JP4146746B2

JP4146746B2 - Mass flow controller

Info

Publication number: JP4146746B2
Application number: JP2003074014A
Authority: JP
Inventors: 正巳西川
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004280688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マスフローコントローラに関する。より詳細には、流体の流れを監視して異常な流体の流れを防止する安全性に優れたマスフローコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来のマスフローコントローラを用いた半導体製造ライン１０の例を示す図である。図２において、１１は半導体製造ラインを構成するチャンバ、１２はチャンバ１１に半導体製造プロセスに用いる各種ガスＧを供給するガス供給ライン、１３はガスＧを供給するガスボンベである。
【０００３】
ガス供給ライン１２には、機械式の調圧器１４と、この調圧器１４の下流側のゲージ１５と、フィルタ１６とを設け、ガス供給ライン１２にはそれぞれマスフローコントローラ１７と、空圧開閉弁１８ａ，１８ｂとを設けてなる。すなわち、空圧開閉弁１８ａ，１８ｂを閉じることでマスフローコントローラ１７を取換えることができるように構成している。
【０００４】
また、前記マスフローコントローラ１７は、例えば熱式の流量センサ１７ａと、流量制御弁１７ｂと、流量センサ１７ａの出力を用いて流量制御弁１７ｂの開閉制御を行って、マスフローコントローラ１７を流れるガスＧが設定された流量になるように調節する制御部１７ｃとを有している。
【０００５】
前記ボンベ１３から供給されるガスＧの圧力は、その出口側で通常５００ｋＰａ程度に減圧されているが、この圧力を前記調圧器１４によって例えば３００ｋＰａ程度に減圧してマスフローコントローラ１７に供給することで、マスフローコントローラ１７の破損を防いでいる。また、半導体製造ラインの管理者はチャンバ１１に所定流量のガスＧを流すようにマスフローコントローラ１７を制御し、ゲージ１５を確認しながら調圧器１４を調節することによりマスフローコントローラ１７に供給するガスＧの圧力を適宜調整する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体製造ライン１０におけるガスＧの供給では、流量センサ１７ａの上流側における圧力をほゞ一定に保つために各ライン１２に調圧器１４を設けたり、圧力センサ１５、フィルタ１６、マスフローコントローラ１７および空圧開閉弁１８ａ，１８ｂを設けているので、ライン１２を構成する部品点数も多く高価にならざるを得なかった。
【０００７】
また、前記流量制御弁１７ｂが何らかの原因で故障した場合は、制御されていない流量のガスＧが二次側に流れ込むという問題があった。そこで、従来のマスフローコントローラ１７を用いたライン１２では異常流量のガスＧが流れた場合のための安全対策を高じる必要がある。
【０００８】
ところが、マスフローコントローラ１７に流れるガスＧの流量に異常が発生したときのための安全機構は複雑な構成になるので、これによってライン１２が複雑化して、ライン１２の形成にかかるコストが引き上げられることは避けられなかった。
【０００９】
加えて、ガス供給ライン１２が複雑になればなるほどその制御が複雑で高価なものになるだけでなく、ガス漏れや故障の発生率も高くなることは避けられなかった。また、部品点数も多くならざるを得ず、ガス供給パネルを小さくすることはできなかった。
【００１０】
本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は異常発生時にも過大な流量の流体を流すことがなく、安全に流路を閉鎖することができるマスフローコントローラを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマスフローコントローラは、流路中を流れる流体の圧力を測定する圧力センサと、この圧力を調節する圧力制御弁と、前記流体の流量を測定する流量センサと、この流量を調節する流量制御弁と、前記圧力センサの出力を用いて圧力制御弁を制御する一方、前記流量センサの出力を用いて流量制御弁を制御して流体の流れを安定制御すると共に、前記圧力センサの出力を監視し、これが設定圧力から外れた状態が所定時間持続する異常が発生したときに、前記圧力制御弁を閉鎖する安全停止機能を有する制御部とを設けてなることを特徴としている。（請求項１）
【００１２】
すなわち、本発明のマスフローコントローラは、流量制御弁のみならず圧力制御弁を内蔵しているので、このマスフローコントローラを用いることにより、ガス供給ラインから調圧器、圧力センサを無くすことができ、ガス供給ラインの構成をシンプルでコンパクトにすることができる。つまり、安価なガス供給ラインを形成できる。
【００１３】
また、２本の制御弁を巧みに利用して流体の流れを閉鎖するので、２つの制御弁が同時に故障することは考えにくく、仮に一方の制御弁が故障した状態であっても他方の制御弁を用いて流体の流れを完全に停止でき、異常発生時にも過大な流量の流体が流れることはなく、それだけ安全性が向上する。
【００１４】
つまり、本発明のマスフローコントローラを用いることで、マスフローコントローラの外側に流量の異常を検知するためのマスフローメータや流路を閉鎖可能とする開閉弁などを設ける必要もなくなり、それだけガス供給ラインの構成を簡素にすることができる。また、マスフローコントローラに内蔵の圧力センサと流量センサを用いた異常検出は別途のマスフローメータを用いた異常検出に比べて速やかに異常を発見でき、それだけ迅速な対応が可能となる。
