JP2003167630A

JP2003167630A - 流量制御装置と流量制御方法

Info

Publication number: JP2003167630A
Application number: JP2001370111A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sudo; 良久須藤; Masayuki Koketsu; 雅之纐纈; Tokuhide Nawata; 徳秀縄田; Masayuki Watanabe; 雅之渡辺
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-13
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP3619187B2

Abstract

(57)【要約】【課題】細いパイプや極小なオリフィスなどトラブル
の要因となる測定子を不要とするとともに、部品の大き
さを変更することなく、コントロール可能なガスの流量
レンジをより広くした流量制御装置と流量制御方法を提
供すること。【解決手段】遮断弁１２の開閉動作を行った後に比例
弁１７の開度を操作する際に、圧力センサー１４で計測
されたガス充填容積１３のプロセスガスの圧力Ｐに基づ
いて、比例弁１７の開度を操作し、ガス充填容積１３の
プロセスガスの圧力勾配を一定に制御することにより、
比例弁１７から流出されるプロセスガスの質量流量を調
整している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスの流量を調整
するための流量制御装置と流量制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置等のガス供給シス
テムにおいては、ガスの流量をコントロールするため
に、例えば、サーマル式マスフローコントローラ、ソニ
ック型フローコントローラ、コリオリ式フローコントロ
ーラ、羽根車式フローコントローラ、超音波式フローコ
ントローラ、カルマン渦式フローコントローラなどを使
用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
を使用してガスの流量をコントロールするためには、例
えば、サーマル式マスフローコントローラでは、細いパ
イプを流路として使用する必要があるので、かかるパイ
プに目詰まりが発生するおそれがあり、また、コントロ
ールするガスの流量レンジに応じて、バイパス流路の大
きさを変えなければならなかった。また、ソニック型フ
ローコントローラでは、極小なオリフィスを使用する必
要があるので、デッドボリュームが生じてガスの置換性
が悪く、また、コントロールするガスの流量レンジに応
じて、オリフィス径の大きさを変えなければならなかっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであって、細いパイプや極小な
オリフィスなどトラブルの要因となる測定子を不要とす
るとともに、部品の大きさを変更することなく、コント
ロール可能なガスの流量レンジをより広くした流量制御
装置と流量制御方法を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
めに成された請求項１に係る発明は、ガス源に接続され
た遮断弁と、前記遮断弁に接続された比例弁と、前記遮
断弁と前記比例弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填
容積の圧力を計測する圧力センサーと、を備える流量制
御装置であって、前記遮断弁の開閉動作を行った後に前
記比例弁の開度を操作する際に、前記圧力センサーで計
測された前記ガス充填容積の圧力に基づいて、前記比例
弁の開度を操作し、前記ガス充填容積の圧力勾配を制御
することにより、ガスの状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴで表さ
れるＰの制御でｎを調整することを利用して、前記比例
弁から流出されるガスの質量流量を調整すること、を特
徴としている。

【０００６】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載する流量制御装置であって、前記ガス充填容積の温
度を計測する温度センサーを備え、前記温度センサーで
計測された前記ガス充填容積の温度に基づいて、前記比
例弁から流出されるガスの質量流量を体積流量に変更す
ること、を特徴としている。

【０００７】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に記載する流量制御装置であって、前記ガス
充填容積の圧力勾配を常に一定に制御すること、を特徴
としている。

【０００８】また、請求項４に係る発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一つに記載する流量制御装置であ
って、半導体製造装置で使用されること、を特徴として
いる。

【０００９】また、請求項５に係る発明は、ガス源に接
続された遮断弁と、前記遮断弁に接続された比例弁と、
前記遮断弁と前記比例弁の間のガス充填容積と、前記ガ
ス充填容積の圧力を計測する圧力センサーと、を備える
流量制御方法であって、前記遮断弁の開閉動作を行った
後に前記比例弁の開度を操作する際に、前記圧力センサ
ーで計測された前記ガス充填容積の圧力に基づいて、前
記比例弁の開度を操作し、前記ガス充填容積の圧力勾配
を制御することにより、ガスの状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴ
で表されるＰの制御でｎを調整することを利用して、前
記比例弁から流出されるガスの質量流量を調整するこ
と、を特徴としている。

