JP7495732B2 - Flow Control Device - Google Patents

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Description

本発明は、流量制御装置に関し、特に、半導体製造装置に供給されるガスの流量を制御するために好適に用いられる流量制御装置に関する。 The present invention relates to a flow control device, and in particular to a flow control device that is suitable for controlling the flow rate of gas supplied to semiconductor manufacturing equipment.

半導体製造設備又は化学プラント等において、原料ガスやエッチングガスなどの種々のガスがプロセスチャンバへと供給される。供給されるガスの流量を制御する装置としては、マスフローコントローラ(熱式質量流量制御器)や圧力式流量制御装置が知られている。 In semiconductor manufacturing facilities or chemical plants, various gases such as raw material gases and etching gases are supplied to a process chamber. Mass flow controllers (thermal mass flow controllers) and pressure flow control devices are known as devices for controlling the flow rate of the gas supplied.

圧力式流量制御装置は、コントロール弁とその下流側の絞り部(例えばオリフィスプレートや臨界ノズル)とを組み合せた比較的簡単な構成によって、各種流体の質量流量を高精度に制御することができる。圧力式流量制御装置は、一次側の供給圧力が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量制御特性を有している(例えば、特許文献1)。 Pressure-type flow control devices can control the mass flow rate of various fluids with high precision using a relatively simple configuration that combines a control valve with a downstream throttle section (e.g., an orifice plate or a critical flow nozzle). Pressure-type flow control devices have excellent flow control characteristics that allow stable flow control even when the primary supply pressure fluctuates significantly (e.g., Patent Document 1).

特許第3546153号公報Japanese Patent No. 3546153 国際公開第2013/179550号International Publication No. WO 2013/179550 特許第5654099号公報Japanese Patent No. 5654099 国際公開第2019/107215号International Publication No. 2019/107215

ただし、圧力式流量制御装置では、コントロール弁の下流側に、オリフィスプレートや臨界ノズルなどの絞り部が設けられており、コントロール弁を閉鎖した後にも、コントロール弁と絞り部との間の残留ガスが絞り部を介して下流側に流出する。このため、流量制御信号にしたがってコントロール弁を急速に閉じたとしても流量は即座にゼロまで低下せず、流量立ち下げに時間がかかる。 However, in pressure-type flow control devices, a throttling section such as an orifice plate or critical flow nozzle is provided downstream of the control valve, and even after the control valve is closed, residual gas between the control valve and the throttling section flows downstream through the throttling section. For this reason, even if the control valve is closed rapidly in accordance with the flow control signal, the flow rate does not immediately drop to zero, and it takes time for the flow rate to decrease.

圧力式流量制御装置において流量立ち下げ時の応答性を向上させるためには、例えば、コントロール弁と絞り部との間の流路容積を極力小さく設計することが考えられる。ただし、圧力式流量制御装置では、この流路容積の圧力を測定するための圧力センサが接続されている必要もあり、小容積化にも限界がある。 In order to improve the responsiveness of a pressure-type flow control device when the flow rate is reduced, it is possible to design the flow path volume between the control valve and the throttle section to be as small as possible. However, a pressure-type flow control device also requires a pressure sensor to be connected to measure the pressure of this flow path volume, and there is a limit to how small the volume can be.

また、絞り部の下流側に設けた遮断弁を閉じれば、即座にガス供給を停止することはできる。しかし、この場合、再度遮断弁を開いたときに残留ガスが流出してオーバーシュートが生じ、流量制御に支障をきたす場合がある。 The gas supply can be stopped immediately by closing the shutoff valve located downstream of the throttle section. However, in this case, when the shutoff valve is opened again, residual gas may leak out, causing an overshoot and interfering with flow rate control.

また、圧力式流量制御装置は、絞り部を用いるため、どうしても大流量のガスを流しにくいという不利点がある。さらに、経年劣化などにより絞り部の開口径が変化すると、圧力式流量制御装置が上流圧力から演算により求める演算流量と実際のガスの流量とに差が生じ、流量制御精度が低下するという問題もある。 In addition, pressure-type flow control devices have the disadvantage that it is difficult to flow large amounts of gas because they use a throttle section. Furthermore, if the opening diameter of the throttle section changes due to aging or other reasons, a difference will occur between the calculated flow rate calculated by the pressure-type flow control device from the upstream pressure and the actual gas flow rate, resulting in a decrease in the accuracy of flow control.

これに対し、特許文献1には、オリフィスの目詰まりを検出する方法が記載されている。また、特許文献2および特許文献3には、ガス流量の測定方法としてビルドダウン方式の流量測定方法が記載されている。この方式では、流量制御装置の上流側に設けた遮断弁を閉じた後の遮断弁下流側の圧力降下率を測定し、圧力降下率から実際の流量を測定している。このようにしてビルドダウン方式で求めた流量に基づいて圧力式流量制御装置の校正を行えば、絞り部を用いる場合であっても流量制御の精度を保つことができる。 In response to this, Patent Document 1 describes a method for detecting clogging of an orifice. Patent Documents 2 and 3 describe a build-down flow measurement method as a method for measuring gas flow rate. In this method, the pressure drop rate downstream of a shutoff valve provided upstream of the flow control device is measured after the shutoff valve is closed, and the actual flow rate is measured from the pressure drop rate. By calibrating the pressure-type flow control device based on the flow rate determined by the build-down method in this way, the accuracy of flow control can be maintained even when a throttle section is used.

しかし、圧力式流量制御装置の利点である高い流量制御精度を保てたとしても、絞り部を用いる限り、立下り時の応答性の改善や大流量のガスの供給は容易ではない。このため、適切に流量を制御しながらも、流量立下げ時の応答性が良好で大流量のガス供給にも対応できる流量制御装置が求められていた。 However, even if the high flow rate control accuracy, which is an advantage of pressure-type flow rate control devices, is maintained, as long as a throttle section is used, it is not easy to improve responsiveness during flow rate reduction or supply large amounts of gas. For this reason, there was a demand for a flow rate control device that could appropriately control the flow rate, while also having good responsiveness during flow rate reduction and being able to supply large amounts of gas.

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、流量立下げ時間を短縮することができ、かつ、比較的大流量のガスを流す場合にも適切に流量制御を行うことができる流量制御装置を提供することをその主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and its main objective is to provide a flow control device that can shorten the flow rate fall time and can appropriately control the flow rate even when a relatively large flow rate of gas is flowed.

本発明の実施形態による流量制御装置は、ガス供給源に接続された流路に設けられた上流開閉バルブと、前記上流開閉バルブの下流側に設けられた開度調整可能な第1バルブと、前記第1バルブの下流側に設けられた開度調整可能な第2バルブと、前記上流開閉バルブの下流側かつ前記第1バルブの上流側の供給圧力を測定する第1圧力センサと、前記第1バルブの下流側かつ前記第2バルブの上流側の保持圧力を測定する第2圧力センサと、制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第2バルブの下流側に所定制御流量でガスを流すとき、前記上流開閉バルブをパルス的に複数回は開閉させ、前記所定制御流量に対応する所定圧力に前記保持圧力を維持するために前記第2圧力センサの出力に基づいて前記第1バルブをフィードバック制御し続ける一方で、前記上流開閉バルブを閉じている期間において、前記第1圧力センサを用いて測定した前記供給圧力の圧力降下特性と前記所定制御流量に対応する基準圧力降下特性との比較結果に基づいて、前記第2バルブの開度を調整するように構成されている。 A flow control device according to an embodiment of the present invention includes an upstream opening/closing valve provided in a flow path connected to a gas supply source, a first valve with adjustable opening provided downstream of the upstream opening/closing valve, a second valve with adjustable opening provided downstream of the first valve, a first pressure sensor that measures the supply pressure downstream of the upstream opening/closing valve and upstream of the first valve, a second pressure sensor that measures the holding pressure downstream of the first valve and upstream of the second valve, and a control circuit. When gas is flowed downstream of the second valve at a predetermined control flow rate, the control circuit opens and closes the upstream opening/closing valve multiple times in a pulsed manner, and continues to feedback control the first valve based on the output of the second pressure sensor to maintain the holding pressure at a predetermined pressure corresponding to the predetermined control flow rate, while adjusting the opening of the second valve based on the comparison result between the pressure drop characteristic of the supply pressure measured using the first pressure sensor and the reference pressure drop characteristic corresponding to the predetermined control flow rate during the period when the upstream opening/closing valve is closed.

ある実施形態において、前記第2バルブの下流側に所定制御流量でガスを流すとき、前記上流開閉バルブを閉じている期間とパルス的に1回開放する期間とが繰り返される。 In one embodiment, when gas is flowed downstream of the second valve at a predetermined control flow rate, a period in which the upstream opening/closing valve is closed and a period in which it is opened once in a pulsed manner are repeated.

ある実施形態において、上記の流量制御装置は、前記第2バルブは開度センサを備え、前記上流開閉バルブを閉じている期間に測定された前記供給圧力の圧力降下特性と、前記所定制御流量に対応する基準圧力降下特性との比較結果に基づいて決定された前記開度センサの目標値となるように前記第2バルブの開度が調整される。 In one embodiment, the flow control device is such that the second valve is equipped with an opening sensor, and the opening of the second valve is adjusted to a target value of the opening sensor determined based on a comparison result between the pressure drop characteristic of the supply pressure measured during the period when the upstream opening/closing valve is closed and a reference pressure drop characteristic corresponding to the predetermined control flow rate.

ある実施形態において、前記上流開閉バルブと前記第1バルブとの間の容積をVs1とし、ΔP/Δtを所定期間Δtにおける圧力降下の大きさΔPを示す圧力降下率とし、C1を比例定数としたとき、Q=C1・Vs1・(ΔP/Δt)で規定される流量Qが前記所定制御流量となるように、前記圧力降下率(ΔP/Δt)に基づく前記第2バルブの開度の調整が行われる。 In one embodiment, when the volume between the upstream opening/closing valve and the first valve is Vs1, ΔP/Δt is a pressure drop rate indicating the magnitude ΔP of the pressure drop in a predetermined period Δt, and C1 is a proportional constant, the opening of the second valve is adjusted based on the pressure drop rate (ΔP/Δt) so that the flow rate Q defined by Q = C1 Vs1 (ΔP/Δt) becomes the predetermined control flow rate.

