JP2000305630A - 並列分流型の流体供給装置 - Google Patents
並列分流型の流体供給装置Info
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Abstract
の流路を並列的に配設した流体供給装置において、各流
路の流体供給の開閉操作が他の流路の定常供給に過渡的
変動を与えないようにする。 【解決手段】 第1の発明は、各流路に流量制御用のマ
スフローコントローラMFCを配置し、ある流路の流体
供給が閉から開になったとき、その流路のマスフローコ
ントローラMFCが動作開始から一定の遅延時間Δtを
有して指令流量Qsに到達するように構成する。この遅
延時間は可変に設定できる。第2の発明は、本発明者等
が既に公開している特開平8−33856号公報の圧力
式流量制御器FCSを各流路に配置し、その高速流量制
御性能によって流路間の過渡的変動を直ちに吸収解消す
るようにする。
Description
品、精密機械部材等の製造に用いるガス等の各種流体の
供給装置に関し、更に詳細には、並列配置された複数の
流路のうちの任意の流路が、閉から開に切換えられて流
体が供給されたとき、この影響による他の流路に於ける
流量変動を極減化できるようにした並列分流型の流体供
給装置に関するものである。
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、そのほとんどが所謂マスフローコントロー
ラを用いている。
を示すもので、材料ガスはレギュレータRGにより1次
圧から2次圧へと圧力調整され、流路に供給される。1
次圧は通常高圧であって圧力計P1 により、また、2次
圧は供給可能な低圧であって圧力計P2 により、夫々検
出される。
スフローコントローラMFCが配置され、その流量を計
測するために流量計であるマスフローメータMFMが設
けられている。材料ガスは反応室Cで処理された後、バ
ルブVVを介して真空ポンプVPにより排気される。
スが定常供給されているときには外乱による流量変動が
ないため、反応室Cでは安定した処理反応が持続でき
る。
本以上の流路に材料ガスを供給する場合に発生する。図
11は、2本の流路S1 、S2 へ1個のレギュレータR
Gによりガス供給する場合を示す。流路S2 には反応室
Cを配置していないが、実際には反応室Cを配置して、
両反応室でのガス反応を並行して制御しようとするもの
である。尚、各部材は図10と同様であるから、流路毎
に添字を変えて示し、説明は省略する。
材料ガスが定常供給され、反応室Cで所定の反応が進行
中であるとする。一方、流路S2 ではバルブV3 、V4
は閉であり、閉鎖状態にある。この様な中でバルブ
V3 、V4 を開にし、所定流量に設定されたマスフロー
コントローラMFC2 を直ちに作動させて流路S2 にガ
スを供給し始めたとき、安定状態にある流路S1 にどの
様な影響が現れるかを検討した。
ートである。バルブV3 、V4 が閉から開になった瞬
間、流路S2 側のMFC2 信号とMFM2 信号が高いピ
ーク状のオーバーシュートを起し、その後一定値に収束
してゆく。この過渡状態のオーバーシュートが圧力P2
A、P2 Bの変動を介して流路S 1 のMFC1 信号とM
FM1 信号に大きな変動を生起していることが分る。
与え、流路S1 の定常反応が流路S 2 からの外乱により
阻害されることになる。例えば、半導体の製造中であれ
ば、半導体中に格子欠陥を生起したり、エッチングプラ
ズマの場合にはプロセスに影響を与える。また、化学反
応であれば、原料ガスの過不足によって生成物質の濃度
に乱れを生じ、この乱れがカオス現象を通してどの様に
展開してゆくか予測を許さないものがある。但し、レギ
ュレータRGの上流側圧力P1 にはほとんど過渡的影響
を与えないのは、レギュレータRGが存在しているから
である。
めには、図13に示すように、流路S1 、S2 の両方に
レギュレータRG1 、RG2 を配置することが望まし
い。こうすれば、流路S2 側を突然に流通させても、レ
ギュレータRG2 の存在により圧力変動が上流側に伝達
されず、流路S1 における流体の定常供給に影響を与え
ない。逆に、流路S1 の開閉が流路S2 側に影響を与え
ないことも同様である。
供給可能な低圧流体に圧力変換する装置であり、装置自
体が相当に高価なものである。従って、流路の本数が増
えれば、それと同数だけのレギュレータRGが必要にな
り、流体供給装置全体の複雑・大形化とコストアップを
招来する。
