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JP7534147B2 - Flow rate control device, fluid control device, flow rate control method, and program for flow rate control device - Google Patents
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JP7534147B2 - Flow rate control device, fluid control device, flow rate control method, and program for flow rate control device - Google Patents

Flow rate control device, fluid control device, flow rate control method, and program for flow rate control device Download PDF

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JP7534147B2 JP2020133738A JP2020133738A JP7534147B2 JP 7534147 B2 JP7534147 B2 JP 7534147B2 JP 2020133738 A JP2020133738 A JP 2020133738A JP 2020133738 A JP2020133738 A JP 2020133738A JP 7534147 B2 JP7534147 B2 JP 7534147B2
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Description

本発明は、流体の例えば流量を制御する流量制御装置に関するものである。 The present invention relates to a flow control device that controls, for example, the flow rate of a fluid.

半導体製造プロセスでは、チャンバ内に各種ガスを所望の流量に制御した状態で供給することが行われている。近年、この分野では流量の高速制御や流量精度のさらなる向上が求められており(特許文献1参照)、このような要求に答えるために2つの制御バルブを用いた流量制御装置が提案されている。 In semiconductor manufacturing processes, various gases are supplied into a chamber while controlling the flow rate to a desired level. In recent years, there has been a demand in this field for faster flow rate control and improved flow rate accuracy (see Patent Document 1), and to meet this demand, a flow rate control device using two control valves has been proposed.

具体的にこの流量制御装置は、流路に対して第1バルブ、圧力式の流量センサ、第2バルブが上流側からこの順番で設けられたものである。例えば第1バルブは、流量センサを構成する層流素子の上流側に設けられた第1圧力センサの第1圧力がフィードバックされて、当該第1圧力が所望の設定圧力で一定になるように制御される。また、第2バルブは流量センサで測定される測定流量がフィードバックされ、測定流量が設定流量と一致するように制御される。なお、設定圧力は設定流量の大きさに関わらず常に一定の値が設定される。 Specifically, this flow control device has a first valve, a pressure-type flow sensor, and a second valve provided in this order from the upstream side to the flow path. For example, the first valve is controlled so that the first pressure of a first pressure sensor provided upstream of a laminar flow element that constitutes the flow sensor is fed back to the first valve, and the first pressure is kept constant at a desired set pressure. In addition, the second valve is controlled so that the measured flow rate measured by the flow sensor is fed back to the second valve, and the measured flow rate is equal to the set flow rate. The set pressure is always set to a constant value regardless of the magnitude of the set flow rate.

ところで、圧力式の流量センサは低圧であるほど感度が良くなるので、設定圧力をできるだけ小さい値に設定して、層流素子の上流側の圧力である第1圧力を低圧に保ったほうが、第2バルブによる流量制御の精度を向上できる。 Incidentally, pressure-type flow sensors are more sensitive at lower pressures, so the precision of flow control by the second valve can be improved by setting the set pressure to as low a value as possible and keeping the first pressure, which is the pressure upstream of the laminar flow element, at a low pressure.

しかしながら、設定圧力を低くしすぎると、第1圧力が層流素子及び第2バルブでの圧損や第2バルブの下流側の圧力を十分に上回れず、第2バルブの下流側へ流体を大流量で流すことができなくなってしまう。かといって、設定流量のレンジを考慮して、設定圧力をある程度高い値に設定すると、設定流量が小さい場合には圧力式の流量センサの感度や測定精度が本来の実力と比較して悪化してしまう。具体的には図6のグラフに示すように設定圧力の値が大きくなり流体抵抗の下流側の圧力である第2圧力P2の値が大きくなるほど、流量に対する差圧ΔP=P-Pの感度は低下し、測定精度も低下することになる。 However, if the set pressure is too low, the first pressure will not be able to sufficiently exceed the pressure loss in the laminar flow element and the second valve, and the pressure downstream of the second valve, making it impossible to flow a large flow rate of fluid downstream of the second valve. On the other hand, if the set pressure is set to a relatively high value in consideration of the range of the set flow rate, the sensitivity and measurement accuracy of the pressure-type flow sensor will deteriorate compared to its original capabilities when the set flow rate is small. Specifically, as shown in the graph of Figure 6, the higher the set pressure value and the higher the value of the second pressure P2, which is the pressure downstream of the fluid resistance, the lower the sensitivity of the differential pressure ΔP = P1 - P2 to the flow rate and the lower the measurement accuracy.

特開2015-109022号公報JP 2015-109022 A

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、小流量においても流量センサの感度や測定精度を高く保つことができるとともに、大流量にも対応することができる流量制御装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a flow control device that can maintain high sensitivity and measurement accuracy of the flow sensor even at low flow rates, while also being able to handle large flow rates.

すなわち、本発明に係る流量制御装置は、流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御器と、前記流量制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、を備えたことを特徴とする。 That is, the flow control device according to the present invention is characterized by comprising a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, a flow sensor that measures the flow rate of the fluid in the flow path between the first valve and the second valve, a flow controller that controls an operation amount input to the second valve so that the deviation between the measured flow rate measured by the flow sensor and a set flow rate is small, and a first valve controller that controls the first valve so that the deviation between the controlled amount and a target amount is small, using the operation amount input to the second valve by the flow controller or the opening degree of the second valve as a control amount.

また、本発明に係る流量制御方法は、流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、を備えた流量制御装置に用いられる流量制御方法であって、前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御ステップと、前記流量制御ステップにおいて前記第2バルブに入力される操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御ステップと、を備えたことを特徴とする。 The flow control method according to the present invention is a flow control method used in a flow control device including a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, and a flow sensor that measures the flow rate of the fluid in the flow path between the first valve and the second valve, and is characterized by comprising a flow control step of controlling an operation amount input to the second valve so that the deviation between the measured flow rate measured by the flow sensor and a set flow rate is small, and a first valve control step of controlling the first valve in the flow control step so that the operation amount input to the second valve or the opening of the second valve is set as a control amount and the deviation between the control amount and a target amount is small.

このようなものであれば、例えば設定流量が初期流量値から初期流量値よりも小さい維持流量値に変化した場合には、前記流量制御器は前記第2バルブの開度を小さくするように前記第2バルブに入力する操作量を変化させ、当該第2バルブを通過できる流体の流量を小さくしようとする。 In this case, for example, if the set flow rate changes from the initial flow rate value to a maintained flow rate value that is smaller than the initial flow rate value, the flow controller will change the operation amount input to the second valve so as to reduce the opening of the second valve, thereby attempting to reduce the flow rate of fluid that can pass through the second valve.

前記第2バルブの開度が変化すると、前記第1バルブ制御器では制御量と目標量との偏差が大きくなるので、当該第1バルブ制御器は前記第2バルブの開度をもとに戻すために前記第1バルブの開度を変化させる。この例の場合には、前記第1バルブと前記第2バルブとの間にある前記流量センサに流入する流体の流量を小さくし、設定流量よりも測定流量が小さくなる状態となる。そうすると、前記流量制御器は前記第2バルブを通過する流体の流量を増加させて偏差を小さくするために前記第2バルブの開度を大きくする。 When the opening of the second valve changes, the deviation between the controlled amount and the target amount in the first valve controller increases, so the first valve controller changes the opening of the first valve to return the opening of the second valve to its original value. In this example, the flow rate of the fluid flowing into the flow sensor between the first and second valves is reduced, resulting in a state in which the measured flow rate is smaller than the set flow rate. The flow controller then increases the opening of the second valve to increase the flow rate of the fluid passing through the second valve and reduce the deviation.

このような前記流量制御器と前記第1バルブ制御器の動作が制御周期ごとに繰り返されることによって、前記第2バルブの開度は、変化後の維持流量値においても初期流量値において維持されていた開度と同じ開度に戻すことができる。 By repeating the operation of the flow controller and the first valve controller for each control cycle, the opening of the second valve can be returned to the same opening that was maintained at the initial flow value even at the maintained flow value after the change.

したがって、維持流量値のような小流量で流体を流す場合には、最終的には前記第1バルブの開度を小さくして流体の流入を小さくして、前記第2バルブは抵抗とならないように開度を大きくできる。この結果、前記流量センサにおける絶対圧を低くし、流量センサの感度や測定精度を高い状態に保てる。一方、初期流量値のように大流量で流体を流す場合には、前記第2バルブの開度が所定の開度で保たれるように、前記第1バルブの開度が大きくなるように変更されてより流体の流入が大きくなる。このため、前記流量センサや前記第2バルブの圧損や前記第2バルブの下流側の圧力を上回らせて大流量を流すことができる。このように本発明であれば小流量時には前記流量センサの感度や測定精度を高く保つことと、大流量を流すのに必要な差圧の実現も両立させることができる。 Therefore, when a fluid is flowed at a small flow rate such as the maintenance flow rate value, the opening of the first valve is finally reduced to reduce the inflow of fluid, and the opening of the second valve can be increased so as not to provide resistance. As a result, the absolute pressure at the flow sensor is reduced, and the sensitivity and measurement accuracy of the flow sensor can be kept high. On the other hand, when a fluid is flowed at a large flow rate such as the initial flow rate value, the opening of the first valve is changed to be larger so that the opening of the second valve is maintained at a predetermined opening, and the inflow of fluid increases. Therefore, a large flow rate can be flowed by exceeding the pressure loss of the flow sensor and the second valve and the pressure downstream of the second valve. In this way, with the present invention, it is possible to maintain the sensitivity and measurement accuracy of the flow sensor high at a small flow rate, while also achieving the differential pressure required to flow a large flow rate.

前記流量センサが、前記第1バルブと前記第2バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第1バルブと前記流体抵抗の間に設けられた第1圧力センサと、前記流体抵抗と前記第2バルブとの間に設けられた第2圧力センサと、前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備えたものである場合に、前記流量センサの感度や測定精度を十分に発揮できるようにするには、前記第1バルブ制御器に設定される前記目標量が、前記第2バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値であればよい。このようなものであれば、前記第2バルブの開度が大きい状態が保たれるので、前記第2バルブの上流側にある前記流量センサの圧力を低下させることが可能となり、感度や測定精度を向上させることができる。 When the flow sensor includes a fluid resistor provided between the first valve and the second valve, a first pressure sensor provided between the first valve and the fluid resistor, a second pressure sensor provided between the fluid resistor and the second valve, and a flow calculation unit that calculates the flow rate of the fluid flowing through the fluid resistor based on the first pressure measured by the first pressure sensor and the second pressure measured by the second pressure sensor, in order to fully utilize the sensitivity and measurement accuracy of the flow sensor, the target amount set in the first valve controller may be a constant value that maintains the opening of the second valve at a predetermined opening on the fully open side. In this way, the opening of the second valve is maintained at a large value, making it possible to reduce the pressure of the flow sensor located upstream of the second valve, thereby improving the sensitivity and measurement accuracy.

前記第1バルブ制御器の具体的な制御則としては、前記第2バルブの開度が前記目標量に相当する開度よりも小さい場合には、前記第1バルブ制御器が、前記第1バルブの開度を小さくする方向に制御するものが挙げられる。このような、前記第2バルブの開度が目標とする状態よりも小さくなった場合には、前記第1バルブの開度が小さくなり、前記第2バルブに供給される流量を小さくなる。このため、前記流量制御器は流量を維持するために前記第1バルブの開度を大きくするように動作するので、前記第1バルブの開度を目標とする開度で保ち続けることができる。 A specific control rule of the first valve controller is that when the opening of the second valve is smaller than the opening corresponding to the target amount, the first valve controller controls the opening of the first valve in a direction to reduce the opening. When the opening of the second valve becomes smaller than the target state, the opening of the first valve is reduced, and the flow rate supplied to the second valve is reduced. Therefore, the flow rate controller operates to increase the opening of the first valve in order to maintain the flow rate, so that the opening of the first valve can be maintained at the target opening.

前記第1バルブ及び前記第1バルブ制御器の具体的な構成例としては、前記第1バルブがノーマルオープンタイプのピエゾバルブであり、前記第1バルブ制御器が、前記制御量が前記目標量よりも小さい場合には、前記第1バルブに印加する電圧を大きくする方向に制御するものが挙げられる。 A specific example of the configuration of the first valve and the first valve controller is one in which the first valve is a normally open type piezo valve, and the first valve controller controls the voltage applied to the first valve in a direction to increase when the control amount is smaller than the target amount.

前記第1バルブ及び前記第1バルブ制御器の別の構成例としては、前記第1バルブがノーマルクローズタイプのピエゾバルブであり、前記第1バルブ制御器が、前記制御量が前記目標量よりも小さい場合には、前記第1バルブに印加する電圧を小さくする方向に制御するものが挙げられる。 Another example of the configuration of the first valve and the first valve controller is one in which the first valve is a normally closed type piezo valve, and the first valve controller controls the voltage applied to the first valve in a direction to decrease when the control amount is smaller than the target amount.

