JPH11259140A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上流側のガス圧が変動してマスフローコント
ローラを通過するガスの流速が変わると、同じ弁開度で
も流量が変ってしまうが、そのような場合でも、弁開度
を補正するようにして、流量設定値と実流量との誤差を
できるだけ低減して、より高精度な流量制御ができるよ
うにする。 【解決手段】 流量設定値と流量検出値の偏差に応じて
ガス流量が流量設定値になるように流量制御弁２の弁開
度を制御する既存のマスフローコントローラ１を備え
る。このマスフローコントローラ１に、流量制御弁２の
上流側のガス圧力を検出する圧力センサ８と、圧力セン
サ８の圧力検出値に応じてマスフローコントローラ１に
加える流量設定値を、ガス圧の変動によっても流量が変
らないように補正する演算処理装置５とを設ける。この
演算処理装置５から加える補正流量設定値は、結果的に
弁開度信号を補正することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流量制御装置に係
り、特に圧力に起因する流速の変化によって生じるる流
量誤差を低減したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は半導体製造装置にガスを供給する
ガス配管６に組み込んだ従来のマスフローコントローラ
１を示す。マスフローコントローラ１は、外部から与え
られる流量設定値と、流量センサ３によって検出される
ガス配管６を流れるガス流量検出値とを流量制御部４に
加え、この流量制御部４で流量設定値と流量検出値との
偏差に応じた弁開度信号を生成し、この弁開度信号を流
量制御弁２に加えてその弁開度を制御することによっ
て、ガス流量が流量設定値になるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マスフロー
コントローラ１の下流側にある半導体製造装置の反応管
の圧力は真空のときも、大気圧のときもほぼ一定に保た
れる。このような条件下で、流量制御弁２の入口側（上
流側）の圧力が変動すると、下流側との圧力差が生じる
ためガスの流速が変化する。ガス流速が変化すると同じ
弁開度に対して流量が変ってしまう。

【０００４】ところが従来のマスフローコントローラ１
では、マスフローコントローラ１の上流側のガス圧力に
関係なく流量制御弁２の弁開度を制御していたため、流
量制御弁２の上流側のガス圧が変化して下流側との圧力
差が変動すると、実流量が流量設定値に対して数％程度
変化し、高精度な流量制御ができないという問題があっ
た。なお、実流量とは流量センサで検出した流量検出値
と同義である。

【０００５】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、流体圧力に関わらず、より高精度に流量
制御のできる流量制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、流量設定値と
流量検出値の偏差に応じて流体の流量が流量設定値にな
るように流量制御弁の弁開度を制御する流量制御装置に
おいて、前記流量制御弁の少なくとも上流側に圧力検出
手段を設け、前記圧力検出手段の圧力検出値に応じて前
記弁開度信号を補正する補正手段とを備えたものであ
る。

【０００７】圧力が変化すると流体の流速が変化するた
め、流量設定値と流量検出値との偏差に応じて流量制御
弁の弁開度を制御しても、流量設定値と実流量との間に
誤差が生じる。しかし、本発明のように圧力検出手段の
圧力検出値に応じて弁開度信号を補正するようにする
と、圧力が変化して流体の流速が変化しても、誤差の少
ない流量設定値に近い実流量が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【０００９】図１は半導体製造装置にガスを供給するガ
ス配管６に取り付けた流量制御装置を示す。流量制御装
置は、マスフローコントローラ１と、圧力検出手段とし
ての圧力センサ８と、補正手段としての演算処理装置５
とから構成される。

【００１０】マスフローコントローラ１は従来例と同じ
構成であり、外部から与えられる補正流量設定値と、流
量センサ３によって検出されるガス配管６を流れる流量
検出値とを流量制御部４に加え、この流量制御部４で流
量設定値と流量検出値との偏差に応じた弁開度信号を生
成し、この弁開度信号を流量制御弁２に加えることによ
ってガス流量が補正流量設定値になるようにその弁開度
を制御する。

【００１１】圧力センサ８は、ダイヤフラムやブルドン
管を使用した公知のもので構成され、マスフローコント
ローラ１のガスが流れる方向に向かって上流側のガス配
管６に設けて、マスフローコントローラ１の上流側のガ
ス圧を検出するようになっている。なお、圧力センサ８
は図示例のようにマスフローコントローラ１の外部のガ
ス配管６に設けても、あるいはマスフローコントローラ
１内に設けてもよい。また、ここで圧力センサとは圧力
を直接的に検出するものから、検出された物理量を演算
して圧力を求め、その圧力値を出力する装置まで含む。

