TWI745507B

TWI745507B - 流量控制裝置和程式存儲介質

Info

Publication number: TWI745507B
Application number: TW106143733A
Authority: TW
Inventors: 林繁之; 長井健太郎; 山口正男
Original assignee: 日商堀場Ｓｔｅｃ股份有限公司
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US10503179B2; CN108227763A; JP7245600B2; US20180173249A1; JP2018097759A; KR102404591B1; CN108227763B; TW201823901A; KR20180069708A

Abstract

本發明提供流量控制裝置和程式存儲介質，特別是即使在目標流量下降這樣的過渡響應狀態下也能高速響應。流量控制裝置包括：閥，具備測量開度的位置感應器，設在流體流過的流道上；具備節流器的流量感應器，設置在所述閥的上游側；第一壓力感應器，設置在所述節流器的下游側，並且位於所述閥的上游側；設置在閥的下游側的第二壓力感應器；特性圖存儲部，存儲特性圖，該特性圖至少表示閥的開度、閥的前後的壓差以及流過流道的流體的流量之間的關係；以及閥控制部，控制閥的開度，以使流過流道的流體的流量成為接收到的目標流量。

Description

流量控制裝置和程式存儲介質

本發明涉及包括用於構成流量感應器的流阻元件的流量控制裝置。

對於在近年的半導體製造工序中用於控制成分氣體等的流量的質量流量控制器，要求其在目標流量上升時或者下降時等過渡狀態下的響應高速化。

以往，為了應對這種要求，例如盡可能減小質量流量控制器的內部流道的體積。

可是，現狀是質量流量控制器的內部流道的小容積化基本已達到極限，特別是對於目標流量下降時的氣體流量的響應速度，難以滿足所要求的水準。

於是，本發明的發明人對這樣的問題專心研究時發現，以往的質量流量控制器存在以下的結構性問題。

即，專利文獻1所示的用於半導體製造工序的質量流量控制器，在閥的下游側設置有壓力式的流量感應器。為了得到流量計算所必需的壓差，所述流量感應器具備節流孔和層流元件等流阻元件。因此，目標流量下降時所述流阻元件阻礙通過閥後的氣體流動，氣體會滯留在流阻元件的上游側。因此，即使閥的開度加大，向下游側流通的流量也變得難以變大，下降時氣體的流量不能以期望的響應速度降低。

現有技術文獻

專利文獻1：日本專利公開公報特開2015-109022號。

本發明是鑒於如上所述的問題而做出的發明，本發明的目的是提供特別是在目標流量下降這樣的過渡狀態下也能高速響應的流量控制裝置。

即，本發明提供一種流量控制裝置，其包括：閥，具備測量開度的位置感應器，設置在流體流過的流道上；流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括流阻元件，輸出第一流量；第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側；特性圖存儲部，存儲特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的第一壓力，從所述特性圖計算第二流量；狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於穩定狀態還是處於過渡狀態；以及閥控制部，控制所述閥，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度。

按照這樣的流量控制裝置，由於所述流阻元件設置在所述閥的上游側，所以通過所述閥後的流體不通過所述流阻元件。因此，所述流阻元件不會阻礙流量降低時的流體流，因此能使所述閥的開度直接反映到流量的變化上。

此外，當所述狀態判斷部判斷為處於過渡狀態時，由於所述閥控制部根據響應速度比從所述流量感應器輸出的第一流量快的、參照所述特性圖計算出的所述第二流量，控制所述閥，所以能用短時間變化到用於實現目標流量所必需的開度。

利用上述效果的協同作用，特別是能夠提高目標流量下降時的響應速度。

為了能夠實現根據由所述位置感應器測量的測量開度並參照特性圖計算的第二流量的長期的再現性，總是能夠使過渡狀態的響應高速化，優選的是，所述流量控制裝置還包括特性圖更新部，當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述特性圖更新部根據由所述流量感應器測量的第一流量、由所述第一壓力感應器測量的第一壓力、以及由所述位置感應器測量的測量開度，更新存儲在所述特性圖存儲部中的特性圖。

為了能夠加進流體的溫度對流量控制的影響，進一步提高過渡狀態下的響應速度，從而也提高流量控制的精度，優選的是，所述特性圖表示所述流體的溫度、所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量的關係。

