JP2015049569A - ガス分流供給装置及びガス分流供給方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス供給源からのガスの流量制御装置と、流量制御装置からのガスを分流する並列接続の分流路と、各分流路Lに介設した熱式流量センサと、熱式流量センサの下流側に設けた電動弁と、各電動弁の制御コントローラ16a〜16dと、外部流量比指令値入力と共に流量センサから総流量を演算し、該総流量と流量比指令値とから各分流路Lの流量値を演算し各コントローラへ演算流量値を設定流量入力する流量比設定演算器RSCとを備え、流量比設定演算器から入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路Lを非制御状態としてその開度を一定値に保持すると共に、他の分流路の開度を設定開度に制御し、その後、各分流路の分流量をフィードバック制御する。
【選択図】図4
Description
図12は、従前の熱式流量制御装置MFC(マスフローコントローラ)や圧力式流量制御装置FCSを用いたガス分流供給装置の一例を示すものであり、ガス供給源SからのガスGが分流され、熱式又は圧力式流量制御装置を通して分流量Q1、Q2の割合でプロセスチャンバC等へ供給されている。
また、熱式流量制御装置や熱式流量センサにあっては、温度によるゼロ点の変動や整流層部の圧力による検出流量の変化が比較的大きく、流量制御精度を高める上での大きな障害になっている。
更に、ガス分流供給量の切替え頻度が高い場合には、流量比(分流比)の設定等を含めて分流量制御の開始から安定制御までに相当の時間を必要とし、分流量制御の応答性を高めることが困難な状況にある。
尚、図16に於いて、15は大型反応炉、16は流量調整器、16a〜16dは切換型コントローラ、Sv1〜Sv4は弁駆動信号、Sk1〜Sk4は弁開度制御信号、Sm1〜Sm4は流量検出信号、Sa1〜Sa4は流量設定信号である。また、図16に於いて、前記図15と共通する部位、部材にはこれと同一の参照番号が付されている。
即ち、弁駆動信号Sv1〜Sv4が、熱式流量センサ6a〜6dからの流量検出信号Sm1〜Sm4によってフィードバック制御されることにより、各分流量Q1〜Q4が流量設定信号Sa1〜Sa4に対応する設定分流量に制御されることになる。
また、電動弁7a〜7dとしては、パルスモータを駆動源とするカム駆動型開閉弁が用いられている。
尚、前記弁開度制御指令信号発信器17には、弁開度設定信号Skの入力機構が付設されている事は勿論である。
更に、熱式流量センサ6の流量検出値は、一般的に整流層部の圧力によって検出流量値が変動し、検出流量に圧力依存性が存在する。そのため、開度制御や分流量制御の制御精度が低下すると云う問題がある。
加えて、熱式流量センサ6の検出流量誤差が最小となるときの整流層部の圧力は、個々の熱式流量センサ毎に夫々異なる。その結果、100Torr以下の減圧環境では、熱式流量センサの整流層部の圧力の相違に起因して、各分流路L1〜Lnの分流量制御精度の低下が問題となってくる。
加えて、ガス分流供給装置の構造の簡素化及び小型化が可能となり、製造コストの引下が可能となる。
図1は、本発明の一実施形態に係る4分流路型ガス分流供給装置の分流量制御ユニットの外形図であり、(a)は正面図、(b)は右側面図、(c)は左側面図、(d)は平面図である。また、本実施形態に於いては、4基の分流量制御ユニットU1〜U4を並列状(横並び状)に一体に組合せすることにより、4系統(n=4)の分流路L1〜L4を通して4ヶ所のガス使用箇所へ、所定流量Q1〜Q4のガスGを供給するように構成されている。
尚、前記第1分流路L1は、主分流路或いはマスターラインとも称呼されるが、本発明では、第1分流路L1と呼ぶものとする。同様に、第1分流路L1用の分流量制御ユニットU1は主分流量制御ユニット或いはマスター分流量制御ユニットとも称呼されるが、本発明では単に分流量制御ユニットと呼ぶものとする。
また、前記入口側ブロック26にはガス入口26a、ガス通路26bが、出口側ブロック27にはガス出口27a、ガス通路27bが夫々設けられている。
又、前記熱式流量センサ29は、ベース本体25の熱式流量センサ挿入孔25b内に装着されており、整流用の整流層部29aと流量検出部29b等を備えている。更に、39は入口側ブロック26内に設けたガス温度検出器である。
尚、弁部分の構成そのものは、従前のメタルダイヤフラム型弁の弁部と同じである。
尚、ガス分流供給装置としては、当該分流量制御ユニット部分の他に、前記図16に記載のガス供給源1や圧力調整器2、流量制御装置等が必要な事は勿論である。