【００１２】演算処理装置５は、Ａ／Ｄコンバータ、マ
イクロプロセッサおよびＤ／Ａコンバータなどから構成
され、圧力センサ８のアナログ圧力検出値、および本来
のアナログ流量設定値をそれぞれデジタル変換し、デジ
タル変換された圧力検出値に応じて、本来の流量設定値
を補正して、その補正した補正流量設定値をアナログ変
換してマスフローコントローラ１に加えるようになって
いる。すなわち流量制御装置は圧力に応じた補正データ
で流量制御弁２の弁開度信号を結果的に補正するように
なっている。なお、演算処理装置５はマスフローコント
ローラ１内の流量制御部４内に設けるようにしてもよ
い。

【００１３】次に、圧力に応じた補正データの取得方法
について述べる。この補正データはあらかじめ取得して
おき、そのデータをもとに演算処理装置５のプログラム
を作ることになる。そのためにマスフローコントローラ
１の下流側のガス配管６に別の流量センサ（図示せず）
を取り付け、上流側に設けた圧力センサ８により検出さ
れた検出圧力値に対するガス流量の変化データを取得で
きるようにする。

【００１４】補正データは流量設定値ごと、圧力ごとに
取得する。そのために図２に示すように、まず流量設定
値を読み込み（ステップ２０１）、さらに圧力検出値を
読み込む（ステップ２０２）。そのときのガス流量の変
化データを別に設けた流量センサから検出する（ステッ
プ２０３）。このときのデータで変化していないときの
上流側圧力が基準圧力となり、これを記憶する（ステッ
プ２０４）。

【００１５】ここに前記基準圧力のときは実流量が流量
設定値にほぼ一致し、一致しないときは基準圧力との差
が補正値へと変換される。基準圧力値は、マスフローコ
ントローラの大きさやガス種によって異なるので、マス
フローコントローラの種類が変るごとに、またガス種が
変るごとにデータを取得する。

【００１６】さて全圧力にわたって上記データを取得す
るまで圧力値を一定量シフト（ステップ２０５、２０
６）してステップ２０２〜ステップ２０６を繰り返す。
全圧力にわたって上記データを取得したら、全流量設定
値についてデータを取得するまで流量設定値を一定量シ
フト（ステップ２０７、２０８）してステップ２０１〜
ステップ２０８を繰り返す。全流量設定値についてデー
タの取得が終了したら、取得した全データを基に補正計
算式を求める（ステップ２０９）。

【００１７】具体的には、図３に示すように、流量設定
値と実流量とが一致する基準圧力を境にして、基準圧力
よりも検出圧力（上流側圧力）が大きいと、検出圧力値
に応じて流量設定値よりも実流量が増加していき、逆に
基準圧力よりも検出圧力が小さいと、検出圧力値に応じ
て流量設定値よりも実流量が減少していく傾向にある。
したがって、流量設定値が一定のとき、同様に一定であ
った弁開度（実線）を、二点鎖線に示す補正弁開度のよ
うに補正してやる。すなわち、基準圧力と検出圧力とを
比較して、正のときは弁開度を減ずる方向（下向き矢
印）に補正し、負のときは弁開度を増加する方向（上向
き矢印）に補正してやる。この補正特性に基づく計算式
を求める。図３のデータは流量設定値ごとに取る。な
お、必ずしも計算で補正する必要はないので、圧力に対
する補正流量設定値との対応表をＲＯＭに作成するルッ
クアップテーブル方式としてもよい。

【００１８】次に、図４のフローチャートを用いて本実
施形態の圧力補正による流量制御を説明する。フローの
追加部分は点線で囲ったＡの部分である。演算処理装置
５に、ガス配管６に流したいガス流量の流量設定値を読
み込み（ステップ４０１）、さらに圧力センサ８から流
量制御弁２の上流側に流れているガスの圧力検出値を読
み込む（ステップ４０２）。

【００１９】演算処理装置５は、圧力検出値と予め記憶
しておいた基準圧力とを比較して、その比較結果に応じ
て流量設定値を補正する演算処理を行い、処理結果であ
る補正流量設定値を出力する（ステップ４０３）。な
お、演算処理装置５がルックアップテーブルで構成され
ている場合には、比較結果に対応した補正流量設定値を
ルックアップテーブルより求める。

