JP2004013249A - ガス供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないないこと。
【解決手段】減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積を、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量より、十分大きいか又は十分小さい値に設定することで、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設ける。また、減圧弁１３の応答時間と緩和時間とから、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを修正する。
【選択図】 図１０
【解決手段】減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積を、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量より、十分大きいか又は十分小さい値に設定することで、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設ける。また、減圧弁１３の応答時間と緩和時間とから、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを修正する。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の質量流量に制御してガスを供給するガス供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置においては、種々の材料ガスなどの供給量を設定値に保つガス供給システムが使用されている。
例えば、図１０に示すガス供給システム１Ｃでは、ガス源に連通されたガス供給口１１と、ＣＶＤ装置のチャンバなどに連通されたガス出力口１６との間において、手動弁１２や、減圧弁１３、マスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」という）１５などを設けるとともに、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の接続管路１９に圧力変換器（以下、「ＰＴ」という）１４を設け、図示しない制御装置を介して、ＭＦＣ１５を操作することにより、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量を制御している。
【０００３】
このとき、ＭＦＣ１５は、急激な圧力変動に追従できないため、ＭＦＣ１５の入口側に減圧弁１３を設けることで、減圧弁１３の２次側圧力（接続管路１９の圧力）の安定化を図っている。また、ＭＦＣ１５は、その制御量であるガスの質量流量を示す信号を、図示しない制御装置に出力する。従って、図示しない制御装置は、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量をフィードバックしながら、ＭＦＣ１５を操作することができる。
尚、接続管路１９には、ベント出力口１８が分岐しており、図示しない制御装置で操作される遮断弁１７が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すガス供給システム１Ｃにおいては、例えば、時間Ｔ０において、ＭＦＣ１５をステップ状に開いて、ある体積流量Ｑ（例えば、１．０×１０２ｃｍ３／ｍｉｎ程度）に相当する質量流量のガスを供給し始めるとすると、本来であれば、図１２に示すように、減圧弁１３が閉状態から徐々に開いた状態に移行するので、減圧弁１３の２次側圧力（接続管路１９の圧力）Ｐは、設定圧力Ｐ２０から、体積流量Ｑの減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して減少していくはずであるが、減圧弁１３の機種によっては、減圧弁１３が閉状態から急激に開いた状態に移行するので、図１１の下のグラフで示すように、時間Ｔ１で急激に上昇し、体積流量Ｑの減圧弁流量特性であるＰ２１をオーバーシュートすることがあった。
【０００５】
このような事態になると、ＭＦＣ１５の追従が追いつけなくなり、ＭＦＣ１５の制御量であるガスの質量流量を示す信号においても、図１１の上のグラフで示すように、時間Ｔ１で急激に上昇し、体積流量Ｑ（に相当する質量流量）を示す信号Ｖｓｅｔの値をオーバーシュートすることになる。このとき、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量は、若干乱れるものの、直後の時間Ｔ２（図１１参照）以降で一定（体積流量Ｑ）に戻るので、その乱れは、許容範囲内であり、半導体製造装置に悪影響を及ぼすものではないが、かかるＭＦＣ１５のオーバーシュート信号を受信した、図示しない制御装置は、ガス供給システム１Ｃに異常が生じたものと判断して、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたガス供給システムであって、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないないことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から前記減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるために、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記マスフローコントローラの制御量を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けたこと、を特徴としている。
【０００８】
このような特徴を有する本発明のガス供給システムでは、減圧弁に対して、以下の考察がなされたこにより、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積が決定されている。
【０００９】
すなわち、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を「Ｖ」、減圧弁とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量を「Ｑ」、減圧弁の２次圧を「Ｐ２」とすると、以下の式（１）の関係が成立する。
【数１】
ここで、定常時の減圧弁の２次圧を「Ｐ２０」とすると、上記式（１）は、以下の式（２）となる。
【数２】
【００１０】
一方、図７に減圧弁の構造を示す。ここで、符号１３は減圧弁であり、符号３１はロードスプリングであり、符号３２はバイアススプリングであり、符号３３はダイアフラムであり、符号３４は弁シートであり、符号３５はポペットである。この点、図７によりポペット３５に作用する力Ｆは、以下の式（３）で表すことができる。
【数３】
尚、ここでは、ロードスプリング３１の荷重を「ｆ１」、バイアススプリング３２の荷重を「ｆ２」、ダイアフラム３３の受圧面積を「Ｓ」、ポペット３５の受圧面積を「ｓ」、減圧弁１３の１次圧を「Ｐ１」、ポペット３５の摩擦力を「ｆＦ」とし、図７の上向きを正とする。
【００１１】
また、減圧弁１３のポペット３５が閉じている場合には、内部シールがされているので、減圧弁１３のシール荷重を「Ｆｓｅａｌ」とすると、以下の式（４）となる。
【数４】
ここで、Ｆｓｅａｌ＞０である。
【００１２】
そして、マスフローコントローラが開いた場合には、ｔ秒後におけるポペット３５に作用する力Ｆは、上記式（３）に上記式（２）を代入することにより、以下の式（５）で表される。
【数５】
尚、テーラー展開によれば、以下の式（６）が成立する。
【数６】
【００１３】
従って、上記式（５）は、上記式（４）及び上記式（６）を代入することにより、以下の式（７）となる。
【数７】
【００１４】
ここで、Ｖ＞＞Ｑの場合には、上記式（７）は、以下の式（８）となる。
【数８】
一方、Ｖ＜＜Ｑの場合には、減圧弁１３の排気時間が短くなるので、ｔ→０とすると、上記式（７）は、以下の式（９）となる。
【数９】
【００１５】
従って、上記式（８）及び上記式（９）によれば、Ｖ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間の容積）がＱ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）に比べて十分大きい場合や十分小さい場合には、ポペット３５に作用する力Ｆはシール荷重Ｆｓｅａｌを保っていることになる。従って、マスフローコントローラを開にしても、減圧弁１３が急激に開くことはなく、減圧弁１３の２次側圧力に応じて開くことになる。
【００１６】
