KR102473844B1

KR102473844B1 - 유체 제어 장치, 유체 제어 시스템, 유체 제어 방법 및 프로그램 기록 매체

Info

Publication number: KR102473844B1
Application number: KR1020180077842A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 야스다; 토마스 호크
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2022-12-05
Also published as: TW201908903A; CN109237102B; JP7107648B2; US11162176B2; TWI778095B; CN109237102A; JP2019020781A; US20190017172A1; KR20190006911A; JP2022010150A

Abstract

시간적인 제어 성능을 높이지 않아도 예를 들면 펄스 제어로 실현되는 유체의 유량을 매회 안정시킬 수 있고, 1개의 유로로 구성함으로써 유체 공급시에 낭비되는 유체가 없게 하는 것이 가능하게 되는 유체 제어 장치를 제공하기 위해서, 제어 기구가, 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 압력 피드백 제어부를 구비하고, 제1 압력 피드백 제어부가, 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 제1 밸브를 제어하고, 상기 제어 기구가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하도록 구성했다.

Description

유체 제어 장치, 유체 제어 시스템, 유체 제어 방법 및 프로그램 기록 매체{Fluid control device, fluid control system, fluid control method, and program recording medium}

본 발명은 예를 들면 반도체 제조 장치에 있어서 각종 가스의 유체량을 제어하기 위해 이용되는 유체 제어 장치에 관한 것이다.

예로써 반도체의 성막 장치의 일종인 원자층 퇴적 장치(ALD(Atomic Layer Deposition))에 있어서는, 성분 가스와 수증기 가스를 교호로 단시간만 도입하여, 옹스트롬 단위의 막 두께로 성막을 실현하는 것이 의도되어 있다.

이를 위해, 예를 들면 1원자분의 막이 성막되는데 필요한 유량의 각종 가스를 성막 챔버 내에 도입할 수 있도록, 성막 챔버 내에 도입되는 각종 가스의 유량을 제어하는 유체 제어 시스템은, 단시간에 밸브의 개폐를 전환하는 펄스 제어에 의해서 구동된다(특허문헌 1 참조).

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, ALD 프로세스에 있어서 이용되는 유체 제어 시스템(200A)은, 메인 유로의 하류 단부로부터 분기된 2개의 분기 유로를 가지는 유로 구조로 마련된다. 상기 메인 유로에는, 유량 피드백 제어가 행해지는 매스 플로 컨트롤러(MFC)와, 볼륨(V)이 마련된다. 또한, 제1 분기 유로는 성막 챔버(CHM)에 접속되고, 당해 성막 챔버(CHM)의 상류 측에는 제1 공압 밸브(AV1)가 마련되어 있다. 추가로 제2 분기 유로는 배기 유로에 접속되어 있고, 제2 공압 밸브(AV2)가 마련되어 있다.

이와 같이 구성된 유체 제어 시스템(200A)에 있어서, 매스 플로 컨트롤러(MFC)는 볼륨(V)에 유입하는 가스의 유량이, 항상 목표 유량으로 일정하게 유지되도록 유량 피드백 제어를 행한다. 또한, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제1 공압 밸브(AV1)가 개방되어 있는 상태에서는 제2 공압 밸브(AV2)가 폐쇄되고, 제1 공압 밸브(AV1)가 폐쇄되어 있는 상태에서는 제2 공압 밸브(AV2)가 개방되도록 각각의 움직임이 동기된 펄스 제어가 반복된다. 이와 같이 하여, 볼륨(V)에 대해서 주기적으로 같은 압력의 가스가 충전(charge)되어, 성막 챔버(CHM)에 같은 유량으로 공급할 수 있다고 생각되고 있다.

그렇지만, 상술한 바와 같은 제어는, 공압 밸브가 지령값에 대해서 고속으로 응답할 수 있는 것과 함께, 그 응답 속도가 항상 일정하다고 하는 전제가 필요하다. 예를 들면 공압 밸브는, 공장 내에 있어서의 압축 공기 공급원으로부터 공기의 공급을 받아서 동작하지만, 공압 밸브 이외의 기기와 압축 공기 공급원은 공용되기 때문에, 각 동작시에 있어서 공급압이 변동되는 일이 있다. 이 때문에, 공압 밸브의 개방 또는 폐쇄시에 있어서의 응답 특성은, 동작마다 달라져 버릴 가능성이 있다. 그러면, 각 공압 밸브가 개방, 폐쇄되어 있는 시간은 항상 일정하게 된다고는 할 수 없기 때문에, 성막 챔버에 공급되는 가스의 유량이 각 펄스로 안정되지 않는다고 하는 문제가 발생한다.

이와 같이 각 제어 기기의 시간적인 제어 정밀도에 의존하여, 성막 챔버에 공급되는 가스의 유량 정밀도가 결정되지만, ALD와 같은 고속의 펄스 제어에서 요구되는 시간적인 제어 정밀도를 실현하는 것은 현재 상태로는 어렵다.

또한, 제1 공압 밸브를 개방하고 있는 동안에 발생하는 압력 변동 등의 외란이 발생했다고 해도 유량이 일정하게 유지되도록 견고성(robustness)을 높이는 것도 요구되고 있지만, 공압 밸브는 온 오프 밸브이기 때문에, 그와 같은 요망에 응하는 것도 어렵다.

추가로, 상기의 유체 제어 시스템에서는, 성막 챔버에 가스를 공급하고 있지 않는 동안은, 상기 매스 플로 컨트롤러를 통과한 가스의 일부는 제2 공압 밸브를 통해서 배기되고, 성막 챔버에 공급되지 않아 쓸모없게 되어 버린다.

게다가, 상기의 유체 제어 시스템은, 2개의 분기 유로가 필요하기 때문에, 대형화나 복잡화를 초래해 버린다고 하는 문제도 있다.

