CN105659178B - 流量计及具备该流量计的流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可扩大监测流量范围并提高监测精度和流量控制精度的流量计及流量控制装置。本发明的流量计及流量控制装置具备大流量用测量部和小流量用测量部，所述大流量用测量部将从入口侧开闭切换阀(PV1)的出口侧到控制阀(CV)的入口侧的流路内部容积作为衰减容积进行流量运算，所述小流量用测量部将从出口侧切换阀(PV2)的出口侧到控制阀(CV)的入口侧的流路内部容积作为衰减容积来计算流量。

Description

流量计及具备该流量计的流量控制装置
技术领域
本发明涉及带流量监测器(也称为流量监控器)的流量控制装置的改良，涉及带有流量范围切换型衰减式流量计及流量范围切换型流量监测器的流量控制装置，该流量控制装置在通过有机地将具备耐压力变动特性的流量控制装置与衰减式流量监测器组合而能够实时地监测流量控制装置的控制流量的同时，通过对应于应控制的流体的流量区域而适当地切换衰减式流量监测器的衰减容量，可遍及广大的流量区域而进行高精度的流量监测。
背景技术
以往，在半导体制造装置用气体供给装置中，广泛地利用热式流量控制装置MFC和压力式流量控制装置FCS。特别是，如图20所示，后者的压力式流量控制装置FCS由如下部件所构成：控制阀CV和温度检测器T、压力检测器P、流孔(orifice)OR、由温度校正·流量运算电路CDa、比较电路CDb、输入输出电路CDc、输出电路CDd等构成的计算控制部CD等，具有即使一次侧供给压大幅变动，也能进行稳定的流量控制的优良的流量特性。
即，在图20的压力式流量控制装置FCS中，将来自压力检测器P及温度检测器T的检测值输入温度校正·流量运算电路CDa，在此进行检测压力的温度校正和流量运算，将流量运算值Qt输入比较电路CDb。并且，对应设定流量的输入信号Qs从端子In输入，并经由输入输出电路CDc输入到比较电路CDb，在此与来自所述温度校正·流量运算电路CDa的流量运算值Qt比较。比较的结果，在设定流量输入信号Qs比流量运算值Qt大的情况下，向控制阀CV的驱动部输出控制信号Pd。由此将控制阀CV朝关闭方向驱动，在设定流量输入信号Qs与运算流量值Qt的差(Qs-Qt)成为零之前，朝闭阀方向驱动。
当该压力式流量控制装置FCS中，在流孔OR的下游侧压力P2与上游侧压力P1间保持P1/P2约≥2的所谓临界膨胀条件时，流过流孔OR的气体流量Q成为Q＝KP1(其中，K为常数)，并且，如果不满足临界膨胀条件时，流过流孔OR的气体流量Q成为Q＝KP2 m(P1-P2)n(其中，K、m、n为常数)。因此，通过控制压力P1能够以高精度控制流量Q，并且，即使控制阀CV的上游侧气体Go的压力大幅变化，也能够发挥控制流量几乎不会变化的优良特性。
并且，由于压力式流量控制装置FCS本身是公知技术，在此省略其详细的说明(日本专利特开2003-195948号等)。
但是，这种压力式流量控制装置FCS，由于使用微小的孔径的流孔OR，因此不可避免流孔OR的孔径随着时间而变化。并且，一旦孔径产生变化，压力式流量控制装置FCS的设定流量(即控制流量值)与实际上流过流孔OR的气体Go的实际流量值之间就会产生差异。并且，为了检测该差异，在流量控制中有必要频繁地进行流量监测，存在对半导体制造装置的运转性及制造的半导体质量等造成很大的影响的问题。
因此，在压力式流量控制装置的领域中，以往采取如下对策：尽可能地早期检测出流孔OR的孔径的变化，以防止压力式流量控制装置FCS得到的控制流量值与实际上流过流孔的气体Go的实际流量值之间产生差异，这种流孔的孔径变化等的检测，大多数采用利用了所谓增强方式(ROR：RATE OF RISE)或衰减方式(ROD：RATE OF DECAY)的气体流量监测器。
另一方面，利用所述增长方式或者衰减方式的气体流量监测器，由于流量控制的同时，必须暂时停止供给中的实际气体以进行监测用的气体流量的测量，因此会产生半导体制造装置的运转性下降，制造的半导体质量等参差不齐等问题。
因此，近年来，在这种流量控制装置中，进行了如下带流量监测器的流量控制装置的开发：不会暂时停止实际气体的供给，而是能够实时简单且正确地监控供给气体的流量控制是否正确地进行。
图21为表示现有的流量监测器的一例的图，该带有流量监测器的流量控制装置20，是组合有热式质量流量传感器25及压力式流量控制装置的装置，由流路23、检测入口侧压力的第一压力传感器27a、开闭控制阀24、热式质量流量传感器25、第二压力传感器27b、节流部(音速喷嘴)26、运算控制部28a、输入输出电路28b等构成。
即，热式质量流量传感器25具备：整流体25a、从流路23将规定比例F/A的流量分流的分支流路25b、设置于分支流路25b的传感器本体25c，将显示总流量F的流量信号Sf输出至运算控制部28a。并且，节流部26，当其上游侧和下游侧的压力差是规定值以上(即临界条件下)时，是流过与上游侧压力呈比例的流量的流体的音速喷嘴，SPa、SPb为压力信号，Pa、Pb为压力，F为总流量，Sf为流量信号，Cp为阀开度控制信号。
运算控制部28a反馈来自压力传感器27a、27b的压力信号Spa、Spb及来自流量传感器25的流量信号Sf并输出阀开度控制信号Cp，对开闭阀24进行反馈控制。
即，从输入输出电路28b朝运算控制部28a输入流量设定信号Fs，进行调整使得流动于质量流量控制装置20的流体的流量F成为流量设定信号Fs。更具体地说，运算控制部28a通过采用第二压力传感器27b的输出(压力信号Spb)对开闭控制阀24的开闭进行反馈控制，由此控制流动于音速喷嘴26的流体的流量F，并采用此时的热式流量传感器25的输出(流量信号Sf)，进行实际上流动的流量F的测量，而确认质量流量控制装置20的动作。
如上所述，图21的带有流量监测器的流量控制装置20将使用第二压力传感器27b的压力信号Spb调整开闭控制阀24的开度的压力式流量控制和使用进行实际流量的监视的热式流量传感器25的流量测量的双方组入运算控制部28a，因此能够简单且可靠地实时监测对应于设定流量Fs的控制流量的气体实际流动与否，即控制流量和实际流量之间是否具有差异，是能达到高的实用效果的装置。
但是，在所述图21的带流量监测器的流量控制装置20中，也残留有许多需解决的问题。首先，第一问题是：监测流量值(实际流量值)与控制流量值之间产生差异的情况下，虽然可以通过警报等感知差异的产生，但是不能自动地进行控制流量值的修正，也就是无法调整设定流量值Fs，在某些原因，例如在操作人员不在等导致延迟控制流量值的修正的情况下，将持续地进行与设定流量值不同的流量气体(实际流量气体)的供给，导致半导体制造上产生各种各样的问题。
第二问题是：由于组合了使用进行流量控制用的第二压力传感器27b的压力式流量测量与使用进行流量监视用的热式流量传感器25的流量测量这两种不同的测量方法，使带流量监测器的流量控制装置20的结构变得复杂，而无法达成装置的小型化及制造成本的下降。
第三个问题是：运算控制部28a构成为：使用第二压力传感器27b的输出Spb与热式流量传感器25的流量输出Sf的两个信号对开闭控制阀24进行开闭控制，且使用第一压力传感器27a的输出Spa来补正热式流量传感器25的流量输出Sf，使用第一压力传感器27a及第二压力传感器27b的二个压力信号与来自热式流量传感器25的流量信号一共三个信号进行开闭控制阀24的开闭控制。因此，不仅仅运算控制部28a的结构变得复杂，还存在作为压力式流量控制装置FCS的稳定的流量控制特性和优异的高响应性反而下降等问题。
