KR20230081610A

KR20230081610A - 유량 제어 장치, 유량 제어 방법, 및 유량 제어 장치용 프로그램 기록 매체

Info

Publication number: KR20230081610A
Application number: KR1020220137468A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 도쿠나가
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2023-06-07
Also published as: CN116203998A; JP2023080611A; US11841720B2; US20230168697A1

Abstract

설정 유량의 크기에 의존하지 않고, 항상 유체 저항의 하류측의 압력이 유량 정밀도를 담보할 수 있는 저압으로 유지할 수 있어, 측정되는 저항 유량의 정밀도를 계속 높게 유지하여, 유량이 변화하는 과도 상태에서도 노이즈 영향을 받기 어려운 유량 제어 장치를 제공할 수 있도록, 제1 압력 센서(P1)에서 측정되는 제1 측정 압력(p1)과, 제2 압력 센서(P2)에서 측정되는 제2 측정 압력(p2)에 기초하여, 유체 저항(FR)을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량(Qr)을 산출하는 저항 유량 산출기(2)와, 설정 유량(r_Q)과, 상기 저항 유량(Qr)의 편차에 기초하여, 제2 밸브(V2)를 제어하는 유량 제어기(3)와, 상기 유체 저항(FR)의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력(r_p2)과, 상기 설정 유량(r_Q)에 기초하여, 상기 유체 저항(FR)의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력(r_p1)을 출력하는 설정 압력 변환기(4)와, 상기 설정 압력 변환기(4)로부터 출력된 상기 제1 설정 압력(r_p1)과, 상기 제1 측정 압력(p1)의 편차에 기초하여, 제1 밸브(V1)를 제어하는 압력 제어기(6)를 구비했다.

Description

유량 제어 장치, 유량 제어 방법, 및 유량 제어 장치용 프로그램 기록 매체{FLOW RATE CONTROLLER, FLOW RATE CONTROL METHOD, AND PROGRAM RECORDING MEDIUM FOR FLOW RATE CONTROLLER}

본 발명은 예를 들면 반도체 제조 프로세스에서 이용되는 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어 장치에 관한 것이다.

매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어 장치에는, 복수의 제어 밸브를 구비한 것이 있으며, 예를 들면 각 제어 밸브는 각각 상이한 제어칙에 의해서 개도가 제어된다. 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있는 유량 제어 장치는, 압력 제어 밸브, 압력 센서, 열식 유량 센서, 유량 제어 밸브가 상류측에서부터 이 순서로 유로 상에 마련되어 있음과 아울러, 각 센서의 출력에 기초하여 압력 제어 밸브 및 유량 제어 밸브의 개도를 각각 제어하는 제어기를 구비하고 있다. 제어기는 열식의 유량 센서의 일부인 분류 저항의 상류측의 압력이 미리 정해진 일정 압력으로 유지되도록 압력 제어 밸브를 제어하고, 유량 제어 밸브에 대해서는 설정 유량과 열식의 유량 센서에서 측정되는 측정 유량의 편차가 작아지도록 제어한다.

그런데, 상기와 같은 유량 제어 장치에 있어서 도 4에 나타내는 것처럼 열식의 유량 센서 대신에 압력식의 유량 센서를 이용하여, 전술한 것 같은 제어칙으로 각 밸브의 제어를 행하면, 설정 유량이 소(小)유랑에서부터 대(大)유량까지 적절히 변경되도록 하는 용도의 경우에는 제어상의 문제가 발생할 수 있는 것을 본원 발명자는 예의 검토의 결과 찾아냈다.

즉, 압력식의 유량 센서는 층류 소자 등의 유체 저항과, 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 압력 센서와, 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 압력 센서를 구비하고 있고, 각 압력 센서에서 측정되는 측정 압력을 각각 제곱한 값의 차에 기초하여, 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량이 산출된다. 이 저항 유량의 측정 정밀도는, 특히 소유량인 경우에는 각 압력이 고압으로 유지되고 있는 것보다도 저압으로 유지되고 있는 편이 높아진다. 구체적으로는 도 5의 그래프에 나타내는 것처럼 각 압력 센서에서 측정되는 차압과 압력 센서에 중첩되는 노이즈 진폭이 같았다고 해도, 저항 유량에 중첩되는 노이즈 진폭은 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력이 높아질수록 커지기 때문에, 측정 정밀도는 제2 측정 압력을 가능한 한 낮게 유지하는 편이 저항 유량의 측정 정밀도는 좋아진다.

그렇지만, 전술한 선행 기술과 같이 유체 저항의 상류측의 압력인 제1 측정 압력을 공급압 등의 고압으로 일정하게 유지하도록 압력 제어 밸브를 제어하고 있으면, 설정 유량으로서 작은 값이 설정되어 있는 경우에는, 유량 제어 밸브는 유체 저항의 차압을 작게 하기 위해서 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력도 제1 측정 압력과 동등한 고압에 가까워지도록 제어되어 버린다. 이 때문에, 설정 유량으로서 소유량이 설정되어 있는 경우에는, 압력식의 유량 센서로부터 출력되는 저항 유량에 큰 노이즈 진폭이 나타나게 되어, 유량 제어의 정밀도를 저하시키는 결과가 되어 버린다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-280688호

본 발명은 상술한 것 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 설정 유량의 크기에 의존하지 않고, 항상 유체 저항의 하류측의 압력을 유량 정밀도를 담보할 수 있는, 저압으로 유지할 수 있어, 설정 유량이 작은 경우에도 측정되는 저항 유량의 정밀도를 계속 높게 유지하여, 유량의 제어 정밀도를 높게 유지하는 것을 가능하게 하는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는, 유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와, 상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와, 상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항과 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출기와, 설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어기와, 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환기와, 상기 설정 압력 변환기로부터 출력된 상기 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 유량 제어 방법은, 유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와, 상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와, 상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항과 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서를 구비한 유량 제어 장치를 이용한 유량 제어 방법으로서, 상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출 스텝과, 설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어 스텝과, 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환 스텝과, 상기 설정 압력 변환기 스텝에서 출력된 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어 스텝을 구비한 것을 특징으로 한다.

