特許 7164938 流量制御装置、流量制御方法、及び、流量制御装置用プログラム

(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】

(24)【登録日】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】流量制御装置、流量制御方法、及び、流量制御装置用プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20221026BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017147801

(22)【出願日】2017-07-31

(65)【公開番号】P2019028747

(43)【公開日】2019-02-21

【審査請求日】2020-06-16

【審判番号】

【審判請求日】2021-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】安田 忠弘

(72)【発明者】

【氏名】ホワイト ビル

(72)【発明者】

【氏名】ローリー パトリック

(72)【発明者】

【氏名】グンドラック マックス

(72)【発明者】

【氏名】オーウェン ライアン

【合議体】

【審判長】見目 省二

【審判官】中里 翔平

【審判官】田々井 正吾

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５３１０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８０６８８（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】

流路に設けられた流体抵抗と、
流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、
前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、
前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出部と、
第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量から算出される換算流量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出部と、
設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、
前記下流側バルブが閉鎖されている状態において、第１流量と第２流量とを比較して異常の有無を診断する診断部と、を備えたことを特徴とする流量制御装置。

【請求項2】

前記第２流量算出部が、
下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、
第１流量と下流側圧力の時間変化量から算出される換算流量の差に基づいて、第２流量を算出する流量演算部と、を備えた請求項１記載の流量制御装置。

【請求項3】

前記流体抵抗よりも上流側に設けられた上流側バルブと、
前記上流側バルブ、及び、前記流体抵抗の間における前記流路の容積中の圧力を測定する上流側圧力センサと、
設定圧力と、前記上流側圧力センサで測定される上流側圧力とに基づいて前記上流側バルブを制御する圧力制御部と、をさらに備えた請求項１記載の流量制御装置。

【請求項4】

前記第１流量算出部が、上流側圧力、及び、下流側圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる第１流量を算出するように構成された請求項３記載の流量制御装置。

【請求項5】

前記流体抵抗を流れる第１流量に応じた検出信号を出力する流量検出機構をさらに備え、
前記第１流量算出部が、前記流量検出機構の出力する検出信号に基づいて第１流量を算出するように構成された請求項１記載の流量制御装置。

【請求項6】

流路に設けられた流体抵抗と、流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置を用いた流量制御方法であって、
前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出ステップと、
第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量から算出される換算流量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出ステップと、
設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御ステップと、
前記下流側バルブが閉鎖されている状態において、第１流量と第２流量とを比較して異常の有無を診断する診断ステップと、を備えることを特徴とする流量制御方法。

【請求項7】

流路に設けられた流体抵抗と、流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられるプログラムであって、
前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出部と、
第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量から算出される換算流量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出部と、
設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、
前記下流側バルブが閉鎖されている状態において、第１流量と第２流量とを比較して異常の有無を診断する診断部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量制御装置用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば半導体製造装置に用いられる流体の流量を制御するための流量制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体プロセスにおいて、例えばエッチングチャンバ内に導入される各種ガスの流量を制御するためにマスフローコントローラとよばれる各種流体機器と制御機構がパッケージ化された流量制御装置が用いられている。

【0003】

例えばマスフローコントローラは、流路に対して設けられた流量センサと、流量センサの下流側に設けられたバルブと、流量センサで測定される測定流量が目標値である設定流量となるように前記バルブの開度を制御する流量制御部と、を備えたものがある（特許文献１参照）。

【0004】

このようなマスフローコントローラには、設定流量に対してバルブの下流側を流れている実際のガスの流量ができる限り早く追従するように応答速度を向上させることが求められる。

【0005】

しかしながら、近年、半導体製造プロセスにおいて求められる応答速度は非常に厳しく、上述したような流量制御系を有するマスフローコントローラでは対応することが難しくなりつつある。この原因について本願発明者らが鋭意検討を行ったところ、以下に説明するような原理的な問題があることを見出した。

【0006】

すなわち、前述したマスフローコントローラでは、バルブよりも上流側で測定される流量がフィードバックされて、バルブが制御されており、流量センサによる流量の測定点と、バルブによる流量の制御点は、流量センサとバルブの設置間隔分だけずれている。

