JP3404847B2

JP3404847B2 - 流量制御方法

Info

Publication number: JP3404847B2
Application number: JP33973793A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎風間
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH07160338A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス等の比較的小流量
の流体の流量を制御する流量制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製品等を製造するために
は、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチ
ング操作が繰り返し行われるが、この場合に微量の処理
ガスを精度良く制御する必要から例えば精密ガス流量制
御装置が用いられている。この種のガス流量制御装置
は、微量ガスの質量流量を検出するセンサ部と、バルブ
部と、これを制御する制御回路部とにより主に構成され
ている。センサ部は、全ガス量の僅かな比率の量が通過
するセンサ管に電熱コイルを巻回してなるセンサを有し
ており、大部分のガスはバイパスを流れるようになって
いる。そして、このセンサ部での検出値に基づいて制御
回路部はバルブ部の弁開度を制御し、設定値のガス流量
を流すようになっている。また、弁開度を制御するに
は、全体のガス流量自体が非常に少ないことから例えば
数１０μｍ程度のストローク範囲内で精度良く弁開度を
制御しなければならず、このためにアクチュエータとし
て小さなストローク範囲内で大きな推力変化を生ぜしめ
ることができることから、一般的には積層型圧電素子体
が用いられており、これにより設定値に基づいてダイヤ
フラムよりなる弁体の弁開度を操作するようになってい
る。

【０００３】ところで、バルブの弁開度すなわち操作量
を制御してガス流量をコントロールする方式としては、
位置ＰＩＤ制御方式や速度型ＰＩＤ制御方式等が知られ
ており、また、ガス流量の制御に際しては、急激なガス
流の流れ込みにより半導体処理室内に製品の欠陥の原因
となるパーティクルが巻き上がらないように制御する必
要がある。従って、パーティクルの発生原因となるオー
バシュートの発生は極力抑制しなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した位
置ＰＩＤ制御の制御式は、一般的にはデジタル系におい
て下記に示す数１のように表される。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここでｍ_n は、ｎ番目のバルブの操作量、
ｋは比例定数を、Ｔｓはサンプリング時間、Ｔｉは積分
時間（時間の概念が入った定数）、ｅ_n は設定値に対す
る実際の操作量の偏差、Ｔｄは微分時間により定まる定
数、ｍ₀ は必要に応じて付加されるバイアス量をそれぞ
れ示す。従って、Ｔｓ／ＴｉΣｅ_n の項は積分項を表し
て偏差の積み上げが求められ、Ｔｄ／Ｔｓ（ｅ_n −ｅ
_n-1 ）の項は微分項を表し、偏差の勾配が求められてい
る。

【０００７】この積分項によれば、例えば厳密性が要求
される処理炉の温度コントロールにおいて僅かな偏差が
あってもこれが積み上げられて修正されるため好ましい
が、全体として応答性は緩慢である。また、設定値を変
化した時には、積分項の値が変化を阻止する方向に作用
する場合もあるので、実際の制御時には、設定値を変え
た時には積分項の値をソフトウェアでゼロにするように
なっている。

【０００８】また、微分項は偏差同士の差を取っている
ことから操作量の変化が少ない時にはあまり利かないが
急激に偏差が変わる時には抑制的に作用することにな
る。そして、実際の流量制御装置において、初期時に仮
にバルブを全閉状態に設定していると、例えば流量５０
％の設定値が入力されると大きな偏差が生じてしまうの
で、これを防止するためにｍ₀ を例えば５０％の操作量
に設定し、バルブを開状態としている。

【０００９】しかしながら、一般的にはセンサの応答速
度は、それ程速くはないので、例えば設定値を急激に下
げた場合、フィードバックをかけているセンサ出力は僅
かの間、前の状態を示して偏差はゼロになり、するとｍ
₀ が利いて弁は５０％に開いてしまい、その結果、ガス
が急激に流れてオーバシュートを発生するという問題が
あった。これに対して、速度型ＰＩＤ制御の制御式は一
般的にはデジタル系において下記に示す数２のように表
される。

