JP2022029854A - 流量制御装置、流量制御方法、及び、流量制御プログラム - Google Patents

流量制御装置、流量制御方法、及び、流量制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】設定流量の大きさが変化しても最終的には内部の圧力を低く保って流量センサの感度を高く保ち、流量制御精度を向上させられる流量制御装置を提供する。【解決手段】第１圧力センサＰ１の測定する第１圧力と、第２圧力センサＰ２の測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗ＦＲを流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出器ＦＣと、前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブＶ１を通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算する第１バルブ流量換算器１１と、前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算する第２バルブ流量換算器２１と、第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように第１バルブを制御する第１バルブ制御器１２と、第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように第２バルブを制御する第２バルブ制御器２２と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、流体の例えば流量を制御する流量制御装置に関するものである。
半導体製造プロセスでは、チャンバ内に各種ガスを所望の流量に制御した状態で供給することが行われている。近年、この分野では流量の高速制御や流量精度のさらなる向上が求められており（特許文献１参照）、このような要求に答えるために２つの制御バルブを用いた流量制御装置が提案されている。
具体的にこの流量制御装置は、流路に対して第１バルブ、圧力式の流量センサ、第２バルブが上流側からこの順番で設けられたものである。例えば第１バルブは、流量センサを構成する層流素子の上流側に設けられた第１圧力センサの第１圧力がフィードバックされて、当該第１圧力が所望の設定圧力で一定になるように制御される。また、第２バルブは流量センサで測定される測定流量がフィードバックされ、測定流量が設定流量と一致するように制御される。
ところで、流量と圧力との間の関係は非線形であるため、圧力式の流量センサは低圧であるほど感度が良くなる。したがって、設定圧力をできるだけ小さい値に設定して、層流素子の上流側の圧力である第１圧力を低圧に保ったほうが、第２バルブによる流量制御の精度を向上できる。
しかしながら、設定圧力を低くしすぎると、第１圧力が層流素子及び第２バルブでの圧損や第２バルブの下流側の圧力を十分に上回れず、第２バルブの下流側へ流体を大流量で流すことができなくなってしまう。一方、設定流量の大きさに対応させて設定圧力も大きくすると、層流素子の前後における圧力の上昇が発生してしまう。このため、設定流量ごとに流量センサ特性が大きく異なっている状態で流量制御が行われる可能性があり、設定流量の変化に対して制御精度を一定に保つことが難しくなる。
特開2015-109022号公報
本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、設定流量の大きさが変化しても最終的には内部の圧力を低く保って流量センサの感度を高く保ち、流量制御精度を向上させられる流量制御装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る流量制御装置は、流路に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出器と、前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算する第１バルブ流量換算器と、前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算する第２バルブ流量換算器と、第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御する第１バルブ制御器と、第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御する第２バルブ制御器と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る流量制御方法は、流路に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流量制御装置を用いた流量制御方法であって、前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出することと、前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算することと、前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算することと、第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御することと、第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御することと、を備えたことを特徴とする。
このようなものであれば、前記抵抗流量の上流側にある前記第１バルブにおいて実際に流れている前記第１バルブ流量と、前記抵抗流量の下流側にある前期第２バルブにおいて実際に流れている前記第２バルブ流量と、それぞれ個別に得ることができる。例えば、前記流路を流れる流体の流量が一定で安定していない、流量の立ち上がり時や立ち下がり時では、前記第１バルブと前記第２バルブを通過する流量は一致していないが、本発明であれば前記第１バルブ流量及び前記第２バルブ流量に基づき、前記第１バルブ及び前記第２バルブにおいて各設定流量を実現するのに必要な開度をそれぞれ別々に実現できる。
より具体的には流量を現状よりも大きくする場合には、前記第１バルブ制御器は前記第１圧力が大きくなるように前記第１バルブを制御するとともに、前記第２バルブ制御器は前記第２圧力が小さくなるように前記第２バルブを制御する。流量を現状よりも小さくする場合には、前述した逆の動作が実現される。したがって、２つのバルブによって前記第１圧力と前記第２圧力はそれぞれ逆方向に変化させることができるので、流量の増減を高速で調節できるとともに、前記第１圧力と前記第２圧力の平均圧力はほぼ一定の圧力に保つことができる。また、この平均圧力を前記抵抗流量の算出に適した圧力に調節することで、圧力式の流量センサとしての感度も高く保つことができる。
