(57)【要約】【課題】流体制御システムおよび対応する流体制御方法を提供する。【解決手段】流体制御システムは、流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、複数の流路と、前記複数の流路から又は前記複数の流路へと流体を運ぶ共有流路であって、当該共有流路と前記流路圧力センサとの間に各流路の前記流量制限体がある、共有流路と、共有流路圧力を検出するように構成された、前記共有流路における共有圧力センサと、流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御するコントローラと、を備える。【選択図】図２
2021523460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、複数の流路と、
前記複数の流路から又は前記複数の流路へと流体を運ぶ共有流路であって、当該共有流路と前記流路圧力センサとの間に各流路の前記流量制限体がある、共有流路と、
共有流路圧力を検出するように構成された、前記共有流路における共有圧力センサと、
流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御するコントローラと、
を備える、流体制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路の各流路が、さらに、温度センサを具備している、流体制御システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、各流路内の質量流量を、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有圧力センサとの間の流路特性に基づいて求める、流体制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の流体制御システムにおいて、前記流路特性が、前記流路の、前記流量制限体から前記共有圧力センサまでの容積及び長さである、流体制御システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが：（１）前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力；（２）各流路内の質量流量；および（３）前記共有流路内の総質量流量；を再帰的に求める、流体制御システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を：（ｉ）当該流路について、流路圧力検出値を提供する前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定し；（ｉｉ）前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めて；（ｉｉｉ）前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めて；（ｉｖ）当該流路について、（ｉｉｉ）で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算し；（ｉｉ）〜（ｉｖ）を繰り返す；ことによって求める、流体制御システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記共有流路が、前記複数の流路の下流側にある、流体制御システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記共有流路が、前記複数の流路の上流側にある、流体制御システム。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、さらに、
流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、第２の複数の流路、
を備え、前記共有流路が、前記複数の流路から前記第２の複数の流路へと流体を運び、前記第２の複数の流路の各流路では、前記流路圧力センサと前記共有流路との間に前記流量制限体があり、前記コントローラが、さらに、前記第２の複数の流路の各流路内の質量流量を流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する、流体制御システム。
【請求項１０】
請求項１から６、および請求項９のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、前記共有流路の上流側にあるｉ番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式（１）：
Ｐｄ，ｉ＝ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）                  （１）
（式中、ｆＰｄは、前記共有圧力センサで検出された下流側圧力Ｐｄ、前記共有流路内の総流量Ｑｔ、ならびに前記ｉ番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Ｖｉ及び長さＬｉの関数である。）
を用いて計算する、流体制御システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｄは、経験則的データおよび／または実験で得られたものである、流体制御システム。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｄは、式（２）：
ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）＝ｋｉ，１×Ｐｄ＋ｋｉ，２×Ｑｔ＋ｋｉ，３×Ｖｉ＋ｋｉ，４×Ｌｉ
（２）
（式中、ｋｉ，１、ｋｉ，２、ｋｉ，３及びｋｉ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
により表される、流体制御システム。
【請求項１３】
請求項１から６および請求項９から１２のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、ｊ番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式（６）：
Ｐｕ，ｊ＝ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）                  （６）
（式中、ｆＰｕは、前記共有圧力センサで検出された上流側圧力Ｐｕ、前記共有流路内の総流量Ｑｔ、ならびに前記ｊ番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Ｖｊ及び長さＬｊの関数である。）
を用いて計算する、流体制御システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｕは、経験則的データおよび／または実験で得られたものである、流体制御システム。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｕは、式：
ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）＝ｋｊ，１×Ｐｕ＋ｋｊ，２×Ｑｔ＋ｋｊ，３×Ｖｊ＋ｋｊ，４×Ｌｊ
（７）
（式中、ｋｊ，１、ｋｊ，２、ｋｊ，３及びｋｊ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
により表される、流体制御システム。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記第２の複数の流路の各流路が、さらに、温度センサを具備している、流体制御システム。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路が、一体的システムの一部である、流体制御システム。
【請求項１８】
請求項９から１６のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路および前記第２の複数の流路が、一体的システムの一部である、流体制御システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の流体制御システムにおいて、前記共有圧力センサが、前記一体的システムの一部でない、流体制御システム。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記流体が、ガスである、流体制御システム。
