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TWI744407B - 用於真空處理之調節操作的真空閥系統 - Google Patents

用於真空處理之調節操作的真空閥系統 Download PDF

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TWI744407B TW106137702A TW106137702A TWI744407B TW I744407 B TWI744407 B TW I744407B TW 106137702 A TW106137702 A TW 106137702A TW 106137702 A TW106137702 A TW 106137702A TW I744407 B TWI744407 B TW I744407B
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克里斯托夫 貝姆
丹尼爾 賽次
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瑞士商Ｖａｔ控股股份有限公司
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Abstract

一種由一真空閥及一控制單元組成之閥系統，其中該真空閥具有一閥座，該閥座具有一閥開口、及環繞該閥開口延展之一第一密封面，且該真空閥設有一閥擋門，用於大致氣密閉合該閥開口，該閥擋門具有與該第一密封面對應之一第二密封面。一驅動單元與該閥擋門耦接，其設計成使該閥擋門可依既定方式變動與設定，以根據該閥擋門之各別狀態而提供各別之閥開啟狀態。該控制單元被設計成執行一控制程序，藉基於一程序參數之一當前決定控制變數、及基於一目標變數來觸發該驅動單元，而提供該閥開啟狀態之一選擇性變動或設定。該控制單元具有一檢查功能，用於監視該控制程序，該檢查功能配置成使得當該檢查功能執行時，在該控制程序之執行範疇內，在該控制程序之至少一時距期間獲取該閥擋門之一連串狀態，且此等狀態被儲存為當前控制數據(21a)，該當前控制數據(21a)與確切之標稱控制數據(20，20a)比較，及基於該當前控制數據(21a)與該標稱控制數據(20，20a)之比較，生成程序資訊。

Description

用於真空處理之調節操作的真空閥系統
本發明關於一種由用於真空條件下處理程序之調節操作的真空調節閥及控制單元所組成的系統。
通常，由該領域技術之不同具體實施例，已知用於調節一體積流或質量流、且將通過形成於一閥殼中之一開口的一流動路徑大致氣密關閉之真空閥，且特別在必須於儘可能不存有污染微粒之一保護蒙氣中進行的積體電路、半導體或基板製造之領域中的真空室系統發現應用。此類型真空室系統特別地包括至少一可抽空之真空室，其用於收容待處理或生產之半導體元件或基板，且其具有至少一真空室開口以及至少一真空泵，該等半導體元件或其他基板可通過該至少一真空室開口而導入與導出該真空室，該至少一真空泵用於抽空該真空室。例如，在一半導體晶圓或液晶基板之製造工廠中，高度敏感之半導體元件或液晶元件相繼地通過數個處理真空室，其中設於該等處理真空室內之部件在每一情況下皆藉由一處理裝置處理。在該等處理真空室內之處理程序、及從容室到容室之運送二者期間，高度敏感之半導體元件或基板必須隨時位於一保護蒙氣-特別地、一無空氣環境中。
為此，一方面用於開啟與關閉一氣體饋送或氣體排放之周邊閥，及另一方面用於開啟與關閉將部件導入與導出之真空閥輸送開口的輸送閥，將發現應用。
半導體部件所通過之真空閥由於上述應用領域及關聯之尺寸而稱為真空輸送閥，亦由於其(大多數情況下)矩形開口剖面而稱為矩形閥，及亦由於其習慣上操作之式樣而稱為滑閥、矩形滑閥、或輸送滑閥。
周邊閥特別地用於控制或調節一真空室與一真空泵、或與又一真空室之間的氣流。周邊閥譬如位於一處理真空室或一輸送室與一真空泵、大氣、或又一處理真空室之間的管路系統內。此類型閥、亦稱作泵閥之開口剖面(一般來說)較一真空輸送閥情況下者小。由於周邊閥根據應用領域而不僅用於完全開啟與關閉之一開口，且亦藉在一完全開啟位置與一氣密關閉位置之間連續調整開口剖面而用於控制或調節一流通量，因此亦稱為調節閥。一可能控制或調節氣流之周邊閥係鐘擺閥。
一典型鐘擺閥(譬如由美國專利案第US 6,089,537號(Olmsted)得知者)之情況下，在一第一步驟中，一般而言呈圓形之一閥盤在一第一步驟中藉旋轉越過一般而言同樣呈圓形之一開口，而從一未覆蓋該開口之位置擺動至一覆蓋該開口之中間位置。在一滑閥(譬如美國專利案第US 6,416,037號(Geiser)中或美國專利案第6,056,266號(Blecha)中描述者)之一情況下，閥盤如同開口通常呈矩形設計，且在該第一步驟中從一未覆蓋該開口之位置被線性地推至一覆蓋該開口之中間位置。在該中間位置，該鐘擺閥或滑閥之閥盤位在相關於閥座之一間隔對立位置，其中該閥座圍繞該開口。在一第二步驟中，該閥盤與該閥座之間的間距將減小，使得該閥盤與該閥座均勻地相互推壓，且以大致氣密方式閉合該開口。此第二運動優先在大致關於該閥座之一垂直方向上發生。可譬如借助配置於該閥盤之擋門側上且推壓至環繞該開口延展之閥座上的一密封環、或者借助該閥座上、該閥盤之擋門側所推壓抵靠的一密封環，而保證密封。藉由以二步驟發生之關閉事件，由於該第二步驟中之該閥盤運動大致在關於該閥座呈垂直之一筆直線上進行，因此 該閥盤與該閥座之間的密封環幾乎沒有承受可破壞該密封環之剪力。
