JP2001147723A - Method for controlling flow rate - Google Patents
Method for controlling flow rateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガス等の比較的小流量
の流体の流量を制御する流量制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow control method for controlling a flow rate of a relatively small fluid such as gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体製品等を製造するために
は、半導体ウエハ等に対して例えばCVD成膜やエッチ
ング操作が繰り返し行われるが、この場合に微量の処理
ガスを精度良く制御する必要から例えば精密ガス流量制
御装置が用いられている。この種のガス流量制御装置
は、微量ガスの質量流量を検出するセンサ部と、バルブ
部と、これを制御する制御回路部とにより主に構成され
ている。センサ部は、全ガス量の僅かな比率の量が通過
するセンサ管に電熱コイルを巻回してなるセンサを有し
ており、大部分のガスはバイパスを流れるようになって
いる。そして、このセンサ部での検出値に基づいて制御
回路部はバルブ部の弁開度を制御し、設定値のガス流量
を流すようになっている。また、弁開度を制御するに
は、全体のガス流量自体が非常に少ないことから例えば
数10μm程度のストローク範囲内で精度良く弁開度を
制御しなければならず、このためにアクチュエータとし
て小さなストローク範囲内で大きな推力変化を生ぜしめ
ることができることから、一般的には積層型圧電素子体
が用いられており、これにより設定値に基づいてダイヤ
フラムよりなる弁体の弁開度を操作するようになってい
る。2. Description of the Related Art Generally, in order to manufacture a semiconductor product or the like, for example, a CVD film formation or an etching operation is repeatedly performed on a semiconductor wafer or the like. For example, a precision gas flow control device is used. This type of gas flow control device mainly includes a sensor unit for detecting a mass flow rate of a trace gas, a valve unit, and a control circuit unit for controlling the valve unit. The sensor section has a sensor in which an electric heating coil is wound around a sensor tube through which a small percentage of the total gas amount passes, and most of the gas flows through the bypass. The control circuit controls the valve opening of the valve on the basis of the value detected by the sensor, so that the gas flow at the set value flows. Further, in order to control the valve opening, since the entire gas flow rate itself is very small, it is necessary to accurately control the valve opening within a stroke range of, for example, about several tens of μm. Since a large change in thrust can be generated within the stroke range, a laminated piezoelectric element is generally used, so that the valve opening of the diaphragm made of a diaphragm is operated based on a set value. It has become.
【0003】ところで、バルブの弁開度すなわち操作量
を制御してガス流量をコントロールする方式としては、
位置PID制御方式や速度型PID制御方式等が知られ
ており、また、ガス流量の制御に際しては、急激なガス
流の流れ込みにより半導体処理室内に製品の欠陥の原因
となるパーティクルが巻き上がらないように制御する必
要がある。従って、パーティクルの発生原因となるオー
バシュートの発生は極力抑制しなければならない。By the way, as a method of controlling a gas flow rate by controlling a valve opening degree, that is, an operation amount of a valve,
A position PID control method, a speed-type PID control method, and the like are known. In controlling a gas flow rate, particles that cause a defect of a product do not wind up in a semiconductor processing chamber due to a sudden gas flow. Need to be controlled. Therefore, the occurrence of overshoot that causes the generation of particles must be suppressed as much as possible.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した位
置PID制御の制御式は、一般的にはデジタル系におい
て下記に示す数1のように表される。By the way, the above-mentioned control formula of the position PID control is generally represented by the following equation 1 in a digital system.
【0005】[0005]
【数1】 (Equation 1)
【0006】ここでmn は、n番目のバルブの操作量、
kは比例定数を、Tsはサンプリング時間、Tiは積分
時間(時間の概念が入った定数)、en は設定値に対す
る実際の操作量の偏差、Tdは微分時間により定まる定
数、m0 は必要に応じて付加されるバイアス量をそれぞ
れ示す。従って、Ts/TiΣen の項は積分項を表し
て偏差の積み上げが求められ、Td/Ts(en −e
n-1 )の項は微分項を表し、偏差の勾配が求められてい
る。Here, mn is the operation amount of the n-th valve,
k is a proportional constant, Ts is the sampling time, Ti is the integration time (constant concept has entered time), e n is the actual amount of operation of the deviation with respect to the set value, Td is determined by differentiation time constant, m 0 is required Respectively indicate the amount of bias added. Accordingly, Ts / TiΣe n term is accumulation of the deviation is determined represents the integral term, Td / Ts (e n -e
The term n-1 ) represents the derivative term, and the gradient of the deviation is obtained.
【0007】この積分項によれば、例えば厳密性が要求
される処理炉の温度コントロールにおいて僅かな偏差が
あってもこれが積み上げられて修正されるため好ましい
が、全体として応答性は緩慢である。また、設定値を変
化した時には、積分項の値が変化を阻止する方向に作用
する場合もあるので、実際の制御時には、設定値を変え
た時には積分項の値をソフトウェアでゼロにするように
なっている。According to this integral term, for example, even if there is a slight deviation in the temperature control of the processing furnace requiring strictness, this is preferable because it is accumulated and corrected, but the response is slow as a whole. Also, when the set value is changed, the value of the integral term may act in a direction that prevents the change.Therefore, in actual control, when the set value is changed, the value of the integral term should be set to zero by software. Has become.
【0008】また、微分項は偏差同士の差を取っている
ことから操作量の変化が少ない時にはあまり利かないが
急激に偏差が変わる時には抑制的に作用することにな
る。そして、実際の流量制御装置において、初期時に仮
にバルブを全閉状態に設定していると、例えば流量50
%の設定値が入力されると大きな偏差が生じてしまうの
で、これを防止するためにm0 を例えば50%の操作量
に設定し、バルブを開状態としている。Further, since the differential term takes the difference between the deviations, it is not very useful when there is little change in the manipulated variable, but acts in a suppressed manner when the deviation changes abruptly. Then, in the actual flow control device, if the valve is set to the fully closed state at the initial stage, for example, the flow rate 50
When a set value of% is input, a large deviation occurs. Therefore, in order to prevent this, m 0 is set to, for example, an operation amount of 50%, and the valve is opened.
【0009】しかしながら、一般的にはセンサの応答速
度は、それ程速くはないので、例えば設定値を急激に下
げた場合、フィードバックをかけているセンサ出力は僅
かの間、前の状態を示して偏差はゼロになり、するとm
0 が利いて弁は50%に開いてしまい、その結果、ガス
が急激に流れてオーバシュートを発生するという問題が
あった。これに対して、速度型PID制御の制御式は一
般的にはデジタル系において下記に示す数2のように表
される。However, in general, the response speed of the sensor is not so fast. For example, when the set value is sharply reduced, the output of the sensor for which feedback is being applied indicates the previous state for a short time and the deviation is indicated. Becomes zero, then m
There is a problem that the valve opens to 50% due to the advantage of 0, and as a result, gas flows rapidly and overshoot occurs. On the other hand, the control formula of the speed-type PID control is generally expressed in a digital system as shown in the following Expression 2.
