(57)【要約】      （修正有）【課題】バルブの上流側の圧力については例えば漏洩を防げるように制限圧力内に抑えることができるとともに、流路に流れる流体の流量が所定の収束時間内で設定流量に収束させることが可能となる流体制御装置を提供する。【解決手段】流体の流れる流路に設けられたバルブ３と、前記バルブの上流側に設けられた圧力センサＰと、前記圧力センサの下流側に設けられた流量センサ２と、前記圧力センサで測定される測定圧力が入力され、圧力−流量マップに基づいて前記測定圧力に応じた設定流量を出力する設定流量生成器６と、前記設定流量が入力され、当該設定流量と前記流量センサで測定されている測定流量との偏差が小さくなるように前記バルブの開度を制御するバルブ制御部５と、を備え、前記設定流量を前記測定圧力が制限圧力以下の値となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御するようにした。【選択図】図３
2019200748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れる流路に設けられたバルブと、
前記バルブの上流側に設けられた圧力センサと、
前記圧力センサの下流側に設けられた流量センサと、
前記圧力センサで測定される測定圧力が入力され、圧力−流量マップに基づいて前記測定圧力に応じた設定流量を出力する設定流量生成器と、
前記設定流量生成器から出力される前記設定流量が入力され、当該設定流量と前記流量センサで測定されている測定流量との偏差が小さくなるように前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、を備え、
前記測定圧力が制限圧力以下の値となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御することを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記測定圧力の値が所定圧力以上前記制限圧力以下の値を取り得るように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御する請求項１記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記設定流量と前記測定流量の偏差が許容差内に収束するまでの収束時間が所定時間以下となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御する請求項１又は２記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記設定流量生成器が、前記測定圧力の値が大きくなるほど前記設定流量の値を大きく設定する請求項１乃至３いずれかに記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記圧力センサで測定される前記測定圧力が、前記バルブの上流側の流路に形成されるガス溜まりの圧力を示すものであり、
前記ガス溜まりに上流側から流入する流入流量と、前記バルブで実現される流出流量との偏差に応じて前記測定圧力が変化するように構成されており、
前記設定流量生成器が、前記流入流量と前記流出流量との偏差により生じる前記測定圧力の変化に応じた前記設定流量を前記バルブ制御部へ出力するように構成されている請求項１乃至４いずれかに記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記設定流量生成器が、
前記測定圧力に応じた前記設定流量が定められた圧力−流量マップを記憶するマップ記憶部と、
前記測定圧力、及び、前記圧力−流量マップに基づいて、前記バルブ制御部へ出力される前記設定流量を決定する設定流量決定部と、を備え、
前記圧力−流量マップにおいて対となる前記測定流量と前記設定流量が、圧力と流量を変数とする圧力−流量平面において前記制限圧力を示す制限圧力関数と、前記流量センサが動作可能な最低動作圧力を示す最低動作圧力関数と、前記バルブの最大コンダクタンスを示す最大コンダクタンス関数と、で囲われる領域内に含まれるように定められている請求項１乃至５いずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記流量センサが、熱式の流量センサである請求項６記載の流体制御装置。
【請求項８】
流体が供給される供給ガス流路の末端部から分岐する複数の分岐流路に流れる流体の流量比率を制御する流量比率制御装置であって、
各分岐流路にそれぞれ設けられた、バルブ、流量センサ、及び、入力されている設定流量と前記流量センサの測定流量との偏差が小さくなるようにバルブの開度を制御するバルブ制御部を備えた複数の流体制御装置と、
前記供給ガス流路、又は、各分岐流路において各流体制御装置のバルブよりも上流側に設けられた圧力センサと、
