KR100764073B1

KR100764073B1 - 유량 제어 장치 및 그 조정 방법과 질량 유량 제어 장치 및 그 검정 방법

Info

Publication number: KR100764073B1
Application number: KR1020067003005A
Authority: KR
Inventors: 마코토 타나카; 시게히로 스즈키
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2007-10-09
Also published as: WO2005124492A1; JP2006038832A; US7918238B2; JP4086057B2; JP4245046B2; JPWO2005124492A1; KR20060040736A; US20060278276A1

Abstract

검정용(檢定用) 탱크를 실장(組入: incorporate)해서 장치 자체에서 질량 유량(流量)의 검정(檢定) 동작을 행하도록 한 질량 유량 제어장치를 제공한다. 유체(流體)를 흐르게 하는 유로(流路)(6)에, 그 유로에 흐르는 유체의 질량 유량을 검출해서 유량 신호를 출력하는 질량 유량 검출 수단(8)과, 밸브(弁) 구동 신호에 의해 밸브 개도(開度: aperture 또는 opening degree)를 바꾸는 것에 의해서 질량 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구(10)를 개설(介設: 사이에 넣어서 설치)하고, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호와 상기 유량 신호에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 제어 수단(18)을 설치해서 이루어지는 질량 유량 제어장치에 있어서, 상기 유로에, 그 유로를 개폐하는 검정용 밸브부(42)와, 소정 용량을 가지는 검정용 탱크부(44)와, 상기 유체의 압력을 검출해서 압력 검출 신호를 출력하는 압력 검출 수단(46)을 각각 설치하고, 상기 검정용 밸브와 상기 검정용 탱크부와 상기 압력 검출 수단을 이용하여 질량 유량 검정 동작을 행하도록 제어하는 검정 제어 수단(48)을 구비하도록 구성한다.

Description

유량 제어 장치 및 그 조정 방법과 질량 유량 제어 장치 및 그 검정 방법{FLOW CONTROLLER AND ITS REGULATION METHOD, AND MASS FLOW CONTROLLER AND ITS TEST METHOD}

본 발명은 가스 등의 비교적 소유량(小流量)의 유체(流體)의 유량(流量)을 계측하는 유량 제어장치에 관한 것으로서, 특히 유량 제어의 정밀도 (精度) 시험을 행할 수 있는 유량 제어장치 및 그 조정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 집적 회로 등의 반도체 제품 등을 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등에 대해서 예를 들면 CVD 성막(成膜)이나 에칭 조작 등이 여러 가지 반도체 제조 장치에서 반복해서 행해지지만, 이 경우에 미량(微量)의 처리 가스의 공급량을 정밀도좋게 제어할 필요로 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller)와 같은 질량 유량 제어장치가 이용되고 있다 (예를 들면, 일본 특개평(特開平) 6-119059호 공보, 일본 특개평 7-078296호 공보, 일본 특개평 7-134052호 공보, 일본 특개평 7-281760호 공보, 일본 특개평 7-306084호 공보, 일본 특개평 11-223538호 공보, 일본 특개(特開) 2004-20306호 공보, 미국 특허 제6, 450, 200호 명세서, 일본 특개평 8-185229호 공보, 일본 특개평 11-154022호 공보).

여기서 일반적인 질량 유량 제어장치의 구성에 대해서, 도 17 및 도 18을 참조해서 설명한다. 도 17에는 가스 배관에 개설(介設: 사이에 넣어서 설치)된 종래의 질량 유량 제어장치의 1예의 개략 구성도를 도시하고, 도 18 은 질량 유량 제어장치의 유량 검출 수단을 도시하는 회로도이다.

도시하는 바와 같이, 이 질량 유량 제어장치(2)는 액체나 기체 등의 유체를 흐르게 하는 유체 통로, 예를 들면 가스관(管)(4)의 도중에 개설되어, 이 질량 유량을 제어하도록 되어 있다. 또한, 이 가스관(4)의 일단(一端)에 접속되는 반도체 제조 장치 내(內)는 예를 들면 진공배기(眞空引: evacuation)되어 있다. 이 질량 유량 제어장치(2)는 예를 들면 스테인레스 스틸 등에 의해 성형된 유로(6)를 가지고 있으며, 이 양단(兩端)이 상기 가스관(4)에 접속된다. 이 질량 유량 제어장치(2)는 유로(6)의 전단(前段) 측에 위치하는 질량 유량 검출 수단(8)과 후단(後段) 측에 위치하는 유량 제어 밸브(弁) 기구(10)를 포함한다.

우선, 상기 질량 유량 검출 수단(8)은 상기 유로(6)의 가스 유체의 흐름 방향의 상류 측에 설치되어 복수(複數)의 바이패스관을 묶어서 이루어지는 바이패스군(群)(12)을 가지고 있다. 상기 바이패스군(12)의 양단 측에는, 이것을 우회(迂回)하도록 센서관(14)이 접속되어 있고, 이것에 바이패스군(12)과 비교해서 소량의 가스 유체를 일정 비율로 흐르게 할 수 있도록 되어 있다. 즉, 이 센서관(14)에는 전(全)가스 유량에 대해서 일정 비율의 일부 가스를 항상 흐르게 하도록 되어 있다. 이 센서관(14)에는 직렬로 접속된 제어용의 한쌍의 저항선(R1, R4)이 권회(卷回: wound)되어 있고, 이것에 접속된 센서 회로(16)에 의해 질량 유량값을 나타내 는 유량 신호(S1)를 출력하도록 되어 있다.

이 유량 신호(S1)는 예를 들면 마이크로컴퓨터 등을 이용하여 구성되는 제어 수단(18)에 도입되어, 상기 유량 신호(S1)에 의거해서 현재 흐르고 있는 가스의 질량 유량이 구(求)해짐과 동시에, 그 질량 유량이 외부에서 입력되는 유량 설정 신호 S0으로 나타내어지는 질량 유량과 일치하도록, 상기 유량 제어 밸브 기구(10)를 제어하게 된다. 이 유량 제어 밸브 기구(10)는 상기 유로(6)의 하류 측에 설치된 유량 제어 밸브(20)를 가지고 있으며, 이 유량 제어 밸브(20)는 가스 유체의 질량 유량을 직접적으로 제어하기 위한 밸브체(弁體)로서 예를 들면 금속판제(金屬板製)의 굴곡 가능하게 이루어진 다이어프램(22)을 가지고 있다.

그리고, 이 다이어프램(22)을 밸브구(弁口)(24)를 향해서 적당히 굴곡 변형시켜서 이동시키는 것에 의해서, 상기 밸브구(24)의 밸브 개도(開度: aperture 또는 opening degree)를 임의로 제어할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 다이어프램(22)의 상면은 예를 들면 적층 압전(壓電) 소자 (피에조 소자)를 이용하여 구성되는 액추에이터(26)의 하단부(下端部)에 접속되어 있으며, 이것에 의해, 그의 밸브 개도를 상기한 바와 같이 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 액추에이터(26)는 상기 제어 수단(18)으로부터의 구동 신호를 받아서 밸브 구동 회로(28)가 출력하는 밸브 구동 전압 S2에 의해 동작한다. 또, 밸브구(24)의 출구측에는 소닉 노즐(29)이 설치되어 있으며, 가스류의 입구축 압력이 이 유량 제어 밸브(20)를 흐르는 질량 유량에 비례하도록 설정되어 있다. 또한, 상기 액추에이터(26)로서 적층 압전 소자 대신에 전자식(電磁式)의 액추에이터를 이용하는 경우도 있다.

상기 저항선(R1, R4)과 센서 회로(16)의 관계는 도 18에 도시되어 있있다. 즉, 상기 저항선(R1, R4)의 직렬 접속에 대해서, 2개의 기준 저항(R2, R3)의 직렬 접속 회로가 병렬로 접속되어, 소위 브리지(bridge) 회로를 형성하고 있다. 그리고, 이 브리지 회로에, 일정 전류를 흐르게 하기 위한 정전류원(定電流源)(30)이 접속되어 있다. 또, 상기 저항선(R1, R4) 끼리의 접속점과 상기 기준 저항(R2, R3) 끼리의 접속점을 입력 측에 접속해서 차동(差動) 회로(32)가 설치되어 있으며, 상기 양(兩) 접속점의 전위차를 구하고, 이 전위차를 유량 신호(S1)로서 출력하도록 되어 있다.

여기서, 상기 저항선(R1, R4)은 온도에 따라 그의 저항값이 변화하는 소재(素材)로 이루어져 있으며, 가스의 흐름 방향의 상류 측에 저항선 R1이 권회되고, 하류 측에 저항선 R4가 권회되어 있다. 또, 기준 저항(R2, R3)은 대략 일정 온도로 유지되고 있는 것으로 한다.

이와 같이 구성된 질량 유량 제어장치(2)에서, 센서관(14)에 가스 유체가 흐르고 있지 않은 경우에는, 양 저항선(R1, R4)의 온도는 같게 되어 있기 때문에, 브리지 회로는 평형(平衡)해서 차동 회로(32)의 검출값인 전위차는, 예를 들면 제로(zero)이다.

여기서, 센서관(14)에 가스 유체가 질량 유량 Q로 흐른다고 가정(假定)하면, 이 가스 유체는 상류 측에 위치하는 저항선 R1의 발열에 의해서 따뜻해지고 그 상태에서 하류측의 저항선 R4가 권회(卷回: spirally wound)되어 있는 위치까지 흐르게 되며, 이 결과, 열의 이동이 생겨서 저항선(R1, R4) 사이에 온도차, 즉 양저항 선(R1, R4) 사이의 저항값에 차(差)가 생기고, 이 때 발생하는 전위차는 가스의 질량 유량에 대략 비례하게 된다. 따라서, 이 유량 신호 S1에 소정의 게인(gain)을 가하는 것에 의해서 그 때에 흐르고 있는 가스의 질량 유량을 구할 수가 있다. 또, 이 검출된 가스의 질량 유량이 유량 설정 신호(S0)(실제는 전압값)로 나타내어지는 질량 유량과 일치하도록, 예를 들면 PID 제어법에 의해 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개도가 제어되게 된다.

그런데, 이런 종류의 질량 유량 제어장치(2)에 있어서는, 유량 설정 신호가 나타내는 질량 유량 (이하, 단지 「유량」이라고 칭(稱)한다)에 대해서 실제로 유량 제어 밸브(20)에 흐르는 유량(이하, 「실유량(實流量)」이라고도 칭한다)이 정밀도좋게 일치하는 것이 필요하지만, 공급 가스압(壓)이 변화한 경우나, 장치 자체가 경년(經年) 변화한 경우 등에는, 장치의 납입 당초(納入當初)와 같은 밸브 구동 전압을 인가해도 흐르는 가스의 실유량이 조금(僅: in slight) 다른 경우가 발생한다.

본 발명은 이상과 같은 문제점에 주목(着目)해서, 이것을 유효하게 해결하기 위해서 창안(創案)된 것이다. 본 발명의 목적은 장치 자체로 유량의 어긋남(deviation)의 측정을 행하도록 한 유량 제어장치 및 그 조정 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명은 일본 특허 출원 2004-182362호 및 2005-153314호에 관련된다. 이들 출원의 내용은 참조를 위해서 본원의 명세서에 편입된다.

본 발명의 1실시 형태인 질량 유량 제어장치는, 유체를 흐르게 하는 유로에, 그 유로에 흐르는 유체의 질량 유량을 검출해서 유량 신호를 출력하는 질량 유량 검출 수단과, 밸브 구동 신호에 의해 밸브 개도를 바꾸는 것에 의해서 질량 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구를 개설(介設: 사이에 넣어서 설치)하고, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호와 상기 유량 신호에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 제어 수단을 설치해서 이루어지는 질량 유량 제어장치에 있어서, 상기 유로에, 그 유로를 개폐(開閉)하는 검정용(檢定用) 밸브부와, 소정 용량을 가지는 검정용 탱크부와, 상기 유체의 압력을 검출해서 압력 검출 신호를 출력하는 압력 검출 수단을 각각 설치하고, 상기 검정용 밸브와 상기 검정용 탱크부와 상기 압력 검출 수단을 이용하여 질량 유량 검정 동작을 행하도록 제어하는 검정 제어 수단을 구비하도록 구성한 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치이다.

