JPWO2015064035A1 - 圧力式流量制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧力式流量制御装置を用いた流体流量制御において、流量切換時の立下げ応答時間の大幅な短縮を図り、立下げ応答特性を高めることを可能にした圧力式流量制御装置を提供する。本発明は、流体入口と流体出口間を連通する流体通路及び流体通路と排気出口間を連通する排気通路を設けた本体と、本体の流体入口側に固定されて流体通路の上流側を開閉する圧力制御用コントロール弁と、その下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサと、前記排気通路の分岐箇所より下流の流体通路内に設けたオリフィスと、前記排気通路を開閉する排気制御用コントロール弁とから圧力式流量制御装置を構成すると共に、当該圧力式流量制御装置による流体流量の変更時に、圧力制御用コントロール弁と排気制御用コントロール弁を作動させ、圧力制御用コントロール弁とオリフィス間の流体通路空間内を強制排気することにより、流量変更時の立下げ応答速度を高める。

Description

本発明は、圧力式流量制御装置の改良に関するものであり、応答性を高めることにより、半導体製造装置用等の原料ガス供給装置の作動性能を大幅に高めた圧力式流量制御装置に関するものである。

従前から、半導体製造装置用等の原料ガス供給装置に於いては、供給ガスの流量制御に熱式流量制御装置や圧力式流量制御装置が広く利用されている。特に、後者の圧力式流量制御装置ＦＣＳは、図６に示すように、コントロール弁ＣＶや温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、オリフィスＯＬ、温度補正・流量演算回路ＣＤａと比較回路ＣＤｂと入出力回路ＣＤｃと出力回路ＣＤｄ等から成る演算制御部ＣＤ等から構成されており、一次側供給圧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特性を具備している。

即ち、図６の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、圧力検出器Ｐ及び温度検出器Ｔからの検出値が温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力され、ここで検出圧力の温度補正と流量演算が行われ、流量演算値Ｑｔが比較回路ＣＤｂへ入力される。また、設定流量に対応する入力信号Ｑ_Sが端子Ｉｎから入力され、入出力回路ＣＤｃを介して比較回路ＣＤｂへ入力され、ここで前記温度補正・流量演算回路ＣＤａからの流量演算値Ｑｔと比較される。比較の結果、設定流量入力信号Ｑｓが流量演算値Ｑｔより小さい場合には、コントロール弁ＣＶの駆動部へ制御信号Ｐｄが出力される。これによりコントロール弁ＣＶが閉鎖方向へ駆動され、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで閉弁方向へ駆動される。

当該圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、オリフィスＯＬの下流側圧力Ｐ_２と上流側圧力Ｐ_１との間にＰ_１／Ｐ_２≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されていると、オリフィスＯＬを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）となり、また、臨界膨張条件が満たされていないと、オリフィスＯＬを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（但しＫ、ｍ、ｎは定数）となる。

従って、圧力Ｐ_１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、コントロール弁ＣＶの上流側ガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないという優れた特性を発揮することができる。

上記ガス流量ＱをＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）として演算する方式の圧力式流量制御装置は、一般にＦＣＳ−Ｎ型と呼ばれているものであり、また、ガス流量ＱをＱ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（但しＫ、ｍ、ｎは定数）として演算する方式の圧力式流量制御装置は、一般にＦＣＳ−ＷＲ型と呼ばれているものである。

更に、この種の圧力式流量制御装置には、この他に、複数のオリフィスＯＬを並列状に連結し、切換弁によって少なくとも一つのオリフィスにガスを流通させるようにしたオリフィス機構、例えば、二個のオリフィスを並列状に接続し、一つのオリフィスの入口側に切換弁を設けてそれを開又は閉とすることにより流量制御範囲を変更できるようにしたオリフィス機構を、上記ＦＣＳ−Ｎ型のオリフィスとして用いたＦＣＳ−ＳＮ型や、同じオリフィス機構を上記ＦＣＳ−ＷＲ型のオリフィスとして用いたＦＣＳ−ＳＷＲ型と呼ばれているものが存在する。

尚、上記ＦＣＳ−Ｎ型、ＦＣＳ−ＳＮ型、ＦＣＳ−ＷＲ型及びＦＣＳ−ＳＷＲ型の各圧力式流量制御装置そのものの構成や作動原理等は既に公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する(特開平８−３３８５４６号、特開２００３−１９５９４８号等)。

