TWI770792B - 流量控制裝置以及流量控制方法 - Google Patents

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Abstract

流量控制裝置(8)，係具備：控制閥(6)，係具有閥體及用以使閥體移動的壓電元件；以及運算處理電路(7)，係控制控制閥的動作，運算處理電路，係構成為：在以使目標流量的氣體流動的方式從控制閥的閉狀態使控制閥開啟時，接收對應於目標流量的外部指令訊號SE，根據外部指令訊號生成決定對於壓電元件的施加電壓之對於驅動電路輸出的內部指令訊號E1，內部指令訊號，係從零隨時間上升並收斂至外部指令訊號的值之訊號，且以在上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成。

Description

流量控制裝置以及流量控制方法
本發明係關於流量控制裝置以及流量控制方法，特別是關於利用於半導體製造裝置或化學廠等之流量控制裝置以及流量控制方法。
於半導體製造裝置或化學廠中，係運用為了控制材料氣體或蝕刻氣體等的流量之各種類型的流量計或流量控制裝置。其中，壓力式流量控制裝置，係藉由組合控制閥與節流部(例如節流孔板或臨界噴嘴)之相對簡單的機構，能夠以高精度控制各種流體的質量流量，故受到廣泛利用。壓力式流量控制裝置，係具有即便一次側的供給壓力大幅變動亦能夠進行穩定的流量控制之優異的流量控制特性。
就壓力式流量控制裝置而言，係有藉由控制節流部的上游側的流體壓力(以下亦稱為上游壓力P1 )而控制於節流部的下游側的流量者(例如專利文獻1)。上游壓力P1 ，係使用壓力感測器進行測定，並將配置於節流部上游側的控制閥的開度根據壓力感測器的輸出進行反饋控制，藉此能夠控制為任意的壓力。
作為壓力式流量控制裝置的控制閥，係使用將隔膜閥體藉由壓電致動器進行開閉的方式構成之壓電元件驅動式閥(以下亦稱為壓電閥)。壓電閥係例如於專利文獻2所揭示，能夠相對高速地進行響應。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2015/083343號 [專利文獻2] 日本特開2003-120832號公報 [專利文獻3] 日本特許第5867517號公報 [專利文獻4] 國際公開第2018/180745號
[發明所欲解決之問題]
就常閉式的壓電閥而言，在未對於壓電元件施加電壓的閉狀態下，係藉由彈簧等之推彈手段將隔膜閥體按壓於閥座。此係為了防止在閉狀態下之洩漏的發生。然而，在如此般將閥體往閥座按壓的情形，在使閥開啟時，必須有抵抗該推彈力使閥體移動的力，因此會有對於上升的響應有延遲之虞。
對於該問題，於專利文獻3中，係揭示有在具備熱式流量感測器的質量流量控制裝置中，使壓電閥從閉狀態開放時，於初期暫時施加表示振幅比對應於目標流量的目標電壓值更大的訊號，而藉此改善上升的響應性的技術。
於專利文獻3所記載之流量控制裝置中，在從零流量上升時，係以先瞬間地暫時施加超過目標電壓的電壓，再收斂為目標電壓的方式，控制壓電元件的施加電壓。藉由前述般之施加電壓的瞬間的過衝驅動，能夠防止流量過衝並且使上升時間縮短。
然而，本案發明者之實驗結果，發現在輸入至壓電閥驅動電路的指令訊號之上升初期的變化率過大的情形，特別是於壓力式流量控制裝置中之往小流量(低設定流量)之流量上升時，實際上的氣體流量的響應波形會有失真之情事，並且，視設定流量的大小而響應波形的失真亦會有所不同，導致控制產生不均。