既存の流量制御装置に対してプログラムの更新を行うことにより、本発明に係る流量制御装置と同様の効果を発揮できるようにするには、流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、を備えた流量制御装置に用いられるプログラムであって、前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御器と、前記流量制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量制御装置用プログラムを用いれば良い。 In order to achieve the same effect as the flow control device of the present invention by updating the program of an existing flow control device, it is sufficient to use a program for a flow control device that includes a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, and a flow sensor that measures the flow rate of the fluid in the flow path between the first valve and the second valve, the program causing a computer to function as a flow controller that controls an operation amount input to the second valve so as to reduce the deviation between the measured flow rate measured by the flow sensor and a set flow rate, and a first valve controller that controls the first valve so as to reduce the deviation between the control amount and a target amount, using the operation amount input to the second valve by the flow controller or the opening of the second valve as a control amount.

なお、流量制御装置用プログラムは、電子的に配信されるものであってもよいし、CD、DVD、BD、フラッシュメモリ等のプログラム記録媒体に記録されたものであってもよい。 The program for the flow control device may be distributed electronically or may be recorded on a program recording medium such as a CD, DVD, BD, or flash memory.

流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の物理量を測定する流体センサと、前記流体センサで測定される測定量と設定量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流体制御器と、前記流体制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度である制御量と、目標量との偏差が小さくなるように、前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、を備えた流体制御装置であれば、流量、圧力、あるいは濃度といった流体の物理量を設定量と一致するように制御しつつ、第2バルブの開度を所望の開度で維持し続けて、流体センサを動作させるのに適した圧力を保つ事が可能となる。したがって、制御の対象となる物理量の種類に関わらず、制御精度を従来よりも向上させることが可能となる。 A fluid control device including a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, a fluid sensor that measures a physical quantity of the fluid in the flow path between the first valve and the second valve, a fluid controller that controls an operation amount input to the second valve so that the deviation between the measurement amount measured by the fluid sensor and a set amount is small, and a first valve controller that controls the first valve so that the deviation between the operation amount input to the second valve by the fluid controller or the control amount, which is the opening of the second valve, and a target amount is small, can control the physical quantity of the fluid, such as the flow rate, pressure, or concentration, to match the set amount, while maintaining the opening of the second valve at a desired opening, thereby maintaining a pressure suitable for operating the fluid sensor. Therefore, it is possible to improve the control accuracy compared to the conventional method, regardless of the type of physical quantity to be controlled.

例えばチャンバ内にガスを供給してプラズマを形成するようなプロセスの場合、チャンバ内でプロセスが休止している期間でも最低限のプラズマを生成し続ける。これは、チャンバ内の不純物等が空中に浮いた状態を維持し、基板には不純物が堆積しないようにするためである。このため、プロセス中には所定流量のガスをチャンバに供給しておき、休止期間に入るとガスの流量をプラズマが維持されるような最低限度の維持流量まで減少させて維持される。 For example, in the case of a process in which gas is supplied into a chamber to form plasma, a minimum amount of plasma continues to be generated even during periods when the process is paused in the chamber. This is to keep impurities in the chamber suspended in the air and prevent them from accumulating on the substrate. For this reason, a specified flow rate of gas is supplied to the chamber during the process, and when the pause period begins, the gas flow rate is reduced to the minimum maintenance flow rate at which plasma is maintained.

ところで、流量センサと、前記流量センサの下流側に設けられた制御バルブと、流量センサの測定流量と設定流量の偏差に基づいて制御バルブを制御する流量制御器とを備えた流量制御装置において、上記のような流量制御を実現するために前記流量制御器に対してステップ状に流量値が大きく低下する設定流量を設定し、維持流量に相当する前記制御バルブの開度が全閉に近い開度の場合には、瞬間的にチャンバ内にはガスが供給されていない状況が発生する可能性がある。 In a flow control device that includes a flow sensor, a control valve provided downstream of the flow sensor, and a flow controller that controls the control valve based on the deviation between the measured flow rate of the flow sensor and the set flow rate, if a set flow rate is set for the flow controller such that the flow rate value drops significantly in a stepwise manner to achieve the above-mentioned flow rate control, and the opening of the control valve corresponding to the maintained flow rate is close to being fully closed, a situation may occur in which gas is not momentarily supplied to the chamber.

具体的には前記流量センサは前記制御バルブの上流側に存在するため、前記制御バルブを実際に通過しているガスの流量に対して時間遅れが発生している。このため、前記流量制御器が維持流量を実現するために前記制御バルブの開度を小さくし、ある時点で前記制御バルブが維持流量を実現するのに適した開度となっていても前記流量センサは維持流量よりも大きい測定流量を出力することになる。そして、流量制御器は測定流量と設定流量の偏差を解消するために、さらに前記制御バルブの開度を小さくするので、前記制御バルブが全閉となってしまう可能性がある。すなわち、図7のグラフに示すように前記流量センサの出力はゼロとなっていなくても、前記制御バルブの開度はゼロとなっているので、実際には図8に示すように前記制御バルブの下流側にはガスは流れておらず、チャンバにおいてプラズマを維持できない状態になってしまう。 Specifically, since the flow sensor is located upstream of the control valve, a time lag occurs with respect to the flow rate of gas actually passing through the control valve. Therefore, the flow controller reduces the opening of the control valve to achieve the maintained flow rate, and even if the control valve is at an opening suitable for achieving the maintained flow rate at a certain point in time, the flow sensor will output a measured flow rate greater than the maintained flow rate. Then, the flow controller further reduces the opening of the control valve to eliminate the deviation between the measured flow rate and the set flow rate, which may cause the control valve to be fully closed. In other words, even if the output of the flow sensor is not zero as shown in the graph of FIG. 7, the opening of the control valve is zero, so in reality, no gas flows downstream of the control valve as shown in FIG. 8, and plasma cannot be maintained in the chamber.

このような問題を解決するには、流路に設けられ、当該流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力するセンシング機構と、前記センシング機構の出力信号の示す測定値と、前記測定値に応じた流量特性値とに基づいて前記流量を算出する流量算出部と、を具備する流量センサと、前記流量センサの上流側又は下流側に設けられた制御バルブと、前記流量センサで測定される測定流量と、設定流量との偏差が小さくなるように前記制御バルブを制御する流量制御器と、指令流量に対して前記センシング機構の出力信号の示す測定値に応じた時間遅れを付与した前記設定流量を前記流量制御器に設定するリファレンスガバナと、を備えた流量制御装置を用いれば良い。 To solve such problems, a flow control device can be used that includes a flow sensor that includes a sensing mechanism that is provided in a flow path and outputs an output signal corresponding to the flow rate of the fluid flowing through the flow path, a flow calculation unit that calculates the flow rate based on a measurement value indicated by the output signal of the sensing mechanism and a flow characteristic value corresponding to the measurement value, a control valve that is provided upstream or downstream of the flow sensor, a flow controller that controls the control valve so as to reduce the deviation between the measured flow rate measured by the flow sensor and the set flow rate, and a reference governor that sets the set flow rate, which is a command flow rate with a time delay corresponding to the measurement value indicated by the output signal of the sensing mechanism, in the flow controller.

このようなものであれば、前記リファレンスガバナが前記センシング機構の出力信号の示す測定に応じた時間遅れを付与して前記設定流量を前記流量制御器に設定するので、前記設定流量には前記流量センサの時間遅れを反映させることができる。したがって、前記流量センサの時間遅れによる測定流量と設定流量との偏差が発生しにくいため、前記流量制御器が全閉に近い開度に相当する流量を実現しようとする場合でも、前記制御バルブが全閉となるまで制御されるのを防ぐことができる。 In this way, the reference governor sets the set flow rate in the flow controller by applying a time delay according to the measurement indicated by the output signal of the sensing mechanism, so the time delay of the flow sensor can be reflected in the set flow rate. Therefore, since deviation between the measured flow rate and the set flow rate due to the time delay of the flow sensor is unlikely to occur, even when the flow controller is trying to achieve a flow rate equivalent to an opening close to full closure, it is possible to prevent the control valve from being controlled to full closure.

また、前記リファレンスガバナは前記センシング機構の出力信号の示す測定値に応じて前記設定流量に時間遅れを付与するので、例えば流量の大きさの違いにより前記流量センサに現れる時間遅れの大きさの違いも正確に反映させることができる。このため、一定の時間遅れが設定流量に対してそのまま与えられる場合と比較して、前記流量センサの時間遅れに起因する偏差を発生しにくくし、前記制御バルブが全閉となって低流量での流体の供給が途切れてしまうのを防ぐことができる。 In addition, since the reference governor imparts a time delay to the set flow rate according to the measured value indicated by the output signal of the sensing mechanism, it is possible to accurately reflect, for example, differences in the magnitude of the time delay that appears in the flow sensor due to differences in the magnitude of the flow rate. Therefore, compared to a case where a constant time delay is directly applied to the set flow rate, deviations due to the time delay of the flow sensor are less likely to occur, and it is possible to prevent the control valve from closing completely and interrupting the supply of fluid at low flow rates.

前記リファレンスガバナによって、前記設定流量に前記流量センサの時間遅れを正確に反映させるための具体的な構成例としては、前記センシング機構が、流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第1圧力センサと、前記流体抵抗と下流側に設けられた第2圧力センサと、を具備し、前記流量算出部が、前記第1圧力センサ及び前記第2圧力センサの出力信号の示す測定値である第1圧力及び第2圧力に基づいて、前記流量特性値である流路抵抗を決定する係数決定部と、前記第1圧力、前記第2圧力、及び、前記流路抵抗に基づいて前記流量を算出する出力部と、を具備し、前記リファレンスガバナが、前記係数決定部で決定される前記流路抵抗と、前記指令流量に基づいて前記設定流量を算出し、前記流量制御器に当該設定流量を設定するように構成されたものが挙げられる。 A specific example of a configuration for allowing the reference governor to accurately reflect the time delay of the flow sensor in the set flow rate is one in which the sensing mechanism includes a fluid resistance, a first pressure sensor provided upstream of the fluid resistance, and a second pressure sensor provided downstream of the fluid resistance, the flow calculation unit includes a coefficient determination unit that determines the flow resistance, which is the flow characteristic value, based on the first pressure and the second pressure, which are measured values indicated by the output signals of the first pressure sensor and the second pressure sensor, and an output unit that calculates the flow rate based on the first pressure, the second pressure, and the flow resistance, and the reference governor is configured to calculate the set flow rate based on the flow resistance determined by the coefficient determination unit and the command flow rate, and set the set flow rate in the flow controller.

流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記流路において前記第1バルブと前記第2バルブの間に設けられた流体抵抗と、前記流路において前記第1バルブと前記流体抵抗との間の容積である第1容積内の圧力を測定する第1圧力センサと、前記流路において前記流体抵抗と前記第2バルブとの間の容積である第2容積内の圧力を測定する第2圧力センサと、前記第1圧力センサで測定される第1圧力と前記第2圧力センサで測定される第2圧力に基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備えた流量制御装置において、前記第1容積の大きさについて正確に同定できるようにし、製造誤差等があったとしても前記第1容積の大きさから定められる各種パラメータを機器ごとに適切に設定して流量制御の精度をさらに向上させられるようにするには、前記第1容積又は前記第2容積の容積について診断する診断器と、を備え、前記診断器が、前記第1バルブが開放され、前記第2バルブが閉止されている状態において、所定期間に亘って前記流量算出部が算出する流量の積算値と、前記所定期間における前記第1圧力の変化量とに基づいて前記第1容積の大きさを算出するものであればよい。 The device includes a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, a fluid resistance provided in the flow path between the first valve and the second valve, a first pressure sensor that measures the pressure in a first volume that is a volume between the first valve and the fluid resistance in the flow path, a second pressure sensor that measures the pressure in a second volume that is a volume between the fluid resistance and the second valve in the flow path, and a flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the fluid flowing through the fluid resistance based on the first pressure measured by the first pressure sensor and the second pressure measured by the second pressure sensor. In a flow control device, in order to accurately identify the size of the first volume and to further improve the accuracy of flow control by appropriately setting various parameters determined from the size of the first volume for each device even if there is a manufacturing error, etc., a diagnoser that diagnoses the volume of the first volume or the second volume may be provided, and the diagnoser may calculate the size of the first volume based on an integrated value of the flow rate calculated by the flow calculation unit over a predetermined period and the amount of change in the first pressure during the predetermined period when the first valve is open and the second valve is closed.

