CN116203998A - 流量控制装置、流量控制方法及记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明的流量控制装置、方法和记录介质与设定流量的大小无关地始终将流体阻力的下游侧的压力保持在担保流量精度的低压、将测量出的阻力流量的精度持续保持为高精度、在流量变化的过渡状态下也难以受到噪声影响，具备：阻力流量计算器，根据第一压力传感器测量的第一测量压力及第二压力传感器测量的第二测量压力计算流过流体阻力的流体的流量即阻力流量；流量控制器，根据设定流量与阻力流量的偏差控制第二阀；设定压力转换器，根据作为流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力及设定流量输出流体阻力的上游侧的压力的目标即第一设定压力；压力控制器，根据从设定压力转换器输出的第一设定压力与第一测量压力的偏差控制第一阀。

Description

流量控制装置、流量控制方法及记录介质

技术领域

本发明涉及例如在半导体制造工序中使用的质量流量控制器等流量控制装置。

背景技术

在质量流量控制器等流量控制装置中有具备多个控制阀的，例如各控制阀按照各自不同的控制规则来控制开度。例如专利文献1中记载的流量控制装置从上游侧开始依次在流道上设置有压力控制阀、压力传感器、热式流量传感器、流量控制阀，并且具备根据各传感器的输出分别控制压力控制阀以及流量控制阀的开度的控制器。控制器以使作为热式流量传感器的一部分的分流阻力的上游侧的压力保持在预先确定的恒定压力的方式控制压力控制阀，对于流量控制阀，以使设定流量与由热式流量传感器测量出的测量流量的偏差变小的方式进行控制。

但是，在上述这样的流量控制装置中，如图4所示，本发明人专心研究的结果发现了：如果代替热式流量传感器，使用压力式流量传感器，按照前述的控制规则进行各阀的控制，则在从小流量到大流量适当地变更设定流量的用途的情况下有可能发生控制上的问题。

即，压力式流量传感器具备层流元件等流体阻力、设置在流体阻力的上游侧的第一压力传感器、以及设置在流体阻力的下游侧的第二压力传感器，根据将由各压力传感器测量出的测量压力分别进行二次方得到的值的差，计算作为流过流体阻力的流体的流量的阻力流量。尤其是在小流量的情况下，与将各压力保持为高压相比，将各压力保持为低压的一方的该阻力流量的测量精度变高。具体地说，如图5的图所示，即使由各压力传感器测量出的压差以及与压力传感器重叠的噪声振幅相同，由第二压力传感器测量出的第二测量压力越高，与阻力流量重叠的噪声振幅越大，因此对于测量精度，将第二测量压力尽可能地保持为低压一方的阻力流量的测量精度变好。

但是，如前述的以往技术所示，如果以将作为流体阻力的上游侧的压力的第一测量压力以供给压等高压保持为恒定的方式控制压力控制阀，则在作为设定流量设定了小的值的情况下，为了使流体阻力的压差变小，以使由第二压力传感器测量出的第二测量压力也接近与第一测量压力同等的高压的方式控制流量控制阀。因此，在作为设定流量设定了小流量的情况下，变成在从压力式流量传感器输出的阻力流量中出现较大的噪声振幅，导致成为使流量控制的精度降低的结果。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2004-280688号

发明内容

本发明是鉴于上述这样的问题而做出的发明，本发明的目的在于提供一种流量控制装置，其与设定流量的大小无关地始终能够将流体阻力的下游侧的压力保持在能够担保流量精度的低压，即使在设定流量小的情况下，也能够将测量出的阻力流量的精度持续保持为高精度，能够将流量的控制精度保持为高精度。

即，本发明的流量控制装置具备：流体阻力，设置在流道上；第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间；阻力流量计算器，根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量；流量控制器，根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量；设定压力转换器，根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力；以及压力控制器，根据从所述设定压力转换器输出的所述第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

另外，本发明的流量控制方法使用流量控制装置，所述流量控制装置具备：流体阻力，设置在流道上；第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；以及第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间，所述流量控制方法包括：阻力流量计算步骤，根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量；流量控制步骤，根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量；设定压力转换步骤，根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力；以及压力控制步骤，根据在所述设定压力转换步骤中输出的第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

如果是这样的流量控制装置以及流量控制方法，则通过以下的控制动作，能够边实现各种各样的所述设定流量边将所述流体阻力的下游侧的压力保持在所希望的所述第二设定压力或接近该第二设定压力的压力，能够从大流量到小流量将阻力流量的测量精度保持为高精度，能够与设定流量无关地实现高的流量控制精度。