【００１０】

【数２】

【００１１】ここでΔｍ_n は、バルブ開度の差を示し、
現在のバルブ開度ｍ_n を認めて、それに対してどのよう
な変化を与えるかという式を与えるものである。この制
御によれば、式より明らかなようにバルブ開度の変化分
のみ算出し、出力の前回位置との和は出力処理部で行う
ために、内部での出力計算値が出力信号域を超えること
がない点や、出力計算値が過大に変化し難い点や積分値
の内部計算において飽和することによる問題が生じない
点などの利点を有する反面、設定値が急激に変化した時
などのステップ応答時の応答速度が上記した位置ＰＩＤ
制御の場合と比較してかなり劣るという問題がある。図
６はこの状態を示しており、設定値が例えばデジタル系
において０Ｖから５Ｖに急激にステップ状に変化した時
には、バルブの開度（操作量）は点線で示されるように
緩慢に上昇し、そのために実際の流量もオーバシュート
することはないが流量は緩慢に設定値に向けて上昇する
ことになり、応答速度が悪いという問題がある。

【００１２】特に、実際のバルブ部の流量特性は、弁開
度が小さい時の流量変化は少なく、ある程度以上の弁開
度になると流量変化も大きくなるような特性を有してい
るので、バルブ全閉状態で流量ゼロからステップ状に設
定値が変化した時の応答性がかなり劣るという問題があ
った。

【００１３】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、流量制御方式を途中で切り替えることにより
迅速且つオーバシュートのない流量制御を行うことがで
きる流量制御方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、流体を流す流体通路に介設された流量
制御弁を流量制御部から制御することにより前記流体の
流量を制御する流量制御方法において、予め複数の流量
設定値に応じた前記流量制御弁の定常操作量を測定して
テーブル化して記憶しておき、所定の流量設定値まで急
激に流量を変化する際に、前記流量制御部は前記所定の
流量設定値に対応した前記定常操作量をテーブルに基づ
いて求め、求められた定常操作量よりも所定の割合だけ
小さい初期操作量を前記流量制御弁に出力し、その後、
直ちに前記初期操作量を基準として速度型ＰＩＤ制御に
移行するようにしたものである。

【００１５】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、流体
の流量を大きく変化させる場合、例えば流量ゼロの状態
から所定の流量設定値まで流量を急激に変化させる場
合、まず、その流量設定値の設定信号が入力されると流
量制御部はこの値に対応する定常操作量を予め記憶して
いるテーブルから求め、この定常操作量よりも所定の割
合、例えば０．６〜０．７倍の操作量を初期操作量とし
て出力する。この初期操作量を予め計算して同様にテー
ブル化しておけば迅速にこの初期操作量の値を抽出でき
る。また、テーブルに記憶されていない流量設定値の場
合には、その両側の記憶されている流量設定値等に補間
法を適用して対応する初期操作量を求める。このように
して求められた初期操作量に基づいて流量制御部は直ち
に流量制御弁を駆動制御し、初期操作量に見合った弁開
度だけ開く。

【００１６】その後、直ちに、例えばセンサ部が安定す
るまでの僅かな時間が経過したら速度型ＰＩＤ制御へ移
行する。これにより、流体は当初急激に流れ出すが、そ
の時の流量設定値における初期操作量が定常操作量より
も小さく設定されているのでオーバシュートを生ずる程
急激な流れではない。そして、直ちに速度型ＰＩＤ制御
へ移行することにより、その時の弁開度を基準として徐
々に定常操作量に向けて弁開度が大きくなり、最終的に
流量設定値に対応した流量が流れることになる。このよ
うにして設定流量値が急激に変化した場合にあってもオ
ーバシュート等を生ずることなく迅速に所望する設定流
量値に流量が変化するように制御することが可能とな
る。

