特許 5799961 一貫した応答を実現する、オンツールおよびオンサイトＭＦＣ最適化方法およびシステム

(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】5799961

(24)【登録日】2015年9月4日

(45)【発行日】2015年10月28日

(54)【発明の名称】一貫した応答を実現する、オンツールおよびオンサイトＭＦＣ最適化方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20151008BHJP

【ＦＩ】

   G05D7/06 Z

【請求項の数】21

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-549037(P2012-549037)

(86)(22)【出願日】2011年4月25日

(65)【公表番号】特表2013-525870(P2013-525870A)

(43)【公表日】2013年6月20日

(86)【国際出願番号】JP2011002408

(87)【国際公開番号】WO2011135826

(87)【国際公開日】20111103

【審査請求日】2014年4月2日

(31)【優先権主張番号】12/768,583

(32)【優先日】2010年4月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100117444

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 健一

(72)【発明者】

【氏名】スミルノフ，ヴィー．アレクセイ

(72)【発明者】

【氏名】ナガラジャン，アルン

【審査官】 川東 孝至

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１０４１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１７１４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３６１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１７８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０１４２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４１１４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ７／０６

Ｇ０５Ｂ １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得る方法であって、
質量流量制御器アプリケーション開始から、前記質量流量制御器を通る流れの開始までの間の期間を含む質量流量制御器遅延期間を得るステップと、
弁を初期弁開口位置に設定するステップと、
初期所望流量および初期動作条件を、前記弁と通信している制御システムに入力するステップと、
前記初期弁開口位置および前記初期動作条件について制御システムの実行を開始し、前記制御システムが、前記初期所望流量および制御システムフィードバックに従って、弁開口位置を調節するように適合された、ステップと、
前記制御システムの実行の少なくとも一部分の間に、前記弁開口位置および流量を記録するステップと、
閾値に達する流量、および前記閾値を超える流量の一方を検出するステップと、
前記制御システム始動実行から、前記閾値に達したこと、および前記閾値を超えたことの一方の検出まで及ぶ初期流量期間を求めるステップと、
前記初期流量期間から前記質量流量制御器遅延期間を減じて、調節済開始時間を得るステップと、
前記調節済開始時間における前記弁開口位置を求めるステップと、
より迅速な流れ、および所望流量のオーバーシュートの低減の少なくとも一方が可能となるように、前記調節済開始時間における前記弁開口位置を、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置として確立するステップと
を含む、方法。

【請求項2】

前記初期弁開口位置が、閉じた弁を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記初期弁開口位置が、最大弁開口の１０％以下の開口を有する弁を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置が、最大弁開口の１０％から５０％の間の弁開口を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記初期弁開口位置が、デフォルト弁開始位置よりも少なくとも１０％未満の弁開口を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

弁を１つまたは複数の追加の初期弁開口位置に設定し、前記１つまたは複数の追加初期弁開口位置が、１つまたは複数の追加の予想最適弁開口位置未満である、ステップと、
１つまたは複数の追加の所望流量、および１つまたは複数の追加の動作条件を、前記制御システムに入力するステップと、
前記１つまたは複数の追加の弁開口位置、および前記１つまたは複数の追加の動作条件について、１つまたは複数の追加の制御システムの実行を開始し、前記制御システムが、前記１つまたは複数の所望流量および制御システムフィードバックに従って、前記弁開口位置を調節するように適合された、ステップと、
前記１つまたは複数の追加の制御システムの実行の少なくとも一部分の間に、前記弁開口位置および流量を記録するステップと、
前記閾値に達する１つまたは複数の追加の流量、および前記閾値を超える１つまたは複数の追加の流量の一方を検出するステップと、
前記制御システム始動から、前記閾値に達したこと、および前記閾値を超えたことの一方の１つまたは複数の検出まで及ぶ１つまたは複数の追加の初期流量期間を求めるステップと、
前記１つまたは複数の追加の初期流量期間から前記質量流量制御器遅延期間を減じて、１つまたは複数の追加の調節済開始時間を得るステップと、
前記１つまたは複数の追加の調節済開始時間における１つまたは複数の追加の弁開口位置を求めるステップと、
前記１つまたは複数の追加の調節済開始時間における前記１つまたは複数の追加の弁開口位置を、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置として確立するステップと
を含む、追加の調節済質量流量制御器弁開始位置を得るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置と、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置とを、質量流量制御器メモリに記憶するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置と、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置とを用いて、さらなる追加の初期弁開口位置、流量、および動作条件についてさらなる追加の弁開始位置を求めるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

