KR20120093788A - 유체제어장치 및 압력제어장치 - Google Patents

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유타카 요네다
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

[과제] 디지털 제어를 채용한 밸브제어기라도, 종래의 아날로그 제어를 사용하고 있는 경우에 가까운 응답성을 실현할 수 있는 유체제어장치 및 압력제어장치를 제공한다.
[해결 수단] 유체가 흐르는 유로(5) 상에 마련된 유체제어밸브(2)와, 상기 유체에 관한 물리량을 측정하는 유체측정부(1, 3)와, 상기 유체측정부(1)에서 측정되는 물리량의 측정값과, 미리 설정되는 설정값과의 편차에 근거하여 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 디지털 제어에 의해서 제어하는 밸브제어기(4)를 구비한 유체제어장치(100)로서, 상기 밸브제어기(4)가, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량에 관련하는 값을 출력하는 조작량 연산부(41)와, 입력되는 값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상한 값을 출력하는 위상 보상부(42)를 구비하였다.

Description

유체제어장치 및 압력제어장치 {FLUID CONTROL DEVICE AND PRESSURE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 유로를 흐르는 유체의 압력, 유량 등을 제어하기 위한 유체제어장치, 압력제어장치에 관한 것이다.
반도체의 제조에 이용되는 각종 가스 등을 반도체 제조 장치에 공급하는 경우, 그들 공급 유로에 매스 플로우 콘트롤러(mass flow controller) 등의 유체제어장치, 유체제어장치의 일종인 압력제어장치를 각각 마련하여, 가스의 압력이나 유량을 각각 조절하도록 하고 있다.
유량 제어를 실시하는 경우를 예로 하면, 상기 매스 플로우 콘트롤러는, 유로에 마련되는 유량제어밸브와, 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와, 설정 유량과 측정 유량의 편차에 근거하여 상기 유량제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기를 구비하고 있다.
또, 압력 제어를 실시하는 경우를 예로 하면, 상기 압력제어장치는, 유로에 마련되는 유체제어밸브와, 유체의 압력을 측정하는 압력센서와, 압력의 측정값과 압력의 설정값의 편차에 근거하여 상기 유체제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기를 구비하고 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에 도시된 바와 같이 상기 밸브제어기는 주로 전자 회로에 의해 구성되어 있으며, 편차 등의 입력된 값에 대해서 PID 연산 등을 시행하고, 상기 유체제어밸브로 입력되는 피드백값을 산출하는 조작량 연산부를 구비하고 있다. 즉, 이 유체제어장치는, 아날로그 제어(연속 시간 제어(連續時間制御))에 의해서 상기 유량제어밸브를 제어하도록 구성하고 있는 것이다.
그런데, 최근 몇년 매스 플로우 콘트롤러와 같은 유체제어장치는 보다 제조 비용을 억제함과 아울러, 각 개체의 제어 정밀도의 편차를 보다 줄이는 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 본원 발명자들은, 제어용 전자 회로 등의 정밀도 관리가 어려움으로써 유체제어장치의 개체마다 제어 성능의 편차가 생기기 쉽고, 실장(實漿)의 수고 등에 의해서 제조 비용이 비교적 고가가 되기 쉬운 아날로그 제어로부터, 정밀도 관리가 용이하여 제조 비용을 억제하기 쉬운 컴퓨터상의 프로그램에 의한 디지털 제어(이산 시간 제어(離散時間制御))를 적용하려고 했다.
그렇지만, 상기 밸브제어기를 종래의 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 치환할만큼의 단순한 제어 방식의 변경으로는, 아날로그 제어에서 실현할 수 있었던 응답성을 디지털 제어에 의해서 실현할 수 없었다.
또, 다른 관점을 취하면 특허 문헌 1에 도시되는 밸브제어기구는 주로 전자 회로에 의해 구성되고, 아날로그 제어(연속 시간 제어)에 의해서 상기 유량제어밸브를 제어하도록 구성되어 있다고도 말할 수 있다. 특허 문헌 1에 도시된 바와 같이 상기 밸브제어기구는, 상기 편차에 대해서 PID 연산을 시행하여 밸브의 조작량을 연산하는 조작량 연산부와, 위상 지연을 보상하는 위상 보상부를 구비하고 있는 것이 있다. 이와 같이 위상 보상을 함으로써, 고속 응답시키는 경우 등에서 제어가 불안정하게 되는 것을 막아, 요구되는 정밀도의 응답성으로 유량 제어 등을 실시할 수 있도록 하고 있다.
상술한 바와 같이, 최근 몇년 매스 플로우 콘트롤러는 보다 제조 비용을 억제하는 것이 요구되고 있어, 그 요구에 대응하기 위해서, 상기 밸브제어기구의 제어 방식은 전자 회로 등의 정밀도 관리나 실장의 수고 등에 의해서 제조 비용이 비교적 고가가 되기 쉬운 아날로그 제어로부터, 제조 비용을 억제하기 쉬운 컴퓨터상의 프로그램에 의한 디지털 제어(이산 시간 제어)로 전환되고 있다.
그렇지만, 상기 밸브제어기구를 종래의 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 치환하면, 디지털 제어의 경우, 센서 출력을 가져올 때의 양자화(量子化) 오차나, 샘플링 주기가 존재하는 일 등에 의해서, 아날로그 제어에서 실현하고 있던 응답성을 실현할 수 없다. 보다 구체적으로는, 유체제어밸브를 제어하기 위한 신호와, 유량 센서 등으로부터의 신호와의 사이에서 위상 지연이 발생하고 있는 경우에 소프트웨어적으로 위상 보상을 실시하더라도, 아날로그 제어의 경우에 비해 성능이 뒤떨어져 버리는 일이 있다. 이와 같은 문제를 해결하여 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현하려면, 예를 들면 샘플링 주기를 짧게 하여, 샘플링 회수를 많이 하거나 제어의 안정성을 유지하기 위해서 노이즈의 필터링 처리를 실시하도록 하는 것도 생각할 수 있지만, 고부하의 연산 처리가 필요하기 때문에 고성능으로 고가의 CPU 등이 필요해져 버려, 제조 비용의 저감 효과가 생각했던 것보다도 나오지 않는 결과가 되어 버린다. 즉, 유체제어장치에 있어서 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 치환하는 경우, 제조 비용과 응답성과의 사이의 균형을 얻는 것이 매우 어렵다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 소64－54518호 공보
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 디지털 제어를 채용한 밸브제어기라도, 종래의 아날로그 제어를 사용하고 있는 경우에 가까운 응답성을 실현할 수 있는 유체제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 디지털 제어를 채용한 밸브제어기구라도, 그 비용 저감 효과를 누리면서 종래의 아날로그 제어를 사용하고 있는 경우에 가까운 응답성을 실현할 수 있는 유체제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 유체제어장치는, 유체가 흐르는 유로상에 마련된 유체제어밸브와, 상기 유체에 관한 물리량을 측정하는 유체측정부와, 상기 유체측정부에서 측정되는 물리량의 측정값과, 미리 설정되는 설정값과의 편차에 근거하여 상기 유체제어밸브의 개도를 디지털 제어에 의해서 제어하는 밸브제어기를 구비한 유체제어장치로서, 상기 밸브제어기가, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 출력하는 조작량 연산부와, 입력되는 값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력하는 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 한다.
보다 자세하게 설명하면, 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 치환할 때에는, 아날로그 제어에서 이용되고 있던 연산식, 연산 방법을 디지털 제어용으로 변환할 필요가 있다. 본원 발명자들은 예의(銳意) 검토를 거듭함으로써, 아날로그 제어로부터 디지털 제어로의 변환시에 통상 이용되는 것이 많은 위치형 디지털 연산을 이용하여 위상의 차이를 보상하여도 아날로그 제어시와 동등의 응답성을 달성하는 것이 어려운 것에 대하여, 유체제어밸브를 이용한 유체 제어에 관해서는 속도형 디지털 연산을 이용한 위상 보상부를 조작량 연산부에 더 부가함으로써 종래와 동등의 응답성을 달성할 수 있는 것을 처음으로 찾아냈다.
즉, 상기 위상 보상부가 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시하도록 구성함으로써, 아날로그 제어를 이용하고 있었을 경우에 비해서 제조 비용을 억제하면서도, 응답성에 관해서도 종래와 동등의 성능을 유지할 수 있다.
상기 조작량 연산부의 구체적인 실시의 형태로서는, 상기 조작량 연산부에서 이용되는 상기 소정의 연산이, PID 연산인 것을 들 수 있다.
