WO2012153455A1 - 流量モニタ付圧力式流量制御装置 - Google Patents

流量モニタ付圧力式流量制御装置 Download PDF

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WO2012153455A1
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monitor
pressure
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薫 平田
土肥　亮介
西野　功二
池田　信一
勝幸 杉田
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株式会社フジキン
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Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a pressure type flow rate control device, and a pressure type flow rate control device which is operating in real time by organically combining a thermal mass flow rate sensor with a pressure type flow rate control device using an orifice. It is related with the pressure type flow control device with a flow rate monitor which can monitor the control flow rate of the flow rate and can improve the responsiveness of the flow rate control and the flow rate control accuracy.
  • the pressure type flow rate control device FCS is composed of a control valve CV, a temperature detector T, a pressure detector P, an orifice OL, a calculation control unit CD, and the like. It is composed of a temperature correction / flow rate calculation circuit CDa, a comparison circuit CDb, an input / output circuit CDc, an output circuit CDd, and the like.
  • the detection values from the pressure detector P and the temperature detector T are converted into digital signals and input to the temperature correction / flow rate calculation circuit CDa. After the temperature correction and flow rate calculation of the detected pressure are performed, the flow rate calculation is performed.
  • the value Qt is input to the comparison circuit CDb.
  • a set flow rate input signal Q S is input from the terminal In, converted to a digital value by the input / output circuit CDc, and then input to the comparison circuit CDb, where the flow rate calculation value from the temperature correction / flow rate calculation circuit CDa is input. Compared to Qt.
  • the control signal Pd is output to the drive portion of the control valve CV, and the control valve CV is driven in the opening direction to calculate the set flow rate input signal Qs.
  • the valve is driven in the valve opening direction until the difference (Qs ⁇ Qt) from the flow rate value Qt becomes zero.
  • the pressure type flow control device FCS itself is known as described above, but the downstream pressure P 2 of the orifice OL (that is, the pressure P 2 on the process chamber side) and the upstream pressure P 1 of the orifice OL (that is, the control valve CV).
  • the downstream pressure P 2 of the orifice OL that is, the pressure P 2 on the process chamber side
  • the upstream pressure P 1 of the orifice OL that is, the control valve CV
  • FIG. 17 and FIG. 18 show an example, and this mass flow control device (mass flow controller) 20 includes a flow path 23, a first pressure sensor 27a for upstream pressure, an open / close control valve 24, A thermal mass flow sensor 25 provided on the downstream side, a second pressure sensor 27b provided on the downstream side, a throttle (sonic nozzle) 26 provided on the downstream side of the second pressure sensor 27b, and an arithmetic control unit 28a And an input / output circuit 28b and the like.
  • this mass flow control device (mass flow controller) 20 includes a flow path 23, a first pressure sensor 27a for upstream pressure, an open / close control valve 24, A thermal mass flow sensor 25 provided on the downstream side, a second pressure sensor 27b provided on the downstream side, a throttle (sonic nozzle) 26 provided on the downstream side of the second pressure sensor 27b, and an arithmetic control unit 28a And an input / output circuit 28b and the like.
  • the thermal mass flow sensor 25 includes a rectifier 25a inserted into the flow path 23, a branch flow path 25b that branches from the flow path 23 by a flow rate of F / A, and a sensor body 25c provided in the branch flow path 25b.
  • the flow rate signal Sf indicating the total flow rate F is output.
  • the restrictor 26 is a sonic nozzle that allows a fluid having a flow rate corresponding to the pressure on the primary side to flow when the pressure difference between the primary side and the secondary side is equal to or greater than a predetermined value. 17 and 18, SPa and SPb are pressure signals, Pa and Pb are pressures, F is a flow rate, Sf is a flow rate signal, and Cp is a valve opening control signal.
  • the arithmetic control unit 28a feeds back the pressure signals Spa and Spb from the pressure sensors 27a and 27b and the flow rate control signal Sf from the flow rate sensor 25 and outputs a valve opening degree control signal Cp to feedback control the on-off valve 24.
  • the flow rate setting signal Fs is input to the arithmetic control unit 28a via the input / output circuit 28b, and the flow rate F of the fluid flowing through the mass flow rate control device 20 is adjusted to match the flow rate setting signal Fs.
  • the flow rate F of the fluid flowing through the sonic nozzle 26 is controlled by the arithmetic control unit 28a using the output (pressure signal Spb) of the second pressure sensor 27b to feed back and control the open / close control valve 24.
  • the flow rate F actually flowing is measured using the output (flow rate signal Sf) of the thermal flow sensor 25 at this time, and the operation of the mass flow rate control device 20 is confirmed.
  • the pressure flow measurement using the second pressure sensor 27b for flow control and the heat for monitoring the flow are performed. Since two types of measurement methods called flow rate measurement using the type flow rate sensor 25 are incorporated in the arithmetic and control unit 8a, whether or not the fluid of the control flow rate (set flow rate Fs) is actually flowing, that is, the control flow rate and the actual flow rate. Whether or not there is a difference between the flow rate can be easily and reliably monitored, and has high practical utility.
  • the first problem is that the calculation control unit 28a controls the opening / closing control valve 24 using both the output SPb of the second pressure sensor 27b and the flow output Sf of the thermal flow sensor 25, and the first pressure sensor.
  • the flow rate output Sf of the thermal type flow sensor 25 is corrected using the output SPa of 27a, and the two pressure signals of the first pressure sensor 27a and the second pressure sensor 27b and the flow rate signal from the thermal type flow sensor 25 are The opening / closing control of the opening / closing control valve 24 is performed using these three signals. For this reason, there is a problem that not only the configuration of the arithmetic control unit 28a is complicated, but also the stable flow rate control characteristics and excellent high responsiveness as the pressure type flow rate control device FCS are reduced.
  • the second problem is that the mounting position of the thermal flow sensor 25 with respect to the open / close control valve 24 changes, that is, in the mass flow control device 20 of FIGS. There is a problem that the response of the flow sensor 25, the gas replacement property in the apparatus main body, and the evacuation characteristics are greatly changed, and the mass flow controller 20 is difficult to downsize.
  • the present invention relates to the above-described problem in the mass flow control device using the sonic nozzle of Japanese Patent No. 4137666 shown in FIGS. 17 and 18, that is, the pressure signals of the first and second pressure sensors 27a and 27b. Since the opening / closing control of the opening / closing control valve 24 is performed using two types of signals different from the flow rate signal of the thermal type flow sensor 25, the configuration of the arithmetic control unit 28a is not only complicated, but also the pressure type flow rate. There is a possibility that the excellent response characteristics and stable flow control characteristics of the control device may be diminished, the enlargement of the mass flow control device 20 is unavoidable, and the gas replacement property is lowered and the evacuation time becomes long.
  • the flow control unit of the pressure type flow control device FCS using an orifice and the thermal type flow monitor unit using a thermal type flow sensor are combined together, and the flow control and the flow monitor are solved.
  • the full flow characteristics of the pressure type flow control device can be fully utilized, and the flow rate monitoring by the thermal type flow sensor can be performed in real time.
  • a pressure-type flow rate control device with a flow rate monitor that can improve the gas replacement performance by greatly reducing the size of the part is provided.
  • the present invention improves the main body structure of the pressure type flow rate control device with a flow rate monitor, and the flow rate of fluid flowing in the flow rate control device main body (that is, the flow rate detected by the thermal flow rate monitor unit 1b) Using the inclination of the control pressure in the fluid flow path in the control device main body, it is converted into the fluid flow rate detected by the pressure type flow rate control device 1a, and the detected flow rate of the thermal type flow rate sensor unit 1b and the pressure type flow rate control unit A pressure type flow rate control device with a flow rate monitor is provided that corrects the difference between the detected flow rate of 1a and thereby improves the monitor flow rate accuracy.
  • a pressure-type flow control device with a flow monitor was conceived. 6 and 7, 1 is a pressure type flow rate control device with a flow rate monitor, 2 is a thermal flow rate sensor, 3 is a control valve, 4 is a temperature sensor, 5 is a pressure sensor, 6 is an orifice, and 7 is a control unit. 8 is an inlet-side flow path, 9 is an outlet-side flow path, 10 is a fluid passage in the apparatus body, and the mounting positions of the thermal flow sensor 2 and the control valve 3 in FIG. This is a pressure type flow rate control device with a flow rate monitor.
  • the reason why the pressure type flow rate control device using the orifice is adopted as the flow rate control method is that the flow rate control characteristics are good and the past use results are many.
  • the reason why the thermal type flow sensor 2 is used as a flow rate monitoring sensor is mainly due to the use performance as a flow rate sensor and the excellent characteristics as a flow rate sensor, and the ease of real-time measurement and the change of the gas type. This is a result of taking into account the points that the compatibility, flow measurement accuracy, actual use, etc. are higher than other flow measurement sensors.
  • the thermal type flow sensor 2 is integrally assembled in the fluid passage 10 in the main body of the pressure type flow rate control device using the orifice so that the flow rate monitor is easy to perform and the pressure type flow control device with the flow rate monitor is small. This is because it is easy to achieve.
  • the pressure type flow rate control device 1 with a flow rate monitor using the orifice having the configuration shown in FIGS. 6 and 7 is based on the pressure control type flow rate control, and is not affected by fluctuations in the supply pressure. ⁇ It is possible to detect the abnormality of the orifice by using the pressure drop characteristic upstream of the orifice, to be able to monitor the supply pressure with the built-in pressure sensor, and to monitor the flow rate continuously with the thermal flow sensor. And the like.
  • the fluctuation of the output of the thermal flow sensor due to the change of the supply pressure can be considered. That is, since the output of the thermal flow sensor fluctuates due to a change in supply pressure, an error from the control flow rate may occur when the supply pressure changes. For this reason, it is necessary to take measures such as delaying the responsiveness of the thermal flow sensor to alleviate the output fluctuation due to the supply pressure change.
  • the second problem is the condition of the zero point adjustment.
  • the zero point adjustment is performed under a vacuum in a pressure sensor, and is performed in a sealed state in a flow sensor. Therefore, it is necessary to protect the zero adjustment from being performed under wrong conditions.
  • the third problem is the phenomenon of the thermal siphon of the thermal flow sensor. That is, it is necessary to determine the installation direction in advance by mounting the thermal type flow sensor, and as a result, it is necessary to examine the installation direction of the pressure type flow control device in parallel with the design of the gas box.
  • the fourth problem is the calibration of the actual gas flow rate.
  • the flow rate output value of the thermal flow rate sensor or the pressure type flow rate control device differs depending on the gas type even if the flow rate is the same.
  • a system for automatically calculating the conversion factor (CF value) of the thermal flow sensor and the flow factor (FF value) of the pressure type flow control device at the site where the pressure type flow control device is used is added. There is a need.
  • the fifth problem is the response when the control flow rate is abnormal.
  • alarms and errors in the control flow rate are displayed on the display, but the output difference between the pressure type flow control device and the monitor flow rate by the thermal flow rate sensor exceeds a predetermined threshold value. And a system to determine that it is abnormal.
  • the inventors of the present application first conducted an evaluation test of various characteristics of the newly incorporated thermal flow sensor 2 for each pressure type flow control device 1 with a flow monitor shown in FIGS.
  • the fluid supply source 11 composed of an N 2 container, the pressure regulator 12, the purge valve 13, and the input side pressure sensor 14 are connected to the inlet side flow path 8, and the data logger (NR500). 15 is connected to the control unit 7, and further, a characteristic evaluation system is configured such that the outlet side flow path 9 is evacuated by the vacuum pump 16, and the step response of the thermal flow sensor 2 is configured using the characteristic evaluation system. Characteristics, monitor flow accuracy, supply pressure fluctuation characteristics, and repeatability were evaluated.
  • the step response characteristic is for evaluating the response of the thermal flow sensor output to a step input with a predetermined flow rate setting.
  • 8, 9 and 10 show the flow rate setting input A 1 of the pressure type flow control device 1 and the flow rate output A 2 at that time in the data logger 15 when the set flow rate is 20%, 50% and 100%, and the thermal flow sensor. (in the case of FIG. 6) output B 1, shows the measurement results of the thermal flow sensor output B 2 (the case of FIG. 7).
  • the monitor flow rate accuracy is set to S.D. from each flow rate setting. P.
  • the amount of change in the output of the thermal flow sensor when shifted in units is measured and evaluated.
  • the error setting conditions are -0.5% SP, -1.0% S.P. P., -2.0% S.P. P. and -3.0% S.P.
  • the supply pressure fluctuation characteristic indicates the fluctuation state of the thermal flow sensor output when the supply pressure is changed during constant flow control, and the flow rate setting is 50% and the supply pressure fluctuation condition is 50 kPaG. .
  • FIG. 13 shows the measurement results.
  • the thermal flow sensor 2 is installed upstream (primary side) of the control valve 3 (in the case of FIG. 6)
  • the thermal flow sensor 2 due to supply pressure fluctuation is shown.
  • the change in flow rate output is ⁇ 0.5% F.V. S. It has been found that it is within the range of / div, i.e., not easily affected by fluctuations in the gas supply pressure.
  • the repeatability is obtained by repeatedly inputting from 0% to a set flow rate with 20% and 100% flow rate settings, and measuring the reproducibility of the thermal flow sensor outputs B 1 and B 2 .
  • the repeatability of the thermal flow sensor output is ⁇ 1% F.S. S. And 0.2% F.V. S. It has been found that it exhibits regular and accurate reproducibility.
  • the thermal flow sensor 2 used in FIGS. 6 and 7 is a sensor mounted on the FCS-T1000 series manufactured by Fujikin Co., Ltd., which is a thermal type of a so-called thermal mass flow controller (mass flow controller). It is widely used as a flow sensor.