具体地说，通过对所述第一阀的控制，将所述流体阻力的上游侧的压力保持在所述第一设定压力，并且通过所述第二阀将所述控制对象流量保持在所述设定流量。在此，所述第一设定压力不是固定的值，是按照作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标的所述第二设定压力以及所述设定流量变更的值。另外，由于所述第二设定压力固定在恒定值，所以在所述设定流量的目标值大的情况下，以使所述流体阻力的前后的压差变大的方式将所述第一设定压力设定成大值，相反地，在所述设定流量的目标值小的情况下，将所述第一设定压力设定成小值。即，本发明不是如以往那样地在上游侧的压力被固定了的情况那样地按照所述设定流量的大小变更所述流体阻力的下游侧的压力，相反地，能够将所述流体阻力的下游侧的压力的目标固定，按照所述设定流量的大小变更所述流体阻力的上游侧的压力的目标。因此，能够按照各种各样的所述设定流量以使所述流体阻力的下游侧的压力成为所希望的低压的方式设定所述第一设定压力，即使在所述设定流量小的情况下也能够将所述阻力流量的测量精度保持为高精度。

由于能够边将所述控制对象流量保持为各种各样的大小的所述设定流量边将所述流体阻力的下游侧的压力保持为所述第二设定压力，所以例如通过将所述第二设定压力设定成低压力的恒定值，能够与所述设定流量的大小无关地由所述阻力流量计算器持续计算出噪声影响降低了的精度良好的所述阻力流量。因此，本发明的流量控制装置能够实现从大流量到小流量，并且即使在流过小流量的情况下也能够比以往提高流量的控制精度。

为了从所述设定压力转换器输出使所述流体阻力的下游侧的压力成为所述第二设定压力的适当的所述第一设定压力，只要采用如下的方式即可，所述设定压力转换器构成为：在所述流体阻力的下游侧的压力保持在所述第二设定压力的情况下，将使所述阻力流量成为所述设定流量所需要的所述流体阻力的上游侧的压力作为第一设定压力输出。

在此，由于所述第一设定压力是当所述流体阻力的下游侧的压力保持在所述第二设定压力时所述阻力流量成为所述设定流量所需要的压力，所以如果通过所述第二阀将所述控制对象流量控制成所述设定流量，则变成所述流体阻力的下游侧的压力保持为所述第二设定压力或接近该第二设定压力的压力。因此，通过所述第一阀以及所述第二阀的控制动作，作为结果，变成所述流体阻力的下游侧的压力保持为作为所希望的恒定压力的所述第二设定压力。另外，由于所述设定压力转换器按照所述设定流量的值的大小使所述第一设定压力变化，所以变成与所述设定流量的值的大小无关地，所述流体阻力的下游侧的压力保持在所述第二设定压力。因此，即使在所述设定流量小的情况下，也能够将所述流体阻力的下游侧的压力保持为低压，能够将所述阻力流量的测量精度保持为高精度，能够使流量的控制精度比以往更高。

为了满足想保持为所述流量控制装置的下游侧的工序的各种各样的压力的要求，并且能够以将由所述阻力流量计算器计算出的所述阻力流量的精度保持为高精度的方式设定各种各样的第二设定压力，只要采用如下的方式即可：所述第二设定压力是可变的。

为了即使在所述流量控制装置实现大流量的情况下也将所述流体阻力的下游侧的压力保持为低压力、将计算出的所述阻力流量保持为高精度，只要采用如下的方式即可：所述设定压力转换器构成为：所述设定流量的值越大，作为所述第一设定压力设定越大的值。

例如，为了在如半导体制造工序那样地保持为低压的环境中，能够以高精度测量流量并且使响应性也好，只要采用如下的方式即可：所述阻力流量计算器根据所述第一测量压力的幂与所述第二测量压力的幂的差，计算所述阻力流量。

作为更具体的所述阻力流量的计算构成，可以举出：所述阻力流量计算器将流量常数乘以所述第一测量压力的二次方与所述第二测量压力的二次方的差，计算所述阻力流量。如果是这样的方式，则通过本发明的能够与所述设定流量的大小无关地将所述流体阻力的下游侧的压力持续保持为低压这样的功能，流量精度的提高效果变得更显著。

例如，为了防止所述第二设定压力被设定成不适当的值，防止所述流体阻力的下游侧的压力变成高压，将所述阻力流量的精度保持为高精度，只要采用如下的方式即可：所述设定压力转换器构成为接收0torr以上且900torr以下的恒定值作为所述第二设定压力。