因此，係有特別是在往低設定流量上升之際，盡量不損及響應性，且極力維持在穩定的氣體的流動的狀態下，順暢地進行氣體供給的上升動作，抑制控制的不均之課題。
本發明係有鑑於前述課題而完成者，主要目的在於提供一種流量控制裝置以及流量控制方法，其能夠在流量上升時以順暢的流動使流量增加。 [解決問題之技術手段]
本發明之實施形態之流量控制裝置，係具備：控制閥，係具有閥體及用以使前述閥體移動的壓電元件；以及運算處理電路，係控制前述控制閥的動作，前述運算處理電路，係構成為：在以使目標流量的氣體流動的方式從前述控制閥的閉狀態使前述控制閥開啟時，接收對應於前述目標流量的外部指令訊號，根據前述外部指令訊號生成決定對於前述壓電元件的施加電壓之對於驅動電路輸出的內部指令訊號，前述內部指令訊號，係從零隨時間上升並收斂至前述外部指令訊號的值之訊號，且以上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成。
於一實施形態中，前述內部指令訊號，係藉由一次滯後處理與斜坡處理的組合生成。
於一實施形態中，前述內部指令訊號，係根據下述式生成，在此，I’n 係現在值、I’n-1 係上次值、Irmpn 係由斜坡參數r所界定的斜坡函數的現在值，X係對應於一次滯後處理的時間常數τ之時間常數參數； I’n =I’n-1 +(Irmpn -I’n-1 )/(1+X)
於一實施形態中，係構成為：對應於所接收的外部指令訊號，設定前述斜坡參數r及前述時間常數參數X。
於一實施形態中，前述目標流量，係相當於額定流量的1%～20%的流量。
於一實施形態中，前述流量控制裝置，係進一步具備：節流部，係設於前述控制閥的下游側；以及壓力感測器，係測定前述控制閥及前述節流部的流體壓力；並構成為：根據前述壓力感測器的輸出使前述控制閥受到反饋控制。
本發明之實施形態之流量控制方法，係使用具備控制閥的流量控制裝置來進行，該控制閥，係具有閥體及用以使前述閥體移動的壓電元件；其係包含：接收表示目標流量之階梯狀的外部指令訊號的步驟；以及在從流量零之前述控制閥的閉狀態使前述控制閥開啟時，根據前述外部指令訊號生成決定對於前述壓電元件的施加電壓之對於驅動電路輸出的內部指令訊號的步驟，前述內部指令訊號，係從零隨時間上升並收斂至前述外部指令訊號的值之訊號，且以上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成。 [發明之效果]
依據本發明之實施形態，係提供一種能夠流量控制裝置以及流量控制方法，其即便為低流量設定亦能夠在上升時順暢地使氣體流動，而能夠不損及響應性地執行穩定的上升動作。
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明之實施形態，然而本發明係不限於以下之實施形態。
圖1，係表示本發明之實施形態之流量控制裝置8的構成。流量控制裝置8，係壓力式之流量控制裝置，並具備：中介於氣體G所通過的流路(氣體供給路徑)1的節流部2(例如節流孔板)、設於節流部2的上游側之上游壓力感測器3及溫度感測器5、設於節流部2的下游側之下游壓力感測器4、設於上游壓力感測器3的上游側之控制閥6。
上游壓力感測器3，係能夠測定作為控制閥6與節流部2之間的流體壓力之上游壓力P1 。下游壓力感測器4，係能夠測定作為節流部2與下游閥9之間的流體壓力之下游壓力P2 。
