JPH11212653A

JPH11212653A - 流体供給装置

Info

Publication number: JPH11212653A
Application number: JP996198A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Satoru Kagatsume; 哲加賀爪; Kazuhiko Sugiyama; 一彦杉山; Shinichi Ikeda; 信一池田; Koji Nishino; 功二西野; Koji Kawada; 幸司川田; Yukio Minami; 幸男皆見; Ryosuke Doi; 亮介土肥; Michio Yamaji; 道雄山路
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-08-06
Also published as: TW385380B; KR100327878B1; CN1127004C; DE69928047D1; WO1999038057A1; KR20000070592A; EP0969342B1; US6178995B1; DE69928047T2; EP0969342A1; EP0969342A4; CN1255981A

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の供給開始時や切換時に過渡的に発生す
る流体のオーバーシュート現象を防止し、常に高精度な
流体制御が出来るようにする。【解決手段】流体流量を制御するプレッシャーフロー
コントローラと、その二次側の流体通路を開閉する流体
切換弁と、プレッシャーフローコントローラと流体切換
弁の作動を制御する流体供給制御装置とから成り、且つ
前記プレッシャーフローコントローラをオリフィス５
と、オリフィス５の上流側に設けたコントロール弁１
と、コントロール弁１とオリフィス５間に設けた圧力検
出器３と、圧力検出器３の検出圧力Ｐ₁から流量Ｑｃ＝
ＫＰ₁（但しＫは定数）として演算した流量信号Ｑｃと
流量指令信号Ｑｓとの差を制御信号Ｑｙとして前記コン
トロール弁１の駆動部２へ出力する演算制御装置６とか
ら形成すると共に、前記コントロール弁１の開閉により
オリフィス５の上流側圧力Ｐ₁を調整し、オリフィス５
の下流側の流量を制御する構成とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体や化学品、薬
品、精密機械部材等の製造に用いるガス等の各種流体の
供給装置の改良に関するものであり、流体の供給開始時
や供給流体の切替え時に於いても高精度な流体の流量制
御を行えるようにした流体供給装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造施設や化学薬品製造
施設の流体供給装置であって高精度な流量制御を必要と
するものは、その殆どが所謂マスフローコントローラを
用いている。図８は半導体製造装置用の高純度水分発生
装置に於ける流体（ガス）供給装置の一例を示すもので
あり、ガス供給装置５０から所定流量のＨ₂及びＯ₂を
反応炉５１内へ供給し、ここでＨ₂とＯ₂を白金触媒に
よりラジカル化して非燃焼下で反応させ、発生した水分
ガス（水蒸気）を酸化炉５２内へ供給するようにしてい
る。尚、図８に於いて、５４は反応炉５１の水分発生応
答性の測定回路であり、５５は吸入量調整弁、５６はＱ
−ｍａｓ、５７はターボ分子ポンプ、５８は真空ポンプ
である。また、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、Ｏ₂及びＮ₂のイオン強
度を測定するＱ−ｍａｓ５６として、日本真空技術
（株）のＭＳＱ−１５０Ａが用いられている。

【０００３】前記ガス供給装置５０は３基のマスフロー
コントローラＭＦＣ₁・ＭＦＣ₂・ＭＦＣ₃と、切換バ
ルブＶ₁・Ｖ₂・Ｖ₃と、ガス貯蔵容器（図示省略）及
び圧力調整装置（図示省略）等が形成されており、この
例では切換バルブＶ₁〜Ｖ₃として電動型のメタルダイ
ヤフラム型バルブが使用されている。また、各マスフロ
ーコントローラＭＦＣ₁・ＭＦＣ₂・ＭＦＣ₃の一次側
へはゲージ圧２ｋｇｆ／ｃｍ²のＨ₂、２ｋｇｆ／ｃｍ
²のＯ₂、６ｋｇｆ／ｃｍ²のＮ₂が夫々ガス貯蔵容器
（図示省略）から供給されている。

【０００４】而して、反応炉５１内で水分を発生するに
際しては、先ずガス供給装置５０のＭＦＣ₁・ＭＦＣ₂
・ＭＦＣ₃の流量値等を夫々設定し、次にＶ₁及びＶ₂
を閉、Ｖ₃を開にして系内をＮ₂でパージする。その
後、Ｖ₃を閉にすると同時にＶ ₂開にし、Ｏ₂を供給す
ると共にこれと同時に（又は約３ｓｅｃ遅れて）にＶ₁
を開にしてＨ₂を供給する。これにより反応炉５１内で
は水分ガス（水蒸気）が起生する。また、反応炉５１か
らの水分ガス等の一部は、吸入量調整弁５５の開閉制御
によって所定の時間試験回路５４側へ吸引され、Ｑ−ｍ
ａｓ５６により発生水分内のＨ₂、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ及びＮ
₂の濃度が夫々測定される。