前記圧力センサで測定される測定圧力が入力され、圧力−流量マップに基づいて前記測定圧力に応じた設定流量を出力する設定流量生成器と、を備え、
前記設定流量生成器が、
前記測定圧力及び前記圧力−流量マップに基づいて、各分岐流路に流れる流量の総和の目標値である目標総流量を決定する目標総流量決定部と、
前記目標総流量と、予め定められた各分岐流路に流す流体の目標流量比率とに基づいて、各分岐流路に設けられた流体制御装置に入力する設定流量を決定する流量分配器と、を備え、
前記測定圧力が制限圧力以下の値となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御することを特徴とする流量比率制御装置。
【請求項９】
前記設定流量と前記測定流量の偏差が許容差内に収束するまでの収束時間が所定時間以下となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御する請求項８記載の流量比率制御装置。
【請求項１０】
ある１つの分岐流路に設けられた前記流体制御装置と、前記設定流量生成器と、が別体として構成されている請求項８又は９記載の流量比率制御装置。
【請求項１１】
ある１つの分岐流路に設けられた前記流体制御装置が、前記設定流量生成器をさらに備えた請求項８又は９記載の流量比率制御装置。
【請求項１２】
前記圧力センサが、少なくとも１つの分岐流路に設けられている、あるいは、各流体制御装置がそれぞれ前記圧力センサを備えている請求項８乃至１１いずれかに記載の流量比率制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブの上流側の圧力が所定の制限圧力以下に保たれる必要がある流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造プロセスでは、成膜チャンバ等に対して複数の導入ポートからそれぞれ所定の流量比率でガスを供給することがある。導入ポートにはそれぞれ流路が設けられており、各流量には流路に流れる流体の流量を制御するマスフローコントローラとよばれるパッケージ化された流体制御装置が設けられる（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、半導体製造プロセスで用いられるガスには人体に有毒なものや、人体に対する化学的な特性が充分には知られていないガスも存在し、このようなガスが流路を構成するパイプ等から外部へ漏洩することを防ぐ必要がある。
【０００４】
したがって、前述したマスフローコントローラの上流側においてガスの圧力が高まって漏洩することを防ぐために、マスフローコントローラの上流側は例えば大気圧よりも低い制限圧力に保つことが要求仕様として定められている。
【０００５】
このような要求仕様に対し、流路においてマスフローコントローラの上流側に圧力レギュレータを設けておき、上流側の圧力が制限圧力よりも低い所定値で一定に保たれるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、圧力レギュレータによってマスフローコントローラの上流側が予め定められた低い圧力で一定に保たれるように構成された状態では、マスフローコントローラに供給される流体の流量が制限された状態になる。このように流体の供給が制限された状態で、例えばマスフローコントローラにおいて過大な設定流量が設定されると、流量出力が設定流量で収束するまでにかかる収束時間が長くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】WO２００８/０７２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、バルブの上流側の圧力については例えば漏洩を防げるように制限圧力内に抑えることができるとともに、流路に流れる流体の流量が所定の収束時間内で設定流量に収束させることが可能となる流体制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、本願発明者らが鋭意検討の結果、安全のためには上流側から供給される流体の圧力は、制限圧力よりも低い一定値で常に固定しなくてはならないという従来の思い込みから脱し、制限圧力以下の圧力であれば圧力は変動したとしても安全上の要求仕様を満たすことができるという気づきを得て初めてなされたものである。
【００１０】
