WO2004109420A1 - 相対的圧力制御システム及び相対的流量制御システム - Google Patents

Abstract

　簡単な構造で作用ガスの分圧比を正確に調整することができるとともに、緊急時に作用ガス供給管路から作用ガスを確実に抜くことができる相対的圧力制御システムを提供する。作用ガスが供給される作用ガス供給管路に接続される複数のノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブ８と、エアオペレイトバルブ８の各々に直列に接続されてエアオペレイトバルブ８が出力する圧力を検出する圧力センサ３と、圧力センサ３が検知した圧力に基づいてエアオペレイトバルブ８の操作圧力を制御するコントローラ２５と、複数のエアオペレイトバルブ８を、常時少なくとも１つが開弁するように関連づけるハードインタロック用電磁弁５９と、を有し、複数のエアオペレイトバルブ８のうちから特定したエアオペレイトバルブ８の開度を調整して、作用ガスを所定の分圧比で出力するようにする。

Description

明 細 書

相対的圧力制御システム及び相対的流量制御システム

技術分野

[0001] 本発明は、供給された作用ガスを二系統に分流して、分流した流れを各々所定の 分圧比で出力する相対的圧力制御システム及び相対的流量制御システムに関する 背景技術

[0002] 従来、低圧のエッチングガスをウェハのセンターエリアとエッジエリアに対して供給 するエッチングガス供給システムが知られている。図 29は、従来のエッチングガス供 給システム 300の概略構成図である。図 30は、図 29のフォーカスリング 307の部分 拡大断面図である。

従来のエッチングガス供給システム 300は、エッチングを行うための真空反応室 30 1を備える。真空反応室 301には、ウェハ 302を 1枚ずつ載置するための下部電極 3 03力 S設けられ、その上方にシャワープレート 304が設けられている。シャワープレート 304は、種類の異なるエッチングガス源、例えば〇2、 Ar、 C4F8、 CO等のガス源から シャワープレート 304に供給される作用ガスの流量及び組成を調整する流量制御弁 305a 305dに作用ガス供給管路 306を介して接続されている。

[0003] 一方、下部電極 303には、載置されたウェハ 302の周りを囲むようにフォーカスリン グ 307が環状に設けられている。フォーカスリング 307は、図 30に示すように、断面 矩形状に形成され、下部電極 303と当接する面にガス流路 307aがフォーカスリング 307と同心円状に形成され、フォーカスリング 307に複数形成された噴出孔 307bに 連通している。ガス流路 307aは、図 29に示すように、種類の異なるエッチングガス源 、例えば 02、 Ar、 C4F8、 CHF3等のガス源力もガス流路 307aに供給される作用ガ スの流量及び組成を調整する流量制御弁 308a— 308dに作用ガス供給管路 309を 介して接続されている。

[0004] また、真空反応室 301には、プラズマ状態を監視する光学系 310が設けられ、光学 系 310の光信号を分光器 311を介して演算処理部 312が入力して、ウェハ 302の中 央部及び外縁部のエッチング速度や均一性をモニタし、そのモニタ結果に応じて流 量制御弁 308a— 308dの開閉弁動作を制御するようにしている。

従って、シャワープレート 304からウェハ 302の中央部に作用ガスを供給し、作用 ガスの塗布状況に応じてフォーカスリング 307の噴出孔 307bからウェハ 302の外縁 部に作用ガスを噴出するので、ウェハ 302全体に作用ガスを供給することができる（ 例えば、特許文献 1参照。）。

特許文献 1 :特開 2002—217171号公報 (第 3 4頁、第 1図、第 2図。）。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 第 1課題

し力 ながら、従来のエッチングガス供給システム 300では、ウェハ 302に対してシ ャワープレート 304とフォーカスリング 307の噴出孔 307bから作用ガスを供給するた めに作用ガス供給管路 306と作用ガス供給管路 309との 2系統を設けており、流量 制卸弁 305a 305d， 308a 308dを要するなど無！:力 S多力、つた。また、流量制卸 弁 308a 308dは、実際にウェハ 302に塗布された作用ガスに基づいて流量制御 弁 305a 305dの制御動作を予測しながらフォーカスリング 307の噴出孔 307bから 噴出する作用ガスの流量を制御するため、ウェハ 302にエッチングガスを均一に散 布できない場合があった。

[0006] この点、例えば、図 31に示すように、作用ガス供給管路を流れるエッチングガスを 所定の分圧比に制御する相対的圧力制御システム 310をエッチングガス供給システ ム 320に糸且み込み、チャンバ 51に内設したエッチングシャワー 54のセンターシャワー 55とエッジシャワー 56とからウェハ 57のセンターエリアとエッジエリアとにエッチング ガスを散布するようにすることも考えられる。すなわち、作用ガス供給管路上に配設さ れた作用ガス供給弁 53に電磁弁（又はピエゾバルブなど） 322A, 322Bを並列に接 続し、さらに、電磁弁 322A, 322Bを圧力センサ 323A, 323Bを介してエッチングシ ャヮー 54のセンターシャワー 55とエッジシャワー 56とに接続する。そして、圧力セン サ 323A, 323Bの検失ロ結果【こ基づレヽてコントローラ 325で電磁弁 322A, 322Bを 制御し、作用ガス供給管路のエッチングガスを電磁弁 322A, 322Bから所定の分圧 比で出力し、エッチングシャワー 54のセンターシャワー 55とエッジシャワー 56からゥ ェハ 57にエッチングガスを散布する。

[0007] ところが、力かる相対的圧力制御システム 310は、コントローラ 325が暴走したとき に、その暴走を検知することができず、電気的に開閉動作を制御する電磁弁（又はピ ェゾバルブなど） 322A， 322Bの動作状態が分からなくなる。そのため、電磁弁 322 A, 322Bの両方が全閉していても、それを認識することができず、コントローラ 325の 暴走などの緊急時に作用ガス供給弁 53と電磁弁 322A, 322Bとを接続する作用ガ ス供給管路にエッチングガスが残存する可能性がある。この点、エッチングガス供給 システム 320は、緊急時に作用ガス供給管路からエッチングガスを確実に抜くことが 望まれるが、電気的に開閉弁動作を制御する電磁弁 (又はピエゾバルブなど） 322A , 322Bでは、力かる要望に応えることができないため、問題である。

[0008] 第 2課題

前述した図 31に示す方法には、次のような問題点があった。すなわち、一般的に 制御を行うバルブを決定する方法として、シャワープレートの C/E比が 1. 000と仮 定して、 目標圧力比が 1. 000以上のときには、センター側バルブを、 1. 000より大き レ、ときには、、エッジ側バルブを制御対象バルブとする方法が考えられる力 その方 法では、次の問題があった。

(1)配管や絞りによるコンダクタンスの違いやセンサー調整のばらつき、制御バルブ の CV値のばらつきにより、シャワープレートの実際の C/E比にばらつきが生じ（1. 0 00とは限らず、 0. 950と力、、 1. 080と力になってしまう）、そのばらつき量だけ（1. 00 0と 0. 950の間の領域）制御不能領域が発生してしまう。

これを解決するために、全開状態にて待機していて、流量が安定してから制御バル ブを制御すれば、制御不能領域はなくなるが、これでは応答性が悪ぐ高速応答性 の要請に反する。つまり、 0. 950が実際の圧力比であると判断してから、圧力比 C/ E = 0. 950を境にして制御圧力比が 0. 950以下の場合には、センター側バルブを 制御し、制御圧力比が 0. 950より大きい場合には、エッジ側バルブを制御するように すれば制御不能領域はなくなる力 停止時の圧力比が 0. 950と判断するまでの時 間がロスとして存在する。 [0009] (2)また、一般的に非制御側のバルブは全開にしておき、もう一方のバルブだけで制 御を行っている方法だと、分圧制御を行っていて目標流量が 200sccmから lOOOsc cmに変更になると、制御不能（目標値に収束しない）となる恐れがあり、そのときは異 常と判断してバルブを切り替える動作を行っていた。これでは異常と判断するまでの 時間や、バルブが切り替わるまでの時間がロスとなり、応答性が悪くなる問題がある。

[0010] 第 3課題

第 2課題を解決するための請求項 10に係る発明には、次の問題が予測できる。 すなわち、シャワープレートの理論的比率に基づいて、しきい値を決めて制御対象 バルブを判断することになるので (例えば理論的比率が圧力比 1. 000の場合、しき い値は 1. 000)、もし装置としてシャワープレートの比率が理論的に 1 : 1ではなぐ 2 : 1とか 1： 2とかになった場合、ある値を境にして制御バルブを決定して分圧比制御を 行う方法だと、装置毎に（シャワープレートの比率毎に）しきレ、値のセッティングを行わ なければならないので、汎用性をなくしてしまう問題があつた。

さらに、しきい値を間違った場合には、制御不能領域を発生してしまう問題があった 。すなわち例えば、シャワープレートの理論的比率が 2· 000なのに、しきい値を 1 · 0 00と間違えた場合であって、 目標圧力比を 1. 500とした場合、実際ならば、センター 側バルブを制御しなければならなレ、が、しきい値としを 1 · 000としているので、 1. 50 0はエッジ側と判断する。このとき、 25%閉じることで、 1. 918まではエッジ側バルブ で制御できるが、 1. 500は 1. 918より小さいので、センター側制御となり、制御不能 となる。 1. 918まではエッジ側制御可能である力 1. 500は 1. 918より小さレヽ力ら、 請求項 10に係る発明によっても、しきい値を間違えた場合には、制御不能が発生す る問題があった。

課題を解決するための手段

[0011] 第 1課題を解決するために、本発明に係る相対的圧力制御システムは、次のような 構成を有している。

(1)作用ガスが供給される作用ガス供給管路に接続される複数のノーマルオープン タイプのエアオペレイトバルブと、エアオペレイトバルブの各々に直列に接続されて エアオペレイトバノレブが出力する圧力を検出する圧力センサと、圧力センサが検知し た圧力に基づいてエアオペレイトバルブの操作圧力を制御する制御装置と、制御装 置に接続し、複数のエアオペレイトバノレブを、常時少なくとも 1つが開弁するように関 連づけるインタロック機構と、を有し、複数のエアオペレイトバルブのうちから特定した エアオペレイトバノレブの開度を調整して、作用ガスを所定の分圧比で出力することを 特徴としている。

[0012] (2) (1)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、制御装置は、出力する圧力 を比較して複数のエアオペレイトバルブのうちで制御対象とするエアオペレイトバノレ ブを特定することを特徴としてレ、る。

(3) (1)又は（2)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、エアオペレイトバル ブの全てを全開させて作用ガスを供給したときに、エアオペレイトバノレブが出力する 圧力を一定間隔毎に圧力センサでそれぞれ検知し、その圧力比が規定値を超えて レ、るか否力 ^判断し、超えていたときに、異常を検出する異常検出手段を有すること 、を特徴とする。

(4) (1)乃至（3)の何れか一つに記載する相対的圧力制御システムにおいて、制御 装置は、圧力センサが検出した圧力に対して特定のエアオペレイトバルブの操作圧 力を決定するバルブモデルを記憶し、バルブモデルを用いて特定のエアオペレイト バルブをフィードフォワード制御することを特徴としている。

[0013] (5) (4)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、制御装置は、フィードフォヮ ード制御するエアオペレイトバノレブと接続する圧力センサが検知した圧力を用いて、 フィードフォワード制御された操作圧力を補正することを特徴としている。

