JP2018127902A - 自動圧力調整バルブおよび真空排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧力調整をより素早くかつ安定的に行うことができる自動圧力調整バルブの提供。【解決手段】自動圧力調整バルブ１は、バルブ温度を検出する温度センサ１５と、自動圧力調整バルブ１および真空ポンプ４を含む排気系の排気速度または自動圧力調整バルブ１のバルブコンダクタンスがバルブ制御特性として記憶される記憶部２３と、圧力調整時の温度センサ１５の検出温度に基づいてバルブ制御特性を補正する補正部２５と、を備え、補正部２５により補正されたバルブ制御特性、温度センサ１５の検出温度および前記チャンバ圧力に基づき圧力調整バルブの開度を制御してチャンバ圧力を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動圧力調整バルブおよび真空排気システムに関する。

エッチング装置等の真空装置においては、プロセスチャンバにプロセスガスを流入させつつチャンバ内圧力を所定の圧力維持し、プロセスが行われる。そのため、プロセスチャンバと真空ポンプとの間に自動圧力調整バルブ（ＡＰＣバルブとも呼ばれる）が設けられ、この自動圧力調整バルブによってプロセスチャンバの圧力を所望の圧力に制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−０９３４９７号公報

しかしながら、エッチング装置等で用いられる自動圧力調整バルブは、生成物の堆積を防止するためにヒータ等により高温状態にして使用される。その場合、温度影響によって自動圧力調整バルブのコンダクタンスが微妙に変化し、排気システムの実効排気速度も変化することになる。その結果、調圧に使用する実効排気速度と実際の実効排気速度との間にズレが生じ、圧力調整動作が鈍くなったり不安定になったりすることがあった。

本発明の好ましい実施形態による自動圧力調整バルブは、チャンバと真空ポンプとの間に配置され、チャンバ圧力を要求圧力へ調整する自動圧力調整バルブであって、バルブ温度を検出する温度センサと、前記自動圧力調整バルブおよび前記真空ポンプを含む排気系の排気速度または前記自動圧力調整バルブのバルブコンダクタンスがバルブ制御特性として記憶される記憶部と、圧力調整時の前記温度センサの検出温度に基づいて前記バルブ制御特性を補正する補正部と、を備え、前記補正部により補正されたバルブ制御特性、前記温度センサの検出温度および前記チャンバ圧力に基づき圧力調整バルブの開度を制御して前記チャンバ圧力を調整する。
さらに好ましい実施形態では、前記記憶部に記憶される前記バルブ制御特性を生成するバルブ特性生成部を備え、前記バルブ特性生成部は、前記チャンバへ流入するガスの流量情報と、ガス流入時におけるチャンバ圧力検出値と、ガス流入時における前記温度センサの検出温度とに基づいて前記バルブ制御特性を生成する。
さらに好ましい実施形態では、前記記憶部には、前記バルブコンダクタンスまたは前記排気系の排気速度を温度補正する温度補正情報が記憶され、前記補正部は、前記温度補正情報に基づいて前記バルブ制御特性を補正する。
さらに好ましい実施形態では、前記バルブ特性生成部は前記検出温度の異なる複数の前記バルブ制御特性を生成し、前記補正部は、前記バルブ特性生成部により生成された複数の前記バルブ制御特性と、圧力調整時の前記温度センサの検出温度とに基づいて前記バルブ制御特性を補正する。
本発明の好ましい実施形態による真空排気システムは、上述の自動圧力調整バルブと、前記自動圧力調整バルブに接続される真空ポンプと、を備える。

本発明によれば、圧力調整をより素早くかつ安定的に行うことができる。

図１は、真空排気システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、バルブ本体の平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図である。 図４は、初期実効排気速度の一例を示す図である。 図５は、ラーニング動作の一例を説明するフローチャートである。 図６は、図５のフローチャートに続く処理を示すフローチャートである。 図７は、校正Ｓマップの一例を示す図である。 図８は、温度変化によるコンダクタンスＣvの変化の一例を示す図である。 図９は、変形例を説明する図である。 図１０は、圧力調整時の圧力変化を模式的に示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態の真空排気システムの概略構成を示すブロック図である。図１では、真空排気システムは自動圧力調整バルブ１と真空ポンプ４とで構成されている。真空ポンプには、例えば、ターボ分子ポンプが用いられる。

自動圧力調整バルブ１は、真空装置の真空チャンバ３に取り付けられるバルブ本体１ａと、バルブ本体１ａの動作を制御するバルブコントローラ１ｂとで構成される。真空チャンバ３には、チャンバ内にガスを導入するための流量コントローラ３２と、チャンバ内の圧力を検出するための真空計３１が設けられている。流量コントローラ３２から出力される流量Ｑin［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］に関するデータは、真空装置側に設けられたコントローラ（不図示）に入力される。

