壓力控制器及其開口度調節方法
2023-07-06 20:45:16
壓力控制器及其開口度調節方法
【專利摘要】本發明提供一種壓力控制器及其開口度調節方法，屬於真空設備氣體壓力控制【技術領域】，其可解決現有的APC調節真空腔室氣體壓力不夠精確的問題。本發明的壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板，所述擺動板用於控制所述開口的開口度，其中，所述壓力控制器包括光柵尺，所述光柵尺用於讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置。其開口度調節方法包括用光柵尺讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置，並根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。本發明對真空腔室氣體壓力的調節更為精確。
【專利說明】壓力控制器及其開口度調節方法【技術領域】
[0001]本發明屬於真空設備氣體壓力控制【技術領域】，具體涉及一種壓力控制器及其開口度調節方法。
【背景技術】
[0002]在半導體和顯示裝置生產領域經常需要使用真空設備，真空氣體是真空設備進行反應的基本條件，也 是反應過程中非常重要的因素。如何精密調節和控制真空設備的壓力，是真空領域的一項重要課題。
[0003]例如，在液晶顯示裝置生產領域，以幹法刻蝕設備為例，如圖1所示，一般是通過電容壓力計(Capacitance Manometer, CM)對幹法刻蝕設備反應腔室(Process Chamber,PC)中的氣體壓力進行檢測，並將檢測到的壓力結果轉化為電信號傳給自適應壓力控制器(Automatic Pressure Controller,APC) ,APC的開口處設有擺動板，擺動板設於轉動軸上，APC接收信號後，通過脈衝信號驅動步進電機來控制轉動軸的轉動，轉動軸帶動擺動板擺動，從而控制APC的開口度，進而控制真空泵的排氣量，實現調節控制PC壓力的功能。這種通過脈衝信號控制APC開口度，也即控制PC壓力的方法具有簡單、準確的特點。
[0004]發明人發現現有技術中至少存在如下問題:針對上述控制APC開口度的方法，當轉動軸隨著使用時間累積而存在機械誤差時，轉動軸的誤差在轉動對象(擺動板)上會進一步放大，這樣APC擺動板的轉動量就會出現較大偏差，即APC開口度不精確，從而導致設備的氣體壓力出現偏差。另一方面，當使用CM監控反應腔室的氣體壓力出現偏差時，通常是通過調整APC開口度進行補償，但當APC開口度補償值過大，與設定值偏差達到一定程度時，APC開口度的自動補償系統會發生報警，導致設備停機，造成產能浪費。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題包括，針對現有的APC調節真空腔室氣體壓力不夠精確的問題，提供一種對真空腔室氣體壓力調節更為精確的壓力控制器及其開口度調節方法。
[0006]解決本發明技術問題所採用的技術方案是一種壓力控制器，其中，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板，所述擺動板用於控制所述開口的開口度，其中，所述壓力控制器包括光柵尺，所述光柵尺用於讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置。
[0007]本發明的壓力控制器的擺動板的不同位置相應地對應壓力控制器不同的開口度，也就是對應真空腔室內的壓力，而光柵尺可根據莫爾條紋的數量能夠精確地對擺動板的位置進行測量，因此，可通過調節控制擺動板的位置實現對真空腔室內的氣體壓力的精確控制。
[0008]優選的是，所述光柵尺包括標尺光柵和光柵讀數頭，所述光柵讀數頭安裝在所述擺動板上，用於根據與所述標尺光柵的位置讀取莫爾條紋圖案，以確定所述擺動板的位置；所述標尺光柵設置於所述真空腔室的壁面上，且與所述光柵讀數頭運動所經過的軌跡在投影方向上至少部分重合。
[0009]進一步的優選的是，所述光柵讀數頭設置於所述擺動板的邊緣且位於所述擺動板的轉動中心所在的軌跡上。
