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(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】6193679
(24)【登録日】2017年8月18日
(45)【発行日】2017年9月6日
(54)【発明の名称】ガス分流供給装置及びガス分流供給方法
(51)【国際特許分類】
G05D 7/06 20060101AFI20170828BHJP
【ＦＩ】
G05D7/06 B
【請求項の数】10
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2013-179237(P2013-179237)
(22)【出願日】2013年8月30日
(65)【公開番号】特開2015-49569(P2015-49569A)
(43)【公開日】2015年3月16日
【審査請求日】2016年5月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(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】澤田 洋平
(72)【発明者】
【氏名】池田 信一
(72)【発明者】
【氏名】土肥 亮介
(72)【発明者】
【氏名】西野 功二
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 栄治
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 則和
(72)【発明者】
【氏名】澤地 淳
【審査官】
黒田 暁子
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００４−５１１９０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特公昭５２−０３１５１４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
特開２００３−２６３２３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０５７５９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０９０４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−０６３２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５２０４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０５３８６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０２２０４３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００４−２８０７８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０５Ｄ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス供給源からのガスの流量制御装置と、流量制御装置からのガスをガス使用箇所へ分流する並列に接続した複数の分流路と、各分流路に介設した熱式流量センサと、熱式流量センサの下流側に設けた電動弁と、各電動弁の開閉を制御するコントローラと、外部から流量比指令値が入力されると共に各熱式流量センサの流量から総流量を演算し、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路の流量値を演算して各コントローラへ当該演算流量値を設定流量として入力する流量比設定演算器ＲＳＣとを備え、先ず、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路を非制御状態としてその開度を一定値に保持すると共に、その他の分流路に設けられた電動弁を、前記設定流量に基づいて、検出流量がフィードバック制御レベルに達するまで一定速度で駆動し、その後、各分流路の分流量を各コントローラによりフィードバック制御する構成としたことを特徴とするガス分流供給装置。
【請求項2】
前記非制御状態において弁開度を７５％に保持する構成とした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項3】
各熱式流量センサの流量検出信号Ｓｍによりコントローラを介して電動弁の開度を調節する分流量のフィードバック制御時のＰＩＤ制御定数を、流量制御装置からのガスの総流量に応じて調整する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項4】
電動弁をパルスモータ駆動型カム式電動弁とすると共に、弁体をステンレス鋼製のダイヤフラムに、及び、バルブシートを弾性を有する樹脂材製とし、弁全閉時の前記ダイヤフラムとバルブシート間の接触圧をバルブシートの弾性により確保する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項5】
流量制御装置を圧力式流量制御装置とすると共に、コントローラを、弁開度制御及び分流量制御に切換え可能な構成とした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項6】
分流路を２〜４とすると共に、前記非制御状態において電動弁の弁開度を全開時の４０〜８０％とするようにした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項7】
熱式流量センサを、熱式流量センサの温度とゼロ点温度との関係を予めコントローラに記憶させ、当該記憶値を用いてゼロ点温度ドリフトを補正する構成のものとした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項8】
熱式流量センサを、熱式流量センサの検出流量と流量検出部の圧力との関係を予めコントローラに記憶させ、当該記憶値を用いて検出流量誤差を修正する構成のものとした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項9】
熱式流量センサを、複数の管状体を並列状に配列してなる整流層部を備えた構成のものとし、整流層部に於けるガスの圧力降下を少なくして検出流量と供給流量の誤差を少なくする構成のものとした請求項１に記載のガス分流供給装置。
【請求項10】