이와 같이, 장치 자체에 검정용 밸브부와 검정용 탱크부 등을 설치하고, 이 검정용 밸브부를 닫아서 유체의 공급을 정지한 이후에 있어서, 상기 검정용 탱크부로부터 흘러나오는 유체의 압력 변화를 검출함과 동시에, 이 압력 변화를 예를 들면 기준으로 되는 기준 압력 변화와 비교하는 것에 의해서, 흐르는 유체의 질량 유량을 정확하게 제어할 수 있는지 여부의 검정을 행할 수가 있다.

이 경우, 상기 검정용 탱크부의 근방(近傍)에는, 온도 검출을 행하는 온도 검출 수단이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 제어 수단은 기준 측정시의 유체의 압력 변화를 기억하는 기준용 데이터 메모리와, 검정시의 유체의 압력 변화를 기억하는 검정용 데이터 메모리를 가지는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 제어 수단에는 경보(警報: warning) 수단이 접속되어 있으며, 상기 검정 제어 수단은 검정 결과가 소정의 범위외(範圍外)일 때에는 상기 경보 수단을 구동시키는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 제어 수단은 상기 검정 결과에 의거해서 상기 질량 유량 검출 수단을 교정(校正: calibrate)하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 탱크부는 상기 유로의 도중에 개설되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 제어 수단에는, 검정 결과를 표시하는 표시 수단이 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 유로의 출구 측에는, 영점(零点) 측정 시에 그 유로를 개폐하는 영점 측정용 밸브부가 개설되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부와 상기 영점 측정용 밸브부는 상기 질량 유량 제어 수단을 사이에 두고 서로 반대 측에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부와 상기 영점 측정용 밸브부 중 적어도 어느것인가 한쪽(一方)은 밸브구로 되는 유체 입구부와 유체 출구부를 가지는 유체 저장실(溜室: storage chamber)과, 상기 유체 입구부에 착좌(着座)해서 그 유체 입구부를 닫기 위해서 굴곡 변형 가능하게 이루어진 전폐용(全閉用) 다이어프램과, 상기 전폐용 다이어프램을 상기 유체 입구부를 향해서 압압(押壓: depress)하기 위한 압압 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 전폐용 다이어프램은 평면 형상(形狀), 혹은 대략 구면껍질(球殼: spherical shell)의 일부 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 압압 수단은 상기 전폐용 다이어프램을 사이에 두고 상기 유체 저장실과는 반대 측에 설치된 작동 공간과, 상기 작동 공간 내로 가압(加壓) 기체를 공급배출(給排)할 수 있는 밸브 기구를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 밸브 기구는 3방 밸브(三方弁)를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 영점 측정용 밸브부는 상기 유량 제어 밸브 기구에 대해서 대향하는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 제어 수단은 상기 검정용 밸브부와 상기 영점 측정용 밸브부를 완전히 닫는 것에 의해서 상기 유로에 흐르는 유체를 완전히 차단해서 영점 측정을 행하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부와 상기 검정용 탱크부와 상기 압력 검출 수단은 상기 질량 유량 검출 수단 및 상기 유량 제어 밸브 기구보다도 상류 측에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부는 상기 유로의 최상류 측에 설치되고, 상기 영점 측정용 밸브부는 상기 유로의 최하류 측에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부와 상기 검정용 탱크부와 상기 압력 검출 수단은 상기 질량 유량 검출 수단 및 상기 유량 제어 밸브 기구보다도 하류 측에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정용 밸브부와 상기 검정용 탱크부와 상기 압력 검출 수단 중, 상기 검정용 밸브는 최상류 측에 위치되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 질량 유량 제어장치의 검정 방법의 1실시 형태로서, 검정 유량을 설정하는 공정과, 유로에 검정용 유체를 안정적으로 흐르게 하는 공정과, 상기 흐르는 유체의 압력과 검정용 탱크부의 온도를 검출해서 각각 초기 압력과 초기 온도로 하는 공정과, 검정용 밸브부를 닫아서 유로를 차단하는 공정과, 상기 검정용 밸브부를 닫은 후에 상기 검정용 탱크부로부터 유출하는 유체의 압력 변화를 측정하는 공정과, 상기 측정된 압력 변화와 미리 구해진 기준 압력 변화 특성에 의거해서 검정 결과를 구하는 공정을 가지는 질량 유량 제어장치의 검정 방법이 바람직하다.

이 경우, 상기 검정 결과를 표시 수단에 표시하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 결과가 소정의 허용 범위외일 때에는 경보 수단에 의해 경보를 발(發)하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 결과에 의거해서 질량 유량 검출 수단을 자동적으로 교정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 결과를 구하는 공정에서의 상부 기준 압력과 하부 기준 압력은 미리 정해져 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 유량을 여러 가지 변경하는 것이 바람직하다.

또, 상기 검정 유량을 설정하는 공정 전(前)에, 상기 유로에 흐르는 유체의 흐름을 완전히 차단해서 영점 측정을 행하는 영점 측정 공정을 행하는 것이 바람직하다.

또, 상기 영점 측정 공정은 상기 검출용 밸브부와 상기 영점 측정용 밸브부 중 적어도 검정용 밸브부를 전폐(全閉)하는 것이 바람직하다.

질량 유량 제어장치에 검정용 밸브부와 검정용 탱크부 등을 설치한 것에 의해, 이하와 같은 질량 유량 제어장치의 검정이 가능해진다. 즉, 검정용 밸브부를 닫아서 유체의 공급을 정지한 이후에 있어서, 상기 검정용 탱크부로부터 흘러나오는 유체의 압력 변화를 검출함과 동시에, 이 압력 변화를 예를 들면 기준으로 되는 기준 압력 변화와 비교하는 것에 의해서, 흐르는 유체의 질량 유량을 정확하게 제어할 수 있는지 여부의 검정을 행할 수가 있다.

또, 본 발명은 이하와 같은 형태로 할 수도 있다. 즉, 이 유량 제어장치는 유체 공급원보다도 압력이 낮은 유체 공급 대상에 유체를 공급하는 유로에서 유체의 유량을 제어하는 유량 제어장치이다. 그리고, 이 유량 제어장치는 유로를 개폐하는 제1 개폐 밸브와, 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브 기구를 구비하는 유량 제어부와, 제1 개폐 밸브에 대해서 유량 제어 밸브 기구와 같은 측(同側)에서 유체의 압력을 검출할 수 있는 압력 검출부와, 유량 제어부가 제어하는 유량의, 기준값로부터의 어긋남을 계산하는 어긋남 측정 제어부를 구비한다.

그와 같은 유량 제어 장치의 조정을 행할 때에는, 유량 제어 밸브 기구의 개도를 고정(固定)한다. 그리고, 제1 개폐 밸브로 유로를 닫는다. 그 후, 제1 개폐 밸브에 대해서 유량 제어 밸브 기구와 같은 측의 제1 소정 위치에서의 유체의 압력 변화를 압력 검출부에서 측정한다. 그리고, 측정한 압력 변화에 의거해서, 유량 제어부가 제어하는 유량의 기준값으로부터의 어긋남을 계산한다.

이와 같은 형태로 하면, 제1 개폐 밸브에서 유체의 유통을 멈춘(못하게 한) 후, 유체에게 유량 제어 밸브를 통과하게 하여, 그 때의 압력 변화에 의거해서, 유량 제어부에 의해서 제어되는 유량의 어긋남의 측정을 행할 수가 있다. 이 때문에, 라인에 설치한 채로 유량 제어장치가 제어하는 유량의 어긋남을 측정할 수가 있다. 또한, 얻어진 기준값으로부터의 어긋남에 의거해서 유량 제어부를 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 유량 제어 밸브 기구의 개도의 고정에서 어긋남의 계산까지의 각 처리는 유량 제어 밸브의 개도를 바꾸어 반복해서 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 그들 처리에서 얻어진 복수의 개도에서의 유량의 어긋남에 의거해서, 유량 제어부를 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 유량 제어부가 또, 제1 개폐 밸브에 대해서 유량 제어 밸브 기구와 같은 측에서 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있는 유량 검출부를 구비하고, 목표로 하는 목표 유량과 유량 검출부에서 측정한 유량에 의거해서 유량 제어 밸브 기구의 개도를 조절하여, 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 형태인 경우에는, 이하의 같은 처리를 행하는 것이 바람직하다. 즉, 유량 제어부를 조정할 때에는, 기준값으로부터의 어긋남에 의거해서, 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 형태로 하면, 조정 후의 유량 제어부는 목표 유량과 유량 검출부의 유량의 출력값에 의거해서, 유로를 흐르는 유체의 유량을 정확하게 제어할 수가 있다.

또, 유량 제어부를 조정할 때에는, 이하와 같은 처리를 행하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 개폐 밸브로 유로를 닫고, 또한 유량 검출부에 대해서 제1 개폐 밸브와는 역(逆) 측에서 제2 개폐 밸브로 유로를 닫는다. 그리고, 제1 및 제2 개폐 밸브로 유로를 닫은 상태에서, 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 판독(讀取: read)한다. . 그 후, 유량 검출부에 의한 유량 제로를 나타내는 출력값을 조정한다. 이와 같은 형태로 하면, 유량 검출부의 출력값을 적정하게 조정할 수가 있다.

또한, 유량 제어장치는 또, 제1 개폐 밸브와 유량 제어 밸브 기구 사이에서 유로를 흐르는 유체를 모아둘(溜: hold) 수 있는 저류부(貯留部: accumulator)를 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태에서는, 저류부를 구비하지 않는 형태에 비해, 제1 개폐 밸브를 닫은 후의 압력 변화가 완만한 것으로 된다. 따라서, 유량 제어장치의 조정 시에, 정확한 압력 변화의 측정을 보다 용이하게 행할 수가 있다.

또, 유량의 기준값으로부터의 어긋남을 계산할 때에는, 이하의 각 측정값에 의거해서 어긋남을 계산하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 개폐 밸브로 유로를 닫은 시각을 포함하는 소정 시간 구간 내에 포함되는 제1 시각에서의, 제1 소정 위치의 유체의 압력인 초기 압력(PO)과, 그 소정 시간 구간내에 포함되는 제2 시각에서의, 제1 개폐 밸브에 대해서 제1 소정 위치와 같은 측에 있는 제2 소정 위치의 유체의 절대 온도(T1)와, 제1 개폐 밸브로 유로를 닫은 후, 제1 소정 위치에서의 유체의 압력이 소정의 제1 기준 압력에 도달(達)하고 나서 제1 기준 압력(P1)과는 다른 소정의 제2 기준 압력(P2)에 도달할 때까지의 시간 Δt에 의거해서, 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 것이 바람직하다.

이와 같은 형태로 하면, 조정시의 유체의 압력 및 온도를 고려(考慮)해서, 물질의 단위 시간 당(當)의 유량의 어긋남을 계산할 수가 있다.

또한, 유량의 기준값으로부터의 어긋남을 계산할 때에는, PO/(T1×Δt)와, 기준값에 관련된 소정(所定: certain) 정수(定數: constant)와의 비에 의거해서, 기준값으로부터의 어긋남을 계산할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제1 실시예를 도시하는 블록 구성도,

도 2는 제1 실시예 중(中)의 각 부재(部材)의 실제 배치 상태를 도시하는 배치도,

도 3은 질량 유량 제어장치의 검정 동작 모드시의 각 신호의 타이밍차트를 도시하는 도면,

도 4는 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트,

도 5는 검정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트,

도 6은 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴과 검정용 루틴에서의 압력 신호의 변화의 1예를 도시하는 그래프,

도 7은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제2 실시예를 도시하는 블록 구성도,

도 8은 제2 실시예 중의 각 부재의 실제 배치 상태를 도시하는 배치도,

도 9는 유량 제어 밸브와 영점 측정용 밸브부의 설치 상태를 도시하는 모식도,

도 10은 영점 측정용 밸브부의 전폐용 다이어프램을 도시하는 단면도,

도 11은 영점 측정 공정의 흐름을 도시하는 플로차트,

도 12는 피스톤을 가지는 피스톤식 액추에이터를 도시하는 도면,

도 13은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제3 실시예를 도시하는 블록 구성도,

도 14는 제3 실시예의 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 도면,

도 15는 제3 실시예에서의 검정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트,

도 16은 밸브 개도가 100%일 때의 기준 압력 변화 특성과 검정 압력 변화 특성을 각각 도시하는 압력 검출 수단(46)의 압력 신호(S4)의 값의 1예를 도시하는 그래프,

도 17은 가스 배관에 개설된 종래의 질량 유량 제어장치의 1예를 도시하는 개략 구성도,

도 18은 질량 유량 제어장치의 유량 검출 수단을 도시하는 회로도.