이러한 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법이면, 이하와 같은 제어 동작에 의해서 다양한 상기 설정 유량을 실현하면서 상기 유체 저항의 하류측의 압력에 대해서는 원하는 상기 제2 설정 압력 또는 그것에 가까운 압력으로 유지되도록 하여, 대유량에서부터 소유량까지 저항 유량의 측정 정밀도를 높게 유지하여, 설정 유량에 의존하지 않고 높은 유량의 제어 정밀도를 실현할 수 있다.

구체적으로는 상기 제1 밸브로의 제어에 의해서 상기 유체 저항의 상류측의 압력이 상기 제1 설정 압력으로 유지됨과 아울러, 상기 제2 밸브에 의해서 상기 제어 대상 유량이 상기 설정 유량으로 유지된다. 여기서, 상기 제1 설정 압력은 고정된 값이 아니고, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 상기 제2 설정 압력과 상기 설정 유량에 따라 변경되는 값이다. 또, 상기 제2 설정값은 일정값으로 고정되어 있으므로, 상기 설정 유량의 목표값이 큰 경우에는 상기 유체 저항의 전후의 차압이 커지도록 상기 제1 설정 압력은 큰 값으로 설정되고, 반대로 상기 설정 유량의 목표값이 작은 경우에는 상기 제1 설정 압력은 작은 값으로 설정된다. 즉, 본 발명은 종래와 같이 상류측의 압력이 고정되어 있는 경우와 같이 상기 설정 유량의 대소에 따라 상기 유체 저항의 하류측의 압력이 변경되는 것이 아니라, 반대로 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표를 고정하고 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표를 상기 설정 유량의 대소에 따라 변경하는 것이 가능하다. 이 때문에, 다양한 상기 설정 유량에 따라 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력이 원하는 저압이 되도록 상기 제1 설정 압력을 설정하여, 상기 설정 유량이 작은 경우에도 상기 저항 유량의 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다.

상기 제어 대상 유량은 다양한 크기의 상기 설정 유량으로 유지하면서, 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 상기 제2 설정 압력으로 유지하는 것이 가능하므로, 예를 들면 상기 제2 설정 압력을 저압력의 일정값으로 설정함으로써, 노이즈 영향이 저감된 정밀도가 좋은 상기 저항 유량을 상기 설정 유량의 크기에 의존하지 않고 상기 저항 유량 산출기가 계속 산출하도록 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 유량 제어 장치에서는 대유량에서부터 소유량까지를 실현하면서, 소유량을 흘리고 있는 경우에도 종래보다도 유량의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력이 상기 제2 설정 압력이 되는 적절한 상기 제1 설정 압력이 상기 설정 압력 변환기로부터 출력되도록 하려면, 상기 설정 압력 변환기가, 상기 유체 저항의 하류측의 압력이 상기 제2 설정 압력으로 유지되고 있는 경우에 있어서, 상기 저항 유량이 상기 설정 유량이 되는데 필요한 상기 유체 저항의 상류측의 압력을 제1 설정 압력으로서 출력하도록 구성된 것이면 된다.

여기서, 상기 제1 설정 압력은, 상기 유체 저항의 하류측의 압력이 상기 제2 설정 압력으로 유지되고 있는 경우에 상기 저항 유량이 상기 설정 유량이 되는데 필요한 압력이므로, 상기 제2 밸브에 의해서 상기 제어 대상 유량이 상기 설정 유량으로 제어되면, 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 상기 제2 설정 압력 또는 그것에 가까운 압력으로 유지되게 된다. 따라서, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 제어 동작에 의해, 결과적으로 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 원하는 일정 압력인 상기 제2 설정 압력으로 유지되게 된다. 또, 상기 설정 압력 변환기가 상기 설정 유량의 값의 크기에 따라 상기 제1 설정 압력을 변화시키므로, 상기 설정 유량의 값의 크기에 의존하지 않고, 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 상기 제2 설정 압력으로 유지되게 된다. 따라서, 상기 설정 유량이 작은 경우에도 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력을 저압으로 유지하여, 상기 저항 유량의 측정 정밀도를 높게 유지하여, 유량의 제어 정밀도를 종래보다도 높게 할 수 있다.

상기 유량 제어 장치의 하류측의 프로세스에 있어서의 다양한 압력으로 유지하고 싶다고 하는 요구를 만족시키면서, 상기 저항 유량 산출기로부터 산출되는 상기 저항 유량의 정밀도가 높게 유지되도록 다양한 제2 설정 압력을 설정할 수 있도록 하려면, 상기 제2 설정 압력이 가변이면 된다.

유량 제어 장치로서 큰 유량을 실현하는 경우에도 상기 유체 저항의 하류측의 압력을 낮게 유지하여, 산출되는 상기 저항 유량을 고정밀도로 유지할 수 있도록 하려면, 상기 설정 유량의 값이 커질수록 상기 제1 설정 압력으로서 큰 값이 설정되도록 상기 설정 압력 변환기가 구성되어 있으면 된다.

예를 들면 반도체 제조 프로세스와 같이 저압으로 유지되는 환경에 있어서 유량을 고정밀도로 측정할 수 있음과 아울러 응답성도 좋은 것으로 하려면, 상기 저항 유량 산출기가, 상기 제1 측정 압력의 거듭제곱과 상기 제2 측정 압력의 거듭제곱의 차에 기초하여 상기 저항 유량을 산출하는 것이면 된다.

보다 구체적인 상기 저항 유량의 산출 구성으로서는, 상기 저항 유량 산출기가, 상기 제1 측정 압력의 제곱과 상기 제2 측정 압력의 제곱의 차에 유량 상수를 곱해 상기 저항 유량을 산출하는 것을 들 수 있다. 이러한 것이면, 본 발명에 의한 상기 설정 유량의 크기에 의존하지 않고, 상기 유체 저항의 하류측의 압력을 저압으로 계속 유지할 수 있다는 기능에 의해서, 유량 정밀도의 향상 효과가 보다 현저해진다.

예를 들면 상기 제2 설정 압력으로서 부적절한 값이 설정되어 버려, 상기 유체 저항의 하류측의 압력이 고압으로 되어 버리는 것을 방지하여, 상기 저항 유량의 정밀도를 높게 유지할 수 있도록 하려면, 상기 설정 압력 변환기가, 상기 제2 설정 압력으로서 0torr 이상 900torr 이하의 일정값을 접수하도록 구성되어 있으면 된다.

