KR101661003B1 - 유체 제어 장치 - Google Patents

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KR101661003B1
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무츠노리 고요모기
다카히로 마츠다
료우스케 도히
고우지 니시노
노부카즈 이케다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

본 발명은, 비용을 절감하고, 스페이스의 감소도 가능하게 한 유체 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 유체 제어 장치(1)는, 유체 제어부(2)와 유체 도입부(3)를 포함하고 있다. 유체 도입부(3)는, 3개로 나누어져 있고, 입구측에 배치되어 각각 2×N/2개의 개폐 밸브(23)로 이루어진 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)와, 4×M개의 개폐 밸브(23)로 이루어지며, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)와 유체 제어부(2) 사이에 배치된 유체 제어부측 차단 개방부(7)를 포함한다.

Description

유체 제어 장치{FLUID CONTROLLER}
본 발명은, 반도체 제조 장치 등에 사용되는 유체 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 유체 제어 기기가 집적화되어 형성되는 유체 제어 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서 사용되는 유체 제어 장치에 있어서는, 복수의 유체 제어 기기가 직렬형으로 배치되고 파이프나 조인트를 사이에 두지 않고 접속됨으로써 형성된 복수의 라인을 베이스 부재 상에 병렬형으로 설치하는 집적화가 진행되고 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2).
특허문헌 1의 유체 제어 장치에 있어서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 1개의 유량 제어기(21)를 기본 구성 요소로 하여 1열의 프로세스 가스 제어 라인(유체 제어 라인)이 구성되고, 복수[유량 제어기(21)의 수와 동일함]의 프로세스 가스 제어 라인(L1∼L16)이 병렬로 배치됨으로써, 유체 제어 장치가 구성되어 있다. 유체 제어 라인(L1∼L16)에 병렬로 더 추가되어 있는 라인(P)은, 퍼지 가스 라인이다.
도 7에 있어서, 각 프로세스 가스 제어 라인(L1∼L16)은, 입구측에서부터 필터(24), 입구측의 2개의 개폐 밸브(23), 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러)(21) 및 출구측의 개폐 밸브(25)를 포함하고 있고, 각 프로세스 가스 제어 라인(L1∼L16)에 공통인 출구 부분에도, 개폐 밸브(26)가 설치되어 있다.
이러한 유체 제어 장치에 있어서는, 모든 프로세스 가스 제어 라인(L1∼L16)에 항상 유체(가스)가 흐르고 있는 것은 아니며, 2∼3라인을 사용하여 상이한 종류나 상이한 유량의 가스가 순차 전환되고, 유량 제어기(21)에 의해 그 유량이 조정되어 하류측의 챔버로 보내어진다. 유량 제어기(21)로서 사용되는 매스 플로우 컨트롤러는, 유량 센서 및 컨트롤 밸브 등을 내장한 것으로, 고가이며, 빈번한 유지보수가 필요하여 전체의 비용을 증가시키는 요인이 되고 있다. 한편, 반도체 제조 장치에서 사용되는 유체 제어 장치에서는, 유체 종류가 증가하는 경향이 있고, 이에 따라, 스페이스 및 비용이 증가한다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2의 유체 제어 장치에 있어서는, 1개의 유량 제어기를 기본 구성 요소로 하여 입구 및 출구를 1개씩 갖는 1열의 유체 제어 라인이 M열 배치된 유체 제어부와, 복수의 개폐 밸브에 의해 입구수가 N(>M)이고 출구수가 M이 되도록 구성된 유체 도입부를 가지며, 유체 도입부의 M개의 출구와 유체 제어부의 M개의 입구가 각각 1:1로 접속되어 있다.
이 특허문헌 2의 것을 도 7에 도시된 종래의 유체 제어 장치에 대응시키면, 도 6에 도시된 바와 같이, M개(도시는 8개)의 유량 제어기(21)를 기본 구성 요소로 하는 유체 제어 라인(L1∼L8)이 M열 배치된 유체 제어부(2)와, 복수의 개폐 밸브(23)에 의해 입구수가 N(도시는 16개)이고 출구수가 M이 되도록 구성된 유체 도입부(3)를 포함하는 것이 된다.
