KR101990155B1 - 압력 제어 장치, 유량 제어 장치, 및 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체, 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

PID 계수 등의 게인을 크게 설정했다고 해도, 그 게인을 변경하는 일 없이 링잉이나 오버 슛을 방지할 수 있고, 큰 설정 압력치가 설정된 경우에도 단시간에 정상 상태로까지 변화시킬 수 있어, 설정 압력치에 따르지 않고 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 고르게 할 수 있는 압력 제어 장치를 제공하기 위해서, 밸브 제어부(3)가 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부(31)와 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 상한치를 설정하여, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치를 초과하는 경우에는 압력 제어 밸브(2)를 상한치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부(32)를 구비하도록 했다.

Description

압력 제어 장치, 유량 제어 장치, 및 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체, 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체{PRESSURE CONTROL DEVICE, FLOW RATE CONTROL DEVICE AND RECORDING MEDIUM HAVING PROGRAMS USED FOR PRESSURE CONTROL DEVICE, RECORDING MEDIUM HAVING PROGRAMS USED FOR FLOW RATE CONTROL DEVICE}
본 발명은 유체(流體)의 압력을 제어하기 위한 압력 제어 장치, 상기 압력 제어 장치의 압력 제어에 의해 유체의 유량 제어를 행하는 유량 제어 장치, 및 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체, 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스 등에 있어서 진공으로 유지되고 있는 챔버(chamber) 내에 재료 가스 등의 유체를 소정의 일정 압력으로 도입하기 위해서, 압력 제어 장치가 이용된다.
보다 구체적으로는 상기 압력 제어 장치는, 상기 챔버의 상류측의 유로(流路) 상에 마련되어 있고, 압력 센서와, 압력 제어 밸브와, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치가 되도록 상기 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부로 구성되어 있다.
종래, 상기 압력 제어 장치에 의한 유체의 압력 제어는, 초기 상태에서부터 소정 시간 경과한 후의 정상 상태에 있어서의 압력 제어의 정밀도만이 중요시되고 있었지만, 근년, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이를 때까지의 과도(過渡) 상태에 있어서의 압력 제어의 정밀도나 응답성도 중요시되고 있다.
예를 들면 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 과도 상태로 되어 있는 시간, 즉, 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지 걸리는 시간인 응답 시간을 가능한 한 단축시키면서, 과도 상태에 있어서의 압력 제어의 정밀도나 응답성을 더 향상시키는 것이 요구되고 있다. 보다 구체적으로는 설정 압력치가 크면 상기 챔버 내에 충전할 필요가 있는 유체의 유량도 커지기 때문에, 설정 압력치가 작은 경우에 비해 응답 시간이 길어져 버려 응답성이 나빠져 버린다고 하는 문제가 있다.
이와 같은 문제에 대한 하나의 해결 방법으로서는, 예를 들면 상기 밸브 제어부가 PID 제어에 의해 상기 압력 제어 밸브의 개도(開度) 조작량을 제어하는 경우, 각 PID 계수(게인)로서 큰 값을 설정함으로써, 압력 제어의 응답성을 좋게 하는 것을 들 수 있다.
그렇지만, 단순하게 PID 계수 등의 게인으로서 큰 값을 설정해 버리면, 설정 압력치가 큰 경우에는 큰 개도 조작량이 입력되는 것에 의해 응답 시간을 단축시킬 수 있지만, 목표치인 설정 압력치가 작은 경우에는, 그만큼 챔버에 유체를 충전할 필요가 없음에도 불구하고, 과대한 개도 조작량으로 압력 제어 밸브가 제어되어 버려 압력 제어가 불안정하게 되어 버리는 일이 있다. 즉, 설정 압력치가 큰 경우를 기준으로서 큰 PID 계수가 정해져 버리면, 설정 압력치가 작은 경우에 있어서 제어의 안정성이 손상되어 버려, 도 10에 도시된 바와 같이 과도 상태에 있어서 링잉(wringing))이 생기거나, 큰 오버 슛이 발생하는 일이 있다. 모든 설정 압력치에 있어서 응답성과 안정성을 양립할 수 있도록, 설정 압력치에 따라 PID 계수를 변경하고, 응답성을 좋게 함과 아울러 안정성을 유지하도록 하는 일도 행해지고 있지만, 각 설정 압력치에 대해서 실험적으로 PID 계수를 결정해 둘 필요가 있어, 파라미터 조정에 매우 시간이 들어 버린다.
한편, 상술한 것과 같은 PID 계수를 설정 압력치에 따라서 적당 변경하는 것이 아니라, 과도 상태에 있어서의 압력 제어 밸브의 개도 조작량에 상한치(리미트)를 마련함으로써, 오버 슛이 생기지 않도록 함과 아울러 바람직한 응답성을 얻을 수 있도록 한 압력 제어 장치가 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
이것은, 설정 압력치와 측정 압력치의 편차에 대해서 PID 연산을 행하고, 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 PID 제어부와, 승압 개시시인 초기 상태에서부터 정상 상태에 이를 때까지의 과도 응답 기간에 있어서 PID 제어부로부터 출력되는 개도 조작량에 대해서 상한치를 설정하는 리미터부를 구비한 것이다.
상기 리미터부는 승압 개시시부터 정상 상태로 되기까지의 경과 시간에 대해서 비례하여 개도 조작량의 상한치를 크게 해 두도록 구성되어 있다. 즉, 개도 조작량의 상한치로 상기 압력 제어 밸브가 승압 개시시부터 계속 제어된 경우, 경과 시간에 대해서 서서히 개도가 커져 가게 된다.
그렇지만, 이와 같은 것에서는 승압 개시시부터의 경과 시간에 대해서 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량의 상한치가 고정되어 있으므로, 설정 압력치에 의해서 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간이 크게 변화해 버린다. 구체적으로는, 설정 압력치가 100％ 등과 같이 큰 값이 설정되어 있어, 단시간에 설정 압력치까지 상승시키고 싶은 경우에도, 상기 리미터부는 승압 개시시에는 개도 조작량의 상한치를 작게 설정하므로, 하류측에는 별로 유체가 유입되지 않고 압력의 상승량도 작은 것으로 되어 버린다. 따라서 설정 압력치가 큰 경우 정상 상태에 이르기까지 걸리는 응답 시간은, 설정 압력치가 50％ 등의 값이 설정되어 있는 경우에 비해 매우 길어져 버린다.