【００１５】
前記制御部の安全停止機能は、圧力センサの出力を監視し、これが設定圧力から外れた状態が所定時間持続する異常が発生したときに、流量制御弁を閉鎖するものである場合（請求項２）には、圧力制御弁の故障などによって圧力センサによって検出される圧力が設定圧力にならないときに、流量制御弁によって流体の流れを閉鎖できるので安全性が向上する。
【００１６】
本発明のマスフローコントローラが、流路中を流れる流体の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に設けられ前記圧力を調節する圧力制御弁と、前記流体の流量を測定する流量センサと、この流量を調節する流量制御弁と、前記圧力センサとは別に前記圧力制御弁の上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサの出力を用いて圧力制御弁を制御する一方、前記流量センサの出力を用いて流量制御弁を制御して流体の流れを安定制御すると共に、前記二つの圧力センサの出力を監視し、前記圧力制御弁の上流側の圧力センサからの出力を、圧力制御弁の下流側の圧力センサからの出力と比較してこれよりも低くなる異常が発生したときに、前記圧力制御弁を閉鎖する安全停止機能を有する制御部とを設けてなる場合（請求項３）、流体の流れに逆流が生じるような圧力の変化が生じたときに、逆流が生じるまえにその流れを閉鎖できるので、安全性の高い基準を保つことができる。
【００１７】
また、本発明のマスフローコントローラが、流路中を流れる流体の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に設けられ前記圧力を調節する圧力制御弁と、前記流体の流量を測定する流量センサと、この流量を調節する流量制御弁と、前記圧力センサとは別に前記圧力制御弁の上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサの出力を用いて圧力制御弁を制御する一方、前記流量センサの出力を用いて流量制御弁を制御して流体の流れを安定制御すると共に、前記二つの圧力センサの出力を監視し、前記圧力制御弁の上流側の圧力センサからの出力を、圧力制御弁の下流側の圧力センサからの出力と比較してこれよりも低くなる異常が発生したときに、前記流量制御弁を閉鎖する安全停止機能を有する制御部とを設けてなっていてもよい（請求項４）。
【００１８】
また、本発明のマスフローコントローラが、流路中を流れる流体の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に設けられ前記圧力を調節する圧力制御弁と、前記流体の流量を測定する流量センサと、この流量を調節する流量制御弁と、前記圧力センサとは別に前記圧力制御弁の上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサの出力を用いて圧力制御弁を制御する一方、前記流量センサの出力を用いて流量制御弁を制御して流体の流れを安定制御すると共に、前記圧力制御弁の上流側の圧力センサの出力を監視し、この出力が所定の下限圧力より低くなるか、所定の上限圧力より高くなる異常が発生したときに、前記圧力制御弁を閉鎖する安全停止機能を有する制御部とを設けてなる場合（請求項５）には、ライン圧があらかじめ設定された範囲（上限と下限）を越えるときに、この圧力制御弁を閉鎖できるので、異常な流体の流れが生じる前に事前に異常の生じたラインの流れを遮断することが可能となり、それだけ安全性が向上する。
【００１９】
また、本発明のマスフローコントローラが、流路中を流れる流体の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に設けられ前記圧力を調節する圧力制御弁と、前記流体の流量を測定する流量センサと、この流量を調節する流量制御弁と、前記圧力センサとは別に前記圧力制御弁の上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサの出力を用いて圧力制御弁を制御する一方、前記流量センサの出力を用いて流量制御弁を制御して流体の流れを安定制御すると共に、前記圧力制御弁の上流側の圧力センサの出力を監視し、この出力が所定の下限圧力より低くなるか、所定の上限圧力より高くなる異常が発生したときに、前記流量制御弁を閉鎖する安全停止機能を有する制御部とを設けてなっていてもよい（請求項６）。
【００２０】
前記制御部の安全停止機能は、異常時に前記流量制御弁も閉鎖するように制御するものである場合（請求項７）には、逆流を含む原因不明の異常流量の流体が流れようとするときにその流れを２つの制御弁を用いて遮断できるので、信頼性が向上する。つまり、異常流量の原因が圧力制御弁であっても流量制御弁であっても異常時には確実にその流体の流れを遮断できる。また、異常の原因がマスフローコントローラの一次側圧力の低下であっても、二次側圧力の上昇であってもこれに迅速に対応して異常な流体の流れを確実に阻止できる。
【００２１】
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のマスフローコントローラ１の一例を示すブロック図である。本例のマスフローコントローラ１は流体（以下の例では流体としてガスを例示するが、この流体が気体であることを限定するものではない）を流すための流路２を形成する流路ブロック３と、この流路ブロック３に連結された圧力制御弁４と、流量センサ５と、流量制御弁６と、２つの圧力センサ７と、圧力制御弁４を制御する制御部８と、フィルタ９とを有している。なお、この圧力制御弁４と流量制御弁６は基本的に同じ構成の開閉制御弁であるが、以下の説明において両制御弁４，６をまとめて制御弁４，６と表現することもある。
