申请/专利权人：株式会社岛津制作所

申请日：2019-03-14

公开（公告）日：2020-12-22

公开（公告）号：CN110307388B

主分类号：F16K37/00(20060101)

分类号：F16K37/00(20060101);F16K3/06(20060101);F16K51/02(20060101)

优先权：["20180320 JP 2018-052100"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.12.22#授权;2019.11.01#实质审查的生效;2019.10.08#公开

摘要：本发明提供一种能够精度良好地算出目标开度推断值的目标开度推断器以及压力调整真空阀。目标开度推断器110基于压力调整真空阀1的阀体12的开度和连接压力调整真空阀1的真空腔室的压力的相关关系，与当前的开度及压力，来推断真空腔室的压力达到调压目标压力Ps时的阀体12的开度即目标开度推断值θe。

主权项：1.一种目标开度推断器，其特征在于，基于压力调整真空阀的阀体的开度和连接所述压力调整真空阀的真空腔室的压力的相关关系，与当前的所述开度及所述压力，来推断所述真空腔室的压力达到调压目标压力时的所述阀体的开度即目标开度推断值，所述相关关系是表示相对于开度变化的压力响应特性的相关关系，所述相关关系是当将所述真空腔室的压力设为P、将所述真空腔室的压力的变化设为△P、将所述阀体的开度的变化设为△θ时，用式子|△P△θ|P表示的量。