이하에, 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치 및 그 검정 방법의 실시예를 첨부 도면에 의거해서 상세하게 기술(詳述)한다.

<제1 실시예 >

도 1은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제1 실시예를 도시하는 블록 구성도, 도 2는 제1 실시예 중의 각 부재의 실제 배치 상태를 도시하는 배치도이다. 또한, 도 17 및 도 18에서 도시한 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

도시하는 바와 같이, 이 질량 유량 제어장치(40)는 액체나 기체 등의 유체를 흐르게 하는 유체 통로, 예를 들면 가스관(4)의 도중에 개설되어, 이 질량 유량(이하, 단지 「유량」이라고도 칭한다)을 제어하도록 되어 있다. 또한, 이 가스관(4)의 일단에 접속되는 반도체 제조 장치 내는 예를 들면 진공배기되어 있다. 이 질량 유량 제어장치(40)는 질량 유량 제어 본체(40A)와, 본 발명의 특징으로 하는 질량 유량의 검정을 행하는 검정 본체(40B)를 구비한다. 이하에서는, 질량 유량 제어 본체(40A)를 질량 유량 제어부(40A)라고 부르고, 검정 본체(40B)를 검정 실행부라고 부르는 경우가 있다. 이 질량 유량 제어 장치(40)는 예를 들면 스테인레스 스틸 등에 의해 성형(成形)된 유로(6)를 가지고 있으며, 이 유체 입구(6A)가 상기 가스관 6 의 상류 측에 접속되고, 유체 출구(6B)가 가스관(6)의 하류 측에 접속된다.

상기 질량 유량 제어부(40A)는 여기서는 도 17을 참조해서 설명한 종래 장치와 같은 구조로 되어 있으며, 예를 들면 질량 유량 검출 수단(8), 유량 제어 밸브 기구(10) 및 예를 들면 마이크로컴퓨터 등을 이용하여 구성되는 제어 수단(18)을 구비하고 있다. 상기 질량 유량 검출 수단(8)은 바이패스관(12), 센서관(14), 센서 회로(16) 등을 가지고 있으며, 여기서 검출한 유량 신호 S1을 상기 제어 수단(18)을 향해서 출력하도록 되어 있다. 상기 유량 제어 밸브 기구(10)는 유량 제어 밸브(20), 이것을 구동하는 액추에이터(26), 이 이 액추에이터(26)를 향해서 밸브 구동 전압(S2)을 출력하는 밸브 구동 회로(28) 등을 가지고 있다. 그리고, 상기 제어 수단(18)은 이것에 예를 들면 호스트텀퓨터 등의 외부에서 입력되는 유량 설정 신호(S0)로 나타내어지는 유량과 상기 유량 신호(S1)로 나타내어지는 유량이 일치하도록 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개도를 예를 들면 PID 제어법으로 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도시예(圖示例)에서는, 상기 유량 제어 밸브 기구(10)는 상기 질량 유량 검출수단(8)의 하류 측에 설정되어 있지만, 이것을 상기 질량 유량 검출 수단(8)의 상류 측에 위치시키도록 해도 좋다.

한편, 도시예에서는 상기 검정 실행부(40B)는 상기 질량 유량 제어부(40A)의 상류 측에 설치되어 있다. 이 질량 유량 제어부(40A)는 상기 유로(6)에, 이 유로(6)를 개폐하는 검정용 밸브부(42)와, 소정 용량을 가지는 검정용 탱크부(44)와, 유체인 상기 가스의 압력을 검출해서 압력 검출 신호를 출력하는 압력 검출 수단(46)과, 상기 검정용 밸브부(42)와 상기 검정용 탱크부(44)와 상기 압력 검출 수단(46)을 이용하여 질량 유량 검정 동작을 행하도록 제어하는 예를 들면 마이크로컴퓨터 등을 이용하여 구성되는 검정 제어 수단(48)을 구비하고 있다.

구체적으로는, 상기 검정용 밸브부(42)는 예를 들면 공압(空壓) 밸브로 이루어지고, 검정 실행부(40B) 중에서 유로(6)의 최상류 측에 설치되어, 상기 검정 제 어 수단(48)으로부터의 지령(指令)인 탱크 밸브 개폐 신호(S3)에 의해 개폐되고 이 유로(6)를 필요에 따라서 차단할 수 있도록 되어 있다. 상기 검정용 밸브부(42)를 구성하는 공압 밸브로서는, 예를 들면 3방 밸브와 전폐용 다이어프램을 내장(內藏: housing)한 액추에이터리스(actuatorless) 소형 밸브 기구를 이용할 수가 있다.

이 액추에이터리스 소형 밸브 기구는 작용 공기 입구(43)(도 2 참조)에서 도입되는 작동 공기에 의해 전폐용 다이어프램을 굴곡시켜서 밸브구의 전개(全開) 상태와 완전히 씰(seal)된 전폐 상태를 선택적으로 실현하는 것이며, 도 2 중에서는 장치 하우징(筐體: basket unit)(45)에 형성한 취부(取付: attachment) 오목부(凹部: recess)(47)에 착탈(着脫) 가능하게 설치되어 있다. 이 액추에이터리스 소형 밸브 기구의 구성에 대해서는, 후술하는 제2 실시예에서 이용하는 영점 측정용 밸브부의 설명시에 설명한다. 또, 상기 압력 검출 수단(46)은 예를 들면 캐패시턴스 마노미터(manometer)이며, 상기 유로(6) 내의 가스의 압력을 검출해서 이 검출값을 압력 신호(S4)로서 상기 검정 제어 수단(48)을 향해서 출력할 수 있도록 되어 있다.

또, 상기 검정용 탱크부(44)는 예를 들면 스테인레스 스틸 등으로 구성되는 탱크 본체(50)를 포함하고, 상기 검정용 밸브부(42)와 압력 검출 수단(46) 사이에 설치되어 있다. 이 탱크 본체(50)는 소정 용량, 예를 들면 40㎤ 정도의 용량으로 설정되어 있으며, 이 유로(6)의 도중에 개설되어 탱크 본체(50)의 저부(底部)에 가스의 입구(50A)와 출구(50B)가 설치되고, 흐르는 가스가 반드시 이 탱크 본체(50) 내를 통과하도록 되어 있다. 또, 상기 탱크 본체(50)의 근방, 즉 여기서는 탱크 본 체(50)의 천정부(天井部)의 상면에는, 온도 검출 수단(51)으로서 예를 들면 백금 온도 센서가 취부되어 있으며, 여기서 검출한 온도를 나타내는 신호를 상기 검정 제어 수단(48)에 입력할 수 있도록 되어 있다.

또, 상기 검정 제어 수단(48) 에는, 유량의 검정 동작을 행할 때의 가스류(流)의 기준으로 되는 압력 변화(기준 압력 변화)를 기억하는 기준용 데이터 메모리(52A)와, 유량의 검정 동작을 행할 때에 취득한 가스류의 압력 변화를 기억하는 검정용 데이터 메모리(52B)가 접속되어 있다.

게다가, 이 검정 제어 수단(48)에는, 검정 결과 등을 표시하기 위한 예를 들면 액정(液晶) 디스플레이 등으로 구성되는 표시 수단(54) 및 필요시에 음성이나 광의 점멸(点滅) 등에 의해서 경보를 발하는 경보 수단(56)이 각각 접속되어 있다.

그리고, 이 검정 제어 수단(48)은 필요에 따라서 상기 질량 유량 검출 수단(8)의 센서 회로(16)를 향해서 교정 신호(S10)를 출력하고, 교정 결과에 의거해서 이 센서 회로(16)를 적정하게 교정할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 검정 제어 수단(48)과 상기 질량 유량 제어부(40A)의 제어 수단(18)은 필요에 따라서 연동(連動)하도록 되어 있다.

다음에 이상과 같이 구성된 본 발명의 질량 유량 제어장치의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 이 질량 유량 제어장치(40)의 동작은 실제로 반도체 제조 장치 등을 향해서 처리 가스를 유량 제어하면서 흐르게 하는 통상 동작 모드와, 질량 유량의 검정에 관한 동작을 행하는 검정 동작 모드의 2종류가 있다. 그리고, 검정 동작 모 드에는, 기준으로 되는 압력 변화 특성을 얻기 위한 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴과, 실제로 검정 동작을 행하는 검정용 루틴이 있다.

우선, 통상 동작 모드에 대해서 간단하게 설명한다. 이것에는, 앞서 도 17 및 도 18을 참조해서 설명한 동작과 같으며, 이 경우에는 검정 실행부(40B) 측의 동작은 휴지(休止) 상태로 되어 있다. 즉, 상기 질량 유량 제어부(40A)의 제어 수단(18)은 이것에 예를 들면 호스트컴퓨터 등의 외부에서 입력되는 유량 설정 신호(S0)로 나타내어지는 유량과 상기 유량 신호(S1)로 나타내어지는 유량이 일치하도록 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개도를 예를 들면 PID 제어법으로 계속 제어하게 된다. 이것에 의해, 하류측의 반도체 제조 장치 등에는, 필요로 하는 질량 유량의 처리 가스가 공급되게 된다.

다음에, 검정 동작 모드에 대해서 설명한다.

이 검정 동작 모드 중, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴은 이 장치를 공장에서 출하할 때나, 이 장치를 출하처(出荷先: shipping destination)의 크린룸 등에 설치했을 때 등에 주로 행해서 기준으로 되는 압력 변화 특성을 얻도록 하고 있다. 또, 검정용 루틴은 출하처의 크린룸 등에서 정기적 혹은 부정기적으로 행해져서 제어 유량의 정밀도가 높게 유지되고 있는지 여부의 검사가 행해진다. 도 3은 질량 유량 제어장치의 검정 동작 모드시의 각 신호의 타이밍차트를 도시하는 도면, 도 4는 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트, 도 5는 검정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트, 도 6은 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴과 검정용 루틴에서의 압력 신호의 변화의 1예를 도시하는 그래프이다.

검정용 루틴은 검정 유량을 설정하는 공정과, 유로(6)에 검정용 유체 (가스)를 안정적으로 흐르게 하는 공정과, 상기 흐르는 유체의 압력과 검정용 탱크부(44)의 온도를 검출해서 각각 초기 압력과 초기 온도로 하는 공정과, 검정용 밸브부(42)를 닫아서 유로(6)를 차단하는 공정과, 상기 검정용 밸브부(42)를 닫은 후에 상기 검정용 탱크부(44)에서 유출하는 유체의 압력 변화를 측정하는 공정과, 상기 측정된 압력 변화와 미리 구해진 기준 압력 변화 특성에 의거해서 검정 결과를 구하는 공정에 의해 주로 구성되지만, 우선, 상기 기준 압력 변화 특성을 구하는 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에 대해서 설명한다.

<기준 압력 변화 특성 측정용 루틴>

이 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 주된 공정은 압력 변화 끼리를 비교하는 공정을 제외하고 검정용 루틴의 동작과 대략 같다. 여기서는 유체로서 예를 들면 N₂가스를 이용한다. 도 1, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 우선 이 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴을 개시(開始)하면, 검정용 밸브부(42)를 열림(開: open) 상태로 한다(스텝 S1). 그리고, 시각 t1(도 3의 (A) 참조)에서 유량 설정 신호(S0)를, 질량 유량 제어장치(40)가 제어 가능한 최대 유량을 나타내는 %, 예를 들면 100%에서 풀스케일(5V:볼트)로 되도록 설정한다 (스텝 S2). 전술(前述)한 대로, 통상 동작 모드에서는, 유량 설정 신호(S0)는 호스트컴퓨터 등의 외부로부터 제어 수단(18)에 입력된다. 이것에 대해서, 이 검정 동작 모드에서는, 상기 유량 설정 신호(S0)는 호스트컴퓨터가 아니라, 검정 제어 수단(48)으로부터 제어 수단(18)을 향해서 출력된다. 따라서, 제어 수단(18)은 이 검정 제어 수단(48)에서 입 력되는 유량 설정 신호(S0)를, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호(S0)와 마찬가지로 취급해서 통상의 유량 제어 동작을 행한다. 또, 일반적으로는, 이 유량 설정 신호(S0)는 0V∼5V의 범위에서 변화시킬 수 있으며, 5V일 때가 100%의 풀스케일(최대 유량)로 되도록 미리 설정되어 있다.

