JP5696931B2 - Shunt control device - Google Patents
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Description
本発明は、単一の流路を流通するガスを複数の２次流路に分流する分流制御装置に係わる。 The present invention relates to a flow dividing control device for diverting a gas flowing through a single flow path to a plurality of secondary flow paths.
記憶素子や演算素子などの半導体デバイスは、研磨処理、洗浄処理、エッチング処理、成膜処理などの各種の処理を半導体ウエハに施して製造される。半導体ウエハにこれらの処理を行う処理チャンバには、その処理室に、正確に計量された不純物を含まない処理に応じたプロセスガスを供給する必要がある。なお、以下、本発明に係わる従来技術について、その課題を明らかにするため半導体デバイスの製造に適用される分流制御装置を例にして説明するが、本発明は半導体デバイスの製造にのみ適用が限定されるものではない。 Semiconductor devices such as a memory element and an arithmetic element are manufactured by performing various processes such as a polishing process, a cleaning process, an etching process, and a film forming process on a semiconductor wafer. It is necessary to supply a process gas corresponding to a process that does not contain an accurately measured impurity to a process chamber for performing these processes on a semiconductor wafer. In the following, the prior art related to the present invention will be described by taking as an example a shunt control device applied to the manufacture of a semiconductor device in order to clarify the problem, but the present invention is limited to the manufacture of a semiconductor device only. Is not to be done.
上記処理チャンバにプロセスガスを供給する従来のガス供給システムは、図１９（ａ）に示すように、単一の流路Ｐ０を通じてガス供給部８１に接続された１つのシャワーノズル８８ｃから処理チャンバ８８の内部に供給する態様が通例であった。しかしながら、近年の半導体ウエハの大径化にともない、半導体ウエハの表面上における各種処理の均一性の観点から、図１９（ｂ）に示すように、ガス供給部９１から延びる単一の流路Ｐ０から複数の２次流路Ｐ１・Ｐ２を分岐させ、流路Ｐ１・Ｐ２を流通するプロセスガスの流量が所定の比率（分流比）となるよう分流する分流制御装置９３を備え、一方の流路Ｐ１に接続された第１のシャワーノズル９８ｃから半導体ウエハＷの中央部に、他方の管路Ｐ２に接続された第２のシャワーノズル９８ｄから半導体ウエハＷの周辺部に、プロセスガスを供給するガス供給システムも開発されている。
As shown in FIG. 19A, the conventional gas supply system for supplying a process gas to the processing chamber includes a
このような分流制御装置に関連する技術の一例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された分流制御装置は、単一のガス流を複数の二次流路に所定の目標分流比で分流させる分流制御装置であって、二次流路のそれぞれに設けられたマスフローコントローラと、マスフローコントローラに接続された共通のコントローラとを具え、複数の二次流路のいずれかが全開とされ、当該全開とされた二次流路の流量に対する残りの二次流路の流量の比が１以下の数値となる目標分流比が設定され、コントローラは、全開とされた二次流路の検出流量に前記目標分流比を掛けた信号を残りのマスフローコントローラに設定信号として与えることで、残りの二次流路の流量を制御することを特徴とする分流制御装置である。
An example of a technique related to such a shunt control device is disclosed in
かかる特許文献１の分流制御装置によれば、二次流路のそれぞれに設けられたマスフローコントローラを、共通のコントローラによって制御することで、分流範囲を大きくすることが可能になると記載されている。
According to the shunt control device of
しかしながら、上記特許文献１の分流制御装置には、目標分流比が指令されて分流比の制御が開始された後、実際の分流比（実分流比）が目標分流比に到達して安定した分流比でガスを流せるまでの静定期間が長いという実分流比の立ち上がりの応答性に関する問題がある。すなわち、特許文献１の分流制御装置は、全開とする設定信号を一方の流路のマスフローコントローラに与え、当該一方の流路の検出流量に目標分流比を掛けた設定信号を他方のマスフローコントローラに与えるという他方のマスフローコントローラから見るとオープンな分流制御方式であり、双方の流路を実際に流れるガスの実分流比をフィードバックした分流比の制御が考慮されていない。そのため、分流比制御の立上終期において実分流比が振動または発振しやすく、目標分流比に対し実分流比が静定するまでプロセス上許容できる期間を超える場合や著しい場合には制御不能となる場合がある。また、特許文献１の分流制御装置は、マスフローコントローラなど機械式制御弁において開度を操作する信号が入力されたときから実際に弁が動作するまでの初期の応答性の悪さが考慮されておらず、その点においても応答速度を低下させる懸念がある。
However, in the shunt control device of
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、フィードバックされた実分流比に基づき実分流比の立上終期における振動や発振の発生を抑制するという第１の課題を解決し、さらに機械式制御弁の初期応答性を改善するという第２の課題を解決し、もって応答速度に優れた分流制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and solves the first problem of suppressing the occurrence of vibration and oscillation at the end of the start of the actual flow ratio based on the fed back actual flow ratio. In addition, an object of the present invention is to solve the second problem of improving the initial response of the mechanical control valve and to provide a shunt control device having an excellent response speed.
上記第１の課題を解決する本発明に係わる分流制御装置は、単一の流路を流通するガスを複数の２次流路に所定の分流比で分流する分流制御装置であって、前記２次流路に夫々設けられた流量検出器および制御弁と、前記制御弁を操作するための情報が記憶された記憶手段を備え、前記流量検出器が検出した実流量に対応する検出信号が入力されるとともに前記２次流路における指令された目標分流比および前記検出信号に基づき、前記実分流比の前記上限値および下限値は、前記２次流路にガスを流し、目標分流比に対する実分流比のオーバーシュート量が３〜１０％となるよう前記制御弁のうちのいずれかの弁開度を操作し、その状態において所望の静定期間で実分流比が静定するよう調整して求めた値である分流比の制御が開始された後の実分流比の立ち上がり時における立上初期、立上初期に引き続く立上中期、立上中期に引き続く立上終期の各時期で、前記制御弁の開度を操作する弁開度信号値を算出し、当該弁開度信号値を開度信号として前記制御弁に出力する制御部とを有し、前記制御部は、前記流量検出器から入力された検出信号を読み込み、当該２次流路における実分流比を算出し、前記記憶手段に記憶する実分流比演算部と、前記指令された目標分流比を読み込み、当該目標分流比と前記実分流比演算部で算出された実分流比との偏差を算出し、前記記憶手段に記憶する比較部と、前記比較部で算出された偏差を読み込み、所定の演算式で前記弁開度信号値を算出し、前記記憶手段に記憶する開度演算部とを有し、
前記記憶手段には、前記実分流比の立上終期に設定された、前記目標分流比を基準として立上終期における前記実分流比の上限値と下限値が定められた判定領域に関する設定情報が記憶され、前記記憶手段から判定領域の設定情報を読み込み、前記実分流比算出部で算出された実分流比が前記判定領域の中に含まれるか否かを判断し、前記実分流比が前記判定領域の中に含まれない場合には、前記実分流比の立上終期において前記実分流比が前記目標分流比と一致するように前記弁開度信号値を補正する第１の調整部とを有する分流制御装置である。
The shunt control device according to the present invention for solving the first problem is a shunt control device for shunting a gas flowing through a single flow path to a plurality of secondary flow paths at a predetermined shunt ratio. A flow rate detector and a control valve respectively provided in the next flow path, and storage means for storing information for operating the control valve are provided, and a detection signal corresponding to the actual flow rate detected by the flow rate detector is input. based on the target flow ratio and the detected signal is commanded in the secondary flow path with the said upper limit value and the lower limit value of the actual flow ratio is flowing gas to said secondary flow path, the actual relative target flow ratio Operate any one of the control valves so that the overshoot amount of the diversion ratio is 3 to 10%, and adjust the actual diversion ratio to be stabilized in a desired settling period in that state. Control of the diversion ratio, which is the calculated value, has started Calculates the valve opening signal value that manipulates the opening of the control valve at each of the initial start-up period at the rise of the actual split flow ratio, the mid-rise period that follows the start-up period, and the end-of-rise period that follows the mid-rise period And a control unit that outputs the valve opening signal value to the control valve as an opening signal, the control unit reads a detection signal input from the flow rate detector, and in the secondary flow path The actual diversion ratio is calculated and stored in the storage means, the commanded target diversion ratio is read, and the target diversion ratio and the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit are read. An opening degree calculation that calculates a deviation, reads the deviation calculated by the comparison unit that stores the deviation in the storage unit, and calculates the valve opening signal value using a predetermined arithmetic expression, and stores it in the storage unit And
In the storage means, setting information related to a determination region set at an end of the actual diversion ratio is set, and an upper limit value and a lower limit value of the actual diversion ratio at the end of start-up are set with reference to the target diversion ratio. Stored, reading setting information of the determination area from the storage means, determining whether or not the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit is included in the determination area, and the actual diversion ratio is the A first adjusting unit that corrects the valve opening signal value so that the actual diversion ratio matches the target diversion ratio at the end of the start of the actual diversion ratio when not included in the determination region; Is a shunt control device.
かかる分流制御装置は以下の作用を奏する。すなわち、単一の流路から複数の２次流路に分流された各々のガスは、各々の２次流路に設けられた流量検出器で実流量が検出される。そして、制御部は、流量検出器で検出した２次管路を流れるガスの実流量に対応する検出信号および当該２次流路における指令された目標分流比に基づき、各々の２次流路に設けられた制御弁の弁開度を操作する弁開度信号値を算出し、弁開度信号値を開度信号として各制御弁へ出力する。制御部から出力された開度信号により各制御弁の弁開度が操作され、２次流路を流れるガスの流量が調整され、その結果２次流路を流れるガスの分流比が制御される。この弁開度信号値は、実分流比演算部で算出された実分流比と指令された目標分流比とを比較部で比較し両者の偏差を求め、この偏差に基づき開度演算部で算出される。 Such a shunt control device has the following effects. That is, the actual flow rate of each gas that has been split into a plurality of secondary channels from a single channel is detected by a flow rate detector provided in each secondary channel. And a control part is based on the detection signal corresponding to the actual flow volume of the gas which flows through the secondary pipe line detected with the flow detector, and the commanded target diversion ratio in the secondary flow path to each secondary flow path. A valve opening signal value for operating the valve opening of the provided control valve is calculated, and the valve opening signal value is output to each control valve as an opening signal. The valve opening degree of each control valve is manipulated by the opening degree signal output from the control unit, the flow rate of the gas flowing through the secondary flow path is adjusted, and as a result, the diversion ratio of the gas flowing through the secondary flow path is controlled. . The valve opening signal value is calculated by the opening calculation unit based on this deviation by comparing the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit and the commanded target diversion ratio by the comparison unit. Is done.