請求項１に記載のガス分流供給装置を用いたガス分流供給方法であって、外部より流量比設定演算器ＲＳＣへ流量比指令を入力し、また、ガス供給源からのガスを流量制御装置から各分流路へ供給すると共に、前記流量比設定演算器ＲＳＣに於いて各熱式流量センサで検出した流量を用いて総流量を演算し、更に、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路が必要とする流量値を演算して各コントローラへ当該演算流量値を設定流量として入力するガス分流供給方法において、先ず、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路を判別し、当該判別した一つの分流路を非制御状態としてその弁開度を一定値に保持すると共にその他の分流路に設けられた電動弁を、検出流量がフィードバック制御レベルに達するまで一定速度で駆動し、その後、各コントローラにより各分流路の分流量をＰＩＤフィードバック制御することを特徴とするガス分流供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス供給源から、複数の並列状に連結した熱式流量センサを設けたガス分流路へ、所定の流量比でもってガスを分流供給するガス分流供給システムの改良に関するものであり、ガス分流供給装置の構造の簡素化と小型化を可能にし、各ガス分流路へのガス供給開始初期に於けるガスの過剰な流れ込み（オーバーシュート）の発生を簡単且つ確実に防止できると共に、流量制御の応答性及び制御精度をより高めることを可能にしたガス分流供給装置及びガス分流供給方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体製造装置や化学品製造装置の分野に於いては、プロセスチャンバや反応装置等の大型化に伴ってガスの分流供給システムが多く採用されつつあり、様々な形式のガス分流供給システムが開発されている。図１２は、従前の熱式流量制御装置ＭＦＣ（マスフローコントローラ）や圧力式流量制御装置ＦＣＳを用いたガス分流供給装置の一例を示すものであり、ガス供給源ＳからのガスＧが分流され、熱式又は圧力式流量制御装置を通して分流量Ｑ１、Ｑ２の割合でプロセスチャンバＣ等へ供給されている。
【0003】
ところで、上記各分流路に設けた流量制御装置に於いては、一般にガス供給開始時にガスの流れ込み（オーバーシュート）が生じ易く、特に熱式流量制御装置ＭＦＣの場合には、前記オーバーシュートの発生が不可避の状態にある。また、熱式流量制御装置や熱式流量センサにあっては、温度によるゼロ点の変動や整流層部の圧力による検出流量の変化が比較的大きく、流量制御精度を高める上での大きな障害になっている。
更に、ガス分流供給量の切替え頻度が高い場合には、流量比（分流比）の設定等を含めて分流量制御の開始から安定制御までに相当の時間を必要とし、分流量制御の応答性を高めることが困難な状況にある。
【0004】
例えば、本願発明者等が、図１３に示すような構成のガス供給装置を用いて、ガス供給開始直後に生ずるガスのオーバーシュート現象の発生原因を解析した結果によれば、従前の熱式流量制御装置ＭＦＣを用いたガス供給装置に於いては、ａ 各切換弁Ｖ１〜Ｖ３と各熱式流量制御装置ＭＦＣ１〜ＭＦＣ３を連結する管路Ｌ１〜Ｌ３内に滞留しているガスが、オーバーシュートガスの大部分を占めていること、及び、ｂ 熱式流量制御装置ＭＦＣ１〜ＭＦＣ３の構造そのものが、前記オーバーシュートの原因であるガスの滞留を増加させる構造になっていることを見出した。
【0005】
即ち、図１４は、公知の熱式流量制御装置ＭＦＣの基本構造を示すブロック図であるが、一次側から流入したガスは層流バイパス部(整流層部)５９とセンサーバイパス部６０に分流され、センサ６１によりガスの質量流量をこれに比例した温度変化としてとらえると共に、この温度変化をブリッジ回路６２で電気信号に変換し、増幅回路６３等を経てリニヤー電圧信号として表示器６４と比較制御回路６５へ出力される。また、外部からの設定信号は設定器６６から比較制御回路６５へ入力され、ここで前記検出信号との差が演算されると共に、当該差信号をバルブ駆動部６７へ送り、この差信号が零となる方向に流量制御バルブ６８が開閉制御される。尚、６９は電源部である。
【0006】
今、熱式流量制御装置ＭＦＣの使用中に二次側に設けた切換弁Ｖ１を急閉すると、センサ６１内を流通するガス流が止まる。そのため、熱式流量制御装置ＭＦＣの制御系は過渡的にガスの流れを増加する方向に作動し、流量制御弁６８が開放される。その結果、二次側ラインＬ１内のガス圧が上昇し、この部分のガスの滞留量が増加することになる。そして、この滞留ガスが、その後に切換弁Ｖ１を開放した際に、急激に切換弁Ｖ１を通してチャンバ側へ流れ込み、前記ガスのオーバーシュートを引き起こすことになる。
【0007】
ところで、ガス分流供給システムに於ける上記のようなガスのオーバーシュートは、必然的に半導体製造設備等の稼動率の低下や製品の品質低下を招くことになる。そのため、オーバーシュートの発生は可能な限り防止する必要がある。
【0008】
また、近年この種のガス分流供給装置の分野に於いては、ガス分流供給装置の小型化や低コスト化に対する要望が富みに高まっており、これ等の要望に対応するものとして、図１５に示すように、流量制御装置４として圧力式流量制御装置ＦＣＳを用い、ガス供給源１からの供給ガス流量を総流量Ｑに制御すると共に、各分流路Ｌ１〜Ｌｎの分流量Ｑ１〜Ｑｎを流量調整器１６により制御するようにしたガス分流供給装置が開発されている。
【0009】
尚、図１５に於いて、１はガス供給源、２は圧力調整器、３は圧力センサ、４は流量制御装置（圧力式流量制御装置ＦＣＳ）、５ａ・５ｂは圧力計、６は熱式流量センサ（ＭＦＭ）、７は電動弁、８は弁駆動部、９は真空ポンプ、１０は絞り弁、１１は信号発生器、１２はＰＩＤコントローラ、１３はプロセスチャンバ、１６は流量調整器、Ｓｍは流量検出信号、Ｓａは流量設定信号、Ｓｖは弁駆動信号である。
【0010】
上記図１５のガス分流供給装置にあっては、圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４で流量制御された総流量Ｑのガスが、分流路Ｌ１、Ｌ２、Ｌｎへ夫々分流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑｎでもって供給される。即ち、各分流路Ｌ１、Ｌ２、Ｌｎを流れる分流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑｎは、例えば分流路Ｌ１のように、流量センサ６からの流量検出信号ＳｍによりＰＩＤコントローラ１２を介して電動弁７をフィードバック制御することにより、信号発生器１１からの流量設定信号Ｓａに等しい分流量Ｑ１に制御され、チャンバ１３へ供給されて行く。尚、図１５では、分流路Ｌ２〜Ｌｎの流量調整器１６が省略されている。
