TWI488017B - Pressure flow control device with flow monitor, and its memory method and actual gas monitoring flow output confirmation method - Google Patents

Pressure flow control device with flow monitor, and its memory method and actual gas monitoring flow output confirmation method Download PDF

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TWI488017B
TWI488017B TW101114155A TW101114155A TWI488017B TW I488017 B TWI488017 B TW I488017B TW 101114155 A TW101114155 A TW 101114155A TW 101114155 A TW101114155 A TW 101114155A TW I488017 B TWI488017 B TW I488017B
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Ryousuke Dohi
Kouji Nishino
Nobukazu Ikeda
Katsuyuki Sugita
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Fujikin Kk
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Description

附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置、及其記憶方法與實際氣體監測流量之輸出確認方法
本發明,是有關壓力式流量控制裝置的改良,是關於將熱式質量流量感側測器有機組合在使用節流口之壓力式流量控制裝置,藉此構成為能夠實時監測動作中之壓力式流量控制裝置的控制流量,並且能夠提高流量控制之回應性及流量控制精度的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置。
先前以來半導體控制用氣體供應裝置,就廣泛利用使用節流口之壓力式流量控制裝置FCS。
該壓力式流量控制裝置FCS,如第16圖所示,由控制閥CV、溫度檢測器T、壓力檢測器P、節流口OL及運算控制部CD等構成,該運算控制部CD,由溫度修正暨流量運算電路CDa、比較電路CDb、輸出入電路CDc及輸出電路CDd等構成。
來自於上述壓力檢測器P及溫度檢測器T的檢測值是轉換成數位訊號輸入至溫度修正暨流量運算電路CDa,於此執行檢測壓力之溫度修正及流量運算之後,將流量運算值Qt輸入至比較電路CDb。此外,設定流量的輸入訊號Qs是從端子In輸入,在輸出入電路CDc轉換成數位值之後輸入至比較電路CDb,於此和來自於上述溫度修正暨流量運算電路CDa的流量運算值Qt進行比較。接著,當設 定流量的輸入訊號Qs比流量運算值Qt還大時,就會對控制閥CV的驅動部輸出控制訊Pd,使控制閥CV往開放方向驅動,直到設定流量的輸入訊號Qs和流量運算值Qt之差(Qs-Qt)成為零為止往開閥方向驅動。
壓力式流量控制裝置FCS其本身雖然如上述為習知的技術,但卻具有下述優越特徵:當節流口OL之下游側壓力P2 (即,處理室側的壓力P2 )和節流口OL之上游側壓力P1 (即,控制閥CV出口側的壓力P1 )之間保持有P1 /P2 ≧約2之關係(所謂臨界膨脹條件)時,流通在節流口OL之氣體Go的流量Q就會成為Q=KP1 (但K為常數),因此控制壓力P1 就能夠高精度控制流量Q,並且控制閥CV之上游側的氣體Go其壓力即使大幅改變,但控制流量值幾乎沒有變化。
但是,先前的壓力式流量控制裝置FCS,是使用微小孔徑的節流口OL,因此節流口OL的孔徑有可能產生老化。其結果,導致壓力式流量控制裝置FCS的控制流量值和實際上流通之氣體Go的實際流量之間產生差異,為了檢測出該差異需要頻繁進行所謂的流量監測,因此就會對半導體製造裝置的運轉性或所製成之半導體的品質等造成大幅影響成為問題。
基於此,先前以來,於熱式質量流量控制裝置及壓力式流量控制裝置的領域,就陸續開發有能夠實時簡單監測流量控制是否有適當執行的流量控制裝置。例如:第17圖及第18圖為其一例,該質量流量控制裝置(Mass flow controller)20,是由流路23,和上游側壓力的第1壓力感測器27a,和開閉控制閥24,和設置在開閉控制閥24下游側的熱式質量流量感測器25,和設置在熱式質量流量感測器25下游側的第2壓力感測器27b,和設置在第2壓力感測器27b下游側的節流部(音速噴嘴)26,和運算控制部28a,及,輸出入電路28b等構成。
上述熱式質量流量感測器25具有:插入在流路23內的整流體25a:從該流路23僅分岐出F/A之流量的分岐流路25b;及設置在分岐流路25b的感測器本體25c,構成為可輸出總流量F顯示用的流量訊號Sf。
此外,節流部26,是一種音速噴嘴,當其一次側和二次側的壓力差為指定值以上時就會噴出對應該一次側壓力之流量的流體。另,於第17圖及第18圖中,SPa、SPb為壓力訊號,Pa、Pb為壓力,F為流量,Sf為流量訊號,Cp為閥開度控制訊號。
上述運算控制部28a,是將來自於壓力感測器27a、27b的壓力訊號Spa、Spb及來自於流量感測器25的流量控制訊號Sf回饋成閥開度控制訊號Cp輸出,藉此對開閉閥24進行回饋控制。即,對運算控制部28a是經由輸出入電路28b輸入有流量設定訊號Fs,使流動在質量流量控制裝置20之流體的流量F調整成符合流量設定訊號Fs。具體而言,運算控制部28a是利用第2壓力感測器27b的輸出(壓力訊號Spb)回饋開閉控制閥24對開閉控制閥24控制開閉,藉此控制流動在音速噴嘴26之流體的流量 F,並且利用此時之熱式流量感測器25的輸出(流量訊號Sf)執行實際上流動之流量F的測定,對質量流量控制裝置20的動作進行確認。
不過,於第17圖及第18圖所示之型式的質量流量控制裝置20,是在運算控制部28a組入有二種的測定方式:使用要執行流量控制之第2壓力感測器27b的壓力式流量測定,和使用要執行流量監視之熱式流量感測器25的流量測定,因此就能夠簡單並且確實監測控制流量(設定流量Fs)的流體實際上是否流動,即能夠簡單並且確實監測控制流量和實際流量之間是否有差,能夠達到高實用性效用。
但是,該第17圖及第18圖所示的質量流量控制裝置20尚有諸多應該解決的問題。
第1問題如下述:運算控制部28a,是構成為使用兩訊號即第2壓力感測器27b的輸出SPb和熱式流量感測器25的流量輸出Sf對開閉控制閥24進行開閉控制,並且使用第一壓力感測器27a的輸出SPa對熱式流量感測器25的流量輸出Sf進行修正,其結論是使用三個訊號即第一壓力感測器27a和第2壓力感測器27b的二個壓力訊號及來自於熱式流量感測器25的流量訊號執行開閉控制閥24的開閉控制。
因此,不僅造成運算控制部28a的構成變複雜,反而還會造成壓力式流量控制裝置FCS其穩定之流量控制特性降低及優越之高回應性降低的問題。
第2問題,是在於對開閉控制閥24之熱式流量感測器25的安裝位置改變所造成的問題,即,第17圖和第18圖的質量流控制裝置20中,開閉控制閥24開閉時之熱式流量感測器25的回應性,和機器本體內的氣體置換性及真空吸引特性會大幅改變,並且難以實現質量流控制裝置20小型化。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第4137666號公報
本申請發明,是可解決第17圖及第18圖所示之日本特許第4137666號公報中使用音速噴嘴之質量流量控制裝置的上述所示問題,即,本發明可解決為了要使用第1及第2壓力感測器27a、27b的壓力訊號和熱式流量感測器25的流量訊號之2種類不同的訊號來執行開閉控制閥24的開閉控制,不僅要擔心運算控制部28a的構成會變複雜,還要擔心壓力式流量控制裝置所具有之優越高回應性及穩定流量控制特性會減少,無法避免質量流量控制裝置20大型化,導致氣體置換性降低及真空吸引時間變長等上述問題,藉由將使用節流口的壓力式流量控制裝置FCS的流量控制部和使用熱式流量感測器的熱式流量監測部組合成一體後,再加上藉由分別獨立執行流量控制和流量監 測,就可提供一種能夠充分活用壓力式流量控制裝置的優越流量特性,並且能夠實時執行熱式流量感測器的流量監測,又能夠使運算控制部簡素化及機器本體部大幅小型化進而使氣體置換性提昇的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置。