ここで、第１の調整部は、前記目標分流比を基準とし実分流比の立上終期に設定された判定領域に関する設定情報を記憶手段から読み込み、その判定領域の中に実分流比が含まれるか否かを判断し、実分流比の立上終期において実分流比が判定領域の中に含まれない場合には、実分流比が目標分流比に一致するよう弁開度信号値を調整する。このように、実分流比が静定すべき領域である立上終期に設定された判定領域から実分流比が逸脱する場合には、実分流比が目標分流比に一致するよう弁開度信号値を調整するので、実分流比の立上終期における振動や発振の発生が抑制され、所定の静定期間で実分流比を立ち上げることができ、応答性に優れた分流制御装置を構成することができる。 Here, the first adjustment unit reads from the storage means setting information related to the determination area set at the start of the actual diversion ratio with reference to the target diversion ratio, and the actual diversion ratio is included in the determination area. If the actual flow ratio is not included in the judgment area at the end of the start of the actual flow ratio, adjust the valve opening signal value so that the actual flow ratio matches the target flow ratio To do. In this way, when the actual diversion ratio deviates from the determination area set at the end of the start-up, which is the area where the actual diversion ratio should be settled, the valve opening signal is set so that the actual diversion ratio matches the target diversion ratio. Since the value is adjusted, the occurrence of vibrations and oscillations at the end of the start of the actual diversion ratio is suppressed, and the real diversion ratio can be raised in a predetermined settling period, thus constituting a diversion control device with excellent responsiveness. be able to.
本発明に係わる分流制御装置によれば、上記のように構成されているので、フィードバックされた実分流比に基づき目標分流比付近における実分流比の振動や発振の発生を抑制するという第１の課題を解決し、応答速度に優れた分流制御装置を提供することができる。なお、分流制御装置の好ましい態様及びその効果は以下で詳細に説明する。 The shunt control device according to the present invention is configured as described above, so that the first shunting of oscillation and oscillation of the actual shunt ratio in the vicinity of the target shunt ratio is suppressed based on the fed back actual shunt ratio. It is possible to solve the problem and provide a flow dividing control device excellent in response speed. In addition, the preferable aspect and effect of a shunt control apparatus are demonstrated in detail below.
以下、本発明に係わる分流制御装置について図１〜図１８を参照しつつ説明する。なお、半導体デバイスの製造システムに組み込まれた分流制御装置を例にして説明するが、本発明は半導体デバイスの製造システムにのみ関連するものではなく、例えば薬品、化学製品、バイオ製品、機械、素形材その他種々の製品の製造システムに適用することが可能である。 The shunt control device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that although a shunt control device incorporated in a semiconductor device manufacturing system will be described as an example, the present invention is not only related to a semiconductor device manufacturing system. For example, chemicals, chemical products, bio products, machinery, The present invention can be applied to a manufacturing system for shapes and other various products.
［分流制御装置の構成］ まず、本発明に係わる一実施態様の分流制御装置が組み込まれる半導体ウエハの処理システム１０について、その概略構成を示す図１を参照して説明する。図１において符号１１は、ガス供給系の上流に置かれたプロセスガスの供給源であるガス供給手段である。ガス供給手段１１は、４本の流路１１ｉ〜１１Ｌと、流路１１ｉ〜１１Ｌの左端に接続されアルゴン、窒素、二酸化炭素、シラン、ＨＦ（フッ化水素）などの各種のプロセスガスを各々貯留するガスボンベ１１ａ〜１１ｄと、流路１１ｉ〜１１Ｌに介設され流路１１ｉ〜１１Ｌを流れるプロセスガスの流量を制御するマスフローコントローラ１１ｅ〜１１ｈとを備えており、４本の流路１１ｉ〜１１Ｌの右端は全て単一の流路Ｐ０に接続されている。ここで、ガス供給手段１１は、処理システム１０の全体の動作を統括する上位のシステム制御手段２０に電気通信回線２０ａを介して接続されており、システム制御手段２０は、マスフローコントローラ１１ｅ〜１１ｈの流量モニターから出力される流量検出信号を監視しつつその流量制御弁を操作して各流路１１ｉ〜１１Ｌを流れるプロセスガスの流量および圧力を調整する。これにより、単一のプロセスガスまたは複数のプロセスガスが所定の割合で混合された混合ガスが所定の圧力で単一の流路Ｐ０に供給されることとなる。なお、符号１２は、単一流路Ｐ０に介設された開閉弁であり、その弁操作も電気通信回線２０ｃを介して接続されたシステム制御手段２０で制御されている。
[Configuration of Shunt Control Device] First, a semiconductor
図において符号１８はプロセスガスが供給される処理室１８ｅを有する処理チャンバである。処理チャンバ１８は、密閉された処理室１８ｅを画成する筐体１８ａと、処理室１８ｅの底面に配置され半導体ウエハが載置されるテーブル１８ｂと、テーブル１８ｂに載置された半導体ウエハＷの中央部にプロセスガスを供給するため処理室１８ｅにおいて上方中央部に配置されたシャワーノズル１８ｃと、その半導体ウエハＷの外周部にプロセスガスを供給するため処理室１８ｅにおいて上方外周部に円環状に配置されたシャワーノズル１８ｄとを有している。そして、上記ガス供給手段１１から伸びた単一流路Ｐ０の下流で分岐した２本の２次流路のうち第１の流路Ｐ１がシャワーノズル１８ｃに、第２の流路Ｐ２がシャワーノズル１８ｄに接続されている。なお、符号１９は処理チャンバ１８の処理室１８ｅから下流側に延びる流路に接続された開閉弁、符号２１は開閉弁１９の下流側に配置された処理室１８ｅを減圧するための真空ポンプであり、いずれの操作も電気通信回線２０ｂを介して接続されたシステム制御手段２０で制御されている。
In the figure,
図において符号１３は、ガス供給手段１１と処理チャンバ１８の間に配置された分流制御装置であり、単一流路Ｐ０から分岐された第１の流路Ｐ１・第２の流路Ｐ２が接続されている。分流制御装置１３は、システム制御手段２０から目標分流比αｓｐｔを表す設定信号Ｓ０が入力されると、その目標分流比αｓｐｔに一致するように流路Ｐ１・Ｐ２を流れるプロセスガスの分流比を制御し、プロセスガスを所定の分流比で処理チャンバ１８に供給する。なお、分流比αとは、単一流路Ｐ０を流量Ｑ０で流れるプロセスガスを、第１の流路Ｐ１に流量Ｑ１、第２の流路Ｐ２に流量Ｑ２で分流した場合に、式α＝Ｑ１／Ｑ２で表される無次元数である。
In the figure,
分流制御装置１３は、流路Ｐ１・Ｐ２において上流側に介設された流量検出器１４・１５と、流量検出器１４・１５の下流側に介設された制御弁１６・１７と、制御弁１６・１７の開度を操作して分流比を制御する制御部１を有している。制御部１は、下記で詳細に説明するとおり、流路Ｐ１・Ｐ２を流れるプロセスガスの実流量Ｑ１・Ｑ２に対応する流量検出器１４・１５が検出した検出信号Ｓ１・Ｓ２と、システム制御手段２０から入力された目標分流比を表す設定信号Ｓ０に基づき制御弁１６・１７の開度を操作する開度信号Ｓ３・Ｓ４を求め、その開度信号Ｓ３・Ｓ４を制御弁１６・１７に出力して各々の弁開度を操作することにより、流路Ｐ１・Ｐ２を流れるプロセスガスの分流比を制御する。
The
ここで、分流制御装置１３について、その全体構成を示す図２を参照して説明する。なお、以下の説明では、第１の流路Ｐ１に介設された流量検出器１４および制御弁１６ならびに制御部１のハードウエア的な構成について説明するが、第２の流路Ｐ２に介設された流量検出器１５、制御弁１７の構成についても同様である。
Here, the
分流制御装置１３はその内部に流路Ｐ１・Ｐ２を構成する管路が形成されたガス管Ｐを有し、単一流路Ｐ０から分岐した流路Ｐ１・Ｐ２の下流端は分流制御装置１３の流路Ｐ１・Ｐ２の上流端に接続され、処理チャンバ１８に接続される流路Ｐ１・Ｐ２の上流端は分流制御装置１３の流路Ｐ１・Ｐ２の下流端に接続されている。
The
上記したように流路Ｐ１の上流側に設けられた流量検出器１４は、複数のバイパス管が束ねられたバイパス管群１４ａと、バイパス管群１４ａの上流側に形成された開口から流路Ｐ１を流れるプロセスガスの一部を導入し、ガス管Ｐの外側に迂回させて流し、バイパス管群１４ａの下流側に形成された開口から排出するセンサ管１４ｂを有している。このセンサ管１４ｂは、バイパス管群１４ａを流れるガス流量に対して常に一定の比率の流量が流れるよう構成されている。
As described above, the
流量検出器１４において符号１４ｃは、直列に接続された一対の電気抵抗線であり、いずれもセンサ管１４ｂの外面に巻回されている。この電気抵抗線１４ｃは不図示の基準電気抵抗線と共にブリッジ回路を構成しており、当該ブリッジ回路に一定の電流が流されると、電気抵抗線１４ｃは発熱する。そして、センサ管１４ｂにプロセスガスが流れると、プロセスガスによって電気抵抗線１４ｃの熱が奪われ、双方の電気抵抗線１４ｃに温度差が生じ、双方の電気抵抗線１４ｃの間に電位差が生じる。符号１４ｄは、電気抵抗線１４ｃの間に発生した電位差を検出し、電気通信回路１３ｅを介して検出信号Ｓ１として制御部１に出力するセンサ回路である。
In the
流量検出器１４・１５から検出信号Ｓ１・Ｓ２が入力された制御部１は、検出信号Ｓ１・Ｓ２を制御部１のＲＡＭ（記憶手段）１ｂに書き込み（図３参照）、下記で詳述するように検出信号Ｓ１・Ｓ２に基づき所定の演算処理を行い、制御弁１６・１７の弁開度を操作する開度信号Ｓ３・Ｓ４を求め、開度信号Ｓ３・Ｓ４を制御弁１６・１７に出力する。
The
流路Ｐ１において流量検出器１４の下流に設けられた制御弁１６は、例えばＮｉ−Ｃｏ合金等で構成される屈曲可能な薄板状のダイヤフラム１６ｂと、ダイヤフラム１６ｂに対向する位置に配置されプロセスガスが流通する弁口１６ａを有している。ダイヤフラム１６ｂは弁口１６ａに向けて屈曲自在に構成されており、弁口１６ａの弁開度を操作する。
A
制御弁１６において符号１６ｃは、上記ダイヤフラム１６ｂを屈曲変形させる略柱形状のアクチュエータである。アクチュエータ１６ｃは、その下端部が直接的または間接的にダイヤフラム１６ｂの中央に接するようにダイヤフラム１６ｂの上方に配置されている。本態様のアクチュエータ１６ｃは、複数の圧電素子が上下に積層されてなる積層型圧電アクチュエータであり、アクチュエータ１６ｃに電圧が印加されると上下方向に圧電素子が変位し、アクチュエータ１６ｃは全体として伸縮する。そのアクチュエータ１６ｃの伸縮により生じる推力がダイヤフラム１６ｂに作用し、ダイヤフラム１６ｂを屈曲変形させる。なお、上記ダイヤフラム１６ｂおよびアクチュエータ１６ｃは筐体１６ｅに収容されている。
制御弁１６において符号１６ｄは、制御部１から出力された開度信号Ｓ３をアクチュエータ１６ｃが実際に駆動する電圧に変換し、当該電圧をアクチュエータ１６ｃに印加する弁駆動回路である。すなわち、弁駆動回路１６ｄは、開度信号Ｓ３をアクチュエータ１６ｃに変位を発生させるための実際の電圧値に変換し、この電圧値を表す弁駆動電圧信号としてアクチュエータ１６ｃに出力する。この弁駆動電圧信号の示す実際の電圧値に応じてアクチュエータ１６ｃは屈曲変形し、弁口１６ａの弁開度が変化し、流路Ｐ１を流れるプロセスガスの流量が制御される。
