JP7014123B2 - 推定装置およびバルブ制御装置 - Google Patents
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Description
さらに好ましい態様では、前記推定部は、前記加振信号の加振振幅、前記圧力応答、および、前記弁体の開度変化とチャンバ内圧力の変化との関係を表すプラントゲインに基づいて、前記真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度を推定する。
さらに好ましい態様では、前記加振部は、前記弁体の開度変化とチャンバ内圧力の変化との関係を表すプラントゲインと前記加振信号の加振振幅との積が一定となるように前記加振振幅を設定する。
さらに好ましい態様では、前記排気特性は前記真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度であって、前記加振部は、前記チャンバの容積をV、前記実効排気速度の推定開度範囲の上限開度における実効排気速度をSemaxとしたときに、前記加振信号の角周波数ωをω>Semax/Vのように設定する。
本発明の好ましい態様によるバルブ制御装置は、真空バルブの弁体の開度信号を生成する調圧部を備え、前記調圧部は、上述した態様のいずれかに記載の推定装置により推定した実効排気速度に基づいて前記開度信号を生成する。
本発明の好ましい態様によるバルブ制御装置は、チャンバに装着される真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度およびチャンバ容積を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された実効排気速度およびチャンバ容積に基づいて前記真空バルブの弁体の開度信号を生成する調圧部と、所定分子量および所定流量のガスが導入されている前記チャンバに装着された前記真空バルブを複数の開度に制御した場合のチャンバ内圧力に基づいて、前記記憶部に記憶された実効排気速度およびチャンバ容積を校正する校正部と、上述した態様のいずれかに記載の推定装置により推定した前記排気特性に基づいて、前記ガスの分子量および流量が前記所定分子量および前記所定流量と一致するか否かを判定する判定部とを備える。
Qin=V×(dP/dt)+Se×P …(1)
弁体11の開度θと実効排気速度Seとの関係Se(θ)は、一般に、図3に示すような単調増加曲線の関係にある。式(1)に示した排気の式を、ある平衡状態0の近傍にて微小変化量で線形化する。平衡状態0におけるチャンバ圧力P0、流量Qin0、実効排気速度Se0、開度θ0に対して微小量変化量をそれぞれΔP、ΔQin、ΔSe、Δθとすると、平衡状態0の近傍では排気の式(1)にP=P0+ΔP、Qin=Qin0+ΔQin、Se=Se0+ΔSe、θ=θ0+Δθを代入すればよい。
Qin=V×(dP/dt)+Se×P …(1)
Qin0+ΔQin=V×(d(P0+ΔP)/dt)+(Se0+ΔSe)×(P0+ΔP)
ΔQin=V×(d(ΔP)/dt)+Se0×ΔP+P0×ΔSe …(2)
ΔQin=V×(d(ΔP)/dt)+Se0×ΔP+P0×(∂Se/∂θ│0)×Δθ…(3)
ΔP/P0={ΔQin/P0-(∂Se/∂θ│0)×Δθ}/(V×S+Se0) …(4)
ΔP/P0={-(∂Se/∂θ│0) /(V×S+Se0)}×Δθ …(5)
(ω→0の場合)
この場合、伝達関数「-(∂Se/∂θ│0) /(V×jω+Se0)」においてV×jωの部分はV×jω→0となるので、伝達関数の振幅値の極限値は(∂Se/∂θ│0) /Se0となる。これは、プラントゲインGpと呼ばれるもの(例えば、特開20181-112263号公報を参照)と同じものである。すなわち、ω→0の極限で得られる伝達関数Gp=(∂Se/∂θ│0) /Se0は静的なプラントゲインであって、伝達関数「-(∂Se/∂θ│0) /(V×jω+Se0)」は動的なプラントゲインであると言える。静的なプラントゲインGp(θ)はガス種および流量ごとでの差異が小さいことが判っており、差異の検出は容易でない。
ω→+∞の場合には(V×ω)≫Se0であるから、振幅値の極限値は(∂Se/∂θ│0) /(Vω)となる。図3に示すように実効排気速度Seはガスごとに差異が大きく、実効排気速度Seの開度微分値は、図4に示すように、極端にθが小さい開度領域および極端にθが大きい開度領域を除くと、実効排気速度値の大小と相関した大小関係を有する。そのため、図4の矢印で示す範囲(推定実施範囲)では実効排気速度Seの開度微分値はガスごとの差異が顕著に現れ、精度良く推定を行うことができる。
∂Se/∂θ│0=(ΔP/P0)×ω×V/Δθ …(6)
(∂Se/∂θ)Xe/(∂Se/∂θ)He=SeXe/SeHe …(7)
Se=(ΔP/Pg)×ω×V/(Gp×Δθ) …(8)
Gp=|dP/dθ|/P …(9)
次に、具体的な数値を用いて加振の条件について説明する。記憶部24には基準ガスに関する制御パラメータが記憶されているが、実際にチャンバ3に導入されるプロセスガスは一般的に基準ガスとは異なっている。ここでは基準ガスがヘリウムガスで、実際に流されるガスがキセノンガスである場合について説明する。チャンバ3に導入するガスの流量Qinが100[sccm]程度である場合、弁体11は比較的小さな開度領域で制御される。