【００１７】この場合、使用する環境の変化、例えば流
体通路が接続される配管系のガス差圧や流体通路の経年
変化等に応じてテーブル中の流量設定値に示す流体が実
際に流れている時の実際の操作量とこの時の定常操作量
にズレが生ずる場合があるが、ズレが過度に大きくなっ
た時にはテーブルの流量設定値を書き直すようにし、常
にアップデートな状態にしておくのが好ましい。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明に係る流量制御方法の一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る
流量制御方法を実施するためのガス質量流量制御装置を
示す概略構成図、図２は図１に示す制御装置の流量制御
部の構成を示すブロック図、図３は本発明の制御方法を
実施した時の流量設定値、流量及び操作量の変化を示す
グラフ、図４は差圧を変えた場合における流量制御弁の
操作量と流量との関係を示すグラフ、図５は図４から抜
き出された一部の特性曲線を示すグラフである。

【００１９】まず、本発明に係る流量制御方法を実施す
るためのガス質量流量制御装置について説明する。図示
するようにこのガス質量流量制御装置２は、例えばステ
ンレススチール等により成形された流体通路４を有して
おり、この流体通路４のガス流体の流れ方向の上流側に
は大部分の流量を流すバイパス６が設けられ、下流側に
はガス流体の流量を制御するために弁体として例えばダ
イヤフラム８を備えた流量制御弁１０が設けられる。

【００２０】上記バイパス６の両端側には、質量流量検
出センサ部１２のセンサ管１４が接続されており、これ
にバイパス４と比較して小量のガス流体を流し得るよう
になっている。このセンサ管１４には制御用の一対の電
熱コイル１６が巻回されており、これに接続されたセン
サ制御回路１８によりガス流体の質量流量を検出するよ
うになっている。

【００２１】ここでの検出値は、２チャンネルのＡ／Ｄ
コンバータ２０を介して例えばマイクロコンピュータ等
よりなる流量制御部２２へ入力されている。また、外部
から入力される流量設定値を示す設定信号もこのＡ／Ｄ
コンバータ２０を介して上記流量制御部２２へ入力され
る。この設定信号は、通常０〜５Ｖのアナログ信号であ
り、上記Ａ／Ｄコンバータ２０にてデジタル信号へ変換
された後に流量制御部２２へ入力される。

【００２２】また、上記流量制御弁１０は上記ダイヤフ
ラム８を上下駆動するためのアクチュエータとして小さ
なストローク範囲内で大きな推力変化を生ずる例えば積
層型圧電素子２４を有しており、圧電素子駆動部２６か
らの駆動信号で制御される。上記駆動部２６へは、流量
制御部２２からのデジタル駆動信号がＤ／Ａコンバータ
２８によりアナログ信号へ変換された後に入力されてお
り、上記流量設定値に対応した流量が流れるように流量
制御弁１０の操作量すなわち弁開度を制御している。

【００２３】そして、本発明においては予め複数の流量
設定値に応じた前記流量制御弁の定常操作量を測定して
テーブル化して記憶しておき、設定流量値が急激に変化
した時には、新たに設定された流量設定値に対応した定
常操作量を上記テーブルに基づいて求め、この求めた定
常操作量よりも所定の割合だけ小さい初期操作量を、ま
ず上記流量制御弁１０に出力し、その後、直ちに上記初
期操作量を基準として速度型ＰＩＤ制御（前述の数２に
より表される）に移行するように上記流量制御部２２は
プログラムされている。

【００２４】すなわち、換言すれば、流量設定値が変更
されると新たに設定された流量設定値に対応する弁開度
（操作量）よりも少し小さな弁開度（初期操作量）ま
で、まず一気に開き、或いは閉じ、その後直ちに安定的
制御を特長とする速度型ＰＩＤ制御に移行し、結果的に
オーバシュートを生ずることなく迅速に設定量流量へ移
行するものである。

【００２５】上記プログラム内容を機能的に表すと例え
ば図２に示すように表され、各種の演算を行う演算部３
０と、予め測定された流量制御弁の測定結果を書き換え
可能に記憶する例えばＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ａｌｅｒａｚａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅＲ
ＯＭ）よりなる記憶部３１と、センサ１２が安定したか
否かを示すセンサ安定確認部３４と、テーブル（表）を
書き替えるタイミングを知らせる書き替え指令部３３と
よりなる。

