JP4224492B2 - 圧力制御システム及び流量制御システム - Google Patents

Description

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圧力制御システム及び流量制御システムに関する。

従来、低圧のエッチングガスをウエ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３０１を備える。真空反応室３０１には、ウエハ３０２を１枚ずつ載置するための下部電極３０３が設けられ、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Ｏ2、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。

一方、下部電極３０３には、載置されたウエハ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Ｏ2、Ａｒ、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3等のガス源からガス流路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。

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、ウエハ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からウエハ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からウエハ３０２の外縁部に作用ガスを噴出するので、ウエハ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。）。
特開２００２−２１７１７１号公報（第３〜４頁、第１図、第２図。）。

第１課題
しかしながら、従来のエッチングガス供給システム３００では、ウエハ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、流量制御弁３０５ａ〜３０５ｄ，３０８ａ〜３０８ｄを要するなど無駄が多かった。また、流量制御弁３０８ａ〜３０８ｄは、実際にウエハ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、ウエハ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。

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に組み込み、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とからウエハ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ワー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の検知結果に基づいてコントローラ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からウエハ５７にエッチングガスを散布する。

ところが、か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（又はピエゾバルブなど）３２２Ａ，３２２Ｂの動作状態が分からなくなる。そのため、電磁弁３２２Ａ，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、かかる要望に応えることができないため、問題である。

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（Ｃｅｎｔｅｒ／Ｅｄｇｅ比）が１．０００と仮定して、目標圧力比が１．０００以下のときには、センター側バルブを、１．０００より大きいときには、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が、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（１．０００とは限らず、０．９５０とか、１．０８０とかになってしまう）、そのばらつき量だけ（１．０００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く、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が、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。

（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１０００ｓｃｃｍ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。

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ではなく、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）しきい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った。
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１．０００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いが、しきい値を１．０００としているので、１．５００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が、１．５００は１．９１８より小さいから、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。

第１課題を解決するために、本発明に係る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、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ことを特徴としている。

（２）（１）に記載する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ルブを特定することを特徴としている。
（３）（１）又は（２）に記載する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かを判断し、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。
（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載する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。

（５）（４）に記載する圧力制御システムにおいて、制御装置は、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、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。

また、本発明に係る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い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、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、からなり、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かを判断し、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。

（８）（７）に記載する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する。
（９）（８）に記載する流量制御システムにおいて、制御装置は、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。

第２課題を解決するために、本発明の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。

第３課題を解決するために、本発明の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。

（１３）（１２）に記載する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。

第１課題を解決するための上記構成を有する圧力制御システム（１）〜（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、各エア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ルブ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。

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った場合、インタロック機構が、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、本発明の圧力制御システム及び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。
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。

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エアオペレイトバルブにか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、エアオペレイトバル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ル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。
かかる圧力制御システム及び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かを確認している。

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。

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。

第２課題を解決するための上記構成を有する圧力制御システム（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っているので、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１．０００）、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。

第３課題を解決するための上記構成を有する圧力制御システム（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く、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。

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。

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。

本発明を具体化した実施例を以下説明する。

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、エッチングガスの供給源５２がエッチングガス供給弁５３、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枚のウエハ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。

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１Ａ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，１Ｂ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、ハードイ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。

図３は、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。
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。

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。

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とカバー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、電空レギュレータ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ができる。

図４は、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っ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が、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っている。従って、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのエアオペレイトバルブ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２５によって流量調整されていないエアオペレイトバルブ８を排気口に接続するように制御される。

図１は、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ュレータ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Ｋに基づいて圧力制御装置１Ｂ側の目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）を演算する演算部２８と、圧力比コマンドＫに基づいて圧力制御装置１Ａ側の目標圧力Ｐ１（＝ＫＰ２）を演算する演算部３４が並列に接続されている。

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Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）に基づいて圧力制御装置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３０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、Ｄ／Ａ変換器３２を介して圧力制御装置１Ｂの電空レギュレータ９に接続されている。圧力制御装置１Ｂの圧力センサ３は、Ａ／Ｄ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。

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Ｐ１（＝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Ｐ１（＝ＫＰ２）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３８を介して圧力制御装置１Ａの電空レギュレータ９に接続されている。圧力制御装置１Ａ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。

こうした圧力制御システム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の電空レギュレータ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。

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、エッ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、エアオペレイトバルブ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とエッジシャワー５６からウエハ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、エアオペレイトバルブ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２８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、Ａ／Ｄ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。