調整用の1個のレギュレータから複数本の流路を並列的
に分岐し、各流路に流量調整用のマスフローコントロー
ラを設けた場合には、1つの流路の閉から開への操作
が、定常流通状態にある他の流路の流量に過度的変動を
与えることになる。そして、この過渡的変動は、その流
路での反応室のプロセスに影響を与えるため、各種の障
害の原因となる。
流路にレギュレータを1個づつ配置してゆくと、装置全
体の複雑・大形化とコストアップを招来することにな
る。
するために創作されたものであり、第1発明に係る並列
分流型の流体供給装置は、流体を圧力調整するレギュレ
ータと、このレギュレータから送出される流体を並列的
に分流させる複数本の流路と、各流路に設けられた流量
制御用のマスフローコントローラとから構成され、ある
流路のマスフローコントローラを動作させてその流路を
流体の閉鎖状態から指令流量での流通状態に流通制御す
るとき、このマスフローコントローラが動作開始点から
指令流量値に到るまでに遅延時間を有するように設定し
たことを特徴とする。
装置は、流体を圧力調整するレギュレータと、このレギ
ュレータから送出される流体を並列的に分流させる複数
本の流路と、各流路に設けられた圧力式流量制御器とか
ら構成され、この圧力式流量制御器はオリフィスと、そ
の上流側に設けたコントロール弁と、オリフィスとコン
トロール弁の間に設けた圧力検出器と、オリフィス上流
側圧力Puを下流側圧力Pdの2倍以上に設定しながら
圧力検出器の検出圧力Puから流量をQc=KPu(但
しKは定数)として演算し、この演算流量Qcと指令流
量Qsとの差を制御信号Qyとしてコントロール弁の駆
動部に出力する演算制御回路とからなり、コントロール
弁を開閉してオリフィス下流側流量を制御することを特
徴とする。
ーコントローラの作動特性を鋭意研究した結果、マスフ
ローコントローラを直ちに指令流量値にまで開放制御す
ると、流路S 2 に大量の材料ガスが一気に流入する結
果、流路S1 の圧力P2 Aが過渡的に小さくなり、信号
MFC1 と信号MFM1 に過渡的変動を生起すると考え
るに到った。
的影響を極小化するためには、ガスを流路S2 内へ漸次
増加する状態下で流通させることが重要になる。即ち、
バルブV3 、V4 を開放後、マスフローコントローラM
FC2 を時間をかけて“0”から指令流量値にまで増大
するよう制御すればよいと云うことである。この時間を
遅延時間といい、遅延時間を長くするに従って過渡的影
響は小さくなってゆく。即ち、この遅延時間を可変自在
にすれば、各種の条件下で生起する過渡的変動に対応す
ることができる。
径、ガス等流体の種類等に依存し、これらの与えられた
諸条件の中で遅延時間を経験的に決めてゆくのがよい。
尚、上記に於いては流路2の流路1に対する影響を述べ
たが、逆に流路1の流路2に対する影響も同様に考えら
れる。流路が2本だけでなく、更に本数が増えていった
場合でも同様に考えることが出来る。即ち、流路が複数
本存在する場合には、流路毎に配置されている全てのマ
スフローコントローラを遅延制御しておけば、どの流路
を閉から開に設定した場合でも、他の流路への過渡的影
響を極減化できることになる。
は前記過渡的影響を吸収出来にくい固有の性質があると
考え、マスフローコントローラを用いない他の方法をも
鋭意研究した。マスフローコントローラは流体によって
運ばれる熱移動量から流量を計測するため、流量変動が
流速よりも高速の場合には、流量制御が流量変動に追随
できにくく、そのためマスフローコントローラは過渡的
影響を吸収できにくいと考えるに至った。
御装置を用いれば、この問題を解決することができる。
本発明者等は特開平8−338546号公報において圧
力式流量制御装置を公表しており、この装置を上記問題
を解決するために適用することにした。
ある。つまり、オリフィス上流側圧力Puがオリフィス
下流側圧力Pdの約2倍においては、オリフィスを通過
する流速は音速となり、オリフィスを通過する流量Qc
はオリフィス上流側圧力Puに比例するというものであ
る。基本式はQc=KPu(但しK:定数)であり、上
流側圧力Puさえ計測しておけば、流量を直ちに算出す
ることができる。マスフローコントローラでは熱移動と
いう現象を介して流量計測したが、この圧力式流量制御
装置では、流体の理論的性質を活用しており、しかも圧
力計測は高速で行うことができる。
き、演算流量QcをQc=KPuで算出し、指令流量Q
sとの差がゼロになるようにコントロール弁を開閉制御
すれば、演算流量Qcを指令流量Qsに直ちに一致させ