일본 특표 2017-509793호 공보

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 한번에 해결하기 위해 이루어진 것으로, 시간적인 제어 성능을 높이지 않아도 예를 들면 펄스 제어로 실현되는 유체의 유량을 매회 안정시킬 수 있고, 1개의 유로로 구성함으로써 유체 공급시에 낭비되는 유체가 없게 하는 것이 가능하게 되는 유체 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 유체 제어 장치는, 유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비한 유체 제어 장치로서, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비하고, 상기 제어 기구가, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 압력 피드백 제어부를 구비하고, 상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트(burst) 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하고, 상기 제어 기구가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 상기 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 유체 제어 방법은, 유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비한 유체 제어 장치로서, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비한 유체 제어 장치를 이용한 유체 제어 방법으로서, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하고, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 상기 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 것이면, 상기 제1 압력 피드백 제어부에 의한 상기 제1 밸브의 제어에 의해서, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 상기 제1 밸브로부터 상기 제2 밸브에 이르는 유로의 용적 내에 목표 버스트 압력으로 유체를 충전할 수 있다. 이 때문에, 상기 제2 밸브가 개방되기 전에는 매회 같은 압력을 실현할 수 있어, 당해 제2 밸브가 개방되었을 때에 흐르는 임펄스 모양의 버스트 흐름의 유량을 매회 거의 같은 값으로 할 수 있다.

바꿔 말하면, 상기 제2 밸브가 개방되기 전의 유체의 충전 상태는, 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 시간적인 제어 특성인 과도 응답 특성에 의존하지 않기 때문에, 종래보다도 압력의 충전에 관한 반복 정밀도를 향상시킬 수 있다.

추가로, 상기 제어 기구가, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 상기 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하므로, 임펄스 모양의 버스트 흐름이 발생한 후에 대해서는, 외란 등이 있어도 그 유량이 유지되어, 유량 제어의 견고성을 높일 수 있다.

게다가, 상기의 구성에 의하면, 유로는 1개이면 되어, 유로 구성을 간소화시킬 수 있고, 나아가서는 상기 제2 밸브를 폐쇄하여 목표 버스트 압력으로 충전할 때에는 배기되어 낭비되는 유체가 없게 할 수 있다.

상기 제2 밸브가 개방되어, 버스트 흐름이 발생한 후에 있어서 유체의 유량을 목표 유량으로 일정하게 유지하기 위한 구체적인 제어 양태로서는, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 유체 저항보다도 하류 측, 또한, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 제2 압력 센서를 더 구비하고, 상기 제어 기구가, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력과 상기 제2 압력 센서로 측정되는 제2 압력에 기초하여 상기 유로에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부와, 상기 유량 산출부로 산출되는 측정 유량에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 유량 피드백 제어부를 더 구비하고, 상기 유량 피드백 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 측정 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것을 들 수 있다.

상기 제어 기구에 의해, 제1 압력에 기초한 압력 피드백 제어로부터 측정 유량에 기초한 유량 피드백 제어로 전환할 때에, 유로에 흐르는 유체의 유량에 변동이 발생되기 어렵게 하여, 보다 제어 정밀도를 높일 수 있도록 하려면, 상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있고, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 된 이후에 있어서, 제1 압력이 목표 일정 유량에 상당하고, 목표 버스트 압력보다도 낮은 목표 유지 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것이면 된다.

상기 제1 밸브로부터 상기 제2 밸브에 이르는 유로의 용적 내에 있어서 목표 버스트 압력을 충전할 때에, 충전 개시 당초에는 상기 제1 밸브가 완전 개방으로 되어 보다 많은 유체가 흘러들도록 하고, 목표 버스트 압력에 가까워지고 나서는 서서히 상기 제1 밸브가 폐쇄되도록 하여, 용적 전체를 신속하게 목표 버스트 압력으로 설정할 수 있게 하려면, 상기 제어 기구가, 상기 제1 압력 피드백 제어부에 의한 상기 제1 밸브의 제어가 행해지기 전에 있어서, 상기 제2 압력 센서로 측정되는 제2 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제2 압력 피드백 제어부를 더 구비하고, 상기 제1 압력 피드백 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력보다도 높은 압력으로 된 이후에 있어서, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것이면 된다.

상기 제1 밸브로부터 상기 제2 밸브에 이르는 유로의 용적 내 전체에서 목표 버스트 압력을 달성시키는데 필요한 양보다도 많은 유체가 유입되는 것을 사전에 방지하면서, 압력 충전의 고속화를 실현할 수 있게 하려면, 상기 제1 압력 피드백 제어부가, 제1 압력 및 제2 압력에 기초하여 산출되는 상기 제1 밸브로부터 상기 제2 밸브까지의 충전 용적에 유입한 유체의 질량이, 목표 버스트 압력에 기초하여 산출되는 목표 질량이 되었을 경우에, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브의 제어를 개시하는 것이면 된다.

목표 버스트 압력이 용적 내에 충전되는 타이밍과, 상기 제2 밸브의 개방 타이밍을 동기시켜, 항상 같은 상태의 버스트 흐름을 발생시킬 수 있도록 하려면, 상기 제어 기구가, 상기 제2 밸브를 제어하는 제2 밸브 제어부를 더 구비하고, 상기 제2 밸브 제어부가, 상기 제1 압력 피드백 제어부에 의한 상기 제1 밸브의 제어에 의해서 제1 압력이 목표 버스트 압력이 된 이후에 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성된 것이면 된다.

본 발명에 따른 유체 제어 장치와, 상기 제2 밸브를 구비한 유체 제어 시스템이면, 예를 들면 ALD와 같은 용도에 있어서 필요로 되는 유체 제어 특성을 달성할 수 있다.

기존의 유체 제어 장치에 대해서 예를 들면 프로그램을 업데이트 함으로써, 본 발명에 따른 유체 제어 장치와 동등한 성능을 발휘할 수 있도록 하려면, 유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비한 유체 제어 장치로서, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항보다도 하류 측, 또한, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 제2 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비한 유체 제어 장치에 이용되는 프로그램으로서, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 밸브 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것이며, 상기 제1 밸브 제어부가, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 압력 피드백 제어부를 구비하고, 상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하고, 상기 제1 밸브 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 측정 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치용 프로그램을 이용하면 된다.