全文数据：目标开度推断器以及压力调整真空阀技术领域本发明涉及一种目标开度推断器以及压力调整真空阀。背景技术在化学气相沉积ChemicalVaporDeposition，CVD装置等真空处理装置中，多数情况下，一边使工艺气体流入至工艺腔室，一边将腔室内压力维持在规定压力来进行工艺。通常，在不同的工艺条件下具有多个步骤，所述各步骤中的条件的各个每隔规定时间来推进切换处理。此时，为了确保工艺的均匀性，需要在步骤间的切换时序迅速地收敛为下一个规定的压力值，或在各步骤区间内极力减少压力变动。因此，在工艺腔室与真空泵之间设置压力调整真空阀也称为压力自动控制automaticpressurecontrol，APC阀，并利用马达对此压力调整真空阀的阀体进行驱动控制，由此将工艺腔室的压力控制为所需的压力例如，参照专利文献1。在使用包括真空泵与自动压力调整阀的真空排气装置来对工艺腔室进行排气的情况下，预先将真空排气装置的排气特性数据存储于压力调整真空阀的控制器，并基于所述排气特性数据来进行利用自动压力调整阀的调压动作。例如，在调压时在用于反馈控制的情况下，基于排气特性数据来设定移动目标的目标开度来驱动阀体。[现有技术文献][专利文献][专利文献1]日本专利特开2014-207353号公报发明内容[发明所要解决的问题]然而，当目标开度的精度差时，压力值变为震荡等压力调整响应的稳定性成为问题。[解决问题的技术手段]本发明的优选形态的目标开度推断器基于压力调整真空阀的阀体的开度和连接所述压力调整真空阀的真空腔室的压力的相关关系，与当前的所述开度及所述压力，来推断所述真空腔室的压力达到调压目标压力时的所述阀体的开度即目标开度推断值。在更优选的形态中，所述相关关系是表示相对于开度变化的压力响应特性的相关关系。在更优选的形态中，所述相关关系是当将所述真空腔室的压力设为P、将所述真空腔室的压力的变化设为ΔP、将所述阀体的开度的变化设为Δθ时，用式子“|ΔPΔθ|P”表示的量。在更优选的形态中，反复进行开度增量的相加直到基于对当前的开度加上所述开度增量所得的相加后开度与所述相关关系而算出的压力成为所述调压目标压力以上为止，从而推断所述目标开度推断值，在相加前开度未满规定开度的情况下，使用第1开度增量作为所述开度增量，在相加前开度为规定开度以上的情况下，使用比所述第1开度增量大的第2开度增量作为所述开度增量。本发明的优选形态的压力调整真空阀包括：阀体，进行开闭驱动；根据所述形态的任一个记载的目标开度推断器；以及开度控制部，基于由所述目标开度推断器推断的目标开度推断值来控制所述阀体的开度。在更优选的形态中，所述开度控制部是利用阀体驱动从调压开始时输出从当前的开度到目标开度推断值为止的前馈开度，来对所述阀体的开度进行前馈控制。在更优选的形态中，所述开度控制部进行所述前馈控制，还进行反馈控制，在所述反馈控制中，在所述前馈开度达到所述目标开度推断值之前输出值为零的反馈开度，若所述前馈开度达到所述目标开度推断值，则输出与所述真空腔室的压力相对于所述调压目标压力的偏差相对应的反馈开度。在更优选的形态中，所述开度控制部在所述调压目标压力低于所述真空腔室的压力的情况下，输出从当前的开度到比所述目标开度推断值大的开度为止的前馈开度，在所述调压目标压力高于所述真空腔室的压力的情况下，输出从当前的开度到比所述目标开度推断值小的开度为止的前馈开度。[发明的效果]根据本发明，能够精度良好地算出目标开度推断值，从而能够实现压力调整响应的稳定性提高。附图说明图1是包括本发明的压力调整真空阀的装置的示意图。图2是表示压力调整真空阀的吸气口侧的图。图3是说明压力调整真空阀的调压控制的框图。图4是表示机体增益特性曲线的图。图5是表示气体的种类不同的情况下的机体增益的图。图6表示实效排气速度值Se中存在误差的情况下的目标开度推断值θe的一例。[符号的说明]1：压力调整真空阀2：装置控制器3：真空腔室4：真空泵10：阀控制部11：马达12：阀体110：目标开度推断器120：前馈控制器130：反馈控制器140：马达控制器1000：真空工艺装置Gp：机体增益Ps：目标压力值具体实施方式以下，参照图式对用以实施本发明的实施方式进行说明。图1是包括本发明的压力调整真空阀的装置的示意图。图1所示的装置是例如CVD装置那样的真空工艺装置1000，其包括经由压力调整真空阀1而装设真空泵4的真空腔室3、以及装置控制器2。真空泵4是涡轮分子泵，且在排气侧连接有粗抽泵5。在真空腔室3中，设置有测量腔室内压力的真空计31、以及对导入至真空腔室3的气体的流量Qin进行控制的流量控制器32。在压力调整真空阀1中包括：阀体12；马达11，对阀体12进行开闭驱动；以及阀控制部10，对压力调整真空阀1的动作进行控制。