前記第2容積の大きさについても正確に同定できるようにするには、前記診断器が、前記第2バルブが開放され、前記第1バルブが閉止されている状態において、所定期間に亘って前記流量算出部が算出する流量の積算値と、前記所定期間における前記第2圧力の変化量とに基づいて前記第2容積の大きさを算出するものであればよい。 In order to accurately identify the size of the second volume, the diagnostic device may calculate the size of the second volume based on an integrated value of the flow rate calculated by the flow rate calculation unit over a predetermined period of time while the second valve is open and the first valve is closed, and on the amount of change in the second pressure during the predetermined period of time.

大きさを同定した容積内への流体の流出又は流入が安定した状態となっており、同定誤差を発生しにくくするには、前記所定期間が、前記第1圧力と前記第2圧力の差の絶対値が最大となってから前記第1圧力と前記第2圧力が等しくなるまでの期間であればよい。 To ensure that the flow of fluid into or out of the volume whose size has been identified is stable and identification errors are less likely to occur, the specified period should be the period from when the absolute value of the difference between the first pressure and the second pressure becomes maximum until when the first pressure and the second pressure become equal.

同定された前記第1容積及び前記第2容積の大きさについて、別の方法でその正しいを検定できるようにするには、前記診断器が、前記所定期間の開始時点における前記第1圧力と前記所定期間の終了時点における前記第1圧力の差と、前記所定期間の開始時点における前記第2圧力と前記所定期間の終了時点における前記第2圧力の差に基づいて、前記第1容積と前記第2容積との間の容積比を算出するものが挙げられる。 In order to be able to verify the correctness of the identified sizes of the first volume and the second volume in another way, the diagnostic device may calculate a volume ratio between the first volume and the second volume based on the difference between the first pressure at the start of the specified period and the first pressure at the end of the specified period, and the difference between the second pressure at the start of the specified period and the second pressure at the end of the specified period.

このように本発明に係る流量制御装置であれば、前記第2バルブが流量フィードバックにより制御され、前記第2バルブの上流側にある前記第1バルブが前記第2バルブの開度に関連する制御量が目標量と一致するように制御することにより、小流量を流す場合には流量センサの感度や測定精度が発揮されるような低圧を実現しつつ、大流量を流す場合には各種圧損や下流側の圧力を上回れるような圧力差を実現することもできる。 In this way, with the flow control device according to the present invention, the second valve is controlled by flow feedback, and the first valve, which is located upstream of the second valve, is controlled so that the control amount related to the opening of the second valve matches the target amount, thereby realizing a low pressure that allows the sensitivity and measurement accuracy of the flow sensor to be demonstrated when a small flow rate is flowed, while at the same time, when a large flow rate is flowed, it is possible to realize a pressure difference that exceeds various pressure losses and downstream pressure.

本発明の一実施形態における流量制御装置を示す模式図。1 is a schematic diagram showing a flow rate control device according to an embodiment of the present invention; 同実施形態における流量制御装置の流量制御と第2バルブの開度維持に関連する構成を示した模式図。2 is a schematic diagram showing a configuration related to flow control by the flow control device and maintaining the opening degree of a second valve in the embodiment. FIG. 同実施形態における流量制御装置の第1バルブと第2バルブの動作を示す模式的グラフ。5 is a schematic graph showing the operation of a first valve and a second valve of the flow rate control device in the embodiment. 同実施形態における流量制御装置のリファレンスガバナに関連する構成を示した模式図。2 is a schematic diagram showing a configuration related to a reference governor of the flow control device in the embodiment. FIG. 従来の流量制御装置における第1バルブと第2バルブの制御例を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of control of a first valve and a second valve in a conventional flow control device. 圧力式の流量センサにおける絶対圧に対する感度変化を示す流量-差圧のグラフ。1 is a graph showing a relationship between flow rate and differential pressure, which indicates a change in sensitivity with respect to absolute pressure in a pressure-based flow sensor. 従来の流量制御装置における第1バルブ及び第2バルブの開度変化を示す模式図。11 is a schematic diagram showing changes in the opening degree of a first valve and a second valve in a conventional flow control device. 従来の流量制御装置における流量変化の例を示す模式図。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a flow rate change in a conventional flow rate control device. 本発明のその他の実施形態における流量制御装置を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a flow rate control device according to another embodiment of the present invention. 同定される第1容積又は第2容積のズレを示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a deviation of the identified first volume or second volume. プロセス停止時等に実施される第2容積の同定に関する動作を示すフローチャート。11 is a flowchart showing an operation related to identification of a second volume that is performed when a process is stopped, etc. プロセス停止時等に実施される第1容積の同定に関する動作を示すフローチャート。11 is a flowchart showing an operation related to identification of a first volume that is performed when a process is stopped, etc. プロセス中においてガスの供給が停止される場合等に実施される容積比、第1容積、及び、第2容積の同定に関する動作を示すフローチャート。11 is a flowchart showing operations related to identification of the volume ratio, the first volume, and the second volume that are performed when the supply of gas is stopped during the process, etc.;

本発明の第1実施形態における流量制御装置100について図1乃至図4を参照しながら説明する。 The flow control device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 4.

一実施形態の流量制御装置100は、例えば半導体製造プロセスにおいてプラズマが生成されるチャンバ内に反応性ガスを予め定められた設定流量で供給するために用いられるものである。具体的にはこの流量制御装置100は、チャンバ内でドライエッチングを進行させるプロセス期間中は所定流量の反応性ガスを供給する。また、この流量制御装置100は、プロセスの休止期間中にはチャンバ内にプラズマを維持するために必要最小限の流量である維持流量で供給する。維持流量は、例えばチャンバ内に微粒子(ダスト)によりクーロン結晶が形成され、チャンバ内の基板に微粒子が休止期間中に堆積しないようにできる反応性ガスの流量となる。 The flow control device 100 of one embodiment is used to supply reactive gas at a predetermined set flow rate into a chamber where plasma is generated, for example, in a semiconductor manufacturing process. Specifically, the flow control device 100 supplies reactive gas at a predetermined flow rate during the process period in which dry etching proceeds in the chamber. In addition, the flow control device 100 supplies reactive gas at a maintenance flow rate, which is the minimum flow rate required to maintain plasma in the chamber, during pauses in the process. The maintenance flow rate is a flow rate of reactive gas that prevents, for example, Coulomb crystals from being formed by fine particles (dust) in the chamber and prevents the fine particles from depositing on a substrate in the chamber during pauses.

図1に示すように流量制御装置100は、流路に設けられたセンサ、バルブからなる流体機器と、当該流体機器の制御を司る制御演算機構COMと、を備えている。 As shown in FIG. 1, the flow control device 100 includes a fluid device consisting of a sensor and a valve provided in a flow path, and a control and calculation mechanism COM that controls the fluid device.

流体機器は、流路に対して設けられた、供給圧センサP0、第1バルブV1、第1圧力センサP1、流体抵抗FR、第2圧力センサP2、第2バルブV2からなる。各機器は上流側からこの順番で設けられている。 The fluid device is provided in the flow path and consists of a supply pressure sensor P0, a first valve V1, a first pressure sensor P1, a fluid resistance FR, a second pressure sensor P2, and a second valve V2. Each device is provided in this order from the upstream side.

ここで、流体抵抗FRは層流素子であり、その前後の差圧に応じて当該流体抵抗FR内に流れるガスの流量が生じる。第1圧力センサP1、流体抵抗FR、第2圧力センサP2、及び、後述する流量算出部FCは第1バルブV1と第2バルブV2との間の流路を流れる流体の流量を測定する流量センサFSを構成する。すなわち、第1圧力センサP1、流体抵抗FR、及び、第2圧力センサP2は流路に流れる流体の流量に応じた出力信号を出力するセンシング機構SMであり、流量算出部FCはセンシング機構SMの出力信号に基づいて流路を流れている流体の流量を算出する。この流量センサFSはいわゆる圧力式の流量センサであるため、各圧力センサで測定される圧力が低いほど測定される流量の測定精度が高くなる特性を有している。本実施形態では流量制御装置100の設けられている流路は真空引きされているチャンバに接続されている。したがって、第1バルブV1及び第2バルブV2との間の容積内の圧力を所定値以下に低下させるには、第1バルブV1は全閉側の開度に保ち流入する流体の量を減らし、第2バルブV2を所定開度に以上に保ち、容積内の流体が第2バルブV2を通過しやすくすればよい。 Here, the fluid resistance FR is a laminar flow element, and the flow rate of gas flowing through the fluid resistance FR occurs depending on the pressure difference between the front and rear of the fluid resistance FR. The first pressure sensor P1, the fluid resistance FR, the second pressure sensor P2, and the flow rate calculation unit FC described later constitute a flow rate sensor FS that measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path between the first valve V1 and the second valve V2. That is, the first pressure sensor P1, the fluid resistance FR, and the second pressure sensor P2 are a sensing mechanism SM that outputs an output signal according to the flow rate of the fluid flowing through the flow path, and the flow rate calculation unit FC calculates the flow rate of the fluid flowing through the flow path based on the output signal of the sensing mechanism SM. Since this flow rate sensor FS is a so-called pressure-type flow rate sensor, it has the characteristic that the lower the pressure measured by each pressure sensor, the higher the measurement accuracy of the measured flow rate. In this embodiment, the flow path in which the flow control device 100 is provided is connected to a vacuum-drawn chamber. Therefore, to reduce the pressure in the volume between the first valve V1 and the second valve V2 to below a predetermined value, the first valve V1 should be kept at a fully closed opening to reduce the amount of fluid flowing in, and the second valve V2 should be kept at a predetermined opening or higher to make it easier for the fluid in the volume to pass through the second valve V2.

供給圧センサP0は、上流側から供給されるガスの圧力をモニタリングするためのものである。なお、供給圧センサP0については供給圧が安定していることが保証されている場合等には省略してもよい。 The supply pressure sensor P0 is used to monitor the pressure of the gas supplied from the upstream side. Note that the supply pressure sensor P0 may be omitted in cases where it is guaranteed that the supply pressure is stable.

第1圧力センサP1は、流路において第1バルブV1と流体抵抗FRとの間における容積である第1容積VL1内にチャージされているガスの圧力(以下、第1圧力とも言う。)を測定するものである。 The first pressure sensor P1 measures the pressure of the gas (hereinafter also referred to as the first pressure) charged in the first volume VL1, which is the volume between the first valve V1 and the fluid resistance FR in the flow path.

第2圧力センサP2は、流路において流体抵抗FRと第2バルブV2との間における容積である第2容積VL2にチャージされているガスの圧力(以下、第2圧力とも言う。)を測定するものである。 The second pressure sensor P2 measures the pressure of the gas (hereinafter also referred to as the second pressure) charged in the second volume VL2, which is the volume between the fluid resistance FR and the second valve V2 in the flow path.

このように第1圧力センサP1と第2圧力センサP2は、第1バルブV1、流体抵抗FR、第2バルブV2で形成される2つの容積である第1容積VL1、第2容積VL2の圧力をそれぞれ測定している。また、別の表現をすると、第1圧力センサP1と第2圧力センサP2は、流体抵抗FRの前後に配置されたそれぞれの容積内の圧力を測定するものである。 In this way, the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 respectively measure the pressure in the first volume VL1 and the second volume VL2, which are the two volumes formed by the first valve V1, the fluid resistance FR, and the second valve V2. In other words, the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 measure the pressure in the respective volumes located before and after the fluid resistance FR.

第1バルブV1、及び、第2バルブV2は、この実施形態では同型のものであり、例えばピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブである。なお、第2バルブV2は請求項における制御バルブにも相当する。この実施形態では第2バルブV2が流量センサの測定流量による流量フィードバック制御によってその開度が制御される。一方、第1バルブV1は第2バルブV2に印加されている電圧がフィードバックされ、その電圧が予め定めた一定値となるようにその開度が制御される。すなわち、第1バルブV1に対しては自身とは異なるバルブに印加されている電圧の情報がフィードバックされて、その開度が制御される。 In this embodiment, the first valve V1 and the second valve V2 are of the same type, for example, a piezo valve in which a valve body is driven against a valve seat by a piezo element. The second valve V2 also corresponds to the control valve in the claims. In this embodiment, the opening of the second valve V2 is controlled by flow feedback control based on the flow rate measured by a flow sensor. On the other hand, the opening of the first valve V1 is controlled by feeding back the voltage applied to the second valve V2 so that the voltage is a predetermined constant value. In other words, the opening of the first valve V1 is controlled by feeding back information about the voltage applied to a valve other than itself.