【0010】[0010]
【数2】 (Equation 2)
【0011】ここでΔmn は、バルブ開度の差を示し、
現在のバルブ開度mn を認めて、それに対してどのよう
な変化を与えるかという式を与えるものである。この制
御によれば、式より明らかなようにバルブ開度の変化分
のみ算出し、出力の前回位置との和は出力処理部で行う
ために、内部での出力計算値が出力信号域を超えること
がない点や、出力計算値が過大に変化し難い点や積分値
の内部計算において飽和することによる問題が生じない
点などの利点を有する反面、設定値が急激に変化した時
などのステップ応答時の応答速度が上記した位置PID
制御の場合と比較してかなり劣るという問題がある。図
6はこの状態を示しており、設定値が例えばデジタル系
において0Vから5Vに急激にステップ状に変化した時
には、バルブの開度(操作量)は点線で示されるように
緩慢に上昇し、そのために実際の流量もオーバシュート
することはないが流量は緩慢に設定値に向けて上昇する
ことになり、応答速度が悪いという問題がある。Here, Δm n indicates a difference in valve opening degree,
The present valve opening degree mn is recognized, and an equation of what kind of change is given thereto is given. According to this control, as is clear from the equation, only the change in the valve opening is calculated, and the sum of the output and the previous position is calculated by the output processing unit, so that the internal output calculation value exceeds the output signal range. It has the advantage that there is no problem, that the output calculation value is unlikely to change excessively, and that the problem does not occur due to saturation in the internal calculation of the integral value.However, steps such as when the set value changes rapidly The response speed at the time of response is the position PID described above.
There is a problem that it is considerably inferior to the control case. FIG. 6 shows this state. When the set value changes rapidly from 0 V to 5 V in a stepwise manner in a digital system, for example, the opening degree (operating amount) of the valve slowly rises as shown by a dotted line, Therefore, the actual flow rate does not overshoot, but the flow rate slowly increases toward the set value, and there is a problem that the response speed is poor.
【0012】特に、実際のバルブ部の流量特性は、弁開
度が小さい時の流量変化は少なく、ある程度以上の弁開
度になると流量変化も大きくなるような特性を有してい
るので、バルブ全閉状態で流量ゼロからステップ状に設
定値が変化した時の応答性がかなり劣るという問題があ
った。In particular, the actual flow characteristic of the valve section is such that the flow rate change is small when the valve opening is small, and the flow rate change is large when the valve opening is a certain degree or more. There is a problem that the response when the set value changes stepwise from zero flow rate in the fully closed state is considerably poor.
【0013】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、流量制御方式を途中で切り替えることによ
り、迅速に且つオーバシュートのない流量制御を行うこ
とができる流量制御方法を提供することにある。The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a flow control method capable of performing flow control quickly and without overshoot by switching the flow control method in the middle.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、流体を流す流体通路に介設された流量
制御弁を流量制御部から制御することにより前記流体の
流量を制御する流量制御方法において、流量ゼロの状態
から所定の流量設定値まで急激に流量を変化する際に、
前記流量制御部は前記流体が流れ出し始める流れ出し駆
動電圧よりも僅かな電圧値だけ少ない初期電圧値を小さ
い初期操作量として前記流量制御弁に出力し、その後、
直ちに前記初期操作量を基準として速度型PID制御に
移行するようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention controls the flow rate of the fluid by controlling a flow rate control valve provided in a fluid passage through which the fluid flows from a flow rate control unit. In the flow control method, when the flow rate suddenly changes from a zero flow state to a predetermined flow rate set value,
The flow control unit outputs to the flow control valve a small initial voltage value smaller than the flow-out drive voltage by which the fluid starts flowing out as a small initial operation amount, and thereafter,
The control is immediately shifted to the speed type PID control based on the initial operation amount.
【0015】[0015]
【作用】本発明は、以上のように構成されたので、流量
ゼロの状態から所定の流量設定値まで流量を急激に変化
させる場合、その流量設定値に関係なく、流体が流れ出
し始める流れ出し駆動電圧よりも僅かな電圧値だけ少な
い初期電圧値を流量制御弁に直ちに加え、その後、直ち
に、例えばセンサ部が安定するまでの僅かな時間が経過
したら速度型PID制御へ移行する。これにより、流量
制御弁が開く直前までは駆動電圧はステップ状に一気に
急激に印加され、そして、その後、直ちに速度型PID
制御へ移行することにより、流量制御弁は速度型PID
制御下で徐々に定常操作量に向けて弁開度が大きくな
り、最終的に流量設定値に対応した流量が流れることに
なる。このようにして、流量ゼロの状態から設定流量値
が急激に変化した場合にあってもオーバシュート等を生
ずることなく迅速に所望する設定流量値に流量が変化す
るように制御することが可能となる。Since the present invention is configured as described above, when the flow rate is rapidly changed from a zero flow state to a predetermined flow rate set value, the flow-out drive voltage at which the fluid starts flowing out regardless of the flow rate set value. An initial voltage value smaller than the initial voltage value by a slightly smaller voltage value is immediately applied to the flow control valve, and thereafter, after a short time elapses, for example, until the sensor section is stabilized, the control is shifted to the speed-type PID control. As a result, the drive voltage is suddenly applied in a step at a time until immediately before the flow control valve is opened.
By shifting to control, the flow control valve becomes a speed type PID
Under the control, the valve opening gradually increases toward the steady operation amount, and finally the flow rate corresponding to the flow rate set value flows. In this way, even if the set flow rate value changes rapidly from the zero flow state, it is possible to control the flow rate to quickly change to the desired set flow rate value without causing overshoot or the like. Become.
【0016】この場合、使用する環境の変化、例えば流
体通路が接続される配管系のガス差圧や流体通路の経年
変化等に起因して、流量設定値に示す流体が実際に流れ
ている時の実際の操作量とこの時の定常操作量にズレが
生ずる場合があるが、ズレが過度に大きくなった時には
常にアップデートな状態にしておくのが好ましい。In this case, when the fluid indicated by the set flow rate is actually flowing due to a change in the environment in which the fluid is used, for example, due to a gas differential pressure in a piping system to which the fluid passage is connected or an aging of the fluid passage. In some cases, the actual operation amount may deviate from the steady operation amount at this time, but it is preferable to always update the operation amount when the deviation becomes excessively large.
【0017】[0017]
【実施例】以下に、本発明に係る流量制御方法の一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係る
流量制御方法を実施するためのガス質量流量制御装置を
示す概略構成図、図2は図1に示す制御装置の流量制御
部の構成を示すブロック図、図3は本発明の制御方法を
実施した時の流量設定値、流量及び操作量の変化を示す
グラフ、図4は差圧を変えた場合における流量制御弁の
操作量と流量との関係を示すグラフ、図5は図4から抜
き出された一部の特性曲線を示すグラフである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a flow control method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas mass flow controller for implementing a flow control method according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a flow controller of the controller shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a graph showing a change in a flow rate set value, a flow rate, and an operation amount when the control method of the present invention is performed. FIG. 5 is a graph showing some characteristic curves extracted from FIG.
【0018】まず、本発明に係る流量制御方法を実施す
るためのガス質量流量制御装置について説明する。図示
するようにこのガス質量流量制御装置2は、例えばステ
ンレススチール等により成形された流体通路4を有して
おり、この流体通路4のガス流体の流れ方向の上流側に
は大部分の流量を流すバイパス6が設けられ、下流側に
はガス流体の流量を制御するために弁体として例えばダ
イヤフラム8を備えた流量制御弁10が設けられる。First, a gas mass flow controller for implementing a flow control method according to the present invention will be described. As shown in the figure, the gas mass flow control device 2 has a fluid passage 4 formed of, for example, stainless steel or the like, and most of the flow is provided upstream of the fluid passage 4 in the gas fluid flow direction. A flow bypass 6 is provided, and a flow control valve 10 having, for example, a diaphragm 8 as a valve body for controlling the flow rate of the gas fluid is provided downstream.
