JP5430007B2 - 圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体製造設備や化学産業設備、薬品産業設備等で使用する流体供給方法の改良に関するものであり、圧力式流量制御装置を用いて異なる流量の多種類の流体を流量制御しつつ所望の箇所へ供給する流体供給システムに於いて、流体供給設備の小型化と製造コストの引下げを可能にすると共に、流量制御範囲の拡大と高い流量制御精度の維持を図れるようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法に関するものである。

半導体製造装置等では、一般に一基の流体供給装置（以下、ガスボックスと呼ぶ）から多種類のガスがガス使用箇所へ流量制御しつつ切替え供給されている。例えば、所謂エッチャーに於いては、図４に示すように一基のガスボックスＧＸから１６基の流量制御装置Ａ_１〜Ａ_１６を通して夫々流量の異なる各種の処理用ガスがエッチャー（以下プロセスチャンバーと呼ぶ）Ｃへ供給されている。尚、図４に於いて、Ｓ_１〜Ｓ_１６はガス源、Ａ_１〜Ａ_１６は圧力式流量制御装置、Ａｒ〜Ｏ_２はガス種、１６００SCCM〜５０SCCMは圧力式流量制御装置の標準状態に換算したＮ_２ガスの最大流量である。

而して、図４に示した従前のエッチャーＣへの流体供給設備ＧＸでは１６基の圧力式流量制御装置Ａ_１〜Ａ_１６を設け、夫々異なる流量及びガス種のガス供給ラインＬ_１〜Ｌ_１６を通して、所望流量のガスを所定のタイミングで切替え供給するようにしている。

また、各ガス供給ラインＬ_１〜Ｌ_１６の中には、同種ガスの供給ラインが複数存在しており、且つその中には、同時にガス供給が行われることのないガス供給ラインが存在する。例えば、ガス源Ｓ_１０からのＯ_２（１００ＳＣＣＭ）とガス源Ｓ_１１からのＯ_２（２０００ＳＣＣＭ）とは、同時にプロセスチャンバーＣへ供給されることが無いものである。尚、ガス源Ｓ_１６からのＯ_２（５０ＳＣＣＭ）は前記ガス源Ｓ_１０又はガス源Ｓ_１１のＯ_２と同時に供給される場合がある。

上述のように、ガス源Ｓ_１０のＯ_２供給ラインＬ_１０とガス源Ｓ_１１のＯ_２供給ラインＬ_１１は同時供給を行わないラインであるから、もしも圧力流量制御装置Ａ_１０及び圧力流量制御装置Ａ_１１の流量制御精度が必要な精度を保持するものであれば、両ガス供給ラインＬ_１０、Ｌ_１１を一基の圧力式流量制御装置を用いた一つのＯ_２供給ラインに置き替えすることができる。

一方、圧力式流量制御装置は、図５（ａ）及び（ｂ）の如き回路構成を有するものであり、前者の圧力式流量制御装置は、オリフィス上流側気体圧力Ｐ_１とオリフィス下流側気体圧力Ｐ_２との比Ｐ_２／Ｐ_１が流体の臨界値に等しいか、若しくはこれより低い場合（所謂気体の流れが常に臨界状態下にあるとき）に主として用いられるものであり、オリフィス８を流通する気体流量Ｑｃは、Ｑｃ＝ＫＰ_１（但し、Ｋは比例定数）で与えられる。また、後者の圧力式流量制御装置は、臨界状態と非臨界状態の両方の流れ状態となる気体の流量制御に主として用いられるものであり、オリフィス８を流れる気体の流量は、Ｑｃ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として与えられる。

尚、図５に於いて、２はコントロール弁、３はオリフィス上流側配管、４は弁駆動部、５はオリフィス下流側配管、６、２７は圧力検出器、７は温度検出器、８はオリフィス、９はバルブ、１３、３１は流量演算回路、１４は流量設定回路、１６は演算制御回路、１２は流量出力回路、１０、１１、２２、２８は増幅器、１５は流量変換回路、１７、１８、２９はＡ／Ｄ変換器、１９は温度補正回路、２０、３０は演算回路、２１は比較回路、Ｑｃは演算流量信号、Ｑｅは流量設定信号、Ｑｏは流量出力信号、Ｑｙは流量制御信号、Ｐ_１はオリフィス上流側気体圧力、Ｐ_２オリフィス下流側気体圧力、ｋは流量変換率である。

