(57)【要約】  所望のガス供給圧を有するガス供給源からの流通を開閉する上流側弁（ＡＶ）と、上流側（ＡＶ）の下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と、上流側弁（ＡＶ）の出口側と流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量（ＢＣ）とすると共に、当該ビルドダウン容量（ＢＣ）を形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサ（Ｔ）と、ビルドダウン容量（ＢＣ）を形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサ（Ｐ）と、上流側弁（ＡＶ）の開閉制御を行うと共に、上流側開閉弁（ＡＶ）の開放によりビルドダウン容量（ＢＣ）内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁（ＡＶ）の閉鎖により所定時間ｔ秒後にガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることによりビルドダウン方式によりモニタ流量（Ｑ）を演算し出力するモニタ流量演算制御部（ＣＰｂ）とを備え、前記モニタ流量Ｑを  Ｑ＝１０００／７６０×６０×２７３／（２７３＋Ｔ）×Ｖ×ΔＰ／Δｔとして演算し、出力する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続した耐供給圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数３】
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(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。）として演算することを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項２】
耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置のコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積とする構成とした請求項１に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項３】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項４】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項５】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項６】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項７】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス通路中に適宜の内容量のチャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成とした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項８】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項９】
チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とすると共に、チャンバを形成する内・外筒間の間隙をガス流通路とし、当該チャンバに圧力センサＰ３を設ける構成とした請求項７に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１０】
上流側ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁との間のガス通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変える構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式モニタ付流量制御装置。
【請求項１１】
上流側ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁との間のガス通路中に適宜の内容積のチャンバを介設する構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１２】
圧力式流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１３】
内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成とした請求項９に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１４】
内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１とするようにした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１５】
内筒を、外周面にねじを形成した内筒とした請求項９に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１６】
内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒とした請求項９に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１７】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成とした請求項９に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１８】
内筒を、フィルターメディア又は多孔質セラミック材で形成する構成とした請求項９に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量モニタ付流量制御装置の改良に関するものであり、特に、耐圧変動特性を備えた熱式流量制御装置やオリフィスを用いた圧力式流量制御装置にビルドダウン方式の流量モニタを有機的に組合せすることにより、作動中の流量制御装置の制御流量をリアルタイムでモニタできるようにしたビルドダウン方式流量モニタ付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に於いては、熱式流量制御装置ＭＦＣや圧力式流量制御装置ＦＣＳが広く利用されおり、また、近年では耐供給圧力変動特性を高めた熱式流量制御装置が使用され出している。
図３３は、前記圧力式流量制御装置ＦＣＳの構成を示すものであり、この圧力式流量制御装置ＦＣＳは、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等から構成されている。また、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等から構成されており、一次側供給圧の変動に対して安定した流量制御特性を有すると云う優れた特性を具備している。【０００３】
図３３を参照して、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。比較の結果、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が出力される。これにより、コントロール弁ＣＶが閉鎖方向へ駆動され、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで閉弁方向へ駆動される。【０００４】
当該圧力式流量制御装置ＦＣＳには、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性が具備されている。
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳや耐圧力変動特性を備えた熱式流量制御装置そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するものとする。【０００５】
しかし、例えば圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、微小な穴径のオリフィスＯＬを使用しているため、ハロゲン系ガスによる腐食、反応活性ガスの析出等によりオリフィスＯＬの穴径が経年変化を起す。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の実流量値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は、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動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、圧力式流量制御装置の分野に於いては、従来から、オリフィスＯＬの穴径の変化を可能な限り早期に検出することにより、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の実流量値との間に差異が生ずるのを防止する方策が多用されており、また、オリフィスＯＬの穴径変化の検出には、所謂ビルドアップ方式やビルドダウン方式を用いたガス流量測定方法が多く採用されている。【０００７】
ところが、従前の所謂ビルドアップ方式やビルドダウン方式を用いたガス流量測定は、実ガスの供給を一時的に停止しなければならず、その結果、半導体製造装置の稼動率の低下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。【０００８】
そのため、近年、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、実ガスの供給を一時的に停止することなしに、供給ガスの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モニタ付流量制御装置の開発が進められている。【０００９】
例えば、図３４その一例を示すものであり、この熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラ）である流量モニタ付流量制御装置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。【００１０】
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と、この流路２３から所定の割合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３４に於いて、ＳＰａ、ＳＰｂは圧力信号、Ｐａ、Ｐｂは圧力、Ｆは総流量、Ｓｆは流量信号、Ｃｐは弁開度制御信号である。【００１１】
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をフィードバック制御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、この流量Ｆの測定値と流量Ｆの制御値とを対比することにより質量流量制御装置２０の動作を確認するものである。【００１２】
このように、図３４に示した流量モニタ付流量制御装置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リアルタイムで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。【００１３】
しかし、当該図３４に示した流量モニタ付流量制御装置２０にも解決すべき問題が多く残されている。
第１の問題は、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異なる流量測定方式を組み込みしているため、流量モニタ付流量制御装置２０の構造が複雑となり、装置の小型化及び製造コストの引下げが図れないと云う点である。【００１４】
また、第２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ＳＰａ、ＳＰｂと熱式流量センサ２５からの流量信号Sf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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第２６３５９２９号
【特許文献２】特許第２９８２００３号
【特許文献３】特許第４３０８３５０号
【特許文献４】特許第４１３７６６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願発明は、a従前のビルドダウン方式やビルドアップ方式の流量測定方法を用いた流量モニタ付流量制御装置の場合には、流量モニタに際して実ガスの供給を一時的に停止しなければならないため、半導体製造装置の稼動率の低下や製造した半導体の品質変動等を生ずること、及び、b従前の図３４のような熱式流量計と圧力式流量制御装置を組み合せ構造の流量モニタ付流量制御装置では、流量制御装置自体の構造の簡素化及び装置の小型化が図れないうえ、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こと等の問題の解決を主たる目的とするものであり、圧力式流量制御装置ＦＣＳ又は耐圧力変動式熱式流量制御装置ＭＦＣと、その上流側に設けたビルドダウン方式の流量測定部とを一体に組合せし、そして、流量制御装置の上流側圧力（入力側圧力）に許容される圧力変動範囲内で前記ビルドダウン方式流量測定部を作動させ、少なくとも１秒以内に１回（望ましくは、1秒間に複数回）ビルドダウン方式流量測定部から流量モニタ信号を発信することにより、流量制御装置による流量制御と同時並行的にビルドダウン方式流量測定部による実質的にリアルモニタに近い流量モニタを行なえる様にものでしたものである。【００１７】
上記のような構成とすることにより、入力側の圧力変動により流量制御特性が殆ど影響を受ないと云う圧力式流量制御装置や耐圧力変動型熱式流量制御装置の流量特性をフルに活用して、ビルドダウン方式流量モニタ部による流量モニタを略リアルタイム（少なくとも１回/1秒）に近い状況下で行うことができ、しかも、演算制御部の簡素化、機器本体部の大幅な小型化、及び、ガス置換性の向上等を可能にしたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置の提供が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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ＦＣＳを用いて図１に示す如き試験装置を構成し、圧力式流量制御装置ＦＣＳと上流側（一次側）バルブＡＶ間の圧力降下の傾きから流量算出を行うビルドダウン方式による流量測定に関する基礎的な各種試験を行った。【００１９】
即ち、図１に於いて、Ｎ２はガス供給源、ＲＧは圧力調整器、ＥＣＶは電磁駆動部、ＡＶは上流側弁、ＦＣＳは圧力式流量制御装置、ＶＰは真空ポンプ、ＢＣはビルドダウン容量、Ｔは温度センサ、Ｐ０は圧力式流量制御装置ＦＣＳ内に設けた圧力センサからの圧力センサ出力、Ｅは電源部、Ｅ１は圧力式流量制御装置用電源、Ｅ２は演算制御部用電源、Ｅ３は上流側バルブ用電源、Ｓは信号発生器、ＣＰは演算制御部、ＣＰａは圧力式流量演算制御部、ＣＰｂはビルドダウンモニタ流量演算制御部、ＰＣは演算表示部、ＮＲはデータロガである。【００２０】
前記ビルドダウン容量ＢＣは、上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁（図示省略）の入口側との間の管路空間容積に相当するものであり、配管路の長さや内径等を調整したり、或いは当該配管路に介設したビルドダウン用チャンバ（図示省略）の内容積を調整することによりビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃと９．９１ｃｃ、４．６〜１１．６ｃｃ及び１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃの各容量に切換え調整できるように構成されている。
尚、ビルドダウン用チャンバを用いた場合には、実施例に於いて後述するように、上流側弁ＡＶの出口とコントロール弁ＣＶの入口間の流路の内径を１．８ｍｍにすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃに選定されている。【００２１】