前記流体抵抗よりも上流側を流れている前記第１バルブ流量を前記抵抗流量から流量制御に用いられる精度や速度で得られるようにするには、前記第１バルブ流量換算器が、前記抵抗流量と、前記第１圧力の時間微分値とに基づいて前記第１バルブ流量を算出するものであればよい。
前記流体抵抗よりも下流側を流れている前記第２バルブ流量を前記抵抗流量から流量制御に用いられる精度や速度で得られるようにするには、前記第２バルブ流量換算器が、前記抵抗流量と、前記第２圧力の時間微分値とに基づいて前記第２バルブ流量を算出するものであればよい。
前記第１圧力センサで前記第１圧力が測定される第１容積又は前記第２圧力センサで前記第２圧力が測定される第２容積への流体の流出入量と、気体の状態方程式に基づいて、前記抵抗流量をＱＦＲ、前記第１バルブ流量をＱＶ１、前記第２バルブ流量をＱＶ２、前記第１圧力をｐ１、前記第２圧力をｐ２、第１換算係数をＡ１、第２換算係数をＡ２とした場合に、前記第１バルブ流量換算器が、ＱＶ１＝ＱＦＲ＋Ａ１×ｄ（ｐ１）／ｄｔによって前記第１バルブ流量を算出し、前記第２バルブ流量換算器が、ＱＶ２＝ＱＦＲ－Ａ２×ｄ（ｐ２）／ｄｔによって前記第２バルブ流量を算出するものが挙げられる。
理想気体と実在気体の差を考慮してより正確な前記第１バルブ流量及び前記第２バルブ流量を得られるようにするには、前記第１容積の大きさをＶＬ１、前記第２容積の大きさをＶＬ２、気体定数をＲ、温度をＴ、圧縮率因子をＺとした場合に、Ａ１＝Ｚ×ＶＬ１／ＲＴ、Ａ２＝Ｚ×ＶＬ２／ＲＴであればよい。
流量変化が生じている場合でも、前記第１圧力と前記第２圧力とを対称に変化させることができ、前記第１圧力又は前記第２圧力の絶対値を小さい値に保てるようにして流量の測定感度を高く保てるようにするには、前記第１設定流量及び前記第２設定流量が同一の時間関数として設定されるものであればよい。言い換えると、前記第１設定流量及び前記第２設定流量として、各時刻には同一の目標流量値が設定されるようにすればよい。また、前記第１設定流量及び前記第２設定流量には位相差が存在しない設定流量がそれぞれ設定される。
前記流量制御装置から流体が流出していない状態において、次の流出時において十分な供給圧力の流体が内部にチャージされるようにするには、前記第２バルブ制御器が、前記第２バルブを全閉させている状態において、前記第１バルブ制御器が、前記第１圧力が設定圧力との偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御するものであればよい。
流量の立ち上がり時又は立ち下がり時において高速で最終的な目標値まで流量が変化するように各バルブが制御されるようにするには、前記第２バルブが全閉されている状態から前記第２設定流量がゼロ以外の値となった時点から所定期間は、前記第１バルブ制御器が、前記第１設定流量と前記第１バルブ流量の偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御するとともに、前記第２バルブ制御器が、前記第２設定流量と前記第２バルブ流量の偏差が小さくなるように前記第２バルブの開度を制御するものであればよい。
前記流路を流れる流量が最終的な目標値に近づいた状態を維持しつつ、前記第１圧力又は前記第２圧力を低下させて、流量センサとしての感度を向上させるには、前記第１バルブ制御器又は前記第２バルブ制御器における偏差の絶対値が所定値以下となった状態において、前記第１設定流量をＱｒ１、補正値をｘとした場合に、前記第１バルブ制御器は、補正後の前記第１設定流量Ｑｒ１－ｘと第１バルブ流量ＱＶ１の偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御するものであればよい。
流量の立ち上がり又は立ち下がりが終了して一定流量を維持し続ける場合に、前記流量制御装置自体の流体に対する抵抗を小さくして、流体を流しやすくするには、前記第２バルブから流出する前記第２バルブ流量が設定流量で安定した後において、前記第２バルブ制御器が、前記第２バルブの開度を全開状態に制御するとともに、前記第１バルブ制御器が、前記第１設定流量と前記第１バルブ流量であるＱＦＲ＋Ａ１×ｄ（ｐ１）／ｄｔとの偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御するものであればよい。
例えば前記流量制御装置の器差や経年変化の影響があったとしても、前記第１バルブ流量換算器又は前記第２バルブ流量換算器で使用されるパラメータを校正し、前記第１バルブ流量又は前記第２バルブ流量を正確に算出できるようにするには、前記第１バルブと前記流体抵抗との間に形成され、前記第１圧力センサで第１圧力が測定される空間である第１容積と、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間に形成され、前記第２圧力センサで第２圧力が測定される空間である第２容積と、前記抵抗流量、前記第１圧力、又は、前記第２圧力に基づいて、前記第１容積又は前記第２容積の大きさを同定する診断器と、をさらに備え、前記診断器が、前記第１容積又は前記第２容積の大きさに基づいて前記第１バルブ流量換算器又は前記第２流量換算器で流量換算に使用されるパラメータを補正するものであればよい。
前記第１バルブによる流量制御を前記第１設定流量や流体の圧力に応じたものにして、より高速の流量制御を実現できるようにするには、前記第１バルブの上流側に設けられた供給圧センサをさらに備え、前記第１バルブ制御器が、前記第１設定流量と前記第１バルブ流量との偏差と、設定されている制御係数と、に基づいて算出された操作量を前記第１バルブへ出力する第１操作量出力部と、前記供給圧センサで測定される供給圧ｐ０と、前記第１圧力センサで測定される第１圧力ｐ１の差圧Δｐ１と、前記第１設定流量Ｑｖ１と、に基づいて前記第１操作量出力部に設定されている制御係数を調節する第１制御係数調節部と、を備えたものであればよい。
前記第２バルブによる流量制御を前記第２２設定流量や流体の圧力に応じたものにして、さらに高速の流量制御を実現できるようにするには、前記第２バルブ制御器が、前記第２設定流量と前記第２バルブ流量との偏差と、設定されている制御係数と、に基づいて算出された操作量を前記第２バルブへ出力する第２操作量出力部と、前記第２圧力センサで測定される第２圧力ｐ２と、前記第２バルブの下流側の圧力である下流側圧力ｐｄの差圧Δｐ２と、前記第２設定流量Ｑｖ２と、に基づいて前記第２操作量出力部に設定されている制御係数を調節する第２制御係数調節部と、を備えたものであればよい。
前記第１バルブ内の弁体と弁座との間に形成されるオリフィスの状態を反映した制御係数が設定されるようにするには、Ｂ１を正数、Ｃ１を０より大きく１より小さい正数とした場合に、前記第１制御係数調節部が、差圧Δｐ１の関数Ｂ１×（Δｐ１）Ｃ１に基づいて制御係数を調節するものであればよい。
前記第２バルブ内の弁体と弁座との間に形成されるオリフィスの状態を反映した制御係数が設定されるようにするには、Ｂ２を正数、Ｃ２を０より大きく１より小さい正数とした場合に、前記第２制御係数調節部が、差圧Δｐ２の関数Ｂ２×（Δｐ２）Ｃ２に基づいて制御係数を調節するものであればよい。
前記第１バルブ及び前記第２バルブ内で音速条件が成立する場合に特に流量制御の速度を向上させられるようにするには、Ｃ１又はＣ２が１／２であればよい。