  • the mounting position of the flow sensor 2 may be on the upstream side (primary side) or the downstream side (secondary side) of the control valve 3 in terms of step response characteristics, monitor flow accuracy characteristics, and repeatability characteristics. Although there is no superiority or inferiority in the meantime, it is desirable to provide the thermal flow rate sensor 2 on the downstream side (secondary side) of the control valve 3 of the pressure type flow rate control device from the viewpoint of supply pressure fluctuation characteristics. I found it better to do.
  • the inventors of the present application increase the internal volume between the control valve 3 and the orifice 6, It has been found that the substitutability is lowered, and in the case of a small flow type pressure type flow rate control device, the pressure drop characteristic becomes slow (that is, the outgassing characteristic deteriorates), and these points become problems. It was.
  • each of the evaluation tests shown in FIG. 6 to FIG. 10 is a result of using a pressure type flow rate control device with a flow rate monitor with a maximum control flow rate of 1000 SCCM and a fluid supply pressure of 350 kPaG.
  • the maximum control flow rate (full scale flow rate) of the pressure type flow rate control device with a flow rate monitor is other than 1000 SCCM, it is unclear what response characteristics can be obtained. Therefore, the inventors of the present application, using the evaluation test apparatus shown in FIG. 7, have a maximum control flow rate of 2000 SCCM (hereinafter referred to as FS.2 SLM) and a maximum control flow rate of 100 SCCM (hereinafter referred to as FS.100 SCCM). ) was used to perform a response characteristic test at a supply pressure of 300 kPaG.
  • FS.2 SLM maximum control flow rate of 2000 SCCM
  • FS.100 SCCM 100 SCCM
  • FIG. 19 shows the response test results when the control flow rate setting is 0-50-0%.
  • S Using the monitor with a pressure type flow rate control apparatus 2 SLM, which results when the fluid supply pressure was 300kPaG (N 2).
  • the output B 2 ie, the real-time monitor flow rate detected by the thermal flow sensor 2
  • the thermal flow control unit 1b in FIG. 1 is stably detected within one second from the start of detection. Value is reached.
  • S. In the case of 2SLM, the so-called overshoot phenomenon is not observed.
  • FIG. 20 shows the F.D. when the control flow rate setting is 0-50-0%.
  • S. The test result of 100 SCCM is shown.
  • the output B 2 (real-time monitor flow rate) of the thermal flow control unit 1b reaches the stable detection value within 1 second, but a considerably large overshoot (flow) occurs transiently. To do.
  • the pressure type flow rate control unit 1a having a small flow rate capacity, there is a problem that an overshoot occurs in the detection value of the thermal type flow rate monitor control unit 1b and the measurement accuracy of the monitor flow rate value is lowered. There was found.
  • the inventors of the present application examined the cause of the transient overshoot in the detected value of the thermal flow control unit 1b and the preventive measures thereof, and the structure of the pressure flow control device body with the flow monitor is
  • the fluid passage volume that is, the passage volume between the control valve 3 and the orifice 6 in FIG. 7 is made as small as possible, and the control pressure gradient of the fluid passage between the control valve 3 and the orifice 6 is increased.
  • the idea was to reduce the detected flow rate difference between the thermal flow control unit 1b and the pressure flow control unit 1a by correcting the detection value of the thermal flow control unit 1b using the.
  • the so-called actual gas output initial value (hereinafter referred to as the actual gas output value) of the thermal type flow rate control unit 1b corresponding to the gas type serving as a reference for the monitor flow rate self-diagnosis. , Called the actual gas MFM output initial value). Therefore, the present inventors examined the memory procedure of the actual gas MFM output initial value when the pressure type flow control device with a flow rate monitor is actually installed, including the case where the pressure type flow rate control device with a flow rate monitor is replaced. At the same time, the method of confirming the actual gas MFM output was also studied, and the idea was to automate the confirmation of the initial value memory of the actual gas MFM output and the actual gas MFM output.
  • the inventions of claims 1 to 7 of the present application were created based on the results of the above-described evaluation tests by the inventors of the present application.
  • the invention of claim 1 includes an inlet side passage 8 for fluid, an inlet,
  • the control valve 3 constituting the pressure type flow rate control unit 1 a connected to the downstream side of the side passage 8, the thermal type flow sensor 2 connected to the downstream side of the control valve 3, and the downstream side of the thermal type flow sensor 2 communicate with each other.
  • An orifice 6 interposed in the fluid passage 10, a temperature sensor 4 provided in the vicinity of the fluid passage 10 between the control valve 3 and the orifice 6, and a fluid passage 10 between the control valve 3 and the orifice 6.
  • the flow rate sensor control unit 7b that receives the flow rate signal 2c from the flow rate and calculates and displays the fluid flow rate that flows through the orifice 6 from the flow rate signal 2c is an essential component of the invention.
  • the invention of claim 2 is the invention of claim 1, wherein the pressure sensor 5 is provided between the outlet side of the control valve 3 and the inlet side of the thermal flow sensor 2.
  • the difference between the fluid flow rate calculated by the flow rate sensor control unit 7b and the fluid flow rate calculated by the pressure type flow rate calculation control unit 7a is a set value. When it exceeds, it is set as the control part 7 which performs a warning display.
  • control valve 3 the thermal flow sensor 2, the orifice 6, the pressure sensor 5, the temperature sensor 4, the inlet side passage 8 and the outlet side passage 9 are combined into one body.
  • the fluid passage 10 is formed integrally with the body while being assembled integrally with the body.
  • the invention of claim 5 includes a fluid inlet side passage 8, a control valve 3 constituting a pressure type flow rate control unit 1 a connected to the downstream side of the inlet side passage 8, and a thermal type connected to the downstream side of the control valve 3.
  • a flow sensor 2 an orifice 6 provided in a fluid passage 10 communicating with the downstream side of the thermal flow sensor 2, a temperature sensor 4 provided in the vicinity of the fluid passage 10 between the control valve 3 and the orifice 6,
  • a pressure sensor 5 provided in the fluid passage 10 between the control valve 3 and the orifice 6, an outlet side passage 9 communicating with the orifice 6, and a pressure sensor 17 provided in the outlet side passage 9 downstream of the orifice 6.
  • the pressure signal from the pressure sensor 5 and the pressure sensor 17 and the temperature signal from the temperature sensor 4 are input, and the critical expansion condition of the fluid flowing through the orifice 6 is monitored and the orifice 6 is circulated.
  • Pressure type flow rate calculation for calculating the flow rate value Q of the fluid to be output and outputting the control signal Pd for opening and closing the control valve 3 in the direction in which the difference between the calculated flow rate value and the set flow rate value decreases.
  • the invention of claim 6 is the control unit 7 according to the invention of claim 5, which displays a warning when the fluid flowing through the orifice 6 deviates from the critical expansion condition.
  • control valve 3 the thermal flow sensor 2, the orifice 6, the pressure sensor 5, the temperature sensor 4, the inlet side passage 8, the outlet side passage 9, and the pressure sensor 17 are provided. Is assembled in one body.
  • the body body 30 is integrated with the first main body block 30a, the second main body block 30b, the third main body block 30c, and the fourth main body block 30d. And the control valve 3 on the upper surface side of the first main body block 30a, the laminar flow element 2d on the left side surface side of the third main body block 30c, and the right side surface side of the third main body block 30c.
  • the orifice 6 is disposed inside, the pressure sensor 5 is disposed on the lower surface side of the third body block 30c, and the sensor circuit 2b of the thermal flow sensor 2 is disposed on the upper surface side of the third body block 30c. , In which and have to form a fluid flow path 10 communicating with each main block 30a ⁇ 30d.
  • the body body 30 is integrally connected to the first main body block 30a, the second main body block 30b, the third main body block 30c, and the fourth main body block 30d.
  • the control valve 3 on the upper surface side of the first main body block 30a, the laminar flow element 2d of the thermal flow sensor 2 inside the left side surface of the third main body block 30c, and the right side of the third main body block 30c.
  • the orifice 6 is provided inside the surface side
  • the pressure sensor 5 is provided on the lower surface side of the third body block 30c
  • the sensor circuit 2b of the thermal flow sensor 2 is provided on the upper surface side of the third body block 30c
  • the upper surface side of the fourth body block 30d Each of the pressure sensors 17 is disposed, and fluid passages 8, 9, and 10 communicating with the main body blocks 30a to 30d are formed.
  • the invention of claim 10 is, in the invention of claim 1 or claim 5, monitor flow sensor control unit 7b, corrects the monitor flow rate B 2 calculated based on the flow rate signal from the thermal flow rate sensor 2 flow rate
  • the corrected monitor flow rate B 2 ′ is output as the monitor flow rate.
  • the invention of claim 11 is, in the invention of claim 1 or claim 5, the monitor flow rate output correction circuit H, a differentiating circuit 40 for controlling the flow rate output A 2 of the pressure type flow rate control unit 1a, the differentiating circuit 40 an amplifier circuit 41 of the output value from the the shaping circuit 42 of the output from the amplifier circuit 41, the monitor by subtracting the input from the shaping circuit 42 from the monitor flow rate output B 2 from the thermal type flow monitor 1b flow And a correction circuit 43 that outputs the output B 2 ′.
  • the invention according to claim 12 is the pressure type flow rate control device with flow rate monitor according to claim 1 or 5, wherein the N 2 gas is first introduced after the pressure type flow rate control device with flow rate monitor is attached to the pipe line. Then, the control flow rate output A 2 of the pressure type flow rate control unit 1a is compared with the monitor flow rate output B 2 ′ of the thermal type flow rate monitoring unit 1b.
  • the actual flow rate self-diagnosis result is used for the control flow rate output A 2 of the pressure type flow rate calculation unit 1a.
  • Monitor of thermal flow monitor 1b The amount output B 2 'performs a comparison, if the difference between them is within the allowable range, actual gas monitor flow rate output B 2' and outputs and a basic configuration of the invention that the initial value memory and valid memory To do.
  • the invention of claim 13 is, in the invention of claim 12, after the introduction of N 2 gas, performs flow self diagnosis using N 2 gas, in which so as to verify that there is no abnormality in the apparatus
  • the invention of claim 14 is the invention of claim 12 or claim 13, wherein after introducing the actual gas, a flow rate self-diagnosis is performed using the actual gas to confirm that there is no abnormality in the apparatus and the actual gas. It is what
  • the pressure type flow rate control device with a flow rate monitor that performs evacuation before introducing the N 2 gas and / or before introducing the actual gas.
  • the automatic zero adjustment of the pressure sensor 5 and the thermal flow sensor 2 is performed.
  • a predetermined waiting time from the start of output of the flow rate output of the thermal type flow rate sensor 2 for each set flow rate of the plurality of predetermined pressure type flow rate control units 1a.
  • the measured value measured after t and automatically corrected is stored in memory or confirmed.
  • a pressure type flow rate control device with a flow rate monitor is formed by a pressure type flow rate control unit 1a and a thermal type flow rate monitor unit 1b, and the thermal type flow rate sensor 2 of the thermal type flow rate monitor unit 1b is used as a pressure type flow rate control unit.
  • Pressure type flow rate calculation control for controlling the opening and closing drive of the control type valve 3 of the pressure type flow rate control unit 1a while the control unit 7 is organically integrated by being positioned downstream of the control valve 3 of the control unit 1a.
  • Unit 7a and a flow rate sensor control unit 7b for calculating and displaying the actual fluid flow rate flowing through the orifice 6 based on the flow rate signal from the thermal flow rate sensor 2 of the thermal flow rate monitoring unit 1b are integrated in an independent state. It is configured by doing.
  • control unit 7 having a simple configuration can easily and accurately perform stable pressure type flow rate control, and continuously and accurately monitor the flow rate by the thermal type flow rate sensor 2 in real time. I can do it.
  • the thermal flow sensor 2 is positioned on the downstream side of the control valve 3 and the apparatus main bodies such as the control valve 3 and the thermal flow sensor 2 are integrally assembled in one body, the apparatus main body The internal space volume is greatly reduced, and the gas substituting property and evacuation characteristics are not deteriorated. Furthermore, even if the fluid pressure on the fluid supply source side fluctuates, the output characteristics of the thermal flow sensor 2 do not fluctuate greatly. As a result, the flow monitor and flow control are stable against the pressure fluctuation on the fluid supply side. Can be done.
  • the device main body 30 is formed by combining four main body blocks, and the fluid passages and the like necessary for each block body are formed, and further the first block body 30a.
  • a monitor flow rate output correction circuit H of the thermal flow sensor 2 is provided, whereby the monitor flow rate detection value B 2 is corrected using the control pressure gradient ⁇ P / ⁇ t in the fluid passage 10 in the body body 30. Since the corrected monitor flow rate detection value B 2 ′ is used to determine whether the monitor flow rate is appropriate, more accurate and highly responsive flow rate monitoring and flow rate control can be performed.
  • monitor flow rate output B 2 ′ corrected by the monitor flow rate output correction circuit H of the thermal flow rate sensor 2 is used as the initial memory value, a more accurate actual gas monitor flow rate self-diagnosis becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pressure type flow rate control device with a flow rate monitor using an orifice according to an embodiment of the present invention. It is a structure schematic diagram which shows the other example of the pressure type flow control apparatus with a flow monitor. It is a structure schematic diagram which shows the further another example of the pressure type flow control apparatus with a flow monitor. It is explanatory drawing of a structure of a thermal type flow sensor. It is explanatory drawing of the operation principle of a thermal type flow sensor. It is the 1st conceptual diagram of the pressure type flow control device with a flow rate monitor which the present inventor conceived. It is the 2nd conceptual diagram of the pressure type flow control device with a flow rate monitor which the inventor of this application conceived.