도 6에 있어서, 각 유체 제어 라인(L1∼L8)은, 프로세스 가스를 제어하는 라인으로서, 이들에 병렬이 되도록 1열의 퍼지 가스 라인(P)이 설치되어 있다.
유량 제어기(21)로서는, 매스 플로우 컨트롤러가 사용되고 있다. 매스 플로우 컨트롤러(21)는, 유량 조정 가능 범위가 비교적 좁기 때문에, 동일한 종류의 유체라도 그 유량 조정 범위가 상이한 경우에는 별도의 매스 플로우 컨트롤러(21)가 사용되고 있고, M열의 유체 제어 라인(L1∼L8)에 의해 M종류의 프로세스 가스(동일한 프로세스 가스에서 유량이 상이한 것을 포함함)의 유량을 조정할 수 있다.
유체 도입부(3)는, N×M개의 개폐 밸브(23)로 이루어지고, 유체 도입부(3)의 M개의 출구와 유체 제어부(2)의 M개의 입구는 각각 1:1로 대응하도록 접속되어 있다.
유체 도입부(3)의 N개의 각 입구에는, 필터(24) 및 수동 밸브(27)가 각각 설치되어 있다. M열의 각 유체 제어 라인(L1∼L8)에는 각각 2개의 출구측 개폐 밸브(25)가 설치되어 있다. 또한, 유체 제어부(2)의 출구측에는, 각 유체 제어 라인(L1∼L8)에 공통인 압력 스위치(28), 필터(24) 및 개폐 밸브(26)가 설치되어 있다.
또한, 유량 제어기로서는, 매스 플로우 컨트롤러 이외에 압력식의 것도 알려져 있다(특허문헌 3 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2002-206700호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2000-323464호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 제3387849호 공보
상기한 도 6에 도시된 유체 제어 장치에 따르면, 도 7에 도시된 유체 제어 장치에 비하여 상대적으로 비용이 비싸고 유지보수가 번거로운 유량 제어기(21)를 포함하는 유체 제어 라인이 16열(N열)에서 8열(M열)로 줄어든다고 하는 이점이 있지만, 개폐 밸브(23)의 수가 대폭 증가하기 때문에, 입구의 수를 많게 하고 싶은 경우에는, 이점을 충분히 살릴 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 비용을 절감하고, 스페이스의 감소도 가능하게 한 유체 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 유체 제어 장치는, 1개의 유량 제어기를 기본 구성 요소로 하여 입구 및 출구를 1개씩 갖는 1열의 유체 제어 라인이 M열 배치된 유체 제어부와, 복수의 개폐 밸브에 의해 입구수가 N(>M)이고 출구수가 M이 되도록 구성된 유체 도입부를 구비하며, 유체 도입부의 M개의 출구와 유체 제어부의 M개의 입구가 각각 1:1로 접속되어 있는 유체 제어 장치로서, 유체 도입부는, 복수의 개폐 밸브로 이루어지고 입구측에 배치되며 입구의 총수가 N개이고 출구의 총수가 K개인 입구측 차단 개방부와, 복수의 개폐 밸브로 이루어지고 입구측 차단 개방부와 유체 제어부 사이에 배치되며 입구의 총수가 K개이고 출구의 총수가 M개인 유체 제어부측 차단 개방부로 나누어지며, 입구측 차단 개방부는, 각각 2 이상의 정해진 수의 개폐 밸브를 갖는 복수의 그룹으로 나누어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 유체 제어 장치는, 입구수가 N개이고, 출구수가 M개이며, M열의 유체 제어 라인(예컨대 L1∼L8)을 사용하여 N 종류의 유체의 유량을 조정할 수 있다.
1열의 유체 제어 라인은, 유량 제어기 단독 또는 유량 제어기에 소요의 유체 제어 기기가 접속됨으로써 형성된다. 여기서, 유체 제어 기기는, 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러 또는 유체 가변형 유량 제어 장치) 이외의 유체 제어 장치 구성 요소를 의미하고, 유체 제어 기기로서는, 개폐 밸브(유체 통로의 차단·개방을 행하는 밸브), 감압 밸브, 압력 표시기, 필터, 압력 스위치 등이 적절하게 사용된다. 유체 제어 장치에 필요한 유체 제어 기기는, 유체 도입부의 N개의 입구에 각각 설치되는 것과, M열의 유체 제어 라인의 각각에 설치되는 것과, 유체 제어부의 출구에 M열의 유체 제어 라인에 공통인 것으로서 설치되는 것으로 나누어져 적절한 개소에 배치된다.
