流量信号补正方法以及使用其的流量控制装置与流程

本发明涉及一种流量信号补正方法以及使用该流量信号补正方法的流量控制装置，尤其涉及一种适用于半导体或化学品、药品、精密机械零件等的制造中使用的压力式流量控制装置的流量信号补正方法。

背景技术：

在半导体制造装置或化学工场中，为了控制材料气体或蚀刻气体等的流量，利用各种流量计以及流量控制装置。其中，压力式流量控制装置由于能够通过组合了压电元件驱动型的压力控制阀和节流部(例如孔板)的简单的机构，以高精度控制气体等各种流体的流量，因此便利性高而被利用。

在专利文献1中，公开有以使用设置于节流部的上游侧的压力传感器控制流量的方式构成的压力式流量控制装置。专利文献1所记载的压力式流量控制装置在满足临界膨胀条件P1/P2≧约2(P1：节流部上游侧的气体压力，P2：节流部下游侧的气体压力)时，利用通过节流部的气体的流速被固定为音速，流量Q由上游侧的气体压力P1来决定的原理，进行流量控制。根据该方式，能够仅通过控制上游侧的气体压力P1而高精度地控制流量Q。

在此，针对使用压力式流量控制装置的流量控制的具体例进行说明。首先，通过设置于上游侧的压力传感器测定压力P1，其测定结果通常转换成数字信号并输入至运算处理装置。运算处理装置基于输入的测定结果，通过计算求出通过节流部的气体的流量Qc。再者，由于流量Qc也依存于气体温度，实际上，大多基于压力P1和气体温度T1来算出流量Qc。

接着，求出算出的流量Qc与用户输入的设定流量Qs之差ΔQ，向设置于压力控制阀的压电元件驱动部输入与该差ΔQ对应的控制信号。接受其，压力控制阀进行开闭动作，使上游的气体压力P1变化。之后，再次基于压力传感器(以及温度传感器)的输出求出气体的流量Qc以及差ΔQ。该动作反复进行，直至差ΔQ达到0，由此，能够将流量Qc控制成用户所指定的设定流量Qs。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2004-212099号公报

专利文献2：日本专利特开平5-79873号公报

上述的压力式流量控制装置，由于能够仅通过节流部的上游侧的压力控制来控制流量，因此几乎不会受到外在干扰的影响，并且，具有响应性非常好的优点。然而，响应性高的另一面，存在尽管实际的气体流量稳定，但是观察到表示流量的输出信号并不显示一定值的现象的情况。这可想而知为基于压力传感器的输出而生成数字的流量输出信号时，受到量子化误差等的影响，信号发生晃动(不稳定)所致。

因此，在压力式流量控制装置中，尤其在流量稳定时，要求输出抑制了信号晃动的流量信号。作为抑制此种信号的摇动的技术，例如，专利文献2中记载有用于进行电磁流量计的噪声去除的信号处理。但是，专利文献2仅记载以电磁流量计的输出整体收敛于预先设定的变动幅度的方式对数据进行加工，将该方法适用于压力式流量控制装置的情况下有可能会牺牲响应性。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种用于取得适当的流量输出信号的流量信号补正方法以及使用其的流量控制装置。

根据本发明的实施方式的流量输出信号补正方法，为适用于具有节流部，且以通过控制所述节流部的上游侧的压力来控制流量的方式构成的压力式流量控制装置的流量信号补正方法，该流量信号补正方法包括：基于设置于所述节流部的上游侧的压力传感器的输出而生成表示流量的一次信号的步骤；以及以用所述一次信号的当前值和包含所述一次信号的单个或多个过去值的信息的值，导出通过规定的关系式补正了的当前值的方式，生成作为所述一次信号的补正信号的二次信号的步骤，在流量稳定期间将所述二次信号作为流量信号输出，在过渡变化期间不将所述二次信号作为流量信号输出。

在某种实施方式中，在所述过渡变化期间将所述一次信号作为流量信号输出。

在某种实施方式中，包含所述一次信号的单个或多个过去值的信息的值为所述二次信号的前次值。

在某种实施方式中，所述二次信号的当前值通过将基于所述一次信号的当前值和所述二次信号的前次值之差而算出的补正变化量加在所述二次信号的前次值上而导出。

在某种实施方式中，所述补正变化量通过将所述一次信号的当前值和所述二次信号的前次值之差除以大于1的除数而求出。

在某种实施方式中，生成所述二次信号的步骤以及将所述二次信号作为流量信号输出的步骤，在所述流量设定信号的变化发生起经过规定时间后的开始点到所述流量设定信号的下个变化发生的结束点为止之间持续进行。