内挿および外挿の少なくとも一方を用いて、前記さらなる追加の弁開始位置を求める、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記１つまたは複数の追加の所望流量の１つが、前記初期所望流量を含み、前記１つまたは複数の追加の動作条件の１つが、前記初期動作条件を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置の１つと比較するステップと、
前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置と、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置の前記１つとの間に差がある場合、質量流量制御器故障状態を信号発信するステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

質量流量制御器アプリケーションを開始するステップをさらに含み、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置の１つまたは複数と、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置とが、前記アプリケーションにおいて弁開始位置として使用される、請求項６に記載の方法。

【請求項13】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置と、前記１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置とが、個々のガス種に適した開始位置を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項14】

前記制御システムフィードバックに基づいて、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を自動的に調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を自動的に調節する前記ステップが、前記弁開口位置を増大させて、前記調節済開始時間を低減させるステップと、前記弁開口位置を低減させて、前記初期所望流量のオーバーシュートを低減させるステップとの一方を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を自動的に調節する前記ステップが、
質量流量制御器高速応答モード中に、ゼロ流量からゼロでない設定点に流量移行する間、前記弁開口位置および流量を記録するステップと、
流れが出現し始めた時点を検出するステップと、
前記質量流量制御器遅延期間よりも後に、流れが出現し始めたときに、
前記調節済質量流量制御器弁開始位置を、予め規定された量だけ増大させるステップと、
新たな調節済質量流量制御器弁開始位置を得るステップとの一方と、
前記質量流量制御器遅延期間付近、および前記質量流量制御器遅延期間中の一方で流れが出現し始めたときに、
前記流れが、前記所望流量をオーバーシュートする場合には、前記調節済質量流量制御器弁開始位置を予め規定された量だけ低減させるステップと、
前記流れが、前記所望流量をオーバーシュートしない場合には、既存の前記調節済質量流量制御器弁開始位置を保持するステップとの一方と
を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

質量流量制御器と、
前記質量流量制御器と通信している制御システムであって、
所望流量および制御システムフィードバックに従って、弁開口位置を調節するステップと、
流量閾値に達する流量、および前記流量閾値を超える流量の一方を検出するステップと、
制御システム始動から、前記閾値に達したこと、および前記閾値を超えたことの一方の検出まで及ぶ初期流量期間を求めるステップと、
前記初期流量期間から質量流量制御器遅延期間を減じて、調節済開始時間を得、前記質量流量制御器遅延期間が、質量流量制御器アプリケーション開始から、前記質量流量制御器を通る流れの開始までの間の期間を含む、ステップと、
前記調節済開始時間における前記弁開口位置を求めるステップと、
前記調節済開始時間における前記弁開口位置を、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置として確立するステップ
とによって、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得るように適合された、制御システムと
を備える、システム。

【請求項18】

前記質量流量制御器遅延期間が、
ソフトウェア遅延およびファームウェア遅延の少なくとも一方と、
高圧変換器遅延と、
圧電遅延と、
弁応答遅延と
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

１つまたは複数の初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得るように適合された、選択可能な最適化モードをさらに備える、請求項１７に記載のシステム。

