TW201945657A - 流量控制方法及流量控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的流量控制方法是使用流量控制裝置(100)來進行，該流量控制裝置，具備：設置在第1流路的第1控制閥(6)；設置在第1控制閥下游側的第2控制閥(8)；及測量第1控制閥下游側的流體壓力的壓力感測器(3)，包括：(a)根據壓力感測器的輸出成為第1流量地控制第1控制閥的開度並維持第2控制閥開啟的狀態使流體從以第1流量流動的狀態，到關閉第1控制閥的開度的步驟，及(b)根據壓力感測器的輸出，藉著調整第2控制閥的開度來控制殘留於第1控制閥的下游的壓力，使流體在第2控制閥的下游側以第2流量流動的步驟。

Description

流量控制方法及流量控制裝置
本發明是關於流量控制方法及流量控制裝置，尤其是有關可適當利用於半導體製造裝置或化工廠等的流量控制方法及流量控制裝置。
半導體製造裝置或化工廠中，為控制材料氣體或蝕刻氣體等的流體的流動，利用種種形式的流量計或流量控制裝置。其中，由於壓力式流量控制裝置是藉組合控制閥與拉深部(例如孔口板)的比較簡單的機構來高精度控制各種流體的流量而廣泛被利用。又，壓力式流量控制裝置具有即使初級側供應壓有大的變動仍可穩定進行流量控制之優異的流量控制特性。
作為壓力式流量控制裝置使用的控制閥有使用藉壓電元件驅動裝置(以下，壓電式致動器)關閉的壓電元件驅動式閥。專利文獻1揭示有壓力式流量控制裝置，專利文獻2揭示有作為控制閥使用的常開型的壓電元件驅動式閥。

[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2007-192269號公報
專利文獻2：日本特許第4833936號公報
專利文獻3：國際公開第2018/021277號
專利文獻4：國際公開第2018/008420號
專利文獻5：國際公開第2013/179550號
[發明所欲解決之課題]
壓力式流量控制裝置是構成藉控制拉深部的上游側的流體壓力(以下，有稱為上游壓力)來調整流量。上游壓力是可藉調整設置於拉深部上游側之控制閥的開度進行控制，使用控制閥使上游壓力與對應預定流量的壓力一致，藉此使流體以預定流量流動。
但是，壓力式流量控制裝置是使用具有孔口板等的微小開口部的拉深部，因此會有流量降壓，即從高設定流量轉移至低設定流量時使反應性提升等困難的問題。不能提升降壓時的反應性的主要理由是使控制閥與拉深部之間的氣體透過拉深部流出的構成，即使拉深控制閥仍會使上游壓力及流量急速降低上的困難。
作為以上流量降壓時之反應性的對策可考慮盡可能減小控制閥與拉深部之間的流路容積。但是，壓力式流量控制裝置是根據壓力感測器的輸出等控制控制閥與拉深部之間的流體壓力，所以減少上述的流體容積也有所限制。因此，尤其在進行拉深部的開口徑小的小流量範圍的流量控制時，仍不能獲得充分的降壓反應性，習知的控制方式在從100%降低5%流量時也有需要2秒以上的時間。
本發明是鑒於上述課題所研創而成，提供一種尤其在流量降壓時可提升反應性的流量控制方法及流量控制裝置為其主要目的。

[解決課題之手段]
根據本發明實施形態的流量控制方法是使用流量控制裝置來進行，該流量控制裝置，係由：設置在流路的第1控制閥；設置在上述第1控制閥下游側的第2控制閥；及測量上述第1控制閥下游側及上述第2控制閥上游側的流體壓力的壓力感測器，根據上述壓力感測器輸出的訊號控制上述第1控制閥的開度藉此控制在上述第2控制閥下游側流動之流體的流量所構成，包括：(a)根據上述壓力感測器的輸出成為第1流量地控制上述第1控制閥的開度並維持上述第2控制閥開啟的狀態使流體從以上述第1流量流動的狀態，到關閉上述第1控制閥的步驟，及(b)根據上述壓力感測器的輸出，藉著調整第2控制閥的開度來控制殘留於第1控制閥的下游側的壓力，使流體在第2控制閥的下游側以第2流量流動的步驟。
上述實施形態中，在上述步驟(b)中，設α為比例常數、ΔP/Δt為上述壓力感測器輸出之上游壓力的變化ΔP與上述上游壓力的變化ΔP所需之時間Δt的比的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積時，使得以Q=α･(ΔP/Δt)･V表示的衰減流量Q與上述第2流量一致地，根據上述壓力感測器輸出的訊號，進行上述第2控制閥之開度的反饋控制。
上述實施形態中，上述流量控制方法，進一步包括進行上述步驟(b)之後，在上述壓力感測器的輸出降低至預定值為止的時間點，根據上述壓力感測器的輸出控制上述第1控制閥的開度並使流體以上述第2流量流至下游的步驟(c)。
上述實施形態中，在上述步驟(a)中，流體以上述第1流量流動時，及在上述步驟(c)中控制上述第1控制閥的開度使流體以上述第2流量流動時，使得上述第2控制閥開啟至全開。
上述實施形態中，在上述步驟(a)中，將上述第1控制閥關閉至比根據上述壓力感測器的輸出控制使上述第1控制閥的開度成為上述第2流量時的開度小的開度。