[0010]更進一步的優選的是，所述標尺光柵的起始位置與所述開口完全關閉狀態時所述光柵讀數頭所在的位置相對應；所述標尺光柵的終點位置與所述開口完全打開狀態時所述光柵讀數頭所在的位置相對應。
[0011]優選的是，所述壓力控制器還包括用於調節所述擺動板位置的位置調節單元，所述位置調節單元用於將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置上。
[0012]進一步優選的是，所述位置調節單元包括步進電機。
[0013]優選的是，所述壓力控制器還包括氣體壓力計，用於檢測反應腔室的氣體壓力。
[0014]進一步優選的是，所述氣體壓力計為電容壓力計。
[0015]解決本發明技術問題所採用的技術方案是一種壓力控制器開口度調節方法，其中，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板，所述擺動板用於控制所述開口的開口度，所述壓力控制器包括光柵尺，所述調節方法包括:
[0016]用光柵尺讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置，並根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
[0017]本發明的壓力控制器的調節方法使用光柵尺對壓力控制器的擺動板的位置進行精確測量，因此，所述調節方法具有對真空腔室的氣體壓力調節準確的優點。
[0018]優選的是，所述光柵尺包括標尺光柵和光柵讀數頭，所述光柵讀數頭安裝在所述擺動板上，用於根據與所述標尺光柵的位置讀取莫爾條紋圖案，以確定所述擺動板的位置；所述標尺光柵設置於所述真空腔室的壁面上，且與所述光柵讀數頭運動所經過的軌跡在投影方向上至少部分重合，所述根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置包括:
[0019]根據光柵讀數頭顯示的莫爾條紋圖案與真空腔室內所需氣體壓力對應關係確定所述擺動板的位置，以將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
[0020]優選的是，所述調節擺動板的位置是:通過步進電機對擺動板的位置進行調節。
[0021]優選的是，所述壓力控制器的開口度調節方法還包括如下步驟:
[0022]使用氣體壓力計對真空腔室的氣體壓力進行檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為現有的真空腔室內氣體壓力調節的結構示意圖；
[0024]圖2為本發明的實施例1的光柵尺的結構示意圖；
[0025]圖3為本發明的實施例1的莫爾條紋的結構示意圖；
[0026]圖4為本發明的實施例1和2的壓力控制器開口度測試系統的示意圖；
[0027]圖5為本發明的實施例1和2的擺動板完全關閉壓力控制器開口的結構示意圖；
[0028]圖6為本發明的實施例1和2的擺動板部分打開壓力控制器開口的結構示意圖；
[0029]圖7為本發明的實施例1和2的擺動板完全打開壓力控制器開口的結構示意圖；[0030]圖8為本發明的實施例2的壓力控制器開口度和真空腔室內氣體壓力值對應關係的示意圖。
[0031]其中附圖標記為:1、光源；2、透鏡；3、標尺光柵；4、指示光柵；5、光敏元件；6、控制電路；7、擺動板；8、光柵讀數頭；9、轉動軸；10、壓力控制器開口 ；0、壓力控制器開口關閉時擺動板的中心位置；0'、壓力控制器開口完全打開時擺動板的中心位置；A、壓力控制器開口關閉時光柵讀數頭的位置；A'、壓力控制器開口完全打開時光柵讀數頭的位置。
【具體實施方式】
[0032]為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0033]實施例1:
[0034]本實施例提供一種壓力控制器，其適用於半導體、液晶顯示裝置以及其他生產領域的真空設備的壓力控制調節。結合圖2至圖7所示，其中，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板7，所述擺動板7用於控制所述開口的開口度，其中，所述壓力控制器包括光柵尺，所述光柵尺用於讀取莫爾條紋圖案(也即莫爾條紋的數量)以確定所述擺動板7的位置。
