KR101098914B1 - 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램 - Google Patents

Abstract

압력제어 응답성을 향상시킬 수 있는 진공압력 제어 시스템을 제공하는 것으로, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조정하고, 반응실(10) 내의 진공압력을 목표압력으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 있어서, 반응실(10) 안의 진공압력, 또는 진공목표압력에서 예압 압력값(O링(49)의 리크 개시위치)을 산출하여, 그 예압 압력값을 피드백 제어의 하한값으로 한다.

Description

진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램{VACUUM PRESSURE CONTROL SYSTEM AND VACUUM PRESSURE CONTROL PROGRAM}

본 발명은 반응실과 진공 펌프를 접속하는 배관 상에 배치되는 진공비례 개폐밸브에 의해, 반응실 내의 진공압력을 목표 압력으로 제어하는 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 시스템에 이용되는 진공압력 제어 프로그램에 관한 것이다.

예를 들면, 반도체 제조 장치의 CVD 장치에 반응실 안을 감압 상태, 즉 진공 상태로 유지하면서 박막 재료를 구성하는 원소로 된 재료 가스를 웨이퍼 위에 공급하고 있다. 예를 들면, 도 31에 도시하는 CVD 장치에 있어서, 진공 용기인 반응실(10) 안의 웨이퍼에 대하여 반응실(10)의 입구(11)에서 재료 가스를 공급함과 동시에, 반응실(10)의 출구(12)에서 진공 펌프(13)로 배기하는 것에 의해, 반응실(10) 안을 진공 상태로 유지하고 있다.

반응실(10)의 진공압력은 제품 품질에 영향을 주기 때문에, 목표 진공압력값으로 일정하게 유지할 필요가 있다. 일정하게 유지되는 목표 진공압력값은 다양한 조건에 따라 다르다. 그 때문에, 반응실(10) 안의 진공압력을 대기압에 가까운 저진공에서 고진공까지 제어할 수 있어야 한다. 종래의 진공압력 제어 시스템은 반응실(10)과 진공 펌프(13)를 접속하는 배관 위에 진공비례 개폐밸브(16)를 배치하고, 진공압력센서(14, 15)가 측정한 반응실(10)의 진공압력과, 외부에서 주어진 목표 진공압력값과의 차이에 따라서, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조작하여, 반응실(10)에서 진공 펌프(13)까지의 배기계의 컨덕턴스(conductance)를 변화시키는 것에 의해, 반응실(10) 안의 진공압력을 피드백 제어한다. 진공비례 개폐밸브(16)는 실린더 압력에 따라 밸브 개도를 제어하는 것으로, 밸브체가 밸브좌에 접하는 면에 O링이 장착되어 있다. 이에 의한 진공비례 개폐밸브(16)는 O링의 눌린 양을 변화시켜 누출이 생기게 하면, 미세 유량까지 제어할 수 있다.

반응실(10) 안의 진공압력을 제어할 때에, 반응실(10)의 진공압력이 급격하게 변화하면, 파티클이 반응실(10) 안에서 감아 올라가서, 제품의 수율을 나쁘게 한다. 한편, 파티클의 감아 올라감을 방지하기 위해서, 천천히 반응실(10) 안의 진공압력을 변화시키면, 반응실(10) 내의 챔버 처리 시간이 장기화된다. 그래서, 예를 들면, 특허문헌 1에서는 진공압력제어를 실행하기 전의 준비단계에서, 진공압력 제어밸브(16)에 예압을 걸은 후, 진공압력제어를 실행하는 단계에서, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조작하여 반응실(10) 안의 진공압력을 외부에서 준 또는 미리 컨트롤러로 설정된 목표 진공압력변화속도로 일률적으로 변화시키는 기술이 제안되어 있다.

도 32는 특허문헌 1에서 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력 제어 프로그램의 플로우 차트이다.

도 32에 도시한 것처럼, 진공압력제어의 준비단계에서는 먼저 진공압력센서(14, 15)에 의해 반응실(10) 안의 현재의 진공압력을 측정한다(스텝(101) (이하, "S101"이라 한다). 그리고, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도가 차단된 상태에서 램프 함수적으로 변화하도록, 컨트롤러에서 지시신호를 출력한다(S102). 이 상태에서, 10초를 상한으로, 반응실(10) 안의 진공압력을 측정하고, 약간 압력강하(예를 들면, 266Pa 이상의 압력강하)가 있는지 여부를 반복하여 확인한다(S103~105).

진공압력제어를 개시한 후 10초가 경과하면(S103: YES), 또는 반응실(10) 안의 진공압력이 예를 들면 266Pa 이상의 압력강하가 생기면(S105: YES), 반응실(10) 안의 현재의 진공압력에서 266Pa를 뺀 값을 피드백 제어 목표값으로 하고, 피드백 제어(정가 제어)를 행한다(S106, S107). 정가제어를 개시하고 나서 10초가 경과한면(S108: YES), 진공압력제어의 준비단계를 종료하고, 진공압력제어를 실행하기 시작한다.

진공압력제어의 실행단계에서는 소망의 진공압력과 반응실(10) 내의 현재의 진공압력을 취득하고, 현재의 진공압력이 소망의 진공압력에 도달했는지 여부를 판단한다(S109~S111). 소망의 진공압력에 도달할 때까지(S111: NO), 소망의 진공압력변화속도를 취득함과 동시에, 반응실(10)의 진공압력을 취득하고, 그들에 기초하여 피드백제어의 목표값을 변경하고, 내부 코맨드를 순차 발생시킨다. 그리고, 순차발생하는 내부 코맨드를 피드백 제어의 목표값으로 하고, 피드백 제어를 추종제어로 하여 행한다(S112~S115, S109, S110). 이와 같이, 피드백제어 목표값을 순차 변경시키면서 피드백 제어를 행하는 것에 의해, 반응실(10) 안의 현재의 진공압력이 소망의 진공압력에 도달하면(S111: YES), 그 시점에서의 피드백 제어 목표값을 소망의 진공압력으로 하고, 피드백 제어를 행한다(S116, S115).

이와 같은 진공압력제어 시스템에 의하면, 예를 들면 진공비례 개폐밸브(16)의 기계적 영점의 차이나, 반응실(10)과 진공 펌프(13)와의 압력차이 등의 요인에 의해, 진공비례 개폐밸브(16)를 예압하는 정도가 바뀌었다고 해도, 진공압력제어의 준비단계에서, 예압 후에 피드백 제어를 실행하는 것에 의해 진공비례 개폐밸브(16)의 불감대 특성을 확실하게 잃는다. 이것에 의해, 진공비례 개폐밸브(16)는 외부에서 주어진 또는 미리 컨트롤러에서 설정된 목표 진공압력 변화속도로 반응실(10) 안의 진공압력을 일률적으로 변화시킴과 동시에 응답지연을 발생시키지 않고, 반응실(10) 안에서 가스를 배출하는 진행과정을 천천히 행하여 파티클이 감아 올라가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 목표 진공압력변화속도에서 반응실(10) 안의 진공압력을 일률적으로 변화시키기 때문에, 반응실(10) 안의 진공압력변화속도가 역함수적으로 늦어지지 않고, 반응실(10) 안의 진공압력이 목표 진공압력제어값에 도달할 때까지의 시간을 단축하고, 반응실(10) 안의 챔버 처리시간을 단축할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본공개특허 2000-163137호 공보

그러나, 종래의 진공압력제어 시스템에서는 진공비례 개폐밸브(16)의 불감대를 없애기 위해, 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더를 예압한다. 이때, 진공비례 개폐밸브(16)의 실링력을 상실하는 위치(리크 개시위치)가 불명하기 때문에, 예압할 수 있는 양이 불명하였다. 그래서, 종래의 진공압력 제어 시스템은 예압한 후에 정가제어를 행하였다(S102~S108). 이 예압과 정가제어에는, 각각 10초가 걸려서, 최대 20초의 쓸데없는 시간이 발생하고 있었다. 따라서, 종래의 진공압력 제어 시스템은 압력제어 응답성이 나쁜 문제가 있었다.

게다가, 종래의 진공압력 제어 시스템은 266Pa의 압력강하가 생길 때, 그 시점의 반응실(10) 내의 진공압력에서 266Pa를 뺀 값을 피드백 제어 목표값으로 하고(S106), 예압하였다. 그 때문에, 종래의 진공압력 제어 시스템은 피드백 제어의 하한값이 O링의 리크 개시위치가 되도록, 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더를 예압할 수 없는 경우가 있었다.

피드백 제어의 하한값이 O링의 리크 개시위치에서 어긋나 있는 진공압력 제어 시스템은 오버슈트(overshoot)나 헌팅, 언더슈트(undershoot)를 일으킨 때, 도 33에 도시한 O링의 리크 개시위치를 넘어서 밸브체가 밸브좌 쪽으로 이동하는 경우가 있었다. 그 후에 유체가 흐르는 경우에는, 밸브체가 움직이기 시작하면서, O링에서 유체가 누출되기 시작할 때까지의 쓸데없는 시간이 발생했다. 따라서, 종래의 진공압력 제어 시스템은 진공비례 개폐밸브(16)가 O링의 리크 개시위치를 통과하여 밸브 개폐동작을 행하는, 압력제어 응답성이 부족한 경우가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 압력제어 응답성을 향상시킬 수 있는 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램은 다음과 같은 구성을 가진다.

