KR20170052562A - 질량 유량 제어 장치 - Google Patents

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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

질량 유량 제어 장치(1)를, 유량계(2)와, 유량계의 상류측에 인접하여 배치되는 기계식 압력 조절 밸브(3)와, 유량계의 하류측에 배치되는 유량 제어 밸브(4)에 의해 구성한다. 이에 의해, 유량계의 상류측의 압력 P1이 변동된 경우라도, 이것을 원래의 압력으로 순시에 회복시킬 수 있고, 이에 의해 유량계가 측정하는 유량의 측정 정밀도를 높일 수 있는 질량 유량 제어 장치를 제공한다. 기계식 압력 조절 밸브(3)는 질량 유량 제어 장치(1)의 기부(7) 내에 매설하는 것이 바람직하다. 질량 유량 제어 장치(1)는 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시키는 강제 밸브 개방 기구(10)를 더 구비하는 것이 보다 바람직하다.

Description

질량 유량 제어 장치{MASS FLOW CONTROLLER}
본 발명은 질량 유량 제어 장치에 관한 발명이며, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 유체의 압력 또는 차압의 측정값에 기초하여 질량 유량을 제어하는 질량 유량 제어 장치에 관한 것이다.
질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)는, 적어도, 유체의 유량을 측정하는 유량계, 유체의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브, 이들을 제어하는 제어 회로 및 그 밖의 부품에 의해 구성된 제어 기기이다. 질량 유량 제어 장치는, 예를 들어 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 가스의 질량 유량을 제어하는 것 등을 목적으로 하여 널리 사용되고 있다.
질량 유량 제어 장치에 있어서 사용되는 유량계에는 다양한 형식의 것이 있다. 반도체의 제조 프로세스에 있어서의 가스의 질량 유량을 제어하는 것을 목적으로 하여 사용되는 질량 유량 제어 장치에 있어서는, 열식 유량계 또는 압력식 유량계가 주로 사용되고 있다. 유량계에 의해 계측되는 가스의 유량은, 측정되는 가스의 압력의 영향을 받기 쉽다. 예를 들어, 유량계의 상류측의 가스의 압력이 급격하게 변화된 경우 등에 있어서는, 유량을 정확하게 측정하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 유량을 정확하게 측정하여 제어하는 것을 목적으로 하여, 유량계의 상류측의 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위한 기구를 구비한 질량 유량 제어 장치가 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 유체가 유입되는 입구측의 압력의 변동을 검지하고, 검지 결과에 기초하여 유량용 센서(센서 유닛)의 상류측의 유체의 압력이 일정해지도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 유체의 유량 제어 장치의 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 발명의 실시 형태로서, 유량용 센서의 상류측에 압력 제어 기구(압력 제어 유닛)가 설치된 유량 제어 장치의 구성예가 기재되어 있다. 이 압력 제어 기구는, 압전 소자에 의해 압력의 변동을 모니터하여 검지하고, 관의 경로를 변동시켜 압력의 조정을 행하고 있다.
또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 유량 제어 밸브와 유량 센서를 갖는 매스 플로우 컨트롤러이며, 유량 제어 밸브의 상류측에 배치된 압력 제어 밸브와, 압력 제어 밸브와 유량 제어 밸브 사이에 배치된 압력 센서와, 압력 센서의 출력을 피드백함으로써 압력 제어 밸브를 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 매스 플로우 컨트롤러의 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 2의 도 1에는, 발명의 실시 형태로서, 열식 유량계를 사용한 매스 플로우 컨트롤러의 실시예가 기재되어 있다.
특허문헌 2의 도 4에는, 종래의 매스 플로우 컨트롤러를 사용한 반도체 제조 라인의 예가 기재되어 있다. 이 도면에 기재된 반도체 제조 라인에 있어서는, 복수의 가스가 복수의 라인에 공급되고 있다. 각 가스 공급 라인에 있어서, 상류측으로부터 하류측을 향하여 가스봄베, 기계식의 압력 조절기, 게이지, 필터 및 매스 플로우 컨트롤러가 이 순서로 배관에 의해 접속되어 있다. 기계식의 압력 조절기는, 안정된 유량의 가스를 공급하기 위해 설치된 것이다.
또한, 예를 들어 특허문헌 3에는, 유량 제어 밸브와, 유량 검출 수단과, 유량 제어 밸브의 상류측에 배치되는 압력 제어 밸브와, 압력 제어 밸브와 유량 제어 밸브 사이에 배치되는 압력 검출 수단을 구비한 매스 플로우 컨트롤러이며, 유량 검출 수단이, 유로 내를 흐르는 유체에 있어서의 차압을 검출하도록 구성된 매스 플로우 컨트롤러의 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 3의 도 1에는, 발명의 실시 형태로서, 특허문헌 2에 개시된 매스 플로우 컨트롤러의 열식 질량 유량계를 압력식 질량 유량계로 치환한 구성이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 평10-207554호 공보 일본 특허 공개 제2003-280745호 공보 일본 특허 공개 제2004-157719호 공보
상기 특허문헌 1 내지 3에 개시된 발명은, 모두, 유량계의 상류측에 압력 검출 수단(압력 센서) 및 압력 제어 수단(압력 제어 밸브 등)을 설치함으로써 유량계의 상류측의 가스의 압력을 일정하게 유지할 수 있다고 하는 점에서, 유량의 측정 정밀도의 향상에 공헌하는 것이다.
그러나, 종래 기술에 있어서의 압력 제어 수단은, 모두, 압력 검출 수단에 의해 검지된 압력을 제어량(controlled variable)으로 하는 소위 능동적 제어(active control)이다. 따라서, 압력을 제어량으로 하는 능동적 제어와, 유량계에서 검지된 유량을 제어량으로 하는 능동적 제어의 2개의 능동적 제어가 1대의 질량 유량 제어 장치 내에서 동시에 행해지게 되어, 복수의 능동적 제어가 서로 영향을 미치는(또는 간섭하는) 것을 피할 수 없다. 이 때문에, 어떤 이유로 유량계의 상류측의 가스의 압력에 변동이 발생한 경우, 원래의 압력으로 회복되기까지 시간이 걸린다고 하는 과제가 존재한다.