図4を参照して、分流量制御ユニットU1(第1流路L1)の切換型コントローラPCB1(16a)には、流量比設定演算器RSCが設けられており、上位装置或は外部装置ODから各分流路への流量比設定指令が入力されると共に、流量比設定演算器RSCから上位装置或は外部装置ODへ、必要な場合には演算した各時点における各分流路の分流量や分流比(流量比)が出力される。
また、流量比設定演算器RSCは、上記演算した流量比を各コントローラ16a〜16dへ出力するとともに、各コントローラ16a〜16dからのバルブ開度指令信号のテェックや各分流路のカム式電動弁28の開度テェック等を行う。
また、各コントローラ16a〜16dには、予めPID制御情報が記憶されており、指定された分流流量Q1,Q2,Q3,Q4の値に応じて、最適のPID制御定数(制御パラメータ)を選択し、PID制御方式による各カム式電動弁28のフィードバック制御を行う。
尚、最大流量比(分流比)の分流路の開度を75%に設定するのは、通常の電動弁においては、弁開度75%程度の下で制御流量が最大となるように設計されており、弁開度が75%を超えると、制御性能が大幅に低下するからである。また、当該弁開度75%は、電動弁の種類によって40〜80%の範囲で適宜に選定することができる。
また、開度75%のバルブが二つ以上の場合は、其れが二つか又は三つかを判断し(S13)、二つのバルブの場合には75%開度指令の分流路の入れ替えをする(S14)。即ち、分流量が増加してきた方の分流路の電動弁の開度を固定する。
また。三つのバルブの場合には、前記IDの若い分流路の電動弁へ75%開度指令を入力する(S15)。
図9(c)は、上記図9(b)の処理を行うための処理機構の構成図であり、熱式流量センサ29の上流側に温度検出器39を設け、且つCPU40に温度とゼロ点特性の記憶部40aと流量値の演算部40bを設ける構成としたものである。
図10(a)は、3個の熱式流量センサ29に同じ流量のガスを供給した場合の整流層部の圧力(Torr)と検出流量誤差との関係を示すものであり、各固体毎に流量誤差がゼロになる圧力値が異なることが判る。尚、直線Eは誤差が零のラインである。
即ち、熱式流量センサ29で検出した流量値は、熱式流量センサの整流層部の圧力条件によって個々にその流量誤差が異なることになる。そのため、本発明においては、流量校正を行う際に、圧力条件を統一して実施することで、減圧環境下においても、図10(b)に示すように、熱式流量センサ29の流量誤差に個体差が顕著に現れないようにしている。
図11の(b)はその調査結果を示すものであり、曲線Xは細管29cを用いた図11の(a)の如き形態の整流層部(層流素子)の場合を、また、曲線Yは従前のバイパスシート型の整流層部(層流素子)の場合を夫々示すものである。直線Eは、誤差が零のラインである。
曲線Xからも明らかなように、細管を用いたキャピラリー型整流層部は、熱式流量センサの検出流量誤差の圧力依存性を著しく低減させることが可能となる。
Q1、Qn 分流量
L1、Ln 分流路
Ss 分流量制御指令信号
Sp 開度制御指令信号
Sm 流量検出信号
Sa 流量設定信号
Sa1〜Sa4 流量設定信号
Sv 弁駆動信号
Sv1〜Sv4 弁駆動信号
Sk 弁開度制御信号
Sk1〜Sk4 弁開度制御信号
Sx 制御切換信号
1 ガス供給源
2 圧力調整器
3 圧力センサ
4 圧力式流量制御装置(FCS)
5a・5b 圧力計
6 熱式流量センサ
7 電動弁
8 弁駆動部
9 真空ポンプ
10・10a 絞り弁
11 信号発信器
12 PIDコントローラ
13 プロセスチャンバ
14 真空ポンプ
15 大型反応炉
16 流量調整装置
16a〜16d 切換型コントローラ
17 弁開度指令信号発信器
18 分流量制御指令発信器
19 制御切換機構
20 弁開度制御機構
21 分流量制御機構
22 端子
23 端子
24 端子
OD 外部装置
RSC 流量比設定演算器
U1〜U4 分流量制御ユニット
25 ベース本体
25a ガス通路
25b 熱式流量センサ挿入孔
25c バルブ本体挿入孔
26 入口側ブロック
26a ガス入口
26b ガス出口
27 出口側ブロック
27a ガス出口
27b ガス通路
28 カム式電動弁
28a バルブ本体
28b バルブシート
28c ダイヤフラム弁体タイ
28d 弁体押え
28e リニアブッシング
28f ステム
28g ベアリング
29 熱式流量センサ
29a 整流層部
29b 流量検出部
29c 細管
30 制御魚用基板
31 ケーシング
32 固定用ねじ
33 カム板
