JP5915043B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第1の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第2の入力信号と、を入力され、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の比較に基づいて、第1の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号と、前記第2の入力信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第2の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第1の制御電圧と前記第2の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
[適用例1]
流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第1の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第2の入力信号と、を入力され、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の比較に基づいて、第1の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号に応じた信号と、前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第2の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第1の制御電圧と前記第2の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
また、「信号Aに応じた信号B」は、適用例1記載の要素によって信号Aが変換された信号Bであってもよいし、適用例1で言及されていない要素によって信号Aが変換された信号Bであってもよい。
適用例1の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。
適用例1または2に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するCPUと、
前記CPUが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。
なお、上記態様は、抵抗器がCPUが出力した電圧を直接印加される態様とすることもでき、抵抗器が他の電源からの電圧の印加を受けて、抵抗器がCPUが出力した電圧に応じた電流を流す態様とすることもできる。
適用例1ないし3のいずれかの流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。
適用例1ないし4のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記第1の制御電圧を昇圧して第1の駆動電圧とする第1の昇圧部を備え、
前記第1の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第2の制御信号を昇圧して第2の駆動電圧とする第2の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第2の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。
適用例1ないし5のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記微分信号と、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。
適用例1ないし6のいずれかの流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。
適用例1ないし7のいずれかの流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第1の制御電圧を出力する、流量制御装置。
(1)流量制御装置、流量制御システム、流量制御方法。
(2)半導体製造装置、半導体製造システム、半導体製造方法。
(3)上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム。
(4)上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
A1.流量制御装置の構成および動作:
図1は、第1実施例の流量制御装置100の構成図である。ガス源200は、半導体製造装置300に所定の成分のガスを供給する。流量制御装置100は、このガスの流量を制御する。
本実施例と、フィードフォワード制御を行わない比較例とについて、応答性の比較を行った。比較例においては、フィードフォワード電流Iffを指令値信号Vi1によらず0とした。比較例の他の点は、本実施例と同じである。一方、本実施例においては、フィードフォワード電流Iffは、指令値信号Vi1に応じて図5のように出力される。
第2実施例の流量制御装置は、第1実施例の流量制御装置100とは、フィードフォワード電流生成回路の構成が異なっている。第2実施例の流量制御装置の他の点は、第1実施例の流量制御装置100と同じである。
図10は、第3実施例の流量制御装置100cの構成図である。第3実施例の流量制御装置100cにおいては、第1の昇圧回路70と弁部90とを結ぶ配線が、分圧回路68を介して接地されている。そして、合成回路60cは、内部に第2の昇圧回路65を備えていない。さらに、合成回路60c(言い換えれば、抵抗器62)の出力端は、分圧回路68に接続されている。第3実施例の流量制御装置100cの他の点は、第1実施例の流量制御装置100と同じである。
図11は、第4実施例の流量制御装置100dの構成図である。第4実施例の流量制御装置100dは、流量センサ80とフィードバック電流生成回路30との間に微分回路35を備えている。第4実施例の流量制御装置100dの他の点は、第1実施例の流量制御装置100と同じである。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、半導体製造装置に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を例に本願発明の説明をした。しかし、本願発明は、気体に限らず、液体など、任意の流体の流量を制御する流量制御装置に適用することができる。
上記実施例では、流量センサは、流体による熱の移動を利用した流量センサ80である。しかし、流量センサは、流体による力を利用したものなど、他の原理に基づくセンサであってもよい。ただし、上記各実施例の技術は、流量センサの応答速度が遅い場合に、特に、有効である。
