KR20100095508A - 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치 - Google Patents

진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20100095508A
KR20100095508A KR1020107006305A KR20107006305A KR20100095508A KR 20100095508 A KR20100095508 A KR 20100095508A KR 1020107006305 A KR1020107006305 A KR 1020107006305A KR 20107006305 A KR20107006305 A KR 20107006305A KR 20100095508 A KR20100095508 A KR 20100095508A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure
gas amount
vacuum
estimated
opening degree
Prior art date
Application number
KR1020107006305A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101485887B1 (ko
Inventor
히데키 사이토
토시로 사에키
Original Assignee
히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히다치 조센 가부시키가이샤 filed Critical 히다치 조센 가부시키가이샤
Publication of KR20100095508A publication Critical patent/KR20100095508A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101485887B1 publication Critical patent/KR101485887B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0396—Involving pressure control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
    • Y10T137/7761—Electrically actuated valve
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

진공 용기 가스 배출관에 설치된 진공 밸브, 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기이 구비된 진공 처리 장치에 있어서의 진공 용기의 압력을 제어하는 방법으로서, 진공 밸브의 실제 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량과 전회의 연산 주기에서 구해진 추정 유입 가스량의 가스 유량차에 의거하여 가상 진공 용기에서의 압력을 계산에서 구하고, 이 구해진 계산 압력 및 압력계에서 계측된 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력과의 차이에 의거하여 현시점에서의 추정 유입 가스량을 구하고, 이 추정 유입 가스량에 목표로 하는 설정 압력과 계측 압력의 압력 편차에 의거하여 얻어진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하고, 이 설정 배출 가스량이 되도록 진공 밸브의 밸브 개도를 제어하는 방법이다.

Description

진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PRESSURE OF VACUUM CONTAINER}
본 발명은 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조할 경우, 진공 용기내에서(즉, 소정의 진공도 하에서)반응 가스가 공급되어서 반도체 웨이퍼의 표면에 에칭 등의 처리가 행해지지만 품질의 향상을 도모하기 위해서는 진공 용기내의 압력 제어를 정밀하게 행할 필요가 있다.
종래, 이러한 반도체 제조 장치에 있어서는 진공 용기에 가스를 공급하는 가스 공급관에는 매스 플로우 미터(mass flow meter)가 설치됨과 아울러 진공 용기로부터 가스를 배출하는 가스 배출관에는 가변 컨덕턴스 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 진공 용기에 설치된 압력계로부터의 압력이 목표 압력이 되도록 상기 밸브가 제어되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 소62-47719호 공보 참조).
그런데, 상기 종래의 압력 제어에 있어서는 압력 편차가 제로가 되도록 피드백 제어가 행해지고 있고, 적어도 비례 적분 동작 즉 PI 제어가 필요로 되어 있었다.
특히, I 제어, 즉 적분 동작을 필요로 하기 때문에 설정 압력이 변경되었을 경우, 리셋 조건(예를 들면, 편차의 대소에 따라 제어를 달성하게 하는 타이밍을 변경하는 등의 조건) 등의 조정을 필요로 함과 아울러 그 제어 구성에 대해서도 복잡해진다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 진공 용기의 압력을 제어할 때 그 제어 구성을 간단히 할 수 있는 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 청구항 1에 의한 진공 용기의 압력 제어 방법은 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 방법으로서,
상기 개도 검출기에 의해 검출된 진공 밸브의 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 계산하여 구하는 제 1 스텝과,
이 제 1 스텝에서 구해진 계산 압력과 상기 압력계에서 계측된 실제 진공 용기의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 제 2 스텝과,
이 제 2 스텝에서 구해진 추정 유입 가스량에 목표로 하는 설정 압력과 계측 압력의 압력 편차에 의거하여 얻어진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 제 3 스텝을 구비함과 아울러,
상기 각 스텝을 소정 주기마다 반복 실행하고,
상기 제 3 스텝에서 구해진 설정 배출 가스량이 되도록 상기 진공 밸브의 밸브 개도를 제어하도록 하고,
또한 상기 제 1 스텝에서 있어서, 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량에 대해서는 추정 배출 가스량을 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하는 방법이다.
또한, 청구항 2에 의한 진공 용기의 압력 제어 장치는 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 장치로서,
상기 진공 용기의 목표로 되는 압력을 설정하는 압력 설정부와,
상기 개도 검출기에서 검출된 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 유입 가스량 추정부와,
상기 압력 설정부로부터의 설정 압력과 상기 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력 편차를 구하는 압력 감산부 및 이 압력 감산부에서 구해진 압력 편차를 입력해서 소정 게인을 승산해서 보정 가스량을 구하는 비례 제어부를 가진 가스량 보정부와,
상기 유입 가스량 추정부에서 구해진 추정 유입 가스량과 상기 가스량 보정부에서 구해진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 가산부와,
이 가산부에서 얻어진 설정 배출 가스량 및 상기 압력 설정부로부터의 설정 압력을 입력해서 밸브 개도를 구하는 밸브 개도 계산부를 구비함과 아울러
상기 유입 가스량 추정부에 있어서, 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 연산을 소정 주기마다 실행하도록 하고,
또한 상기 유입 가스량 추정부에 있어서, 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량으로서 추정 배출 가스량을 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하도록 한 것이다.
또한, 청구항 3에 의한 진공 용기의 압력 제어 장치는 청구항 2에 기재된 압력 제어 장치에 있어서의 유입 가스량 추정부에,
검출된 밸브 개도로부터 진공 밸브에 있어서의 밸브 개도-컨덕턴스의 특성 곡선에 의거하여 진공 밸브의 컨덕턴스를 구하는 컨덕턴스 취득부와, 이 컨덕턴스 취득부에서 얻어진 컨덕턴스 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 해당 컨덕턴스에 계측 압력을 승산함으로써 추정 배출 가스량을 구하는 승산부와, 이 승산부에서 구해진 추정 배출 가스량을 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 가스 유량차를 구하는 가스량 감산부와, 이 가스량 감산부에서 구해진 가스 유량차를 입력해서 가상 진공 용기내의 압력을 계산에 의해 구하는 압력 계산부와, 이 압력 계산부에서 구해진 계산 압력 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력차를 구하는 압력 감산부와, 이 압력 감산부에서 구해진 압력차에 소정 게인을 승산해서 추정 유입 가스량을 구하는 증폭부를 구비한 것이다.
[발명의 효과]
상기 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치에 의하면, 진공 밸브의 밸브 개도로부터 얻어진 추정 배출 가스량과 추정 유입 가스량의 가스 유량차에 의해 구해진 진공 용기의 계산 압력과, 압력계로부터의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하고, 이 추정 유입 가스량에 설정 압력에 대한 계측 압력의 압력 편차를 이용하여 구해진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하고, 이 설정 배출 가스량이 되도록 밸브 개도를 제어하도록 했으므로, 압력에 대한 피드백 제어를 행하는데도 비례 제어만으로 완료함으로써 비례 적분 제어에 있어서와 같은 리셋 조건 등의 조정을 필요로 하지 않으므로 제어 구성도 간단한 것이 된다.
