値を可能な限り微小量とすることで演算精度が上げられる。例えば、フル開度１００％に対してΔθ_nを０．１％以下に設定する。調圧状態（θ０，Ｐ０）から単調に＋０．１％、あるいは単調に−０．１％として式（７），（９）から開度θが累積演算され、式（８），（１０）から圧力Ｐが逐次累積演算される。そして、圧力の累積演算値である式（６）の右辺の値「Ｐ０＋ΣΔＰ_n(Ｐ_n)」が次ぎの圧力値（目標圧力値）Ｐ１に達したならば（あるいは越えたならば）、演算を終了する。この圧力値Ｐ１に達したときの累積演算された開度が、目標開度推定値θｅに相当する。以上が目標開度推定値θeの算出方法の一例であるが、前述した通りプラントゲインが圧力の対数値を開度で微分した量でもあることから、詳述しないが、対数演算あるいは指数演算を適用しても求めることができる。

（比較例）
上述したように、本実施の形態では目標開度推定器１１０で目標圧力値Ｐｓとなる目標開度推定値θｅを推定し、その目標開度推定値θｅに基づいてフィードフォワード開度設定出力Δθ１を出力するようにしている。この種の圧力調整真空バルブでは、前述したようにバルブ吸気口での実効排気速度値Ｓｅを用いて開度制御が行われる。初期校正時に所定ガス流量Ｑinのガスが真空チャンバ３内に導入され、そのときの圧力変化情報から真空チャンバ３の容積Ｖがビルドアップ法により求められる。また、弁体開度θiごとにチャンバ圧力Ｐriが平衡状態にて測定され、各開度θiにおける実効排気速度値Ｓei(θi)が、Ｓei＝Ｑin／Ｐriにより算出される。このときのデータ（θi，Ｓei）は校正された実効排気速度値Ｓｅのデータテーブルとして記憶される。

従って、排気の式「Ｑin＝Ｖ×（ｄＰｒ／ｄｔ）＋Ｓｅ×Ｐｒ」を用いることにより、右辺の各値が正確に得られれば、導入ガス流量Ｑinが推定できる。Ｐｒは真空計３１により計測される真空チャンバ３の圧力計測値であり、ｄＰｒ／ｄｔは圧力微分値で、現在圧力と過去圧力の測定値の差分から求められる。Ｓｅは、校正で得られたデータテーブル（θi，Ｓei）とエンコーダ１３（図３参照）から出力される開度計測値θｒとから求められる。それらの値を用いることにより左辺のＱinが算出される。よって、推定された流量値の増減が無く一定であると仮定すると、目標圧力値Ｐｓ到達時の実効排気速度値Ｓe_sは、式「Ｓe_s＝Ｑin／Pｓ」により求めることができる。さらに、算出された実効排気速度値Ｓe_sとデータテーブル（θi，Ｓei）とから、実効排気速度値Ｓe_sに対応する目標開度推定値θｅを求めることができる。

実効排気速度値Ｓe_sのデータテーブル（θi，Ｓei）に誤差がある場合、例えば、校正時に使用したガス種と実際のプロセスで使用するガス種が異なる場合、データテーブル（θi，Ｓei）を適用して排気の式より求めたＱinは誤差を有することになる。上述したように、開度θの変化と圧力Ｐの変化との関係を表すプラントゲインＧｐの場合は、ガス種、導入ガス流量が異なってもばらつきは数十％の範囲内に収まるが、実効排気速度値Ｓｅの場合には数１００％程度の範囲にばらつく特性を有している。

排気の式の右辺第１項「Ｖ×（ｄＰｒ／ｄｔ）」は圧力変動が大きい場合に絶対値が大きくなる動的な項であり、第２項「Ｓｅ×Ｐｒ」は静的な項である。例えば、現在の圧力計測値Ｐｒよりも目標圧力値Ｐｓが低い（ｄＰｒ／ｄｔ）＜０のケースでは、使用する実効排気速度値Ｓｅが実際の実効排気速度値よりも小さい場合には、第２項「Ｓｅ×Ｐｒ」が実際よりも小さくなって右辺の値が負になる。このように、導入ガス流量Ｑinが負値になるという明らかに不正確な推定になることもあり得る。