另一方面，为了解决所述各个问题，本发明人开发出一种带流量监测器的压力式流量控制装置：将压力式流量控制装置FCS与其上游侧设置的衰减式流量测量部组合成一体，并在流量控制装置的上游侧压力(输入侧压力)所容许的压力变动范围内，使所述衰减式流量测量部动作，通过至少1秒内1次(最好1秒间数次)从衰减式流量测量部发出流量监测信号，进行基于压力式流量控制装置的流量控制，同时并行地进行基于衰减式流量测量部的实际上趋近于实时的流量监测，并且在监测流量值和控制流量值的差异超出规定流量值时，自动地调整压力式流量控制装置侧的流量设定值，将基于压力式流量控制装置的流量控制值修正为衰减式流量测量部的流量值。
即，这种新开发的带衰减式流量监测器的压力式流量控制装置为如下装置：充分活用流量控制特性几乎不受输入侧的压力变动的影响的这样的压力式流量控制装置的流量特性，在趋近于大约实时(至少1秒间1次以上的监测)的状况下，进行基于衰减式流量监测部的流量监测，并且，能够达到运算控制部的简单化、机器主体部的大幅的小型化、气体置换性的提升等。
首先，基于图5至图19，说明成为本发明基础的所述图21记载的带衰减式流量监测器的压力式流量控制装置。
图5是用来测量带衰减式监测器的压力式流量控制装置的流量监测特性的试验装置的概略结构图。本发明人使用该试验装置，根据压力式流量控制装置FCS与一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV间的压力下降的倾斜度(斜率)进行流量计算，从而进行关于衰减流量测量的基础性试验。
在图5中，N2为气体供给源，RG为压力调整器，ECV为电磁驱动部，AV为一次侧开闭切换阀(上游侧阀)，FCS为压力式流量控制装置，VP为真空泵，BC为衰减容量，T为温度传感器，P为在压力式流量控制装置FCS内的控制阀的1次侧设置的压力传感器，P0为压力传感器输出，E为电源部，E1为压力式流量控制装置用电源，E2为运算控制部用电源，E3为一次侧开闭切换阀(上游侧阀)用电源，S为信号产生器，CP为运算控制部，CPa为压力式流量运算控制部，CPb为衰减监测流量运算控制部，PC为运算显示部，NR为数据记录器。
所述衰减容量BC，相当于一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的出口侧与压力式流量控制装置FCS的控制阀(图示省略)的入口侧之间的管路空间容积，通过由配管路的长度和内径等的调整、或者介设于该配管路的衰减式用腔室(图示省略)的内部容积的调整，该衰减容量BC的内部容积V可切换调整为1.78cc与9.91cc、4.6～11.6cc及1.58～15.31cc的各容积。
并且，在使用衰减用腔室的情况下，一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的出口与控制阀CV的入口间的流路内径设为1.8mm，且衰减容量BC的内部容积V选择1.58～15.31cc。
在所述运算控制部CP内的衰减式监测流量运算控制CPb中，在使用如后述的衰减容量BC中的压力下降率进行监测流量的运算，并且，在压力式流量运算控制部CPa中，与以往的压力式流量控制装置FCS的控制运算部同样，进行流过流孔(图示省略)的流量的运算及控制阀(图示省略)的开闭控制等。
并且，由于压力式流量控制装置FCS、一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV、压力调整器RG及其他的机器类全是公知部件，在此省略其说明。并且，所述一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV，由于必须在短时间内进行开闭，而使用压电驱动式金属膜片阀，但是也可以是设有直动型电磁阀或引导性电磁阀的气动阀。
衰减式流量测量部能够配置于压力式流量控制装置FCS的上游侧，是因为使用如前所述的流孔的压力式流量控制装置FCS不易受到气体供给压力变动的影响。并且，通过衰减方式能够进行高精度的流量测量是公知技术。
即，在衰减式方式中，流通于内部容积V(l)的衰减容量BC内的流量Q，可由以下的计算式(1)所算出。
[计算式1]
其中，这里的V是衰减容量BC的内部容积(l)，ΔP/Δt是衰减容量V中的压力下降率，T是气体温度(℃)。
首先，使用图5的试验装置，将压力式流量控制部FCS的上游侧压力设为400kPaabs，将下降压力(压力差ΔP)设为50kPa abs以上，将衰减容量BC的内部容积V设为4.6～11.6cc，而进行基于衰减方式的流量测量。
图6为显示此时压力下降状态的图，虽然流量本身能够比较精确地测量，但是由于需要压力恢复时间(a)，使测量流量的输出变得不连续，且判断1个循环需要的时间为数秒以上。
即，将一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV开启，直到压力为规定值以上的压力为止的时间设为压力恢复时间(a)，并且，将一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV关闭，直到压力下降为规定值以下为止的时间作为流量输出的可能时间(b)，根据所述(a)与(b)的比例，能够决定可以进行流量输出的时间的比例。此外，这种流量输出可能时间(b)，是由FCS的控制流量，衰减容量的内部容积V及压力下降范围ΔP所决定，因此，必须更严密地探讨FCS的控制流量，衰减容量的内部容积V及压力下降范围ΔP，判断出如果没有分别形成适当的值，便无法使基于衰减方式的流量测量趋近于实时的流量监测。
当然，由于是实时的流量监测，理想上需要连续的流量输出，在实际的半导体制造装置等的运转中，只要能够达到1秒间至少1次以上的流量输出，几乎趋近于实时的流量监测变得可能。
因此，本发明人，在衰减式流量的测量中，为了得到1秒间至少1次以上的流量输出，而使趋近于实时的流量监测变得可能，想到使所述压力差ΔP及衰减容量的内部容积V变得更小以缩短气体再充填需要的时间(压力恢复时间(a))，此外，依据该想法，讨论是否能够通过衰减容积BC的内部容积V及流量测量时的压力差ΔP的减少而确保实时性，并针对流量监测精度和其再现性等进行各种试验。
最初，作为图5的试验装置的压力式流量控制装置FCS，准备了额定流量为F20、F200及F600(SCCM)的三个种类的FCS，此外，将衰减容量BC的内部容积V设定成约1.78cc及约9.91cc的两个种类。而9.91cc的衰减容量BC，是通过调整配管长度及配管内径而进行容量的调整。不仅如此，流量输出的可检测时间(b)是以0.5sec(0.25ms×2000点)作为目标，且试验环境温度设为23℃±1℃。
接着，将FCS上游侧压力设成370kPa abs，压力差ΔP＝20kPa abs，将流量N2设定成N2＝100SCCM(在FCS侧设定)，对衰减式流量测量时的压力恢复特性(压力恢复时间(a))进行测量。
图7为表示压力恢复特性的测量结果的图，图8是其扩大图，图9为表示此时的压力下降特性的图。如图7及图8可清楚得知，通过使衰减容量BC的内部容积V降低至1.78cc、及使压力下降范围ΔP降低至20kPa abs，即使在N2流量100SCCM时，也能大幅缩短再充填时间(压力恢复时间(a))，如图9所示，可确认至少能以1秒以内的间隔输出测量流量。