상기의 과제의 예로서, 유량계에 압력식 유량계를 사용하는 경우에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다. 압력식 유량계에 의한 유량의 측정은, 예를 들어 압력식 유량계의 상류측의 압력(이하 「P1」이라 함)과 하류측의 압력(이하 「P2」라 함)의 차압 ΔP에 유량이 비례하는 것 등을 이용하여 행해진다. 유량 제어 밸브의 개방도를 능동적으로 제어하여 유량에 비례하는 차압 ΔP를 목표값에 근접하게 하려고 한 경우, 압력 제어 수단에 의한 P1을 일정한 값으로 제어하는 기능이 불충분하거나, 제어에 지연이 발생하거나 하면, P2의 변화에 영향을 받아 P1도 변화된다.
그렇게 되면, 차압 ΔP를 목표값으로 제어할 수 있어도, 제어의 전후에 있어서의 압력 P1의 변화에 의해 유량이 목표값으로부터 어긋나 버린다. 이 어긋남을 보정하기 위해서는, 예를 들어 사용하는 가스종에 대하여, 차압 ΔP와 유량의 관계를 상이한 P1의 값마다 미리 측정해 두는 등의 대책이 필요로 되어, 데이터의 취득에 방대한 시간과 공정수를 필요로 한다.
한편, 유량을 측정하는 가스의 압력을 일정하게 유지하는 것을 목적으로 하여, 예를 들어 특허문헌 2의 도 4에 기재되어 있는 바와 같이, 가스봄베와 질량 유량 제어 장치 사이에 기계식의 압력 조절기를 설치하는 것 등이 생각된다. 기계식의 압력 조절기는, 하류측의 압력을 미리 설정된 값으로 유지하는 소위 수동적 제어(passive control)를 행한다. 이 때문에, 상기의 구성에 의하면, 매스 플로우 컨트롤러의 내부의 가스의 압력을 원래의 압력까지 신속히 회복시킬 수 있다고 생각된다.
그러나, 특허문헌 2의 도 4에 기재되어 있는 종래의 반도체 제조 라인에 있어서는, 기계식의 압력 조절기와 질량 유량 제어 장치 내의 유량계 사이에 게이지, 필터 및 배관 등이 존재하고 있다. 이들 부재 및 배관이 갖는 유체 저항 및 내부를 흐르고 있는 가스의 용량은, 압력 제어를 행하는 데 있어서 무시할 수 없을 정도로 크다. 이 때문에, 기계식의 압력 조절기에 의해 가스의 압력이 조정되었다고 해도, 유량계의 위치에 있어서의 가스의 압력이 그 조정된 압력에 도달할 때까지 장시간을 요하는 것은 피할 수 없다.
본 발명은 종래의 질량 유량 제어 장치가 갖는 상기 여러 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 유량계의 상류측의 압력 P1이 변동된 경우라도, 이것을 원래의 압력으로 순시에 회복시킬 수 있고, 이에 의해 유량계가 측정하는 유량의 측정 정밀도를 높일 수 있는 질량 유량 제어 장치의 제공을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치는, 유량계와, 유량계의 상류측에 인접하여 배치되는 기계식 압력 조절 밸브와, 유량계의 하류측에 배치되는 유량 제어 밸브를 구비한다.
이 구성에 있어서, 유체의 유량은, 유량계에 의해 계측된 유량을 제어량으로 하여 유량 제어 밸브의 개방도를 변경함으로써 능동적으로 제어된다. 한편, 유량계의 내부의 유체의 압력은, 그 상류측에 배치된 기계식 압력 조절 밸브에 의해 수동적으로 제어된다. 따라서, 종래 기술과 같이, 2개의 능동적 제어가 서로 간섭하는 일은 없다.
또한, 기계식 압력 조절 밸브는, 유량계의 상류측에 인접하여 배치되어 있으므로, 기계식 압력 조절 밸브에 의한 압력 조정의 결과는 유량계의 내부의 압력에 순시에 반영된다. 따라서, 유량계의 내부의 압력이 변동된 경우에, 동일 압력이 원래의 압력으로 복귀될 때까지 요하는 시간이 종래 기술과 비교하여 짧다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 기계식 압력 조절 밸브는, 질량 유량 제어 장치의 기부(베이스) 내에 매설된다. 이 구성에 의하면, 동일하게 기부에 매설되는 유량계의 보다 근방에 기계식 압력 조절 밸브를 배치할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 기계식 압력 조절 밸브를 기부에 매설함으로써, 기계식 압력 조절 밸브를 기부의 상면에 배치하는 경우에 비해, 기부의 상면의 스페이스에 여유가 생기므로, 거기에 다른 부재를 설치하거나, 질량 유량 제어 장치 전체의 소형화를 도모하거나 할 수 있다.
본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치는, 복수의 능동적 제어가 서로 간섭하는 일이 없고, 또한, 기계식 압력 조절 밸브에 의한 압력 조정의 결과가 유량계의 내부의 압력에 순시에 반영되므로, 유량계의 내부 압력을 신속하게 또한 안정적으로 제어할 수 있다. 이에 의해, 유량계가 계측하는 유체의 압력을 항상 일정하게 유지할 수 있으므로, 유량계의 측정 정밀도가 높아지고, 나아가서는 질량 유량 제어 장치에 의한 유량 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
그런데, 예를 들어 이하에 열거하는 바와 같은 경우에는, 질량 유량 제어 장치의 내부에 유체가 봉입된 채로 질량 유량 제어 장치의 운전이 정지된다.
(1) 오퍼레이터의 조작에 의해 질량 유량 제어 장치의 운전이 정지되었을 때.
(2) 정전 등의 사고에 의해 질량 유량 제어 장치에의 공급 전력이 차단되었을 때.
(3) 질량 유량 제어 장치의 운전 중에 전원 회로의 고장 등에 의해 유량 제어 밸브에의 인가 전압이 0(제로)으로 되었을 때(일반적인 노멀ㆍ클로즈형의 유량 제어 밸브의 경우).
(4) 질량 유량 제어 장치의 운전 중에 압전 소자의 파손 등에 의해 유량 제어 밸브의 개방 동작을 할 수 없게 되었을 때(일반적인 노멀ㆍ클로즈형의 유량 제어 밸브의 경우).
상기 중 (1) 및 (2)의 경우에는, 각각 오퍼레이터의 조작 및 사고로부터의 복구에 의해 질량 유량 제어 장치의 운전을 재개하는 것이 가능하다. 그러나, (3) 및 (4)의 경우에는, 각각 전원 회로 및 압전 소자의 고장을 수리하거나 질량 유량 제어 장치를 교환하거나 하지 않는 한, 질량 유량 제어 장치의 운전을 재개하는 것은 불가능하다. 즉, 이들의 경우에는, 예를 들어 가스의 공급 라인 등으로부터 질량 유량 제어 장치를 떼어낼 필요가 발생한다.