ある実施形態において、流量ゼロから前記所定制御流量に立ち上げるとき、前記上流開閉バルブおよび前記第1バルブを開くとともに前記第2バルブを閉じて前記供給圧力と前記保持圧力とが同等に維持されている状態から、前記上流開閉バルブのみを閉じ、前記上流開閉バルブのみを閉じた後に測定した前記供給圧力または前記保持圧力の圧力降下率に基づいて決定された演算流量が前記所定制御流量に近づくように前記第2バルブの開度がフィードバック制御される。 In one embodiment, when the flow rate is increased from zero to the predetermined control flow rate, the upstream opening/closing valve and the first valve are opened while the second valve is closed, and the supply pressure and the holding pressure are maintained equal. Then, only the upstream opening/closing valve is closed, and the opening of the second valve is feedback-controlled so that the calculated flow rate determined based on the pressure drop rate of the supply pressure or the holding pressure measured after only the upstream opening/closing valve is closed approaches the predetermined control flow rate.

ある実施形態において、前記上流開閉バルブが閉じられたまま、前記第2バルブをフィードバック制御により開き前記所定制御流量でガスが流れる状態を維持しながら前記供給圧力または前記保持圧力が所定値まで低下した時点で、前記上流開閉バルブをパルス的に開放する動作を開始するとともに前記第1バルブを前記第2圧力センサの出力に基づいてフィードバック制御する動作を開始する。 In one embodiment, while the upstream opening/closing valve is kept closed, the second valve is opened by feedback control to maintain the gas flow at the predetermined control flow rate, and when the supply pressure or the holding pressure drops to a predetermined value, the upstream opening/closing valve is opened in a pulsating manner and the first valve is feedback-controlled based on the output of the second pressure sensor.

ある実施形態において、流量ゼロから前記所定制御流量に立ち上げるとき、前記上流開閉バルブと前記第1バルブとの間の容積をVs1とし、前記第1バルブと前記第2バルブと間の容積をVs2とし、ΔP/Δtを所定期間Δtにおける圧力降下の大きさΔPを示す圧力降下率とし、C2を比例定数としたとき、Q=C2・(Vs1+Vs2)・(ΔP/Δt)で規定される流量Qが所定制御流量となるように前記第2バルブの開度のフィードバック制御が行われる。 In one embodiment, when the flow rate is increased from zero to the predetermined control flow rate, feedback control of the opening of the second valve is performed so that the flow rate Q defined by Q = C2 (Vs1 + Vs2) (ΔP/Δt) becomes the predetermined control flow rate, where Vs1 is the volume between the upstream opening/closing valve and the first valve, Vs2 is the volume between the first valve and the second valve, ΔP/Δt is the pressure drop rate indicating the magnitude ΔP of the pressure drop in a predetermined period Δt, and C2 is a proportional constant.

ある実施形態において、前記所定制御流量を、第1の流量から第2の流量に切り替えるとき、前記上流開閉バルブを閉じている期間において、測定した前記供給圧力の圧力降下特性と比較するための基準圧力降下特性を、第1の流量に対応する基準圧力降下特性から第2の流量に対応する基準圧力降下特性に切り替え、更新された基準圧力降下特性に基づいて前記第2バルブの開度を調整することによって流量の切り替えを行う。 In one embodiment, when the predetermined control flow rate is switched from a first flow rate to a second flow rate, the reference pressure drop characteristic for comparison with the pressure drop characteristic of the measured supply pressure during the period in which the upstream opening/closing valve is closed is switched from the reference pressure drop characteristic corresponding to the first flow rate to the reference pressure drop characteristic corresponding to the second flow rate, and the flow rate is switched by adjusting the opening of the second valve based on the updated reference pressure drop characteristic.

本発明の実施形態に係る流量制御装置によれば、流量の立ち下げ時間を短縮しながら制御された流量でガスを流すことができる。 The flow control device according to the embodiment of the present invention allows gas to flow at a controlled flow rate while shortening the flow rate ramp-down time.

本発明の実施形態による流量制御装置を含むガス供給系を示す図である。FIG. 1 illustrates a gas supply system including a flow control device according to an embodiment of the present invention. 保持圧力と第2バルブの開度とを変化させたときの対応する流量を示すグラフである。13 is a graph showing the corresponding flow rate when the holding pressure and the opening degree of the second valve are changed. 本発明の実施形態による流量制御装置の動作制御を説明するための図であり、上流開閉バルブの開閉信号(V0)、供給圧力(P0)、第1バルブの開度変化(V1)、保持圧力(P1)、第2バルブの開度変化(V2)をそれぞれ示す。FIG. 1 is a diagram for explaining the operational control of a flow control device according to an embodiment of the present invention, showing the opening/closing signal (V0) of the upstream opening/closing valve, the supply pressure (P0), the change in opening of the first valve (V1), the holding pressure (P1), and the change in opening of the second valve (V2). 本発明の実施形態による流量制御装置の動作制御を説明するための図であり、供給圧力(P0)の低下率と、制御流量に対応する所定圧力低下率とを比較した結果に基づいて第2バルブの開度調節を行う様子を示す図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the operational control of a flow control device according to an embodiment of the present invention, and shows how the opening of the second valve is adjusted based on the result of comparing the rate of decrease in the supply pressure (P0) with a predetermined pressure decrease rate corresponding to the control flow rate. 本発明の実施形態による流量制御装置を用いて流量を立ち上げるときの例示的な動作制御を説明するための図であり、上流開閉バルブの開閉信号(V0)、供給圧力(P0)、第1バルブの開度変化(V1)、保持圧力(P1)、第2バルブの開度変化(V2)をそれぞれ示す。FIG. 13 is a diagram for explaining an exemplary operational control when starting up a flow rate using a flow control device according to an embodiment of the present invention, and shows the opening/closing signal (V0) of the upstream opening/closing valve, the supply pressure (P0), the change in opening of the first valve (V1), the holding pressure (P1), and the change in opening of the second valve (V2). 設定流量を増加させる場合の動作を説明するための図であり、供給圧力(P0)の基準の変更およびこれに伴う第2バルブの開度変化(V2)を示す。FIG. 13 is a diagram for explaining the operation when the set flow rate is increased, showing a change in the reference supply pressure (P0) and the associated change in the opening degree (V2) of the second valve. 設定流量を減少させる場合の動作を説明するための図であり、供給圧力(P0)の基準の変更およびこれに伴う第2バルブの開度変化(V2)を示す。FIG. 13 is a diagram for explaining the operation when the set flow rate is decreased, showing a change in the reference supply pressure (P0) and the associated change in the opening degree (V2) of the second valve.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment.

図1は、本発明の実施形態による流量制御装置10を含むガス供給システム100を示す。ガス供給システム100は、ガス供給源2と、ガス供給源2に接続されガスの流量を制御する流量制御装置10と、下流遮断弁4を介して流量制御装置10の下流側に接続されたプロセスチャンバ6と、プロセスチャンバ6に接続された真空ポンプ8とを有している。 Figure 1 shows a gas supply system 100 including a flow control device 10 according to an embodiment of the present invention. The gas supply system 100 includes a gas supply source 2, a flow control device 10 connected to the gas supply source 2 and controlling the flow rate of the gas, a process chamber 6 connected downstream of the flow control device 10 via a downstream shutoff valve 4, and a vacuum pump 8 connected to the process chamber 6.

ガス供給源2からのガスは、流量制御装置10によって制御された流量で、プロセスチャンバ6に供給される。ガス供給源2からは、原料ガス、エッチングガスまたはパージガスなど、半導体製造プロセスに用いられる種々のガスが供給されてよい。また、チャンバ内およびチャンバに接続された流路は、真空ポンプ8を用いて真空引きすることができる。 Gas from the gas supply source 2 is supplied to the process chamber 6 at a flow rate controlled by the flow rate control device 10. Various gases used in the semiconductor manufacturing process, such as raw material gas, etching gas, or purge gas, may be supplied from the gas supply source 2. In addition, the inside of the chamber and the flow paths connected to the chamber can be evacuated using a vacuum pump 8.

なお、図1には、1系統のガス供給ラインのみが示されているが、他の態様において、種々のガスを供給するために、プロセスチャンバ6には、複数のガス供給ラインが共通ラインを介して接続されていてもよい。各ガスの流量の制御は、各ガス供給ラインに設けられた流量制御装置10によって実行可能であり、また、ガス種の切り替えは、各ガス供給ラインの下流遮断弁4の開閉制御によって行うことができる。 Although FIG. 1 shows only one gas supply line, in other embodiments, multiple gas supply lines may be connected to the process chamber 6 via a common line in order to supply various gases. The flow rate of each gas can be controlled by a flow control device 10 provided on each gas supply line, and gas types can be switched by controlling the opening and closing of downstream shutoff valves 4 on each gas supply line.

図1に示すように、本実施形態の流量制御装置10は、上流開閉バルブV0と、上流開閉バルブV0の下流に設けられた開度調節可能(あるいは開度可変)な第1バルブV1と、第1バルブV1の下流側に設けられた開度調節可能(あるいは開度可変)な第2バルブV2とを備えている。 As shown in FIG. 1, the flow control device 10 of this embodiment includes an upstream opening/closing valve V0, a first valve V1 that is adjustable (or variable) in opening and is provided downstream of the upstream opening/closing valve V0, and a second valve V2 that is adjustable (or variable) in opening and is provided downstream of the first valve V1.

