(57)【要約】  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。
2012153455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４１３７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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。【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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。【００４２】
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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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【００５４】
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【００５５】
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。【００５６】
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。
【発明の効果】
【００５７】
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。【００５８】
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。【００５９】
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。【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】熱式流量センサの構成の説明図である。
【図５】熱式流量センサの動作原理の説明図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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）。
【図９】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）。
【図１０】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）。
【図１１】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）。
【図１２】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）。
【図１３】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）。
【図１４】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）。
【図１５】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）。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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２４】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２５】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。
【図２６】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２７】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。
【図２８】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。
【図２９】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
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
【図１】
2012153455.tif 000003
【図２】
2012153455.tif 000004
【図３】
2012153455.tif 000005
【図４】
2012153455.tif 000006
【図５】
2012153455.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012153455.tif 000009
【図８】
2012153455.tif 000010
【図９】
2012153455.tif 000011
【図１０】
2012153455.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2012153455.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2012153455.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
2012153455.tif 000029
【図２８】
2012153455.tif 000030
【図２９】
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【図３０】
2012153455.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月27日(2014.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の入口側通路と，入口側通路の下流側に接続した圧力式流量制御部を構成するコントロール弁と，コントロール弁の下流側に接続した熱式流量センサと，熱式流量センサの下流側に連通する流体通路に介設したオリフィスと，前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路近傍に設けた温度センサと，前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路に設けた圧力センサと，前記オリフィスに連通する出口側通路と，前記圧力センサからの圧力信号及び温度センサからの温度信号が入力され、オリフィス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を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部へ出力する圧力式流量演算制御部及び前記熱式流量センサからの流量信号が入力され、当該流量信号からオリフィスを流通する流体流量を演算表示すると共に前記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を設けた流量センサ制御部とから成る制御部と,から構成され、前記モニタ流量出力補正回路Ｈにより、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構成と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。
【請求項２】
流体の入口側通路と，入口側通路の下流側に接続した圧力式流量制御部を構成するコントロール弁と，コントロール弁の下流側に接続した熱式流量センサと，熱式流量センサの下流側に連通する流体通路に介設したオリフィスと，前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路の近傍に設けた温度センサと，前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路に設けた圧力センサ(５)と，前記オリフィスに連通する出口側通路と，前記オリフィスの下流側の出口側通路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からの温度信号が入力され、オリフィスを流通する流体の臨界膨張条件の監視やオリフィス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を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部へ出力する圧力式流量演算制御部及び前記熱式流量センサからの流量信号が入力され、当該流量信号からオリフィスを流通する流体流量を演算表示すると共に前記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を設けた流量センサ制御部とから成る制御部と,から構成され、前記モニタ流量出力補正回路Ｈにより、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構成と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。
【請求項３】
コントロール弁，熱式流量センサ，オリフィス，圧力センサ(５)，温度センサ，入口側通路，出口側通路を一つのボディ体に一体的に組み付けすると共に、流体通路をボディ体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。
【請求項４】
コントロール弁，熱式流量センサ，オリフィス，圧力センサ(５)，温度センサ，入口側通路，出口側通路，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と共に、流体通路をボディ体に一体的に形成するようにした請求項２に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
【請求項５】
ボディ体を第１本体ブロック、第２本体ブロック、第３本体ブロック及び第４本体ブロック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を、第３本体ブロックの左側面側内部に層流素子を、第３本体ブロックの右側面側内部にオリフィスを、第３本体ブロックの下面側に圧力センサ（５）を、第３本体ブロックの上面側に熱式流量センサのセンサ回路を夫々配設し、且つ各本体ブロック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。
【請求項６】
ボディ体を第１本体ブロック、第２本体ブロック、第３本体ブロック及び第４本体ブロック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を、第３本体ブロックの左側面側内部に層流素子を、第４本体ブロックの右側面側内部にオリフィスを、第３本体ブロックの下面側に圧力センサ（５）を、第３本体ブロックの上面側に熱式流量センサのセンサ回路を、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に連通する流体通路を形成する構成とした請求項５に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置。
【請求項７】
モニタ流量出力補正回路Ｈを、圧力式流量制御部の制御流量出力Ａ２の微分回路と、前記微分回路からの出力値の増幅回路と、前記増幅回路からの出力の整形回路と、熱式流量モニタ部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とから構成するようにした請求項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。
【請求項８】
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の制御流量出力Ａ２と熱式流量モニタ部のモニタ流量出力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、圧力式流量演算部の制御流量出力Ａ２に対する熱式流量モニタ部のモニタ流量出力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。
【請求項９】
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８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。
【請求項１０】
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８又は請求項９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。
【請求項１１】
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及び熱式流量センサの自動零点調整をするようにした、請求項８乃至請求項１０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。
【請求項１２】
予め定めた複数の圧力式流量制御部の設定流量毎に、熱式流量センサ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８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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量モニタ付圧力式流量制御装置と、そ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と、そ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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４１３７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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と共に熱式流量センサ２からの流量信号２c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を設けた流量センサ制御部７bとから成る制御部７と,から構成され、前記モニタ流量出力補正回路Ｈにより、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ことを発明の必須構成要件とするものである。
【００４２】
請求項２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と共に熱式流量センサ２からの流量信号２c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を設けた流量センサ制御部７bとから成る制御部７と,から構成され、前記モニタ流量出力補正回路Ｈにより、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ことを発明の必須構成要件とするものである。
【００４３】
請求項３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ものである。
【００４４】
請求項４の発明は、請求項２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３０に一体的に組み付けするようにしたものである。
【００４５】
請求項５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。
【００４６】
請求項６の発明は、請求項５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。
【００４７】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於て、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。
【００４８】
本願請求項８の発明は、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。
【００４９】
請求項９の発明は、請求項７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。
【００５０】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９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。
【００５１】
請求項１１の発明は、請求項８乃至請求項１０の何れかの発明に於いて、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。
【００５２】
請求項１２の発明は、請求項８の発明に於て、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。
【発明の効果】
【００５３】
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。
【００５４】
また、本願発明に於いては、前記流量センサ制御部７bに、熱式流量センサ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、当該モニタ流量出力補正回路Ｈにより前記モニタ流量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構成のとしている。
【００５５】
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による流量モニタを連続的に正確に且つリアルタイムで行うことができる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】熱式流量センサの構成の説明図である。
【図５】熱式流量センサの動作原理の説明図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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）。
【図９】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）。
【図１０】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）。
【図１１】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）。
【図１２】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）。
【図１３】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）。
【図１４】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）。
【図１５】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）。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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２４】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２５】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。
【図２６】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２７】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。
【図２８】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。
【図２９】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
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
【国際調査報告】
2012153455.tif 000033
2012153455.tif 000034
2012153455.tif 000035