バルブ本体１ａに設けられたバルブプレート（弁体）１２は、モータ１３によって開閉駆動される。モータ１３にはバルブプレート１２の開度を検出するためのエンコーダ１３０が設けられている。エンコーダ１３０の検出信号（以下では開度計測値θrと記す）はバルブコントローラ１ｂに入力される。バルブ本体１ａには、バルブ本体１ａの温度を計測する温度センサ１５が設けられている。温度センサ１５の温度計測値Ｔはバルブコントローラ１ｂに入力される。また、バルブコントローラ１ｂには、真空計３１により計測された圧力計測値Ｐr［Ｐａ］が入力される。

バルブコントローラ１ｂは、開度制御部２１、モータドライバ部２２、記憶部２３、入力操作部２４、補正部２５および表示部２６を備えている。バルブコントローラ１ｂには真空装置側のコントローラから圧力目標値Ｐsが入力される。開度制御部２１は、圧力目標値Ｐs，開度計測値θrおよび圧力計測値Ｐrに基づいて開度指令値θaを設定する。モータドライバ部２２は、開度指令値θaに基づいてモータ１３を駆動制御する。記憶部２３には、バルブ制御に関するソフトウェアやデータが記憶される。バルブコントローラ１ｂは、入力操作部２４を操作することにより各種指令を入力することができる。表示部２６には、自動圧力調整バルブ１の運転状態等が表示される。補正部２５の機能について後述する。

図２はバルブ本体１ａを真空チャンバ３側から見た平面図である。バルブ本体１ａのハウジング１１内に設けられたバルブプレート１２は、モータ１３により揺動駆動される。ハウジング１１の表側および裏側にはフランジ１１０ａ，１１０ｂ（図３参照）が設けられている。バルブプレート１２は、バルブ開口部１１１の全体に対向する全遮蔽位置Ｃ２と、バルブ開口部１１１に全く対向しない全開放位置Ｃ１との間の任意の位置にスライド移動させることができる。

バルブプレート１２によるバルブ開口部１１１の遮蔽状態は、開度と呼ばれるパラメータで表される。開度とは、比＝（バルブプレートの揺動角）：（全遮蔽状態からバルブ開口部１１１が全て解放されるまでの揺動角）をパーセントで表したものである。図２の全遮蔽位置Ｃ２は開度＝０％であり、全開放位置Ｃ１は開度＝１００％である。すなわち、バルブプレート１２の開度を調整することにより、バルブ本体１ａのコンダクタンスを制御することができる。以下では、開度を、符号θを用いて表すことにする。

図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図である。ハウジング１１には図示上下に移動可能なシールリング１４が設けられている。なお、シールリング１４の駆動機構は図示を省略した。図３は、シールリング１４が最も上方位置に移動された状態を示しており、破線で示すようなガス流路が形成されている。自動圧力調整バルブ１を閉状態とする場合には、シールリング１４を下方に移動させてガス流路を完全に遮蔽する。

自動圧力調整バルブ１は、後述するように入力される圧力計測値Ｐrと圧力目標値Ｐsとの差がゼロとなるようにバルブ本体１ａの開度（後述する）を調整して、真空チャンバ３の圧力を圧力目標値Ｐsへと調整する。自動圧力調整バルブ１の開度を制御して真空チャンバ３の圧力を調整するためには、ガス流量と、開度θと、真空チャンバ３に対する真空排気システムの排気速度（以下では、実効排気速度と呼ぶ）との関係を正確に把握しておく必要がある。

一般に、実効排気速度Ｓeは次式（１）で表される。式（１）において、Ｓpは真空ポンプ４の排気速度であり、Ｃvは自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスである。自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvは開度θによって異なるので、Ｃv(θ)のように開度θの関数として表される。そのため、式（１）の実効排気速度Ｓeもθの関数になっている。
１／Ｓe＝１／Ｓp＋１／Ｃv ・・・（１）

式（１）から、真空排気システムの実効排気速度Ｓeは、Ｓe＝Ｓp・Ｃv／（Ｓp＋Ｃv）と表される。すなわち、真空排気システムの実効排気速度Ｓeは、自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvを変化させることによって変化する。真空チャンバ３内の圧力Ｐは、真空チャンバ３に導入されるガスの流量をＱinとすると、圧力が安定した静的状態においてはＰ＝Ｑin／Ｓeと表される。そのため、真空チャンバ３の圧力Ｐを要求される圧力目標値Ｐsに制御するためには、真空排気システムの実効排気速度ＳeがＳe＝Ｑin／Ｐsとなるように開度θを調整すれば良い。すなわち、自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvがＣv＝Ｑin×Ｓp／（Ｐs×Ｓp−Ｑin）となるように開度θを調整する。

自動圧力調整バルブ１による真空チャンバ３の圧力調整は、例えば、次式（２）に示すような調圧式を用いて行われる。Ｑinは真空チャンバ３に導入されるガスの流量である。また、Ｓeは真空チャンバ３に対する実効排気速度、すなわち、真空チャンバ３と自動圧力調整バルブ１との間の配管等のコンダクタンスを加味した真空チャンバ３に対する実効排気速度である。Ｖ［ｍ^３］は真空チャンバ３の容積、Ｐ［Ｐａ］は真空チャンバ３内の圧力である。上述したように、真空チャンバ３の圧力が安定した状態においてはＱin＝Ｓe×Ｐと表されるが、真空チャンバ３の圧力が変化する調圧時（動的状態）においては圧力変化に関係する右辺第１項が追加されることになる。この式（２）は記憶部２３に記憶されている。
Ｑin＝Ｖ×（ｄＰ／ｄｔ）＋Ｓe×Ｐ ・・・（２）

