(57)【要約】  流体制御装置は、流体制御モジュールと外部制御モジュールとを備えており、流体制御モジュールは、流路上の制御バルブと、制御バルブを駆動するバルブ駆動回路と、流路上の流体測定器と、流体測定器から出力される信号を処理する第１のプロセッサとを有し、外部制御モジュールは、第１のプロセッサが出力した信号を処理する第２のプロセッサを有し、第２のプロセッサは、第１のプロセッサから出力される流体測定器の信号に応じてバルブ制御信号を出力し、バルブ制御信号は第１のプロセッサを介さずにバルブ駆動回路に直接入力され、バルブ駆動回路は第２プロセッサからのバルブ制御信号に応じて制御バルブを駆動する駆動電圧を出力する。
2017188129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体制御モジュールと外部制御モジュールとを備える流体制御装置であって、
前記流体制御モジュールは、
流路と、
前記流路上の制御バルブと、
前記制御バルブを駆動するバルブ駆動回路と、
前記流路上に設けられる流体測定器と、
前記流体測定器から出力される信号を処理する第１のプロセッサと、を有し、
前記外部制御モジュールは、前記第１のプロセッサが出力した信号を処理する第２のプロセッサ、を有し、
前記第２のプロセッサは、前記第１のプロセッサから出力される前記流体測定器の信号に応じてバルブ制御信号を出力し、前記バルブ制御信号は前記第１のプロセッサを介することなく前記バルブ駆動回路に直接入力され、前記バルブ駆動回路は前記第２プロセッサからの前記バルブ制御信号に応じて前記制御バルブを駆動する駆動電圧を出力する、流体制御装置。
【請求項２】
前記流体測定器からの信号は、前記外部制御モジュールへ出力される前にＡ／Ｄ変換されている、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記第２のプロセッサは、前記バルブ制御信号としてＰＷＭ信号を生成し、
前記バルブ駆動回路は、前記ＰＷＭ信号のデューティー比に応じた駆動電圧を生成する、請求項１または２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記制御バルブはピエゾ素子駆動型バルブであり、前記バルブ駆動回路は前記バルブ制御信号に基づいてピエゾアクチュエータを昇圧または降圧させる、請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記流体制御モジュールと、前記外部制御モジュールとは、それぞれ、差動伝送インターフェース部を備えており、複数のケーブルを介して差動伝送方式でデジタル通信される、請求項１から４のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記第２のプロセッサは、外部装置からの情報信号を受け取るように構成されており、前記外部制御モジュールと前記外部装置との通信はＥｔｈｅｒＣＡＴによって行われ、前記外部制御モジュールにはＲＪ４５コネクタが設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記流体制御モジュールにはメモリが設けられており、前記メモリには前記流体制御モジュールに関連付けられた個体情報が格納されており、前記第２のプロセッサは、前記個体情報を読み出し可能である、請求項１から６のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記流体測定器は、流量センサ、または、圧力センサである、請求項１から７のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記流体測定器は、前記流路上に設けられた絞り部と、前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサとを含む、請求項１から８のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１０】
前記流体制御モジュールは、前記制御バルブと前記絞り部との間のガス温度を測定するための温度センサをさらに備える、請求項９に記載の流体制御装置。
【請求項１１】
前記流体制御モジュールは、前記絞り部としてのオリフィス部材を含むオリフィス内蔵弁と、前記オリフィス内蔵弁に接続された電磁弁および前記電磁弁の駆動回路とを含み、前記外部制御モジュールは、前記電磁弁の開閉を制御する信号を前記第１のプロセッサを介さずに直接的に前記電磁弁の駆動回路に出力する、請求項９または１０に記載の流体制御装置。