しかし、Ｖ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間の容積）がＱ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）と同等の場合には、減圧弁１３の排気時間は短くなく、上記式（７）の第２項以降が無視できなくなり、そのため、ポペット３５に作用する力Ｆが負（図７の下向き）になると考えられ、減圧弁１３における力のバランスが崩れやすくなる。従って、マスフローコントローラを開にすると、減圧弁１３の２次側圧力に応じて開くことはなく、減圧弁１３が急激に開くことになる。
【００１７】
尚、Ｑ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）とは、単位時間当たりの、減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量を意味し、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）から換算することができる。
【００１８】
そこで、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けて、減圧弁における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００１９】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００２０】
尚、マスフローコントローラの制御量は、通常、レンジ幅や制御範囲を持っているので、この場合には、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量も、ある程度の範囲を持つことになり、かかる範囲から除外して、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を設けなければならい。
【００２１】
また、マスフローコントローラの制御量を変更した時とは、質量流量を「０」から或る値に変更した場合の他、質量流量を或る値から別の値に変更した場合も含まれる。
【００２２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載するガス供給システムであって、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記減圧弁の応答時間に基づいて修正して設けたこと、を特徴としている。
【００２３】
すなわち、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁の応答時間中に、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰すれば、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁の応答時間に基づいて修正することは、設定可能範囲が広がる点で有効である。
【００２４】
また、この課題を解決するために成された請求項３に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にダンパーを設けたこと、を特徴としている。
【００２５】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間にダンパーを設けており、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００２６】
また、この課題を解決するために成された請求項４に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けたこと、を特徴としている。
【００２７】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けており、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００２８】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力が漸近して変化するので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００２９】
また、この課題を解決するために成された請求項５に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間に前記減圧弁の２次側圧力を測定する圧力測定手段を備え、前記減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを前記圧力測定手段を介して検知したときは、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴としている。
【００３０】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを圧力測定手段を介して検知したときは、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００３１】
また、この課題を解決するために成された請求項６に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴としている。
【００３２】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００３３】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載するガス供給システムにおいて、半導体製造装置に使用されること、を特徴としている。
【００３４】
すなわち、本発明のガス供給システムを、半導体製造装置に使用すれば、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。先ず、第１実施の形態について説明する。第１実施の形態は、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。但し、第１実施の形態では、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖの設定が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なるので、その点について詳細に説明する。
【００３６】
すなわち、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖは、上記式（１）〜（９）の考察により、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑより、十分大きいか又は十分小さい値に設定される。この点、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、ＭＦＣ１５の制御量であるガスの質量流量から換算することができる。
尚、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、半導体製造装置の要求仕様から決定される。
【００３７】
すなわち、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑより、十分大きいか又は十分小さい値に設定することで、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けており、減圧弁１３における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、例えば、図１２に示すように、ＭＦＣ１５かの制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させている。
【００３８】
従って、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００３９】
尚、ＭＦＣ１５の制御量は、通常、レンジ幅や制御範囲を持っているので、この場合には、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量も、ある程度の範囲を持つことになる。従って、かかる範囲から除外して、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを設けなければならい。
【００４０】
さらに、このとき、例えば、図１２に示すように、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させているので、ＭＦＣ１５の制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００４１】
また、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、以下の考察により、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを修正することも可能である。