【００２３】
前記流路２は例えば、流路ブロック３内をくり抜くように形成されており、第１〜第３流路２ａ〜２ｃを有している。また、第１流路２の上流端および第３流路の下流端には配管取付け部３ａ，３ｂをそれぞれ設けている。なお、流路２の形成手順は掘削であっても、鋳型を用いたものであってもその他の方法であってもよく、第２流路２ｂを掘削などで形成する場合には流路ブロック３は少なくとも１か所において分離可能に形成する必要があるが、何れにしても流路ブロック３，３ａ，３ｂを全体的に一体成形することで、ガス漏れを防ぐことができる。
【００２４】
圧力制御弁４は例えば流路ブロック３の一側面に形成された弁座３ｃに当接するダイアフラム４ａとそのアクチュエータ４ｂとからなり、開度制御信号Ｃｐによって前記流路２ａ，２ｂを連通連結する開度が制御可能に構成される。
【００２５】
流量センサ５は例えば第２流路２ｂ内に挿入された整流体５ａと、この第２流路２ｂから所定の割合１／Ａの流量だけ分岐する分岐流路５ｂと、この分岐流路５ｂに設けたセンサ本体５ｃとを有し、総流量Ｆを示す流路信号Ｓｆを出力する。
【００２６】
また、流量制御弁６は例えば流路ブロック３の一側面に形成された弁座３ｄに当接するダイヤフラム６ａとそのアクチュエータ６ｂとからなり、制御信号Ｃｆによって前記流路２ｂ，２ｃを連通連結する開度が制御可能に構成される。
【００２７】
前記圧力制御弁４，流量センサ５，流量制御弁６は流路ブロック３の一側面（上面）に並べて配置されており、これによってマスフローコントローラ１の全体的な大きさを小さく抑えることができる。
【００２８】
前記圧力センサ７は第１流路２ａに臨ませるように側面に配置された第１センサ７ａと、第２流路２ｂに臨ませるように側面に配置された第２センサ７ｂとからなり、両圧力センサ７ａ，７ｂは前記各部４〜５を取り付けた側面とは異なる面（本例では図１において第１流路２ａの手前および前記流量センサ５を構成する整流体５ａの直前に位置する第２流路の奥）にそれぞれ埋設している。これによって、マスフローコントローラ１の全体的な大きさを変えることなく圧力センサ７を設置できる。そして、前記センサ７ａ，７ｂはそれぞれ第１流路２ａ，第２流路２ｂ内の圧力Ｐａ，Ｐｂを示す圧力信号Ｓｐａ，Ｓｐｂを出力する。
【００２９】
なお、本例ではセンサ７ａ，７ｂを側面に設ける例を示しているが、圧力センサ７は流路２に臨ませるように取り付けられるものであれば、その取付け面を限定するものではない。つまり、流路ブロック３の下面に埋設しても、上面で前記圧力制御弁４，流量センサ５，流量制御弁６の邪魔にならない位置に埋設してもよいことはいうまでもない。
【００３０】
前記制御部８は、前記圧力センサ７からの圧力信号Ｓｐａ，Ｓｐｂ（出力）および流量センサ５からの流量制御信号Ｓｆ（出力）をフィードバックして開度制御信号Ｃｐ，Ｃｆを出力することで圧力制御弁４および流量制御信号６をフィードバック制御する処理部８ａと、外部とのインターフェース８ｂとを有している。すなわち、制御部８は圧力制御弁４をフィードバック制御することにより、流量センサ５の直上における圧力Ｐｂが所定の設定圧力Ｐｓになるように調節し、流量制御弁６をフィードバック制御することにより、その流量がインターフェース８ｂを介して入力した設定流量Ｆｓになるように調節する。
【００３１】
また、制御部８は圧力センサ７ａ，７ｂの出力Ｓｐａ，Ｓｐｂおよび流量センサ５の出力Ｓｆを監視して、これらの出力Ｓｐａ，Ｓｐｂ，Ｓｆが以下の４つの状態になったときに、このマスフローコントローラ１を流れる流体の流れに何らかの異常が生じていることを検知可能としている。
【００３２】
異常を検知する１番目の状態は、圧力センサ７ｂの出力Ｓｐｂが前記設定圧力Ｐｓから外れた状態（すなわちＰｂ≠Ｐｓ）が例えば５秒といった短い所定時間の間連続して生じている状態である。制御部８はこのような状態を検知したときに、圧力制御弁４の動作異常アラームＡ₁を発生する。
【００３３】
異常を検知する２番目の状態は、流量センサ５の出力Ｓｆが前記設定流量Ｆｓから外れた状態（すなわちＳｆ≠Ｆｓ）が例えば５秒といった短い所定時間の間連続して生じている状態である。制御部８はこのような状態を検知したときに、流量制御弁６の動作異常アラームＡ₂を発生する。
【００３４】
異常を検知する３番目の状態は、圧力センサ７ａ，７ｂの出力Ｓｐａ，Ｓｐｂを比較し、圧力制御弁４の一次側圧力Ｐａが二次側圧力Ｐｂよりも低くなった状態（すなわちＳａ＜Ｓｂ）状態である。制御部８はこのような状態を検知したときに、逆流異常アラームＡ₃を発生する。
【００３５】
異常を検知する４番目の状態は、圧力センサ７ａの出力Ｓｐａが、所定の下限圧力Ｐmin よりも低くなるか、所定の上限圧力Ｐmax よりも高くなる状態（すなわち、Ｐａ＜Ｐmin またはＰａ＞Ｐmax ）を示している。制御部８はこのような状態を検知したときに、一次圧力異常アラームＡ₄を発生する。
【００３６】
本発明のマスフローコントローラ１は圧力センサ７ａ，７ｂや流量センサ５などの複数センサ５，７ａ，７ｂを用いて正確な流量制御が行われているかどうかを自己確認することができ、何らかの異常が生じているときには速やかに流体の流れを停止できるので、マスフローコントローラ１に対する信頼性が高くなる。とりわけ圧力センサ７ａ，７ｂと流量センサ５はガスの流れの中に生じる異なる物理量（圧力，流量）を測定するものであるから、異常発生時にこれを確実に見分けることができる。
【００３７】