開度調節可能な第1バルブV1および第2バルブV2としては、例えば、比例制御弁が用いられ、より具体的には、ピエゾ素子駆動型バルブ(以下、ピエゾバルブと称することがある)が用いられる。ピエゾ素子駆動型バルブは、ピエゾ素子への印加電圧の制御によってダイヤフラム弁体の移動量を調節することができ、その開度を任意に調節することができる。 For example, proportional control valves are used as the first valve V1 and the second valve V2, which have adjustable opening degrees. More specifically, piezoelectric element-driven valves (hereinafter sometimes referred to as piezo valves) are used. Piezo element-driven valves can adjust the amount of movement of the diaphragm valve body by controlling the voltage applied to the piezoelectric element, and the opening degree can be adjusted as desired.

一方、上流開閉バルブV0は、流路を開閉することができればよく、オンオフ弁または開度調節可能弁のいずれであってもよい。上流開閉バルブV0としては、AOV(空気駆動弁)や電磁弁などのオンオフ弁、または、第1バルブV1および第2バルブV2と同様のピエゾバルブが好適に用いられる。 On the other hand, the upstream opening/closing valve V0 only needs to be capable of opening and closing the flow path, and may be either an on-off valve or an adjustable opening valve. As the upstream opening/closing valve V0, an on-off valve such as an AOV (air-operated valve) or a solenoid valve, or a piezo valve similar to the first valve V1 and the second valve V2 is preferably used.

また、本実施形態の流量制御装置10は、上流開閉バルブV0と第1バルブV1との間の供給圧力P0を測定する第1圧力センサ12と、第1バルブV1と第2バルブV2との間の保持圧力P1を測定する第2圧力センサ14とを備えている。第1圧力センサ12および第2圧力センサ14としては、例えば、歪ゲージが設けられた感圧ダイヤフラムを有するシリコン単結晶製の圧力センサやキャパシタンスマノメータが好適に用いられる。 The flow control device 10 of this embodiment also includes a first pressure sensor 12 that measures the supply pressure P0 between the upstream opening/closing valve V0 and the first valve V1, and a second pressure sensor 14 that measures the holding pressure P1 between the first valve V1 and the second valve V2. As the first pressure sensor 12 and the second pressure sensor 14, for example, a pressure sensor made of single crystal silicon having a pressure-sensitive diaphragm with a strain gauge or a capacitance manometer is preferably used.

さらに、流量制御装置10は、ガス温度を測定するための温度センサ(図示せず)を備えていても良い。温度センサとしては、サーミスタや白金測温抵抗体が好適に用いられる。 Furthermore, the flow control device 10 may be equipped with a temperature sensor (not shown) for measuring the gas temperature. A thermistor or a platinum resistance thermometer is preferably used as the temperature sensor.

また、流量制御装置10には、制御回路16が設けられており、制御回路16によって上流開閉バルブV0、第1バルブV1、および、第2バルブV2の動作を制御することができる。制御回路16はまた、第1圧力センサ12および第2圧力センサ14にも接続されており、各圧力センサの出力に基づいて各バルブV0、V1、V2の動作を制御することができる。 The flow control device 10 is also provided with a control circuit 16, which can control the operation of the upstream opening/closing valve V0, the first valve V1, and the second valve V2. The control circuit 16 is also connected to the first pressure sensor 12 and the second pressure sensor 14, and can control the operation of each of the valves V0, V1, and V2 based on the output of each pressure sensor.

制御回路16は、CPU、メモリ、A/Dコンバータ等を内蔵し、後述する動作を実行するコンピュータプログラムを含んでいてよく、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。制御回路16は、各バルブや各圧力センサと一体的な装置として内蔵されていても良いし、その一部または全部が外部装置に設けられていても良い。 The control circuit 16 may incorporate a CPU, memory, A/D converter, etc., and may include a computer program that executes the operations described below, and may be realized by a combination of hardware and software. The control circuit 16 may be incorporated as an integrated device with each valve and each pressure sensor, or part or all of it may be provided in an external device.

流量制御装置10は、従来の圧力式流量制御装置とは異なり、オリフィスプレートや臨界ノズルなどの開度固定の絞り部を有していない。そして、開度固定の絞り部の代わりに、第2バルブV2が設けられており、第2バルブV2は開度調節可能(または開度可変)な絞り部として用いられる。 The flow control device 10 differs from conventional pressure-type flow control devices in that it does not have a throttle section with a fixed opening, such as an orifice plate or a critical nozzle. Instead of a throttle section with a fixed opening, a second valve V2 is provided, and the second valve V2 is used as a throttle section with an adjustable opening (or variable opening).

一方、第1バルブV1は、従来の圧力式流量制御装置が備えるコントロール弁と同様の態様で利用される。すなわち、第1バルブV1は、その下流側の保持圧力P1の値が所望流量に対応する一定値に維持されるように、第2圧力センサ14を用いて測定した保持圧力P1に基づいてフィードバック制御される。 On the other hand, the first valve V1 is used in the same manner as a control valve equipped in a conventional pressure-type flow control device. That is, the first valve V1 is feedback-controlled based on the holding pressure P1 measured using the second pressure sensor 14 so that the value of the holding pressure P1 downstream of the first valve V1 is maintained at a constant value corresponding to the desired flow rate.

以上に説明したように、流量制御装置10は、開度固定の絞り部を有しておらず、開度調整可能な絞り部として機能する第2バルブV2によって流量制御を行うので、比較的大流量のガスを流しやすい。また、流量をゼロに立ち下げるときには、第2バルブV2を閉じればよく、即座に流量をゼロまで低下させることができる。流量制御装置10は、立ち下げ時の応答性を確保しながら、保持圧力P1と第2バルブV2の開度とを適切に制御することによって所望の流量で下流側にガスを供給することができるように構成されている。 As described above, the flow control device 10 does not have a throttle section with a fixed opening, but rather controls the flow rate using the second valve V2, which functions as a throttle section with an adjustable opening, making it easy to flow a relatively large flow rate of gas. Furthermore, when the flow rate is to be reduced to zero, the second valve V2 can be closed, and the flow rate can be reduced to zero immediately. The flow control device 10 is configured to supply gas to the downstream side at the desired flow rate by appropriately controlling the holding pressure P1 and the opening of the second valve V2 while ensuring responsiveness when reducing the flow rate.

なお、圧力調整用のピエゾバルブを用いて、その下流側の圧力を一定に制御するとともに、さらに下流側に設けたピエゾバルブの開度を変化させて流量を制御する方式は、本出願人による特許文献4(国際公開第2019/107215号)に開示されている。 Note that a method of using a piezo valve for pressure adjustment to control the pressure downstream at a constant level and controlling the flow rate by changing the opening of a piezo valve installed further downstream is disclosed in Patent Document 4 (WO 2019/107215) by the present applicant.

図2に示すように、圧力調整用バルブを用いて第2バルブ上流側の圧力(保持圧力P1)を一定に維持しているとき、第2バルブV2の開度(ピエゾアクチュエータの変位量:V2変位量)に応じた流量でガスを流すことができる。また、維持されている保持圧力P1の大きさによって、第2バルブV2の開度と流量との関係性が異なるものとなる。このため、流量制御装置10において、保持圧力P1と第2バルブV2の開度とを制御すれば、小流量から大流量にわたって制御された流量でガスを流すことが可能である。 As shown in FIG. 2, when the pressure (retention pressure P1) upstream of the second valve is kept constant using a pressure adjustment valve, gas can be allowed to flow at a flow rate that corresponds to the opening of the second valve V2 (displacement of the piezoelectric actuator: V2 displacement). In addition, the relationship between the opening of the second valve V2 and the flow rate varies depending on the magnitude of the maintained retention pressure P1. Therefore, by controlling the retention pressure P1 and the opening of the second valve V2 in the flow control device 10, it is possible to allow gas to flow at a controlled flow rate ranging from small to large flow rates.

ただし、特許文献4に記載の流量制御装置では、連続的な流れの供給を行うときには絞り部を用いた圧力式流量制御を採用し、パルス的な流れの制御を行うときに、保持圧力P1と第2バルブV2の開度の調整による流量制御を行っている。また、第2バルブV2の開度は、第2バルブに設けられた開度センサ、具体的には、ピエゾアクチュエータのピエゾ素子に固定された歪ゲージの出力を用いて、第2バルブの開度が設定値になるように制御されている。なお、開度センサとしては、静電容量式等の変位センサを用いてもよい。 However, the flow control device described in Patent Document 4 employs pressure-based flow control using a throttle section when supplying a continuous flow, and controls the flow rate by adjusting the holding pressure P1 and the opening of the second valve V2 when controlling a pulsating flow. The opening of the second valve V2 is controlled to a set value using an opening sensor provided in the second valve, specifically, the output of a strain gauge fixed to the piezoelectric element of the piezoelectric actuator. Note that a displacement sensor such as a capacitance type may also be used as the opening sensor.

これに対して、本実施形態の流量制御装置10において、流量の制御は、第1バルブV1のフィードバック制御により保持圧力P1を一定に保つとともに、ガスを流している期間にわたって、上流開閉バルブV0および第1圧力センサ12を用いてビルドダウン方式で流量を継続的に測定し、測定された流量に基づいて第2バルブV2の開度を制御することによって行われる。これにより、ガスを継続的に流しながら所望流量でガスを供給し続けることができる。 In contrast, in the flow control device 10 of this embodiment, the flow rate is controlled by maintaining the holding pressure P1 constant through feedback control of the first valve V1, while continuously measuring the flow rate using the upstream opening/closing valve V0 and the first pressure sensor 12 in a build-down manner over the period during which gas is flowing, and controlling the opening of the second valve V2 based on the measured flow rate. This makes it possible to continue supplying gas at the desired flow rate while allowing the gas to flow continuously.

