KR20170078655A - 유량 검정 유닛 - Google Patents

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Abstract

제2 차단 밸브를 폐쇄한 상태에서 압력계가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과 온도계가 측정하는 온도 측정값을 사용하여, 유량 제어 밸브와 제2 차단 밸브 사이의 용적을 산출하여, 매스 플로우 컨트롤러의 유량을 1개씩 검정하는 유량 검정 유닛에 있어서, 가스 집적 유닛에 착탈 가능하게 접속되는 제1 검정측 접속부(2)를 압력계의 상류측에 설치하고, 직렬로 접속되는 검정 가스 입력 밸브와 검정측 매스 플로우 컨트롤러와 검정측 유량 제어 밸브를, 제2 차단 밸브에 대해 병렬로 설치한다.

Description

유량 검정 유닛 {FLOW RATE VERIFICATION UNIT}
본 발명은, 복수의 매스 플로우 컨트롤러를 구비하는 가스 집적 유닛에 대해, 매스 플로우 컨트롤러의 유량을 1개씩 검정하는 유량 검정 유닛에 관한 것이다.
가스 집적 유닛은, 복수의 가스 공급 라인을 집적한 것이다. 가스 집적 유닛은, 예를 들어 반응 용기에 접속되고, 진공 상태의 반응 용기에 공급하는 1 또는 2 이상의 가스를 가스 공급 라인에 의해 제어한다. 반응 용기에 공급하는 작용 가스의 유량은, 제품 품질에 영향을 미친다. 그로 인해, 가스 공급 라인은, 유량을 측정하는 매스 플로우 컨트롤러와, 매스 플로우 컨트롤러의 측정값을 설정 유량에 일치시키도록 동작하는 유량 제어 밸브를 각각 구비한다. 매스 플로우 컨트롤러는, 예를 들어 작용 가스가 가느다란 내부 배관을 흐를 때의 상류측과 하류측의 온도차에 기초하여 유량을 측정한다. 내부 배관의 내벽에 작용 가스의 생성물이 부착되어 내부 배관의 내경이 변화되면, 매스 플로우 컨트롤러의 측정값에 오차가 발생한다. 따라서, 가스 집적 유닛은, 유량 검정 유닛을 사용하여, 매스 플로우 컨트롤러의 유량이 1개씩 검정된다.
도 8은, 종래의 유량 검정 유닛(101)과 가스 집적 유닛(110)의 회로도이다. 가스 집적 유닛(110)은, 퍼지 가스를 제어하는 퍼지 가스 라인(111)과, 제1∼제3 가스 공급 라인(121A, 121B, 121C)을 구비한다. 퍼지 가스 라인(111)은, 퍼지 가스를 입력하는 퍼지 가스 입력 포트(117)를 구비하고, 상류측으로부터 차례로 레귤레이터(112)와, 부르동관 압력계(113)와, 압력계(114)와, 제1 퍼지 밸브(115)와, 제2 퍼지 밸브(116)가 직렬로 접속되어 있다. 제1 가스 공급 라인(121A)은, 제1 가스를 입력하는 가스 입력 포트(127A)를 구비하고, 상류측으로부터 차례로 압력계(122A)와, 가스 입력 밸브(123A)와, 매스 플로우 컨트롤러(124A)와, 유량 제어 밸브(125A)가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제1 가스 공급 라인(121A)은, 가스 입력 밸브(123A)와 매스 플로우 컨트롤러(124A) 사이에, 퍼지 가스 라인(111)으로부터 분류된 퍼지 가스의 입력을 제어하는 퍼지 가스 입력 밸브(126A)를 구비한다. 제2, 제3 가스 공급 라인(121B, 121C)도, 제1 가스 공급 라인(121A)과 마찬가지로 구성되어 있다. 퍼지 가스 라인(111)과 제1∼제3 가스 공급 라인(121A∼121C)은, 공통 출력 밸브(131)에 대해 공통 유로(130)를 통해 병렬로 접속한다.
유량 검정 유닛(101)은, 제1 차단 밸브(102)와, 압력계(103)와, 온도계(104)와, 제2 차단 밸브(105)를 구비하고, 제1 차단 밸브(102)가 공통 유로(130)에 접속되어 있다. 유량 검정 유닛(101)은, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량 검정을 행하는 경우에는, 가스 입력 밸브(123A∼123C)와, 제2 퍼지 밸브(116)와, 유량 제어 밸브(125B, 125C)와, 공통 출력 밸브(131)와, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄 상태로 하고, 제1 퍼지 밸브(115), 퍼지 가스 입력 밸브(126A), 유량 제어 밸브(125A), 제1 차단 밸브(102)를 개방 상태로 하여, 매스 플로우 컨트롤러(124A)에 퍼지 가스를 흐르게 하여, 제2 퍼지 밸브(116)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 공통 출력 밸브(131)와 제2 차단 밸브(105) 사이에 퍼지 가스를 충전한다. 그리고, 유량 검정 유닛(101)은, 압력계(103)가 측정하는 압력 측정값으로부터 측정 시간 내의 압력 상승값을 구하여, 그 압력 상승값과, 온도계(104)가 측정하는 온도 측정값과, 측정 시간과, 제2 퍼지 밸브(116)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 공통 출력 밸브(131)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V에 기초하여, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 절대 유량을 산출한다. 그리고, 유량 검정 유닛(101)은, 산출한 절대 유량과 설정 유량의 오차를 구하여, 그 오차가 정상 범위와 이상 범위 사이의 허용 범위이면, 설정 유량을 보정한다. 또한, 유량 검정 유닛(101)은, 오차가 이상 범위이면, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 교환을 지시하는 표시를 행한다.