【００１０】また、請求項６に係る発明は、請求項５に
記載する流量制御方法であって、前記ガス充填容積の温
度を計測する温度センサーを備え、前記温度センサーで
計測された前記ガス充填容積の温度に基づいて、前記比
例弁から流出されるガスの質量流量を体積流量に変更す
ること、を特徴としている。

【００１１】また、請求項７に係る発明は、請求項５又
は請求項６に記載する流量制御方法であって、前記ガス
充填容積の圧力勾配を常に一定に制御すること、を特徴
としている。

【００１２】また、請求項８に係る発明は、請求項５乃
至請求項７のいずれか一つに記載する流量制御方法であ
って、半導体製造装置で使用されること、を特徴として
いる。

【００１３】このような特徴を有する本発明の流量制御
装置及び流量制御方法は、以下に説明するようにして、
ガスの体積流量を調整する。すなわち、遮断弁及び比例
弁が閉状態にあるときに、遮断弁の開閉動作を行うと、
遮断弁と比例弁の間のガス充填容積の圧力が上昇する。
このとき、ガス充填容積に詰め込まれたガスの状態方程
式は、以下の式（１）である。ＰＶ＝ｎＲＴ … 式（１）尚、「Ｐ」は、ガス充填容積に詰め込まれたガスの圧力
である。また、「Ｖ」は、ガス充填容積に詰め込まれた
ガスの体積であるが、ここでは、ガス充填容積の容積で
ある。また、「ｎ」は、ガス充填容積に詰め込まれたガ
スのモル数である。また、「Ｒ」は気体定数である。ま
た、「Ｔ」は、ガス充填容積に詰め込まれたガスの絶対
温度である。

【００１４】そして、式（１）を時間微分して変形する
と、以下の式（２）となる。 ΔＰ／Δｔ＝（Δｎ／Δｔ）×（ＲＴ／Ｖ） … 式（２）従って、「ＲＴ／Ｖ」が一定である場合又は一定である
とみなすことができる場合には、式（２）により、「Δ
ｎ／Δｔ」は、「ΔＰ／Δｔ」と比例関係にある。つま
り、遮断弁及び比例弁が閉状態にあるときに、遮断弁の
開閉動作を行った後、さらに、比例弁の開度を操作し
て、圧力センサーで計測されたガス充填容積の圧力に基
づき、ガス充填容積に詰め込まれたガスの圧力勾配（Δ
Ｐ／Δｔ）を制御すれば、ガス充填容積に詰め込まれた
ガスのモル数変化（Δｎ／Δｔ）、ひいては、比例弁か
ら流出されるガスの質量流量Ｑ（＝−（Δｎ／Δｔ）×
Ｍ）を調整することができる。尚、「Ｍ」は、ガスの分
子量である。

【００１５】さらに、比例弁から流出されるガスの質量
流量Ｑは、以下の式（３）より、体積流量Ｑ´に変更で
きる。Ｑ´＝（Ｑ／Ｍ）×（ＲＴ／Ｐ） … 式（３）従って、温度センサーで計測されたガス充填容積の温度
に基づいて、比例弁から流出されるガスの質量流量Ｑを
体積流量Ｑ´に変更できる。

【００１６】すなわち、本発明の流量制御装置と流量制
御方法においては、遮断弁の開閉動作を行った後に比例
弁の開度を操作する際に、圧力センサーで計測されたガ
ス充填容積の圧力に基づいて、比例弁の開度を操作し、
ガス充填容積の圧力勾配を制御することにより、ガス充
填容積に詰め込まれたガスのモル数変化、ひいては、比
例弁から流出されるガスの質量流量を調整しているの
で、従来技術のものとは異なって、細いパイプや極小な
オリフィスなどトラブルの要因となる測定子が不要とな
り、さらに、コントロール可能なガスの流量レンジはガ
ス充填容積に充填されたガスの量で決まるので、従来技
術のものと比べれば、部品の大きさを変更することな
く、コントロール可能なガスの流量レンジをより広くす
ることができる。

【００１７】また、本発明の流量制御装置と流量制御方
法においては、上述したように、遮断弁の開閉動作を行
った後に比例弁の開度を操作する際に、圧力センサーで
計測されたガス充填容積の圧力に基づいて、比例弁の開
度を操作し、ガス充填容積の圧力勾配を制御することに
より、ガス充填容積に詰め込まれたガスのモル数変化、
ひいては、比例弁から流出されるガスの質量流量を調整
しているので、（１）ガスの乱流に影響されることがな
く、ガスの乱流を強制的に抑える層流管などの装置が不
要となり、（２）ガスの圧力や種類が制限されることが
なく、上流側に設置されるレギュレータなどの装置が不
要となって、構成パーツがシンプルになる。