(6)作用ガス供給管路に、可変的に作用ガスを制御する比例制御手段と、不変的に 作用ガスを制御する固定オリフィス手段とを並列に接続して、比例制御手段と固定ォ リフィス手段に圧力を検知する圧力センサをそれぞれ直列に接続し、圧力センサの 検知結果に基づいて比例制御手段の動作を比例制御することにより、比例制御手段 と固定オリフィス手段の出力圧力を相対的に制御する制御装置を設けたこと、を特徴 とする。

[0014] また、本発明に係る相対的流量制御システムは、第 1課題を解決するために次のよ うな構成を有している。 (7)ガス供給源に接続する流量制御弁と、流量制御弁が出力する流量を検知する流 量検知手段とを有し、流量検知手段の検知結果に基づレ、て流量制御弁を制御する 流量制御装置と、流量制御装置に接続する作用ガス供給管路と、作用ガス供給管 路に並列に接続される複数のノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブと、ェ ァオペレイトバルブの各々に直列に接続されてエアオペレイトバルブが出力する圧 力を検出する圧力センサと、圧力センサが検知した圧力に基づいてエアオペレイトバ ルブの操作圧力を制御する制御装置と、制御装置に接続し、複数のエアオペレイト バルブを、常時少なくとも 1つが開弁するように関連づけるインタロック機構と、力、らな り、複数のエアオペレイトバルブのうちから特定したエアオペレイトバルブの開度を調 整して、作用ガスを所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムと、エアオペ レイトバルブの全てを全開させて作用ガスを供給したときに、エアオペレイトバルブが 出力する圧力を一定間隔毎に圧力センサでそれぞれ検知し、その圧力比が規定値 を超えているか否力を判断し、超えていたときに、異常を検出する異常検出手段と、 を有すること、を特徴とする。

[0015] (8) (7)に記載する相対的流量制御システムにおいて、制御装置は、圧力センサが 検出した圧力に対して特定のエアオペレイトバノレブの操作圧力を決定するバルブモ デルを記憶し、バルブモデルを用いて特定のエアオペレイトバルブをフィードフォヮ ード制御することを特徴とする。

(9) (8)に記載する相対的流量制御システムにおいて、制御装置は、フィードフォヮ ード制御するエアオペレイトバノレブと接続する圧力センサが検知した圧力を用いて、 フィードフォワード制御された操作圧力を補正することを特徴とする。

[0016] 第 2課題を解決するために、本発明の相対的圧力制御システムは、次のような構成 を有している。

(10) 1つの制御流体供給管路に対して並列に設けられた複数の流路面積を可変可 能に制御できる可変オリフィス手段と、前記可変オリフィス手段に各々直列に接続す る圧力センサと、前記可変オリフィス手段の開閉動作を制御する制御手段とを備え、 前記圧力センサの検知結果に基づいて前記複数の可変オリフィス手段から前記可 変オリフィス手段を所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムであって、制 御手段が、所定の分圧比と圧力センサの検知結果とに基づいて複数の可変オリフィ ス手段の目標圧力をそれぞれ演算する演算部と、 目標圧力に基づいて複数の可変 オリフィス手段に供給する制御信号を作成し、全ての可変オリフィス手段に対して制 御信号を出力する信号処理部とを有すると共に、信号処理部が信号を出す前に複 数の可変オリフィス手段のコンダクタンスを一定に保つ、一定開度信号を出力する。

(11) (10)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、前記一定量が、全開状態 のコンダクタンスの 65%以上 95%以下であることを特徴とする。さらには、 70%以上 85%以下であることが望ましい。

[0017] 第 3課題を解決するために、本発明の相対的圧力制御システムは、次のような構成 を有している。

(12) 1つの制御流体供給管路に対して並列に設けられた複数の流路面積を可変的 に制御できる可変オリフィス手段と、前記可変オリフィス手段に各々直列に接続する 圧力センサと、前記可変オリフィス手段の開閉動作を制御する制御手段とを備え、前 記圧力センサの検知結果に基づいて前記複数の可変オリフィス手段から前記制御 流体を所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムであって、制御手段が、所 定の分圧比と圧力センサの検知結果とに基づいて複数の可変オリフィス手段の目標 圧力を常時それぞれ演算する演算部と、 目標圧力に基づいて複数の可変オリフィス 手段に供給する制御信号を作成し、全ての可変オリフィス手段に対して制御信号を 常時出力する信号処理部とを有する。

[0018] (13) (12)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、前記信号処理部は、前記 可変オリフィス手段がノーマルオープンタイプである場合には、各可変オリフィス手段 毎に前記演算部で演算した目標圧力と、前記圧力センサで検知された出力圧力との 偏差に基づき作成した操作量を比較し、操作量が最小となる可変オリフィス手段に対 しては、コンダクタンスを一定に保つ一定開度信号を作成し、その他の可変オリフィス 手段に対しては、出力圧力を目標圧力に到達させるために必要な制御信号を作成 すること、を特徴とする。

(14) (12)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、前記信号処理部は、前記 可変オリフィス手段がノーマルクローズタイプである場合には、各可変オリフィス手段 毎に前記演算部で演算した目標圧力と、前記圧力センサで検知された出力圧力との 偏差に基づき作成した操作量を比較し、操作量が最大となる可変オリフィス手段に対 しては、コンダクタンスを一定に保つ一定開度信号を作成し、その他の可変オリフィス 手段に対しては、出力圧力を目標圧力に到達させるために必要な制御信号を作成 すること、を特徴とする。

(15) (12)に記載する相対的圧力制御システムにおいて、前記一定量が、全開状態 のコンダクタンスの 65%以上 95%以下であることを特徴とする。さらには、 70%以上 85%以下であることが望ましい。

発明の効果

[0019] 第 1課題を解決するための上記構成を有する相対的圧力制御システム（1)一（6) 及び相対的流量制御システム（7)— (9)は、以下のような作用'効果を有する。 流量制御弁が開弁すると、作用ガスが流量制御装置から作用ガス供給管路を介し て相対的圧力制御システムに供給される。流量制御弁が、可変オリフィス手段に相 当する。流量制御装置は、流量制御弁が出力する作用ガスの流量を流量検知手段 で検知し、その検知結果に基づいて流量制御弁の弁開度を調整する。そのため、作 用ガスは、作用ガス供給管路に一定の流量で出力され、相対的圧力制御システムの 各エアオペレイトバルブに分岐して供給される。相対的圧力制御システムでは、各ェ ァオペレイトバルブが出力する作用ガスの圧力を圧力センサで検知し、その検知結 果に基づいて制御装置が各エアオペレイトバノレブに供給する操作圧力を決定して、 各エアオペレイトバノレブの弁開度を調整する。そのため、作用ガスは、各エアオペレ イトバルブから所定の圧力で出力される。

[0020] ここで、制御装置が暴走して、各エアオペレイトバルブの動作状態を認識できなくな つた場合、インタロック機構力 少なくとも 1つのエアオペレイトバルブを開弁させてい る。よって、作用ガス供給管路の作用ガスは、開弁するエアオペレイトバルブから下 流側へと流れ、作用ガス供給管路に残存しない。

従って、本発明の相対的圧力制御システム及び相対的流量制御システムによれば 、作用ガスが流れる系統を 1つにした簡単な構造で作用ガスの分圧比を正確に調整 すること力 Sできるとともに、緊急時に作用ガス供給管路力 作用ガスを確実に抜くこと ができる。

このとき、例えば、複数のエアオペレイトバルブのうちで出力する圧力が小さいエア オペレイトバルブを制御対象として特定すれば、複数のエアオペレイトバルブを牽制 的に制御することができる。

[0021] また、圧力センサが検出した圧力をバルブモデルのデータに当てはめて特定のェ ァオペレイトバノレブに力、かる操作圧力を求め、特定のエアオペレイトバルブの開閉動 作をフィードフォワード制御するので、エアオペレイトバノレブの制御時間を短くして、 システム全体の処理能力を向上させることができる。

もっとも、フィードフォワード制御は、一義的に操作圧力を決定するため、エアオペ レイトバルブが出力する圧力を目標値に調節できない場合もありうる。この場合、圧力 センサからフィードバックされた圧力を用いてエアオペレイトバノレブに対する操作圧 力を補うようにすれば、エアオペレイトバルブを目標圧力に正確に調整することがで きる。

力かる相対的圧力制御システム及び相対的流量制御システムは、異常検出手段を 備え、制御状態が一定であるか否力を確認してレ、る。

[0022] 異常検出手段は、全ての比例制御弁を全開させた状態で作用ガスを供給したとき 、各エアオペレイトバルブの出力圧力を圧力センサで一定間隔毎に検知し、その圧 力比が規定値を超えているか否かを判断する。超えていたときには、コンダクタンス が初期状態と同様に再現されておらず、異常を発生している可能性が高いので、異 常を検出する。これにより、相対的流量制御システム及び相対的圧力制御システム は、作用ガス供給管路等の故障をいち早く発見することができる。

[0023] 次に、比例制御手段と固定オリフィス手段を使用する相対的圧力制御システムの作 用について説明する。同一系統を流れる作用ガスを比例制御手段と固定オリフィス 手段に供給すると、比例制御手段と固定オリフィス手段から作用ガスが出力される。 比例制御手段と固定オリフィス手段の出力圧力は、圧力センサによって検知され、そ の検知結果に基づいて比例制御手段の弁開度を調整することにより固定オリフィス 手段の出力圧力を相対的に変動させ、比例制御手段と固定オリフィス手段から作用 ガスを所定の分圧比で出力する。 ここで、制御装置が暴走して、比例制御手段の動作状態を認識できなくなった場合 、作用ガス供給管路の作用ガスは、固定オリフィス手段から下流側へと流れ、作用ガ ス供給管路に残存しない。

従って、本発明の相対的圧力制御システムによれば、作用ガスが流れる系統を 1つ にした簡単な構造で作用ガスの分圧比を正確に調整することができるとともに、緊急 時に作用ガス供給管路から作用ガスを確実に抜くことができるのに加え、比例制御 手段の数やハードインタロック機構を削減して、コストダウンを図ることができる。

[0024] 第 2課題を解決するための上記構成を有する相対的圧力制御システム（10)及び（ 11)は、次のような作用'効果を有する。

第 2課題において指摘したように、シャワープレートの理論的比率に基づいて、しき い値を決めて制御対象可変オリフィス手段 (バルブ）を判断すると（例えば理論的比 率が圧力比 1. 000の場合、しきい値は 1. 000)、様々なばらつきにより制御不能領 域ができてしまう。

しかし、本発明によれば、両側のバルブを一定量閉めてから相対的圧力制御を行 つているので、シャワープレートの理論的比率に基づいて、しきい値を決めて制御対 象バルブを判断しても（例えば理論的比率が圧力比 1. 000の場合、しきい値 1. 00 0)、片側のバルブが一定開度しまっているため、制御を行っているバルブとしては、 実質上制御範囲が広くなり、制御不能領域をなくすことができる。