즉, 설정 배출 가스량을 얻기 위해서 설정 압력에 추종시키는 피드백 제어를 행할 때 본래라면 PID 제어, 적어도 PI 제어를 필요로 하는 것에 대해서 본 발명의 제어에서 얻어진 추정 유입 가스량은 압력 편차에 대한 적분 동작(I 제어)에 대응하는 것이기 때문에 비례 제어만으로 완료하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 진공 용기 및 압력 제어 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 동 진공 용기에 설치된 진공 밸브의 요부 평면도이다.
도 3은 동 진공 밸브에 있어서의 밸브 개도와 압력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 동 진공 밸브에 있어서의 밸브 개도와 컨덕턴스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 동 압력 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 동 압력 제어 장치에 있어서의 유입 가스량 추정부의 개략 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 동 압력 제어 장치에 있어서의 보정 가스량 계산부의 개략 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 동 압력 제어 장치에 있어서의 밸브 개도 계산부의 개략 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 동 압력 제어 장치의 개략 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 10은 동 압력 제어 장치에 있어서의 요부 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 의한 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치를 도 1∼도 10에 의거하여 설명한다.
또한, 본 실시형태에 의한 진공 용기는 예를 들면 반도체 소자 등을 제조할 때 이용되는 것으로 구체적으로는 소정의 진공도 하에서 플라즈마 등을 발생시킨 상태에서 반응 가스(기체의 일례)를 공급하여 피처리물인 반도체 웨이퍼에 소정의 표면 처리를 실시하기 위해서 이용되는 것이다.
우선, 본 발명에 있어서의 진공 용기의 압력 제어의 기본적인 사상에 대해서 설명한다.
진공 용기내의 압력은 유입하는 가스량(이하, 유입 가스량이라 하고, 공급 가스량이라고도 함)과 유출하는 가스량(유출 가스량이라 말할 수 있지만 이하, 배출 가스량이라 함)의 차에 의존하고 있고, 따라서 압력을 일정값(소정값이라고도 함)으로 유지하기 위해서는 배출 가스량이 유입 가스량과 동일하도록 제어하면 좋게 된다.
즉, 유입 가스량을 계측하고, 이 계측된 유입 가스량과 동일한 양만큼 가스를 배출하면 좋은 것이지만 진공 용기내에 있어서, 예를 들면 플라즈마중에 유입된 가스가 반응을 일으키면 새롭게 가스가 생성되기 때문에 계측값을 이용했다고 하더라도 실제의 유입 가스량과 큰 차이가 있는 값이 되어버린다. 따라서, 계측값을 이용하지 않고, 진공 밸브의 밸브 개도(후술함)로부터 추정되는 배출 가스량에 의거한(환언하면 배기 가스량을 고려한) 가스량을 이용해서 계산 모델상에서의 진공 용기(이하, 가상 진공 용기라 함)내의 압력을 계산하여 구함과 아울러 이 계산에 의한 압력(이하, 계산 압력이라고도 함)과 실제 진공 용기(이하, 실제 진공 용기라고도 함)에서의 계측 압력의 차에 따라서 구해진 추정값으로서의 유입 가스량을 이용하도록 한 것이다.
우선, 진공 처리 장치의 개략 전체 구성을 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다.
이 진공 처리 장치는 내부에 예를 들면 반도체 웨이퍼 등이 공급되어서 소정의 처리(예를 들면, 에칭 등)를 행할 수 있음과 아울러 반응 가스의 공급구(2) 및 가스의 배출구(3)를 가진 진공 용기(1)와, 상기 공급구(2)에 접속되어서 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(기체의 공급관로의 일례)(11)과, 상기 배출구(3)에 접속됨과 아울러 원형의 개구부(5a)를 가진[환언하면, 밸브 시트(valve seat)를 가진] 밸브 본체(5) 및 이 개구부(5a)를 개폐시킬 수 있는 밸브체(6) 및 이 밸브체(6)를 개폐시키는 구동용 모터(구동부의 일례로, 구체적으로는 스텝핑 모터가 이용됨)(7)로 이루어진 진공 밸브(4)와, 일단부가 상기 진공 밸브(4)의 토출구에 접속됨과 아울러 타단부가 진공 펌프(8)에 접속된 가스 배출관(기체의 배출관로의 일례)(12)과, 상기 진공 용기(1)내의 압력을 제어하기 위한 압력 제어 장치(9)로 구성되어 있다. 또한, 진공 밸브(4)를 배출구(3)에 직접 설치하는 바와 같이 설명했지만 물론, 가스 배출관(12)의 도중에 설치할 수도 있다.
이 압력 제어 장치(9)는 진공 용기(1)내의 진공도 즉, 압력을 계측하는 압력계(필요에 따라 복수개 설치되지만 여기에서는 1개로서 설명함)(21)와, 진공 밸브(4)의 밸브체(6)의 개도(이하, 밸브 개도라고도 함)를 검출하는 개도 검출기(구체적으로는 구동용 모터의 회전량을 검출하는 엔코더가 이용됨)(22)와, 상기 압력계(21)에서 계측된 계측 압력 및 개도 검출기(22)에서 검출된 밸브 개도(이하, 실제 밸브 개도라고 함)를 입력하여 진공 용기(1)내의 압력을 목표값(이하, 설정 압력이라고 함)이 되도록 진공 밸브(4)의 구동용 모터(7)를 제어하는 제어 장치 본체(23)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 진공 밸브(4)의 밸브체(6)의 동작에 대해서 설명한다.
이 진공 밸브(4)로서는 압력 제어와 진공 밀봉의 양 기능을 가진 것이 이용된다(단, 압력 제어와 진공 밀봉의 양 기능을 갖는 것에 한정되지 않음). 즉, 이 진공 밸브(4)의 밸브체(6)가 원형상의 개구부(5a)를 슬라이딩함으로써 해당 개구부(5a)에 있어서의 가스의 통과 유량을 제어할 수 있는 것이다. 그리고, 밸브체(6)가 그 개구부(5a)를 폐쇄한 후(여기서는, 일단 밀폐 상태가 아니지만 개구부 전체를 밸브체로 덮은 상태라는 의미임), 더욱 개구부(5a) 주위(소위, 밸브 시트측임)에, 즉 수직 방향으로 이동함으로써 완전히 폐쇄한(밀폐 상태) 것이다. 이 진공 밸브(4)에 있어서의 밸브 개도와 해당 진공 밸브(4)에 의해 제어되는 피제어 공간측의 압력의 일반적인 관계를 그래프로 도시하면 도 3과 같이 된다.
