專利名稱：質(zhì)量流量計(jì)及控制器以及質(zhì)量流量計(jì)及控制器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體工序等中對(duì)氣體或液體等流體的流量進(jìn)行控制的 質(zhì)量流量計(jì)(mass flow meter)、具有此質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量控制器(mass flow controller)、以及進(jìn)而具有此等質(zhì)量流量計(jì)和質(zhì)量流量控制器的質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)(mass flow meter system)及質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)(mass flow controller system)(以下，將這 些稱作質(zhì)量流量計(jì)等)。
背景技術(shù)：
近年來，越來越多地對(duì)一臺(tái)半導(dǎo)體制造裝置搭載多個(gè)處理腔體(process chamber)來進(jìn)行多個(gè)工序(process)等的半導(dǎo)體工序中，所使用的氣體或液體之類的流體 種類大幅增加，對(duì)應(yīng)于此而需要大量的質(zhì)量流量計(jì)等。此情況下，提供有如下的質(zhì)量流量計(jì)等，亦即，即便為一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)等，也無需 從管道等中拆卸此質(zhì)量流量計(jì)等，可由用戶方(user side)對(duì)應(yīng)于作為試樣流體的氣體類 型等的變更或滿標(biāo)度(full scale)流量(最大測(cè)定或者控制流量)的變更，而使用此質(zhì)量 流量計(jì)等(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。[先行技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)1]日本專利特開平11-94604號(hào)公報(bào)(12頁)

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)發(fā)明人潛心研究的結(jié)果，首先了解到如下情況。亦即，即便為用以根據(jù) 氣體類型的變更而計(jì)算出與此氣體類型對(duì)應(yīng)的流量值、且和用以計(jì)算出流量的函數(shù)相乘的 系數(shù)即所謂的換算因數(shù)(conversionfactor)，為了使此系數(shù)在多個(gè)質(zhì)量流量計(jì)等中共用化 來進(jìn)行高精度的測(cè)定，也必須將此系數(shù)變更為對(duì)獲取此系數(shù)的作為基準(zhǔn)器的質(zhì)量流量計(jì)等 和實(shí)際使用的各個(gè)質(zhì)量流量計(jì)等之間的儀器誤差進(jìn)行修正者。另一方面，可認(rèn)為質(zhì)量流量計(jì)等的儀器誤差也和氣體類型等試樣流體的種類相 關(guān)，因此可認(rèn)為修正所示儀器誤差的參數(shù)(parameter)，必須最終在各個(gè)試樣流體實(shí)際流入 各質(zhì)量流量計(jì)等之后求出。然而，根據(jù)發(fā)明人潛心研究的結(jié)果，進(jìn)而了解到如下情況。即，質(zhì)量流量計(jì)等的儀 器誤差，可通過使硬件(hardware)的各構(gòu)成盡量基準(zhǔn)化來從硬件方面加以抑制。而且，在 此儀器誤差得以抑制的硬件中，儀器誤差即便在多個(gè)試樣流體以共用的方式來處理也能夠 精度良好地測(cè)定流量。本發(fā)明是根據(jù)這些知識(shí)見解，從能否提供一種無需特別的工時(shí)也能夠較佳地應(yīng)對(duì) 氣體類型等試樣流體的變更的優(yōu)異的質(zhì)量流量計(jì)等的設(shè)想中完成的。即，本發(fā)明的目的在 于提供一種優(yōu)異的質(zhì)量流量計(jì)等，即便在氣體類型等試樣流體變更時(shí)也能夠作出靈活應(yīng) 對(duì)，并且，還可以精度良好地測(cè)定流量。
為解決此類技術(shù)性課題，本發(fā)明的質(zhì)量流量計(jì)具備傳感器部，對(duì)流路中流動(dòng)的試 樣流體的流量進(jìn)行偵測(cè)；設(shè)定部，設(shè)定所指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)和儀器誤 差修正參數(shù)，所述流量特性函數(shù)是按照每一流體所確定的用以根據(jù)來自所述傳感器部的輸 出值確定流量的流量特性函數(shù)，所述儀器誤差修正參數(shù)是獨(dú)立于所述流量特性函數(shù)且為多 個(gè)試樣流體所共用的參數(shù)，用以對(duì)每一質(zhì)量流量計(jì)的儀器誤差進(jìn)行修正；以及流量計(jì)算部， 根據(jù)所述流量特性函數(shù)和所述儀器誤差修正參數(shù)，來計(jì)算出所述試樣流體的流量。