特許 5797246 流量計及びそれを備えた流量制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797246

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】流量計及びそれを備えた流量制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/34 20060101AFI20151001BHJP

   G05D 7/06 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/34 A

   G05D7/06 Z

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-223018(P2013-223018)

(22)【出願日】2013年10月28日

(65)【公開番号】特開2015-87110(P2015-87110A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2015年5月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100082474

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 丈夫

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(72)【発明者】

【氏名】永瀬 正明

(72)【発明者】

【氏名】池田 信一

(72)【発明者】

【氏名】西野 功ニ

(72)【発明者】

【氏名】土肥 亮介

(72)【発明者】

【氏名】日高 敦志

(72)【発明者】

【氏名】杉田 勝幸

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−４５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−５６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４６８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２８１７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１０４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／３４− １／５０

Ｇ０５Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路上に配置された入口側開閉切替弁PV₁と、入口側開閉切替弁PV₁の下流に配置された出口側開閉切替弁PV₂と、出口側開閉切替弁PV₂の下流に配置されたコントロール弁CVとからなり、各弁同士は内容積をもつ流路で連結し、コントロール弁CVより上流に圧力センサＰ_３を配置したビルドダウン式流量計において、入口側開閉切替弁PV₁の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₁として流量演算する様にした大流量用測定部と、出口側切替弁PV₂の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₂として流量を演算する様にした小流量用測定部を備えることを特徴とする流量計。

【請求項2】

コントロール弁CVを、流量制御部ＦＣＳの内部のコントロール弁CVとした請求項１に記載の流量計。

【請求項3】

開閉切換弁で区切られた内容積を持つ流路を複数配置することとした請求項１に記載の流量計。

【請求項4】

上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた流量制御部ＦＣＳとから構成したビルドダウン式流量モニタ付流量制御装置であって、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを入口側開閉切換弁ＰＶ₁と、温度センサＴhと、ビルドダウン容量ＢＣの下流側に設けた出口側開閉切換弁ＰＶ_２と、入口側開閉切替弁ＰＶ₁と出口側開閉切換弁ＰＶ_２と間に設けたビルドダウン容量ＢＣと、その下流側に設けた圧力センサＰ_３と、前記温度センサＴh及び圧力センサＰ_３の検出値が入力されるモニタ流量演算制御部ＣＰｂとから形成し、当該モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとして大流量のモニタ流量Ｑ_１を演算すると共に、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとして小流量のモニタ流量Ｑ_２を演算する構成としたことを特徴とする流量制御装置。

【請求項5】

信号伝送回路ＣＴによりビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭ と流量制御部ＦＣＳとを連結し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを圧力式流量制御部ＦＣＳへ伝送すると共に、流量制御部ＦＣＳに、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑｓを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲを設ける構成した請求項４に記載の流量制御装置。

【請求項6】

上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた流量制御部ＦＣＳと、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと流量制御部ＦＣＳとを連結し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを流量制御部ＦＣＳへ伝送する信号伝送回路ＣＴと、流量制御部ＦＣＳに設けられ、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑｓを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲとから構成した流量制御装置であって、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを、ガス供給源からのガスの流通を開閉する入口側開閉切換弁ＰＶ₁と、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側に接続した所定の内容量を有するビルドダウン容量ＢＣと、ビルドダウン容量ＢＣの出口側に接続した出口側開閉切換弁ＰＶ_２と、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側通路を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰ_３と、流通するガスの温度を検出する温度センサと、大流量の際には、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開放状態に保持すると共に、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとし、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開閉作動させると共に入口側開閉切換弁ＰＶ₁の開放により前記ビルドダウン容積Ｖ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと入口側開閉切換弁ＰＶ₁を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン式により大流量のモニタ流量Ｑ_１を演算及び出力し、また、小流量の際には、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開放状態に保持すると共に、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとし、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開閉作動させると共に出口側開閉切換弁ＰＶ_２の開放によりビルドダウン容積Ｖ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと出口側開閉切換弁ＰＶ_２を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより小流量のモニタ流量Ｑ_２を演算及び出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記各モニタ流量Ｑ_１、Ｑ_２を、

【数3】

(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容積（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは入口側開閉切換弁ＰＶ₁の閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)により演算する構成とした流量制御装置。

【請求項7】

流量設定値調整機構ＱＳＲを、モニタ流量Ｑと設定流量Ｑｓとの比較器を備え、モニタ流量Ｑと設定流量Ｑｓとの差異が設定値を超えると、設定流量Ｑｓをモニタ流量Ｑに自動修正する構成の流量設定値調整機構とした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項8】

流量制御部ＦＣＳを、コントロール弁ＣＶと、オリフィスＯＲ又は臨界ノズルと、当該オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの上流側の圧力計Ｐ_１と、流量演算制御装置ＣＰａとから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項9】

流量制御部ＦＣＳを、コントロール弁ＣＶと、オリフィスＯＲ又は臨界ノズルと、当該オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの上流側の圧力計Ｐ_１と、前記オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの下流側の圧力計Ｐ_２と、流量演算制御装置ＣＰａとから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項10】

ビルドダウン容積Ｖを０．５〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜１００ｋＰａ ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ ａｂｓ〜５０ｋＰａ ａｂｓに、また、所定時間ｔを０．５〜５秒以内とするようにした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項11】

入口側開閉切換ＰＶ₁の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積を１３〜１５ｃｃとし、大流量のモニタ流量域を４０〜６００ＳＣＣＭとすると共に、小流量のモニタ流量域を１〜５０ＳＣＣＭとするようにした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項12】

入口側開閉切換弁ＰＶ₁をピエゾ駆動式メタルダイヤフラム弁又は電磁直動型電動弁とすると共に、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも短くするようにした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項13】

流量制御部ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭの演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項14】

ビルドダウン容量ＢＣをチャンバとすると共に、当該チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とし、当該チャンバを形成する内・外筒間の間隙をガス流通路とする構成とした請求項６に記載の流量制御装置。

【請求項15】

ビルドダウン容量ＢＣを、並列状に配置した複数本のチャンバとすると共に、当該チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とし、各チャンバの内・外筒間の間隙をガス流通路として各チャンバの前記ガス流通路を直列状に接続する構成とした請求項６に記載の流量制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量モニタ付流量制御装置の改良に関するものであり、耐圧力変動特性を備えた流量制御装置とビルドダウン式流量モニタとを有機的に組合せすることにより、流量制御装置による制御流量をリアルタイムでモニタできると共に、制御すべき流体の流量域に応じて、ビルドダウン式流量モニタのビルドダウン容量を適宜に切換えすることにより、広い流量域に亘って高精度な流量モニタを行えるようにした流量レンジ切換型ビルドダウン式流量計及び流量レンジ切換型流量モニタ付の流量制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従前から、半導体製造装置用ガス供給装置に於いては、熱式流量制御装置ＭＦＣや圧力式流量制御装置ＦＣＳが広く利用されている。特に、後者の圧力式流量制御装置ＦＣＳは、図２０に示すように、コントロール弁ＣＶや温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、オリフィスＯＲ、温度補正・流量演算回路ＣＤａと比較回路ＣＤｂと入出力回路ＣＤｃと出力回路ＣＤｄ等から成る演算制御部ＣＤ等から構成されており、一次側供給圧が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量特性を具備している。

【0003】

即ち、図２０の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、圧力検出器Ｐ及び温度検出器Ｔからの検出値が温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力され、ここで検出圧力の温度補正と流量演算が行われ、流量演算値Ｑｔが比較回路ＣＤｂへ入力される。また、設定流量に対応する入力信号Ｑ_Sが端子Ｉｎから入力され、入出力回路ＣＤｃを介して比較回路ＣＤｂへ入力され、ここで前記温度補正・流量演算回路ＣＤａからの流量演算値Ｑｔと比較される。比較の結果、設定流量入力信号Ｑｓが流量演算値Ｑｔより大きい場合には、コントロール弁ＣＶの駆動部へ制御信号Ｐｄが出力される。これによりコントロール弁ＣＶが閉鎖方向へ駆動され、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで閉弁方向へ駆動される。