【請求項１２】
１つの共通ガス供給ラインと、前記１つの共通ガス供給ラインに対して並列に配置された複数のガス供給ラインとを備え、前記複数のガス供給ラインのそれぞれに、請求項１から１１のいずれかに記載の流体制御装置が、前記流体制御モジュールと前記外部制御モジュールとが１対１の関係をなすようにして設けられている、流体制御システム。
【請求項１３】
第１のプロセッサを有する流体制御モジュールと、第２のプロセッサを有する外部制御モジュールとを備える流体制御装置の制御方法であって、
前記流体制御モジュールに設けられた流量測定器から、流量の信号を出力するステップと、
前記流量測定器から出力された流量の信号を、前記第１のプロセッサを介して前記第２のプロセッサに出力するステップと、
前記出力された流量の信号に基づいて第２のプロセッサがバルブ制御信号を出力するステップと、
前記出力されたバルブ制御信号を前記第１のプロセッサを介さずに前記流体制御モジュールに配置されたバルブ駆動回路に出力するステップと、
前記バルブ制御信号に基づいて、前記バルブ駆動回路が駆動電圧を出力し、流路上に設置された制御バルブを駆動するステップと、を含む、流体制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御装置、流体制御装置の制御方法、および流体制御システムに関し、特に、小型化に対応した流体制御装置およびその制御方法ならびにそれを備えた流体制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や化学プラントにおいて、原料ガスやエッチングガス等の流体を制御するために、種々のタイプの流量計や圧力計および流体制御装置が利用されている。このなかで圧力式流量制御装置は、ピエゾ素子駆動型の制御弁と絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な機構によって各種流体の流量を高精度に制御することができるので広く利用されている。【０００３】
圧力式流量制御装置では、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（Ｐ１：絞り部上流側のガス圧力、Ｐ２：絞り部下流側のガス圧力）を満たすとき、絞り部を通過するガスの流量は、下流圧力Ｐ２によらず上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流体制御を行っている。臨界膨張条件はガスの種類や温度によって異なる。臨界膨張条件を満たすとき、流量Ｑｃは、例えば次の式によって与えられる。【０００４】
Ｑｃ＝Ｓ・Ｃ・Ｐ１／Ｔ１1/2
ここで、Ｓはオリフィス断面積、Ｃはガス物性によって決まる定数（フローファクタ）、Ｔ１は上流ガス温度である。上記式から、流量Ｑｃは上流圧力Ｐ１に比例することがわかる。このため、オリフィス上流側に設けた制御弁の開閉調整等により上流圧力Ｐ１を制御するだけで、下流に流れるガスの流量を高精度に制御することができる。【０００５】
また、絞り部上流側だけでなく、絞り部下流側にも圧力センサを設けた圧力式流量制御装置が知られている。このような圧力式流量制御装置では、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が小さく、上記の臨界膨張条件を満足しない場合であっても、所定の計算式Ｑｃ＝ＫＰ２m（Ｐ１−Ｐ２）n（ここでＫは流体の種類と流体温度に依存する比例定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）に基づいて流量Ｑｃを算出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１０７８７１号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体製造に用いられるプロセスガスの種類は年々増加する傾向にあり、これに伴って、ガス供給ラインの数および用いられる流体制御装置の数も多くなってきている。しかし、半導体製造装置には種々の機器が接続されており、半導体製造装置の近傍に多数の流体制御装置を設置するスペースを確保することが困難である。そこで、近年、従来に比べて大幅にスリム化した極薄型（例えば１０ｍｍ幅程度）の流体制御装置の開発が進められている。【０００８】