このような目標開度推定値θｅの演算は弁体駆動開始後も繰り返し行われ、それに基づく開度設定が出力される。図６は、実効排気速度値Ｓｅに誤差があった場合の目標開度推定値θｅの一例を示したものである。時刻ｔ１よりも以前は目標圧力値はＰs0であって、目標圧力値Ｐs0に対応する目標開度推定値θe0が算出される。時刻ｔ１において目標圧力値Ｐs1が入力されると、その時点から目標圧力値Ｐs1に対応する目標開度推定値θe1の演算が排気の式と実効排気速度値データとに基づいて開始される。実線で示す階段状のラインは目標圧力値Ｐs0，Ｐs1に対応する目標開度θs0，θs1を示したものであり、理想的には目標開度推定値の演算結果もこのようなラインとなることが望ましい。しかし、実際の目標開度推定値θｅの演算結果は破線で示すようなラインとなり、理想的なラインに対して乖離している。

一般に、調圧制御の前期においては圧力変動が大きく、上述のように実効排気速度値Ｓｅに誤差があった場合、目標開度推定の精度が悪くなり、フィードフォワード制御出力値が実際あるべき開度値から乖離して設定されることになる。そのため、フィードバック制御で補正すべき開度量が増大し、圧力応答で目標圧力値を過度に超えるオーバーシュート現象が発生することがあった。その結果、開度制御の安定性に問題があった。

一方、本実施の形態では、弁体駆動開始とは関係なく、現在の調圧状態（θ０、Ｐ０）である開度θ０および圧力Ｐ０と、圧力調整真空バルブ１の弁体１２の開度θと真空チャンバ３の圧力（すなわちバルブ吸気口圧力）Ｐとの相関関係に基づいて目標圧力値Ｐｓに対応する目標開度推定値θｅを推定しているので、上述のように従来よりも精度良く目標開度推定値θｅを算出することができる。その結果、制御後期におけるフィードバック制御への負担を軽減し、調圧応答性能の改善を図ることができる。

開度と圧力との相関関係としては種々のものが考えられるが、開度変化に対する圧力応答特性を表す相関関係の一つであるプラントゲインＧｐを用いることによって、ガス条件が異なってもプラントゲインＧｐのバラツキが数十％以下に抑えられる。そのため、プラントゲイン校正時のガス条件とプロセス時のガス条件との差に起因する弁体制御への影響を従来よりも抑えることができ、制御安定性に優れている。また、種々のガス条件のプロセスに用いられる場合でも、それらの平均的なガス条件でプラントゲインＧｐの校正を行うことで十分対応できる。

これに対して、上述のように、排気の式と実効排気速度値Ｓｅのデータテーブル（θi，Ｓei）とから目標開度推定値θｅを求める方法の場合、比較的誤差が緩和される圧力増減が緩い状態で適用する場合であっても、実効排気速度値Ｓｅが数１００％程度の範囲にばらつく特性を有しているので、実際流すガス種、導入ガス流量におけるデータテーブルを使用することが必要となる。

さらに、排気の式と実効排気速度値Ｓｅとから目標開度推定値θｅを求める方法の場合には弁体１２の駆動を開始することで推定が行われるが、本実施の形態の場合には、式（５）、（６）に示すような累積演算で目標開度推定値θｅを算出しているので、弁体駆動開始に関係なく目標開度推定値θｅを求めることができる。

（調圧制御への適用）
上述したように、目標開度推定器１１０は、調圧状態（θ０，Ｐ０）にて次の調圧条件（目標圧力値Ｐ１）が指示されると、上述したアルゴリズムに従って目標開度推定値θｅを演算にて求める。そして、フィードフォワード制御器１２０は、所定の開度速度で現在開度θ０から目標開度推定値θｅまで弁体１２を駆動するためのフィードフォワード開度設定出力Δθ１を出力する。また、フィードバック制御器１３０は、フィードフォワード開度が所定の経路を辿り、最終的にθeに到達するまでは、フィードバック開度設定出力Δθ２としてΔθ２＝０を出力し、フィードフォワード開度がθeに到達したら、偏差ε＝Ｐｒ−Ｐｓに応じたフィードバック開度設定出力Δθ２（≠０）を出力する。なお、フィードバック制御が開始されたら、フィードフォワード開度設定出力Δθ１はθe値に一定とされる。

すなわち、偏差εが比較的小さくなるまではフィードフォワード制御（θｓ＝Δθ１）により調圧制御が行われ、フィードフォワード制御の結果により偏差εが比較的小さくなったならば、フィードフォワード制御だけでは解消できない目標圧力への収束誤差を補正解消すべく、フィードバック制御（θｓ＝θe＋Δθ２）により圧力計測値Ｐｒを目標圧力値Ｐｓへと収束させる。モータ制御器１４０は、開度設定出力θｓに基づいて所定の速度で（例えば駆動可能な最大速度で）弁体１２が駆動されるようにモータ１１を制御する。

