JP7048885B2

JP7048885B2 - Ｅｆｅｍ

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Publication number: JP7048885B2
Application number: JP2018048429A
Authority: JP
Inventors: 俊宏河合; 源五郎小倉
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2022-04-06
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Description

本発明は、不活性ガスを循環させることが可能なＥＦＥＭ（Equipment Front End Module）に関する。

特許文献１には、半導体基板（ウェハ）に所定の処理を施す処理装置と、ウェハが収容されるポッドとの間でウェハの受渡しを行う、ＥＦＥＭが開示されている。ＥＦＥＭは、ウェハの搬送が行われる受渡しゾーン（搬送室）が形成された筐体を備える。

従来、ウェハ上で製造される半導体回路に対する搬送室内の酸素や水分等の影響は少なかったが、近年、半導体回路のさらなる微細化に伴い、それらの影響が顕在化してきている。そこで、特許文献１に記載のＥＦＥＭは、不活性ガスである窒素で搬送室内が満たされるように構成されている。具体的には、ＥＦＥＭは、筐体の内部で窒素を循環させる、搬送室を含む循環路と、供給源から循環路に供給される窒素の供給流量を調節する流量制御器と、循環路からガスを排出するためのリリース弁とを備える。これにより、窒素を循環させながら、必要に応じて窒素の供給流量及びガスの排出流量を調節することで、窒素の供給流量の増大を抑えつつ、循環路内を窒素雰囲気に保つことが可能となる。

さらに、上記ＥＦＥＭは、循環路内の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、循環路内の圧力を測定する圧力計と、制御部とを備える。制御部は、循環路内の酸素濃度が所定値を超えると、流路制御器を制御して窒素の供給流量を増加させ、循環路内の酸素濃度を下げる。

特開２０１７－５２８３号公報

窒素を循環させるタイプのＥＦＥＭにおいては、循環路から外部への窒素の漏出を抑制しつつ、外部から循環路への大気の侵入を確実に抑制するために、循環路内の圧力を外部の圧力よりもわずかに高く保つ必要がある（例えば、３～５００Ｐａ（Ｇ）、好ましくは５～１００Ｐａ（Ｇ））。このため、制御部は、循環路内の圧力が所定の範囲から外れると、リリース弁の開度を変更することで窒素の排出流量を変更し、圧力が所定の目標圧力になるように調節する。このように、酸素濃度に基づいて窒素の供給流量が調節され、圧力に基づいて窒素の排出流量が調節されることで、酸素濃度及び圧力が制御される。

何らかの原因により循環路内の酸素濃度が増加した場合は、ウェハへの酸素の影響を抑制するために、窒素の供給による酸素濃度の速やかな低減を行う必要があり、窒素の供給流量が一時的に増加することとなる。ここで、特許文献１に記載のＥＦＥＭにおいては、例えば循環路の容量が大きいと、窒素の供給流量が変更されてから、循環路内の圧力の変化が圧力計によって検出されるまで時間がかかるおそれがある。このため、供給流量の変更に対する排出流量の変更のタイミングが遅れ（つまり、圧力制御のタイミングが遅れ）、循環路内の圧力の変動が大きくなるおそれがある。これにより、循環路内の圧力が外部空間の圧力よりも高くなり過ぎて、循環路から外部空間に窒素が漏れやすくなるという問題や、循環路内の圧力が外部空間の圧力よりも低くなり過ぎて、外部空間から循環路に大気が流入しやすくなるという問題が発生しうる。

本発明の目的は、不活性ガスの供給流量を変更したときの循環路内の圧力変動を抑制することである。

第１の発明のＥＦＥＭは、不活性ガスを循環させるための循環路が形成されたＥＦＥＭであって、前記循環路に供給される前記不活性ガスの供給流量を変更可能な供給バルブと、前記循環路から排出されるガスの排出流量を変更可能な排出バルブと、前記循環路内の雰囲気変化を検出する濃度検出部と、前記循環路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記供給バルブ及び前記排出バルブを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記排出バルブの開度を、予め定められた値に決定することを特徴とするものである。

本発明では、雰囲気の変化に応じて、排出バルブの開度が、予め定められた値に決定される。これにより、排出バルブの開度変更を供給バルブの開度変更と同時に行うことができる。つまり、供給流量を増やすタイミングに合わせて排出流量を増やし、供給流量を減らすタイミングに合わせて排出流量を減らすことで、循環路内の圧力変化を待って排出流量を変更する場合と比べて、循環路内の圧力変動を小さくすることができる。したがって、不活性ガスの供給流量を変更したときの循環路内の圧力変動を抑制することができる。