【0004】

当該圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、オリフィスＯＲの下流側圧力Ｐ_２と上流側圧力Ｐ_１との間にＰ_１／Ｐ_２≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されていると、オリフィスＯＲを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）となり、また、臨界膨張条件が満たされていないと、オリフィスＯＲを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_２^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（但しＫ、ｍ、ｎは定数）となる。従って、圧力Ｐ_１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、コントロール弁ＣＶの上流側ガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないという優れた特性を発揮することができる。
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳそのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する(特開２００３−１９５９４８号等)。

【0005】

しかし、この種の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、微小な穴径のオリフィスＯＲを使用しているため、オリフィスＯＲの穴径の経年変化が不可避である。そして、穴径が変化すると、圧力式流量制御装置ＦＣＳの設定流量（即ち制御流量値）と、現実にオリフィスＯＲを流通するガスＧｏの実流量値との間に差異を生ずることになる。また、この差異を検出するためには、流量制御中に流量モニタを頻繁に行う必要があり、半導体製造装置の稼動性や製造した半導体の品質等に大きな影響を与えるという問題がある。

【0006】

そのため、圧力式流量制御装置の分野に於いては、従来から、オリフィスＯＲの穴径の変化を可能な限り早期に検出して、圧力式流量制御装置ＦＣＳによる制御流量値と、現実にオリフィスを流通するガスＧｏの実流量値との間の差異の発生を防止するための対策が採られており、この種のオリフィス穴径変化等の検出には、所謂ビルドアップ方式（ＲＯＲ：RATE OF RISE）やビルドダウン方式（ＲＯＤ:RATE OF DECAY）を用いたガスの流量モニタが多く用いられている。

【0007】

一方、前記ビルドアップ方式やビルドダウン方式によるガスの流量モニタでは、流量制御しつつ供給している実ガスを一時的に停止してモニタ用のガス流量測定を行なう必要があるため、半導体製造装置の稼動率が下がったり、製造した半導体の品質等にばらつきが生じる等の問題がある。

【0008】

そのため、近年、この種の流量制御装置に於いては、実ガスの供給を一時的に停止することなしに、供給ガスの流量制御が適正に行われているか否かをリアルタイムで簡単且つ正確にモニタできるようにした流量モニタ付流量制御装置の開発が進められている。

【0009】

図２１は、従前の流量モニタの一例を示すものであり、当該流量モニタ付流量制御装置２０は、熱式質量流量センサ２５と圧力式流量制御装置とを組合せしたものであり、流路２３と、入口側圧力を検出するのに第１圧力センサ２７ａと、開閉制御弁２４と、熱式質量流量センサ２５と、第２圧力センサ２７ｂと、絞り部（音速ノズル）２６と、演算制御部２８ａと、入出力回路２８ｂ等から構成されている。

【0010】

即ち、熱式質量流量センサ２５は、整流体２５ａと、流路２３から所定の割合Ｆ／Ａの流量を分岐する分岐流路２５ｂと、分岐流路２５ｂに設けたセンサ本体２５ｃを備え、総流量Ｆを示す流量信号Ｓｆを演算制御部２８ａへ出力する。また、絞り部２６は、その上流側と下流側の圧力差が所定値以上（即ち、臨界条件下）のときに、上流側圧力に比例した流量の流体を流す音速ノズルであり、ＳＰａ、ＳＰｂは圧力信号、Ｐａ、Ｐｂは圧力、Ｆは総流量、Ｓｆは流量信号、Ｃｐは弁開度制御信号である。

【0011】

演算制御部２８ａは、圧力センサ２７ａ、２７ｂからの圧力信号Ｓｐａ、Ｓｐｂおよび流量センサ２５からの流量信号Ｓｆをフィードバックして弁開度制御信号Ｃｐを出力することで、開閉弁２４をフィードバック制御する。
即ち、演算制御部２８ａへは入出力回路２８ｂから流量設定信号Ｆｓが入力され、質量流量制御装置２０に流れる流体の流量Ｆが流量設定信号Ｆｓとなるように調整される。より具体的には、演算制御部２８ａが第２圧力センサ２７ｂの出力（圧力信号Ｓｐｂ）を用いて開閉制御弁２４の開閉をフィードバック制御することにより、音速ノズル２６を流れる流体の流量Ｆを制御すると共に、このときの熱式流量センサ２５の出力（流量信号Ｓｆ）を用いて、実際に流れている流量Ｆの測定を行い、質量流量制御装置２０の動作を確認する。

【0012】

上述のように、図２１の流量モニタ付流量制御装置２０は、第２圧力センサ２７ｂの圧力信号Ｓｐｂを用いて開閉制御弁２４の開度を調整する圧力式流量制御と、実流量の監視を行う熱式流量センサ２５を用いた流量測定との両方を演算制御部２８ａに組み込んでいるため、設定流量Ｆｓに対応する制御流量のガスが実際に流れているか否か、即ち制御流量と実流量と間に差があるか否かを簡単且つ確実にリアルタイムでモニタすることができ、高い実用的効用を奏するものである。

【0013】

しかし、上記図２１の流量モニタ付流量制御装置２０にも解決すべき問題が多く残されている。先ず、第１の問題は、モニタ流量値（実流量値）と制御流量値との間に差異が生じた場合に、差異の発生を警報等により感知することは可能であるものの、自動的に制御流量値の修正、即ち設定流量値Fsの調整ができないため、何等かの原因例えば運転要員の不在等で制御流量値の修正が遅れた場合には、設定流量値と異なった流量のガス（実流量ガス）の供給が継続されることになり、半導体製造上さまざまな不都合が生ずることになる。

【0014】

第２の問題は、流量制御を行うための第２圧力センサ２７ｂを用いた圧力式流量測定と、流量監視を行うための熱式流量センサ２５を用いた流量測定という二種の異なる測定方式を組み込みしているため、流量モニタ付流量制御装置２０の構造が複雑となり、装置の小型化及び製造コストの引下げが図れない点である。

【0015】

第３の問題は、演算制御部２８ａが、第２圧力センサ２７ｂの出力Ｓpｂと熱式流量センサ２５の流量出力Ｓｆの両信号を用いて開閉制御弁２４を開閉制御すると共に、第１圧力センサ２７ａの出力Ｓpａを用いて熱式流量センサ２５の流量出力Ｓｆを補正する構成としており、第１圧力センサ２７ａ及び第２圧力センサ２７ｂの二つの圧力信号と熱式流量センサ２５からの流量信号との三つの信号を用いて、開閉制御弁２４の開閉制御を行うようにしている。そのため、演算制御部２８ａの構成が複雑になるだけでなく、圧力式流量制御装置ＦＣＳとしての安定した流量制御特性や優れた高応答性が逆に低減されてしまうと云う問題がある。

【0016】

一方、上述の如き各問題を解決するため、本願発明者等は、圧力式流量制御装置ＦＣＳとその上流側に設けたビルドダウン式の流量測定部とを一体に組合せし、流量制御装置の上流側圧力（入力側圧力）に許容される圧力変動範囲内で前記ビルドダウン式の流量測定部を作動させ、少なくとも１秒以内に１回（望ましくは、一秒間に複数回）ビルドダウン式流量測定部から流量モニタ信号を発信することにより、圧力式流量制御装置による流量制御と同時並行的にビルドダウン式流量測定部による実質的にリアルモニタに近い流量モニタが行えると共に、モニタ流量値と制御流量値の差異が所定流量値を越えた場合には自動的に圧力式流量制御装置側の流量設定値を調整して、圧力式流量制御装置による流量制御値をビルドダウン式流量測定部による流量値に修正する様にした流量モニタ付圧力式流量制御装置を開発している。

