流量控制装置、流量控制方法以及程序存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供流量控制装置、流量控制方法和程序存储介质，能以基本不发生时间延迟且以噪声大幅降低的形式得到流过下游侧阀的流体的流量，而且比以往提高响应性。所述流量控制装置包括：下游侧阀流量测定器(VFS)，测定作为流过下游侧阀(V2)的流体的流量的下游侧阀流量；以及观测器(3)，包括根据改变所述下游侧阀(V2)的开度的输入参数来推定所述下游侧阀流量的下游侧阀流量推定模型(31)，所述下游侧阀流量测定器(VFS)输出的所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量推定模型输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差被反馈到所述观测器(3)。测器(3)。测器(3)。

【技术实现步骤摘要】
流量控制装置、流量控制方法以及程序存储介质


[0001]本专利技术涉及例如在半导体制造工序中控制流体的流量的流量控制装置等。

技术介绍

[0002]例如为了控制导入处理腔室内的各种气体的流量，使用将被称为质量流量控制器的各种流体设备和控制机构组件化后的流量控制装置。
[0003]典型的流量控制装置具备：对流道设置的流量传感器；设置在流量传感器的下游侧的下游侧阀；以及下游侧阀控制器，控制下游侧阀的开度，以使流量传感器测定的测定流量与用户设定的随时间变化的设定流量一致。
[0004]可是，由于流量传感器的流体的测定点与下游侧阀的流体的控制点在流动方向上错开规定距离，所以流量传感器的测定流量相对于流过下游侧阀的流量存在时间延迟。这种在测定流量中包含的时间延迟，在实现半导体制造工序所追求的流量控制的响应性方面构成问题。
[0005]为了解决这种问题，尝试将可测定流过下游侧阀的实际的流量(以下，也称下游侧阀流量)的下游侧阀流量测定器应用于流量控制装置。例如下游侧阀流量测定器具备现有的压力式流量传感器以及计算下游侧阀流量的下游侧阀流量计算器。下游侧阀流量计算器使用压力式流量传感器测定的流过层流元件的流体的流量(以下，也称阻力流量)以及压力式流量传感器和下游侧阀之间的容积中的压力(以下，也称下游侧压力)，计算下游侧阀流量。具体下游侧阀流量计算器通过从阻力流量减去对下游侧压力的时间微分值乘以规定系数后的值来计算下游侧阀流量。
[0006]可是，用这种方法测定的下游侧阀流量，有时包含会影响流量控制的程度的大幅噪声。这是因为，如果下游侧压力包含例如电气性噪声等，则因为下游侧压力的时间微分而导致噪声被放大。
[0007]这种情况下，也可以考虑使下游侧压力或下游侧阀流量通过低通滤波器从而将噪声除去，但是这样做会产生由过滤器带来的时间延迟，所以得不到无时间延迟的实际的下游侧阀流量。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献1：日本专利公开公报特开2004
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280688号

