DE112005000473T5 - System und Verfahren zur Druckregelung in entfernt angeordneten Zonen - Google Patents

System und Verfahren zur Druckregelung in entfernt angeordneten Zonen Download PDF

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Abstract

System zur Steuerung oder Regelung der Strömungsmittel-Strömung durch i Leitungen, wobei die i Leitungen jeweils über Rohrleitungen mit i Zonen verbindbar sind, und wobei i = 1, 2, ..., N ist, wobei das System Folgendes umfasst:
zumindest ein Ventil in jeder der i Leitungen;
einen Druckwandler, der betriebsmäßig mit jeder i Leitungen verbunden ist;
eine erste Eingabe-Einrichtung zum Empfang von Eigenschaften des Systems;
eine Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung, die mit den Druckwandlern und der ersten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert ist, dass sie für jede der i Leitungen einen gemessenen Druck in der Strömungsmittel-Leitung i von dem Druckwandler empfängt, von der ersten Eingabe-Einrichtung Eigenschaften des Systems empfängt und einen Druck-Abschätzwert für die Zone i berechnet;
eine zweite Eingabe-Einrichtung zum Empfang eines Druck-Sollwertes für jede der i Zonen;
eine Steuereinrichtung, die mit den Ventilen der Leitungen i, der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung und der zweiten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert ist,...

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Druck-Steuer- und Regelsysteme und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Druckbeaufschlagung und zum Evakuieren von an einer entfernt liegenden Stelle angeordneten Kammern oder Zonen, wie zum Beispiel entfernt angeordneten Zonen, die sich in Halbleiter-Bearbeitungs-Ausrüstungen finden. Die entfernt angeordneten Zonen können starre Wände oder flexible Wände haben, und sie können miteinander gekoppelt sein oder nicht.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Viele Maschinen und Ausrüstungen schließen Kammern oder Zonen ein, die im Betrieb der Ausrüstung mit Druck beaufschlagt oder evakuiert werden. Wie dies hier erläutert wird, ist eine Zone äquivalent zu einem eingeschlossenen Volumen. Die entfernt angeordneten oder fernliegenden Zonen können flexible Wände oder starre Wände aufweisen, und sie können miteinander gekoppelt sein oder nicht.
  • Die Kopplung zwischen den verschiedenen Zonen kann eine volumetrische Kopplung umfassen, die auftritt, wenn die Zonen-Wände flexibel sind und eine Zone sich ausdehnt und gegen eine andere Zone drückt. Eine Auslass-Kopplung tritt auf, wenn ein Vakuum-Druck, der mit der Zone verbunden ist, schwankt, was eine Änderung von Auslass-Strömungen hervorruft und zu Strömungs-Übergängen führt. Eine Einlass-Kopplung tritt auf, wenn eine erhebliche plötzliche Einströmung in einem Verteiler auftritt, was zu einem Abfall des Leitungsdrucks (Übergangsverhalten) führt, der alle anderen Zonen beeinflusst, die aus der gleichen Quelle gespeist werden.
  • Chemisch-mechanische Polier-(CMP-)Maschinen sind Beispiele von Maschinen, die Zonen einschließen, die im Gebrauch mit Druck beaufschlagt oder evakuiert werden. CMP ist ein Verfahren zur Einebnung von Substraten, insbesondere von Silizium-Halbleiter-Scheiben, als Teil des Halbleiter-Herstellungsprozesses. Derartige Substrate werden im allgemeinen durch die aufeinanderfolgende Abscheidung von leitenden, halbleitenden oder Isolierschichten und das nachfolgende Ätzen der Schichten zur Erzeugung von Schaltungs-Merkmalen erzeugt. Wenn eine Serie von Schichten aufeinanderfolgend abgeschieden und geätzt wird, wird die äußerste oder oberste Oberfläche des Substrates zunehmend nicht-planar. Es besteht daher eine Notwendigkeit, periodisch die Substrat-Oberfläche einzuebnen.
  • Das Einebnungs-Verfahren erfordert typischerweise, dass das Substrat auf einem Träger oder einem Polier-Kopf einer CMP-Maschine befestigt wird. Die freiliegende Oberfläche des Substrates wird gegen ein rotierendes Polierkissen des Träger-Kopfes zur Anlage gebracht, und der Träger-Kopf liefert einen steuerbaren Druck auf das Substrat, um es gegen das Polierkissen zu drücken. Ein Polierschlamm, der zumindest ein chemisch reagierendes Mittel und in vielen Fällen Schleifmittel einschließt, wird der Oberfläche des rotierenden Polierkissens zugeführt.
  • Innenliegende Kammern oder Zonen eines typischen Träger-Kopfes werden zumindest teilweise durch elastische Bälge gebildet, die sich bei einer Druck-Beaufschlagung der Zonen ausdehnen, und die sich zusammenziehen, wenn ein Vakuum durch ein Evakuieren innerhalb der Zonen erzeugt wird. Beispielsweise kann die Druck-Beaufschlagung einer Zone in dem Träger-Kopf dazu verwendet werden, ein Substrat gegen ein rotierendes Polierkissen zu drücken, während die Erzeugung eines Vakuums in der Zone dazu verwendet werden kann, eine Saugkraft zum Festhalten des Substrates gegen den Träger-Kopf während der Überführung des Substrates zu und von dem Polierkissen zu schaffen. Der Druck in jeder Zone kann derart gesteuert werden, dass das Polierkissen eine gewünschte Kraft auf das von dem Träger-Kopf gehaltene Substrat ausübt.
  • Ein pneumatisches Steuer- oder Regelsystem zur Steuerung oder Regelung des Druckes innerhalb der fern liegenden Zonen des Träger-Kopfes kann Strömung-Steuerleitungen mit Druck-Wandlern und steuerbaren Ventilen einschließen. Die Strömungs-Steuerleitungen des pneumatischen Regelsystems können mit den Zonen des Träger-Kopfes über relativ lange Schlauch- oder Rohrleitungen verbunden sein, beispielsweise mit einer Länge von einem Meter oder mehr. Das pneumatische Steuer- oder Regelsystem verbindet die Zonen des Träger-Kopfes mit zumindest einer Vakuum-Quelle und zumindest einer Druck-Quelle, und es ist in geeigneter Weise mit einem Computer verbunden, der so programmiert ist, dass er Messungen von dem Druck-Wandler empfängt und Befehle an die Ventile liefert, um alternativ die fern liegenden Zonen des Träger-Kopfes mit der Vakuum-Quelle und der Druck-Quelle zu verbinden und somit pneumatisch den Träger-Kopf mit Leistung zu versorgen.
