WO2017170647A1 - 圧力制御装置および圧力制御システム - Google Patents

圧力制御装置および圧力制御システム Download PDF

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野澤　崇浩
良友 金井
中村　剛
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株式会社フジキン
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure control device and a pressure control system used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
  • Patent Document 1 Conventionally, a pressure control device for keeping the pressure in the chamber constant has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the pressure control device disclosed in Patent Document 1 controls the pressure in the chamber to be constant by turning on and off the gas supply based on the pressure in the chamber and the detected pressure detected by the pressure sensor. .
  • the volume of the chamber may increase with respect to the gas control flow rate, or the piping between the pressure control device and the chamber may become longer.
  • the flow rate control valve is opened and the gas is allowed to flow until the pressure in the chamber increases, or the flow rate control valve is closed and the pressure decreases. Delay time occurs. For this reason, the pressure in the chamber repeatedly moves up and down, and the pressure in the chamber cannot be kept constant, and it may take time until the pressure in the chamber is stabilized.
  • the present invention can keep the pressure in the chamber constant at an early stage even when the volume of the chamber is large with respect to the control flow rate of gas or when the pipe between the flow control valve and the chamber is long. It is an object to provide a possible pressure control device and pressure control system.
  • a pressure control device is a pressure control device that controls a flow rate of a gas supplied to a pressure control target and maintains the pressure control target at a set pressure.
  • a signal relating to the gas supply is set to a predetermined ratio from the set pressure signal indicating the set pressure.
  • the comparison means Based on the comparison result by the comparison means, the comparison means for comparing the set pressure subtracting means for subtracting with the detected pressure signal indicating the pressure in the pressure control target, and the set pressure signal that has been subtracted.
  • Valve driving means for controlling a flow rate control valve for controlling the flow rate of the gas supplied to the pressure control target.
  • the set pressure subtracting unit takes the subtraction amount from the set pressure signal over a predetermined time. It may be reduced to zero, and the comparison means may compare the detected pressure signal with the set pressure signal.
  • the pressure control device is a pressure control device that controls a flow rate of a gas flowing out from a target to be controlled to keep the inside of the target to be controlled at a set pressure.
  • a set pressure adding means for adding a signal relating to the outflow of gas at a predetermined ratio to a set pressure signal indicating the set pressure when gas is flowed out from the object to be controlled to make the set pressure within the set pressure
  • a comparison means for comparing the detected pressure signal indicating the pressure in the object to be controlled with the set pressure signal added, and a gas flowing out from the object to be controlled based on the comparison result by the comparison means
  • a valve driving means for controlling a flow rate control valve for controlling the flow rate.
  • the set pressure adding means decreases the addition amount with respect to the set pressure signal for a predetermined time.
  • the comparison means may compare the detected pressure signal with the set pressure signal.
  • the signal related to the supply of the gas may be a flow signal indicating a flow rate of the gas supplied to the object to be pressure controlled or a valve driving signal for controlling opening / closing of the flow control valve.
  • a pressure control system detects a gas supply source that supplies gas, a pressure control target to which gas is supplied from the gas supply source, and a pressure in the pressure control target.
  • the pressure sensor is provided between the gas supply source and the pressure control target, and controls the flow rate of the gas supplied to the pressure control target to keep the pressure control target at a set pressure.
  • a pressure control device described in the above detects a gas supply source that supplies gas, a pressure control target to which gas is supplied from the gas supply source, and a pressure in the pressure control target.
  • a pressure control system detects a gas supply source that supplies gas, a pressure control target to which gas is supplied from the gas supply source, and a pressure in the pressure control target.
  • a control device detects a gas supply source that supplies gas, a pressure control target to which gas is supplied from the gas supply source, and a pressure in the pressure control target.
  • the pressure in the chamber can be kept constant at an early stage even when the volume of the chamber is large relative to the control flow rate of the gas or when the pipe between the flow control valve and the chamber is long. It is possible to provide a pressure control device and a pressure control system capable of performing the above.
  • the block diagram of a pressure control system provided with the pressure control apparatus which concerns on embodiment of this invention is shown.
  • the block diagram of a pressure control apparatus is shown.
  • the block diagram of a flow control valve and a control part is shown. It is a figure which shows the behavior of the detection pressure signal at the time of the control start of a pressure control system, a pressure setting signal, a valve drive signal, and a flow signal.
  • the flowchart of the pressure fixed control process performed in a control part is shown.
  • the block diagram of a pressure control system provided with the pressure control apparatus which concerns on the modification of embodiment of this invention is shown. It is a figure which shows the behavior of the detection pressure signal at the time of control start of the pressure control system which concerns on a modification, a pressure setting signal, a valve drive signal, and a flow signal.
  • a pressure control device 1 and a pressure control system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of a pressure control system 10 including a pressure control device 1.
