KR20170113632A - 압력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 제어된 가스의 흐름에 대한 상기 챔버의 부피가 크거나 또는 플로우 제어 밸브 및 상기 챔버 사이의 파이프가 길 때 조차도 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 압력 제어 장치를 제공하는 것이다. 상기 챔버(3) 내부의 압력을 설정 압력으로 유지하는 압력 제어 장치(1)는 다음을 포함한다: 상기 설정 압력을 나타내는 설정 압력 신호에 근접하도록, 압력 센서(4)에 의해 감지되는 챔버(3) 내부의 압력을 나타내는 압력 신호를 보정하는 주파수 특성 보정 회로(20); 상기 보정 압력 신호를 상기 설정 압력 신호와 비교하는 비교 회로(21); 및 상기 비교 수단(21)으로부터 비교 결과에 기반하여 플로우 제어 밸브(flow control valve)의 열림 및 닫힘을 제어하는 밸브 구동 회로(22). 상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 필터 회로이고, 상기 필터 회로의 주파수 특성은 정해진 주파수에서 피크를 갖고, 상기 압력 신호를 상기 압력 신호의 정해진 주파수의 컴포넌트를 올리는 식으로 보정한다.

Description

압력 제어 장치{PRESSURE CONTROL DEVICE}
본 발명은 반도체 제조 장치 등에 사용하기 위한 압력 제어 장치에 관한 것이다.
종래에 챔버 내부 압력을 일정하게 유지하는 압력 제어 장치에 대해 개시되었다(특허문헌 1). 상기 특허문헌 1에 개시된 압력 제어 장치는 압력 센서를 사용하여 챔버 내부 압력을 탐지하고, 상기 챔버 내부 압력을 탐지된 압력 및 설정 압력에 기반하여 가스의 공급을 키고, 끔으로써 일정한 수준으로 제어한다.
일본 특허 출원 공개 제3-291706 호
부수적으로, 설비의 환경에 따라 어떤 경우에는 챔버의 부피는 가스의 제어된 흐름에 대해서 크거나, 또는 상기 압력 제어 장치 및 상기 챔버 사이의 파이프는 길다. 특허문헌 1에 개시된 압력 제어가 수행되는 이러한 경우에, 상기 플로우 제어 밸브 장치(flow control valve device)의 열림에 의한 가스 흐름으로부터 상기 챔버 내부의 압력이 증가할 때까지의 시간 또는 상기 플로우 제어 밸브 장치가 닫힐 때로부터 상기 압력이 떨어질 때까지의 시간에서 시간 지연이 발생한다. 결과적으로, 상기 챔버 내부 압력은 변동하고, 일정하게 유지될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 가스의 제어된 흐름에 대한 상기 챔버의 부피가 크거나 또는 플로우 제어 밸브 장치 및 상기 챔버 사이의 파이프가 길 때 조차도 챔버내의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 압력 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 제어 목표 내부의 압력을 설정 압력으로 제어하는 압력 제어 장치는 다음을 포함한다: 상기 설정 압력을 나타내는 설정 압력 신호(set pressure signal)에 근접하도록, 압력 센서에 의해 감지되는 압력 제어 목표 내부의 압력을 나타내는 압력 신호를 보정하는 보정 수단; 상기 보정 압력 신호(corrected pressure signal)를 상기 설정 압력 신호와 비교하는 비교 수단; 및 상기 비교 수단으로부터 비교 결과에 기반하여 플로우 제어 밸브(flow control valve)의 열림 및 닫힘을 제어하는 밸브 구동 수단. 상기 보정 수단은 필터 회로(filter circuit)이다. 상기 필터 회로의 주파수 특성은 정해진 주파수에서 피크를 갖고, 상기 압력 신호는 상기 압력 신호의 정해진 주파수의 컴포넌트를 올리는 식으로 보정한다.
상기 정해진 주파수는 파이프를 통한 가스 유동의 유량 및 상기 챔버의 부피 사이의 관계 및/또는 상기 챔버 및 상기 압력 제어 장치 사이의 파이프 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 압력 신호가 상기 설정 압력 신호의 값 보다 큰 값을 갖고, 감소하는 방법으로 변할 때, 상기 보정 수단은 상기 압력 신호를 그것의 값보다 작아지는 방식으로 보할 수 있다.
상기 압력 신호가 상기 설정 압력 신호의 값 보다 작은 값을 갖고, 증가하는 방법으로 변할 때, 상기 보정 수단은 상기 압력 신호를 그것의 값보다 커지는 방식으로 보정할 수 있다.