  • Ein Problem, das sich bei dem pneumatischen Steuer- oder Regelsystem des Standes der Technik ergibt, beruht darauf, dass das System ausschließlich auf dem Druck beruht, der von den Wandlern gemessen wird, die in den Strömungs-Steuerleitungen des pneumatischen Steuer- oder Regelsystems angeordnet sind. Die Wandler können lediglich den Druck in dem System und nicht in den an einer entfernten Stelle angeschlossenen Zonen des Träger-Kopfes messen. Als Ergebnis nimmt das Steuer- oder Regelsystem an, dass die Drücke in dem pneumatischen Steuer-System die gleichen sind, wie in den entfernt angeschlossenen Zonen des Träger-Kopfes. Dies ist natürlich nicht der Fall, wenn örtliche Druckschwankungen in dem pneumatischen Steuer- oder Regelsystem auftreten, was zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens des Systems führt.
  • Was immer noch erwünscht ist, ist daher ein neues und verbessertes Druck-Steuer- oder Regelystem und Druck-Steuer- oder Regelverfahren, das ohne Beschränkung hierauf für die Druckbeaufschlagung und Evakuierung von einer entfernten Stelle angeschlossenen Zonen verwendbar ist, wie zum Beispiel die Kammern eines CMP-Träger-Kopfes, und das die Tatsache kompensiert, dass Druckmessungen in Leitungen vorgenommen werden, die entfernt von den Zonen angeschlossen sind. Vorzugsweise kann das neue und verbesserte pneumatische Steuer- oder Regelsystem zur Druckbeaufschlagung und zum Evakuieren eines Mehrzonen-Systems verwendet werden, bei dem die Zonen starre oder flexible Wände aufweisen und bei dem die Zonen miteinander gekoppelt sind oder nicht.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ergibt eine Modell-basierte Druck-Beobachtungs-Einrichtung, die mit irgendeiner Druck-Steuer- oder Regellösung für ein Mehrzonen-System verwendet werden kann, wobei sich die Anzahl von Zonen von i = 1 bis N ändern kann. Weiterhin können diese Zonen starre oder flexible Wände aufweisen, und die Zonen können miteinander gekoppelt sein oder nicht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Steuerung oder Regelung einer Strömungsmittel-Strömung durch i Leitungen geschaffen, bei dem die i Leitungen jeweils über Rohrleitungen mit i Zonen verbindbar sind, und bei dem i = 1, 2, ..., N ist. Das System schließt zumindest ein Ventil und einen Druckwandler in jeder der i Leitungen, eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ventile und eine Zonendruck-Abschätz-Einrichtung zum Abschätzen der Drücke in den i Zonen ein.
  • Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung ist mit den Druckwandlern und einer ersten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert, dass sie einen gemessenen Druck (Pb) in der Strömungsleitung von dem Druckwandler empfängt, von der ersten Eingabe-Einrichtung Konstanten (Ctube,i und τtube,j), die der Rohrleitung zugeordnet sind, die die Leitungen oder Zonen verbindet, ein Volumen (Vz,i) jeder Zone, ein Anfangsvolumen (Vz0,i) jeder Zone unter Standard-Temperatur- und Druck-Bedingungen (STP), eine Volumen-Ausdehnungs/Zusammenziehungs-Zeitkonstante (τv), einen Ausdehnungs-/Zusammenziehungs-Koeffizienten (γii) der Zone i und einen Kopplungs-Koeffizienten (γij), zwischen einer Zone i und einer Zone j empfängt, und eine n-te Probe des abgeschätzten Druckes der Zone i berechnet, worin n zeitabhängig ist und der abgeschätzte Druck entsprechend den nachfolgend ausführlich beschriebenen Gleichungen berechnet wird.
  • Die Steuereinrichtung ist mit den Ventilen der Leitungen, der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung und einer zweiten Eingabe-Einrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung ist so programmiert, dass sie einen n-ten-Sollwert für jede der i Zonen von der zweiten Eingabe-Einrichtung empfängt und die n-te Probe des abgeschätzten Druckes für jede der i Zonen von der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung empfängt. Die Steuereinrichtung ist weiterhin so programmiert, dass sie den n-ten Druck-Sollwert für jede der i Zonen mit der n-ten Abtastprobe des Zonen-Druck-Abschätz-Wertes vergleicht, und wenn die n-te Abtastprobe nicht gleich dem n-ten Sollwert ist, das Ventil betätigt, bis die Abtastprobe gleich dem Sollwert ist.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden alle die Zonen des Mehrzonen-Systems aus einer einzigen Quelle gespeist und in einen einzigen Vakuum-Auslass entleert, wobei die Volumen der Zonen sich ausdehnen und zusammenziehen können und die Volumen der Zonen miteinander in Wechselwirkung treten (gegeneinander Drücken).
  • Unter anderen Gesichtspunkten und Vorteilen der vorliegenden Erfindung kann das System ohne Einschränkung auf die Druckbeaufschlagung und Evakuierung von an einer entfernten Stelle angeschlossenen mehrfachen Zonen verwendet werden, wie zum Beispiel die Kammern eines CMP-Träger-Kopfes. Das System kompensiert die Tatsache, dass die Druckmessungen in Leitungen gewonnen werden, die an einer entfernten Stelle mit den Zonen verbunden sind, und es kann zur Druckbeaufschlagung und zum Evakuieren eines Mehrzonen-Systems verwendet werden, bei dem die Zonen starre oder flexible Wände aufweisen, und bei dem die Zonen miteinander gekoppelt sind oder nicht.
  • Zusätzliche Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lediglich zu Erläuterungszwecken gezeigt und beschrieben ist. Wie dies zu erkennen ist, ist die vorliegende Erfindung für andere und unterschiedliche Ausführungsformen geeignet, und ihre verschiedenen Einzelheiten können in verschiedenartiger naheliegender Weise modifiziert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollten die Zeichnungen und die Beschreibung lediglich als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen durchgehend gleiche Elemente darstellen, und in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung ist, die ein Ausführungsbeispiel eines Systems und Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Steuerung oder Regelung eines pneumatischen Steuer- oder Regelsystems zeigt, das eine Vakuum-Quelle und eine Druck-Quelle mit entfernt angeordneten Zonen einer Maschine, wie zum Beispiel einer chemisch-mechanischen Planier-(CMP-)Maschine, verbindet;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verteilers des Systems nach 1 ist, das Strömungs-Steuerleitungen einschließt, die so gezeigt sind, das sie die Vakuum- und Druck-Quellen mit den entfernt angeordneten Zonen verbinden, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel miteinander gekoppelt sind;
  • 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Beispiels einer CMP-Maschine ist, die entfernt angeordnete Zonen einschließt, die über eine Drehkupplung mit dem pneumatischen Steuer- oder Regelsystem nach 1 verbunden sind; und
  • 4 bis 7 graphische Darstellungen sind, die die Druck-Ansprechzeiten für verschiedene Volumen und Drücke für das pneumatische Steuer- oder Regelsystem nach 1 und ein pneumatisches Steuer- oder Regelsystem nach dem Stand der Technik zeigen.
  • Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 100, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, zur Steuerung eines pneumatischen Verteilers 110, der eine Vakuum-Quelle 30 und eine Druck-Quelle 40 mit entfernt liegenden Zonen Zi einer Maschine, wie zum Beispiel einer chemisch-mechanischen Planier-(CMP-)Maschine 10 verbindet, wobei i = 1 bis N ist. Die Zonen Zi können starre oder flexible Wände aufweisen, und die Zonen Zi können gekoppelt sein oder nicht.
  • Zusätzlich zu dem Verteiler 110 schließt das System 100 nach 1 eine Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 und eine Steuer- oder Regeleinrichtung 130 ein. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 und die Steuer- oder Regeleinrichtung 130 umfassen beide Computer, die getrennt vorgesehen sein können, oder die als eine integrierte Einheit vorgesehen sein können. Beispielsweise kann die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 der vorliegenden Erfindung als ein getrenntes Gerät vorgesehen und zu einem vorhanden Druck-Steuer- oder Regel-System als ein „Nachrüst"-Teil hinzugefügt werden, oder sie könnte als eine integrierte Einheit mit der Steuer- oder Regeleinrichtung 130 in einem neu hergestellten Druck-Steuer- oder Regel-System vorgesehen sein.
  • Wie dies in 2 gezeigt ist schließt der System-Verteiler 110 Strömungs-Steuerleitungen „bi" ein, worin i = 1 bis N ist und der Anzahl von entfernt angeordneten Zonen Zi entspricht. Die Strömungs-Steuerleitungen bi sind zwischen einem Einlass-Verteiler „L" und einem Verteiler „man" angeschlossen, der ein Venturi-Elemtent aufweist, und sie verbinden die Vakuum-Quelle 30 und die Druck-Quelle 40 mit den entfernt angeordneten Zonen Zi. Jede Strömungs-Steuerleitung bi schließt ein Einlass-Ventil 112 zum Verbinden der Druck-Quelle 40 mit den entfernt angeordneten Zonen Zi, einen Druckwandler 114 zum Messen des Druckes in den Strömungs-Steuerleitungen bi und ein Auslass-Ventil 116 zum Verbinden der entfernt angeordneten Zonen zi mit der Vakuum-Quelle 30 ein.
  • Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 nach 1 ist so programmiert, dass sie Druckmessungen von den Wandlern 114 des System-Verteilers 110 empfängt, wie dies in 2 gezeigt ist, und physikalische Parameter des Systems 100 empfängt. Die physikalischen Parameter können über eine erste Eingabe-Einrichtung 122 gemäß 1 durch einen Benutzer eingegeben werden. Die Eingabe-Einrichtung 122 kann beispielsweise eine Tastatur, eine Maus und einen Monitor umfassen. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 ist weiterhin so programmiert, dass sie die Druckmessungen und die physikalischen Parameter verwendet, um Druck-Abschätz-Werte für jede Zone Zi unter Verwendung eines nachfolgend ausführlicher beschriebenen Algorithmus zu berechnen und zu liefern.
  • Die System-Steuer- oder Regeleinrichtung 130 nach 1 ist so programmiert, dass sie die Zonen-Druck-Abschätz-Werte von der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 empfängt und Druck-Sollwerte für jede der entfernt angeordneten Zonen Zi empfängt und die Zonen-Druck-Abschätz-Werte und die Druck-Sollwerte dazu verwendet, um die Ventile 112, 116 des System-Verteilers 110 zu steuern, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Druck-Sollwerte können von einem Benutzer unter Verwendung einer zweiten Eingabe-Einrichtung (oder der ersten Eingabe-Einrichtung) eingegeben werden, und/oder sie können durch eine Steuer-Einrichtung 20 der Verarbeitungs-Maschine 10 eingegeben werden, wie dies in 1 gezeigt ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach 2 werden alle Zonen Zi aus einer einzigen Druck-Quelle 40 gespeist und in einen einzigen Vakuum-Auslass 30 entlastet. Die entfernt angeordneten Zonen Zi weisen Volumina auf, die sich ausdehnen und zusammenziehen können, und die Volumen der Zonen Zi stehen miteinander in Wechselwirkung (sie drücken gegeneinander).
  • Als ein Beispiel einer Verwendung für das System der vorliegenden Erfindung zeigt 3 das pneumatische Steuer- oder Regelsystem 100 nach 1 in Verbindung mit einer Drehkupplung 18 eines Träger-Kopfes 16 einer CMP-Maschine. Der Träger-Kopf 16 dreht sich unabhängig um seine eigene Achse und weist eine Träger-Antriebswelle 12 auf, die einen Dreh-Antriebsmotor 14 mit dem Träger-Kopf 16 verbindet. Die Drehkupplung 18 befindet sich an der Oberseite des Antriebsmotors 14 und koppelt Strömungsmittel-Leitungen Fi mit Kanälen Ci in der Antriebswelle 12, wobei i = 1 bis N entsprechend der Anzahl von entfernt angeordneten Zonen Zi ist. Die Kanäle Ci sind ihrerseits jeweils mit den entfernt angeordneten Zonen Zi verbunden, die in dem Träger-Kopf enthalten sind.
  • Obwohl dies nicht ausdrücklich gezeigt ist, sind die entfernt angeordneten Zonen Zi des Träger-Kopfes 16 zumindest teilweise durch elastische Bälge gebildet, die sich ausdehnen, wenn die Zonen Zi mit Druck beaufschlagt werden, und die sich zusammenziehen, wenn ein Vakuum in den Zonen Zi erzeugt wird. Beispielsweise kann die Druck-Beaufschlagung einer Zonen Zi in dem Träger-Kopf 16 dazu verwendet werden, ein Substrat gegen ein rotierendes Polierkissen zu drücken, während die Erzeugung eines Vakuum in der Zone Zi dazu verwendet werden kann, eine Saugkraft zum Festhalten des Substrates gegen den Träger-Kopf 16 während der Überführung des Substrates zu und von dem Polierkissen zu erzeugen. Weiterhin kann der Druck in jeder Zone Zi so geregelt werden, dass das Polierkissen eine gewünschte Kraft auf das Substrat ausübt, das von dem Träger-Kopf 16 gehalten wird. Das pneumatische Regel-System 100 verbindet die Strömungsmittel-Leitungen Fi, die sich von der Drehkupplung 18 aus erstrecken, mit der Vakuum-Quelle 30 und der Druck-Quelle 40, und die Steuer- oder Regel-Einrichtung 130 des Systems 100 ist so programmiert, dass es die steuerbaren Ventile 112, 116 so betätigt, das alternativ die entfernt angeordneten Zonen Z1 des Träger-Kopfes 16 mit der Vakuum-Quelle 30 und der Druck-Quelle 40 verbunden werden, wodurch der Träger-Kopf 16 pneumatisch mit Leistung versorgt wird.