【0019】上記バイパス6の両端側には、質量流量検
出センサ部12のセンサ管14が接続されており、これ
にバイパス4と比較して小量のガス流体を流し得るよう
になっている。このセンサ管14には制御用の一対の電
熱コイル16が巻回されており、これに接続されたセン
サ制御回路18によりガス流体の質量流量を検出するよ
うになっている。At both ends of the bypass 6, sensor pipes 14 of the mass flow rate detection sensor section 12 are connected, and a small amount of gas fluid can flow through the sensor pipe 14 as compared with the bypass 4. A pair of electric heating coils 16 for control are wound around the sensor tube 14, and a mass flow rate of the gas fluid is detected by a sensor control circuit 18 connected thereto.
【0020】ここでの検出値は、2チャンネルのA/D
コンバータ20を介して例えばマイクロコンピュータ等
よりなる流量制御部22へ入力されている。また、外部
から入力される流量設定値を示す設定信号もこのA/D
コンバータ20を介して上記流量制御部22へ入力され
る。この設定信号は、通常0〜5Vのアナログ信号であ
り、上記A/Dコンバータ20にてデジタル信号へ変換
された後に流量制御部22へ入力される。The detected value here is the A / D of two channels.
The data is input to a flow control unit 22 composed of, for example, a microcomputer via a converter 20. A setting signal indicating a flow rate set value input from the outside is also provided by the A / D.
The data is input to the flow rate control unit 22 via the converter 20. The setting signal is usually an analog signal of 0 to 5 V, and is converted into a digital signal by the A / D converter 20 and then input to the flow control unit 22.
【0021】また、上記流量制御弁10は上記ダイヤフ
ラム8を上下駆動するためのアクチュエータとして小さ
なストローク範囲内で大きな推力変化を生ずる例えば積
層型圧電素子24を有しており、圧電素子駆動部26か
らの駆動信号(駆動電圧)で制御される。上記駆動部2
6へは、流量制御部22からのデジタル駆動信号がD/
Aコンバータ28によりアナログ信号へ変換された後に
入力されており、上記流量設定値に対応した流量が流れ
るように流量制御弁10の操作量すなわち弁開度を制御
している。The flow control valve 10 has, for example, a laminated piezoelectric element 24 which generates a large thrust change within a small stroke range as an actuator for vertically driving the diaphragm 8. Is controlled by the drive signal (drive voltage). Drive unit 2
6, the digital drive signal from the flow controller 22 is D /
The signal is input after being converted into an analog signal by the A converter 28, and the operation amount of the flow control valve 10, that is, the valve opening is controlled so that a flow rate corresponding to the flow rate set value flows.
【0022】そして、この実施例においては予め複数の
流量設定値に応じた前記流量制御弁の定常操作量を測定
してテーブル化して記憶しておき、設定流量値が急激に
変化した時には、新たに設定された流量設定値に対応し
た定常操作量を上記テーブルに基づいて求め、この求め
た定常操作量よりも所定の割合だけ小さい初期操作量
を、まず上記流量制御弁10に出力し、その後、直ちに
上記初期操作量を基準として速度型PID制御(前述の
数2により表される)に移行するように上記流量制御部
22はプログラムされている。In this embodiment, the steady-state operation amount of the flow control valve corresponding to a plurality of flow rate setting values is measured in advance and stored in a table. Is obtained based on the above table, and an initial operation amount smaller than the obtained steady operation amount by a predetermined ratio is first output to the flow control valve 10, and thereafter, The flow rate control unit 22 is programmed so as to immediately shift to the speed-type PID control (represented by the aforementioned equation 2) based on the initial operation amount.
【0023】すなわち、換言すれば、流量設定値が変更
されると新たに設定された流量設定値に対応する弁開度
(操作量)よりも少し小さな弁開度(初期操作量)ま
で、まず一気に開き、或いは閉じ、その後直ちに安定的
制御を特長とする速度型PID制御に移行し、結果的に
オーバシュートを生ずることなく迅速に設定量流量へ移
行するものである。In other words, in other words, when the flow rate setting value is changed, first, the valve opening degree (initial operation amount) is slightly smaller than the valve opening degree (operation amount) corresponding to the newly set flow rate setting value. It opens or closes at a stretch, and then immediately shifts to speed-type PID control featuring stable control, and consequently shifts to the set flow rate quickly without overshooting.
【0024】上記プログラム内容を機能的に表すと例え
ば図2に示すように表され、各種の演算を行う演算部3
0と、予め測定された流量制御弁の測定結果を書き換え
可能に記憶する例えばEEPROM(electric
al erazable programable R
OM)よりなる記憶部31と、センサ12が安定したか
否かを示すセンサ安定確認部34と、テーブル(表)を
書き替えるタイミングを知らせる書き替え指令部33と
よりなる。The contents of the program are functionally represented, for example, as shown in FIG.
For example, an EEPROM (electrical) that rewritably stores the measurement result of the flow control valve measured in advance as 0.
al erasable programmable R
OM), a sensor stability confirmation unit 34 indicating whether or not the sensor 12 is stable, and a rewrite command unit 33 for notifying the timing of rewriting the table.
【0025】上記センサ安定確認部32は、速度型PI
D制御へ切り替えるタイミングを知らせるものであり、
ガス流量の急激な減少或いは増加を感知したら、センサ
が安定したものと認識してセンサが安定した旨を演算部
30に知らせる。このセンサ安定化までの時間(応答時
間)は非常に短く、例えばμmsecオーダであるのに
対してダイヤフラム8を操作するアクチュエータの応答
時間は比較的長く、例えばmsecオーダである。The sensor stability confirmation section 32 is a speed type PI
It informs the timing of switching to D control,
When a sudden decrease or increase in the gas flow rate is sensed, the sensor recognizes that the sensor is stable and notifies the arithmetic unit 30 that the sensor has stabilized. The time until the sensor stabilizes (response time) is very short, for example, on the order of μmsec, whereas the response time of the actuator that operates the diaphragm 8 is relatively long, for example, on the order of msec.
【0026】また、書き替え指令部33は、入力される
設定流量値が安定(一定)している場合において、駆動
信号として出力される実際の操作量とその時の流量設定
値の表中における操作量との間に一定量、例えば10%
以上の差が生じたならば表中の流量設定値を書き替える
ための書き替え信号を出力するものであり、この書き替
え信号を受けた演算部30は所定の計算を行って書き替
えを行う。以上のような操作は全てプログラムにより処
理される。ここで記憶部32に記憶される表1に示す内
容について説明する。When the input set flow rate value is stable (constant), the rewriting command section 33 operates the actual operation amount output as a drive signal and the operation amount in the table of the flow rate set value at that time. A certain amount between the amount, for example, 10%
If the above difference occurs, a rewrite signal for rewriting the flow rate set value in the table is output, and the arithmetic unit 30 receiving the rewrite signal performs a predetermined calculation and rewrites. . All of the above operations are processed by the program. Here, the contents shown in Table 1 stored in the storage unit 32 will be described.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】表1中において流量設定値Qは外部から入
力される目標とする流量を表すものであり、便宜上、最
大流量をQ1 〜Q10まで10%ずつ10段階に分割して
いるが、更に細分化してもよい。操作量は制御弁の弁開
度を示しており、流量設定値で表される流量を安定して
流す時に必要とされる弁開度を示している。ここで、一
般的には流量制御弁の操作量(弁開度)と流量との特性
は図4に示すようにヒステリシス特性を有しており、操
作量を増加していく場合と減少させていく場合とでは同
じ弁開度でも流量が異なり、しかも差圧が異なることに
よっても流量が異なるという複雑な特性を有している。
例えば弁開度が同一であるとすると差圧が大きい程、流
量は大きくなり、全体の特性曲線は相似形を示すことに
なる。このため表1に示すように同じ流量設定値Qに対
して弁開度増加時の操作量mAと、弁開度減少時の操作
量mBとが存在することになり、これらを両方測定す
る。また、流量ゼロの時は漏れを防止するために弁は強
い力で押さえ付けられているので、駆動電圧が例えば5
Vよりも低い領域では、弁が開いておらずに流量はゼロ
であり、駆動電圧が略5Vよりも大きくなると、弁が開
き始めてガスが流れ出すことになる。In Table 1, the flow rate set value Q represents a target flow rate input from the outside. For convenience, the maximum flow rate is divided into 10 steps of 10% from Q 1 to Q 10 for convenience. It may be further subdivided. The manipulated variable indicates the valve opening of the control valve, and indicates the valve opening required when the flow rate represented by the flow rate set value is stably flowed. Here, generally, the characteristic between the operation amount (valve opening degree) and the flow rate of the flow control valve has a hysteresis characteristic as shown in FIG. 4, and the operation amount is increased and decreased. In some cases, the flow rate is different even at the same valve opening, and the flow rate is different even when the differential pressure is different.