1개의 유체 제어 라인은, 예컨대, 하단층이 되는 복수의 블록형 조인트 부재가 수나사 부재에 의해 가동 레일에 부착되고, 인접한 조인트 부재에 걸치도록 상단층이 되는 복수의 유체 제어 기기 및 유량 제어기가 상측으로부터의 나사 부재에 의해 조인트 부재에 부착되게 된다.
일반적으로는, 입구의 총수가 N개이고 출구의 총수가 K개인 입구측 차단 개방부는, N×K개의 개폐 밸브로 이루어진 것이 되고, 입구의 총수가 K개이고 출구의 총수가 M개인 유체 제어부측 차단 개방부는, K×M개의 개폐 밸브로 이루어진 것이 되지만, 입구측 차단 개방부가 각각 2 이상의 소요수의 개폐 밸브를 갖는 복수(예컨대 2개 또는 4개)의 그룹으로 나누어져 있기 때문에, 입구측 차단 개방부의 개폐 밸브의 총수는, 2개의 그룹으로 나누어져 있는 경우에는, N×K/2개로 감소하고, 4개의 그룹으로 나누어져 있는 경우에는, N×K/4개로 감소한다.
예컨대, 유체 도입부는, 각각 N1×2개 및 (N-N1)×2개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 및 제2 입구측 차단 개방부와, 4×M개의 개폐 밸브로 이루어진 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 경우가 있다. N1은 예컨대 N/2이 된다. N은 입구수이고, M은 출구수이며, 이 경우에는, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부에 의해 입구수 N개에 대하여 출구수가 4개(유체 종류는, 최대 각 입구측 차단 개방부에 2종류씩 모두 4종류로 한정)가 되고, 유체 제어부측 차단 개방부에 의해 4종류의 유체가 M개의 출구 중 어느 하나에 분배된다. 이와 같이 함으로써, 유체 도입부를 구성하는 데 필요한 개폐 밸브의 수를 감소시킬 수 있다.
또한, 유체 도입부는, N=N1+N2+N3+N4로서, 각각 N1, N2, N3 및 N4개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부와, 4×M개의 개폐 밸브로 이루어진 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 경우가 있다. 예컨대, N1=N2=N3=N4=N/4이 된다. N은 입구수이고, M은 출구수이며, 이 경우에는, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부에 의해 입구수 N개에 대하여 출구수가 4개(유체 종류는, 최대 각 입구측 차단 개방부에 1종류씩 모두 4종류로 한정)가 되고, 유체 제어부측 차단 개방부에 의해 4종류의 유체가 M개의 출구 중 어느 하나에 분배된다. 이와 같이 함으로써, 유체 도입부를 구성하는 데 필요한 개폐 밸브의 수를 한층 더 감소시킬 수 있다.
또한, 유체 도입부는, 각각 N/4개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부와, 각각 2×M/2개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 경우가 있다. N은 입구수이고, M은 출구수이며, 이 경우에는, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부에 의해 입구수 N개에 대하여 출구수가 4개(유체 종류는, 최대 각 입구측 차단 개방부에 1종류씩 모두 4종류로 한정)가 되고, 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부에 의해 4종류의 유체가 M개의 출구 중 어느 하나에 분배된다. 이와 같이 함으로써, 유체 제어부측 차단 개방부의 개폐 밸브를 줄일 수 있어, 유체 도입부를 구성하는 데 필요한 개폐 밸브의 수를 한층 더 감소시킬 수 있다.
유량 제어기로서는, 예컨대, 매스 플로우 컨트롤러를 사용할 수 있고, 매스 플로우 컨트롤러는, 입구 통로 및 출구 통로가 형성된 본체와, 본체에 부착된 유량 센서 및 피에조 압전 소자식 컨트롤 밸브로 이루어지는 경우가 있으며, 또한, 개폐 제어 밸브, 압력 센서, 스로틀부, 유량 센서 및 제어부로 이루어지는 경우가 있다.