【００２６】上記センサ安定確認部３２は、速度型ＰＩ
Ｄ制御へ切り替えるタイミングを知らせるものであり、
ガス流量の急激な減少或いは増加を感知したら、センサ
が安定したものと認識してセンサが安定した旨を演算部
３０に知らせる。このセンサ安定化までの時間（応答時
間）は非常に短く、例えばμｍｓｅｃオーダであるのに
対してダイヤフラム８を操作するアクチュエータの応答
時間は比較的長く、例えばｍｓｅｃオーダである。

【００２７】また、書き替え指令部３３は、入力される
設定流量値が安定（一定）している場合において、駆動
信号として出力される実際の操作量とその時の流量設定
値の表中における操作量との間に一定量、例えば１０％
以上の差が生じたならば表中の流量設定値を書き替える
ための書き替え信号を出力するものであり、この書き替
え信号を受けた演算部３０は所定の計算を行って書き替
えを行う。以上のような操作は全てプログラムにより処
理される。ここで記憶部３２に記憶される表１に示す内
容について説明する。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１中において流量設定値Ｑは外部から入
力される目標とする流量を表すものであり、便宜上、最
大流量をＱ₁ 〜Ｑ₁₀まで１０％ずつ１０段階に分割して
いるが、更に細分化してもよい。操作量は制御弁の弁開
度を示しており、流量設定値で表される流量を安定して
流す時に必要とされる弁開度を示している。ここで、一
般的には流量制御弁の操作量（弁開度）と流量との特性
は図４に示すようにヒステリシス特性を有しており、操
作量を増加していく場合と減少させていく場合とでは同
じ弁開度でも流量が異なり、しかも差圧が異なることに
よっても流量が異なるという複雑な特性を有している。
例えば弁開度が同一であるとすると差圧が大きい程、流
量は大きくなり、全体の特性曲線は相似形を示すことに
なる。このため表１に示すように同じ流量設定値Ｑに対
して弁開度増加時の操作量ｍＡと、弁開度減少時の操作
量ｍＢとが存在することになり、これらを両方測定す
る。また、流量ゼロの時は漏れを防止するために弁は強
い力で押さえ付けられているので、駆動電圧が例えば５
Ｖよりも低い領域では、弁が開いておらずに流量はゼロ
であり、駆動電圧が略５Ｖよりも大きくなると、弁が開
き始めてガスが流れ出すことになる。

【００３０】尚、差圧が異なることによって、同一弁開
度でも流量が変化する点に対する補償は後述する。これ
らの操作量ｍＡ、ｍＢの測定は、このガス流量制御装置
２を例えば半導体製造装置の配管系に実際に組み込んだ
後に行い、例えば流量を１０％ずつ増加して或いは減少
して、その都度流量が安定した時の弁開度（アクチュエ
ータの駆動電圧と等価）を読み取って操作量ｍＡ、ｍＢ
として記憶部３２に記憶する。

【００３１】そして、上記それぞれの操作量ｍＡ、ｍＢ
に所定の割合α（１＜０）を剰算してそれぞれ対応する
初期操作量ｍＡｏ、ｍＢｏを求め、同様に記憶する。従
って、初期操作量ｍＡｏ、ｍＢｏは次のように計算によ
り求められる。ｍＡｏ＝α・ｍＡｍＢｏ＝α・ｍＢここでαは、初期操作量に相当する弁開度を一気に確立
したとしても流量がオーバシュートしないような値に設
定され、通常、０．６〜０．７の範囲内に設定される。