前記何れの異常アラームＡ₁〜Ａ₄が発生した場合にも、制御部８は圧力制御部４と流量制御部６の両方を全閉させるように開度制御信号Ｃｐ，Ｃｆを出力する。つまり、何らかの異常が生じた場合には、マスフローコントローラ１が２つの制御弁４，６を制御してガスの流れを閉鎖するので、異常なガスの流れを確実に阻止することができ、安全性が向上する。また、この安全停止機能は制御部８内のソフトウェアによって実現できるものであるから、その製造コストは極めて安価であり、装置構成が大型化するものでもない。
【００３８】
前記圧力制御弁４の動作異常アラームＡ₁が発生している状態では、圧力制御弁４は何らかの原因で破損して異常動作していることが考えられるが、流量制御弁６がこれと同じ瞬間に異常動作することは考えられない。したがって、動作異常アラームＡ₁が発生している状態であっても、流量制御弁６を全閉することで流量センサ５に不安定な圧力の印加が生じた状態での流量制御を中断してガスの供給を閉鎖し、早急に健全なマスフローコントローラ１との交換を促すことが可能となる。つまり、マスフローコントローラ１の信頼性が向上する。
【００３９】
一方、前記流量制御弁６の動作異常アラームＡ₂が発生している状態においても、流量制御弁６は何らかの原因で破損して異常動作していることが考えられるが、これと同時に圧力制御弁４が破損することはないと考えられるので、この圧力制御弁４を全閉することで適切な流量制御が行われていないガスの流れを遮断して、マスフローコントローラ１の信頼性が向上する。
【００４０】
さらに、逆流異常アラームＡ₃が発生している状態では例えばマスフローコントローラ１の一次側におけるガスのリークやボンベ内のガス圧低下などが生じたことなどが考えられるが、このときも、逆流の発生を事前に防止して安全性を強化できる。
【００４１】
前記一次圧力異常アラームＡ₄が発生している状態も例えばマスフローコントローラ１の一次側におけるガスのリークやボンベ内のガス圧低下などが生じたことなどが考えられるが、これを早い段階で検出することで、異常なガスの流れを防止して安全性が向上する。
【００４２】
なお、上述の例では図示を省略するが本例のマスフローコントローラ１は各センサ５，７ａ，７ｂによって測定された値Ｆ，Ｐａ，Ｐｂおよび前記異常アラームＡ₁〜Ａ₄の内容を表示する表示部を有している。これによって、管理者はマスフローコントローラ１の状態を確認することが可能となり、マスフローコントローラ１に対する信頼性が向上する。
【００４３】
さらに、センサ５，７ａ，７ｂによって測定された値Ｆ，Ｐａ，Ｐｂは何れもインターフェース８ｂを介して外部に出力可能としている。なお、本例では理解を容易とするためにインターフェース８ｂはアナログ的な値の入出力を行うものである例を示しているが、これがデジタル的に通信するものであってもよい。
【００４４】
加えて、圧力制御弁４の開閉制御は圧力センサ７ｂの出力信号Ｓｐｂだけを用いてフィードバック制御するものに限られるものではなく、圧力センサ７ａの出力信号Ｓｐａも用いて制御してもよい。なお、本例に示すように圧力センサ７ａを設けることで、マスフローコントローラ１に入力されているガスの圧力をモニタし、これを用いてマスフローコントローラ１の一次側圧力の異常を検出して、前記異常アラームＡ₃，Ａ₄を出力可能としているが、この圧力センサ７ａを省略してもよいことはいうまでもない。
【００４５】
また、本例のマスフローコントローラ１はフィルタ９を内蔵しているので、従来のように別途のフィルタ１６を連通連結する必要もない。すなわち、それだけガス供給ラインの簡素化を図ることができ、設置面積を少なくすることができる。なお、本例ではフィルタ９を流路２の最上流端に設けることで異物の進入による誤動作を防止する例を示しているが、本発明はフィルタ９の位置を限定するものではない。また、場合によってはフィルタ９を省略することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、簡単な構成のマスフローコントローラでありながら、確実に指定された流量の流体を流すことができ、何らかの異常が生じたときには流体の流れを止めることで安全性を強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスフローコントローラの一例を示す図である。
【図２】従来のマスフローコントローラを用いた半導体製造ラインの例を示す図である。
【符号の説明】
１…マスフローコントローラ、２…流路、４…圧力制御弁、５…流量センサ、６…流量制御弁、７（７ａ，７ｂ）…圧力センサ、８…制御部、Ｓｐａ，Ｓｐｂ…圧力センサの出力、Ｓｆ…流量センサの出力。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass flow controller. More specifically, the present invention relates to a mass flow controller excellent in safety for monitoring a fluid flow to prevent an abnormal fluid flow.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a semiconductor production line 10 using a conventional mass flow controller. In FIG. 2, 11 is a chamber constituting the semiconductor manufacturing line, 12 is a gas supply line for supplying various gases G used in the semiconductor manufacturing process to the chamber 11, and 13 is a gas cylinder for supplying the gas G.
