带有流量监测器的压力式流量控制装置制造方法
【专利摘要】一种带有流量监测器的压力式流量控制装置，由下列部件构成：流体的入口侧通路(8)；控制阀(3)，与入口侧通路(8)的下游侧连接并构成压力式流量控制部(1a)；热式流量传感器(2)，与控制阀(3)的下游侧连接；节流口(6)，介入设置在与热式流量传感器(2)的下游侧连通的流体通路(10)；温度传感器(4)，设在控制阀(3)与节流口(6)之间的流体通路(10)的附近；压力传感器(5)，设在控制阀(3)与节流口(6)之间的流体通路(10)；出口侧通路(9)，与节流口(6)连通；以及控制部(7)，由压力式流量运算控制部(7a)及流量传感控制部(7b)构成，该压力式流量运算控制部(7a)被输入来自压力传感器(5)的压力信号及来自温度传感器(4)的温度信号，对流通于节流口(6)的流体的流量值Q进行运算，并且，向阀驱动部(3a)输出使控制阀(3)沿所运算的流量值与设定流量值的差减少的方向进行开闭动作的控制信号Pd，该流量传感控制部(7b)被输入来自热式流量传感器(2)的流量信号(2c)并根据该流量信号(2c)而将流通于节流口(6)的流体流量运算显示。
【专利说明】带有流量监测器的压力式流量控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及压力式流量控制装置的改良，涉及一种带有流量监测器的压力式流量控制装置，该装置通过将热式质量流量传感器与使用节流口的压力式流量控制装置有机地组合，从而能够实时地监测动作中的压力式流量控制装置的控制流量，并且，提高流量控制的响应性和流量控制精度。
【背景技术】
[0002]一直以来，在半导体控制装置用气体供给装置中，广泛地利用使用节流口的压力式流量控制装置FCS。
[0003]该压力式流量控制装置FCS，如图16所示，由控制阀CV、温度检测器T、压力检测器P、节流口 OL及运算控制部⑶等构成，该运算控制部⑶由温度修正、流量运算电路⑶a、比较电路⑶b、输入输出电路⑶c及输出电路OTd等构成。
[0004]将来自前述压力检测器P及温度检测器T的检测值变换成数字信号，向温度修正、流量运算电路CDa输入，在此进行检测压力的温度修正及流量运算，然后，将流量运算值Qt向比较电路⑶b输入。另外,将设定流量的输入信号Qs从端子In输入，由输入输出电路⑶c变换成数字值，然后，向比较电路CDb输入，在此与来自前述温度修正、流量运算电路CDa的流量运算值Qt相比较。然后，在设定流量输入信号Qs比流量运算值Qt更大的情况下，将控制信号Pd向控制阀CV的驱动部输出，将控制阀CV向开放方向驱动，向开阀方向驱动直到设定流量输入信号Qs与运算流量值Qt的差(Qs - Qt)成为零为止。
[0005]压力式流量控制装置FCS本身如上所述地众所周知，具有这样的优异的特征:在节流口 OL的下游侧压力P2 (即，处理室侧的压力P2)与节流口 OL的上游侧压力P1 (即，控制阀CV的出口侧的压力P1)之间保持Ρ/Ρ2≥约2的关系(所谓临界膨胀条件)的情况下，流通于节流口 OL的气体Go的流量Q成为Q=KP1 (其中，K是常数)，通过控制压力P1，从而能够以高精度控制流量Q，并且，即使控制阀CV的上游侧的气体Go的压力大大地变化，控制流量值也几乎不变化。
[0006]可是，现有的压力式流量控制装置FCS，由于使用微小的孔径的节流口 0L，因而节流口 OL的孔径存在着产生老化的可能性。结果，在压力式流量控制装置FCS引起的控制流量值与现实流通的气体Go的实际流量之间产生差异，为了检测该差异，有必要频繁地进行所谓的流量监测，存在着对半导体制造装置的运转性和所制造的半导体的品质等造成大的影响的问题。
[0007]因此，一直以来，在热式质量流量控制装置和压力式流量控制装置的领域中，推进能够实时简单地监测是否适当地进行流量控制的流量控制装置的开发。例如，图17及图18示出其一个示例，该质量流量控制装置(mass flow controller) 20由流路23、上游侧压力的第I压力传感器27a、开闭控制阀24、设在其下游侧的热式质量流量传感器25、设在其下游侧的第2压力传感器27b、设在第2压力传感器27b的下游侧的节流部(音速喷嘴)26、运算控制部28a以及输入输出电路28b等构成。[0008]前述热式质量流量传感器25具有插入流路23内的整流体25a、从该流路23只分支F/A的流量的分支流路25b以及设在分支流路25b的传感器本体25c，输出表示总流量F的流量信号Sf。
[0009]另外，节流部26是在其一次侧与二次侧的压力差为规定值以上时使与一次侧的压力相应的流量的流体流动的音速喷嘴。此外，在图17及图18中，SPa、SPb是压力信号，Pa、Pb是压力，F是流量，Sf是流量信号，Cp是阀开度控制信号。
[0010]前述运算控制部28a,对来自压力传感器27a、27b的压力信号Spa、Spb及来自流量传感器25的流量控制信号Sf进行反馈，输出阀开度控制信号Cp，由此，对开闭阀24进行反馈控制。即，将流量设定信号Fs经由输入输出电路28b而向运算控制部28a输入，将流动于质量流量控制装置20的流体的流量F调整为符合流量设定信号Fs。具体而言，运算控制部28a使用第2压力传感器27b的输出(压力信号Spb)，对开闭控制阀24进行反馈，控制其开闭，由此，控制流动于音速喷嘴26的流体的流量F，并且，使用此时的热式流量传感器25的输出(流量信号Sf)，进行实际流动的流量F的测定，确认质量流量控制装置20的动作。
[0011]可是，在前述图17及图18所示的型式的质量流量控制装置20中，将使用了用于进行流量控制的第2压力传感器27b的压力式流量测定和使用了用于进行流量的监视的热式流量传感器25的流量测定这两种测定方式编入运算控制部8a，因而能够简单且可靠地监测控制流量(设定流量Fs)的流体是否实际流动，即在控制流量与实际流量之间是否存在着差，起到高的实用的效用。
[0012]可是,在该图17及图18所示的质量流量控制装置20中，还残留许多应该解释的问题。
[0013]第I问题为，运算控制部28a为这样的构成:使用第2压力传感器27b的输出SPb和热式流量传感器25的流量输出Sf这两个信号来对开闭控制阀24进行开闭控制，并且，使用第I压力传感器27a的输出SPa来修正热式流量传感器25的流量输出Sf，使用第I压力传感器27a及第2压力传感器27b的两个压力信号和来自热式流量传感器25的流量信号这三个信号，进行开闭控制阀24的开闭控制。
[0014]因此，不但运算控制部28a的构成变得复杂，而且存在着作为压力式流量控制装置FCS的稳定的流量控制特性和优异的高响应性反而降低的问题。
[0015]第2问题点为，热式流量传感器25相对于开闭控制阀24的安装位置改变，因而即在图17和图18的质量流量控制装置20中，存在着这一问题:开闭控制阀24的开闭时的热式流量传感器25的响应性、机器本体内的气体置换性及真空抽吸特性大大地改变，并且，难以谋求质量流量控制装置20的小型化。
[0016]现有技术文献
专利文献1:日本专利第4137666号公报。
【发明内容】
[0017]发明要解决的课题
