流量制御装置
【課題】応答性の良い流量制御を、容易な設定で実現する。
【解決手段】流量制御装置１００において、コンパレータ４０は、流量の指令値信号Ｖｉ１と、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２との比較に基づき第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。フィードバック電流生成部３０は、センサ出力信号Ｖｓと、指令値信号Ｖｉ１に応じた信号Ｖｉ２と、の差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。フィードバック電圧生成部５０は抵抗器である。フィードフォワード電流生成部２０は、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。合成部６０は、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆの和に応じた電圧をフィードバック電圧Ｖｆｂに加算した電圧である第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊を生成する。弁部９０は、第１の制御電圧Ｖｒｅｆと第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊に応じて制御される、流量制御装置。
【解決手段】流量制御装置１００において、コンパレータ４０は、流量の指令値信号Ｖｉ１と、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２との比較に基づき第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。フィードバック電流生成部３０は、センサ出力信号Ｖｓと、指令値信号Ｖｉ１に応じた信号Ｖｉ２と、の差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。フィードバック電圧生成部５０は抵抗器である。フィードフォワード電流生成部２０は、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。合成部６０は、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆの和に応じた電圧をフィードバック電圧Ｖｆｂに加算した電圧である第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊を生成する。弁部９０は、第１の制御電圧Ｖｒｅｆと第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊に応じて制御される、流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセス等に所定の質量流量のガス等を供給するための流量制御装置に関し、特に流量制御装置の応答性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造プロセス等に所定の質量流量のガス等を供給するために流量制御装置が用いられる。このような流量制御装置においては、ガス等が流れる流路中に流量センサと制御バルブが設けられている。そして、流量センサの検知値が流量設定信号と比較され、両者の差に基づいて制御バルブの弁開度が制御される。半導体製造プロセスにおいては、流量制御装置の応答性が半導体製造の生産性に大きな影響を及ぼす。このため、流量制御装置について従来種々の改善がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１の技術には、流量制御において、流量設定値が変更された際、流量設定信号と流量センサの検知値との偏差から求められる制御バルブ駆動電圧よりも僅かに小さい初期電圧を制御バルブに印加し、その後直ちに速度型ＰＩＤ制御に移行する。そして、この方法によって、オーバーシュートを生じることなく迅速に所望の流量にすることができるとしている。
【０００４】
また、特許文献２のマスフローコントローラは、流体が流れる流路に設けられた制御バルブと、前記流路に設けられた流量センサと、流量センサによる測定値が流量設定信号による設定値になるように前記制御バルブを開閉制御するための制御信号を出力するＰＩＤ回路とを有するマスフローコントローラであって、前記流量設定信号が入力された時点から流量センサが流体の流れを検知する時点までの間、前記ＰＩＤ回路に補正信号を出力する応答改善回路を設けたマスフローコントローラである。特許文献２では、この構成により、流量制御の応答性が改善したとしている。
【０００５】
さらに特許文献３の弁制御装置は、設定流量とフィードフォワード計算式とから最適弁開度を演算する第１演算手段と、流量検出手段で検出された実流量と設定流量とを比較し、その偏差を求める比較手段と、比較手段によって求められた偏差に基づいてＰＩＤ制御演算を行う第２演算手段と、第１演算手段の演算結果と第２演算手段の演算結果を足し合わせる第３演算手段とを有する弁制御装置である。そしてフィードフォワード計算式によって最適弁開度を得ることによって制御の応答性が速くなり、ＰＩＤ制御演算によって最適弁開度の補正量を求めて微調整を加えることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４７７２３号公報
【特許文献２】特開２００２−４１１４９号公報
