(57)【要約】【課題】制御弁によって圧力が制御される負荷に漏れが生じた場合に、警報装置を作動させてそのことを知らせるようにした圧力制御装置において、上記の負荷の漏れを検出するための圧力センサを必要とせず、制御弁の制御環境を変化させないで漏れの検出を行なうようにした圧力制御装置を提供する。【解決手段】制御弁１０によってその出力側に接続された加圧用バッグ１４等の負荷の圧力を一定に制御するために、上記制御弁１０に制御コントローラ１１を接続し、このコントローラ１１からの信号Ｓｉｎを上記制御弁１０に印加するとともに、上記制御弁１０に印加するＳｉｎの増加量ΔＳｉｎが所定の値よりも大きくなった場合に、負荷１４に漏れが発生したものと判断するものであって、この判断は、制御コントローラ１１のＣＰＵ３２による判断動作として行なわれる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して前記制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした圧力制御装置において、
前記制御弁に印加される制御信号の大きさが所定の値より大きいかどうかを判断する判断手段を具備し、該判断手段によって制御信号が所定の値よりも大きいと判断された場合に前記制御弁と接続された負荷に漏れが発生したと判断することを特徴とする圧力制御装置。
【請求項２】
前記制御弁の出力圧を検出する検出手段を具備し、該検出手段の検出出力を前記制御手段に入力することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項３】
前記判断手段が前記制御手段のＣＰＵであって、該ＣＰＵが前記制御信号の大きさを基準値と比較して漏れの有無を判断することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項４】
出力手段を具備し、前記判断手段によって漏れが発生した判断された場合に前記出力手段が出力動作を行なうことを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項５】
前記出力手段が警報装置であって、漏れ検出に伴って警報動作を行なうことを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項６】
制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して前記制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした圧力制御方法において、
前記制御弁に印加される制御信号の大きさが所定の値より大きいかどうかを判断し、所定の値より大きいと判断された場合に前記制御弁に接続された負荷に漏れが発生したと判断することを特徴とする圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力制御装置および圧力制御方法に係り、とくに制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした圧力制御装置および圧力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばケミカルメカニカルポリシッングに用いられる加圧装置の圧力制御のためのシステム構成は、図１に示されるようになっている。ここで制御弁１０は制御コントローラ１１によって制御されるようになっており、制御コントローラ１１に対しては、制御弁１０の出力圧Ｐｏｕｔを圧力センサ１２によって検出し、この検出出力を制御コントローラ１１に印加するようにしていた。上記制御弁１０は圧力源１３によって供給圧が印加されるとともに、制御弁１０の出力側に負荷を構成する加圧用バッグ１４が接続される。ここで上記加圧用バッグ１４の漏れを検出するために制御弁１０の出力側と加圧用バッグ１４との間に流量センサ１６が接続され、この流量センサ１６の出力を駆動ユニット１７に印加し、これによって警報器１８の制御を行なうようにしていた。
【０００３】
以上のような構成において、制御弁１０はその出力圧Ｐｏｕｔが圧力センサ１２によって検出され、この圧力センサ１２の検出出力を制御コントローラ１１にフィードバックすることによって、制御弁１０のフィードバック制御が達成される。従って制御弁１０はその出力圧Ｐｏｕｔが常に制御コントローラ１１に印加される目標圧Ｓに応じた値になるように制御される。
【０００４】
