(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れるオリフィスの開度制御をダイヤフラムを介して行う制御弁と、
この制御弁により流される流体の実流量を検出する流量センサと、
前記ダイヤフラムを駆動する圧力駆動のバルブアクチュエータと、
このバルブアクチュエータを入力される設定流量信号と前記流量センサにより検出された実流量信号とに基づき制御する制御部と
前記バルブアクチュエータに圧力を導入する配管と、
この配管の一部に設けられる熱交換器と
を具備し、
この熱交換器と制御弁とが同一の温度雰囲気に置かれることを特徴とする流量制御システム。
【請求項２】
前記配管を分岐した一方に接続され、圧力の導入を行う経路に設けられる第１制御弁と、
前記配管を分岐した他方に接続され、減圧を行う経路に設けられる第２の制御弁とを有し、
上記第１及び第２の制御弁が制御部により開閉されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御システム。
【請求項３】
圧力駆動を空圧により行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量制御システム。
【請求項４】
圧力駆動を液体圧により行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体製造プロセスのガス供給等に用いられる流量制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて材料となる液体ソース、固体ソースを高温で気化させ安定して供給する流量制御システムに対する需要が高まっている。
【０００３】
従来、この種の流量制御用の制御弁には、高温対応の電磁弁が使用されていた。しかしながら、高温対応の電磁弁といえども、そのコイルには耐熱温度の制限があり、使用可能な上限温度は２００℃程度であった。また、使用されるソース材料には化学的に活性なものが多く、ダイヤフラム方式の制御弁が切望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイヤフラム方式では１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の強い力がアクチエターに必要になるため、電磁弁では充分な力を得ることができず、電磁弁を用いてダイヤフラム方式を採用するのではその実現が困難であった。
【０００５】
本発明は従来の流量制御に関する上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイヤフラム方式により流量の制御を適切に行うことのできる流量制御システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る流量制御システムは、流体が流れるオリフィスの開度制御をダイヤフラムを介して行う制御弁と、この制御弁により流される流体の実流量を検出する流量センサと、前記ダイヤフラムを駆動する圧力駆動のバルブアクチュエータと、このバルブアクチュエータを入力される指示流量信号と前記流量センサにより検出された実流量信号とに基づき制御する制御部とを具備する。これにより、圧力駆動によりダイヤフラムを動かし、流体が流れるオリフィスの開度制御を行い、必要な流量制御を行うことができる。更に、バルブアクチュエータに圧力を導入する配管と、この配管の一部に設けられる熱交換器とを具備する。これにより、熱交換によりバルブアクチュエータ近傍の温度とされた空圧や液体圧によりダイヤフラムを動かすことができ、制御対象の流体への熱的影響を抑制する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明に係る流量制御システムを説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１には本発明に係る流量制御システムの構成図が示され、図２にはその要部拡大図が示されている。このシステムは、流体の流量を制御する制御弁１と、流量センサ２と、ベローズ３を有するバルブアクチュエータと、制御部４とを備える。
【０００９】
制御弁１は、直方体状のベース部Ｂに、入側フィッティング部１１と出側フィッティング部１２とが設けられ、制御対象のガスが入側フィッティング部１１に接続される管から導入され、出側フィッティング部１２に接続される管へ送出される。ベース部Ｂには、ガスの導入用の横穴１３と送出用の横穴１４が形成され、それぞれの横穴１３、１４の終端から縦穴１５、１６が穿設されている。
【００１０】
ベース部Ｂの縦穴１５、１６の形成面側には、ダイヤフラム１７を備えるフランジ１８が載置され、フランジ１８にはフレーム１９により円筒状のシリンダ２０が立設されている。シリンダ２０及びフランジ１８はフレームのネジ穴に螺合されるネジによりベース部Ｂに固定される。フランジ１８とベース部Ｂとの間はＯリング２９によりシールされている。
【００１１】
フランジ１８は円盤のベース部Ｂ側に大きめの有底穴が形成され、この有底穴の中央部にダイヤフラム１７を張設するための透孔が穿設されたもので、上記有底穴により弁室２５が形成される。弁室２５には、ダイヤフラム１７に対向する面に凸部を有し、他方の面に板バネ２６がセットされる浅底の凹部が形成されている弁体２７が設けられている。上記浅底の凹部の中央部には、位置決用の軸２８が挿入される穴部が形成されている。軸２８は図３にベース部Ｂ表面にて切断した断面図を示すように、円柱状の棒体の側部を２方向から切削した形状であり、ベース部Ｂの縦穴１５の断部まで挿入され、上記切削された部分と縦穴１５との間隙を流体が流れるように構成されている。