이와 같이, 유량 설정 신호(S0)로서 5V가 설정되면, 제어 수단(18)은 밸브 구동 회로(28)를 거쳐서 밸브 구동 전압(S2)(도 3의 (C) 참조)을 출력하고, 상기 유량 설정 신호(S0)에 알맞은 밸브 개도로 되도록 유량 제어 밸브(20)를 제어한다. 이것에 의해, N₂가스는 하류 측에 흐르기 시작하므로, 그 때의 질량 유량이 질량 유량 검출 수단(8)에 검출되고, 그 검출된 질량 유량이 유량 신호(S1)(도 3의 (D) 참조)로서 상기 제어 수단(18)에 입력된다. 그리고, 이 유량 신호(S1)와 유량 설정 신호(S0)가 일치하도록 밸브 개도가 전술한 바와 같이 PID 제어법으로 제어된다. 이 때, 압력 검출 수단(46)으로도 가스류의 압력이 검출되고 있으며, 이 압력 신호(S4)(도 3의 (E) 참조)가 검정 제어 수단(48)에 입력되고 있다.

이와 같이 해서 가스류의 유량을 안정화시키기 위해서, 소정 시간, 예를 들면 6초 정도 경과하면(스텝 S3), 시각 t2에서 밸브 구동 전압(S2)을 그 때의 전압값으로 고정하는 것에 의해 밸브 개도를 고정한다(스텝 S4). 그리고, 이와 같이 밸브 구동 전압(S2)을 고정해서 수초(數秒: several seconds) 경과하면, 그 때의 압력 검출 수단(46)으로부터의 가스류의 압력과 온도 검출 수단(51)으로부터의 탱크 온도를 기억하고, 각각 초기 압력(MPO) 및 초기 온도(MTO℃)로 한다 (스텝 S5).

이와 같이 초기 압력과 초기 온도를 측정해서 기억하면, 즉시 시각 t3 에서 탱크 밸브 개폐 신호(S3)를 밸브가 닫힘(閉: close)으로 되도록 출력하고(도 3의 (B) 참조), 검정용 밸브부(42)를 닫힘 상태로 전환한다 (스텝 S6) . 이것에 의해, 유로(6)가 차단되어 가스 공급원으로부터의 N₂가스의 공급이 끊어지지만, 검정용 탱크부(44)의 탱크 본체(50) 내에는 N₂가스가 충분히 충전(充塡)되어 소정 압력으로 되어 있으므로, 이 탱크 본체(50)에 충전되어 있던 N₂가스가 하류 측으로 흘러나가고, 이 결과, 도 3의 (D) 및 도 3의 (E)에 도시하는 바와 같이 유량 신호(S1) 및 압력 신호(S4)가 모두 시간의 경과와 함께 감소하는 바와 같은 특성 곡선을 그리게 된다. 또한, 이 때, 가스관(4) 의 하류측은 계속해서 진공배치되고 있으며, 또 유량 제어 밸브(20)의 밸브개도는 스텝 S2에서 설정된 검정 유량, 즉 여기서는 100%의 유량에 상당하는 밸브 개도를 유지(維持)하고 있다.

또한, 이하에서는 「(어떤 압력 하에서)×% 의 유량에 상당하는 밸브 개도」나 「(어떤 압력 하에서)×%의 유량을 실현하는 밸브 개도」를 「X% 의 밸브 개도」라도 표기한다. 또, 「유량 제어 밸브의 목표 유량을 Y% 변화(또는 감소)시키는」 것을 「밸브 개도를 Y% 변화(또는 감소)시킨다」라고도 표기한다.

그리고, 이 때의 가스류의 압력의 변화는 예를 들면 1msec마다 시시각각 측정되어 있으며(스텝 S7), 압력 변화 특성이 얻어진다. 이 가스 압력의 측정은 이 가스 압력이 미리 정해진 하한값으로 될 때까지 계속해서 행하고, 하한값으로 되면, 가스의 흐름을 정지한다(스텝 S8). 이 시각을 t4로 한다. 그리고, 상기 조작으로 얻어진 압력 변화 데이터를 기준 압력 변화 특성으로서 기준용 데이터 메모리(52A)에 기억해 둔다(스텝 S9). 이와 같이 해서, 설정 유량으로서 밸브 개도 100% 의 기준 압력 변화 특성이 얻어지게 된다.

이와 같은 기준 압력 변화 특성은 복수 종류의 밸브 개도에 대해서 취득하는 것이 바람직하고, 예를 들면 밸브 개도(유량)를 10%씩 변화시켜서 그 때마다, 기준 압력 변화 특성을 취득하는 것이 바람직하다. 그래서, 예를 들면 밸브 개도(유량) 10%가 하한이라고 가정하면, 검정 유량의 설정이 하한이 아닌 경우에는(스텝 S10의 NO), 검정 유량의 설정을 소정의 양, 예를 들면 10% 감소시키고, 여기서는 예를 들면 검정 유량을 90%로 설정한다 (스텝 S11) . 그리고, 상기한 스텝 S3∼S9를 밸브 개도가 하한으로 될 때까지 반복해서 행한다. 이와 같이 해서, 밸브 개도(검정 유량)가 10%씩 다른 기준 압력 변화 특성이 얻어져서 이 데이터가 기준용 데이터 메모리(52A)에 모두 기억되게 되며, 이것에 의해 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴을 종료한다.

<검정용 루틴>

다음에, 정기적 혹은 부정기적으로 행해지는 검정용 루틴에 대해서 설명한다. 이 검정용 루틴은 이 질량 유량 제어장치(40)를 크린룸의 반도체 제조 장치 등의 가스 공급 라인에 실장(組入: incorporate)한 채 행해진다. 또, 여기서도 유체로서는 N₂가스를 이용한다.

도 5에 도시하는 플로차트에서, 스텝 S21∼S31까지는, 취득한 압력 변화 데이터의 명칭을 바꾸고 있는 점을 제외하고, 각각 도 4에 도시하는 플로차트의 스텝 S1∼S11까지와 마찬가지이다. 따라서, 이하에서는 설명을 간략하게 하기 위해서, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 설명에서 참조한 도 3의 타이밍차트를 검정용 루틴 처리의 설명에서도 참조한다. 다만, 이것은 각 신호의 값이 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴과 검정용 루틴에서 완전히 동일하게 되는 것을 의미하는 것은 아니다. 도 1, 도 3 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 우선 이 검정용 루틴을 개시하면, 검정용 밸브부(42)를 열림 상태로 한다(스텝 S21). 그리고, 시각 t1(도 3의 (A) 참조)에서 유량 설정 신호 S0을 최대 %, 예를 들면 100%에서 풀스케일(5V:볼트)로 되도록 설정한다 (스텝 S22). 이 검정 동작 모드에서는, 상기 유량 설정 신호(S0)는 호스트컴퓨터가 아니라, 검정 제어 수단(48)으로부터 제어 수단(18)을 향해서 출력된다. 따라서, 제어 수단(18)은 이 검정 제어 수단(48)에서 입력되는 유량 설정 신호(S0)를, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호(S0)와 마찬가지로 취급해서 통상의 유량 제어 동작을 행한다. 또, 전술한 바와 같이 일반적으로는, 이 유량 설정 신호(S0)는 0V∼5V의 범위에서 변화시킬 수 있으며, 5V일 때가 100%의 풀스케일(최대 유량)로 되도록 미리 설정되어 있다.

이와 같이, 유량 설정 신호(S0)로서 5V가 설정되면, 제어 수단(18)은 밸브 구동 회로(28)를 거쳐서 밸브 구동 전압(S2)(도 3의 (C) 참조)을 출력하고, 상기 유량 설정 신호(S0)에 알맞은 밸브 개도로 되도록 유량 제어 밸브(20)를 제어한다. 이것에 의해, N₂가스는 하류 측으로 흐르기 시작하므로, 그 때의 질량 유량이 질량 유량 검출 수단(8)으로 검출되고, 그 검출된 질량 유량이 유량 신호(S1)(도 3의 (D) 참조)로서 상기 제어 수단(18)에 입력된다. 그리고, 이 유량 신호(S1)와 유량 설정 신호(S0)가 일치하도록 밸브 개도가 전술한 바와 같이 PID 제어법으로 제어된다. 이 때, 압력 검출 수단(46)으로도 가스류의 압력이 검출되고 있으며, 이 압력 신호(S4)(도 3의 (E) 참조)가 검정 제어 수단(48)에 입력되고 있다.

이와 같이 해서 가스류의 유량을 안정화시키기 위해서, 소정 시간, 예를 들면 6초 정도 경과하면(스텝 S23), 시각 t2에서 밸브 구동 전압(S2)을 그 때의 전압값으로 고정하는 것에 의해 밸브 개도를 고정한다(스텝 S24) . 그리고, 이와 같이 밸브 구동 전압(S2)을 고정해서 수초 경과하면, 그 때의 압력 검출 수단(46)으로부터의 가스류의 압력과 온도 검출 수단(51)으로부터의 탱크 온도를 기억하고, 각각 초기 압력(PO) 및 초기 온도(TO℃)로 한다(스텝 S25).

이와 같이 초기 압력과 초기 온도를 측정해서 기억하면, 즉시 시각 t3에서 탱크 밸브 개폐 신호(S3)를 밸브가 닫힘으로 되도록 출력하고(도 3의 (B) 참조), 검정용 밸브부(42)를 닫힘 상태로 전환한다(스텝 S26). 이것에 의해, 유로(6)가 차단되어 가스 공급원으로부터의 N₂가스의 공급이 끊어지지만, 검정용 탱크부(44)의 탱크 본체(50) 내에는 N₂가스가 충분히 충전되어 소정 압력으로 되어 있으므로, 이 탱크 본체(50)에 충전되어 있던 N₂가스가 하류 측으로 흘러나가고, 이 결과, 도 3의 (D) 및 도 3의 (E)에 도시하는 바와 같이 유량 신호(S1) 및 압력 신호(S4)가 모두 시간의 경과와 함께 감소하는 바와 같은 특성 곡선을 그리게 된다. 또한, 이 때, 가스관(4)의 하류측은 계속해서 진공배기되어 있으며, 또 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개도는 스텝 S22에서 설정된 검정 유량, 여기서는 100%를 유지하고 있다.

그리고, 이 때의 가스류의 압력 변화는 예를 들면 1msec 마다 시시각각 측정되고 있으며(스텝 S27), 압력 변화 특성이 얻어진다. 이 가스 압력의 측정은 이 가스 압력이 미리 정해진 하한값으로 될 때까지 계속해서 행하고, 하한값으로 되면, 가스의 흐름을 정지한다(스텝 S28). 이 시각을 t4로 한다. 그리고, 상기 조작으로 얻어진 압력 변화 데이터를 검정 압력 변화 특성으로서 검정용 데이터 메모리(52B)에 기억해 둔다(스텝 S29). 이와 같이 해서, 설정 유량으로서 밸브 개도 100%의 검정 압력 변화 특성이 얻어지게 된다.

이러한 검정 압력 변화 특성은 기준 압력 변화 특성의 경우와 각각 같은 유량을 주도록, 복수 종류의 밸브 개도에 대해서 취득하는 것이 바람직하고, 예를 들면 밸브 개도를 10%씩 변화시켜서 그때마다, 검정 압력 변화 특성을 취득하는 것이 바람직하다. 그래서, 예를 들면 밸브 개도 10%가 하한이라고 가정하면, 검정 유량의 설정이 하한이 아닌 경우에는(스텝 S30의 NO), 검정 유량의 설정을 소정의 양, 예를 들면 10% 감소시키고, 여기서는 예를 들면 90%로 설정한다(스텝 S31). 그리고, 상기한 스텝 S23∼S29를 밸브 개도가 하한으로 될 때까지 반복해서 행한다. 이와 같이 해서, 밸브 개도가 10%씩 다른 검정 압력 변화 특성이 얻어져서 이 데이터가 검정용 데이터 메모리(52B)에 모두 기억되게 된다.