예를 들면 상기 저항 유량의 교정 작업에 필요한 데이터 개수를 줄일 수 있어, 실용적인 범위 내에서 고정밀도의 저항 유량을 제공할 수 있도록 하기 위한 구체적인 양태로서는, 상기 설정 압력 변환기가, 상기 제2 설정 압력으로서 0torr 이상 400torr 이하의 일정값을 접수하도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.

유량 제어 장치에 있어서 가장 공급 대상에 가까운 부분인 상기 제2 밸브로부터 유출하는 상기 밸브 유량 자체를 제어함으로써, 유량 제어의 응답성을 더 높일 수 있도록 하려면, 상기 저항 유량과, 상기 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 제2 밸브로부터 유출되는 상기 밸브 유량을 산출하는 밸브 유량 산출기를 더 구비하고, 상기 제어 대상 유량이 상기 밸브 유량이며, 상기 유량 제어기가, 상기 설정 유량과 상기 밸브 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하도록 구성되어 있으면 된다.

상기 설정 압력 변환기가 상기 설정 유량과 상기 제2 설정 압력에 기초하여 상기 제1 설정 압력을 출력하는데 필요한 메모리량이나 연산량 등의 부하를 저감시킬 수 있도록 하여, 연산 능력 등이 한정되어 있는 매스 플로우 컨트롤러 등이어도 상기 제1 설정 압력을 고속으로 출력할 수 있도록 하려면, 상기 제2 설정 압력 및 상기 설정 유량의 각 세트에 대해서 각각 상기 제1 설정 압력이 링크된 테이블을 구비하고, 접수된 상기 제2 설정 압력 및 상기 설정 유량에 기초하여 상기 테이블을 참조하여 상기 제1 설정 압력을 출력하도록 구성된 것이면 된다. 이러한 것이면, 예를 들면 상기 설정 유량이 시계열적으로 변화하는 것이어도, 그 순간마다의 목표값에 대응하는 상기 제1 설정 압력으로 즉시 변경할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 과도 상태에서도 상기 설정 유량을 실현하면서, 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 상기 제2 설정 압력으로 계속 유지하는 것이 가능해진다.

예를 들면 상기 제2 밸브가 전폐(全閉)되어 유체가 흐르고 있지 않은 상태에 있어서는 상기 저항 유량에 중첩되는 노이즈를 저감시켜 거의 제로로 유지되도록 하고, 상기 제2 밸브로부터 출류(出流)가 발생하고 있으면 유저가 오해하기 어렵게 함과 아울러, 상기 저항 유량에 발생하고 있는 센서 시프트 등은 보이도록 하려면, 상기 저항 유량에 있어서 상기 저항 유량 산출기가, 상기 제2 밸브가 개방되어 있는 상태에서는 상기 제1 측정 압력과 상기 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 저항 유량을 산출하고, 상기 제2 밸브가 전폐되어 있는 상태에서는 상기 제1 측정 압력과 상기 제2 설정 압력에 기초하여, 상기 저항 유량을 산출하도록 구성되어 있으면 된다.

기존의 유량 제어 장치에 있어서 예를 들면 프로그램을 갱신함으로써 본 발명에 따른 유량 제어 장치와 거의 같은 효과를 누릴 수 있도록 하려면, 유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와, 상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와, 상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항과 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 유량 제어 장치용 프로그램으로서, 상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출기와, 설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어기와, 상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환기와, 상기 설정 압력 변환기로부터 출력된 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어기로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치용 프로그램을 이용하면 된다.

또한, 유량 제어 장치용 프로그램은 전자적으로 전달되는 것이어도 되고, CD, DVD, 플래쉬 메모리 등의 프로그램 기록 매체에 기록된 것이어도 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 유량 제어 장치에 의하면, 상류측에 있는 상기 제1 밸브가 상기 제2 설정 압력과 상기 설정 유량에 따라 설정되는 상기 제1 설정 압력을 실현하고, 하류측에 있는 상기 제2 밸브가 상기 설정 유량을 실현함으로써 상기 유체 저항의 하류측의 압력은 결과적으로 상기 제2 설정 압력 또는 그 근방의 압력으로 계속 유지할 수 있다. 따라서, 상기 설정 유량의 대소에 의존하지 않고, 상기 저항 유량의 하류측의 압력을 저압으로 유지하는 것이 가능해지기 때문에, 산출되는 상기 저항 유량에 중첩되는 노이즈를 저감시켜 그 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 설정 유량, 제2 설정 압력, 제1 설정 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 종래의 유량 제어 장치의 제어 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 압력식의 유량 센서에 있어서의 절대압과 노이즈 진폭의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치(100)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.

제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)는, 예를 들면 각종 반도체 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 유체를 미리 정해진 설정 유량으로 공급하기 위해서 이용되는 것이다. 유체는 순수한 가스, 복수 종류의 가스가 혼합된 가스, 기액(氣液) 혼합체, 액체 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 유체가 가스인 경우를 일례로서 설명한다.

도 1에 나타내는 것처럼 유량 제어 장치(100)는, 유로에 마련된 센서, 밸브로 이루어지는 유체 기기와, 해당 유체 기기의 제어를 담당하는 제어 연산 기구(COM)를 구비하고 있다.

유체 기기는 유로에 대해서 마련된, 제1 밸브(V1), 제1 압력 센서(P1), 유체 저항(FR), 제2 압력 센서(P2), 제2 밸브(V2)로 이루어진다. 각 기기는 상류측에서부터 이 순서로 마련되어 있다.

여기서, 유체 저항(FR)는 층류 소자이며, 그 전후의 차압에 따라 해당 유체 저항(FR) 내에 흐르는 가스의 유량이 발생한다. 제1 압력 센서(P1), 유체 저항(FR), 제2 압력 센서(P2), 및 후술하는 저항 유량 산출기(1)는 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2) 사이의 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서(FS)를 구성한다. 이하의 설명에서는 유체 저항(FR)을 흐르는 유체의 유량은 Qr이라고도 한다.