  • Flow rate setting value A 1 , flow rate output A 2 , thermal flow rate when the flow rate setting is 0-50-0% shows the monitor flow output B 2 of the sensor. It shows an example of response characteristics of a pressure type flow rate control device with a flow monitor having a flow rate capacity of 100 SCCM, and shows a case where the flow rate is set to 0-50%.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the structure of a pressure type flow control apparatus with a flow monitor, (a) is a longitudinal front view, (b) is a left side view, (c) is a top view, (d) is a bottom view. It is a block block diagram of the monitor flow volume output correction circuit of a thermal type flow sensor.
  • FIG. 26 the flow rate control characteristic when the gas type is O 2 gas and the flow rate control characteristic after correction considering the gas type conversion coefficient (CF) are shown. It is. The flow rate control characteristic after considering the flow rate control characteristic and the gas type conversion coefficient (CF) when the gas type is Ar gas is shown. It is a processing flow figure of the initial value memory of the thermal type flow sensor flow rate output to real gas.
  • 30A is a schematic explanatory diagram of the initial value memory process of the thermal flow sensor flow rate output for the actual gas in FIG. 29, and
  • FIG. 30B is a schematic explanatory diagram of the confirmation process of the thermal flow sensor flow rate output.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of an embodiment of a pressure-type flow control device 1 with a flow rate monitor according to the present invention.
  • the pressure-type flow rate control device 1 with a flow rate monitor includes a pressure-type flow rate control unit 1a and a thermal flow rate monitor unit. It consists of two parts 1b.
  • the pressure type flow rate control unit 1 a is composed of a control valve 3, a temperature sensor 4, a pressure sensor 5, an orifice 6, and a pressure type flow rate calculation control unit 7 a forming a control unit 7.
  • the thermal type flow rate monitoring unit 1b includes a thermal type flow rate sensor 2 and a flow rate sensor control unit 7b forming the control unit 7.
  • the pressure type flow rate control unit 1a passes control valve 3 mentioned above, the temperature sensor 4, the pressure sensor 5 is constituted by a orifice 6 and the pressure type flow rate calculation control unit 7a and the like, the flow rate setting signal from the input terminal 7a 1 is and flow rate output signal of the fluid flowing through the orifice computed by the pressure type flow rate control unit 1a from the output terminal 7a 2 is output.
  • the pressure type flow rate control unit 1a itself using the orifice 6 is a well-known technique such as Japanese Patent No. 3291161, and the pressure detected by the pressure detection sensor 5 is the flow rate of the fluid flowing through the orifice 6 under the critical expansion condition.
  • the pressure type flow rate calculation control unit 7 a Based on the calculation, the pressure type flow rate calculation control unit 7 a outputs a control signal Pd proportional to the difference between the set flow rate signal input from the input terminal 7 a 1 and the calculated flow rate signal to the valve drive unit 3 a of the control valve 3. .
  • the pressure type flow rate control unit 1a is of course provided with various auxiliary mechanisms such as a known zero point adjustment mechanism, flow rate abnormality detection mechanism, gas type conversion mechanism (FF value conversion mechanism) and the like.
  • FF value conversion mechanism gas type conversion mechanism
  • the thermal type flow rate monitoring unit 1b constituting the pressure type flow rate control device 1 with the flow rate monitor is composed of a thermal type flow rate sensor 2 and a flow rate sensor control unit 7b, and the flow rate sensor control unit 7b has an input terminal 7b 1. and the output terminal 7b 2 are provided respectively. Then, from the input terminal 7b 1 is input setting signal of the flow rate range to be monitored, from the output terminal 7b 2 is output monitor flow rate signal detected by the thermal flow sensor 2 (actual flow rate signal). Needless to say, the thermal flow rate monitoring unit 1b is also provided with an auxiliary mechanism such as a gas type conversion mechanism (C.F. value conversion mechanism).
  • C.F. value conversion mechanism gas type conversion mechanism
  • the monitor flow rate signal and the calculated flow rate signal are appropriately input / output between the flow rate sensor control unit 7b and the pressure type flow rate calculation control unit 7a.
  • the magnitude of the difference or the difference may be monitored, or a warning may be issued if the difference between the two exceeds a certain value.
  • FIG. 2 shows another example of the pressure type flow rate control device 1 with a flow rate monitor, in which the fluid pressure between the control valve 3 and the thermal type flow rate sensor 2 is detected by the pressure sensor 5. is there.
  • movement of the pressure type flow control apparatus 1 with a flow rate monitor are completely the same as the case of FIG.
  • FIG. 3 shows still another example of the pressure type flow rate control device 1 with a flow rate monitor.
  • a pressure sensor 17 is separately provided on the downstream side of the orifice 6, and the fluid flowing through the orifice 6 is under critical expansion conditions. Whether the flow rate can be controlled by using the differential pressure between the pressure sensor 5 and the pressure sensor 17.
  • the thermal type flow rate monitoring unit 1a is composed of a thermal type flow rate sensor 2 and a flow rate sensor control unit 7b, and FIGS. 4 and 5 show an outline of the configuration. That is, as shown in FIG. 4, the thermal type flow sensor 2 has a laminar flow element (bypass group) 2d and a sensor pipe 2e that bypasses the laminar flow element (bypass group), and the sensor pipe 2e is compared with the bypass group 2d. A small amount of gas fluid is circulated at a certain ratio. A pair of control resistance wires R1 and R4 connected in series are wound around the sensor tube 2e, and a flow rate signal 2c indicating a mass flow rate value monitored by the sensor circuit 2b connected thereto. Is output.
  • the flow rate signal 2c is introduced into a flow rate sensor control unit 7b made of, for example, a microcomputer, and the actual flow rate of the currently flowing fluid is obtained based on the flow rate signal 2c.
  • FIG. 5 shows the basic structure of the sensor circuit 2b of the thermal flow sensor 2, and a series connection circuit of two reference resistors R2 and R3 is connected in parallel to the series connection of the resistance wires R1 and R4. Forming a bridge circuit. A constant current source is connected to the bridge circuit, and a differential circuit is provided by connecting the connection point between the resistance lines R1 and R4 and the connection point between the reference resistors R2 and R3 to the input side. Thus, the potential difference between the two connection points is obtained, and this potential difference is output as the flow rate signal 2c.
  • thermal flow sensor 2 and the flow sensor control unit 7b themselves are well-known techniques, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • a thermal flow sensor mounted on the FCS-T1000 series manufactured by Fujikin Co., Ltd. is used as the thermal flow monitor unit 1b.
  • FIG. 21 is a schematic view showing the structure of the pressure type flow rate control device 1 with a flow rate monitor according to the present invention.
  • FIG. 21 (a) is a longitudinal sectional view, (b) is a left side view, and (c) is a plan view.
  • FIG. 4D is a bottom view.
  • a pressure type flow rate control device 1 with a flow rate sensor comprising a pressure type flow rate control unit 1 a and a thermal type flow rate monitor unit 11 shown in FIG. 1 is assembled to the body body 30, the control unit 7, and the body body 30.
  • the control valve 3, the thermal flow sensor 2, the temperature sensor 4, the pressure sensor 5, the orifice 6, and the like are formed.
  • the control unit 7 is formed by a pressure type flow control unit 7 a and a flow sensor control unit 7 b. Yes.
  • the body 30 is formed of a first main body block 30a, a second main body block 30b, a third main body block 30c, and a fourth main body block 30d, and the first main body block 30a, the third main body block 30c, and the fourth main body block.
  • 30 d is connected and fixed to each other by four fixing bolts 34.
  • the second body block 30b is fixed to the first body block 30a by two fixing bolts 35.
  • the laminar flow element 2d of the thermal type flow sensor 2 is inside the left side surface of the third body block 30c
  • the pressure sensor 5 is on the bottom surface of the third body block 30c
  • the pressure sensor 17 is the top surface of the fourth body block 30d.
  • the sensor circuit 2b and the control unit 7 of the thermal flow sensor 2 are on the upper surface side of the third body block 3c
  • the drive unit of the control valve 3 is on the upper surface side of the first body block 30a
  • the prefilter 29 is the first.
  • the orifice 6 is disposed and fixed in the third main body block 3c.
  • the inlet side passage 8 is formed in the first main body block 30a
  • the fluid passage 10 is formed in the first and third main body blocks 30a and 30c
  • the outlet side passage 9 is formed in the fourth main body block body 30d.
  • the inner diameter and length of the fluid passage 10 are selected so that the inner volume of the fluid passage 10 is the minimum necessary.
  • the third body block 3c is provided with a storage hole 2e 'of the sensor tube 2e and a storage hole 4a of the temperature sensor 4, respectively.
  • the body body 30 has a structure in which a plurality of block bodies 30a to 30d are connected and combined as described above, the internal volume of the fluid passage 10 can be greatly reduced, and the laminar flow element 2d, the pressure sensor 5, The orifice 6 and the like can be compactly arranged in the body body 30 and the size of the pressure type flow rate control device with a flow rate monitor can be reduced and the transient overshoot level of the sensor flow rate in the thermal type flow rate sensor unit 1b can be reduced. It can be greatly reduced.
  • the transient overshoot of the monitor flow rate (flow rate output B 2 of the thermal type flow sensor 2 ) shown in FIG. 19 and FIG. 20 and the like is as follows: the monitor flow rate output B 2 and the flow rate output A 2 of the pressure type flow rate control unit 1a.
  • the overflow of the flow rate output B 2 (the flow rate output B 2 of the thermal flow rate sensor 2 ) in the thermal flow rate sensor unit 1b is reduced as much as possible, and the monitor flow rate output B 2 and the pressure type flow rate control unit it is necessary to reduce the difference between the in flow output a 2 to 1a.
  • the fluid flow rate flowing through the fluid passage 10 in the apparatus main body is F 1
  • the fluid flow rate F 1 is a fluid flow rate B 2 detected by the thermal flow sensor 2.
  • the downstream side passage of the orifice 6 i.e., the outlet side passage 9) the fluid flow rate through the the F 2
  • the fluid flow F 2 becomes in fluid control flow A 2 to the pressure type flow rate control unit 1a.
  • FIG. 22 is a block diagram of the monitor flow rate output correction circuit H of the thermal flow sensor 2 for correcting the monitor flow rate B 2 in the thermal flow monitor unit 1b.
  • Is an input circuit 40 is a differentiation circuit
  • 41 is an amplifier circuit
  • 42 is a shaping circuit
  • 43 is a correction circuit.
  • Control flow output A 2 from the pressure type flow rate control unit 1a is inputted through the input circuit 39 to the differentiation circuit 40, where the control flow output A 2 of the change rate i.e. the rate of change [Delta] P / Delta] t of the control pressure P is detected . Further, the slope (change rate) ⁇ P / ⁇ t of the control pressure P is input to the amplifier circuit 41, amplified there (amplification coefficient C), and then input from the input terminal 37 through the waveform shaping circuit 42. is shaped into a waveform matching the monitor flow rate output B 2 of the flow monitor 1b, it is inputted to the correction circuit 43 then consisting of a differential amplifier.
  • the monitor flow rate correction is input from the shaping circuit 42 from the output B 2 flow C ⁇ ⁇ P / ⁇ t from the sensor 2 is subtracted, monitor the flow rate output B 2 'after the correction is It is output from the correction output terminal 38.
  • FIG. 23 to 25 show the response of the pressure type flow rate control apparatus 1 with a flow rate monitor of 100 SCCM using the monitor flow rate output correction circuit H shown in FIG. 22 under the condition of the N 2 gas supply pressure of 300 kPaG.
  • the characteristic test result is shown. It should be noted that, in FIG. 23 to FIG. 25, A 1 is set input pressure type flow rate control unit 1a, A 2 is controlled flow output of the pressure type flow rate control unit 1a, B 2 monitor flow thermal type flow control unit 1b The output, B 2 ′, is the monitor flow rate output after correction of the thermal flow control unit 1b.
  • N 2 gas pressure type flow rate control apparatus with a flow rate monitor was flow calibration relative to the 1, This shows the relationship between the monitor flow rate output B 2 and the corrected monitor flow rate output B 2 ′ when the gas type of the control fluid is changed, and the set flow rate A 1 of the pressure type flow rate control unit 1 a, and the gas supply pressure Are all 300 kPaG.
  • FIG. 26 shows the relationship between the monitor flow rate B 2 after correction with the control fluid N 2 and the set flow rate A 1 of the pressure-type flow rate control unit 1a, and the set flow rate A 1 and the monitor flow rate B 2. 'Corresponds to a 1: 1 relationship.
  • FIGS. 27 and 28 show the case where the control fluid is O 2 and Ar, and the pressure with a flow rate monitor calibrated with N 2 having the flow rate characteristic shown in FIG. 26 as the control fluid.
  • the flow rate control device 1 when the control fluid is O 2 , the flow rate control characteristic becomes a straight line O 2 . Therefore, in order to make the monitor flow rate B 2 ′ and the set flow rate A 1 contrast 1: 1, it is necessary to re-correct the flow rate control characteristic O 2 as a straight line O 2 ′.
  • the pressure type flow rate control unit 1a and the thermal type flow rate monitor unit 1b of the pressure type flow rate control device 1 with a flow rate monitor perform a so-called flow rate self-diagnosis during the practical use of the device 1, and the interval between the monitor flow rate and the actual fluid flow rate. It is the same as in the case of the conventional pressure type flow rate control device that it is necessary to check whether there is any difference between the two.
  • the pressure type flow rate control apparatus 1 with a flow rate monitor of the present invention when this is attached to a gas supply system piping or the like, first, the initial setting of the thermal flow rate monitor unit 1b to which the actual gas is supplied is set. It is necessary to store the relationship between the flow rate value and the flow rate output value (hereinafter referred to as the actual gas monitor flow rate output initial value memory). Of course, the pressure type flow rate control unit 1a also needs to convert the actual gas flow rate output, but since this is already known, the description thereof is omitted here.
