CN103728996B - 压力控制器及其开口度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力控制器及其开口度调节方法，属于真空设备气体压力控制技术领域，其可解决现有的APC调节真空腔室气体压力不够精确的问题。本发明的压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板，所述摆动板用于控制所述开口的开口度，其中，所述压力控制器包括光栅尺，所述光栅尺用于读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置。其开口度调节方法包括用光栅尺读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置，并根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。本发明对真空腔室气体压力的调节更为精确。

Description

压力控制器及其开口度调节方法

技术领域

本发明属于真空设备气体压力控制技术领域，具体涉及一种压力控制器及其开口度调节方法。

背景技术

在半导体和显示装置生产领域经常需要使用真空设备，真空气体是真空设备进行反应的基本条件，也是反应过程中非常重要的因素。如何精密调节和控制真空设备的压力，是真空领域的一项重要课题。

例如，在液晶显示装置生产领域，以干法刻蚀设备为例，如图1所示，一般是通过电容压力计(CapacitanceManometer，CM)对干法刻蚀设备反应腔室(ProcessChamber，PC)中的气体压力进行检测，并将检测到的压力结果转化为电信号传给自适应压力控制器(AutomaticPressureController，APC)，APC的开口处设有摆动板，摆动板设于转动轴上，APC接收信号后，通过脉冲信号驱动步进电机来控制转动轴的转动，转动轴带动摆动板摆动，从而控制APC的开口度，进而控制真空泵的排气量，实现调节控制PC压力的功能。这种通过脉冲信号控制APC开口度，也即控制PC压力的方法具有简单、准确的特点。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：针对上述控制APC开口度的方法，当转动轴随着使用时间累积而存在机械误差时，转动轴的误差在转动对象（摆动板）上会进一步放大，这样APC摆动板的转动量就会出现较大偏差，即APC开口度不精确，从而导致设备的气体压力出现偏差。另一方面，当使用CM监控反应腔室的气体压力出现偏差时，通常是通过调整APC开口度进行补偿，但当APC开口度补偿值过大，与设定值偏差达到一定程度时，APC开口度的自动补偿系统会发生报警，导致设备停机，造成产能浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的APC调节真空腔室气体压力不够精确的问题，提供一种对真空腔室气体压力调节更为精确的压力控制器及其开口度调节方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种压力控制器，其中，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板，所述摆动板用于控制所述开口的开口度，其中，所述压力控制器包括光栅尺，所述光栅尺用于读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置。

本发明的压力控制器的摆动板的不同位置相应地对应压力控制器不同的开口度，也就是对应真空腔室内的压力，而光栅尺可根据莫尔条纹的数量能够精确地对摆动板的位置进行测量，因此，可通过调节控制摆动板的位置实现对真空腔室内的气体压力的精确控制。

优选的是，所述光栅尺包括标尺光栅和光栅读数头，所述光栅读数头安装在所述摆动板上，用于根据与所述标尺光栅的位置读取莫尔条纹图案，以确定所述摆动板的位置；所述标尺光栅设置于所述真空腔室的壁面上，且与所述光栅读数头运动所经过的轨迹在投影方向上至少部分重合。

进一步的优选的是，所述光栅读数头设置于所述摆动板的边缘且位于所述摆动板的转动中心所在的轨迹上。

更进一步的优选的是，所述标尺光栅的起始位置与所述开口完全关闭状态时所述光栅读数头所在的位置相对应；所述标尺光栅的终点位置与所述开口完全打开状态时所述光栅读数头所在的位置相对应。

优选的是，所述压力控制器还包括用于调节所述摆动板位置的位置调节单元，所述位置调节单元用于将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置上。

进一步优选的是，所述位置调节单元包括步进电机。

优选的是，所述压力控制器还包括气体压力计，用于检测反应腔室的气体压力。

进一步优选的是，所述气体压力计为电容压力计。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种压力控制器开口度调节方法，其中，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板，所述摆动板用于控制所述开口的开口度，所述压力控制器包括光栅尺，所述调节方法包括：

用光栅尺读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置，并根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

本发明的压力控制器的调节方法使用光栅尺对压力控制器的摆动板的位置进行精确测量，因此，所述调节方法具有对真空腔室的气体压力调节准确的优点。

优选的是，所述光栅尺包括标尺光栅和光栅读数头，所述光栅读数头安装在所述摆动板上，用于根据与所述标尺光栅的位置读取莫尔条纹图案，以确定所述摆动板的位置；所述标尺光栅设置于所述真空腔室的壁面上，且与所述光栅读数头运动所经过的轨迹在投影方向上至少部分重合，所述根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置包括：