例えば大流量が流される場合に流量の立ち上がり特性を改善できるようにするには、第１設定流量又は第２設定流量の値が大きいほど、制御係数の値が大きな値に設定されるものであればよい。
流量を高速で制御するのに適した具体的な実施態様としては、前記制御係数がＰＩＤ係数であり、前記第１制御係数調節部及び前記第２制御係数調節部が、少なくとも比例ゲインを調節するものが挙げられる。
既存の２つのバルブを備えた流量制御装置について、例えばプログラムをアップデートすることにより、本発明に係る流量制御装置と同様の効果を得られるようにするには、流路に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられる流量制御プログラムであって、前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出器と、前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算する第１バルブ流量換算器と、前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算する第２バルブ流量換算器と、第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御する第１バルブ制御器と、第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御する第２バルブ制御器としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量制御プログラムを用いれば良い。
なお、プログラムは電子的に配信されるものであってもよいし、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のプログラム記録媒体に記録されているものであってもよい。
このように本発明に係る流量制御装置であれば、前記抵抗流量と、前記第１圧力又は前記第２圧力とに基づいて前記第１バルブ又は前記第２バルブに実際に流れている流量を算出し、その算出されたそれぞれの流量と設定流量に基づいて前記第１バルブ又は前記第２バルブがそれぞれ個別に流量制御できる。したがって、目標とする流量値に高速で変化させながら、前記第１圧力と前記第２圧力の変化の方向をそれぞれ逆向きにして流量制御装置内の内圧を低く保ち、前記抵抗流量の感度を高く保つことができる。したがって、測定される各流量の基礎となる前記抵抗流量を高感度にできるので、流量制御装置として実現される流量制御の精度も高くできる。
本発明の第１実施形態における流量制御装置の構成を示す模式図。 第１実施形態における第１容積又は第２容積へのガスの流出入と圧力変化との関係を示す模式図。 第１実施形態における流量制御装置の制御態様の変化を示すフローチャート。 第１実施形態における流量制御装置の流量制御による圧力変化を示すグラフ。 本発明の第２実施形態における流量制御装置の構成を示す模式図。 本発明の第３実施形態における流量制御装置の構成を示す模式図。 第３実施形態における第１バルブ制御器及び第２バルブ制御器の詳細を示す模式図。
本発明の第１実施形態における流量制御装置１００について図１乃至図４を参照しながら説明する。
第１実施形態の流量制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいてチャンバ内にガスを予め定められた設定流量で供給するために用いられるものである。すなわち、流量制御装置１００の設けられている流路は真空引きされているチャンバに接続されている。
図１に示すように流量制御装置１００は、流路に設けられたセンサ、バルブからなる流体機器と、当該流体機器の制御を司る制御演算機構ＣＯＭと、を備えている。
流体機器は、流路に対して設けられた、供給圧センサＰ０、第１バルブＶ１、第１圧力センサＰ１、流体抵抗ＦＲ、第２圧力センサＰ２、第２バルブＶ２からなる。各機器は上流側からこの順番で設けられている。
ここで、流体抵抗ＦＲは層流素子であり、その前後の差圧に応じて当該流体抵抗ＦＲ内に流れるガスの流量が生じる。第１圧力センサＰ１、流体抵抗ＦＲ、及び、第２圧力センサＰ２、及び、後述する抵抗流量算出器ＦＣは第１バルブＶ１と第２バルブＶ２との間の流路を流れる流体の流量を測定する流量センサＦＳを構成する。すなわち、第１圧力センサＰ１、流体抵抗ＦＲ、及び、第２圧力センサＰ２は流路に流れる流体の流量に応じた出力信号を出力するセンシング機構ＳＭであり、抵抗流量算出器ＦＣはセンシング機構ＳＭの出力信号に基づいて流路を流れている流体の流量を算出する。この流量センサＦＳはいわゆる圧力式の流量センサであるため、各圧力センサで測定される圧力が低いほど測定される流量の測定精度が高くなる特性を有している。
供給圧センサＰ０は、上流側から供給されるガスの圧力をモニタリングするためのものである。なお、供給圧センサＰ０については供給圧が安定していることが保証されている場合等には省略してもよい。
第１圧力センサＰ１は、流路において第１バルブＶ１と流体抵抗ＦＲとの間における容積である第１容積ＶＬ１内にチャージされているガスの圧力（以下、第１圧力とも言う。）を測定するものである。
第２圧力センサＰ２は、流路において流体抵抗ＦＲと第２バルブＶ２との間における容積である第２容積ＶＬ２にチャージされているガスの圧力（以下、第２圧力とも言う。）を測定するものである。
このように第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２は、第１バルブＶ１、流体抵抗ＦＲ、第２バルブＶ２で形成される２つの容積である第１容積ＶＬ１、第２容積ＶＬ２の圧力をそれぞれ測定している。また、別の表現をすると、第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２は、流体抵抗ＦＲの前後に配置されたそれぞれの容積内の圧力を測定するものである。
第１バルブＶ１、及び、第２バルブＶ２は、この実施形態では同型のものであり、例えばピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブである。なお、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２はピエゾバルブに限定されるものではなく、例えばソレノイドバルブ等の他の駆動原理を用いたものであっても構わない。第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２は流体抵抗ＦＲを中心として上流側と下流側にそれぞれ対称に配置され、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２がほぼ同じ大きさとなるように構成されてもよい。また、本実施形態では第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２は両方ともそれぞれ流量フィードバック制御によってその開度が制御される。より具体的には、ある制御周期において第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を実際に流れているバルブ流量が算出され、それらの各バルブ流量に基づいて第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２はそれぞれ別々の流量フィードバック制御が行われる。すなわち、図１に示すように第１バルブＶ１を制御する第１の流量フィードバックループと、第２バルブＶ２を制御する第２の流量フィードバックループがそれぞれ独立して形成してある。