［制御部の構成］ 分流制御装置１３の制御部１の構成について、図３および４を参照しつつ詳細に説明する。例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータ、通信用インターフェース部品その他の電子部品で構成された制御基板である制御部１は、その概略構成を図３（ａ）に示すように、分流制御装置１３の動作を制御するプログラムを実行するＣＰＵ１ａが、ＲＯＭ２、ＲＡＭ１ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１ｃ・１ｄ、Ｄ／Ａ変換回路１ｅ・１ｆ、通信用インターフェース回路１ｇ・１ｈにバス１ｉで接続されている。なお、ＲＯＭ２、ＲＡＭ１ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１ｃ・１ｄ、Ｄ／Ａ変換回路１ｅ・１ｆとバス1ｉとの間は、不図示の入出力用インターフェース回路で接続されている。
[Configuration of Control Unit] The configuration of the
ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはフラッシュメモリ等で構成されたＲＯＭ２には、分流制御装置１３の動作を制御するためＣＰＵ１ａに実行させる処理プログラムが記憶されている。ＣＰＵ１ａは、ＲＯＭ２に記憶されているプログラムを実行し、分流制御装置１３を動作せしめる。
A processing program to be executed by the
ＲＡＭ１ｂは、ＣＰＵ１ａがプログラムを実行する際に演算処理するための計算領域、及びプログラムを実行する際に必要な各種の情報を予め記憶させておくための記憶領域を有する記憶手段であるメモリである。なお、ＲＡＭ１ｂの記憶領域の構成については、下記で詳細に説明する。
The
Ａ／Ｄ変換回路１ｃ・１ｄは、それぞれ電気通信回線を介して流量検出器１４・１５に接続され、流量検出器１４・１５から入力されたアナログ信号である検出信号Ｓ１・Ｓ２をデジタル信号である検出流量情報に変換する。その変換された検出流量情報はバス１ｉを通じてＲＡＭ１ｂに記憶される。また、Ｄ／Ａ変換回路１ｅ・１ｆは、それぞれ電子通信回線を介して制御弁１６・１７（具体的には図２に示した弁駆動回路１６ｄ・１７ｄ）に接続され、制御部１で算出されたデジタル信号である弁開度信号値をアナログ信号である開度信号Ｓ３・Ｓ４に変換する。開度信号Ｓ３・Ｓ４は制御弁１６・１７に出力される。
The A /
通信用インターフェース回路１ｇ・１ｈは、それぞれ電気通信回線を介してシステム制御手段２０および表示装置に接続され、システム制御手段２０からの設定信号Ｓ０を制御部１に入力し、流路Ｐ１・Ｐ２における実分流比を示す出力信号Ｓｏｕｔを表示装置に出力する際に使用される。
The
［分流比制御の原理］
ここで、上記ＲＡＭ１ｂの記憶領域に記憶された分流制御装置１３を制御する際に利用される情報およびＲＯＭ２に記憶された分流制御装置１３の動作を制御するプログラムの構成ならびに当該プログラムによる分流制御装置１３の動作フローを説明する前に、各々の構成要素の相互関係の理解のため、まず分流制御装置１３の動作原理について図５を参照して説明する。
[Principle of split ratio control]
Here, the information used when controlling the flow dividing
図５に示すとおり、目標分流比αｓｐｔを示す設定信号Ｓ０がシステム制御手段２０から分流制御装置１３に入力されると、分流制御装置１３は、開始時刻ｔ０を起点として現在の分流比から目標分流比αｓｐｔに向け分流比の制御を開始する。そして、プロセスガスが分流して流れる複数の２次流路における実際の実分流比αｔは、制御開始時刻ｔ０の直後の立上初期の期間Ｔ１および期間Ｔ１に引き続く立上中期の期間Ｔ２の間において目標分流比αｓｐｔに向けて時間の経過とともに一定の傾斜で立ち上がり、期間Ｔ２に引き続く立上終期の期間Ｔ３において目標分流比αｓｐｔに到達すると一定の振幅で変化しながら時間の経過とともに目標分流比αｓｐｔに収束し、開始時刻ｔ０から一定の期間Ｔ（静定期間）が経過した所定の時刻ｔ３で静定し、時刻ｔ３以降、プロセスガスは所定の目標分流比αｓｐｔで２次流路Ｐ１・Ｐ２を安定して流通する。なお、以下、上記期間Ｔ１を立上初期、期間Ｔ２を立上中期、期間Ｔ３を立上終期と言う場合がある。
As shown in FIG. 5, when the setting signal S0 indicating the target diversion ratio αspt is input from the system control means 20 to the
ここで、上記したように機械的制御弁を用いたプロセスガスの流量制御においては、指令（開度信号）に対する系全体の応答性が低いため、その指令に応じた出力（弁開運動）が即座に表れ難く、立上初期Ｔ１及び中期Ｔ２における実分流比の立上傾斜が大きくなるよう分流比を制御すると、過大なオーバーシュートが発生し立上終期Ｔ３における実分流比αｔが振動して静定期間Ｔが遅延し、これが著しい場合には発振して制御不能となる（図１６（ａ）符号αｔ１、αｔ２参照）。したがって、従来技術においては、立上初期Ｔ１及び中期Ｔ２における実分流比αｔの立上傾斜を抑制するよう分流比を制御する必要がある。しかしながら、実分流比の立上傾斜を抑制するとプロセスガスの供給が不安定な静定期間Ｔが全体として延びるため、半導体ウエアの品質が劣化する恐れがある。 Here, in the process gas flow rate control using the mechanical control valve as described above, since the response of the entire system to the command (opening signal) is low, the output (valve opening motion) corresponding to the command is If the diversion ratio is controlled so that the rising slope of the actual diversion ratio at the initial rise T1 and the middle period T2 is increased, an excessive overshoot occurs, and the real diversion ratio αt at the final rise T3 oscillates. When the settling period T is delayed and this is significant, it oscillates and becomes uncontrollable (see symbols αt1 and αt2 in FIG. 16A). Therefore, in the prior art, it is necessary to control the diversion ratio so as to suppress the rising slope of the actual diversion ratio αt in the initial rise T1 and the middle period T2. However, if the rising slope of the actual flow ratio is suppressed, the settling period T during which the process gas supply is unstable is extended as a whole, so that the quality of the semiconductor wear may be deteriorated.
そこで、本発明に係わる分流制御装置１３では、１．（１）立上初期Ｔ１においては、所定の初期目標分流比αｓｐｔｆに対応した弁開度まで制御弁を短時間で開閉し、立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１において実分流比αｔを目標分流比αｓｐｔに近接させるとともに、（２）当該完了時刻ｔ１後の立上中期Ｔ２の間においては実分流比αｔの立上傾斜を立上初期Ｔ１よりも抑制し、立上終期Ｔ３における実分流比αｔの過度な振動や発振を防止し、２．立上中期Ｔ２の途中に設定した所定時刻ｔａで予定分流比αｓｐｔｍと実分流比αｔとを比較し、実分流比αｔの立上傾斜を抑制した立上中期Ｔ２において予定分流比に対し実分流比αｔが剥離している場合には、実分流比αｔが予定分流比に一致するように制御パラメータを修正し、立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２で予定分流比に対し遅れることなく実分流比αｔを到達せしめ、３．立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２後の立上終期Ｔ３においては、上記１−（２）の制御を維持しつつ、目標分流比αｓｐｔを基準として立上終期Ｔ３に設けた判定領域Ｈと実分流比αｔとを比較し、実分流比αｔが判定領域Ｈから逸脱した場合には、実分流比αｔが目標分流比αｓｐｔに一致するように制御パラメータを修正し、立上終期Ｔ３における実分流比αｔの過度な振動や発振を防止し、立上終期Ｔ３の完了時刻ｔ３（静定時刻）において確実に実分流比αｔを静定する、ことを原理として構成されている。なお、これら１〜３の原理は、いずれも実分流比αｔの静定の遅延を抑制し、分流比の立ち上がりの応答性を改善するために有効であり、各原理は単独にまたはいずれかと組み合わせて構成することができる。また、図５では、現在の分流比から高い目標分流比αｓｐｔに向い実分流比αｔを制御する場合を示しているが、低い目標分流比に向い制御する場合でも原理的には同様である。
Therefore, in the
［ＲＡＭの記憶領域の構成］
上記原理１〜３に対応するプログラムをＣＰＵ１ａに実行させるにあたり、プログラムの実行のために必要な各種情報を記憶しているＲＡＭ１ｂの主な記憶領域について、図３（ｂ）を参照して説明する。なお、以下の説明では、図１に示す第２の流路Ｐ２に設けられた制御弁１７の弁開度を常に全開とし、第１の流路Ｐ１に設けられた制御弁１６の弁開度のみを操作して分流比を制御する場合、すなわち制御弁１７に出力される開度信号Ｓ４が常に全開で、制御弁１６に出力される開度信号Ｓ３が各ステップで変化する場合を例とし、プログラムの構成およびその動作について説明する。しかしながら、本発明に係わる分流制御装置はこの態様に限定されず、複数の２次流路に設けられた制御弁の弁開度を同時に操作して分流比を制御する場合にも、適用可能である。
[RAM storage area configuration]
The main storage area of the
ＲＡＭ１ｂにおいて符号１ｊは、主に制御部１に入出力される情報の記憶領域である。その目標分流比情報領域にはシステム制御手段２０から入力された設定信号Ｓ０である目標分流比αｓｐｔが、検出流量情報領域には検出信号Ｓ１・Ｓ２がデジタル変換された検出流量値Ｑ１・Ｑ２が、弁開度情報領域にはプログラムを実行して算出された弁開度信号値Ｒ３ａ〜Ｒ３ｄおよびＲ４が記憶されている。
In the
符号１ｋは、原理１−（１）に対応するプログラムが利用する初期開度演算情報の記憶領域であり、立上初期Ｔ１における弁開度信号値Ｒ３ａを定める初期開度情報Ａが記憶されている。また、符号１Ｌは、原理１−（２）に対応するプログラムが利用する開度演算情報の記憶領域であり、弁開度信号値Ｒ３ｂを演算するのに使用されるＰＩＤ係数（Ｋｐ：比例係数、Ｋｉ：積分係数、Ｋｄ：微分係数）および当該ＰＩＤ係数を補正するために使用される立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１、初期目標分流比αｓｐｔｆおよび補正情報Ｂが記憶されている。
符号１ｎは、原理２に対応するプログラムが利用する第２の調整情報の記憶領域であり、立上中期Ｔ２において指定される時刻ｔａ、その時刻ｔａにおける予定分流比αｓｐｔｍおよび弁開度信号値Ｒ３ｂを補正し弁開度信号値Ｒ３ｄを求めるために使用される第２の調整情報Ｃが記憶されている。
Reference numeral 1n is a storage area for the second adjustment information used by the program corresponding to the
符号１ｍは、原理３に対応するプログラムが利用する第１の調整情報の記憶領域であり、判定領域Ｈの設定情報である上限値Ｈｍａｘ・下限値Ｈｍｉｎおよび時間軸に沿う方向の判定領域の幅である期間Ｔ３、弁開度信号値Ｒ３ｂを補正し弁開度信号値Ｒ３ｃを求めるための第１の調整情報Ｄが記憶されている。
Reference numeral 1m is a storage area for the first adjustment information used by the program corresponding to
符号１ｏは、プログラムが実行された結果が記憶される領域であり、実分流比情報の記憶領域には実分流比αｔが、偏差情報の記憶領域には偏差εが記憶されている。実分流比情報領域に記憶された実分流比αｔは表示装置に表示するための出力信号Ｓｏｕｔとしても利用される。なお、上記以外の例えば検出流量情報Ｑ１・Ｑ２の経時的な変更履歴その他の情報も必要に応じ適宜ＲＡＭ１ｂに記憶領域を設け、記憶させることができる。
Reference numeral 1o is an area in which the result of program execution is stored, the actual diversion ratio information storage area for the real diversion ratio information and the deviation ε for the deviation information storage area. The actual flow ratio αt stored in the actual flow ratio information area is also used as an output signal Sout for displaying on the display device. In addition to the above, for example, a change history with time of the detected flow rate information Q1 and Q2 and other information can be appropriately stored in the