并且，可以判明，一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的开闭速度在使压力恢复时间(a)相对于流量输出的可能时间(b)变小这一点具有很大影响。因此，可以判明，作为一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV，优选为压电驱动式金属膜片阀或直动型电磁阀。
此外，由压力下降范围ΔP及衰减容量BC的内部容积V的减少带来压力恢复时间(a)的缩短化，招致压力下降时间(流量输出的可能时间(b))的缩短化，因此，可得知测量流量、衰减容量BC的内部容积V、压力下降时间(b)的关系变得特别重要。
表1衰减容量为1.78cc时的气体流量与每1个循环的下降时间
流量(SCCM) 下降时间(s)
5 4.22
10 2.11
50 0.42
100 0.21
表1显示衰减容量BC的内部容积V设定为1.78cc时，测量流量(SCCM)与压力下降时间(sec)的关系。由此可以判断：衰减容量BC的内部容积设定为1.78cc时，如果不是50SCCM以下的流量，进行1秒以内1次以上的流量输出变得困难，进行相当于实时的流量监测变得困难。
并且，基于测量误差这一点，流量输出的可能时间(b)中的压力下降特性有必要具有直线性，可以判断：流量计算的可能范围，压力下降率被限定于一定(即，具有直线性的部分)的范围。
图10至图12显示对测量流量是100、50及10SCCM的情况的压力下降特性的形态进行调查的结果，在任何的情况下，在刚刚进行了衰减之后，压力下降特性丧失直线性。并且，此时的衰减容量BC为1.78cc，流体为N2气体。
在刚刚进行了所述图10至图12所示的衰减之后，从直线性起的偏移，被假定起因于伴随着压力变化的气体的绝热膨胀所带来的气体内部温度变化而产生的结果。并且，有测量流量越小时从该直线性起的偏移越大的倾向，由此，可得知流量计算的可能时间范围被缩小。
其次，在流量测定的可能时间(b)为1秒以内的情况下，从压力下降特性曲线的直线性起的偏移带来的流量测量误差，以每0.25秒测量5个点的方式进行计量。
即，将衰减容量BC的内部容积V设成1.78cc及9.91cc，将压力下降范围ΔP设成20kPa abs，从一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的关闭起直到流量稳定为止的时间设成1秒，每0.25sec计算出流量，研究相对于控制流量的计算流量的误差。
图13及图14显示其结果，由此可以判断：无论任何情况下，通过从一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的关闭起经过0.25sec以上，误差会大幅地减少。即，压力下降特征曲线趋近于直线，因此可得知误差将减少。
并且，表2显示衰减容量BC的内部容积V、测量流量与压力下降时间(b)的关系，在衰减容量BC的内部容积V＝1.78cc的情况下，当流量为20～50SCCM时，能以约1秒以内的间隔进行流量输出。
并且，在衰减容量BC的内部容积V＝9.91cc的情况下，可以判断出，当流量为100～200SCCM时，能够以约1秒以内的间隔进行流量输出。
表2
压力下降范围ΔP＝20kPa abs.
图15是显示基于所述各试验的结果，本发明人先前开发的带流量监测器的压力式流量控制装置的基本结构的系统图，该带流量监测器的压力式流量控制装置包括衰减部BDM、压力式流量控制部FCS、连接于两者的信号传送电路(数字通信电路)CT而构成。
并且，在图15中，PV1为入口侧切换阀，PV2为出口侧切换阀，BC为衰减容量，P3为压力传感器，CPb为监测流量运算控制部，VB1为监测入口侧块体，VB2为监测出口侧块体。
此外，在图15中，CV为控制阀，CPa为流量运算控制部，OR1为小口径流孔，OR2为大口径流孔，P1为第一压力传感器，P2为第二压力传感器，VB3为流量控制部入口侧块体，VB4为流量控制部出口侧块体，VB5为连接用块体，SK为连结部的垫圈。
在所述压力式流量控制部FCS中设有设定流量调整结构QRS，预先设定的流量值Qs通过比较器(图示省略)而与经由信号传送电路CT输入的衰减流量Q相比较，一旦两者的差异变为规定以上的流量值，自动地将设定流量值Qs修正为Qs’，进行调整，使得压力式流量控制部FCS的流量控制值与衰减流量Q一致。即，进行调整，使得实际流量与衰减流量Q一致。
并且，在图15中，省略了温度检测传感器T、过滤器F等，并且，压力式流量控制部FCS可以为任何的形式，例如当然也可以为只有一个流孔的形式。并且，由于压力式流量控制部FCS与衰减式流量监测部BDM的基本结构为公知技术，在此省略其详细的说明。
具体地说，从气体入口1向衰减式流量监测部BDM流入的压力为500～320kPa abs的气体，依照入口侧压电切换阀PV1、腔室式的衰减容量BC、出口侧压电切换阀PV2的顺序流通，在监测流量运算控制部CPb中计算监测流量Q，将其输入压力式流量控制部FCS的设定流量调整机构QSR。
并且，从衰减式流量监测部BDM流出的气体，通过控制阀CV、小径流孔OR1及/或大径流孔OR2，从气体出口2流出。期间，所述流量运算控制部CPa计算流孔流通气体流量，并且进行控制阀CV的开闭控制及流孔切换阀OLV的开闭控制。
并且，在所述流量运算控制部CPa的设定流量调整机构QSR中，将来自衰减式流量监测部BDM的监测流量Q与流孔流通流量(即，在流量运算控制部CPa的控制流量)相比较，一旦两者的差异超过预先设定的设定值，便对设定流量Qs进行调整，使得压力式流量控制部FCS的控制流量与所述监测流量Q一致，将其自动修正为Qs’。
即，形成本发明的重要部分的衰减式流量监测控制部CPb，根据入口侧(上游侧)压电切换阀PV1的开闭控制和压力传感器P3、温度传感器T(在图15中省略)及两切换阀PV1、PV2之间的衰减容量BC的容积V等，计算衰减式流量Q，将其输出至流量运算控制部CPa。
如以上所述，本发明涉及的带流量监测器的压力式流量控制装置，以衰减式流量监测部BDM进行压力下降率ΔP/Δt的测量和监测流量Q的运算，经由外部输入输出电路PIO，将指令信号及/或设定信号输入至监测流量运算控制部CPb，由此，监测流量以至少1秒间1次的比例被监测显示，并且自动地进行所述压力式流量控制部FCS的控制流量值的修正、补偿。
并且，在监测流量输出Q(来自监测流量运算控制部CPb的流量输出)与压力式流量控制部FCS的流量输出(来自压力式流量运算控制部CPa的流量输出)之间产生设定值以上的差异的情况下，发出流量异常的警报，或者在必要的情况下，也可以实施所谓压力式流量控制装置FCS的流量自我诊断，以确定流量异常的原因与其产生的场所，不仅如此，也能在产生了设定值以上的流量差异的情况下，自动地实施压力式流量控制部FCS本身的零点调整等。
并且，在图15的装置中，虽然采用压电驱动式阀作为入口侧切换阀等，但也可以采用直动型的电磁驱动阀。并且，衰减容量BC的内部容积V选定为1.78～9.91cc的范围。此外，压力下降范围ΔP选定20kPa abs(350～320kPa abs)，而形成至少1秒间输出1次以上的监测流量的结构。除此之外，所述温度检测传感器T(图示省略)虽然是采用外面贴付型的测温电阻式温度传感器，但也能采用插入监测块体VB1或VB2的内部的恒温型温度计。
并且，在图15的装置中，虽然作为衰减容量BC采用了如后述的带压力传感器的腔室，但也可以构成为：以气体流路的内部容积形成该衰减容量BC，并适当地选择气体流路的内径及流路长度，由此获得所期望的内部容积V的衰减容量BC。
