特許 5847106 流量モニタ付圧力式流量制御装置。

(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】5847106

(24)【登録日】2015年12月4日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】流量モニタ付圧力式流量制御装置。

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20151224BHJP

【ＦＩ】

   G05D7/06 Z

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-62537(P2013-62537)

(22)【出願日】2013年3月25日

(65)【公開番号】特開2014-186662(P2014-186662A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2014年12月25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】日高 敦志

(72)【発明者】

【氏名】西野 功ニ

(72)【発明者】

【氏名】池田 信一

【審査官】 川東 孝至

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５２９２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１０４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３７５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０４６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６５９８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ７／００−７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側に設けた入口側切換弁とビルドダウン容量と出口側切換弁とビルドダウンモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを備えたビルドダウン式流量モニタ部（ＢＤＭ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部の下流側に設けたコントロール弁と圧力センサと温度センサとオリフィス又は臨界ノズルと流量設定値調整機構（ＱｓＲ）を設けた圧力式流量演算制御部（ＣＰａ）とから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御部（ＦＣＳ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部のモニタ流量を前記圧力式流量制御部へ伝送する信号伝送回路（ＣＴ）と，から構成した流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項2】

上流側に設けた入口側切換弁とビルドダウン容量と出口側切換弁とビルドダウンモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを備えたビルドダウン式流量モニタ部（ＢＤＭ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部の下流側に設けたコントロール弁と圧力センサとオリフィスと流量設定値調整機構（ＱｓＲ）を設けた圧力式流量演算制御部（ＣＰａ）とから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御部（ＦＣＳ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部のモニタ流量を前記圧力式流量制御部へ伝送する信号伝送回路（ＣＴ）と，から成る流量モニタ付圧力式流量制御装置において、前記ビルドダウン式流量モニタ部のビルドダウン容量を、内筒と外筒を同心状に配設固定して成るチャンバとし、当該チャンバの内筒と外筒間の間隙をガス流通路とすると共に当該チャンバに圧力センサを設けた構成とした流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項3】

圧力式流量制御部（ＦＣＳ）を、前記コントロール弁の上流側と下流側に圧力センサを設けた圧力式流量制御部とした請求項1又は請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項4】

流量設定値調整機構（ＱｓＲ）を、モニタ流量と設定流量との比較器を備え、モニタ流量と設定流量との差異が設定値を超えると、設定流量をモニタ流量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1又は請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項5】

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一次側開閉切換弁と、一次側開閉切換弁の出口側に接続した所定の内容積を有するビルドダウン容量と、当該ビルドダウン容量を流通するガスの温度を検出する温度センサと、前記ビルドダウン容量を流通するガスの圧力を検出する圧力センサと、前記一次側開閉切換弁の開閉制御を行うと共に、一次側開閉切換弁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、一次側開閉切換弁の閉鎖により所定時間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モニタ流量を演算して出力するモニタ流量演算制御部とを備え、前記モニタ流量を

【数3】

(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣの内容積（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は一次側開閉切換弁弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)により演算する構成とした請求項１又は請求項2に記載の流量モニタ付圧力式量制御装置。

【請求項6】

圧力式流量制御部を、コントロール弁と圧力計とオリフィス切換弁とその下流側に並列に接続した二つのオリフィスと圧力式流量演算制御部とから成る圧力式流量制御部とした請求項１又は請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項7】

ビルドダウン容量の内容積を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５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項8】

一次側開閉切換弁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、一次側開閉切換弁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、一次側開閉切換弁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の１/５よりも短くするようにした請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【請求項9】

圧力式流量制御部の流量演算制御部（ＣＰａ）とビルドダウンモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを一体に形成する構成とした請求項１又は請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量モニタ付圧力式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圧力式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、圧力式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、制御流量とモニタ流量間の差異が設定値を超えると、自動的に圧力式流量制御装置側の流量設定値を調整することができるようにした流量モニタ付圧力式流量制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従前から、半導体制御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１９に示すように、コントロール弁ＣＶ、温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、オリフィスＯＬ及び温度補正・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耐圧力変動性の高い優れた流量特性を具備している。

【0003】

即ち、図１９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からの検出値がディジタル値に変換され、そのあと温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力される。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でディジタル値に変換されたあと比較回路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ＯＬ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場合には、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、圧力Ｐ_１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御できると共に、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が備わっている。
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。