次に制御演算機構COMについて詳述する。制御演算機構COMは、例えばCPU、メモリ、A/D・D/Aコンバータ、入出力手段等を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流体制御装置用プログラムが実行されて各種機器が協業することにより、流量算出部FC、流量制御器1、第1バルブ制御器2、リファレンスガバナ3としての機能を少なくとも発揮する。 Next, the control and calculation mechanism COM will be described in detail. The control and calculation mechanism COM is a so-called computer equipped with, for example, a CPU, memory, A/D and D/A converters, input/output means, etc., and performs at least the functions of the flow rate calculation unit FC, flow rate controller 1, first valve controller 2, and reference governor 3 by executing a program for the fluid control device stored in the memory and cooperating with various devices.

流量算出部FCは、センシング機構SMの出力信号の示す測定値と、測定値に応じた流量特性値とに基づいて流量を算出する。具体的には流量算出部FCは、センシング機構SMの出力信号の示す測定値である流体抵抗FRの上流側の圧力である第1圧力と下流側の圧力である第2圧力に基づいて、流体抵抗FR内を流れている流体の流量を算出する。ここで、流量算出部FCは、第1圧力と第2圧力だけでなく、流体抵抗FRの特性に応じて定まる流量特性値に基づいて流量を算出する。 The flow rate calculation unit FC calculates the flow rate based on the measurement value indicated by the output signal of the sensing mechanism SM and a flow rate characteristic value corresponding to the measurement value. Specifically, the flow rate calculation unit FC calculates the flow rate of the fluid flowing through the fluid resistance FR based on the first pressure, which is the pressure on the upstream side of the fluid resistance FR, and the second pressure, which is the pressure on the downstream side, which are the measurement values indicated by the output signal of the sensing mechanism SM. Here, the flow rate calculation unit FC calculates the flow rate based not only on the first pressure and the second pressure, but also on the flow rate characteristic value determined according to the characteristics of the fluid resistance FR.

すなわち、流量算出部FCは、第1圧力、及び、第2圧力に基づいて流量特性値である流路抵抗を決定する係数決定部FC1と、第1圧力、第2圧力、流路抵抗とに基づいて流量を算出し流量制御器1に出力する出力部FC2とからなる。 That is, the flow rate calculation unit FC is composed of a coefficient determination unit FC1 that determines the flow rate characteristic value, the flow path resistance, based on the first pressure and the second pressure, and an output unit FC2 that calculates the flow rate based on the first pressure, the second pressure, and the flow path resistance and outputs it to the flow rate controller 1.

出力部FC2は、例えば流量をQ、流路抵抗をR、第1圧力をP、第2圧力をPとした場合にQ=(P-P)/Rの式に基づいて流量を算出する。ここで、流路抵抗Rは第1圧力P及び第2圧力Pの影響を受けて変化する。 For example, when the flow rate is Q, the flow path resistance is R, the first pressure is P1 , and the second pressure is P2 , the output section FC2 calculates the flow rate based on the formula Q = ( P1 - P2 ) / R. Here, the flow path resistance R changes under the influence of the first pressure P1 and the second pressure P2 .

係数決定部FC1は、例えば第1圧力Pと、第1圧力Pと第2圧力Pの差圧ΔPから流量特性値である流路抵抗Rを決定する。係数決定部FC1は、例えば流路抵抗Rを第1圧力P、と差圧をパラメータとする多変数関数から算出するように構成してもよいし、予め実験等により決定した流路抵抗R、第1圧力、差圧のテーブルを参照して流路抵抗Rを決定するように構成してもよい。 The coefficient determination unit FC1 determines the flow path resistance R, which is a flow rate characteristic value, from, for example, the first pressure P1 and the differential pressure ΔP between the first pressure P1 and the second pressure P2 . The coefficient determination unit FC1 may be configured to calculate the flow path resistance R from a multivariate function having the first pressure P1 and the differential pressure as parameters, or may be configured to determine the flow path resistance R by referring to a table of the flow path resistance R, the first pressure, and the differential pressure determined in advance by an experiment or the like.

流量制御器1は、リファレンスガバナ3により設定される設定流量と、流量センサで測定されている測定流量との偏差が小さくなるように例えばPID制御によって第2バルブV2に入力される操作量である印加電圧を流量フィードバック制御する。 The flow rate controller 1 performs flow rate feedback control of the applied voltage, which is the manipulated variable input to the second valve V2, for example by PID control, so as to reduce the deviation between the set flow rate set by the reference governor 3 and the measured flow rate measured by the flow rate sensor.

この実施形態では設定流量は、ユーザによって例えばステップ関数や折れ線関数等として入力される指令流量がリファレンスガバナ3によって、流量センサの測定流量の時間遅れが反映された連続関数に変換されたものである。 In this embodiment, the set flow rate is a command flow rate input by the user, for example as a step function or broken line function, which is converted by the reference governor 3 into a continuous function that reflects the time delay of the measured flow rate of the flow sensor.

第1バルブ制御器2は、第2バルブV2に入力される操作量である印加電圧を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブV1への印加電圧を制御する。ここで、目標量は例えばユーザによって設定される値であり、第2バルブV2において維持し続けたい開度に相当する維持電圧値である。本実施形態では維持電圧値に相当する開度は、第2バルブV2の全開側の開度であり、チャンバからの真空引きにより第1バルブV1と第2バルブV2との間の容積が、流量センサの動作に適した所定圧力以下の状態が実現される。また、維持電圧値は定数であり、常に一定の値として設定される。通常第1バルブV1の開度を制御するのであれば、第1バルブV1に関する情報、あるいは、第1バルブV1によって直接的に操作される流量の物理量をフィードバックして制御するところ、第1バルブ制御器2は第2バルブV2に関する情報をフィードバックして第1バルブV1の開度を制御する。 The first valve controller 2 controls the applied voltage to the first valve V1 so that the deviation between the control amount and the target amount is small, using the applied voltage, which is the operation amount input to the second valve V2, as the control amount. Here, the target amount is, for example, a value set by the user, and is a maintenance voltage value corresponding to the opening degree to be maintained in the second valve V2. In this embodiment, the opening degree corresponding to the maintenance voltage value is the opening degree of the second valve V2 on the fully open side, and a state in which the volume between the first valve V1 and the second valve V2 is below a predetermined pressure suitable for the operation of the flow sensor is realized by vacuuming from the chamber. In addition, the maintenance voltage value is a constant and is always set to a constant value. Normally, when controlling the opening degree of the first valve V1, information about the first valve V1 or the physical amount of the flow rate directly operated by the first valve V1 is fed back to control it, but the first valve controller 2 controls the opening degree of the first valve V1 by feeding back information about the second valve V2.

より具体的には第1バルブ制御器2は、第2バルブV2が目標の開度で維持されるように第2バルブV2への印加電圧の大きさに応じて、流量センサ及び第2バルブV2へと供給される流体の流量を変化させる。つまり、第1バルブ制御器2は、維持電圧値に対して第2バルブV2への印加電圧が小さくなっており、第2バルブV2の開度が目標の開度よりも小さくなっている場合には、第2バルブV2への流体の供給量を減らすように第1バルブV1への印加電圧を減少させて、第1バルブV1の開度を小さくする。逆に第2バルブV2の開度が目標の開度よりも大きくなっている場合には、第2バルブV2への流体の供給量を増やすように第1バルブV1への印加電圧を増加させて、第1バルブV1の開度を大きくする。 More specifically, the first valve controller 2 changes the flow rate of the fluid supplied to the flow sensor and the second valve V2 according to the magnitude of the voltage applied to the second valve V2 so that the second valve V2 is maintained at the target opening. In other words, when the voltage applied to the second valve V2 is small relative to the maintenance voltage value and the opening of the second valve V2 is smaller than the target opening, the first valve controller 2 reduces the voltage applied to the first valve V1 so as to reduce the amount of fluid supplied to the second valve V2, thereby reducing the opening of the first valve V1. Conversely, when the opening of the second valve V2 is larger than the target opening, the first valve controller 2 increases the voltage applied to the first valve V1 so as to increase the amount of fluid supplied to the second valve V2, thereby increasing the opening of the first valve V1.

ここで、このように構成された流量制御器1と第1バルブ制御器2とが協調してどのように動作するかについて図2及び図3を参照しながら説明する。この説明では簡単のため、図2に示すようにリファレンスガバナ3の影響については省略してある。また、設定流量については図3に示すようにプロセス期間中の所定の流量から休止期間中の維持流量へと折れ線関数で変化する場合を例としており、グラフには第1バルブV1及び第2バルブV2への印加電圧の時間変化が示してある。 Now, with reference to Figures 2 and 3, we will explain how the flow rate controller 1 and first valve controller 2 configured in this way work together. For simplicity, the influence of the reference governor 3 has been omitted in this explanation, as shown in Figure 2. In addition, as shown in Figure 3, the set flow rate is taken as an example of a case in which the set flow rate changes from a specified flow rate during the process period to a maintained flow rate during the pause period using a broken line function, and the graph shows the change over time in the voltage applied to the first valve V1 and the second valve V2.

プロセス期間中において所定の流量で安定供給されている間は、第1バルブV1への印加電圧V1及び第2バルブV2への印加電圧V2はそれぞれほぼ一定値で安定する。この期間における第2バルブV2への印加電圧V2の値は、第1バルブ制御器2に入力されている目標量の維持電圧値とほぼ一致する。 During the process period, while a stable supply is being provided at a predetermined flow rate, the voltage V1 applied to the first valve V1 and the voltage V2 applied to the second valve V2 are each stable at a substantially constant value. The value of the voltage V2 applied to the second valve V2 during this period is substantially equal to the maintenance voltage value of the target amount input to the first valve controller 2.

次にプロセス期間と休止期間との間の遷移期間では、流量制御器1に入力されている設定流量は所定の流量から維持流量へと短時間で大きく変化するので、流量センサの出力する測定流量よりも設定流量のほうが小さくなり、偏差が発生する。このため、流量制御器1は測定流量が小さくなるように第2バルブV2の開度が小さくなるように印加電圧V2を低下させていく。 Next, during the transition period between the process period and the pause period, the set flow rate input to the flow controller 1 changes significantly in a short period of time from a predetermined flow rate to a maintained flow rate, so the set flow rate becomes smaller than the measured flow rate output by the flow sensor, and a deviation occurs. For this reason, the flow controller 1 reduces the applied voltage V2 so that the opening of the second valve V2 becomes smaller so that the measured flow rate becomes smaller.

図3に示すように遷移期間において第2バルブV2への印加電圧V2が変化すると、目標量である維持電圧値よりも制御量である印加電圧V2が小さくなり偏差が発生する。したがって、第1バルブ制御器2はこの偏差を解消するために、第1バルブV1への印加電圧V1を低下させて、第1バルブV1の開度を小さくして、第2バルブV2への流体の供給量を減少させ始める。 As shown in Figure 3, when the applied voltage V2 to the second valve V2 changes during the transition period, the applied voltage V2, which is the controlled amount, becomes smaller than the maintenance voltage value, which is the target amount, and a deviation occurs. Therefore, in order to eliminate this deviation, the first valve controller 2 reduces the applied voltage V1 to the first valve V1, reducing the opening of the first valve V1, and begins to reduce the amount of fluid supplied to the second valve V2.

休止期間の初期においては、第1バルブV1からの流体の供給が減少すると、流量センサで測定される測定流量も減少するので、維持流量よりも測定流量が小さくなり偏差が生じる。このため、流量制御器1は前記第2バルブV2を通過する流体の流量を増加させるために第2バルブV2の開度を大きくして、測定流量を維持流量に戻そうとする。また、第2バルブV2の印加電圧V2は維持電圧よりも小さい状態は維持されているので、第1バルブ制御器2は引き続き、第1バルブV1への印加電圧V1を低下させて、第2バルブV2への流体の供給量を減少させ続ける。このような動作が制御周期ごとに繰り返されることにより、第2バルブV2への印加電圧V2は上昇し続け、第1バルブV1への印加電圧V1は低下し続けることになる。このような傾向は最終的に第2バルブV2への印加電圧V2が目標である維持電圧と一致するまで継続されることになる。最終的には、第2バルブV2への印加電圧V2は維持電圧で保たれ、第1バルブV1への印加電圧V1は第2バルブV2の印加電圧V2が目標である維持電圧と一致した時点の電圧で一定に保たれる。 In the early stage of the pause period, when the supply of fluid from the first valve V1 decreases, the measured flow rate measured by the flow sensor also decreases, so that the measured flow rate becomes smaller than the maintained flow rate, resulting in a deviation. For this reason, the flow controller 1 increases the opening of the second valve V2 in order to increase the flow rate of the fluid passing through the second valve V2, thereby trying to return the measured flow rate to the maintained flow rate. In addition, since the applied voltage V2 of the second valve V2 is maintained in a state smaller than the maintained voltage, the first valve controller 2 continues to reduce the applied voltage V1 to the first valve V1, thereby reducing the amount of fluid supplied to the second valve V2. This operation is repeated every control cycle, so that the applied voltage V2 to the second valve V2 continues to increase, and the applied voltage V1 to the first valve V1 continues to decrease. This tendency continues until the applied voltage V2 to the second valve V2 finally matches the target maintained voltage. Ultimately, the voltage V2 applied to the second valve V2 is maintained at the maintenance voltage, and the voltage V1 applied to the first valve V1 is maintained constant at the voltage at which the voltage V2 applied to the second valve V2 matches the target maintenance voltage.