한편, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에 있어서는, 예를 들어 부식성 가스 등의 유해 가스가 프로세스 가스로서 사용되는 경우가 있다. 이와 같은 유해 가스가 내부에 봉입된 채로 질량 유량 제어 장치를 떼어내어 분해 수리를 행하는 경우, 질량 유량 제어 장치의 분해에 수반하여 유해 가스가 외부로 누출될 우려가 있다. 이 때문에, 유해 가스에 대한 대비가 없는 장소에서는 질량 유량 제어 장치를 분해 수리할 수 없다.
따라서, 상기와 같은 경우에 대비하여, 질량 유량 제어 장치의 내부에 봉입된 가스를 안전하게 배출시키기 위한 분기 배관을 질량 유량 제어 장치보다도 상류측 또는 하류측의 가스의 유로에 설치하는 것이 알려져 있다. 일반적으로는, 이와 같은 분기 배관을 통해, 예를 들어 진공 펌프 등을 사용하여, 질량 유량 제어 장치를 떼어내기 전에 질량 유량 제어 장치의 내부로부터 가스를 배출시킬 수 있다.
그런데, 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치는, 상술한 바와 같이 기계식 압력 조절 밸브를 구비한다. 상세하게는 후술하는 바와 같이, 기계식 압력 조절 밸브는, 압력 조절실의 압력이 소정의 설정 압력보다도 낮을 때는 밸브체와 밸브 시트 사이에 간극이 생겨 밸브 개방하고, 압력 조절실의 압력이 설정 압력보다도 높을 때는 밸브체와 밸브 시트 사이의 간극이 없어져 밸브 폐쇄하도록 구성되어 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 질량 유량 제어 장치에 어떤 이상이 발생한 것 등의 이유에 의해 질량 유량 제어 장치의 운전이 정지되었을 때에 압력 조절실의 압력이 설정 압력보다도 높으면, 기계식 압력 조절 밸브는 폐쇄된다.
상기의 경우, 기계식 압력 조절 밸브와 유량 제어 밸브에 의해 구획된 유체의 유로의 일부(이후, 「봉쇄 공간」으로 호칭되는 경우가 있음)가 형성되고, 이 봉쇄 공간에 유체가 봉입된다. 봉쇄 공간의 체적은, 전형적으로는 0.5㎤ 이상, 1.0㎤ 이하이다.
상기와 같은 상태인 채로는, 상술한 바와 같이 분기 배관을 통해 진공 펌프 등을 사용하여 상류측 또는 하류측의 분기 배관을 감압해도, 질량 유량 제어 장치의 내부에 봉입된 유체를 배출시킬 수는 없다.
따라서, 본 발명의 또 하나의 바람직한 실시 형태에 관한 질량 유량 제어 장치는, 상기 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시키기 위한 강제 밸브 개방 기구를 더 구비한다. 이것에 의하면, 강제 밸브 개방 기구에 의해 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시킨 상태에 있어서, 예를 들어 상술한 바와 같이 분기 배관을 통해 진공 펌프 등을 사용하여 상류측 또는 하류측의 분기 배관을 감압함으로써, 질량 유량 제어 장치를 떼어내기 전에 질량 유량 제어 장치의 내부로부터 유체를 배출시킬 수 있다.
또한, 기계식 압력 조절 밸브의 구체예로서는, 상기 질량 유량 제어 장치에 있어서의 유체의 유로의 일부를 구성하는 압력 조절실과, 상기 압력 조절실의 내부 영역과 상기 유로의 외부 영역을 이격하는 다이어프램을 구비하고, 상기 압력 조절실 내의 상기 유체의 압력이 소정의 설정 압력보다도 낮을 때에 상기 다이어프램의 적어도 일부가 상기 압력 조절실측으로 변위함으로써 밸브 개방하도록 구성된 것을 들 수 있다.
질량 유량 제어 장치가 상기와 같은 구성을 갖는 기계식 압력 조절 밸브를 구비하는 경우, 상기 강제 밸브 개방 기구는, 외부로부터의 조작에 의해 상기 다이어프램의 적어도 일부를 상기 압력 조절실측으로 변위시키는 부재를 구비한다. 이것에 의하면, 당해 부재에 의해 다이어프램의 적어도 일부를 기계적으로 압력 조절실측으로 변위시켜 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시켜, 질량 유량 제어 장치의 내부로부터 유체를 배출시킬 수 있다.
또한, 강제 밸브 개방 기구는 유체의 유로의 외부 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 유체의 유로의 밀폐성을 유지하기 위한 시일 구조 등을 생략하여, 강제 밸브 개방 기구를 보다 간결한 구성으로 할 수 있다.
게다가, 상술한 강제 밸브 개방 기구에 의해 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시킬 때의 개방도는, 질량 유량 제어 장치의 (통상의) 운전 시에 있어서의 당해 기계식 압력 조절 밸브의 최대 개방도보다도 큰 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시켜 질량 유량 제어 장치의 내부로부터 유체를 배출시킬 때의 배출 효율을 높여 배출에 요하는 시간을 단축하거나, 진공 펌프에 의한 배기에 있어서의 도달 진공도를 높이거나 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브의 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치의 실장예를 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 질량 유량 제어 장치가 구비하는 기계식 압력 조절 밸브 및 강제 밸브 개방 기구를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 기계식 압력 조절 밸브가 강제 밸브 개방 기구에 의해 밸브 개방되는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 관한 질량 유량 제어 장치의 실장예를 도시하는 측면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 질량 유량 제어 장치의 (A) 평면도 및 (B) 저면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태를, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 여기에서 설명하는 실시 형태는 본 발명의 실시 형태를 예시하는 것에 지나지 않고, 본 발명의 실시 형태는 여기에 예시하는 형태에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 관한 질량 유량 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다. 유체(액체 또는 가스)는 도면의 좌측으로부터 질량 유량 제어 장치(1)에 유입되고, 우측으로부터 유출된다. 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치(1)는 유량계(2)와, 기계식 압력 조절 밸브(3)와, 유량 제어 밸브(4)를 구비한다. 기계식 압력 조절 밸브(3)는 유량계(2)의 상류측에 인접하여 배치된다. 유량 제어 밸브(4)는 유량계(2)의 하류측에 배치된다. 유량 제어 밸브(4)는 밸브(4b) 및 밸브(4b)를 개폐하기 위한 압전 소자(4a)를 구비한다.