ところで、図３に示すようにフィードフォワード開度設定出力Δθ１とフィードバック開度設定出力Δθ２とを混合して同時に制御するケースもある。この場合、同時に出力されるフィードフォワード制御による出力開度を無用に相殺しないように、フィードバック制御の偏差εを構成する現在の圧力計測値Ｐｒと目標圧力値Ｐｓの内、目標圧力値Ｐｓは、開始時のＰs0から次のＰs1へステップ状に設定するのでなく、Ｐs0からＰs1へ連続的に変化させるのが好ましく、妥当な信号として、フィードフォワード制御の開度出力軌跡に対応する圧力応答を用いる例が挙げられる。そのため、フィードフォワード制御の開度出力軌跡に対応する圧力応答が正確に予測出来ない場合は、上述のようにフィードフォワード制御出力の後（すなわち目標開度推定値θｅまで出力完了後）に、フィードバック制御を開始して次の目標圧力値Ｐs1へ収束させるようにする。

（変形例１）
上述した説明では、式（７）におけるΔθ_nの値を微小量（例として±０．１％）の固定値とした場合を例に示した。しかし、図４のプラントゲインＧｐのカーブ特性からもわかるように、開度θが小さい領域（目安として３０％未満）ではＧｐ値の変化量が大きく、また、その領域にはＧｐ値が最大値となるピーク位置も存在する。一方、開度θが大きい領域（目安として３０％以上）ではＧｐ値が単調に減少し、Ｇｐ値の大きさも３０％未満の開度領域に比べて小さく、また、開度θの変化に対するＧｐ値の変化量も小さい。

このことから、例えば、図４の開度３０％以上ではΔθ_nを大きくして演算を粗くし、開度３０％未満では演算処理能力に応じてΔθ_nを小さくして演算精度を上げるようにするのが好ましい。

また、容積Ｖのチャンバを実効排気速度値Ｓｅで排気した場合、チャンバ内の圧力Ｐは、だいたいexp(−ｔ／α)に比例するように変化する。ここで。αはα＝Ｖ／Ｓｅで与えられる量であり、圧力応答の速さの目安となる時定数である。そこで、プラントゲインＧｐとは別に、実効排気速度値Ｓｅと開度θとの相関を表すデータテーブル（θｉ，Ｓｅｉ）を予め記憶しておき、目標開度推定値演算時に算出される開度θ_nのそれぞれに対応する実効排気速度値Ｓe_nを求める。そして、各実効排気速度値Ｓe_nに対して時定数αを各々算出し、各時定数αに対応するようにフィードフォワード制御の開度出力軌跡を定めても良い。すなわち、時定数αが長い開度θ_nに対しては開度出力の傾きを小さく設定し（すなわち弁体駆動速度を小さく設定し）、時定数αが短い開度θ_nに対しては開度出力の傾きを大きく設定する（すなわち弁体駆動速度を大きく設定する）。

（変形例２）
フィードフォワード制御が適用されている状態においては、現在の圧力計測値Ｐｒが目標圧力値Ｐｓから比較的離れている。そのことから、即応性を求める観点で、上述したフィードフォワード制御による開度出力（開始時θs0→終了時θs1）をやや増し気味にすることで、応答性改善を図ることができる。つまり、最終値θs1の値を割り増してθs1’とする。例えば、終了時目標圧力Ｐs1よりも１０％程度到達圧力が過剰になるように計算上の目標圧を設定して算出する。具体的には、Ｐs1＜Ｐs0の場合、式（６）の左辺Ｐ１を０．９×Ｐs1と設定して開度を算出する。また、Ｐs1＞Ｐs0の場合は、１．１×Ｐs1と設定して算出する。このような算出結果θs1’は、Ｐs1＜Ｐs0の場合θs1’＞θs1、Ｐs1＞Ｐs0の場合θs1’＜θs1となり、実際出力を割り増し（割り引き）して補正出力する。さらに応用例として、割り増し（割り引き）した開度を経由して最終は割り増し（割り引き）しない開度へ至るようなフィードフォワード制御による開度出力（開始時θs0→途中θs1’→終了時θs1）としても良い。ただし、割り増し（割り引き）の大小はフィードバック制御の応答能力を考慮して決める必要があり、応答能力が低い場合は割り増し率を小さくし、能力が高い場合には割増率を大きくする。

本発明は上述した実施の形態および変形例の内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述した実施の形態では、目標開度推定器１１０を圧力調整真空バルブ１のバルブ制御部１０に設けたが、圧力調整真空バルブ１と別に独立した目標開度推定器としても良い。また、目標開度推定器１１０を装置コントローラ２に設けるようにしても良い。さらに真空バルブとして弁体１２をスライド移動して開度を変化させたが、開度を変化させてコンダクタンスを制御するタイプの真空バルブであれば本発明は適用できる。