【請求項20】

選択可能な迅速応答モードが、前記初期調節済質量流量制御器弁開始位置を使用するように適合される、請求項１７に記載のシステム。

【請求項21】

前記質量流量制御器遅延期間が、１０ｍｓから３０ｍｓの遅延期間を含む、請求項１７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、質量流量制御器に関する。特に、限定するものではないが、本発明は、ガス種および動作条件にわたって質量流量制御器を最適化する方法およびシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、半導体および他の産業では、多くのアプリケーションにおいて、迅速応答（高速応答としても知られる）モードを有する質量流量制御器（ＭＦＣ）が使用されている。これらの産業におけるアプリケーションでは、迅速に動作するＭＦＣモードが求められるだけでなく、ＭＦＣが所望の質量流量のオーバーシュートを制限することも求められる。さらに、ＭＦＣ迅速応答モードは、ＭＦＣ工程の様々な段階を通して変動する流れ条件にわたって一貫した応答を実現する必要がある。例えば、あるアプリケーションでは、様々な設定点について変動する圧力にわたって、また、マルチガスアプリケーションでは、複数のガスにわたって、ＭＦＣが迅速かつ正確な流量を生成することが有利となる。

【0003】

大部分の質量流量制御器は、現在、Ｎ₂ガスを用いて製造業者で較正されている。したがって、ＭＦＣの性能は、現在のところＮ₂についてしか保証されず、他のガスを用いてＭＦＣを使用すると、ＭＦＣの性能が大幅に劣化することがある。特定の各動作ガスを用いてＭＦＣを較正することは、コストがかかるため、可能でない。さらに、ガスの多くでは、そのガス特性のため、ＭＦＣを較正することが可能でないことがある。例えば、ガスによっては、有毒であり、または可燃性が高いことがある。また、動作ガスの特性と同様の特性を有するが、動作ガスが有する望ましくないガス特性を有さない「代理」ガス（surrogate gas）を用いてＭＦＣを較正することは、多くのガス種について可能ではなく、または有効でない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで提案される本発明のいくつかの実施形態は、複数の動作ガスおよび動作条件、例えばそれだけに限られるものではないが、複数の所望の流量および圧力などにわたって、ＭＦＣからの一貫した、より最適な応答を実現する。一実施形態は、より迅速な応答時間を保証するために、ＭＦＣ上で１つまたは複数の較正ランを実施するステップを含む。１つまたは複数のランの間、ＭＦＣは、必要な情報を収集し、工程の各段階について最適な調整パラメータを計算し、最適パラメータをＭＦＣメモリに保存する。その後、動作中、必要に応じて最適な調整パラメータをＭＦＣメモリから検索し、ＭＦＣ動作に用いて、より一貫した、より正確な応答を実現することができる。一方法が、迅速または高速応答ＭＦＣモードとともに使用するために適合される。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一方法は、ＭＦＣ最適化ランを実施して、ＭＦＣ遅延を低減させ、オーバーシュートを排除または減少させる初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得るステップを含む。この初期調節済ＭＦＣ弁開始位置は、特定のガスおよび動作条件に適した初期弁設定を含むことができる。このアプリケーション工程では、各ガスおよび／または動作条件について、複数の調節済質量流量制御器弁開始位置を得、ＭＦＣに保存することができる。

【0006】

一方法は、まず、製造業者から質量流量制御器遅延期間を得るステップを含むことができる。ＭＦＣ遅延期間は、ＭＦＣ工程を開始した時点から、ＭＦＣ内で流体が流れ始める時点まで及ぶ期間を含む。ＭＦＣ遅延期間は、ＭＦＣ固有の特性であり、それだけに限られるものではないが、ソフトウェア／ファームウェア、電気的および機械的構成要素の遅延など、ＭＦＣ自体の一部分に依存する。次いで、ＭＦＣ弁を、典型的な初期弁開口位置未満の初期弁開口位置に設定することができる。例えば、ＭＦＣ弁は、閉位置に設定してもよい。次いで、初期所望流量および動作条件を、ＭＦＣと通信している制御システムに入力することができる。その後、制御システムを始動し、ＭＦＣから受け取った所望流量およびフィードバックに従って、弁を調節することができる。