特許文献１には、複数の流量計測器に対して、これらをまとめて管理する制御機器が取り付けられた流量制御システムが開示されている。特許文献１に記載の流量制御システムにおいては、複数の流量計測器の構成の一部を共通化して制御機器に持たせることによって、流量計測器それぞれの厚さを薄くしている。また、流量計測器のそれぞれには関連する流量算出関連データが格納されており、流量計測器の格納部から取得した流量算出関連データと計測データとを用いて制御機器が流量測定値を算出している。【０００９】
また、特許文献２には、流量制御装置の小型化を実現するために、流量制御装置とユーザ情報処理装置との間に介在する中継器を介して、診断用データを診断用装置に送信する構成が記載されている。【００１０】
しかし、流量制御装置を可能な限り薄型化したとしても、これに接続される制御機器を半導体製造装置の近傍に設けると、設置スペースを十分に削減できないことがある。例えば、上述した上流圧力センサと下流圧力センサとを備えた圧力式流量制御装置では、内部素子の小型化に限界があるため、半導体製造装置の近傍に制御機器用のスペースまで確保することが容易ではない。【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型・薄型化に対応可能な流体制御装置およびその制御方法ならびにそれを備えた流体制御システムを提供することをその主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態による流体制御装置は、流体制御モジュールと外部制御モジュールとを備える流体制御装置であって、前記流体制御モジュールは、流路と、前記流路上の制御バルブと、前記制御バルブを駆動するバルブ駆動回路と、前記流路上に設けられる流体測定器と、前記流体測定器から出力される信号を処理する第１のプロセッサと、を有し、前記外部制御モジュールは、前記第１のプロセッサが出力した信号を処理する第２のプロセッサ、を有し、前記第２のプロセッサは、前記第１のプロセッサから出力される前記流体測定器の信号に応じてバルブ制御信号を出力し、前記バルブ制御信号は前記第１のプロセッサを介することなく前記バルブ駆動回路に直接入力され、前記バルブ駆動回路は前記第２プロセッサからの前記バルブ制御信号に応じて前記制御バルブを駆動する駆動電圧を出力する。【００１３】
ある実施形態において、前記流体測定器からの信号は、前記外部制御モジュールへ出力される前にＡ／Ｄ変換されている。【００１４】
ある実施形態において、前記第２のプロセッサは、バルブ制御信号としてＰＷＭ信号を生成し、前記バルブ駆動回路は、前記ＰＷＭ信号のデューティー比に応じた駆動電圧を生成する。【００１５】
ある実施形態において、前記制御バルブはピエゾ素子駆動型バルブであり、前記バルブ駆動回路は前記バルブ制御信号に基づいてピエゾアクチュエータを昇圧または降圧させる。【００１６】
ある実施形態において、前記流体制御モジュールと、前記外部制御モジュールとは、それぞれ、差動伝送インターフェース部を備えており、複数のケーブルを介して差動伝送方式でデジタル通信される。【００１７】
ある実施形態において、前記第２のプロセッサは、外部装置からの情報信号を受け取るように構成されており、前記外部制御モジュールと前記外部装置との通信はＥｔｈｅｒＣＡＴによって行われ、前記外部制御モジュールにはＲＪ４５コネクタが設けられている。【００１８】
ある実施形態において、前記流体制御モジュールにはメモリが設けられており、前記メモリには前記流体制御モジュールに関連付けられた個体情報が格納されており、前記第２のプロセッサは、前記個体情報を読み出し可能である。【００１９】
ある実施形態において、前記流体測定器は、流量センサ、または、圧力センサである。【００２０】
ある実施形態において、前記流体測定器は、前記流路上に設けられた絞り部と、前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサとを含む。【００２１】
ある実施形態において、前記流体制御モジュールは、前記制御バルブと前記絞り部との間のガス温度を測定するための温度センサをさらに備える。【００２２】
ある実施形態において、前記流体制御モジュールは、前記絞り部としてのオリフィス部材を含むオリフィス内蔵弁と、前記オリフィス内蔵弁に接続された電磁弁および前記電磁弁の駆動回路を含み、前記外部制御モジュールは、前記電磁弁の開閉を制御する信号を前記第１のプロセッサを介さずに直接的に前記電磁弁の駆動回路に出力する。【００２３】