보다 디지털 제어에서의 응답성을 향상시키기 위해서는, 상기 조작량 연산부에서 이용되는 상기 소정의 연산이, 속도형 디지털 연산인 것이면 좋다.
또, 본 발명의 압력제어장치는, 유체가 흐르는 유로상에 마련된 유체제어밸브와, 상기 유체의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서에서 측정되는 압력의 측정값이, 미리 설정되는 설정값이 되도록 상기 유체제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기를 구비하고, 상기 밸브제어기가, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 연산하는 조작량 연산부와, 입력되는 값에 대해서 디지털 제어에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력하는 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 밸브제어기에 있어서, 상기 조작량 연산부와 함께, 디지털 제어의 위상 보상부를 추가함으로써, 디지털 제어를 이용했을 경우에도 아날로그 제어와 동등의 응답성을 실현할 수 있는 것을 본원 발명자들은 예의 검토의 결과 찾아냈다.
상기 위상 보상부의 구체적인 구성으로서는, 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상하도록 구성된 것을 들 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 치환할 때에는, 아날로그 제어에서 이용되고 있던 연산식, 연산 방법을 디지털 제어용으로 변환할 필요가 있다. 본원 발명자들은 예의 검토를 거듭함으로써, 아날로그 제어로부터 디지털 제어로의 변환시에 통상 이용되는 위치형 디지털 연산을 이용하여 위상 지연을 보상해도 아날로그 제어시와 동등의 응답성을 달성하는 것이 어려운 것에 대하여, 유체제어밸브를 이용한 유체 제어에 관해서는 속도형 디지털 연산을 실시하는 위상 보상부를 이용함으로써 종래와 동등의 응답성을 달성할 수 있는 것도 찾아냈다.
즉, 상기 위상 보상부가 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시하도록 구성함으로써, 아날로그 제어를 이용하고 있었을 경우에 비해서 제조 비용을 억제하면서도, 응답성에 관해서도 종래와 동등의 성능을 유지할 수 있다.
상기 조작량 연산부의 구체적인 실시의 형태로서는, 상기 조작량 연산부가, PID 연산에 의해 상기 조작량에 관련하는 값을 연산하는 것을 들 수 있다.
보다 디지털 제어에서의 응답성을 향상시키기 위해서는, 상기 조작량 연산부가, 속도형 디지털 연산에 의해 조작량에 관련하는 값을 연산하는 것이면 좋다.
게다가, 본 발명의 유체제어장치는, 유체가 흐르는 유로상에 마련되고, 상기 유체에 관한 물리량을 측정하는 유체측정부와, 상기 유로상에 마련된 유체제어밸브와, 상기 유체측정부에서 측정되는 물리량의 측정값과, 미리 설정되는 설정값과의 편차에 근거하여, 상기 유체제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기구를 구비하고, 상기 밸브제어기구가 입력된 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여, 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관한 값을 출력하는 디지털 제어기인 조작량 연산부와, 입력된 값에 대해서 위상의 차이를 보상하여 출력하는 아날로그 제어기인 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 한다.
보다 자세하게 설명하면, 본원 발명자들은 예의 검토를 거듭함으로써, 상기 밸브제어기구 전체에 있어서 디지털 제어를 이용하는 것은 아니고, 조작량 연산부에 관해서는 디지털 제어를 이용하고, 위상 보상부에 관해서는 아날로그 제어를 이용함으로써, 디지털 제어로 치환했을 때에 발생하는 제어 성능의 열화를 보상할 수 있어, 종래와 동등의 응답성을 실현할 수 있는 것을 찾아냈다.
즉, 상기 조작량 연산부에 관해서는 디지털 제어를 이용하고, 상기 위상 보상부가 아날로그 제어에 의해 위상 보상을 실시하도록 구성함으로써, 상기 밸브제어기구 전체에 아날로그 제어를 이용하고 있었을 경우에 비해서 제조 비용을 억제하면서도, 응답성에 관해서도 종래와 동등의 성능을 유지할 수 있다.
상기 조작량 연산부의 구체적인 실시의 형태로서는, 상기 조작량 연산부가, PID 연산에 의해 상기 조작량에 관한 값을 연산하는 것을 들 수 있다.
보다 디지털 제어에서의 응답성을 향상시키기 위해서는, 상기 조작량 연산부가, 속도형 디지털 연산에 의해 조작량에 관한 값을 연산하는 것이면 좋다.
이와 같이 본 발명은, 상기 조작량 연산부에 관해서는 디지털 제어를 이용함과 아울러, 상기 위상 보상부에서는 아날로그 제어를 이용함으로써 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현하는 것이 가능해지고, 게다가 제조 비용도 억제할 수 있다.
또 본 발명은, 디지털 제어에 의해 유체제어밸브를 제어하는 경우라도, 상기 위상 보상부가, 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시함으로써 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현하는 것이 가능해지고, 게다가 제조 비용도 억제할 수 있다.
더욱이 본 발명은, 상기 조작량 연산부에 관해서는 디지털 제어를 이용함과 아울러, 상기 위상 보상부에서는 아날로그 제어를 이용함으로써 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현하는 것이 가능해지고, 게다가 제조 비용도 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러를 나타내는 모식도.
도 2는 제1 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 3은 각 제어 방식에서의 스텝 응답 특성을 비교하는 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 압력제어장치를 나타내는 모식도.
도 5는 제2 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 6은 그 외의 실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러를 나타내는 모식도.
도 7은 그 외의 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러를 나타내는 모식도.
도 9는 제3 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 10은 각 제어 방식에서의 스텝 응답 특성을 비교하는 그래프.
도 11은 본 발명의 그 외의 실시 형태에 관한 압력제어장치를 나타내는 모식도.
도 12는 그 외의 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러를 나타내는 모식도.
도 14는 제4 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 15는 제4 실시 형태에서의 위상 보상부를 구성하는 아날로그 회로를 나타내는 모식도.
도 16은 각 제어 방식에서의 스텝 응답 특성을 비교하는 그래프.
도 17은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 압력제어장치를 나타내는 모식도.
도 18은 제5 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
도 19는 그 외의 실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러를 나타내는 모식도.
도 20은 그 외의 실시 형태에서의 제어계의 구성을 나타내는 블록선도.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
제1 실시 형태의 유체제어장치(100)는, 반도체 제조 장치에서, 성막(成膜)이나 에칭이 실시되는 챔버(chamber) 내에 각종 가스를 원하는 유량 또는 압력으로 도입하기 위해서 이용되는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 챔버에 접속되는 각 배관에 상기 유체제어장치가 접속되고, 배관을 유로(5)로 하여 흐르는 가스의 제어를 실시하는 것이다.
상기 유체제어장치(100)는, 소위 매스 플로우 콘트롤러로서, 도 1에 도시한 바와 같이 내부에 유로(5)가 형성된 몸체(6)와, 상기 유로(5)의 상류로부터 순서대로 마련되어 있는, 압력센서(3), 유량 센서(1), 유체제어밸브(2)와, 상기 유량 센서(1)의 출력에 근거하여 상기 유체제어밸브(2)의 개도(開度)를 제어하는 밸브제어기(4)를 구비하고, 각 부는 하나의 케이스로 하여 패키지화되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어 대상이 되는 유체는 예를 들면 헬륨 등의 가스이지만, 그 외의 반도체 제조에 이용되는 가스에 대해서도 적용 가능하다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 몸체(6)는, 개략 평평한 직방체 형상의 블록체이며, 그 내부에 관통로를 형성함으로써 유체가 흐르는 유로(5)가 형성되어 있다. 이 몸체(6)의 저면에는, 유로(5)의 개시점(開始点)인 도입구(61, 導入口)와 종료점(終了点)인 도출구(62, 導出口)가 마련해 있다. 상기 도입구(61), 도출구(62)는 반도체 제조 공정 등에서 파이프 등 대신으로서 이용되는 내부에 유로를 가진 가스 패널(미도시)의 접속구에 접속되어 사용된다. 또, 상기 몸체(6)의 상면에는 상기 유량 센서(1), 상기 유체제어밸브(2), 상기 압력센서(3)를 장착함으로써, 상기 유로(5) 상에 각 센서, 밸브가 마련되도록 하고 있다.
상기 압력센서(3)는, 상기 유체제어밸브(2)의 상류측의 압력인 일차측 압력을 측정하기 위한 것이다. 이 압력센서(3)로 검출된 압력값은, 각종 기기의 동작 체크등에 이용된다.