이 그래프로부터 밸브체(6)가 폐동 위치(閉動位置)(여기서는 20%)로 이동한 후 수직으로 이동(소위, 승강 동작임)함으로써 완전한 밀폐 상태가 되는 것으로 판명된다. 즉, 폐동 위치로 이동했을 경우에는 압력이 어느 정도 상승하지만 그 후의 승강 동작에 의해 압력은 급격히 상승한다(물론, 진공 용기의 압력 제어에 적용했을 경우에는 압력이 급격히 저하하게 됨). 즉, 이 진공 밸브(4)에 있어서의 밸브 개도와 압력의 관계는 비선형이 된다.
그런데, 본 발명에 있어서는 추정 유입 가스량을 구할 때 가상 진공 용기에 있어서의 계산 압력을 이용하지만 이 계산 압력을 구하는데에도, 상술한 바와 같이, 추정 배출 가스량에 의거한 가스량이 이용된다. 정확하게 말하면, 가스량으로서 밸브 개도로부터 구해진 추정값인 추정 배출 가스량과, 가상 진공 용기에 있어서의 계산 압력 및 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 구해진 추정 유입 가스량의 차인 가스 유량차가 이용된다. 또한, 추정 배출 가스량을 구할 때 진공 밸브의 특성 곡선이 이용된다. 또한, 이 특성 곡선은 밸브 개도와 압력의 비선형 관계를 보상하기 위해서 이용된다.
이 밸브 특성 곡선은, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 개도와 컨덕턴스의 관계를 나타낸 것으로, 구체적으로는 수치 테이블로서 기억부 등에 유지되어 있다. 이 컨덕턴스는 가스 유동의 용이함을 나타낸 것으로 가스 유량을 압력으로 제산한 값(가스 유량/압력)이다.
이어서, 압력 제어 장치(9)의 구성을 도 5에 의거하여 설명한다.
이 압력 제어 장치(9)는 크게 나누면 진공 용기(1)의 목표가 되는 설정 압력(목표 압력이라고도 함)을 설정하는 압력 설정부(31), 상기 개도 검출기(22)에서 검출된 실제 밸브 개도 및 압력계(21)에 의해 계측된 계측 압력으로부터 구해진 추정 배출 가스량과, 후술하는 추정 유입 가스량의 차인 가스 유량차에 의거하여 가상 진공 용기내의 압력을 계산해서 구함과 아울러 이 계산에서 구해진 계산 압력과 계측 압력의 차인 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 유입 가스량 추정부(32), 상기 압력 설정부(31)로부터의 설정 압력 및 압력계(21)로부터의 계측 압력을 입력해서 압력 편차를 구함과 아울러 해당 압력 편차에 의거하여 보정 가스량을 계산하는 보정 가스량 계산부(33), 상기 유입 가스량 추정부(32)에서 구해진 추정 유입 가스량에 상기 보정 가스량 계산부(33)에서 구해진 보정 가스량을 가산해서 수정 가스량을 얻음과 아울러 해당 수정 가스량을 설정 배출 가스량으로서 출력하는 가산기(가산부)(34), 및 이 가산기(34)로부터 출력된 설정 배출 가스량 및 압력 설정부(31)로부터의 설정 압력에 의거하여 진공 밸브(4)에서의 목표로 하는 밸브 개도(이하, 설정 밸브 개도라고 함)를 계산하는 밸브 개도 계산부(35)로 구성되어 있다.
상기 유입 가스량 추정부(32)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 실제 밸브 개도로부터 진공 밸브(4)의 특성 곡선에 의거하여 진공 밸브(4)의 컨덕턴스를 구하는 컨덕턴스 취득부(41)와, 이 컨덕턴스 취득부(41)에서 얻어진 컨덕턴스 및 압력계(21)로부터의 계측 압력을 입력해서 해당 컨덕턴스에 계측 압력을 승산함으로써 배출되는 가스 유량의 추정값을 구하는 승산기(승산부)(42)와, 이 승산기(42)에서 구해진 추정 배출 가스량과 추정 유입 가스량(상세한 것은 후술함)의 차인 가스 유량차를 입력해서 가상 진공 용기내의 압력을 계산에 의해 구하는 압력 계산부[구체적으로는 적분기가 이용됨; 계산 모델상에서의 전달 함수는 1/(βns)이고, βn은 용기의 압력 게인(공칭값)임](43)와, 이 압력 계산부(43)에서 구해진 계산 압력 및 압력계(21)로부터의 계측 압력을 입력해서 그 차인 압력차를 구하는 압력 감산기(감산부)(44)와, 이 압력 감산기(44)에서 구해진 압력차에 소정 게인(Kobs)을 승산해서 추정 유입 가스량을 구하는 증폭기(증폭부)(45)가 구비됨과 아울러, 또한 상기 승산기(42)와 압력 계산부(43) 사이에 배치되어서 상기 증폭기(45)에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 상기 추정 배출 가스량을 감산하여 이루어진 가스 유량차를 구하는 가스량 감산기(감산부)(46)가 구비되어 있다.
이 유입 가스량 추정부(32)에서의 기능을 설명하면 실제 밸브 개도에 의해 추정된 추정 배출 가스량을 해당 유입 가스량 추정부(32)에서 얻어진 추정 유입 가스량으로부터 감산하여 구해진 가스 유량차를 적분해서 구해진 계산 모델상에서의 가상 진공 용기에 있어서의 계산 압력(가스 유량차를 축적함으로써 용기내 압력이 구해짐)과 실제 계측 압력의 압력차에 따라서 추정 유입 가스량을 구하는 것이다. 환언하면 계측 압력에 대하여 계산 압력이 벗어나 있을 경우에는 그 압력차에 따라서 보정이 행해지는 것으로, 즉 계산 압력이 계측 압력에 근접하도록 가스 유량차가 구해진다[계산 압력이 계측 압력에 추종하도록 계산 루프(가스량 감산기(46), 압력 계산부(43), 압력 감산기(44) 및 증폭기(45)로 구성된 연산 처리 루프)가 조합되어 있음]. 따라서, 어떤 계산 루프(어떤 주기)에서 구해진 추정 유입 가스량은 다음 계산 루프(다음 주기)에 이용되는 가스 유량차를 구할 때 이용된다. 또한, 상기 계산 루프(실제 밸브 개도의 취득도 포함함)는 소정 주기(연산 주기 또는 제어 주기로, 예를 들면, 10msec)에서도 반복적으로 행해진다.
그런데, 상기 유입 가스량 추정부(32)에서 얻어진 가상 진공 용기의 계산 압력에 대해서는 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 이루어진 가스 유량차를 적분해서 구하는 것으로 설명했지만 보다 구체적으로 설명하면 금회의 계산 루프로 구하는 계산 압력은 전회의 계산 루프에서 구해진 계산 압력에 금회 구해진 가스 유량차를 압력으로서 가산함으로써 구해진 것이다. 또한, 계산 루프의 개시시에는 전회의 계산 루프는 존재하지 않으므로 그 개시시에 계측된 실제 진공 용기내의 압력값이 초기값으로서 이용된다.