【特許文献３】特開平９−１７１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の技術によれば、流量設定値が変更された際の流量制御の応答性は改善される。しかし、ＰＩＤ制御が支配的であることに代わりはないため、応答速度の向上が、不十分である。
【０００８】
特許文献２においては、ＰＩＤ回路に補正信号を出力する応答改善回路を設けたことで、流量制御の改善を図っている。しかし、補正信号の大きさ、補正信号が出力される時間長を規定する閾値の調節には多大な工数を要する。なぜなら、補正信号はＰＩＤ回路を経て制御バルブをコントロールするため、ＰＩＤゲインが変わってしまったら補正信号の大きさや閾値は再調整する必要があるからである。
【０００９】
また、特許文献３においては、フィードフォワード演算出力結果が制御中も常時印加されることになり、最適な制御応答性を実現するためにフィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータを調整する際には、両パラメータの相関を考慮し、調整する必要がある。すなわち、フィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータのいずれかを変更すると、他方のパラメータに影響を与えるために、調整時間がかかるという問題点がある。
【００１０】
以上で述べた応答性の改善と、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両立の問題は、半導体製造プロセスに使用されるマスフローメータにおける流量制御に限らず、さまざまな流体の流量制御において存在する。
【００１１】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を取り扱うためになされたもので、応答性の良い流量制御を、容易な設定で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
［適用例１］
流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第１の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第２の入力信号と、を入力され、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、第１の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号に応じた信号と、前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
【００１３】
このような態様においては、フィードフォワードの成分を含む第２の制御電圧に応じて、弁部が制御される。このため、フィードフォワード制御を行わない態様に比べて、指令値信号の変化に対する流量の応答速度の改善を図ることができる。
【００１４】
また、上記の態様においては、フィードフォワード電流は、フィードバック電流およびフィードバック電圧とは、別個に生成される。そして、フィードフォワード電流に起因する成分を反映した電圧と、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧と、の加算により、第２の制御電圧が生成される。すなわち、フィードフォワードの成分とフィードバックの成分とは、生成時に相互に影響されない。このため、弁部を制御する駆動電圧を生成する際に、フィードフォワードの成分とフィードバックの成分の相互の調整が不要である。また、フィードフォワード電流を生成するための設定は、フィードバックのための設定に影響されないため、指令値に応じたフィードフォワード電流を生成するための設定が、容易である。
【００１５】
よって、上記の態様によれば、応答性のよい流量制御装置を、少ない調整工数で実現することができる。
【００１６】
なお、上記の態様において、「流体」は、気体であってもよく、液体であってもよい。
また、「信号Ａに応じた信号Ｂ」は、適用例１記載の要素によって信号Ａが変換された信号Ｂであってもよいし、適用例１で言及されていない要素によって信号Ａが変換された信号Ｂであってもよい。
【００１７】
上記の態様においては、コンパレータには、指令値信号と、センサ出力信号に応じた信号と、が入力されている。このため、センサ出力信号に応じた信号は、センサ出力信号が反映されるものの、コンパレータ以外の構成要素から見れば、指令値信号とほとんど同じ値に維持される。よって、たとえば、フィードバック電流生成部は、コンパレータの指令値信号が入力されている端子と対になる入力端子に接続されていれば、その端子から、指令値信号とほぼ同じ信号を得ることができる。フィードバック電流生成部における「指令値信号に応じた信号」とは、そのようにして得られる信号であってもよい。
【００１８】
なお、コンパレータと、フィードバック電流生成部と、フィードバック電圧生成部と、合成部とは、アナログ回路として構成されることが好ましい。
【００１９】
［適用例２］
適用例１の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。
【００２０】
このような態様とすることにより、フィードバック電流とフィードフォワード電流の和に応じた電圧をフィードバック電圧に加算して得られる第２の制御電圧を、合成部は、抵抗器の他端に生じさせることができる。
【００２１】
［適用例３］
適用例１または２に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するＣＰＵと、
前記ＣＰＵが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。