유량 제어기로서는, 압력식의 것(압력식 유량 제어 장치)으로 되는 경우가 있고, 이러한 유량 제어기로서는, 예컨대, 오리피스의 상류측 압력을 하류측 압력의 약 2배 이상으로 유지한 상태에서 유체의 유량 제어를 행하는 압력식으로서, 금속 박판에 미소한 구멍을 뚫어 형성되고, 또한, 소요의 유량 특성을 구비한 오리피스와, 오리피스의 상류측에 설치한 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브와 오리피스 사이에 설치한 압력 검출기와, 압력 검출기의 검출 압력(P)으로부터 유량(Qc)을 Qc=K×P(단, K는 정수)로서 연산하고, 유량 지령 신호(Qs)와 상기 연산한 유량 신호(Qc)의 차를 제어 신호(Qy)로서 컨트롤 밸브의 구동부로 출력하는 연산 제어 장치로 구성되며, 컨트롤 밸브의 개폐에 의해 오리피스 상류측 압력을 조정하여 오리피스 하류측 유량을 제어하는 것이 있다.
이 압력식 유량 제어기에 따르면, 1대의 압력식 유량 제어기에 의해 복수 종류의 유체의 유량을 조정하는 것이 가능하고, 따라서, M개의 유량 제어기를 갖는 M열의 유체 제어 라인이 m(<M)개의 상기 압력식 유량 제어기를 갖는 M열의 유체 제어 라인으로 치환될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 입구수 및 출구수를 동일하게 유지하고, 유체 제어부에서 사용되는 유량 제어기의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 유체 제어 장치에 따르면, N개의 입구수에 대응하여 M(<N)열의 유체 제어 라인이 대응되어 있기 때문에, 비용 증가 요인이 되는 유량 제어기를 감소시킬 수 있어 전체의 비용을 낮출 수 있다. 또한, 복수의 개폐 밸브로 이루어진 유체 도입부의 개폐 밸브의 수의 증가가 억제되고 있기 때문에, 한층 더 비용을 저감할 수 있고, 전체적인 설치 스페이스도 감소한다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 제1 실시형태를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 제2 실시형태를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 제3 실시형태를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 제4 실시형태를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 제4 실시형태에서 사용되고 있는 유량 제어기를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유체 제어 장치의 비교예가 되는 종래의 유체 제어 장치를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 종래의 유체 제어 장치의 다른 예를 나타낸 흐름도이다.
(부호의 설명)
1 : 유체 제어 장치
2, 4 : 유체 제어부
3 : 유체 도입부
5, 6 : 제1 및 제2 입구측 차단 개방부
7 : 유체 제어부측 차단 개방부
8, 9, 10, 11 : 제1∼제4 입구측 차단 개방부
12, 13 : 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부
21, 22 : 유량 제어기
23 : 개폐 밸브
31 : 컨트롤 밸브
32 : 구동부
33 : 압력 검출기
34 : 오리피스
42 : 연산 제어 회로(연산 제어 장치)
L1∼L8 : 유체 제어 라인
본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 도 6에 도시된 것과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 유체 제어 장치의 제1 실시형태를 나타내고 있다.
이 실시형태의 유체 도입부(3)는, 3개로 나누어져 있고, 입구측에 배치되어 각각 2×N/2개의 개폐 밸브(23)로 이루어진 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)와, 4×M개의 개폐 밸브(23)로 이루어지고, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)와 유체 제어부(2) 사이에 배치된 유체 제어부측 차단 개방부(7)를 포함한다.
제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)는, N개의 입구를 2개의 입구측 차단 개방부로 나누는 것으로, 각각 N/2개의 입구와 2개의 출구를 갖고 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)를 합한 출구수[유체 제어부측 차단 개방부(7)에 있어서는 입구수]는, (2+2)개가 되고, 이 총 4개의 출구수에 대응하여 유체 제어부측 차단 개방부(7)를 4×M개의 개폐 밸브(23)에 의해 구성함으로써, 유체 도입부(3) 전체적으로는, M개의 출구를 얻을 수 있으며, 유체 도입부(3)의 M개의 출구와 유체 제어부(2)의 M개의 입구가 각각 1:1로 대응하도록 접속되어 있다.