상기 유량 센서(1)는, 상기 유로(5)를 흐르는 유체의 물리량인 유량을 측정하는 것이며, 소위 열식 유량 센서이다. 상기 유량 센서(1)는, 상기 유로(5)로부터 분기시켜 다시 유로(5)에 합류하도록 가는 관으로 형성된 센서 유로(11)와, 상기 가는 관의 외주에 마련된 한 쌍의 코일(12)과, 상기 센서 유로(11)의 분기점과 합류점의 사이에서 상기 유로(5)에 마련된 층류 소자(13, 層流素子)를 구비한 것이다. 그리고, 2개의 코일(12)에 전압을 인가하고, 각각이 동일한 온도에서 일정 온도가 되도록 제어를 실시하여, 그 때에 인가되는 각 전압에 근거하여 도시하지 않은 유량 연산부가 유로(5)를 흐르는 유체의 질량 유량을 산출하도록 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 열식 유량 센서(1)는, 질량 유량을 측정하는 것이지만, 체적 유량을 출력하도록 구성하고 있어도 상관없다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이 유량 센서(1)가 청구항에서의 유체측정부에 상당한다. 또, 유량 센서(1)로서는 열식 유량 센서에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 차압식(差壓式) 유량 센서라도 상관없다. 이와 같이 차압식 유량 센서를 이용했을 경우, 유량 변화에 대한 센서 출력의 응답 속도를 향상시킬 수 있어, 보다 유체 제어의 응답성을 향상시킬 수도 있다. 더욱이, 상기 층류 소자(13)는 오리피스(orifice) 등의 유로 저항이라도 상관없다.
상기 유체제어밸브(2)는, 솔레노이드 밸브로서, 도시하지 않은 밸브 본체를 전자력에 의해 가동시킴으로써 그 개도를 조절할 수 있도록 하고 있다. 솔레노이드 밸브이면 초동(初動)의 응답 속도가 빠르고, 유체 제어의 응답성을 좋게 할 수 있다. 유체제어밸브(2)도 솔레노이드 밸브에 한정되는 것은 아니고, 유체 제어의 응답성을 약간 해쳐도 괜찮은 것이면 피에조 밸브(piezo valve) 등의 솔레노이드 밸브에 비해 응답 속도가 늦은 그 외의 밸브라도 상관없다.
상기 밸브제어기(4)는, 상기 유량 센서(1)에서 측정되는 유량의 측정값이, 미리 설정되는 설정값이 되도록 디지털 제어에 의해 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 제어하는 것이다. 환언하면 상기 밸브제어기(4)는, 상기 측정값과 상기 설정값의 편차에 근거하여, 디지털 제어에 의해 산출되는 피드백값을 상기 유체제어밸브(2)로 출력하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 이 밸브제어기(4)는, CPU, 메모리, AC／DC컨버터 등을 가진 소위 컴퓨터를 이용하고, 상기 메모리에 격납(格納)된 각종 프로그램을 CPU에 의해 실행함으로써 상술한 기능을 실현하는 것이다. 그리고, 상기 밸브제어기(4)는 적어도, 조작량 연산부(41), 위상 보상부(42)로서의 기능을 발휘하도록 구성하고 있다. 환언하면 상기 밸브제어기(4)는, 연산증폭기 등의 아날로그 회로에 의해 제어기를 구성하는 것은 아니고, 프로그램에 의해 그 제어 기능이 실현되는 디지털 제어기이며, 소정의 제어 주기마다 상기 유체제어밸브(2)에 대해서 피드백값을 돌려주도록 구성하고 있다. 또한, 상기 밸브제어기(4)는 입력을 유량의 설정값, 출력을 유량의 측정값으로 하여, 설정값으로부터 측정값까지의 전달 함수를 나타내는 블록선도가 도 2에 도시한 것과 같이 이루어지도록 구성하고 있다. 또한, 블록선도 중의 제어 대상이라고 기재한 블록은, 매스 플로우 콘트롤러의 유체제어밸브(2)의 특성, 유체의 특성, 센서 특성 등에 근거하여 기술되는 전달 함수를 나타낸다.
상기 조작량 연산부(41)는, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 출력하는 것이다. 여기서, 입력되는 값이란, 입력되는 전기신호가 나타내는 값, 또는 수치 데이터 그 자체를 포함한 개념이다. 본 실시 형태에서 이 조작량 연산부(41)에 입력되는 값은, 상기 유량 센서(1)에 의해 측정된 유량의 측정값과, 미리 설정된 설정값의 편차이다. 즉, 상기 조작량 연산부(41)는, 측정값과 설정값의 편차가 입력되고, 그 편차에 대해서 상기 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량을 PID 연산에 의해 연산하여, 그 출력값을 상기 위상 보상부(42)로 출력하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 조작량 연산부(41)는「아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 1]에 나타내는 연산식과 대응한 제어 특성을 가지는 것」이다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, e：측정값과 설정값의 편차, MV1：PID 연산값, Kp：비례 게인(gain), TI：적분 시간, TD：미분 시간이다.
본 실시 형태에서는, 디지털 제어를 이용하고 있으므로, 속도형 디지털 연산에 의해 PID 연산값 MV1를 산출하도록 [수식 1]로부터 변환된 [수식 2] 및 [수식 3]에 근거하여 상기 조작량 연산부(41)는 연산을 실시하고 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
[수식 3]
Figure pat00003
여기서,Δt：제어 주기의 길이, MV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값,ΔMV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값과 n－1번째의 제어 주기에서의 PID 연산값의 차이이다.
즉, 상기 조작량 연산부(41)는, [수식 2], [수식 3]으로부터 알 수 있듯이 매회 출력값 전체를 계산하는 것은 아니고, 전회값(前回値)으로부터의 변화분(變化分)만큼을 계산하여, 이 변화분을 전회값에 가산하여 금회값(今回値)을 산출하도록 구성하고 있다.
상기 위상 보상부(42)는, 입력되는 값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력한 것이며, 본 실시 형태에서는 위상의 지연을 보상하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 입력되는 값은 상기 조작량 연산부(41)로부터 출력된 PID 연산값이지만, 후술하듯이 그 외의 값이 입력되도록 구성하여도 상관없다. 상기 조작량 연산부(41)로부터 입력된 PID 연산값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하고, 그 값에 대응하는 전압을 피드백값으로 하여 상기 유체제어밸브(2)에 입력하도록 구성하고 있다. 그 제어 특성은, 아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 4]에 나타내는 연산식과 대응한 것이다.
[수식 4]
Figure pat00004
여기서, MV2：위상 보상 후의 PID 연산값, C：위상 보상 계수이다.
본 실시 형태에서는, 디지털 제어를 이용하고 있으므로, 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상 후의 값을 출력하도록 [수식 4]로부터 변환된 [수식 5] 및 [수식 6]에 근거하여 상기 위상 보상부(42)는 연산을 실시하고 있다.
[수식 5]
Figure pat00005
[수식 6]
Figure pat00006
여기서,Δt：제어 주기의 길이, MV1n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 전의 PID 연산값, MV2n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값, ΔMV2n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값과 n－1번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값의 차이이다.
또한, 상기 조작량 연산부(41) 및 상기 위상 보상부(42)에 대해 이해하기 쉽도록 완전 미분에 의한 연산을 실시하도록 나타내고 있지만, 보다 응답성을 향상시키기 위해서 이하 설명에서는 예를 들면, [수식 3]으로부터 [수식 7]로, [수식 6]으로부터 [수식 8]로 치환함으로써 아래에 나타내는 불완전 미분을 이용하여 연산을 실시하고 있다. 또, 제어 용도나 허용할 수 있는 오차 등에 의해서는 완전 미분으로 연산을 실시하도록 해도 좋다.
[수식 7]
Figure pat00007
[수식 8]
Figure pat00008
여기서,η1,η2：시간 상수이다
다음에, 본 실시 형태의 유체제어장치(100)의 응답성에 대해서 설명한다.
도 3의 (a)에 종래의 아날로그 회로에서 위상 보상부(42)가 구성된 유체제어장치(100)의 스텝 응답을, 도 3의 (b)에 상술한 바와 같이 위상 보상부(42)가 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성한 본 실시 형태의 유체제어장치(100)에서의 스텝 응답을, 도 3의 (c)에 위상 보상부(42)가 위치형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성한 유체제어장치(100)에서의 스텝 응답의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 가는 실선은 위상 보상부(42)로부터 상기 유체제어밸브(2)로 입력되는 피드백값에 대응하는 전압값의 변화를 나타내며, 굵은 실선은, 이 제어계의 출력에 상당하는 상기 유량 센서(1)에 의해 측정되고 있는 유량의 측정값을 나타내는 것이다.