由譬如美國專利案第US 6,629,682 B2號(Duelli)之該領域技術，已知各式密封裝置。用於真空閥中密封環及密封件之一適當材料係譬如氟橡膠、亦稱作FKM，特別地根據商標名稱「Viton」已知之含氟彈性體、及簡稱為FFKM之全氟橡膠。
由譬如美國專利案第US 6,089,537號(Olmsted)針對一鐘擺閥、及美國專利案第US 6,416,037號(Geiser)針對一滑閥之該領域技術，已知各式驅動系統，該等驅動系統用於達成該閥盤平行越過該開口之一(在該鐘擺閥情況下)旋轉運動、及(在該滑閥情況下)平移運動、與關於該開口呈垂直之一大致平移運動的此組合。
必須發生該閥盤推壓至該閥座上，而確保在整個壓力範圍內之必要氣密，及避免因過度壓力負載而對密封介質、特別地對呈一O型環型式之密封環的傷害二者。為保證此，已知的閥提供該閥盤之一接觸壓力調節，其係根據盛行於該閥盤二側之間的壓力差而調節。然而，特別地在大壓力波動、或從欠壓(underpressure)到超壓力(overpressure)交替或相反者之情況下，無法恆保證沿該密封環整個周邊之一均勻力分佈。通常，目標係將該密封環與起因於施加至該閥之壓力的支持力去耦。在美國專利案第US 6,629,682號(Duelli)中為此提出譬如一種具有密封介質之真空閥。該真空閥係由一密封環、及位於該密封環旁側之一支持環構成，使得該密封環已大致無支持力。
為獲致對超壓力及欠壓二者皆合適之必要氣密性，除該第二運動步驟外或另一選擇，許多已知鐘擺閥或滑閥提供一圍繞該開口之閥環，其能夠相關於該閥盤呈垂直地位移，且其推壓至該閥盤上以氣密關閉該閥。譬如由德國專利案第DE 1 264 191 B1號、由德國專利案第DE 34 47 008 C2號、由美國專利案第US 3,145,969 號(由Zweck)、及由德國專利案第DE 77 31 993 U號已知此類型閥，其具有可相對於該閥盤主動位移之閥環。在美國專利案第US 5,577,707號(Brida)中，描述一種鐘擺閥，其具有一閥殼且具有一閥盤，該閥殼具有一開口，該閥盤能夠平行越過該開口擺動，該鐘擺閥用於控制通過該開口之一流通量。圍繞該開口之一閥環能夠藉由數個彈簧及壓縮氣缸而沿朝向該閥盤之方向垂直地主動運動。美國專利案第2005/0067603 A1號(Lucas等)中提出一種該鐘擺閥的又一可能發展。
由於前述閥尤其在高度敏感之半導體元件的生產中發現應用，因此微粒生成(特別地導因於該閥之致動及閥擋門構件之機械負荷)以及閥室中自由微粒之數量必須保持儘可能低。微粒生成主要係因摩擦所致，譬如起因於金屬/金屬接觸、及起因於磨耗。
如上述者，運用真空調節閥係為了在一處理室中設定一既定處理環境。在此，典型地基於一壓力信號、及基於一目標變數進行閉迴路控制，該壓力信號提供有關該室內壓力之資訊，該目標變數(亦即，一標稱壓力)藉由閉迴路控制獲致。因此，可在閉迴路控制之範疇內，變動一閥擋門(閥盤)之位置，使得在一確切時期內獲致該標稱壓力。
此類控制程序中，在該程序上發生非期望外界作用之情況下，將有閉迴路控制仍然僅僅基於當前壓力變數進行，而因此一不利的外界作用只「被壓制(overruled)」且結果未查明的問題。例如，在出現該處理室洩漏之情況下，該標稱壓力可持續由閉迴路控制設定，然而如此將使該處理室中之氣體混合物不再與確切之標稱預設值相當。
因此，構成本發明基礎之一目的係提供一種具有閉迴路控制之改良真空閥，其一方面允許一處理室之一調節(壓力調節)操作，另一方面提供一控制程序必要之高可靠度品質。
特別地，本發明之一目的係基於一閥系統，提供一繼續進行閉迴路控制或處理程序之檢查。
透過實現申請專利範圍獨立項之特徵化特點來達成此等目的。由申請專利範圍附屬項，可收集依另一選擇或較優方式進一步發展本發明之特點。
本發明之基本構想係記錄一執行中控制程序，且比較藉此獲取之數據與該控制程序之標稱數據。由此，結果可能關於該程序之進程推論出判定，且推論出相對一既定標稱閉迴路控制之任何可能偏差。特別地，一方面藉此可查明一處理程序之突然中斷，而亦可偵測程序狀態之長期變化(譬如，由於一漂移(drift))。
本發明關於一種由一真空閥及一控制單元組成之閥系統，該真空閥用於調節一體積流或質量流，且用於氣密阻斷一流動路徑或用於氣密密封一處理體積。該真空閥具有一閥座，該閥座具有一閥開口、及環繞該閥開口延展之一第一密封面，該閥開口界定一開口軸線。除此以外，該閥盤設有一閥擋門、譬如一閥盤，用於大致氣密閉合該閥開口、或用於設定該開口之一當前大小尺寸，其具有與該第一密封面對應之一第二密封面。