なお、特許文献2には、圧力式流量制御装置において、ガスを流しながらコントロール弁の上流側の遮断弁の開閉により生じる供給圧P0の圧力降下を繰り返して測定することによってビルドダウン方式でリアルタイムな流量モニタリングを行う技術が開示されている。ただし、モニタされた流量はバルブの校正のためなどに用いられ、下流側の開度可変バルブの開度調節を行うために用いられるものではない。また、絞り部を用いて構成されているので、立ち下げ時の時間短縮が容易ではない。 Patent Document 2 discloses a technology for monitoring flow rate in real time using a build-down method in a pressure-type flow control device, in which the pressure drop in the supply pressure P0 caused by opening and closing the shutoff valve upstream of the control valve is repeatedly measured while gas is flowing. However, the monitored flow rate is used for valve calibration, etc., and is not used to adjust the opening of the downstream variable opening valve. In addition, since it is configured using a throttle section, it is not easy to reduce the time required for shutdown.

また、特許文献3にも、流量制御装置の上流側の遮断弁を閉じることにより生じた供給圧力P0の降下率からビルドダウン方式で流量を測定することが記載されている。測定された流量は、流量制御器の校正のためなどに用いられる。ただし、ビルドダウン方式の流量測定(特に遮断弁を開いて供給圧力P0を回復させる工程)は、所望流量でガスを流すプロセス期間中にわたり継続的に行われるものではない。また、ビルドダウン方式により測定された流量に基づいて、ガス供給中に開度可変バルブの開度調節を継続して行うものでもない。 Patent Document 3 also describes measuring the flow rate using the build-down method from the rate of drop in supply pressure P0 caused by closing a shutoff valve upstream of the flow control device. The measured flow rate is used for calibrating the flow controller, etc. However, the flow rate measurement using the build-down method (particularly the process of opening the shutoff valve to restore the supply pressure P0) is not performed continuously throughout the process period in which gas is flowing at the desired flow rate. Furthermore, the opening of the variable opening valve is not continuously adjusted during gas supply based on the flow rate measured using the build-down method.

以下、図3および図4を参照しながら、本実施形態の流量制御装置10のガス供給中の流量制御の動作制御(制御回路16による動作制御)を詳細に説明する。 The operation control of the flow control device 10 of this embodiment during gas supply (operation control by the control circuit 16) will be described in detail below with reference to Figures 3 and 4.

図3は、所望流量でガス供給を行っている期間(プロセス期間)における上流開閉バルブの開閉信号(V0)、供給圧力(P0)、第1バルブV1の開度変化(V1)、保持圧力(P1)、第2バルブV2の開度変化(V2)をそれぞれ示す。 Figure 3 shows the opening and closing signal (V0) of the upstream opening and closing valve, the supply pressure (P0), the change in opening of the first valve V1 (V1), the holding pressure (P1), and the change in opening of the second valve V2 (V2) during the period when gas is being supplied at the desired flow rate (process period).

図3からわかるように、ガス供給中、上流開閉バルブV0は、パルス的に開閉される。図示する態様では、上流開閉バルブV0が閉じられた状態から、まず、時間t1-t2間に開放され、その後、時間t2-t3間に閉鎖され、その後、時間t3-t4間に開放、時間t4-t5間に閉鎖、時間t5-t6間に開放、時刻t6後に閉鎖が連続的に行われる。 As can be seen from FIG. 3, during gas supply, the upstream opening/closing valve V0 is opened and closed in a pulsed manner. In the illustrated embodiment, the upstream opening/closing valve V0 starts from a closed state, is first opened between times t1 and t2, then closed between times t2 and t3, then opened between times t3 and t4, closed between times t4 and t5, opened between times t5 and t6, and closed after time t6.

上流開閉バルブV0の開放期間(例えばt1-t2期間)は、本実施形態においては、閉鎖期間(例えばt2-t3期間)に比べて十分に小さく設定されており、例えば、デューティー比が1/3以下、典型的には1/4以下に設定されたパルス信号を用いて上流開閉バルブV0の開閉制御が行われる。 In this embodiment, the open period (e.g., the t1-t2 period) of the upstream opening/closing valve V0 is set to be sufficiently smaller than the closed period (e.g., the t2-t3 period), and the opening and closing of the upstream opening/closing valve V0 is controlled using a pulse signal with a duty ratio set to, for example, 1/3 or less, typically 1/4 or less.

一方で、上記のように上流開閉バルブV0がパルス的に開閉制御されている期間、第1バルブV1は、保持圧力P1が所定圧力に維持されるように、第2圧力センサ14の出力に基づいてフィードバック制御される。この動作制御は、従来の圧力式流量制御装置において、絞り部上流側の上流圧力に基づいてコントロール弁をフィードバック制御し、上流圧力を所定値に保つことにより所定流量で絞り部の下流側にガスを流すときの動作制御と同等である。 Meanwhile, during the period when the upstream opening/closing valve V0 is controlled to open and close in a pulsed manner as described above, the first valve V1 is feedback controlled based on the output of the second pressure sensor 14 so that the holding pressure P1 is maintained at a predetermined pressure. This operational control is equivalent to the operational control in a conventional pressure-type flow control device, where the control valve is feedback controlled based on the upstream pressure on the upstream side of the throttling section, and gas is allowed to flow at a predetermined flow rate downstream of the throttling section by maintaining the upstream pressure at a predetermined value.

その結果、図3に示すように、上流開閉バルブV0の開閉状態にかかわらず、保持圧力P1は略一定の値に維持される。このときの所定圧力は、流したい流量に適合する圧力に設定される。図2からわかるように、保持圧力P1をより高い値に維持すれば、第2バルブV2の開度調整によって制御できる流量範囲が大流量の範囲となり、保持圧力P1をより低い値に維持すれば、第2バルブV2の開度調整によって制御できる流量範囲が小流量の範囲となる。 As a result, as shown in FIG. 3, the holding pressure P1 is maintained at a substantially constant value regardless of the open/close state of the upstream opening/closing valve V0. The specified pressure at this time is set to a pressure that matches the desired flow rate. As can be seen from FIG. 2, if the holding pressure P1 is maintained at a higher value, the flow rate range that can be controlled by adjusting the opening of the second valve V2 will be a large flow rate range, and if the holding pressure P1 is maintained at a lower value, the flow rate range that can be controlled by adjusting the opening of the second valve V2 will be a small flow rate range.

さらに、上記のように上流開閉バルブV0がパルス的に開閉制御されている期間、開度可変の絞り部として用いられる第2バルブV2は、所望流量に対応する開度に調整される。この第2バルブV2の開度の調整は、後述するビルドダウン方式で求めた演算流量が所望流量に適合するよう行われる。 Furthermore, during the period when the upstream opening/closing valve V0 is controlled to open and close in a pulsed manner as described above, the second valve V2 used as a variable opening throttle section is adjusted to an opening corresponding to the desired flow rate. The opening of this second valve V2 is adjusted so that the calculated flow rate obtained by the build-down method described below matches the desired flow rate.

上記のように、上流開閉バルブV0をパルス的に開放するとともに、第1バルブV1および第2バルブV2が開放状態に維持される状況下にあっては、上流開閉バルブV0の閉期間にガスが流出することによって供給圧力P0は経時的に低下する。そして、その後に上流開閉バルブV0を開放すると、上流からガスが流れ込むため、供給圧力P0は回復する。また、回復後は、第1バルブV1により保持圧力P1が一定に保たれているので、供給圧力P0は、典型的には、上流開閉バルブV0が開放されている期間にわたってほぼ同じ圧力(上流開閉バルブV0の上流側の圧力と等価)となる。上流開閉バルブV0の上流側の圧力は、図示しないレギュレータによって一定圧力に制御されていることが好適である。 As described above, when the upstream opening/closing valve V0 is opened in a pulsed manner and the first valve V1 and the second valve V2 are maintained in an open state, the supply pressure P0 decreases over time due to the outflow of gas during the period when the upstream opening/closing valve V0 is closed. When the upstream opening/closing valve V0 is subsequently opened, gas flows in from upstream, and the supply pressure P0 recovers. After recovery, the holding pressure P1 is kept constant by the first valve V1, so the supply pressure P0 typically remains approximately the same pressure (equivalent to the pressure upstream of the upstream opening/closing valve V0) throughout the period when the upstream opening/closing valve V0 is open. It is preferable that the pressure upstream of the upstream opening/closing valve V0 is controlled to a constant pressure by a regulator (not shown).

そして、上記のように上流開閉バルブV0の閉期間には供給圧力P0が低下するので、保持圧力P1を一定に保つために、その下流側の第1バルブV1は、供給圧力P0の低下にともなって少ししずつ大きく開かれる。このように、供給圧力P0が低下したとしても、第2圧力センサ14の出力に基づいて第1バルブV1をフィードバック制御し、保持圧力P1を一定に保つことができるので、供給圧力P0の大きさにかかわらず、第1バルブV1と第2バルブとの間の容積のガスの物質量(モル数)をほぼ一定量に維持することができる。 As described above, since the supply pressure P0 decreases while the upstream opening/closing valve V0 is closed, in order to keep the holding pressure P1 constant, the downstream first valve V1 is opened gradually wider as the supply pressure P0 decreases. In this way, even if the supply pressure P0 decreases, the first valve V1 is feedback-controlled based on the output of the second pressure sensor 14 to keep the holding pressure P1 constant, so that the amount of gas substance (number of moles) in the volume between the first valve V1 and the second valve can be maintained at a nearly constant amount regardless of the magnitude of the supply pressure P0.

また、上流開閉バルブV0を開放すると、上流からガスが流れ込むことによって供給圧力P0は一気に回復する。このとき、第1バルブV1は、下流側の保持圧力P1が上昇することを避けるために少し閉じられる。その後、再び上流開閉バルブV0が閉じられたときには、供給圧力P0の低下を伴いながら第1バルブV1の開度を徐々に増加させる動作が再度行われる。 When the upstream opening/closing valve V0 is opened, gas flows in from upstream, and the supply pressure P0 is instantly restored. At this time, the first valve V1 is slightly closed to prevent the downstream holding pressure P1 from increasing. After that, when the upstream opening/closing valve V0 is closed again, the opening of the first valve V1 is gradually increased again while the supply pressure P0 decreases.