具体的に本発明に係る流体制御装置は、流体の流れる流路に設けられたバルブと、前記バルブの上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサの下流側に設けられた流量センサと、前記圧力センサで測定される測定圧力が入力され、圧力−流量マップに基づいて前記測定圧力に応じた設定流量を出力する設定流量生成器と、前記設定流量生成器から出力される前記設定流量が入力され、当該設定流量と前記流量センサで測定されている測定流量との偏差が小さくなるように前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、を備え、前記測定圧力が制限圧力以下の値となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御することを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、前記バルブの上流側において流体の圧力が変動したとしても、前記圧力センサで測定される前記測定圧力に応じて、適切な設定流量が前記バルブ制御部に入力されるので、前記バルブの上流側における流体の圧力については制限圧力以下の値に抑えることができる。また、前記設定流量を変更することで前記測定圧力だけでなく、前記測定流量についても制御できるので、前記バルブによって実現される流量出力が前記設定出力に収束するまでにかかる収束時間は従来よりも短くすることが可能となる。
【００１２】
したがって、例えば安全上の圧力に関する要求仕様を満たしつつ、流量制御については高速化することが可能となる。
【００１３】
前記バルブの上流側の圧力が前記制限圧力以下の値で保たれるようにしつつ、前記バルブに対して充分な量の流体が供給されるようにして前記収束時間を短縮できるようにするには、前記測定圧力の値が所定圧力以上前記制限圧力以下の値を取り得るように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御すればよい。
【００１４】
前記即測定圧力が制限圧力以下に抑えられるようにするだけでなく、高速で流量が収束するようにするには、前記設定流量と前記測定流量の偏差が許容差内に収束するまでの収束時間が所定時間以下となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御すればよい。
【００１５】
前記バルブの上流側の圧力である前記測定圧力が変動している場合でも、その圧力値によらず前記収束時間がほぼ同じ程度の長さに保つことができるようにするには、前記設定流量生成器が、前記測定圧力の値が大きくなるほど前記設定流量の値を大きく設定すればよい。
【００１６】
前記バルブによって当該バルブの上流側の圧力と、前記バルブによって実現される流量の両方に対して影響を与えられるようにして、前記バルブの上流側を制限圧力以下に抑えつつ、実現される流量を高速で収束させられるようにするには、前記圧力センサで測定される前記測定圧力が、前記バルブの上流側の流路に形成されるガス溜まりの圧力を示すものであり、前記ガス溜まりに上流側から流入する流入流量と、前記バルブで実現される流出流量との偏差に応じて前記測定圧力が変化するように構成されており、前記設定流量生成器が、前記流入流量と前記流出流量との偏差により生じる前記測定圧力の変化に応じた前記設定流量を前記バルブ制御部へ出力するように構成されていればよい。
【００１７】
前記設定流量によって、前記バルブの上流側の圧力が制限圧力以下の値に確実に保たれるようにするための具体的な構成例としては、前記設定流量生成器が、前記測定圧力に応じた前記設定流量が定められた圧力−流量マップを記憶するマップ記憶部と、前記測定圧力、及び、前記圧力−流量マップに基づいて、前記バルブ制御部へ出力される前記設定流量を決定する設定流量決定部と、を備え、前記圧力−流量マップにおいて対となる前記測定流量と前記設定流量が、圧力と流量を変数とする圧力−流量平面において前記制限圧力を示す制限圧力関数と、前記流量センサが動作可能な最低動作圧力を示す最低動作圧力関数と、前記バルブの最大コンダクタンスを示す最大コンダクタンス関数と、で囲われる領域内に含まれるように定められているものが挙げられる。
【００１８】
前記流量センサが、熱式の流量センサである場合には、本発明に係る流体制御装置では流体の圧力を前記制限圧力以下の値で所望の値にすることができるので、例えば真空圧に近くなって熱式の流量センサの感度がなくなってしまうといった事態を防ぐことができる。
【００１９】