在某种实施方式中，所述压力式控制装置在所述节流部以及所述压力传感器的上游侧具有控制阀，所述控制阀使用所述流量设定信号和所述压力传感器的输出而被反馈控制，并基于所述控制阀被反馈控制的结果所得的压力传感器的输出而生成所述一次信号。

根据本发明的实施方式的流量控制装置使用上述任意的流量信号补正方法进行流量信号的输出。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够适当地对压力式流量控制装置的流量输出信号进行补正，并且能够不有损响应性地谋求流量稳定时的流量输出信号的稳定化。

附图说明

图1为示意性地表示根据本发明的实施方式的压力式流量控制装置的结构的示意图。

图2为表示补正前的流量输出信号(一次信号)与补正后的流量输出信号(二次信号)的关系的图表。

图3为表示来自外部的流量设定信号与补正处理期间的关系的图表。

图4(a)为表示一次信号的图表，(b)为表示二次信号的图表。

符号说明

10压力式流量控制装置

12节流部

14压力传感器

16温度传感器

18控制阀

19压电元件驱动部

20、22A/D转换器

30控制电路

S1一次信号

S2二次信号(补正信号)

Ss流量设定信号

Sq流量输出信号

P1上游侧压力

P2下游侧压力

具体实施方式

以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式，而本发明并不限定于以下的实施方式。

图1为示意性地表示根据本发明的实施方式的压力式流量控制装置10的结构的图。流量控制装置10具备：具有微小的通孔的节流部(典型的孔板)12、设置于节流部12的上游侧的压力传感器14以及温度传感器16、设置于压力传感器14的上游侧的控制阀18。并且，节流部12的下游侧经由电磁阀或AOV(air operated valve)等开闭阀与半导体制造装置中用于进行真空处理的真空泵(图中未示出)连接。

压力传感器14测定上游侧的气体压力P1，并将其测定结果输出至A/D转换器20。A/D转换器20根据输入的测定结果生成表示气体压力P1的数字信号Sp，并将其输出至控制电路30。再者，在流量控制装置10中，温度传感器16的输出也通过A/D转换器22转换成数字信号并输出至控制电路30。

控制电路30根据接收的数字的压力信号Sp和温度信号St计算流量Qc。在流量控制装置10中，由于通过真空泵将下游侧保持为低压，因此，作为满足上游侧压力P1/下游侧压力P2≧约2(临界膨胀条件)的流量，算出流量Qc。满足临界膨胀条件时，流量Qc通过下式得到。

Qc＝S·C·P1/T1^1/2

在此，S为流孔截面积，C为由气体物性所决定的常数(流量系数)，T1为上游侧气体温度。气体温度T1和流量系数C为一定时，流量Qc能够作为与上游侧压力P1成比例的流量而求出。即，在想到流通的气体的种类为一定且温度也不变的情况下，例如，上游侧压力为20Torr时，判别流量为10sccm时，能够通过操作控制阀18将上游侧压力设定为200Torr，从而将流量控制成100sccm。如此，本实施方式的压力式流量控制装置10以能够通过控制节流部12的上游侧的压力P1来控制流量的方式构成。再者，在上游侧压力与下游侧压力之差小且未满足上述临界膨胀条件的情况下，通过设置于节流部的下游侧的压力传感器(图中未示出)，求出下游侧压力P2，基于上游侧压力P1和下游侧压力P2，能够用规定的计算式Qc＝KP2^m(P1-P2)ⁿ(其中，K、m、n为常数)，算出流量Qc。

在压力流量控制装置10中，用户能够通过图中未示出的输入装置，对设定流量Qs任意进行设定。基于该用户输入，生成流量设定信号Ss，并输入至流量控制装置10。接受其，控制电路30以按照流量设定信号Ss来控制流量的方式对控制阀18的开闭动作进行控制。控制阀18具备例如金属制隔膜阀体，并能够通过向与其连接的压电元件驱动部(压电致动器)19发送控制信号而进行阀的开闭动作。

再者，基于输入的流量设定信号Ss来控制上游侧压力P1以及流量Qc的动作可以用公知的方法进行。例如，如上所述，通过反复进行控制阀18的开度调整的反馈控制，直至设定流量Qs与通过计算求出的流量Qc之差ΔQ为0或在容许误差范围内，从而能够高精度地将气体流量设定为设定流量Qs。并且，进行这种上游侧的压力控制的压力控制装置公开在例如本申请人的日本专利特开2015-109022号公报中。为了参考，本说明书援用日本专利特开2015-109022号公报的全部公开内容。