도 6에 도시된 것에서는, 유체 제어부(2)에 최대 M종류(8종류)의 유체를 동시에 도입할 수 있다. 그러나, 실용적으로는, 유체 제어부(2)에 최대 4종류의 유체를 동시에 도입할 수 있으면 되고, 이 조건 하에서는, 제1 실시형태와 같이 함으로써, 개폐 밸브(23)의 수의 감소가 가능해진다. 또한, 이 실시형태에서는, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6) 모두 출구수는 2개이며, 4종류의 유체를 동시에 도입할 때에는, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6) 중 어느 한쪽에 4종류 모두 도입하는 것은 불가능하기 때문에, 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)에 각각 2종류씩의 유체가 도입되게 된다.
이렇게 해서, 제1 실시형태의 것에 따르면, 도 6의 것에 비하여, 개폐 밸브(23)의 수가 N×M개에서 (2N+4×M)개로 감소되고 있다.
도 2는 본 발명의 유체 제어 장치의 제2 실시형태를 나타내고 있다.
이 실시형태의 유체 도입부(3)는, 5개로 나누어져 있고, 입구측에 배치되고 각각 N/4개의 개폐 밸브(23)로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)와, 4×M개의 개폐 밸브(23)로 이루어지며, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)와 유체 제어부(2) 사이에 배치된 유체 제어부측 차단 개방부(7)를 포함한다.
유체 제어부측 차단 개방부(7)는, 제1 실시형태의 것과 동일한 구성으로 되어 있다. 제1 실시형태와의 차이점은 제1 실시형태에 있어서의 제1 및 제2 입구측 차단 개방부(5, 6)가 각각 더 분할되어 4개의 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)로 나누어져 있다는 점이다. 제2 실시형태의 것에 따르면, 제1 내지 제4 각 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)에 각각 1종류씩의 유체가 도입됨으로써, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)의 총 출구수[유체 제어부측 차단 개방부(7)에 있어서는 입구수]는, (1+1+1+1)의 4개가 되고, 이 총 4개의 출구수를 4×M개의 개폐 밸브(23)로 이루어진 유체 제어부측 차단 개방부(7)의 각 입구에 대응시킴으로써 유체 도입부(3) 전체적으로는, M개의 출구를 얻을 수 있으며, 유체 도입부(3)의 M개의 출구와 유체 제어부(2)의 M개의 입구가 각각 1:1로 대응하도록 접속되어 있다.
이렇게 해서, 제2 실시형태의 것에 따르면, 제1 실시형태의 것에 비하여, 개폐 밸브(23)의 수가 N개 더 감소한다.
도 3은, 본 발명의 유체 제어 장치의 제3 실시형태를 나타내고 있다.
이 실시형태의 유체 도입부(3)는, 6개로 나누어져 있고, 입구측에 배치되며 각각 N/4개의 개폐 밸브(23)로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)와, 각각 2×M/2개의 개폐 밸브(23)로 이루어지고, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)와 유체 제어부(2) 사이에 배치된 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부(12, 13)를 포함한다.
제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)는, 제2 실시형태의 것과 동일한 구성으로 되어 있다. 제3 실시형태에 있어서 제2 실시형태와의 차이점은 제2 실시형태에 있어서의 유체 제어부측 차단 개방부(7)가 각각 분할되어 2개의 유체 제어부측 차단 개방부(12, 13)로 되어 있다는 점이다. 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부(12, 13)는, 전체적으로, 입구수가 4개, 출구수가 M개이며, 이것은, 제2 실시형태와 동일하다.
따라서, 제3 실시형태의 것에 따르면, 제1 내지 제4 각 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)에 각각 1종류씩의 유체가 도입됨으로써, 제3 실시형태와 마찬가지로, 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부(8, 9, 10, 11)의 총 출구수[유체 제어부측 차단 개방부(12, 13)에 있어서는 입구수]는, (1+1+1+1)의 4개가 되고, 이 총 4개의 출구수를 제1 유체 제어부측 차단 개방부(12)의 2개의 입구 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부(13)의 2개의 입구에 각각 대응시킴으로써 유체 제어부측 차단 개방부(12, 13) 전체[유체 도입부(3) 전체]적으로는, M개의 출구를 얻을 수 있고, 유체 도입부(3)의 M개의 출구와 유체 제어부(2)의 M개의 입구가 각각 1:1로 대응하도록 접속되어 있다.
