(57)【要約】  質量流量測定および制御装置１００は、内部にコリオリ質量流量計５０、１１２を置かれたエンクロージャ１０１を有する。コリオリ質量流量計５０、１１２は、高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブ、フローチューブを振動させるためにフローチューブに結合された駆動装置（Ｄ）、および振動するフローチューブ５２のコリオリ撓みを感知するためにフローチューブに結合されたピックオフを有する。ピンチバルブ１１０、１２０は、高純度プラスティック材料から作製されてフローチューブと流体連通しているエラストマーチューブ１２６を有する。操作可能に接続されたラム１２４を備えたアクチュエータ１２２が、エラストマーチューブ１２６の隣に設置され、エラストマーチューブがラムと基準表面の間で押し付けられるように、基準面１２８が概してラムに対向して配置される。コントローラ１１４も、設けられることができ、コリオリ質量流量計５０、１１２から出力信号を受け取り、質量流量計の出力信号および設定点信号に応答して、制御出力信号をピンチバルブのアクチュエータ１１２に供給する。
2005510788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれるコリオリ質量流量計とを含み、該コリオリ質量流量計が、高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブと、前記フローチューブを振動させるために前記フローチューブに結合された駆動装置と、振動する前記フローチューブのコリオリ撓みを感知するために前記フローチューブに結合されたピックオフとを含み、前記質量流量測定および制御装置がさらに、
ピンチバルブを含み、該ピンチバルブが、高純度プラスティック材料で作製され、前記フローチューブと流体連通しているエラストマーチューブと、前記アラストマーチューブに隣接して置かれ、操作可能に接続されたラムを有するアクチュエータと、前記エラストマーチューブが前記ラムと基準表面との間で押し付けられるように、前記ラムにほぼ対向して配置された基準表面とを含む質量流量測定および制御装置。
【請求項２】
前記コリオリ質量流量計から測定値出力信号を受け取るコントローラをさらに含み、前記コントローラが、設定点信号および前記コリオリ質量流量計の出力信号に応答して、前記ピンチバルブのアクチュエータに制御出力信号を供給する、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項３】
前記コントローラがエンクロージャの中に置かれる、請求項２に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項４】
前記高純度プラスティック材料がＰＦＡからなる、請求項１に記載のマスフロー測定および制御の装置。
【請求項５】
前記ピンチバルブが前記エンクロージャの中に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項６】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記エンクロージャの外側に延びる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項７】
前記ピンチバルブのアクチュエータが、前記エンクロージャの外側表面に取り付けられる、請求項５に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項８】
さらに流体の入口および出口接続部を含み、前記入口および出口接続部が、前記エンクロージャの一方の端部に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項９】
さらに流体の入口および出口接続部を含み、前記入口および出口接続部が、前記エンクロージャの反対側端部に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１０】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記フローチューブの下流側に配置される、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１１】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記フローチューブの上流側に配置される、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータがソレノイドを含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１３】
前記ソレノイドがパルス幅変調信号を介して制御される、請求項１２に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータがステッパモータを含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１５】
前記コントローラがＰＩＤコントローラを含む、請求項２に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１６】
前記フローチューブと流体連通している圧力トランスデューサをさらに含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１７】
前記圧力トランスデューサが、前記フローチューブの上流側に置かれる、請求項１６に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１８】
前記圧力トランスデューサが、前記フローチューブの下流側に置かれる、請求項１６に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１９】