(1) 본 발명의 일 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고, 상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 것에 있어서, 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치되는 진공비례개폐밸브; 및 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 제어수단;을 포함하는 진공압력 제어 시스템에 있어서, 상기 실린더의 내압을 측정하는 압력측정수단을 포함하고, 상기 제어수단은 상기 반응실 내의 진공압력 또는 진공압력 목표값에서 예압 압력값을 산출하고, 상기 예압 압력값을 상기 피드백제어의 하한값으로 한다.

(2) 본 발명의 다른 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고, 상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 있어서, 상기 실린더의 내압을 측정하는 압력측정수단을 포함하며, 상기 반응실 내의 진공압력 또는 진공압력 목표값에서 산출한 예압 압력값을 입력하고, 상기 예압 압력값을 상기 피드백제어의 하한값으로 한다.

(3) 본 발명의 다른 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고,

상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 것에 있어서, 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치되는 진공비례개폐밸브; 및 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 제어수단;을 포함하는 진공압력 제어 시스템에 있어서, 상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단을 가지며, 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 거의 일정하며, 상기 제어수단은 상기 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 상기 밸브체가 이동한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록, 상기 실린더를 예압하여, 상기 피드백제어의 하한값으로 한다.

(4) 본 발명의 다른 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고, 상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고, 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 있어서, 상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단을 가지며, 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 일정하고, 상기 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 상기 밸브체가 이동한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록, 상기 실린더를 예압하여, 상기 피드백제어의 하한값으로 한다.

(5) (3) 또는 (4)에 기재한 발명에 있어서, 상기 실린더가 가압하지 않을 때 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값에서 상기 실린더를 상기 리크 개시위치까지 예압한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값까지 변동하는 변동값을 상기 반응실 내의 진공압력마다 미리 기억하는 데이터 기억 수단을 포함하며, 상기 반응실의 진공압력에 따라서 상기 변동량을 상기 데이터 기억 수단에서 취득하고, 취득한 변동량을 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값에 가산하는 것에 의해 상기 리크 개시위치를 산출하는 것이 바람직하다.

(6) (5)에 기재한 발명에 있어서, 가압하지 않을 때의 밸브 위치를 검출하고 그 위치에서 일정 리프트 량이 되도록 예압하는 것에 의해 밸브 위치를 보정하는 것이 바람직하다.

(7) 본 발명의 다른 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고, 상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고, 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 이용되는 진공압력 제어 프로그램에 있어서, 상기 반응실 내의 진공압력 또는 진공압력 목표값에서 예압 압력값을 산출하고, 제어 코맨드(command)를 변경하여 상기 압력측정수단이 상기 예압 압력값을 검출할 때까지 상기 실린더를 예압하는 것에 의해, 상기 피드백제어의 하한값으로 하도록, 상기 진공압력 제어 시스템을 동작시킨다.

(8) 본 발명의 다른 태양에 의하면, 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고, 상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고, 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 이용되는 진공압력 제어 프로그램에 있어서, 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 위치검출수단이 출력하는 출력값이 거의 일정하며, 상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록 상기 실린더를 예압하는 것에 의해, 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치까지 상기 밸브체를 이동시켜, 상기 피드백 제어의 하한값으로 하도록, 상기 진공압력 제어 시스템을 동작시킨다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 반응실 내의 진공압력 또는 잔공압력 목표값에서 예압 압력값을 산출하고, 그 예압 압력값을 피드백 제어의 하한값으로 한다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 진공비례 개폐밸브가 리크 개시위치를 본체가 지나쳐서 밸브 개폐 동작하는 경우가 없어, 압력제어 응답성이 향상한다. 또한, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 오버슈트나, 헌팅, 언더슈트가 생긴 경우에도, 피드백 제어의 하한값이 리크 개시위치이기 때문에, 진공압력이 단시간에 안정되고, 압력제어 응답성이 향상한다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에, 진공비례 개폐밸브의 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단이 출력하는 출력값이 거의 일정하다. 그리고, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 위치검출수단의 출력값이 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록, 실린더를 예압하는 것에 의해, 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치로 밸브본체를 이동시켜서, 피드백제어의 하한값으로 한다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 진공비례 개폐밸브가 리크 개시위치를 밸브체가 지나쳐서 밸브 개폐동작하지 않고, 압력제어 응답성이 향상된다. 또한, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 오버슈트나 헌팅, 언더슈트가 생긴 경우에도, 피드백 제어의 하한값이 리크 개시위치이기 때문에, 진공압력이 단시간에 안정되고, 압력제어 응답성이 향상한다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 실린더가 가압되지 않을 때 위치검출수단이 출력하는 출력값에서 실린더를 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치까지 예압한 때 위치검출수단이 출력하는 출력값까지 변동하는 변동량을 반응실 내의 진공압력마다 미리 기억하는 데이터 기억수단을 가지고, 반응실의 진공압력에 따라 변동량을 데이터 기억수단에서 취득하고, 취득한 변동량을 위치검출수단이 출력하는 출력값에 가산하는 것에 의해, 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치를 산출한다. 그 때문에, 반응실의 진공압력과 위치검출수단의 출력값에서 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치를 간단하게 출력할 수 있다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 가압하지 않을 때의 밸브위치를 검출하고, 그 위치에서 일정 리프트 량이 되로록 예압하는 것에 의해, 밸브 위치를 보정한다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 예를 들면, 진공비례 개폐밸브가 유지보수 후의 재조립에 의해 밸브 위치가 어긋난 경우에도, 그 어긋난 량에 따라 피드백 제어의 하한값을 보정하고, 진공압력 제어를 정확도 좋게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 진동압력 제어 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 진공압력 제어 시스템에 사용되는 진공비례 개폐밸브의 단면도로서, 차단 상태를 도시한다.
도 3은 진공압력 제어 시스템에 사용되는 진공비례 개폐밸브의 단면도로서, 개방 상태를 도시한다.
도 4는 진공압력 제어 시스템의 제어 블록도이다.
도 5는 실린더 압력과 반응실의 진공압력과의 관계를 나타내는 도면이다. 종축은 실린더 압력(kPa)을 나타내며, 횡축은 위치센서출력(V)을 나타낸다.
도 6은 반응실의 진공압력을 가산한 실린더 압력과, 위치센서출력과의 관계를 나타내는 도면이다. 종축은 반응실의 진공압력을 가산한 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 위치센서출력(V)을 나타낸다.
도 7은 압력제어 프로그램의 플로우 차트이다.
도 8은 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 진공압력 제어 시스템 A의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 진공압력 제어 시스템 A의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면으로, 공급유량이 30SLM시의 PID제어 정수를 사용하여 공급유량을 30SLM으로 한 경우를 나타낸다.
도 11은 진공압력 제어 시스템 A의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면으로, 공급유량이 30SLM시의 PID제어 정수를 사용하여 공급유량을 10SLM으로 한 경우를 나타낸다.
도 12는 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면으로, 공급유량이 30SLM시의 PID제어 정수를 사용하여 공급유량을 30SLM으로 한 경우를 나타낸다.
도 13은 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 나타낸 도면으로, 공급유량이 30SLM시의 PID제어 정수를 사용하여 공급유량을 10SLM으로 한 경우를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 진동압력 제어 시스템에서 사용되는 진공압력 제어 프로그램의 플로우 차트이다.
도 15는 O링 리크 개시위치 산출 프로그램의 플로우 차트이다.
도 16은 위치센서출력과 반응실의 진공압력과의 관계를 나타내는 도면이다. 종축은 포텐쇼미터가 출력하는 위치센서출력(V)을 나타내며, 횡축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타낸다.
도 17은 진공압력과 변동량과의 관계 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 위치센서출력에 따라서 제어 코맨드 하한값을 보정하고 있는 태양을 나타내는 도면이다. 좌측 종축은 위치센서출력(V)을 나타내며, 우측 종축은 제어 코맨드(V)를 나타내고, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 19는 실린더를 예압하는 태양을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템이 실행하는 슬로우 배기 제어 프로그램의 플로우 차트이다.
도 21은 진공압력 제어 시스템 F에 의해 슬로우 배기에 필요한 시간을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 22는 진공압력 제어 시스템 G에 의해 슬로우 배기에 필요한 시간을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 23은 진공압력 제어 시스템 F에 언더 슈트가 발생한 경우의 진공압력 및 실린더 압력의 변동을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 24는 진공압력 제어 시스템 G에 언더 슈트가 발생한 경우의 진공압력 및 실린더 압력의 변동을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 25는 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 제어 코맨드의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 제어 코맨트(V), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 26은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 제어 코맨드의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 제어 코맨트(V), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 27은 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 실린더 압력과의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 28은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 실린더 압력과의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 29는 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 위치센서출력과의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 위치압력센서(V), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 30은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 위치압력센서와의 관계를 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 위치압력센서(V), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.
도 31은 CVD 장치 및 그 배기계의 개요를 도시한 도면이다.
도 32는 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 슬로우 배기 제어 프로그램의 플로우 차트이다.
도 33은 진공비례 개폐밸브의 실린더 압력과 밸브 개도의 관계를 도시한 도면이다. 종축은 시간(sec)을 나타내고, 도면 중 좌측 종축은 밸브 개도(mm)를 나타내며, 도면 중 우측 종축은 실린더 압력(kPa)을 나타낸다.