즉, 상기 계산 루프에 있어서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가스량 감산기(46)로 가스 유량차를 구하는 스텝과, 이 가스 유량차를 압력 계산부(43)에 입력해 적분함으로써 가상 진공 용기에 있어서의 계산 압력을 구하는 스텝과, 압력 감산기(44)로 가상 진공 용기의 계산 압력과 실제 진공 용기내의 계측 압력의 차인 압력차를 구하는 스텝과, 이 압력차를 증폭기(45)에 입력해서 추정 유입 가스량을 구함과 아울러 이 추정 유입 가스량을 상기 가스량 감산기(46)에 입력하는 스텝이 소정의 연산 주기마다 행해지고 있고, 어떤 연산 주기로 구해진 추정 유입 가스량이 다음회의 연산 주기에서 있어서의 가스량 감산기(46)에서의 가스 유량차를 구하기 위해서 입력되게 된다. 즉, 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량으로서는 금회의 연산 주기 때문에 구해진 추정 배출 가스량을 전회의 연산 주기로 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차가 이용된다.
상기 보정 가스량 계산부(33)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 설정부(31)로부터의 설정 압력 및 압력계(21)로부터의 계측 압력을 입력해서 압력 편차를 구하는 감산기(감산부)(51)와, 이 감산기(51)에서 구해진 압력 편차를 입력해서 그 압력 편차에 비례한 가스량을 구함과 아울러 해당 가스량을 보정 가스량으로서 출력하는 비례 제어기[비례 제어부; 비례 게인(Kp)을 승산함](52)로 구성되어 있다.
또한, 상기 밸브 개도 계산부(35)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 가산기(34)로부터 출력된 설정 배출 가스량 및 압력 설정부(31)로부터의 설정 압력을 입력해서 컨덕턴스를 구하는 컨덕턴스 계산부(61)와, 이 컨덕턴스 계산부(61)에서 구해진 컨덕턴스를 입력해서 밸브의 특성 곡선[컨덕턴스 취득부(41)에서의 특성 곡선과는 반대인 곡선이 됨]으로부터 밸브 개도를 취득하는 밸브 개도 취득부(62)로 구성되어 있다.
또한, 상기 압력 제어 장치(9)는 컴퓨터 장치에 의해 구성되어 있고, 상술한 계산부 등의 각 구성 부재의 기능은 소프트웨어에 의해 실현되는 것이다. 예를 들면, 유입 가스량 추정부(32)는 컴퓨터 장치상에서 진공 용기와 같은 기능을 가진 계산 모델로서 포함되어 있다.
이어서, 진공 용기의 압력 제어 방법에 대해서 설명한다.
진공 용기(1)내의 압력 상태가 어떤 값으로 안정되어 있고, 압력 설정부(31)에서 새로운 설정 압력이 설정되는 것으로 한다.
이 상태에서, 개도 검출기(22)로부터 실제 밸브 개도가 유입 가스량 추정부(32)에 입력되면 컨덕턴스 취득부(41)에서 컨덕턴스를 얻음과 아울러 승산기(42)에서 그 컨덕턴스에 계측 압력이 승산되어서 추정 배출 가스량이 구해진다. 그리고, 가스량 감산기(46)에서 금회 구해진 추정 배출 가스량이 전회의 연산 주기에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산되어서 가스 유량차가 구해지고, 이 가스 유량차가 압력 계산부(43)에 입력되어서 계산 모델에 있어서의 가상 진공 용기내의 압력, 즉 계산 압력이 구해진다.
이어서, 이 계산 압력과 압력계(21)로부터의 계측 압력의 차인 압력차가 구해지고, 증폭기(45)에서 소정 게인이 승산되어서 새롭게 추정 유입 가스량이 구해진다. 이 새로운 추정 유입 가스량이 다음 계산 루프, 즉 다음회의 연산 주기에 있어서의 가스 유량차를 구하는데도 이용되어 계산 압력이 계측 압력에 근접하도록 제어된다.
한편, 압력 설정부(31)에서 설정되어 있는 설정 압력이 보정 가스량 계산부(33)에 입력되고, 감산기(51)에 있어서 그 설정 압력과 압력계(21)로부터의 계측 압력의 차인 압력 편차가 구해짐과 아울러 이 압력 편차가 비례 제어기(52)에 입력되어서 압력 편차에 비례 게인이 승산되어서 보정 가스량이 구해진다.
그리고, 이 보정 가스량과 유입 가스량 추정부(32)에서 새롭게 구해진 추정 유입 가스량이 가산기(34)에 입력되어서 설정 배출 가스량이 구해진다.
이어서, 이 설정 배출 가스량과 압력 설정부(31)로부터의 설정 압력이 밸브 개도 계산부(35)에 입력되어서 해당 설정 배출 가스량이 되는 설정 밸브 개도가 구해진다. 구체적으로는 설정 배출 가스량과 설정 압력이 컨덕턴스 계산부(61)에 입력되어서 컨덕턴스가 구해지고, 이 컨덕턴스가 밸브 개도 취득부(62)에 입력되어서 밸브의 특성 곡선으로부터 밸브 개도가 구해진다. 이 밸브 개도 지령이 구동용 모터(7)에 출력되어서 소정의 밸브 개도가 되도록 밸브체(6)가 구동된다.
그리고, 상술한 동작이 반복적으로 행해져서 계산 압력이 계측 압력과 동일하게 될지, 또는 계산 압력이 어떤 편차로 계측 압력에 추종하고 있을 경우에는 유입 가스량 추정부(32)에서 구해진 추정 유입 가스량이 실제의 유입 가스량과 같은 것으로 간주할 수 있다.
여기서, 수치의 구체예에 대해서 설명한다.
진공 용기(1)에 있어서의 설정 압력값 및 실제 진공 용기(1)에서의 압력값이 모두 90mT이고, 유입 가스량이 100sccm에서 안정되어 있는 상태에 있어서, 설정 압력을 90mT로부터 100mT로 변경했을 경우, 추정 유입 가스량은 100sccm 그대로 이며, 설정 압력값이 90mT로부터 100mT로 변화된 순간은 계측 압력값은 90mT이고, 보정 가스량은 -10sccm[=-1(비례 게인)×(100-90)mT]이 된다. 따라서, 설정 배출 가스량은 90sccm이며, 컨덕턴스는 1.0으로부터 0.9(90/100)가 되고, 밸브체(6)는 폐방향으로 이동해서 압력이 상승한다. 그리고, 압력이 100mT에 도달하면 보정 가스량은 제로(zero), 설정 배출 가스량은 100sccm, 컨덕턴스는 1.0이 되고, 압력은 안정된다.
이와 같이, 진공 용기에 있어서 유입 가스량과 같은 배출 가스량을 배출해서 압력 제어를 행할 때 유입 가스량에 대해서는 실제 밸브 개도로부터 추정 배출 가스량을 구함과 아울러 이 추정 배출 가스량을 유입 가스량 추정부에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 얻어진 가스 유량차를 입력해서 적분함으로써 계산 모델에 있어서의 가상 진공 용기내의 계산 압력을 구하고, 그리고 이 계산 압력과 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 차인 압력차에 따른 새로운 추정 유입 가스량을 이용하도록 한 것이다.