【０００５】図９〜図１１は、前記図８のマスフローコ
ントローラを使用したガス供給装置５０を備えた水分発
生実験装置において、下記の、及びの条件下で水
分発生を行った場合のＱ−ｍａｓ５６によるＨ₂・
Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの各濃度の測定値である。尚、ガ
ス供給装置５０に於けるマスフローコントローラへのＨ
₂・Ｏ₂及びＮ₂の一次側供給圧（ゲージ圧）は、夫々
２ｋｇｆ／ｃｍ²、２ｋｇｆ／ｃｍ²及び６ｋｇｆ／ｃ
ｍ²である。マスフローコントローラの２次側圧力…１ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓＨ₂ ５０ｓｃｃｍ＋Ｏ₂ １０００ｓｃｃｍＮ₂ １０００ｓｃｃｍＨ₂の供給をＯ₂の供給より３ｓｅｃ遅らせる。マスフローコントローラ２次側圧力…０．５ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓＨ₂ ５０ｓｃｃｍ＋Ｏ₂１０００ｓｃｃｍＮ₂ １０００ｓｃｃｍＨ₂の供給をＯ₂の供給より３ｓｅｃ遅らせる。マスフローコントローラ２次側圧力…０．２ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓＨ₂ ５０ｓｃｃｍ＋Ｏ₂１０００ｓｃｃｍ、Ｎ₂１０００ｓｃｃｍ。Ｈ₂の供給をＯ₂の供給より３ｓｅｃ遅らせる。

【０００６】図９〜図１１からも明らかなように、マス
フローコントローラを使用したガス供給装置５０を備え
た水分発生実験装置では、マスフローコントローラＭＦ
Ｃの二次側圧力が低く（減圧）なるほどガス供給開始時
のＨ₂のピーク値Ｐ_H2が高くなり、それに伴ってＨ₂Ｏ
濃度にもピーク値Ｐ_H20が発生する。

【０００７】即ち、ガスの供給開始時にＨ₂のピーク値
Ｐ_H2やＨ₂Ｏのピーク値Ｐ_H2Oが生ずると云うことは、
「Ｈ₂の正しい濃度コントロール（即ち、流量コントロ
ール）が出来ない。」と云うことであり、Ｈ₂の高精度
な流量制御の要請に対応できないと云うことである。ま
た、前記Ｈ₂濃度のピーク値Ｐ_H2が数％にまで上昇する
と、下流の酸化炉５２内で所謂水素爆発が誘引される可
能性があり、安全性の面が問題となる。

【０００８】一方、図１２及び図１３は、前記図８のマ
スフローコントローラを使用したガス供給装置５０を備
えた水分発生実験装置に於いて、下記の及びの条件
下で水分発生を行った場合のＱ−ｍａｓ５６による
Ｈ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの濃度測定値である。尚、
マスフローコントローラのＨ₂、Ｏ₂及びＮ₂の供給圧
（ゲージ圧）は夫々２ｋｇｆ／ｃｍ²、及び６ｋｇｆ／
ｃｍ²に設定されている。マスフローコントローラの２次側圧力…０．５ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ・Ｈ₂１００ｓｃｃｍ＋Ｏ₂５０ｓｃｃｍ（Ｈ₂：Ｏ₂＝２：１）・Ｎ₂１０００ｓｃｃｍ・Ｈ₂及びＯ₂を同時に供給し且つ同時に供給を停止するマスフローコントローラの二次側圧力…０．５ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ・Ｈ₂１００ｓｃｃｍ＋Ｏ₂５０ｓｃｃｍ（Ｈ₂：Ｏ₂＝２：１）・Ｎ₂ １０００ｓｃｃｍ・Ｈ₂の供給をＯ₂の供給より３秒遅らせ、且つＨ₂の供給の停止をＯ₂ の供給の停止より３秒早める。