【請求項２１】
流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した複数の流路に流体を流す過程と、
前記複数の流路から又は前記複数の流路へと共有流路を通して流体を流す過程と、
前記共有流路における共有流路圧力を検出する過程と、
各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力を検出する過程と、
前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求める過程と、
各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する過程と、
を備える、流体制御方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の流体制御方法において、さらに、
各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、
を備える、流体制御方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の流体制御方法において、各流路内の質量流量が、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有流路圧力が検出される箇所との間の流路特性に基づいて求められる、流体制御方法。
【請求項２４】
請求項２１または２２に記載の流体制御方法において、（１）各流路内の質量流量；（２）前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力；および（３）前記共有流路内の総質量流量；が再帰的に求められる、流体制御方法。
【請求項２５】
請求項２１から２４のいずれか一項に記載の流体制御方法において、前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を求める過程が：（ｉ）当該流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定すること；（ｉｉ）前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めること；（ｉｉｉ）前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めること；（ｉｖ）当該流路について、（ｉｉｉ）で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算すること；ならびに（ｉｉ）〜（ｉｖ）を繰り返すこと；を含む、流体制御方法。
【請求項２６】
請求項２１から２５のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記複数の流路からの流体を、前記共有流路を通して、流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した第２の複数の流路に流す過程と、
前記第２の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力及び流路温度を検出する過程と、
前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて前記第２の複数の流路の各流路内の質量流量を求める過程と、
を備える、流体制御方法。
【請求項２７】
請求項２１から２６のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記共有流路の上流側にあるｉ番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式（１）：
Ｐｄ，ｉ＝ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）                  （１）
（式中、ｆＰｄは、前記共有圧力センサで検出された下流側圧力Ｐｄ、前記共有流路内の総流量Ｑｔ、ならびに前記ｉ番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Ｖｉ及び長さＬｉの関数である。）
を用いて計算する過程、
を備える、流体制御方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｄが、経験則的データおよび／または実験で得られたものである、流体制御システム。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｄは、式（２）：
ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）＝ｋｉ，１×Ｐｄ＋ｋｉ，２×Ｑｔ＋ｋｉ，３×Ｖｉ＋ｋｉ，４×Ｌｉ
（２）
（式中、ｋｉ，１、ｋｉ，２、ｋｉ，３及びｋｉ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
により表される、流体制御システム。
【請求項３０】
請求項２１から２９のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記共有流路の下流側にあるｊ番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式（６）：
Ｐｕ，ｊ＝ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）                  （６）
（式中、ｆＰｄは、前記共有圧力センサで検出された上流側圧力Ｐｕ、前記共有流路内の総流量Ｑｔ、ならびに前記ｊ番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Ｖｊ及び長さＬｊの関数である。）
を用いて計算する過程、
を備える、流体制御方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｕは、経験則的データおよび／または実験で得られたものである、流体制御システム。
【請求項３２】
請求項３０または３１に記載の流体制御システムにおいて、ｆＰｕは、式（７）：
ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）＝ｋｊ，１×Ｐｕ＋ｋｊ，２×Ｑｔ＋ｋｊ，３×Ｖｊ＋ｋｊ，４×Ｌｊ
（７）
（式中、ｋｊ，１、ｋｊ，２、ｋｊ，３及びｋｊ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
により表される、流体制御システム。
【請求項３３】
請求項２６に記載の流体制御方法において、さらに、
前記第２の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、
を備える、流体制御方法。
【請求項３４】
請求項２１から３３のいずれか一項に記載の流体制御方法において、前記流体が、ガスである、流体制御方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、2018年5月7日付出願の米国特許出願第15/973,190号の継続出願である。上記出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【背景技術】
【０００２】
多流路質量流量制御システムは、複数の流路内の流体の流量を制御し、当該複数の流路からの流体同士を所望の割合で一つの共有流路へと連結することが可能となるように用いられる。多流路質量流量比制御システムは、一つの共有流路からの流体の流量を複数の流路へと所望の質量流量比で制御するのに用いられる。これらのようなシステムは、例えば、半導体製造システムやその他の材料加工システムで使用される。
【０００３】
