(57)【要約】  流路に設けられた第１コントロール弁６と、第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁８と、第１コントロール弁の下流側の流体圧力を測定する圧力センサ３とを備える流量制御装置１００を用いて行う流量制御方法は、（ａ）圧力センサの出力に基づいて第１流量になるように第１コントロール弁の開度を制御しつつ第２コントロール弁を開いた状態に維持して第１流量で流体を流している状態から、第１コントロール弁の開度を閉じるステップと、（ｂ）圧力センサの出力に基づいて、第１コントロール弁の下流に残留する圧力を、第２コントロール弁の開度を調整することによって制御し、第２コントロール弁の下流側に第２流量で流体を流すステップとを包含する。
2019208417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられた第１コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサとを備え、
前記圧力センサが出力する信号に基づいて前記第１コントロール弁の開度を制御することによって前記第２コントロール弁の下流側に流れる流体の流量を制御するように構成された流量制御装置を用いて行う流量制御方法であって、
（ａ）前記圧力センサの出力に基づいて第１流量になるように前記第１コントロール弁の開度を制御しつつ前記第２コントロール弁を開いた状態に維持して前記第１流量で流体を流している状態から、前記第１コントロール弁の開度を閉じるステップと、
（ｂ）前記圧力センサの出力に基づいて、前記第１コントロール弁の下流に残留する圧力を、前記第２コントロール弁の開度を調整することによって制御し、前記第２コントロール弁の下流側に第２流量で流体を流すステップと
を包含する、流量制御方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）において、αを比例定数、ΔＰ／Δｔを前記圧力センサが出力する上流圧力の変化ΔＰと前記上流圧力の変化ΔＰに要した時間Δｔの比である圧力変化率、Ｖを前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積としたとき、
Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖ
で表されるビルドダウン流量Ｑが前記第２流量に一致するように、前記圧力センサが出力する信号に基づいて、前記第２コントロール弁の開度がフィードバック制御される、請求項１に記載の流量制御方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）を行った後、前記圧力センサの出力が所定値まで低下した時点で、前記圧力センサの出力に基づいて前記第１コントロール弁の開度を制御して前記第２流量で下流に流体を流すステップ（ｃ）をさらに包含する、請求項１または２に記載の流量制御方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）において、前記第１流量で流体を流している期間、および、前記ステップ（ｃ）において前記第１コントロール弁の開度を制御して前記第２流量で流体を流すとき、前記第２コントロール弁は全開に開かれている、請求項３に記載の流量制御方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）において、前記第１コントロール弁は、前記圧力センサの出力に基づいて前記第１コントロール弁の開度を前記第２流量になるように制御する時の開度よりも小さい開度に閉じられる、請求項１から４のいずれかに記載の流量制御方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）において、前記第１コントロール弁を閉じるタイミングと、前記ステップ（ｂ）において前記第２コントロール弁の開度の調整を開始するタイミングとが同期している、請求項１から５のいずれかに記載の流量制御方法。
【請求項７】
流路に設けられた第１コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサと、
前記第１コントロール弁および前記第２コントロール弁の動作を制御する制御回路であって、前記圧力センサが出力する信号に基づいて前記第１コントロール弁を制御することによって流量を制御するように構成された制御回路と
を備える流量制御装置であって、
前記制御回路は、
（ａ）前記圧力センサの出力に基づいて第１流量になるように前記第１コントロール弁の開度を制御しつつ前記第２コントロール弁を開いた状態に維持して前記第１流量で流体を流している状態から、前記第１コントロール弁の開度を閉じるステップと、
（ｂ）前記圧力センサの出力に基づいて、前記第１コントロール弁の下流に残留する圧力を、前記第２コントロール弁の開度を調整することによって制御し、前記第２コントロール弁の下流側に第２流量で流体を流すステップと
を実行する、流量制御装置。
【請求項８】
前記第２コントロール弁は、ノーマルオープン型のバルブである、請求項７に記載の流量制御装置。
【請求項９】
前記第２コントロール弁の下流側に設けられた別の圧力センサをさらに備える、請求項７または８に記載の流量制御装置。
【請求項１０】
流路に設けられた第１コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサとを備え、
前記圧力センサが出力する信号に基づいて前記第２コントロール弁の下流側に流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、
前記第１コントロール弁を閉鎖するとともに、前記圧力センサの出力に基づいて前記第２コントロール弁の開度を制御し、
前記第１コントロール弁の下流に残留した圧力の変化率が、前記第２コントロール弁から流出する時の流量が前記第２流量になるときの変化率と一致するように、前記第２コントロール弁の開度を制御する、流量制御装置。
【請求項１１】
前記第１コントロール弁は、前記第１流量から前記第２流量に流量を制御する際に、前記第２流量に対応する開度よりも小さい開度に制御される、請求項１０に記載の流量制御装置。
【請求項１２】
前記第２コントロール弁の開度が、αを比例定数、ΔＰ／Δｔを前記圧力センサが出力する上流圧力の変化ΔＰと前記上流圧力の変化ΔＰに要した時間Δｔとの比である圧力変化率、Ｖを前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積としたとき、
Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖ
で表される流量Ｑが前記第２流量となるときのΔＰ／Δｔを維持できる開度に制御される、請求項１０に記載の流量制御装置。
【請求項１３】
前記第２コントロール弁の下流側に設けられた別の圧力センサをさらに備える、請求項１０に記載の流量制御装置。
【請求項１４】
流路に設けられた第１コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する第１圧力センサとを備え、