  • Ein Problem, das sich bei dem pneumatischen Steuer- oder Regel-System des Standes der Technik ergibt, besteht darin, dass das System ausschließlich auf dem Druck beruht, der von den Wandlern 114 gemessen wird, die in dem Strömungsmittel-Steuerleitungen bi des Verteilers 110 angeordnet sind. Die Wandler 114 in den Strömungsmittel-Steuerleitungen bi können jedoch lediglich den Druck in diesen Leitungen und nicht in den entfernt angeschlossenen Zonen Zi des Träger-Kopfes 16 messen. Als Ergebnis nimmt das Steuer- oder Regel-System 130 an, dass die Drücke in den Strömungsmittel-Steuerleitungen bi die gleichen sind, wie in den an der entfernten Stelle angeschlossenen Zonen Zi des Träger-Kopfes 16. Dies ist eindeutig nicht der Fall, wenn örtliche Druckschwankungen in den Strömungsmittel-Steuerleitungen bi auftreten, was zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung des System-Betriebsverhaltens führen kann.
  • Die vorliegende Erfindung ergibt ein neues und verbessertes Druck-Steuer- oder Regelsystem 100, das ohne Beschränkung hierauf zur Druckbeaufschlagung und Evakuierung von an einer entfernten Stelle angeschlossenen Zone Zi einer Halbleiter-Verarbeitungs-Ausrüstung verwendet werden kann, wie zum Beispiel eines CMP-Träger-Kopfes 16, und das Druckmessungen kompensiert, die in den Strömungsmittel-Steuerleitungen bi an einer von den Zonen Zi entfernt angeordneten Stelle gemessen werden. Das neue und verbesserte pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 kann zur Druck-Beaufschlagung und zum Evakuieren eines Mehrzonen-Systems verwendet werden, wobei sich die Anzahl von Zonen Zi von i = 1 bis i = N ändern kann. Zusätzlich kann das neue und verbesserte pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 mit an einer entfernten Stelle angeschlossenen Zonen Zi verwendet werden, die starre oder flexible Wände aufweisen, und die miteinander gekoppelt sind oder nicht.
  • Die Kopplung zwischen den verschiedenen Zonen Zi kann auf drei Arten erfolgen. Eine volumetrische Kopplung an der Zone erfolgt aufgrund der Volumen-Ausdehnung/Zusammenziehung und der Volumen-zu-Volumen-Wechselwirkung. Die Wechselwirkung würde beispielsweise dadurch auftreten, dass sich eine Zone ausdehnt und gegen eine andere Zone drückt, wodurch der Druck in der zweiten Zone vergrößert wird. In diesem Fall sind die Zonen-Wände flexibel (und sie können sich ausdehnen und zusammenziehen).
  • Ein Auslass-Kopplung an dem Auslass tritt auf, wenn der Vakuum-Druckpegel driftet, was eine Änderung der Auslass-Strömungen hervorruft und in extremen Fällen dazu führt, das Strömungen zwischen gedrosselt und ungedrosselt übergehen. Dies ist insbesondere im Fall einer Venturi-Pumpe mit einer hohen Strömung kritisch, deren Auslass in die Venturi-Leitung geht. In diesem Fall können die Zonen-Wände starr oder flexibel sein.
  • Eine Einlass-Kopplung tritt auf, wenn der Sollwert in einer Zone ausreichend hoch eingestellt ist, dass sich eine erhebliche plötzliche Einströmung des Strömungsmittels in deren Verteiler ergibt, was zu einem Abfall des Leitungs-Druckes führt (Übergangsverhalten). Dieser Leitungsdruck-Abfall würde alle die anderen aus der Quelle gespeisten Zonen beeinflussen. Auch hier können die Zonen-Wände starr oder flexibel sein.
  • Es sei bemerkt, dass ein System mit lediglich einer Zone und starren Wänden als ein „nicht gekoppeltes Einzelzonen-System" betrachtet würde. Mehrfache Instanzen einer derartigen starren Zone, die durch unabhängige Einlässe gespeist und in unabhängige Auslässe entlastet werden, würden ein Beispiel eines „nicht gekoppelten Mehrzonen-Systems" sein. Eine einzelne Zone mit flexiblen Wänden, die sich ausdehnen oder zusammenziehen können, würde als ein „gekoppeltes Einzelzonen-System" betrachtet. Das in den 1 und 2 dargestellte System 100 ist ein „gekoppeltes Mehrzonen-System", bei dem der Grad der Kopplung auf der Grundlage der Einlass-, Auslass- und volumetrischen Kopplung quantifiziert werden kann.
  • Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 wird zum Abschätzen des Druckes in jeder der Zonen Zi unter Verwendung der Druck-Messungen der Wandler 114 in dem System-Verteiler 110, der physikalischen Parameter des Systems 100 und eines Modell-basierten Algorithmus zur genauen Abschätzung des Druckes der Zonen Zi verwendet. Als eine direkte Folge überwindet ein Regel-System 100, das die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 in einer Regelschleife zur Regelung des Druckes in den Zonen Zi verwendet, örtliche Druckschwankungen in dem System-Verteiler 115, die als solche nicht in den Zonen Zi auftreten können, und das Regel-System hat daher ein beträchtlich verbessertes Regelschleifen-Betriebsverhalten.
  • Zusätzlich ist die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 sehr einfach in ein hochentwickeltes Steuer-System integrierbar und kompensiert mehrfache Zonen Zi, die eine statische und/oder dynamische Kopplung des Einlass-Druckes/der Einlass-Strömung, des Auslass-Druckes/der Auslass-Strömung und eine Zonen-Volumen-Wechselwirkung aufweisen. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 ergibt keine Beschränkungen hinsichtlich der Größe der entfernt angeordneten Zonen Zi. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 kann weiterhin mit Zonen Zi verwendet werden, die feste/starre Wände aufweisen, sowie mit Zonen, die flexible Wände aufweisen. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 ist für unterschiedliche Bereiche von Druck-Sollwerten gültig, und wenn sie in ein hochentwickeltes Regel-System eingefügt wird, so stellt sie ein gleichförmiges Verhalten unter Übergangs-Bedingungen und im eingeschwungenen Zustand sicher.
  • Der Modell-basierte Algorithmus, der zum Betrieb der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 verwendet wird, beruht auf den Dynamiken des System-Verteilers 110 und den Dynamiken und der volumetrischen Kopplung der entfernt angeordneten Zonen Zi.