流量設定は、流量設定信号Ｑｅとして電圧値で与えられ、通常は上流側圧力Ｐ_１の圧力制御範囲０〜３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）が電圧範囲０〜５Ｖで表示され、Ｑｅ＝５Ｖ（フルスケール値）は、３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）の圧力Ｐ_１における流量Ｑｃ＝ＫＰ_１に相当するフルスケール流量となる。
例えば、いま流量変換回路１５の変換率ｋが１に設定されていると、流量設定信号Ｑｅ＝５Ｖの入力により、演算流量信号Ｑｃは５Ｖとなり、上流側圧力Ｐ_１が３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）になるまでコントロール弁２が開閉操作され、Ｐ_１＝３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）に対応する流量Ｑｃ＝ＫＰ_１のガスがオリフィス８を流通する。

また、制御すべき圧力範囲を０〜２（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）に切替え、この圧力範囲を０〜５（Ｖ）の流量設定信号Ｑｅで表示する場合（即ち、フルスケール値５Ｖが２（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）を与える場合）には、前記流量変換率ｋは２／３に設定される。
その結果、流量設定信号Ｑｅ＝５（Ｖ）が入力されると、Ｑｆ＝ｋＱｃから、切替演算流量信号ＱｆはＱｆ＝５×２／３（Ｖ）となり、上流側圧力Ｐ_１が３×２／３＝２（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）になるまで、コントロール弁２が開閉操作される。
即ち、Ｑｅ＝５Ｖが、Ｐ_１＝２（ｋｇｆ／ｃｍ^２ ａｂｓ）に相当する流量Ｑｃ＝ＫＰ_１を表すようにフルスケールの流量が変換される。

臨界状態下においては、オリフィス８を流通する気体流量Ｑｃは、前記Ｑｃ＝ＫＰ_１で与えられるが、流量制御すべきガス種が変れば、同一オリフィス８であっても比例定数Ｋが変化する。尚、このことは、図５（ｂ）の圧力式流量制御装置においても同様であり、オリフィス８が同一であってもガス種が変われば比例定数Ｋが変化する。

当該圧力式流量制御装置は、構造の簡素であるだけでなく、応答性や制御精度、制御の安定性、製造コスト、メンテナンス性等の点でも優れた特性を具備している。
しかし、図５（ａ）の圧力式流量制御装置においては、臨界条件下で流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ_１として演算するため、オリフィス二次側圧力Ｐ_２が上昇するにつれて、流量制御範囲が斬次狭くなる。何故ならオリフィス一次側圧力Ｐ_１は流量設定値に従って一定圧力値に制御されているため、Ｐ_２／Ｐ_１が臨界膨張条件を満たしている状態の下でオリフィス二次側圧力Ｐ_２が上昇すると、必然的にオリフィス一次側圧力Ｐ_１の調整範囲、即ちＰ_１による流量Ｑｃの制御範囲が狭くなるからである。そのため、流体の制御流量が減少して前記臨界条件を外れると、流量制御精度が大幅に低下することになる。
同様に、図５（ｂ）の圧力式流量制御装置にあっても、定数ｍ、ｎを適宜に選定することにより演算流量値が実測流量値に近づくように補正されているものの、流体の制御流量が減少すると流量制御精度の低下が不可避となる。

具体的には、臨界条件下で流体の流量制御を行う図５（ａ）の圧力式流量制御装置にあっては、現在の流量制御精度、即ち流量制御誤差の限界は±１．０％Ｓ．Ｐ．以内（設定信号が１０〜１００％の範囲内に於いて）及び±０．１％Ｆ．Ｓ．以内（設定信号が１〜１０％の範囲内に於いて）である。尚、±１．０％Ｓ．Ｐ．はセットポイント流量に対するパーセント誤差を、また、±０．１％Ｆ．Ｓ．はフルスケール流量に対するパーセント誤差を、夫々示すものである。

一方、半導体製造装置用の圧力式流量制御装置は、高い流量制御精度のみならず広い流量制御範囲を必要とされる。そのため、要求される流量制御範囲が広いときには流量制御域を複数域に分割し、各分割域を分担する最大流量の異なる圧力式流量制御装置を夫々設けるようにしている。

しかし、複数基の流量制御装置を設ける場合には、必然的に装置の大型化や高コスト化を招き、様々な不都合を生ずることになる。
そのため、本願発明者は先に図６のような１台の圧力式流量制御装置により広い流量域の流量制御を比較的高精度で行えるようにした流量切替型の圧力式流量制御装置を開発し、これを公開している。