第２の発明のＥＦＥＭは、前記第１の発明において、前記制御部は、前記循環路内の圧力が目標圧力に維持されるように、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記排出バルブの開度をフィードバック制御するフィードバックモードと、前記濃度検出部の検出結果に基づいて前記排出バルブの開度を決定するフィードフォワードモードと、の間で制御モードの切り換えが可能であり、前記濃度検出部の検出結果に基づいて前記供給バルブの開度を変更するときに、前記制御モードを前記フィードバックモードから前記フィードフォワードモードに切り換えることを特徴とするものである。

本発明では、フィードバックモードとフィードフォワードモードとを適切に切り換えることで、通常時に循環路内の圧力を確実に安定的に制御し、且つ、不活性ガスの供給流量を変更したときに循環路内の圧力変動を効果的に抑制できる。

第３の発明のＥＦＥＭは、前記第２の発明において、前記制御部は、前記制御モードが前記フィードバックモードから前記フィードフォワードモードに切り換えられた後、所定時間が経過したときに、前記制御モードを前記フィードフォワードモードから前記フィードバックモードに戻すことを特徴とするものである。

本発明では、制御モードがフィードフォワードモードに切り換えられてから所定時間が経過し、循環路を構成する各部のガス流量がある程度安定化された後（循環路内の圧力分布がある程度均一化された後）に、制御モードがフィードバックモードに戻される。したがって、不活性ガスの供給流量を変更した後の圧力のフィードバック制御を安定させることができる。

第４の発明のＥＦＥＭは、前記第２又は第３の発明において、前記制御部は、前記雰囲気の変化に応じた複数の区分に区分けされ、前記区分ごとに前記供給バルブの開度及び前記排出バルブの開度が対応付けられているテーブル、を記憶している記憶部を有することを特徴とするものである。

例えば、酸素濃度と供給バルブの開度とが対応付けられている関数や、酸素濃度と排出バルブの開度とが対応付けられている関数がバルブの開度の制御に用いられる場合、供給流量や排出流量を最適化するためのパラメータ調整が煩雑になるおそれがある。本発明では、酸素濃度の区分ごとにバルブの開度の値を設定することができるため、供給流量や排出流量の調整を容易に行うことができる。

本実施形態に係るＥＦＥＭ及びその周辺の概略的な平面図である。ＥＦＥＭの電気的構成を示す図である。筐体の正面図である。図３のIV-IV断面図である。図３のV-V断面図である。循環路内の圧力のフィードバック制御を示す図である。酸素濃度と窒素供給流量と排出バルブの開度との対応テーブルを示す図である。循環路内の酸素濃度の制御を示すフローチャートである。酸素濃度、窒素供給流量、及び排出バルブの開度それぞれの時間変化を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について、図１～図９を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、図１に示す方向を前後左右方向とする。すなわち、ＥＦＥＭ（Equipment Front End Module）１と基板処理装置６とが並べられている方向を前後方向とする。ＥＦＥＭ１側を前方、基板処理装置６側を後方とする。前後方向と直交する、複数のロードポート４が並べられている方向を左右方向とする。また、前後方向及び左右方向の両方と直交する方向を上下方向とする。

（ＥＦＥＭ及び周辺の概略構成）
まず、ＥＦＥＭ１及びその周辺の概略構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るＥＦＥＭ１及びその周辺の概略的な平面図である。図２は、ＥＦＥＭ１の電気的構成を示す図である。図１に示すように、ＥＦＥＭ１は、筐体２と、搬送ロボット３と、複数のロードポート４と、制御装置５（本発明の制御部）とを備える。ＥＦＥＭ１の後方には、ウェハＷに所定の処理を施す基板処理装置６が配置されている。ＥＦＥＭ１は、筐体２内に配置された搬送ロボット３によって、ロードポート４に載置されているＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod）１００と基板処理装置６との間でウェハＷの受渡しを行う。ＦＯＵＰ１００は、複数のウェハＷを上下方向に並べて収容可能な容器であり、後端部（前後方向における筐体２側の端部）に蓋１０１が取り付けられている。ＦＯＵＰ１００は、例えば、ロードポート４の上方に設けられた不図示のレールに吊り下げられて走行する、不図示のＯＨＴ（天井走行式無人搬送車）によって搬送される。ＯＨＴとロードポート４との間で、ＦＯＵＰ１００の受渡しが行われる。

筐体２は、複数のロードポート４と基板処理装置６とを接続するためのものである。筐体２の内部には、外部空間に対して略密閉された、ウェハＷが搬送される搬送室４１が形成されている。ＥＦＥＭ１が稼動しているとき、搬送室４１は、窒素（本発明の不活性ガス）で満たされている。筐体２は、搬送室４１を含む内部空間を窒素が循環するように構成されている（詳細については後述する）。また、筐体２の後端部にはドア２ａが取り付けられ、搬送室４１は、ドア２ａを隔てて基板処理装置６と接続されている。