【0017】

即ち、この新たに開発されたビルドダウン式流量モニタ付圧力式流量制御装置は、入力側の圧力変動により流量制御特性が殆ど影響を受ないと云う圧力式流量制御装置の流量特性をフルに活用して、ビルドダウン式流量モニタ部による流量モニタを略リアルタイム（少なくとも１秒間に１回以上のモニタ）に近い状況下で行え、しかも、演算制御部の簡素化、機器本体部の大幅な小型化、ガス置換性の向上等を可能にしたものである。

【0018】

先ず、本願発明の基礎を成す前記図２１に記載のビルドダウン式流量モニタ付圧力式流量制御装置を、図５乃至図１９に基づいて説明する。
図５は、ビルドダウン式流量モニタ付圧力式流量制御装置の流量モニタ特性を測定するための試験装置の概要構成図であり、本願発明者等は当該試験装置を用いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳと一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶ間の圧力降下の傾きから流量算出を行う、ビルドダウン流量測定に関する基礎的試験を行った。

【0019】

尚、図５に於いて、Ｎ_２はガス供給源、ＲＧは圧力調整器、ＥＣＶは電磁駆動部、ＡＶは一次側開閉切換弁（上流側弁）、ＦＣＳは圧力式流量制御装置、ＶＰは真空ポンプ、ＢＣはビルドダウン容量、Ｔは温度センサ、Ｐは圧力式流量制御装置ＦＣＳ内のコントロール弁の１次側に設けた圧力センサ、Ｐ_０は圧力センサ出力、Ｅは電源部、Ｅ_１は圧力式流量制御装置用電源、Ｅ_２は演算制御部用電源、Ｅ_３は一次側開閉切換弁（上流側弁）用電源、Ｓは信号発生器、ＣＰは演算制御部、ＣＰａは圧力式流量演算制御部、ＣＰｂはビルドダウンモニタ流量演算制御部、ＰＣは演算表示部、ＮＲはデータロガである。

【0020】

前記ビルドダウン容量ＢＣは、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁（図示省略）の入口側との間の管路空間容積に相当するものであり、配管路の長さや内径等の調整、或いは当該配管路に介設したビルドダウン用チャンバ（図示省略）の内容積の調整により、当該ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vは１．７８ｃｃと９．９１ｃｃ、４．６〜１１．６ｃｃ及び１．５８〜１５．３１ｃｃの各容積に切換え調整できるようになっている。
また、ビルドダウン用チャンバを用いた場合には、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの出口とコントロール弁ＣＶの入口間の流路内径を１．８ｍｍとし、且つビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを１．５８〜１５．３１ｃｃに選定している。

【0021】

前記演算制御部ＣＰ内のビルドダウンモニタ流量演算制御ＣＰｂでは、後述するようにビルドダウン容量ＢＣに於ける圧力降下率を用いてモニタ流量の演算が行われ、更に、圧力式流量演算制御部ＣＰａでは、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳの制御演算部と同様に、オリフィス（図示省略）を流通する流量の演算及びコントロール弁（図示省略）の開閉制御等が行われる。

【0022】

尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳ、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶ、圧力調整器ＲＧ及びその他の機器類は全て公知のものであるため、ここではその説明を省略する。また、前記一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶは、開閉を短時間内で行う必要があるため、ピエゾ駆動式メタルダイヤフラム弁を使用しているが、直動型電磁弁やパイロット電磁弁を設けたエアー作動弁であっても良い。

【0023】

ビルドダウン式流量測定部が圧力式流量制御装置ＦＣＳの上流側に配置できるのは、前述の通りオリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳがガス供給圧変動の影響を受け難いからである。また、ビルドダウン方式により高精度な流量測定が可能なことは公知のことである。

【0024】

即ち、ビルドダウン方式に於いては、内容積V（l）のビルドダウン容量ＢＣ内を流通する流量Ｑは、下記の（１）式により算出することができる。

【数1】

ただし、ここでＶはビルドダウン容量BCの内容積（ｌ）、ΔＰ／Δｔはビルドダウン容量Ｖに於ける圧力降下率、Ｔはガス温度（℃）である。

【0025】

先ず、図５の試験装置を用いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳの上流側圧力を４００ｋＰａ ａｂｓ、降下圧力（圧力差ΔＰ）を５０ｋＰａ ａｂｓ以上、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを４．６〜１１．６ｃｃとし、ビルドダウン方式による流量測定を行った。

【0026】

図６は、この時の圧力降下状態を示すものであり、流量そのものは比較的精度よく測定できるものの、圧力回復時間（ａ）が必要なために測定流量の出力が不連続となり、且つ１サイクルに要する時間が数秒以上となることが判った。

【0027】

即ち、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶを開とし、圧力が規定値以上の圧力になるまでの時間を圧力回復時間（ａ）とし、また、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶを閉として圧力が規定値以下にまで下降する時間を流量出力可能時間（ｂ）とすると、上記（ａ）と（ｂ）の割合によって、流量出力ができる時間の割合が決まることになる。また、この流量出力可能時間（ｂ）は、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量の内容積V、圧力下降範囲ΔＰによって決まるため、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量の内容積V及び圧力下降範囲ΔＰをより厳密に検討して、夫々を適宜な値にしなければ、ビルドダウン方式による流量測定をリアルタイム流量モニタに近づけることができないことが判明した。

【0028】

勿論、リアルタイム流量モニタであるためには、理想的には連続的な流量出力が必須となるが、現実の半導体製造装置等の運転に於いては、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得ることが出来れば、ほぼリアルタイムに近い流量モニタが可能となる。
そこで、本願発明者等は、ビルドダウン式による流量測定に於いて、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得てリアルタイムに近い流量モニタを可能とするために、前記圧力差ΔＰ及びビルドダウン容量の内容積Vをより小さくしてガス再充填に必要な時間（圧力回復時間（a））を短くすることを着想し、また、当該着想に基づいて、ビルドダウン容量ＢＣの内容積V及び流量測定時の圧力差ΔＰの減少によってリアルタイム性の確保が可能か否かを検討すると共に、流量モニタ精度やその再現性等について各種の試験を行った。

【0029】

最初に、図５の試験装置の圧力式流量制御装置ＦＣＳとして、定格流量がＦ２０、Ｆ２００及びＦ６００（ＳＣＣＭ）の三種類のＦＣＳを準備し，また、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを約１．７８ｃｃと、約９．９１ｃｃの二種類に設定した。尚、９．９１ｃｃのビルドダウン容量ＢＣは、配管長さ及び配管内径を調整することにより容量の調整を行った。更に、流量出力の検出可能時間（ｂ）は０．５ｓｅｃ（０．２５ｍｓ×２０００点）を目標とし、且つ試験環境温度は２３℃±１℃とした。

【0030】

次に、ＦＣＳ上流側圧力を３７０ｋＰａ ａｂｓとし、圧力差ΔＰ＝２０ｋＰａ ａｂｓ、流量Ｎ_２＝１００ＳＣＣＭに設定（ＦＣＳ側で設定）し、ビルドダウン流量測定の際の圧力回復特性（圧力回復時間（ａ））を測定した。

【0031】

図７は、圧力回復特性の測定結果を示すものであり、図８はその拡大図、図９はその時の圧力降下特性を示すものである。図７及び図８からも明らかなように、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを１．７８ｃｃ及び圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ ａｂｓと小さくすることにより、Ｎ_２流量１００ＳＣＣＭに於いても再充填時間（圧力回復時間（ａ））を大幅に短くすることができ、図９に示すように、少なくとも１秒以内の間隔で測定流量を出力できることが、確認できた。

【0032】

また、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの開閉速度が、圧力回復時間（ａ）を流量出力可能時間（ｂ）に対して小さくする点で大きな影響を持つことが判明した。そのため、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶとしては、ピエゾ駆動式メタルダイヤフラム弁や電磁直付型弁が望ましいことが判明した。
更に、圧力下降範囲ΔＰ及びビルドダウン容量ＢＣの内容積Vの減少による圧力回復時間（ａ）の短縮化は、圧力降下時間（流量出力可能時間（ｂ））の短縮化を招くことになるため、測定流量とビルドダウン容量ＢＣの内容積Vと圧力降下時間（ｂ）の関係が、特に重要となることが判明した。