【００２２】
このような態様とすれば、弁部の制御においてフィードフォワード制御を実現するための成分を、フィードフォワード電流として生成することができる。
なお、上記態様は、抵抗器がＣＰＵが出力した電圧を直接印加される態様とすることもでき、抵抗器が他の電源からの電圧の印加を受けて、抵抗器がＣＰＵが出力した電圧に応じた電流を流す態様とすることもできる。
【００２３】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかの流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。
【００２４】
このような態様においては、流量センサは、実際の流量の変化をセンサ出力信号に反映させるのが遅い。しかし、上記各適用例のような構成を採用することで、迅速な応答を実現しつつ、安定的に、流路内を通る流体の流量を制御することができる。
【００２５】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記第１の制御電圧を昇圧して第１の駆動電圧とする第１の昇圧部を備え、
前記第１の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第２の制御信号を昇圧して第２の駆動電圧とする第２の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第２の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。
【００２６】
このような態様とすれば、第１の昇圧部と弁部を結ぶ配線に第２の昇圧部の出力端が直接接続されている態様に比べて、第２の昇圧部が生成する第２の駆動電圧を、小さな値とすることができる。
【００２７】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記微分信号と、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。
【００２８】
このような態様とすれば、微分部を備えず、センサ出力信号がそのままフィードバック電流生成部に受信される態様に比べて、実際の流量の変化を反映する際の流量制御装置の応答速度を速くすることができる。
【００２９】
［適用例７］
適用例１ないし６のいずれかの流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。
【００３０】
このような態様とすれば、フィードバック電圧生成部は、センサ出力信号と指令値信号との差を反映したフィードバック電流に基づいて、フィードバック電圧を生成することにより、Ｐ成分、Ｉ成分、Ｄ成分のいずれか二つの要素を備える制御を反映させたフィードバック電圧を生成することができる。
【００３１】
［適用例８］
適用例１ないし７のいずれかの流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第１の制御電圧を出力する、流量制御装置。
【００３２】
なお、上記各適用例の各構成を、適宜選択して組み合わせ、または省略することにより、本願明細書に記載された技術的課題を解決できる発明を構成することができる。
【００３３】
本発明は、以下に示すような種々の態様で実現することが可能である。
（１）流量制御装置、流量制御システム、流量制御方法。
（２）半導体製造装置、半導体製造システム、半導体製造方法。
（３）上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム。
（４）上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。
【図２】流量センサ８０の構成を示す図である。
【図３】フィードバック電圧生成回路５０の回路構成を示す図である。
【図４】フィードフォワード電流生成回路２０の回路構成を示す図である。
【図５】指令値信号Ｖｉ１に応じたフィードフォワード電流Ｉｆｆの大きさを示すグラフである。
【図６】図５のグラフに式（７）を適用して得られる、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１のグラフである。
【図７】比較例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【図８】本実施例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【図９】フィードフォワード電流生成回路２０ｂの回路構成を示す図である。
【図１０】第３実施例の流量制御装置１００ｃの構成図である。
【図１１】第４実施例の流量制御装置１００ｄの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を用いて、本願発明の実施例を説明する。
【００３６】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．流量制御装置の構成および動作：
図１は、第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。ガス源２００は、半導体製造装置３００に所定の成分のガスを供給する。流量制御装置１００は、このガスの流量を制御する。
【００３７】
流量制御装置１００は、流量設定部１０と、弁部９０と、流量センサ８０と、コンパレータ４０と、第１の昇圧回路７０と、フィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０と、フィードフォワード電流生成回路２０と、合成回路６０と、を備える。