図11は、校正部23の詳細を示すブロック図である。校正部23は、開度生成部231、演算部232および判定部233を備えている。開度生成部231は、モータ駆動部22に校正用の開度信号θcを出力する。演算部232は、開度信号θcにより開閉制御したときに得られる圧力計測値Pgから開度-圧力特性を取得し、実効排気速度Se(θ)、開度-プラントゲイン特性、チャンバ3の容積Vを算出する。判定部233は、チャンバ3に導入されているガスのガス種および流量に関する判定を行う。なお、本実施の形態では、校正処理を行う校正部23をAPCバルブ1のバルブ制御装置1bに設けたが、校正部23をAPCバルブ1内ではなく独立した校正装置として設けても良い。
Qin=V×(dP/dt) …(10)
Se(θ)=Qin/P(θ) …(11)
校正処理の精度を上げるためには、上述したように指定された通りの流量Qinをチャンバ3へ導入する必要があり、ガス種についても指定されたガスを流入させるのが好ましい。そうすることで、チャンバ容積Vや実効排気速度Seの校正を精度よく行うことができる。以下では、加振振幅Δθの加振信号を開度信号に与えて圧力変動振幅ΔPを取得することで、校正用ガスのガス種(ガスの分子量)および流量を推定装置5で推定させる。校正部23の判定部233では、その推定結果に基づいて適切なガスが適切な流量で導入されているかを判定し、その判定結果をオペレータに提示するようにした。その結果、不適切な校正処理が行われるのを防止できる。
(∂Se/∂θ)i=(ΔPi/Pg(i))×ω×V/Δθi …(12)
Se(i)={(∂Se/∂θ)i/(dSe/dθ)Ar(θi)}×Se(θi)Ar …(13)
Qin(i)=Se(i)×Pg(i) …(14)
Mi=MAr×{Se(θi)Ar/Se(i)}2 …(15)
(1)図1に示す推定装置5は、チャンバ3を排気する真空ポンプ4とチャンバ3との間に設けられるAPCバルブ1の弁体11を駆動するための開度信号θsに、弁体11を加振するための加振信号を重畳させる加振部52と、加振時のチャンバ内圧力の圧力応答(例えば、圧力変動振幅ΔP)に基づいて、APCバルブ1を介して排気されるガスに関する排気特性を推定する推定部51とを備える。排気特性としては、例えば、実効排気速度Seや、実効排気速度の開度微分値∂Se/∂θや、プラントゲインGpや、ガスの分子量などがある。
Claims (6)
- チャンバを排気する真空ポンプと前記チャンバとの間に設けられる真空バルブの弁体を駆動するための開度信号に、前記弁体を加振するための加振信号を重畳させる加振部と、
加振時のチャンバ内圧力の圧力応答に基づいて、前記真空バルブを介して排気されるガスに関する排気特性を推定する推定部とを備える、推定装置。 - 請求項1に記載の推定装置において、
前記推定部は、
前記加振信号の加振振幅、前記圧力応答、および、前記弁体の開度変化とチャンバ内圧力の変化との関係を表すプラントゲインに基づいて、前記真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度を推定する、推定装置。 - 請求項1または2に記載の推定装置において、
前記加振部は、前記弁体の開度変化とチャンバ内圧力の変化との関係を表すプラントゲインと前記加振信号の加振振幅との積が一定となるように前記加振振幅を設定する、推定装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の推定装置において、
前記排気特性は前記真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度であって、
前記加振部は、前記チャンバの容積をV、前記実効排気速度の推定開度範囲の上限開度における実効排気速度をSemaxとしたときに、前記加振信号の角周波数ωをω>Semax/Vのように設定する、推定装置。 - 真空バルブの弁体の開度信号を生成する調圧部を備え、
前記調圧部は、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の推定装置により推定した前記排気特性に基づいて前記開度信号を生成する、バルブ制御装置。 - チャンバに装着される真空バルブを介して排気されるガスに関する実効排気速度およびチャンバ容積を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された実効排気速度およびチャンバ容積に基づいて前記真空バルブの弁体の開度信号を生成する調圧部と、
所定分子量および所定流量のガスが導入されている前記チャンバに装着された前記真空バルブを複数の開度に制御した場合のチャンバ内圧力に基づいて、前記記憶部に記憶された実効排気速度およびチャンバ容積を校正する校正部と、
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の推定装置により推定した前記排気特性に基づいて、前記ガスの分子量および流量が前記所定分子量および前記所定流量と一致するか否かを判定する判定部とを備える、バルブ制御装置。
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