【０００９】図１２からも明らかなように、従前のマス
フローコントローラを用いたガス供給装置５０を使用し
た場合には、Ｈ₂とＯ₂を同時に供給すると、ガス供給
開始の初期にＨ₂のピーク濃度値Ｐ_H2が約１０％にも達
することになり、安全上の問題が生ずることになる。ま
た、当該Ｈ₂がピーク値Ｐ_H2にある領域に於いては、Ｈ
₂との反応によってＯ₂が消費されるため、Ｏ₂の濃度
Ｐｏ₂が急激に下降し、結果として所定量の水分発生が
得られないと云うことになる。

【００１０】同様に、図１３からも明らかなように、従
前のマスフローコントローラを用いたガス供給装置５０
を使用した場合には、ガスの供給開始の初期にＨ₂のピ
ーク濃度値Ｐ_H2が約５０％を越えることになり、危険性
が一層増大することになる。また、前記Ｈ₂のピーク値
Ｐ_H2によって大量のＯ₂が消費され、Ｏ₂濃度が大幅に
低下して所定量の水分発生量を得ることが不可能とな
る。

【００１１】上述のように、従前のマスフローコントロ
ーラを用いたガス供給装置５０の場合には、ガスの供給
開始初期や供給停止時にＨ₂やＯ₂の所謂オーバーシュ
ート（過剰な流れ込み）が発生し、Ｈ₂やＯ₂の高精度
な流量制御が出来ないと云う問題がある。また、マスフ
ローコントローラを備えたガス供給装置５０を用いて水
分発生を行なうような場合には、前記Ｈ₂やＯ₂のオー
バーシュートによって発生水分量も当然に設定値から大
きく乱れることになり、高精度な水分発生量の流量制御
が困難となる。

【００１２】一方、半導体等の製造に於いては、多種類
のガスを設定流量でもって所定の箇所へ切換え供給した
り、或いはＨ₂とＯ₂の反応により生成した高純度水を
所定の箇所へ設定流量でもって供給しなければならない
場合が多くあり、何れの場合も、迅速なガスの切換供給
及び高精度なガス及びＨ₂Ｏの流量制御が要請される。
何故なら、これ等供給ガス流量や供給水分の流量を高精
度で制御することが、半導体製品の品質向上や製品歩留
まり向上の点から不可欠だからである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前のマス
フローコントローラを用いたガス等の流体供給装置に於
ける上述の如き問題、即ち流体供給の開始初期に所謂流
体のオーバーシュート現象が発生し、精密な流体流量の
制御が出来ないと云う問題を解決せんとするものであ
り、流体供給装置で用いるマスフローメーターを所謂プ
レッシャーフローコントローラーに代えると共に、流体
切換制御弁をソレノイド駆動式の高速作動型切換弁とす
ることにより、前記ガス等のオーバーシュートの如きト
ランジェントな現象を全く起生せず、流体の供給開始か
ら供給停止の全領域に亘って極めて高精度な流量制御が
行なえ、また、これを半導体製造装置用の水分発生装置
へ適用した場合には、発生水分の高精度な流量制御が可
能となることにより集積度の高い半導体の理想的な初期
成膜が行なえるようにした流体供給装置を提供せんとす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、前記図
８に示した水分発生試験装置による各種の試験を通し
て、流体の供給開始直後等に生ずる流体のオーバーシュ
ート現象について、その発生原因を解析した。その結
果、従前のマスフローコントローラを用いた流体供給装
置５０に於いては、各切換弁Ｖ₁〜Ｖ₃と各マスフロ
ーコントローラＭＦＣ₁〜ＭＦＣ₂とを連結する管路Ｌ
₁〜Ｌ₃内に滞留している流体（ガス）が、オーバーシ
ュートする流体（ガス）の大部分を占めていること、及
びマスフローコントローラＭＦＣ₁〜ＭＦＣ₃構造そ
のものが、前記オーバーシュートの原因となる流体（ガ
ス）の滞留を増加させる機能を具備していることを見出
した。

【００１５】図１４は従前のマスフローコントローラの
基本構造を示すブロック図である。図１４において、一
次側から流入したガスは層流バイパス部５９とセンサー
バイパス部６０に分流され、センサー６１により流体の
質量流量をこれに比例した温度変化としてとらえると共
に、この温度変化をブリッジ回路６２で電気信号に変換
し、増幅回路６３等を経てリニヤー電圧信号として表示
器６４と比較制御回路６５へ出力される。また、外部か
らの設定信号は設定器６６から比較制御回路６５へ入力
され、ここで前記検出信号との差が演算されると共に、
当該差信号をバルブ駆動部６７へ送り、この差信号が零
となる方向に流量制御バルブ６８が開閉制御される。