【００３８】
弁部９０は、流路４００内を通るガスの流通を制御する。弁部９０は、流路４００内に設けられた弁と、その弁を駆動するピエゾ素子とを備える。弁部９０は、駆動電圧を印加されて、ピエゾ素子により弁の開度を変化させる。なお、弁部９０は、ピエゾ素子に印加される駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする。弁開度を調整することにより、弁部９０は、流路４００内を通るガスの流通量を制御することができる。
【００３９】
図２は、流量センサ８０の構成を示す図である。流量センサ８０は、流路４００内を通るガスの流量に応じたセンサ出力信号Ｖｓを出力する。センサ出力信号Ｖｓの大きさは、０〜５Ｖである。なお、以下、本実施例の説明において、「信号」という場合は、所定の情報を表す電圧を意味する。
【００４０】
流量センサ８０は、流路４００内を流れるガスが流通するバイパス管部８２を、流路４００内に有している。バイパス管部８２は複数のバイパス管からなる。流路４００には、センサ管８４が接続されている。より具体的には、センサ管８４の両端がバイパス管部８２の両端の近傍の位置に接続されている。すなわち、センサ管８４は、流路４００において、バイパス管部８２を迂回するように構成される。バイパス管部８２とセンサ管８４は、センサ管８４に、バイパス管部８２内を流れるガスに対して一定の比率を保って、バイパス管部８２内を流れるガスより少ない量のガスが流れるように構成される。流路４００内を流通するガスは、バイパス管部８２か、センサ管８４かのいずれかを流通する。
【００４１】
センサ管８４の表面には、互いに直列に接続された抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻きつけられている。抵抗線Ｒ４は、抵抗線Ｒ１よりも流路の下流側において、センサ管８４表面に巻き付けられている。抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、温度に応じてその抵抗値が変化する素材で構成されている。
【００４２】
抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、通電されて発熱する。その状態で、センサ管８４にガスが質量流量Ｑで流れると仮定すると、ガスは、センサ管８４の上流側に位置する抵抗線Ｒ１の熱を奪って、下流側の抵抗線Ｒ４が巻回されている位置まで流れる。そして、抵抗線Ｒ４に熱を渡すか、または抵抗線Ｒ４からは抵抗線Ｒ１ほど熱を奪わない。その結果、抵抗線Ｒ１、Ｒ４間に温度差が生じる。すると、抵抗線Ｒ１、Ｒ４の抵抗値に差が生じる。この抵抗線Ｒ１、Ｒ４の抵抗値の差は、抵抗線Ｒ１の両端の電位差と、抵抗線Ｒ４の両端の電位差と、の違いとなって表れる。この電位差の違いの大きさは、ガスの質量流量Ｑにほぼ比例する。流量センサ８０のセンサ回路８６は、この電位差の違いの大きさに比例する信号Ｖｓを出力する。また、上述のように、バイパス管部８２を流れるガスの流量と、センサ管８４を流れるガスの流量とは、一定の比を保つ。このため、センサ出力信号Ｖｓは、そのときに流路４００内を流れているガスの質量流量を表す。
【００４３】
図１に示すコンパレータ４０は、反転入力端子を介して、流量設定部１０から指令値信号Ｖｉ１を受け取る。指令値信号Ｖｉ１は、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す。指令値信号Ｖｉ１の大きさは、０〜５Ｖである。コンパレータ４０は、また、非反転入力端子を介して、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２を受け取る。信号Ｖｉ２の大きさも、０〜５Ｖである。そして、コンパレータ４０は、指令値信号Ｖｉ１と、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２と、の比較に基づいて、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも小さい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは正の値となる。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも大きい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは負の値となる。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１と等しい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは０となる。
【００４４】
コンパレータ４０は、よく知られているように、入力インピーダンスが大きく、かつ利得が大きい。このため、コンパレータ４０の機能を考察する際には、非反転入力端子の電位Ｖｉ２を反転入力端子の電位Ｖｉ１と同じとみなして差し支えない。
【００４５】
図１に示す第１の昇圧回路７０は、コンパレータ４０から第１の制御電圧Ｖｒｅｆを受け取って、これを昇圧し、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１を生成する。第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１は、少なくとも一部において弁部９０のピエゾ素子を駆動するための駆動電圧である。なお、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１は、第１の制御電圧Ｖｒｅｆが増加すると減少し、第１の制御電圧Ｖｒｅｆが減少すると増加するように生成される。これは、弁部９０が、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成であるためである。