本发明申请，解决图17及图18所示的日本专利第4137666号的使用音速喷嘴的质量流量控制装置中的如上所述的问题，即，解决这样的问题等:由于使用第I及第2压力传感器27a、27b的压力信号和热式流量传感器25的流量信号的2个种类的不同的信号来进行开闭控制阀24的开闭控制，因而不但运算控制部28a的构成复杂化，而且有可能削弱压力式流量控制装置所具有的优异的响应特性和稳定的流量控制特性；以及未避免质量流量控制装置20的大型化，气体置换性下降，真空抽吸时间变长，本发明提供一种带有流量监测器的压力式流量控制装置，该装置通过将使用了节流口的压力式流量控制装置FCS的流量控制部和使用了热式流量传感器的热式流量监测部一体地组合，而且，分别独立地进行流量控制和流量监测，从而充分地活用压力式流量控制装置的优异的流量特性，并且，能够实时地进行热式流量传感器引起的流量监测，而且，能够实现运算控制部的简化、机器本体部的大幅的小型化引起的气体置换性的提高等。
[0018]另外，本发明申请，对带有流量监测器的压力式流量控制装置的本体构造加以改良，并且，提供这样的带有流量监测器的压力式流量控制装置:使用流体控制装置本体内的流体流路的控制压力的斜率来将流动于流量控制装置本体内的流体流量(即，由热式流量监测部Ib检测的流量)换算成由压力式流量控制装置Ia检测的流体流量，对热式流量传感部Ib的检测流量与压力式流量控制部Ia的检测流量之间的差异进行修正，由此，提高监测流量精度。
[0019]用于解决课题的方案
本发明申请者等，首先，以使用节流口的压力式流量控制装置为基础，为了实时地进行该装置的流量监测，构想图6及图7的点线框内那样的两种构成的使用节流口的带有流量监测器的压力式流量控制装置。
[0020]在图6及图7中，I是带有流量监测器的压力式流量控制装置，2是热式流量传感器，3是控制阀，4是温度传感器，5是压力传感器，6是节流口，7是控制部，8是入口侧流路，9是出口侧流路，10是装置本体内的流体通路，将图6中的热式流量传感器2和控制阀3的安装位置替换而得到的装置是图7的带有流量监测器的压力式流量控制装置。
[0021]此外，作为流体控制方式而采用使用了节流口的压力式流量控制装置，其理由是，流量控制特性良好及迄今为止的使用实际成绩多等。
[0022]另外，以热式流量传感器2作为流量监测用传感器，主要是由于作为流量传感器的使用实际成绩和作为流量传感器的优异的特性，另外，是考虑实时测定的容易性、针对气体种类的变化的应对性、流量测定精度、使用实际成绩等比其他流量测定传感器更高的方面的结果。而且，将热式流量传感器2 —体地组装于使用节流口的压力式流量控制装置的装置本体内的流体通路10，是因为容易进行流量监测，而且，容易谋求带有流量监测器的压力式流量控制装置的小型化。
[0023]S卩，上述图6及图7所示的构成的使用节流口的带有流量监测器的压力式流量控制装置1，以压力控制式流量控制作为基本，具备以下等特征:不受供给压力变动的影响；能够利用节流口上游侧的压力下降特性来进行节流口的异常探测；能够由内置于装置本体的压力传感器进行供给压力的监测；以及能够由热式流量传感器进行流量的连续监视。
[0024]另一方面，作为问题点，首先，第1，考虑供给压力的变化引起的热式流量传感器的输出的变动。即，由于供给压力的变化使得热式流量传感器的输出变动，因而在供给压力变化时，存在着产生与控制流量的误差的可能性。因此，使热式流量传感器的响应性延迟而缓和供给压力变化引起的输出变动等的应对成为必要。[0025]第2问题是零点调整时的条件的方面。一般而言，零点调整，在压力传感器中，在真空抽吸下实施，另外，在流量传感器中，在密封状态下实施。因此，有必要以零调整不在错误的条件下实施的方式保护。
[0026]第3问题是热式流量传感器的热虹吸(thermal siphon)的现象。S卩，因热式流量传感器的搭载而需要预先决定设置方向，结果，有必要与气体箱的设计并行地研究压力式流量控制装置的设置方向。
[0027]第4问题是实际气体流量的校正的点。一般而言，在流量的测定中，即使是同一流量，也因气体种类而使得热式流量传感器和压力式流量控制装置的流量输出值不同。结果，有必要在该压力式流量控制装置的使用现场附加对热式流量传感器的转换因数(C.F值)和压力式流量控制装置的流动因数(F.F值)进行自动运算的系统。
[0028]第5问题是控制流量异常时的应对。在现在的压力式流量控制装置中，警报及控制流量的误差等显示于显示器上，但需要这样的系统:如果压力式流量控制装置和热式流量传感器的监测流量的输出差超过规定的阈值，则判断为异常。
[0029]于是，本发明申请者等，首先，关于图6及图7的各带有流量监测器的压力式流量控制装置1，实施关于新装入的热式流量传感器2的各种特性的评价试验。
[0030]S卩，如图6及图7那样，构成一种特性评价系统，该特性评价系统将由N2容器构成的流体供给源11、压力调整器12、清洗用阀13、输入侧压力传感器14连接到入口侧流路8，并且，将数据记录器(NR500) 15连接至控制部7，而且，由真空泵16对出口侧流路9进行真空抽吸，使用该特性评价系统来评价热式流量传感器2的步骤响应特性、监测流量精度、供给压力变动特性、重复再现性。
[0031]上述步骤响应特性评价了热式流量传感器输出对于规定的流量设定的步骤输入的响应性，评价使设定流量从100% (满刻度)F.S.=IOOOsccm)分步骤变化为20%、50%、100%的情况的输出响应。图8、图9及图10示出设定流量20%、50%、100%的情况的数据记录器
15中的压力式流量控制装置I的流量设定输入A1及此时的流量输出A2和热式流量传感器输出B1(图6的情况)、热式流量传感器输出B2 (图7的情况)的测定结果。
[0032]如从图8?图10还显而易见，确认热式流量传感器2的输出在从设定开始起约4sec以内收敛于设定输出的±2%以内。
[0033]前述监测流量精度对将设定值以S.P.单位从各流量设定偏离时的、热式流量传感器输出的变化量进行测定评价，误差设定条件为一 0.5%S.P.、一 1.0%S.P.、一 2.0%S.P.R- 3.0%S.P.。
[0034]如从图11及图12还显而易见，判明热式流量传感器2的监测流量精度根据流量设定而以设定点(S.P.)单位变化。
[0035]前述供给压力变动特性表示在以一定流量控制时使供给压力变动的情况的热式流量传感器输出的变动状态，将以流量设定作为50%且以供给压力的变动条件作为50kPaG而测定。
[0036]图13示出该测定结果，判明，在将热式流量传感器2设置于控制阀3的上游侧(一次侧)的情况(图6的情况)下，供给压力变动引起的热式流量传感器2的流量输出的变化远远超过±0.5%F.S./div的范围，但在设置于控制阀3的下游侧(二次侧)的情况(图7的情况)下，流量输出的变化纳入±0.5%F.S./div的范围内，即难以受到气体供给压力的变动的影响。
[0037]前述重复再现性，以流量设定作为20%及100%，从0%至设定流量为止重复输入，测定热式流量传感器输出BpB2的再现性。
[0038]如从图14及图15还显而易见，判明，热式流量传感器输出的重复再现性处于土 1%F.S.及0.2%F.S.的范围内，示出规则正确的正确的再现性。
[0039]此外，在前述图6及图7中使用的热式流量传感器2是搭载于富士金股份公司制的FCS-T1000系列的传感器，作为所谓热式质量流量控制装置(质量流量控制器)的热式流量传感器而通用。
[0040]从针对前述热式流量传感器2的基于图6及图7的各评价试验(即步骤响应特性、监测流量精度特性、供给压力变动特性及重复再现性特性)的结果中，本发明申请者等发现，热式流量传感器2的安装位置，在步骤响应特性、监测流量精度特性及重复再现性特性的方面，在控制阀3的上游侧(一次侧)还是在下游侧(二次侧)，其间无优劣，但出于供给压力变动特性的方面，期望热式流量传感器2设在压力式流量控制装置的控制阀3的下游侧(二次侧)，即期望为图7的构成。