또한, 유체 제어 장치용 프로그램은 전자적으로 전송되는 것이어도 되고, CD, DVD, HDD, 플래시 메모리 등의 프로그램 기억 매체에 기억되는 것이어도 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 유체 제어 장치에 의하면, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 동안은 제1 압력에 기초하여 목표 버스트 압력이 되도록 압력 피드백 제어를 행하고, 상기 제2 밸브가 개방되어 버스트 흐름이 발생한 후는 측정 유량에 기초하는 유량 피드백 제어를 행할 수 있다. 이 때문에, 각 유체 기기 모듈의 시간적인 제어 특성에 의존하지 않고, 매회 같은 목표 버스트 압력을 충전하여, 같은 상태의 버스트 흐름을 발생시킬 수 있다. 또한, 버스트 흐름이 발생한 후는 목표 일정 유량으로 유지되도록 상기 제1 밸브가 동작하므로, 외란에 대한 견고성을 발휘할 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 유체 제어 장치는 복수의 라인을 필요로 하지 않아, 유로 구성을 간소화시키고, 목표 버스트 압력을 충전하기 위해 배기되어 낭비되는 유체도 없게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 제2 밸브의 펄스 제어 동작을 나타내는 모식적 그래프이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 제2 밸브의 개방 전후에 있어서의 각종 제어 파라미터와 제1 밸브의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템의 동작을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템의 동작을 나타내는 플로 차트이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 8은 제3 실시 형태에 있어서의 유체 제어 장치 및 유체 제어 시스템의 동작을 나타내는 플로 차트이다.
도 9는 종래의 유체 제어 시스템과, 그 동작에 대해서 나타내는 모식도이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 제어 장치(100) 및 유체 제어 시스템(200)에 대해서 각 도면을 참조하면서 설명한다.

제1 실시 형태의 유체 제어 시스템(200)은, 원자층 퇴적 장치(이하, ALD라고도 함)의 성막 챔버에 대해서 각종 가스를 펄스 제어에 의해서 간헐적으로 공급하는 것이다. 예를 들면 ALD의 성막 챔버에 대해서는, 전구체(precursor)로 불리는 TMA 등의 성분 가스와 수증기 가스가 교호로 공급된다. 이를 위해 유체 제어 시스템(200)은, TMA를 공급하기 위한 유로와, 수증기 가스를 공급하기 위한 유로에 각각 1개씩 마련되어 있다. 이하의 설명에서는 1개의 유로에 주목하여 유체 제어 장치(100) 및 유체 제어 시스템(200)의 상세에 대하여 설명한다.

유체 제어 시스템(200)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유로에 마련된 제2 밸브(V2)와, 유로에 있어서 제2 밸브(V2)보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈(FM), 및 적어도 상기 유체 기기 모듈(FM)의 일부를 제어하는 제어 기구(COM)를 구비한 유체 제어 장치(100)를 구비하고 있다.

제2 밸브(V2)는 도 2에 나타내는 바와 같이 소정 주기마다 온 오프가 반복되는 펄스 제어에 의해, 개방 또는 완전 폐쇄가 반복되는 것이다. 예를 들면 온 기간에 있어서의 펄스 폭에 대해서는 예를 들면 10msec 오더로 설정되어 있고, 전체의 주기에 대해서는 100msec 오더로 설정되어 있다. ALD에 있어서는 이와 같은 펄스 제어가 예를 들면 1000사이클 반복되어, 기판 상에 1000층분의 반도체층이 형성된다. 제2 밸브(V2)는 온 오프 밸브이면 되며, 예를 들면 ALD 프로세스용으로 응답성을 향상시킨 공압 밸브여도 되고, 피에조 액추에이터를 이용한 피에조 밸브여도 된다.

상기 유체 제어 장치(100)는 제2 밸브(V2)가 개방되어 있는 온 기간에 있어서 매회, 거의 같은 유량의 가스가 흐르도록 도 3의 그래프에 나타내는 바와 같은 제어를 행한다. 구체적으로는, 유체 제어 장치(100)는 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 오프 기간에 있어서 목표 버스트 압력이 제2 밸브(V2)의 상류 측에 충전되도록 동작한다. 또한, 유체 제어 장치(100)는 제2 밸브(V2)가 개방되어 있는 온 기간에 있어서는 임펄스 모양의 버스트 흐름이 발생한 후에 목표 일정 유량으로 행해지도록 동작한다.

이하에서는 유체 제어 장치(100)의 구체적인 구성에 대해서 상술한다.

유체 제어 장치(100)의 유체 기기 모듈(FM)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내부 유로가 형성된 블록(B)에 대해서 복수의 기기가 장착된 것이다. 유체 기기 모듈(FM)은 제2 밸브(V2)와는 독립하여 유닛화되어 있고, 유로에 대해서 블록(B)이 장착되도록 되어 있다. 또한, 유체 기기 모듈(FM)과 제2 밸브(V2)의 사이에는 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 유체인 가스가 모아지는 하류 측 볼륨(V)이 배치되어 있다. 이 하류 측 볼륨(V)은 예를 들면 유로에 있어서 다른 배관 부분보다도 지름이 크게 형성된 부분이다.

이 유체 기기 모듈(FM)은 상류 측으로부터 순서대로, 공급압 센서(P0), 제1 밸브(V1), 제1 압력 센서(P1), 유체 저항(R), 제2 압력 센서(P2)가 블록(B)에 대해서 마련되어 있다.

공급압 센서(P0)는 상류 측으로부터 공급되는 성분 가스 또는 수증기 가스의 공급압을 모니터링하기 위한 것이다.

제1 밸브(V1)는, 예를 들면 피에조 액추에이터에 의해서 밸브 보디가 구동되어, 밸브 보디와 밸브 시트 간의 개도(開度)가 제어되는 것이다.

유체 저항(R)은, 예를 들면 층류 소자로서, 전후에 차압을 형성하여 유로에 흐르는 가스의 유량을 측정하기 위해서 이용된다. 즉, 제1 압력 센서(P1), 제2 압력 센서(P2)로 측정되는 제1 압력 및 제2 압력에 기초하여 유량을 산출할 수 있도록 구성되어 있다.

제1 압력 센서(P1)는 제1 밸브(V1)와 유체 저항(R) 사이의 유로의 용적인 제1 용적 내에 유입되어 있는 가스의 압력을 제1 압력으로서 측정하는 것이다.