すなわち、上記式（４）において、以下の表の値を代入する。
【表１】
そして、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２としてまとめると、上記式（４）は、以下の式（１０）となる。
【数１０】
尚、Ｆｓｅａｌ＞０であるから、０＜Ｆｓｅａｌ＜３１．５（Ｎ）となる。
【００４２】
ここで、上記式（７）におけるｔの２次項までに、上記表の値及びＦｓｅａｌ＝１０（Ｎ）を代入し、Ｖ／Ｑ（以下、緩和時間τとする）を変化させて計算した結果を図８に示す。また、上記式（７）におけるｔの２次項までに、上記表の値及びＦｓｅａｌ＝５（Ｎ）を代入し、Ｖ／Ｑ（以下、緩和時間「τ」とする）を変化させて計算した結果を図９に示す。
【００４３】
図８及び図９により、Ｆｓｅａｌ＝５（Ｎ）の場合には、Ｆが負となる領域が現れる。すなわち、図７において、ポペット３５に下方向の力Ｆが作用する領域が現れることを意味し、これにより、減圧弁１３が急激に開き、図１１の上下の両グラフで示すオーバーシュートが発生すると考えられる。
【００４４】
但し、減圧弁１３のポペット３５に作用する力Ｆが負となる領域があっても、その領域が、可動部の摺動抵抗やダイアフラム３３の厚さなどで決まる減圧弁１３の応答時間に収まれば、減圧弁１３が急激に開くことはない。従って、減圧弁１３の応答時間外において、減圧弁１３のポペット３５に作用する力Ｆが負とならない緩和時間τ（Ｖ／Ｑ）を選定すれば、図１１の上下の両グラフで示すオーバーシュートを防止することができる。
【００４５】
通常、図１０のガス供給システム１Ｃにおいては、減圧弁１３の選定や、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、半導体製造装置の要求仕様から決定されるので、減圧弁１３の応答時間と緩和時間τ（Ｖ／Ｑ）とから、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖが修正される。
【００４６】
すなわち、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを、ＭＦＣ１５の制御量（マスフローコントローラ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁１３の応答時間に基づいて修正しているので、仮に、減圧弁１３における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁１３の応答時間中に、減圧弁１３における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰するので、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがない。
【００４７】
従って、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖの設定可能範囲が広がる。
【００４８】
尚、上記第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時とは、図１１の上のグラフで示すように、ＭＦＣ１５の制御量である質量流量を「０」から体積流量Ｑに相当する値に変更した場合を示しているが、その他に、ＭＦＣ１５の制御量である質量流量を或る値から別の値に変更した場合であっても、上述した効果は得られる。
【００４９】
次に、第２実施の形態について説明する。図１に、第２実施の形態のガス供給システム１Ａに示す。第２実施の形態のガス供給システム１Ａでは、以下の点を除いて、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。すなわち、第２実施形態では、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に配管部品２０（ダンパー、オリフィス、又はフィルタ）が設けられた点が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なる。
【００５０】
そして、第２実施の形態のガス供給システム１Ａにおいて、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に設けられる配管部品２０として、オリフィス又はフィルタを設けた場合には、減圧弁１３の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、図５に示すように、減圧弁１３の２次側圧力のハンチングはなくなる。従って、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
さらに、例えば、図５に示すようにして、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させているので、ＭＦＣ１５の制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００５１】
また、第２実施の形態のガス供給システム１Ａにおいて、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に設けられる配管部品２０として、図３に示すようにして、ベローズ２２を内蔵したダンパーを設けた場合には、減圧弁１３の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、図６に示すように、時間ｔ１の前後でアンダーシュートが起こるものの、減圧弁１３の２次側圧力の急激な圧力上昇はなくなる。従って、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００５２】
次に、第３実施の形態について説明する。図２に、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂに示す。第３実施の形態のガス供給システム１Ｂでは、以下の点を除いて、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。すなわち、第３実施形態では、ＰＴ１４及びＭＦＣ１５と図示しない制御装置の間に演算回路２１が設けられている点が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なる。
【００５３】
そして、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂでは、図示しない制御装置を介して、ＭＦＣ１５を操作することにより、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量を制御する一方で、図４のフローチャートに示す制御を行っている。すなわち、Ｓ１１において、減圧弁１３の２次側圧力をＰＴ１４（「圧力測定手段」に相当するもの）でサンプリングする周期を設定するとともに、演算回路２１で使用する限界圧力変化量（「所定量」に相当するもの）を設定する。次のＳ１２では、上記周期をもって、減圧弁１３の２次側圧力をＰＴ１４でサンプリングする。そして、Ｓ１３において、前回のサンプリング結果に基づいて、減圧弁１３の２次側圧力の変化量を演算回路２１で算出する。その後、Ｓ１４において、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいか否かを判断する。
【００５４】
ここで、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいと判断しない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、Ｓ１２に戻って、上述した処理を繰り返す一方、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいと判断する場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、Ｓ１５に進んで、ＭＦＣ１５に対して、キャンセル信号を出力して、終了する。このとき、キャンセル信号を受信したＭＦＣ１５は、その制御量であるガスの質量流量を示す信号をＴ秒間変化させないで、図示しない制御装置に出力する。
【００５５】
すなわち、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂにおいては、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に減圧弁１３の２次側圧力を測定するＰＴ１４を備えており、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことをＰＴ１４を介して検知したときは（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＭＦＣ１５は、キャンセル信号を受信することをトリガとして、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力をＴ秒間維持するので、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行って、減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００５６】