［プログラムの構成］
上記ＲＡＭ１ｂに記憶された情報を利用し、分流制御装置１３の動作を制御するための処理をＣＰＵ１ａに実行させるプログラムの主要な構成について、図４を参照して説明する。なお、図４に示すプログラムの各部は主要部のみを示しているが、例えばシステム制御手段２０や表示装置と制御部１との間の情報通信も図示しない通信制御部で制御されている。また、分流制御装置１３の制御は、ＲＯＭ２に記憶されたソフトウエアであるプログラムで実行されるが、プログラムの各部の一部または全部を例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの専用ＩＣに組み込み、当該専用ＩＣを制御基板に搭載することもできる。
[Program structure]
A main configuration of a program for causing the
図４において符号２ａはメインプログラムである主制御部であり、システム制御手段２０からの設定信号Ｓ０の入力をトリガーとして起動し、下記説明するサブプログラムである各部の動作を統括する。すなわち、ＣＰＵ１ａは主制御部２ａを実行することにより、プログラムの各部をＲＯＭ２から読み出し、各部を実行して分流制御装置１３の動作を制御する。
In FIG. 4,
符号２ｂは、実分流比演算部であり、ＲＡＭ１ｂの検出流量情報領域から検出流量値Ｑ１・Ｑ２を読み込み、演算式αｔ＝Ｑ１／Ｑ２で演算して実分流比αｔを算出し、ＲＡＭ１ｂの実分流比情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。また、符号２ｃは比較部であり、ＲＡＭ１ｂの実分流比情報領域から実分流比αｔ、目標分流比情報領域から目標分流比αｓｐｔを読み込み、演算式ε＝αｓｐｔ−αｔで演算して偏差εを算出し、ＲＡＭ１ｂの偏差情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。
符号２ｄは初期開度演算部であり、上記原理１−（１）に対応するプログラムである。初期開度演算部２ｄは、ＲＡＭ１ｂの目標分流比情報領域から目標分流比αｓｐｔおよび初期開度演算情報領域から初期開度情報Ａを読み込み、目標分流比αｓｐｔおよび初期開度情報Ａに基づいて弁開度信号値Ｒ３ａを求め、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。
符号２ｅは開度演算部であり、上記原理１−（２）に対応するプログラムである。開度演算部２ｅは、ＲＡＭ１ｂの開度演算情報領域からＰＩＤ係数並びに立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１、初期目標分流比αｓｐｔｆおよび補正情報Ｂを読み込み、所定の論理により弁開度信号値Ｒ３ｂを求め、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。
Reference numeral 2e denotes an opening calculation unit, which is a program corresponding to the principle 1- (2). The opening calculation unit 2e reads the PID coefficient, the completion time t1 of the start-up initial T1, the initial target diversion ratio αsptf, and the correction information B from the opening calculation information area of the
符号２ｆは第１の調整部であり、上記原理３に対応するプログラムである。第１の調整部２ｆは、ＲＡＭ１ｂの第１の調整情報領域から判定領域Ｈの設定情報である上限値Ｈｍａｘ・下限値Ｈｍｉｎおよび期間Ｔ３並びに第１の調整情報Ｄを読み込み、上記開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを所定の論理で補正し弁開度信号値Ｒ３ｃとし、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。
符号２ｇは第２の調整部であり、上記原理２に対応するプログラムである。第２の調整部２ｇは、ＲＡＭ１ｂの第２の調整情報領域から予定分流比αｓｐｔｍ、設定時刻ｔａおよび第２の調整情報Ｃを読み込み、上記開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを所定の論理で補正し弁開度信号値Ｒ３ｄとし、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。符号２ｈは信号出力部であり、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域から弁開度信号値Ｒ３ａ〜Ｒ３ｄおよびＲ４を読み込み、制御弁１６および１７を操作する実際の電圧値に対応した開度信号Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄおよびＳ４に変換し、制御弁１６および１７へ出力する処理をＣＰＵ１ａに実行させる。
［プログラムの動作］
上記構成のプログラムの動作について、その動作フローを示す図６〜図１８を参照して説明する。
[Program operation]
The operation of the program having the above configuration will be described with reference to FIGS.
［主制御部の動作］
図６は、主制御部２ａが実行する処理の流れを示すフロー図である。主制御部２ａは、ステップＳ１においてシステム制御手段２０から設定信号Ｓ０が入力されると、システム制御手段２０から停止指令が入力されるまで、例えば１０ｍｓの一定の周期で作動する監視タイマーのタイマー制御（ステップＳ２）により無限ループで実行する基本フローを有している。この基本フローは、実分流比演算ステップＳ３から偏差演算ステップＳ４および開度演算ステップＳ７を経て、信号出力ステップＳ１６に至る流れであり、この基本フローにより制御弁１６を制御するための基本情報である弁開度信号値Ｒ３ｂを求めるよう構成されている。
[Operation of main controller]
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of processing executed by the
そして、主制御部２ａは、上記基本フローに加え、分流比の制御を開始した直後の実分流比αｔの立ち上がり期間Ｔにおいては、ＲＡＭ１ｂに記憶された情報に基づき、ステップＳ５、ステップＳ１０、ステップＳ１４で立上初期Ｔ１〜終期Ｔ３の各期間に現在時刻ｔが含まれているか否かを判断する。この判断の後に、主制御部２ａは、初期開度演算部２ｄ、第１の調整部２ｆ、第２の調整部２ｇをＣＰＵ１ａに実行させ、初期開度演算ステップＳ６、第１の調整ステップＳ１１、第２の調整ステップＳ１５で立上初期Ｔ１〜終期Ｔ３の各期間に応じた弁開度信号値Ｒ３ａ・Ｒ３ｃ・Ｒ３ｄを求める。以下、図６の各ステップＳ１〜Ｓ１６について詳細に説明する。
Then, in addition to the above basic flow, the
実分流比演算部２ｂは、実分流比演算ステップＳ３において、ＲＡＭ１ｂの検出流量情報領域を参照し検出流量値Ｑ１・Ｑ２を読み込み、演算式α＝Ｑ１／Ｑ２で演算し、実分流比αｔを算出し、ＲＡＭ１ｂの実分流比情報領域に記憶する。
The actual diversion
比較部２ｃは、偏差演算ステップＳ４において、ＲＡＭ１ｂの目標分流比情報領域から目標分流比αｓｐｔを、実分流比情報領域から実分流比αｔを読み込み、目標分流比αｓｐｔと実分流比αｔを演算式ε＝αｓｐｔ−αｔで演算し、偏差εを算出し、偏差情報領域に記憶する。この偏差εは、開度演算部２ｅが実行させる開度演算ステップＳ７で利用される。
In the deviation calculation step S4, the
［初期開度演算部の動作］
主制御部２ａは、ステップＳ１においてシステム制御手段２０から設定信号Ｓ０が制御部１に入力され、ステップＳ２〜Ｓ４を経た後、ステップＳ５において開度信号Ｓ３・Ｓ４を出力するための最初の処理であると判断した場合に、ＲＯＭ２から初期開度演算部２ｄを読み出しＣＰＵ１ａに実行させる。初期開度演算部２ｄは、初期開度演算ステップＳ６において、ＲＡＭ１ｂの目標分流比情報領域および初期開度演算情報領域に記憶された情報を利用し、立上初期Ｔ１における制御弁１６を操作する開度信号Ｓ３である弁開度信号値Ｒ３ａを算出する処理を行う。以下、初期開度演算ステップＳ６について、その詳細な動作フローである図７を参照して説明する。
[Operation of initial opening calculation unit]
In step S1, the
図７に示すように、初期開度演算部２ｄは、ステップＳ６ａにおいてＲＡＭ１ｂの目標分流比情報領域から目標分流比αｓｐｔを読み込み、ステップＳ６ｂにおいて初期開度演算情報領域から初期開度情報Ａを読み込み、目標分流比αｓｐｔに対応する初期開度情報値ａを選択する。
As shown in FIG. 7, the initial opening
初期開度情報Ａの概念を図８に示す。目標分流比αｓｐｔと初期開度情報ａとの関係を定める初期開度情報Ａは、横軸に目標分流比αｓｐｔ、縦軸に制御弁１６の初期開度情報値ａを設定した線図を考えた場合に、設定される目標分流比αｓｐｔの範囲（図８の場合は目標分流比が０〜２０）を複数に分割してなる区間α１〜α４ごとに設定された、図において符号Ｌ１〜Ｌ４で示す直線で表される一次式である。初期開度情報値ａは、この一次式Ｌ１〜Ｌ４に目標分流比αｓｐｔを代入して算出される。具体的に説明すると、目標分流比αｓｐｔが「６」の場合には、目標分流比αｓｐｔの範囲が４〜１０である区間α３に設定された一次式Ｌ３に「６」が代入され、初期開度情報値ａが求められる。
The concept of the initial opening degree information A is shown in FIG. The initial opening degree information A that defines the relationship between the target diversion ratio αspt and the initial opening degree information a is a diagram in which the horizontal axis represents the target diversion ratio αspt and the vertical axis represents the initial opening degree information value a of the
ここで、目標分流比αｓｐｔと初期開度情報値ａの関係を示す一次式Ｌ１〜Ｌ４である初期開度情報Ａは、分流制御装置１３を組み立てた後、この分流制御装置１３を半導体製造システム１０に組み込んで、または半導体製造システム１０と同等な環境および条件の下で、２次流路である流路Ｐ１およびＰ２に例えば窒素ガスなどの確認用ガスを流しつつ制御弁１６を操作して求めている。なお、実際に流路Ｐ１・Ｐ２を流れる実際のプロセスガスは上記確認用ガスとは異なる場合があるので、実際のプロセスガスの初期開度情報値は確認用ガスで求めた初期開度情報値ａを補正値（コンバージョンファクタ）で補正して算出される。この補正値はＲＯＭ２に記憶しておき、プロセスガスの種類により読み出して利用すればよい。
Here, the initial opening degree information A, which is a primary expression L1 to L4 indicating the relationship between the target diversion ratio αspt and the initial opening degree information value a, is obtained by assembling the
初期開度情報値ａの設定方法について説明する。図１に示すように組み立てられた分流制御装置１３において、流路Ｐ１およびＰ２に確認用ガスを流し、制御弁１７の弁開度を全開とし、制御弁１６の弁開度を全閉の状態から開きつつ流路Ｐ１・Ｐ２それぞれの流量Ｑ１・Ｑ２を流量検出器１４・１５で測定すると、図８において符号Ｇで示す曲線で表される制御弁１６の弁開度と実分流比の実関係式を得ることができる。この実関係式Ｇを例えばデータテーブル化し、初期開度情報Ａとして利用してもよい。
A method for setting the initial opening degree information value a will be described. In the
しかしながら、分流制御装置１３は個体ごとに特性が微妙に異なること、またプロセスガス供給系には劣化などにより経時的な変化が生じることを考慮すると、上記のような実関係式Ｇそのものを初期開度情報Ａとして利用することは工業生産上好ましくない。また、立上初期Ｔ１で発生する誤差は、その後の立上中期Ｔ２において修正することができる。そこで、本発明においては、分流制御装置１３の調整の容易な一次式を実関係式Ｇの近似式とし、実関係式Ｇに対する一次式の誤差を少なくするため、実関係式Ｇにおける実分流比の範囲を複数の区間α１〜α４に分割し、その分割区間α１〜α４ごとに区切られた実関係式Ｇ１〜Ｇ４の両端を結んだ一次式Ｌ１〜Ｌ４を初期開度情報Ａとした。この区間の分割方法は特に限定されないが、実関係式Ｇが比較的直線的に変化する分流比が高い領域は分割範囲を広く（図８の場合は目標分流比４〜２０）、実関係式Ｇが曲線的に変化する分流比が小さい領域（図８の場合は目標分流比０〜４）は分割区間を細かく設定することが、誤差を少なくするとともに一次式の数を減らしてプログラムの演算速度を高めるために望ましい。また、実関係式Ｇに近似させる式は一次式に限らず、また一次式の設定方法も上記に限定されないが、分流制御装置１３の調整を容易にするため概ね２〜３次程度の低次の項を含む近似式で設定することが好ましい。