以上のようにして、第1バルブV1のフィードバック制御により保持圧力P1が一定に保たれているとき、供給圧力P0の低下は、第2バルブV2を介して下流側に流れたガスの量に対応するものと考えることができる。上記のように、第1バルブV1と第2バルブV2との間のガスの物質量は略一定に保たれているからである。 As described above, when the holding pressure P1 is kept constant by feedback control of the first valve V1, the decrease in the supply pressure P0 can be considered to correspond to the amount of gas flowing downstream through the second valve V2. This is because, as described above, the amount of gas substance between the first valve V1 and the second valve V2 is kept approximately constant.

そこで、本実施形態では、この供給圧力P0の降下を経時的に監視し、ビルドダウン方式に基づいて、その圧力降下率ΔP/Δt(=傾きA)から、第2バルブV2の下流側に流れたガスの流量を演算により求めることができる。 Therefore, in this embodiment, the drop in supply pressure P0 is monitored over time, and the flow rate of gas flowing downstream of the second valve V2 can be calculated based on the build-down method from the pressure drop rate ΔP/Δt (=slope A).

ビルドダウン方式では、流量Qは、例えば、以下の式によって求めることができる。

Figure 0007495732000001
In the build-down method, the flow rate Q can be calculated, for example, by the following formula:
Figure 0007495732000001

ここで、上記式において、Tはガス温度(℃)、Vsはビルドダウン容量(ここでは上流開閉バルブV0と第1バルブV1との間の流路容積)、ΔP/Δtは、上記の圧力降下率である。ΔP/Δtは、例えば、図3に示すように、上流開閉バルブV0の閉鎖時間(例えば時刻t2から時刻t3までの期間)と、その間に低下した圧力の大きさである圧力降下量ΔPとから得られる。 In the above formula, T is the gas temperature (°C), Vs is the build-down volume (here, the flow path volume between the upstream opening/closing valve V0 and the first valve V1), and ΔP/Δt is the above-mentioned pressure drop rate. For example, as shown in Figure 3, ΔP/Δt can be obtained from the closing time of the upstream opening/closing valve V0 (for example, the period from time t2 to time t3) and the pressure drop amount ΔP, which is the magnitude of the pressure drop during that time.

上記の式は、ガス温度Tk(ケルビン換算した温度)が一定であると仮定すると、定数C1(=(1000・60・273)/(760・Tk)を用いて、Q=C1・Vs1・(ΔP/Δt)と記載することができる。ここでVs1は、上流開閉バルブV0と第1バルブV1との間の流路容積である。 Assuming that the gas temperature Tk (temperature converted into Kelvin) is constant, the above formula can be written as Q = C1 Vs1 (ΔP/Δt) using the constant C1 (= (1000 60 273)/(760 Tk). Here, Vs1 is the flow path volume between the upstream opening/closing valve V0 and the first valve V1.

このように、上流開閉バルブV0の閉鎖期間における供給圧力P0の圧力降下率(ΔP/Δt)を、第1圧力センサ12を用いて測定によって求めれば、第2バルブV2の下流側に流れているガスの実際の流量をリアルタイムで求め得る。したがって、この演算により求められる流量が、設定された所望流量となるように、第2バルブV2の開度調整を行えば、所望流量でガスを下流側に流すことができる。 In this way, by measuring the pressure drop rate (ΔP/Δt) of the supply pressure P0 during the period when the upstream opening/closing valve V0 is closed using the first pressure sensor 12, the actual flow rate of the gas flowing downstream of the second valve V2 can be obtained in real time. Therefore, by adjusting the opening of the second valve V2 so that the flow rate obtained by this calculation matches the set desired flow rate, gas can be allowed to flow downstream at the desired flow rate.

ここで、本実施形態では、上流開閉バルブV0の閉鎖期間(供給圧力P0の降下期間)において、サンプリング周期(微小時間dt)経過後の供給圧力P0、あるいは、微小時間dtにおける供給圧力P0の降下率を、サンプリングごとにリアルタイムで計測するとともに、計測した圧力値または圧力降下率が、所望流量に適合する基準値に適合しているか否かを随時判別するようにしている。そして、基準値との比較結果に基づいて、第2バルブV2の開度調整を適宜行うようにしている。 In this embodiment, during the period when the upstream opening/closing valve V0 is closed (the period during which the supply pressure P0 drops), the supply pressure P0 after the sampling period (microtime dt) has elapsed, or the drop rate of the supply pressure P0 during the microtime dt, is measured in real time for each sampling, and it is determined at any time whether the measured pressure value or pressure drop rate matches a reference value that matches the desired flow rate. Then, based on the result of the comparison with the reference value, the opening of the second valve V2 is adjusted as appropriate.

なお、本明細書では、上記の複数回にわたり測定した供給圧力P0の値や、所定期間における圧力降下率(時間に対する傾き)を、「圧力降下特性」と称することとする。「圧力降下特性」は、ビルドダウン中の圧力の変化の程度や変遷に対応する特性を意味している。そして、任意の時刻tにおける目標圧力値や、任意の時間Δtにおける目標圧力降下率を、「基準圧力降下特性」と称することとする。ここで、測定した供給圧力の圧力降下特性と所定制御流量に対応する基準圧力降下特性とを比較するという場合、少なくとも、測定した供給圧力値と目標圧力値との比較および測定した供給圧力の圧力降下率と目標圧力降下率との比較が含まれるものとする。 In this specification, the supply pressure P0 values measured multiple times and the pressure drop rate (slope with respect to time) over a specified period of time are referred to as "pressure drop characteristics." "Pressure drop characteristics" refers to characteristics corresponding to the degree of change and transition of pressure during build-down. The target pressure value at any time t and the target pressure drop rate at any time Δt are referred to as "reference pressure drop characteristics." When comparing the measured supply pressure pressure drop characteristics with the reference pressure drop characteristics corresponding to a specified control flow rate, this includes at least a comparison between the measured supply pressure value and the target pressure value, and a comparison between the measured supply pressure pressure drop rate and the target pressure drop rate.

図4は、所望の流量に制御するために、上流開閉バルブV0の閉鎖期間においてリアルタイムに測定した各時刻の供給圧力P0と、当該時刻における基準値(目標供給圧力)とを比較し、その結果に基づいて第2バルブV2の開度調整を行う例を示す。なお、微小時間ごとの圧力降下率を基準降下率(流量に対して固定)と比較して第2バルブV2を調整する制御も可能であるが、外乱の影響を受けやすいため、現実対応としては、時刻で決まる目標圧力値と測定した供給圧力値とを比較して第2バルブV2を制御することが好適である。 Figure 4 shows an example in which the supply pressure P0 measured in real time at each time during the period when the upstream opening/closing valve V0 is closed is compared with a reference value (target supply pressure) at that time, and the opening of the second valve V2 is adjusted based on the result, in order to control the flow rate to the desired value. Note that it is also possible to control the second valve V2 by comparing the pressure drop rate at each minute time with a reference drop rate (fixed relative to the flow rate), but since this is easily affected by disturbances, it is preferable in practice to control the second valve V2 by comparing the target pressure value determined by time with the measured supply pressure value.

図4に示すように、降下し始めのときの圧力降下率A1が、目標とする所望流量に対応する基準値(ここでは、傾きまたは基準圧力降下率ARとして示す)よりも大きかったときは、実際の流量は所望流量よりも大きすぎて、第2バルブV2の初期の開度B1が、所望流量に対応する基準開度BRよりも大きすぎると考えられる。 As shown in FIG. 4, when the pressure drop rate A1 at the start of the drop is greater than the reference value (here shown as the slope or reference pressure drop rate AR) corresponding to the target desired flow rate, it is considered that the actual flow rate is greater than the desired flow rate, and the initial opening B1 of the second valve V2 is greater than the reference opening BR corresponding to the desired flow rate.

このとき、閉じ始め時刻t0から微小時間が経過した時刻t0’において測定された供給圧力P0の値は、目標圧力関数AR(t)から求められる基準値よりも小さい値をとるので、現在の流量が過多であることが判別できる。したがって、第2バルブV2の開度を低下させ、流量を低下させるように動作制御を行う。 At this time, the value of the supply pressure P0 measured at time t0', a small amount of time after the closing start time t0, is smaller than the reference value calculated from the target pressure function AR(t), so it can be determined that the current flow rate is excessive. Therefore, the opening of the second valve V2 is reduced, and operation control is performed to reduce the flow rate.

また、上記の第2バルブV2の調整の結果、所望流量未満になったときには、供給圧力P0の降下率(または時刻tにおける測定供給圧力)が、基準圧力降下率AR(または時刻tにおける目標供給圧力)よりも小さいものとなる。この場合、供給圧力P0の降下率をわずかに増加させるべく、第2バルブV2の開度を少し増加させる動作制御を行う。これにより、第2バルブV2は所望流量に対応する開度に制御されるとともに、以降の供給圧力P0の降下率も基準圧力降下率ARに沿ったものとなる。 Furthermore, when the flow rate falls below the desired flow rate as a result of the above-mentioned adjustment of the second valve V2, the drop rate of the supply pressure P0 (or the measured supply pressure at time t) becomes smaller than the reference pressure drop rate AR (or the target supply pressure at time t). In this case, the operation control is performed to slightly increase the opening of the second valve V2 in order to slightly increase the drop rate of the supply pressure P0. As a result, the second valve V2 is controlled to an opening corresponding to the desired flow rate, and the subsequent drop rate of the supply pressure P0 also follows the reference pressure drop rate AR.