搬送ロボット３は、搬送室４１内に配置され、ウェハＷの搬送を行う。搬送ロボット３は、位置が固定された基台部３ａ（図３参照）と、基台部３ａの上方に配置され、ウェハＷを保持して搬送するアーム機構３ｂ（図３参照）と、ロボット制御部１１（図２参照）とを有する。搬送ロボット３は、主に、ＦＯＵＰ１００内のウェハＷを取り出して基板処理装置６に渡す動作や、基板処理装置６によって処理されたウェハＷを受け取ってＦＯＵＰ１００に戻す動作を行う。

ロードポート４は、ＦＯＵＰ１００を載置する（図５参照）ためのものである。複数のロードポート４は、それぞれの後端部が筐体２の前側の隔壁に沿うように、左右方向に並べて配置されている。ロードポート４は、ＦＯＵＰ１００内の雰囲気を窒素等の不活性ガスに置換可能に構成されている。ロードポート４の後端部には、ドア４ａが設けられている。ドア４ａは、不図示のドア開閉機構によって開閉される。ドア４ａは、ＦＯＵＰ１００の蓋１０１のロックを解除可能、且つ、蓋１０１を保持可能に構成されている。ロックが解除された蓋１０１をドア４ａが保持している状態で、ドア移動機構がドア４ａを開けることで、蓋１０１が開けられる。これにより、ＦＯＵＰ１００内のウェハＷが、搬送ロボット３によって取出可能になる。

図２に示すように、制御装置５は、各種パラメータの設定等を行うための設定部５ａと、設定されたパラメータ等を記憶する記憶部５ｂと、を有する（詳細については後述する）。制御装置５は、搬送ロボット３のロボット制御部１１、ロードポート４の制御部（不図示）、基板処理装置６の制御部（不図示）と電気的に接続されており、これらの制御部との通信を行う。制御装置５は、筐体２内に設置された酸素濃度計５５（本発明の濃度検出部）、圧力計５６（本発明の圧力検出部）、湿度計５７等と電気的に接続されており、これらの計測機器の計測結果を受信して、筐体２内の雰囲気に関する情報を把握する。制御装置５は、供給バルブ６１及び排出バルブ６２（後述）と電気的に接続されており、これらのバルブの開度を調節することで、筐体２内の雰囲気を適宜調節する。

図１に示すように、基板処理装置６は、例えば、ロードロック室６ａと、処理室６ｂとを有する。ロードロック室６ａは、筐体２のドア２ａを隔てて搬送室４１と接続された、ウェハＷを一時的に待機させるための部屋である。処理室６ｂは、ドア６ｃを隔ててロードロック室６ａと接続されている。処理室６ｂでは、不図示の処理機構によって、ウェハＷに対して所定の処理が施される。

（筐体及びその内部の構成）
次に、筐体２及びその内部の構成について、図３～図５を用いて説明する。図３は、筐体２の正面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ断面図である。なお、図３においては、隔壁の図示を省略している。また、図５においては、搬送ロボット３等の図示を省略している。

筐体２は、全体として直方体状である。図３～図５に示すように、筐体２は、柱２１～２６と、隔壁３１～３６とを有する。上下方向に延びる柱２１～２６に隔壁３１～３６が取り付けられており、筐体２の内部空間が外部空間に対して略密閉されている。

より具体的には、図４に示すように、筐体２の前端部において、柱２１～２４が左方から右方にかけて順番に並べて立設配置されている。柱２１と柱２４との間に配置された柱２２、２３は、柱２１及び柱２４よりも短い。筐体２の後端部の左右両側に、柱２５、２６が立設配置されている。

図３に示すように、筐体２の底部に隔壁３１が、天井部に隔壁３２が配置されている。図４に示すように、前端部に隔壁３３が、後端部に隔壁３４が、左端部に隔壁３５が、右端部に隔壁３６が、それぞれ配置されている。筐体２の右端部には、後述するアライナ５４が載置される載置部５３（図３参照）が設けられている。アライナ５４及び載置部５３も、筐体２の内側に収容されている（図４参照）。

図３及び図５に示すように、筐体２内の上側部分（柱２２、２３の上方）には、水平方向に延びる支持板３７が配置されている。これにより、筐体２の内部は、下側に形成された前述の搬送室４１と、上側に形成されたＦＦＵ設置室４２とに分かれている。ＦＦＵ設置室４２内には、後述するＦＦＵ（ファンフィルタユニット）４４が配置されている。支持板３７の前後方向における中央部には、搬送室４１とＦＦＵ設置室４２とを連通させる開口３７ａが形成されている。なお、筐体２の隔壁３３～３６は、搬送室４１用の下部壁とＦＦＵ設置室４２用の上部壁とに分けられている（例えば、図５における前端部の隔壁３３ａ、３３ｂ及び後端部の隔壁３４ａ、３４ｂを参照）。

次に、筐体２の内部の構成について説明する。具体的には、筐体２内で窒素を循環させるための構成及びその周辺構成、並びに、搬送室４１内に配置された機器等について説明する。