前記フローチューブと流体連通し、前記フローチューブの上流側に置かれた第１の圧力トランスデューサと、
前記フローチューブと流体連通し、前記フローチューブの下流側に置かれた第２の圧力トランスデューサとをさらに含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２０】
質量流量測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれたコリオリ質量流量計とを含み、該コリオリ質量流量計が、高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブと、前記フローチューブを振動させるために前記フローチューブに結合された駆動装置と、振動する前記フローチューブのコリオリ撓みを感知するために前記フローチューブに結合されたピックオフとを含み、前記質量流量測定および制御装置がさらに、
ピンチバルブを含み、該ピンチバルブが、フローチューブに隣接して置かれ、操作可能に接続されたラムを有するアクチュエータと、前記フローチューブが前記ラムと基準表面との間で押し付けられるように、前記ラムにほぼ対向して配置された前記基準表面とを含む質量流量測定および制御装置。
【請求項２１】
前記コリオリ質量流量計から測定値出力信号を受け取るコントローラをさらに含み、前記コントローラが、設定点信号および前記コリオリ質量流量計の出力信号に応答して、前記ピンチバルブのアクチュエータに制御出力信号を供給する、請求項２０に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２２】
前記コントローラが前記エンクロージャの中に置かれる、請求項２１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２３】
前記高純度プラスティック材料がＰＦＡからなる、請求項２０に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２４】
前記アクチュエータがソレノイドを含む、請求項２０に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２５】
前記アクチュエータがステッパモータを含む、請求項２０に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２６】
処理材料流量を制御するためのコリオリ測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれ、前記処理材料にイオンを移動させることなく質量流量を測定するための第１の手段と、
前記第１の手段と流体連通しており、前記処理材料に望ましくないイオンを移動させることなく流体流量を変えるための第２の手段と、
前記第１の手段に応答して前記第２の手段を制御するための第３の手段とを含むコリオリ測定および制御装置。
【請求項２７】
前記第３の手段が前記エンクロージャの中に置かれる、請求項２６に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２８】
前記第２の手段がエラストマーチューブを有し、該エラストマーチューブを通って前記処理材料が流れ、前記第２の手段が、前記エラストマーチューブを押し付けるための手段を含む、請求項２６に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２９】
前記第１の手段と流体連通しており、圧力を測定するための第４の手段をさらに含む、請求項２６に記載の質量流量測定および制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、次の名称の複数の米国特許出願、すなわち「Ｈｉｇｈ  Ｐｕｒｉｔｙ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」、「Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ｕｌｔｒａ−Ｐｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｆｌｏｗ」、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ａ  ＰＦＡ  Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ」、「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅｔｅｒｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｆｌｏｗ  Ｔｕｂｅ  Ｍａｄｅ  ｏｆ  ａ  Ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ」および「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａ  ＰＦＡ  Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ」に関連し、各々は本出願と同じ日に出願された。関連出願の全開示は、本明細書に参照によって組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、流体流量の測定および制御に関し、さらに特定すると超高純度または腐食性の適用、あるいは標準的な金属製コリオリ質量流量計で適合しないその他の適用に使用するのに適した、コリオリ質量流量コントローラに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体、医薬、およびバイオテクノロジといった多くの産業は、一般に低流量で、研磨性かつ腐食性化学物質流体を使用し、ならびに汚染が無く、正確、小型、かつリアルタイムの流体供給および／または混合システムの必要性に起因する、流体供給の問題に遭遇する。