なお、測定した供給圧力P0と基準値とを比較する場合、測定した供給圧力P0が基準値よりも大きくなったときに、第2バルブV2の開度B1を少し減少させる動作制御が行われる。ただし、測定した供給圧力P0が基準値よりも小さいが、その差が時間とともに少しずつ減少していくような場合もある。この場合、図示する態様とは異なり、第2バルブV2が少しずつ閉じられて基準開度BRに達する制御となる場合もある。 When the measured supply pressure P0 is compared with a reference value, if the measured supply pressure P0 becomes greater than the reference value, operational control is performed to slightly decrease the opening degree B1 of the second valve V2. However, there are also cases where the measured supply pressure P0 is smaller than the reference value, but the difference decreases gradually over time. In this case, unlike the aspect shown in the figure, the second valve V2 may be controlled to close little by little until the reference opening degree BR is reached.

このように、圧力降下率の比較は、サンプリング周期ごとの所定時刻における測定供給圧力P0と、予め設定されている基準供給圧力(目標値)とを比較することによって実行できる。目標値となる基準供給圧力は、例えば時間の関数として定義しておいてもよいし、時刻ごとにテーブルに目標値が設定されていてもよい。時刻ごとの目標値が予め決定されている場合、ある時刻で測定した供給圧力P0とその時刻での目標値とを比較し、測定供給圧力P0の方が大きいときには、流量が不足していると判断する。したがって、第2バルブV2の開度をわずかに増加させる制御が行われる。また、ある時刻で測定した供給圧力P0が目標値よりも小さいときには、流量が過多であると判断する。したがって、第2バルブV2の開度をわずかに減少させる制御が行われる。 In this way, the pressure drop rate can be compared by comparing the measured supply pressure P0 at a specific time for each sampling period with a preset reference supply pressure (target value). The target reference supply pressure may be defined, for example, as a function of time, or a target value may be set in a table for each time. When a target value for each time is determined in advance, the supply pressure P0 measured at a certain time is compared with the target value at that time, and if the measured supply pressure P0 is greater, it is determined that the flow rate is insufficient. Therefore, control is performed to slightly increase the opening of the second valve V2. Also, if the supply pressure P0 measured at a certain time is smaller than the target value, it is determined that the flow rate is excessive. Therefore, control is performed to slightly decrease the opening of the second valve V2.

以上のようにして、測定した供給圧力P0に基づいて、第2バルブV2の開度をフィードバック制御することによって、流量をリアルタイムで補正し、所望流量でガスを流すことができる。なお、図4には、一例として、初期の流量が大きすぎた場合を示しているが、これに限られないことはもちろんである。初期の流量が所望流量に対して小さすぎたときには、供給圧力P0の降下率も基準値より小さいものとなっているので、これを補正するために第2バルブV2の開度を増加させる制御から開始される。 In this way, by feedback controlling the opening of the second valve V2 based on the measured supply pressure P0, the flow rate can be corrected in real time and gas can be flowed at the desired flow rate. Note that, as an example, FIG. 4 shows a case where the initial flow rate is too large, but this is of course not limited to this. When the initial flow rate is too small compared to the desired flow rate, the rate of drop in the supply pressure P0 is also smaller than the reference value, so in order to correct this, control begins with increasing the opening of the second valve V2.

ここで、上流開閉バルブV0の開放期間における第2バルブV2の制御を説明する。図3および図4に示すように、上流開閉バルブV0が開放されている期間(例えば時間t1-t2)において、第2バルブV2の開度は、直前の遮断期間における開度(例えば開度B1)に維持される。これは上流開閉バルブV0を開いて供給圧力P0が急激に増加したとしても、第1バルブV1の制御により上流開閉バルブV0の開放期間にも保持圧力P1は一定に保たれているので、特に第2バルブV2の開度を変更しなくても、直前の遮断期間と同様の流量でガスを流し続けられると考えられるからである。 Here, we will explain the control of the second valve V2 during the open period of the upstream opening/closing valve V0. As shown in Figures 3 and 4, during the period when the upstream opening/closing valve V0 is open (e.g., time t1-t2), the aperture of the second valve V2 is maintained at the aperture during the immediately preceding shutoff period (e.g., aperture B1). This is because, even if the supply pressure P0 increases suddenly by opening the upstream opening/closing valve V0, the holding pressure P1 is kept constant during the open period of the upstream opening/closing valve V0 by controlling the first valve V1, so it is believed that gas can continue to flow at the same flow rate as during the immediately preceding shutoff period without changing the aperture of the second valve V2.

また、流量制御装置10では、第2バルブV2の開度制御を、供給圧力P0の測定結果に基づく駆動電圧の制御のみによって行うのではなく、第2バルブV2に設けた開度センサ(図示せず)も用いて行っても良い。 In addition, in the flow control device 10, the opening degree of the second valve V2 may be controlled not only by controlling the drive voltage based on the measurement result of the supply pressure P0, but also by using an opening degree sensor (not shown) provided in the second valve V2.

より具体的に説明すると、第2バルブV2に開度センサを設けておき、測定した供給圧力P0の圧力降下率Aと基準圧力降下率ARとの差(あるいは、時間ごとの測定供給圧力と目標値との差)に基づいて、所望流量と現在流量との差を認識し、その差に対応する分だけ開度センサの出力に基づいて第2バルブV2の開度をフィードバック制御すればよい。開度センサとしては、特許文献4に記載されているような、ピエゾ素子に固定した歪センサを用いてピエゾアクチュエータの変位量から開度を求める装置を採用することができる。 More specifically, an aperture sensor is provided in the second valve V2, and the difference between the desired flow rate and the current flow rate is recognized based on the difference between the pressure drop rate A of the measured supply pressure P0 and the reference pressure drop rate AR (or the difference between the measured supply pressure at each time and the target value), and the aperture of the second valve V2 is feedback-controlled based on the output of the aperture sensor by an amount corresponding to the difference. As the aperture sensor, a device that determines the aperture from the displacement of the piezoelectric actuator using a strain sensor fixed to a piezoelectric element, as described in Patent Document 4, can be used.

また、上記態様では、上流開閉バルブV0のパルス開閉ごとに、遮断期間においては供給圧力P0の圧力降下の測定を行い、ビルドダウン方式での流量測定に基づいて、第2バルブV2の開度調節を連続的に継続的に行っている。 In addition, in the above embodiment, the pressure drop of the supply pressure P0 is measured during the shutoff period for each pulse opening and closing of the upstream opening and closing valve V0, and the opening of the second valve V2 is continuously adjusted based on the flow rate measurement using the build-down method.

このように、連続的なビルドダウン流量測定および第2バルブV2の開度調節を行うことによって、例えば保持圧力P1が多少変動しており、ビルドダウン流量測定の結果が、実際の流量とは完全に一致していない場合であっても、リアルタイム的なビルドダウン流量測定により、常時、即座の流量補正が行える。また、同じ動作を繰り返して行う単純な動作制御で足りるので制御の負荷が小さくて済む。したがって、上流開閉バルブV0のパルス開閉が繰り返されるガス供給期間において、1パルスごとに、上記の動作制御を常時行うことは好適な態様である。 In this way, by continuously measuring the build-down flow rate and adjusting the opening of the second valve V2, even if, for example, the holding pressure P1 fluctuates slightly and the build-down flow rate measurement result does not completely match the actual flow rate, real-time build-down flow rate measurement allows constant and immediate flow rate correction. In addition, simple operational control that repeats the same operation is sufficient, so the control load is small. Therefore, during the gas supply period in which the upstream opening/closing valve V0 is repeatedly opened and closed in a pulse, it is a preferred embodiment to constantly perform the above operational control for each pulse.

ただし、これに限られず、ビルドダウン流量測定および第2バルブV2の開度調節は、間欠的に行われても良い。例えば、ビルドダウン式流量測定および第2バルブV2の開度調節を、1パルスごとに行わず間欠的(定期、不定期のいずれであってもよい)に行ってもよい。例えば、流量制御の必要性がより重要と思われるガス供給期間の初期においては毎パルスごとにリアルタイム的に流量制御(第2バルブV2の開度調節)を行うとともに、その後のガス供給期間の安定期間においては、間欠的に第2バルブV2の開度調節を行うようにしてもよい。 However, this is not limited to the above, and the build-down flow rate measurement and the adjustment of the opening of the second valve V2 may be performed intermittently. For example, the build-down flow rate measurement and the adjustment of the opening of the second valve V2 may be performed intermittently (either periodically or irregularly) rather than for each pulse. For example, in the early stage of the gas supply period when the need for flow rate control is considered to be more important, flow rate control (adjustment of the opening of the second valve V2) may be performed in real time for each pulse, and then during the stable period of the gas supply period, the adjustment of the opening of the second valve V2 may be performed intermittently.

次に、図5を参照しながら、流量制御装置10における、流量ゼロからの立ち上げ方法の例を説明する。 Next, with reference to FIG. 5, an example of how to start up the flow control device 10 from zero flow rate will be described.

図5に示すように、流量をゼロからx%に立ち上げる時において、上流開閉バルブV0および第1バルブV1を完全に開いて第2バルブV2のみを閉じている流量ゼロ状態から、時刻t0において第1バルブV1は完全開状態を維持したまま、上流開閉バルブV0を閉じる動作が行われる。 As shown in Figure 5, when the flow rate is increased from zero to x%, the upstream opening/closing valve V0 and the first valve V1 are fully open and only the second valve V2 is closed, resulting in a zero flow rate state. At time t0, the upstream opening/closing valve V0 is closed while the first valve V1 remains fully open.