[0041]另外，本发明申请者等发现，在将热式流量传感器2设在控制阀3的下游侧(二次侦D的情况下，控制阀3与节流口 6之间的内部容积变大，由此，气体的置换性下降，在小流量型的压力式流量控制装置的情况下，压力下降特性变慢(即，排气特性恶化)，这些点成为问题。
[0042]于是，上述图6至图10所示的各评价试验，全都是使用最大控制流量为1000SCCM的带有流量监测器的压力式流量控制装置且使流体供给压力为350kPaG的情况的结果，对于带有流量监测器的压力式流量控制装置的最大控制流量(满刻度流量)为1000SCCM以外的情况，不清楚得到怎样的响应特性。
[0043]于是，本发明申请者等，使用图7所示的评价试验装置，使用最大控制流量为2000SCCM(以下称为F.S.2SLM)及最大控制流量为100SCCM(以下称为F.S.100SCCM)的带有流量监测器的压力式流量控制装置，进行供给压力300kPaG下的响应特性试验。
[0044]图19示出使控制流量设定为O — 50 — 0%的情况的响应试验结果，是使用F.S.2SLM的带有监测器的压力式流量控制装置并使流体供给压力为300kPaG(N2)的情况的结果。如从图19还显而易见，图1中的热式流量控制部Ib的输出B2( S卩，由热式流量传感器2检测的实时监测流量)，在从检测开始起I秒钟以内达到稳定检测值，在F.S.2SLM的情况下，未出现所谓超调量现象。
[0045]另一方面，图20示出使控制流量设定为O — 50 — 0%的情况的F.S.100SCCM的试验结果，热式流量控制部Ib的输出B2(实时监测流量)在I秒钟以内达到稳定检测值，但产生瞬态地相当大的超调量(流入)。
[0046]这样，判明，在流量容量小的压力式流量控制部Ia的情况下，热式流量监测控制部Ib的检测值产生超调量，存在着监测流量值的测定精度下降的问题。
[0047]于是，本发明申请者等研究上述热式流量控制部Ib的检测值产生瞬态的超调量的原因及其防止对策，构思，使带有流量监测器的压力式流量控制装置本体的构造成为内部的流体通路容积(即图7中的控制阀3与节流口 6之间的通路容积)尽可能地变小的构造，并且，使用控制阀3与节流口 6之间的流体通路的控制压力的斜率来修正热式流量控制部Ib的检测值，由此，使热式流量控制部Ib与压力式流量控制部Ia之间的检测流量差减少。
[0048]而且，在将带有流量监测器的压力式流量控制装置安装到气体供给装置等的情况下，有必要使成为监测流量自身诊断的基准的与气体种类相应的热式流量控制部Ib的所谓实际气体输出初始值(以下，称为实际气体MFM输出初始值)存储。
[0049]因此，本发明申请者等，研究还包括置换带有流量监测器的压力式流量控制装置的情况的、实机安装带有流量监测器的压力式流量控制装置的情况的实际气体MFM输出初始值的存储顺序，同时还对实际气体MFM输出的确认方法等进行研究，构思谋求实际气体MFM输出的初始值存储及实际气体MFM输出的确认的自动化。
[0050]本申请权利要求1至权利要求7的发明，是以本发明申请者等的上述各评价试验的结果为基础而创作的，权利要求1的发明以下列构成作为发明的必需构成必要条件:流体的入口侧通路8;控制阀3，其与入口侧通路8的下游侧连接并构成压力式流量控制部Ia ;热式流量传感器2，其与控制阀3的下游侧连接；节流口 6，其介入设置在与热式流量传感器2的下游侧连通的流体通路10 ;温度传感器4，其设在前述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10的附近；压力传感器5，其设在前述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10 ;出口侧通路9，其与前述节流口 6连通；以及压力式流量运算控制部7a和流量传感控制部7b，该压力式流量运算控制部7a被输入来自前述压力传感器5的压力信号及来自温度传感器4的温度信号，对流通于节流口 6的流体的流量值Q进行运算，并且，向阀驱动部3a输出使前述控制阀3沿所运算的流量值与设定流量值的差减少的方向进行开闭动作的控制信号Pd，该流量传感控制部7b被输入来自前述热式流量传感器2的流量信号2c，根据该流量信号2c而将流通于节流口 6的流体流量运算显示。
[0051]权利要求2的发明，在权利要求1的发明中，将压力传感器5设在控制阀3的出口侧与热式流量传感器2的入口侧之间。
[0052]权利要求3的发明，在权利要求1或权利要求2的发明中，作为这样的控制部7:如果由流量传感控制部7b运算的流体流量与由压力式流量运算控制部7a运算的流体流量之间的差超过设定值，则进行警报显示。
[0053]权利要求4的发明，在权利要求1的发明中，将控制阀3、热式流量传感器2、节流口 6、压力传感器5、温度传感器4、入口侧通路8、出口侧通路9 一体地组装于一个机体，并且，将流体通路10 —体地形成于机体。
[0054]权利要求5的发明，以下列构成作为发明的必需构成必要条件:流体的入口侧通路8 ;控制阀3，其与入口侧通路8的下游侧连接并构成压力式流量控制部Ia ;热式流量传感器2，其与控制阀3的下游侧连接；节流口 6，其介入设置在与热式流量传感器2的下游侧连通的流体通路10 ;温度传感器4，其设在前述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10的附近；压力传感器5，其设在前述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10 ;出口侧通路9，其与前述节流口 6连通；压力传感器17，其设在前述节流口 6的下游侧的出口侧通路9 ;以及控制部7，其由压力式流量运算控制部7a及流量传感控制部7b构成，该压力式流量运算控制部7a被输入来自前述压力传感器5及压力传感器17的压力信号及来自温度传感器4的温度信号，进行流通于节流口 6的流体的临界膨胀条件的监视并对流通于节流口 6的流体的流量值Q进行运算，并且，向阀驱动部3a输出使前述控制阀3沿所运算的流量值与设定流量值的差减少的方向进行开闭动作的控制信号Pd，该流量传感控制部7b被输入来自前述热式流量传感器2的流量信号2c，根据该流量信号2c而将流通于节流口 6的流体流量运算显示。
[0055]权利要求6的发明，在权利要求5的发明中，作为这样的控制部7:如果流通于节流口 6的流体违反临界膨胀条件，则进行警报显示。
[0056]权利要求7的发明，在权利要求5的发明中，将控制阀3、热式流量传感器2、节流口 6、压力传感器5、温度传感器4、入口侧通路8、出口侧通路9、压力传感器17 —体地组装于一个机体。
[0057]本申请权利要求8至权利要求11的发明，是基于本发明申请者等的前述带有流量监测器的压力式流量控制装置的小型化及监测控制流量的响应特性和控制精度的改善所涉及的研究而创作的，权利要求8的发明，在权利要求4的发明中，通过将第I本体块30a、第2本体块30b、第3本体块30c及第4本体块30d —体地连结组装而形成机体30，并且，分别地，在第I本体块30a的上表面侧配设控制阀3，在第3本体块30c的左侧面侧内部配设层流元件2d，在第3本体块30c的右侧面侧内部配设节流口 6，在第3本体块30c的下表面侧配设压力传感器5，在第3本体块30c的上表面侧配设热式流量传感器2的传感电路2b,而且，形成与各本体块30a?30d连通的流体流通路10。