根據(jù)所述質(zhì)量流量計(jì)，儀器誤差修正參數(shù)是獨(dú)立于流量特性函數(shù)且為多個(gè)試樣流體所共用的參數(shù)，所以，即便在由所述質(zhì)量流量計(jì)等測(cè)量的試樣流體變更時(shí)，僅通過設(shè)定和 所測(cè)量試樣流體對(duì)應(yīng)的流量特性函數(shù)，便可精度良好地測(cè)定所變更的試樣流體的流量。即，根據(jù)本發(fā)明，只要是相同的質(zhì)量流量計(jì)等，便可設(shè)定多個(gè)試樣流體所共用的儀 器誤差修正參數(shù)。所以，即便在由所述質(zhì)量流量計(jì)等測(cè)定的試樣流體變更時(shí)，也不必使所變 更的各個(gè)試樣流體流入后對(duì)此質(zhì)量流量計(jì)等進(jìn)行實(shí)際校正，來求出每一試樣流體或者流量 特性函數(shù)所固有的儀器誤差修正參數(shù)，而是僅例如設(shè)定經(jīng)和所變更的試樣流體不同的其他 試樣流體進(jìn)行校正而得的、在所述質(zhì)量流量計(jì)等中共用的儀器誤差修正參數(shù)等，進(jìn)而，從數(shù) 據(jù)庫(database)等中讀入在傳感器部或旁通路(bypass)構(gòu)成等硬件構(gòu)成實(shí)質(zhì)上相同的質(zhì) 量流量計(jì)中共用化的通用的流量特性函數(shù)并加以設(shè)定等，由此便可容易地精度良好地測(cè)定 所變更的試樣流體的流量。而且，所述流量特性函數(shù)如果由五次多項(xiàng)式表示，則可一邊在寬范圍(range)中 精度良好地近似，一邊進(jìn)一步擴(kuò)大可由質(zhì)量流量計(jì)等測(cè)定的最大流量即滿標(biāo)度流量，因此， 即便可由所述質(zhì)量流量計(jì)來測(cè)定的范圍作規(guī)定波動(dòng)也可抑制誤差，從而可在多種范圍中實(shí) 現(xiàn)高精度的測(cè)定。如果在以滿標(biāo)度流量測(cè)定作為試樣流體的基準(zhǔn)流體時(shí)，所述儀器誤差修正參數(shù)為 能夠消除設(shè)定基準(zhǔn)流體所固有的流量特性函數(shù)而計(jì)算出的流量值、和利用作為基準(zhǔn)的質(zhì)量 流量計(jì)來測(cè)定出所述滿標(biāo)度流量時(shí)的流量值之誤差，則此參數(shù)也可例如利用惰性氣體等的 便利性高的基準(zhǔn)流體僅單點(diǎn)測(cè)定滿標(biāo)度流量而求出，從而能夠減輕質(zhì)量流量計(jì)等的校正作 業(yè)的繁雜性。此處，所謂滿標(biāo)度流量是指優(yōu)選利用流量特性函數(shù)在規(guī)定誤差的范圍內(nèi)可測(cè) 定的最大流量值，但也可為將所述可測(cè)定的上限流量值限制得小到規(guī)定值時(shí)的流量值(小 于可測(cè)定的上限流量值的流量值)。所述儀器誤差修正參數(shù)如果是以氮?dú)鉃樵嚇恿黧w并實(shí)際測(cè)定作為所述試樣流體 的基準(zhǔn)氣體而求出的系數(shù)，且所述系數(shù)為其他不同的多個(gè)試樣氣體所共用，則便可盡量避 免利用毒性或腐蝕性強(qiáng)的氣體或液體等試樣流體來校正各個(gè)質(zhì)量流量計(jì)等，從而可安全且 簡易地求出作為儀器誤差修正參數(shù)的系數(shù)。進(jìn)而，如果使質(zhì)量流量控制器為包含所述質(zhì)量流量計(jì)、設(shè)置在所述流路中的控制 閥(cortrol valve)及對(duì)計(jì)算出的流量值和流量設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算并依據(jù)此運(yùn)算結(jié)果來 控制所述控制閥的控制部的質(zhì)量流量控制器，則便可提供一種能夠在實(shí)現(xiàn)高精度的流體控 制的同時(shí)、根據(jù)半導(dǎo)體成膜工序的變更等而容易地變更作為控制對(duì)象的試樣流體的通用性 高的質(zhì)量流量控制器。如果質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)或者質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)進(jìn)而具備和多個(gè)質(zhì)量流量計(jì)或多 個(gè)質(zhì)量流量控制器進(jìn)行通信并且存儲(chǔ)多個(gè)和試樣流體相關(guān)的流量特性函數(shù)的存儲(chǔ)部、以及受理對(duì)在所述流路中流動(dòng)的試樣流體的指定的試樣流體受理部，且所述設(shè)定部從所述存儲(chǔ) 部中接收由所述受理部指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)，并設(shè)定所指定的試樣流體 所固有的流量特性函數(shù)，則便可設(shè)置連接著多個(gè)質(zhì)量流量計(jì)等的半導(dǎo)體制造裝置或高級(jí)別 的主計(jì)算機(jī)(host computer)，并根據(jù)試樣流體的指定，通過電力通信線路對(duì)各質(zhì)量流量計(jì) 等，發(fā)送和每一試樣流體相關(guān)聯(lián)地加以存儲(chǔ)、且硬件實(shí)質(zhì)上相同的質(zhì)量流量計(jì)等所共用的 通用性高的流量特性函數(shù)，由此可在提高各質(zhì)量流量計(jì)等的通用性的同時(shí)，集中管理流量 特性函數(shù)從而便于管理所述追加變更等。[發(fā)明的效果]根據(jù)所述的本發(fā)明，可提供一種在氣體類型等試樣流體變更時(shí)也能作出靈活應(yīng)對(duì)且可精度良好地測(cè)定流量的優(yōu)異的質(zhì)量流量計(jì)等。