このとき、上流開閉バルブV0を閉じたあとも、第1バルブV1が開かれているので、供給圧力P0と保持圧力P1とは実質的に同じとなる。つまり、上流開閉バルブV0と第1バルブV1との間の流路容積をVs1とし、第1バルブV1と第2バルブV2との間の流路容積をVs2とすると、Vs1+Vs2の容積を持つ合計流路に、同じ大きさの圧力(供給圧力P0および保持圧力P1)を有するガスがたまっている状態となる。このとき、保持圧力P1は、供給圧力P0と同等であり、図3に示した流量制御時の保持圧力P1よりも十分に高い圧力となっている。 At this time, even after the upstream opening/closing valve V0 is closed, the first valve V1 remains open, so the supply pressure P0 and the holding pressure P1 are substantially the same. In other words, if the flow path volume between the upstream opening/closing valve V0 and the first valve V1 is Vs1, and the flow path volume between the first valve V1 and the second valve V2 is Vs2, then gas with the same pressure (supply pressure P0 and holding pressure P1) accumulates in the total flow path with a volume of Vs1 + Vs2. At this time, the holding pressure P1 is equal to the supply pressure P0, and is sufficiently higher than the holding pressure P1 during flow control shown in Figure 3.

このように時刻t0において上流開閉バルブV0を閉じるとともに、第2バルブV2には、供給圧力P0または保持圧力P1の圧力降下率が、所望流量に対応する圧力降下率となるように開度調節を行う制御を適用する。この場合に、上流開閉バルブV0を閉じた瞬間は、供給圧力P0および保持圧力P1が一定(すなわち圧力降下率がゼロ)であるので、第2バルブV2は圧力降下を生じさせるために開弁し、その下流側にガスを流し始める。また、ガスが流れ始めると、供給圧力P0および保持圧力P1は低下し始める。 In this way, at time t0, the upstream opening/closing valve V0 is closed, and the second valve V2 is controlled to adjust its opening so that the pressure drop rate of the supply pressure P0 or the holding pressure P1 corresponds to the desired flow rate. In this case, at the moment the upstream opening/closing valve V0 is closed, the supply pressure P0 and the holding pressure P1 are constant (i.e., the pressure drop rate is zero), so the second valve V2 opens to cause a pressure drop and begins to flow gas downstream. Also, when gas begins to flow, the supply pressure P0 and the holding pressure P1 begin to decrease.

そして、常時、圧力降下率を監視するとともに第2バルブV2の開度調節をし続けることで、所望流量に対応する圧力降下率を達成できる開度第2バルブV2が開かれる。第2バルブV2、その後は、おおむね一定の開度に維持される。 Then, by constantly monitoring the pressure drop rate and continuously adjusting the opening of the second valve V2 , the second valve V2 is opened to an opening degree that can achieve a pressure drop rate corresponding to a desired flow rate. The second valve V2 is then maintained at an approximately constant opening degree.

このとき、第2バルブV2が開かれた状態で、第2バルブの下流側に、供給圧力P0および保持圧力P1の圧力低下率に対応する流量でガスが流れることになり、すなわち、所望流量に制御された状態でガスが流れる。つまり、上記のVs1+Vs2の容積を持つ合計流路における、所望流量に対応する圧力降下率での圧力の低下を伴いながら、第2バルブV2を介して合計流路から所望流量でガスが流出する。 At this time, with the second valve V2 open, gas flows downstream of the second valve at a flow rate corresponding to the pressure drop rate of the supply pressure P0 and the holding pressure P1, i.e., the gas flows in a state controlled to the desired flow rate. In other words, gas flows out of the total flow path at the desired flow rate via the second valve V2, accompanied by a pressure drop at a pressure drop rate corresponding to the desired flow rate in the total flow path having the volume of Vs1 + Vs2 described above.

この流量立ち上げ期間D1における流量Qは、上記の定数C1と同様の定数C2を用いて、Q=C2・(Vs1+Vs2)・(ΔP/Δt)で規定される。第2バルブV2の開度は、ΔP/Δtが所望流量に対応する値に適合するようにフィードバック制御される。 The flow rate Q during this flow rate rise period D1 is determined by using a constant C2 similar to the constant C1 above, Q = C2 (Vs1 + Vs2) (ΔP/Δt). The opening of the second valve V2 is feedback controlled so that ΔP/Δt matches the value corresponding to the desired flow rate.

そして、供給圧力P0および保持圧力P1が低下し、時刻t1において、所定値に達した時点(ここでは保持圧力P1が150kPaに達した時点)で、上記の合計流路からガスを流出される制御から、図3および図4に示した通常の流量制御に切り替える。つまり、時刻t1から時刻t2において上流開閉バルブV0はパルス的に開かれ、開放状態が維持されていた第1バルブV1は、保持圧力P1を一定に維持するフィードバック制御に切り替えられる。 Then, the supply pressure P0 and the holding pressure P1 decrease, and at time t1, when they reach a predetermined value (here, when the holding pressure P1 reaches 150 kPa), the control in which gas is discharged from the combined flow path is switched to the normal flow control shown in Figures 3 and 4. In other words, from time t1 to time t2, the upstream opening/closing valve V0 is opened in a pulsed manner, and the first valve V1, which had been kept open, is switched to feedback control that maintains the holding pressure P1 constant.

その後は、図3および図4に示した通常期間D2における流量制御が継続して行われる。このようして、流量立ち上げ期間D1において流量ゼロからx%へ立ち上げるとともに、通常期間D2において流量x%でのガス供給を継続して行うことが可能である。 Thereafter, flow rate control continues as in the normal period D2 shown in Figures 3 and 4. In this way, it is possible to increase the flow rate from zero to x% during the flow rate increase period D1, and to continue supplying gas at a flow rate of x% during the normal period D2.

以下、流量設定(所定制御流量)を切り替える場合における流量制御装置10の制御について説明する。図6は、時刻t2から時刻t3までの間の時刻tCにおいて流量を増加させるときの供給圧力P0の変化と第2バルブV2の開度とを示す。 The following describes the control of the flow control device 10 when switching the flow rate setting (predetermined control flow rate). Figure 6 shows the change in supply pressure P0 and the opening degree of the second valve V2 when the flow rate is increased at time tC between time t2 and time t3.

時刻t1までの流量設定では、当該流量設定に適合する基準圧力降下率(傾きAR1)に従うように第2バルブV2の開度B1が調節されている。また、時刻t2からtCまでにおいても、傾きAR1の基準にしたがって第2バルブV2の開度B1が調節されている。 When the flow rate is set up to time t1, the opening degree B1 of the second valve V2 is adjusted to conform to the reference pressure drop rate (slope AR1) that matches the flow rate setting. Also, from time t2 to tC, the opening degree B1 of the second valve V2 is adjusted according to the standard of the slope AR1.

そして、時刻tCにおいて流量設定を増大させるとき、その流量に適合する基準圧力降下率(より急峻な傾きAR2)が用いられる。このとき、圧力降下率A2を更新された基準に適合させるために、第2バルブV2の開度をより大きくする動作が行われる。このようにして、時刻tCにおいて基準を変更することによって、第2バルブV2の開度は新たな基準に対応する開度B2に変更される。 Then, when the flow rate setting is increased at time tC, a reference pressure drop rate (steeper slope AR2) that matches that flow rate is used. At this time, an operation is performed to increase the opening of second valve V2 so that pressure drop rate A2 matches the updated reference. In this way, by changing the reference at time tC, the opening of second valve V2 is changed to opening B2 that corresponds to the new reference.

なお、上記には基準圧力降下率(傾きAR2)が新たに設定される例を説明したが、上述したようにサンプリング周期ごとの所定時刻での目標供給圧力が設定されている場合、供給圧力P0を合わせ込むべき目標供給圧力として、新たな流量に対応する時間-目標供給圧力関数やテーブルに基づいて決定された目標値を用いるようにすればよい。 The above describes an example in which the reference pressure drop rate (slope AR2) is newly set, but if a target supply pressure at a specific time for each sampling period is set as described above, the target supply pressure to which the supply pressure P0 should be adjusted can be a target value determined based on a time-target supply pressure function or table corresponding to the new flow rate.

その後は、新たな流量設定に対応する供給圧力P0の降下率A3が維持されるように、必要に応じて開度B3の微調整を伴いながら、増加した新たな流量設定でガスを流し続けることができる。 Thereafter, gas can continue to flow at the new increased flow rate setting, with minor adjustments to the opening B3 as necessary, so that the rate of drop A3 of the supply pressure P0 corresponding to the new flow rate setting is maintained.

また、図7は、時刻t2から時刻t3までの間の時刻tCにおいて流量を減少させるときの供給圧力P0の変化と第2バルブV2の開度とを示す。 Figure 7 also shows the change in supply pressure P0 and the opening degree of second valve V2 when the flow rate is reduced at time tC between time t2 and time t3.

時刻t1までの流量設定では、当該流量設定に適合する基準圧力降下率(傾きAR1)に従うようにバルブV2の開度B1が調節されている。また、時刻t2からtCまでにおいても、傾きAR1の基準にしたがって第2バルブV2の開度B1が調節されている。 When the flow rate is set up to time t1, the opening degree B1 of valve V2 is adjusted to conform to the standard pressure drop rate (slope AR1) that matches that flow rate setting. Also, from time t2 to tC, the opening degree B1 of second valve V2 is adjusted according to the standard of slope AR1.

そして、時刻tcにおいて設定流量を減少させるとき、その流量に適合する基準圧力降下率(より緩やかな傾きAR3)、あるいは、目標供給圧力を示す関数やテーブルが用いられる。このとき、圧力降下率A2を更新された基準AR3に適合させるために、第2バルブV2の開度をより小さくする動作が行われ、新たな基準に対応する開度B2に変更される。その後は、新たな流量設定に対応する供給圧力P0の降下率A3が維持されるように、必要に応じて開度B3の微調整を伴いながら、減少した新たな流量設定でガスを流し続けることができる。 Then, when the set flow rate is reduced at time tc, a reference pressure drop rate (gentler slope AR3) that matches that flow rate, or a function or table indicating the target supply pressure, is used. At this time, in order to make the pressure drop rate A2 match the updated reference AR3, the opening of the second valve V2 is made smaller, and is changed to opening B2 that corresponds to the new reference. Thereafter, gas can continue to flow at the new reduced flow rate setting, with fine adjustment of opening B3 as necessary, so that the drop rate A3 of the supply pressure P0 that corresponds to the new flow rate setting is maintained.