【０００４】
概して、流体供給システムは、３つの構成要素、すなわち流体推進、流量測定および制御、およびユーザインターフェースから成る。多くの現在のシステムは、３つすべての仕事を実行するためにぜん動ポンプのような容量型ポンプを使用する。このポンプは貯蔵容器から工程または反応器へと流体を推進する。このポンプは、また、ポンプ速度に応じて多少は一定の速度で流体を移動させるが、ぜん動ポンプ作用は、流体供給速度の脈動の原因となる。ユーザインターフェースは、ポンプ速度を調節し、または単純にポンプのオンオフを切り換える。この方法は、あまり正確な流量制御を提供せず、ポンプのポンプ動作と内部幾何学形状は、流体を汚染し、または悪影響を与える可能性がある。
【０００５】
ぜん動ポンプは、流量測定に閉ループのフィードバックを提供しない。さらに、ぜん動ポンプは容量供給システムであるので、流体の量は、圧力、温度などといった処理条件の変化に伴って変わる。ポンプの配管もやはり経時的に損耗し、ポンプ速度が変わらない状態で供給される流体の容量が変化する。処理が正確な流体供給を必要とするとき、或る時間期間にわたって重量計または目盛り付きの容器で、手動で流体の量を測定することによって供給速度を確認することもまた普通である。通常のバッチ式混合システムが、図１に示されている。ＡからＮの複数の流体が、重量計１２上に設置された容器１１内に流れる。１つの流体は、或る時間にフローバルブ１３を通過することができる。重量合計が調べられ、所望の量の流体Ａが加えられたときにバルブ１３が閉じられる。同じ処理が残りの流体で繰り返される。最終的に、完全な混合物が得られる。もしも過剰量または過少量のいずれかの流体が加えられた場合、ある程度受容可能な誤差帯で、適切な質量の各流体が添加されるまで、処理が続かなければならない。
【０００６】
別の知られている方法は、混合物の各々の流体が容器に添加されているときに、その容積を測定するためにレベルセンサを使用する。これは、容器高さの少しの増加に伴う、容器の容量を極めて正確に知る必要がある。
【０００７】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、懸濁した固体粒子と反応剤を含む超高純度流体をウェハ表面と研磨パッドとの間に加えることによって、半導体のウェハ表面を平坦化する処理を含む、半導体産業の重要な処理である。大抵の応用例では、研磨パッドは、制御された速度で半導体に対して回転して表面を平坦化する。ウェハの過剰研磨は、重要なウェハ構造を変えるかまたは取り去る結果につながる可能性がある。逆に、ウェハの過少研磨は、受け容れ難いウェハに結びつく可能性がある。ウェハの研磨速度は、研磨操作時に供給される流体の供給速度および流体の総量に大きく依存する。
【０００８】
流体流量の正確な制御と汚染のない環境を必要とする半導体産業で使用される別の処理工程は、フォトリソグラフィ処理工程である。当該技術で知られているように、フォトリソグラフィは、レジストまたはフォトレジストとして知られている光感受性ポリマーをウェハ表面に塗布する処理工程である。ウェハ表面で製造される構造のパターンを有するフォトマスクが、レジスト被覆されたウェハと光源との間に配置される。光はレジストと反応して、レジストポリマーを弱くするかまたは強くする。レジストが光に晒された後、弱くなったレジストを除去する化学物質流体が加えられてウェハが現像される。正確かつ再現可能なレジスト供給は、パターンを適切に転写するために必須である。いかなる「埃」も最終パターンの欠陥の原因となるであろうから、レジストは、汚染の無いものでなければならない。
【０００９】
この処理工程の修正形態により、最終的な半導体の集積部分になる膜を作製するために、ウェハ表面に多数の新たな種類の液体が塗布される。これらの膜の主な機能は、導電配線間の絶縁体として作用することである。多様な「スピンオン」材料が、広範な化学組成および物理特性で評価されている。リソグラフィ処理とスピンオン堆積との間の重要な差異は、膜のいかなる欠陥（空隙、気泡、または粒子など）も、半導体の構造内に永続的に埋め込まれ、機能しないデバイスとなり、半導体生産業者にとって金銭的損失に結びつく可能性があることである。
【００１０】
これらの処理工程の両方が、「トラック」と呼ばれるツール内で行なわれる。トラックの目的は、静止または低速で回転するウェハ表面に正確な量の流体を塗布することである。液体を適切な構造へと変換するために、追加的な化学処理ステップが使用されることができる。液体の塗布後に、ウェハの回転速度が急速に上げられて、ウェハ表面上の液体が縁部から振り落とされる。極めて薄く、一貫した厚さの液体が、ウェハの中心から縁部まで残る。液体の厚さに影響を与えるいくつかの変数には、レジストまたは誘電体の粘度、レジストまたは誘電体中の溶剤濃度、分与されるレジスト／誘電体の量、分与速度などが含まれる。
【００１１】
トラックは、また、液体の塗布の後に追加の処理ステップを提供し、追加の処理ステップが、膜中のいかなる溶剤も除去する焼成処理を使用して、液体をポリマーに変える。トラックは、また、湿度または温度の変化を防止し、化学物質汚染が膜の性能に影響するのを防止するために、ウェハ周囲の環境を制御する。トラックシステムの性能は、空隙、気泡、および粒子によって引き起こされる膜の欠陥を最小限にすることに加えて、ウェハ表面に供給される液体の精度と再現可能性によって決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、従来技術に関連する短所を解決するために、流体供給システムに対して効率的で、小型な汚染の解決方法が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様では、質量流量の測定および制御装置は、その中にコリオリ質量流量計を備えたエンクロージャを含む。コリオリ質量流量計は、高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブ、フローチューブを振動させるようにフローチューブに結合した駆動装置、および振動するフローチューブのコリオリ撓みを感知するようにフローチューブに結合したピックオフを有する。ピンチバルブは、高純度プラスティック材料から作製されてフローチューブと流体連通しているエラストマーチューブを含む。操作可能に接続されたラムを備えたアクチュエータが、エラストマーチューブの隣に配置され、基準表面が、ラムと基準表面との間でエラストマーチューブが押し付けられることができるように、概してラムに対向して配置される。