즉, 제1 압력 센서(P1), 유체 저항(FR), 및 제2 압력 센서(P2)는 유로에 흐르는 유체의 유량에 따른 출력 신호를 출력하는 센싱 기구이며, 저항 유량 산출기(1)는 센싱 기구의 출력 신호에 기초하여 유로를 흐르고 있는 유체의 유량을 산출한다. 이 유량 센서(FS)는 소위 압력식의 유량 센서이기 때문에, 각 압력 센서에서 측정되는 압력이 낮을수록 측정되는 유량의 측정 정밀도가 높아지는 특성을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는 유량 제어 장치(100)가 마련되어 있는 유로는 CVD 프로세스 등이 행해지는 저진공 상태의 챔버에 접속되어 있다. 따라서, 유체 저항(FR)의 하류측도 제어 결과에 따라서는 저진공 상태로 유지하는 것이 가능한 환경으로 되어 있다.

제1 압력 센서(P1)는, 유로에 있어서 제1 밸브(V1)와 유체 저항(FR)의 사이에 있어서의 용적인 제1 용적(VL1) 내에 존재하고 있는 가스의 압력(이하, 제1 측정 압력(p1)이라고도 함.)을 측정하는 것이다.

제2 압력 센서(P2)는, 유로에 있어서 유체 저항(FR)과 제2 밸브(V2)의 사이에 있어서의 용적인 제2 용적(VL2)에 존재하고 있는 가스의 압력(이하, 제2 측정 압력(p2)이라고도 함.)을 측정하는 것이다.

이와 같이 제1 압력 센서(P1)와 제2 압력 센서(P2)는, 제1 밸브(V1), 유체 저항(FR), 제2 밸브(V2)로 형성되는 2개의 용적인 제1 용적(VL1), 제2 용적(VL2)의 압력을 각각 측정하고 있다. 또, 다른 표현을 하자면, 제1 압력 센서(P1)와 제2 압력 센서(P2)는, 각각 유체 저항(FR)의 상류측의 압력 또는 하류측의 압력을 측정하는 것이다.

제1 밸브(V1), 및 제2 밸브(V2)는, 이 실시 형태에서는 동형(同型)의 것이며, 예를 들면 피에조 소자에 의해서 밸브체가 밸브 시트에 대해서 구동되는 피에조 밸브이다. 이 실시 형태에서는 제2 밸브(V2)가 유저에 의해 설정되는 설정 유량(r_Q)과, 유량 센서(FS)에 의해 측정되는 저항 유량(Qr)의 편차에 기초한 유량 피드백 제어에 의해서 그 개도가 제어된다. 한편, 제1 밸브(V1)는 유저에 의해서 설정되는 제2 용적(VL2)의 목표 압력인 제2 설정 압력(r_p2)으로부터 변환된 제1 용적(VL1)의 목표 압력인 제1 설정 압력(r_p1)과 제1 압력 센서(P1)에서 측정되는 제1 측정 압력(p1)의 편차에 기초하여 압력 피드백 제어에 의해서 그 개도가 제어된다.

여기서, 유저에 의해서 설정되는 제2 설정 압력(r_p2)과 제2 압력 센서(P2)에 의해서 측정되는 제2 측정 압력(p2)의 편차에 기초한 압력 피드백 제어는 어느 밸브(V1, V2)에서도 행해지고 있지 않았다. 그렇지만, 후술하는 것처럼 제1 밸브(V1)가 제1 용적(VL1) 내의 압력이 제1 설정 압력(r_p1)이 되도록 압력 제어됨과 아울러, 제2 밸브(V2)는 저항 유량(Qr)이 설정 유량(r_Q)이 되도록 유량 제어됨으로써, 최종적으로는 제2 용적(VL2) 내의 압력은 제2 설정 압력(r_p2) 또는 그 근방의 압력으로 유지되게 된다.

다음에 제어 연산 기구(COM)에 대해 상술한다. 제어 연산 기구(COM)는, 예를 들면 CPU, 메모리, A/D 컨버터, D/A 컨버터, 입출력 수단 등을 구비하는 소위 컴퓨터로서, 메모리에 격납되어 있는 유체 제어 장치용 프로그램이 실행되어 각종 기기가 협업함으로써, 설정 접수부(1), 저항 유량 산출기(2), 유량 제어기(3), 설정 압력 변환기(4), 역계산 결과 기억부(5), 압력 제어기(6)로서의 기능을 적어도 발휘한다.

설정 접수부(2)는, 유량 제어 장치(100)로의 제어 지령인 설정 유량(r_Q)과, 제2 설정 압력(r_p2)을 유저로부터 접수함과 아울러, 후술하는 설정 압력 변환기(4)에는 설정 유량(r_Q)과, 제2 설정 압력(r_p2) 모두를 출력함과 아울러, 유량 제어기(3)에는 설정 유량(r_Q)만을 출력한다. 여기서, 설정 유량(r_Q)에 대해서는 피드백 루프 내에서 직접 사용되는 파라미터이다. 설정 유량(r_Q)은 유저가 유로에 흘리고 싶은 유량, 또는 후속 챔버에 대해서 공급하고 싶은 유체의 유량이 설정된다. 설정 유량(r_Q)은 목표가 되는 유량의 값이 시간 함수로서 설정되는 것이며, 각 시각에 대해서 0%~100% 중 어느 값을 유저는 설정할 수 있다. 예를 들면 도 2의 그래프에 나타내는 것처럼 설정 유량은 시간 t를 파라미터로 하는 계단 함수 r_Q(t)로서 정의된다. 설정 유량(r_Q)에 대해서는 계단 함수 이외에도 램프 함수나 그 외의 시간 함수로서 정의할 수 있다. 이것에 대해서 제2 설정 압력(r_p2)은, 유체 저항(FR)의 하류측의 제2 용적(VL2) 내에 있어서의 압력으로서 유저가 설정한 값이 일정값으로서 설정된다. 즉, 제2 설정 압력에 대해서는 스텝 함수나 램프 함수 등의 형식으로는 접수되지 않으며, 시간에 의존하지 않고 항상 일정한 목표 압력값 밖에 설정되지 않는다. 보다 구체적으로는 제2 설정 압력(r_p2)에 대해서는 유량 센서(FS)로서 유량 정밀도가 충분히 발휘되는 소정의 저압력의 값이 목표값으로서 설정된다.