  • System-Verteiler-Dynamik
  • Der effektive Druck im Inneren jeder Strömungsmittel-Leitung bi des System-Verteilers 110 ist wie folgt definiert:
    Figure 00110001
    worin Pb,i der von dem Wandler 114 in der Messkammer für die i-te Zone gemessene Druck, PSTP der Druck bei Standard-Temperatur- und -Druck-(STP-)Bedingungen ist, Qin,i die Eingangs-Strömung bezeichnet und Q0,i und Qzi die Ausgangs-Strömungen bezeichnen. Im einzelnen ist Q0,i die Strömung von der i-ten-Strömungsmittel-Leitung bi zu dem Venturi-Verteiler und Qzi die Strömung an die i-te Zone. In der Gleichung (1) bezeichnet Vb,i das Volumen der Strömungsmittel-Leitung bi für die i-te Zone.
  • Die Ausgangs-Strömung des Venturi-Verteilers „man" kann wie folgt dargestellt werden: Q0,i = f(Pb,i,Pman,dorifice,i) ∀i = 1, 2, ..., N, (2)worin dorifice,i den Durchmesser der festen Öffnung in der Mess-Strömungsmittel-Leitung bi bezeichnet, die den Venturi-Verteiler speist, und Pman den Druck in dem Venturi-Verteiler bezeichnet, der mit der Vakuum-Pumpe 30 verbunden ist. Es sei bemerkt, dass die Strömung durch die Öffnung in Abhängigkeit von dem Druckunterschied längs der festen Öffnung gedrosselt oder ungedrosselt sein kann.
  • Zonen-Dynamik und volumetrische Kopplung
  • Die Strömung an jede Zone Zi kann durch die folgende dynamische Gleichung (abgeleitet von den Navier-Stokes-Gleichungen) beschrieben werden:
    Figure 00120001
    worin Qz,i und Pz,i die Einlass-Strömung an bzw. den Druck in der i-ten Zone bezeichnen, und Ctube,i und τtube,i Konstanten sind, die der Rohrleitung von der Mess-Strömungsmittel-Leitung b zu der Zone Zi zugeordnet sind.
  • Die Druck-Dynamik innerhalb jeder Zone Zi kann wie folgt beschrieben werden:
    Figure 00120002
    worin das Volumen jeder Zone Zi mit Vz,i bezeichnet ist und die dynamische Volumen-Wechselwirkung aufgrund der Kopplung zwischen den mehrfachen Zonen Zi mathematisch wie folgt beschrieben werden kann:
    Figure 00120003
    worin Vz0,i das Anfangs-Volumen jeder Zone unter Standard-Temperatur- und -Druck-(STP-)Bedingungen ist, τv die Volumen-Ausdehnungs-/Zusammen ziehungsZeitkonstante ist und γii den Ausdehnungs-/Zusammenziehungs-Koeffizienten und γij den Kopplungs-Koeffizienten zwischen der Zone i und der Zone j darstellt. Es sei bemerkt, dass angenommen wird, dass Massen-Trägheits-Effekte vernachlässigbar sind (daher gibt es keinen Beschleunigungs-Ausdruck).
  • Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung
  • Das Regel-Ziel besteht in der Regelung der Drücke in den entfernt angeordneten Zonen Zi. Der Druckwandler 114 befindet sich jedoch in der Strömungsmittel-Leitung b des System-Verteilers 110 (und nicht in der Zone). Wie dies in 1 zu sehen ist, ist der System-Verteiler 110 von den entfernt angeordneten Zonen Zi durch lange Rohre Fi getrennt.
  • Eine Lösung besteht darin, die Zonen-Fluss-Gleichung (3) in ihrer diskreten Form umzuschreiben:
    Figure 00130001
    worin Q ^(n)z,i die n-te Probe des Strömungs-Abschätzwertes zu der i-ten Zone bezeichnet. Es sei bemerkt, das Pb der Druck ist, der von dem Strömungsmittel-Leitungs-Druckwandler 114 gemessen wird.
  • Eine diskrete Lösung für den Ausdruck (5) wird dann wie folgt gewonnen:
    Figure 00130002
    worin V ^(n)z,i die n-te Abtastprobe des Volumen-Schätzwertes für die i-te Zone bezeichnet. Auf der Grundlage der Gleichungen (4), (6) und (7) wird der Algorithmus der Druck-Abschätz-Einrichtung 120 wie folgt konstruiert: Gleichung (8):
    Figure 00140001
    worin P ^(n)z,i die n-te Abtastprobe des Druck-Abschätzwertes der i-ten Zone bezeichnet, Q ^(n)z,i aus dem in (6) definierten Strömungs-Abschätzwert gewonnen wird oder durch die direkte Strömungsmessung Qz ersetzt werden kann, falls verfügbar undV ^(n)z,i aus Gleichung (7) gesonnen wird.
  • Für ein festes Volumen (das heißt starre Wände), das aufgrund seiner Konstruktion keine Volumen-Ausdehnung zeigt und entsprechend keine volumetrische Kopplung aufweist, ist γi,j = 0 ∀ i,j = 1, 2, ..., N. Als Ergebnis reduziert sich der Ausdruck in (5) auf Vz,i = Vz0,i und V ^(n)z,i = Vz0,1 ∀ n. Somit kann aus der Gleichung (8) der abgeschätzte Wert P ^(n)z,i für ein festes Volumen mit starren Wänden wie folgt umgeschrieben werden:
    Figure 00140002
  • Es sei bemerkt, dass die diskreten Implementierungen der Abschätz-Gleichungen explizit oder implizit sein können und keine merkliche Auswirkung auf die System-Betriebsleistung haben, solange die diskreten Implementierungen gut bekannte Stabilitäts-Bedingungen erfüllen.
  • Kontroll-Algorithmus
  • Um die Gültigkeit und das Betriebsverhalten der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 zu ermöglichen, wurden die in (6), (7) und (8) definierten Berechnungen in einen Steuer-Algorithmus integriert, der in die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 einprogrammiert wurde, und die folgenden Experimente wurden unter Verwendung des in 1 gezeigten Systems 100 sowie eines Systems durchgeführt, das gemäß dem Stand der Technik aufgebaut war (das heißt die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 nicht einschloss). Aus den 4 bis 7 ist klar zu erkennen, dass das Betriebsverhalten im eingeschwungenen Zustand, wie dies durch die Linien „X" der Regel-Einrichtung 100 nach 1 dargestellt ist, auf der Grundlage einer Abschätzung beträchtlich besser als das Betriebsverhalten im eingeschwungenen Zustand ist, wie es durch die Linien „Y" eines Systems dargestellt ist, das gemäß dem Stand der Technik aufgebaut ist, und dass für einen Bereich von Volumen- und Druck-Sollwerten die auf einer Abschätz-Einrichtung beruhende Regel-Einrichtung 100 vernachlässigbare Schwingungen und einen wesentlich kleineren Offset im eingeschwungenen Zustand erzeugt.