本実施形態において、流量設定の変更は、上流開閉バルブV0が閉じられている期間において、供給圧力P0に対する基準を変更することで行われる。上記にはバルブ閉期間の途中の時刻tCにおいて基準を変更する例を説明したが、バルブ閉期間の最初(例えば時刻t2)から新たな基準を用いるように動作させてもよいことはもちろんである。 In this embodiment, the flow rate setting is changed by changing the reference for the supply pressure P0 during the period when the upstream opening/closing valve V0 is closed. Although an example of changing the reference at time tC during the valve closed period has been described above, it is of course also possible to operate the system so that a new reference is used from the beginning of the valve closed period (e.g., time t2).

本発明の実施形態にかかる流量制御装置は、例えば、半導体製造装置において供給ガスの流量を制御するために好適に利用される。 The flow control device according to the embodiment of the present invention is preferably used, for example, to control the flow rate of a supply gas in a semiconductor manufacturing device.

2 ガス供給源
4 下流遮断弁
6 プロセスチャンバ
8 真空ポンプ
10 流量制御装置
12 第1圧力センサ
14 第2圧力センサ
16 制御回路
100 ガス供給システム
V0 上流開閉バルブ
V1 第1バルブ(圧力制御弁)
V2 第2バルブ(開度調整弁)
2 Gas supply source 4 Downstream cutoff valve 6 Process chamber 8 Vacuum pump 10 Flow control device 12 First pressure sensor 14 Second pressure sensor 16 Control circuit 100 Gas supply system V0 Upstream opening/closing valve V1 First valve (pressure control valve)
V2 Second valve (opening adjustment valve)

Claims (8)

ガス供給源に接続された流路に設けられた上流開閉バルブと、
前記上流開閉バルブの下流側に設けられた開度調整可能な第1バルブと、
前記第1バルブの下流側に設けられた開度調整可能な第2バルブと、
前記上流開閉バルブの下流側かつ前記第1バルブの上流側の供給圧力を測定する第1圧力センサと、
前記第1バルブの下流側かつ前記第2バルブの上流側の保持圧力を測定する第2圧力センサと、
制御回路と
を備える流量制御装置であって、
前記制御回路は、前記第2バルブの下流側に所定制御流量でガスを流すとき、
前記上流開閉バルブをパルス的に複数回は開閉させ、
前記所定制御流量に対応する所定圧力に前記保持圧力を維持するために前記第2圧力センサの出力に基づいて前記第1バルブをフィードバック制御し続ける一方で、
前記上流開閉バルブを閉じている期間において、前記第1圧力センサを用いて測定した前記供給圧力の圧力降下特性と前記所定制御流量に対応する基準圧力降下特性との比較結果に基づいて、前記第2バルブの開度を調整するように構成されている、流量制御装置。
an upstream opening/closing valve provided in a flow path connected to a gas supply source;
a first valve whose opening degree is adjustable and which is provided downstream of the upstream opening/closing valve;
a second valve whose opening degree is adjustable and which is provided downstream of the first valve;
a first pressure sensor that measures a supply pressure downstream of the upstream opening/closing valve and upstream of the first valve;
a second pressure sensor measuring a holding pressure downstream of the first valve and upstream of the second valve;
A flow control device comprising:
When the control circuit causes gas to flow at a predetermined control flow rate to the downstream side of the second valve,
The upstream opening/closing valve is opened and closed a plurality of times in a pulsed manner,
continue to feedback control the first valve based on an output of the second pressure sensor to maintain the holding pressure at a predetermined pressure corresponding to the predetermined control flow rate;
a flow control device configured to adjust an opening degree of the second valve based on a comparison result between a pressure drop characteristic of the supply pressure measured using the first pressure sensor and a reference pressure drop characteristic corresponding to the specified control flow rate during a period in which the upstream opening/closing valve is closed.
前記第2バルブの下流側に所定制御流量でガスを流すとき、前記上流開閉バルブを閉じている期間とパルス的に1回開放する期間とが繰り返されるように構成されている、請求項1に記載の流量制御装置。 The flow control device according to claim 1, configured so that when gas is flowed downstream of the second valve at a predetermined control flow rate, a period in which the upstream opening/closing valve is closed and a period in which the upstream opening/closing valve is opened once in a pulsed manner are repeated. 前記第2バルブは開度センサを備え、前記上流開閉バルブを閉じている期間に測定された前記供給圧力の圧力降下特性と、前記所定制御流量に対応する基準圧力降下特性との比較結果に基づいて決定された前記開度センサの目標値となるように前記第2バルブの開度が調整される、請求項1または2に記載の流量制御装置。 The flow control device according to claim 1 or 2, wherein the second valve is equipped with an opening sensor, and the opening of the second valve is adjusted so as to reach a target value of the opening sensor determined based on a comparison result between a pressure drop characteristic of the supply pressure measured during a period in which the upstream opening/closing valve is closed and a reference pressure drop characteristic corresponding to the predetermined control flow rate. 前記上流開閉バルブと前記第1バルブとの間の容積をVs1とし、ΔP/Δtを所定期間Δtにおける前記供給圧力の圧力降下の大きさΔPを示す圧力降下率とし、C1を比例定数としたとき、Q=C1・Vs1・(ΔP/Δt)で規定される流量Qが前記所定制御流量となるように、前記圧力降下率(ΔP/Δt)に基づく前記第2バルブの開度の調整が行われる、請求項1から3のいずれかに記載の流量制御装置。 4. The flow control device according to claim 1, wherein when a volume between the upstream opening/closing valve and the first valve is Vs1, ΔP/Δt is a pressure drop rate indicating a magnitude ΔP of a pressure drop in the supply pressure in a predetermined period Δt, and C1 is a proportional constant, an opening degree of the second valve is adjusted based on the pressure drop rate (ΔP/Δt) so that a flow rate Q defined by Q = C1 · Vs1 · (ΔP/Δt) becomes the predetermined control flow rate. 流量ゼロから前記所定制御流量に立ち上げるとき、前記制御回路は、
前記上流開閉バルブおよび前記第1バルブを開くとともに前記第2バルブを閉じて前記供給圧力と前記保持圧力とが同等に維持されている状態から、前記上流開閉バルブのみを閉じ、
前記上流開閉バルブのみを閉じた後に測定した前記供給圧力または前記保持圧力の圧力降下率に基づいて決定された演算流量が前記所定制御流量に近づくように前記第2バルブの開度がフィードバック制御される、請求項1から4のいずれかに記載の流量制御装置。
When the flow rate is increased from zero to the predetermined control flow rate, the control circuit
opening the upstream opening/closing valve and the first valve and closing the second valve to maintain the supply pressure and the holding pressure equal to each other, and then closing only the upstream opening/closing valve;
5. The flow control device according to claim 1, wherein an opening degree of the second valve is feedback-controlled so that a calculated flow rate determined based on a pressure drop rate of the supply pressure or the holding pressure measured after only the upstream opening/closing valve is closed approaches the predetermined control flow rate.
前記上流開閉バルブが閉じられたまま、前記第2バルブをフィードバック制御により開き前記所定制御流量でガスが流れる状態を維持しながら前記供給圧力または前記保持圧力が所定値まで低下した時点で、前記上流開閉バルブをパルス的に開放する動作を開始するとともに前記第1バルブを前記第2圧力センサの出力に基づいてフィードバック制御する動作を開始する、請求項5に記載の流量制御装置。 The flow control device according to claim 5, which starts an operation of opening the upstream opening/closing valve in a pulsed manner and starts an operation of feedback-controlling the first valve based on the output of the second pressure sensor when the supply pressure or the holding pressure drops to a predetermined value while maintaining a state in which the upstream opening/closing valve is closed and the second valve is opened by feedback control to allow gas to flow at the predetermined control flow rate. 流量ゼロから前記所定制御流量に立ち上げるとき、前記上流開閉バルブと前記第1バルブとの間の容積をVs1とし、前記第1バルブと前記第2バルブと間の容積をVs2とし、ΔP/Δtを所定期間Δtにおける前記供給圧力または前記保持圧力の圧力降下の大きさΔPを示す圧力降下率とし、C2を比例定数としたとき、Q=C2・(Vs1+Vs2)・(ΔP/Δt)で規定される流量Qが前記所定制御流量となるように、前記第2バルブの開度のフィードバック制御が行われる、請求項5または6に記載の流量制御装置。 7. The flow control device according to claim 5 or 6, wherein, when a flow rate is increased from zero to the predetermined control flow rate, a feedback control of an opening degree of the second valve is performed so that a flow rate Q defined by Q = C2 (Vs1 + Vs2) (ΔP/Δt) becomes the predetermined control flow rate, where Vs1 is a volume between the upstream opening/closing valve and the first valve , Vs2 is a volume between the first valve and the second valve, ΔP/Δt is a pressure drop rate indicating a magnitude ΔP of a pressure drop in the supply pressure or the holding pressure in a predetermined period Δt, and C2 is a proportionality constant. 前記所定制御流量を、第1の流量から第2の流量に切り替えるとき、前記上流開閉バルブを閉じている期間において、測定した前記供給圧力の圧力降下特性と比較するための基準圧力降下特性を、第1の流量に対応する基準圧力降下特性から第2の流量に対応する基準圧力降下特性に切り替え、更新された基準圧力降下特性に基づいて前記第2バルブの開度を調整することによって流量の切り替えを行うように構成されている、請求項1から7のいずれかに記載の流量制御装置。 The flow control device according to any one of claims 1 to 7, configured to switch the flow rate when the predetermined control flow rate is switched from a first flow rate to a second flow rate, during a period in which the upstream opening/closing valve is closed, by switching a reference pressure drop characteristic for comparison with the pressure drop characteristic of the measured supply pressure from a reference pressure drop characteristic corresponding to the first flow rate to a reference pressure drop characteristic corresponding to the second flow rate, and adjusting the opening of the second valve based on the updated reference pressure drop characteristic.
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