【００１４】
フローチューブとピンチバルブのエラストマーチューブは、両方共にＰＦＡから作られることができる。さらに、これらのチューブは、単一のチューブからなることができる。他の実施形態では、ピンチバルブチューブは、シリコーンのようなさらに柔軟な材料から作られる。いくつかの例示的な実施形態では、コントローラが、設定点信号およびコリオリ質量流量計から出力信号を受け、かつそれに応答して、ピンチバルブアクチュエータに制御出力信号を供給する。コントローラは、エンクロージャの中、またはエンクロージャの外部に配置されることができる。同様に、ピンチバルブは、エンクロージャの中、またはエンクロージャの外側表面に取り付けられて配置されることができる。
【００１５】
本発明のその他の目的と利点は、下記の詳細な説明を読み、図面を参照すると明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、様々な変形および代替の形式をとることが可能であるが、その特定の実施形態を例示として図に示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態の本説明が、開示された特定の形式に本発明を限定することを意図するものではなく、逆に、本発明が、特許請求項によって規定される本発明の精神と範囲内に入る、すべての変形、同等品、および代替品を網羅することは理解されるべきである。
【００１７】
本発明の具体例の実施形態を以下に述べる。明瞭化する理由から、本明細書で実際の実施のすべての特徴を説明することはしない。いかなるそのような実際の実施形態の展開の中で、実施ごとに変わるであろうシステムに関連する制約および業務に関連する制約に従ってなど開発者の特定の目的を達成するために、数多くの実施に特定な決定が為されるはずであることはもちろん理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それでも、この開示の恩典を有する当業者にとって決まりきった仕事であろう。
【００１８】
図２は、本発明の例示的な実施形態による、処理材料を制御するための高純度の質量流量測定および制御装置１００を概略的に示している。制御装置１００は、流体の入口１０２と出口１０３とを有するエンクロージャ１０１を含む。コリオリ質量流量計１１２は、エンクロージャ１０１の中に置かれる。望ましくない（例えば金属）イオンが処理材料に移動することによって引き起こされる処理流体の汚染を防止するために、コリオリ質量流量計１１２は、高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブを有する。やはり処理材料へのイオンの移動を防止するために高純度プラスティック材料で作製された部品を有するピンチバルブ１１０は、質量流量計１１２と流体連通している。図２のブロック図では、バルブ１１０は、完全にエンクロージャ１０１の中に置かれて示されている。いくつかの実施形態では、バルブの一部またはバルブ全体がエンクロージャ１０１の外側表面に取り付けられる。
【００１９】
コントローラ１１４は、設定点信号と質量流量計１１２から出力信号とを受け取る。コントローラ１１４は、質量流量計からの信号を調整および処理し、設定点と測定した流量との比較に基づいて処理材料の流量を変えるために、バルブ１１０に制御信号を出力する。コントローラ１１４への設定点入力は、通常、０〜５Ｖ、４〜２０ｍＡの信号またはデジタル信号などの電気信号である。気体で作動する設定点インターフェースも、使用されることができる。適切な設定点発生器は、Ｙｏｒｋ、ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＲｅｄ  Ｌｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社から入手可能な、型式Ｐ４８プロセスコントローラである。
【００２０】
コントローラ１１４は、また、追加的な信号がコントローラ１１４に送られる、バルブオーバーライドとして普通に知られている特徴を有することもできる。このオーバーライド信号は、コントローラ１１４に設定点を無視させ、バルブ１１０を完全な開状態または閉状態にさせる。この特徴は、流れを遮断するまたはシステムをパージするためにしばしば使用される。図２で、コントローラ１１４は、エンクロージャ１０１の内側に置かれて示され、完全に一体化した流量制御システムを提供する。しかしながら他の実施形態では、コントローラ１１４はエンクロージャ１０１の外側にある。
【００２１】
バルブ１１０は、装置１００を通る流量を調節し、また、ラインの圧力変化に対するバッファも提供する。バルブ１１０は、図２に示したように質量流量計１１２の上流側に配置されるか、または図３に示した実施形態のように質量流量計１１２の下流側に配置されることができる。概して、使用中に最大の圧力変化に遭遇するであろう側に、バルブ１１０を有することが好ましい。これは、質量流量計１１２を圧力の変化と変動から保護する手助けをする。
【００２２】