すなわち、一定開度閉める量として制御不能領域を十分に含むようなものにすれば 、しきい値を決めて制御対象バルブを判断したとしても、問題なく制御できることとな る。

[0025] 第 3課題を解決するための上記構成を有する相対的圧力制御システム（12) (15 )は、次のような作用'効果を有する。

各可変オリフィス手段 (流体制御弁）の出力圧力を圧力センサから入力し、所定の 分圧比と流体制御弁の出力圧力とに基づいて、各流体制御弁が出力すべき目標圧 力を常時それぞれ演算する。そして、各流体制御弁が目標圧力で制御流体を出力 するために必要な制御信号を作成し、作成した制御信号を複数の流体制御弁に常 時供給することにより、複数の流体制御弁を制御する。よって、本発明によれば、複 数の流体制御弁に常時制御信号を供給することにより、どのような分圧比においても 制御することが可能であるので、シャワープレートの理論的比率に基づいて、しきい 値を決めて制御対象バルブを判断する必要がなぐ複数の流体制御弁を常時制御 することにより制御流体を制御し、複数の流体制御弁から所定の分圧比で制御流体 を出力することができ、制御不可能領域をなくすことができる。

[0026] ここで、複数の流体制御弁としてノーマルオープンタイプのものを使用し、それらに 常時制御信号を供給し制御するときに、各々の流体制御弁の弁開度を調整するの で、流体制御弁上流側の圧力を上昇させる場合がある。この場合、制御流体の流量 及び組成を調整する格別の流体制御弁の流量制御に影響を及ぼすおそれがあるた め、流体制御弁上流側の圧力上昇をきらう場合には、各流体制御弁毎に演算部で 演算された操作量を比較し、操作量が最小となる流体制御弁に対しては、一定開度 になる制御信号を供給することにより、一定量閉める方向に制御する一方、その他の 流体制御弁に対しては、出力圧力を目標圧力に到達させるために必要な制御信号 を供給して、弁開度を調整する。このように、制御対象として特定しない流体制御弁 を必ず一定開度に制御するので、常に最良のコンダクタンスを保つことができ、流体 制御弁上流側の圧力上昇を抑えることができる。

[0027] また、複数の流体制御弁としてノーマルクローズタイプのものを使用し、それらに常 時制御信号を供給し制御するときにも、ノーマルオープンタイプの流体制御弁を使用 する場合と同様に、各々の流体制御弁の弁開度を調整するので、流体制御弁上流 側の圧力を上昇させる場合がある。この場合、制御流体の流量及び組成を調整する 格別の流体制御弁の流量制御に影響を及ぼすおそれがあるため、流体制御弁上流 側の圧力上昇をきらう場合には、各流体制御弁毎に演算部で演算された操作量を比 較し、操作量が最大となる流体制御弁に対しては、一定開度になる制御信号を供給 することにより、一定量開ける方向に制御する一方、その他の流体制御弁に対しては 、出力圧力を目標圧力に到達させるために必要な制御信号を供給して、弁開度を調 整する。このように、制御対象として特定しない流体制御弁を必ず一定量開度に制 御するので、常に最良のコンダクタンスを保つことができ、流体制御弁上流側の圧力 上昇を抑えることができる。 図面の簡単な説明

[図 1]本発明の実施例 1の相対的圧力制御システムのブロック図である。

[図 2]実施例 1のエッチングガス供給システムの概略構成図である。

[図 3]実施例 1の相対的圧力制御システムで使用される流量制御装置の部分断面図 である。

[図 4]実施例 1の相対的圧力制御システムの回路図である。

[図 5]実施例 1の相対的圧力制御システムの作用を調査するための試験回路図であ る。

[図 6]実施例 1のフィードフォワード制御を行わない場合の相対的圧力制御システム の作用を調査した結果を示す図であり、縦軸に真空圧力（kPa)を示し、横軸に時間（ sec)を示す。

[図 7]実施例 1のフィードフォワード制御を行った場合の分圧制御システムの作用を 調査した結果を示す図であり、縦軸に真空圧力（kPa)を示し、横軸に時間（sec)を 示す。

[図 8]実施例 1の異常検出の一例を示す図であり、縦軸に圧力を示し、横軸に時間を 示している。

[図 9]実施例 2の相対的流量制御システムの概略構成図である。

[図 10]実施例 3の相対的流量制御システムの概略構成図である。

[図 11]実施例 4の相対的圧力制御システムのブロック図である。

[図 12]実施例 4の相対的圧力制御システムの概略構成図である。

[図 13]実施例 4のフローチャートである。

[図 14]実施例 4の一定量を説明するデータ図である。

[図 15]実施例 4の作用を説明する図である。

[図 16]実施例 4の作用を説明する図である。

[図 17]実施例 4の別の作用を説明するための第 1説明図である。

[図 18]実施例 4の別の作用を説明するための第 2説明図である。

[図 19]実施例 4の別の作用を説明するための第 3説明図である。

[図 20]実施例 4の実験データを示す図である。 園 21]従来システムのデータを示す図である。

[図 22]実施例 4の実験データを示す図である。

園 23]従来システムのデータを示す図である。

[図 24]実施例 5のフローチャートである。

園 25]実施例 5の相対的圧力制御システムの制御波形を示す図であって、常時出力 のみの場合を示している。

園 26]実施例 5の相対的圧力制御システムの制御結果を示す図である。

[図 27]実施例 5の第 1，第 2エアオペレイトバルブ上流側圧力を示す図である。 園 28]同じぐ相対的圧力制御システムの制御波形を示す図であって、常時出力に 加えて一定開度制御を行う場合を示してレ、る。

園 29]従来のエッチングガス供給システムの概略構成図である。

[図 30]図 29のフォーカスリング部分の拡大断面図である。

[図 31]エッチングガス供給システムの流路系統の一例を示す図である。

符号の説明

3 圧力センサ

8 エアオペレイトバルブ

25 コントローラ

27 制御対象決定部

29、 35 バルブモデル部

30、 36 制御部

40 相対的圧力制御システム

41A-41D 流量制御装置

42A-42D 流量制御弁

43A— 43D 流量センサ

44 作用ガス供給管路

45A 相対的流量制御システム

45B 相対的流量制御システム

59 ハードインタロック用電磁弁 70 相対的圧力制御システム

72 ピエゾバルブ

73 オリフィス

101 相対的圧力制御システム

102A、 102B エアオペレイトバルブ

103A、 103B 圧力センサ

107 CPU

109 制御流体供給管路

171A、 171B 演算部

172A、 172B バルブモデル部

173A、 173B 制御部

発明を実施するための最良の形態

[0030] 本発明を具体化した実施例を以下説明する。

実施例 1

[0031] 次に、本発明の第 1実施の形態について図面を参照して説明する。図 2は、エッチ ングガス供給システム 50の概略構成図である。

エッチングガス供給システム 50は、エッチングを行うためのチャンバ 51を備え、エツ チングガスの供給源 52がエッチングガス供給弁 53、相対的圧力制御システム 40を 介してチャンバ 51の中に配設されたエッチングシャワー 54に接続されている。エッチ ングシャワー 54は、チャンバ 51の中に配置された 1枚のウェハ 57の上方に配設され 、センターシャワー 55の周りにエッジシャワー 56が設けられている。

[0032] 相対的圧力制御システム 40は、センターシャワー 55に接続する圧力制御装置 1 A と、エッジシャワー 56に接続する圧力制御装置 1Bとを有する。圧力制御装置 1A， 1 Bは、空気圧制御弁 2と圧力センサ 3とを備え、コントローラ（「相対的圧力制御システ ム」の「制御装置」に相当するもの。） 25にそれぞれ接続しており、圧力センサ 3の検 知結果に基づいて何れか一方が出力調整されるようになっている。コントローラ 25に は、半導体製造装置全体の動作を制御する中央コントローラ 58が接続され、エッチ ングガスの流量制御状態が常時監視されている。また、コントローラ 25には、ハードィ ンタロック用電磁弁（「インタロック機構」に相当するもの。） 59が接続している。

[0033] 図 3は、相対的圧力制御システム 40で使用される圧力制御装置 1A (1B)の部分断 面図である。

相対的圧力制御システム 40の圧力制御装置 1A (1B)は、入力ポート 4と出力ポー ト 5とが形成されたボディ 6を備え、入力ポート 4と出力ポート 5を連通させるように空気 圧制御弁 2をボディ 6に取り付けるとともに、ボディ 6の出力ポート 5上に圧力センサ 3 を取り付け、空気圧制御弁 2と圧力センサ 3をカバー 7で覆っている。

空気圧制御弁 2は、ノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブ 8に電空レギュ レータ 9を連結したものである。エアオペレイトバルブ 8は、流路ブロック 10と中間ブロ ック 11とカバー 12とで外観を構成し、エッチングガスを流量調整する弁部と、弁部の 動作を操作する操作部とを内蔵している。

[0034] 弁部は、流路ブロック 10と中間ブロック 11との間に設けられている。流路ブロック 10 には、ボディ 6の入力ポート 4に接続する入力流路 13と、ボディ 6の出力ポート 5に接 続する出力流路 14とを連通させる弁座 15が設けられている。流路ブロック 10と中間 ブロック 11との間には、ダイアフラム押さえ 16が配設され、ダイアフラム押さえ 16と流 路ブロック 10との間にダイアフラム 17の外縁部が狭持されている。ダイアフラム 17は 、上向きに湾曲するように配設され、弁座 15から離間している。従って、ボディ 6の入 力ポート 4は、流路ブロック 10の入力流路 13、弁座 15、ダイアフラム 17で仕切られた 弁室、流路ブロック 10の出力流路 14を介してボディ 6の出力ポート 5と連通している。

[0035] 一方、操作部は、中間ブロック 11とカバー 12との間に設けられている。カバー 12と 中間ブロック 11には、弁軸 18がダイアフラム 17の上面に当接するように挿通されて いる。弁軸 18には、ピストン 19が連結されている。ピストン 19は、中間ブロック 11と力 バー 12との間に形成されたピストン室 20に摺動可能に配設され、ピストン室 20を上 室と下室に区画している。ピストン室 20の下室には、復帰バネ 21が配設され、ピスト ン 19を介して弁軸 18に上向きの力を加えている。一方、ピストン室 20の上室は、弁 軸 18の上端部に形成された流路を介してカバー 12の操作ポート 22と連通している。 操作ポート 22には、電空レギユレータ 9が接続され、ピストン室 20の上室に供給する 圧縮空気を制御している。従って、ピストン室 20の上室と下室との圧力差を利用すれ ば、弁軸 18を上下方向に移動させ、ダイアフラム 17を弁座 15に当接又は離間させ ること力 Sできる。

[0036] 図 4は、相対的圧力制御システムの回路図である。

ハードインタロック用電磁弁 59は、排気口に接続する Aポートと、圧力制御装置 1A のエアオペレイトバルブ 8に接続する Pポートと、圧力制御装置 1Bのエアオペレイト バルブ 8に接続する Rポートとを有し、コントローラ 25から供給される電気信号によつ てポート切換を行う弁機構を内蔵している。弁機構は、スプリング 59aによって常に一 方向に付勢され、 Aポートと Pポートとを連通させている力 S、電磁石 59bが通電されて 図示しないプランジャを吸着すると、スプリング 59aの付勢力に抗して移動し、 Aポー トと Rポートとを連通させるようになつている。従って、圧力制御装置 1A， IBのエアォ ペレイトバルブ 8は、ハードインタロック用電磁弁 59により常に少なくとも一方が開弁 するよう関連づけられている。なお、ハードインタロック用電磁弁 59は、コントローラ 2 5によって流量調整されていないエアオペレイトバノレブ 8を排気口に接続するように 制御される。