[0003]
The gas supply line 12 is provided with a mechanical pressure regulator 14, a gauge 15 on the downstream side of the pressure regulator 14, and a filter 16. The gas supply line 12 has a mass flow controller 17 and a pneumatic on-off valve 18a, respectively. , 18b. That is, the mass flow controller 17 can be replaced by closing the pneumatic on-off valves 18a and 18b.
[0004]
The mass flow controller 17 controls the opening and closing of the flow rate control valve 17b using, for example, the thermal flow rate sensor 17a, the flow rate control valve 17b, and the output of the flow rate sensor 17a, so that the gas G flowing through the mass flow controller 17 flows. And a control unit 17c for adjusting the flow rate to be set.
[0005]
The pressure of the gas G supplied from the cylinder 13 is normally reduced to about 500 kPa on the outlet side, but this pressure is reduced to about 300 kPa by the pressure regulator 14 and supplied to the mass flow controller 17. The mass flow controller 17 is prevented from being damaged. Further, the administrator of the semiconductor production line controls the mass flow controller 17 so that a predetermined flow rate of gas G flows through the chamber 11, and adjusts the pressure regulator 14 while checking the gauge 15 to supply the gas G to the mass flow controller 17. The pressure is adjusted appropriately.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the supply of the gas G in the conventional semiconductor manufacturing line 10, a pressure regulator 14 is provided in each line 12 in order to keep the pressure on the upstream side of the flow rate sensor 17 a substantially constant, or a pressure sensor 15, a filter 16, Since the mass flow controller 17 and the pneumatic on-off valves 18a and 18b are provided, the number of parts constituting the line 12 is large and expensive.
[0007]
Further, when the flow rate control valve 17b fails for some reason, there is a problem in that the gas G having an uncontrolled flow rate flows into the secondary side. Therefore, in the line 12 using the conventional mass flow controller 17, it is necessary to increase safety measures for the case where an abnormal flow rate of gas G flows.
[0008]
However, the safety mechanism for when an abnormality occurs in the flow rate of the gas G flowing through the mass flow controller 17 has a complicated structure, which complicates the line 12 and increases the cost for forming the line 12. Was inevitable.
[0009]
In addition, the more complicated the gas supply line 12 is, the more complicated and expensive the control becomes, and it is inevitable that the rate of occurrence of gas leaks and failures will also increase. Also, the number of parts has to be increased, and the gas supply panel cannot be made smaller.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and its purpose is to provide a mass flow controller capable of safely closing a flow path without causing an excessive flow of fluid even when an abnormality occurs. It is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a mass flow controller of the present invention includes a pressure sensor that measures the pressure of a fluid flowing in a flow path, a pressure control valve that adjusts the pressure, a flow rate sensor that measures the flow rate of the fluid, While controlling the pressure control valve using the flow rate control valve for adjusting the flow rate and the output of the pressure sensor, the flow rate control valve is controlled using the output of the flow rate sensor to stably control the flow of the fluid, A controller having a safety stop function for monitoring the output of the pressure sensor and closing the pressure control valve when an abnormality occurs in which the pressure sensor is out of the set pressure for a predetermined time. It is said. (Claim 1)
[0012]
That is, the mass flow controller of the present invention incorporates not only a flow control valve but also a pressure control valve. By using this mass flow controller, it is possible to eliminate the pressure regulator and pressure sensor from the gas supply line, and to supply the gas. The line configuration can be made simple and compact. That is, an inexpensive gas supply line can be formed.
[0013]
Also, since the fluid flow is closed by skillfully using the two control valves, it is unlikely that the two control valves will fail at the same time, and even if one of the control valves fails, the control of the other The flow of the fluid can be completely stopped by using the valve, and an excessive flow rate of fluid does not flow even when an abnormality occurs, and the safety is improved accordingly.
[0014]
In other words, by using the mass flow controller of the present invention, it is not necessary to provide a mass flow meter for detecting an abnormal flow rate or an on-off valve that can close the flow path outside the mass flow controller, and the configuration of the gas supply line accordingly. Can be simplified. In addition, the abnormality detection using the pressure sensor and the flow rate sensor built in the mass flow controller can detect the abnormality more quickly than the abnormality detection using a separate mass flow meter, and it is possible to cope with it quickly.
[0015]
Safety stop function of the control unit monitors the output of the pressure sensor, which when disengaged from the set pressure abnormality lasts a predetermined time has occurred, the flow amount when the control valve is to close (Claim In 2), since the flow of the fluid can be closed by the flow control valve when the pressure detected by the pressure sensor does not become the set pressure due to the failure of the pressure control valve, the safety is improved.
[0016]
The mass flow controller of the present invention includes a pressure sensor that measures the pressure of the fluid flowing in the flow path, a pressure control valve that is provided upstream of the pressure sensor and adjusts the pressure, and a flow sensor that measures the flow rate of the fluid. A flow rate control valve for adjusting the flow rate, a pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor, and controlling the pressure control valve using an output of the pressure sensor, The flow control valve is controlled using the output of the flow sensor to stably control the flow of the fluid, and the outputs of the two pressure sensors are monitored, and the output from the pressure sensor upstream of the pressure control valve is A control unit having a safety stop function that closes the pressure control valve when an abnormality occurs that is lower than the output from the pressure sensor downstream of the control valve. 3.), when a change in pressure, such as reflux to the fluid flow occurs is caused, it is possible to close the flow before the reverse flow occurs, it is possible to maintain high safety standards.