次に制御演算器ＣＯＭについて詳述する。制御演算器は、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流量制御プログラムが実行されて各種機器が協業することにより、設定流量受付部３、抵抗流量算出器ＦＣ、第１バルブ流量換算器１１、第２バルブ流量換算器２１、第１バルブ制御器１２、第２バルブ制御器２２としての機能を少なくとも発揮する。
設定流量受付部３はユーザから流量制御装置１００により実現したい設定流量を例えば時間関数の形式で受け付けるものである。この設定流量受付部３は、ユーザから設定された設定流量に基づき、第１バルブ制御器１２と第２バルブ制御器２２のそれぞれに第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２を入力する。本実施形態では第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２はユーザが設定した設定流量と同じものが設定される。すなわち、ユーザが設定した時間関数と同じものが第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２に設定され、各時刻において同じ目標量流が制御演算に使用される。例えば第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２はそれぞれ異なっていてもよい。具体的には前述した例では第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２には位相差は存在しないが、ユーザが設定した設定流量に対して所定の位相進み、位相遅れを個別に与えた第１設定流量Ｑｒ１、第２設定流量Ｑｒ２が設定されてもよい。
抵抗流量算出器ＦＣは、センシング機構ＳＭの出力信号の示す測定値と、測定値に応じた流量特性値とに基づいて流量を算出する。具体的には抵抗流量算出器ＦＣは、センシング機構ＳＭの出力信号の示す測定値である流体抵抗ＦＲの上流側の圧力である第１圧力ｐ１と下流側の圧力である第２圧力ｐ２に基づいて、流体抵抗ＦＲ内を流れている流体の流量を算出する。ここで、抵抗流量算出器ＦＣは、第１圧力ｐ１と第２圧力ｐ２だけでなく、流体抵抗ＦＲの特性に応じて定まる流量特性値に基づいて流量を算出する。
すなわち、抵抗流量算出器ＦＣは、例えば抵抗流量をＱＦＲ、流体抵抗ＦＲによる流路抵抗をＲＶ、第１圧力をｐ１、第２圧力をｐ２とした場合にＱＦＲ＝（ｐ１－ｐ２）／ＲＶの式に基づいて流量を算出する。ここで、流路抵抗Ｒは第１圧力ｐ１及び第２圧力ｐ２の影響を受けて変化する。すなわち、流量特性値である流路抵抗ＲＶは、第１圧力ｐ１と、第１圧力ｐ１と第２圧力ｐ２の差圧ΔＰから決定できる。抵抗流量算出器ＦＣは、流路抵抗ＲＶを第１圧力ｐ１、と差圧ΔＰをパラメータとする多変数関数から算出するように構成されてもよい。また、抵抗流量算出器ＦＣは、予め実験等により決定した流路抵抗ＲV、第１圧力ｐ１、差圧ΔＰのテーブルを参照して流路抵抗ＲＶを決定するように構成してもよい。
第１バルブ流量換算器１１は、第１圧力ｐ１に基づいて、抵抗流量ＦＲから第１バルブＶ１を通過する流体の流量である第１バルブ流量ＱＶ１に換算する。ここで、第１バルブＶ１は流体抵抗ＦＲに対して所定距離上流側に配置されているため、抵抗流量ＦＲの測定点と、第１バルブＶ１による流量の制御点には、ズレが存在する。したがって、第１バルブ流量は第１バルブＶ１の制御点を流れているガスの流量とも言える。より具体的には、ある制御周期において抵抗流量算出器ＦＣから出力される抵抗流量ＦＲは第１バルブ流量ＱＶ１がすでに所定時間前に実現した流量に近い値であり、現在の流量を示していない。このため、第１バルブ流量換算器１１は、図２（ａ）に示すように第１容積ＶＬ１に流出入するガスの流量の変化量と、それに伴う第１圧力ｐ１の変化に基づいて第１バルブ流量ＱＶ１を算出する。
すなわち、第１容積ＶＬ１における流量の変化量と、圧力の変化量との間の関係は理想気体の状態方程式に基づいて以下のように記述できる。
（ｄ（ｐ１）／ｄｔ）ＶＬ１＝（ＱＶ１－ＱＦＲ）ＲＴ
ここで、ｄ（ｐ１）／ｄｔは第１圧力の時間微分値であり、ごく短時間における第１容積ＶＬ１における圧力変化を示し、Ｒは気体定数、Ｔはガスの温度、ＶＬ１は第１容積ＶＬ１の容積値である。ガスの温度については流量制御装置１００が例えば内部流路が形成されているブロック内に設けられた図示しない温度センサにより測定された値が用いられる。
上記の式から第１バルブ流量ＱＶ１は以下のように記述できる。
ＱＶ１＝ＱＦＲ＋Ａ１ｄ（ｐ１）／ｄｔ
ここで、Ａ１は第１換算係数であり、本実施形態では例えば値として１に設定される。第１バルブ流量換算器１１は、上記の式により抵抗流量ＱＦＲと第１圧力ｐ１の時間微分値に基づいて第１バルブ流量ＱＶ１を算出する。なお、第１換算係数Ａ１については理想気体を前提とするのではなく、理想気体と実在気体とのズレを考慮して設定された値であってもよい。すなわち、圧縮率因子をＺとした場合に、第１換算係数をＡ１＝Ｚ×ＶＬ１／ＲＴとして定義してもよい。
第２バルブ流量換算器２１は、第２圧力ｐ２に基づいて、抵抗流量ＦＲから第２バルブＶ２を通過する流体の流量である第２バルブ流量ＱＶ２に換算する。ここで、第２バルブＶ２は流体抵抗ＦＲに対して所定距離下流側に配置されているため、抵抗流量ＦＲの測定点と、第２バルブＶ２による流量の制御点には、ズレが存在する。したがって、第２バルブ流量ＱＶ２は第２バルブＶ２の制御点を流れているガスの流量とも言える。より具体的にはある制御周期において抵抗流量算出器ＦＣから出力される抵抗流量ＦＲは第２バルブ流量ＱＶ２がすでに所定時間後に実現される流量に近い値であり、現在の流量を示していない。このため、第２バルブ流量換算器２１は、図２（ｂ）に示すように第２容積ＶＬ２に流出入するガスの流量の変化量と、それに伴う第２圧力ｐ２の変化に基づいて第２バルブ流量ＱＶ２を算出する。
すなわち、第２容積ＶＬ２における流量の変化量と、圧力の変化量との間の関係は理想気体の状態方程式に基づいて以下のように記述できる。
（ｄ（ｐ２）／ｄｔ）ＶＬ２＝（ＱＦＲ－ＱV2）ＲＴ
ここで、ｄ（ｐ２）／ｄｔは第２圧力の時間微分値であり、ごく短時間における第２容積ＶＬ２における圧力変化を示し、Ｒは気体定数、Ｔはガスの温度、ＶＬ２は第２容積ＶＬ２の容積値である。
したがって、第２バルブ流量ＱＶ２は以下のように記述できる。
ＱＶ２＝ＱＦＲ－Ａ２ｄ（ｐ２）／ｄｔ