例如，作为用于能够减少所述阻力流量的校准操作所需要的数据个数、在实用的范围内能够提供高精度的阻力流量的具体的方式，可以举出如下的方式：所述设定压力转换器构成为接收0torr以上且400torr以下的恒定值作为所述第二设定压力。

为了在流量控制装置中通过控制从作为最接近供给对象的部分的所述第二阀流出的所述阀流量本身，进一步提高流量控制的响应性，只要采用如下的方式即可：所述流量控制装置还具备阀流量计算器，所述阀流量计算器根据所述阻力流量以及所述第二测量压力，计算从所述第二阀流出的所述阀流量，所述控制对象流量是所述阀流量，所述流量控制器构成为根据所述设定流量与所述阀流量的偏差，控制所述第二阀。

为了能够减轻所述设定压力转换器根据所述设定流量以及所述第二设定压力输出所述第一设定压力所需要的存储量、计算量等负荷，即使是计算能力等受到限制的质量流量控制器等，也能够以高速输出所述第一设定压力，只要采用如下的方式即可：所述流量控制装置具备针对所述第二设定压力以及所述设定流量的各组分别关联了所述第一设定压力的表，根据接收到的所述第二设定压力以及所述设定流量，参照所述表，输出所述第一设定压力。如果是这样的方式，则例如即使所述设定流量时间序列地变化，也能够立即变更成与每个瞬间的目标值对应的所述第一设定压力。因此，例如即使在过渡状态下也能够实现所述设定流量，并且能够将所述流体阻力的下游侧的压力持续保持在所述第二设定压力。

为了例如在所述第二阀被完全关闭而不流过流体的状态下也降低与所述阻力流量重叠的噪声并基本保持在零，如果从所述第二阀产生外流则让使用者难以误解并且能够看见在所述阻力流量产生的传感器偏移等，只要采用如下的方式即可：对于所述阻力流量，所述阻力流量计算器在所述第二阀打开的状态下根据所述第一测量压力以及所述第二测量压力，计算所述阻力流量，在所述第二阀完全关闭的状态下根据所述第一测量压力以及所述第二设定压力，计算所述阻力流量。

为了在已有的流量控制装置中例如通过更新程序就能够享受到与本发明的流量控制装置基本相同的效果，只要采用如下的记录有流量控制装置用程序的记录介质即可，所述流量控制装置用程序用于流量控制装置，所述流量控制装置具备：流体阻力，设置在流道上；第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；以及第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间，计算机通过执行所述流量控制装置用程序而发挥作为阻力流量计算器、流量控制器、设定压力转换器以及压力控制器的功能，所述阻力流量计算器根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量，所述流量控制器根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量，所述设定压力转换器根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力，所述压力控制器根据从所述设定压力转换器输出的第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

另外，流量控制装置用程序可以是电子式发布的程序，也可以是记录在CD、DVD、闪存器等程序记录介质的程序。

这样，按照本发明的流量控制装置，通过位于上游侧的所述第一阀实现按照所述第二设定压力以及所述设定流量设定的所述第一设定压力，位于下游侧的所述第二阀通过将所述控制对象流量实现为所述设定流量，由此所述流体阻力的下游侧的压力作为结果能够持续保持在所述第二设定压力或该第二设定压力的附近的压力。因此，能够与所述设定流量的大小无关地将所述阻力流量的下游侧的压力保持为低压，所以能够降低与计算出的所述阻力流量重叠的噪声，能够将其精度保持为高精度。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的流量控制装置的示意图。

图2是表示第一实施方式的设定流量、第二设定压力、第一设定压力的关系的图。

图3是表示本发明的第二实施方式的流量控制装置的示意图。

图4是表示以往的流量控制装置的控制构成的示意图。

图5是表示压力式流量传感器的绝对压力与噪声振幅的关系的图。

附图标记说明

100···流量控制装置

V1···第一阀

V2···第二阀

FS···流量传感器

FR···流体阻力

P1···第一压力传感器

P2···第二压力传感器

1···设定接收部

2···阻力流量计算器

3···流量控制器

4···设定压力转换器

5···逆计算结果存储部

6···压力控制器

具体实施方式

边参照图1以及图2边对本发明的第一实施方式的流量控制装置100进行说明。

第一实施方式的流量控制装置100例如用于在各种半导体制造工序中以预先确定的设定流量向腔室内供给流体。流体可以包括纯粹的气体、多种气体混合而成的气体、气液混合体、液体等。在以下将流体为气体的情况作为一个例子进行说明。