ここで仮に加圧用バッグ１４に漏れが発生した場合には、制御弁１０の出力であって加圧用バッグ１４に印加される流体の流量が増加する。この流体の流量の増加を流量センサ１６によって検出し、その検出出力に応じて駆動ユニット１７を介して警報器１８を作動させるようにしていた。すなわち加圧用バッグ１４に漏れが発生した場合には、警報器１８による警報動作が行なわれ、これに応じて加圧用バッグ１４の交換等の適切な措置が採られるようになり、加圧用バッグ１４の不測の破袋に伴うトラブルを未然に解消することが可能になる。
【０００５】
ところが従来の加圧用バッグ１４の圧力制御は、その入力側であって制御弁１０との間に流量センサ１６を接続することを要する。ここで流量センサは、流体の管路においては流動抵抗として作用する。ここで流量センサ１６を制御される加圧用バッグ１４の圧力供給ラインに挿入するために、流動抵抗の小さなセンサ１６によると、漏れ量の計測レベルが大きくなりすぎる。一方で計測レベルの小さい流量センサの場合には、流動抵抗が大きくなりすぎて最大流量が低減する。何れの場合も加圧用バッグ１４の圧力制御系の制御環境が悪化する問題がある。また流量センサ１６それ自体が比較的高価であって、しかもその変化量を検出するためには、上記センサ１６に接続するコントローラを必要とし、このコントローラがメモリやコンパレータの回路を備えなければならず、これによってより大きなコストアップを生ずることになる。
【特許文献１】特開２００６−０５３０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明の課題は、漏れを検出するための特別なセンサ等の機器を必要とせず、これによって制御弁の制御環境を変化させないようにした圧力制御装置および圧力制御方法を提供することである。
【０００７】
本願発明の別の課題は、流量センサ等の特別の検出機器を追加する必要がなく、これによってコストの増大を抑えるようにした圧力制御装置および圧力制御方法を提供することである。
【０００８】
本願発明のさらに別の課題は、制御ラインに特別な機器を付加することがないために、同じ内容のシステムの展開が簡単に行ない得るようにした圧力制御装置および圧力制御方法を提供することである。
【０００９】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の主要な発明は、制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して前記制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした圧力制御装置において、
前記制御弁に印加される制御信号の大きさが所定の値より大きいかどうかを判断する判断手段を具備し、該判断手段によって制御信号が所定の値よりも大きいと判断された場合に前記制御弁と接続された負荷に漏れが発生したと判断することを特徴とする圧力制御装置に関するものである。
【００１１】
ここで、前記制御弁の出力圧を検出する検出手段を具備し、該検出手段の検出出力を前記制御手段に入力するようにしてよい。また前記判断手段が前記制御手段のＣＰＵであって、該ＣＰＵが前記制御信号の大きさを基準値と比較して漏れの有無を判断するようにしてよい。また出力手段を具備し、前記判断手段によって漏れが発生した判断された場合に前記出力手段が出力動作を行なってよい。また前記出力手段が警報装置であって、漏れ検出に伴って警報動作を行なってよい。
【００１２】
制御方法に関する主要な発明は、制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して前記制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした圧力制御方法において、
前記制御弁に印加される制御信号の大きさが所定の値より大きいかどうかを判断し、所定の値より大きいと判断された場合に前記制御弁に接続された負荷に漏れが発生したと判断することを特徴とする圧力制御方法に関するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願の主要な発明は、制御手段によって制御弁に対して制御信号を印加して制御弁と接続された負荷の圧力を制御するようにした出力制御装置において、制御弁に印加される制御信号の大きさが所定の値より大きいかどうかを判断する判断手段を具備し、該判断手段によって制御信号が所定の値よりも大きいと判断された場合に制御弁と接続された負荷に漏れが発生したと判断するようにしたものである。
【００１４】