【００４６】
フィードバック電流生成回路３０は、センサ出力信号Ｖｓと、コンパレータ４０の非反転入力端子の電位である信号Ｖｉ２と、の差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。より具体的には、フィードバック電流生成回路３０は、一端が流量センサ８０に接続され、他端がコンパレータ４０の非反転入力端子およびフィードバック電圧生成回路５０に接続された抵抗器（抵抗値Ｒｘ）を備える。その抵抗器の一端の電位がＶｓであり、他端の電位がＶｉ２となる結果、その抵抗器には、以下の式で表される電流Ｉｆｂが流れる。なお、電流Ｉｆｂにおいては、図１において左から右に向かう向きの電流をプラスとする。
【００４７】
【数１】
【００４８】
図３は、フィードバック電圧生成回路５０の回路構成を示す図である。フィードバック電圧生成回路５０（図１参照）は、フィードバック電流Ｉｆｂに応じたフィードバック電圧Ｖｆｂを生成する。フィードバック電圧生成回路５０の回路構成は、図３に示すように、直列に接続された抵抗器（抵抗値Ｒｂ）、コンデンサ（容量Ｃｂ）、リアクトル（インダクタンスＬｂ）で表すことができる。フィードバック電圧生成回路５０は、フィードバック電流生成回路３０とコンパレータ４０の非反転入力端子に接続されている（図１参照）。そして、コンパレータ４０の入力インピーダンスは無限大と考えることができるので、コンパレータ４０の非反転入力端子には、電流は流れない。このため、フィードバック電圧生成回路５０には、フィードバック電流Ｉｆｂが流れる。フィードバック電圧生成回路５０の両端の電位差ＶＤ５０は、以下の式（２）で表される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
図１に示すように、フィードバック電圧生成回路５０の一端は、コンパレータ４０の非反転入力端子に接続されている。このため、フィードバック電圧生成回路５０のその一端の電位は、Ｖｉ２である。なお、この電位Ｖｉ２は、コンパレータ４０により、反転入力端子の電位Ｖｉ１とほぼ同じ値に保たれている。フィードバック電圧生成回路５０の他端の電位Ｖｆｂは、以下の式（３）で表される。
【００５１】
【数３】
【００５２】
上記式（１）より、式（３）は、以下のように表すことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
電位Ｖｉ２は、コンパレータ４０により、反転入力端子の電位Ｖｉ１と同じ値に保たれている（図１参照）。このため、式（４）は、以下のように表すことができる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
式（５）より、フィードバック電圧生成回路５０の他端の電位Ｖｆｂは、実際のガスの流量を表すセンサ出力信号Ｖｓと、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す指令値信号Ｖｉ１と、の偏差（Ｖｓ−Ｖｉ１）に基づいて、ＰＩＤ制御を行って、センサ出力信号Ｖｓが指令値信号Ｖｉ１に追従するように制御するものとして、把握することができる。ここで、Ｐゲインは、（Ｒｂ／Ｒｘ）であり、Ｉゲインは、｛１／（Ｃｂ×Ｒｘ）｝であり、Ｄゲインは、（Ｌｂ／Ｒｘ）である。
【００５７】
図４は、フィードフォワード電流生成回路２０の回路構成を示す図である。フィードフォワード電流生成回路２０（図１参照）は、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。フィードフォワード電流生成回路２０（図１参照）は、図４に示すように、ＣＰＵ２１と、オペアンプ２２と、抵抗器２３と、ｐｎｐ型トランジスタ２４と、抵抗器２５（抵抗値Ｒ２２）とを備えている。抵抗器２５には、電源（電位Ｖｃｃ）が接続されている。トランジスタ２４のコレクタは、合成回路６０（図１参照）に接続されている。
【００５８】
図５は、指令値信号Ｖｉ１に応じたフィードフォワード電流Ｉｆｆの大きさを示すグラフである。フィードフォワード電流生成回路２０は、指令値信号Ｖｉ１に応じて図５のようなフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。すなわち、Ｖｉ１が０近傍の所定の範囲にあるときには、フィードフォワード電流Ｉｆｆは０であり、Ｖｉ１が前記の所定の範囲よりも大きい範囲にあるときには、フィードフォワード電流Ｉｆｆは指令値信号Ｖｉ１の増加に伴い線形に増加する。このような不連続なフィードフォワード電流ＩｆｆをＣＰＵ２１により生成することで、指令値信号Ｖｉ１が０近傍のときの弁部９０の密閉性と流量の制御の応答性が両立される。このような電流の制御は、後述するように、ＣＰＵ２１によって実現される。
【００５９】
図４のオペアンプ２２の非反転入力端子には電流は流れ込まない。このため、抵抗器２５およびトランジスタ２４のエミッタ−コレクタ間を流れる電流をＩｘ、抵抗器２５（抵抗値Ｒ２２）とトランジスタ２４の間の電位をＶ２４とすると、Ｉｘは、以下の式（６）で表される。
【００６０】
【数６】
【００６１】