上記実施例では、弁は、ピエゾ素子によって動作される。しかし、弁部は他の機構、たとえば油圧やモータなどにより、弁を動作させ、弁開度を変える態様とすることもできる。
上記実施例では、コンパレータ40は、信号Vi2が指令値信号Vi1よりも小さい場合、正の値の第1の制御電圧Vrefを出力し、信号Vi2が指令値信号Vi1よりも大きい場合、負の値の第1の制御電圧Vrefを出力する。そして、信号Vi2が指令値信号Vi1と等しい場合、第1の制御電圧Vrefを0とする。しかし、コンパレータ40は、第1の入力信号と前記第2の入力信号の比較に基づいて、制御対象である弁部90の特性に応じた第1の制御電圧を出力することができる態様であれば、他の態様であってもよい。たとえば、上記の態様とは、出力電圧Vrefの符号が逆であってもよいし、二つの入力値が等しい場合に出力する電圧も0以外の所定値であってもよい。
図1,図10および図11には明示していないが、流量制御装置は、第1の制御電圧Vdrv1と第2の制御電圧Vdrv2に応じて駆動電圧Vdrvを生成する駆動電圧生成部を備えてもよい。駆動電圧生成部は、第1の制御電圧Vdrv1と第2の制御電圧Vdrv2を受け取って、それらよりも電圧が高い駆動電圧Vdrvを生成してもよい。また、駆動電圧生成部は、第1の制御電圧Vdrv1と第2の制御電圧Vdrv2をそれぞれ昇圧した後、所定の方法でそれらを合成して駆動電圧Vdrvを生成してもよい。
上記第4実施例では、微分回路35が生成した、センサ出力信号Vsを微分して得られる信号が、フィードバック電流生成回路30に与えられている。しかし、フィードバック電流生成回路30に与えられる信号は、そのような態様に限らない。ただし、フィードバック電流生成回路30に与えられる信号は、センサ出力信号Vsを微分して得られる成分に他の所定の成分を加えたものなど、センサ出力信号Vsを微分して得られる成分を含む信号であることが好ましい。
上記実施例では、フィードフォワード電流生成回路は、図4および図9の様な回路構成を採用している。しかし、フィードフォワード電流生成回路は、あらかじめ設定されたフィードフォワード電流を、指令値信号に応じて生成することができる回路であれば、任意の回路を採用することができる。また、あらかじめなされた設定は、マップによるものであってもよいし、式で与えられたものであってもよい。
上記第3実施例では、合成回路60cは、第2の昇圧回路65を備えていない。しかし、第1実施例のように合成回路60cが第2の昇圧回路65を備えている態様において、さらに、第2実施例の分圧回路68のような分圧回路を備えることができる。そのような態様とすることにより、第2の昇圧回路65が生成する第2の駆動電圧の大きさを、第1実施例に比べて、{Rd1/(Rd1+Rd2)}にすることができる。よって、合成回路60cの構成を、簡略化することができ、その結果、小型化することができる。なお、このような態様において、抵抗値Rd1,Rd2の値は任意の適切な値に定めることができる。
上記各実施例の各構成を、適宜選択して組み合わせ、または省略することにより、本願明細書に記載された技術的課題を解決できる発明を構成することができる。また、上記各実施例に記載のない構成要素を加えて、発明を構成することができる。
20…フィードフォワード電流生成回路
20b…フィードフォワード電流生成回路
21…CPU
21b…CPU
22…オペアンプ
23…抵抗器
24…pnp型トランジスタ
25…抵抗器
25b…抵抗器
30…フィードバック電流生成回路
35…微分回路
40…コンパレータ
50…フィードバック電圧生成回路
60…合成回路
62…抵抗器
65…第2の昇圧回路
66…抵抗器
67…抵抗器
68…分圧回路
70…第1の昇圧回路
80…流量センサ
82…バイパス管部
84…センサ管
86…センサ回路
90…弁部
100…流量制御装置
100c…流量制御装置
100d…流量制御装置
200…ガス源
300…半導体製造装置
400…流路
Ifb…フィードバック電流
Iff…フィードフォワード電流
R1…抵抗線
R4…抵抗線
V21…CPU21の出力電圧
V24…トランジスタ24のエミッタの電位
V25b…抵抗器25bの出力端の電位
Vcc…電源の電位
Vdrv…弁部のピエゾ素子の駆動電圧
Vfb…フィードバック電圧
Vi1…指令値信号
Vi2…信号(コンパレータの非反転入力端子の電位)
Vref…第1の制御電圧
Vs…センサ出力信号
t1…指令値信号Vi1が変化する時刻
Claims (8)
- 流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第1の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第2の入力信号と、を入力され、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の比較に基づいて、第1の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号と、前記第2の入力信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第2の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第1の制御電圧と前記第2の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。 - 請求項1に記載の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。 - 請求項1または2に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するCPUと、
前記CPUが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記第1の制御電圧を昇圧して第1の駆動電圧とする第1の昇圧部を備え、
前記第1の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第2の制御電圧を昇圧して第2の駆動電圧とする第2の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第2の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記微分信号と、前記第2の入力信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第1の制御電圧を出力する、流量制御装置。
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