  • Ein Beispiel der System-Parameter für entfernt angeordnete Zonen Zi, die mit jeweiligen Messkammern über eine Rohrleitung mit einer Länge von 1,2 m und mit einem Innendurchmesser von 4 mm für N2 (Stickstoff) verbunden waren, sind nachfolgend aufgeführt:
    PSTP = 14.7 psia Druck bei STP-Bedingungen
    PSTP = 1.16 kg/m3 Dichte bei STP-Bedingungen
    γ = 1.4 Spezifisches Wärme-Verhältnis
    Tl = 300°K Betriebs-Temperatur
    R = 297 J/kg-K Ideale Gas-Konstante
    μ = 1.77 × 10–4 poise Viskositäts-Koeffizient
    Ctube ≈ 65400 kg/cc Rohr-Parameter
    τtube ≈ 3 ms Rohr-Zeitkonstante
  • Die Steuer- oder Regel-Einrichtung 130 ist mit den Ventilen 112, 116 der Leitungen bi der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 und einer zweiten Eingabe-Einrichtung, wie zum Beispiel der Steuer-Einrichtung 20 der CMP-Maschine 10, verbunden. Allgemein ist die Regel-Einrichtung 130 so programmiert, dass sie den n-ten-Druck-Sollwert für jede der i Zonen von der zweiten Eingabe-Einrichtung 20 empfängt, die n-te Abtastprobe des Zonen-Druck-Schätzwert für jede der i Zonen von der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung 120 empfängt und den n-ten Druck-Sollwert für jede der i Zonen mit der n-ten Abtastprobe des Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung vergleicht, und wenn die Abtastprobe nicht gleich dem Sollwert ist, sie die Ventile 112, 116 betätigt, bis die Probe gleich dem Sollwert ist.
  • Die vorliegende Erfindung ergibt daher ein neues und verbessertes pneumatisches Steuer- oder Regel-System 100, das ohne Beschränkung zur Druck- Beaufschlagung und zum Evakuieren von an einer entfernten Stelle angeordneten Volumen einer Halbleiter-Verarbeitungs-Ausrüstung, wie zum Beispiel eines CMP-Träger-Kopfes 10, verwendet werden kann und das Druck-Messungen kompensiert, die in Kammern an einer von dem Volumen entfernten Stelle durchgeführt werden. Zusätzlich kann das pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 der vorliegenden Erfindung zur Druck-Beaufschlagung und zum Evakuieren eines Mehr-Volumen-Systems verwendet werden, wobei sich die Anzahl der Volumen oder Zonen von i = 1 bis i = N ändern kann, wobei die Zonen starre oder flexible Wände aufweisen und wobei die Zonen miteinander gekoppelt sind oder nicht.
  • Es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf das pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 gerichtet ist, das mit einer CMP-Maschine oder als Teil hiervon verwendet werden kann. Das pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung mit oder als Teil einer CMP-Maschine beschränkt und das pneumatische Steuer- oder Regel-System 100 kann mit entfernt angeordneten Zonen von pneumatisch betätigten Maschinen, Geräten oder Anwendungen verwendet werden, die von einer CMP-Maschine verschieden sind.
  • Die in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden lediglich als Erläuterung und nicht als Beschränkung dargeboten und verschiedene Modifikationen, Kombinationen und Ersetzungen können von dem Fachmann ohne Abweichung weder von dem Grundgedanken noch dem Schutzumfang dieser Erfindung in ihren breiteren Gesichtspunkten ausgeführt werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
  • Zusammenfassung:
  • Ein System zum Steuern oder Regeln einer Strömungsmittel-Strömung durch i Leitungen, worin die i Leitungen jeweils über Rohrleitungen mit i Zonen verbunden sind und worin i = 1, 2, ..., N ist. Das System schließt zumindest ein Ventil und einen Druckwandler in jeder der i Leitungen, ein Steuereinrichtung zur Steuerung der Ventile und eine Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung ein. Die Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung ist mit den Druckwandlern verbunden und so programmiert, dass sie einen abgeschätzten Druck in jeder der i Zonen berechnet und die geschätzten Drücke an die Steuereinrichtung liefert.

Claims (35)

  1. System zur Steuerung oder Regelung der Strömungsmittel-Strömung durch i Leitungen, wobei die i Leitungen jeweils über Rohrleitungen mit i Zonen verbindbar sind, und wobei i = 1, 2, ..., N ist, wobei das System Folgendes umfasst: zumindest ein Ventil in jeder der i Leitungen; einen Druckwandler, der betriebsmäßig mit jeder i Leitungen verbunden ist; eine erste Eingabe-Einrichtung zum Empfang von Eigenschaften des Systems; eine Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung, die mit den Druckwandlern und der ersten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert ist, dass sie für jede der i Leitungen einen gemessenen Druck in der Strömungsmittel-Leitung i von dem Druckwandler empfängt, von der ersten Eingabe-Einrichtung Eigenschaften des Systems empfängt und einen Druck-Abschätzwert für die Zone i berechnet; eine zweite Eingabe-Einrichtung zum Empfang eines Druck-Sollwertes für jede der i Zonen; eine Steuereinrichtung, die mit den Ventilen der Leitungen i, der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung und der zweiten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert ist, dass sie einen Druck-Sollwert für die Zone i von der zweiten Eingabe-Einrichtung empfängt, den Druck-Abschätzwert der Zone i von der Druck-Abschätz-Einrichtung empfängt, und den Druck-Sollwert für die Zone i mit dem Druck-Schätzwert der Zone i zu vergleicht, und den Druck-Sollwert für die Zone i mit dem Druck-Abschätzwert der Zone i vergleicht, und wenn der Abschätzwert nicht gleich der Sollwert ist, das Ventil der Leitungen i betätigt, bis der Abschätzwert gleich dem Sollwert ist.
  2. System nach Anspruch 1, das weiterhin einen Druck-Verteiler umfasst, der mit Einlässen der i Leitungen verbunden ist.
  3. System nach Anspruch 1, das weiterhin eine Vakuum-Verteiler umfasst, der mit den Auslässen der i Leitungen verbunden ist.
  4. System nach Anspruch 1, bei dem das Ventil jeder der i Leitungen ein Einlass-Ventil zum Verbinden einer Druckquelle mit der Leitung und einem Auslass-Ventil zum Verbinden einer Vakuumquelle mit der Leitung einschließt, und bei dem die Steuereinrichtung mit den Einlass-Ventilen und den Auslass-Ventilen verbunden und so programmiert ist, dass die Einlass- und Auslass-Ventile der Leitungen i betätigt werden, bis die Druck-Abschätzwerte gleich den Druck-Sollwerten sind.