流量制御素子と質量流量計の動作特性は、ある程度動作圧力依存性を有する可能性がある。したがって、図４に示したように補償目的で、圧力トランスデューサを質量流量計コントローラ内に設けることが望ましい可能性がある。圧力トランスデューサ１１５、１１６は、装置の入口１０２と出口１０３とに置かれる。代わりに、両方ではなく、望まれる補償に応じて、入口トランスデューサ１１５または出口トランスデューサ１１６が設けられることができる。圧力トランスデューサ１１５、１１６は、また、質量流量計１１２に一体化されるか、または質量流量計の動作に固有である可能性もある。
【００２３】
半導体、医薬、およびバイオテクノロジ産業に関連するような多くの適用は、使用される化学物質の純度を保護するために、流体供給システムの流路（全表面が処理流体で濡れる）が、高純度で化学的に不活性／耐性の材料で構成されることを必要とする。プラスティックが望ましいが、その理由は、半導体ウェハの製造処理工程に使用される超高純度の化学物質は、もしも様々な機械および化学処理に起因して、金属のフローチューブから金属イオンが浸出または脱離すると、汚染される可能性があるからである。プラスティック材料は、広範囲の処理材料に対して耐腐食性である。したがって、これらの産業では高純度グレードのプラスティックが使用されるが、その理由は、これが望ましくないイオンの処理材料への移動を概して防止するからである。さらに、プラスティックのフローチューブの製造で固有の平滑な表面仕上がりは、チューブへのバクテリア付着の可能性、および有機材料による流体の汚染の可能性を下げる。
【００２４】
質量流量計１１２の濡れる流路は、バクテリアが隠れる可能性のある割れ目、裂け目などを有さないように構成される。適切な高純度プラスティックは、優れた化学耐性と機械特性を備えた高性能フルオロポリマーである、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ共重合体）である。ＰＶＤＦおよびＰＴＦＥといった様々なフッ化ポリマーも、適切である。
【００２５】
高純度材料の使用に加えて、高純度の流路は、一定の直径を有するべきであり、貫入または複数流路があってはならない。デュアルチューブセンサまたは曲がった流路を、避けるべきである。これが圧力低下を最小限にし、流体へのせん断速度を最小に下げ、それはいくつかの産業および適用で重大である。それはまた、スラリのようなある種の物質による目詰まりも防止する。或る適用では、装置１００を可能な限り小型に製作することが望ましい。したがって、素子間の相互接続は、可能な限り短くなければならない。これを容易にするために、プラスティックの配管は、狭い結合金属チューブの内側に置かれることができ、きつい半径で屈曲されたときに、プラスティック配管のよじれを防止する。
【００２６】
高純度プラスティック材料で作製されたフローチューブを有する例示のコリオリ質量流量計は、図５に示されている。コリオリ質量流量計５０は、ベース５１の脚部６７、６８を通して挿入されたフローチューブ５２を有する。フローチューブ５２は、高純度プラスティック材料、好ましくはＰＦＡで作製される。ピックオフＬＰ０とＲＰ０および駆動装置Ｄが、フローチューブ５２に結合される。質量流量計５０は、供給チューブ５４から処理材料流れを受け取り、コネクタ５８を通してその流れをフローチューブ５２へと延ばす。駆動装置Ｄによって、フローチューブ５２は、材料流れが備えるその共振周波数で振動させられる。結果的に生じるコリオリ運動は、ピックオフＬＰ０とＲＰ０によって検出され、ピックオフＬＰ０とＲＰ０が、導体６２と６４を越えて信号を計測電子装置（図示せず）へと加え、計測電子装置が、コリオリ運動間の位相差を判定し、それに基づいて出力信号を加える。高純度フローチューブを有する適切なコリオリ質量流量計は、「Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ｕｌｔｒａ−Ｐｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｆｌｏｗ」という名称の組み込まれた出願に詳細に開示されている。
【００２７】
コリオリ質量流量計１１２と同様に、高純度適用では、ピンチバルブ１１０は流体の汚染を最少にする材料で作製されなければならない。さらに、バルブ１１２は、滞留した流体が集まる可能性のある場所を有さず、流体中に粒子を発生させる可能性のある滑り部品または擦り合わせ部品を有さないように構成されなければならない。本発明による例示的なピンチバルブ１２０は、図６に概念的に例示されている。アクチュエータ１２２は、コリオリ質量流量計１１２のフローチューブと流体連通しているエラストマーチューブ１２６の隣に置かれる。基準表面に対して、チューブ１２６を選択的に押し付けるかまたは挟むためにピストンまたはラム１２４が、アクチュエータ１２２によって移動させられ、その結果、流体が流れる開口１２９のサイズを変える。チューブ１２６は、高純度のエラストマーまたはプラスティックで作製されることが好ましい。例えばＰＦＡ、ＰＦＡ材料を含む混合物、およびシリコーンが、適切なピンチチューブ材料である。
【００２８】
チューブの柔軟性は、配管壁が、壁に捕捉されたいかなる粒子または欠陥の周囲に従うことを可能にし、緊密なシールを提供する。流路は直線状であり、圧力低下と乱流を最小限にする。流体は、フローチューブ１２６だけと接触し、他のバルブ部品の損耗と腐食を防ぎ、かつ半導体研磨操作といった高純度適用のケースで、スラリの金属汚染を防いでいる。或る実施形態では、質量流量計１１２のフローチューブとピンチバルブ１１０のエラストマーチューブは、同じチューブである。
【００２９】
知られているピンチバルブの作動は、普通では双安定性、すなわちオンとオフである。いくつかの知られているピンチバルブは、多数回転式のハンドルを備えた手動のアクチュエータを有するが、しかしこのタイプのバルブが、閉ループの流量制御に導入されることはないであろう。バッチ処理の分与適用では他のピンチバルブが使用され、バルブがオンである時間によって、分与される材料の量が制御される。これは連続方式で流量を動的に制御することができない。
【００３０】