도 3의 (a), 도 3의 (b)를 비교하면 분명하듯이, 본 실시 형태와 같은 디지털 제어에 대해서도 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상했을 경우에는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 대략 동등의 응답성이 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태와는 다른 [수식 9]의 위치형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시하고 있는 경우에는, 유체제어밸브(2)에 인가되는 전압 파형 및 유량의 측정값의 파형은 함께 아날로그 제어의 경우와 차이가 난다. 특히 유량의 측정값에 주목하면, 시작 부분에 약간의 오버슛(overshoot)이 발생하고 있어, 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현할 수 없다.
[수식 9]
Figure pat00009
이것들과 같이 위치형 디지털 제어와 속도형 디지털 제어에 의해서 응답성에 차이가 나는 것은, 제어 대상이 가스이며 유체제어밸브(2)의 개도의 변화량에 대해서 유량이 비선형(非線形)으로 변화하는 것이나, 혹은, 유체제어밸브(2) 자체도 입력 전압의 변화량에 대해서, 개도가 비선형으로 변화하기 때문에 노이즈 영향이 발생하는 일이 있어, 속도형 디지털 연산 쪽이 종래의 아날로그 제어의 경우와 마찬가지로 그러한 노이즈에 대해서 강한 구성으로 이루어져 있기 때문이라고 예상된다.
이와 같이, 본원 발명자들이 상술한 측정 실험 등에 근거하여 시행 착오 끝에, 위상 보상부(42)를 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성하면 좋은 것을 찾아냄으로써, 본 실시 형태의 유체제어장치(100)는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 달성할 수 있다. 게다가, 상기 밸브제어기(4)의 제어 방식을 디지털 제어로 치환함으로써 장치 전체의 제조 비용을 저감하는 것이 가능해진다.
제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
상기 실시 형태의 유체제어장치(100)에서는, 유량을 제어하는 것이었지만 압력 등의 다른 물리량에 대해서 제어를 실시하도록 구성해도 상관없다. 즉, 상기 유체제어장치(100)가, 압력제어장치인 경우에 대해서 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 실시 형태에서는, 유량 센서(1)가 청구항에서의 유체측정부에 상당하는 것이었지만, 이 실시 형태에서는 상기 압력센서(3)가 청구항에서의 유체측정부에 상당하는 것이 된다. 또, 그것에 따라, 밸브제어기(4)의 구성도 차이가 난다. 이 실시 형태에서는, 각 센서, 밸브의 유로(5)를 따라 나란히 있는 순서도 변경되어 있고, 유량 센서(1), 유량제어밸브(2), 압력센서(3)가 순서대로 마련해 있다. 이것은, 후속으로 접속되는 챔버 내의 압력에 가까운 값을 측정하여, 압력제어장치의 후속에서의 압력을 적정한 값으로 제어하기 위함이다. 또한, 상기 유량 센서(1)는 예를 들면, 압력제어장치 내에 유체가 흐르고 있는지 어떤지 체크하기 위하는 것 등에 이용된다.
이와 같은 유체제어장치(100)에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 상기 밸브제어기(4)는 압력센서(3)에서 측정되는 압력의 측정값이, 미리 설정되는 압력의 설정값이 되도록 상기 유체제어밸브(2)를 제어하도록 구성하고 있다. 상기 밸브제어기(4) 내의 조작량 연산부(41)는, 압력의 측정값과 설정값의 편차에 PID 연산에 의해 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량을 산출하도록 구성하고 있다. 그리고, 상기 위상 보상부(42)는 상기 조작량 연산부(41)에서 연산된 개도의 조작량에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시한 값을 피드백값으로 하여 상기 유체제어밸브(2)로 입력하도록 구성하고 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는 제어 대상이 유량으로부터 압력으로 변경하고 있는 점 이외는, 상기 밸브제어기(4) 내에서 이용되는 제어용의 연산식은 동일하며, 그 블록선도는 도 5에 도시한 바와 같이 된다.이와 같은 압력제어장치로서 구성했을 경우에도, 상기 밸브제어기(4)의 제어 방식이 아날로그 제어였을 경우와 거의 동등의 응답성을 달성할 수 있는 것과 아울러, 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 바꿈으로써, 제조 비용을 저감할 수 있다.
그 외의 실시 형태에 대해서 설명한다.
상기 각 실시 형태에서는, 유체의 예로서는 압축성의 유체인 가스를 제어 대상으로 하고 있었지만, 예를 들면 비압축성의 액체를 제어 대상으로 해도 상관없다. 액체를 제어 대상으로 했을 경우에는 더욱 유체 제어에 관한 응답성을 좋게 할 수 있다.
또, 각 실시 형태에 대해서 설명한 밸브제어기(4)의 구성에 대해서는 여러 가지 변형을 실시해도 상관없다. 예를 들면, 상기 조작량 연산부(41)에서는 PID 연산 이외의 방법, 예를 들면 PI 연산 등으로 조작량을 연산해도 상관없다. 또, 상기 조작량 연산부(41)에서의 디지털 연산의 방식은, 속도형 디지털 연산이라도 좋고, 위치형 디지털 연산이라도 상관없다. 또, 제어 신호의 처리 순서는, 상기 조작량 연산부(41), 상기 위상 보상부(42)의 순서로 실시하고 있었지만, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이 반대의 순서로 해도 상관없다. 즉, 이 실시 형태에서는 상기 조작량 연산부(41)에 입력되는 값이 편차는 아니고, 위상 보상된 후의 값이 입력되며, 상기 위상 보상부(42)에 입력되는 값은 PID 연산된 값은 아니고, 편차가 입력되게 이루어진다. 즉, 상기 조작량 연산부(41) 및 상기 위상 보상부(42)에 입력되는 값은 어느 특정의 값에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이와 같이 구성했을 경우는, 조작량 연산부(41)에 관해서는 [수식 2], [수식 3]의 e를 MV1로, MV1를 MV2로 치환하는 것과 동시에, 위상 보상부(42)에 관해서는, [수식 5], [수식 6]의 MV1를 e에, MV2를 MV11로 치환하여 사용하면 좋다. 요컨데, 블록선도 등에 대해 등가인 제어 블록으로 이루어지면 좋고, 예를 들면, 상기 위상 보상부(42)가 피드백 루프 상에서 작용하는 요소로서 작용하도록 구성하여도 상관없다.
또, 매스 플로우 콘트롤러의 각 센서, 밸브의 배치하는 순서도 상기 실시 형태에 도시된 것에 한정되지 않고, 제어 용도 등에 따라 순서를 변경해도 상관없다. 예를 들면, 상기 제1 실시 형태에서는, 상류로부터 유량 센서(1), 압력센서(3), 유량제어밸브(2)의 순서로 마련해도 상관없다. 더욱이, 상기 압력센서(3)로부터의 출력되는 압력의 측정값에 의해 유량의 측정값, 편차, 유량 설정값을 보정하여, 유체제어장치의 응답성을 더욱 향상시키도록 해도 좋다. 특히, 상기 유량 센서(1)로부터 출력되는 유량의 측정값의 보정에 대해서 설명하면, 상기 유량 연산부는, 상기 각 코일(12)로부터 얻어진 전압값에 근거하여 산출되는 유량값에 대해서, 상기 압력센서(3)가 나타내는 압력값, 그 압력값의 시간 변화량, 설정되어 있는 유량 설정값 등에 근거하여 보정을 실시한 뒤, 유량 측정값으로서 외부로 출력하도록 구성해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 유체제어밸브, 유체측정부, 밸브제어기는 1개의 패키지화된 매스 플로우 콘트롤러였지만, 각각이 패키지화되어 있지 않은 것이라도 상관없다. 예를 들면, 상기 밸브제어기만 PC 등의 범용의 컴퓨터에 의해 별개로 구성하도록 해도 상관없다.
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 제3 실시 형태의 설명에 이용하는 도면에서는 제1 실시 형태와 제2실시 형태의 설명에 사용한 도면의 부호와는 독립적으로 부호를 부여하기로 한다.
본 실시 형태의 압력제어장치(100)는, 반도체 제조 장치에서, 성막이나 에칭이 실시되는 챔버 내에 각종 가스를 원하는 압력으로 도입하기 위해서 이용되는 것이다. 보다 자세하게 설명하면, 압력제어장치(100)는, 상기 챔버 내에 냉각용으로서 도입되는 헬륨 가스의 압력을 일정하게 유지하고, 그 냉각 효율을 향상시키기 위해서 이용되는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 챔버에 접속되는 각 배관에 상기 압력제어장치(100)가 접속되고, 배관을 유로(5)로 하여 흐르는 가스의 제어를 실시하는 것이다.