【0007】

例えば流量センサが層流素子等の流体抵抗を具備している場合、測定点となる流体抵抗と制御点となるバルブとの間の内部容積に設定流量を実現するために必要な圧力が実現されるようにガスを流出入させるには、流体抵抗の作用によって所定時間が必要となる。

【0008】

このため、制御点で起こった流量の変化が、流量センサのある測定点に表れるようになるまでには時間遅れが発生する。したがって、バルブは、制御点では所定時間前の流量の情報に基づいて常に開度が制御され続けるので、応答速度には必然的に限界が発生してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００４－２８０６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、制御点であるバルブにおける実際の流量を従来よりも小さい時間遅れで得ることができ、測定点と制御点を一致させることで応答速度を大幅に向上させることができる流量制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

すなわち、本発明に係る流量制御装置は、流路に設けられた流体抵抗と、流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出部と、第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出部と、設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る流量制御方法は、流路に設けられた流体抵抗と、流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置を用いた流量制御方法であって、前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出ステップと、第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出ステップと、設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

【0013】

このようなものであれば、下流側圧力の時間変化量は、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積に流入する流体の流量と、前記容積から流出する流体の流量の差に基づいて決定される。

【0014】

したがって、前記第２流量算出部は、前記容積から流出する流体の流量である前記下流側バルブから流出する第２流量は、前記容積に流入する流体の流量である第１流量と、下流側圧力の時間変化量からが算出することができる。

【0015】

このようにして、制御点となる下流側バルブでの流量である第２流量について時間遅れをほとんど発生させずに得られるので、前記流量制御部は、制御点と測定点を一致させて前記下流側バルブを制御でき、従来よりも例えば過渡応答時における応答速度を向上させることができる。

【0016】

第２流量算出部の具体的な構成としては、前記第２流量算出部が、下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、第１流量と下流側圧力の時間変化量から算出される換算流量の差に基づいて、第２流量を算出する流量演算部と、を備えるものが挙げられる。

【0017】

前記下流側バルブによって第２流量が設定流量で安定した後は前記流体抵抗の上流側の圧力変動が生じても第２流量が変動しにくいロバストな制御を実現できるようにするには、前記流体抵抗よりも上流側に設けられた上流側バルブと、前記上流側バルブ、及び、前記流体抵抗の間における前記流路の容積中の圧力を測定する上流側圧力センサと、設定圧力と、前記上流側圧力センサで測定される上流側圧力とに基づいて前記上流側バルブを制御する圧力制御部と、をさらに備えたものであればよい。

【0018】

前記流体抵抗の前後で発生する差圧によって前記第１流量算出部が正確な第１流量を算出できるようにしつつ、センサ数の増加を抑えられるようにするには、前記第１流量算出部が、上流側圧力、及び、下流側圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる第１流量を算出するように構成されたものであればよい。

【0019】

流量制御装置だけで内部の異常を自己診断できるようにするには、前記下流側バルブが閉鎖されている状態において、第１流量と第２流量とを比較して異常の有無を診断する診断部をさらに備えたものであればよい。

【0020】

本発明における第１流量を得るための別の具体的な実施態様としては、前記流体抵抗を流れる第１流量に応じた検出信号を出力する流量検出機構をさらに備え、前記第１流量算出部が、前記流量検出機構の出力する検出信号に基づいて第１流量を算出するように構成されたものが挙げられる。

【0021】

例えば既存の流量制御装置に対してプログラムをアップデートするだけで、本発明に係る流量制御装置と同様の効果を享受できるようにするには、流路に設けられた流体抵抗と、流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗、及び、前記下流側バルブの間における前記流路の容積中の圧力を測定する下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられるプログラムであって、前記流体抵抗を流れる第１流量を算出する第１流量算出部と、第１流量、及び、前記下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量に基づいて、前記下流側バルブから流出する第２流量を算出する第２流量算出部と、設定流量と、第２流量とに基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量制御装置用プログラムを用いればよい。