為了通過準確地得到作為所述閥的下游側的壓力的第二壓力，從而能夠進一步減小目標流量與實際的流量的誤差，優選的是，所述流量控制裝置還包括第二壓力感應器，所述第二壓力感應器設置在所述閥的下游側，所述第二流量計算部根據由所述位置感應器測量的測量開度、由所述第一壓力感應器測量的第一壓力以及由所述第二壓力感應器測量的第二壓力，從所述特性圖計算第二流量。

為了將所述閥的下游側的第二壓力的變化與通過所述閥的流量之間的關係準確地反映到所述特性圖中，從而進一步提高實際的流量的再現性，優選的是，當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述特性圖更新部根據由所述流量感應器測量的第一流量、由所述第一壓力感應器測量的第一壓力、由所述第二壓力感應器測量的第二壓力、以及由所述位置感應器測量的測量開度，更新存儲在所述特性圖存儲部中的特性圖。

為了能夠容易地提高響應速度和流量控制的精度，優選的是，所述流量感應器還包括：上游側壓力感應器，設置在所述流阻元件的上游側；以及第一流量計算部，根據由所述上游側壓力感應器測量的上游側壓力和由所述第一壓力感應器測量的第一壓力，計算第一流量。按照這種壓力式的流量感應器，由於測量流量的響應速度快，所以相應地，流量控制的響應速度也容易提高。

作為容易利用以往就存在的流量控制裝置的特性圖的具體方式，優選的是，所述流量感應器還包括：分支管，從所述流阻元件的上游側分路，向所述流阻元件的下游側匯合；一對線繞電阻，設置在所述分支管上；以及第一流量計算部，根據所述一對線繞電阻的輸出，計算第一流量。

此外，本發明還提供一種流量控制裝置，其包括：閥，具備測量開度的位置感應器，設置在流體流過的流道上；流量感應器，設置在所述閥的下游側，包括流阻元件，輸出第一流量；第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側；特性圖存儲部，存儲特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差、以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的第一壓力，從所述特性圖計算第二流量；狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於穩定狀態還是處於過渡狀態；以及閥控制部，控制所述閥的開度，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度，所述流量感應器還包括：高阻力流道，設有所述流阻元件；低阻力流道，與所述高阻力流道並列設置，在末端與所述高阻力流道匯合；以及切換閥，對流道進行切換，以使流體流過所述高阻力流道和所述低阻力流道中的任意一方，當所述狀態判斷部判斷為處於過渡狀態時，所述切換閥使流體流過所述低阻力流道。

按照這樣的流量控制裝置，在目標流量上升或者下降等過渡狀態下，能夠使通過所述閥後的流體不通過所述流阻元件，因此流體流不會被所述流阻元件阻礙而發生滯留，能夠使響應高速化。

為了即使不包括狀態判斷部以及第二流量計算部，也能夠根據閥的前後的壓差和目標流量計算應設定的閥的目標開度，並以使所述目標開度與設於所述閥的位置感應器表示的測量開度一致的方式進行控制，從過渡狀態瞬時變更到穩定狀態下的開度，從而提高響應速度，可以採用下述的流量控制裝置，其包括：閥，具備測量開度的位置感應器，設置在流體流過的流道上；流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括流阻元件；第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側；第二壓力感應器，設置在所述閥的下游側；特性圖存儲部，存儲特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；以及開度控制部，控制所述閥的開度，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的目標流量，所述開度控制部根據當目標流量處於過渡狀態時接收到的目標流量以及由所述第一壓力感應器測量的第一壓力，從所述特性圖決定目標開度，並控制所述閥的開度，以使由所述位置感應器測量的測量開度成為所述目標開度。

為了在現有的流量控制裝置中，與本發明同樣地，即使在過渡狀態下也能夠用短時間變化到實現目標流量所必需的開度，提高響應速度，只要利用程式存儲介質，將本發明的流量控制裝置用程式安裝到現有的流量控制裝置即可。所述程式存儲介質，其上存儲有流量控制裝置用程式，所述流量控制裝置包括：閥，具備測量開度的位置感應器，設置在流體流過的流道上；流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括流阻元件，輸出第一流量；以及第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側，所述流量控制裝置用程式使計算機發揮作為特性圖存儲部、第二流量計算部、狀態判斷部以及閥控制部的功能，所述特性圖存儲部，存儲特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係，所述第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的第一壓力，從所述特性圖計算第二流量，所述狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於穩定狀態還是處於過渡狀態，所述閥控制部，控制所述閥，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部基於由所述位置感應器測量的測量開度計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度。另外，流量控制裝置用程式可以通過電子方式傳送，也可以存儲在CD、DVD、HDD、快閃記憶體器等程式存儲介質中。