前記第１圧力センサが出力する信号に基づいて前記第２コントロール弁の下流側に流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、
Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１
による流量の制御から、
Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖ
による制御へ切り替えて流量を制御し、
前記第１圧力センサの圧力が、所定の圧力に到達した時点で、
Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１
による制御に戻し、ここで、Ｑは流量、Ｋ1は流体の種類と流体温度に依存する定数、Ｐ１は前記第１圧力センサが出力する上流圧力、αは比例定数、ΔＰ／Δｔは前記上流圧力の圧力変化率、Ｖは前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積である、流量制御装置。
【請求項１５】
前記第１圧力センサの圧力が、
Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１
による制御における、前記第２流量に相当する圧力に到達した時点で制御を戻す、請求項１４に記載の流量制御装置。
【請求項１６】
流路に設けられた第１コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、
前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する第１圧力センサと、
前記第２コントロール弁の下流側の流体圧力を測定する第２圧力センサとを備え、
前記第１及び第２圧力センサが出力する信号に基づいて前記第２コントロール弁の下流側に流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、
Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）n
による流量の制御から、
Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖ
による制御へ切り替えて流量を制御し、
前記第１及び第２圧力センサの圧力が、所定の圧力に到達した時点で、
Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）n
による制御に戻し、ここで、Ｑは流量、Ｋ2は流体の種類と流体温度に依存する定数、Ｐ１は前記第１圧力センサが出力する上流圧力、Ｐ２は前記第２圧力センサが出力する下流圧力、ｍおよびｎは実際の流量を元に導出される指数、αは比例定数、ΔＰ／Δｔは前記上流圧力の圧力変化率、Ｖは前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積である、流量制御装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２圧力センサの圧力が、
Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）n
による制御における、前記第２流量に相当する圧力に到達した時点で制御を戻す、請求項１６に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御方法および流量制御装置に関し、特に、半導体製造装置や化学プラント等において好適に利用される流量制御方法および流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や化学プラントにおいて、材料ガスやエッチングガス等の流体の流れを制御するために、種々のタイプの流量計や流量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、コントロール弁と絞り部（例えばオリフィスプレート）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。また、圧力式流量制御装置は、一次側供給圧が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量制御特性を有している。【０００３】
圧力式流量制御装置に用いられるコントロール弁としては、金属ダイヤフラム弁体を、圧電素子駆動装置（以下、ピエゾアクチュエータと呼ぶことがある）によって開閉させる圧電素子駆動式バルブが用いられている。特許文献１に、圧力式流量制御装置が開示されており、特許文献２に、コントロール弁として用いられるノーマルオープン型の圧電素子駆動式バルブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９２２６９号公報
【特許文献２】特許第４９３３９３６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１８／０２１２７７号
【特許文献４】国際公開第２０１８／００８４２０号
【特許文献５】国際公開第２０１３／１７９５５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧力式流量制御装置は、絞り部の上流側の流体圧力（以下、上流圧力と呼ぶことがある）を制御することによって流量を調整するように構成されている。上流圧力は、絞り部上流側に設けられたコントロール弁の開度を調整することによって制御することができ、コントロール弁を用いて上流圧力を所望流量に対応する圧力に一致させることによって、所望流量で流体を流すことができる。【０００６】
しかしながら、圧力式流量制御装置では、オリフィスプレートなどの微細な開口部を有した絞り部が用いられているので、流量をステップダウン、すなわち、高設定流量から低設定流量に移行させるときに応答性を高くすることが困難であるという問題があった。ステップダウン時の応答性を高くできない主な理由は、コントロール弁と絞り部との間のガスを、絞り部を介して流出させる構成であるので、コントロール弁を絞ったとしても上流圧力および流量を急速に低下させることは困難だからである。【０００７】
このような流量ステップダウン時の応答性への対策としては、コントロール弁と絞り部との間の流路容積をできるだけ小さくすることが考えられる。しかしながら、圧力式流量制御装置は、コントロール弁と絞り部との間の流体圧力を圧力センサの出力などに基づいて制御するので、上記の流路容積を減少させるにも限界がある。このため、特に絞り部の開口径が小さい小流量レンジでの流量制御を行うにときには、やはり十分なステップダウン応答性が得られず、従来の制御方式では１００％流量から５％流量に低下させるときに２秒以上の時間を要することもあった。【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、特に流量ステップダウンの際の応答性を向上させることができる流量制御方法および流量制御装置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】
【０００９】
