JPH07225616A - 逆流防止機能付マスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆流という異常発生に対してすみやかに反応
して不良発生の危険を未然に防ぐ、逆流防止機能を備え
たマスフローコントローラを提供すること。 【構成】 マスフローコントローラにおいて、流量セン
サの検出信号が正常時正の信号であるとき、逆流が生じ
て負の信号になった場合、流量制御バルブを閉とするよ
うにした。例えば、流量センサの検出信号例えば電圧と
逆流基準信号となる例えば接地電圧とを比較する逆流検
知回路を設けて、比較結果が負の場合のみバルブ駆動電
圧よりも優先してバルブ閉信号をバルブ駆動回路へ出力
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
用いる流体の質量流量を制御するマスフローコントロー
ラに関し、特に流体が逆流したときに生じる異常あるい
は事故を未然に防ぐ機能を備えたマスフローコントロー
ラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマスフローコントローラ（以下Ｍ
ＦＣということがある。）の一例を図２のブロック図で
示す。このＭＦＣは流体（主にガス体）の流入路２と、
この流入路２の流体を並列にかつ所定の流量比に別けて
流すバイパス流路４及びセンサ流路５と、これらバイパ
ス流路４とセンサ流路５の流体が合流する流出路３と、
この流出路３の途中に設けた流量制御バルブ６と、セン
サ部７の検出信号ａを増幅する増幅回路11と、この増幅
した信号ｂと予め設定した質量流量設定信号ｄとを比較
し、この比較結果に基づくバルブ駆動信号ｅをバルブ駆
動回路13へ出力する比較制御回路12とからなっている。

【０００３】センサ部７としては、例えば内直径が0.5m
m程のステンレス鋼製のセンサ管の外周面の上流側に感
熱コイル71を下流側に感熱コイル72をそれぞれ巻き、さ
らに他の抵抗素子とでブリッジ回路10を構成し、流体が
センサ管内を流れることによって生じる温度差を抵抗値
変化として出力し、この検出信号（電圧）を基に流体の
質量流量を計測する定電流センサ（特公昭56−23094
号）がある。また、これらの質量流量センサとしては、
他に定温度センサ（特開昭61−128123号）や定温度差セ
ンサ（特開平１−150817号）を利用することができる。

【０００４】ブリッジ回路10からの検出信号（電圧）ａ
は、増幅回路11により増幅信号ｂとされ外部の表示器20
等へ出力されると共に比較制御回路12へ出力され、ここ
で予め設定した質量流量設定信号ｄと比較し、その差分
をなくすようにそれに応じた信号ｅを出力する。この信
号は流量制御バルブ６のバルブ駆動電圧としてバルブ駆
動回路13に与えられ、これによって積層圧電弁や電磁弁
を駆動源とする流量制御バルブ６が作動し流量調節が行
われる。

【０００５】ところで、このＭＦＣは毒性の強い、また
高腐食性のガスを流す半導体やＩＣの製造プロセスに用
いられるので高い信頼性が要求されると共にＭＦＣに起
こった異常はいち早く検知し、事故や不良品の発生を未
然に防ぐための異常検知機能を備えたマスフローコント
ローラが望まれている。そこで、特開昭61−107407号や
特開昭63−48422号では正常動作時における前記流量制
御バルブの基準駆動電圧と実際に得られたバルブ駆動電
圧とに基づき比較判定を行って異常の有無を診断するも
のが提案されている。この方法は、センサの感度が鈍化
したときに生じる流量制御の異常、即ち腐食性ガスや反
応性ガスによってセンサ管内に反応物が付着したために
流量制御バルブが予想外に開状態となり、設定流量に対
して実際流量が過剰に流れる現象に対しては有効なもの
であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＦＣ
に起こる異常はこれだけには限らない。例えば、このよ
うな配管システムでは不測的に逆流が生じる可能性があ
る。逆流が生じた場合、ＭＦＣ内のバルブ部６は全開状
態であるため、逆流してきたガスは容易にバルブ部６を
通過し、センサ部７およびバイパス部４に到達してしま
う。ここで逆流してきたガスと流入口２からのガスが反
応を起こした場合、センサ部およびバイパス部に生成物
が付着してしまう。するとこの生成物によってセンサの
感度が変化したり、センサとバイパスの分流比が変化し
てしまうことから流路を流れる絶対流量が変化してしま
う。この結果、製造プロセスが変化し大量の不良品を出
してしまう危険があった。