[0058]权利要求9的发明，在权利要求7的发明中，通过将第I本体块30a、第2本体块30b、第3本体块30c及第4本体块30d —体地连结组装而形成机体30，并且，分别地，在第I本体块30a的上表面侧配设控制阀3，在第3本体块30c的左侧面侧内部配设热式流量传感器2的层流元件2d，在第3本体块30c的右侧面侧内部配设节流口 6，在第3本体块30c的下表面侧配设压力传感器5，在第3本体块30c的上表面侧配设热式流量传感器2的传感电路2b，在第4本体块30d的上表面侧配设压力传感器17，而且，形成与各本体块30a?30d连通的流体通路8、9、10。
[0059]权利要求10的发明，在权利要求1或权利要求5的发明中，在流量传感控制部7b，设有对基于来自热式流量传感器2的流量信号而运算的监测流量B2进行修正的监测流量输出修正电路H，使用流体控制压力的斜率Λ P/At来将前述监测流量B2修正为B2’ =B2 -C.Λ P/ Λ t (其中，C是变换系数)，以修正后的监测流量B2’作为监测流量而输出。
[0060]权利要求11的发明，在权利要求1或权利要求5的发明中，由下列电路构成监测流量输出修正电路H:压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2的微分电路40 ;来自前述微分电路40的输出值的放大电路41 ;来自前述放大电路41的输出的整形电路42 ;以及修正电路43，其从来自热式流量监测部Ib的监测流量输出B2减去来自前述整形电路42的输入而输出监测流量输出B2 ’。
[0061]而且，本申请权利要求12至权利要求16的发明，是基于本发明申请者等的带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体MFM输出初始值等所涉及的研究而创作的，权利要求12的发明，以下列构成作为发明的基本构成:在权利要求1或权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置中，在将该带有流量监测器的压力式流量控制装置安装到配管路之后，首先，将N2气体导入而进行压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2与热式流量监测部Ib的监测流量输出B2’的对比，在两者的差异为容许范围内的情况下，接着，在将实际气体导入而检测并存储各设定流量值的热式流量监测部的监测流量输出的初始值之后，根据实际气体流量自身诊断结果而进行热式流量监测部Ib的监测流量输出b2’相对于压力式流量运算部Ia的控制流量输出A2的对比，如果两者的差异处于容许范围内，则输出实际气体监测流量输出B2’，并且，以前述初始值存储作为有效的存储。
[0062]权利要求13的发明，在权利要求12的发明中，在将N2气体导入之后，使用N2气体来进行流量自身诊断，确认装置中无异常。
[0063]权利要求14的发明，在权利要求12或权利要求13的发明中，在将实际气体导入之后，使用实际气体来进行流量自身诊断，确认装置及实际气体中无异常。
[0064]权利要求15的发明，在权利要求12、权利要求13或权利要求14的发明中，在N2气体导入前及/或实际气体导入前，进行真空抽吸，进行带有流量监测器的压力式流量控制装置的压力传感器5及热式流量传感器2的自动零点调整。
[0065]权利要求16的发明，在权利要求12的发明中，针对预定的多个压力式流量控制部Ia的每个设定流量，从输出开始起预定的等待时间t后计测热式流量传感器2的流量输出，存储或确认经自动修正的前述计测值。
[0066]发明效果
在本发明申请中，由压力式流量控制部Ia和热式流量监测部Ib形成带有流量监测器的压力式流量控制装置，使热式流量监测部Ib的热式流量传感器2位于压力式流量控制部Ia的控制阀3的下游侧而有机地一体化，并且，将控制压力式流量控制部Ia的控制阀3的开闭驱动的压力式流量运算控制部7a和根据来自热式流量监测部Ib的前述热式流量传感器2的流量信号而将流通于节流口 6的实际流体流量运算显示的流量传感控制部7b以相互独立的状态一体化，从而构成控制部7。
[0067]结果，以单纯的构成的控制部7，就能够简单且正确地并稳定地进行压力式流量控制，并且，还能够连续地正确地实时进行热式流量传感器2引起的流量监测。
[0068]另外，由于为使热式流量传感器2位于控制阀3的下游侧并将控制阀3和热式流量传感器2等的各机器本体一体地组装于一个机体的构成，因而装置本体的内部空间容积大幅地减少，气体的置换性和真空抽吸的特性也不恶化。
[0069]而且，即使流体供给源侧的流体压力存在着变动，热式流量传感器2的输出特性也不产生大的变动，结果，针对流体供给侧的压力变动，可进行稳定的流量监测和流量控制。
[0070]在本发明的带有流量监测器的压力式流量控制装置中，通过将4个本体块组合而形成装置本体30，并且，在各块体形成必要的流体通路等，而且，在第I块体30a收纳有控制阀3，在第2块体30b与第I块体30a之间收纳有粗滤器29，在第3块本体3c收纳有层流元件2d和节流口 6，将各块本体30a?30d相互之间气密地连结，由于为这样的构成，因而能够实现机体30的小型化及控制阀3的出口侧和节流口 6上游侧的流体通路10的内部容积(长度及剖面面积)的大幅的削减，热式流量传感器2的超调量降低等使得流量控制的响应性提闻，并且，能够实现控制精度的大幅的提闻。
[0071]另外，设有热式流量传感器2的监测流量输出修正电路H，由此，使用机体30内的流体通路10的控制压力的斜率Λ P/ Λ t来修正监测流量检测值B2,以该修正后的监测流量检测值B2’来判断监测流量的适当与否，因而能够进行精度更高且高响应性的流量监测及流量控制。[0072]而且，由于以由热式流量传感器2的监测流量输出修正电路H修正的监测流量输出B2’作为初始存储值，因而能够进行精度更高的实际气体监测流量自身诊断。
【专利附图】
【附图说明】
[0073]图1是本发明的实施方式所涉及的利用节流口的带有流量监测器的压力式流量控制装置的构成概要图。
[0074]图2是示出带有流量监测器的压力式流量控制装置的另一示例的构成概要图。
[0075]图3是示出带有流量监测器的压力式流量控制装置的又一示例的构成概要图。
[0076]图4是热式流量传感器的构成的说明图。
[0077]图5是热式流量传感器的动作原理的说明图。
[0078]图6是本发明申请者所构思的带有流量监测器的压力式流量控制装置的第I构想图。
[0079]图7是本发明申请者所构思的带有流量监测器的压力式流量控制装置的第2构想图。
[0080]图8是示出热式流量传感器的步骤响应特性的曲线(设定流量20%的情况)。
[0081]图9是示出热式流量传感器的步骤响应特性的曲线(设定流量50%的情况)。
[0082]图10是示出热式流量传感器的步骤响应特性的曲线(设定流量100%的情况)。
[0083]图11是示出热式流量传感器的监测流量精度特性的曲线(设定流量设定为100?97%的情况)。
[0084]图12是示出热式流量传感器的监测流量精度特性的曲线(设定流量设定为
20.0?19.4%的情况)。
[0085]图13是示出热式流量传感器的供给压力变动特性的曲线(设定流量50%的情况)。
[0086]图14是示出热式流量传感器的重复再现性特性的曲线(设定流量100%的情况)。
[0087]图15是示出热式流量传感器的重复再现性特性的曲线(设定流量20%的情况)。
[0088]图16是使用节流口的压力式流量控制装置的构成图。