【００１８】特に、本発明の流量制御装置と流量制御方
法において、遮断弁の開閉動作を行った後に比例弁の開
度を操作する際中に、ガス充填容積の圧力勾配を一定に
制御させれば、比例弁から流出されるガスの質量流量や
体積流量の制御装置として機能する。

【００１９】また、半導体製造装置では、腐食性ガスが
使用され、ガス置換が行われ、ガス流路の切換などに遮
断弁を使用することが多いので、本発明の流量制御装置
と流量制御方法を半導体製造装置で使用すれば、（３）
細いパイプや極小なオリフィスなどの測定子を使用しな
いので、腐食による目詰まりなどの異常が発生せず、
（４）デッドボリュームがないので、ガス置換を確実に
実行でき、（５）遮断弁や比例弁をガス流路の切換など
に流用することにより、ガス流路の切換などに使用する
ための遮断弁を削減することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照にして説明する。図４に、流量制御装置１の概要
を示す。図４では、流量制御装置１は、手動弁１１と、
遮断弁１２、ガス充填容積１３、圧力センサー１４、温
度センサー１５、比例弁１７、コントローラ１９などか
ら構成されている。この点、遮断弁１２と、圧力センサ
ー１４、温度センサー１５、比例弁１７は、コントロー
ラ１９に接続されている。従って、遮断弁１２の開閉動
作及び比例弁１７の開度は、コントローラ１９でそれぞ
れ制御することができる。また、圧力センサー１４は、
ガス充填容積１３に対して設けられており、ガス充填容
積１３の圧力を電気信号に変換するものである。さら
に、温度センサー１５は、ガス充填容積１３に対して設
けられており、ガス充填容積１３の温度を電気信号に変
換するものである。従って、コントローラ１９は、圧力
センサー１４及び温度センサー１５を介して、ガス充填
容積１３の圧力や温度を検出することができる。

【００２１】また、ここで、ガス充填容積１３とは、遮
断弁１２及び比例弁１７がともに閉状態にあるときに、
遮断弁１２と比例弁１７との間に形成される密閉空間を
いう。具体的に言えば、例えば、図５に示すように、遮
断弁１２と比例弁１７との間を、遮断弁１２や、圧力セ
ンサー１４、比例弁１７などの各ブロック機器と、各流
路ブロック２１，２２，２３，２４とで構成する場合に
は、遮断弁１２のベースブロック１２Ｂの出口側流路
と、流路ブロック２２の流路、圧力センサー１４のベー
スブロック１４Ｂの流路、流路ブロック２３の流路、比
例弁１７のベースブロック１７Ｂの入口側流路などが、
ガス充填容積１３に相当することになる。尚、図４で
は、ガス充填容積１３の存在を強調するため、ガス充填
容積１３は、上記の定義とは若干異なる記載がなされて
いる。

【００２２】また、流量制御装置１は、図４に示すよう
に、半導体製造装置に組み込まれており、この点、手動
弁１１の上流側は、加圧されたプロセスガス源に接続さ
れており、また、比例弁１７の下流側は、真空引きされ
た真空槽に接続されている。そして、図４の流量制御装
置１は、コントローラ１９によって、遮断弁１２の開閉
動作を行った後に比例弁１７の開度操作を行うことによ
り、例えば、０．１〜１００Ｌ／ｍｉｎのプロセスガス
を真空槽へ供給する。

【００２３】このとき、図４の流量制御装置１では、コ
ントローラ１９において、圧力センサー１４で計測され
たガス充填容積１３のプロセスガスの圧力Ｐに基づい
て、比例弁１７の開度を操作し、例えば、図２に示すよ
うに、ガス充填容積１３の圧力勾配ΔＰ／Δｔを一定に
制御することにより、比例弁１７から流出されるガスの
質量流量Ｑを調整している。さらに、温度センサー１５
で計測されたガス充填容積１３のプロセスガスの温度Ｔ
に基づいて、比例弁１７から流出されるガスの質量流量
Ｑから体積量流量Ｑ′を求めている。