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)的整體概略圖。圖2是表示所述實(shí)施方式中的質(zhì)量流量控制器的設(shè)備構(gòu)成的示意圖。圖3是表示所述實(shí)施方式中的質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)的功能構(gòu)成圖。圖4是所述實(shí)施方式中的控制裝置的設(shè)備構(gòu)成圖。圖5是所述實(shí)施方式中的傳感器輸出范圍的說明圖。圖6是表示所述實(shí)施方式中的質(zhì)量流量控制器的動(dòng)作的流程圖。[符號(hào)的說明]1氣體流路(流路)la、Ib分流管Ibl層流元件2流量傳感器部(傳感器部)3流量控制閥(控制閥)4處理部4a控制部4al偏差計(jì)算部4a2控制值計(jì)算部4c設(shè)定部4b MFC側(cè)存儲(chǔ)部4d流量計(jì)算部4e開度控制信號(hào)輸出部11導(dǎo)入端口12導(dǎo)出端口21熱敏傳感器22橋接電路23放大電路24 修正電路101CPU102內(nèi)部存儲(chǔ)器103外部存儲(chǔ)裝置104輸入裝置105顯示裝置106通信接口A質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)Al質(zhì)量流量控制器A2控制裝置A21存儲(chǔ)部A22受理部(試樣流體受理部)A23發(fā)送部B儲(chǔ)氣罐FV氣動(dòng)閥I3R調(diào)壓器G試樣氣體(試樣流體)K流量特性函數(shù)α儀器誤差修正參數(shù)
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式加以說明。本實(shí)施方式的質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)A具備質(zhì)量流量控制器Al、對(duì)所述質(zhì)量流量控 制器Al進(jìn)行控制·管理的另一控制裝置A2，例如圖1所示，用于對(duì)半導(dǎo)體制造裝置中的腔 室供給氣體的氣體供給系統(tǒng)。以下，具體說明各裝置。 如圖2中示意圖所示，質(zhì)量流量控制器Al具備氣體流路1(本發(fā)明中的「流路」 的一個(gè)示例)；流量傳感器部2(本發(fā)明中的「傳感器部」的一個(gè)示例)，對(duì)所述氣體流路1 內(nèi)流動(dòng)的試樣氣體G(本發(fā)明中的「試樣流體」的一個(gè)示例)的流量進(jìn)行測(cè)定；流量控制閥 3(本發(fā)明中的「控制閥」的一個(gè)示例)，設(shè)置在所述流量傳感器部2的例如下游側(cè)；處理部 4，具有控制部4a (參照?qǐng)D3)，此控制部4a對(duì)根據(jù)流量設(shè)定信號(hào)的流量設(shè)定值以及根據(jù)來自 所述流量傳感器部2的流量測(cè)定信號(hào)而計(jì)算出的流量值(流量測(cè)定值)進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算，并 基于此運(yùn)算結(jié)果來控制流量控制閥3。以下，對(duì)各部分進(jìn)行具體說明。另外，質(zhì)量流量控制 器是在質(zhì)量流量計(jì)中進(jìn)而附加有控制機(jī)構(gòu)而得的，所以，在質(zhì)量流量控制器中將此兩者一 起說明，而省略對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的單獨(dú)說明。如圖2所示，氣體流路1中將上游端作為導(dǎo)入端口(port) 11、并將下游端作為導(dǎo)出 端口 12而分別開口，所以如圖1所示，例如導(dǎo)入端口 11上，經(jīng)由外部管道而連接有氣動(dòng)閥 FV、調(diào)壓器(pressure regulator) PR以及儲(chǔ)氣罐(gas bomb) B，而在導(dǎo)出端口 12上，經(jīng)由外 部管道而連接有用于半導(dǎo)體制造等的腔室(未圖示)。而且，本實(shí)施方式中如圖2所示，所 述氣體流路1構(gòu)成為在導(dǎo)入端口 11和導(dǎo)出端口 12之間，具有分流為兩個(gè)部分后合流的氣 體分流路la、lb。