(57)【要約】  マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、ＭＦＣを較正する方法、及びＭＦＣを動作させる方法が開示されている。ＭＦＣは、制御信号に応答して流体の流量を制御するために閉位置及び開位置の間で調整できる弁と、流体の流量を示す指標を供給する熱式マスフローセンサと、複数の流量について制御信号を流体の流量に関連付けるデータを含んでいる較正データと、較正データ及びランタイムデータに基づいて、より迅速に設定値信号に応答するために前記弁が閉じているときに前記弁へ調整可能なゼロでない始動制御信号を与える制御システムとを含んでいてもよい。
2014523060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に応答して流体の流量を制御するために閉位置及び開位置の間で調整可能な弁と、
流体の流量を示す指標を供給する熱式マスフローセンサと、
複数の流量について制御信号を前記流体の流量に関連付けるデータを含んでいる較正データと、
前記較正データ及びランタイムデータに基づいて、より迅速に設定値信号に応答するために前記弁が閉じているときに前記弁へ調整可能なゼロでない始動制御信号を供給する制御システムと
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項２】
流体の圧力を示す圧力信号を供給する圧力変換器を含んでおり、
前記較正データは、複数の圧力レベルの夫々についてデータペアの集合を含んでおり、
データペアの集合の夫々は、複数の制御信号値と、流量が増加している間に得られた前記複数の制御信号値の夫々に対して一つの対応する流量値とを含んでおり、
前記制御システムは、前記圧力信号に基づいて選択された特定のデータペアの集合に基づいて、前記ゼロでない始動制御信号を供給すること
を特徴とする請求項１に記載のマスフローコントローラ。
【請求項３】
温度信号を供給する温度変換器を含んでおり、
前記制御システムは、動作中の温度の読取値と共に調整可能なゼロでない始動制御信号値を記憶するように構成されており、
記憶された調整可能なゼロでない始動制御信号値及び記憶された温度の読取値に基づいて、前記制御システムは、前記調整可能なゼロでない始動制御信号が最後に調整された後に温度に大幅な変化があった場合の前記制御システムの応答を向上させるために、温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号を利用するように構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のマスフローコントローラ。
【請求項４】
前記制御システムは、
動作中の特定の流量での実際の制御信号レベルと特定の流量での較正制御信号レベルとの間の差分を決定し、
前記実際の制御信号レベルと前記較正制御信号レベルとの間の差分に基づいて、前記調整可能なゼロでない始動制御信号を調整するように構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のマスフローコントローラ。
【請求項５】
前記特定の流量での前記実際の制御信号レベルは、前記設定値信号が減少する前のプロセス実行の間に取得されること
を特徴とする請求項４に記載のマスフローコントローラ。
【請求項６】
前記調整可能なゼロでない制御信号は、電圧信号、電流信号、電荷信号、パルス幅変調された電圧信号、及びパルス幅変調された電流信号からなるグループから選択されること
を特徴とする請求項１に記載のマスフローコントローラ。
【請求項７】
マスフローコントローラを動作させる方法において、
弁が閉じている場合に、所望の流量に対応する設定値信号を受け付け、
較正されたゼロでない始動制御信号の値、及び特定の流量での較正された制御信号の値を取得するために、前記マスフローコントローラに記憶されている較正データにアクセスし、
前記値での調整可能なゼロでない始動制御信号を、前記マスフローコントローラの弁に与え、
前記設定値信号が減少する前に、前記特定の流量での前記制御信号の測定値を動作中に取得し、
前記制御信号の前記測定値と前記マスフローコントローラに記憶されている前記特定の流量での較正制御信号のレベルとの比較を行い、
前記弁が閉じている場合に前記マスフローコントローラが他の設定値信号を受け付ける次の機会に前記調整可能なゼロでない始動制御信号の調整された値が使用され得るように、前記比較に基づいて、前記調整可能なゼロでない始動制御信号の値を調整すること
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記マスフローコントローラで制御されている流体の初期圧力レベルを決定し、
前記圧力レベルを用いて、前記較正データ中から前記圧力レベルに対応する特定のデータ集合を識別することを含んでおり、
前記特定のデータ集合は制御信号値及び対応する流量値を含んでいること
を特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記弁が閉じている間に新しい設定値信号を受け付け、