For example, assuming that the valve opening is the same, the larger the differential pressure, the larger the flow rate, and the overall characteristic curve shows a similar shape. Therefore, as shown in Table 1, for the same flow rate set value Q, there is an operation amount mA when the valve opening increases and an operation amount mB when the valve opening decreases, and both of them are measured. Also, when the flow rate is zero, the valve is pressed with a strong force to prevent leakage, so that the drive voltage is, for example, 5
In the region lower than V, the flow rate is zero because the valve is not open, and when the drive voltage becomes larger than approximately 5 V, the valve starts to open and gas starts to flow.
【0029】尚、差圧が異なることによって、同一弁開
度でも流量が変化する点に対する補償は後述する。これ
らの操作量mA、mBの測定は、このガス流量制御装置
2を例えば半導体製造装置の配管系に実際に組み込んだ
後に行い、例えば流量を10%ずつ増加して或いは減少
して、その都度流量が安定した時の弁開度(アクチュエ
ータの駆動電圧と等価)を読み取って操作量mA、mB
として記憶部32に記憶する。The compensation for the point that the flow rate changes even with the same valve opening due to the difference in the differential pressure will be described later. The measurement of the manipulated variables mA and mB is performed after the gas flow control device 2 is actually installed in, for example, a piping system of a semiconductor manufacturing apparatus. For example, the flow rate is increased or decreased by 10%, and The valve opening (equivalent to the drive voltage of the actuator) is read when is stable, and the operation amounts mA and mB are read.
Is stored in the storage unit 32.
【0030】そして、上記それぞれの操作量mA、mB
に所定の割合α(1<0)を剰算してそれぞれ対応する
初期操作量mAo、mBoを求め、同様に記憶する。従
って、初期操作量mAo、mBoは次のように計算によ
り求められる。 mAo=α・mA mBo=α・mB ここでαは、初期操作量に相当する弁開度を一気に確立
したとしても流量がオーバシュートしないような値に設
定され、通常、0.6〜0.7の範囲内に設定される。Then, the respective operation amounts mA and mB
, A predetermined ratio α (1 <0) is added to obtain the corresponding initial manipulated variables mAo and mBo, and stored similarly. Therefore, the initial operation amounts mAo and mBo are obtained by calculation as follows. mAo = α · mA mBo = α · mB Here, α is set to a value such that the flow rate does not overshoot even if the valve opening corresponding to the initial manipulated variable is established at a stretch, and is usually 0.6 to 0. 7 is set.
【0031】また、表1を形成する時の差圧は、この流
量制御装置が設置される環境において予想される最も大
きな差圧に設定する。例えば半導体製造装置における処
理ガスの配管系のガス圧は通常、最大3kgf/cm2
であるので、表1の作成時には差圧3kgf/cm2 の
基でデータを取るようにする。これにより、この流量制
御装置を、最大差圧3kgf/cm2 とするどのような
配管系に設けてもオーバシュートを生ずることがない。
また、流量制御装置が配置された配管系の差圧が、例え
ば3kgf/cm2 よりも小さい、例えば2kgf/c
m2 であるとすると、表1に表された流量設定値Qに対
応するそれぞれの操作量及び初期操作量は全て大きくな
る(図4参照)。The pressure difference for forming Table 1 is set to the largest pressure difference expected in the environment where the flow control device is installed. For example, the gas pressure of the processing gas piping system in a semiconductor manufacturing apparatus is usually 3 kgf / cm 2 at the maximum.
Therefore, at the time of preparing Table 1, data is taken under the basis of a differential pressure of 3 kgf / cm 2 . Thus, no overshoot occurs even if this flow control device is provided in any piping system having a maximum differential pressure of 3 kgf / cm 2 .
Further, the differential pressure of the piping system in which the flow control device is arranged is smaller than, for example, 3 kgf / cm 2 , for example, 2 kgf / c.
If it is m 2 , the respective operation amounts and initial operation amounts corresponding to the flow rate set values Q shown in Table 1 are all large (see FIG. 4).
【0032】そこで、制御速度の迅速性を確保するため
に学習機能により、表1中の流量設定値Qの値を対応す
るように全て書き替える。具体的には、流量設定値に規
定された流量が安定して流れている時の流量制御弁10
の実際の操作量(駆動信号の電圧に対応する)をモニタ
し、この流量設定値と上記操作量に対応する表1中の流
量設定値との比に基づいて、表1中の流量設定値を書き
替えるようにする。書き替えられた状態は表2に示され
る。Therefore, in order to ensure quick control speed, all the values of the flow rate set values Q in Table 1 are rewritten by the learning function so as to correspond to the values. Specifically, the flow control valve 10 when the flow rate specified by the flow rate set value is flowing stably
The actual manipulated variable (corresponding to the voltage of the drive signal) is monitored, and based on the ratio between the flow set value and the flow set value in Table 1 corresponding to the manipulated variable, the flow set value in Table 1 To be rewritten. The rewritten state is shown in Table 2.
【0033】[0033]
【表2】 [Table 2]
【0034】この場合、実際には操作量はヒステリシス
特性に起因して微視的に変動することが考えられるの
で、例えば10%以上の操作量の差が生じた時に書き替
え指令部34が書き替え信号を出力する。また、表1中
に記憶されていない流量設定値Q、例えば流量設定値Q
1 とQ2の間である例えば15%の流量設定値が入力さ
れた時には、流量設定値Q1 とQ2 のそれぞれに対応す
る操作量及び初期操作量より補間法により対応する値を
求めるようにする。また、表1及び表2中の定常操作量
や初期操作量は、それぞれ駆動電圧に対応しており、こ
の駆動電圧が積層型電圧素子24へ直接印加される。
尚、図1中、34は流量出力を例えば0〜5Vのアナロ
グ信号に変換するD/Aコンバータであり、36は外部
との通信を行う例えばRS232C規格のインタフェー
スである。In this case, it is considered that the manipulated variable actually changes microscopically due to the hysteresis characteristic. Therefore, when a difference of the manipulated variable of, for example, 10% or more occurs, the rewrite command unit 34 writes the data. Output a replacement signal. Also, a flow rate set value Q not stored in Table 1, for example, a flow rate set value Q
When a flow rate set value between 1 and Q 2 of, for example, 15% is input, a value corresponding to each of the flow rate set values Q 1 and Q 2 from the manipulated variables and the initial manipulated variables by interpolation is determined. To Further, the steady operation amount and the initial operation amount in Tables 1 and 2 respectively correspond to the drive voltage, and this drive voltage is directly applied to the stacked voltage element 24.