当該流量切替型圧力式流量制御装置は、図６に示すように切替バルブ３４と切替用電磁弁３2と小流量用オリフィス８ａと大流量用オリフィス８ｃとを組み合せ、例えば、最大流量２０００ＳＣＣＭの流量制御を行う場合には、小流量用オリフィス８ａにより２００ＳＣＣＭまでの流量を、また大流量用オリフィス８ｃにより２００から２０００ＳＣＣＭまでの流量を夫々流量制御するものである。
具体的には、２００ＳＣＣＭまでの小流量を制御する場合には切替弁３４を閉の状態に保持し、小流量オリフィス８ａを流通する流体流量ＱｓをＱｓ＝ＫｓＰ_１（但し、Ｋｓはオリフィス８ａに固有の定数）として流量制御する。流量特性曲線は図７の特性Ｓで示される。
また、流量２０００ＳＣＣＭ以下の流体を制御する場合には、切替用電磁弁３２を介して切替バルブ３４を開放する。これにより、流体は管路５ａ・切替弁３４・大流量オリフィス８ｃ及び小流量オリフィス８ａ・管路５ｇを通して管路５へ流入する。この場合、管路５へ流入する流体流量は、大流量オリフィス８ｃによる制御流量Ｑ_Ｃ＝Ｋ_ＣＰ_１（但し、Ｋｃは大流量オリフィス８ｃに固有の定数）と小流量オリフィス８ａによる制御流量Ｑ_Ｓ＝Ｋ_ＳＰ_１（但しＫ_Ｓは小流量オリフィス８ａに固有の定数）との和となり、その流量特性曲線は図７の曲線Ｌで示されたものとなる。

前記両流量特性Ｓ、Ｌの制御流量域の関係を図示すれば図８の（ａ）のようになり、前述のように設定信号が１０〜１００％のときに（即ち、小流量特性Ｓで制御中の場合には,流量が２０〜２００ＳＣＣＭのときに）流量制御誤差を±１．０%Ｓ．Ｐ．以内とするためには、最小流量制御値が２０ＳＣＣＭとなる。

一方、前記図４のガス源Ｓ_１０（１００ＳＣＣＭ）及びガス源Ｓ_１１（２０００ＳＣＣＭ）のガス流路を１台の切替型圧力式流量制御装置を用いて流量を切替制御する場合に、図８の（ａ）の如き連続式レンジの流量制御とした場合には、流量制御誤差を±１．０％Ｓ．Ｐ．以内に保持するためには２０ＳＣＣＭ以上（設定信号１０％以上）の制御流量を必要とすることになる。そのため、ガス源Ｓ_１０からのＯ_２供給流量が最大流量１００ＳＣＣＭの場合には、図８の（ａ）の如き連続式レンジの流量制御では流量の未制御範囲が最大で２０ＳＣＣＭにまで達することになり、小流量域に於ける流量制御精度が極端に低下することとなる。

また、流量制御精度を高めようとすれば、図８（ｂ）に示すように切替段数を３段（例えば、２０ＳＣＣＭと２００ＳＣＣＭと２０００ＳＣＣＭの３流量領域）として、未流量制御範囲を２ＳＣＣＭ以下(即ち、２０ＳＣＣＭ×１０%)とすることも可能である。しかし、この場合には使用するオリフィス８が３種類となって切替型圧力式流量制御装置の構造が複雑化し、その製造コストや維持管理費が増大すると云う難点がある。

特開２００３−１９５９４８号公報 特開２００４−１９９１０９号公報 特開２００７−４６４４号公報

本発明は、従前の連続流量レンジタイプの流量切替型圧力式流量制御装置を用いた流量制御方法に於ける上述の如き問題、即ち、小流量域（以下、第１の流量域と呼ぶ）の流量制御精度を高めようとすると、切替型圧力式流量制御装置の切替段数を増やす必要があり、流量制御装置の大型化や製造コストの上昇を招くと云う問題を解決せんとするものであり、切替型圧力式流量制御装置を用いた流量制御を非連続型流量制御とすることにより、第１の流量域に於ける流量制御精度を低下させることなしに第１の流量域と大流量域（以下、第２の流量域と呼ぶ）との切替えができ、且つ装置の小型化と製造コストの大幅な削減を可能にした圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法を提供するものである。