オペアンプ２２の働きにより、非反転入力端子の電位Ｖ２１と、反転入力端子の電位Ｖ２４とは、同じ値に保たれる。このため、抵抗器２５とトランジスタ２４の間の電位Ｖ２４は、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１と同じになる。よって、電流Ｉｘを所望の値Ｉｆｆにしたい場合には、式（６）より、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１を以下の値にすればよい。
【００６２】
【数７】
【００６３】
図６は、図５のグラフに式（７）を適用して得られる、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１のグラフである。あらかじめ定められた設定に基づいて指令値信号Ｖｉ１に応じた所定の電流Ｉｆｆが流れるように（図５参照）、ＣＰＵ２１は、指令値信号Ｖｉ１を受け取って、これを変換し、出力電圧Ｖ２１（図６参照）としてオペアンプ２２の反転入力端子に出力する。言い換えれば、ＣＰＵ２１は、指令値信号Ｖｉ１を受け取って、出力電圧Ｖ２１に変換して出力することにより、指令値信号Ｖｉ１に応じた所定の電流Ｉｆｆを流す。フィードフォワード電流生成回路２０は、このような構成および動作により、あらかじめ定められた設定に基づいて、指令値信号Ｖｉ１に応じた所定のフィードフォワード電流Ｉｆｆを出力する。
【００６４】
図１に示す合成回路６０は、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆの和に応じた電圧をフィードバック電圧Ｖｆｂに加算した電圧である第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊を生成する。第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊は、一例として、０〜１５Ｖの値を取りうる。
【００６５】
合成回路６０は、抵抗器６２（抵抗値Ｒｇ）と第２の昇圧回路６５を備えている。合成回路６０の抵抗器６２は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端に直列に接続されている（図１参照）。そして、合成回路６０の抵抗器６２は、フィードフォワード電流生成回路２０にも直列に接続されている（図１参照）。このため、合成回路６０の抵抗器６２には、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆとが同時に流れる。その結果、合成回路６０の抵抗器６２（抵抗値Ｒｇ）の両端の電位差ＶＤ６０は、以下の式（８）で表される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
合成回路６０のフィードバック電圧生成回路５０側の端の電位は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端の電位Ｖｆｂであるので、式（５），（８）より、合成回路６０の抵抗器の他端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（９）で表される。なお、ここでは、図１において左から右に向かう向きの電流をプラスとする。
【００６８】
【数９】
【００６９】
式（１）よりＩｆｂが得られ、式（１）中のＶｉ２は、コンパレータ４０の機能によりＶｉ１と等しいので、合成回路６０の抵抗器の他端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（１０）で表される。
【００７０】
【数１０】
【００７１】
合成回路６０の第２の昇圧回路６５は、抵抗器６２が生成した第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊（一例として、０〜１５Ｖ）を昇圧し、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２（一例として、０〜１５０Ｖ）を生成する。第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１とともに、弁部９０のピエゾ素子を駆動するための駆動電圧である。なお、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊が増加すると減少し、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊が減少すると増加するように生成される。これは、弁部９０が、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成であるためである。
【００７２】
弁部９０は、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊（式（１０）参照）を反映した合成回路６０による第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２と、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを反映した第１の昇圧回路７０による第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１と、に基づく駆動電圧Ｖｄｒｖにより、ピエゾ素子を駆動されて、弁の開度を変更する。なお、駆動電圧Ｖｄｒｖの大きさは、一例としては、０〜約１５０Ｖである。
【００７３】
