特許ウォッチ

公開番号2024170836
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-11
出願番号2023087572
出願日2023-05-29
発明の名称流体制御装置
出願人株式会社フジキン
代理人個人,個人
主分類G05D 7/06 20060101AFI20241204BHJP(制御;調整)
要約【課題】ビルドダウン法によって、より広い流量範囲で流量測定を行うことができる流体制御装置を提供する。
【解決手段】
流体制御装置30は、上流開閉弁4と、上流開閉弁の下流側に設けられたコントロール弁12を有する流量制御装置10と、上流開閉弁4とコントロール弁12との間の流体の圧力を測定する供給圧力センサ16とを備え、上流開閉弁を閉じた後の供給圧力センサの出力に基づいて流量測定可能なように構成されており、上流開閉弁4と流量制御装置10とはベースプレート40に対して固定されており、流量制御装置10とベースプレート40との間に設けられ、上流開閉弁4および流量制御装置10に連通する空間32fを内部に有する容量増加部材32を備えている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
上流開閉弁と、
前記上流開閉弁の下流側に設けられたコントロール弁を有する流量制御装置と、
前記上流開閉弁と前記コントロール弁との間の流体の圧力を測定する供給圧力センサと
を備え、前記上流開閉弁を閉じた後の前記供給圧力センサの出力に基づいて流量測定可能なように構成された流体制御装置であって、
前記上流開閉弁および前記流量制御装置はベースプレートに対して固定されており、
前記流量制御装置と前記ベースプレートとの間に、前記上流開閉弁および前記流量制御装置に連通する空間を有する容量増加部材が設けられている、流体制御装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記容量増加部材は、内部に折り返し流路を含み、前記容量増加部材の流入口と流出口とが前記容量増加部材の同じ側に配置されている、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記容量増加部材は、第１の細長穴と、前記第１の細長穴に挿入され前記第１の細長穴より小径の棒状の第１の詰め物と、第２の細長穴と、前記第２の細長穴に挿入され前記第２の細長穴より小径の棒状の第２の詰め物とを有し、
前記第１の細長穴と前記第１の詰め物との間の空間によって第１流路が形成され、
前記第２の細長穴と前記第２の詰め物との間の空間によって第２流路が形成され、
前記第１流路と前記第２流路とが、前記容量増加部材の流入口と流出口とが設けられた側とは反対の側で孔によって連通しており、これによって、前記折り返し流路が形成されている、請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記容量増加部材は、前記流入口が設けられた部分と、前記流出口が設けられた部分との間に段差を有しており、
低段部に設けられた前記流入口が前記上流開閉弁と直接的に接続され、高段部に設けられた前記流出口が前記流量制御装置と直接的に接続されている、請求項２または３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記ベースプレートに対して固定された段差流路ブロックであって、前記流量制御装置と、前記流量制御装置の下流側に設けられた下流開閉弁とを連通させる流路を有する段差流路ブロックをさらに備える、請求項４に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記流量制御装置は、内部に流路を有する本体流路ブロックと、前記本体流路ブロックの上面に配置された前記コントロール弁と、前記コントロール弁の下流側の流路に設けられた絞り部と、前記コントロール弁と前記絞り部との間の流体圧力を測定する上流圧力センサとを備える圧力式流量制御装置であり、
前記流量制御装置の前記本体流路ブロックの下面と、前記ベースプレートの上面との間の空間に、前記容量増加部材の少なくとも一部が配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記ベースプレートには、流路ブロックを介して前記上流開閉弁が固定され、前記流量制御装置は、前記容量増加部材を介して前記ベースプレートに固定されており、前記ベースプレート上には集積化ガス供給システムが形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の流体制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御装置に関し、特に、ビルドダウン法を利用して流量測定可能に構成された流体制御装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や化学プラントのガス供給システムにおいて、プロセスチャンバに多種類のガスを切り替えて供給することがある。プロセスチャンバに供給されるガスには、原料ガス、エッチングガス、パージガスなどが含まれる。供給されるガスの流量は、各ガスに対応して設けられた供給ラインにそれぞれ設けられた流量制御装置によって制御される。