ることができる。これは、オリフィス上流側圧力Puの
圧力計測の高速性の結果可能となったものであり、図1
2に示される程度の変動であれば、これを十分に吸収す
ることができる。
ーラの場合>図1は本発明の第1実施例を示した構成図
で、時間遅延型マスフローコントローラを用いたもので
ある。
計、P2 A・P2 Bは2次圧計測用の圧力計、V1 〜V
4 はバルブ、DMFC1 ・DMFC2 は流量制御用の時
間遅延型マスフローコントローラ、MFM1 ・MFM2
は流量計測用のマスフローメータ、Cは反応室、VV1
・VV2 はバルブ、VP1 ・VP2 は真空ポンプ、S 1
・S2 は流路を示す。矢印はガスの流れを示し、流路に
応じて各部材の添字が変えてある。全体構成は図11の
場合と同様である。
ローコントローラの構成図であり、流路S1 におけるも
のも同様である。VCはバルブV3 ・V4 の閉から開を
検知するバルブ検出部、STは流量設定部、DTは時間
遅延部、PSは電源、DPは表示部、AMPは増幅器、
BGはブリッジ回路、CCは比較回路、VPはバルブ部
である。又、BPはバイパス部、SPはセンサ部、US
は上流側センサ、DSは下流側センサを示している。
今、流路S1 はバルブV1 ・V2 が開放されてガスが定
常供給されており、反応室Cにて安定なガス反応が行な
われているとする。この段階で閉鎖されていたバルブV
3 ・V4 が開放され、ガスが時間遅延型マスフローコン
トローラDMFC2 に流入してきたとする。
る。バルブ検出部VCがバルブV3・V4 の閉から開へ
の変化を検出すると、小停止時間tO を置いた後時間遅
延部DTが作動し始める。この小停止時間tO はゼロで
もよいが、バルブV3 ・V4の開により生じるガス流の
乱れが収まる時間として設けられている。
え、この時間は流量設定部STにより設定された指令流
量Qsになるまでバルブ部VPを次第に開放してゆく時
間である。この遅延時間Δtはバルブ部VPをゆっくり
と開放してゆくから、他の流路への影響を小さくする。
従って、上記の小停止時間tO と遅延時間Δtにより外
乱を押えることができ、各々の時間tO 、Δtを可変に
することでより適切な時間を調整することが可能とな
る。
V4 を同時に開放すると共に小停止時間t0 を比較的長
い2〜3秒に設定しているが、当該小停止時間t0 を零
若しくは0.5秒以下の極く短い時間に設定した場合に
は、両バルブV3 ・V4 の開(又は閉)の際の時間差に
よって、他方の流路S1 に与える流量変動の影響が大き
く変化する。そのため、通常、小停止時間t0 が極く短
い場合には、流路S2 側の開放時には先ずバルブV4 を
開にし、その約1秒後にバルブV3 を開にする。また、
流路S2 側の閉鎖時には先ずバルブV3 を閉にし、その
約1秒後にバルブV4 を閉にする。即ち、流路S2 側の
マスフローコントローラDMFC2 に直に大きな流体圧
をかけないようにするのが望ましい。
SPに分流され、センサ部SPでは上流側センサUSに
よって生じた熱が下流側センサDSにより検知されて瞬
間流量Qがブリッジ回路BGにより算出される。増幅器
AMPを通した後、瞬間流量Qは比較回路CCにより指
令流量Qsと比較され、前記遅延時間Δtだけかかって
バルブ部VPを開放してゆく。そして指令流量Qsに到
達するとその状態で維持される。
合の各種信号のタイムチャートを示す。これらの測定例
では、遅延時間Δtを80%到達時間として定義してい
る。即ち、瞬間流量Qが指令流量Qsの80%に到達し
た時間を遅延時間Δtとする。この他にも各種の定義が
採用できるが、これらの定義の全ては本発明の遅延的時
間に包含されるものである。
8秒、図5はΔt=4秒、図6はΔt=7.5秒の場合
を示している。小停止時間tO は自由に設定でき、図3
〜図6では3〜5秒に設定している。小停止時間tO は
更に小さくしてもよい。
は図12における信号と同様であり、その中でマスフロ
ーコントローラMFC1 ・MFC2 が時間遅延型マスフ
ローコントローラDMFC1 ・DMFC2 に変更されて
いるだけである。これらの図を比較すると、遅延時間Δ
tを長くする程各種信号の過渡的変動が急減しているこ
とが分る。特に流路S1 における信号P2 A、DMFC
1 、MFM1 の過渡的変動の極減化は、流路S2 の開に
よる流路S1 への影響を抑制するという本発明の目的が
十分に達成されていることを示している。
7は本発明の第2実施例を示した構成図で、圧力式流量
制御器を用いたものである。図1の時間遅延型マスフロ