流量控制裝置8，係根據進一步具備：運算處理電路7，係根據上游壓力感測器3及下游壓力感測器4的輸出等控制控制閥6的開閉動作。運算處理電路7，係比較藉由來自外部控制裝置12的外部指令訊號所決定的設定流量與從上游壓力感測器3的輸出藉由運算求取之運算流量(測定流量)，而以使運算流量接近設定流量的方式，亦即，以使運算流量與設定流量的差接近零的方式，將控制閥6進行反饋控制。
控制閥6，係具備配置為對於閥座抵接及遠離的隔膜的閥體以及用以使閥體移動的壓電致動器之壓電閥壓電致動器，係藉由收容於筒體的複數個壓電元件構成亦可，藉由單一壓電元件構成亦可。
流量控制裝置8，與圖示之形態不同，不具備下游壓力感測器4亦可。在此情形，運算處理電路7，係構成為根據上游壓力感測器3的輸出運算流量。並且，運算處理電路7，係於合適之一形態中，能夠根據溫度感測器5所檢測出之流體溫度校正運算流量。
流量控制裝置8，於控制閥6的上游側具備用以測定氣體供給壓的流入側壓力感測器(未圖示)亦可。流入側壓力感測器，係能夠測定從所連接的氣體供給裝置(例如原料氣化器)供給的氣體的壓力，而能夠用於控制氣體供給量或氣體供給壓。
作為節流部2，除了節流孔板等之節流孔構件以外，亦能夠使用臨界噴嘴或音速噴嘴。節流孔或噴嘴的口徑，係例如設定為10μm～2000μm。作為下游閥9，例如能夠使用藉由電磁閥控制壓縮空氣的供給之週知的空氣驅動閥(Air Operated Valve)等。並且，已知有具有於節流孔構件的附近配置開閉閥的構成之節流孔內置閥，並能夠將節流孔內置閥與節流部2及下游閥9作為一體化的構成組裝進入至流量控制裝置8。
流量控制裝置8的流路1係藉由配管構成亦可，藉由形成於金屬製塊體的流路孔構成亦可。上游壓力感測器3及下游壓力感測器4，係例如內建有矽單晶的感測晶片及隔膜者亦可。控制閥6，係例如亦可為構成為使用壓電致動器等之驅動機構使包含金屬製隔膜閥體的閥機構開閉的壓電元件驅動式隔膜閥(壓電閥)。
於包含流量控制裝置8之流體供給系中，控制閥6的上游側連接有材料氣體、蝕刻氣體或載體氣體等之氣體供給源，節流部2的下游側，係經由下游閥9連接至半導體製造裝置的處理室10。於處理室10係連接有真空泵浦11，典型而言，係在氣體供給時將處理室10的內部抽真空。
於以上所說明之壓力式的流量控制裝置8，係利用當臨界膨脹條件滿足P1 /P2 ≧約2(為氬氣的情形)時，流量不依下游壓力P2 ，而是由上游壓力P1 所決定的原理，而進行流量控制。在滿足臨界膨脹條件時，節流部2的下游側的流量Q，係藉由Q=K1 ・P1 (K1 係依存於流體的種類及流體溫度的常數)所決定，流量Q係與藉由上游壓力感測器3所測定之上游壓力P1 成比例。並且，在具備下游壓力感測器4的情形，即便上游壓力P1 與下游壓力P2 的差小，於未滿足前述之臨界膨脹條件之情形亦能夠算出流量，而能夠根據藉由各壓力感測器3、4所測定之上游壓力P1 及下游壓力P2 ，從Q=K2 ・P2 m (P1 -P2 )n (在此，K2 係依存於流體的種類及流體溫度的常數，m、n係根據實際的流量所導出的指數)算出流量Q。
為進行流量控制，於外部控制裝置12所設定之設定流量(目標流量)，係從外部控制裝置12傳送至運算處理電路7。運算處理電路7，係根據上游壓力感測器3的輸出等，使用臨界膨脹條件或非臨界膨脹條件之流量算式從前述之Q=K1 ・P1 或Q=K2 ・P2 m (P1 -P2 )n 隨時算出作為流量Q的測定值之運算流量，以使通過節流部2的流體的流量接近設定流量的方式(亦即，以使運算流量與設定流量的差接近0的方式)對於控制閥6進行反饋控制。運算流量，係輸出至外部控制裝置12，並作為流量輸出值顯示亦可。