여기서, 가스 집적 유닛(110)은, 동일한 회로 구성이라도, 구성 부품의 공차나 조립 공차 등에 따라, 제2 퍼지 밸브(116)와, 유량 제어 밸브(125A∼125C)와, 공통 출력 밸브(131)와, 제1 차단 밸브(102) 사이의 용적 V1이, 고체 사이에서 변동된다(용적 V1을 「탱크 용적 V1」이라고도 함). 탱크 용적 V1의 변동은, 용적 V의 변동이 되어, 유량 검정의 정밀도를 저하시킨다.
따라서, 종래의 유량 검정 유닛(101)은, 예를 들어 제1 퍼지 밸브(115), 퍼지 가스 입력 밸브(126A), 유량 제어 밸브(125A), 제1 차단 밸브(102)를 개방 상태로 하고, 유량 제어 밸브(125B, 125C), 퍼지 가스 입력 밸브(126B, 126C), 공통 출력 밸브(131), 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄한 상태에서, 퍼지 가스 라인(111)에 퍼지 가스를 공급하고, 압력계(103)가 기정의 초기 압력을 측정하고 나서 목표 압력을 측정할 때까지의 단위 시간당 압력 상승값을 구하여, 압력 상승값과 온도계(104)가 측정하는 온도 측정값에 기초하여 용적 V를 산출하고 있었다. 유량 검정 유닛(101)은, 제1 차단 밸브(102)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V2를 미리 알고 있으므로(용적 V2를 「기지 용적 V2」라고도 함), 용적 V로부터 기지 용적 V2를 감산함으로써 탱크 용적 V1을 산출하여, 탱크 용적 V1의 변동을 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 유량 검정에 반영시키도록 하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-64707호 공보
그러나, 종래의 유량 검정 유닛(101)은, 예를 들어 가스 집적 유닛(110)의 매스 플로우 컨트롤러(124A)를 사용하여 용적 V(탱크 용적 V1)를 측정하고 있었다. 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)는, 가스 제어에 사용되면, 내부 배관에 생성물이 부착될 우려가 있으므로, 종래의 유량 검정 유닛(101)은 가스 집적 유닛(110)의 출하 전 혹은 사용 개시 전에 용적 V(탱크 용적 V1)를 산출할 수밖에 없었다. 그리고, 그 용적 V(탱크 용적 V1)는, 당해 가스 집적 유닛(110)에 고유한 값이므로, 유량 검정의 정밀도를 유지하기 위해, 종래의 유량 검정 유닛(101)은 1대의 가스 집적 유닛(110)에 1대씩 설치되어 있었다. 유량 검정은, 주 1회 등 정기적으로 행해진다. 그 때문에, 유량 검정 유닛은, 유효하게 사용되고 있지 않았다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 복수의 가스 집적 유닛에 바꾸어 달아 유량 검정할 수 있는 유량 검정 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 다음과 같은 구성을 갖고 있다.
(1) 매스 플로우 컨트롤러와 유량 제어 밸브를 구비하는 복수의 가스 공급 라인이 병렬로 배치된 가스 집적 유닛에 대해, 상기 매스 플로우 컨트롤러의 유량을 1개씩 검정하는 것이며, 압력계와 온도계와 차단 밸브가 직렬로 배치되어 있고, 상기 차단 밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 압력계가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과 상기 온도계가 측정하는 온도 측정값을 사용하여, 상기 유량 제어 밸브와 상기 차단 밸브 사이의 용적을 산출하여, 유량 검정을 행하는 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 압력계의 상류측에 설치되고, 상기 가스 집적 유닛에 착탈 가능하게 접속하는 접속부를 갖는 것과, 검정 가스의 입력을 제어하는 검정 가스 입력 밸브와, 상기 검정 가스의 유량을 측정하는 검정측 매스 플로우 컨트롤러와, 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러가 측정하는 검정 가스 유량 측정값을 설정 유량에 일치시키도록 제어하는 검정측 유량 제어 밸브를 직렬로 접속하고 있는 것과, 상기 검정 가스 입력 밸브와 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러와 상기 검정측 유량 제어 밸브가, 상기 차단 밸브에 대해 병렬로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 유량 검정 유닛은, 접속부를 통해 가스 집적 유닛에 착탈 가능하게 접속된다. 이 경우, 접속부를 가스 집적 유닛에 접속하는 상태에 따라, 가스 집적 유닛의 유량 제어 밸브와 차단 밸브 사이의 용적이 변동된다. 그러나, 상기 구성의 유량 검정 유닛은, 직렬로 접속되는 검정 가스 입력 밸브와 검정측 매스 플로우 컨트롤러와 검정측 유량 제어 밸브가, 차단 밸브와 병렬로 설치되어 있다. 그로 인해, 유량 검정 유닛은, 가스 집적 유닛의 매스 플로우 컨트롤러를 사용하지 않아도, 차단 밸브를 폐쇄 상태, 검정 가스 입력 밸브를 개방 상태로 하면, 검정측 매스 플로우 컨트롤러와 검정측 유량 제어 밸브를 통해 검정 가스를 설정 유량으로 제어하여 차단 밸브보다 상류측에 충전시키는 것이 가능하다. 유량 검정 유닛은, 이 경우에 압력계가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과, 온도계가 측정하는 온도 측정값을 사용하면, 유량 제어 밸브로부터 차단 밸브까지의 용적을 산출하여, 유량 검정을 행하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 구성의 유량 검정 유닛에 따르면, 복수의 가스 집적 유닛에 바꾸어 달아 유량 검정할 수 있다.