[0037] 図 1は、相対的圧力制御システム 40のブロック図である。

相対的圧力制御システム 40のコントローラ 25は、圧力制御装置 1A, 1Bに内蔵さ れる電空レギユレータ 9の供給弁 23と排気弁 24に接続されており、供給弁 23と排気 弁 24の開閉動作を制御することによりエアオペレイトバルブ 8の開度調整を行う。 コントローラ 25は、中央演算処理部（以下、「CPU」という。） 26を備える。 CPU26 は、任意の圧力比コマンド K (ここでは、 K=P1/P2)を入力して、制御対象を決定 する制御対象決定部 27を備えている。制御対象決定部 27には、圧力比コマンド Κ に基づいて圧力制御装置 1B側の目標圧力 Ρ2 ( = Ρ1/Κ)を演算する演算部 28と、 圧力比コマンド Κに基づいて圧力制御装置 1A側の目標圧力 PI ( = ΚΡ2)を演算す る演算部 34が並列に接続されている。

[0038] 演算部 28には、バルブモデル部 29と制御部 30とが並列に接続されている。バル ブモデル部 29は、演算部 28から入力した圧力制御装置 1B側の目標圧力 Ρ2 ( = Ρ1 /Κ)に基づいて圧力制御装置 IBのエアオペレイトバルブ 8が出力する圧力 Ρ2を目 標値に制御するための操作圧力を予め決定したバルブモデルを記憶してレ、る。一方 、制御部 30は、圧力制御装置 IBの圧力センサ 3からフィードバックされた圧力 P2と、 演算部 28から入力した圧力制御装置 1B側の目標圧力 P2 ( = P1/K)との偏差に基 づいて操作圧力を決定する。バルブモデル 29と制御部 30は、加え合わせ点 31で結 合し、 DZA変換器 32を介して圧力制御装置 1Bの電空レギユレータ 9に接続されて いる。圧力制御装置 1Bの圧力センサ 3は、 AZD変換器 33を介して演算部 34に接 続されるとともに、制御部 30の上流側にフィードバック結合されている。

[0039] 演算部 34には、バルブモデル部 35と制御部 36とが並列に接続されている。バル ブモデル部 35は、圧力制御装置 1A側の目標圧力 PI ( = KP2)に基づいて圧力制 御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8が出力する圧力 P1を目標値に制御するための 操作圧力を予め決定したバルブモデルを記憶している。一方、制御部 36は、圧力制 御装置 1Aの圧力センサ 3からフィードバックされた圧力 P1と、演算部 34から入力し た圧力制御装置 1A側の目標圧力 PI ( = ΚΡ2)との偏差に基づいて操作圧力を決 定する。バルブモデル 35と制御部 36は、加え合わせ点 37で結合し、 D/A変換器 3 8を介して圧力制御装置 1 Αの電空レギユレータ 9に接続されている。圧力制御装置 1 Aの圧力センサ 3は、 A/D変換器 39を介して演算部 28に接続されるとともに、制御 部 36の上流側にフィードバック結合されている。

[0040] こうした相対的圧力制御システム 40は、次のように動作する。

図 2のエッチングガス供給システム 50においてエッチングガス供給弁 53が閉弁され 、エッチングガスを遮断している場合には、図 1に示すコントローラ 25の CPU26には 遮断信号が入力される。 CPU26は、遮断信号を受けて、 D/A変換器 32, 38を介 して圧力制御装置 1A, 1Bの電空レギユレータ 9の動作を停止している。そのため、 圧力制御装置 1A, 1Bのエアオペレイトバルブ 8は、全く圧縮空気を供給されず、全 開している。

[0041] 次に、図 2のエッチングガス供給システム 50においてエッチングガス供給弁 53が開 弁された場合について説明する。エッチングガス供給弁 53が開弁されると、エツチン グガスが圧力制御装置 1A, 1Bに分岐して供給される。圧力制御装置 1A, 1Bでは、 エアオペレイトバノレブ 8が全開しているため、流量制御されたエッチングガスが圧力 制御装置 1A, 1Bのエアオペレイトバルブ 8を通過してセンターシャワー 55とエッジシ ャヮー 56からウェハ 57に供給される。

そして、圧力制御装置 1Aの圧力センサ 3では、エアオペレイトバノレブ 8から出力さ れるエッチングガスの圧力 P1を検知し、 A/D変換器 39を介して CPU26の演算部 2 8に出力するとともに、制御部 36にフィードバックさせる。

一方、圧力制御装置 1Bの圧力センサ 3では、エアオペレイトバルブ 8から出力され るエッチングガスの圧力 P2を検知し、 AZD変換器 33を介して CPU26の演算部 34 に出力するとともに、制御部 30にフィードバックさせる。

[0042] CPU26では、任意の圧力比コマンド K (ここでは、 K = Pl/P2)を入力し、圧力比 コマンド Κが 1より小さいか否力、を判断する。圧力比コマンド Κが 1より小さい場合、す なわち、圧力制御装置 1B側の圧力 Ρ2が圧力制御装置 1A側の圧力 P1より大きい場 合には、圧力制御装置 1Aのエアオペレイトバノレブ 8を制御対象と判断し、圧力制御 装置 1Aのエアオペレイトバノレブ 8の制御を即座に開始する。このとき、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8が全開されているため、圧力制御装置 1B側の圧力 Ρ2 が上昇する。そこで、 CPU26では、相手方の圧力制御装置 1Bの圧力 Ρ2をモニタし 、圧力比が指示値になるように圧力制御装置 1 Αのエアオペレイトバノレブ 8を制御す る。すなわち、 CPU26の制御部 36が、圧力制御装置 1A側の目標圧力 P1 (=KP2 )と圧力制御装置 1Aの圧力センサ 3からフィードバックされる圧力 PIとの偏差に基づ いて圧力制御装置 1A側の圧力 P1と圧力制御装置 1B側の圧力 P2が所定の圧力比 となるように圧力制御装置 1Aのエアオペレイトバノレブ 8に対する操作圧力を決定す る。これに従って、圧力制御装置 1Aでは、電空レギユレータ 9がエアオペレイトバノレ ブ 8に供給する圧縮空気を制御し、エアオペレイトバルブ 8の開度調整を行う。

[0043] ところ力 エアオペレイトバルブ 8は、応答性が悪いため、制御部 36のみの制御で は動作遅れが生じる。そのため、コントローラ 25では、演算部 34が、圧力制御装置 1 Bの圧力センサ 3が検出した圧力 P2を圧力比コマンド Kとかけ合わせることにより圧 力制御装置 1A側の目標圧力 PI ( = KP2)を求め、バルブモデル部 35に出力してい る。バルブモデル部 35では、圧力制御装置 1A側の目標圧力 PI ( = ΚΡ2)をバルブ モデルのデータに当てはめ、バルブモデルのデータから圧力制御装置 1A側の圧力 P1を目標値にするための操作圧力を算出する。これにより、圧力制御装置 1Aでは、 電空レギユレータ 9がエアオペレイトバルブ 8の出力する圧力 PIを目標値まで瞬時に 到達させるように圧縮空気を制御し、エアオペレイトバルブ 8を開度調整する。

[0044] このとき、バルブモデル部 35の操作圧力は、加え合わせ点 37で制御部 36の操作 圧力を加えられるため、バルブモデル部 35で対応できない操作圧力を補って、圧力 制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8を制御することができる。よって、低圧のエッチ ングガスは、センターシャワー 55とエッジシャワー 56から所定の分圧比でウェハ 57 に出力され、ウェハ 57全体に均一に散布される。

この間、コントローラ 25は、ハードインタロック用電磁弁 59 (図 4参照）に通電して、 圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8を大気開放して全開する一方、圧力制御 装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8を密閉している。そのため、ハードインタロック用電 磁弁 59が、エッチングガスの出力調整に影響を与えることはない。

[0045] なお、圧力比コマンド Kが 1より小さくない場合、すなわち、流体制御装置 1A側の 圧力 P1が圧力制御装置 1B側の圧力 P2以上の場合には、上記と同様にして圧力制 御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8を制御することにより、圧力制御装置 1B側の圧 力 P2を目標値まで瞬時に到達させ、ウェハ 57のセンターエリアとエッジエリアとに所 定の分圧比でエッチングガスを出力することができる。もっとも、この場合、圧力制御 装置 1Bの目標圧力 P2には、演算部 28において圧力制御装置 1Aの圧力センサ 3が 検出した圧力 P1を圧力比コマンド Kで割ったもの（P1/K)を用いる。そして、この間 、コントローラ 25は、ハードインタロック用電磁弁 59を非通電状態とし、圧力制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8を大気開放して全開する一方、圧力制御装置 1Bのェ ァオペレイトバノレブ 8を密閉する。

[0046] ここで、発明者らは、エアオペレイトバルブ 8をフィードフォワード制御することの優 位性について、試験回路を作成して実験した。図 5は、相対的圧力制御システム 40 の作用を調查するための試験回路図である。

試験回路は、マスフローコントローラ（MFC) 60、圧力センサ 61、作用ガス供給弁 6 2、圧力センサ 63を直列に接続している。圧力センサ 63には、相対的圧力制御シス テム 40の圧力制御装置 1A, 1Bが並列に接続している。圧力制御装置 1A， IBは、 空気圧制御弁 2と圧力センサ 3とを備え、ノズノレ 64A， 64Bを介してチャンバ 65に接 続してレヽる。

[0047] 本試験では、試験回路に供給したアルゴンを MFC60で lL/min流している。そし て、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8を制御対象とし、全開された圧力制 御装置 1A側の圧力 PAと圧力制御装置 1B側の圧力 PBが所定の圧力比になるよう に、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバノレブ 8が出力する圧力 PBを目標値に整定 するまでの時間を調べた。図 6は、フィードフォワード制御を行わない場合の相対的 圧力制御システム 40の作用を調査した結果を示す図であり、縦軸に真空圧力（kPa) を示し、横軸に時間（sec)を示す。図 7は、フィードフォワード制御を行った場合の分 圧制御システム 40の作用を調査した結果を示す図であり、縦軸に真空圧力（kPa)を 示し、横軸に時間（sec)を示す。

[0048] 圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8をフィードフォワード制御しないと、図 6 に示すように、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8が圧力 PBを目標値に整定 する時間 T1が 3秒程度である。

一方、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8をフィードフォワード制御すると、 図 7に示すように、圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8が圧力 PBを目標値に 整定する時間 T2が 1秒程度である。

従って、フィードフォワード制御を行って圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8 を制御することにより、圧力 PBを目標値に整定するまでの時間を 3分の 1程度に短縮 すること力 Sできた。

[0049] このように、本実施の形態の相対的圧力制御システム 40によれば、同一系統を流 れるエッチングガスをエッチングガス供給弁 53から圧力制御装置 1A, 1Bのエアォ ペレイトバルブ 8に供給すると、圧力制御装置 1A， IBのエアオペレイトバノレブ 8から エッチングガスが出力される。各エアオペレイトバルブ 8の出力圧力 Pl， P2は、圧力 センサ 3によって検知され、その検知結果によって操作圧力を供給するエアオペレイ トバルブ 8を何れか一方に特定する。そして、特定したエアオペレイトバルブ 8に供給 する操作圧力を決定して、弁開度を調整することにより、圧力制御装置 1A， IBのェ ァオペレイトバノレブ 8から作用ガスを所定の分圧比で出力する。

[0050] ここで、コントローラ 25が暴走して、各エアオペレイトバルブ 8の動作状態を認識で きなくなった場合、ハードインタロック用電磁弁 59は、非通電状態であれば、 Aポート と Pポートとを連通させて、流体制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8の操作圧力を 排気口に逃がし、少なくとも流体制御装置 1Aのエアオペレイトバノレブ 8を開弁させる 。一方、ハードインタロック用電磁弁 59が、通電状態であれば、 Aポートと Rポートとを 連通させて、流体制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8の操作圧力を排気口に逃が し、少なくとも流体制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8を開弁させる。よって、作用 ガス供給弁 53と流体制御装置 1A， IBのエアオペレイトバルブ 8とを接続する作用ガ ス供給管路のエッチングガスは、開弁するエアオペレイトバルブ 8からチャンバ 51へ と流れ、作用ガス供給管路に残存しない。