式（２）に示す調圧式は真空チャンバ３の容積Ｖも関係しているので、バルブコントローラ１ｂはバルブ本体１ａが取り付けられる真空装置のチャンバ容積Ｖを取得する必要がある。また、実効排気速度Ｓeについても、調圧の精度および安定性を高めるためには、真空排気システムを真空装置に取り付けた状態の実効排気速度を用いるのが好ましい。

そのため、本実施の形態では、バルブコントローラ１ｂに補正部２５を設け、真空排気システムを真空チャンバ３に取り付けたときに、式（１）で表される真空排気システム単体での実効排気速度（以下では、初期実効排気速度と呼ぶ。）Ｓeを真空チャンバ３に取り付けた状態における実効排気速度に校正する動作（以下では、ラーニング動作と呼ぶ）を行えるような構成とした。真空排気システムを真空チャンバ３に取り付けた状態で、オペレータがバルブコントローラ１ｂの入力操作部２４を操作することにより、ラーニング動作を実行させることができる。

ところで、自動圧力調整バルブ１を真空チャンバ３に取り付けて使用する際には、自動圧力調整バルブ１への生成物付着を防止するためにバルブ本体１ａをヒータ等により加熱するようにしている。この加熱によりバルブ本体１ａの温度が上昇すると、バルブプレート１２とハウジング１１との隙間寸法が変化するなどして自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvが変化し、その影響により真空排気システムの実効排気速度Ｓeが変化することになる。バルブコントローラ１ｂの補正部２５は、上述したラーニング動作を行う機能に加え、ラーニング動作により取得された実効排気速度Ｓeに対して調圧時のバルブ温度に基づく温度校正を行う機能も備えている。

（ラーニング動作の説明）
式（１）で示したように、真空排気システムの実効排気速度Ｓeは、真空ポンプの排気速度Ｓpと自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvとで表される。コンダクタンスＣvは開度θの関数Ｃv(θ)として表され、真空ポンプ４の排気速度Ｓpは流量Ｑに依存するので流量Ｑの関数Ｓp(Ｑ)のように表される。その結果、実効排気速度Ｓeは、流量Ｑと開度θとの関数Ｓe(Ｑ，θ)として表される。

本実施の形態では、排気速度Ｓp(Ｑ)とコンダクタンスＣv(θ)とから式（１）により算出される真空排気システムの実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ)、または、予め設定されたチャンバを使用して実測された実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ)が、式（２）の調圧式に用いられる実効排気速度Ｓeの初期データ（初期実効排気速度）として記憶部２３に記憶されている。

図４は、初期実効排気速度の一例を示す図である。図４では、初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ)に関する排気速度データＳij（ただし、i,j＝０，１，２，・・・，９）が、複数のガス流量Ｑ0，Ｑ1，・・・，Ｑ9と複数の開度θ0，θ1，・・・，θ9の組み合わせに関する２次元マップとして表されている。なお、θ0＝０（％）、θ9＝１００（％）である。排気するガスの種類としては、一般的に窒素ガスやＡｒガスが用いられる。以下では、この初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ)の２次元マップを、デフォルトＳマップと呼ぶことにする。

例えば、排気速度データＳ32はガス流量がＱ3で開度がθ2の場合の排気速度データを表している。上述したように、初期実効排気速度Ｓe(Ｑ3，θ2)の実排気速度データＳ32は、自動圧力調整バルブ１の開度をθ2に設定したときのコンダクタンスＣv(θ2)と、ガス流量Ｑ3における真空ポンプ４の排気速度Ｓp(Ｑ3)を式（１）に代入することで算出される。または、予め設定されたチャンバを使用し、開度θ2およびガス流量Ｑ3に設定して実験的に得られた実効排気速度を排気速度データＳ32としても良い。

ラーニング動作では、真空排気システム（自動圧力調整バルブ１および真空ポンプ４）を真空装置の真空チャンバ３に取り付けた状態でガスを流し、そのときに実測される実効排気速度を用いて図４に示すデフォルトＳマップを校正する。ここでは、校正後のＳマップを校正Ｓマップと呼び、校正Ｓマップで表される実効排気速度を校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ,θ)と呼ぶことにする。

図５，６は、ラーニング動作の一例を説明するフローチャートである。この処理は、図１のバルブコントローラ１ｂの補正部２５において実行される。ラーニング動作においては、開度制御部２１は、補正部２５からの指令に基づいて、圧力計測値Ｐr、圧力目標値Ｐs、開度計測値θrおよび調圧の式（２）に基づく調圧制御を行う。式（２）の実効排気速度ＳeにはデフォルトＳマップを用いた初期実効排気速度Ｓe(Ｑ,θ)が用いられる。オペレータは、入力操作部２４を操作して設定画面を表示部２６に表示させ、その設定画面からラーニング動作を選択する。設定画面でラーニング動作が選択されると、図５，６に示すラーニング処理がスタートする。

