KR20140003611A - 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 - Google Patents

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노부카즈 이케다
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Abstract

유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치된 오리피스(6)와, 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 압력 센서(5)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)에 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되고 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)로 구성한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.

Description

유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치{PRESSURE-BASED FLOW CONTROL DEVICE WITH FLOW MONITOR}
본 발명은 압력식 유량 제어 장치의 개량에 관한 것이고, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치에 열식 질량 유량 센서를 유기적으로 조합시킴으로써 리얼 타임으로 작동 중인 압력식 유량 제어 장치의 제어 유량을 모니터링할 수 있음과 아울러 유량 제어의 응답성이나 유량 제어 정밀도를 높이도록 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 관한 것이다.
종전부터 반도체 제어 장치용 가스 공급 장치에서는 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치(FCS)가 널리 이용되고 있다.
이 압력식 유량 제어 장치(FCS)는 도 16에 나타내는 바와 같이 컨트롤 밸브(CV), 온도 검출기(T), 압력 검출기(P), 오리피스(OL) 및 연산 제어부(CD) 등으로 구성되어 있고, 그 연산 제어부(CD)는 온도 보정·유량 연산 회로(CDa), 비교 회로(CDb), 입출력 회로(CDc) 및 출력 회로(CDd) 등으로 구성되어 있다.
상기 압력 검출기(P) 및 온도 검출기(T)로부터의 검출값은 디지털 신호로 변환되어서 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로 입력되고, 여기에서 검출 압력의 온도 보정 및 유량 연산이 행해진 후 유량 연산값(Qt)이 비교 회로(CDb)로 입력된다. 또한, 설정 유량의 입력 신호(Qs)가 단자(In)로부터 입력되고, 입출력 회로(CDc)에서 디지털값으로 변환된 후 비교 회로(CDb)로 입력되고, 여기에서 상기 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로부터의 유량 연산값(Qt)과 비교된다. 그리고, 설정 유량 입력 신호(Qs)가 유량 연산값(Qt)보다 클 경우에는 컨트롤 밸브(CV)의 구동부로 제어 신호(Pd)가 출력되고, 컨트롤 밸브(CV)가 개방 방향으로 구동되고, 설정 유량 입력 신호(Qs)와 연산 유량값(Qt)의 차(Qs-Qt)가 제로가 될 때까지 밸브 개방 방향으로 구동된다.
압력식 유량 제어 장치(FCS) 그 자체는 상술하는 바와 같이 공지이지만, 오리피스(OL)의 하류측 압력(P2)[즉, 프로세스 챔버측의 압력(P2)]과 오리피스(OL)의 상류측 압력(P1)[즉, 컨트롤 밸브(CV)의 출구측의 압력(P1)] 간에 P1/P2≥약 2의 관계(소위 임계 팽창 조건)가 유지되고 있는 경우에는 오리피스(OL)를 유통하는 가스(Go)의 유량(Q)이 Q=KP1(단, K는 정수)이 되고, 압력(P1)을 제어함으로써 유량(Q)을 고정밀도로 제어할 수 있음과 아울러 컨트롤 밸브(CV)의 상류측 가스(Go)의 압력이 크게 변화되어도 제어 유량값이 거의 변화하지 않는다는 우수한 특징을 갖고 있다.
그러나, 종전의 압력식 유량 제어 장치(FCS)는 미소한 구멍 지름의 오리피스(OL)를 사용하고 있기 때문에 오리피스(OL)의 구멍 지름이 경년(經年) 변화를 일으킬 가능성이 있다. 그 결과, 압력식 유량 제어 장치(FCS)에 의한 제어 유량값과 현실에서 유통하는 가스(Go)의 실제 유량 간에 차이가 발생하게 되고, 이것을 검출하기 위해서 소위 유량 모니터를 빈번하게 행할 필요가 있어서 반도체 제조 장치의 가동성이나 제조한 반도체의 품질 등에 큰 영향을 준다는 문제가 있다.
그 때문에 종래부터 열식 질량 유량 제어 장치나 압력식 유량 제어 장치의 분야에 있어서는 유량 제어가 적정하게 행해지고 있는지의 여부를 리얼 타임으로 간단히 모니터링할 수 있도록 한 유량 제어 장치의 개발이 진척되고 있다. 예를 들면, 도 17 및 도 18은 그 일례를 나타내는 것이고, 이 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)(20)는 유로(23)와, 상류측 압력의 제 1 압력 센서(27a)와, 개폐 제어 밸브(24)와, 그 하류측에 설치한 열식 질량 유량 센서(25)와, 그 하류측에 설치한 제 2 압력 센서(27b)와, 제 2 압력 센서(27b)의 하류측에 설치한 조임부(음속 노즐)(26)와, 연산 제어부(28a)와, 입출력 회로(28b) 등으로 구성되어 있다.
상기 열식 질량 유량 센서(25)는 유로(23) 내에 삽입된 정류체(整流體)(25a), 이 유로(23)로부터 F/A의 유량만큼 분기되는 분기 유로(25b)와, 분기 유로(25b)에 설치된 센서 본체(25c)를 가지고, 총 유량(F)을 나타내는 유량 신호(Sf)를 출력한다.
또한, 조임부(26)는 그 1차측과 2차측에 있어서의 압력차가 소정값 이상일 때에 1차측의 압력에 따른 유량의 유체를 흐르게 하는 음속 노즐이다. 또한, 도 17 및 도 18에 있어서, SPa, SPb는 압력 신호, Pa, Pb는 압력, F는 유량, Sf는 유량 신호, Cp는 밸브 개방도 제어 신호이다.
상기 연산 제어부(28a)는 압력 센서(27a, 27b)로부터의 압력 신호(Spa, Spb) 및 유량 센서(25)로부터의 유량 제어 신호(Sf)를 피드백해서 밸브 개방도 제어 신호(Cp)를 출력함으로써 개폐 밸브(24)를 피드백 제어한다. 즉, 연산 제어부(28a)로는 입출력 회로(28b)를 통해서 유량 설정 신호(Fs)가 입력되고, 질량 유량 제어 장치(20)에 흐르는 유체의 유량(F)이 유량 설정 신호(Fs)에 일치하도록 조정된다. 구체적으로는 연산 제어부(28a)가 제 2 압력 센서(27b)의 출력[압력 신호(Spb)]을 사용해서 개폐 제어 밸브(24)를 피드백해서 그 개폐를 제어함으로써 음속 노즐(26)을 흐르는 유체의 유량(F)을 제어함과 아울러, 이때의 열식 유량 센서(25)의 출력[유량 신호(Sf)]을 사용하여 실제로 흐르고 있는 유량(F)의 측정을 행해 질량 유량 제어 장치(20)의 동작을 확인하는 것이다.
그런데, 상기 도 17 및 도 18에 나타낸 형식의 질량 유량 제어 장치(20)에 있어서는 유량 제어를 행하기 위한 제 2 압력 센서(27b)를 사용한 압력식 유량 측정과, 유량의 감시를 행하기 위한 열식 유량 센서(25)를 사용한 유량 측정이라는 2종의 측정 방식을 연산 제어부(8a)에 도입하고 있기 때문에 제어 유량[설정 유량(Fs)]의 유체가 실제로 흐르고 있는지의 여부, 즉 제어 유량과 실제 유량 간에 차가 있는지의 여부를 간단하고 또한 확실하게 모니터링할 수 있고, 높은 실용적 효용을 얻는 것이다.
그러나, 상기 도 17 및 도 18에 나타낸 질량 유량 제어 장치(20)에도 해석해야 할 문제가 많이 남아 있다.
제 1 문제는 연산 제어부(28a)가 제 2 압력 센서(27b)의 출력(SPb)과 열식 유량 센서(25)의 유량 출력(Sf)의 양 신호를 사용해서 개폐 제어 밸브(24)를 개폐 제어함과 아울러 제 1 압력 센서(27a)의 출력(SPa)을 사용해서 열식 유량 센서(25)의 유량 출력(Sf)을 보정하는 구성으로 하고 있고, 제 1 압력 센서(27a) 및 제 2 압력 센서(27b)의 2개의 압력 신호와 열식 유량 센서(25)로부터의 유량 신호의 3개의 신호를 사용하여 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 제어를 행하도록 하고 있다.
그 때문에, 연산 제어부(28a)의 구성이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 압력식 유량 제어 장치(FCS)로서의 안정된 유량 제어 특성이나 우수한 고응답성이 반대로 저감되어 버린다는 문제가 있다.