이와 같이 검정 압력 변화 특성이 얻어지면, 밸브 개도마다(검정 유량의 설정값마다) 기준 압력 변화 특성과 비교해서, 검정 처리를 행한다(스텝 S32) .

여기서, 도 6도 참조해서 검정 결과인 검정 정밀도에 대한 산출 방법에 대해서 설명한다. 도 6은 밸브 개도가 100%일 때의 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴과 검정용 루틴에서의 압력 신호(S4)의 변화의 1예를 도시하는 그래프이다. 특성 곡선 X0이 밸브 개도 100%일 때의 기준 압력 변화를 나타내고, 특성 곡선 X1이 밸브 개 도 100%일 때의 검정 압력 변화 특성을 나타내며, 전술한 바와 같이 양 특성 곡선은 각각 기준용 데이터 메모리(52A) 및 검정용 데이터 메모리(52B)에 기억되어 있다.

상한 기준 압력(P1)으로부터 하한 기준 압력(P2)까지의 미리 정해진 압력 범위에 관해서, MΔt 및 Δt를 다음과 같이 정한다. 즉, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서 얻어진 압력이, 상한 기준 압력(P1)에 도달하고 나서 하한 기준 압력(P2)에 도달할 때까지의 시간을 MΔt 로 한다. 또, 검정용 루틴에서 얻어진 압력이, 상한 기준 압력(P1)에 도달하고 나서 하한 기준 압력(P2)에 도달할 때까지의 시간을 Δt로 한다.

이 때, 검정 정밀도(H)는 아래와 같은 수식으로 나타내어진다.

H=MΔt/Δt×PO/MPO×(273+MTO)/(273+TO)×100(%) …(1)

MTO: 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서의 초기 온도

TO: 검정용 루틴에 있어서의 초기 온도

MPO: 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서의 초기 압력

PO: 검정용 루틴에서의 초기 압력

이 식 (1)은 이하와 같이 해서 얻어진다. 즉, n몰의 이상(理想) 기체에 대한 상태 방정식은 PV=nRT이다. 여기서, 각 부호는 이하의 물리량을 나타낸다.

P: 이상 기체의 압력

V: 이상 기체의 체적

R: 기체 정수

T: 절대 온도(K)

압력이 기준 압력 P1에서 기준 압력 P2로 변화하는 동안, 체적이 거의 일정하다고 하면, 그 동안에 유출되는 물질의 양 Δn은 Δn=(P2-P1)V/RT이다. 여기서, 압력이 기준 압력 P1에서 기준 압력 P2로 변화하기까지, Δt만큼 시간이 경과했다고 하면, 단위시간 당의 물질의 이동량 v는 v=(P2-P1)V/(RTΔt)이다.

따라서, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서의 단위시간 당의 물질의 이동량(v0)과, 검정용 루틴에서의 단위시간 당의 물질의 이동량(v1)과의 비는 이하와 같이 된다.

(v1/v0)=MΔt(273+MTO)/Δt(273+TO) …(2)

여기서, 어떤 유량을 실현하기 위한 밸브의 개도(Gv)는 유체의 압력에 반비례한다. 본 실시예에서, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서의 초기 압력(MPO)과, 검정용 루틴에서의 초기 압력(PO)이 다른 경우, 같은 목표 유량을 실현하기 위한 밸브의 개도가 다르다. 이 점을 고려하면, 상기 (2)식은 이하의 식(3)으로 된다. 이 식 (3)은 검정 정밀도(H)에 관한 상기 식(1)과 등가(等價)이다.

(v1/v0)′=MΔt(273+MTO)PO/Δt(273+TO)MPO …(3)

여기서 MΔt=17640msec, Δt=11420msec, MPO=0.4003210MPa(메가 파스칼), PO=0.2589058MPa, MTO=25.4℃, TO=24.7℃라고 각각 가정하면, 상기 수식으로부터 검정 정밀도(H)는 다음과 같이 된다.

H=100.135%

즉, 이 값은 출하 당시와 마찬가지로 가스 유량을 제어하면, 조금이기는 하 지만, +0.135% 의 유량 오차(誤差)가 발생하는 것을 의미한다.

그리고, 상기한 바와 같은 검정 처리를 각 밸브 개도마다 행해서, 밸브 개도 마다의 검정 정밀도(H)를 구하게 된다(스텝 S32).

이와 같이 검정 결과가 얻어지면, 이것을 기억함과 동시에, 이 검정 결과를 출력해서 예를 들면 표시 수단(54)에 표시하는 등 하여 오퍼레이터에게 그 내용을 알린다(스텝 S33). 이것과 동시에 필요가 있으면, 이 검정 결과에 의거해서 질량 유량 검출 수단(8)을 자동적으로 교정해서 올바른 유량 신호(S1)를 출력하도록 설정한다(스텝 S34). 유량 설정 신호(S0)와 유량 신호(S1)에 의거해서 제어 수단(18)이 유량 제어 밸브(20)를 피드백 제어하고 있음에도 불구하고, 유량이 어긋나는 것은, 유량 신호(S1)가 현실의 유량을 올바르게 반영하고 있지 않다고 생각되기 때문이다. 또한, 이 교정 처리는 예를 들면 센서 회로(16)의 증폭기인 차동 회로(32)(도 18 참조)의 게인을 조정하는 것에 의해 행할 수가 있다.

또, 필요하면, 상기 검정 정밀도를 미리 설정된 소정의 허용 범위와 비교하고, 검정 정밀도가 이 허용 범위 이상으로 클 때에는 경보 수단(56)을 구동하는 등 해서 오퍼레이터에게 주의를 환기시키도록 해도 좋다. 그리고, 상기와 같이 자동 교정이 종료하면, 검정용 루틴을 종료하게 된다.

이와 같이, 장치 자체에 검정용 밸브부(42)와 검정용 탱크부(44) 등을 설치하고, 이 검정용 밸브부(42)를 닫아서 유체의 공급을 정지한 이후에 있어서, 상기 검정용 탱크부(44)로부터 흘러나오는 유체의 압력 변화를 검출함과 동시에, 이 압력 변화를 예를 들면 기준으로 되는 기준 압력 변화와 비교하는 것에 의해서, 흐르 는 유체의 질량 유량을 정확하게 제어할 수 있는지 여부의 검정을 행할 수가 있다.

또, 질량 유량 제어장치(40)를 반도체 제조 장치의 가스 공급계(供給系) 등에 실장한 채로 상기 검정 동작을 행할 수 있으므로, 검정 동작을 극히 단시간에 행할 수 있으며, 그 만큼(分) 반도체 제조 장치 등의 가동률을 향상시킬 수가 있다.

또한, 상기 실시예에서, 밸브 개도(검정 온도의 설정값)를 10%씩 변화시켜서 검정 동작을 행했지만, 이 수치예에 한정되는 것은 아니다. 또, 검출 수단(46)과 검정용 탱크부(44)의 유로(6)에 대한 배열 순서를 상류 측과 하류 측에서 역으로(거꾸로) 설치하도록 해도 좋다. 또, 여기서는 탱크 본체(50)에 대해서 유로(6)의 입구(50A)와 출구(50B)를 따로따로 설치했지만, 이것에 한정되지 않고, 유로(6)에 대해서 1개의 분기관(分岐管)을 형성하고, 이 분기관에 탱크 본체(50)를 T자 모양(狀)으로 접속하도록 해도 좋다.

또, 본 실시예에서 설명한 바와 같은 각종 처리는 디지털 처리로 행해도 좋고, 아날로그 처리로 행해도 좋다. 특히, 디지털 처리로 행하는 경우에는, 각종 데이터를 취입(取入: obtain) 샘플링 주파수에 따라서는 데이터가 이산적(離散的)으로 되는 경우가 생기지만, 이 경우에는 데이터를 최하위의 자리수(桁) 측부터 사사오입(丸入: rounded off: 반올림)하는 것에 의해, 예를 들면 도 6에 도시하는 그래프에서 압력 데이터 등의 일치점을 찾아낼 수가 있다.

또한, 제1 실시예에서, 영점 조정을 행하는 경우에는, 상기 검정용 밸브부(42)를 밸브 닫힘 상태로 해서 유로(6) 내의 가스의 흐름을 정지하여 안정화한 상 태에서 유량 신호(S1)를 구하고, 이 값에 의거해서 영점 조정을 행한다.

<제2 실시예>

다음에, 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제2 실시예에 대해서 설명한다.

이 제2 실시예에서는, 정밀도가 높은 영점 조정을 행할 수 있는 기능을 부여한 것이며, 이것과 동시에 장치 자체의 소형 콤팩트(compact)를 도모하도록 한 것이다.

이런 종류의 질량 유량 제어장치에서는, 경시 변화에 의해 유량 검출의 영점이 조금씩이기는 하지만 어긋나는 것은 피할 수 없으므로, 정기적 혹은 부정기적으로 영점 조정이 행해지지만, 영점 조정시에는 그 정밀도를 높이기 위해서 장치 내부의 유체(가스, 액체를 포함한다)의 흐름을 완전히 정지시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 다이어프램을 이용한 유량 제어 밸브(20)에 관해서는, 이것을 밸브 닫힘 상태로 해도 그 특성상, 유체의 흐름을 완전히는 차단하는 것은 곤란하며, 매우 조금이기는 하지만, 극히 미소량인 리크(leak)가 발생한다. 이 미소량의 리크는 반도체 제조 프로세스에서의 설계 룰이 그다지 엄격하지 않은 경우에는, 특별히 문제는 없었지만, 그 이상의 미세화, 박막화 및 고집적화의 요청에 의해서 설계 룰이 보다 엄격해지면, 상기 극히 미소량인 리크를 무시할 수 없게 되었다.

이 제2 실시예에서는, 극히 미소량인 리크를 완전히 없애기 위해서, 소형 콤팩트한 영점 측정용 밸브부를 설치하도록 하고 있다. 이 점에 대해서, 이하에 상세하게 기술한다.

도 7은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제2 실시예를 도시하는 블록 구성도, 도 8은 제2 실시예 중의 각 부재의 실제 배치 상태를 도시하는 배치도, 도 9는 유량 제어 밸브와 영점 측정용 밸브부의 설치 상태를 도시하는 모식도, 도 10은 영점 측정용 밸브부의 전폐용 다이어프램을 도시하는 단면도, 도 11은 영점 측정 공정의 흐름을 도시하는 플로차트이다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다. 여기서는, 영점 측정용 밸브부로서는, 앞(先)의 검정용 밸브부(42)에서도 이용한 액추에이터리스 소형 밸브 기구를 이용하는 경우에 대해서 설명한다.

도 7 및 도 8에도 도시하는 바와 같이, 이 영점 측정용 밸브부(60)는 유로(6)의 최하류 측에 설치되고, 유체 출구(6B)의 직전(바로앞)에 위치된다. 구체적으로는, 질량 유량 제어장치의 장치 하우징(45)의 하면 측(도 8 중에서)에 취부 오목부(62)를 설치하고, 이 취부 오목부(62) 내에 상기 영점 측정용 밸브부(60)를 액밀(液密: liquid-tight) 혹은 기밀(氣密: air-tight)하게 취부하도록 되어 있다. 이 취부 오목부(62)는 상기 유량 제어 밸브 기구(10)의 다이어프램(22)에 대해서 대향하는 위치에 배치되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 상기 취부 오목부(62)의 안쪽(奧: rear, behind)에는, 장치 하우징(45)을 더욱더 깊숙하게 깎아내는(削取: excavating) 것에 의해 유체 저장실(64)이 형성되어 있다. 이 유체 저장실(64)의 천정의 중앙부는 도 9에서 아래방향으로 조금 돌출된 모양(突狀: protruded profile)으로 형성되어 있으며, 이 부분에 상기 유량 제어 밸브 기구(10) 측의 밸브구(24)와 연통(連通)하도록 해서 연통로(66)가 형성되어, 밸브구(24)를 흐른 가스가 이 유체 저장실(64) 내로 유입할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 상기 유체 저장실(64)에 관해서, 이 연통로(66)의 하단 개구부가 밸브구로 되는 유체 입구부(68)로서 기능하게 된다. 또, 이 유체 저장실(64)에는, 가스가 흘러나오는 유체 출구부(70)가 설치되어 있으며, 이 유체 출구부(70)는 유로(72)를 거쳐서 유체 출구(6B) 측에 연통되어 있다.