본 발명은 제어된 가스의 흐름에 대한 상기 챔버의 부피가 크거나 또는 플로우 제어 밸브 장치 및 상기 챔버 사이의 파이프가 길 때 조차도 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 압력 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 압력 제어 장치를 갖는 압력 제어 시스템의 구조도를 나타낸 것이다.
도 2는 압력 제어 장치의 구조도를 나타낸 것이다.
도 3은 플로우 제어 밸브 장치 및 제어 회로의 블록도를 나타낸 것이다.
도 4는 압력 제어 시스템의 제어의 시작에 얻어진 감지 압력 신호, 보정 압력 신호, 설정 압력 신호 및 밸브 구동 신호의 구동을 나타내는 도이다.
도 5는 주파수 특성 커브의 예를 나타낸 도이다.
도 6은 압력 제어 시스템의 제어의 시작에 얻어진 감지 압력 신호, 보정 압력 신호, 설정 압력 신호 및 밸브 구동 신호의 구동을 나타내는 도이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 압력 제어 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 압력 제어 장치(1)를 갖는 압력 제어 시스템(10)의 구조 도를 나타낸 것이다.
상기 압력 제어 시스템(10)은 압력 제어 장치(1), 열림/닫힘 밸브 장치(2), 압력 제어의 목표인 챔버(3), 압력 센서(4), 가변 밸브 장치(5), 드라이 펌프(6) 및 파이프(7)을 갖는다.
가스 공급 소스(미도시)는 상기 압력 제어 장치(1)에 상기 파이프(7)를 통해 연결된다. 상기 열림/닫힘 밸브 장치(2)는 상기 압력 제어 장치(1)의 상류 측에 제공된다.
상기 챔버(3)는 압력을 감지하는 압력 센서(4)와 함께 제공되고, 상기 파이프(7)에 의해 상기 압력 제어 장치(1)로 연결된다. 상기 압력 센서(4)에 의해 감지 압력(detected pressure)은 상기 압력 제어 장치(1)로 압력 신호로써 전달된다. 상기 챔버(3) 및 상기 드라이 펌프(6)는 서로 상기 파이프(7)로 연결되고, 상기 가변 밸브 장치(5)는 상기 챔버(3) 및 상기 드라이 펌프(6) 사이에 제공된다.
다음으로, 상기 압력 제어 장치의 구성은 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 압력 제어 장치(1)의 구조도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압력 제어 장치(1)는 바이패스(11), 플로우 센서(12), 컨트롤러(13), 및 솔레노이드(solenoid) 밸브 장치인 플로우 제어 밸브 장치(14)를 갖는다. 상기 컨트롤러(13)는 브리지 회로(15), 증폭 회로(16) 및 컨트롤러 회로(controller circuit, 17)를 갖는다.
상기 압력 제어 장치(1)로 흐르는 가스는 상기 바이패스(11) 및 플로우 센서(flow sensor, 12)로 설정된 흐름비(flow ratio)로 나누어진다. 상기 플로우 센서 내의 2개의 코일은 상기 브리지 회로(15)의 일부분을 구성한다. 상기 증폭 회로(16)는 상기 브르지 회로(15)에 의해 감지된 온도 차이에 관련된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 플로우 신호(예, 0 내지 5 VDC)로써 바깥으로 출력한다. 또한, 상기 플로우 신호(flow signal)는 상기 제어 회로(17)의 출력이다.
다음으로, 제어 회로(17)의 구성을 설명한다.
도 3은 플로우 제어 밸브 장치(14) 및 제어 회로(17)의 블록도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 3에 나타냈듯이, 상기 제어 회로(17)는 두 개의 레벨 변환 회로(level conversion circuit, 18,19), 주파수 특성 보정 회로(20), 비교 회로(21) 및 밸브 구동 회로(22)를 갖는다.
상기 레벨 변환 회로(18, 19)는 설정 압력 신호(예, 0 내지 10 VDC) 및 압력 신호(예, 0 내지 10 VDC )의 증폭 또는 감쇠를 위한 회로이다. 상기 설정 압력 신호는 밖으로부터의 인풋인 상기 챔버(3)의 설정 압력 값을 나타낸다. 이러한 신호를 정확히 비교하는 상기 비교 회로(21)를 갖기 위해 상기 압력 신호는 상기 압력 센서(4)로부터 감지되는 압력 값을 나타낸다.