  5. System nach Anspruch 4, das weiterhin eine mit den Einlass-Ventilen verbundene Druckquelle umfasst.
  6. System nach Anspruch 5, das weiterhin einen Druck-Verteiler umfasst, der die Druckquelle mit den Einlass-Ventilen verbindet.
  7. System nach Anspruch 4, das weiterhin eine mit den Auslass-Ventilen verbundene Vakuumquelle umfasst.
  8. System nach Anspruch 7, das weiterhin eine Vakuum-Verzweigung umfasst, die die Vakuumquelle mit den Auslass-Ventilen verbindet.
  9. System nach Anspruch 8, bei dem der Vakuum-Verteiler ein Venturi-Element einschließt.
  10. System nach Anspruch 1, bei dem die i Zonen starre Wände aufweisen.
  11. System nach Anspruch 1, bei dem die i Zonen flexible Wände aufweisen.
  12. System nach Anspruch 1, bei dem die i Zonen gekoppelt sind.
  13. System nach Anspruch 1, bei dem die i Zonen nicht gekoppelt sind.
  14. System nach Anspruch 1, bei dem die erste Eingabe-Einrichtung eine Tastatur umfasst.
  15. Maschine, die das System nach Anspruch 1 einschließt und weiterhin i Zonen einschließt, die jeweils über die Rohrleitungen mit den i Leitungen verbunden sind, worin i = 1, 2, ..., N ist.
  16. Maschine nach Anspruch 15, die weiterhin eine Maschinen-Steuer-Einrichtung umfasst, die mit der zweiten Eingabe-Einrichtung verbunden und so programmiert ist, dass sie den Druck-Sollwert für jede der i Zonen der Maschine liefert.
  17. Maschine nach Anspruch 15, die weiterhin einen CMP-Träger-Kopf umfasst, der die i Zonen enthält.
  18. Maschine nach Anspruch 17, bei der die Zonen des Träger-Kopfes zumindest teilweise durch flexible elastische Bälge gebildet sind.
  19. Maschine nach Anspruch 18, bei der die Zonen des Träger-Kopfes gegeneinander drücken.
  20. System nach Anspruch 1, bei dem die Eigenschaften des Systems Konstanten (Ctube,i und τtube,i), die der die Leitung i mit der Zone i verbindenden Rohrleitung zugeordnet sind, ein Volumen (Vz,i) jeder Zone i, ein Anfangsvolumen (Vz0,i) jeder Zone i unter STP-(Standard-Temperatur- und -Druck-)Bedingungen, eine Volumen-Ausdehnungs-/Zusammenziehungs-Zeitkonstante (τv), einen Ausdehnungs-/Zusammenziehungs-Koeffizienten (γii) der Zone i und einen Kopplungs-Koeffizienten (γij) zwischen der Zone i und der Zone j einschließen.
  21. System nach Anspruch 20, bei dem die Druck-Abschätz-Einrichtung so programmiert ist, dass sie eine n-te Abtastprobe des Druck-Abschätzwertes der Zone i P ^(n)z,i , berechnet, worin n zeitabhängig ist, und
    Figure 00200001
    Figure 00210001
    ist, und worin Pb der gemessene Druck ist, und wobei die Steuereinrichtung so programmiert ist, dass sie einen n-ten Druck-Sollwert für jede der i Zonen von der zweiten Eingabe-Einrichtung empfängt, die n-te Abtastprobe des Druck-Abschätzwertes für jede der i Zonen von der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung empfängt und den n-ten Druck-Sollwert für jede der i Zonen mit der n-ten Abtastprobe des Druck-Abschätzwertes der Zone i vergleicht, und, wenn die n-te Abtastprobe nicht gleich dem n-ten Sollwert ist, das Ventil betätigt, bis die Abtastprobe gleich dem Sollwert ist.
  22. Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Strömungsmittel-Strömung durch i Leitungen, wobei die i Leitungen über Rohrleitungen mit i Zonen verbindbar sind, und wobei i = 1, 2, ..., N ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Empfangen eines gemessenen Druckes in der Strömungsleitung; Empfangen von Eigenschaften des Systems; Berechnen eines Druck-Abschätzwertes der Zone i auf der Grundlage der Eigenschaften des Systems; Empfangen eines Druck-Sollwertes für jede der i Zonen; und Vergleichen des Druck-Sollwertes für jeder der i Zonen mit dem Druck-Abschätzwert für jede der i Zonen, und wenn der Druck-Abschätzwert nicht gleich dem Sollwert ist, Modifizieren der Strömung durch die Strömungsleitung i, bis der Druck-Abschätzwert gleich dem Sollwert ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die i Zonen starre Wände aufweisen.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die i Zonen flexible Wände aufweisen.
  25. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die i Zonen gekoppelt sind.
  26. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die i Zonen nicht gekoppelt sind.
  27. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Eigenschaften des Systems Konstanten (Ctube,i und τtube,i), die der die Leitungen mit den Zonen i verbindenden Rohrleitung zugeordnet sind, ein Volumen (Vz,i) jeder Zone, ein Anfangsvolumen (V0z,i) jeder Zone unter STP-Bedingungen, eine Volumen-Ausdehungs-/Zusammenziehungs-Zeitkonstante (τv), einen Ausdehnungs-/Zusammenziehungs-Koeffizienten (γii) der Zone i und einen Kopplungs-Koeffizienten (γij) zwischen der Zone i und der Zone j einschließen.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem eine n-te Abtastprobe eines Druck-Abschätzwertes der Zone i, P ^(n)z,i berechnet wird, worin n zeitabhängig ist, und
    Figure 00220001
    ist, worin Pb der gemessene Druck ist, und ein n-ter Druck-Sollwert für jede der i Zonen empfangen wird und der n-te Druck-Sollwert für jede der i Zonen mit der n-ten Abtastprobe des Druck-Abschätzwertes der Zone i verglichen wird, und wenn die n-te Probe nicht gleich dem n-ten Sollwert ist, wird die Strömung durch die Strömungsleitung modifiziert, bis die Abtastprobe gleich dem Sollwert ist.
  29. System zur Steuerung oder Regelung des Druckes innerhalb von jeder von i Zonen von einer entfernten Stelle aus durch Steuern eines entsprechenden Druckes innerhalb jeder von i Leitungen, die jeweils mit den i Zonen verbindbar sind, worin i = 1, 2, ..., N ist, wobei das System folgendes umfasst: zumindest ein Steuerventil, das zur Steuerung der Strömung des Strömungsmittels durch jede Leitung angeschlossen ist; einen Druckwandler, der zur Messung des Druckes in jeder Leitung angeschlossen ist; eine Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung, die mit jedem Druckwandler verbunden ist, und die so programmiert ist, dass sie für jede der i Leitungen einen gemessenen Druck in der Strömungsleitung i von dem Druckwandler empfängt und einen abgeschätzten Druck innerhalb der Zone i als eine Funktion von vorgegebenen Charakteristiken des Systems und des gemessenen Druckes berechnet, der von dem Druckwandler geliefert wird; und eine Steuereinrichtung, die mit jedem Ventil der entsprechenden Leitung i und der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung verbunden und so programmiert ist, dass sie das Ventil zur Steuerung der Strömung des Strömungsmittels in der entsprechenden Leitung i als eine Funktion eines Druck-Sollwertes und des abgeschätzten Druckes innerhalb der Zone i von der Zonen-Druck-Abschätz-Einrichtung betätigt.