제 2 문제점은 개폐 제어 밸브(24)에 대한 열식 유량 센서(25)의 장착 위치가 변경됨으로써, 즉 도 17과 도 18의 질량 유량 제어 장치(20)에서는 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 시의 열식 유량 센서(25)의 응답성, 기기 본체 내의 가스 치환성 및 진공 처리 특성이 크게 변경됨과 아울러 질량 유량 제어 장치(20)의 소형화가 도모되기 어렵다는 문제가 있다.
일본 특허 제 4137666호 공보
본원 발명은 도 17 및 도 18에 나타낸 일본 특허 제 4137666호의 음속 노즐을 사용한 질량 유량 제어 장치에 있어서의 상술과 같은 문제, 즉 제 1 및 제 2 압력 센서(27a, 27b)의 압력 신호와 열식 유량 센서(25)의 유량 신호의 2종류의 다른 신호를 사용해서 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 제어를 행하도록 하고 있기 때문에 연산 제어부(28a)의 구성이 복잡화할뿐만 아니라, 압력식 유량 제어 장치가 갖는 우수한 응답 특성이나 안정된 유량 제어 특성이 감쇄될 우려가 있는 것, 질량 유량 제어 장치(20)의 대형화가 피해지지 않아 가스 치환성의 저하나 진공 처리 시간이 길어지는 것 등의 문제를 해결하고, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치(FCS)의 유량 제어부와, 열식 유량 센서를 사용한 열식 유량 모니터부를 일체로 조합시킨 후, 유량 제어와 유량 모니터를 각각 독립해서 행하도록 함으로써 압력식 유량 제어 장치의 우수한 유량 특성을 최대한 활용함과 아울러 열식 유량 센서에 의한 유량 모니터를 리얼 타임으로 행할 수 있고, 또한 연산 제어부의 간소화, 기기 본체부의 대폭적인 소형화에 의한 가스 치환성의 향상 등을 가능하게 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 본체 구조에 개량을 가함과 아울러 유량 제어 장치 본체 내를 흐르는 유체 유량[즉, 열식 유량 모니터부(1b)에서 검출된 유량]을 유량 제어 장치 본체 내의 유체 유로에 있어서의 제어압의 기울기를 사용하여 압력식 유량 제어 장치(1a)에서 검출되는 유체 유량으로 환산하고, 열식 유량 센서부(1b)의 검출 유량과 압력식 유량 제어부(1a)의 검출 유량 간의 차이를 보정함으로써 모니터 유량 정밀도를 향상시키도록 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 제공하는 것이다.
본원 발명자들은 우선 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치를 기초로 하고, 이것의 유량 모니터를 리얼 타임으로 행하기 위해서 도 6 및 도 7의 점선 프레임 내와 같은 2종 구성의 오리피스를 사용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 구상했다.
도 6 및 도 7에 있어서, 1은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치, 2는 열식 유량 센서, 3은 컨트롤 밸브, 4는 온도 센서, 5는 압력 센서, 6은 오리피스, 7은 제어부, 8은 입구측 유로, 9는 출구측 유로, 10은 장치 본체 내의 유체 통로이며, 도 6에 있어서의 열식 유량 센서(2)와 컨트롤 밸브(3)의 장착 위치를 교체한 것이 도 7의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치이다.
또한, 유량 제어 방식으로서 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치를 채용한 것은 유량 제어 특성이 양호한 점 및 지금까지의 사용 실적이 많은 점 등이 그 이유이다.
또한, 열식 유량 센서(2)를 유량 모니터용 센서로 한 것은 주로 유량 센서로서의 사용 실적과 유량 센서로서의 우수한 특성 때문이고, 또한 리얼 타임 측정의 용이성, 가스종의 변화에 대한 대응성, 유량 측정 정밀도, 사용 실적 등이 다른 유량 측정 센서보다 높은 점을 감안한 결과이다. 또한, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치의 장치 본체 내의 유체 통로(10)에 열식 유량 센서(2)를 일체적으로 장착한 것은 유량 모니터가 행하기 쉽고 또한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 소형화가 도모하기 쉽기 때문이다.
즉, 상기 도 6 및 도 7에 나타낸 구성의 오리피스를 사용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)는 압력 제어식 유량 제어를 기본으로 하는 것이고, 공급 압력 변동의 영향을 받지 않는 점, 오리피스 상류측의 압력 강하 특성을 이용해서 오리피스의 이상 검지가 가능한 점, 장치 본체에 내장된 압력 센서로 공급 압력의 모니터링이 가능한 점 및 열식 유량 센서로 유량의 연속 감시가 가능한 점 등의 특징을 구비하는 것이다.
한편, 문제점으로서는 우선 제 1로 공급 압력의 변화에 의한 열식 유량 센서의 출력의 변동이 생각된다. 즉, 공급 압력의 변화에 의해 열식 유량 센서의 출력이 변동하기 때문에 공급 압력 변화 시에는 제어 유량과의 오차가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 열식 유량 센서의 응답성을 지연시켜서 공급압 변화에 의한 출력 변동을 완화하는 등의 대응이 필요하게 된다.
제 2 문제는 영점 조정 시의 조건의 점이다. 일반적으로 영점 조정은 압력 센서에서는 진공 처리 하에서 실시되고, 또한 유량 센서에서는 밀봉 상태 하에서 실시된다. 따라서, 틀린 조건 하에서 제로 조정이 실시되지 않도록 프로텍팅할 필요가 있다.
제 3 문제는 열식 유량 센서의 서멀 사이펀 현상이다. 즉, 열식 유량 센서의 탑재에 의해 설치 방향을 미리 정해 두는 것이 필요로 되고, 그 결과 가스 박스의 설계와 병행하여 압력식 유량 제어 장치의 설치 방향을 검토할 필요가 있다.
제 4 문제는 실제 가스 유량 교정의 점이다. 일반적으로 유량의 측정에 있어서는 동일 유량이어도 가스종에 따라 열식 유량 센서나 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력값이 달라진다. 그 결과, 상기 압력식 유량 제어 장치의 사용 현장에 있어서 열식 유량 센서의 컨버전 팩터(C.F값)나 압력식 유량 제어 장치의 플로우 팩터(F.F값)를 자동 연산하는 시스템을 부가할 필요가 있다.
제 5 문제는 제어 유량이 이상할 때의 대응이다. 현재의 압력식 유량 제어 장치에서는 알람 및 제어 유량의 오차 등이 디스플레이 상에 표시되지만, 압력식 유량 제어 장치와 열식 유량 센서에 의한 모니터 유량의 출력 차가 소정의 임계값을 초과하면 이상이라고 판단하는 시스템이 필요하게 된다.
그래서, 본원 발명자들은 우선 도 6 및 도 7의 각 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 대해서 새롭게 도입한 열식 유량 센서(2)에 대한 그 각종 특성의 평가 시험을 실시했다.
즉, 도 6 및 도 7과 같이, N2 용기로 이루어지는 유체 공급원(11), 압력 조정기(12), 퍼지용 밸브(13), 입력측 압력 센서(14)를 입구측 유로(8)에 접속시킴과 아울러 데이터로거(NR500)(15)를 제어부(7)에 접속시키고, 또한 출구측 유로(9)를 진공 펌프(16)에 의해 진공 처리하도록 한 특성 평가계를 구성하고, 상기 특성 평가계를 사용하여 열식 유량 센서(2)의 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도, 공급압 변동 특성, 반복 재현성을 평가했다.
상기 스텝 응답 특성은 소정의 유량 설정의 스텝 입력에 대한 열식 유량 센서 출력의 응답성을 평가하는 것이고, 설정 유량을 100%(풀스케일) F. S.=1000sccm)로부터 20%, 50%, 100%로 스텝 변화시킨 경우의 출력 응답을 평가했다. 도 8, 도 9 및 도 10은 설정 유량 20%, 50%, 100%의 경우의 데이터로거(15)에 있어서의 압력식 유량 제어 장치(1)의 유량 설정 입력(A1) 및 그 때의 유량 출력(A2)과, 열식 유량 센서 출력(B1)(도 6의 경우), 열식 유량 센서 출력(B2)(도 7의 경우)의 측정 결과를 나타내는 것이다.
도 8~도 10으로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서(2)의 출력은 설정 개시로부터 약 4sec 이내이고, 설정 출력의 ±2% 이내에 수속하는 것이 확인되었다.