運算處理電路7，典型上而言係有內建於流量控制裝置8者，然而係設於流量控制裝置8的外部者亦可。運算處理電路7，典型上而言，係內建有CPU、ROM及RAM等之記憶體(記憶裝置)M、A/D轉換器等，並包含後述之構成為執行流量控制動作的電腦程式亦可。運算處理電路7，係藉由組合硬體及軟體而實現。運算處理電路7，亦可具備用以與電腦等之外部裝置交換資訊的介面，藉此，能夠從外部裝置對於ROM寫入程式及資料等。運算處理電路7的構成元件(CPU等)，並非必需全部一體地設在裝置內，亦可構成為將CPU等之一部分的構成元件配置於其他場所(裝置外)，並藉由匯流排彼此連接。此時，不僅是有線，亦藉由無線使裝置內與裝置外通訊亦可。
以下，係說明從流量零，亦即從控制閥6的閉狀態將控制流量變更為設定流量的情形(流量上升時)之流量控制裝置8的動作。於本說明書中，流量值係有將預定的流量值(典型上而言係額定流量值)作為100%之以比率表記之情形。
如前述般，控制閥6的開度，係為了維持設定流量(或是設定上游壓力)，而根據壓力感測器的輸出受到反饋控制。然而，本實施形態之流量控制裝置8，係根據從外部控制裝置輸入之階梯狀的外部指令訊號，生成非階梯狀的內部指令訊號，而根據內部指令訊號(目標值訊號)與壓力感測器的輸出之比較進行反饋控制。
內部指令訊號，係生成為在流量上升時，會以階梯狀而非急遽上升的方式逐漸使目標流量增加的訊號。若使用如此之訊號，則能夠防止控制閥瞬間開啟，而能夠抑制流量過衝的發生。
圖2(a)及(b)係表示在接收階梯狀的外部指令訊號SE時，運算處理電路7所生成之內部指令訊號。圖2(a)係表示比較例的內部指令訊號C1～C3，圖2(b)係表示實施例的內部指令訊號E1(以及比較例的訊號C1)。
首先，針對比較例的內部指令訊號C1進行說明。比較例之內部指令訊號C1，係藉由將外部指令訊號SE進行一次滯後處理而生成。一次滯後處理，係能夠藉由下述之式(1)表示。 I’(t)=I(1-exp(-t/τ))　・・・(1)
於式(1)中，I’(t)係內部指令訊號的大小，I係外部指令訊號的大小(階梯狀訊號之上升後之一定的目標值)，t係時間、τ係時間常數。若使用一次滯後處理，則能夠一邊防止急遽上升所導致之流量過衝，一邊以相對較短的時間收斂至目標流量。
並且，一次滯後處理所產生之內部指令訊號的響應性，會依前述時間常數τ的設定有所變化。如圖2(a)所示，時間常數τ越小(例如60ms)則圖表越險峻，時間常數τ越大(例如125ms)則圖表越平滑。若以目標值I=100%，則時刻t在時間常數τ時係I’(t)=1-1/e=約63.2%，亦即，時間常數τ係意指從0%上升至63.2%所需之時間。能夠視時間常數τ的設定任意設定上升的速度，藉由在不致產生流量的過衝的範圍將時間常數τ設定得較小，能夠使響應時間縮短。
並且，前述之一次滯後處理，係能夠藉由下述之式(1A)表示。 I’n =I’n-1 +(In -I’n-1 )/(1+X)　・・・(1A)
於式(1A)中，I’n 係第n次之內部指令值(現在值)，I’n-1 係第n-1次之內部指令值，亦即I’n 之上次值，I’n 係外部指令值(一定值)，X係時間常數參數(在此係對應於前述之時間常數τ)。又，n係任意的自然數，I’n 係經過指令間隔Δt之n倍的時間Δt×n時之內部指令值。