【0022】

なお、流量制御装置用プログラムは、電子的に配信されるものであってもよいし、ＣＤ、ＤＶＤ，ＨＤＤ，フラッシュメモリ等の記録媒体に記録されるものであってもよい。

【発明の効果】

【0023】

このように本発明に係る流量制御装置によれば、流量の制御点である下流側バルブで実際に流れている第２流量を第１流量と下流側圧力の時間変化量に基づいて得ることができ、流量の測定点と制御点を一致させて制御することにより、応答速度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態に係る流量制御装置を示す模式図。

【図2】第１実施形態の流量制御装置の制御動作について示すフローチャート。

【図3】本発明の第２実施形態に係る流量制御装置を示す模式図。

【図4】本発明の第３実施形態に係る流量制御装置を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の第１実施形態に係る流量制御装置１００について図１及び図２を参照しながら説明する。

【0026】

第１実施形態の流量制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいてエッチングチャンバに対してガスを設定流量で供給するために用いられるものである。ここで、設定流量は、ある流量値から別の流量値へ階段状に立ち上がる、あるいは、立ち下がるステップ信号である。このステップ信号に対して例えば製造される半導体の品質を満たすように所定時間内に追従するように、この流量制御装置１００は構成してある。

【0027】

すなわち、流量制御装置１００は、図１に示すように、流路に設けられたセンサ、バルブからなる流体機器と、当該流体機器の制御を司る制御器ＣＯＭと、を備えている。

【0028】

流路に対して上流側から順番に供給圧センサＰ０、上流側バルブＶ１、上流側圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、下流側圧力センサＰ２、下流側バルブＶ２が設けてある。ここで、流体抵抗Ｒは例えば層流素子であり、その前後に流れるガス流量に応じた差圧を発生する。

【0029】

供給圧センサＰ０は、上流側から供給されるガスの圧力をモニタリングするためのものである。なお、供給圧センサＰ０については供給圧が安定していることが保証されている場合等には、省略してもよい。

【0030】

上流側圧力センサＰ１は、流路において上流側バルブＶ１と流体抵抗Ｒとの間における容積である上流側容積内にチャージされているガスの圧力である上流側圧力を測定するものである。

【0031】

下流側圧力センサＰ２は、流路において流体抵抗Ｒと下流側バルブＶ２との間における容積である下流側容積ＶＬにチャージされているガスの圧力である下流側圧力を測定するものである。

【0032】

このように上流側圧力センサＰ１と下流側圧力センサＰ２は、上流側バルブＶ１、流体抵抗Ｒ、下流側バルブＶ２で形成される２つの容積の圧力をそれぞれ測定している。また、別の表現をすると、上流側圧力センサＰ１と下流側圧力センサＰ２は、流体抵抗Ｒの前後に配置されたそれぞれの容積内の圧力を測定するものである。

【0033】

上流側バルブＶ１、及び、下流側バルブＶ２は、第１実施形態では同型のものであり、例えばピエゾ素子によって弁体が弁材に対して駆動されるピエゾバルブである。上流側バルブＶ１は、上流側圧力センサＰ１で測定される上流側圧力に基づいて上流側容積内の圧力を制御する。一方、流体機器において最も下流側に設けられている下流側バルブＶ２は、流体機器から流出するガス流量全体を制御するものである。

【0034】

次に制御器ＣＯＭについて詳述する。

【0035】

制御器ＣＯＭは、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流量制御装置用プログラムが実行されて各種機器が協業することにより、少なくとも第１流量算出部１、第２流量算出部２、流量制御部３、圧力制御部４としての機能を発揮する。

【0036】

第１流量算出部１は、上流側圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、下流側圧力センサＰ２とともにいわゆる差圧式の流量センサを構成するものである。つまり、第１流量算出部１は、上流側圧力センサＰ１で測定される上流側圧力と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力を入力として、流体抵抗Ｒを流れるガス流量である第１流量を算出し、出力するものである。ここで、第１流量算出部１で用いられる流量の算出式は既存のものを用いることができる。第１流量算出部１で算出される第１流量は、連続的に変化するものであるが、下流側バルブＶ２の制御により実現される当該下流側バルブＶ２を通過している実際の流量に対して所定の時間遅れが発生している。