ＣＰＵ２６では、任意の圧力比コマンドＫ（ここでは、Ｋ＝Ｐ１／Ｐ２）を入力し、圧力比コマンドＫが１より小さいか否かを判断する。圧力比コマンドＫが１より小さい場合、すなわち、圧力制御装置１Ｂ側の圧力Ｐ２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ルブ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ルブ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Ｐ２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Ｐ２をモニタし、圧力比が指示値になるように圧力制御装置１Ａのエアオペレイトバルブ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Ｐ１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ルブ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、電空レギュレータ９がエアオペレイトバルブ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。

ところが、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１Ｂ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Ｐ１（＝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Ｐ１（＝ＫＰ２）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、電空レギュレータ９がエアオペレイトバルブ８の出力する圧力Ｐ１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。

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エハ５７に出力され、ウエハ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。

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、ウエハ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のエアオペレイトバルブ８を密閉する。

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、圧力制御システム４０の作用を調査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６２、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，１Ｂは、空気圧制御弁２と圧力センサ３とを備え、ノズル６４Ａ，６４Ｂを介してチャンバ６５に接続している。

本試験では、試験回路に供給したアルゴンをＭＦＣ６０で１Ｌ／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ルブ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。

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ができた。

このように、本実施の形態の圧力制御システム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のエアオペレイトバルブ８に供給すると、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのエアオペレイトバルブ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Ｐ１，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，１Ｂのエアオペレイトバルブ８から作用ガスを所定の分圧比で出力する。

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ルブ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，１Ｂ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。

従って、本実施の形態の圧力制御システム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、本実施の形態の圧力制御システム４０によれば、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのエアオペレイトバルブ８のうちで出力する圧力Ｐ１，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。

また、本実施の形態の圧力制御システム４０によれば、圧力制御装置１Ａ側から出力する圧力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Ｐ１（＝ＫＰ２）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し、その一方で、圧力制御装置１Ｂ側から出力する圧力Ｐ２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Ｋとから圧力制御装置１Ｂの目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）を演算し、その目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）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ルブ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。

そして、本実施の形態の圧力制御システム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Ｐ１（＝ＫＰ２）に調節できない場合には、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（＝Ｐ１／Ｋ）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Ｐ２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Ｐ１（＝ＫＰ２）又は目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ））に正確に調整することができる。

かかる圧力制御システム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の電空レギュレータ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、電空レギュレータ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Ｔを経過した後、一定間隔（例えば、５００ｍｓｅｃ）毎に検知する圧力Ｐ１，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のエアオペレイトバルブ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。

そして、算出した圧力比が規定値を超えているか否かを判断する。すなわち、例えば、規定値の上限値がＡ、規定値の下限値が１／Ａである場合、算出した圧力比（Ｐ１／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いち早く発見することができる。

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、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、Ｏ2、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〜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。

そのため、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い、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ルブ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。

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，１Ｂ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ルブ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。

次に、本発明の実施例３について説明する。図１０は、流量制御システム４５Ｂの概略構成図である。
本実施の形態の流量制御システム４５Ｂは、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。

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４４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。

このような圧力制御システム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４２Ｂ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４４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。ピエゾバルブ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。

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、本発明の圧力制御システム７０及び流量制御システム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５９を削減して、コストダウンを図ることができる。

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く、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ルブ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く、パイロット形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、エアオペレイトバルブや電磁弁を使用してもよい。

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と同じなので、同じ部分の詳細な説明を省略する。図１２は、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１５３、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枚のウエハ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。
圧力制御システム１４０は、Ｏ2、Ａｒ、Ｃ4Ｆ8、ＣＯなどの制御流体であるエッ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、エアオペレイトバルブを使用するのは、流路断面積が大きく、流量損失が小さいためである。

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（Ｓ１）。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 Ｐ１’、Ｐ２’を、Ｐ１’=ＫＰ２、Ｐ２’=Ｐ１／Ｋ 式により算出する（Ｓ３）。ここで、P1、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。

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、１５％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・効果が得られない。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 Ｐ１’、Ｐ２’を、 Ｐ１’=ＫＰ２ Ｐ２’=Ｐ１／Ｋ の式により算出する（Ｓ６）。ここで、Ｐ１，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。

上記構成を有する実施例４の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、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。

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）であった場合について検討すると、従来のシステムでは、１．０００より大きいので、エッジ側バルブを制御し始めるが、全開状態において圧力比が既に１．０７７であり、エッジ側バルブを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を制御することができる。（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。）