このように休止期間の初期では第2バルブV2の開度が全閉近傍に変化することにより維持流量が実現され、その後は第1バルブV1の開度が徐々に小さく変更されるのに対応して、第2バルブV2の開度が徐々に大きく変更される。このため、第1バルブV1と第2バルブV2の開度がそれぞれ変更されても第2バルブV2から流出する流体の流量は維持流量で保たれる。このようにして、設定流量に変化がある場合でも最終的には第2バルブV2の開度は目標量である維持電圧値に収束することになる。また、小流量を流す場合には、流量センサFSの設けられている容積の圧力は感度や測定精度が最も良くなる圧力まで低下させることができる。一方、大流量を流す場合には、第1バルブV1の開度は大きい状態に保たれ、流体の流入が増加するので、第1圧力の値を流体抵抗FRである層流素子や第2バルブV2の圧損、及び、第2バルブV2の下流側の圧力を上回るようにして、大流量を実現できる。 In this way, in the early stage of the pause period, the opening of the second valve V2 changes to near full closure to achieve the maintenance flow rate, and thereafter, the opening of the second valve V2 is gradually changed to a larger value in response to the gradual change in the opening of the first valve V1. Therefore, even if the openings of the first valve V1 and the second valve V2 are changed, the flow rate of the fluid flowing out of the second valve V2 is maintained at the maintenance flow rate. In this way, even if there is a change in the set flow rate, the opening of the second valve V2 will eventually converge to the maintenance voltage value, which is the target amount. In addition, when a small flow rate is flowed, the pressure of the volume in which the flow sensor FS is installed can be reduced to a pressure at which the sensitivity and measurement accuracy are the best. On the other hand, when a large flow rate is flowed, the opening of the first valve V1 is kept large and the inflow of fluid increases, so that the value of the first pressure exceeds the pressure loss of the laminar flow element and the second valve V2, which are the fluid resistance FR, and the pressure downstream of the second valve V2, thereby achieving a large flow rate.

次にリファレンスガバナ3について図1及び図4を参照しながら説明する。 Next, the reference governor 3 will be explained with reference to Figures 1 and 4.

リファレンスガバナ3は、ユーザにより入力される指令流量に対してセンシング機構SMの出力信号の示す測定値に応じた時間遅れを付与した設定流量を流量制御器1に設定する。具体的には図1に示すようにリファレンスガバナ3には各制御周期において流量センサの流量算出部FCで使用されている流量特性値が逐次フィードバックされる。リファレンスガバナ3は、フィードバックされた流量特性値に応じた係数を使用して指令流量から設定流量を算出し、流量制御器1に対して入力する。 The reference governor 3 sets a set flow rate to the flow controller 1, which is a command flow rate input by the user with a time delay corresponding to the measured value indicated by the output signal of the sensing mechanism SM. Specifically, as shown in FIG. 1, the flow characteristic value used by the flow calculation unit FC of the flow sensor in each control cycle is sequentially fed back to the reference governor 3. The reference governor 3 calculates the set flow rate from the command flow rate using a coefficient corresponding to the fed back flow characteristic value, and inputs it to the flow controller 1.

具体的には図4に示すようにリファレンスガバナ3は、流路抵抗をR、流量センサが測定対象とする容積をVとした場合に、1/(1+RVs)として表現される一時遅れ要素として作用するものである。ここで、Rは定数ではなく、第1圧力Pと、第1圧力と第2圧力の差圧ΔPをパラメータとする変数である。このように指令流量に対して一時遅れ要素としてリファレンスガバナ3が作用すると、出力される設定流量には流量センサの時間遅れが反映されたものとなる。すなわち、第2バルブV2の上流側に流量センサが設けられているので、容積分だけ第2バルブV2に流れている流量に対して流量センサの測定流量には所定の時間遅れが第1圧力Pと差圧ΔPに応じて発生している。本実施形態ではリファレンスガバナ3によって設定流量にもこのような流量センサにおける時間遅れが反映された値が入力されている。この結果、設定流量が所定の値から維持流量のような全閉に近い開度に相当する流量に変更されたとしても、流量制御器1において過剰な偏差が発生するのを防ぎ、瞬間的に第2バルブV2が全閉されてしまうのを防ぐことができる。したがって、休止期間においてプラズマを生成し続けるのに必要な最低限の流量を途切れることなく供給することが可能となる。 Specifically, as shown in FIG. 4, the reference governor 3 acts as a first-order delay element expressed as 1/(1+RVs) when the flow resistance is R and the volume to be measured by the flow sensor is V. Here, R is not a constant but a variable with the first pressure P1 and the differential pressure ΔP between the first pressure and the second pressure as parameters. When the reference governor 3 acts as a first-order delay element on the command flow rate in this way, the time delay of the flow sensor is reflected in the set flow rate that is output. That is, since the flow sensor is provided upstream of the second valve V2, a predetermined time delay occurs in the measured flow rate of the flow sensor with respect to the flow rate flowing to the second valve V2 by the volume, depending on the first pressure P1 and the differential pressure ΔP. In this embodiment, a value reflecting such a time delay in the flow sensor is input to the set flow rate by the reference governor 3. As a result, even if the set flow rate is changed from a predetermined value to a flow rate equivalent to an opening degree close to full closure, such as a maintenance flow rate, it is possible to prevent an excessive deviation from occurring in the flow controller 1 and prevent the second valve V2 from being momentarily fully closed. Therefore, it is possible to supply the minimum flow rate necessary to continue generating plasma during the pause period without interruption.

このように本実施形態の流量制御装置100によれば、流量制御器1と第1バルブ制御器2の制御によって、設定流量に変化があったとしても第2バルブV2の開度は維持電圧に相当する全開側の開度で一定に保つことができる。したがって、流量制御装置100における下流側から十分な量の流体を排気し、流量センサのセンシング機構SMにおける圧力を測定精度が発揮される低圧に保つ事が可能となる。このため、流量制御装置100としての流量精度を従来よりも向上させることができる。また、大流量を流す場合には第1バルブV1の開度が大きくなるように変更され、流体の流入が増加し、大流量を実現するのに必要な差圧も実現できる。すなわち、本実施形態の流量制御装置100は、小流量を流す場合は低圧状態を実現でき、大流量を流す場合には高圧状態を実現できるので、小流量での流量制御精度と大流量の供給能力を両立させることができる。 In this way, according to the flow control device 100 of this embodiment, even if the set flow rate changes, the opening degree of the second valve V2 can be kept constant at the fully open side opening degree corresponding to the maintenance voltage by the control of the flow controller 1 and the first valve controller 2. Therefore, it is possible to exhaust a sufficient amount of fluid from the downstream side of the flow control device 100 and maintain the pressure in the sensing mechanism SM of the flow sensor at a low pressure at which measurement accuracy is exerted. Therefore, the flow rate accuracy of the flow control device 100 can be improved compared to the conventional method. In addition, when a large flow rate is to be flowed, the opening degree of the first valve V1 is changed to be large, the inflow of fluid increases, and the differential pressure required to realize a large flow rate can also be realized. In other words, the flow control device 100 of this embodiment can realize a low pressure state when a small flow rate is flowed, and a high pressure state when a large flow rate is flowed, so that it is possible to achieve both flow control accuracy at a small flow rate and supply capacity for a large flow rate.

さらに、リファレンスガバナ3によって設定される設定流量は、第1圧力、第2圧力の影響を受ける流量センサの時間遅れについても忠実に再現しているので、設定流量が大きく変化する場合でも流量制御器1に過大な偏差が瞬間的に発生して全閉状態が発生するのを防ぐことができる。このため、プロセスの休止期間中において維持流量を実現するために第2バルブV2が閉じられていく場合に、瞬間的に全閉となるのを防ぐことができる。したがって、チャンバ内には常にプラズマを生成するのに必要な反応性ガスを供給し続けることができ、チャンバ内の微粒子等が基板に堆積するのを防ぐことができる。 Furthermore, the set flow rate set by the reference governor 3 faithfully reproduces the time delay of the flow rate sensor, which is affected by the first and second pressures, so that even if the set flow rate changes significantly, it is possible to prevent the flow controller 1 from momentarily experiencing excessive deviations and resulting in a fully closed state. This makes it possible to prevent the second valve V2 from momentarily becoming fully closed when it is closed to achieve the maintained flow rate during process pauses. Therefore, it is possible to continuously supply the reactive gas required to generate plasma into the chamber at all times, and to prevent the deposition of fine particles and the like in the chamber on the substrate.

本発明のその他の実施形態における流量制御装置について説明する。 We will now explain flow control devices in other embodiments of the present invention.

図9に示す流量制御装置100は、第1容積VL1及び第2容積VL2の大きさを流量センサFSの各出力に基づいて同定する診断器Dを備えたものである。なお、図9では前述した実施形態において説明した流量制御に関連する流量制御器1、第1バルブ制御器2、リファレンスガバナ3については省略表記している。また、この実施形態の診断器Dは、流路に対して第1バルブV1、第1圧力センサP1、流体抵抗FR、第2圧力センサP2、第2バルブV2がこの順番で設けられている流量制御装置100を診断対象としている。 The flow control device 100 shown in FIG. 9 is equipped with a diagnoser D that identifies the size of the first volume VL1 and the second volume VL2 based on the output of each of the flow sensors FS. Note that in FIG. 9, the flow controller 1, first valve controller 2, and reference governor 3 related to the flow control described in the above embodiment are omitted. The diagnoser D in this embodiment diagnoses a flow control device 100 in which a first valve V1, a first pressure sensor P1, a fluid resistance FR, a second pressure sensor P2, and a second valve V2 are provided in this order in the flow path.

図9に示す診断器Dは、第1バルブV1と流量センサFSの一部である流体抵抗FRとの間に形成される内部空間である第1容積VL1及び第2容積VL2の大きさについて、第1圧力センサP1、第2圧力センサP2、流量センサFS、及び、図示しない温度センサの出力に基づいて同定する。ここで、流体抵抗FRは、図10に示すように微細な溝が形成された流れ方向に沿って形成されたプレートPLを積層した層流素子である。第1容積VL1、及び、第2容積VL2の大きさは、図10に示すように流体抵抗FRに関連する各種パラメータによって設計値からばらつきが発生する。すなわち、従来であれば流体抵抗FRの上流側端面において層流が成立すると考えられていたため、流体抵抗FRの下流端面は設計上の流体抵抗FRの上流端位置を基準として算出されていた。しかしながら、実際には流体抵抗FRの位置は加工機差等により設計上の位置からずれているととともに、層流LFが形成される面LF1も流体抵抗FRの端面よりも一定距離内側から発生する。このため、流体抵抗FRの設計上の端面位置及びシール面SLで第1容積VL1の大きさを算出すると実際の値からずれが生じていることを本願発明者らは見出した。また、同様に第2容積VL2の大きさも流体抵抗FRの下流側端面の位置ずれや、層流LFが最終的に破壊される面LF2が流体抵抗FRの外側に発生すること等により設計上の大きさからはずれが生じている。 The diagnostic device D shown in FIG. 9 identifies the size of the first volume VL1 and the second volume VL2, which are the internal space formed between the first valve V1 and the fluid resistance FR, which is a part of the flow sensor FS, based on the output of the first pressure sensor P1, the second pressure sensor P2, the flow sensor FS, and a temperature sensor (not shown). Here, the fluid resistance FR is a laminar flow element in which plates PL formed along the flow direction with fine grooves are stacked as shown in FIG. 10. The sizes of the first volume VL1 and the second volume VL2 vary from the design value due to various parameters related to the fluid resistance FR as shown in FIG. 10. That is, in the past, it was thought that laminar flow was established at the upstream end face of the fluid resistance FR, so the downstream end face of the fluid resistance FR was calculated based on the upstream end position of the designed fluid resistance FR. However, in reality, the position of the fluid resistance FR is shifted from the designed position due to differences in machining equipment, etc., and the surface LF1 on which the laminar flow LF is formed is also generated a certain distance inside the end face of the fluid resistance FR. For this reason, the inventors of the present application found that when the size of the first volume VL1 is calculated based on the designed end face position of the fluid resistance FR and the seal face SL, it deviates from the actual value. Similarly, the size of the second volume VL2 also deviates from the designed size due to the positional deviation of the downstream end face of the fluid resistance FR and the occurrence of the surface LF2 where the laminar flow LF is finally broken outside the fluid resistance FR.