本発明の実施形態による流量制御方法は、流路に設けられた第１コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサが出力する信号に基づいて前記第１コントロール弁の開度を制御することによって前記第２コントロール弁の下流側に流れる流体の流量を制御するように構成された流量制御装置を用いて行う流量制御方法であって、（ａ）前記圧力センサの出力に基づいて第１流量になるように前記第１コントロール弁の開度を制御しつつ前記第２コントロール弁を開いた状態に維持して前記第１流量で流体を流している状態から、前記第１コントロール弁を閉じるステップと、（ｂ）前記圧力センサの出力に基づいて、前記第１コントロール弁の下流側に残留する圧力を、前記第２コントロール弁の開度を調整することによって制御し、前記第２コントロール弁の下流側に第２流量で流体を流すステップとを包含する。【００１０】
ある実施形態において、前記ステップ（ｂ）において、αを比例定数、ΔＰ／Δｔを前記圧力センサが出力する上流圧力の変化ΔＰと前記上流圧力の変化ΔＰに要した時間Δｔの比である圧力変化率、Ｖを前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積としたとき、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖで表されるビルドダウン流量Ｑが前記第２流量に一致するように、前記圧力センサが出力する信号に基づいて、前記第２コントロール弁の開度がフィードバック制御される。【００１１】
ある実施形態において、上記の流量制御方法は、前記ステップ（ｂ）を行った後、前記圧力センサの出力が所定値まで低下した時点で、前記圧力センサの出力に基づいて前記第１コントロール弁の開度を制御して前記第２流量で下流に流体を流すステップ（ｃ）をさらに包含する。【００１２】
ある実施形態において、前記ステップ（ａ）において、前記第１流量で流体を流しているとき、および、前記ステップ（ｃ）において前記第１コントロール弁の開度を制御して前記第２流量で流体を流すとき、前記第２コントロール弁は全開に開かれている。【００１３】
ある実施形態において、前記ステップ（ａ）において、前記第１コントロール弁は、前記圧力センサの出力に基づいて前記第１コントロール弁の開度を前記第２流量になるように制御する時の開度よりも小さい開度に閉じられる。【００１４】
ある実施形態において、前記ステップ（ａ）において前記第１コントロール弁を閉じるタイミングと、前記ステップ（ｂ）において前記第２コントロール弁の開度の調整を開始するタイミングとが同期している。【００１５】
本発明の実施形態による流量制御装置は、流路に設けられた第１コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサと、前記第１コントロール弁および前記第２コントロール弁の動作を制御する制御回路であって、前記圧力センサが出力する信号に基づいて前記第１コントロール弁を制御することによって流量を制御するように構成された制御回路とを備え、前記制御回路は、（ａ）前記圧力センサの出力に基づいて第１流量になるように前記第１コントロール弁の開度を制御しつつ前記第２コントロール弁を開いた状態に維持して前記第１流量で流体を流している状態から、前記第１コントロール弁を閉じるステップと、（ｂ）前記圧力センサの出力に基づいて、前記第１コントロール弁の下流に残留する圧力を、前記第２コントロール弁の開度を調整することによって制御し、前記第２コントロール弁の下流側に第２流量で流体を流すステップとを実行するように構成されている。【００１６】
ある実施形態において、前記第２コントロール弁は、ノーマルオープン型のバルブである。【００１７】
ある実施形態において、上記の流量制御装置は、前記第２コントロール弁の下流側に設けられた別の圧力センサをさらに備える。【００１８】
本発明の実施形態による流量制御装置は、流路に設けられた第１コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサが出力する信号に基づいて下流側の流量を制御する流量制御装置であって、第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、前記第１コントロール弁を閉鎖するとともに、前記圧力センサの出力に基づいて前記第２コントロール弁の開度を制御し、前記第１コントロール弁の下流に残留した圧力の変化率が、前記第２コントロール弁から流出する時の流量が前記第２流量になるときの変化率と一致するように、前記第２コントロール弁の開度を制御する。【００１９】
ある実施形態において、前記第１コントロール弁は、前記第１流量から前記第２流量に流量を制御する際に、前記第２流量に対応する開度よりも小さい開度に制御される。【００２０】
ある実施形態において、前記第２コントロール弁の開度は、αを比例定数、ΔＰ／Δｔを前記圧力センサが出力する上流圧力の変化ΔＰと前記上流圧力の変化ΔＰに要した時間Δｔとの比である圧力変化率、Ｖを前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積としたとき、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖで表される流量Ｑが前記第２流量となるときのΔＰ／Δｔを維持できる開度に制御される。【００２１】
ある実施形態において、上記の流量制御装置は、前記第２コントロール弁の下流側に設けられた別の圧力センサをさらに備える。【００２２】
本発明の実施形態による流量制御装置は、流路に設けられた第１コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する第１圧力センサとを備え、前記圧力センサが出力する信号に基づいて下流側の流量を制御する流量制御装置であって、第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１による流量の制御から、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖによる制御へ切り替えて流量を制御し、前記第１圧力センサの圧力が、所定の圧力に到達した時点で、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１による制御に戻すことを特徴とし、ここで、Ｑは流量、Ｋ1は流体の種類と流体温度に依存する定数、Ｐ１は前記第１圧力センサが出力する上流圧力、αは比例定数、ΔＰ／Δｔは前記上流圧力の圧力変化率、Ｖは前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積である。【００２３】
ある実施形態において、前記第１圧力センサの圧力が、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１による制御における前記第２流量に相当する圧力に到達した時点で、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖによる制御からＱ＝Ｋ1・Ｐ１による制御に戻される。【００２４】