제2 압력 센서(P2)는 제2 밸브(V2)와 하류 측 볼륨(V)의 사이에 배치되어, 유체 저항(R)으로부터 제2 밸브(V2)에 이르기까지의 유로의 용적인 제2 용적 내에 유입되어 있는 가스의 압력을 제2 압력으로서 측정하는 것이다.

제1 압력 및 제2 압력은 측정 유량을 산출하기 위해서 이용되는 것만이 아니라, 후술하는 바와 같이 각각 단독으로 제1 밸브(V1)를 제어하기 위해서 이용된다.

제어 기구(COM)는 CPU, 메모리, A/D·D/A 컨버터, 입출력 수단 등을 구비한 이른바 컴퓨터에 의해서 구성되어 있고, 메모리에 격납되어 있는 유체 제어 장치용 프로그램이 실행되어, 각종 기기가 협업함으로써, 적어도 유량 산출부(FC), 제1 밸브 제어부(1), 제2 밸브 제어부(2)로서의 기능을 발휘하는 것이다.

유량 산출부(FC)는 제1 압력 센서(P1)로 측정되는 제1 압력 및 제2 압력 센서(P2)로 측정되는 제2 압력에 기초하여, 유로를 흐르는 가스의 유량을 산출한다. 유량의 산출식에 대해서는 공지되어 있는 다양한 식을 이용할 수 있다.

제1 밸브 제어부(1)는 제1 밸브(V1)의 개도를 예를 들면 인가하는 전압을 변화시켜 제어하는 것이다. 이 제1 밸브 제어부(1)는 소정의 제어 타이밍마다 피드백되는 값의 종류 또는 목표값이 변경되어, 제어 모드가 전환되도록 구성되어 있다. 이와 같은 제어 모드의 전환에 의해서, 제2 밸브(V2)가 개방되어 있는 온 기간에 있어서 버스트 흐름이 흐른 후에 일정 유량이 유지되도록 가스를 흘린다. 여기서, 버스트 흐름이란 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 오프 기간에 있어서 유로 내의 용적에 충전된 가스가, 제2 밸브(V2)가 개방된 시점에서 단숨에 유출되는 흐름을 가리킨다. 버스트 흐름은 당해 버스트 흐름이 흐른 후에 유지되는 일정 유량보다도 유량값이 크고, 유지 시간은 짧다. 예를 들면, 제1 실시 형태에서는, 버스트 흐름의 유량값은 일정 유량값에 대해서 2배 이상이 된다.

보다 구체적으로는, 제1 밸브 제어부(1)는 제1 압력 피드백 제어부(11), 제2 압력 피드백 제어부(12), 유량 피드백 제어부(13), 제어 전환부(14)를 구비하고 있다.

제어 전환부(14)는 제1 압력 피드백 제어부(11), 제2 압력 피드백 제어부(12), 유량 피드백 제어부(13) 중 어느 하나에 제1 밸브(V1)의 제어를 실시하게 하는 것이다. 제어 전환부(14)는 유량 산출부(FC)로부터 입력되는 측정 유량, 제2 압력 센서(P2)로부터 입력되는 제2 압력에 기초하여, 판정 조건을 만족시킬 때마다 제1 밸브(V1)의 제어를 전환한다. 또한, 판정 조건 등의 상세에 대해서는 후술하는 동작의 설명에 있어서 상술한다.

제1 압력 피드백 제어부(11)는 제1 압력 센서(P1)로 측정되는 제1 압력에 기초하여 제1 밸브(V1)를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 설정되는 목표 압력과 제1 압력의 편차가 작게 되도록 제1 밸브(V1)의 개도를 제어한다. 또한, 제1 실시 형태에서는 목표 압력으로서, 적어도 목표 버스트 압력과 목표 유지 압력의 2종류가 설정되고, 제어 조건이 만족되면 제어 전환부(14)에 의해서 적절히 변경된다. 여기서, 목표 버스트 압력은, 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 유로 내의 용적에 충전되는 가스의 압력의 목표값으로서, 발생시키고 싶은 버스트 흐름의 유량값의 크기에 따라 설정된다. 또한, 목표 유지 압력은 버스트 흐름이 발생한 후에 유지한 일정 유량에 따라 설정되는 가스의 압력의 목표값이다. 버스트 흐름의 유량값은, 일정 유량값보다도 크게 설정하기 때문에, 목표 버스트 압력은 목표 유지 압력보다도 높은 압력으로 설정된다. 또한, 제1 압력 피드백 제어부(11)는 제2 밸브(V2)가 개방되는 시점의 전후에 있어서 제1 밸브(V1)의 개도를 제어한다.

제2 압력 피드백 제어부(12)는 제2 압력 센서(P2)로 측정되는 제2 압력에 기초하여 제1 밸브(V1)를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제2 압력 피드백 제어부(12)는 설정되는 목표 압력과 제2 압력의 편차가 작게 되도록 제1 밸브(V1)의 개도를 제어한다. 또한, 제2 압력 피드백 제어부(12)는, 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)까지의 용적에 소정 질량의 가스가 유입될 때까지 동안, 제1 밸브(V1)의 개도를 제어한다.

유량 피드백 제어부(13)는 유량 산출부(FC)로 산출되는 측정 유량에 기초하여 제1 밸브(V1)를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 유량 피드백 제어부(13)는 설정되는 목표 유량과 측정 유량의 편차가 작게 되도록 제1 밸브(V1)의 개도를 제어한다. 또한, 유량 피드백 제어부(13)는, 제1 압력 피드백 제어부(11) 및 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어가 행해지고 있지 않는 동안, 제1 밸브(V1)의 제어를 행한다.