ここで、Ａ２は係数であり、本実施形態では例えば値として１に設定される。第２バルブ流量換算器２１は、上記の式により抵抗流量ＱＦＲと第２圧力ｐ２の時間微分値に基づいて第２バルブ流量ＱＶ２を算出する。なお、第２換算係数Ａ２については理想気体を前提とするのではなく、理想気体と実在気体とのズレを考慮して設定された値であってもよい。すなわち、圧縮率因子をＺとした場合に、第２換算係数をＡ２＝Ｚ×ＶＬ２／ＲＴとして定義してもよい。
図１に示す第１バルブ制御器１２は、第１設定流量Ｑｒ１と、第１バルブ流量ＱＶ１との偏差が小さくなるように第１バルブＶ１を制御する。本実施形態では、第１バルブ制御器１２は、操作量として偏差に応じた電圧を第１バルブＶ１に印加する。ここで、第１バルブ制御器１２は、第１設定流量Ｑｒ１と、第１バルブ流量ＱＶ１との偏差による流量フィードバック制御だけでなく、制御状態によっては第１圧力ｐ１と予め設定された設定圧力との偏差に基づく、圧力フィードバック制御も行う。また、流量が過渡応答状態から安定状態に遷移する遷移期間において第１バルブ制御器１２は、第１バルブ流量換算部１１により出力される第１バルブ流量ＱＶ１をさらに補正して、流量フィードバック制御を行うこともある。各制御については例えばＰＩＤ制御を適用できるが、その他の制御則に基づいて第１バルブ制御器１２が第１バルブＶ１を制御するように構成してもよい。
図１に示す第２バルブ制御器２２、第２設定流量Ｑｒ２と、第２バルブ流量ＱＶ２との偏差が小さくなるように第２バルブＶ２を制御する。本実施形態では、第２バルブ制御器２２は、操作量として偏差に応じた電圧を第２バルブＶ２に印加する。ここで、第２設定流量Ｑｒ２と、第２バルブ流量ＱＶ２との偏差による流量フィードバック制御には、例えばＰＩＤ制御を適用できるが、その他の制御則に基づいて第２バルブ制御器２２が第２バルブＶ２を制御するように構成してもよい。
次に設定流量がゼロから所定の目標値にステップ状に変化するステップ関数として与えられた場合の第１バルブ制御器１２、及び、第２バルブ制御器２２の動作について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
設定流量がゼロで維持されている待機期間では、第２バルブ制御器２２が、第２バルブＶ２を全閉させている状態において、第１バルブ制御器１２が、第１圧力ｐ１が予め設定されている設定圧力との偏差が小さくなるように第１バルブＶ１の開度を圧力フィードバック制御する（シャットオフモード：ステップＳ１）。すなわち、第１バルブ制御器１２は、流量の立ち上がりに備えて所定の供給圧が第１容積ＶＬ１及び第２圧力ＶＬ２にチャージされるように第１バルブＶ１を制御する。この設定圧力は例えば流量センサＦＳにおいて例えばユーザが実現したい感度に応じた圧力（低圧）に設定される。
次に第２バルブＶ２が全閉されている状態から第２設定流量Ｑｒ２がゼロ以外の値となった時点からの所定期間、すなわち、設定流量が立ち上がり、流路を流れるガスの流量が大きく変化する過渡応答期間では、第１バルブ制御器１２が、第１設定流量Ｑｒ１と第１バルブ流量ＱＶ１の偏差が小さくなるように第１バルブＶ１の開度を制御するとともに、第２バルブ制御器２１が、第２設定流量Ｑｒ２と第２バルブ流量ＱＶ２の偏差が小さくなるように第２バルブＶ２の開度を制御する（過渡応答モード：ステップＳ２）。過渡応答期間では、２つのバルブによって同時に流量制御が行われるので、第１容積ＶＬ１内の圧力は昇圧されるとともに、第２容積ＶＬ２内の圧力は減圧して、目標値の流量を実現するのに必要な差圧が速やかに形成される。したがって、流量の立ち上がり時における応答性を高くすることができる。なお、流量の立ち下がり時には前述したのとは逆の動作によって、目標となる応答性を実現できる。
流路を流れているガスの流量が設定流量の最終的な目標値に近づき、第１バルブ制御器１２又は第２バルブ制御器２２において算出される偏差の絶対値が所定値以下となった状態が所定時間継続された後において、第１バルブ制御器１２の制御態様が変化する。すなわち、第１設定流量をＱｒ１、補正値をｘとした場合に、第１バルブ制御器１２は、補正後の第１設定流量Ｑｒ１－ｘと補正後の第１バルブ流量ＱＶ１の偏差が小さくなるように第１バルブＶ１の開度を制御する（遷移モード：ステップＳ３）。すなわち、第１バルブ制御器１２では第１設定流量Ｑｒ１よりも補正値ｘだけ小さい流量が実現されるように第１バルブＶ１の開度を現状よりも小さくする。これは次に説明する安定期間における流量制御で第１バルブＶ１の開度を全開開度よりも所定量だけ余裕をもたせるためである。なお、第１バルブＶ１がユーザの設定した設定流量とは微小量だけ異なる流量となるように第１バルブＶ１を制御しても、第２バルブ制御器２２が第１バルブＶ１の下流側にある第２バルブＶ２が設定流量を実現するように流量フィードバック制御を継続しているので、目標と異なる流量がチャンバに供給されることはない。
第２バルブＶ２から流出する第２バルブ流量ＱＶ２がユーザの設定した設定流量Qrで安定した後、又は、d（p１）／dt、d（p２）／dtがほぼゼロである安定期間においては、第２バルブ制御器２２が、第２バルブＶ２の開度を全開状態に制御するとともに、第１バルブ制御器１２が、第１設定流量Ｑｒ１と第１バルブ流量であるＱＦＲ＋ｄ（ｐ１）／ｄｔとの偏差が小さくなるように第１バルブＶ１の開度を制御する（安定状態モード：ステップＳ４）。すなわち、安定期間では２つのバルブで流量制御するのではなく、第２バルブＶ２については全開状態で休止し、上流側にある第１バルブＶ１のみで流量制御が行われる。第２バルブＶ２は全開のため、流量制御装置１００としての流路抵抗を小さくして、ガスを流れやすくするとともに、流量制御の精度を向上させることができる。なお、ステップＳ１～S４の制御態様の変化はこの順番に限られるものではなく、各ステップＳ２～Ｓ４の状態からステップＳ１の状態に変化する場合もある。また、設定によっては各ステップをまたいで状態変化する場合もある。
上述したような流量制御による第１圧力ｐ１及び第２圧力ｐ２の変化について図４のグラフを参照しながら本実施形態の流量制御装置１００の効果について説明する。
設定流量を太実線で示すよう増減させると、流量がゼロのときに維持されていた設定圧力を中心として、細線で示される第１圧力ｐ１、及び、実線で示される第２圧力ｐ２は変化方向が逆向きとなって、その変化量もほぼ同じとなるように対称に変化する。より具体的には設定流量が大きくなるほど差圧が大きくなるように第１圧力ｐ１及び第２圧力ｐ２は変化するとともに、その平均圧力は最初の設定圧力とほぼ同じ値で保たれる事がわかる。すなわち、本実施形態の流量制御装置１００であれば、設定流量を実現するのに必要な差圧を速やかに実現しながら、流量制御装置１００内の第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の圧力が上昇し続けて、流量センサＦＳの感度が低下してしまうのを防げていることが分かる。
次に本発明の第２実施形態に係る流量制御装置１００について図５を参照しながら説明する。