상기 모니터 유량 정밀도는 각 유량 설정으로부터 설정값을 S.P. 단위로 어긋나게 했을 때의 열식 유량 센서 출력의 변화량을 측정 평가한 것이고, 오차 설정 조건은 -0.5%S.P., -1.0%S.P., -2.0%S.P. 및 -3.0%S.P.로 하고 있다.
도 11 및 도 12로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량 정밀도는 유량 설정에 따라서 세트포인트(S.P.) 단위로 변화되어 가는 것이 판명되었다.
상기 공급압 변동 특성은 일정 유량 제어 시에 공급압을 변동시킨 경우의 열식 유량 센서 출력의 변동 상태를 나타내는 것이고, 유량 설정을 50%로 하고 또한 공급압의 변동 조건을 50kPaG로 해서 측정했다.
도 13은 그 측정 결과를 나타내는 것이고, 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 상류측(1차측)에 설치한 경우(도 6의 경우)에는 공급압 변동에 의한 열식 유량 센서(2)의 유량 출력의 변화는 ±0.5%F.S./div의 범위를 크게 초과하지만, 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치한 경우(도 7의 경우)에는 유량 출력의 변화가 ±0.5%F.S./div의 범위 내에 들어가는 것, 즉 가스 공급압 변동의 영향을 받기 어려운 것이 판명되었다.
상기 반복 재현성은 유량 설정을 20% 및 100%로 하고 0%부터 설정 유량까지를 반복해 입력하고, 열식 유량 센서 출력(B1, B2)의 재현성을 측정한 것이다.
도 14 및 도 15로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서 출력의 반복 재현성은 ±1%F.S. 및 0.2%F.S.의 범위 내에 있고, 규칙적인 정확한 재현성을 나타내는 것이 판명되었다.
또한, 상기 도 6 및 도 7에 있어서 사용한 열식 유량 센서(2)는 가부시키가이샤 후지킨제의 FCS-T1000 시리즈에 탑재되는 센서이고, 소위 열식 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)의 열식 유량 센서로서 범용되고 있는 것이다.
상기 열식 유량 센서(2)에 대한 도 6 및 도 7에 근거하는 각 평가 시험(즉 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도 특성, 공급압 변동 특성 및 반복 재현성 특성)의 결과로부터 본원 발명자들은 열식 유량 센서(2)의 장착 위치는 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도 특성 및 반복 재현성 특성의 점에서는 컨트롤 밸브(3)의 상류측(1차측)이어도 하류측(2차측)이어도 그 사이에 우열은 없지만, 공급압 변동 특성의 점에서 열식 유량 센서(2)는 압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치하는 것이 바람직하고, 즉 도 7의 구성으로 하는 편이 바람직한 것을 발견했다.
또한, 본원 발명자들은 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치한 경우에는 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 내용적이 커짐으로써 가스의 치환성이 저하하게 되고, 소유량형의 압력식 유량 제어 장치의 경우에는 압력 강하 특성이 느려지는(즉, 가스 제거 특성이 악화한다) 등의 점이 문제가 되는 것을 발견했다.
그러나, 상기 도 6~도 10에 나타낸 각 평가 시험은 모두 최대 제어 유량이 1000SCCM인 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용하고 또한 유체 공급압을 350kPaG로 한 경우의 결과이고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 최대 제어 유량(풀스케일 유량)이 1000SCCM 이외인 경우에 대해서는 어떤 응답 특성이 얻어질지가 불분명하다.
그래서, 본원 발명자들은 도 7에 나타낸 평가 시험 장치를 사용하고, 최대 제어 유량이 2000SCCM(이하 F.S. 2SLM이라고 한다) 및 최대 제어 유량이 100SCCM(이하 F.S. 100SCCM이라고 한다)의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용하여 공급 압력 300kPaG에 있어서의 응답 특성 시험을 행했다.
도 19는 제어 유량 설정을 0-50-0%로 한 경우의 응답 시험 결과를 나타내는 것이고, F.S. 2SLM의 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용하고, 유체 공급압을 300kPaG(N2)로 한 경우의 결과이다. 도 19로부터도 명확한 바와 같이, 도 1에 있어서의 열식 유량 제어부(1b)의 출력(B2)[즉, 열식 유량 센서(2)에 의해 검출한 리얼 타임 모니터 유량]은 검출 개시로부터 1초간 이내에 안정 검출값에 도달하고, F.S. 2SLM의 경우에는 소위 오버슈트 현상이 보이지 않는다.
한편, 도 20은 제어 유량 설정을 0-50-0%로 한 경우의 F.S. 100SCCM의 시험 결과를 나타내는 것이고, 열식 유량 제어부(1b)의 출력(B2)(리얼 타임 모니터 유량)은 1초간 이내에서 안정 검출값에 도달하지만, 과도적으로 상당히 큰 오버슈트(유입)가 발생한다.
이와 같이, 유량 용량이 작은 압력식 유량 제어부(1a)의 경우에는 열식 유량 모니터 제어부(1b)의 검출값에 오버슈트가 발생하고, 모니터 유량값의 측정 정밀도가 저하한다는 문제가 있는 것이 판명되었다.
그래서, 본원 발명자들은 상기 열식 유량 제어부(1b)의 검출값에 과도적인 오버슈트가 발생하는 원인과 그 방지책을 검토하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 본체의 구조를 내부의 유체 통로 용적[즉, 도 7에 있어서의 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 통로 용적]이 가능한 한 작아지도록 한 구조로 함과 아울러 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로의 제어 압력의 기울기를 사용해서 열식 유량 제어부(1b)의 검출값을 보정함으로써 열식 유량 제어부(1b)와 압력식 유량 제어부(1a) 간의 검출 유량차를 감소시키는 것을 착상했다.
또한, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 가스 공급 장치 등에 장착한 경우에는 모니터 유량 자기진단의 기준이 되는 가스종에 따른 열식 유량 제어부(1b)의 소위 실제 가스 출력 초기값(이하, 실제 가스 MFM 출력 초기값이라고 한다)을 메모리시킬 필요가 있다.
그 때문에, 본원 발명자들은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 치환한 경우도 포함하여 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 실제 기기에 장착한 경우의 실제 가스 MFM 출력 초기값의 메모리 수순을 검토하고, 아울러 실제 가스 MFM 출력의 확인 방법 등에 대해서도 검토를 하여 실제 가스 MFM 출력의 초기값 메모리 및 실제 가스 MFM 출력의 확인의 자동화를 도모하는 것을 착상했다.
본원 청구항 1 내지 청구항 7의 발명은 본원 발명자들의 상기 각 평가 시험의 결과를 기초로 해서 창작된 것이고, 청구항 1의 발명은 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치된 오리피스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 상기 압력 센서(5)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)를 발명의 필수 구성 요건으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 압력 센서(5)를 컨트롤 밸브(3)의 출구측과 열식 유량 센서(2)의 입구측 사이에 설치하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 유량 센서 제어부(7b)에서 연산한 유체 유량과 압력식 유량 연산 제어부(7a)에서 연산한 유체 유량 간의 차가 설정값을 초과하면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9)를 1개의 보디체에 일체적으로 장착함과 아울러 유체 통로(10)를 보디체에 일체적으로 형성하도록 한 것이다.
청구항 5의 발명은 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속한 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속한 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통하는 유체 통로(10)에 개재 설치한 오리피스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통하는 출구측 통로(9)와, 상기 오리피스(6)의 하류측의 출구측 통로(9)에 설치한 압력 센서(17)와, 상기 압력 센서(5) 및 압력 센서(17)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 임계 팽창 조건의 감시나 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러, 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)를 발명의 필수 구성 요건으로 하는 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 오리피스(6)를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건을 벗어나면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것이다.
청구항 7의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9), 압력 센서(17)를 1개의 보디체에 일체적으로 장착하도록 한 것이다.
본원 청구항 8~청구항 11의 발명은 본원 발명자들의 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 소형화 및 모니터 제어 유량의 응답 특성이나 제어 정밀도의 개선에 의한 검토에 근거해서 창작된 것이고, 청구항 8의 발명은 청구항 4의 발명에 있어서, 보디체(30)를 제 1 본체 블록(30a), 제 2 본체 블록(30b), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)을 일체적으로 연결 장착함으로써 형성함과 아울러 제 1 본체 블록(30a)의 상면측에 컨트롤 밸브(3)를, 제 3 본체 블록(30c)의 좌측면측 내부에 층류소자(2d)를, 제 3 본체 블록(30c)의 우측면측 내부에 오리피스(6)를, 제 3 본체 블록(30c)의 하면측에 압력 센서(5)를, 제 3 본체 블록(30c)의 상면측에 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b)를 각각 설치하고, 또한 각 본체 블록(30a~30d)에 연통하는 유체 유통로(10)를 형성하도록 한 것이다.