【0011】
しかし、上記図１５のガス分流供給装置に於いても、例えば、信号発生器１１から流量設定信号Ｓａを入力し、圧力式流量制御装置（ＦＣＳ）４を起動して分流路Ｌ１へガス導入を開始した直後には（ガスの供給導入時と呼ぶ）、熱式流量センサ（ＭＦＭ）６の流量検出信号Ｓｍにピークが表れることになり、所謂分流路Ｌ１の分流量Ｑ１にオーバーシュートが発生して分流量Ｑ１の制御精度が大幅に低下する。
【0012】
また、上記分流路Ｌ１へのガス導入開始直後に生ずる流量のオーバーシュートを防止して分流量Ｑ１の制御精度を高める方策として、本件特許出願人は、先に図１６に示すようなガス分流供給システムを開発し、その動作テスト等を重ねている。
【0013】
即ち、図１６は動作テスト中のガス分流供給システムの全体構成図であり、一つの大型反応炉（例えば、大型プロセスチャンバ）１５へ４系統（ｎ＝４）の分流路Ｌ１〜Ｌ４を通して、所定分流量Ｑ１〜Ｑ４のガスＧを分流供給するものである。尚、図１６に於いて、１５は大型反応炉、１６は流量調整器、１６ａ〜１６ｄは切換型コントローラ、Ｓv１〜Ｓv４は弁駆動信号、Ｓｋ１〜Ｓｋ４は弁開度制御信号、Ｓｍ1〜Sｍ4は流量検出信号、Ｓa１〜Ｓa４は流量設定信号である。また、図１６に於いて、前記図１５と共通する部位、部材にはこれと同一の参照番号が付されている。
【0014】
図１６を参照して、定常状態に於いては、ガス供給源１から圧力調整器２により圧力３００〜５００Ｋｐａａｂｓに調整されたガスＧが、圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４に於いて所望の設定流量Ｑ（例えば１０００〜３０００ｓｃｃｍ）に流量制御され、各分流路Ｌ１〜Ｌ４へ供給される。
【0015】
各分流路Ｌ１〜Ｌ４に於いては、外部から分流量制御指令信号Ｓsが各流量調整器１６の各切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄへ入力されることにより、所謂フィードバック分流量制御が行われ、切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄから弁駆動信号Ｓv１〜Ｓv４が弁駆動部８ａ〜８dへ入力されて電動弁７ａ〜７ｄが駆動されることにより、流量設定信号Ｓａ１〜Ｓａ４に対応する分流流量Ｑ１〜Ｑ４が、反応炉１５へ供給されて行く。即ち、弁駆動信号Ｓv１〜Ｓv４が、熱式流量センサ６ａ〜６ｄからの流量検出信号Ｓｍ１〜Ｓｍ４によってフィードバック制御されることにより、各分流量Ｑ１〜Ｑ４が流量設定信号Ｓａ１〜Ｓａ４に対応する設定分流量に制御されることになる。
【0016】
また、ガスＧの供給を一時中止したあと再度ガス供給を行う場合（即ち、ガスの導入開始時）のように、圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４が流量未制御の状態下で各分流路Ｌ１〜Ｌ４へガス供給を行う場合には、先ず、各切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄへ開度制御指令信号Ｓｐが入力され、これによって、切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄが電動弁７ａ〜７ｂを開度制御する開度制御モードに保持される。
【0017】
その結果、各電動弁７ａ〜７ｄの弁駆動部８ａ〜８ｄへ各切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄから弁開度制御信号Ｓｋ１〜Ｓｋ４が出力され、各電動弁７ａ〜７ｄは全開状態ではなしに、弁開度制御信号Ｓｋ１〜Ｓｋ４により予め定められた一定の弁開度（即ち、絞られた状態）に保持される。
【0018】
その後、一定時間（例えば０．１〜１秒間）が経過して圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４による流量制御が行われ、流量制御された総流量Ｑのガスが供給される状態になれば、分流量制御指令信号Ｓsが入力され、切換型コントローラ１６ａ〜１６ｄの制御モードは、自動的（又は手動操作）に弁開度制御状態から分流量制御状態に切換えられる。これにより、熱式流量センサ６ａ〜６ｄからの流量検出信号Ｓｍ１〜Ｓｍ４によるフィードバック流量制御が行なわれ、各分流路Ｌ１〜Ｌ４の分流量Ｑ１〜Ｑ４が設定分流量に制御されることになる。
【0019】
尚、前記開度制御モードの際の弁開度制御信号Ｓｋ１〜Ｓｋ４は、圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４の総流量や分流比（Ｑ１／Ｑ２／Ｑ３／Ｑ４）等により、予め適宜に設定されることになる。また、電動弁７ａ〜７ｄとしては、パルスモータを駆動源とするカム駆動型開閉弁が用いられている。
【0020】
図１７は、分流量制御装置の主要部である切換型コントローラ１６aの構成説明図であり、１７は弁開度制御指令信号発信器、１８は分流量制御指令信号発信器、１９は制御切替機構、２０は弁開度制御機構、２１は熱式流量センサ６からの流量検出信号Ｓｍによる分流量制御機構、２３は流量検出信号Ｓｍの入力端子、２４は圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４からの制御切換信号Ｓｘの入力端子である。
【0021】
ガスの導入開始時（圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４が未流量制御の状態下で分流路へガスを供給する場合）には、先ず、弁開度制御指令信号発信器１７から端子２２を介して開度制御指令信号Ｓｐが弁開度制御機構２０へ入力され、ここに予め設定されている弁開度信号（例えば、４０％開度、５０％開度等）Ｓｋが弁開度制御機構２０から弁駆動部８へ入力され、電動弁７が所定の弁開度に保持される。尚、前記弁開度制御指令信号発信器１７には、弁開度設定信号Ｓｋの入力機構が付設されている事は勿論である。
【0022】
前記圧力式流量制御装置(ＦＣＳ)４による流量制御が実行されて総流量Ｑが制御されると、端子２４から制御切換信号Ｓｘが制御切換機構１９へ入力され、これにより分流量制御指令信号Ｓｓが発信されて分流量制御機構２１が作動し、熱式流量センサ６からの流量検出信号Ｓｍと分流量制御指令信号発信器１８に付設された流量設定機構からの流量設定信号Ｓａにより、弁駆動信号Ｓｖのフィードバック制御が行われ、電動弁７による分流量制御が行われる。
【0023】
尚、上記分流量制御機構２１による分流量制御への切換は、入力端子２４から制御切換信号Ｓｘを入力するのに代えて、弁開度制御機構２０の作動後一定時間が経過すると自動的に制御切換信号Ｓｘを制御切替機構１９へ発信することにより切替えすることも可能である。また、分流量制御指令信号発信器１８から制御切替機構１９へ分流量制御指令信号Ｓｓを入力することにより、分流量制御に切換えするようにしてもよいことは勿論である。