그리고, 상기 밸브구로 되는 유체 입구부(68) 주위에는, 예를 들면 O링 등의 링 모양(狀)의 탄성(彈性) 씰 부재(74)가 아래쪽으로 부분적으로 돌출시켜서 설치되어 있으며, 후술하는 바와 같이 밸브 닫힘 상태시에, 이 밸브구로 되는 유체 입구부(68)를 완전히 액밀하게 혹은 기밀하게 닫아서 가스의 흐름을 완전히 차단할 수 있도록 되어 있다. 상기 유체 저장실(64)의 하부를 구획하도록 해서, 굴곡 변형 가능하게 이루어진 금속제의 전폐용 다이어프램(76)이 설치되어 있다. 이 전폐용 다이어프램(76)은 그의 중심부에 아래방향으로 볼록한 모양(凸狀)으로 곡면 모양(曲面狀)으로 성형된 곡면부(76A)를 가지고 있으며, 그 주변부가, 이 취부 오목부(62)에 밀접 상태로 끼워장착(嵌裝: fit)시킨 고정 부재(78)에 의해 꽉 눌려져서 고정되어 있다. 이 고정 부재(78)는 도시하지 않은 나사 등에 의해 단단히 죄어 고정된다.

여기서 상기 곡면부(76A)는 구면(球面)의 일부를 가지는 돔 형상, 구체적으로는 반구 모양(半球狀)의 돔 형상보다도 높이가 낮은, 구면의 일부를 가지는 돔 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 전폐용 다이어프램(76)에 곡면부(76A)를 설치하 지 않고, 평면 형상으로 되도록 형성해도 좋다. 그리고, 상기 고정 부재(78)에는, 상기 전폐용 다이어프램(76)을 상기 유체 입구부(68)를 향해서 압압해서 밸브구로서 기능하는 이 유체 입구부(68)를 닫기 위한 압압 수단(80)이 설치되어 있다. 이 압압 수단(80)은 상기 고정 부재(78)의 상면을 오목부 모양으로 성형하는 것에 의해서, 상기 전폐용 다이어프램(76)을 사이에 두고 유체 저장실(64)과는 반대측(도 9 중에서는 아래쪽 측)에 설치된 작동 공간(82)과, 이 작동 공간(82) 내로 가압 기체, 예를 들면 가압 공기를 공급배출할 수 있는 밸브 기구(84)에 의해 구성되어 있다. 이 밸브 기구(84)를 구동하는 것에 의해, 상기 작동 공간(82) 내에 필요에 따라서 가압 기체를 공급배출할 수 있도록 되어 있으며, 가압 기체를 공급했을 때에 상기 곡면부(76A)를 가지는 전폐용 다이어프램(76)을 굴곡 변형시켜서 유체 입구부(68)를 전폐할 수 있도록 되어 있다.

따라서, 작동 공간(82)에 가압 기체를 공급하고 있지 않는 통상시에는 상기 유체 입구부(68)는 전개 상태로 되어 있으며, 노멀리 오픈(normally open) 형(形: type)의 개폐 밸브로 되어 있다. 상기 밸브 기구(84)는 예를 들면 전자식의 3방 밸브이며, 이 전자 3방 밸브를 상기 고정 부재(78)에 내장시키는 것에 의해서, 전체의 소형화 및 콤팩트화를 도모하도록 되어 있다. 이 경우, 상기 고정 부재(78) 주위와 취부 오목부(62)의 내면 사이에는 O링 등의 씰 부재(86)가 개설되어 있으며, 상기 작동 공간(82) 내의 가압 공기가 외부로 새지(누출하지) 않도록 하고 있다. 이와 같이, 밸브 기구(84)로서 전자식 3방 밸브를 이용하는 것에 의해서, 이 3방 밸브의 1방(한쪽)에 상시 가해지는 가압 공기를, 작동 공간(82) 내로 필요에 따 라서 공급배출시킬 수가 있다. 상기 가압 공기는 작동 공기 입구(85)로부터 도입된다. 그리고, 이와 같이 밸브 기구(84)로서 전자식 3방 밸브를 이용하는 것에 의해서, 영점 측정용 밸브부(60)로서 소형 콤팩트한 액추에이터리스 소형 밸브 기구로 할 수가 있다. 또한, 이 영점 측정용 밸브부(60)는 검정 제어 수단(48)에 의해 그의 동작이 제어된다.

다음에, 이와 같이 구성한 영점 측정용 밸브부(60)를 이용하여 행해지는 유량 센서의 영점 측정 공정에 대해서 설명한다.

이 영점 측정 공정은 정기적 혹은 부정기적으로 행해지지만, 특히 도 4에 도시하는 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴을 실행하기 직전이나, 도 5 에 도시하는 검정용 루틴을 실행하기 직전에 행하는 것이 바람직하다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 이 영점 측정 공정을 행하려면, 우선, 여기서는 유로(6)의 최상류에 위치하는 검정용 밸브부(42)와 유로(6)의 최하류에 위치하는 상기 영점 측정용 밸브부(60)를 모두 닫는 것에 의해서 밸브 닫힘 상태로 하고, 유로(6) 내에 흐르는 가스의 흐름을 완전히 차단해서 이것을 정지시킨다(S01). 즉, 센서관(14) 내의 가스의 흐름을 완전히 정지시킨다. 이 때, 유량 제어 밸브 기구(10)의 유량 제어 밸브(20)는 열림 상태로 유지해 둔다(S02).

이와 같은 상태로 해서, 소정 시간이 경과하여 유로(6) 내, 특히 센서관(14) 내의 가스의 흐름이 완전히 정지해서 안정 상태로 되면(S03), 그 때의 센서 회로(16)의 유량 신호(S1)를 검출하고, 이 때의 검출값을 제로점의 어긋남량으로서 제어 수단(18)의 도시하지 않은 메모리에 기억한다(S04). 환언(換言)하면, 이 기억 한 어긋남량에 의해 검정 제어 수단(48)이나 제어 수단(18) 내의 측정계(유량 센서)로부터의 소정의 출력값을 전기적으로 "유량 제로"를 나타내는 것으로서 설정(오프셋 조정)하게 된다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 영점 측정용 밸브부(60)는 가스 (유체)의 누출을 완전히 차단할 수 있으므로, 정밀도가 높은 영점 측정을 행할 수가 있다. 또한, 이 시점에서는, 아직 영점 조정은 행하지 않고 상기한 어긋남량을 기억한 채로 해 두며, 최종적으로 검정용 루틴에서 자동적으로 혹은 오퍼레이터의 지시에 의해, 영점 조정을 행하도록 한다. 즉, 도 5에 도시하는 검정용 루틴의 S34에서, 상기 영점 어긋남량과 검정용 루틴에서 구한 유량 어긋남량을 자동적으로 교정하는 것에 의해, 영점 조정을 행함과 동시에 유량 어긋남 조정을 행한다. 이 경우, 자동 교정을 행하지 않고 측정 결과의 각 어긋남량을 표시하도록 하며, 필요한 경우에는 오퍼레이터가 이것을 보고 지시하는 것에 의해 교정을 행하도록 해도 좋다.

도 11로 되돌아가서, S04에서 유량 신호(S1)의 값을 기억하면, 유량 제어 밸브(20)를 통상의 제어 상태로 이행시키고(S05), 그리고 검정용 밸브부(42) 및 영점 측정용 밸브부(60)를 모두 열림 상태로 한다(S06). 그리고 다음에, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴인 경우에는 도 4의 S2로 이행하고(S1은 제외한다), 검정용 루틴인 경우에는 도 5의 S22로 이행(S21은 제외한다)한다(S07).

상술한 경우, 도 10에 도시하는 바와 같이, 전폐용 다이어프램(76)의 구면의 일부를 가지는 돔 형상의 곡면부(76A)의 단면의 원의 직경을 D, 구면의 반경을 R, 가압 공기의 압력을 P1, 유체 저장실(64) 내의 압력을 P2로 하면, 실험의 결과, 이 하에 나타내는 바와 같은 관계식을 만족하는 범위가, 누출이 없는 전폐 상태를 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

2<R/D<10 (P1-P2≥0.1MPa일 때)

또, 상기 곡면부(76A)의 형상은 구면의 일부 형상, 예를 들면 반구의 돔 형상으로 형성할 수가 있지만, 이것에 한정되지 않고, 타원(楕圓) 단면을 가지는 돔 형상의 일부 형상 등, 가스의 흐름을 완전히 정지시키는 전폐 상태를 실현할 수 있다면, 어떠한 곡면이라도 좋고, 또 전술한 바와 같이 전폐용 다이어프램(76)을 평면 형상으로 해도 좋다.

또, 밸브 기구(84)로서 전자식의 3방 밸브를 이용하고 이것을 내장한 액추에이터리스 소형 밸브 기구를 영점 측정용 밸브부(60)로서 이용하고 있으므로, 소형 콤팩트화 및 성(省)스페이스화(save space)를 실현할 수가 있다.

또, 장치의 설계 치수에도 따르지만, 유량 제어 밸브 기구(10)와 대향시켜서 영점 측정용 밸브부(60)를 배치하도록 했으므로, 다이어프램(22)으로 개폐되는 밸브구(24)와 유체 저장실(64)의 유체 입구부(68)를 연통(連通: communicating)하는 연통로(66)의 용적이 작다. 이 때문에, 가스를 흐르게 했을 때에 장치를 제어할 수 없는 데드 볼륨(dead volume)을 매우 적게 할 수가 있다.

또, 전술한 바와 같이, 이와 같은 액추에이터리스 소형 밸브 기구는 도 2에 도시하는 검정용 밸브부(42)에 대해서도 적용할 수가 있다.

또, 상기 제2 실시예에서는, 영점 측정용 밸브부(60)의 압압 수단(80)으로서 전자식 3방 밸브를 내장한 액추에이터리스 소형 밸브 기구를 이용했지만, 이것 대 신에, 도 12에 도시하는 변형예와 같이, 전폐용 다이어프램(76)과 접촉해서 이것을 압압하는 피스톤(90)을 가지는 피스톤식 액추에이터를 이용해도 좋다.

또한, 상기 영점 측정용 밸브부(60)는 바이패스관(12)및 센서관(14)을 사이에 두고 상기 검정용 밸브부(42)의 반대 측에 설치되게 된다. 따라서, 예를 들면, 검정용 밸브부(42)를 바이패스관(12)보다도 하류 측에 설치한 경우에는, 상기 영점 측정용 밸브부(60)는 바이패스관(12)보다도 상류 측에 설치하게 된다.

<제3 실시예>

도 13은 본 발명에 관련된 질량 유량 제어장치의 제3 실시예를 도시하는 블록 구성도이다. 제3 실시예의 질량 유량 제어장치(401)는 유로(6)에서, 검정 실행부(401B)가 질량 유량 제어부(401A)의 하류에 있는 점에서 제1 실시예의 질량 유량 제어장치(40)와는 다르다. 또, 제3 실시예의 질량 유량 제어장치(401)의 검정 실행부(401B)는 검정용 밸브부(42)가 검정용 탱크부(44)와 압력 검출 수단(46)의 하류에 설치되어 있는 점에서, 제1 실시예의 질량 유량 제어장치(40)의 검정 실행부(40B)와는 다르다. 제3 실시예의 질량 유량 제어장치(401)의 구성의 다른(他) 점은 제1 실시예의 질량 유량 제어장치(40)와 같다.

제3 실시예에서는 우선, 상류측의 유량 제어 밸브(20)를 닫아서 탱크 본체(50) 내를 진공배기하여, 저압의 상태로 한다. 그리고, 검정용 밸브부(42)를 닫고, 유량 제어 밸브(20)를 일정 개도로 열어서, 탱크 본체(50)를 포함하는 유로(6) 내의 압력이 어떻게 상승하는지를 측정한다. 그리고, 그 압력 변화에 의거해서, 질량 유량 제어부(401A)의 검정을 행한다.

<제3 실시예에서의 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴>

도 14는 제3 실시예의 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트이다. 기준 압력 변화 특성을 얻을 때에는, 스텝 S41에서 우선, 유량 설정 신호(S0)를 유량의 최대 설정값(예를 들면 100%)을 나타내는 풀스케일(예를 들면 5V)로 설정한다.