本発明の実施形態による流量制御装置は、流路に設けられた第１コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側かつ前記第２コントロール弁の上流側の流体圧力を測定する第１圧力センサと、前記第２コントロール弁の下流側の流体圧力を測定する第２圧力センサとを備え、前記第１及び第２圧力センサが出力する信号に基づいて下流側の流量を制御する流量制御装置であって、第１流量から前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を制御する際に、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nによる流量の制御から、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖによる制御へ切り替えて流量を制御し、前記第１及び第２圧力センサの圧力が、所定の圧力に到達した時点で、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nによる制御に戻すことを特徴とし、ここで、Ｑは流量、Ｋ2は流体の種類と流体温度に依存する定数、Ｐ１は前記第１圧力センサが出力する上流圧力、Ｐ２は前記第２圧力センサが出力する下流圧力、ｍおよびｎは実際の流量を元に導出される指数、αは比例定数、ΔＰ／Δｔは前記上流圧力の圧力変化率、Ｖは前記第１コントロール弁と前記第２コントロール弁との間の内容積である。【００２５】
ある実施形態において、前記第１及び第２圧力センサの圧力が、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nによる制御における前記第２流量に相当する圧力に到達した時点で、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖによる制御からＱ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nによる制御に戻される。【００２６】
また、ある実施形態において、流量制御装置には、開度調整可能な第１コントロール弁および第２コントロール弁と、前記第１コントロール弁の下流側に設けられた開度固定の絞り部とが設けられていてもよい。前記絞り部と前記第２コントロール弁とは一体的に設けられオリフィス内蔵弁を構成していてもよい。また、第１流量から、前記第１流量よりも小さい第２流量に流量を低下させるとき、上記のステップ（ａ）において、第１コントロール弁を第２流量に対応する開度よりも小さい開度に閉じるとともに、ステップ（ｂ）において、第１コントロール弁を閉じる動作に連動させて、第１コントロール弁の開度を閉じた状態に維持したまま、第２コントロール弁の開度を第２流量に適合するように前記圧力センサの出力に基づいて制御してもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施形態によれば、流量を低下させる際の応答性を向上させることができる流量制御方法および流量制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による流量制御装置の構成を示す模式的な図である。
【図２】本発明の実施形態による流量ステップダウン時における流量制御方法を説明するための図であり、（ａ）は設定流量、（ｂ）は制御流量、（ｃ）は上流圧力Ｐ１、（ｄ）は第１コントロール弁の駆動電圧、（ｅ）は第２コントロール弁の駆動電圧をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態による流量制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態の流量制御方法を行う流量制御装置１００の構成を示す。流量制御装置１００は、図示しないガス供給源から供給されるガスＧ０の流路１に設けられた第１コントロール弁６と、第１コントロール弁６の下流側に設けられた絞り部２と、第１コントロール弁６および絞り部２の下流側に設けられた第２コントロール弁８と、第１コントロール弁６と絞り部２との間のガスの圧力（上流圧力Ｐ１）およびガス温度Ｔを検出する第１（または上流）圧力センサ３および温度センサ５とを備えている。
【００３１】
本実施形態の流量制御装置１００はまた、第２コントロール弁８の下流側の下流圧力Ｐ２を測定する第２（または下流）圧力センサ４を備えている。第１圧力センサ３は、第１コントロール弁６と絞り部２との間の流体圧力である上流圧力Ｐ１を測定することができ、第２圧力センサ４は、第２コントロール弁８の下流側の圧力である下流圧力Ｐ２を測定することができる。ただし、他の態様において、流量制御装置１００は第２圧力センサ４および温度センサ５を備えていなくてもよい。
【００３２】
また、後述するように、絞り部２と第２コントロール弁８とはオリフィス内蔵弁９として一体的に形成され、絞り部２と第２コントロール弁８の弁体とは近接して配置されることがある。この場合、上記の態様とは異なり、第２コントロール弁８の下流側に絞り部２を配置することもできる。また、絞り部２が第２コントロール弁８の下流側に配置されている場合、第１圧力センサ３は、第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の流体圧力である上流圧力Ｐ１を測定することになる。第１圧力センサ３は、第１コントロール弁６の下流側かつ第２コントロール弁８の上流側の流体圧力を検出するように配置されていればよく、第１コントロール弁６と絞り部２との間の流体圧力を測定するものであってもよいし、第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の流体圧力を測定するものであってもよい。
【００３３】
流量制御装置１００は、さらに、第１コントロール弁６および第２コントロール弁８に接続された制御回路７を備えている。制御回路７は、第１圧力センサ３が出力する信号に基づいて第１コントロール弁６の開度を制御することによって流量を制御するとともに、流量ステップダウンのときには第１圧力センサ３が出力する信号に基づいて第２コントロール弁８の開度を制御することによって流量を制御するように構成されている。なお、図示する態様では、制御回路７が第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との双方に共通に設けられているが、これに限られず、第１コントロール弁６および第２コントロール弁８のそれぞれに対して別個の制御回路が設けられていてもよいことは言うまでもない。
【００３４】
制御回路７は、流量制御装置１００に内蔵されたものであってもよいし、流量制御装置１００の外部に設けられたものであってもよい。制御回路７は、典型的には、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）Ｍ、Ａ／Ｄコンバータ等を内蔵しており、後述する流量制御動作を実行するように構成されたコンピュータプログラムを含んでいてよい。制御回路７は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。
【００３５】