如图1所示，流量控制装置100具备：流体设备，由设置在流道上的传感器、阀构成；以及控制计算机构COM，掌管该流体设备的控制。

流体设备包括相对于流道设置的第一阀V1、第一压力传感器P1、流体阻力FR、第二压力传感器P2、以及第二阀V2。各设备从上游侧开始按该顺序设置。

在此，流体阻力FR是层流元件，按照其前后的压差，产生在该流体阻力FR内流动的气体的流量。第一压力传感器P1、流体阻力FR、第二压力传感器P2、以及后述的阻力流量计算器2构成测量流过第一阀V1与第二阀V2之间的流道的流体的流量的流量传感器FS。在以下的说明中也将流过流体阻力FR的流体的流量称为Qr。

即，第一压力传感器P1、流体阻力FR、以及第二压力传感器P2是输出与流道中流过的流体的流量对应的输出信号的检测机构，阻力流量计算器2根据检测机构的输出信号，计算流过流道的流体的流量。该流量传感器FS是所谓的压力式流量传感器，所以具有由各压力传感器测量出的压力越低、则测量出的流量的测量精度越高的特性。在本实施方式中，设置有流量控制装置100的流道与进行CVD工序等的低真空状态的腔室连接。因此，根据控制结果，流体阻力FR的下游侧也成为能够保持为低真空状态的环境。

第一压力传感器P1测量作为在流道中存在于第一阀V1与流体阻力FR之间的容积的第一容积VL1内的气体的压力(以下也称为第一测量压力p1)。

第二压力传感器P2测量作为在流道中存在于流体阻力FR与第二阀V2之间的容积的第二容积VL2的气体的压力(以下也称为第二测量压力p2)。

这样，第一压力传感器P1以及第二压力传感器P2分别测量作为由第一阀V1、流体阻力FR、第二阀V2形成的两个容积的第一容积VL1、第二容积VL2的压力。另外，如果作为另外的表现，则第一压力传感器P1以及第二压力传感器P2分别测量流体阻力FR的上游侧的压力或下游侧的压力。

第一阀V1以及第二阀V2在该实施方式中是同型的阀，例如是通过压电元件将阀体相对于阀座进行驱动的压电阀。在该实施方式中，通过基于由使用者设定的设定流量r_Q与由流量传感器FS测量出的阻力流量Qr的偏差的流量反馈控制，控制第二阀V2的开度。另一方面，根据第一设定压力r_p1与由第一压力传感器P1测量出的第一测量压力p1的偏差，通过压力反馈控制，控制第一阀V1的开度，所述第一设定压力r_p1是从由使用者设定的作为第二容积VL2的目标压力的第二设定压力r_p2转换的第一容积VL1的目标压力。

在此，不论是哪个阀V1、V2都未进行基于由使用者设定的第二设定压力r_p2与由第二压力传感器P2测量出的第二测量压力p2的偏差的压力反馈控制。但是，如后所述，以使第一容积VL1内的压力成为第一设定压力r_p1的方式对第一阀V1进行压力控制，并且以使阻力流量Qr成为设定流量r_Q的方式对第二阀V2进行流量控制，由此最终变成第二容积VL2内的压力保持在第二设定压力r_p2或其附近的压力。

接着对控制计算机构COM进行详述。控制计算机构COM例如是具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器、输入输出装置等的所谓的计算机，执行存储于存储器的流体控制装置用程序，使各种设备协作，由此至少发挥作为设定接收部1、阻力流量计算器2、流量控制器3、设定压力转换器4、逆计算结果存储部5、压力控制器6的功能。

设定接收部1从使用者接收作为向流量控制装置100输入的控制指令的设定流量r_Q以及第二设定压力r_p2，并且向后述的设定压力转换器4输出设定流量r_Q以及第二设定压力r_p2的双方，并且向流量控制器3仅输出设定流量r_Q。在此，设定流量r_Q是在反馈回路内直接使用的参数。设定流量r_Q设定成使用者希望在流道中流过的流量、或希望对后续的腔室供给的流体的流量。设定流量r_Q是成为目标的流量的值作为时间函数而被设定的，使用者针对各时刻能够设定0％～100％中的任意一个值。例如，如图2的图所示，将设定流量定义为以时间t为参数的阶跃函数r_Q(t)。对于设定流量r_Q，除了阶跃函数以外，也可以定义为斜坡函数或其它的时间函数。相对于此，第二设定压力r_p2作为流体阻力FR的下游侧的第二容积VL2内的压力，以由使用者设定的值为恒定值的方式被设定。即，对于第二设定压力，不以阶跃函数、斜坡函数等的形式接收，只能设定成与时间无关地始终为恒定的目标压力值。更具体地说，对于第二设定压力r_p2，设定作为流量传感器FS能够充分发挥流量精度的规定的低压力的值作为目标值。