이렇게 해서, 제3 실시형태의 것에 따르면, 제2 실시형태의 것에 비하여 유체 제어부측 차단 개방부(12, 13)의 개폐 밸브(23)의 수가 절반(M/2개)으로 감소한다.
도 4는, 본 발명의 유체 제어 장치의 제4 실시형태를 나타내고 있다. 제4 실시형태의 것은, 제3 실시형태의 것과 유체 제어부(2, 4)의 구성이 서로 다르다.
제4 실시형태의 것에서는, 유량 제어기(22)가, 매스 플로우 컨트롤러(21) 대신에 압력식의 것으로 되어 있다.
이 유량 제어기(22)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 컨트롤 밸브(31), 그 구동부(32), 압력 검출기(33), 오리피스(34), 유체 취출(取出)용 조인트(35), 유량 연산 회로(36), 유체 종류 선택 회로(37), 유량 설정 회로(38), 비(比) FF 기억부(39), 유량 연산부(40), 유량 표시부(41) 및 연산 제어 회로(42)를 포함한다.
유량 연산 회로(36)는, 온도 검출기(44), 증폭 회로(43, 45), A/D 변환기(46, 47), 온도 보정 회로(48) 및 연산 회로(49)를 포함한다. 또한, 연산 제어 회로(42)는 비교 회로(50) 및 증폭 회로(51)를 포함한다.
컨트롤 밸브(31)에는, 소위 다이렉트 터치형 메탈 다이어프램 밸브가 사용되고 있고, 또한, 그 구동부(32)에는 압전 소자형 구동 장치가 사용되고 있다. 이외에도, 이들 구동부로서는, 자화 왜곡 소자형 구동 장치나 솔레노이드형 구동 장치, 모터형 구동 장치, 공기압형 구동 장치, 열팽창형 구동 장치가 이용된다.
압력 검출기(33)에는 반도체 왜곡형 압력 센서가 사용되고 있지만, 이 외에 압력 검출기로서는, 금속박 왜곡형 압력 센서나 정전 용량형 압력 센서, 자기 저항형 압력 센서 등의 사용도 가능하다. 온도 검출기(44)에는 열전대형 온도 센서가 사용되고 있지만, 측온 저항형 온도 센서 등의 공지의 각종 온도 센서를 사용할 수 있다.
오리피스(34)는, 소요의 유량 특성을 구비하도록 금속 박판제 가스켓에 절삭 가공에 의해 미소한 구멍을 뚫어 형성되어 있다. 이 외에, 오리피스로서는, 에칭 및 방전 가공에 의해 금속막에 구멍을 형성한 오리피스를 사용할 수 있다.
유체 종류 선택 회로(37)는, 유체를 선택하는 것으로, 유량 설정 회로(38)가 그 유량 설정 신호(Qe)를 연산 제어 회로(42)에 지령한다. 비 FF 기억부(39)는 N2 가스에 대한 비 FF를 기억시킨 메모리이다. 유량 연산부(40)에서는 비 FF의 데이터를 이용하여 유통되고 있는 유체 종류의 유량(Q)을 Q=비 FF×QN(QN은 상당 N2 가스 유량)으로 연산하고, 이 값을 유량 표시부(41)에 표시한다.
이 유량 제어기(22)에서는, 상류측 압력을 하류측 압력의 약 2배 이상으로 유지하면서 특정 유체에 관하여 하류측 유량(Qc)을 Qc=K×P(K: 정수)로 연산할 수 있도록 설정하고, 이 연산 유량(Qc)과 설정 유량(Qs)의 차 신호에 의해 컨트롤 밸브(31)가 개폐 제어된다.
여기서, 유체 종류마다 플로 펙터(FF)는, 하기 식에 의해 계산된다.
FF=(k/γ){2/(κ+1)}1/(κ-1)[κ/{(κ+ 1)R}1/2
γ: 유체의 표준 상태에 있어서의 밀도, κ: 유체의 비열비, R: 유체 정수, k: 유체 종류에 의존하지 않는 비례 정수.