本発明の実施形態による流体制御システムにおいて、１つの共通ガス供給ラインに対して複数のガス供給ラインが並列に設けられ、前記複数のガス供給ラインのそれぞれに、上記いずれかの流体制御装置が、前記流体制御モジュールと前記外部制御モジュールとが１対１の関係をなすようにして設けられている。【００２４】
また、ある実施形態において、流体制御装置は、流路と、流体制御用の制御バルブと、前記制御バルブの開閉度を制御するバルブ駆動回路と、前記流路上に設けられた流体測定器と、前記流体測定器からの出力を受け取る第１のプロセッサとを有する流体制御モジュールと、前記流体制御モジュールと分離して配置され、前記流体制御モジュールと複数のケーブルを介して通信可能に接続された外部制御モジュールであって、前記第１のプロセッサからの信号を受け取るように構成された第２のプロセッサを有し、前記第２のプロセッサによって生成された情報信号を外部装置に出力する、または、外部装置からの情報信号を前記第２のプロセッサに入力するように構成された外部制御モジュールとを備え、前記第２のプロセッサは、前記第１のプロセッサから前記流体測定器の信号を受け取り、前記流体測定器の前記信号に基づいてバルブ制御信号を生成し、前記バルブ制御信号は、前記第１のプロセッサを介することなく前記バルブ駆動回路に直接的に入力され、前記バルブ駆動回路において駆動電圧に変換されて前記制御バルブが駆動される。【００２５】
本発明の実施形態による流体制御装置の制御方法は、第１のプロセッサを有する流体制御モジュールと、第２のプロセッサを有する外部制御モジュールとを備える流体制御装置の制御方法であって、前記流体制御モジュールに設けられた流量測定器から、流量の信号を出力するステップと、前記流量測定器から出力された流量の信号を、前記第１のプロセッサを介して前記第２のプロセッサに出力するステップと、前記出力された流量の信号に基づいて第２のプロセッサがバルブ制御信号を出力するステップと、前記出力されたバルブ制御信号を前記第１のプロセッサを介さずに前記流体制御モジュールに配置されたバルブ駆動回路に出力するステップと、前記バルブ制御信号に基づいて、前記バルブ駆動回路が駆動電圧を出力し、流路上に設置された制御バルブを駆動するステップとを含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施形態によれば、小型薄型化に対応した流体制御装置を提供することができ、また、制御の安全性が確保された安全設計の流体制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による流体制御装置が半導体製造装置に接続された態様を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による流体制御装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による流体制御装置を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態によるピエゾ駆動回路の一例を示す図である。
【図５】ピエゾ駆動回路に与えられるパルス信号（デジタル信号）のデューティー比と、ピエゾ素子に印加される駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態による流体制御装置を構成する外部制御モジュールの外装に設けられたコネクタなどを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による流体制御装置が組み込まれた流体制御システムを示す。図１に示す流体制御システムでは、半導体製造装置のプロセスチャンバ３に接続された１つの共通ガス供給ラインに対して、ｎ本のガス供給ライン２が並列に設けられており、ｎ本のガス供給ライン２に対応するｎ個の流体制御装置１０が設けられている。
【００３０】
ガス供給ライン２のそれぞれにおいて、ガスソース１からのガス（原料ガスやエッチングガスなど）が、流体制御装置１０によって流量や圧力が制御されてプロセスチャンバ３へと供給される。プロセスチャンバ３には真空ポンプ４が接続されており、半導体製造プロセス時にはプロセスチャンバ３内を真空引きすることができる。また、ガス供給ライン２のそれぞれには下流弁（開閉弁）Ｖｎが設けられており、開状態にされた下流弁Ｖｎを介して必要なガスだけがプロセスチャンバ３へと供給される。
【００３１】