従前から、第１の流量域の流量制御精度を高めるために所望の流量範囲、例えば０〜２０００ＳＣＣＭの流量範囲を複数の流量制御領域に分割して流量制御を行う場合には、前記図８（ａ）、（ｂ）に示すように２００〜２０００ＳＣＣＭと２０〜２００ＳＣＣＭの２種の流量域用のオリフィスを用いた圧力式流量制御装置、或いは２００〜２０００ＳＣＣＭと２０〜２００ＳＣＣＭと２〜２０ＳＣＣＭの３種の流量域用のオリフィスを用いた圧力式流量制御装置によって、２〜２０００ＳＣＣＭの流量範囲を連続的に流量制御するようにしていた。
しかし、このような連続流量制御方式にあっては、第１の流量域における流量制御精度を高めるためには必然的に切替段数を増加して最小流量域用の流量調整用オリフィスを小流量定格のものにすることが必要となる。何故なら、圧力式流量制御装置に於いては、流量制御誤差を１．０％Ｓ．Ｐ．以内に保持できる制御流量が定格流量の１０〜１００％の流量範囲に限定されるからである。

そこで、本願発明者等は流量制御範囲の切替段数を増加することなしに、即ち、より少ない種類の制御用オリフィスの使用でもって第１の流量域の流量制御精度を高める方策として、中間の流量領域の流量制御を削除するようにした非連続式の流量制御方式の利用を着想し、そして、当該着想に基づいて数多くの流量制御試験を行った。

具体的には、図１に示すように、例えば０〜２０００ＳＣＣＭの流量範囲を流量制御する場合に、０〜２０００ＳＣＣＭの流量制御用オリフィスと１０〜１００ＳＣＣＭの流量制御用オリフィスとを１基の圧力式流量制御装置に組み合せ、１０〜１００ＳＣＣＭの領域を後者の流量制御用オリフィスを備えた圧力式流量制御装置として、また、２００〜２０００ＳＣＣＭの流量領域を前者の流量制御用オリフィスを備えた圧力式流量制御装置として夫々流量制御すると共に、１００〜２００ＳＣＣＭの流量領域は流量制御を行わない所謂非流量制御領域とする構成としたものである。

当該非連続式の流量制御の方法とすることにより、最小１ＳＣＣＭの流量を１．０％Ｓ．Ｐ．以内の流量制御誤差でもって流量制御することができ、より簡単な構造の流量切替型圧力式流量制御装置の使用でもって、小流量域まで高精度な流量制御を行える。
その結果、例えば前記図４のガス供給ラインＬ_１０とガス供給ラインＬ_１１とを一本の供給ラインにまとめたとしても、１００ＳＣＣＭと２０００ＳＣＣＭの異なる流量域のＯ_２を１基の切替型圧力式流量制御装置でもって、しかも１．０％Ｓ．Ｐ．以内の流量制御誤差（１０〜１００％流量範囲）でもって流量制御することができる。

本願発明は上述の如き過程を経て創作さえたものであり、請求項１の発明は、オリフィス上流側圧力Ｐ_１及び又はオリフィス下流側圧力Ｐ_２から、オリフィスを流通する流体の流量をＱｃ＝ＫＰ_１（Ｋは比例定数）又はＱｃ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として演算するようにした圧力式流量制御装置のコントロール弁の下流側と流体供給用管路との間の流体通路を並列に接続した二つの流体通路とし、当該二つの流体通路の一方を小流量の第１の流量域用オリフィスを介設した流体通路とすると共に、他方を切替弁と大流量の第２の流量域用オリフィスを介設した流体通路とし、小流量の第１の流量域の流体の流量制御には、前記第１の流量域用オリフィスを介設した流体通路へ前記第１の流量域の流体を流通させ、また、大流量の第２の流量域の流体の流量制御には、前記第２の流量域用のオリフィスを介設した流体通路及び第１の流量域用のオリフィスを介設した流体通路へ前記第２の流量域の流体を流通させるようにし、更に、前記第２の流量域の最小流量を前記第１の流量域の最大流量よりも大きくして、第２の流量域の流量制御と第１の流量域の流量制御とを不連続とし、第１の流量域と第２の流量域との間の流量域については流量制御の対象外としたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、オリフィスを流通する流体を臨界条件下の流体とすると共に、第２の流量域用オリフィスの流体通路に設けた切替バルブの作動により流体流量の制御範囲を第１の流量域と第２の流量域に切替えするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、圧力式流量制御装置を、最大流量の１０%から１００％の流量範囲内における流量制御誤差が１．０％S.P.以内のものとしたものである。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、 第１の流量域を、上限値を１０〜１０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた数値とし、下限値を１ＳＣＣＭ以上で且つ前記上限値よりも小さい値とした流量域とし、また、第２の流量域を、下限値を１００〜５０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた数値とし、上限値を１００００ＳＣＣＭ以下で且つ前記下限値よりも大きい値とした流量域とするようにしたものである。