第２実施形態の流量制御装置１００は、第１実施形態で説明した流量制御のための構成だけでなく、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の容積を自己診断し、校正する診断器Ｄをさらに備えている。より具体的には診断器Ｄはチャンバへのガスの供給が行われていないプロセス停止期間中において所定のバルブ動作を行い、それによって生じる第１容積ＶＬ１又は第２容積ＶＬ２の圧力変化に基づいて第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の大きさを同定する。また、診断器Ｄは、チャンバに対してガスの供給が行われるプロセス中において、一時的にガスの供給を停止するために第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２が全閉される場合に生じる第１圧力ｐ１又は第２圧力ｐ２の変化に基づき、第１容積ＶＬ１又は第２容積ＶＬ２を同定する。
この診断器Ｄは、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の大きさについて、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２、流量センサＦＳ、及び、図示しない温度センサの出力に基づいて同定する。
まず、第２容積ＶＬ２の同定について説明する。診断器Ｄは、流量制御装置１００内を所定圧力まで減圧した後、第１バルブＶ１を全開にして、第２バルブＶ２を全閉にして第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２内へガスを充填する。このガスの充填は第１圧力ｐ１及び第２圧力ｐ２がほぼ同じ圧力となる圧力平衡点まで継続される。診断器Ｄは、ガスの充填開始時又は充填開始時近傍の第１圧力p１及び第２圧力p２の圧力差の最大時点から圧力平衡点に到達する時点までの抵抗流量ＱＦＲの積算値と、抵抗流量ＱＦＲの積算開始時と積算終了時での第２圧力ｐ２の圧力差Δｐ２と、気体の状態方程式に基づいて第２容積ＶＬ２の容積ＶＬ２を算出する。
次に、第１容積ＶＬ１の同定について説明する。診断器Ｄは、流量制御装置１００内を所定圧力まで増圧した後、第１バルブＶ１を全閉にして、第２バルブＶ２を全開にして第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２内へガスを排気する。このガスの排気は第１圧力ｐ１及び第２圧力ｐ２がほぼ同じ圧力となる圧力平衡点まで継続される。診断器Ｄは、ガスの排気開始時もしくは排気開始時近傍の圧力最大時点から圧力平衡点に到達する時点までの抵抗流量ＱＦＲの積算値と、抵抗流量ＱＦＲの積算開始時と積算終了時での第１圧力ｐ１の圧力差Δｐ１と、気体の状態方程式に基づいて第１容積ＶＬ１の容積ＶＬ１を算出する。
診断器Ｄは同定された容積ＶＬ１、及び、容積ＶＬ２、を第１バルブ流量換算器１１、及び、第２バルブ流量換算器２１において使用されている値と置き換えることにより、換算に使用されているパラメータを校正する。
このように第２実施形態であれば、流量制御装置１００が備えている各種センサの出力だけに基づいて、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の大きさを自己診断して、第１バルブ流量換算器１１及び第２バルブ流量換算器２１に使用されている各容積の値を自己校正できる。
したがって、流量制御装置１００に器差があり設計値からずれている場合や、経年変化等によって第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２として作用する大きさが変化したとしても、正しい値に校正することができ、算出される各バルブ流量の正確さや精度を保つ事が可能となる。したがって、流量制御精度を長期間に亘って保つ事が可能となる。また、プロセスの合間で特殊な動作なしでこのような診断を実現できる。
次に第３実施形態における流量制御装置１００について図６及び図７を参照しながら説明する。
第３実施形態の流量制御装置１００は、第１バルブ制御器１２及び第２バルブ制御器２２の構成が第１実施形態とは異なっている。より具体的には、第１バルブ制御器１２、及び、第２バルブ制御器２２は設定流量と前後の差圧に基づいて、制御係数を変更する。このため第１バルブ制御器１２は、供給圧センサＰ０から供給圧p０を取得するとともに、第１圧力センサＰ１から第１圧力p１を取得するように構成されている。同様に第２バルブ制御器２２は、第２圧力センサＰ２から第２圧力p２を取得するとともに、第２バルブＶ２の下流側である下流側圧力ｐｄを例えばチャンバ等に設けられている真空計から取得するように構成されている。
図７（ａ）に示すように第１バルブ制御器１２は、第１設定流量Ｑｒ１と第１バルブ流量換算器１１から出力される第１バルブ流量ＱＶ１の偏差についてＰＩＤ演算を行い、ＰＩＤ演算の結果に応じた電圧を操作量として第１バルブＶ１に出力する第１操作量出力部１２１と、第１操作量出力部１２１のＰＩＤ演算に用いられる制御係数であるＰＩＤ係数を第１設定流量Ｑｒ１及び供給圧ｐ０と第１圧力ｐ１の差圧であるΔｐ１に応じて調節する第１制御係数調節部１２２と、を備えている。
第１操作量出力部１２１は、制御周期ごとに設定されているＰＩＤ係数と、算出される流量の偏差に基づき、第１バルブＶ１を通過するガスの流量についてＰＩＤ制御を行う。
第１制御係数調節部１２２は、取得された第２設定流量Ｑｒ１、及び、差圧Δｐ１に応じて、第１操作量出力部１２１のＰＩＤ係数のうち、少なくとも比例ゲインＫｐを調節する。第１制御係数調節部１２２は、設定流量Ｑｒ１の目標流量の値が大きくなるほど、比例ゲインＫｐの値を大きくする。また、第１制御係数調節部１２２は、差圧Δｐ１が大きくなるほど、比例ゲインＫｐの値を大きくする。より具体的には、Ｂ１を正数、Ｃ１を０より大きく１より小さい正数とした場合に、差圧Δｐ１の関数Ｂ１×（Δｐ１）Ｃ１に基づいて、第１制御係数調節部１２２は比例ゲインＫｐの値を調節する。なお、この実施形態ではＣ１は１／２に設定されている。
図７（ａ）に示すように第２バルブ制御器２２は、第２設定流量Ｑｒ２と第２バルブ流量換算器２１から出力される第２バルブ流量ＱＶ２の偏差についてＰＩＤ演算を行い、ＰＩＤ演算の結果に応じた電圧を操作量として第２バルブＶ２に出力する第２操作量出力部２２１と、第２操作量出力部２２１のＰＩＤ演算に用いられる制御係数であるＰＩＤ係数を第２設定流量Ｑｒ２及び第２圧力ｐ２と下流側圧力ｐｄの差圧であるΔｐ２に応じて調節する第２制御係数調節部２２２と、を備えている。
第２操作量出力部２２１は、制御周期ごとに設定されているＰＩＤ係数と、算出される流量の偏差に基づき、第２バルブＶ２を通過するガスの流量についてＰＩＤ制御を行う。
第２制御係数調節部２２２は、取得された第２設定流量Ｑｒ２、及び、差圧Δｐ２に応じて、第２操作量出力部２２１のＰＩＤ係数のうち、少なくとも比例ゲインＫｐを調節する。第１制御係数調節部２２２は、第２設定流量Ｑｒ２の目標流量の値が大きくなるほど、比例ゲインＫｐの値を大きくする。また、第２制御係数調節部２２２は、差圧Δｐ１が大きくなるほど、比例ゲインＫｐの値を大きくする。より具体的には、Ｂ２を正数、Ｃ２を０より大きく１より小さい正数とした場合に、差圧Δｐ２の関数Ｂ２×（Δｐ２）Ｃ２に基づいて、第２制御係数調節部２２２は比例ゲインＫｐの値を調節する。なお、この実施形態ではＣ２は１／２に設定されている。