In FIG. 1, reference numeral 34 denotes a D / A converter for converting a flow rate output into, for example, an analog signal of 0 to 5 V, and reference numeral 36 denotes, for example, an interface of the RS232C standard for communicating with the outside.
【0035】次に、以上のように構成されたガス質量流
量制御装置を用いて行われる実施例の一例を具体的に説
明する。例えば差圧3kgf/cm2 の流体通路4にガ
ス流体が流れると、この一部はセンサ部12のセンサ管
14を流れ、大部分はバイパス6を流れて行き、流体制
御弁10によりその流量が制御されつつガス使用系へ向
かう。Next, an example of an embodiment performed by using the gas mass flow controller configured as described above will be specifically described. For example, when a gas fluid flows through the fluid passage 4 having a differential pressure of 3 kgf / cm 2, a part of the gas flows through the sensor tube 14 of the sensor unit 12 and most of the gas flows through the bypass 6. Head to the gas-using system while being controlled.
【0036】センサ管14を流れるガス流体の流量は定
温度差方式のセンサ12により検出されて流体通路4全
体に流れる質量流量が求められ、流量制御部22へ入力
される。そして、この検出値が外部から入力されている
流量設定値と同一になるようにフィードバック制御がか
けられて流量制御弁10の積層型圧電素子24を駆動す
ることにより弁開度を制御することになる。The flow rate of the gas fluid flowing through the sensor pipe 14 is detected by the constant temperature difference type sensor 12, the mass flow rate flowing through the entire fluid passage 4 is obtained, and is input to the flow rate control unit 22. Then, feedback control is performed so that the detected value becomes the same as the flow rate set value input from the outside, and the valve opening is controlled by driving the laminated piezoelectric element 24 of the flow control valve 10. Become.
【0037】さて、本実施例において流量設定値が大幅
に変化した場合、例えば一例として流量ゼロの状態から
流量設定値Qが表1中においてQ3 まで急激に変化した
場合について説明すると、まず図3に示すように時間t
において流量設定値Q3 が設定信号として入力される
と、演算部30は記憶部31に記憶した表1中から流量
増加時の定常操作量mA3 を求め、この値に所定の割合
αを剰算することにより増加時の初期操作量mAO3 を
求める。尚、この初期操作量が予め算出されて表1中に
テーブル化されている場合には流量設定値Q3 に対応す
る値として初期操作量mAO3 (<mA3 )を直接読み
出すようにしてもよい。この初期操作量mAO3 は流量
制御部22より流量制御弁10側へ駆動信号として直ち
に伝達され、ダイヤフラム8は初期操作量mAO3 まで
一気に開かれることになる。Now, a description will be given of a case where the flow rate set value greatly changes in this embodiment, for example, a case where the flow rate set value Q suddenly changes to Q 3 in Table 1 from a zero flow state as an example. As shown in FIG.
In the flow rate set value Q 3 is input as a set signal, calculation unit 30 obtains the steady operation amount mA 3 at a flow rate increases from the table 1 stored in the storage unit 31, over - the predetermined ratio α to the value The initial operation amount mAO 3 at the time of increase is obtained by the calculation. If the initial manipulated variable is calculated in advance and tabulated in Table 1, the initial manipulated variable mAO 3 (<mA 3 ) may be directly read as a value corresponding to the flow rate set value Q 3. Good. This initial manipulated variable mAO 3 is immediately transmitted from the flow control unit 22 to the flow control valve 10 as a drive signal, and the diaphragm 8 is opened up to the initial manipulated variable mAO 3 at a stretch.
【0038】これにより、ガスは急激に流れ出し、この
ガス流は応答感度の速いセンサ12により検出され、す
るとセンサ安定確認部32(図2参照)がセンサが安定
した旨を演算部30に伝達する。すると、演算部30
は、ポイントAにおいて制御方式を前記数2で示したよ
うな速度型PID制御に切り替える。この制御方式は前
述したように現在の弁開度を認めて、これを基準として
安定して緩慢に設定値に向けて弁開度を調整するもので
あることから、弁の操作量はポイントAを境にしてすな
わち初期操作量mAO3 から安定して緩慢に上昇して行
く。この間、ガス流量は流量設定値Q3 に向けて急激に
増加して行くが、上記初期操作量mAO3は、オーバシ
ュートが発生しないように定常操作量mA3 よりも小さ
く設定されているのでオーバシュートが生ずることがな
く、迅速に流量設定値Q3 までガス流量を増加させるこ
とができる。従って、オーバシュートが発生しないの
で、例えば半導体製造装置にあっては急激な気体巻き込
みによるパーティクルの巻き上げが発生することを阻止
することができる。As a result, the gas suddenly flows out, and this gas flow is detected by the sensor 12 having a high response sensitivity. Then, the sensor stability confirmation section 32 (see FIG. 2) informs the arithmetic section 30 that the sensor is stabilized. . Then, the operation unit 30
Switches the control method to the speed-type PID control as shown in the above equation 2 at the point A. As described above, this control method recognizes the current valve opening and stably and slowly adjusts the valve opening toward the set value based on the current valve opening. , Ie, the initial manipulated variable mAO 3 stably and slowly rises. During this time, the gas flow rate is gradually increased rapidly towards the flow setpoint Q 3, the initial operating quantity MAO 3, which are set smaller than the steady operation amount mA 3 as overshoot does not occur over without shoot occurs, it is possible to increase the gas flow rapidly to flow setpoint Q 3. Accordingly, since no overshoot occurs, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus, it is possible to prevent the particles from being wound up due to a sudden gas entrainment.
【0039】このような動作は、流量ゼロからステップ
状に流量設定値が増加する場合のみならず、ガス流体が
ある程度流れている状態からステップ状に流量設定値が
増加する場合も同様である。また、逆にガス流体がある
程度流れている状態からステップ状に流量設定値が減少
する場合も同様に動作する。但し、この場合には、ガス
流量が減少することから減少時の定常操作量mB及び減
少時の初期操作量mBOの欄から値が選択され、或いは
値が算出されることになる。尚、この場合、流量設定値
Qが非常に低い場合、例えば最大流量の0.5%程度の
設定流量の場合には、この時の初期操作量mAOの電圧
値が、流量制御弁の流れが開始する駆動信号(駆動電
圧)よりも僅かに小さい直前の駆動信号(駆動電圧)と
なる場合もある。この点を図4を参照して説明すると、
例えば最大流量の0.5%の設定流量の時の定常操作量
を7ボルトとし、α=0.6と仮定すると、初期操作量
mAOは4.2ボルト(=7V×0.6)となり、弁が
開き始めてガスが流れ出す電圧、すなわち5ボルトより
も小さい値となる。This operation is the same not only when the flow rate set value increases stepwise from zero flow rate, but also when the flow rate set value increases stepwise from a state in which the gas fluid flows to some extent. Conversely, the same operation is performed when the flow rate set value decreases stepwise from a state in which the gas fluid is flowing to some extent. However, in this case, since the gas flow rate decreases, a value is selected or calculated from the column of the steady operation amount mB at the time of decrease and the initial operation amount mBO at the time of decrease. In this case, when the flow rate set value Q is very low, for example, at a set flow rate of about 0.5% of the maximum flow rate, the voltage value of the initial manipulated variable mAO at this time depends on the flow rate of the flow control valve. The drive signal (drive voltage) immediately before may be slightly smaller than the drive signal (drive voltage) to be started. This will be described with reference to FIG.
