JP6246606B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板処理装置に関する。
基板処理装置として、半導体ウエハなどの基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置が知られている。この種の装置は、複数の処理ユニットと、各処理ユニットに基板を搬送可能な搬送ロボットと、制御部と、を有し、制御部によって複数の処理ユニットと搬送ロボットとを制御することで複数の基板について順次に基板処理を実行する。
この場合、制御部をマスター装置とし、各処理ユニットの駆動部や搬送ロボットをマスター装置よりも相対的に下位の制御階層に設置される複数のスレーブ装置として、マスター装置が複数のスレーブ装置をマスタースレーブ方式によって制御することが一般的である。
特開２０１０−１２３７０９号公報
例えば、特許文献１では、各処理ユニットにおいて基板に処理液を供給する処理液供給配管に、該配管を流れる処理液の流量をバルブを用いて調節するバルブ制御部（スレーブ装置）と、該配管を流れる処理液の流量を計測する流量計（スレーブ装置）とが介挿されている。そして、流量計で計測された流量値が制御部（マスター装置）を経由してバルブ制御部に与えられ、該流量値に基づいてバルブ制御部でバルブ開度を調節するフィードバック制御が行われる。
しかしながら、制御部（マスター装置）を経由してデータ伝送を行う上記態様では、マスター装置によって制御されるスレーブ装置の増加に伴い、マスター装置にかかる負担が増大し、上記フィードバック制御のリアルタイム性を確保することが困難になっていた。
そこで、別の態様として、流量計とバルブ制御部とをアナログ信号線で接続し、流量計からバルブ制御部に直接流量値のデータ伝送を行う態様も考えられる。しかしながら、この態様では、マスター装置にかかる負担を軽減しつつ上記フィードバック制御のリアルタイム性を確保することが可能となる一方で、デジタル／アナログ変換による誤差や信号伝達速度の遅延を生じることとなっていた。また、アナログ信号を伝送するための追加機器を設ける必要が生じ装置の大型化やコストアップを招くこととなっていた。
これらの課題は、上記した流量調節を行う基板処理装置に限らず、基板処理の動作状態に関する少なくとも１つの物理量を指標値として計測する計測スレーブと、計測スレーブによる計測結果を基に上記動作状態の調節を行う調節部と、を有し、フィードバック制御を行う種々の基板処理装置に共通の課題である。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、マスター装置にかかる負担を軽減しフィードバック制御のリアルタイム性を確保することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様にかかる基板処理装置は、(a) 前記基板処理装置の装置制御を行う第１マスターと、(b) 前記第１マスターよりも相対的に下位の制御階層として設置され、バスを通じて前記第１マスターとシリアル通信可能な複数の下位制御要素と、を有し、前記複数の下位制御要素には、(b-1) 基板処理の動作状態に関する少なくとも１つの物理量を指標値として計測し、その計測結果を、前記第１マスターによって読み込み可能な計測データ信号として前記バスに発信する計測スレーブと、(b-2) 前記動作状態の調節を行う調節部についての制御系として設けられ、前記動作状態の調節に関して前記第１マスターから指令信号を受ける調節指令スレーブと、前記下位制御要素のそれぞれから前記バスに発信される各信号の読み込みを前記第１マスターと並列的に行う第２マスターを備えてなり、前記各信号のうち前記計測データ信号を選択するデータ読込選択部と、前記計測データ信号に基づいて演算を行い、前記調節部に対する制御信号を生成する演算部と、前記演算部から与えられる前記制御信号に基づいて前記調節部を制御する調節制御部と、を備えるマスタースレーブ複合系と、が含まれるとともに、前記データ読込選択部は、前記第２マスターと、前記第１マスターと前記バスを通じて通信可能であり、前記第１マスターとの通信に応じてストローブ信号を発信する選択用スレーブと、前記第２マスターから前記各信号を受信し、前記選択用スレーブから前記ストローブ信号を受信し、前記各信号のシリアル伝送タイミングを前記ストローブ信号を基に確定して前記各信号の中から前記計測データ信号を選択する選択部と、を有することを特徴とする。
本発明の第２の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、前記指標値は前記流体の流量値であり、前記計測スレーブは流量計であることを特徴とする。
本発明の第３の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、前記指標値は前記流体の圧力値であり、前記計測スレーブは圧力計であることを特徴とする。
本発明の第４の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、前記指標値は複数個所での前記流体の圧力値の差であり、前記計測スレーブは差圧計であることを特徴とする。