２つの状態だけを有するバルブは、バルブのアクチュエータに電流または電圧を変えて印加することによって制御されることが可能である。或る実施形態では、バルブを制御するのにパルス幅変調（ＰＷＭ）が使用される。ＰＷＭは、バルブの機械応答周波数よりも上の周波数で、方形波を発生させることによって達成される。装置に送られる適切な電圧または電流を決定するために、信号のデューティサイクルが変えられる。例えば、ＰＷＭ信号が０〜１２Ｖの間で動作する場合、０％のデューティサイクル＝０ボルト、５０％のデューティサイクル＝６ボルト、１００％のデューティサイクル＝１２ボルトである。信号がバルブの機械応答周波数よりも上の周波数であるので、「平均化」が行なわれる。バルブの位置は、供給される平均電流に基づく。結果的に得られる供給電圧は、信号のパルス幅に比例する。
【００３１】
もしも信号周波数が低過ぎる場合、バルブはオンとオフの信号に完全に応答するために時間がかかり、一般に望ましくない脈動した流量出力を作り出す。通常のピンチバルブアクチュエータは、ソレノイドであり、ソレノイドを閉じるのに必要な電流を決定する予加重調節を備えたバネ素子を有する。バルブのバネの予加重の調節は、バルブの制御範囲を改善することを可能にする。他の実施では、ソレノイドプランジャ素子が、バネ懸架プランジャと置き換えられる。バネ懸架プランジャは、摩擦に起因する非線形のバルブ応答を最小限にし、入手可能なソレノイド作動ピンチバルブに共通するヒステリシスと不感帯を最小限にする。
【００３２】
ＰＷＭ制御のソレノイドに対する代わりの方法は、ステッパモータアクチュエータを使用することであり、ステッパモータアクチュエータは、制御された決定論的な角度回転を、ウォームギアタイプの構成によって直線ラム駆動へと変換する。ステッパコントローラは、アナログ信号入力に比例する特定の数のステップを生じるように構成されることができる。バックラッシュ、およびバックラッシュによるバルブのヒステリシスは、バックラッシュを最小にするいかなる数の適切なウォームギア構成によっても最小にされることができる。ステッパモータは、概して、ピンチ配管に変化を引き起こす可能性のある温度と圧力の変動に対して影響を受けない。ステッパモータは、位置を制御するための手段であり、ステッパは、ピンチ配管の変化に影響を受けない。ピンチバルブに関するピンチチューブは、電流がバルブのアクチュエータに加えられるシステムの一体部分であり、アクチュエータは、ピンチチューブに力を加え、かつチューブを挟む。もしも温度または圧力に起因してチューブの特性が変化すると、ソレノイドでチューブを閉じる量、およびそれゆえに流量が変化する。さらに、ステッパアクチュエータは、流体供給サイクルの開始時の設定点の確立に迅速な応答を提供するために、最後の位置に留まることができる。
【００３３】
図２のブロック図は、例えば、エンクロージャ１０１の一方の側の流体入口１０２、エンクロージャ１０１の反対の側の出口１０３を示している。図７は、エンクロージャ１０１の同じ端部に、入口１０２と出口１０３とを備えた代わりの実施形態を示している。前にぜん動ポンプが使用された適用で、そのような構成が特に望ましいことがあるが、その理由は、それらが通常、装置の同じ端部に入口と出口を有するからである。
【００３４】
本発明の特定の実施形態によるコリオリ質量流量計とピンチバルブが、図８に示されている。コリオリ質量流量計５０は、図５に例示したものと基本的に同じである。バルブアクチュエータ７０は、ベース５１に取り付けられる。ピンチバルブのエラストマーチューブ７２は、フローチューブ５２に接続された入口端部７３を含む。フローチューブ５２の反対側端部は、流体の入口５４に接続される。チューブ７２は、基準表面７４とアクチュエータ７０のラムまたはピストン（図示せず）との間、および戻りのチューブ７８に接続されるチューブ７２の出口端部７６に延びる。
【００３５】
上記で言及したように、高純度のシステムを確立するために、流路全体が、高純度で化学的に不活性／耐性の材料で作製されなければならない。図９Ａは、湿式処理接続部を備えた高純度の圧力発信器３３０を概略的に例示しており、単一片の高純度プラスティックから作り出された圧力ダイアフラムを含む。高純度の分配システムに使用されるいかなる実施についても重要な要求条件は、装置のいかなる部分も、漏れ源であってはならないことである。ネジ接続は避けられ、処理接続部の形成に好ましい方法は、面合わせのシールを使用することである。単一片のプラスティックから処理接続部３６０を作り出すことは、漏れ源になる可能性のあるネジ接続を無くすことを確実にする。
【００３６】
圧力発信器３３０は、センサホルダ３５８を有し、センサホルダ３５８は、流路の一部ではないのでポリプロピレンで作製されることができる。ＰＦＡのような高純度材料で作製された圧力チャンバ３６０は、センサホルダ３５８の中に入れ子にされる。圧力チャンバ３６０は、そこから延びる処理流体取り入れガイド３６１を規定する。安定した圧力測定性能を供給するために、セラミック圧力センサ３６２が、高純度ダイアフラム（例えば１ｍｍ厚のＰＦＡ）に結合され、セラミックセンサを一定の力でプラスティックダイアフラムに対して保持する、セラミックセンサ３６２の上部に置かれたエラストマーのＯリング３６６によって、プラスティックのいかなる緩み（クリープとも呼ばれる）も補償される。このように、圧力発信器３３０の湿潤部分全体が、ＰＦＡまたは別の適切な高純度プラスティック材料である。
【００３７】
代わりの圧力センサ３３１が、図９Ｂに示されている。圧力センサ３３１は、サファイアから作製された小型の容量圧力センサ３７０を使用する。センサは、ＰＦＡのような高純度材料３７２の中にカプセル化され、流体圧力がセンサ３７０を押し付けるように圧力チャンバ３６０内に延びる。図９Ｂに示した方法の利点は、正確な圧力測定のために必要な頑丈な構造のような固定された基準の必要がないことである。カプセル化された圧力センサ３７０は、圧力チャンバ３６０の一体部品であり、単一片の高純度プラスティックから作り出される。