根据光栅读数头显示的莫尔条纹图案与真空腔室内所需气体压力对应关系确定所述摆动板的位置，以将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

优选的是，所述调节摆动板的位置是：通过步进电机对摆动板的位置进行调节。

优选的是，所述压力控制器的开口度调节方法还包括如下步骤：

使用气体压力计对真空腔室的气体压力进行检测。

附图说明

图1为现有的真空腔室内气体压力调节的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的光栅尺的结构示意图；

图3为本发明的实施例1的莫尔条纹的结构示意图；

图4为本发明的实施例1和2的压力控制器开口度测试系统的示意图；

图5为本发明的实施例1和2的摆动板完全关闭压力控制器开口的结构示意图；

图6为本发明的实施例1和2的摆动板部分打开压力控制器开口的结构示意图；

图7为本发明的实施例1和2的摆动板完全打开压力控制器开口的结构示意图；

图8为本发明的实施例2的压力控制器开口度和真空腔室内气体压力值对应关系的示意图。

其中附图标记为：1、光源；2、透镜；3、标尺光栅；4、指示光栅；5、光敏元件；6、控制电路；7、摆动板；8、光栅读数头；9、转动轴；10、压力控制器开口；O、压力控制器开口关闭时摆动板的中心位置；O′、压力控制器开口完全打开时摆动板的中心位置；A、压力控制器开口关闭时光栅读数头的位置；A′、压力控制器开口完全打开时光栅读数头的位置。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种压力控制器，其适用于半导体、液晶显示装置以及其他生产领域的真空设备的压力控制调节。结合图2至图7所示，其中，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板7，所述摆动板7用于控制所述开口的开口度，其中，所述压力控制器包括光栅尺，所述光栅尺用于读取莫尔条纹图案（也即莫尔条纹的数量）以确定所述摆动板7的位置。

具体地，光栅尺是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，如图2所示，优选的，光栅尺包括标尺光栅3和用于读取莫尔条纹图案的光栅读数头8。光栅读数头包括光源1、透镜2、指示光栅4、光敏元件5和控制电路6。光源1发出的辐射光线，经过透镜2后变成平行光束，照射在标尺光栅3上。这样，当光栅读数头8相对于标尺光栅3移动时，指示光栅4便在标尺光栅3上移动，进而形成物理上的莫尔条纹图案，莫尔条纹图案如图3所示。莫尔条纹的公式为：W=ω/2*Sin(θ/2)，一般θ都很小，故该公式可简化为：W=ω/θ，该公式中W为莫尔条纹宽度，ω为光栅栅距，θ为栅线角。光栅读数头8相对于标尺光栅3的相对移动使透射光强度发生变化，也就是莫尔条纹图案会发生变化，光敏元件5可将这种光强变化信号转换成周期性变化的电信号，然后控制电路6对电信号的变化进行计算以获得标尺光栅3与指示光栅4的相对移动量，即两者的相对位置变化量。

图4示出了压力控制器开口度的测试系统，圆弧AA′所示为摆动板7的转动运动总量，A点为压力控制器开口关闭时光栅读数头的位置，可作为摆动板7初始状态光栅读数头8所在的位置，作为起始点，A′压力控制器开口完全打开时光栅读数头的位置，可作为终点，O为压力控制器关闭时摆动板的中心位置，O′为压力控制器完全打开时摆动板的中心位置。

优选的，参照图4所示，图中的刻度线即为标尺光栅3的光刻度线，该刻度线印制在与压力控制器摆动板7正对且平行的真空腔室的壁面上，刻度线的作用相当于光栅尺中的标尺光栅3。可将光栅读数头8安装在摆动板7上，用于根据光栅读数头8与标尺光栅3（即图中刻度线）所在的位置读取莫尔条纹图案，从而确定指示光栅4与标尺光栅5的相对位置，进而确定摆动板7的位置；标尺光栅3设置于真空腔室的壁面上，且与光栅读数头8运动所经过的轨迹在投影方向上至少部分重合。进一步的优选的，可将光栅读数头8设置于摆动板7的边缘且位于摆动板7的转动中心所在的轨迹上。

更进一步的优选的，标尺光栅（即刻度线）的起始位置与摆动板7初始状态光栅读数头8所在的位置（即图中A位置）相对应，标尺光栅的终点位置与开口完全打开状态光栅读数头8所在的位置（即图中A′位置）相对应。