However, considering that the characteristics of the
制御弁１６・１７が全く同じ特性を有している場合は、どちらの制御弁を制御するかによらず図８に示される目標分流比と初期開度情報値の関係は同じになる。したがって、一方の制御弁における、目標分流比と初期開度情報値の関係から導かれた一つの近似式を使用して初期開度情報値ａを求めることが可能である。しかし、制御弁１６・１７が異なる特性を有している場合には、どちらの制御弁を制御するかによって、図８に示される関係が異なることになるので、一方の制御弁に対応する近似式のみによって初期開度情報値を求めるのでは問題がある場合がある。よって、このような場合には、制御される制御弁ごとにそれぞれ対応する近似式が設定されることが好ましい。特に、大流量を制御する制御弁（例えばフルスケール流量が２０００ｓｃｃｍの制御弁）を制御弁１６・１７として使用する場合、大流量用制御弁は小流量制御用のものに比して、小流量域における特性差が装置ごとに生じやすいので、この場合には制御弁ごとに異なる近似式を設定することが好ましい。近似式の設定方法は、前述の方法により、制御弁ごとに取得した実関係式から近似式を設定しても良いし、制御弁１６・１７が制御可能流量範囲の等しいものであれば、一方の制御弁で設定した近似式を弁開度についてオフセットさせて用いても良い。
When the
ついで、初期開度演算部２ｄは、図７に示すステップＳ６ｃにおいて選択された初期開度情報値ａを弁開度信号値Ｒ３ａに変換し、ステップＳ６ｄにおいて弁開度信号値Ｒ３ａをＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶し、図６に示すメインフローに戻る。信号出力部２ｈは、信号出力ステップＳ１６において、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域から弁開度信号Ｒ３ａを読み込み、制御弁１６の弁開度を操作する実際の電圧値に対応する開度信号Ｓ３ａに変換し、開度信号Ｓ３ａを開度信号Ｓ３として制御弁１６へ出力する。なお、上記したように制御弁１７へ出力される開度信号Ｓ４は、制御弁１７の弁開度が常に全開となるように設定されている。
Next, the initial
このように初期開度演算部２ｄが初期開度演算ステップＳ６を実行すると、図５に示すように、実分流比αｔは、分流比制御の開始時刻ｔ０から立上初期Ｔ１の間、目標分流比αｓｐｔに向かい比較的大きな傾斜で立ち上がり、完了時刻ｔ１において目標分流比αｓｐｔの５０〜６０％程度に設定された初期目標分流比αｓｐｔｆに到達する。そして、この完了時刻ｔ１が経過すると、開度演算部２ｅを中心とした分流比制御が引き続き実行される。
When the initial
［開度演算部の動作］
開度演算部２ｅが実行する開度演算ステップＳ７について図１０を参照して説明する。上記したように、開度演算ステップＳ７は、立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１以降、分流制御の停止指令が入力されるまでの全ての期間において実行される基本的な処理であり、ＲＡＭ１ｂの偏差情報領域に記憶された偏差εと開度演算情報領域に記憶されたＰＩＤ係数（比例係数Ｋｐ・積分係数Ｋｉ・微分係数Ｋｄ）を読み込み、ＰＩＤ制御理論に基づく演算式（以下ＰＩＤ演算式と言う。）に代入して演算を実行し、弁開度信号値Ｒ３ｂを算出する。なお、弁開度信号値Ｒ３ｂを算出する演算式はＰＩＤ演算式に限定されず、比例制御・サーボ制御その他各種制御理論に基づく種々の演算式を利用することができるが、制御調整の容易で立上終期Ｔ３における過大な振動や発振を防止可能なＰＩＤ演算式を用いることが望ましい。また、演算式がＰＩＤ演算式の場合には、微分係数Ｋｄを利用せず比例係数Ｋｐと積分係数Ｋｉのみを利用することが、立上終期Ｔ３以降における系の安定性を向上させる点で好ましい。
[Operation of opening calculation unit]
The opening calculation step S7 executed by the opening calculation unit 2e will be described with reference to FIG. As described above, the opening calculation step S7 is a basic process that is executed after the completion time t1 of the start-up initial period T1 until a shunt control stop command is input. The deviation ε stored in the information area and the PID coefficient (proportional coefficient Kp, integral coefficient Ki, differential coefficient Kd) stored in the opening calculation information area are read, and an arithmetic expression based on PID control theory (hereinafter referred to as a PID arithmetic expression) Substituting for the calculation of the valve opening signal value R3b. The calculation formula for calculating the valve opening signal value R3b is not limited to the PID calculation formula, and various calculation formulas based on various control theories such as proportional control / servo control can be used, but control adjustment is easy. It is desirable to use a PID arithmetic expression that can prevent excessive vibration and oscillation at the end of startup T3. Further, when the arithmetic expression is a PID arithmetic expression, it is preferable to use only the proportional coefficient Kp and the integral coefficient Ki without using the differential coefficient Kd in terms of improving the stability of the system after the start-up end T3. .
流量制御弁１６・１７に小流量制御用の制御弁（例えばフルスケール流量が５００ｓｃｃｍの制御弁）を使用した場合には、小流量の流量を制御する際にも応答速度が速いので、前述の近似式の設定に用いた実分流比の複数の区間α１〜α４の各点において、各区間における近似式の傾きをＰＩＤ係数（比例係数Ｋｐ・積分係数Ｋｉ・微分係数Ｋｄ）に乗じたものをＰＩＤ制御における係数として使用することができる。ここで、ＰＩＤ係数（比例係数Ｋｐ・積分係数Ｋｉ・微分係数Ｋｄ）に各区間における近似式の傾きを乗じたものは図２０（ａ）に示されるようなステップ状の変動になる。
一方、流量制御弁１６・１７に大流量制御用の制御弁を使用した場合には、応答速度が遅いために、図２０（ａ）に示されるステップ状の係数を、区間α１〜α４の各点にけるＰＩＤ制御に使用すると制御時間が長くなるので好ましくない。そこで、図２０（ａ）のステップ状の係数を直線補間して、図２０（ｂ）に示すように実分流比とともに連続的に変化するようにすることで、区間α１〜α４の各点でより適当な係数が選択されるので制御時間を短くすることが可能になる。
When a control valve for small flow rate control (for example, a control valve with a full-scale flow rate of 500 sccm) is used for the flow
On the other hand, when a control valve for large flow control is used as the
図１０（ａ）に示すように、立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１が経過すると、主制御部２ａはＲＯＭ２から開度演算部２ｅを読み出し、ＣＰＵ１ａに実行させる。開度演算部２ｅは、ステップＳ７ａにおいてＲＡＭ１ｂの開度演算情報領域から立上初期Ｔ１の完了時刻である設定時刻ｔ１を読み込み、ステップ７ｂにおいて監視タイマーから入力された現在時刻ｔと設定時刻ｔ１を比較する。開度演算部２ｅは、ステップＳ７ｃにおいて現在時刻ｔと設定時刻ｔ１とが一致するか否かを判断し、現在時刻ｔが立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１と一致しない場合（つまり立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１以降の分流制御装置１３を制御する期間）においては、ステップＳ７ｄに進み、ＲＡＭ１ｂの開度演算情報領域からＰＩＤ係数（比例係数Ｋｐ・積分係数Ｋｉ・微分係数Ｋｄ）と偏差情報領域から偏差εを読み込み、ステップＳ７ｅにおいて読み込んだＰＩＤ係数と偏差εをそのままＰＩＤ演算式に代入して演算し、弁開度信号値Ｒ３ｂを算出し、ステップＳ７ｆにおいてＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する。なお、ＰＩＤ係数は、立上中期Ｔ２の実分流比αｔが適宜な立上傾斜を有し、立上終期Ｔ３における振動や発振を防止し所望の時間内に静定期間Ｔが収まるよう、上記初期開度情報Ａの場合と同様に実際の分流制御装置１３を調整しつつ求めることが望ましい。以上が、立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１以降において、制御弁１６の開度信号Ｓ３ｂを設定するための弁開度信号値Ｒ３ｂを求める基本的な処理フローとなる。
As shown in FIG. 10A, when the completion time t1 of the initial startup T1 has elapsed, the
ここで、初期開度設定ステップＳ６の実行後、図９に示すように、立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１における初期目標分流比αｓｐｔｆと実分流比α１との間に、ε１＝αｓｐｔｆ−α１の演算式で演算して求められる偏差ε１が生じている場合がある。この偏差ε１がε１＜εｓ（εｓは偏差許容値）の場合には立上初期Ｔ１において実分流比αｔの立ち上がりが遅延しており、静定期間Ｔが長くなる可能性がある。一方で、偏差ε１がε１＞εｓの場合には立上初期Ｔ１において実分流比αｔの立上傾斜が過大であり、立上終期Ｔ３において過大な振動や発振が生じ、同様に静定期間Ｔが長くなる可能性がある。そこで、主制御部２ａは、偏差ε１が生じている場合には、立上中期Ｔ２において偏差ε１を解消して予定分流比に一致するように上記ＰＩＤ係数の補正処理を行うため、開度演算部２ｅのサブプログラムである初期分流比補正部をＣＰＵ１ａに実行させる。
Here, after the execution of the initial opening setting step S6, as shown in FIG. 9, between ε1 = αsptf−α1 between the initial target diversion ratio αsptf and the actual diversion ratio α1 at the completion time t1 of the start-up initial T1. There may be a deviation ε1 calculated by an arithmetic expression. When this deviation ε1 is ε1 <εs (εs is an allowable deviation value), the rising of the actual diversion ratio αt is delayed in the initial rising T1, and the static stabilization period T may become longer. On the other hand, when the deviation ε1 is ε1> εs, the rising slope of the actual diversion ratio αt is excessive at the initial startup T1, and excessive vibration or oscillation occurs at the final startup T3. May be longer. Therefore, when the deviation ε1 occurs, the
すなわち、主制御部２ａは、図１０（ａ）に示すステップＳ７ｃにおいて現在時刻ｔと設定時刻ｔ１とが一致すると判断した場合には、初期分流比補正部をＣＰＵ１ａに実行させる（ステップＳ７ｇ）。初期分流比補正部は、図１０（ｂ）に示すように、ステップＳ７ｈにおいてＲＡＭ１ｂの実分流比情報領域から設定時刻ｔ１における実分流比α１を読み込むとともに、ステップＳ７ｉで開度演算情報領域から初期目標分流比αｓｐｔｆを読み込み、ステップＳ７ｊで両者を比較する。ステップＳ７ｋにおいて実分流比α１と初期目標分流比αｓｐｔｆとが一致すると判断した場合には、ステップＳ７Ｌを実行し、図１０（ａ）のステップＳ７ｄへ進む。一方で、ステップＳ７ｋにおいて、実分流比α１と初期目標分流比αｓｐｔｆとが相違すると判断した場合には、以下のステップＳ７ｍ〜Ｓ７ｏでＰＩＤ係数を補正する処理を実行する。なお、上記初期目標分流比αｓｐｔｆは、目標分流比αｓｐｔに対し例えば５０％などの一定の割合を乗じて設定した値であってもよい。