本発明に係る流体制御装置を用いるのに好適な具体例としては、流体が供給される供給ガス流路の末端部から分岐する複数の分岐流路に流れる流体の流量比率を制御する流量比率制御装置であって、各分岐流路にそれぞれ設けられた、バルブ、流量センサ、及び、入力されている設定流量と前記流量センサの測定流量との偏差が小さくなるようにバルブの開度を制御するバルブ制御部を備えた複数の流体制御装置と、前記供給ガス流路、又は、各分岐流路において各流体制御装置のバルブよりも上流側に設けられた圧力センサと、前記圧力センサで測定される測定圧力が入力され、圧力−流量マップに基づいて前記測定圧力に応じた設定流量を出力する設定流量生成器と、を備え、前記設定流量生成器が、前記測定圧力及び前記圧力−流量マップに基づいて、各分岐流路に流れる流量の総和の目標値である目標総流量を決定する目標総流量決定部と、前記目標総流量と、予め定められた各分岐流路に流す流体の目標流量比率とに基づいて、各分岐流路に設けられた流体制御装置に入力する設定流量を決定する流量分配器と、を備え、前記測定圧力が制限圧力以下の値となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御することを特徴とする流量比率制御装置が挙げられる。このようなものであれば、供給ガス流路の圧力は制限圧力内に抑えて安全に保ちつつ、各分岐流路に流す流体の流量が収束するまでにかかる収束時間も所定時間以下に制御することが可能となる。
【００２０】
前記設定流量と前記測定流量の偏差が許容差内に収束するまでの収束時間が所定時間以下となるように前記設定流量生成器が前記設定流量を制御するものであれば、安全性だけなく、所望の総流量と流量比率で各分岐流量から高速で流体を供給することが可能となる。
【００２１】
本発明に係る流量比率制御装置の具体的な構成例としては、ある１つの分岐流路に設けられた前記流体制御装置と、前記設定流量生成器と、が別体として構成されているものが挙げられる。
【００２２】
本発明に係る流量比率制御装置の別の構成例としては、ある１つの分岐流路に設けられた前記流体制御装置が、前記設定流量生成器をさらに備えたものが挙げられる。
【００２３】
前記圧力センサの設けられる位置については、前記圧力センサが、少なくとも１つの分岐流路に設けられている、あるいは、各流体制御装置がそれぞれ前記圧力センサを備えているものが挙げられる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明に係る流体制御装置によれば、前記圧力センサで測定される前記測定圧力に応じて前記バルブ制御部に設定される前記設定流量が変更されるので、前記バルブの上流側の圧力については前記制限圧力以下に抑えつつ、前記バルブにより実現される流量出力が前記設定流量に収束するまでにかかる収束時間は短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の概要を示す模式図。
【図２】第１実施形態の流体制御装置による制御の概要を示す模式的ブロック線図。
【図３】第１実施形態の流体制御装置の詳細を示す模式図。
【図４】第１実施形態の流体制御装置における特性マップと特性関数との関係を示す模式的グラフ。
【図５】本発明の第２実施形態に係る流量比率制御装置について示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００について図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００２７】
第１実施形態の流体制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいてチャンバ等に流体であるガスを供給するために用いられるものである。ここで使用されるガスは例えば人体に対して有害である、あるいは、発火性があるなどといった様々な理由から流路を形成するパイプ等から外部へ漏出させてはならない種類のものである。
【００２８】
図１に示すように第１実施形態の流体制御装置１００を構成するハードウェア部分は、ガスの供給源となる第１マスフローコントローラＭＦＣ１と、流路において最も下流側にあるチャンバとの間に設けられる。
【００２９】
すなわち、この流体制御装置１００は流路において第１マスフローコントローラＭＦＣ１の下流側に設けられた第２マスフローコントローラＭＦＣ２と、第１マスフローコントローラＭＦＣ１と第２マスフローコントローラＭＦＣ２との間に設けられた圧力センサＰと、圧力センサＰで測定される測定圧力に基づいて第２マスフローコントローラＭＦＣ２に設定流量を入力するコントローラＣと、を備えたものである。言い換えると、第１マスフローコントローラＭＦＣ１は第１実施形態の流体制御装置１００を構成しない。
【００３０】
第１マスフローコントローラＭＦＣ１と第２マスフローコントローラＭＦＣ２との間の流路には容積があるため、図１で代表させて記載しているように所定の容積を有したガス溜まりＧが形成される。圧力センサＰはこのガス溜まりＧの圧力を測定するものである。
【００３１】
図１で示した系を制御ブロック図で考えた場合、図２に示すようになる。具体的には第１マスフローコントローラＭＦＣ１からガス溜まりＧに対して流入するガスの流量Ｑｉｎと第２マスフローコントローラＭＦＣ２によって実現される流量出力Ｑｏｕｔとの差によってガス溜まりＧの圧力が定まる。このガス溜まりＧの圧力が圧力センサＰによって測定され、測定圧力Ｐ０を示す圧力信号としてコントローラＣに入力される。コントローラＣは測定圧力Ｐ０に値に応じた設定流量Ｑｓｅｔを第２マスフローコントローラＭＦＣ２に入力する。第２マスフローコントローラＭＦＣ２は入力された設定流量Ｑｓｅｔに応じた流量出力Ｑｏｕｔを出力する。