半導体製造過程には、数種の様々なガスや混合ガスを幾つかの処理工程にわたって様々な量で届けるということが伴い得る。一般的に言って、ガスは、加工施設のタンク内に保管される。そして、当該タンクからガスの量を計量して化学気相成長反応装置、真空スパッタ装置、プラズマエッチング装置などの加工ツールへ届けるのに、ガス計量システムが用いられる。典型的に、ガス計量システム内やガス計量システムから加工ツールまでの流路内には、弁、圧力レギュレータ、質量流量制御システム（ＭＦＣＳ）、質量流量比制御システム（ＦＲＣＳ）などといったコンポーネントが含まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体製造用途などの一部の用途では、典型的にスペースが極めて限られているため、高い柔軟性が上記システムに求められることになる（例えば、既存のＭＦＣＳやＦＲＣＳ内でさらなる流路を追加したり取り除いたり入れ替えたりすることが簡単に出来るのが望ましい）。また、高い精度も要求される。さらに、低コストで且つ複雑でないシステムが一般的に所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
多流路質量流量制御システムや多流路質量流量比制御システムや多流路質量流量・質量流量比制御システムを含む流体制御システム、さらには、対応する流体制御方法を提供する。これらのシステムや方法により、既存の対応するシステムよりもスペース効率に優れ、柔軟性が高く、経済的で、かつ、簡単な流体制御が可能となる。
【０００６】
流体制御システムの一実施形態は、流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、複数の流路と、前記複数の流路から又は前記複数の流路へと流体を運ぶ共有流路であって、当該共有流路と前記流路圧力センサとの間に各流路の前記流量制限体がある、共有流路と、共有流路圧力を検出するように構成された、前記共有流路における共有圧力センサと、流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御するコントローラと、を備える。
【０００７】
前記複数の流路の各流路は、温度センサを具備し得る。
【０００８】
前記コントローラは、各流路内の質量流量を、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有圧力センサとの間の流路特性に基づいて求め得る。前記流路特性は、前記流路の、前記流量制限体から前記共有圧力センサまでの容積及び長さであり得る。
【０００９】
前記コントローラは、（１）各流路内の質量流量；（２）前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力；および（３）前記共有流路内の総質量流量；を再帰的に求め得る。
【００１０】
前記コントローラは、前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を：（ｉ）当該流路について、流路圧力検出値を提供する前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定し；（ｉｉ）前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めて；（ｉｉｉ）前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めて；（ｉｖ）当該流路について、（ｉｉｉ）で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算し；（ｉｉ）〜（ｉｖ）を繰り返す；ことによって求め得る。
【００１１】
前記共有流路は、前記複数の流路の下流側にあり得る。
【００１２】
また、前記共有流路は、前記複数の流路の上流側にあるものであってもよい。
【００１３】
さらなる実施形態において、前記流体制御システムは、さらに、流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、第２の複数の流路、を備え、前記共有流路が、前記複数の流路から前記第２の複数の流路へと流体を運び、前記第２の複数の流路の各流路では、前記流路圧力センサと前記共有流路との間に前記流量制限体があり、前記コントローラが、さらに、前記第２の複数の流路の各流路内の質量流量を流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する。
【００１４】
前記第２の複数の流路の各流路は、さらに、温度センサを具備し得る。
【００１５】
前記複数の流路は、一体的システムの一部であり得る。
【００１６】
前記複数の流路および前記第２の複数の流路は、一体的システムの一部であり得る。
【００１７】
前記共有圧力センサは、前記一体的システムの一部でなくてもよい（すなわち、前記共有圧力センサは、システム外のものであってもよい）。
【００１８】
前記流体は、液体またはガスであり得る。ただし、典型的には、前記流体がガスである。
【００１９】
他の実施形態は、流体制御方法である。当該流体制御方法は、流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した複数の流路に流体を流す過程と、前記複数の流路から又は前記複数の流路へと共有流路を通して流体を流す過程と、前記共有流路における共有流路圧力を検出する過程と、各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力を検出する過程と、前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求める過程と、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する過程と、を備える。
【００２０】
前記流体制御方法は、さらに、各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、を備え得る。
【００２１】
各流路内の前記質量流量は、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有流路圧力が検出される箇所との間の流路特性に基づいて求められ得る。
【００２２】
各流路内の質量流量；前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力；および前記共有流路内の総質量流量；が再帰的に求められ得る。
【００２３】
前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を求める過程が：（ｉ）当該流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定すること；（ｉｉ）前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めること；（ｉｉｉ）前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めること；（ｉｖ）当該流路について、（ｉｉｉ）で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算すること；ならびに（ｉｉ）〜（ｉｖ）を繰り返すこと；を含み得る。
【００２４】
前記流体制御方法は、さらに、前記複数の流路からの流体を、前記共有流路を通して、流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した第２の複数の流路に流す過程と、前記第２の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力及び流路温度を検出する過程と、前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて前記第２の複数の流路の各流路内の質量流量を求める過程と、を備え得る。
【００２５】
前記流体制御方法は、前記第２の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、を備え得る。
【００２６】
前記流体制御方法で制御される前記流体は、液体でもガスでもよく、典型的にはガスである。
【００２７】
前述の内容は、添付の図面に示す本発明の例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになる。異なる図をとおして、同じ参照符号は同じ構成／構成要素を指すものとする。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の実施形態を図示することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の単流路質量流量制御システムの概略図である。
【図２】複数の流路が共有する下流側圧力センサをシステム内に備えた、多流路質量流量制御システムの概略図である。