【００３２】また、表１を形成する時の差圧は、この流
量制御装置が設置される環境において予想される最も大
きな差圧に設定する。例えば半導体製造装置における処
理ガスの配管系のガス圧は通常、最大３ｋｇｆ／ｃｍ²
であるので、表１の作成時には差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² の
基でデータを取るようにする。これにより、この流量制
御装置を、最大差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² とするどのような
配管系に設けてもオーバシュートを生ずることがない。
また、流量制御装置が配置された配管系の差圧が、例え
ば３ｋｇｆ／ｃｍ² よりも小さい、例えば２ｋｇｆ／ｃ
ｍ² であるとすると、表１に表された流量設定値Ｑに対
応するそれぞれの操作量及び初期操作量は全て大きくな
る（図４参照）。

【００３３】そこで、制御速度の迅速性を確保するため
に学習機能により、表１中の流量設定値Ｑの値を対応す
るように全て書き替える。具体的には、流量設定値に規
定された流量が安定して流れている時の流量制御弁１０
の実際の操作量（駆動信号の電圧に対応する）をモニタ
し、この流量設定値と上記操作量に対応する表１中の流
量設定値との比に基づいて、表１中の流量設定値を書き
替えるようにする。書き替えられた状態は表２に示され
る。

【００３４】

【表２】

【００３５】この場合、実際には操作量はヒステリシス
特性に起因して微視的に変動することが考えられるの
で、例えば１０％以上の操作量の差が生じた時に書き替
え指令部３４が書き替え信号を出力する。また、表１中
に記憶されていない流量設定値Ｑ、例えば流量設定値Ｑ
₁ とＱ₂の間である例えば１５％の流量設定値が入力さ
れた時には、流量設定値Ｑ₁ とＱ₂ のそれぞれに対応す
る操作量及び初期操作量より補間法により対応する値を
求めるようにする。尚、図１中、３４は流量出力を例え
ば０〜５Ｖのアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ
であり、３６は外部との通信を行う例えばＲＳ２３２Ｃ
規格のインタフェースである。

【００３６】次に、以上のように構成されたガス質量流
量制御装置を用いて行われる本発明方法の一例を具体的
に説明する。例えば差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² の流体通路４
にガス流体が流れると、この一部はセンサ部１２のセン
サ管１４を流れ、大部分はバイパス６を流れて行き、流
体制御弁１０によりその流量が制御されつつガス使用系
へ向かう。

【００３７】センサ管１４を流れるガス流体の流量は定
温度差方式のセンサ１２により検出されて流体通路４全
体に流れる質量流量が求められ、流量制御部２２へ入力
される。そして、この検出値が外部から入力されている
流量設定値と同一になるようにフィードバック制御がか
けられて流量制御弁１０の積層型圧電素子２４を駆動す
ることにより弁開度を制御することになる。

【００３８】さて、本実施例において流量設定値が大幅
に変化した場合、例えば一例として流量ゼロの状態から
流量設定値Ｑが表１中においてＱ₃ まで急激に変化した
場合について説明すると、まず図３に示すように時間ｔ
において流量設定値Ｑ₃ が設定信号として入力される
と、演算部３０は記憶部３１に記憶した表１中から流量
増加時の定常操作量ｍＡ₃ を求め、この値に所定の割合
αを剰算することにより増加時の初期操作量ｍＡＯ₃ を
求める。尚、この初期操作量が予め算出されて表１中に
テーブル化されている場合には流量設定値Ｑ₃ に対応す
る値として初期操作量ｍＡＯ₃ （＜ｍＡ₃ ）を直接読み
出すようにしてもよい。この初期操作量ｍＡＯ₃ は流量
制御部２２より流量制御弁１０側へ駆動信号として直ち
に伝達され、ダイヤフラム８は初期操作量ｍＡＯ₃ まで
一気に開かれることになる。

