JP2013065345A - 遠隔区画における圧力規制 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力制御システムは、各エンクロージャに対して流入および流出する流体の流量を制御することによって、1つ以上の区画の内部圧力を遠隔的に制御する。各区画は、導管を介して1つのエンクロージャにそれぞれ接続されている。流体の圧力を、各エンクロージャ内において測定する。各区画内における推定圧力を、エンクロージャ内の測定圧力と、導管および区画の既知の特性との関数として計算する。区画毎に、各エンクロージャの入口比例弁および出口比例弁を動作させて、それぞれのエンクロージャに流入する流体の入力流速と、エンクロージャから流出する流体の出力流速とを、圧力設定点と推定圧力との関数として制御することにより、圧力設定点に応じて区画内部の圧力を規制する。
【選択図】図1
Description
本願は、2004年3月9日に出願され、"System and Method for Controlling Pressure in Remote Zones"(遠隔区画における圧力制御のためのシステム及び方法)と題する同時係属中の米国特許出願第10/796,723号(代理人整理番号MKS−136)の一部係属出願であり、その優先権を主張する。この同時係属中の特許出願第10/796,723号は、本願の譲受人に譲渡されている。
本開示において、区画という用語は、密閉立体空間(enclosed volume)を意味することとする。圧力を制御すべき各遠隔区画の圧力を精度高く推定する、オブザーバに基づく解決策(observer-based solution)を用いて、遠隔区画における圧力を制御するシステムおよび方法について説明する。圧力制御システムにおいて遠隔区画の推定圧力を用いることによって、閉ループ制御の性能を著しく向上させることができる。例えば、測定チェンバ内では発生するが遠隔区画自体では発生しない局在的圧力低下を克服することができる。
(制御アルゴリズム)
制御部130は、i個の区画の各々について圧力設定点を受け取り、区画圧力推定部120からi個の区画の各々について区画圧力推定値を受け取り、区画iに接続されている測定チェンバに流入および流出する流体の流量を制御することにより、入口および出口の比例弁を動作させることによって、圧力設定点に応じて各区画における圧力を規制するように構成されている。
(測定チェンバの動力学)
各測定biの有効圧力を次のように定義する。
(区画の動力学および体積結合)
各区画Ziへの流量は、以下の動的方程式(ナビエ−ストークの方程式から導出した)によって記述することができる。
(区画圧力推定部)
先に説明したように、制御部130の制御目的は、遠隔区画Zi内部の圧力を規制することである。しかしながら、biの圧力変換器114は、区画Zi内ではなく、測定チェンバbi内に収容されている。図2において見られるように、測定チェンバbiは、導管Fiによって遠隔区画Fiから分離されている。
次に、(5)における式に対する離散解は、以下のようにして得ることができる。
要約すると、圧力を制御しようとする遠隔区画の圧力を精度高く推定することにより、遠隔区画における圧力を制御するシステムおよび方法について説明した。これまでに説明した圧力制御システムおよび方法は、CMP機械を含むがこれに限定されない多数の用途において用いることができる。
Claims (24)
- 区画内部における圧力を遠隔的に制御するシステムであって、
導管を介して区画に接続可能であり、当該区画から離れて位置するエンクロージャ内部の圧力を測定するように構成されている圧力センサと、
前記エンクロージャに流入および流出し、前記導管を介して前記区画に達する流体の流量を制御するように構成されている弁システムであって、前記エンクロージャに流入する流体の入力流速を規制するように構成されている少なくとも1つの入口比例弁と、前記エンクロージャから流出する流体の出力流速を規制するように構成されている出口比例弁とを含む、弁システムと、
前記区画内における推定圧力を、前記圧力センサが測定する圧力の関数として、更に前記導管の既知の特性の関数として計算するように構成されている区画圧力推定部と、