【００１６】今、マスフローコントローラの使用中に二
次側に設けた切換弁Ｖ₁を急閉すると、センサー６１内
を流通するガス流が止まるためマスフローコントローラ
の制御系は過渡的にガスの流れを増加する方向に作動
し、流量制御弁６８が開放される。その結果、二次側ラ
インＬ₁内のガス圧が上昇し、ここにガスが滞留するこ
とになる。そして、この滞留ガスが、次に切換弁Ｖ₁を
開放した際に急激に切換弁Ｖ₁を通して負荷側へ流れ込
み、前記ガスのオーバーシュート現象を引き起すことに
なる。

【００１７】本願発明者等はマスフローコントローラが
具備する上述の如き構造上の特性に着目し、流体切換時
の過渡期に於いてもより高精度な流体流量制御を行なう
ためには、「質量流量の検出信号により流量制御弁を開
閉制御する構造の流量制御機構」に替えて、「圧力の検
出信号により流量制御弁を開閉制御する構造の流量制御
機構」を用いることにより、前述のような流体のオーバ
ーシュートの如きトランジェントな現象を全く生じない
流体供給装置を構成することを着想した。

【００１８】本願発明は上記着想に基づいて創作された
ものであり、請求項１の発明は、流体の流量を制御する
プレッシャーフローコントローラと、プレッシャーフロ
ーコントローラの二次側の流体通路を開閉する流体切換
弁と、プレッシャーフローコントローラと流体切換弁の
作動を制御する流体供給制御装置とから成り、且つ前記
プレッシャーフローコントローラをオリフィスと、オリ
フィスの上流側に設けたコントロール弁と、コントロー
ル弁とオリフィス間に設けた圧力検出器と、圧力検出器
の検出圧力Ｐ₁から流量Ｑｃ＝ＫＰ₁（但しＫは定数）
として演算した流量信号Ｑｃと流量指令信号Ｑｓとの差
を制御信号Ｑｙとして前記コントロール弁の駆動部へ出
力する演算制御装置とから形成すると共に、前記オリフ
ィスの下流側流量を制御する構成としたことを発明の基
本構成とするものである。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の発明に於い
て、オリフイス５の上流側圧力Ｐ₁を下流側圧力Ｐ₂の
約２倍以上に保持した状態でコントロール弁１を開閉制
御するようにしたものであり、また請求項３の発明は、
請求項１又は請求項２の発明に於いて、プレッシャーコ
ントローラを並列に配設した複数のプレッシャーコント
ローラとすると共に、各プレッシャーコントローラの二
次側に設けた流体切換弁の出口側を夫々連通して流体使
用負荷へ接続し、更に各プレッシャーコントローラの一
次側へ異なる種類の流体を供給するようにしたものであ
る。

【００２０】請求項４の発明は、請求項１、請求項２又
は請求項３の発明に於いて、流体切換弁を電動式の高速
作動型流体切換弁としたものであり、また請求項５の発
明は、請求項４の発明に於いて、電動式の高速作動型流
体切換弁をソレノイド駆動式の高速作動型流体切換弁と
したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る流体供給装置Ａの実施の形態を説明する。図１は、本
発明の一実施形態に係る流体供給装置Ａのブロック図で
あり、当該流体供給装置Ａは流体供給制御装置Ｂとプレ
ッシャーフローコントローラＣと、流体切換弁Ｄとから
構成されている。尚、本実施形態に於いては、プレッシ
ャーフローコントローラＣ及び流体切換弁Ｄを夫々三基
とし、Ｈ₂、Ｏ₂及びＮ₂ガスを夫々適宜に流体使用負
荷Ｅへ切換え供給する構成としているか、プレッシャー
フローコントローラＣの設置基数は１基であってもよ
く、或いは４基以上であってもよいことは勿論である。

【００２２】各プレッシャーフローコントローラＣの一
次側へはガス貯留容器（図示省略）から圧力調整器（図
示省略）等を通してほぼ所定圧のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂ガス
が供給されており、また、各プレッシャーフローコント
ローラＣへは流体供給制御装置Ｂから夫々所定の流量設
定信号Ｑｓが入力されている。更に、各プレッシャーフ
ローコントローラＣの二次側からは、流体切換弁Ｄの開
放により所定の設定流量Ｑｓに制御されたガスが流体使
用負荷Ｅへ供給されて行く。