유량계(2)로서는, 유체의 유량을 계측하는 기능을 갖는 공지의 유량계를 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 반도체의 제조 프로세스에 있어서 가스의 질량 유량을 제어하는 것을 목적으로 하여 사용되는 질량 유량 제어 장치에 있어서는, 열식 유량계 또는 압력식 유량계가 주로 사용되고 있다. 열식 유량계는, 유로로부터 분기한 센서 튜브의 상류측 및 하류측에 센서 와이어를 각각 설치하여 유체를 간접적으로 가열하고, 유체의 유동에 의한 열의 이동에 수반하여 발생하는 센서 와이어간의 온도차를 이용하여 유량을 계측하는 것이다.
압력식 유량계는, 유로의 중간에 노즐, 오리피스 및 층류 소자 등의 유체 저항을 설치하고, 예를 들어 유체 저항의 상류측의 압력 P1과 하류측의 압력 P2의 차압 ΔP에 유량이 비례하는 것 등을 이용하여 유량을 계측하는 것이다. 압력식 유량계에 있어서, 압력의 측정은, P1 및 P2의 각각에 대하여 별개의 압력 측정 수단을 사용하여 행해도 되고, P1과 P2의 차압을 측정할 수 있는 차압 측정 수단을 사용하여 행해도 된다. 압력 또는 차압의 측정에는, 공지의 압력 센서 또는 차압 센서를 사용할 수 있다.
도 1에 예시된 유량계(2)는 유체 저항으로서 층류 소자(2a)를 구비하고, 층류 소자(2a)의 상류측의 압력 P1 및 하류측의 압력 P2를 각각 별개의 압력 센서(2b, 2c)에 의해 측정하도록 구성되어 있다. 압력식 유량계에 의해 계측되는 유량은 체적 유량이므로, 예를 들어 P1과 P2의 평균값 등을 사용하여 이것을 질량 유량으로 환산할 수 있다. 압력 센서(2b, 2c) 대신에 1개의 차압 센서를 사용하여 ΔP를 측정하는 경우에는, 차압 센서와는 별도로 압력 센서를 설치하여 압력식 유량계의 위치에 있어서의 유체의 압력을 측정하고, 이 압력을 사용하여 체적 유량을 질량 유량으로 환산할 수 있다.
본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치에 있어서, 유량계에는 공지의 다양한 형식의 유량계를 사용할 수 있다. 그러나, 그 중에서도, 압력식 유량계는, 상류측의 압력의 변동이 유량의 계측의 정밀도에 직접적으로 영향을 주는 것이다. 따라서, 본 발명에 의한 압력 조정의 효과가 최대한으로 발휘되는 것은, 유량계에 압력식 유량계를 사용한 경우이다. 단, 압력식 유량계 이외의 유량계(예를 들어 열식 유량계 등)에 있어서도, 압력식 유량계의 경우만큼은 아니더라도, 상류측의 압력의 변동이 계측의 정밀도에 영향을 주므로, 본 발명의 효과는 압력식 유량계를 사용한 경우에 한정되는 것은 아니다.
유량계의 상류측의 압력이 변동되는 요인으로서는, 예를 들어 질량 유량 제어 장치에 가스를 공급하고 있는 가스 공급 라인의 가스 압력(이하 「P0」이라 함)이 어떤 원인에 의해 변동되는 것 등이 생각된다. 도 1에 도시한 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서는, P0의 변동을 감시하는 것을 목적으로 하여, 기계식 압력 조절 밸브의 상류측에 압력 센서(5)가 배치되어 있다. 또한, 질량 유량 제어 장치에 공급되는 가스의 온도 T를 측정하는 온도 센서(6)도 동일한 위치에 배치되어 있다.
기계식 압력 조절 밸브(3)는 전기적인 수단을 사용하지 않고 기계적인 동작만으로 압력의 조정을 행할 수 있는 압력 조절 밸브(압력 레귤레이터)이다. 기계식 압력 조절 밸브(3)는 기계식 압력 조절 밸브(3)의 상류측의 압력(P0) 및 기계식 압력 조절 밸브(3)의 하류측의 압력(P1)이 상정된 범위 내에서 변동되어도, 하류측의 압력(P1)을 항상 미리 설정된 일정한 값으로 유지하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 가스 공급 라인의 가스 압력 P0이 변동되거나, 질량 유량 제어 장치의 작용에 의한 유량 제어에 수반하여 유량계의 하류측의 압력 P2가 변동되거나 한 경우라도, P0 또는 P2의 변동의 영향에 의해 P1이 변동되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
실시예 1
기계식 압력 조절 밸브(3)에 의한 압력 조절 작용에 대해, 도 2를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브의 일 실시예를 도시하는 단면도이다. 가스 공급 라인으로부터 질량 유량 제어 장치(1)에 공급된 가스는, 유체 입구(3a)로부터 기계식 압력 조절 밸브(3)의 내부에 유입된다. 가스는 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이의 간극을 통해 압력 조절실(3f)에 들어가고, 그 후, 유체 출구(3k)로부터 유량계(2)를 향하여 유출된다.
밸브체(3c)는 밸브 스프링(3b)의 탄성력에 의해 밸브 시트(3d)의 방향으로 압하되어 있다. 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이의 간극의 크기는, 밸브체(3)를 아래로부터 밀어올리고 있는 스템(3e)의 상하의 움직임에 의해 조정된다. 스템(3e)의 저부는 다이어프램(3g)의 상면에 적재되어 있다. 다이어프램(3g)의 하면에는 다이어프램 압박 부재(3h)가 배치되어 있고, 다이어프램 압박 부재(3h)의 저부는 압력 조절 스프링(3i)에 의해 지지되어 있다. 압력 조절 스프링(3i)의 위치는, 조정 나사(3j)에 의해 상하 방향으로 조정할 수 있다.
압력 조절실(3f)의 압력 P1이 설정 압력 PS보다도 낮을 때는, 유체가 다이어프램(3g)을 압하하는 힘이 약하므로, 조정 스프링(3i)의 탄성력에 의해, 다이어프램 압박 부재(3h), 스템(3e) 및 밸브체(3c)는 밸브 스프링(3b)의 탄성력 및 압력 P0에 저항하여 상측 방향으로 밀어올려진다. 그 결과, 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이에 간극이 생기므로, 유체가 유체 입구(3a)로부터 들어가 압력 조절실(3f)을 지나 유체 출구(3k)로부터 유출된다.