  • the pressure control system 10 includes a pressure control device 1, an opening / closing valve 2, a chamber 3 to be pressure controlled, a pressure sensor 4, a variable valve 5, a dry pump 6, a pipe 7, and a gas supply source 8. With.
  • a gas supply source 8 is connected to the pressure control device 1 via a pipe 7.
  • the on-off valve 2 is provided on the upstream side of the pressure control device 1.
  • the chamber 3 is provided with a pressure sensor 4 for detecting the pressure in the chamber 3, and is connected to the pressure control device 1 via a pipe 7.
  • the pressure detected by the pressure sensor 4 is sent to the pressure control device 1 as a detected pressure signal.
  • the chamber 3 and the dry pump 6 are connected by a pipe 7, and the variable valve 5 is provided between the chamber 3 and the dry pump 6.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of the pressure control device 1.
  • the pressure control device 1 includes a bypass 11, a flow rate sensor 12, a control device 13, and a flow rate control valve 14 that is an electromagnetic valve.
  • the control device 13 includes a bridge circuit 15, an amplifier circuit 16, and a control unit 17.
  • the gas that has flowed into the pressure control device 1 is diverted to the bypass 11 and the flow sensor 12 at a predetermined flow rate ratio.
  • the two coils of the flow sensor 12 constitute a part of the bridge circuit 15.
  • the amplifier circuit 16 amplifies the signal related to the temperature difference detected by the bridge circuit 15 and outputs the amplified signal as a flow rate signal (for example, 0 to 5 VDC).
  • the flow rate signal is also output to the control unit 17.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the flow rate control valve 14 and the control unit 17.
  • control unit 17 includes a CPU 18, two level conversion circuits 19 and 20, a comparison circuit 21, and a valve drive circuit 22.
  • the CPU 18 receives a pressure setting signal (for example, 0 to 10 VDC) indicating the set pressure value of the chamber 3 input from the outside, a flow rate signal (for example, 0 to 5 VDC) input from the amplifier circuit 16, and the pressure sensor 4.
  • a detection pressure signal (for example, 0 to 10 VDC) indicating the detected pressure value is input.
  • the CPU 18 corresponds to a set pressure subtracting means, and performs the later-described processing described with reference to FIG. 5 based on the input pressure setting signal, flow rate signal, and detected pressure signal.
  • the level conversion circuits 19 and 20 are circuits for amplifying or attenuating the pressure setting signal input from the CPU 18 and the detected pressure signal from the pressure sensor 4 so that the comparison circuit 21 can accurately compare them.
  • the comparison circuit 21 compares the level of the corrected pressure setting signal with the level of the detected pressure signal, and outputs a difference signal indicating the difference between the levels to the valve drive circuit 22.
  • the valve drive circuit 22 controls the opening degree of the flow control valve 14 based on the difference signal so that the pressure in the chamber 3 is constant.
  • FIG. 4 shows the behavior of the detected pressure signal, the pressure setting signal, the valve drive signal, and the flow rate signal at the start of control of the pressure control system 10.
  • the detected pressure signal detected by the pressure sensor 4 is indicated by a solid line
  • the pressure setting signal is indicated by a dotted line
  • the valve drive signal is indicated by a solid line
  • the flow rate signal is indicated by a solid line.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the constant pressure control process performed by the control unit 17.
  • the detected pressure signal decreases at a constant rate, as shown in FIG.
  • the flow control valve 14 is opened and gas starts to flow.
  • the flow rate signal is subtracted from the pressure setting signal at a predetermined ratio. Therefore, the pressure setting signal decreases as the flow rate signal increases.
  • the detected pressure signal rises.
  • the difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal decreases, so that the gas supply also decreases, the amount of subtraction from the pressure setting signal also decreases, and the pressure setting signal increases. Therefore, after time T2, the detected pressure signal and the pressure setting signal approach the same level, and at time T3, the detected pressure signal and the pressure setting signal become substantially equal, and the flow control valve 14 remains at a constant opening.
  • the detected pressure signal and the pressure setting signal are in a substantially constant pressure control state.
  • the detected pressure signal and the pressure setting signal are constantly controlled at a level lower than the level of the original set pressure signal indicated by the one-dot chain line. ing. For this reason, when the constant pressure control state in which the detected pressure signal and the pressure setting signal are substantially equal at time T4 has elapsed for a certain period, the subtraction amount from the pressure setting signal is gradually reduced to zero. Thereby, after the time T5 has elapsed, the stable control is performed at the level of the original pressure setting signal.
  • the CPU 18 acquires the pressure setting signal and the detected pressure signal, and the level correction circuit 20 acquires the detected pressure signal (S1).
  • the CPU 18 determines whether or not the fluctuation amount of the detected pressure signal for a certain period is within a predetermined range with respect to the full scale of the pressure sensor 4 (S2). For example, it is determined whether or not the fluctuation amount of the detected pressure signal for 3 seconds from the present time is within 5% of the full scale ratio of the pressure sensor 4.