청구항 9의 발명은 청구항 7의 발명에 있어서, 보디체(30)를 제 1 본체 블록(30a), 제 2 본체 블록(30b), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)을 일체적으로 연결 장착함으로써 형성함과 아울러 제 1 본체 블록(30a)의 상면측에 컨트롤 밸브(3)를, 제 3 본체 블록(30c)의 좌측면측 내부에 열식 유량 센서(2)의 층류소자(2d)를, 제 3 본체 블록(30c)의 우측면측 내부에 오리피스(6)를, 제 3 본체 블록(30c)의 하면측에 압력 센서(5)를, 제 3 본체 블록(30c)의 상면측에 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b), 제 4 본체 블록(30d)의 상면측에 압력 센서(17)를 각각 설치하고, 또한 각 본체 블록(30a~30d)에 연통하는 유체 통로(8, 9, 10)를 형성하도록 한 것이다.
청구항 10의 발명은 청구항 1 또는 청구항 5의 발명에 있어서, 유량 센서 제어부(7b)에 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호에 근거해서 연산한 모니터 유량(B2)을 보정하는 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 설치하고, 상기 모니터 유량(B2)을 유체 제어압의 기울기(ΔP/Δt)를 사용하여 B2'=B2-C·ΔP/Δt(단, C는 변환 계수)로 보정하고, 보정 후의 모니터 유량(B2')을 모니터 유량으로서 출력하도록 한 것이다.
청구항 11의 발명은 청구항 1 또는 청구항 5의 발명에 있어서, 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력(A2)의 미분 회로(40)와, 상기 미분 회로(40)로부터의 출력값의 증폭 회로(41)와, 상기 증폭 회로(41)로부터의 출력의 정형 회로(42)와, 열식 유량 모니터부(1b)로부터의 모니터 유량 출력(B2)으로부터 상기 정형 회로(42)로부터의 입력을 빼서 모니터 유량 출력(B2')을 출력하는 보정 회로(43)로 구성하도록 한 것이다.
또한, 본원 청구항 12~청구항 16의 발명은 본원 발명자들의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 MFM 출력 초기값 등에 의한 검토에 근거해서 창작된 것이고, 청구항 12의 발명은 청구항 1 또는 청구항 5에 기재된 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 있어서, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 배관로에 장착한 후, 우선 N2 가스를 도입해서 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력(A2)과 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2')의 대비를 행하고, 양자의 차이가 허용 범위 내인 경우에는 이어서 실제 가스를 도입하고 각 설정 유량값에 있어서의 열식 유량 모니터부의 모니터 유량 출력의 초기값을 검출 및 메모리한 후, 실제 가스 유량 자기진단 결과로부터 압력식 유량 연산부(1a)의 제어 유량 출력(A2)에 대한 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2')의 대비를 행하고, 양자의 차이가 허용 범위 내에 있으면 실제 가스 모니터 유량 출력(B2')을 출력함과 아울러 상기 초기값 메모리를 유효한 메모리로 하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 13의 발명은 청구항 12의 발명에 있어서, N2 가스를 도입 후, N2 가스를 사용해서 유량 자기진단을 행하고, 장치에 이상이 없는 것을 확인하도록 한 것이다
청구항 14의 발명은 청구항 12 또는 청구항 13의 발명에 있어서, 실제 가스를 도입 후, 실제 가스를 사용해서 유량 자기진단을 행하고, 장치 및 실제 가스에 이상이 없는 것을 확인하도록 한 것이다
청구항 15의 발명은 청구항 12, 청구항 13 또는 청구항 14의 발명에 있어서, N2 가스 도입 전 및/또는 실제 가스 도입 전에 있어서 진공 처리를 행해 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력 센서(5) 및 열식 유량 센서(2)의 자동 영점 조정을 하도록 한 것이다.
청구항 16의 발명은 청구항 12의 발명에 있어서, 미리 정한 복수의 압력식 유량 제어부(1a)의 설정 유량마다 열식 유량 센서(2)의 유량 출력을 출력 개시로부터 미리 정한 대기 시간(t) 후에 계측하고, 자동 보정된 상기 계측값을 메모리 또는 확인하도록 한 것이다.
(발명의 효과)
본원 발명에 있어서는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 압력식 유량 제어부(1a)와 열식 유량 모니터부(1b)로 형성하고, 열식 유량 모니터부(1b)의 열식 유량 센서(2)를 압력식 유량 제어부(1a)의 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 위치하게 해서 유기적으로 일체화시킴과 아울러 제어부(7) 쪽은 압력식 유량 제어부(1a)의 컨트롤 밸브(3)의 개폐 구동을 제어하는 압력식 유량 연산 제어부(7a)와, 열식 유량 모니터부(1b)의 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호에 의해 오리피스(6)를 유통하는 실제 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)를 서로 독립한 상태로 일체화함으로써 구성하고 있다.
그 결과, 단순한 구성의 제어부(7)로, 간단하고 또한 정확하게, 또한 안정된 압력식 유량 제어를 행할 수 있음과 아울러 열식 유량 센서(2)에 의한 유량 모니터도 연속적으로 정확하게 리얼 타임으로 행할 수 있다.
또한, 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 위치시킴과 아울러 컨트롤 밸브(3)나 열식 유량 센서(2) 등의 각 기기 본체를 1개의 보디에 일체적으로 장착하는 구성으로 하고 있기 때문에 장치 본체의 내부 공간 용적이 대폭 감소하고, 가스의 치환성이나 진공 처리의 특성이 악화하는 일도 없다.
또한, 유체 공급원측의 유체 압력에 변동이 있어도 열식 유량 센서(2)의 출력 특성에 큰 변동이 발생하지 않고, 결과적으로 유체 공급측의 압력 변동에 대하여 안정된 유량 모니터와 유량 제어를 행할 수 있다.
본 발명의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에서는 장치 본체(30)를 4개의 본체 블록을 조합시킴으로써 형성함과 아울러 각 블록체에 필요한 유체 통로 등을 형성하고, 또한 제 1 블록체(30a)에 컨트롤 밸브(3)를, 제 2 블록체(30b)와 제 1 블록체(30a) 사이에 프리필터(29)를, 제 3 블록 본체(3c)에 층류소자(2d)와 오리피스(6)를 수납하여 각 블록 본체(30a~30d) 상호 간을 기밀하게 연결하는 구성으로 하고 있기 때문에, 보디체(30)의 소형화 및 컨트롤 밸브(3)의 출구측과 오리피스(6) 상류측의 유체 통로(10)의 내용적(길이 및 단면적)의 대폭적인 삭감이 가능하게 되고, 열식 유량 센서(2)의 오버슈트가 저감하는 것 등에 의해 유량 제어의 응답성이 향상함과 아울러 제어 정밀도의 대폭적인 향상이 가능하게 된다.
또한, 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 설치하고, 이것에 의해 모니터 유량 검출값(B2)을 보디체(30) 내의 유체 통로(10)로 있어서의 제어 압력의 기울기(ΔP/Δt)를 사용해서 보정하고, 이 보정 후의 모니터 유량 검출값(B2')으로 모니터 유량의 적부를 판단하도록 하고 있기 때문에 보다 정밀도가 높고 또한 고응답성의 유량 모니터 및 유량 제어를 행할 수 있다.
또한, 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량 출력 보정 회로(H)에 의해 보정한 모니터 유량 출력(B2')을 초기 메모리값으로 하고 있기 때문에 보다 정밀도가 높은 실제 가스 모니터 유량 자기진단이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 오리피스를 이용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 구성 개요도이다.
도 2는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 다른 예를 나타내는 구성 개요도이다.
도 3은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 또 다른 예를 나타내는 구성 개요도이다.
도 4는 열식 유량 센서의 구성의 설명도이다.
도 5는 열식 유량 센서의 동작 원리의 설명도이다.
도 6은 본원 발명자가 착상한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 제 1 구상도이다.
도 7은 본원 발명자가 착상한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 제 2 구상도이다.
도 8은 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20%의 경우).
도 9는 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 50%의 경우).