ステップＳ１０では、真空チャンバ３の容量Ｖの入力を要求する画面が表示部２６に表示される。オペレータは、画面表示に従って容量Ｖの値を入力する。ステップＳ２０では、容量Ｖの入力があったか否かを判定し、入力があるとステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０では、流量選択画面が表示部２６に表示される。例えば、図４に示すデフォルトＳマップではガス流量ＱはＱ0〜Ｑ9までの１０種類が設定されているので、これら１０種類のガス流量からいずれか一つを選択させる流量選択画面を表示する。オペレータは、流量選択画面の指示に従ってガス流量を選択し、その後、選択完了操作を行う。ステップＳ４０では、選択完了操作の入力の有無を判定し、入力があるとステップＳ５０へ進む。

ステップＳ５０では、選択されたガス流量でのガス流入開始を指示する画面を表示部２６に表示する。オペレータは、画面表示に従って真空チャンバ３へガスを流入させ、チューニング動作の開始を指示する操作を入力操作部２４により行う。

ステップＳ６０では、オペレータによるラーニング動作の開始を指示する操作があったか否かを判定する。入力操作部２４により開始指示操作が入力されるとステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０では、所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、ガス流入後の真空チャンバ３内の圧力が安定するまでの待機時間であり、予め設定されている。なお、予め設定されている所定時間が経過するまで待機する代わりに、真空チャンバ３の圧力計測値Ｐrの変化が所定閾値以下となるまで待機するようにしても良い。

ステップＳ８０では、図４の開度θ0〜θ9を開度θjと表した場合のパラメータｊを、初期値のｊ＝０に設定する。ステップＳ８０の処理が終了すると、図６のステップＳ９０へ進む。

ステップＳ９０では、自動圧力調整バルブ１の開度をθjに設定する。ここで、ステップＳ８０からステップＳ９０へ進んだ場合には、ステップＳ８０でｊ＝０と設定されているので、開度θをθ0（＝０）に設定する。ステップＳ１００では、真空チャンバ３内の圧力が安定するまで所定時間待機する。ステップＳ１１０では、図１の真空計３１で計測された真空チャンバ３の圧力計測値Ｐrを取得する。

ステップＳ１２０では、現在のｊに１を加算し、それを新たなｊとする。ステップＳ１３０ではｊ＞９か否かを判定し、ｊ＞９の場合にはステップＳ１４０へ進み、ｊが９以下の場合にはステップＳ９０に戻る。すなわち、ｊ＝０〜９まではステップＳ９０からステップＳ１３０までの処理が繰り返される。その結果、各開度θ0〜θ9における圧力計測値Ｐrがそれぞれ取得される。

ステップＳ１４０では、次式（３）を用いて各開度θ0〜θ9における排気速度データＳij(Ｑi，θj)を算出する。この排気速度データＳij(Ｑi，θj)は、校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ,θ)を表す２次元の校正Ｓマップのｉｊ要素である。式（３）において、Ｑｉは選択したガス流量であり、Ｐr(j)は開度θjにおいて取得された圧力計測値である。この式（３）は、上述した式（２）において「ｄＰ／ｄｔ＝０」とした場合に得られる式であり、圧力が一定となっている静的な場合に適用することができる。
Ｓij(Ｑi，θj）＝Ｑi／Ｐr(j) ・・・（３）

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で算出された排気速度データＳij(Ｑi，θj）が妥当であるか否かの判定を行う。判定方法の一例としては、デフォルトＳマップの対応する排気速度データＳijと算出された校正Ｓマップの排気速度データＳij(Ｑi，θj）との差分が、予め設定した閾値以下であるならば妥当と判定する。算出された排気速度データＳij(Ｑi，θj）とデフォルトＳマップの排気速度データＳijとの差の要因としては、真空チャンバ３の容積がデフォルトＳマップにおいて前提とされているチャンバ容積と異なることや、配管コンダクタンスの影響があげられる。これらの影響が大きくない限り、算出された排気速度データＳij(Ｑi，θj）とデフォルトＳマップの排気速度データＳijとが大きく異なることはない。

そこで、Ｓij(Ｑi，θj）とＳijとが大きく乖離している場合には、算出された排気速度データＳij(Ｑi，θj）は適切でないと判断する。妥当性の判定基準である閾値は、予め記憶部２３に記憶されている。ステップＳ１５０において妥当でないと判定されると、ステップＳ１５５へ進んで表示部２６に警告表示を表示する。一方、妥当と判定された場合には、ステップＳ１５０からステップＳ１６０へ進む。