再者，設置與該閥擋門耦接之一驅動單元，其設計成使該閥擋門可依既定方式變動與設定，以根據該閥擋門之各別狀態(譬如，該擋門相對於該閥座或閥殼之一位置或角位置)而提供各別之閥開啟狀態，以及使該閥擋門可從該閥擋門至少部份地未覆蓋該真空閥開口之一開啟位置調整到該閥座之該第一密封面已推壓至該第二密封面上且依大致氣密方式閉合該真空閥開口之一關閉位置、及反向者。
特別地，該擋門之調整可至少大致在一縱向關閉方向上沿一幾何縱向軸線進行，及/或該擋門能夠在一橫向關閉方向上、特別地關於一平行於該縱向軸線延伸之幾何擺動軸線調整而達一中間位置，其中該閥擋門覆蓋該真空閥開口、及該閥擋門之一擋門側 位在相關於該閥座之一間隔對立位置中，以及反向者亦然(參見鐘擺閥)。
該閥系統之控制單元被設計成執行一控制程序，藉基於一程序參數之一當前決定控制變數、及基於一目標變數來觸發該驅動單元，而提供該閥開啟狀態之一選擇性變動或設定，特別地因此可藉如此引起之該閥擋門的一狀態改變，將該控制變數近似(approximated)至該目標變數。
依據本發明，該控制單元具有一檢查功能，用於監視該控制程序，該檢查功能配置成使得當該檢查功能在該控制程序之執行範疇內執行時，在該控制程序之至少一時距期間獲取該閥擋門之一連串狀態，且此等狀態被儲存為當前控制數據(譬如，閉迴路控制之當前控制曲線或當前進展)。該當前控制數據係與既定之標稱控制數據比較，且基於該當前控制數據與該標稱控制數據之比較，生成程序資訊。
緣是，可譬如基於有關一整個控制循環之數據、或藉由在該循環之一部份時距內獲取的數據，進行該控制程序之監視。為此，在該監視之範疇內，保證一適當之當前控制數據與標稱控制數據之比較，其中標稱控制數據在每一情況下皆被分派至一對應時距。例如，可基於一控制曲線之一部份來實施該比較，且檢查該曲線部份關於是否其與一標稱控制範圍之一部份相容、特別地是否該曲線部份不間斷地處於該標稱控制範圍之限制內。
特別地，該程序參數係藉該處理體積之壓力資訊具體實施、該目標變數指明該處理體積之一確切操作狀態的一標稱壓力、及該當前決定控制變數係該處理體積中之一當前壓力。藉由控制程序，處理室中之壓力因此被調整成使該壓力與標稱壓力儘可能相當。除此以外，該調節之發生取決於預設定之一確切控制持續期間、亦即執行閉迴路控制，使得期望之標稱壓力已經、或意欲已經在藉一閉迴路控制起動信號、譬如一指示處理氣體入流(influx)開 始之信號而開始的一確切時間長度後設定。
依據本發明之一具體實施例，該目標變數係該處理體積之一確切操作的一標稱壓力，且該當前決定控制變數指明一當前進入處理體積之介質入流(influx of medium)，該當前決定控制變數係特別地藉一當前入口壓力變數具體實施。該入口壓力變數可代表譬如每單位時間之一質量流、或可構成有關一入口閥的開啟位置之資訊。
通常，為在真空條件或低壓條件下實施一製造步驟，已為用於該製造步驟之處理體積中的一特定處理氣體預先決定一標稱壓力、或一壓力輪廓(profile)之標稱曲線。該標稱壓力或該曲線係在壓力調節範疇內映製(mapped)。
在本發明之一具體實施例中，該控制單元具有一學習功能，用於生成標稱控制數據，該學習功能配置成使得當為實現一些控制循環、特別地對應於該控制程序之一標稱操作而執行時，在一各別控制循環之至少每一時距期間獲取該閥擋門之各別標稱狀態，且關於該控制循環之各別時距獲取之該閥擋門之標稱狀態被儲存為該標稱控制數據。
在該學習功能之範疇內，可獲取各別控制循環之個別單獨控制曲線，且可集合這一些控制曲線而形成一標稱控制曲線。可譬如藉由基於個別單獨曲線之平衡計算或平均來進行該集合。該標稱控制曲線在此情況下代表該標稱控制數據。
另一選擇或除此以外，一標稱控制範圍可藉由該等獲取之閥狀態而界定；例如，針對各別之控制瞬間，可在每一情況下皆界定閥位置之容許位置範圍。該標稱控制範圍可因此亦代表該標稱控制數據。
在本發明之範疇內，藉由該當前控制數據與該確切標稱控制數據之比較，可特別地生成程序資訊，使得該程序資訊具有關於一控制程序之程序完整性(process integrity)的資訊。
特別地，基於該程序資訊，可辨識一非期望之程序狀態、特別地為控制程序期間之一非期望質量入流(undesirable mass influx)，在此情況下特別地為可辨識出存在一處理體積之洩漏。
該控制數據或標稱控制數據優先代表各別(標稱)控制程序之進展、及/或已優先依一控制曲線之型式獲取。
依據本發明之一具體實施例，該程序資訊具有一輸出信號，且已生成聽覺式或視覺式之該輸出信號。該信號可特別地係一警告信號。該程序資訊亦可具有品質資訊，其指明該控制程序之一品質，在此情況下可基於該品質資訊生成一使用者輸出、特別地為錯誤資訊或一警報信號。
在一具體實施例中，已隨同該當前決定控制變數來儲存出口資訊、或當前決定該出口資訊，該出口資訊指明每單位時間流出該處理體積之一介質的質量或體積、且其為該閥擋門之狀態之一函數。該資訊、特別地與有關一進入該體積中之入流的知識相結合，可構成對一期望控制反應之一適當校正變數。