前記入力流量および前記出力流量を、前記区画圧力推定部からの推定圧力と前記区画に対する圧力設定点との関数として制御するように、前記入口比例弁および前記出口比例弁を動作させることによって、前記区画内部の圧力を規制するように構成されている制御部と、
を備えている、システム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記制御部は、更に、前記入力流量指令信号と前記出力流量指令信号とに応じて、前記入力流速および前記出力流速をそれぞれ制御するように、前記入口比例弁に入力流量指令信号を送り、前記出力比例弁に出力流用指令信号を送るように構成されている、システム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記制御部は、更に、前記入力流速および前記出力力流速のPI(比例−積分)制御を実行するように構成されており、
前記入力流量指令信号は、
前記出力流用指令信号は、
Qinは、入力流速を示し、
Qoutは、出力流速を示し、
κPinは、入力流速に対する比例利得を示し、
κIinは、入力流速に対する積分利得を示し、
κPoutは、出力流速に対する比例利得を示し、
κIoutは、出力流速に対する積分利得を示し、
Pzは、前記区画内における推定圧力を示し、
Ptは、前記圧力設定点の圧力軌跡を示し、
Pt-Pzは、追跡誤差である、システム。 - 請求項1記載のシステムであって、更に、前記入口比例弁に接続されている加圧流体源と、前記出口比例弁に接続されている真空排気装置とを備えている、システム。
- 請求項4記載のシステムであって、更に、前記出口比例弁と前記真空排気装置との間に、流量絞りを備えている、システム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記区画は可撓性の壁を有し、前記区画圧力推定部は、更に、前記エンクロージャ内部における推定圧力を計算するように、前記区画の推定体積を、前記導管の既知の特性と前記圧力センサが測定する圧力との関数として計算するように構成されている、システム。
- 各エンクロージャiに対して流入および流出し、各導管iを介して各区画iに達する流体の流量を制御することによって、i個のエンクロージャに導管iを介してそれぞれ接続可能なi個の区画の各々の内部における圧力を遠隔的に制御するシステムであって、i=1,...,Nであり、
前記i個のエンクロージャの各々において、前記流体の圧力を測定するように構成されている圧力測定システムと、
エンクロージャi毎に、該エンクロージャiに流入する流体の入力流速を規制するように構成されている少なくとも1つの入口比例弁と、前記エンクロージャiから流出する流体の出力流速を規制するように構成されている出口比例弁とを含む、弁システムと、
前記圧力測定システムに結合され、区画i毎に、前記圧力測定システムからの前記エンクロージャiにおける測定圧力を受け取り、前記区画内における推定圧力を、前記エンクロージャiにおける測定圧力の関数として、更に前記導管iおよび前記区画iの既知の特性の関数として、計算するように構成されている区画圧力推定部と、
前記エンクロージャiに流入する流体の入力流速、および前記エンクロージャiから流出する流体の出口流速を、前記区画iに対する圧力設定点と前記区画圧力推定部からの前記区画i内部における推定圧力との関数として制御するように、前記入口比例弁および前記出口比例弁を動作させることによって、前記各区画i内部の圧力を制御するように構成されている制御部と、
を備えている、システム。 - 請求項7記載のシステムにおいて、
前記圧力測定システムは、複数の圧力センサを備えており、該圧力センサの各々は、前記i個のエンクロージャ内部の圧力を測定するようにそれぞれ接続されている、システム。 - 請求項7記載のシステムにおいて、
区画i毎に、前記制御部は、更に、前記入力流量指令信号と前記出力流量指令信号とに応じて、前記エンクロージャiに流入する前記入力流速および前記件クロージャiから流出する前記出力流速をそれぞれ制御するように、エンクロージャiの前記入口比例弁に入力流量指令信号を送り、エンクロージャiの前記出力比例弁に出力流用指令信号を送るように構成されている、システム。 - 請求項7記載のシステムにおいて、
前記エンクロージャiの少なくとも1つについて、前記制御部は、更に、前記少なくとも1つのエンクロージャの前記入力流速および前記出力力流速のPI(比例−積分)制御を実行するように構成されており、