【００２０】流量制御部４は、前記補正流量設定値を取
り込み、さらに流量センサ３からガスの実流量を検出し
た流量検出値を取り込む（ステップ４０４）。そして取
り込んだこれらの流量設定値と流量検出値の偏差に応じ
て流量制御弁２の弁開度をＰＩＤ制御する。このとき流
量制御弁２に与えられる弁開度信号は、結果的に前記補
正流量と圧力検出値に応じて演算処理装置５にて補正さ
れたものとなる。偏差が許容値σ以下になるまで前記Ｐ
ＩＤ制御を繰返す。

【００２１】このように、マスフローコントローラ１に
本来の流量設定値を直接加えずに、圧力を考慮して補正
した補正流量設定値をマスフローコントローラ１に加え
るようにしたので、図５に示すように、マスフローコン
トローラのみの制御では、設定流量（実線）と実流量
（点線）との間に数％（具体的には約２％）の誤差があ
ったが、圧力補正による流量制御装置の制御では、その
誤差をさらに低くすることができ、実流量（一点鎖線）
をかぎりなく流量設定値に近づけることができた。

【００２２】また、本実施の形態では既存のマスフロー
コントローラがそのまま使用でき、マスフローコントロ
ーラに圧力センサと演算処理装置を加えるだけの簡単な
構造で、マスフローコントローラの上流側の圧力が変動
しても、精度良く流量制御を行うことができる。

【００２３】なお上記実施の形態では、半導体製造装置
を同じ状況で使用するとき、マスフローコントローラの
下流側の圧力が真空、大気圧にかかわらずほぼ一定とな
る場合を想定して説明した。この場合、マスフローコン
トローラの上流側の圧力のみを検出して、その圧力検出
値に基づいて弁開度を補正するだけでも再現性が十分に
取れる。しかし、これをさらに一般化することも可能で
ある。図６に示すように、マスフローコントローラ１の
下流側にさらに第２の圧力センサ７を設けて、上流側圧
力センサ８と下流側圧力センサ７とを演算処理装置５に
加え、これらの圧力差に基づいて流量設定値を補正す
る。これによればマスフローコントローラの下流の圧力
が変動しても、再現性のよい高精度な流量制御を行うこ
とができる。

【００２４】また実施の形態では、既存のマスフローコ
ントローラを用いるようにしたため、マスフローコント
ローラに補正した流量設定値を加えるようにしたが、マ
スフローコントローラ自体に変更を加えて弁開度出力信
号を直接補正するようにしてもよい。すなわち図７に示
すように、流量設定値と流量検出値とを比較器１１で比
較して、その偏差に基づいて弁開度出力部１３へ加える
信号をＰＩＤ制御し、その結果、弁開度出力部１３から
出力される弁開度信号を加算器（または減算器）１４に
加え、そこで圧力値に基づいた補正を行って、補正弁開
度出力を取り出す。この補正弁開度出力によって流量制
御弁を制御しても、上記した実施の形態と同じ効果が得
られる。なお前記圧力値は、上流側の圧力値、または上
流側と下流側との圧力差である。

【００２５】また、本発明の流量制御装置は実施形態の
ようにガスに限定されず液体に適用してもよい。さらに
図示例では流量センサを流量制御弁の下流側に設けて、
流量制御弁の下流側に流れているガスの流量を検出して
いるが、流量センサを流量制御弁の上流側に設けて、上
流側のガス流量を検出するようにしてもよいことはもち
ろんである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、弁開度信号を圧力検出
値で補正するようにしたので、圧力によって流体の流速
が変化しても、誤差の少ない高精度な流量制御ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の流量制御装置の説明図である。

【図２】補正計算式を求めるフローチャートである。

【図３】上流側圧力と流量、弁開度との関係および補正
の説明を示す特性図である。

【図４】実施形態の流量制御を説明するフローチャート
である。

【図５】流量設定値に対する実流量の関係を示す時間に
関する流量特性図である。

【図６】実施形態を一般化した流量制御装置の説明図で
ある。

【図７】他の実施形態の流量制御装置の説明図である。

【図８】従来のマスフローコントローラの説明図であ
る。

【符号の説明】

１ マスフローコントローラ ２ 流量制御弁 ３ 流量センサ ４ 流量制御部 ５ 演算処理装置 ６ ガス配管 ８ 圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流量設定値と流量検出値の偏差に応じて流
   体の流量が流量設定値になるように流量制御弁の弁開度
   を制御する流量制御装置において、 前記流量制御弁の少なくとも上流側に圧力検出手段を設
   け、 前記圧力検出手段の圧力検出値に応じて前記弁開度信号
   を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする流量制
   御装置。