在上述控制动作中，控制阀18进行反馈控制的结果所得的压力传感器14的输出，在A/D转换器20中被转换成数字的压力信号Sp，控制部30基于输入的压力信号Sp而生成作为表示流量Qc的输出信号的流量信号Sq。但是，A/D转换器20所输出的数字的压力信号Sp包含量子化误差。因此，基于压力信号Sp而算出的流量信号Sq也包含量子化误差。其结果，尽管流通于节流部12的气体的实际流量为大致一定，也会存在输出(显示)至外部的流量信号Sq显现摇动的情况。

为了处理这种问题，本实施方式的压力控制装置10在流量稳定时，对流量信号实施补正处理后再输出。该补正处理如后详述，在除了视为流量发生较大变动的期间(过渡变化期间)以外的流量稳定期间中选择性地进行。表示补正处理的开始以及结束的时序(时机)信号，例如能够在设置于控制电路上的解析部中解析外部输入的流量设定信号，并基于其结果而生成。以下，对流量稳定时所进行的补正处理的具体例进行说明。

图2是表示以实线以及黑圈表示的补正前的流量输出信号S1(以下，有称为一次信号的情况)，和以虚线或白圈表示的补正后的流量输出信号S2(以下，有称为二次信号的情况)的图表。一次信号S1为数字信号，并且为与离散的压力信号Sp对应的流量输出信号，所述离散的压力信号Sp通过在A/D转换器20对应每一控制周期(取样周期)对压力传感器14的输出进行取样化及量子化得到。控制周期设定为例如0.5ms。

如图2所示，在开始补正处理的最初的时刻t0(图表的最左侧的点)，二次信号的当前值V2(t0)设定为与一次信号的当前值V1(t0)相同。然后，当在下个控制时刻t1赋予一次信号的当前值V1(t1)时，二次信号的当前值V2(t1)被设定为二次信号的前次值V2(t0)加上补正变化量ΔV’的值。在此，补正变化量ΔV’为将一次信号的当前值V1(t1)与二次信号的前次值V2(t0)之差ΔV，除以大于1的规定的除数的值。除数用例如(变量+1)表示，通过变更变量，能够任意地设定补正的程度。

上述的补正变化量ΔV’由于是将上述的差ΔV除以大于1的除数者(即，差ΔV乘以小于1的乘数者)，因此一定会成为比差ΔV小的值。换句话说，二次信号的当前值V2(t1)是以取得二次信号的前次值V2(t0)与一次信号的当前值V1(t1)之间的值的方式而决定的。因此，二次信号与一次信号相比是减少了摇动的信号。

另外，上述的除数在决定二次信号的当前值V2(t1)时，与表示将一次信号的当前值V1(t1)何种程度反映于二次信号的前次值V2(t0)的指标对应。除数越大，则从二次信号的前次值到当前值的变化越小，抑制了信号的摇动。因此，上述的除数，只要适当地设定为达成所需的信号稳定度的程度的大小即可。

再次参照图2对补正处理进行说明。如上述，取得在控制时刻t1的二次信号的当前值V2(t1)之后，当在下个控制时刻t2赋予一次信号的当前值V1(t2)时，与上述相同，将补正变化量ΔV’(即，将一次信号的当前值V1(t2)与二次信号的前次值V2(t1)之差ΔV，除以大于1的规定除数的值)加在二次信号的前次值V2(t1)上，决定二次信号的当前值V2(t2)。其后也同样地，在控制时刻t3的二次信号的当前值V2(t3)，通过将根据一次信号的当前值V1(t3)和二次信号的前次值V2(t2)所求出的补正变化量ΔV’加在二次信号的前次值V2(t2)上而算出，在控制时刻t4的二次信号的当前值V2(t4)，通过将根据一次信号的当前值V1(t4)和二次信号的前次值V2(t3)所求出的补正变化量ΔV’加在二次信号的前次值V2(t3)上而算出。

在上述的方式中，在将当前的控制时刻设为tn，将上次的控制时刻设为tn-1时，二次信号的当前值V2(tn)能够以下述的一般式表示，并能够将其用作用于决定二次信号的当前值V2(tn)的规定的关系式。在下述式中，α为满足0＜α＜1的系数。

V2(tn)＝V2(tn-1)+α(V1(tn)-V2(tn-1))＝αV1(tn)+(1-α)V2(tn-1)