다음으로, 본 발명에 관한 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램의 실시형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

<진공압력 제어 시스템의 전체 구성>

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 개략 구성도이다.

본 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 종래기술의 란에서 도시한 도 32에 대해, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개폐 동작을 피드백 제어하기 전에, 피드백 제어의 하한값을 진공비례 개폐밸브(16)의 특성에 맞추어 개별적으로 설정하는 것이다. 진공압력 제어 시스템은 컨트롤러(20)(제어수단의 일례), 공기압 제어부(30), 조작부(40)인 진공비례 개폐밸브(16), 검출부(60)인 진공압력센서(14, 15)를 구비한다.

컨트롤러(20)는 인터페이스 회로(21), 진공압력 제어회로(22), 시퀸스 제어회로(23)를 구비한다. 인터페이스 회로(21)는 컨트롤러(20)의 프런트 판넬의 버튼을 이용한 현장입력에 의한 신호, 및 컨트롤러(20)의 백 판넬의 코넥터를 이용한 원격 입력에 의한 신호를 진공압력 제어회로(22)나 시퀀스 제어회로(23) 등에 적합한 신호로 변경하는 것이다.

진공압력 제어회로(22)는 도 31의 반응실(10) 안의 진공압력에 대한 피드백 제어를 PID 제어로 행하는 회로이다. 시퀀스 제어회로(23)는 인터페이스 회로(21)에서 부여된 동작 모드에 따라서, 공기압 제어부(30) 내의 제1 전자(電磁)밸브(34)의 구동코일(SV1)과 제2 전자밸브(35)의 구동코일(SV2)에 대하여, 미리 정해진 동작을 시키는 회로이다.

공기압 제어부(30)는 위치제어회로(31), 펄스 드라이브 회로(32), 시간개폐동작밸브(33), 제1 전자밸브(34), 제2 전자밸브(35)를 구비한다. 위치제어회로(31)는 진공압력제어회로(22)에서 주어진 밸브 개도 지시값과, 진공비례 개폐밸브(16)에서 형성된 포텐셔미터(potentiometer; 18)(위치검출수단의 일례)에서 앰프(19)를 이용하여 주어진 밸브 개도 측정값을 비교하여, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브의 위치를 제어하는 것이다. 펄스 드라이브 회로(32)는 위치제어회로(31)에서의 제어신호에 기초하여, 시간개폐동작밸브(33)로 펄스 신호를 송신하는 것이다.

시간개폐동작밸브(33)는 도시하지 않은 급기측 비례밸브 및 배기측 비례밸브를 내장하는 것으로, 펄스 드라이브 회로(32)에서의 펄스 신호에 따라서, 급기측 비례밸브 및 배기측 비례밸브를 시간개폐밸브동작시키는 것이며, 제2 전자밸브(35)와 제1 전자밸브(34)를 이용하여, 진공비례 개폐밸브(16)의 공기압 실린더(41)(후술하는 도 2, 도 3 참조) 내의 공기압력을 조정하는 것이다.

또한, 진공비례 개폐밸브(16)와 공기압 제어부(30)와의 사이에는, 압력센서(50)가 배설되어, 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더 압력을 측정한다. 압력센서(50)는 압력측정결과를 컨트롤러(20)로 출력한다.

조작부(40)에 있는 진공비례 개폐밸브(16)를 도 31에 관하여 말하면, 반응실(10)에서 진공 펌프(13)까지의 배기계의 컨덕턴스를 변화시키는 것이다. 도 2, 도 3에 진공비례 개폐밸브(16)의 단면을 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 그 중앙에는 피스톤 로드(43)가 형성되어 있다. 그리고, 피스톤 로드(43)에 대하여, 진공비례 개폐밸브(16)의 상부인 공기압 실린더(41) 안에 있어서, 피스톤(44)이 고정되며, 진공비례 개폐밸브(16)의 하부인 벨로우즈식 포핏 밸브(42) 안에 있어서, 포핏 밸브체(45)가 고정되어 있다. 따라서, 공기압 실린더(41)에 의해 포핏 밸브체(45)를 이동시킬 수 있다. 이와 같은 진공비례 개폐밸브(16)는 O링(49)이 포핏 밸브체(45)에 장착되며, O링(49)을 밸브좌(47)에 접촉 또는 이간되는 것에 의해 밸브 개폐 동작을 행한다.

구체적으로, 진공비례 개폐밸브(16)에서는 공기압 실린더(41) 안에 공급 포트(18A)를 이용하여 압축공기가 공급되지 않고, 공기압 실린더(41) 안이 배기 포트(18B)를 통해 배기 라인과 연통할 때는, 공기압 실린더(41) 안의 복귀 스프링(46)에 의한 아래 방향의 가세력이 피스톤(44)에 작용하기 때문에, 도 2에 도시한 것처럼, 포핏 밸브체(45)는 O링(49)을 밸브좌(47)로 눌러 밀착시키도록 하강하여, 진공비례 개폐밸브(16)는 차단된 상태가 된다.

한편, 공기압 실린더(41) 안으로 공급 포트(18A)를 통해 압축공기가 공급될 때는, 공기압 실린더(41) 안의 복귀 스프링(46)에 의한 아래 방향의 가세력과, 공기압 실린더(41) 안의 압축공기에 의한 윗 방향의 압력이 피스톤(44)에 동시에 작용하기 때문에, 그 밸런스에 따라서, 도 3에 도시한 것처럼, 포핏 밸브체(45)는 O링(49)을 밸브좌(47)에서 이간시키도록 상승하여, 진공비례 개폐밸브(16)는 열린 상태가 된다.

따라서, 포핏 밸브체(45)가 밸브좌(47)에서 이간된 거리는 밸브의 리프트 양으로 하고, 공기압 실린더(41)에 대한 압축공기의 공급과 배기로 조작할 수 있다. 포핏 밸브체(45)가 밸브좌(47)에서 이간된 거리는, 밸브의 리프트 양으로 하고, 포텐셔미터(18)에 의해 측정되는 것이고, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도에 상당한 것이다.

도 1에 도시한 진공압력센서(14, 15)는 도 31의 반응실(10) 안의 진공압력을 측정하는 정전용량방식압력계(capacitance manometer)이다. 여기서는, 계측되는 진공압력의 범위에 따라서, 2개의 정전용량방식압력계(capacitance manometer)를 구분하여 사용하고 있다.

<진공압력 제어 시스템의 동작 모드 설명>

이와 같은 구성을 가지는 본 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템에서는, 동작 모드로서 강제 클로우즈 모드(CLOSE)와, 진공압력 컨트롤 모드(PRESS)를 컨트롤러(20)에서 선택하여 설정할 수 있다.

진공압력 제어 시스템은 강제 클로우즈 모드(CLOSE)를 컨트롤러(20)에서 선택하면, 시퀀스 제어회로(23)가 제1 전자밸브(34) 및 제2 전자밸브(35)를 도 1에 도시한 것처럼 작동시킨다. 이것에 의해, 공기압 실린더(41) 안에는 압축공기가 공급되지 않고, 공기압 실린더(41) 안은 배기 라인과 연통하기 때문에, 공기압 실린더(41) 안의 공기압이 대기압이 되고, 진공비례 개폐밸브(16)는 차단된 상태가 된다.

한편, 진공압력 제어 시스템은 컨트롤러(20)에서 진공압력 컨트롤 모드(PRESS)를 선택하면, 시퀀스 제어회로(23)가 제1 전자밸브(34)를 동작시키는 것에 의해, 시간개폐동작밸브(33)와 공기압 실린더(41)를 연통시킨다. 이것에 의해, 진공비례 개폐밸브(16)의 공기압 실린더(41) 안의 공기압력이 조정되고, 밸브의 리프트 양을 공기압 실린더(41)에서 조작할 수 있는 상태가 된다.

진공압력 컨트롤 모드를 선택한 때, 진공압력 제어회로(22)는 현장입력 또는 원격입력으로 지시된 목표 진공압력값을 목표값으로 하는 피드백 제어를 개시한다. 즉, 도 31에서, 진공압력센서(14, 15)에서 반응실(10) 안의 진공압력값을 계측하고, 그것과 목표 진공압력값과의 차(제어편차)에 따라서, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 리프트 양을 조작하고, 배기계의 컨덕턴스를 변화시키는 것에 의해, 반응실(10) 안의 진공압력을 목표 진공압력값으로 일정하게 유지시킨다.

또한, 진공압력 컨트롤 모드를 선택한 때, 진공압력 제어회로(22)에서 피드백 제어의 제어편차가 커진 때는, 피드백 제어의 조작량을 최대로 하고 있기 때문에, 피드백 제어의 빠른 응답성이 충분히 확보되어 있다. 한편, 피드백 제어의 제어편차가 작은 때는, 미리 조정된 시정수로 단계적으로 이행하기 때문에, 반응실(10) 내의 진공압력을 안정된 상태로 유지할 수 있다.