[0035]具體地，光柵尺是利用光的透射、衍射現象製成的光電檢測元件，如圖2所示，優選的，光柵尺包括標尺光柵3和用於讀取莫爾條紋圖案的光柵讀數頭8。光柵讀數頭包括光源1、透鏡2、指示光柵4、光敏元件5和控制電路6。光源I發出的輻射光線，經過透鏡2後變成平行光束，照射在標尺光柵3上。這樣，當光柵讀數頭8相對於標尺光柵3移動時，指示光柵4便在標尺光柵3上移動，進而形成物理上的莫爾條紋圖案，莫爾條紋圖案如圖3所示。莫爾條紋的公式為:W=co/2*Sin(0/2)，一般Θ都很小，故該公式可簡化為:W=co/0，該公式中W為莫爾條紋寬度，ω為光柵柵距，Θ為柵線角。光柵讀數頭8相對於標尺光柵3的相對移動使透射光強度發生變化，也就是莫爾條紋圖案會發生變化，光敏元件5可將這種光強變化信號轉換成周期性變化的電信號，然後控制電路6對電信號的變化進行計算以獲得標尺光柵3與指示光柵4的相對移動量，即兩者的相對位置變化量。
[0036]圖4示出了壓力控制器開口度的測試系統，圓弧AA'所示為擺動板7的轉動運動總量，A點為壓力控制器開口關閉時光柵讀數頭的位置，可作為擺動板7初始狀態光柵讀數頭8所在的位置，作為起始點，K'壓力控制器開口完全打開時光柵讀數頭的位置，可作為終點，O為壓力控制器關閉時擺動板的中心位置，O'為壓力控制器完全打開時擺動板的中心位置。
[0037]優選的，參照圖4所示，圖中的刻度線即為標尺光柵3的光刻度線，該刻度線印製在與壓力控制器擺動板7正對且平行的真空腔室的壁面上，刻度線的作用相當於光柵尺中的標尺光柵3。可將光柵讀數頭8安裝在擺動板7上，用於根據光柵讀數頭8與標尺光柵3(即圖中刻度線)所在的位置讀取莫爾條紋圖案，從而確定指示光柵4與標尺光柵5的相對位置，進而確定擺動板7的位置；標尺光柵3設置於真空腔室的壁面上，且與光柵讀數頭8運動所經過的軌跡在投影方向上至少部分重合。進一步的優選的，可將光柵讀數頭8設置於擺動板7的邊緣且位於擺動板7的轉動中心所在的軌跡上。
[0038]更進一步的優選的，標尺光柵(即刻度線)的起始位置與擺動板7初始狀態光柵讀數頭8所在的位置(即圖中A位置)相對應，標尺光柵的終點位置與開口完全打開狀態光柵讀數頭8所在的位置(即圖中A'位置)相對應。
[0039]這樣，當壓力控制器擺動板7繞轉動軸9轉動時，A位置的光柵讀數頭8對真空腔室的壁面上的標尺光柵3進行掃描，即形成標尺光柵3和指示光柵4的相對移動，光柵讀數頭8中的光敏元件5採集兩種光柵形成的莫爾條紋信號並進行光電轉換，由控制電路電路6獲取擺動板7的實際轉動量。也即是由光柵讀數頭8根據與所述標尺光柵3的位置讀取莫爾條紋圖案，以確定所述擺動板7的位置。
[0040]此種設置方式使光柵讀數頭8的運動軌跡與標尺光柵3的位置對應，即可方便確定指示光柵4與標尺光柵3的相對位移，從而便於確定擺動板7的位置。
[0041]可以理解的是，設定的光柵數越多(即光刻度線最小單位越小)，可以採集到的莫爾條紋數就越多(即可以設定的莫爾條紋數越多)，控制轉動量的精度越高；另一方面，當柵線角越小，由莫爾條紋公式可知，莫爾條紋寬度越大，光敏元件5採集的精度越高，測量轉動量的精度也越高。
[0042]優選的，所述壓力控制器還包括用於調節所述擺動板7位置的位置調節單元，所述位置調節單元用於將擺動板7調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置上。
[0043]進一步優選的，所述位置調節單元包括步進電機。使用步進電機對擺動板7的位置進行調節，調節較為快捷方便。
[0044]優選的，所述壓力控制器還包括氣體壓力計，用於檢測反應腔室的氣體壓力。
[0045]進一步優選的，所述氣體壓力計為電容壓力計。使用氣體壓力計能夠及時地對真空腔室內的氣體壓力進行檢測和實時反饋檢測結果，從而能夠及時地監控氣體壓力的情況是否符合生產要求。