That is, when determining that the current time t and the set time t1 coincide in step S7c shown in FIG. 10A, the
ＰＩＤ係数の補正処理について説明する。初期分流比補正部は、ステップＳ７ｍにおいてＲＡＭ１ｂの開度演算情報領域からＰＩＤ係数を読み込み、ステップＳ７ｎにおいて実分流比αｔの立上傾斜に関係するＰＩＤ係数の比例係数Ｋｐおよび積分係数Ｋｉを補正するための補正情報Ｂを同領域から読み込む。この補正情報Ｂは、例えば図１１に示すように偏差ε１に対応した補正値ｂを有するデータテーブルであり、初期目標分流比αｓｐｔｆに対する偏差ε１の比率に対応して補正値ｂが設定されている。そして、初期分流比補正部は、ステップＳ７ｏにおいて、偏差ε１が０未満の場合には比例係数Ｋｐおよび積分係数Ｋｉに補正値ｂを乗じ、０を超える場合には補正値ｂで除する補正をし、その後、図１０（ａ）に示すステップＳ７ｅに進み、補正されたＰＩＤ係数と偏差εが代入されたＰＩＤ演算式に基づき弁開度信号値Ｒ３ｂを算出する。
PID coefficient correction processing will be described. The initial diversion ratio correction unit reads the PID coefficient from the opening calculation information area of the
このように開度演算部２ｅが、開度演算ステップＳ７を実行することにより、立上中期Ｔ２における実分流比αｔの立上傾斜を立上初期Ｔ１よりも抑制して、立上終期Ｔ３における実分流比αｔの過度な振動や発振を防止することが可能となる。なお、初期分流比補正ステップが実行する処理は、後述する第２の調整部２ｇがＣＰＵ１ａに実行させる処理と類似しており、初期分流比補正部は必ずしも設定する必要はないが、初期開度設定ステップＳ６の実行後の設定時刻ｔ１において実行すれば、立上中期Ｔ２の全期間において偏差ε１を除々に修正できるので、実分流比αｔの急激な変化が少なく有利である。
Thus opening calculating section 2 e is, by performing the opening operation step S7, to suppress than startup initial T1 the rising slope of the actual flow ratio αt in rising metaphase T2, rising end T3 It is possible to prevent excessive vibration and oscillation of the actual flow ratio αt. Note that the process executed by the initial diversion ratio correction step is similar to the process that the
［第２の調整部の動作］
上記開度演算ステップＳ７が終了すると、主制御部２ａは、上記原理２および３に対応し、第１の調整部２ｆおよび第２の調整部２ｇをＣＰＵ１ａに実行させることにより、立上中期Ｔ２および終期Ｔ３において開度演算ステップＳ７で算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを補正し、弁開度信号値Ｒ３ｃおよびＲ３ｄを算出する。すなわち、図６に示すように、開度演算ステップＳ７の後、現在時刻ｔが立上中期Ｔ２と立上終期Ｔ３のいずれかに属するかについて判断するため、ステップＳ８においてＲＡＭ１ｂの第１の調整情報領域から立上終期の設定期間Ｔ３（立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２を起点とし立上終期Ｔ３の完了時刻ｔ３に至る期間）を読み込み、ステップＳ９において現在時刻ｔと設定期間Ｔ３とを比較し、ステップＳ１０において設定期間Ｔ３の中に現在時刻ｔが含まれるか否かを判断する。そして設定期間Ｔ３の範囲外であると判断した場合には、ステップＳ１２へ進み、その後ステップＳ１３およびＳ１４を経た後に、制御部２ａは第２の調整部２ｇをＣＰＵ１ａに実行させる。また、上記ステップＳ１０において、現在時刻ｔが設定期間Ｔ３の範囲内であると判断した場合には、制御部２ａは第１の調整部２ｆをＣＰＵ１ａに実行させる。以下、まず第２の調整部２ｇの実行に関連する処理について説明し、その後第１の調整部２ｆが実行する処理について説明する。
[Operation of Second Adjustment Unit]
When the opening degree calculation step S7 ends, the
第２の調整部２ｇは、上記原理２に対応する処理が実行されるように構成されたプログラムである。すなわち、上記した開度演算部２ｅは、立上終期Ｔ３における振動や発振を防止するため、実分流比αｔの立上傾斜が立上初期Ｔ１よりも抑制された分流比の制御を実現している。このため開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂは比較的低くなるように設定されており、図１２に示すように、立上中期Ｔ２における想定した予定分流比に対し実分流比αｔが低目になる場合がある。そこで、第２の調整部２ｇは、立上中期Ｔ２において設定した時刻ｔａ（制御開始時刻ｔ０または立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１を起点として一定の期間Ｔａを経過した時点として設定される。）における実分流比αａと、当該設定時刻ｔａにおける予定分流比αｓｐｔｍとの間に、演算式εａ＝αｓｐｔｍ−αａで演算される偏差εａが生じた場合、立上中期Ｔ２の期間中に実分流比αｔが予定分流比に一致するように弁開度信号値Ｒ３ｂを補正し、偏差εａを解消するよう構成されている。
The
図６に示すように、上記ステップＳ１０において現在時刻ｔが設定期間Ｔ３の範囲外と判断された場合、主制御部２ａは、ステップＳ１２においてＲＡＭ１ｂの第２の調整情報領域から立上中期の設定期間Ｔ２（立上初期Ｔ１の完了時刻ｔ１を起点とし立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２に至る期間）を読み込み、ステップＳ１３において現在時刻ｔと設定期間Ｔ２とを比較し、ステップＳ１４において現在時刻ｔが設定期間Ｔ２の範囲内に含まれるか否かを判断する。ここで、ステップＳ１４において現在時刻ｔが設定期間Ｔ２の範囲外であると判断される場合は、制御開始初期における実分流比αｔの立ち上がりの期間Ｔ（立上初期Ｔ１〜立上終期Ｔ３）の中に現在時刻ｔは含まれず、プロセスガスが安定して供給されている期間に入っている。したがって、主制御部２ａは信号出力部２ｈを実行させ、信号出力ステップＳ１６において、開度演算ステップＳ７で算出された弁開度信号値Ｒ３ｂをそのまま開度信号Ｓ３ｂに変換し、制御弁１６に出力する。
As shown in FIG. 6, when it is determined in step S10 that the current time t is outside the range of the set period T3, the
上記ステップＳ１４において、現在時刻ｔが設定期間Ｔ２の範囲内であると判断される場合は、主制御部２ａは、ＲＯＭ２から読み出した第２の調整部２ｇをＣＰＵ１ａで実行させ、第２の調整ステップＳ１５により開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを補正する。第２の調整ステップＳ１５の詳細な動作フローである図１３に示すように、第２の調整部２ｇは、ステップＳ１５ａにおいてＲＡＭ１ｂの実分流比情報領域から設定時刻ｔａにおける実分流比αａを読み込むとともに、その後のステップＳ１５ｂにおいて第２の調整情報領域から当該設定時刻ｔａにおける予定分流比αｓｐｔｍを読み込み、ステップＳ１５ｃにおいて実分流比αａと予定分流比αｓｐｔｍとを比較する。そして、ステップＳ１５ｄにおいて両者が一致していると判断した場合には、予定分流比に対し実分流比αｔが想定通りに到達しており、弁開度信号値Ｒ３ｂを補正する必要がないので、ステップＳ１５ｉを実行し、図６のメイン動作フローの信号出力ステップＳ１６へ進み、上記と同様に開度信号Ｓ３ｂを出力する。
When it is determined in step S14 that the current time t is within the set period T2, the
一方で、ステップＳ１５ｄにおいて実分流比αａと予定分流比αｓｐｔｍが相違すると判断した場合には、以下のステップＳ１５ｅ〜Ｓ１５ｈで弁開度信号値Ｒ３ｂを補正し、弁開度信号Ｒ３ｄを算出する処理を実行する。まず、第２の調整部２ｇは、ステップＳ１５ｅにおいてＲＡＭ１ｂの第２の調整情報領域から第２の調整情報Ｃを読み込み、偏差εａに対応する調整値ｃを選択する。
On the other hand, if it is determined in step S15d that the actual diversion ratio αa is different from the planned diversion ratio αsptm, the valve opening signal value R3b is corrected and the valve opening signal R3d is calculated in the following steps S15e to S15h. Execute. First, in step S15e, the
上記第２の調整情報Ｃについて説明する。第２の調整情報Ｃは、実分流比αｔの立上傾斜に関係するＰＩＤ係数の比例係数Ｋｐおよび積分係数Ｋｉを補正するための情報である。この第２の調整情報Ｃは、例えば図１４に示すように偏差εａに対応した調整値ｃを有するデータテーブルであり、予定分流比αｓｐｔｍに対する偏差εａの比率に対応して調整値ｃが設定されている。なお、予定分流比に対する実分流比αｔが異なるか否かの確認は、当該立上中期Ｔ２において複数の時刻で行うことが好ましく、第２の調整情報Ｃである図１４に示すデータテーブルは、時間の経過の順に設定された複数の設定時刻ｔａ１〜ｔａ５およびその設定時刻ｔａ１〜ｔａ５ごとに設定された予定分流比に対する偏差εａの比に対応した調整値ｃを有する構造となっている。この調整値ｃは、図示するように偏差εａが大であるほど大きく、時間の経過とともに小となるように設定されており、立上終期Ｔ３に近い立上中期Ｔ２の後半における実分流比αｔの急激な変化を抑制しつつ立上中期Ｔ２において予定分流比に実分流比αｔを一致させる。なお、上記初期目標分流比αｓｐｔｍは、目標分流比αｓｐｔに対し一定の割合を乗じて設定した値であってもよい。 The second adjustment information C will be described. The second adjustment information C is information for correcting the proportional coefficient Kp and the integral coefficient Ki of the PID coefficient related to the rising slope of the actual diversion ratio αt. The second adjustment information C is, for example, a data table having an adjustment value c corresponding to the deviation εa as shown in FIG. 14, and the adjustment value c is set corresponding to the ratio of the deviation εa to the planned diversion ratio αsptm. ing. Note that it is preferable to confirm whether or not the actual diversion ratio αt with respect to the planned diversion ratio is different at a plurality of times in the start-up middle period T2, and the data table shown in FIG. A plurality of set times ta1 to ta5 set in the order of passage of time and an adjustment value c corresponding to the ratio of deviation εa to the planned diversion ratio set for each set time ta1 to ta5 are configured. As shown in the figure, the adjustment value c is set so as to increase as the deviation εa increases, and to decrease as time elapses. The actual flow ratio αt in the latter half of the rising middle period T2 close to the rising end T3. The actual diversion ratio αt is made to coincide with the planned diversion ratio at the middle start-up period T2 while suppressing an abrupt change. The initial target diversion ratio αsptm may be a value set by multiplying the target diversion ratio αspt by a certain ratio.