本発明の第５の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第２の態様にかかる基板処理装置であって、前記調節部は、前記流量値を調節するバルブであることを特徴とする。
本発明の第６の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第３の態様または第４の態様にかかる基板処理装置であって、前記調節部は、前記圧力値を調節するダンパーであることを特徴とする。
本発明の第７の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第６の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記マスタースレーブ複合系の各要素が、単一の制御基板上に実装されていることを特徴とする。
本発明の第１の態様にかかる基板処理装置は、第１マスターとバスを通じてシリアル通信可能な下位制御要素として、計測結果を計測データ信号としてバスに発信する計測スレーブと、マスタースレーブ複合系と、を有する。
マスタースレーブ複合系は、複数の下位制御要素のそれぞれからバスに発信される各信号を読み込み、読み込まれた上記各信号の中から計測データ信号を選択するデータ読込選択部を有する。このため、マスタースレーブ複合系では、第１マスターを経由することなく計測データ信号をバスから取得することができる。
その結果、該基板処理装置では、第１マスターにかかる負担を軽減しつつ、計測スレーブによる計測結果を基に調節部の調節を行う制御（フィードバック制御）のリアルタイム性を確保することが可能となる。
また、該基板処理装置では、下位制御要素間でアナログ信号を伝送するための追加機器を設ける必要がないので、装置の大型化とコストアップを抑制することができる。
図１は、処理ユニット６の概略構成を示す模式図である。 図２は、ニードルバルブ４０７の概略構成を示す断面図である。 図３は、基板処理装置１の電気的構成を示すブロック図である。 図４は、スレーブ装置４０ａ（バルブ制御部２３）の電気的構成を示すブロック図である。 図５は、基板処理装置１で伝送される信号のタイムチャートである。 図６は、比較例に係るバルブ制御部２３Ａの電気的構成を示すブロック図である。 図７は、比較例に係るバルブ制御部２３Ｂの電気的構成を示すブロック図である。 図８は、比較例に係るバルブ制御部２３Ｃの電気的構成を示すブロック図である。
＜１ 第１実施形態＞
＜１．１ 基板処理装置１の概略構成＞
図１は、処理ユニット６の概略構成を示す模式図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハなどの基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の装置であり、複数の処理ユニット６と、各処理ユニット６に基板Ｗを搬送可能な搬送ロボットＣＲ（図３）と、該基板処理装置１の装置制御を行うマスター装置３０と、を有する。このため、搬送ロボットＣＲが、未処理の基板Ｗをいずれかの処理ユニット６に搬入し、処理済の基板Ｗを処理ユニット６から搬出することで、複数の基板Ｗについて順次に基板処理を施すことができる。
処理ユニット６は、隔壁９で区画された処理室１０内に、基板Ｗを把持する把持部１３と、把持部１３にて把持される基板Ｗを鉛直軸線周りに回転させるスピンチャック１１と、スピンチャック１１に保持された基板Ｗの上面に処理液を供給するための処理液ノズル１２とを備えている。
処理液ノズル１２は、吐出口を下方に向けた状態でスピンチャック１１の上方に配置されている。処理液ノズル１２は、処理液供給配管１４から供給される処理液をスピンチャック１１に保持された基板Ｗの上面に向けて吐出することができる。
処理ユニット６において基板Ｗを処理するときは、たとえば、スピンチャック１１によって基板Ｗを保持回転させつつ、処理液としての薬液を当該基板Ｗの上面中央部に向けて処理液ノズル１２から連続吐出させる。処理液ノズル１２から吐出された薬液は、基板Ｗの上面中央部に着液し、基板Ｗの回転による遠心力を受けて、基板Ｗの上面周縁部に向かって瞬時に広がっていく。これにより、基板Ｗの上面全域に薬液が供給され、基板Ｗの上面に薬液による処理が行われる。薬液による処理が行われた後は、回転状態の基板Ｗの上面に処理液としてのリンス液を処理液ノズル１２から供給して、基板Ｗ上の薬液を洗い流す。そして、スピンチャック１１によって基板Ｗを高速回転させて当該基板Ｗを乾燥させる。
処理液供給配管１４の上流側端部には、複数の配管が接続されており、これらの配管から処理液供給配管１４に処理液が供給されるようになっている。本実施形態では、第１薬液供給配管１７、第２薬液供給配管１８、およびリンス液供給配管１９が処理液供給配管１４の上流側端部に接続されている。
各配管１７〜１９には、それぞれ、バルブ制御部２０〜２２が介装されている。本実施形態では、バルブ制御部２０〜２２がミキシングバルブ１５として機能する。ミキシングバルブ１５は、配管１７〜１９のうち２つ以上の配管から供給された処理液をその内部で混合して、混合処理液を処理液供給配管１４に供給することができる。たとえば、バルブ制御部２０，２１でバルブを開状態とすることにより、第１薬液と第２薬液とをミキシングバルブ１５で混合させて、これらの薬液の混合液を処理液供給配管１４に供給することができる。また、ミキシングバルブ１５は、配管１７〜１９のうち一の配管から供給された処理液を処理液供給配管１４に供給することもできる。ミキシングバルブ１５の開閉（各バルブ制御部２０〜２２の開閉）は、マスター装置３０によって制御される。