此外,本申請發明,除了對附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的本體構造加以改良之外,還利用流量控制裝置本體內流體流路之控制壓的傾向將流動在流量控制裝置本體內的流量流量(即,熱式流量監測部1b所檢測出的流量)換算成壓力式流量控制裝置1a所要檢測的流體流量,對熱式流量感測部1b的檢測流量和壓力式流量控制部1a的檢測流量之間的差異進行修正,藉此提供一種能夠提高監測流量精度的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置。
本申請發明者等,首先是以使用節流口之壓力式流量控制裝置為基礎,為了實時執行該壓力式流量控制裝置的流量監測就構想出第6圖及第7圖之點線框內二種構成的使用節流口之附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置。
於第6圖及第7圖中,1為附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,2為熱式流量感測器,3為控制閥,4為溫度感測器,5為壓力感測器,6為節流口,7為控制部,8為入口側流路,9為出口側流路,10為機器本體內的流體 通道,第6圖之熱式流量感測器2和控制閥3的安裝位置對換後就構成為第7圖的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置。
另,流量控制方式其採用該使用節流口之壓力式流量控制裝置的理由,是基於其流量控制特性良好及目前為止使用實績較多等。
此外,以熱式流量感測器2為流量監測用感測器其主要的理由,是基於其做為流量感測器的使用實績和做為流量感測器時的優良特性,此外,針對實時測定之容易性和氣體種類之改變的應對性、流量測定精度、使用實績等,經檢討的結果熱式流量感測器2比其他的流量測定感測器還高。再加上,熱式流量感測器2組裝在使用節流口之壓力式流量控制裝置之裝置本體內的流體通道10成一體性構成時,是能夠容易執行流量監測並且容易實現附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的小型化。
即,上述第6圖及第7圖所示之構成的使用節流口之附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,是以壓力控制式流量控制為基本,具備有下述等特徵:不受供應壓力變動的影響;利用節流口上游側的壓力下降特性就能夠檢測出節流口異常;以裝置本體所內藏的壓力感測器就能夠執行供應壓力的監測;及以熱式流量感測器就能夠連續監視流量。
另一方面,其問題點,首先第1個問題可以想到的是供應壓力之變化造成的熱式流量感測器之輸出的變動。 即,供應壓力的變化會造成熱式流量感測器的輸出變動,因此供應壓力變化時就有可能會產生其與控制流量的誤差。基於此,就需要延遲熱式流量感測器之回應性等的應對藉此緩和供應壓變化造成的輸出變動。
第2個問題點是在於零點調整時的條件。一般零點調整,對於壓力感測器是在真空吸引的狀態下實施,此外,對於流量感測器是在密封狀態下實施。因此,需要確保於正確的環境條件下實施零點調整。
第3個問題,是在於熱式流量感測器的熱虹吸現象。即,需要根據熱式流量感測器的搭載,事先決定好設置方向,其結果,需要與氣體箱的設計並行檢討壓力式流量控制裝置的設置方向。
第4個問題,是在於實際氣體流量的校正。一般針對流量的測定,即使為同一流量但氣體種類的不同還是會導致熱式流量感測器或壓力式流量控制裝置的流量輸出值不同。其結果,於該壓力式流量控制裝置的使用現場就需要附加有能夠對熱式流量感測器之換算係數(C.F值)或壓力式流量控制裝置之流動係數(F.F值)進行自動運算的系統。
第5個問題,是在於控制流量異常時的應對。現在的壓力式流量控制裝置,是在顯示器上顯示警報及控制流量的誤差等,但壓力式流量控制裝置和熱式流量感測器之監測流量的輸出差超過指定臨界值時,就需要有判斷異常的系統。
於是,本申請發明者等,首先就針對第6圖及第7圖 之各附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,對於新組入的熱式流量感測器2實施了其各種特性的評估測試。
即,如第6圖及第7圖所示,將由N2 形成的流體供應源11、壓力調整器12、清洗閥13、輸入側壓力感測器14連接於入口側流路8,並且將數據記錄器(NR500)15連接於控制部7,再加上,又利用真空泵浦16對出口側流路9進行真空吸引藉此構成特性評估系,使用該特性評估系對熱式流量感測器2的步驟回應特性、監測流量精度、供應壓變動特性、重複再現性進行了評估。
上述步驟回應特性,是評估熱式流量感測器的輸出對指定流量設定之步驟輸入的回應性,對設定流量從100%(全刻度)F.S.=1000(sccm)根據步驟變化成20%、50%、100%時的輸出回應進行了評估。第8圖、第9圖及第10圖是表示設定流量20%、50%、100%時數據記錄器15之壓力式流量控制裝置1的流量設定輸入A1 及此時之流量輸出A2 ,和熱式流量感測器輸出B1 (第6圖形態)、熱式流量感測器輸出B2 (第7圖形態)的測定結果。
從第8圖至第10圖也可清楚確認:熱式流量感測器2的輸出從設定開始約在4sec以內就收斂成設定輸出的±2%。
上述監測流量精度,是指從各流量設定將設定值以S.P.單位錯開時所測定評估之熱式流量輸出的變化量,誤差設定條件為-0.5% S.P.、-1.0% S.P.、-2.0% S.P.及-3.0% S.P.。
從第11圖及第12圖也可清楚得知:熱式流量感測器2的監測流量精度是根據流量設定以設定點(S.P.)單位逐漸 形成改變。
上述供應壓變特性,是表示在一定流量控制時供應壓有所變動時之熱式流量感測器輸出的變動狀態,以流量設定為50%並且以供應壓的變動條件為50kPaG進行了測定。
第13圖是表示上述測定結果,從該結果可清楚得知:當將熱式流量感測器2設置在控制閥3的上游側(一次側)時(第6圖形態),供應壓變動造成之熱式流量感測器2的流量輸出的變化是遠超過±0.5%F.S./div的範圍,但當將熱式流量感測器2設置在控制閥3的下游側(二次側)時(第7圖形態),其流量輸出的變化就會在±0.5%F.S./div的範圍內,即難以受到氣體供應壓變動的影響。
上述重複再現性,是指將流量設定為20%及100%從0%至設定流量為止重複進行輸入,藉此測定出熱式流量感測器B1 、B2 的再現性。
從第14圖至第15圖也可清楚得知:熱式流量感測器輸出的重複再現性是在±1%F.S.及0.2% F.S.的範圍內,顯示其有規則之正確的再現性。
另,第6圖及第7圖中所使用的熱式流量感測器2為搭載在股份公司FUJIKIN製之FCS-T1000系列的感測器,是廣泛使用所謂熱式質量流量控制裝置(Mass flow controller)的熱式流量感測器。
根據以第6圖及第7圖為基礎對上述熱式流量感測器2進行各評估測試(即步驟回應特性、監測流量精度特性、供應壓變動特性及重複再現性)的結果,本申請發明者等 發現:熱式流量感測器2的安裝位置以步驟回應特性、監測流量精度特性及重複再現性的觀點為考量時,其設置在控制閥3的上游側(一次側)或下游側(二次側)該兩者之間並沒有所謂優劣的差別,但以供應壓變動特性的觀點為考量時,熱式流量感測器2就以設置在壓力式流量控制裝置之控制閥3的下游側(二次側)為佳,即以第7圖形態的構成為佳。
此外,本申請發明者等,又發現當將熱式流量感測器2設置在控制閥3的下游側(二次側)時,控制閥3和節流口6間的內容積會變大,導致氣體的置換性降低,若採用小流量型的壓力式流量控制裝置則壓力下降特性會變慢(即,排氣特性變差),該等狀況都會成為問題。
然而,上述第6圖至第10所示的各評估測試,都是使用最大控制流量為1000SCCM的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置並且以流量供應壓為350kPaG時的結果,但對於附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的最大控制流量(全刻度流量)為1000SCCM以外時是可獲得如何的回應特性卻不清楚。
於是,本申請發明者等,就利用第7圖所示之評估測試裝置,使用最大控制流量為2000SCCM(以下稱F.S.2SLM)及最大控制流量為100SCCM(以下稱F.S.100SCCM)的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置進行了供應壓力為300kPaG的回應特性測試。