【０００７】以上のことから本発明は、上記問題を解決
し、逆流という異常事態に対してもすみやかに反応して
危険を未然に防ぐことのできる逆流防止機能を備えたＭ
ＦＣを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体の流入路
と、流入路からの流体が流れるバイパス流路と、所定の
分流比の流体が流れるセンサ流路と、センサ流路を流れ
る流量を検出する流量センサと、前記バイパス流路とセ
ンサ流路が合流する流出路と、流出路に設けた流量制御
バルブと、前記流量センサで検出した検出信号と予め設
定した設定信号とを比較し、この比較結果に基づくバル
ブ駆動信号をバルブ駆動回路へ出力する比較制御回路と
を有するマスフローコントローラにおいて、前記流量セ
ンサで検出した検出信号が負の信号になった場合、前記
流量制御バルブを閉とするようにした逆流防止機能付マ
スフローコントローラである。

【０００９】また、上記において流量センサで検出した
検出信号と比較信号とを比較する逆流検知回路を別途設
けると共に、比較した結果が負の場合はバルブ閉信号を
前記バルブ駆動回路へ優先的に出力し流量制御バルブを
閉とするようにした逆流検知機能付マスフローコントロ
ーラである。さらに、上記の検出信号と比較信号として
は電圧やエネルギー値がある。例えば上記において検出
信号を電圧とし、かつ基準信号は接地電圧として、セン
サからの出力電圧とゼロ電圧とを比較した結果が負の電
圧の場合、上記と同様に流量制御バルブを閉とすること
が考えられる。尚、以上においてバルブ閉信号に連動し
て警音やランプ等によって異常発生の警報を発生するよ
うにすることが望ましい。

【００１０】

【作用】例えば、定電流センサを用いたＭＦＣを例にと
れば、この流量センサは上述した通りセンサ管の上流側
と下流側にそれぞれ感熱コイルを設け、流体がセンサ管
内を流れることによって生じる熱移動、即ち上流側のコ
イルの熱は奪われ、逆に下流側のコイルは熱を与えられ
る。これによってブリッジ回路に不平衡電圧が生じ、こ
れを流量レンジの０〜100％に対応して例えば０〜５Ｖ
の電圧に増幅して検出信号としている。ここで逆流が生
じると上記とは逆に下流側から上流側への熱移動が生じ
るので、結果的に検出信号は逆転し負（マイナス）の電
圧が検出されることとなる。本発明ではこの負の信号を
もって逆流が生じていると判断し、適宜流量制御バルブ
を閉として逆流を阻止し、異常発生を未然に防ぐという
ものである。他に定温度センサあるいは定温度差センサ
に用いたＭＦＣの場合は、上記の検出信号は電流と電圧
の積であるエネルギー値を対象として、これを取出し、
上記と同様のことを行うことで本発明を達成できる。

【００１１】逆流検知回路は、増幅回路とバルブ駆動回
路の間に平列して設け、通常は比較制御回路から出力さ
れたバルブ駆動電圧を優先的に取り入れバルブを駆動さ
せているが、逆流検知回路での比較結果が負になった場
合は、バルブ閉信号を優先的にバルブ回路へ出力してバ
ルブを閉にすると共に警報を発するように作動してい
る。また逆流検知回路は、任意の時間間隔でバルブを全
開状態と全閉状態を繰り返すことにより、センサ出力が
正に戻り逆流状態がおさまったことを確認できる機能を
有することで、ＭＦＣは再び設定信号による比較制御動
作に復帰できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明のＭＦＣのブロック図である。同
図において図２と同一構成要素には同一の符号を付して
ある。図からわかる通り基本構成は特に変るところがな
いのでＭＦＣの説明は省略する。但し、以下の第１実施
例の説明では定電流センサを用いたアナログ式ＭＦＣを
例にとっている。