스텝 S42에서는, 검정용 밸브부(42)를 열고, 유량 제어 밸브(20)를 닫는다. 그리고, 스텝 S43에서, 하류의 유체 출구(6B)로부터 진공 펌프(도시하지 않음)로 가스를 흡인해서 진공배기함으로써, 유량 제어 밸브(20)보다도 하류의 유로(6) 내 및 검정용 탱크부(44)의 탱크 본체(50) 내를 저압의 상태로 한다.

스텝 S44에서는, 제어 수단(18)은 유량 제어 밸브(20)를 열고, 앞서 스텝 S41에서 설정한 유량(여기서는 최대의 유량)으로 되도록, 유량 설정 신호(S0)에 따라서 유량 제어 밸브 기구(10)의 유량 제어 밸브(20)를 제어한다. 그 결과, 가스 공급원으로부터, 유량 제어 밸브(20), 유로(6) 및 탱크 본체(50)를 경유하여, N₂가스가 하류의 진공 펌프를 향해서 흐른다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 검정시에는, 유량 설정 신호(S0)는 호스트컴퓨터가 아니라 검정 제어 수단(48)으로부터 제어 수단(18)에 보내진다(도 13 참조).

그 후, 스텝 S45에서, 가스류의 유량이 안정하게 될 때까지 소정 시간(예를 들면 6초)이 경과하는 것을 기다린다. 그리고, 스텝 S46에서, 밸브 구동 전압(S2)을 그 때의 전압값으로 고정하는 것에 의해 유량 제어 밸브(20)의 개도를 고정한다.

스텝 S47에서는, 유량 제어 밸브(20)의 개도가 고정되고 나서 소정 시간(예를 들면 수초)가 경과하고 가스의 흐름이 안정된 후, 압력 검출 수단(46)으로 측정한 그 때의 가스류의 압력을, 초기 압력(MPO)으로서 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납(格納: store)한다. 또, 온도 검출 수단(51)으로 검출한 그 때의 탱크 내의 온도를 초기 온도(MTO)로서 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납한다.

스텝 S48에서는, 검정용 밸브부(42)를 닫는다. 그 결과, 가스 공급원 및 탱크 본체(50)와 하류의 진공 펌프와의 접속이 끊어지고, N₂가스의 흡인은 정지한다. 그러나, 가스 공급원에서 탱크 본체(50)로의 N₂가스의 공급은 계속해서 행해지고 있기 때문에, 가스는 유량 제어 밸브(20)를 통해서 검정용 밸브부(42)보다도 상류의 유로(6) 내 및 탱크 본체(50) 내로 유입한다. 그 결과, 검정용 밸브부(42)보다도 상류의 유로(6) 내 및 탱크 본체(50) 내의 압력은 상승한다.

스텝 S49에서는, 압력 검출 수단(46)으로 소정의 시간 간격, 예를 들면 1msec마다 유로(6) 내의 가스의 압력을 측정한다. 그리고, 스텝 S50에서는, 유로(6) 내의 가스의 압력이 미리 정해진 상한값에 도달했는지 여부를 판정한다. 유로(6) 내의 가스의 압력이 그의 상한값에 도달해 있지 않은 경우에는, 스텝 S49로 되돌아가서, 압력의 측정을 계속한다. 유로(6) 내의 가스의 압력이 그의 상항값에 도달한 경우에는, 유로(6) 내의 가스의 압력의 측정을 종료한다.

스텝 S51에서는, 얻어진 압력 변화 데이터(각 시각의 가스의 압력의 측정값)를 기준 압력 변화 특성으로서 밸브 개도와 관련지어서 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납한다. 스텝 S41에서는, 유량 설정 신호(S0)를 밸브 개도 100%를 나타내는 값으로 설정하고 있었다. 이 때문에, 최초로 스텝 S51의 처리를 행했을 때에 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납되는 기준 압력 변화 특성은 밸브 개도 100%의 기준 압력 변화 특성이다.

다음에, 스텝 S52에서는, 유량 설정 신호(S0)가 나타내는 유량 설정값이 미리 정해진 하한을 하회하는지 여부를 판정한다. 최초로 스텝 S52에 도달했을 때에는, 유량 설정 신호(S0)는 밸브 개도 100%를 나타내는 값으로 설정되어 있기 때문에, 스텝 S52 의 판정 결과는 NO로 된다. 그리고, 처리는 스텝 S53으로 진행한다.

스텝 S53에서는, 제어 수단(18)에 주어지는 유량 설정 신호(S0)가 나타내는 밸브 개도를 소정량 만큼 감소시킨다. 그리고, 처리는 다시 스텝 S42로 되돌아간다. 예를 들면, 스텝 S53에서 밸브 개도를 10% 감소시킨 경우에는, 다음의 스텝 S43∼S51의 처리에서는, 밸브 개도 90%일 때의 압력이 측정되고, 밸브 개도 90%의 기준 압력 변화 특성으로서 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납된다.

또한, 스텝 S53에서 스텝 S42로 되돌아간 시점에서는, 탱크 본체(50) 내 및 유로(6) 내의 압력은 상한값에까지 도달해 있다(스텝 S50 참조). 그러나, 스텝 S42, S43에서는, 유량 제어 밸브(20)를 닫은 상태에서 탱크 본체(50) 내가 진공배기된다. 이 때문에, 탱크 본체(50) 내 및 유로(6) 내의 압력은 다시 검정에 충분한 정도로까지 저압으로 된다.

이하와 마찬가지로 해서, 복수의 밸브 개도에 대해서 압력의 변화가 측정되고, 밸브 개도(설정 유량)와 관련지어진 기준 압력 변화 특성이 기준용 데이터 메모리(52A)에 격납된다. 스텝 S52에서, 유량 설정 신호(S0)가 나타내는 유량 설정값 이 하한을 하회한다고 판정되었을 때에는, 기준 압력 변화 특성을 얻는 처리를 종료한다.

<제3 실시예에서의 검정용 루틴>

도 15는 제3 실시예에서의 검정용 루틴의 각 스텝을 도시하는 플로차트이다. 도 15의 플로차트에서, 스텝 S61∼S73까지의 각 처리는 원칙으로서, 도 14의 스텝 S41∼S53의 처리와 같다.

다만, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴이 예를 들면 질량 유량 제어장치(401) 자체를 제조하는 공장에서 질량 유량 제어장치(401)의 출하 전에 행해지는데 대해서, 검정용 루틴은 질량 유량 제어장치(401)가 반도체 제조 장치 등의 가스 공급 라인에 실장된 상태에서 행해진다. 따라서, 스텝 S63∼S67에서의 가스의 흡인은 가스 공급 라인에서 하류의 가스관(4)(도 13 참조)에 접속되어 있는 반도체 제조 장치(도시하지 않음) 등에 접속된 진공 펌프 (도시하지 않음)에 의해서 행해진다.

또, 검정용 루틴에서는, 각 데이터는 기준용 데이터 메모리(52A)가 아니라, 검정용 데이터 메모리(52B)에 격납된다. 즉, 도 15의 스텝 S71에서는, 압력 변화 데이터(각 시각의 가스의 압력의 측정값)는 밸브 개도와 관련지어진 검정 압력 변화 특성으로서 검정용 데이터 메모리(52B)에 격납된다. 그리고, 스텝 S67에서는, 유량 제어 밸브(20)의 개도가 고정되고 나서 소정 시간(예를 들면 수초)이 경과한 후, 압력 검출 수단(46)으로 측정한 그 때의 가스류의 압력을, 초기 압력(PO)으로서 검정용 데이터 메모리(52B)에 격납한다. 또, 온도 검출 수단(51)으로 검출한 그 때의 탱크 내의 온도를 초기 온도(TO)로서 검정용 데이터 메모리(52B)에 격납한다.

도 15의 스텝 S61∼S73의 다른 처리는 도 14의 스텝 S41∼S53의 처리와 같다. 스텝 S61∼S73의 처리에서, 복수의 밸브 개도에 대해서 압력의 변화가 측정되고, 각 밸브 개도와 관련지어진 검정 압력 변화 특성이 검정용 데이터 메모리(52B)에 격납된다.

도 16은 밸브 개도가 100%일 때의 기준 압력 변화 특성과 검정 압력 변화 특성을 각각 나타내는 압력 검출 수단(46)의 압력 신호(S4)의 값의 1예를 도시하는 그래프이다. 특성 곡선 X0이 밸브 개도 100%일 때의 기준 압력 변화 특성(도 14의 스텝 S51 참조)을 나타내고, 특성 곡선 X1이 밸브 개도 100%일 때의 검정 압력 변화 특성(도 15의 스텝 S71 참조)을 나타낸다.

제3 실시예에서는, 상한 기준 압력(P1)에서 하한 기준 압력(P2)까지의 미리 정해진 압력 범위에 관해서, MΔt 및 Δt를 다음과 같이 정한다. 즉, 기준 압력 변화 특성 측정용 루틴에서 얻어진 압력이 하한 기준 압력(P2)에 도달하고 나서 상한 기준 압력(P1)에 도달할 때까지의 시간을 MΔt로 한다. 또, 검정용 루틴에서 얻어진 압력이 하한 기준 압력(P2)에 도달하고 나서 상한 기준 압력(P1)에 도달할 때까지의 시간을 Δt로 한다.

그와 같이 해서 얻어진 어떤 밸브 개도에서의 MΔt 및 Δt, 그리고 도 14의 스텝 S47에서 얻어진 초기 압력(MPO) 및 초기 온도(MTO)와, 도 15의 스텝 S67에서 얻어진 초기 압력(PO) 및 초기 온도(TO)를, 식 (1)에 대입함으로써, 그의 밸브 개도에 대해서 검정 정밀도(H)가 얻어진다.

도 15의 스텝 S74에서는, 그와 같이 해서 복수의 밸브 개도에 관해서 검정 정밀도(H)를 계산한다. 그리고, 스텝 S75에서는, 각 밸브 개도의 검정 정밀도(H)가 표시 수단(54)에 표시된다. 스텝 S76 에서는, 각 밸브 개도의 검정 정밀도(H)에 의거해서, 질량 유량 검출 수단(8)이 자동적으로 교정된다. 스텝 S75, S76의 처리는 도 5의 스텝 S33, S34의 처리와 같다.

이와 같은 형태로 해도, 반도체 제조 장치 등의 가스 공급 라인에 실장한 채로 질량 유량 제어장치의 검정을 행할 수가 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 압력 검출 수단(46)은 탱크 본체(50)의 하류 측에 설치되어 있었다. 그러나, 압력 검출 수단(46)은 탱크 본체(50) 및/또는 유량 제어 밸브(20)의 상류 측에 설치되고, 그들의 위치에서의 유로(6) 내의 압력을 검출할 수 있는 형태로 해도 좋다. 또, 압력 검출 수단(46)은 탱크 본체(50) 내의 압력을 검출할 수 있는 형태로 할 수도 있다. 즉, 압력 검출 수단은 유로를 닫는 검정용 밸브부에 대해서, 유로 내를 흐르는 유체의 질량 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와 같은 측에 설치되고, 탱크 본체를 포함하는 유로 내의 유체의 압력을 검출하는 것이면 좋다. 다만, 압력 검출 수단은 검정용 밸브부와 유량 제어 밸브 사이에 설치되는 것이 보다 바람직하다.

또, 상기 실시예에서는, 온도 검출 수단(51)은 탱크 본체(50)에 설치되어 있었다. 그러나, 온도 검출 수단(51)은 탱크 본체(50) 및/또는 유량 제어 밸브(20)의 상류 측에 설치되고, 그들의 위치에서의 유로(6) 내의 유체의 온도를 검출할 수 있는 형태로 해도 좋다. 또, 온도 검출 수단(51)은 탱크 본체(50) 및/또는 유량 제어 밸브(20)의 하류 측에 설치되고, 그들의 위치에서의 유로(6) 내의 유체의 온도를 검출할 수 있는 형태로 해도 좋다. 즉, 온도 검출 수단은 유로를 닫는 검정용 밸브부에 대해서, 유로 내를 흐르는 유체의 질량 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와 같은 측에 설치되고, 그들의 위치에 있어서의, 탱크 본체를 포함하는 유로 내의 유체의 온도를 검출하는 것이면 좋다.