第19圖為表示控制流量設定為0%-50%-0%時的回應 測試結果,其是使用F.S.2SLM的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,以流量供應壓為300kPaG(N2 )時所獲得的結果。從第19圖也可清楚得知,第1圖之熱式流量控制部1b的輸出B2 (即,熱式流量感測器所檢測出的實時監測流量)是從檢測開始在1秒時間以內就達到穩定檢測值,因此於F.S.2SLM的形態時並沒有出現所謂的超越量現象。
另一方面,第20圖為表示控制流量設定為0%-50%-0%時之F.S.100SCCM的測試結果,熱式流量控制部1b的輸出B2 (實時監測流量)是在1秒時間以內就達到穩定檢測值,但卻產生瞬間性相當大的超越量(流入)。
如上述可清楚得知,於流量容量小的壓力式流量控制部1a的形態,熱式流量監測控制部1b的檢測值會產生超越量,因此就會有監測流量值之測定精度降低的問題。
於是,本申請發明者等,就對上述熱式流量監測控制部1b的檢測值產生瞬間性超越量的原因和其防止對策進行檢討,構想出只要將附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置本體的構造構成為可使其內部的流體通道容積(即第7圖之控制閥3和節流口6之間的通道容積)盡可能小的構造,並且利用控制閥3和節流口6之間的流體通道之控制壓力的傾向對熱式流量控制部1b的檢測值進行校正,藉此就能夠減少熱式流量控制部1b和壓力式流量控制部1a之間的檢測流量差。
再加上,附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置安裝在氣體供應裝置等時,是需要記憶監測流量自我診斷之基 準即根據氣體種類之熱式流量控制部1b的所謂實際氣體輸出初期值(以下稱實際氣體MFM輸出初期值)。
因此,本申請發明者等,是對包括在替換附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置時,附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實機安裝時之實際氣體MFM輸出初期值的記憶順序進行檢討,並且又對實際氣體MFM輸出的確認方法進行檢討,構想出可使實際氣體MFM輸出之初期值記憶及實際氣體MFM輸出之確認達到自動化。
本申請專利範圍第1項至第7項的發明,是以本申請發明者等之上述各評估測試的結果為基礎所創作的發明,申請專利範圍第1項的發明,是以下述構成要件為發明的必須構成要件:流體的入口側通道8;連接在入口側通道8下游側之壓力式流量控制部1a構成用的控制閥3;連接在控制閥3下游側的熱式流量感測器2;設置在連通於熱式流量感測器2下游側之流體通道10途中的節流口6;設置在上述控制閥3和節流口6之間之流體通道10附近的溫度感測器4;設置在上述控制閥3和節流口6之間之流體通道10的壓力感測器5;連通於上述節流口6的出口側通道9;輸入有來自於上述壓力感測器5的壓力訊號及來自於溫度感測器4的溫度訊號,可對流通在節流口6之流體的流量值Q進行運算並且可對閥驅動部3a輸出要使上述控制閥3朝所運算出之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成開閉之控制訊號Pd的壓力式流量運算控制部7a;及輸入有來自於上述熱式流量感測器2的流量訊號2c 可根據該流量訊號2c運算顯示出流通在節流口6之流體流量的流量感測控制部7b。
申請專利範圍第2項的發明,是於申請專利範圍第1項的發明中,將壓力感測器5設置在控制閥3的出口側和熱式流量感測器2的入口側之間。
申請專利範圍第3項的發明,是於申請專利範圍第1項或第2項的發明中,構成有警報顯示執行用的控制部7,該控制部7是在流量感測控制部7b所運算出的流體流量和壓力式流量運算控制部7a所運算出的流體流量之間的差值超過設定值時就會執行警報顯示。
申請專利範圍第4項的發明,是於申請專利範圍第1項的發明中,將控制閥3、熱式流量感測器2、節流口6、壓力感測器5、溫度感測器4、入口側通道8、出口側通道9組裝在一個機體成一體性,並且將流體通道10成一體性形成在該機體。
申請專利範圍第5項的發明,是以下述構成要件為發明的必須構成要件:流體的入口側通道8;連接在入口側通道8下游側之壓力式流量控制部1a構成用的控制閥3;連接在控制閥3下游側的熱式流量感測器2;設置在連通於熱式流量感測器2下游側之流體通道10途中的節流口6;設置在上述控制閥3和節流口6之間之流體通道10附近的溫度感測器4;設置在上述控制閥3和節流口6之間之流體通道10的壓力感測器5;連通於上述節流口6的出口側通道9;設置在上述節流口6下游側之出口側通道9 的壓力感測器17;及由壓力式流量運算控制部7a和流量感測控制部7b所構成的控制部7,該壓力式流量運算控制部7a輸入有來自於上述壓力感測器5及壓力感測器17的壓力訊號及來自於溫度感測器4的溫度訊號,可監視流通在節流口6之流體的臨界膨脹條件及對流通在節流口6之流體的流量值Q進行運算並且可對閥驅動部3a輸出要使上述控制閥3朝所運算出之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成開閉的控制訊號Pd,該流量感測控制部7b輸入有來自於上述熱式流量感測器2的流量訊號2c並根據該流量訊號2c運算顯示出流通在節流口6的流體流量。
申請專利範圍第6項的發明,是於申請專利範圍第5項的發明中,將控制部7構成為當流通在節流口6的流體為臨界膨脹條件外時就執行警報顯示。
申請專利範圍第7項的發明,是於申請專利範圍第5項的發明中,將控制閥3、熱式流量感測器2、節流口6、壓力感測器5、溫度感測器4、入口側通道8、出口側通道9、壓力感測器17組裝在一個機體成一體性。
本申請專利範圍第8項至第11項的發明,是根據本申請發明者等之上述附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的小型化及監測控制流量的回應特性及控制精度之改善相關的檢討所創作的發明,申請專利範圍第8項的發明,是於申請專利範圍第4項的發明中,構成為機體30由第1本體塊30a、第2本體塊30b、第3本體塊30c及第4本體塊30d連結組裝成一體性形成,並且,在第1本體塊 30a的上面側配設有控制閥3,在第3本體塊30c的左側面側內部配設有層流元件2d,在第3本體塊30c的右側面側內部配設有節流口6,在第3本體塊30c的下面側配設有壓力感測器5,在第3本體塊30c的上面側配設有熱式感測器2的感測電路2b,並且形成有連通於各本體塊30a~30d的流體通道10。
申請專利範圍第9項的發明,是於申請專利範圍第7項的發明中,構成為機體30由第1本體塊30a、第2本體塊30b、第3本體塊30c及第4本體塊30d連結組裝成一體性形成,並且,在第1本體塊30a的上面側配設有控制閥3,在第3本體塊30c的左側面側內部配設有熱式流量感測器2的層流元件2d,在第3本體塊30c的右側面側內部配設有節流口6,在第3本體塊30c的下面側配設有壓力感測器5,在第3本體塊30c的上面側配設有熱式感測器2的感測電路2b,在第4本體塊30d的上面側配設有壓力感測器17,並且形成有連通於各本體塊30a~30d的流體通道8、9、10。
申請專利範圍第10項的發明,是於申請專利範圍第1項或第5項的發明中,在流量感測控部7b,設有可對以來自於熱式流量感測器2之流量訊號為依據運算出的監測流量B2 進行修正的監測流量輸出修正電路H,對上述監測流量B2 使用流體控制壓的傾向△P/△t修正成B2 ’=B2 -C‧△P/△t(但,C為轉換係數),將修正後的監測流量B2 ’做為監測流量輸出。
申請專利範圍第11項的發明,是於申請專利範圍第1項或第5項的發明中,將監測流量輸出修正電路H由下述要件構成:壓力式流量控制部1a之控制流量輸出A2 的微分電路40;來自於上述微分電路40之輸出值的放大電路41;來自於上述放大電路41之輸出的整形電路42;及從來自於熱式流量監測部1b的監測流量輸出B2 減去來自於上述整形電路42的輸入後輸出監測流量輸出B2 ’的修正電路43。