【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ＯＬを使用しているため、オリフィスＯＬ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ＯＬ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、所謂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ＯＬ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ＯＬの穴径変化等の検出には、所謂ビルドアップ方式やビルドダウン方式を用いたガス流量測定方法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のガス流量測定では、実ガスの供給を一時的に停止する必要があるため、ガス流量測定が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等に大きな影響を与えるという問題がある。

【0008】

そのため、近年、この種の流量制御装置の分野に於いては、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】

例えば、図２０はそ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、流路２３と、入口側圧力を検出するの第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】

また、前記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とを有し、総流量Ｆを示す流量信号Ｓｆを、演算制御部２８ａへ出力する。
更に、絞り部２６は、その上流側と下流側における圧力差が所定値以上のとき（即ち、臨界条件下の流体流のとき）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る。尚、図２０に於いて、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】

前記演算制御部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。
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の動作を確認するものである。

【0012】

上述のように、図２０の流量モニタ付流量制御装置２０に於いては、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いう二種の方式を演算制御部８ａに組み込みしているため、設定流量Ｆｓに対応する制御流量の流体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、当該図２０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。そのため、もしも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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【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４３０８３５０号

【特許文献4】特許第４１３７６６６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

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、及び、b従前の図２０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有する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等の問題の解決を主たる発明の目的とするものであり、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、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提供するものである。

【0018】

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、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ビルドダウン式流量モニタ付圧力式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】

【0019】

本願発明者等は、先ず、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳを用いて図１に示す如き試験装置を構成し、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とから、流量算出を行うビルドダウン方式による流量測定に関する基礎的な各種試験を行った。

【0020】

即ち、図１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。

【0021】

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１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃの各容積に切換え調整できるように構成されている。
尚、ビルドダウン用チャンバを用いた場合には、後述の実施例で説明するように、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１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃに選定している。

【0022】

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部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の流量演算制御部と同様に、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。

【0023】

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や直動型電磁弁が使用されるが、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。

【0024】

ビルドダウン式の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。

【0025】

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。

【0026】

先ず、図１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以上とすると共に、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。図２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】

一方、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】

［試験１］
先ず、図１の試験装置に於いて、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を準備した。
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３は圧力回復特性の測定結果を示すものであり、また、図４はその拡大図である。
更に、図５は、その時の圧力降下特性を示すものである。
図３は及び図４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５に示すように、少なくとも１秒以内の間隔で測定流量出力を行えることが確認できた。

【0032】

試験１に関連して、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。
また、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】

一方、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になる。

【0035】

図６乃至図８は、試験１に於いて、測定流量が１００，５０及び１０ｓｃｃｍに於ける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６乃至図８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９及び図１０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】

更に、再現性の確認のため、図９に対応する測定を繰り返し行った場合の流量精度を調査した。
即ち、一次側開閉切換弁（上流側弁）ＡＶを閉にしてから０．５〜１ｓｅｃ間で流量算出（３点）を行った。尚、降下時間が１ｓｅｃ未満の場合は最終点より０．５ｓｅｃまでのデータを、また、前記表２の５０ｓｃｃｍ（V＝１．７９ｃｃ）及び２００ｓｃｃｍ（V＝９．９１ｃｃ）については、０．２５秒間のデータ（２点）を用いて流量演算を行っている。

【0041】

図１１は、繰り返し測定（１０回）を行った場合の流量精度の測定データを示すものであり、圧力降下時間（ｂ）が０．５秒以下の場合には、図７に示す如く圧力降下特性曲線の非直線領域内で流量演算が行われるため、流量誤差が図１１の如くプラス方向に出現する傾向のあることが判る。

【0042】

尚、ビルトダウン方式による流量Ｑは、前記（１）式からも明らかなように、Ｑ＝Ｋ×（ビルドダウン容量×圧力降下率×１／温度）の関係にある。その結果、圧力変化による断熱膨張により温度降下が生じても、圧力降下率が大になって演算流量Ｑは一定になると想定されるが、現実には演算流量が上昇することになる。その理由は、ガス温度の測定を圧力式流量制御装置ＦＣＳのボディ外表面で行っているため、温度計測値が室温に支配され易いうえ、ガス自体の熱容量が小さいにも拘わらず温度センサの熱容量が大であるため、ガス温度が正確に測定されていないからであると想定される。