  • Actual gas monitor flow rate output initial value memory of the thermal type flow monitor unit 1a is carried out according to the processing flow as shown in FIG. 29, first, N 2 gas using a device thermal flow rate sensor 2 for controlling the flow rate A 1 of 1 of checks relationship of the flow rate output B 2 is followed, the flow rate output B 2 of the thermal type flow sensor 2 for controlling the flow rate a 1 in the case of supplying the real gas is and the memory is checked.
  • step S 1 after mounting the actual machine (step S 1 ), N 2 flow factor F.F. F. A value is input (step S 2 ), and the N 2 gas in the pipe is evacuated (step S 3 ). Thereafter, automatic zero adjustment of the pressure sensor P 1 (step S 4 ) and automatic zero adjustment of the thermal flow sensor 2 (step S 5 ) are performed, and N 2 gas is supplied into the pipe line (step S 6 ). A self-diagnosis of flow rate with N 2 gas (step S 7 ) is performed.
  • step S 8 determines the result of the flow rate self-diagnosis by N 2 gas in step S 8 if the range rate self-diagnostic result is allowance, the thermal flow rate sensor 2 for controlling the flow rate A 1 in step S 9 flow
  • the output B 2 is checked (step S 10 ), and if the difference between the two is within the allowable value range, the processing flow with N 2 gas is terminated and the processing flow with the actual gas in step S 12 is entered. Further, the in diagnosis result in step S 8 is in the case of out of tolerance range, the processing flow is ended in step S 11 it is determined that the device 1 abnormality.
  • the actual gas flow factor F.F. F. A value is input (step S 12 ), the inside of the piping is evacuated (step S 13 ), automatic zero adjustment of the pressure sensor 5 (step S 14 ), and automatic zero adjustment of the thermal flow sensor 2 (step S 15 ) are performed. Thereafter, the actual gas is supplied into the piping (step S 16 ), and an initial value memory in the actual gas flow rate self-diagnosis is performed in step S 17 .
  • the initial value memory is a processing memory in pressure drop characteristics in the initial supply in the case of supplying the real gas, also the actual gas flow rate self-diagnostic steps S 19, the pressure was memory in step S 17 This is to check the descent characteristics.
  • step S 19 The actual gas flow rate self-diagnosis in step S 18, whether the difference in pressure drop characteristics in the initial value memory and the time of diagnosis is within the allowable value range is determined (step S 19), it is within the allowable range if the initial value memory of the flow rate output of the thermal type flow sensor 2 is made in step S 20, followed by the flow rate output B 2 of the thermal type flow sensor 2 is confirmed in step S 21, the thermal type flow rate to control the flow rate a 2 If the correction value B 2 ′ of the monitor flow rate B 2 of the sensor is confirmed (step S 22 ) and the difference between the two is within an allowable range, the initial value memory processing of the thermal flow rate sensor output for the actual gas is completed (step S 22 ). 28). Further, if the actual gas flow rate self-diagnostic result in the step S 19 is outside the allowable range, the process flow is interrupted as a device 1 is abnormal (step S 24).
  • Step S 20 in in the thermal flow rate sensor rate output initial value memory executes a flow control in each flow rate set value A 1, each The correction value B 2 ′ is automatically calculated from the output value B 2 of the thermal flow sensor for each flow rate setting value A 1 and stored in memory.
  • the waiting time t and each set value for each flow rate set value A 1 are stored in advance in the apparatus 1 before shipment from the factory, and in the example of FIG. 30A, the flow rate control set value A 1 is set to 25. %, 50%, and 75% and 100%, the monitor flow rate B 2 of the thermal type flow sensor 2 measures, to calculate the correction value B 2 'and has a configuration that the memory and the waiting time t as 10 seconds.
  • step S in the 22 actual gas supply time of the thermal flow rate sensor rate output B 2 is also similar, as shown in FIG. 3 (b), perform a flow rate control at each flow rate set value A 1 Then, after a predetermined waiting time has elapsed, the thermal flow sensor output B 2 is measured, and a sensor flow output B 2 ′ with a correction applied thereto is output and compared with the control flow A 1 .
  • the set value A 1 and the number of points of the pressure type flow rate control unit, latency t, confirmed reference values, etc. of the determination is the memory in the device 1 in advance before factory shipment, in FIG. 3 (b) is at 12% of the rated control flow setpoint a 1, 37% 62% and 87%, shows the case where the waiting time t as 10 seconds.
  • the present invention can be widely applied not only to supply equipment for semiconductor manufacturing equipment but also to fluid supply circuits such as chemical manufacturing equipment as long as the flow rate of fluid under critical expansion conditions is controlled.
  • 1 is a pressure flow control device with a flow monitor 1a is a pressure flow control unit 1b is a thermal flow monitor unit 2 is a thermal flow sensor 2b is a sensor circuit 2d is a laminar flow element 2e is a sensor tube 2e 'is a sensor tube and a layer
  • the flow path 3 between the flow elements is the control valve 3a, the valve drive unit 4, the temperature sensor 4a, the temperature sensor housing hole 5, the pressure sensor 6, the orifice 7, the control unit 7a, the pressure type flow rate calculation control unit 7b, the flow rate sensor control unit.

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Abstract

　流体の入口側通路（８）と、入口側通路（８）の下流側に接続した圧力式流量制御部（１ａ）を構成するコントロール弁（３）と、コントロール弁（３）の下流側に接続した熱式流量センサ（２）と、熱式流量センサ（２）の下流側に連通する流体通路（１０）に介設したオリフィス（６）と、コントロール弁（３）とオリフィス（６）の間の流体通路（１０）の近傍に設けた温度センサ（４）と、コントロール弁（３）とオリフィス（６）の間の流体通路（１０）に設けた圧力センサ（５）と、オリフィス（６）に連通する出口側通路（９）と、圧力センサ（５）からの圧力信号及び温度センサ（４）からの温度信号が入力され、オリフィス（６）を流通する流体の流量値Ｑを演算すると共に演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向にコントロール弁（３）を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部（３ａ）へ出力する圧力式流量演算制御部（７ａ）及び熱式流量センサ（２）からの流量信号（２ｃ）が入力され当該流量信号（２ｃ）からオリフィス（６）を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部（７ｂ）とからなる制御部（７）と、から構成した流量モニタ付圧力式流量制御装置。

Description

流量モニタ付圧力式流量制御装置
　本発明は、圧力式流量制御装置の改良に関するものであり、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置に熱式質量流量センサを有機的に組合せすることにより、リアルタイムで作動中の圧力式流量制御装置の制御流量をモニタできると共に、流量制御の応答性や流量制御精度を高められるようにした流量モニタ付圧力式流量制御装置に関するものである。
　従前から半導体制御装置用ガス供給装置では、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳが広く利用されている。
　この圧力式流量制御装置ＦＣＳは、図１６に示すようにコントロール弁ＣＶ、温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、オリフィスＯＬ及び演算制御部ＣＤ等から構成されており、その演算制御部ＣＤは、温度補正・流量演算回路ＣＤａ、比較回路ＣＤｂ、入出力回路ＣＤｃ及び出力回路ＣＤｄ等から構成されている。
　前記圧力検出器Ｐ及び温度検出器Ｔからの検出値はディジタル信号に変換されて温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力され、ここで検出圧力の温度補正及び流量演算が行われたあと、流量演算値Ｑｔが比較回路ＣＤｂへ入力される。また、設定流量の入力信号ＱSが端子Ｉｎから入力され、入出力回路ＣＤｃでディジタル値に変換されたあと比較回路ＣＤｂへ入力され、ここで前記温度補正・流量演算回路ＣＤａからの流量演算値Ｑｔと比較される。そして、設定流量入力信号Ｑｓが流量演算値Ｑｔより大きい場合には、コントロール弁ＣＶの駆動部へ制御信号Ｐｄが出力され、コントロール弁ＣＶが開放方向へ駆動されて、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ－Ｑｔ）が零となるまで開弁方向へ駆動される。