【００３２】
ここで、コントローラＣは、第２マスフローコントローラＭＦＣ２に設定する設定圧力を適宜変更して、圧力センサＰで測定されるガス溜まりＧの圧力が制限圧力よりも低い値に抑えられるように第２マスフローコントローラＭＦＣ２で実現される流量出力Ｑｏｕｔを制御するものである。同時に設定流量Ｑｓｅｔは、設定流量Ｑｓｅｔと流量出力Ｑｏｕｔとの偏差が許容差となるまでの収束時間が所定時間以下となるように制御される。
【００３３】
第１実施形態の流体制御装置１００についてより詳細な構成及び動作について図３を参照しながら説明する。
【００３４】
第２マスフローコントローラＭＦＣ２は、流路に対して取り付けられ、内部流路が形成されたボディ１と、ボディ１に対して取り付けられた流量センサ２及びバルブ３と、流量センサ２及びバルブ３を覆うようにボディ１に対して取り付けられるカバー４と、カバー４内に設けられ、バルブ３の開度を流量フィードバック制御する制御ボードＢと、を備えたものである。すなわち、マスフローコントローラは、流量制御を行うための各種コンポーネントがパッケージ化されたものである。
【００３５】
流量センサ２は熱式の流量センサであり、流路に設けられた分流素子２１と、分流素子２１を上流側から分岐し、当該分流素子２１の下流側に合流する細管２２と、細管２２に巻回され、それぞれ一定温度に保たれるように電圧が印加される２つの電熱コイル２３と、各電熱コイル２３に印加される電圧差を検出する検出回路２４と、検出回路２４の出力に基づいて流路を流れるガスの流量を算出する流量算出部２５と、から構成される。
【００３６】
バルブ３は例えばピエゾバルブ３であって、印加される電圧によってその開度が制御される。
【００３７】
制御ボードＢは、CPU、メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、各種入出力手段を備えたコンピュータであって、メモリに格納されているマスフローコントローラ用プログラムが実行され、各種機器と協業することによって制御器としての機能が実現される。すなわち、制御ボードＢは、少なくとも前述した流量算出部２５と、バルブ制御部５としての機能を発揮する。
【００３８】
バルブ制御部５は、外部から入力される設定流量と、流量センサ２で測定される測定流量とに基づいてバルブ３の開度を制御する。より具体的にはバルブ制御部５は、設定流量と測定流量の偏差が小さくなるようにバルブ３の開度を変更するようにバルブ３の印加電圧を変更する。第１実施形態では設定流量についてはコントローラＣから出力される値に設定される。
【００３９】
このように第２マスフローコントローラＭＦＣ２では、流量フィードバック系が形成されており、流体制御装置１００内におけるマイナーループを形成している。
【００４０】
次にコントローラＣの詳細について説明する。
【００４１】
コントローラＣは、第２マスフローコントローラＭＦＣ２とは別体として構成されたものであり、CPU、メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、各種入出力手段を備えたコンピュータによってその機能が実現されるものである。このコントローラＣは、メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協業することにより少なくとも設定流量生成器６としての機能を発揮する。
【００４２】
設定流量生成器６は、圧力センサＰで測定される測定圧力が入力され、当該測定圧力に応じた設定流量を第２マスフローコントローラＭＦＣ２のバルブ制御部５へ出力する。より具体的には設定流量生成器６は、測定圧力の値に応じた設定流量が定められた圧力−流量マップを参照し、圧力センサＰで測定されている測定圧力に応じた設定圧力を出力する。
【００４３】
すなわち、設定流量生成器６は圧力−流量マップを記憶するマップ記憶部６１と、測定圧力と、圧力―流量マップに基づいて第２マスフローコントローラＭＦＣ２に設定する設定流量を決定する設定流量決定部６２と、を備えている。
【００４４】
ここで、圧力−流量マップの詳細について図４のグラフを参照しながら説明する。
【００４５】