图16是图15的带衰减式流量监测器的压力式流量控制装置的纵截面概略图，在该实施例中，采用带压力传感的腔室CH作为衰减容量BC，并使衰减式流量监测部BDM的各气体通路L1、L3、L5的内径形成为1.8mm的细径。并且，在流孔OR1、OR2的下游侧另外设置有第二压力传感器P2。此外，在腔室CH设置有压力传感器P3。
即，在图16中，在入口侧切换阀PV1和出口侧切换阀PV2之间设置有小型的压力腔室CH，形成通过调整该压力腔室CH的内部容积，而调整所述衰减容量BC的内部容积V的结构。并且，为了提高两个切换阀PV1、PV2的开闭速度，而利用压电驱动金属膜片型常闭阀。并且，由于压电驱动金属膜片型常闭阀也是公知技术，因此省略其说明。
所述压力腔室CH形成为外筒CHa与内筒CHb的2层筒，且内外筒CHa、CHb之间的间隙G在本实施形态中选择为1.8mm。并且，压力腔室CH的内部容积选择1.3～12cc的程度，而形成在该处附设有压力传感器P3的结构。
并且，在图16的装置中，能够自由地选择压力腔室CH的容积，并且能够使气体流通路径L1、L2、L4等全部统一成相同的细径(例如)，而可容易且正确地将衰减容量BC的内部容积设定为规定的容积值。
具体来说，作为供试验用的腔室CH，制作所述间隙G为1.8mm及3.6mm的表3所述尺寸的5种腔室，并将其应用于图5的试验装置，调查气体流量(SCCM)与压力下降斜率(kPa/sec)与压力下降时间(sec)等的关系等。
并且，在使用图5的试验装置的调查中，流量传感器T是贴附固定于腔室CH的外表面。并且，腔室CH以外的气体流路L3、L5的容积为0.226cc。
表3
图17显示针对各腔室A～E，对将图6的压力下降时间(b)设定为1秒以内时气体流量(SCCM)与压力下降斜率(kPa/sec)的关系进行测量的结果，已组装于试验装置的状态中的实际的各衰减容量为2.31cc～15.45cc。
从图17清楚地判断，当压力下降范围ΔP为20kPa/sec时，能够进行如下的各流量测量：在腔室A的情况下为25.2sccm，在腔室B的情况下为106.6sccm，在腔室E的情况下为169.0sccm。
在所述图15及图16的带流量监测器的压力式流量控制装置中，包括如下部件而构成：设置于上游侧的衰减式流量监测部BDM；设置于其下游侧的压力式流量控制部FCS；连接衰减式流量监测部BDM与压力式流量控制部FCS，将衰减式流量监测部BDM的监测流量Q朝压力式流量控制部FCS传送的信号传送电路CT；设置于压力式流量控制部FCS，根据来自于所述衰减式流量监测部BDM的监测流量Q，来调整压力式流量控制部FCS的设定流量Qs的流量设定值调整机构QSR，根据衰减式流量监测部BDM的监测流量，自动调整压力式流量控制部FCS的设定流量值。
其结果是：完全没有监测流量值(流过流孔的实际流量值)与压力式流量控制部FCS的设定流量值(控制流量值)呈现大幅差异的状态长期持续的情况，就提升半导体产品的质量等方面来说，可获得非常多的效用。
并且，在压力式流量控制部FCS的上游侧设置有衰减式流量监测部BDM，其构成为：活用压力式流量控制部对输入侧压力变动的高响应性，设定压力下降值(压力差ΔP)、压力下降时间(Δt)及衰减容量BC的内部容积V，使得在所述衰减容量BC内，以1秒间1次以上的比例产生与压力式流量控制部FCS的输入侧压力变动所容许的范围内的气体压差对应的上述压力下降ΔP，根据该压力下降率ΔP/Δt与衰减容量BC的内部容积V与气体温度K，1秒间能够计算至少1次以上的监测流量并进行输出。
其结果是：通过将所述压力下降值(压力差)ΔP设定成约20～30kPa abs，压力下降时间Δt设定成0.5～0.8sec，及将衰减容量BC的内部容积V设定成1.8～18cc，能以至少每1秒间1次以上的比例，精确地计算监测流量并输出，使得不管是否利用衰减方式，都能够进行大致趋近于实时的高精度的流量监测。
此外，与现有的组合有热式流量传感器的方式相比较，可大幅地简单化带流量监测器的压力式流量控制装置的构造、得以实现小型化且降低制造费用，显著地提高带流量监测器的流量控制装置的附加价值。
但是，本发明人先前开发的图15及图16带流量监测器的压力式流量控制中，也残留诸多的问题点。
特别是在控制流量大幅变化的情况下，为了压力下降值(压力差)ΔP为约20～30kPa abs，并且压力下降时间Δt为0.5～0.8sec，以至少每1秒间1次以上的比例精确地计算监测流量并输出，有必要迅速且正确地将衰减流量BC的内部容积V调整为适当的值。其结果是，使衰减容量的调整机构变得相当复杂，存在带流量监测器的压力式流量控制的大型化及制造成本的高涨的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2635929号
专利文献2：日本专利第2982003号
专利文献3：日本专利第4308356号
专利文献4：日本专利第4137666号
专利文献5：日本专利特开2003-195948号
发明内容
本发明解决如下等技术问题：(a)在现有的使用衰减式或增长式的流量测量方法的带流量监测器的流量控制装置的情况中，当流量监测时必须暂时停止实际气体的供给，而产生半导体制造装置的运转率低下或制造的半导体的质量变动等问题；(b)如图21所示，在现有的组合有热式流量计和压力式流量控制装置的构造的带流量监测器的流量控制装置中，即使判断出实际流量的异常也无法自动地进行控制流量设定值的修正，除了因为流量修正的延迟产生各种各样的问题之外，使流量控制装置自身的构造的简单化及装置的小型化变得困难，除此以外，还使压力式流量控制装置的优良的响应特性及稳定的流量控制特性降低；及(c)在控制流量大幅变化的情况下，必须将衰减容量调整到适当的值，除了需要复杂的衰减容量调整结构之外，容量调整也相当地繁琐。本发明提供一种带流量范围切换型流量监测器的流量控制装置：将压力式流量控制装置FCS与在其上游侧设置的衰减式的流量测量部组合为一体，在流量控制装置的上游侧压力(输入侧压力)容许的压力变动范围内，使得所述衰减式流量测量部动作，通过阀操作将衰减容量简单切换为大流量用容量和小流量用容量，由此简单且精确地进行大流量区域和小流量区域的流量监测，除此之外，在监测流量值和控制流量值的差异超过规定流量值的情况下，自动地调整压力式流量控制装置侧的流量设定值，将基于压力式流量控制装置的流量控制值修正成基于衰减式流量测量部的流量值。
即，本发明提供一种带有流量范围切换型衰减式流量计以及带有流量范围切换型流量监测器的流量控制装置，其充分活用流量控制特性几乎不受输入侧的压力变动影响的这一压力式流量控制装置的流量特性，在趋近于大致实时(至少1次/1秒)的状态下，进行基于衰减式流量监测部的流量监测，不仅如此，还能够达成运算控制部的简单化、控制流量区域的扩大、机器主体部的大幅的小型化，及提高气体置换性等。
为了解决上述课题，本发明涉及的流量计是在上述各试验结果的基础上创作出来的，本发明第一方面的发明为一种衰减式流量计，其具备：配置于流路上的入口侧开闭切换阀PV1、配置于入口侧开闭切换阀PV1的下游的出口侧开闭切换阀PV2、配置于出口侧开闭切换阀PV2下游的控制阀CV，各阀彼此是以具有内部容积的流路连接，相比于控制阀CV而将压力传感器P3配置于更上游，并且，其具备大流量用测量部和小流量用测量部，所述大流量用测量部，将从入口侧开闭切换阀PV1的出口侧到控制阀CV的入口侧的流路内部容积作为衰减容积V1而进行流量计算，所述小流量用测量部，将从出口侧切换阀PV2的出口侧到控制阀CV的入口侧的流路内部容积作为衰减容积V2而进行流量计算。