　圧力式流量制御装置ＦＣＳそのものは上述の通り公知であるが、オリフィスＯＬの下流側圧力Ｐ２（即ち、プロセスチャンバ側の圧力Ｐ２）とオリフィスＯＬの上流側圧力Ｐ１（即ち、コントロール弁ＣＶの出口側の圧力Ｐ１）との間にＰ１／Ｐ２≧約２の関係（所謂臨界膨張条件）が保持されている場合には、オリフィスＯＬを流通するガスＧｏの流量ＱがＱ＝ＫＰ１（但しＫは定数）となり、圧力Ｐ１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御できると共に、コントロール弁ＣＶの上流側のガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないと云う、優れた特徴を有している。
　しかし、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳは、微小な穴径のオリフィスＯＬを使用しているため、オリフィスＯＬの穴径が経年変化を起す可能性がある。その結果、圧力式流量制御装置ＦＣＳによる制御流量値と現実に流通するガスＧｏの実流量との間に差異を生ずることになり、これを検出するために所謂流量モニタを頻繁に行う必要があって、半導体製造装置の稼働性や製造した半導体の品質等に大きな影響を与えるという問題がある。
　そのため、従来から、熱式質量流量制御装置や圧力式流量制御装置の分野に於いては、流量制御が適正に行われているか否かをリアルタイムで簡単にモニタできるようにした流量制御装置の開発が進められている。例えば、図１７及び図１８はその一例を示すものであり、この質量流量制御装置（マスフローコントローラ）２０は流路２３と、上流側圧力の第１圧力センサ２７ａと、開閉制御弁２４と、その下流側に設けた熱式質量流量センサ２５と、その下流側に設けた第２圧力センサ２７ｂと、第２圧力センサ２７ｂの下流側に設けた絞り部（音速ノズル）２６と、演算制御部２８ａと、入出力回路２８ｂ等から構成されている。
　前記熱式質量流量センサ２５は流路２３内に挿入された整流体２５ａ、この流路２３からＦ／Ａの流量だけ分岐する分岐流路２５ｂと、分岐流路２５ｂに設けたセンサ本体２５ｃとを有し、総流量Ｆを示す流量信号Ｓｆを出力する。
　また、絞り部２６は、その一次側と二次側における圧力差が所定値以上であるときに一次側の圧力に応じた流量の流体を流す音速ノズルである。尚、図１７及び図１８に於いて、ＳＰａ、ＳＰｂは圧力信号、Ｐａ、Ｐｂは圧力、Ｆは流量、Ｓｆは流量信号、Ｃｐは弁開度制御信号である。
　前記演算制御部２８ａは、圧力センサ２７ａ、２７ｂからの圧力信号Ｓｐａ、Ｓｐｂおよび流量センサ２５からの流量制御信号Ｓｆをフィードバックして弁開度制御信号Ｃｐを出力することで開閉弁２４をフィードバック制御する。即ち、演算制御部２８ａへは入出力回路２８ｂを介して流量設定信号Ｆｓが入力され、質量流量制御装置２０に流れる流体の流量Ｆが流量設定信号Ｆｓに合うように調整される。具体的には、演算制御部２８ａが第２圧力センサ２７ｂの出力（圧力信号Ｓｐｂ）を用いて開閉制御弁２４をフィードバックしてその開閉を制御することにより、音速ノズル２６を流れる流体の流量Ｆを制御すると共に、このときの熱式流量センサ２５の出力（流量信号Ｓｆ）を用いて、実際に流れている流量Ｆの測定を行い、質量流量制御装置２０の動作を確認するものである。
　ところで前記図１７及び図１８に示した型式の質量流量制御装置２０に於いては、流量制御を行うための第２圧力センサ２７ｂを用いた圧力式流量測定と、流量の監視を行うための熱式流量センサ２５を用いた流量測定という二種の測定方式を演算制御部８ａに組み込みしているため、制御流量（設定流量Ｆｓ）の流体が実際に流れているか否か、即ち制御流量と実流量と間に差があるか否かを簡単且つ確実にモニタすることができ、高い実用的効用を奏するものである。
　しかし、当該図１７及び図１８に示した質量流量制御装置２０にも解釈すべき問題が多く残されている。
　第１の問題は、演算制御部２８ａが、第２圧力センサ２７ｂの出力ＳＰｂと熱式流量センサ２５の流量出力Ｓｆの両信号を用いて開閉制御弁２４を開閉制御すると共に、第１圧力センサ２７ａの出力ＳＰａを用いて熱式流量センサ２５の流量出力Ｓｆを補正する構成としており、第１圧力センサ２７ａ及び第２圧力センサ２７ｂの二つの圧力信号と熱式流量センサ２５からの流量信号との三つの信号を用いて、開閉制御弁２４の開閉制御を行うようにしている。
　そのため、演算制御部２８ａの構成が複雑になるだけでなく、圧力式流量制御装置ＦＣＳとしての安定した流量制御特性や優れた高応答性が逆に低減されてしまうと云う問題がある。
　第２の問題点は、開閉制御弁２４に対する熱式流量センサ２５の取付位置が変ることにより、即ち、図１７と図１８の質量流量制御装置２０では、開閉制御弁２４の開閉時の熱式流量センサ２５の応答性、機器本体内のガス置換性及び真空引き特性が大きく変ると共に、質量流量制御装置２０の小型化が図り難いという問題がある。
特許第４１３７６６６号公報
　本願発明は、図１７及び図１８に示した特許第４１３７６６６号の音速ノズルを用いた質量流量制御装置に於ける上述の如き問題、即ち、第１及び第２圧力センサ２７ａ、２７ｂの圧力信号と熱式流量センサ２５の流量信号との２種類の異なる信号を用いて開閉制御弁２４の開閉制御を行うようにしているため、演算制御部２８ａの構成が複雑化するだけでなく、圧力式流量制御装置が有する優れた応答特性や安定した流量制御特性が減殺される虞れがあること、質量流量制御装置２０の大型化が避けられず、ガス置換性の低下や真空引き時間が長くなること等の問題を解決し、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量制御部と、熱式流量センサを用いた熱式流量モニタ部とを一体に組み合せしたうえ、流量制御と流量モニタを夫々独立して行うようにすることにより、圧力式流量制御装置の優れた流量特性をフルに活用すると共に、熱式流量センサによる流量モニタをリアルタイムで行え、しかも演算制御部の簡素化、機器本体部の大幅な小型化によるガス置換性の向上等を可能にした流量モニタ付圧力式流量制御装置を提供するものである。
　また、本願発明は、流量モニタ付圧力式流量制御装置の本体構造に改良を加えると共に、流量制御装置本体内を流れる流体流量（即ち、熱式流量モニタ部１ｂで検出された流量）を、流量制御装置本体内の流体流路に於ける制御圧の傾きを用いて、圧力式流量制御装置１ａで検出される流体流量に換算し、熱式流量センサ部１ｂの検出流量と圧力式流量制御部１ａの検出流量との間の差異を補正することにより、モニタ流量精度を高めるようにした流量モニタ付圧力式流量制御装置を提供するものである。
　本願発明者等は、先ずオリフィスを用いた圧力式流量制御装置をベースにし、これの流量モニタをリアルタイムで行うために図６及び図７の点線枠内のような二種の構成のオリフィスを用いた流量モニタ付圧力式流量制御装置を構想した。
　図６及び図７に於いて、１は流量モニタ付圧力式流量制御装置、２は熱式流量センサ、３はコントロール弁、４は温度センサ、５は圧力センサ、６はオリフィス、７は制御部、８は入口側流路、９は出口側流路、１０は装置本体内の流体通路であり、図６に於ける熱式流量センサ２とコントロール弁３の取付位置を入れ替えしたものが図７の流量モニタ付圧力式流量制御装置である。
　尚、流量制御方式としてオリフィスを用いた圧力式流量制御装置を採用したのは、流量制御特性が良好なこと及びこれ迄の使用実績が多いこと等がその理由である。
　また、熱式流量センサ２を流量モニタ用センサとしたのは、主として流量センサとしての使用実績と流量センサとしての優れた特性のためであり、また、リアルタイム測定の容易性、ガス種の変化に対する対応性、流量測定精度、使用実績等が他の流量測定センサよりも高い点を勘案した結果である。更に、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置の装置本体内の流体通路１０に熱式流量センサ２を一体的に組み付けしたのは、流量モニタが行い易く且つ流量モニタ付き圧力式流量制御装置の小型化が図り易いからである。
　即ち、上記図６及び図７に示した構成のオリフィスを用いた流量モニタ付圧力式流量制御装置１は、圧力制御式流量制御を基本とするものであり、供給圧力変動の影響を受けないこと、オリフィス上流側の圧力降下特性を利用してオリフィスの異常検知が可能なこと、装置本体に内蔵の圧力センサで供給圧力のモニタが可能なこと及び熱式流量センサで流量の連続監視が可能なこと、等の特徴を具備するものである。
　一方、問題点としては、先ず第１に、供給圧力の変化による熱式流量センサの出力の変動が考えられる。即ち、供給圧力の変化によって熱式流量センサの出力が変動するため、供給圧力変化時は制御流量との誤差が発生する可能性ある。そのため、熱式流量センサの応答性を遅延させて供給圧変化による出力変動を緩和する、等の対応が必要になる。
　第２の問題はゼロ点調整時の条件の点である。一般にゼロ点調整は、圧力センサでは真空引き下で実施され、また、流量センサでは封止状態下で実施される。従って、間違った条件下でゼロ調整が実施されないようにプロテクトする必要がある。
　第３の問題は、熱式流量センサのサーマルサイフォンの現象である。即ち、熱式流量センサの搭載により、設置方向を予め決めておくことが必要となり、その結果、ガスボックスの設計と並行して、圧力式流量制御装置の設置方向を検討する必要がある。
　第４の問題は、実ガス流量の校正の点である。一般に流量の測定に於いては、同一流量であってもガス種により、熱式流量センサや圧力式流量制御装置の流量出力値が異なって来る。その結果、当該圧力式流量制御装置の使用現場において熱式流量センサのコンバージョン・ファクタ（Ｃ.Ｆ値）や圧力式流量制御装置のフローファクタ（Ｆ.Ｆ値）を自動演算するシステムを付加する必要がある。
　第５の問題は、制御流量が異常時の対応である。現在の圧力式流量制御装置では、アラーム及び制御流量の誤差等がディスプレイ上に表示されるが、圧力式流量制御装置と熱式流量センサによるモニタ流量との出力差が所定のしきい値を越えると、異常と判断するシステムが必要になる。
　そこで、本願発明者等は、先ず図６及び図７の各流量モニタ付圧力式流量制御装置１について、新たに組み込みした熱式流量センサ２についてのその各種特性の評価試験を実施した。
　即ち、図６及び図７の如く、Ｎ２容器から成る流体供給源１１、圧力調整器１２、パージ用バルブ１３、入力側圧力センサ１４を入口側流路８へ接続すると共に、データロガ（ＮＲ５００）１５を制御部７に接続し、更に、出口側流路９を真空ポンプ１６により真空引きするようにした特性評価系を構成し、当該特性評価系を用いて、熱式流量センサ２のステップ応答特性、モニタ流量精度、供給圧変動特性、繰り返し再現性を評価した。
　上記ステップ応答特性は、所定の流量設定のステップ入力に対する熱式流量センサ出力の応答性を評価するものであり、設定流量を１００％（フルスケール）Ｆ．Ｓ．＝１０００ｓｃｃｍ）から２０％、５０％、１００％にステップ変化させた場合の出力応答を評価した。図８、図９及び図１０は設定流量２０％、５０％、１００％の場合のデータロガ１５における圧力式流量制御装置１の流量設定入力Ａ１及びその時の流量出力Ａ２と、熱式流量センサ出力Ｂ１（図６の場合）、熱式流量センサ出力Ｂ２（図７の場合）の測定結果を示すものである。
　図８～図１０からも明らかなように、熱式流量センサ２の出力は設定開始から約４ｓｅｃ以内で、設定出力の±２％以内に収束することが確認された。
　前記モニタ流量精度は、各流量設定から設定値をＳ．Ｐ．単位でずらしたときの、熱式流量センサ出力の変化量を測定評価したものであり、誤差設定条件は－０．５％Ｓ.Ｐ.、－１．０％Ｓ．Ｐ.、－２．０％Ｓ．Ｐ.及び－３．０％Ｓ.Ｐ.としている。
　図１１及び図１２からも明らかなように、熱式流量センサ２のモニタ流量精度は流量設定に応じて、セットポイント（Ｓ．Ｐ．）単位で変化して行くことが判明した。
　前記供給圧変動特性は、一定流量制御時に供給圧を変動させた場合の熱式流量センサ出力の変動状態を示すものであり、流量設定を５０％とし且つ供給圧の変動条件を５０ｋＰａＧとして測定した。
　図１３はその測定結果を示すものであり、熱式流量センサ２をコントロール弁３の上流側（一次側）に設置した場合（図６の場合）には、供給圧変動による熱式流量センサ２の流量出力の変化は±０．５％Ｆ．Ｓ．／ｄｉｖの範囲をはるかに越えるが、コントロール弁３の下流側（二次側）に設置した場合（図７の場合）には、流量出力の変化が±０．５％Ｆ．Ｓ．／ｄｉｖの範囲内に納まること、即ちガス供給圧の変動の影響を受け難いことが判明した。
　前記繰返し再現性は、流量設定を２０％及び１００％として０％から設定流量までを繰返し入力し、熱式流量センサ出力Ｂ１、Ｂ２の再現性を測定したものである。
　図１４及び図１５からも明らかなように、熱式流量センサ出力の繰り返し再現性は±１％Ｆ．Ｓ．及び０．２％Ｆ．Ｓ．の範囲内にあり、規則正しい正確な再現性を示すことが判明した。
　尚、前記図６及び図７に於いて使用した熱式流量センサ２は株式会社フジキン製のFCS-T1000シリーズに搭載されるセンサであり、所謂熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラ）の熱式流量センサとして汎用されているものである。
　前記熱式流量センサ２に対する図６及び図７に基づく各評価試験（即ちステップ応答特性、モニタ流量精度特性、供給圧変動特性及び繰り返し再現性特性）の結果から、本願発明者等は、熱式流量センサ２の取付位置は、ステップ応答特性、モニタ流量精度特性及び繰返し再現性特性の点では、コントロール弁３の上流側（一次側）であっても下流側（二次側）であってもその間に優劣は無いが、供給圧変動特性の点から、熱式流量センサ２は圧力式流量制御装置のコントロール弁３の下流側（２次側）に設けるのが望ましい、即ち図７の構成とする方が望ましいことを見出した。
　また、本願発明者等は、熱式流量センサ２をコントロール弁３の下流側（２次側）に設けた場合には、コントロール弁３とオリフィス６間の内容積が大きくなることにより、ガスの置換性が低下することになり、小流量型の圧力式流量制御装置の場合には圧力降下特性が遅くなり（即ち、ガス抜け特性が悪化する）、これ等の点が問題となることを見出した。
　而して、上記図６乃至図１０に示した各評価試験は、何れも最大制御流量が１０００ＳＣＣＭの流量モニタ付圧力式流量制御装置を用い且つ流体供給圧を３５０ｋＰａＧとした場合の結果であり、流量モニタ付圧力式流量制御装置の最大制御流量（フルスケール流量）が１０００ＳＣＣＭ以外の場合については、どのような応答特性が得られるかが不明である。
　そこで、本願発明者等は、図７に示した評価試験装置を用いて、最大制御流量が２０００ＳＣＣＭ（以下Ｆ．Ｓ．２ＳＬＭと呼ぶ）及び最大制御流量が１００ＳＣＣＭ（以下Ｆ．Ｓ．１００ＳＣＣＭと呼ぶ）の流量モニタ付圧力式流量制御装置を用いて、供給圧力３００ｋＰａＧにおける応答特性試験を行った。
　図１９は、制御流量設定を０－５０－０％とした場合の応答試験結果を示すものであり、Ｆ．Ｓ．２ＳＬＭのモニタ付圧力式流量制御装置を用い、流体供給圧を３００ｋＰａＧ（Ｎ２）とした場合の結果である。図１９からも明らかなように、図１に於ける熱式流量制御部１ｂの出力Ｂ２（即ち、熱式流量センサ２により検出したリアルタイムモニタ流量）は、検出開始から１秒間以内に安定検出値に達し、Ｆ．Ｓ．２ＳＬＭの場合には所謂オーバーシュート現象が見られない。
　一方、図２０は、制御流量設定を０－５０－０％とした場合のＦ．Ｓ．１００ＳＣＣＭの試験結果を示すものであり、熱式流量制御部１ｂの出力Ｂ２（リアルタイムモニタ流量）は１秒間以内で安定検出値に達するが、過渡的に相当に大きなオーバーシュート（流れ込み）が発生する。