【００３８】
図１０〜図１２は、高純度で一体化されたコリオリ質量流量計コントローラ４００の様々な態様を例示している。一体化されたコントローラ４００は、前端部に接続されたフェースプレート４０２を備えたエンクロージャ４０１を有する。入口接続部４０４と出口の接続部４０５は、他のユーザインターフェース制御部４０６と並んでフェースプレート４０２から延びる。エンクロージャ４０１の内側に置かれるのは、コリオリ質量流量計４５０と電子ＰＩＤコントローラ４１２である。ピンチバルブアセンブリ４１０は、エンクロージャ４０１の後端部に取り付けられる。明瞭化するために、ピンチバルブチューブは、図１０に示されていない。図１３は、エンクロージャ４０１に取り付けられたアクチュエータ７４０を示しており、ピンチバルブチューブ４７２が、コネクタ４７１から延びて概してＵ字形状を形成している。エンクロージャ４０１の外側にバルブ４１０を提供することは、必要に応じたチューブ４７２の交換を含めて、バルブアセンブリ４１０の容易なメンテナンスを可能にする。コントローラ４００のその他の構成部品には、インターフェースアセンブリ４８０、熱障壁４８２、およびセンサスペーサ４８４が含まれる。
【００３９】
本発明は、本明細書に教示した恩典を得る当業者にとって明白な、異なるが等価な方法で変形および実施されることができるので、上記で開示した特定の実施形態は単なる例示に過ぎない。さらに、特許請求項に記載される以外の本明細書に示した構造または構成の詳細に限定は意図されない。したがって、上記で開示した特定の実施形態が、変更または修正されることができ、そのような変形すべてが、本発明の範囲と精神に入ると考えられることは明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は特許請求項に示される通りである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術のオフライン混合システムを概略的に例示する図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、質量流量測定および制御装置を示すブロック図である。
【図３】本発明のまた別の例示的な実施形態による、質量流量測定および制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明のさらなる例示的な実施形態による、質量流量測定および制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の態様による高純度のコリオリ質量流量計の斜視図である。
【図６】本発明の態様による高純度のピンチバルブを概略的に示す図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、質量流量測定および制御装置を示すブロック図であって、装置の一方の側に流体の入口と出口の接続部を有する。
【図８】本発明の態様によるコリオリ質量流量計とピンチバルブの斜視図である。
【図９Ａ】本発明による高純度の圧力トランスデューサを示す概略図である。
【図９Ｂ】封入型サファイアセンサを含む高純度の圧力トランスデューサの代わりの実施形態を例示する図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、一体化されたコリオリ質量流量コントローラの後面からの斜視図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、一体化されたコリオリ質量コントローラの前面からの斜視図である。
【図１２】図１０と図１１に示した一体化されたコリオリ質量流量コントローラの拡大図である。
【図１３】図１０〜図１２に示した一体化されたコリオリ質量流量コントローラのピンチバルブアセンブリの拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月19日(2003.9.19)
【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】
質量流量測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれるコリオリ質量流量計とを含み、該コリオリ質量流量計が、ＰＦＡで作製されたフローチューブと、前記フローチューブを振動させるために前記フローチューブに結合された駆動装置と、振動する前記フローチューブのコリオリ撓みを感知するために前記フローチューブに結合されたピックオフとを含み、前記質量流量測定および制御装置がさらに、
ピンチバルブを含み、該ピンチバルブが、高純度プラスティック材料で作製され、前記フローチューブと流体連通しているエラストマーチューブと、前記アラストマーチューブに隣接して置かれ、操作可能に接続されたラムを有するアクチュエータと、前記エラストマーチューブが前記ラムと基準表面との間で押し付けられるように、前記ラムにほぼ対向して配置された基準表面とを含む質量流量測定および制御装置。
【請求項２】
前記コリオリ質量流量計から測定値出力信号を受け取るコントローラをさらに含み、前記コントローラが、設定点信号および前記コリオリ質量流量計の出力信号に応答して、前記ピンチバルブのアクチュエータに制御出力信号を供給する、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項３】
前記コントローラがエンクロージャの中に置かれる、請求項２に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項４】
前記ピンチバルブが前記エンクロージャの中に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項５】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記エンクロージャの外側に延びる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項６】