这样，当压力控制器摆动板7绕转动轴9转动时，A位置的光栅读数头8对真空腔室的壁面上的标尺光栅3进行扫描，即形成标尺光栅3和指示光栅4的相对移动，光栅读数头8中的光敏元件5采集两种光栅形成的莫尔条纹信号并进行光电转换，由控制电路电路6获取摆动板7的实际转动量。也即是由光栅读数头8根据与所述标尺光栅3的位置读取莫尔条纹图案，以确定所述摆动板7的位置。

此种设置方式使光栅读数头8的运动轨迹与标尺光栅3的位置对应，即可方便确定指示光栅4与标尺光栅3的相对位移，从而便于确定摆动板7的位置。

可以理解的是，设定的光栅数越多(即光刻度线最小单位越小)，可以采集到的莫尔条纹数就越多(即可以设定的莫尔条纹数越多)，控制转动量的精度越高；另一方面，当栅线角越小，由莫尔条纹公式可知，莫尔条纹宽度越大，光敏元件5采集的精度越高，测量转动量的精度也越高。

优选的，所述压力控制器还包括用于调节所述摆动板7位置的位置调节单元，所述位置调节单元用于将摆动板7调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置上。

进一步优选的，所述位置调节单元包括步进电机。使用步进电机对摆动板7的位置进行调节，调节较为快捷方便。

优选的，所述压力控制器还包括气体压力计，用于检测反应腔室的气体压力。

进一步优选的，所述气体压力计为电容压力计。使用气体压力计能够及时地对真空腔室内的气体压力进行检测和实时反馈检测结果，从而能够及时地监控气体压力的情况是否符合生产要求。

本实施例的压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，压力控制器包括光栅尺和摆动板7，摆动板7设于压力控制器与真空泵连接的开口处，摆动板7的不同位置相应地对应压力控制器不同的开口度，而不同开口度对应真空腔室不同的压力。光栅尺根据莫尔条纹的数量能够精确地对摆动板7的位置进行测量，进而可以实现对压力控制器摆动板7的转动量的精确控制，也即实现对真空腔室气体压力的精确控制，而非通过控制摆动板7的转动轴9来达到控制摆动板7的转动量，这样，就可以很大程度上减小转动轴9的误差对摆动板7造成的误差放大作用。因此，运用光栅尺技术能更加精确控制压力控制器的开口度的大小，能够保证真空设备的气体压力严格符合真空反应要求的设定值，并且控制压力控制器开口度时产生的误差小，且没有误差累积的特点，可以避免由于压力控制器开口度偏差过大而发生自动补偿系统报警，减少设备停机，提高设备的稼动率。

实施例2：

本实施例提供一种压力控制器开口度调节方法，可用于对真空腔室气体压力进行控制。其中，如图4至图8所示，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板7，所述摆动板7用于控制所述开口的开口度，所述压力控制器包括光栅尺，所述光栅尺用于读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板7的位置。

根据实施例1中描述的光栅尺的工作原理，压力控制器开口度的调节方案为：首先，建立压力控制器开口度和莫尔条纹图案之间的对应关系。摆动板7一定的位置与一定的莫尔条纹图案对应，而摆动板7一定的位置又与压力控制器一定的开口度相对应，即一定的压力控制器开口度和一定的莫尔条纹图案对应。

然后，应用光栅尺计数莫尔条纹的个数来精确测量压力控制器摆动板7的位置，再通过调节摆动板7的位置，控制压力控制器开口度（压力控制器一定的开口度又与真空腔室的一定的气体压力对应）的大小，从而控制真空泵的抽排能力，进而实现对真空腔室内的气体压力的精确控制。

下面对压力控制器的开口度又与真空腔室的气体压力对应的对应关系进行说明。例如，设定压力控制器开口度的范围是0～1000，则可以相对应地设定压力控制器摆动板7的位置范围（以转动角度表示）是θ1～θ2，莫尔条纹数的范围是0～10000。其中，对于压力控制器开口度的范围，如图5所示，0代表压力控制器的摆动板7是完全关闭压力控制器开口10的状态，此时真空泵不执行抽排功能；如图7所示，1000代表压力控制器摆动板7是完全打开压力控制器开口10的状态，此时真空泵以最大能力执行抽排功能；如图6所示，当压力控制器开口度处于0～1000之前的范围时，压力控制器摆动板7是部分打开压力控制器开口10的状态，此时真空泵的抽排能力介于最小和最大之间，抽排能力不同，真空设备的PC中会保持不同的压力值。其中，附图8示出了压力控制器开口度和真空腔室内气体压力值的对应关系，当压力控制器开口度为0时，真空泵无抽排能力，真空设备中的压力可达到最大；当压力控制器开口度为1000，即压力控制器全开时，真空泵抽排能力最强，真空设备中的压力趋近于零；当压力控制器开口度由0到1000变化时，真空设备的压力呈近似指数衰减的趋势，当压力控制器开口度达到一定程度时，真空设备的压力变化趋近于不变。