　このように、流量容量の小さな圧力式流量制御部１ａの場合には、熱式流量モニタ制御部１ｂの検出値にオーバーシュートが発生し、モニタ流量値の測定精度が低下すると云う問題があることが判明した。
　そこで、本願発明者等は、上記熱式流量制御部１ｂの検出値に過渡的なオーバーシュートが生ずる原因とその防止策を検討し、流量モニタ付圧力式流量制御装置本体の構造を、内部の流体通路容積（即ち図７に於けるコントロールバルブ３とオリフィス６間の通路容積）が可能な限り小さくなるようにした構造にすると共に、コントロールバルブ３とオリフィス６間の流体通路の制御圧力の傾きを用いて熱式流量制御部１ｂの検出値を補正することにより、熱式流量制御部１ｂと圧力式流量制御部１ａ間の検出流量差を減少させることを着想した。
　更に、流量モニタ付圧力式流量制御装置をガス供給装置等へ取付けした場合には、モニタ流量自己診断の基準となるガス種に応じた熱式流量制御部１ｂの所謂実ガス出力初期値（以下、実ガスＭＦＭ出力初期値と呼ぶ）をメモリさせる必要がある。
　そのため、本願発明者等は、流量モニタ付圧力式流量制御装置を置き換えした場合をも含めて、流量モニタ付圧力式流量制御装置を実機取付けした場合の実ガスＭＦＭ出力初期値のメモリ手順を検討し、併せて実ガスＭＦＭ出力の確認方法等についても検討をし、実ガスＭＦＭ出力の初期値メモリ及び実ガスＭＦＭ出力の確認の自動化を図ることを着想した。
　本願請求項１乃至請求項７の発明は、本願発明者等の上記各評価試験の結果を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、流体の入口側通路８と，入口側通路８の下流側に接続した圧力式流量制御部１ａを構成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に接続した熱式流量センサ２と，熱式流量センサ２の下流側に連通する流体通路１０に介設したオリフィス６と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０の近傍に設けた温度センサ４と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６に連通する出口側通路９と，前記圧力センサ５からの圧力信号及び温度センサ４からの温度信号が入力され、オリフィス６を流通する流体の流量値Ｑを演算すると共に演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力する圧力式流量演算制御部７ａ及び前記熱式流量センサ２からの流量信号２ｃが入力され当該流量信号２ｃからオリフィス６を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部７ｂとを発明の必須構成要件とするものである。
　請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、圧力センサ５を、コントロール弁３の出口側と熱式流量センサ２の入口側の間に設けるようにしたものである。
　請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、流量センサ制御部７ｂで演算した流体流量と圧力式流量演算制御部７ａで演算した流体流量間の差が設定値を越えると警報表示を行う制御部７としたものである。
　請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、コントロール弁３，熱式流量センサ２，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，入口側通路８，出口側通路９を一つのボディ体に一体的に組み付けすると共に、流体通路１０をボディ体に一体的に形成するようにしたものである。
請求項５の発明は、流体の入口側通路８と，入口側通路８の下流側に接続した圧力式流量制御部１ａを構成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に接続した熱式流量センサ２と，熱式流量センサ２の下流側に連通する流体通路１０に介設したオリフィス６と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０の近傍に設けた温度センサ４と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６に連通する出口側通路９と，前記オリフィス６の下流側の出口側通路９に設けた圧力センサ１７と，前記圧力センサ５及び圧力センサ１７からの圧力信号及び温度センサ４からの温度信号が入力され、オリフィス６を流通する流体の臨界膨張条件の監視やオリフィス６を流通する流体の流量値Ｑを演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力する圧力式流量演算制御部７ａ及び前記熱式流量センサ２からの流量信号２ｃが入力され当該流量信号２ｃからオリフィス６を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部７ｂとからなる制御部７とを発明の必須構成要件とするものである。
　請求項６の発明は、請求項５の発明に於いて、オリフィス６を流通する流体が臨界膨張条件を外れると警報表示を行う制御部７としたものである。
　請求項７の発明は、請求項５の発明に於いて、コントロール弁３，熱式流量センサ２，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，入口側通路８，出口側通路９，圧力センサ１７を一つのボディ体に一体的に組み付けするようにしたものである。
　本願請求項８乃至請求項１１の発明は、本願発明者等の前記流量モニタ付圧力式流量制御装置の小型化及びモニタ制御流量の応答特性や制御精度の改善に係る検討に基づいて創作されたものであり、請求項８の発明は、請求項４の発明に於いて、ボディ体３０を第１本体ブロック３０ａ、第２本体ブロック３０ｂ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄを一体的に連結組み付けすることにより形成すると共に、第１本体ブロック３０ａの上面側にコントロール弁３を、第３本体ブロック３０ｃの左側面側内部に層流素子２ｄを、第３本体ブロック３０ｃの右側面側内部にオリフィス６を、第３本体ブロック３０ｃの下面側に圧力センサ５を、第３本体ブロック３０ｃの上面側に熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂを夫々配設し、且つ各本体ブロック３０ａ～３０ｄに連通する流体流通路１０を形成するようにしたものである。
　請求項９の発明は、請求項７の発明に於いて、ボディ体３０を第１本体ブロック３０ａ、第２本体ブロック３０ｂ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄを一体的に連結組み付けすることにより形成すると共に、第１本体ブロック３０ａの上面側にコントロール弁３を、第３本体ブロック３０ｃの左側面側内部に熱式流量センサ２の層流素子２ｄを、第３本体ブロック３０ｃの右側面側内部にオリフィス６を、第３本体ブロック３０ｃの下面側に圧力センサ５を、第３本体ブロック３０ｃの上面側に熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂ、第４本体ブロック３０ｄの上面側に圧力センサ１７を夫々配設し、且つ各本体ブロック３０ａ～３０ｄに連通する流体通路８、９、１０を形成するようにしたものである。
　請求項１０の発明は、請求項１又は請求項５の発明に於いて、流量センサ制御部７ｂに、熱式流量センサ２からの流量信号に基づいて演算したモニタ流量Ｂ２を補正するモニタ流量出力補正回路Ｈを設け、前記モニタ流量Ｂ２を、流体制御圧の傾きΔＰ／Δｔを用いて、Ｂ２´＝Ｂ２－Ｃ・ΔＰ／Δｔ（ただし、Ｃは変換係数）に補正し、補正後のモニタ流量Ｂ２´をモニタ流量として出力するようにしたものである。
　請求項１１の発明は、請求項１又は請求項５の発明に於いて、モニタ流量出力補正回路Ｈを、圧力式流量制御部１ａの制御流量出力Ａ２の微分回路４０と、前記微分回路４０からの出力値の増幅回路４１と、前記増幅回路４１からの出力の整形回路４２と、熱式流量モニタ部１ｂからのモニタ流量出力Ｂ２より前記整形回路４２からの入力を差し引きしてモニタ流量出力Ｂ２´を出力する補正回路４３と、から構成するようにしたものである。
　更に、本願請求項１２乃至請求項１６の発明は、本願発明者等の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスＭＦＭ出力初期値等に係る検討に基づいて創作されたものであり、請求項１２の発明は、請求項１又は請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置に於いて、当該流量モニタ付圧力式流量制御装置を配管路へ取付けしたあと、先ずＮ２ガスを導入して圧力式流量制御部１ａの制御流量出力Ａ２と熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２´との対比を行い、両者の差異が許容範囲内の場合には、次に実ガスを導入して各設定流量値に於ける熱式流量モニタ部のモニタ流量出力の初期値を検出並びにメモリした後、実ガス流量自己診断結果から圧力式流量演算部１aの制御流量出力Ａ２に対する熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２´の対比を行い、両者の差異が許容範囲内にあれば、実ガスモニタ流量出力Ｂ２´を出力すると共に、前記初期値メモリを有効なメモリとすることを発明の基本構成とするものである。
　請求項１３の発明は、請求項１２の発明に於いて、Ｎ２ガスを導入後、Ｎ２ガスを用いて流量自己診断を行い、装置に異常が無いことを確認するようにしたものである
　請求項１４の発明は、請求項１２又は請求項１３の発明に於いて、実ガスを導入後、実ガスを用いて流量自己診断を行い、装置及び実ガスに異常が無いことを確認するようにしたものである
　請求項１５の発明は、請求項１２、請求項１３又は請求項１４の発明に於いて、Ｎ２ガス導入前及び/又は実ガス導入前において、真空引きを行い流量モニタ付圧力式流量制御装置の圧力センサ５及び熱式流量センサ２の自動零点調整をするようにしたものである。
　請求項１６の発明は、請求項１２の発明に於いて、予め定めた複数の圧力式流量制御部１ａの設定流量毎に、熱式流量センサ２の流量出力を出力開始から予め定めた待ち時間ｔ後に計測し、自動補正された前記計測値をメモリ又は確認するようにしたものである。
　本願発明に於いては、流量モニタ付圧力式流量制御装置を圧力式流量制御部１ａと熱式流量モニタ部１ｂとから形成し、熱式流量モニタ部１ｂの熱式流量センサ２を圧力式流量制御部１ａのコントロール弁３の下流側に位置せしめて有機的に一体化させると共に、制御部７の方は、圧力式流量制御部１ａのコントロール弁３の開閉駆動を制御する圧力式流量演算制御部７ａと、熱式流量モニタ部１ｂの前記熱式流量センサ２からの流量信号によりオリフィス６を流通する実流体流量を演算表示する流量センサ制御部７ｂとを、相互に独立した状態で一体化することにより構成している。
　その結果、単純な構成の制御部７でもって、簡単且つ正確に、しかも安定した圧力式流量制御を行うことができると共に、熱式流量センサ２による流量モニタも連続的に正確に、リアルタイムで行うことが出来る。
　また、熱式流量センサ２をコントロール弁３の下流側に位置させると共に、コントロール弁３や熱式流量センサ２等の各機器本体を一つのボディに一体的に組み付けする構成としているため、装置本体の内部空間容積が大幅に減少し、ガスの置換性や真空引きの特性が悪化することもない。
　更に、流体供給源側の流体圧力に変動があっても、熱式流量センサ２の出力特性に大きな変動が発生せず、結果として流体供給側の圧力変動に対して安定した流量モニタと流量制御が行える。
　本発明の流量モニタ付圧力式流量制御装置では、装置本体３０を４個の本体ブロックを組合せすることにより形成すると共に、各ブロック体に必要な流体通路等を形成し、更に第１ブロック体３０ａにコントロール弁３を、第２ブロック体３０ｂと第１ブロック体３０ａの間にプレフィルタ２９を、第３ブロック本体３ｃに層流素子２ｄとオリフィス６を収納し、各ブロック本体３０ａ～３０ｄ相互間を気密に連結する構成としているため、ボディ体３０の小型化及びコントロール弁３の出口側とオリフィス６上流側の流体通路１０の内容積（長さ及び断面積）の大幅な削減が可能となり、熱式流量センサ２のオーバーシュートが低減すること等により流量制御の応答性が向上すると共に、制御精度の大幅な向上が可能となる。
　また、熱式流量センサ２のモニタ流量出力補正回路Ｈを設け、これにより、モニタ流量検出値Ｂ２を、ボディ体３０内の流体通路１０に於ける制御圧力の傾きΔＰ／Δｔを用いて補正し、この補正後のモニタ流量検出値Ｂ２´をもってモニタ流量の適否を判断するようにしているため、より精度の高い且つ高応答性の流量モニタ及び流量制御を行うことができる。
　更に、熱式流量センサ２のモニタ流量出力補正回路Ｈにより補正したモニタ流量出力Ｂ２´を初期メモリ値としているため、より精度の高い実ガスモニタ流量自己診断が可能となる。
本発明の実施形態に係るオリフィスを利用した流量モニタ付圧力式流量制御装置の構成概要図である。 流量モニタ付圧力式流量制御装置の他の例を示す構成概要図である。 流量モニタ付圧力式流量制御装置の更に他の例を示す構成概要図である。 熱式流量センサの構成の説明図である。 熱式流量センサの動作原理の説明図である。 本願発明者が着想した流量モニタ付圧力式流量制御装置の第１構想図である。 本願発明者が着想した流量モニタ付圧力式流量制御装置の第２構想図である。 熱式流量センサのステップ応答特性を示す曲線である（設定流量２０％の場合）。 熱式流量センサのステップ応答特性を示す曲線である（設定流量５０％の場合）。 熱式流量センサのステップ応答特性を示す曲線である（設定流量１００％の場合）。 熱式流量センサのモニタ流量精度特性を示す曲線である（設定流量１００～９７％設定の場合）。 熱式流量センサのモニタ流量精度特性を示す曲線である（設定流量２０．０～１９．４％設定の場合）。 熱式流量センサの供給圧変動特性を示す曲線である（設定流量５０％の場合）。 熱式流量センサの繰返し再現性特性を示す曲線である（設定流量１００％の場合）。 熱式流量センサの繰返し再現性特性を示す曲線である（設定流量２０％の場合）。 オリフィスを用いた圧力式流量制御装置の構成図である。 特許第４１３７６６６号の第１実施例に係る質量流量制御装置の構成説明図である。 特許第４１３７６６６号の第２実施例に係る質量流量制御装置の構成説明図である。 流量容量２０００ＳＣＣＭの流量モニタ付圧力式流量制御装置の応答特性の一例を示すものであり、流量設定を０－５０－０％とした場合の流量設定値Ａ１、流量出力Ａ２、熱式流量センサのモニタ流量出力Ｂ２を示すものである。 流量容量１００ＳＣＣＭの流モニタ付圧力式流量制御装置の応答特性の一例を示すものであり、流量設定を０－５０％とした場合を示すものである。 流量モニタ付圧力式流量制御装置の構造を示す概要図であり、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。 熱式流量センサのモニタ流量出力補正回路のブロック構成図である。 流量容量１００ＳＣＣＭ、Ｎ２ガス供給圧３００ＫＰａＧの場合のモニタ流量出力補正回路Ｈを用いた装置の応答特性の一例を示すものである（０→２０→０％及び２０→４０→２０％）。 図２３の装置に於ける４０→６０→４０％及び６０→８０→６０％の応答特性を示すものである。 図２３の装置に於ける８０→１００→８０％及び０→１００→０％の応答特性を示すものである。 流量容量２０００ＳＣＣＭのモニタ流量出力補正回路Ｈを設けた流量モニタ付圧力式流量制御装置のＮ２ガスに対する流量制御特性を示す線図である。 図２６の流量モニタ付圧力式流量制御装置に於いてガス種をＯ２ガスとした場合の流量制御特性及びガス種の変換係数（Ｃ．Ｆ）を考慮した補正後の流量制御特性を示すものである。 ガス種をＡｒガスとした場合の流量制御特性及びガス種の変換係数（Ｃ．Ｆ）を考慮した補正後の流量制御特性を示すものである。 実ガスに対する熱式流量センサ流量出力の初期値メモリの処理フロー図である。 図３０の（ａ）は、図２９に於ける実ガスに対する熱式流量センサ流量出力の初期値メモリプロセスの概要説明図であり、（ｂ）は熱式流量センサ流量出力の確認プロセスの概要説明図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