[0051] 従って、本実施の形態の相対的圧力制御システム 40によれば、エッチングガスが 流れる系統を 1つにした簡単な構造でエッチングガスの分圧比を正確に調整すること ができるとともに、緊急時に作用ガス供給管路からエッチングガスを確実に抜くことが できる。

また、本実施の形態の相対的圧力制御システム 40によれば、圧力制御装置 1A, 1 Bのエアオペレイトバルブ 8のうちで出力する圧力 PI, P2が小さい方のエアオペレイ トバルブ 8を制御対象として特定するので（図 1参照）、圧力制御装置 1A, 1Bのエア オペレイトバルブ 8を牽制的に制御することができる。

[0052] また、本実施の形態の相対的圧力制御システム 40によれば、圧力制御装置 1A側 力 出力する圧力 P1を制御する場合には、圧力制御装置 1Bが検出した圧力 P2と 圧力比コマンド Kとから圧力制御装置 1Aの目標圧力 P1 (=KP2)を演算し、その目 標圧力 Ρ1 (=ΚΡ2)をバルブモデル部 35のバルブモデルのデータに当てはめて圧 力制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 3の操作圧力を求め、圧力制御装置 1Aのェ ァオペレイトバノレブ 8の開閉動作をフィードフォワード制御し、その一方で、圧力制御 装置 1B側から出力する圧力 Ρ2を制御する場合には、圧力制御装置 1Aが検出した 圧力 P1と圧力比コマンド Κとから圧力制御装置 1Bの目標圧力 P2 ( = PlZK)を演 算し、その目標圧力 P2 ( = PlZK)をバルブモデル部 29のバルブモデルのデータ に当てはめて圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバノレブ 8の操作圧力を求め、圧力制 御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8の開閉動作をフィードフォワード制御するので（ 図 1参照）、エアオペレイトバルブ 8の制御時間を短くして、システム全体の処理能力 を向上させることができる。

[0053] そして、本実施の形態の相対的圧力制御システム 40によれば、フィードフォワード 制御により圧力制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8が出力する圧力 P1を目標圧 力 PI ( = KP2)に調節できない場合には、圧力制御装置 1 Αの圧力センサ 3からフィ ードバックされた圧力 P1を用いてエアオペレイトバルブ 8に対する操作圧力を補い、 その一方で、フィードフォワード制御により圧力制御装置 1Bのエアオペレイトバルブ 8が出力する圧力 P2を目標圧力 P2 ( = PlZK)に調節できない場合には、圧力制 御装置 1Bの圧力センサ 3からフィードバックされた圧力 Ρ2を用いてエアオペレイトバ ルブ 8に対する操作圧力を補うので、圧力制御装置 1A又は圧力制御装置 1Bのエア オペレイトバルブ 8を目標圧力 PI ( = ΚΡ2)又は目標圧力 Ρ2 ( = Ρ1/Κ) )に正確に 調整すること力 Sできる。

[0054] 力かる相対的圧力制御システム 40は、コントローラ 25に異常検出手段を備え、制 御状態が一定であるか否かを確認している。すなわち、例えば、作用ガスの分圧制 御を停止するときや作用ガスの種類を変更するときなどに、異常検出手段を作動させ て作用ガス供給管路などの異常検出を行う。

コントローラ 25は、作用ガス供給弁 53を閉弁する前に、圧力制御装置 1A, 1Bの電 空レギユレータ 9に対する通電を停止し、異常検出手段を作動させる。コントローラ 25 は、図 8に示すように、圧力制御装置 1A, 1Bの圧力センサ 3が、電空レギユレータ 9 への通電を停止してからエアオペレイトバルブ 8が完全に全開するまでの過渡時間 Τ を経過した後、一定間隔（例えば、 500msec)毎に検知する圧力 PI , P2を入力し、 圧力制御装置 1Aのエアオペレイトバルブ 8の出力圧力 P1を、圧力制御装置 1Bのェ ァオペレイトバノレブ 8の出力圧力 P2で割ることにより圧力比（P1/P2)を算出する。

[0055] そして、算出した圧力比が規定値を超えているか否力、を判断する。すなわち、例え ば、規定値の上限値が A、規定値の下限値力 SlZAである場合、算出した圧力比 (P 1/P2)が規定値の上限値 Aより大きいと判断した場合、或いは、規定値の下限値 1 /Aより小さいと判断した場合には、コンダクタンスが初期状態と同様でないと考えら れるので、異常を検出する。そして、異常検出を複数回 (本実施の形態では、 3回)連 続してカウントしたときに、アラーム等を出力し、作業者に異常を知らせる。尚、異常 検出を複数回要するのは、誤検出を防止するためである。これにより、エッチングガス 供給システム 50及び相対的圧力制御システム 40は、作用ガス供給管路等の故障を レ、ち早く発見することができる。 実施例 2

[0056] 続いて、本発明の実施例 2について図面を参照して説明する。図 9は、相対的流量 制御システム 45Aの概略構成を示す図である。

本実施の形態の相対的流量制御システム 45Aは、半導体製造工程のエッチング 処理に用いられ、第 1実施の形態の相対的圧力制御システム 40に複数の流量制御 装置 41A— 41Dを接続して構成されている。流量制御装置 41A— 41Dは、〇2、 Ar 、 C4F8、 CO等の作用ガス供給源にそれぞれ接続している。各流量制御装置 41A 一 41Dは、作用ガスの流量調整を行うための流量制御弁 42A— 42Dと、流量制御 弁 42A— 42Dが出力する作用ガスの流量を検知する流量センサ（「流量検知手段」 に相当するもの。）43A— 43Dとが直列に接続され、流量センサ 43A— 43Dの検知 結果に基づいて流量制御弁 42A— 42Dを制御するようになっている。

[0057] そのため、相対的流量制御システム 45Aでは、作用ガスとして Arを使用する場合、 流量制御装置 41Bを作動させ、流量制御弁 42Bを開弁させる。流量制御弁 43Bが 開弁すると、 Arが流量センサ 43Bから作用ガス供給管路 44、相対的圧力制御シス テム 40、チャンバ 51へと供給される。流量制御装置 41Bは、流量制御弁 42Bが出力 する作用ガスの流量を流量センサ 43Bで検知し、その検知結果に基づいて流量制 御弁 42Bの弁開度を調整する。そのため、例えば、作用ガス供給管路 44のコンダク タンスが変化した場合であっても、その変化に追従して作用ガスの流量調整を行レ、、 作用ガスが作用ガス供給管路 44に常時一定の流量で出力され、相対的圧力制御シ ステム 40の圧力制御装置 1A, 1Bに分岐して供給される。相対的圧力制御システム 40では、圧力制御装置 1A, 1Bがエアオペレイトバルブ 8の出力圧力を圧力センサ 3 で検知し、その検知結果に基づいてコントローラ 25が各エアオペレイトバノレブ 8に供 給する操作圧力を決定して、各エアオペレイトバルブ 8の弁開度を調整する。そのた め、作用ガスは、圧力制御装置 1A, 1Bのエアオペレイトバルブ 8から所定の圧力で 出力される。

[0058] ここで、コントローラ 25や中央コントローラ 58が暴走して、各エアオペレイトバルブの 動作状態を認識できなくなった場合、インタロック機構 59が、圧力制御装置 1A， IB のうち何れか一方のエアオペレイトバルブ 8を開弁させている。よって、作用ガス供給 管路 44の作用ガスは、開弁するエアオペレイトバノレブ 8からチャンバ 51へと流れ、作 用ガス供給管路 44に残存しない。

従って、本発明の相対的流量制御システム 45Aによれば、作用ガスが流れる系統 を 1つにした簡単な構造で作用ガスの分圧比を正確に調整することができるとともに、 緊急時に作用ガス供給管路 44から作用ガスを確実に抜くことができる。

実施例 3

[0059] 次に、本発明の実施例 3について説明する。図 10は、相対的流量制御システム 45 Bの概略構成図である。

本実施の形態の相対的流量制御システム 45Bは、相対的圧力制御システム 70が 1 個のピエゾバルブ（「比例制御手段」に相当するもの。 ) 72とオリフィス（「オリフィス手 段」に相当するもの。）73を用いて分圧比を制御する点で、 2個のエアオペレイトバル ブ 8を用いて分圧比を制御する第 1 ,第 2実施の形態の相対的圧力制御システム 40 と相違する。よって、ここでは、第 1 ,第 2実施の形態と相違する部分について詳細に 説明し、共通する部分については説明を省略する。尚、第 1 ,第 2実施の形態と共通 するものには、図面に同一符号を用いている。

[0060] 相対的圧力制御システム 70は、流量制御装置 41A 41Dに作用ガス供給管路 4 4を介して接続し、圧力制御装置 71A, 71Bが作用ガス供給管路 44に並列に接続し ている。圧力制御装置 71Aは、可変的に作用ガスを制御するピエゾバルブ 72に圧 力センサ 3を直列に接続したものであり、センターシャワー 55に接続している。圧力 制御装置 71Bは、不変的に作用ガスを制御するオリフィス 73に圧力センサ 3を直列 に接続したものであり、エッジシャワー 56に接続している。オリフィス 73の Cv値は、圧 力変動範囲を広く確保するために、ピエゾバルブ 72の Cv値変動範囲内で設定され ている。本実施の形態では、オリフィス 73の Cv値は、ピエゾバルブ 72の Cv値の 2分 の 1に設定されている。 圧力制御装置 71A, 71Bは、コントローラ（「制御装置」に相当するもの。） 74に接 続し、ピエゾバルブ 72とオリフィス 73が出力する圧力 P3, P4を圧力センサ 3でそれ ぞれ検知し、その検知結果に基づいてピエゾバルブ 72を比例制御している。

尚、本実施の形態では、作用ガス供給管路 44とチャンバ 51がオリフィス 73を介し て常時連通するため、ハードインタロック用電磁弁 59を設けていない。

[0061] このような相対的圧力制御システム 70では、作用ガスとして Arを使用する場合、流 量制御装置 41Bを作動させ、流量センサ 43Bの検知結果に基づいて流量調整弁 42 Bで Arを流量調整し、作用ガス供給管路 44に供給する。 Arは、作用ガス供給管路 4 4からピエゾバルブ 72とオリフィス 73に分岐してチャンバ 51に出力される。ピエゾバ ノレブ 72とオリフィス 73の出力圧力 P3, P4は、圧力センサ 3によって検知され、その 検知結果に基づいてピエゾバルブ 72の弁開度を調整することによりオリフィス 73の 出力圧力を相対的に変動させ、ピエゾバルブ 72とオリフィス 73から作用ガスを所定 の分圧比で出力する。

[0062] ここで、制御装置が暴走して、ピエゾバルブ 72の動作状態を認識できなくなった場 合、作用ガス供給管路 44の作用ガスは、オリフィス 73から下流側へと流れ、作用ガス 供給管路 44に残存しない。

従って、本発明の相対的圧力制御システム 70及び相対的流量制御システム 45B によれば、作用ガスが流れる系統を 1つにした簡単な構造で作用ガスの分圧比を正 確に調整することができるとともに、緊急時に作用ガス供給管路 44から作用ガスを確 実に抜くことができるのに加え、ピエゾバルブ 72の数やハードインタロック用電磁弁 5 9を削減して、コストダウンを図ることができる。