제2 밸브 제어부(2)는, 제2 밸브(V2)의 개폐 타이밍을 제어하는 것으로, 예를 들면 미리 정해진 주기로 온 오프를 반복하는 펄스 제어를 행하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제2 밸브 제어부(2)는, 유체 제어 장치(100)에 의해 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)까지의 유로의 용적에 목표 버스트 압력이 충전될 때까지의 동안은 제2 밸브(V2)를 폐쇄하고, 충전되고 나서 소정 시간 후에 제2 밸브(V2)를 개방하도록 그 타이밍이 설정되어 있다. 또한, 제2 밸브 제어부(2)는, 예를 들면 제1 압력 센서(P1)에 있어서 측정되는 제1 압력이 소정 기간, 목표 버스트 압력이 유지되었을 경우에는, 소정 대기 시간 후에 제2 밸브(V2)를 개방하도록 해도 된다. 즉, 제2 밸브 제어부(2)는 제1 압력, 제2 압력, 측정 유량을 트리거로서 동작하도록 구성해도 된다.

다음으로 이와 같이 구성된 제1 실시 형태의 유체 제어 시스템(200)에 의한 1 사이클의 제어 동작에 대해서 도 3의 타이밍 차트 및 도 4의 플로 차트를 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 오프 기간이 시작되고, 제2 밸브(V2)가 개방되어 다시 폐쇄될 때까지 동안의 동작에 주목하여 설명한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 밸브(V2)가 폐쇄되면(스텝 S1), 제1 밸브 제어부(1)는, 유량 피드백 제어부(13)에 의해서 목표 유지 유량이 유지되도록 제1 밸브(V1)의 제어가 행해진다(스텝 S2). 도 3에 있어서의 폐쇄시 유량 피드백 기간에 나타내는 바와 같이 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 동안은, 유량 피드백 제어에 의해 제1 밸브(V1)의 개도가 제어되고, 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2) 사이의 용적에 유입되는 가스에 의해서 제1 압력, 제2 압력이 상승한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 전환부(14)에 있어서 제2 압력이 임계값을 초과했는지 여부의 판정이 행해지고(스텝 S3), 초과하지 않은 경우에는 스텝 S2의 유량 피드백에 의해서 제1 밸브(V1)를 제어하는 동작이 계속된다.

한편, 제2 압력이 임계값을 초과한 경우에는, 제어 전환부(14)는 유저에 의해 설정되어 있는 목표 버스트 압력과, 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)까지의 유로의 용적에 기초하여 목표 질량(Tm)을 산출한다(스텝 S4). 여기서, 목표 질량(Tm)은 예를 들면 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)까지의 유로의 용적 전체가 목표 버스트 압력이 되었을 경우에 충전되어 있는 가스의 이상(理想) 질량에 대해서 소정 비율만큼 작은 값으로 설정되어 있다. 즉, 목표 질량(Tm)이 된 시점에서는, 용적 내의 일부에서는 목표 버스트 압력 이상으로 되어 있어도, 전체로 평균하면 목표 버스트 압력에는 도달하고 있지 않다. 목표 질량(Tm)에 대해서는 유체 제어 장치(100)의 설계값으로부터 산출되는 제1 밸브(V1)로부터 유체 저항(R)까지의 제1 용적의 체적과, 유체 제어 장치(100)의 설계값으로부터 산출되는 유체 저항(R)으로부터 블록(B)의 출구까지의 용적의 값, 및 유저에 의해 설정되는 하류 측 볼륨(V)의 용적의 값으로부터 산출되는 유체 저항(R)으로부터 제2 밸브(V2)까지의 제2 용적의 체적의 합에 목표 버스트 압력을 곱함으로써 산출할 수 있다.

또한, 제어 전환부(14)는 유량 피드백 제어부(13)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로부터, 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로 전환한다(스텝 S5). 여기서, 도 3에 있어서의 제2 압력 피드백 제어 기간에 나타내는 바와 같이, 목표 버스트 압력과 제2 압력의 편차가 크기 때문에, 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의해서 제1 밸브(V1)는, 거의 완전 개방 상태로 유지되는 것에 의한다. 따라서, 최대의 유량으로 가스가 용적에 대해서 유입되게 되어, 용적 내의 압력을 급속히 상승시킬 수 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의한 제어가 계속되고 있는 동안, 제어 전환부(14)는 용적에 대해서 유입되어 있는 현재의 가스의 질량을 산출한다(스텝 S6). 여기서, 현재의 가스의 질량은, 제1 용적의 체적에 현재 측정되고 있는 제1 압력을 곱한 값과, 제2 용적의 체적에 현재 측정되고 있는 제2 압력을 곱한 값의 합으로서 산출된다.

또한, 제어 전환부(14)는, 현재 질량(Cm)과 목표 질량(Tm)을 비교하여(스텝 S7), 현재 질량(Cm)이 목표 질량(Tm)에 도달하고 있지 않는 동안은 스텝 S5 및 스텝 S6의 동작이 계속된다. 현재 질량(Cm)이 목표 질량(Tm)과 같은 값으로 된 시점에서, 제어 전환부(14)는 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로부터, 제1 압력 피드백 제어부(11)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로 전환한다(스텝 S8). 여기서, 도 3에 있어서의 제1 압력 피드백 제어 기간 중의 버스트압 충전 기간의 개시점을 보면 알 수 있는 바와 같이, 제어가 전환된 시점에서는 제1 압력은 목표 버스트 압력을 초과하고 있지만, 제2 압력은 목표 버스트 압력에 도달하고 있지 않은 상태가 된다. 이것은, 유체 저항(R)보다도 상류 측의 제1 용적 쪽이 먼저 가스가 유입되기 때문에, 제2 용적의 압력 쪽이 뒤늦게 압력이 상승하는 것과, 유체 저항(R)보다도 하류 측의 제2 압력에 기초하여 제1 밸브(V1)를 제어하고 있는 것에 기인한다. 즉, 제2 압력에 기초하여 제1 밸브(V1)가 제어되고 있기 때문에, 제1 용적 내의 압력이 먼저 목표 버스트 압력에 도달해도 제1 밸브(V1)의 개도가 작아지는 일이 없이, 그대로 목표 버스트 압력 이상으로 되도록 개도가 유지된다. 이와 같이 함으로써, 용적에 대해서 가스를 급속히 유입시켜, 용적 전체가 목표 버스트 압력이 될 때까지 걸리는 시간을 단축하고 있다.

또한, 제1 압력 피드백 제어부(11)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어가 개시된 시점에서는 제1 압력은 목표 버스트 압력보다도 높은 압력으로 되어 있기 때문에, 제1 밸브(V1)는 폐쇄되는 방향으로 제어된다.