For example, assuming that the steady operation amount at a set flow rate of 0.5% of the maximum flow rate is 7 volts and α = 0.6, the initial operation amount mAO is 4.2 volts (= 7V × 0.6), The valve begins to open and has a voltage below which gas flows out, ie, less than 5 volts.
【0040】また、表1中に記憶されていない流量設定
値Qが入力された場合には(実際には、この種のケース
が多いと思われる)、この流量設定値Qが表1中にて位
置する箇所の両側の流量設定値に対応する定常操作量及
びその時の初期操作量から例えば按分などの補間法によ
り、対応する定常操作量及び初期操作量を求めるように
する。時間tからポイントAまでの時間Δtは、非常に
小さく、センサの応答性等にもよるが、例えば数μse
c程度に設定される。When a flow rate setting value Q not stored in Table 1 is input (in practice, it is considered that there are many cases of this kind), this flow rate setting value Q is stored in Table 1. The corresponding steady-state operation amount and initial operation amount are obtained from the steady-state operation amount corresponding to the flow rate set value on both sides of the position located at the predetermined position and the initial operation amount at that time by an interpolation method such as proportional division. The time Δt from the time t to the point A is very small and depends on the response of the sensor.
It is set to about c.
【0041】また、上記動作にあっては、表1を作成す
るにあたり差圧3kgf/cm2 の基で実測を行い、且
つ流量制御弁が実装された配管系も差圧3kgf/cm
2 の配管系の場合なので、表1に示された値をそのまま
使用してもほとんど問題は生じないが、実際には使用ガ
スの性状により、差圧3kgf/cm2 より下回った環
境で使用される場合も生ずる。Further, in the above operation, in preparing Table 1, actual measurement was carried out under the condition of a differential pressure of 3 kgf / cm 2 , and the piping system on which the flow control valve was mounted was also operated at a differential pressure of 3 kgf / cm 2.
Since it is the case of the piping system of 2 , the use of the values shown in Table 1 as it is causes almost no problem. However, due to the nature of the gas used, it is used in an environment where the differential pressure is lower than 3 kgf / cm 2. May also occur.
【0042】この場合には、図4を参照しつつ前述した
ように差圧が異なると同一弁開度においても流量特性が
異なるので表1を補正する必要が生ずる。図5に示すよ
うに差圧3kgf/cm2 (表1に対応)で測定した表
1は、例えば差圧0.5kgf/cm2 の基で流量制御
装置を使用する場合には、それに対応して差圧0.5k
gf/cm2 の流量特性を作る必要が生ずるが、本実施
例にあっては学習機能が設けられており、自動的に表1
を差圧0.5kgf/cm2 に対応した表2に書き替え
るようになっている。In this case, as described above with reference to FIG. 4, if the differential pressure is different, the flow characteristics are different even at the same valve opening, so that Table 1 needs to be corrected. As shown in FIG. 5, Table 1 measured at a differential pressure of 3 kgf / cm 2 (corresponding to Table 1) corresponds to, for example, when a flow rate control device is used under a differential pressure of 0.5 kgf / cm 2. 0.5k differential pressure
Although it is necessary to create a flow rate characteristic of gf / cm 2 , in the present embodiment, a learning function is provided, and automatically
In Table 2 corresponding to a differential pressure of 0.5 kgf / cm 2 .
【0043】具体的には、例えば、ガス流量を増加する
場合を例にとると、当初は、表1に基づいて初期操作量
が選択或いは算出され、この初期操作量で弁開度が制御
されるが、流量設定値Qlの流量が安定的に流れる状態
においてはその時の実際の操作量mAkは表1中の増加
時の定常操作量mAlの値とは異なってくる。従って、
この時の実際の操作量mAkに対応する表1中の流量設
定値Qkを求め、このQlとQkにより表1中の流量設
定値Qを全て書き替えて表2に示す流量設定値Q’を作
る。この計算式は以下のように与えられる。 Q’=Q・Ql/QkMore specifically, for example, when the gas flow rate is increased, an initial operation amount is initially selected or calculated based on Table 1, and the valve opening is controlled by the initial operation amount. However, in a state where the flow rate of the flow rate set value Ql flows stably, the actual manipulated variable mAk at that time differs from the value of the steady-state manipulated variable mAl in the case of increase in Table 1. Therefore,
The flow rate set value Qk in Table 1 corresponding to the actual manipulated variable mAk at this time is obtained, and the flow rate set value Q ′ in Table 1 is rewritten by the Ql and Qk to obtain the flow rate set value Q ′ shown in Table 2. create. This calculation formula is given as follows. Q '= Q · Q1 / Qk
【0044】実際の制御においては、図2に示すように
書き替え指令部33が流量設定値と駆動信号で示される
実際の操作量を常時モニタしており、流量設定値が変化
しない状態において、実際の操作量とその時の流量設定
値に対応する表1中の定常操作量との差が、所定の範
囲、例えば10%以上超えて大きくなった場合には、書
き替え信号を出力し、上記した書き替え操作が行われ、
表2に示すような新たな表が作られて記憶されることに
なる。以後は、この表2に基づいて前記したような制御
が行われることになる。In the actual control, as shown in FIG. 2, the rewriting command section 33 constantly monitors the actual operation amount indicated by the flow rate set value and the drive signal. When the difference between the actual manipulated variable and the steady-state manipulated variable in Table 1 corresponding to the flow rate set value at that time exceeds a predetermined range, for example, 10% or more, a rewrite signal is output. Rewriting operation is performed,
A new table as shown in Table 2 is created and stored. Thereafter, the above-described control is performed based on Table 2.
【0045】このように学習機能を設けて、必要時には
表の書き替え操作を行うようにすることで、どのような
差圧を有する配管系にも適用することができるのみなら
ず、また、ガスボンベの元圧の変化等に起因して差圧が
変化してもそれに対応することが可能となる。尚、上記
実施例においては、制御の切り替えのタイミングをセン
サ安定確認部32の動作にて行うようにしたが、これは
一例を示したに過ぎず、初期操作量の出力後に直ちに速
度型PID制御へ移行できるならば、どのような切り替
え機能を持たしてもよい。By providing a learning function in this way and performing a table rewriting operation when necessary, it can be applied not only to a piping system having any differential pressure, but also to a gas cylinder. It is possible to cope with a change in the differential pressure due to a change in the original pressure. In the above-described embodiment, the switching of the control is performed by the operation of the sensor stability confirmation unit 32. However, this is merely an example, and the speed type PID control is performed immediately after the output of the initial operation amount. Any switching function may be provided as long as it can be shifted to.