상기 압력제어장치(100)는, 도 8에 도시한 바와 같이 내부에 유로(5)가 형성된 몸체(6)와, 상기 유로(5)의 상류로부터 순서대로 마련되어 있는, 유량 센서(1), 유체제어밸브(2), 압력센서(3)와, 상기 유량 센서(1) 또는 상기 압력센서(3)의 출력에 근거하여 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 제어하는 밸브제어기(4)를 구비하며, 각 부는 하나의 케이스로서 패키지화되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어 대상이 되는 유체는 예를 들면 헬륨 등의 가스이지만, 그 외의 반도체 제조에 이용되는 가스에 대해서도 적용 가능하다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 몸체(6)는, 대략 평평한 직방체 형상의 블록체이며, 그 내부에 관통로를 형성함으로써 유체가 흐르는 유로(5)가 형성되어 있다. 이 몸체(6)의 저면에는, 유로(5)의 개시점인 도입구(61)과 종료점인 도출구(62)가 마련해 있다. 상기 도입구(61), 도출구(62)는 반도체 제조 공정 등에서 파이프 등 대신으로서 이용되는 내부에 유로(5)를 가진 가스 패널(미도시)의 접속구에 접속되어 사용된다. 또, 상기 몸체(6)의 상면에는 상기 유량 센서(1), 상기 유체제어밸브(2), 상기 압력센서(3)를 장착함으로써, 상기 유로(5) 상에 각 센서, 밸브가 마련되도록 하고 있다.
상기 유량 센서(1)는, 상기 유로(5)를 흐르는 유체의 물리량인 유량을 측정하는 것이며, 소위 열식 유량 센서이다. 상기 유량 센서는, 상기 유로(5)로부터 분기시켜 다시 유로(5)에 합류하도록 형성한 가는 관으로 형성된 센서 유로(11)와, 상기 가는 관의 외주에 마련된 한 쌍의 코일(12)과, 상기 센서 유로(11)의 분기점과 합류점의 사이에서 상기 유로(5)에 마련되는 층류소자(13)를 구비한 것이다. 그리고, 2개의 코일(12)에 전압을 인가하고, 각각이 동일한 온도에서 일정 온도가 되도록 제어를 실시하여, 그 때에 인가되는 각 전압에 근거하여 도시하지 않은 유량 연산부가 유로(5)를 흐르는 질량 유량을 산출하도록 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 열식 유량 센서(1)는, 질량 유량을 측정하는 것이지만, 체적 유량을 출력하도록 구성하고 있어도 상관없다. 또한, 본 실시 형태에서는 이 유량 센서(1)는 압력 제어에는 직접 이용되는 것은 아니지만, 예를 들면 유체가 유로(5)를 막지 않고 흐르고 있는지 어떤지 등을 체크하기 위해서 이용해도 좋다. 또, 유량 센서(1)로서는 열식 유량 센서(1)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 차압식의 유량 센서(1)라도 상관없다. 더욱이, 상기 층류 소자(13)는 오리피스 등의 유로 저항이라도 상관없다.
상기 유체제어밸브(2)는, 솔레노이드 밸브로서, 도시하지 않은 밸브 본체를 전자력에 의해 가동시킴으로써 그 개도를 조절할 수 있도록 하고 있다. 솔레노이드 밸브이면 초동의 응답 속도가 빠르고, 유체 제어의 응답성을 좋게 할 수 있다. 유체제어밸브(2)도 솔레노이드 밸브에 한정되는 것은 아니고, 유체 제어의 응답성을 약간 해쳐도 괜찮은 것이면 피에조 밸브 등의 솔레노이드 밸브에 비해 응답 속도가 늦은 그 외의 밸브라도 상관없다.
상기 압력센서(3)는, 상기 유체제어밸브(2)의 후단에 마련해 있음으로써 후속하는 챔버 내의 압력을 측정할 수 있도록 하고 있다.
상기 밸브제어기(4)는, 상기 압력센서(3)에서 측정되는 압력의 측정값이, 미리 설정되는 설정값이 되도록 디지털 제어에 의해서 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 이 밸브제어기(4)는, CPU, 메모리, AC／DC컨버터 등을 가진 소위 컴퓨터를 이용하고, 상기 메모리에 격납된 각종 프로그램을 CPU에 의해서 실행함으로써 상술한 기능을 실현하는 것이다. 그리고, 상기 밸브제어기(4)는 적어도, 조작량 연산부(41), 위상 보상부(42)로서의 기능을 발휘하도록 구성하고 있다. 환언하면 상기 밸브제어기(4)는, 연산증폭기 등의 아날로그 회로에 의해 제어기를 구성하는 것은 아니고, 프로그램에 의해서 그 제어 기능이 실현되는 디지털 제어기이며, 소정의 제어 주기마다 상기 유체제어밸브(2)에 대해서 피드백값을 돌려주도록 구성하고 있다. 또한, 상기 밸브제어기(4)는 입력을 압력의 설정값, 출력을 압력의 측정값으로 하여, 설정값으로부터 측정값까지의 전달 함수를 나타내는 블록선도가 도 9에 도시한 한 바와 같이 이루어지도록 구성하고 있다. 또한, 블록선도 중의 제어 대상 P라고 기재한 블록은, 매스 플로우 콘트롤러의 유체제어밸브(2)의 특성, 유체의 특성, 센서 특성 등에 근거하여 기술되는 전달 함수를 나타낸다.
상기 조작량 연산부(41)는, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 출력하는 것이다. 즉, 상기 조작량 연산부(41)는, 상기 압력센서(3)에 의해 측정된 압력의 측정값과 미리 설정된 설정값의 편차가 입력되고, 상기 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량을 PID 연산에 의해서 연산하여, 그 출력값을 상기 위상 보상부(42)로 출력하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 조작량 연산부(41)는, 아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 10]에 도시한 바와 같은 연산식과 대응한 제어 특성을 가지는 것이다.
[수식 10]
Figure pat00010
여기서, e：측정값과 설정값의 편차, MV1：PID 연산값, Kp：비례 게인(gain), TI：적분 시간, TD：미분 시간이다.
본 실시 형태에서는, 디지털 제어를 이용하고 있으므로, 속도형 디지털 연산에 의해 PID 연산값 MV1을 산출하도록 [수식 10]으로부터 변환된 [수식 11] 및 [수식 12]에 근거하여 상기 조작량 연산부(41)는 연산을 실시하고 있다.
[수 11]
Figure pat00011
[수 12]
Figure pat00012
여기서,Δt：제어 주기의 길이, MV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값,ΔMV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값과 n－1번째의 제어 주기에서의 PID 연산값의 차이이다.
즉, 상기 조작량 연산부(41)는, [수식 11], [수식 12]로부터 알 수 있듯이 매회 출력값 전체를 계산하는 것은 아니고, 전회값으로부터의 변화분만큼을 계산하고, 이 변화분을 전회값에 가산하여 금회값을 산출하도록 구성하고 있다.
상기 위상 보상부(42)는, 입력되는 값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력함으로써, 본 실시 형태에서는 위상의 지연을 보상하는 것이다. 상기 위상 보상부(42)는, 상기 조작량 연산부(41)로부터 입력된 PID 연산값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하고, 그 값에 대응하는 전압을 피드백값으로 하여 상기 유체제어밸브(2)에 입력하도록 구성하고 있다. 그 제어 특성은, 아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 13]에 나타내는 연산식과 대응한 것이다.
[수식 13]
Figure pat00013
여기서, MV2：위상 보상 후의 PID 연산값, C：위상 보상 계수이다.
본 실시 형태에서는, 디지털 제어를 이용하고 있으므로, 속도형 디지털 연산에 의해 위상 보상 후의 값을 출력하도록 [수식 13]으로부터 변환된 [수식 14] 및 [수식 15]에 근거하여 상기 조작량 연산부(41)는 연산을 실시하고 있다.
[수식 14]
Figure pat00014
[수 15]
Figure pat00015
여기서,Δt：제어 주기의 길이, MV1n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 전의 PID 연산값, MV2n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값, ΔMV2n：n번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값과 n－1번째의 제어 주기에서의 위상 보상 후의 PID 연산값의 차이이다.