　図１は本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置１の実施形態に係る構成概要図であり、流量モニタ付圧力式流量制御装置１は、圧力式流量制御部１ａと熱式流量モニタ部１ｂとの二つの部分から構成されている。
　また、前記圧力式流量制御部１ａは、コントロール弁３と温度センサ４と圧力センサ５とオリフィス６と制御部７を形成する圧力式流量演算制御部７ａとから構成されている。
　更に、前記熱式流量モニタ部１ｂは、熱式流量センサ２と制御部７を形成する流量センサ制御部７ｂとから構成されている。
　前記圧力式流量制御部１ａは、上述の通りコントロール弁３、温度センサ４、圧力センサ５、オリフィス６及び圧力式流量演算制御部７ａ等から構成されており、入力端子７ａ１から流量設定信号が、また出力端子７ａ２から圧力式流量制御部１ａにより演算したオリフィスを流通する流体の流量出力信号が出力される。
　前記オリフィス６を用いた圧力式流量制御部１ａそのものは、特許第３２９１１６１号等として周知の技術であり、オリフィス６を臨界膨張条件下で流通する流体の流量を圧力検出センサ５で検出した圧力を基にして圧力式流量演算制御部７ａにて演算し、入力端子７ａ１より入力した設定流量信号と演算した流量信号の差に比例する制御信号Ｐｄをコントロール弁３の弁駆動部３ａへ出力する。
　前記、圧力式流量制御部１ａやその流量演算制御部７ａの構成は、図１６に記載のものと実質的に同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。
　また、この圧力式流量制御部１ａには、公知の零点調整機構や流量異常検出機構、ガス種変換機構（Ｆ．Ｆ値変換機構）等の各種付属機構が設けられていることは勿論である。
　更に、図１に於いて８は入口側通路、９は出口側通路、１０は機器本体内の流体通路である。
　前記流量モニタ付圧力式流量制御装置１を構成する熱式流量モニタ部１ｂは、熱式流量センサ２と流量センサ制御部７ｂとから構成されており、流量センサ制御部７ｂには入力端子７ｂ１及び出力端子７ｂ２が夫々設けられている。そして、入力端子７ｂ１からはモニタする流量範囲の設定信号が入力され、出力端子７ｂ２からは熱式流量センサ２により検出したモニタ流量信号（実流量信号）が出力される。尚、熱式流量モニタ部１ｂにも、ガス種変換機構（Ｃ.Ｆ.値変換機構）等の付属機構が設けられていることは勿論である。
　また、図１には表示されていないが、流量センサ制御部７ｂと圧力式流量演算制御部７ａとの間では、前記モニタ流量信号や演算流量信号の入出力が適宜に行われ、両者の異同やその差の大きさを監視したり、或いは両者の差が一定値を越えた場合に警告を発したりしても良いことは勿論である。
　図２は、流量モニタ付圧力式流量制御装置１の他の例を示すものであり、コントロール弁３と熱式流量センサ２との間の流体圧力を圧力センサ５で検出するようにしたものである。尚、流量モニタ付圧力式流量制御装置１のその他の構成および動作は、図１の場合と全く同一である。
　図３は、流量モニタ付圧力式流量制御装置１の更に他の例を示すものであり、オリフィス６の下流側に圧力センサ１７を別に設け、オリフィス６を流通する流体が臨界膨張条件下にあるか否かを監視して警報を発信したり、或いは、圧力センサ５と圧力センサ１７の差圧を用いて流量制御を可能とするものである。
　前記熱式流量モニタ部１ａは熱式流量センサ２と流量センサ制御部７ｂとから構成されており、図４及び図５はその構成の概要を示すものである。
　即ち、図４に示すように、熱式流量センサ２は、層流素子（バイパス群）２ｄとこれを迂回するセンサ管２ｅとを有しており、このセンサ管２ｅに、バイパス群２ｄと比較して少量のガス流体を一定の比率で流通させている。
　また、このセンサ管２ｅには直列に接続された制御用の一対の抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路２ｂによりモニタされた質量流量値を示す流量信号２ｃを出力する。
　前記この流量信号２ｃは、例えばマイクロコンピュータ等よりなる流量センサ制御部７ｂへ導入されて、上記流量信号２ｃに基づいて現在流れている流体の実質流量が求められる。
　図５は熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂの基本構造を示すものであり、上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４の直列接続に対して、２つの基準抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列接続回路が並列に接続され、ブリッジ回路を形成している。このブリッジ回路に定電流源が接続されており、また、上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と上記基準抵抗Ｒ２、Ｒ３同士の接続点とを入力側に接続して差動回路が設けられており、上記両接続点の電位差を求め、この電位差を流量信号２ｃとして出力する構成となっている。
　尚、熱式流量センサ２及び流量センサ制御部７ｂそのものは公知の技術であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
　また、本実施形態においては、熱式流量モニタ部１ｂとして、株式会社フジキン製のFCS-T1000シリーズに搭載される熱式流量センサを使用している。
　図２１は、本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置１の構造を示す概要図であり、図２１の（ａ）は縦断面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。
　前記図１に示した圧力式流量制御部１ａと熱式流量モニタ部１１とから成る流量センサ付圧力式流量制御装置１は、ボディ体３０と、制御部７と、前記ボディ体３０に組み付けしたコントロール弁３と熱式流量センサ２と温度センサ４と圧力センサ５とオリフィス６等から形成されており、また、制御部７は圧力式流量制御部７ａと流量センサ制御部７ｂとから形成されている。
　ボディ体３０は第１本体ブロック３０ａ、第２本体ブロック３０ｂ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄとから形成されており、第１本体ブロック３０ａ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄは４本の固定ボルト３４により、相互に連結固定されている。また、第２本体ブロック３０ｂは２本の固定ボルト３５により第１本体ブロック３０ａへ固定されている。
　更に、熱式流量センサ２の層流素子２ｄは第３本体ブロック３０ｃの左側面側の内部に，圧力センサ５は第３本体ブロック３０ｃの底面に、圧力センサ１７は第４本体ブロック３０ｄの上面側に、熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂ及び制御部７は第３本体ブロック３ｃの上面側に、コントロール弁３の駆動部は第１本体ブロック３０ａの上面側に、プレフィルタ２９は第１本体ブロック３０ａと第２本体ブロック３０ｂの間に、オリフィス６は第３本体ブロック３ｃ内に、夫々配設固定されている。
　同様に、入口側通路８が第１本体ブロック３０ａに、流体通路１０が第１及び第３本体ブロック３０ａ、３０ｃに、出口側通路９が第４本体ブロック体３０ｄに夫々形成されており、特に流体通路１０はその内容積が必要最小限となるように内径及び長さが選定されている。
　また、第３本体ブロック３ｃにはセンサ管２ｅの収納孔２ｅ´及び温度センサ４の収納孔４ａが夫々穿設されている。
　尚、図２１中では省略されているが、各本体ブロック３０ａ～３０ｄ間並びに各本体ブロックと層流素子２ｄ及びオリフィス６間がシール材を介して気密に連結されていることは、勿論である。
　ボディ体３０を上述のように複数のブロック本体３０ａ～３０ｄを連結組み合せした構造とすることにより、流体通路１０の内容積を大幅に少なくすることができると共に、層流素子２ｄや圧力センサ５、オリフィス６等をボディ体３０内へコンパクトに配設することができ、流量モニタ付圧力式流量制御装置の小型化及び熱式流量センサ部１ｂに於けるセンサ流量の過渡的なオーバーシュートのレベルを大幅に低減されることができる。
　前記図１９及び図２０等に示したモニタ流量（熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２）の過渡的なオーバーシュートは、モニタ流量出力Ｂ２と圧力式流量制御部１ａの流量出力Ａ２との間に差異を生ずる原因となり、流量モニタ付圧力式流量制御装置１の流量制御精度や応答性能の低下を引き起す。
　そのため、前記熱式流量センサ部１ｂに於ける流量出力Ｂ２（熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２）のオーバーシュートを可能な限り少なくして、モニタ流量出力Ｂ２と圧力式流量制御部１ａに於ける流量出力Ａ２との差を少なくする必要がある。
　そこで、本発明に於いては、図１の流体流路１０に於ける前記オーバーシュートに起因する前記モニタ流量出力Ｂ２と流量出力Ａ２との差を少なくするために、オーバーシュートの発生時の流体流路１０に於ける制御圧力の傾きΔＰ／Δｔを圧力式流量制御部１ａの流量出力Ａ２の変化率から検出し、当該制御圧力の傾きΔＰ／Δｔを用いて熱式流量センサ２の流量出力の検出値Ｂ２を補正し、これにより熱式流量モニタ部１ｂの流量出力Ｂ２（熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２）と圧力式流量制御部１ａの流量出力Ａ２間の差異を少なくしてモニタ流量精度の一層の向上を図る構成としている。
　図１を参照して、いま、装置本体内の流体通路１０を流れる流体流量をＦ１とすると、当該流体流量Ｆ１は熱式流量センサ２により検出される流体流量Ｂ２となる。
　また、オリフィス６の下流側通路（即ち、出口側通路９）を流れる流体流量をＦ２とすると、当該流体流量Ｆ２は圧力式流量制御部１ａに於ける流体制御流量Ａ２となる。
　即ち、上記圧力式流量制御部１ａの制御流量Ｆ２は、Ｆ２＝ＫＰ１（Ｋ＝定数、Ｐ１＝オリフィス６上流側の圧力）で演算されるものであるため、上記流量差Ｆ１－Ｆ２は流体流路１０に於ける制御圧の上昇率（即ち、圧力式流量制御部１ａの流量出力Ａ２の上昇率）に比例することになる。
　その結果、Ｆ１－Ｆ２∝ΔＰ／Δｔから、Ｆ２＝Ｆ１－Ｃ（ΔＰ／Δｔ）（ただしＣは制御圧の上昇率を流量に変換するための係数）と表すことができ、原理的には（ΔＰ／Δｔ）から流量Ｆ１の流量Ｆ２への換算が可能となる。
　尚、定常状態（即ち、流体流路１０に圧力上昇が無くて制御圧が一定）の場合には、ΔＰ／Δｔ＝０となり、Ｆ１－Ｆ２＝０となる。
　図２２は、上記熱式流量モニタ部１ｂに於けるモニタ流量Ｂ２を補正するための熱式流量センサ２のモニタ流量出力補正回路Ｈのブロック構成図であり、図２２に置いて、３６は圧力式流量制御部１ａの制御流量出力Ａ２の入力端子、３７は熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２の入力端子、３８は補正後のモニタ流量出力Ｂ２´の出力端子、３９は入力回路、４０は微分回路、４１は増幅回路、４２は整形回路、４３は補正回路である。
　圧力式流量制御部１ａからの制御流量出力Ａ２は入力回路３９を経て微分回路４０へ入力され、ここで制御流量出力Ａ２の変化率即ち制御圧Ｐの変化率ΔＰ／Δｔが検出される。
　また、制御圧Ｐの傾き（変化率）ΔＰ／Δｔは増幅回路４１へ入力され、ここで増幅（増幅係数Ｃ）されたあと、波形の整形回路４２を通して、入力端子３７から入力される熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２にマッチングした波形に整形され、その後差動アンプより成る補正回路４３へ入力される。
　更に、補正回路４３では、熱式流量センサ２からの前記モニタ流量出力Ｂ２から整形回路４２より入力された補正流量Ｃ・ΔＰ／Δｔが差引きされ、補正後のモニタ流量出力Ｂ２´が補正出力端子３８より出力されることになる。
　図２３乃至図２５は、上記図２２に示したモニタ流量出力補正回路Ｈを用いた流量容量１００ＳＣＣＭの流量モニタ付圧力式流量制御装置１の、Ｎ２ガス供給圧３００ｋＰａＧの条件下に於ける応答特性試験結果を示すものである。尚、図２３～図２５に於いて、Ａ１は圧力式流量制御部１ａの設定入力、Ａ２は圧力式流量制御部１ａの制御流量出力、Ｂ２は熱式流量制御部１ｂのモニタ流量出力、Ｂ２´は熱式流量制御部１ｂの補正後のモニタ流量出力である。
　図２３～図２５からも判るように、装置の立上げ時及び立下り時の両方に於いて、圧力式流量制御部１ａの制御流量装置Ａ２と熱式流量センサ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２の補正後の流量出力Ｂ２´とは、近似した応答特性を示している。
　即ち、本願発明に係るモニタ流量出力補正回路Ｈを用いることにより、モニタ流量Ｂ２にオーバーシュートが発生したとしても、比較的容易にその影響を排除して、高い応答性でもって高精度なモータ流量Ｂ２´を得ることができる。
　流量モニタ付圧力式流量制御装置１に於いても、制御流体のガス種が変れば、従前の圧力式流量制御装置の場合と同様に所謂コンバージョンファクタＣ．Ｆに関係する流量制御特性の補正が必要になってくる。
　図２６～図２８は、上記図２２に示したモニタ流量出力補正回路Ｈを設けた流量容量２０００ＳＣＣＭの、Ｎ２ガスを基準として流量校正をした流量モニタ付圧力式流量制御装置１に於いて、制御流体のガス種を変更した場合のモニタ流量出力Ｂ２及び補正後のモニタ流量出力Ｂ２´と、圧力式流量制御部１ａの設定流量Ａ１との関係を示すものであり、ガス供給圧は何れも３００ｋＰａＧとしている。
　図２６は、制御流体をＮ２として、補正をした後のモニタ流量Ｂ２と圧力式流量制御部１ａの設定流量Ａ１との関係を示すものであり、設定流量Ａ１とモニタ流量Ｂ２´とは１：１の関係で対応している。
　これに対して、図２７及び図２８は、制御流体をＯ２及びＡｒとした場合を示すものであり、図２６に示した流量特性を有するＮ２を制御流体として校正をした流量モニタ付圧力式流量制御装置１に於いて、制御流体をＯ２にすると、流量制御特性が直線Ｏ２のようになる。そのため、モニタ流量Ｂ２´と設定流量Ａ１とを１：１の対比とするためには、流量制御特性Ｏ２を直線Ｏ２´のように再補正する必要がある。
　制御流体をＡｒとした場合も同様であり、Ａｒを制御流体とした場合には、流量制御特性が図２８の直線Ａｒのようになるため、モニタ流量Ｂ２´と設定流量Ａ１とを１：１の対比とするためには、Ｎ２とＡｒ間のガス種の変換係数（Ｃ．Ｆ）を考慮して、流量特性Ａｒを直線Ａｒ´のように補正する必要がある。
　次に、本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置１の実用前の熱式流量センサ出力の初期値メモリについて説明する。
　流量モニタ付圧力式流量制御装置１の圧力式流量制御部１ａ及び熱式流量モニタ部１ｂは、装置１の実用中に所謂流量自己診断を実施して、モニタ流量と現実の流体流量との間に差異が無いか否かをチェックする必要のあることは、従前の圧力式流量制御装置の場合と同じである。
　そのため、本発明の流量モニタ付圧力式流量制御装置１に於いても、これをガス供給系配管等へ取付けした場合には、先ず、実ガスを供給した初期の熱式流量モニタ部１ｂの設定流量値と流量出力値との関係（以下、実ガスモニタ流量出力初期値メモリと呼ぶ）をメモリしておく必要がある。