【0046】また、上述した方法では、前述したように
流量設定値Qが非常に小さい場合、例えば流量設定値Q
が最大流量値の0.5〜1%程度の流量の場合には、所
定の割合α(例えば0.6〜0.7)を剰算した時の初
期操作量mAOに対応する駆動電圧は、流体が流れ出し
始める流れ出し駆動電圧よりも低い電圧値となる場合が
生ずる。この時の初期操作量は、当然のこととして流量
ゼロである。この点について、図6を参照して説明す
る。図6は駆動電圧と流量(弁開度に対応)との関係の
一例を示すグラフであり、図4に示した特性とは、駆動
電圧は異なるが類似の特性を有している。図6に示すよ
うに駆動電圧と流量との関係は直線性がなく、全閉状態
(0V)から少しずつ電圧を上昇させた時、電圧を上げ
ても流量が変化せずにゼロの状態を示している領域があ
る。図6では50Vまではほとんどガスが流れていな
い。ちなみに、図4に示す場合には5Vまではほとんど
ガスが流れていない。その理由は、駆動電圧を上昇させ
ると弁体(ダイヤフラム10)を開ける方向に力が発生
するが、その力は直ぐには変位とならず、弁体が弁座を
押さえる力(面圧)を小さくすることに使われる。そし
て、この面圧がゼロになってからの電圧上昇が変位とな
って現れる。In the method described above, if the flow rate set value Q is very small as described above, for example, the flow rate set value Q
Is about 0.5 to 1% of the maximum flow rate, the drive voltage corresponding to the initial manipulated variable mAO when the predetermined ratio α (for example, 0.6 to 0.7) is added is: There is a case where the voltage value becomes lower than the outflow drive voltage at which the fluid starts to flow out. The initial manipulated variable at this time is, of course, zero flow rate. This will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the drive voltage and the flow rate (corresponding to the valve opening). The drive voltage differs from the characteristics shown in FIG. 4 but has similar characteristics. As shown in FIG. 6, the relationship between the drive voltage and the flow rate is not linear, and when the voltage is gradually increased from the fully closed state (0 V), even if the voltage is increased, the flow rate does not change and the state of zero is maintained. There is an area shown. In FIG. 6, almost no gas flows up to 50V. Incidentally, in the case shown in FIG. 4, almost no gas flows up to 5V. The reason is that when the drive voltage is increased, a force is generated in a direction to open the valve body (diaphragm 10), but the force does not immediately displace, and the force (surface pressure) by which the valve body presses the valve seat is reduced. Used to do. The voltage rise after the surface pressure becomes zero appears as a displacement.
【0047】マスフローコントローラのバルブアクチュ
エーターには、上記した積層型圧電素子以外にも、ソレ
ノイド、熱膨張等が使われるが、全閉時の漏れ止め性能
を要求されるため、何れのアクチュエーターでも、ある
程度の面圧をかける設計がされている。また、バルブの
機械的な位置ずれ、周囲温度が変わることによる部品の
熱膨張差による位置ずれを吸収して、少々の位置ずれで
は、漏れが発生しないためにも、このような設計、調整
が必要である。このように、図6に示す場合には、略5
0Vが、流れ出し駆動電圧となっている。このような特
性下において、例えば最大流量が2000cc/分であ
って、流量設定値が最大流量値の例えば0.5%である
10cc/分となった時、その時の定量操作量mAに対
する駆動電圧は略75Vになり、従って、この初期操作
量mAOは、α=0.6とすると45V(=75V×
0.6)となる。この駆動電圧45Vは、流れ出し駆動
電圧である50Vよりも僅かに低くてガスはこの時点で
は流れ出さず、この駆動電圧45Vに初期操作量が設定
された後、前述のように速度型PID制御へ直ちに移行
し、駆動電圧が略50Vを超えた時からガスが流れ出す
ことになる。For the valve actuator of the mass flow controller, a solenoid, thermal expansion, or the like is used in addition to the above-described laminated piezoelectric element. Is designed to apply surface pressure. In addition, such a design and adjustment should be made in order to absorb the mechanical displacement of the valve and the displacement due to the difference in thermal expansion of the parts due to the change in the ambient temperature, and to prevent leakage with a slight displacement. is necessary. Thus, in the case shown in FIG.
0 V is the flow-out drive voltage. Under such characteristics, for example, when the maximum flow rate is 2000 cc / min and the flow rate set value is 10 cc / min which is 0.5% of the maximum flow rate value, for example, the drive voltage for the fixed operation amount mA at that time Becomes approximately 75 V. Therefore, if α = 0.6, the initial operation amount mAO is 45 V (= 75 V ×
0.6). The drive voltage 45V is slightly lower than the flow-out drive voltage 50V, and gas does not flow out at this time. After the initial operation amount is set to the drive voltage 45V, the speed-type PID control is performed as described above. The process shifts immediately, and gas starts flowing when the drive voltage exceeds approximately 50V.
【0048】このように、初期操作量の駆動電圧(初期
電圧値)が流れ出し駆動電圧、例えば50Vよりも僅か
に低い、或いは少ないと、その後は直ちに速度型PID
制御へ移行するので、オーバシュートの発生を確実にな
くすことができ、しかも迅速に所望の流量に安定的に設
定することができる。そのため、ここでは流量ゼロの状
態から所定の流量設定値まで急激に流量を変化させる場
合には、その時の流量設定値Qの値に関係なく、上記流
れ出し駆動電圧、例えば略50Vよりも僅かな電圧値、
例えば5Vだけ少ない電圧を初期電圧値(初期操作
量)、例えば45Vとして流量制御弁10への駆動電圧
として出力する。そして、その後、直ちに前述したと同
様に、高速型PID制御へ移行する。従って、この実施
例の場合には、流量ゼロから最大流量(流量100%)
まで急激に流量を変化させる場合にも、初期電圧値とし
て45Vの駆動電圧を出力することになる。As described above, when the drive voltage (initial voltage value) of the initial manipulated variable starts flowing and is slightly lower or lower than the drive voltage, for example, 50 V, the speed type PID is immediately thereafter.
Since the control is shifted to the control, the occurrence of overshoot can be reliably eliminated, and the desired flow rate can be promptly and stably set. Therefore, in this case, when the flow rate is suddenly changed from the zero flow state to the predetermined flow rate set value, regardless of the value of the flow rate set value Q at that time, a voltage smaller than the above-mentioned flow-out drive voltage, for example, approximately 50 V value,
For example, a voltage smaller by 5 V is output as a drive voltage to the flow control valve 10 as an initial voltage value (initial operation amount), for example, 45 V. Then, immediately thereafter, the process proceeds to the high-speed PID control in the same manner as described above. Therefore, in the case of this embodiment, the flow rate is reduced from zero to the maximum flow rate (flow rate 100%).
Even when the flow rate is rapidly changed, the driving voltage of 45 V is output as the initial voltage value.
【0049】この実施例の場合には、表1にて説明した
方法と比較して、僅かに制御速度は遅くなるが、表1に
示す方法よりも、オーバシュートの発生を一層確実に抑
制することができ、しかも迅速に所望の流量に安定的に
設定することができる。この場合、上記初期電圧値を求
めるに際しては、上述のように例えば最大流量の0.5
%の流量などのように流量が少ない所定の流量設定値に
対応する駆動電圧、例えば75Vよりも所定の割合だけ
小さい電圧値、例えば45V(=75V×0.6)とし
て求めてもよいし、または、流れ出し駆動電圧、例えば
50Vの所定の割合、例えば9割として45V(=50
V×0.9)として求めてもよいし、或いは、流れ出し
駆動電圧、例えば50Vよりも所定の量、例えば5Vだ
け小さい電圧値を初期電圧値として求めるようにしても
よい。尚、これらの演算等は、流量制御部22にて行な
われるのは勿論である。In this embodiment, the control speed is slightly lower than the method described in Table 1, but the occurrence of overshoot is more reliably suppressed than in the method shown in Table 1. It is possible to quickly and stably set a desired flow rate. In this case, when obtaining the initial voltage value, as described above, for example, the maximum flow rate of 0.5
% May be obtained as a drive voltage corresponding to a predetermined flow rate set value with a small flow rate such as a flow rate of, for example, a voltage value smaller than 75 V by a predetermined ratio, for example, 45 V (= 75 V × 0.6), Alternatively, a flow driving voltage, for example, a predetermined ratio of 50 V, for example, 45% (= 50
(V × 0.9), or may be obtained as an initial voltage value by a predetermined amount, for example, 5 V lower than the flow-out drive voltage, for example, 50 V. These calculations and the like are, of course, performed by the flow controller 22.