また、前記演算制御部ＣＰ内のビルドダウンモニタ流量演算制御ＣＰｂでは、後述するようにビルドダウン容量ＢＣ部分に於ける圧力降下率を用いて必要なモニタ流量の演算が行われ、更に、圧力式流量演算制御部ＣＰａでは、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳの制御演算部と同様にオリフィス（図示省略）を流通する流量の演算、及びコントロール弁（図示省略）の開閉制御等が行われる。【００２２】
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳ、上流側開閉弁ＡＶ、圧力調整器ＲＧ及びその他の機器類は全て公知のものであるため、ここではその説明を省略する。
また、圧力式流量演算制御部ＣＰａは、一般には演算制御部ＣＰ内に組み付けされているが、図１に於いては説明の便宜上、演算制御部ＣＰから分離した状態に表示されている。更に、前記上流側弁ＡＶは、開閉を短時間内で行う必要があるため、一般には直動型電磁弁の使用が望ましいが、パイロット電磁弁を設けたエアー作動弁であっても良いことは勿論である。【００２３】
ビルドダウン方式による流量測定部は、ガス供給圧変動の影響を受け難い流量制御装置、特にオリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳである故にその上流側に配設できるものである。尚、ビルドダウン方式による流量測定により、高精度な流量測定が可能なことは、公知のことである。【００２４】
即ち、ビルドダウン方式に於いては、ビルドダウン容量ＢＣ内を流通する流量Ｑは、下記の（１）式により算出することができる。
【数１】
2013179550.tif 000003
ただし、ここでＶはビルドダウン容量BCの容積（ｌ）、ΔＰ／Δｔはビルドダウン容量BCに於ける圧力降下率、Ｔはガス温度（℃）である。【００２５】
先ず、図１の試験装置に於いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳの上流側圧力を４００ｋＰａ  ａｂｓ、圧力差ΔＰを５０ｋＰａ  ａｂｓ以上とすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを４．６〜１１．６ｃｃとし、ビルドダウン方式による流量測定を行った。図２は、この時の圧力降下状態を示すものであり、流量そのものは比較的精度よく測定できるものの、圧力回復時間（ａ）が必要なために測定流量の出力が不連続となり、且つ１サイクルに要する時間が数秒以上となることが判った。その結果、この測定条件下では、所謂リアルタイム流量モニタとはかけ離れた流量モニタになることが判明した。【００２６】
即ち、上流側弁ＡＶを開とし、圧力が規定値以上の圧力になるまでの時間を圧力回復時間（ａ）とし、また、上流側弁ＡＶを閉として圧力が規定値以下にまで下降する時間を流量出力可能時間（ｂ）とすると、上記（ａ）と（ｂ）の割合によって、流量出力ができる時間の割合が決まることになる。また、この流量出力可能時間（ｂ）は、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量ＢＣ、圧力下降範囲ΔＰによって決まるため、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量ＢＣ及び圧力下降範囲ΔＰをより厳密に検討して、夫々を適宜な値にしなければ、ビルドダウン方式による流量測定をリアルタイム流量モニタに近づけることができないことが判明した。【００２７】
一方、リアルタイム流量モニタであるためには、理想的には連続的な流量出力が必須となるが、現実の半導体製造装置等の運転に於いては、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得ることが出来れば、ほぼリアルタイムに近い流量モニタが可能となる。【００２８】
そこで、本願発明者等は、ビルドダウン方式による流量測定に於いて、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得ることによりリアルタイムに近い流量モニタの達成を可能とするために、前記圧力下降範囲（圧力差）ΔＰ及びビルドダウン容量ＢＣをより小さくすることによりガス再充填に必要な時間（圧力回復時間（a））を短くすることを着想し、当該着想に基づいて、半導体製造用装置で使用する流量制御装置に於けるビルドダウン容量ＢＣ及び上流側の圧力下降範囲（圧力差）ΔＰの減少を図ることにより、リアルタイム性の確保が可能か否かの検討をすると共に、流量モニタ精度やその再現性等についても各種の試験を行った。【００２９】
［試験１］
先ず、図１の試験装置に於いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳとして定格流量がＦ２０、Ｆ２００及びＦ６００（ｓｃｃｍ）の三種類のＦＣＳを準備した。
また、ビルドダウン容量ＢＣを約１．７８ｃｃと、約９．９１ｃｃの二種類に設定した。尚、９．９１ｃｃのビルドダウン容量ＢＣは、配管長さ及び配管内径を調整することにより容量の調整を行った。
更に、流量出力の検出可能時間（ｂ）は０．５ｓｅｃ（０．２５ｍｓ×２０００点）を目標とし、且つ試験環境温度は２５℃±１℃とした。【００３０】
次に、ＦＣＳ上流側圧力を３７０ｋＰａ  ａｂｓ．とし、圧力差ΔＰ＝２０ｋＰａ  ａｂｓ、流量Ｎ２＝１００ｓｃｃｍに設定（ＦＣＳ側で設定）し、ビルドダウン流量測定の際の圧力回復特性（圧力回復時間（ａ））を測定した。【００３１】
図３は圧力回復特性の測定結果を示すものであり、また、図４はその拡大図である。
更に、図５は、その時の圧力降下特性を示すものである。
図３は及び図４からも明らかなように、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃ及び圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓと小さくすることにより、Ｎ２流量１００ｓｃｃｍに於いても再充填時間（圧力回復時間（ａ））を大幅に短くすることができ、図５に示すように、少なくとも１秒以内の間隔で測定流量出力を行えることが確認できた。【００３２】
試験１に関連して、上流側弁ＡＶの開閉速度が、圧力回復時間（ａ）を流量出力可能時間（ｂ）に対して小さくする点で大きな影響を持つことが判明した。そのため、上流側弁ＡＶとしては、電磁弁直付型バルブが望ましいことが判明した。
また、圧力下降範囲ΔＰ及びビルドダウン容量ＢＣの容積Vの減少による圧力回復時間（ａ）の短縮化は、圧力降下時間（流量出力可能時間（ｂ））の短縮化を招くことになるため、測定流量とビルドダウン容量ＢＣと圧力降下時間（ｂ）の関係が、特に重要となることが判明した。【００３３】
【表１】
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表１は、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃとした場合の測定流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）との関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣが１．７８ｃｃの場合には、５０ｓｃｃｍ以下の流量では１秒間以内に１回以上の流量出力を行うことが困難となり、リアルタイムに相当する流量モニタを行うことが困難となることが判る。【００３４】
一方、流量出力可能時間（ｂ）に於ける圧力降下特性は、直線性を有することが測定誤差の点から必要であり、流量算出が可能な範囲は、圧力降下率が一定（即ち、直線性を有する部分）の範囲に限定されることになる。【００３５】
図６乃至図８は、試験１に於いて、測定流量が１００，５０及び１０ｓｃｃｍの場合の圧力降下特性の形態を調査した結果を示すものであり、何れの場合に於いても、ビルドダウン直後には圧力降下特性が直線性を喪失したものとなる。尚、この場合のビルドダウン容量ＢＣは１．７８ｃｃであり、流体はＮ２ガスである。【００３６】
上記図６乃至図８に示されているビルドダウン直後に於ける直線性からのずれは、圧力変化に伴うガスの断熱膨張によるガス内部温度変化に起因して生ずるものと想定される。そして、測定流量が小さいほど、この直線性からのずれは大きくなる傾向にあり、これにより流量算出の可能な時間幅が狭められることが判る。【００３７】
次に、圧力降下特性曲線の直線性からのずれによる流量測定誤差を、流量測定可能時間（ｂ）が１秒以内の場合について、０．２５秒毎に５点測定することにより計測した。
即ち、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃ及び９．９１ｃｃとし、圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓ、上流側弁ＡＶの閉からの流量安定までの時間を１秒として、０．２５ｓｅｃ毎に流量を算出し、制御流量に対する算出流量の誤差を検討した。【００３８】
図９及び図１０は、その結果を示すものであり、何れの場合も上流側弁ＡＶの閉鎖より０．２５ｓｅｃ以上経過することにより、誤差が大幅に減少することが判った。即ち、圧力降下特性曲線が直線に近づくに従って、誤差が減少することが確認された。【００３９】
尚、表２は、ビルドダウン容量ＢＣと、測定流量と、圧力降下時間（ｂ）の関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃの場合には、流量２０〜５０ｓｃｃｍの時に、約１秒以内の間隔で流量出力が行えることになる。
また、ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃの場合には、流量１００〜２００ｓｃｃｍの時に約１秒以内の間隔で流量出力が可能であることが判る。
【表２】
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【００４０】
更に、再現性の確認のため、図９に対応する測定を繰り返し行った場合の流量精度を調査した。
即ち、上流側弁ＡＶを閉にしてから０．５〜１ｓｅｃ間で流量算出（３点）を行った。尚、降下時間が１ｓｅｃ未満の場合は最終点より０．５ｓｅｃまでのデータを、また、前記表２の５０ｓｃｃｍ（ＢＣ＝１．７９ｃｃ）及び２００ｓｃｃｍ（ＢＣ＝９．９１ｃｃ）については、０．２５秒間のデータ（２点）を用いて流量演算を行っている。【００４１】
図１１は、繰り返し測定（１０回）を行った場合の流量精度の測定データを示すものであり、圧力降下時間（ｂ）が０．５秒以下の場合には、図７に示す如く圧力降下特性曲線の非直線領域内で流量演算が行われるため、流量誤差が図１１の如くプラス方向に出現する傾向のあることが判る。【００４２】
尚、ビルトダウン方式による流量Ｑは、前記（１）式からも明らかなように、Ｑ＝Ｋ×（配管容量×圧力降下率×１／温度）の関係にある。その結果、圧力変化による断熱膨張により温度降下が生じても、圧力降下率が大になって演算流量Ｑは一定になると想定されるが、現実には演算流量が上昇することになる。その理由は、ガス温度の測定を圧力式流量制御装置ＦＣＳのボディ外表面で行っているため、温度計測値が室温に支配され易いうえ、ガス自体の熱容量が小さいにも拘わらず温度センサの熱容量が大であるため、ガス温度が正確に測定されていないからであると想定される。【００４３】
本願発明は、上記各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、所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続した耐供給圧力変動性を備えた流量制御装置と、前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側開閉弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算及び出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数２】
2013179550.tif 000006
（但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。）として演算することを特徴とするものである。【００４４】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置のコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積とするようにしたものである。【００４５】
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、ビルドダウン容量ＢＣを１．８〜１８ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにしたものである。【００４６】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力差ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにしたものである。【００４７】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにしたものである。【００４８】
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力の降下特性の直線化を図る構成としたものである。【００４９】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁との間のガス通路中に適宜の内容量のチャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整するようにしたものである。【００５０】
請求項８の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成するようにしたものである。【００５１】
請求項９の発明は、請求項７の発明に於いて、チャンバを内筒と外筒を同心状に配設固定した構造とすると共に、チャンバを形成する内・外筒間の間隙をガス流通路とし、当該チャンバに圧力センサＰ３を設けるようにしたものである。【００５２】
請求項１０の発明は、請求項２の発明に於いて、上流側ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁との間のガス通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変える構成としたものである。【００５３】
請求項１１の発明は、請求項２の発明に於いて、上流側ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁との間のガス通路中に適宜の内容積のチャンバを介設する構成としたものである。【００５４】
請求項１２の発明は、請求項２の発明に於いて、圧力式流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成としたものである。【００５５】
請求項１３の発明は、請求項９の発明に於いて、内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成としたものである。【００５６】
請求項１４の発明は、請求項１３の発明に於いて、内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１としたものである。【００５７】
請求項１５の発明は、請求項９の発明に於いて、内筒を、外周面にねじを形成した内筒としたものである。【００５８】
請求項１６の発明は、請求項９の発明に於いて、内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒としたものである。【００５９】
請求項１７の発明は、請求項９の発明に於いて、内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成としたものである。【００６０】
請求項１８の発明は、請求項９の発明に於いて、内筒を、フィルターメディア又は多孔質セラミック材で形成する構成としたものである。
【発明の効果】
【００６１】
本願請求項１の発明に於いては、流量制御装置の上流側に上流側弁ＡＶを設け、上流側弁ＡＶと流量制御装置間の流通路をビルドダウン容量ＢＣにすると共に、流量制御装置の入力側圧力変動に対する高応答性を活用して、流量制御装置の入力側圧力変動が許容される範囲内のガス圧力差に対応する圧力降下ΔＰを、前記ビルドダウン容量ＢＣ内に１秒間に１回以上の割合で起生させ、当該圧力降下率ΔＰ／Δｔとビルドダウン容量ＢＣとガス温度Kとから、１秒間に少なくとも１回以上のモニタ流量を演算して出力できるように、上記圧力降下値（圧力差ΔＰ）、圧力降下時間（Δｔ）及びビルドダウン容量ＢＣを設定する構成としている。【００６２】