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１０００ｓｃｃｍ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１０００ｓｃｃｍ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、１．０２６であるが、１０００ｓｃｃｍのときは、停止時圧力比が、１．０７７に変化する。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とすることができ、１０００ｓｃｃｍのときにもエッジ側バルブを制御して１．０５０とすることができる。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。

実施例４の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の圧力比にバルブが収束するのに６．６秒か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２３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必要としていたが、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、応答性が良くなっているのである。

以上詳細に説明したように、実施例４の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エアオペレートバルブ８Ａ（１０２Ａ），８Ｂ（１０２Ｂ）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（１０３Ａ），３Ｂ（１０３Ｂ）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（１０６）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８Ａ，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って、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ルブ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８Ａ，８Ｂに供給する制御信号を作成し、エアオペレートバルブ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が、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・効果を得ることができる。

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とほぼ同じなので、同じ部分の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１４０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電空レギュレータ１０５Ａと第２電空レギュレータ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Ｐ１，Ｐ２を一定周期で検知している。
コントローラ１０６は、第１，第２エアオペレイトバルブ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電空レギュレータ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、情報の演算や加工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（＝Ｐ１／Ｐ２）に基づいて第１エアオペレイトバルブ１０２Ａの目標圧力Ｐ１’（＝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エアオペレイトバルブ１０２Ｂの目標圧力Ｐ２’（＝Ｐ１／Ｋ）を演算する演算部１７１Ｂとが並列に設けられている。

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いる。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いる。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Ｐ１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Ｐ１’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１６１Ａを介して第１電空レギュレータ１０５Ａに接続されている。そして、第１圧力センサ１０３Ａは、Ａ／Ｄ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いう「信号処理部」が構成される。

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１６１Ｂを介して第２電空レギュレータ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１７１Ａ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。

こうした圧力制御システム１４０（１０１）は、次のように動作する。
流体制御弁１５３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電空レギュレータ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エアオペレイトバルブ１０２Ａ，１０２Ｂに分岐し、第１，第２エアオペレイトバルブ１０２Ａ，１０２Ｂから出力される。そして、第１エアオペレイトバルブ１０２Ａの出力圧力Ｐ１は、第１圧力センサ１０３Ａによって検知され、Ａ／Ｄ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１０３Ｂによって検知され、Ａ／Ｄ変換器１６２Ｂ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（＝Ｐ１／Ｐ２）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。

すなわち、演算部１７１Ａ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Ｐ１’（＝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エアオペレイトバルブ１０２Ａに供給する操作圧力を決定する。
ところが、第１エアオペレイトバルブ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。

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１６１Ａにおいてアナログ信号に変換されて第１電空レギュレータ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Ｋで割ることにより、第２エアオペレイトバルブ１０２Ｂの目標圧力Ｐ２’（＝Ｐ１／Ｋ）を常時演算する。制御部１７３Ｂは、演算部１７１Ｂ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Ｐ２との偏差に基づいて第２エアオペレイトバルブ１０２Ｂに供給する操作圧力を決定する。

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エアオペレイトバルブ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、Ｄ／Ａ変換器１６１Ｂにおいてアナログ信号に変換されて第２電空レギュレータ１０５Ｂに常時供給され、第２エアオペレイトバルブ１０２Ｂの弁開度を調整する。

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（Ｓ１）。次に、制御目標圧力計算 Ｐ１’、Ｐ２’を、Ｐ１’=ＫＰ２、Ｐ２’=Ｐ１／Ｋ 式により算出する（Ｓ２）。ここで、P1、P2：圧力センサ出力圧力である。次に、目標圧力比Ｐ１’、Ｐ２’と出力圧力Ｐ１，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。

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 Ｐ１’、Ｐ２’を、 Ｐ１’=ＫＰ２ Ｐ２’=Ｐ１／Ｋ の式により算出する（Ｓ６）。ここで、Ｐ１，Ｐ２は、圧力センサ出力圧力である。
次に、目標圧力比Ｐ１’、Ｐ２’と出力圧力Ｐ１，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。

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Ｐ１，Ｐ２を第１，第２圧力センサ１０３Ａ，１０３Ｂから入力し、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Ｐ１，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Ｐ１’，Ｐ２’をそれぞれ常時演算する。そして、第１，第２エアオペレイトバルブ１０２Ａ，１０２Ｂが目標圧力Ｐ１’，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が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く、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。

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く、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、歩留まりを向上することができる。
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く、汎用性に優れている。

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，１０２Ｂに常時操作圧力を供給し制御を行うと、第１，第２エアオペレイトバルブ１０２Ａ，１０２Ｂ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〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６参照）で異なり、図２７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〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６参照）。この様な場合に、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２８に示す細線のＴ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６参照）。