다른 측면에서 생각하면, 특허 문헌 1과 같이, 경과 시간에 대해서 개도 조작량의 상한치를 변화시키도록 하고 있으면, 설정 압력치에 의해서 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지 걸리는 응답 시간은 각각 뿔뿔이 흩어져 버려서, 고르게 할 수 없다. 이 때문에, 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 정상 상태로 되기까지 걸리는 시간이 가장 긴 것을 대기 시간으로서 설정해 두어, 안정적으로 재료 가스를 챔버에 도입할 수 있도록 하고 있지만, 특히 설정 압력치가 작은 경우에는 쓸데 없는 대기 시간이 발생하게 되어, 수율(收率)이 저하해 버리고 있다.
또, 상술한 것과 같은 문제는 압력식의 유량 센서로부터 출력되는 측정 유량치에 기초하여 유량 제어를 행하는, 이른바 압력 베이스의 유량 제어 장치에 있어서도 마찬가지로 생기고 있다. 즉, 압력식의 유량 센서의 경우, 압력 손실이 생기는 유체 저항의 상류측과 하류측의 압력에 기초하여 유량이 측정되지만, 예를 들면, 하류측에 챔버 등이 접속되어 있으면, 하류측의 압력이 대략 진공압이나 일정치로 유지되게 되어, 실질적으로 유체 저항의 상류 측에 있어서의 유체의 압력의 값을 유량 제어 밸브에서 제어하고 있는 것과 대략 등가로 된다. 따라서 상술한 압력 제어 장치와 마찬가지로 설정 유량치가 큰 경우에도 응답 시간을 단축할 수 있도록 PID 계수를 높게 설정하면, 설정 유량치가 작은 경우에는 안정성이 손상되어 오버 슛이나 링잉이 발생한다고 하는 문제가 생기는 경우가 있다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2001－241841호 공보
본 발명은 상술한 것과 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면 PID 계수 등의 게인을 크게 설정했다고 해도, 그 게인을 변경하는 일 없이 링잉이나 오버 슛을 방지할 수 있고, 큰 설정 압력치가 설정된 경우에도 단시간에 정상 상태로까지 변화시킬 수 있어, 설정 압력치에 따르지 않고 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 응답 시간을 고르게 할 수 있는 압력 제어 장치 및 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 유량 제어에 있어서 압력 제어와 대응하는 기술적인 과제를 해결할 수 있는 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 압력 제어 장치는 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 압력 제어 밸브와, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치가 되도록 상기 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고, 상기 밸브 제어부가 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와, 개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 압력 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고, 상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 압력치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 명세서 중에 있어서의 「개도 조작량」이란 상기 압력 제어 밸브의 절대적인 개도를 나타내는 양이다.
이와 같은 것이면, 압력을 상승시키는 제어의 경우에는 상기 리미터부가 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 리미트치를 설정하여, 개도 조작량의 허용 범위를 설정하므로, 예를 들면, 설정 압력치가 크고 오버 슛이 생길 때까지의 여유가 큰 경우에는, 개도 조작량의 리미트치로서 상한치를 크게 설정하고, 정상 상태로 되기까지 걸리는 시간을 짧게 하거나, 반대로 설정 압력치가 작고 개도 조작량을 너무 크게 하자마자 오버 슛 등이 생겨 버리는 영역에서는, 개도 조작량의 상한치를 작게 설정하여 안정성을 우선시킬 수 있다.
또, 상기 리미터부가 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치를 초과하는 경우에 상기 압력 제어 밸브를 설정되어 있는 상한치의 개도 조작량으로 제어하므로, 예를 들면, PID 계수 등의 게인이 크게 설정되어 있어도 오버 슛 등이 생기는 것을 막을 수 있다. 또, PID 계수 등의 게인이 크게 설정되어 있으면, 과도 상태 및 정상 상태에 있어서의 지령치에 대한 추종성이나 응답성을 좋게 할 수 있다.
반대로 어느 압력치로 유지되고 있는 상태로부터 설정 압력치로 압력을 저하시키는 제어의 경우 등에는, 상기 리미터부가 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 리미트치로서 하한치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하므로, 설정 압력치에 따르지 않고 응답 시간을 짧게 함과 아울러, 압력 저하량이 작은 경우에도 오버 슛이나 링잉을 발생시키지 않도록 할 수 있다.
상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상기 리미터부에 있어서 설정되는 개도 조작량의 상한치 이하인 경우에, 응답성과 안정성을 양립시킨 상태로 압력 제어가 행해지도록 하려면, 상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치로서 상한치를 설정하도록 구성되어 있고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치 이하인 경우에는, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량으로 상기 압력 제어 밸브를 제어하도록 구성되어 있으면 좋다.
어떠한 설정 압력치가 설정된 경우에도 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 대략 일정하게 하려면, 상기 리미터부가 설정 압력치가 클수록 개도 조작량의 상한치를 크게 설정하도록 구성되어 있으면 좋다. 이와 같은 것이면, 설정 압력치가 클수록 개도 조작량의 상한치가 크게 설정되므로, 설정 압력치가 클수록 상기 압력 제어 밸브를 통과하는 유체의 양을 많게 할 수 있고, 설정 압력치가 클수록 단위시간 당의 압력 변화량을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 각 설정 압력치에 있어서 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지 걸리는 시간을 대략 일정하게 할 수 있다.