압력 조절실(3f)의 압력 P1이 설정 압력 PS보다도 높을 때는, 밸브 스프링(3b)의 탄성력 및 압력 P0에 더하여, 유체가 다이어프램(3g)을 압하하는 힘이 작용하므로, 다이어프램 압박 부재(3h), 스템(3e) 및 밸브체(3c)는 조정 스프링(3i)의 탄성력에 저항하여 하측 방향으로 변위한다. 그 결과, 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이의 간극이 없어지므로, 유체의 유동이 차단된다.
이와 같이, 기계식 압력 조절 밸브(3)는 다이어프램(3g)이 받는 압력 조절실(3f)의 압력 P1이 설정 압력 PS보다 낮을 때는 유체가 흐르고, 높을 때는 유체가 흐르지 않도록 작용한다. 그 결과, P1은 설정 압력 PS와 동등하게 될 때까지 조정된다. 또한, 설정 압력 PS는, 조정 나사(3j)의 위치에 따라 변경할 수 있다. 드라이버 등을 사용하여 조정 나사(3j)를 비틀어 넣으면, 압력 조절 스프링(3i)의 탄성력이 높아지므로, 설정 압력 PS는 고압측으로 시프트한다. 반대로, 조정 나사(3j)를 풀면, 설정 압력 PS는 저압측으로 시프트한다.
상기의 기계식 압력 조절 밸브(3)에 의한 압력 P1의 압력 조절 작용은, 다이어프램(3g)의 상하의 움직임과 연동하는 스템(3e)의 상하의 움직임에 의해 직접적으로 생기는 것이다. 그 때문에, P1이 변동되어 설정 압력 PS와 상이한 값으로 되었을 때는, 조정 작용이 빠르게 작용하여, P1은 바로 PS와 동등해질 때까지 조정된다. 이 조정 작용은, 압력 조절실(3f)의 압력 P1과 설정 압력 PS의 차에 기초하여 수행되기 때문에, P1의 변동의 원인이 P0의 변동 또는 P2의 변동 중 어느 것인지에 상관없이, 신속히 작용한다.
본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치에 있어서의 기계식 압력 조절 밸브에 의한 압력 조절 작용은, 수동적 제어라고도 말할 수 있다. 여기서, 「수동적」이란, 「다른 것으로부터 동작을 받는 입장에 있는 것. 수동태」(신메이카이 국어사전으로부터)를 말한다. 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브(3)에 있어서, 다이어프램(3g)은 압력 조절실(3f)의 압력 P1의 변동을 받는 입장에 있다. 그리고, 압력 P1의 변동을 검지하는 수단[다이어프램(3g)]의 변위가 그대로 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이의 간극의 조정에 이용된다. 따라서, 기계식 압력 조절 밸브의 압력 조절 작용은, 전체로서 수동적 제어라고 말할 수 있다.
이에 반해, 종래 기술에 관한 압력 제어 수단은, 능동적 제어라고도 말할 수 있다. 여기서, 「능동적」이란, 「적극적으로 다른 것에 작용시키는 것」(신메이카이 국어사전으로부터)을 말한다. 종래 기술에 있어서는, 압력 검출 수단(압력 센서)에 의해 검출되는 압력 P1이 설정 압력 PS에 동등해지도록, 압력 제어 수단(압력 제어 밸브)을 적극적으로 작동시킨다. 여기서, 압력 검출 수단과 압력 제어 수단은, 완전히 별개의 기능을 가져오는 부재로서 서로 독립적으로 구성되어 있다. 따라서, 종래 기술에 관한 압력 제어 수단은, 전체로서 능동적 제어라고 말할 수 있다.
수동적 제어와 능동적 제어에서는, 압력 P1의 변동에 대한 응답 속도가 상이하다. 즉, 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브와 같은 수동적 제어에 있어서는, 압력 검출 수단과 압력 제어 수단이 일체 불가분으로 구성되어 있으므로, 압력 P1의 변동이 즉시 압력 제어 수단(기계식 압력 조절 밸브)의 동작에 반영된다. 그것에 반해, 종래 기술에 관한 압력 제어 수단과 같은 능동적 제어에 있어서는, 압력 검출 수단과 압력 제어 수단이 서로 독립적으로 구성되어 있고, 유체의 유로에 있어서의 위치도 상이하다. 게다가, 압력 검출 수단에 의해 검출된 압력에 기초하여 압력 제어 수단을 작동시킨다. 그 결과, 압력 제어 수단에 의한 압력 제어의 결과가 압력 검출 수단의 출력에 반영될 때까지 시간의 지연이 발생한다.
또한, 수동적 제어와 능동적 제어에서는, 다른 능동적 제어로부터 받는 영향(간섭)의 정도가 상이하다. 즉, 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브와 같은 수동적 제어에 있어서는, 유량 제어 밸브에 의한 능동적 제어의 결과로서 유체의 압력이 변동되어도, 그 변동된 압력은 기계식 압력 조절 밸브의 작용에 의해 즉시 원래의 압력으로 복원된다.
그것에 반해, 종래 기술에 관한 압력 제어 수단과 같은 능동적 제어에 있어서는, 유량 제어 밸브에 의한 질량 유량의 능동적 제어의 결과로서 유체의 압력이 변동된 경우, 그 압력 변동을 해소하기 위해 또 하나의 능동적 제어인 압력 제어 수단이 작용하여 압력을 원래의 압력으로 복원하려고 한다. 그러나, 능동적 제어에 있어서는, 수동적 제어에 비해, 보다 긴 시간을 압력 조정에 요한다. 따라서, 그 동안에 압력의 변동에 의해 초래된 유량의 변동을 조정하기 위해 유량 제어 밸브에 의한 능동적 제어가 다시 작용한다. 그와 같이, 2개의 능동적 제어가 서로 영향(간섭)을 주기 때문에, 최종적으로 압력과 유량이 안정될 때까지 요하는 시간이 길어진다.
본 발명에 있어서, 기계식 압력 조절 밸브(3)는 유량계(2)의 상류측에 인접하여 배치된다. 여기서, 「인접하여」란, 기계식 조정 밸브(3)와 유량계(2) 사이에 다른 구성 부품이 존재하지 않고, 양자가 서로 배관 부재에 의해 직접 접합되어 있는 것을 말한다. 기계식 조정 밸브(3)와 유량계(2)를 접합하는 배관 부재는, 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다.