除程序之監視外，該檢查功能已更配置成使得根據該程序資訊，藉選擇性變更該當前決定控制變數或該目標變數、特別地藉設定一偏位(offset)，以進行該控制程序之一自動調整適應。換言之，藉由該檢查功能，可在控制程序中實施一干預(intervention)，且譬如可將一處理室中壓力之調整適應、虛擬值而非一實際量測壓力值供應至該系統。調節器接著將基於此等人造壓力值來實施閥位置之調節，且將依一適當調整適應方式設定。
經由該閥擋門之狀態，特別地獲取藉該驅動單元達到之一閥擋門位置。如此，優先考慮之問題為該閥擋門(亦即，譬如一閥盤)相對於該閥座或該閥殼之一位置。可譬如藉由該驅動單元之側上(例如，馬達上)、或閥本身之側上之一編碼器來查明該位置。
另一選擇或除此以外，經由該閥擋門之一當前狀態，可指明該閥開口之一當前開口剖面、譬如為該閥擋門位置之一函數。
特別地，該真空閥與該控制單元係依一整合一體式結構實現。該二元件因此呈一單元之型式，且譬如以一共同外殼實現。
另一選擇，該控制單元已設計成在結構上與該真空閥分離，且可與該真空閥連通，在此情況下特別地存在一無線式無線電鏈(wireless radio link)(無線區域網路、藍牙等)或一硬線(hard-wired)連接。該控制單元可譬如呈一分離控制器之型式，其接收控制變數、目標變數、及適當時關於閥擋門位置之一迴授，且基於此等輸入數據及基於有關期望閉迴路控制之知識來計算與提供(特別地，直接與馬達連通)一觸發輸出信號至閥之馬達。
在一特定配置中，該控制單元可已連接至一壓力感測器，且該壓力感測器之一輸出信號提供該當前決定控制變數。該壓力感測器特別地配置成可藉其來、特別地連續地、或依一確切更新頻率量測處理室內部中之壓力。該壓力資訊可接著以一感測器輸出信號發送至閉迴路控制系統中且可在其中作進一步處理。
該控制單元已可更連接至譬如一質量流計或一質量流控制器，在此情況下，該質量流計或該質量流控制器之一輸出信號提供該當前決定控制變數。亦即，亦可基於有關一流入處理室中之氣體的資訊來進行閥位置之調節。緣是，可設定閥開口之剖面，使得已調整適應一氣體入流(influx of gas)、且特別地與該氣體入流相當之每單位時間氣體量流出。
除此以外，本發明關於一種用於檢查一真空閥之一調節操作的方法，該真空閥係設計成調節一體積流或一質量流，且氣密密封一處理體積。該真空閥具有一閥座，該閥座具有一閥開口、及環繞該閥開口延展之一第一密封面，該閥開口界定一開口軸線。再者，設置一閥擋門，用於大致氣密閉合該閥開口，其具有一與該第一密封面對應之第二密封面。除此以外，該閥設有與該閥擋門耦接之一驅動單元，其設計成使該閥擋門可依既定方式變動與設定，以根據該閥擋門之各別狀態而提供各別之閥開啟狀態，以及使該閥 擋門可從該閥擋門至少部份地未覆蓋該真空閥開口之一開啟位置調整到該閥擋門之該第一密封面已推壓至該第二密封面上且依大致氣密方式閉合該真空閥開口之一關閉位置、及反向者。
特別地，該驅動單元能夠至少大致在一縱向關閉方向上沿一幾何縱向軸線、及/或藉由該閥擋門之一移動性而大致在一橫向關閉方向上沿著或環繞一幾何橫向軸線達一中間位置而達成一調整，其中該閥擋門覆蓋該真空閥開口、及該閥擋門之一擋門側位在相關於該閥座之一間隔對立位置中，以及反向者亦然。
在該方法之範疇內，藉基於一程序參數之一當前決定控制變數、及基於一目標變數來觸發該驅動單元而執行一控制程序。特別地，因此可藉如此引起之閥擋門的一狀態改變，將該控制變數近似至該目標變數。藉此，提供該閥開啟狀態之一選擇性變動或設定。
依據本發明，在執行控制程序之範疇內，在該控制程序之至少一時距期間獲取該閥擋門之一連串狀態，且此等狀態被儲存為當前控制數據(譬如，一控制曲線)。接著，將該當前控制數據與(預先)決定(已知)之標稱控制數據比較，且基於該當前控制數據與該標稱控制數據之比較生成程序資訊。
本發明又提供一種電腦程式產品，其已儲存於一機器可讀載體上、特別地一上述閥系統之一記憶體單元中。該電腦程式產品具有程式碼，用於實施或控制上述方法之至少以下步驟：‧執行一控制程序，‧獲取該閥擋門之連串狀態作為當前控制數據，‧比較該當前控制數據與確切之標稱控制數據，及‧生成該程序資訊。
特別地，該程式係在一閥系統之一電子數據處理單元、特別地該控制單元中執行。緣是，可藉執行一適當(電腦實現)演算法來進行一控制程序之檢查。
1‧‧‧處理體積/(處理)室
2‧‧‧質量流計/質量流控制器
3‧‧‧壓力感測器
4‧‧‧真空泵
10‧‧‧真空閥
11‧‧‧控制單元
12‧‧‧當前決定控制變數/變數
13‧‧‧目標變數/標稱變數/變數
14‧‧‧校正信號
15‧‧‧檢查功能/監視功能/檢查模組
16‧‧‧輸出通道
20‧‧‧標稱控制數據/標稱控制範圍/容差範圍
20’‧‧‧容許控制範圍
20a‧‧‧標稱控制數據/控制曲線
21‧‧‧包絡線
21a‧‧‧當前控制數據/曲線/當前閉迴路控制
31‧‧‧閥殼
33‧‧‧開口
34‧‧‧開口軸線
35‧‧‧(第一)密封面
38‧‧‧閥擋門/閥盤
39‧‧‧臂
40‧‧‧驅動單元/電力驅動器/
41‧‧‧擺動軸線
O‧‧‧開啟位置
t‧‧‧時間
x‧‧‧橫向運動
y‧‧‧縱向運動