【0037】

第２流量算出部２は、第１流量算出部１で算出される第１流量と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力とに基づいて、下流側バルブＶ２から流出するガス流量である第２流量を算出し、出力する。より具体的には、第２流量算出部２は、流体抵抗Ｒと下流側バルブＶ２との間の下流側容積ＶＬに対して流入するガス流量である第１流量と、下流側容積ＶＬから流出するガス流量である第２流量の差の定数倍が、下流側圧力の時間変化量と等しいことに基づいて第２流量を算出している。

【0038】

すなわち、第２流量算出部２は、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部２１と、第１流量と下流側圧力の時間変化量に基づいて第２流量を算出する流量演算部２２とを備えている。

【0039】

以下では第２流量が第１流量と下流側圧力の時間変化量に基づいて算出できる点について説明する。

【0040】

下流側圧力をＰ_２、下流側容積ＶＬの体積をＶ、ガスの温度をＴ、気体定数をＲ，質量をｎとした場合、気体の状態方程式からＰ_２＝ｎＲＴ/Vとなる。この式について時間微分を取ると、

【0041】

【数1】

また、質量の時間微分は単位時間当たりに下流側容積ＶＬに流出入するガス流量と比例関係にあるので、第１流量をＱ_１、第２流量をＱ_２、定数をａとすると、

【0042】

【数2】

各式から第２流量Ｑ_２について、解くと、

【0043】

【数3】

ここで、ＡはＲ、Ｔ、Ｖ、ａをまとめた関数であり、下流側圧力の時間変化量に対して関数Ａを乗じた値は、換算流量である。この式から、実測される値である第1流量と下流側圧力の時間変化量である時間微分に基づいて、第２流量を算出可能であることが分かる。

【0044】

第１実施形態では、変化量算出部２１は、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力の時間変化量として時間微分を算出する。なお、時間微分は、下流側圧力の時系列データから差分を取ることで算出できる。

【0045】

流量演算部２２は、例えば予め実験等で求めておいた定数Ａと、入力される第１流量Ｑ_１と変化量算出部２１から入力される下流側圧力の時間微分から第２流量を算出し、流量制御部３に対して出力する。

【0046】

流量制御部３は、ユーザによって設定される設定流量と、第２流量算出部２から入力される第２流量に基づいて下流側バルブＶ２を制御する。すなわち、流量制御部３は、設定流量と第２流量の偏差が小さくなるように、下流側バルブＶ２から流出するガス流量である第２流量のフィードバックによって下流側バルブＶ２を制御する。

【0047】

一方、圧力制御部４はユーザによって設定される設定圧力と、上流側圧力センサＰ１で測定される上流側圧力に基づいて上流側バルブＶ１を制御する。すなわち、圧力制御部４は、設定圧力と上流側圧力の偏差が小さくなるように上流側圧力のフィードバックによって上流側圧力を制御する。ここで、設定圧力は、第２流量が設定流量で安定した場合において流体抵抗Ｒの前後において保たれるべき圧力差に基づいて設定される。

【0048】

次に下流側バルブＶ２が全閉されており、第２流量がゼロの状態から所定の流量へと変化させる場合の制御動作例について図２のフローチャートを参照しながら説明する。

【0049】

設定流量の値がゼロの間（ステップＳ０）は、流量制御部３は下流側バルブＶ２を全閉状態で維持し、下流側バルブＶ２からガスが流出しないようにする（ステップＳ１）。

【0050】

一方、圧力制御部４は上流側容積内の圧力が設定圧力となるように上流側バルブＶ１の開度を制御し、当該上流側容積内へとガスを流入させる（ステップＳ２）。

【0051】

設定流量がゼロから所定値にステップ状に変化すると（ステップＳ３）、流量制御部３は、流体抵抗Ｒの差圧から第１流量、及び、下流側圧力の時間変化量から算出される制御点での流量である第２流量が、設定流量の所定値となるように下流側バルブＶ２を開放する（ステップＳ４）。なお、第１流量は、上流側圧力センサＰ１で測定される上流側圧力と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力を入力として、流体抵抗Ｒを流れる流量である。