저항 유량 산출기(2)는 제1 압력 센서(P1) 및 제2 압력 센서(P2)의 출력 신호가 나타내는 측정값과, 측정값에 따른 유량 특성값에 기초하여 유량을 산출한다. 구체적으로는 저항 유량 산출기(2)는 유체 저항(FR)의 상류측의 압력인 제1 측정 압력(p1)과 하류측의 압력인 제2 측정 압력(p2)에 기초하여, 유체 저항(FR) 내를 흐르고 있는 유체의 유량인 저항 유량(Qr)을 산출한다. 여기서, 저항 유량 산출기(2)는 제1 측정 압력(p1)과 제2 측정 압력(p2)뿐만이 아니라, 유체 저항(FR)의 특성에 따라서 정해지는 유량 상수 k에 기초하여 유량을 산출한다. 구체적으로는 제1 측정 압력(p1)의 제곱과 제2 측정 압력(p2)의 제곱의 차에 유량 상수 k를 곱한 값을 저항 유량(Qr)으로서 산출한다. 즉, 저항 유량 산출기(2)에 있어서 사용되는 유량 산출식은 Qr=k(p1²-p2²)···(식 1)이 된다.

또, 저항 유량 산출기(2)는 유로에 유체가 흐르고 있는지 여부에 따라서, 저항 유량(Qr)의 산출 방식을 전환하도록 구성되어 있다. 예를 들면 하류측에 배치되어 있는 제2 밸브(V2)가 임의의 개도로 개방되어 있는 경우에는 식 1의 유량 산출식에 대해서 실제로 측정되어 있는 제1 측정 압력(p1) 및 제2 측정 압력(p2)을 대입하여 저항 유량(Qr)이 산출된다. 이것에 대해서 제2 밸브(V2)가 전폐되어 있는 경우에는, 저항 유량 산출기(2)는 설정 접수부(1)에서 접수되어 있는 제2 설정 압력(r_p2)과, 제1 측정 압력(p1)과 제2 측정 압력(p2)의 차압 Δp를 이용하여 저항 유량(Qr)을 산출한다. 구체적으로는 저항 유량 산출기(2)는, Qr=k(Δp²＋2×r_p2×Δp)···(식 2)에 의해 유량을 산출한다. 또한, 식 2는 식 1로부터 Δp=p1-p2의 관계에 기초하여, p1을 소거한 식이다.

이 식 2에서는 Δp는 차압이기 때문에 제1 측정 압력(p1)과 제2 측정 압력(p2)의 각각에 중첩되어 있는 노이즈가 거의 서로 상쇄됨과 아울러, 제2 설정 압력(r_p2)은 일정값인 것으로부터 산출되는 저항 유량(Qr)에는 노이즈가 큰 폭으로 저감된 형태가 된다. 따라서, 제2 밸브(V2)가 전폐되어 있는 상태에서 저항 유량 산출기(2)로부터 출력되는 저항 유량(Qr)은 이상적으로는 거의 제로 혹은 극미량의 변동만이 나타나게 된다. 따라서, 이러한 저항 유량(Qr)이 제2 밸브(V2)의 전폐시에 외부 표시되면, 유저는 유량 제어 장치(100)로부터 하류측으로는 유체가 흐르고 있지 않는 것을 유저는 신뢰하기 쉽다.

또, 만일 하류측 밸브(V2)로부터 출류가 발생했을 경우에는, 차압 Δp가 실측되어 있는 값이기 때문에 저항 유량(Qr)에 제로로부터 소정값의 변화가 나타나, 출류가 발생하고 있는 것도 발견할 수 있다. 바꾸어 말하면, 유량 센서(FS)의 출력과는 무관하게 제2 밸브(V2)의 전폐시에는 저항 유량(Qr)이 제로라고 표시하고 있으면, 만일 출류가 발생했다고 해도 그것을 유저는 발견할 수 없다. 이것에 대해서 제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)이면, 저항 유량(Qr)에 제로를 기준으로 하여 근소한 변동밖에 나타나지 않은 것으로부터, 출류가 발생하고 있지 않음에도 불구하고 출류가 있다고 유저가 오해하는 일은 거의 없고, 또한 출류가 실제로 발생하고 있는 경우에는 그것을 유저가 발견할 수 있다.

또, 유량 센서(FS)에 있어서 제로점 시프트 등이 발생하고 있는 경우에는, 그 시프트량도 정확하게 식 2로 산출되는 저항 유량(Qr)에는 나타난다. 즉, 각 압력 센서 중 어느 것에 온도 드리프트 등에 의해 제로점이 어긋나 있는 경우에는 식 2에 있어서의 실측값인 차압 Δp에 각 측정 압력에 중첩되어 있는 노이즈가 거의 캔슬된 상태에서 시프트량만이 발생한다. 따라서, 제2 밸브(V2)가 전폐되어 있는 상태에서 출류가 존재하지 않는 것이 확실하면, 제2 밸브(V2)의 전폐시에 저항 유량(Qr)으로서 출력되고 있는 유량값 그 자체가 제로점으로부터의 시프트량을 나타내는 것이 된다. 바꾸어 말하면, 유량 센서(FS)의 출력에 관계없이, 제2 밸브(V2)의 전폐시에 유량 센서(FS)의 출력에 관계없이 제로를 출력하면, 원래 저항 유량(Qr)에 있어서의 제로점 시프트를 유저는 발견할 수 없다. 또, 식 1은 각 측정 압력의 제곱의 연산이 있어, 노이즈가 확대된 형태가 되기 때문에 그 차를 취해도 충분하게는 노이즈가 저감되지 않기 때문에, 시프트량만을 취출하는 것은 어렵다. 따라서, 식 2에 기초하면 저항 유량(Qr)에 있어서의 제로점 시프트를 정량적으로 평가하기 쉽다.

유량 제어기(3)는 설정 접수부(1)에서 접수되어 있는 설정 유량(r_p2)과, 유량 센서(FS)에서 측정되고 있는 저항 유량(Qr)의 편차가 작아지도록 예를 들면 PID 제어에 의해서 제2 밸브(V2)에 입력되는 조작량(mv2)인 인가 전압을 유량 피드백 제어한다. 즉, 유량 센서(FS), 유량 제어기(3), 제2 밸브(3)는 유량을 제어하기 위한 독립된 피드백 루프를 형성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 저항 유량(Qr)이 제어 대상 유량이 되지만, 유량 제어 장치(100)의 유로 내에 있어서 다른 지점에서 흐르고 있는 유량을 제어 대상 유량으로서 피드백되도록 해도 된다.