【0007】

この較正ランの間、弁の位置と、対応するＭＦＣを通る流量とが、ＭＦＣメモリに記録される。流量が、閾値に達する、および閾値を超えるうちの一方となると、「初期流量期間（ｉｎｉｔｉａｌ−ｆｌｏｗ ｔｉｍｅ−ｐｅｒｉｏｄ）」が計算され、この初期流量期間は、制御システムが始動した時点から、閾値に達したことを制御システムが検出する時点、例えば、ＭＦＣ内で流れが始まる時点まで及ぶ。次いで、初期流量期間からＭＦＣ遅延期間（製造業者から得ることができる）を減じて、調節済開始時間を得る。次いで、調節済開始時間における弁位置を、記録データから求める。その後、この弁位置を、試験したその動作条件およびガスの最適弁開始位置として確立する。単一のアプリケーションにおいて、複数の動作条件および／またはガスを使用し得る場合、各ガス／動作条件について同様の手順を用いて、複数の弁開始位置を求めることができる。

【0008】

本発明の様々な目的および利点、ならびにより完全な理解が、以下の「発明を実施するための形態」、および添付の特許請求の範囲を、添付の図面と併せて参照することによって、明白となり、より容易に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】典型的なＭＦＣの所望流量、予想流量、および実際流量を示すグラフである。

【図2】典型的なＭＦＣの流量および弁位置を時間の関数として示すグラフである。

【図3A】デフォルト（製造業者）調整を有するＭＦＣの様々な流量を示すグラフである。

【図3B】図３ＡのＭＦＣの様々な流量であるが、本発明の一実施形態に従って調整が最適化された流量を示すグラフである。

【図4A】様々な弁開始位置について、ＭＦＣ弁位置を経時的に示すグラフである。

【図4B】３４％〜４６％の弁開始位置について、ＭＦＣ弁位置を経時的に示すグラフである。

【図5A】図４ＡのＭＦＣ弁位置について、ＭＦＣ流量を時間の関数として示すグラフである。

【図5B】図４Ｂの３４％〜４６％のＭＦＣ弁位置について、ＭＦＣ流量を時間の関数として示すグラフである。

【図6】本発明の実施形態による、初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得る方法を示す図である。

【図7】本発明の一実施において記録された流量および弁位置を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施形態による質量流量制御器と制御システムとを備えるシステムを示す図である。

【図9】本発明の一実施形態による一アプリケーションの弁位置、流量、および圧力を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に、設定点または所望流量設定点としても知られる所望質量流量１０と、予想過渡流量とも呼ばれる予想質量流量２０と、実際質量流量３０、または実際過渡流量との間の差を示すグラフが示されている。時間Ｔ₀で、所望流量設定点値がＭＦＣに与えられる。例えば、設定点をＭＦＣ制御システムに入力することができる。それだけに限られるものではないが、迅速応答ＭＦＣモードを備える制御システムなどによって、ＭＦＣが始動すると、他の動作条件の中でもとりわけ、ＭＦＣ制御システムに入力された所望流量設定点値に応答して、制御システムは、Ｔ₀の元の流量から、所望流量設定点１０へと、図１に示される予想過渡流量２０に沿って経時的に流量を変えるように適合される。しかし、ＭＦＣを通る実際流量は、予想過渡流量２０に等しいものではなく、図１に示される実際過渡流量３０に近い。

【0011】

実際過渡流量３０と、予想過渡流量２０との差は、少なくとも一部には、ＭＦＣ遅延期間に起因する。例えば、図２に示されるように、時間Ｔ₀で所望流量設定点を受け取ると、弁は、弁開口グラフ２０９に示されるように開き始めるが、流量グラフ２１２に示されるように、弁が特定の開口位置Ｖ₀に到達した時点Ｔ₁までは、流体がＭＦＣを通って流れることはない。したがって、時間Ｔ₁は、弁位置Ｖ₀に依存する。すなわち、弁位置Ｖ₀に到達すると、その後まもなく、またはそのほぼ直後に時点Ｔ₁に到達する。図１および２に示されるように、設定点１０が与えられ、制御システムが始動する時点Ｔ₀と、ＭＦＣ内で流れが始まる時点Ｔ₁との間に遅延期間２５が存在する。