自式(1A)可知，於一次滯後處理中，第n次的內部指令值，係對於上次值I’n-1 根據時間常數參數X以一定比率加上外部指令值與上次值的差(In -I’n-1 )而生成。藉由式(1A)所表示之曲線，係時間常數參數X越大則曲線越平滑，時間常數參數X越小則上升曲線越陡峭。又，時間常數參數X，雖典型上與一次滯後處理的時間常數τ為同等的變數，然而不限於此，為自時間常數τ無歧異地定義之參數亦可。
在此，前述式(1A)中，因In 係一定值，故n越大則差(In -I’n-1 )越小。亦即，對於上次值I’n-1 之變化量(In -I’n-1 )/(1+X)，係隨時間經過則對應於上次值變小，此係對應於以式(1)表示之一次滯後的函數。於一次滯後處理中，係在上升開始時最快響應，並隨時間經過逐漸平滑地響應，當經過充分的時間則往目標值漸近。
然而，如圖3(a)所示，於壓力式流量控制裝置中以小流量設定進行閥之開啟動作時，在僅藉由一次滯後控制生成內部指令訊號之比較例之情形，於流量上升的後半部能夠確認到氣體流量發生擺盪。推測上，此係因為若僅藉由一次滯後控制，則內部指令訊號的上升會過度急遽，在閥開始開啟時氣體的流動會急遽過度增加，而形成不穩定的流動。並且，亦有因閥欲對於急遽上升進行響應，導致暫時成為過度開啟的狀態，而又進行解除如此現象之閥驅動，而無法順暢地進行閥開啟動作之可能性。
因此，係如圖2(b)所示，實施例之內部指令訊號E1，係藉由組合一次滯後處理與斜坡處理，以在閥開始開啟時進行不急遽的上升動作。以下，具體進行說明。
一次滯後處理，係能夠藉由上述之式(1)或式(1A)表示，並且，斜坡處理(斜坡後指令Irmp)係能夠藉由下述之式(2)表示。 Irmp=I×t/r　・・・(2)
於式(2)中，I係外部指令的值，t係時間，r係斜坡參數。斜坡參數r係決定斜坡函數的斜率之變數，於t=r時，Irmp=I(外部指令所產生之目標值)。亦即，斜坡參數r，係對應於斜坡處理中Irmp從0到達I所需的時間。若斜坡參數r越小，則斜坡的斜率(I/r)越大，若斜坡參數r越大，則斜坡的斜率(I/r)越小。
並且，前述式(2)係在t≦r(或是t＜r)時運用，另一方面，在經過斜坡參數r之後之t＞r(或是t≧r)時，對於任意時間t係Irmp=I，亦即維持在一定的值I。於圖2(b)中，斜坡處理係將Irmp作為破線表示。
在此，為了在閥開始開啟時進行平緩的上升，於本實施形態中，內部指令訊號E1係根據組合了一次滯後處理與斜坡處理之下述式(3A)生成。 I’n =I’n-1 +(Irmpn -I’n-1 )/(1+X)　・・・(3A)
如與式(1A)比較可知，式(3A)係於式(1A)中將無論時間皆為一定值之In 置換為隨時間變化的Irmpn 者。
如此，將斜坡處理與一次滯後處理組合的結果，在閥開始開啟的t≦r的期間，相較於更接近閥開始開啟的時刻t1(第1時點)的斜率，時刻t1之後的時刻t2(第2時點)的斜率會更大，亦即，以形成初期之斜率平緩且斜率逐漸增加的函數的方式決定內部指令訊號的值。此係因Irmpn 隨時間經過而增加，故在具有比斜坡斜率(In /r)更小的變化率的初期，差(Irmpn -I’n-1 )及對於上次值之變化量(Irmpn -I’n-1 )/(1+X)會隨時間經過逐漸增加。因此，與僅藉由一次滯後處理進行控制的情形不同，不會一開始便產生急遽的上升(變化量隨時間減少的上升)。
並且，當從初期隨時間經過而I’n 的變化率接近斜坡斜率(In /r)，則差(Irmpn -I’n-1 )係幾乎為一定值。因此，變化量(Irmpn -I’n-1 )/(1+X)亦會成為一定，I’n 會以與斜坡斜率(In /r)相同的斜率變遷。