[0017]
Further, the mass flow controller of the present invention measures a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path, a pressure control valve provided on the upstream side of the pressure sensor for adjusting the pressure, and measures the flow rate of the fluid. A flow rate sensor, a flow rate control valve for adjusting the flow rate, a pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor, and a pressure control valve using the output of the pressure sensor The flow control valve is controlled using the output of the flow sensor to stably control the flow of the fluid, and the outputs of the two pressure sensors are monitored, and the output from the pressure sensor upstream of the pressure control valve is output. A control unit having a safety stop function for closing the flow control valve when an abnormality that is lower than the output from the pressure sensor downstream of the pressure control valve occurs. Which may be (claim 4).
[0018]
Further, the mass flow controller of the present invention measures a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path, a pressure control valve provided on the upstream side of the pressure sensor for adjusting the pressure, and measures the flow rate of the fluid. A flow rate sensor, a flow rate control valve for adjusting the flow rate, a pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor, and a pressure control valve using the output of the pressure sensor The flow control valve is controlled using the output of the flow sensor to stably control the flow of the fluid, and the output of the pressure sensor upstream of the pressure control valve is monitored, and the output is lower than a predetermined lower limit pressure. happens, when an abnormality is higher than a predetermined upper limit pressure is generated, wherein when formed by providing a control unit having a safety stop function to close the pressure control valve (claim 5), the line pressure is either rough When exceeding the order set range (upper and lower), it is possible to close the pressure control valve, it is possible to shut off the flow of pre abnormalities resulting line before the flow of abnormal fluid occurs, Safety is improved accordingly.
[0019]
Further, the mass flow controller of the present invention measures a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path, a pressure control valve provided on the upstream side of the pressure sensor for adjusting the pressure, and measures the flow rate of the fluid. A flow rate sensor, a flow rate control valve for adjusting the flow rate, a pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor, and a pressure control valve using the output of the pressure sensor The flow control valve is controlled using the output of the flow sensor to stably control the flow of the fluid, and the output of the pressure sensor upstream of the pressure control valve is monitored, and the output is lower than a predetermined lower limit pressure. Alternatively, a control unit having a safety stop function for closing the flow control valve when an abnormality that exceeds a predetermined upper limit pressure occurs may be provided.
[0020]
Safety stop function of the control section, if it is intended to control to also close the flow control valve when the abnormality (claim 7), when the fluid unexplained anomaly flow including a reverse flow will to to flow Further, the flow can be shut off using two control valves, so that the reliability is improved. That is, even if the cause of the abnormal flow rate is the pressure control valve or the flow rate control valve, the flow of the fluid can be reliably interrupted in the event of an abnormality. Moreover, even if the cause of the abnormality is a decrease in the primary pressure of the mass flow controller or an increase in the secondary pressure, it is possible to respond quickly to this and reliably prevent abnormal fluid flow.
[0021]
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a mass flow controller 1 of the present invention. The mass flow controller 1 of this example includes a flow channel block 3 that forms a flow channel 2 for flowing a fluid (in the following example, gas is exemplified as a fluid, but this fluid is not limited to gas). The pressure control valve 4, the flow sensor 5, the flow control valve 6, the two pressure sensors 7, the control unit 8 that controls the pressure control valve 4, and the filter 9 are connected to the flow path block 3. Have. The pressure control valve 4 and the flow rate control valve 6 are basically open / close control valves having the same configuration. However, in the following description, the control valves 4 and 6 may be collectively expressed as control valves 4 and 6. .
[0023]
The flow path 2 is formed, for example, so as to cut out the flow path block 3 and has first to third flow paths 2a to 2c. Pipe attachment portions 3a and 3b are provided at the upstream end of the first flow path 2 and the downstream end of the third flow path, respectively. The flow path 2 may be formed by excavation, using a mold, or by other methods. When the second flow path 2b is formed by excavation or the like, the flow path block It is necessary to form 3 so as to be separable at least at one place, but in any case, gas leakage can be prevented by integrally forming the flow path blocks 3, 3a, 3b.
[0024]
The pressure control valve 4 includes a diaphragm 4a that abuts a valve seat 3c formed on one side surface of the flow path block 3 and an actuator 4b, for example. The pressure control valve 4 is an opening that communicates and connects the flow paths 2a and 2b with an opening control signal Cp. The degree is configured to be controllable.
[0025]
The flow sensor 5 includes, for example, a rectifier 5a inserted into the second flow path 2b, a branch flow path 5b that branches from the second flow path 2b by a predetermined rate 1 / A, and a branch flow path 5b. And a flow path signal Sf indicating the total flow rate F is output.
[0026]
The flow control valve 6 includes a diaphragm 6a that abuts a valve seat 3d formed on one side surface of the flow path block 3 and an actuator 6b thereof. The flow control valve 6 is an opening that communicates and connects the flow paths 2b and 2c with a control signal Cf. The degree is configured to be controllable.