[0089]图17是日本专利第4137666号的第I实施例所涉及的质量流量控制装置的构成说明图。
[0090]图18是日本专利第4137666号的第2实施例所涉及的质量流量控制装置的构成说明图。
[0091]图19示出流量容量2000SCCM的带有流量监测器的压力式流量控制装置的响应特性的一个示例，示出将流量设定设为O — 50 — 0%的情况的流量设定值A1、流量输出A2、热式流量传感器的监测流量输出B2。
[0092]图20示出流量容量100SCCM的带有流量监测器的压力式流量控制装置的响应特性的一个示例，示出将流量设定设为O — 50%的情况。
[0093]图21是示出带有流量监测器的压力式流量控制装置的构造的概要图，(a)是纵剖正面图，(b)是左侧面图，(C)是平面图，(d)是底面图。
[0094]图22是热式流量传感器的监测流量输出修正电路的方块构成图。
[0095]图23示出流量容量100SCCM、N2气体供给压力300KPaG的情况的使用监测流量输出修正电路H的装置的响应特性的一个示例(O — 20 — 0%及20 — 40 — 20%)。
[0096]图24示出图23的装置中的40 — 60 — 40%及60 — 80 — 60%的响应特性。
[0097]图25示出图23的装置中的80 — 100 — 80%及O — 100 — 0%的响应特性。
[0098]图26是示出流量容量2000SCCM的设有监测流量输出修正电路H的带有流量监测器的压力式流量控制装置的针对N2气体的流量控制特性的线图。
[0099]图27示出在图26的带有流量监测器的压力式流量控制装置中将气体种类设为O2气体的情况的流量控制特性及考虑气体种类的变换系数(C.F)的修正后的流量控制特性。
[0100]图28示出将气体种类设为Ar气体的情况的流量控制特性及考虑气体种类的变换系数(C.F)的修正后的流量控制特性。
[0101]图29是针对实际气体的热式流量传感器流量输出的初始值存储的处理流程图。
[0102]图30的(a)是图29中的针对实际气体的热式流量传感器流量输出的初始值存储过程的概要说明图，(b)是热式流量传感器流量输出的确认过程的概要说明图。
【具体实施方式】
[0103]以下，基于附图，说明本发明的实施方式。
[0104]图1是本发明所涉及的带有流量监测器的压力式流量控制装置I的实施方式所涉及的构成概要图，带有流量监测器的压力式流量控制装置I由压力式流量控制部Ia和热式流量监测部Ib的两个部分构成。
[0105]另外，前述压力式流量控制部Ia由控制阀3、温度传感器4、压力传感器5、节流口6以及形成控制部7的压力式流量运算控制部7a构成。
[0106]而且，前述热式流量监测部Ib由热式流量传感器2和形成控制部7的流量传感控制部7b构成。
[0107]前述压力式流量控制部la，如上所述，由控制阀3、温度传感器4、压力传感器5、节流口 6及压力式流量运算控制部7a等构成，从输入端子7?输出流量设定信号，另外，从输出端子7a2输出由压力式流量控制部Ia运算的流通于节流口的流体的流量输出信号。
[0108]使用前述节流口 6的压力式流量控制部Ia本身，是作为日本专利第3291161号等而众所周知的技术，以由压力检测传感器5检测的压力为基础而由压力式流量运算控制部7a运算在临界膨胀条件下流通于节流口 6的流体的流量，将从输入端子7?输入的设定流量信号和与所运算的流量信号的差成比例的控制信号Pd向控制阀3的阀驱动部3a输出。
[0109]前述压力式流量控制部Ia及其流量运算控制部7a的构成，由于与图16所记载的构成实质上相同，因而在此省略其详细的说明。
[0110]另外，当然，在该压力式流量控制部la，当然能够设有众所周知的零点调整机构、流量异常检测机构、气体种类变换机构(F.F值变换机构)等各种附属机构。
[0111]而且，在图1中，8是入口侧通路,9是出口侧通路，10是机器本体内的流体通路。
[0112]构成前述带有流量监测器的压力式流量控制装置I的热式流量监测部Ib由热式流量传感器2和流量传感控制部7b构成，在流量传感控制部7b分别设有输入端子Tb1及输出端子7b2。而且，从输入端子Tb1输入有监测的流量范围的设定信号，从输出端子7b2输出由热式流量传感器2检测的监测流量信号(实际流量信号)。此外，当然，在热式流量监测部lb，也能够设有气体种类变换机构(C.F.值变换机构)等附属机构。[0113]另外，在图1中未显示，但当然也可以是，在流量传感控制部7b与压力式流量运算控制部7a之间，适当地进行前述监测流量信号和运算流量信号的输入输出，监视两者的异同和其差的大小，或者，在两者的差超过一定值的情况下发出警告。
[0114]图2示出带有流量监测器的压力式流量控制装置I的另一示例，由压力传感器5检测控制阀3与热式流量传感器2之间的流体压力。此外，带有流量监测器的压力式流量控制装置I的其他构成及动作，与图1的情况完全相同。
[0115]图3示出带有流量监测器的压力式流量控制装置I的又一示例，在节流口 6的下游侧另外设有压力传感器17，监视流通于节流口 6的流体是否处于临界膨胀条件下而发送警报，或者，能够使用压力传感器5与压力传感器17的差压来进行流量控制。
[0116]前述热式流量监测部Ia由热式流量传感器2和流量传感控制部7b构成，图4及图5示出其构成的概要。
[0117]S卩，如图4所示，热式流量传感器2具有层流元件(旁通组)2d和在此迂回的传感管2e，使与旁通组2d相比较而少量的气体流体以一定的比率流通于该传感管2e。
[0118]另外，在该传感管2e，卷绕有串联地连接的控制用的一对电阻线Rl、R4，由连接至该电阻线的传感电路2b将表示所监测的质量流量值的流量信号2c输出。
[0119]前述该流量信号2c向由例如微型计算机等构成的流量传感控制部7b导入，基于上述流量信号2c而求出现在流动的流体的实质流量。
[0120]图5示出热式流量传感器2的传感电路2b的基本构造，相对于上述电阻线R1、R4的串联连接，2个基准电阻R2、R3的串联连接电路并联地连接，形成桥接电路。恒流源连接至该桥接电路，另外，将上述电阻线R1、R4彼此的连接点与上述基准电阻R2、R3彼此的连接点连接至输入侧而设有差分电路，成为求出上述两个连接点的电位差并将该电位差作为流量信号2c而输出的构成。
[0121]此外，由于热式流量传感器2及流量传感控制部7b本身是众所周知的技术，因而在此省略详细的说明。
[0122]另外，在本实施方式中，作为热式流量监测部lb，使用搭载于富士金股份公司制的FCS-T1000系列的热式流量传感器。
[0123]图21是示出本发明所涉及的带有流量监测器的压力式流量控制装置I的构造的概要图，图21(a)是纵剖面图，(b)是左侧面图，(C)是平面图，(d)是底面图。
[0124]前述图1所示的由压力式流量控制部Ia和热式流量监测部11构成的带有流量传感器的压力式流量控制装置1，由机体30、控制部7、组装于前述机体30的控制阀3、热式流量传感器2、温度传感器4、压力传感器5以及节流口 6等形成，另外，控制部7由压力式流量控制部7a和流量传感控制部7b形成。
[0125]机体30由第I本体块30a、第2本体块30b、第3本体块30c及第4本体块30d形成，第I本体块30a、第3本体块30c及第4本体块30d由4根固定螺栓34相互连结固定。另外，第2本体块30b由2根固定螺栓35固定到第I本体块30a。