所述控制阀CV可以是流量控制部FCS内部的控制阀CV。
此外，配置多个流路，所述流路具有用开闭切换阀区分的内部容积。
并且，本发明涉及的流量控制装置，作为第一手段，如下为发明的基本结构：为具备设置于上游侧的衰减式流量监测部BDM、设置于该衰减式流量监测部的下游侧的流量控制部FCS的流量控制装置，所述衰减式流量监测部BDM具备：入口侧开闭切换阀PV1、设置于该入口侧开闭切换阀的下游侧的衰减容量BC、在衰减容量BC下游侧的气体通路设置的温度传感器Th、设置于衰减容量BC下游侧的出口侧开闭切换阀PV2、设置于该出口侧开闭切换阀下游侧的压力传感器P3、输入所述温度传感器Th及压力传感器P3的检测值的监测流量运算控制部CPb，其构成为：通过该监测流量运算控制部CPb，将入口侧开闭切换阀PV1的出口侧及流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容积V而计算大流量的监测流量Q1，并将出口侧开闭切换阀PV2的出口侧与流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容积V而计算小流量的监测流量Q2。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第一手段可以构成为：由信号传送电路CT连接衰减式流量监测部BDM与流量控制部FCS，向流量控制部FCS传送衰减式流量监测部BDM的监测流量Q，并且流量控制部FCS设置有流量设定值调整机构QSR，该流量设定值调整机构QSR根据来自所述衰减式流量监测部BDM的监测流量Q，调整流量控制部FCS的设定流量Qs。
此外，本发明涉及的所述流量控制装置，作为第二手段，如下为发明的基本结构：其为具备如下部件的流量控制装置：设置于上游侧的衰减式流量监测部BDM；设置于该衰减式流量监测部的下游侧的流量控制部FCS；信号传送电路CT，所述信号传送电路CT连接衰减式流量监测部BDM与流量控制部FCS，向流量控制部FCS传送衰减式流量监测部BDM的监测流量Q；流量设定值调整机构QSR，所述流量设定值调整机构QSR设置于流量控制部FCS，根据来自所述衰减式流量监测部BDM的监测流量Q，调整流量控制部FCS的设定流量Qs，衰减式流量监测部BDM具备：开闭来自气体供应源的气体的流通的入口侧开闭切换阀PV1；连接于入口侧开闭切换阀PV1的出口侧且具有规定的内容量的衰减容量BC；连接于衰减容量BC的出口侧的出口侧的开闭切换阀PV2；检测流通于出口侧开闭切换阀PV2的下游侧通路的气体压力的压力传感器P3；检测流通于出口侧开闭切换阀PV2的下游侧通路的气体的温度的温度传感器；监测流量运算控制部CPb，所述监测流量运算控制部CPb当大流量时，使所述出口侧开闭切换阀PV2保持开放状态，并将所述入口侧开闭切换阀PV1的出口侧与所述流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容积V，使所述入口侧开闭切换阀PV1进行开闭动作，并且通过入口侧开闭切换阀PV1的开放，使所述衰减容积V内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭入口侧开闭切换阀PV1，在经过规定时间t秒后，使得气体压力下降到设定下限压力值，由此，利用衰减式计算并输出大监测流量Q1，此外，当小流量时，使所述入口侧开闭切换阀PV1保持开放状态，并且将所述出口侧开闭切换阀PV2的出口侧与所述流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容积V，使所述出口侧开闭切换阀PV2进行开闭动作，并且通过出口侧开闭切换阀PV2的开放，使得衰减容量V内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭出口侧开闭切换阀PV2，经过规定时间t秒后，使得气体压力下降到设定下限压力值，由此，利用衰减式计算并输出小监测流量Q2，所述监测流量Q通过下式进行计算：
计算式2
其中，T为气体温度(℃)、V为衰减容积(I)、ΔP为压力下降范围(设定上限压力值-设定下限压力值)(Torr)、Δt是从入口侧开闭切换阀AV的关闭起直到开放为止的时间(sec)。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中，流量设定值调整机构QSR可以为如下结构的流量设定值调整机构：具备监测流量Q和设定流量Qs的比较器，一旦监测流量Q和设定流量Qs的差异超过设定值，便自动地将设定流量Qs修正为监测流量Q。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中，流量控制部FCS是具有耐压力变动性的压力式流量控制装置FCS，其具备：控制阀CV、流孔OR或临界喷嘴、压力计P1及/或压力计P2、流量运算控制装置CPa。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以为：将衰减容积V设成0.5～20cc，并将设定上限压力值设成400～100kPa abs，将设定下限压力值设成350kPaabs～50kPa abs，并且将规定时间t设成0.5～5秒以内。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以为：将入口侧开闭切换阀PV1的出口侧与流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积V设成13～15cc，将大流量的监测流量区域设成40～600SCCM，并将小流量的监测流量区域设成1～50SCCM。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以为：采用压电驱动式金属膜片阀或电磁直动型电动阀作为入口侧开闭切换阀PV1，通过阀的高速开闭，使气体压力恢复时间比起气体压力下降时间大幅度缩短，所述气体压力恢复时间为：入口侧开闭切换阀PV1的开放带来的气体压力从设定下限压力值到设定上限压力值的恢复时间，所述气体压力下降时间为：入口侧开闭切换阀AV的关闭带来的气体压力从设定上限压力值到设定下限压力值的下降时间。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以构成为：流量控制部FCS的流量运算控制装置CPa与衰减式流量监测部BDM的监测流量运算控制装置CPb一体地形成。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以构成为：采用腔室作为衰减容量BC，并使该腔室形成为内筒和外筒配设固定成同心状的构造，使形成腔室的内·外筒的间隙构成气体流通路径。
本发明涉及的所述流量控制装置，在所述第二手段中可以构成为：采用并列状配置的多个腔室作为衰减容量BC，使该腔室形成为内筒和外筒配设固定成同心状的构造，将各腔室的内·外筒间的间隙作为气体流通路径，将各腔室的所述流通路径连接成直列状。
发明的效果
本发明的流量计为具备大流量用测量部和小流量用测量部的结构，所述大流量用测量部将从入口侧开闭切换阀PV1的出口侧到控制阀CV的入口侧的流路内部容积作为衰减容积V1而进行流量运算，所述小流量用测量部将从出口侧切换阀PV2的出口侧到控制阀CV的入口侧的流路内部容积作为衰减容积V2而进行流量运算，因此，能以一个流量计达到广泛的流量幅度的气体流量的流量计测。