【0024】
また、前記弁開度（即ち、弁開度制御信号Ｓｋ）の設定は、当該ガス分流供給装置を用いて目標分流量（設定流量Ｓａ）の流量制御を行っている時の電動弁７の弁開度をメモリしておき、これを弁開度制御機構２０に弁開度制御信号Ｓｋとして予め設定入力しておくのが望ましい。
【0025】
上記図１６のガス分流供給システムは、従前の図１５に示したガス分流供給システムの場合のように、各分流路に設けた全ての電動弁７の弁開度をガス導入開始時に全開状態とせずに、予め定めた所定の弁開度に保持することにより、電動弁７の開度制御の時間遅れに起因するガス導入開始時のオーバーシュートを防止することができ、分流量制御精度を大幅に高めることが出来ると云う効用を有するものである。
【0026】
しかし、上記図１６のガス分流供給システムにも未だ多くの解決すべき問題が残されている。例えば、制御ガス流量が比較的多いため、電動弁７としては、パルスモータ駆動型カム弁が多く使用されることになるが、当該パルスモータ駆動型カム弁は、バネ機構により一定の押圧荷重を弁シート部に加えた状態で弁全閉位置調整をするようにしているため、位置調整用バネ機構が必要となり、電動弁７の構造の簡素化及び小型化を図りにくいうえ、弁全閉位置の調整に手数が掛ると共に、全閉時にシートリークを生じるトラブルが多発しやすいと言う問題がある（特開２００８−５７５９４号、特開２０１１−１１７４７３号等）。
【0027】
また、熱式流量センサ６のゼロ点出力値は、所謂温度ドリフトが生じやすく、これにより分流量制御精度が変動する。更に、熱式流量センサ６の流量検出値は、一般的に整流層部の圧力によって検出流量値が変動し、検出流量に圧力依存性が存在する。そのため、開度制御や分流量制御の制御精度が低下すると云う問題がある。
加えて、熱式流量センサ６の検出流量誤差が最小となるときの整流層部の圧力は、個々の熱式流量センサ毎に夫々異なる。その結果、１００Ｔｏｒｒ以下の減圧環境では、熱式流量センサの整流層部の圧力の相違に起因して、各分流路Ｌ１〜Ｌnの分流量制御精度の低下が問題となってくる。
【0028】
その上、分流量制御装置の主要部である切換型コントローラ１６a〜１６dのＰＩＤ制御定数が、全て固定値として設定されているため、総流量Ｑの大小に関係なく一定のＰＩＤ制御定数でもって分流量制御が行われることになり、結果として最適なＰＩＤ制御定数下での制御でないため、制御の応答性や制御精度を高められないと云う問題がある。
【0029】
加えて、総流量Ｑや分流比（Ｑ１／Ｑ２／Ｑ３／Ｑ４）等により適宜に設定された開度制御信号Ｓｋ１〜Ｓｋ４に基づいて、全ての電動弁７ａ〜７ｄを同時に且つ並行的に夫々所定弁開度に制御するようにしている。そのため、開度制御が相互に干渉し合う事になり、結果として制御が不安定になり易いうえ、制御が安定するまでに時間が掛ることになり、分流量制御の応答性が低下し、制御応答性を高めることが出来ないと云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0030】
【特許文献1】ＷＯ２００４−１１４０３８号公報
【特許文献2】特開平１１−２１２６５３号公報
【特許文献3】特開２００８−５７５９４号公報
【特許文献4】特開２０１１−１１７４７３号等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0031】
本願発明は、従前のガス分流供給装置に於ける上述の如き各問題を解決し、a分流路へのガス導入開始時に生ずるガスのオーバーシュートを簡単且つ安価に防止し、b電動弁７の構造の簡素化、小型化、弁全閉位置調整の容易化及び全閉時のシートリークトラブルの防止を図り、ｃ熱式流量センサ６の流量検出値のゼロ点温度ドリフトや検出流量誤差の圧力依存性等に起因する弁開度制御や分流量制御精度の低下を防止し、d 総流量Ｑの大小に応じた最適なＰＩＤ制御定数でもって、制御の応答性や制御精度を高め、e最大分流量の流路の一つだけを先ず所定の弁開度に固定して弁開度制御が相互に干渉し合う事を防止し、分流量制御の応答性を高めること等により、高い分流量（分流比）制御精度と制御応答性を備え且つ構造の簡素化及び小型化を可能にしたガス分流供給システムを提供することを発明の主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0032】
本願請求項１の発明は、ガス供給源からのガスの流量制御装置と、流量制御装置からのガスをガス使用箇所へ分流する並列に接続した複数の分流路Ｌ１〜Ｌｎと、各分流路Ｌ１〜Ｌｎに介設した熱式流量センサ２９ａ〜２９ｎと、各熱式流量センサ２９１〜２９ｎの下流側に設けた電動弁２８１〜２８nと、各電動弁２８１〜２８nの開閉を制御するコントローラ１６ａ〜１６ｎと、外部から流量比指令値が入力されると共に各熱式流量センサ２９１〜２９ｎの流量から総流量を演算し、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路Ｌ１〜Ｌｎの流量値を演算して各切換型コントローラ１６ａ〜１６ｎへ当該演算流量値を設定流量として入力する流量比設定演算器ＲＳＣとを備え、先ず、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路Ｌ１〜Ｌｎを非制御状態としてその開度を一定値に保持すると共に、その他の分流路Ｌ１〜Ｌｎの開度を設定開度に制御し、その後、各分流路Ｌ１〜Ｌｎの分流量を各コントローラ１６ａ〜１６ｎによりフィードバック制御する構成としたものである。
【0033】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、一定値に保持する弁開度を７５％とする構成としたものである。
【0034】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、各熱式流量センサ２９１〜２９ｎの流量検出信号Ｓｍにより各コントローラ１６ａ〜１６ｎを介して電動弁２８１〜２８nの開度を調節する分流量のフィードバック制御時のＰＩＤ定数を、流量制御装置からのガスの総流量に応じて調整するようにしたものである。
【0035】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、電動弁２８１〜２８nをパルスモータ駆動型カム式電動弁とすると共に、弁体をステンレス鋼製のダイヤフラムに、及び、バルブシートを弾性を有する樹脂材製とし、弁全閉時の前記ダイヤフラムとバルブシート間の接触圧をバルブシートの弾性により確保する構成としたものである。