以下將基於圖式中概略繪製之具體示範具體實施例，依純粹示範方式更詳細地說明依據本發明之裝置及依據本發明之方法，其中亦將討論本發明之其他進一步優點，更詳細顯示者：第1圖係依據本發明用於一處理室之調節操作的一真空系統第一具體實施例概略表示；第2圖係依據本發明一當前獲取之控制曲線與一標稱控制曲線的一比較；及第3a圖至第3c圖係作為一鐘擺閥之一調節閥的一具體實施例。
第1圖概略地顯示用於在真空條件下處理一物件之一處理系統的一結構。該結構具有一處理室(process chamber)1及一進入該處理室中之進給管線，該進給管線設有一氣流計或氣流調節器2，藉其可量測正流入該處理室中之一氣體量、或可適當地調節氣體之入流量。再者，設置一壓力感測器3，其允許決定該處理室內部中之壓力(容室壓力)。
在處理室1之一輸出口側上，一真空泵4連接至室1以抽空該室。一控制或調節外流質量流之可設定真空閥10配置於真空泵4與室1之間。在此情況下，可譬如藉由一電動、氣動、或液壓式閥驅動器來實現(控制之)可設定性。
依據本發明，該系統具有一控制單元11，其連接至閥10且基於一適當輸入變數12及一標稱變數13而提供該閥10之一調節觸發。
在圖式所示之具體實施例中，經由輸入變數12(亦即，經由當前決定控制變數)持續地取得壓力感測器3之一當前壓力信號12，藉此得知或獲提供處理室1中之一當前壓力狀態。除此以外，經由標稱或目標變數13，將一各別處理程序之一標稱壓力或一 標稱壓力輪廓(profile)提供至控制單元11。基於此等輸入變數，藉控制單元11生成一校正信號14且將該校正信號輸出至電動閥10。
為設定處理室1中之一期望內壓力，因此在一控制循環之範疇內變動真空閥10之閥開口，使得離開該處理室之一氣體外流發生，以使當前內壓力可近似至一目標壓力。例如，在一處理程序之一第一時距中，該閥開口設定成開啟相對較大，以儘可能快速地出現內壓力下降，且在閉迴路控制之進一步進程中，該閥開口設定成開啟較不大，以在稍後之時距中，可藉每單位時間之氣體量較少的一調節外流來設定及保持期望之內壓力，其中在該進程特別地存在一層流或分子氣流、或另一選擇為亦存在該二者之一混合。
藉變動閥位置(亦即，該閥擋門相對於該閥開口之位置)，對每一控制循環界定一閉迴路控制之進展(progression)、特別地一控制曲線，因此，在一明確時距內各瞬間之閥位置。一處理室中之一處理程序在許多情況下典型地係在控制循環中反覆執行，如此將在每一瞬間依對應之類似方式執行壓力調節。
依據本發明，為查證程序之完整性及/或品質，該控制單元具有一檢查功能或監視功能15。藉由此功能，已界定一標稱閉迴路控制，其構成關於一控制循環如何被實施之規格。該標稱閉迴路控制可譬如已依一標稱控制曲線之型式儲存。
基於有關一閉迴路控制之標稱進展之資訊，現在可將一當前獲取之閉迴路控制之進展與該標稱進展比較，且基於該比較，可推衍出關於該閉迴路控制是否已在設定限制內、譬如一容限(tolerance)範圍內實施的資訊。
控制單元11可更具有一學習功能，藉此可建立關於一標稱閉迴路控制之資訊。為此，以設定之標稱條件(譬如，標稱壓力、標稱溫度、壓力輪廓、溫度輪廓等)執行一生產循環數次，且藉控制單元11，透過閥位置而依調節方式設定容室1中之壓力，以獲致標稱壓力。在歷經此等生產循環之進程，在控制期間之個別單獨循 環中的閥位置被儲存。由可依此生成數據組，接著譬如藉由平衡計算或模型化推衍出結合個別單獨數據組(每一控制循環一個數據組)之標稱控制資訊。
檢查功能15可更設計成根據一獲取之當前閉迴路控制進展而施行一調整適應待獲致之目標變數，以譬如影響該控制程序，使得閉迴路控制中之一查明偏差(ascertained deviation)係在後續控制循環之進程中補償。換言之，檢查功能15可輸出特別地以時間依持方式改變之目標變數，且將該目標變數依此型式傳入閉迴路控制電路中。
檢查功能15可依相似方式適當地作用於當前量測之控制變數(譬如，量測壓力)。例如，可模擬存在有一較實際量測者大之壓力，以引起內壓力較快速之下降。
藉由檢查功能15對控制程序之干預，可特別地藉由直接輸入至調節器中、譬如藉調整適應調節參數而進行。
除此以外，檢查模組15設有一輸出通道16。藉此，可輸出一具有關於當前控制狀態之資訊的信號。如此，一使用者可譬如偵測是否程序在其既定限制內繼續進行、或是否獲致相對此等限制之偏差。另一選擇或補充，可將該信號提供至一計算單元或較高等級之程序控制器，因此可譬如施行總體程序之自動調整適應。
藉由依據本發明之檢查功能，其結果不僅可能檢查被提供給閥10之一控制程序是否符合需求，且超越及優於此地可實施一關於處理程序本身是否在其既定邊界條件之範疇內繼續進行的判定。倘譬如查明一當前記錄控制曲線與為該程序儲存之標稱控制曲線之間的一誤差，則基於此誤差，可推論譬如在該處理室中、或一連接該處理室之進給管線中存在洩漏，且可對應地標記該程序有缺陷。無依據本發明之檢查功能，此類洩漏只「被壓制」，亦即，閥被適當地觸發以在一既定時間內獲致標稱壓力，而未先在程序進程中於外部查明一誤差。
第2圖顯示為一控制循環界定之一標稱控制範圍20，及為該控制程序獲取之一當前閉迴路控制21a。