また、各配管１７〜１９には、それぞれ、該配管を流れる処理液の流量をニードルバルブ４０７を用いて調節するバルブ制御部２３〜２５と、該配管を流れる処理液の流量を計測する流量計２６〜２８（例えば、超音波流量計）とが介挿されている。そして、該流量値に基づいてバルブ制御部２３〜２５で各ニードルバルブ４０７のバルブ開度を調節するフィードバック制御が行われる。
ニードルバルブ４０７は、モータ４０６（アクチュエータ）によりその開度を変更することができる電動式のバルブである。流量計２６〜２８は、処理液の流通方向に関してバルブ制御部２３〜２５のニードルバルブ４０７よりも下流側に配置されている。
バルブ制御部２３〜２５は、それぞれ、後述する方法によって流量計２６〜２８（計測スレーブ）から出力される流量値を取り込み、該流量値に基づきモータ４０６を制御する。これにより、バルブ制御部２３〜２５は、処理液ノズル１２への処理液の供給流量をニードルバルブ４０７の流量調整幅の範囲内で変更することができる。
図２は、ニードルバルブ４０７の内部構造を示す概略的な断面図である。
ニードルバルブ４０７は、ボディ４０８と、ニードル４０９と、を有し、前述のモータ４０６と接続される。ボディ４０８には、処理液が流通する流路４１０が形成されており、流路４１０の途中部には、ニードル４０９が着座する弁座４１１が設けられている。ボディ４０８やニードル４０９などの処理液に接する部分は、当該処理液に対する耐性を有し、温度変化による変形量の小さい材料（たとえば、合成樹脂）によって形成されている。これにより、処理液による膨潤や温度変化による変形によって、ニードルバルブ４０７の開度が変化することを抑制または防止することができる。
ニードル４０９は、その中心軸線が鉛直となる姿勢で弁座４１１の上方に配置されている。ニードル４０９は、その先端部（図３では下端部）が弁座４１１に対して近接および離反するように上下動可能にボディ４０８に保持されている。ニードル４０９の先端部は、たとえば先細りとなる円錐状であり、弁座４１１に着座して流路４１０を塞ぐことができる。弁座４１１に対するニードル４０９の位置を制御することにより、ニードル４０９と弁座４１１との流路断面積を調整して弁座４１１よりも下流側に流れる処理液の流量を調整することができる。
また、ニードル４０９の上端部には、コイルバネ４１２が外嵌されている。コイルバネ４１２は、ニードル４０９の上端に設けられた鍔部４１３とボディ４０８との間で保持されている。ニードル４０９が原点位置から下方に移動すると、コイルバネ４１２が弾性変形して、ニードル４０９が原点位置へと付勢される。ニードル４０９の原点位置は、ニードル４０９の先端部が弁座４１１から離反して、流路４１０が開放される位置に設定されている。
モータ４０６は、ニードル４０９の上方に位置しており、その中心軸線が鉛直となる姿勢でボディ４０８に保持されている。モータ４０６には、図示しないネジ部が形成されたスクリューシャフト４１４が取り付けられている。スクリューシャフト４１４は、その中心軸線が鉛直となる姿勢でニードル４０９とモータ４０６との間に配置されている。スクリューシャフト４１４は、モータ４０６からの回転力を受けて、その中心軸線まわりに回転しながら昇降するようになっている。
モータ４０６によりスクリューシャフト４１４を回転させて降下させることにより、スクリューシャフト４１４の下端部によって鍔部４１３を下方に押して、ニードル４０９を降下させることができる。ニードル４０９を降下させることにより、コイルバネ４１２を弾性変形させながら、ニードル４０９の先端部を弁座４１１に近づけてニードル４０９と弁座４１１との流路断面積を減少させることができる。これにより、処理液の流量を減少させることができる。
また、ニードル４０９がスクリューシャフト４１４によって下方に押された状態からスクリューシャフト４１４を上昇させることにより、コイルバネ４１２の復元力によってニードル４０９を上昇させて、ニードル４０９の先端部を弁座４１１から離反させることができる。これにより、ニードル４０９と弁座４１１との流路断面積を増加させて、処理液の流量を増加させることができる。また、モータ４０６の回転角度は、モータドライバ４０５（図４）によって調節される。
本実施形態では、各処理ユニット６において、ミキシングバルブ１５の開閉と各ニードルバルブ４０７の開度の調整とを連動させることにより、各処理液の供給比率を調整して、調整後の処理液（一種類の処理液または複数種類の混合処理液）を処理液ノズル１２に供給することができる。
＜１．２ 基板処理装置１の電気的構成＞
図３は、マスター装置３０と、基板処理装置１の制御系統においてマスター装置３０よりも相対的に下位の制御階層として設置される複数のスレーブ装置４０ａ〜４０ｙ（下位制御要素）とがシリアルバスＳＢで接続された様子を示すブロック図である。図４は、スレーブ装置４０ａ（バルブ制御部２３）の電気的構成を示すブロック図である。