【００２３】図２は本発明で使用するプレッシャーフロ
ーコントローラＣの一実施態様を示すものであり、当該
プレッシャーフローコントローラＣはコントロール弁
１、コントロール弁駆動部２、圧力検出器３、温度検出
器４、オリフィス５、演算制御装置６、増幅器７ａ・７
ｂ、Ａ／Ｄ変換８ａ・８ｂ等から形成されている。

【００２４】前記コントロール弁１には、所謂ダイレク
トタッチ型のメタルダイヤフラム弁が使用されており、
その駆動部には、圧電素子形駆動装置が使用されてい
る。また、前記圧力検出器３には半導体歪形圧力センサ
ーが使用されている。更に前記温度検出器４には、熱電
対形温度センサーが使用されている。尚、前記駆動部や
圧力センサー、温度センサー等は如何なる形式のもので
あってもよいことは勿論である。

【００２５】前記オリフィス５には、板状の金属製ガス
ケットに放電加工によって孔部を設けたオリフィスが使
用されているが、オリフィス５としてはこの他に、極細
パイプやエッチングにより金属膜に孔を形成したオリフ
ィスを使用することができる。また、前記演算制御装置
６は所謂制御回路基板から形成されており、温度補正回
路６ａ、流量演算回路６ｂ、比較回路６ｃ、増幅回路６
ｄ等が具備されている。尚、クリーンルーム等の一定温
度の雰囲気下で使用する場合には、前記温度補正回路６
ａを省略しても性能に影響のないことは勿論である。

【００２６】図３は、本発明で使用する流体切換弁Ｄの
一例を示す縦断面図であり、切換弁Ｄはバルブ本体１
０、電気アクチュエーター１１、シールドケース１２等
からその主要部が構成されており、この例では、電気ア
クチュエータ１１をソレノイドにしている。前記バルブ
本体１０は流体を開閉制御するもので、この例では常閉
型にしてあり、流路１３及びその途中にシート１４を備
えたボディ１５と、シート１４に当座可能に設けた金属
（Ｎｉ基合金）製のダイヤフラム１６と、ボンネット１
７と、ボンネットナット１８と、ボンネット１７を貫通
して昇降可能に設けられたステム１９と、ダイヤフラム
１６を押圧するダイヤフラム押え２０と、ステム１９を
常に下方向（閉弁方向）に付勢するスプリング２１とか
ら成っている。

【００２７】電気アクチュエータ１１はソレノイドであ
り、ボンネット１７にナット２２に依り取付けられるケ
ース本体２３と、バルブ本体１０のステム１９に連繋さ
れたプランジャ２４と、プランジャ２４を昇降させる励
磁コイル２５及び鉄心２５ａと、リード線２６とから成
っている。尚、前記ケース本体２３はアルミニウム製と
しているが、これを高透磁率の材料、例えばパーマロイ
や純鉄等から形成するようにしてもよい。

【００２８】シールドケース１２はケース本体２３の外
側にこれと僅かな間隙を置いて設けられており、漏洩磁
界を遮断する。この例では、下方が開放した筒状を呈
し、電気アクチュエータ１１の側方を覆う周壁２７と、
電気アクチュエータ１１の上方を覆う上壁２８と、リー
ド線２６が貫通される貫孔２９とから成っており、ケー
ス本体２３に外嵌されている。尚、シールドケース１２
は厚さが１ｍｍの板状のパーマロイや純鉄に依り作成さ
れている。また、シールドケース１２は、リード線２６
の貫通箇所に漏洩磁界を遮断するフェライトビーズ３０
を備えている。フェライトビーズ３０は環状を呈し、リ
ード線２６と貫孔２９との間隙を閉塞すべく上壁２８の
内側（下側）のリード線２６に外嵌されている。

【００２９】次に、本発明に係る流体供給装置Ａの作動
について説明する。図１及び図２を参照して、コントロ
ール弁１の出口側、即ちオリフィス５の上流側の気体圧
力Ｐ₁が圧力検出器３によって検出され、増幅器７ａ及
びＡ／Ｄ変換器８ａを経て、デジタル化された信号が流
量演算回路６ｂへ入力される。同様に、オリフィス５上
流側の気体温度Ｔ₁が温度検出器４で検出され、増幅器
７ｂ及びＡ／Ｄ変換器８ｂを経てディジタル化された信
号が温度補正回路６ａへ入力される。尚、温度補正回路
６ａを省略する場合には、制御回路を簡素化するために
アナログ信号による流量演算処理を行うことも可能であ
る。