筐体２内で窒素を循環させるための構成及びその周辺構成について、図３～図５を用いて説明する。図５に示すように、筐体２の内部には、窒素を循環させるための循環路４０が形成されている。循環路４０は、搬送室４１と、ＦＦＵ設置室４２と、帰還路４３とによって構成されている。概要としては、循環路４０においては、ＦＦＵ設置室４２から清浄な窒素が下方へ送り出され、搬送室４１の下端部まで到達した後、帰還路４３を通って上昇し、ＦＦＵ設置室４２に戻るようになっている（図５の矢印参照）。以下、詳細に説明する。

ＦＦＵ設置室４２には、支持板３７上に配置されたＦＦＵ４４と、ＦＦＵ４４上に配置されたケミカルフィルタ４５とが設けられている。ＦＦＵ４４は、ファン４４ａとフィルタ４４ｂとを有する。ＦＦＵ４４は、ファン４４ａによってＦＦＵ設置室４２内の窒素を下方に送出しつつ、窒素に含まれるパーティクル（不図示）をフィルタ４４ｂによって除去する。ケミカルフィルタ４５は、例えば基板処理装置６から循環路４０内に持ち込まれた活性ガス等を除去するためのものである。ＦＦＵ４４及びケミカルフィルタ４５によって清浄化された窒素は、ＦＦＵ設置室４２から、支持板３７に形成された開口３７ａを介して搬送室４１に送り出される。搬送室４１に送り出された窒素は、層流を形成し、下方へ流れる。

帰還路４３は、筐体２の前端部に配置された柱２１～２４（図５においては柱２３）及び支持板３７に形成されている。すなわち、柱２１～２４は中空になっており、窒素が通れる空間２１ａ～２４ａがそれぞれ形成されている（図４参照）。つまり、空間２１ａ～２４ａが、それぞれ帰還路４３を構成している。帰還路４３は、支持板３７の前端部に形成された開口３７ｂによってＦＦＵ設置室４２と連通している（図５参照）。

帰還路４３について、図５を参照しつつ、より具体的に説明する。なお、図５には柱２３が示されているが、他の柱２１、２２、２４についても同様である。柱２３の下端部には、搬送室４１内の窒素を帰還路４３（空間２３ａ）に流入させやすくするための導入ダクト２７が取り付けられている。導入ダクト２７には開口２７ａが形成され、搬送室４１の下端部に到達した窒素が帰還路４３に流入可能となっている。導入ダクト２７の上部には、下方へ向かうほど後方に広がる拡大部２７ｂが形成されている。拡大部２７ｂの下方には、ファン４６が配置されている。ファン４６は、不図示のモータによって駆動され、搬送室４１の下端部に到達した窒素を帰還路４３（図５においては空間２３ａ）に吸い込んで上方に送り出し、窒素をＦＦＵ設置室４２に戻す。ＦＦＵ設置室４２に戻された窒素は、ＦＦＵ４４やケミカルフィルタ４５によって清浄化され、再び搬送室４１へ送り出される。以上のようにして、窒素が循環路４０内を循環可能になっている。

また、図３に示すように、ＦＦＵ設置室４２の側部には、循環路４０内に窒素を供給するための供給管４７が接続されている。供給管４７は、窒素の供給源１１１に接続されている。供給管４７の途中部には、窒素の単位時間あたりの供給量を変更可能な供給バルブ６１が設けられている。また、図５に示すように、搬送室４１の前端部には、循環路４０内の気体を排出するための排出管４８が接続されている。排出管４８は、例えば不図示の排気ポートにつながっている。排出管４８の途中部には、循環路４０内の気体の単位時間あたりの排出量を変更可能な排出バルブ６２が設けられている。供給バルブ６１及び排出バルブ６２は、制御装置５と電気的に接続されている（図２参照）。これにより、循環路４０に窒素を適宜供給及び排出することが可能となっている。例えば、循環路４０内の酸素濃度が上昇した場合に、供給源１１１から供給管４７を介して循環路４０に窒素を一時的に多く供給し、排出管４８を介して窒素と共に酸素を排出することで、酸素濃度を下げることができる。詳細については後述する。

次に、搬送室４１内に配置された機器等について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４に示すように、搬送室４１内には、上述した搬送ロボット３と、制御部収容箱５１と、計測機器収容箱５２と、アライナ５４とが配置されている。制御部収容箱５１は、例えば搬送ロボット３の基台部３ａ（図３参照）の左方に設置され、アーム機構３ｂ（図３参照）と干渉しないように配置されている。制御部収容箱５１には、上述したロボット制御部１１が収容されている。計測機器収容箱５２は、例えば基台部３ａの右方に設置され、アーム機構３ｂと干渉しないように配置されている。計測機器収容箱５２には、上述した酸素濃度計５５、圧力計５６、湿度計５７等の計測機器（図２参照）が収容可能となっている。