[0126]而且，热式流量传感器2的层流元件2d配设固定于第3本体块30c的左侧面侧的内部，压力传感器5配设固定于第3本体块30c的底面，压力传感器17配设固定于第4本体块30d的上表面侧，热式流量传感器2的传感电路2b及控制部7配设固定于第3本体块30c的上表面侧，控制阀3的驱动部配设固定于第I本体块30a的上表面侧，粗滤器29配设固定于第I本体块30a与第2本体块30b之间，节流口 6配设固定于第3本体块30c内。
[0127]同样地，分别地，入口侧通路8形成于第I本体块30a，流体通路10形成于第I及第3本体块30a、30c，出口侧通路9形成于第4本体块体30d，特别地，流体通路10选定内径及长度，使得其内部容积成为必要的最小限度。
[0128]另外，在第3本体块3c，分别贯穿设置有传感管2e的收纳孔2e’及温度传感器4的收纳孔4a。
[0129]此外，在图21中省略，但当然，各本体块30a~30d之间以及各本体块与层流元件2d及节流口 6之间经由密封材料而气密地连结。
[0130]以机体30作为如上所述地将多个块本体30a~30d连结组合的构造，由此,能够将流体通路10的内部容积大幅地减少，并且，能够将层流元件2d和压力传感器5、节流口6等紧凑地配设在机体30内，能够进行带有流量监测器的压力式流量控制装置的小型化并大幅地降低热式流量传感部Ib中的传感流量的瞬态的超调量的水平。
[0131]前述图19及图20等所示的监测流量(热式流量传感器2的流量输出B2)的瞬态的超调量，成为在监测流量输出B2与压力式流量控制部Ia的流量输出A2之间产生差异的原因，引起带有流量传感器的压力式流量控制装置I的流量控制精度和响应性能的下降。
[0132]因此，有必要尽可能减少前述热式流量传感部Ib中的流量输出B2 (热式流量传感器2的流量输出B2)的超调量，减少监测流量输出B2与压力式流量控制部Ia中的流量输出A2的差。
[0133]于是，在本发明中，为了减少图1的流体流路10中的起因于前述超调量的前述监测流量输出B2与流量输出A2的差，作为这样的构成:从压力式流量控制部Ia的流量输出A2的变化率检测超调量的产生时的流体流路10中的控制压力的斜率△ P/At，使用该控制压力的斜率ΛΡ/At来修正热式流量传感器2的流量输出的检测值B2,由此，减少热式流量监测部Ib的流量输出B2 (热式流量`传感器2的流量输出B2)与压力式流量控制部Ia的流量输出A2之间的差异，谋求监测流量精度的进一步的提高。
[0134]参照图1，现在，如果将流动于装置本体内的流体通路10的流体流量设为F1，则该流体流量F1成为由热式流量传感器2检测的流体流量B2。
[0135]另外，如果将流动于节流口 6的下游侧通路(即，出口侧通路9)的流体流量设为F2,则该流体流量F2成为压力式流量控制部Ia中的流体控制流量A2。
[0136]即，上述压力式流量控制部Ia的控制流量F2,由于通过F2=KP1 (K=常数，P1=节流口 6上游侧的压力)而运算，因而上述流量差F1 - F2与流体流路10中的控制压力的上升率(即，压力式流量控制部Ia的流量输出A2的上升率)成比例。
[0137]结果，能够根据F1-F2~ ΛΡ/At而表示SF2=F1 — C(APMt)(其中，C是用于将控制压力的上升率变换为流量的系数)，在原理上，能够根据(AP/At)而进行流量F1的向流量F2的换算。
[0138]此外，在稳定状态(即，在流体流路10，不存在压力上升，控制压力一定)的情况下，成为 ΔΡ/Δ?=0,成为 F1 — F2=0。
[0139]图22是用于修正上述热式流量监测部Ib中的监测流量B2的热式流量传感器2的监测流量输出修正电路H的方块构成图，在图22中，36是压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2的输入端子，37是热式流量监测部Ib的监测流量输出B2的输入端子，38是修正后的监测流量输出B2’的输出端子，39是输入电路，40是微分电路，41是放大电路，42是整形电路，43是修正电路。
[0140]来自压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2经过输入电路39而向微分电路40输入，在此，检测控制流量输出A2的变化率，即，控制压力P的变化率ΛΡ/At。
[0141]另外，控制压力P的斜率(变化率)ΛΡ/At向放大电路41输入，当在此被放大(放大系数C)之后，通过波形的整形电路42，整形为与从输入端子37输入的热式流量监测部Ib的监测流量输出B2相匹配的波形，随后，向由差分放大器构成的修正电路43输入。
[0142]而且，在修正电路43中，从来自热式流量传感器2的前述监测流量输出B2减去从整形电路42输入的修正流量C.ΛΡ/At，将修正后的监测流量输出B2’从修正输出端子38输出。
[0143]图23至图25示出使用上述图22所示的监测流量输出修正电路H的流量容量100SCCM的带有流量监测器的压力式流量控制装置I的、N2气体供给压力300kPaG的条件下的响应特性试验结果。此外，在图23?图25中，A1是压力式流量控制部Ia的设定输入，A2是压力式流量控制部Ia的控制流量输出，B2是热式流量控制部Ib的监测流量输出，B2’是热式流量控制部Ib的修正后的监测流量输出。
[0144]如从图23?图25还得知的，在装置的上升时及下降时的两方，压力式流量控制部Ia的控制流量装置A2与热式流量传感部Ib的监测流量输出B2的修正后的流量输出B2’示出近似的响应特性。
[0145]即，通过使用本发明申请所涉及的监测流量输出修正电路H，从而即使在监测流量B2产生超调量，也能够比较容易地排除其影响，以高的响应性得到高精度的监测流量B2’。
[0146]在带有流量监测器的压力式流量控制装置I中，如果控制流体的气体种类改变，则与现有的压力式流量控制装置的情况同样地，与所谓转换因数C.F有关的流量控制特性的修正也成为必要。
[0147]图26?图28示出在上述图22所示的设有监测流量输出修正电路H的流量容量2000SCCM的、以N2气体为基准而进行流量校正的带有流量监测器的压力式流量控制装置I中变更控制流体的气体种类的情况的监测流量输出B2的及修正后的监测流量输出B2’与压力式流量控制部Ia的设定流量A1的关系，气体供给压力全都为300kPaG。
[0148]图26示出使控制流体作为N2而修正之后的监测流量B2与压力式流量控制部Ia的设定流量A1的关系，设定流量A1与监测流量B2’以1:1的关系相对应。
[0149]与此相对的是，图27及图28示出使控制流体作为O2及Ar的情况，在以具有图26所示的流量特性的N2作为控制流体而校正的带有流量监测器的压力式流量控制装置I中，如果使控制流体为O2，则流量控制特性如直线O2那样。因此，为了使监测流量B2’与设定流量A1作为1:1的对比，有必要将流量控制特性O2再次修正为直线02’。
[0150]在使控制流体作为Ar的情况下也同样，在使Ar作为控制流体的情况下，流量控制特性如图28的直线Ar那样，因而为了使监测流量B2’与设定流量A1作为1:1的对比，有必要考虑N2与Ar之间的气体种类的变换系数(C.F)，将流量特性Ar修正为直线Ar’。
[0151]接着，对本发明所涉及的带有流量监测器的压力式流量控制装置I的实际使用前的热式流量传感器输出的初始值存储进行说明。
[0152]带有流量监测器的压力式流量控制装置I的压力式流量控制部Ia及热式流量监测部lb，有必要在装置I的实际使用中实施所谓流量自身诊断，检查在监测流量与现实的流体流量之间是否无差异，这与现有的压力式流量控制装置的情况相同。