[0063] 以上、本発明の実施例 1乃至 3について説明したが、本発明は、上記実施の形態 に限定されることなぐ色々な応用が可能である。

例えば、上記実施の形態では、 2個のエアオペレイトバノレブ 8が出力するエッチング ガスの圧力を圧力比コマンド Kに調整している。それに対して、 3個以上のエアオペ レイトバルブ 8が出力するエッチングガスの分圧比を調整するようにしてもよい。

例えば、上記実施の形態では、エッチングガス供給システム 50に相対的圧力制御 システム 40を使用した。しかし、作用ガスを所定の分圧比で出力することを目的とす るものであれば、適用対象は半導体製造装置などに限定されない。

例えば、上記実施の形態では、ハードインタロック用電磁弁 59として直動形 3ポート 電磁弁を使用したが、これに限定されるものではなぐノィロット形 3ポート電磁弁など を使用してもよい。

例えば、上記第 3実施の形態では、比例制御手段としてピエゾバルブを用いたが、 エアオペレイトバノレブや電磁弁を使用してもょレ、。

実施例 4

[0064] 次に、本発明に係る相対的圧力制御システムの実施例 4について図面を参照して 説明する。図 1に示す基本的構成は、実施例 1とほぼ同じなので、同じ部分の詳細な 説明を省略する。図 12は、相対的圧力制御システムの概略構成図である。

エッチングガス供給システム 150は、エッチングを行うためのチャンバ 151を備え、 エッチングガスの供給源 152がエッチングガス供給弁 110、相対的圧力制御システ ム 140を介してチャンバ 151の中に配設されたエッチングシャワー 154に接続されて いる。エッチングシャワー 154は、チャンバ 151の中に配置された 1枚のウェハ 157の 上方に配設され、センターシャワー 155の周りにエッジシャワー 156が設けられてい る。

相対的圧力制御システム 140は、 02、 Ar、 C4F8、 C〇などの制御流体であるエツ チングガスを供給するエッチングガス供給弁 153に接続する制御流体供給管路 109 に対して第 1エアオペレイトバルブ（「可変オリフィス手段」に相当するもの。） 102Aと 第 2エアオペレイトバルブ（「可変オリフィス手段」に相当するもの。 ) 102Bを並列に設 け、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bから制御流体を所定の分圧比で出 力するものである。第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bには、ノーマルオー プンタイプのものを使用している。なお、エアオペレイトバノレブを使用するのは、流路 断面積が大きぐ流量損失が小さいためである。

[0065] 次に、コントローラ 106に記憶されている制御プログラムについて説明する。図 13に フローチャートを示す。分圧比入力が中央コントローラ 158より与えられる（Sl)。次に 、入力された分圧比コマンド Kの値により制御対象バルブを決定する（S2)。次に、制 御目標圧力計算 Pl '、 P2 'を、 P1 ' =KP2、 P2' =P1/K 式により算出する（S3)。 ここで、 Pl、 P2 :圧力センサ出力圧力である。

次に、両バルブに一定量閉信号を入力する（S4)。本実施例では、全開状態の 25 %を閉じている。

[0066] 本出願人等が行った実験結果を図 14に示す。横軸がコンダクタンス量、すなわち、 全開に対して開口している割合であり、閉じる量とは逆の数値である。縦軸は、左端 の縦軸にバルブストロークの繰り返し精度を示し、右端の縦軸に応答時間を示してい る。データは、 Bが応答性のデータであり、 Aが繰り返し精度のデータである。

この実験データによれば、閉じる一定量は、 5%以上 35%以下が良い。さらには、 1 5%以上 30%以下が望ましい。 5%未満であると、本発明が目的とする作用'効果が 得られなレ、。また、 35%を超えると、応答性が悪くなり問題となるからである。さらに、 15%以上 30%以下であると、本発明の作用'効果を十分発揮しつつ、必要とする応 答性が得られる。

次に、非制御側バルブに対しては、一定量閉信号にて制御し、制御側バルブに対 しては、 目標圧力に到達させるための制御信号にて制御する（S5)。 次に、制御目 標圧力計算 Ρ1 '、 Ρ2 'を、 Ρ1 ' =ΚΡ2 Ρ2' =Ρ1/Κ の式により算出する（S6)。 ここで、 PI, P2は、圧力センサ出力圧力である。次に、非制御側バルブに対しては、 一定量閉信号にて制御し、制御側バルブに対しては、 目標圧力に到達させるための 制御信号にて制御する（S7)。次に、 S6に戻る。

[0067] 上記構成を有する実施例 4の相対的圧力制御システムの作用について説明する。

図 15に、実施例 4の相対的圧力制御システムにより制御可能な範囲、及び従来シ ステムにより制御可能な範囲を示す。図 16に、実施例 4の相対的圧力制御システム により制御可能な範囲を示す。図 16において、 Aは、片側固定で、片側バルブで圧 力比制御を行う領域を示し、 Bは、センター側バルブとエッジ側バルブとのどちらでも 圧力比制御できる領域を示し、 Cは、相対的圧力制御システム '装置によって発生す る圧力比の変動領域を示す。

例として、実際の圧力比を 1. 077 (図 16の L)と仮定する。エッジ側のバルブを一 定量（25%)閉めてセンター側のバルブが全開した場合の圧力比は、 1. 281となる。 また、センター側のバルブを一定量（25%)閉めてエッジ側のバルブが全開した場合 の圧力比は、 0. 918となる。ここで、圧力比 =センター側圧力/エッジ側圧力 であ る。

[0068] 仮に、 1. 000を境として制御バルブを決定したとしても、 0. 918— 1. 281の間に おいては、図 15及び図 16に示すように、どちらのバルブにおいても圧力比制御する ことが可能である。

すなわち、実際の圧力比が 1. 077で、 目標制御圧力比が 1. 050 (図 16の M)であ つた場合について検討すると、従来のシステムでは、 1. 000より大きレ、ので、エッジ 側バルブを制御し始める力 全開状態において圧力比が既に 1. 077であり、エッジ 側バルブ制御して目標圧力比 1. 050にすることができず、制御不良となってしまう。 これに対して、実施例 4のシステムでは、エッジ側のバルブを制御し始めても、エッジ 側のバルブとしては一定量（25%)閉めたところから全開方向に進んで 1. 050を制 御すること力 Sできる。 （0. 918までエッジ側バルブで制御できるため、 1. 050は制御 可能となる。 )

[0069] 次に、流量を変化させる場合について説明する。

例えば、流量を 200sccmから lOOOsccmに変化させたい場合を検討する。図 17 に従来システムによる制御の時系列的な流れを示す。図 18に実施例 4のシステムに よる制御の時系列的な流れを示す。図 19に 200sccmから lOOOsccmに流量が変化 したときの停止時圧力比の変化を示す。 200sccmのときは、停止時圧力比が、 1. 0 26であるが、 lOOOsccmのときは、停止時圧力比が、 1. 077に変ィ匕する。これは、 配管等のコンダクタンスの影響によるものと考えられる。

図 17に示すように、従来システムでは、非制側のバルブは全開にしておき、他方の バルブだけで制御を行っているので、そのままでは、 目標値に収束できないため、一 度異常と判断してバルブを、エッジ側バルブからセンター側バルブに切り替える動作 を行わなければならず、時間をロスしている。

図 18に示すように、実施例 4のシステムでは、両方のバルブを一度 25%閉じている ので、 200sccmのときにはエッジ側バルブを制御して圧力比を 1. 050とすること力 S でき、 lOOOsccmのときにもエッジ側バルブを制御して 1. 050とすること力できる。す なわち、 0. 918までエッジ側バルブで制御できるため、流量変化による停止時圧力 比の変動の影響を受けない。このとき、従来システムと異なり、異常と判断してバルブ を切り替える動作がないので、応答性を良くすることができる。また、小流量時におい ても、制御開始時に両側バルブを同時に閉めることになるので、制御開始時のバル ブの動作の鈍さを解消することができ、応答性を速めることができる。

[0070] 実施例 4の相対的圧力制御システムの実験結果を図 20に示す。比較例として従来 のシステムにおけるデータを図 21に示す。共に、横軸が時間であり、左側縦軸が圧 力比であり、右側縦軸がバルブの操作量である。また、 Bがバルブの操作量の波形 であり、 Aが圧力比が 0. 970に収束するまでの圧力比波形を示している。

図 21に示すように、従来のシステムでは、 目標値である 0. 970にバルブが収束す るのに 6. 6秒力かっているのに対し、図 20に示す実施例 4の相対的圧力制御システ ムでは、 3. 8秒で収束している。これにより、本発明の応答性の良さがわかる。

実施例 4における応答性の良さの理由を説明する。図 22に実施例 4の相対的圧力 制御システムの実験結果を示す。比較例として従来のシステムにおけるデータを図 2 3に示す。共に、横軸がバルブの操作圧力であり、縦軸が出力される圧力である。従 来のシステムでは、所定の出力圧力を得るために 15kPa必要としていた力 実施例 4 のシステムでは、同じ所定の出力圧力を得るのに 5kPa必要とするのみである。これ により、実施例 4のシステムでは、応答性が良くなつているのである。

[0071] 以上詳細に説明したように、実施例 4の相対的圧力制御装置によれば、 1つの制御 流体供給管路に対して並列に設けられた複数の流路面積を可変的に制御可能なェ ァオペレートバルブ 8A, 8Bと、エアオペレートバルブ 8A, 8Bに各々直列に接続す る圧力センサ 3A, 3Bと、エアオペレートバルブ 8A, 8Bの開閉動作を制御するコント ローラ 25を備え、圧力センサ 3A, 3Bの検知結果に基づいてエアオペレートバルブ 8 A, 8Bから前記制御流体を所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムであ つて、前記コントローラ 25が、所定の分圧比と圧力センサ 3A， 3Bの検知結果とに基 づいてエアオペレートバノレブ 8A， 8Bの目標圧力をそれぞれ演算する演算部と、 目 標圧力に基づいてエアオペレートバルブ 8 A, 8Bに供給する制御信号を作成し、ェ ァオペレートバルブ 8A, 8Bに対して制御信号を出力する信号処理部とを有すると共 に、コントローラ 25力 信号を出す前に、エアオペレートバルブ 8A， 8Bのコンダクタ ンスを一定量減らす一定量閉信号を出力するので、制御開始時に両方のバルブを 同時に一定量閉めることにより、圧力比制御のできる領域を広げることができ、制御 不能領域をなくすことができる。

また、上記相対的圧力制御システムにおいて、一定閉量が、全開状態のコンダクタ ンスの 5%以上 35%以下であるので、必要な応答性を確保しながら、本発明の作用' ίカ果を得ること力 Sできる。

実施例 5

[0072] 次に、本発明の実施例 5について説明する。図 12に示す基本的構成は、実施例 4 と同じなので、詳細な説明を省略する。

図 11は、実施例 5の圧力制御システム 40のブロック図である。

第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bは、第 1電空レギユレータ 105Aと第 2 電空レギユレータ 105Bからぞれぞれ圧縮空気を供給され、弁開度を調整される。そ して、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bには、第 1圧力センサ 103Aと第 2圧力センサ 103Bがそれぞれ直列に接続し、第 1,第 2エアオペレイトバルブ 102A , 102Bの出力圧力 PI, Ρ2を一定周期で検知している。