また、上記圧力式流量制御装置ＦＣＳには、図７に示すように、(a)の如き構成の臨界条件下のガス流体を対象とする圧力式流量制御装置ＦＣＳ（以下、ＦＣＳ-Ｎ型と呼ぶ・特開平８−３３８５４６号等）や、（b）の臨界条件下と非臨界条件下の両ガス流体を対象とするＦＣＳ-ＷＲ型（特開２００３−１９５９４８号等）、(c)の臨界条件下のガス流体を対象とする流量切換型のＦＣＳ-Ｓ型（特開２００６−３３０８５１号等）、及び(d)の臨界条件下と非臨界条件下の両ガス流体を対象とする流量切換型のＦＣＳ-ＳＷＲ型（特願２０１０−５１２９１６号等）が存在する。
尚、図７において、Ｐ_１，Ｐ_２は圧力センサ、ＣＶはコントロール弁、ＯLはオリフィス、ＯL_１は小口径オリフィス、ＯL_２は大口径オリフィス、ORVはオリフィス切換弁である。

しかし、この種の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、微小な穴径のオリフィスＯLを使用しているためガスの置換性が悪く、圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶを閉鎖して出力側を開放した場合に、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯL間の空間部のガスの排出に多くの時間が掛かり、所謂ガスの立下げ応答性が極めて悪いと云う問題がある。

図８は、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳ-Ｎ型の連続ステップ時の立下げ応答特性の一例を示すものであり、オリフィスＯLの下流側の空気作動弁（図示省略）を開放して一定流量のガスを圧力式流量制御装置を介して供給中に、ガス供給量をスッテップ状に立下げした場合、大流量用の圧力式流量制御装置の場合（折れ線A）に比較して小流量用の圧力式流量制御装置の場合（折れ線B）には、所定の流量にまで立下げするのに１．５秒以上の時間を必要とするのが現状である。

より具体的には、ＦＣＳ-Ｎ型及びＦＣＳ-ＷＲ型の場合、オリフィスＯL_１の下流側圧力が１００Ｔｏｒｒで、流量を１００％から１％及び１００％から４％に立下げするには、夫々約１秒以上を必要とするが、半導体製造装置（例えば、エッチャー）の方からは、１秒以下の時間内で流量を１００％から１％に立下げすることが求められている。

また、ＦＣＳ-Ｓ型及びＦＣＳ-ＳＷＲ型の場合、オリフィスＯLの下流側圧力が１００Ｔｏｒｒで、流量を１００％から１０％及び１００％から０．１６％に立下げるには、夫々約１．２秒以上を必要とするが、半導体製造装置（例えば、エッチャー）の方からは、１.２秒以下の時間内で流量を１００％から１０％に立下げすることが求められている。

一方、上記圧力式流量制御装置の立下げ応答特性を高めるため、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯL間のガス通路の内容積を可能な限り小さくする工夫が為されている。
図９はその一例を示すものであり、コントロール弁ＣＶの流体の流れ方向を通常のコントロール弁ＣＶとは逆向きにし、ダイヤフラム弁体２０の外周縁部と弁座２aの間隙を通してガスを流入させ、弁座２aの中央からガスを流出させる構造とすることによりガス流路の内容積を減少させるようにした、内容積極小型の本体２を用いた圧力式流量制御装置である。

しかし、図９の内容積極小型の本体２を用いた圧力式流量制御装置に於いても、ガス流路の内容積減少により立下げ応答特性を大幅に向上させることは困難であり、図１０に示すように、定格流量が１０ＳＣＣＭと少ない場合には、Ｎ_２ガスの場合で１００％から０％への立下げに約１秒間の時間を必要とし、ガス種がＣ_４Ｆ_８（フローファクタ＝０．３５２２６０）の場合には、約３秒程度の時間を必要とする現状にある。
尚、図１０に於いて、Ｃは流量１０ＳＣＣＭ、Ｄは流量２０ＳＣＣＭ、Ｅは流量１６０ ＳＣＣＭの場合の立下げ特性を示すものである。