上述實施形態中，在上述步驟(a)中關閉上述第1控制閥的時機與在上述步驟(b)中開始進行上述第2控制閥之開度的調整的時機為同步。
根據本發明實施形態的流量控制裝置，具備：設置於流路的第1控制閥；設置在上述第1控制閥的下游側的第2控制閥；測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側之流體壓力的壓力感測器；及控制上述第1控制閥及上述第2控制閥的動作的控制電路，根據上述壓力感測器輸出的訊號控制上述第1控制閥藉此控制流量所構成的控制電路，上述控制電路，執行：(a)根據上述壓力感測器的輸出成為第1流量地控制上述第1控制閥的開度並維持上述第2控制閥開啟的狀態使流體從以上述第1流量流動的狀態，到關閉上述第1控制閥的開度的步驟，及(b)根據上述壓力感測器的輸出，藉著調整上述第2控制閥的開度來控制殘留於上述第1控制閥的下游的壓力，使流體在上述第2控制閥的下游側以第2流量流動的步驟，所構成。
上述實施形態中，上述第2控制閥為常開型的閥。
上述實施形態中，上述流量控制裝置，進一步具備設置在上述第2控制閥之下游側的其他的壓力感測器。
根據本發明實施形態的流量控制裝置，具備：設置於流路的第1控制閥；設置在上述第1控制閥的下游側的第2控制閥；及測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側之流體壓力的壓力感測器，根據上述壓力感測器輸出的訊號控制下游側的流量的流量控制裝置，控制使流量從第1流量到比第1流量小的第2流量時，關閉上述第1控制閥，並根據上述壓力感測器的輸出控制上述第2控制閥的開度，控制上述第2控制閥的開度使殘留於上述第1控制閥的下游的壓力的變化率與從上述第2控制閥流出時的流量成為上述第2流量時的變化率一致。
上述實施形態中，上述第1控制閥在控制流量從上述第1流量至上述第2流量時，控制成比對應上述第2流量的開度小的開度。
上述實施形態中，上述第2控制閥的開度在設α為比例常數、ΔP/Δt為上述壓力感測器輸出之上游壓力的變化ΔP與上述上游壓力的變化ΔP所需之時間Δt的比的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積時，控制使得以Q=α･(ΔP/Δt)･V表示的流量Q可維持著成為上述第2流量時之ΔP/Δt的開度。
上述實施形態中，上述流量控制裝置，進一步具備設置在上述第2控制閥之下游側的其他的壓力感測器。
根據本發明實施形態的流量控制裝置，具備：設置於流路的第1控制閥；設置在上述第1控制閥的下游側的第2控制閥；及測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側之流體壓力的第1壓力感測器，根據上述壓力感測器輸出的訊號控制下游側的流量的流量控制裝置，其特徵為：在控制使流量從第1流量到比上述第1流量小的第2流量時，從藉由Q=K1 ･P1之流量的控制，切換至藉著Q=α･(ΔP/Δt)･V的控制來控制流量，在上述第1壓力感測器的壓力到達預定的壓力的時間點，回到Q=K1 ･P1進行的控制，在此，Q為流量、K1 為依存於流體的種類與流體溫度的常數、P1為上述第1壓力感測器輸出的上游壓力、α為比例常數、ΔP/Δt為上述上游壓力的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積。
上述實施形態中，在上述第1壓力感測器的壓力到達藉Q=K1 ･P1進行控制之相當於上述第2流量的壓力的時間點，從藉由Q=α･(ΔP/Δt)･V的控制，回到藉Q=
K1 ･P1進行的控制。
本發明實施形態的流量控制裝置，具備：設置於流路的第1控制閥；設置在上述第1控制閥的下游側的第2控制閥；測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側之流體壓力的第1壓力感測器；及測量上述第2控制閥的下游側之流體壓力的第2壓力感測器，根據上述第1及第2壓力感測器輸出的訊號控制下游側的流量的流量控制裝置，其特徵為：在控制使流量從第1流量到比上述第1流量小的第2流量時，從藉由Q=K2 ･P2m (P1-P2)n 之流量的控制，切換至藉著Q=α･(ΔP/Δt)･V的控制來控制流量，在上述第1及第2壓力感測器的壓力到達預定的壓力的時間點，回到Q=K2 ･P2m (P1-P2)n 進行的控制，在此，Q為流量、K2 為依存於流體的種類與流體溫度的常數、P1為上述第1壓力感測器輸出的上游壓力、P2為上述第2壓力感測器輸出的下游壓力、m及n是以實際的流量為基礎所導出的指數、α為比例常數、ΔP/Δt為上述上游壓力的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積。
上述實施形態中，在上述第1及第2壓力感測器的壓力到達藉Q=K2 ･P2m (P1-P2)n 進行控制之相當於上述第2流量的壓力的時間點，從藉由Q=α･(ΔP/Δt)･V的控制，回到藉Q=K2 ･P2m (P1-P2)n 進行的控制。