[0027]
The pressure control valve 4, the flow rate sensor 5, and the flow rate control valve 6 are arranged side by side on the one side surface (upper surface) of the flow path block 3, whereby the overall size of the mass flow controller 1 can be kept small.
[0028]
The pressure sensor 7 includes a first sensor 7a disposed on a side surface so as to face the first flow path 2a and a second sensor 7b disposed on a side surface so as to face the second flow path 2b. The pressure sensors 7a and 7b are different from the side surface to which the respective parts 4 to 5 are attached (in this example, the first position located in front of the first flow path 2a and immediately before the rectifying body 5a constituting the flow rate sensor 5 in FIG. They are buried in the back of the two flow paths. Thus, the pressure sensor 7 can be installed without changing the overall size of the mass flow controller 1. The sensors 7a and 7b output pressure signals Spa and Spb indicating the pressures Pa and Pb in the first flow path 2a and the second flow path 2b, respectively.
[0029]
In this example, the sensors 7a and 7b are provided on the side surfaces. However, as long as the pressure sensor 7 is attached so as to face the flow path 2, the attachment surface is not limited. That is, it goes without saying that even if it is embedded in the lower surface of the flow path block 3, it may be embedded in a position that does not interfere with the pressure control valve 4, the flow sensor 5, and the flow control valve 6 on the upper surface.
[0030]
The control unit 8 feeds back the pressure signals Spa and Spb (output) from the pressure sensor 7 and the flow rate control signal Sf (output) from the flow rate sensor 5 and outputs the opening degree control signals Cp and Cf. It has a processing unit 8a that feedback-controls the control valve 4 and the flow rate control signal 6, and an interface 8b with the outside. That is, the control unit 8 performs feedback control of the pressure control valve 4 to adjust the pressure Pb immediately above the flow rate sensor 5 to be a predetermined set pressure Ps, and performs feedback control of the flow rate control valve 6 to The flow rate is adjusted to be the set flow rate Fs input via the interface 8b.
[0031]
Further, the control unit 8 monitors the outputs Spa and Spb of the pressure sensors 7a and 7b and the output Sf of the flow sensor 5, and when these outputs Spa, Spb and Sf are in the following four states, this mass flow is performed. It is possible to detect that some abnormality has occurred in the flow of fluid flowing through the controller 1.
[0032]
The first state in which the abnormality is detected is a state in which the state where the output Spb of the pressure sensor 7b deviates from the set pressure Ps (that is, Pb ≠ Ps) continuously occurs for a short predetermined time such as 5 seconds. . When the control unit 8 detects such a state, it generates an operation abnormality alarm A ₁ for the pressure control valve 4.
[0033]
The second state in which the abnormality is detected is a state in which the state in which the output Sf of the flow sensor 5 deviates from the set flow rate Fs (that is, Sf ≠ Fs) occurs continuously for a short predetermined time such as 5 seconds. . When the control unit 8 detects such a state, it generates an operation abnormality alarm A ₂ for the flow control valve 6.
[0034]
The third state in which the abnormality is detected is a state in which the outputs Spa and Spb of the pressure sensors 7a and 7b are compared, and the primary pressure Pa of the pressure control valve 4 is lower than the secondary pressure Pb (that is, Sa <Sb ) State. When the control unit 8 detects such a state, it generates a backflow abnormality alarm A ₃ .
[0035]
The fourth state in which the abnormality is detected is a state in which the output Spa of the pressure sensor 7a is lower than a predetermined lower limit pressure Pmin or higher than a predetermined upper limit pressure Pmax (that is, Pa <Pmin or Pa> Pmax). Is shown. The control unit 8 upon detection of such a condition, for generating a primary pressure abnormality alarm A _4.
[0036]
The mass flow controller 1 of the present invention can self-check whether accurate flow control is performed using a plurality of sensors 5, 7a, 7b such as pressure sensors 7a, 7b and a flow sensor 5, and some abnormality occurs. Since the fluid flow can be stopped immediately when the operation is in progress, the reliability of the mass flow controller 1 is increased. In particular, since the pressure sensors 7a and 7b and the flow rate sensor 5 measure different physical quantities (pressure and flow rate) generated in the gas flow, they can be reliably distinguished when an abnormality occurs.
[0037]
When any of the abnormal alarms A _{1 to} A ₄ occurs, the control unit 8 outputs the opening degree control signals Cp and Cf so as to fully close both the pressure control unit 4 and the flow rate control unit 6. In other words, if any abnormality occurs, the mass flow controller 1 controls the two control valves 4 and 6 to close the gas flow, so that the abnormal gas flow can be reliably prevented and safety is ensured. Will improve. In addition, since this safety stop function can be realized by software in the control unit 8, its manufacturing cost is extremely low, and the size of the apparatus is not increased.
[0038]
In the state where the abnormal operation alarm A ₁ of the pressure control valve 4 is generated, it is considered that the pressure control valve 4 is damaged for some reason and is operating abnormally, but the flow control valve 6 is at the same moment. It is unlikely that it will operate abnormally. Accordingly, even when the abnormal operation alarm A ₁ is generated, the flow control in the state where an unstable pressure is applied to the flow sensor 5 is interrupted by fully closing the flow control valve 6. It is possible to close the gas supply and promptly replace the gas with the healthy mass flow controller 1. That is, the reliability of the mass flow controller 1 is improved.