圧力−流量マップは、ある測定圧力の値が圧力センサＰで測定されている場合に、複数の制御条件を同時に満たすことができる設定流量の値を定めた１次元のマップである。第１実施形態では４つの制御条件を同時に満たすように各測定圧力に対応する設定流量を実験により求めて定めてある。４つの制御条件は、ａ）ガス溜まりＧの圧力が制限圧力以下となること、ｂ）バルブ３が全閉されており、第２マスフローコントローラＭＦＣ２の流量出力がゼロの状態から設定流量による流量制御が開始されて、設定流量と流量出力に相当する測定流量との偏差が許容差以内に収束するまでの収束時間が所定値以内にすることができること、ｃ）測定圧力の値に対応するバルブ３の最大コンダクタンスを超えない設定流量の値であること、ｄ）熱式の流量センサの動作が保証される圧力が第２マスフローコントローラＭＦＣ２において保たれることである。第１実施形態では安全性からの要求により設定される制限圧力はガスの漏洩を防ぐために大気圧よりも低い値である例えば４００Torrに設定される。また、流量制御の要求仕様から定められる許容差は設定流量に対して±２％以内であり、収束時間について例えば１ｓｅｃが設定される。
【００４６】
これらのようなａ）〜ｄ）の制御条件を同時に満たすように複数の測定圧力の値と対応する設定流量の値の対を実験又はシミュレーションにより求めて圧力−流量マップは作成される。
【００４７】
圧力−流量マップは、測定圧力と設定流量の組からなるテーブル形式のものであってもよいし、例えば測定圧力を入力変数、設定流量を出力変数とする関数であってもよい。
【００４８】
図４のグラフに示すように圧力−流量平面においてプロットした圧力−流量マップのグラフは、制限圧力を示す制限圧力関数と、流量センサ２が動作可能な最低動作圧力を示す最低動作圧力関数と、バルブ３の各圧力に対するバルブ３の最大コンダクタンスを示す最大コンダクタンス関数と、第１マスフローコントローラＭＦＣ１の最大供給流量を示す供給上限関数で囲われた領域内に含まれるように設定される。
【００４９】
圧力−流量マップのグラフに示されるように測定圧力が制限圧力よりも低い範囲内でその値が大きくなるにつれて、設定流量もより大きな値が第２マスフローコントローラＭＦＣ２に対して設定される。
【００５０】
このように構成された第１実施形態の流体制御装置１００によれば、圧力−流量マップに基づいて、第２マスフローコントローラＭＦＣ２の上流側に形成されるガス溜まりＧの圧力である測定圧力に応じて第２マスフローコントローラＭＦＣ２に複数の制御条件を満たすことができる設定流量を設定することができる。
【００５１】
すなわち、ガス溜まりＧの圧力に変動があったとしても、その圧力に応じた設定流量が設定されるので、ガス溜まりＧに流入する流量と第２マスフローコントローラＭＦＣ２を介して流出する流量をバランスさせ、ガス溜まりＧの圧力については制限圧力である４００Torrよりも小さい圧力に抑えて一定値に保つことができる。
【００５２】
具体的には、図２の制御ブロック図に示すように圧力センサＰで測定される測定圧力は、第１マスフローコントローラＭＦＣ１からガス溜まりＧに流入する流入流量と、第２マスフローコントローラＭＦＣ２で実現される流出流量との差で変動することになる。制御周期ごとに制御装置Ｃの設定流量生成器６によって変化したガス溜まりＧの圧力に応じた設定流量が圧力−流量マップに基づいて適宜変更されることになる。このため、ガス溜まりＧでの圧力が変化したとしても図２に示す制御ループが繰り返されるごとに適切な設定流量が選択されるので、圧力及び流量の制御精度が高められていくことになる。
【００５３】
また、従来のように圧力レギュレータによって所定の圧力でガス溜まりＧの圧力を一定値で常に保つのではなく、ガス溜まりＧの圧力については流量センサ２の動作可能圧力以上で制限圧力以下の値で様々な値で変化させて保つことができる。加えて、圧力レギュレータが存在しないのでガス種が変更されたとしてもその影響が第２マスフローコントローラＭＦＣ２のバルブ３の変動に影響を与えにくくできる。
【００５４】
さらに圧力−流量特性マップに基づいて、ガスの供給圧が小さい場合には設定流量を小さくするとともに、ガスの供給圧が大きい場合には設定流量を大きく設定することができるので、ガスの供給圧の変動によらず、第２マスフローコントローラＭＦＣ２の流量出力の収束時間を所定時間である１ｓｅｃ以内といった短時間に設定することができる。
【００５５】
次に本発明の第２実施形態に係る流量比率制御装置２００について図５を参照しながら説明する。
【００５６】
第２実施形態の流量比率制御装置２００は、上流側の供給ガス流路Ｓ１の末端部から分岐する複数の分岐流路Ｌ１、Ｌ２を流れる流体の流量比率を制御するとともに、供給ガス流路Ｓ１等における上流側の圧力が制限圧力以下となるように制御するものである。
【００５７】
すなわち、この流量比率制御装置２００は、各分岐流路Ｌ１、Ｌ２にはそれぞれ設けられたマスフローコントローラＭＦＣと、各マスフローコントローラＭＦＣに設定流量を設定する制御装置Ｃと、供給ガス流路Ｓ１又は各マスフローコントローラＭＦＣよりも上流側に設けられた圧力センサＰとを備えている。以下の説明では分岐流路Ｌ１、Ｌ２が２つの場合を例にして説明するがより多数の分岐流路が設けられているものであってもよい。また、説明の簡便さのために図５において上側に設けられたマスフローコントローラをＭＦＣＡ、ＭＦＣＡが設けられている分岐流路を第１分岐流路Ｌ１、図５において下側に設けられたマスフローコントローラをＭＦＣＢ、ＭＦＣＢが設けられている分岐流路を第２分岐流路Ｌ２とも呼称する。