  • the CPU 18 calculates the flow rate signal input from the amplifier circuit 16 from the pressure setting signal acquired in step S1 at a predetermined ratio.
  • Subtract S3
  • the pressure setting signal is expressed as a setting ratio Pa [%] with respect to the full scale of the pressure sensor 4 and the flow rate signal from the amplifier circuit 16 is expressed as a flow rate ratio F [%] with respect to the full scale of the flow sensor 12, the setting is performed.
  • the CPU 18 sends the new pressure setting signal calculated in step S3 to the level conversion circuit 19 (S4).
  • the level conversion circuits 19 and 20 amplify or attenuate the pressure setting signal and the detected pressure signal, respectively, so that the comparison circuit 21 can accurately compare them, and send them to the comparison circuit 21 (S5).
  • the comparison circuit 21 determines whether or not the detected pressure signal (Pc) is larger than the pressure setting signal (Pa) (S6). When the detected pressure signal (Pc) is larger than the pressure setting signal (Pa) (S6: Yes), the comparison circuit 21 sends a valve drive signal for closing the flow control valve 14 to the valve drive circuit (S7).
  • the valve drive circuit 22 is closed when the flow control valve 14 is in the open state, and is left as it is when it is in the closed state (S8).
  • the comparison circuit 21 determines whether or not the detected pressure signal (Pc) is smaller than the pressure setting signal (Pa). (S9).
  • the comparison circuit 21 calculates a difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal, and outputs a valve drive signal corresponding to the difference. It sends to the valve drive circuit 22 (S10).
  • the comparison circuit 21 determines the opening degree of the flow control valve 14 based on the difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal so that the detected pressure signal and the pressure setting signal are equal, and according to the opening degree.
  • the obtained valve drive signal is sent to the valve drive circuit 22.
  • the valve drive circuit 22 controls the flow control valve 14 to an opening degree corresponding to the valve drive signal (S11).
  • step S2 when the fluctuation amount of the detected pressure signal for a certain period is within a predetermined range with respect to the full scale of the pressure sensor 4 (S2: Yes), the CPU 18 starts from the first positive determination in step S2. It is determined whether the second has elapsed (S12). When 10 seconds have elapsed (S12: Yes), the CPU 18 proceeds to step S4.
  • step S12 determines the flow rate signal from the pressure setting signal at a predetermined ratio according to the elapsed time since the positive determination was first made in step S2. (S13).
  • step S3 the value of 1/100 of the flow rate ratio F is subtracted from the set ratio Pa.
  • this subtraction amount is set to the elapsed time since the positive determination was first made in step S2. Decrease accordingly, and the subtraction amount is made zero over a predetermined time (for example, 10 seconds).
  • the subtraction amount decreases according to the elapsed time. For example, the subtraction amount after 1 second becomes 90% of F / 100, and the subtraction amount after 2 seconds becomes 80% of F / 100.
  • the amount of subtraction from the pressure setting signal is zero.
  • the subtraction amount from the pressure setting signal gradually decreases and becomes zero.
  • the flow control valve 14 Since the detected pressure signal becomes smaller than the pressure setting signal at time T1 (S6: No, S9: Yes), the flow control valve 14 is opened (S11), and when gas is supplied, it is based on the gas flow rate.
  • the pressure setting signal is reduced (S3).
  • the supplied gas arrives at the chamber 3 and the gas supply amount to the chamber 3 exceeds the gas suction amount from the chamber 3, the detected pressure signal rises.
  • the difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal decreases, the gas supply also decreases, the subtraction amount from the pressure setting signal also decreases, and the pressure setting signal increases.
  • the CPU 18 subtracts the flow rate signal from the pressure setting signal at a predetermined ratio, and the comparison circuit 21 compares the subtracted pressure setting signal with the detected pressure signal. Then, the valve drive circuit 22 controls the flow control valve 14 based on the signal comparison result by the comparison circuit 21.
  • the difference between the detected pressure signal and the pressure amount setting signal can be reduced, so that the flow rate of the gas supplied to the chamber 3 Is suppressed. For this reason, an increase in pressure after the gas reaches the chamber 3 can be suppressed. Further, when the detected pressure signal rises after the gas reaches the chamber 3, the difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal decreases, so that the gas flow rate decreases. As a result, the subtraction amount of the pressure setting signal is reduced and the pressure setting signal is also increased. As a result, the detected pressure signal does not exceed the pressure setting signal, and the detected pressure signal and the pressure setting signal approach each other, so that the flow rate control valve 14 can be in a constant pressure control state without performing an opening / closing operation.
  • the CPU 18 gradually decreases the subtraction amount from the set pressure signal to zero and makes the comparison circuit 21. Compares the detected pressure signal with a set pressure signal with zero subtraction.