再者，在上述说明的补正处理中，用一次信号的当前值和二次信号的前次值算出二次信号的当前值，二次信号的前次值根据一次信号的前次值和二次信号前前次值算出。并且，二次信号的前前次值根据一次信号的前前次值和二次信号的前前前次值算出。即，追本溯源，上述的补正处理的二次信号的当前值是作为包含现在以及过去的所有的一次信号的值的信息的值而算出的，与按照接近当前值的顺序而增大加权的值对应。用一次信号的当前值和二次信号的前次值的补正处理，从处理的容易度、对一次信号的适度的追随性的角度看为优选的方式。

但是，并不限于此，也可考虑根据一次信号的当前值和一次信号的任意单个或多个过去值来求出二次信号的当前值的其他方式。在本发明的实施方式中，只要是使用一次信号的当前值和包含一次信号的过去值相关的信息的值，并经由规定的关系式决定二次信号的当前值，能够采用各种补正方法。

以上所说明的补正处理，优选的是在流量稳定期间持续进行。以下，针对进行补正处理的时序进行说明。

图3是表示压力控制装置10从外部接收的流量设定信号(流量设定指令)Ss与压力控制装置10进行补正处理的期间Dc的关系的图表。如图3所示，流量设定信号Ss典型地以表示设定流量的时间变化的矩形波的方式被赋予。在图示的例子中，在将流量设为0的第一期间D1的后，设置有将流量设为目标流量Q0的第二期间D2，进而在第二期间D2的后，设置有将流量再次设为0的第三期间D3。

在压力控制装置10的内部，生成与流量设定信号Ss对应的内部流量设定信号Ss’，实际的压力控制阀的控制基于内部流量设定信号Ss’来进行。内部流量设定信号Ss’例如根据公知的斜坡函数控制生成，可以是目标值随时间变化的设定信号。内部流量设定信号Ss’例如作为以下控制信号而生成：从外部接收的流量设定信号中表示对目标值Q0的迁移时，花费规定时间到达目标值Q0的控制信号。

由图可知，在时刻t赋予使流量从0变化成目标值Q0的流量设定信号Ss的情况下，压力控制装置10根据内部流量设定信号Ss’，自时刻t起的规定期间Δt中暂时性地进行开启控制阀18的动作。

在自上述的时刻t开始的规定的期间(t～t+Δt)，上游侧压力P1和流量Qc大幅变化。因此，在该期间中，当进行抑制上述的信号变动幅度的补正处理时，有可能输出的流量信号显示出与实际的流量大幅不同的延迟值，导致响应性的降低。

因此，本实施方式的补正处理在避开了上游侧压力和流量大幅变化的过渡变化期间的流量稳定期间选择性地进行，不在过渡变化期间进行。过渡变化期间例如图3所示，可以设定为自内部流量设定信号Ss’变化的时刻t开始的规定的期间(t～t+Δt)。或者，在对于内部流量设定信号的输出信号的延迟大的情况下，过渡变化期间可以设定为直至输出信号与内部流量设定信号的差分成为一定值以下的期间。

并且，也可以是，在流量稳定期间二次信号S2作为流量信号被输出，并且在过渡变化期间一次信号S1作为流量信号被输出。由此，能够输出并显示抑制了流量稳定时的信号摇动的流量信号，而不会导致响应性的降低。

再者，在上述中，已说明了在过渡变化期间中，将未被补正的一次信号S1作为流量信号输出的方式，但并不限于此，也可以将其他信号作为流量信号输出。例如，也可以输出补正的程度比流量稳定时的二次信号S2大幅缓和的信号。因此，例如，也可以在过渡变化期间，输出在上述的补正处理中将以接近1的除数除的值加在前次值上而求出当前值的其他二次信号(例如，通过将上述补正处理中决定除数的变量的值设定为0或接近0的数而获得、基于其他的关系式所生成的二次信号)。

图4(a)表示未进行补正处理的情况下的流量设定信号Ss和流量输出信号Sq，图4(b)表示进行了补正处理的情况下的流量设定信号和流量输出信号Sq。再者，图4(b)所示的图表表示在上述的补正处理中将除数设定为(200+1)的情况。

由图4(a)可知，未进行补正处理的情况下，尽管在流量稳定时，流量输出信号也会因为量子化误差等的影响，在幅度d的范围中较大幅地摇动。相对于此，如图4(b)所示，可知在进行了补正处理的情况下，摇动的幅度从幅度d大幅地减小，并取得大致一定的值。补正处理后的摇动的幅度优选例如设定为量子化误差以下。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但当然也可进行各种改变。例如，也可以是用户通过输入来指定进行补正处理的期间的方式。并且，也可以是根据流量目标值变更补正的程度的方式。

产业上的可利用性

根据本发明的实施方式的流量信号补正方法可适用于以通过控制节流部的上游侧的压力而控制流量的方式构成的压力式流量控制装置。