【００５８】
ここで、圧力センサＰ、ＭＦＣＡ、設定流量生成器６のマップ記憶部６１及び設定流量決定部６２は第１実施形態において説明した流体制御装置１００とほぼ同様の構成となる。すなわち、圧力センサＰで測定される測定圧力と、圧力−流量マップとに基づいて、設定流量生成器６はＭＦＣＡ及びＭＦＣＢの上流側の圧力は制限圧力となるとともに、第１分岐流路Ｌ１、及び、第２分岐流路Ｌ２のそれぞれから供給される流量の総量であるトータル流量が目標値に収束するまでの収束時間が所定時間以内となるようにＭＦＣＡ及びＭＦＣＢのバルブ制御部５に設定する設定流量を変更する。
【００５９】
設定流量生成器６の具体的な構成について説明する。設定流量生成器６は、圧力−流量マップを記憶するマップ記憶部６１と、各分岐流路Ｌ１、Ｌ２からチャンバＣに対して供給されるガスの目標総流量を決定する目標総流量決定部６３と、決定された目標総流量とユーザによって設定される目標流量比率とに基づいて各マスフローコントローラに設定する設定流量を決定する流量分配部６４と、を備えている。
【００６０】
圧力−流量マップは第１実施形態では１つの流路に流れる圧力と流量との関係を規定していたが、第２実施形態では各マスフローコントローラよりも上流側の測定圧力と各分岐流路Ｌ１、Ｌ２に流れる流体の流量の総和の目標値である目標総流量との関係を規定するものである。すなわち、圧力センサＰで測定されている測定圧力に応じて当該測定圧力が制限圧力内に抑えられるような目標総流量を対にして記憶している。なお、測定流量と目標総流量との対が含まれる領域に関する考え方は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また目標総流量決定部６３は、このような圧力−流量マップをその時に測定されている測定圧力に基づいて参照し、目標総流量を決定する。
【００６１】
目標総流量が決定されると流量分配部６４は、各マスフローコントローラに設定する設定流量をそれぞれ目標総流量と目標流量比率に基づいて算出し、算出された値を各マスフローコントローラに対して入力する。なお、制御周期ごとにその時の測定圧力に対応する目標総流量に変更され、さらに各マスフローコントローラに設定される設定流量も変更されることになる。
【００６２】
このようにして各マスフローコントローラにそれぞれ個別の設定流量が設定されることで、各分岐流路Ｌ１、Ｌ２に流れる流体の流量比率が目標流量比率となるように制御されるとともに、各マスフローコントローラよりも上流側については制限圧力よりも低い状態にできる。
【００６３】
その他の実施形態について説明する。
【００６４】
流体制御装置については、圧力センサとマスフローコントローラの組み合わせで実現されるものに限らず、マスフローコントローラの代わりに単体のバルブ、及び、流量センサを設けて構成しても構わない。
【００６５】
制御ボード及び制御装置については１つのコンピュータに統合して各種演算や制御が行われるように構成しても構わない。
【００６６】
流量センサについては熱式の流量センサに限られるものではなく、圧力式の流量センサであっても構わない。また、流量センサが設けられるのはバルブの上流側、又は、下流側いずれであっても構わない。
【００６７】
制限圧力、収束時間については要求仕様等に応じて適宜様々な値を設定してもよい。また、圧力−流量マップの設定例は実施形態に記載したものに限られない。各制御条件から定められる領域内に含まれるように測定圧力に対応する設定圧力が設定されていればよい。
【００６８】
第２実施形態で説明した流量比率制御装置については、各マスフローコントローラが圧力センサを備えているものであっても構わない。また、１つのマスフローコントローラが設定流量生成器、及び、流量分配器としての機能を備えたものであってもよい。すなわち、第２実施形態において説明した制御装置についてはマスフローコントローラとは別体として設けるのではなく、マスフローコントローラと一体化しても構わない。
【００６９】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１００・・・流体制御装置
Ｐ    ・・・圧力センサ
２    ・・・流量センサ
３    ・・・バルブ
５    ・・・バルブ制御部
６    ・・・設定流量生成器
６１  ・・・マップ記憶部
６２  ・・・設定流量決定部
６３  ・・・目標総流量決定部
６４  ・・・流量分配部
【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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