本発明では、流量制御誤差を流体流量が最大流量の１００％〜１０％の範囲内において１．０％Ｓ．Ｐ．以内とするようにしている。

本発明では、例えば、第１の流量域の流体の最大流量を５０ＳＣＣＭ、６５ＳＣＣＭ、１００ＳＣＣＭ、２００ＳＣＣＭ又は１０００ＳＣＣＭの何れかとするようにしている。

本発明は、例えば、第２の流量域の流体の最大流量を１０００ＳＣＣＭ、１５００ＳＣＣＭ、２０００ＳＣＣＭ、３０００ＳＣＣＭ又は１００００ＳＣＣＭとするようにしたものである。

本願発明では、必要とする第１の流量域の流量制御範囲に適応した流量制御用オリフィスを選定使用することにより、より簡単な構成の流量切替型圧力式流量制御装置の使用でもって第１の流量域及び第２の流量域の高精度な流量制御が行えると共に、中間流量領域においても流量制御精度は保証されないものの、おおまかな流量制御を行うことができ、実用上優れた効用が得られる。

本発明による非連続式流量切替方法の説明図である。 本発明で使用する流量切替型圧力式流量制御装置の構成説明図である。 本発明による非連続式流量切替方法の他の例を示す説明図である。 従前の半導体製造装置に於けるエッチャー用ガス供給説明の一例を示す説明図である。 （ａ）は圧力式流量制御装置の一例を示す系統図である。（ｂ）は圧力式流量制御装置の他の例を示す系統図である。 従前の流量切替型圧力式流量制御装置の系統図である。 図６の流量切替型圧力式流量制御装置の流量制御特性図である。 （ａ）は図６の流量切替型圧力式流量制御装置による連続型流量制御領域の説明図である。（ｂ）は小流量域に於ける流量制御精度を高めるために３種類の流量切替領域を設けた場合の連続型流量制御領域の説明図である。

Ａは流量切替型圧力式流量制御装置、Ｇｃは駆動用ガス、Ｑｅは設定入力信号、Ｑｏは流量出力信号、Ｓ_Ｌ・Ｓ_Ｓは流量領域切替信号、Ｃ_１は切替信号、Ｐ_０は供給側圧力、Ｐ_１はオリフィス上流側圧力、ＧＸは流体供給装置（ガスボックス）、Ａ_１〜Ａｎは圧力式流量制御装置、Ｃはエッチャー（プロセスチャンバー）、Ｓ_１〜Ｓｎはガス源、Ａｒ〜Ｏ_２は処理用ガス、Ｌ_１〜Ｌｎはガス供給ライン、Ｆ１００は最大流量１００ＳＣＣＭの圧力式流量装置による制御領域、Ｆ２Ｌは最大流量２０００ＳＣＣＭの圧力式流量装置による制御領域、Ｂは非流量制御領域、１は制御部、２はコントロール弁、３はオリフィス上流側管路、４は駆動部、５はオリフィス下流側配管、６は圧力センサ、７は温度検出器、８はオリフィス、８ａ’は第１の流量域用オリフィス、８ｃは第２の流量域用オリフィス、３２は切替用電磁弁、３４は切替弁、３４ａは弁駆動部、３４ｂは近接センサ。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図２は本発明の実施に使用する流量切替型圧力式流量制御装置Ａの構成説明図である。当該流量切替型圧力流量制御装置Ａそのものは、前記図６に示した従前の流量制御装置と同じであり、使用する第１の流量域用のオリフィス８ａ’のオリフィス径のみが異なるだけである。