설정 압력 변환기(4)는 제2 설정 압력(r_p2)과, 설정 유량(r_Q)에 기초하여, 유체 저항(FR)의 하류측의 압력이 제2 설정 압력(r_p2)으로 유지되고 있는 경우에 있어서, 저항 유량(Qr)이 설정 유량(r_Q)이 되는데 필요한 유체 저항(FR)의 상류측의 압력을 제1 설정 압력(r_p1)으로서 출력하도록 구성되어 있다. 유체 저항(FR)의 전후의 압력과 저항 유량(Qr) 사이의 관계는 전술한 식 1의 유량 산출식에 의해서 규정되어 있으므로, 식 1에 제2 측정 압력(p2) 대신에 제2 설정 압력(r_p2)을 대입하고, 저항 유량(Qr) 대신에 설정 유량(r_Q)을 대입하여 제1 측정 압력(p1)에 대해 역계산을 행함으로써 제1 설정 압력(r_p1)을 구할 수 있다. 본 실시 형태에서는 제어 연산 기구(COM)로의 메모리 부하 등을 경감하는 목적으로 복수 세트의 제2 설정 압력(r_p2), 설정 유량(r_Q)을 이용하여 식 1의 역계산에 의해 대응하는 제1 설정 압력(r_p1)을 미리 산출해 두고, 제2 설정 압력(r_p2), 설정 유량(r_Q), 및 제1 설정 압력(r_p1)에 관한 테이블을 작성하여, 역계산 결과 기억부(5)에 기억시키고 있다. 설정 압력 변환기(4)는 유저에 의해 설정된 제2 설정 압력(r_p2) 및 설정 유량(r_Q)에 기초하여 테이블을 참조하여, 대응하는 제1 설정 압력(r_p1)을 압력 제어기(6)에 대해서 출력한다.

여기서, 제1 설정 압력(r_p1), 제2 설정 압력(r_p2), 및 설정 유량(r_Q)의 관계에 대해 정성적으로 설명한다. 도 2의 그래프에 나타내는 것처럼 설정 유량(r_Q)이 소유랑에서부터 대유량으로 경시적으로 변화하는 스텝 함수로 규정되어 있고, 제2 설정 압력(r_p2)은 항상 소정의 저압력의 일정값으로 설정되어 있다고 한다. 이 경우, 설정 유량(r_Q)이 소유량으로 설정되어 있는 동안은, 제1 설정 압력(r_p1)으로서 제2 설정 압력(r_p2)보다도 조금 큰 값이 설정되어, 소유량을 실현하는데 필요한 작은 차압 Δp가 설정된다. 이것에 대해서, 설정 유량(r_Q)이 대유량으로 설정되어 있는 동안은, 제1 설정 압력(r_p1)은 제2 설정 압력(r_p2)보다도 큰 폭으로 큰 값이 설정된다. 즉, 제2 설정 압력(r_p2)이 저압으로 일정하게 유지되고 있으므로, 유량을 산출하는데 필요한 유체 저항(FR)의 전후의 차압 Δp는 제1 설정 압력(r_p1)의 크기로 조정되게 된다. 또, 설정 유량(r_Q)이 커질수록 제1 설정 압력(r_p1)도 큰 값이 설정되게 되어, 이들 목표값은 양의 상관이 있게 된다.

압력 제어기(6)는 설정 압력 변환기(4)로부터 출력된 제1 설정 압력(r_p1)과, 제1 압력 센서(P1)에서 측정되는 제1 측정 압력(p1)의 편차에 기초하여, 제1 밸브(V1)에 입력되는 조작량(mv1)인 인가 전압을 제어한다. 즉, 압력 제어기(6), 제1 압력 센서(P1), 및 제1 밸브(V1)에 의해서 1개의 피드백 루프가 형성되어 있다. 압력 제어기(6)가 제1 밸브(V1)의 개도를 제어함으로써, 제1 용적(VL1) 내의 압력은 설정 압력 변환기(4)로부터 출력되고 있는 제1 설정 압력(r_p1)으로 일정하게 유지되게 된다.

다음에 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)의 제어에 의해서 유체 저항(FR)의 하류측에 있는 제2 용적(VL2)에 있어서의 압력이 유저에 의해서 설정된 일정값의 제2 설정 압력으로 유지되는 점에 대해 설명한다.

제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)는 모두 제2 용적(VL2)의 압력인 제2 측정 압력(p2) 그 자체를 직접 피드백하여 제어하고 있는 것은 아니다. 즉, 제1 밸브(V1)에 의해서 제1 용적(VL1) 내의 압력인 제1 측정 압력(p1)이 제1 설정 압력(r_p1)으로 제어되고, 또한 제2 밸브(V2)에 의해서 유체 저항(FR)을 흐르는 저항 유량(Qr)이 설정 유량(r_Q)으로 제어된다. 여기서, 제1 설정 압력(r_p1), 설정 유량(r_Q), 및 제2 설정 압력(r_p2)은 식 1을 만족하도록 설정되어 있으므로, 제1 측정 압력(p1)이 제1 설정 압력(r_p1)이고, 저항 유량(Qr)이 설정 유량(r_Q)이라면, 당연히 제2 측정 압력(p2)도 제2 설정 압력(r_p2)이 된다.

이와 같이 제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)이면, 설정 유량 변환기(4)가 흘리고 싶은 유량인 설정 유량(r_Q)과, 압력식의 유량 센서(FS)의 하류측에 있어서 유지하고 싶은 압력인 제2 설정 압력(r_p2)으로부터 이것들을 동시에 만족시킬 수 있는 유량 센서(FS)의 상류측의 압력인 제1 설정 압력(r_p1)으로 변환하고, 이 제1 설정 압력(r＿p1)으로 제1 용적(VL1)의 압력이 유지되도록 제1 밸브(V1)의 제어를 행할 수 있다.