また、従来の圧力式流量制御装置において、例えばオリフィス下流側に接続されるガス供給ラインが切換弁等で一時的に閉鎖されている間に、コントロール弁ＣＶを閉鎖して流量制御を中断した場合に、コントロール弁ＣＶからの原料ガスの微小リークにより流体通路内圧が高なることあり、その結果、再度流量制御を開始したときに、流体通路内圧が高くなっていることにより、立上げ時の流量制御に所謂オーバーシュートにより応答性を低下させる恐れもあった。

上述のように、内容積極小型の本体を用いた圧力式流量制御装置に於いても、圧力式流量制御装置の立下げ応答性特性を十分に高めることが困難であり、従前の圧力式流量制御装置には、定格流量の小さい場合の立下げ応答特性が悪い等の問題が、依然として残されている。

特開平８−３３８５４６号 特開平1０−５５２１８号 特開２００３−１９５９４８号 特開２００６−３３０８５１号 特願２０１０−５１２９１６号

本発明は、従前の圧力式流量制御装置に於ける上述のような問題、即ち、イ. 流量制御に於ける立下げ応答性が低いこと、ロ.本体の容積極小化による応答性の向上にも限界があり、十分な応答性の向上が図れないこと、ハ.Ｃ_４Ｆ_８等のガス種によっては、本体の内容積極小化のみでは立下げ応答性の向上が困難なこと等の問題を解決せんとするものであり、制御流量の立下げ時にコントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ間の流体通路空間内の残留ガスを強制排気することにより、流量制御精度や流量制御範囲の変化を来たすことなしに圧力式流量制御装置の応答特性を飛躍的に高めることを可能にした、圧力式流量制御装置を提供することを発明の主目的とするものである。

先ず、本発明者等は、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ間の流体通路の残留ガスを強制排気することによる立下げ特性の改善を検討するために、図１１に示すような真空排気による圧力式流量制御装置の応答特性測定装置を用いて、各種の立下げ特性の測定を行った。

尚、図１１に於いて、ＲＧは圧力調整器、Ｐ_０は供給圧力センサ、ＣＶa,ＣＶbはコントロール弁、Ｐ１a、 Ｐ１bは圧力センサ、ＵＰＣ₁,ＵＰＣ_２は圧力制御器、 ＶＬ₂, ＶＬ₃は真空引きラインであり、前記ＵＰＣ₁とオリフィスＯＬにより圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）が構成されている。 また、圧力調制御器ＵＰＣ₁とオリフィスＯＬ間の空間部ＶＬ₁の容積は、６．０ＣＣに設定されている。

即ち、圧力制御器ＵＰＣ₁とオリフィスＯＬからなる圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）により供給ガスの流量制御を行うと共に、圧力調整器ＵＰＣ_２により排気機能（制御圧力の立下げ時間）を調整する。そして、両圧力調整器ＵＰＣ₁, ＵＰＣ_２へ同時に所定の設定圧力を入力し、圧力センサＰ１a、 Ｐ１bにより両圧力制御器ＵＰＣ₁, ＵＰＣ_２の制御圧のステップ応答特性を測定した。

図１２は、上記図１１の応答特性試験装置による立下げ特性の測定結果を示すものであり、（a）は、圧力調整器ＵＰＣ₁のコントロールバルブＣＶaのみによって１００％流量から８０％流量、６０％流量、４０％流量、２０％流量の順に流量を減少させる圧力制御（流量制御）をした場合を示すものであり、線Ｆ₁は圧力調整器ＵＰＣ_１への制御圧力入力信号の電圧波形、線Ｆ₂は圧力調整器ＵＰＣ_１の制御圧力出力信号の電圧波形である。

図１２の（a）からも明らかなように、制御圧力出力信号の電圧波形の立下りには１秒以上の時間を必要とすることに成る。

これに対して、図１２（b）は、圧力調整器ＵＰＣ_２を同時に作動させることにより内部空間ＶＬ₁内を真空排気した場合を示すものであり、立下がり応答時間が０．５秒以下に短縮可能なことが判明した。尚、圧力調整器ＵＰＣ₁へのガス（Ｎ₂）供給圧は３００kＰa absであり、オリフィスＯＬは定格流量２６０ＳＣＣＭである。また、真空排気圧は10^-5Ｔｏｒｒである。