【００２４】具体的に言えば、遮断弁１２及び比例弁１
７が閉状態にあるときに、遮断弁１２の開閉動作を行う
と、遮断弁１２と比例弁１７の間のガス充填容積１３の
圧力が上昇する。このとき、例えば、図２に示すよう
に、ガス充填容積１３に詰め込まれたプロセスガスの圧
力をＰとし、また、ガス充填容積１３に詰め込まれたプ
ロセスガスの絶対温度をＴとすると、ガス充填容積１３
に詰め込まれたプロセスの状態方程式は、以下の式
（１）である。ＰＶ＝ｎＲＴ … 式（１）尚、「Ｖ」は、ガス充填容積１３に詰め込まれたプロセ
スガスの体積であるが、ここでは、ガス充填容積１３の
容積である。また、「ｎ」は、ガス充填容積１３に詰め
込まれたプロセスガスのモル数である。また、「Ｒ」は
気体定数である。

【００２５】そして、式（１）を時間微分して変形する
と、以下の式（２）となる。 ΔＰ／Δｔ＝（Δｎ／Δｔ）×（ＲＴ／Ｖ） … 式（２）従って、「ＲＴ／Ｖ」が一定である場合又は一定である
とみなすことができる場合には、式（２）により、「Δ
ｎ／Δｔ」は、「ΔＰ／Δｔ」と比例関係にある。つま
り、図２に示すように、遮断弁１２及び比例弁１７が閉
状態にあるときに、遮断弁１２の開閉動作を行った後、
さらに、比例弁１７の開度を操作して、圧力センサー１
４で計測されたガス充填容積１３の圧力に基づき、ガス
充填容積１３に詰め込まれたプロセスガスの圧力勾配
（ΔＰ／Δｔ）を制御すれば、ガス充填容積１３に詰め
込まれたガスのモル数変化（Δｎ／Δｔ）、ひいては、
比例弁１７から流出されるプロセスガスの質量流量Ｑ
（＝−（Δｎ／Δｔ）×Ｍ）を調整することができる。
尚、「Ｍ」は、プロセスガスの分子量である。

【００２６】さらに、比例弁１７から流出されるプロセ
スガスの質量流量Ｑは、以下の式（３）より、体積流量
Ｑ´に変更できる。Ｑ´＝（Ｑ／Ｍ）×（ＲＴ／Ｐ） … 式（３）従って、温度センサー１５で計測されたガス充填容積１
３の絶対温度に基づいて、比例弁１７から流出されるガ
スの質量流量Ｑを体積流量Ｑ´に変更できる。

【００２７】次に、図４の流量制御装置１が実施する流
量制御方法の一例について、図１に基づいて説明する。
図１に示す流量制御方法は、流量制御装置１のコントロ
ーラ１９により行われるフィードバック制御である。す
なわち、先ず、Ｓ１０において、比例弁１７から流出さ
れるプロセスガスの体積流量Ｑ′が、「流量指令値」と
して入力される。

【００２８】そして、Ｓ１１においては、「流量指令
値」を実現する際の、ガス充填容積１３のプロセスガス
の圧力勾配ΔＰ／Δｔが計算され、「換算圧力勾配」と
して取得される。具体的に言えば、例えば、「流量指令
値」が体積流量Ｑ′として０．１Ｌ／ｍｉｎ（標準状
態）である場合に、ガス充填容積１３の容積Ｖが０．０
５Ｌ、ガス充填容積１３に詰め込まれたプロセスガスの
温度Ｔが２０℃であるときは、式（２），（３）より、
１気圧換算で、以下の式（Ａ）が成立する。０．１／６０＝（０．０５／０．１０１３）×ΔＰ／Δｔ … 式（Ａ）従って、式（Ａ）により、ΔＰ／Δｔは０．００３４
（ＭＰａ／ｓｅｃ）となり、その値が「換算圧力勾配」
とされる。

【００２９】一方、Ｓ１２では、圧力センサー１４で計
測されたガス充填容積１３のプロセスガスの圧力Ｐのデ
ータから、現在の、ガス充填容積１３のプロセスガスの
圧力勾配ΔＰ／Δｔが計算され、「計測圧力勾配」とし
て取得される。その後、Ｓ１３では、「換算圧力勾配」
と「計測圧力勾配」との差からなる制御偏差を求める。