前記マスフローコントローラで制御されている前記流体の新しい圧力レベルを決定し、
前記新しい圧力レベルを用いて、制御信号値及び対応する流量値を含んでおり、前記新しい圧力レベルに対応した特定のデータ集合を、前記較正データ中から識別し、
前記新しい圧力レベルに対応した、新しい較正されたゼロでない始動制御信号の値及び特定の流量での較正された制御信号の値を得るために、前記較正データ中の前記特定のデータ集合にアクセスし、
最後に測定された流量での前記制御信号の前記測定値と前記最後に測定された流量に対応する較正制御信号との間の最も新しい差分に基づいて、前記新しい較正されたゼロでない始動制御信号を調整すること
を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
動作中の温度の読取値と共に調整可能なゼロでない始動制御信号の値を記憶し、
前記調整可能なゼロでない始動制御信号が最後に調整された後に温度に大幅な変化があった場合の前記マスフローコントローラの制御システムの応答を向上させるために、温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号を利用することを含んでおり、
前記温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号は、前記記憶された調整されたゼロでない始動制御信号の値及び前記記憶された温度の読取値によって、決定されること
を特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記最後に測定された流量での前記制御信号の前記測定値と前記最後に測定された流量に対応する前記較正制御信号との間の前記最も新しい差分を含んでいる差分データ及び温度データを、動作中の温度の読取値と共に記憶し、
前記調整可能なゼロでない始動制御信号が最後に調整された後に温度に大幅な変化があった場合の前記マスフローコントローラの制御システムの応答を向上させるために、前記温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号を利用することを含んでおり、
前記温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号は、測定された温度データ並びに前記記憶された差分データ及び温度データに基づいて決定されること
を特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大まかにマスフローコントローラに関する。特に、これには限定されないものの、本発明は、マスフローコントローラを制御する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なマスフローコントローラ（ＭＦＣ）は、いくつかの工業上のプロセスの中でも特に熱エッチング及びドライエッチングのようなプロセスにおいて、気体の流量を設定し、測定し、また制御する閉ループデバイスである。ＭＦＣの重要な部品は、このデバイスを通過して流れる気体の質量流量を測定するセンサである。典型的には、ＭＦＣの閉ループ制御システムは、センサからの出力信号を予め定められた設定値と比較し、気体の質量流量を予め定められた設定値に維持するために、制御弁を調整する。
【０００３】
閉ループシステムは、弁が要求された位置に比較的近い位置にあり、弁の動作が流量を変化させる場合に、良好に機能し、この結果、アルゴリズムは、流量の応答を即座に把握し、それに応じて弁位置を調整する。ＭＦＣがゼロ設定値（ゼロ弁位置）にあり、それからゼロでない設定値が与えられた場合、ゼロ位置にあるバルブが、顕著な流量が発生して閉ループアルゴリズムが適切に動作するようになる位置にまで移動するためには、長い時間がかかる。これにより、ＭＦＣの応答遅延が長くなり、性能が低下する。また、現在まで、ＭＦＣの応答時間を改善する試みは、不成功に終わっていたか、或いは不十分な結果に終わっていた。
【発明の概要】
【０００４】
図面に図示される本発明の例示的な実施形態は、以下に要約される。これらの実施形態及び他の実施形態は、詳細な説明のセクションにてより詳しく述べられている。しかしながら、発明の概要又は詳細な説明に記述された形態に発明を限定する意図が無いことは理解されるべきである。当業者は、クレームで表現されるような発明の趣旨及び範囲に含まれる多数の修正物、等価物及び代替構成物が存在することを認識できる。
【０００５】
発明の一態様は、制御信号に応答して流体の流量を制御するために閉位置と開位置との間で調整することが可能な弁と、流体の流量を示す指標を供給する熱式マスフローセンサと、複数の流量について制御信号を流体の流量に関連付けるデータを含む較正データと、より迅速に設定値信号に応答するために、較正データ及びランタイムデータに基づいて、弁が閉じているときに調整可能なゼロでない始動制御信号を弁に与える制御システムとを備えたマスフローコントローラであるとみなされる。
【０００６】