アライナ５４は、搬送ロボット３のアーム機構３ｂ（図３参照）に保持されているウェハＷの保持位置が、目標保持位置からどれだけずれているか検出するためのものである。例えば、上述したＯＨＴ（不図示）によって搬送されるＦＯＵＰ１００（図１参照）の内部では、ウェハＷが微妙に動くおそれがある。そこで、搬送ロボット３は、ＦＯＵＰ１００から取り出した処理前のウェハＷを、いったんアライナ５４に載置する。アライナ５４は、ウェハＷが搬送ロボット３によって目標保持位置からどれだけずれた位置で保持されていたか計測し、計測結果をロボット制御部１１に送信する。ロボット制御部１１は、上記計測結果に基づいて、アーム機構３ｂによる保持位置を補正し、アーム機構３ｂを制御して目標保持位置でウェハＷを保持させ、基板処理装置６のロードロック室６ａまで搬送させる。これにより、基板処理装置６によるウェハＷの処理を正常に行うことができる。

（圧力の制御について）
次に、制御装置５による循環路４０内の圧力のフィードバック制御について、図６を用いて簡単に説明する。図６（ａ）は、循環路４０内の圧力の時間変化を示す図である。図６（ｂ）は、排出バルブ６２の開度の時間変化を示す図である。

制御装置５は、循環路４０内の圧力が目標圧力に維持されるように、圧力計５６（図２参照）の検出結果に基づいて排出バルブ６２の開度をフィードバック制御可能に構成されている。目標圧力とは、例えば、筐体２の外部の圧力（大気圧）よりも１０Ｐａ高い圧力（１０Ｐａ（Ｇ））である。すなわち、循環路４０から外部への窒素の漏出を抑制しつつ、外部から循環路４０への大気の侵入を確実に抑制するために、循環路４０内の圧力を外部の圧力よりもわずかに高く保つことが好ましい。一例としては、３～５００Ｐａ（Ｇ）の範囲内であり、好ましくは５～１００Ｐａ（Ｇ）の範囲内である。

例えば、図６（ａ）に示すように、循環路４０内の圧力が１０Ｐａ（Ｇ）よりも高くなると、制御装置５は、図６（ｂ）に示すように、排出バルブ６２の開度を大きくして循環路４０のガスの排出流量を増加させ、循環路４０内の圧力を１０Ｐａ（Ｇ）に近づける。逆に、循環路４０内の圧力が１０Ｐａ（Ｇ）よりも低くなると、制御装置５は、排出バルブ６２の開度を小さくして循環路４０のガスの排出流量を減少させる。具体的な制御方式としては、一般的に知られているＰＩＤ制御（比例制御、積分制御及び微分制御を行う制御）が好ましいが、これに限定されるものではない。

（酸素濃度の制御について）
次に、循環路４０内の酸素濃度の制御について簡単に説明する。何らかの原因により循環路４０内の酸素濃度が増加した場合は、ウェハＷへの酸素の影響を抑制するために、酸素濃度を速やかに低減することが求められる。例えば、循環路４０内の酸素濃度は、１００ｐｐｍ未満に管理され、好ましくは７０ｐｐｍ未満、より好ましくは３０ｐｐｍ未満に管理される。制御装置５は、酸素濃度計５５の検出結果に基づき、循環路４０内の酸素濃度が増加したと判断した場合に、供給バルブ６１を制御して供給バルブ６１の開度を上げ、窒素の供給流量を増加させる。これにより、循環路４０内のガスの入れ換えを積極的に行うことで、循環路４０内の酸素濃度が下がる。逆に、酸素濃度がある程度まで低減されたら、制御装置５は、供給バルブ６１を制御して窒素の供給流量を減らす。これにより、ランニングコストの増大が抑えられる。

ここで、制御装置５が、供給バルブ６１を制御して窒素の供給流量を変更した後、循環路４０内の圧力の変化を待って排出バルブ６２の開度を変更する構成（つまり、排出バルブ６２の開度のフィードバック制御を行う構成）では、以下のような問題が生じうる。すなわち、窒素の供給流量が変更されてから、循環路４０内の圧力の変化が圧力計５６によって検出されるまで時間がかかるおそれがある。このため、供給流量の変更に対する排出流量の変更のタイミングが遅れ（つまり、圧力制御のタイミングが遅れ）、循環路４０内の圧力の変動が大きくなるおそれがある。これにより、循環路４０内の圧力が外部の圧力よりも高くなり過ぎて、循環路４０から外部に窒素が漏れやすくなるという問題や、循環路４０内の圧力が外部の圧力よりも低くなり過ぎて、外部から循環路４０に大気が流入しやすくなるという問題が発生しうる。局所的な負圧が発生した場合でも大気が流入し、酸素濃度の上昇のおそれがある。そこで、本実施形態における制御装置５は、循環路４０内の圧力の変動を抑制するために、以下のような構成を有する。