【００３０】次に、Ｓ１４では、Ｓ１３で求めた制御偏
差を「０」にするように、記憶された種々のデータに基
づいて、比例弁１７の開度の値を決定し、その決定内容
を、流量制御装置１のコントローラ１９に内蔵された制
御回路に伝達する。そして、Ｓ１５では、流量制御装置
１のコントローラ１９に内蔵された比例弁回路を介し
て、比例弁１７の開度を操作する。

【００３１】その後、Ｓ１６において、圧力センサー１
４で計測されたガス充填容積１３のプロセスガスの圧力
Ｐと、温度センサー１５で計測されたガス充填容積１３
のプロセスガスの温度Ｔとから、上述した式（１）〜式
（３）などにより、比例弁１７から流出されるプロセス
ガスの質量流量Ｑと体積流量Ｑ′を算出し、Ｓ１７にお
いて、流量制御装置１のコントローラ１９に内蔵された
モニタに表示する。

【００３２】これにより、流量制御装置１では、比例弁
１７から流出されるプロセスガスの体積流量Ｑ′につい
て、フィードバック制御することが可能となる。

【００３３】以上、詳細に説明したように、流量制御装
置１と、流量制御装置１で実施される流量制御方法にお
いては、遮断弁１２の開閉動作を行った後に比例弁１７
の開度を操作する際に、圧力センサー１４で計測された
ガス充填容積１３の圧力Ｐに基づいて、比例弁１７の開
度を操作し、ガス充填容積１３の圧力勾配ΔＰ／Δｔを
制御することにより（Ｓ１５）、ガス充填容積１３に詰
め込まれたプロセスガスのモル数（Δｎ／Δｔ）、ひい
ては、比例弁１７から流出されるプロセスガスの質量流
量Ｑ（＝−（Δｎ／Δｔ）×Ｍ）を調整している。

【００３４】従って、従来技術のものとは異なって、細
いパイプや極小なオリフィスなどトラブルの要因となる
測定子が不要となり、さらに、コントロール可能なプロ
セスガスの流量レンジはガス充填容積１３に充填された
プロセスガスの量で決まるので、従来技術のものと比べ
れば、部品の大きさを変更することなく、コントロール
可能なプロセスガスの流量レンジをより広くすることが
できる。

【００３５】さらに、流量制御装置１と、流量制御装置
１で実施される流量制御方法においては、図４に示すよ
うに、（１）ガスの乱流に影響されることがなく、ガス
の乱流を強制的に抑える層流管などの装置が不要とな
り、（２）ガスの圧力や種類が制限されることがなく、
上流側に設置されるレギュレータなどの装置が不要とな
って、構成パーツがシンプルになる。

【００３６】特に、流量制御装置１と、流量制御装置１
で実施される流量制御方法においては、図２に示すよう
に、遮断弁１２の開閉動作を行った後に比例弁１７の開
度を操作する際中に、ガス充填容積１３の圧力勾配ΔＰ
／Δｔを一定に制御させれば、比例弁１７から流出され
るプロセスガスの質量流量Ｑや体積流量Ｑ′のレギュレ
ータとして働かせることができる。

【００３７】また、半導体製造装置では、腐食性ガスが
使用され、ガス置換が行われ、ガス流路の切換などに遮
断弁を使用することが多いが、この点、流量制御装置１
と、流量制御装置１で実施される流量制御方法は、図４
に示すように、半導体製造装置で使用されていることか
ら、（３）細いパイプや極小なオリフィスなどの測定子
を使用しないので、腐食による目詰まりなどの異常が発
生せず、（４）デッドボリュームがないので、ガス置換
を確実に実行でき、（５）遮断弁や比例弁をガス流路の
切換などに流用することにより、ガス流路の切換などに
使用するための遮断弁を削減することができる。

【００３８】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、流量制御装置１と、流量制御装置
１で実施される流量制御方法において、遮断弁１２の開
閉動作を行った後に比例弁１７の開度を操作する際中
は、例えば、図２に示すように、ガス充填容積１３のプ
ロセスガスの圧力勾配ΔＰ／Δｔが一定となるように、
比例弁１７の開度を操作する（図１のＳ１５）。この
点、例えば、図３に示すようにして、ガス充填容積１３
のプロセスガスの圧力勾配ΔＰ／Δｔを一定に制御する
ことを、（ｔ１，ｔ２）の間ではΔＰ／Δｔを（Ｐ２−
Ｐ１）／（ｔ２−ｔ１）とし、（ｔ２，ｔ３）の間では
ΔＰ／Δｔを（Ｐ３−Ｐ２）／（ｔ３−ｔ２）とし、
（ｔ３，ｔ４）の間ではΔＰ／Δｔを（Ｐ４−Ｐ３）／
（ｔ４−ｔ３）とし、（ｔ４，ｔ５）の間ではΔＰ／Δ
ｔを（Ｐ５−Ｐ４）／（ｔ５−ｔ４）として、４段階で
行えば、比例弁１７から流出されるプロセスガスの質量
流量Ｑや体積流量Ｑ′を段階的に調整することができる
ので、遮断弁１２の開閉動作を新たに行うことなく、比
例弁１７から流出されるプロセスガスの質量流量Ｑや体
積流量Ｑ′の調整を細かに行うことができる。