又，上述實施形態中，可在流量控制裝置，設置可調整開度的第1控制閥與第2控制閥，及設置在上述第1控制閥之下游側的開度固定的拉深部。上述拉深部也可與上述第2控制閥一體設置構成孔口內置閥。並且，也可以在從第1流量使流量降低到比上述第1流量小的第2流量時，在上述的步驟(a)中，將第1控制閥關閉到比對應第2流量的開度小的開度，並在步驟(b)中，與關閉第1控制閥的動作連動，維持著關閉第1控制閥之開度的狀態，根據上述壓力感測器的輸出控制適合第2流量之第2控制閥的開度。

[發明效果]
根據本發明的實施形態，提供在流量降低時可提升反應性的流量控制方法及流量控制裝置。
以下，參閱圖示，說明本發明的實施形態，但本發明不限於以下說明的實施形態。
第1圖是表示進行本發明實施形態之流量控制方法的流量控制裝置100的構成。流量控制裝置100具備：設置在未圖示的氣體供應源所供應的氣體G0之流路1的第1控制閥6；設置在第1控制閥6的下游側的拉深部2；設置在第1控制閥6及拉深部2之下游側的第2控制閥8；及檢測第1控制閥6與拉深部2之間的氣體的壓力(上游壓力P1)及氣體溫度T的第1(或上游)壓力感測器3與溫度感測器5。
本實施形態的流量控制裝置100又具備測量第2控制閥8之下游側的下游壓力P2的第2(或下游)壓力感測器4。第1壓力感測器3是可測量在第1控制閥6與拉深部2之間的流體壓力的上游壓力P1，第2壓力感測器4是可測量在第2控制閥8之下游側的壓力的下游壓力P2。但是，其他的樣態中，流量控制裝置100也可不具備第2壓力感測器4及溫度感測器5。
又，如後述，拉深部2與第2控制閥8是一體形成為孔口內置閥9，拉深部2與第2控制閥8的閥體為接近配置。此時，與上述的樣態不同，也可將拉深部2配置在第2控制閥8的下游側。拉深部2配置在第2控制閥8的下游側的場合，第1壓力感測器3為可測量第1控制閥6與第2控制閥8之間的流體壓力的上游壓力P1。第1壓力感測器3是以檢測第1控制閥6的下游側且第2控制閥8之上游側的流體壓力的方式配置即可，也可以是測量第1控制閥6與拉深部2之間的流體壓力，也可以是測量第1控制閥6與第2控制閥8之間的流體壓力。
流體控制裝置100進一步具備與第1控制閥6及第2控制閥8連接的控制電路7。控制電路7是根據第1壓力感測器3輸出的訊號藉著控制第1控制閥6的開度來控制流量，在流量降壓時根據第1壓力感測器3輸出的訊號藉著控制第2控制閥8的開度來控制流量所構成。並且，圖示的樣態中，控制電路7雖共通地設置在第1控制閥6與第2控制閥8的雙方，但不限於此，當然也可以相對於各第1控制閥6及第2控制閥8設置各個控制電路。
控制電路7也可內置於流量控制裝置100，也可以設置在流量控制裝置100的外部。控制電路7典型地內置有CPU、ROM或RAM等的記憶體(記憶裝置)M、A/D變頻器等，也可包括執行後述之流量控制動作所構成的電腦程式。控制電路7可藉著硬體及軟體的組合實現。
控制電路7也可具備與電腦等的外部裝置交換資訊的界面，藉此，可進行從外部裝置對ROM之程式及數據的寫入等。控制電路7的構成元件(CPU等)並沒有將全部一體設置於裝置內的必要，也可以將CPU等的部分的構成元件配置在另外的場所(裝置外)，以匯流排彼此連接的構成。此時，不僅是有線也可以無線進行裝置內與裝置外的通訊。
流量控制裝置100的下游側是透過未圖示的下游閥例如連接於半導體製造裝置的處理室。在處理室連接有真空泵，典型的是在處理室的內部吸引成真空的狀態，將由流量控制裝置100進行流量控制的氣體G1供應至處理室。上述的下游閥是例如可使用藉壓縮空氣控制開關動作的習知的空氣驅動閥(Air Operated Valve)或電磁閥等的開關閥。
本實施形態中，拉深部2是由孔口板所構成。孔口板為固定有孔口剖面積，因此具有作為開度固定之拉深部的功能(並且，因孔口堵塞或長年劣化等產生而有意料外之孔口剖面積的變化，但本說明書中，稱以意圖控制開度而未構成的拉深部為開度固定的拉深部)。本說明書中，「拉深部」是意味著限制使流路的剖面積比前後的流路剖面積小的部分，例如，使用孔口板或臨界噴嘴、音速噴嘴、開縫構造等所構成，但也可以使用其他的所構成。將孔口或噴嘴的直徑如設定為10μm~500μm。
作為第1控制閥6及第2控制閥8，使用可調整開度的閥，例如，使用以壓電式致動器進行金屬製隔膜閥體開關之習知的壓電元件驅動式閥。壓電元件驅動式閥是構成可對應朝著壓電元件的驅動電壓變更開度，可藉驅動電壓的控制調整成任意開度。
流量控制裝置100中，第1控制閥6是藉控制電路7，根據從第1壓力感測器3的輸出來控制其開度，反饋控制使得從第1壓力感測器3輸出的上游壓力P1維持在已輸入的設定值。第1控制閥6是作為流量控制的主要閥，即主流量控制閥使用。第1控制閥6中，在此使用常閉型的閥。並且，作為第1控制閥6，也可使用常開型的閥。