따라서, 저항 유량(Qr)에 대해서는 설정 유량(r_Q)이 실현되도록 제2 밸브(V2)를 제어하면서, 그 설정 유량(r_Q)의 크기에 의존하지 않고, 제2 용적(VL2)의 압력을 제2 설정 압력(r_p2)으로 계속 유지하도록 제1 밸브(V1)를 제어할 수 있다.

이 때문에, 원하는 유량을 흘리면서, 압력식의 유량 센서(FS)가 유량 정밀도를 발휘할 수 있는 저압력 대역에서 유체 저항(FR)의 하류측의 압력이 계속 유지되므로, 유량 센서(FS)의 출력에는 유량에 의존하지 않고 노이즈 영향이 크게 나타나지 않도록 할 수 있어, 유량 제어 정밀도를 종래보다도 높게 할 수 있다.

다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치(100)에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 각부와 같은 것에 대해서는 같은 부호를 부여하는 것으로 한다.

제2 실시 형태의 유량 제어 장치(100)는, 저항 유량(Qr)에 기초하여 제2 밸브(V2)로부터 유출되는 유량인 밸브 유량(Qv)을 산출하는 밸브 유량 산출기(7)를 더 구비하고 있는 점과, 유량 제어기(3)가 제어 대상 유량을 밸브 유량(Qv)으로 하고 있어, 밸브 유량(Qv)과 설정 유량(r_Q)의 편차에 기초하여 제2 밸브(V2)를 제어하는 점이 제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)와 다르다.

밸브 유량 산출기(7)는, 저항 유량 산출기(2)가 산출하는 저항 유량(Qr)으로부터 제2 측정 압력(p2)의 시간 미분값에 소정 계수 α를 곱한 값을 뺌으로써 밸브 유량(Qv)을 산출한다. 즉, 밸브 유량 산출기(7)는 Qv=Qr―αd/dt(p2)···(식 3)(d/dt는 시간 미분 연산자임)에 기초하여 밸브 유량(Qv)을 산출한다. 또한, 이러한 연산으로 밸브 유량(Qv)을 산출할 수 있는 것은, 본 출원인이 다른 출원에서 상술하고 있는 것처럼, 제2 용적(VL2)으로의 유체의 유출 유입에 의한 질량의 변화(몰량의 변화), 유체의 온도, 제2 측정 압력(p2), 기체 상수 R에 기초하여, 제2 용적(VL2)에 기체의 상태 방정식을 적용하는 것으로부터 도출할 수 있다. 또, 기체의 상태 방정식을 적용 가능한 유체이면 이러한 관계는 성립할 수 있으므로, 적용 대상이 되는 유체는 기체, 기액 혼합체 등이 되며, 순수한 액체의 경우만이 적용 대상에서 된다.

이와 같이 구성된 제2 실시 형태의 유량 제어 장치(100)이면, 유량 제어기(3)는 제2 밸브(V2)를 실제로 흐르고 있는 밸브 유량(Qv)이 설정 유량(r_Q)과 일치하도록 제2 밸브(V2)를 제어할 수 있으므로, 제어점과 측정점을 일치시킨 제어가 가능해진다. 이 때문에, 저항 유량(Qr)을 이용했을 경우이면 제어점과 측정점이 어긋나 있었기 때문에 과도 상태에 있어서는 측정되는 유량에 지연이 발생하고, 그 결과 유량 제어에도 지연이 발생해 버렸던 것을 해소할 수 있다. 또, 이와 같이 제어 대상 유량이 밸브 유량(Qv)으로 되었다고 해도, 유체 저항(FR)의 하류측의 압력인 제2 측정 압력(p2)에 대해서는 제2 설정 압력(r_p2)에 가까운 값으로 계속 유지할 수 있다. 즉, 제어의 지연을 해소하면서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 저항 유량(Qr)의 유량 정밀도를 높게 유지할 수 있고, 나아가서는 밸브 유량(Qv)의 유량 정밀도도 향상시킬 수 있다.

그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.

예를 들면 설정 접수부에 대해서는, 유량 센서(FS)로서의 추천 사용 압력역 내의 일정값 밖에 제2 설정 압력(r_p)으로서 접수되지 않도록 구성해도 된다. 예를 들면 설정 접수부는 제2 설정 압력으로서 0torr 이상 900torr 이하의 일정값을 접수하도록 구성되어 있어도 되고, 보다 바람직하게는 0torr 이상 400torr 이하의 일정값을 접수하도록 해도 된다. 유체가 공급되는 대상인 챔버에 있어서 필요하게 되는 압력과, 유량 센서로서 유량 정밀도를 보증할 수 있는 압력역에 따라 적절히 접수 가능한 압력 범위를 제한해도 된다.

또, 제2 설정 압력에 대해서는 유저가 설정을 변경할 수 없도록 고정해도 된다. 혹은, 예를 들면 공장 출하시에 있어서 유량 센서의 유량 정밀도를 발휘하는데 가장 적합한 제2 설정 압력을 설정하고, 이후는 권한이 있는 오퍼레이터만이 제2 설정 압력을 변경할 수 있도록 해도 된다.

저항 유량 산출기에서 사용되는 유량 산출식은 식 1 등으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 각 압력을 각각 제곱한 값의 차에 기초하여 저항 유량을 산출하는 것이 아니라, 제1 측정 압력의 거듭제곱과 제2 측정 압력의 거듭제곱의 차에 기초하여 저항 유량을 산출하도록 해도 된다. 거듭제곱의 지수로서는 자연수로 한정되는 것이 아니고, 소수 등이어도 상관없다.

설정 압력 변환기는 메모리 등의 부담을 경감시키기 위해서 테이블 참조에 의해 제1 설정 압력을 출력하도록 하고 있었지만, 충분한 컴퓨터 자원을 이용할 수 있다면, 적절히 설정 유량 및 제2 설정 압력이 접수될 때마다 식 1의 역계산을 행하여, 제1 설정 압력을 산출해도 된다. 이 경우에는 역계산 결과 기억부를 생략해도 된다. 또, 테이블에 대응하는 설정 유량, 제2 설정 압력, 제1 설정 압력의 세트의 데이터가 존재하지 않는 경우에는 예를 들면 존재하고 있는 세트의 데이터의 선형 보간 등에 의한 수법으로 새롭게 대응하는 제1 설정 압력을 산출해도 된다.