図１３は、上記図１２の応答特性測定装置による立上げ特性の測定結果を示すものであり、（a）は、圧力調整器ＵＰＣ₁のコントロールバルブＣＶaのみによって０％流量から２０％流量、４０％流量、６０％流量、８０％、１００％流量の順に流量を増加させる圧力制御（流量制御）をした場合を示すものであり、線F₁は圧力調整器ＵＰＣ_１への制御圧力入力信号の電圧波形、線Ｆ₂は圧力調整器ＵＰＣ_１の制御圧力出力信号の電圧波形である。

これに対して、図１３（b）は、圧力調整器ＵＰＣ_２を同時に作動させた場合の立上げ応答特性を示すものである。図１３（a）との対比からも明らかなように、立上げ応答時は圧力調整器ＵＰＣ_２から真空排気する必要がなく動作しないため、図１３（b）の立上げ時の応答時間は図１３（ａ）の場合と略同一であり、立上げ応答時間が０．５秒以下であることが確認された。尚、圧力調整器ＵＰＣ₁へのガス（Ｎ₂）供給圧は３００kＰa absであり、オリフィスＯＬは定格流量２６０ＳＣＣＭ用のものである。また、真空排気圧は10^-5Ｔｏｒｒである。

図１４は、上記図１１の応答特性測定装置による立下げ特性測定時の各コントロール弁ＣＶa・ＣＶbの駆動用ピエゾ素子（図示省略）の入力電圧の変動状態を示すものであり、（a）は、圧力調整器ＵＰＣ₁のコントロールバルブＣＶaのみによって１００％流量から８０％流量、６０％流量の順に流量を減少させる圧力制御（流量制御）をした場合のピエゾ素子駆動電圧を示すものである。尚、線Ｆ_１は圧力調整器ＵＰＣ_１への制御圧力入力信号の電圧波形、線Ｆ₂は圧力調整器ＵＰＣ_１の制御圧力出力信号の電圧波形である。

また、（b）はガス供給用のコントロールバルブＣＶa のピエゾ駆動素子への入力電圧波形Ｆ₁₀を示すものを示すものであり、（c）は排気用のコントロールバルブＣＶbのピエゾ駆動素子への入力電圧波形Ｆ₂₀を示すものである。
尚、各ピエゾ駆動素子への入力電圧波形Ｆ₁₀、Ｆ₂₀は、実際の１/３０倍で示されている。

本発明に係る圧力式流量制御装置は、上記応答特性試験装置を用いた各試験結果を基にして創作されたものであり、流体入口と流体出口との間間を連通する流体通路及び該流体通路から分岐して該流体流路と排気出口との間を連通する排気通路を設けた本体と、該本体の流体入口側に固定されて前記流体通路の上流側を開閉する圧力制御用コントロール弁と、該圧力制御用コントロール弁の下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサと、前記排気通路の分岐箇所より下流の流体通路内に設けたオリフィスと、前記排気通路を開閉する排気制御用コントロール弁と、を備えることを特徴とする。

前記圧力式流量制御装置は、オリフィス下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサを備えた構成のFCS-WR型圧力式流量制御装置としてもよい。

前記圧力式流量制御装置は、複数のオリフィスを並列状に連結し、切換弁により少なくとも一つのオリフィスに流体を流通させる構成のFCS-SN型圧力式流量制御装置としてもよい。

前記圧力式流量制御装置は、複数のオリフィスを並列状に連結し、切換弁により少なくとも一つのオリフィスに流体を流通させると共に、オリフィス下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサを備えた構成のFCS-SWS型圧力式流量制御装置としてもよい。

前記圧力制御用コントロール弁及び排気制御用コントロール弁を、ピエゾ素子駆動型の金属ダイヤフラム式制御弁としてもよい。

前記排気制御用コントロール弁のピエゾ駆動素子への入力電圧の調整により、立下げ応答時間を制御する構成としてもよい。

前記排気制御用コントロール弁を、空気圧駆動弁又は電磁駆動弁とするようにしたもよく、また、排気出口に接続した真空ポンプにより排気通路内を強制排気する構成としてもよい。

本発明に係る圧力式流量制御装置に於いては、流体通路及び排気通路を設けた本体と、本体に固定した流体通路の上流側を開閉する圧力制御用コントロール弁と、その下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサと、排気通路の分岐箇所より下流の流体通路内に設けたオリフィスと、排気通路を開閉する排気制御用コントロール弁とを備えることにより、当該圧力式流量制御装置による流体流量の変更時に、圧力制御用コントロール弁と排気制御用コントロール弁を作動させ、圧力制御用コントロール弁とオリフィス間の流体通路空間内を強制排気することで、制御流量の変動時に於ける制御応答性が高まり、流量制御の立下げ時間を大幅に短縮できるだけでなく、その立下げ時間の調整も容易に行うことができ、また、圧力式流量制御装置の所謂ガス置換性の向上とこれよる設備稼働率の向上、半導体製品の品質向上等が可能となる。