<진공압력 제어 시스템의 전기구성>

도 4에 도시한 진공압력 제어 시스템의 제어 블록도에 기초하여 구체적으로 설명하면, 진공압력센서(14, 15)에서 계측된 반응실(10) 안의 진공압력값을 비례미분회로(105, 106)로 조정한 값을, 현장입력 또는 원격입력으로 지시된 목표 진공압력값과 비교한 후, 비례미분적분회로(102, 103)로 입력한다. 그 후, 직렬로 접속된 적분회로(104)가 위치제어회로(31)로 출력하기 위해, 0~5V의 범위의 전압을 출력한다. 적분회로(104)의 시정수는 적분시간조절회로(101)에 의해 결정된다.

진공압력센서(14, 15)의 계측값이 목표 진공압력값에 대해 떨어져 있을 때는, 내부연산회로에 의해 적분회로의 적분시간이 극소가 되도록 동작한다. 이것에 의해, 적분회로(104)는 거의 무한대의 게인을 가진 증폭회로로서 기능한다.

즉,

(진공압력센서(14, 15)의 계측값)>(목표 진공압력값)

이 되는 경우는, 적분회로(104)의 최대값인 5V가 위치제어회로(31)에 대하여 출력된다. 그 결과, 진공비례 개폐밸브(16)는 급속하게 열리는 방향으로 동작한다. 한편,

(진공압력센서(14, 15)의 계측값)<(목표 진공압력값)

이 되는 경우는 적분회로(104)의 최소값인 0V가 위치제어회로(31)에 대하여 출력된다. 그 결과, 진공비례 개폐밸브(16)는 급속하게 닫히는 방향으로 동작한다.

이러한 동작에 의해, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도는, 목표 진공압력값이 될 위치의 근처까지, 최단시간에 도달할 수 있다. 그 후, 목표 진공압력값이 될 위치의 근처까지 도달했다고 판단한 적분시간조절회로(101)는, 그 위치에서 진공압력을 안정한 상태로 유지하기 때문에, 미리 조정된 적분회로(104)의 시정수로 단계적으로 이행하는 동작을 행한다.

<실린더 압력과 진공압력과의 관계>

도 5는 실린더 압력과 반응실(10)의 진공압력과의 관계를 도시한 도면이다. 종축은 실린더 압력(kPa)을 나타내며, 횡축은 위치센서출력(V)을 나타낸다.

도 5는 O링(49)의 눌린 양을 0.500mm로 설정한 진공비례 개폐밸브(16)에 관하여, 반응실(10)의 진공압력을 0~800×0.133kPa로 한 때에 압력센서(50)(압력측정수단의 일례)가 계측하는 실린더 압력을 나타내고 있다.

진공비례 개폐밸브(16)는 밸브체(45)에 진공압력이 작용하기 때문에, 도면 중 X1부에 도시한 것처럼, 실린더 압력이 0kPa이어도, 포텐셔미터(18)가 측정하는 위치센서출력값(V)이 상위하다. 결국, 밸브 개도가 상위하다.

O링(49)에서 누출이 생긴 때의 실린더 압력은 진공압력이 0kPa인 때에는 139.7kPa, 진공압력이 100×0.133kPa인 때에는 123.3kPa, 진공압력이 200×0.133kPa인 때에는 109.0kPa, 진공압력이 300×0.133kPa인 때에는 97.7kPa, 진공압력이 400×0.133kPa인 때는 83.9kPa, 진공압력이 500×0.133kPa인 때에는 73.4kPa, 진공압력이 600×0.133kPa인 때는 59.5kPa, 진공압력이 700×0.133kPa인 때는 48.4kPa, 진공압력이 800×0.133kPa인 때는 33.2kPa가 된다. 이와 같이, 진공비례 개폐밸브(16)는 O링(49)에서 누출이 생기는 실린더 압력이 반응실(10)의 진공압력에 따라서 달라진다.

도 6은 반응실(10)의 진공압력을 가산한 실린더 압력과 위치센서출력과의 관계를 도시한 것이다. 종축은 반응실의 진공압력을 가산한 실린더 압력(kPa)을 나타내며, 횡축은 위치센서출력(V)을 나타낸다.

그러나, O링(49)에서 누출이 생기는 실린더 압력에, 밸브체(45)에 작용하고 있는 진공압력을 가산하면, 도면 중 X2에 도시한 것처럼, 그 가산압력값이 일정한 값(본 실시형태에서는 140kPa)을 나타내고, 위치센서출력도 일정하게 된 것이 판명되었다. 따라서, O링(49)에서 누출이 생기기 시작하는 위치(리크 개시위치)는 압력측정값이 측정하는 실린더 압력과 진공압력에서 O링(49)의 리크 개시위치를 산출할 수 있다.

여기서, 진공압력 제어 시스템은 진공비례 개폐밸브(16)나 압력센서(50)의 불균형을 고려하여, 리크 개시위치로서 125kPa(밸브 개도 0.050mm 상당분의 마진을 고려)을 컨트롤러(20)에 기억하고 있다.

도 7은 진공압력 제어 시스템의 플로우 차트이다.

도 7에 도시하는 진공압력 제어 시스템은 컨트롤러(20)에 격납되며, 진공압력 컨트롤 모드(PRESS)가 설정된 때에 실행되고, 컨트롤러(20)에 하기의 처리를 행한다.

먼저, 스텝(200)(이하, "S20"이라 한다)에서, 소망의 진공압력을 취득한다.

S21에서, 압력센서(14, 15)의 측정결과를 취득하여 반응실(10)의 진공압력을 취득한다. 그리고, S22에서, 압력센서(50)에서 실린더 압력을 취득한다. 그리고, S23에서, S20에서 취득한 소망의 진공압력과 S21에서 취득한 진공압력을 비교하여, 125kPa(본 실시형태의 예)에서 큰 쪽을 감산한다. 즉, 현재의 진공압력이 소망의 진공압력보다 크거나 또는 같은 경우에는(S23: YES), 125kPa에서 현재의 진공압력값을 감산하여, O링(49)의 리크 개시위치를 산출한다(S231), 한편, 현재의 진공압력이 소망의 진공압력보다 작은 경우에는(S23: NO), 125kPa에서 소망의 진공압력값을 감산하여, O링(49)의 리크 개시위치를 산출한다(S232). 이것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치가 되는 실린더 압력을 산출한다. 이때의 실린더 내압이 예압 압력이다.

그리고, S24에서, S22에서 취득한 현재의 실린더 압력이 S23에서 산출한 O링(49)의 리크 개시위치가 되는 실린더 압력 이상인지 여부를 판단한다. 현재의 실린더 압력이 O링(49)의 리크 개시위치가 되는 실린더 압력 이상이 아닌 경우에는(S24: NO), 진공압력 제어중에 진공압력 제어 시스템이 정지 또는 일단 정지되었다고 생각되기 때문에, S25에서, S23에서 취득한 O링(49)의 리크 개시위치까지 실린더(41)에 압축에어를 공급하여 가압하고, 피드백 제어의 하한값으로 한다. 그 후, S26에서, 컨트롤러(20)에 설정된 소망의 진공압력을 취득한다. 그리고, S27에서, 압력센서(14, 15)에서 반응실(10)의 현재의 진공압력을 취득한다. 그리고, S28에서, 현재의 진공압력을 소망의 진공압력에 근접하도록 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조정하는 것에 의해, 반응실(10)의 진공압력을 피드백 제어한다. 한편, 실린더 압력이 O링(49)의 리크 개시위치가 되는 실린더 압력 이상인 경우에는(S24: YES), 밸브가 닫히지 않기 때문에, 그대로 S26으로 진행한다.

이와 같은 진공압력 제어 시스템은 S20~S28의 처리를 반복하여 진공압력을 피드백 제어할 때에, 실린더 압력이 O링(49)의 리크 개시위치 이상인지 여부를 감시하고, 실린더 압력이 O링(49)의 리크 개시위치이상이 아닌 경우에는, S23에서 취득한 O링(49)의 리크 개시위치까지 실린더(41)를 가압하고, 피드백 제어의 하한위치를 O링(49)의 리크 개시위치가 되는 실린더 압력으로 조정한다.

<압력제어 응답성에 관하여>

발명자들은 본 실시형태의 진공압력 제어 시스템의 압력제어 응답성에 관하여 조사하였다.

실험에서, 실린더 압력 0kPa일 때의 밸브 개도를 피드백 제어의 하한값으로 하는 진공압력 제어 시스템(이하, "진공압력 제어 시스템 A"라 한다)와, O링(49)의 리크 개시위치를 피드백 제어의 하한값으로 하는 본 실시형태의 진공압력 제어 시스템(이하, "진공압력 제어 시스템 B"라 한다)을 이용하였다. 실험에서, 진공압력 제어 시스템 A, B의 각 진공비례 개폐밸브(16)에 실린더 압력을 500kPa로 가압하여 공급한 유량을, 실린더 압력을 140kPa로 감압하여 유량을 조정하는 경우의 응답성에 관하여 조사하였다.

도 9는 진공압력 제어 시스템 A의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 도시한 도면이다.

진공압력제어 시스템 A는 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더 압력을 500kPa에서 200kPa로 감압한 후, 140kPa로 조정한다. 이 경우, 반응실(10)의 진공압력은 도면 중 X3으로 도시한 것처럼, 오버 슈트를 발생하였다. 또한, 반응실(10)의 진공압력이 안정되는데 약 23초가 요구된다.

도 8은 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 응답성을 조사한 결과를 도시한다.