도 10은 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100%의 경우).
도 11은 열식 유량 센서의 모니터 유량 정밀도 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100~97% 설정의 경우).
도 12는 열식 유량 센서의 모니터 유량 정밀도 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20.0~19.4% 설정의 경우).
도 13은 열식 유량 센서의 공급압 변동 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 50%의 경우).
도 14는 열식 유량 센서의 반복 재현성 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100%의 경우).
도 15는 열식 유량 센서의 반복 재현성 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20%의 경우).
도 16은 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치의 구성도이다.
도 17은 일본 특허 제 4137666호의 제 1 실시예에 의한 질량 유량 제어 장치의 구성 설명도이다.
도 18은 일본 특허 제 4137666호의 제 2 실시예에 의한 질량 유량 제어 장치의 구성 설명도이다.
도 19는 유량 용량 2000SCCM의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 응답 특성의 일례를 나타내는 것이고, 유량 설정을 0-50-0%로 한 경우의 유량 설정값(A1), 유량 출력(A2), 열식 유량 센서의 모니터 유량 출력(B2)을 나타내는 것이다.
도 20은 유량 용량 100SCCM의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 응답 특성의 일례를 나타내는 것이고, 유량 설정을 0-50%로 한 경우를 나타내는 것이다.
도 21은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 구조를 나타내는 개요도이고, (a)는 종단 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 평면도, (d)는 저면도이다.
도 22는 열식 유량 센서의 모니터 유량 출력 보정 회로의 블록 구성도이다.
도 23은 유량 용량 100SCCM, N2 가스 공급압 300KPaG의 경우의 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 사용한 장치의 응답 특성의 일례를 나타내는 것이다(0→20→0% 및 20→40→20%).
도 24는 도 23의 장치에 있어서의 40→60→40% 및 60→80→60%의 응답 특성을 나타내는 것이다.
도 25는 도 23의 장치에 있어서의 80→100→80% 및 0→100→0%의 응답 특성을 나타내는 것이다.
도 26은 유량 용량 2000SCCM의 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 설치한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 N2 가스에 대한 유량 제어 특성을 나타내는 선도이다.
도 27은 도 26의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 있어서 가스종을 O2 가스로 한 경우의 유량 제어 특성 및 가스종의 변환 계수(C.F)를 고려한 보정 후의 유량 제어 특성을 나타내는 것이다.
도 28은 가스종을 Ar 가스로 한 경우의 유량 제어 특성 및 가스종의 변환 계수(C.F)를 고려한 보정 후의 유량 제어 특성을 나타내는 것이다.
도 29는 실제 가스에 대한 열식 유량 센서 유량 출력의 초기값 메모리의 처리 흐름도이다.
도 30의 (a)는 도 29에 있어서의 실제 가스에 대한 열식 유량 센서 유량 출력의 초기값 메모리 프로세스의 개요 설명도이고, (b)는 열식 유량 센서 유량 출력의 확인 프로세스의 개요 설명도이다.
이하, 도면에 근거해서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 실시형태에 의한 구성 개요도이고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)는 압력식 유량 제어부(1a)와 열식 유량 모니터부(1b)의 2개의 부분으로 구성되어 있다.
또한, 상기 압력식 유량 제어부(1a)는 컨트롤 밸브(3)와 온도 센서(4)와 압력 센서(5)와 오리피스(6)와 제어부(7)를 형성하는 압력식 유량 연산 제어부(7a)로 구성되어 있다.
또한, 상기 열식 유량 모니터부(1b)는 열식 유량 센서(2)와 제어부(7)를 형성하는 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있다.
상기 압력식 유량 제어부(1a)는 상술한 바와 같이 컨트롤 밸브(3), 온도 센서(4), 압력 센서(5), 오리피스(6) 및 압력식 유량 연산 제어부(7a) 등으로 구성되어 있고, 입력 단자(7a1)로부터 유량 설정 신호가 출력되고, 또한 출력 단자(7a2)로부터 압력식 유량 제어부(1a)에 의해 연산한 오리피스를 유통하는 유체의 유량 출력 신호가 출력된다.
상기 오리피스(6)를 사용한 압력식 유량 제어부(1a) 그 자체는 일본 특허 제 3291161호 등으로서 주지의 기술이고, 오리피스(6)를 임계 팽창 조건 하에서 유통하는 유체의 유량을 압력 검출 센서(5)에서 검출한 압력을 기초로 해서 압력식 유량 연산 제어부(7a)에서 연산하고, 입력 단자(7a1)로부터 입력된 설정 유량 신호와 연산한 유량 신호의 차에 비례하는 제어 신호(Pd)를 컨트롤 밸브(3)의 밸브 구동부(3a)로 출력한다.
상기 압력식 유량 제어부(1a)나 그 유량 연산 제어부(7a)의 구성은 도 16에 기재된 것과 실질적으로 동일하기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이 압력식 유량 제어부(1a)에는 공지의 영점 조정 기구나 유량 이상 검출 기구, 가스종 변환 기구(F.F값 변환 기구) 등의 각종 부속 기구가 설치되어 있는 것은 물론이다.
또한, 도 1에 있어서 8은 입구측 통로, 9는 출구측 통로, 10은 기기 본체 내의 유체 통로이다.
상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)를 구성하는 열식 유량 모니터부(1b)는 열식 유량 센서(2)와 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있고, 유량 센서 제어부(7b)에는 입력 단자(7b1) 및 출력 단자(7b2)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 입력 단자(7b1)로부터는 모니터링하는 유량 범위의 설정 신호가 입력되고, 출력 단자(7b2)로부터는 열식 유량 센서(2)에 의해 검출한 모니터 유량 신호(실제 유량 신호)가 출력된다. 또한, 열식 유량 모니터부(1b)에도 가스종 변환 기구(C.F.값 변환 기구) 등의 부속 기구가 설치되어 있는 것은 물론이다.
또한, 도 1에는 표시되어 있지 않지만, 유량 센서 제어부(7b)와 압력식 유량 연산 제어부(7a) 간에는 상기 모니터 유량 신호나 연산 유량 신호의 입출력이 적당히 행해지고, 양자가 다른 것이나 그 차의 크기를 감시하거나, 또는 양자의 차가 일정값을 초과한 경우에 경고를 발하거나 하여도 되는 것은 물론이다.
도 2는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 다른 예를 나타내는 것이고, 컨트롤 밸브(3)와 열식 유량 센서(2) 간의 유체 압력을 압력 센서(5)에 의해 검출하도록 한 것이다. 또한, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 기타 구성 및 동작은 도 1의 경우와 완전히 동일하다.
도 3은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 또 다른 예를 나타내는 것이고, 오리피스(6)의 하류측에 압력 센서(17)를 별도로 설치하고, 오리피스(6)를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건 하에 있는지의 여부를 감시해서 경보를 발신하거나, 또는 압력 센서(5)와 압력 센서(17)의 차압을 사용해서 유량 제어를 가능하게 하는 것이다.
상기 열식 유량 모니터부(1a)는 열식 유량 센서(2)와 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있고, 도 4 및 도 5는 그 구성의 개요를 나타내는 것이다.
즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 열식 유량 센서(2)는 층류소자(바이패스 군)(2d)와 이것을 우회하는 센서관(2e)을 갖고 있고, 이 센서관(2e)에 바이패스 군(2d)과 비교해서 소량의 가스 유체를 일정한 비율로 유통시키고 있다.
또한, 이 센서관(2e)에는 직렬로 접속된 제어용의 한 쌍의 저항선(R1, R4)이 권회되어 있고, 이것에 접속된 센서 회로(2b)에 의해 모니터링된 질량 유량값을 나타내는 유량 신호(2c)를 출력한다.
상기 이 유량 신호(2c)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 유량 센서 제어부(7b)로 도입되고, 상기 유량 신호(2c)에 근거해서 현재 흐르고 있는 유체의 실질 유량이 구해진다.
도 5는 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b)의 기본 구조를 나타내는 것이고, 상기 저항선(R1, R4)의 직렬 접속에 대하여 2개의 기준 저항(R2, R3)의 직렬 접속 회로가 병렬로 접속되어 브리지 회로를 형성하고 있다. 이 브리지 회로에 정전류원이 접속되어 있고, 또한 상기 저항선(R1, R4)끼리의 접속점과 상기 기준 저항(R2, R3)끼리의 접속점을 입력측에 접속해서 차동 회로가 설치되어 있고, 상기 양 접속점의 전위차를 구하고, 이 전위차를 유량 신호(2c)로서 출력하는 구성으로 되어 있다.