本发明的流量控制装置包括如下部件而构成：设置于上游侧的衰减式流量监测部BDM；设置于其下游侧的流量控制部FCS；信号传送电路CT，所述信号传送电路CT连接衰减式流量监测部BDM与流量控制部FCS，向流量控制部FCS传送衰减式流量监测部BDM的监测流量Q；流量设定值调整机构QSR，所述流量设定值调整机构QSR设置于流量控制部FCS，根据来自于所述衰减式流量监测部BDM的监测流量Q，调整流量控制部FCS的设定流量Qs，根据衰减式流量监测部BDM的监测流量自动调整流量控制部FCS的设置流量值。
其结果是：没有监测流量值(流过流孔的实际流量值)和流量控制部FCS的设定流量值(控制流量值)呈现大幅差异的状态长期持续的情况，就半导体产品的质量等方面来说，获得了非常多的效果。
此外，将衰减式流量监测部BDM设置于流量控制部FCS的上游侧，活用流量控制装部的与输入侧压力变动对应的高响应性，设定所述压力下降值(压力差ΔP)、压力下降时间(Δt)及衰减容量BC的内部容积V，使得：在所述衰减容量BC内，以1秒间1次以上的比例产生与流量控制部FCS的输入侧压力变动所容许的范围内的气体压力差对应的压力下降ΔP，根据该压力下降率ΔP/Δt与衰减容量BC的内部容积V以及气体温度K，1秒间计算至少1次以上的监测流量并输出。
其结果是，通过适当设定所述压力下降值(压力差)ΔP，压力下降时间Δt及衰减容量V，能够以至少每1秒间1次以上的比例，精确地计算监测流量并输出，因此不管是否利用衰减方式，都能够得到趋近于大致实时的高精度的流量监测器。
除此之外，衰减式流量监测部BDM包括如下部件而构成：开闭来自于气体供应源的气体流通的入口侧切换阀PV1；连接于入口侧开闭切换阀PV1的出口侧且具有规定的内部容积V的衰减流量BC；连接于衰减流量BC的出口侧的出口侧开闭切换阀PV2；检测流通于出口侧开闭切换阀PV2的下游侧通路的气体压力的压力传感器P3；检测流通于出口侧开闭切换阀PV2的下游侧通路的气体温度的温度传感器；及监测流量运算控制部CPb，该监测流量运算控制部CPb在大流量时，将所述出口侧开闭切换阀PV2保持开放状态，并将所述入口侧开闭切换阀PV1的出口侧与所述流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容量，使所述入口侧开闭切换阀PV1进行开闭动作，且通过入口侧开闭切换阀PV1的开放，在衰减容量内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭入口侧开闭切换阀PV1，在规定时间t秒后，使气体压力下降到设定下限压力值，由此，利用衰减式计算并输出大流量区域的监测流量Q1，并且，在小流量时，将所述入口侧开闭切换阀PV1保持开放状态，并将所述出口侧开闭切换阀PV2的出口侧与所述流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积作为衰减容量，使所述出口侧开闭切换阀PV2进行开闭动作，且通过出口侧开闭切换阀PV2的开放，在衰减容量内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭出口侧开闭切换阀PV2，在规定时间t秒后，使气体压力下降到设定下限压力值，由此，利用衰减式计算并输出小流量区域的监测流量Q2。
其结果是，适当地选择入口侧开闭切换阀PV1与流量控制部FCS的控制阀CV之间的气体通路内部容积及出口侧开闭切换阀PV2与控制阀CV之间的气体通路内部容积，通过适当地开闭操作入口侧开闭切换阀PV1与出口侧开闭切换阀PV2，在大流量区域和小流量区域双方，进行略趋近于实时的高精确度的流量监测。
此外，与现有的组合有热式流量传感器的方式相比较，能够实现带流量监测器的流量控制装置的大幅的结构简单化、小型化和制造费用的下降，显著提高带流量监测器的流量控制装置的附加值。
附图说明
图1为表示本发明基本概念的块状结构图。
图2为表示本发明涉及的带有流量范围切换型流量监测器的流量控制装置的基本结构的系统图。
图3为本发明涉及的衰减式的流量范围切换型流量监测器的流量控制装置的纵截面概略图。
图4为本发明的第二实施方式涉及的带有衰减式的流量范围切换型流量监测器的压力式流量控制装置的纵截面概略图。
图5是用来测量带衰减式流量监测器的流量控制装置的流量监测特性的试验装置的概略结构图。
图6为衰减式流量监测器的压力下降状态的说明图。
图7为表示衰减流量测量时的压力恢复特性曲线的一示例的图。
图8为图7的部分放大图。
图9为表示关于试验1的压力恢复特性曲线的图。
图10为表示压力下降特性的形态(控制流量＝100SCCM)的图。
图11为表示压力下降特性的形态(控制流量＝50SCCM)的图。
图12为表示压力下降特性的形态(控制流量＝10SCCM)的图。
图13表示为从一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的关闭开始的经过时间与流量稳定性的关系的线图(衰减容量BC＝1.78cc)。
图14为表示从一次侧开闭切换阀(上游侧阀)AV的关闭开始的经过时间与流量稳定性的关系的线图(衰减容量BC＝9.91cc)。
图15为表示先前开发的带有流量监测器的流量控制装置的基本结构的系统图。
图16为表示先前开发的衰减式的带有流量监测器的流量控制装置的纵截面概略图。
图17为表示在先前开发的装置的腔室A～E中，可能测量时间为1秒以下时的气体流量SCCM与压力下降的斜率kPa/sec的关系的线图。
图18为表示在先前开发的装置中，各腔室A～E的压力下降的斜率在20kPa/sec时的压力下降特性的形态的图。
图19为表示从各腔室A～E的入口侧(一次侧)开闭切换阀AV的关闭开始的经过时间与流量稳定性的关系的线图。
图20为现有的压力式流量控制装置的基本结构图。
图21为现有的带流量监测器的压力式流量控制装置的基本结构图。
符号说明
BDM 衰减式流量监测部
FCS 流量控制部(压力式流量控制装置)
AV 一次侧开闭切换阀(上游侧阀)
BC 衰减容量
V 衰减容积
RG 压力调整器
N2 N2供给源
T 温度传感器(电阻测温体)
P1、P2 压力传感器
P3 压力传感器
△P1、△P2 压力检测值
CV 控制阀
OR 流孔(orifice)
OR1 小口径流孔
OR2 大口径流孔
OIP 外部输入输出电路
OLV 流孔切换阀
VB1 监测器入口侧块体
VB2 监测器出口侧块体
VB3 流量控制部入口侧块体
VB4 流量控制部出口侧块体
VB5 连接部垫圈
CT 信号传送电路(数字通信电路)
CP 运算控制部
CPa 流量运算控制部
CPb 监测流量运算控制部
E1 流量控制装置用电源
E2 运算控制部用电源
E3 电磁阀用电源
ECV 电气驱动部
NR 数据记录器
S 信号发生器
PC 运算显示部
PV1 入口侧切换阀(入口侧压电切换阀)
PV2 出口侧切换阀(出口侧压电切换阀)
L1 入口侧切换阀的气体入口侧通路
L2 入口侧切换阀的气体出口侧通路
L3 出口侧切换阀的气体入口侧通路
L4 出口侧切换阀的气体出口侧通路
Cu 铜棒片
Q1、Q2 监测流量(衰减流量)
CH 腔室
CH1～CH4 细径腔室
CHa 外筒
CHb 内筒
L 装置的厚度尺寸
QSR 流量设定值调整机构
QS 设定流量
QS’ 调整流量
1 气体入口
2 气体出口
CH1～CH4 细径腔室