【００３０】前記演算制御回路６では、圧力信号Ｐ₁を
用いて流量Ｑ′＝ＫＰ₁が演算されると共に、前記温度
補正回路６ａからの補正信号を用いて前記流量Ｑ′の温
度補正が行なわれ、演算流量信号Ｑｃが比較回路６ｃへ
入力される。一方、比較回路６ｃへ流量指令信号Ｑｓが
入力されており、ここで前記演算流量信号Ｑｃとの比較
が行なわれると共に、両者の差信号Ｑｙ＝Ｑｃ−Ｑｓ
が、制御信号としてコントロール弁１の駆動部２へ出力
される。

【００３１】即ち、演算流量信号Ｑｃが流量指令信号Ｑ
ｓより大きい場合には、コントロール弁１を閉鎖する方
向に、また、前記ＱｃがＱｓより小さい場合にはコント
ロール弁１を開放する方向に弁駆動部２が作動され、Ｑ
ｃ＝Ｑｓとなるようにコントロール弁１の開度が自動制
御される。尚、本発明に於いては、前記オリフィス５の
上流側の気体圧力Ｐ₁と下流側の圧力Ｐ₂との間に、Ｐ
₂／Ｐ₁が約０．５より小さいこと、即ちオリフィス５
の上流側圧力Ｐ₁が下流側圧力Ｐ₂の約２倍より大きい
と云う条件が、常に成立していることが望ましいことは
勿論である。

【００３２】そのため、図２の点線で示す如く、オリフ
ィス５の上流側気体圧力Ｐ₁と下流側気体圧力Ｐ₂とを
反転増幅器９へ入力し、圧力Ｐ₁と圧力Ｐ₂の大きさが
逆転したような場合（即ち、逆流を生じる状態になった
場合）や、或いはＰ₂／Ｐ₁＞０．５の状態になった場
合（即ち、逆流は生じないものの高精度な流量制御がで
きなくなった場合）には、コントロール弁１を自動的に
閉鎖するようにしてもよい。

【００３３】流体切換弁Ｄは、ソレノイド１１が非励磁
時の場合図３に示す如く、プランジャ２４、ステム１
９、ダイヤフラム押え２０がスプリング２１に依り下降
され、ダイヤフラム１６がダイヤフラム押え２０を介し
てシート１４に当座され、閉弁状態となる。ソレノイド
１１に通電されると、プランジャ２４、ステム１９、ダ
イヤフラム押え２０がスプリング２１に抗して上昇さ
れ、ダイヤフラム１６がその弾性力により原形へ復原し
てシート１４から離座し、開弁状態になる。尚、本実施
形態に於ける電動式の高速作動型流体切換弁の場合、そ
の弁開閉作動速度は１０ｍｓｅｃ以内であり、従前の空
圧式流体切換弁の平均開閉作動速度１００ｍｓｅｃに比
較して、約１０倍の作動スピードを具備するものであ
る。また、ソレノイド１１への通電時（初期通電時及び
保持通電時）には、励磁コイル２５から漏洩磁界が発生
する。しかし、ソレノイド１１の外側にはシールドケー
ス１２が設けられているので、外部へ漏れる漏洩磁界は
シールドケース１２に依り遮断される。

【００３４】而して、本発明に係るプレッシャーフロー
コントローラＣの場合、図２に示す如く、流体切換弁Ｄ
が閉鎖方向に作動されると、オリフィス５の一次側の流
体圧力Ｐ₁が上昇し、流体流量Ｑ′＝ＫＰ₁が増加す
る。そうすると、設定流量Ｑｓ（Ｑｓ＝Ｏ）との差Ｑｙ
が大きくなり、これを小さくするため（即ち、二次側流
体圧力Ｐ₂を減少させるため）にコントロール弁１は閉
鎖されることになる。

【００３５】即ち、本発明に係るプレッシャーフローコ
ントローラＣと、従前のマスフローコントローラの作動
機構を対比すると下表のようになり、本発明に係るプレ
ッシャーフローコントローラＣの場合には、その機構上
コントローラＣの二次側Ｌに流体が溜るのが防止される
ことになる。