【００３９】また、上記実施の形態では、流量制御装置
１と、流量制御装置１で実施される流量制御方法におい
ては、遮断弁１２の開閉動作を行った後に比例弁１７の
開度を操作する一連の動作が単独で行われているが、こ
の点、遮断弁１２の開閉動作を行った後に比例弁１７の
開度を操作する一連の動作を周期的に行う一方で、コン
トローラ１９において、比例弁回路（図１のＳ１５）や
遮断弁回路１９ａ（図１参照）を介し、当該周期の変更
を行っても、比例弁１７から流出されるプロセスガスの
質量流量Ｑや体積流量Ｑ′の調整を行うことは可能であ
る。すなわち、変形例として、請求項１乃至請求項４の
いずれか一つに記載する流量制御装置であって、前記遮
断弁の開閉動作を行った後に前記比例弁の開度を操作す
る一連の動作を所定周期で行うとともに、当該所定周期
を変更すること、を特徴とする流量制御装置。また、請
求項４乃至請求項８のいずれか一つに記載する流量制御
方法であって、前記遮断弁の開閉動作を行った後に前記
比例弁の開度を操作する一連の動作を所定周期で行うと
ともに、当該所定周期を変更すること、を特徴とする流
量制御方法。

【００４０】尚、流量制御装置１と、流量制御装置１で
実施される流量制御方法においては、コントローラ１９
で開度が制御される比例弁１７として、電磁弁やエアオ
ペレート弁などが使用される。

【００４１】

【発明の効果】本発明の流量制御装置と流量制御方法に
おいては、遮断弁の開閉動作を行った後に比例弁の開度
を操作する際に、圧力センサーで計測されたガス充填容
積の圧力に基づいて、比例弁の開度を操作し、ガス充填
容積の圧力勾配を制御することにより、ガス充填容積に
詰め込まれたガスのモル数変化、ひいては、比例弁から
流出されるガスの質量流量を調整しているので、従来技
術のものとは異なって、細いパイプや極小なオリフィス
などトラブルの要因となる測定子が不要となり、さら
に、コントロール可能なガスの流量レンジはガス充填容
積に充填されたガスの量で決まるので、従来技術のもの
と比べれば、部品の大きさを変更することなく、コント
ロール可能なガスの流量レンジをより広くすることがで
きる。

【００４２】また、本発明の流量制御装置と流量制御方
法においては、上述したように、遮断弁の開閉動作を行
った後に比例弁の開度を操作する際に、圧力センサーで
計測されたガス充填容積の圧力に基づいて、比例弁の開
度を操作し、ガス充填容積の圧力勾配を制御することに
より、ガス充填容積に詰め込まれたガスのモル数変化、
ひいては、比例弁から流出されるガスの質量流量を調整
しているので、（１）ガスの乱流に影響されることがな
く、ガスの乱流を強制的に抑える層流管などの装置が不
要となり、（２）ガスの圧力や種類が制限されることが
なく、上流側に設置されるレギュレータなどの装置が不
要となって、構成パーツがシンプルになる。

【００４３】特に、本発明の流量制御装置と流量制御方
法において、遮断弁の開閉動作を行った後に比例弁の開
度を操作する際中に、ガス充填容積の圧力勾配を一定に
制御させれば、比例弁から流出されるガスの質量流量や
体積流量の制御装置として機能する。