[0153]因此，在本发明的带有流量监测器的压力式流量控制装置I中，在将该装置安装到气体供给系统配管等的情况下，首先，有必要预先存储供给实际气体的初始的热式流量监测部Ib的设定流量值与流量输出值的关系(以下，称为实际气体监测流量输出初始值存储)。
[0154]当然，对于压力式流量控制部la，也需要实际气体流量输出的变换，但由于对于该技术已经众所周知，因而在此省略说明。
[0155]上述热式流量监测部Ia的实际气体监测流量输出初始值存储，按照如图29所示的处理流程进行，首先，使用N2气体，检查热式流量传感器2的流量输出B2相对于装置I的控制流量A1的关系，随后，检查并且存储供给实际气体的情况的相对于控制流量A1的热式流量传感器2的流量输出B2。
[0156]参照图29，首先，在实机安装(步骤S1)之后，将N2的流动因数F.F.值向压力式流量控制部Ia输入(步骤S2)，对管路内的N2气体进行真空排气(步骤S3)。
[0157]随后，进行压力传感器自动零点调整(步骤S4)及热式流量传感器2的自动零点调整(步骤S5),向管路内供给N2气体(步骤S6),进行N2气体引起的流量自身诊断(步骤 S7)。
[0158]而且，在步骤S8中判定基于N2气体的流量自身诊断的结果，如果流量自身诊断的结果处于容许值的范围内，则在步骤S9中检查相对于控制流量A1的热式流量传感器2的流量输出B2 (步骤Sltl)，如果两者的差异是容许值范围内，则结束基于N2气体的处理流程，进入到步骤S12的基于实际气体的处理流程。
[0159]另外，在前述步骤S8中的诊断结果是容许值范围外的情况下，判断为装置I的异常，在步骤S11中，结束处理流程。
[0160]如果基于N2气体的处理流程结束，则将实际气体的流动因数F.F.值向压力式流量控制部Ia输入(步骤S12),在配管内进行真空抽吸(步骤S13),进行压力传感器5的自动零点调整(步骤S14)、热式流量传感器2的自动零点调整(步骤S15),随后，将实际气体向配管路内供给(步骤S16)，在步骤S17中进行实际气体流量自身诊断中的初始值存储。
[0161]此外，该初始值存储是存储供给实际气体的情况的供给初期的压力下降特性的处理，另外，步骤S19的实际气体流量自身诊断，在步骤S17中检查所存储的压力下降特性。
[0162]通过上述步骤S18的实际气体流量自身诊断，从而判断初始值存储时和诊断时的压力下降特性的差异是否处于容许值范围内(步骤S19),如果处于容许范围内，则在步骤Sm中进行热式流量传感器2的流量输出的初始值存储，接下来，在步骤S21中确认热式流量传感器2的流量输出B2，确认相对于控制流量A2的热式流量传感器的监测流量B2的修正值B2’ (步骤S22)，如果两者的差异是容许范围内，则针对实际气体的热式流量传感器输出的初始值存储处理完成(步骤28)。另外，如果前述步骤S19中的实际气体流量自身诊断结果是容许范围外，则装置I作为异常而中止处理流程(步骤S24)。
[0163]前述步骤S2tl中的热式流量传感器流量输出初始值存储的处理，具体而言，如图30(a)所示，利用各流量设定值A1来实行流量控制，从每个流量设定值A1的热式流量传感器的输出值B2自动算出修正值B2’而将其存储。[0164]此外，作为这样的构成:各流量设定值A1的等待时间t和各设定值，在工厂出货前预先存储于装置I内，在图30(a)的示例中，将流量控制设定值A1设为25%、50%、75%及100%，而且，将等待时间t设为10秒钟，计测热式流量传感器2的监测流量B2，算出并存储其修正值B2’。
[0165]前述步骤S22中的实际气体供给时的热式流量传感器流量输出B2的确认也同样，如图3(b)所示，在各流量设定值A1中实行流量控制，在经过规定的等待时间后，计测热式流量传感器输出B2，将对该输出B2加以修正而得到的传感器流量输出B2’输出，进行与控制流量A1的比较。
[0166]此外，压力式流量控制部的各设定值A1与其点数、等待时间t、确认判定的基准值等，预先在工厂出货前存储于装置I内，在图3(b)中，示出将控制流量设定值A1设为额定的12%、37%、62%、87%并将等待时间t设为10秒钟的情况。
[0167]产业上的可利用性
本发明不仅能够适用于半导体制造装置用供给设备，只要控制临界膨胀条件下的流体的流量，就能够也广泛地适用于化学品制造装置等的流体供给电路。
[0168]符号说明
1带有流量监测器的压力式流量控制装置 Ia 压力式流量控制部
Ib 热式流量监测部
2热式流量传感器 2b 传感电路
2d 层流元件 2e 传感管
2e’ 传感管与层流元件之间的流路
3控制阀 3a 阀驱动部
4温度传感器
4a 温度传感器收纳孔
5压力传感器
6节流口
7控制部
7a 压力式流量运算控制部 7b 流量传感控制部
7a! 输入端子 7a2 输出端子 Yb1 输入端子 7b2 输出端子
8入口侧通路
9出口侧通路
10机器本体内的流体通路11气体供给源
12压力调整器
13清洗用阀
14输入侧压力传感器
15数据记录器
16真空泵
17压力传感器
Pd控制阀的控制信号
Pc流量信号
A1流量设定输入
A2压力式流量控制装置的流量输出
B1热式流量传感器输出(图6，热式流量传感器为一次侧的情况)B2热式流量传感器输出(图7，热式流量传感器为二次侧的情况)
30机体
30a第I本体块30b第2本体块30c第3本体块30d第4本体块
31流体入口
32流体出口
33连接器
34固定螺栓
35固定螺栓
H监测流量输出修正电路
36压力式流量控制部的流量输出A2的输入端子
37热式流量监测部的监测流量输出B2的输入端子
38监测流量的修正输出B2’的输出端子
39输入电路
40微分电路
41放大电路
42整形电路
43修正电路
【权利要求】
1.一种带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，由下列部件构成: 流体的入口侧通路8 ； 控制阀3，其与入口侧通路8的下游侧连接并构成压力式流量控制部Ia ； 热式流量传感器2，其与控制阀3的下游侧连接； 节流口 6，其介入设置在与热式流量传感器2的下游侧连通的流体通路10 ； 温度传感器4，其设在所述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10的附近； 压力传感器5，其设在所述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10 ； 出口侧通路9，其与所述节流口 6连通；以及 控制部7，其由压力式流量运算控制部7a及流量传感控制部7b构成，该压力式流量运算控制部7a被输入来自所述压力传感器5的压力信号及来自温度传感器4的温度信号，对流通于节流口 6的流体的流量值Q进行运算，并且，向阀驱动部3a输出使所述控制阀3沿所运算的流量值与设定流量值的差减少的方向进行开闭动作的控制信号Pd，该流量传感控制部7b被输入来自所述热式流量传感器2的流量信号2c并根据该流量信号2c而将流通于节流口 6的流体流量运算显示。
2.根据权利要求1所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，将压力传感器5设在控制阀3的出口侧与热式流量传感器2的入口侧之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，作为这样的控制部7:如果由`流量传感控制部7b运算的流体流量与由压力式流量运算控制部7a运算的流体流量之间的差超过设定值，则进行警报显示。