阻力流量计算器2根据第一压力传感器P1以及第二压力传感器P2的输出信号表示的测量值、以及按照测量值的流量特性值，计算流量。具体地说，阻力流量计算器2根据作为流体阻力FR的上游侧的压力的第一测量压力p1以及作为下游侧的压力的第二测量压力p2，计算作为流过流体阻力FR内的流体的流量的阻力流量Qr。在此，阻力流量计算器2不仅根据第一测量压力p1以及第二测量压力p2而且也根据按照流体阻力FR的特性确定的流量常数k，计算流量。具体地说，计算将流量常数k乘以第一测量压力p1的二次方与第二测量压力p2的二次方的差而得到的值，作为阻力流量Qr。即，在阻力流量计算器2中使用的流量计算式成为Qr＝k(p1＾2―p2＾2)···(式1)。

另外，阻力流量计算器2按照流道中是否流过流体，切换阻力流量Qr的计算方式。例如，在配置在下游侧的第二阀V2以任意的开度打开的情况下，将实际上测量出的第一测量压力p1以及第二测量压力p2代入式1的流量计算式，计算阻力流量Qr。相对于此，在第二阀V2完全关闭的情况下，阻力流量计算器2使用在设定接收部1接收的第二设定压力r_p2、以及第一测量压力p1与第二测量压力p2的压差Δp计算阻力流量Qr。具体地说，阻力流量计算器2利用Qr＝k(Δp＾2+2×r_p2×Δp)···(式2)计算流量。另外，式2是根据Δp＝p1―p2的关系，从式1消去p1而得到的式子。

在该式2中，由于Δp是压差，所以分别重叠于第一测量压力p1以及第二测量压力p2的噪声基本互相抵消，并且由于第二设定压力r_p2为恒定值，所以成为在计算出的阻力流量Qr中大幅降低了噪声的形式。因此，在第二阀V2完全关闭的状态下从阻力流量计算器2输出的阻力流量Qr在理想上基本为零或仅出现极微量的变动。因此，这样的阻力流量Qr如果在第二阀V2的完全关闭时进行外部显示，则使用者容易信赖从流量控制装置100向下游侧没有流过流体。

另外，假设在从下游侧阀V2发生了外流的情况下，压差Δp是实测的值，因此阻力流量Qr表现为从零到规定值的变化，能够发现产生了外流。换句话说，如果与流量传感器FS的输出无关系地在第二阀V2完全关闭时显示为阻力流量Qr是零，则即使假设产生了外流，使用者也无法发现该情况。相对于此，如果是第一实施方式的流量控制装置100，则阻力流量Qr以零为基准只出现稍许的变动，因此使用者几乎不会尽管没有产生外流却误解为有外流，并且，在实际上产生了外流的情况下，使用者能够发现该情况。

另外，当在流量传感器FS发生了零点偏移等的情况下，其偏移量也能够正确地显现在用式2计算出的阻力流量Qr中。即，在各压力传感器中的任意一个由于温度漂移等而产生零点偏离的情况下，在作为式2中的实测值的压差Δp中，在与各测量压力重叠的噪声基本被消除的状态下，仅产生偏移量。因此，如果在第二阀V2完全关闭的状态下不存在外流是确实的，则变成在第二阀V2完全关闭时作为阻力流量Qr输出的流量值本身表示从零点的偏移量。换句话说，与流量传感器FS的输出无关，如果在第二阀V2完全关闭时与流量传感器FS的输出无关地输出零，则使用者根本无法发现阻力流量Qr中的零点偏移。另外，由于式1是各测量压力的二次方的计算，成为噪声被放大了的形式，因此即使取其差，也无法充分地降低噪声，所以难以仅取出偏移量。因此，如果根据式2，则容易定量地评价阻力流量Qr中的零点偏移。