（制御装置の詳細について）
制御装置５の詳細について説明する。まず、制御装置５は、排出バルブ６２の制御モードを２つのモードの間で切換可能に構成されている。１つ目の制御モードは、前述したように、圧力計５６の検出結果に基づいて排出バルブ６２の開度をフィードバック制御するフィードバックモードである。２つ目の制御モードは、酸素濃度計５５の検出結果に基づいて、供給バルブ６１の開度変更と併せて排出バルブ６２の開度変更を行う（すなわち、フィードフォワード制御を行う）フィードフォワードモードである。

フィードフォワード制御に用いられる情報について、図７を用いて説明する。前述したように、制御装置５は、記憶部５ｂ（図２参照）を有する。図７に示すように、記憶部５ｂには、循環路４０内の酸素濃度と循環路４０への窒素供給流量と排出バルブ６２の開度とが対応付けられた対応テーブルが予め記憶されている。対応テーブルは、酸素濃度の範囲に応じて（言い換えると、循環路４０内の雰囲気の変化に応じて）複数の区分に区分けされている。本実施形態では、５つの区分（図７の紙面上方から順に２００ｐｐｍ以上、１００～１９９ｐｐｍ、７０～９９ｐｐｍ、３０～６９ｐｐｍ、２９ｐｐｍ以下）に分けられている。これらの区分ごとに、窒素供給流量（供給バルブ６１の開度に応じて変わる）及び排出バルブ６２の開度が対応づけられている。対応テーブルは、予め記憶部５ｂに記憶されているが、設定部５ａ（図２参照）を操作することで数値を変更することも可能である。制御装置５は、制御モードがフィードフォワードモードであるときに、対応テーブルを参照して窒素供給流量及び排出バルブ６２の開度を決定する。これにより、循環路４０内の酸素濃度が変動したときに、供給バルブ６１の開度変更と排出バルブ６２の開度変更を同時に行うことが可能となっている。

（酸素濃度の制御の詳細）
次に、制御装置５による酸素濃度の制御の詳細について、図７～図９を用いて説明する。図８は、循環路４０内の酸素濃度の制御を示すフローチャートである。図９（ａ）は、循環路４０内の酸素濃度の時間変化を示す図である。図９（ｂ）は、循環路４０への窒素供給流量の時間変化を示す図である。図９（ｃ）は、排出バルブ６２の開度の時間変化を示す図である。図９（ｄ）は、従来の方式（フィードバック制御のみを行った場合）における排出バルブ６２の開度の時間変化を示す図である。図９（ａ）～（ｄ）の横軸は、いずれも時刻を表す。

初期状態として、例えば、酸素濃度が７０～９９ｐｐｍの範囲（図７に示す対応テーブルにおける中央の区分）に収まっており、窒素供給流量は２００ＬＰＭ（リットル毎分）となっている。また、排出バルブ６２の制御モードはフィードバックモードであり、排出バルブ６２の開度は５０％前後で微調整されている。

図８に示すように、まず、制御装置５は、酸素濃度計５５の検出結果を受信し（Ｓ１０１）、対応テーブルを参照する（Ｓ１０２）。制御装置５は、酸素濃度計５５の検出結果及び対応テーブルに基づき、循環路４０内の酸素濃度の区分が変わったかどうか（具体例として、酸素濃度が７０～９９ｐｐｍの範囲から外れたかどうか）判断する（Ｓ１０３）。酸素濃度の区分が変わっていなければ（言い換えると、循環路４０内の雰囲気の変化が小さければ）、ステップＳ１０１に戻る。酸素濃度の区分が変わり、例えば図９（ａ）に示すように、時刻ｔ１において酸素濃度が１００ｐｐｍ以上となった場合、制御装置５は、供給バルブ６１の開度を変更することで窒素供給流量を変更する。具体的には、酸素濃度１００～１９９ｐｐｍの区分（図７における紙面上方から２番目の区分）に対応付けられた値（３００ＬＰＭ）に窒素供給流量を変更する。それとともに、制御装置５は、排出バルブ６２の制御モードをフィードバックモードからフィードフォワードモードに切り換える。そして、排出バルブ６２の開度を、予め定められた値（ここでは、酸素濃度１００～１９９ｐｐｍの区分に対応づけられた値（７０％））に決定し、排出バルブ６２の開度を変更する（Ｓ１０４）。これにより、循環路４０内への窒素の供給流量と循環路４０からのガスの排出流量が同時に変更される。