本実施形態において、複数の流体制御装置１０のそれぞれは、流体制御モジュールＦＣｎと、外部制御モジュールＥｎとを１対１の関係で備えている。流体制御モジュールＦＣｎと外部制御モジュールＥｎとは互いに分離して配置されており、これらは高速デジタル通信用ケーブルＣｎによって接続されている。ケーブルＣｎは、例えば０．５ｍ〜３ｍの長さを有しており、これにより、プロセスチャンバ３の近傍に設置された流体制御モジュールＦＣｎと離れた位置に、外部制御モジュールＥｎを設置することが可能になる。
【００３２】
また、外部制御モジュールＥ１〜Ｅｎは、情報処理装置（外部装置）５に対してＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）によってネットワーク接続されている。外部制御モジュールＥ１〜Ｅｎには、ＥｔｈｅｒＣＡＴに対応したＲＪ４５コネクタ１０ａが設けられており、これに接続されたＥｔｈｅｒＣＡＴケーブルを介して情報処理装置５と通信を行うことができる。情報処理装置５は、例えば、ユーザ入力装置を備えた汎用のコンピュータなどであってよい。
【００３３】
図２は、一対の流体制御モジュールＦＣおよび外部制御モジュールＥを示す図である。流体制御モジュールＦＣと外部制御モジュールＥとは、図１を参照して説明したように、デジタル通信用ケーブルＣｎによって接続されており、より具体的には、それぞれに設けられたＬＶＤＳ（Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）インターフェース部２５、３５を介して、差動伝送方式でデジタル信号の通信を行っている。
【００３４】
ＬＶＤＳは、高速なデータ伝送を行うことができるという特長を有し、さらに、長距離伝送をノイズを抑制しながら行うことができるという特長を有している。このため、ＬＶＤＳを用いれば、流体制御モジュールＦＣと外部制御モジュールＥとを離して設けたときにも、相互間で信頼性高く高速な通信を実現することができる。
【００３５】
上記の構成において、流体制御モジュールＦＣはガス流路１１を有しており、ガス流路に介在する絞り部１４と、絞り部１４の上流側に設けられた第１圧力センサＰ１および温度センサＴと、第１圧力センサＰ１の上流側に設けられた制御バルブ１２と、絞り部１４の下流側に設けられた第２圧力センサＰ２とを備える。第１圧力センサＰ１は、制御バルブ１２と絞り部１４との間の流路の圧力を測定することができ、第２圧力センサＰ２は、絞り部１４の下流側（例えば絞り部１４と下流バルブＶｎ（図１参照）との間の流路）の圧力を測定することができる。
【００３６】
本実施形態では、流体制御モジュールＦＣが圧力式流量制御装置と同様の構成を有しており、流路に設けられた流体測定器として、第１圧力センサＰ１および第２圧力センサＰ２を備えている。ただし、これに限られず、流体制御モジュールＦＣは、第１および第２圧力センサＰ１に代えて、あるいは、第１および第２圧力センサＰ１に追加して、他の態様の流体測定器（例えば、流量センサ）を備える構成を有していもよい。
【００３７】
また、図示する流体制御モジュールＦＣには、絞り部１４と一体的に形成されたオリフィス内蔵弁１６が設けられており、オリフィス内蔵弁１６には電磁弁１８が接続されている。オリフィス内蔵弁１６は、典型的には流体動作弁（ＡＯＶなど）から構成される開閉弁であり、電磁弁１８を用いてオリフィス内蔵弁１６への作動（駆動）流体の供給を制御することによってオリフィス内蔵弁１６が開閉される。オリフィス内蔵弁１６によって、例えば、間歇的なガスフローを達成したり、プロセスチャンバへの高速確実なガス遮断動作を行うことが可能である。本実施形態では、絞り部１４は、オリフィス内蔵弁１６が有するオリフィス部材によって実現されているが、これに限られず、オリフィス内蔵弁１６に代えてオリフィスプレートや臨界ノズルなどの絞り部が弁と独立して設けられた態様であってもよい。
【００３８】
流体制御モジュールＦＣにおいて、流路は配管によって形成されるものの他に、金属製ブロックに設けられた孔として形成されていてよい。第１圧力センサＰ１および第２圧力センサＰ２は、例えば、シリコン単結晶のセンサチップとダイヤフラムとを内蔵する圧力センサであってよい。温度センサは、例えばサーミスタであってよい。制御バルブ１２は、例えば金属製ダイヤフラムバルブ１２ａと、駆動部としてのピエゾアクチュエータ１２ｂとから構成されるピエゾ駆動型バルブであってよい。
【００３９】