発明の他の態様は、マスフローコントローラを動作させる方法であるとみなされる。その方法は、較正されたゼロでない始動制御信号の値を得るため、及び特定の流量での較正された制御信号の値を得るために、弁が閉じているときに、所望の流量に対応する設定値信号、及びマスフローコントローラに記憶された較正データを受け付けることを含む。更に、調整可能なゼロでない始動制御信号は、その較正された値でマスフローコントローラの弁に与えられ、動作中、及び設定値信号が減少する前に、特定の流量における制御信号の測定値が得られる。制御信号の測定値は、マスフローコントローラに記憶された特定の流量における較正された制御信号のレベルと比較される。この比較に基づいて、調整可能なゼロでない始動制御信号の値は、調整された値へ調整される。これにより、弁が閉じているときにマスフローコントローラが他の設定値信号を受け付ける次の機会には、調整された値が使用される。
【０００７】
これらの実施形態及び他の実施形態は、以下に更に詳細に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
様々な目的及び利点並びに本発明についてのより完全な理解は、以下の添付図面と共に、後述の詳細な説明、及び付随のクレームを参照することによって、明らかになり、より容易に認識される。
【図１】本発明の実施例に合わせたマスフローコントローラの機能ブロック図である。
【図２】マスフローコントローラの制御信号の値に対する流量の値を示すグラフである。
【図３】図１のマスフローコントローラで使用されてもよい典型的な較正プロセスを示すフローチャートである。
【図４】マスフローコントローラの制御信号に対する動作中の流量の特性を示すグラフである。
【図５】典型的な較正データを示す。
【図６】図１のマスフローコントローラによってランタイム中に繰り返し行われ得るプロセスを示すフローチャートである。
【図７Ａ】異なる始動制御信号について過渡的な流体の状態を示すグラフである。
【図７Ｂ】異なる始動制御信号について過渡的な流体の状態を示すグラフである。
【図７Ｃ】異なる始動制御信号について過渡的な流体の状態を示すグラフである。
【図８】マスフローコントローラの弁−流量の特性を示すグラフである。
【図９】較正中の弁−流量の特性を示すグラフである。
【図１０】較正中及びランタイム中の弁−流量の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
類似の又は同様の要素が複数の図に共通の参照数字で適宜指定された複数の図面を参照し、特に図１を参照すれば、図１は本発明の実施例に合わせたＭＦＣ１００の機能ブロック図である。これらのコンポーネントの図示された配置は、論理的なものであり、実際のハードウェアの図を意図していない。従って、コンポーネントは、実際には、結合されること、更に分離されること、除去されること及び／又は補充されることが可能である。当業者に認められるように、図１に示されたコンポーネントは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらのどのような組み合わせで実現されてもよい。更に、本明細書の観点では、個々のコンポーネントの構成は当業者の技術知識の範囲内である。
【００１０】
図示されたように、本実施形態では、ＭＦＣ１００の基部１０５は、気体が通過するバイパス１１０を含んでいる。バイパス１１０は、メインパス１１５及びセンサ管１２０を通過する気体の割合を一定に制御している。結果として、センサ管１２０を通過する流体（例えば気体又は液体）の流量は、ＭＦＣ１００のメインパスを通過して流れる流体の流量を示す。
【００１１】
本実施形態では、センサ管１２０は、小口径の管であり、ＭＦＣ１００の熱式マスフローセンサ１２３の一部をなす。また図示されるように、検出素子１２５及び１３０は、センサ管１２０の外面に（例えば、巻き付いて）連結されている。一つの実施例では、検出素子１２５及び１３０は、抵抗温度計素子（例えば、導電線のコイル）であるが、他の種類のセンサ（例えば、測温抵抗体（ＲＴＤ）又は熱電対）が使用されてもよい。また、他の実施形態は、確かに、異なる数のセンサを使用してもよく、本発明の範囲から逸脱することのない範囲で、センサからの信号を処理するためのその他のアーキテクチャを使用してもよい。
【００１２】
図示されるように、検出素子１２５及び１３０は、検出素子回路１３５に電気的に接続されている。一般的に、検出素子回路１３５は、（検出素子１２５，１３０からの信号１４６，１４８に応答して）出力信号１５０を出力するように構成されている。出力信号は、センサ管１２０を通過する流量を示し、従って、ＭＦＣ１００のメインパス１１５を通過する流量を示す。
【００１３】
図１に示すように、出力信号１５０は、出力信号１５０の処理値１５０’を生成するために、処理部１６０によって処理されてもよい。例えば、処理値１５０’は、出力信号１５０のデジタル表現であってもよい。より具体的には、処理部１６０は、アナログ−デジタル変換器を用いて、出力信号１５０を増幅して出力信号１５０のデジタル表現へ変換する処理を行ってもよい。
【００１４】
当業者に認められるように、処理部１６０は、ＭＦＣ１００の物理特性及び／又はＭＦＣ１００を通過して流れる流体（例えば気体）の特性に基づいて、（例えば、信号１５０を予め定められている較正係数で調整することによって）出力信号１５０を調整してもよい。