【0033】

【表1】

表１は、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを１．７８ｃｃとした場合の測定流量（ＳＣＣＭ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）との関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖが１．７８ｃｃの場合には、５０ＳＣＣＭ以下の流量でないと１秒間以内に１回以上の流量出力を行うことが困難となり、リアルタイムに相当する流量モニタを行うことが困難となることが判る。

【0034】

また、流量出力可能時間（ｂ）に於ける圧力降下特性は、直線性を有することが測定誤差の点から必要であり、流量算出が可能な範囲は、圧力降下率が一定（即ち、直線性を有する部分）の範囲に限定されることが判った。

【0035】

図１０乃至図１２は、測定流量が１００，５０及び１０ＳＣＣＭの場合の圧力降下特性の形態を調査した結果を示すものであり、何れの場合に於いても、ビルドダウン直後には圧力降下特性が直線性を喪失したものとなる。尚、この場合のビルドダウン容量ＢＣは１．７８ｃｃであり、流体はＮ_２ガスである。

【0036】

上記図１０至図１２に示されているビルドダウン直後に於ける直線性からのずれは、圧力変化に伴うガスの断熱膨張によるガス内部温度変化に起因して生ずるものと想定される。そして、測定流量が小さいほど、この直線性からのずれは大きくなる傾向にあり、これにより流量算出の可能な時間幅が狭められることが判る。

【0037】

次に、圧力降下特性曲線の直線性からのずれによる流量測定誤差を、流量測定可能時間（ｂ）が１秒以内の場合について、０．２５秒毎に５点測定することにより計測した。
即ち、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vを１．７８ｃｃ及び９．９１ｃｃとし、圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ ａｂｓ、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの閉からの流量安定までの時間を１秒として、０．２５ｓｅｃ毎に流量を算出し、制御流量に対する算出流量の誤差を検討した。

【0038】

図１３及び図１４は、その結果を示すものであり、何れの場合も一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの閉鎖より０．２５ｓｅｃ以上経過することにより、誤差が大幅に減少することが判った。即ち、圧力降下特性曲線が直線に近づくに従って、誤差が減少することが確認された。

【0039】

尚、表２は、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vと、測定流量と、圧力降下時間（ｂ）の関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣの内容積V＝１．７８ｃｃの場合には、流量２０〜５０ＳＣＣＭの時に、約１秒以内の間隔で流量出力が行えることになる。
また、ビルドダウン容量ＢＣの内容積V＝９．９１ｃｃの場合には、流量１００〜２００ＳＣＣＭの時に約１秒以内の間隔で流量出力が可能であることが判る。

【表2】

【0040】

図１５は、上記各試験の結果に基づいて本発明者等が先に開発をした流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成を示す系統図であり、当該流量モニタ付圧力式流量制御装置は、ビルドダウン部BDMと圧力式流量制御部FCSと両者間を連結する信号伝送回路（ディジタル通信回路）CTとから構成されている。
尚、図１５に於いて、ＰV_１は入口側切換弁、ＰV_２は出口側切換弁、BCはビルドダウン容量、P₃は圧力センサ、ＣＰbはモニタ流量演算制御部、ＶＢ₁はモニタ入口側ブロック、ＶＢ_２はモニタ出口側ブロックである。
また、図１５に於いて、ＣＶはコントロール弁、ＣＰaは流量演算制御部、ＯR_１は小径オリフィス、ＯR_２は大径オリフィス、Ｐ₁は第１圧力センサ、Ｐ_２は第２圧力センサ、ＶＢ₃は流量制御部入口側ブロック、ＶＢ_４は流量制御部出口側ブロック、ＶＢ_５は連結用ブロック、ＳＫは連結部のガスケットである。

【0041】

前記圧力式流量制御部ＦＣＳには、設定流量調整機構ＱＲＳが設けられており、予め設定された流量値Ｑｓが信号伝送回路ＣＴを介して入力されたビルドダウン流量Ｑと比較器(図示省略)により比較され、両者の差異が規定以上の流量値になると、自動的に設定流量値ＱｓがＱｓ’に修正され、圧力式流量制御部ＦＣＳの流量制御値がビルドダウン流量Ｑに合致するように調整される。即ち、実流量がビルドダウン流量Ｑに合致するように調整される。
尚、図１５においては、温度検出センサＴ, フィルタＦ等は省略されており、また、圧力式流量制御部ＦＣＳは如何なる形式のもの、例えばオリフィスが１基のものであっても良いことは勿論である。また、圧力式流量制御部ＦＣＳやビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭの基本構成そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

【0042】

具体的には、ガス入口１からビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭへ流入した圧力５００〜３２０ｋPa absのガスは、入口側ピエゾ切換弁ＰＶ₁、チャンバ式のビルドダウン容量ＢＣ、 出口側ピエゾ切換弁ＰＶ_２の順に流通し、モニタ流量演算制御部ＣＰｂでモニタ流量Ｑが演算され、これが圧力式流量制御部ＦＣＳの設定流量調整機構ＱＳＲへ入力される。
また、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭから流出したガスは、コントロール弁ＣＶ、小径オリフィスＯＲ ₁及び又は大径オリフィスＯＲ_２を通り、ガス出口２から流出する。その間に、前記流量演算制御部ＣＰａがオリフィス流通ガス流量を演算すると共に、コントロール弁ＣＶの開閉制御やオリフィス切換弁ＯＲＶの開閉制御をする。
更に、前記流量演算制御部ＣＰａの設定流量調整機構ＱＳＲでは、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑとオリフィス流通流量（即ち、流量演算制御部ＣＰａでの制御流量）とが比較され、両者の差異が予め定めた設定値を超えると、圧力式流量制御部ＦＣＳの制御流量を前記モニタ流量Ｑに合致させるよう設定流量Ｑｓの方を調整し、これをＱｓ’に自動修正する。

【0043】

即ち、本発明の要部を形成するビルドダウン式流量モニタ制御部ＣＰｂは、入口側（上流側）ピエゾ切換弁ＰＶ_１の開閉制御や、圧力センサＰ_３、温度検出センサＴ(図１５では省略)及び両切換弁ＰＶ_１、ＰＶ_２間のビルドアップ容量ＢＣの容積Ｖ等から、ビルドダウン流量Ｑを演算し、これを流量演算制御部ＣＰａへ出力する。

【0044】

上述の如く、本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置では、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭで圧力降下率ΔＰ／Δｔの測定やモニタ流量Ｑの演算が行なわれ、モニタ流量演算制御部ＣＰｂへ外部入出力回路ＰＩＯを介して指令信号及び又は設定信号を入力することにより、モニタ流量が少なくとも１秒間に１回の割合でモニタ表示されると共に、上記圧力式流量制御部ＦＣＳの制御流量値の修正、補正が自動的に行われる。

【0045】

また、モニタ流量出力Ｑ（モニタ流量演算制御部ＣＰｂからの流量出力）と圧力式流量制御部ＦＣＳの流量出力（圧力式流量演算制御部ＣＰａからの流量出力）との間に設定値以上の差異が生じた場合に、流量異常の警報を発信、或いは必要な場合には、所謂圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量自己診断を実施して流量異常の原因やその発生場所を特定することも可能であり、更に、設定値以上の流量差異が生じた場合には、圧力式流量制御部ＦＣＳ自体の零点調整等を自動的に実施すること等も可能である。

【0046】

尚、図１５の装置に於いては、入口側切換弁等をピエゾ駆動式弁としているが、これらを直動型の電磁駆動弁としてもよい。また、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖは１．７８〜９．９１ｃｃの範囲に選定している。更に、圧力降下範囲ΔＰは２０ｋＰａ ａｂｓ（３５０〜３２０ｋＰａ ａｂｓ）に選定されており、少なくとも１秒間に１回以上のモニタ流量を出力する構成としている。加えて、前記温度検出センサＴ(図示省略)は外面貼付型の測温抵抗式温度センサとしているが、モニタブロックＶＢ₁又はＶＢ_２の内部へ挿入するサーモスタット型温度計を用いることも可能である。