또한, 상기 조작량 연산부(41) 및 상기 위상 보상부(42)에 대해서는 이해하기 쉽도록 완전 미분에 의한 연산을 실시하도록 나타내고 있지만, 보다 응답성을 향상시키기 위해서 이하 설명에서는 예를 들면, [수식 12]로부터 [수식 16]로, [수식 15]로부터 [수식 17]로 치환함으로써 아래에 도시한 바와 같이 불완전 미분을 이용하여 연산을 실시하고 있다. 또, 제어 용도나 허용할 수 있는 오차 등에 의해서는 완전 미분으로 연산을 실시하도록 해도 좋다.
[수식 16]
Figure pat00016
[수식 17]
Figure pat00017
여기서,η1,η2：시간 상수이다
다음에, 본 실시 형태의 압력제어장치(100)의 응답성에 대해서 설명한다.
도 10의 (a)에 종래의 아날로그 회로에서 위상 보상부(42)가 구성된 압력제어장치(100)의 스텝 응답을, 도 10의 (b)에 상술한 바와 같이 위상 보상부(42)가 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성한 본 실시 형태의 압력제어장치(100)에서의 스텝 응답을, 도 10의 (c)에 위상 보상부(42)가 위치형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성한 압력제어장치(100)에서의 스텝 응답의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 가는 실선은 위상 보상부(42)로부터 상기 유체제어밸브(2)로 입력되는 피드백값에 대응하는 전압값의 변화를 나타내고, 굵은 실선은, 이 제어계의 출력에 상당하는 상기 압력센서(3)에 의해 측정되고 있는 압력의 측정값을 나타내는 것이다.
도 10의 (a), 도 10의 (b)를 비교하면 분명한 바와 같이, 본 실시 형태와 같이 디지털 제어에 대해도 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상했을 경우에는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 대략 동등의 응답성이 실현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태와는 다른 [수식 18]의 위치형 디지털 연산에 의해 위상 보상을 실시하고 있는 경우에는, 유체제어밸브(2)에 인가되는 전압 파형 및 유량의 측정값의 파형은 함께 아날로그 제어의 경우와 다르다. 특히 압력의 측정값에 주목하면, 시작 부분에 약간의 오버슛이 발생하고 있어, 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현할 수 없다.
[수식 18]
Figure pat00018
이것들과 같이 위치형 디지털 제어와 속도형 디지털 제어에 의해서 응답성에 차이가 나는 것은, 제어 대상이 가스이며 유체제어밸브(2)의 개도의 변화량에 대해서 압력이 비선형으로 변화하는 것이나, 혹은, 유체제어밸브(2) 자체도 입력 전압의 변화량에 대해서, 개도가 비선형으로 변화하기 때문에 노이즈 영향이 발생하는 일이 있어, 속도형 디지털 연산쪽이 종래의 아날로그 제어의 경우와 마찬가지로 그러한 노이즈에 대해서 강한 구성으로 이루어져 있기 때문이라고 예상된다.
이와 같이, 본원 발명자들이 상술한 측정 실험 등에 근거하여 시행 착오 끝에, 위상 보상부(42)를 속도형 디지털 연산에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성하면 좋다는 것을 찾아냄으로써, 본 실시 형태의 압력제어장치(100)는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 달성할 수 있다. 게다가, 상기 밸브제어기(4)의 제어 방식을 디지털 제어로 치환함으로써 장치 전체의 제조 비용을 저감하는 것이 가능해진다.
그 외의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제3 실시 형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
상기 제3 실시 형태에서는, 제어 신호의 처리 순서는, 상기 조작량 연산부(41), 상기 위상 보상부(42)의 순서로 행해지고 있었지만, 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이 반대의 순서로 해도 상관없다. 또한, 이와 같이 구성했을 경우는, 조작량 연산부(41)에 관해서는 [수식 11], [수식 12]의 e를 MV1로, MV1를 MV2로 치환하는 것과 동시에, 위상 보상부(42)에 관해서는, [수식 14], [수식 15]의 MV1를 e로, MV2를 MV1로 치환하여 사용하면 좋다. 요컨데, 블록선도 등에서 등가인 제어 블록으로 이루어져 있으면 좋고, 예를 들면, 상기 위상 보상부(42)가 피드백 루프상에서 작용하는 요소로서 작용하도록 구성해도 상관없다. 또, 매스 플로우 콘트롤러의 각 센서, 밸브의 배치하는 순서도 상기 실시 형태에 나타난 것에 한정되지 않고, 제어 용도 등에 따라 순서를 변경해도 상관없다.
상기 실시 형태에서는, 유체의 예로서는 압축성의 유체인 가스를 제어 대상으로 하고 있었지만, 예를 들면 비압축성의 액체를 제어 대상으로 해도 상관없다.
또, 각 실시 형태에 대해서 설명한 밸브제어기(4)의 구성에 대해서는 여러 가지 변형을 실시해도 상관없다. 예를 들면, 상기 조작량 연산부(41)에서는 PID 연산 이외 방법, 예를 들면 PI 연산 등으로 조작량을 연산해도 상관없다. 또, 상기 조작량 연산부(41)에서의 디지털 연산 방식은, 속도형 디지털 연산이라도 좋고, 위치형 디지털 연산이라도 상관없다.
상기 실시 형태에서는, 유체제어밸브, 압력센서, 밸브제어기는 1개의 패키지화된 압력제어장치였지만, 각각이 패키지화되어 있지 않은 것이라도 상관없다. 예를 들면, 상기 밸브제어기만 PC 등의 범용의 컴퓨터에 의해 별개로 구성하도록 해도 상관없다.
이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 제4 실시 형태의 설명에 이용하는 도면에 기재한 부호는, 제1 내지 제3 실시 형태의 설명에 사용한 도면에 기재한 부호와는 독립적으로 부여하고 있다.
제4 실시 형태의 유체제어장치(100)는, 반도체 제조 장치에서, 성막이나 에칭이 실시되는 챔버 내에 각종 가스를 원하는 유량 또는 압력으로 도입하기 위해서 이용되는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 챔버에 접속되는 각 배관에 상기 유체제어장치(100)가 접속되어 있고, 각 배관을 유로(5)로 하여 흐르는 가스의 제어를 실시하는 것이다.
상기 유체제어장치(100)는, 소위 매스 플로우 콘트롤러로서, 도 13에 도시한 바와 같이 내부에 유로(5)가 형성된 몸체(6)와, 상기 유로(5)의 상류로부터 순서대로 마련되어 있는 압력센서(3), 유량 센서(1), 유체제어밸브(2)와, 상기 유량 센서(1) 또는 상기 압력센서(3)의 출력에 근거하여 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 제어하는 밸브제어기구(4)를 구비하며, 각 부는 하나의 케이스로서 패키지화되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어 대상이 되는 유체는 예를 들면 헬륨 등의 가스이지만, 그 외의 반도체 제조에 이용되는 가스에 대해서도 적용 가능하다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 몸체(6)는, 대략 평평한 직방체 형상의 블록체이며, 그 내부에 관통로를 형성함으로써 유체가 흐르는 유로(5)가 형성되어 있다. 이 몸체(6)의 저면에는, 유로(5)의 개시점인 도입구(61)과, 종료점인 도출구(62)가 마련해 있다. 상기 도입구(61), 도출구(62)는 반도체 제조 공정 등에서 파이프 등의 대신으로서 이용되는 내부에 유로(5)를 가진 가스 패널(미도시)의 접속구에 접속되어 사용된다. 또, 상기 몸체(6)의 상면에는 상기 압력센서(3), 상기 유량 센서(1), 상기 유체제어밸브(2)를 장착함으로써, 상기 유로(5) 상에 각 센서, 밸브가 마련되도록 하고 있다.
상기 압력센서(3)는, 상기 유체제어밸브(2)의 상류측의 압력인 일차측 압력을 측정하기 위한 것이다. 이 압력센서(3)에서 검출된 압력값은, 각종 기기의 동작 체크 등에 이용된다.
상기 유체제어밸브(2)는, 솔레노이드 밸브로서, 도시하지 않은 밸브 본체를 전자력에 의해 가동시킴으로써 그 개도를 조절할 수 있도록 하고 있다. 유체제어밸브(2)도 솔레노이드 밸브에 한정되는 것은 아니고, 피에조 밸브 등 그 외의 밸브라도 상관없다.