図２に於いて１は制御部、２はコントロール弁、３はオリフィス上流側（一次側）管路、４は弁駆動部、５は流体供給用管路、６は圧力センサ、８ａ’は第１の流量域用オリフィス、８ｃは第２の流量域用オリフィス、３２は切替用電磁弁、３４は切替弁である。圧力式流量制御装置の制御部１、コントロール弁２、弁駆動部４、圧力センサ６等は公知のものであり、制御部１には流量の入出力信号端子（設定流量の入力信号Ｑｅ、制御流量の出力信号Ｑｏ・ＤＣ ０〜５Ｖ）Ｑｅ、Ｑｏ、電源供給端子（±ＤＣ１５Ｖ）Ｅ、制御流量切替指令信号の入力端子Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｓが設けられている。入出力信号はシリアルのデジタル信号での通信で行う場合もある。

前記切替用電磁弁３２は公知のエアー作動型電磁弁であり、制御部１から切替信号Ｃ_１、が入力されることにより、駆動用ガスＧｃ（０．４〜０．７ＭＰａ）が供給され、切替用電磁弁３２が作動する。これによって駆動用ガスＧｃが切替弁３４の弁駆動部３４ａへ供給され、切替弁３４が開閉作動される。また、切替弁３４の作動は各弁駆動部３４ａに設けたリミットスイッチ３４ｂにより検出され、制御部１へ入力される。尚、切替弁３４として空気圧作動の常時閉鎖型バルブが使用されている。

管路５ａ、５ｃ、はオリフィス８ａ’のバイパス通路を形成するものであり、制御流量が第１の流量域の場合には、第１の流量域用オリフィス８ａ’により流量制御された流体が、管路５ｇを通して流通する。
また、制御流量が第２の流量域の場合には、流体は管路５ａを通して第２の流量域用オリフィス８ｃへ流入し、第２の流量域用オリフィス８ｃにより主に流量制御された流体が、流体供給用管路５内へ流入する。

今、２０００ＳＣＣＭまでの流量を１００ＳＣＣＭまでの第１の流量域と、２００〜２０００ＳＣＣＭまでの第２の流量域とに分割して流量制御するとする。この場合１００ＳＣＣＭまでの流量制御に際しては、切替弁３４を閉の状態に保持し、小流量オリフィス８ａ’を流通する流体流量ＱｓをＱｓ＝ＫｓＰ_１（但し、Ｋｓはオリフィス８ａ’に固有の定数）として流量制御する。勿論、オリフィス８ａ’としては最大流量１００ＳＣＣＭ用のものが使用されている。
当該第１の流量域用オリフィス８ａ’を用いた流量制御により、オリフィス下流側管路５が１００Ｔｏｒｒ以下の場合には流量１００ＳＣＣＭ〜１０ＳＣＣＭの範囲に亘って誤差±１．０％Ｓ．Ｐ．以下の精度でもって、流量制御が行われる。

一方、流量が２００〜２０００ＳＣＣＭの第２の流量域を流量制御する場合には、切替用電磁弁３２を介して切替バルブ３４を開放する。これにより、流体は管路５ａ・切替弁３４・第２の流量域用オリフィス８ｃ及び第１の流量域用オリフィス８ａ’・管路５ｇを通して管路５へ流入する。
即ち、管路５へ流入する流体流量は、第２の流量域用オリフィス８ｃによる制御流量Ｑ_Ｃ＝Ｋ_ＣＰ_１（但し、Ｋｃは第２の流量域用オリフィス８ｃに固有の定数）と第１の流量域用オリフィス８ａ’による制御流量Ｑ_Ｓ＝Ｋ_ＳＰ_１（但しＫ_Ｓは第２の流量域用オリフィス８ａに固有の定数）との和となり、オリフィス８ｃ、８ａ’の下流側圧力が１００Ｔｏｒｒ以下の場合には流量２００〜２０００ＳＣＣＭ（１０〜１００％流量）の流量域に亘って、誤差１．０％Ｓ．Ｐ．以下の高精度流量制御が行われる。
尚、前記図２に於いては、二つのオリフィス８ａ’、８ｃを用いて流量制御範囲を二つの流量域に分割しているが、オリフィス及び並列管路を二以上として、流量域を三以上に分割するようにしてもよいことは勿論である。