【００４４】また、半導体製造装置では、腐食性ガスが
使用され、ガス置換が行われ、ガス流路の切換などに遮
断弁を使用することが多いので、本発明の流量制御装置
と流量制御方法を半導体製造装置で使用すれば、（３）
細いパイプや極小なオリフィスなどの測定子を使用しな
いので、腐食による目詰まりなどの異常が発生せず、
（４）デッドボリュームがないので、ガス置換を確実に
実行でき、（５）遮断弁や比例弁をガス流路の切換など
に流用することにより、ガス流路の切換などに使用する
ための遮断弁を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量制御装置のフローチャート図とブ
ロック図を兼ねた図である。

【図２】本発明の流量制御装置において、ある条件の下
での、遮断弁の開閉動作及び比例弁の開度操作とガス充
填容積のプロセスガスの圧力波形の関係の一例を示した
図である。

【図３】本発明の流量制御装置において、ガス充填容積
のプロセスガスの圧力勾配が４段階で制御された際の、
ガス充填容積のプロセスガスの圧力波形の一例を示した
図である。

【図４】本発明の流量制御装置の概要を示した図であ
る。

【図５】本発明の流量制御装置において、ガス充填容積
の構成例を示した図である。

【符号の説明】

１流量制御装置１２遮断弁１３ガス充填容積１４圧力センサー１５温度センサー１７比例弁Ｐガス充填容積のプロセスガスの圧力 ΔＰ／Δｔガス充填容積のプロセスガスの圧力勾配Ｑ比例弁から流出されるプロセスガスの質量流量Ｑ′ 比例弁から流出されるプロセスガスの体積流量Ｔガス充填容積のプロセスガスの絶対温度ｔ比例弁の操作時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者縄田徳秀愛知県春日井市堀ノ内町850番地シーケーディ株式会社春日井事業所内 (72)発明者渡辺雅之愛知県春日井市堀ノ内町850番地シーケーディ株式会社春日井事業所内Ｆターム(参考） 3J071 AA02 BB14 CC11 EE02 EE24 FF11 5H307 AA20 BB01 DD01 DD18 EE02 EE04 EE26 EE36 ES06 FF02 FF12 FF15 GG04 GG11 GG15 HH01 JJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス源に接続された遮断弁と、前記遮断弁に接続された比例弁と、前記遮断弁と前記比例弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサーと、を
備える流量制御装置であって、前記遮断弁の開閉動作を行った後に前記比例弁の開度を
操作する際に、前記圧力センサーで計測された前記ガス
充填容積の圧力に基づいて、前記比例弁の開度を操作
し、前記ガス充填容積の圧力勾配を制御することによ
り、ガスの状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴで表されるＰの制御
でｎを調整することを利用して、前記比例弁から流出さ
れるガスの質量流量を調整すること、を特徴とする流量
制御装置。
【請求項２】請求項１に記載する流量制御装置であっ
て、前記ガス充填容積の温度を計測する温度センサーを備
え、前記温度センサーで計測された前記ガス充填容積の温度
に基づいて、前記比例弁から流出されるガスの質量流量
を体積流量に変更すること、を特徴とする流量制御装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載する流量制
御装置であって、前記ガス充填容積の圧力勾配を常に一定に制御するこ
と、を特徴とする流量制御装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一つに
記載する流量制御装置であって、半導体製造装置で使用されること、を特徴とする流量制
御装置。
【請求項５】ガス源に接続された遮断弁と、前記遮断弁に接続された比例弁と、前記遮断弁と前記比例弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサーと、を
備える流量制御方法であって、前記遮断弁の開閉動作を行った後に前記比例弁の開度を
操作する際に、前記圧力センサーで計測された前記ガス
充填容積の圧力に基づいて、前記比例弁の開度を操作
し、前記ガス充填容積の圧力勾配を制御することによ
り、ガスの状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴで表されるＰの制御
でｎを調整することを利用して、前記比例弁から流出さ
れるガスの質量流量を調整すること、を特徴とする流量
制御方法。
【請求項６】請求項５に記載する流量制御方法であっ
て、前記ガス充填容積の温度を計測する温度センサーを備
え、前記温度センサーで計測された前記ガス充填容積の温度
に基づいて、前記比例弁から流出されるガスの質量流量
を体積流量に変更すること、を特徴とする流量制御方
法。
【請求項７】請求項５又は請求項６に記載する流量制
御方法であって、前記ガス充填容積の圧力勾配を常に一定に制御するこ
と、を特徴とする流量制御方法。
【請求項８】請求項５乃至請求項７のいずれか一つに
記載する流量制御方法であって、半導体製造装置で使用されること、を特徴とする流量制
御方法。