另一方面，第2控制閥8主要是使用於流量從高流量降壓至低流量，具有作為降壓流量控制閥的功能。在此，降壓流量控制方式是意味著所謂衰減式的流量控制。第2控制閥8是除進行流量之降壓時以外維持著全開，或至少具有比拉深部2的開口面積大之開口剖面積的開度。第2控制閥8也可以是常閉型或常開型的其中之一，但使用常開型的閥時，在流量降壓期間以外的期間沒有外加驅動電壓的必要而可實現低消耗電力化。第2控制閥8在全開時，以設計不限制拉深部2之下游側的流動為佳。
又，如上述，本實施形態是將第2控制閥8與拉深部2一體地形成，該等是構成孔口內置閥9。孔口內置閥9是例如專利文獻3所記載，本實施形態也可以使用同樣構成的孔口內置閥。孔口內置閥9是將第2控制閥8的閥體與作為拉深部2的孔口板接近配置，可視為該等之間的流路容積大致為0。因此，使用孔口內置閥9，可提升流量的上升及下降的特性。又，使用孔口內置閥9的場合，第1控制閥6與第2控制閥8之間的內容積V，可視為與第1控制閥6至孔口板V的內容積等價。因此，如後述，在使用上述的內容積V進行流量控制的場合，具有可以較高精度容易獲得近似內容積V的優點。
如上述，拉深部2(在此為孔口板)與第2控制閥8，其中之一雖然也可設置在上游側，但是拉深部2與第2控制閥8之間的容積(在此為孔口板與第2控制閥8的隔膜閥體及襯墊部所圍繞的空間)是以儘可能小的容積為佳。
以上說明的流量控制裝置100在通常的流量控制模式中，符合臨界膨脹條件P1/P2≧約2(氬氣的場合)時，流量是利用根據上游壓力P1所決定的原理進行流量控制。符合臨界膨脹條件時，拉深部2的下游側的流量Q是藉Q=K1 ･P1(在此K1 是依存於流體的種類與流體的溫度的常數)所賦予，流量Q與上游壓力P1成比例。又，具備第2感測器4的場合，上游壓力P1與下游壓力P2的差小，即使不能符合上述的臨界膨脹條件的場合仍可藉運算得到流量，根據第1壓力感測器3及第2壓力感測器4所測量的上游壓力P1及下游壓力P2，可從Q=K2 ･P2m (P1-P2)n (在此K2 為依存於流體的種類與流體溫度的常數；m、n是以實際的流量為基礎所導出的指數)算出流量Q。
將設定流量訊號從外部控制裝置等送至控制電路7時，控制電路7根據第1壓力感測器3的輸出等，使用臨界膨脹條件或非臨界膨脹條件的流量計算式從上述的Q=K1 ･P1或Q=K2 ･P2m (P1-P2)n 進行流量運算。並且，以使得通過拉深部2的流體的流量接近設定流量的方式(亦即，運算流量與設定流量的差接近0)，進行第1控制閥6反饋控制。運算流量是例如作為控制流量輸出值顯示於顯示裝置。
本實施形態的流量控制裝置100在進行流量的降壓時，可根據以下說明的方法進行流量控制。
第2圖是分別表示藉本實施形態的流量控制方法進行降壓時的(a)設定流量、(b)控制流量、(c)上游壓力P1、(d)第1控制閥6(記載為第1閥)的驅動電壓、(e)第2控制閥8(記載為第2閥)的驅動電壓的圖表。在第2圖表示設定流量100%降壓至5%的例。但是，降壓開始時的設定流量及降壓後的目標設定流量當然也可以是任意。本實施形態的流量控制方法是在使流量從第1設定流量降低至較此小之第2設定流量的任意樣態中適當實施。
以下，設定流量･目標流量等的流量值所有皆以預定的流量值為100%的比例加以標記。又，在臨界膨脹條件的成立時，加進流量與上游壓力P1成比例，以流量值100%時的上游壓力為100%時上游壓力也以比例標記。
又，在第2圖(d)及(e)中，表示第1控制閥6為常閉型(NC)，第2控制閥8為常開型(NO)時的驅動電壓。第1控制閥6在驅動電壓越低時閥開度越小，驅動電壓0(無外加電壓)時則完全閉閥(CLOSE)。另一方面，第2控制閥8在驅動電壓越高時閥開度越小，驅動電壓0(無外加電壓)時成為全開(OPEN)的狀態。
首先，降壓開始前的設定流量為100%流量的場合，根據第1壓力感測器3的輸出將第1控制閥6的開度調整為對應100%流量的開度。此時，第2控制閥8維持著充分開啟的狀態，典型為開啟至全開(OPEN)。在此狀態下，可使流體以100%流量透過拉深部2及第2控制閥8流至下游側。氣體在以100%流量流動時，上游壓力P1的值在本實施例是維持著300kPa abs。
接著，在第2圖表示的時刻t0從流體以100%流量流動的狀態開始降壓至5%流量。此時，時刻t0中，如第2圖(d)表示，進行將第1控制閥6關閉至比對應5%流量之開度小的開度，本實施形態為完全關閉第1控制閥6的動作(CLOSE)。作為第1控制閥6使用常閉型的閥的場合可將驅動電壓變更為0藉以使第1控制閥6成為全閉狀態。並且，也可以將設定流量零訊號輸入第1控制閥6進行控制。
又，在時刻t0，與關閉第1控制閥6的動作連動，如第2圖(e)表示，可使氣體以5%流量流向第2控制閥8的下游側的方式，開始進行調節第2控制閥8的開度的動作。第2控制閥8的開度在呈現最大拉深狀態的時刻t1，典型地，拉深至比拉深部2的開口面積小的開度。