なお、スレーブ装置４０ａは、スレーブＩＣ４００ａだけでなくマスターＩＣ４０１をも有する「マスタースレーブ複合系」として構成されている（図４）。このため、スレーブ装置４０ａは、スレーブＩＣ（スレーブ機能）のみを有しマスターＩＣ（マスター機能）を有さない単純なスレーブ装置ではないが、説明の便宜上、他のスレーブ装置４０ｂ〜４０ｙと同様に「スレーブ装置」と呼称することにする。上位のマスター装置３０は、基板処理装置１の全体的（グローバル）な制御系でのマスター機能を有するが、下位のマスターＩＣ４０１は、流量計２６などの特定の部分の制御に関して利用される局所的な制御系でのマスター機能を有する（詳細は後述する）。
図３に示すように、マスター装置３０には、バルブ制御部２０〜２５および流量計２６〜２８が各処理ユニット６ごとにスレーブ装置として接続されている。また、マスター装置３０には、基板処理装置１のその他の構成（例えば、搬送ロボットＣＲなど）がスレーブ装置として接続されている。
本実施形態においては、マスター装置３０と複数のスレーブ装置４０ａ〜４０ｙとがいわゆるマスタースレーブ方式で接続されている。具体的には、下記の通りである。
図４に示す通り、マスター装置３０はマスターＩＣ３００を有する。他方、各スレーブ装置４０ａ〜４０ｙはスレーブＩＣ４００ａ〜４００ｙを有する（４００ｂ〜４００ｙについては図示せず）。本明細書では、スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｙ、および後述するスレーブＩＣ４００ｚを総称して、単に「スレーブＩＣ」と呼称する。
マスターＩＣ３００には識別用固有番号が割り当てられておらず、各スレーブＩＣにはそれぞれの識別用固有番号（スレーブアドレス）が割り当てられている。シリアルバスＳＢ上で信号が伝送される際には、各スレーブアドレスは例えば７ビットの二進数で表現される。
マスターＩＣ３００は、通信の対象となるスレーブＩＣのスレーブアドレスを信号の一部（例えば、ヘッダーなど）に含めることで、各スレーブＩＣに信号を伝送することが可能となる。各スレーブＩＣは、マスターＩＣ３００から伝送される信号を受信し、該信号に含まれるスレーブアドレスと自身のスレーブアドレスとが一致した場合、ストローブ信号を発信する。該ストローブ信号は、そのスレーブＩＣが配されるスレーブ装置の内部で使用される信号であり、同期をとる目的で利用される。ストローブ信号についての詳細は、図５を参照しつつ後述する。
マスターＩＣ３００から信号を伝送されたスレーブＩＣは、それに応答して他の各部（マスターＩＣ３００、スレーブ装置内の他のＩＣ等）に向けて信号を伝送する。例えば、マスター装置３０のマスターＩＣ３００から所定の処理ユニット６の流量計２６（スレーブ装置４０ｂ）のスレーブＩＣ４００ｂに流量データを要求する信号が伝送されると、該流量計２６は流量の計測結果をマスターＩＣ３００（第１マスター）によって読み込み可能な流量データ信号としてシリアルバスＳＢに発信する。
他方、マスターＩＣ３００から信号を伝送されていないスレーブＩＣは、自身から他の各部に対して自発的に信号を伝送することはできない。つまり、マスターＩＣ３００からの命令が各スレーブＩＣのスレーブアドレスと合致しない場合、スレーブＩＣは信号を発することなく待機状態を維持する。
このような構成となっているため、マスター装置３０によって制御されるスレーブ装置の増加（例えば、処理ユニット６の増加に伴う、バルブ制御部２０〜２５の増加や流量計２６〜２８の増加など）によって、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵにかかる負担が増大する。したがって、例えば、流量計２６から出力される流量データ信号がマスター装置３０に伝えられ、さらにマスター装置３０からバルブ制御部２３に流量データ信号が伝えられることにより、バルブ制御部２３がバルブ開度を調節するような、マスター装置３０を介したフィードバック制御では、リアルタイム性を確保することが困難になっていた。
以下では、図４および図５を参照しつつ、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵにかかる負担を軽減しつつ各処理ユニット６における流量制御のリアルタイム性を確保することが可能な構成について説明する。
図４に示すように、スレーブ装置４０ａは、スレーブＩＣ４００ａと、マスターＩＣ４０１と、スレーブＩＣ４００ｚと、ＣＰＵ４０３と、モータドライバ４０５と、モータ４０６と、ニードルバルブ４０７と、を有する。以下、各部の機能について説明する。
スレーブＩＣ４００ａは、通信制御部を有する部分であり、マスターＩＣ３００（第１マスター）とシリアルバスＳＢによって通信可能に接続される。以下では、説明の便宜上、スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚのスレーブアドレスを「アドレスａ」〜「アドレスｚ」と呼ぶ。
スレーブＩＣ４００ａは、処理液の流量調節に関してマスターＩＣ３００からの指令信号を受ける調節指令スレーブである。本実施形態における流量調節のフィードバック制御は、マスターＩＣ３００からスレーブＩＣ４００ａに該フィードバック制御の開始を指令する指令信号が伝送され、スレーブＩＣ４００ａがこれに応答することによって開始される。指令信号は、スレーブＩＣ４００ａからＣＰＵ４０３に伝送される。