즉, 진공 밸브의 밸브 개도로부터 얻어진 추정 배출 가스량을 전회 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 얻어진 가스 유량차에 의거하여 구해진 가상 진공 용기에 있어서의 계산 압력과 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 따라 새로운 추정 유입 가스량을 구하고, 이 추정 유입 가스량에 설정 압력에 대한 계측 압력의 압력 편차를 이용해서 구해진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하고, 이 설정 배출 가스량이 되도록 밸브 개도를 제어하도록 했으므로 압력에 대한 피드백 제어에 대해서는 비례 제어만으로 완료됨으로써 비례 적분 제어에 있어서와 같은 리셋 조건 등의 조정을 필요로 하지 않으므로 제어 구성도 간단한 것이 된다.
환언하면, 설정 배출 가스량을 얻기 위해서 설정 압력에 추종시키는 피드백 제어를 행할 때 본래라면 PID 제어, 적어도 PI 제어를 필요로 하는 것에 대해서 유입 가스량 추정부에서 얻어진 추정 유입 가스량은 압력 편차에 대한 적분 동작(I 제어)에 대응하는 것이기 때문에 피드백 제어계에 있어서는 비례 제어만으로 완료되게 된다.
예를 들면, PI 제어, 특히 적분 동작을 형성했을 경우 리셋 조건(편차의 대소에 따라 제어를 달성하게 하는 타이밍을 변경하는 등의 조건)을 넣을 필요가 있지만 이 리셋 조건에 대해서는 트라이 앤드 에러(try and error)로 결정할 필요가 있다. 이러한 리셋 조건을 로직으로 실장하려고 하면 대단히 번거로운 작업[와인드업(windup)]을 수반하게 된다. 그러나, 유입 가스량 추정부에서 구해진 추정 유입 가스량은 그 적분 동작에서 얻어진 적분값과 같은 역할을 다하게 되어 번거로운 적분 동작이 불필요하게 된다. 물론, 진공 용기의 압력 제어를 행하는데도 유입 가스량을 계측할 필요도 없다.
그런데, 상술한 압력 제어 방법의 요부를 스텝 형식으로 설명하면 아래와 같이 된다.
이 압력 제어 방법은 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 방법으로서,
상기 개도 검출기에 의해 검출된 진공 밸브의 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 계산하여 구하는 제 1 스텝과,
이 제 1 스텝에서 구해진 계산 압력과 상기 압력계에서 계측된 실제 진공 용기의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 제 2 스텝과,
이 제 2 스텝에서 구해진 추정 유입 가스량에 목표로 하는 설정 압력과 계측 압력의 압력 편차에 의거하여 얻어진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 제 3 스텝을 구비함과 아울러,
상기 각 스텝을 소정 주기마다 반복 실행하고,
상기 제 3 스텝에서 구해진 설정 배출 가스량이 되도록 상기 진공 밸브의 밸브 개도를 제어하도록 하고,
또한, 상기 제 1 스텝에서 있어서 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량에 대해서는 추정 배출 가스량을 전회의 주기에 있어서의 제 2 스텝에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하는 방법이다.
또한, 상술한 압력 제어 장치의 요부를 설명하면 아래와 같이 된다.
즉, 이 압력 제어 장치는 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 장치로서,
진공 용기의 목표가 되는 압력을 설정하는 압력 설정부와,
상기 개도 검출기에서 검출된 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 유입 가스량 추정부와,
상기 압력 설정부로부터의 설정 압력과 상기 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력 편차를 구하는 압력 감산부 및 이 압력 감산부에서 구해진 압력 편차를 입력해서 소정 게인을 승산해서 보정 가스량을 구하는 비례 제어부를 가진 가스량 보정부와,
상기 유입 가스량 추정부에서 구해진 추정 유입 가스량과 상기 가스량 보정부에서 구해진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 가산부와,
이 가산부에서 얻어진 설정 배출 가스량 및 상기 압력 설정부로부터의 설정 압력을 입력해서 밸브 개도를 구하는 밸브 개도 계산부를 구비함과 아울러,
상기 유입 가스량 추정부에 있어서 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 연산을 소정 주기마다 실행하도록 하고,
또한, 상기 유입 가스량 추정부에 있어서 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량으로서 추정 배출 가스량을 전회의 연산 주기에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하도록 한 것이고,
또한, 상기 유입 가스량 추정부에,
검출된 밸브 개도로부터 진공 밸브에 있어서의 밸브 개도-컨덕턴스의 특성 곡선에 의거하여 진공 밸브의 컨덕턴스를 구하는 컨덕턴스 취득부와, 이 컨덕턴스 취득부에서 얻어진 컨덕턴스 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 해당 컨덕턴스에 계측 압력을 승산함으로써 추정 배출 가스량을 구하는 승산부와, 이 승산부에서 구해진 추정 배출 가스량을 전회의 연산 주기로 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 가스 유량차를 구하는 가스량 감산부와, 이 가스량 감산부에서 구해진 가스 유량차를 입력해서 가상 진공 용기내의 압력을 계산에 의해 구하는 압력 계산부와, 이 압력 계산부에서 구해진 계산 압력 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력차를 구하는 압력 감산부와, 이 압력 감산부에서 구해진 압력차에 소정 게인을 승산해서 추정 유입 가스량을 구하는 증폭부를 구비한 것이다.
또한, 상술한 압력 제어계의 제어 블록도(전달 함수를 이용한 것)를 도 9에 도시하였다.
도 9 중 (A)는 진공 용기를 나타내는 부분이다. 또한, 상기 실시형태에 있어서는 설명하지 않았지만, 도 9에 도시된 바와 같이, 설정 압력 및 계측 압력의 보정 가스량 계산부로의 출력 도중에는 설정 압력용 필터 및 노이즈 제거용 필터가 설치되어 있다.
여기서, 도 10에 의거하여 상술한 압력 제어계 중 특히, 유입 가스량 추정부와 피드백 제어계의 비례 제어기의 압력 응답(전달 함수에 의한)에 대해서 설명한다. 도 10은 유입 가스량 추정부(32)와 보정 가스량 계산부(33)에 있어서의 제어 블록도를 나타낸다.
실제의 제어계는 설정 배출 가스량과 설정 압력에 의해 컨덕턴스를 구하고, 그리고 특성 곡선으로부터 밸브 개도를 구함과 아울러 이 밸브 개도가 되도록 조작해서 가스를 배출하게 되지만 여기에서는 그 부분의 설정 배출 가스량과 배출 가스량의 전달 함수를 G(배출 가스량에 있어서의 설정값과 실제 유량의 관계를 나타내는 비선형 함수임)로 나타내고 있다. 또한, 미리 계측된 밸브 개도와 컨덕턴스의 관계를 나타내는 특성 곡선을, 예를 들면 테이블로서 기억해 두고, 현재의 밸브 개도로부터 현재의 컨덕턴스를 추정하고, 이것에 압력을 승산함으로써 배출 가스량을 추정해 사용하고 있다. 또한, 실제 배출 가스량과 추정 배출 가스량의 전달 함수를 H로서 나타내고 있다.