이 결과, 유입되는 가스의 양이 서서히 저하되는 것과 함께 제1 용적 중의 가스가 제2 용적으로 이동한다. 이 변화가 발생하고 있는 동안, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 전환부(14)는, 제1 압력(제2 압력)이 목표 버스트 압력으로 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S9). 제1 압력이 목표 버스트 압력으로 되어 있지 않은 동안은 스텝 S8의 동작이 계속되고, 제1 압력이 목표 버스트 압력으로 된 시점에서, 제2 밸브(V2)가 개방되어 버스트 흐름이 발생한 후에 있어서 유지되는 목표 일정 유량에 상당하는 압력인 목표 유지 압력을 산출한다(스텝 S10). 예를 들면 제2 밸브(V2)가 개방되어 있는 상태에서는 성막 챔버에 접속되는 유체 저항(R)의 하류 측은 거의 진공압으로 유지되므로, 목표 일정 유량을 실현하기 위해서 필요한 목표 유지 압력은 유량 산출식에 기초하여 산출할 수 있다.

또한, 제어 전환부(14)는 산출된 목표 유지 압력을 제1 압력 피드백 제어부(11)에 대해서 목표 압력으로서 설정하고, 목표 유지 압력과 제1 압력의 편차가 작게 되도록 제1 밸브(V1)의 제어가 행해지도록 제어를 전환한다(스텝 S11). 즉, 도 3의 버스트 대기 기간에 나타내는 바와 같이, 제1 압력보다도 목표 유지 압력은 낮은 압력으로 설정되므로, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 밸브(V1)는 완전 폐쇄된 상태가 유지된다(스텝 S12).

도 3의 버스트 대기 기간에 나타내는 바와 같이 제1 압력, 제2 압력이 함께 목표 버스트 압력으로 유지되어 있는 상태가 소정 시간 계속된 후, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 밸브 제어부(2)는 제2 밸브(V2)를 개방하고(스텝 S13), 그 결과, 임펄스 모양의 버스트 흐름이 발생한다(스텝 S14). 또한, 도 3의 버스트 기간에 있어서도 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 목표 유지 유량으로 제1 압력이 유지되도록 동작하고 있다.

버스트 기간에 있어서, 제어 전환부(14)는 제2 압력이 임계값을 하회했는지 여부를 판정하고(스텝 S15), 하회한 경우에는, 제어 전환부(14)는 제1 압력 피드백 제어부(11)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로부터 유량 피드백 제어부(13)에 의한 제1 밸브(V1)의 제어로 전환한다(스텝 S16). 도 3의 버스트 후 유량 일정 기간에 나타내는 바와 같이, 사전에 제1 압력이 목표 일정 유량에 상당하는 목표 유지 유량이 되도록 제어되고 있으므로, 버스트 유량이 목표 일정 유량까지 저하된 시점에서 거의 변동 없게, 제어를 전환할 수 있다.

이상과 같은 스텝 S1부터 스텝 S16까지의 동작을 사이클마다 반복함으로써, 각 사이클 중에 실시되는 각 온 기간에 있어서 흐르는 유량이 거의 같게 되도록 제어된다.

이와 같이 구성된 유체 제어 시스템(200) 및 유체 제어 장치(100)에 의하면, 제2 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 동안의 기간에 있어서, 압력 피드백에 의해서 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)까지의 유로의 용적에 가스가 목표 버스트 압력이 되도록 충전되므로, 개방시에 발생하는 버스트 흐름의 유량을 매회 거의 같은 유량으로 할 수 있다.

또한, 버스트 흐름이 흐른 후의 일정 유량 기간에 있어서는 제어가 압력 피드백으로부터 유량 피드백으로 전환되어 흐르는 유량을 목표 일정 유량으로 유지할 수 있다. 이 때문에, 온 기간 중에 예를 들면 가스의 공급압이 변동되는 등과 같은 외란이 발생했다고 해도, 흐르는 유량에 변동이 발생하기 어렵게 되어, 유량 제어를 로버스트(robust)한 것으로 할 수 있다. 또한, 버스트 흐름이 흐른 후에 일정 유량으로 유지되므로, 단시간의 스텝 입력에 대해서 추종하도록 유량 제어를 행하는 경우와 비교하여, 일정 유량으로 안정되기까지 걸리는 상승 시간을 단축시켜, 유량 제어로서 본 경우의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 온 기간에 있어서 흐르는 가스의 유량은 압력 피드백 제어와 유량 피드백 제어에 기초하여 결정되어 있어, 온 기간 또는 오프 기간의 시간 길이의 제어 정밀도에 의존하지 않고 결정할 수 있다.

따라서, 제2 밸브(V2)가 개방되어 있는 온 기간에 있어서 흐르는 가스의 유량은 각 온 기간에 있어서 항상 같은 값으로 맞출 수 있다. 이 때문에, ALD와 같이 고속의 펄스 제어에 의해 가스를 성막 챔버에 공급하는 용도에 대해서도 적합하게 이용할 수 있다.

게다가, 1개의 유로 밖에 필요로 하지 않아, 종래와 같이 복수의 유로가 필요하여 구조가 복잡화되는 일이 없다. 또한, 가스를 충전하고 있는 동안에 있어서 배기되는 가스가 존재하지 않아, 낭비가 없게 할 수 있다.

또한, 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)의 용적에 대해서 가스를 충전할 때에 제2 압력 피드백 제어부(12)에 의한 제어를 우선 행하고, 그 후, 제1 압력 피드백 제어부(11)로 전환함으로써, 용적 전체를 목표 버스트 압력까지 충전하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다. 이 때문에, 펄스 제어의 사이클 주기를 단축시킬 수 있어, ALD에 있어서 모든 반도체층을 형성하기까지 걸리는 사이클 타임을 단축시켜, 반도체 제조의 스루풋을 향상시킬 수 있다.

다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 제어 시스템(200) 및 유체 제어 장치(100)에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 각 부에 대해 대응하는 것에 대해서는 같은 부호를 부여하는 것으로 한다.