ーコントローラDMFC1 ・DMFC2 を圧力式流量制
御器FCS1 ・FCS2 に変更しただけであり、他の部
材は図1と同様であるから、その説明を省略する。
FCS1 の構成図であり、流路S2におけるものも同様
である。図中、ORはオリフィス、Puは上流側圧力
計、AP1 は増幅器、A/DはAD変換器、Mは温度補
正部、SSは流量設定部、CCは比較回路、AP2 は増
幅器、DVは駆動部、CVはコントロール弁である。ま
たSS、CC、M、AP2 を全体として演算制御回路C
CCという。
る。今、流路S2 が突然に閉から開になり、その圧力変
動が流路S1 に逆流したとする。圧力式流量制御器FC
S1では、オリフィス上流側圧力Puがオリフィス下流
側圧力Pdの約2倍以上に設定されておれば、オリフィ
スを通過する瞬間流量QはQ=K・Pu(但し、Kは定
数)で与えられることが理論的に保証されている。
圧力は、増幅器AP1 を介した後A/D変換される。こ
の後、温度補正部Mにより温度補正されて演算流量Qc
となる。この演算流量Qcは前述の瞬間流量Qであるか
ら、Qc=KPuが成立している。
されており、前述の演算流量Qcとの差が比較回路CC
により制御信号Qy(Qy=Qs−Qc)として算出さ
れる。この制御信号Qyをゼロにするように駆動部DV
がコントロール弁CVを開閉制御する。
できるものであるから、コントロール弁CVの開閉制御
は電子的速度で制御可能である。換言すれば機械的な意
味でのコントロール弁の限界的開閉速度にまで高速制御
可能である。
S1 の圧力P1 Aが過渡的変動をしても、コントロール
弁CVが高速に応答して、オリフィス通過流量は指令流
量Qsに高速に復帰制御される。つまり、圧力式流量制
御器を用いる場合には、流路間の過渡的な相互変動は直
ちに高速補正され、定常流を保持できるのである。
ムチャートである。バルブV3 ・V 4 を開にして圧力式
流量制御器FCS2 を作動させると、FCS2 信号もM
FM 2 信号も瞬間的にゼロから定常値に到達する。しか
も流路S1 のFCS1 信号およびMFM1 信号はほとん
ど変動することなく定常値を保持し続ける。尚、圧力式
流量制御器FCS2 ・FCS1 を用いる場合には、前記
バルブV3・V4 を開放した後の小停止時間tO は不要
であり、tO =0としている。
ると、流路間の開閉による干渉的相互作用は高速に補正
でき、流体の定常供給状態を保持することができる。
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含する
ものである。
にして流体を供給する場合に、その流路のマスフローコ
ントローラの動作に時間遅延作用を施こしたから、他の
流路に対する過渡的変動を極減化することができる。従
って、他の流路の定常流を安定に保持でき、1個のレギ
ュレータによって複数の流路の定常制御を実現できる。
ラの遅延時間を任意に可変設定できるから、最も有効な
定常制御を実現できる。
式流量制御器を導入したので、各流路の流量制御の高速
化を実現でき、流路間の干渉的な過渡的変動をその高速
性により吸収でき、各流路の定常制御を高速且つ確実に
実現できる。
ーコントローラを用いた並列分流型の流体供給装置の構
成図である。
体的な構成図である。
各種信号のタイムチャート図である。
信号のタイムチャート図である。
信号のタイムチャート図である。
各種信号のタイムチャート図である。
用いた並列分流型の流体供給装置の構成図である。
る。
る。
る。
である。
ート図である。
である。
器、BGはブリッジ回路、BPはバイパス回路、Cは反
応室、CCは比較回路、CVはコントロール弁、CCC
は演算制御回路、DMFC1 ・DMFC2 は時間遅延型
マスフローコントローラ、DPは表示部、DTは時間遅
延部、DSは下流側センサ、DVは駆動部、FCS1 ・
FCS2 は圧力式流量制御器、Mは温度補正部、MFC
・MFC1・MFC2 はマスフローコントローラ、MF
M・MFM1 ・MFM2 はマスフローメータ、ORはオ
リフィス、P1 ・P2 A・P2 Bは圧力計、Puはオリ
フィス上流側圧力、Pdはオリフィス下流側圧力、Ps
は電源、Qcは演算流量、Qsは指令流量、RG・RG
1 ・RG2 はレギュレータ、S1 ・S2 は流路、SPは
センサ部、SS・STは流量設定部、tO は小停止時
間、Δtは遅延時間、USは上流側センサ、VPはバル
ブ部、V1 〜V4 ・VV・VV1 ・VV2 はバルブ、V
P1 ・VP2 は真空ポンプ。
Claims (3)