以示範方式描繪於標稱控制範圍20內者係一控制曲線20a，其係由一待執行處理步驟之學習程序範疇內的一些個別單獨獲取控制曲線推衍而來。基於此曲線20a之進展，已生成曲線20a之一包絡線(envelope)，該包絡線又界定一期望閉迴路控制之一容差範圍(tolerance range)20。來自學習程序之獲取控制曲線、及亦繪製出之推衍曲線20a，在每一情況下皆代表在一控制循環期間之時間(t)的閥位置(x，y)或(角)位置(°)，此等位置已藉該驅動單元(馬達、氣動系統、液壓系統等)設定。
曲線21a代表之閉迴路控制表示學習程序之個別單獨執行的一當前生產控制循環。基於在此同樣繪製之該曲線21a之包絡線21，明顯可見被執行之控制程序的特定偏差。曲線21a並非位於在此藉20’代表之容許控制範圍內，該容許控制範圍在其進展中與標稱控制範圍20對應，且已為目視檢查曲線21a而沿時間軸偏移，亦即，其代表標稱控制範圍20。
基於區域20/20’與21之進展、及曲線20a與21a的比較，可查明在當前控制事件中，正發生一顯然較快速之閥擋門的調整，亦即，已在一段時間提供較標稱閉迴路控制中者快速之擋門位置改變。此類進程偏差可為處理體積中壓力較預期者略微升高之指示，這可譬如因氣體量調節器故障而引起。
另一選擇，倘譬如必須在一相對較短時間內從該處理體積抽出一相對較大量之氣體、譬如閥開啟位置持續較久，則一進程偏差可為存在一氣體洩漏之指示。此情況典型地與控制曲線之一較緩慢上升相關聯。
可如上述者藉由一標稱閉迴路控制過程之一參考曲線(譬如，20a)，藉譬如包圍待設定曲線之一區域來決定容許標稱控制範圍20之限制。該區域可在此情況下具有相關於該曲線之某一 特定容差，亦即，該區域可具有相對該曲線各別之局部或總體最大值或最小值的一確切間距。
另一選擇，可譬如藉模型化或模擬一控制事件而查明標稱控制範圍20，其中例如為此而模擬或計算一期待之氣體入流、一以此為基礎之壓力改變、及待提供之氣體外流。在一較簡單之情況下，以對氣體入流量(時間之函數)、及特別地系統結構的了解，將可直接決定閥之標稱控制曲線。
第3a圖至第3c圖中，以一鐘擺閥型式描繪依據本發明之閥的可能具體實施例。用於大致氣密阻斷一流動路徑之閥具有一閥殼31，該閥殼具有一開口33。該開口具有一圓形剖面。在閥盤38之一關閉位置中，開口33係藉由閥盤38而依氣密方式閉合。第3b圖及第3c圖中圖示出閥盤38之一開啟位置O。
開口33係由一閥座圍繞。此閥座係由軸向地指向閥盤38方向之一密封面35構成，該密封面係與開口軸線34夾直角地延伸且具有一圓形環之形狀，該圓形環已形成於閥殼31中。
除此以外，該閥具有一閥盤38，其能夠擺動，且此外能夠與開口軸線34大致平行地調整。
閥盤38經由一臂39連接至一電力驅動器40(馬達)，該臂沿側向地配置於該盤上且關於開口軸線34呈垂直地延伸。在閥盤38之關閉位置中，該臂39位於開口33之開口剖面外側，沿開口軸線34依幾何學方式凸起。
透過使用一適當之傳動裝置，一電力驅動器40設計成使得閥盤38(習慣上在一鐘擺閥之情況下)能夠藉由與開口軸線34呈直角、且大致平行越過開口33剖面及與開口軸線34垂直之一驅動器40橫向運動x，以關於一擺動軸線41之一擺動運動型式，在一開啟位置O與一中間位置之間擺動，以及藉由平行於開口軸線34發生之一驅動器40縱向運動y而可線性位移。
在開啟位置O中，閥盤38已定位於一暫停部(dwell portion)中，該暫停部沿側向地配置於開口33旁側，使得開口33與流動路徑未被覆蓋。在該中間位置中，閥盤38已依間隔方式定位於開口33上方，且覆蓋開口33之開口剖面。在該關閉位置中，由於一氣密接觸存在於閥擋門38(閥盤)與該閥座之密封面35之間，因此開口33已依氣密方式關閉，且流動路徑已被阻斷。
為達成自動且調節之閥開啟與關閉，該閥提供一電子閉迴路控制，其設計成使得、且與驅動器40連通而使得、閥盤38可適當地調整，以氣密密封一處理體積或調節該體積之一內壓力。此類控制單元結合該閥，構成依據本發明之一閥系統。
基於該等控制變數、及一輸出控制信號，可變地設定閥盤38之位置。經由輸入信號，取得有關與該閥連接之一處理體積中當前壓力狀態的資訊。除此以外，譬如一進入該體積中之質量入流之又一輸入變數可被提供至調節器。基於此等變數及基於為該體積所設定或取得之一既定標稱壓力，因此在一控制循環期間發生該閥之一調節設定，使得可藉由該閥在一段時間調節一離開該體積之質量外流。為此，一真空泵設於該閥下游，亦即，該閥配置於該處理室與該泵之間。結果，可調節出一期望之壓力輪廓。
藉設定閥擋門38，設定該閥開口33之一各別開口剖面，及因此設定每單位時間可從該處理體積抽空之可能氣體量。為此，閥擋門38可具有一偏離圓形之外型，以特別地獲致儘可能呈層流之一介質流動。
為調節開口剖面，可藉該控制單元以驅動器40之橫向運動x將閥盤38從開啟位置O調整到該中間位置，及以驅動器40之縱向運動y從該中間位置調整到該關閉位置。為完全開啟流動路徑，藉該控制器將閥盤38以驅動器40之縱向運動y從該關閉位置調整到該中間位置，及由此以驅動器40之橫向運動x從該中間位置調整到開啟位置O。