【００１５】
本実施の形態における制御部１７０は、一般的に、出力信号１５０に基づいて制御弁１４０の位置を制御するための制御信号１８０を生成するように構成されている。制御弁１４０は圧電弁又はソレノイド弁によって実現されてもよく、また、制御信号１８０は、電圧（圧電弁の場合）でもよく、電流（ソレノイド弁の場合）でもよい。また、当業者に認められるように、ＭＦＣ１００は、制御部１７０へ圧力（Ｐ）及び温度（Ｔ）を入力する圧力センサ及び温度センサを含んでいてもよい。また、図示されるように、本実施の形態における制御部１７０は、較正データ１８４、ユーザ入力及び調節データ１８５につながった適応的弁始動部１８２を含んでいる。処理部１６０、制御部１７０（適応的弁始動部１８２を含む）、及び制御部１７０で生成された制御信号１８０は、ひとまとまりで制御システムの一部であり、この制御システムは、較正データ及びランタイムデータに基づいて、弁１４０が閉じているときにより迅速に設定値信号１８６に応答するように、調整可能なゼロでない始動制御信号を弁１４０へ供給する。制御部１７０は、ソフトウェア、不揮発性メモリ、ハードウェア及び／若しくはファームウェア、又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。また、制御部１７０は、ここで更に記載された方法を実現する非一時的でプロセッサによる読み取りが可能な処理命令を含んでいてもよい。
【００１６】
一般に、適応的弁始動部１８２は、較正データ１８４及びＭＦＣ１００のランタイムデータに基づいて、制御弁１４０が閉じているときに、より迅速に設定値信号１８６に応答するように、調整可能なゼロでない始動制御信号１８０を制御弁１４０へ供給すべく動作する。加えて、図７を参照して更に述べられているように、適応的弁始動部１８２へのユーザ入力によって、ユーザは、調整可能なゼロでない始動制御信号１８０を変更することによりＭＦＣ１００の応答を調整することができる。また、適応的弁始動部１８２は、調節データ１８５を生成し、また、ＭＦＣ１００の応答に影響を及ぼす温度ズレ、経年変化及び他の要因による効果を補償すべく調整可能なゼロでない始動制御信号１８０を調整するために、調節データ１８５を使用する。従って、適応的弁始動部１８２は、調整可能なゼロでない始動制御信号１８０の値を設定することによって、望ましい過渡応答（例えば、ユーザ入力に基づいた）を定めるために使用されてもよい。そして、適応的弁始動部１８２は、環境及び／又は年数が過渡応答に影響する場合にその望ましい過渡応答を維持するために、調整可能なゼロでない始動制御信号１８０を調整する。
【００１７】
従前の実施例では、マスフローコントローラの閉ループ制御ループは、弁が要求された位置に比較的近く、弁の動作が流量を変化させる場合に、比較的良好に機能し、それゆえ、制御ループは、流量の応答を認識し、それに応じて迅速に弁位置を調整する。しかし、これらの従前のシステムでは、ＭＦＣがゼロ位置（ゼロ弁位置）に設定され、ＭＦＣがゼロでない設定値を与えられた場合には、弁が、ゼロ位置から、顕著な流量が発生して閉ループ制御ループが適切に働き始める位置にまで移動するためには、長い時間がかかるだろう。結果として、応答の遅延が長くなり、一般的にはＭＦＣの性能は低いものとなっていた。
【００１８】
それゆえ、応答の遅延及び低い性能を払しょくするために、適応的弁始動部１８２は、制御弁１４０が閉じている間に、制御信号１８０をゼロの値（例えば、ゼロ電流又はゼロ電圧）から調整可能なゼロでない始動制御信号の値まで迅速に動かすことにより、ＭＦＣ１００の性能を向上させる。図２を簡単に参照すれば、例として、四つの異なる圧力レベルについて、特定のＭＦＣ１００における制御信号の値（単位は、制御信号の最大値に対する百分率）に対する流量の値（単位は、最大流量に対する百分率）が示されている。図示されているように、制御弁１４０へ与えられる制御信号１８０は、迅速に３０％まで変更されることが可能であった。なぜならば、３０％の点は、制御弁１４０を通るマスフローが発生し始める点だからである。
【００１９】
図１に示された実施形態の多くの変形例では、ＭＦＣ１００が使用のために動かされる前に、較正データ１８４は、室温での較正用の気体（例えば、窒素）を用いて予め（例えば、製造中に）計算されている。本発明の多くの実施形態と矛盾することなく、いくつかの異なる温度におけるいくつかの異なる気体を用いた較正を予め実行しておくことは可能ではあるものの、較正に関するそのような種類の処理は、非常に長くなるであろうし、また、ここでさらに述べられるＭＦＣ１００の応答の変動（例えば、温度、経年変化、その他を原因とした）に対して適応する能力を考慮すれば、不必要である。
【００２０】
次に図３を参照すれば、図３は、図１に示された較正データ１８４を生成するために使用されてもよい典型的な較正プロセスを示すフローチャートである。図３に示される較正プロセスは、二つ以上の数の圧力でのＭＦＣ１００の較正を含んでいるものの、本発明の多くの態様は、図３に示された較正プロセスがただ一つの圧力で実行される場合でも、実施可能である。加えて、図３に示された較正プロセスでは、制御信号１８０は逐次調整され、対応する流量の測定値は較正データ１８４を生成するために記憶されるが、当業者は、流量の値が逐次調整されてもよく、また、対応する制御信号１８０の値が取得されて較正データ１８４を生成するために記憶されてもよいことを、認識するであろう。