診断器Dは、例えば流量制御装置100において用いられる制御モデルの精度を向上させるために、上述したような第1容積VL1、第2容積VL2の大きさのずれを低減する。具体的に診断器Dは、図9に示すように少なくとも診断動作制御部D1、第1容積算出部D2、第2容積算出部D3、容積比算出部D4、校正部D5としての機能を備えたものである。以下では図11、図12、図13のフローチャートを参照しながら各部の構成及び動作について詳述する。 The diagnoser D reduces the deviation in size between the first volume VL1 and the second volume VL2 as described above in order to improve the accuracy of the control model used in the flow control device 100, for example. Specifically, as shown in FIG. 9, the diagnoser D has at least the functions of a diagnostic operation control unit D1, a first volume calculation unit D2, a second volume calculation unit D3, a volume ratio calculation unit D4, and a calibration unit D5. The configuration and operation of each unit will be described in detail below with reference to the flowcharts in FIGS. 11, 12, and 13.

最初に図11に示すフローチャートに基づいて第2容積VL2の大きさの同定手順に基づいて説明する。なお、図11に示す第2容積VL2の同定手順は、流量制御装置100によるチャンバへの各種ガスの供給が行われるプロセス期間中ではなく、例えばチャンバへの各種ガスの供給が停止されている休止期間中に実施される。 First, the procedure for identifying the size of the second volume VL2 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 11. Note that the procedure for identifying the second volume VL2 shown in FIG. 11 is not performed during a process period in which the flow control device 100 supplies various gases to the chamber, but rather during a pause period in which the supply of various gases to the chamber is stopped, for example.

まず、診断動作制御部D1は第1バルブV1を全閉状態に制御するとともに、第2バルブV2については全開状態に制御する。このように下流側にある第2バルブV2のみを全開状態に保ち、流量制御装置100内の第1容積VL1及び第2容積VL2のガス例えば排気流路等へ排気する(ステップS1)。 First, the diagnostic operation control unit D1 controls the first valve V1 to a fully closed state and the second valve V2 to a fully open state. In this way, only the downstream second valve V2 is kept fully open, and the gas in the first volume VL1 and the second volume VL2 in the flow control device 100 is exhausted, for example, to an exhaust flow path (step S1).

次に診断動作制御部D1は第1バルブV1を全開状態に制御するとともに、第2バルブV2については全閉状態に制御する。すなわち、上流側にある第1バルブV1のみを開放した状態にすることで、流量制御装置100内の第1容積VL1及び第2容積VL2内にガスを充填して、昇圧を開始する(ステップS2)。 Next, the diagnostic operation control unit D1 controls the first valve V1 to be fully open and the second valve V2 to be fully closed. In other words, by opening only the first valve V1 located upstream, gas is filled into the first volume VL1 and the second volume VL2 in the flow control device 100, and pressure increase begins (step S2).

また、ガスの充填が開始された時点から、第2容積算出部D3は、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2による各容積内の圧力の測定を開始する(ステップS3)。 In addition, from the point when gas filling begins, the second volume calculation unit D3 starts measuring the pressure in each volume using the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 (step S3).

第2容積算出部D3は、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2で測定される各圧力の圧力差が最大となったかどうかについて判定し(ステップS4)、圧力差が最大となった時点からは第2容積算出部D3は、流量センサFSが出力する流量の積算を開始する(ステップS5)。第2容積算出部D3は、第1容積VL1及び第2容積VL2に十分な量のガスがチャージされ、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2で測定される各圧力が高圧側でほぼ等しくなったかどうかについて判定し(ステップS6)、各圧力が等しくなった時点で第2容積算出部D3は質量流量の積算を終了する(ステップS7)。最後に第2容積算出部D3は、算出された積算流量nを積算期間の間における第2圧力センサP2で測定される第2圧力の変化量ΔP2で割って、第2容積VL2の大きさを同定する(ステップS8)。 The second volume calculation unit D3 judges whether the pressure difference between the pressures measured by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 has reached a maximum (step S4), and when the pressure difference reaches a maximum, the second volume calculation unit D3 starts integrating the flow rate output by the flow sensor FS (step S5). The second volume calculation unit D3 judges whether a sufficient amount of gas has been charged into the first volume VL1 and the second volume VL2, and whether the pressures measured by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 have reached a substantially equal value on the high pressure side (step S6), and when the pressures reach a substantially equal value, the second volume calculation unit D3 ends the integration of the mass flow rate (step S7). Finally, the second volume calculation unit D3 divides the calculated integrated flow rate n by the amount of change ΔP2 in the second pressure measured by the second pressure sensor P2 during the integration period to identify the size of the second volume VL2 (step S8).

上記の手順で第2容積VL2を算出できる根拠は以下の通りである。流体抵抗FRを通過して第2容積VL2に流入したガスの流量の積算値は、流量の積算を行った所定期間内に流入したガスのモル数の変化量に相当するので、第2容積VL2に流入したガスについて気体の状態方程式を当てはめると、ΔP2・VL2=nRTとなる。ここでnは流量の積算値であり、Rは気体定数、Tはガスの温度であり、所定期間中は一定温度として扱う。この気体の状態方程式を変形すれば、VL2=(nRT)/ΔP2であることが分かる。 The reason why the second volume VL2 can be calculated using the above procedure is as follows. The integrated value of the flow rate of the gas that has passed through the fluid resistance FR and flowed into the second volume VL2 corresponds to the amount of change in the number of moles of the gas that has flowed in within the specified period during which the flow rate was integrated, so when the gas state equation is applied to the gas that has flowed into the second volume VL2, ΔP2·VL2=nR G T. Here, n is the integrated value of the flow rate, R G is the gas constant, and T is the temperature of the gas, which is treated as a constant temperature during the specified period. By transforming this gas state equation, it is found that VL2=(nR G T)/ΔP2.

次に図12に示すフローチャートに基づいて第1容積VL1の大きさの同定手順に基づいて説明する。なお、図12に示す第1容積VL1の同定手順は、流量制御装置100によるチャンバへの各種ガスの供給が行われるプロセス期間中ではなく、例えばチャンバへの各種ガスの供給が停止されている休止期間中に実施される。また、第2容積VL2の同定では昇圧過程におけるガスの圧力と流量の変化を利用したが、第1容積VL1の同定では減圧過程におけるガスの圧力と流量の変化を利用する。 Next, the procedure for identifying the size of the first volume VL1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 12. Note that the procedure for identifying the first volume VL1 shown in FIG. 12 is not performed during a process period in which the flow control device 100 supplies various gases to the chamber, but is performed, for example, during a pause period in which the supply of various gases to the chamber is stopped. Also, while the identification of the second volume VL2 utilizes the changes in gas pressure and flow rate during the pressurization process, the identification of the first volume VL1 utilizes the changes in gas pressure and flow rate during the depressurization process.

まず、診断動作制御部D1は第1バルブV1を全開状態に制御するとともに、第2バルブV2を全閉状態に制御し、第1容積VL1及び第2容積VL2内の各圧力がほぼ平衡となるまで待機する(ステップST1)。次に診断動作制御部D1は第1バルブV1を全閉状態に制御するとともに、第2バルブV2を全開状態に制御し、第1容積VL1及び第2容積VL2からガスを排気させ、減圧を開始する(ステップST2)。 First, the diagnostic operation control unit D1 controls the first valve V1 to a fully open state and the second valve V2 to a fully closed state, and waits until the pressures in the first volume VL1 and the second volume VL2 are approximately equilibrated (step ST1). Next, the diagnostic operation control unit D1 controls the first valve V1 to a fully closed state and the second valve V2 to a fully open state, evacuating gas from the first volume VL1 and the second volume VL2, and starting decompression (step ST2).

また、第2バルブV2が開放された時点から、第1容積算出部D2は、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2による各容積内の圧力の測定を開始する(ステップST3)。 In addition, from the point in time when the second valve V2 is opened, the first volume calculation unit D2 starts measuring the pressure in each volume using the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 (step ST3).

第1容積算出部D2は、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2で測定される各圧力の圧力差が最大となったかどうかについて判定する(ステップST4)。圧力差が最大となった時点で第1容積算出部D2は、流量センサFSの出力する流量の積算を開始する(ステップST5)。 The first volume calculation unit D2 determines whether the pressure difference between the pressures measured by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 has reached a maximum (step ST4). When the pressure difference reaches a maximum, the first volume calculation unit D2 starts integrating the flow rate output by the flow sensor FS (step ST5).

次に第1容積算出部D2は、第1容積VL1及び第2容積VL2から十分に排気され、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2で測定される各圧力が低圧側でほぼ等しくなったかどうかについて判定し(ステップST6)、各圧力が等しくなった時点で第1容積算出部D2は質量流量の積算を終了する(ステップST7)。最後に、第1容積算出部D2は、算出された積算流量nを積算期間において第1圧力センサP1で測定される第1圧力の変化量ΔP1で割って、第1容積VL1の大きさを同定する(ステップST8)。具体的には第1容積算出部D2は、第2容積算出部D3と同様に気体の状態方程式から導出されるVL1=(nRT)/ΔP1に基づいて第1容積VL1の大きさを同定する。ここで、nは流量の積算値であり、Rは気体定数、Tはガスの温度であり、所定期間中は一定温度として扱っている。 Next, the first volume calculation unit D2 judges whether the first volume VL1 and the second volume VL2 are sufficiently exhausted and the pressures measured by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 are almost equal on the low pressure side (step ST6), and when the pressures become equal, the first volume calculation unit D2 ends the integration of the mass flow rate (step ST7). Finally, the first volume calculation unit D2 divides the calculated integrated flow rate n by the change amount ΔP1 of the first pressure measured by the first pressure sensor P1 during the integration period to identify the size of the first volume VL1 (step ST8). Specifically, the first volume calculation unit D2 identifies the size of the first volume VL1 based on VL1=(nR G T)/ΔP1 derived from the gas state equation, similar to the second volume calculation unit D3. Here, n is the integrated value of the flow rate, R G is the gas constant, and T is the temperature of the gas, which is treated as a constant temperature during the specified period.

次に容積比算出部D4による第1容積VL1と第2容積VL2の容積比の算出手順について図13のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図13に示す手順は図11及び図12とは異なり、休止期間中ではなく、チャンバ内に各種ガスが供給されるプロセス期間中においても実施可能なものである。 Next, the procedure for calculating the volume ratio of the first volume VL1 to the second volume VL2 by the volume ratio calculation unit D4 will be described with reference to the flowchart in FIG. 13. Note that the procedure shown in FIG. 13 differs from that shown in FIG. 11 and FIG. 12 in that it can be performed not only during a pause period but also during a process period in which various gases are supplied into the chamber.

まず、第1バルブV1及び第2バルブV2が前述した実施形態において説明した第1バルブ制御器2及び流量制御器1による通常の流量制御が行われている状態から(ステップSP1)、診断動作制御部D1は、第1バルブV1を全閉状態に制御するとともに、第2バルブV2を全閉状態に制御する(ステップSP2)。なお、ステップSP2については診断動作制御部D1が各バルブを制御した結果ではなく、プロセス期間中に設定流量がゼロとなっている場合や、全閉指令が各バルブの制御器に入力されている結果、生じたものであってもよい。また、並行して第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2による圧力測定が開始され(ステップSP3)、各圧力センサで測定される初期圧力について容積比算出部D4は記憶する(ステップSP4)。さらに第1容積算出部D2、及び、第2容積算出部D3は流体抵抗FRを流れるガスの流量である流量センサFSの出力する流量の積算を開始する(ステップSP5)。ここで、流量制御状態から各バルブが全閉された直後の状態では、流量制御装置100内には圧力差が存在し、第1圧力の方が第2圧力よりも高圧の状態となっている。 First, from a state where the first valve V1 and the second valve V2 are normally controlled by the first valve controller 2 and the flow controller 1 described in the above embodiment (step SP1), the diagnostic operation control unit D1 controls the first valve V1 to a fully closed state and controls the second valve V2 to a fully closed state (step SP2). Note that step SP2 may not be the result of the diagnostic operation control unit D1 controlling each valve, but may occur when the set flow rate is zero during the process period or when a fully closed command is input to the controller of each valve. In parallel, pressure measurement is started by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 (step SP3), and the volume ratio calculation unit D4 stores the initial pressure measured by each pressure sensor (step SP4). Furthermore, the first volume calculation unit D2 and the second volume calculation unit D3 start integrating the flow rate output by the flow sensor FS, which is the flow rate of gas flowing through the fluid resistance FR (step SP5). Here, immediately after each valve is fully closed from the flow control state, a pressure difference exists within the flow control device 100, and the first pressure is higher than the second pressure.