制御回路７は、コンピュータ等の外部装置と情報を交換するためのインターフェイスを備えていてもよく、これにより、外部装置からＲＯＭへのプログラム及びデータの書込みなどを行うことができる。制御回路７の構成要素（ＣＰＵなど）は、すべてが装置内に一体的に設けられている必要はなく、ＣＰＵなどの一部の構成要素を別の場所（装置外）に配置し、バスで相互に接続する構成としても良い。その際、装置内と装置外とを、有線だけでなく無線で通信するようにしても良い。
【００３６】
流量制御装置１００の下流側は、図示しない下流弁を介して例えば半導体製造装置のプロセスチャンバに接続されている。プロセスチャンバには真空ポンプが接続されており、典型的には、プロセスチャンバの内部が真空引きされた状態で、流量制御装置１００から流量制御されたガスＧ１がプロセスチャンバに供給される。上記の下流弁としては、例えば、圧縮空気により開閉動作が制御される公知の空気駆動弁（Ａｉｒ  Ｏｐｅｒａｔｅｄ  Ｖａｌｖｅ）や電磁弁等のオンオフ弁を用いることができる。
【００３７】
本実施形態において、絞り部２は、オリフィスプレートによって構成されている。オリフィスプレートは、オリフィス断面積が固定されているので、開度が固定された絞り部として機能する（なお、オリフィスに詰まりや経年劣化などが生じてオリフィス断面積は意図せず変化し得るが、本明細書では意図的に開度を制御するように構成されていない絞り部を開度固定の絞り部と呼ぶこととする）。本明細書において、「絞り部」とは、流路の断面積を前後の流路断面積より小さく制限した部分を意味し、例えば、オリフィスプレートや臨界ノズル、音速ノズル、スリット構造などを用いて構成されるが、他のものを用いて構成することもできる。オリフィスまたはノズルの径は、例えば１０μｍ〜５００μｍに設定される。
【００３８】
第１コントロール弁６および第２コントロール弁８としては、開度調整可能な弁が用いられ、例えば、金属製ダイヤフラム弁体をピエゾアクチュエータを用いて開閉する公知の圧電素子駆動式バルブが用いられる。圧電素子駆動式バルブは、圧電素子への駆動電圧に応じて開度を変更することが可能なように構成されており、駆動電圧の制御により任意開度に調整することが可能である。
【００３９】
流量制御装置１００において、第１コントロール弁６は、制御回路７によって、第１圧力センサ３からの出力に基づいてその開度が制御され、第１圧力センサ３から出力される上流圧力Ｐ１が、入力された設定値に維持されるようにフィードバック制御される。第１コントロール弁６は、流量制御の主要バルブすなわちメイン流量制御バルブとして用いられる。第１コントロール弁６には、ここではノーマルクローズ型のバルブが用いている。なお、第１コントロール弁６として、ノーマルオープン型のバルブを使用しても良い。
【００４０】
一方、第２コントロール弁８は、流量を高流量から低流量にステップダウンさせるときに主として用いられるものであり、ステップダウン流量制御バルブとしての機能を有している。ここで、ステップダウン流量制御方式とは、所謂ビルドダウン式の流量制御を意味している。第２コントロール弁８は、流量のステップダウンを行うとき以外は全開、または、少なくとも絞り部２の開口面積よりも大きい開口断面積を有する開度に維持される。第２コントロール弁８は、ノーマルクローズ型またはノーマルオープン型のいずれであってもよいが、ノーマルオープン型のバルブを用いれば、流量ステップダウン期間以外の期間には駆動電圧を印加する必要がないので低消費電力化を実現できる。第２コントロール弁８は、全開時に、絞り部２の下流側の流れを制限しないように設計されていることが好ましい。
【００４１】
また、上述したように、本実施形態では、第２コントロール弁８と絞り部２とが一体的に形成されており、これらはオリフィス内蔵弁９を構成している。オリフィス内蔵弁９は、例えば、特許文献３に記載されており、本実施形態でも同様の構成のオリフィス内蔵弁を用いることができる。オリフィス内蔵弁９では、第２コントロール弁８の弁体と絞り部２としてのオリフィスプレートとが近接して配置されており、これらの間の流路容積は略０と見なしてよい。このため、オリフィス内蔵弁９を用いれば、流量の立ち上がりおよび立下りの特性を向上させることができる。また、オリフィス内蔵弁９を用いる場合、第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の内容積Ｖは、第１コントロール弁６とオリフィスプレートまでの内容積と等価と考えることができる。このため、後述するように、上記の内容積Ｖを用いて流量制御を行う場合に、比較的高い精度で近似的な内容積Ｖが得やすいという利点がある。
【００４２】
上述したように、絞り部２（ここではオリフィスプレート）と第２コントロール弁８とは、何れが上流側に設けられていても良いが、絞り部２と第２コントロール弁８との間の容積（ここではオリフィスプレートと、第２コントロール弁８のダイヤフラム弁体およびシート部とによって囲まれる空間）を極力小さい容積にすることが望まれる。
【００４３】
以上に説明した流量制御装置１００は、通常の流量制御モードにおいて、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（アルゴンガスの場合）を満たすとき、流量は上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御を行う。臨界膨張条件を満たすとき、絞り部２の下流側の流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１（ここでＫ1は流体の種類と流体温度に依存する定数）によって与えられ、流量Ｑは上流圧力Ｐ１に比例する。また、第２圧力センサ４を備える場合、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流量を演算により求めることができ、第１圧力センサ３および第２圧力センサ４によって測定された上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２に基づいて、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）n（ここでＫ2は流体の種類と流体温度に依存する定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）から流量Ｑを求めることができる。
【００４４】
外部制御装置等から制御回路７に設定流量信号が送られると、制御回路７は、第１圧力センサ３の出力などに基づいて、臨界膨張条件または非臨界膨張条件における流量計算式を用いて流量を上記のＱ＝Ｋ1・Ｐ１またはＱ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nから演算する。そして、絞り部２を通過する流体の流量が設定流量に近づくように（すなわち、演算流量と設定流量との差が０に近づくように）、第１コントロール弁６をフィードバック制御する。演算流量は、例えば制御流量出力値として表示装置に表示されてよい。
【００４５】
本実施形態の流量制御装置１００は、また、流量のステップダウンを行うときは、以下に説明する方法によって流量制御を行うことができる。