【００３６】

【表１】

【００３７】図４は、前記図８の水分発生試験装置に於
いて、従前のマスフローコントローラＭＦＣ₁〜ＭＦＣ
₃に替えて本発明で用いるプレッシャーフローコントロ
ーラＣ₁〜Ｃ₃を適用し、前記図９の場合と同一の条件
下で水分発生試験を行った場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及び
Ｈ₂Ｏの各濃度を測定したものである。

【００３８】同様に図５は、本発明の流体供給装置Ａを
用い、前記図１０の場合と同一の条件下で水分発生試験
を行った場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの各濃度を
測定したものである。また、図６は本発明の流体供給装
置Ａを用い、前記図１１の場合と同一の条件下で水分発
生試験を行った場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの各
濃度を測定したものである。

【００３９】更に、図７は、本発明の流体供給装置Ａを
用い、前記図１２の場合と同じ条件下（即ち、Ｈ₂１０
０ｓｃｃｍ＋Ｏ₂５０ｓｃｃｍ・Ｈ₂：Ｏ₂＝２：１）
で水分発生試験を行った場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ
₂Ｏの各濃度を示す線図である。

【００４０】図４と図９、図５と図１０、図６と図１１
及び図７と図１３を夫々対比すると明らかなように、本
発明の流体供給装置Ａを用いた場合には、二次側の設定
圧力が低くなった場合に於いても、Ｈ₂やＨ₂Ｏにピー
ク値が全く発生しないことが確認されている。

【００４１】尚、図１に示した本発明の流体供給装置で
は、３台のプレッシャーフローコントローラＣを使用す
るようにしているが、プレッシャーフローコントローラ
Ｃの設置台数は供給流体（ガス）の種類に応じて適宜に
変更されるものである。また、本発明の流体供給装置で
は、電動式の流体切換弁Ｄとしてソレノイド駆動式の高
速作動弁を使用しているが、流体切換弁Ｄの型式は当該
ソレノイド式高速作動型切換弁に限られるものではな
く、例えば圧電セラミック等の圧電素子による駆動のも
のであってもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明に於いては、流体供給装置の要部
を形成する流量調整部にプレッシャーフローコントロー
ラを用い、流体切換弁の閉鎖時には二次側の圧力を下降
させる方向に作動をすると云うプレッシャーフローコン
トローラの構造上の特性を有機的に活用した機構の流体
供給装置としている。その結果、流体の供給開始時や供
給流体の切換時等の過渡期に於いても、流体のオーバー
シュートのようなトランジェントな現象を生ずることな
く極めて高精度な流体の流量制御や水分発生量の制御が
可能となる。

【００４３】また、流体切換弁としてソレノイド駆動形
の高速作動弁を使用しているため、流体の切換操作等を
高速で行なうことができ、しかも、流体の切換操作中に
流体のオーバーシュート現象を生ずることがないため、
半導体製造に於いては理想的な初期成膜等が可能とな
り、高集積度半導体の大幅な品質向上が可能となる。本
発明は上述の如く優れた実用的効用を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るガス供給装置Ａのブ
ロック図である。

【図２】本発明で使用するプレッシャーフローコントロ
ーラの一実施態様を示すブロック図である。

【図３】本発明で使用する流体切換弁Ｄの縦断面図であ
る。

【図４】図８の試験装置に於いて、本発明に係るプレッ
シャーフローコントローラの２次側の圧力を１ｋｇ／ｃ
ｍ²ａｂｓとした場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの
各濃度を示す線図である。

【図５】プレッシャーフローコントローラの２次側の圧
力を０．５ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓとした場合の各濃度を示
す線図である。

【図６】プレッシャーフローコントローラの２次側の圧
力を０．２ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓとした場合の各濃度を示
す線図である。

【図７】図８の試験装置に於いて、プレッシャーフロー
コントローラの２次側の圧力…１ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ、
Ｈ₂とＯ₂の供給量２：１、Ｈ₂とＯ₂の供給及び供給
停止…同時とした場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの
各濃度を示す線図である。

【図８】従前のマスフローコントローラを使用したガス
供給装置を備えた水分発生試験装置の全体系統図であ
る。

【図９】図８の試験装置に於いて、マスフローコントロ
ーラ２次側の圧力を１ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓとした場合の
Ｈ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの各濃度を示す線図であ
る。

【図１０】マスフローコントローラ２次側圧力を０．５
ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓとした場合の各濃度を示す線図であ
る。