按照如上所述的本發明的流量控制裝置，在目標流量上升或者下降等過渡狀態下，能夠使通過閥後的流體不通過流阻元件，並且能夠通過利用了響應速度快的第二流量的閥控制，使所述閥的開度立即變更為目標開度。因此，即使在目標流量上升時和下降時，都能夠使流體的流量以高速追隨目標值。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本案之精神與原理，並且提供本案之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本案之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本案相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本案之觀點，但非以任何觀點限制本案之範疇。

參照圖1至圖4說明本發明第一實施方式的流量控制裝置。

第一實施方式的流量控制裝置在半導體製造工序中，用於以目標流量向室（chamber）內流通成分氣體。所述質量流量控制器100例如輸入有階躍函數作為目標流量。即，目標流量包含在規定時間內流量增加規定值以上的上升、長期維持某流量的固定流量期間、在規定時間內流量減少規定值以上的下降。所述質量流量控制器100是與流體控制設備和控制板C一體化的組件化裝置，所述控制板C負責基於各流體控制設備的輸出的計算和控制。此外，所述質量流量控制器100在過渡狀態和穩定狀態下如圖1和圖4所示使流量控制模式不同。

如圖1所示，所述質量流量控制器100作為流體控制設備，包括：內部流道L，形成在未圖示的塊體內；以及設在所述內部流道L上的過濾器F、流量感應器1、閥2、第二壓力感應器P2。

下面對各部分進行說明。

所述過濾器F設置在最上游，用於防止流體中的垃圾等流入室中。

所述流量感應器1為壓力式感應器，設置在比所述閥2更靠上游側。所述流量感應器1從上游側起依次設置有上游側壓力感應器P0、作為流阻元件的節流器11、以及第一壓力感應器P1。所述第一壓力感應器P1用於根據所述節流器11的前後的壓差計算流量，並且也用於測量所述閥2的前後的壓差。即，設置在所述節流器11和所述閥2之間的所述第一壓力感應器P1，通過在兩個測量目的中共用，使壓力感應器的設置數量減少了一個。此外，所述流量感應器1包括通過所述控制模式的計算功能構成的第一流量計算部12。所述第一流量計算部12根據由所述上游側壓力感應器P0和所述第一壓力感應器P1測量的壓力，換算為流量。

如圖2所示，所述閥2內置有用於測量開度的位置感應器24。所述位置感應器24根據使閥體21移動的柱塞23的位移，間接地測量閥體21相對於閥座22的位移。所述位置感應器24包括：金屬制的靶（target）25，固定在柱塞23上；以及感應器主體26，與所述靶25相對。所述位置感應器24通過所述感應器主體26檢測因所述靶25和所述感應器主體26的分離距離發生變化而產生的電容的變化，並轉換為開度。另外，位置感應器24不限於電容式的位移感應器，也可以是渦電流式的位移感應器，還可以是直接測量閥體21的感應器。此外，也可以是測量驅動柱塞23的壓電致動器等的位移的位移感應器。

所述第二壓力感應器P2設置在所述閥2的下游側。另外，上游側壓力感應器P0、第一壓力感應器P1、第二壓力感應器P2分別使用相同形式的感應器。另外，上游側壓力感應器P0、第一壓力感應器P1、第二壓力感應器P2各壓力感應器也可以分別使用不同形式的感應器。

所述控制板C是包括CPU、存儲器、A/D和D/A轉換器、輸入輸出裝置、顯示器等的計算機，通過執行存儲在所述存儲器的規定區域中的流量控制裝置用程式並與各種設備協作，發揮作為所述第一流量計算部12、特性圖存儲部3、第二流量計算部4、狀態判斷部5、閥控制部6、圖更新部7的功能。下面對前述的第一流量計算部12以外的各部分進行詳細說明。

如圖3所示，所述特性圖存儲部3存儲表示所述閥2的開度、所述閥2的前後的壓差、流體的溫度、以及流過所述流道L的流體的流量之間的關係的特性圖。換句話說，是將壓差、溫度、開度作為輸入變量並將流量作為輸出變量的函數。所述特性圖例如是通過出廠時的試驗，根據實測資料製作而成的。更具體地說，成對地存儲閥2處於某開度時由所述第一壓力感應器P1和所述第二壓力感應器P2測量的第一壓力、第二壓力、流體的溫度與、由所述流量感應器1測量的測量流量。如圖3所示，在動作範圍內僅實際測量規定點數，並通過對實際測量的資料進行插補，可以計算出所述特性圖。