상기 유량 센서(1)는, 상기 유로(5)를 흐르는 유체의 물리량인 유량을 측정하는 것이며, 소위 열식 유량 센서이다. 상기 유량 센서(1)는, 상기 유로(5)로부터 분기시켜 다시 유로(5)에 합류하도록 형성한 가는 관으로 형성된 센서 유로(11)와, 상기 가는 관의 외주에 마련된 한 쌍의 코일(12)과, 상기 센서 유로(11)의 분기점과 합류점의 사이에서 상기 유로(5)에 마련되는 층류 소자(13)를 구비한 것이다. 그리고, 2개의 코일(12)에 전압을 인가하고, 각각이 동일한 온도에서 일정 온도가 되도록 제어를 실시하여, 그 때에 인가되는 각 전압에 근거하여 도시하지 않은 유량 연산부가 유로(5)를 흐르는 질량 유량을 산출하도록 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 열식 유량 센서(1)는, 질량 유량을 측정하는 것이지만, 체적 유량을 출력하도록 구성하고 있어도 상관없다. 또, 유량 센서(1)로서는 열식 유량 센서에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 차압식 유량 센서라도 상관없다. 이와 같이 차압식 유량 센서를 이용했을 경우, 유량 변화에 대한 센서 출력의 응답 속도를 향상시킬 수 있어, 보다 유체 제어의 응답성을 향상시킬 수도 있다. 더욱이, 상기 층류 소자(13)는 오리피스 등의 유로 저항이라도 상관없다.
상기 밸브제어기구(4)는, 상기 유량 센서(1)에서 측정되는 유량의 측정값이, 미리 설정되는 설정값이 되도록 디지털 제어와 아날로그 제어의 하이브리드에 의해서 상기 유체제어밸브(2)의 개도를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 이 밸브제어기구(4)는, 하드웨어적으로 2개의 영역으로 나눌 수 있고, 그 제1 영역은, CPU, 메모리, AC／DC 컨버터 등을 가진 소위 컴퓨터를 이용하고, 상기 메모리에 격납된 각종 프로그램을 CPU에 의해서 실행함으로써 조작량 연산부(41)로서의 기능을 실현하도록 구성하고 있다. 한편 제2 영역으로서는, 아날로그 회로에 의해 구성하고 있고, 위상 보상부(42)로서의 기능을 실현하도록 하고 있다. 그리고, 상기 밸브제어기구(4)는 입력을 유량의 설정값, 출력을 유량의 측정값으로 하여, 설정값으로부터 측정값까지의 전달 함수를 나타내는 블록선도가 도 14에 도시한 바와 같이 이루어지도록 구성하고 있다. 또한, 블록선도 중의 제어 대상이라고 기재한 블록은, 매스 플로우 콘트롤러의 유체제어밸브(2)의 특성, 유체의 특성, 센서 특성 등에 근거하여 기술되는 전달 함수를 나타낸다.
상기 조작량 연산부(41)는, 입력된 값에 대해 소정의 연산을 시행하고, 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관한 값을 출력하는 디지털 제어기이다. 상기 조작량 연산부(41)에서는, 상기 유량 센서(1)에 의해 측정된 유량의 측정값과, 미리 설정된 설정값의 편차가 입력되고, 상기 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량을 PID 연산에 의해서 연산하여, 그 출력값을 상기 위상 보상부(42)로 출력하도록 구성하고 있다. 즉, 조작량 연산부(41)는, 소정의 제어 주기마다 PID 연산값을 이산적으로 상기 위상 보상부(42)로 출력한다. 보다 구체적으로는, 조작량 연산부(41)는, 아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 19]에 도시한 바와 같은 연산식과 대응한 제어 특성을 가지는 것이다.
[수식 19]
Figure pat00019
여기서, e：측정값과 설정값의 편차, MV1：PID 연산값, Kp：비례 게인(gain), TI：적분 시간, TD：미분 시간이다.
본 실시 형태에서는, 디지털 제어를 이용하고 있으므로, 속도형 디지털 연산에 의해 PID 연산값 MV1을 산출하도록 [수식 19]로부터 변환된 [수식 20] 및 [수식 21]에 근거하여 상기 조작량 연산부(41)는 연산을 실시하고 있다.
[수식 20]
Figure pat00020
[수식 21]
Figure pat00021
여기서,Δt：제어 주기의 길이, MV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값,ΔMV1n：n번째의 제어 주기에서의 PID 연산값과 n－1번째의 제어 주기에서의 PID 연산값의 차이이다.
즉, 상기 조작량 연산부(41)는, [수식 20], [수식 21]로부터 알 수 있듯이 매회 출력값 전체를 계산하는 것은 아니고, 전회값로부터의 변화분만큼을 계산하여, 이 변화분을 전회값에 가산하여 금회값을 산출하도록 구성하고 있다.
상기 위상 보상부(42)는, 도 15의 회로도에 도시된 아날로그 회로에 의해 상기 조작량 연산부(41)로부터 입력된 PID 연산값에 대해서 위상 지연을 보상하고, 그 값에 대응하는 전압을 피드백값으로 하여 상기 유체제어밸브(2)에 입력하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 조작량 연산부(41)를 구성하는 아날로그 회로는, 반전 증폭 회로의 입력 저항 부분을 저항과 콘덴서의 병렬 회로로 치환한 것이며, 그 제어 특성은, 아날로그 제어에서의 시간 영역 표현에서는 [수식 22]에 나타내는 연산식과 대응한 것이다.
[수식 22]
Figure pat00022
여기서, MV2：위상 보상 후의 PID 연산값, C：콘덴서의 용량, R：각 저항의 저항값.
다음에, 본 실시 형태의 유체제어장치(100)의 응답성에 대해서 시뮬레이션 결과를 이용하여 설명한다. 또한, 본 시뮬레이션에서는, 완전 미분에 대해서는 불완전 미분으로 치환하고 있다. 상기 위상 보상부의 회로 구성으로서는, 상기 콘덴서에 대해서 직렬로 저항을 더 부가한 형태로 이루어진다. 완전 미분, 불완전 미분에 대해서는 요구되는 정밀도 등에 의해서 어느 쪽을 이용해도 상관없다.
도 16의 (a)에 종래의 아날로그 회로에서 위상 보상부(42)가 구성된 유체제어장치(100)의 스텝 응답을, 도 16의 (b)에 상술한 바와 같이 조작량 연산부(41)에 디지털 제어를 이용하고 있고, 위상 보상부(42)가 아날로그 제어에 의해 위상 지연을 보상하도록 구성한 본 실시 형태의 유체제어장치(100)에서의 스텝 응답을, 도 16의 (c)에 조작량 연산부(41), 위상 보상부(42)에 대해서 함께 디지털 제어를 이용한 유체제어장치에서의 스텝 응답을 나타낸다. 또한, 가는 실선은 위상 보상부(42)로부터 상기 유체제어밸브(2)로 입력되는 피드백값에 대응하는 전압값의 변화를 나타내고, 굵은 실선은, 이 제어계의 출력에 상당하는 상기 유량 센서(1)에 의해 측정되고 있는 유량의 측정값을 나타내는 것이다.
도 16의 (a), 도 16의 (b)를 비교하면 분명하듯이, 본 실시 형태와 같이 조작량 연산부(41)에 디지털 제어를 이용하는 것과 동시에, 위상 보상부(42)가 아날로그 제어에 의해 위상 지연을 보상했을 경우에는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 대략 동등의 응답성을 실현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 16의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태와는 다른 디지털 제어에 의해 위상 보상을 실시하고 있는 경우에는, 유체제어밸브(2)에 인가되는 전압 파형 및 유량의 측정값의 파형은 함께 아날로그 제어의 경우와 다르다. 특히 유량의 측정값에 주목하면, 시작 부분에 약간의 오버슛이 발생하고 있어, 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 실현할 수 없다.
이것들과 같이 위상 보상부(42)에 디지털 제어를 이용하는지, 아날로그 제어를 이용하는지에 의해 응답성에 차이가 나는 것은, 제어 대상이 가스이며 유체제어밸브(2)의 개도의 변화량에 대해서 유량이 비선형으로 변화하는 것이나, 혹은, 유체제어밸브(2) 자체도 입력 전압의 변화량에 대해서, 개도가 비선형으로 변화하기 때문에 노이즈 영향이 발생하는 일이 있고, 위상 보상부(42)를 아날로그 회로에 의해 구성해 둠으로써 노이즈에 대해서 강한 구성으로 이루어져 있기 때문이라고 예상된다.
이와 같이, 본원 발명자들이 상술한 측정 실험 등에 근거하여 시행 착오 끝에, 조작량 연산부(41)에는 디지털 제어를 이용하는 것과 동시에, 위상 보상부(42)를 아날로그 회로로 구성하여, 아날로그 제어에 의한 위상 지연을 보상하도록 구성하면 좋다는 것을 찾아냄으로써, 본 실시 형태의 유체제어장치(100)는, 종래의 아날로그 제어의 경우와 동등의 응답성을 달성할 수 있다. 게다가, 상기 조작량 연산부(41)의 제어 방식을 디지털 제어로 치환함으로써 장치 전체의 제조 비용을 저감 하는 것이 가능해진다.