【００２１】
図示されるように、図３に示されたプロセスでは、気体がある特定の圧力でＭＦＣ１００へ供給され（ブロック３０２）、制御信号１８０は、ＭＦＣ１００の制御弁１４０を通る検出可能な流量を誘発する初期値で与えられる（ブロック３０４）。例えば、制御信号１８０は、流量が制御弁１４０を通って最初に検出されるまでの間に、ゼロの値からゆっくりと調整されてもよく、一旦流量が検出された後は、対応する制御信号１８０は、較正プロセスで記憶される最初のゼロでない始動制御信号である。図示されるように、測定された流量及び与えられた制御信号の値は、特定の圧力でのデータペアを生成するために、ＭＦＣ１００のメモリに記憶される（ブロック３０６）。
【００２２】
一旦、最初のゼロでない始動制御信号の値が記憶されれば、制御信号１８０の増大する値が更に与えられ（ブロック３１０）、制御信号の値の夫々について、特定の圧力でのデータペアを生成するために、測定された流量が記憶される（対応する制御信号の値と共に）（ブロック３０６）。例えば、一旦、始動制御信号の値を得るために最初に流量が検出された後は、制御信号は、最大流量又は制御信号の最大レベルに到達するまで、段階的に（例えば、制御信号の最大レベルの１％の段階ずつ）増大し得る。
【００２３】
なお、ＭＦＣ１００に関連するアクチュエータには、ヒステリシス（例えば、圧電ヒステリシス又はソレノイドのヒステリシス）が認められ、その結果、流量値が上昇していく曲線上の制御信号値は、流量値が下降していく曲線上の同じ流量値に対する制御信号値とは異なっている。図４を参照すれば、例えば、四つの圧力レベルの夫々について、上昇曲線と下降曲線とが図示されている。図示されているように、上昇曲線上の制御信号値の、ほとんどとは言えないまでも多くについて、対応する下降曲線上の制御信号値は大幅に異なる。ランタイム動作中の制御弁１４０は、最初のゼロの（閉）位置から始動し、上昇曲線に沿って開位置まで動くので、図３に示されたように（また、図３に示された処理の多くの変形例において）得られた較正データは、上昇曲線に沿って獲得される。
【００２４】
再度図３を参照すると、特定の圧力での最大流量に到達するか（ブロック３０８）、又は特定の圧力での最大制御信号に到達し（ブロック３１６）、更に、データを取得すべき追加の圧力が発生した場合は（ブロック３１２）、次に、マスフローコントローラへの圧力は、他の圧力レベルへ変化し（ブロック３１４）、最初のゼロでない始動制御信号（流量が最初に検出される点での）は、制御弁１４０に与えられる（ブロック３０４）。次に、増大する制御信号値は、制御弁に与えられ、較正データ１８４を作るために、対応する流量に関連してメモリに記憶される（ブロック３０６〜３１０）。結果として、図３で図示された処理が実行された後は、較正データ１８４は、複数の圧力レベルの夫々について、一つのゼロでない始動制御信号（最初に検出可能になる流量に対応）と、各別に制御信号及び対応する流量値を含む複数の更なるデータペアとを含む。
【００２５】
例えば図５を参照すれば、Ｎ通りの圧力レベルに対する適応的弁始動較正データの例が図示されている。図示されるように、夫々の圧力レベルに対して、データペアの集合が存在し、夫々のデータペアの集合は、複数の制御信号値と、流量が増大している間に得られた複数の制御信号値の夫々について対応する一つの流量値とを含んでいる。加えて、プロセッサ実行可能な命令は、較正データ１８４及び実時間動作パラメータの値を用いて弁始動位置（ここでは、調整できるゼロでない始動制御信号値とも呼ばれている）を適応させる方法（図６を参照してより詳細に記述される）を実行するために、ＭＦＣ１００に記憶される（ブロック３３０）。適応的弁始動部１８２は、これらの命令、及びこれらを実行するために関連したハードウェアを含んでいてもよい。
【００２６】
次に図６を参照すれば、ＭＦＣ１００によってランタイム中に繰り返し行われ得るプロセスを示すフローチャートが図示されている。ここでは図１を参照して記述されたＭＦＣ１００を参照してはいるものの、図６で図示されたプロセスは図１に示された特定の実施例に限定されるものではないことは認められるべきである。図示されるように、動作では、制御弁１４０が閉じている場合に、所望の流量に対応する値を有する設定値信号１８６が受け付けられる（ブロック６０２）。プラズマ処理（例えば薄膜形成）に関連して、流量は、プラズマ処理の一部として必要な特定の気体にとって望ましい流量であってもよい。
【００２７】