[0046]本實施例的壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，壓力控制器包括光柵尺和擺動板7，擺動板7設於壓力控制器與真空泵連接的開口處，擺動板7的不同位置相應地對應壓力控制器不同的開口度，而不同開口度對應真空腔室不同的壓力。光柵尺根據莫爾條紋的數量能夠精確地對擺動板7的位置進行測量，進而可以實現對壓力控制器擺動板7的轉動量的精確控制，也即實現對真空腔室氣體壓力的精確控制，而非通過控制擺動板7的轉動軸9來達到控制擺動板7的轉動量，這樣，就可以很大程度上減小轉動軸9的誤差對擺動板7造成的誤差放大作用。因此，運用光柵尺技術能更加精確控制壓力控制器的開口度的大小，能夠保證真空設備的氣體壓力嚴格符合真空反應要求的設定值，並且控制壓力控制器開口度時產生的誤差小，且沒有誤差累積的特點，可以避免由於壓力控制器開口度偏差過大而發生自動補償系統報警，減少設備停機，提高設備的稼動率。
[0047]實施例2:
[0048]本實施例提供一種壓力控制器開口度調節方法，可用於對真空腔室氣體壓力進行控制。其中，如圖4至圖8所示，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板7，所述擺動板7用於控制所述開口的開口度，所述壓力控制器包括光柵尺，所述光柵尺用於讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板7的位置。
[0049]根據實施例1中描述的光柵尺的工作原理，壓力控制器開口度的調節方案為:首先，建立壓力控制器開口度和莫爾條紋圖案之間的對應關係。擺動板7—定的位置與一定的莫爾條紋圖案對應，而擺動板7 —定的位置又與壓力控制器一定的開口度相對應，即一定的壓力控制器開口度和一定的莫爾條紋圖案對應。
[0050]然後，應用光柵尺計數莫爾條紋的個數來精確測量壓力控制器擺動板7的位置，再通過調節擺動板7的位置，控制壓力控制器開口度(壓力控制器一定的開口度又與真空腔室的一定的氣體壓力對應)的大小，從而控制真空泵的抽排能力，進而實現對真空腔室內的氣體壓力的精確控制。
[0051]下面對壓力控制器的開口度又與真空腔室的氣體壓力對應的對應關係進行說明。例如，設定壓力控制器開口度的範圍是O?1000，則可以相對應地設定壓力控制器擺動板7的位置範圍(以轉動角度表示)是Θ1?Θ 2，莫爾條紋數的範圍是O?10000。其中，對於壓力控制器開口度的範圍，如圖5所示，O代表壓力控制器的擺動板7是完全關閉壓力控制器開口 10的狀態，此時真空泵不執行抽排功能；如圖7所示，1000代表壓力控制器擺動板7是完全打開壓力控制器開口 10的狀態，此時真空泵以最大能力執行抽排功能；如圖6所示，當壓力控制器開口度處於O?1000之前的範圍時，壓力控制器擺動板7是部分打開壓力控制器開口 10的狀態,此時真空泵的抽排能力介於最小和最大之間,抽排能力不同,真空設備的PC中會保持不同的壓力值。其中，附圖8示出了壓力控制器開口度和真空腔室內氣體壓力值的對應關係，當壓力控制器開口度為O時，真空泵無抽排能力，真空設備中的壓力可達到最大；當壓力控制器開口度為1000，即壓力控制器全開時，真空泵抽排能力最強，真空設備中的壓力趨近於零；當壓力控制器開口度由O到1000變化時，真空設備的壓力呈近似指數衰減的趨勢，當壓力控制器開口度達到一定程度時，真空設備的壓力變化趨近於不變。
[0052]本實施例提供的壓力控制器開口度的調節方法，下面結合上面描述的壓力控制器開口度和一定的莫爾條紋圖案對應關係以及壓力控制器的開口度與真空腔室氣體壓力的對應關係進行說明，所述調節方法具體包括如下步驟:
[0053]用光柵尺讀取莫爾條紋圖案以確定擺動板的位置，並根據擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
[0054]優選的，所述光柵尺包括標尺光柵3和光柵讀數頭8，所述光柵讀數頭8安裝在所述擺動板7上，用於根據與所述標尺光柵3的位置讀取莫爾條紋圖案，以確定所述擺動板7的位置；所述標尺光柵3設置於所述真空腔室的壁面上，且與所述光柵讀數頭8運動所經過的軌跡在投影方向上至少部分重合。其中，所述根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置包括:
[0055]根據光柵讀數頭8顯示的莫爾條紋圖案與真空腔室內所需氣體壓力對應關係確定所述擺動板7的位置，以將擺動板7調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