マスターＩＣ４０１（第２マスター）は、マスターＩＣ３００（第１マスター）と同様の機能を有するように構成される。このため、マスターＩＣ４０１は、各スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚと通信可能に構成される。本実施形態において、マスターＩＣ４０１は、各スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚからシリアルバスＳＢ上に発信される各信号の読み込みをマスターＩＣ３００と並列的に行う。マスターＩＣ４０１により読み込まれた各信号はＣＰＵ４０３に伝送される。
このように、マスターＩＣ４０１は、第１マスターであるマスターＩＣ３００と同様にシリアルバスＳＢ上に発信される各信号を読み込むが、マスターＩＣ３００のように各スレーブＩＣに指令を与えることはない。マスターＩＣ４０１はシリアルバスＳＢ上に発信される各信号を読み込む事が可能であれば足り、必ずしもマスターＩＣ３００と同様の構成である必要はない。本実施形態では、説明を簡素化するために、マスターＩＣ３００とマスターＩＣ４０１とが同じＩＣ回路にて構成されているものとして説明を行う。
スレーブＩＣ４００ｚは、通信制御部を有する部分であり、マスターＩＣ３００とシリアルバスＳＢによって通信可能に接続される。
スレーブＩＣ４００ｚはシャドーのスレーブＩＣであり、マスターＩＣ３００からスレーブＩＣ４００ｚに信号が伝送された場合であっても、スレーブＩＣ４００ｚからマスターＩＣ３００に向けて信号を伝送することはない。スレーブＩＣ４００ｚ（選択用スレーブ）は、マスターＩＣ３００からアドレスｚに向けて伝送される信号を受信した場合に該受信に応じてストローブ信号を発信するという機能のみを有する。該ストローブ信号はＣＰＵ４０３に伝送される。
このように、スレーブ装置４０ａは、シリアルバスＳＢに直接接続される構成として、スレーブＩＣ４００ａの他に、マスターＩＣ４０１と、スレーブＩＣ４００ｚとを有する。
ＣＰＵ４０３は、マスターＩＣ４０１で読み込まれた複数の信号（シリアルバスＳＢ上で伝送される複数の信号）の中から、ニードルバルブ４０７を制御するのに必要な一の信号を選択する機能を有する。図１および図３に示すように、バルブ制御部２３（スレーブ装置４０ａ）でニードルバルブ４０７を制御するのに必要な信号は、同一の処理ユニット６に設けられ該ニードルバルブ４０７に対応する配管中に介挿される流量計２６（スレーブ装置４０ｂ）から発信される流量データ信号である。このため、ＣＰＵ４０３は、マスターＩＣ４０１で読み込まれた複数の信号の中から、上記流量データ信号を選択する。
以下、ＣＰＵ４０３によって上記流量データ信号を選択する方法について説明する。
図５は、シリアルバスＳＢ上で伝送される信号Ｓａ〜Ｓｚと、各スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚで発信されるストローブ信号ＳＴＢａ〜ＳＴＢｚとの関係を示したタイムチャートである。信号Ｓａは、マスターＩＣ３００とスレーブＩＣ４００ａとの間で伝送される信号を意味する。同様に、信号Ｓｂ〜ＳｚはマスターＩＣ３００とスレーブＩＣ４００ｂ〜４００ｚとの間で伝送される信号を意味する。また、ストローブ信号ＳＴＢａは、スレーブＩＣ４００ａで発信されたストローブ信号を意味する。同様に、信号ＳＴＢｂ〜ＳＴＢｚは、スレーブＩＣ４００ｂ〜４００ｚで発信されたストローブ信号を意味する。
ＣＰＵ４０３は、マスターＩＣ４０１によって読み込まれる信号Ｓａ〜Ｓｚの中から上記流量データ信号（信号Ｓｂ）を選択することを、各信号Ｓａ〜ＳｚのシリアルバスＳＢ上での伝送タイミングに基づいて行う。
図５に示すように、本実施形態では、各スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚとマスターＩＣ３００との通信時間が同一で、各スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚが時間順次にマスターＩＣ３００と通信する。この場合、あるスレーブＩＣがマスターＩＣ３００と通信を行うタイミングと次のアドレスのスレーブＩＣがマスターＩＣ３００と通信を行うタイミングとの時間間隔ｔは、あるスレーブＩＣがマスターＩＣ３００と通信を行うタイミングと次に同一のスレーブＩＣがマスターＩＣ３００と通信を行うタイミングとの時間間隔Ｔ（全スレーブ巡回周期）を、スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚの総数で除した値となる。
既述の通り、ＣＰＵ４０３はスレーブＩＣ４００ｚからストローブ信号ＳＴＢｚを伝送されているので、ＣＰＵ４０３は、伝送されるストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻と、伝送されるストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻の間隔（時間間隔Ｔ）と、を得ることができる。また、ＣＰＵ４０３には、スレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚの総数を含む信号が、マスターＩＣ３００から送られている。
そのため、ＣＰＵ４０３は、時間間隔ＴをスレーブＩＣ４００ａ〜４００ｚの総数で除することで上記の通り時間間隔ｔを算出することができる。