【００４６】
図２は、本実施形態の流量制御方法によってステップダウンを行うときの（ａ）設定流量、（ｂ）制御流量、（ｃ）上流圧力Ｐ１、（ｄ）第１コントロール弁６（第１バルブと記載）の駆動電圧、（ｅ）第２コントロール弁８（第２バルブと記載）の駆動電圧のそれぞれを示すグラフである。図２には、設定流量を１００％から５％にステップダウンさせる例が示されている。ただし、ステップダウン開始時の設定流量およびステップダウン後の目標設定流量は任意であって良いことは言うまでもない。本実施形態の流量制御方法は、第１設定流量から、これよりも小さい第２設定流量に流量を低下させる任意の態様において好適に実施される。
【００４７】
以下、設定流量・目標流量等の流量値はすべて、所定の流量値を１００％とした比率で表記する。また、臨界膨張条件の成り立つときは、流量と上流圧力Ｐ１とが比例することを加味して、流量値が１００％の時の上流圧力を１００％として上流圧力も比率で表記することがある。
【００４８】
また、図２（ｄ）および（ｅ）には、第１コントロール弁６がノーマルクローズ型（ＮＣ）で、第２コントロール弁８がノーマルオープン型（ＮＯ）のときの駆動電圧が示されている。第１コントロール弁６は、駆動電圧が低いほど弁開度が小さく、駆動電圧０（電圧無印加）時に完全に閉弁（ＣＬＯＳＥ）する。一方、第２コントロール弁８は、駆動電圧が高いほど弁開度が小さく、駆動電圧０（電圧無印加）時に全開（ＯＰＥＮ）の状態となる。
【００４９】
まず、ステップダウン開始前における設定流量が１００％流量の場合、第１圧力センサ３の出力に基づいて１００％流量に対応する開度に第１コントロール弁６の開度が調整される。このとき、第２コントロール弁８は、十分に開いた状態に維持されており、典型的には全開（ＯＰＥＮ）に開いている。この状態において、１００％流量で絞り部２および第２コントロール弁８を介して下流側に流体を流すことができる。１００％流量でガスを流しているとき、上流圧力Ｐ１の値は、本実施例では３００ｋＰａ  ａｂｓに維持されている。
【００５０】
次に、図２に示す時刻ｔ０に１００％流量で流体を流している状態から５％流量へのステップダウンを開始する。このとき、時刻ｔ０において、図２（ｄ）に示すように、第１コントロール弁６を、５％流量に対応する開度よりも小さい開度に閉じる動作、本実施形態では第１コントロール弁６を完全に閉じる動作（ＣＬＯＳＥ）を行う。第１コントロール弁６としてノーマルクローズ型のバルブが用いられている場合は駆動電圧を０に変更することによって第１コントロール弁６を全閉状態にすることができる。なお、制御としては、設定流量ゼロ信号を第１コントロール弁６に入力するようにしてもよい。
【００５１】
また、時刻ｔ０において、第１コントロール弁６を閉じる動作に連動させて、図２（ｅ）に示すように、５％流量で第２コントロール弁８の下流側にガスを流すことができるように、第２コントロール弁８の開度を調節する動作が開始される。第２コントロール弁８の開度は、最大に絞られた状態を呈する時刻ｔ１において、典型的には、絞り部２の開口面積よりも小さい開度まで絞られる。
【００５２】
このように、本実施形態では、流量ステップダウンの開始後、第１コントロール弁６は完全閉に閉じられる一方で、第２コントロール弁８は、典型的には絞り部２の開口面積よりも小さい開度にまで閉じられる。第１コントロール弁６が時刻ｔ０において急速に閉じられるので、従来のように５％流量に対応する上流圧力Ｐ１に達するまで第１コントロール弁６を徐々に絞っていく場合に比べて、上流圧力Ｐ１および制御流量は急速に低下する。そして、同時に、第２コントロール弁８は、十分に小さい開度（典型的には絞り部２の開口面積よりも小さい開度）にまで絞られるので、第２コントロール弁８の開度調整によって第２コントロール弁８の下流側の流量を制御できる状態になる。この状態においては、第１コントロール弁６を介しての上流側からのガスの流入がなく、第１コントロール弁６と絞り部２との間の残留ガス、より詳細には第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の残留ガスが、第２コントロール弁８を介して流出する。
【００５３】
上記の残留ガスの圧力は、第２コントロール弁８の開度調整を行わない場合、流出時間とともに指数関数的に減少し続けることになる。このため、第２コントロール弁８については、時刻ｔ０の後に、第２コントロール弁８の下流側を流れる流体を５％流量で流すことができるように開度制御を行う。
【００５４】
より具体的には、第２コントロール弁８の下流側に流れるガスの流量が５％流量で一定に維持されるために、本実施形態では、時刻ｔ０において、第１圧力センサ３の出力に基づいて、ΔＰ／Δｔが５％設定に対応する値と一致するように、第２コントロール弁８をフィードバック制御するビルドダウン制御モードに切り替えられる。ここで、ΔＰ／Δｔは第１圧力センサ３の出力する上流圧力Ｐ１の変化ΔＰと、上流圧力Ｐ１の変化ΔＰに要した時間Δｔの比である、上流圧力Ｐ１の圧力変化率または圧力降下の傾きに対応するものである。
【００５５】
これは、第１コントロール弁６が閉じられた状態で、第２コントロール弁８の下流側に流れるガスの流量Ｑは、Ｑ＝α・（ΔＰ／Δｔ）・Ｖと表すことができ（ただし、αは比例定数、Ｖは第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の内容積）、ΔＰ／Δｔが一定であれば第２コントロール弁８の下流側における流量も一定に維持されるからである。なお、上記のように、第２コントロール弁８と絞り部２とがオリフィス内蔵弁の形式で一体的に設けられている場合には、上記の内容積Ｖは、第１コントロール弁６から絞り部２までの流路容積と同等とみなすことができる。内容積Ｖは、第１コントロール弁６の下流側の流路の径などから予め求めておくことができる。また、内容積Ｖは、第１コントロール弁６を閉じてその下流側を真空圧に維持した状態から、第１コントロール弁６を開くとともに第２コントロール弁８を閉じ、容積Ｖの空間に既知の基準流量でガスを流し込んだ時の圧力上昇率（ΔＰ／Δｔ）を測定する、いわゆる圧力上昇率法を利用して計算により求めることも可能である（例えば、特許文献４に開示）。
【００５６】
上記のようなΔＰ／Δｔの測定に基づいて流量Ｑを求める、いわゆるビルドダウン方式（例えば、特許文献５に開示）は、典型的には下流側が真空圧などの低圧に維持された状態で上流側の弁を閉じた後のΔＰ／Δｔを測定することによって流量Ｑを求める方式である。より具体的には、例えば特許文献５に記載のように、Ｑ＝（１０００／７６０）×６０×（２７３／（２７３＋Ｔ））×Ｖ×（ΔＰ／Δｔ）によって流量を求めることができる。ここで、Ｔはガス温度（℃）であり、Ｖは上記の内容積（ｌ）であり、ΔＰは圧力降下の大きさ（絶対値）（Ｔｏｒｒ）であり、ΔｔはΔＰの圧力降下に要した時間（ｓｅｃ）である。
【００５７】