【0012】

図３Ａに、デフォルト（製造時）調整を有し、「高速応答」モードで動作する典型的なＭＦＣの実際流量を時間の関数として示すグラフが示されている。３つのガス（Ｎ₂、ＳＦ₆、Ｃ₄Ｆ₈）について、３つの異なる圧力（１７ｐｓｉ、３２ｐｓｉ、６２ｐｓｉ）、および４つの異なる設定点（０〜５％、０〜２０％、０〜５０％、０〜１００％）にわたって流量が示されている。全ての流量が、設定点に拘わらず０〜１００％に正規化されている。アプリケーションによっては、流量が設定点をオーバーシュートすることが許容される場合があるが、一貫しない応答遅延は、許容されないことが多い。デフォルト調整は、デフォルトの弁開始位置を含むことができる。一実施形態では、初期弁開口位置は、デフォルトの弁開始位置未満でよく、それだけに限られるものではないが、弁開始位置が１０％低減した位置などでよい。他の開始位置も企図される。

【0013】

図３Ｂは、本明細書に記載の本発明の実施形態を用いて調整を改善した、図３ＡのＭＦＣの実際流量を時間の関数として示す。図３Ｂに示される応答が得られるように図３Ａの一貫しない応答遅延を低減させるには、図３Ａに示される動作条件およびガスのそれぞれにわたって、最適化工程を実行して、各ガスおよび動作条件について最適弁開始位置を得る必要がある。弁開始位置は、一実施形態では、ＭＦＣアプリケーション開始時に弁が設定される最大弁開口位置の百分率として定義される。かかる開始位置によって、遅延期間２５を最小限に抑える、またはなくすことができる。例えば、最適弁開始位置を使用することによって、遅延期間２５が、圧電動作、ファームウェア／ソフトウェア、および電気的／機械的構成要素によるＭＦＣ内で固有の遅延だけを含むように、遅延期間２５を低減させることができる。したがって、本発明の一実施形態は、動作条件の中でもとりわけ、ガス種、圧力、および設定点にわたって一貫したＭＦＣ応答遅延が得られるように適合された方法を含む。そうするには、各アプリケーションについて、動作条件およびガス種にわたって調節された開始位置を求めなければならない。

【0014】

図４Ａ〜５Ｂに示されるグラフを得るには、各アプリケーションを実行する前に、弁を指定された開始位置に設定しなければならない。次いで、ＰＩＤベースの閉ループアルゴリズムを実行するようにＭＦＣを適合させ、このアルゴリズムは、要求された設定点、開始位置、動作条件、および流量センサフィードバックに従って弁を動かす。図４Ａ〜５Ｂは、選択された様々な開始位置について、ＭＦＣがどのように動作するかを示す。ＭＦＣ動作始動時の弁開始位置が小さすぎる、例えばそれだけに限られるものではないが、ゼロまたは閉弁位置などである場合、図４Ａ〜５Ｂの設定点ＳＰ₀および流量Ｆ₀によって示されるように、流量が設定点４１０に達するのにかかる時間は、ほとんどのアプリケーションで許容可能でなくなる。しかし、開始位置が大きすぎる場合（すなわち、弁開口が大きすぎる場合）、ＭＦＣを通る流量が大きく、高速になりすぎることがあり、その結果、設定点ＳＰ₄および流量Ｆ₄によって示されるように、流量が設定点４１０をオーバーシュートすることになる。

【0015】

図４Ａおよび図４Ｂは、単一ガス、および同様の動作条件での、様々な弁開始位置について弁位置を経時的に示す。図４Ａでは、ＳＰ₀は、弁開口が小さい、または閉じていることもある弁開始位置であり、ＳＰ₁は、弁開口がＳＰ₀の弁開口よりも大きい弁開始位置であり、ＳＰ₂は、ＳＰ₂の弁開口が、ＳＰ₁の弁開口よりも大きい弁開始位置である。同様に、ＳＰ₃は、弁開口がＳＰ₂の弁開口よりも大きい弁開始位置であり、ＳＰ₄も同様である。図４Ｂは、弁開始位置が最大弁開口位置の３４％〜４６％の範囲にあり、設定点４１０’が最大流量の５０％に等しい弁の位置を、時間の関数として示している。