従ってこのような圧力制御装置によると、制御手段によって発生される制御信号であって、制御弁に印加される制御信号の大きさを用いて漏れの検出を行なうことができ、このために漏れの検出のための特別な機器を必要としなくなる。従ってこのことから、制御弁の制御環境を変化させることなく、さらには流量センサ等の特別な検出機器の追加を必要とすることがなく、これによってコストアップの増大を抑えるとともに、制御系に何等の機器を追加しないために、同じ内容でのシステム転換が簡単にできるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図２は本実施の形態によって圧力が制御される加圧用バッグ１４を備えるケミカルメカニカルポリッシング装置を示しており、この装置は、ステージ２５を備えており、このステージ２５上に薄い円板状の半導体ウエハ２６が載置される。そして半導体ウエハ２６の上に砥石２７を配し、この砥石２７に対して加圧用バッグ１４で適正な圧力を印加するようにしている。なお加圧用バッグ１４の上面は押え板２８およびロッド２９によって押えられるようになっている。そして上記加圧用バッグ１４は、その左端側の供給管２１を通して圧力が印加されるとともに、排出管２２に接続されている開閉弁２３を開放することによって、排出動作が行なわれるようになっている。
【００１６】
次に上述のような加圧用バッグ１４の加圧のための制御システムを図３によって説明する。この制御システムは、制御弁１０によって行なわれるようになっており、制御弁１０は上記加圧用バッグ１４の供給管２１に接続される。また制御弁１０は制御コントローラ１１によって制御が行なわれるようになっており、上記制御弁１０の出力側の圧力を圧力センサ１２によって検出し、この圧力センサ１２の検出出力を制御コントローラ１１にフィードバックするようにしている。また制御弁１０の入力ポートには、圧力源１３が接続されるようになっている。また上記制御コントローラ１１には、駆動ユニット１７が接続されるとともに、この駆動ユニット１７の出力側に警報器１８が接続されるようになっている。すなわちこのシステムの特徴は、制御コントローラ１１の信号を用いて駆動ユニット１７を介して警報器１８を作動させることにある。
【００１７】
図４は上記制御コントローラ１１の構成を示しており、この制御コントローラ１１はＣＰＵ（中央演算処理装置）３２を備えている。そしてＣＰＵ３２にはＲＡＭ３３とＲＯＭ３４とが接続されている。ＲＡＭ３３はレジスタを形成し、このレジスタ上に各種のデータを入力してＣＰＵ３２による演算動作を行なうための記憶手段である。これに対してＲＯＭ３４は、ＣＰＵ３２による制御を行なう制御プログラムを格納している。そしてＣＰＵ３２には入力インターフェース３５が接続され、この入力インターフェース３５を通して、信号Ｓ、信号Ｐｏｕｔ、信号Ｑｏｕｔがそれぞれ入力される。またＣＰＵ３２には出力インターフェース３６が接続され、この出力インターフェース３６を介して信号Ｓｉｎが出力され、駆動ユニット１７に信号を供給するようにしている。駆動ユニット１７は上述の如く、警報器１８を駆動制御する。
【００１８】
このように本実施の形態の制御システムは、図３に示す制御弁１０、制御コントローラ１１、および圧力センサ１２を備えている。ここでコントローラ１１に印加される指令信号をＳとし、コントローラ１１によって制御弁１０に印加される制御信号をＳｉｎとし、制御弁１０の出力圧をＰｏｕｔとし、制御弁１０の出力流量をＱｏｕｔとすると、制御弁１０に対する制御コントローラ１１の制御系が閉ループの制御系を構成しているために、入出力特性は次のようになる。
Ｐｏｕｔ＝Ｃ１・Ｓｉｎ−Ｃ２・Ｑｏｕｔ＋Ｃ３・ｔ１＋Ｃ４・ｔ２
Ｃ１・Ｓｉｎは入力信号による変化分を示し、Ｃ２・Ｑｏｕｔは出力信号に依存する変化分を示し、Ｃ３・ｔ１は断熱圧縮による変化分を示し、Ｃ４・ｔ２は制御弁１０の寿命による変化分を表す。そして閉ループ制御の場合には、入出力特性は総ての外乱が補正されており、Ｐｏｕｔは常に一定となる。
すなわちＰｏｕｔ＝Ｃ・Ｓ
ここでＣは定数であり、Ｓはコントローラ１１に印加される入力信号であって指令値を表す。従って
Ｃ２・Ｑｏｕｔ＝−Ｐｏｕｔ＋Ｃ１・Ｓｉｎ＋Ｃ３・ｔ１＋Ｃ４・ｔ２
＝−Ｃ・Ｓ＋Ｃ１・Ｓｉｎ＋Ｃ３・ｔ１＋Ｃ４・ｔ２
Ｑｏｕｔ＝−Ｃ・Ｓ／Ｃ２＋Ｃ１・Ｓｉｎ／Ｃ２＋Ｃ３・ｔ１／Ｃ２＋Ｃ４・ｔ２／Ｃ２
ここで、指令値Ｓが一定の場合には、Ｃ・Ｓ／Ｃ２は一定であり、Ｃ３・ｔ１／Ｃ２は断熱圧縮による変化の終了時は一定であり、Ｃ４・ｔ２／Ｃ２は短期間では一定である。
Ｃ１／Ｃ２＝Ｃ０とすると、
出力流量Ｑｏｕｔは、Ｑｏｕｔ＝Ｃｏ・Ｓｉｎ＋Ｋ
上記の式から明らかなように、バッグ１４の漏れの変化量ΔＱｏｕｔの計測は、Ｓｉｎの変化量ΔＳｉｎにより行なうことができる。
【００１９】