또한, 열식 유량 센서(2) 및 유량 센서 제어부(7b) 그 자체는 공지의 기술이기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 열식 유량 모니터부(1b)로서 가부시키가이샤 후지킨제의 FCS-T1000 시리즈에 탑재되는 열식 유량 센서를 사용하고 있다.
도 21은 본 발명에 의한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 구조를 나타내는 개요도이고, 도 21의 (a)는 종단면도, (b)는 좌측면도, (c)는 평면도, (d)는 저면도이다.
상기 도 1에 나타낸 압력식 유량 제어부(1a)와 열식 유량 모니터부(11)로 이루어지는 유량 센서가 부착된 압력식 유량 제어 장치(1)는 보디체(30)와, 제어부(7)와, 상기 보디체(30)에 장착한 컨트롤 밸브(3)와 열식 유량 센서(2)와 온도 센서(4)와 압력 센서(5)와 오리피스(6) 등으로 형성되어 있고, 또한 제어부(7)는 압력식 유량 제어부(7a)와 유량 센서 제어부(7b)로 형성되어 있다.
보디체(30)는 제 1 본체 블록(30a), 제 2 본체 블록(30b), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)으로 형성되어 있고, 제 1 본체 블록(30a), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)은 4개의 고정 볼트(34)에 의해 서로 연결 고정되어 있다. 또한, 제 2 본체 블록(30b)은 2개의 고정 볼트(35)에 의해 제 1 본체 블록(30a)에 고정되어 있다.
또한, 열식 유량 센서(2)의 층류소자(2d)는 제 3 본체 블록(30c)의 좌측면측의 내부에, 압력 센서(5)는 제 3 본체 블록(30c)의 저면에, 압력 센서(17)는 제 4 본체 블록(30d)의 상면측에, 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b) 및 제어부(7)는 제 3 본체 블록(3c)의 상면측에, 컨트롤 밸브(3)의 구동부는 제 1 본체 블록(30a)의 상면측에, 프리필터(29)는 제 1 본체 블록(30a)과 제 2 본체 블록(30b) 사이에, 오리피스(6)는 제 3 본체 블록(3c) 내에 각각 설치 고정되어 있다.
마찬가지로, 입구측 통로(8)가 제 1 본체 블록(30a)에, 유체 통로(10)가 제 1 및 제 3 본체 블록(30a, 30c)에, 출구측 통로(9)가 제 4 본체 블록체(30d)에 각각 형성되어 있고, 특히 유체 통로(10)는 그 내용적이 필요 최소한이 되도록 내경 및 길이가 선정되어 있다.
또한, 제 3 본체 블록(3c)에는 센서관(2e)의 수납 구멍(2e') 및 온도 센서(4)의 수납 구멍(4a)이 각각 형성되어 있다.
또한, 도 21 중에서는 생략되어 있지만, 각 본체 블록(30a~30d) 사이 그리고 각 본체 블록과 층류소자(2d) 및 오리피스(6) 사이가 실링재를 개재해서 기밀하게 연결되어 있는 것은 물론이다.
보디체(30)를 상술한 바와 같이 복수의 블록 본체(30a~30d)를 연결 조합시킨 구조로 함으로써 유체 통로(10)의 내용적을 대폭 적게 할 수 있음과 아울러 층류소자(2d)나 압력 센서(5), 오리피스(6) 등을 보디체(30) 내에 컴팩트하게 설치할 수 있어, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 소형화 및 열식 유량 센서부(1b)에 있어서의 센서 유량의 과도적인 오버슈트의 레벨을 대폭 저감시킬 수 있다.
상기 도 19 및 도 20 등에 나타낸 모니터 유량[열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)]의 과도적인 오버슈트는 모니터 유량 출력(B2)과 압력식 유량 제어부(1a)의 유량 출력(A2) 간에 차이를 발생시키는 원인이 되고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 유량 제어 정밀도나 응답 성능의 저하를 일으킨다.
그 때문에, 상기 열식 유량 센서부(1b)에 있어서의 유량 출력(B2)[열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)]의 오버슈트를 가능한 한 적게 하여, 모니터 유량 출력(B2)과 압력식 유량 제어부(1a)에 있어서의 유량 출력(A2)의 차를 적게 할 필요가 있다.
그래서, 본 발명에 있어서는 도 1의 유체 유로(10)에 있어서의 상기 오버슈트에 기인하는 상기 모니터 유량 출력(B2)과 유량 출력(A2)의 차를 적게 하기 위해서 오버슈트의 발생 시의 유체 유로(10)에 있어서의 제어 압력의 기울기(ΔP/Δt)를 압력식 유량 제어부(1a)의 유량 출력(A2)의 변화율로부터 검출하고, 상기 제어 압력의 기울기(ΔP/Δt)를 사용해서 열식 유량 센서(2)의 유량 출력의 검출값(B2)을 보정하고, 이것에 의해 열식 유량 모니터부(1b)의 유량 출력(B2)[열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)]과 압력식 유량 제어부(1a)의 유량 출력(A2) 간의 차이를 적게 해서 모니터 유량 정밀도가 한층 향상되는 것을 도모하는 구성으로 하고 있다.
도 1을 참조하여, 지금 장치 본체 내의 유체 통로(10)를 흐르는 유체 유량을 F1로 하면, 상기 유체 유량(F1)은 열식 유량 센서(2)에 의해 검출되는 유체 유량(B2)이 된다.
또한, 오리피스(6)의 하류측 통로[즉, 출구측 통로(9)]를 흐르는 유체 유량을 F2로 하면, 상기 유체 유량(F2)은 압력식 유량 제어부(1a)에 있어서의 유체 제어 유량(A2)이 된다.
즉, 상기 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량(F2)은 F2=KP1[K=정수, P1=오리피스(6) 상류측의 압력]로 연산되는 것이기 때문에 상기 유량차(F1-F2)는 유체 유로(10)에 있어서의 제어압의 상승률[즉, 압력식 유량 제어부(1a)의 유량 출력(A2)의 상승률]에 비례하게 된다.
그 결과, F1-F2∝ΔP/Δt로부터 F2=F1-C(ΔP/Δt)(단, C는 제어압의 상승률을 유량으로 변환하기 위한 계수)로 나타낼 수 있고, 원리적으로는 (ΔP/Δt)로부터 유량(F1)의 유량(F2)으로의 환산이 가능하게 된다.
또한, 정상 상태[즉, 유체 유로(10)에 압력 상승이 없어서 제어압이 일정]인 경우에는 ΔP/Δt=0이 되고, F1-F2=0이 된다.
도 22는 상기 열식 유량 모니터부(1b)에 있어서의 모니터 유량(B2)을 보정하기 위한 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량 출력 보정 회로(H)의 블록 구성도이고, 도 22에 있어서 36은 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력(A2)의 입력 단자, 37은 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2)의 입력 단자, 38은 보정 후의 모니터 유량 출력(B2')의 출력 단자, 39는 입력 회로, 40은 미분 회로, 41은 증폭 회로, 42는 정형 회로, 43은 보정 회로이다.
압력식 유량 제어부(1a)로부터의 제어 유량 출력(A2)은 입력 회로(39)를 거쳐서 미분 회로(40)로 입력되고, 여기에서 제어 유량 출력(A2)의 변화율 즉 제어압(P)의 변화율(ΔP/Δt)이 검출된다.
또한, 제어압(P)의 기울기(변화율)(ΔP/Δt)는 증폭 회로(41)로 입력되고, 여기에서 증폭[증폭 계수(C)]된 후, 파형의 정형 회로(42)를 통해서 입력 단자(37)로부터 입력되는 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2)에 매칭된 파형으로 정형되고, 그 후 차동 앰프로 이루어지는 보정 회로(43)로 입력된다.
또한, 보정 회로(43)에서는 열식 유량 센서(2)로부터의 상기 모니터 유량 출력(B2)에서 정형 회로(42)로부터 입력된 보정 유량(C·ΔP/Δt)이 빼지고, 보정 후의 모니터 유량 출력(B2')이 보정 출력 단자(38)로부터 출력되게 된다.