このように構成された第３実施形態の流量制御装置１００であれば、各時点での設定流量の目標流量の値や、第１バルブＶ１又は第２バルブＶ２の前後の差圧に応じた比例ゲインＫｐを設定できる。したがって、例えば各状態において流量制御装置１００として最も高速で流量制御を実現できる状態を維持し続けることが可能となる。また、差圧の１／２乗に比例させて比例ゲインＫｐの値が変更されるので、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２内において形成されるオリフィスにより差圧の２乗に比例して流量が増加する場合に制御性を特に向上させることができる。
また、上記のように比例ゲインＫｐを逐次変更できるので、設定流量の変化に対する実流量の追従性を従来よりも大幅に向上させて、例えば半導体製造プロセスにおいて求められる高速流量制御を実現できる。
その他の実施形態について説明する。
第１バルブ流量換算器、第２バルブ流量換算器は、抵抗流量と第１圧力の時間微分値又は第２圧力の時間微分値に基づいて第１バルブ流量又は第２バルブ流量を算出するものであったが、これに限られるものではない。すなわち、第１バルブ流量換算器は抵抗流量と、第１圧力とに基づいて第１バルブ流量を算出するものであればよいし、第２バルブ流量換算器については、抵抗流量と、第２圧力とに基づいて第２バルブ流量を算出するものであればよい。より具体的には、第１圧力又は第２圧力の時間微分値を用いるのではなく、例えば微小時間変化における第１圧力又は第２圧力の差分を用いてもよい。また、第１圧力の時間変化量や第２圧力の時間変化量を用いてもよいし、それらの値に対して適宜補正係数等を乗じてもよい。
第１バルブ流量換算器、及び、第２バルブ流量換算器は、それぞれ同様の流量換算式を用いている場合でも流量特性に合わせて係数が異なっていたり、適宜補正が行われたりしても構わない。
第１バルブ制御器は、制御状態において流量フィードバック制御、圧力フィードバック制御を切り替えて実施するものであったが、その他の制御を実施するものであってもよい。例えば、第２バルブ制御器が設定流量と第２バルブ流量の偏差が小さくなるように第２バルブを制御している状態において、第２バルブに印加される電圧と目標電圧との偏差が小さくなるように第１バルブ制御器が第１バルブを制御するように構成してもよい。
第２バルブ制御器についても、流量フィードバック制御以外の例えば圧力フィードバック制御等に流量制御状態に応じて切り替わるように構成してもよい。
第３実施形態では第１バルブ制御器及び第２バルブ制御器の両方において制御係数が設定流量と各バルブの前後の差圧に応じて変更されていたが、例えば第１バルブ制御器又は第２バルブ制御器のいずれか一方のみが制御係数が逐次変更されるように構成してもよい。また、第１バルブ制御器又は第２バルブ制御器の構成については、１つのバルブのみを備えた流量制御装置に適用してもよい。第１制御係数調節部又は第１制御係数調節部が調節する制御係数は比例ゲインに限られるものではなく、ＰＩＤ係数の積分ゲイン、微分ゲインを調節するものであってもよい。また、第１操作量出力部又は第２操作量出力部においてＰＩＤ制御以外の制御則により流量制御が行われている場合には、その制御則において用いられている制御係数が第１制御係数調節部又は第２制御係数調節部によって調節されるように構成すればよい。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や、各実施形態の一部同士を組み合わせてもよい。
１００・・・流量制御装置
Ｖ１ ・・・第１バルブ
Ｖ２ ・・・第２バルブ
ＦＳ ・・・流量センサ
ＳＭ ・・・センシング機構
ＦＣ ・・・抵抗流量算出器
Ｐ１・・・第１圧力センサ
Ｐ２・・・第２圧力センサ
１１ ・・・第１バルブ流量換算器
１２ ・・・第１バルブ制御器
１２１・・・第１操作量出力部
１２２・・・第１制御係数調節部
２１ ・・・第２バルブ流量換算器
２２ ・・・第２バルブ制御器
２２１・・・第２操作量出力部
２２２・・・第２制御係数調節部
３ ・・・設定流量受付部
Ｄ ・・・診断器

Claims (20)

  1. 流路に設けられた第１バルブと、
    前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、
    前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、
    前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、
    前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、
    前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出器と、
    前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算する第１バルブ流量換算器と、
    前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算する第２バルブ流量換算器と、
    第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御する第１バルブ制御器と、
    第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御する第２バルブ制御器と、を備えたことを特徴とする流量制御装置。
  2. 前記第１バルブ流量換算器が、前記抵抗流量と、前記第１圧力の時間微分値とに基づいて前記第１バルブ流量を算出する請求項１記載の流量制御装置。
  3. 前記第２バルブ流量換算器が、前記抵抗流量と、前記第２圧力の時間微分値とに基づいて前記第２バルブ流量を算出する請求項１又は２記載の流量制御装置。
  4. 前記抵抗流量をＱＦＲ、前記第１バルブ流量をＱＶ１、前記第２バルブ流量をＱＶ２、前記第１圧力をｐ１、前記第２圧力をｐ２、第１換算係数をＡ１、第２換算係数をＡ２とした場合に、
    前記第１バルブ流量換算器が、ＱＶ１＝ＱＦＲ＋Ａ１×ｄ（ｐ１）／ｄｔによって前記第１バルブ流量を算出し、
    前記第２バルブ流量換算器が、ＱＶ２＝ＱＦＲ－Ａ２×ｄ（ｐ２）／ｄｔによって前記第２バルブ流量を算出する請求項３記載の流量制御装置。
  5. 前記第１容積の大きさをＶＬ１、前記第２容積の大きさをＶＬ２、気体定数をＲ、温度をＴ、圧縮率因子をＺとした場合に、
    Ａ１＝Ｚ×ＶＬ１／ＲＴ、Ａ２＝Ｚ×ＶＬ２／ＲＴである請求項４記載の流量制御装置。
  6. 前記第１設定流量及び前記第２設定流量が同一の時間関数として設定される請求項１乃至５いずれかに記載の流量制御装置。
  7. 前記第２バルブ制御器が、前記第２バルブを全閉させている状態において、
    前記第１バルブ制御器が、前記第１圧力が設定圧力との偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御する請求項６記載の流量制御装置。