之後，隨時間經過，在到達斜坡參數r之後的t＞r的期間中，Irmpn 會成為一定值In 。因此，會成為與前述之表示一次滯後處理的式(1A)為同等的處理，亦即，一邊使斜率逐漸平緩一邊隨時間經過以接近外部指令的值(一定值)In 的方式收斂。
如以上般，生成如圖2(b)所示般之內部指令訊號E1。如圖示般，內部指令訊號E1，係從零隨時間上升並收斂至前述外部指令訊號的值之訊號，且係以在上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成的訊號。又，在流量從0%往100%上升的情形下，所謂上升時的斜率，係意指流量1%～5%時之斜率，所謂即將收斂之前的斜率，係指流量95%～99%時之斜率。
換言之，內部指令訊號E1，係生成為在流量設定訊號的上升時的閥開始開啟之第1時點t1具有第1斜率α1，在第1時點之後的第2時點t2具有比第1斜率α1更大的第2斜率α2，在第2時點t2之後的第3時點t3具有比第2斜率α2更小的第3斜率α3，在第3時點t3之後收斂至目標值I的訊號。
如前述般生成之內部指令訊號，係輸出至決定對於壓電元件的施加電壓之閥驅動電路。閥驅動電路，於反饋控制中，係以使對應於內部指令訊號的流量與從壓力感測器的輸出所求取的運算流量的差成為零的方式控制對於壓電元件的施加電壓，藉此能夠使閥的開閉動作配合實際上的氣體的流動的特性。因此，在流量上升時，能夠以更順暢的氣體的流動使氣體的流量增加。
圖3(b)，係表示根據如前述般組合一次滯後處理與斜坡處理而生成的內部指令訊號E1進行流量控制時之氣體流量(壓力感測器的輸出)。如圖3(b)所示，在以1～10%之小流量設定使流量上升時，能夠確認到氣體以比圖3(a)所示之比較例更順暢的方式流動。本實施形態之內部指令訊號E1，係適合用於例如1%～20%，特別是1%～10%之流量上升。然而，不僅是小流量，對於1%～100%之任意流量的上升，亦當然能夠使用本實施形態之內部指令訊號。
運算處理電路7，係亦可構成為根據外部指令訊號之目標流量的大小，判斷是否生成前述之組合一次滯後處理與斜坡處理而產生之內部指令訊號。例如，亦可構成為在上升至前述般之1%～20%之低流量設定時，為了使氣體的流量穩定化，係生成實施例之內部指令訊號E，另一方面，在上升至21%～100%之流量設定時，為了縮短響應時間，僅藉由一次滯後處理生成比較例之內部指令訊號C。
並且，如比較圖3(a)與圖3(b)可知，若僅是組合斜坡處理，則會有響應時間比僅使用一次滯後處理的情形更長的可能性。對於該問題，係藉由妥善地設定一次滯後處理的時間常數τ及斜坡處理的斜坡參數r，能夠不致損及響應性。
圖4(a)、(b)及圖5(a)、(b)，係表示外部指令訊號SE，以及使時間常數τ(或是時間常數參數X)及斜坡參數r變化時之一次滯後處理圖表C、斜坡處理圖表R，以及內部指令訊號E的圖表。圖4(a)係(τ=50，r=300)的情形，圖4(b)係(τ=25，r=300)的情形，圖5(a)係(τ=50，r=150)的情形，圖5(b)係(τ=25，r=150)的情形。於圖4(a)、(b)及圖5(a)、(b)中，縱軸係流量(%)，橫軸係經過時間(msec)。
自圖4(a)、(b)及圖5(a)、(b)可知，若時間常數τ及/或斜坡參數r越少，則能夠使所生成之內部指令訊號E的響應性提升。特別是，可知斜坡參數r的設定會大幅影響響應性。