如上述，本實施形態是在流量降壓的開始後，將第1控制閥6關閉至完全關閉，另一方面第2控制閥8典型地，被關閉至比拉深部2的開口面積小的開度。由於第1控制閥6在時刻t0被急速地關閉，因此與如上述將第1控制閥6緩緩地拉深至對應5%流量之上游壓力P1為止的場合比較，上游壓力P1及控制流量急速地降低。並且，同時，第2控制閥8被拉深至充分小的開度(典型是比拉深部2的開口面積小的開度)，因此藉第2控制閥8的開度調整成為可控制第2控制閥8下游側的流量的狀態。在此狀態下，不致有經第1控制閥6來自上游側的氣體的流入，可以使第1控制閥6與拉深部2之間的殘留氣體，更詳細為第1控制閥6與第2控制閥8之間的殘留氣體經由第2控制閥8流出。
上述殘留氣體的壓力在不進行第2控制閥8之開度調整的場合，與流出時間一起指數函數地持續減少。因此，第2控制閥8在時刻t0之後，進行開度控制使得在第2控制閥8的下游側流動的流體以5%流量流動。
更具體而言，在第2控制閥8的下游側流動的氣體的流量是以5%流量維持著一定，因此本實施形態在時刻t0，根據第1壓力感測器3的輸出，以和對應ΔP/Δt設定為5%的值一致的方式，切換成反饋控制第2控制閥8的衰減控制模式。在此，ΔP/Δt是第1壓力感測器3的輸出之上游壓力P1的變化ΔP與上游壓力P1的變化ΔP所需之時間Δt的比而對應上游壓力P1的壓力變化率或壓力下降的坡度。
這是在關閉第1控制閥6的狀態，朝第2控制閥8的下游側流動的氣體的流量Q可以Q=α･(ΔP/Δt)･V表示(但是，α為比例常數、V為第1控制閥6與第2控制閥8之間的內容積)，ΔP/Δt只要是一定則第2控制閥8的下游側的流量也維持著一定。並且，如上述，在以孔口內置閥的形式一體設置第2控制閥8與拉深部2的場合，上述的內容積V可視為從第1控制閥6到拉深部2為止的流路容積相等。內容積V是可預先從第1控制閥6的下游測的流路直徑等預先算出。並且，內容積V是從關閉第1控制閥6使其下游側維持著真空狀態，開啟第1控制閥6並關閉第2控制閥8，測量氣體以已知的基準流量流入容積V的空間時的壓力上升率(ΔP/Δt)，即也可利用壓力上升率藉計算求得(例如，揭示於專利文獻4)。
根據如上述的ΔP/Δt的測量算出流量Q，即所謂衰減方式(例如，揭示於專利文獻5)典型是在下游側維持著真空壓等低壓的狀態下測量上游側的閥關閉後的ΔP/Δt藉此算出流量Q的方式。更具體而言，例如專利文獻5的記載，可藉著Q=(1000/760)×60×(273/(273+T))×V×(ΔP/Δt)算出流量。在此，T為氣體溫度(℃)，V為上述的內容積(l)，ΔP為壓力下降的大小(絕對值)(Torr)，Δt為ΔP之壓力下降所需的時間(sec)。
本實施形態中，也根據衰減方式預先算出對應預定流量(亦即，降壓厚的目標流量，在此為5%流量)的ΔP/Δt，維持此ΔP/Δt的方式根據第1壓力感測器3的輸出進行反饋控制藉此進行第2控制閥8的開度調整，可藉此以預定的一定流量持續地使殘留氣體在第2控制閥8的下游測流動。並且，由上述式可得知流量也可根據氣體溫度T變動，因此也可使用測量氣體溫度T的溫度感測器5的輸出進行ΔP/Δt的控制時，可以更為提升的精度進行流量控制。
將上述衰減方式的流量控制運用於第2控制閥8的場合，在時刻t0關閉第1控制閥6的隨後，上游壓力P1的變化率ΔP1/Δt(第2圖(c)表示上游壓力P1之圖表的坡度)比對應預定流量的壓力變化率ΔP1/Δt大，因此拉深第2控制閥8的開度。之後，將第2控制閥8充分地拉深，並也使得上游壓力P1的變化率趨緩。並且，在時刻t1使測量所獲得的變化率ΔP1/Δt到相當於5%流量的變化率ΔP1/Δt為止拉深第2控制閥8的開度時，第2控制閥8成為最大的被拉深狀態，控制流量也降低至5%流量。
又，如上述在將第2控制閥8拉深至最大至對應5%流量的開度為止的時刻t1之後，仍持續進行使ΔP1/Δt維持著一定值的控制，此次，緩緩地開起第2控制閥8的開度。這是因第2控制閥8的開度為一定的狀態時會伴隨著殘留氣體壓力的降低使得流量的降低產生，因此為維持ΔP1/Δt即流量一定的值而開啟第2控制閥8之開度的必要。在此期間，維持著關閉第1控制閥6的狀態，第2控制閥8的開度是根據第1壓力感測器3的輸出藉反饋控制進行調整維持ΔP1/Δt於一定的值。
隨後，藉衰減方式的流量控制持續調整第2控制閥8的開度以使得ΔP/Δt成為預定值的期間，殘留氣體一邊伴隨著上游壓力P1的降低而以一定流量流出。並且，第1壓力感測器3的輸出值是設使用第1控制閥的通常流量控制模式中降低至對應5%流量的上游壓力(在此為15kPa abs)時為時刻t2時，本實施形態是在時刻t2將第1控制閥6開啟至對應5%流量的開度(控制從第1控制閥6至拉深部2為止之內容積的壓力為15kPa abs的開度)。藉此，氣體從第1控制閥6的上游流入，隨後氣體也可以5%流量持續地流動於第1控制閥6及第2控制閥8的下游。並且，在時刻t2之後，第2控制閥8雖典型地維持著開啟至全開的狀態，但第2控制閥8為常開型的場合預先設驅動電壓為0(無外加電壓)成全開(OPEN)即可。
如以上說明，本實施形態是可根據使用第2控制閥8之ΔP/Δt的測量結果進行流量控制(減衰流量控制)，從第1控制閥6之開度調整的通常流量控制模式，在流量降壓時，切換成衰減流量控制模式，之後，再度進行切換成通常流量控制模式的動作。