図示されるように、較正データ１８４は、較正されたゼロでない始動制御信号の値、及び特定の流量での較正された制御信号の値を得るためにアクセスされ、これらの値は、調整可能なゼロでない始動制御信号を調整するために後で使用される（ブロック６０４）。制御信号１８０は、次に、初期値における調整可能なゼロでない始動制御信号として、制御弁１４０に与えられる（ブロック６０６）。結果として、始動制御信号値がゼロであって、流れが始まるレベルに制御信号がゆっくりと到達する（制御ループを利用して）間の遅延が終了するまで制御ループが活動しない従前の手法に比べて、ＭＦＣ１００の閉ループ制御システムは、大体においてより素早く（流れが始まろうとしたとき、又は丁度始まったときに）活動中となる。
【００２８】
ＭＦＣ１００が最初に使用可能になったとき（例えば、ユーザがＭＦＣ１００を業者から納入されたとき）、較正されたゼロでない始動制御信号は、調整可能なゼロでない始動制御信号の初期値として使用され得る。しかし、ＭＦＣ１００が一旦使用された後は、調整可能なゼロでない始動制御信号は、較正データ及びランタイムデータに基づいたものになる。
【００２９】
例えば、較正データ１８４が複数の圧力に対する較正データを含んでいる実施形態において、制御信号１８０は、較正されたゼロでない始動制御信号に差分データ（調節データ１８５に記憶されている）を加えることで得られた値の調整可能なゼロでない始動制御信号として、ブロック６０６で利用される。これら実施形態での差分データは、較正データ１８４と、一又はそれ以上の以前の処理実行時に予め取得されていたランタイムでの測定値との間の差に基づいたものである。差分データを生成するための典型的な手法を詳しく述べた追加的な情報は、下記のブロック６１０及び６１２を参照して以下に提供される。
【００３０】
また、較正データ１８４が一つの圧力のみに対する較正データを含んでいる実施形態において、調節データ１８５は、調整可能なゼロでない始動制御信号の値を含んでおり、制御信号１８０は、調節データ１８５から得られた値の調整可能なゼロでない始動制御信号として、ブロック６０６で利用される。ブロック６１０及び６１２を参照して以下に記述されるように、調整可能なゼロでない始動制御信号の記憶された値は、個々の実行中に調整され、調節データ１８５中で更新されてもよい。
【００３１】
較正データ１８４が単一の圧力に基づいたものであるか複数の圧力に基づいたものであるかに関わらず、ブロック６０４で得られた較正された制御信号の値（特定の流量での）は、以下で更に述べられるように、後続の処理実行の間に調整可能なゼロでない始動制御信号を調整するために利用される。二つのデータがブロック６０４で得られるが、この二つのデータが同時に得られる必要がないことは認められるであろう。
【００３２】
較正データ１８４が複数の圧力レベル（例えば、図５に図示されたような）の夫々についての較正データを含んでいる実施例では、ＭＦＣ１００の圧力変換器は、流体の圧力を示す信号を得るために使用されてもよく、較正データ１８４は、測定された圧力に基づいた較正されたゼロでない始動制御信号の値を選択するために、アクセスされてもよい。
【００３３】
しかし、少なくとも、図６に図示された方法に関しては、複数の圧力についての較正データを持つことは必要とされない。なぜならば、図６に図示された方法は、弁及び流量の関係を表す特性は一定ではなく変化し得るということを想定しており、結果として、調整可能なゼロでない始動制御信号は、弁及び流量の特性に影響を及ぼす動作条件の変化に対応するために調整されるからである。
【００３４】
制御弁１４０が閉じている場合に調整可能なゼロでない始動制御信号をＭＦＣ１００に与えることは、一般的に、ＭＦＣ１００の応答を改善するけれども、ＭＦＣ１００のユーザは、ＭＦＣ１００が使用されている特定の処理アプリケーションに依存した特定の過渡的な応答を望もうとすることが考えられる。結果として、多くの実施形態では、適応的弁始動部１８２は、調整可能なゼロでない始動制御信号に対してオフセットを加算又は減算することによって、ユーザが所望の過渡的なＭＦＣ１００の応答を定義する（ユーザ入力により）ことを可能にする。
【００３５】
図７Ａ〜７Ｃを参照すれば、例えば、三種類の対応する始動制御信号に応答した過渡的な流量の状態を示すグラフが図示されている。図７Ａでは、例えば、図７Ｂ及び７Ｃでの始動制御信号よりもゆっくりとした応答をもたらす値を有する始動制御信号が図示されている。いくつかの業務では、図７Ａでの比較的ゆっくりとした応答が所望されることがある。しかし、他の業務では、この応答は、より素早い応答時間をもたらす図７Ｂ及び７Ｃでの始動制御信号に比べると、最適とは言えないだろう。結果として、較正データ１８４から得られた最初のゼロでない始動制御信号が図７Ａに図示された応答をもたらす場合に、図７Ｂでの過渡的な応答を得るために、ゼロでない始動制御信号に正のオフセットが加算されるか、又は、図７Ｃでの過渡的な応答を得るために、より大きいオフセットがゼロでない始動制御信号に加算されてもよい。
【００３６】
同様に、ゼロでない始動制御信号が、図７Ｃに示された、ランタイムの処理中には許容されないかもしれない過渡的なオーバーシュートという結果になる応答をもたらす場合に、ユーザは、図７Ｂでの過渡的な応答を得るために、ゼロでない始動制御信号に負のオフセットを加算するか、又は、図７Ａでのよりゆっくりとした応答を得るために、より絶対値の大きい負のオフセットをゼロでない始動制御信号に加算してもよい。
【００３７】