尚、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂにおいては、ＭＦＣ１５は、キャンセル信号を受信することをトリガとして、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力をＴ秒間維持していたが、この点、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行ってから、減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生・消滅するまでに要する必要時間は、バラツキが少なく、予備運転などで知ることができるので、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時から所定時間（上記必要時間よりも長く設定される）が経過するまで、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力を維持させてもよい。
【００５７】
そして、以上詳細に説明した、本実施の形態のガス供給システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、「従来技術」の欄で既に説明したように、半導体製造装置で使用されるものであるから、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けて、減圧弁における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００５９】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００６０】
また、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁の応答時間中に、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰すれば、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁の応答時間に基づいて修正することは、設定可能範囲が広がる点で有効である。
【００６１】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間にダンパーを設けた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００６２】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００６３】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力が漸近して変化するので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００６４】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間に減圧弁の２次側圧力を測定する圧力測定手段を備えた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを圧力測定手段を介して検知したときは、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００６５】
また、本発明のガス供給システムにおいて、マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持させた場合には、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００６６】
また、本発明のガス供給システムを、半導体製造装置に使用すれば、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２実施形態によるガス供給システムの回路図である。
【図２】本発明の第３実施形態によるガス供給システムの回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として設けられるダンパーの断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるガス供給システムのフローチャート図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として、オリフィス又はフィルターが設けられたときの、減圧弁の２次側圧力の波形を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として、ダンパーが設けられたときの、減圧弁の２次側圧力の波形を示す図である。
【図７】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムにおいて、減圧弁のポペットに作用する力を示した概念図である。
【図８】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムの減圧弁において、ポペットのシール荷重が１０Ｎのときの、緩和時間毎の排気時間とポペット荷重の関係を示した図である。
【図９】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムの減圧弁において、ポペットのシール荷重が５Ｎのときの、緩和時間毎の排気時間とポペット荷重の関係を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態又は従来技術のガス供給システムの回路図である。
【図１１】従来技術のガス供給システムにおいて、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）の出力信号とＰＴ（圧力変換器）の出力変換器の出力信号の変化を示した図である。
【図１２】従来技術のガス供給システムにおいて、減圧弁の２次側圧力の理想波形変化曲線を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ガス供給システム
１１ ガス供給口
１３ 減圧弁
１４ ＰＴ（圧力変換器）
１５ ＭＦＣ（マスフローコントローラ）
１９ 減圧弁とＭＦＣとの間の接続管路
２０ 配管部品（ダンパー、オリフィス、又はフィルタ）
２１ 演算回路
２２ ベローズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の質量流量に制御してガスを供給するガス供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置においては、種々の材料ガスなどの供給量を設定値に保つガス供給システムが使用されている。
例えば、図１０に示すガス供給システム１Ｃでは、ガス源に連通されたガス供給口１１と、ＣＶＤ装置のチャンバなどに連通されたガス出力口１６との間において、手動弁１２や、減圧弁１３、マスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」という）１５などを設けるとともに、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の接続管路１９に圧力変換器（以下、「ＰＴ」という）１４を設け、図示しない制御装置を介して、ＭＦＣ１５を操作することにより、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量を制御している。
【０００３】
このとき、ＭＦＣ１５は、急激な圧力変動に追従できないため、ＭＦＣ１５の入口側に減圧弁１３を設けることで、減圧弁１３の２次側圧力（接続管路１９の圧力）の安定化を図っている。また、ＭＦＣ１５は、その制御量であるガスの質量流量を示す信号を、図示しない制御装置に出力する。従って、図示しない制御装置は、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量をフィードバックしながら、ＭＦＣ１５を操作することができる。