【0047】

また、図１５の装置では、ビルドダウン容量ＢＣとして後述するように圧力センサ付チャンバを用いているが、当該ビルドダウン容量ＢＣをガス流路の内容積でもって形成し、ガス流路の内径及び流路長さを適宜に選定することにより、所望の内容積Ｖのビルドダウン容量ＢＣを得る構成としても良い。

【0048】

図１６は、図１５のビルドダウン式流量モニタ付圧力式流量制御装置の従断面概要図である。当該実施例では、ビルドダウン容量ＢＣとして圧力センサ付チャンバＣＨを用い、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭの各ガス通路Ｌ_１、Ｌ_３、Ｌ_５の内径を１．８ｍｍの細径としている。また、オリフィスＯＲ ₁、ＯＲ ₂の下流側に第２圧力センサＰ_２を別途に設けている。更に、チャンバＣＨに圧力センサＰ_３を設けている。

【0049】

即ち、図１６に於いては、入口側切換弁ＰＶ_１と出口側切換弁ＰＶ_２の間に小型の圧力チャンバＣＨを設け、この圧力チャンバＣＨの内容積を調整することにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖを調整する構成としている。また、両切換弁ＰＶV_１、ＰＶ_２の開閉速度を上げるために、ピエゾ駆動メタルダイヤフラム型ノーマルクローズ弁を利用している。尚、ピエゾ駆動メタルダイヤフラム型ノーマルクローズ弁そのものは公知であるため、説明は省略する。

【0050】

前記圧力チャンバＣＨは外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂとの２重筒に形成されており、且つ内外筒ＣＨａ、ＣＨｂ間のギャップＧが本実施形態に於いては１．８ｍｍに選定されている。そして、圧力チャンバＣＨの内容積は１．３〜１２ｃｃ程度に選定されており、これに圧力センサＰ_３を付設した構成としている。
尚、図１６の装置に於いては、圧力チャンバＣＨの容積を自由に選定できると共に、ガス流通路Ｌ_１、Ｌ₂、Ｌ_４等を全て同一の細径（例えば１．８ｍｍΦ）に揃えることができ、ビルドダウン容量ＢＣの内容積 を正確且つ容易に所定の容積値に設定することができる。

【0051】

具体的には、供試用のチャンバＣＨとして、前記ギャップＧを１．８ｍｍ及び３．６ｍｍとした表３の如きサイズの５種のチャンバを作成し、これ等を図５の試験装置に適用してガス流量（ＳＣＣＭ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）等との関係等を調査した。
尚、図５の試験装置を用いた調査に於いて、流量センサＴはチャンバＣＨの外表面に貼付け固定した。また、チャンバＣＨ以外のガス流路Ｌ_３、Ｌ_５の容積は０．２２６ｃｃである。

【0052】

【表3】

【0053】

図１７は、図６に於ける圧力降下時間（ｂ）を１秒以内とした場合のガス流量（ＳＣＣＭ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）の関係を、各チャンバＡ〜Ｅについて測定した結果を示すものであり、試験装置に組付けした状態に於ける現実の各ビルドアップ容量は２．３１ｃｃ〜１５．４５ｃｃであった。

【0054】

図１７からも明らかなように、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ／ｓｅｃとした時には、チャンバＡの場合には２５．２ｓｃｃｍ、チャンバＢで１０６．６ｓｃｃｍ、チャンバＥで１６９．０ｓｃｃｍの各流量測定の可能なことが判る。

【0055】

上記図１５及び図１６の流量モニタ付圧力式流量制御装置においては、上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた圧力式流量制御部ＦＣＳと、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭ と圧力式流量制御部ＦＣＳとを連結してビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを圧力式流量制御部ＦＣＳへ伝送する信号伝送回路ＣＴと、圧力式流量制御部ＦＣＳに設けられ、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより圧力式流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑsを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲとから構成し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量により圧力式流量制御部ＦＣＳの設定流量値を自動的に調整するようにしている。
その結果、モニタ流量値（オリフィスを流通する実流量値）と、圧力式流量制御部FCSの設定流量値(制御流量値)とが大きく異なった状態が長期に亘って継続されるようなことが皆無となり、半導体製品の品質向上等の点で多くの効用が得られる。

【0056】

また、圧力式流量制御部ＦＣＳの上流側にビルドダウン式流量モニタ部BDMを設け、圧力式流量制御装部の入力側圧力変動に対する高応答性を活用して、圧力式流量制御部ＦＣＳの入力側圧力変動が許容される範囲内のガス圧力差に対応する圧力降下ΔＰを、前記ビルドダウン容量ＢＣ内に１秒間に１回以上の割合で起生させ、当該圧力降下率ΔＰ／Δｔとビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖとガス温度Ｋとから、１秒間に少なくとも１回以上のモニタ流量を演算して出力できるように、上記圧力降下値（圧力差ΔＰ）、圧力降下時間（Δｔ）及びビルドダウン容量ＢＣの内容量Ｖを設定する構成としている。

【0057】

その結果、前記圧力降下値（圧力差）ΔＰを略２０〜３０ｋＰａ ａｂｓに、圧力降下時間Δｔを０．５〜０．８ｓｅｃに、及びビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖを１．８〜１８ｃｃに設定することにより、少なくとも１秒間当りに１回以上の割合でモニタ流量を高精度で演算し、出力することが可能となり、ビルドダウン方式の利用にも拘わらず略リアルタイムに近い高精度な流量モニタが可能となる。

【0058】

また、従前の熱式流量センサを組合せる方式に比較して、流量モニタ付圧力式流量制御装置の大幅な構造の簡素化、小型化と製造費の引下げが可能となり、流量モニタ付流量制御装置の付加価値が著しく向上する。

【0059】

しかし、本願発明者等が先に開発した図１５及び図１６の流量モニタ付圧力式流量制御にも、いまだ多くの問題点が残されている。
特に、制御流量が大幅に変化した場合に、圧力降下値（圧力差）ΔＰを略２０〜３０ｋＰａ ａｂｓとすると共に圧力降下時間Δｔを０．５〜０．８ｓｅｃとし、少なくとも１秒間当りに１回以上の割合でモニタ流量を高精度で演算して出力するためには、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖを迅速且つ正確に適宜の値に調整する必要がある。その結果、ビルドダウン容量の調整機構が著しく複雑化し、流量モニタ付圧力式流量制御の大型化や製造コストの高騰を来たすと云う問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0060】

【特許文献1】特許第２６３５９２９号

【特許文献2】特許第２９８２００３号

【特許文献3】特許第４３０８３５６号

【特許文献4】特許第４１３７６６６号

【特許文献5】特開２００３−１９５９４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0061】

本願発明は、a従前のビルドダウンやビルドアップ式の流量測定方法を用いた流量モニタ付流量制御装置の場合には、流量モニタに際して実ガスの供給を一時的に停止しなければならず、半導体製造装置の稼動率の低下や製造した半導体の品質変動等を生ずること、ｂ従前の図２１のような熱式流量計と圧力式流量制御装置を組み合せ構造の流量モニタ付流量制御装置では、実流量の異常が判明しても自動的に制御流量の設定値の修正が行えず、流量修正の遅れによってさまざまな不都合が生じるうえ、流量制御装置自体の構造の簡素化及び装置の小型化が困難となり、加えて圧力式流量制御装置の優れた応答特性や安定した流量制御特性が減殺されること、及び、ｃ制御流量が大幅に変化するような場合には、ビルドダウン容量を適宜の値に調整する必要があり、複雑なビルドダウン容量調整機構を必要とするうえ、容量調整に手数か掛かること等の問題を解決せんとするものであり、圧力式流量制御装置ＦＣＳとその上流側に設けたビルドダウン式の流量測定部とを一体に組合せし、流量制御装置の上流側圧力（入力側圧力）に許容される圧力変動範囲内で前記ビルドダウン式の流量測定部を作動させ、ビルドダウン容量をバルブ操作によって簡単に大流量用容量と小流量用容量に切換することにより、大流量域と小流量域の流量モニタを簡単且つ高精度で行え、更に、モニタ流量値と制御流量値の差異が所定流量値を越えた場合には、自動的に圧力式流量制御装置側の流量設定値を調整して、圧力式流量制御装置による流量制御値をビルドダウン式流量測定部による流量値に修正する様にした流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置を提供するものである。