도 23~도 25는 상기 도 22에 나타낸 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 사용한 유량 용량 100SCCM의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 N2 가스 공급압 300kPaG의 조건 하에 있어서의 응답 특성 시험 결과를 나타내는 것이다. 또한, 도 23~도 25에 있어서, A1은 압력식 유량 제어부(1a)의 설정 입력, A2는 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력, B2는 열식 유량 제어부(1b)의 모니터 유량 출력, B2'는 열식 유량 제어부(1b)의 보정 후의 모니터 유량 출력이다.
도 23~도 25로부터도 알 수 있는 바와 같이, 장치의 가동 시 및 정지 시의 양쪽에 있어서, 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 장치(A2)와 열식 유량 센서부(1b)의 모니터 유량 출력(B2)의 보정 후의 유량 출력(B2')은 근사한 응답 특성을 나타내고 있다.
즉, 본원 발명에 의한 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 사용함으로써 모니터 유량(B2)에 오버슈트가 발생했다고 해도 비교적 용이하게 그 영향을 배제하여 높은 응답성으로 고정밀도의 모터 유량(B2')을 얻을 수 있다.
유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 있어서도 제어 유체의 가스종이 변경되면, 종전의 압력식 유량 제어 장치의 경우와 마찬가지로 소위 컨버전 팩터(C.F)에 관계되는 유량 제어 특성의 보정이 필요하게 된다.
도 26~도 28은 상기 도 22에 나타낸 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 설치한 유량 용량 2000SCCM의 N2 가스를 기준으로 해서 유량 교정을 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 있어서, 제어 유체의 가스종을 변경한 경우의 모니터 유량 출력(B2) 및 보정 후의 모니터 유량 출력(B2')과, 압력식 유량 제어부(1a)의 설정 유량(A1)의 관계를 나타내는 것이고, 가스 공급압은 모두 300kPaG로 하고 있다.
도 26은 제어 유체를 N2로 해서 보정을 한 후의 모니터 유량(B2)과 압력식 유량 제어부(1a)의 설정 유량(A1)의 관계를 나타내는 것이고, 설정 유량(A1)과 모니터 유량(B2')은 1:1의 관계로 대응하고 있다.
이것에 대하여, 도 27 및 도 28은 제어 유체를 O2 및 Ar로 한 경우를 나타내는 것이고, 도 26에 나타낸 유량 특성을 갖는 N2를 제어 유체로 해서 교정을 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 있어서, 제어 유체를 O2로 하면 유량 제어 특성이 직선 O2와 같이 된다. 그 때문에, 모니터 유량(B2')과 설정 유량(A1)을 1:1의 대비로 하기 위해서는 유량 제어 특성 O2를 직선 O2'와 같이 재보정할 필요가 있다.
제어 유체를 Ar로 한 경우도 마찬가지이고, Ar을 제어 유체로 한 경우에는 유량 제어 특성이 도 28의 직선 Ar과 같이 되기 때문에 모니터 유량(B2')과 설정 유량(A1)을 1:1의 대비로 하기 위해서는 N2와 Ar 간의 가스종의 변환 계수(C.F)를 고려하여 유량 특성 Ar을 직선 Ar'와 같이 보정할 필요가 있다.
이어서, 본 발명에 의한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 실용 전의 열식 유량 센서 출력의 초기값 메모리에 대해서 설명한다.
유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 압력식 유량 제어부(1a) 및 열식 유량 모니터부(1b)는 장치(1)의 실용 중에 소위 유량 자기진단을 실시하고, 모니터 유량과 현실의 유체 유량 간에 차이가 없는지의 여부를 체크할 필요가 있는 것은 종전의 압력식 유량 제어 장치의 경우와 마찬가지이다.
그 때문에, 본 발명의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 있어서도 이것을 가스 공급계 배관 등에 장착한 경우에는 우선 실제 가스를 공급한 초기의 열식 유량 모니터부(1b)의 설정 유량값과 유량 출력값의 관계(이하, 실제 가스 모니터 유량 출력 초기값 메모리라고 한다)를 메모리해 놓을 필요가 있다.
물론, 압력식 유량 제어부(1a)에 대해서도 실제 가스 유량 출력의 변환이 필요하지만, 이것에 대해서는 이미 공지이기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.
상기 열식 유량 모니터부(1a)의 실제 가스 모니터 유량 출력 초기값 메모리는 도 29에 나타내는 바와 같은 처리 플로우에 따라서 행해지고, 우선 N2 가스를 사용하고, 장치(1)의 제어 유량(A1)에 대한 열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)의 관계가 체크되고, 그 후 실제 가스를 공급한 경우의 제어 유량(A1)에 대한 열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)이 체크되고 또한 메모리 된다.
도 29를 참조하여, 우선 실제 기기 장착(스텝S1) 후, 압력식 유량 제어부(1a)에 N2의 플로우 팩터(F.F.)값을 입력하고(스텝S2), 관로 내의 N2 가스를 진공 배기(스텝S3)한다.
그 후, 압력 센서(P1)의 자동 영점 조정(스텝S4) 및 열식 유량 센서(2)의 자동 영점 조정(스텝S5)을 행하고, 관로 내에 N2 가스를 공급(스텝S6)하고, N2 가스에 의한 유량 자기진단(스텝S7)을 행한다.
또한, N2 가스에 의한 유량 자기진단의 결과를 스텝S8에서 판정하고, 유량 자기진단의 결과가 허용값의 범위 내에 있으면 스텝S9에서 제어 유량(A1)에 대한 열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)을 체크하고(스텝S10), 양자의 차이가 허용값 범위 내이면 N2 가스에 의한 처리 플로우를 종료하고, 스텝S12의 실제 가스에 의한 처리 플로우로 들어간다.
또한, 상기 스텝S8에 있어서의 진단 결과가 허용값 범위 외인 경우에는 장치(1)의 이상이라고 판단해서 스텝S11에서 처리 플로우를 종료한다.
N2 가스에 의한 처리 플로우가 종료하면 압력식 유량 제어부(1a)에 실제 가스의 플로우 팩터(F.F.)값을 입력하고(스텝S12), 배관 내를 진공 처리(스텝S13), 압력 센서(5)의 자동 영점 조정(스텝S14), 열식 유량 센서(2)의 자동 영점 조정(스텝S15)을 행하고, 그 후 실제 가스를 배관로 내에 공급하고(스텝S16), 스텝S17에서 실제 가스 유량 자기진단에 있어서의 초기값 메모리를 행한다.
또한, 상기 초기값 메모리는 실제 가스를 공급한 경우의 공급 초기에 있어서의 압력 강하 특성을 메모리하는 처리이고, 또한 스텝S19의 실제 가스 유량 자기진단은 스텝S17에서 메모리한 압력 강하 특성을 체크하는 것이다.
상기 스텝S18의 실제 가스 유량 자기진단에 의해 초기값 메모리 시와 진단 시의 압력 강하 특성의 차이가 허용값 범위 내에 있는지의 여부가 판단되고(스텝S19), 허용 범위 내에 있으면 스텝S20에서 열식 유량 센서(2)의 유량 출력의 초기값 메모리가 행해지고, 계속해서 스텝S21에서 열식 유량 센서(2)의 유량 출력(B2)이 확인되고, 제어 유량(A2)에 대한 열식 유량 센서의 모니터 유량(B2)의 보정값(B2')이 확인되고(스텝S22), 양자의 차이가 허용 범위 내이면 실제 가스에 대한 열식 유량 센서 출력의 초기값 메모리 처리가 완료된다(스텝28). 또한, 상기 스텝S19에 있어서의 실제 가스 유량 자기진단 결과가 허용 범위 외이면 장치(1)가 이상으로 해서 처리 플로우가 중지된다(스텝S24).
상기 스텝S20에 있어서의 열식 유량 센서 유량 출력 초기값 메모리의 처리는 구체적으로는 도 30(a)에 나타낸 바와 같이, 각 유량 설정값(A1)으로 유량 제어를 실행하고, 각 유량 설정값(A1)마다 열식 유량 센서의 출력값(B2)으로부터 보정값(B2')을 자동 산출하고, 이것을 메모리한다.
또한, 각 유량 설정값(A1)에 있어서의 대기 시간(t)이나 각 설정값은 공장 출하 전에 미리 장치(1) 내에 메모리되어 있고, 도 30(a)의 예에서는 유량 제어 설정값(A1)을 25%, 50%, 75% 및 100%로 하고, 또한 대기 시간(t)을 10초간으로 해서 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량(B2)을 계측하고, 그 보정값(B2')을 산출해서 메모리하는 구성으로 하고 있다.