流量控制器3以使在设定接收部1接收到的设定流量r_Q与由流量传感器FS测量出的阻力流量Qr的偏差变小的方式例如通过PID控制对作为输入第二阀V2的操作量mv2的施加电压进行流量反馈控制。即，流量传感器FS、流量控制器3、第二阀V2形成用于控制流量的独立的反馈回路。另外，在本实施方式中，阻力流量Qr成为控制对象流量，但是也可以将在流量控制装置100的流道内在其它部位流动的流量作为控制对象流量进行反馈。

设定压力转换器4根据第二设定压力r_p2以及设定流量r_Q，输出在流体阻力FR的下游侧的压力保持在第二设定压力r_p2的情况下阻力流量Qr成为设定流量r_Q所需要的流体阻力FR的上游侧的压力作为第一设定压力r_p1。流体阻力FR的前后的压力与阻力流量Qr之间的关系由前述的式1的流量计算式规定，因此在式1中，代替第二测量压力p2将第二设定压力r_p2代入，代替阻力流量Qr将设定流量r_Q代入，对第一测量压力p1进行逆计算，由此能够求出第一设定压力r_p1。在本实施方式中，以减轻对控制计算机构COM的存储器负荷等为目的，使用多组的第二设定压力r_p2、设定流量r_Q，利用式1的逆计算，预先计算出对应的第一设定压力r_p1，制作与第二设定压力r_p2、设定流量r_Q、以及第一设定压力r_p1有关的表，存储到逆计算结果存储部5。设定压力转换器4根据由使用者设定的第二设定压力r_p2以及设定流量r_Q，参照表，对压力控制器6输出对应的第一设定压力r_p1。

在此，对第一设定压力r_p1、第二设定压力r_p2以及设定流量r_Q的关系定性地进行说明。如图2的图所示，将设定流量r_Q规定为从小流量向大流量经时性地变化的阶跃函数，第二设定压力r_p2设定为始终为规定的低压力的恒定值。在该情况下，在设定流量r_Q被设定为小流量期间，第一设定压力r_p1被设定为比第二设定压力r_p2稍大的值，被设定为实现小流量所需要的小的压差Δp。相对于此，在设定流量r_Q被设定为大流量期间，第一设定压力r_p1被设定为比第二设定压力r_p2大幅大的值。即，由于第二设定压力r_p2恒定地保持在低压，所以成为通过第一设定压力r_p1的大小来调整产生流量所需要的流体阻力FR的前后的压差Δp。另外，成为设定流量r_Q越大则也将第一设定压力r_p1设定成越大的值，变成这些目标值存在正相关。

压力控制器6根据从设定压力转换器4输出的第一设定压力r_p1与由第一压力传感器P1测量出的第一测量压力p1的偏差，控制作为向第一阀V1输入的操作量mv1的施加电压。即，由压力控制器6、第一压力传感器P1以及第一阀V1形成一个反馈回路。压力控制器6控制第一阀V1的开度，由此变成第一容积VL1内的压力恒定地保持在从设定压力转换器4输出的第一设定压力r_p1。

接着，对通过第一阀V1以及第二阀V2的控制将位于流体阻力FR的下游侧的第二容积VL2的压力维持在由使用者设定的恒定值的第二设定压力这点进行说明。

第一阀V1以及第二阀V2都不是直接反馈作为第二容积VL2的压力的第二测量压力p2本身并进行控制的。即，通过第一阀V1将作为第一容积VL1内的压力的第一测量压力p1控制成第一设定压力r_p1，并且通过第二阀V2将流过流体阻力FR的阻力流量Qr控制成设定流量r_Q。在此，第一设定压力r_p1、设定流量r_Q以及第二设定压力r_p2被设定成满足式1，因此如果第一测量压力p1是第一设定压力r_p1，阻力流量Qr是设定流量r_Q，则当然第二测量压力p2也成为第二设定压力r_p2。

这样，如果是第一实施方式的流量控制装置100，则设定流量转换器4能够根据作为想要流过的流量的设定流量r_Q、以及作为在压力式流量传感器FS的下游侧想要维持的压力的第二设定压力r_p2，转换为作为能够同时满足这些的流量传感器FS的上游侧的压力的第一设定压力r_p1，能够以将第一容积VL1的压力保持在该第一设定压力r_p1的方式进行第一阀V1的控制。

因此，能够以对阻力流量Qr实现设定流量r_Q的方式控制第二阀V2，并且能够以与该设定流量r_Q的大小无关地将第二容积VL2的压力持续维持在第二设定压力r_p2的方式控制第一阀V1。