コントローラ 106は、第 1，第 2エアオペレイトバノレブ 102A， 102Bに供給する圧縮 空気の操作圧力（「制御信号」に相当するもの。）を決定し、その操作圧力を出力する ための電気信号を第 1 ,第 2電空レギユレータ 105A, 105Bの供給弁 151A， 151B と排気弁 152A， 152Bに供給する。そのため、コントローラ 106は、情報の演算や加 ェなどを行う中央演算処理部（以下、「CPU」という。） 107を備える。 CPU107は、 圧力比コマンド K ( = PlZP2)に基づいて第 1エアオペレイトバルブ 102Aの目標圧 力 PI ' ( = KP2)を演算する演算部 171Aと、圧力比コマンド K ( = P1/P2)に基づ いて第 2エアオペレイトバノレブ 102Bの目標圧力 P2' ( = PlZK)を演算する演算部 171Bとが並列に設けられている。

[0073] 演算部 171Aには、バルブモデル部 172Aと制御部 173Aとが並列に接続されて レヽる。バルブモデル部 172Aは、第 1エアオペレイトバルブ 102Aの出力圧力 P1を目 標圧力 P1 'に制御するための操作圧力を予め決定したバルブモデルを記憶してレ、る 。一方、制御部 173Aは、第 1圧力センサ 103Aからフィードバックされた出力圧力 Ρ 1と、演算部 171Aから入力した第 1エアオペレイトバルブ 102Aの目標圧力 PI 'との 偏差に基づいて操作圧力を決定する。バルブモデル部 172Aと制御部 173Aは、加 え合わせ点 174Aで結合し、 D/A変換器 161 Aを介して第 1電空レギユレータ 105 Aに接続されている。そして、第 1圧力センサ 103Aは、 AZD変換器 162Aを介して 演算部 171Bに接続されるとともに、制御部 173Aの上流側にフィードバック結合され ている。なお、バルブモデル部 172A、制御部 173A、加え合わせ点 174Aなどによ り特許請求の範囲にレ、う「信号処理部」が構成される。

[0074] 演算部 171Bには、バルブモデル部 172Bと制御部 173Bとが並列に接続されてい る。バルブモデル部 172Bは、第 2エアオペレイトバルブ 102Bの出力圧力 P2を目標 圧力 P2'に制御するための操作圧力を予め決定したバルブモデルを記憶している。 一方、制御部 173Bは、第 2圧力センサ 103Bからフィードバックされた出力圧力 P2と 、演算部 171Bから入力した第 2エアオペレイトバルブ 102Bの目標圧力 P2'との偏 差に基づいて操作圧力を決定する。バルブモデル部 172Bと制御部 173Bは、加え 合わせ点 174Bで結合し、 D/A変換器 161 Bを介して第 2電空レギユレータ 105Bに 接続されている。第 2圧力センサ 103Bは、 A/D変換器 162Bを介して演算部 171 Aに接続されるとともに、制御部 173Bの上流側にフィードバック結合されている。な お、バルブモデル部 172B、制御部 173B、加え合わせ点 174Bなどにより特許請求 の範囲にいう「信号処理部」が構成される。

[0075] こうした圧力制御システム 101は、次のように動作する。

流体制御弁 110から制御流体供給管路 109に制御流体が供給されていない場合 などには、第 1 ,第 2電空レギユレータ 105A, 105Bの供給弁 151A, 151Bと排気弁 152A, 152Bに遮断信号を供給して閉弁させる。そのため、第 1，第 2エアオペレイト バルブ 102A， 102Bは、全く操作圧力を供給されず、全開している。

その後、制御流体が流体制御弁 153から制御流体供給管路 109に供給されると、 制御流体が第 1，第 2エアオペレイトバノレブ 102A， 102Bに分岐し、第 1 ,第 2エアォ ペレイトバルブ 102A, 102Bから出力される。そして、第 1エアオペレイトバルブ 102 Aの出力圧力 P1は、第 1圧力センサ 103Aによって検知され、 AZD変換器 162Aを 介して CPU107の演算部 171Bに入力されるとともに、制御部 173Aにフィードバック される。また、第 2エアオペレイトバルブ 102Bの出力圧力 P2は、第 2圧力センサ 203 Bによって検知され、 A/D変換器 262Bを介して CPU107の演算部 171Aに入力さ れるとともに、制御部 173Bにフィードバックされる。

CPU107は、任意の圧力比コマンド K ( = PlZP2)が入力されており、圧力比コマ ンド Kと第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bの出力圧力とに基づいて、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bに供給される操作圧力を決定する。

[0076] すなわち、演算部 171 Aは、第 2圧力センサ 103Bから入力した第 2エアオペレイト バルブ 102Bの出力圧力 P2を圧力比コマンド Kとかけることにより、第 1エアオペレイ トバルブ 102Aの目標圧力 PI ' ( = KP2)を常時演算する。制御部 173Aは、演算部 171Aで演算された目標圧力 P1 'と第 1圧力センサ 103Aからフィードバックされる出 力圧力 P1との偏差に基づいて第 1エアオペレイトバノレブ 102Aに供給する操作圧力 を決定する。

ところ力 第 1エアオペレイトバノレブ 102Aは、応答性が悪いため、制御部 173Aの みの制御では動作遅れを生じる。そのため、演算部 171Aが演算した目標圧力 P1 ' をバルブモデル部 172Aに入力して、バルブモデルのデータに当てはめ、第 1エア オペレイトバルブ 102Aの出力圧力 P1を目標圧力 P1 'にするために必要な操作圧 力を算出する。これにより、第 1エアオペレイトバルブ 102Aの出力圧力 P1を目標圧 力 P1 'まで瞬時に到達させることが可能になる。

[0077] なお、バルブモデル部 172Aで決定された操作圧力は、加え合わせ点 174Aにお いて制御部 173Aで決定された操作圧力を加えられ、バルブモデル部 172Aのみで は対応できない事態を補っている。こうして決定された操作圧力は、 D/A変換器 16 1Aにおいてアナログ信号に変換されて第 1電空レギユレータ 105Aに常時供給され 、第 1エアオペレイトバルブ 102Aの弁開度を調整する。

一方、演算部 171Bは、第 1圧力センサ 103Aから入力した第 1エアオペレイトバル ブ 102Aの出力圧力 P1を圧力比コマンド Κで割ることにより、第 2エアオペレイトバノレ ブ 102Bの目標圧力 P2' ( = PlZK)を常時演算する。制御部 173Bは、演算部 171 Βで演算された目標圧力 P2'と第 2圧力センサ 103Bからフィードバックされる出力圧 力 Ρ2との偏差に基づいて第 2エアオペレイトバノレブ 102Bに供給する操作圧力を決 定する。

[0078] ところが、第 2エアオペレイトバルブ 102Bは、応答性が悪いため、制御部 173Bの みの制御では動作遅れを生じる。そのため、演算部 171Bが演算した目標圧力 P2' をバルブモデル部 172Bに出力して、バルブモデルのデータに当てはめ、第 2エアォ ペレイトバルブ 102Bの出力圧力 P2を目標圧力 P2'にするために必要な操作圧力を 算出する。これにより、第 2エアオペレイトバルブ 102Bの出力圧力 P2を目標圧力 P2 'まで瞬時に到達させることが可能になる。

なお、バルブモデル部 172Bで決定された操作圧力は、加え合わせ点 174Bにお いて制御部 173Bで決定された操作圧力を加えられ、バルブモデル部 172Bのみで は対応できない事態を補っている。こうして決定された操作圧力は、 DZA変換器 16 1Bにおいてアナログ信号に変換されて第 2電空レギユレータ 105Bに常時供給され、 第 2エアオペレイトバノレブ 102Bの弁開度を調整する。

[0079] 次に、コントローラ 106に記憶されている制御プログラムについて説明する。図 24に フローチャートを示す。分圧比入力が中央コントローラ 158より与えられる（Sl)。次に 、制御目標圧力計算 Pl '、 P2'を、 P1 ' =KP2、 P2' =P1/K 式により算出する（S 2)。ここで、 P1、P2 :圧力センサ出力圧力である。次に、 目標圧力比 Pl '、 P2'と出力 圧力 PI , P2の偏差に基づき作成したバルブ操作量を比較して制御対象バルブを決 定する（S3)。

次に、両バルブに一定量閉信号を入力する（S4)。本実施例では、全開状態の 25 %を閉じている。詳細は、実施例 4と同じなので詳細な説明を省略する。

[0080] 次に、非制御側バルブに対しては、一定量閉信号にて制御し、制御側バルブに対 しては、 目標圧力に到達させるための制御信号にて制御する（S5)。 次に、制御目 標圧力計算 Ρ1 '、Ρ2 'を、 Ρ1 ' =ΚΡ2 Ρ2' =Ρ1/Κ の式により算出する（S6)。 ここで、 Pl， P2は、圧力センサ出力圧力である。

次に、 目標圧力比 Pl '、 P2'と出力圧力 PI , P2の偏差に基づき作成したバルブ操 作量を比較して制御対象バルブを決定する（S7)。次に、非制御側バルブに対して は、一定量閉信号にて制御し、制御側バルブに対しては、 目標圧力に到達させるた めの制御信号にて制御する（S8)。次に、 S6に戻る。 [0081] 次に、具体的数値を用いて圧力制御システム 101の制御について考察する。 本実施例 5の相対的圧力制御システム 101によれば、第 1 ,第 2エアオペレイトバル ブ 102A, 102Bの出力圧力 PI , P2を第 1 ,第 2圧力センサ 103A, 103B力ら入力 し、圧力比コマンド Kと第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bの出力圧力 Pl， P2とに基づいて、第 1，第 2エアオペレイトバルブ 102A， 102Bが出力すべき目標圧 力 PI ' , P2'をそれぞれ常時演算する。そして、第 1，第 2エアオペレイトバノレブ 102 A, 102B力 S目標圧力 Pl '， P2'で制御流体を出力するために必要な操作圧力を決 定し、決定した操作圧力を第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bに常時供給 することにより、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A， 102Bを制御する。よって、本 実施例 5の圧力制御システム 101によれば、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bが全開するときの分圧比力 Sいかなる値の場合であっても、第 1，第 2エアオペレ イトバルブ 102A， 102Bに常時操作圧力を供給することにより、シャワープレートの 理論的比率に影響されることなぐ全ての分圧比の範囲を制御し、第 1 ,第 2エアオペ レイトバルブ 102A, 102Bから所定の分圧比で制御流体を出力することが可能にな り、制御不可能領域をなくすことができる。

[0082] このように、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bに常時操作圧力を供給す ることにより、制御不可能領域をなくしたので、配管や絞りによるコンダクタンスの違い を考慮する必要がなぐまた、センサ調整やバルブ CV値のばらつきをある程度吸収 することができるので、歩留まりを抑えることができる。