설정 압력치와 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지의 단위시간당 압력 변화량이 대략 비례하도록 하여, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 설정 압력치에 따르지 않고 대략 일정하게 하려면, 경과 시간에 대한 상기 리미터부가, 설정 압력치에 대해서 개도 조작량의 상한치를 비선형으로 변화시키도록 구성되어 있으면 좋다. 이와 같은 것이면, 상기 압력 제어 밸브의 개도와, 통과하는 유체의 유량의 사이의 관계가 비선형성을 가지는 것이어도, 그것을 반영하여 개도 조작량의 상한치를 정할 수 있으므로, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 응답 시간을 고르게 할 수 있게 된다.
예를 들면, 압력 제어 대상으로 되는 챔버 등의 용적이 바뀌더라도, 설정 압력치에 따르지 않고 항상 초기 상태로부터 정상 상태가 되는 동안에 걸리는 시간을 일정하게 유지할 수 있도록 하려면, 과도 상태에 있어서 상기 리미터부가, 상기 압력 제어 밸브의 하류측의 용적에 따라서 개도 조작량의 상한치를 설정하도록 구성되어 있으면 좋다.
특히 상기 압력 제어 밸브의 하류측의 용적이 큰 경우에도 응답성과 안정성을 유지하면서, 단시간에 초기 상태에서부터 정상 상태로 압력을 변화시킬 수 있도록 하려면, 상기 리미터부가 상기 압력 제어 밸브의 하류측의 용적이 클수록 개도 조작량의 상한치를 크게 설정하도록 구성되어 있으면 좋다.
설정 압력치에 따르지 않고, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 고르게 하기 위한 개도 조작량의 상한치의 설정 방법의 구체적인 예로서는, 상기 리미터부가 압력 제어 개시시부터 목표 시간 경과후에 상기 압력 제어 밸브의 하류측의 용적에 있어서의 압력이 설정 압력치로 되는 데에 필요한 유량치에 대응하는 개도 조작량을 상한치로 설정하도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.
기존의 압력 제어 장치에 대해서 프로그램을 개서(改書) 등 함으로써, 본 발명의 압력 제어 장치로서의 기능을 실현할 수 있도록 하려면, 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 압력 제어 밸브를 구비한 압력 제어 장치에 이용되는 프로그램으로서, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치가 되도록 상기 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고, 상기 밸브 제어부가 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와, 개도 조작량의 리미트치를 설정하고 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 압력 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고, 상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 압력치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체를 이용하면 좋다.
설정 유량치의 대소에 관계없이, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이를 때까지의 응답 시간을 대략 고르게 할 수 있음과 아울러, 오버 슛이나 링잉을 방지할 수 있도록 하려면, 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 산출되는 측정 유량치가 설정 유량치로 되도록 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고, 상기 밸브 제어부가, 측정 유량치와 설정 유량치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와 개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 유량 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고, 상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 유량치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치이면 좋다.
또, 기존의 유량 제어 장치의 프로그램을 변경함으로써, 설정 유량치에 관련 없이 응답 시간을 일정하게 유지하는 등 하면서, 오버 슛이나 링잉을 방지한다고 하는 기능을 부가하려면, 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 유량 제어 밸브를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 프로그램으로서, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 산출되는 측정 유량치가 설정 유량치로 되도록 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고, 상기 밸브 제어부가, 측정 유량치와 설정 유량치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와, 개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 유량 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고, 상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 유량치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체를 이용하면 좋다.
이와 같이 본 발명의 압력 제어 장치에 의하면, 상기 리미터부가 초기 상태로부터의 시간 경과에 따라 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량의 상한치를 변화시키는 것이 아니라, 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 상한치를 정하도록 구성되어 있으므로, 설정 압력치가 다른 값이어도 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 고르게 할 수 있다. 또, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이, 상기 리미터부에 있어서 설정되는 개도 조작량의 상한치를 초과하는 경우에는, 그 상한치에 의해 상기 압력 제어 밸브의 제어가 행해지므로, 예를 들면 PID 계수 등의 게인이 크게 설정되어 고응답(高應答)으로 하고 있는 경우에도, 오버 슛 등이 생기지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 제어 장치를 나타내는 모식도.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 압력 제어 장치의 제어계를 나타내는 모식적 블록 선도.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 압력 제어 밸브의 밸브 특성에 대해서 나타내는 그래프.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 설정 압력치와 필요한 유체의 유량의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 설정 압력치와 개도 조작량의 상한치의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 제1 실시 형태의 압력 제어 장치의 동작을 나타내는 순서도.
도 7은 제1 실시 형태의 압력 제어 장치에 의한 압력 제어 결과의 일례를 나타내는 그래프.
도 8은 제1 실시 형태의 압력 제어 장치의 변형예에 있어서의 설정 압력치와 개도 조작량의 상한치의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 제2 실시 형태의 유량 제어 장치를 나타내는 모식도.
도 10은 종래의 압력 제어 장치에 대해 PID 계수를 크게 했을 경우에 발생하는 문제에 대해서 나타내는 그래프.
＜장치 구성＞
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
제1 실시 형태의 압력 제어 장치(100)는 반도체 제조 프로세스에 있어서 챔버(5) 내에 소정의 일정 압력으로 재료 가스나 캐리어 가스 등의 유체를 도입하기 위해서 이용되는 것으로, 상기 챔버(5)의 상류측에 마련되는 것이다. 제1 실시 형태의 압력 제어 장치(100)는 정상 상태에 있어서의 추종성(追從性)뿐만이 아니라 과도 상태에 있어서의 응답성이나 안정성에 대해서 특징을 가지는 것으로, 설정 압력치에 따르지 않고 초기 상태에서부터 정상 상태로 이행하기까지 걸리는 시간을 대략 일정하게 할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 반도체 제조 프로세스의 개략에 대해서 설명하면, 도 1의 모식도에 도시된 바와 같이 상류측으로부터, 유량의 모니터링을 위한 유량 센서(4), 상기 압력 제어 장치(100), 소정의 용적을 가지는 챔버(5), 상기 챔버(5) 내를 진공 흡입하는 진공 펌프(6)가 이 순서로 마련되어 있다.