  8. 前記第２バルブが全閉されている状態から前記第２設定流量がゼロ以外の値となった時点から所定期間は、
    前記第１バルブ制御器が、前記第１設定流量と前記第１バルブ流量の偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御するとともに、
    前記第２バルブ制御器が、前記第２設定流量と前記第２バルブ流量の偏差が小さくなるように前記第２バルブの開度を制御する請求項７記載の流量制御装置。
  9. 前記第１バルブ制御器又は前記第２バルブ制御器における偏差の絶対値が所定値以下となった状態において、
    前記第１設定流量をＱｒ１、補正値をｘとした場合に、
    前記第１バルブ制御器は、補正後の前記第１設定流量Ｑｒ１－ｘと第１バルブ流量ＱＶ１の偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御する請求項８記載の流量制御装置。
  10. 前記第２バルブから流出する前記第２バルブ流量が設定流量で安定した後において、
    前記第２バルブ制御器が、前記第２バルブの開度を全開状態に制御するとともに、
    前記第１バルブ制御器が、前記第１設定流量と前記第１バルブ流量であるＱＦＲ＋Ａ１×ｄ（ｐ１）／ｄｔとの偏差が小さくなるように前記第１バルブの開度を制御する請求項９記載の流量制御装置。
  11. 前記第１バルブと前記流体抵抗との間に形成され、前記第１圧力センサで第１圧力が測定される空間である第１容積と、
    前記流体抵抗と前記第２バルブとの間に形成され、前記第２圧力センサで第２圧力が測定される空間である第２容積と、
    前記抵抗流量、前記第１圧力、又は、前記第２圧力に基づいて、前記第１容積又は前記第２容積の大きさを同定する診断器と、をさらに備え、
    前記診断器が、前記第１容積又は前記第２容積の大きさに基づいて前記第１バルブ流量換算器又は前記第２流量換算器で流量換算に使用されるパラメータを補正する請求項１乃至１０いずれかに記載の流量制御装置。
  12. 前記第１バルブの上流側に設けられた供給圧センサをさらに備え、
    前記第１バルブ制御器が、
    前記第１設定流量と前記第１バルブ流量との偏差と、設定されている制御係数と、に基づいて算出された操作量を前記第１バルブへ出力する第１操作量出力部と、
    前記供給圧センサで測定される供給圧ｐ０と、前記第１圧力センサで測定される第１圧力ｐ１の差圧Δｐ１と、前記第１設定流量Ｑｖ１と、に基づいて前記第１操作量出力部に設定されている制御係数を調節する第１制御係数調節部と、を備えた請求項１乃至１１いずれかに記載の流量制御装置。
  13. 前記第２バルブ制御器が、
    前記第２設定流量と前記第２バルブ流量との偏差と、設定されている制御係数と、に基づいて算出された操作量を前記第２バルブへ出力する第２操作量出力部と、
    前記第２圧力センサで測定される第２圧力ｐ２と、前記第２バルブの下流側の圧力である下流側圧力ｐｄの差圧Δｐ２と、前記第２設定流量Ｑｖ２と、に基づいて前記第２操作量出力部に設定されている制御係数を調節する第２制御係数調節部と、を備えた請求項１２記載の流量制御装置。
  14. Ｂ１を正数、Ｃ１を０より大きく１より小さい正数とした場合に、
    前記第１制御係数調節部が、差圧Δｐ１の関数Ｂ１×（Δｐ１）Ｃ１に基づいて制御係数を調節する請求項１３記載の流量制御装置。
  15. Ｂ２を正数、Ｃ２を０より大きく１より小さい正数とした場合に、
    前記第２制御係数調節部が、差圧Δｐ２の関数Ｂ２×（Δｐ２）Ｃ２に基づいて制御係数を調節する請求項１４記載の流量制御装置。
  16. Ｃ１又はＣ２が１／２である請求項１４又は１５記載の流量制御装置。
  17. 第１設定流量又は第２設定流量の値が大きいほど、制御係数の値が大きな値に設定される請求項１４乃至１６いずれかに記載の流量制御装置。
  18. 前記制御係数がＰＩＤ係数であり、
    前記第１制御係数調節部及び前記第２制御係数調節部が、少なくとも比例ゲインを調節する請求項１２乃至１７いずれかに記載の流量制御装置。
  19. 流路に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流量制御装置を用いた流量制御方法であって、
    前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出することと、
    前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算することと、
    前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算することと、
    第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御することと、
    第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御することと、を備えたことを特徴とする流量制御方法。
  20. 流路に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブよりも下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記第２バルブとの間に設けられた流体抵抗と、前記第１バルブと前記流体抵抗との間の第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗と前記第２バルブとの間の第２容積内の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられる流量制御プログラムであって、
    前記第１圧力センサの測定する第１圧力と、前記第２圧力センサの測定する第２圧力とに基づいて、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出器と、
    前記第１圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第１バルブを通過する流体の流量である第１バルブ流量に換算する第１バルブ流量換算器と、
    前記第２圧力に基づいて、前記抵抗流量から前記第２バルブを通過する流体の流量である第２バルブ流量に換算する第２バルブ流量換算器と、
    第１設定流量と、前記第１バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第１バルブを制御する第１バルブ制御器と、
    第２設定流量と、前記第２バルブ流量との偏差が小さくなるように前記第２バルブを制御する第２バルブ制御器としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量制御プログラム。
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