所述第二流量計算部4根據當前由所述位置感應器24測量的測量開度、由所述第一壓力感應器P1測量的第一壓力以及由所述第二壓力感應器P2測量的第二壓力，從所述特性圖計算第二流量。即，從所述特性圖存儲部3讀出特性圖，將當前的測量開度、第一壓力、第二壓力輸入到函數中，得到對應的第二流量。另外，第二流量計算部4和流量感應器1一起持續計算平時流量。所述第二流量計算部4計算的第二流量，由於未利用節流器11引起的壓力降低進行計算，所以時間延遲比流量感應器1小，能夠實質上同時表示通過所述閥2的實際的流量。

所述狀態判斷部5根據從所述流量感應器1輸出的第一流量或所述第二流量計算部2計算出的第二流量，判斷流過流道L的流體的狀態是穩定狀態還是過渡狀態。在此，穩定狀態是指流過流道L的流體的流量基本保持固定。過渡狀態是指流過流道L的流體的流量發生規定值以上變化的狀態。如圖1和圖4所示，所述狀態判斷部5根據判斷結果，變更所述質量流量控制器100的控制模式。在判斷為非穩定狀態期間，即，所述狀態判斷部5判斷為處於過渡狀態期間，如圖1所示將參照特性圖得到的、響應速度快的第二流量輸入所述閥控制部6。此外，所述狀態判斷部5在判斷為處於過渡狀態期間，例如將第二流量作為當前的流量值向外部輸出，並顯示在顯示器上。這樣，質量流量控制器100在過渡狀態下執行基於位置感應器24的輸出的流量控制模式。

另一方面，當判斷為處於穩定狀態時，如圖4所示，所述狀態判斷部5把作為來自流量感應器1的輸出的第一流量輸入所述閥控制部6和所述特性圖更新部7。此外，所述狀態判斷部5在判斷為處於穩定狀態期間，例如將第一流量作為當前的流量值向外部輸出，並顯示在顯示器上。這樣，質量流量控制器100在穩定狀態下執行基於第一流量的流量控制模式，所述第一流量是根據在節流器11產生的壓力差計算出來的。

根據在輸入了規定目標流量的狀態下測量流量是否在某個規定期間在規定的誤差範圍內追隨，判斷流過流道L的流體的流量是處於過渡狀態還是處於穩定狀態。例如在規定時間內，針對規定目標流量，第一流量或第二流量例如以5%以內的誤差追隨時，判斷為處於穩定狀態。反之，當產生5%以上的誤差時判斷為處於過渡狀態。另外，作為更嚴格的基準，所述狀態判斷部5可以在第一流量或第二流量以2%以內的誤差在規定時間內追隨規定目標流量的情況下判斷為處於穩定狀態。此外，也可以不把第一流量或第二流量作為判斷基準，而是例如把從目標流量中存在不連續點的時點起的規定時間判斷為過渡狀態，經過規定時間後判斷為穩定狀態，以該方式構成所述狀態判斷部5。

如圖1和圖4所示，所述閥控制部6在過渡狀態和穩定狀態下的動作不同。所述閥控制部6在圖1所示的過渡狀態下的控制模式下，基於參照特性圖得到的第二流量進行開度控制。即，當目標流量上升時或成為下降的過渡狀態時，所述閥控制部6根據接收的目標流量和第二流量，對向所述閥2施加的施加電壓進行回饋控制。即，在過渡狀態下盡管計算出了第一流量，但是不將其用於所述閥2的開度控制。

另一方面，在如圖4所示的穩定狀態下的控制模式下，由所述流量感應器1測量的第一流量回饋到所述閥控制部6，根據目標流量和第一流量，對施加電壓進行回饋控制。即，成為盡管計算出了第二流量，但是不將其用於所述閥2的開度控制的狀態。

所述特性圖更新部7根據在圖4所示的穩定狀態下的控制模式下測量的第一流量、第一壓力、第二壓力、溫度、開度，更新特性圖。例如，特性圖更新部7在向第一流量計算部12輸入的各時刻，將第一壓力、第二壓力、溫度依次存儲到所述特性圖存儲部3的臨時存儲器中，當在穩定狀態下向所述特性圖更新部7輸入第一流量時，將上述值更新為特性圖的值。即，在穩定狀態下的控制模式下達成的狀態量1個點在圖3的特性圖中被改寫。