前記制御部からエンクロージャiの前記入口比例弁への前記入力流量指令信号は、
前記制御部からエンクロージャiの前記出口比例弁への前記出力流用指令信号は、
Qin,iは、エンクロージャiへの入力流速を示し、
Qout,iは、エンクロージャからの出力流速を示し、
κPinは、入力流速に対する比例利得を示し、
κIinは、入力流速に対する積分利得を示し、
κPoutは、出力流速に対する比例利得を示し、
κIoutは、出力流速に対する積分利得を示し、
Pzは、前記区画内における推定圧力を示し、
Ptは、前記圧力設定点の圧力軌跡を示し、
Pt-Pzは、追跡誤差である、システム。 - 請求項7記載のシステムであって、更に、前記i個のエンクロージャの前記入口比例弁に接続されている加圧流体源と、前記i個のエンクロージャの前記出口比例弁に接続されている真空排気装置とを備えている、システム。
- 請求項11記載のシステムであって、更に、各出口比例弁と前記真空排気装置との間に、流量絞りを備えている、システム。
- 請求項11記載のシステムであって、更に、前記加圧流体源と前記入口比例弁との間に圧力マニフォルドを備えている、システム。
- 請求項12記載のシステムにおいて、前記流量絞りは、ベンチュリを備えている、システム。
- 請求項7記載のシステムにおいて、前記i個の区画の少なくとも一部は、剛直な壁を有する、システム。
- 請求項7記載のシステムにおいて、前記i個の区画の少なくとも一部は、可撓性のある壁を有し、該可撓性のある壁を有する区画が拡大および縮小可能となっている、システム。
- 請求項16記載のシステムにおいて、前記区画圧力推定部は、更に、可撓性のある壁を有する前記区画に接続されているエンクロージャ内部における推定圧力を計算するように、前記可撓性のある壁を有する区画の各々の推定体積を計算するように構成されている、システム。
- 請求項7記載のシステムにおいて、前記i個の区画の少なくとも一部は結合されている、システム。
- 請求項7記載のシステムにおいて、前記i個の区画の少なくとも一部は結合されていない、システム。
- 請求項8記載のシステムにおいて、
前記i個の区画の少なくとも一部は、可撓性のある壁を有し、該可撓性のある壁を有する区画が拡大および縮小可能となっており、
前記i個の区画の少なくとも一部は結合されており、
前記i本の導管の既知の特性は、ラインiを区画iに接続する各導管iと関連のある定数Ctube,iおよびτtube,iと、前記導管のコンダクタンスを表すCtube,iと、前記導管全域における流量平衡時定数を表すτtube,iとを含み、
前記i個の区画の既知の特性は、STP(標準的温度および圧力)条件下における各区画iの初期体積(Vz0,i)と、体積拡大/収縮時定数(Tv)と、区画iの拡大/縮小係数(γii)と、区画iと区画jとの間の結合係数(γij)とを含み、j=1,...,Nである、システム。 - 請求項21のシステムを含む機械であって、更に、前記i個のエンクロージャにそれぞれ接続されている、前記i個の区画を含む、機械。
- 請求項22記載の機械であって、更に、前記i個の区画を内包するCMPキャリア・ヘッドを備えている、機械。
- 各エンクロージャiに対して流入および流出し、各導管iを介して各区画iに達する流体の流量を制御することによって、i個のエンクロージャに導管iを介してそれぞれ接続可能なi個の区画の各々の内部における圧力を遠隔的に制御する方法であって、i=1,...,Nであり、
前記i個のエンクロージャの各々において、前記流体の圧力を測定するステップと、
前記区画内における推定圧力を、前記エンクロージャiにおける測定圧力の関数として、更に前記導管iおよび前記区画iの既知の特性の関数として、計算するステップと、
区画i毎に、前記エンクロージャiに流入する流体の入力流速、および前記エンクロージャiから流出する流体の出口流速を、前記区画iに対する圧力設定点と前記区画i内部における推定圧力との関数として制御するように、入口比例弁および出口比例弁を動作させることによって、前記各区画i内部の圧力を制御するステップと、
を備えている、方法。
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