  • hunting can be suppressed by gradually returning the subtracted pressure setting signal to the original setting pressure signal, and the pressure in the chamber 3 can be stabilized at the setting pressure at an early stage.
  • the pressure control device 1 of the pressure control system 10 controls the flow rate of the gas flowing into the chamber 3 to make the pressure in the chamber 3 constant
  • the pressure control device 1 in the system 20 may control the flow rate of the gas flowing out from the chamber 3 to keep the pressure in the chamber constant.
  • the pressure control device 1 is provided between the chamber 3 and the dry pump 6 (secondary side of the chamber 3).
  • FIG. 7 shows the behavior of the detected pressure signal, the pressure setting signal, the valve drive signal, and the flow rate signal at the start of control of the pressure control system 20.
  • the detected pressure signal increases at a constant rate, as shown in FIG.
  • the flow control valve 14 is opened and gas is started to be sucked by the dry pump 6.
  • the flow rate signal is added to the pressure setting signal at a predetermined ratio. Thereby, the pressure setting signal increases as the flow rate signal increases.
  • the detected pressure signal decreases.
  • the difference between the detected pressure signal and the pressure setting signal decreases, so that the gas flow rate also decreases, the amount added to the pressure setting signal also decreases, and the pressure setting signal decreases. Therefore, after time T2, the detected pressure signal and the pressure setting signal approach the same level, and at time T3, the detected pressure signal and the pressure setting signal become substantially equal, and the flow control valve 14 remains at a constant opening.
  • the detected pressure signal and the pressure setting signal are in a substantially constant pressure control state.
  • the detected pressure signal and the pressure setting signal are constantly controlled at a level higher than the level of the original setting pressure signal indicated by the one-dot chain line. Has been. For this reason, when the constant pressure control state in which the detected pressure signal and the pressure setting signal are substantially equal at time T4 has elapsed for a certain period, the amount added to the pressure setting signal is gradually reduced to zero. Thereby, after the time T5 has elapsed, the stable control is performed at the level of the original pressure setting signal.
  • step S8 in FIG. 5 the flow control valve 14 is controlled to an opening degree corresponding to the valve drive signal, and in step S11, the flow control valve 14 is closed.
  • step S3 the flow rate signal is added to the pressure setting signal at a predetermined ratio, and step S13 is repeated, whereby the addition amount for the pressure setting signal is gradually reduced to zero.
  • the circuit provided in the pressure control device 1 may be either an analog circuit or a digital circuit.