4.根据权利要求1所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，将控制阀3、热式流量传感器2、节流口 6、压力传感器5、温度传感器4、入口侧通路8、出口侧通路9 一体地组装于一个机体30，并且，将流体通路10 —体地形成于机体30。
5.一种带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，由下列部件构成: 流体的入口侧通路8 ； 控制阀3，其与入口侧通路8的下游侧连接并构成压力式流量控制部Ia ； 热式流量传感器2，其与控制阀3的下游侧连接； 节流口 6，其介入设置在与热式流量传感器2的下游侧连通的流体通路10 ； 温度传感器4，其设在所述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10的附近； 压力传感器5，其设在所述控制阀3与节流口 6之间的流体通路10 ； 出口侧通路9，其与所述节流口 6连通； 压力传感器17，其设在所述节流口 6的下游侧的出口侧通路9 ;以及控制部7，其由压力式流量运算控制部7a及流量传感控制部7b构成，该压力式流量运算控制部7a被输入来自所述压力传感器5及压力传感器17的压力信号及来自温度传感器4的温度信号，进行流通于节流口 6的流体的临界膨胀条件的监视并对流通于节流口 6的流体的流量值Q进行运算，并且，向阀驱动部3a输出使所述控制阀3沿所运算的流量值与设定流量值的差减少的方向进行开闭动作的控制信号Pd，该流量传感控制部7b被输入来自所述热式流量传感器2的流量信号2c并根据该流量信号2c而将流通于节流口 6的流体流量运算显示。
6.根据权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，作为这样的控制部7:如果流通于节流口 6的流体违反临界膨胀条件，则进行警报显示。
7.根据权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，将控制阀3、热式流量传感器2、节流口 6、压力传感器5、温度传感器4、入口侧通路8、出口侧通路9、压力传感器17 —体地组装于一个机体30，并且，将流体通路10 —体地形成于机体30。
8.根据权利要求4所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，作为这样的构成:通过将第I本体块30a、第2本体块30b、第3本体块30c及第4本体块30d —体地连结组装而形成机体30，并且分别地，在第I本体块的上表面侧配设控制阀3，在第3本体块30c的左侧面侧内部配设层流元件2d，在第3本体块30c的右侧面侧内部配设节流口 6，在第3本体块30c的下表面侧配设压力传感器5，在第3本体块30c的上表面侧配设热式流量传感器2的传感电路2b，而且，形成与各本体块30a~30d连通的流体流通路。
9.根据权利要求7所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，作为这样的构成:通过将第I本体块30a、第2本体块30b、第3本体块30c及第4本体块30d —体地连结组装而形成机体30，并且分别地，在第I本体块30a的上表面侧配设控制阀3，在第3本体块30c的左侧面侧内部配设层流元件2d，在第4本体块30c的右侧面侧内部配设节流口 6，在第3本体块30c的下表面侧配设压力传感器5，在第3本体块30c的上表面侧配设热式流量传感器2的传感电路2b，在第4块体的上表面侧配设压力传感器17，而且，形成与各本体块30a~30d连通的流体通路。
10.根据权利要求1或权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，在流量传感控制部7b，设有对基于来自热式流量传感器2的流量信号而运算的监测流量信号B2进行修正的监测流量输出修正电路H，使用流体控制压力的斜率Λ P/ Λ t来将所述监测流量B2修正为B2’ =B2 — C.Λ P/ Λ t (其中，C是变换系数)，以修正后的监测流量B2’作为监测流量信号而输出。
11.根据权利要求1或 权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置，其特征在于，由下列电路构成监测流量输出修正电路H: 压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2的微分电路40 ； 来自所述微分电路40的输出值的放大电路41 ； 来自所述放大电路41的输出的整形电路42 ;以及 修正电路43，其从来自热式流量监测部Ib的监测流量输出B2减去来自所述整形电路的输入而输出监测流量输出B2’。
12.—种带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体监测流量初始值的存储方法及实际气体监测流量的输出确认方法，其特征在于，在根据权利要求1或权利要求5所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置中，在将该带有流量监测器的压力式流量控制装置安装到配管路之后，首先，将N2气体导入而进行压力式流量控制部Ia的控制流量输出A2与热式流量监测部Ib的监测流量输出B2’的对比，在两者的差异为容许范围内的情况下，接着，在将实际气体导入而检测并存储各设定流量值的热式流量监测部Ib的监测流量输出B2’的初始值之后，进行热式流量监测部Ib的监测流量输出B2’相对于压力式流量运算部Ia的控制流量输出A2的对比，如果两者的差异处于容许范围内，则输出实际气体监测流量输出B2’，并且，使所述初始值存储作为有效的存储。
13.根据权利要求12所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体监测流量初始值的存储方法及实际气体监测流量的输出确认方法，其特征在于，在将N2气体导入之后，使用N2气体来进行流量自身诊断，确认装置中无异常。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体监测流量初始值的存储方法及实际气体监测流量的输出确认方法，其特征在于，在将实际气体导入之后，使用实际气体来进行流量自身诊断，确认装置及实际气体中无异堂巾O
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体监测流量初始值的存储方法及实际气体监测流量的输出确认方法，其特征在于，在N2气体导入前及/或实际气体导入前，进行真空抽吸，进行带有流量监测器的压力式流量控制装置的压力传感器5及热式流量传感器2的自动零点调整。
16.根据权利要求11所述的带有流量监测器的压力式流量控制装置的实际气体监测流量初始值的存储方法及实际气体监测流量的输出确认方法，其特征在于，针对预定的多个压力式流量控制部Ia的每个设定流量，从输出开始起预定的等待时间t后计测热式流量传感器2的流量输出，存储或确`认经自动修正的所述计测值。
【文档编号】G05D7/06GK103518165SQ201280022338
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】平田薰, 土肥亮介, 西野功二, 池田信一, 杉田胜幸 申请人:株式会社富士金