その結果、前記圧力降下値（圧力差）ΔＰを略２０〜３０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下時間Δｔを０．５〜０．８ｓｅｃに、及びビルドダウン容量ＢＣを１．８〜１８ｃｃに設定することにより、少なくとも１秒間当りに１回以上の割合でモニタ流量を高精度で演算し、出力することが可能となり、ビルドダウン方式の利用にも拘わらずほぼリアルタイムに近い高精度な流量モニタが可能となる。【００６３】
また、従前の熱式流量センサを組み合せる方式に比較して、モニタ付流量制御装置の大幅な構造の簡素化、小型化と製造費の引下げが可能となり、モニタ付流量制御装置の付加価値が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の流量モニタ特性を測定するための試験装置の概要構成図である。
【図２】ビルドダウン方式による流量モニタの圧力降下状態の説明図である。
【図３】ビルドダウン流量測定時の圧力回復特性曲線の一例を示すものである。
【図４】図４の部分拡大図である。
【図５】試験１に於ける圧力回復特性曲線を示すものである。
【図６】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１００ｓｃｃｍ）。
【図７】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝５０ｓｃｃｍ）。
【図８】圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１０ｓｃｃｍ）。
【図９】上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ）。
【図１０】上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃ）。
【図１１】１０回繰り返し測定に於ける流量精度を示すものである。
【図１２】本発明の第１実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図である。
【図１４】流路内への棒片Ｃｕの挿入状態を示す横断面図である。
【図１５】棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１６】２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１７】３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１８】棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図１９】２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図２０】３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図２１】棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２２】２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２３】３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２４】棒片Ｃｕを用いた場合の流量安定時間の変化状態を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ）。
【図２５】棒片Ｃｕを用いた場合の流量安定時間の変化状態を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃ）。
【図２６】本発明の第３実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の構成図である。
【図２７】第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅに於いて、測定可能時間を１秒以下とした場合のガス流量ｓｃｃｍと圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。
【図２８】第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅの圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃに於ける圧力降下特性の形態を示すものである。
【図２９】第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅの上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である。
【図３０】第３実施例で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と流量ｓｃｃｍの関係を示す線図である。
【図３１】第３実施例で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。
【図３２】本発明の第３実施例で使用したチャンバの第2例を示す従断面図である。
【図３３】従前の圧力式流量制御装置の基本構成図である。
【図３４】従前の流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を各実施例に基づいて説明する。
［第１実施例］
図１２は、本発明の第１実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図であり、図１２に於いて、Ｐ１は圧力検出センサ、ＯＬはオリフィス、ＣＶはコントロール弁、Ｖ１・Ｖ２は入口側バルブブロック、Ｖ３・Ｖ４・Ｖ５はＦＣＳ本体ブロック、Ｖ６は出口側ブロック、Ｖ７はガス出口ジョイント、ＣＰは演算制御部、ＡＶは上流側弁、Ｌ１は上流側弁のガス入口側流路、Ｌ２は上流側弁のガス出口側流路、Ｌ３はコントロール弁ＣＶの入口側通路、Ｌ４はコントロール弁ＣＶの出口側通路、Ｐｏはコントロール弁ＣＶの上流側の圧力センサ、Ｔは温度検出センサ、Ｆはフィルタである。
尚、圧力式流量制御装置そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。又、上記フィルタＦは、削除することが可能なものであることは勿論である。
【００６６】
前記演算制御部ＣＰは、圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの開閉制御やオリフィスを流通する流量を演算する流量演算制御部ＣＰａと、ビルドダウン方式のモニタ流量演算や上流側弁ＡＶの開閉制御を行うモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体的に組み合せ形成したものである。
【００６７】
即ち、本発明の要部を形成するビルドダウン方式流量モニタ制御部ＣＰｂは、上流側弁ＡＶの開閉制御や、圧力検出センサＰｏ、温度検出センサＴ、入口側通路Ｌ２及び入口側通路Ｌ３から成るビルドアップ容量ＢＣ等からビルドダウン流量Ｑを演算し、出力する。
【００６８】
上述の如く、演算制御部ＣＰには、圧力式流量制御装置ＦＣＳ部分の流量演算及び流量制御を行う演算制御部ＣＰａと、ビルドダウン方式流量モニタ部の流量測定値Ｑの演算や圧力降下率ΔＰ／Δｔの測定、上流側バルブＡＶの開閉制御等を行う演算制御部ＣＰｂが夫々一体的に設けられており、演算制御部ＣＰへの指令信号及び又は設定信号の入力により、ビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置ＦＣＳが、所定流量値に流量制御されたガス流体を出力すると共に、その流量値が少なくとも１秒間に１回の割合でモニタ表示されることになる。
【００６９】
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳやビルドダウン方式流量測定部の構造及び制御方法そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７０】
また、モニタ流量出力（モニタ流量演算制御部ＣＰｂからの流量出力）と圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量出力（圧力式流量演算制御部ＣＰａからの流量出力）との間に設定値以上の差異が生じた場合には、流量異常の警報を発信したり、或いは必要な場合には、所謂圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量自己診断を実施して流量異常の原因やその発生場所を特定することも可能である。
更に、設定値以上の流量差異が生じた場合には、圧力式流量制御装置ＦＣＳの零点調整等を自動的に実施すること等も可能である。
【００７１】
尚、本第１実施形例に於いては、上流側開閉弁AVに直動型の電磁駆動弁を使用しており、また、ビルドダウン容量ＢＣは１．７８〜９．９１ｃｃの範囲に選定している。更に、圧力降下範囲ΔＰは２０ｋＰａ  ａｂｓ（３５０〜３２０ｋＰａ  ａｂｓ）に選定されており、少なくとも１秒間に１回以上のモニタ流量を出力する構成としている。
【００７２】
前記温度検出センサＴは外面貼付型の測温抵抗式温度センサとしているが、ボディブロックＶ３内部の挿入するサーモスタット型温度計を用いることも可能である。
【００７３】
前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する流路Ｌ２´、Ｌ２及びＬ３は１．８ｍｍΦ〜４．４ｍｍΦの内径に形成されており、その内径及び流路長さを適宜に選定することにより、所望のビルドダウン容量ＢＣを得る構成としている。
尚、ビルドダウン容量ＢＣの調整は、後述する第３実施例のように圧力センサ付チャンバを用いて行うことも可能である。
【００７４】
［第２実施例］
図１３は、本発明の第２実施例を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣを形成する流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３を夫々２．５ｍｍΦ、３．３ｍｍΦ及び４．４ｍｍΦの内径に形成し、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３内へ短い棒片、例えばステンレス鋼製の棒片を挿着して配管内径の一部を擬似的に狭くしてその合計内容量ＢＣを１．７８ｃｃ〜９．９１ｃｃに調整するすることにより、圧力降下特性の改善を図るようにしたものである。
尚、図１３に於いて、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３を除いたその他の構成部材は、前記第１実施形態に係る図１２の場合と同一である。
【００７５】
当該第２実施例に於いては、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３の内部の適宜箇所に図１４に示す如く短い棒片（長さ約１〜３ｍｍ）Ｃｕが挿着されており、具体的には、４．４ｍｍΦ内径の流路Ｌ３部分に外径３ｍｍΦ棒片（又は外径２ｍｍΦ棒片１ケ所）を設けるか、または、流路Ｌ２部分に外径２ｍｍΦ棒片Ｃｕを設けるようにしたものである。
【００７６】
図１５〜図１７は、ガスＮ２及び流量１０ｓｃｃｍ、ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ、圧力降下ΔＰ＝２０ｋＰａ  ａｂｓの時に、棒片Ｃｕを挿入した場合（流路内径を変化させた場合）の圧力降下特性の変化状況を示すものであり、図１５は棒片Ｃｕが無い場合（即ち、図８と同一条件下）、図１６は２ｍｍΦの棒片Ｃｕを１ケ所挿入したとき、図１７は３ｍｍΦの棒片Ｃｕを１ケ所挿入したときを夫々示すものである。
【００７７】
また、図１８〜図２０は、Ｎ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとした場合の、図１５〜図１７と同じ状態下の圧力降下特性を示すものであり、更に、図２１〜図２３はＮ２ガス流量を１００ｓｃｃｍとした場合の圧力降下特性を示すものである。
【００７８】
図１５と図１６及び図１７、図１８と図１９及び図２０、図２１と図２２及び図２３の各対比からも明らかなように、第２実施例においては、棒片Ｃｕを用いることにより圧力降下特性の直線性が著しく改善されることになり、その結果、図９及び図１０に示した上流側開閉弁ＡＶの閉鎖からの流量安定時間が短縮されると共に、図１１に示した流量精度も大幅に向上することになる。
【００７９】
尚、図２４及び図２５は、棒片Ｃｕを用いた場合の前記図９及び図１０に示した流量安定時間に関係する流量誤差の変化を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣが１．７９ｃｃ及び９．９１ｃｃの両方について、誤差を大幅に減少させること、即ち、流量安定時間を早めて、流量検出時間を増加させることが可能となる。
【００８０】
［第３実施例］
図２６は、本発明の第３実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成図である。当該第３実施例と、前記第１及び第２実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置との主な差異点は、ビルドダウン容量ＢＣの形成に圧力センサ付チャンバＣＨを用いた点、各ガス通路Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５の内径を１．８ｍｍの細径としている点及びオリフィスの下流側に圧力センサＰ２を別途に設けている点、チャンバＣＨに圧力センサＰ３を設けている点等であり、その他の部材の構成は前記第１及び第２実施例の場合と略同一である。
【００８１】
即ち、当該第３実施例に於いては、上流側弁ＡＶと圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間に小型の圧力チャンバＣＨを設け、この圧力チャンバＣＨの内容積を調整することにより、前記ビルドダウン容量ＢＣを調整する構成としたものである。
【００８２】
当該圧力チャンバＣＨは外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂとの２重筒に形成されており、且つ内外筒ＣＨａ、ＣＨｂ間のギャップＧが本実施形態に於いては１．８ｍｍに選定されている。
そして、圧力チャンバＣＨの内容積は１．３〜１２ｃｃ程度に選定されており、これに圧力センサＰ３を付設した構成としている。
尚、図２６に於いてＶ６はチャンバ出口側ブロック、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３は圧力センサである。
【００８３】
また、当該第３実施例に於いては、圧力チャンバＣＨの容積を自由に選定できると共に、ガス流通路Ｌ５、Ｌ３等を全て同一の細径（例えば１．８ｍｍΦ）に揃えることができ、ビルドダウン容量ＢＣを正確且つ容易に所定の容量値に設定することができる。
【００８４】
具体的には、供試用のチャンバＣＨとして、前記ギャップＧを１．８ｍｍ及び３．６ｍｍとした表３の如きサイズの５種のチャンバを作成し、これ等を用いた図２６の装置を図１の試験装置に適用してガス流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）等との関係等を調査した。
尚、図１の試験装置を用いた調査に於いて、流量センサＴはチャンバＣＨの外表面に貼付け固定した。また、チャンバＣＨ以外のガス流路Ｌ３、Ｌ５の容積は０．２２６ｃｃである。
【００８５】
【表３】
2013179550.tif 000007
【００８６】
図２７は、図２に於ける圧力降下時間（ｂ）を１秒以内とした場合のガス流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）の関係を、各チャンバＡ〜Ｅについて測定した結果を示すものであり、図２６の圧力式流量制御装置ＦＣＳ等の流路Ｌ５、Ｌ３の容積は前述の通り０．２２６ｃｃに選定されているが、試験装置に組付けした状態に於ける現実の図２６での各ビルドダウン容量は２．３１ｃｃ〜１５．４５ｃｃであった。
【００８７】
図２７からも明らかなように、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ／ｓｅｃとした時には、チャンバＡの場合には２５．２ｓｃｃｍ、チャンバＢで１０６．６ｓｃｃｍ、チャンバＥで１６９．０ｓｃｃｍの各流量測定の可能なことが判る。