【０００３】
複数のガス供給ラインを形成する手段として、本出願人によって開発された集積化ガス供給システムＩＧＳ（登録商標）が利用されている（例えば特許文献１）。集積化ガス供給システムでは、ベースプレート上に、流路ブロック（継手ブロック）、開閉弁、流体制御器などを配置・固定することによって、各ガス供給ラインをコンパクトな態様でまとめて形成することができる。
【０００４】
ガス供給ラインに設けられる流量制御装置としては、マスフローコントローラ（熱式質量流量制御器）や圧力式流量制御装置が知られている。このうち、圧力式流量制御装置は、コントロール弁と絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な機構によって、各種流体の質量流量を高精度に制御することができるため、広く利用されている。
【０００５】
圧力式流量制御装置には、コントロール弁の開度調整によって絞り部の上流側の流体圧力（以下、上流圧力Ｐ１または制御圧力Ｐ１と称することがある）を制御し、この上流圧力Ｐ１に応じた流量で、絞り部の下流側に流体を流すものがある。圧力式流量制御装置は、一次側供給圧、すなわち、コントロール弁の上流側の流体圧力が大きく変動する状況にあっても、安定した流量制御が行えるという、優れた流量制御特性を有している。
【０００６】
また、流量制御装置の運用において、随時、流量精度の確認や流量制御装置の校正を行うことが望まれている。特に、上記の圧力式流量制御装置は、直接的な流量測定機構を備えていないので、経年変化によって絞り部の口径が変動したときなどには、上流圧力Ｐ１に基づいて正しい流量を把握することが困難になる。したがって、特に圧力式流量制御装置では、他の方法によっても流量測定を行うことができれば有利であった。絞り部の口径は、ガス堆積による詰まりやガスによる腐食の発生によって、使用を続けるうちに変動し得ることが知られている。
【０００７】
圧力式流量制御装置に適用可能な流量測定方法として、ビルドアップ法やビルドダウン法が知られている。ビルドアップ法は、下流側のバルブを閉じた後のビルドアップ容量における圧力の上昇率（すなわち、圧力上昇幅ΔＰ／要した時間Δｔ）に基づいて、ガスの流量を測定する方法である。また、ビルドダウン法は、上流側のバルブを閉じた後のビルドダウン容量内の圧力の降下率（すなわち、圧力降下幅ΔＰ／要した時間Δｔ）に基づいて、ガスの流量を測定する方法である。
【０００８】
ビルドダウン法では、流量制御装置の上流側に設けられたビルドダウン容量の内部に存在していたガスを、ビルドダウン容量の上流側の開閉弁を閉じた後、流量制御装置を介して流出させる。そして、そのときのビルドダウン容量内の圧力降下率（ΔＰ／Δｔ）と温度（Ｔ）とを測定することにより、例えば、Ｑ＝Ｋ×（ΔＰ／Δｔ）×Ｖ／ＲＴ（Ｋ：定数、Ｒ：気体定数、Ｖ：ビルドダウン容量の容積）から流量Ｑを演算により求めることができる（例えば、特許文献２および特許文献３）。ビルドダウン法によって求めた流量は、流量制御装置が示す流量と比較され、流量制御装置の校正のために用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
国際公開第２００７／０１７９３７号
国際公開第２０１３／１７９５５０号
特開２０２１－１６３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ビルドダウン法によって流量を測定するときのビルドダウン容量として、流路に接続されたビルドダウンチャンバ等が用いられる場合がある。ただし、小流量の流量測定を行う場合は、容量が大きくなる分だけ圧力降下率が小さくなり流量測定に時間がかかるという問題がある。また、エッチングガスとして、例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスが用いられることがあり、ＨＦガスは、ステンレス鋼などからなる流路等の内表面に吸着しやすいという性質を有しているため、ガスが溜まるビルドダウンチャンバ等を設けると、その後、清浄化しづらいという問題が生じ得た。
（【００１１】以降は省略されています）

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