【００３９】これにより、ガスは急激に流れ出し、この
ガス流は応答感度の速いセンサ１２により検出され、す
るとセンサ安定確認部３２（図２参照）がセンサが安定
した旨を演算部３０に伝達する。すると、演算部３０
は、ポイントＡにおいて制御方式を前記数２で示したよ
うな速度型ＰＩＤ制御に切り替える。この制御方式は前
述したように現在の弁開度を認めて、これを基準として
安定して緩慢に設定値に向けて弁開度を調整するもので
あることから、弁の操作量はポイントＡを境にしてすな
わち初期操作量ｍＡＯ₃ から安定して緩慢に上昇して行
く。この間、ガス流量は流量設定値Ｑ₃ に向けて急激に
増加して行くが、上記初期操作量ｍＡＯ₃は、オーバシ
ュートが発生しないように定常操作量ｍＡ₃ よりも小さ
く設定されているのでオーバシュートが生ずることがな
く、迅速に流量設定値Ｑ₃ までガス流量を増加させるこ
とができる。従って、オーバシュートが発生しないの
で、例えば半導体製造装置にあっては急激な気体巻き込
みによるパーティクルの巻き上げが発生することを阻止
することができる。

【００４０】このような動作は、流量ゼロからステップ
状に流量設定値が増加する場合のみならず、ガス流体が
ある程度流れている状態からステップ状に流量設定値が
増加する場合も同様である。また、逆にガス流体がある
程度流れている状態からステップ状に流量設定値が減少
する場合も同様に動作する。但し、この場合には、ガス
流量が減少することから減少時の定常操作量ｍＢ及び減
少時の初期操作量ｍＢＯの欄から値が選択され、或いは
値が算出されることになる。尚、この場合、流量設定値
Ｑが非常に低い場合、例えば最大流量の０．５％程度の
設定流量の場合には、この時の初期操作量ｍＡＯの電圧
値が、流量制御弁の流れが開始する駆動信号（駆動電
圧）よりも僅かに小さい直前の駆動信号（駆動電圧）と
なる場合もある。この点を図４を参照して説明すると、
例えば最大流量の０．５％の設定流量の時の定常操作量
を７ボルトとし、α＝０．６と仮定すると、初期操作量
ｍＡＯは４．２ボルト（＝７Ｖ×０．６）となり、弁が
開き始めてガスが流れ出す電圧、すなわち５ボルトより
も小さい値となる。

【００４１】また、表１中に記憶されていない流量設定
値Ｑが入力された場合には（実際には、この種のケース
が多いと思われる）、この流量設定値Ｑが表１中にて位
置する箇所の両側の流量設定値に対応する定常操作量及
びその時の初期操作量から例えば按分などの補間法によ
り、対応する定常操作量及び初期操作量を求めるように
する。時間ｔからポイントＡまでの時間Δｔは、非常に
小さく、センサの応答性等にもよるが、例えば数μｓｅ
ｃ程度に設定される。

【００４２】また、上記動作にあっては、表１を作成す
るにあたり差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² の基で実測を行い、且
つ流量制御弁が実装された配管系も差圧３ｋｇｆ／ｃｍ
² の配管系の場合なので、表１に示された値をそのまま
使用してもほとんど問題は生じないが、実際には使用ガ
スの性状により、差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² より下回った環
境で使用される場合も生ずる。この場合には、図４を参
照しつつ前述したように差圧が異なると同一弁開度にお
いても流量特性が異なるので表１を補正する必要が生ず
る。図５に示すように差圧３ｋｇｆ／ｃｍ² （表１に対
応）で測定した表１は、例えば差圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ
² の基で流量制御装置を使用する場合には、それに対応
して差圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ² の流量特性を作る必要が
生ずるが、本実施例にあっては学習機能が設けられてお
り、自動的に表１を差圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ² に対応し
た表２に書き替えるようになっている。

【００４３】

【表２】

【００４４】具体的には、例えば、ガス流量を増加する
場合を例にとると、当初は、表１に基づいて初期操作量
が選択或いは算出され、この初期操作量で弁開度が制御
されるが、流量設定値Ｑｌの流量が安定的に流れる状態
においてはその時の実際の操作量ｍＡｋは表１中の増加
時の定常操作量ｍＡｌの値とは異なってくる。従って、
この時の実際の操作量ｍＡｋに対応する表１中の流量設
定値Ｑｋを求め、このＱｌとＱｋにより表１中の流量設
定値Ｑを全て書き替えて表２に示す流量設定値Ｑ’を作
る。この計算式は以下のように与えられる。Ｑ’＝Ｑ・Ｑｌ／Ｑｋ