尚、接続管路１９には、ベント出力口１８が分岐しており、図示しない制御装置で操作される遮断弁１７が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すガス供給システム１Ｃにおいては、例えば、時間Ｔ０において、ＭＦＣ１５をステップ状に開いて、ある体積流量Ｑ（例えば、１．０×１０２ｃｍ３／ｍｉｎ程度）に相当する質量流量のガスを供給し始めるとすると、本来であれば、図１２に示すように、減圧弁１３が閉状態から徐々に開いた状態に移行するので、減圧弁１３の２次側圧力（接続管路１９の圧力）Ｐは、設定圧力Ｐ２０から、体積流量Ｑの減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して減少していくはずであるが、減圧弁１３の機種によっては、減圧弁１３が閉状態から急激に開いた状態に移行するので、図１１の下のグラフで示すように、時間Ｔ１で急激に上昇し、体積流量Ｑの減圧弁流量特性であるＰ２１をオーバーシュートすることがあった。
【０００５】
このような事態になると、ＭＦＣ１５の追従が追いつけなくなり、ＭＦＣ１５の制御量であるガスの質量流量を示す信号においても、図１１の上のグラフで示すように、時間Ｔ１で急激に上昇し、体積流量Ｑ（に相当する質量流量）を示す信号Ｖｓｅｔの値をオーバーシュートすることになる。このとき、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量は、若干乱れるものの、直後の時間Ｔ２（図１１参照）以降で一定（体積流量Ｑ）に戻るので、その乱れは、許容範囲内であり、半導体製造装置に悪影響を及ぼすものではないが、かかるＭＦＣ１５のオーバーシュート信号を受信した、図示しない制御装置は、ガス供給システム１Ｃに異常が生じたものと判断して、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたガス供給システムであって、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないないことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から前記減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるために、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記マスフローコントローラの制御量を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けたこと、を特徴としている。
【０００８】
このような特徴を有する本発明のガス供給システムでは、減圧弁に対して、以下の考察がなされたこにより、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積が決定されている。
【０００９】
すなわち、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を「Ｖ」、減圧弁とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量を「Ｑ」、減圧弁の２次圧を「Ｐ２」とすると、以下の式（１）の関係が成立する。
【数１】
【数２】
一方、図７に減圧弁の構造を示す。ここで、符号１３は減圧弁であり、符号３１はロードスプリングであり、符号３２はバイアススプリングであり、符号３３はダイアフラムであり、符号３４は弁シートであり、符号３５はポペットである。この点、図７によりポペット３５に作用する力Ｆは、以下の式（３）で表すことができる。
【数３】
【００１１】
また、減圧弁１３のポペット３５が閉じている場合には、内部シールがされているので、減圧弁１３のシール荷重を「Ｆｓｅａｌ」とすると、以下の式（４）となる。
【数４】
【００１２】
そして、マスフローコントローラが開いた場合には、ｔ秒後におけるポペット３５に作用する力Ｆは、上記式（３）に上記式（２）を代入することにより、以下の式（５）で表される。
【数５】
【数６】
従って、上記式（５）は、上記式（４）及び上記式（６）を代入することにより、以下の式（７）となる。
【数７】
ここで、Ｖ＞＞Ｑの場合には、上記式（７）は、以下の式（８）となる。
【数８】
【数９】
従って、上記式（８）及び上記式（９）によれば、Ｖ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間の容積）がＱ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）に比べて十分大きい場合や十分小さい場合には、ポペット３５に作用する力Ｆはシール荷重Ｆｓｅａｌを保っていることになる。従って、マスフローコントローラを開にしても、減圧弁１３が急激に開くことはなく、減圧弁１３の２次側圧力に応じて開くことになる。
【００１６】
しかし、Ｖ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間の容積）がＱ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）と同等の場合には、減圧弁１３の排気時間は短くなく、上記式（７）の第２項以降が無視できなくなり、そのため、ポペット３５に作用する力Ｆが負（図７の下向き）になると考えられ、減圧弁１３における力のバランスが崩れやすくなる。従って、マスフローコントローラを開にすると、減圧弁１３の２次側圧力に応じて開くことはなく、減圧弁１３が急激に開くことになる。
【００１７】
尚、Ｑ（減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量）とは、単位時間当たりの、減圧弁１３とマスフローコントローラとの間を通過するガスの体積流量を意味し、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）から換算することができる。
【００１８】
そこで、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けて、減圧弁における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００１９】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００２０】
尚、マスフローコントローラの制御量は、通常、レンジ幅や制御範囲を持っているので、この場合には、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量も、ある程度の範囲を持つことになり、かかる範囲から除外して、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を設けなければならい。
【００２１】
また、マスフローコントローラの制御量を変更した時とは、質量流量を「０」から或る値に変更した場合の他、質量流量を或る値から別の値に変更した場合も含まれる。
【００２２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載するガス供給システムであって、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記減圧弁の応答時間に基づいて修正して設けたこと、を特徴としている。
【００２３】
すなわち、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁の応答時間中に、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰すれば、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁の応答時間に基づいて修正することは、設定可能範囲が広がる点で有効である。
【００２４】
また、この課題を解決するために成された請求項３に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にダンパーを設けたこと、を特徴としている。
【００２５】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間にダンパーを設けており、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００２６】
また、この課題を解決するために成された請求項４に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けたこと、を特徴としている。
【００２７】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けており、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００２８】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力が漸近して変化するので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００２９】