【００１３】図中８は逆流検知回路で、増幅回路11とバ
ルブ駆動回路13の間で、かつ比較制御回路12と平列して
設けられている。ここではブリッジ回路10の不平衡電圧
に基づいて増幅後、出力された検出電圧ｂと、比較対象
となる比較電圧ｇとがそれぞれ入力される。具体的には
一方に検出電圧ｂが接続され、もう一方に接地された逆
流基準となる電圧ｇが接続されたコンパレータを挿入す
ればよく、ここで比較された結果が逆流している信号で
あった場合に限り、比較制御回路12から出力されたバル
ブ駆動電圧ｅよりも優先して、バルブ閉信号ｈをバルブ
駆動回路13へ出力し、流量制御バルブ６を閉にするよう
に働くものである。ここで逆流検知機能を解除するに
は、逆流がおさまったことを逆流検知回路にタイマ回路
を付加して任意の時間間隔で全開、全閉を繰り返してセ
ンサ出力が正の電圧に戻ったことを確認後、設定信号に
よる比較制御動作に復帰させるようにしても良いし、強
制的に比較制御動作できるようにしても良い。 ９は、
警報発生部であって、逆流検知回路８からバルブ閉信号
ｈが出力された場合、これに連動して逆流異常専用の警
報ブザーや警報ランプが作動して逆流異常の発生を知ら
せるようになっている。

【００１４】上記した逆流検知手段を設けたので、逆流
発生時、本発明のＭＦＣは次のように作動する。先ず、
ＭＦＣ１が正常運転している時は、流量センサ７は前述
したように上流側から下流側への熱移動に基づく不平衡
電圧ａを出力する。ところが、何らかの原因で逆流が生
じると、センサ流路５内でガスは逆流するので、熱移動
は逆に下流側から上流側へ移動する。従って、不平衡電
圧も逆転して−ａという負の電圧が出力される。この負
の検出電圧−ａは、増幅回路11を介し−ｂとして比較制
御回路に入力され、今まで通り設定信号ｄと比較されそ
の差に応じた（この場合バルブをさらに開にしようとす
る）バルブ駆動電圧ｅが出力される。しかし一方で−ｂ
は逆流検知回路８にも入力され、逆流基準となる電圧ｇ
と比較され負の信号が出力される。その結果バルブ閉信
号ｈがバルブ駆動電圧ｅよりも優先してバルブ駆動回路
13に出力されるので流量制御バルブ６が閉になる。これ
と共に警報手段９も作動して逆流異常の警報が発せられ
る。

【００１５】次に、本発明の他の実施例としては、本発
明は、基本的に流量センサの検出信号（電圧）が負にな
った場合に逆流が起こっていると判定するものであるか
ら、デジタル式ＭＦＣであれば上記のような逆流検知回
路を別途設けることなく、検出信号ａが負になった場合
には、直接流量制御バルブを閉動作させるようなソフト
をＣＰＵに組み入れてしまうことで同様の効果が達成で
きる。尚、本発明において、流量センサの検出信号は正
常時を正に設定して考えているが、これを逆に負に設定
した場合は、上記した説明は正負を逆転して考えること
は無論である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、逆流が発生すると流量
制御バルブは、すみやかに閉動作して逆流を防止するの
でその後の事故や不良発生を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す逆流検知機能付マス
フローコントローラの要部ブロック図である。

【図２】 従来のマスフローコントローラの要部ブロッ
ク図である。

【符号の説明】 １…逆流検知機能付マスフローコントローラ ２…流入路 ３…流出路 ４…バイパス流路 ５…センサ流路 ６…流量制御バルブ ７…流量センサ部 ８…逆流検知回路 ９…警報発生部 10…ブリッジ回路 11…増幅回路 12…比較制御回路 13…バルブ駆動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流入路と、流入路からの流体が流
   れるバイパス流路と、所定の分流比の流体が流れるセン
   サ流路と、センサ流路を流れる流量を検出する流量セン
   サと、前記バイパス流路とセンサ流路が合流する流出路
   と、流出路に設けた流量制御バルブと、前記流量センサ
   で検出した検出信号と予め設定した設定信号とを比較
   し、この比較結果に基づくバルブ駆動信号をバルブ駆動
   回路へ出力する比較制御回路とを有するマスフローコン
   トローラにおいて、 前記流量センサで検出した検出信号が負の信号になった
   場合、前記流量制御バルブを閉とするようにしたことを
   特徴とする逆流防止機能付マスフローコントローラ。
2. 【請求項２】 前記流量センサで検出した検出信号と比
   較信号とを比較する逆流検知回路を設けると共に、比較
   した結果が負の信号の場合、前記流量制御バルブを閉と
   するバルブ閉信号を前記バルブ駆動回路へ優先的に出力
   し、前記流量制御バルブを閉とするようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の逆流検知機能付マスフローコン
   トローラ。