(2) (1)에 기재된 구성에 있어서, 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러에 상기 검정 가스를 흐르게 하여 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러를 교정하는 교정 수단을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구성의 유량 검정 유닛에서는, 유량 제어 밸브와 차단 밸브 사이의 용적을 정확하게 산출할 수 있어, 유량 검정 정밀도를 안정시킬 수 있다.
(3) (1) 또는 (2)에 기재된 구성에 있어서, 상기 압력계가, 측정 범위가 상이한 제1 압력계와 제2 압력계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성의 유량 검정 유닛에서는, 검정 대상이 되는 매스 플로우 컨트롤러의 제어 유량에 맞추어 제1 및 제2 압력계 중 어느 하나를 선택할 수 있으므로, 검정 정밀도를 떨어뜨리지 않고 검정 시간을 짧게 할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 복수의 가스 집적 유닛에 바꾸어 달아 유량 검정할 수 있는 유량 검정 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유량 검정 유닛을 가스 집적 유닛에 접속한 유량 검정 시스템의 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유량 검정 유닛을 제어하는 제어 수단의 개략 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 검정측 매스 플로우 컨트롤러 교정 프로그램의 흐름도이다.
도 4는 도 2에 도시하는 용적 측정 프로그램의 흐름도이다.
도 5는 도 2에 도시하는 유량 검정 프로그램의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유량 검정 유닛을 가스 집적 유닛에 접속한 유량 검정 시스템의 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 유량 검정 유닛을 제어하는 제어 수단이 실행하는 유량 검정 프로그램의 흐름도이다.
도 8은 종래의 유량 검정 유닛과 가스 집적 유닛의 회로도이다.
이하에, 본 발명의 유량 검정 유닛의 제1 실시 형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유량 검정 유닛(1)을 가스 집적 유닛(20)에 접속한 유량 검정 시스템(15)의 회로도이다. 도 1 및 이하의 설명에서는, 종래의 유량 검정 유닛(101) 및 가스 집적 유닛(110)(도 8 참조)과 공통되는 구성에는, 종래의 유량 검정 유닛(101) 및 가스 집적 유닛(110)(도 8 참조)과 동일한 부호를 사용하여, 적절하게 설명을 생략한다. 유량 검정 시스템(15)은, 유량 검정 유닛(1)이 가스 집적 유닛(20)에 대해 착탈 가능하게 접속되고, 1대의 유량 검정 유닛(1)을 복수의 가스 집적 유닛(20)에 바꾸어 달아 유량 검정을 행하도록 한 것이다.
유량 검정 유닛(1)은, 제1 검정측 접속부(2)와 제2 검정측 접속부(3)를 접속하는 검정 유로(4)에, 제1 검정측 접속부(2)측으로부터 차례로 제1 차단 밸브(102)와, 압력계(103)와, 온도계(104)와, 제2 차단 밸브(105)가 직렬로 배치되어 있다. 유량 검정 유닛(1)은, 검정 유로(4)의 제1 차단 밸브(102)와 압력계(103) 사이에 제3 검정측 접속부(5)를 접속하는 합류 유로(6)를 구비한다. 합류 유로(6)에는, 제3 검정측 접속부(5)측으로부터 차례로 레귤레이터(7)와, 부르동관 압력계(8)와, 압력계(9)와, 검정 가스 입력 밸브(10)와, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와, 검정측 유량 제어 밸브(12)가 직렬로 배치되어 있다. 그로 인해, 레귤레이터(7)와, 부르동관 압력계(8)와, 압력계(9)와, 검정 가스 입력 밸브(10)와, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와, 검정측 유량 제어 밸브(12)는, 압력계(103)와, 온도계(104)와, 제2 차단 밸브(105)에 대해 병렬로 배치되고, 제2 차단 밸브(105)보다 상류측에 검정 가스를 충전할 수 있도록 되어 있다.
한편, 가스 집적 유닛(20)은, 공통 유로(130)에 종단 밸브(21)가 배치되어, 공통 유로(130)의 종단부에 설치된 제1 집적측 접속부(24)의 개폐가 제어된다. 가스 집적 유닛(20)은, 검정 가스 입력 포트(26)와 제2 집적측 접속부(25)를 접속하는 검정 가스 라인(22)이 설치되고, 검정 가스 공급 밸브(23)에 의해, 제2 집적측 접속부(25)의 개폐가 제어된다. 가스 집적 유닛(20)은, 이들 이외에는, 종래의 가스 집적 유닛(110)(도 8 참조)과 마찬가지로 구성되어 있다. 검정 가스 입력 포트(26)는, 검정 가스(본 실시 형태에서는 N2 가스)를 공급하는 검정 가스 공급원에 접속된다. 검정 가스 공급원은, 퍼지 가스 입력 포트(117)가 접속되는 퍼지 가스 공급원이어도 된다.