진공압력 제어 시스템 B는 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더 압력을 500kPa에서 110kPa로 감압한 후, 140kPa로 조정한다. 이 경우, 반응실(10)의 진공압력은 도면 중 X4에 도시한 것처럼, 오버 슈트를 발생하지 않는다. 또한, 반응실(10)의 진공압력이 안정되는데 약 20초가 요구된다.

따라서, 본 실시형태와 같이, O링(49)의 리크 개시위치를 산출하여 피드백제어의 하한값으로 하는 지공압력 제어 시스템 B는 실린더 압력 0kPa인 때의 밸브 개도를 피드백 제어의 하한값으로 하는 진공압력 제어 시스템 A와 비교하여, 오버슈트가 발생하기 어렵다. 이것은, 진공압력 제어 시스템 B은 진공압력 제어 시스템 A와 비교하여, 실린더 압력을 감압하는 량이 적고, 감압 후부터 목표 실린더 압력까지 실린더 압력을 충전하는 시간이 짧은 것으로 생각된다. 또한, 진공압력 제어 시스템 B는 진공압력 제어 시스템 A에 비해, 반응실(10)의 진공압력의 안정시간을 1할 정도 빠르게 할 수 있다.

<압력제어 안정성에 관하여>

발명자들은 본 실시형태의 진공압력 시스템의 압력제어 안정성에 관하여 조사하였다.

실험에서, 진공압력 제어 시스템 A와 진공압력 제어 시스템 B를 이용하였다. 실험에서, 진공압력 제어 시스템 A, B에서, 각 진공비례 개폐밸브(16)의 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어정수를 사용하여 공급 유로(10SLM)에서 동일한 제어를 행한 경우에, 헌팅이 생기는지 여부를 조사하였다.

도 10은 진공압력제어 시스템 A의 압력제어 안정성을 조사한 결과를 도시한 도면으로, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어 정수를 사용하여 공급유량을 30SLM으로 한 경우를 도시한다. 도 11은 진공압력 제어 시스템 A의 압력제어 안정성을 조사한 결과를 도시한 도면으로서, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어 정수를 사용하여 공급유량을 10SLM으로 한 경우를 도시한다.

*진공압력 제어 시스템 A는 도 10의 X5에 도시한 것처럼, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어를 이용하여, 진공비례 개폐밸브(16)에 공급유량을 30SLM으로 제어되는 경우에는, 헌팅이 약 20초간 계속된다. 한편, 도 11의 X6에 도시한 것처럼, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어를 이용하여 진공비례 개폐밸브(16)에 공급유량을 10SLM으로 제어된 경우에는 헌팅이 100초 이상 계속된다.

도 12는 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 안정성을 조사한 결과를 도시한 도면으로서, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어 정수를 사용하여 공급유량을 30SLM으로 한 경우를 도시한다. 도 13은 진공압력 제어 시스템 B의 압력제어 안정성을 조사한 결과를 도시한 도면으로서, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어 정수를 사용하여 공급유량을 10SLM으로 한 경우를 도시한다.

진공압력 제어 시스템 B는 도 12의 X7에 도시한 것처럼, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어를 이용하여, 진공비례 개폐밸브(16)에 공급유량을 30SLM으로 제어시킨 경우에는 헌팅이 약 10초간 계속된다. 한편, 도 13의 X8에 도시한 것처럼, 공급유량이 30SLM일 때의 PID 제어를 이용하여 진공비례 개폐밸브(16)에 공급유량을 10SLM으로 제어시킨 경우에는 헌팅이 약 40초 정도가 된다.

따라서, 진공압력 제어 시스템 B은 진공압력 제어 시스템 A에 비해, 진공압력의 헌팅 시간을 약 절반으로 할 수 있다. 또한, 공급 유량을 30SLM에서 10SLM으로 변경하는 경우에, PID 제어 정수를 변경하지 않아도, 헌팅을 억제하여 진공압력을 제어할 수 있다. PID 제어 정수의 변경에 많은 노력이 들기 때문에, PID 제어 정수를 변경하지 않고 공급 유량을 변경할 수 있다는 것은 사용자에 있어서 사용하기 편리하다.

<제1 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 작용효과>

상기 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 반응실(10) 내의 진공압력 또는 진공 목표압력값에서 예압 압력값(O링(49)의 리크 개시위치)을 산출하고, 그 예압 압력값을 피드백 제어의 하한값으로 한다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 진공비례 개폐밸브(16)가 O링(49)이 실링력을 상실한 리크 개시위치를 밸브체(45)가 여분으로 지나가서 밸브 개폐 동작하지 않고, 압력제어 응답성이 향상한다. 또한, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 오버슈트나 헌팅이 생긴 경우에도, 피드백 제어의 하한값이 리크 개시위치이기 때문에, 진공압력이 단시간에 안정되고, 압력제어 응답성이 향상한다.

(제2 실시형태)

계속해서, 제2 실시형태의 진공압력 제어 시스템에 관하여 설명한다.

제2 실시형태의 진공압력 제어 시스템은 진공압력 제어 프로그램이 포텐쇼미터(18)가 측정하는 위치센서출력을 이용하여, O링(49)의 리크 개시위치를 산출하는 점에서, 제1 실시형태와 다르다. 따라서, 여기서는 제1 실시형태와 다른 점과 중심으로 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일 구성은 제1 실시형태와 동일 부호를 도면과 설명에 이용하여, 상세한 설명을 생략한다.

<위치센서출력과 반응실 압력과의 관계>

도 16은 위치센서압력과 반응실(10)의 진공압력과의 관계를 나타낸 도면이다. 종축은 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력(V)을 나타내고, 횡축은 실린더 압력(kPa)을 나타낸다.

도 16은 O링(49)의 눌린 양을 0.500mm로 설계한 진공비례 개폐밸브(16)에 관하여, 반응실(10)의 진공압력을 0~800×0.133kPa로 한 때에 O링(49)에서 누출이 생기는 밸브체(45)의 위치(밸브 개도) 및 포텐쇼미터(18)가 출력하는 위치센서출력을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

진공비례 개폐밸브(16)는 밸브체(45)에 진공압력이 작용하기 위해, 도면 중 X9로 나타낸 것처럼, 실린더 압력이 0kPa이어도, 포텐쇼미터(18)의 위치압력센서출력(V), 즉 밸브 개도가 반응실(10)의 진공압력에 따라 다르게 된다.

도면 중 수값은 O링(49)에서 누출이 생긴 때의 위치센서출력을 나타낸다. O링(49)에서 누출이 생긴 때의 위치센서출력은 진공압력이 0kPa일 때에는 1.264V, 진공압력이 100×0.133kPa일 때에는 1.265V, 진공압력이 200×0.133kPa일 때에는 1.263V, 진공압력이 300×0.133kPa일 때에는 1.264V, 진공압력이 400×0.133kPa일 때에는 1.262V, 진공압력이 500×0.133kPa일 때에는 1.264V, 진공압력이 600×0.133kPa일 때에는 1.261V, 진공압력이 700×0.133kPa일 때에는 1.263V, 진공압력이 800×0.133kPa일 때에는 1.260V가 된다. 이와 같이, 진공비례 개폐밸브(16)는 O링(49)에서 누출이 생긴 때의 위치센서출력이 약 1.263V 전후로 안정하다.

따라서, 진공압력 별로, 실린더 압력 0kPa일 때의 위치센서출력에서 O링(49)이 누출을 하기 시작할 때의 위치센서출력까지의 변동량을 미리 컨트롤러(20)에 기억하여 두면, 실린더 압력 0kPa일 때에 측정한 위치센서출력에서, 진공압력에 따라 변동량을 가산하는 것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치를 산출할 수 있다.

위치센서출력의 변동량은 예를 들면 진공압력이 0kPa인 경우, 실린더 압력이 0kPa일 때의 위치센서출력이 1.200V이고, O링(49)의 리크 개시위치의 위치센서출력이 1.264V이며, 그 차이가 0.064이다. 위치센서출력 0.001V가 밸브 개도로서 약 0.078mm에 상당하는 포텐쇼미터(18)를 사용하면, 위치센서압력의 변동량 0.064V는, 밸브 개도의 변동량 0.498mm에 상당하다. 그리고, 그 밸브 개도의 변동량 0.498mm은 O링(49)의 눌린 양 0.500mm와 거의 일치한다. 따라서, 위치센서출력의 변동량에서 밸브 개도의 변동량을 인식할 수 있다.

<진공압력과 변동량의 관계 테이블>

여기서, 진공압력 제어 시스템은 진공압력과 변동량의 관계 테이블을 컨트롤러(20)에 격납하고 있다. 도 17은 진공압력과 변동량의 관계 테이블의 일례를 나타낸 도면이다.

테이블은 도 16에 도시하는 측정결과에서 진공압력마다 산출된 밸브 개도의 변동량 및 위치센서출력의 변동량에, 밸브 개도 0.100mm(위치센서출력 13mV) 만큼의 마진을 고려하여, 밸브 개도의 변동량과 위치센서출력의 변동량을 기억하고 있다.

도 14는 진공압력 제어 프로그램의 플로우 차트이다.

진공압력 제어 프로그램은 컨트롤러(20)에 격납되며, 진공압력 컨트롤 모드(PRESS)가 설정된 경우에 실행되어 이하의 처리를 컨트롤러(20)에서 행한다.