【００１２】
シリンダ２０の蓋２１中央部には管２２が接続され、例えば、Ｎ2 等のガスが導入されるようになっている。シリンダ２０の内部には、ベローズ３が設けられ、フランジ１８側は可動板２３により蓋をされている。Ｎ2 等のガスは、細管２４に対して電磁弁３１を介してガス供給源から圧力をかけられて導入される。また、Ｎ2 等のガスは、細管２４の分岐管２４Ａにより電磁弁３２を介してリークされる。
【００１３】
細管２４と管２２との間には、熱交換器５が連結されている。破線Ａは雰囲気の境界を示し、破線Ａより制御弁１側が高温雰囲気であり、破線Ａより制御部４側が常温雰囲気である。従って、駆動用のＮ2 等のガスは、熱交換器５が高温雰囲気にあることにより熱交換により加熱され、ベローズ３内に導入されるので、弁室２５を通過する制御対象のガスが可動板２３やダイヤフラム１７を介して冷却されることはない。
【００１４】
制御部４には、流量センサ４により検出された制御対象の流体の実流量信号と、操作パネル６から入力された設定流量信号とが与えられる。制御部４は、流量センサ２からの制御対象の流体の実流量信号と操作パネル６からの設定流量信号に基づき電磁弁３１、３２を制御する。電磁弁３２は、固定オリフィスであり、Ｎ2 等のガスをリークさせる場合に開かれる。
【００１５】
以上のように構成された流量制御システムでは、当初、電磁弁３１が開かれ、電磁弁３２が閉じられたであり、ベローズ３の可動板２３がダイヤフラム１７を介して弁体２７を押圧し、制御対象のガスは流れていない。次に、操作パネル６からの設定流量信号が与えられると、電磁弁３１が閉じられると共に電磁弁３２が開かれベローズ３内の圧力が低下され、弁体２７が板バネ２６により押し上げられ、制御対象のガスが制御弁１を流れるようになる。制御部４は流量センサ２から送られる実流量信号が設定流量と同一となるまでこの状態を保持し、実流量信号が設定流量と同一となると電磁弁３２を閉じる。実流量が設定流量より大きくなると、制御部４は電磁弁３１のオリフィスを僅かに開き、ベローズ３の可動板２３がダイヤフラム１７を介して弁体２７を押圧し、制御対象のガスの流れを抑制する。上記の電磁弁３２は固定オリフィスであり、開放により常に所定量のガスをリークさせ、高応答性を確保し、電磁弁３１のオリフィスの変化により常に設定流量と同一の流体流量が得られるように制御がなされる。ここで、ベローズ３は、その底面積に比例して充分な力を加えることができ、また、電磁弁などに比べて高温度にも対応可能である利点を持つ。
【００１６】
図４には、第２の実施の形態に係る流量制御システムが示されている。このシステムでは、細管２４にポンプ７が結合され、ポンプ７から細管２４、熱交換器５管２２及びベローズ３に到るまで液体（高温雰囲気で用いる場合には、高温対応のオイル等）が満たされており、ポンプ７における液体の圧縮制御が制御部４Ａにより行われる。
【００１７】
例えば、当初は制御弁１が閉じられるように、制御部４がポンプ７により圧力を加えて液体の制御を行っており、操作パネル６から設定流量信号が与えられると、ポンプ７の圧力を減少させてゆき、流量センサ２から与えられる実流量信号と操作パネル６から設定流量信号が一致するようにポンプ７の圧力制御を行うのである。
【００１８】
この実施の形態によれば、バルブアクチュエータの圧力駆動を液体により行うので、空圧による圧力駆動に比べて応答が早く正確である。ただし、高温雰囲気に制御弁１を設置する場合には、高温により気泡を発生せぬ液体を選択するものとする。
【００１９】
以上２つの実施の形態では、熱交換器５を用いたが、システムによっては必須のものではない。また、制御弁１の形態はノーマリーオープン及びノーマリークローズのいずれのタイプも採用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の流量制御システムによれば、圧力駆動によりダイヤフラムを動かし、流体が流れるオリフィスの開度制御を行うので、充分な力によりダイヤフラムを動かし必要な流量制御を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の流量制御システムによれば、更に、バルブアクチュエータに圧力を導入する配管と、この配管の一部に設けられる熱交換器とを具備し、この熱交換器と制御弁とが同一の温度雰囲気に置かれているので、熱交換によりバルブアクチュエータ近傍の温度とされた空圧や液体圧によりダイヤフラムを動かすことができ、制御対象の流体への熱的影響を抑制する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御システムの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御システムの要部断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御システムの要部断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流量制御システムの構成図。
【符号の説明】
１  制御弁                        ２  流量センサ
３  ベローズ                      ４、４Ａ  制御部
５  熱交換器                      ６  操作パネル
７  ポンプ                        １７  ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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