- 【請求項1】 流体を圧力調整するレギュレータ(R
G)と、このレギュレータ(RG)から送出される流体
を並列的に分流させる複数本の流路(S1 )、(S2 )
と、各流路に設けられた流量制御用のマスフローコント
ローラ(DMFC1 )、(DMFC2 )とから構成さ
れ、ある流路のマスフローコントローラを動作させてそ
の流路を流体の閉鎖状態から指令流量での流通状態に流
通制御するとき、このマスフローコントローラが動作開
始点から指令流量値(Qs)に到るまでに遅延時間(Δ
t)を有するように設定したことを特徴とする並列分流
型の流体供給装置。 - 【請求項2】 前記遅延時間(Δt)を可変調節できる
請求項1記載の並列分流型の流体供給装置。 - 【請求項3】 流体を圧力調整するレギュレータ(R
G)と、このレギュレータ(RG)から送出される流体
を並列的に分流させる複数本の流路(S1 )、(S2 )
と、各流路に設けられた圧力式流量制御器(FC
S1 )、(FCS2 )とから構成され、この圧力式流量
制御器はオリフィスORと、その上流側に設けたコント
ロール弁(CV)と、オリフィスとコントロール弁の間
に設けた圧力検出器と、オリフィス上流側圧力Puを下
流側圧力Pdの2倍以上に設定しながら圧力検出器の検
出圧力Puから流量をQc=KPu(但しKは定数)と
して演算し、この演算流量Qcと指令流量Qsとの差を
制御信号Qyとしてコントロール弁(CV)の駆動部
(DV)に出力する演算制御回路(CCC)とからな
り、コントロール弁を開閉してオリフィス下流側流量を
制御することを特徴とする並列分流型の流体供給装置。
Priority Applications (9)
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---|---|---|---|
JP10868999A JP3626874B2 (ja) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | 並列分流型の流体供給装置 |
KR10-2000-7014228A KR100427563B1 (ko) | 1999-04-16 | 2000-04-03 | 병렬분류형 유체공급장치와, 이것에 사용하는 유체가변형압력식 유량제어방법 및 유체가변형 압력식 유량제어장치 |
EP00913087A EP1096351A4 (en) | 1999-04-16 | 2000-04-03 | FLUID SUPPLY DEVICE OF THE PARALLEL BYPASS TYPE, AND METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE FLOW OF A VARIABLE FLUID TYPE PRESSURE SYSTEM USED IN SAID DEVICE |
EP20080006286 EP2028577A2 (en) | 1999-04-16 | 2000-04-03 | Parallel bypass type fluid feeding device, and method and device for controlling fluid variable type pressure system flow rate used for the device |
PCT/JP2000/002160 WO2000063756A1 (fr) | 1999-04-16 | 2000-04-03 | Dispositif d'alimentation en fluide du type derivation parallele, et procede et dispositif de commande du debit d'un systeme de pression du type a fluide variable utilise dans ledit dispositif |
TW89107095A TW445401B (en) | 1999-04-16 | 2000-04-15 | Parallel bypass type fluid feeding device, and method and device for controlling fluid variable type pressure system flow rate used for the device |
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