調整可能なゼロでない始動制御信号は、一般的に、応答を改善し、所望の過渡的な応答に到達するように設定され得るが、環境（例えば、温度）及びその他の要素（例えば、ＭＦＣ１００が製造されてからの年数）は、過渡的な応答と始動制御信号との関係に影響を及ぼす。即ち、もし、所望の過渡的な応答が達成された（例えば、始動制御信号に適用されるオフセットを用いた調整によって）のであれば、温度及び年数によって、ＭＦＣ１００は、同じ始動制御信号に対して異なった応答を得るようになるであろう。
【００３８】
図８を参照すれば、例えば、四種類の異なった温度について、流量対制御信号の曲線が図示されている。もし、３０％での較正された弁の始動が使用されてあり、弁及び流量の特性が図８に示されるように温度に応じて変動するのであれば、ＭＦＣ１００は、ランタイム中のプロセス気体の温度が較正された温度とは異なる場合には、３０℃でオーバーシュートを発生させるか、又は６０℃で長い応答遅延を発生させ得る。加えて、弁の材料の経年変化によって弁又は流量の特性の長期変動も発生する可能性があり、それは性能の劣化をももたらす。
【００３９】
ほとんどの場合、温度及び／又は年数に関連した弁−流量の特性の変化は、実質的に「平行移動」である。この変化は、曲線の形をほぼ保ちながら「制御信号」軸に沿って左又は右にずれる曲線で特徴づけられ得る。図９を参照すれば、例えば、４０℃で取得された較正された制御信号対流量の曲線が図示されており、この曲線は較正データ１８４でのデータペアとして表現され得る。図示されるように、この典型的な較正データの集合は、最適な始動制御信号１８０は３０％（最大制御信号レベルの）であり、制御信号１８０が７０％である場合には、流量は６０％（最大流量レベルの）であることを示している。しかしながら、ＭＦＣ１００が使用されているときには、ＭＦＣ１００の動作特性及び／又はＭＦＣ１００が置かれている環境は、ＭＦＣ１００の特性を変更してしまい、同一の特定の６０％の流量に到達するためには測定された制御信号値が８５％（最大制御信号レベルの）である必要があるようになるかもしれない。制御信号値の１５％の変動が、制御信号対流量の曲線全体の「平行」移動の全般の一部分であると仮定すると、次に、始動制御信号について３０％から４５％への同様の変化が期待できる。
【００４０】
結果として、調整可能なゼロでない始動制御信号の調整の一部として、動作中に、設定値信号１８６が減少する前に、制御信号の測定値が特定の流量で取得される（ブロック６０８）。測定された流量が得られた特定の流量は、前述のブロック６０４で較正データ１８４から較正された制御信号の値を取得することに関連して使用された流量と同一の特定の流量（ブロック６０４を参照して記述された）である。そして、測定値は、上昇する制御信号対流量の曲線から測定値が得られるように、設定値１８６が減少する前に取得される（特定の流量での較正された制御信号が較正中に得られたのと同じように）。
【００４１】
例えば図６と同時に図１０を参照すれば、温度が異なる同じＭＦＣ１００での二つの制御信号対流量の曲線が図示されている。より詳しくは、図８に図示されたものと同じ４０℃で得られた制御信号対流量の較正曲線が図示されており、加えて、５０℃でのＭＦＣ１００のランタイム中の実際の動作特性を示す他の制御信号対流量の曲線が図示されている。例えば、設定値１８６が流量６０％である場合は、制御信号の測定値は、上昇曲線上の流量６０％での値、即ち、８５％になるかもしれない。
【００４２】
図６に示されているように、マスフローコントローラに記憶されている特定の流量（例えば、６０％）において、制御信号の測定値（図９に図示された例では８５％）は、較正された制御信号のレベル（図９に図示された例では７０％）と比較される（ブロック６１０）。また、弁が閉じている場合にマスフローコントローラが他の設定値信号を受け付ける次の機会に調整可能なゼロでない始動制御信号の調整された値が使用され得るように、前述の比較に基づいて、調整可能なゼロでない始動制御信号は、調整される（ブロック６１２）
【００４３】
多くの実施形態では、調整可能なゼロでない始動制御信号の値は、以下のアルゴリズムに基づいて調整される。
ＡＳＣＳ＝ＣＳＣＳ＋ＭＶＣＳ−ＣＶＣＳ
ここで、ＡＳＣＳは、望ましい応答を維持するために調整される調整可能なゼロでない始動制御信号であり、ＣＳＣＳは、較正された始動制御信号、即ち較正データから取得された始動制御信号の値であり、ＭＶＣＳは、特定の流量レベルで測定された制御信号の測定値であり、ＣＶＣＳは、制御信号の較正値、即ち特定の流量値での較正された制御信号の値である。
【００４４】
図９を参照すれば、例えば、ＣＳＣＳは３０％であり、特定の流量値が６０％であるので、ＭＶＣＳが８５％でＣＶＣＳが７０％である。結果として、次の動作でのＡＳＣＳは４５％である。選択された特定の流量値が、較正曲線及びランタイム曲線の両方に存在する何れの流量値であってもよいことは、当然である。
【００４５】