按照如上所述構成的第一實施方式的質量流量控制器100，由於在比所述閥2更靠上游側設有具有節流器11的流量感應器1，因此目標流量下降時，通過了所述閥2後的流體流不會被所述節流器11阻礙。即，如果所述閥2的開度變小，則流體的流量也能立刻變小。

此外，在過渡狀態下的控制模式下，為了根據節流器11前後的壓力進行計算，不使用流量變化時產生時間延遲的第一流量，而是使用根據位置感應器24的測量開度、閥2前後的壓差、溫度以及特性圖計算出的、針對實際上變化的流量不易產生時間延遲的第二流量，用於閥2的控制。因此，即使目標流量大幅變化時，也能立即變更到達成目標流量的開度。

因此即使在下降時也能夠用短時間實現目標流量。此外，即使在上升時也基本同樣，所以相比於以往的技術，能夠提高過渡狀態下的流量控制的響應速度。

此外，因為通過所述特性圖更新部7依次更新特性圖，所以例如即使閥2的施加電壓和開度之間存在滯後現象，容易產生經時變化，也總能夠正確地實現目標流量。即，能夠在基於來自位置感應器24的輸出進行閥控制的同時，持續長期保證流量控制的再現性。

接著參照圖5和圖6說明本發明第二實施方式的質量流量控制器100。

如圖5和圖6所示，第二實施方式的質量流量控制器100和第一實施方式的不同點在於，使用熱式的流量感應器1取代第一實施方式的壓力式的流量感應器1。所述熱式的流量感應器1也配置在所述閥2的上游側，作為熱式的流量感應器1所具備的流阻元件的分流元件11配置在所述閥2的上游側。此外，如圖5和圖6的功能框圖所示，過渡狀態下的控制模式、穩定狀態下的控制模式的構成以及動作相同。

對熱式的所述流量感應器1具體地進行說明，所述流量感應器1包括：分支管13，從所述分流元件11的上游側分路，向所述分流元件11的下游側匯合；一對線繞電阻14，設置在所述分支管13上；以及第一流量計算部12，根據所述一對線繞電阻14的輸出，計算流量。另外，由於熱式的流量感應器1不具備壓力感應器，所以為了測量所述閥2的前後的壓差，在熱式的流量感應器1和所述閥2之間設有第一壓力感應器P1。

所述分支管13為金屬制的細管，在所述細管的外側設有發揮溫度感應器兼加熱器的作用的一對線繞電阻14。以將各線繞電阻14溫度保持固定的方式控制各自的施加電壓，所述第一流量計算部12根據此時的電壓，計算流量。另外，也可以以通過使施加電壓固定並根據各線繞電阻14的溫度的不同來計算流量的方式構成第一流量計算部12。

按照這樣的第二實施方式的質量流量控制器100，能夠得到與第一實施方式同樣的效果。即，由於閥2設置在熱式的流量感應器1所具備的分流元件11的下游側，所以即使目標流量發生臺階狀變化，流量處於過渡狀態期間，分流元件11也不阻礙通過閥2的流體流。此外，由於在圖5所示的過渡狀態下，根據位置感應器24的測量開度、第一壓力、第二壓力、溫度並參照特性圖計算出的第二流量被回饋，由此閥控制部6進行閥2的開度控制，所以不易產生時間延遲。因此針對目標流量的臺階狀的變化，能夠用短時間使通過閥2的實際的流量進行追隨。

此外，在圖6所示的穩定狀態下的控制中，基於用熱式的流量感應器1測量的第一流量執行閥2的控制，並且用由流量感應器1測量的第一流量和該時點的第一壓力、第二壓力、溫度，更新特性圖。因此，即使閥2產生滯後現象，也能夠持續長期保證第二流量的準確性。此外，即使由於滯後現象以外的原因產生了誤差，也可以通過更新特性圖，總是計算出正確的第二流量。

接著參照圖7和圖8說明第三實施方式的質量流量控制器100。相比於第一實施方式，第三實施方式的質量流量控制器100的相對於閥2的壓力式的流量感應器1的配置及結構不同。