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く、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エアオペレイトバルブ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。

（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１０２Ａ，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ル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ル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。

本発明の実施例１の圧力制御システムのブロック図である。 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。 実施例１の圧力制御システムで使用される圧力制御装置の部分断面図である。 実施例１の圧力制御システムの回路図である。 実施例１の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。 実施例１のフィードフォワード制御を行わない場合の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。 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。 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。 実施例２の流量制御システムの概略構成図である。 実施例３の流量制御システムの概略構成図である。 実施例４の圧力制御システムのブロック図である。 実施例４の圧力制御システムの概略構成図である。 実施例４のフローチャートである。 実施例４の一定量を説明するデータ図である。 実施例４の作用を説明する図である。 実施例４の作用を説明する図である。 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。 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。 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。 実施例４の実験データを示す図である。 従来システムのデータを示す図である。 実施例４の実験データを示す図である。 従来システムのデータを示す図である。 実施例５のフローチャートである。 実施例５の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。 実施例５の圧力制御システムの制御結果を示す図である。 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。 同じく、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いる。 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２９のフォーカスリング部分の拡大断面図である。 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 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 流量制御システム
４５Ｂ 流量制御システム
５９ ハードインタロック用電磁弁
７０ 圧力制御システム
７２ ピエゾバルブ
７３ オリフィス
１０１ 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

Claims (15)

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出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目標圧力に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、
   前記制御装置は、前記複数のエアオペレイトバルブの前記目標圧力の比に基づいて、制御対象のエアオペレイトバルブを特定すること、
   前記制御装置が、前記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、
   を特徴とする圧力制御システム。
2. 請求項１に記載する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前記複数のエアオペレイトバルブの圧力の比と、前記目標圧力の比を比較して、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ルブを変更することを特徴とする圧力制御システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載する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、前記エアオペレイトバル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出し、その圧力の比が規定値を超えているか否かを判断し、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た記憶部を有し、前記バルブモデルに基づいて前記特定のエアオペレイトバルブの操作圧力をフィードフォワード制御することを特徴とする圧力制御システム。
5. 請求項４に記載する圧力制御システムにおいて、
   前記制御装置は、前記特定のエアオペレイトバルブと接続する前記圧力センサが検出した圧力を用いて、前記フィードフォワード制御された前記操作圧力を補正し、前記圧力センサが検出した圧力が目標圧力になるように制御することを特徴とする圧力制御システム。
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出する圧力センサをそれぞれ直列に接続し、
   前記圧力センサが検出した圧力の比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出する流量検出手段とを有し、前記流量検出手段の検出結果に基づい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出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目標圧力に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、からなり、
   前記複数のエアオペレイトバルブのうちから前記制御装置が、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、前記エアオペレイトバル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出し、その圧力の比が規定値を超えているか否かを判断し、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、
   前記制御装置は、前記目標圧力の比に基づいて、制御対象のエアオペレイトバルブを特定すること、
   を特徴とする流量制御システム。
8. 請求項７に記載する流量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た記憶部を有し、前記バルブモデルに基づいて前記特定のエアオペレイトバルブの操作圧力をフィードフォワード制御することを特徴とする流量制御システム。
9. 請求項８に記載する流量制御システムにおいて、
   前記制御装置は、前記特定のエアオペレイトバルブと接続する前記圧力センサが検出した圧力を用いて、前記フィードフォワード制御された前記操作圧力を補正し、前記圧力センサが検出した圧力が目標圧力になるように制御することを特徴とする流量制御システム。
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、前記圧力センサが検出した圧力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圧力制御システムにおいて、
    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出結果とに基づいて前記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、
    前記目標圧力に基づいて前記複数の可変オリフィス手段に前記流路面積を指定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ための一定開度信号を出力することを特徴とする圧力制御システム。
11. 請求項１０に記載する圧力制御システムにおいて、
    前記一定に保たれるコンダクタンスが、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、前記圧力センサが検出した圧力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圧力制御システムにおいて、
    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出結果とに基づいて前記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、
    前記目標圧力に基づいて前記複数の可変オリフィス手段に前記流路面積を指定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圧力制御システム。
13. 請求項１２に記載する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出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ための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、を特徴とする圧力制御システム。
14. 請求項１２に記載する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出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ための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、を特徴とする圧力制御システム。
15. 請求項１３または請求項１４に記載する圧力制御システムにおいて、
    前記一定に保たれるコンダクタンスが、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圧力制御システム。

Images