また、この課題を解決するために成された請求項５に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間に前記減圧弁の２次側圧力を測定する圧力測定手段を備え、前記減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを前記圧力測定手段を介して検知したときは、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴としている。
【００３０】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを圧力測定手段を介して検知したときは、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００３１】
また、この課題を解決するために成された請求項６に係る発明は、減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴としている。
【００３２】
すなわち、本発明のガス供給システムでは、マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００３３】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載するガス供給システムにおいて、半導体製造装置に使用されること、を特徴としている。
【００３４】
すなわち、本発明のガス供給システムを、半導体製造装置に使用すれば、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。先ず、第１実施の形態について説明する。第１実施の形態は、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。但し、第１実施の形態では、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖの設定が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なるので、その点について詳細に説明する。
【００３６】
すなわち、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖは、上記式（１）〜（９）の考察により、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑより、十分大きいか又は十分小さい値に設定される。この点、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、ＭＦＣ１５の制御量であるガスの質量流量から換算することができる。
尚、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、半導体製造装置の要求仕様から決定される。
【００３７】
すなわち、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを、単位時間当たりの、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑより、十分大きいか又は十分小さい値に設定することで、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けており、減圧弁１３における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、例えば、図１２に示すように、ＭＦＣ１５かの制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させている。
【００３８】
従って、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００３９】
尚、ＭＦＣ１５の制御量は、通常、レンジ幅や制御範囲を持っているので、この場合には、ＭＦＣ１５の制御量（ＭＦＣ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量も、ある程度の範囲を持つことになる。従って、かかる範囲から除外して、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを設けなければならい。
【００４０】
さらに、このとき、例えば、図１２に示すように、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させているので、ＭＦＣ１５の制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００４１】
また、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、以下の考察により、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを修正することも可能である。
すなわち、上記式（４）において、以下の表の値を代入する。
【表１】
【数１０】
【００４２】
ここで、上記式（７）におけるｔの２次項までに、上記表の値及びＦｓｅａｌ＝１０（Ｎ）を代入し、Ｖ／Ｑ（以下、緩和時間τとする）を変化させて計算した結果を図８に示す。また、上記式（７）におけるｔの２次項までに、上記表の値及びＦｓｅａｌ＝５（Ｎ）を代入し、Ｖ／Ｑ（以下、緩和時間「τ」とする）を変化させて計算した結果を図９に示す。
【００４３】
図８及び図９により、Ｆｓｅａｌ＝５（Ｎ）の場合には、Ｆが負となる領域が現れる。すなわち、図７において、ポペット３５に下方向の力Ｆが作用する領域が現れることを意味し、これにより、減圧弁１３が急激に開き、図１１の上下の両グラフで示すオーバーシュートが発生すると考えられる。
【００４４】
但し、減圧弁１３のポペット３５に作用する力Ｆが負となる領域があっても、その領域が、可動部の摺動抵抗やダイアフラム３３の厚さなどで決まる減圧弁１３の応答時間に収まれば、減圧弁１３が急激に開くことはない。従って、減圧弁１３の応答時間外において、減圧弁１３のポペット３５に作用する力Ｆが負とならない緩和時間τ（Ｖ／Ｑ）を選定すれば、図１１の上下の両グラフで示すオーバーシュートを防止することができる。
【００４５】
通常、図１０のガス供給システム１Ｃにおいては、減圧弁１３の選定や、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間を通過するガスの体積流量Ｑは、半導体製造装置の要求仕様から決定されるので、減圧弁１３の応答時間と緩和時間τ（Ｖ／Ｑ）とから、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖが修正される。
【００４６】
すなわち、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖを、ＭＦＣ１５の制御量（マスフローコントローラ１５から出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁１３の応答時間に基づいて修正しているので、仮に、減圧弁１３における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁１３の応答時間中に、減圧弁１３における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰するので、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがない。
【００４７】
従って、第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間の容積Ｖの設定可能範囲が広がる。
【００４８】
尚、上記第１実施の形態のガス供給システム１Ｃでは、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時とは、図１１の上のグラフで示すように、ＭＦＣ１５の制御量である質量流量を「０」から体積流量Ｑに相当する値に変更した場合を示しているが、その他に、ＭＦＣ１５の制御量である質量流量を或る値から別の値に変更した場合であっても、上述した効果は得られる。
【００４９】
次に、第２実施の形態について説明する。図１に、第２実施の形態のガス供給システム１Ａに示す。第２実施の形態のガス供給システム１Ａでは、以下の点を除いて、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。すなわち、第２実施形態では、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に配管部品２０（ダンパー、オリフィス、又はフィルタ）が設けられた点が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なる。
【００５０】