其中，在氣體分流路Ia中安裝有下述的熱敏傳感器(thermal sensor) 21, 另一方面，氣體分流路Ib用作配置有層流元件Ibl的旁通路。流量傳感器部2雖未圖示詳細(xì)情況，但例如具備設(shè)置在氣體流路1中的一對(duì)熱敏 傳感器21。此流量傳感器部2是在由所述熱敏傳感器21將試樣氣體G的瞬間流量作為電信 號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并通過內(nèi)部電氣電路(橋接電路(bridge circuit) 22、放大電路(amplifying circuit) 23、修正電路24)使所述電信號(hào)放大等后，將所述電信號(hào)作為和檢測(cè)流量對(duì)應(yīng)的 流量測(cè)定信號(hào)(以下也稱為傳感器輸出)加以輸出。流量控制閥3依然未圖示詳細(xì)情況，但例如構(gòu)成為可通過由壓電元件 (piezodielectric element)等構(gòu)成的致動(dòng)器(actuator)使閥開度發(fā)生變化，并通過被提 供有來自外部的電信號(hào)即開度控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器，將閥開度調(diào)節(jié)為對(duì)應(yīng)于所述開 度控制信號(hào)的值來控制試樣氣體G的流量。處理部4包含未圖示的CPU (central processing unit，中央處理器)及存儲(chǔ)器 (memory)、具有 A/D 轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital converter，模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換器)及 D/A 轉(zhuǎn) 換器(Digita)-to-Analog converter，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)等的數(shù)字乃至模擬電氣電路、 及用以和控制裝置A2進(jìn)行通信的通信接口(interface)等，處理部4既可為專用部件，也 可為在部分或全部利用個(gè)人電腦(Personal Computer)等通用計(jì)算機(jī)(Computer)的部件。 而且，也可構(gòu)成為不使用CPU而是僅利用模擬電路來實(shí)現(xiàn)作為所述各部分的功能，還可無 需在實(shí)體上為一體，而是由通過有線乃至無線來相互連接的多個(gè)設(shè)備構(gòu)成。而且，硬件也可 和控制裝置A2共用。而且，在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)規(guī)定的程序(program)，按照所述程序而使CPU及其外圍設(shè)備協(xié)同動(dòng)作，由此使處理部4如圖3所示構(gòu)成為，至少發(fā)揮著作為控制部4a、存儲(chǔ)儀器 誤差修正參數(shù)及流量特性函數(shù)的MFC (massf low controller，質(zhì)量流量控制器)側(cè)存儲(chǔ)部 4b、設(shè)定部4c、流量計(jì)算部4d以及開度控制信號(hào)輸出部4e等的功能。設(shè)定部4c是包含CPU以及通信接口而構(gòu)成，且接收由控制裝置A2發(fā)送而來的按 照每一試樣流體所確定的流量特性函數(shù)K(包含流量特性確定函數(shù)(流量特性曲線)的各 系數(shù)(agas fgas)和對(duì)應(yīng)此流量特性確定函數(shù)而確定的試樣流體的滿標(biāo)度流量(FSgas)而 構(gòu)成)后，將其存儲(chǔ)到設(shè)定在所述存儲(chǔ)器的規(guī)定區(qū)域中的MFC側(cè)存儲(chǔ)部4b中。而且，設(shè)定 部4c讀出所述存儲(chǔ)部4b中所存儲(chǔ)的儀器誤差修正參數(shù)α (詳細(xì)情況隨后描述)，并且依據(jù) 控制裝置Α2中受理了指定的應(yīng)進(jìn)行測(cè)定(流量控制)的試樣流體，自所述存儲(chǔ)部4b中讀 出流量特性函數(shù)K。接著，設(shè)定部4c根據(jù)這些所述儀器誤差修正參數(shù)α及所述流量特性函 數(shù)K來設(shè)定流量計(jì)算部4d中所使用的流量算式。即，當(dāng)用以計(jì)算出作為基準(zhǔn)流體的基準(zhǔn)氣 體N2的流量的流量算式(下式Pl)已設(shè)定時(shí)，設(shè)定部4c僅變更和被指定為測(cè)定對(duì)象的試 樣流體(試樣氣體G)對(duì)應(yīng)的流量特性函數(shù)K的部分，而生成用以計(jì)算出試樣氣體G的流量 的流量算式(下式P2)。