  • the pressure control target in the above embodiment is the chamber 3, but it may be a pressure vessel or the like.
  • the flow rate signal is subtracted from the pressure setting signal at a predetermined ratio, but the flow rate signal may be added to the detected pressure signal at a predetermined ratio.

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Abstract

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早期に一定に保つことが可能な圧力制御装置および圧力制御システムを提供する。　圧力制御装置１は、チャンバ３内を負圧にするためにチャンバ３内へガスが供給されている場合、設定圧力信号から流量信号を所定の比率で減算するＣＰＵ１８と、圧力センサ４により検出されたチャンバ３内の圧力を示す検出圧力信号と、減算された設定圧力信号とを比較する比較回路２１と、比較回路２１による比較結果に基づき流量制御バルブ１４を制御するバルブ駆動回路２２と、を備える。

Description

圧力制御装置および圧力制御システム
　本発明は、半導体製造装置等に使用される圧力制御装置および圧力制御システムに関する。
　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。
　また、近年は半導体回路の微細化や積層化により、製造プロセス（例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）プロセスや、レーザーＣＶＤプロセス等）における各種パラメーターを高精度に制御することが要求されており、プロセスチャンバ内の圧力についても応答性や精度の高い制御が求められている。
特開平７－１８２０５０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を繰り返し、チャンバ内の圧力を一定に保つことができないことや、チャンバ内の圧力が安定するまで時間を要することがある。
　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早期に一定に保つことが可能な圧力制御装置および圧力制御システム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、被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御して前記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、前記被圧力制御対象内を前記設定圧力にするために前記被圧力制御対象内へガスが供給されている場合、前記設定圧力を示す設定圧力信号からガスの供給に関する信号を所定の比率で減算する設定圧力減算手段と、前記被圧力制御対象内の圧力を示す検出圧力信号と、減算された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、前記被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御する流量制御バルブを制御するバルブ駆動手段とを備える
　また、前記設定圧力信号が減算された後、一定期間の前記検出圧力信号の変動量が所定範囲内にある場合、前記設定圧力減算手段は、前記設定圧力信号からの減算量を所定時間かけて減少させてゼロにし、前記比較手段は、前記検出圧力信号と前記設定圧力信号とを比較してもよい。
　また、本発明の一態様である圧力制御装置は、被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御して前記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、前記被圧力制御対象内を前記設定圧力にするために前記被圧力制御対象からガスを流出させている場合、前記設定圧力を示す設定圧力信号に対しガスの流出に関する信号を所定の比率で加算する設定圧力加算手段と、前記被圧力制御対象内の圧力を示す検出圧力信号と、加算された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、前記被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御する流量制御バルブを制御するバルブ駆動手段とを備える。
　また、前記設定圧力信号が加算された後、一定期間の前記検出圧力信号の変動量が所定範囲内にある場合、前記設定圧力加算手段は、前記設定圧力信号に対する加算量を所定時間減少させてゼロにし、前記比較手段は、前記検出圧力信号と前記設定圧力信号とを比較してもよい。
　また、前記ガスの供給に関する信号は、前記被圧力制御対象へ供給されるガスの流量を示す流量信号または前記流量制御バルブの開閉を制御するためのバルブ駆動信号であってもよい。
　また、本発明の一態様である圧力制御システムは、ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源からガスが供給される被圧力制御対象と、前記被圧力制御対象内の圧力を検出する圧力センサと、前記ガス供給源と前記被圧力制御対象との間に設けられ、前記被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御して前記被圧力制御対象を設定圧力に保つための上記に記載の圧力制御装置と、を備える。
　また、本発明の一態様である圧力制御システムは、ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源からガスが供給される被圧力制御対象と、前記被圧力制御対象内の圧力を検出する圧力センサと、前記被圧力制御対象の二次側に設けられ、前記被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御して前記前記被圧力制御対象を設定圧力に保つための上記に記載の圧力制御装置と、を備える。