具體地說，壓力式的流量感應器1設置在所述閥2的下游側，並且僅使流體流過高阻力流道15和低阻力流道16中的任意一方，所述高阻力流道15在所述流量感應器1內設有節流器11，所述低阻力流道16僅由未設置有節流器11的中空配管形成。即，第三實施方式的流量感應器1包括：第二壓力感應器P2，設置在所述閥2的下游側；作為切換閥的三通閥17，設置在所述第二壓力感應器P2的下游側；所述高阻力流道15和所述低阻力流道16，分別與所述三通閥17的兩個出口連接；以及下游側壓力感應器P3，設置在比低阻力流道16和高阻力流道15匯合地點更靠下游側。所述流量感應器1進行三通閥17的切換，使得在狀態判斷部6判斷為處於過渡狀態情況下的控制模式下如圖7所示使流體流過所述低阻力流道16；在所述狀態判斷部6判斷為處於穩定狀態情況下的控制模式下如圖8所示使流體流過所述高阻力流道15。因此，所述流量感應器1僅在流體流過高阻力流道15且因節流器11的作用產生壓差時，才能測量流量。在該情況下，第一流量計算部12根據由第二壓力感應器P2測量的第二壓力和由所述下游側壓力感應器P3測量的下游側壓力，計算測量流量。

另一方面，在過渡狀態下通過使流體流過低阻力流道16，流體不會經由節流器11從而不妨礙流體流向下游側。這樣，提高了過渡狀態下的流量控制的響應速度。另外，由於流體流過低阻力流道16期間不產生壓差，所以所述第一流量計算部12不能計算流量。因此根據第二流量計算部4將當前的測量開度、第一壓力、第二壓力、溫度輸入存儲在特性圖存儲部3中的特性圖得到的第二流量，由閥控制部7進行閥2的開度控制。如圖7和圖8的功能框圖所示，其它控制方式與第一實施方式相同。

按照這樣的第三實施方式的質量流量控制器100，即使將流量感應器1配置在閥2的下游側，目標流量下降時流體也繞過節流器11進行流動，由此能夠提高流量控制的響應速度。此外，在不能通過節流器11的壓差計算流量的過渡狀態期間，能夠用根據閥2的前後的壓差、溫度、測量開度從特性圖計算出的第二流量持續進行閥2的控制。此外，在穩定狀態下，根據由流量感應器1測量的第一流量及作為此時的特性參數的測量開度、第二壓力、下游側壓力，對特性圖進行更新，因此即使因閥2的滯後現象使特性圖產生變化，也會被適當修正，所以能持續長期保證根據測量開度計算出的第二流量的正確性。

接著參照圖9說明第四實施方式的質量流量控制器100。第四實施方式的質量流量控制器100以下述方式進行控制：在目標流量變化的過渡狀態下，根據閥2前後的壓差和最終的目標流量，並參照存儲在特性圖存儲部3中的特性圖，取得應達成的閥2的開度並進行控制，使由位置感應器24測量的測量開度成為取得的開度。具體地說，第四實施方式的質量流量控制器100，取代所述各實施方式的閥控制部5，包括開度控制部51。所述開度控制部51根據接收的目標流量、由第一壓力感應器P1測量的第一壓力和由第二壓力感應器P2測量的第二壓力，從所述特性圖決定對應的目標開度。該目標開度與在過去的控制實際成果中流過流道L的流體在所述閥2的前後產生第一壓力和第二壓力的壓差的狀態下實現目標流量時由所述閥2達成的開度相同。

此外，所述開度控制部51以使由所述位置感應器24測量的測量開度成為從特性圖取得的所述目標開度的方式，改變對所述閥2施加的施加電壓，由此控制所述閥2的開度。由於所述開度控制部51不進行基於測量流量與目標流量的偏差的回饋控制，而是從最初開始對實際的開度進行向應達成的目標開度去的前饋控制，所以能夠使響應速度非常快。

以下說明其它的實施方式。

流量控制裝置只要構成為至少在目標流量下降時實施過渡狀態下的控制模式即可。即，目標流量上升時，可以進行與穩定狀態下的控制模式同樣的、對由流量感應器測量的第一流量進行回饋控制。

關於各實施方式中利用計算機的功能實現的各功能模組，設為由單個控制板實現其功能，但是例如也可以通過另外的控制板實現流量計算部的功能，還可以通過外部的個人計算機等實現各功能模組的功能。

即使在穩定狀態下的控制模式下，也可以不進行流量回饋，而利用從特性圖得到的第二流量進行閥的控制。在該情況下，流量感應器測量的第一流量僅用於特性圖的更新即可。

可以在低阻力流道的內部，設置比在高阻力流道上設置的節流器阻力小的節流器。通過這樣做，不僅下降時的響應特性比以往的好，即使在流體流過低阻力流道時也能根據壓差計算流量。此外，切換閥不限於三通閥，也可以是其它的閥。