在本示範具體實施例中，驅動器40呈一電動馬達型 式，該傳動裝置能夠切換，以使驅動器40之一驅動引起橫向運動x或縱向運動y。驅動器40及該傳動裝置係藉該閉迴路控制以電子式觸發。由該領域技術已知此類型之傳動裝置、特別地具有檔位變換(gate shifts)者。此外，可能運用數個驅動器，以引起橫向運動x及縱向運動y，在此情況下將由該控制器接管該等驅動器之觸發。
不僅藉由以橫向運動x將閥盤38在開啟位置O與該中間位置之間擺動調整，且尤其藉由以縱向運動y將閥盤38沿開口軸線34在該中間位置與該關閉位置之間線性調整，而可能以上述之鐘擺閥精密調節流通量。上述鐘擺閥可用於精密調節任務。
閥盤38與閥座二者各具有一密封面35、即一第一與一第二密封面。除此以外，第一密封面35具有一密封件。該密封件可譬如為聚合物，其已藉由硫化而硫化至該閥座上。另一選擇，該密封件可譬如實現為該閥座之一溝槽中的一O型環。一密封材料亦可已黏附至該閥座上，且可因此具體實施該密封件。在另一選擇具體實施例中，該密封件可配置於閥盤38之側上、特別地在該第二密封面上。亦可設想到此等設計之組合。
可藉不同型式之真空閥、譬如一舌閥、一滑閥、或一所謂蝶形調節閥，作為如繪製之鐘擺閥的另一選擇，以實現依據本發明之真空閥系統。特別地，該系統設計有壓力調節閥，以用於真空區域中。再者，亦可運用其中閥擋門僅能在一方向作調整之鐘擺閥。
請了解到，繪製出之圖式僅概略地表示可能的示範具體實施例。依據本發明，提出之各式解決方案亦可相互結合、且亦可與屬於該領域技術中用於真空處理壓力調節的方法及裝置結合。
20‧‧‧標稱控制數據/標稱控制範圍/容差範圍
20’‧‧‧容許控制範圍
20a‧‧‧標稱控制數據/控制曲線
21‧‧‧包絡線
21a‧‧‧當前控制數據/曲線/當前閉迴路控制
t‧‧‧時間
x‧‧‧橫向運動

Claims (14)

  1. 一種由一真空閥(10)及一控制單元組成之閥系統，該真空閥用於調節一體積流或質量流，且用於氣密密封一處理體積(1)，其中該真空閥(10)具有一閥座，該閥座具有一閥開口(33)、及環繞該閥開口(33)延展之一第一密封面(35)，該閥開口界定一開口軸線(34)，一閥擋門(38)，用於大致氣密密封該閥開口(33)，其具有與該第一密封面(35)對應之一第二密封面，及一驅動單元(40)，與該閥擋門(38)耦接，其設計成使該閥擋門(38)可依既定方式變動與設定，以根據該閥擋門(38)之各別狀態而提供各別之閥開啟狀態，及可從該閥擋門(38)至少部份地未覆蓋該閥開口(33)之一開啟位置(O)調整到該第一密封面(35)已推壓至該第二密封面上且依大致氣密方式閉合該閥開口(33)之一關閉位置，及反向者，及其中該控制單元被設計成執行一控制程序，藉基於一程序參數之一當前決定控制變數(12)、及基於一目標變數(13)來觸發該驅動單元(40)，而提供該閥開啟狀態之一選擇性變動或設定，特別地因此可藉如此引起之該閥擋門(38)的一狀態改變，將該控制變數(12)近似至該目標變數(13)，其特徵在於，該控制單元具有一檢查功能，用於監視該控制程序，該檢查功能配置成使得當該檢查功能執行時，在該控制程序之執行範疇內，在該控制程序之至少一時距期間獲取該閥擋門(38)之一連串狀態，且該連串狀態被儲存為當前控制數據(21a)，該當前控制數據(21a)與確切之標稱控制數據(20，20a)比 較，及基於該當前控制數據(21a)與該標稱控制數據(20，20a)之比較，生成程序資訊，其中該控制單元具有一學習功能，用於生成該標稱控制數據(20，20a)，該學習功能配置成使得當執行時，為實現一些控制循環、對應於該控制程序之一標稱操作者，在一各別控制循環之至少每一時距期間獲取該閥擋門(38)之各別標稱狀態，及關於該控制循環各別時距獲取之該閥擋門(38)之標稱狀態被儲存為該標稱控制數據(20，20a)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之閥系統，其中，該程序參數係藉該處理體積(1)之壓力資訊具體實施，該目標變數(13)係該處理體積(1)之一確切操作的一標稱壓力，及該當前決定控制變數(21a)代表該處理體積(1)中之一當前壓力。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該目標變數(13)係該處理體積(1)之一確切操作的一標稱壓力，及該當前決定控制變數(12)指明一當前進入該處理體積(1)之介質入流，特別地其中該當前決定控制變數係藉一當前入口壓力變數具體實施。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，藉該當前控制數據(21a)與該確切標稱控制數據(20，20a)之比較，生成該程序資訊，使得該程序資訊具有關於該控制程序之一程序完整性的資訊，特別地其中基於該程序資訊，可辨識一非期望之程序狀態、特別地為該控制程序期間之一非期望質量入流，特別地其中可辨識出存在該處理體積(1)之一洩漏。