並且，可知內部指令訊號E與斜坡處理圖表R的近似性會因時間常數τ的設定產生變化。時間常數越小，則對於上次值加算的變化量的比率會增大，在上升的初期會更迅速地接近斜坡處理圖表。因此，可知能夠藉由設定時間常數τ的設定來調整上升的初期之響應延遲期間。
因此，藉由時間常數參數與斜坡參數的組合，能夠將用以有效地使氣體穩定地流動之內部指令訊號以任意的波形生成。時間常數參數及斜坡參數，係亦可構成為根據所接收的外部指令訊號來決定。例如，在外部指令訊號所表示的目標流量較小時使用較大的值作為斜坡參數，在外部指令訊號所表示的目標流量較大時使用較小的值作為斜坡參數亦可。
圖6(a)，係表示在施加外部指令訊號SE時之時間常數τ=60msec之一次滯後處理的內部指令訊號C4(比較例)，以及設定為時間常數τ=25msec、斜坡參數r=50 msec之一次滯後+斜坡處理的內部指令訊號E4(實施例)。並且，圖6(b)係表示使用各內部指令訊號C4、E4時之氣體流量的測定結果GC、GE。
自圖6(a)及圖6(b)可知，於實施例的內部指令訊號E4中，只要選擇適當的參數作為時間常數τ及斜坡參數r，則能夠縮短響應時間並且實現更順暢的氣體流GE。亦即，於本實施例中，可確認到藉由將時間常數及斜坡係數參數化，生成對應於氣體特性的內部指令訊號，能夠減輕閥動作負荷，並能夠實現順暢的上升且高速的響應。
以上，雖說明了本發明之實施形態，然而能夠進行各種改變。例如，前述雖針對根據壓力感測器的輸出將控制閥進行反饋控制之壓力式的流量控制裝置進行說明，然而於本發明之其他實施形態中，流量控制裝置構成為不進行根據壓力感測器的輸出之反饋控制，而是將控制閥進行開環控制亦可。
開環控制之流量控制裝置，係從外部接收流量設定訊號，並據此生成內部指令訊號。內部指令訊號係輸出至壓電閥的驅動電路，驅動電路係遵循所接收的內部指令訊號決定施加於壓電元件的電壓。在如此般以開環的方式將控制閥進行控制時，亦能夠生成如前述般之起初緩慢上升而之後經過急遽的上升期間並收斂至目標流量的訊號作為內部指令訊號，藉此，特別是在上升至小流量之際，亦能夠以順暢的流動控制流量。並且藉由妥善地設定時間常數τ或時間常數參數X及斜坡參數r作為參數，能夠維持順暢的流動並且縮短響應時間。
並且，前述雖說明在流量的上升之際所運用之內部指令訊號，然而於流量下降時，如專利文獻4記載般，以指數函數衰減，並根據以I’(t)=I・exp(-t/τ)表示之內部指令訊號，確保響應性，並且執行對於低流量之順暢的轉移亦可。
並且，如專利文獻4所記載，為了複數個流量控制裝置之響應性的機器差異而進行統一，以使上升之際的響應性具有餘裕的方式設定內部指令訊號亦可。藉由將前述之時間常數τ及斜坡參數r設定為較大，能夠於各流量控制裝置中實現同等的流量上升響應特性。 [產業上之利用可能性]
本發明之實施形態之流量控制裝置以及流量控制方法，係例如適合利用於半導體製造裝置中，用於以所要求的流量供給氣體。
1:流路 2:節流部 3:上游壓力感測器 4:下游壓力感測器 5:溫度感測器 6:控制閥 7:運算處理電路 8:流量控制裝置 9:下游閥 10:處理室 11:真空泵浦 12:外部控制裝置 M:記憶體