ステップＳ１５０で妥当であると判定されると、図４に示すデフォルトＳマップの流量Ｑ0〜Ｑ9の一つに対応した、校正Ｓマップの一行（横一列）の排気速度データＳij(Ｑi，θj）が得られたことになる。すなわち、実測値に基づく１０個の排気速度データＳij(Ｑi，θj）が校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ)として得られた。ここで、ｉ（＝０〜９）はガス流量がＱiであることを表し、ｊ（＝０〜９）は開度がθjであることを表す。

ステップＳ１６０では、ガス流量Ｑiの行以外の所定領域の排気速度データを、上述のように得られた排気速度データＳij(Ｑi，θj）を用いて算出する。所定領域の校正実効排気速度の計算の詳細については後述する。ステップＳ１７０では、図４のデフォルトＳマップの一部をステップＳ１４０およびステップＳ１６０で取得された排気速度データＳij(Ｑi，θj）で置き換えたマップ（図７参照）を、校正ＳマップとしてデフォルトＳマップとは別に記憶部２３に記憶する。

図７は、上述のようにして生成された校正Ｓマップの一例を示す図である。図７の校正Ｓマップでは、ガス流量Ｑ6に関して校正された排気速度データＳt60〜Ｓt69が取得されている。なお、図７の校正Ｓマップでは、校正された排気速度データＳij(Ｑi，θj）をＳtijのように表示した。

また、図７の太線で囲まれた領域Ｒ１の排気速度データＳt59，Ｓt76〜Ｓt79，Ｓt84〜Ｓt89およびＳt93〜St99は、実測値に基づいて校正された排気速度データＳt60〜Ｓt69を用いて算出した排気速度データである。ガス流量Ｑ6の行の排気速度データおよび領域Ｒ１の排気速度データを除く、その他の排気速度データについては、デフォルトＳマップの排気速度データを使用している。

次に、領域Ｒ１の排気速度データについて説明する。領域Ｒ１に含まれる排気速度データＳt59，Ｓt76〜Ｓt79，Ｓt84〜Ｓt89およびＳt93〜St99については、排気速度データＳt60〜Ｓt69を用いた演算により推定する。上述したように、図４に示すデフォルトＳマップでは、排気速度データＳijとして、真空ポンプ４の排気速度Ｓpが定格排気速度であると仮定した場合の実効排気速度が用いられている。または、予め設定された所定容積のチャンバを使用して実測または算出された実効排気速度が用いられている。そのため、実際の真空チャンバ３との容積差や排気速度Ｓpにおける流量Ｑの影響が考慮されていない。

そのため、図７に示す校正Ｓマップでは、ガス流量Ｑ6に関しては、上述したように開度θ0〜θ9に対する排気速度データＳt60〜Ｓt69を実測値から求める。これらの排気速度データＳt60〜Ｓt69には、吸気口圧力が高い領域における真空ポンプ４の性能低下の影響（流量Ｑの影響）と、実際に使用する真空チャンバ３の容積や配管コンダクタンスの影響が含まれている。

図４，７に示すＳマップにおいて、開度θが小さい領域では、自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvが真空ポンプ４の排気速度Ｓpよりも小さくなり、式（１）で算出される実効排気速度Ｓeは、コンダクタンスＣvが支配的となる。そのため、実効排気速度の変化はほぼ開度θの変化に依存している。一方、開度θが大きな領域では、自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvが真空ポンプ４の排気速度Ｓpよりも大きくなり、実効排気速度の変化は排気速度Ｓpの変化に支配されることになる。そのため、ガス流量が大きくなる領域では、排気速度Ｓpの低下の影響が顕著になる。

そこで、本実施の形態では、排気速度Ｓpの低下の影響が特に顕著な領域Ｒ１において、実測された排気速度データＳt60〜Ｓt69を利用した校正処理を行うようにした。例えば、図４の排気速度データＳ78を図７の排気速度データＳt78に校正する場合には、先ず、同じ開度θ8における校正された排気速度データＳt68と図４の排気速度データＳ68との比（Ｓt68／Ｓ68）を計算する。そして、校正後の排気速度データＳt78と図４の排気速度データＳ78との比も、ほぼ同じ値になるものと考える。すなわち、次式（４）により校正後の排気速度データＳt78を算出する。
Ｓt78＝(Ｓt68／Ｓ68)×Ｓ78 ・・・（４）

同一開度θ8の排気速度データＳt88，Ｓt98についても、図４の排気速度データＳ88，Ｓ98に係数(Ｓt68／Ｓ68)を乗算することにより得られる。同様に、開度θ6に関する校正後の排気速度データＳt76，Ｓt86，Ｓt96については、図４の排気速度データＳ76，Ｓ86，Ｓ96に係数(Ｓt66／Ｓ66)を乗算すれば良い。

以上のような手順で図７の校正Ｓマップが得られたならば、上述したように校正Ｓマップを記憶部２３に記憶する。そして、調圧制御においては校正Ｓマップに基づいてバルブ開度が制御される。