【００４５】実際の制御においては、図２に示すように
書き替え指令部３３が流量設定値と駆動信号で示される
実際の操作量を常時モニタしており、流量設定値が変化
しない状態において、実際の操作量とその時の流量設定
値に対応する表１中の定常操作量との差が、所定の範
囲、例えば１０％以上超えて大きくなった場合には、書
き替え信号を出力し、上記した書き替え操作が行われ、
表２に示すような新たな表が作られて記憶されることに
なる。以後は、この表２に基づいて前記したような制御
が行われることになる。

【００４６】このように学習機能を設けて、必要時には
表の書き替え操作を行うようにすることで、どのような
差圧を有する配管系にも適用することができるのみなら
ず、また、ガスボンベの元圧の変化等に起因して差圧が
変化してもそれに対応することが可能となる。尚、上記
実施例においては、制御の切り替えのタイミングをセン
サ安定確認部３２の動作にて行うようにしたが、これは
一例を示したに過ぎず、初期操作量の出力後に直ちに速
度型ＰＩＤ制御へ移行できるならば、どのような切り替
え機能を持たしてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。流量設定値が急激に切り替えられた時に
は、新たな流量設定値に対応する初期操作量に弁開度を
直ちに設定し、その後直ちに速度型ＰＩＤ制御に移行す
るようにしたのでオーバシュートを生ずることなく迅速
に所望の流量に設定することができる。従って、半導体
製造装置のガス供給系に適用した場合には、オーバシュ
ートに起因したパーティクルの巻き上げを防止でき、歩
留まりの向上に寄与することができる。また、テーブル
上の流量設定値を実際の操作量に対応させて書き替える
ことにより、例えば使用系の差圧が当初より変動した場
合、或いは差圧が異なる使用系に適用した場合にあって
も対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量制御方法を実施するためのガ
ス質量流量制御装置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す制御装置の流量制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の制御方法を行った時の流量設定値、流
量及び操作量の変化を示すグラフである。

【図４】差圧を変えた場合における流量制御弁の操作量
と流量との関係を示すグラフである。

【図５】図４中から抜き出された一部の特性曲線を示す
グラフである。

【図６】当初より速度型ＰＩＤ制御を行った場合の流量
設定値、流量及び操作量の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

２ガス質量流量制御装置４流体通路６バイパス８ダイヤフラム１０流量制御弁１２質量流量検出センサ１４センサ管２２流量制御部２４積層型圧電素子２６圧電素子駆動部３０演算部３１記憶部３２センサ安定確認部３３書き替え指令部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 7/06 G05B 7/02 G05B 11/36 501

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を流す流体通路に介設された流量制
御弁を流量制御部から制御することにより前記流体の流
量を制御する流量制御方法において、予め複数の流量設
定値に応じた前記流量制御弁の定常操作量を測定してテ
ーブル化して記憶しておき、所定の流量設定値まで急激
に流量を変化する際に、前記流量制御部は前記所定の流
量設定値に対応した前記定常操作量をテーブルに基づい
て求め、求められた定常操作量よりも所定の割合だけ小
さい初期操作量を前記流量制御弁に出力し、その後、直
ちに前記初期操作量を基準として速度型ＰＩＤ制御に移
行するようにしたことを特徴とする流量制御方法。
【請求項２】前記流量制御部は、前記流量設定値に規
定された流量が安定して流れている時の前記流量制御弁
の実際の操作量をモニタし、前記流量設定値と、前記実
際の操作量に対応する前記テーブル上の流量設定値との
比に基づいて前記テーブルの流量設定値を書き替えるよ
うに構成したことを特徴とする請求項１記載の流量制御
方法。
【請求項３】前記初期操作量は、前記定常操作量の
０．６〜０．７倍の範囲内に設定されることを特徴とす
る請求項１または２記載の流量制御方法。
【請求項４】前記テーブルに記憶されている定常操作
量以外の定常操作量は、補間法により求められることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流量制御
方法。