　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早期に一定に保つことが可能な圧力制御装置および圧力制御システム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部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、圧力設定信号、バルブ駆動信号、および流量信号の挙動を示す図である。 制御部で行われる圧力一定制御処理のフローチャートを示す。 本発明の実施形態の変形例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。 変形例に係る圧力制御システムの制御開始時の検出圧力信号、圧力設定信号、バルブ駆動信号、および流量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１および圧力制御システム１０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、ガス供給源８とを備える。
　圧力制御装置１には、ガス供給源８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、チャンバ３内の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、検出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、制御装置１３と、電磁弁である流量制御バルブ１４とを備える。制御装置１３は、ブリッジ回路１５と、増幅回路１６と、制御部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、制御部１７へも出力される。
　次に、制御部１７の構成について説明する。
　図３は、流量制御バルブ１４および制御部１７のブロック図を示す。
　図３に示すように、制御部１７は、ＣＰＵ１８と、２つのレベル変換回路１９、２０と、比較回路２１と、バルブ駆動回路２２とを有する。
　ＣＰＵ１８には、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）、増幅回路１６から入力される流量信号（例えば、０～５ＶＤＣ）、および圧力センサ４により検出された圧力値を示す検出圧力信号（例えば、０～１０ＶＤＣ）が入力される。ＣＰＵ１８は、設定圧力減算手段に相当し、入力された圧力設定信号、流量信号、および検出圧力信号に基づき、図５で説明する後述の処理を行う。
　レベル変換回路１９、２０は、それぞれＣＰＵ１８から入力される圧力設定信号、圧力センサ４からの検出圧力信号を、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。
　比較回路２１は、補正後の圧力設定信号のレベルと、検出圧力信号のレベルとを比較し、それらのレベル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、５を参照して説明する。圧力制御装置１を通じてチャンバ３内へガスを供給し、圧力制御装置１によりチャンバ３へ流入するガスの流量を制御し、チャンバ３内の圧力を一定に保つ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、圧力設定信号、バルブ駆動信号、および流量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、圧力設定信号は点線で、バルブ駆動信号は実線で、流量信号は実線で示している。
　図５は、制御部１７で行われる圧力一定制御処理のフローチャートを示している。
　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に示す圧力一定制御処理を行うことにより、図４に示すような各信号の挙動が得られる。
　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によりチャンバ３内のガスの吸引を開始すると、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。時間Ｔ１において、検出圧力信号が圧力設定信号より小さくなると、流量制御バルブ１４が開となりガスが流れ始める。ガスが流れると、圧力設定信号から流量信号が所定の比率で減算される。よって、流量信号が増えるに従い圧力設定信号は低下する。
　時間Ｔ２において、ガスがチャンバ３に到達すると検出圧力信号は上昇する。これに伴い、検出圧力信号と圧力設定信号との差が減少するので、ガスの供給も減少し、圧力設定信号からの減算量も減少し、圧力設定信号は上昇する。このため、時間Ｔ２の後、検出圧力信号と圧力設定信号とは、同レベルに近づき、時間Ｔ３において、検出圧力信号と圧力設定信号とがほぼ等しくなり、流量制御バルブ１４は一定開度のまま、検出圧力信号および圧力設定信号はほぼ一定の圧力一定制御状態となる。
　しかし、ガスの流量に基づき圧力設定信号から流量信号を減算したままであるので、検出圧力信号および圧力設定信号は、一点鎖線で示した本来の設定圧力信号のレベルよりも低いレベルで一定制御されている。このため、時間Ｔ４において、検出圧力信号および圧力設定信号がほぼ等しい状態となる圧力一定制御状態が一定期間経過すると、徐々に圧力設定信号からの減算量をゼロにする。これにより、時間Ｔ５を経過後は、本来の圧力設定信号のレベルで安定制御となる。
　次に、図５に示した圧力一定制御処理について説明する。図５において、ＣＰＵ１８が圧力設定信号および検出圧力信号を取得し、レベル補正回路２０が検出圧力信号を取得する（Ｓ１）。ＣＰＵ１８は、一定期間の検出圧力信号の変動量が、圧力センサ４のフルスケールに対し所定範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ２）。例えば、現時点から遡って３秒間の検出圧力信号の変動量が、圧力センサ４のフルスケール比５％以内にあるかを判断する。
　一定期間の検出圧力信号の変動量が、所定範囲内にない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、ＣＰＵ１８は、ステップＳ１で取得した圧力設定信号から、増幅回路１６から入力される流量信号を所定の比率で減算する（Ｓ３）。例えば、圧力設定信号を圧力センサ４のフルスケールに対する設定比率Ｐａ［％］で表し、増幅回路１６からの流量信号を流量センサ１２のフルスケールに対する流量比率Ｆ［％］で表した場合に、設定比率Ｐａから、流量比率Ｆの１／１００の値を減算する。すなわち、減算後の設定比率Ｐｂは、Ｐｂ＝Ｐａ－Ｆ／１００となる。なお、増幅回路１６から流量信号の入力がない場合は、すなわち流量制御バルブ１４が閉状態にある場合は、流量比率Ｆ［％］はゼロであるので、Ｐｂ＝Ｐａとなる。
　ＣＰＵ１８は、ステップＳ３で算出した新たな圧力設定信号をレベル変換回路１９へ送る（Ｓ４）。レベル変換回路１９、２０は、それぞれ圧力設定信号および検出圧力信号を比較回路２１で正確に比較するために、増幅または減衰させ、比較回路２１へ送る（Ｓ５）。