【0016】

図５Ａには、開始位置ＳＰ₀〜ＳＰ₄にそれぞれ対応した流量Ｆ₀〜Ｆ₄が示されている。例えば、開始位置ＳＰ₀を使用すると、流量Ｆ₀が得られる。図示のように、弁開始位置開口がＳＰ₀からＳＰ₂に増大するにつれて、遅延期間５７５は低減している。しかし、ある開始位置ＳＰ₃以上では、流量Ｆ₃以上で、設定点５１０をオーバーシュート５４０している。したがって、遅延期間５７５を最小限に抑え、かつオーバーシュート５４０をなくす最適開始位置ＳＰ_nが存在する。一最適開始位置ＳＰ_nは、図４Ａに示される第２の開始位置ＳＰ₂を含むことができる。しかし、最適開始位置ＳＰ₂でも、図５Ａに示されるように、流量Ｆ₂は、当技術分野で既知のＭＦＣおよび制御システムの機械的および電気的特性によって生じるＭＦＣ遅延５４２を有することがある。同様に、図５Ｂは、図４Ｂに示される弁開始位置に対応した流量のグラフである。

【0017】

図４Ａ〜５Ｂに示されるように、図４Ａの弁開始位置ＳＰ₀〜ＳＰ₂、および図４Ｂの３４％〜４２％の範囲では、流量の軌跡と、弁の軌跡とは、実質的に同様の波形を有し、軌跡間の時間間隔も実質的に同様である。例えば、図４Ｂおよび５Ｂでは、時間間隔は、約１０ｍｓである。さらに、弁開始位置が４２％以上では、ＭＦＣの流れは、制御システムが始動した時間から約３０ｍｓのＭＦＣ遅延５４２’後に出現し始めている。この３０ｍｓの遅延は、制御システム、電子回路、圧電アクチュエータ、またはＭＦＣの他の電気機械的部分の遅延の結果生じたものである。

【0018】

図４Ｂおよび５Ｂに示されるように、開始位置が増大すると、流量スルーレートも増大することになり、約４６％の弁開始位置では、設定点５１０’のオーバーシュートが生じる。したがって、４４％の弁開始位置が、約３４％〜４２％の弁開始位置よりも増大したスルーレートを有し、かつ４６％の弁開始位置のようなオーバーシュートは有しないので、弁開始位置として適正な選択であるように見えるが、４４％の弁開始位置は、動作条件の変動の影響を非常に受けやすいことがある。したがって、一実施形態では、４２％の弁開始位置が、最適弁開始位置を成し得る。ガスおよび動作条件に依存して、他の弁開始位置が企図される。

【0019】

図６に、初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得る方法が示されている。この方法は、６９９で開始し、６０１で、質量流量制御器遅延期間５４２’を得るステップを含む。ＭＦＣ遅延期間５４２’は、製造業者による調整を有するＭＦＣ上で、上記に示し、図４Ａ〜５Ｂで概説した試験などの試験を実施することによって、ユーザが得ることができる。または、ユーザは、製造業者からＭＦＣ遅延期間５４２’を得ることができる。ＭＦＣ遅延期間５４２’は固定され、装置の特性である。ＭＦＣ遅延期間５４２’を得ると、一方法は、６１１で、ＭＦＣ弁を初期弁開口位置に設定するステップを含む。ＭＦＣ初期弁開口位置は、予想最適弁開口位置未満の弁開口位置を含むことができる。例えば、図４Ｂおよび５Ｂのシナリオでは、弁は、最大弁開口位置の３４％の初期弁開口位置に設定することができる。最大弁開口位置の０％（すなわち、弁が閉じている）の初期弁開口位置もやはり企図される。弁を初期弁開口位置に設定するステップは、ソフトウェアおよびファームウェアの一方で弁位置を設定するステップを含むことができる。