【0062】

即ち、入力側の圧力変動により流量制御特性が殆ど影響を受ないと云う圧力式流量制御装置の流量特性をフルに活用して、ビルドダウン式流量モニタ部による流量モニタを略リアルタイム（少なくとも１回/1秒）に近い状況下で行うことができ、しかも、演算制御部の簡素化、制御流量域の拡大、機器本体部の大幅な小型化、及び、ガス置換性の向上等を可能にした流量レンジ切換型ビルドダウン式流量計及び流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置を提供せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0063】

本願発明は、上記各試験の結果を基礎にして創作されたものであり、請求項１の発明は、流路上に配置された入口側開閉切替弁PV₁と、入口側開閉切替弁PV₁の下流に配置された出口側開閉切替弁PV₂と、出口側開閉切替弁PV₂の下流に配置されたコントロール弁CVとからなり、各弁同士は内容積をもつ流路で連結し、コントロール弁CVより上流に圧力センサＰ_３を配置したビルドダウン式流量計において、入口側開閉切替弁PV₁の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₁として流量演算する様にした大流量用測定部と、出口側切替弁PV₂の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₂として流量を演算する様にした小流量用測定部を備えることを、発明の基本構成とするものである。

【0064】

請求項２の発明は、請求項１の発明において、コントロール弁CVを、流量制御部ＦＣＳの内部のコントロール弁CVとしたものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、開閉切換弁で区切られた内容積を持つ流路を複数配置することとしたものである。

【0065】

請求項４の発明は、上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた流量制御部ＦＣＳとから構成したビルドダウン式流量モニタ付流量制御装置であって、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを入口側開閉切換弁ＰＶ₁と、その下流側に設けたビルドダウン容量ＢＣと、ビルドダウン容量ＢＣの下流側のガス通路に設けた温度センサＴhと、ビルドダウン容量ＢＣの下流側に設けた出口側開閉切換弁ＰＶ_２と、その下流側に設けた圧力センサＰ_３と、前記温度センサＴh及び圧力センサＰ_３の検出値が入力されるモニタ流量演算制御部ＣＰｂとから形成し、当該モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとして大流量のモニタ流量Ｑ_１を演算すると共に、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとして小流量のモニタ流量Ｑ_２を演算する構成としたことを発明の基本構成とするものである。

【0066】

請求項５の発明は、請求項４の発明において、信号伝送回路ＣＴによりビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭ と流量制御部ＦＣＳとを連結し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを流量制御部ＦＣＳへ伝送すると共に、流量制御部ＦＣＳに、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑｓを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲを設ける構成したものである。

【0067】

請求項６の発明は、上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた流量制御部ＦＣＳと、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭ と流量制御部ＦＣＳとを連結し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを流量制御部ＦＣＳへ伝送する信号伝送回路ＣＴと、流量制御部ＦＣＳに設けられ、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑｓを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲとから構成したビルドダウン式流量モニタ付流量制御装置であって、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを、ガス供給源からのガスの流通を開閉する入口側開閉切換弁ＰＶ₁と、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側に接続した所定の内容量を有するビルドダウン容量ＢＣと、ビルドダウン容量ＢＣの出口側に接続した出口側開閉切換弁ＰＶ_２と、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側通路を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰ_３と、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側通路を流通するガスの温度を検出する温度センサと、大流量の際には、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開放状態に保持すると共に、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとし、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開閉作動させると共に入口側開閉切換弁ＰＶ₁の開放により前記ビルドダウン容積Ｖ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと入口側開閉切換弁ＰＶ₁を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン式により大モニタ流量Ｑ_１を演算及び出力し、また、小流量の際には、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開放状態に保持すると共に、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間のガス通路内容積をビルドダウン容積Ｖとし、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開閉作動させると共に出口側開閉切換弁ＰＶ_２の開放によりビルドダウン容量Ｖ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと出口側開閉切換弁ＰＶ_２を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン式により小モニタ流量Ｑ_２を演算及び出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを

【数2】

(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容積（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは入口側開閉切換弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)により演算することを、発明の基本構成とするものである。

【0068】

請求項７の発明は、請求項６の発明に於いて、流量設定値調整機構ＧＳＲを、モニタ流量Ｑと設定流量Ｑｓとの比較器を備え、モニタ流量Ｑと設定流量Ｑｓとの差異が設定値を超えると、設定流量Ｑｓをモニタ流量Ｑに自動修正する構成の流量設定値調整機構としたものである。

【0069】

請求項８の発明は、請求項６の発明に於いて、流量制御部ＦＣＳを、コントロール弁ＣＶと、オリフィスＯＲ又は臨界ノズルと、当該オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの上流側の圧力計Ｐ_１と、流量演算制御装置ＣＰａとから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとしたものである。
また、請求項９の発明は、請求項６の発明に於いて、流量制御部ＦＣＳを、コントロール弁ＣＶと、当該オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの上流側の圧力計Ｐ_１と、前記オリフィスＯＲ又は臨界ノズルの下流側の圧力計Ｐ_２と、流量演算制御装置ＣＰａとから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとしたものである。

【0070】

請求項１０の発明は、請求項６の発明に於いて、ビルドダウン容積Ｖを０．５〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜１００ｋＰａ ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ ａｂｓ〜５０ｋＰａ ａｂｓに、また、所定時間ｔを０．５〜５秒以内とするようにしたものである。

【0071】

請求項１１の発明は、請求項６の発明に於いて、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶ間のガス通路の内容積Ｖを１３〜１５ccとし、大流量のモニタ流量域を４０〜６００ＳＣＣＭとすると共に、小流量のモニタ流量域を１〜５０ＳＣＣＭとするようにしたものである。

【0072】

請求項１２の発明は、請求項６の発明に於て、入口側開閉切換弁ＰＶ₁をピエゾ駆動式メタルダイヤフラム弁又は電磁直動型電動弁とすると共に、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも短くするようにしたものである。

【0073】

請求項１３の発明は、請求項６の発明に於いて、流量制御部ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＷ演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成としたものである。

【0074】

請求項１４の発明は、請求項６の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣをチャンバとすると共に、当該チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とし、チャンバを形成する内・外筒間の間隙をガス流通路とする構成としたものである。

【0075】

請求項１５の発明は、請求項６の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを、並列状に配置した複数本のチャンバとすると共に、当該チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とし、各チャンバの内・外筒間の間隙をガス流通路として各チャンバの前記ガス流通路を直列状に接続する構成としたものである。

【発明の効果】

【0076】

本願ビルドダウン式流量計の発明に於いては、入口側開閉切替弁PV₁の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₁として流量演算する様にした大流量用測定部と、出口側切替弁PV₂の出口側からコントロール弁CVの入口側までの流路内容積をビルドダウン容積V₂として流量を演算する様にした小流量用測定部を備えた構成としているため、一基の流量計で以って、広い流量幅のガス流量のビルドダウン式流量計測が可能となる。

【0077】

本願流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置の発明に於いては、流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置を、上流側に設けたビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭと、その下流側に設けた流量制御部ＦＣＳと、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭ と流量制御部ＦＣＳとを連結し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量Ｑを流量制御部ＦＣＳへ伝送する信号伝送回路ＣＴと、流量制御部ＦＣＳに設けられ、前記ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑにより流量制御部ＦＣＳの設定流量Ｑｓを調整する流量設定値調整機構ＱＳＲとから構成し、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭのモニタ流量により流量制御部ＦＣＳの設定流量値を自動的に調整するようにしている。