　比較回路２１は、検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）よりも大きいか否かを判断する（Ｓ６）。検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）より大きい場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、比較回路２１は、流量制御バルブ１４を閉状態にするバルブ駆動信号をバルブ駆動回路に送る（Ｓ７）。バルブ駆動回路２２は、流量制御バルブ１４が開状態にあれば閉状態にし、閉状態であればそのままにする（Ｓ８）。
　一方、検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）より大きくない場合（Ｓ６：Ｎｏ）、比較回路２１は、検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）より小さいか否かを判断する（Ｓ９）。検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）より小さい場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、比較回路２１は、検出圧力信号と圧力設定信号との差を算出し、その差に応じたバルブ駆動信号をバルブ駆動回路２２に送る（Ｓ１０）。例えば、比較回路２１は、検出圧力信号と圧力設定信号との差に基づき、検出圧力信号と圧力設定信号とが等しくなるように、流量制御バルブ１４の開度を決定し、その開度に応じたバルブ駆動信号をバルブ駆動回路２２に送る。バルブ駆動回路２２は、流量制御バルブ１４をバルブ駆動信号に応じた開度に制御する（Ｓ１１）。
　また、検出圧力信号（Ｐｃ）が圧力設定信号（Ｐａ）より小さくない場合（Ｓ９：Ｎｏ）、すなわちＰｃとＰａとが等しい場合は、流量制御バルブ１４の操作は行わずに、ステップＳ１に戻る。
　また、一定期間の検出圧力信号の変動量が、圧力センサ４のフルスケールに対し所定範囲内にある場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１８は、ステップＳ２で初めに肯定的な判断がなされてから１０秒が経過したか否かを判断する（Ｓ１２）。１０秒が経過している場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１８は、ステップＳ４へ進む。
　一方、１０秒が経過していない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、ＣＰＵ１８は、圧力設定信号から、流量信号を、ステップＳ２で初めに肯定的な判断がなされてからの経過時間に応じた所定の比率で減算する（Ｓ１３）。上記ステップＳ３では、設定比率Ｐａから、流量比率Ｆの１／１００の値を減算したが、当該ステップＳ１３では、この減算量をステップＳ２で初めに肯定的な判断がなされてからの経過時間に応じて減少させ、所定時間（例えば、１０秒）かけて減算量をゼロにする。すなわち、経過時間をｔ（秒）として、減算後の設定比率Ｐｂを、Ｐｂ＝Ｐａ－（Ｆ／１００）＊（（１０－ｔ）／１０）の式により算出する。これにより、減算量は経過時間に応じて減少し、例えば、１秒後の減算量はＦ／１００の９０％となり、２秒後の減算量はＦ／１００の８０％となり、１０秒後には、圧力設定信号からの減算量は０となる。このように、ステップＳ１３が繰り返し行われることにより、圧力設定信号からの減算量は徐々に減少しゼロとなる。
　次に、図４に示した各信号の挙動と図５に示した圧力一定制御処理との関係について説明する。
　図４におけるガスの吸引初期では、検出圧力信号が一定の割合で減少するため、一定期間の検出圧力信号の変動量が所定範囲内にない（Ｓ２：Ｎｏ）と判断され、ガスも供給されていないので、流量信号の入力がなく、圧力設定信号からの低減量はゼロである（Ｓ３）。また、検出圧力信号がＰａより大きいので（Ｓ６：Ｙｅｓ）、流量制御バルブ１４は閉状態（Ｓ８）のままである。
　時間Ｔ１において、検出圧力信号が圧力設定信号よりも小さくなるので（Ｓ６：Ｎｏ、Ｓ９：Ｙｅｓ）、流量制御バルブ１４は開状態（Ｓ１１）となり、ガスが供給されると、ガスの流量に基づき、圧力設定信号が低減される（Ｓ３）。時間Ｔ２において、供給されたガスがチャンバ３に到着して、チャンバ３へのガス供給量がチャンバ３からのガス吸引量を超えると、検出圧力信号は上昇する。この結果、検出圧力信号と圧力設定信号との差が減少するので、ガスの供給も減少し、圧力設定信号からの減算量も減少し、圧力設定信号は上昇する。
　時間Ｔ２の後、検出圧力信号と圧力設定信号とは同じレベルに近づいて行き、時間Ｔ３において、検出圧力信号と圧力設定信号とがほぼ等しくなり、圧力一定制御状態となる。時間Ｔ４において、検出圧力信号および圧力設定信号がほぼ等しい状態となる圧力一定制御状態が一定期間経過すると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、１０秒かけて、徐々にＰａからの減算量をゼロにする（Ｓ１２、Ｓ１３）。時間Ｔ５を経過後は、本来のＰａで安定制御となる。
　このように、チャンバ３へガスが供給されている場合、ＣＰＵ１８は、圧力設定信号から流量信号を所定の比率で減算し、比較回路２１は、減算後の圧力設定信号と検出圧力信号とを比較し、バルブ駆動回路２２は、比較回路２１による信号の比較結果に基づき流量制御バルブ１４を制御する。
　かかる構成によれば、圧力設定信号から流量信号を所定の比率で減算することにより、検出圧力信号と圧量設定信号との差を小さくすることができるので、チャンバ３に供給されるガスの流量が抑えられる。このため、ガスがチャンバ３に到達した後の圧力上昇を抑えることができる。また、ガスがチャンバ３に到達した後、検出圧力信号が上昇すると、検出圧力信号と圧力設定信号との差が減少するため、ガスの流量が低下する。これにより、圧力設定信号の減算量も減少し、圧力設定信号も上昇する。その結果、検出圧力信号が圧力設定信号を上回ることなく、検出圧力信号と圧力設定信号とが互いに近づくため、流量制御バルブ１４が開閉動作をすることなく、圧力一定制御状態にすることができる。
　また、一定期間の検出圧力信号の変動量が、圧力センサ４のフルスケールに対し所定範囲内にある場合、ＣＰＵ１８は、設定圧力信号からの減算量を徐々に減少させてゼロにし、比較回路２１は、検出圧力信号と減算量がゼロである設定圧力信号とを比較する。
　かかる構成によれば、減算された圧力設定信号を本来の設定圧力信号に徐々に戻すことにより、ハンチングを抑えることができ、チャンバ３内の圧力を早期に設定圧力に安定させることができる。