【0020】

初期弁開口位置を設定した後、６３１で示されるように、典型的なＭＦＣ工程を開始することができる。例えば、初期所望流量、およびそれだけに限られるものではないが、流体種および圧力など、１つまたは複数の初期流量動作条件を、ＭＦＣと通信している制御システムに入力することができる。一制御システムは、制御システムフィードバックに基づき、弁開始位置、および所望流量に従って弁開口位置を調節するように適合される。一方法中、６４１で、弁位置および流量を記録またはその他の形で記憶することができる。他の実施形態では、このステップは、実施しなくてもよい。６５１で、流量閾値に達する流量、および流量閾値を超える流量の一方が、図７に示される点Ｔ₁で検出される。例えば、ＭＦＣ内に流れが出現し始め、設定点７１０の１％を含む流量に達したときに、制御システム内で信号を立ち上げることができる。他の流量に対応する他の閾値、ならびにガスがＭＦＣ内で流れ始める正確な時間を得る、当技術分野で既知の他の方法も企図される。６６１で、初期流量期間を求める。一方法では、初期流量期間は、制御システムが始動した時点から、確立された閾値に達する流量、および確立された閾値を超える流量の一方が検出される時点まで及ぶ。（図５Ａに示される）オーバーシュート５４０および遅延５２５のどちらもが低減することになる最適弁開始位置を求めるために、６７１で、初期流量期間から質量流量制御器遅延期間５４２’を減じて、図７に示される調節済開始時間Ｔ₂を得る。調節済開始時間Ｔ₂が得られると、調節済開始時間Ｔ₂に対応する調節済弁開口位置Ｖ₁が求められる。例えば、図７に示されるように、調節済弁開口位置は、最大弁開口の４２％の開口を有する弁を備える。この調節済弁開口位置を、そのガスおよび動作条件に適した初期調節済質量流量制御器弁開始位置として確立する。いくつかの実施形態では、初期調節済質量流量制御器弁開始位置は、最大弁開口の２５％から５０％の間を含むことができ、他の実施形態では、４１％から４４％の間を含むことができる。図６の方法は、６９８で終了する。

【0021】

実施形態はまた、単一のアプリケーション／工程について、追加の調節済質量流量制御器弁開始位置を得るステップを含むことができる。例えば、図９に、複数の圧力および流量にわたっていくつかの段階を有する典型的なＭＦＣ工程が示されている。したがって、ゼロ流量からゼロでない流量への変化を含む各ステップについて、初期調節済質量流量制御器弁開始位置を計算しなければならない。図９の例は、１７ｐｓｉで５％、５２ｐｓｉで１００％、および５２ｐｓｉで２０％の、圧力それぞれについての初期調節済質量流量制御器弁開始位置を含む。追加の調節済質量流量制御器弁開始位置を得る方法は、図７に示される初期調節済質量流量制御器弁開始位置を得るための上述の方法と同じであった。

【0022】

一実施形態では、追加の弁開始位置、ならびに対応する動作条件およびガス種が、図８に示されるようにメモリ８０８に記憶される。その後、これらの初期および追加の調節済質量流量制御器弁開始位置、ガス種、ならびに動作条件を類似のアプリケーションに将来使用することができ、あるいは、恐らくは外挿または内挿によって１つまたは複数の追加の調節済質量流量制御器弁開始位置を得るために使用してもよい。

【0023】

本発明の１つまたは複数の実施形態はまた、ＭＦＣ故障状態を信号発信するステップを含むことができる。例えば、本明細書に記載の最適化工程が、既に実施されたガスおよび動作条件について新たに実施され、そのデータがＭＦＣメモリに記憶される場合、この新たな調節済質量流量制御器弁開始位置を、類似の条件についてＭＦＣメモリ内に記憶されていた調節済質量流量制御器弁開始位置と比較することができる。この新たな調節済質量流量制御器弁開始位置が、古いものとは異なる場合、ＭＦＣは、それだけに限られるものではないが、ＭＦＣハードウェア問題など、ＭＦＣに問題があり得ることを示す信号を供給することができる。