도 2는, 도 1에 도시하는 유량 검정 유닛(1)을 제어하는 제어 수단(40)의 개략 구성도이다. 제어 수단(40)은, 주지의 마이크로컴퓨터이며, 중앙 연산 처리 장치(CPU)(41)와, 입출력 인터페이스(42)와, ROM(43)과, RAM(44)을 구비한다. ROM(43)에는, 각종 프로그램이나 데이터가 기억되어 있다. 예를 들어, ROM(43)에는, 교정 프로그램(45)이나, 용적 측정 프로그램(46)이나, 유량 검정 프로그램(47)이 기억되어 있다. 또한, ROM(43)에는, 예를 들어 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 설정 유량이나, 용적 측정이나 유량 검정을 행하는 경우의 측정 개시 압력 P0, 압력을 측정하는 측정 시간 t, 미리 측정되어 있는 제1 차단 밸브(102)와 제2 차단 밸브(105)와 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11) 사이의 용적(기지 용적) V2(도 1 참조) 등을 기억하는 데이터 기억부(48) 등을 구비한다.
입출력 인터페이스(42)는, 도 1에 도시하는 제1 차단 밸브(102), 압력계(103), 온도계(104), 제2 차단 밸브(105), 부르동관 압력계(8), 압력계(9), 검정 가스 입력 밸브(10), 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11), 검정측 유량 제어 밸브(12)에 접속된다. 또한, 입출력 인터페이스(42)는, 가스 집적 유닛(20)의 컨트롤러(도시하지 않음)에 접속되고, 제어 수단(40)은 가스 집적 유닛(20)의 컨트롤러(도시하지 않음)를 통해, 제1 및 제2 퍼지 밸브(115, 116), 가스 입력 밸브(123A∼123C), 유량 제어 밸브(125A∼125C), 퍼지 가스 입력 밸브(126A∼126C)의 개폐를 제어할 수 있다. 또한, 입출력 인터페이스(42)는 배기 밸브(30)에 접속되어, 제어 수단(40)이 배기 밸브(30)의 개폐를 제어할 수 있도록 하고 있다.
다음으로, 상기 유량 검정 유닛(1)의 동작에 대해 설명한다. 유량 검정 유닛(1)은, 제1 검정측 접속부(2)를 제1 집적측 접속부(24)에 접속하고, 제3 검정측 접속부(5)를 가스 집적 유닛(20)의 제2 집적측 접속부(25)에 접속함으로써, 가스 집적 유닛(20)에 설치된다. 유량 검정 유닛(1)의 제2 검정측 접속부(3)는 배기 밸브(30)에 접속되어 있다. 유량 검정 유닛(1)은, 예를 들어 작업자가 유량 검정 개시 지시 버튼을 누름으로써, 유량 검정을 개시한다.
유량 검정 유닛(1)의 제어 수단(40)은, 먼저 교정 프로그램(45)을 ROM(43)으로부터 판독하여 실행하고, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)에 검정 가스를 흐르게 하여 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)를 교정한다. 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 교정은, 제2 퍼지 밸브(116)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 공통 출력 밸브(131)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V를 측정하는 정밀도를 향상시키기 위해 행해진다. 도 3은, 도 2에 도시하는 검정측 매스 플로우 컨트롤러 교정 프로그램(45)의 흐름도이다.
제어 수단(40)은, 우선 스텝 1(이하, 「S1」이라고 약기함)에 있어서, 설정 유량 상태에서 검정 가스를 흐르게 하여, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 검정 가스 공급 밸브(23), 검정 가스 입력 밸브(10), 검정측 유량 제어 밸브(12), 제2 차단 밸브(105)와, 배기 밸브(30)를 개방 상태로 하는 한편, 제1 차단 밸브(102)를 폐쇄 상태로 한다. 이에 의해, 검정 가스가, 레귤레이터(7), 부르동관 압력계(8), 압력계(9), 검정 가스 입력 밸브(10), 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11), 검정측 유량 제어 밸브(12), 압력계(103), 온도계(104), 제2 차단 밸브(105)를 통해 배기 밸브(30)로 흐른다. 제어 수단(40)은, 데이터 기억부(48)로부터 설정 유량을 판독하여, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 유량 측정값을 설정 유량에 일치시키도록, 검정측 유량 제어 밸브(12)를 동작시킨다. 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 유량 측정값이 안정되면, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄 상태로 한다.
다음으로, 제어 수단(40)은, S2에 있어서, 압력 변동값 ΔP0과, 측정 시간 t와, 측정 온도 RT0을 측정하고, 하기 수학식 1에 기재되는 기체의 상태 방정식을 이용하여 유량 확인을 행한다.