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为表示本发明的基本概念的块状说明的结构图，图2为表示本发明涉及的带流量范围切换型流量监测器的压力式流量控制装置的基本结构的系统图，图3为本发明涉及的带流量范围切换型流量监测器的压力式流量控制装置的纵截面概略图。
本发明涉及的装置具有如下的特征：其为可适当地切换带大流量区域气体监测器的流量控制及带小流量区域气体监测器的流量控制的结构，本发明涉及的带流量监测器的压力式流量控制装置由衰减部BDM、压力式流量控制部FCS及连接两者间的信号传送电路(数字通信电路)CT所构成。
并且，在图1至图3中，1是气体入口，2是气体出口，PV1是入口侧切换阀，PV2是出口侧切换阀，BC是衰减容量，P3是压力传感器，△P1是大流量区域监测器的情况的压力检测值，△P2是小流量区域监测器的情况的压力检测值，Q1是大流量区域气体的监测流量检测值，Q2是小流量区域气体的监测流量检测值，CPb是监测流量运算控制部，VB1是监测器入口侧块体，VB2是监测器出口侧块体。
此外，在图1至图3中，CV是控制阀，CPa是流量运算控制部，OR1是小口径流孔，OR2是大口径流孔，P1是第一压力传感器、P2是第二压力传感器，VB3是流量控制部入口侧块体，VB4是流量控制部出口侧块体，VB5是连接用垫圈，SK是连接部的气体垫圈。
除此之外，在压力式流量控制部FCS设有设定流量调整机构QSR，预先设定的流量值Qs通过比较器(图示省略)与经由信号传送电路CT输入的衰减流量Q1、Q2相比较，一旦两者的差异在规定的流量值以上，自动地将设定流量值Qs修正为Qs’，进行调整使得压力式流量控制部FCS的流量控制值与衰减流量Q1，Q2一致。即，进行调整使得实际流量与衰减流量Q1，Q2一致。
并且，在图1至图3中，与先前开发的图15及图16的带流量监测器的压力式流量控制装置的差异点在于：监测流量运算控制部CPb可以切换大流量区域的衰减流量Q1和小流量区域的衰减流量Q2而输出；及如图3所示，压力传感器P3被设置于连接用块体VB5，其他的结构与图15及图16的带流量监测器的压力式流量控制装置大致相同。
并且，在图2及图3中，省略了温度监测器T和过滤器F等。此外，压力式流量控制部FCS是如何的形式例如流孔无论是1个还是3个以上都可以。此外，压力式流量控制部FCS和衰减式流量监测部BDM的基本结构是公知技术，在此省略其详细的说明。
参照图1，在本发明中构成为：对应于气体的控制流量，切换大流量区域气体的流量监测和小流量区域气体的流量监测，在从气体入口1流入的气体流量为大流量Q1(例如，40～600SCCM)的情况下，使出口侧切换阀PV2保持开放状态，并通过开闭入口侧切换阀PV1，而利用压力传感器P3检测压力检测值△P1，并将从入口侧切换阀PV1到压力式流量控制部FCS的控制阀CV为止的管路内部容积作为衰减容积，根据所述压力检测值△P1及所述衰减容积等使用计算式1计算大流量区域的监测流量Q1。
此外，在从气体入口1流入的气体流量是小流量Q2(例如，2.5～40SCCM)的情况中，使入口侧切换阀PV1保持开放状态，并通过开闭出口侧切换阀PV2，而利用压力传感器P3检测压力检测值△P2，并将从出口侧切换阀PV2到压力式流量控制部FCS的控制阀CV为止的管路内部容积作为衰减容积，根据所述压力检测值△P2及所述衰减容积等使用计算式1计算小流量区域的监测流量Q2。
此外，在如下方面与先前开发的带流量监测器的压力式流量控制装置相同：向流量控制部FCS的设定流量调整机构QSR输入由所述监测流量控制部CPb计算的监测流量Q1(或者Q2)；从衰减式流量监测部BDM流出的气体经由控制阀CV、小径流孔OR1及/或大径流孔OR2，而从出口2流出；由流量运算控制部CPa计算流孔流通气体流量，而进行控制阀CV的开闭控制及流孔切换阀OLV的开闭控制；在流量运算控制部CPa的设定流量调整机构QSR，对来自衰减式流量监测部BDM的监测流量Q1(或Q2)与流孔流通流量作比较，一旦两者的差异超过预先设定的设定值，调整设定流量QS以使流量控制部FCS的控制流量与所述监测流量Q一致。
表4
监测流量(大流量)600～40sccm
监测流量(小流量)40～2.5sccm
表4显示：采用压电驱动式阀作为入口侧切换阀PV1及出口侧切换阀PV2，小流量区域的衰减容量Q2＝1cc及大流量区域的衰减容量Q1＝14cc，且压力下降率ΔP2/sec＝5Kpa/sec、ΔP1/sec＝80Kpa/sec时的衰减监测流量的检测结果，小流量区域的监测流量Q2成为Q2＝2.73～43.7SCCM，及大流量区的监测流量Q1成为Q1＝38.2～611.7SCCM。
此外，监测流量的输出形成至少1秒间1次以上，温度检测传感器T(图示省略)采用插入监控块体VB1或VB2的内部的恒温(thermostat)型温度计。并且，大流量区域用的衰减容量由腔室内部容积与配管路内部容积所形成，小流量区域用容量仅由配管路内部容积形成。
图4是表示本发明的第二实施方式的图，(a)是纵截面概略图，(b)是俯视图，(c)是右视图。
该第二实施例涉及的带流量范围切换型流量监测器的压力式流量控制装置，其衰减流量BC由以纵向的姿势并列状地配置的4个细径腔室CH1，CH2，CH3，CH4所构成，此外，各细径腔的构造与第一实施方式的衰减容量BC的情况相同，外筒和内筒之间的间隙成为气体的流通路径。
除此之外，所述4个细径腔室CH1～CH4以各个内·外筒间的气体流通路径成直列状(串联状)连通的状态被连接，形成内部容积V的小的衰减流量BC。
如图4所示，该第二实施例涉及的带流量范围切换型流量监测器的流量控制装置的厚度尺寸L设定成约10～13mm的程度，其结果是，设置在出口侧开闭切换阀PV2的下游侧的压力传感器P3，也使用外径约为10～13mm的细径传感器。
此外，由于第二实施方式涉及的装置的构造和性能，与第一实施方式的情况相同，因此在此省略其详细的说明。
产业上的可利用性
本发明不仅在半导体制造装置用气体供给设备中，只要是使用流孔或临界喷嘴的压力式流量控制装置，就能够广泛应用于化学品制造装置用气体供给设备中。

Claims (16)

1.一种流量计，其具备：配置于流路上的入口侧开闭切换阀、配置于该入口侧开闭切换阀的下游的出口侧开闭切换阀、配置于该出口侧开闭切换阀下游的控制阀，所述各阀彼此由具有内部容积的流路连接，相比于所述控制阀而将压力传感器配置于上游，其特征在于，
具备大流量用测量部和小流量用测量部，
所述大流量用测量部将从所述入口侧开闭切换阀的出口侧到所述控制阀的入口侧的流路内部容积作为衰减容积而进行流量计算，
所述小流量用测量部将从所述出口侧切换阀的出口侧到所述控制阀的入口侧的流路内部容积作为衰减容积而计算流量。
2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述控制阀是流量控制部内部的控制阀。
3.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，配置有多个流路，所述流路具有由开闭切换阀隔开的内部容积。
4.一种流量控制装置，其具备：设置于上游侧的衰减式流量监测部与设置于该衰减式流量监测部的下游侧的流量控制部，其特征在于，
所述衰减式流量监测部具备：
入口侧开闭切换阀；
设置于所述入口侧开闭切换阀的下游侧的衰减容量；
设置于所述该衰减容量的下游侧的气体通路的温度传感器；
设置于所述衰减容量的下游侧的出口侧开闭切换阀；
设置于该出口侧开闭切换阀的下游侧的压力传感器；和