【００８８】
図２８は、図１の試験装置に於いて、圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃとなるようにガス流量を調整した場合の圧力降下の直線性を示すものであり、前記図６〜図８と同様の線図である。尚、測定データは、図１のデータロガＮＲにより取得したものである。
【００８９】
図２８からも明らかなようにビルドダウン容量ＢＣの小さなチャンバＣＨの場合（即ち、チャンバＡ、Ｂ等）ほど、圧力降下特性の直線性が良好になることが判る。
【００９０】
また、図２９は、前記図９及び図１０の場合と同様に、圧力降下特性曲線の直線性からのずれによる流量測定誤差を、１秒以内の流量測定可能時間（ｂ）内に０．２５秒毎に５点測定することに求めたものであり、ビルドアップ容量ＢＣの小さなチャンバＡ、Ｂほど、圧力降下開始後から早期に流量誤差が少なくなることが判る（即ち、圧力降下特性の直線性に優れていると云える）。
【００９１】
図３０は、チャンバＡ及びチャンバＢについて、流量測定精度の再現性を調査した結果を示すものであり、前記図１１の場合と同趣旨で行ったものである。
尚、この流量測定精度の再現性試験に於いては、圧力降下の傾きを安定させるために、上流側バルブＡＶを閉にしてから所定の待ち時間をおいて測定を行い、且つ再現性を得るために長い時間に亘って測定を行っているが、流量出力時間は何れも１秒以内としている。
【００９２】
図３０からも明らかなように再現性の点から、チャンバＡの場合には流量３〜５０ｓｃｃｍが適用可能範囲であり、また、チャンバＢの場合には３０〜３００ｓｃｃｍが適用範囲であることが判る。
【００９３】
表４は、上記図３０に示した流量測定精度の再現性を示す線図の作成に用いた基礎データであり、チャンバＡ（ビルドダウン容量ＢＣ＝２．３１ｃｃ）及びチャンバＢ（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．４７ｃｃ）を試験対象としたものである。
【００９４】
【表４】
2013179550.tif 000008
【００９５】
また、図３１は、上記表４のデータからチャンバＡ及びチャンバＢの圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃと誤差％Ｓ．Ｐ．との関係を調査したものであり、圧力降下の傾きが２〜６０ｋＰａ／ｓｅｃの範囲内であれば、流量測定誤差％Ｓ．Ｐ．が±１％の範囲内に納まることが判る。
【００９６】
図３２は、本願発明の第３実施例で使用するビルドダウン容量ＢＣを形成するチャンバＣＨの第２例を示すものである。この第２例に係るチャンバＣＨは、外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂとから形成されており、更に、内筒ＣＨｂの中央には、上端から下方へ向けて断面円形の縦長孔１が設けられており、その下方はガス通路１aを通して上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２に接続されている。
また、上記前記内筒ＣＨｂの中央の縦長孔１内には、上端に鍔部２ａを備えた縦長ピン２が上方より挿入固定されており、その鍔部２ａに設けた複数の小孔２ｂを通してガス通路を形成するギャップＧ内に連通しており、当該ギャップＧの端部がチャンバ出口側ブロックのガス出口通路Ｌ５へ連通している。
【００９７】
即ち、この第２例の圧力チャンバＣＨでは、内筒ＣＨｂの下方より上方へ向け流入したガスが、内筒ＣＨｂの上端から外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂ間の間隙Ｇ内へ流入することになる。
尚、当該チャンバＣＨの外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂ間のギャップＧは１〜２mmに、また、縦長孔１と円柱状のピン又はねじ体２間のギャップＧ１は０．４〜０．８mmに、内筒ＣＨｂの高さは３０〜３５mmに選定されており、主として内容量Ｖ=２〜５ｃｃの圧力チャンバＣＨに使用するものである。
【００９８】
また、本発明の第３実施例で用いたチャンバＣＨの形態は適宜に変更することが可能であり、例えば、図３２のチャンバＣＨの内筒ＣＨｂの外周面にねじを設け、当該ねじの高さやピッチを変えることによりギャップＧの部分の容積を調整する構造としたり、或いは図３２のチャンバＣＨの内筒ＣＨｂの縦長孔１をねじ孔とし、これにねじ棒から成る円柱状ピン２を螺挿して、ギャップＧの部分の容積を調整する構造としても良い。
【００９９】
更に、図３２の内筒ＣＨｂの縦長孔１及び円柱状ピン２に替えて、内筒ＣＨｂの中央部分にガス通路１ａに連通する複数の小径の縦向スリット形成するようにしたり、或いは縦長孔１の部分をフィルターメディアとするようにしても良い。
【０１００】
また、図３２の内筒ＣＨｂの全部又は上方への突出部分をフィルターメディアとして、上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２から流入するガスを上記フィルターメディアを通してギャップＧ内へ流入させる構成としたり、或いは内筒ＣＨｂの全部又は上方への突出部分を多孔質セラミック材で形成し、当該多孔質セラミック材を通して上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２からのガスをギャップＧ内へ流通させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は半導体製造装置用ガス供給設備のみならず、オリフィス又は臨界ノズルを用いた圧力式流量制御装置であれば、化学品製造装置用ガス供給設備へも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
ＦＣＳ      圧力式流量制御装置
ＡＶ        上流側弁
ＢＣ        ビルドダウン容量
ＲＧ        圧力調整器
Ｎ２         Ｎ２供給源
Ｔ          温度センサ（測温抵抗体）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  圧力センサ
ＣＶ        コントロール弁
ＯＬ        オリフィス
Ｖ１・Ｖ２  入口側バルブブロック
Ｖ３・Ｖ４  ＦＣＳ本体ブロック
Ｖ５・Ｖ６・Ｖ８  出口側ブロック
Ｖ７        ガス出口ジョイント
Ｖ９        チャンバ出口側ブロック
ＣＰ        演算制御部
ＣＰａ      流量演算制御部
ＣＰｂ      モニタ流量演算制御部
Ｅ１         圧力式流量制御装置用電源
Ｅ２         演算制御部用電源
Ｅ３         電磁弁用電源
ＥＣＶ      電気駆動部
ＮＲ        データロガ
Ｓ          信号発生器
ＰＣ        演算表示部
Ｌ１         上流側弁ＡＶのガス入口側通路
Ｌ２´・Ｌ２   上流側弁ＡＶのガス出口側通路
Ｌ３         コントロール弁ＣＶの入口側通路
Ｌ４         コントロール弁ＣＶの出口側通路
Ｌ５         チャンバ出口側ブロックのガス通路
Ｃｕ        棒片
Ｑ          ビルドダウン流量
ＣＨ        チャンバ
ＣＨａ      外筒
ＣＨｂ      内筒
１          内筒の縦長孔
１a         ガス通路
２          円柱状ピン又はねじ体
２a         鍔部
２b         小孔 
【図１】
2013179550.tif 000010
【図２】
2013179550.tif 000011
【図３】
2013179550.tif 000012
【図４】
2013179550.tif 000013
【図５】
2013179550.tif 000014
【図６】
2013179550.tif 000015
【図７】
2013179550.tif 000016
【図８】
2013179550.tif 000017
【図９】
2013179550.tif 000018
【図１０】
2013179550.tif 000019
【図１１】
2013179550.tif 000020
【図１２】
2013179550.tif 000021
【図１３】
2013179550.tif 000022
【図１４】
2013179550.tif 000023
【図１５】
2013179550.tif 000024
【図１６】
2013179550.tif 000025
【図１７】
2013179550.tif 000026
【図１８】
2013179550.tif 000027
【図１９】
2013179550.tif 000028
【図２０】
2013179550.tif 000029
【図２１】
2013179550.tif 000030
【図２２】
2013179550.tif 000031
【図２３】
2013179550.tif 000032
【図２４】
2013179550.tif 000033
【図２５】
2013179550.tif 000034
【図２６】
2013179550.tif 000035
【図２７】
2013179550.tif 000036
【図２９】
2013179550.tif 000037
【図３０】
2013179550.tif 000038
【図３１】
2013179550.tif 000039
【図３２】
2013179550.tif 000040
【図３３】
2013179550.tif 000041
【図３４】
2013179550.tif 000042
【図２８】
2013179550.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月7日(2014.11.7)
【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】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数１】
2013179550.tif 000044
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項２】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数２】
2013179550.tif 000045
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御装置との間のガス通路中に、内筒と外筒を同心状に配設固定して内筒と外筒との間隙をガス流通路とした適宜の内容量の圧力センサＰ３を設けた
チャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成としたビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置。
【請求項３】
耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項４】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項５】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項６】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項７】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項８】
内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項９】
内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１とするようにした請求項８に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１０】
内筒を、外周面にねじを形成した内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１１】
内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１２】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１３】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１４】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続したコントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａと，ビルドダウン方式のモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳと，上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積から成るビルドダウン容量ＢＣと，当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，を備えたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いて、先ず、前記上流側弁ＡＶを開放してビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値まで上昇させ、その後、上流側弁ＡＶを閉鎖して、前記ガス圧力を所定時間ｔ秒後に設定下限圧力値まで下降させ、前記モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを、
【数３】
2013179550.tif 000046
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として少なくとも１秒間に１回以上演算すると共に、当該演算したモニタ流量Ｑにより圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａに基づく制御流量を連続的に監視する構成といたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１５】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とする請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１６】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス通路中に適宜の内容量のチャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成とした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１７】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１８】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１９】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項２０】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【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】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  ビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置及びこれを用いたモニタ付流量制御方法。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量モニタ付流量制御装置及びこれを用いたモニタ付流量制御方法の改良に関するものであり、特に、耐圧変動特性を備えた熱式流量制御装置やオリフィスを用いた圧力式流量制御装置にビルドダウン方式の流量モニタを有機的に組合せすることにより、作動中の流量制御装置の制御流量をリアルタイムでモニタできるようにしたビルドダウン方式流量モニタ付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に於いては、熱式流量制御装置ＭＦＣや圧力式流量制御装置ＦＣＳが広く利用されおり、また、近年では耐供給圧力変動特性を高めた熱式流量制御装置が使用され出している。