本実施形態においても、ビルドダウン方式に基づいて所望流量（すなわち、ステップダウン後の目標流量であり、ここでは５％流量）に対応するΔＰ／Δｔを求めておき、このΔＰ／Δｔが維持されるように、第１圧力センサ３の出力に基づくフィードバック制御により第２コントロール弁８の開度調整を行うことによって、所望の一定流量で残留ガスを第２コントロール弁８の下流側に流し続けることができる。なお、上記式からわかるようにガス温度Ｔによっても流量が変動するため、ガス温度Ｔを測定する温度センサ５の出力も用いてΔＰ／Δｔの制御を行えば、より向上した精度で流量制御を行い得る。
【００５８】
上記のビルドダウン方式の流量制御を第２コントロール弁８に適用した場合、時刻ｔ０に第１コントロール弁６を閉じた直後は、上流圧力Ｐ１の変化率ΔＰ１／Δｔ（図２（ｃ）に示す上流圧力Ｐ１のグラフの傾き）が所望流量に対応する圧力変化率ΔＰ１／Δｔよりも大きいので、第２コントロール弁８の開度は絞られる。その後、第２コントロール弁８が十分に絞られるとともに、上流圧力Ｐ１の変化率も徐々に緩やかになる。そして、時刻ｔ１において、測定により得られた変化率ΔＰ１／Δｔが５％流量に相当する変化率ΔＰ１／Δｔに達するまで第２コントロール弁８の開度が絞られたとき、第２コントロール弁８は最大に絞られた状態となり、制御流量も５％流量まで低下する。
【００５９】
また、上記のようにして５％流量に対応する開度にまで第２コントロール弁８を最大に絞った時刻ｔ１の後も、ΔＰ１／Δｔを一定の値に維持する制御を継続して行うが、今度は、第２コントロール弁８の開度は徐々に開かれることになる。これは、第２コントロール弁８の開度が一定のままだと残留ガスの圧力の低下に伴って流量の低下が生じるので、ΔＰ１／Δｔすなわち流量を一定の値に維持するためには第２コントロール弁８の開度を開いていくことが必要になるからである。この期間においても、第１コントロール弁６を閉じた状態に維持したまま、第２コントロール弁８の開度は、第１圧力センサ３の出力に基づいてΔＰ１／Δｔが一定の値を維持するようにフィードバック制御により調整される。
【００６０】
その後、ビルドダウン方式の流量制御によりΔＰ／Δｔが所望値になるように第２コントロール弁８の開度を調整し続ける間、残留ガスは、上流圧力Ｐ１の低下を伴いながら一定流量で流出する。そして、第１圧力センサ３の出力値が、第１コントロール弁６を用いた通常流量制御モードにおける５％流量に対応する上流圧力（ここでは１５ｋＰａ  ａｂｓ）にまで低下したときを時刻ｔ２とすると、本実施形態では、時刻ｔ２に第１コントロール弁６を、５％流量に対応する開度（第１コントロール弁６から絞り部２までの内容積の圧力が１５ｋＰａ  ａｂｓに制御される開度）に開くようにしている。これによって、第１コントロール弁６の上流からガスが流れ込み、その後も第１コントロール弁６および第２コントロール弁８の下流に５％流量でガスを流し続けることができる。なお、時刻ｔ２の後は、第２コントロール弁８は典型的には全開に開かれた状態に維持されるが、第２コントロール弁８がノーマルオープン型の場合には駆動電圧を０（電圧無印加）にして全開（ＯＰＥＮ）にしておけばよい。
【００６１】
以上に説明したように、本実施形態では、第２コントロール弁８を用いてのΔＰ／Δｔの測定結果に基づく流量制御（ビルドダウン流量制御）が可能であり、第１コントロール弁６の開度調整による通常流量制御モードから、流量ステップダウン時には、ビルドダウン流量制御モードに切り替え、その後、再び通常流量制御モードに切り替える動作が行われる。
【００６２】
ただし、他の態様において、通常流量制御モードの後、流量ステップダウンを開始するときに、まず、第２コントロール弁８を所定の開度まで急速に絞る制御を行い、その後、ビルドダウン流量制御モードに移行してもよい。これによって、流量ステップダウンの応答性をさらに向上させ得る。第２コントロール弁８を最初に急速に絞る制御は、上流圧力Ｐ１を参照し、上流圧力Ｐ１が所定圧力に達するまで行うようにしてもよい。
【００６３】
上記の例において、１００％流量から５％流量に流量をステップダウンさせるときのように初期圧力が高いと、第２コントロール弁８の開度を５％流量に相当する開度まで低下させるための弁体の移動距離が長くなる。そのため、例えば第２コントロール弁８の開度を、予めオリフィスの開度よりも少し大きいくらいの開度まで一気に閉じておき、そこから５％流量に相当する開度まで小さくするようにしてもよい。あるいは、第２コントロール弁８の最大開度を、オリフィスの開度より少し大きいくらい程度の開度に設定しておくことによって、５％流量に相当する開度にまで第２コントロール弁８を素早く閉じることが可能である。
【００６４】
また、上記のようにフィードバック制御前に第２コントロール弁８を絞る動作を行う場合、残留している上流圧力Ｐ１と制御したい流量に対応する開度とを関連付けたテーブルを予め記憶装置などに記憶しておき、これを用いて第２コントロール弁８の動作を制御してもよい。テーブルを用いる場合、ビルドダウン制御モードに移行した時に、圧力センサが出力する上流圧力Ｐ１とステップダウン後の設定流量（５％流量）とに基づいて、フィードバック制御ではなく、まずは第２コントロール弁８の開度をテーブルに従う開度付近にまで近づけ、そこからフィードバック制御を行えばよい。
【００６５】
また、上記のテーブルに記憶する項目としては、ガス種、残留圧力、制御圧力等の複数のパラメータが考えられる。この場合に、それぞれのパラメータに対応したテーブルを用意しておいてもよいが、基準テーブルを用意するとともに、例えばガス種が違う場合は、ガス種に対応する補正係数を設けてガス種の違いをカバーするようにし、基準テーブルを補正して用いるようにしてもよい。あるいは、補正せずに基準テーブルを用いる場合であっても、第２コントロール弁８を所望開度にある程度は近づけることができるので、第２コントロール弁８の応答性を向上させながら、制御の負荷を小さくすることができる。
【００６６】
以上に説明した本実施形態の流量制御方法によれば、図２（ｂ）に示すように、制御流量を時刻ｔ０〜ｔ１までの短期間において急速に低下させることができ、短時間で低設定流量まで流量をステップダウンさせることができる。また、その後も、第２コントロール弁８の開度調整により、ステップダウン後の流量で安定してガスを流し続けることができる。さらに、残留ガスが所定圧力まで低下した後には、第１コントロール弁６を開けることによって、引き続き低設定流量でガスを流し続けることができる。これによって、ステップダウン時の応答性を著しく向上させながら低設定流量への移行を適切に行うことが可能である。
【００６７】
本実施形態によれば、オリフィス径８５μｍの絞り部を用いたときに、１００％流量（２００ｓｃｃｍ）から５％流量（１０ｓｃｃｍ）まで低下させる時間を１秒以下、例えば、１００ミリ秒程度にまで短縮することが可能である。上記の時間は、第２コントロール弁８を閉じる速度を速くすればするほど短くすることができる。なお、上記記載の寸法及び流量はあくまで一例であり、オリフィス径や圧力が異なれば、流量も変化するので、同じオリフィスまたは同じ圧力でも流量が異なることがあるのはもちろんである。
【００６８】
また、本実施形態では、第２コントロール弁８は、時刻ｔ１において最も絞られた状態となるが、このときにも完全に閉じてはおらず、ステップダウン後の目標流量でガスを流すことができる。このため、ステップダウン前からステップダウン後まで、所望の流量移行を実現しながら、第２コントロール弁８の下流側に遮断なく連続的にガスを供給し続けることが可能であり、安定したガス供給を行うことができる。