【0052】

ここで、下流側バルブＶ２が開放されると下流側容積ＶＬからガスが流出するので、下流側圧力は低下し、下流側圧力の時間変化量が発生する（ステップＳ５）。すなわち、ガスが流れ始める過渡応答状態では、第２流量は第１流量とは異なる値であり、下流側圧力の時間変化量が加味された値となっている。

【0053】

第２流量に基づくフィードバック制御が行われると（ステップＳ６）、流量の測定点と制御点が一致しているので、下流側バルブＶ２における流量の変化が下流側バルブＶ２の開度制御に即座に反映される。したがって、短時間で第２流量が設定流量の所定値で安定することになる（ステップＳ７）。

【0054】

第２流量が設定流量の所定値で安定している場合には、下流側容積ＶＬに流出入するガスの量はつりあっている状態なので、下流側圧力の時間変化量はほぼゼロとなる（ステップＳ８）。つまり、第２流量は実質的に第１流量と等しく、流量制御部３は下流側バルブＶ２を第１流量によるフィードバック制御を行っていることになる（ステップＳ９）。このように流量制御部３は、流体抵抗Ｒの前後の差圧に基づいて算出される第１流量と、下流側圧力の時間変化量の差で算出される第２流量に基づいて下流側バルブＶ２の開度を制御しているので、下流側容積ＶＬ内に圧力変化が生じている場合と、下流側容積ＶＬ内の圧力が安定している場合とで自然にフィードバックされる流量が変化する。すなわち、流量制御部３による流量制御は、第２流量制御から第１流量制御へ自然に切り替わっているとも言える。

【0055】

また、圧力制御部４は流量制御部３とは独立して上流側バルブＶ１の開度を制御しており、第２流量が設定流量の所定値で安定している間は、上流側バルブＶ１の開度変化により下流側バルブＶ２から流出する流量が一定に保たれるように制御されていることになる（ステップＳ１０）。

【0056】

このように構成された第１実施形態の流量制御装置１００によれば、下流側バルブＶ２から流出する流量である第２流量を、実測している第１流量と下流側圧力の時間変化量から算出できる。そして、制御点である下流側バルブＶ２での流量である第２流量をフィードバックして下流側バルブＶ２を制御しているので、実際の流量とフィードバックされている流量との間に時間遅れが生じず、設定流量の変化に対する追従速度を従来よりも向上させることができる。すなわち、半導体製造プロセスにおいて求められている応答速度を実現できるようになる。

【0057】

また、上流側バルブＶ１によって流体抵抗Ｒの上流側の圧力が常に設定圧力で保たれるように制御されるので、圧力変動が生じにくく、下流側バルブＶ２の制御によって第２流量が設定流量で安定した後はその流量を保ち続けやすい。つまり、下流側バルブＶ２から流出するガス流量の制御についてロバスト性を高めることができる。

【0058】

次に本発明の第２実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、第１実施形態で説明した部材には同じ符号を付すこととする。

【0059】

第２実施形態では、流量制御装置１００は、外部センサを付加することなく、自身の具備するセンサの情報から自身の状態を診断する機能である自己診断機能を有している。すなわち、図３に示すように、下流側バルブＶ２が閉鎖されている状態において、第１流量と第２流量とを比較して異常の有無を診断する診断部５をさらに備えている。下流側バルブＶ２が閉鎖されている状態であれば、下流側容積ＶＬからのガスの流出は存在しないので、各センサに故障等が生じていなければ第１流量と第２流量には差がほとんど生じない。したがって、診断部５は第１流量と第２流量の差が所定閾値を超えている場合には、上流側圧力センサＰ１、下流側圧力センサＰ２、又は、下流側バルブＶ２のいずれかに故障が発生していると診断するように構成されている。

【0060】

このように第２実施形態の流量制御装置１００によれば、内部から得られる各種流量を比較することで流体機器に故障等の異常が発生しないかどうかを診断できる。

【0061】

次に本発明の第３実施形態について図４を参照しながら説明する。

【0062】

第３実施形態の流量制御装置１００では、第１流量の算出原理が第１実施形態とは異なっている。具体的には、第３実施形態の流量制御装置１００は、流体抵抗Ｒの前後に設けられた圧力センサの測定値を用いるのではなく、別途流量を測定するための流量検出機構Ｆを設け、第１流量算出部１はこの流量検出機構Ｆの出力に基づいて第１流量を算出するように構成してある。