被输入了所述温度传感器及所述压力传感器的检测值的监测流量运算控制部，
所述流量控制装置构成为：通过该监测流量运算控制部，将所述入口侧开闭切换阀的出口侧及所述流量控制部的控制阀之间的气体通路内部容积作为衰减容积而计算大流量的监测流量，并将所述出口侧开闭切换阀的出口侧与所述流量控制部的控制阀之间的气体通路内部容积作为衰减容积而计算小流量的监测流量。
5.根据权利要求4所述的流量控制装置，其特征在于，由信号传送电路连接所述衰减式流量监测部与所述流量控制部，向所述流量控制部传送所述衰减式流量监测部的监测流量，并且在该流量控制部设置有流量设定值调整机构，所述流量设定值调整机构根据来自所述衰减式流量监测部的监测流量调整该流量控制部的设定流量。
6.一种流量控制装置，其特征在于，所述流量控制装置具备：设置于上游侧的衰减式流量监测部；设置于该衰减式流量监测部的下游侧的流量控制部；信号传送电路，所述信号传送电路连接所述衰减式流量监测部与所述流量控制部，向所述流量控制部传送所述衰减式流量监测部的监测流量；流量设定值调整机构，所述流量设定值调整机构设置于所述流量控制部，根据来自所述衰减式流量监测部的监测流量，调整所述流量控制部的设定流量，所述衰减式流量监测部具备：
开闭来自气体供应源的气体的流通的入口侧开闭切换阀；
连接于该入口侧开闭切换阀的出口侧且具有规定的内部容量的衰减容量；
连接于该衰减容量的出口侧的出口侧开闭切换阀；
对在该出口侧开闭切换阀的下游侧通路内流通的气体的压力进行检测的压力传感器；
对所流通的气体的温度进行检测的温度传感器；和
监测流量运算控制部，所述监测流量运算控制部在大流量时，使所述出口侧开闭切换阀保持开放状态，并将所述入口侧开闭切换阀的出口侧与所述流量控制部的控制阀之间的气体通路内部容积作为衰减容积，使所述入口侧开闭切换阀进行开闭动作，并且通过该入口侧开闭切换阀的开放，使得在所述衰减容积内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭所述入口侧开闭切换阀，在经过规定时间后，使气体压力下降至设定下限压力值，由此，通过衰减式计算并输出大流量的监测流量，此外，当小流量时，使所述入口侧开闭切换阀保持开放状态，并且将所述出口侧开闭切换阀的出口侧与所述流量控制部的控制阀之间的气体通路内部容积作为衰减容积，使所述出口侧开闭切换阀进行开闭动作，并且通过该出口侧开闭切换阀的开放，使得在衰减容积内的气体压力成为设定上限压力值后，关闭该出口侧开闭切换阀，在经过规定时间后，使得气体压力下降到设定下限压力值，由此，计算并输出小流量的监测流量，
其中，通过下述计算式计算大流量及小流量的所述各监测流量：
<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1000</mn> <mn>760</mn> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>60</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mn>273</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>273</mn> <mo>+</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mi>V</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>p</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，Q为监测流量、T为气体温度、V为衰减容积、ΔP为压力下降范围(设定上限压力值-设定下限压力值)、Δt为从入口侧开闭切换阀的关闭开始直到开放为止的时间，其中，所述T单位为℃，所述V单位为l，所述ΔP单位为Torr，所述Δt单位为sec。
7.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量设定值调整机构为如下结构的流量设定值调整机构：具备监测流量和设定流量的比较器，一旦监测流量和设定流量的差异超过设定值，便自动地将设定流量修正为监测流量。
8.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量控制部是具有耐压力变动性的压力式流量控制装置，其具备：控制阀、流孔或临界喷嘴、所述流孔或临界喷嘴的上游侧的压力计、和流量运算控制装置。
9.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量控制部是具有耐压力变动性的压力式流量控制装置，其具备：控制阀、流孔或临界喷嘴、所述流孔或临界喷嘴的上游侧的压力计、所述流孔或临界喷嘴的下游侧的压力计、及流量运算控制装置。
10.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，将衰减容积设成0.5～20cc，并将设定上限压力值设成400kPa abs～100kPa abs，将设定下限压力值设成350kPa abs～50kPa abs，并且将规定时间设成0.5～5秒以内。
11.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，将所述入口侧开闭切换阀的出口侧与所述流量控制部的控制阀之间的气体通路内部容积设成13～15cc，将大流量的监测流量区域设成40～600SCCM，并将小流量的监测流量区域设成1～50SCCM。
12.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，采用压电驱动式金属膜片阀或电磁直动型电动阀作为所述入口侧开闭切换阀，通过阀的高速开闭使气体压力恢复时间较气体压力下降时间更短，所述气体压力恢复时间为：所述入口侧开闭切换阀的开放带来的气体压力从设定下限压力值到设定上限压力值的恢复时间，所述气体压力下降时间为：该入口侧开闭切换阀的关闭带来的气体压力从设定上限压力值到设定下限压力值的下降时间。
13.根据权利要求8所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量控制装置为如下结构：所述流量控制部的流量运算控制装置与所述衰减式流量监测部的监测流量运算控制装置一体地形成。
14.根据权利要求9所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量控制装置为如下结构：所述流量控制部的流量运算控制装置与所述衰减式流量监测部的监测流量运算控制装置一体地形成。
15.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，采用腔室作为所述衰减容量，并且该腔室形成为内筒和外筒配设固定成同心状的结构，将形成该腔室的内筒和外筒之间的间隙作为气体流通路径。
16.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，采用并列状配置的多个腔室作为所述衰减容量，并且该腔室形成为内筒和外筒配设固定成同心状的结构，各腔室的内筒和外筒之间的间隙作为气体流通路径，各腔室的所述流通路径连接成直列状。
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