기계식 압력 조절 밸브(3)를 유량계(2)의 상류측에 인접하여 배치함으로써, 양자의 사이의 유체 저항 및 유체의 체적이 작아지므로, 기계식 압력 조절 밸브(3)의 압력 조절실(3f)의 압력을 설정 압력 PS와 동등해지도록 조정한 결과가 유량계(2)의 내부의 압력에 즉시 반영된다. 그것에 의해, 유량계(2)의 내부 압력이 항상 설정 압력 PS와 동등해지도록 유지되므로, 유량계(2)에 의한 유량 측정의 정밀도가 높아진다. 또한, 유량계의 상류측의 압력 P1의 변동을 상정하여 방대한 유량용의 데이터를 준비할 필요가 없어진다.
기계식 압력 조절 밸브(3)에 있어서, 다이어프램(3g)의 하면은 질량 유량 제어 장치(1)가 설치된 환경에 있어서의 외기와 연통하고 있다. 그 때문에, 조정 나사(3j)를 사용하여 설정 압력 PS를 조정하였을 때의 대기압과, 실제로 질량 유량 제어 장치(1)를 사용할 때의 대기압이 상이한 경우에는, 기계식 압력 조절 밸브(3)에 의해 조정되는 압력 조절실(3f)의 압력 P1이 설정 압력 PS로부터 어긋나게 된다. 그것을 방지하기 위해서는, 예를 들어 질량 유량 제어 장치(1)가 사용되는 장소의 표고를 미리 알고 있을 때에, 제조지와의 표고차를 감안하여 설정 압력 PS의 조정을 행하는 등의 대책을 강구할 수 있다.
기계식 압력 조절 밸브에 의한 압력 조정 기능을 실시예로서 나타내면, 예를 들어 도 2에 도시한 구조의 기계식 압력 조절 밸브의 경우, 설정 압력 PS를 0.05㎫(50㎪)로 설정하고, 가스 공급 라인의 압력 P0을 0.10㎫ 내지 0.30㎫ 사이에서 변동시켰을 때, 기계식 압력 조절 밸브의 하류측의 압력 P1의 변동은 50±5㎪의 범위 내이었다. 압력식 유량계의 상류측의 압력 변동이 이 범위 내이면, 유량의 측정 정밀도에 문제는 없다.
실시예 2
도 3은 본 발명에 관한 기계식 압력 조절 밸브의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다. 여기에 도시된 다른 실시예에 있어서, 기계식 압력 조절 밸브의 기본적인 구조는 도 2에 예시된 실시예와 동일하다. 크게 상이한 점은, 도 2의 실시예에 도시한 밸브체(3c)와 스템(3e)이 분리된 구조 대신에, 양자가 일체로 된 밸브체(3c')를 채용한 것이다. 이 밸브체(3c')는, 하부가 가늘고 긴 막대 형상으로 구성되어 있고, 그 선단부가 다이어프램(3g)의 상면과 접하도록 되어 있다. 이 구성에 의해, 다이어프램(3g)의 상하의 움직임이 직접 밸브체(3c')에 전달되므로, 보다 신속한 압력 조정이 가능해진다.
또한, 도 3의 밸브체(3c')와 밸브 시트(3d')의 접촉면은 평면이 아니라 원추형의 일부에 의해 구성되어 있다. 또한, 압력 조절실(3f)의 다이어프램(3g)으로부터 먼 측의 직경을 작게 함으로써, 압력 조절실(3f)의 체적을 도 2의 경우보다도 감소시키고 있다. 이들 구성에 의해, 유체 입구(3a)로부터 압력 조절실(3f)로 유체가 흐를 때의 유체 저항이 저감되므로 기계식 압력 조절 밸브(3)의 개폐 동작이 원활해짐과 함께, 밸브체보다도 하류측의 유체의 체적이 적어지므로, 기계식 압력 조절 밸브에 의한 압력 조절의 결과가 유량계(2)의 압력에 보다 빨리 반영된다.
기계식 압력 조절 밸브에 있어서, 밸브체(3c)와 밸브 시트(3d) 사이의 간극에 이물이 끼면 밸브체가 완전히 폐쇄되지 않게 되어, 압력 조정 기능이 손상되므로, 문제가 된다. 그것을 방지하기 위해서는, 예를 들어 기계식 압력 조절 밸브의 상류측에(필요에 따라서 하류측에도) 이물을 제거하기 위한 필터를 설치하는 것 등이 바람직하다. 필터로서는, 메쉬식의 것, 다공질의 소결 금속 필터 등, 공지의 필터를 사용할 수 있다.
실시예 3
도 4는 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치의 실장예를 도시하는 측면도이다. 이 실장예에 있어서는, 질량 유량 제어 장치(1)의 기부(7) 중에 유로(8)가 형성되어 있고, 기부(7)의 상면에 유량계(2)의 압력 센서(2b, 2c), 유량 제어 밸브(4) 및 압력 센서(5) 겸 온도 센서(6)가 적재되어 있다. 또한, 기부(7) 중에 유량계(2)의 구성 물품인 층류 소자(2a)와, 기계식 압력 조절 밸브(3)가 각각 매설되어 있다. 기부(7)의 상면에 적재된 부품은, 케이스(9)에 의해 덮여 있다.
이 실장예와 같이, 기계식 압력 조절 밸브(3)의 전체를 기부(7) 내에 매설함으로써, 기계식 압력 조절 밸브(3)를 기부(7)의 상면에 적재하기 위한 스페이스가 불필요하게 되므로, 질량 유량 제어 장치(1) 전체의 사이즈를 보다 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 질량 유량 제어 장치(1) 전체의 사이즈를 변경하지 않고, 불필요하게 된 스페이스에 다른 부품[예를 들어 도 4의 압력 센서(5) 겸 온도 센서(6) 등]을 실장할 수 있다.
실시예 4
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 질량 유량 제어 장치가 구비하는 기계식 압력 조절 밸브 및 강제 밸브 개방 기구를 도시하는 단면도이다. 여기에 도시된 기계식 압력 조절 밸브의 기본적인 구조는 도 3에 예시된 실시예와 동일하다. 크게 상이한 점은, 여기에 도시된 질량 유량 제어 장치(1)가 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시키기 위한 강제 밸브 개방 기구(10)를 더 구비하는 것이다.