なお、上述した校正Ｓマップは、図１に示す真空チャンバのプロセスにおけるガス流量がＱ6である場合を想定して求めたものである。そのため、他のガス流量でプロセスを行う場合には、そのガス流量においてラーニング動作を再度行う必要がある。例えば、ガス流量Ｑ4で他のプロセスを行う場合、ガス流量Ｑ4でラーニング動作を別途行い、排気速度データＳ40〜Ｓ49に代わる校正後の排気速度データＳt40〜Ｓt49を求める。そして、記憶部２３に記憶されている校正Ｓマップのガス流量Ｑ4の行の排気速度データＳ40〜Ｓ49を校正後の排気速度データＳt40〜Ｓt49で書き換える。

（温度校正の説明）
次に、補正部２５における温度校正について説明する。前述したように、自動圧力調整バルブ１は生成物付着を防止するためにヒータ等により加熱され、自動圧力調整バルブ１の温度が変化する。自動圧力調整バルブ１の温度が変化すると、コンダクタンスＣvも変化する。すなわち、上述のラーニング動作を行っても、その後のヒーティングによるバルブ温度の変化によりコンダクタンスＣvが変化し、調圧精度が低下するという問題が生じる。

図８は、温度変化によるコンダクタンスＣvの変化の一例を示す図である。ラインＬ１はバルブ温度＝２５℃の場合のコンダクタンスＣv(25℃、θ)を示し、ラインＬ２はバルブ温度＝１２０℃の場合のコンダクタンスＣv(120℃、θ)を示す。このようにバルブ温度が上昇すると、コンダクタンス値が低下する。コンダクタンスＣvが変化すると、それに応じて式（１）で算出される実効排気速度Ｓeも変化する。そのため、調圧時に使用される実効排気速度には、ラーニング動作で校正された校正実効排気速度Ｓe1をさらに温度校正した温度校正実効排気速度Ｓe2を用いるのが好ましい。

温度校正は以下のようにして行う。排気システム単体における初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ)については前述した式（１）で表されるが、真空排気システムを真空チャンバ３に取り付けた状態での校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ)は次式（５）にように表される。式（５）において、Ｃ1は真空チャンバ３に対する実効排気速度を低下させる要因をコンダクタンスで表現したものであり、自動圧力調整バルブ１までの配管のコンダクタンスや真空チャンバ３の形状等が影響する。
１／Ｓe1＝１／Ｓp＋１／Ｃv＋１／Ｃ1 …（５）

ここで、Ｃ1はＳpやＣvに比べて大きいと考えて１／Ｃ1≒０とみなすとＳe1≒Ｓeとなるので、校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ)に対するコンダクタンスＣvの温度変化の影響は、初期実効排気速Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ)に対するコンダクタンスＣvの温度変化の影響とほぼ同じであると考えてもよい。

まず、温度校正の基準温度を設定し、例えば、温度２５℃を基準温度に設定し、バルブ温度が温度Ｔのときの初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ)を次式（６）のように設定する。Ｓe(Ｑ，θ，25℃)は基準温度（２５℃）における初期実効排気速度であり、Ｇ(Ｔ，θ)は温度補正係数である。温度補正係数Ｇ(Ｔ，θ)は、種々の温度Ｔについて実効排気速度を計測することで、実験的に求めることができる。
Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ)＝Ｓe(Ｑ，θ，25℃)×Ｇ(Ｔ，θ) …（６）

ラーニング動作時のバルブ温度をＴ１とすると、ラーニング動作による校正を行う前の初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ１)は次式（７）のように表される。また、温度上昇時（調圧時）のバルブ温度をＴ２とした場合、バルブ温度Ｔ２における初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ２)は、初期実効排気速度Ｓe(Ｑ，θ，Ｔ１)を用いて次式（８）のように表される。
Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ１)＝Ｓe(Ｑ,θ,25℃)×Ｇ(Ｔ１,θ) …（７）
Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ２)＝Ｓe(Ｑ,θ,25℃)×Ｇ(Ｔ２,θ)
＝Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ１)×Ｇ(Ｔ２,θ)／Ｇ(Ｔ１,θ) …（８）

初期実効排気速度Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ１)をラーニング動作によって校正することにより、バルブ温度Ｔ１における校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)が求まる。そこで、式（８）の右辺のＳe(Ｑ,θ,Ｔ１)を校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)で置き換えることで、バルブ温度Ｔ２における校正実効排気速度、すなわち温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)を求める。温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)は、校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)および温度補正係数Ｇ(Ｔ，θ)を用いて次式（９）のように表される。
Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ２)＝Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)×Ｇ(Ｔ２,θ)／Ｇ(Ｔ１,θ) …（９）

上述の温度補正係数Ｇ(Ｔ,θ)は記憶部２３に記憶されている。自動圧力調整バルブ１のヒーティングが開始されて、温度センサで検出されるバルブ温度Ｔが所定の目標温度範囲となったならば、補正部２５は、初期実効排気速度Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ)および温度補正関数Ｇ(Ｔ,θ)を用いて温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)を算出し、算出された温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)を記憶部２３に記憶する。開度制御部２１は、温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)とラーニング動作で取得したチャンバ容積Ｖと式（２）とに基づいて、調圧制御を行う。