【0043】

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、上流側に設けた入口側切換弁とビルドダウン容量と出口側切換弁とビルドダウンモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを備えたビルドダウン式流量モニタ部（ＢＤＭ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部の下流側に設けたコントロール弁と圧力センサと温度センサとオリフィス又は臨界ノズルと流量設定値調整機構（ＱｓＲ）を設けた圧力式流量演算制御部（ＣＰａ）とからる耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御部（ＦＣＳ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部のモニタ流量を前記圧力式流量制御部へ伝送する信号伝送回路（ＣＴ）と，から構成したことを発明の基本構成とするものである。

【0044】

請求項2の発明は、上流側に設けた入口側切換弁とビルドダウン容量と出口側切換弁とビルドダウンモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを備えたビルドダウン式流量モニタ部（ＢＤＭ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部の下流側に設けたコントロール弁と圧力センサとオリフィスと流量設定値調整機構（ＱｓＲ）を設けた圧力式流量演算制御部（ＣＰａ）とから成る耐圧力変動性を備えた圧力式流量制御部（ＦＣＳ）と，前記ビルドダウン式流量モニタ部のモニタ流量を前記圧力式流量制御部へ伝送する信号伝送回路（ＣＴ）と，から成る流量モニタ付圧力式流量制御装置において、前記ビルドダウン式流量モニタ部のビルドダウン容量を、内筒と外筒を同心状に配設固定して成るチャンバとし、当該チャンバの内筒と外筒間の間隙をガス流通路とすると共に当該チャンバに圧力センサを設けた構成としたことを発明の基本構成とするものである。

【0045】

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、圧力式流量制御部ＦＣＳを、前記コントロール弁の上流側と下流側に圧力センサを設けた圧力式流量制御部としたものである。

【0046】

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、流量設定値調整機構ＱｓＲを、モニタ流量と設定流量との比較器を備え、モニタ流量と設定流量との差異が設定値を超えると、設定流量をモニタ流量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。

【0047】

請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、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一次側開閉切換弁PV₁と、一次側開閉切換弁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、当該ビルドダウン容量ＢＣを流通するガスの温度を検出する温度センサと、前記ビルドダウン容量ＢＣを流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰ_３と、前記一次側開閉切換弁PV₁の開閉制御を行うと共に、一次側開閉切換弁PV₁の開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、一次側開閉切換弁PV₁の閉鎖により所定時間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モニタ流量Ｑを演算して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はビルドダウン容量ＢＣの内容積（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は一次側開閉切換弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算する構成としたものである。

【0048】

請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、圧力式流量制御部を、コントロール弁と圧力計とオリフィス切換弁とその下流側に並列に接続した二つのオリフィスと圧力式流量演算制御部とから成る圧力式流量制御部としたものである。

【0049】

請求項７の発明は、請求項５の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣの内容積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。

【0050】

請求項８の発明は、請求項５の発明に於いて、一次側開閉切換弁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、一次側開閉切換弁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、一次側開閉切換弁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の１/５よりも短くするようにしたものである。

【0051】

請求項９の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、圧力式流量制御部の流量演算制御部ＣＰａとビルドダウン式流量モニタ部のビルドダウンモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体に形成する構成としたものである。

【発明の効果】

【0052】

本願請求項１の発明に於いては、流量モニタ付圧力式流量制御装置を、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、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とから構成すると共に、圧力式流量制御部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を設け、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構成としている。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【図面の簡単な説明】

【0057】

【図1】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る。

【図2】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3】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4】図４の部分拡大図である。

【図5】試験１に於ける圧力回復特性曲線を示すものである。

【図6】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１００ｓｃｃｍ）。

【図7】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝５０ｓｃｃｍ）。

【図8】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１０ｓｃｃｍ）。

【図9】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10】一次側開閉切換弁（上流側弁）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11】１０回繰り返し測定に於ける流量精度を示すものである。

【図12】本発明に係る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る。

【図13】本発明に係るビルドダウン式の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14】実施例で使用した各チャンバ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15】本実施例で使用した各チャンバ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16】本実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅの一次側開閉切換弁（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。

【図17】本実施形態で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と流量ｓｃｃｍの関係を示す線図である。

【図18】本実施形態で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。

【図19】従前の圧力式流量制御装置の基本構成図である。

【図20】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】

【0058】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１２は、本発明に係る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（デジタル通信回路）CTとから構成されている。
尚、図１２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は差圧検出用圧力センサ、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。