また、流体制御モジュールＦＣは回路基板を有しており、この回路基板には、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換回路）２２、小型プロセッサ（第１のプロセッサ）２０、メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）２４、ＬＶＤＳインターフェイス部２５が設けられている。この構成において、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２および温度センサＴの出力（すなわち、流体測定器の出力）がＡ／Ｄ変換器２２に入力され、デジタル信号に変換されて小型プロセッサ２０に入力される。小型プロセッサ２０は、ＬＶＤＳインターフェイス部２５および第１ケーブルＬ１を介して、データ信号ＳＤを外部制御モジュールＥに出力することが可能である。
【００４０】
なお、流体測定器は種々の構成を取り得るが、本明細書において、流体測定器の出力とは、デジタル信号等の信号の他、電圧等も含み、流体測定器から出される全てを含むものとする。また、図２にはＡ／Ｄ変換器２２と小型プロセッサ２０とが分けられた態様を示しているが、Ａ／Ｄ変換器２２は小型プロセッサ２０に内蔵されていてもよい。この場合、流体測定器からの出力は、小型プロセッサ内のＡ／Ｄ変換器を介してデジタル信号として処理部に入力される。
【００４１】
また、流体制御モジュールＦＣの回路基板には、制御バルブ１２を制御するためのバルブ駆動回路２６と、電磁弁１８を制御するための電磁弁駆動回路２８とが設けられている。ただし、バルブ駆動回路２６および電磁弁駆動回路２８は、上記の小型プロセッサ２０には接続されておらず、後述するように外部制御モジュールＥから、直接的にデジタルのバルブ制御信号ＳＶ１、ＳＶ２を受け取るように構成されている。
【００４２】
一方、外部制御モジュールＥの回路基板には、流体制御モジュールＦＣの小型プロセッサ２０からＬＶＤＳインターフェイス部３５を介してデジタルデータ信号ＳＤを受け取るように構成された通信／制御プロセッサ（第２のプロセッサ）３０と、ＥｔｈｅｒＣＡＴ通信回路３２とが設けられている。また、図示するように、外部制御モジュールＥには、外部電源（例えば、ＤＣ２４Ｖ）に接続される電源回路３４も設けられている。
【００４３】
図３は、図２に示した流体制御モジュールＦＣおよび外部制御モジュールＥにおける基板上の具体的な回路構成例を示す図である。流体制御モジュールＦＣの回路基板において、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換回路）２２、小型プロセッサ（第１のプロセッサ）２０、メモリ２４、ＬＶＤＳインターフェイス部２５が設けられ、外部制御モジュールＥの回路基板において、通信／制御プロセッサ３０、ＥｔｈｅｒＣＡＴ通信回路３２、ＬＶＤＳインターフェイス部３５、電源回路３４が設けられている。
【００４４】
図２および図３を参照してわかるように、本実施形態の流体制御装置１０において、流体制御モジュールＦＣと外部制御モジュールＥとは、複数のデジタル通信用ケーブルＬ１〜Ｌ３および電源ケーブルＬ４によって接続されている。より具体的には、小型プロセッサ２０と通信／制御プロセッサ３０との間でデータ信号の伝送を行うための第１ケーブルＬ１と、通信／制御プロセッサ３０からバルブ駆動回路（ここではピエゾ駆動回路）２６への流量制御信号の伝送を行うための第２ケーブルＬ２と、通信／制御プロセッサ３０から電磁弁駆動回路２８への開閉信号の伝送を行うの第３ケーブルＬ３と、電源回路３４から流体制御モジュールＦＣに所定電圧での電力供給を行うための電源ケーブルＬ４とによって接続されている。
【００４５】
この構成において、通信／制御プロセッサ３０は、第１ケーブルＬ１を介して小型プロセッサ２０からデジタルの圧力信号や温度信号を受け取ることができる。また、通信／制御プロセッサ３０は、流体制御モジュールＦＣのメモリ（ここではＥＥＰＲＯＭ）２４に格納された流体制御モジュール個体情報も小型プロセッサ２０および第１ケーブルＬ１を介して受け取ることができる。第１ケーブルＬ１としては、双方向高速デジタル通信を行うために、例えば、長さ０．５〜３ｍの適宜のケーブルを用いることができる。
【００４６】
なお、メモリ２４に格納され、プロセッサ２０の制御のもとに通信／制御プロセッサ３０から読み出される流体制御モジュール個体情報には、例えば、シリアルナンバー、流量レンジ、流量補正、圧力センサの温度特性等が含まれる。通信／制御プロセッサ３０は、読み出した流体制御モジュール個体情報を用いて、現在流量を適切に算出することができる。
【００４７】