【図３】複数の流路が共有する下流側圧力センサをシステム外に備えた、多流路質量流量制御システムの概略図である。
【図４】複数の流路が共有する上流側圧力センサをシステム内に備えた、多流路質量流量比制御システムの概略図である。
【図５】複数の流路が共有する上流側圧力センサをシステム外に備えた、多流路質量流量比制御システムの概略図である。
【図６】複数の流路が共有する圧力センサを、当該複数の流路の一部にとって下流側であり且つそれ以外の流路にとって上流側であるところに一つ備えた、多流路質量流量・質量流量比制御の統合型システムの概略図である。
【図７】質量流量を多流路質量流量制御システムの流量設定点に調整するための、流入弁の制御の様子を示すフロー図である。
【図８】質量流量を多流路質量流量比制御システムの流量比設定点に調整するための、流出弁の制御の様子を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【００３０】
質量流量制御システムや質量流量比制御システムや質量流量・質量流量比制御システムを含む流体制御システム、さらには、対応する流体制御方法が提供される。後述するように、本明細書で提示するシステムは、従来技術のシステムと比べて格別の利点を奏する。
【００３１】
図１に、ホストコントローラ１０５および一体的な質量流量制御システム１１０を備えた、従来技術の単流路質量流量制御システム１００を示す。一体的な質量流量制御システム１１０は、上流側位置１２２から下流側位置１２４までガスを内部に流すことが可能であるように構成された流路１２０、当該流路内のガスの流量を調整するように構成された弁１３０、システム内の（すなわち、一体的システムの内部にある）上流側圧力センサ１４０、流量制限体１５０、下流側圧力センサ１６０、および質量流量制御システム（ＭＦＣＳ）コントローラ１７０を含む。流量制限体１５０により、圧力が低下する。すなわち、上流側圧力センサ１４０で検出される圧力は、下流側圧力センサ１６０で検出される圧力よりも高くなる。ＭＦＣＳコントローラ１７０は、ホストコントローラ１０５と（例えば、質量流量制御の設定点を受け取るために）通信を行う（１７１）ほか、一体的な質量流量制御システム１１０内の質量流量１８０（Ｑ１）を計算するための基礎となる上流側圧力信号１７２及び下流側圧力信号１７４を受け取る。ＭＦＣＳコントローラ１７０は、質量流量計算値１８０と所望の質量流量設定点とに基づいて、質量流量１８０を所望の質量流量に調整するように弁１３０を制御する（１９０）。
【００３２】
重要なのは、従来技術の質量流量制御システムの場合、流量制限体１５０での圧力低下を正確に検出出来るようにするため（したがって、質量流量を正確に測定出来るようにするため）、２つの対応する圧力センサ（すなわち、上流側圧力センサ１４０と下流側圧力センサ１７４）を各流路の流量制限体近傍に具備させているという点である。
【００３３】
これとは対照的に、本明細書で提示する流体制御システム及び方法では、一方の圧力センサ（すなわち、質量流量制御システムにおける下流側圧力センサ、質量流量比制御システムにおける上流側圧力センサ）を流量制限体から遠ざけることができるだけでなく、単一のＭＦＣＳコントローラによる作動が可能となるため、幾つかの格別な利点へと繋がる。圧力センサを遠ざけることが出来るため、これを複数の流路同士で共有することが可能となる。単一のＭＦＣＳコントローラの使用および共有圧力センサの使用は、より経済的であるだけでなく、前記流体制御システムのスペース効率を向上させる。後者は、半導体産業などの一部の産業での用途において極めて重要である。また、共有圧力センサが単一のＭＦＣＳコントローラと組み合わされることにより、前記流体制御システム内、圧力センサとＭＦＣＳコントローラとの間、さらには、ＭＦＣＳコントローラとホストコントローラとの間での通信の複雑性を大いに簡略化させることができる。さらに、共有圧力センサは、校正が簡略化且つ向上するだけでなく、多流路システムの柔軟性を高めることもできる。しかも、より高精度で且つ広域の圧力センサを共有圧力センサとして使用することが可能になるので、コスト増になることなく前記流体制御システムの全体的精度を上げることができる。
【００３４】
図２に、ホストコントローラ２１５と通信を行う一体的な多流路質量流量制御サブシステム２１０を備える、多流路質量流量制御システム２００を示す。システム２００は、複数の流路２２０を備える（説明を分かり易くするために、１番目、２番目及びＮ番目の流路のみを図示している）。これらの流路２２０は、同図に示すように同一のもの（例えば、同じ直径および同じ長さ）であってもよいが、より典型的には相異なるもの（例えば、相異なる長さ）である。流路２２０同士は、共有流路２２１を形成するように繋がっている。各流路２２０は、当該流路の上流側位置２２２と共有流路２２１に沿った（下流側圧力が検出される）下流側位置２２４との間にかけて流体を当該流路内部に流すことが可能であるように構成されている。各流路は、さらに、当該各流路内の流体の流量を調整するように構成された弁２３０を具備している。当該弁同士は、同一であってもよいし相異なるものであってもよい。各流路２２０は、さらに、上流側圧力センサ２４０および流量制限体２５０を具備している。システム内にある下流側共有圧力センサ２６０が、共有流路２２１内の流体圧力を位置２２４にて検出する。ＭＦＣＳコントローラ２７０は、ホストコントローラ２１５と（例えば、質量流量制御の設定点の一式を受け取るために）通信を行う（２７１）ほか、上流側圧力センサ２４０の各々からの上流側圧力信号２７２および下流側圧力センサ２６０からの下流側圧力信号２７４を受け取るように構成されている。本例では、ＭＦＣＳコントローラ２７０および下流側圧力センサ２６０が、いずれも一体的システム２１０の一部とされている。しかし、代替的な実施形態では、質量流量制御システムコントローラ２７０および／または下流側圧力センサ２６０がシステム外のものとされてもよい。また、代替的な実施形態では、システム内および／またはシステム外の２つ以上のＭＦＣＳコントローラ２７０が使用されてもよい。ただし、典型的には、単一のＭＦＣＳコントローラ２７０が使用される。というのも、ＭＦＣＳコントローラがそれ以上になると、コスト、スペース要件、および前記システム内のコントローラ−センサ間での通信の複雑性が増加するからである。ＭＦＣＳコントローラ２７０は、各流路２２０内の各質量流量２８０（これにより、共有流路２２１内の総質量流量２８５）を制御するように各弁２３０を個別に制御することが可能な構成とされる。この点に関しては、前記コントローラが、各弁２３０に弁制御信号２９０を送信するように構成されている。
【００３５】
下流側圧力センサ２６０は、各流量制限体２５０から離れたところにある。各流路２２０内の流体流量を正確に測定出来るようになるには、各流量制限体に隣接した両側での流体の流体圧力を明らかにする必要がある。
【００３６】
一般的には、所与の流路ｉに関して、システム内の対応する一方の圧力センサ（例えば、上流側圧力センサ２４０）で流量制限体に隣接したところの流体圧力を検出することにより、当該所与の流路にとって必要な２種類の圧力値のうちの一方がもたらされる（例えば，ｉ番目の流路の上流側圧力Ｐｕ，ｉがもたらされる）。ｉ番目の流路の、前記制限体に隣接した位置での下流側圧力Ｐｄ，ｉは、次の式：
Ｐｄ，ｉ＝ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）                  （１）
（式中、ｆＰｄは、前記共有流路に沿った位置に離設されている前記下流側圧力センサ（例えば、共有流路２２１に沿った位置２２４にある圧力センサ２６０）で検出された下流側共有圧力Ｐｄ、装置内の総流量Ｑｔ（すなわち、前記共有流路内の流量）、ならびに前記ｉ番目の流路の、前記制限体から前記第２の位置にある共有圧力センサまでの容積Ｖｉ及び長さＬｉの関数である。）により推定することができる。
【００３７】
関数ｆＰｄは、経験則的データまたは実験で、例えば、一次式：
ｆＰｄ（Ｐｄ，Ｑｔ，Ｖｉ，Ｌｉ）＝ｋｉ，１×Ｐｄ＋ｋｉ，２×Ｑｔ＋ｋｉ，３×Ｖｉ＋ｋｉ，４×Ｌｉ
（２）
（式中、ｋｉ，１、ｋｉ，２、ｋｉ，３及びｋｉ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
として得られたものであり得る。
【００３８】
当該技術分野で既知のとおり、ｉ番目の流路の前記流量制限体を通過する流量（Ｑｉ）は、当該制限体の上流側圧力及び下流側圧力（すなわち、当該制限体直近での圧力同士）（Ｐｕ，ｉ，Ｐｄ，ｉ）、当該制限体での流路の断面積（Ａｉ）、ならびに比熱比γ、分子量Ｍなどといったガス特性の関数：