[圖1]係表示本發明之實施形態之流量控制裝置的示意圖。 [圖2]係記載有從外部設定訊號生成之內部指令訊號的圖表，(a)係表示僅有一次滯後處理的比較例的圖表，(b)係表示組合一次滯後處理與斜坡處理之實施例的圖表。 [圖3]係表示進行從流量零至各設定流量之上升動作時之實際的氣體流量(根據藉由壓力感測器所測定之上游壓力的運算流量)的圖表，(a)係表示使用圖2(a)之比較例之內部指令訊號的情形，(b)係表示使用圖2(b)之實施例之內部指令訊號的情形。 [圖4]係表示使時間常數τ及斜坡參數r變化時之各訊號波形的圖表。 [圖5]係表示使時間常數τ及斜坡參數r變化時之各訊號波形的圖表。 [圖6](a)係表示外部指令訊號的圖表、僅有作為內部指令訊號之一次滯後處理的比較例的圖表、一次滯後處理+斜坡處理的實施例的圖表，(b)係表示使用(a)所示之各內部指令訊號的情形之實際的流量響應。
1:流路
2:節流部
3:上游壓力感測器
4:下游壓力感測器
5:溫度感測器
6:控制閥
7:運算處理電路
8:流量控制裝置
9:下游閥
10:處理室
11:真空泵浦
12:外部控制裝置
G:氣體
P1:上游壓力
P2:下游壓力

Claims (7)

  1. 一種流量控制裝置，係具備： 控制閥，係具有閥體及用以使前述閥體移動的壓電元件；以及 運算處理電路，係控制前述控制閥的動作；其特徵為： 前述運算處理電路，係構成為：在以使目標流量的氣體流動的方式從前述控制閥的閉狀態使前述控制閥開啟時，接收對應於前述目標流量的外部指令訊號，根據前述外部指令訊號生成決定對於前述壓電元件的施加電壓之對於驅動電路輸出的內部指令訊號， 前述內部指令訊號，係從零隨時間上升並收斂至前述外部指令訊號的值之訊號，且以上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成。
  2. 如請求項1所述之流量控制裝置，其中， 前述內部指令訊號，係藉由一次滯後處理與斜坡處理的組合生成。
  3. 如請求項2所述之流量控制裝置，其中， 前述內部指令訊號，係根據下述式生成，在此，I’n 係現在值、I’n-1 係上次值、Irmpn 係由斜坡參數r所界定的斜坡函數的現在值，X係對應於一次滯後處理的時間常數τ之時間常數參數； I’n =I’n-1 +(Irmpn -I’n-1 )/(1+X)。
  4. 如請求項3所述之流量控制裝置，其中，係構成為： 對應於所接收的外部指令訊號，設定前述斜坡參數r及前述時間常數參數X。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之流量控制裝置，其中， 前述目標流量，係相當於額定流量的1%～20%的流量。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之流量控制裝置，其中， 係進一步具備：節流部，係設於前述控制閥的下游側；以及壓力感測器，係測定前述控制閥及前述節流部的流體壓力；並構成為：根據前述壓力感測器的輸出使前述控制閥受到反饋控制。
  7. 一種流量控制方法，係使用具備控制閥的流量控制裝置來進行，該控制閥，係具有閥體及用以使前述閥體移動的壓電元件；其係包含： 接收表示目標流量之階梯狀的外部指令訊號的步驟；以及 在從流量零之前述控制閥的閉狀態使前述控制閥開啟時，根據前述外部指令訊號生成決定對於前述壓電元件的施加電壓之對於驅動電路輸出的內部指令訊號的步驟， 前述內部指令訊號，係從零隨時間上升並收斂至前述外部指令訊號的值之訊號，且以上升時的斜率以及即將收斂之前的斜率比該等之間的斜率更小的方式生成。
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