【0059】

また、図１２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。

【0060】

更に、圧力式流量制御部FCSには流量設定値調整機構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１２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り、更に、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。

【0061】

図１２を参照して、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の流量設定値調整機構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ＯＬＶの開閉制御をする。
更に、前記圧力式流量演算制御部ＣＰaの流量設定値調整機構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。

【0062】

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、差圧検出圧力センサＰ_３、温度検出センサＴ(図１２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、これを圧力式流量演算制御部ＣＰaへ出力する。

【0063】

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。

【0064】

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そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
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。

【0065】

尚、本実施形態に於いては、入口（上流）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VB₁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。

【0066】

また、本実施形態では、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。

【0067】

［実施例］
図１３は、本発明の実施例に係る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_２等の内径を１．８ｍｍの細径としている。また、オリフィスOＬ ₁、OＬ 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に差圧検出用圧力センサＰ_３を設けている。

【0068】

即ち、当該実施例に於いては、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ＰV_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。

【0069】

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、これに差圧検出用圧力センサＰ_３を付設した構成としている。
尚、当該実施例に於いては、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。

【0070】

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１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１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_１、Ｌ_２の容積は０．２２６ｃｃである。

【0071】

【表3】

【0072】

図１４は、図２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。

【0073】

図１４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。

【0074】

図１５は、図１の試験装置に於いて、圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃとなるようにガス流量を調整した場合の圧力降下の直線性を示すものであり、前記図６〜図８と同様の線図である。尚、測定データは、図１のデータロガＮＲにより取得したものである。

【0075】

図１５からも明らかなように、ビルドダウン容量ＢＣの内容積Vが小さなチャンバＣＨの場合（即ち、チャンバＡ、Ｂ等）ほど、圧力降下特性の直線性が良好になることが判る。

【0076】

また、図１６は、前記図９及び図１０の場合と同様に、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、１秒以内の流量測定可能時間（ｂ）内に０．２５秒毎に５点測定することに求めたものであり、ビルドアップ容量ＢＣの小さなチャンバＡ、Ｂほど、圧力降下開始後から早期に流量誤差が少なくなることが判る（即ち、圧力降下特性の直線性に優れていると云える）。

【0077】

図１７は、チャンバＡ及びチャンバＢについて、流量測定精度の再現性を調査した結果を示すものであり、前記図１１の場合と同趣旨で行ったものである。
尚、この流量測定精度の再現性試験に於いては、圧力降下の傾きを安定させるために、一次側切換開閉弁（上流側弁）ＡＶを閉にしてから所定の待ち時間をおいて測定を行い、且つ再現性を得るために長い時間に亘って測定を行っているが、流量出力時間は何れも１秒以内としている。

【0078】

図１７からも明らかなように再現性の点から、チャンバＡの場合には流量３〜５０ｓｃｃｍが適用可能範囲であり、また、チャンバＢの場合には３０〜３００ｓｃｃｍが適用範囲であることが判る。

【0079】

表４は、上記図１７に示した流量測定精度の再現性を示す線図の作成に用いた基礎データであり、チャンバＡ（ビルドダウン容量ＢＣの内容積V＝２．３１ｃｃ）及びチャンバＢ（ビルドダウン容量ＢＣの内容積V＝９．４７ｃｃ）を試験対象としたものである。

【0080】

【表4】

【0081】

また、図１８は、上記表４のデータからチャンバＡ及びチャンバＢの圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃと誤差％Ｓ．Ｐ．との関係を調査したものであり、圧力降下の傾きが２〜６０ｋＰａ／ｓｅｃの範囲内であれば、流量測定誤差％Ｓ．Ｐ．が±１％の範囲内に納まることが判る。

【産業上の利用可能性】

【0082】

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】

【0083】

ＢＤＭ ビルドダウン式流量モニタ部
ＦＣＳ 圧力式流量制御部（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 ビルドダウン容量の内容積
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 差圧検出用圧力センサ
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 圧力式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 入口側ピエゾ切換弁のガス入口側通路
Ｌ_２ 入口側ピエゾ切換弁のガス出口側通路
Ｌ_３ 出口側ピエゾ切換弁のガス入口側通路
Ｌ_４ 出口側ピエゾ切換弁のガス出口側通路
Ｃｕ 銅棒片
Ｑ モニタ流量（ビルドダウン流量）
ＣＨ チャンバ
ＣＨａ 外筒
ＣＨｂ 内筒
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

【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】