Flow = fN2 (χ) X FSn2 X a ... (Pl)此處，fN2(x)是依照f N2 (χ) = aN2 X x5+bN2 X x4+cN2 X x3+dN2 X x2+eN2 X x+fN2 而求得，aN2 表示N2的流量特性曲線的五次項(xiàng)系數(shù)，bN2表示N2的流量特性曲線的四次項(xiàng)系數(shù)，cN2表示N2 的流量特性曲線的三次項(xiàng)系數(shù)，dN2表示N2的流量特性曲線的二次項(xiàng)系數(shù)，eN2表示N2的流 量特性曲線的一次項(xiàng)系數(shù)，fN2表示N2的流量特性曲線的0次項(xiàng)系數(shù)，F(xiàn)Sn2表示N2的FS (基 準(zhǔn)氣體N2的流量特性曲線中的滿標(biāo)度流量)，α表示作為儀器誤差修正參數(shù)的系數(shù)(多個(gè) 試樣氣體所共用的系數(shù))，χ表示傳感器輸出。Flow = fgas (χ) XFSgasXa ... (Ρ2)此處，fgas(x)是依照fgas(x) = agasXX5+bgasXX4+CgasXX3+dgasXX2+egasXX+fgas 而求 得，agas表示試樣氣體G的流量特性曲線GC的五次項(xiàng)系數(shù)，bgas表示試樣氣體G的流量特性 曲線GC的四次項(xiàng)系數(shù)，Cgas表示試樣氣體G的流量特性曲線GC的三次項(xiàng)系數(shù)，dgas表示試 樣氣體G的流量特性曲線GC的二次項(xiàng)系數(shù)，egas表示試樣氣體G的流量特性曲線GC的一 次項(xiàng)系數(shù)，fgas表示試樣氣體G的流量特性曲線GC的0次項(xiàng)系數(shù)，F(xiàn)Sgas表示試樣氣體G的 FS(試樣氣體G的流量特性曲線中的滿標(biāo)度流量)，α表示作為儀器誤差修正參數(shù)的系數(shù)， χ表示傳感器輸出。MFC側(cè)存儲(chǔ)部4b如下所述，存儲(chǔ)有例如工廠出貨前設(shè)定的儀器誤差修正系數(shù)α， 并形成在所述存儲(chǔ)器的規(guī)定區(qū)域中。而且，MFC側(cè)存儲(chǔ)部4b也可事先追加性地存儲(chǔ)有由所 述設(shè)定部4c適時(shí)地受理的各種試樣氣體G的流量特性函數(shù)K。流量計(jì)算部4d接收流量測(cè)定信號(hào)(傳感器輸出)和由所述設(shè)定部所生成的流量 算式(P2)。接著，依據(jù)所述傳感器輸出和流量算式(P2)，而計(jì)算出氣體流路1中流動(dòng)的試 樣氣體G的流量。流量計(jì)算部4d將計(jì)算出的此實(shí)際流量值，發(fā)送到控制部4a以及控制裝 置A2的顯示裝置105 (參照?qǐng)D4)或設(shè)置在質(zhì)量流量控制器中的顯示部(圖示省略)?？刂撇?a具備偏差計(jì)算部4al，獲取從所述流量計(jì)算部4d中所接收的作為實(shí) 際流量值的流量測(cè)定值和流量設(shè)定信號(hào)所表示的流量設(shè)定值后，計(jì)算出所述流量測(cè)定值和 流量設(shè)定值的偏差ε ；以及控制值計(jì)算部4a2，對(duì)所述偏差ε至少實(shí)施比例運(yùn)算(優(yōu)選PID (Proportion IntegrationDifferentiation,比例積分微分)運(yùn)算)，而計(jì)算出對(duì)流量 控制閥3的反饋(feedback)控制值。開度控制信號(hào)輸出部4e生成具有根據(jù)所述反饋控制值的數(shù)值的開度控制信號(hào)， 并將所述開度控制信號(hào)輸出到流量控制閥3。控制裝置A2例如設(shè)置在半導(dǎo)體制造裝置中，如個(gè)人電腦等那樣具有普通的信息處理功能，且如圖4所示，具備CPU101、內(nèi)部存儲(chǔ)器102、HDD (hard disk drive，硬磁盤驅(qū)動(dòng) 器)等外部存儲(chǔ)裝置103、鼠標(biāo)(mouse)及鍵盤(keyboard)等輸入裝置104、液晶顯示器等 顯示裝置105、以及用以和質(zhì)量流量控制器Al進(jìn)行通信的通信接口 106等。而且，如圖3所 示，所述控制裝置A2按照例如內(nèi)部存儲(chǔ)器102中所存儲(chǔ)的程序，使CPUlOl及其外圍設(shè)備協(xié) 同動(dòng)作，由此所述控制裝置A2至少發(fā)揮著作為存儲(chǔ)部A21 (流量特性函數(shù)存儲(chǔ)部的一個(gè)示 例)、受理部A22(流量特性函數(shù)受理部的一個(gè)示例)以及發(fā)送部A23的功能。另外，在圖3 中控制裝置A2和質(zhì)量流量控制器Al為以1對(duì)1對(duì)應(yīng)著，但也可設(shè)置為多個(gè)質(zhì)量流量控制 器Al，經(jīng)由包含通信接口 106而構(gòu)成的發(fā)送部而和一個(gè)控制裝置A2進(jìn)行相互通信。存儲(chǔ)部A21將按照每一種試樣流體所定義的多個(gè)流量特性函數(shù)K數(shù)據(jù)庫化后加以 存儲(chǔ)，且形成在例如內(nèi)部存儲(chǔ)器102或外部存儲(chǔ)裝置103的規(guī)定區(qū)域中。另外，在所述控制 裝置A2的存儲(chǔ)部A21中也可存儲(chǔ)有一個(gè)流量特性函數(shù)K，進(jìn)而設(shè)置能夠和此存儲(chǔ)部A21進(jìn) 行通信的主計(jì)算機(jī)(未圖示)，來創(chuàng)建存儲(chǔ)有多個(gè)流量特性函數(shù)K的數(shù)據(jù)庫。