상기 실시예에서는, 탱크 본체(50)는 스테인레스 스틸로 설치되고, 저부에 유로(6)에 접속된 가스의 입구(50A)와 출구(50B)가 설치되어 있었다. 그러나, 탱크는 다른 구성으로 할 수도 있다. 예를 들면, 유로에 가스의 유로를 따른 방향과 수직인 단면(斷面)의 단면적이 다른 부분에 비해서 큰 부분을 설치하고, 그 부분을 탱크로 할 수도 있다. 또, 탱크를 설치하지 않고, 유로 내를 흐르는 유체의 질량 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와, 유로를 닫는 검정용 밸브부 사이를 연결하는 유로에 굴곡부를 복수 설치하고, 유량 제어 밸브와 검정용 밸브부를 직선적으로 연결한 형태보다도 긴 유로를 설치해서, 그 부분을 탱크로 대체(대신)할 수 있다. 즉, 유량 제어장치는 검정용 밸브와 유량 제어 밸브 사이에서 유체를 모아둘 수 있는 구성으로 할 수가 있다.

또, 상기 실시예에서는, 초기 압력(MPO, PO) 및 초기 온도(MTO, TO)는 각각 검정용 밸브(42)를 닫았을 때의 압력 및 온도였다. 그러나, 검정에 사용하는 초기 압력 및 초기 온도는 다른 시각에서의 유체의 압력 및 온도이더라도 좋다. 검정에 사용하는 초기 압력 및 초기 온도는 예를 들면 검정용 밸브(42)를 닫은 시각부터 미리 정한 일정 시간이 경과한 후의 시각의 온도 및 압력이더라도 좋다. 또, 검정용 밸브(42)를 닫는 시각부터 미리 정해서 일정 시간 거슬러올라간 시각의 온도 및 압력이더라도 좋다. 즉, 검정에 사용하는 초기 압력 및 초기 온도는 검정용 밸브부로 유로를 닫은 시각을 포함하는 소정 시간 구간 내에 포함되는 시각의 온도 및 압력으로 할 수가 있다.

이상에서는, 본원 발명을 그의 바람직한 예시적인 실시예를 참조해서 상세하게 설명했다. 그러나, 본원 발명은 이상에서 설명한 실시예나 구성에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본원 발명은 여러가지 변형이나 균등한 구성을 포함하는 것이다. 또, 개시된 발명의 여러가지 요소는 여러가지 조합(組合) 및 구성으로 개시되었지만, 그들은 예시적인 것이며, 각 요소는 보다 많아도 좋고 또 적어도 좋다. 그리고, 요소는 하나라도 좋다. 그들 형태는 본원 발명의 범위에 포함되는 것이다.

본 발명은, CVD 성막이나 에칭 조작 등이 여러 가지 반도체 제조 장치 등, 내부를 저압으로 보존해서 사용되는 대상(對象) 장치에 정확한 양의 가스를 공급하기 위한 장치에 적용 가능하다.

Claims

유체(流體) 공급원보다도 압력이 낮은 유체 공급 대상(對象)에 유체를 공급하는 유로(流路)에서 유체의 유량(流量)을 제어하는 유량 제어장치로서,

상기 유로를 개폐하는 제1 개폐 밸브(弁)와,

상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브 기구를 구비하는 유량 제어부와,

상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 유량 제어 밸브 기구와 같은 측(同側)에서 상기 유체의 압력을 검출할 수 있는 압력 검출부와,

상기 유량 제어부가 제어하는 상기 유량의 기준값으로부터의 어긋남(deviation)을 계산하는 어긋남 측정 제어부를 구비하고,

상기 어긋남 측정 제어부는,

상기 유량 제어 밸브 기구의 개도(開度: aperture 또는 opening degree)를 고정(固定)하고, 상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 상태에서 상기 압력 검출부에 의해서 압력 변화를 측정하고,

상기 측정한 압력 변화에 의거해서 상기 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 유량 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 유량 제어부는, 상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 유량 제어 밸브 기 구와 같은 측에서 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있는 유량 검출부를 더 구비하고, 목표로 하는 목표 유량과 상기 유량 검출부에서 측정한 유량에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구의 개도를 조절해서, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어할 수 있으며,

상기 어긋남 측정 제어부는, 상기 기준값으로부터의 어긋남에 의거해서, 상기 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 조정할 수 있는 유량 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 유량 검출부에 대해서 상기 제1 개폐 밸브와는 역(逆) 측에서 상기 유로를 개폐하는 제2 개폐 밸브를 더 구비하고

상기 어긋남 측정 제어부는,

상기 제1 및 제2 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 상태에서 상기 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 판독(讀取: read)하고, 상기 유량 검출부에 의한 유량 제로(zero)를 나타내는 출력값을 조정할 수 있는 유량 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 개폐 밸브와 상기 유량 제어 밸브 기구 사이에서 상기 유로를 흐르는 유체를 모아둘(溜: hold) 수 있는 저류부(貯留部: accumulator)를 더 구비하는 유량 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 유량 제어 밸브 기구와 같은 측에서 상기 유체의 온도를 측정할 수 있는 온도 검출부를 더 구비하고,

상기 어긋남 측정 제어부는 또,

상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 시각을 포함하는 소정 시간 구간 내에 포함되는 제1 시각에서의 상기 유체의 압력인 초기 압력(PO)과,

상기 소정 시간 구간 내에 포함되는 제2 시각에서의 상기 유체의 절대 온도(T1)와,

상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 후, 상기 유체의 상기 압력이 소정의 제1 기준 압력(P1)에 도달(達)하고 나서 상기 제1 기준 압력(P1)과는 다른 소정의 제2 기준 압력(P2)에 도달할 때까지의 시간(Δt)

에 의거해서 상기 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 유량 제어장치.
제5항에 있어서,

상기 어긋남 측정 제어부는,

PO/(T1×Δt)와, 상기 기준값에 관련된 소정(所定: certain) 정수(定數: constant)와의 비에 의거해서, 상기 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 유량 제어장치.
유체를 흐르게 하는 유로에, 그 유로에 흐르는 유체의 질량 유량을 검출해서 유량 신호를 출력하는 유량 검출부와, 밸브 구동 신호에 의해 밸브 개도를 바꾸는 것에 의해서 질량 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구를 개설(介設: 사이에 넣어서 설치)하고, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호와 상기 유량 신호에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 유량 제어부를 설치해서 이루어지는 질량 유량 제어장치에 있어서,

상기 유로에, 그 유로를 개폐하는 제1 개폐 밸브와, 소정 용량을 가지는 저류부와, 상기 유체의 압력을 검출해서 압력 검출 신호를 출력하는 압력 검출부를 각각 설치하고, 상기 제1 개폐 밸브와 상기 저류부와 상기 압력 검출부를 이용하여 질량 유량 검정 동작을 행하도록 제어하는 어긋남 측정 제어부를 구비하도록 구성한 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치.
제7항에 있어서,

상기 어긋남 측정 제어부는, 상기 검정 결과에 의거해서 상기 유량 검출부를 교정(校正: calibrate)하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치.
제7항에 있어서,

상기 유로에는, 영점(零点) 측정 시에 그 유로의 출구측을 개폐하는 제2 개폐 밸브가 개설되어 있는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 개폐 밸브와 상기 저류부와 상기 압력 검출부는, 상기 유량 검출부 및 상기 유량 제어 밸브 기구보다도 상류 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 개폐 밸브와 상기 저류부와 상기 압력 검출부는, 상기 유량 검출부 및 상기 유량 제어 밸브 기구보다도 하류 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치.
유체 공급원보다도 압력이 낮은 유체 공급 대상에 유체를 공급하는 유로에서 유체의 유량을 제어하는 유량 제어장치의 조정 방법으로서,

상기 유량 제어장치는, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브 기구를 구비하는 유량 제어부를 구비하고,

상기 조정 방법은,

(a) 상기 유량 제어 밸브 기구의 개도를 고정하는 공정과,

(b) 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫는 공정과,

(c) 상기 공정 (a) 및 (b) 후에, 상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 유량 제어 밸브 기구와 같은 측의 제1 소정 위치에서의 상기 유체의 압력 변화를 측정하는 공정과,

(d) 상기 측정한 압력 변화에 의거해서, 상기 유량 제어부가 제어하는 상기 유량의 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 공정과,

(e) 상기 기준값으로부터의 어긋남에 의거해서 상기 유량 제어부를 조정하는 공정을 포함하는 유량 제어장치의 조정 방법.
제12항에 있어서,

상기 유량 제어부는, 상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 유량 제어 밸브 기구와 같은 측에서 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있는 유량 검출부를 더 구비하고, 목표로 하는 목표 유량과 상기 유량 검출부에서 측정한 유량에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구의 개도를 조절해서, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어할 수 있으며,

상기 공정 (e)는,

상기 기준값으로부터의 어긋남에 의거해서, 상기 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 조정하는 공정을 포함하는 유량 제어장치의 조정 방법.
제13항에 있어서,

(f) 상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫고, 또한 상기 유량 검출부에 대해서 상기 제1 개폐 밸브와는 역 측에서 제2 개폐 밸브로 상기 유로를 닫는 공정과,

(g) 상기 제1 및 제2 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 상태에서 상기 유량 검출부에 의한 유량을 나타내는 출력값을 판독하는 공정과,

(h) 상기 유량 검출부에 의한 유량 제로를 나타내는 출력값을 조정하는 공정을 더 포함하는 유량 제어장치의 조정 방법.
제12항에 있어서,

상기 공정 (d)는,

상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 시각을 포함하는 소정 시간 구간 내에 포함되는 제1 시각에서의, 상기 제1 소정 위치의 상기 유체의 압력인 초기 압력(PO)과,

상기 소정 시간 구간 내에 포함되는 제2 시각에서의, 상기 제1 개폐 밸브에 대해서 상기 제1 소정 위치와 같은 측에 있는 제2 소정 위치의 상기 유체의 절대 온도(T1)와,

상기 제1 개폐 밸브로 상기 유로를 닫은 후, 상기 제1 소정 위치에서의 상기 유체의 상기 압력이 소정의 제1 기준 압력(P1)에 도달하고 나서 상기 제1 기준 압력(P1)과는 다른 소정의 제2 기준 압력(P2)에 도달할 때까지의 시간(Δt)

에 의거해서 상기 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 공정을 포함하는 유량 제어장치의 조정 방법.
제15항에 있어서,

상기 공정 (d)는,

PO/(T1×Δt)와, 상기 기준값에 관련된 소정 정수와의 비에 의거해서, 상기 기준값으로부터의 어긋남을 계산하는 공정을 포함하는 유량 제어장치의 조정 방법.
질량 유량 제어장치의 검정 방법으로서,

상기 질량 유량 제어장치는,

유체를 흐르게 하는 유로에, 그 유로에 흐르는 유체의 질량 유량을 검출해서 유량 신호를 출력하는 유량 검출부와, 밸브 구동 신호에 의해 밸브 개도를 바꾸는 것에 의해서 질량 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구를 가지고, 외부에서 입력되는 유량 설정 신호와 상기 유량 신호에 의거해서 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 유량 제어부와,

상기 유로에, 그 유로를 개폐하는 제1 개폐 밸브와, 소정 용량을 가지는 저류부와, 상기 유체의 압력을 검출해서 압력 검출 신호를 출력하는 압력 검출부를 가지고, 상기 제1 개폐 밸브와 상기 저류부와 상기 압력 검출부를 이용하여 질량 유량 검정 동작을 행하도록 제어하는 어긋남 측정 제어부를 구비하고,

상기 검정 방법은,

검정 유량을 설정하는 공정과,

유로에 검정용의 유체를 안정적으로 흐르게 하는 공정과,

상기 흐르는 유체의 압력과 저류부의 온도를 검출해서 각각 초기 압력과 초기 온도로 하는 공정과,

제1 개폐 밸브를 닫아서 유로를 차단하는 공정과,

상기 제1 개폐 밸브를 닫은 후에 상기 저류부로부터 유출하는 유체의 압력 변화를 측정하는 공정과,

상기 측정된 압력 변화와 미리 구해진 기준 압력 변화 특성에 의거해서 검정 결과를 구하는 공정

을 가지는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치의 검정 방법.
제17항에 있어서,

상기 검정 결과에 의거해서 유량 검출부를 자동적으로 교정하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치의 검정 방법.
삭제
제17항에 있어서,

상기 검정 유량을 설정하는 공정 전에, 상기 유로에 흐르는 유체의 흐름을 차단해서 영점 측정을 행하는 영점 측정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어장치의 검정 방법.