由真空计31测量的压力测量值Pr被输入至装置控制器2以及压力调整真空阀1的阀控制部10。从装置控制器2对阀控制部10输入目标压力值Ps。图2是表示压力调整真空阀1的吸气口侧的图。阀体12被收容在压力调整真空阀1的阀主体14内，并在阀主体14的吸气侧设置有具有开口142的吸气口凸缘141。再者，安装有真空泵4的排气口凸缘未图示与吸气口凸缘141同轴地设置于阀主体14的排气侧与吸气侧相反之侧。当对马达11在正方向及反方向上进行旋转驱动来使阀体12进行摆动驱动时，阀体12在水平方向上滑动来进行阀开闭动作。阀体12在与开口142的整体相向的开度0％的位置和从开口142退避的开度100％的位置之间被进行开闭驱动。在压力调整真空阀1中，通过调整阀体12的开度能够调整压力调整真空阀1的流导conductance。图3是说明压力调整真空阀1的调压控制的框图。马达11中设有用以检测阀体12的开度的编码器13。编码器13的检测信号以下，记作开度测量值θr被输入至阀控制部10。另外，真空计31的压力测量值Pr被输入至阀控制部10中。阀控制部10包括：目标开度推断器110、前馈控制器120、反馈控制器130以及马达控制器140。目标开度推断器110基于所输入的目标压力值Ps来推断运算目标开度推断值θe。目标开度推断器110的存储部112中存储有开度θ与压力P的相关关系，运算部111基于目标压力值Ps与相关关系来推断运算目标开度推断值θe。关于目标开度推断值θe的推断运算方法将后述。前馈控制器120基于由目标开度推断器110推断运算的目标开度推断值θe而输出开度设定输出前馈开度设定输出Δθ1。如此，在前馈控制中，另外求出成为目标压力值Ps那样的目标开度推断值θe，并通过以最终成为目标开度推断值θe的方式而适当确定的路径输出开度设定。反馈控制器130输出基于偏差ε的开度设定输出反馈开度设定输出Δθ2。通常，反馈控制器130包含比例增益、积分增益所谓PIproportionalintegral增益。将前馈开度设定输出Δθ1与反馈开度设定输出Δθ2相加，并作为开度设定输出θs而输入至马达控制器140。马达控制器140基于开度设定输出θs来对马达11进行驱动控制。在图3所示的框图中，将前馈开度设定输出Δθ1与反馈开度设定输出Δθ2相加而得的开度设定输出θs输入至马达控制器140。作为实际的控制模式，既可为从阀体驱动开始时也混合反馈控制，即利用加上非0的Δθ2值而得的开度设定输出θs来进行控制，也可为在驱动前期利用前馈控制进行驱动，在Δθ1达到θe而接近目标压力值的后期进行反馈控制的控制模式。远离目标压力值的调压开始时的前馈控制是主体，在目标压力值附近反馈控制成为主体。以下，以后者的控制模式的情况为例进行说明。关于机体增益Gp如上所述，在目标开度推断器110的运算部111中，基于存储部112中存储的开度θ和真空腔室3的压力P的相关关系、与所输入的目标压力值Ps来推断运算目标开度推断值θe。此处，作为开度θ与压力P的相关关系，以使用由下式1定义的机体增益Gp的情况为例进行说明。根据式1可知，机体增益Gp表示相对于开度θ的变化的压力响应特性。再者，|ΔPΔθ|表示ΔPΔθ的绝对值。Gp＝|ΔPΔθ|P…1在将开度θ设为输入，将真空腔室3的压力P设为输出的情况下，利用压力P使相对于开度变化的压力变化即ΔPΔθ标准化的量ΔPΔθP表示作为机体的真空腔室3内的稀薄气体的压力响应的静态增益特性。此处，将ΔPΔθP的绝对值|ΔPΔθ|P称为机体增益Gp。再者，由式1表示的机体增益Gp也可考虑为利用开度θ将压力Pθ的对数值LogePθ进行微分而得的量。机体增益Gp是包含压力调整真空阀1、真空腔室3及真空泵4的系统的特性，且即便压力调整真空阀1相同，只要真空腔室3或真空泵4不同，则机体增益Gp也稍有不同。之前，在压力调整真空阀1的开度控制中，一般使用压力调整真空阀1的吸气口中的实效排气速度值Se。通常，当将压力调整真空阀1装设于真空腔室3来使用时，进行与实效排气速度值Se相关的初始校正操作、即与阀体控制相关的初始校正操作。一般来说，在设为适用的工艺条件的代表性的气体、或平均的气体条件气体种类、气体流量的状态下，根据真空腔室3的容积、阀体的感度等来进行控制器的增益校正。作为平均的条件，例如，大多求出混合气体的平均分子量、以处理比较容易的气体种类代用。存储部112中存储有机体增益Gp的初始值数据表，针对机体增益Gp，与使用实效排气速度值Se来进行控制的之前的情况同样地也必须进行初始校正。利用初始校正，求出预先决定的特定气体种类及流量值条件下的针对各开度θi的机体增益Gpi，并将所获得的数据表θi，Gpi作为校正后的机体增益Gp而存储于存储部112。