因此，能够边使所希望的流量流过、边在压力式流量传感器FS能够发挥流量精度的低压力区域内持续维持流体阻力FR的下游侧的压力，因此能够与流量无关地在流量传感器FS的输出中噪声影响不会较大地出现，能够比以往提高流量控制精度。

接着，边参照图3边对本发明的第二实施方式的流量控制装置100进行说明。另外，对与在第一实施方式中说明过的各部分相同的部分赋予相同的附图标记。

第二实施方式的流量控制装置100与第一实施方式的流量控制装置100的不同点在于，还具备根据阻力流量Qr计算作为从第二阀V2流出的流量的阀流量Qv的阀流量计算器7，以及流量控制器3将控制对象流量作为阀流量Qv并根据阀流量Qv与设定流量r_Q的偏差控制第二阀V2。

阀流量计算器7通过从阻力流量计算器2计算的阻力流量Qr减去在第二测量压力p2的时间微分值乘以规定系数α而得到的值，由此计算阀流量Qv。即，阀流量计算器7根据Qv＝Qr―αd/dt(p2)···(式3)(d/dt是时间微分算子)，计算阀流量Qv。另外，通过这样的计算能够计算出阀流量Qv，是如在本申请人在另外的申请中详述的那样，根据流体相对于第二容积VL2的流出流入产生的质量的变化(摩尔量的变化)、流体的温度、第二测量压力p2、气体常数R，对第二容积VL2应用气体状态方程式而能够导出的。另外，只要是能够应用气体状态方程式的流体，则这样的关系成立，因此成为应用对象的流体成为气体、气液混合体等，仅在纯粹的液体的情况下，从应用对象去掉。

如果是这样构成的第二实施方式的流量控制装置100，则由于流量控制器3能够以使实际上流过第二阀V2的阀流量Qv与设定流量r_Q一致的方式控制第二阀V2，所以成为能够使控制点与测量点一致的控制。因此能够消除如下的情况：如果是使用了阻力流量Qr的情况，则由于控制点与测量点偏离，所以在过渡状态下测量出的流量会产生延迟，结果流量控制也产生延迟。另外，这样，即使使控制对象流量为阀流量Qv，对于作为流体阻力FR的下游侧的压力的第二测量压力p2，也能够持续维持在接近第二设定压力r_p2的值。即，能够消除控制的延迟，并且能够与第一实施方式同样地将阻力流量Qr的流量精度保持为高精度，进而也能够提高阀流量Qv的流量精度。

对其它实施方式进行说明。

例如，对于设定接收部，也可以构成为只接收作为流量传感器FS的推荐使用压力区域内的恒定值作为第二设定压力r_p。例如设定接收部可以构成为接收0torr以上且900torr以下的恒定值作为第二设定压力，也可以更优选的是接收0torr以上且400torr以下的恒定值。也可以根据在作为流体供给的对象的腔室中所需要的压力、以及作为流量传感器能够保证流量精度的压力区域，限制能够适当接收的压力范围。

另外，对于第二设定压力，也可以以使用者无法对设定进行变更的方式固定。或者，例如也可以在工厂出货时设定用于发挥流量传感器的流量精度的最合适的第二设定压力，在以后仅有权限的操作者才能变更第二设定压力。

在阻力流量计算器使用的流量计算式不限于式1等。例如也可以不是根据将各压力分别进行二次方得到的值的差计算阻力流量，而是根据第一测量压力的幂与第二测量压力的幂的差计算阻力流量。作为幂的指数，不限于自然数，也可以是小数等。

设定压力转换器为了减轻存储器等的负担，通过表参照，输出第一设定压力，但是如果能够利用足够的计算机资源，则也可以每当接收到适当设定流量以及第二设定压力时，进行式1的逆计算，计算出第一设定压力。在该情况下，也可以省略逆计算结果存储部。另外，在表中不存在对应的设定流量、第二设定压力、第一设定压力的组的数据的情况下，例如也可以通过利用存在的组的数据的线性内插等方法重新计算出对应的第一设定压力。

对于设定压力转换器根据第二设定压力以及设定流量计算第一设定压力的构成，不限于严密地对式1的阻力流量的计算式进行逆计算的构成。例如，在设压差Δp充分小的假定的前提下，可以无视式2中的压差Δp的二次方的项，通过近似计算，计算第一设定压力r_p1。即，对于式2，也可以近似为Qr＝k(2×r_p2×(r_p1－r_p2))，利用r_p1＝r_p2+Qr/(2k×r_p2)计算第一设定压力r_p1。另外，设定压力转换器也可以根据第二设定压力以及设定流量，计算第一设定压力。