再加上,本申請專利範圍第12項至第16項的發明,是根據本申請發明者等之附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體MFM輸出初期值等相關的檢討所創作的發明,申請專利範圍第12項的發明,是於申請專利範圍第1項或第5項記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置中,以下述為本發明的基本構成:在該附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置安裝在配管路之後,首先是導入N2 氣體,藉此對壓力式流量控制部1a的控制流量輸出A2 和熱式流量監測部1b的監測流量輸出B2 ’進行比對,若兩者的差異為容許範圍內時,接著就導入實際氣體,對各設定流量值之熱式流量監測部的監測流量輸出初期值進行檢測及記憶之後,根據實際氣體自我診斷結果進行壓力式流量運算部1a之控制流量輸出A2 所相對之熱式流量監測部1b的監測流量輸出B2 ’的比對,若兩者的差異為容許範圍內時,就輸出實際氣體監測流量輸出B2 ’,並且將上述初期值記憶為有效的記憶。
申請專利範圍第13項的發明,是於申請專利範圍第12項的發明中,構成為導入N2 氣體之後,就使用N2 氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置沒有異常。
申請專利範圍第14項的發明,是於申請專利範圍第12項或第13項的發明中,構成為導入實際氣體之後,就使用實際氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置及實際氣體沒有異常。
申請專利範圍第15項的發明,是於申請專利範圍第12項或第13項或第14項的發明中,構成為在導入N2 氣體之前及/或在導入實際氣體之前,進行真空吸引藉此執行附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的壓力感測器5及熱式流量感測器2的自動零點調整。
申請專利範圍第16項的發明,是於申請專利範圍第12項的發明中,構成為針對事先訂定之複數壓力式流量控制部1a的各設定流量,在熱式流量感測器2之流量輸出的輸出開始經過事先訂定之等待時間t後進行計測,然後對自動修正後的上述計測值進行記憶或確認。
於本申請發明中,附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置由壓力式流量控制部1a和熱式流量監測部1b所構成,熱式流量監測部1b的熱式流量感測器2位於壓力式流量控制部1a之控制閥3的下游側構成為有機性一體化,並且控制部7是由壓力式流量控制部1a之控制閥3 開閉驅動控制用的壓力式流量運算控制部7a,和可根據來自於熱式流量監測部1b之上述熱式流量感測器2之流量訊號對流通在節流口6之實際流體流量進行運算顯示的流量感測控制部7b在彼此獨立的狀態下構成為一體性。
其結果,以單純之構成的控制部7就能夠簡單並且正確又穩定地執行壓力式流量控制,並且還能夠以實時連續性正確執行熱式流量感測器2的流量監測。
此外,由於構成為熱式流量感測器2位於控制閥3的下游側,並且控制閥3及熱式流量感測器2等的各機器本體為一體性組裝在一個機體,因此裝置本體的內部空間容積就會大幅減少,不會造成氣體之置換性或真空吸引的特性變差。
再加上,流體供應源側的流體壓力即使有所變動,但熱式流量感測器2的輸出特性卻不會產生大幅變動,其結果針對流體供應側的壓力變動是可執行穩定的流量監測和流量控制。
本發明的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置中,其裝置本體30由4個本體塊組合形成,並且於各塊體形成有需要的流體通道等,再加上於第1塊體30a收納有控制閥3,於第2塊體30b和第1塊體30a之間收納有粗濾器29,於第3塊體30c收納有層流元件2d和節流口6,形成為各塊本體30a~30d彼此間連結成氣密的構成,因此就能夠使機體30小型化及可使控制閥3的出口側和節流口6上游側的流體通道10的內容積(長度及剖面積)大幅 削減,藉由熱式流量感測器2之超越量的降低等可提昇流量控制的回應性,並且可大幅提昇控制精度。
此外,設有熱式流量感測器2的監測流量輸出修正電路H,藉此就能夠使用機體30內之流體通道10的控制壓力之傾向△P/△t對監測流量輸出值B2 進行修正,以該修正後的監測流量檢測值B2 ’判斷監測流量是否正確,因此就能夠執行更為高精度並且高回應性的流量監測及流量控制。
再加上,經由熱式流量感測器2的監測流量輸出修正電路H修正後的監測流量輸出B2 ’是做為初期記憶值,因此就能夠獲得更為高精度的實際氣體監測流量自我診斷。
[發明之最佳實施形態]
以下,根據圖面對本發明的實施形態進行說明。
第1圖為本發明相關的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的實施形態相關的構成概要圖,附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1由二個部份即壓力式流量控制部1a和熱式流量監測部1b所構成。
此外,上述壓力式流量控制部1a由控制閥3和溫度感測器4和壓力感測器5和節流口6及控制部7構成用的壓力式流量運算控制部7a所構成。
再加上,上述熱式流量監測部1b由熱式流量感測器2和控制部7構成用的流量感測控制部7b所構成。
上述壓力式流量控制部1a,如上述其由控制閥3、溫度感測器4、壓力感測器5、節流口6及壓力式流量運算控制部7a等所構成,從輸入端子7a1 輸出有流量設定訊號,此外從輸出端子7a2 輸出有經由壓力式流量控制部1a所運算之流通在節流口之流體的流量輸出訊號。
使用上述節流口6的壓力式流量控制部1a其本身,是屬於日本特許第3291161號等習知的技術,該技術是將臨界膨脹條件下流通在節流口6之流體的流量以其在壓力感測器5所感測出的壓力為根據於壓力式流量運算控制部7a進行運算,將經由輸入端子7a1 輸入的設定流量訊號和所運算出之流量訊號的差所比例的控制訊號Pd輸出至控制閥3的閥驅動部3a。
上述該壓力式流量控制部1a及其壓力式流量運算控制部7a的構成,是和第16圖所記載的構成實質上相同,因此於此就省略其詳細說明。
此外,於該壓力式流量控制部1a,理所當然是設有習知的零點調查機構及流量異常檢測機構、氣體種類轉換機構(F.F.值轉換機構)等各種附屬機構。
再加上,第1圖中8為入口側通道,9為出口側通道,10為機器本體內之流體通道。
上述附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1構成用的熱式流量監測部1b,是由熱式流量感測器2和流量感測控制部7b所構成,於流量感測控制部7b是分別設有輸入端子7b1 及輸出端子7b2 。接著,從輸入端子7b1 輸入有 有要監測之流量範圍的設定訊號,從輸出端子7b2 輸出有經由熱式流量感測器2所檢測出的監測流量訊號(實際流量訊號)。另,於熱式流量監測部1b,理所當然也設有氣體種類轉換機構(C.F.值轉換機構)等各種附屬機構。
此外,第1圖中雖然未加以圖示,但理所當然也可構成為對於流量感測控制部7b和壓力式流量運算控制部7a之間,是能夠適當執行上述監測流量訊號及運算流量訊號之輸出入,對該兩者相同和相異及兩者的差值大小進行監視,或者當兩者的差值超過一定值時會發出警告。
第2圖表示附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的其他例,構成為是以壓力感測器5檢測出控制閥3和熱式流量感測器2之間的流體壓力。另,附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的其他構成及動作是和第1圖的形態完全相同。
第3圖表示附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的又一其他例,構成為是於節流口6的下游側另設有壓力感測器17,藉此對流通在節流口6的流體是否在臨界膨脹條件下進行監視並發出警報,或者,是利用壓力感測器5和壓力感測器17的差壓達到能夠流量控制。
上述熱式流量監測部1a是由熱式流量感測器2和流量感測控制部7b所構成,第4圖及第5圖表示其構成概要。
即,如第4圖所示,熱式流量感測器2具有層流元件(旁通管群)2d和迂迴在該層流元件2d的感測管2e,於該 感測管2e是以一定比率流通有比層流元件2d還少量的氣體流體。
此外,於該感測管2e捲繞有連接成直列的一對控制用電阻線R1、R4,由連接在該電阻線R1、R4的感測電路2b輸出要表示所監測之質量流量值的流量訊號2c。
上述該流量訊號2c,是導入至例如由微電腦等形成的流量感測控制部7b,根據上述流量訊號2c算出現在流動之流體的實質流量。
第5圖表示熱式流量感測器2之感測電路2b的基本構造,相對於上述電阻線R1、R4的直列連接,其2個基準電阻R2、R3的直列連接電路是連接成並列,形成橋接電路。於該橋接電路連接有定電流源,此外,將上述電阻線R1、R4彼此的連接點和上述基準電阻R2、R3彼此的連接點連接在輸入側藉此設有差動電路,構成為可算出上述兩連接點的電位差,將該電位差以流量訊號2c輸出。