비례 제어기의 출력(u)으로부터 압력(P)까지의 개루프의 전달 함수는 하기 (1)식으로 나타낸다.
Figure pct00001
(1) 식 중, G=H=1, β/(Kobs)≒0으로 하면(즉, Kobs의 값을 크게 하면), 하기 (2)식처럼 된다.
Figure pct00002
단, (2)식 중, T=βn/(Kobs)이다.
따라서, 설정 배출 가스량 및 실제 배출 가스량에 대한 압력의 변화는 실제 압력 시정수(β)의 영향을 무시할 수 있고, 공칭값(βn)으로 결정되는 것으로 판명된다. 환언하면 가상 진공 용기가 접속되어 있는 바와 같은 거동을 나타낸다.
상기 (2)식에 포함되는 전달 함수(1/(1+Ts))의 컷오프 주파수 이하의 영역에서는 설정 압력(Pref) 및 가스 유량(Fin)과 압력(P)의 전달 함수는 하기 (3)식처럼 된다.
Figure pct00003
상기 (3)식에 의거하여 시간 응답(역 라플라스 변환에 의함)을 구하면 하기와같이 된다.
a ; 설정 압력값을 스텝 변화시켰을 경우(Pref=1/s, Fin=0)
Figure pct00004
(4)식으로부터 본 발명에 의한 제어 방식은 설정 압력값의 스텝 변화에 대하여 정상 편차(t→∞)가 제로이고 또한 오버슈트(overshoot)도 발생하지 않는 것으로 판명된다. 또한, 그 압력 응답 특성은 βn을 실제 진공 용기의 압력 게인에 거의 같게 조정한다고 하면 Kp를 변경하는 것으로 조정할 수 있다.
b ; 가스 유량값을 스텝 변화시켰을 경우(Fin=1/s, Pref=0)
상기 (3)식에, Fin=1/s, Pref=0을 대입해서 정리하면 하기 (5)식이 얻어진다.
Figure pct00005
(5)식에 있어서, 고차(2차)의 항를 무시하면 하기 (6)식이 얻어진다.
Figure pct00006
(6)식을 시간 함수로 변환하면 하기 (7)식이 얻어진다.
Figure pct00007
(7)식으로부터 본 발명에 의한 제어 방식은 가스 유량값의 스텝 변화에 대하여 정상 편차(t→∞)가 제로인 것으로 판명된다. 또한, 외란 억제 특성은 βn을 실제 진공 용기의 압력 게인에 거의 같게 조정한다고 하면, Kp는 압력 응답 특성의 조정으로 결정되므로 Kobs를 변경하는 것으로 조정할 수 있다.
이 압력 제어계에서는 진공 챔버내의 플라즈마에 의한 가스 반응분도 포함시키고, 진공 챔버에 유입되는 가스량의 변동에 대하여는 유입 가스량 추정부에서 추정 유입 가스량으로서 그 변동을 포착함과 아울러 이 유입되고 있는 가스 유량을 배기하도록 지령함으로써 가스 유량 변화에 대한 압력 변동을 억제할 수 있다(외란 억제성임). 한편, 압력 설정값의 변경에 대하여는 압력 설정값과 압력값의 편차의 비례 제어에 의해 추정 유입 가스량에 대한 보정 가스량을 지령함으로써 압력 설정값에 대하여 압력을 추종시키고 있다. 즉, 압력 설정값에 대한 압력 응답 특성과, 가스 유량 변화에 대한 억제 특성, 즉 외란 억제 특성이 독립적으로 조정되도록 되어 있다.
간단히 말하면, PI 제어(또는 PID 제어)만으로는 압력 설정값에 대한 압력추종 특성과 가스 유량 변화에 대한 억제 특성을 동시에 최적화할 수 없는 것이 일반적으로 알려져 있지만 이 과제를 해결할 수 있다.
그런데, 상기 실시형태에 있어서는 계산 루프를 가스량 감산기에서 가스 유량차를 구한 후, 압력 계산부에서 전회의 계산 루프로 구해진 계산 압력에 가스 유량차에 대응하는 압력을 가산함으로써 가상 진공 용기내의 계산 압력을 구하고, 다음에 압력 감산기에서 계산 압력으로부터 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력을 감산해서 압력차를 구한 후, 증폭기에서 압력차로부터 추정 유입 가스량을 구하는 순서로서 설명했지만(즉, 계산 루프의 개시를 「가스 감산기에서 가스 유량차를 구함」으로 했지만), 실제로는 「압력 감산기에서 계산 압력으로부터 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력을 감산해서 압력차를 구함」으로부터 개시된다.
여기서, 상기 2개의 순서를 나누어 기록하면 아래와 같이 된다.
(1) 실시형태에서 설명한 순서
1회째
가진공 용기내의 압력의 초기값→P0
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk1
a. 가스량 감산기→초기회는 연산 없음
b. 압력 계산부→P0+G1×(1/βn)×Δt=P1
G1 : 가스 유량차(G1=0 : 가스 유량차에 의거한 압력의 가산은 없음)
Δt : 제어 주기
c. 압력 감산기→P1-Pk1=ΔP1
d. 증폭기→ΔP1에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F1)을 구한다.
2회째
2회째의 계산 루프에 들어갈 때의 가진공 용기내의 압력값은 P1이다.
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk2
a. 가스량 감산기→추정 유입 가스 유량(F1)-추정 배출 가스 유량(H2)=G2
b. 압력 계산부→P1+G2×(1/βn)×Δt=P2
c. 압력 감산기→P2-Pk2=ΔP2
d. 증폭기→ΔP2에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F2)을 구한다.
3회째(4회째 이후도 마찬가지임)
3회째의 계산 루프에 들어갈 때의 가진공 용기내의 압력값은 P2이다.
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk3
a. 가스량 감산기→추정 유입 가스 유량(F2)-추정 배출 가스 유량(H3)=G3
b. 압력 계산부→P2+G3×(1/βn)×Δt=P3
c. 압력 감산기→P3-Pk3=ΔP3
d. 증폭기→ΔP3에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F3)을 구한다.
(2) 실제 순서
1회째
가진공 용기내의 압력의 초기값→P1
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk1
a. 압력 감산기→P1-Pk1=ΔP1
b. 증폭기→ΔP1에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F1)을 구한다.
c. 가스량 감산기→추정 유입 가스 유량(F1)-추정 배출 가스 유량(H1)=G1
d. 압력 계산부→P1+G1×(1/βn)×Δt=P2
이 P2는 메모리에 기억되어서 2회째의 계산에 사용된다.