상기 압력 제어 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 유로(7)를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(1)와, 상기 유로(7)에 마련된 압력 제어 밸브(2)와, 상기 압력 센서(1)로 측정되는 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브(2)를 제어하는 밸브 제어부(3)로 구성되어 있다. 상기 압력 제어 밸브(2), 상기 압력 센서(1), 상기 밸브 제어부(3)는 1개의 모듈을 이루도록 구성되어 있고, 도시하지 않은 케이싱 내에 각 부재가 수용되어 있다. 그리고 반도체 제조 프로세스의 유로(7)에 상기 압력 제어 장치(100)의 유입구와 유출구를 장착함으로써, 2차 측에 있는 챔버(5) 내에 소정의 압력으로 유체를 도입할 수 있다. 또, 이 압력 제어 장치(100)의 제어계를 블록 선도로서 표현했을 경우는 도 2와 같이 된다.
이하에서는, 상기 압력 제어 장치(100)의 각 부에 대해서 설명한다.
상기 압력 센서(1)는 상기 압력 제어 밸브(2)의 하류측에 마련되어 있고, 상기 유로(7) 및 상기 챔버(5) 내의 압력을 측정할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 압력 제어 밸브(2)는, 예를 들면 솔레노이드 밸브로서 상기 밸브 제어부(3)로부터 인가되는 전압에 의해 그 개도를 변화시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 압력 제어 밸브(2)는, 전폐(全閉) 상태인 0％의 개도 상태로부터 전개(全開) 상태인 100％의 개도 상태까지를 취할 수 있다. 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 이 압력 제어 밸브(2)의 개도와, 그 개도에 있어서 통과하는 유체의 유량의 관계는 비선형성을 가지는 것이다. 즉, 개도와 통과하는 유체의 유량의 관계는, 개도가 작을 때는 유량이 완만하게만 상승하고, 소정의 개도 이상으로 되면 급격하게 유량이 상승하고, 전개 근처가 되면 유량의 상승량이 다시 작아지는 특성을 나타내는 것이며, 제1 실시 형태에서는 이와 같은 압력 제어 밸브(2)의 유량 특성을 고려하여 압력 제어를 행하도록 구성되어 있다.
상기 밸브 제어부(3)는 CPU, 메모리, A／D, D／A컨버터, 입출력 기기 등을 구비하고 이른바 컴퓨터나 마이크로 컴퓨터 등에 의해서 구성되는 것으로, 메모리에 격납되어 있는 프로그램을 실행함으로써 그 기능이 실현되는 것이다. 상기 밸브 제어부(3)는 상기 압력 센서(1)로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치로 되도록 상기 압력 제어 밸브(2)를 제어하도록 구성되어 있고, 적어도 도 2의 블록 선도에 도시된 개도 조작량 출력부(31) 및 리미터부(32)로서의 기능을 가지는 것이다.
상기 개도 조작량 출력부(31)는 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브(2)의 개도 조작량을 출력하도록 구성되어 있다. 여기서, 개도 조작량이란 상기 압력 제어 밸브(2)의 절대적인 개도를 나타내는 것으로, 예를 들면 전개 개도를 100％, 전폐 개도를 0％로 했을 경우에, 0~100％까지의 수치에 대응하는 지령치나 전압치, 신호량에 대응하는 것이다. 즉, 현시점의 압력 제어 밸브(2)의 개도로부터 얼마나 개도를 변화시키면 좋은가를 나타내는 상대적인 값이 아니라, 절대적인 값을 나타내는 것이다.
보다 구체적으로는, 상기 개도 조작량 출력부(31)는 도 2의 블록 선도에 도시된 바와 같이 측정 압력치와 설정 압력치의 편차를 수신하여, 그 편차에 대해서 미리 정해져 있는 PID 계수를 이용해 PID 연산을 행하여, 개도 조작량을 상기 리미터부(32)에 대해서 출력하는 것이다. 상기 개도 조작량 출력부(31)에 있어서 이용되는 PID 계수는 본 실시 형태에 있어서 설정 압력치에 대해 항상 동일한 값이 이용되고 있으며, 예를 들면, 정상 상태에 있어서의 설정 압력치와 측정 압력치의 허용차나, 과도 상태에 있어서의 응답성, 외란에 대한 강건성(robustness) 등을 감안해 정해져 있다. 또한, 이 개도 조작량 출력부(31)에 설정되어 있는 PID 계수는 정상 상태에 있어서의 응답성이나 외란에 대한 안정성을 우선하여 정해져 있기 때문에, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량을 그대로 이용했을 경우, 과도 상태에 있어서는 링잉이나 오버 슛 등이 발생할 가능성이 있다.
상기 리미터부(32)는 지령치로서 입력되는 설정 압력치를 수신하여 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 상한치(리미트치)를 설정해 개도 조작량의 허용 범위를 설정함과 아울러, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력된 개도 조작량을 수신하여, 그 개도 조작량이 상한치를 초과하는 경우에는 상기 압력 제어 밸브(2)를 상한치의 개도 조작량으로 제어하도록 구성되어 있다. 또, 상기 리미터부(32)는 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치 이하인 경우에는, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량으로 상기 압력 제어 밸브(2)를 제어하도록 구성되어 있다. 다시 말하면, 상기 리미터부(32)에 있어서의 설정 압력치에 따라 리미트치를 설정하는 리미트치 설정부(도시하지 않음)와, 리미트치 설정부에서 설정된 리미트치와, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량에 기초하여 상기 압력 제어 밸브(2)의 개도를 제어하는 개도 제어부(도시하지 않음)로서의 기능을 가지고 있다.
다음으로, 상기 리미터부(32)에 있어서의 개도 조작량의 상한치를 정하고, 개도 조작량의 허용 범위를 설정하기 위한 구성에 대해서 상술한다.
상기 리미터부(32)는 설정 압력치, 제1 실시 형태에서는 챔버(5)의 용적 V로 대표되는 상기 압력 제어 밸브(2)의 하류측에 있는 용적, 상술한 상기 압력 제어 밸브(2)의 유량 특성에 따른 개도 조작량의 상한치를 설정하는 것이다.