技术实现思路

[0010]本专利技术鉴于如上所述的问题，目的是提供流量控制装置，能以基本不发生时间延迟且以噪声大幅降低的形式得到流过下游侧阀的流体的流量，而且比以往提高响应性。
[0011]本专利技术的流量控制装置，包括：设置在流道上的流体阻力；设置在所述流体阻力的下游侧的下游侧阀；下游侧阀流量测定器，根据作为处于所述流体阻力和所述下游侧阀之间的内部容积内的压力的下游侧压力的时间变化量与作为流过所述流体阻力的流体的流量的阻力流量，测定作为流过所述下游侧阀的流体的流量的下游侧阀流量；以及观测器，包
括根据改变所述下游侧阀的开度的输入参数来推定所述下游侧阀流量的下游侧阀流量推定模型，所述下游侧阀流量测定器输出的所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量推定模型输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差被反馈到所述观测器。
[0012]此外，本专利技术的流量控制方法，采用流量控制装置，所述流量控制装置包括设置在流道上的流体阻力和设置在所述流体阻力的下游侧的下游侧阀，所述流量控制方法的特征在于，包括：根据作为处于所述流体阻力和所述下游侧阀之间的内部容积内的压力的下游侧压力的时间变化量与作为流过所述流体阻力的流体的流量的阻力流量，测定作为流过所述下游侧阀的流体的流量的下游侧阀流量；以及使用观测器推定所述下游侧阀流量，所述观测器包括根据改变所述下游侧阀的开度的输入参数来推定所述下游侧阀流量的下游侧阀流量推定模型，所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量推定模型输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差被反馈到所述观测器。
[0013]按照这种构成，所述观测器可以根据所述下游侧阀流量推定模型，以不含时间延迟和例如电噪声的形式推定所述下游侧阀流量。此外，由于所述下游侧阀流量的测定值与推定值的偏差被反馈到所述观测器，所以在初始值等中测定值与推定值背离的情况下，会迅速消除这种背离，得到表示实际的流量控制装置的状态的推定值。因此，根据所述观测器输出的所述下游侧阀流量的推定值，能使流量控制的响应性比以往提高。
[0014]为了充分模拟流量控制装置的控制特性并高精度推定所述下游侧阀流量，优选还包括向所述下游侧阀输出与输入的开度指令对应的电压的第一电压生成电路，所述下游侧阀流量推定模型是将所述第一电压生成电路、所述下游侧阀以及所述下游侧阀流量测定器的特性模型化的，向所述观测器输入作为所述输入参数的所述开度指令，推定所述下游侧阀流量。
[0015]作为用于提高所述下游侧阀流量的推定值的精度的具体结构例，可以列举所述下游侧阀流量推定模型模拟所述第一电压生成电路中的时间延迟。
[0016]为了使所述观测器能尽早消除由推定值与初始值的不同导致的推定值的误差，优选所述观测器还包括观测器增益部，所述观测器增益部在所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量的推定值的偏差上乘以观测器增益。
[0017]为了在所述下游侧阀流量的推定值大幅背离测定值而所述观测器不能反映实际的状态的情况下能尽早消除这种背离，并且为了在所述观测器能以足够的精度推定所述下游侧阀流量的情况下使所述观测器相对于来自系统以外的突发噪声等保持稳健，优选所述观测器增益部包括：第一观测器增益，在流过所述流道的流体的流量稳定在规定值的情况下使用；以及第二观测器增益，数值大于所述第一观测器增益，在流过所述流道的流体的流量变化的情况下使用。
[0018]为了比以往提高有关所述下游侧阀流量的控制的响应性，优选还包括控制所述下游侧阀的开度的下游侧阀控制器，所述下游侧阀控制器根据设定流量的目标值与所述观测器输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差，生成所述开度指令。
[0019]作为基于所述观测器推定的所述下游侧阀流量的反馈控制的具体结构，可以列举所述下游侧阀控制器包括：PID控制器，根据设定流量的目标值与所述观测器输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差进行PID计算；以及开度指令生成器，生成与来自所述PID控制器的PID计算结果对应的所述开度指令。
[0020]为了利用在现有流量控制装置中使用的流量传感器等硬件构成所述下游侧阀流量测定器，可以列举所述下游侧阀流量测定器包括：上游侧压力传感器，设置在所述流体阻力的上游侧，测定上游侧压力；下游侧压力传感器，设置在所述流体阻力和所述下游侧阀之间，测定所述下游侧压力；阻力流量计算器，根据所述上游侧压力和所述下游侧压力计算所述阻力流量；以及下游侧阀流量计算器，通过从所述阻力流量减去将所述下游侧压力的时间变化量乘以规定系数的值来计算所述下游侧阀流量。