【0063】

すなわち、第３実施形態では流量検出機構Ｆとして、流体抵抗Ｒの前後を跨ぐように分岐させて設けられた細管Ｆ１と、当該細管Ｆ１に巻き回された２つの伝熱コイルＦ２と、各伝熱コイルＦ２を所定の温度に保つように構成されたブリッジ回路からなる流量検出器Ｆ３を具備している。各伝熱コイルＦ２に印加される電圧は細管Ｆ１を流れる流体の流量に応じて変化する。第１流量算出部１は、流量検出器Ｆ３から出力される電圧の差に基づいて第１流量を算出する。すなわち、第３実施形態では、流量検出機構Ｆと第１流量算出部１によって熱式の流量センサが構成されるようにしてある。

【0064】

このようなものであっても、第１流量と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力の時間変化量に基づいて下流側バルブＶ２において実際に流れている流量である第２流量を算出し、この第２流量に基づいて時間遅れを発生させずに流量制御を行うことができる。

【0065】

その他の実施形態について説明する。

【0066】

流量制御装置が、上流側バルブを備えておらず、上流側圧力センサ、流体抵抗、下流側圧力センサ、下流側バルブのみを流体機器として備えているものであってもよい。すなわち、流体抵抗の上流側の圧力を一定に保つ圧力制御を行わずに、第１実施形態で説明したような第２流量に基づく流量のフィードバック制御を下流側バルブで行うようにしてもよい。このようなものであっても、流量の測定点と制御点を一致させることにより、応答速度を向上させるという効果は得ることができる。

【0067】

流量制御装置が制御する流体はガスに限られず、液体であっても構わない。

【0068】

下流側バルブが、変位センサを備えており、弁座に対する弁体の位置、すなわち、開度を検出できるようにしてもよい。また、流量制御部は、例えば設定流量と、第２流量の偏差に基づいて現在達成すべき目標開度を算出し、変位センサで検出される検出開度が目標開度となるように下流側バルブを制御するように構成してもよい。このようなものであれば、第２流量によって時間遅れを発生させずに下流側バルブのある制御点での実際の流量を得て、かつ、変位センサの検出開度に基づいて下流側バルブの開度自体を高速で制御できるので、設定流量に対して実際に下流側バルブを通過する流量をさらに高速で追従させることが可能となる。

【0069】

また、下流側バルブの現在の開度が検出でき、第２流量によって下流側バルブを実際に通過している流量を得られるので、開度と実際に流れている第２流量との関係も正確に把握することができる。したがって、例えば何らかの故障や詰まり等が発生して、ある開度において実現されるべき流量からごくわずかに変化しただけでも異常として検出することが可能となる。すなわち、診断部が、変位センサの検出開度と第２流量とに基づいて流量制御装置内の自己診断を行うように構成すれば、従来よりも高精度な診断が可能となる。

【0070】

なお、上流側バルブも変位センサを備え、上流側バルブの開度を検出できるようにしてもよい。

【0071】

また、本発明に係る流量制御装置によってごく短時間で実現される流量を例えばチャンバ等へそのまま供給できるようにするには、下流側バルブを流路においてチャンバの導入口の近傍に配置すればよい。

【0072】

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、実施形態の変形を行っても良いし、各実施形態の一部又は全体をそれぞれ組み合わせても構わない。

【符号の説明】

【0073】

１００・・・流量制御装置
Ｖ１ ・・・上流側バルブ
Ｖ２ ・・・下流側バルブ
Ｐ１ ・・・上流側圧力センサ
Ｐ２ ・・・下流側圧力センサ
Ｒ ・・・流体抵抗
ＶＬ ・・・下流側容積
１ ・・・第１流量算出部
２ ・・・第２流量算出部
２１ ・・・変化量算出部
２２ ・・・流量演算部
３ ・・・流量制御部
４ ・・・圧力制御部
５ ・・・診断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】