보다 구체적으로는 제1 실시 형태에서는, 이 개도 조작량의 상한치는 압력 제어가 개시된 초기 상태로부터 설정 압력치의 근방의 압력으로 대략 일정하게 유지되고 있는 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간의 목표치인 목표 응답 시간으로, 설정 압력으로 되는데 필요한 유체의 유량에 기초하여 정해져 있다.
초기 상태에서부터 설정 압력치가 되기까지 필요한 유량은 기체의 상태 방정식에 기초하여 이하의 식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
[수 1]
Figure 112013059321794-pat00001
여기서, Pset：설정 압력치, Pstart：초기 상태에 있어서의 유체의 압력치, V：챔버(5)의 용적(압력 제어 밸브(2)보다 하류의 용적), tr：초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지 걸리는 목표 응답 시간, R：기체 상수, T：유체의 온도, M：유체의 분자량, Q：초기 상태에서부터 설정 압력치로 되기까지 필요한 유체의 유량이다. 또한, Pstart는 초기 상태에 있어서 대략 진공 상태로 유지되고 있는 경우 등에는 제로로서 취급하여 Pset만으로 산출해도 상관없다. 본 실시 형태에서는 챔버(5) 내가 대략 진공으로 유지되고 있으므로 Pstart에 대해서는 무시하고 있다.
또한, 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지 동안은 상기 압력 제어 밸브(2)의 개도가 소정의 개도로 고정되어 있다고 하면, 유량 Q는 일정하게 되므로 식 1을 Q에 대해서 풀 수 있어, 식 2와 같이 된다.
[수 2]
Figure 112013059321794-pat00002
여기서, V, R, T, tr, M은 고정치인 것으로부터 설정 압력치 Pset과 필요한 유량 Q의 사이에는 도 4와 같은 선형 관계가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 식 2로부터 산출되는 설정 압력치 Pset을 실현하는데 필요한 유량 Q를 흘릴 수 있는 압력 제어 밸브(2)의 개도 조작량은 도 3과 같은 개도 조작량과 유량 사이의 관계를 나타내는 밸브 특성도를 참조함으로써 결정할 수 있다.
제1 실시 형태에서는 설정 압력치가 주어졌을 경우에 식 2로 산출되는 필요한 유량 Q와, 이 유량 Q에서 도 3과 같은 밸브 특성도를 참조하여 얻어진 개도 조작량을 각 설정 압력치에 대한 개도 조작량의 상한치로서 설정하도록 되어 있다.
상술해 온 것처럼 설정 압력치와 필요한 유량의 사이에는 도 4에 도시된 바와 같은 선형 관계가 있고, 상기 압력 제어 밸브(2)로의 개도 조작량과 유량의 사이에는 도 3에 도시된 것과 같은 비선형의 관계가 있으므로, 상기 리미터부(32)는 각 설정 압력치에 대해서 개도 조작량의 상한치를 도 5에 도시된 바와 같은 비선형성인 관계를 갖도록 설정되어 있다.
또한, 도 5로부터 분명해진 것과 같이 상기 리미터부(32)는, 전체적으로는 설정 압력치가 커지는 것에 따라 개도 조작량의 상한치도 커지도록 변경하도록 구성되어 있음과 아울러, 설정 압력치에 대한 개도 조작량의 상한치의 변화율은 설정 압력치가 커지는 것에 따라 작아지도록 상한치를 설정하고 있다.
또, 상기 리미터부(32)는 식 2에 도시된 바와 같이 챔버(5)의 용적에 의해서 각 설정 압력치에 대해서 설정되는 개도 조작량의 상한치를 변화시키고 있다. 구체적으로는, 식 2로부터 분명한 것처럼 챔버(5)의 용적 V가 커질수록 필요한 유량 Q는 커지므로, 상기 리미터부(32)는 챔버(5)의 용적 V가 커질수록 개도 조작량의 상한치도 아울러 크게 설정한다.
＜장치의 동작＞
이와 같이 구성된 압력 제어 장치(100)의 동작에 대해서 도 6의 순서도를 참조하면서 설명한다.
우선, 유저에 의해 설정 압력치가 설정되어, 압력 제어가 개시되면(스텝 S1), 상기 리미터부(32)는 설정된 설정 압력치에 대응하는 개도 조작량의 상한치를 설정한다(스텝 S2).
다음으로, 상기 개도 조작량 출력부(31)는 설정 압력치와 현재의 측정 압력치의 편차에 PID 연산을 행하여, 개도 조작량을 출력한다(스텝 S3).
상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력된 개도 조작량이, 상기 리미터부(32)에 있어서 설정된 상한치보다도 큰지 여부에 대해서 리미터부(32)에 있어서 판별된다(스텝 S4).
상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력된 개도 조작량이 상한치를 초과하고 있는 경우에는, 리미터부(32)는 상한치의 개도 조작량으로 상기 압력 제어 밸브(2)의 제어를 행한다(스텝 S5). 한편, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력된 개도 조작량이 상한치보다도 작은 경우에는, 개도 조작량 출력부(31)에 있어서 출력된 개도 조작량 그 자체로 상기 압력 제어 밸브(2)의 제어가 행해진다(스텝 S6). 이와 같이 하여, 어느 하나의 개도 조작량에 의해 압력 제어 밸브(2)의 제어가 행해지고, 1 제어 사이클의 제어가 완료된다(스텝 S7).
또한, 다음의 제어 사이클이 개시되면, 다시 스텝 S3 ~ 스텝 S7의 동작이 반복되어 진다.
여기서, 초기 상태로부터 대략 목표 응답 시간이 경과할 때까지의 동안, 즉, 과도 상태에 있어서의 압력 제어 장치(100)의 동작에 대해서 추가로 상술한다. 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지의 동안은, 설정 압력치와 측정 압력치의 편차가 크기 때문에, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 편차를 PID 연산해 출력되는 개도 조작량도 그 값이 크고, 상기 리미터부(32)에 있어서 설정된 상한치를 대략 항상 초과한 상태로 된다.