次いで、第２の調整部２ｇは、ステップＳ１５ｆにおいてＲＡＭ１ｂの開度情報領域から比例係数Ｋｐ、積分係数Ｋｉおよび微分係数Ｋｄを読み込むとともに、比例係数Ｋｐおよび積分係数Ｋｉに調整値ｃを乗じて補正し、ステップＳ１５ｇにおいて比例係数Ｋｐおよび積分係数Ｋｉが補正されたＰＩＤ係数と偏差εａをＰＩＤ演算式に代入して演算し、弁開度信号値Ｒ３ｄを算出し、ステップＳ１５ｈにおいてＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する。その後、図６に示すメイン動作フローの信号出力ステップＳ１６に進み、上記ステップＳ１５ｇで算出された弁開度信号値Ｒ３ｄを開度信号Ｓ３ｄに変換し、制御弁１６に出力する。
Next, the
ここで、予定分流比に対する実分流比αｔが異なるか否かを立上中期Ｔ２において複数の時刻で確認する場合には、その都度、第２の調整ステップＳ１５が実行され、予定分流比に対し実分流比αｔが一致するように弁開度信号値Ｒ３ｂが補正される。一方で、例えば立上中期Ｔ２の中心の時刻でのみ一点で確認する場合には、その後弁開度信号値Ｒ３ｂを補正する機会がなく、偏差εａを解消するように補正された弁開度信号値Ｒ３ｄのために補正後の実分流比αｔの立上傾斜が過大になる恐れがある。このような場合には、第２の調整情報領域に補正実行期間を記憶しておき、当該補正実行期間を信号出力部２ｈが読み込み、その補正実行期間の間だけ補正後の弁開度信号値Ｒ３ｄを変換した開度信号Ｓ３ｄを制御弁１６に出力し、補正実行期間を経過した後は補正前の弁開度信号値Ｒ３ｂを変換した開度信号Ｓ３ｂを出力するようにプログラムを構成することが望ましい。
Here, when confirming whether or not the actual diversion ratio αt with respect to the planned diversion ratio is different at a plurality of times in the startup middle period T2, the second adjustment step S15 is executed each time, The valve opening signal value R3b is corrected so that the actual flow ratio αt matches. On the other hand, for example, when checking at a single point only at the central time of the start-up middle period T2, there is no opportunity to correct the valve opening signal value R3b thereafter, and the valve opening signal corrected so as to eliminate the deviation εa. Because of the value R3d, there is a possibility that the rising slope of the corrected actual flow ratio αt becomes excessive. In such a case, the correction execution period is stored in the second adjustment information area, the correction execution period is read by the
以上のように第２の調整部２ｇが第２の調整ステップ１５を実行し、立上中期Ｔ２の途中の所定時刻ｔａで予定分流比αｓｐｔｍと実分流比αｔとを比較して両者の間に偏差εａが生じている場合には、実分流比αｔが予定分流比に一致するように、立上中期Ｔ２の期間中に当該偏差εａを解消するため弁開度信号値Ｒ３ｂの補正をするので、立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２における予定分流比に対し遅れることなく実分流比αｔを到達せしめることが可能となる。
As described above, the
［第１の調整部の動作］ 次に、第１の調整部２ｆの実行する第１の調整ステップＳ１１の動作フローについて説明する。図６に示すステップＳ１０において、現在時刻ｔが設定期間Ｔ３の範囲内であると判断した場合に、ＲＯＭ２から読み出されＣＰＵ１ａで実行される第１の調整部２ｆは、上記原理３に対応する処理を実行するプログラムである。すなわち、図１６（ａ）に示すように、例えば目標分流比αｓｐｔをオーバーシュートする実分流比αｔ１の最初の波ｎ１のオーバーシュート量が大きな場合には、立上終期Ｔ３における実分流比αｔの振動が過大となり、実分流比αｔ１の静定時刻が予定された完了時刻ｔ３を超過してしまう場合があり、これが著しいと図において符号αｔ２で示すように実分流比αｔ２が発振して制御不能となる。
[Operation of First Adjustment Unit] Next, an operation flow of the first adjustment step S11 executed by the
そこで、第１の調整部２ｆは、立上終期Ｔ３に生じる実分流比αｔの過大な振動や発振を防止するため、図１５に示すように、目標分流比αｓｐｔを基準として立上終期Ｔ３に設けられた判定領域Ｈと実分流比αｔとを対比し、実分流比αｔが判定領域Ｈから逸脱した場合には、実分流比αｔが目標分流比αｓｐｔに一致するように開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを補正する第１の調整ステップ１１が実行されるように構成されている。
Therefore, the
第１の調整部２ｆは、図１７に示すように、ステップＳ１１ａにおいて第１の調整情報領域から判定領域Ｈの設定情報である上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎを読み込み、ステップＳ１１ｂにおいてこの上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎと実分流比情報領域から読み込んだ実分流比αｔとを比較し、ステップＳ１１ｃにおいて実分流比αｔが上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎを超過しているか否かを判断する。そして、上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎを実分流比αｔが超過しておらず判定領域Ｈの範囲内である場合には、立上終期Ｔ３において振動や発振が生じる可能性が低いので、第１の調整部２ｆは、ステップＳ１１ｈを実行し、図６のメイン動作フローの信号出力ステップＳ１６へ進み、開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂをそのまま開度信号Ｓ３ｂに変換し、制御弁１６に出力する。なお、本態様の判定領域Ｈの時間軸方向の範囲は、下記説明するように立上終期Ｔ３と同一の範囲に設定されており（図１５参照）、上記ステップＳ８〜Ｓ１０において現在時刻ｔが当該期間Ｔ３に含まれるか否かは判断されているので、上記ステップ１１ａでは判定領域Ｈの設定情報としては読み込んでいない。しかしながら、時間軸方向における判定領域Ｈの範囲と立上終期Ｔ３とが相違する場合には、ステップ１１ａにおいて当該範囲に係わる設定情報を読み込み、別途判断すればよい。また、判定領域Ｈの始点は、立上終期Ｔ３の範囲のみならず、立上中期Ｔ２の範囲にまで延びた状態で設定されていてもよく、少なくとも立上終期Ｔ３の一部を含んでいればよい。すなわち、第１の調整ステップＳ１１と上記第２の調整ステップＳ１５は、別個独立して実行されるステップであり、立上終期Ｔ３の中で第１の調整ステップＳ１１が行われた後に、第２の調整ステップＳ１５が実行されてもよい。
As shown in FIG. 17, the
一方で、ステップＳ１１ｃにおいて、上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎを実分流比αｔが超過していると判断した場合には、第１の調整部２ｆは、ステップＳ１１ｄにおいて第１の調整情報領域から第１の調整情報Ｄを読み込んで、開度演算部２ｅで算出された弁開度信号値Ｒ３ｂを補正するための調整値ｄを選択するとともに、ステップＳ１１ｅにおいて弁開度情報領域から弁開度信号値Ｒ３ｂを読み込む。この第１の調整情報Ｄは、図１８に示すように、時刻ｔｈ１における判定領域Ｈからの実分流比αｔの逸脱量εｈ（図１５参照）に対応した調整値ｄを有するデータテーブルである。このデータテーブルにおいて、調整値ｄは、目標分流比αｓｐｔから上限値Ｈｍａｘまたは下限値Ｈｍａｘまでの大きさαｈ１・αｈ２に対する逸脱量εｈの比率に対応し、ｄ＜１となるよう設定されている。
On the other hand, if it is determined in step S11c that the actual flow ratio αt exceeds the upper limit value Hmax and the lower limit value Hmin, the
次いで、第１の調整部２ｆは、弁開度信号値Ｒ３ｂに調整値ｄを乗じて弁開度信号値Ｒ３ｃを算出し、ＲＡＭ１ｂの弁開度情報領域に記憶する。その後、図６に示す信号出力ステップＳ１６に進み、上記と同様に弁開度信号値Ｒ３ｃは開度信号Ｓ３ｃに変換され、予め設定された所定の期間だけ制御弁１６に出力される。その期間が経過した後は、開度信号部１ｈは、補正前の弁開度信号値Ｒ３ｂに対応する開度信号Ｓ３ｂを再度制御弁１６に出力する。
Next, the
上記ステップＳ１１ｃにおいて実分流比αｔの振動状態の判断に利用される判定領域Ｈは、図１５に示すように、立上終期Ｔ３において矩形枠状に境界が設定されている。その境界４辺の設定値が判定領域Ｈの設定情報であり、時間軸方向において判定領域Ｈの左方境界である始点の設定値は立上中期Ｔ２の完了時刻ｔ２、右方境界である終点の設定値は立上終期Ｔ３の完了時刻ｔ３である。また、分流比の軸に沿う方向において判定領域Ｈの上方境界である上限値Ｈｍａｘの設定値は目標分流比αｓｐｔに分流比αｈ１を加えた値、下方境界である最小値Ｈｍｉｎの設定値は目標分流比αｓｐｔから分流比αｈ２（αｈ２はαｈ１と同量である。）を減じた値である。なお、時間軸方向における判定領域Ｈの境界は本態様のように立上終期Ｔ３の範囲と一致する必要はなく、立上終期Ｔ３における実分流比αｔの状態を考慮し、立上終期Ｔ３の範囲の中で適宜設定すればよい。また、分流比の軸の方向における判定領域Ｈの境界である上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎも適宜な位置に設定すればよい。 As shown in FIG. 15, the boundary of the determination region H used for determining the vibration state of the actual flow ratio αt in step S11c is set in a rectangular frame shape at the rising end T3. The set values for the four boundaries are the setting information for the determination region H, and the set values for the start point that is the left boundary of the determination region H in the time axis direction are the completion time t2 of the rising middle period T2, and the end point that is the right boundary The set value is the completion time t3 of the start-up end T3. Further, in the direction along the diversion ratio axis, the set value of the upper limit value Hmax, which is the upper boundary of the determination region H, is a value obtained by adding the diversion ratio αh1 to the target diversion ratio αspt, and the set value of the minimum value Hmin, which is the lower boundary. This is a value obtained by subtracting the diversion ratio αh2 (αh2 is the same amount as αh1) from the diversion ratio αspt. Note that the boundary of the determination region H in the time axis direction does not have to coincide with the range of the rising end T3 as in this embodiment, and the state of the actual diversion ratio αt at the rising end T3 is taken into consideration, What is necessary is just to set suitably in the range. Further, the upper limit value Hmax and the lower limit value Hmin that are boundaries of the determination region H in the direction of the diversion ratio axis may be set at appropriate positions.