Ｑｉ＝ｆＱ（Ｐｕ，ｉ，Ｐｄ，ｉ，Ａｉ，γ，Ｍ）                  （３）
として記述することが可能である。
【００３９】
関数ｆＱは、経験則的データまたは実験で得られたものであり得る。
【００４０】
フローノズルを流量制限体とする場合、次の式：
【００４１】
【数１】
2021523460.tif 000003
【００４２】
を用いることができる。
（式中、Ｃｉはｉ番目の流量制限体の流出係数であり、Ｒは一般気体定数であり、Ｔはガスの温度である。）
【００４３】
管を制限体とする場合、次の式：
【００４４】
【数２】
2021523460.tif 000004
【００４５】
を用いることができる。
（式中、ｄｉはｉ番目の管の直径であり、Ｌｉはｉ番目の管の長さであり、μはガスの粘度である。）
【００４６】
上記以外の流量制限体や、上記以外の流量制限体を通過する質量流量を記述した対応する式を使用することも可能であり、これらは当該技術分野で既知のものである。例えば、The American Society of Mechanical Engineers, “ASME MFC-3M-2004 Measurement of Fluid Flow in Pipes Using Orifice, Nozzle, and Venturi”, 2004を参照のこと。
【００４７】
装置内の総流量Ｑｔは、個々の流路の流量Ｑｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）を全て合計することによって計算される。Ｑｉの計算値は下流側圧力Ｐｄ，ｉに依存するため、Ｑｉ、Ｐｄ，ｉ及びＱｔを求めるには再帰的計算が必要となる。例えば、まずＰｄ，ｉの開始値を仮定してから、流量Ｑｉの開始値を前述のように求める。次に、Ｑｉを全て合計することによって総流量Ｑｔを求める。そして、総流量Ｑｔを使ってＰｄ，ｉ及びＱｉを再計算し得る。この再帰的計算は、設定された収束閾値内に数値が収束するまで繰り返される。
【００４８】
前記ＭＦＣＳコントローラは、質量流量計算値Ｑｉに基づき、フィードバック制御手法を用いて各流路の弁を所望の質量流量設定点へと制御し得る。
【００４９】
図２に示す多流路質量流量制御システムでは、下流側共有圧力センサ２６０が、一体的システムの一部としてのシステム内センサとされている。この下流側圧力センサは、図３に示すようにシステム外のものとされてもよい。
【００５０】
図３に、ホストコントローラ３１５と通信を行う一体的な多流路質量流量制御サブシステム３１０を備える、多流路質量流量制御システム３００を示す。システム３００は、複数の流路３２０を備える（説明を分かり易くするために、１番目、２番目及びＮ番目の流路のみを図示している）。これらの流路３２０は、同図に示すように同一のもの（例えば、同じ直径および同じ長さ）であってもよいが、より典型的には相異なるもの（例えば、相異なる長さ）である。流路３２０同士は、共有流路３２１を形成するように繋がっている。各流路３２０は、当該流路の上流側位置３２２と共有流路３２１に沿った（下流側圧力が検出される）下流側位置３２４との間にかけて流体を当該流路内部に流すことが可能であるように構成されている。各流路は、さらに、当該各流路内の流体の流量を調整するように構成された弁３３０を具備している。当該弁同士は、同一であってもよいし相異なるものであってもよい。各流路３２０は、さらに、上流側圧力センサ３４０および流量制限体３５０を具備している。システム外にある下流側共有圧力センサ３６０が、共有流路３２１内の流体圧力を位置３２４にて検出する。ＭＦＣＳコントローラ３７０は、ホストコントローラ３１５と（例えば、質量流量制御の設定点の一式を受け取るために）通信を行う（３７１）ほか、上流側圧力センサ３４０の各々からの上流側圧力信号３７２および下流側圧力センサ３６０からの下流側圧力信号３７４を受け取るように構成されている。本例では、ＭＦＣＳコントローラ３７０が、一体的システム３１０の一部とされている。しかし、代替的な実施形態では、ＭＦＣＳコントローラ３７０がシステム外のものとされてもよい。また、代替的な実施形態では、システム内および／またはシステム外の２つ以上のＭＦＣＳコントローラ３７０が使用されてもよい。ただし、典型的には、単一のＭＦＣＳコントローラ３７０が使用される。というのも、ＭＦＣＳコントローラがそれ以上になると、コスト、スペース要件、および前記システム内のコントローラ−センサ間での通信の複雑性が増加するからである。ＭＦＣＳコントローラ３７０は、各流路３２０内の各質量流量３８０（これにより、共有流路３２１内の総質量流量３８５）を制御するように各弁３３０を個別に制御することが可能な構成とされる。この点に関しては、前記コントローラが、各弁３３０に弁制御信号３９０を送信するように構成されている。前記コントローラは、さらに、ｉ番目の流路について、前記制限体に隣接した位置での下流側圧力Ｐｄ，ｉを、前述の式（１）および／または式（２）を用いて推定するように構成されている。前記ＭＦＣＳコントローラは、さらに、これらの下流側圧力計算値を基に、前記流路内の質量流量を式（３）および／または式（４）もしくは式（５）に従って推定し得る。
【００５１】
図４に、多流路質量流量比制御システム４０５および当該システム４０５へ流体入力を供給する多流路質量流量制御システム４０７を備えた、流体制御システム４００を示す。一体的な質量流量比制御システム４０５は、ホストコントローラ４１５と通信を行うように構成されているほか、複数の流路４２０を含んでいる（説明を分かり易くするために、１番目、２番目及びＮ番目の流路のみを図示している）。これらの流路４２０は、同図に示すように同一のもの（例えば、同じ直径および同じ長さ）であってもよいが、より典型的には相異なるもの（例えば、相異なる長さ）である。流路４２０同士は、共有流路４２１を形成するように繋がっている。各流路４２０は、当該流路の上流側位置４２４と共有流路４２１に沿った（上流側共有圧力が検出される）下流側位置４２２との間にかけて流体を当該流路内部に流すことが可能であるように構成されている。各流路４２０は、さらに、当該各流路内の流体の流量を調整するように構成された弁４３０を具備している。当該弁同士は、同一であってもよいし相異なるものであってもよい。各流路４２０は、さらに、下流側圧力センサ４４０および流量制限体４５０を具備している。システム内にある上流側共有圧力センサ４６０が、共有流路４２１内の流体圧力を位置４２４にて検出する。多流路質量流量比（ＭＣＦＲ）コントローラ４７０が、ホストコントローラ４１５と（例えば、質量流量制御の設定点を受け取るために）通信を行う（４７１）ほか、下流側圧力センサ４４０の各々からの下流側圧力信号４７２および上流側共有圧力センサ４６０からの上流側共有圧力信号４７４を受け取るように構成されている。本例では、ＭＣＦＲコントローラ４７０が、一体的システム４０５の一部とされている。しかし、代替的な実施形態では、ＭＣＦＲコントローラ４７０がシステム外のものとされてもよい。また、代替的な実施形態では、システム内および／またはシステム外の２つ以上のＭＣＦＲコントローラ４７０が使用されてもよい。ただし、典型的には、単一のＭＣＦＲコントローラ４７０が使用される。というのも、ＭＣＦＲコントローラがそれ以上になると、コスト、スペース要件、および前記システム内のコントローラ−センサ間での通信の複雑性が増加するからである。ＭＣＦＲコントローラ４７０は、各流路４２０内の各質量流量４８０を制御して既知のフィードバック制御手法（例えば、ＰＩＤ制御手法）により総入力流量４８５に対する目標流量比設定点を達成するように、各弁４３０を制御することが可能な構成とされる。この点に関しては、前記コントローラが、各弁４３０に弁制御信号４９０を送信するように構成されている。上流側共有圧力センサ４６０は、各流量制限体４５０から離れたところにある。各流路４２０内の流体流量を正確に測定出来るようになるには、各流量制限体４５０に隣接した両側での流体の流体圧力を明らかにする必要がある。
【００５２】
一般的には、所与の流路ｊに関して、システム内の対応する一方の圧力センサ（例えば、下流側圧力センサ４４０）で流量制限体に隣接したところの流体圧力を検出することにより、当該所与の流路にとって必要な２種類の圧力値のうちの一方がもたらされる（例えば，ｊ番目の流路の下流側圧力Ｐｄ，ｊがもたらされる）。ｊ番目の流路の、前記制限体に隣接した位置での上流側圧力Ｐｕ，ｊは、次の式：