먼저, S21에서, 압력센서(14, 15)의 측정결과를 취득하여 반응실(10)의 진공압력을 취득한다. 그리고, S32에서, 현재의 밸브 개도를 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력에 의해 취득한다. 그리고 S33에서, S21에서 취득한 진공압력과 S32에서 취득한 위치센서출력에서 O링(49)의 리크 개시위치를 산출한다.

도 15는 O링 리크 개시위치 산출 프로그램의 플로우 차트이다.

O링 리크 개시위치는 도 15에 도시하는 처리를 실행하는 것에 의해 산출된다. 구체적으로는 S41에서, 진공비례 개폐밸브(16)가 클로우즈 상태인지 여부를 검출한다. 진공비례 개폐밸브(16)가 클로우즈 상태가 아닌 경우는(S41: NO), S45에서 컨트롤러(20)에 보존되어 있는 O링(49)의 리크 개시위치를 채용하고, 도 14의 S24로 진행한다.

한편, 진공비례 개폐밸브(16)가 클로우즈 상태인 경우는(S41: YES), 도 15의 S42에서 진공압력에 따른 밸브 개도의 변동량으로서, 도 17에 도시한 테이블에서 위치센서출력의 변동량을 참조하여 취득한다. 그리고, S42에서, S32에서 취득한 현재의 위치센서출력에 S42에서 취득한 위치센서출력의 변동량을 가산하는 것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치를 산출한다. 그리고, S44에서, S43에서 산출한 O링(49)의 리크 개시위치를 컨트롤러(20)에 갱신·보존한다. 그 후, 도 14의 S24로 진행한다.

S24에서, 현재의 밸브 개도가 O링(49)의 리크 개시위치 이상인지 여부를 판단한다. 이 판단은 S32에서 취득한 현재의 위치센서출력이 컨트롤러(20)에 보존되어 있는 O링(49)의 리크 개시위치 이상인지 여부에 의해 판단된다. 현재의 위치센서출력이 O링(49)의 리크 개시위치 이상이 아닌 경우에는(S24: NO), S25에서 S23에서 취득한 O링(49)의 리크 개시위치를 포텐쇼미터(18)가 계측할 때까지, 공급 포트(18A)에 압축공기를 공급하여 실린더(41)를 가압한다. 이에 의해, 피드백 제어의 하값이 조정된다. 그 후, S26~S28은 제1 실시형태와 동일한 처리이므로 설명을 생략한다.

이와 같은 진공압력 제어 시스템은 S24~S28의 처리를 반복하여 진공압력을 피드백 제어할 때에, 밸브 개도(위치센서출력)가 O링(49)의 리크 개시위치 이상인지 여부를 감시하고, 위치센서출력이 O링(49)의 리크 개시위치 이상이 아닌 경우에는 컨트롤러(20)에 보존되어 있는 O링(49)의 리크 개시위치까지 실린더(41)를 가압하고, 피드백 제어의 하한값을 O링(49)의 리크 개시위치로 조정한다.

<보정에 관하여>

그런데, 진공비례 개폐밸브(16)는 밸브 점검 후의 재조립에 의한 밸브 위치의 변화나, 경년적인 기계적인 어긋남, 생성물 부착에 의한 밸브 위치의 변화에 의해, 실린더 압력 0kPa일 때의 밸브 위치가 정상의 밸브위치에서 어긋나는 경우가 있다. 이 경우에도, 진공압력 제어 시스템은 실린더 압력을 0kPa로 하여 진공비례 개폐밸브(16)를 닫은 때에 포텐쇼미터(18)가 측정하는 위치센서출력에, O링(49)의 눌린 양을 고려한 위치센서출력 변동량을 가산하는 것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치를 보정한다.

<위치센서출력과 제어 코맨드와의 관계>

실험에서, 진공비례 개폐밸브(16)를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 한 때에 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.145V인 진공압력 제어 시스템 C와, 진공비례 개폐밸브(16)를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 한 때의 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.240V인 진공압력 제어 시스템 D와, 진공비례 개폐밸브(16)를 개방상태에서 폐쇄상태로 할 때에 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.335V인 진공압력 제어 시스템 E를 각각 이용하여, 반응실(10)의 진공압력을 목표압력(여기서는 9.0×0.133kPa)으로 제어하였다. 이 경우에, 진공압력 제어 시스템 C~E가, 진공비례 개폐밸브(16)에서 출력하는 제어 코맨드(V)와 포텐쇼미터(18)에서 출력되는 위치센서출력(V)과, 진공비례 개폐밸브(16)의 실린더 압력(kPa)과, 반응실(10)의 진공압력(kPa)을 측정하였다. 이 실험결과를 도 18, 도 19에 나타낸다.

도 18은 위치센서출력에 따라서 제어 코맨드 하한값을 보정하고 있는 태양을 도시한 도면으로서, 좌측 중축은 위치센서출력(V)을 나타내고, 우측 종축은 제어 코맨드(V)를 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

진공압력 제어 시스템 C~E가 진공비례 개폐밸브(16)에 부여하는 제어 코맨드는 위치센서출력과 대응하도록 되어 있다. 따라서, 제어 코맨드도 위치센서출력에 대응하여 변화하고, 제어 코맨드 하한값이, 그때의 위치센서출력에 따라서 다른 값으로 되어 있다. 따라서, 도 18에 나타내는 측정결과에서, 진공압력 제어 시스템 C~E가 폐쇄시의 위치센서출력에 따라서 제어 코맨드를 보정하는 것을 알 수 있다.

<위치센서출력과 실린더 압력과의 관계>

도 19는 실린더를 예압하는 태양을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실(10)의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력), 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력), 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

상기와 같이 제어 코맨드가 보정된 진공압력 제어 시스템 C~E는 진공비례 개폐밸브(16)의 폐쇄시의 위치센서출력이 1.145V, 1.240V, 1.335V와 다른 경우에 있어서도, 실린더(41)가 동일 압력으로 예기되어 있다.

<제어 코맨드의 하한값 설정에 관한 구체예>

다음으로, 진공압력 제어 시스템이 피드백 제어할 때에 진공비례 개폐밸브(16)에서 출력하는 제어 코맨드의 하한값 설정에 관한 구체예를 설명한다.

예를 들면, 진공비례 개폐밸브(16)를 폐쇄상태로 한 때에, 압력센서(14, 15)가 측정하는 현재의 진공압력이 0kPa이고, 또한, 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.203V인 경우에는, 위치센서출력이 도 16의 X9부에 도시한 정상시의 위치센서출력기준값(1.200V)보다 0.003V가 크다. 즉, 밸브 개도가 정상시보다 크다. 이 경우, 도 17에 도시하는 진공압력 0kPa일 때의 위치센서출력 기준값 0.051V를 읽어, 위치센서출력(1.203V)에 가산한다. 이것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치는 위치센서출력이 1.254V를 출력하는 위치로 보정된다.

또한, 예를 들면, 진공비례 개폐밸브(16)를 폐쇄상태로 한 때에, 압력센서(14, 15)가 측정하는 현재의 진공압력이 0kPa이며, 또한, 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.213V인 경우에는, 위치센서출력이 도 16의 X9부에 도시하는 진공압력 0kPa일 때의 위치센서출력 기준값(1.200V)보다 0.013V가 크다. 이 경우, 도 17에 도시하는 진공압력 0kPa일 때의 위치센서출력 기준값 0.051V를 읽어, 위치센서출력91.213V)에 가산한다. 이것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치는 위치센서출력이 1.264V를 출력하는 위치로 보정된다.

또한, 진공비례 개폐밸브(16)를 닫은 때에, 압력센서(14, 15)가 측정하는 현재의 진공압력이 0kPa이고, 또한, 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.193V인 경우에는 위치센서출력이 도 16의 X9부에 도시하는 진공압력 0kPa일 때의 위치센서출력 기준값(1.200V)보다 0.007V가 작다. 이 경우, 도 17에 도시하는 진공압력 0kPa일 때의 위치센서출력 기준값 0.051V를 읽어, 위치센서출력(1.193V)에 가산한다. 이것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치는 압력센서출력이 1.244V를 출력하는 위치로 보정된다.

또한, 진공비례 개폐밸브(16)를 닫은 때에, 압력센서(14, 15)가 측정하는 현재의 진공압력이 100×0.133kPa이고, 또한, 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력이 1.210V인 경우에는 위치센서출력이 도 16의 X9부에 도시하는 진공압력 100×0.133kPa일 때의 위치센서출력 기준값(1.220V)보다 0.010V가 작다. 이 경우, 도 17에 도시하는 진공압력 100×0.133kPa일 때의 위치센서출력 기준값 0.045V를 읽어, 위치센서출력(1.210V)에 가산한다. 이것에 의해, O링(49)의 리크 개시위치는 압력센서출력이 1.255V를 출력하는 위치로 보정된다.