そして、第２実施の形態のガス供給システム１Ａにおいて、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に設けられる配管部品２０として、オリフィス又はフィルタを設けた場合には、減圧弁１３の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、図５に示すように、減圧弁１３の２次側圧力のハンチングはなくなる。従って、ＭＦＣ１５を開にしても減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
さらに、例えば、図５に示すようにして、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時Ｔ０から、減圧弁１３の２次側圧力を、減圧弁流量特性であるＰ２１に向かって漸近して変化させているので、ＭＦＣ１５の制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００５１】
また、第２実施の形態のガス供給システム１Ａにおいて、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に設けられる配管部品２０として、図３に示すようにして、ベローズ２２を内蔵したダンパーを設けた場合には、減圧弁１３の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、図６に示すように、時間ｔ１の前後でアンダーシュートが起こるものの、減圧弁１３の２次側圧力の急激な圧力上昇はなくなる。従って、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００５２】
次に、第３実施の形態について説明する。図２に、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂに示す。第３実施の形態のガス供給システム１Ｂでは、以下の点を除いて、「従来技術」の欄で説明した図１０のガス供給システム１Ｃと同一の構成を有するので、その各構成の具体的な説明は省略する。すなわち、第３実施形態では、ＰＴ１４及びＭＦＣ１５と図示しない制御装置の間に演算回路２１が設けられている点が、「従来技術」の欄で説明したものとは異なる。
【００５３】
そして、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂでは、図示しない制御装置を介して、ＭＦＣ１５を操作することにより、ＭＦＣ１５（ひいては、ガス出力口１６）から供給されるガスの質量流量を制御する一方で、図４のフローチャートに示す制御を行っている。すなわち、Ｓ１１において、減圧弁１３の２次側圧力をＰＴ１４（「圧力測定手段」に相当するもの）でサンプリングする周期を設定するとともに、演算回路２１で使用する限界圧力変化量（「所定量」に相当するもの）を設定する。次のＳ１２では、上記周期をもって、減圧弁１３の２次側圧力をＰＴ１４でサンプリングする。そして、Ｓ１３において、前回のサンプリング結果に基づいて、減圧弁１３の２次側圧力の変化量を演算回路２１で算出する。その後、Ｓ１４において、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいか否かを判断する。
【００５４】
ここで、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいと判断しない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、Ｓ１２に戻って、上述した処理を繰り返す一方、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が限界圧力変化量よりも大きいと判断する場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、Ｓ１５に進んで、ＭＦＣ１５に対して、キャンセル信号を出力して、終了する。このとき、キャンセル信号を受信したＭＦＣ１５は、その制御量であるガスの質量流量を示す信号をＴ秒間変化させないで、図示しない制御装置に出力する。
【００５５】
すなわち、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂにおいては、減圧弁１３とＭＦＣ１５との間に減圧弁１３の２次側圧力を測定するＰＴ１４を備えており、減圧弁１３の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことをＰＴ１４を介して検知したときは（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＭＦＣ１５は、キャンセル信号を受信することをトリガとして、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力をＴ秒間維持するので、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行って、減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００５６】
尚、第３実施の形態のガス供給システム１Ｂにおいては、ＭＦＣ１５は、キャンセル信号を受信することをトリガとして、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力をＴ秒間維持していたが、この点、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行ってから、減圧弁１３の２次側圧力に急激な変化が発生・消滅するまでに要する必要時間は、バラツキが少なく、予備運転などで知ることができるので、ＭＦＣ１５の制御量を変更した時から所定時間（上記必要時間よりも長く設定される）が経過するまで、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号の出力を維持させてもよい。
【００５７】
そして、以上詳細に説明した、本実施の形態のガス供給システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、「従来技術」の欄で既に説明したように、半導体製造装置で使用されるものであるから、ＭＦＣ１５に対してステップ状の開操作を行っても、ＭＦＣ１５の制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のガス供給システムでは、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けて、減圧弁における力のバランスを平衡状態を保ち続けながら移行させることにより、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００５９】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００６０】
また、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てない状況となっても、減圧弁の応答時間中に、減圧弁における力のバランスが平衡状態を保てる状況に復帰すれば、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがないので、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間の容積を、マスフローコントローラの制御量（マスフローコントローラから出力されるガスの質量流量）を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けた上で、さらに、減圧弁の応答時間に基づいて修正することは、設定可能範囲が広がる点で有効である。
【００６１】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間にダンパーを設けた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００６２】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化率を緩和させる要素を付加しているので、マスフローコントローラを開にしても減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生することがなく、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれない。
【００６３】
さらに、マスフローコントローラの制御量を変更した時から減圧弁の２次側圧力が漸近して変化するので、マスフローコントローラの制御量が安定し、より高精度な流量制御を行うことができる。
【００６４】