また、圧力式流量制御装置の本体の横幅寸法を任意に選定、例えば従前の圧力式流量制御装置の横幅寸法９２mmに合わせることが可能となり、その結果、従来設備の改修にも当該圧力式流量制御装置を容易に適用することができる。

更に、真空排気ラインをブラインド（取除いて閉塞すること）ことにより、通常の圧力式流量制御装置としても適用することが出来る。

本発明に係る圧力式流量制御装置の基本構成を示す縦断面図である。 本発明に係る圧力式流量制御装置を適用したガス供給ボックスの構成を示す系統図である。 本実施形態に係る圧力式流量制御装置の連続ステップ時の立下がり応答特性を示す線グラフである。 流量設定を増加させた場合の、圧力制御用コントロール弁６と排気制御用コントロール弁７のピエゾ駆動素子への入力電圧の変動状態、及び、圧力センサP1の出力（圧力）を示す線グラフである。 設定流量を減少させた場合の、圧力制御用コントロール弁６と排気制御用コントロール弁７のピエゾ駆動素子への入力電圧の変動状態、及び、圧力センサP1の出力（圧力）を示す線グラフである。 従前の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）の基本構成図である。 従前の各種形式の圧力式流量制御装置の概略構成図であり、（a）はＦＣＳ−Ｎ型，b）は圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−ＷＲ型）、（c）はＦＣＳ−ＳＮ型、（d）はＦＣＳ−ＳＷＲ型を示すものである。 従前の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）の連続スッテップ時の立下げ応答特性の一例を示す線グラフである。 内容積極小型の本体を用いた圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型、ＦＣＳ−ＷＲ型）のバルブ機構部の概要図である。 図９の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）の１００％から０％間の流量の立下げ特性曲線を示す線グラフである。 真空排気ラインを設けた圧力式流量制御装置の応答特性測定装置の系統構成図である。 図１１の応答特性測定装置により測定した立下げ応答特性の測定結果を示す線グラフであり、（a）は供給側のコントロール弁のみで立下げした場合、（b）は供給側と真空排気側の両コントロール弁により立下げした場合を示す線グラフである。 図１１の応答特性測定装置により測定した立上げ応答特性の測定結果を示す線グラフであり、（a）は供給側のコントロール弁のみで立上げした場合、（b）は供給側と真空排気側の両コントロール弁により立上げした場合を示す線グラフである。 図１１の応答特性試験装置による立下がり特性測定時の各コントロール弁ＣＶa・ＣＶbの駆動用ピエゾ素子（図示省略）の入力電圧の変動状態を示す線グラフであり、（a）は、真空排気ラインを作動しない時の圧力制御器ＵＰＣ₁の制御圧力入力及び出力信号の電圧を、（b）は、真空排気ラインを作動した時の圧力調整器ＵＰＣ₁のコントロールバルブＣＶaのピエゾ素子駆動電圧を、（c）は、真空排気ラインを作動した時の圧力調整器ＵＰＣ₂のコントロールバルブＣＶbのピエゾ素子駆動電圧を、夫々示す線グラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の圧力式流量制御装置１の基本構成を示す縦断面図であり、図２は本発明に係る圧力式流量制御装置を適用したガス供給ボックスの構成を示す系統図である。

圧力式流量制御装置１は、本体２、圧力制御用コントロール弁６、排気制御用コントロール弁７、圧力センサＰ_１,Ｐ₂、オリフィスＯＬ等から構成されており、図２の実施形態では、１個のオリフィスＯＬを使用したＦＣＳ−ＷＲ型の圧力式流量制御装置とされている。
尚、図１において、２aは弁座、３は入口側ブロック、４は本体ブロック、５は出口側ブロック、９は流体入口、１０aは流体通路、１０bは排気通路、１０cは漏洩検出用通路、１１は流体出口、１２は排気出口、１３はガスケット、１４は制御用のパネルコントロールボード、１５はケーシング、１６は接続用コネクタである。