さらに、ＣＰＵ４０３がフィードバック制御のために取り込む必要がある信号（信号Ｓｂ）を発するスレーブ装置４０ｂのスレーブアドレス（アドレスｂ）が、あらかじめマスターＩＣ３００からＣＰＵ４０３に送られている。
図５に示すように、ストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻から時間間隔ｔが経過した時点ではシリアルバスＳＢ上で信号Ｓａが伝送されている。また、ストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻から２×（時間間隔ｔ）が経過した時点ではシリアルバスＳＢ上で信号Ｓｂが伝送されている。同様に、他の信号Ｓｃ〜ＳｚがシリアルバスＳＢ上で伝送されている時刻も、ストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻と、時間間隔ｔとを基に算出することができる。
ＣＰＵ４０３は、ストローブ信号ＳＴＢｚの発信時刻、時間間隔ｔ、および信号取込の対象となるスレーブＩＣ４０ｂのアドレスｂ、に基づいて、信号ＳｂがどのタイミングでシリアルバスＳＢ上に発信されているかを算出し、マスターＩＣ４０１から伝送された信号Ｓａ〜Ｓｚ中から流量データ信号（信号Ｓｂ）を選択する。
このように、ＣＰＵ４０３は、マスターＩＣ４０１によって読み込まれる各信号Ｓａ〜Ｓｚのシリアル伝送タイミングをストローブ信号ＳＴＢｚを基に確定し、各信号Ｓａ〜Ｓｚの中から流量データ信号（信号Ｓｂ）を選択する選択部として機能する。また、マスターＩＣ４０１、スレーブＩＣ４００ｚ、およびＣＰＵ４０３によって実現される機能部をデータ読込選択部５００と呼ぶ。
そして、ＣＰＵ４０３は、データ読込選択部５００の上記機能によって選択され取り込まれた流量データ信号（信号Ｓｂ）を基に演算を行い、ニードルバルブ４０７（調節部）に対する制御信号を生成する。生成された制御信号が、ＣＰＵ４０３からモータドライバ４０５に伝送される。
モータドライバ４０５（調節制御部）は、ＣＰＵ４０３（演算部）から与えられる上記制御信号に基づいてモータ４０６を駆動し、ニードルバルブ４０７の開度調節を行う。
なお、本実施形態では、スレーブＩＣ４００ａ、データ読込選択部５００、およびモータドライバ４０５によって構成されるニードルバルブ４０７の制御系（マスタースレーブ複合系）の各要素が、単一の制御基板６００上に実装されている。
図６は、比較例に係るバルブ制御部２３Ａの電気的構成を示すブロック図である。
バルブ制御部２３Ａは、スレーブＩＣ４００Ａと、ＣＰＵ４０３Ａと、モータドライバ４０５と、モータ４０６と、ニードルバルブ４０７と、を有する。このように、バルブ制御部２３Ａは、データ読込選択部５００に相当する構成を有さない。このため、スレーブＩＣ４００ｂからマスターＩＣ３００に向けて流量データ信号（信号Ｓｂ）がシリアルバスＳＢ上を伝送されたとしても、マスター装置３０が該信号を取り込むのと並列的にバルブ制御部２３Ａが該信号を取り込むことはできない。
したがって、この比較例では、上記フィードバック制御を行う場合、流量データ信号（信号Ｓｂ）がまずスレーブＩＣ４００ｂからマスターＩＣ３００に伝送され、その後、マスターＩＣ３００からスレーブＩＣ４００Ａに対して指令信号が発せられるタイミングになってから初めて、該信号がマスターＩＣ３００からスレーブＩＣ４００Ａに伝送されることとなる。
本実施形態のバルブ制御部２３では、バルブ制御部２３ＡのようにマスターＩＣ３００を経由した信号伝送を行う必要がないので、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵにかかる負担を軽減することができる。その結果、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵの処理状況にかかわらず、各処理ユニット６における流量制御のリアルタイム性を確保することが可能となる。
図７は、比較例に係るバルブ制御部２３Ｂの電気的構成を示すブロック図である。
バルブ制御部２３Ｂは、スレーブＩＣ４００Ｂと、ＣＰＵ４０３Ｂと、モータドライバ４０５と、モータ４０６と、ニードルバルブ４０７と、通信制御部７０２と、Ａ／Ｄ変換部７０３と、を有する。このように、バルブ制御部２３Ｂは、データ読込選択部５００に相当する構成を有さない。このため、スレーブＩＣ４００ｂからマスターＩＣ３００に向けて流量データ信号（信号Ｓｂ）がシリアルバスＳＢ上を伝送されたとしても、マスター装置３０が該信号を取り込むのと並列的にバルブ制御部２３Ａが該信号を取り込むことはできない。
この比較例では、上記フィードバック制御を行う場合、まず、流量データ信号（アナログ信号）が信号線７０１を通じて流量計２６からバルブ制御部２３Ｂに伝送される。バルブ制御部２３Ｂに伝送された流量データ信号は、通信制御部７０２を経由してＡ／Ｄ変換部７０３に伝送される。その後、Ａ／Ｄ変換部７０３で流量データ信号がデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ４０３Ｂに流量データ信号（デジタル信号）が伝送される。