따라서 압력 제어 개시시부터 대략 목표 응답 시간이 경과할 때까지의 동안의 편차가 큰 기간에 있어서는 실질적으로 리미터부(32)가 설정 압력치마다 설정하는 상한치에서의 압력 제어 밸브(2)의 개도 제어가 계속하게 된다.
한편, 과도 상태에 있어서 정상 상태에 가까워진 종단 부분이나 정상 상태에 있어서는 설정 압력치와 측정 압력치의 편차는 매우 작은 것이 되기 때문에, 상기 개도 조작량 출력부(31)가 출력하는 개도 조작량은 상한치보다도 작아져, 편차에 따른 제어가 응답성 좋게 계속되게 된다.
＜효과＞
이와 같이 구성된 제1 실시 형태의 압력 제어 장치(100)에 의하면, 상기 리미터부(32)가 각 설정 압력치에 따른 개도 조작량의 상한치를 설정하고 있으므로, 상기 개도 조작량 출력부(31)에 설정되는 PID 계수가 높은 값으로 설정되어 있어도, 과도 상태와 같은 편차가 큰 상태에서도 개도 조작량이 설정 압력치에 따른 상한치로 제한되어, 필요 이상의 개도로 압력 제어 밸브(2)가 제어되는 일은 없다. 따라서 어떠한 설정 압력치여도 PID 계수가 하이 게인 상태에서 오버 슛이나 링잉을 억제할 수 있다.
또한, 과도 상태에 있어서의 오버 슛이나 링잉을 고려하여 PID 계수를 작은 값으로 억제할 필요가 없기 때문에, 정상 상태에 있어서 응답성을 좋게 함과 아울러 외란에 대해서도 강한 제어계로 할 수 있다.
이에 더하여, 상기 개도 조작량 출력부(31)에 있어서의 PID 계수를 설정 압력치에 따르지 않고 고정해 둘 수 있으므로, 예를 들면 설정 압력치에 따라 PID 계수를 적당 변경하는 제어계와 비교해서 심플한 것으로 할 수 있어 비용을 저감하기 쉽다.
또, 상기 리미터부(32)에 있어서 설정되는 각 설정 압력치에 대한 개도 조작량의 상한치는, 목표 응답 시간 tr과, 챔버(5)의 용적 V와, 설정 압력치로부터 구해지는 설정 압력치가 되는데 필요한 유체의 유량 Q와 대응하는 압력 제어 밸브(2)의 개도 조작량으로 설정해 두므로, 도 7에 도시된 바와 같이 설정 압력치에 무관하게, 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간을 대략 목표 응답 시간 tr로 같게 할 수 있다.
보다 구체적으로는, 설정 압력치로서 큰 순서대로 P1, P2, P3가 있었을 경우, 식 2에서부터 도 4에 도시된 바와 같이 목표 응답 시간 tr로 설정 압력치에 도달하기 위하여, 상기 챔버(5)에 충전해야 할 유량 Q1, Q2, Q3가 산출되고, 이 유량 Q1, Q2, Q3에 대응한 상기 압력 제어 밸브(2)로의 개도 조작량 MV1, MV2, MV3가 도 3의 밸브 특성도로부터 선택되어 상한치 MV1, MV2, MV3로서 설정된다. 따라서 챔버(5)의 용적 V 및 압력 제어 밸브(2)의 밸브 특성의 비선형성이 상한치에 반영되게 된다. 또한, 각 설정 압력치 P1, P2, P3가 설정된 경우, 편차의 큰 과도 상태에 있어서 개도 조작량의 상한치 MV1, MV2, MV3로 계속하여 압력 제어 밸브(2)의 개도가 제어되게 된다. 이러한 것으로부터, 식 2의 역산으로부터 분명한 것처럼, 어느 설정 압력치에 있어서도 초기 상태에서부터 정상 상태에 이르기까지 걸리는 시간은 목표 응답 시간 tr로 되어, 설정 압력치에 따르지 않고 과도 상태가 계속되는 시간을 고르게 할 수 있다.
＜변형예＞
제1 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 압력 제어 밸브(2)의 밸브 특성의 비선형성까지 반영시킨 형태로, 개도 조작량의 상한치를 설정하고 있었지만, 요구되는 정밀도에 따라서는 도 8의 그래프에 도시된 바와 같이 상기 리미터부(32)가 설정 압력치에 비례하여 개도 조작량의 상한치를 설정하도록 구성해도 상관없다. 이와 같은 것이면, 추가로 간단한 구성으로 제어계를 구성함과 아울러, 오버 슛이나 링잉의 억제 효과도 기대할 수 있다.
또한, 상기 리미터부(32)가 설정 압력치에 따라서 설정한 상한치(리미트치)를, 상기 압력 제어 밸브(2)의 상류측의 압력과 하류측의 압력의 차압(差壓)에 따라서 보정하도록 구성해도 좋다. 보다 구체적으로는, 상기 압력 제어 밸브(2)의 상류 측에 초단(初段) 압력 센서(도시하지 않음)를 마련해 두어, 상기 초단 압력 센서의 측정 압력치와, 상기 압력 센서(1)의 측정 입력치의 차압치를 상기 리미터부가 수신하도록 구성하여, 차압치의 크기에 따라 보정량을 변경하면 좋다. 즉, 상기 리미터부가, 차압이 큰 경우에는 개도 조작량의 상한치를 통상보다도 작아지도록 보정함과 아울러, 차압이 작은 경우에는 개도 조작량의 상한치를 통상보다도 커지도록 보정하도록 구성되어 있으면 좋다. 이와 같은 것이면, 상기 압력 제어 밸브(2)의 상류측과 하류측의 압력 상태에 의한 유체의 흐르기 쉬움도 감안한 상한치를 설정하여, 압력 제어의 응답성과 안정성을 보다 양립시키기 쉬워진다.