이 예에 있어서, 강제 밸브 개방 기구(10)는 고정 나사(10a)와, 쐐기(10b)와, 핀 스프링(10c)과, 핀(10d)에 의해 구성되고, 이들 각 부재는, 쐐기 수용 구멍(11a)과 핀 수용 구멍(11b)으로 이루어지는 강제 밸브 개방 기구 수용 구멍(11)에 수용되어 있다. 핀(10d)은 핀 스프링(10c)의 탄성력에 의해 측방을 향하여 가압되어 있어, 질량 유량 제어 장치(1)의 통상의 운전 시에 있어서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 다이어프램(3g) 등의 움직임을 방해하지 않는다.
고정 나사(10a)는 쐐기 수용 구멍(11a)의 내벽에 형성된 나사 홈과 끼워 맞춰진다. 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킬 때에는, 고정 나사(10a)는 수용 구멍(11a)에 비틀어 넣어짐으로써, 쐐기(10b)의 상단부와 접촉하면서 상방으로부터 하방으로 변위한다. 이에 의해, 쐐기(10b)는 도 6에 도시한 백색 화살표에 의해 나타내어지는 바와 같이, 핀(10d)의 측방 단부에 접촉하면서 상방으로부터 하방으로 변위한다.
쐐기(10b)가 상기와 같이 상방으로부터 하방으로 변위하면, 핀(10d)은 사선의 화살표에 의해 나타내어지는 바와 같이, 다이어프램 압박 부재(3h)의 저면에 접촉하면서 측방으로부터 압력 조절 스프링(3i)의 축방향을 향하여 변위한다. 그 결과로서, 핀(10d)은 흑색 화살표에 의해 나타내어지는 바와 같이, 다이어프램 압박 부재(3h)를 상방으로 밀어올린다.
상기와 같이 하여 상방으로 밀어올려진 다이어프램 압박 부재(3h)는 다이어프램(3g)을 밀어올리고, 다이어프램(3g)은 밸브체(3c')를 밀어올린다. 그 결과, 도 6의 파선의 동그라미 표시에 의해 나타낸 바와 같이, 밸브체(3c')와 밸브 시트(3d') 사이에 간극이 생긴다. 즉, 기계식 압력 조절 밸브(3)가 강제적으로 개방된다.
상기와 같이, 여기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)에 의하면, 강제 밸브 개방 기구(10)에 의해 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킬 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 질량 유량 제어 장치(1)의 운전이 정지되었을 때에 기계식 압력 조절 밸브(3)와 유량 제어 밸브(4)에 의해 구획된 유체의 유로(8)의 일부(봉쇄 공간)에 유체가 봉입되어도, 진공 펌프 등을 사용하여 기계식 압력 조절 밸브(3)의 상류측의 분기 배관(도시하지 않음)의 내부를 감압함으로써, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등으로부터 질량 유량 제어 장치(1)를 떼어내기 전에 봉쇄 공간으로부터 유체를 배출시킬 수 있다. 또한, 여기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서의 봉쇄 공간의 체적은 0.7㎤이다.
강제 밸브 개방 기구(10)를 구성하는 고정 나사(10a), 쐐기(10b), 핀 스프링(10c) 및 핀(10d)의 재료는, 상기와 같이 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킬 수 있는 강도, 경도 및 내마모성 등을 구비하는 한, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 여기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서의 쐐기(10b) 및 핀(10d)의 재료로서는, 폴리아세탈을 채용하였다.
또한, 상기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서는, 쐐기(10b)를 상방으로 가압하는 기구는 설치하고 있지 않다. 따라서, 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킨 후에 고정 나사(10a)를 풀어도, 쐐기(10b)는 상방으로 복귀되지 않고, 그 결과, 핀(10d)도 또한 측방으로 복귀되지 않는다. 즉, 상기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서는, 한번 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시키면, 그 후는 기계식 압력 조절 밸브(3)가 개방된 채로 된다. 그러나, 쐐기(10b)를 상방으로 가압하는 기구를 설치하고, 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킨 후에 고정 나사(10a)를 풂으로써, 기계식 압력 조절 밸브(3)를 폐쇄할 수 있도록 해도 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 강제 밸브 개방 기구(10)는 유체의 유로(8)의 외부 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 여기에 설명된 질량 유량 제어 장치(1)와 같이, 유체의 유로(8)의 밀폐성을 유지하기 위한 시일 구조 등을 생략하여, 강제 밸브 개방 기구(10)를 보다 간결한 구성으로 할 수 있다.
게다가, 강제 밸브 개방 기구(10)에 의해 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킬 때의 개방도는, 전술한 바와 같이, 질량 유량 제어 장치(1)의 (통상의) 운전 중에 기계식 압력 조절 밸브(3)에 의해 압력 조절실(3f)의 압력 P1을 설정 압력 PS로 조정하는 동작(이후, 「압력 조절 동작」이라 호칭되는 경우가 있음) 시의 기계식 압력 조절 밸브(3)의 최대 개방도(밸브 개구부의 단면적)보다도 큰 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 강제 밸브 개방 기구(10)에 의해 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시켜 질량 유량 제어 장치(1)의 내부로부터 유체를 배출시킬 때의 배출 효율을 높여 배출에 요하는 시간을 단축하거나, 진공 펌프에 의한 배기에 있어서의 도달 진공도를 높이거나 할 수 있다.
실시예 5
그런데, 강제 밸브 개방 기구의 구체적인 구성은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시켜, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등으로부터 질량 유량 제어 장치를 떼어내기 전에 봉쇄 공간으로부터 유체를 배출시킬 수 있는 한, 어떠한 구성을 갖고 있어도 된다.
그러나, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등, 복수의 프로세스 가스를 사용하는 용도에 있어서는, 일반적으로, 복수의 질량 유량 제어 장치가 기부(베이스) 상에 병렬하여 배치된다. 또한, 당해 기술분야에 있어서는, 질량 유량 제어 장치의 크기 및 형상은, 예를 들어 질량 유량 제어 장치끼리의 호환성의 유지 및/또는 설치 면적(footprint)의 극소화 등을 목적으로 하여, 규격이 통일되어 있다. 이 때문에, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에 조립된 상태에 있어서는, 개개의 질량 유량 제어 장치의 측면 및 저면에는 접촉할 수 없다.
따라서, 기계식 압력 조절 밸브의 구조상은, 그 저면에 배치된 조정 나사를 비틀어 넣어 압력 조절 스프링의 탄성력을 높임으로써 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시키는 것이 가능하지만, 실용상은, 이와 같은 방법에 의해 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시키는 것은 불가능하다.