この態様では、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵにかかる負担を軽減しつつ各処理ユニット６における流量制御のリアルタイム性を確保することが可能となる一方で、デジタル／アナログ変換による誤差が必ず発生する、デジタル／アナログ変換に伴うデータ伝送の遅延が発生する、アナログ信号を伝送するための追加機器（信号線７０１、通信制御部７０２、Ａ／Ｄ変換部７０３など）を設ける必要が生じる、等の問題が生じる。
本実施形態のバルブ制御部２３では、前述のような誤差や遅延の問題は生じない。また、データ読込選択部５００をバルブ制御部２３の制御基板６００上に実装することでシリアルバスＳＢを通じて流量データ信号を取り込むことができ、サイズの大きい追加機器を設ける必要がないので、装置の小型化を実現することが可能となる。また、一般に、本実施形態のようにデータ読込選択部５００を設ける態様の方が、アナログ信号を伝送するための追加機器を設ける態様に比べ安価となる。
＜２ 第２実施形態＞
図８は、第２実施形態に係るバルブ制御部２３Ｃの電気的構成を示すブロック図である。第２実施形態の基板処理装置は、第１実施形態の基板処理装置１のバルブ制御部２３に代えてバルブ制御部２３Ｃを有する。第２実施形態の基板処理装置の他の各部は第１実施形態と同様であるので、以下の説明において第１実施形態と同じ部分については同一符号を付し重複説明を省略する。
バルブ制御部２３Ｃは、スレーブＩＣ４００ａと、マスターＩＣ４０１と、ＣＰＵ４０３Ｃと、モータドライバ４０５と、モータ４０６と、ニードルバルブ４０７と、を有する。
既述の通り、マスターＩＣ４０１は、各スレーブ装置４０ａ〜４０ｙの各スレーブＩＣからシリアルバスＳＢ上に発信される各信号Ｓａ〜Ｓｚの読み込みをマスターＩＣ３００と並列的に行う。
第２実施形態においては、各スレーブＩＣからシリアルバスＳＢ上に発信される各信号Ｓａ〜Ｓｚに、発信元のアドレス情報（スレーブアドレス）が含まれている。
そして、マスターＩＣ４０１により読み込まれた各信号Ｓａ〜ＳｚはＣＰＵ４０３Ｃに伝送される。ＣＰＵ４０３Ｃは、マスターＩＣ４０１から各信号Ｓａ〜Ｓｚを受信し、各信号Ｓａ〜Ｓｚのうちスレーブ装置４０ｂのアドレス情報（アドレスｂ）を含む信号を流量データ信号（信号Ｓｂ）として選択する。このように、ＣＰＵ４０３Ｃは、マスターＩＣ４０１から伝送された信号Ｓａ〜Ｓｚ中から流量データ信号（信号Ｓｂ）を選択する選択部として機能する。また、マスターＩＣ４０１およびＣＰＵ４０３Ｃによって実現される機能部をデータ読込選択部５００Ｃと呼ぶ。
ＣＰＵ４０３Ｃによって選択された流量データ信号（信号Ｓｂ）がＣＰＵ４０３からモータドライバ４０５に伝送されると、第１実施形態と同様、モータドライバ４０５によってモータ４０６が駆動され、ニードルバルブ４０７の開度調節が行われる。第２実施形態では、スレーブＩＣ４００ａ、データ読込選択部５００Ｃ、およびモータドライバ４０５によって構成されるニードルバルブ４０７の制御系（マスタースレーブ複合系）の各要素が、単一の制御基板６００Ｃ上に実装されている。
第２実施形態のバルブ制御部２３Ｃでは、図６で示す比較例のようにマスターＩＣ３００を経由した信号伝送を行う必要がないので、マスターＩＣ３００を制御するＣＰＵにかかる負担を軽減しつつ各処理ユニット６における流量制御のリアルタイム性を確保することが可能となる。
また、第２実施形態のバルブ制御部２３Ｃでは、データ読込選択部５００Ｃをバルブ制御部２３の制御基板６００Ｃ上に実装することでシリアルバスＳＢを通じて流量データ信号を取り込むことができる。このため、図７で示す比較例のようにサイズの大きい追加機器を設ける必要がなく、装置の大型化やコストアップを抑制することができる。
なお、第２実施形態では、各スレーブＩＣからシリアルバスＳＢ上に伝送されるすべての信号Ｓａ〜Ｓｚを記録し、ＣＰＵ４０３Ｃによって該信号Ｓａ〜Ｓｚの中から取捨して流量データ信号（信号Ｓｂ）を選択する必要が生じる。そのため、マスターＩＣ４０１およびＣＰＵ４０３Ｃにかかる負担は第１実施形態に比べて増加する。
また、シリアルバスＳＢ上に伝送される信号のうち、一部のスレーブＩＣから伝送される信号が暗号化されている場合などは、さらにＣＰＵ４０３Ｃの負担が増加する。
＜３ 変形例＞
以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
上記各実施形態では、流量調節を行う基板処理装置について説明したがこれに限られるものではない。基板処理の動作状態に関する少なくとも１つの物理量を指標値として計測する計測スレーブと、計測スレーブによる計測結果を基に上記動作状態の調節を行う調節部と、を有し、フィードバック制御を行う種々の基板処理装置に本発明を適用することができる。
上記各実施形態では、動作状態が基板処理における処理液（特定の流体）の状態であり、指標値が流体の流量値であり、計測スレーブが流量計であり、調節部が流量値を調節するバルブである態様について説明した。
この他にも、例えば、動作状態が基板処理における特定の流体の状態であり、指標値が該流体の圧力値であり、計測スレーブが圧力計である態様であってもよい。この場合、調節部として、例えば、圧力値を調節するダンパーを採用することができる。
また、動作状態が基板処理における特定の流体の状態であり、指標値が複数個所での該流体の圧力値の差であり、計測スレーブが差圧計である態様であってもよい。この場合も、調節部として、例えば、圧力値を調節するダンパーを採用することができる。