【0036】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、流量制御装置を圧力式流量制御装置とすると共に、各コントローラ１６ａ〜１６ｎを、圧弁開度制御及び分流量制御に切換え可能な構成としたものである。
【0037】
請求項６の発明は、請求項１の発明に於いて、分流路を１〜４とすると共に、弁開度制御時の電動弁７の弁開度を全開時の４０〜７０％とするようにしたものである。
【0038】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、熱式流量センサ２９１〜２９ｎを、熱式流量センサ２９１〜２９ｎの温度とゼロ点温度との関係を予め各コントローラ１６ａ〜１６ｎに記憶させ、当該記憶値を用いてゼロ点温度ドリフトを補正するようにしたものである。
【0039】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、熱式流量センサ２９１〜２９ｎを、熱式流量センサ２９１〜２９ｎの検出流量と流量検出部の圧力との関係を予め各コントローラ１６ａ〜１６ｎに記憶させ、当該記憶値を用いて検出流量誤差を修正するようにしたものである。
【0040】
請求項９の発明は、請求項１の発明において、熱式流量センサ２９１〜２９ｎを、複数の管状体を並列状に配列してなる整流層部を備えた構成のものとし、整流層部に於けるガスの圧力降下を少なくして検出流量と供給流量の誤差を少なくするようにしたものである。
【0041】
請求項１０の発明は、請求項１に記載の分流供給装置を用いた分流ガス供給方法であって、外部より流量比設定演算器ＲＳＣへ流量比指令を入力し、また、ガス供給源からのガスを流量制御装置から各分流路へ供給すると共に、前記流量比設定演算器ＲＳＣに於いて各熱式流量センサ２９１〜２９ｎで検出した流量を用いて総流量を演算し、更に、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路Ｌ１〜Ｌｎが必要とする流量値を演算して各コントローラ１６a〜１６ｎへ当該演算流量値を設定流量として入力する分流ガス供給方法において、先ず、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路Ｌ１〜Ｌｎを判別し、当該判別した一つの分流路を非制御状態としてその弁開度を一定値に保持しすると共にその他の分流路を開度制御して流量比を調節し、その後、各コントローラ１６ａ〜１６ｎにより各分流路Ｌ１〜Ｌｎの分流量をＰＩＤフィードバック制御する構成としたものである。
【発明の効果】
【0042】
本願発明に於いては、ガス供給源からのガスの流量制御装置と、流量制御装置からのガスをガス使用箇所へ分流する並列に接続した複数の分流路Ｌ１〜Ｌｎと、各分流路Ｌ１〜Ｌｎに介設した熱式流量センサ２９1〜２９ｎと、熱式流量センサ２９１〜２９ｎの下流側に設けた電動弁２８１〜２８nと、各電動弁２８１〜２８nの開閉を制御するコントローラ１６ａ〜１６ｎと、外部から流量比指令値が入力されると共に各熱式流量センサ２９1〜２９ｎの流量から総流量を演算し、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路Ｌ１〜Ｌｎの流量値を演算して各コントローラ１６ａ〜１６ｎへ当該演算流量値を設定流量として入力する流量比設定演算器ＲＳＣとを備え、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路Ｌ１〜Ｌｎを非制御状態としてその開度を一定値に保持すると共にその他の分流路の開度を制御して流量比を調節し、その後、各分流路Ｌ１〜Ｌｎの分流量を各コントローラ１６ａ〜１６ｎによりフィードバック制御するようにしている。
【0043】
その結果、各分流路Ｌ１〜Ｌｎへのガス導入開始時の分流ガスの過渡的な流れ込み（オーバーシュート）が有効に防止されると共に、高精度な分流量制御下で各分流路Ｌ１〜Ｌｎを通してガスをガス使用箇所へ供給することができる。
【0044】
また、前記流量比設定演算器ＲＳＣから入力された設定流量値が最大である何れか一の分流路Ｌ１〜Ｌｎを非制御状態とし、その弁開度を一定値に保持した状態でその他の分流路の弁開度を制御して流量比を調節するようにしているため、開度制御の応答性が高まると共に開度制御が相互に干渉しあって制御が不安定になることが無くなり、制御が安定するまでの時間が短くなって分流量制御の応答性が向上する。
【0045】
更に、供給ガス総量に応じた最適なＰＩＤ制御定数の下でフィードバック制御を行うことにより、制御の応答性や制御精度が大幅に向上する。加えて、ガス分流供給装置の構造の簡素化及び小型化が可能となり、製造コストの引下が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明に係る４分流路型ガス分流供給装置の分流量制御ユニットの外形図であり、（ａ）は正面概要図、（ｂ）は右側面概要図、（ｃ）は左側面概要図、（ｄ）は平面概要図である。
【図2】ガス分流供給装置を構成する分流量制御ユニットの構造図であり、（ａ）は縦断面概要図、（ｂ）は右側面概要図、（ｃ）は左側面概要図である。
【図4】４分流路型ガス分流供給装置の分流量制御ユニット部分の構成を示す系統図である。
【図5】４分流路型ガス分流供給装置の分流量制御ユニット部分の構成を示すブロック図である。
【図6】本発明に係るガス分流供給装置の分流量制御ユニットの作動説明図であり、（ａ）は電源投入（起動）作動を、また、（ｂ）は第１分流路L1の分流比が変更され他を場合の開度固定分流路の選定作動を、（ｃ）は第１分流路L1の分流量制御ユニットにおける各分流路の分流量制御動作を、（ｄ）は（ｃ）に於ける処理Ａの内容を夫々説明するものである。
【図7】（ａ）は、第２分流路L２~第４分流路L４の各分流量制御ユニットにおける分流量制御動作の説明図であり、（ｂ）はステップＳ17に於けるＰＩＤ制御の切換状態の説明図である。
【図8】各分流量制御ユニットにおけるＰＩＤ制御定数が変更される場合の説明図である。
【図9】本発明で使用する熱式流量センサのセロ点温度ドリフト対策の説明図であり、（ａ）はゼロ点と温度の関係を、（ｂ）は温度ドリフト対策の処理フローを、（ｃ）は温度ドリフト処理機構の構成を、夫々示すものである。
【図10】本発明で使用する熱式流量センサの圧力依存性対策の説明図であり、（ａ）は3個の固体に係る熱式流量センサの整流層部の圧力と検出流量誤差との関係を示すものであり、（ｂ）は圧力依存性対策を施した後の3個の固体に係る熱式流量センサの整流層部の圧力と検出流量誤差との関係を示すものであり、（ｃ）は圧力依存性対策機構の構成を、夫々示すものである。