　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、圧力制御システム１０の圧力制御装置１により、チャンバ３内に流れ込むガスの流量を制御してチャンバ３内の圧力を一定にする場合について説明したが、図６に示す圧力制御システム２０における圧力制御装置１により、チャンバ３から流れ出すガスの流量を制御してチャンバ内の圧力を一定に保っても良い。図６に示す圧力制御システム２０では、圧力制御装置１は、チャンバ３とドライポンプ６との間（チャンバ３の二次側）に設けられている。図７は、圧力制御システム２０の制御開始時の検出圧力信号、圧力設定信号、バルブ駆動信号、および流量信号の挙動を示している。
　ガス供給源８からチャンバ３に対しガスが供給を開始すると、図７に示すように、検出圧力信号が一定の割合で増加する。時間Ｔ１において、検出圧力信号が圧力設定信号より大きくなると、流量制御バルブ１４が開となり、ドライポンプ６によりガスが吸引され始める。ガスが流れると、圧力設定信号に対し流量信号を所定の比率で加算する。これにより、流量信号が増えるに従い圧力設定信号は増加する。
　時間Ｔ２において、ガスがチャンバ３へ流れ込む量が、ガスがチャンバ３から吸引される量よりも多くなると、検出圧力信号は減少する。これに伴い、検出圧力信号と圧力設定信号との差が減少するので、ガスの流量も減少し、圧力設定信号に対する加算量も減少し、圧力設定信号は減少する。このため、時間Ｔ２の後、検出圧力信号と圧力設定信号とは、同レベルに近づき、時間Ｔ３において、検出圧力信号と圧力設定信号とがほぼ等しくなり、流量制御バルブ１４は一定開度のまま、検出圧力信号および圧力設定信号はほぼ一定の圧力一定制御状態となる。
　しかし、ガスの流量に基づき圧力設定信号に対し流量信号を加算したままであるので、検出圧力信号および圧力設定信号は、一点鎖線で示した本来の設定圧力信号のレベルよりも高いレベルで一定制御されている。このため、時間Ｔ４において、検出圧力信号および圧力設定信号がほぼ等しい状態となる圧力一定制御状態が一定期間経過すると、徐々に圧力設定信号への加算量をゼロにする。これにより、時間Ｔ５を経過後は、本来の圧力設定信号のレベルで安定制御となる。
　この場合、図５のおけるステップＳ８では、流量制御バルブ１４はバルブ駆動信号に応じた開度に制御され、ステップＳ１１では、流量制御バルブ１４は閉状態にされる。また、ステップＳ３では、圧力設定信号に対し流量信号を所定の比率で加算し、ステップＳ１３を繰り返し行うことにより、圧力設定信号に対する加算量を徐々に減少させ加算量をゼロにする。
　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よい。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よい。
　また、上記の実施形態では、圧力設定信号から流量信号を所定の比率で減算するようにしたが、検出圧力信号に対し流量信号を所定の比率で加算するようにしてもよい。
 
１：圧力制御装置、３：チャンバ、４：圧力センサ、１４：流量制御バルブ、１８：ＣＰＵ、２１：比較回路、２２：バルブ駆動回路

Claims (7)

  1. 　被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御して前記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、
    　前記被圧力制御対象内を前記設定圧力にするために前記被圧力制御対象内へガスが供給されている場合、前記設定圧力を示す設定圧力信号からガスの供給に関する信号を所定の比率で減算する設定圧力減算手段と、
    　前記被圧力制御対象内の圧力を示す検出圧力信号と、減算された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、前記被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御する流量制御バルブを制御するバルブ駆動手段と、を備える、圧力制御装置。
  2. 　前記設定圧力信号が減算された後、一定期間の前記検出圧力信号の変動量が所定範囲内にある場合、前記設定圧力減算手段は、前記設定圧力信号からの減算量を所定時間かけて減少させてゼロにし、
    　前記比較手段は、前記検出圧力信号と前記設定圧力信号とを比較する、請求項１に記載の圧力制御装置。
  3. 　被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御して前記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、
    　前記被圧力制御対象内を前記設定圧力にするために前記被圧力制御対象からガスを流出させている場合、前記設定圧力を示す設定圧力信号に対しガスの流出に関する信号を所定の比率で加算する設定圧力加算手段と、
    　前記被圧力制御対象内の圧力を示す検出圧力信号と、加算された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、前記被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御する流量制御バルブを制御するバルブ駆動手段と、を備える、圧力制御装置。
  4. 　前記設定圧力信号が加算された後、一定期間の前記検出圧力信号の変動量が所定範囲内にある場合、前記設定圧力加算手段は、前記設定圧力信号に対する加算量を所定時間かけて減少させてゼロにし、
    　前記比較手段は、前記検出圧力信号と前記設定圧力信号とを比較する、請求項３に記載の圧力制御装置。
  5. 　前記ガスの供給に関する信号は、前記被圧力制御対象へ供給されるガスの流量を示す流量信号または前記流量制御バルブの開閉を制御するためのバルブ駆動信号である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧力制御装置。
  6. 　ガスを供給するガス供給源と、
    　前記ガス供給源からガスが供給される被圧力制御対象と、
    　前記被圧力制御対象内の圧力を検出する圧力センサと、
    　前記ガス供給源と前記被圧力制御対象との間に設けられ、前記被圧力制御対象に供給されるガスの流量を制御して前記被圧力制御対象を設定圧力に保つための請求項１または請求項２に記載の圧力制御装置と、を備えた、圧力制御システム。
  7. 　ガスを供給するガス供給源と、
    　前記ガス供給源からガスが供給される被圧力制御対象と、
    　前記被圧力制御対象内の圧力を検出する圧力センサと、
    　前記被圧力制御対象の二次側に設けられ、前記被圧力制御対象から流出するガスの流量を制御して前記被圧力制御対象を設定圧力に保つための請求項３または請求項４に記載の圧力制御装置と、を備えた、圧力制御システム。
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