另,熱式流量感測器2及流量感測控制部7b該等本身為習知技術,因此於此省略其詳細說明。
此外,於本實施形態中,熱式流量監測部1b,是使用股份公司KUJIKIN製之FCS-T1000系列所搭載的熱式流量感測器。
第21圖為表示本發明相關的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的構造概要圖,(a)圖為縱剖正面圖,(b)圖為左側面圖,(c)圖為平面圖,(d)圖為底面圖。
上述第1圖所示之由壓力式流量控制部1a和熱式流 量監測部1b所形成的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,是由機體30、控制部7及組裝在上述機體30的控制閥3和熱式流量感測器2和溫度感測器4和壓力感測器5和節流口6等形成,此外,控制部7由壓力式流量控制部7a和流量感測控制部7b形成。
機體30由第1本體塊30a、第2本體塊30b、第3本體塊30c及第4本體塊30d所形成,第1本體塊30a、第3本體塊30c及第4本體塊30d由4支固定螺栓34連結成彼此固定。此外,第2本體塊30b由2支固定螺栓35固定在第1本體塊30a。
再加上,熱式流量感測器2的層流元件2d是配設固定在第3本體塊30c之左側面側的內部,壓力感測器5是配設固定在第3本體塊30c的底面,壓力感測器17是配設固定在第4本體塊30d的上面側,熱式流量感測器2的感測電路2b及控制部7是配設固定在第3本體塊30c的上面側,控制閥3的驅動部是配設固定在第1本體塊30a的上面側,粗濾器29是配設固定在第1本體塊30a和第2本體塊30b之間,節流口6是配設固定在第3本體塊30c內。
同樣地,入口側通道8是形成在第1本體塊30a,流體通道10是形成在第1及第3本體塊30a、30c,出口側通道9是形成在第4本體塊30d,特別是流體通道10是以其內容積為需求最小限度的條件選定其內徑及長度。
此外,於第3本體塊30c是分別設有感測管2e的收 納孔2e’及溫度感測器4的收納孔4a。
另,第21圖中雖然省略圖示,但理所當然各本體塊30a~30d間及各本體塊和層流元件2d及節流口6間是由密封材連結成氣密。
將機體30如上述形成為由複數塊本體30a~30d連結組合形成的構造,是能夠使流體通道10的內容積大幅減少,並且能夠使層流元件2d及壓力感測器5、節流口6等配設成小型在機體30內,能夠使附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置小型化及能夠大幅降低熱式流量感測部1b之感測流量的瞬間性超越量級數。
上述第19圖及第20圖等所示之監測流量(熱式流量感測器2的流量輸出B2 )的瞬間性超越量,是會成為監測流量輸出B2 和壓力式流量控制部1a的流量輸出A2 之間產生差異的原因,導致附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1之流量控制精度及回應性能的降低。
因此,就需要盡可能降低上述熱式流量感測部1b之流量輸出B2 (熱式流量感測器2的流量輸出B2 )的超越量,藉此減少監測流量輸出B2 和壓力式流量控制部1a的流量輸出A2 之間的差值。
於是,本發明中,為了減少第1圖流體流路10之上述超越量原因的上述監測流量輸出B2 和流量輸出A2 之間的差值,是從壓力式流量控制部1a之流量輸出A2 的變化率檢測出超越量產生時之流體流路10之控制壓力的傾向△P/△t,使用該控制壓力的傾向△P/△t對熱式流量感測器2 之流量輸出的檢測值B2 進行修正,藉此減少熱式流量監測部1b的流量輸出B2 (熱式流量感測器2的流量輸出B2 )和壓力式流量控制部1a的流量輸出A2 之間的差值異,構成為能夠更進一步提昇監測流量精度。
參照第1圖,當將現在流通在裝置本體內之流體通道10的流體流量為F1 時,該流體流量為F1 就會成為熱式流量感測器2所檢測出的流體流量B2
此外,當將流通在節流口6之下游側通道(即,出口側通道9)的流體流量為F2 時,該流體流量為F2 就會成為壓力式流量控制部1a的流體控制流量A2
即,上述壓力式流量控制部1a的控制流量F2 ,是以F2 =KP1 (K=常數,P1 =節流口6上游側的壓力)進行運算,因此上述流量差F1 -F2 是與流體流路10之控制壓的上昇率(即,壓力式流量控制部1a之流量輸出A2 的上昇率)成比例。
其結果,從F1 -F2 △P/△t就可呈現F2 =F1 -C(△P/△t)(不過C為控制壓的上昇率轉換成流量時用的係數),就原理而言從(△P/△t)是可將流量F1 轉換成流量F2
另,於穩定狀態(即,流體流路10沒有壓力上昇且控制壓為一定)時,△P/△t=0,F1 -F2 =0。
第22圖為上述熱式流量監測部1b之監測流量B2 修正用的熱式流量感測器2之監測流量輸出修正電路H的方塊構成圖,於第22圖中,36為壓力式流量控制部1a之控制流量輸出A2 的輸入端子,37為熱式流量監測部1b之監 測流量輸出B2 的輸入端子,38為修正後之監測流量輸出B2 ’的輸出端子,39為輸入電路,40為微分電路,41為放大電路,42為整形電路,43為修正電路。
來自於壓力式流量控制部1a的控制流量輸出A2 是經由輸入電路39輸入至微分電路40,於此檢測出控制流量輸出A2 的變化率即控制壓P的變化率△P/△t。
此外,控制壓P的傾向(變化率)△P/△t是輸入至放大電路41,於此放大(放大係數C)後,通過波形的整形電路42,整形成可匹配從輸入端子37輸入之熱式流量監測部1b之監測流量輸出B2 的波形,然後輸入至由差動放大器形成的修正電路43。
再加上,於修正電路43,是從來自於熱式流量感測器2的上述監測流量輸出B2 減去由整形電路42輸入的修正流量C‧△P/△t,將修正後的監測流量輸出B2 ’由修正輸出端子38輸出。
第23圖至第25圖,為表示使用上述第22圖所示監測流量輸修正電路H之流量容量100SCCM的附帶流量感測器之壓力式流量控制裝置1在N2 氣體供應壓300kPaG的條件下其回應特性測試結果。另,於第23圖至第25圖中,A1 為壓力式流量控制部1a的設定輸入,A2 為壓力式流量控制部1a的控制流量輸出,B2 為熱式流量控制部1b的監測流量輸出,B2 ’為熱式流量控制部1b之修正後的監測流量輸出。
從第23圖至第25圖也可得知,於裝置的上昇時及下 降時的雙方,壓力式流量控制部1a的控制流量輸出A2 和熱式流量監測部1b之監測流量輸出B2 的修正後的流量輸出B2 ’,是顯示近似的回應特性。
即,藉由使用本申請發明相關的監測流量輸出修正電路H,即使監測流量B2 產生超越量,還是能夠比較容易排除該超越量造成的影響,能夠以高的回應性獲得高精度的監測流量B2 ’。
針對附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,若控制流體的氣體種類改變,也是需要與先前之壓力式流量控制裝置相同對進行所謂換算係數C.F有關之流量控制特性的修正。
第26圖至第28圖為表示以設有上述第22圖所示監測流量輸出修正電路H之流量容量2000SCCM的以N2 氣體為基準經流量修正後的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,其控制流量的氣體種類變更時的監測流量輸出B2 及修正後之監測流量輸出B2 ’和壓力式流量控制部1a的設定流量A1 的關係,氣體供應壓都是300kPaG。
第26圖為表示以N2 為控制流體,經修正後之監測流量B2 和壓力式流量控制部1a的設定流量A1 的關係,設定流量A1 和監測流量B2 ’是以1:1的關係形成對應。
相對於此,第27圖及第28圖為表示控制流體為O2 及Ar時的形態,針對第26圖所示以具有流量特性之N2 為控制流體經校正後的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1,當控制流體為O2 時,其流量控制特性會成為如直 線O2 所示。因此,為了讓監測流量B2 ’和設定流量A1 為1:1的相對關係,是需要將流量控制特性O2 再度修正成為直線O2 ’。
控制流體為Ar時亦是相同,當以Ar為控制流體時,流量控制特性是會成為第28圖的直線Ar所示,因此為了讓監測流量B2 ’和設定流量A1 為1:1的相對關係,考慮到N2 和Ar間之氣體種類的轉換係數(C.F),是需要將流量控制特性Ar修正成為直線Ar’。
其次,針對本發明相關的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1其實際使用前的熱式流量感測器輸出的初期值記憶進行說明。