【図11】（ａ）は、熱式流量センサの圧力依存性を低減できるように熱式流量センサの整流層部の一例を示す斜面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したしたした熱式流量センサの整流層部の圧力依存性特性Xを示すものである。
【図12】従前のガス分流供給装置の一例を示す系統図である。
【図13】従前の熱式流量制御装置（マスフローコントローラ）を用いたガス供給装置の一例を示す系統図である。
【図14】熱式流量制御装置の構成を示す説明図である。
【図15】従前のＰＩＤコントローラを用いた流量調整装置によるガス分流供給装置の一例を示す説明図である。
【図16】先に開発をしたガス分流供給装置の構成系統図である。
【図17】先に開発をした切換型コントローラの構成及び作動の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る４分流路型ガス分流供給装置の分流量制御ユニットの外形図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は平面図である。また、本実施形態に於いては、４基の分流量制御ユニットＵ1〜Ｕ4を並列状（横並び状）に一体に組合せすることにより、４系統（ｎ＝４）の分流路Ｌ１〜Ｌ４を通して４ヶ所のガス使用箇所へ、所定流量Ｑ１〜Ｑ４のガスＧを供給するように構成されている。
【0048】
また、４分流路型分流量制御ユニットの外形寸法は、高さＨ=約１６０mm、横幅Ｗ=約１００mm、奥行きＬ=約１８０mmに形成されており、ユニットＵ１とユニットＵ２並びにユニットＵ３とユニットＵ４とは、夫々一体として形成されている。尚、前記第１分流路L1は、主分流路或いはマスターラインとも称呼されるが、本発明では、第１分流路L1と呼ぶものとする。同様に、第１分流路L1用の分流量制御ユニットＵ1は主分流量制御ユニット或いはマスター分流量制御ユニットとも称呼されるが、本発明では単に分流量制御ユニットと呼ぶものとする。
【0049】
図２は、ガス分流供給装置を構成する一つ分流量制御ユニットの構造図であり、（ａ）は縦断面概要図、（ｂ）は右側面概要図、（ｃ）は左側面概要図である。図１及び図２において、それぞれ分流量制御ユニットＵ１〜Ｕ4は、ステンレス鋼製のベース本体２５、この両側に固定した入口側ブロック２６及び出口側ブロック２７、カム式電動弁２８、熱式流量センサ２９、制御用基板３０、ケーシング３１、固定用ねじ３２等を備えており、前記ベース本体２５にはガス通路２５a、熱式流量センサ挿入孔２５b、バルブ本体挿入孔２５c等が設けられている。また、前記入口側ブロック２６にはガス入口２６a、ガス通路２６bが、出口側ブロック２７にはガス出口２７a、ガス通路２７bが夫々設けられている。
【0050】
前記カム式電動弁２８は、ベース本体２５のバルブ本体挿入孔２５c内へねじ込み固定したバルブ本体２８a、バルブ本体２８aの底面へ配置したメタルダイヤフラム製の弁体２８c、弁座となる合成樹脂製のバルブシート２８b、弁体押さえ２８d、リニアブツシング２８e、ステム２８f、ステム２８fの上端にベアリング２８gを介して軸支したカムローラ２８h、カムローラ２８hに当接するカム板３３、ステッピングモータ３４、モータ軸３４a、 ストローク調整ねじ３５、３６等を備えている。又、前記熱式流量センサ２９は、ベース本体２５の熱式流量センサ挿入孔２５b内に装着されており、整流用の整流層部２９aと流量検出部２９b等を備えている。更に、３９は入口側ブロック２６内に設けたガス温度検出器である。
【0051】
尚、上記カム式電動弁２８のストローク調整機構部分を除いた基本的な構成や熱式流量センサ２９の構成、ステンレス鋼製のベース本体２５及びこの両側に固定した入口側ブロック２６と出口側ブロック２７の構成、カム式電動弁２８と熱式流量センサ２９と制御用基板３０とケーシング３１等の組み立て構造等そのものは、既に公知の事項である。そのためここではその詳細な説明を省略する。
【0052】
図３は、前記カム式電動弁２８の弁部分の部分拡大図であり、ベース本体２５側へ固定したＰＣＴＦＥ等の合成樹脂製バルブシート２８bの上面へダイヤフラム弁体２８cの外表面側が押し圧され、この時に発生するバルブシート２８b自体の弾性反力により、バルブシート２８bとダイヤフラム弁体２８c間のシール性が確保されるように構成されている。即ち、ステム２８f及び弁体押さえ２８d は、従前のカム式電動弁のようにステム２８fの押圧力を調整するバネ等の機構を有しておらず、バルブシート２８b自体が有する弾性力で持ってバルブシート２８bとダイヤフラム弁体２８c間のシール性を確保するよう構成されている。尚、弁部分の構成そのものは、従前のメタルダイヤフラム型弁の弁部と同じである。
【0053】
前記ステム２８f及び弁体押え２８dのストローク（バルブ全閉の弁体押え２８dの下端位置の調整は、ストローク調整ねじ３５、３６の締め込み量の調整により行われ、このような構成とすることにより、従前のカム式電動弁の場合のような弾性力調整用のスプリング等が不要となり、バルブシート２８bの弾性力によりシール機能が確保され、カム式電動弁２８の構造の簡素化及び大幅な小型化が可能となる。
【0054】
図４は、本発明の一実施形態に係る４分流路型ガス分流供給装置の主要部を構成する分流量制御ユニット部分の全体構成図を示すものであり、４つ分流路L1〜L4の分流量制御を行う構成としたものである。また、図５は分流量制御ユニット部分の部品構成図であり、図４と実質的に同一のものである。尚、ガス分流供給装置としては、当該分流量制御ユニット部分の他に、前記図１６に記載のガス供給源１や圧力調整器２、流量制御装置等が必要な事は勿論である。
【0055】
図４及び図５を参照して、当該分流量制御ユニットは、ガス供給源（図示省略）から供給されてくる総流量Ｑのガスを分流量Ｑ1, Ｑ2, Ｑ3, Ｑ4に分流して、反応炉１５等のガス使用箇所へ供給するものである。尚、図４では、４分流路L1〜L4へ分流する場合を示しているが、分流路の数は２ライン又は３ラインとなる場合も、或いは４ライン以上となる場合もある。
【0056】
上記図４及び図５に於いて、Ｑは総流量、Ｑ1, Ｑ2, Ｑ3, Ｑ4は分流量、Ｕ1は分流路Ｌ1用の分流量制御ユニット、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は分流路Ｌ２、分流路Ｌ３、分流路Ｌ４用の分流量制御ユニット、２９１〜２９４は熱式質量流量センサ（ＭＦＭ）、１６a〜１６dは切換型コントローラ （ＰＣＢ1〜ＰＣＢ4）、１５は反応炉、９は真空ポンプ、３７１〜３７４はカム式電動弁の弁部（Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4）、３８１〜３８４（Ｄ1, Ｄ2, Ｄ3, Ｄ4）は弁駆動部。―（太線）はガス供給ライン、―（細線）は信号ライン、４２１〜４２４はＰＩＤ定数調整機構、４３１〜４３４は増幅器である。