图4表示机体增益Gp的特性曲线的一例。机体增益Gp在开度θ比较小的开度位置开度θ_Gp_max具有最大值。此种情况表示：在取得最大值的开度θ_Gp_max附近，相对于开度变化而压力变化大幅度且敏感地作出反应，在机体增益Gp的值低的曲线的边缘附近开度θ大的区域，相对于开度变化的压力变化变得钝感。发明者发现：如式1那样定义的机体增益Gp如图5所示，即便排出的气体的种类不同，如曲线Gp1、曲线Gp2、曲线Gp3那样，成为最大的开度θ_Gp_max大致位于相同的位置。另外，包含开度θ_Gp_max的周边开度而机体增益Gp的值具有如下特性：即便气体种类或导入气体流量不同，也被控制在数十％的范围内。与此相对，实效排气速度值Se具有因气体种类或导入气体流量的不同而在数100％左右的范围变动的特性。目标开度推断值θe的算出接着，对使用机体增益Gp的目标开度推断值θe的算出方法的一例进行说明。此处，设为当前的调压状态θ，P是θ0，P0，且应转移的下一个调压状态是θ1，P1。任一种调压状态都是平衡状态，因此遵从对应于调压的气体种类、流量的机体增益Gpθ。进而，如上所述机体增益Gp可考虑为对气体种类及流量的依存性小，因此可利用存储部112中预先存储的规定的气体种类、流量下的机体增益Gp的数据、或校正后的数据大致近似的机体增益。通过使用表示图4的开度θ与机体增益Gp的关系的数据表θ，Gp，可获得各开度θ的机体增益Gpθ。若使用式1的定义式，则开度变化Δθ与压力变化ΔP的关系如式2那样表示。当开度θ增加时压力P减少，因此在式2的右边标注负号。ΔP＝-P×Gpθ×Δθ…2当前的调压状态θ0，P0与下一个调压状态θ1，P1的关系用下式3、式4表示。θ1＝θ0+∫dθ积分范围从θ0到θ1…3P1＝P0+∫dP积分范围从P0到P1…4式3、式4的积分实际表示为将从调压状态θ0，P0至调压状态θ1，P1的各准静态状态下的开度的增量Δθ与压力的增量ΔP分别相加而得者，因此θ1及P1可如下式5、式6那样表示。再者，式5中的Δθ_nθ_n表示开度θ_n下的开度增量Δθ_n，例如，Δθ_1θ_1为从开度θ_0变化至开度θ_1的情况下的开度增量。同样地，ΔP_nP_n表示压力P_n下的压力增量。θ1＝θ0+ΣΔθ_nθ_n…5P1＝P0+ΣΔP_nP_n…6关于式5的Δθ_nθ_n，只要如式7那样按照各开度θ_n而赋予增量Δθ_nθ_n即可。关于式6的ΔP_nP_n，只要使用开度θ与压力P的相关关系来赋予与开度θ_n下的增量Δθ_nθ_n对应的压力P_n下的增量ΔP_nP_n即可。在使用机体增益Gp作为相关关系的情况下，压力P_n下的增量ΔP_n＝ΔP_nP_n应用所述式2而如下式8那样表示。再者，在式8中，Δθ_n＝Δθ_nθ_n、Gp_n＝Gpθ_n。Δθ_n＝Δθ_nθ_n…7ΔP_n＝ΔP_nP_n＝-P_n×Gp_n×Δθ_n…8若将式7、式8代入式5、式6进行累积运算，则能够大致达到调压状态θ1，P1下的开度值θ1、压力值P1。另外，若将式5、式6变形而如下式那样表示，则能够逐次运算。θ_n+1＝θ_n+Δθ_n…9P_n+1＝P_n+ΔP_n…10在当前的调压状态θ0，P0下，当将目标压力值Ps从装置控制器2输入至阀控制部10作为下一个调压条件时，判定在所述时间点，下一个目标压力至少相对于当前的目标压力是高还是低。因此，在下一个目标压力值Ps变高的情况Ps＝P1P0下，只要流量不过度地变化，阀体驱动方向为使开度比当前小的方向。相反，在下一个目标压力值Ps变低的情况Ps＝P1Ps0的情况下，设定为1.1×Ps1而算出开度。此种算出结果θs1'在Ps1θs1，在Ps1Ps0的情况下θs1'θs1，从而增大减小实际输出来进行补正输出。进而，作为应用例，可为：如经由增加减小的开度而至最终不增加减小的开度那样的利用前馈控制的开度输出开始时θs0→中途θs1'→结束时θs1。其中，增加减小的大小需要考虑反馈控制的响应能力来决定，在响应能力低的情况下，减小增加率，在能力高的情况下，增大增加率。本发明并不限定于所述实施方式及变形例的内容，在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他形态也包含在本发明的范围内。例如，在所述实施方式中，将目标开度推断器110设置在压力调整真空阀1的阀控制部10，也可设为与压力调整真空阀1不同而独立的目标开度推断器。另外，也可将目标开度推断器110设置于装置控制器2。进而，作为真空阀使阀体12滑动移动而使开度变化，但只要是使开度变化来控制流导的类型的真空阀则可应用本发明。