【0024】

さらに、一方法は、調節済質量流量制御器弁開始位置を増大させるステップ、および調節済質量流量制御器弁開始位置を低減させるステップの一方を含み得る自動弁開始位置調節工程を含むことができる。かかる一方法では、制御システムは、図９と同様のゼロ設定点からゼロでない設定点への各移行について、図７と同様に弁位置および流量を記録することができる。かかるデータは、図８に示されるＭＦＣメモリ８０８に記憶することができる。次いで、ＭＦＣは、それだけに限られるものではないが、流量計８０７を用いて流量を検出するなどして、ＭＦＣを通って流れ始める瞬間を検出する。かかる時点で、制御システム８０６内にある、またはＭＦＣ８７５の他の位置にあるファームウェア、ソフトウェア、もしくはハードウェアが、ＭＦＣアプリケーションを開始した時点から、流れが出現した時点までの遅延期間を比較し、その遅延期間を、それだけに限られるものではないが、図５Ａに示される遅延期間５４２’など、類似の動作条件について既知の遅延期間と比較するように適合される。一遅延期間５４２’は、１０ｍｓから３０ｍｓの遅延期間を含み得る。２つの遅延期間を比較し、制御システム８０６または他のＭＦＣ８７５構成要素が、新たな遅延期間の方が元の遅延期間５４２’よりも長いと判定した場合、したがって新たな遅延期間中の方が、元の遅延期間中よりも流れが遅く開始する場合、調節済質量流量制御器弁開始位置を、予め規定された量だけ増大させることができる。例えば、一実施形態では、調節済質量流量制御器弁開始位置を、それだけに限られるものではないが、図４Ｂに示される４２％の開始位置から４３％の開始位置まで増大させるなど、１％だけ増大させることができる。あるいは、新たな調節済質量流量制御器弁開始位置を求めてもよい。例えば、新たに得られた遅延期間から質量流量制御器遅延期間５４２’を減じることができ、その時点における弁位置が判明し、図７と同様に、その時点における弁位置を、新たな調節済質量流量制御器弁開始位置に割り当てることができる。

【0025】

既知のＭＦＣ遅延期間５４２’中に、またはその付近で流れが開始し、オーバーシュートが生じることが判明した場合、調節済質量流量制御器弁開始位置を、それだけに限られるものではないが、１％など、指定された量だけ低減させることができる。オーバーシュートが起こらない場合、既存の調節済質量流量制御器弁開始位置を保持することができる。

【0026】

図８に、質量流量制御器８７５と、質量流量制御器８７５と通信している制御システム８０６とを備えるシステム８００の一実施形態が示されている。図８では、圧電アクチュエータ８７４および制御弁８７３だけがＭＦＣ８７５内に含まれるとして示されているが、図８に記載の１つまたは複数の他の物品もやはり、ＭＦＣ内に含めることができる。例えば、ＭＦＣは、制御システム８０６、メモリ８０８、および流量計８０７を含むことができる。図８に示されるように、それだけに限られるものではないが、ガス種、圧力、および設定点などの入力８７２をシステム８００に入力することができる。デジタルアナログ変換器８７１によって、入力をアナログ電圧に変換することができ、このアナログ電圧は、圧電アクチュエータ８７４を動作させるように適合された高電圧回路８７７に送ることができる。ＭＦＣ遅延５４２’は、（ｉ）ソフトウェアおよび／またはファームウェア、（ｉｉ）制御システム８０６、（ｉｉｉ）入力８７２、（ｉｖ）高電圧回路８７７、（ｖ）圧電アクチュエータ８７４、および（ｖｉ）弁８７３のうちの１つまたは複数の遅延から構成され得る。

【0027】

さらに、図８のシステム８００の一実施形態では、システム８００のユーザは、最適化モードを選択することができる。この最適化モードは、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェアで構成することができ、制御システム８０６内に含めることができる。最適化モードを選択すると、ＭＦＣ８７５は、システムに入力された特定の動作条件について１つまたは複数の調節済質量流量制御器弁開始位置を得るように適合させることができる。最適化モードは、ＭＦＣの迅速応答モードで利用可能となり得る。１つまたは複数の調節済ＭＦＣ弁開始位置が得られると、最適化モードは、所望のＭＦＣアプリケーションをさらに実行することができる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】