なお、温度補正係数Ｇ(Ｔ,Ｑ)は真空排気システムとしての温度補正係数であるが、この温度補正係数Ｇ(Ｔ,Ｑ)に代えて、自動圧力調整バルブ１のコンダクタンスＣvの温度補正係数α(Ｔ,Ｑ)を用いても良い。この場合次のように考えれば良い。

初期実効排気速度Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ)は式（１）で表されるが、式（１）でコンダクタンスＣvをα(θ,Ｔ)Ｃvで置き換えると、式（１０）に示すような温度校正後の初期実効排気速度Ｓe’(Ｑ,θ,Ｔ)が得られる。
１／Ｓe’(Ｑ,θ,Ｔ)＝１／Ｓp＋１／α(θ,Ｔ)Ｃv …（１０）

一方、上述の温度補正係数Ｇ(Ｔ,Ｑ)を用いた場合には、Ｓe’(Ｑ,θ,Ｔ)はＳe’(Ｑ,θ,Ｔ)＝Ｓe(Ｑ,θ,Ｔ)×Ｇ(Ｔ,Ｑ)と表される。ここで、開度θが大きい場合（θ１とする）と、開度θが小さい場合（θ２とする）について考える。開度θが大きい場合（θ１とする）にはＣv≫Ｓpなので、式（１０）の右辺は１／Ｓpに近づき、式（１）の右辺も１／Ｓpに近づくことになる。この場合、Ｇ(Ｔ,Ｑ)はＧ(Ｔ,Ｑ)→１のように１に近づく補正係数であると考えることができる。

逆に、開度θが小さい場合にはＳp≫Ｃvとなるので、式（１０）の右辺は１／α(θ２,Ｔ)Ｃvに近づき、式（１）の右辺は１／Ｃvに近づく。この場合、Ｇ(Ｔ,Ｑ)はＧ(Ｔ,Ｑ)→α(θ２,Ｔ)のようにα(θ,Ｔ)に近づく補正係数であると考えることができる。このことから、Ｇ(Ｔ,Ｑ)を式（１１）のように、自動圧力調整バルブ１の温度補正係数αで表すことができる。なお、温度補正係数αはガス流量Ｑに依存しないと考えているので、式（１１）ではＧ(Ｔ,Ｑ)をＧ(Ｔ)と表した。
Ｇ(Ｔ)＝｛(θ−θ１)／(θ１−θ２)｝×α(θ,Ｔ)＋１v …（１１）

このように、温度補正係数としては、真空排気システムとしてのＧ(Ｔ,Ｑ)を用いても良いし、自動圧力調整バルブ１単体についての温度補正係数α(θ,Ｔ)を用いても良い。

（変形例）
上述した実施の形態では、記憶部２３に記憶されている温度補正係数Ｇ(Ｔ,θ)を用いて温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ,θ,Ｔ２)を求めた。しかし、以下に説明する変形例では、ラーニング動作時に複数の温度に関してラーニングを行い、その結果に基づいてヒーティング時の温度校正実効排気速度を求めるようにした。ここでは、２つの温度Ｔ１，Ｔ２（例えば、Ｔ１＝２５℃、Ｔ２＝１２０℃）に関する温度校正実効排気速度を求める場合について説明する。

まず、バルブ温度を温度Ｔ１に設定し、ラーニング動作を行って温度Ｔ１における校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ１)を取得する。次いで、自動圧力調整バルブ１をヒーティングしてバルブ温度を温度Ｔ２に調整し、ラーニング動作を行って温度Ｔ２における校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ２)を取得する。

図９（ａ）は、校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ１)，Ｓe1(Ｑ，θ，Ｔ２)の模式図である。また、図９（ｂ）は、開度θ１における各校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ１，Ｔ１)，Ｓe1(Ｑ，θ１，Ｔ２)を示したものである。図９（ｂ）の直線Ｌ１０は、校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ１，Ｔ１)を示す点と校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ１，Ｔ２)を示す点とを結ぶ直線である。温度Ｔ１と温度Ｔ２との間の校正実効排気速度Ｓe1(Ｑ，θ１，Ｔ)は、この直線Ｌ１０上にあるものと近似して求める。すなわち、調圧時の温度がＴ３であった場合には、温度軸の温度Ｔ３を通る垂線と直線Ｌ１０との交点における実効排気速度を、バルブ温度Ｔ３における温度校正実効排気速度Ｓe2(Ｑ，θ１，Ｔ３)とする。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（Ｃ１）自動圧力調整バルブ１は、バルブ温度を検出する温度センサ１５と、自動圧力調整バルブ１および真空ポンプ４を含む排気系の排気速度または自動圧力調整バルブ１のバルブコンダクタンスがバルブ制御特性として記憶される記憶部２３と、圧力調整時の温度センサ１５の検出温度に基づいてバルブ制御特性を補正する補正部２５と、を備え、補正部２５により補正されたバルブ制御特性、温度センサ１５の検出温度および前記チャンバ圧力に基づき圧力調整バルブの開度を制御してチャンバ圧力を調整する。