【図１１】マスフローコントローラ２次側圧力を０．２
ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓとした場合の各濃度を示す線図であ
る。

【図１２】図８の試験装置に於いて、マスフローコント
ローラ２次側の圧力…１ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ、Ｈ₂とＯ
₂の供給量…２：１、Ｈ₂とＯ₂の供給及び供給停止…
同時とした場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及びＨ₂Ｏの各濃度
を示す線図である。

【図１３】図１２の試験に於いて、Ｈ₂の供給開始をＯ
₂の供給開始より３秒遅らせ且つＨ₂の供給停止をＯ₂
の供給停止より３秒早めた場合のＨ₂、Ｏ₂、Ｎ₂及び
Ｈ ₂Ｏの各濃度を示す線図である。

【図１４】従前のマスフローコントローラの基本構成を
示すブロック図である。

【符号の簡単な説明】

Ａは流体供給装置、Ｂは流体供給制御装置、Ｃはプレッ
シャーフローコントローラ、Ｄは流体切換弁、Ｅは流体
使用負荷、１はコントロール弁、２はコントロール弁駆
動部、３は圧力検出器、４は温度検出器、５はオリフィ
ス、６は演算制御装置、７は増幅器、８はＡ／Ｄ変換
器、９は反転増幅器、１０はバルブ本体、１１は電気ア
クチュエータ（ソレノイド）、１２はシールドケース、
１３は流路、１４はシート、１５はボディ、１６は金属
製ダイヤフラム、１７はボンネット、１８はボンネット
ナット、１９はステム、２０はダイヤフラム押え、２１
はスプリング、２２はナット、２３はケース本体、２４
はプランジャー、２５は励磁コイル、２６はリード線、
２７は周壁、２８は上壁、２９は貫孔、３０はフェライ
トビーズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大見忠弘宮城県仙台市青葉区米ケ袋２丁目１番17− 301号 (72)発明者加賀爪哲山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者杉山一彦山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者池田信一大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者西野功二大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者川田幸司大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者皆見幸男大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者土肥亮介大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者山路道雄大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流量を制御するプレッシャーフロ
ーコントローラ（Ｃ）と、プレッシャーフローコントロ
ーラ（Ｃ）の二次側の流体通路（Ｌ）を開閉する流体切
換弁（Ｄ）と、プレッシャーフローコントローラ（Ｃ）
と流体切換弁（Ｄ）の作動を制御する流体供給制御装置
（Ｂ）とから成り、且つ前記プレッシャーフローコント
ローラ（Ｃ）をオリフィス（５）と、オリフィス（５）
の上流側に設けたコントロール弁（１）と、コントロー
ル弁（１）とオリフィス（５）間に設けた圧力検出器
（３）と、圧力検出器（３）の検出圧力Ｐ₁から流量Ｑ
ｃ＝ＫＰ₁（但しＫは定数）として演算した流量信号Ｑ
ｃと流量指令信号Ｑｓとの差を制御信号Ｑｙとして前記
コントロール弁（１）の駆動部（２）へ出力する演算制
御装置（６）とから形成すると共に、前記コントロール
弁（１）の開閉によりオリフィス（５）の上流側圧力Ｐ
₁を調整し、オリフィス（５）の下流側の流量を制御す
る構成としたことを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】オリフイス（５）の上流側圧力Ｐ₁を下
流側圧力Ｐ₂の約２倍以上に保持した状態でコントロー
ル弁（１）を開閉制御するようにした請求項１に記載の
流体供給装置。
【請求項３】プレッシャーフローコントローラ（Ｃ）
を並列に配設した複数のプレッシャーフローコントロー
ラ（Ｃ₁）、（Ｃｎ）とすると共に、各プレッシャーフ
ローコントローラ（Ｃ₁）の二次側に設けた流体切換弁
（Ｄ₁）（Ｄｎ）の出口側を夫々連通して流体使用負荷
（Ｅ）へ接続し、更に各プレッシャーフローコントロー
ラ（Ｃ₁）、（Ｃｎ）の一次側へ異なる種類の流体を供
給するようにした請求項１又は請求項２に記載の流体供
給装置。
【請求項４】流体切換弁Ｄを電動式の高速作動型流体
切換弁とした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の
流体供給装置。
【請求項５】電動式の高速作動型流体切換弁をソレノ
イド駆動式の高速作動型流体切換弁とした請求項４に記
載の流体供給装置。