また、装置毎（シャワープレートの比率毎）にしきい値のセッティングを行う必要がな ぐ汎用性に優れている。

[0083] このとき、例えば、図 25に示すように、第 1，第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102 Bに常時操作圧力を供給し制御を行うと、第 1，第 2エアオペレイトバノレブ 102A, 10 2B各々の弁開度を調整するので、同じ圧力比コマンド「1. 050」に制御する場合で あっても、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bの双方が閉方向に作動する 量が各時間帯（図 25の T1一 T2、T3— T4、T5— T6参照）で異なり、図 28に示すよ うに、第 1，第 2エアオペレイトバルブ 102A， 102Bの上流側圧力が上昇してまちまち になるという現象が発生する（図 27に示す太線の T1一 Τ2、 Τ3 Τ4、 Τ5— Τ6参照 )。この様な場合に、図 29に示すように、第 1 ,第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102 Bの操作圧力を比較し、小さい方のエアオペレイトバルブについては、一定量閉じる 操作圧力を供給することにより、一定開度に制御する一方、他方のエアオペレイトバ ルブに対しては、出力圧力を目標圧力に到達させるために必要な操作圧力を供給し て弁開度を調整するようにすれば、制御対象として特定しなかったエアオペレイトバ ルブを一定開度に制御するので、常に最良のコンダクタンスを保つことができ、第 1， 第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102B上流側圧力の上昇を抑えることができる（図 2 8に示す細線の T1一 T2、 Τ3— Τ4、 Τ5— Τ6参照）。

[0084] 以上、本発明の実施例 5について説明したが、本発明は、上記実施例 5に限定され ることなぐ色々な応用が可能である。

(1)例えば、上記実施例では、第 1，第 2エアオペレイトバノレブ 102A, 102Bから出 力する制御流体の分圧制御について説明した。それに対して、 3個以上のエアオペ レイトバルブ 102であっても同様にして分流制御するようにしてもよい。

(2)例えば、上記実施例では、流体制御弁としてノーマルオープンタイプのエアオペ レイトバルブを使用した。それに対して、流体制御弁としてノーマルオープンタイプの 電磁弁を使用し、しきい値を超える電圧を印加したときに閉弁動作を開始するように してもよい。

[0085] (3)例えば、上記実施例では、ノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブ 102 A, 102Bを流体制御弁として使用し、制御流体を所定の分圧比に制御した。それに 対して、ノーマルクローズタイプの流体制御弁（エアオペレイトバルブ、電磁弁、ピエ ゾバルブ等）を使用して制御流体を所定の分圧比に制御するようにしてもよい。この 場合、ノーマルクローズタイプの流体制御弁は、ノーマルオープンタイプの流体制御 弁を制御する場合と考え方を逆にして制御される。すなわち、例えば、 1つの制御流 体供給管路 109に 2個のノーマルクローズタイプのエアオペレイトバルブを並列に接 続し、それらに常時操作圧力を供給し分圧比を制御するときにも、上記実施の形態 のようにノーマルオープンタイプの第 1，第 2エアオペレイトバルブ 102A, 102Bを使 用するときと同様に、ノーマルクローズタイプのエアオペレイトバノレブ上流側の圧力を 上昇させる場合がある。この場合、制御流体の流量及び組成を調整する格別の流体 制御弁 110の流量制御に影響を及ぼすおそれがあるため、ノーマルクローズタイプ のエアオペレイトバルブ上流側の圧力上昇をきらう場合には、各エアオペレイトバノレ ブ毎に演算部で演算された操作量を比較し、操作量が最大となるエアオペレイトバ ルブに対しては、一定量開ける操作圧力を供給することにより、一定開度に制御する 一方、その他のエアオペレイトバルブに対しては、出力圧力を目標圧力に到達させ るために必要な操作圧力を供給して、弁開度を調整する。このように、制御対象とし て特定しないノーマルクローズタイプのエアオペレイトバルブを必ず一定開度に制御 するようにすれば、常に最良のコンダクタンスを保つことができ、ノーマルクローズタイ プのエアオペレイトバルブ上流側の圧力上昇を抑えることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 作用ガスが供給される作用ガス供給管路に接続される複数のノーマルオープンタイ プのエアオペレイトバルブと、

前記エアオペレイトバルブの各々に直列に接続されて前記エアオペレイトバルブが 出力する圧力を検出する圧力センサと、

前記圧力センサが検知した圧力に基づいて前記エアオペレイトバルブの操作圧力 を制御する制御装置と、

前記制御装置に接続し、前記複数のエアオペレイトバルブを、常時少なくとも 1つ が開弁するように関連づけるインタロック機構と、を有し、

前記複数のエアオペレイトバルブのうちから特定したエアオペレイトバルブの開度 を調整して、前記作用ガスを所定の分圧比で出力することを特徴とする相対的圧力 制御システム。

[2] 請求項 1に記載する相対的圧力制御システムにおレ、て、

前記制御装置は、出力する圧力を比較して前記複数のエアオペレイトバルブのうち で制御対象とするエアオペレイトバノレブを特定することを特徴とする相対的圧力制御 システム。

[3] 請求項 1又は請求項 2に記載する相対的圧力制御システムにおいて、

前記エアオペレイトバルブの全てを全開させて作用ガスを供給したときに、前記ェ ァオペレイトバノレブが出力する圧力を一定間隔毎に前記圧力センサでそれぞれ検 知し、その圧力比が規定値を超えているか否力、を判断し、超えていたときに、異常を 検出する異常検出手段を有すること、を特徴とする相対的圧力制御システム。

[4] 請求項 1乃至請求項 3の何れか一つに記載する相対的圧力制御システムにおいて、 前記制御装置は、前記圧力センサが検出した圧力に対して特定のエアオペレイト バルブの操作圧力を決定するバルブモデルを記憶し、前記バルブモデルを用いて 前記特定のエアオペレイトバルブをフィードフォワード制御することを特徴とする相対 的圧力制御システム。

[5] 請求項 4に記載する相対的圧力制御システムにおレ、て、

前記制御装置は、前記フィードフォワード制御するエアオペレイトバルブと接続する 前記圧力センサが検知した圧力を用いて、前記フィードフォワード制御された操作圧 力を補正することを特徴とする相対的圧力制御システム。

[6] 作用ガス供給管路に、流路面積を可変的に作用ガスを制御する比例制御手段と、流 路面積を不変的に作用ガスを制御する固定オリフィス手段とを並列に接続して、前記 比例制御手段と前記固定オリフィス手段に圧力を検知する圧力センサをそれぞれ直 列に接続し、

前記圧力センサの検知結果に基づいて前記比例制御手段の動作を比例制御する ことにより、前記比例制御手段と前記固定オリフィス手段の出力圧力を相対的に制御 する制御装置を設けたこと、を特徴とする相対的圧力制御システム。

[7] ガス供給源に接続する流量制御弁と、前記流量制御弁が出力する流量を検知する 流量検知手段とを有し、前記流量検知手段の検知結果に基づレ、て前記流量制御 弁を制御する流量制御装置と、

前記流量制御装置に接続する作用ガス供給管路と、

前記作用ガス供給管路に並列に接続される複数のノーマルオープンタイプのエア オペレイトバルブと、前記エアオペレイトバルブの各々に直列に接続されて前記エア オペレイトバルブが出力する圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサが検知 した圧力に基づいて前記エアオペレイトバルブの操作圧力を制御する制御装置と、 前記制御装置に接続し、前記複数のエアオペレイトバノレブを、常時少なくとも 1つが 開弁するように関連づけるインタロック機構と、からなり、前記複数のエアオペレイトバ ルブのうちから特定したエアオペレイトバルブの開度を調整して、前記作用ガスを所 定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムと、

前記エアオペレイトバルブの全てを全開させて作用ガスを供給したときに、前記ェ ァオペレイトバノレブが出力する圧力を一定間隔毎に前記圧力センサでそれぞれ検 知し、その圧力比が規定値を超えているか否力、を判断し、超えていたときに、異常を 検出する異常検出手段と、を有すること、を特徴とする相対的流量制御システム。

[8] 請求項 7に記載する相対的流量制御システムにおレ、て、

前記制御装置は、前記圧力センサが検出した圧力に対して特定のエアオペレイト バルブの操作圧力を決定するバルブモデルを記憶し、前記バルブモデルを用いて 前記特定のエアオペレイトバルブをフィードフォワード制御することを特徴とする相対 的流量制御システム。

[9] 請求項 8に記載する相対的流量制御システムにおレ、て、

前記制御装置は、前記フィードフォワード制御するエアオペレイトバルブと接続する 前記圧力センサが検知した圧力を用いて、前記フィードフォワード制御された操作圧 力を補正することを特徴とする相対的流量制御システム。

[10] 1つの制御流体供給管路に対して並列に設けられた複数の流路面積を可変的に制 御可能な可変オリフィス手段と、前記可変オリフィス手段に各々直列に接続する圧力 センサと、前記可変オリフィス手段の開閉動作を制御する制御手段とを備え、前記圧 力センサの検知結果に基づいて前記複数の可変オリフィス手段から前記制御流体を 所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムであって、

前記制御手段が、

前記所定の分圧比と前記圧力センサの検知結果とに基づいて前記複数の可変ォ リフィス手段の目標圧力をそれぞれ演算する演算部と、

前記目標圧力に基づレ、て前記複数の可変オリフィス手段に供給する制御信号を作 成し、全ての可変オリフィス手段に対して前記制御信号を出力する信号処理部とを 有すると共に、

前記信号処理部が、前記信号を出す前に、前記複数の可変オリフィス手段のコン ダクタンスを一定に保つ、一定開度信号を出力することを特徴とする相対的圧力制 ί卸システム。

[11] 請求項 10に記載する相対的圧力制御システムにおいて、

前記一定量が、全開状態のコンダクタンスの 65%以上 95%以下であることを特徴 とする相対的圧力制御システム。

[12] 1つの制御流体供給管路に対して並列に設けられた複数の流路面積を可変的に制 御可能な可変オリフィス手段と、前記可変オリフィス手段に各々直列に接続する圧力 センサと、前記可変オリフィス手段の開閉動作を制御する制御手段とを備え、前記圧 力センサの検知結果に基づいて前記複数の可変オリフィス手段から前記制御流体を 所定の分圧比で出力する相対的圧力制御システムであって、 前記制御手段が、

前記所定の分圧比と前記圧力センサの検知結果とに基づいて前記複数の可変ォ リフィス手段の目標圧力を常時それぞれ演算する演算部と、

前記目標圧力に基づレ、て前記複数の可変オリフィス手段に供給する制御信号を作 成し、全ての可変オリフィス手段に対して前記制御信号を常時出力する信号処理部 とを有することを特徴とする相対的圧力制御システム。

[13] 請求項 12に記載する相対的圧力制御システムにおいて、

前記信号処理部は、

前記可変オリフィス手段がノーマルオープンタイプである場合には、

各可変オリフィス手段毎に前記演算部で演算した目標圧力と、前記圧力センサで 検知された出力圧力との偏差に基づき作成した操作量を比較し、

操作量が最小となる可変オリフィス手段に対しては、コンダクタンスを一定に保つ一 定開度信号を作成し、その他の可変オリフィス手段に対しては、出力圧力を目標圧 力に到達させるために必要な制御信号を作成すること、を特徴とする相対的圧力制 ί卸システム。

[14] 請求項 12に記載する相対的圧力制御システムにおいて、

前記信号処理部は、

前記可変オリフィス手段がノーマルクローズタイプである場合には、

各可変オリフィス手段毎に前記演算部で演算した目標圧力と、前記圧力センサで 検知された出力圧力との偏差に基づき作成した操作量を比較し、

操作量が最大となる可変オリフィス手段に対しては、コンダクタンスを一定に保つ一 定開度信号を作成し、その他の可変オリフィス手段に対しては、出力圧力を目標圧 力に到達させるために必要な制御信号を作成すること、を特徴とする相対的圧力制 卸システム。

[15] 請求項 12に記載する相対的圧力制御システムにおいて、

前記一定量が、全開状態のコンダクタンスの 65%以上 95%以下であることを特徴 とする相対的圧力制御システム。