Ｐｕ，ｊ＝ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）                  （６）
（式中、ｆＰｕは、前記共有流路に沿った上流側位置に離設されている前記上流側圧力センサ（例えば、共有流路４２１に沿って流量制限体４５０の上流側位置４２４にある圧力センサ４６０）で検出された上流側共有圧力Ｐｕ、装置内の総流量Ｑｔ（すなわち、前記共有流路（例えば、流路４２１）内の流量）、ならびに前記ｊ番目の流路の、前記流量制限体から前記上流側位置にある前記共有圧力センサまでの容積Ｖｊ及び長さＬｊの関数である。）により推定することができる。
【００５３】
関数ｆＰｕは、経験則的データまたは実験で、例えば、一次式：
ｆＰｕ（Ｐｕ，Ｑｔ，Ｖｊ，Ｌｊ）＝ｋｊ，１×Ｐｕ＋ｋｊ，２×Ｑｔ＋ｋｊ，３×Ｖｊ＋ｋｊ，４×Ｌｊ
（７）
（式中、ｋｊ，１、ｋｊ，２、ｋｊ，３及びｋｊ，４は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。）
として得られたものであり得る。前記ＭＦＣＳコントローラは、さらに、これらの圧力計算値を基に、前記流路内の質量流量を前述の式（３）および／または式（４）もしくは式（５）に従って推定し得る。
【００５４】
さらに、図４に示すように、一体的な多流路質量流量比制御システム４０５を従来技術の既知の多流路質量流量制御システム４０７と併用することも可能である（但し、流体源から流体入力を直接受け取るという構成（同図に図示せず）も可能である）。多流路質量流量制御システム４０７は、例えば、図１に示すような従来技術の既知の質量流量制御システム４９１を複数にしたものからなるものとされてもよい。これらの質量流量制御システム４９１は、複数の流路４９２からの流量同士が共有流路４２１へと組み合わされるよう構成される。各々の質量流量制御システム４９１は、流体源４９３から流体を受け取る。
【００５５】
図４の一体的な多流路質量流量比制御システム４０５では、上流側共有圧力センサ４６０が、当該一体的システムの一部としてのシステム内センサとされている。この上流側圧力センサは、図５に示すようにシステム外のものとされてもよい。
【００５６】
図５に、一体的な多流路質量流量比制御システム５０５および当該システム５０５へ流体入力を供給する多流路質量流量制御システム５０７を備えた、流体制御システム５００を示す。一体的な質量流量比制御システム５０５は、ホストコントローラ５１５と通信を行うように構成されているほか、複数の流路５２０を含んでいる（説明を分かり易くするために、１番目、２番目及びＮ番目の流路のみを図示している）。これらの流路５２０は、同図に示すように同一のもの（例えば、同じ直径および同じ長さ）であってもよいが、より典型的には相異なるもの（例えば、相異なる長さ）である。流路５２０同士は、共有入力流路５２１を形成するように繋がっている。各流路５２０は、当該流路の上流側位置５２４と共有流路５２１に沿った（上流側共有圧力が検出される）下流側位置５２２との間にかけて流体を当該流路内部に流すことが可能であるように構成されている。各流路５２０は、さらに、当該各流路内の流体の流量を調整するように構成された弁５３０を具備している。当該弁同士は、同一であってもよいし相異なるものであってもよい。各流路５２０は、さらに、下流側圧力センサ５４０および流量制限体５５０を具備している。システム外にある上流側共有圧力センサ５６０が、共有流路５２１内の流体圧力を位置５２４にて検出する。ＭＣＦＲコントローラ５７０が、ホストコントローラ５１５と（例えば、質量流量比制御の設定点を受け取るために）通信を行う（５７１）ほか、下流側圧力センサ５４０の各々からの下流側圧力信号５７２および上流側共有圧力センサ５６０からの上流側共有圧力信号５７４を受け取るように構成されている。本例では、ＭＣＦＲコントローラ５７０が、一体的システム５０５の一部とされている。しかし、代替的な実施形態では、ＭＣＦＲコントローラ５７０がシステム外のものとされてもよい。また、代替的な実施形態では、システム内および／またはシステム外の２つ以上のＭＣＦＲコントローラ５７０が使用されてもよい。ただし、典型的には、単一のＭＣＦＲコントローラ５７０が使用される。というのも、ＭＦＣＳコントローラがそれ以上になると、コスト、スペース要件、および前記システム内のコントローラ−センサ間での通信の複雑性が増加するからである。ＭＣＦＲコントローラ５７０は、各流路５２０内の各質量流量５８０を制御して既知のフィードバック制御手法（例えば、ＰＩＤ制御手法）により総入力流量５８５に対する目標流量比設定点を達成するように、各弁５３０を制御することが可能な構成とされる。この点に関しては、前記コントローラが、各弁５３０に弁制御信号５９０を送信するように構成されている。前記コントローラは、さらに、ｉ番目の流路について、前記制限体に隣接した位置での上流側圧力Ｐｕ，ｉを、前述の式（６）および／または式（７）を用いて推定するように構成されている。前記ＭＣＦＲコントローラは、さらに、これらの上流側圧力計算値を基に、前記流路内の質量流量を式（３）および／または式（４）もしくは式（５）に従って推定するほか各流路の対応する流量比を計算し得る。
【００５７】
さらに、図５に示すように、一体的な多流路質量流量比制御システム５０５を従来技術の既知の多流路質量流量制御システム５０７と併用することも可能である（但し、流体源から流体入力を直接受け取るという構成（同図に図示せず）も可能である）。多流路質量流量制御システム５０７は、例えば、図１に示すような従来技術の既知の質量流量制御システム５９１を複数にしたものからなるものとされてもよい。これらの質量流量制御システム５９１は、複数の流路５９２からの流量同士が共有流路５２１へと組み合わされるよう構成される。各々の質量流量制御システム５９１は、流体源５９３から流体を受け取る。
【００５８】
本明細書で説明する多流路質量流量制御システム（例えば、図２のシステム２００）と本明細書で説明する多流路質量流量比制御システム（例えば、図４のシステム４０５）とを統合することにより、多流路質量流量・質量流量比制御システムを形成することも可能である。統合時のこれらのシステムに必要な共有圧力センサは、前記質量流量制御システムにとっての前記下流側共有圧力センサとして且つ前記質量流量比制御システムにとっての前記上流側共有圧力センサとして機能する一つだけである。さらに、統合時のシステムに必要なコントローラは、前記ＭＣＦＲコントローラ及びＭＦＣＳコントローラの双方として機能する一つだけとなる。
【００５９】
図６に、多流路質量流量・質量流量比制御の統合型システム６００を示す。一体的な質量流量比制御システム６００は、ホストコントローラ６１５と通信を行うように構成されているほか、複数の流路６２０を含んでいる（これらの流路６２０は、質量流量制御側のＮ個の流路からなる第１のセット（すなわち、第１の複数の流路）と質量流量比制御側のＭ個の流路からなる第２のセット（すなわち、第２の複数の流路）とに分けられる；説明を分かり易くするために、各側の１番目、２番目およびＮ番目（又はＭ番目）の流路のみを図示している）。これらの流路６２０は、同図に示すように同一のもの（例えば、同じ直径および同じ長さ）であってもよいが、より典型的には相異なるもの（例えば、相異なる長さ）である。流路６２０同士は、共有流路６２１を形成するように繋がっている。各流路６２０は、当該流路の第１の位置６２２と共有流路６２１に沿った（共有圧力が検出される）第２の位置６２４との間にかけて流体を当該流路内部に流すことが可能であるように構成されている。各流路６２０は、さらに、当該各流路内の流体の流量を調整するように構成された弁（上流側弁６３０または下流側弁６３１）を具備している。当該弁同士は、同一であってもよいし相異なるものであってもよい。各流路６２０は、さらに、圧力センサ（前記システムのうちの前記質量流量制御部分では上流側圧力センサ６４０、前記システムのうちの前記質量流量比部分では下流側圧力センサ６４１）および流量制限体６５０を具備している。システム内にある共有圧力センサ６６０が、共有流路６２１内の流体圧力を位置６２４にて検出する。コントローラ６７０が、ホストコントローラ６１５と（例えば、質量流量制御の設定点の一式及び質量流量比制御の設定点の一式を受け取るために）通信を行う（６７１）ほか、圧力センサ６４０の各々及び圧力センサ６４１の各々からの圧力信号６７２、ならびに共有圧力センサ６６０からの共有圧力信号６７４を受け取るように構成されている。