[0056]優選的，所述調節擺動板7的位置是通過步進電機對擺動板7的位置進行調節。使用步進電機對擺動板7的位置進行調節，調節較為快捷方便。
[0057]優選的，所述壓力控制器開口度的調節方法還包括如下步驟:
[0058]使用氣體壓力計對真空腔室的氣體壓力進行監控。氣體壓力計可以是氣體壓力表或電容壓力計等測量氣體壓力的儀器，使用氣體壓力計能夠及時地對真空腔室內的氣體壓力進行檢測和實時反饋檢測結果，從而能夠及時地監控氣體壓力的情況是否符合生產要求。
[0059]本實施例的壓力控制器開口度的調節方法使用光柵尺對壓力控制器的擺動板7的位置進行精確測量，調節擺動板7的位置，進而實現對真空腔室內的氣體壓力的調節和控制。並且，所述調節方法具有對真空腔室的氣體壓力控制準確的優點。
[0060]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種壓力控制器，其中，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板，所述擺動板用於控制所述開口的開口度，其特徵在於，還包括光柵尺，所述光柵尺用於讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置。
2.根據權利要求1所述的壓力控制器，其特徵在於，所述光柵尺包括標尺光柵和光柵讀數頭，所述光柵讀數頭安裝在所述擺動板上，用於根據與所述標尺光柵的位置讀取莫爾條紋圖案，以確定所述擺動板的位置；所述標尺光柵設置於所述真空腔室的壁面上，且與所述光柵讀數頭運動所經過的軌跡在投影方向上至少部分重合。
3.根據權利要求2所述的壓力控制器，其特徵在於，所述光柵讀數頭設置於所述擺動板的邊緣且位於所述擺動板的轉動中心所在的軌跡上。
4.根據權利要求3所述的壓力控制器，其特徵在於，所述標尺光柵的起始位置與所述開口完全關閉狀態時所述光柵讀數頭所在的位置相對應；所述標尺光柵的終點位置與所述開口完全打開狀態時所述光柵讀數頭所在的位置相對應。
5.根據權利要求1所述的壓力控制器，其特徵在於，所述壓力控制器還包括用於調節所述擺動板位置的位置調節單元，所述位置調節單元用於將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置上。
6.根據權利要求5所述的壓力控制器，其特徵在於，所述位置調節單元包括步進電機。
7.根據權利要求1所述的壓力控制器，其特徵在於，所述壓力控制器還包括氣體壓力計，用於檢測反應腔室的氣體壓力。
8.根據權利要求7所述的壓力控制器，其特徵在於，所述氣體壓力計為電容壓力計。
9.一種壓力控制器開口度的調節方法，其中，所述壓力控制器連接在真空泵與真空腔室之間，且在所述壓力控制器與真空泵連接的開口處設有擺動板，所述擺動板用於控制所述開口的開口度，所述壓力控制器包括光柵尺，所述調節方法包括: 用光柵尺讀取莫爾條紋圖案以確定所述擺動板的位置，並根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
10.根據權利要求9所述的壓力控制器開口度調節方法，其特徵在於，所述光柵尺還包括用於讀取莫爾條紋圖案的光柵讀數頭，所述根據所述擺動板的位置將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置包括: 根據光柵讀數頭顯示的莫爾條紋圖案與真空腔室內所需氣體壓力對應關係確定所述擺動板的位置，以將擺動板調節到與真空腔室內所需氣體壓力對應的位置。
11.根據權利要求10所述的壓力控制器開口度調節方法，其特徵在於，所述調節擺動板的位置是:通過步進電機對擺動板的位置進行調節。
12.根據權利要求9所述的壓力控制器開口度調節方法，其特徵在於，所述壓力控制器的調節方法還包括如下步驟: 使用氣體壓力計對真空腔室的氣體壓力進行檢測。
【文檔編號】G05D16/20GK103728996SQ201310726431
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】李鵬, 馮忠, 周慶高, 孟盼盼, 劉祖宏, 吳代吾, 侯智 申請人:合肥京東方光電科技有限公司, 京東方科技集團股份有限公司