ここで、判定領域Ｈは、上記した初期開度情報ＡやＰＩＤ係数と同様に、分流制御装置１３を実際の半導体製造システムに組み込んでまたは半導体製造システムと同様な条件・環境下で、その２次流路である流路Ｐ１およびＰ２に所定のプロセスガスを流しつつ制御弁１６を操作して求めている。すなわち、図１６（ｂ）において符合αｔ３で示す破線のように、実分流比αｔを静定させるべき所定の完了時刻ｔ３を経過した時点で実分流比が静定するようにＰＩＤ係数を設定した条件で分流制御装置１３を動作させる。なお、目標分流比αｓｐｔをオーバーシュートする実分流比αｔ３の最初の山の頂部のオーバーシュート量αｎが目標分流比αｓｐｔに対し概ね３〜１０％となるようＰＩＤ係数を設定することにより、完了時刻ｔ３よりも僅かに遅れて実分流比αｔ３が静定する状態を実現することができ、振動の発生を適確に判断し、実分流比αｔの過剰な変化を伴わずに振動や発振を抑制できるので望ましい。
Here, as in the case of the initial opening degree information A and the PID coefficient described above, the determination region H is obtained by incorporating the
そして、分流制御装置１３を動作させつつ判定領域Ｈの上方境界および下方境界の位置を適宜調整し、上記第１の調整ステップＳ１１を実行する。すると、判定領域Ｈの上方境界および下方境界が適切な位置αｈ１およびαｈ２に設定されたときに、図において符号αｔ４の実線で示すように、立上終期Ｔ３における実分流比の振動が抑制され完了時刻ｔ３で静定することを確認することができる。このようにして求めた判定領域Ｈの上端境界および下端境界の位置αｈ１およびαｈ２を、上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎとして利用して判定領域Ｈを設定すればよい。また、これら判定領域Ｈの境界を定める設定値である上限値Ｈｍａｘおよび下限値Ｈｍｉｎおよび設定期間Ｔ３は、今回の目標分流比αｓｐｔ、前回と今回の目標分流比αｓｐｔの差異その他の条件により相違するので、これらの条件と判定領域Ｈの設定値とが対応したデータテーブルとし、第１の調整情報領域に記憶させておき、条件ごとに最適な判定領域Ｈで判断することが望ましい。
Then, the position of the upper boundary and the lower boundary of the determination region H is appropriately adjusted while operating the flow dividing
上記の実施の形態では、図１０のステップ７ｋで実分流比α１と初期目標分流比αｓｐｔｆとが一致すると判断されたときと、図１３のステップ１５ｄで実分流比αａと予定分流比αｓｐｔｍとが一致すると判断されたときに、信号出力ステップＳ１６を経てステップＳ２に移行するが、図６のメインフローにおける監視タイマー（ステップＳ２）の設定値が長く設定されていた場合、次の制御ステップ（ステップＳ３）に進むのに待ち時間が発生してしまい、全体の制御時間が長くなり所定時間内で処理が完了しない場合がある。このような場合には、図２１に示すように、ステップ１７で『実分流比α１と初期目標分流比αｓｐｔｆとが一致しているか』、『実分流比αａと予定分流比αｓｐｔｍとが一致しているか』を判断し、どちらか一方でも一致すると判断された場合には、ステップ２ではなくステップＳ３へ移行させてもよい。このようにすることで、無駄な待ち時間を生じさせることが防止できるので、全体の制御時間の短縮を図ることができる。
In the above embodiment, when it is determined in step 7k in FIG. 10 that the actual diversion ratio α1 and the initial target diversion ratio αsptf match, the actual diversion ratio αa and the planned diversion ratio αsptm in step 15d in FIG. When it is determined that they match, the process proceeds to step S2 via a signal output step S16. If the set value of the monitoring timer (step S2) in the main flow of FIG. 6 is set long, the next control step (step There is a case where a waiting time is required for proceeding to S3), the entire control time becomes long, and the processing is not completed within a predetermined time. In such a case, as shown in FIG. 21, in
また、上記監視タイマーよりも設定値の短い監視タイマー（センサ監視タイマ）をさらに設け、センサ監視タイマーで設定された時間間隔で、『実分流比と初期目標分流比との比較』および『実分流比と予定分流比』との比較をメインフローによる制御と並行して行い、この比較で『実分流比α１と初期目標分流比αｓｐｔｆとが一致』または『実分流比αａと予定分流比αｓｐｔｍとが一致』したときには、監視タイマー（ステップ２）で設定された時間を待たずにメインフローにおける次のステップ（ステップ３）に移行させてもよい。こうすることでも、監視タイマー（ステップＳ２）の設定値が長く設定されることに起因する無駄な制御待ちが防止でき全体の制御時間の短縮を図ることができる。 In addition, a monitoring timer (sensor monitoring timer) having a setting value shorter than the above monitoring timer is further provided, and “comparison between actual diversion ratio and initial target diversion ratio” and “real diversion” are set at the time interval set by the sensor monitoring timer. Comparison with the control by the main flow is performed in parallel with the control by the main flow. In this comparison, “the actual diversion ratio α1 matches the initial target diversion ratio αsptf” or “the actual diversion ratio αa and the planned diversion ratio αsptm If “matches”, the process may proceed to the next step (step 3) in the main flow without waiting for the time set by the monitoring timer (step 2). Also by doing this, useless waiting for control due to the set value of the monitoring timer (step S2) being set long can be prevented, and the overall control time can be shortened.
１ 制御部
２ ＲＯＭ
１０ 半導体製造システム
１１ ガス供給手段
１２ 開閉弁
１３ 分流制御装置
１４ 流量検出器
１５ 流量検出器
１６ 制御弁
１７ 制御弁
１８ 処理チャンバ
１９ 開閉弁
２０ システム制御手段
２１ 真空ポンプ
1
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記制御部は、
前記流量検出器から入力された検出信号を読み込み、当該２次流路における実分流比を算出し、前記記憶手段に記憶する実分流比演算部と、
前記指令された目標分流比を読み込み、当該目標分流比と前記実分流比演算部で算出された実分流比との偏差を算出し、前記記憶手段に記憶する比較部と、
前記比較部で算出された偏差を読み込み、所定の演算式で前記弁開度信号値を算出し、前記記憶手段に記憶する開度演算部とを有し、
前記記憶手段には、前記実分流比の立上終期に設定された、前記目標分流比を基準として立上終期における前記実分流比の上限値と下限値が定められた判定領域に関する設定情報が記憶され、
前記記憶手段から判定領域の設定情報を読み込み、前記実分流比算出部で算出された実分流比が前記判定領域の中に含まれるか否かを判断し、前記実分流比が前記判定領域の中に含まれない場合には、前記実分流比の立上終期において前記実分流比が前記目標分流比と一致するように前記弁開度信号値を補正する第１の調整部とを有する分流制御装置。 A flow dividing control device for diverting a gas flowing through a single flow path to a plurality of secondary flow paths at a predetermined flow diversion ratio, the flow rate detector and the control valve provided in each of the secondary flow paths, A storage means for storing information for operating the control valve; a detection signal corresponding to an actual flow rate detected by the flow rate detector; and a commanded target flow dividing ratio in the secondary flow path and the Based on the detection signal, the start of the actual diversion ratio after the start of the control of the diversion ratio in response to the command of the target diversion ratio, the mid-rise, and the mid-rise A control unit that calculates a valve opening signal value for operating the opening degree of the control valve at each timing of the end of start-up subsequent to, and outputs the valve opening signal value as the opening signal to the control valve. And
The controller is
Read the detection signal input from the flow rate detector, calculate the actual flow ratio in the secondary flow path, and store the actual flow ratio calculation unit in the storage unit;
A comparison unit that reads the commanded target diversion ratio, calculates a deviation between the target diversion ratio and the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit, and stores the deviation in the storage unit;
An opening degree calculation unit that reads the deviation calculated by the comparison unit, calculates the valve opening degree signal value by a predetermined arithmetic expression, and stores the calculated value in the storage unit;
In the storage means, setting information related to a determination region set at an end of the actual diversion ratio is set, and an upper limit value and a lower limit value of the actual diversion ratio at the end of start-up are set with reference to the target diversion ratio. Remembered,
The setting information of the determination area is read from the storage means, and it is determined whether or not the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit is included in the determination area. And a first adjustment unit that corrects the valve opening signal value so that the actual diversion ratio matches the target diversion ratio at the end of the start of the actual diversion ratio. Control device.
前記実分流比が前記判定領域から逸脱した逸脱量と、前記弁開度信号値を補正する調整値との関係を定めたデータテーブルが記憶されており、
前記第１の調整部は、
前記実分流比が前記判定領域から逸脱した場合には、前記記憶手段から前記データテーブルを読み込み、当該実分流比の逸脱量に基づいて選択された調整値で前記弁開度信号値を補正する請求項１に記載の分流制御装置。 In the storage means,
A deviation amount of the actual flow ratio deviates from the determination area, a data table that defines the relationship between the adjustment value for correcting the valve opening signal value is stored,
The first adjustment unit includes:
When the actual diversion ratio deviates from the determination area, the data table is read from the storage means, and the valve opening signal value is corrected with an adjustment value selected based on the deviation amount of the actual diversion ratio. The shunt control device according to claim 1.
前記制御部は、前記実分流比の立上中期において所定の時刻で前記実分流比算出部が算出した実分流比を確認するとともに、前記記憶手段から当該時刻における予定分流比を読み込み、前記実分流比と前記予定分流比とを比較し、前記実分流比と前記予定分流比が異なる場合には、前記実分流比が前記予定分流比と一致するように前記開度演算部の前記演算式に指定されたＰＩＤ係数（比例係数Ｋｐ、積分係数Ｋｉ、微分係数Ｋｄ）を補正し、弁開度信号値を演算式で改めて算出する第２の調整部を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の分流制御装置。
The calculation formula of the opening calculation unit is a calculation formula based on PID control, and the storage unit stores a planned diversion ratio scheduled in the middle of the start of the actual diversion ratio. While confirming the actual diversion ratio calculated by the actual diversion ratio calculation unit at a predetermined time in the middle stage of the diversion ratio, the planned diversion ratio at the time is read from the storage unit, and the actual diversion ratio and the planned diversion ratio are read. And when the actual diversion ratio and the planned diversion ratio are different, the PID coefficient (specified in the calculation formula of the opening calculation unit so that the real diversion ratio matches the planned diversion ratio ( 6. The shunt control device according to claim 1, further comprising a second adjustment unit that corrects the proportional coefficient Kp, the integral coefficient Ki, and the differential coefficient Kd), and calculates the valve opening signal value again by an arithmetic expression.
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