本实施例提供的压力控制器开口度的调节方法，下面结合上面描述的压力控制器开口度和一定的莫尔条纹图案对应关系以及压力控制器的开口度与真空腔室气体压力的对应关系进行说明，所述调节方法具体包括如下步骤：

用光栅尺读取莫尔条纹图案以确定摆动板的位置，并根据摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

优选的，所述光栅尺包括标尺光栅3和光栅读数头8，所述光栅读数头8安装在所述摆动板7上，用于根据与所述标尺光栅3的位置读取莫尔条纹图案，以确定所述摆动板7的位置；所述标尺光栅3设置于所述真空腔室的壁面上，且与所述光栅读数头8运动所经过的轨迹在投影方向上至少部分重合。其中，所述根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置包括：

根据光栅读数头8显示的莫尔条纹图案与真空腔室内所需气体压力对应关系确定所述摆动板7的位置，以将摆动板7调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

优选的，所述调节摆动板7的位置是通过步进电机对摆动板7的位置进行调节。使用步进电机对摆动板7的位置进行调节，调节较为快捷方便。

优选的，所述压力控制器开口度的调节方法还包括如下步骤：

使用气体压力计对真空腔室的气体压力进行监控。气体压力计可以是气体压力表或电容压力计等测量气体压力的仪器，使用气体压力计能够及时地对真空腔室内的气体压力进行检测和实时反馈检测结果，从而能够及时地监控气体压力的情况是否符合生产要求。

本实施例的压力控制器开口度的调节方法使用光栅尺对压力控制器的摆动板7的位置进行精确测量，调节摆动板7的位置，进而实现对真空腔室内的气体压力的调节和控制。并且，所述调节方法具有对真空腔室的气体压力控制准确的优点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种压力控制器，其中，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板，所述摆动板用于控制所述开口的开口度，其特征在于，还包括光栅尺，所述光栅尺用于读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置；

所述光栅尺包括标尺光栅和光栅读数头，所述光栅读数头安装在所述摆动板上，用于根据与所述标尺光栅的位置读取莫尔条纹图案，以确定所述摆动板的位置；所述标尺光栅设置于所述真空腔室的壁面上，且与所述光栅读数头运动所经过的轨迹在投影方向上至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的压力控制器，其特征在于，所述光栅读数头设置于所述摆动板的边缘且位于所述摆动板的中心在摆动板摆动过程中所经过的轨迹上。

3.根据权利要求2所述的压力控制器，其特征在于，所述标尺光栅的起始位置与所述开口完全关闭状态时所述光栅读数头所在的位置相对应；所述标尺光栅的终点位置与所述开口完全打开状态时所述光栅读数头所在的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的压力控制器，其特征在于，所述压力控制器还包括用于调节所述摆动板位置的位置调节单元，所述位置调节单元用于将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置上。

5.根据权利要求4所述的压力控制器，其特征在于，所述位置调节单元包括步进电机。

6.根据权利要求1所述的压力控制器，其特征在于，所述压力控制器还包括气体压力计，用于检测真空腔室的气体压力。

7.根据权利要求6所述的压力控制器，其特征在于，所述气体压力计为电容压力计。

8.一种压力控制器开口度的调节方法，其中，所述压力控制器连接在真空泵与真空腔室之间，且在所述压力控制器与真空泵连接的开口处设有摆动板，所述摆动板用于控制所述开口的开口度，所述压力控制器包括光栅尺，所述调节方法包括：

用光栅尺读取莫尔条纹图案以确定所述摆动板的位置，并根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

9.根据权利要求8所述的压力控制器开口度调节方法，其特征在于，所述光栅尺还包括用于读取莫尔条纹图案的光栅读数头，所述根据所述摆动板的位置将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置包括：

根据光栅读数头显示的莫尔条纹图案与真空腔室内所需气体压力对应关系确定所述摆动板的位置，以将摆动板调节到与真空腔室内所需气体压力对应的位置。

10.根据权利要求9所述的压力控制器开口度调节方法，其特征在于，所述调节摆动板的位置是：通过步进电机对摆动板的位置进行调节。

11.根据权利要求8所述的压力控制器开口度调节方法，其特征在于，所述压力控制器的调节方法还包括如下步骤：

使用气体压力计对真空腔室的气体压力进行检测。