図３３は、前記圧力式流量制御装置ＦＣＳの構成を示すものであり、この圧力式流量制御装置ＦＣＳは、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等から構成されている。また、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等から構成されており、一次側供給圧の変動に対して安定した流量制御特性を有すると云う優れた特性を具備している。
【０００３】
図３３を参照して、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。比較の結果、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が出力される。これにより、コントロール弁ＣＶが閉鎖方向へ駆動され、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで閉弁方向へ駆動される。
【０００４】
当該圧力式流量制御装置ＦＣＳには、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性が具備されている。
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳや耐圧力変動特性を備えた熱式流量制御装置そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するものとする。
【０００５】
しかし、例えば圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、微小な穴径のオリフィスＯＬを使用しているため、ハロゲン系ガスによる腐食、反応活性ガスの析出等によりオリフィスＯＬの穴径が経年変化を起す。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の実流量値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は、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動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、圧力式流量制御装置の分野に於いては、従来から、オリフィスＯＬの穴径の変化を可能な限り早期に検出することにより、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の実流量値との間に差異が生ずるのを防止する方策が多用されており、また、オリフィスＯＬの穴径変化の検出には、所謂ビルドアップ方式やビルドダウン方式を用いたガス流量測定方法が多く採用されている。
【０００７】
ところが、従前の所謂ビルドアップ方式やビルドダウン方式を用いたガス流量測定は、実ガスの供給を一時的に停止しなければならず、その結果、半導体製造装置の稼動率の低下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。
【０００８】
そのため、近年、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、実ガスの供給を一時的に停止することなしに、供給ガスの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モニタ付流量制御装置の開発が進められている。
【０００９】
例えば、図３４その一例を示すものであり、この熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラ）である流量モニタ付流量制御装置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。
【００１０】
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と、この流路２３から所定の割合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３４に於いて、ＳＰａ、ＳＰｂは圧力信号、Ｐａ、Ｐｂは圧力、Ｆは総流量、Ｓｆは流量信号、Ｃｐは弁開度制御信号である。
【００１１】
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をフィードバック制御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、この流量Ｆの測定値と流量Ｆの制御値とを対比することにより質量流量制御装置２０の動作を確認するものである。
【００１２】
このように、図３４に示した流量モニタ付流量制御装置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リアルタイムで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。
【００１３】
しかし、当該図３４に示した流量モニタ付流量制御装置２０にも解決すべき問題が多く残されている。
第１の問題は、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異なる流量測定方式を組み込みしているため、流量モニタ付流量制御装置２０の構造が複雑となり、装置の小型化及び製造コストの引下げが図れないと云う点である。
【００１４】
また、第２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ＳＰａ、ＳＰｂと熱式流量センサ２５からの流量信号Sf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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】  特許第２６３５９２９号
【特許文献２】  特許第２９８２００３号
【特許文献３】  特許第４３０８３５０号
【特許文献４】  特許第４１３７６６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願発明は、a従前のビルドダウン方式やビルドアップ方式の流量測定方法を用いた流量モニタ付流量制御装置の場合には、流量モニタに際して実ガスの供給を一時的に停止しなければならないため、半導体製造装置の稼動率の低下や製造した半導体の品質変動等を生ずること、及び、b従前の図３４のような熱式流量計と圧力式流量制御装置を組み合せ構造の流量モニタ付流量制御装置では、流量制御装置自体の構造の簡素化及び装置の小型化が図れないうえ、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こと等の問題の解決を主たる目的とするものであり、圧力式流量制御装置ＦＣＳ又は耐圧力変動式熱式流量制御装置ＭＦＣと、その上流側に設けたビルドダウン方式の流量測定部とを一体に組合せし、そして、流量制御装置の上流側圧力（入力側圧力）に許容される圧力変動範囲内で前記ビルドダウン方式流量測定部を作動させ、少なくとも１秒以内に１回（望ましくは、1秒間に複数回）ビルドダウン方式流量測定部から流量モニタ信号を発信することにより、流量制御装置による流量制御と同時並行的にビルドダウン方式流量測定部による実質的にリアルモニタに近い流量モニタを行なえる様にものでしたものである。
【００１７】
上記のような構成とすることにより、入力側の圧力変動により流量制御特性が殆ど影響を受ないと云う圧力式流量制御装置や耐圧力変動型熱式流量制御装置の流量特性をフルに活用して、ビルドダウン方式流量モニタ部による流量モニタを略リアルタイム（少なくとも１回/1秒）に近い状況下で行うことができ、しかも、演算制御部の簡素化、機器本体部の大幅な小型化、及び、ガス置換性の向上等を可能にしたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置の提供が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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ＦＣＳを用いて図１に示す如き試験装置を構成し、圧力式流量制御装置ＦＣＳと上流側（一次側）バルブＡＶ間の圧力降下の傾きから流量算出を行うビルドダウン方式による流量測定に関する基礎的な各種試験を行った。
【００１９】
即ち、図１に於いて、Ｎ２はガス供給源、ＲＧは圧力調整器、ＥＣＶは電磁駆動部、ＡＶは上流側弁、ＦＣＳは圧力式流量制御装置、ＶＰは真空ポンプ、ＢＣはビルドダウン容量、Ｔは温度センサ、Ｐ０は圧力式流量制御装置ＦＣＳ内に設けた圧力センサからの圧力センサ出力、Ｅは電源部、Ｅ１は圧力式流量制御装置用電源、Ｅ２は演算制御部用電源、Ｅ３は上流側バルブ用電源、Ｓは信号発生器、ＣＰは演算制御部、ＣＰａは圧力式流量演算制御部、ＣＰｂはビルドダウンモニタ流量演算制御部、ＰＣは演算表示部、ＮＲはデータロガである。
【００２０】
前記ビルドダウン容量ＢＣは、上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁（図示省略）の入口側との間の管路空間容積に相当するものであり、配管路の長さや内径等を調整したり、或いは当該配管路に介設したビルドダウン用チャンバ（図示省略）の内容積を調整することによりビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃと９．９１ｃｃ、４．６〜１１．６ｃｃ及び１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃの各容量に切換え調整できるように構成されている。
尚、ビルドダウン用チャンバを用いた場合には、実施例に於いて後述するように、上流側弁ＡＶの出口とコントロール弁ＣＶの入口間の流路の内径を１．８ｍｍにすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを１．５８ｃｃ〜１５．３１ｃｃに選定されている。
【００２１】
また、前記演算制御部ＣＰ内のビルドダウンモニタ流量演算制御ＣＰｂでは、後述するようにビルドダウン容量ＢＣ部分に於ける圧力降下率を用いて必要なモニタ流量の演算が行われ、更に、圧力式流量演算制御部ＣＰａでは、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳの制御演算部と同様にオリフィス（図示省略）を流通する流量の演算、及びコントロール弁（図示省略）の開閉制御等が行われる。
【００２２】
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳ、上流側開閉弁ＡＶ、圧力調整器ＲＧ及びその他の機器類は全て公知のものであるため、ここではその説明を省略する。
また、圧力式流量演算制御部ＣＰａは、一般には演算制御部ＣＰ内に組み付けされているが、図１に於いては説明の便宜上、演算制御部ＣＰから分離した状態に表示されている。更に、前記上流側弁ＡＶは、開閉を短時間内で行う必要があるため、一般には直動型電磁弁の使用が望ましいが、パイロット電磁弁を設けたエアー作動弁であっても良いことは勿論である。
【００２３】
ビルドダウン方式による流量測定部は、ガス供給圧変動の影響を受け難い流量制御装置、特にオリフィスを用いた圧力式流量制御装置ＦＣＳである故にその上流側に配設できるものである。尚、ビルドダウン方式による流量測定により、高精度な流量測定が可能なことは、公知のことである。
【００２４】
即ち、ビルドダウン方式に於いては、ビルドダウン容量ＢＣ内を流通する流量Ｑは、下記の（１）式により算出することができる。
【数４】
2013179550.tif 000047
ただし、ここでＶはビルドダウン容量BCの容積（ｌ）、ΔＰ／Δｔはビルドダウン容量BCに於ける圧力降下率、Ｔはガス温度（℃）である。
【００２５】
先ず、図１の試験装置に於いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳの上流側圧力を４００ｋＰａ  ａｂｓ、圧力差ΔＰを５０ｋＰａ  ａｂｓ以上とすると共に、ビルドダウン容量ＢＣを４．６〜１１．６ｃｃとし、ビルドダウン方式による流量測定を行った。図２は、この時の圧力降下状態を示すものであり、流量そのものは比較的精度よく測定できるものの、圧力回復時間（ａ）が必要なために測定流量の出力が不連続となり、且つ１サイクルに要する時間が数秒以上となることが判った。その結果、この測定条件下では、所謂リアルタイム流量モニタとはかけ離れた流量モニタになることが判明した。
【００２６】
即ち、上流側弁ＡＶを開とし、圧力が規定値以上の圧力になるまでの時間を圧力回復時間（ａ）とし、また、上流側弁ＡＶを閉として圧力が規定値以下にまで下降する時間を流量出力可能時間（ｂ）とすると、上記（ａ）と（ｂ）の割合によって、流量出力ができる時間の割合が決まることになる。また、この流量出力可能時間（ｂ）は、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量ＢＣ、圧力下降範囲ΔＰによって決まるため、ＦＣＳの制御流量、ビルドダウン容量ＢＣ及び圧力下降範囲ΔＰをより厳密に検討して、夫々を適宜な値にしなければ、ビルドダウン方式による流量測定をリアルタイム流量モニタに近づけることができないことが判明した。
【００２７】
一方、リアルタイム流量モニタであるためには、理想的には連続的な流量出力が必須となるが、現実の半導体製造装置等の運転に於いては、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得ることが出来れば、ほぼリアルタイムに近い流量モニタが可能となる。
【００２８】
そこで、本願発明者等は、ビルドダウン方式による流量測定に於いて、１秒間に少なくとも１回以上の流量出力を得ることによりリアルタイムに近い流量モニタの達成を可能とするために、前記圧力下降範囲（圧力差）ΔＰ及びビルドダウン容量ＢＣをより小さくすることによりガス再充填に必要な時間（圧力回復時間（a））を短くすることを着想し、当該着想に基づいて、半導体製造用装置で使用する流量制御装置に於けるビルドダウン容量ＢＣ及び上流側の圧力下降範囲（圧力差）ΔＰの減少を図ることにより、リアルタイム性の確保が可能か否かの検討をすると共に、流量モニタ精度やその再現性等についても各種の試験を行った。
【００２９】
［試験１］
先ず、図１の試験装置に於いて、圧力式流量制御装置ＦＣＳとして定格流量がＦ２０、Ｆ２００及びＦ６００（ｓｃｃｍ）の三種類のＦＣＳを準備した。
また、ビルドダウン容量ＢＣを約１．７８ｃｃと、約９．９１ｃｃの二種類に設定した。尚、９．９１ｃｃのビルドダウン容量ＢＣは、配管長さ及び配管内径を調整することにより容量の調整を行った。
更に、流量出力の検出可能時間（ｂ）は０．５ｓｅｃ（０．２５ｍｓ×２０００点）を目標とし、且つ試験環境温度は２５℃±１℃とした。
【００３０】
次に、ＦＣＳ上流側圧力を３７０ｋＰａ  ａｂｓ．とし、圧力差ΔＰ＝２０ｋＰａ  ａｂｓ、流量Ｎ２＝１００ｓｃｃｍに設定（ＦＣＳ側で設定）し、ビルドダウン流量測定の際の圧力回復特性（圧力回復時間（ａ））を測定した。
【００３１】
図３は圧力回復特性の測定結果を示すものであり、また、図４はその拡大図である。
更に、図５は、その時の圧力降下特性を示すものである。
図３は及び図４からも明らかなように、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃ及び圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓと小さくすることにより、Ｎ２流量１００ｓｃｃｍに於いても再充填時間（圧力回復時間（ａ））を大幅に短くすることができ、図５に示すように、少なくとも１秒以内の間隔で測定流量出力を行えることが確認できた。
【００３２】
試験１に関連して、上流側弁ＡＶの開閉速度が、圧力回復時間（ａ）を流量出力可能時間（ｂ）に対して小さくする点で大きな影響を持つことが判明した。そのため、上流側弁ＡＶとしては、電磁弁直付型バルブが望ましいことが判明した。
また、圧力下降範囲ΔＰ及びビルドダウン容量ＢＣの容積Vの減少による圧力回復時間（ａ）の短縮化は、圧力降下時間（流量出力可能時間（ｂ））の短縮化を招くことになるため、測定流量とビルドダウン容量ＢＣと圧力降下時間（ｂ）の関係が、特に重要となることが判明した。
【００３３】
【表１】
2013179550.tif 000048