このように、バルブ制御特性をバルブ温度（温度センサ１５の検出温度）に基づいて補正することで、自動圧力調整バルブ１による圧力調整をより素早くかつ安定的に行うことができる。

図１０は、圧力調整時の圧力変化を模式的に示す図である。ラインＬ１１はバルブ温度による校正を行わない場合を示し、ラインＬ１２は温度校正を行った場合の変化を示す。温度校正を行わない場合、調圧に用いられる式（２）における実効排気速度Ｓeが高温時の実際の実効排気速度とずれているため、目標圧力に対してオーバーシュートが発生し、目標圧力に落ち着くまでに時間がかかっている。一方、ラインＬ１２の場合には、真空排気システムとしての温度補正係数Ｇ(Ｑ,Ｔ)やコンダクタンスＣvの温度補正係数α(θ,Ｔ)で温度校正を行っているので、適切に調圧動作が行われ、オーバーシュートやアンダーシュートを生じることなく素早く目標圧力へ調整することができる。

（Ｃ２）より好ましくは、補正部２５は、自動圧力調整バルブ１と真空ポンプ４とを真空チャンバ３に装着した状態におけるバルブ制御特性である校正実効排気速度Ｓe1を生成する。補正部２５は、真空チャンバ３へ流入するガスの流量情報Ｑinと、ガス流入時におけるチャンバ圧力検出値Ｐrと、ガス流入時における温度センサ１５の検出温度Ｔとに基づいて校正実効排気速度Ｓe1を生成する。このような校正実効排気速度Ｓe1を記憶部２３に記憶させ、校正実効排気速度Ｓe1に基づいて開度制御を行うことで、自動圧力調整バルブ１が装着されている装置環境に応じた適切な開度制御を行うことができる。

さらに、ラーニング動作を行う場合でも、圧力調整時の検出温度に基づいてバルブ制御特性の補正を行うだけなので、圧力調整の度にそのときの温度でラーニング動作を再度行う必要がない。

（Ｃ３）また、ラーニング動作の有無に関係なく、記憶部２３に記憶された温度補正係数α(θ,Ｔ)またはＧ(Ｑ,Ｔ)に基づいてバルブ制御特性であるバルブコンダクタンスＣvまたは真空排気系の実効排気速度を補正することで、バルブ温度に応じた適切な調圧動作を行うことができる。

（Ｃ４）また、図９に示す変形例で説明したように、ラーニング動作を行う場合に検出温度Ｔの異なる複数のバルブ制御特性Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)，Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ２)を生成し、図９（ｂ）のように、バルブ制御特性Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ１)，Ｓe1(Ｑ,θ,Ｔ２)と圧力調整時の検出温度Ｔ１，Ｔ２とに基づいてバルブ制御特性を補正するようにしても良い。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…自動圧力調整バルブ、１ａ…バルブ本体、１ｂ…バルブコントローラ、３…真空チャンバ、４…真空ポンプ、１５…温度センサ、２１…開度制御部、２３…記憶部、２５…補正部

Claims (5)

1. チャンバと真空ポンプとの間に配置され、チャンバ圧力を要求圧力へ調整する自動圧力調整バルブにおいて、
   バルブ温度を検出する温度センサと、
   前記自動圧力調整バルブおよび前記真空ポンプを含む排気系の排気速度または前記自動圧力調整バルブのバルブコンダクタンスがバルブ制御特性として記憶される記憶部と、
   圧力調整時の前記温度センサの検出温度に基づいて前記バルブ制御特性を補正する補正部と、を備え、
   前記補正部により補正されたバルブ制御特性、前記温度センサの検出温度および前記チャンバ圧力に基づき圧力調整バルブの開度を制御して前記チャンバ圧力を調整する、自動圧力調整バルブ。
2. 請求項１に記載の自動圧力調整バルブにおいて、
   前記記憶部に記憶される前記バルブ制御特性を生成するバルブ特性生成部を備え、
   前記バルブ特性生成部は、前記チャンバへ流入するガスの流量情報と、ガス流入時におけるチャンバ圧力検出値と、ガス流入時における前記温度センサの検出温度とに基づいて前記バルブ制御特性を生成する、自動圧力調整バルブ。
3. 請求項１または２に記載の自動圧力調整バルブにおいて、
   前記記憶部には、前記バルブコンダクタンスまたは前記排気系の排気速度を温度補正する温度補正情報が記憶され、
   前記補正部は、前記温度補正情報に基づいて前記バルブ制御特性を補正する、自動圧力調整バルブ。
4. 請求項２に記載の自動圧力調整バルブにおいて、
   前記バルブ特性生成部は前記検出温度の異なる複数の前記バルブ制御特性を生成し、
   前記補正部は、前記バルブ特性生成部により生成された複数の前記バルブ制御特性と、圧力調整時の前記温度センサの検出温度とに基づいて前記バルブ制御特性を補正する、自動圧力調整バルブ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の自動圧力調整バルブと、
   前記自動圧力調整バルブに接続される真空ポンプと、を備える真空排気システム。

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