制御装置５は、ステップＳ１０４の後、所定時間Ｔ（図９（ｃ）参照）が経過するまで、排出バルブ６２の制御モードをフィードフォワードモードに維持する（Ｓ１０５）。所定時間Ｔとは、供給流量及び排出流量が変更されてから、循環路４０を構成する各部（搬送室４１、帰還路４３、ＦＦＵ室４２等）のガス流量がある程度安定化されるまでの時間（循環路４０内の圧力分布がある程度均一化されるまでの時間）である。所定時間Ｔの長さは、例えば３～５秒が好ましい。所定時間Ｔは、装置の流路（循環路４０等）の形状や容積によるコンダクタンスに基づいて決定してもよく、シミュレーションソフトを用いて流体解析を行い決定してもよい。制御装置５は、所定時間Ｔが経過したときに、排出バルブ６２の制御モードをフィードフォワードモードからフィードバックモードに戻す（Ｓ１０６）。これにより、排出バルブ６２のフィードバック制御が再開される。

上述した一連の制御の具体例について、図９を用いて説明する。時刻ｔ１において、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上となったとき（図９（ａ）参照）、制御装置５は、対応テーブルに基づき、窒素供給流量を２００ＬＰＭから３００ＬＰＭに変更する（図９（ｂ）参照）。それとともに、制御装置５は、制御モードをフィードフォワードモードに切り換え、排出バルブ６２の開度を７０％に変更し、所定時間Ｔが経過するまで排出バルブ６２の開度を７０％に維持する（図９（ｃ）参照）。制御モードがフィードフォワードモードに切り換えられてから所定時間Ｔが経過したとき、制御装置５は、制御モードをフィードバックモードに戻す。

また、時刻ｔ２において、酸素濃度が１００ｐｐｍ未満に下がったとき（図９（ａ）参照）、制御装置５は、窒素供給流量を３００ＬＰＭから２００ＬＰＭに戻す（図９（ｂ）参照）。同時に、制御装置５は、排出バルブ６２の制御モードをフィードフォワードモードに切り換え、排出バルブ６２の開度を５０％に変更する（図９（ｃ）参照）。制御モードが切り換えられてから所定時間Ｔが経過したとき、制御装置５は、制御モードをフィードバックモードに戻す。以上のような制御が、制御装置５によって繰り返し行われる。

ここで、図９（ｃ）、（ｄ）を用いて、本実施形態における排出バルブ６２の開度の時間変化と、従来の方式（排出バルブ６２に対してフィードバック制御のみを行う方式）における排出バルブ６２の開度の時間変化とを比較する。従来の方式においては、例えば時刻ｔ１において窒素供給流量が変更されたとき、排出バルブ６２の開度は、圧力計５６によって圧力の変化が検出されるまでは大きく変わらず、圧力の変化が検出されてから急激に変動する（図９（ｄ）参照）。これにより、循環路４０内の圧力の変動が大きくなるという問題が生じうる。一方、本実施形態では、供給バルブ６１の開度変更と併せて排出バルブ６２の開度変更を行うフィードフォワード制御が行われる（図９（ｃ）参照）。これにより、循環路４０内の圧力変化の検出を待って排出流量を変更する場合と比べて、排出バルブ６２の開度の変動が抑制され、循環路４０内の圧力の変動が抑制される。

なお、本実施形態では、制御装置５が排出バルブ６２を制御するものとしたが、これには限られない。例えば、制御装置５と排出バルブ６２の間に、排出バルブ６２を制御する排出制御部（不図示）が電気的に介在していても良い。このような構成において、排出制御部は、通常時は排出バルブ６２の開度をフィードバック制御し、制御装置５からの指示によってフィードフォワード制御を行っても良い。つまり、排出制御部が、フィードバックモードとフィードフォワードモードとの間で制御モードを切換可能であっても良い。また、制御装置５が、酸素濃度計５５の検出結果に基づいて、制御モードの切換を指示する信号を排出制御部に送信しても良い。この構成では、制御装置５及び排出制御部が、連動することで本発明の制御部として機能する。

以上のように、循環路４０内の雰囲気の変化に応じて、排出バルブ６２の開度が、予め定められた値に決定される。これにより、排出バルブ６２の開度変更を供給バルブ６１の開度変更と同時に行うことができる。つまり、供給流量を増やすタイミングに合わせて排出流量を増やし、供給流量を減らすタイミングに合わせて排出流量を減らすことで、循環路４０内の圧力変化を待って排出流量を変更する場合と比べて、循環路４０内の圧力変動を小さくすることができる。したがって、不活性ガスの供給流量を変更したときの循環路４０内の圧力変動を抑制することができる。

また、フィードバックモードとフィードフォワードモードとを適切に切り換えることで、通常時に循環路４０内の圧力を確実に安定的に制御し、且つ、窒素の供給流量を変更したときに循環路４０内の圧力変動を効果的に抑制できる。

また、制御モードがフィードフォワードモードに切り換えられてから所定時間Ｔが経過し、循環路４０を構成する各部（搬送室４１、帰還路４３、ＦＦＵ室４２等）のガス流量がある程度安定化された後に、制御モードがフィードバックモードに戻される。したがって、窒素の供給流量を変更した後の圧力のフィードバック制御を安定させることができる。