容積比算出部D4は、第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2の測定する圧力がほぼ等しくなったかどうかをについて判定する(ステップSP6)。第1圧力が低下し、第2圧力が上昇することで、各圧力がほぼ等しくなると、容積比算出部D4はその圧力を平衡点圧力として記憶するとともに(ステップSP7)、第1容積算出部D2、及び、第2容積算出部D3は流量センサFRの出力する流量の積算を終了する(ステップSP8)。 The volume ratio calculation unit D4 determines whether the pressures measured by the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 are approximately equal (step SP6). When the first pressure decreases and the second pressure increases, and the pressures become approximately equal, the volume ratio calculation unit D4 stores the pressure as the equilibrium point pressure (step SP7), and the first volume calculation unit D2 and the second volume calculation unit D3 end the integration of the flow rate output by the flow sensor FR (step SP8).

容積比算出部D4は、記憶している各初期圧力と平衡点圧力に基づいて第1容積VL1及び第2容積VL2の比を算出する(ステップSP9)。具体的には、第1圧力センサP1で測定された初期圧力をP1S、第2圧力センサP2で測定された初期圧力をP2S、平衡点圧力をPEとすると、P1S-PE:PE-P2S=VL1:VL2に基づいて第1容積VL1と第2容積VL2の容積比VL1:VL2を算出することができる。 The volume ratio calculation unit D4 calculates the ratio between the first volume VL1 and the second volume VL2 based on the stored initial pressures and the equilibrium point pressure (step SP9). Specifically, if the initial pressure measured by the first pressure sensor P1 is P1S, the initial pressure measured by the second pressure sensor P2 is P2S, and the equilibrium point pressure is PE, the volume ratio VL1:VL2 between the first volume VL1 and the second volume VL2 can be calculated based on P1S-PE:PE-P2S=VL1:VL2.

また、第1容積算出部D2は積算流量nをP1S-PEで割って第1容積VL1の大きさを算出する(ステップSP10)。同様に第2容積算出部D3は積算流量nをPE-P2Sで割って第2容積VL2の大きさを算出する(ステップSP11)。より具体的にはRは気体定数、Tはガスの温度とした場合にVL1=(nRT)/(P1S-PE)、VL2=(nRT)/(PE-P2S)に基づいて第1容積VL1及び第2容積VL2の大きさは算出される。 The first volume calculation unit D2 divides the integrated flow rate n by P1S-PE to calculate the size of the first volume VL1 (step SP10). Similarly, the second volume calculation unit D3 divides the integrated flow rate n by PE-P2S to calculate the size of the second volume VL2 (step SP11). More specifically, the sizes of the first volume VL1 and the second volume VL2 are calculated based on VL1=(nR G T)/(P1S-PE) and VL2=(nR G T)/(PE-P2S), where R G is the gas constant and T is the gas temperature.

さらに第1容積算出部D2、第2容積算出部D3、容積比算出部D4から算出される第1容積VL1及び第2容積VL2の大きさや比に基づいて、校正部D5は流量センサFRにおいて使用されている流量の算出のためのパラメータを校正したり、第1バルブ制御器2又は流量制御器1において使用されている各種パラメータを校正したりする。 Furthermore, based on the size and ratio of the first volume VL1 and the second volume VL2 calculated by the first volume calculation unit D2, the second volume calculation unit D3, and the volume ratio calculation unit D4, the calibration unit D5 calibrates the parameters used in the flow sensor FR to calculate the flow rate, and calibrates various parameters used in the first valve controller 2 or the flow controller 1.

このように図9乃至図13に基づいて説明した流量制御装置100であれば、第1容積VL1及び第2容積VL2の大きさや比について流体抵抗FRの加工誤差等の器差や実際に層流が形成される面の位置のズレを反映した値で同定できる。したがって、第1容積VL1及び第2容積VL2がガスに対して作用する大きさを正確に得られるので、流量の算出や流量制御に用いられる各種パラメータの設定をより正確に行う事が可能となる。このため、より正確で精度の高い流量制御を実現できるようになる。 In this way, with the flow control device 100 described based on Figures 9 to 13, the size and ratio of the first volume VL1 and the second volume VL2 can be identified with values that reflect instrumental errors such as processing errors in the fluid resistance FR and the positional deviation of the surface where the laminar flow is actually formed. Therefore, since the magnitude of the action of the first volume VL1 and the second volume VL2 on the gas can be accurately obtained, it becomes possible to more accurately calculate the flow rate and set various parameters used in flow rate control. This makes it possible to realize more accurate and precise flow rate control.

なお、図11乃至図13において示した手順において流量の積分値を求める区間の開始点、終了点については前述したものに限られない。例えば各圧力の差圧が最大となってから所定時間経過後から、各圧力が平衡となる所定時間前までの区間を積分区間に設定してもよい。すなわち、同定精度によっては区間をより短く設定しても構わない。 Note that the start and end points of the interval for calculating the integral value of the flow rate in the procedures shown in Figures 11 to 13 are not limited to those described above. For example, the integral interval may be set to a period from a predetermined time after the differential pressure between each pressure becomes maximum to a predetermined time before each pressure becomes equilibrium. In other words, depending on the identification accuracy, the interval may be set to be shorter.

前記実施形態では、第1バルブ制御部にフィードバックされるのは第2バルブへ入力される操作量である第2バルブへの印加電圧であったが、第2バルブに変位センサを設けて第2バルブの開度を測定できるように構成しておき、変位センサで測定される測定開度を制御量として第1バルブ制御器にフィードバックするようにしてもよい。この場合、第1バルブ制御器に入力される目標量は第2バルブにおいて維持したい開度の値そのものであればよい。 In the above embodiment, what was fed back to the first valve control unit was the applied voltage to the second valve, which is the operation amount input to the second valve, but the second valve may be provided with a displacement sensor so that the opening of the second valve can be measured, and the measured opening measured by the displacement sensor may be fed back to the first valve controller as a control amount. In this case, the target amount input to the first valve controller may be the opening value that is desired to be maintained in the second valve.

前記実施形態から例えば図2の模式図に示したようにリファレンスガバナを省略して構成してもよい。この場合ユーザにより設定される指令流量と設定流量は完全に一致することになる。逆に図4の模式図に示したように第1バルブを省略して、流量センサ、第2バルブ(制御バルブ)、流量制御器、リファレンスガバナからなる流量制御装置として構成してもよい。また、図4の模式図に示すように流量センサの下流側に制御バルブが配置されるものに限られず、制御バルブが流量センサの上流側に配置されるものであってもよい。上流側に流量が配置されている場合には、流量センサ自体の特性による時間遅れや、制御バルブにより流量センサが上流側に設けられていることによる位相進みの両方又は一方がリファレンスガバナによって流量制御器に反映されるようにしてもよい。 The above embodiment may be configured with the reference governor omitted, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. 2. In this case, the command flow rate set by the user and the set flow rate will be completely the same. Conversely, as shown in the schematic diagram of FIG. 4, the first valve may be omitted, and a flow control device may be configured with a flow sensor, a second valve (control valve), a flow controller, and a reference governor. In addition, as shown in the schematic diagram of FIG. 4, the control valve is not limited to being arranged downstream of the flow sensor, but the control valve may be arranged upstream of the flow sensor. When the flow rate is arranged upstream, both or either the time delay due to the characteristics of the flow sensor itself and the phase lead due to the flow sensor being arranged upstream by the control valve may be reflected in the flow controller by the reference governor.

また、流量センサの流量算出部において用いられる流量算出式についても前記実施形態において説明したものに限られない。例えば、第1圧力をPと、第2圧力をP、流路抵抗をRとした場合に、P -P と流路抵抗Rに基づいて流量を算出するようにしてもよい。また、係数決定部で決定される係数は流路抵抗Rに限られるものではなく、その他の種類の流量を算出するために必要で第1圧力又は第2圧力の影響を受けて変化するようなパラメータの値を決定してもよい。また、リファレンスガバナもこのようなパラメータを逐次フィードバックして流量制御器に対して流量センサにおける時間遅れを反映させるようにしてもよい。 Furthermore, the flow rate calculation formula used in the flow rate calculation section of the flow sensor is not limited to that described in the above embodiment. For example, if the first pressure is P1 , the second pressure is P2 , and the flow path resistance is R , the flow rate may be calculated based on P12-P22 and the flow path resistance R. Furthermore, the coefficient determined by the coefficient determination section is not limited to the flow path resistance R, and a parameter value that is necessary to calculate other types of flow rates and changes under the influence of the first pressure or the second pressure may be determined. Furthermore, the reference governor may also sequentially feed back such parameters to cause the flow rate controller to reflect the time delay in the flow rate sensor.

流量センサについては圧力式の流量センサに限られるものではなく、熱式や超音波式等の様々な方式のものであっても構わない。なお、流量センサの方式に応じて第2バルブにおいて維持し続けたい圧力が異なる場合には、第1バルブ制御器に入力される目標量を適宜変更し、流量センサにおいて維持したい圧力に応じた開度が第2バルブで実現されるようにすればよい。また、第1バルブ及び第2バルブについてもノーマルクローズタイプのものに限られず、ノーマルオープンタイプのものであってもよい。バルブのタイプに応じて電圧の印加方向が逆となるので、それに合わせて第1バルブ制御器に入力される目標量を設定すればよい。 The flow sensor is not limited to a pressure type flow sensor, but may be of various types such as a thermal type or ultrasonic type. If the pressure to be maintained in the second valve differs depending on the type of flow sensor, the target amount input to the first valve controller can be changed appropriately so that the second valve achieves an opening degree corresponding to the pressure to be maintained in the flow sensor. Furthermore, the first and second valves are not limited to normally closed types, but may be normally open types. Since the direction of voltage application is reversed depending on the type of valve, the target amount input to the first valve controller can be set accordingly.

本発明は流量制御装置に限られるものではなく、例えば圧力制御装置、濃度制御装置に適用することも可能である。すなわち、第1バルブ及び第2バルブの協業によって第2バルブを通過する流体の圧力を設定圧力に一致させながら、第2バルブの開度については所望の開度に保ち続けられるようにしてもよい。あるいは、第1バルブ及び第2バルブの協業によって第2バルブを通過する流体の濃度を設定濃度に一致させながら、第2バルブの開度については所望の開度に保ち続けられるようにしてもよい。すなわち、本発明に係る流体制御装置は、流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の物理量を測定する流体センサと、前記流体センサで測定される測定量と設定量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流体制御器と、前記第2バルブに入力される操作量又は前記第2バルブの開度である制御量と、目標量との偏差が小さくなるように、前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、を備えたものであってもよい。ここで言う物理量とは例えば流量、圧力、濃度を含む概念である。また、流体センサは流体の流量、圧力、濃度のいずれかを測定するものである。 The present invention is not limited to a flow control device, and may be applied to, for example, a pressure control device and a concentration control device. That is, the opening of the second valve may be kept at a desired opening while the pressure of the fluid passing through the second valve is made to coincide with a set pressure by the cooperation of the first valve and the second valve. Alternatively, the opening of the second valve may be kept at a desired opening while the concentration of the fluid passing through the second valve is made to coincide with a set concentration by the cooperation of the first valve and the second valve. That is, the fluid control device according to the present invention may include a first valve provided in a flow path, a second valve provided downstream of the first valve in the flow path, a fluid sensor that measures a physical quantity of the fluid in the flow path between the first valve and the second valve, a fluid controller that controls an operation quantity input to the second valve so that the deviation between the measurement quantity measured by the fluid sensor and a set quantity is small, and a first valve controller that controls the first valve so that the deviation between the operation quantity input to the second valve or a control quantity that is the opening of the second valve and a target quantity is small. The physical quantity referred to here is a concept that includes, for example, flow rate, pressure, and concentration. Also, a fluid sensor measures either the flow rate, pressure, or concentration of a fluid.

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や、各実施形態の一部同士を組み合わせてもよい。 In addition, various modifications of the embodiments and combinations of parts of each embodiment may be made without going against the spirit of the present invention.