상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 연산 증폭기(operational amplifier)를 사용하는 필터 회로이고, 상기 압력 센서(4)에서 감지 압력 신호(detected pressure signal)를 상기 압력 센서를 로우-밴드(low-band) 주파수로 올림으로써 보정한다. 상기 비교 회로(21)는 상기 설정 압력 신호와 함께 상기 주파수 보정 후의 상기 압력 신호를 비교하고, 그들 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 상기 밸브 구동 회로(22)로 출력한다. 이 신호의 차이에 기반하여, 상기 밸브 구동 회로(22)는 플로우 제어 밸브 장치(14)의 열림을 제어하고, 상기 챔버(3) 내부의 압력은 일정해진다.
다음으로, 도 4를 참조하여 상기 압력 제어 시스템(10)의 제어의 시작에서 수행되는 작동(operation)을 설명한다. 상기 챔버(3)의 압력을 일정하게 유지하면서 상기 챔버(3)의 압력을 감소하는(대기압보다 압력을 낮게 하는 것) 작동을 지금부터 설명한다.
도 4는 압력 제어 시스템(10)의 제어의 시작에 얻어진 감지 압력 신호, 보정 압력 신호, 설정 압력 신호 및 밸브 구동 신호의 구동을 나타낸다. 상기 압력 센서(4)에 의해 감지된 상기 감지 압력 신호는 실선으로 표시되었다. 보정 후의 상기 보정 압력 신호는 쇄선으로 표시되었고, 상기 설정 압력 신호는 점선, 상기 밸브 구동 신호는 실선으로 표시되었다.
상기 드라이 펌프(6)는 상기 가변 밸브 장치(5)의 열림과 함께 설정된 열림으로 설정되고, 일정한 흡입력으로 상기 챔버(3)의 가스를 빨아들이도록 구동된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이의 결과로써 상기 감지 압력 신호는 일정한 비율로 감소한다. 그 후, 상기 감지 압력 신호에 대해서 상기 주파수 특성 보정 회로(20)에 의해 주파수 특성 보정이 수행된다. 상기 압력 보정 회로(20)는 도 5에 도시된 주파수 특성을 갖고 이러한 보정을 예를 들어 상기 챔버(3)의 부피가 1m3, 상기 압력 제어 장치(1) 및 상기 챔버(3) 사이의 파이프(7)의 길이가 10m, 및 상기 파이프(7)를 통한 유량이 300sccm일 때 보정을 수행한다. 도 5에서, X축은 주파수를 나타내고, Y축은 전압을 나타낸다.
도 5에 도시된 상기 주파수 특성 커브는 설정된 주파수와 일치하는 대략 10 Hz에서 피크를 갖되, 전압은 1.0V로부터 10Hz에 달할 때까지 점차적으로 증가하고, 상기 주파수가 10Hz를 초과하는 경우 선형적으로 감소한다. 상기 주파수 특성 커브의 상기 피크(설정된 주파수)의 위치는 상기 파이프(7)를 통한 가스 유동의 유량 및 상기 챔버(3)의 부피의 관계 및/또는 상기 압력 제어 장치(1) 및 상기 챔버(3) 사이의 상기 파이프(7)의 길이에 기반하여 결정된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보정 압력 신호의 값은 상기 감지 압력 신호의 값보다 작다. 달리 말하면, 상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 상기 감지 압력 신호의 설정된 주파수 컴포넌트를 올리기 위해서 상기 감지 압력 신호를 보정하고, 이이 결과로써 상기 감지 압력 신호는 상기 설정 압력 신호에 근접한다. 그 후, 상기 비교 회로(21)는 상기 보정 압력 신호를 상기 설정 압력 신호와 비교하고, 상기 보정 압력 신호가 상기 설정 압력 신호(도 4의 P1)보다 작을 때, 상기 밸브 구동 회로(22)가 상기 밸브 구동 신호를 켜고, 상기 플로우 제어 밸브 장치(14)를 개방한다. 이의 결과로써, 상기 가스는 상기 챔버(3)로 공급된다.
상기 가스가 상기 챔버(3)로 공급되고 설정된 시간이 지난 후(도 4의 P2), 상기 감지 압력 신호는 상기 설정 압력 신호와 같아지고, 상기 감지 압력 신호의 경사를 바꾼다. 이러한 변화는 상기 보정 압력 신호의 급격한 증가를 야기하고, 그 후 즉시 감소한다. 결과적으로 상기 보정 압력 신호는 상기 설정 압력 신호와 거의 같아진다.