　勿論、圧力式流量制御部１ａについても実ガス流量出力の変換が必要であるが、これについては既に公知であるため、ここでは説明を省略する。
　上記熱式流量モニタ部１ａの実ガスモニタ流量出力初期値メモリは、図２９に示す如き処理フローに従って行われ、先ず、Ｎ２ガスを用いて、装置１の制御流量Ａ１に対する熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２の関係がチェックされ、その後、実ガスを供給した場合の制御流量Ａ１に対する熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２がチェックされ且つメモリされる。
　図２９を参照して、先ず、実機取付（ステップＳ１）後、圧力式流量制御部１ａへＮ２のフローファクタＦ．Ｆ．値を入力し（ステップＳ２）、管路内のＮ２ガスを真空排気（ステップＳ３）する。
　その後、圧力センサＰ１の自動零点調整（ステップＳ４）及び熱式流量センサ２の自動零点調整（ステップＳ５）を行い、管路内へＮ２ガスを供給（ステップＳ６）して、Ｎ２ガスによる流量自己診断（ステップＳ７）を行う。
　更に、Ｎ２ガスによる流量自己診断の結果をステップＳ８で判定し、流量自己診断の結果が許容値の範囲内にあれば、ステップＳ９で制御流量Ａ１に対する熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２をチェックして（ステップＳ１０）、両者の差異が許容値範囲内であれば、Ｎ２ガスによる処理フローを終了して、ステップＳ１２の実ガスによる処理フローへ入る。
　また、前記ステップＳ８に於ける診断結果が許容値範囲外の場合には、装置１の異常と判断してステップＳ１１で処理フローを終了する。
　Ｎ２ガスによる処理フローが終了すれば、圧力式流量制御部１ａへ実ガスのフローファクタＦ．Ｆ．値を入力し（ステップＳ１２）、配管内を真空引き（ステップＳ１３）、圧力センサ５の自動零点調整（ステップＳ１４）、熱式流量センサ２の自動零点調整（ステップＳ１５）を行い、その後実ガスを配管路内へ供給し（ステップＳ１６）、ステップＳ１７で実ガス流量自己診断に於ける初期値メモリを行う。
　尚、当該初期値メモリは、実ガスを供給した場合の供給初期に於ける圧力降下特性をメモリする処理であり、また、ステップＳ１９の実ガス流量自己診断は、ステップＳ１７でメモリした圧力降下特性をチェックするものである。
　上記ステップＳ１８の実ガス流量自己診断により、初期値メモリ時と診断時との圧力降下特性の差異が許容値範囲内にあるか否かが判断され（ステップＳ１９）、許容範囲内にあれば、ステップＳ２０で熱式流量センサ２の流量出力の初期値メモリが行われ、続いてステップＳ２１で熱式流量センサ２の流量出力Ｂ２が確認され、制御流量Ａ２に対する熱式流量センサのモニタ流量Ｂ２の補正値Ｂ２´が確認され（ステップＳ２２）、両者の差異が許容範囲内であれば、実ガスに対する熱式流量センサ出力の初期値メモリ処理が完了する（ステップ２８）。また、前記ステップＳ１９に於ける実ガス流量自己診断結果が許容範囲外であれば、装置１が異常として処理フローが中止される（ステップＳ２４）。
　前記ステップＳ２０に於ける熱式流量センサ流量出力初期値メモリの処理は、具体的には図３０（ａ）に示したように、各流量設定値Ａ１にて流量制御を実行し、各流量設定値Ａ１毎の熱式流量センサの出力値Ｂ２から補正値Ｂ２´を自動算出して、これをメモリする。
　尚、各流量設定値Ａ１に於ける待ち時間ｔや各設定値は、工場出荷前に予め装置１内にメモリされており、図３０（ａ）の例では流量制御設定値Ａ１を２５％、５０％、７５％及び１００％とし、且つ待ち時間ｔを１０秒間として熱式流量センサ２のモニタ流量Ｂ２を計測し、その補正値Ｂ２´を算出してメモリする構成としている。
　前記ステップＳ２２に於ける実ガス供給時の熱式流量センサ流量出力Ｂ２の確認も同様であり、図３（ｂ）に示すように、各流量設定値Ａ１に於いて流量制御を実行し、所定の待ち時間の経過後熱式流量センサ出力Ｂ２を計測し、これに補正を加えたセンサ流量出力Ｂ２´を出力し、制御流量Ａ１との比較を行う。
　尚、圧力式流量制御部の各設定値Ａ１とそのポイント数、待ち時間ｔ、確認判定の基準値等は、予め工場出荷前に装置１内にメモリされており、図３（ｂ）に於いては、制御流量設定値Ａ１を定格の１２％、３７％、６２％、８７％とし、待ち時間ｔを１０秒間とした場合を示すものである。
　本発明は半導体製造装置用が供給設備のみならず、臨界膨張条件下の流体の流量を制御する限り、化学品製造装置等の流体供給回路へも広く適用できるものである。
１は　流量モニタ付圧力式流量制御装置
１ａは　圧力式流量制御部
１ｂは　熱式流量モニタ部
２は　熱式流量センサ
２ｂは　センサ回路
２ｄは　層流素子
２ｅは　センサ管
２ｅ´は　センサ管と層流素子間の流路
３は　コントロール弁
３ａは　弁駆動部
４は　温度センサ
４ａは　温度センサ収納孔
５は　圧力センサ
６は　オリフィス
７は　制御部
７ａは　圧力式流量演算制御部
７ｂは　流量センサ制御部
７ａ１は　入力端子
７ａ２は　出力端子
７ｂ１は　入力端子
７ｂ２は　出力端子
８は　入口側通路
９は　出口側通路
１０は　機器本体内の流体通路
１１は　ガス供給源
１２は　圧力調整器
１３は　パージ用バルブ
１４は　入力側圧力センサ
１５は　データロガ
１６は　真空ポンプ
１７は　圧力センサ
Ｐｄは　コントロール弁の制御信号
Ｐｃは　流量信号
Ａ１は　流量設定入力
Ａ２は　圧力式流量制御装置の流量出力
Ｂ１は　熱式流量センサ出力（図６・熱式流量センサが１次側の場合）
Ｂ２は　熱式流量センサ出力（図７・熱式流量センサが２次側の場合）
３０は　ボディ体
３０ａは　第１本体ブロック
３０ｂは　第２本体ブロック
３０ｃは　第３本体ブロック
３０ｄは　第４本体ブロック
３１は　流体入口
３２は　流体出口
３３は　コネクター
３４は　固定ボルト
３５は　固定ボルト
Ｈは　モニタ流量出力補正回路
３６は　圧力式流量制御部の流量出力Ａ２の入力端子
３７は　熱式流量モニタ部のモニタ流量出力Ｂ２の入力端子
３８は　モニタ流量の補正出力Ｂ２´の出力端子
３９は　入力回路
４０は　微分回路
４１は　増幅回路
４２は　整形回路
４３は　補正回路

Claims (16)

  1. 　流体の入口側通路８と，入口側通路８の下流側に接続した圧力式流量制御部１ａを構成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に接続した熱式流量センサ２と，熱式流量センサ２の下流側に連通する流体通路１０に介設したオリフィス６と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０の近傍に設けた温度センサ４と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６に連通する出口側通路９と，前記圧力センサ５からの圧力信号及び温度センサ４からの温度信号が入力され、オリフィス６を流通する流体の流量値Ｑを演算すると共に演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力する圧力式流量演算制御部７ａ及び前記熱式流量センサ２からの流量信号２ｃが入力され当該流量信号２ｃからオリフィス６を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部７ｂとからなる制御部７と，から構成したことを特徴とする流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  2. 　圧力センサ５を、コントロール弁３の出口側と熱式流量センサ２の入口側の間に設けるようにした請求項１に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  3. 　流量センサ制御部７ｂで演算した流体流量と圧力式流量演算制御部７ａで演算した流体流量間の差が設定値を越えると警報表示を行う制御部７とした請求項１又は請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  4. 　コントロール弁３，熱式流量センサ２，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，入口側通路８，出口側通路９を一つのボディ体３０に一体的に組み付けすると共に、流体通路１０をボディ体３０に一体的に形成するようにした請求項１に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  5. 　流体の入口側通路８と，入口側通路８の下流側に接続した圧力式流量制御部１ａを構成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に接続した熱式流量センサ２と，熱式流量センサ２の下流側に連通する流体通路１０に介設したオリフィス６と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０の近傍に設けた温度センサ４と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間の流体通路１０に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６に連通する出口側通路９と，前記オリフィス６の下流側の出口側通路９に設けた圧力センサ１７と，前記圧力センサ５及び圧力センサ１７からの圧力信号及び温度センサ４からの温度信号が入力され、オリフィス６を流通する流体の臨界膨張条件の監視やオリフィス６を流通する流体の流量値Ｑを演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力する圧力式流量演算制御部７ａ及び前記熱式流量センサ２からの流量信号２ｃが入力され当該流量信号２ｃからオリフィス６を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部７ｂとからなる制御部７と，から構成したことを特徴とする流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  6. 　オリフィス６を流通する流体が臨界膨張条件を外れると、警報表示を行う制御部７とした請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  7. 　コントロール弁３，熱式流量センサ２，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，入口側通路８，出口側通路９，圧力センサ１７を一つのボディ体３０に一体的に組み付けすると共に、流体通路１０をボディ体３０に一体的に形成するようにした請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  8. 　ボディ体３０を第１本体ブロック３０ａ、第２本体ブロック３０ｂ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄを一体的に連結組み付けすることにより形成すると共に、第１本体ブロックの上面側にコントロール弁３を、第３本体ブロック３０ｃの左側面側内部に層流素子２ｄを、第３本体ブロック３０ｃの右側面側内部にオリフィス６を、第３本体ブロック３０ｃの下面側に圧力センサ５を、第３本体ブロック３０ｃの上面側に熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂを夫々配設し、且つ各本体ブロック３０ａ～３０ｄに連通する流体流通路を形成する構成とした請求項４に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  9. 　ボディ体３０を第１本体ブロック３０ａ、第２本体ブロック３０ｂ、第３本体ブロック３０ｃ及び第４本体ブロック３０ｄを一体的に連結組み付けすることにより形成すると共に、第１本体ブロック３０ａの上面側にコントロール弁３を、第３本体ブロック３０ｃの左側面側内部に層流素子２ｄを、第４本体ブロック３０ｃの右側面側内部にオリフィス６を、第３本体ブロック３０ｃの下面側に圧力センサ５を、第３本体ブロック３０ｃの上面側に熱式流量センサ２のセンサ回路２ｂを、第４ブロック体の上面側に圧力センサ１７を夫々配設し、且つ各本体ブロック３０ａ～３０ｄに連通する流体通路を形成する構成とした請求項７に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  10. 　流量センサ制御部７ｂに、熱式流量センサ２からの流量信号に基づいて演算したモニタ流量信号Ｂ２を補正するモニタ流量出力補正回路Ｈを設け、前記モニタ流量Ｂ２を流体制御圧の傾きΔＰ／Δｔを用いて、Ｂ２´＝Ｂ２－Ｃ・ΔＰ／Δｔ（ただし、Ｃは変換係数）に補正し、補正後のモニタ流量Ｂ２´をモニタ流量信号として出力するようにした請求項１又は請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  11. 　モニタ流量出力補正回路Ｈを、圧力式流量制御部１ａの制御流量出力Ａ２の微分回路４０と、前記微分回路４０からの出力値の増幅回路４１と、前記増幅回路４１からの出力の整形回路４２と、熱式流量モニタ部１ｂからのモニタ流量出力Ｂ２より前記整形回路からの入力を差引きしてモニタ流量出力Ｂ２´を出力する補正回路４３とから構成するようにした請求項１又は請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
  12. 　請求項１又は請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置に於いて、当該流量モニタ付圧力式流量制御装置を配管路へ取付けしたあと、先ずＮ２ガスを導入して圧力式流量制御部１ａの制御流量出力Ａ２と熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２´との対比を行い、両者の差異が許容範囲内の場合には、次に実ガスを導入して各設定流量値に於ける熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２´の初期値を検出並びにメモリした後、圧力式流量演算部１ａの制御流量出力Ａ２に対する熱式流量モニタ部１ｂのモニタ流量出力Ｂ２´の対比を行い、両者の差異が許容範囲内にあれば、実ガスモニタ流量出力Ｂ２´を出力すると共に、前記初期値メモリを有効なメモリとするようにした流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
  13. 　Ｎ２ガスを導入後、Ｎ２ガスを用いて流量自己診断を行い、装置に異常が無いことを確認するようにした、請求項１２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
  14. 　実ガスを導入後、実ガスを用いて流量自己診断を行い、装置及び実ガスに異常が無いことを確認するようにした、請求項１２又は請求項１３に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
  15. 　Ｎ２ガス導入前及び/又は実ガス導入前において、真空引きを行い流量モニタ付圧力式流量制御装置の圧力センサ５及び熱式流量センサ２の自動零点調整をするようにした、請求項１２乃至１４の何れかに記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
  16. 　予め定めた複数の圧力式流量制御部１ａの設定流量毎に、熱式流量センサ２の流量出力を出力開始から予め定めた待ち時間ｔ後に計測し、自動補正された前記計測値をメモリ又は確認するようにした請求項１１に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
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