也可以採用下述方式：例如在流道的下游側與MOCVD或室連接、閥的下游側基本保持在真空壓力等固定壓力時，不設置第二壓力感應器，假定第二壓力與室內基本保持相同的壓力，計算第二壓力與第一壓力的壓差，並參照特性圖。此外，在來自作為流過流道的流體的供給源的儲氣瓶的供給壓基本保持一定時，可以省略上游側壓力感應器，假定流阻元件的上游側的壓力保持在與供給壓基本相同的壓力，使流量感應器輸出測量流量。

特性圖也可以省略溫度，僅表示開度、閥前後的壓差、以及流量之間的關係。此外，關於使用特性圖的過渡狀態下的流量控制，不限於根據測量開度、閥前後的壓差、溫度，計算作為當前通過閥的流體的流量的第二流量，並利用目標流量與第二流量的偏差進行流量回饋控制。例如流量控制裝置可以根據目標流量、閥前後的壓差、溫度，從特性圖計算應設定的目標開度，並以立刻施加使測量開度成為目標開度的電壓的方式，執行開度的前饋控制。

此外，在不脫離本發明的思想的範圍內，可以實施各種實施方式的組合和變形。

可以相互組合本發明的各個實施方式（實施例）中所記載的技術特徵形成新的技術方案。

雖然本案以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。在不脫離本案之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本案之專利保護範圍。關於本案所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧流量感應器2‧‧‧閥3‧‧‧特性圖存儲部4‧‧‧第二流量計算部5‧‧‧狀態判斷部6‧‧‧閥控制部7‧‧‧圖更新部11‧‧‧節流器、分流元件（流阻元件）12‧‧‧第一流量計算部13‧‧‧分支管14‧‧‧線繞電阻15‧‧‧高阻力流道16‧‧‧低阻力流道17‧‧‧三通閥（切換閥）21‧‧‧閥體22‧‧‧閥座23‧‧‧柱塞24‧‧‧位置感應器25‧‧‧靶26‧‧‧感應器主體100‧‧‧質量流量控制器（流量控制裝置）C‧‧‧控制板F‧‧‧過濾器L‧‧‧流道P0‧‧‧上游側壓力感應器P1‧‧‧第一壓力感應器P2‧‧‧第二壓力感應器P3‧‧‧下游側壓力感應器

圖1是表示本發明第一實施方式的流量控制裝置的過渡狀態的控制模式的示意圖。圖2是表示第一實施方式的流量控制裝置的閥的結構的示意圖。圖3是表示第一實施方式的流量控制裝置的特性圖的例子的示意圖。圖4是表示第一實施方式的流量控制裝置的穩定狀態的控制模式的示意圖。圖5是表示本發明第二實施方式的流量控制裝置的過渡狀態的控制模式的示意圖。圖6是表示第二實施方式的流量控制裝置的穩定狀態的控制模式的示意圖。圖7是表示本發明第三實施方式的流量控制裝置的過渡狀態的控制模式的示意圖。圖8是表示第三實施方式的流量控制裝置的穩定狀態的控制模式的示意圖。圖9是表示本發明第四實施方式的流量控制裝置的示意圖。

1‧‧‧流量感應器

2‧‧‧閥

3‧‧‧特性圖存儲部

4‧‧‧第二流量計算部

5‧‧‧狀態判斷部

6‧‧‧閥控制部

7‧‧‧圖更新部

11‧‧‧節流器、分流元件(流阻元件)

12‧‧‧第一流量計算部

100‧‧‧質量流量控制器(流量控制裝置)