이러한 방법으로, 상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 설정된 주파수에서 피크를 갖고, 상기 감지 압력 신호의 상기 설정된 주파수 컴포넌트를 증가시키기 위해 감지 압력 신호를 보정한다. 이에, 상기 플로우 제어 밸브 장치(14)를 개방하는 시간은 가속화될 수 있다. 따라서, 한 번 감지 압력 및 상기 설정 압력이 각각 서로에 대해서 거의 같아지면, 상기 가스는 상기 챔버(3)로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 챔버(3)의 부피가 상기 가스의 제어된 유동에 대해서 크거나, 또는 상기 압력 제어 장치(1) 및 상기 챔버(3) 사이의 파이프가 긴 경우 조차, 상기 챔버(3) 내부의 압력은 변동없이 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 상기 설정된 주파수는 상기 파이프(7)를 통한 가스 유동의 유량 및 상기 챔버(3)의 부피 관계 및/또는 상기 챔버(3) 및 상기 압력 제어 장치(1) 사이의 파이프 길이에 기반하여 결정되기 때문에, 상기 감지 압력 신호는 적절하게 보정될 수 있다.
추가로, 상기 감지 압력 신호가 상기 설정 압력 신호 값보다 크고, 감소하는 방식으로 변화할 때, 상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 상기 감지 압력 신호를 그것의 값이 작아지도록 보정한다. 상기 챔버(3) 내부의 압력을 줄임으로 상기 챔버(3) 내부의 압력을 일정하게 유지하기 위해 이러한 보정을 수행함으로써, 상기 챔버(3) 내부의 압력은 변동없이 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명은 앞선 예로써 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위 내의 다양한 부가, 변경 등을 만들 수 있다.
상기 앞선 실시 예는 상기 압력 제어 장치(1)가 상기 챔버(3) 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하기 위해 감소되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 상기 압력 제어 장치(1)는 상기 챔버(3) 내부의 압력을 일정하게 유지하기 위해 증가시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 달리 말하면 상기 감지 압력 신호가 상기 설정 압력 신호의 값보다 작고, 증가하는 방식으로 변할 때, 상기 주파수 특성 보정 회로(20)는 상기 감지 압력 신호를 그것의 값보다 증가하는 방식으로 보정한다. 이러한 보정을 수행함으로써, 상기 챔버(3) 내부의 압력은 변동없이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 압력 제어 장치(1)에 제공되는 회로는 아날로그 회로 또는 디지털 회로일 수 있다. 앞선 실시 예에서 제공되는 상기 압력 제어의 목표는 상기 챔버(3)이지만, 압력 컨테이너 등 일 수 있다.
1 압력 제어 장치(Pressure control device)
3 챔버(Chamber)
4 압력 센서(Pressure sensor)
7 파이프(Pipe)
14 플로우 제어 밸브 장치(Flow control valve device)
20 주파수 특성 보정 회로(Frequency characteristic correction circuit
21 비교 회로(Comparison circuit)
22 밸브 구동 회로(Valve drive circuit)

Claims (4)

  1. 압력 제어 목표 내부의 압력을 설정 압력으로 유지하는 압력 조정 장치에 있어서,
    상기 설정 압력을 나타내는 설정 압력 신호에 근접하도록, 압력 센서에 의해 감지되는 압력 제어 목표 내부의 압력을 나타내는 압력 신호를 보정하는 보정 수단;
    상기 보정 압력 신호를 상기 설정 압력 신호와 비교하는 비교 수단; 및
    상기 비교 수단으로부터 비교 결과에 기반하여 플로우 제어 밸브(flow control valve)의 열림 및 닫힘을 제어하는 밸브 구동 수단을 포함하고,
    상기 보정 수단은 필터 회로(filter circuit)이고, 상기 필터 회로의 주파수 특성은 정해진 주파수에서 피크를 갖고, 상기 압력 신호를 상기 압력 신호의 정해진 주파수의 컴포넌트를 올리는 식으로 보정하는 압력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정해진 주파수는 파이프를 통한 가스 유동의 유량 및 챔버의 부피 관계 및/또는 챔버 및 상기 압력 제어 장치 사이의 파이프 길이에 기반하여 결정되는 압력 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력 신호가 상기 설정 압력 신호의 값 보다 큰 값을 갖고, 감소하는 방법으로 변할 때, 상기 보정 수단은 상기 압력 신호를 그것의 값보다 작아지는 방식으로 보정하는 압력 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력 신호가 상기 설정 압력 신호의 값 보다 작은 값을 갖고, 증가하는 방법으로 변할 때, 상기 보정 수단은 상기 압력 신호를 그것의 값보다 커지는 방식으로 보정하는 압력 제어 장치.
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