2회째
2회째의 계산 루프에 들어갈 때의 가진공 용기내의 압력값은 P2이다.
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk2
a. 압력 감산기→P2-Pk2=ΔP2
b. 증폭기→ΔP2에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F2)을 구한다.
c. 가스량 감산기→추정 유입 가스 유량(F2)-추정 배출 가스 유량(H2)=G2
d. 압력 계산부→P2+G2×(1/βn)×Δt=P3
3회째(4회째 이후도 마찬가지임)
3회째의 계산 루프에 들어갈 때의 가진공 용기내의 압력값은 P3이다.
실제 진공 용기내의 계측 압력값→Pk3
a. 압력 감산기→P3-Pk3=ΔP3
b. 증폭기→ΔP3에 게인을 곱하여 추정 유입 가스 유량(F3)을 구한다.
c. 가스량 감산기→추정 유입 가스 유량(F3)-추정 배출 가스 유량(H3)=G3
d. 압력 계산부→P3+G3×(1/βn)×Δt=P4
즉, (1)의 순서로 설명한 쪽이 본 발명을 이해하기 쉽게 설명할 수 있기 때문이며, 실제로는 (2)에서 설명한 바와 같이 압력 감산의 순서부터 개시된다.
청구의 범위에 대해서도, (1)의 순서에 따라 기재하고 있지만 계산은 루프에서 행해지기 때문에 당연히 (2)의 순서도 포함되어 있게 된다.

Claims (3)

  1. 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 방법으로서:
    상기 개도 검출기에 의해 검출된 진공 밸브의 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 계산하여 구하는 제 1 스텝과;
    이 제 1 스텝에서 구해진 계산 압력과 상기 압력계에서 계측된 실제 진공 용기의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 제 2 스텝과;
    이 제 2 스텝에서 구해진 추정 유입 가스량에 목표로 하는 설정 압력과 계측 압력의 압력 편차에 의거하여 얻어진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 제 3 스텝을 구비함과 아울러;
    상기 각 스텝을 소정 주기마다 반복 실행하고;
    상기 제 3 스텝에서 구해진 설정 배출 가스량이 되도록 상기 진공 밸브의 밸브 개도를 제어하도록 하고;
    또한 상기 제 1 스텝에서 있어서, 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량에 대해서는 추정 배출 가스량을 제 2 스텝에서 구해진 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하는 것을 특징으로 하는 진공 용기의 압력 제어 방법.
  2. 기체의 공급관로 및 배출관로가 접속된 진공 용기와, 상기 배출관로에 설치되어서 해당 배출관로를 개폐할 수 있는 진공 밸브와, 상기 진공 용기내의 압력을 계측하는 압력계와, 진공 밸브의 밸브 개도를 검출하는 개도 검출기가 구비되어 이루어진 진공 처리 장치에 있어서의 상기 진공 용기의 압력을 제어하는 압력 제어 장치로서:
    상기 진공 용기의 목표가 되는 압력을 설정하는 압력 설정부와;
    상기 개도 검출기에서 검출된 밸브 개도로부터 구해진 추정 배출 가스량을 고려한 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 유입 가스량 추정부와;
    상기 압력 설정부로부터의 설정 압력과 상기 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력 편차를 구하는 압력 감산부 및 이 압력 감산부에서 구해진 압력 편차를 입력해서 소정 게인을 승산해서 보정 가스량을 구하는 비례 제어부를 가진 가스량 보정부와;
    상기 유입 가스량 추정부에서 구해진 추정 유입 가스량과 상기 가스량 보정부에서 구해진 보정 가스량을 가산해서 설정 배출 가스량을 구하는 가산부와;
    이 가산부에서 얻어진 설정 배출 가스량 및 상기 압력 설정부로부터의 설정 압력을 입력해서 밸브 개도를 구하는 밸브 개도 계산부를 구비함과 아울러;
    상기 유입 가스량 추정부에 있어서, 가스량에 의거하여 계산 모델상에서의 가상 진공 용기내의 압력을 구함과 아울러 이 가상 진공 용기의 계산 압력과 상기 압력계로부터의 실제 진공 용기에 있어서의 계측 압력의 압력차에 의거하여 추정 유입 가스량을 구하는 연산을 소정 주기마다 실행하도록 하고;
    또한, 상기 유입 가스량 추정부에 있어서, 가상 진공 용기에서의 계산 압력을 구할 때 이용되는 가스량으로서 추정 배출 가스량을 추정 유입 가스량으로부터 감산시킴으로써 얻어진 가스 유량차를 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 진공 용기의 압력 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유입 가스량 추정부에,
    검출된 밸브 개도로부터 진공 밸브에 있어서의 밸브 개도-컨덕턴스의 특성 곡선에 의거하여 진공 밸브의 컨덕턴스를 구하는 컨덕턴스 취득부와, 이 컨덕턴스 취득부에서 얻어진 컨덕턴스 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 해당 컨덕턴스에 계측 압력을 승산함으로써 추정 배출 가스량을 구하는 승산부와, 이 승산부에서 구해진 추정 배출 가스량을 추정 유입 가스량으로부터 감산해서 가스 유량차를 구하는 가스량 감산부와, 이 가스량 감산부에서 구해진 가스 유량차를 입력해서 가상 진공 용기내의 압력을 계산에 의해 구하는 압력 계산부와, 이 압력 계산부에서 구해진 계산 압력 및 압력계로부터의 계측 압력을 입력해서 압력차를 구하는 압력 감산부와, 이 압력 감산부에서 구해진 압력차에 소정 게인을 승산해서 추정 유입 가스량을 구하는 증폭부를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 용기의 압력 제어 장치.