100・・・流量制御装置
V1 ・・・第1バルブ
V2 ・・・第2バルブ(制御バルブ)
FS ・・・流量センサ(流体センサ)
SM ・・・センシング機構
FC ・・・流量算出部
FC1・・・係数決定部
FC2・・・出力部
P1 ・・・第1圧力センサ
P2 ・・・第2圧力センサ
1 ・・・流量制御器
2 ・・・第1バルブ制御器
3 ・・・リファレンスガバナ
D ・・・診断器
D1 ・・・診断動作制御部
D2 ・・・第1容積算出部
D3 ・・・第2容積算出部
D4 ・・・容積比算出部
100: Flow control device V1: First valve V2: Second valve (control valve)
FS...Flow sensor (fluid sensor)
SM: sensing mechanism FC: flow rate calculation section FC1: coefficient determination section FC2: output section P1: first pressure sensor P2: second pressure sensor 1: flow rate controller 2: first valve controller 3: reference governor D: diagnostic device D1: diagnostic operation control section D2: first volume calculation section D3: second volume calculation section D4: volume ratio calculation section

Claims (9)

半導体製造プロセスに用いられる流量制御装置であって、
流路に設けられた第1バルブと、
前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、
前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御器と、
前記流量制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、を備え
前記流量センサが、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間に設けられた流体抵抗と、
前記第1バルブと前記流体抵抗の間に設けられた第1圧力センサと、
前記流体抵抗と前記第2バルブとの間に設けられた第2圧力センサと、
前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備え、
前記第1バルブ制御器に設定される前記目標量が、前記第2バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値である、流量制御装置。
A flow rate control device for use in a semiconductor manufacturing process, comprising:
A first valve provided in the flow path;
a second valve provided downstream of the first valve in the flow path;
a flow sensor for measuring a flow rate of fluid in the flow path between the first valve and the second valve;
a flow rate controller that controls an operation amount input to the second valve so as to reduce a deviation between a measured flow rate measured by the flow rate sensor and a set flow rate;
a first valve controller that controls the first valve so that a deviation between an operation amount input to the second valve by the flow rate controller or an opening degree of the second valve becomes small ,
The flow sensor,
a fluid resistance provided between the first valve and the second valve;
a first pressure sensor provided between the first valve and the fluid resistance;
A second pressure sensor provided between the fluid resistance and the second valve;
a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid flowing through the fluid resistance based on a first pressure measured by the first pressure sensor and a second pressure measured by the second pressure sensor,
A flow control device , wherein the target amount set in the first valve controller is a constant value that maintains the opening degree of the second valve at a predetermined opening degree on the fully open side .
前記第2バルブの開度が前記目標量に相当する開度よりも小さい場合には、前記第1バルブ制御器が、前記第1バルブの開度を小さくする方向に制御する請求項に記載の流量制御装置。 2. The flow control device according to claim 1 , wherein, when the opening degree of the second valve is smaller than the opening degree corresponding to the target amount, the first valve controller controls the opening degree of the first valve in a direction to decrease. 前記第1バルブがノーマルオープンタイプのピエゾバルブであり、
前記第1バルブ制御器が、前記制御量が前記目標量よりも小さい場合には、前記第1バルブに印加する電圧を大きくする方向に制御する請求項1又は2に記載の流量制御装置。
the first valve is a normally open type piezo valve,
3. The flow rate control device according to claim 1, wherein the first valve controller controls the voltage applied to the first valve in a direction to increase the voltage when the controlled amount is smaller than the target amount.
前記第1バルブがノーマルクローズタイプのピエゾバルブであり、
前記第1バルブ制御器が、前記制御量が前記目標量よりも小さい場合には、前記第1バルブに印加する電圧を小さくする方向に制御する請求項1又は2いずれかに記載の流量制御装置。
the first valve is a normally closed type piezo valve,
3. The flow control device according to claim 1, wherein the first valve controller controls the voltage applied to the first valve in a direction to decrease the voltage when the controlled amount is smaller than the target amount.
流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、を備えた半導体製造プロセスに用いられる流量制御装置に用いられる流量制御方法であって、
前記流量センサは、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間に設けられた流体抵抗と、
前記第1バルブと前記流体抵抗の間に設けられた第1圧力センサと、
前記流体抵抗と前記第2バルブとの間に設けられた第2圧力センサと、
前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備え、
前記流量制御方法は、
前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御ステップと、
前記流量制御ステップにおいて前記第2バルブに入力される操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御ステップと、を備え
前記第1バルブ制御ステップで設定される前記目標量が、前記第2バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値である、流量制御方法。
A flow rate control method for a flow rate control device used in a semiconductor manufacturing process, the flow rate control device including a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, and a flow rate sensor for measuring a flow rate of a fluid in the flow path between the first valve and the second valve, the flow rate control method comprising:
The flow rate sensor includes:
a fluid resistance provided between the first valve and the second valve;
a first pressure sensor provided between the first valve and the fluid resistance;
A second pressure sensor provided between the fluid resistance and the second valve;
a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid flowing through the fluid resistance based on a first pressure measured by the first pressure sensor and a second pressure measured by the second pressure sensor,
The flow rate control method includes:
a flow rate control step of controlling an operation amount input to the second valve so as to reduce a deviation between a measured flow rate measured by the flow rate sensor and a set flow rate;
a first valve control step of controlling the first valve so that a deviation between an operation amount input to the second valve or an opening degree of the second valve in the flow rate control step and a target amount is reduced by using the operation amount input to the second valve or an opening degree of the second valve as a control amount ,
A flow rate control method , wherein the target amount set in the first valve control step is a constant value that maintains the opening degree of the second valve at a predetermined opening degree on the fully open side .
流路に設けられた第1バルブと、前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の流量を測定する流量センサと、を備えた半導体製造プロセスに用いられる流量制御装置に用いられるプログラムであって、
前記流量センサは、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間に設けられた流体抵抗と、
前記第1バルブと前記流体抵抗の間に設けられた第1圧力センサと、
前記流体抵抗と前記第2バルブとの間に設けられた第2圧力センサと、
前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備え、
流量制御装置用プログラムは、
前記流量センサで測定される測定流量と設定流量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流量制御器と、
前記流量制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度を制御量とし、当該制御量と目標量との偏差が小さくなるように前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、としての機能をコンピュータに発揮させ
前記第1バルブ制御器に設定される前記目標量が、前記第2バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値であることを特徴とする流量制御装置用プログラム。
A program for use in a flow control device for use in a semiconductor manufacturing process, the flow control device including a first valve provided in a flow path, a second valve provided in the flow path downstream of the first valve, and a flow sensor for measuring a flow rate of a fluid in the flow path between the first valve and the second valve,
The flow rate sensor includes:
a fluid resistance provided between the first valve and the second valve;
a first pressure sensor provided between the first valve and the fluid resistance;
A second pressure sensor provided between the fluid resistance and the second valve;
a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid flowing through the fluid resistance based on a first pressure measured by the first pressure sensor and a second pressure measured by the second pressure sensor,
The program for the flow control device is
a flow rate controller that controls an operation amount input to the second valve so as to reduce a deviation between a measured flow rate measured by the flow rate sensor and a set flow rate;
a first valve controller that controls the first valve so as to reduce a deviation between an operation amount input to the second valve by the flow rate controller or an opening degree of the second valve as a control amount and a target amount ;
2. A program for a flow control device, wherein the target amount set in the first valve controller is a constant value that maintains the opening of the second valve at a predetermined opening degree on the fully open side .
半導体製造プロセスに用いられる流量制御装置であって、
流路に設けられた第1バルブと、
前記流路において前記第1バルブよりも下流側に設けられた第2バルブと、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間の前記流路における流体の物理量を測定する流体センサと、
前記流体センサで測定される測定量と設定量との偏差が小さくなるように、前記第2バルブに入力される操作量を制御する流体制御器と、
前記流体制御器が前記第2バルブに入力する操作量又は前記第2バルブの開度である制御量と、目標量との偏差が小さくなるように、前記第1バルブを制御する第1バルブ制御器と、を備え
前記流体センサが、
前記第1バルブと前記第2バルブとの間に設けられた流体抵抗と、
前記第1バルブと前記流体抵抗の間に設けられた第1圧力センサと、
前記流体抵抗と前記第2バルブとの間に設けられた第2圧力センサと、
前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備え、
前記第1バルブ制御器に設定される前記目標量が、前記第2バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値である、流量制御装置。
A flow rate control device for use in a semiconductor manufacturing process, comprising:
a first valve provided in the flow path;
a second valve provided downstream of the first valve in the flow path;
a fluid sensor that measures a physical quantity of a fluid in the flow path between the first valve and the second valve;
a fluid controller that controls an operation amount input to the second valve so as to reduce a deviation between a measurement amount measured by the fluid sensor and a set amount;
a first valve controller that controls the first valve so as to reduce a deviation between a control amount, which is an operation amount input by the fluid controller to the second valve or an opening degree of the second valve, and a target amount ,
The fluid sensor comprises:
a fluid resistance provided between the first valve and the second valve;
a first pressure sensor provided between the first valve and the fluid resistance;
A second pressure sensor provided between the fluid resistance and the second valve;
a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid flowing through the fluid resistance based on a first pressure measured by the first pressure sensor and a second pressure measured by the second pressure sensor,
A flow control device , wherein the target amount set in the first valve controller is a constant value that maintains the opening degree of the second valve at a predetermined opening degree on the fully open side .
半導体製造プロセスに用いられる流量制御装置であって、
流路に設けられ、当該流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力するセンシング機構と、前記センシング機構の出力信号の示す測定値と、前記測定値に応じた流量特性値とに基づいて前記流量を算出する流量算出部と、を具備する流量センサと、
前記流量センサの上流側又は下流側に設けられた制御バルブと、
前記流量センサで測定される測定流量と、設定流量との偏差が小さくなるように前記制御バルブを制御する流量制御器と、
指令流量に対して前記センシング機構の出力信号の示す測定値に応じた時間遅れを付与した前記設定流量を前記流量制御器に設定するリファレンスガバナと、を備え
前記センシング機構が、
流体抵抗と、
前記流体抵抗の上流側に設けられた第1圧力センサと、
前記流体抵抗の下流側に設けられた第2圧力センサと、
前記第1圧力センサで測定される第1圧力と、前記第2圧力センサで測定される第2圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量を算出する流量算出部と、を備え、
前記流量制御器に設定される目標量が、前記制御バルブの開度が全開側の所定開度に維持される一定値である、流量制御装置。
A flow rate control device for use in a semiconductor manufacturing process, comprising:
a flow sensor including: a sensing mechanism provided in a flow path, which outputs an output signal corresponding to a flow rate of a fluid flowing through the flow path; and a flow rate calculation unit which calculates the flow rate based on a measurement value indicated by the output signal of the sensing mechanism and a flow rate characteristic value corresponding to the measurement value;
a control valve provided upstream or downstream of the flow sensor;
a flow rate controller that controls the control valve so as to reduce a deviation between a measured flow rate measured by the flow rate sensor and a set flow rate;
a reference governor that sets the set flow rate, which is a command flow rate with a time delay corresponding to a measurement value indicated by an output signal of the sensing mechanism, in the flow rate controller ;
The sensing mechanism includes:
Fluid resistance,
A first pressure sensor provided upstream of the fluid resistance;
A second pressure sensor provided downstream of the fluid resistance;
a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid flowing through the fluid resistance based on a first pressure measured by the first pressure sensor and a second pressure measured by the second pressure sensor,
A flow control device , wherein a target amount set in the flow rate controller is a constant value that maintains the opening of the control valve at a predetermined opening degree on the fully open side .
前記流量算出部が、
前記第1圧力センサ及び前記第2圧力センサの出力信号の示す測定値である第1圧力及び第2圧力に基づいて、前記流量特性値である流路抵抗を決定する係数決定部と、
前記第1圧力、前記第2圧力、及び、前記流路抵抗に基づいて前記流量を算出する出力部と、を具備し、
前記リファレンスガバナが、前記係数決定部で決定される前記流路抵抗と、前記指令流量に基づいて前記設定流量を算出し、前記流量制御器に当該設定流量を設定するように構成された請求項記載の流量制御装置。
The flow rate calculation unit,
a coefficient determination unit that determines a flow resistance, which is the flow characteristic value, based on a first pressure and a second pressure, which are measurement values indicated by output signals of the first pressure sensor and the second pressure sensor;
an output unit that calculates the flow rate based on the first pressure, the second pressure, and the flow path resistance,
9. The flow control device according to claim 8, wherein the reference governor is configured to calculate the set flow rate based on the flow resistance determined by the coefficient determination unit and the command flow rate, and to set the set flow rate in the flow rate controller.
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