다음으로 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유량 제어 장치(200)는, 도 9에 도시된 바와 같이 상류측으로부터 유량 제어 밸브(2)와, 상류측 압력 센서(11)와, 압력 손실을 발생시키기 위한 오리피스(orifice) 등의 유체 저항(12)과, 하류측 압력 센서(13)를 구비한 것이다. 그리고 상기 상류측 압력 센서(11), 유체 저항(12), 하류측 압력 센서(13)는, 예를 들면 하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 식 등에 기초하여 측정 유량치를 출력하는 유량 센서 F를 구성하는 것으로, 상기 유량 제어 장치(200)는, 상기 유량 센서 F에서 측정되는 측정 유량치가 설정 유량치로 되도록 상기 유량 제어 밸브(2)를 제어하는 밸브 제어부(3)를 추가로 구비한 것이다.
이 제2 실시 형태에서는, 상기 하류측 압력 센서(13)의 하류에는 진공원인 펌프에 접속되어 있고, 상기 유체 저항(12)의 하류측의 압력은 대략 진공으로 일정하게 유지되고 있다. 따라서 상기 유량 센서 F로부터 출력되는 측정 유량치는 상기 상류측 압력 센서(11)에서 출력되는 측정 압력치만으로 대략 결정되게 된다.
따라서 제2 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치(200)는, 도 9에 있어서 가상선(想像線)으로 도시되어 있는 부분에 있어서 상기 유체 저항(12)의 상류측의 측정 압력치를 설정 유량치에 대응하는 설정 압력치로 제어함으로써, 목표의 설정 유량치로 제어하는 압력 제어 장치로서도 파악할 수도 있다. 이 때문에, 후술하는 밸브 제어부의 구성이 없는 경우에는 종래의 압력 제어 장치에서 생기고 있었던 문제와 마찬가지로, 설정 유량치가 큰 경우에 있어서도 응답 시간을 단축할 수 있도록 PID 계수를 크게 설정한 경우에, 작은 값의 설정 유량치가 설정된 경우에, 링잉이나 오버 슛이 생기는 경우가 있다.
제2 실시 형태의 밸브 제어부(3)는 제1 실시 형태의 밸브 제어부(3)에 있어서 피드백에 이용하고 있는 값이 압력치였던 것을 유량치에 대응시켜 변경한 것이다.
구체적으로는, 상기 밸브 제어부(3)가 측정 유량치와 설정 유량치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브(2)의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부(31)와, 개도 조작량의 상한치(리미트치)를 설정해 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부(31)로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 유량 제어 밸브(2)를 상한치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부(32)를 구비하고, 상기 리미터부(32)가 개도 조작량의 상한치를 설정 유량치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 것이면, 압력 베이스의 유량 제어에 있어서도 제1 실시 형태의 압력 제어의 경우와 마찬가지로, 설정 유량치의 대소에 관계없이, 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지의 응답 시간을 목표 응답 시간으로 고르게 할 수 있음과 아울러, 오버 슛이나 링잉이 생기지 않도록 할 수 있다.
제2 실시 형태의 변형 실시 형태에 대해서 설명한다.
제2 실시 형태에 있어서는, 유체 저항(12)의 하류측의 압력이 대략 일정하게 유지되고 있고, 유체 저항(12)의 상류측의 압력이 유량 제어 중에 있어서 지배적으로 되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 유체 저항(12)의 하류측의 압력이 변동하는 경우에 적용할 수 있어, 제2 실시 형태에 있어서의 효과와 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 제2 실시 형태에 있어서 유량 센서 F는 상류측 압력 센서(11), 오리피스로 이루어진 유체 저항(12), 하류측 압력 센서(13)로 구성되어 있지만, 상류측 유량 센서(11)와, 유체 저항(12)으로서 음속 노즐만으로 구성된 것이어도 상관없다. 이에 더하여, 음속 노즐을 유체 저항(12)으로서 이용하는 경우에도, 추가로 하류측 압력 센서(13)를 마련해도 상관없다. 이와 같은 것으로서, 마찬가지로 바람직한 유량 제어를 행할 수 있다.
그 외의 실시 형태에 대해서 설명한다.
상기 제1 실시 형태 및 상기 제2 실시 형태에 있어서는, 밸브보다도 하류측에 압력 센서가 마련되어 있었지만, 이 순서는 특히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 상류측으로부터 압력 센서, 밸브의 순서로 배치되어 있는 것이어도 상관없다.
상기 리미터부가 설정하는 개도 조작량의 상한치는 적어도 설정 압력치에 따라 변화하는 것이면 좋고, 경우에 따라서는 압력 제어 밸브의 하류측의 용적에 대해서는 반영하지 않아도 좋다.
또, 상기 리미터부가 설정하는 개도 조작량의 리미트치는 상한치만이 아니고, 하한치여도 상관없다. 예를 들면, 압력 제어 장치에 의해서 소정의 압력치로부터 압력 강하시키는 경우에 있어서, 상기 리미터부가 설정 압력치에 따라서 개도 조작량의 하한치를 설정함으로써, 초기 상태에서부터 정상 상태로 되기까지의 응답 시간을 설정 압력치에 따르지 않고 고르게 함과 아울러, 언더 슛이나 링잉이 생기지 않도록 할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는 초기 상태의 압력이 제로 상태로부터 설정 압력치까지 압력 상승시키는 경우를 나타내고 있었지만, 초기 상태에 있어서 소정의 초기 압력치로 유지되고 있는 상태로부터 설정 압력치까지 압력 상승시키기 위해서 본 발명의 압력 제어 장치를 이용해도 상관없다.