그리고, 비 FF 기억부(39)에 기억된 유체 종류 B의 유체 종류 A에 대한 비 플로 펙터를 사용하고, 유량 연산부(40)에 있어서, 기준이 되는 유체 종류 A의 연산 유량이 Qa인 경우에, 동일 오리피스, 동일 상류측 압력 및 동일 상류측 온도의 조건 하에서 유체 종류 B를 유통시켰을 때, 그 연산 유량(Qb)이 Qb=비 플로 펙터×Qa로서 산출된다.
이에 따라, 1대의 유량 제어기(22)를 복수의 유체 종류에 대응시킬 수 있고, 제4 실시형태의 것에서는, 이것을 사용함으로써, 제3 실시형태의 것에 비하여 M개의 유량 제어기(21)를 m개(예컨대 절반)의 유량 제어기(22)로 하는 것이 가능해진다. 감소되는 유량 제어기(22)의 수는, 유체의 종류나 유량 범위에 따라 적절하게 변경된다.
이 제4 실시형태의 유체 제어부(4)는, 제1 내지 제3 실시형태의 유체 제어 장치(1)에도 적용 가능하며, 이에 따라, 각 실시형태로부터 유량 제어기(21)의 수를 줄일 수 있다.
복수의 유체 제어 기기가 집적화되어 형성되는 유체 제어 장치에 있어서, 비용을 절감하고, 스페이스도 감소할 수 있기 때문에, 이것을 반도체 제조 장치 등에 사용되는 유체 제어 장치에 적용함으로써, 반도체 제조 장치 등의 성능 향상에 기여할 수 있다.

Claims (5)

1개의 유량 제어기를 기본 구성 요소로 하여 입구 및 출구를 1개씩 갖는 1열의 유체 제어 라인이 M열 배치된 유체 제어부와, 복수의 개폐 밸브에 의해 입구수가 N(>M)이고 출구수가 M이 되도록 구성된 유체 도입부를 가지며, 유체 도입부의 M개의 출구와 유체 제어부의 M개의 입구가 각각 1:1로 접속되어 있는 유체 제어 장치로서,
유체 도입부는, 복수의 개폐 밸브로 이루어지고 입구측에 배치되며 입구의 총수가 N개이고 출구의 총수가 K개인 입구측 차단 개방부와, 복수의 개폐 밸브로 이루어지고 입구측 차단 개방부와 유체 제어부 사이에 배치되며 입구의 총수가 K개이고 출구의 총수가 M개인 유체 제어부측 차단 개방부로 나누어지며, 입구측 차단 개방부는, 각각 2 이상의 정해진 수의 개폐 밸브를 갖는 복수의 그룹으로 나누어져 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
제1항에 있어서, 유체 도입부는, 각각 N1×2개 및 (N-N1)×2개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 및 제2 입구측 차단 개방부와, 4×M개의 개폐 밸브로 이루어진 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 유체 제어 장치.
제1항에 있어서, 유체 도입부는, N=N1+N2+N3+N4로서, 각각 N1, N2, N3 및 N4개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부와, 4×M개의 개폐 밸브로 이루어진 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
제1항에 있어서, 유체 도입부는, 각각 N/4개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 내지 제4 입구측 차단 개방부와, 각각 2×M/2개의 개폐 밸브로 이루어진 제1 및 제2 유체 제어부측 차단 개방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유량 제어기는, 오리피스의 상류측 압력을 하류측 압력의 2배 이상으로 유지한 상태에서 유체의 유량 제어를 행하는 압력식의 것으로서, 금속 박판에 미소한 구멍을 뚫어 형성되고, 정해진 유량 특성을 갖는 오리피스와, 오리피스의 상류측에 설치한 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브와 오리피스 사이에 설치한 압력 검출기와, 압력 검출기의 검출 압력(P)으로부터 유량(Qc)을 Qc=K×P(단, K는 정수)로서 연산하고, 유량 지령 신호(Qs)와 상기 연산한 유량 신호(Qc)의 차를 제어 신호(Qy)로서 컨트롤 밸브의 구동부로 출력하는 연산 제어 장치로 구성되며, 컨트롤 밸브의 개폐에 의해 오리피스 상류측 압력을 조정하여 오리피스 하류측 유량을 제어하고, M개의 유량 제어기를 갖는 M열의 유체 제어 라인이 m(<M)개의 상기 압력식 유량 제어기를 갖는 M열의 유체 제어 라인으로 치환되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
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