但是，其他的樣態中，在通常流量控制模式之後，開始流量降壓時，首先，也可以急速進行拉深控制使第2控制閥8至預定的開度為止，隨後，轉移至衰減流量控制模式。藉此，進一步獲得流量降壓之反應性的提升。最初急速控制第2控制閥8的控制也可參照上游壓力P1，進行使上游壓力P1至預定壓力為止。
上述的例中，如使得流量從100%流量降壓至5%流量時的初期壓力高時，使第2控制閥8的開度降低至相當於5%流量之開度用的閥體的移動距離變長。因此，例如也可以將第2控制閥8的開度預先一瞬關閉至比孔口的開度稍微大的開度，由此減小至相當於5%流量的開度。或者，將第2控制閥8的最大開度預先設定成比孔口的開度稍微大的程度的開度，可藉此迅速關閉第2控制閥8至相當於5%流量的開度。
又，如上述在反饋控制前進行第2控制閥8之拉深動作的場合，也可將殘留的上游壓力P1及與所欲控制的流量對應的開度相關的圖表預先記憶在記憶裝置等，利用此控制第2控制閥8的動作。使用圖表的場合，轉移至衰減控制模式時，根據壓力感測器輸出的上游壓力P1與降壓後的設定流量(5%流量)，不進行反饋控制，而是首先使第2控制閥8的開度接近至隨著圖表的開度附近為止，由此進行反饋控制。
又，作為記憶在上述的圖表的項目可考慮為氣體種類、殘留壓力、控制壓力等的複數的參數。此時，預先準備對應各參數的圖表，但也可以準備基準圖表，且例如氣體種類不同的場合，設置對應氣體種類的修正係數以輔抵補氣體種類的不同，修正基準圖表並加以使用。或者，即使不修正使用基準圖表的場合，仍可以使第2控制閥8接近至預定開度的某種程度，因此可一邊提升第2控制閥8的反應性，並減少控制的負荷。
根據如以上說明之本實施形態的流量控制方法，如第2圖(b)表示，可以使控制流量在時刻t0~t1為止的短期間急速地降低，可以短時間使流量降壓至低設定流量。又在其後，也可藉著第2控制閥8的開度調整，以降壓後的流量穩定持續地使氣體流動。並且，在殘留氣體降低至預定壓力之後，開啟第1控制閥6，可持續以低設定流量使氣體持續流動。藉此，可明顯地一邊提升降壓時的反應性一邊適當進行低設定流量的轉移。
根據本實施形態，在使用孔口直徑85μm的拉深部時，可以使得從100%流量(200sccm)降低至5%流量(10sccm)的時間為1秒以下，例如縮短至100毫秒左右。上述的時間可以在關閉第2控制閥8的速度越快時越縮短。並且，上述記載的尺寸及流量亦僅為一例，孔口直徑或壓力不同時，流量也會變化，相同的孔口或相同的壓力當然流量也有不同。
又，本實施形態中，第2控制閥8在時刻t1雖形成最為拉深的狀態，但此時仍未完全關閉，可以降壓後的目標流量使氣體流動。因此，從降壓前至降壓後，可一邊實現預定的流量轉移，且不致阻斷第2控制閥8的下游側可連續持續地供應氣體，進行穩定的氣體供應。
並且，上述說明的實施形態是如第2圖(d)及(e)表示，使關閉第1控制閥6的時機與開始減小第2控制閥8之開度的時機一致且同步。如以上進行動作的場合，在時刻t0阻斷從第1控制閥6的上游流入的氣體之後，第1控制閥6與第2控制閥8之間的殘留氣體是透過拉深部2及第2控制閥8，成為以對應第2控制閥8的開度的流量流出的狀態。
但是，關閉上述第1控制閥6的時機與開始第2控制閥8之開度調整的時機並非有一致的必要，只要比從100%流量到5%流量的過度反應時間足夠短的時間即可，該等也可有所偏離。
從關閉第1控制閥6後經過預定時間之後減少第2控制閥8之開度的樣態中，控制流量在第2控制閥8全開狀態的期間會指數函數地自然降低。但是，只要在到達目標流量之前，開始第2控制閥8之開度的調整，達成可藉著第2控制閥8的開度調整控制流量的狀態，即可在其之後進行第2控制閥8的開度調整控制流量至目標流量。並且，即使在關閉第1控制閥6之前即開始關閉第2控制閥8的場合，雖可暫時性增加上游壓力P1，但是在第1控制閥6關閉之後，仍可藉第2控制閥8的開度調整進行流量控制。
如上述，關閉第1控制閥6的時機與開始第2控制閥8之開度調整的時機與習知比較只要可提升降壓時的反應性，則可如上述同步，並且，也可有所偏離。本說明書中，也包括如上述時機有所偏離的樣態，記載有使得開始第2控制閥8之開度調整的動作與關閉第1控制閥6的動作連動地進行。
以下，針對本實施形態之流量控制方法的例示性流程圖，使用第3圖說明。
如第3圖的步驟S1表示，首先，根據第1壓力感測器3的輸出反饋控制第1控制閥(即第1閥)6，並使得第2控制閥(即第2閥)8全開藉此使氣體以第1流量流動。
接著，如步驟S2表示，接收設定流量從第1流量降低至第2流量的訊號時，控制電路7輸出使第1控制閥6全閉的命令，並對第2控制閥8輸出控制對應第2流量之開度的命令，切換成衰減流量控制模式。
衰減流量控制模式是如步驟S3及S4表示，以第1控制閥6全開的狀態，使ΔP/Δt維持著對應第2流量的值的方式，根據第1壓力感測器3的輸出進行第2控制閥8之開度的反饋控制。更具體而言，在步驟S3中，比較ΔP/Δt的測量結果與目標值，當比較結果為臨界值內之時在步驟S4-1中維持著第2控制閥8的驅動電壓，比較結果為臨界值外之時，在步驟S4-2進行第2控制閥8之驅動電壓的變更。