表１は、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃとした場合の測定流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）との関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣが１．７８ｃｃの場合には、５０ｓｃｃｍ以下の流量では１秒間以内に１回以上の流量出力を行うことが困難となり、リアルタイムに相当する流量モニタを行うことが困難となることが判る。
【００３４】
一方、流量出力可能時間（ｂ）に於ける圧力降下特性は、直線性を有することが測定誤差の点から必要であり、流量算出が可能な範囲は、圧力降下率が一定（即ち、直線性を有する部分）の範囲に限定されることになる。
【００３５】
図６乃至図８は、試験１に於いて、測定流量が１００，５０及び１０ｓｃｃｍの場合の圧力降下特性の形態を調査した結果を示すものであり、何れの場合に於いても、ビルドダウン直後には圧力降下特性が直線性を喪失したものとなる。尚、この場合のビルドダウン容量ＢＣは１．７８ｃｃであり、流体はＮ２ガスである。
【００３６】
上記図６乃至図８に示されているビルドダウン直後に於ける直線性からのずれは、圧力変化に伴うガスの断熱膨張によるガス内部温度変化に起因して生ずるものと想定される。そして、測定流量が小さいほど、この直線性からのずれは大きくなる傾向にあり、これにより流量算出の可能な時間幅が狭められることが判る。
【００３７】
次に、圧力降下特性曲線の直線性からのずれによる流量測定誤差を、流量測定可能時間（ｂ）が１秒以内の場合について、０．２５秒毎に５点測定することにより計測した。
即ち、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃ及び９．９１ｃｃとし、圧力下降範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓ、上流側弁ＡＶの閉からの流量安定までの時間を１秒として、０．２５ｓｅｃ毎に流量を算出し、制御流量に対する算出流量の誤差を検討した。
【００３８】
図９及び図１０は、その結果を示すものであり、何れの場合も上流側弁ＡＶの閉鎖より０．２５ｓｅｃ以上経過することにより、誤差が大幅に減少することが判った。即ち、圧力降下特性曲線が直線に近づくに従って、誤差が減少することが確認された。
【００３９】
尚、表２は、ビルドダウン容量ＢＣと、測定流量と、圧力降下時間（ｂ）の関係を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃの場合には、流量２０〜５０ｓｃｃｍの時に、約１秒以内の間隔で流量出力が行えることになる。
また、ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃの場合には、流量１００〜２００ｓｃｃｍの時に約１秒以内の間隔で流量出力が可能であることが判る。
【表２】
2013179550.tif 000049
【００４０】
更に、再現性の確認のため、図９に対応する測定を繰り返し行った場合の流量精度を調査した。
即ち、上流側弁ＡＶを閉にしてから０．５〜１ｓｅｃ間で流量算出（３点）を行った。尚、降下時間が１ｓｅｃ未満の場合は最終点より０．５ｓｅｃまでのデータを、また、前記表２の５０ｓｃｃｍ（ＢＣ＝１．７９ｃｃ）及び２００ｓｃｃｍ（ＢＣ＝９．９１ｃｃ）については、０．２５秒間のデータ（２点）を用いて流量演算を行っている。
【００４１】
図１１は、繰り返し測定（１０回）を行った場合の流量精度の測定データを示すものであり、圧力降下時間（ｂ）が０．５秒以下の場合には、図７に示す如く圧力降下特性曲線の非直線領域内で流量演算が行われるため、流量誤差が図１１の如くプラス方向に出現する傾向のあることが判る。
【００４２】
尚、ビルトダウン方式による流量Ｑは、前記（１）式からも明らかなように、Ｑ＝Ｋ×（配管容量×圧力降下率×１／温度）の関係にある。その結果、圧力変化による断熱膨張により温度降下が生じても、圧力降下率が大になって演算流量Ｑは一定になると想定されるが、現実には演算流量が上昇することになる。その理由は、ガス温度の測定を圧力式流量制御装置ＦＣＳのボディ外表面で行っているため、温度計測値が室温に支配され易いうえ、ガス自体の熱容量が小さいにも拘わらず温度センサの熱容量が大であるため、ガス温度が正確に測定されていないからであると想定される。
【００４３】
本願発明は、上記各試験の結果を基にして創作されたものであり、ビルトダウン方式の流量モニタ付流量制御装置に係る請求項１の発明は、  所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数５】
2013179550.tif 000050
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００４４】
また、ビルトダウン方式の流量モニタ付流量制御装置に係る請求項２の発明は、所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数６】
2013179550.tif 000051
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御装置との間のガス通路中に、内筒と外筒を同心状に配設固定して内筒と外筒との間隙をガス流通路とした適宜の内容量の圧力センサＰ３を設けた
チャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００４５】
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、耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとするようにしたものである。
【００４６】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、  ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにしたものである。
【００４７】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにしたものである。
【００４８】
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにしたものである。
【００４９】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成としたものである。
【００５０】
請求項８の発明は、請求項２の発明に於いて、内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成としたものである。
【００５１】
請求項９の発明は、請求項８の発明に於いて、内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１とするようにしたものである。
【００５２】
請求項１０の発明は、請求項２の発明に於いて、内筒を、外周面にねじを形成した内筒としたものである。
【００５３】
請求項１１の発明は、請求項２の発明に於いて、内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒としたものである。
【００５４】
請求項１２の発明は、請求項２の発明に於いて、  内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成としたものである。
【００５５】
請求項１３の発明は、請求項２の発明に於いて、  内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成としたものである。
【００５６】
モニタ付流量制御方法に係る請求項１４の発明は、所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側ＡＶの下流側に接続したコントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａと，ビルドダウン方式のモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳと，上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積から成るビルドダウン容量ＢＣと，当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，を備えたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いて、先ず、前記上流側弁ＡＶを開放してビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値まで上昇させ、その後、上流側弁ＡＶを閉鎖して、前記ガス圧力を所定時間ｔ秒後に設定下限圧力値まで下降させ、前記モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを、
【数７】
2013179550.tif 000052
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として少なくとも１秒間に１回以上演算すると共に、当該演算したモニタ流量Ｑにより圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａに基づく制御流量を連続的に監視する構成といたことを勝つ姪の基本構成とするものである。
【００５７】
請求項１５の発明は、請求項１４の発明に於いて、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたものである。
【００５８】
請求項１６の発明は、請求項１４の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにしたものである。
【００５９】
請求項１７の発明は、請求項１４の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにしたものである。
【００６０】
請求項１８の発明は、請求項１４の発明に於いて、ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにしたものである。
【００６０】
請求項１９の発明は、請求項１４の発明に於いて、上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにしたものである。
【００６２】
請求項２０の発明は、請求項１４の発明に於いて、流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとビルドダウンモニタ流量の演算制御装置ＣＰｂとを一体に形成する構成としたものである。
【発明の効果】
【００６３】
本願請求項１、２の装置発明及び請求項１４の方法発明に於いては、流量制御装置の上流側に上流側弁ＡＶを設け、上流側弁ＡＶと流量制御装置間の流通路をビルドダウン容量ＢＣにすると共に、流量制御装置の入力側圧力変動に対する高応答性を活用して、流量制御装置の入力側圧力変動が許容される範囲内のガス圧力差に対応する圧力降下ΔＰを、前記ビルドダウン容量ＢＣ内に１秒間に１回以上の割合で起生させ、当該圧力降下率ΔＰ／Δｔとビルドダウン容量ＢＣとガス温度Kとから、１秒間に少なくとも１回以上のモニタ流量を演算して出力できるように、上記圧力降下値（圧力差ΔＰ）、圧力降下時間（Δｔ）及びビルドダウン容量ＢＣを設定する構成としている。
【００６４】
その結果、前記圧力降下値（圧力差）ΔＰを略２０〜３０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下時間Δｔを０．５〜０．８ｓｅｃに、及びビルドダウン容量ＢＣを１．８〜１８ｃｃに設定することにより、少なくとも１秒間当りに１回以上の割合でモニタ流量を高精度で演算し、出力することが可能となり、ビルドダウン方式の利用にも拘わらず略リアルタイムに近い状態で連続的に高精度な流量モニタを行うことが出来る。
【００６５】
また、ガス流通路の内部への棒片の挿着や、内筒と外筒との間隙の調整により、容易にビルドダウン容量ＢＣの調整やガス圧力降下特性の直線化を図ることが出来、高精度な流量モニタを行うことが可能となる。その結果、従前の熱式流量センサを組み合せる方式に比較して、ビルドダウン容量ＢＣの調整の簡単化やモニタ付流量制御装置の大幅な構造の簡素化、小型化と製造費の引下げが可能となり、モニタ付流量制御装置の付加価値が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】  ビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の流量モニタ特性を測定するための試験装置の概要構成図である。
【図２】  ビルドダウン方式による流量モニタの圧力降下状態の説明図である。
【図３】  ビルドダウン流量測定時の圧力回復特性曲線の一例を示すものである。
【図４】  図４の部分拡大図である。
【図５】  試験１に於ける圧力回復特性曲線を示すものである。
【図６】  圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１００ｓｃｃｍ）。
【図７】  圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝５０ｓｃｃｍ）。
【図８】  圧力降下特性の形態を示すものである（制御流量＝１０ｓｃｃｍ）。
【図９】  上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ）。
【図１０】  上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃ）。
【図１１】  １０回繰り返し測定に於ける流量精度を示すものである。
【図１２】  本発明の第１実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図である。
【図１３】  本発明の第２実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図である。
【図１４】  流路内への棒片Ｃｕの挿入状態を示す横断面図である。
【図１５】  棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１６】  ２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１７】  ３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１０ｓｃｃｍ）。
【図１８】  棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図１９】  ２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図２０】  ３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・５０ｓｃｃｍ）。
【図２１】  棒片Ｃｕが無い場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２２】  ２ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２３】  ３ｍｍΦの棒片Ｃｕを挿入した場合の圧力降下特性曲線（Ｎ２・１００ｓｃｃｍ）。
【図２４】  棒片Ｃｕを用いた場合の流量安定時間の変化状態を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ）。
【図２５】  棒片Ｃｕを用いた場合の流量安定時間の変化状態を示す線図である（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．９１ｃｃ）。
【図２６】  本発明の第３実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の構成図である。
【図２７】  第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅに於いて、測定可能時間を１秒以下とした場合のガス流量ｓｃｃｍと圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。
【図２８】  第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅの圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃに於ける圧力降下特性の形態を示すものである。
【図２９】  第３実施例で使用した各チャンバＡ〜Ｅの上流側弁ＡＶの閉鎖からの経過時間と流量安定性との関係を示す線図である。