通信／制御プロセッサ３０は、受け取った圧力信号、温度信号、流体制御モジュール個体情報に基づいて、デジタルの流量制御信号を生成する。より具体的には、通信／制御プロセッサ３０は、まず、圧力信号、温度信号などの入力されたデータ信号に基づいて現在の流量を算出する。流量は、例えば、臨界膨張条件を満たしているときには上流圧力およびガス温度に基づいて、臨界膨張条件を満たしていないるときには上流圧力、下流圧力およびガス温度に基づいて、上述した所定の計算式により求めることができる。この算出過程で、流体制御モジュール個体情報を用いて補正を行うことで、当該流体制御モジュールにおける流量をより正確に算出することができる。
【００４８】
通信／制御プロセッサ３０は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ通信回路３２を介して外部装置から設定流量信号を受け取り、算出した現在流量（演算流量）と設定流量とを比較し、その差分をなくすようにバルブ制御信号を生成する。
【００４９】
ここで、通信／制御プロセッサ３０は、バルブ制御信号として、パルス幅変調されたデジタル信号であるＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、設定流量と演算流量との比較に基づいて、設定流量と演算流量とが一致するようなフィードバック制御により、ＰＷＭ信号のデューティー比を調節する、というようにして生成することができる。
【００５０】
生成されたＰＷＭ信号は、ＬＶＤＳインターフェース部３５を介して、第２ケーブルＬ２によって流体制御モジュールＦＣに伝送され、ＬＶＤＳインターフェース部２５を経てバルブ駆動回路２６に入力される。このように、バルブ制御信号（ＰＷＭ信号）は、小型プロセッサ２５を介することなく、また、第１ケーブルＬ１とは異なる第２ケーブルＬ２によってバルブ駆動回路２６に直接的に入力される。第２ケーブルＬ２としては、例えば、長さ０．５〜３ｍの適宜のケーブルを用いることができる。
【００５１】
バルブ駆動回路２６は、受け取ったバルブ制御信号に基づいてピエゾアクチュエータの昇圧／降圧を行う。図４は、バルブ駆動回路２６の構成例を示す回路図であり、本実施形態では、バルブ駆動回路２６は、チョッパ式昇圧／降圧コンバータによって構成されている。
【００５２】
チョッパ式昇圧コンバータでは、電源用トランジスタ（ＦＥＴ０）がオン状態に維持されて電力供給されている状態で、昇圧用トランジスタ（ＦＥＴ１）がオンの時、リアクトル（Ｌ）にエネルギーが蓄えられ、オフのときに蓄えられたエネルギーが入力電圧に重畳して出力される。そして、出力された電圧によってピエゾアクチュエータのコンデンサが充電され、この充電量に応じた駆動電圧に設定される。
【００５３】
上記回路において、昇圧用トランジスタ（ＦＥＴ１）のゲートにバルブ制御信号としてのＰＷＭ信号が入力され、このＰＷＭ信号のデューティー比が大きいほど、リアクトルに蓄積されるエネルギーの量が多くなる。その結果、昇圧用トランジスタ（ＦＥＴ１）のオン−オフ繰り返しとともにデューティー比に応じた昇圧が実現され、ピエゾアクチュエータの駆動電圧が上昇する。同様に、ピエゾアクチュエータの駆動電圧を低下させたいときには、デューティー比の小さいＰＷＭ信号を図示する降圧用トランジスタ（ＦＥＴ２）のゲートに入力することによって、デューティー比に応じたピエゾアクチュエータの降圧を行うことができる。
【００５４】
図５は、外部制御モジュールＥから出力されバルブ駆動回路２６で受け取られるＰＷＭ信号のデューティー比と、ピエゾアクチュエータに印加される駆動電圧との関係を示すグラフである。図５からわかるように、ＰＷＭ信号のデューティー比に略比例するようピエゾアクチュエータの駆動電圧が設定されることがわかる。したがって、所望するピエゾアクチュエータの駆動電圧（すなわち、ピエゾ駆動バルブの開閉度）に対応するデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力することにより、外部制御モジュールＥが制御バルブ１２の開閉動作を直接的に制御することができる。なお、バルブ駆動回路２６はアナログ回路であり、ＰＷＭ信号のディーティー比とバルブ駆動電圧との関係も流体制御モジュールＦＣの個体によって違うものであり得る。このため、上記関係を示す情報も個体情報としてメモリ２４に格納しておき、必要に応じて外部制御モジュールＥが読み出すようにしてもよい。
【００５５】