図５はこのような制御系における制御信号Ｓｉｎ／出力圧Ｐｏｕｔの時間に対する変化を示しており、加圧の開始動作に伴って、制御コントローラ１１から制御弁１０に加えられる信号Ｓｉｎが次第に増加する。そして定常状態に至る直前において、断熱圧縮に伴うオーバシュートが発生する。このオーバシュートが上述のＣ３・ｔ１に当る。そしてこの後に、定常状態に至る。定常状態は、制御コントローラ１１によって制御弁１０を制御し、加圧用バッグ１４の圧力の値を一定に維持する動作である。この動作は、加圧用バッグ１４に印加される圧力Ｐｏｕｔを圧力センサ１２によって検出し、その検出出力を制御コントローラ１１に入力し、コントローラ１１が上記出力圧Ｐｏｕｔが一定になるように制御弁１０を制御することによって行なわれる。すなわちここでは、クローズドループのフィードバック制御が行なわれ、これによって加圧用バッグ１４は適正な出力圧Ｐｏｕｔに維持され一定の値を保持する。
【００２０】
ここで何等かの理由によって、加圧用バッグ１４に漏れが発生すると、この漏れの発生に伴う制御弁１０の出力圧Ｐｏｕｔの減少を補うように、制御コントローラ１１は制御弁１０に印加する信号Ｓｉｎを増加させる。すなわち漏れによる圧力減を補うためにΔＳｉｎだけ制御信号Ｓｉｎを増加させる。
【００２１】
本実施の形態の特徴は、加圧用バッグ１４の漏れの発生に伴う制御弁１０の制御信号Ｓｉｎの増加分ΔＳｉｎを捉え、これに応じて警報動作を行なうことにある。図６はこのような動作を示しており、制御コントローラ１１のＣＰＵ３２は、定常状態におけるＳｉｎのサンプリングをすでに行なっている。このサンプリング値はＴｃとしてＣＰＵ３２に接続されたＲＡＭ３３に登録されている。そしてＣＰＵ３２は、所定の時間間隔で、制御コントローラ１１が制御弁１０に対して出力する制御信号Ｓｉｎのサンプリングを行ない、ＴｓとしてＲＡＭ３３上のレジスタに書込む。そしてＣＰＵ３２は、上記Ｔｓと基準値Ｔｃの比較を行ない、その差分の演算を行なう。ここでＴｓ−Ｔｃが所定の値Ａよりも大きい場合には、漏れありと判断し、これによってアラーム動作を行なう。このアラーム動作は、この制御コントローラ１１が駆動ユニット１７を介して警報器１８を作動させる動作である。これによって加圧用バッグ１４の漏れの警報動作が行なわれる。これに対してＴｓ−Ｔｃが所定値Ａより小さく漏れがないと判断された場合には、警報器１８による警報動作が行なわれない。
【００２２】
本実施の形態に係る圧力制御系のシステム構成は、図３に示すようなシステム構成になっており、加圧用バッグ１４に漏れが生じたかどうかを検出するための流量計等の特別な機器を必要としない。従って制御弁１０の制御系の制御環境が変化しない。また流量センサ等の特別なセンサを追加する必要がないために、そのためのコストアップを抑えることが可能になる。また流量センサを必要としないために、そのためのスペースを必要とせず、コンパクトなシステム構成とすることが可能になる。また制御弁１０の制御ラインに何も加えないために、同じ内容のシステム転換が簡単にできるようになる。また加圧用バッグ１４の破損に伴う事故を未然に回避できるようになる。
【００２３】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、半導体ウエハの研磨用のケミカルメカニカルポリッシングに用いられる加圧用バッグ１４の圧力制御に関するものであるが、本発明はその他各種の目的に応じた圧力制御に広く適用することが可能である。また上記実施の形態における制御弁１０による制御対象は、ガス圧あるいは液体圧の何れであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、各種の圧力の制御のための圧力制御装置および圧力制御方法として広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の圧力制御装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】ケミカルメカニカルポリッシングに用いられる加圧用バッグを用いた加圧装置の要部縦断面図である。
【図３】圧力制御系のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】制御コントローラの内部構造を示すブロック図である。
【図５】時間に対する制御信号および出力圧の変化を示すグラフである。
【図６】漏れの検出動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１０  制御弁
１１  制御コントローラ
１２  圧力センサ
１３  圧力源
１４  加圧用バッグ
１６  流量センサ
１７  駆動ユニット
１８  警報器
２１  供給管
２２  排出管
２３  開閉弁
２５  ステージ
２６  半導体ウエハ
２７  砥石
２８  押え板
２９  ロッド
３２  ＣＰＵ
３３  ＲＡＭ
３４  ＲＯＭ
３５  入力インターフェース
３６  出力インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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