제2 실시 형태의 유체 제어 장치(100)는, 제1 실시 형태와 비교하여 제어 기구(COM)의 구성이 차이가 있다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이 제2 실시 형태의 유체 제어 장치(100)는 제2 압력 피드백 제어부(12)가 생략되어 있는 것과 함께, 제어 전환부(14) 및 제1 압력 피드백 제어부(11)의 구성이 일부 차이가 있다. 또한, 제1 실시 형태의 동작을 나타내는 도 4의 플로 차트와 제2 실시 형태의 동작을 나타내는 도 6의 플로 차트를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 스텝 S4, 스텝 S6이 생략되고, 스텝 S5 및 스텝 S7이 차이가 있다.

이하에서는, 제1 실시 형태와는 차이가 있는 부분에 대해서만 상술한다.

제2 실시 형태의 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)에 이르는 유로의 용적에 대해서 가스가 충전될 때의 제1 밸브(V1)의 동작을 제어한다. 즉, 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 도 6의 스텝 S3에 나타내는 바와 같이 제2 압력이 임계값을 초과한 경우에는, 제1 밸브(V1)를 목표 충전 압력과 제1 압력의 편차가 작게 되도록 제어한다(스텝 S5'). 여기서, 목표 충전 압력은, 목표 버스트 압력보다도 높은 압력이며, 예를 들면 제1 실시 형태에 있어서 도 3의 제2 압력 피드백 기간에 있어서 달성되는 제1 압력의 최고값이 설정된다.

제어 전환부(14)는, 제1 압력이 목표 충전 압력에 도달한 것을 검출하면(스텝 S7'), 제1 압력 피드백 제어부(11)의 목표 압력을 목표 버스트 압력으로 낮춘다. 이후의 동작에 대해서는 제1 압력 피드백 제어부(11) 및 제어 전환부(14)의 동작은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

이와 같이 구성된 제2 실시 형태의 유체 제어 시스템(200) 및 유체 제어 장치(100)여도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 단시간에 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)에 이르는 유로의 용적 전체에 목표 버스트 압력이 될 때까지 가스를 충전 할 수 있다.

또한, 제2 밸브(V2) 개방 전에 필요로 되는 목표 충전 압력을 충전하고, 각 온 기간에 있어서 제2 밸브(V2)가 개방될 때에 발생하는 버스트 흐름의 유량을 거의 같게 하면서, 버스트 흐름이 흐른 후는 유량 피드백에 의한 제1 밸브(V1)의 제어에 의해 목표 일정 유량으로 유지할 수 있다.

따라서, 제2 실시 형태여도 제1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

다음으로 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 제어 시스템(200) 및 유체 제어 장치(100)에 대해서 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 각 부에 대해 대응하는 것에 대해서는 같은 부호를 부여하는 것으로 한다.

제3 실시 형태의 유체 제어 장치(100)는, 제1 실시 형태와 비교하여 제어 기구(COM)의 구성이 차이가 있다. 즉, 도 7에 나타내는 바와 같이 제3 실시 형태의 유체 제어 장치(100)는, 공급압 센서(P0), 제2 압력 센서(P2), 제2 압력 피드백 제어부(12), 유량 산출부(FC), 유량 피드백 제어부(13)가 생략되어 있는 것과 함께, 제어 전환부(14) 및 제1 압력 피드백 제어부(11)의 구성이 일부 차이가 있다. 또한, 제1 실시 형태의 동작을 나타내는 도 4의 플로 차트와 제3 실시 형태의 동작을 나타내는 도 8의 플로 차트를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 스텝 S2~S4, S6, S15가 생략되고, 스텝 S5 및 스텝 S7이 제2 실시 형태와 마찬가지의 동작으로 변경되어 있다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 스텝 S16에 대해서도 동작이 차이가 있다.

즉, 제3 실시 형태의 유체 제어 장치(100)는, 제1 압력에만 기초하여 제어되고 있지만, 제어 전환부(14)가 목표 압력을 변경함으로써, 제어 모드가 변경되도록 구성되어 있다.

이하에서는, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와는 차이가 있는 부분에 대해서만 상술한다.

제3 실시 형태의 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 제1 밸브(V1)로부터 제2 밸브(V2)에 이르는 유로의 용적에 대해서 가스가 충전될 때의 제1 밸브(V1)의 동작을 제어한다. 보다 구체적으로는, 제1 압력 피드백 제어부(11)는, 전술한 제2 실시 형태의 스텝 S5' S7'과 마찬가지의 동작을 행하도록 구성되어 있다.

또한, 용적 전체에 대해서 목표 버스트 압력으로 가스가 충전된 후에 제2 밸브(V2)가 개방된 후는 제1 실시 형태에서는 제1 압력 피드백 제어부에 의한 제어로부터 유량 피드백 제어부(13)에 의한 제어로 전환되고 있던 것에 대해, 도 8의 스텝 S16'에 나타내는 바와 같이, 제1 압력이 목표 일정 유량에 상당하는 목표 유지 압력이 되도록 제1 압력 피드백 제어부에 의해 제1 밸브(V1)의 제어가 계속되도록 되어 있다.

이와 같은 제3 실시 형태여도, 유체 저항(R)의 하류 측에 압력 변동이 발생하지 않는 한은 제1 실시 형태, 제2 실시 형태와 마찬가지로 버스트 흐름이 흐른 후는 목표 일정 유량으로 유지할 수 있다.

그 밖의 실시 형태에 대해서 설명한다.

유체 제어 장치에 대해서는, 제2 밸브 제어부를 생략하여 예를 들면 제2 밸브의 개폐 제어에 대해서는 행하지 않게 구성해도 된다. 예를 들면, 다른 시스템에 의해, 제2 밸브의 개폐가 펄스 제어되고 있는 경우에는, 그 다른 시스템으로부터 타이밍 신호를 취득하고, 그 타이밍 신호에 맞추어 제1 밸브 제어부에 의한 제1 밸브의 제어를 행하도록 구성하면 된다.