【0078】

その結果、モニタ流量値（オリフィスを流通する実流量値）と、流量制御部ＦＣＳの設定流量値(制御流量値)とが大きく異なった状態が長期に亘って継続されるようなことが皆無となり、半導体製品の品質向上等の点で多くの効用が得られる。

【0079】

また、流量制御部ＦＣＳの上流側にビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを設け、流量制御装部の入力側圧力変動に対する高応答性を活用して、流量制御部ＦＣＳの入力側圧力変動が許容される範囲内のガス圧力差に対応する圧力降下ΔＰを、前記ビルドダウン容量ＢＣ内に１秒間に１回以上の割合で起生させ、当該圧力降下率ΔＰ／Δｔとビルドダウン容量ＢＣの内容積Ｖとガス温度Kとから、１秒間に少なくとも１回以上のモニタ流量を演算して出力できるように、上記圧力降下値（圧力差ΔＰ）、圧力降下時間（Δｔ）及びビルドダウン容量ＢＣの内容量Ｖを設定する構成としている。

【0080】

その結果、前記圧力降下値（圧力差）ΔＰ、圧力降下時間Δｔ及びビルドダウン容量Ｖを適宜に設定することにより、少なくとも１秒間当りに１回以上の割合でモニタ流量を高精度で演算し、出力することが可能となり、ビルドダウン方式の利用にも拘わらず略リアルタイムに近い高精度な流量モニタが可能となる。

【0081】

更に、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭを、ガス供給源からのガスの流通を開閉する入口側開閉切換弁ＰＶ₁と、入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側に接続した所定の内容積Ｖを有するビルドダウン容量ＢＣと、ビルドダウン容量ＢＣの出口側に接続した出口側開閉切換弁ＰＶ_２と、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側通路を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰ_３と、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側通路を流通するガスの温度を検出する温度センサと、大流量の際には、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開放状態に保持すると共に、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶ間のガス通路内容積をビルドダウン容量とし、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開閉作動させると共に入口側開閉切換弁ＰＶ₁の開放によりビルドダウン容量内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと入口側開閉切換弁ＰＶ₁を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン式により大流量域のモニタ流量Ｑ_１を演算及び出力し、また、小流量の際には、前記入口側開閉切換弁ＰＶ₁を開放状態に保持すると共に、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２の出口側と前記流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶ間のガス通路の内容積をビルドダウン容量とし、前記出口側開閉切換弁ＰＶ_２を開閉作動させると共に出口側開閉切換弁ＰＶ_２の開放によりビルドダウン容量内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと出口側開閉切換弁ＰＶ_２を閉鎖し、所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン式により小流量域のモニタ流量Ｑ_２を演算及び出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂと、から構成するようにしている。

【0082】

その結果、入口側開閉切換弁ＰＶ₁と流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶ間のガス通路内容積及び出口側開閉切換弁ＰＶ_２とコントロール弁ＣＶ間のガス通路内容積を適宜に選定して、入口側開閉切換弁ＰＶ₁と出口側開閉切換弁ＰＶ_２とを適宜に開閉操作することにより、大流量域と小流量域の両方に亘って略リアルタイムに近い高精度な流量モニタを行うことができる。

【0083】

そのうえ、従前の熱式流量センサを組合せる方式に比較して、流量モニタ付流量制御装置の大幅な構造の簡素化、小型化と製造費の引下げが可能となり、流量モニタ付流量制御装置の付加価値が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【0084】

【図1】本発明の基本概念を示すブロック構成図である。

【図2】本発明に係る流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置の基本構成を示す系統図である。

【図3】本発明に係るビルドダウン式の流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置の縦断面概要図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係るビルドダウン式の流量レンジ切換型流量モニタ付圧力式流量制御装置の縦断面概要図である。

【図5】ビルドダウン式流量モニタ付流量制御装置の流量モニタ特性を測定するための試験装置の概要構成図である。

【図6】ビルドダウン式流量モニタの圧力降下状態の説明図である。

【図7】ビルドダウン流量測定時の圧力回復特性曲線の一例を示すものである。

【図8】図７の部分拡大図である。

【図9】試験１に於ける圧力回復特性曲線を示すものである。

【図10】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１００ＳＣＣＭ）。

【図11】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝５０ＳＣＣＭ）。

【図12】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１０ＳＣＣＭ）。

【図13】一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ）。

【図14】一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃ）。

【図15】先に開発をした流量モニタ付流量制御装置の基本構成を示す系統図である。

【図16】先に開発をしたビルドダウン式の流量モニタ付流量制御装置の縦断面概要図である。

【図17】先に開発をした装置のチャンバＡ〜Ｅに於いて、測定可能時間を１秒以下とした場合のガス流量ＳＣＣＭと圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。

【図18】先に開発をした装置に於いて、各チャンバＡ〜Ｅの圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃに於ける圧力降下特性の形態を示すものである。

【図19】各チャンバＡ〜Ｅの入口側（一次側）開閉切換弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である。

【図20】従前の圧力式流量制御装置の基本構成図である。

【図21】従前の流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0085】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の基本概念を示すブロック説明する構成図であり、図２は本発明に係る流量レンジ切換型流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成を示す系統図、図３は本発明に係る流量レンジ切換型流量モニタ付圧力式流量制御装置の縦断面概要図である。
本発明に係る装置は、大流量域ガスのモニタ付流量制御と小流量域ガスのモニタ付流量制御を適宜に切換え可能な構成としたことを特徴とするものであり、本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置は、ビルドダウン部ＢＤＭと圧力式流量制御部ＦＣＳと両者間を連結する信号伝送回路（デジタル通信回路）ＣＴとから構成されている。
尚、図１乃至図３に於いて、１はガス入口、２はガス出口、ＰV_１は入口側切換弁、ＰV_２は出口側切換弁、ＢＣはビルドダウン容量、Ｐ₃は圧力センサ、ΔＰ₁は大流量域モニタの場合の圧力検出値、ΔＰ_２は小流量域モニタの場合の圧力検出値、Ｑ₁は大流量域ガスのモニタ流量検出値、Ｑ_２は小流量域ガスのモニタ流量検出値、ＣＰｂはモニタ流量演算制御部、ＶＢ₁はモニタ入口側ブロック、ＶＢ_２はモニタ出口側ブロックである。

【0086】

また、図１乃至図３に於いて、ＣＶはコントロール弁、ＣＰａは流量演算制御部、ＯＲ_１は小径オリフィス、ＯＲ_２は大径オリフィス、Ｐ₁は第１圧力センサ、Ｐ_２は第２圧力センサ、ＶＢ₃は流量制御部入口側ブロック、ＶＢ_４は流量制御部出口側ブロック、ＶＢ_５は連結用ブロック、ＳＫは連結部のガスケットである。

【0087】

更に、圧力式流量制御部ＦＣＳには設定流量調整機構ＱＳＲが設けられており、予め設定された流量値Ｑｓが信号伝送回路ＣＴを介して入力されたビルドダウン流量Ｑ₁,Ｑ₂と比較器(図示省略)により比較され、両者の差異が規定以上の流量値になると、自動的に設定流量値ＱsがＱs’に修正され、圧力式流量制御部ＦＣＳの流量制御値がビルドダウン流量Ｑ₁,Ｑ₂に合致するように調整される。即ち、実流量がビルドダウン流量Ｑ₁,Ｑ₂に合致するように調整される。

【0088】

尚、図１乃至図３に於いて、先に開発した図１５及び図１６の流量モニタ付圧力式流量制御装置と異なる点は、モニタ流量演算制御部ＣＰｂが大流量域のビルドダウン流量Ｑ₁と小流量域のビルドダウン流量Ｑ_２を切換え可能に出力する点、及び圧力センサＰ₃が図３に示すように、連結用ブロックＶＢ_５に設けられている点のみであり、その他の構成は、図１５及び図１６の流量モニタ付圧力式流量制御装置と略同一である。
また、図２及び図３では、温度検出センサＴや フィルタＦ等は省略されている。更に、圧力式流量制御部ＦＣＳは如何なる形式のもの、例えばオリフィスが１基或いは３基以上のものであっても良いことは勿論である。尚、圧力式流量制御部ＦＣＳやビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭの基本構成そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