受理部A22在經(jīng)由輸入裝置104而新追加有應(yīng)測(cè)定的流體的指定、流量設(shè)定值、及 應(yīng)測(cè)定的試樣流體的種類時(shí)，受理和此試樣流體對(duì)應(yīng)的固有的流量特性函數(shù)K等。接著，將 這些參數(shù)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)部A21中。發(fā)送部A23將由所述受理部A22接收并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部A21中的流量特性函數(shù)K等 的各種參數(shù)讀出后，以規(guī)定的時(shí)序(timing)發(fā)送到質(zhì)量流量控制器Al中。所述發(fā)送部A23 是包含通信接口 106而構(gòu)成的。此處，基于圖5，對(duì)流量特性函數(shù)K進(jìn)行補(bǔ)充說明。流量特性函數(shù)K是包含流量特 性確定函數(shù)GC(流量特性曲線)及試樣流體的滿標(biāo)度流量FP(FSgas)而構(gòu)成的，所述流量特 性確定函數(shù)GC具有所述各系數(shù)(agas fgas)，且滿標(biāo)度流量FP是對(duì)應(yīng)于此流量特性確定函 數(shù)而確定的。流量特性曲線是例如準(zhǔn)備有作為基準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流量計(jì)，并通過使各 實(shí)際氣體等實(shí)際流體(應(yīng)作為測(cè)定對(duì)象的流體)實(shí)際流動(dòng)而獲取的，相當(dāng)于表示傳感器輸 出和流量值的關(guān)系的近似方程式。接著，確定流量特性曲線后，依據(jù)此流量特性曲線來將規(guī) 定的容許誤差范圍內(nèi)能夠測(cè)定的、例如最大流量定義為滿標(biāo)度流量值。流量特性函數(shù)K(也 包括流量特性曲線以及滿標(biāo)度流量)在試樣流體不同時(shí)有可能不同，但如果流量傳感器部 2或分流管la、lb以及層流元件等的質(zhì)量流量計(jì)的硬件構(gòu)成實(shí)質(zhì)上相同則可共用地使用。 艮口，此流量特性函數(shù)K被定義為相對(duì)于同一構(gòu)成(同一類型)的質(zhì)量流量計(jì)而具有通用性 的函數(shù)。儀器誤差修正系數(shù)α是在例如出貨前，按照每一個(gè)質(zhì)量流量控制器Al，以下面所 示的順序來設(shè)定其數(shù)值，并分別存儲(chǔ)在各質(zhì)量流量控制器Al的MFC側(cè)存儲(chǔ)部4b中。順序1 首先，設(shè)定部4c將N2等惰性氣體用作應(yīng)測(cè)定的試樣流體，從MFC側(cè)存儲(chǔ)部 4b中讀出設(shè)定相對(duì)應(yīng)的流量特性函數(shù)K。順序2 接著，使隊(duì)實(shí)際流過質(zhì)量流量控制器Al，并利用所讀出的流量特性函數(shù)K，來測(cè)定圖5所示的滿標(biāo)度點(diǎn)FP( 標(biāo)記)處的氣體流量。順序3 對(duì)多個(gè)(其中的一臺(tái)包含作為基準(zhǔn)的質(zhì)量流量控制器)質(zhì)量流量控制器 Al，實(shí)施順序1、2，而求出各質(zhì)量流量控制器A之間的儀器誤差(流量誤差)，并設(shè)定補(bǔ)償此 儀器誤差的儀器誤差修正參數(shù)。如上所述，僅僅是采用惰性氣體等基準(zhǔn)流體作為所述試樣氣體G，且尤其是只在滿 標(biāo)度點(diǎn)這一 點(diǎn)進(jìn)行校正，來規(guī)定也可應(yīng)用于比重·黏度·比熱等物理性質(zhì)近似的多種試樣 氣體G的儀器誤差修正參數(shù)即可，所以在實(shí)際的半導(dǎo)體工序現(xiàn)場(chǎng)能夠簡易地將試樣氣體G 變更為其他氣體。其次，以控制部4為中心，參照?qǐng)D6的流程圖來說明所述構(gòu)成的質(zhì)量流量控制器Al 的動(dòng)作。如圖6所示，如果變更試樣氣體G (步驟101)，則設(shè)定部4c將會(huì)接收到試樣氣體G 的變更，而設(shè)定由和此試樣氣體G對(duì)應(yīng)的流量特性函數(shù)K及和變更前的儀器誤差修正參數(shù) α相同的儀器誤差修正參數(shù)所構(gòu)成的流量算式(Ρ2)(步驟102)。S卩，設(shè)定部4c僅將流量 特性函數(shù)替換為從MFC側(cè)存儲(chǔ)部4b中讀出的、和變更后的試樣氣體G對(duì)應(yīng)的新的流量特性 函數(shù)K。接著，如果從流量傳感器部2輸出流量測(cè)定信號(hào)(步驟103)，則流量計(jì)算部4d將 會(huì)根據(jù)流量算式(P2)，計(jì)算出氣體流路1中流動(dòng)的試樣氣體G的流量(步驟104)。另外， 如果不變更試樣氣體G，則流量計(jì)算部4d可根據(jù)已設(shè)定的流量算式來進(jìn)行流量計(jì)算。這些 所計(jì)算的流量將作為流量值提供至外部輸出(顯示)。