유량을 일정하게 하기 위한 제어는, 측정 유량을 피드백하는 제어만이 아니라, 압력만을 피드백하여, 유체 저항의 상류 측의 압력을 일정하게 유지하는 것에 의한 제어여도 상관없다. 예를 들면 유체 저항의 하류 측이 진공 흡인되도록 한 성막 챔버에 접속되어 있고, 압력이 거의 일정하게 유지되고 있는 경우에는, 유량에 상당하는 차압을 형성함으로써 실질적으로 유량 제어를 실현할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 유량 제어는 유량을 피드백하는 것만이 아니라, 압력 피드백이 수행되는 것도 포함되도록 정의하고 있다.

제2 밸브가 개방되어 있는 상태에 있어서는, 적어도 일부의 기간은 유량 피드백 또는 압력 피드백에 의해 목표 일정 유량이 유지되도록 구성되어 있으면 된다. 예를 들면, 버스트 흐름이 흐르고 있는 동안에 대해서는 유량 피드백 제어부에 의한 제어를 행하지 않고, 버스트 흐름의 유량이 소정 유량으로 되고 나서 유량 제어를 개시하도록 해도 된다.

제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 제1 밸브로부터 제2 밸브에 이르는 유로의 용적 전체에 목표 버스트 압력이 되도록 충전할 때에, 각 실시 형태와 같이 제1 압력이 한번 목표 버스트 압력을 초과한 상태로 하지 않게 해도 된다. 즉, 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 제1 압력 피드백 제어부에 의한 제1 밸브의 제어에 대해서 최초부터 목표 버스트 압력만으로 목표값의 변경을 행하지 않고 제어를 계속해도 된다.

유체 저항에 대해서는 층류 소자로 한정되는 것은 아니며, 오리피스나 그 밖의 저항 소자여도 상관없다.

유체 기기 모듈에 대해서는, 제1 밸브, 제1 압력 센서, 유체 저항, 제2 압력 센서가 각각 하나의 블록에 장착되어 단일의 유닛화되고 있는 것에 한정되지 않고, 각 기기가 뿔뿔이 흩어져 유로 상에 마련되어 모듈을 형성하는 것이어도 된다.

본 발명에 따른 유체 제어 장치는, ALD에만 적용되는 것은 아니며, 그 밖의 가스나 액체의 유량 제어에 이용되는 것이다. 특히 제2 밸브에 대해서 온 기간과 오프 기간이 교호로 고속으로 전환되는 펄스 제어 등에 있어서 특히 현저한 효과를 달성할 수 있다.

그 밖에, 본 발명의 취지에 반하지 않는 범위에서, 다양한 실시 형태의 변형이나 조합을 행해도 상관없다.

200 … 유체 제어 시스템
100 … 유체 제어 장치
FM … 유체 기기 모듈
COM … 제어 기구
1 … 제1 밸브 제어부
11 … 제1 압력 피드백 제어부
12 … 제2 압력 피드백 제어부
13 … 유량 피드백 제어부
14 … 제어 전환부
2 … 제2 밸브 제어부
V1 … 제1 밸브
V2 … 제2 밸브
R … 유체 저항
P1 … 제1 압력 센서
P2 … 제2 압력 센서

Claims

유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비한 유체 제어 장치로서,
상기 유체 기기 모듈이,
상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과,
상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와,
상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비하고,
상기 제어 기구가,
상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 압력 피드백 제어부를 구비하며,
상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하고,
상기 제어 기구가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 상기 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 기기 모듈이,
상기 유체 저항보다도 하류 측, 또한, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 제2 압력 센서를 더 구비하고,
상기 제어 기구가,
상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력과 상기 제2 압력 센서로 측정되는 제2 압력에 기초하여 상기 유로에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부와,
상기 유량 산출부로 산출되는 측정 유량에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 유량 피드백 제어부를 더 구비하며,
상기 유량 피드백 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 측정 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있고, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 된 이후에 있어서, 제1 압력이 목표 일정 유량에 상당하고, 목표 버스트 압력보다도 낮은 목표 유지 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 유체 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어 기구가,
상기 제1 압력 피드백 제어부에 의한 상기 제1 밸브의 제어가 행해지기 전에 있어서, 상기 제2 압력 센서로 측정되는 제2 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제2 압력 피드백 제어부를 더 구비하고,
상기 제1 압력 피드백 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력보다도 높은 압력으로 된 이후에 있어서, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 유체 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 압력 피드백 제어부가, 제1 압력 및 제2 압력에 기초하여 산출되는 상기 제1 밸브로부터 상기 제2 밸브까지의 충전 용적에 유입한 유체의 질량이, 목표 버스트 압력에 기초하여 산출되는 목표 질량이 되었을 경우에, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브의 제어를 개시하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 기구가,
상기 제2 밸브를 제어하는 제2 밸브 제어부를 더 구비하고,
상기 제2 밸브 제어부가, 상기 제1 압력 피드백 제어부에 의한 상기 제1 밸브의 제어에 의해서 제1 압력이 목표 버스트 압력이 된 이후에 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성된 유체 제어 장치.
청구항 1에 기재된 유체 제어 장치와,
상기 제2 밸브를 구비한 유체 제어 시스템.
유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비하고, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비한 유체 제어 장치를 이용한 유체 제어 방법으로서,
상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하고,
제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 상기 유로에 흐르는 유체의 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 방법.
유로에 마련된 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 기기 모듈과, 적어도 상기 유체 기기 모듈의 일부를 제어하는 제어 기구를 구비한 유체 제어 장치이며, 상기 유체 기기 모듈이, 상기 제2 밸브보다도 상류 측에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항보다도 상류 측에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서보다도 상류 측에 마련된 제1 밸브를 구비한 유체 제어 장치에 이용되는 프로그램이 기록된 기록 매체로서,
상기 제1 밸브를 제어하는 제1 밸브 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것이며,
상기 제1 밸브 제어부가,
상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 제1 압력 피드백 제어부를 구비하고,
상기 제1 압력 피드백 제어부가, 상기 제2 밸브가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 센서로 측정되는 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하며,
상기 제1 밸브 제어부가, 제1 압력이 목표 버스트 압력이 되어, 상기 제2 밸브가 개방된 이후에 있어서, 측정 유량이 목표 일정 유량이 되도록 상기 제1 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치용 프로그램이 기록된 프로그램 기록 매체.