１…圧力調整真空バルブ、２…装置コントローラ、３…真空チャンバ、４…真空ポンプ、１０…バルブ制御部、１１…モータ、１２…弁体、１１０…目標開度推定器、１２…フィードフォワード制御器、１３０…フィードバック制御器、１４０…モータ制御器、１０００…真空プロセス装置、Ｇｐ…プラントゲイン、Ｐｓ…目標圧力値、

Claims (7)

1. 圧力調整真空バルブの弁体の開度と前記圧力調整真空バルブが接続される真空チャンバの圧力との相関関係と、現在の前記開度および前記圧力とに基づいて、前記真空チャンバの圧力が調圧目標圧力に到達したときの前記弁体の開度である目標開度推定値を推定し、
   前記相関関係は、開度変化に対する圧力応答特性を表す相関関係である、
   目標開度推定器。
2. 請求項１に記載の目標開度推定器において、
   前記相関関係は、前記真空チャンバの圧力をＰ、前記真空チャンバの圧力の変化をΔＰ、前記弁体の開度の変化をΔθとしたときに、式「|(ΔＰ／Δθ)|／Ｐ」で表される量である、目標開度推定器。
3. 請求項２に記載の目標開度推定器において、
   現在の開度に開度増分を加算した加算後開度と前記相関関係とに基づき算出される圧力が前記調圧目標圧力以上となるまで前記開度増分の加算を繰り返し行って前記目標開度推定値を推定し、
   加算前開度が所定開度未満の場合には前記開度増分として第１の開度増分を使用し、加算前開度が所定開度以上の場合には前記開度増分として前記第１の開度増分よりも大きな第２の開度増分を使用する、目標開度推定器。
4. 開閉駆動する弁体と、
   請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の目標開度推定器と、
   前記目標開度推定器により推定された目標開度推定値に基づいて前記弁体の開度を制御する開度制御部と、を備える圧力調整真空バルブ。
5. 請求項４に記載の圧力調整真空バルブにおいて、
   前記開度制御部は、現在の開度から目標開度推定値までのフィードフォワード開度を弁体駆動による調圧開始時から出力して、前記弁体の開度をフィードフォワード制御する、圧力調整真空バルブ。
6. 開閉駆動する弁体を有する圧力調整真空バルブであって、
   前記弁体の開度と前記圧力調整真空バルブが接続される真空チャンバの圧力との相関関係と、現在の前記開度および前記圧力とに基づいて、前記真空チャンバの圧力が調圧目標圧力に到達したときの前記弁体の開度である目標開度推定値を推定する目標開度推定器と、
   前記目標開度推定器により推定された目標開度推定値に基づいて前記弁体の開度を制御する開度制御部と、を備え、
   前記開度制御部は、
   現在の開度から目標開度推定値までのフィードフォワード開度を弁体駆動による調圧開始時から出力して、前記弁体の開度をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御と、
   前記フィードフォワード開度が前記目標開度推定値に達するまでは値がゼロのフィードバック開度を出力し、前記フィードフォワード開度が前記目標開度推定値に達したならば、前記調圧目標圧力に対する前記真空チャンバの圧力の偏差に応じたフィードバック開度を出力するフィードバック制御と、
   を実行する、圧力調整真空バルブ。
7. 開閉駆動する弁体を有する圧力調整真空バルブであって、
   前記弁体の開度と前記圧力調整真空バルブが接続される真空チャンバの圧力との相関関係と、現在の前記開度および前記圧力とに基づいて、前記真空チャンバの圧力が調圧目標圧力に到達したときの前記弁体の開度である目標開度推定値を推定する目標開度推定器と、
   前記目標開度推定器により推定された目標開度推定値に基づいて前記弁体の開度を制御する開度制御部と、を備え、
   前記開度制御部は、
   現在の開度から目標開度推定値までのフィードフォワード開度を弁体駆動による調圧開始時から出力して、前記弁体の開度をフィードフォワード制御し、
   前記開度制御部は、
   前記調圧目標圧力が前記真空チャンバの圧力よりも低い場合には、現在の開度から前記目標開度推定値よりも大きな開度までのフィードフォワード開度を出力し、
   前記調圧目標圧力が前記真空チャンバの圧力よりも高い場合には、現在の開度から前記目標開度推定値よりも小さな開度までのフィードフォワード開度を出力する、圧力調整真空バルブ。

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