상기 스텝S22에 있어서의 실제 가스 공급 시의 열식 유량 센서 유량 출력(B2)의 확인도 마찬가지이고, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 각 유량 설정값(A1)에 있어서 유량 제어를 실행하고, 소정의 대기 시간의 경과 후 열식 유량 센서 출력(B2)을 계측하고, 이것에 보정을 가한 센서 유량 출력(B2')을 출력하여 제어 유량(A1)과의 비교를 행한다.
또한, 압력식 유량 제어부의 각 설정값(A1)과 그 포인트수, 대기 시간(t), 확인 판정의 기준값 등은 미리 공장 출하 전에 장치(1) 내에 메모리되어 있고, 도 3(b)에 있어서는 제어 유량 설정값(A1)을 정격의 12%, 37%, 62%, 87%로 하고, 대기 시간(t)을 10초간으로 한 경우를 나타내는 것이다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은 반도체 제조 장치용이 공급 설비뿐만 아니라, 임계 팽창 조건 하의 유체의 유량을 제어하는 한, 화학품 제조 장치 등의 유체 공급 회로에도 널리 적용할 수 있는 것이다.
1: 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치
1a: 압력식 유량 제어부
1b: 열식 유량 모니터부
2: 열식 유량 센서
2b: 센서 회로
2d: 층류소자
2e: 센서관
2e': 센서관과 층류소자 사이의 유로
3: 컨트롤 밸브
3a: 밸브 구동부
4: 온도 센서
4a: 온도 센서 수납 구멍
5: 압력 센서
6: 오리피스
7: 제어부
7a: 압력식 유량 연산 제어부
7b: 유량 센서 제어부
7a1: 입력 단자
7a2: 출력 단자
7b1: 입력 단자
7b2: 출력 단자
8: 입구측 통로
9: 출구측 통로
10: 기기 본체 내의 유체 통로
11: 가스 공급원
12: 압력 조정기
13: 퍼지용 밸브
14: 입력측 압력 센서
15: 데이터로거
16: 진공 펌프
17: 압력 센서
Pd: 컨트롤 밸브의 제어 신호
Pc: 유량 신호
A1: 유량 설정 입력
A2: 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력
B1: 열식 유량 센서 출력(도 6·열식 유량 센서가 1차측의 경우)
B2: 열식 유량 센서 출력(도 7·열식 유량 센서가 2차측의 경우)
30: 보디체
30a: 제 1 본체 블록
30b: 제 2 본체 블록
30c: 제 3 본체 블록
30d: 제 4 본체 블록
31: 유체 입구
32: 유체 출구
33: 커넥터
34: 고정 볼트
35: 고정 볼트
H: 모니터 유량 출력 보정 회로
36: 압력식 유량 제어부의 유량 출력(A2)의 입력 단자
37: 열식 유량 모니터부의 모니터 유량 출력(B2)의 입력 단자
38: 모니터 유량의 보정 출력(B2')의 출력 단자
39: 입력 회로 40: 미분 회로
41: 증폭 회로 42: 정형 회로
43: 보정 회로

Claims (16)

  1. 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치된 오리피스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 상기 압력 센서(5)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)로 구성한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압력 센서(5)를 컨트롤 밸브(3)의 출구측과 열식 유량 센서(2)의 입구측 사이에 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유량 센서 제어부(7b)에서 연산한 유체 유량과 압력식 유량 연산 제어부(7a)에서 연산한 유체 유량 간의 차가 설정값을 초과하면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9)를 1개의 보디체(30)에 일체적으로 장착함과 아울러 유체 통로(10)를 보디체(30)에 일체적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  5. 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치한 오리피스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 상기 오리피스(6) 하류측의 출구측 통로(9)에 설치한 압력 센서(17)와, 상기 압력 센서(5) 및 압력 센서(17)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 임계 팽창 조건의 감시나 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되고 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)로 구성한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    오리피스(6)를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건을 벗어나면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9), 압력 센서(17)를 1개의 보디체(30)에 일체적으로 장착함과 아울러 유체 통로(10)를 보디체(30)에 일체적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    보디체(30)를 제 1 본체 블록(30a), 제 2 본체 블록(30b), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)을 일체적으로 연결 장착함으로써 형성함과 아울러 제 1 본체 블록의 상면측에 컨트롤 밸브(3)를, 제 3 본체 블록(30c)의 좌측면측 내부에 층류소자(2d)를, 제 3 본체 블록(30c)의 우측면측 내부에 오리피스(6)를, 제 3 본체 블록(30c)의 하면측에 압력 센서(5)를, 제 3 본체 블록(30c)의 상면측에 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b)를 각각 설치하고, 또한 각 본체 블록(30a~30d)에 연통되는 유체 유통로를 형성하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    보디체(30)를 제 1 본체 블록(30a), 제 2 본체 블록(30b), 제 3 본체 블록(30c) 및 제 4 본체 블록(30d)을 일체적으로 연결 장착함으로써 형성함과 아울러 제 1 본체 블록(30a)의 상면측에 컨트롤 밸브(3)를, 제 3 본체 블록(30c)의 좌측면측 내부에 층류소자(2d)를, 제 4 본체 블록(30c)의 우측면측 내부에 오리피스(6)를, 제 3 본체 블록(30c)의 하면측에 압력 센서(5)를, 제 3 본체 블록(30c)의 상면측에 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b)를, 제 4 블록체의 상면측에 압력 센서(17)를 각각 설치하고, 또한 각 본체 블록(30a~30d)에 연통되는 유체 통로를 형성하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    유량 센서 제어부(7b)에 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호에 근거해서 연산한 모니터 유량 신호(B2)를 보정하는 모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 설치하고, 상기 모니터 유량(B2)을 유체 제어압의 기울기(ΔP/Δt)를 사용하여 B2'=B2-C·ΔP/Δt(단, C는 변환 계수)로 보정하고, 보정 후의 모니터 유량(B2')을 모니터 유량 신호로서 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    모니터 유량 출력 보정 회로(H)를 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력(A2)의 미분 회로(40)와, 상기 미분 회로(40)로부터의 출력값의 증폭 회로(41)와, 상기 증폭 회로(41)로부터의 출력의 정형 회로(42)와, 열식 유량 모니터부(1b)로부터의 모니터 유량 출력(B2)에서 상기 정형 회로로부터의 입력을 빼서 모니터 유량 출력(B2')을 출력하는 보정 회로(43)로 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 5 항에 기재된 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 있어서 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 배관로에 장착한 후, 우선 N2 가스를 도입해서 압력식 유량 제어부(1a)의 제어 유량 출력(A2)과 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2')의 대비를 행하고, 양자의 차이가 허용 범위 내인 경우에는 이어서 실제 가스를 도입해서 각 설정 유량값에 있어서의 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2')의 초기값을 검출 및 메모리한 후, 압력식 유량 연산부(1a)의 제어 유량 출력(A2)에 대한 열식 유량 모니터부(1b)의 모니터 유량 출력(B2')의 대비를 행하고, 양자의 차이가 허용 범위 내에 있으면 실제 가스 모니터 유량 출력(B2')을 출력함과 아울러 상기 초기값 메모리를 유효한 메모리로 하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 모니터 유량 초기값의 메모리 방법 및 실제 가스 모니터 유량의 출력 확인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    N2 가스를 도입 후, N2 가스를 사용해서 유량 자기진단을 행하고, 장치에 이상이 없는 것을 확인하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 모니터 유량 초기값의 메모리 방법 및 실제 가스 모니터 유량의 출력 확인 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    실제 가스를 도입 후, 실제 가스를 사용해서 유량 자기진단을 행하고, 장치 및 실제 가스에 이상이 없는 것을 확인하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 모니터 유량 초기값의 메모리 방법 및 실제 가스 모니터 유량의 출력 확인 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N2 가스 도입 전 및/또는 실제 가스 도입 전에 있어서, 진공 처리를 행해 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력 센서(5) 및 열식 유량 센서(2)의 자동 영점 조정을 하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 모니터 유량 초기값의 메모리 방법 및 실제 가스 모니터 유량의 출력 확인 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    미리 정한 복수의 압력식 유량 제어부(1a)의 설정 유량마다 열식 유량 센서(2)의 유량 출력을 출력 개시로부터 미리 정한 대기 시간(t) 후에 계측하고, 자동 보정된 상기 계측값을 메모리 또는 확인하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실제 가스 모니터 유량 초기값의 메모리 방법 및 실제 가스 모니터 유량의 출력 확인 방법.

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