  30. Eine Maschine, die das System nach Anspruch 29 einschließt und weiterhin i Zonen einschließt, die jeweils mit den i Leitungen verbunden sind.
  31. Eine Maschine nach Anspruch 31, die weiterhin eine Maschinen-Steuer-Einrichtung umfasst, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist und so programmiert ist, dass sie den Druck-Sollwert für jede der i Zonen der Maschine liefert.
  32. Maschine nach Anspruch 31, die weiterhin einen CMP-Träger-Kopf umfasst, der die i Zonen enthält.
  33. Maschine nach Anspruch 32, bei der die Zonen des Träger-Kopfes zumindest teilweise durch flexible elastische Bälge gebildet sind.
  34. Maschine nach Anspruch 33, bei der die Zonen des Träger-Kopfes gegeneinander drücken.
  35. Verfahren zur Steuerung des Druckes innerhalb von jeder von i Zonen von einer entfernten Stelle aus durch Steuern des entsprechenden Druckes in jeder von i Strömungs-Leitungen, die jeweils mit den i Zonen verbindbar sind, worin i = 1, 2, ..., N ist, mit den folgenden Schritten: Steuern der Strömung eines Strömungsmittels durch jede der Leitungen mit zumindest einem Steuerventil; Messen des Druckes in jeder Leitung; Berechnen eines abgeschätzten Druckes innerhalb der Zone i als eine Funktion von vorgegebenen Charakteristiken des Systems und des gemessenen Druckes in der entsprechenden Strömungsleitung i; und Betätigen des Ventils derart, dass die Strömung des Strömungsmittels in der entsprechenden Strömungsleitung i als eine Funktion eines Sollwertes und des abgeschätzten Druckes innerhalb der Zone i gesteuert wird.
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GB (1) GB2426835B (de)
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4454964B2 (ja) * 2003-06-09 2010-04-21 東京エレクトロン株式会社 分圧制御システム及び流量制御システム
US8037896B2 (en) * 2004-03-09 2011-10-18 Mks Instruments, Inc. Pressure regulation in remote zones
JP4550507B2 (ja) * 2004-07-26 2010-09-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
US7984002B2 (en) 2005-04-29 2011-07-19 Charles River Analytics, Inc. Automatic source code generation for computing probabilities of variables in belief networks
US20080216901A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Mks Instruments, Inc. Pressure control for vacuum processing system
US20090137192A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Mks Instruments, Inc. Multi-zone pressure control system
WO2009085395A1 (en) * 2007-12-31 2009-07-09 Exxonmobil Upstream Research Company Methods and systems for determining near-wellbore characteristics and reservoir properties
TW201029807A (en) * 2009-02-06 2010-08-16 Inotera Memories Inc A pressure control system for a wafer polish machine
GB2474892B (en) * 2009-10-30 2011-09-21 Siemens Vai Metals Tech Ltd Flow control valve
US9127361B2 (en) * 2009-12-07 2015-09-08 Mks Instruments, Inc. Methods of and apparatus for controlling pressure in multiple zones of a process tool
US8347920B2 (en) * 2010-01-29 2013-01-08 Flexibility Engineering, Llc Pressurized fluid positioner control system
US8820341B2 (en) * 2011-01-25 2014-09-02 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus to detect the presence of hydraulic pressure in a transmission
US9952603B2 (en) * 2013-06-28 2018-04-24 Sitepp Sistemas Y Technologia Para El Petroleo, S.A. De C.V. System and method for enhancing the production level of wells
CN106547283B (zh) * 2016-12-06 2019-04-12 四川大学 一种自动爆破性高压气体发生系统
DE102017215625A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Bremsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung
US11320843B2 (en) * 2019-10-17 2022-05-03 Dongguan Hesheng Machinery & Electric Co., Ltd. Air compression system with pressure detection
CN112536718B (zh) * 2020-11-24 2022-03-18 北京工研精机股份有限公司 一种高精度立式磨床的流体控制系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0535338A (ja) * 1991-07-26 1993-02-12 Hitachi Zosen Corp 合流管路系のフアン回転数制御方法
US5551770A (en) * 1994-10-27 1996-09-03 Ford Motor Company Method for estimating pressure in a pressure actuated controller
US5762539A (en) * 1996-02-27 1998-06-09 Ebara Corporation Apparatus for and method for polishing workpiece
DE19651761A1 (de) * 1996-12-12 1998-06-18 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren und Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterscheiben
US5957751A (en) * 1997-05-23 1999-09-28 Applied Materials, Inc. Carrier head with a substrate detection mechanism for a chemical mechanical polishing system
US5964653A (en) * 1997-07-11 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane for a chemical mechanical polishing system
US5916016A (en) * 1997-10-23 1999-06-29 Vlsi Technology, Inc. Methods and apparatus for polishing wafers
US6080050A (en) * 1997-12-31 2000-06-27 Applied Materials, Inc. Carrier head including a flexible membrane and a compliant backing member for a chemical mechanical polishing apparatus
KR20010024969A (ko) * 1999-02-02 2001-03-26 마에다 시게루 기판파지장치 및 연마장치
US6368189B1 (en) * 1999-03-03 2002-04-09 Mitsubishi Materials Corporation Apparatus and method for chemical-mechanical polishing (CMP) head having direct pneumatic wafer polishing pressure
DE19956553B4 (de) * 1999-11-24 2010-11-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Abschätzen des Druckes in einem Radbremszylinder und Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens
US6506105B1 (en) * 2000-05-12 2003-01-14 Multi-Planar Technologies, Inc. System and method for pneumatic diaphragm CMP head having separate retaining ring and multi-region wafer pressure control
ATE468874T1 (de) * 2000-12-29 2010-06-15 Resmed Ltd Charakterisierung von maskensystemen
US6837774B2 (en) 2001-03-28 2005-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Linear chemical mechanical polishing apparatus equipped with programmable pneumatic support platen and method of using
SG144762A1 (en) * 2002-07-19 2008-08-28 Entegris Inc Fluid flow measuring and proportional fluid flow control device
JP2004090744A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Hitachi Unisia Automotive Ltd ブレーキ圧力推定装置

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