【図３０】  第３実施例で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と流量ｓｃｃｍの関係を示す線図である。
【図３１】  第３実施例で使用したチャンバＡ及びチャンバＢの繰り返し測定に於ける流量精度％Ｓ．Ｐ．と圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃとの関係を示す線図である。
【図３２】  本発明の第３実施例で使用したチャンバの第2例を示す従断面図である。
【図３３】  従前の圧力式流量制御装置の基本構成図である。
【図３４】  従前の流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を各実施例に基づいて説明する。
［第１実施例］
図１２は、本発明の第１実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の正面概要図であり、図１２に於いて、Ｐ１は圧力検出センサ、ＯＬはオリフィス、ＣＶはコントロール弁、Ｖ１・Ｖ２は入口側バルブブロック、Ｖ３・Ｖ４・Ｖ５はＦＣＳ本体ブロック、Ｖ６は出口側ブロック、Ｖ７はガス出口ジョイント、ＣＰは演算制御部、ＡＶは上流側弁、Ｌ１は上流側弁のガス入口側流路、Ｌ２は上流側弁のガス出口側流路、Ｌ３はコントロール弁ＣＶの入口側通路、Ｌ４はコントロール弁ＣＶの出口側通路、Ｐｏはコントロール弁ＣＶの上流側の圧力センサ、Ｔは温度検出センサ、Ｆはフィルタである。
尚、圧力式流量制御装置そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。又、上記フィルタＦは、削除することが可能なものであることは勿論である。
【００６８】
前記演算制御部ＣＰは、圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの開閉制御やオリフィスを流通する流量を演算する流量演算制御部ＣＰａと、ビルドダウン方式のモニタ流量演算や上流側弁ＡＶの開閉制御を行うモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体的に組み合せ形成したものである。
【００６９】
即ち、本発明の要部を形成するビルドダウン方式流量モニタ制御部ＣＰｂは、上流側弁ＡＶの開閉制御や、圧力検出センサＰｏ、温度検出センサＴ、入口側通路Ｌ２及び入口側通路Ｌ３から成るビルドアップ容量ＢＣ等からビルドダウン流量Ｑを演算し、出力する。
【００７０】
上述の如く、演算制御部ＣＰには、圧力式流量制御装置ＦＣＳ部分の流量演算及び流量制御を行う演算制御部ＣＰａと、ビルドダウン方式流量モニタ部の流量測定値Ｑの演算や圧力降下率ΔＰ／Δｔの測定、上流側バルブＡＶの開閉制御等を行う演算制御部ＣＰｂが夫々一体的に設けられており、演算制御部ＣＰへの指令信号及び又は設定信号の入力により、ビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置ＦＣＳが、所定流量値に流量制御されたガス流体を出力すると共に、その流量値が少なくとも１秒間に１回の割合でモニタ表示されることになる。
【００７１】
尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳやビルドダウン方式流量測定部の構造及び制御方法そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７２】
また、モニタ流量出力（モニタ流量演算制御部ＣＰｂからの流量出力）と圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量出力（圧力式流量演算制御部ＣＰａからの流量出力）との間に設定値以上の差異が生じた場合には、流量異常の警報を発信したり、或いは必要な場合には、所謂圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量自己診断を実施して流量異常の原因やその発生場所を特定することも可能である。
更に、設定値以上の流量差異が生じた場合には、圧力式流量制御装置ＦＣＳの零点調整等を自動的に実施すること等も可能である。
【００７３】
尚、本第１実施形例に於いては、上流側開閉弁AVに直動型の電磁駆動弁を使用しており、また、ビルドダウン容量ＢＣは１．７８〜９．９１ｃｃの範囲に選定している。更に、圧力降下範囲ΔＰは２０ｋＰａ  ａｂｓ（３５０〜３２０ｋＰａ  ａｂｓ）に選定されており、少なくとも１秒間に１回以上のモニタ流量を出力する構成としている。
【００７４】
前記温度検出センサＴは外面貼付型の測温抵抗式温度センサとしているが、ボディブロックＶ３内部の挿入するサーモスタット型温度計を用いることも可能である。
【００７５】
前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する流路Ｌ２´、Ｌ２及びＬ３は１．８ｍｍΦ〜４．４ｍｍΦの内径に形成されており、その内径及び流路長さを適宜に選定することにより、所望のビルドダウン容量ＢＣを得る構成としている。
尚、ビルドダウン容量ＢＣの調整は、後述する第３実施例のように圧力センサ付チャンバを用いて行うことも可能である。
【００７６】
［第２実施例］
図１３は、本発明の第２実施例を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣを形成する流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３を夫々２．５ｍｍΦ、３．３ｍｍΦ及び４．４ｍｍΦの内径に形成し、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３内へ短い棒片、例えばステンレス鋼製の棒片を挿着して配管内径の一部を擬似的に狭くしてその合計内容量ＢＣを１．７８ｃｃ〜９．９１ｃｃに調整することにより、圧力降下特性の改善を図るようにしたものである。
尚、図１３に於いて、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３を除いたその他の構成部材は、前記第１実施形態に係る図１２の場合と同一である。
【００７７】
当該第２実施例に於いては、各流路Ｌ２´、Ｌ２、Ｌ３の内部の適宜箇所に図１４に示す如く短い棒片（長さ約１〜３ｍｍ）Ｃｕが挿着されており、具体的には、４．４ｍｍΦ内径の流路Ｌ３部分に外径３ｍｍΦ棒片（又は外径２ｍｍΦ棒片１ケ所）を設けるか、または、流路Ｌ２部分に外径２ｍｍΦ棒片Ｃｕを設けるようにしたものである。
【００７８】
図１５〜図１７は、ガスＮ２及び流量１０ｓｃｃｍ、ビルドダウン容量ＢＣ＝１．７８ｃｃ、圧力降下ΔＰ＝２０ｋＰａ  ａｂｓの時に、棒片Ｃｕを挿入した場合（流路内径を変化させた場合）の圧力降下特性の変化状況を示すものであり、図１５は棒片Ｃｕが無い場合（即ち、図８と同一条件下）、図１６は２ｍｍΦの棒片Ｃｕを１ケ所挿入したとき、図１７は３ｍｍΦの棒片Ｃｕを１ケ所挿入したときを夫々示すものである。
【００７９】
また、図１８〜図２０は、Ｎ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとした場合の、図１５〜図１７と同じ状態下の圧力降下特性を示すものであり、更に、図２１〜図２３はＮ２ガス流量を１００ｓｃｃｍとした場合の圧力降下特性を示すものである。
【００８０】
図１５と図１６及び図１７、図１８と図１９及び図２０、図２１と図２２及び図２３の各対比からも明らかなように、第２実施例においては、棒片Ｃｕを用いることにより圧力降下特性の直線性が著しく改善されることになり、その結果、図９及び図１０に示した上流側開閉弁ＡＶの閉鎖からの流量安定時間が短縮されると共に、図１１に示した流量精度も大幅に向上することになる。
【００８１】
尚、図２４及び図２５は、棒片Ｃｕを用いた場合の前記図９及び図１０に示した流量安定時間に関係する流量誤差の変化を示すものであり、ビルドダウン容量ＢＣが１．７９ｃｃ及び９．９１ｃｃの両方について、誤差を大幅に減少させること、即ち、流量安定時間を早めて、流量検出時間を増加させることが可能となる。
【００８２】
［第３実施例］
図２６は、本発明の第３実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置の基本構成図である。当該第３実施例と、前記第１及び第２実施例に係るビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置との主な差異点は、ビルドダウン容量ＢＣの形成に圧力センサ付チャンバＣＨを用いた点、各ガス通路Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５の内径を１．８ｍｍの細径としている点及びオリフィスの下流側に圧力センサＰ２を別途に設けている点、チャンバＣＨに圧力センサＰ３を設けている点等であり、その他の部材の構成は前記第１及び第２実施例の場合と略同一である。
【００８３】
即ち、当該第３実施例に於いては、上流側弁ＡＶと圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶとの間に小型の圧力チャンバＣＨを設け、この圧力チャンバＣＨの内容積を調整することにより、前記ビルドダウン容量ＢＣを調整する構成としたものである。
【００８４】
当該圧力チャンバＣＨは外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂとの２重筒に形成されており、且つ内外筒ＣＨａ、ＣＨｂ間のギャップＧが本実施形態に於いては１．８ｍｍに選定されている。
そして、圧力チャンバＣＨの内容積は１．３〜１２ｃｃ程度に選定されており、これに圧力センサＰ３を付設した構成としている。
尚、図２６に於いてＶ６はチャンバ出口側ブロック、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３は圧力センサである。
【００８５】
また、当該第３実施例に於いては、圧力チャンバＣＨの容積を自由に選定できると共に、ガス流通路Ｌ５、Ｌ３等を全て同一の細径（例えば１．８ｍｍΦ）に揃えることができ、ビルドダウン容量ＢＣを正確且つ容易に所定の容量値に設定することができる。
【００８６】
具体的には、供試用のチャンバＣＨとして、前記ギャップＧを１．８ｍｍ及び３．６ｍｍとした表３の如きサイズの５種のチャンバを作成し、これ等を用いた図２６の装置を図１の試験装置に適用してガス流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）と圧力降下時間（ｓｅｃ）等との関係等を調査した。
尚、図１の試験装置を用いた調査に於いて、流量センサＴはチャンバＣＨの外表面に貼付け固定した。また、チャンバＣＨ以外のガス流路Ｌ３、Ｌ５の容積は０．２２６ｃｃである。
【００８７】
【表３】
2013179550.tif 000053
【００８８】
図２７は、図２に於ける圧力降下時間（ｂ）を１秒以内とした場合のガス流量（ｓｃｃｍ）と圧力降下の傾き（ｋＰａ／ｓｅｃ）の関係を、各チャンバＡ〜Ｅについて測定した結果を示すものであり、図２６の圧力式流量制御装置ＦＣＳ等の流路Ｌ５、Ｌ３の容積は前述の通り０．２２６ｃｃに選定されているが、試験装置に組付けした状態に於ける現実の図２６での各ビルドダウン容量は２．３１ｃｃ〜１５．４５ｃｃであった。
【００８９】
図２７からも明らかなように、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ／ｓｅｃとした時には、チャンバＡの場合には２５．２ｓｃｃｍ、チャンバＢで１０６．６ｓｃｃｍ、チャンバＥで１６９．０ｓｃｃｍの各流量測定の可能なことが判る。
【００９０】
図２８は、図１の試験装置に於いて、圧力降下の傾きが２０ｋＰａ／ｓｅｃとなるようにガス流量を調整した場合の圧力降下の直線性を示すものであり、前記図６〜図８と同様の線図である。尚、測定データは、図１のデータロガＮＲにより取得したものである。
【００９１】
図２８からも明らかなようにビルドダウン容量ＢＣの小さなチャンバＣＨの場合（即ち、チャンバＡ、Ｂ等）ほど、圧力降下特性の直線性が良好になることが判る。
【００９２】
また、図２９は、前記図９及び図１０の場合と同様に、圧力降下特性曲線の直線性からのずれによる流量測定誤差を、１秒以内の流量測定可能時間（ｂ）内に０．２５秒毎に５点測定することに求めたものであり、ビルドアップ容量ＢＣの小さなチャンバＡ、Ｂほど、圧力降下開始後から早期に流量誤差が少なくなることが判る（即ち、圧力降下特性の直線性に優れていると云える）。
【００９３】
図３０は、チャンバＡ及びチャンバＢについて、流量測定精度の再現性を調査した結果を示すものであり、前記図１１の場合と同趣旨で行ったものである。
尚、この流量測定精度の再現性試験に於いては、圧力降下の傾きを安定させるために、上流側バルブＡＶを閉にしてから所定の待ち時間をおいて測定を行い、且つ再現性を得るために長い時間に亘って測定を行っているが、流量出力時間は何れも１秒以内としている。
【００９４】
図３０からも明らかなように再現性の点から、チャンバＡの場合には流量３〜５０ｓｃｃｍが適用可能範囲であり、また、チャンバＢの場合には３０〜３００ｓｃｃｍが適用範囲であることが判る。
【００９５】
表４は、上記図３０に示した流量測定精度の再現性を示す線図の作成に用いた基礎データであり、チャンバＡ（ビルドダウン容量ＢＣ＝２．３１ｃｃ）及びチャンバＢ（ビルドダウン容量ＢＣ＝９．４７ｃｃ）を試験対象としたものである。
【００９６】
【表４】
2013179550.tif 000054
【００９７】
また、図３１は、上記表４のデータからチャンバＡ及びチャンバＢの圧力降下の傾きｋＰａ／ｓｅｃと誤差％Ｓ．Ｐ．との関係を調査したものであり、圧力降下の傾きが２〜６０ｋＰａ／ｓｅｃの範囲内であれば、流量測定誤差％Ｓ．Ｐ．が±１％の範囲内に納まることが判る。
【００９８】
図３２は、本願発明の第３実施例で使用するビルドダウン容量ＢＣを形成するチャンバＣＨの第２例を示すものである。この第２例に係るチャンバＣＨは、外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂとから形成されており、更に、内筒ＣＨｂの中央には、上端から下方へ向けて断面円形の縦長孔１が設けられており、その下方はガス通路１aを通して上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２に接続されている。
また、上記前記内筒ＣＨｂの中央の縦長孔１内には、上端に鍔部２ａを備えた縦長ピン２が上方より挿入固定されており、その鍔部２ａに設けた複数の小孔２ｂを通してガス通路を形成するギャップＧ内に連通しており、当該ギャップＧの端部がチャンバ出口側ブロックのガス出口通路Ｌ５へ連通している。
【００９９】
即ち、この第２例の圧力チャンバＣＨでは、内筒ＣＨｂの下方より上方へ向け流入したガスが、内筒ＣＨｂの上端から外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂ間の間隙Ｇ内へ流入することになる。
尚、当該チャンバＣＨの外筒ＣＨａと内筒ＣＨｂ間のギャップＧは１〜２mmに、また、縦長孔１と円柱状のピン又はねじ体２間のギャップＧ１は０．４〜０．８mmに、内筒ＣＨｂの高さは３０〜３５mmに選定されており、主として内容量Ｖ=２〜５ｃｃの圧力チャンバＣＨに使用するものである。
【０１００】
また、本発明の第３実施例で用いたチャンバＣＨの形態は適宜に変更することが可能であり、例えば、図３２のチャンバＣＨの内筒ＣＨｂの外周面にねじを設け、当該ねじの高さやピッチを変えることによりギャップＧの部分の容積を調整する構造としたり、或いは図３２のチャンバＣＨの内筒ＣＨｂの縦長孔１をねじ孔とし、これにねじ棒から成る円柱状ピン２を螺挿して、ギャップＧの部分の容積を調整する構造としても良い。
【０１０１】
更に、図３２の内筒ＣＨｂの縦長孔１及び円柱状ピン２に替えて、内筒ＣＨｂの中央部分にガス通路１ａに連通する複数の小径の縦向スリット形成するようにしたり、或いは縦長孔１の部分をフィルターメディアとするようにしても良い。
【０１０２】
また、図３２の内筒ＣＨｂの全部又は上方への突出部分をフィルターメディアとして、上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２から流入するガスを上記フィルターメディアを通してギャップＧ内へ流入させる構成としたり、或いは内筒ＣＨｂの全部又は上方への突出部分を多孔質セラミック材で形成し、当該多孔質セラミック材を通して上流側弁ＡＶのガス出口通路Ｌ２からのガスをギャップＧ内へ流通させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は半導体製造装置用ガス供給設備のみならず、オリフィス又は臨界ノズルを用いた圧力式流量制御装置であれば、化学品製造装置用ガス供給設備へも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【０１０４】