KR1020107006305A 2007-12-05 2008-11-19 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치 KR101485887B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2007-314095 2007-12-05
JP2007314095 2007-12-05
PCT/JP2008/003374 WO2009072241A1 (ja) 2007-12-05 2008-11-19 真空容器の圧力制御方法および圧力制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100095508A true KR20100095508A (ko) 2010-08-31
KR101485887B1 KR101485887B1 (ko) 2015-01-26

Family

ID=40717425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107006305A KR101485887B1 (ko) 2007-12-05 2008-11-19 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8316879B2 (ko)
EP (1) EP2221704A4 (ko)
JP (1) JP5111519B2 (ko)
KR (1) KR101485887B1 (ko)
CN (1) CN101836173B (ko)
TW (1) TWI437399B (ko)
WO (1) WO2009072241A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388069B1 (ko) * 2012-05-10 2014-04-22 수원대학교산학협력단 퍼지 피아이디 제어기를 이용한 정압 제어 방법
KR20200031161A (ko) * 2017-10-17 2020-03-23 가부시키가이샤 브이텍스 진공 밸브의 제어 방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9056419B2 (en) * 2011-03-02 2015-06-16 Richard C. Bell Sizing tank with electro-mechanical controlled water flows
US8807163B2 (en) * 2011-03-02 2014-08-19 Richard C. Bell Vacuum sizing tank with electro-mechanical controlled water flows
MY180796A (en) 2011-09-02 2020-12-09 First Solar Inc Feeder system and method for a vapor transport deposition system
US9267605B2 (en) 2011-11-07 2016-02-23 Lam Research Corporation Pressure control valve assembly of plasma processing chamber and rapid alternating process
CN102644786A (zh) * 2012-02-13 2012-08-22 首钢水城钢铁（集团）有限责任公司 阀门分段自动控制的方法
JP5397525B1 (ja) * 2012-11-13 2014-01-22 Ｓｍｃ株式会社 真空調圧システム
US10557736B2 (en) * 2016-05-10 2020-02-11 Mks Instruments, Inc. Predictive diagnostics systems and methods using vacuum pressure control valves
JP6756262B2 (ja) * 2016-12-26 2020-09-16 株式会社島津製作所 バルブ装置
JP6828446B2 (ja) * 2017-01-12 2021-02-10 株式会社島津製作所 バルブ制御装置
JP6670791B2 (ja) * 2017-03-30 2020-03-25 東京エレクトロン株式会社 流量制御器を検査する方法及び被処理体を処理する方法
DK180053B1 (en) * 2017-05-23 2020-02-10 Danfoss A/S METHOD OF AND CONTROLLER FOR CONTROLLING A FLOW NETWORK COMPRISING PRESSURE CONTROLLING MEANS
KR101962026B1 (ko) * 2017-08-24 2019-07-18 한국표준과학연구원 컨덕턴스 가변 기능을 갖는 유량조절유닛, 진공밸브, 진공도 조절시스템 및 조절방법
US11073846B2 (en) * 2018-01-30 2021-07-27 Illinois Tool Works Inc. Mass flow controller with absolute and differential pressure transducer
JP6969465B2 (ja) * 2018-03-20 2021-11-24 株式会社島津製作所 目標開度推定器および圧力調整真空バルブ
CN111831022B (zh) * 2019-04-18 2022-03-18 北京七星华创流量计有限公司 腔室压力控制方法及装置、半导体设备
CN115826636B (zh) * 2023-02-16 2023-04-18 广州志橙半导体有限公司 一种cvd设备的压力控制方法及系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3794070A (en) * 1972-03-20 1974-02-26 Sperry Rand Corp Precision reference pressure supply system
JPS6247719A (ja) 1985-08-27 1987-03-02 Kokusai Electric Co Ltd 真空容器の圧力制御装置
JPH01111213A (ja) 1987-10-23 1989-04-27 Seiko Instr & Electron Ltd 圧力制御装置
US6142163A (en) 1996-03-29 2000-11-07 Lam Research Corporation Method and apparatus for pressure control in vacuum processors
JP3586075B2 (ja) * 1997-08-15 2004-11-10 忠弘 大見 圧力式流量制御装置
US6022483A (en) * 1998-03-10 2000-02-08 Intergrated Systems, Inc. System and method for controlling pressure
CN1114847C (zh) * 1998-08-24 2003-07-16 株式会社富士金 压力式流量控制装置的孔板堵塞检测方法及其检测装置
US7113834B2 (en) * 2000-06-20 2006-09-26 Fisher-Rosemount Systems, Inc. State based adaptive feedback feedforward PID controller
JP2002091573A (ja) 2000-09-19 2002-03-29 Toshiba Corp 圧力制御方法、処理装置および処理方法
US6814096B2 (en) * 2000-12-15 2004-11-09 Nor-Cal Products, Inc. Pressure controller and method
TW552490B (en) * 2001-10-18 2003-09-11 Ckd Corp Apparatus and method of pulse type flow rate adjustment
CN100458629C (zh) * 2002-11-08 2009-02-04 东京毅力科创株式会社 流体处理装置及流体处理方法
CN100454200C (zh) * 2003-06-09 2009-01-21 喜开理株式会社 相对压力控制系统和相对流量控制系统
US7437944B2 (en) * 2003-12-04 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for pressure and mix ratio control
US20050120805A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-09 John Lane Method and apparatus for substrate temperature control
JP4335085B2 (ja) * 2004-07-05 2009-09-30 シーケーディ株式会社 真空圧力制御システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388069B1 (ko) * 2012-05-10 2014-04-22 수원대학교산학협력단 퍼지 피아이디 제어기를 이용한 정압 제어 방법
KR20200031161A (ko) * 2017-10-17 2020-03-23 가부시키가이샤 브이텍스 진공 밸브의 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5111519B2 (ja) 2013-01-09
EP2221704A1 (en) 2010-08-25
KR101485887B1 (ko) 2015-01-26
CN101836173B (zh) 2012-02-01
TWI437399B (zh) 2014-05-11
CN101836173A (zh) 2010-09-15
US20100252121A1 (en) 2010-10-07
JPWO2009072241A1 (ja) 2011-04-21
EP2221704A4 (en) 2011-10-12
US8316879B2 (en) 2012-11-27
TW200938980A (en) 2009-09-16
WO2009072241A1 (ja) 2009-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101485887B1 (ko) 진공 용기의 압력 제어 방법 및 압력 제어 장치
US7881829B2 (en) Mass flow controller
US8037896B2 (en) Pressure regulation in remote zones
KR101990155B1 (ko) 압력 제어 장치, 유량 제어 장치, 및 압력 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체, 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 기록 매체
TWI534576B (zh) Gas shunt supply device and gas shunt supply method
JP7059053B2 (ja) 流量制御装置、流量制御方法、及び、流量制御装置用プログラム
JP2005534110A (ja) マスフローコントローラにおける圧力補償のための方法および装置
US11365480B2 (en) Concentration control apparatus, zero point adjustment method, and program recording medium recorded with concentration control apparatus program
CN112272809A (zh) 流量控制方法以及流量控制装置
CN110307388B (zh) 目标开度推断器以及压力调整真空阀
US20170343402A1 (en) Flow rate control device
JP5424721B2 (ja) 真空容器のシミュレーション装置
CN111007885A (zh) 推断装置以及阀控制装置
US20180120864A1 (en) Nonlinear control of mass flow controller devices using sliding mode
JP2009252147A (ja) 流体分流供給ユニット
JP6753791B2 (ja) メンテナンス時期予測装置、流量制御装置およびメンテナンス時期予測方法
US20080295892A1 (en) Mass flow controller
JP3893115B2 (ja) マスフローコントローラ
JP4046538B2 (ja) 制御方法
WO2004090652A1 (ja) 高速気体圧力制御装置
KR102102794B1 (ko) 압력제어 장치 및 압력제어 시스템
JP2020009111A (ja) 推定装置および圧力制御バルブ
JP7194421B2 (ja) 流量制御装置および流量制御方法
KR101664171B1 (ko) 몰드 내 용강탕면 레벨 제어 방법
JPH0431901A (ja) むだ時間を含む系の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171215

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181214

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191217

Year of fee payment: 6