附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1的壓力式流量控制部1a及熱式流量監測部1b,於裝置1的實際使用中是需要實施所謂的流量自我診斷,藉此檢查監測流量和現實的流體流量之間是否產生差異,此對先前的壓力式流量控制裝置的形態也是相同。
因此,對於本發明的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置1也是相同,當其安裝在氣體供應系配管等時,首先,需事先記憶好供應有實際氣體之初期的熱式流量監測部1b的設定流量值和流量輸出值的關係(以下稱實際氣體監測流量輸出初期值記憶)。
理所當然,針對壓力式流量控制部1a也是需要進行實際氣體流量輸出的轉換,但此技術已經是習知的技術,因此於此省略說明。
上述熱式流量監測部1b的實際氣體監測流量輸出初期值,是根據第29圖所示的處理流程進行,首先,使用N2 氣體檢查裝置1之控制流量A1 所相對的熱式流量感測器2之流量輸出B2 的關係,然後,對供應有實際氣體時的控制流量A1 所相對的熱式流量感測器2之流量輸出B2 進行檢查並且記憶。
參照第29圖,首先,實機安裝(步驟S1 )後,是對壓力式流量控制部1a輸入N2 的流動係數F.F(步驟S2 ),接著對管路內的N2 氣體進行真空吸引(步驟S3 )。
然後,執行壓力感測器P1 的自動零點調整(步驟S4 )及熱式流量感測器2的自動零點調整(步驟S5 ),接著對管路內供應N2 氣體(步驟S6 ),藉此執行N2 氣體的流量自我診斷(步驟S7 )。
再加上,以步驟S8 判斷N2 氣體之流量自我診斷的結果,若流量自我診斷的結果在容許範圍內時,就在步驟S9 檢查控制流量A1 所相對之熱式流量感測器2的流量輸出B2 (步驟S10 ),若兩者的差異在容許範圍內時,就結束N2 氣體的處理流程,進入步驟S12 之實際氣體的處理流程。
此外,當上述步驟S8 之診斷結果為容許範圍外時,就判斷裝置1異常以步驟S11 結束處理流程。
若N2 氣體的處理流程結束,就對壓力式流量控制部1a輸入實際氣體的流動係數F.F.值(步驟S12 ),接著進行配管內的真空吸引(步驟S13 )、壓力感測器5的自動零點調整(步驟S14 )、熱式流量感測器2的自動零點調整(步驟 S15 ),然後對配管內供應實際氣體(步驟S16 ),以步驟S17 進行實際氣體流量自我診斷的初期值記憶。
另,該初期值記憶,是一種在供應有實際氣體時供應初期之壓力下降特性的記憶處理,此外,步驟S19 的實際氣體流量自我診斷,是對步驟S17 所記憶的壓力下降特性進行檢查。
利用上述步驟S18 的實際氣體流量自我診斷,是可判斷初期值記憶時和診斷時之壓力下降特性的差異是否在容許範圍內(步驟S19 ),若在容許範圍內時,就以步驟S20 進行熱式流量感測器2之流量輸出的初期值記憶,接著以步驟S21 確認熱式流量感測器2的流量輸出B2 ,並且確認控制流量A2 所相對之熱式流量感測器之監測流量B2 的修正值B2 ’(步驟S22 ),若兩者的差異在容許範圍內時,就完成實際氣體所相對之熱式流量感測器輸出的初期值記憶處理(步驟S28 )。此外,若上述步驟S19 之實際氣體流量自我診斷結果為容許範圍外時,就判斷裝置1異常,停止處理流程(步驟S24 )。
上述步驟S20 之熱式流量感測器流量輸出初期值記憶的處理,具體而言,如第30(a)圖所示,是以各流量設定值A1 執行流量控制,從各個流量設定值A1 之熱式流量感測器的輸出值B2 自動算出修正值B2 ’,對該修正值B2 ’進行記憶。
另,各流量設定值A1 之等待時間t及各設定值,是於工廠出貨前事先記憶在裝置1內,第30(a)圖的例子中 是構成為以流量控制設定值A1 為25%、50%、75%及100%,且以等待時間t為10秒鐘對熱式流量感測器2的監測流量B2 進行計測,藉此算出其修正值B2 ’並且記憶該修正值B2 ’。
上述步驟S22 之實際氣體供應時之熱式流量感測器流量輸出B2 的確認也是相同構成,如第30(b)圖所示,針對各流量設定值A1 執行流量控制,對指定之等待時間經過後的熱式流量感測器輸出B2 進行計測,對該輸出B2 加以修正後的感測器流量輸出B2 ’進行輸出,藉此與控制流量A1 進行比較。
另,壓力式流量控制部的各設定值A1 和其點數量、等待時間t及確認判定的基準值等,是於事先在工廠出貨前就記憶在裝置1內,於第30(b)圖中,是圖示著控流量設定值A1 為定格之12%、37%、62%及87%,且等待時間t為10秒鐘時的形態。
[產業上之可利用性]
本發明並不限於應用在半導體製造裝置用的供應設備,只要是針對臨界膨脹條件下之流體流量的控制,本發明還可廣泛應用在化學品製造裝置等的流體供應電路。
1‧‧‧附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置
1a‧‧‧壓力式流量控制部
1b‧‧‧熱式流量監測部
2‧‧‧熱式流量感測器
2b‧‧‧感測電路
2d‧‧‧層流元件
2e‧‧‧感測管
2e’‧‧‧感測管和層流元件之間的流路
3‧‧‧控制閥
3a‧‧‧閥驅動部
4‧‧‧溫度感測器
4a‧‧‧溫度感測器收納孔
5‧‧‧壓力感測器
6‧‧‧節流口
7‧‧‧控制部
7a‧‧‧壓力式流量運算控制部
7b‧‧‧流量感測控制部
7a1 ‧‧‧輸入端子
7a2 ‧‧‧輸出端子
7b1 ‧‧‧輸入端子
7b2 ‧‧‧輸出端子
8‧‧‧入口側通道
9‧‧‧出口側通道
10‧‧‧機器本體內的流體通道
11‧‧‧氣體供應源
12‧‧‧壓力調整器
13‧‧‧清洗閥
14‧‧‧輸入側壓力感測器
15‧‧‧數據記錄器
16‧‧‧真空泵浦
17‧‧‧壓力感測器
Pd‧‧‧控制閥的控制訊號
Pc‧‧‧流量訊號
A1 ‧‧‧流量設定輸入
A2 ‧‧‧壓力式流量控制裝置的流量輸出
B1 ‧‧‧熱式流量感測器輸出(第6圖熱式流量感測器為一次側時)
B2 ‧‧‧熱式流量感測器輸出(第7圖熱式流量感測器為二次側時)
30‧‧‧機體
30a‧‧‧第1本體塊
30b‧‧‧第2本體塊
30c‧‧‧第3本體塊
30d‧‧‧第4本體塊
31‧‧‧流體入口
32‧‧‧流體出口
33‧‧‧連接器
34‧‧‧固定螺栓
35‧‧‧固定螺栓
H‧‧‧監測流量輸出修正電路
36‧‧‧壓力式流量控制部之流量輸出A2 的輸入端子
37‧‧‧熱式流量監測部之監測流量B2 的輸入端子
38‧‧‧監測流量之修正輸出B2 ’的輸出端子
39‧‧‧輸入電路
40‧‧‧微分電路
41‧‧‧放大電路
42‧‧‧整形電路
43‧‧‧修正電路
第1圖為本發明實施形態相關之利用節流口的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的構成概要圖。
第2圖為表示附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的其他例構成概要圖。
第3圖為表示附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的又一其他例構成概要圖。
第4圖為熱式流量感測器構成的說明圖。
第5圖為熱式流量感測器動作原理的說明圖。
第6圖為本申請發明者所構想的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的第1構想圖。
第7圖為本申請發明者所構想的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的第2構想圖。
第8圖為表示熱式流量感測器之步驟回應特性曲線(設定流量20%時)。
第9圖為表示熱式流量感測器之步驟回應特性曲線(設定流量50%時)。
第10圖為表示熱式流量感測器之步驟回應特性曲線(設定流量100%時)。
第11圖為表示熱式流量感測器之監測流量精度特性曲線(設定流量100%~97%時)。
第12圖為表示熱式流量感測器之監測流量精度特性曲線(設定流量20.0%~19.4%時)。
第13圖為表示熱式流量感測器之供應壓變動特性曲線(設定流量50%時)。
第14圖為表示熱式流量感測器之重複再現性特性曲線(設定流量100%時)。
第15圖為表示熱式流量感測器之重複再現性特性曲線(設定流量20%時)。
第16圖為使用節流口之壓力式流量控制裝置的構成圖。
第17圖為日本特許第4137666號之第1實施例相關的質量流量控制裝置構成說明圖。
第18圖為日本特許第4137666號之第2實施例相關的質量流量控制裝置構成說明圖。
第19圖為表示流量容量2000SCCM的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的回應特性一例,圖示著流量設定為0%-50%-0%時的流量設定值A1 、流量輸出A2 、熱式流量感測器2之監測流量輸出B2