ＦＣＳ      圧力式流量制御装置
ＡＶ        上流側弁
ＢＣ        ビルドダウン容量
ＲＧ        圧力調整器
Ｎ２         Ｎ２供給源
Ｔ          温度センサ（測温抵抗体）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  圧力センサ
ＣＶ        コントロール弁
ＯＬ        オリフィス
Ｖ１・Ｖ２  入口側バルブブロック
Ｖ３・Ｖ４  ＦＣＳ本体ブロック
Ｖ５・Ｖ６・Ｖ８  出口側ブロック
Ｖ７        ガス出口ジョイント
Ｖ９        チャンバ出口側ブロック
ＣＰ        演算制御部
ＣＰａ      流量演算制御部
ＣＰｂ      モニタ流量演算制御部
Ｅ１         圧力式流量制御装置用電源
Ｅ２         演算制御部用電源
Ｅ３         電磁弁用電源
ＥＣＶ      電気駆動部
ＮＲ        データロガ
Ｓ          信号発生器
ＰＣ        演算表示部
Ｌ１         上流側弁ＡＶのガス入口側通路
Ｌ２´・Ｌ２   上流側弁ＡＶのガス出口側通路
Ｌ３         コントロール弁ＣＶの入口側通路
Ｌ４         コントロール弁ＣＶの出口側通路
Ｌ５         チャンバ出口側ブロックのガス通路
Ｃｕ        棒片
Ｑ          ビルドダウン流量
ＣＨ        チャンバ
ＣＨａ      外筒
ＣＨｂ      内筒
１          内筒の縦長孔
１a         ガス通路
２          円柱状ピン又はねじ体
２a         鍔部
２b         小孔 
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月9日(2015.1.9)
【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】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数１】
2013179550.tif 000055
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項２】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数２】
2013179550.tif 000056
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御装置との間のガス通路中に、内筒と外筒を同心状に配設固定して内筒と外筒との間隙をガス流通路とした適宜の内容量の圧力センサＰ３を設けた
チャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成としたビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置。
【請求項３】
耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項４】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項５】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項６】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項７】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項８】
内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項９】
内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１とするようにした請求項８に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１０】
内筒を、外周面にねじを形成した内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１１】
内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１２】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１３】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１４】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続したコントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａと，ビルドダウン方式のモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳと，上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積から成るビルドダウン容量ＢＣと，当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，を備えたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いて、先ず、前記上流側弁ＡＶを開放してビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値まで上昇させ、その後、上流側弁ＡＶを閉鎖して、前記ガス圧力を所定時間ｔ秒後に設定下限圧力値まで下降させ、前記モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを、
【数３】
2013179550.tif 000057
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として少なくとも１秒間に１回以上演算すると共に、当該演算したモニタ流量Ｑにより圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａに基づく制御流量を連続的に監視する構成としたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１５】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とする請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１６】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス通路中に適宜の内容量のチャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成とした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１７】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１８】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１９】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項２０】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１４に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月30日(2015.4.30)
【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】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数１】
2013179550.tif 000058
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項２】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続した耐圧力変動性を備えた流量制御装置と，前記上流側弁ＡＶの出口側と前記流量制御装置の入口側を連通する通路の内容積をビルドダウン容量ＢＣとすると共に、当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，前記上流側弁ＡＶの開閉制御を行うと共に、上流側弁ＡＶの開放によりビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値にしたあと、上流側弁ＡＶの閉鎖により所定時間ｔ秒後に前記ガス圧力を設定下限圧力値まで下降させることにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを演算して出力するモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備え、前記モニタ流量Ｑを
【数２】
2013179550.tif 000059
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として演算するビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置において、上流側弁ＡＶの出口側と流量制御装置との間のガス通路中に、内筒と外筒を同心状に配設固定して内筒と外筒との間隙をガス流通路とした適宜の内容量の圧力センサＰ３を設けた
チャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成としたビルドダウン方式流量モニタ付圧力式流量制御装置。
【請求項３】
耐圧力変動性を備えた流量制御装置を、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳとするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項４】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項５】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項６】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項７】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１又は請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項８】
内筒の内部に下方から上方へ向けてガスが流通するガス通路を設け、内筒の上端面より内筒と外筒の間隙内へガスを流入させる構成とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項９】
内筒の内部に設けたガス通路を、内筒の中央部に設けた縦長孔とその内部へ挿入した円柱状ピンとの間隙Ｇ１とするようにした請求項８に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１０】
内筒を、外周面にねじを形成した内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１１】
内筒を、内部にガスが流通するスリットを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１２】
内筒を、内部にガスが流通するフィルターメディアを設けた構成の内筒とした請求項２に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置。
【請求項１３】
所望のガス供給圧を有するガス供給源からのガスの流通を開閉する上流側弁ＡＶと，上流側弁ＡＶの下流側に接続したコントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ又は臨界ノズルと圧力計Ｐ１及び又は圧力計Ｐ２と流量演算制御装置ＣＰａと，ビルドダウン方式のモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを備えた圧力式流量制御装置ＦＣＳと，上流側弁ＡＶの出口側と圧力式流量制御装置ＦＣＳのコントロール弁ＣＶの入口側を連通する通路の内容積から成るビルドダウン容量ＢＣと，当該ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの温度を検出する温度センサＴと，前記ビルドダウン容量ＢＣを形成する通路内を流通するガスの圧力を検出する圧力センサＰと，を備えたビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いて、先ず、前記上流側弁ＡＶを開放してビルドダウン容量ＢＣ内のガス圧力を設定上限圧力値まで上昇させ、その後、上流側弁ＡＶを閉鎖して、前記ガス圧力を所定時間ｔ秒後に設定下限圧力値まで下降させ、前記モニタ流量演算制御部ＣＰｂにより、ビルドダウン方式によりモニタ流量Ｑを、
【数３】
2013179550.tif 000060
(但し、Ｔはガス温度（℃）、Ｖはビルドダウン容量ＢＣ（ｌ）、ΔＰは圧力降下範囲（設定上限圧力値−設定下限圧力値）（Ｔｏｒｒ）、Δｔは上流側弁ＡＶの閉鎖から開放までの時間（ｓｅｃ）である。)として少なくとも１秒間に１回以上演算すると共に、当該演算したモニタ流量Ｑにより圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量演算制御装置ＣＰａに基づく制御流量を連続的に監視する構成としたことを特徴とするビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１４】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス流通路の内部へ棒片を挿着し、ガス流通路の通路断面積を変えることにより、前記ビルドダウン容量ＢＣの調整及びガス圧力降下特性の直線化を図る構成としたことを特徴とする請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１５】
上流側弁ＡＶの出口側と流量制御器との間のガス通路中に適宜の内容量のチャンバを介設し、当該チャンバの内容積を変えることによりビルドダウン容量ＢＣの値を調整する構成とした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１６】
ビルドダウン容量ＢＣを１．０〜２０ｃｃとすると共に、設定上限圧力値を４００〜２００ｋＰａ  ａｂｓ及び設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓ〜１５０ｋＰａ  ａｂｓに、また、所定時間ｔを１秒以内とするようにした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１７】
ビルドダウン容量ＢＣを１．７８ｃｃに、設定上限圧力値を３７０ｋＰａ  ａｂｓに、設定下限圧力値を３５０ｋＰａ  ａｂｓに、圧力降下範囲ΔＰを２０ｋＰａ  ａｂｓに、及び所定時間ｔを１秒以内にするようにした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１８】
上流側弁ＡＶを流体圧作動式の電磁直付型電動弁又は電磁直動型の電動弁とすると共に、弁の高速開閉により上流側弁ＡＶの開による設定下限圧力値から設定上限圧力値へのガス圧力の回復時間を、上流側弁ＡＶの閉による設定上限圧力値から設定下限圧力値までのガス圧力下降時間よりも大幅に短くするようにした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【請求項１９】
流量制御装置の流量演算制御装置ＣＰａとモニタ流量演算制御部ＣＰｂとを一体に形成する構成とした請求項１３に記載のビルドダウン方式流量モニタ付流量制御装置を用いたモニタ付流量制御方法。
【国際調査報告】
2013179550.tif 000061
2013179550.tif 000062
2013179550.tif 000063
2013179550.tif 000064