流体阻力不限于层流元件，例如也可以将节流孔等流量限制作为部件。对于第一阀以及第二阀，也不限于压电阀，例如也可以是电磁阀等具备各种各样的驱动原理的致动器的能够实现任意开度的控制阀。

对于各实施方式的流量控制装置，把将各构成集成化得到的质量流量控制器作为例子进行了说明，但是也可以分别个别地组合各阀、压力传感器、流体阻力来构成流量控制装置。

此外，只要不违反本发明的宗旨，也可以进行各种各样的实施方式的变形、各实施方式的一部分彼此的组合等。

Claims (13)

1.一种流量控制装置，其特征在于，

所述流量控制装置具备：

流体阻力，设置在流道上；

第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；

第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；

第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；

第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间；

阻力流量计算器，根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量；

流量控制器，根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量；

设定压力转换器，根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力；以及

压力控制器，根据从所述设定压力转换器输出的所述第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，

所述设定压力转换器构成为：在所述流体阻力的下游侧的压力保持在所述第二设定压力的情况下，将使所述阻力流量成为所述设定流量所需要的所述流体阻力的上游侧的压力作为第一设定压力输出。

3.根据权利要求1或2所述的流量控制装置，其特征在于，

所述第二设定压力是可变的。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述设定压力转换器构成为：所述设定流量的值越大，作为所述第一设定压力输出越大的值。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述阻力流量计算器根据所述第一测量压力的幂与所述第二测量压力的幂的差，计算所述阻力流量。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述阻力流量计算器将流量常数乘以所述第一测量压力的二次方与所述第二测量压力的二次方的差，计算所述阻力流量。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述设定压力转换器构成为接收0torr以上且900torr以下的恒定值作为所述第二设定压力。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述设定压力转换器构成为接收0torr以上且400torr以下的恒定值作为所述第二设定压力。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述流量控制装置还具备针对所述第二设定压力以及所述设定流量的各组分别关联了所述第一设定压力的表，

所述设定压力转换器构成为根据接收到的所述第二设定压力以及所述设定流量，参照所述表，输出所述第一设定压力。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述流量控制装置还具备阀流量计算器，所述阀流量计算器根据所述阻力流量以及所述第二测量压力，计算从所述第二阀流出的所述阀流量，

所述控制对象流量是所述阀流量，

所述流量控制器构成为根据所述设定流量与所述阀流量的偏差，控制所述第二阀。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，

所述阻力流量计算器构成为：

在所述第二阀打开的状态下根据所述第一测量压力以及所述第二测量压力，计算所述阻力流量，

在所述第二阀完全关闭的状态下根据所述第一测量压力以及所述第二设定压力，计算所述阻力流量。

12.一种流量控制方法，其特征在于，

所述流量控制方法使用流量控制装置，所述流量控制装置具备：流体阻力，设置在流道上；第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；以及第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间，

所述流量控制方法包括：

阻力流量计算步骤，根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量；

流量控制步骤，根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量；

设定压力转换步骤，根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力；以及

压力控制步骤，根据在所述设定压力转换步骤中输出的所述第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

13.一种记录介质，记录有流量控制装置用程序，其特征在于，

所述流量控制装置用程序用于流量控制装置，所述流量控制装置具备：流体阻力，设置在流道上；第一阀，设置在所述流体阻力的上游侧；第二阀，设置在所述流体阻力的下游侧；第一压力传感器，设置在所述第一阀与所述流体阻力之间；以及第二压力传感器，设置在所述流体阻力与所述第二阀之间，

计算机通过执行所述流量控制装置用程序而发挥作为阻力流量计算器、流量控制器、设定压力转换器以及压力控制器的功能，

所述阻力流量计算器根据由所述第一压力传感器测量出的第一测量压力以及由所述第二压力传感器测量出的第二测量压力，计算阻力流量，所述阻力流量是流过所述流体阻力的流体的流量，

所述流量控制器根据设定流量与控制对象流量的偏差，控制所述第二阀，所述控制对象流量是所述阻力流量或根据所述阻力流量计算出的从所述第二阀流出的阀流量，

所述设定压力转换器根据作为所述流体阻力的下游侧的压力的目标且设定成恒定值的第二设定压力以及所述设定流量，输出作为所述流体阻力的上游侧的压力的目标的第一设定压力，

所述压力控制器根据从所述设定压力转换器输出的所述第一设定压力与所述第一测量压力的偏差，控制所述第一阀。

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