【0050】いずれにしても、流量制御弁10の特性は
個々の制御弁に固有のものであるので、工場出荷段階等
で上記流れ出し駆動電圧を予め求めておく。また、制御
の迅速性を考慮した場合は、上記流れ出し駆動電圧と初
期電圧値との差は、初期電圧値が流れ出し駆動電圧を超
えない範囲内でできるだけ小さく設定するのがよく、例
えば上述の場合には、5〜10Vの範囲内、例えば流れ
出し駆動電圧に対して10〜20%の範囲内が好まし
い。また、この場合、流量制御弁10の経年変化等によ
って、流れ出し駆動電圧も変化する場合が生ずるので、
これを常時モニタし、アップデートするのは勿論であ
る。更には、すでに所定の流量のガスが流れている状態
から他の流量へ変化させる場合には、表1にて説明した
ような方法を用いるのは勿論である。In any case, since the characteristics of the flow control valve 10 are unique to each control valve, the flow-out drive voltage is obtained in advance at the factory shipment stage or the like. Further, in consideration of the quickness of control, the difference between the above-mentioned flow-out drive voltage and the initial voltage value is preferably set as small as possible within a range where the initial voltage value does not exceed the flow-out drive voltage. Is preferably in the range of 5 to 10 V, for example, in the range of 10 to 20% with respect to the flow-out drive voltage. Also, in this case, the flow-out drive voltage may change due to the aging of the flow control valve 10 or the like, so that
Of course, this is constantly monitored and updated. Further, when changing from a state in which a gas having a predetermined flow rate is already flowing to another flow rate, it goes without saying that the method described in Table 1 is used.
【0051】また、上記図6に示した数値例は内容の理
解を容易にするために単に一例を示したに過ぎず、この
数値例に限定されないのは勿論である。図7は上記方法
により制御した時のガス流量と、駆動電圧と設定値との
関係を示すグラフである。この図7に示すグラフのよう
に、ガス流量は、オーバシュートを生ずることなく、略
2秒程度で安定的に所定の流量に到達していることが判
明する。The numerical example shown in FIG. 6 is merely an example for facilitating understanding of the contents, and it is a matter of course that the present invention is not limited to this numerical example. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the gas flow rate, the drive voltage, and the set value when controlled by the above method. As shown in the graph of FIG. 7, it can be seen that the gas flow rate stably reaches the predetermined flow rate in about 2 seconds without overshooting.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。流量ゼロの状態から所定の流量設定値まで
急激に流量を変化する際に、オーバシュートを略確実に
生ずることなく迅速に所望の流量に設定することができ
る。従って、半導体製造装置のガス供給系に適用した場
合には、オーバシュートに起因したパーティクルの巻き
上げを防止でき、歩留まりの向上に寄与することができ
る。As described above, according to the flow control method of the present invention, the following excellent functions and effects can be exhibited. When the flow rate is rapidly changed from a zero flow state to a predetermined flow rate set value, a desired flow rate can be quickly set without causing overshoot almost certainly. Therefore, when applied to a gas supply system of a semiconductor manufacturing apparatus, it is possible to prevent the particles from being rolled up due to overshoot, thereby contributing to an improvement in yield.
【図1】本発明に係る流量制御方法を実施するためのガ
ス質量流量制御装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas mass flow controller for implementing a flow control method according to the present invention.
【図2】図1に示す制御装置の流量制御部の構成を示す
ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a flow control unit of the control device illustrated in FIG. 1;
【図3】本発明の制御方法を行った時の流量設定値、流
量及び操作量の変化を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in a flow rate set value, a flow rate, and an operation amount when the control method of the present invention is performed.
【図4】差圧を変えた場合における流量制御弁の操作量
と流量との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between an operation amount of a flow control valve and a flow rate when a differential pressure is changed.
【図5】図4中から抜き出された一部の特性曲線を示す
グラフである。FIG. 5 is a graph showing some characteristic curves extracted from FIG. 4;
【図6】駆動電圧と流量(弁開度に対応)との関係の一
例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of a relationship between a drive voltage and a flow rate (corresponding to a valve opening).
【図7】ガス流量と駆動電圧と設定値との関係を示すグ
ラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a gas flow rate, a driving voltage, and a set value.
【図8】当初より速度型PID制御を行った場合の流量
設定値、流量及び操作量の変化を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing changes in a flow rate set value, a flow rate, and an operation amount when speed type PID control is performed from the beginning.
2 ガス質量流量制御装置 4 流体通路 6 バイパス 8 ダイヤフラム 10 流量制御弁 12 質量流量検出センサ 14 センサ管 22 流量制御部 24 積層型圧電素子 26 圧電素子駆動部 30 演算部 31 記憶部 32 センサ安定確認部 33 書き替え指令部 2 Gas mass flow control device 4 Fluid passage 6 Bypass 8 Diaphragm 10 Flow control valve 12 Mass flow detection sensor 14 Sensor tube 22 Flow control unit 24 Stacked piezoelectric element 26 Piezoelectric element drive unit 30 Operation unit 31 Storage unit 32 Sensor stability check unit 33 Rewriting command section
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F17D 3/01 H01L 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // F17D 3/01 H01L 21/302 B
Claims (3)
御弁を流量制御部から制御することにより前記流体の流
量を制御する流量制御方法において、流量ゼロの状態か
ら所定の流量設定値まで急激に流量を変化する際に、前
記流量制御部は前記流体が流れ出し始める流れ出し駆動
電圧よりも僅かな電圧値だけ少ない初期電圧値を小さい
初期操作量として前記流量制御弁に出力し、その後、直
ちに前記初期操作量を基準として速度型PID制御に移
行するようにしたことを特徴とする流量制御方法。1. A flow control method for controlling a flow rate of a fluid by controlling a flow rate control valve provided in a fluid passage through which a fluid flows from a flow rate control unit, from a zero flow state to a predetermined flow rate set value. When rapidly changing the flow rate, the flow rate control unit outputs an initial voltage value smaller than the flow-out drive voltage at which the fluid starts flowing out by a small voltage value to the flow rate control valve as a small initial manipulated variable, and immediately thereafter. A flow control method characterized by shifting to speed type PID control based on the initial operation amount.
流量設定値に対応する定常操作量の駆動電圧よりも所定
の割合だけ小さい電圧値であることを特徴とする請求項
1記載の流量制御方法。2. The flow rate according to claim 1, wherein the initial voltage value is a voltage value smaller by a predetermined ratio than a drive voltage of a steady operation amount corresponding to a predetermined flow rate set value with a small flow rate. Control method.
圧よりも所定の量だけ小さい電圧値であることを特徴と
する請求項1記載の流量制御方法。3. The flow control method according to claim 1, wherein the initial voltage value is a voltage value smaller by a predetermined amount than the outflow drive voltage.
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