また、記憶部５ｂに対応テーブルが記憶されており、酸素濃度の区分ごとに供給バルブ６１及び排出バルブ６２の開度の値を設定することができるため、供給流量や排出流量の調整を容易に行うことができる。

次に、前記実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

（１）前記実施形態において、制御装置５は、供給バルブ６１の開度の変更と同時に排出バルブ６２の開度を変更するものとしたが、これには限られない。供給バルブ６１の開度変更と排出バルブ６２の開度変更のタイミングは、本発明の効果が得られる範囲でずれていても良い。

（２）前記までの実施形態において、制御モードがフィードフォワードモードに切り換えられてから所定時間Ｔが経過した後に、制御モードがフィードバックモードに戻されるものとしたが、これには限られない。すなわち、制御装置５は、制御モードをフィードフォワードモードに切り換えて供給バルブ６１及び排出バルブ６２の開度を変更してから、制御モードを直ちにフィードバックモードに戻しても良い。

（３）前記までの実施形態においては、記憶部５ｂに記憶されている対応テーブルの区分の数が５つであるものとしたが、これには限られない。区分の数は、複数であればいくつでも良い。或いは、対応テーブルの代わりに、例えば酸素濃度と供給バルブ６１の開度とが対応づけられた関数、及び、酸素濃度と排出バルブ６２の開度とが対応づけられた関数が、記憶部５ｂに記憶されていても良い。

（４）前記までの実施形態においては、不活性ガスとして窒素を用いるものとしたが、これには限られない。例えば、不活性ガスとしてアルゴン等を用いても良い。

（５）前記までの実施形態においては、酸素濃度の変化を検知し、ガスの供給と排気をコントロールしたが、これに限られるものではない。例えば、湿度計５７（図２参照）によって循環路４０内の湿度（水分濃度）の変化を検知して、制御装置５が排出バルブ６２の開度を予め定められた値に決定してもよい。これにより、水分濃度の変化に応じて窒素（乾燥窒素）の供給流量を変更したときの循環路４０内の圧力変動を抑制できる。また、酸素濃度と湿度とを両方検知してコントロールしてもよい。また、他の雰囲気変化を検知してコントロールしてもよい。

１ＥＦＥＭ
５制御装置（制御部）
５ｂ記憶部
４０循環路
５５酸素濃度計（濃度検出部）
５６圧力計（圧力検出部）
６１供給バルブ
６２排出バルブ
Ｔ所定時間

Claims

不活性ガスを循環させるための循環路が形成されたＥＦＥＭであって、
前記循環路は、
搬送ロボットが配置された搬送室と、
ガスを浄化して前記搬送室に送るように構成され且つ前記搬送室に層流を形成させるように構成されたファンフィルタユニット、が配置されたＦＦＵ設置室と、
前記搬送室内のガスを前記ＦＦＵ設置室へ帰還させる帰還路と、を有し、
前記循環路に供給される前記不活性ガスの供給流量を変更可能な供給バルブと、
前記循環路から排出されるガスの排出流量を変更可能な排出バルブと、
前記循環路内の雰囲気の変化を検出する濃度検出部と、
前記循環路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記供給バルブ及び前記排出バルブを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記循環路内の圧力を大気圧よりも高い圧力に保つように前記排出バルブの開度を制御し、且つ、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記排出バルブの開度を、予め定められた値に決定することを特徴とするＥＦＥＭ。
不活性ガスを循環させるための循環路が形成されたＥＦＥＭであって、
前記循環路に供給される前記不活性ガスの供給流量を変更可能な供給バルブと、
前記循環路から排出されるガスの排出流量を変更可能な排出バルブと、
前記循環路内の雰囲気の変化を検出する濃度検出部と、
前記循環路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記供給バルブ及び前記排出バルブを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記排出バルブの開度を、予め定められた値に決定し、
前記循環路内の圧力が目標圧力に維持されるように、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記排出バルブの開度をフィードバック制御するフィードバックモードと、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて前記排出バルブの開度を決定するフィードフォワードモードと、の間で制御モードの切り換えが可能であり、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて前記供給バルブの開度を変更するときに、前記制御モードを前記フィードバックモードから前記フィードフォワードモードに切り換えることを特徴とするＥＦＥＭ。
前記制御部は、
前記制御モードが前記フィードバックモードから前記フィードフォワードモードに切り換えられた後、所定時間が経過したときに、前記制御モードを前記フィードフォワードモードから前記フィードバックモードに戻すことを特徴とする請求項２に記載のＥＦＥＭ。
前記制御部は、
前記雰囲気の変化に応じた複数の区分に区分けされ、前記区分ごとに前記供給バルブの開度及び前記排出バルブの開度が対応付けられているテーブル、を記憶している記憶部を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のＥＦＥＭ。