前記ピンチバルブのアクチュエータが、前記エンクロージャの外側表面に取り付けられる、請求項４に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項７】
さらに流体の入口および出口接続部を含み、前記入口および出口接続部が、前記エンクロージャの一方の端部に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項８】
さらに流体の入口および出口接続部を含み、前記入口および出口接続部が、前記エンクロージャの反対側端部に置かれる、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項９】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記フローチューブの下流側に配置される、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１０】
前記ピンチバルブのエラストマーチューブが、前記フローチューブの上流側に配置される、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータがソレノイドを含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１２】
前記ソレノイドがパルス幅変調信号を介して制御される、請求項１１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータがステッパモータを含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１４】
前記コントローラがＰＩＤコントローラを含む、請求項２に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１５】
前記フローチューブと流体連通している圧力トランスデューサをさらに含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１６】
前記圧力トランスデューサが、前記フローチューブの上流側に置かれる、請求項１５に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１７】
前記圧力トランスデューサが、前記フローチューブの下流側に置かれる、請求項１５に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１８】
前記フローチューブと流体連通し、前記フローチューブの上流側に置かれた第１の圧力トランスデューサと、
前記フローチューブと流体連通し、前記フローチューブの下流側に置かれた第２の圧力トランスデューサとをさらに含む、請求項１に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項１９】
質量流量測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれたコリオリ質量流量計とを含み、該コリオリ質量流量計が、ＰＦＡで作製されたフローチューブと、前記フローチューブを振動させるために前記フローチューブに結合された駆動装置と、振動する前記フローチューブのコリオリ撓みを感知するために前記フローチューブに結合されたピックオフとを含み、前記質量流量測定および制御装置がさらに、
ピンチバルブを含み、該ピンチバルブが、フローチューブに隣接して置かれ、操作可能に接続されたラムを有するアクチュエータと、前記フローチューブが前記ラムと基準表面との間で押し付けられるように、前記ラムにほぼ対向して配置された前記基準表面とを含む質量流量測定および制御装置。
【請求項２０】
前記コリオリ質量流量計から測定値出力信号を受け取るコントローラをさらに含み、前記コントローラが、設定点信号および前記コリオリ質量流量計の出力信号に応答して、前記ピンチバルブのアクチュエータに制御出力信号を供給する、請求項１９に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２１】
前記コントローラが前記エンクロージャの中に置かれる、請求項２０に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２２】
前記アクチュエータがソレノイドを含む、請求項１９に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２３】
前記アクチュエータがステッパモータを含む、請求項１９に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２４】
処理材料流量を制御するためのコリオリ測定および制御装置であって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャの中に置かれ、前記処理材料にイオンを移動させることなく質量流量を測定するための第１の手段と、
前記第１の手段と流体連通しており、処理材料が流れるエラストマーチューブおよび前記エラストマーチューブを押し付ける手段を含み、前記処理材料に望ましくないイオンを移動させることなく流体流量を変えるための第２の手段と、
前記第１の手段に応答して前記第２の手段を制御するための第３の手段とを含むコリオリ測定および制御装置。
【請求項２５】
前記第３の手段が前記エンクロージャの中に置かれる、請求項２４に記載の質量流量測定および制御装置。
【請求項２６】
前記第１の手段と流体連通しており、圧力を測定するための第４の手段をさらに含む、請求項２４に記載の質量流量測定および制御装置。
【国際調査報告】
2005510788.tif 000017
2005510788.tif 000018
2005510788.tif 000019