<제2 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 작용효과>

상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, O링(49)이 실링력을 잃은 때에, 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브체(45)의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜서 출력하는 포텐쇼미터(18)가 출력하는 출력값(위치센서출력)이 거의 일정하다. 그리고, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 포텐쇼미터(18)의 출력값이 O링(49)이 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 밸브체(45)가 이동한 때에 포텐쇼미터(18)가 출력하는 출력값이 되도록, 실린더(41)를 예압하여, 피드백 제어의 하한값으로 한다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 진공비례 개폐밸브(16)가 리크 개시위치를 밸브체(45)가 여분으로 지나쳐서 밸브개폐동작하지 않고, 압력제어 반응성이 향상된다. 또한, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템 및 진공압력 제어 프로그램에 의하면, 오버슈트나 헌팅이 생긴 경우에도, 피드백 제어의 하한값이 리크 개시위치이기 때문에, 진공압력이 단시간에 안정화되어, 압력제어 응답성이 향상된다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 실린더(41)가 가압되지 않을 때(실린더가 0kPa일 때)에 포텐쇼미터(18)가 출력하는 위치센서출력에서, 실린더(41)를 O링(49)이 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 예압한 때에 포텐쇼미터(18)가 출력하는 위치센서출력까지 변동하는 변동량을, 반응실(10) 안의 진공압력 별로 기억하는 데이터 기억수단(테이블)을 가지며, 반응실(10의 진공압력에 따라서 변동량을 테이블에서 취득하고, 취득한 변동량을 포텐쇼미터(18)가 출력하는 위치센서출력에 가산하여, O링(49)이 실링력을 잃은 위치(리크 개시위치)를 산출한다. 그 때문에, 반응실(10)의 진공압력과 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력에서 O링(49)이 실링력을 잃은 리크 개시위치를 간단하게 산출할 수 있다.

상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 실린더(41)가 가압되지 않을 때 포텐쇼미터(18)가 검출하는 출력값에 대하여, 반응실(10)의 진공압력에 따라서 변동량을 가산하기 때문에, 사용하고 있는 사이에 위치센서의 출력이 어긋날 수 있어도, 그 어긋난 만큼, O링(49)의 리크 개시위치를 보정하는 보정수단을 가진다. 따라서, 상기 태양의 진공압력 제어 시스템에 의하면, 예를 들면, 진공비례 개폐밸브(16)가 유지보수 후의 재조립에 의해 밸브위치가 어긋난 경우에도, 그 어긋난 양에 따라서 피드백 제어의 하한값을 보정하고, 진공압력제어를 정확도 좋게 행할 수 있다.

(제3 실시형태)

계속해서 본 발명의 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템에 관하여 설명한다.

제3 실시형태의 진공압력 제어 시스템은 반응실(10)에서 가스를 슬로우 배기하는 슬로우 배기 모드를 구비하는 점이 제1 실시형태와 다르다. 따라서, 여기서는 제1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 공통점에 관하여서는 제1 실시형태와 동일 부호를 도면이나 설명에 사용하여, 상세한 설명을 생략한다.

<슬로우 배기 제어 프로그램>

도 20은 진공압력 제어 시스템이 실행하는 슬로우 배기 프로그램의 플로우 차트이다.

슬로우 배기 제어 프로그램은 진공압력 제어 시스템의 컨트롤러(20)에 격납되어 있다. 진공압력 제어 시스템이 슬로우 배기 모드를 설정하면, 도 20에 도시하는 슬로우 배기 제어 프로그램을 컨트롤러(20)에서 실행시키고, 이하의 처리를 행한다.

진공압력 제어 시스템은 진공비례 개폐밸브(16)가 닫혀 있는 경우에는, 현재의 진공압력과 밸브 개도를 취득하고, O링(49)의 리크 개시위치를 산출한다(S201: YES, S21, S52, S53). 밸브 개도 및 O링(49)의 리크 개시위치는 제1 실시형태와 같이 실린더 압력으로 검출하여도 좋고, 제2 실시형태와 같이 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력으로 취득하여도 좋다. 한편, 진공비례 개폐밸브(16)가 닫혀 있지 않은 경우에는(S201: NO), 보존되어 있는 O링(49)의 리크 개시위치를 채용한다.

그리고, S24에서, 현재의 밸브 개도가 O링(49)의 리크 개시위치 이상인지 여부를 판단한다. 현재의 밸브 개도가 O링(49)의 리크 개시위치 이상이 아닌 경우에는(S24: NO), S25에서 S53에서 취득한 O링(49)의 리크 개시위치까지 실린더(41)를 가압하여 피드백 제어의 하한값을 조정한다. 그 후, S109로 진행한다. 한편, 현재의 위치센서출력이 O링(49)의 리크 개시위치 이상인 경우에는(S24: YES), 그대로 S109로 진행한다.

또한, S109 이하는 종래 기술과 동일하므로, 설명을 생략한다. 진공압력 제어 시스템은 S24, S25, S109~S115의 처리를 반복하여, 반응실(10)의 진공압력을 피드백 제어한다. 이때, 진공압력 제어 시스템은 밸브 개도가 O링(49)의 리크 개시위치 이상이 아니고, 진공비례 개폐밸브(16)를 닫은 경우에는, 밸브 개도가 O링(49)의 리크 개시위치가 되도록 실린더(41)를 예압 상태로 하기 때문에, 피드백 제어시에 필요 이상으로 밸브 개도를 너무 작게 하지 않는다.

<슬로우 배기 시간에 관하여>

발명자들은 실린더의 예압이 슬로우 배기시간에 주는 영향에 관하여 조사하였다.

실험에서, 피드백 제어의 하한값을 실린더 압력 0kPa일 때의 실린더 압력으로 하는 진공압력 제어 시스템 F와, 피드백 제어의 하한값을 O링(49)의 리크 개시위치로 하는 진공압력 제어 시스템 G를 이용하였다. 실험에서, 진공압력 제어 시스템 F, G가 설정유량(여기서는 0.333kPa/sec)으로 반응실(10)을 감압하도록 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조정하고, 그 사이의 진공압력과 실린더 압력을 경시적으로 측정하였다. 그 실험결과를 도 21 및 도 22에 도시한다.

도 21은 진공압력 제어 시스템 F에 의한 슬로우 배기에 필요한 시간을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실(10)의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

진공압력 제어 시스템 F는 반응실(10)을 목표 유량으로 감압하도록 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조정하기까지 9초가 걸렸다.

도 22는 진공압력 제어 시스템 G에 의한 슬로우 배기에 필요한 시간을 나타내는 도면으로, 좌측 종축은 반응실(10)의 진공압력(×0.133kPa, 절대압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

진공압력 제어 시스템 G는 반응실(10)을 목표 유량으로 감압하도록 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조정하기까지 6초가 걸렸다.

따라서, 진공압력 제어 시스템 G는 진공압력 제어 시스템 F보다 슬로우 배기에 필요한 시간을 3분의 2로 단출할 수 있었다. 이것은, 진공압력 제어 시스템 G가 실린더(41)를 O링(49)의 리크 개시위치까지 예압한 것이고, 진공비례 개폐밸브(16)의 공급 포트(18A)로 압축 공기를 공급하면 동시에 진공비례 개폐밸브(16)에 가스가 흐르기 시작하기 위한 것으로 생각할 수 있다.

<언더 슈트 발생시의 제어에 관하여>

발명자들은 상기 진공압력 제어 시스템 F, G를 이용하여 슬로우 배기시에 언더 슈트가 발생한 경우의 제어에 관하여 조사하였다. 실험에서는 진공압력 제어 시스템 F, G가 설정유량(여기서는 0.333kPa/sec)으로 반응실(10)을 감압하도록 진공비례 개폐밸브(16)의 밸브 개도를 조사하고, 반응실(10)을 감압하기 시작할 때에 실린더(41)를 가압하여 언더 슈트를 발생시킨다. 이 경우에, 진공압력 제어 시스템 F, G에 관한 진공압력과 실린더 압력을 경시적으로 측정하였다. 이 실험결과를 도 23 및 도 24에 도시한다.

도 23은 진공압력 제어 시스템 F에 언더슈트가 발생한 경우의 진공압력 및 실린더 압력의 변동을 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 반응실(10)의 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

진공압력 제어 시스템 F는 실린더 압력 변동이 최대 약 70kPa이고, 실린더 압력의 안정에 약 30초가 걸렸다. 그리고 반응실(10)에서는 -27.5×0.133kPa의 언더 슈트가 생겨, 언더 슈트 발생 후부터 안정될 때까지에 약 40초가 걸렸다.

도 24은 진공압력 제어 시스템 G에 언더슈트가 발생한 경우의 진공압력 및 실린더 압력의 변동을 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 반응실(10)의 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

진공압력 제어 시스템 G는 실린더 압력 변동이 최대 약 30kPa이고, 실린더 압력의 안정에 약 15초가 걸렸다. 그리고 반응실(10)에서는 -9.0×0.133kPa의 언더 슈트가 생겨, 언더 슈트 발생 후부터 안정될 때까지에 약 15초가 걸렸다.

이와 같이, 진공압력 제어 시스템 G는 진공압력 제어 시스템 F보다 언더 슈트 발생시의 실린더 압력 변동이 절반 이상 작고, 실린더 압력이 안정될 때까지 필요한 시간도 거의 절반으로 단축되었다. 그리고, 진공압력 제어 시스템 G는 진공압력 제어 시스템 F보다 반응실(10)에서 발생하는 언더 슈트가 약 3분의 1로 줄어들고, 언더 슈트 발생 후에 진공압력이 안정하는 시간도 절반 이상으로 단축할 수 있다. 이것은 진공압력 제어 시스템 G가 진공비례 개폐밸브(16)에 유량을 줄인 경우에, O링(49)의 리크 개시위치까지밖에 밸브체(45)가 이동하지 않기 때문에, 반응실(10)의 압력변동에 따라 진공비례 개폐밸브(16)를 개폐하여 응답성 좋게 유량제어할 수 있는 것으로 생각된다.