再び図２および図３を参照して、本実施形態の外部制御モジュールＥの制御／通信プロセッサ３０は、第３ケーブルＬ３を介して、電磁弁駆動回路２８に対しデジタルの開閉信号ＳＶ２を直接的に出力する。すなわち、電磁弁１８の開閉動作は、流体制御モジュールＦＣに設けられた小型プロセッサ２０を介さずに、外部制御モジュールＥによって直接的に制御される。
【００５６】
以上のように構成された流体制御装置１０において、流体制御モジュールＦＣの小型プロセッサ２５は、第１および第２圧力センサや温度センサからの出力の伝送制御や、メモリに格納された個体情報の伝送制御を行えば足りる。このため、回路基板ひいては流体制御モジュールＦＣを小型化することができる。また、個体差を含むアナログ回路を流体制御モジュールＦＣ側に実装し、メモリに個体情報を格納しているので、例えば、外部制御モジュールＥが故障したときに新たな外部制御モジュールＥと取り換えるときにも、流体制御モジュールＦＣから個体情報を読み出すだけで、容易に高精度の流体制御を行うことが可能になる。
【００５７】
また、流体制御モジュールＦＣにおいてバルブ制御を行う態様であると、外部制御モジュールＥとの通信が断線した際、流体制御モジュールＦＣ側が勝手に制御を行い得る設計であるので、制御が暴走するおそれがある。これに対して、本実施形態の流体制御装置１０においては、流体制御モジュールＦＣと外部制御モジュールＥとが断線したとしても、制御バルブや電磁弁の制御は外部制御モジュールＥが行っているので強制的に制御が停止し安全である。
【００５８】
このようにして流体制御モジュールＦＣの小型化を進めることができ、例えば、１０ｍｍ以下の幅を有するように構成することもでき、さらに、流体制御モジュールＦＣと外部制御モジュールＥとを接続するハードワイヤの本数を減らすことができるので、半導体製造装置の近傍における設置スペースを大きく削減することができる。
【００５９】
また、流体制御モジュールＦＣとケーブルにより分離して配置される外部制御モジュールＥは、流体制御モジュールＦＣよりも大きいサイズを有していてよいので、ＥｔｈｅｒＣＡＴ通信用のＲＪ４５コネクタを設けることが可能であり、外部装置との高速通信に対応させることができる。
【００６０】
図６は、外部制御モジュールＥの外装（端面）に設けられたコネクタなどを示す平面図である。外部制御モジュールＥには、図示するように、ＲＪ４５コネクタ１０ａや、表示機器１０ｂ、外部制御モジュールＥのアドレス設定用のロータリスイッチ１０ｃ、正常／異常状態を示すパイロットランプ１０ｄなどが設けられていてもよい。外部制御モジュールＥは、半導体製造装置から離した位置に設けられていてもよく、サイズの制限がないので、横幅ｄが１３．５ｍｍ程度であるＲＪ４５コネクタ１０ａも容易に搭載することができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、通信方式の異なる外部制御モジュールに付け替えることにより、同じ流体制御モジュールを用いる場合であっても、様々な通信方式に対応する事が出来る。通信方式としては、上述したＥｔｈｅｒＣＡＴ通信の他に、Ｄｅｖｉｃｅｎｅｔ通信や、ＲＳ４８５通信などを採用することができる。
【００６２】
また、実施例においては、圧力センサを用いて流量の計測を行っているが、流量センサを用いて流量の計測を行っても良い事はもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の実施形態による流体制御装置は、例えば、半導体製造のガス供給ラインに接続されて流体制御を行うために好適に利用される。
【符号の説明】
【００６４】
１  ガスソース
２  ガス供給ライン
３  プロセスチャンバ
４  真空ポンプ
５  情報処理装置
１０  流体制御装置
１２  制御バルブ
１２ａ  ダイアフラム弁
１２ｂ  ピエゾアクチュエータ
１４  絞り部
１６  オリフィス内蔵弁
１８  電磁弁
ＦＣ  流体制御モジュール
Ｅ  外部制御モジュール
Ｐ１  上流圧力センサ
Ｐ２  下流圧力センサ
Ｔ  温度センサ
【図１】
2017188129.tif 000003
【図２】
2017188129.tif 000004
【図３】
2017188129.tif 000005
【図４】
2017188129.tif 000006
【図５】
2017188129.tif 000007
【図６】
2017188129.tif 000008
【国際調査報告】
2017188129.tif 000009
2017188129.tif 000010
2017188129.tif 000011
2017188129.tif 000012