前記、図１は、本方法発明による非連続型流量切替式流量制御方法の説明図であり、第１の流量域用オリフィス８ａ’を使用した最大流量１００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置Ｆ１００と、第２の流量域用オリフィス８ｃと第１の流量域用オリフィス８ａ’の両方を使用した最大流量２０００ＳＣＣＭの圧力流量制御装置Ｆ２Ｌとを切替え使用することにより、オリフィス下流側圧力１００Ｔｏｒｒ以下の場合に、１０ＳＣＣＭの流量値まで誤差１．０％Ｓ．Ｐ．以内の流量制御が可能になることを示すものである。尚、図１に於ける流量領域Ｂ（１００〜２００ＳＣＣＭ）は、誤差１．０％Ｓ．Ｐ．以下の流量制御精度を確保できない範囲であり、本願発明で云う流量制御の非連続領域（非流量制御領域）を意味するものである。

尚、上記実施例では最大流量１００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置Ｆ１００と最大流量２０００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置Ｆ２Ｌとを用いた非連続式の切替流量制御方法について説明をしたが、前記図３に示す如く最大流量５０ＳＣＣＭと最大流量１３００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置Ｆ５０、Ｆ１３００との組み合せや、最大流量６５ＳＣＣＭと最大流量２０００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置Ｆ６５、Ｆ２Ｌとの組み合せ等を採用することも可能である。尚、流量領域（５０〜１３０ＳＣＣＭ）Ｂ１及び流量領域（６５〜２００ＳＣＣＭ）Ｂ２は流量制御の非連続領域（非流量制御領域）である。

具体的には、前記第１の流量域の制御最大流量としては、例えば５０、６５、１００、２００、１０００ＳＣＣＭ等が選ばれるが、一般に１０〜１０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた第１の数値に該当する流量が、第１の流量域の最大制御流量として選定される。また、前記第２の流量域の制御最大流量としては１０００、１３００、１５００、２０００、３０００、１００００ＳＣＣＭ等が選ばれる。

また、前記第１の流量域の制御最小流量としては１ＳＣＣＭが選定され、また、前記第２の流量域の制御最小流量としては、１００〜５０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた第２の数値に該当する流量が第２の流量域の制御最小流量として選定される。

即ち、前記第１の流量域の流量範囲は、１ＳＣＣＭから前記第１の数値に該当する流量までの流量域であり、また、前記第２の流量域の流量範囲は、前記第２の数値に該当する流量から１００００ＳＣＣＭまでの流量域である。

本発明は、半導体製造や化学産業、薬品産業、食品産業等における各種流体の流体供給に適用されるものである。

Claims (4)

1. オリフィス上流側圧力Ｐ_１及び又はオリフィス下流側圧力Ｐ_２から、オリフィスを流通する流体の流量をＱｃ＝ＫＰ_１（Ｋは比例定数）又はＱｃ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として演算するようにした圧力式流量制御装置のコントロール弁の下流側と流体供給用管路との間の流体通路を並列に接続した二つの流体通路とし、当該二つの流体通路の一方を小流量の第１の流量域用オリフィスを介設した流体通路とすると共に、他方を切替弁と大流量の第２の流量域用オリフィスを介設した流体通路とし、小流量の第１の流量域の流体の流量制御には、前記第１の流量域用オリフィスを介設した流体通路へ前記第１の流量域の流体を流通させ、また、大流量の第２の流量域の流体の流量制御には、前記第２の流量域用のオリフィスを介設した流体通路及び第１の流量域用のオリフィスを介設した流体通路へ前記第２の流量域の流体を流通させるようにし、更に、前記第２の流量域の最小流量を前記第１の流量域の最大流量よりも大きくして、第２の流量域の流量制御と第１の流量域の流量制御とを不連続とし、第１の流量域と第２の流量域との間の流量域については流量制御の対象外としたことを特徴とする圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法。
2. オリフィスを流通する流体を臨界条件下の流体とすると共に、第２の流量域用オリフィスの流体通路に設けた切替バルブの作動により流体流量の制御範囲を第１の流量域と第２の流量域に切替えするようにした請求項１に記載の圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法。
3. 圧力式流量制御装置を、最大流量の１０%から１００％の流量範囲内における流量制御誤差が１．０％S.P.以内のものとした請求項１に記載の圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法。
4. 第１の流量域を、上限値を１０〜１０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた数値とし、下限値を１ＳＣＣＭ以上で且つ前記上限値よりも小さい値とした流量域とし、また、第２の流量域を、下限値を１００〜５０００ＳＣＣＭの範囲で選ばれた数値とし、上限値を１００００ＳＣＣＭ以下で且つ前記下限値よりも大きい値とした流量域とするようにした請求項１に記載の圧力式流量制御装置を用いた流体の非連続式流量切替制御方法。

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