また、本発明のガス供給システムにおいて、減圧弁とマスフローコントローラとの間に減圧弁の２次側圧力を測定する圧力測定手段を備えた場合には、減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを圧力測定手段を介して検知したときは、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持するので、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００６５】
また、本発明のガス供給システムにおいて、マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、マスフローコントローラは、マスフローコントローラの制御量を示す信号の出力を維持させた場合には、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行って、減圧弁の２次側圧力に急激な変化が発生したとしても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号を含ませないことができる。
【００６６】
また、本発明のガス供給システムを、半導体製造装置に使用すれば、マスフローコントローラに対してステップ状の開操作を行っても、マスフローコントローラの制御量を示す信号にオーバーシュート信号が含まれないので、半導体製造装置全体を非常停止にするおそれがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２実施形態によるガス供給システムの回路図である。
【図２】本発明の第３実施形態によるガス供給システムの回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として設けられるダンパーの断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるガス供給システムのフローチャート図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として、オリフィス又はフィルターが設けられたときの、減圧弁の２次側圧力の波形を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるガス供給システムにおいて、配管部品として、ダンパーが設けられたときの、減圧弁の２次側圧力の波形を示す図である。
【図７】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムにおいて、減圧弁のポペットに作用する力を示した概念図である。
【図８】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムの減圧弁において、ポペットのシール荷重が１０Ｎのときの、緩和時間毎の排気時間とポペット荷重の関係を示した図である。
【図９】本発明の実施形態又は従来技術のガス供給システムの減圧弁において、ポペットのシール荷重が５Ｎのときの、緩和時間毎の排気時間とポペット荷重の関係を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態又は従来技術のガス供給システムの回路図である。
【図１１】従来技術のガス供給システムにおいて、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）の出力信号とＰＴ（圧力変換器）の出力変換器の出力信号の変化を示した図である。
【図１２】従来技術のガス供給システムにおいて、減圧弁の２次側圧力の理想波形変化曲線を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ガス供給システム
１１ ガス供給口
１３ 減圧弁
１４ ＰＴ（圧力変換器）
１５ ＭＦＣ（マスフローコントローラ）
１９ 減圧弁とＭＦＣとの間の接続管路
２０ 配管部品（ダンパー、オリフィス、又はフィルタ）
２１ 演算回路
２２ ベローズ
Claims (7)
- 減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、
前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から前記減圧弁の２次側圧力を漸近して変化させるために、前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記マスフローコントローラの制御量を換算した単位時間当たりの体積流量から除外して設けたこと、を特徴とするガス供給システム。 - 請求項１に記載するガス供給システムであって、
前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間の容積を、前記減圧弁の応答時間に基づいて修正して設けたこと、を特徴とするガス供給システム。 - 減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、
前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にダンパーを設けたこと、を特徴とするガス供給システム。 - 減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、
前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間にオリフィス又はフィルタを設けたこと、を特徴とするガス供給システム。 - 減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、
前記減圧弁と前記マスフローコントローラとの間に前記減圧弁の２次側圧力を測定する圧力測定手段を備え、
前記減圧弁の２次側圧力の変化量が所定量より大きくなったことを前記圧力測定手段を介して検知したときは、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴とするガス供給システム。 - 減圧弁を介してガス源に接続されたマスフローコントローラにより、前記ガス源から供給されるガスの質量流量を制御する際に、前記マスフローコントローラの制御量を示す信号を前記マスフローコントローラから出力するガス供給システムにおいて、
前記マスフローコントローラの制御量を変更した時から所定時間が経過するまで、前記マスフローコントローラは前記信号の出力を維持すること、を特徴とするガス供給システム。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載するガス供給システムにおいて、
半導体製造装置に使用されること、を特徴とするガス供給システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002162393A JP2004013249A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ガス供給システム |
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| JP2002162393A JP2004013249A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ガス供給システム |
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| JP2002162393A Pending JP2004013249A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ガス供給システム |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004013249A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012178155A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-09-13 | Linde Aktiengesellschaft | 圧力低下装置 |
| CN104075119A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-10-01 | 上海冠龙阀门机械有限公司 | 一种减压稳压阀组 |
| CN110102443A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-09 | 常州铭赛机器人科技股份有限公司 | 减压装置和具有其的点胶控制器 |
| CN115707970A (zh) * | 2021-08-19 | 2023-02-21 | 株式会社岛津制作所 | 气体调整装置及方法 |
-
2002
- 2002-06-04 JP JP2002162393A patent/JP2004013249A/ja active Pending
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