較正データ１８４が複数の圧力における較正データを含んでいる実施形態では、制御信号の測定値（ＭＶＣＳ）と制御信号の較正値（ＣＶＣＳ）との間の差分は、調節データ１８５に記憶される。その結果、後続の処理実行の間に、記憶された差分は、調整可能なゼロでない始動制御信号（ＡＳＣＳ）を得るために、較正データ１８４（現在の圧力についての）に記憶された較正されたゼロでない始動制御信号の値に加算される。また、ブロック６０８〜６１２を参照してこれまで記述した方法は、後続の処理実行で依然として必要とされる差分データを調整するために、再度実行される。
【００４６】
較正データ１８４が一つの圧力のみに対する較正データを含んでいる実施形態では、調節データ１８５は、調整可能なゼロでない始動制御信号（ＡＳＣＳ）の値を含んでいる。このＡＳＣＳは、後続の処理実行の間にアクセスされ（ブロック６０４を参照して記述されたように較正されたゼロでない始動制御信号の初期値がアクセスされるのと同じ方法で）、また、ブロック６０６を参照してこれまでに述べられたように、調整可能なゼロでない始動制御信号として制御弁１４０に与えられる。また、ブロック６０８〜６１２を参照して以上に記述された方法は、必要に応じて、調整可能なゼロでない始動制御信号を調整するために再度実行される。
【００４７】
図６に示された方法の変形例では、調整可能なゼロでない制御信号の調整は、多くの実行結果からの概算を利用して、例えば弁電圧の１％といった実行ごとのいくつかの定義済みの調整限度を用いて、ゆっくりと実行されることが可能である。調整可能なゼロでない制御信号の調整は、また、特に低い設定値では、ノイズの多い弁の測定の影響を避けるために、フィルタを通される（積分される）ことが可能である。加えて、調整可能なゼロでない始動制御信号の大きな変化がこのデバイスに関する問題を知らせることがあり得ることが推測される。それ故、調整可能なゼロでない始動制御信号が閾値を超えて変化したことに応答して、警告や注意が発生され得る。
【００４８】
図６を参照して記述された方法は、温度の変化に応答して調整可能なゼロでない始動制御信号を調整するが、制御弁１４０が閉位置から始動している時に制御信号１８０の値を調整する適応的弁始動部１８２の能力を更に向上させるために、温度データは、収集され、図６で示された処理の様相を改良するべくランタイム中に使用されてもよい。
【００４９】
例えば、新しい調整可能なゼロでない始動制御信号の値（又は、差分データ）が調節データ１８５に記憶されている場合、ＭＦＣ１００内の温度センサからの温度の値も記憶されてもよく、この結果、温度情報は始動制御信号の値又は差分データに関連して記憶される。記憶された温度データ（制御信号又は差分データに関連した）は、もし気体の温度が複数の処理実行の間で著しく変化していたならば、後続の処理実行に対する調整可能なゼロでない始動制御信号の最適値を即座に予測するために使用されることが可能である
【００５０】
結論として、本発明は、とりわけ、調整可能なゼロでない始動制御信号をＭＦＣの制御弁へ与えることによってマスフローコントローラに望ましい応答をもたらし、また、温度及び年数等の要因が望ましい応答に影響を及ぼす場合に始動制御信号を調整することによって望ましい応答を維持する方法及び装置を提供する。当業者は、本発明の使用方法、及びここで記述された実施形態で達成された結果と実質的に同一の結果を達成するための本発明の構成において、多数の変形例及び置き換えが作られてもよいことを、容易に認識することができる。従って、本発明を、開示された説明上の形態に制限する意図は無い。多くの変形例、修正物、及び代替構成物が、クレームで表現されたように開示された発明の範囲及び趣旨に含まれる。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月25日(2014.2.25)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
制御信号に応答して流体の流量を制御するために閉位置及び開位置の間で調整可能な弁と、
流体の流量を示す指標を供給する熱式マスフローセンサと、
複数の流量について制御信号を前記流体の流量に関連付けるデータを含んでいる較正データと、
前記較正データ及びランタイムデータに基づいて、閉ループ制御ループを適用した場合に比べてより迅速に設定値信号に応答するために、前記弁が閉じているときに前記弁へ調整可能なゼロでない始動制御信号を供給する制御システムと
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
動作中の温度の読取値と共に調整可能なゼロでない始動制御信号の値を記憶し、
前記調整可能なゼロでない始動制御信号が最後に調整された後に温度に大幅な変化があった場合の前記マスフローコントローラの制御システムの応答を向上させるために、温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号を利用することを含んでおり、
前記温度を基に推定されたゼロでない始動制御信号は、前記記憶された調整可能なゼロでない始動制御信号の値及び前記記憶された温度の読取値によって、決定されること
を特徴とする請求項７に記載の方法。
【国際調査報告】
2014523060.tif 000015
2014523060.tif 000016
2014523060.tif 000017