以上為止是質(zhì)量流量傳感器的動(dòng)作情況，進(jìn)而，質(zhì)量流量控制器Al以及包含此質(zhì) 量流量控制器Al的質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)A的控制部4a中的偏差計(jì)算部4al，在接收到表示 由流量計(jì)算部4d所計(jì)算出的試樣氣體G的流量的實(shí)際流量信號(hào)、及在接受到從控制裝置A2 輸出的流量設(shè)定信號(hào)時(shí)(步驟105)，計(jì)算出所接收的實(shí)際流量信號(hào)的數(shù)值(流量測(cè)定值) 和作為所述流量設(shè)定信號(hào)的數(shù)值的流量設(shè)定值之差、即偏差ε (步驟106)。接著，控制值計(jì)算部4a2對(duì)所述偏差實(shí)施例如PID運(yùn)算，而計(jì)算出對(duì)流量控制閥3 的反饋控制值(步驟107)。其次，開度控制信號(hào)輸出部4e根據(jù)所述反饋控制值而生成開度控制信號(hào)(步驟 108)，并將所述開度控制信號(hào)輸出到流量控制閥3中，而改變此流量控制閥3的閥開度來進(jìn) 行流量控制(步驟109)。所以，根據(jù)使用有所述質(zhì)量流量計(jì)及質(zhì)量流量控制器Al的質(zhì)量流量控制器系統(tǒng) A，儀器誤差修正參數(shù)α能夠獨(dú)立于流量特性函數(shù)K (氣體特性曲線確定系數(shù)和滿標(biāo)度系 數(shù))而進(jìn)行處理，所以，即便在作為控制對(duì)象的氣體類型的設(shè)定發(fā)生變更時(shí)，也可通過變更 流量特性函數(shù)K來避免操作的繁雜性，從而易于實(shí)現(xiàn)高精度的流體控制。而且，作為構(gòu)成流量特性函數(shù)的流量特性曲線，采用的是五次多項(xiàng)式這樣的高次 多項(xiàng)式，所以能夠一邊較佳地近似一邊擴(kuò)大滿標(biāo)度范圍，從而可使傳感器輸出的范圍在其 最大側(cè)增寬來精度良好地進(jìn)行流量測(cè)定。其結(jié)果，可提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高精度流體控制的 優(yōu)異的質(zhì)量流量控制器Al以及質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)Α。所述儀器誤差修正參數(shù)α是以氮?dú)獾缺憷愿叩亩栊詺怏w為基準(zhǔn)氣體，并利用 所述基準(zhǔn)氣體來測(cè)定滿標(biāo)度點(diǎn)FP而求出的，且也可通用性地應(yīng)用于其他試樣氣體G，所以 即便試樣氣體(工序氣體)的設(shè)定發(fā)生變更，也不必在使用現(xiàn)場(chǎng)因氣體變更而實(shí)施校正作業(yè)?？刂蒲b置A2等的級(jí)別高于質(zhì)量流量控制器Al的計(jì)算機(jī)中，設(shè)置有包含多種流量 特性函數(shù)的數(shù)據(jù)庫，因此在進(jìn)行試樣氣體的設(shè)定變更時(shí)，將從此處發(fā)送相應(yīng)的流量特性函 數(shù)，并通過和對(duì)于試樣氣體通用性高的所述儀器誤差修正參數(shù)α進(jìn)行組合，而在使用現(xiàn)場(chǎng) 也能夠變更測(cè)定對(duì)象氣體。最終，可極大地提高各質(zhì)量流量控制器等對(duì)試樣流體的通用性。
另外，本發(fā)明并非局限于所述實(shí)施方式。例如雖然例示了在控制裝置Α2中，設(shè)置 有作為試樣流體受理部的受理部Α22以及將流量特性函數(shù)K數(shù)據(jù)庫化的存儲(chǔ)部Α21，但也可 將這些受理部Α22和存儲(chǔ)部Α21設(shè)置在質(zhì)量流量控制器Al中等，并以獨(dú)立動(dòng)作方式使用此 質(zhì)量流量控制器Al。雖然使流量特性曲線為五次多項(xiàng)式，但也可使確定流量特性的函數(shù)為四次以下或 六次以上的多項(xiàng)式，此外，并非限于由多項(xiàng)式構(gòu)成。此外，作為基準(zhǔn)流體的基準(zhǔn)氣體并非限于氮?dú)?。例如，也可使用其他惰性氣體等作 為基準(zhǔn)氣體。作為流體也可設(shè)想成液體等。其他方面，各部分的具體構(gòu)成也并非限于以上實(shí)施方式，在未脫離本發(fā)明精神的 范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