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구체적으로는, 제2 차단 밸브(105)가 폐쇄되면, 검정 유로(4)의 내부 압력이 상승한다. 따라서, 제어 수단(40)은, 데이터 기억부(48)로부터 압력 측정 개시 온도 P0과, 측정 시간 t를 판독하여, 압력계(103)가 압력 측정 개시 온도를 측정하고 나서 측정 시간 t가 경과한 후의 압력 P1을 압력계(103)로 측정하고, 압력 변동값 ΔP0(ΔP0=P1-P0)을 산출한다. 또한, 제어 수단(40)은, 온도계(104)가 측정한 측정 온도 RT0을 입력한다. 그리고, 제어 수단(40)은, 데이터 기억부(48)로부터 기지 용적 V2를 판독한다. 제어 수단(40)은, 상기 수학식 1에 대해, 압력 변동값 ΔP0을 「압력 변동값」에, 기지 용적 V2를 「용적」에, 측정 시간 t를 「측정 시간」에, 측정 온도 RT0을 「온도」에 대입하여, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 유량 Q0을 측정한다.
그리고, 제어 수단(40)은, S3에 있어서, 초깃값(출하 전의 데이터)과의 비교를 행하고, 교정을 행한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, S2에서 산출한 유량 Q0을 설정 유량과 비교한다. 제어 수단(40)은, 유량 Q0과 설정 유량의 오차가 정상 범위와 이상 범위 사이의 허용 범위이면, 그 오차를 해소하도록 설정 유량을 보정한다. 또한, 제어 수단(40)은, 유량 Q0과 설정 유량의 오차가 이상 범위이면, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 이상을 알리는 표시를 행한다. 이에 의해, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 교정을 종료한다.
다음으로, 제어 수단(40)은 용적 측정 프로그램(46)을 ROM(43)으로부터 판독하여 실행하고, 제2 퍼지 밸브(116)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 공통 출력 밸브(131)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V[제2 퍼지 밸브(116)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 공통 출력 밸브(131)와 제1 차단 밸브(102) 사이의 탱크 용적 V1(도 1 참조)에 기지 용적 V2를 더한 용적 V]를 측정한다. 제1 집적측 접속부(24)와 제1 검정측 접속부(2)의 접속 상황에 따라, 용적 V가 가스 집적 유닛(20)마다 변동되므로, 접속된 가스 집적 유닛(20)과의 관계에 있어서 용적 V를 정확하게 파악하기 위해서이다. 도 4는, 도 2에 도시하는 용적 측정 프로그램(46)의 흐름도이다.
제어 수단(40)은, S11에 있어서, 설정 유량 상태에서 검정 가스를 흐르게 한다. 구체적으로는, 제2 퍼지 밸브(116), 유량 제어 밸브(125A∼125C), 공통 출력 밸브(131)를 폐쇄 상태, 검정 가스 공급 밸브(23), 가스 입력 밸브(10), 검정측 유량 제어 밸브(12), 제1 차단 밸브(102), 제2 차단 밸브(105), 배기 밸브(30), 종단 밸브(21)를 개방 상태로 하여, 검정 가스를 흐르게 한다. 이때, 검정측 유량 제어 밸브(12)는, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 유량 측정값을 데이터 기억부(48)에 기억되어 있는 설정 유량에 일치시키도록 동작한다.
제어 수단(40)은, S12에 있어서, 유량이 안정되면, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄하고, 배관 내의 압력을 검정 가스에 의해 상승시킨다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 유량 측정값이 안정되면, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄 상태로 하여, 검정 가스를 배기하지 않도록 한다. 그러면, 공통 유로(130), 검정 유로(4)의 내압이 상승한다.
그리고, S13에 있어서, 제어 수단(40)은, 측정 시간 t 내의 압력 변동값 ΔP1을 측정한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄한 후에 압력계(103)가 측정 개시 압력 P0을 측정하면, 그 시점으로부터 측정 시간 t가 경과한 후의 압력 P2를 압력계(103)에 의해 계측한다. 그리고, 측정 시간 t가 경과하였을 때의 압력 P2로부터 측정 개시 압력 P0을 감산함으로써, 압력 변동값 ΔP1을 산출한다.
제어 수단(40)은, S14에 있어서, 상기 수학식 1에 기재되는 기체의 상태 방정식에 기초하여 용적 V를 산출한다. 즉, 제어 수단(40)은, 상기 수학식 1에 대해, S13에서 산출한 압력 변동값 ΔP1을 「압력 변동값」에, 데이터 기억부(48)에 기억되어 있는 설정 유량 및 측정 시간 t를 「유량」과 「측정 시간」에, 온도계(104)가 측정한 온도 측정값 RT1을 「온도」에 대입하여, 용적 V를 산출한다. 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)는, 용적 측정 전에 교정되어 있으므로, 용적 V는, 고정밀도로 산출된다. 이에 의해, 제어 수단(40)은 용적 측정 처리를 종료한다.
다음으로, 제어 수단(40)은, 유량 검정 프로그램(47)을 ROM(43)으로부터 판독하여, 가스 집적 유닛(20)에 대해 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 유량을 1개씩 검정한다. 도 5는, 도 2에 도시하는 유량 검정 프로그램(47)의 흐름도이다.