[0021]为了通过加大所述下游侧阀的控制余量或抑制流体的供给压的变动来进一步提高响应性，优选流量控制装置还包括：设置在所述上游侧压力传感器的上游侧的上游侧阀；以及控制所述上游侧阀的开度的上游侧阀控制器。
[0022]在设定流量上升或下降的情况下所述上游侧阀和所述下游侧阀的开度的变化方向分别相反，为了使所述流体阻力的前后压高速变化以高速得到期望的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流量控制装置，其特征在于包括：设置在流道上的流体阻力；设置在所述流体阻力的下游侧的下游侧阀；下游侧阀流量测定器，根据作为处于所述流体阻力和所述下游侧阀之间的内部容积内的压力的下游侧压力的时间变化量与作为流过所述流体阻力的流体的流量的阻力流量，测定作为流过所述下游侧阀的流体的流量的下游侧阀流量；以及观测器，包括根据改变所述下游侧阀的开度的输入参数来推定所述下游侧阀流量的下游侧阀流量推定模型，所述下游侧阀流量测定器输出的所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量推定模型输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差被反馈到所述观测器。2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，还包括向所述下游侧阀输出与输入的开度指令对应的电压的第一电压生成电路，所述下游侧阀流量推定模型是将所述第一电压生成电路、所述下游侧阀以及所述下游侧阀流量测定器的特性模型化的，向所述观测器输入作为所述输入参数的所述开度指令，推定所述下游侧阀流量。3.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，所述下游侧阀流量推定模型模拟所述第一电压生成电路中的时间延迟。4.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述观测器还包括观测器增益部，所述观测器增益部在所述下游侧阀流量的测定值与所述下游侧阀流量的推定值的偏差上乘以观测器增益。5.根据权利要求4所述的流量控制装置，其特征在于，所述观测器增益部包括：第一观测器增益，在流过所述流道的流体的流量稳定在规定值的情况下使用；以及第二观测器增益，数值大于所述第一观测器增益，在流过所述流道的流体的流量变化的情况下使用。6.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，还包括控制所述下游侧阀的开度的下游侧阀控制器，所述下游侧阀控制器根据设定流量的目标值与所述观测器输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差，生成所述开度指令。7.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，所述下游侧阀控制器包括：PID控制器，根据设定流量的目标值与所述观测器输出的所述下游侧阀流量的推定值的偏差进行PID计算；以及开度指令生成器，生成与来自所述PID控制器的PID计算结果对应的所述开度指令。8.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述下游侧阀流量测定器包括：上游侧压力传感器，设置在所述流体阻力的上游侧，测定上游侧压力；下游侧压力传感器，设置在所述流体阻力和所述下游侧阀之间，测定所述下游侧压力；阻力流量计算器，根据所述上游侧压力和所述下游侧压力计算所述阻力流量；以及
下游侧阀流量计算器，通过从所述阻力流量减去将所述下游侧压力的时间变化量乘以规定系数的值来计算所述下游侧阀流量。9.根据权利要求8所述的流量控制装置，其特征在于，还包括：设置在所述上游侧压力传感器的上游侧的上游侧阀；以及控制所述上游侧阀的开度的上游侧阀控制器。10.根据权利要求9所述的流量控制装置，其特征在于，还包括上游侧阀流量计算器，所述上游侧阀流量计算器在所述阻力流量上加上将所述上游侧压力的时间变化量乘以规定系数的值，计算流过所述上游侧阀的上游侧阀流量，所述上游侧阀控制器以使设定流量与所述上游侧阀流量的偏差减小的方式控制所述上游侧阀的开度。11.根据权利要求9所述的流量控制装置，其特征在于，还包括：上游侧阀流量计算器，在所述阻力流量上加上将所述上游侧压力的时间变化量乘以规定系数的值，计算流过所述上游侧阀的上游侧阀流量；以及副观测器，包括根据改变所述上游侧阀的开度的输入参数来推定所述上游侧阀流量的上游侧阀流量推定模型，所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：德永和弥，瀧尻兴太郎，
申请(专利权)人：株式会社堀场STEC，
类型：发明
国别省市：