[0039]
On the other hand, even in the state where the operation abnormality alarm A ₂ of the flow control valve 6 is generated, it is considered that the flow control valve 6 is damaged for some reason and is operating abnormally. Since the pressure control valve 4 is considered to be fully closed, the flow of gas that is not properly controlled is cut off, and the reliability of the mass flow controller 1 is improved.
[0040]
Furthermore, in the state in which the backflow abnormality alarm A ₃ is generated, for example, a gas leak on the primary side of the mass flow controller 1 or a gas pressure drop in the cylinder may have occurred. Can be prevented in advance to enhance safety.
[0041]
The state in which the primary pressure abnormality alarm A ₄ is generated may be, for example, a gas leak on the primary side of the mass flow controller 1 or a gas pressure drop in the cylinder, which is detected at an early stage. This prevents abnormal gas flow and improves safety.
[0042]
In the example described above not shown to display the mass flow controller 1 the sensors 5, 7a, the value F measured by 7b, Pa, Pb and the contents of the abnormality alarm A ₁ to A ₄ of the present embodiment displays Has a part. As a result, the administrator can check the state of the mass flow controller 1 and the reliability of the mass flow controller 1 is improved.
[0043]
Furthermore, all of the values F, Pa, Pb measured by the sensors 5, 7a, 7b can be output to the outside through the interface 8b. In this example, for ease of understanding, an example in which the interface 8b inputs and outputs an analog value is shown, but this may be digitally communicated.
[0044]
In addition, the opening / closing control of the pressure control valve 4 is not limited to feedback control using only the output signal Spb of the pressure sensor 7b, and may be controlled using the output signal Spa of the pressure sensor 7a. In addition, by providing the pressure sensor 7a as shown in this example, the pressure of the gas input to the mass flow controller 1 is monitored, and an abnormality in the primary side pressure of the mass flow controller 1 is detected using the pressure sensor 7a. Although the abnormal alarms A ₃ and A ₄ can be output, it goes without saying that the pressure sensor 7a may be omitted.
[0045]
Moreover, since the mass flow controller 1 of this example has the filter 9 built-in, it is not necessary to connect a separate filter 16 as in the prior art. That is, the gas supply line can be simplified accordingly, and the installation area can be reduced. In this example, the filter 9 is provided at the most upstream end of the flow path 2 to prevent malfunction due to entry of foreign matter, but the present invention does not limit the position of the filter 9. In some cases, the filter 9 can be omitted.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is a mass flow controller having a simple configuration, but can reliably flow a fluid with a specified flow rate, and enhances safety by stopping the fluid flow when any abnormality occurs. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a mass flow controller of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a semiconductor production line using a conventional mass flow controller.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mass flow controller, 2 ... Flow path, 4 ... Pressure control valve, 5 ... Flow rate sensor, 6 ... Flow rate control valve, 7 (7a, 7b) ... Pressure sensor, 8 ... Control part, Spa, Spb ... Pressure sensor output , Sf: Output of the flow sensor.

Claims

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure,
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
A controller having a safety stop function for monitoring the output of the pressure sensor and closing the pressure control valve when an abnormality occurs in which the pressure sensor is out of the set pressure for a predetermined time. And mass flow controller.

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure,
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
Monitoring the output of the pressure sensor, it is when the state deviated from the set pressure abnormality lasts a predetermined time has occurred, be provided with a control unit having a safety stop function to close the front Symbol flow control valve Characteristic mass flow controller.

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure provided on the upstream side of the pressure sensor;
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
A pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor;
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
The outputs of the two pressure sensors are monitored, and an abnormality occurs in which the output from the pressure sensor upstream of the pressure control valve is lower than the output from the pressure sensor downstream of the pressure control valve. And a controller having a safety stop function for closing the pressure control valve when the pressure control valve is provided .

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure provided on the upstream side of the pressure sensor;
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
A pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor;
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
The outputs of the two pressure sensors are monitored, and an abnormality occurs in which the output from the pressure sensor upstream of the pressure control valve is lower than the output from the pressure sensor downstream of the pressure control valve. And a control unit having a safety stop function for closing the flow rate control valve when the mass flow controller is provided .

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure provided on the upstream side of the pressure sensor;
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
A pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor;
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
The output of the pressure sensor upstream of the pressure control valve is monitored, and the safety of closing the pressure control valve when an abnormality occurs in which the output is lower than a predetermined lower limit pressure or higher than a predetermined upper limit pressure. A mass flow controller comprising a control unit having a stop function .

A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing in the flow path;
A pressure control valve for adjusting the pressure provided on the upstream side of the pressure sensor;
A flow sensor for measuring the flow rate of the fluid;
A flow control valve for adjusting the flow rate,
A pressure sensor provided on the upstream side of the pressure control valve separately from the pressure sensor;
While controlling the pressure control valve using the output of the pressure sensor, while controlling the flow control valve using the output of the flow sensor to stably control the flow of fluid,
The output of the pressure sensor upstream of the pressure control valve is monitored, and when an abnormality occurs in which the output is lower than a predetermined lower limit pressure or higher than a predetermined upper limit pressure, the safety of closing the flow control valve A mass flow controller comprising a control unit having a stop function .

The mass flow controller according to any one of claims 1, 3 and 5, wherein the safety stop function of the control unit controls the flow rate control valve to close when an abnormality occurs .