제어 수단(40)은, S21에 있어서, 검정 대상이 되는 매스 플로우 컨트롤러를 통해 퍼지 가스를 설정 유량 상태에서 흐르게 한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량 검정을 행하는 경우에는, 제1 퍼지 밸브(115), 퍼지 가스 입력 밸브(126A), 유량 제어 밸브(125A), 종단 밸브(21), 제1 차단 밸브(102), 제2 차단 밸브(105), 배기 밸브(30)를 개방 상태로 하고, 제2 퍼지 밸브(116), 가스 입력 밸브(123A∼123C), 유량 제어 밸브(125B, 125C), 퍼지 가스 입력 밸브(126B, 126C), 검정 가스 공급 밸브(23), 검정 가스 입력 밸브(10), 검정측 유량 제어 밸브(12), 공통 출력 밸브(131)를 폐쇄 상태로 하여, 매스 플로우 컨트롤러(124A)에 퍼지 가스를 흐르게 한다.
그리고, S22에 있어서, 제어 수단(40)은, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량이 안정되면, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄하고, 배관 내의 압력을 퍼지 가스에 의해 상승시킨다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량 측정값이 안정되면, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄함으로써, 퍼지 가스를 공통 유로(130)와 검정 유로(4)에 충전하여, 용적 V에 있어서의 압력을 상승시킨다.
그리고, S23에 있어서, 제어 수단(40)은, 측정 시간 t 내의 압력 변동값 ΔP2를 산출한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 압력계(103)의 압력 측정값이 데이터 기억부(48)에 기억되어 있는 측정 개시 압력 P0이 되면, 그때부터 측정 시간 t 후의 압력 P3을 압력계(103)에 의해 계측한다. 그리고, 계측한 압력 P3으로부터 측정 개시 압력 P0을 감산함으로써, 압력 변동값 ΔP2를 산출한다.
그리고, S24에 있어서, 제어 수단(40)은, 상기 수학식 1에 기재되는 기체의 상태 방정식에 기초하여 절대 유량 Q2를 산출한다. 즉, 상기 수학식 1에 대해, 도 4에 기재된 처리에 의해 측정한 용적 V를 「용적」에, S23에서 산출한 압력 변동값 ΔP2를 「압력 변동값」에, 데이터 기억부(48)에 기억되어 있는 측정 시간 t를 「측정 시간」에, 온도계(104)의 온도 측정값 RT2를 「온도」에 대입하여, 절대 유량 Q2를 산출한다.
그리고, S25에 있어서, 제어 수단(40)은, S25에 있어서, 절대 유량 Q2와 설정 유량을 비교하여 유량 검정을 행한다. 구체적으로는, 제어 수단(40)은, 현재의 설정 유량과 S24에서 산출한 절대 유량 Q2의 오차를 구하여, 그 오차가 정상 범위인 경우에는, 검정이 종료된 취지를 알리는 표시를 행한다. 또한, 제어 수단(40)은, 현재의 설정 유량과 절대 유량 Q2의 오차가 정상 범위와 이상 범위 사이의 허용 범위인 경우에는, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 설정 유량을 보정하고, 검정이 종료된 취지를 알리는 표시를 행한다. 또한, 제어 수단(40)은, 현재의 설정 유량과 절대 유량 Q2의 오차가 이상 범위인 경우에는, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 교환을 지시하는 표시를 행한다. 이에 의해, 제어 수단(40)은 유량 검정을 종료한다.
유량 검정이 종료된 유량 검정 유닛(1)은, 가스 집적 유닛(20) 내와 유량 검정 유닛(1) 내의 밸브를 모두 폐쇄 상태로 하면, 제1 및 제3 검정측 접속부(2, 5)와 제1 및 제2 집적측 접속부(24, 25)의 접속을 해제하고, 제2 검정측 접속부(3)와 배기 밸브(30)의 접속을 해제하여, 가스 집적 유닛(20)으로부터 제거된다.
그리고, 유량 검정 유닛(1)은, 상기한 바와 마찬가지로, 다른 가스 집적 유닛(20)에 설치되고, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 교정과 용적 V의 측정을 행하고 나서, 유량 검정을 행한다. 이 경우, 제1 검정측 접속부(2)의 접속 상황에 따라, 나중의 가스 집적 유닛(20)과의 관계에서의 용적 V가, 이전의 가스 집적 유닛(20)과의 관계에서의 용적 V와 상이한 경우가 있다. 그러나, 유량 검정 유닛(1)은, 나중의 가스 집적 유닛(20)의 용적 V를 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)를 사용하여 산출하므로, 나중의 가스 집적 유닛(20)에 대해서도 유량 검정을 고정밀도로 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 유량 검정 유닛(1)은, 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)와 유량 제어 밸브(125A∼125C)를 구비하는 제1∼제3 가스 공급 라인(121A∼121C)이 병렬로 배치된 가스 집적 유닛(20)에 대해, 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 유량을 1개씩 검정하는 것이며, 압력계(103)와 온도계(104)와 제2 차단 밸브(105)가 직렬로 배치되어 있고, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄한 상태에서 압력계(103)가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과 온도계(104)가 측정하는 온도 측정값을 사용하여, 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V를 산출하여, 유량 검정을 행하는 유량 검정 유닛(1)에 있어서, 압력계(103)의 상류측에 설치되고, 가스 집적 유닛(20)에 착탈 가능하게 접속되는 제1 검정측 접속부(2)를 갖는 것과, 검정 가스의 입력을 제어하는 검정 가스 입력 밸브(10)와, 검정 가스의 유량을 측정하는 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)가 측정하는 검정 가스 유량 측정값을 설정 유량에 일치시키도록 제어하는 검정측 유량 제어 밸브(12)를 직렬로 접속하고 있는 것과, 검정 가스 입력 밸브(10)와 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와 검정측 유량 제어 밸브(12)가 제2 차단 밸브(105)에 대해 병렬로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 유량 검정 유닛(1)은, 제1 검정측 접속부(2)를 통해 가스 집적 유닛(20)에 착탈 가능하게 접속된다. 