又，如步驟S5表示，監視第1壓力感測器3的輸出，判定第1壓力感測器3的輸出之上游壓力P1是否已到達預定值。未到達預定值的場合，回到步驟S3持續進行第2控制閥8的控制並繼續進行使氣體以第2流量流動的衰減控制模式。
步驟S5中，判斷第1壓力感測器3的輸出達到預定值時，進行控制的切換。如步驟S6，將第1控制閥6開啟至對應第2流量的開度並使得第2控制閥8全開。藉此，切換成通量流量控制模式。隨後，第1控制閥6的開度是根據第1壓力感測器3的輸出進行反饋控制，可使氣體以第2流量持續地流動。
以上，雖已說明本發明的實施形態，但可進行種種的改變。例如，上述中，已說明在降壓開始時將第1控制閥6完全關閉成為阻斷狀態，但不限於此。降壓開始後的衰減控制模式中，也可以將第1控制閥6維持在稍微開啟之一定開度的狀態，以小於目標流量的流量繼續進行氣體流入的狀態。此時，也根據第1壓力感測器3的輸出，調整第2控制閥8的開度以使ΔP/Δt維持著預定值，流體即可以目標流量在第2控制閥8的下游側流動。
但是，衰減方式所使用的流量式，典型是以關閉上游側的閥(第1控制閥6)為前提的式子，開啟上游側流體流入容積V的部分的狀態時，使用其原有的流量式時，有不能適當進行流量控制的可能性。但是，從上游流入容積V的流量為已知時，也可修正流入量來使用。因此，流入量為已知時，實質上是與關閉上游側的閥形成相同的狀況。
又，上述中，雖設定以第1控制閥6成全開的時間點為設定流量的100%為例已作說明，但並非有其必要，也可以非全開之中間開度的狀態為100%設定。並且，上述的實施例中，流量設定100%的上游壓力P1雖是300kPa abs，但不限於此，當然也可根據設定的流量或設定範圍、流體的種類等，使上游壓力P1成為種種的值。

[產業上的可利用性]
根據本發明之實施形態的流量控制方法及流量控制裝置是在半導體製造過程中可適當利用於流量降壓時尋求高速反應性的場合等。
1‧‧‧流路
2‧‧‧拉深部
3‧‧‧第1壓力感測器
4‧‧‧第2壓力感測器
5‧‧‧溫度感測器
6‧‧‧第1控制閥
7‧‧‧控制電路
8‧‧‧第2控制閥
9‧‧‧孔口內置閥
100‧‧‧壓力式流量控制裝置
第1圖是表示本發明實施形態的流量控制裝置之構成的模式圖。
第2圖是說明本發明實施形態之流量降壓時的流量控制方法用的圖，分別表示(a)為設定流量、(b)為控制流量、(c)上游壓力P1、(d)為第1控制閥的驅動電壓、(e)為第2控制閥的驅動電壓的圖表。
第3圖是表示本發明實施形態之流量控制方法的流程圖。

Claims (17)

  1. 一種流量控制方法，係使用流量控制裝置進行，該流量控制裝置，具備： 第1控制閥，設置於流路； 第2控制閥，設置於上述第1控制閥的下游側；及 壓力感測器，測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥上游側的流體壓力， 根據上述壓力感測器輸出的訊號控制上述第1控制閥的開度，藉此控制在上述第2控制閥下游側流動之流體的流量所構成，其特徵為，包括： (a)根據上述壓力感測器的輸出成為第1流量地控制上述第1控制閥的開度，並維持上述第2控制閥開啟的狀態使流體從以上述第1流量流動的狀態，到關閉上述第1控制閥的步驟，及 (b)根據上述壓力感測器的輸出，藉著調整上述第2控制閥的開度來控制殘留於上述第1控制閥的下游的壓力，使流體在上述第2控制閥的下游側以第2流量流動的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的流量控制方法，其中，在上述步驟(b)中，設α為比例常數、ΔP/Δt為上述壓力感測器輸出之上游壓力的變化ΔP與上述上游壓力的變化ΔP所需之時間Δt的比的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積時， 使得以Q=α･(ΔP/Δt)･V表示的衰減流量Q與上述第2流量一致地，根據上述壓力感測器輸出的訊號，進行上述第2控制閥之開度的反饋控制。
  3. 如申請專利範圍第1或2項記載的流量控制方法，其中，進一步包括進行上述步驟(b)之後，在上述壓力感測器的輸出降低至預定值為止的時間點，根據上述壓力感測器的輸出控制上述第1控制閥的開度並使流體以上述第2流量流至下游的步驟(c)。
  4. 如申請專利範圍第3項記載的流量控制方法，其中，在上述步驟(a)中，流體以上述第1流量流動的期間，及在上述步驟(c)中控制上述第1控制閥的開度使流體以上述第2流量流動時，使得上述第2控制閥開啟至全開。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項記載的流量控制方法，其中，在上述步驟(a)中，將上述第1控制閥關閉至比根據上述壓力感測器的輸出控制使上述第1控制閥的開度成為上述第2流量時的開度小的開度。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項記載的流量控制方法，其中，在上述步驟(a)中關閉上述第1控制閥的時機與在上述步驟(b)中開始進行上述第2控制閥之開度的調整的時機為同步。