前記本体２は、入口側ブロック３、本体ブロック４及び出口側ブロック５を固定ボルト（図示省略）により相互に組付け一体化するようにしたものであり、圧力制御用コントロール弁６、排気制御用コントロール弁７及び圧力センサＰ₁,Ｐ₂などは、バルブ本体２へ夫々ねじ込み固定されている。また、圧力センサＰ₂は、排気通路１０bとの交差を避けて流体通路１０aへ連通されている。

前記圧力制御用コントロール弁６は、公知の金属製ダイヤフラムを弁体２０とするピエゾ駆動素子６aを用いた開閉弁であり、ピエゾ駆動素子６aへの通電によりこれが伸長し、円筒体１７を弾性体１８の弾力に抗して上方へ押し上げることにより金属ダイヤフラム弁体２０の弾性力により弁体押え１９が上方へ移動し、弁体２０が弁座２aから離座して弁が開放される。また、弁開度は、ピエゾ駆動素子６aへの印加電圧を変動することにより調節される。
尚、排気制御用コントロール弁７の作動についても、圧力制御用コントロール弁６の作動と同一であり、ピエゾ駆動素子７aの伸長量調節により、弁開度制御が行なわれる。
また、排気制御用コントロール弁７としては、上記ピエゾ駆動式金属ダイヤフラム型開閉弁に代えて、公知の空気圧駆動式や電磁駆動式の開閉弁を用いることも可能である。

図２は、本発明に係る圧力式流量制御装置を適用したガス供給ボックスの構成を示す系統図であり、３種の実ガスＧ₁〜Ｇ₃及びＮ₂ガスを夫々単独に、または、適宜のガス種を所定の割合で混合して、プロセスチャンバ２９へ供給するものである。尚、排気制御用コントロール弁７（図示省略）を介してＦＣＳ−Ｎの内部空間ガスが、排気ライン２７の出口側開閉弁２４を通して真空ポンプ２８により強制排気（真空排気）されることは、前述の通りである。
尚、図２において、２１はガス供給口、２２は供給側切換弁、２３は出口側切換弁、 ２６は混合ガス供給ラインである。

図１を参照して、通常の連続流量制御においては、流体入口９より流入したガスが圧力制御用コントロール弁６で圧力制御され、オリフィスＯＬを通して流体出口１１より所定の箇所へ供給されて行く。また、制御流量を減少、例えば１００％流量から５０％流量に立下げする際には、コントロールボード１４から、圧力制御用コントロール弁６へ５０％流量への切換制御信号が、また、排気制御用コントロール弁７へ弁開放信号が、夫々に入力され、排気制御用コントロール弁７が開放される。これにより、排気制御用コントロール弁７を通して、圧力制御用コントロール弁６とオリフィスＯＬ間のガスが強制排気され、立下げ応答時間が短縮される。
尚、排気制御用コントロール弁７の弁開度を調整することにより、立下げ時間のコントロールが可能なことは勿論である。

図３は、本実施形態に係る圧力式流量制御装置１の連続ステップ時の立下げ応答特性を示すものであり、前記図８の場合と同一の条件下で測定したものである。
線A及び線Bを、前記図８と図３について対比すれば明らかなように、本実施形態に係る圧力式流量制御装置１においては、立下げ時間を０．５秒以下に短縮することができる。
また、排気制御用コントロール弁７の弁開度調整により、立下げ時間そのものを容易に制御することが出来るだけでなく、異なる流量レンジで作動中の圧力式流量制御装置であっても、これ等複数の圧力式流量制御装置の立下げを同期して行うことが可能となる。

尚、図４は、流量設定を増加させた場合の、圧力制御用コントロール弁６と排気制御用コントロール弁７のピエゾ駆動素子への入力電圧の変動状態、及び、圧力センサＰ₁の出力（圧力）を示すものであり、何れの場合に於いても、立上げ時間が０．５秒以下となり、２０％から５０％及び５０％から８０％への流量増加に対して、０．５秒以下の立上げ時間で対応可能なことが示されている。
また、図５は、図４の場合とは逆に、８０％から５０％及び５０％から２０％への流量を減少（立下げ）下場合の、圧力制御用コントロール弁６と排気制御用コントロール弁７のピエゾ駆動素子への入力電圧の変動状態、及び、圧力センサＰ₁の出力（圧力）を示すものであり、何れの場合に於いても、立下げ時間が０．５秒以下となる。