이 경우, 제1 검정측 접속부(2)를 가스 집적 유닛(20)에 접속하는 상황에 따라, 가스 집적 유닛(20)의 유량 제어 밸브(125A∼125C)와 제2 차단 밸브(105) 사이의 용적 V가 변동된다. 그러나, 상기 유량 검정 유닛(1)은, 직렬로 접속되는 검정 가스 입력 밸브(10)와 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와 검정측 유량 제어 밸브(12)가 제2 차단 밸브(105)와 병렬로 설치되어 있다. 그로 인해, 유량 검정 유닛(1)은, 가스 집적 유닛(20)의 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)를 사용하지 않아도, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄 상태, 검정 가스 입력 밸브(10)를 개방 상태로 하면, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)와 검정측 유량 제어 밸브(12)를 통해 검정 가스를 설정 유량으로 제어하여 제2 차단 밸브(105)보다 상류측에 충전시키는 것이 가능하다. 유량 검정 유닛(1)은, 이 경우에 압력계(103)가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과, 온도계(104)가 측정하는 온도 측정값을 사용하면, 유량 제어 밸브(125A∼125C)로부터 제2 차단 밸브(105)까지의 용적 V를 산출하여, 유량 검정을 행하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 유량 검정 유닛(1)에 따르면, 복수의 가스 집적 유닛(20)에 바꾸어 달아 유량 검정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 유량 검정 유닛(1)은, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)에 검정 가스를 흐르게 하여 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)를 교정하는 교정 프로그램(교정 수단의 일례)을 가지므로, 용적 V를 정확하게 산출할 수 있어, 유량 검정 정밀도를 안정시킬 수 있다.
계속해서, 본 발명의 유량 검정 유닛의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유량 검정 유닛(60)을 가스 집적 유닛(20)에 접속한 유량 검정 시스템(65)의 회로도이다. 유량 검정 시스템(65)은, 유량 검정 유닛(60)이, 제1 실시 형태의 압력계(103)에 대신, 측정 범위가 상이한 제1 및 제2 압력계(61, 62)를 배치하는 점을 제외하고, 제1 실시 형태의 유량 검정 시스템(15)과 마찬가지로 구성되어 있다. 이하의 설명에서는, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 적절하게 생략한다.
도 7은, 도 6에 도시하는 유량 검정 유닛(60)을 제어하는 제어 수단(40)이 실행하는 유량 검정 프로그램의 흐름도이다. 도 7에 나타내는 유량 검정 프로그램의 처리는, S31의 처리만이, 제1 실시 형태의 유량 검정 프로그램(47)의 처리(도 5 참조)와 상이하다. 제어 수단(40)은, S31에 있어서, 검정 대상이 되는 매스 플로우 컨트롤러의 유량이 안정되면, 제1 압력계(61)의 압력 측정값을 검출하여, 압력 측정값에 맞는 압력계(61, 62)를 선택한다. 그리고, 제2 차단 밸브(105)를 폐쇄하고, 배관 내의 압력을 퍼지 가스에 의해 상승시킨다.
구체적으로는, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량 검정을 행하는 경우, S31에 있어서, 제1 퍼지 밸브(115), 퍼지 가스 입력 밸브(126A), 유량 제어 밸브(125A), 종단 밸브(21), 제1 차단 밸브(102), 제2 차단 밸브(105), 배기 밸브(30)를 개방 상태로 하고, 제2 퍼지 밸브(116), 가스 입력 밸브(123A∼123C), 유량 제어 밸브(125B, 125C), 퍼지 가스 입력 밸브(126B, 126C), 검정 가스 공급 밸브(23), 검정 가스 입력 밸브(10), 검정측 유량 제어 밸브(12), 공통 출력 밸브(131)를 폐쇄 상태로 하여, 매스 플로우 컨트롤러(124A)에 퍼지 가스를 흐르게 하고, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 유량이 안정되면, 제1 압력계(61)로부터 압력 측정값을 입력한다. 그리고, 제1 압력계(61)의 압력 측정값이, 제1 압력계(61)의 측정 범위 내이면, 제1 압력계(61)를 선택한다. 한편, 제1 압력계(61)의 압력 측정값이, 제1 압력계(61)의 측정 범위 밖이면, 제2 압력계(62)를 선택한다. 압력계 선택 후의 처리는, 제1 실시 형태의 유량 검정과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
가스 집적 유닛(20)은, 용적 V가 동일해도, 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 제어 유량에 따라, 용적 V에 퍼지 가스를 충전하는 시간이 상이하다. 즉, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 제어 유량이 1sccm 이상 10sccm 미만인 가스 집적 유닛(20)은, 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 제어 유량이 10sccm 이상 1000sccm 이하인 가스 집적 유닛(20)보다, 용적 V에 퍼지 가스를 충전하는 데 시간이 걸린다.