【0089】

図１を参照して、本発明に於いては、ガスの制御流量に対応して、大流量域ガスの流量モニタと小流量域ガスの流量モニタとを切換えするよう構成されており、ガス入口１から流入するガス流量が大流量Ｑ₁(例えば、４０〜６００ＳＣＣＭ)の場合には、出口側切換弁ＰＶ_２を開放状態に保持し、入口側切換弁ＰＶ₁を開閉することにより圧力センサＰ₃によって圧力検出値ΔＰ_１を検出すると共に、当該圧力検出値ΔP_１と入口側切換弁ＰＶ₁から圧力式流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶまでの管路内容積をビルドダウン容積とし、前記圧力検出値ΔＰ_１及び前記ビルドダウン容積等から数式１を用いて大流量域のモニタ流量Q₁が演算される。

【0090】

また、ガス入口１から流入するガス流量が小流量Ｑ_２(例えば、２．５〜４０（ＳＣＣＭ）の場合には、入口側切換弁ＰＶ_１を開放状態に保持し、出口側切換弁ＰＶ_２を開閉することにより圧力センサＰ₃によって圧力検出値ΔP_２を検出すると共に、当該圧力検出値ΔP_２と出口側切換弁ＰＶ_２から圧力式流量制御部ＦＣＳのコントロール弁ＣＶまでの管路内容積をビルドダウン容積とし、前記圧力検出値ΔＰ_２及び前記ビルドダウン容積等から数式１を用いて小流量域のモニタ流量Ｑ_２が演算される。

【0091】

尚、上記モニタ流量演算制御部ＣＰｂで演算されたモニタ流量Ｑ_１（或いはＱ₂）が流量制御部ＦＣＳの設定流量調整機構ＱＳＲへ入力されること、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭから流出したガスがコントロール弁ＣＶ、小径オリフィスＯＲ ₁及び又は大径オリフィスＯＲ_２を経てガス出口２から流出すること、流量演算制御部ＣＰaでオリフィス流通ガス流量が演算され、コントロール弁ＣＶの開閉制御やオリフィス切換弁ＯＲＶの開閉制御されること、流量演算制御部ＣＰaの設定流量調整機構ＱＳＲでは、ビルドダウン式流量モニタ部ＢＤＭからのモニタ流量Ｑ_１(又はＱ₂)とオリフィス流通流量とが比較され、両者の差異が予め定めた設定値を超えると、流量制御部ＦＣＳの制御流量を前記モニタ流量Ｑに合致させるよう設定流量Ｑｓの方が調整されること、等は先に開発したし流量モニタ付圧力式流量制御装置と同じである。

【0092】

【表4】

表４は、入口側切換弁ＰＶ₁及び出口側切換弁ＰＶ_２をピエゾ駆動式弁とし、小流量域のビルドアップ容量Ｑ₂=１ｃｃ及び大流量域のビルドアップ容量Ｑ_１=１４ｃｃとし、且つ圧力降下率ΔＰ₂/sec=5Kpa/sec及びΔＰ_１/sec=８０Kpa/secとした時のビルドアップモニタ流量の検出結果を示すものであり、小流量域のモニタ流量Ｑ₂はＱ₂＝２．７３〜４３・７ＳＣＣＭ、及び、大流量域のモニタ流量Ｑ_１はＱ_１＝３８．２〜６１１．７ＳＣＣＭと成る。

【0093】

尚、モニタ流量の出力は、少なくとも１秒間に１回以上とし、温度検出センサＴ(図示省略)はモニタブロックＶＢ₁又はＶＢ₁の内部へ挿入するサーモスタット型温度計としている。また、大流量域用ビルドダウン容量はチャンバ内容積と配管路内容積により、小流量域用容量は配管路内容積のみにより、それぞれ形成している。

【0094】

図４は、本発明の第２実施形態を示すものであり、（ａ）は縦断面概要図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は右側面図である。
当該第２実施例に係る流量レンジ切換型流量モニタ付圧力式流量制御装置は、ビルドダウン容量ＢＣが、縦向き姿勢で並列状に配置した４本の細径チャンバＣＨ_１，ＣＨ_２，ＣＨ_３，ＣＨ_４から構成されており、また、各細径チャンバの構造は第１実施形態のビルドダウン容量ＢＣの場合と同一であり、外筒と内筒との間の隙間が、ガスの流通路となっている。

【0095】

更に、上記４本の細径チャンバＣＨ_１〜ＣＨ_４は、夫々の内・外筒間のガス流通路を直列状に連通させた状態で連結されており、内容積Ｖの小さなビルドダウン容量ＢＣに形成されている。

【0096】

当該第２実施例に係る流量レンジ切換型流量モニタ付流量制御装置は、図４に示すように、その厚さ寸法Ｌが約１０〜１３ｍｍ程度に設定されており、その結果、出口側開閉切換弁ＰＶ_２の下流側に設けた圧力センサＰ_３も、外径が約１０〜１３ｍｍの細径のものが使用されている。
尚、第２実施形態に係る装置そのものの構造や機能は、第１実施形態の場合と同一であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明は半導体製造装置用ガス供給設備のみならず、オリフィス又は臨界ノズルを用いた圧力式流量制御装置であれば、化学品製造装置用ガス供給設備へも広く適用できるものである。

【符号の説明】

【0098】

ＢＤＭ ビルドダウン式流量モニタ部
ＦＣＳ 流量制御部（圧力式流量制御装置）
ＡＶ 一次側開閉切換弁（上流側弁）
ＢＣ ビルドダウン容量
Ｖ ビルドダウン容積
ＲＧ 圧力調整器
Ｎ_２ Ｎ_２供給源
Ｔ 温度センサ（測温抵抗体）
Ｐ_１、Ｐ_２ 圧力センサ
Ｐ_３ 圧力センサ
ΔP₁、ΔP_２ 圧力検出値
ＣＶ コントロール弁
ＯＲ オリフィス
ＯＲ_１ 小口径オリフィス
ＯＲ_２ 大口径オリフィス
ＯＩＰ 外部入出力回路
ＯＲＶ オリフィス切換弁
ＶＢ_１ モニタ入口側ブロック
ＶＢ_２ モニタ出口側ブロック
ＶＢ_３ 流量制御部入口側ブロック
ＶＢ_４ 流量制御部出口側ブロック
ＶＢ_５ 連結部ガスケット
ＣＴ 信号伝送回路（ディジタル通信回路）
ＣＰ 演算制御部
ＣＰａ 流量演算制御部
ＣＰｂ モニタ流量演算制御部
Ｅ_１ 流量制御装置用電源
Ｅ_２ 演算制御部用電源
Ｅ_３ 電磁弁用電源
ＥＣＶ 電気駆動部
ＮＲ データロガ
Ｓ 信号発生器
ＰＣ 演算表示部
ＰＶ_１ 入口側切換弁（入口側ピエゾ切換弁）
ＰＶ_２ 出口側切換弁（出口側ピエゾ切換弁）
Ｌ_１ 入口側切換弁のガス入口側通路
Ｌ_２ 入口側切換弁のガス出口側通路
Ｌ_３ 出口側切換弁のガス入口側通路
Ｌ_４ 出口側切換弁のガス出口側通路
Ｃｕ 銅棒片
Ｑ_１、Ｑ_２ モニタ流量（ビルドダウン流量）
ＣＨ チャンバ
ＣＨ_１〜ＣＨ_４ 細径チャンバ
ＣＨａ 外筒
ＣＨｂ 内筒
Ｌ 装置の厚み寸法
Ｑ_ＳＲ 流量設定値調整機構
Ｑ_Ｓ 設定流量
Ｑ_Ｓ‘ 調整流量
１ ガス入口
２ ガス出口
ＣＨ_１〜ＣＨ_４ 細径チャンバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】