第20圖為表示量容量100SCCM的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的回應特性一例,圖示著流量設定為0%-50%時的形態。
第21圖為表示附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的構造概要圖,(a)圖為縱剖正面圖,(b)圖為左側面圖,(c)圖為平面圖,(d)圖為底面圖。
第22圖為熱式流量感測器之監測流量輸出修正電路的方塊構成圖。
第23圖為表示使用流量容量100SCCM、N2 氣體供應壓300KPaG時之監測流量輸出修正電路H之裝置的回應特性一例(0%-20%-0%及20%→40%→20%)。
第24圖為表示第23圖之裝置的40%→60%→40%及 60%→80%→60%的回應特性。
第25圖為表示第23圖之裝置的80%→100%→80%及0%→100%→0%的回應特性。
第26圖為表示設有流量容量2000SCCM之監測流量輸出修正電路H的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的N2 氣體所相對的流量控制特性線圖。
第27圖為表示第26圖的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置中氣體種類為O2 氣體時之流量控制特性及考慮到氣體種類之轉換係數(C.F)經修正後的流量控制特性。
第28圖為表示氣體種類為Ar氣體時之流量控制特性及考慮到氣體種類之轉換係數(C.F)經修正後的流量控制特性。
第29圖為實際氣體所相對之熱式流量感測器流量輸出的初期值記憶處理流程圖。
第30(a)圖為第29圖中實際氣體所相對之熱式流量感測器流量輸出的初期值記憶處理概要說明圖,第30(b)圖為熱式流量感測器流量輸出的確認處理概要說明圖。
1‧‧‧附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置
1a‧‧‧壓力式流量控制部
1b‧‧‧熱式流量監測部
2‧‧‧熱式流量感測器
3‧‧‧控制閥
3a‧‧‧閥驅動部
4‧‧‧溫度感測器
5‧‧‧壓力感測器
6‧‧‧節流口
7‧‧‧控制部
7a‧‧‧壓力式流量運算控制部
7b‧‧‧流量感測控制部
7a1 ‧‧‧輸入端子
7a2 ‧‧‧輸出端子
7b1 ‧‧‧輸入端子
7b2 ‧‧‧輸出端子
8‧‧‧入口側通道
9‧‧‧出口側通道
10‧‧‧機器本體內的流體通道
Pd‧‧‧控制閥的控制訊號
Pc‧‧‧流量訊號
F1 ‧‧‧流動在流體通道10的流體流量
F2 ‧‧‧流動在節流口6下游側通道(即出口側通道9)的流體流量

Claims (19)

  1. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其特徵為,其是由下述要件構成:流體的入口側通道(8);連接在入口側通道(8)下游側之壓力式流量控制部(1a)構成用的控制閥(3);連接在控制閥(3)下游側的熱式流量感測器(2);設置在連通於熱式流量感測器(2)下游側之流體通道(10)途中的節流口(6);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)附近的溫度感測器(4);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)的壓力感測器(5);連通於上述節流口(6)的出口側通道(9);及控制部(7),該控制部(7)由壓力式流量運算控制部(7a)和流量感測控制部(7b)構成,並且構成為當流量感測控制部(7b)所運算出的流體流量和壓力式流量運算控制部(7a)所運算出的流體流量之間的差值超過設定值時就會執行警報顯示,該壓力式流量運算控制部(7a)輸入有來自於上述壓力感測器(5)的壓力訊號及來自於溫度感測器(4)的溫度訊號,可對流通在節流口(6)之流體的流量值(Q)進行運算並且可對閥驅動部(3a)輸出使上述控制閥(3)朝所運算之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成開閉的控制訊號(Pd),該流量感測控制部(7b)輸入有來自於上述熱式流量感測器(2)的流量訊號(2c)可根據該流量訊號(2c)運算顯示出流通於節流口(6)的流體流量。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,壓力感測器(5)是設置在控制 閥(3)的出口側和熱式流量感測器(2)的入口側之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,控制閥(3)、熱式流量感測器(2)、節流口(6)、壓力感測器(5)、溫度感測器(4)、入口側通道(8)、出口側通道(9)是組裝在一個機體(30)成一體性,並且流體通道(10)是成一體形成在該機體(30)。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,構成為機體(30)由第1本體塊(30a)、第2本體塊(30b)、第3本體塊(30c)及第4本體塊(30d)連結組裝成一體所形成,並且在第1本體塊(30a)的上面側配設有控制閥(3),在第3本體塊(30c)的左側面側內部配設有層流元件(2d),在第3本體塊(30c)的右側面側內部配設有節流口(6),在第3本體塊(30c)的下面側配設有壓力感測器(5),在第3本體塊(30c)的上面側配設有熱式流量感測器(2)的感測電路(2b),並且形成有連通於各本體塊(30a~30d)的流體通道。
  5. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其特徵為,其是由下述要件構成:流體的入口側通道(8);連接在入口側通道(8)下游側之壓力式流量控制部(1a)構成用的控制閥(3);連接在控制閥(3)下游側的熱式流量感測器(2);設置在連通於熱式流量感測器(2)下游側之流體通道(10)途中的節流口(6);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)附近的溫度感測器(4);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)的壓力感測器 (5);連通於上述節流口(6)的出口側通道(9);設置在上述節流口(6)下游側之出口側通道(9)的壓力感測器(17);及控制部(7),該控制部(7)由壓力式流量運算控制部(7a)和流量感測控制部(7b)所構成,並且構成為當流量感測控制部(7b)所運算出的流體流量和壓力式流量運算控制部(7a)所運算出的流體流量之間的差值超過設定值時就會執行警報顯示,該壓力式流量運算控制部(7a)輸入有來自於上述壓力感測器(5)及壓力感測器(17)的壓力訊號及來自於溫度感測器(4)的溫度訊號,可監視流通在節流口(6)之流體的臨界膨脹條件及對流通在節流口(6)之流體的流量值(Q)進行運算,並且對閥驅動部(3a)輸出使上述控制閥(3)朝所運算出之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成開閉的控制訊號(Pd),該流量感測控制部(7b)輸入有來自於上述熱式流量感測器(2)的流量訊號(2c)並根據該流量訊號(2c)運算顯示出流通在節流口(6)的流體流量。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,控制部(7)構成為當流通在節流口(6)的流體為臨界膨脹條件外時就執行警報顯示。
  7. 如申請專利範圍第5項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,控制閥(3)、熱式流量感測器(2)、節流口(6)、壓力感測器(5)、溫度感測器(4)、入口側通道(8)、出口側通道(9)、壓力感測器(17)是組裝在一個機體(30)成一體性,並且流體通道(10)是成一體形成在該機體(30)。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,構成為機體(30)由第1本體塊(30a)、第2本體塊(30b)、第3本體塊(30c)及第4本體塊(30d)連結組裝成一體性形成,並且在第1本體塊(30a)的上面側配設有控制閥(3),在第3本體塊(30c)的左側面側內部配設有層流元件(2d),在第3本體塊(30c)的右側面側內部配設有節流口(6),在第3本體塊(30c)的下面側配設有壓力感測器(5),在第3本體塊(30c)的上面側配設有熱式感測器(2)的感測電路(2b),在第4本體塊的上面側配設有壓力感測器(17),並且形成有連通於各本體塊(30a~30d)的流體通道。