【0057】
尚、上記切換型コントローラ１６a、１６b、１６c、１６dは一体に形成される場合があり、この場合には、各コントローラ１６a、１６b、１６c、１６dには同じ基板が使用され、その結果、各コントローラ１６a、１６b、１６c、１６dにも夫々流量比設定演算器ＲＳＣが設けられることに成るが、製品の出荷時に、第１分流路Ｌ1用のコントローラ１６a と分流路Ｌ2〜Ｌ4用のコントローラコントローラ１６b、１６c、１６d とを夫々設定するようにし、第１分流路Ｌ1用のコントローラ１６aの流量比設定演算器ＲＳＣのみを作動するようにしている。尚、図４では、コントローラＰＣＢ1（１６a）を第１分流路用コントローラ１６aに設定している。
【0058】
次に、当該分流量制御ユニットの制御動作を説明する。図４を参照して、分流量制御ユニットＵ1(第１流路Ｌ1)の切換型コントローラＰＣＢ1（１６a）には、流量比設定演算器ＲＳＣが設けられており、上位装置或は外部装置ＯＤから各分流路への流量比設定指令が入力されると共に、流量比設定演算器ＲＳＣから上位装置或は外部装置ＯＤへ、必要な場合には演算した各時点における各分流路の分流量や分流比(流量比)が出力される。
【0059】
上記流量比設定演算器ＲＳＣは、上位装置或は外部装置ＯＤから入力された流量比指令信号に応じて、各分流路Ｌ1〜Ｌ4の切換型コントローラ１６a〜１６ｄの流量比を設定したり、各熱式流量センサ２９１〜２９４からの流量検出信号を用いて総流量Ｑ及び各分流路Ｌ1~Ｌ4の流量比の演算を行う。また、流量比設定演算器ＲＳＣは、上記演算した流量比を各コントローラ１６a〜１６dへ出力するとともに、各コントローラ１６a〜１６dからのバルブ開度指令信号のテェックや各分流路のカム式電動弁２８の開度テェック等を行う。
【0060】
即ち、各切換型コントローラ１６a〜１６ｄは、後述するように、先ず、弁開度制御モードで各カム式電動弁２８ の弁開度を流量比指令信号に応じて制御し、その後、分流量制御モードで各カム式電動弁２８の弁開度をPID制御方式によりフィードバック制御し、流量比設定演算器ＲＳＣから指定された所定の分流量Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4になるように、バルブ駆動部３８１~３８４を作動させる。また、各コントローラ１６a〜１６ｄには、予めＰＩＤ制御情報が記憶されており、指定された分流流量Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4の値に応じて、最適のＰＩＤ制御定数（制御パラメータ）を選択し、ＰＩＤ制御方式による各カム式電動弁２８のフィードバック制御を行う。
【0061】
図６は、各分流量制御ユニット等の具体的な作動シーケンスを示すものであり、先ず、図６（ａ）に示すように、電源がガス分流供給装置へ供給されることにより、各分流量制御ユニット等が駆動され、各切換型コントローラ１６a〜１６ｄは開度制御モードに入れられる。そして、各カム式電動弁２８のモータ３４がバルブ閉方向へ回転され（Ｓ1）、先ず全閉時の弁開度原点が検出される（Ｓ2）。そして、原点が検出されると、次に各弁２８の弁開度が１００％開度に一端保持される（Ｓ3）。
【0062】
次に、流量比設定演算器ＲＳＣが、外部装置（上位の装置）ODから受け取った流量比指令値を第１分流路用の分流量制御ユニットＵ1へ入力し、第１分流路Ｌ1の流量比の変更(設定)が行なわれる（図６（ａ））。即ち、第１分流路Ｌ1の流量比の設定又は変更がされた場合に、図６（ｂ）に示すように、流量比が分析され（Ｓ4）、流量比（分流比）の最大の設定分流路が２つ以上あるか否かを判定する（Ｓ5）。判定結果が、最大流量比の分流路が一つである場合には、その最大流量比の分流路の電動弁２８の開度を７５％に保持する（Ｓ6）。また、最大流量比の分流路が２以上ある場合には、指定ＩＤの若い番号の分流路の電動弁２８の開度を７５％に固定し、これを保持する（Ｓ７）。
【0063】
上記弁開度制御モードにより、一つの最大流量比(分流比)の分流路の選択及びその電動弁の弁開度固定（７５％）が完了すると、次に、各切換型コントローラ１６a〜１６ｄは分流量制御モードに切替えられ、各分流路の分流量制御が行なわれる。尚、最大流量比(分流比)の分流路の開度を７５％に設定するのは、通常の電動弁においては、弁開度７５％程度の下で制御流量が最大となるように設計されており、弁開度が７５％を超えると、制御性能が大幅に低下するからである。また、当該弁開度７５%は、電動弁の種類によって４０〜８０％の範囲で適宜に選定することができる。
【0064】
先ず、第１分流路L1用の分流量制御ユニットU1では、図６の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、流量比制御がＯＮになると、各分流路の検出流量値の読み出し（Ｓ7）、総流量及び流量比の演算並びにその出力（Ｓ8）、設定されている流量比（分流比）から各分流路の制御流量の演算（Ｓ9）、各分流路への演算した流量指令値の出力（Ｓ10）、各分流路のバルブの開度の再テェック（Ｓ11）が行なわれ、開度７５％のバルブが一つの場合には、第１分流路L1用の分流量制御ユニットＵ1による処理を終わり、切換型コントローラ１６aのＰＩＤフィードバック制御に入る。勿論、その他の分流量制御ユニットの切換型コントローラも同時並行的にＰＩＤフィードバック制御に入る。また、開度７５％のバルブが二つ以上の場合は、其れが二つか又は三つかを判断し（Ｓ13）、二つのバルブの場合には７５％開度指令の分流路の入れ替えをする（Ｓ14）。即ち、分流量が増加してきた方の分流路の電動弁の開度を固定する。
また。三つのバルブの場合には、前記ＩＤの若い分流路の電動弁へ７５％開度指令を入力する（Ｓ15）。
【0065】
上記図６（ｄ）に示した第１分流路Ｌ1用分流量制御ユニットＵ1の流量比設定演算器ＲＳＣによる処理Ａは、制御している分流路が流量不足になった場合でも流量比制御が行えるように、流量比設定演算器ＲＳＣが開度から判断して処理を行うものである。
【0066】
図７は、最大流量比（分流比）である７５％開度固定分流路の指定が終わった後の、分流量制御モードによる各分流路Ｌ1〜Ｌ4の各切換型コントローラ１６a〜１６dによる分流量制御を示すものであり、流量比設定演算器ＲＳＣから各コントローラ１６a〜１６dに流量値の更新指令が入力される（Ｓ16）と、先ず、各切換型コントローラ１６a〜１６d は各カム式電動弁２８を一定速度で駆動させ（Ｓ17）、流量検出値が流量指令値の上・下１SCCMの範囲に入ったか否かを判断する（Ｓ17a）。上・下１SCCMの範囲に入った場合には、所謂ＰＩＤフィードバック制御を開始する(Ｓ18)。即ち、流量比設定演算器ＲＳＣからの流量指令値と各分流路Ｌ1〜Ｌ4の検出流量が一致するように、各カム式電動弁２８が操作されることになる。