权利要求：1.一种目标开度推断器，其特在在于，基于压力调整真空阀的阀体的开度和连接所述压力调整真空阀的真空腔室的压力的相关关系，与当前的所述开度及所述压力，来推断所述真空腔室的压力达到调压目标压力时的所述阀体的开度即目标开度推断值。2.根据权利要求1所述的目标开度推断器，其特征在于，所述相关关系是表示相对于开度变化的压力响应特性的相关关系。3.根据权利要求2所述的目标开度推断器，其特征在于，所述相关关系是当将所述真空腔室的压力设为P、将所述真空腔室的压力的变化设为ΔP、将所述阀体的开度的变化设为Δθ时，用式子|ΔPΔθ|P表示的量。4.根据权利要求3所述的目标开度推断器，其特征在于，反复进行开度增量的相加直到基于对当前的开度加上所述开度增量所得的相加后开度与所述相关关系而算出的压力成为所述调压目标压力以上为止，从而推断所述目标开度推断值，在相加前开度未满规定开度的情况下，使用第1开度增量作为所述开度增量，在相加前开度为规定开度以上的情况下，使用比所述第1开度增量大的第2开度增量作为所述开度增量。5.一种压力调整真空阀，其特征在于包括：阀体，进行开闭驱动；根据权利要求1至4中任一项所述的目标开度推断器；以及开度控制部，基于由所述目标开度推断器推断的目标开度推断值来控制所述阀体的开度。6.根据权利要求5所述的压力调整真空阀，其特征在于，所述开度控制部是利用阀体驱动从调压开始时输出从当前的开度到目标开度推断值为止的前馈开度，来对所述阀体的开度进行前馈控制。7.根据权利要求6所述的压力调整真空阀，其特征在于，所述开度控制部进行所述前馈控制，还进行反馈控制，在所述反馈控制中，在所述前馈开度达到所述目标开度推断值之前输出值为零的反馈开度，若所述前馈开度达到所述目标开度推断值，则输出与所述真空腔室的压力相对于所述调压目标压力的偏差相对应的反馈开度。8.根据权利要求6或7所述的压力调整真空阀，其特征在于，所述开度控制部在所述调压目标压力低于所述真空腔室的压力的情况下，输出从当前的开度到比所述目标开度推断值大的开度为止的前馈开度，在所述调压目标压力高于所述真空腔室的压力的情况下，输出从当前的开度到比所述目标开度推断值小的开度为止的前馈开度。

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