<제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 작용효과>

제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 제1 실시형태와 동일하게, 압력제어 응답성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 언더 슈트가 발생한 경우에도, 피드백 제어의 하한값이 O링(49)이 실링력을 잃은 리크 개시위치이기 때문에, 진공압력이 단시간에 안정되고, 압력제어응답성이 향상한다.

여기서, 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템과 특허문헌 1에 기재된 진공압력 제어 시스템을 진공압력과 제어 코맨드의 관계, 진공압력과 실린더 압력과의 관계, 진공압력과 위치센서출력과의 관계에서 대비하여, 양자의 차이를 밝힌다.

실험에서는 특허문헌 1의 진공압력 제어 시스템과 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템에, 설정유량 2.5×0.133kPa/sec으로 슬로우 배기하고, 그 때의 진공압력 변동과 제어 코맨드 변동, 실린더 압력 변동, 위치센서출력 변동을 조사하였다. 이 실험결과를 도 25~도 30에 도시한다.

도 25는 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 제어 코맨드의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 제어 코맨드(V)를 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템은 진공비례 개폐밸브(16)의 불감대를 없애기 위해, 실린더(41)에 예압을 걸고 있다. 그래서, O링(49)의 리크 개시위치가 불명하기 때문에, 실린더(41)에 예압할 수 있는 예압 가능량이 불명하다. 여기서 도 32의 S103, S108에 도시한 것처럼, 규정시간(10초) 사이, 진공압력변동을 확인하지 않으면서 밸브 개도를 단계적으로 조정하여 예압을 하고(도 25의 A부), 그 후, 규정시간(10초)의 사이, 피드백 제어를 행하는 것에 의해(도 25의 B부), 예압 가능량을 구하고 있다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재한 진공압력 제어 시스템은 예압에, 최대 20초를 필요로 하며, 슬로우 배기의 유량 안정에 29.6초가 걸려, 제어 응답성이 나빴다.

도 26은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 제어 코맨드의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 제어 코맨드(V)를 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 진공압력 또는 진공압력 목표에서 O링(49)의 리크 개시위치를 산출하고, 또한, 위치센서출력값에 위치센서출력 변동량을 가산하여 O링(49)의 리크 개시위치를 산출하고, 실린더(41)의 예압 가능량을 구하고 있다. 그 때문에, O링(49)의 리크 개시위치까지 실린더(41)에 압축 공기를 공급하여 실린더(41)를 한번에 예압할 수 있다. 에압시간이 짧아, 슬로우 배기의 유량 안정에 9.2초도 걸려, 제어 응답성이 좋다.

도 27은 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 실린더 압력과의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템은 예압 가능량을 조정하는 도면 중 A부와 B부에서, 대부분 실린더(41)를 예압하지 않는다.

도 28은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 실린더 압력과의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 실린더 압력(kPa, 게이지 압력)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 슬로우 배기 개시와 동시에 실린더(41)를 예압하기 시작한다.

도 29는 특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 위치센서출력과의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 위치센서출력(V)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

특허문헌 1에 기재하는 진공압력 제어 시스템은 예압 가능량을 조정하는 도면 중 A부와 B부에서, 위치센서출력이 거의 변화하지 않는다. 즉, 밸브 개도가 변하지 않는다.

도 30은 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템의 진공압력과 위치센서출력과의 관계를 나타낸 도면으로, 좌측 종축은 진공압력(×0.133kPa, 절대 압력)을 나타내고, 우측 종축은 위치센서출력(V)을 나타내며, 횡축은 시간(sec)을 나타낸다.

제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 슬로우 배기 개시와 동시에 위치센서출력이변하고 있다. 즉, 밸브 개도가 변하고 있다.

이상과 같이, 제3 실시형태에 관한 진공압력 제어 시스템은 피드백 제어의 하한값을 O링 리크 개시위치로 한 것에 의해, 제어 응답성을 향상시키고, 실린더(41)의 예압이나 밸브 개도의 조정을 슬로우 배기 개시 후부터 바로 행할 수 있어, 시간 낭비가 없다. 특히, 반도체 제조장치는 진공압력 제어 시스템의 제어 응답성이나 예압시간을 단축할 수 있으면, 단축한 시간의 사이에도 제품을 제조할 수 있어, 더 많은 제품을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 다양한 응용이 가능하다.

예를 들면, 본 실시예에서는 예압 압력값을 실험 데이터에서 산출하고 있지만, O링이 눌린 양의 설계값에 기초하여 산출하여도 좋다. 또는 O링의 눌린 양이 소정값(예를 들면, 0.500mm)이 된 때의 실린더 압력에 기초하여 산출하여도 좋다.

또한, 본 실시예에서는, 예압 압력값을 미리 기억하고 있지만, 상기 실린더 압력 등에서 자동 산출하는 시스템을 채용하여도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 진공비례 개폐밸브(16)의 외부에 개별적으로 형성한 컨트롤러(20)에 진공압력 제어 프로그램이나 슬로우 배기 제어 프로그램을 격납하고 있다. 이에 대하여, 진공압력 제어 시스템의 외부에 형성된 제어 컨트롤러(예를 들면, 반도체 제조장치의 제어 컨트롤러 등)에 진공압력 제어 프로그램 또는 슬로우 배기 제어 프로그램을 읽게 하고, 제어 프로그램을 이용하여 진공압력 제어 시스템의 동작을 제어하도록 하여도 좋다. 또한, 진공비례 개폐밸브(16)에 컨트롤러(20)를 형성하여도 좋다.

또한, 예를 들면, 제2 실시형태와 같이 포텐쇼미터(18)의 위치센서출력과 반응실(10)의 진공압력에 기초하여 O링(49)의 리크 개시위치를 산출하는 경우는 압력센서(50)를 생략하여 비용 절감을 도모하여도 좋다.

또한 예를 들면 피스톤에 형성된 마그넷을 검출하여 밸브 개도를 측정하는 것을 위치측정수단의 일례로 하여도 좋다.

10 반응실
13 진공 펌프
16 진공비례 개폐밸브
18 포텐쇼미터(위치검출수단의 일례)
20 컨트롤러(제어수단의 일례)
41 실린더
45 밸브체
47 밸브좌
49 O링
90 압력센서(압력측정수단의 일례)

Claims (5)

1. 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고,
   상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 것에 있어서, 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치되는 진공비례개폐밸브; 및 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 제어수단;을 포함하는 진공압력 제어 시스템에 있어서,
   상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단을 가지며,
   상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 일정하며,
   상기 제어수단은 상기 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 상기 밸브체가 이동한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록, 상기 실린더를 예압하여, 상기 피드백제어의 하한값으로 하는 것을 특징으로 하는 진공압력 제어 시스템.
2. 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고,
   상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고, 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 있어서,
   상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 위치검출수단을 가지며,
   상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 일정하고,
   상기 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 리크 개시위치까지 상기 밸브체가 이동한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록, 상기 실린더를 예압하여, 상기 피드백제어의 하한값으로 하는 것을 특징으로 하는 진공압력 제어 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 실린더가 가압하지 않을 때 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값에서 상기 실린더를 상기 리크 개시위치까지 예압한 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값까지 변동하는 변동량을 상기 반응실 내의 진공압력마다 미리 기억하는 데이터 기억 수단을 포함하며,
   상기 반응실의 진공압력에 따라서 상기 변동량을 상기 데이터 기억 수단에서 취득하고, 취득한 변동량을 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값에 가산하는 것에 의해 상기 리크 개시위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 진공압력 제어 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   가압하지 않을 때의 밸브 위치를 검출하고 그 위치에서 일정 리프트 량이 되도록 예압하는 것에 의해 밸브 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 진공압력 제어 시스템.
5. 밸브체; 상기 밸브체가 접하거나 떨어지는 밸브좌; 상기 밸브체의 상기 밸브좌에 접하는 면에 장착된 탄성 실 부재; 및 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 실린더;를 포함하고,
   상기 탄성 실 부재의 눌린 양을 변화시켜 미세 유량을 조정하는 진공비례개폐밸브를 반응실과 진공 펌프와의 사이에 배치하고, 상기 반응실 내의 진공압력에 기초하여, 상기 진공비례개폐밸브의 밸브 개도를 조정하고, 상기 반응실 내의 진공압력을 진공압력 목표값으로 피드백 제어하는 진공압력 제어 시스템에 이용되는 진공압력 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 있어서,
   탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 위치검출수단이 출력하는 출력값이 일정하며,
   상기 밸브체의 위치에 따라서 출력값을 변화시켜 출력하는 상기 위치검출수단의 출력값이 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 때에 상기 위치검출수단이 출력하는 출력값이 되도록 상기 실린더를 예압하는 것에 의해, 상기 탄성 실 부재가 실링력을 잃은 위치까지 상기 밸브체를 이동시켜, 상기 피드백 제어의 하한값으로 하도록, 상기 진공압력 제어 시스템을 동작시키는 것을 특징으로 하는 진공압력 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.

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