  9. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其特徵為,其是由下述要件構成:流體的入口側通道(8);連接在入口側通道(8)下游側之壓力式流量控制部(1a)構成用的控制閥(3);連接在控制閥(3)下游側的熱式流量感測器(2);設置在連通於熱式流量感測器(2)下游側之流體通道(10)途中的節流口(6);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)附近的溫度感測器(4);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)的壓力感測器(5);連通於上述節流口(6)的出口側通道(9);及控制部(7),該控制部(7)由壓力式流量運算控制部(7a)和流量感測控制部(7b)構成,該壓力式流量運算控制部(7a)輸入有來自於上述壓力感測器(5)的壓力訊號及來自於溫度感測器(4)的溫度訊號,可對流通在節流口(6)之流體的流量值(Q) 進行運算並且可對閥驅動部(3a)輸出使上述控制閥(3)朝所運算之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成開閉的控制訊號(Pd),並且該流量感測控制部(7b)具備對以來自於熱式流量感測器(2)之流量訊號為依據運算出的監測流量訊號(B2 )進行修正的監測流量輸出修正電路(H),對上述監測流量訊號(B2 )使用流體控制壓的傾向△P/△t修正成B2 ’=B2 -C‧△P/△t(但,C為轉換係數),將修正後的監測流量訊號(B2 ’)做為監測流量訊號輸出。
  10. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其特徵為,其是由下述要件構成:流體的入口側通道(8);連接在入口側通道(8)下游側之壓力式流量控制部(1a)構成用的控制閥(3);連接在控制閥(3)下游側的熱式流量感測器(2);設置在連通於熱式流量感測器(2)下游側之流體通道(10)途中的節流口(6);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)附近的溫度感測器(4);設置在上述控制閥(3)和節流口(6)之間之流體通道(10)的壓力感測器(5);連通於上述節流口(6)的出口側通道(9);設置在上述節流口(6)下游側之出口側通道(9)的壓力感測器(17);及控制部(7),該控制部(7)由壓力式流量運算控制部(7a)和流量感測控制部(7b)所構成,該壓力式流量運算控制部(7a)輸入有來自於上述壓力感測器(5)的壓力訊號及來自於溫度感測器(4)的溫度訊號,可對流通在節流口(6)之流體的流量值(Q)進行運算並且可對閥驅動部(3a)輸出使上述控制閥(3)朝所運算之流量值和設定流量值的差值減少方向動作成 開閉的控制訊號(Pd),並且該流量感測控部(7b)具備對以來自於熱式流量感測器(2)之流量訊號為依據運算出的監測流量訊號(B2 )進行修正的監測流量輸出修正電路(H),對上述監測流量訊號(B2 )使用流體控制壓的傾向△P/△t修正成B2 ’=B2 -C‧△P/△t(但,C為轉換係數),將修正後的監測流量訊號(B2 ’)做為監測流量訊號輸出。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,其中,監測流量輸出修正電路(H)是由下述要件構成:壓力式流量控制部(1a)之控制流量輸出(A2 )的微分電路(40);來自於上述微分電路(40)之輸出值的放大電路(41);來自於上述放大電路(41)之輸出的整形電路(42);及從來自於熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 )減去來自於上述整形電路(42)的輸入後輸出監測流量輸出(B2 ’)的修正電路(43)。
  12. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其特徵為,利用申請專利範圍第1項或第5項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,在該附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置安裝在配管路之後,首先是導入N2 氣體,藉此對壓力式流量控制部(1a)的控制流量輸出(A2 )和熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)進行比對,若兩者的差異為容許範圍內時,接著就導入實際氣體,對各設定流量值之熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)之初期值進行檢測及記憶之後,進行壓力 式流量運算部(1a)之控制流量輸出(A2 )所相對之熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)的比對,若兩者的差異為容許範圍內時,就輸出實際氣體監測流量輸出(B2 ’),並且將上述初期值記憶為有效的記憶。
  13. 如申請專利範圍第12項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入N2 氣體之後,使用N2 氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置沒有異常。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入實際氣體之後,使用實際氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置及實際氣體沒有異常。
  15. 如申請專利範圍第12項或第13項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入N2 氣體之前及/或於導入實際氣體之前,進行真空吸引藉此執行附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的壓力感測器(5)及熱式流量感測器(2)的自動零點調整。
  16. 一種附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其特徵為,利用申請專利範圍第9項或第10項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置,在 該附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置安裝在配管路之後,首先是導入N2 氣體,藉此對壓力式流量控制部(1a)的控制流量輸出(A2 )和熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)進行比對,若兩者的差異為容許範圍內時,接著就導入實際氣體,對各設定流量值之熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)之初期值進行檢測及記憶之後,進行壓力式流量運算部(1a)之控制流量輸出(A2 )所相對之熱式流量監測部(1b)的監測流量輸出(B2 ’)的比對,若兩者的差異為容許範圍內時,就輸出實際氣體監測流量輸出(B2 ’),並且將上述初期值記憶為有效的記憶。
  17. 如申請專利範圍第16項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入N2 氣體之後,使用N2 氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置沒有異常。
  18. 如申請專利範圍第16項或第17項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入實際氣體之後,使用實際氣體進行流量自我診斷,藉此確認裝置及實際氣體沒有異常。
  19. 如申請專利範圍第16項或第17項所記載的附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的實際氣體監測流量初期值之記憶方法及實際氣體監測流量之輸出確認方法,其中,於導入N2 氣體之前及/或於導入實際氣體之前,進行 真空吸引藉此執行附帶流量監測器之壓力式流量控制裝置的壓力感測器(5)及熱式流量感測器(2)的自動零點調整。
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