이에 대해, 본 실시 형태의 유량 검정 유닛(60)은, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 설정 유량이 1sccm 이상 10sccm 미만인 경우에, 제1 압력계(61)가 압력을 측정할 수 없는 경우에는, 제1 압력계(61)보다 측정 범위가 저압인 제2 압력계(62)를 선택하고, 제2 압력계(62)의 압력 측정값을 사용하여 유량 검정을 행한다. 한편, 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 설정 유량이 10sccm 이상 1000sccm 이하인 경우에, 제1 압력계(61)가 압력을 측정할 수 있는 경우에는, 제1 압력계(61)를 선택하고, 제1 압력계(61)의 압력 측정값을 사용하여 유량 검정을 행한다. 따라서, 본 실시 형태의 유량 검정 유닛(60)에 의하면, 검정 대상이 되는 매스 플로우 컨트롤러(124A)의 제어 유량에 맞추어 제1 및 제2 압력계(61, 62) 중 어느 하나를 선택할 수 있으므로, 검정 정밀도를 떨어뜨리지 않고 검정 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이, 다양한 응용이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 가스 집적 유닛(20)에, 유량 검정 유닛(1)에 검정 가스를 공급하기 위한 검정 가스 라인(22)을 설치하였다. 이에 대해, 유량 검정 유닛(1)의 레귤레이터(7), 부르동관 압력계(8), 압력계(9)를 생략하는 한편, 퍼지 가스 라인(111)의 압력계(114)와 제1 퍼지 밸브(115) 사이에 접속하는 배관과 그 배관에 배치되는 공급 밸브를 설치하여, 배관의 공급 밸브보다 하류측의 위치에 유량 검정 유닛(1)의 제3 검정측 접속부(5)를 접속하도록 해도 된다. 이 경우, 검정측 매스 플로우 컨트롤러(11)의 교정이나 용적 측정은, 퍼지 가스 라인(111)으로부터 퍼지 가스를 입력하여 행하게 된다. 이 경우, 유량 검정 유닛(1)에 탑재하는 기기를 감소시켜, 비용 절감을 도모할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 매스 플로우 컨트롤러(124A∼124C)의 설정 유량을 데이터 기억부(48)에 기억시켰지만, 제어 수단(40)이 가스 집적 유닛의 컨트롤러(도시하지 않음)로부터 입력하도록 해도 된다.
예를 들어, 상기 제2 실시 형태에서는, 측정 범위가 상이한 제1 및 제2 압력계(61, 62)를 사용하였지만, 측정 범위가 동일한 압력계를 제1 및 제2 차단 밸브(102, 105) 사이에 2개 나열하여 배치하고, 압력 측정값을 비교하도록 해도 된다.
예를 들어, 종단 밸브(21), 검정 가스 공급 밸브(23), 배기 밸브(30)를 생략하고, 공통 유로(130)와 검정 가스 라인(22)과 검정 유로(4)의 말단을 밀봉 마개 등으로 밀봉해도 된다.
1, 60 : 유량 검정 유닛
2 : 제1 검정측 접속부(접속부의 일례)
10 : 검정 가스 입력 밸브
11 : 검정측 매스 플로우 컨트롤러
12 : 검정측 유량 제어 밸브
20 : 가스 집적 유닛
44 : 교정 프로그램(교정 수단의 일례)
61, 62 : 제1 및 제2 압력계
103 : 압력계
104 : 온도계
105 : 제2 차단 밸브(차단 밸브의 일례)
121A∼121C : 제1∼제3 가스 공급 라인
124A∼124C : 매스 플로우 컨트롤러
125A∼125C : 유량 제어 밸브

Claims (3)

  1. 매스 플로우 컨트롤러와 유량 제어 밸브를 구비하는 복수의 가스 공급 라인이 병렬로 배치된 가스 집적 유닛에 대해, 상기 매스 플로우 컨트롤러의 유량을 1개씩 검정하는 것이며, 압력계와 온도계와 차단 밸브가 직렬로 배치되어 있고, 상기 차단 밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 압력계가 측정하는 압력 측정값의 단위 시간당 압력 변동값과 상기 온도계가 측정하는 온도 측정값을 사용하여, 상기 유량 제어 밸브와 상기 차단 밸브 사이의 용적을 산출하여, 유량 검정을 행하는 유량 검정 유닛에 있어서,
    상기 압력계의 상류측에 설치되고, 상기 가스 집적 유닛에 착탈 가능하게 접속되는 접속부를 갖는 것과,
    검정 가스의 입력을 제어하는 검정 가스 입력 밸브와, 상기 검정 가스의 유량을 측정하는 검정측 매스 플로우 컨트롤러와, 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러가 측정하는 검정 가스 유량 측정값을 설정 유량에 일치시키도록 제어하는 검정측 유량 제어 밸브를 직렬로 접속하고 있는 것과,
    상기 검정 가스 입력 밸브와 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러와 상기 검정측 유량 제어 밸브가, 상기 차단 밸브에 대해 병렬로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유량 검정 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러에 상기 검정 가스를 흐르게 하여 상기 검정측 매스 플로우 컨트롤러를 교정하는 교정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량 검정 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력계가, 측정 범위가 상이한 제1 압력계와 제2 압력계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유량 검정 유닛.
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