제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제4 실시 형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
제4 실시 형태의 유체제어장치(100)에서는, 유량을 제어하는 것이었지만 압력 등의 다른 물리량에 대해서 제어를 실시하도록 구성해도 상관없다. 즉, 상기 유체제어장치(100)가 압력제어장치인 경우에 대해서 설명하면, 제4 실시 형태에서는, 열식 유량 센서(1)가 청구항에서의 유체측정부에 상당하는 것이었지만, 도 17에 도시한 바와 같이 이 제5 실시 형태에서는 상기 압력센서(3)가 청구항에서의 유체측정부에 상당하는 것으로 이루어진다. 또, 그것에 따라, 밸브제어기구(4)의 구성도 다르게 되어 있다.
구체적으로는, 상기 밸브제어기구(4)는 압력센서(3)에서 측정되는 압력의 측정값이, 미리 설정되는 압력의 설정값이 되도록 상기 유체제어밸브(2)를 제어하도록 구성하고 있다. 상기 밸브제어기구(4) 내의 조작량 연산부(41)는, 압력의 측정값과 설정값의 편차에 PID 연산에 의해 유체제어밸브(2)의 개도의 조작량을 산출하도록 구성하고 있다. 그리고, 상기 위상 보상부(42)는 상기 조작량 연산부(41)에서 연산된 개도의 조작량에 대해서 아날로그 제어에 의해 위상 보상을 실시한 값을 피드백값으로 하여 상기 유체제어밸브(2)로 입력하도록 구성하고 있다. 또한, 제5 실시 형태에 대해서는 제어 대상이 유량으로부터 압력으로 변경하고 있는 점 이외는, 상기 밸브제어기구(4) 내에서 이용되는 제어용의 연산식이나 연산 회로는 동일하며, 그 블록선도는 도 18에 도시한 바와 같이 이루어진다. 이와 같은 압력제어장치로서 구성했을 경우에도, 상기 밸브제어기구(4) 전체의 제어 방식이 아날로그 제어였을 경우와 거의 동등의 응답성을 달성할 수 있는 것과 아울러, 그 일부를 아날로그 제어로부터 디지털 제어로 바꿈으로써, 제조 비용을 저감할 수 있다.
그 외의 실시 형태에 대해서 설명한다.
상기 각 실시 형태에서는, 유체의 예로서는 압축성의 유체인 가스를 제어 대상으로 하고 있었지만, 예를 들면 비압축성의 액체를 제어 대상으로 해도 상관없다.
또, 각 실시 형태에 대해서 설명한 밸브제어기구(4)의 구성에 대해서는 여러 가지 변형을 실시해도 상관없다. 예를 들면, 상기 조작량 연산부(41)에서는 PID 연산 이외의 방법, 예를 들면 PI 연산 등으로 조작량을 연산해도 상관없다. 또, 상기 조작량 연산부(41)에서의 디지털 연산 방식은, 속도형 디지털 연산이라도 좋고, 위치형 디지털 연산이라도 상관없다. 또, 제어 신호의 처리의 순서는, 상기 조작량 연산부(41), 상기 위상 보상부(42)의 순서로 행해지고 있었지만, 도 19, 도 20에 도시한 바와 같이 반대의 순서로 해도 상관없다. 또한, 이와 같이 구성했을 경우는, 조작량 연산부(41)에 관해서는 [수식 20], [수식 21]의 e를 MV1로, MV1를 MV2로 치환하면 좋다. 요컨데, 블록선도 등에서 등가인 제어 블록으로 이루어지면 좋고. 예를 들면, 상기 위상 보상부(42)가 피드백 루프 상에서 작용하는 요소로서 구성해도 상관없다. 또, 유체제어장치(100)의 각 센서, 밸브의 배치하는 순서도 상기 실시 형태에 도시된 것에 한정되지 않고, 제어 용도 등에 따라 순서를 변경해도 상관없다. 더욱이, 상기 위상 보상부(42)를 구성하는 아날로그 회로는 도시된 것에만 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 [수식 22]에 나타낸 것과 등가인 아날로그 회로이면 좋다.
또, 매스 플로우 콘트롤러의 각 센서, 밸브의 배치하는 순서도 상기 실시 형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 제어 용도 등에 따라 순서를 변경해도 상관없다.예를 들면, 상기 제4 실시 형태에서는, 상류로부터 유량 센서(1), 압력센서(3), 유량제어밸브(2)의 순서로 마련해도 상관없다. 더욱이, 상기 압력센서(3)로부터의 출력되는 압력의 측정값에 의해 유량의 측정값, 편차, 유량 설정값을 보정하여, 유체제어장치의 응답성을 더욱 향상시키도록 해도 좋다. 특히, 상기 유량 센서(1)로부터 출력되는 유량의 측정값의 보정에 대해서 설명하면, 상기 유량 연산부는, 상기 각 코일(12)로부터 얻어진 전압값에 근거하여 산출되는 유량값에 대해서, 상기 압력센서(3)가 나타내는 압력값, 그 압력값의 시간 변화량, 설정되어 있는 유량 설정값 등에 근거하여 보정을 실시한 뒤, 유량 측정값으로서 외부로 출력하도록 구성해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 유체제어밸브, 유체측정부, 밸브제어기구는 1개의 패키지화된 매스 플로우 콘트롤러 또는 압력제어장치였지만, 각각이 패키지화되어 있지 않은 것이라도 상관없다. 예를 들면, 상기 밸브제어기구 내의 상기 조작량 연산부만 PC 등의 범용의 컴퓨터에 의해 별개로 구성하도록 해도 상관없다.
그 외, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 실시 형태의 조합이나 변형을 실시해도 상관없다.
100??유체제어장치, 압력제어장치 1, 3??유체측정부, 압력센서
2???유체제어밸브 4?? ?밸브제어기(밸브제어기구)
41? ?조작량 연산부 42???위상 보상부

Claims (10)

  1. 유체가 흐르는 유로상에 마련된 유체제어밸브와, 상기 유체에 관한 물리량을 측정하는 유체측정부와, 상기 유체측정부에서 측정되는 물리량의 측정값과, 미리 설정되는 설정값과의 편차에 근거하여 상기 유체제어밸브의 개도를 디지털 제어에 의해서 제어하는 밸브제어기를 구비한 유체제어장치로서,
    상기 밸브제어기가, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 출력하는 조작량 연산부와, 입력되는 값에 대해서 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력하는 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 하는 유체제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작량 연산부에서 이용되는 상기 소정의 연산이 PID 연산인 유체제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작량 연산부에서 이용되는 상기 소정의 연산이 속도형 디지털 연산인 유체제어장치.
  4. 유체가 흐르는 유로상에 마련된 유체제어밸브와,
    상기 유체의 압력을 측정하는 압력센서와,
    상기 압력센서에서 측정되는 압력의 측정값이 미리 설정되는 설정값이 되도록 상기 유체제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기를 구비하고,
    상기 밸브제어기가, 입력되는 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관련하는 값을 연산하는 조작량 연산부와, 입력되는 값에 대해서 디지털 제어에 의해 위상의 차이를 보상한 값을 출력하는 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 하는 압력제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 위상 보상부가 속도형 디지털 연산에 의해 위상의 차이를 보상하도록 구성된 압력제어장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 PID 연산에 의해 상기 조작량에 관련하는 값을 연산하는 압력제어장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 속도형 디지털 연산에 의해 조작량에 관련하는 값을 연산하는 압력제어장치.
  8. 유체가 흐르는 유로상에 마련되고, 상기 유체에 관한 물리량을 측정하는 유체측정부와,
    상기 유로상에 마련된 유체제어밸브와,
    상기 유체측정부에서 측정되는 물리량의 측정값과, 미리 설정되는 설정값과의 편차에 근거하여, 상기 유체제어밸브의 개도를 제어하는 밸브제어기구를 구비하고,
    상기 밸브제어기구가,
    입력된 값에 대해서 소정의 연산을 시행하여, 상기 유체제어밸브의 개도의 조작량에 관한 값을 출력하는 디지털 제어기인 조작량 연산부와,
    입력된 값에 대해서 위상의 차이를 보상하여 출력하는 아날로그 제어기인 위상 보상부를 구비한 것을 특징으로 하는 유체제어장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 PID 연산에 의해 상기 조작량에 관한 값을 연산하는 유체제어장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 속도형 디지털 연산에 의해 조작량에 관한 값을 연산하는 유체제어장치.
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