34 ステッピングパルスモータ
34a モータ軸
35 ストローク調整用ねじ
36 ストローク調整用ねじ
37 カム式電動弁の弁部
38 カム式電動弁の弁駆動部
39 温度検出器
40 CPU
41 圧力検出器
42 PID定数調整機構
43 増幅器
Claims (10)
- ガス供給源からのガスの流量制御装置と、流量制御装置からのガスをガス使用箇所へ分流する並列に接続した複数の分流路と、各分流路に介設した熱式流量センサと、熱式流量センサの下流側に設けた電動弁と、各電動弁弁の開閉を制御するコントローラと、外部から流量比指令値が入力されると共に各熱式流量センサの流量から総流量を演算し、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路の流量値を演算して各コントローラへ当該演算流量値を設定流量として入力する流量比設定演算器RSCとを備え、先ず、前記流量比設定演算器RSCから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路を非制御状態としてその開度を一定値に保持すると共に、その他の分流路の開度を設定開度に制御し、その後、各分流路の分流量を各コントローラによりフィードバック制御する構成としたことを特徴とするガス分流供給装置。
- 弁開度を75%に保持する構成とした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 各熱式流量センサの流量検出信号Smによりコントローラを介して電動弁弁の開度を調節する分流量のフィードバック制御時のPID制御定数を、流量制御装置からのガスの総流量に応じて調整する構成としたことを特徴とする請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 電動弁弁をパルスモータ駆動型カム式電動弁とすると共に、弁体をステンレス鋼製のダイヤフラムに、及び、バルブシートを弾性を有する樹脂材製とし、弁全閉時の前記
ダイヤフラムとバルブシート間の接触圧をバルブシートの弾性により確保する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のガス分流供給装置。 - 流量制御装置を圧力式流量制御装置とすると共に、コントローラを、弁開度制御及び分流量制御に切換え可能な構成とした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 分流路を1〜4とすると共に、弁開度制御時の電動弁28の弁開度を全開時の40〜70%とするようにした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 熱式流量センサを、熱式流量センサの温度とゼロ点温度との関係を予めコントローラに記憶させ、当該記憶値を用いてゼロ点温度ドリフトを補正する構成のものとしたとした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 熱式流量センサを、熱式流量センサの検出流量と流量検出部の圧力との関係を予めコントローラに記憶させ、当該記憶値を用いて検出流量誤差を修正する構成のものとしたとした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 熱式流量センサを、複数の管状体を並列状に配列してなる整流層部を備えた構成のものとし、整流層部に於けるガスの圧力降下を少なくして検出流量と供給流量の誤差を少なくする構成のものとしたとした請求項1に記載のガス分流供給装置。
- 請求項1に記載の分流供給装置を用いた分流ガス供給方法であって、外部より流量比設定演算器RSCへ流量比指令を入力し、また、ガス供給源からのガスを流量制御装置から各分流路へ供給すると共に、前記流量比設定演算器RSCに於いて各熱式流量センサで検出した流量を用いて総流量を演算し、更に、当該演算した総流量と前記流量比指令値とから各分流路が必要とする流量値を演算して各コントローラへ当該演算流量値を設定流量として入力するガス分流供給方法において、先ず、前記流量比設定演算器RSCから入力された設定流量値が最大となる何れか一の分流路を判別し、当該判別した一つの分流路を非制御状態としてその弁開度を一定値に保持しすると共にその他の分流路を開度制御して流量比を調節し、その後、各コントローラにより各分流路の分流量をPIDフィードバック制御する構成としたことを特徴とするガス分流供給方法。
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