C‧‧‧控制板

F‧‧‧過濾器

L‧‧‧流道

P0‧‧‧上游側壓力感應器

P1‧‧‧第一壓力感應器

P2‧‧‧第二壓力感應器

Claims

一種流量控制裝置，包含：一閥，具備測量開度的一位置感應器，設置在流體流過的一流道上；一流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括一流阻元件，輸出一第一流量；一第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側，量測所述流阻元件與所述閥之間的一第一壓力；一特性圖存儲部，存儲一特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；一第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力，從所述特性圖計算一第二流量；一狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於一穩定狀態還是處於一過渡狀態；以及一閥控制部，控制所述閥，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的一目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於所述穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於所述過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度。
如請求項1所述之流量控制裝置，其中所述流量控制裝置還包括一特性圖更新部，當所述狀態判斷部判斷為處於所述穩定狀態時，所述特性圖更新部根據由所述流量感應器測量的所述第一流量、由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力、以及由所述位置感應器測量的測量開度，更新存儲在所述特性圖存儲部中的所述特性圖。
如請求項1所述之流量控制裝置，其中所述特性圖表示所述流體的溫度、所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量的關係。
如請求項1所述之流量控制裝置，其中所述流量控制裝置還包括一第二壓力感應器，所述第二壓力感應器設置在所述閥的下游側，所述第二流量計算部根據由所述位置感應器測量的測量開度、由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力、以及由所述第二壓力感應器測量的第二壓力，從所述特性圖計算第二流量。
如請求項4所述之流量控制裝置，其中當所述狀態判斷部判斷為處於穩定狀態時，所述特性圖更新部根據由所述流量感應器測量的第一流量、由所述第一壓力感應器測量的第一壓力、由所述第二壓力感應器測量的一第二壓力、以及由所述位置感應器測量的測量開度，更新存儲在所述特性圖存儲部中的特性圖。
如請求項1所述之流量控制裝置，其中所述流量感應器還包括：一上游側壓力感應器，設置在所述流阻元件的上游側；以及一第一流量計算部，根據由所述上游側壓力感應器測量的一上游側壓力和由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力，計算所述第一流量。
如請求項1所述之流量控制裝置，其中所述流量感應器還包括：一分支管，從所述流阻元件的上游側分路，向所述流阻元件的下游側匯合；一對線繞電阻，設置在所述分支管上；以及一第一流量計算部，根據所述一對線繞電阻的輸出計算所述第一流量。
一種流量控制裝置，包含：一閥，具備測量開度的一位置感應器，設置在流體流過的一流道上；一流量感應器，設置在所述閥的下游側，包括一流阻元件，輸出一第一流量；一第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側，量測所述流阻元件與所述閥之間的一第一壓力；一特性圖存儲部，存儲一特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差、以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；一第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力，從所述特性圖計算一第二流量；一狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於一穩定狀態還是處於一過渡狀態；以及一閥控制部，控制所述閥的開度，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的一目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於所述穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於所述過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度，所述流量感應器還包括：一高阻力流道，設有所述流阻元件；一低阻力流道，與所述高阻力流道並列設置，在末端與所述高阻力流道匯合；以及一切換閥，對所述流道進行切換，以使流體流過所述高阻力流道和所述低阻力流道中的任意一方，當所述狀態判斷部判斷為處於所述過渡狀態時，所述切換閥使流體流過所述低阻力流道。
一種流量控制裝置，包含：一閥，具備測量開度的一位置感應器，設置在流體流過的一流道上；一流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括一流阻元件；一第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側，量測所述流阻元件與所述閥之間的一第一壓力；一第二壓力感應器，設置在所述閥的下游側；一特性圖存儲部，存儲一特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係；以及一開度控制部，控制所述閥的開度，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的一目標流量，所述開度控制部根據當所述目標流量處於一過渡狀態時接收到的所述目標流量以及由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力，從所述特性圖決定一目標開度，並控制所述閥的開度，以使由所述位置感應器測量的測量開度成為所述目標開度。
一種程式存儲介質，其上存儲有一流量控制裝置用程式，適於一流量控制裝置，所述流量控制裝置包括：一閥，具備測量開度的一位置感應器，設置在流體流過的一流道上；一流量感應器，設置在所述閥的上游側，包括一流阻元件，輸出一第一流量；以及一第一壓力感應器，設置在所述流阻元件的下游側，並且位於所述閥的上游側，量測所述流阻元件與所述閥之間的一第一壓力；其中，所述流量控制裝置用程式使一計算機發揮作為一特性圖存儲部、一第二流量計算部、一狀態判斷部以及一閥控制部的功能，所述特性圖存儲部，存儲一特性圖，所述特性圖至少表示所述閥的開度、所述閥的前後的壓差以及流過所述流道的流體的流量之間的關係，所述第二流量計算部，根據由所述位置感應器測量的測量開度以及由所述第一壓力感應器測量的所述第一壓力，從所述特性圖計算一第二流量，所述狀態判斷部，判斷流過所述流道的流體的流量是處於一穩定狀態還是處於一過渡狀態，所述閥控制部，控制所述閥，以使流過所述流道的流體的流量成為接收到的一目標流量，當所述狀態判斷部判斷為處於所述穩定狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和從所述流量感應器輸出的所述第一流量，控制所述閥的開度，當所述狀態判斷部判斷為處於所述過渡狀態時，所述閥控制部根據所述目標流量和所述第二流量計算部基於由所述位置感應器測量的測量開度計算出的所述第二流量，控制所述閥的開度。