  7. 一種流量控制裝置，具備： 第1控制閥，設置於流路； 第2控制閥，設置在上述第1控制閥的下游側； 壓力感測器，測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側的流體壓力；及 控制電路，控制上述第1控制閥及上述第2控制閥的動作，並根據上述壓力感測器輸出的訊號控制上述第1控制閥，藉此控制流量所構成， 上述控制電路，執行： (a)根據上述壓力感測器的輸出成為第1流量地控制上述第1控制閥的開度並維持上述第2控制閥開啟的狀態使流體從以上述第1流量流動的狀態，到關閉上述第1控制閥的開度的步驟，及 (b)根據上述壓力感測器的輸出，藉著調整上述第2控制閥的開度來控制殘留於上述第1控制閥的下游的壓力，使流體在上述第2控制閥的下游側以第2流量流動的步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項記載的流量控制裝置，其中，上述第2控制閥為常開型的閥。
  9. 如申請專利範圍第7或8項記載的流量控制裝置，其中，進一步具備設置在上述第2控制閥之下游側的其他的壓力感測器。
  10. 一種流量控制裝置，具備： 第1控制閥，設置於流路； 第2控制閥，設置在上述第1控制閥的下游側；及 壓力感測器，測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥的上游側的流體壓力， 根據上述壓力感測器輸出的訊號控制在上述第2控制閥的下游側流動之流體的流量， 控制使流量從第1流量到比上述第1流量小的第2流量時， 關閉上述第1控制閥，並根據上述壓力感測器的輸出控制上述第2控制閥的開度， 控制上述第2控制閥的開度使殘留於上述第1控制閥的下游的壓力的變化率與從上述第2控制閥流出時的流量成為上述第2流量時的變化率一致。
  11. 如申請專利範圍第10項記載的流量控制裝置，其中，上述第1控制閥在控制流量從上述第1流量至上述第2流量時，控制成比對應上述第2流量的開度小的開度。
  12. 如申請專利範圍第10項記載的流量控制裝置，其中，上述第2控制閥的開度在設α為比例常數、ΔP/Δt為上述壓力感測器輸出之上游壓力的變化ΔP與上述上游壓力的變化ΔP所需之時間Δt的比的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積時，控制使得以 表示的流量Q可維持著成為上述第2流量時之ΔP/Δt的開度。
  13. 如申請專利範圍第10項記載的流量控制裝置，其中，進一步具備設置在上述第2控制閥之下游側的其他的壓力感測器。
  14. 一種流量控制裝置，具備： 第1控制閥，設置於流路； 第2控制閥，設置在上述第1控制閥的下游側；及 第1壓力感測器，測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥之上游側的流體壓力， 根據上述第1壓力感測器輸出的訊號控制在上述第2控制閥的下游側流動之流體的流量， 在控制使流量從第1流量到比上述第1流量小的第2流量時，從藉由 之流量的控制，切換至藉著 的控制來控制流量， 在上述第1壓力感測器的壓力到達預定的壓力的時間點，回到 進行的控制，在此，Q為流量、K1 為依存於流體的種類與流體溫度的常數、P1為上述第1壓力感測器輸出的上游壓力、α為比例常數、ΔP/Δt為上述上游壓力的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積。
  15. 如申請專利範圍第14項記載的流量控制裝置，其中，返回控制使上述第1壓力感測器的壓力到達藉 進行控制之相當於上述第2流量的壓力的時間點。
  16. 一種流量控制裝置，具備： 第1控制閥，設置於流路； 第2控制閥，設置在上述第1控制閥的下游側； 第1壓力感測器，測量上述第1控制閥的下游側及上述第2控制閥之上游側的流體壓力；及 第2壓力感測器，測量上述第2控制閥之下游側的流體壓力， 根據上述第1及第2壓力感測器輸出的訊號控制在上述第2控制閥的下游側流動之流體的流量， 在控制使流量從第1流量到比上述第1流量小的第2流量時，從藉由 之流量的控制，切換至藉著 的控制來控制流量， 在上述第1及第2壓力感測器的壓力到達預定的壓力的時間點，回到 進行的控制，在此，Q為流量、K2 為依存於流體的種類與流體溫度的常數、P1為上述第1壓力感測器輸出的上游壓力、P2為上述第2壓力感測器輸出的下游壓力、m及n是以實際的流量為基礎所導出的指數、α為比例常數、ΔP/Δt為上述上游壓力的壓力變化率、V為上述第1控制閥與上述第2控制閥之間的內容積。
  17. 如申請專利範圍第16項記載的流量控制裝置，其中，返回控制使上述第1及第2壓力感測器的壓力到達藉 進行控制之相當於上述第2流量的壓力的時間點。
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