【0067】
尚、図７（ｂ）は、上記各カム式電動弁２８の一定速度駆動の説明図であり、流量制御目標値の上・下に切替レベル（図７（ａ）では上・下１ＳＣＣＭ）を設定し、各切替レベルに達するまでは一定速度駆動で各カム式電動弁２８の開度を制御し、その後にＰＩＤ制御に切替えすることにより、分流量制御の応答性を高めるようにしている。尚、上記上・下１ＳＣＣＭの切替えレベルは、適宜に変更することが可能である。
【0068】
図８は、上記ＰＩＤフィードバック制御に於けるＰＩＤパラメータの制御説明図である。本発明においては、各分流路の各切換型コントローラ１６a〜１６dのメモリー内に、予め求めた流量と最適制御時のＰＩＤ定数値との関係が記憶されており、流量比設定演算器ＲＳＣから総流量Ｑ、分流量Ｑ1〜Ｑ4の情報が各分流路Ｌ1〜Ｌ4の切換型コントローラ１６a〜１６dへ入力され（Ｓ19）、当該総流量Ｑ、分流量Ｑ1〜Ｑ4の情報と各切換型コントローラ１６a~１６dのメモリ内に記憶されているＰＩＤ定数とを参照して（Ｓ20）、総流量等に合致したＰＩＤ定数の選定及びこれを用いたＰＩＤフィードバック制御が行なわれる（Ｓ21）。
【0069】
本発明で使用する熱式流量センサ２９は、室温下でゼロ点調整を行うと、環境温度の変化と共にゼロ点にずれが生ずることが判明している。図９の（ａ）は従前の汎用型熱式流量センサのゼロ点と温度の関係を示すものであり、本発明では、当該ゼロ点の変動（温度ドリフト）の影響を避けるために、図９（ｂ）に示すように、検出温度とゼロ点との関係を予め確認しておき（Ｓ22）、この関係をＣＰＵに記憶させ（Ｓ23）、前記記憶値を用いて現実の検出温度下に於ける熱式流量センサ２９のゼロ点を算出し（Ｓ24）、算出されたゼロ点を検出温度下に於ける熱式流量センサ２９の流量出力に加減算することにより、熱式流量センサ２９の温度ドリフトを補正するようにしている（Ｓ２5）。図９（ｃ）は、上記図９（ｂ）の処理を行うための処理機構の構成図であり、熱式流量センサ２９の上流側に温度検出器３９を設け、且つＣＰＵ４０に温度とゼロ点特性の記憶部４０aと流量値の演算部４０bを設ける構成としたものである。
【0070】
また、熱式流量センサ２９には、比較的大きな所謂圧力依存特性が見られ、この圧力依存特性は熱式流量センサの校正面及び流量測定値の補正面のいずれにも影響を及ぼすものである。図１０（ａ）は、３個の熱式流量センサ２９に同じ流量のガスを供給した場合の整流層部の圧力（Torr）と検出流量誤差との関係を示すものであり、各固体毎に流量誤差がゼロになる圧力値が異なることが判る。尚、直線Ｅは誤差が零のラインである。
即ち、熱式流量センサ２９で検出した流量値は、熱式流量センサの整流層部の圧力条件によって個々にその流量誤差が異なることになる。そのため、本発明においては、流量校正を行う際に、圧力条件を統一して実施することで、減圧環境下においても、図１０（ｂ）に示すように、熱式流量センサ２９の流量誤差に個体差が顕著に現れないようにしている。
【0071】
更に、本発明においては、熱式流量センサ２９の検出流量値と熱式流量センサ部の圧力との関係を予め調査してこれをＣＰＵに記憶しておくと共に、熱式流量センサの整流層部の圧力を監視し、当該熱式流量センサの整流層部の圧力と前記ＣＰＵに記憶させた検出流量値と整流層部の圧力との関係情報を用いて、検出流量値の誤差量を演算する。そして、この演算した誤差量を検出流量値に加減算することにより、現実の検出流量値の誤差をゼロにするようにしている。
【0072】
図１０（ｃ）は、上記検出流量値の補正を行うための補正機構の構成図であり、４０はＣＰＵ、４０a1は圧力―流量誤差特性の記憶部、４０b1は流量値の演算部であり、前記図９（ｃ）の場合と同じ思想に基づくものである。
【0073】
尚、熱式流量センサの整流層部２９aの圧力依存性を少なくする方策として、本願発明者は、図１１の（ａ）のように複数の細管２９cを平行状に配置した構成の整流層部２９aを形成し、これを用いて熱式流量センサ２９の検出流量誤差と熱式流量センサ部の圧力の関係を調査した。図１１の（ｂ）はその調査結果を示すものであり、曲線Xは細管２９cを用いた図１１の（ａ）の如き形態の整流層部（層流素子）の場合を、また、曲線Yは従前のバイパスシート型の整流層部（層流素子）の場合を夫々示すものである。直線Ｅは、誤差が零のラインである。
曲線Xからも明らかなように、細管を用いたキャピラリー型整流層部は、熱式流量センサの検出流量誤差の圧力依存性を著しく低減させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明は、半導体製造装置用のガス分流供給装置のみならず、総流量の制御に流量制御装置を用いる装置であれば、化学品製造装置用ガス供給設備等へも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【0075】
Ｑ 総流量Ｑ１、Ｑｎ 分流量
Ｌ１、Ｌｎ 分流路
Ｓｓ 分流量制御指令信号
Ｓｐ 開度制御指令信号
Ｓm 流量検出信号
Ｓａ 流量設定信号
Ｓa1〜Ｓa4 流量設定信号
Ｓv 弁駆動信号
Ｓv１〜Ｓv４ 弁駆動信号
Ｓｋ 弁開度制御信号
Ｓｋ１〜Ｓｋ４ 弁開度制御信号
Ｓｘ 制御切換信号
１ ガス供給源
２ 圧力調整器
３ 圧力センサ
４ 圧力式流量制御装置（ＦＣＳ）
５ａ・５ｂ 圧力計
６ 熱式流量センサ
７ 電動弁
８ 弁駆動部
９ 真空ポンプ
１０・１０ａ 絞り弁
１１ 信号発信器
１２ ＰＩＤコントローラ
１３ プロセスチャンバ
１４ 真空ポンプ
１５ 大型反応炉
１６ 流量調整装置
１６ａ〜１６ｄ 切換型コントローラ
１７ 弁開度指令信号発信器
１８ 分流量制御指令発信器
１９ 制御切換機構
２０ 弁開度制御機構
２１ 分流量制御機構
２２ 端子
２３ 端子
２４ 端子
ＯＤ 外部装置
ＲＳＣ 流量比設定演算器
Ｕ1〜Ｕ4 分流量制御ユニット
２５ ベース本体
２５a ガス通路
２５b 熱式流量センサ挿入孔
２５c バルブ本体挿入孔
２６ 入口側ブロック
２６a ガス入口
２６b ガス出口
２７ 出口側ブロック
２７a ガス出口
２７b ガス通路
２８ カム式電動弁
２８a バルブ本体
２８b バルブシート
２８c ダイヤフラム弁体タイ
２８d 弁体押え
２８e リニアブッシング
２８f ステム
２８g ベアリング
２９ 熱式流量センサ
２９a 整流層部
２９b 流量検出部
２９c 細管
３０ 制御魚用基板
３１ ケーシング
３２ 固定用ねじ
３３ カム板
３４ ステッピングパルスモータ
３４a モータ軸
３５ ストローク調整用ねじ
３６ ストローク調整用ねじ
３７ カム式電動弁の弁部
３８ カム式電動弁の弁駆動部
３９ 温度検出器
４０ ＣＰＵ
４１ 圧力検出器
４２ ＰＩＤ定数調整機構
４３ 増幅器