이 경우, 상기 리미터부가 설정하는 상한치에 대해서는, 식 1 및 식 2에서 이용하고 있는 압력의 값을, 설정 압력치로부터 초기 압력값을 뺀 값으로서 압력 상승에 필요한 유체의 유량치를 산출하고, 그 필요한 유량치에 따른 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 상한치로 하여 설정하도록 하면 좋다. 이에 더하여, 상한치를 정하기 위한 산출식은 제1 실시 형태에 제시된 것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 규격화된 유량과 압력의 관계식 등에 기초하여 산출하도록 해도 상관없다. 또한, 개도 조작량의 상한치는 과도 상태의 대략 전역에 있어서 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치를 초과하도록 설정해도 좋고, 과도 상태의 일부의 영역에 있어서만 상한치를 초과하도록 설정해도 좋다. 또, 개도 조작량의 상한치는 설정 압력의 전범위에 있어서 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치를 초과하도록 설정해도 좋고, 설정 압력치의 일부의 영역에 있어서만 상한치를 초과하도록 설정해도 좋다. 즉, 목표 응답 시간이나 구해진 과도 상태에 있어서의 응답 특성에 적절한 개도 조작량의 상한치를 상기 리미터부가 설정하도록 구성하면 좋다.
상기 개도 조작량 출력부에 있어서는 PID 제어 이외의 예를 들면 PI 제어 등의 그 외의 제어 방식을 이용해도 좋으며, 특히 한정되는 것은 아니다. 요컨데 설정 압력치와 측정 압력치의 편차에 기초하여 개도 조작량을 출력하는 것이면 좋다. 상기 각 실시 형태에 있어서는, 상기 개도 조작량 출력부는 제어 밸브의 개도의 절대치에 대응하는 값을 직접 산출하여, 상기 리미터부에 출력하도록 구성되어 있지만, 예를 들면 상기 개도 조작량 출력부가 편차에 기초하여 현시점의 개도로부터의 변화량을 산출하는 것인 경우에는, 현재의 개도와 변화량을 서로 더한 것을 상기 리미터부에 출력하도록 구성하면 좋다. 즉, 개도 조작량이 절대적(absolute)으로 출력되는 경우에는 상기 리미터부에 그대로 입력하고, 인크리멘탈(incremental)로서 개도의 변화량이 출력되는 경우에는, 현시점의 개도와 변화량을 더해 절대적인 값으로 하고, 그 값이 리미트치에 의해 규정되는 허용 범위 내에 있는지 여부를 상기 리미터부가 판별하도록 하면 좋다.
예를 들면 기존의 압력 제어 장치에 본 발명과 동등한 압력 제어 기능을 부록으로 부가하고 싶은 경우에는, 상기 밸브 제어부로서의 기능을 실현하는 프로그램을 기록한 기록 매체를 이용하여 그 프로그램을 컴퓨터 등에 인스톨하면 좋다. 여기서, 기록 매체란 예를 들면 CD－ROM이나 DVD－ROM 등의 실물 미디어를 말한다.
본 발명에 의하면, 압력 제어나 유량 제어에 있어서 유로 중에 소정 체적이 형성된 부분이 있어, 이 소정 체적에 대해서 유체를 충전하는데 시간이 걸리거나, 또는 유체를 유출시키는데 시간이 걸리기 때문에, 단순하게 게인을 크게 하여 응답성을 좋게 하려고 하면, 제어의 안정성이 손상되어 버리는 과도 응답 상태에 대해서도 응답 특성을 개선할 수 있다. 따라서 특히 과도 응답에 관한 요구가 엄격한 압력 제어 장치나 유량 제어 장치에 대해서 매우 적합하게 이용할 수 있다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 다양한 변형이나 실시 형태의 조합(組合)을 행하여도 상관없다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 예를 들면 반도체 제조 장치에 등에 이용되는 것으로서, PID 계수 등의 게인이 크게 설정되어 고응답으로 하고 있는 경우에도, 오버 슛 등이 생기지 않도록 한 압력 제어 장치나 유량 제어 장치를 제공할 수 있다.
100：압력 제어 장치
1：압력 센서
2：압력 제어 밸브
3：밸브 제어부
31：개도 조작량 출력부
32：리미터부
4：유량 센서
5：챔버
6：진공 펌프
7：유로

Claims (7)

  1. 유로를 흐르는 유체(流體)의 압력을 측정하는 압력 센서와,
    상기 유로에 마련된 압력 제어 밸브와,
    상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치로 되도록 상기 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고,
    상기 밸브 제어부가, 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브의 개도(開度) 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와,
    개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 압력 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고,
    상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 압력치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치로서 상한치를 설정하도록 구성되어 있고,
    상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 상한치 이하인 경우에는, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량으로 상기 압력 제어 밸브를 제어하도록 구성되어 있는 압력 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 리미터부가, 설정 압력치가 클수록 개도 조작량의 상한치를 크게 설정하도록 구성되어 있는 압력 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 리미터부가, 압력 제어 개시시부터 목표 시간 경과 후에 상기 압력 제어 밸브의 하류측의 용적에 있어서의 압력이 설정 압력치로 되는 데에 필요한 유량치에 대응하는 개도 조작량을 상한치로 설정하도록 구성되어 있는 압력 제어 장치.
  5. 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 압력 제어 밸브를 구비한 압력 제어 장치에 이용되는 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치가 설정 압력치로 되도록 상기 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고,
    상기 밸브 제어부가, 측정 압력치와 설정 압력치에 기초하여 상기 압력 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와,
    개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 압력 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고,
    상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 압력치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체.
  6. 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와,
    상기 유로에 마련된 유량 제어 밸브와,
    상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 산출되는 측정 유량치가 설정 유량치로 되도록 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고,
    상기 밸브 제어부가, 측정 유량치와 설정 유량치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와,
    개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 유량 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고,
    상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 유량치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  7. 유로를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 유로에 마련된 유량 제어 밸브를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 산출되는 측정 유량치가 설정 유량치로 되도록 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비하고 있고,
    상기 밸브 제어부가, 측정 유량치와 설정 유량치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 개도 조작량을 출력하는 개도 조작량 출력부와,
    개도 조작량의 리미트치를 설정하여 개도 조작량의 허용 범위를 설정하고, 상기 개도 조작량 출력부로부터 출력되는 개도 조작량이 허용 범위 외의 값인 경우에는 상기 유량 제어 밸브를 리미트치의 개도 조작량으로 제어하는 리미터부를 구비하고,
    상기 리미터부가 개도 조작량의 리미트치를 설정 유량치에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체.
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