【００６９】
なお、上記に説明した実施形態では、図２（ｄ）および（ｅ）に示すように、第１コントロール弁６を閉じるタイミングと、第２コントロール弁８の開度を小さくし始めるタイミングとを一致させ、同期させている。このように動作させた場合、時刻ｔ０において第１コントロール弁６の上流から流入するガスが遮断された後、第１コントロール弁６と第２コントロール弁８との間の残留ガスが、絞り部２および第２コントロール弁８を介して、第２コントロール弁８の開度に対応する流量で流れ出る状態となる。
【００７０】
ただし、上記の第１コントロール弁６を閉じるタイミングと、第２コントロール弁８の開度調整を開始するタイミングとは、必ずしも一致している必要はなく、１００％流量から５％流量への過渡応答時間よりも十分に短い時間であれば、これらがずれていてもよい。
【００７１】
第１コントロール弁６を閉じてから所定時間が経過した後に第２コントロール弁８の開度を減少させる態様においては、制御流量は、第２コントロール弁８が全開のままの期間は指数関数的に自然に低下する。ただし、目標流量に到達する前に、第２コントロール弁８の開度の調整を開始し、第２コントロール弁８の開度調整により流量を制御できる状態を達成できれば、その後は第２コントロール弁８の開度調整を行って流量を目標流量に制御することができる。また、第１コントロール弁６を閉じる前に第２コントロール弁８を閉じ始める場合であっても、上流圧力Ｐ１が一時的に増加する可能性はあるが、第１コントロール弁６が閉じられた後、第２コントロール弁８の開度調整により流量制御を行うことが可能である。
【００７２】
このように、第１コントロール弁６を閉じるタイミングと、第２コントロール弁８の開度調整を開始するタイミングとは、従来に比べてステップダウン時の応答性を向上させることができる限り、上記のように同期していてもよいし、また、ずれがあってもよい。本明細書では、上記のようなタイミングのずれがある態様も含むものとして、第２コントロール弁８の開度調整を開始する動作を、第１コントロール弁６を閉じる動作に連動させて行うというように記載することがある。
【００７３】
以下、本実施形態の流量制御方法の例示的なフローチャートについて、図３を用いて説明する。
【００７４】
図３のステップＳ１に示すように、まず、第１コントロール弁（すなわち第１バルブ）６を第１圧力センサ３の出力に基づいてフィードバック制御するとともに第２コントロール弁（すなわち第２バルブ）８を全開にすることによって第１流量でガスを流すことができる。
【００７５】
次に、ステップＳ２に示すように、設定流量を第１流量から第２流量に低下させる信号を受け取ると、制御回路７は、第１コントロール弁６を全閉にする命令を出すとともに、第２コントロール弁８を、第２流量に対応する開度に制御する命令を出し、ビルドダウン流量制御モードに切り替える。
【００７６】
ビルドダウン流量制御モードにおいて、ステップＳ３およびＳ４に示すように、第１コントロール弁６が全閉の状態で、ΔＰ／Δｔが第２流量に対応する値に維持されるように、第１圧力センサ３の出力に基づいて第２コントロール弁８の開度がフィードバック制御される。より具体的には、ステップＳ３において、ΔＰ／Δｔの測定結果と目標値とが比較され、比較結果が閾値内の時にはステップＳ４−１において第２コントロール弁８の駆動電圧が維持され、比較結果が閾値外の時には、ステップＳ４−２において第２コントロール弁８の駆動電圧の変更が行われる。
【００７７】
また、ステップＳ５に示すように、第１圧力センサ３の出力を監視して、第１圧力センサ３の出力である上流圧力Ｐ１が所定値に達したかどうかが判定される。所定値に達していない場合、ステップＳ３に戻って第２コントロール弁８の制御を続けて第２流量でガスを流すビルドダウン制御モードを継続する。
【００７８】
ステップＳ５において、第１圧力センサ３の出力が所定値に達したと判断されたときは、制御の切り替えを行い、ステップＳ６に示すように、第１コントロール弁６を第２流量に対応する開度に開くとともに第２コントロール弁８を全開にする。これにより、通量流量制御モードに切り替わる。その後、第１コントロール弁６の開度は、第１圧力センサ３の出力に基づいてフィードバック制御され、第２流量でガスを流し続けることができる。
【００７９】
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、上記には、ステップダウン開始時に第１コントロール弁６を完全に閉じて遮断状態にする態様を説明したが、これに限られない。ステップダウン開始後のビルドダウン制御モードにおいても、第１コントロール弁６がわずかに開かれた一定開度の状態に維持されて、目標流量未満の流量でガスが流入する状態が継続していてもよい。この場合にも、第１圧力センサ３の出力に基づいて、ΔＰ／Δｔが所定値を維持するように第２コントロール弁８の開度を調整すれば、第２コントロール弁８の下流側に目標流量で流体を流し得る。
【００８０】
ただし、ビルドダウン方式で用いられる流量式は、典型的には、上流側のバルブ（第１コントロール弁６）が閉鎖されていることを前提としている式であるため、上流側が開いて流体が容積Ｖの部分に流れてくる状態だと、そのままの流量式を用いると、流量制御が適切に行われない可能性がある。しかし、上流から容積Ｖに流れ込む流量が既知であれば、流量式を補正して使用することも可能であると考えられる。したがって、流入量が既知のときには、実質的に上流側のバルブが閉鎖しているのと同じ状況と考えることができる。
【００８１】
また、上記には、第１コントロール弁６が全開になった時点を設定流量の１００％として設定した例を説明したが、必ずしもその必要は無く、全開ではない中間開度の状態を１００％設定とすることも可能である。そして、上記の実施例においては、設定流量１００％における上流圧力Ｐ１は、３００ｋＰａ  ａｂｓとしているが、これに限らず、設定する流量や流量範囲、流体の種類等によって、上流圧力Ｐ１は様々な値となることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の実施形態による流量制御方法および流量制御装置は、半導体製造プロセスにおいて流量ステップダウン時に高速応答性が求められる場合などに好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００８３】
１  流路
２  絞り部
３  第１圧力センサ
４  第２圧力センサ
５  温度センサ
６  第１コントロール弁
７  制御回路
８  第２コントロール弁
９  オリフィス内蔵弁
１００  圧力式流量制御装置
【図１】
2019208417.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019208417.tif 000005
【国際調査報告】
2019208417.tif 000006
2019208417.tif 000007
2019208417.tif 000008
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