本例では、コントローラ６７０が、一体的システム６００の一部とされている。しかし、代替的な実施形態では、コントローラ６７０がシステム外のものとされてもよい。また、代替的な実施形態では、システム内および／またはシステム外の２つ以上のコントローラ６７０が使用されてもよい。ただし、典型的には、単一のコントローラ６７０が使用される。というのも、コントローラがそれ以上になると、コスト、スペース要件、および前記システム内のコントローラ−センサ間での通信の複雑性が増加するからである。コントローラ６７０は、各流路６２０内の各質量流量６８０の制御および各流路６２２内の各質量流量６８７の制御（これにより、共有流路６２１内の総質量流量６８５の制御）をそれぞれ行うように各弁６３０，６３１を個別に制御することが可能な構成とされる。この点に関しては、前記コントローラが、各弁６３０に弁制御信号６９０を送信するように構成されている。前記コントローラは、さらに、（前記質量流量制御部分に対応する前記第１のセットの流路のうちの）ｉ番目の流路について、制限体６５０に隣接した位置での下流側圧力Ｐｄ，ｉを、前述の式（１）および／または式（２）を用いて推定するように、かつ、（前記質量流量比制御部分に対応する前記第２のセットの流路のうちの）ｉ番目の流路について、前記制限体に隣接した位置での上流側圧力Ｐｕ，ｉを、前述の式（６）および／または式（７）を用いて推定するように構成されている。前記コントローラは、さらに、これらの下流側圧力計算値及び上流側圧力計算値ならびに上流側圧力検出値及び下流側圧力検出値のそれぞれを基に、前記流路内の質量流量を式（３）および／または式（４）もしくは式（５）に従って推定し得る。
【００６０】
共有圧力センサを（例えば、図６に示すように多流路質量流量・質量流量比制御システムの一部として）一つだけ使用するという構成は、例えば、自己校正や交差検証が可能となり得るので極めて有利である。
【００６１】
自己校正方法の一例は、下記のステップを含む：
（１）全ての上流側弁（流入弁）６３０を閉じて、全ての下流側弁（流出弁）６３１を開く；
（２）流路内のシステム圧力を（例えば、下流側弁６３１が開いた１つ又は複数の流路に１つ又は複数のポンプを直接又は間接的に接続することによって）排気するとともに共有圧力センサの読取値を監視する；
（３）前記システム圧力が所定の低圧閾値にまで低下すると、全ての下流側弁６３１を閉じる；
（４）流入側のｉ番目の質量流量流路について（例えば、図６に示す１番目のガス源からの）質量流量設定点を設定し、コントローラでｉ番目の上流側弁６３０を開いて質量流量（圧力ベースの流量センサで測定される質量流量Ｑｍ）が当該流量設定点に調整されるよう制御する；
（５）共有圧力センサで前記システム圧力を測定し、かつ、ガスの温度を測定する；
（６）圧力上昇量の手法によって、実際の質量流量Ｑａを計算する（すなわち、Ｑａ＝Ｖ×Ｔｓｔｐ×［ｄ（Ｐ／Ｔ）／ｄｔ］（式中、Ｖは、ｉ番目の上流側弁６３０と残り全ての下流側弁（なお、残り全ての弁が閉じていることを前提とする）との間にかけての総システム容積である。））；
（７）ｉ番目の上流側弁６３０を閉じるとともに全ての下流側弁を開き、前記システム圧力を排気する；
（８）所与の用途で想定される、ｉ番目の流路の全流量範囲をカバーするように、様々な流量設定点で（３）〜（７）を繰返し行う；
（９）実際の流量測定値（Ｑａ）および流量測定値（Ｑｍ）を、流入側のｉ番目の流路の校正データとして記憶する；
（１０）流入側の次の流路についても（１）〜（９）を行い、これを流入側の全ての流路が校正されるまで繰り返す；
（１１）全ての上流側弁６３０及び下流側弁６３１を閉じる；
（１２）ｊ番目の下流側弁（流出弁）６３１を開く；
（１３）流入側のｋ番目の流路に対して流量設定点を設定し、質量流量を安定化させる；
（１４）流入側のｋ番目の流路の流量測定値Ｑａおよび流出側のｊ番目の流路の流量測定値Ｑｍの両方を記憶する；
（１５）流出側のｋ番目の流路の全流量範囲がカバーされるように流入側のｊ番目の流路の流量設定点を様々なものにして、（１１）〜（１４）を繰返し行う；
（１６）実際の流量測定値（Ｑａ）および流量測定値（Ｑｍ）を、流出側のｊ番目の流路の校正データとして記憶する；
（１７）流入側の次の流路についても（１１）〜（１６）を行い、これを流出側の全ての流路が校正されるまで繰り返す。
【００６２】
交差検証方法の一例は、下記のステップを含む：
（１）全ての上流側弁６３０および下流側弁６３１を閉じる；
（２）流入側のｉ番目の流路に対して流量設定点を設定するとともにｊ番目の下流側弁を開く；
（３）流入側のｉ番目の流量測定値と流出側のｊ番目の流量測定値との流量差を比べる；
（４）前記流量差が所定の流量誤差閾値を上回る場合、流入側のｉ番目の流量測定値と流出側のｊ番目の流量測定値のいずれかが正確でない；
（５）流入側及び流出側の全ての流路について（１）〜（４）を繰返し行う。
【００６３】
前記流体制御システムは、一体的システムであり得る。すなわち、同システムの構成要素同士が、単一のハウジング又は筐体内に収まっている。典型的には、本明細書で説明する前記流体制御システムのハウジングに、少なくとも流体入力部及び流体出力部が設けられているとともに信号の入出力が可能とされている。これにより、当該一体的システムをより大規模なシステム内に組み込むことが可能となる。
【００６４】
複数の流路のうちの各流路が別々の一体的システムの一部とされてもよいし、一部又は全ての流路が同じ一体的システムの一部とされてもよい。典型的には、同じ一体的システムの一部とされる各流路について、その１つの弁、１つの流量制限体、および当該弁と当該流量制限体との間に位置した１つの流体圧力センサも、当該同じ一体的システムの一部とされ、場合によっては、その温度センサも当該同じ一体的システムの一部とされる。
【００６５】
一体的な流体制御システムでは、当該一体的システムの１つ又は複数の流路により、当該一体的システムにおける流入部から当該一体的システムにおける流出部まで流体が流れることが可能となっている。
【００６６】
前記流体制御システムは、１つ又は複数のコントローラを備え得る。しかしながら、典型的には、前記システムが、例えば図２〜図６に示したように組み込まれることが可能な単一のコントローラを備えている。当該コントローラは、システム外のものとされてもよい。本明細書で提示した一体的システムを複数制御するのに、システム外のコントローラを使用することが可能である。例えば、１つの弁、１つの流量制限体、および当該弁と当該流量制限体との間にある１つの圧力センサを（場合によっては、１つの温度センサも）それぞれ具備した複数の一体的システムを、システム外のコントローラで制御することが可能である。この総合的な流体制御システム構成により、優れた柔軟性が可能となる。例えば、対象となる場所にシステム外のコントローラ及びシステム外の共有圧力センサを具備し既に存在している流体制御システムについて、これに簡単な変更を加えるだけで、システム全体から所与の一体的システムを追加したり取り外したり入れ替えたりするという構成が可能となる。
【００６７】
本明細書で提示する本提示の流体制御システムや流体制御方法では、市販のコントローラを使用することが可能である。ただし、当該コントローラ及び通信システムは、本明細書で提示したような流体制御システムの動作が可能となるように構成する必要がある。
【００６８】
また、具体的な用途要件にもよるが、当該技術分野において既知のものである市販の弁、圧力センサ、流路、および通信システムを選択することも可能である。
【００６９】
前記流体制御システムは、複数（例えば、２つ以上、５つ以上、８つ以上等）の流路を備える。典型的には、全ての流路同士が、共有流路を形成するように（すなわち、動作のあいだ流体接続可能となるように）繋がっている。全ての流路が単一の共有流路へと繋げられた一体的な流体制御システムは、例えば、図２（システム２００）、図３（システム３００）、図４（システム４０５）、図５（システム５０５）および図６（システム６００）に描かれている。
【００７０】