尚、上記図１の実施形態においては、図７の（b）に示したＦＣＳ−Ｎ型の圧力式流量制御装置に基づいて説明をしたが、圧力式流量制御装置としては、ＦＣＳ−Ｎ型、ＦＣＳ−Ｓ型、ＦＣＳ−ＳＷＲ型であっても良いことは勿論であり、図７に示した従前の各型式の圧力式流量制御装置は、何れも本発明の実施に用いることが可能なものである。
また、圧力式流量制御装置の作動原理や構成は既に公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するものとしておる。

即ち、本発明に係る圧力式流量制御装置１では、排気制御用コントロール弁７を備えた真空排気ライン２７を設けることにより、流量制御の立下げ時間を大幅に短縮できると共に、立下げ時間の調整を容易に行うことがで、圧力式流量制御装置の所謂ガス置換性が向上する。

また、圧力式流量制御装置１の本体２の横幅寸法を任意に選定、例えば従前の圧力式流量制御装置の横幅寸法９２mmに合わせることが可能となり、その結果、従来設備の改修に当該圧力式流量制御装置１を用いることができる。

更に、真空排気ラインをブラインドすることにより、通常の圧力式流量制御装置としても適用することが出来る。ただ、真空排気ライン２７を必要としたり、強制排気による実ガス排気の増加、既設のガス供給ボックスへ容易に適用できないこと等が、問題点として残されている。

本発明は、半導体製造装置用のガス供給設備やガス供給装置のみならず、化学産業や食品産業等のあらゆるガス供給設備の流量制御装置に適用できるものである。

１ 圧力式流量制御装置
２ 本体
２a 弁座
３ 入口側ブロック
４ 本体ブロック
５ 出口側ブロック
６ 圧力制御用コントロール弁
６a ピエゾ駆動素子
７ 排気制御用コントロール弁
７a ピエゾ駆動素子
９ 流体入口
１０a 流体通路
１０b 排気通路
１０c 漏洩検査用通路
１１ 流体出口
１２ 排気出口
１３ ガスケット
１４ パネルコントロールボード
１５ ケーシング
１６ 接続用コネクタ
１７ 円筒体
１８ 弾性体
１９ 弁体押さえ
２０ 弁体
２１ ガス供給口
２２ 供給側切換弁
２３ 出口側開閉弁
２４ 出口側開閉弁
２６ 混合ガス供給ライン
２７ 真空排気ライン
２８ 真空ポンプ
２９ プロセスチャンバ
Ｐ_１ 圧力センサ
Ｐ_２ 圧力センサ
ＯＬ オリフィス
Ｇ_１〜Ｇ_３ 実ガス

Claims (8)

1. 流体入口と流体出口との間を連通する流体通路と、該流体流路から分岐して該流体通路と前記排気出口との間を連通する排気通路とを設けた本体と、
   前記本体の流体入口側に固定されて前記流体通路の上流側を開閉する圧力制御用コントロール弁と、
   前記圧力制御用コントロール弁の下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサと、
   前記排気通路の分岐箇所より下流の流体通路内に設けたオリフィスと、
   前記排気通路を開閉する排気制御用コントロール弁と、を備えることを特徴とする圧力式流量制御装置。
2. 前記圧力式流量制御装置が、オリフィス下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサを更に備える、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
3. 前記圧力式流量制御装置が、複数のオリフィスを並列状に連結し、切換弁により少なくとも一つのオリフィスに流体を流通させる構成である、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
4. 前記圧力式流量制御装置が、複数のオリフィスを並列状に連結し、切換弁により少なくとも一つのオリフィスに流体を流通させると共に、オリフィス下流側の流体通路内圧を検出する圧力センサを備える、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
5. 前記圧力制御用コントロール弁及び前記排気制御用コントロール弁が、ピエゾ素子駆動型の金属ダイヤフラム式制御弁である、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
6. 前記排気制御用コントロール弁のピエゾ駆動素子への入力電圧の調整により、立下げ応答時間を制御する構成とした請求項５に記載の圧力式流量制御装置。
7. 前記排気制御用コントロール弁が、空気圧駆動弁又は電磁駆動弁である、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
8. 排気出口に接続した真空ポンプにより排気通路内を強制排気する構成とした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。

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