また、動作状態が基板処理における基板の回転の状態であり、指標値が基板の回転速度であり、計測スレーブがロータリーエンコーダである態様であってもよい。この場合、調節部として、例えば、基板を保持し回転軸回りに該基板を回転するスピンチャックのサーボモータを採用することができる。
また、動作状態が基板処理における特定の流体の状態であり、指標値が該流体の温度であり、計測スレーブが温度計（例えば、熱電対など）である態様であってもよい。この場合、調節部として、例えば、温度を調節する温調部（例えば、ヒータ、冷却器、ホットプレートなど）を採用することができる。
また、上記第１実施形態ではバルブ制御部２３のみがデータ読込選択部５００を有し、上記第２実施形態ではバルブ制御部２３Ｃのみがデータ読込選択部５００Ｃ有する構成について説明したが、これに限られるものではない。複数のスレーブ装置がデータ読込選択部を有する構成であっても構わない。
また、上記実施形態では、調節部としてニードルバルブ４０７を用いる態様について説明したが、この他にも、エアバルブ、サックバックバルブ、バタフライバルブなど種々の部材を用いることが可能である。
以上、実施形態およびその変形例に係る基板処理装置について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。
１ 基板処理装置
６ 処理ユニット
２０〜２５，２３Ａ〜２３Ｃ バルブ制御部
２６〜２８ 流量計
３０ マスター装置
４０ａ〜４０ｙ スレーブ装置
３００，４０１ マスターＩＣ
４００ａ，４００ｚ，４００Ａ，４００Ｂ スレーブＩＣ
４０３，４０３Ａ〜４０３Ｃ ＣＰＵ
４０５ モータドライバ
４０６ モータ
４０７ ニードルバルブ
５００，５００Ｃ データ読込選択部
６００，６００Ｃ 制御基板
７０１ 信号線
７０２ 通信制御部
７０３ Ａ／Ｄ変換部
Ｓａ〜Ｓｚ 信号
ＳＴＢａ〜ＳＴＢｚ ストローブ信号
ＳＢ シリアルバス

Claims (7)

  1. 基板処理装置であって、
    (a) 前記基板処理装置の装置制御を行う第１マスターと、
    (b) 前記第１マスターよりも相対的に下位の制御階層として設置され、バスを通じて前記第１マスターとシリアル通信可能な複数の下位制御要素と、
    を有し、
    前記複数の下位制御要素には、
    (b-1) 基板処理の動作状態に関する少なくとも１つの物理量を指標値として計測し、その計測結果を、前記第１マスターによって読み込み可能な計測データ信号として前記バスに発信する計測スレーブと、
    (b-2) 前記動作状態の調節を行う調節部についての制御系として設けられ、
    前記動作状態の調節に関して前記第１マスターから指令信号を受ける調節指令スレーブと、
    前記下位制御要素のそれぞれから前記バスに発信される各信号の読み込みを前記第１マスターと並列的に行う第２マスターを備えてなり、前記各信号のうち前記計測データ信号を選択するデータ読込選択部と、
    前記計測データ信号に基づいて演算を行い、前記調節部に対する制御信号を生成する演算部と、
    前記演算部から与えられる前記制御信号に基づいて前記調節部を制御する調節制御部と、
    を備えるマスタースレーブ複合系と、
    が含まれるとともに、
    前記データ読込選択部は、
    前記第２マスターと、
    前記第１マスターと前記バスを通じて通信可能であり、前記第１マスターとの通信に応じてストローブ信号を発信する選択用スレーブと、
    前記第２マスターから前記各信号を受信し、前記選択用スレーブから前記ストローブ信号を受信し、前記各信号のシリアル伝送タイミングを前記ストローブ信号を基に確定して前記各信号の中から前記計測データ信号を選択する選択部と、
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、
    前記指標値は前記流体の流量値であり、前記計測スレーブは流量計であることを特徴とする基板処理装置。
  3. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、
    前記指標値は前記流体の圧力値であり、前記計測スレーブは圧力計であることを特徴とする基板処理装置。
  4. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記動作状態は、前記基板処理における特定の流体の状態であって、
    前記指標値は複数個所での前記流体の圧力値の差であり、前記計測スレーブは差圧計であることを特徴とする基板処理装置。
  5. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記調節部は、前記流量値を調節するバルブであることを特徴とする基板処理装置。
  6. 請求項３または請求項４に記載の基板処理装置であって、
    前記調節部は、前記圧力値を調節するダンパーであることを特徴とする基板処理装置。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記マスタースレーブ複合系の各要素が、単一の制御基板上に実装されていることを特徴とする基板処理装置。
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