典型的には、弁と流量制限体との間にある流路圧力センサは、当該流量制限体に最大限近い位置で流路内の流体の圧力を検出するのが望ましい。すなわち、圧力が検出される位置と流量制限体（より具体的には、流体が流量制限体に出入りする位置）との間の距離が実用上可能な限り近いのが望ましい。しかしながら、この距離は長くなってもよい。ただし、流量の測定結果の正確性は低下する。典型的には、この距離は、流体が流れる管の直径未満とされる。本提示の流体制御システムは、さらに、共有流路における流体圧力を当該システムの各流路に対応する流量制限体から離れた位置で検出するように構成された共有圧力センサを備えている。多流路システムでは、この圧力センサが、共有流路に又は共有流路に沿って設置され得る。共有圧力センサを離れたところで使用することにより、例えば図３や図５に示すように当該圧力センサを一体的な多流路システムのシステム外とすることができる。しかしながら、流量の測定や制御を正確に行うには、各流路の流量制限体での圧力低下を求める必要がある。典型的には、共有圧力が検出される位置と各流量制限体（より具体的には、流体が流量制限体に出入りする位置）との間の距離が実用上可能な限り近いのが望ましい。本提示の流体制御システムによれば、各流量制限体までのこの距離を、所与の流路についての流路圧力センサと流量制限体との間の距離よりも遥かに大きく取ることが可能となる。例えば、この距離は、流体が流れる管の直径よりも大きく取ることができる。
【００７１】
本提示の流体制御システムでは、従来技術からの既知のものである市販の流量制限体を使用することが可能である。好適な流量制限体には、ノズル、オリフィス、層流素子および多孔質体が含まれるが、これらに限定されない。
【００７２】
前記流体制御システムの流路は、温度センサを具備し得る。典型的には、各流路が、当該流路のうちの弁と流量制限体との間の位置で流体温度を検出する温度センサを具備している。これは、複数の各流路を流れる流体（典型的には、ガス）同士が別々の温度とされる用途において極めて重要となる。しかしながら、前記複数の流路（及び／又は第２の複数の流路）のうちの一部又は全ての流路が同じ温度とされる場合には、必要となる温度センサの数が減らされてもよい。例えば、ガスが流れている最中の流路を含め、一部又は全ての流路を同じ温度に維持する場合、これらの流路（あるいは、一体的システム全体）の維持目標となる温度を測定する１つ又は複数の（但し、各流路につき１つ未満の）温度センサが使用され得る。
【００７３】
さらなる実施形態では、流体制御方法が提供される。当該流体制御方法では、本明細書で説明した任意の流体制御システムが使用され得る。
【００７４】
さらなる実施形態では、前記多流路質量流量制御システム（例えば、図２、図３等に示したもの）、および対応する流体制御方法により、前記複数の流路の各流路内の質量流量を質量流量設定点に調整するよう流入弁（例えば、弁２３０、弁３３０等）を個別に制御することが可能である。図７は、このような制御を可能にする方法の例示的なフロー図である。当該方法は、ステップ７１０にて、ホストコントローラ（典型的には、全流路で共有するホストコントローラ；例えば、２１５、３１５等）から流量設定点を（典型的には、前記複数の流路の各流路ごとに）受け取るか又は当該流量設定点の更新を受けることを含む。前記方法は、さらに、ステップ７２０にて、（例えば、圧力センサ２４０、３４０等による）全ての上流側圧力、（例えば、共有圧力センサ２６０、３６０等による位置２２４、３２４等での）下流側共有圧力、および（前記複数の流路の各流路が別々の温度とされる場合に）全ての温度を測定することを含む（典型的には各流路が温度センサを具備しており、通常、当該温度センサは流路の弁と流量制限体との間で流体温度を検出する；反対に、一部の流路同士が同じ温度にされる場合には、必要となる流路が減らされてもよい；実施形態によっては、温度センサがシステム外のものとされてもよい）。ステップ７２０にて測定された情報を基に、各流路の質量流量が前述のようにして計算され得る。さらに、これらの質量流量計算値を基に、全ての下流側圧力が計算され得る（ステップ７４０を参照のこと）。ステップ７３０及びステップ７４０は、設定された収束閾値に収束するまで繰り返される（７５０を参照のこと）。典型的には、ステップ７３０およびステップ７４０（したがって、７５０）は、コントローラ（例えば、２１５、３１５等）が測定情報を受け取り詳細に既述した内容の計算を実行することによって行われる。ステップ７６０にて、これらの流量測定結果が前記コントローラに供給されることで全ての流入弁制御信号が生成され、ステップ７７０にて、流量を設定点に調整するように前記コントローラがこれらの流入弁制御信号に基づいて前記流入弁を制御する。
【００７５】
さらなる実施形態では、前記多流路質量流量比制御システム（例えば、図４、図５等に示したもの）、および対応する流体制御方法により、前記複数の流路の各流路内の質量流量を質量流量設定点に調整するよう流出弁（例えば、弁４３０、弁５３０等）を個別に制御することが可能である。図８は、このような制御を可能にする方法の例示的なフロー図である。当該方法は、ステップ８１０にて、ホストコントローラ（典型的には、全流路で共有するホストコントローラ；例えば、４０５、５０５等）から流量比設定点を（典型的には、前記複数の流路の各流路ごとに）受け取るか又は当該流量比設定点の更新を受けることを含む。前記方法は、さらに、ステップ８２０にて、（例えば、圧力センサ４４０、５４０等による）全ての下流側圧力、（例えば、共有圧力センサ４６０、５６０等による位置４２４、５２４等での）上流側共有圧力、および（前記複数の流路の各流路が別々の温度とされる場合に）全ての温度を測定することを含む（典型的には各流路が温度センサを具備しており、通常、当該温度センサは流路の弁と流量制限体との間で流体温度を検出する；反対に、一部の流路同士が同じ温度にされる場合には、必要となる流路が減らされてもよい；実施形態によっては（例えば、一体的システム全体が所与の温度に維持される場合）、温度センサがシステム外のものとされてもよい）。ステップ８２０にて測定された情報を基に、各流路の質量流量が前述のようにして計算され得る。さらに、これらの質量流量計算値を基に、全ての上流側圧力が計算され得る（ステップ８４０を参照のこと）。ステップ８３０及びステップ８４０は、設定された収束閾値に収束するまで繰り返される（８５０を参照のこと）。典型的には、ステップ８３０およびステップ８４０（したがって、８５０）は、コントローラ（例えば、４０５、５０５等）が測定情報を受け取り詳細に既述した内容の計算を実行することによって行われる。ステップ８６０にて、これらの流量測定結果が前記コントローラに供給されることで全ての流出弁制御信号が生成され、ステップ８７０にて、流量を目標の流量比設定点に調整するように前記コントローラがこれらの流出弁制御信号に基づいて前記流出弁を制御する。
【００７６】
さらなる実施形態では、前記多流路質量流量・質量流量比制御システム（例えば、図６に示したもの）、および対応する流体制御方法により、前記複数の流路の各流路内の質量流量を質量流量設定点に調整するよう流入弁（例えば、弁６３０）及び流出弁（例えば、弁６３１）を個別に制御することが可能である。前記システムのうちの質量流量制御部分は図７のフロー図に示した方法を用い得て、前記システムのうちの質量流量比制御部分は図８のフロー図に示した方法を用い得る。当該システムでは、前記共有圧力が、前記質量流量制御部分にとっての前記下流側圧力となり且つ前記質量流量制御システムにとっての前記上流側圧力となる。
【００７７】
本願の流体制御システムは単純にハードウェアであってもよいが、一般的には、データプロセッサ、対応するメモリ、および入出力装置を備えたハードウェアシステム上のソフトウェアにより（典型的には、前記コントローラに実装されたソフトウェアとして）、本願の流体制御方法が実現される。プロセッサルーチン（例えば、本明細書で説明した計算や方法工程に対応するルーチンを含む、本明細書で説明したコントローラのプロセッサルーチン）及びデータは、コンピュータプログラムプロダクトとしての非過渡的なコンピュータ読取り可能媒体に記憶されたものであり得る。
【００７８】
本明細書で引用した全ての特許、特許出願公開公報および刊行物の全教示内容は、参照をもって取り入れたものとする。
【００７９】
例示的な実施形態を参照しながら本発明を具体的に図示・説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含された本発明の範囲を逸脱しない範疇で形態や細部に様々な変更が施されてもよいことを理解するであろう。
【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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【国際調査報告】
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