설정 압력 변환기가 제2 설정 압력, 및 설정 유량에 기초하여 제1 설정 압력을 산출하는 구성에 대해서는 식 1의 저항 유량의 산출식을 정확하게 역계산하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면 차압 Δp가 충분히 작다고 하는 가정하에서 식 2에 있어서의 차압 Δp의 제곱의 항을 무시하고, 근사 계산에 의해 제1 설정 압력(r_p1)을 산출해도 된다. 즉, 식 2에 Qr=k(2×r_p2×(r_p1－r_p2))로 근사하고, r_p1=r_p2＋Qr/(2k×r_p2)에 의해 제1 설정 압력(r_p2)을 산출해도 된다. 또, 설정 압력 변환기는 제2 설정 압력과 설정 유량에 기초하여, 제1 설정 압력을 산출하는 것이어도 된다.

유체 저항은 층류 소자로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 오리피스 등의 유량 제한하는 요소여도 상관없다. 제1 밸브 및 제2 밸브에 대해서도 피에조 밸브로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 솔레노이드 밸브 등의 다양한 구동 원리의 액츄에이터를 구비한 임의의 개도를 실현 가능한 제어 밸브여도 된다.

각 실시 형태의 유량 제어 장치에 대해서는, 각 구성이 패키지화된 매스 플로우 컨트롤러를 예로서 설명했지만, 각 밸브, 압력 센서, 유체 저항을 각각 개별로 조합하여 유량 제어 장치를 구성해도 상관없다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 다양한 실시 형태의 변형이나, 각 실시 형태의 일부끼리의 조합 등을 행해도 상관없다.

100···유량 제어 장치
V1···제1 밸브
V2···제2 밸브
FS···유량 센서
FR···유체 저항
P1···제1 압력 센서
P2···제2 압력 센서
1···설정 접수부
2···저항 유량 산출기
3···유량 제어기
4···설정 압력 변환기
5···역계산 결과 기억부
6···압력 제어기

Claims

유로에 마련된 유체 저항과,
상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와,
상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와,
상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와,
상기 유체 저항과, 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서와,
상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출기와,
설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어기와,
상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환기와,
상기 설정 압력 변환기로부터 출력된 상기 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어기를 구비한 유량 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 설정 압력 변환기가, 상기 유체 저항의 하류측의 압력이 상기 제2 설정 압력으로 유지되고 있는 경우에 있어서, 상기 저항 유량이 상기 설정 유량이 되는데 필요한 상기 유체 저항의 상류측의 압력을 상기 제1 설정 압력으로서 출력하도록 구성된 유량 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 설정 압력이 가변인 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정 유량의 값이 커질수록 상기 제1 설정 압력으로서 큰 값이 출력되도록 상기 설정 압력 변환기가 구성되어 있는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항 유량 산출기가 상기 제1 측정 압력의 거듭제곱과 상기 제2 측정 압력의 거듭제곱의 차에 기초하여 상기 저항 유량을 산출하는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항 유량 산출기가 상기 제1 측정 압력의 제곱과 상기 제2 측정 압력의 제곱의 차에 유량 상수를 곱해 상기 저항 유량을 산출하는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정 압력 변환기가 상기 제2 설정 압력으로서 0torr 이상 900torr 이하의 일정값을 접수하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정 압력 변환기가 상기 제2 설정 압력으로서 0torr 이상 400torr 이하의 일정값을 접수하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 설정 압력 및 상기 설정 유량의 각 세트에 대해서 각각 상기 제1 설정 압력이 링크된 테이블을 더 구비하고,
상기 설정 압력 변환기가, 접수된 상기 제2 설정 압력 및 상기 설정 유량에 기초하여 상기 테이블을 참조하여 상기 제1 설정 압력을 출력하도록 구성된 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항 유량과, 상기 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 제2 밸브로부터 유출되는 상기 밸브 유량을 산출하는 밸브 유량 산출기를 더 구비하고,
상기 제어 대상 유량이 상기 밸브 유량이며,
상기 유량 제어기가 상기 설정 유량과 상기 밸브 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항 유량 산출기가,
상기 제2 밸브가 개방되어 있는 상태에서는 상기 제1 측정 압력과 상기 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 저항 유량을 산출하고,
상기 제2 밸브가 전폐되어 있는 상태에서는 상기 제1 측정 압력과 상기 제2 설정 압력에 기초하여, 상기 저항 유량을 산출하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치.
유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와, 상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와, 상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항과 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서를 구비한 유량 제어 장치를 이용한 유량 제어 방법으로서,
상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출 스텝과,
설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어 스텝과,
상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환 스텝과,
상기 설정 압력 변환 스텝에서 출력된 상기 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어 스텝을 구비한 유량 제어 방법.
유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 제1 밸브와, 상기 유체 저항의 하류측에 마련된 제2 밸브와, 상기 제1 밸브와 상기 유체 저항의 사이에 마련된 제1 압력 센서와, 상기 유체 저항과 상기 제2 밸브의 사이에 마련된 제2 압력 센서를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 기록 매체에 기록된 유량 제어 장치용 프로그램으로서,
상기 제1 압력 센서에서 측정되는 제1 측정 압력과, 상기 제2 압력 센서에서 측정되는 제2 측정 압력에 기초하여, 상기 유체 저항을 흐르는 유체의 유량인 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출기와,
설정 유량과, 상기 저항 유량 또는 상기 저항 유량으로부터 산출되는 상기 제2 밸브로부터 유출되는 밸브 유량인 제어 대상 유량의 편차에 기초하여, 상기 제2 밸브를 제어하는 유량 제어기와,
상기 유체 저항의 하류측에 있어서의 압력의 목표이며, 일정값이 설정되는 제2 설정 압력과, 상기 설정 유량에 기초하여, 상기 유체 저항의 상류측에 있어서의 압력의 목표인 제1 설정 압력을 출력하는 설정 압력 변환기와,
상기 설정 압력 변환기로부터 출력된 상기 제1 설정 압력과, 상기 제1 측정 압력의 편차에 기초하여, 상기 제1 밸브를 제어하는 압력 제어기로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 기록 매체에 기록된 유량 제어 장치용 프로그램.