상기를 감안하면, 강제 밸브 개방 기구는, 기부 내의 한정된 스페이스에 수용되고, 또한, 강제 밸브 개방 기구의 조작부[예를 들어, 상기 실시예에 있어서의 고정 나사(10a) 및 쐐기 수용 구멍(11a) 등]는 기부의 상면에 적재된 부품의 사이 등에 설치할 수 있도록, 콤팩트하게 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기와 같이 컴팩트하게 구성된 강제 밸브 개방 기구를 구비하는 질량 유량 제어 장치의 구체예에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 관한 질량 유량 제어 장치의 실장예를 도시하는 측면도이다. 도 8은 도 7에 도시한 질량 유량 제어 장치의 (A) 평면도 및 (B) 저면도이다. 단, 도 8에 있어서, 케이스(9)는 생략되어 있다. 또한, 도 7 및 도 8 중 어느 것에 있어서도, 강제 밸브 개방 기구(10) 및 강제 밸브 개방 기구 수용 구멍(11)은 기부(7)의 내부에 형성되어 있지만, 설명을 위해 일부러 표시하고 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 쐐기 수용 구멍(11a)은 기부(7)의 상면에 있어서의 부품이 적재되어 있지 않은 영역에 형성되어 있고, 그 안에, 고정 나사(10a) 및 쐐기(10b)가 수용되어 있다. 이에 의해, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에 질량 유량 제어 장치(1)가 조립된 채로의 상태에서, 고정 나사(10a)를 조작하여, 강제 밸브 개방 기구(10)를 동작시킬 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 점선의 사각형은, 도 5 및 도 6에 도시한 기계식 압력 조절 밸브(3) 및 강제 밸브 개방 기구(10)의 묘화 영역에 해당한다.
다음에, 도 8에 도시한 바와 같이, 핀 수용 구멍(11b)은, 기계식 압력 조절 밸브(3)의 중심을 향하여 비스듬히 형성되어 있다. 따라서, 고정 나사(10a) 및 쐐기 수용 구멍(11a)(도시하지 않음)은 기부(7)의 중앙부가 아니라, 코너부에 가까운 위치에 형성되어 있다. 이것은, 강제 밸브 개방 기구(10)를 구성하는 이들 부재 및 수용 구멍이, 기부(7)의 내부에 형성된 유로(8)와 간섭하는 것을 피하는 것을 목적으로 한 배치이다. 또한, 도 8에 도시한 일점쇄선 A-A'는, 도 5 및 도 6에 도시한 기계식 압력 조절 밸브(3) 및 강제 밸브 개방 기구(10)의 단면에 해당한다. 따라서, 도 5 및 도 6에는 유체 출구(3k)가 도시되어 있지 않다.
이상과 같은 구성에 의해, 본 실시예에 관한 질량 유량 제어 장치(1)에 있어서는, 예를 들어 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에 조립된 채로의 상태에서, 기부(7)의 상면에 있어서의 부품이 적재되어 있지 않은 영역에 형성된 쐐기 수용 구멍(11a)에 고정 나사(10a)를 비틀어 넣음으로써, 강제 밸브 개방 기구(10)를 동작시켜, 기계식 압력 조절 밸브(3)를 강제적으로 개방시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 설명하는 것을 목적으로 하여, 특정한 구성을 갖는 몇 가지의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 범위는, 이들의 예시적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위 및 명세서에 기재된 사항의 범위 내에서, 적절히 수정을 가할 수 있는 것은 물론이다.
1 : 질량 유량 제어 장치
2 : 유량계
2a : 층류 소자
2b : 압력 센서(P1)
2c : 압력 센서(P2)
3 : 기계식 압력 조절 밸브
3a : 유체 입구
3b : 밸브 스프링
3c, 3c' : 밸브체
3d, 3d' : 밸브 시트
3e : 스템
3f : 압력 조절실
3g : 다이어프램
3h : 다이어프램 압박 부재
3i : 압력 조절 스프링
3j : 조정 나사
3k : 유체 출구
4 : 유량 제어 밸브
4a : 압전 소자
4b : 밸브
5 : 압력 센서(P0)
6 : 온도 센서
7 : 기부
8 : 유로
9 : 케이스
10 : 강제 밸브 개방 기구
10a : 고정 나사
10b : 쐐기
10c : 핀 스프링
10d : 핀
11 : 강제 밸브 개방 기구 수용 구멍
11a : 쐐기 수용 구멍
11b : 핀 수용 구멍

Claims (9)

  1. 유량계와, 상기 유량계의 상류측에 인접하여 배치되는 기계식 압력 조절 밸브와, 상기 유량계의 하류측에 배치되는 유량 제어 밸브를 구비하는 질량 유량 제어 장치에 있어서,
    상기 기계식 압력 조절 밸브가 질량 유량 제어 장치의 기부 내에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는, 질량 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기계식 압력 조절 밸브의 상류측에 압력 센서(5)를 구비하는, 질량 유량 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유량계가 압력식 유량계인, 질량 유량 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력식 유량계가 상류측의 압력 센서(2b)와 하류측의 압력 센서(2c)를 구비하는, 질량 유량 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 압력식 유량계가 상류측의 압력과 하류측의 압력의 차압을 계측하는 차압 센서를 구비하는, 질량 유량 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시키는 강제 밸브 개방 기구를 더 구비하는, 질량 유량 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기계식 압력 조절 밸브는,
    상기 질량 유량 제어 장치에 있어서의 유체의 유로의 일부를 구성하는 압력 조절실과,
    상기 압력 조절실의 내부 영역과 상기 유로의 외부 영역을 이격하는 다이어프램을 구비하고,
    상기 기계식 압력 조절 밸브는, 상기 압력 조절실 내의 상기 유체의 압력이 소정의 설정 압력보다도 낮을 때에 상기 다이어프램의 적어도 일부가 상기 압력 조절실측으로 변위함으로써 밸브 개방되도록 구성되어 있고,
    상기 강제 밸브 개방 기구는, 외부로부터의 조작에 의해 상기 다이어프램의 적어도 일부를 상기 압력 조절실측으로 변위시키는 부재를 구비하는, 질량 유량 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 강제 밸브 개방 기구가 상기 유체의 상기 유로의 외부 영역에 배치되어 있는, 질량 유량 제어 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강제 밸브 개방 기구에 의해 상기 기계식 압력 조절 밸브를 강제적으로 개방시킬 때의 개방도가, 상기 질량 유량 제어 장치의 운전 시에 있어서의 상기 기계식 압력 조절 밸브의 최대 개방도보다도 큰, 질량 유량 제어 장치.
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