一種質(zhì)量流量計(jì)，其包括傳感器部，對(duì)流路中流動(dòng)的試樣流體的流量進(jìn)行偵測(cè)；設(shè)定部，設(shè)定所指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)和儀器誤差修正參數(shù)，所述流量特性函數(shù)是按照每一流體所確定的、用以根據(jù)來自所述傳感器部的輸出值確定流量的流量特性函數(shù)，所述儀器誤差修正參數(shù)是獨(dú)立于所述流量特性函數(shù)且為多個(gè)試樣流體所共用的參數(shù)，用以對(duì)每一質(zhì)量流量計(jì)的儀器誤差進(jìn)行修正；以及流量計(jì)算部，根據(jù)所述流量特性函數(shù)和所述儀器誤差修正參數(shù)，來計(jì)算出所述試樣流體的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于 所述流量特性函數(shù)是由五次多項(xiàng)式所表示的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于所述儀器誤差修正參數(shù)是用以消除如下兩個(gè)流量值的誤差的系數(shù)，即在以滿標(biāo)度流量 測(cè)定作為試樣流體的基準(zhǔn)流體時(shí)，通過設(shè)定基準(zhǔn)流體所固有的流量特性函數(shù)而計(jì)算出的流 量值，及在利用作為基準(zhǔn)的質(zhì)量流量計(jì)來測(cè)定出所述滿標(biāo)度流量時(shí)的流量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于所述儀器誤差修正參數(shù)是以氮?dú)鉃樵嚇恿黧w、并對(duì)作為此試樣流體的基準(zhǔn)氣體實(shí)際測(cè) 定而求得的系數(shù)，且此系數(shù)是其他不同的多個(gè)試樣氣體也共用的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于所述儀器誤差修正參數(shù)是以氮?dú)鉃樵嚇恿黧w、并對(duì)作為此試樣流體的基準(zhǔn)氣體實(shí)際測(cè) 定而求得的系數(shù)，且此系數(shù)是其他不同的多個(gè)試樣氣體也共用的系數(shù)。
6.一種質(zhì)量流量控制器，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的質(zhì)量流量計(jì)； 控制閥，設(shè)置在所述流路中；及控制部，對(duì)所計(jì)算出的流量值和流量設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算，并根據(jù)其運(yùn)算結(jié)果來控制 所述控制閥。
7.一種質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)，更包括存儲(chǔ)部，和根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的多個(gè)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行通信，并且存儲(chǔ)有 多個(gè)和試樣流體相關(guān)的流量特性函數(shù)；及試樣流體受理部，受理對(duì)所述流路中流動(dòng)的試樣流體的指定；且 所述設(shè)定部從所述存儲(chǔ)部接收由所述受理部所指定的試樣流體所固有的流量特性函 數(shù)，并設(shè)定所指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)。
8.一種質(zhì)量流量控制器系統(tǒng)，更包括存儲(chǔ)部，和根據(jù)權(quán)利要求6所述的多個(gè)質(zhì)量流量控制器進(jìn)行通信，并且存儲(chǔ)有多個(gè)和 試樣流體相關(guān)的流量特性函數(shù)；及試樣流體受理部，受理對(duì)所述流路中流動(dòng)的試樣流體的指定；且 所述設(shè)定部從所述存儲(chǔ)部接收由所述受理部所指定的試樣流體所固有的流量特性函 數(shù)，并設(shè)定所指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種優(yōu)異的質(zhì)量流量計(jì)等，無需特別的工時(shí)也能夠靈活應(yīng)對(duì)氣體類型等試樣流體的變更，并且可精度良好地測(cè)定流量。所述質(zhì)量流量計(jì)包括傳感器部(2)，對(duì)流路(1)中流動(dòng)的試樣流體G的流量進(jìn)行偵測(cè)；設(shè)定部(4c)，設(shè)定所指定的試樣流體所固有的流量特性函數(shù)K和儀器誤差修正參數(shù)α，流量特性函數(shù)K是按照每一流體所確定的、用以根據(jù)來自所述傳感器部(2)的輸出值確定流量的流量特性函數(shù)，且儀器誤差修正參數(shù)α是獨(dú)立于流量特性函數(shù)且為多個(gè)試樣流體所共用的參數(shù)，用以對(duì)每一質(zhì)量流量計(jì)的儀器誤差進(jìn)行修正；以及流量計(jì)算部(4d)，根據(jù)流量特性函數(shù)K和儀器誤差修正參數(shù)α，來計(jì)算出試樣流體G的流量。
文檔編號(hào)G01F1/76GK101839737SQ20101013517
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者磯部泰弘, 米田豊, 鹿島利弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場(chǎng)Stec