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該當前控制數據(21a)及/或該標稱控制數據(20，20a)代表該控制程序之當前進展或一標稱進展，及/或已依一各別控制曲線之型式獲取。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該程序資訊包含一輸出信號，且已生成聽覺式或視覺式之該輸出信號，及/或具有品質資訊，其指明該控制程序之一品質，及可基於該品質資訊生成一使用者輸出、特別地為錯誤資訊或一警報信號。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，已隨同該當前決定控制變數(12)來儲存出口資訊、或當前決定該出口資訊，該出口資訊指明每單位時間流出該處理體積(1)之一介質的質量或體積、且其為該閥擋門(38)狀態之一函數。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該檢查功能配置成使得根據該程序資訊，藉選擇性變更該當前決定控制變數(12)或該目標變數(13)、特別地藉設定一偏位，以進行該控制程序之一自動調整適應。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該閥擋門(38)之狀態指明藉該閥擋門(38)之該驅動單元達到之相對於該閥座的一位置，及/或指明該閥開口(33)之一當前開口剖面，其為該閥擋門位置之一函數。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該真空閥(10)與該控制單元係依一整合一體式結構實現。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該控制單元設計成在結構上與該真空閥(10)分離，且與該真 空閥(10)連通，在此情況下特別地存在一無線式無線電鏈或一硬線連接。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之閥系統，其中，該控制單元連接至一壓力感測器(3)，且該壓力感測器之一輸出信號提供該當前決定控制變數(12)，及/或至一質量流計(2)或一質量流控制器(2)，且該質量流計或該質量流控制器之一輸出信號提供該當前決定控制變數(12)。
  13. 一種用於檢查一真空閥(10)之一調節操作的方法，其中該真空閥(10)係設計成調節一體積流或一質量流，且氣密密封一處理體積(1)，及具有一閥座，該閥座具有一閥開口(33)、及環繞該閥開口(33)延展之一第一密封面(35)，該閥開口界定一開口軸線(34)，一閥擋門(38)，用於大致氣密閉合該閥開口(33)，其具有與該第一密封面對應之一第二密封面，及一驅動單元(40)，與該閥擋門(38)耦接，其設計成使該閥擋門(38)可依既定方式變動與設定，以根據該閥擋門(38)之各別狀態而提供各別之閥開啟狀態，及可從該閥擋門(38)至少部份地未覆蓋該閥開口(33)之一開啟位置(O)調整到該第一密封面已推壓至該第二密封面上且依大致氣密方式閉合該閥開口(33)之一關閉位置，及反向者，及其中一控制程序係藉基於一程序參數之一當前決定控制變數(12)、及基於一目標變數(13)來觸發該驅動單元而執行，其中提供該閥開啟狀態之一選擇性變動或設定，特別地因此藉如此引起之該閥擋門的一狀態改變，將該控制變數近似至該目標變數，其特徵在於，在該控制程序之執行範疇內，在該控制程序之至少一時距期 間獲取該閥擋門(38)之一連串狀態，且該連串狀態被儲存為當前控制數據(21a)，該當前控制數據(21a)與確切之標稱控制數據(20，20a)比較，及基於該當前控制數據(21a)與該確切之標稱控制數據(20，20a)之比較，生成程序資訊，其中用於生成該標稱控制數據(20，20a)，為一些控制循環、對應於該控制程序之一標稱操作者，在一各別控制循環之至少每一時距期間獲取該閥擋門(38)之各別標稱狀態，及關於該控制循環各別時距獲取之該閥擋門(38)之標稱狀態被儲存為該標稱控制數據(20，20a)。
  14. 一種電腦程式產品，其已儲存於一機器可讀載體上、特別地一如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之閥系統的一記憶體單元中，該電腦程式產品具有程式碼，以實施或控制如申請專利範圍第13項所述之方法的至少一以下步驟：執行一控制程序，獲取該閥擋門(38)之連串狀態，比較該當前控制數據(21a)與該標稱控制數據(20，20a)，及生成該程序資訊，該程式係在特別地一如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之閥系統的一電子數據處理單元、特別地該控制單元中執行。
TW106137702A 2016-11-03 2017-11-01 用於真空處理之調節操作的真空閥系統 TWI744407B (zh)

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