式（１０）より、Ｖｄｒｖ＊には、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の効果を発揮する右辺第２項〜第４項が含まれる。すなわち、流量制御装置１００は、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の効果を発揮する成分を駆動電圧Ｖｄｒｖに反映させて、弁部９０を制御している。よって、本実施例の流量制御装置１００は、安定して正確な流量制御を行うことができる。
【００７４】
また、式（１０）より、Ｖｄｒｖ＊には、フィードフォワード電流生成回路２０のＣＰＵ２１（図４参照）によって制御されフィードフォワード制御の効果を発揮する右辺第５項（Ｒｇ×Ｉｆｆ）が含まれる。すなわち、流量制御装置１００は、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分を駆動電圧Ｖｄｒｖに反映させて、弁部９０を制御している。このため、流量制御装置１００は、ガスの流量の指令値（指令値信号Ｖｉ１）に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。
【００７５】
より具体的には、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す指令値信号Ｖｉ１が０から所定の値に変化した場合、まず、変化の直後の段階では、指令値信号Ｖｉ１の変化がフィードバック制御にあまり反映されない。これに対して、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、指令値信号Ｖｉ１の所定の値に応じた一定の電位となるようにＣＰＵ２１によって制御される（図４参照）。その結果、指令値信号Ｖｉ１の変化の直後の段階では、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２の成分が、弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖにおいて支配的となり、フィードフォワード制御の効果を発揮する。このため、流量制御装置１００は、ガスの流量の指令値に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。
【００７６】
その後、指令値信号Ｖｉ１の変化（センサ出力信号Ｖｓを反映した信号Ｖｉ２と、変化後の指令値信号Ｖｉ１との差）がフィードバック制御に反映されてくると、弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖにおいて、コンパレータ４０に起因する第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１が、支配的となる。その結果、この第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１により、フィードバック制御の効果が発揮される。このため、流量制御装置１００においては、装置のハードウェア構成等に起因して、実際の流量が指令値に対する偏差を含みうる場合にも、それが定常偏差として残りにくい。なお、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、指令値信号Ｖｉ１が一定である限り、時間経過によらず一定である。
【００７７】
さらに、本実施例の流量制御装置１００においては、Ｖｄｒｖ＊中のフィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とは、それぞれフィードバック電流生成回路３０と、フィードフォワード電流生成回路２０と、において、別個に生成される（図１参照）。このため、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とは、互いに影響を与えることがない。
【００７８】
よって、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とを、合成回路６０によって容易に合成することができる。そして、フィードバック電流生成回路３０の設定（すなわち、フィードバック制御の設定）と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定（すなわち、フィードフォワード制御の設定）とを、独立に行うことができる。すなわち、フィードバック電流生成回路３０の設定と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定が容易である。言い換えれば、少ない調整工数でフィードバック制御の設定と、フィードフォワード制御の設定とを行うことができる。
【００７９】
なお、本実施例においては、流量センサ８０は、作動原理に熱の移動を利用しているため（図２参照）、応答速度が遅い。このため、この流量センサ８０をフィードバック用のセンサとして使用しつつ、上述の制御（フィードバック制御およびフィードフォワード制御）をデジタル制御でおこなう場合には、サンプリング周期に対して流量センサ８０の応答が遅いために、システムが不安定になる可能性がある。また、そのような不安定性を解消するために、流量センサ８０の応答の遅さによる悪影響を十分排除しようとすると、フィードバック電圧生成回路５０で設定される制御ゲインを十分に上げることができない。その結果、制御の応答速度が遅くなる。
【００８０】
一方、本実施例の流量制御装置１００においては、フィードフォワード電流生成回路２０が、フィードフォワード制御の成分を反映させるための出力として、電流を出力している。そして、コンパレータ４０と、フィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０と、合成回路６０とが、いずれもアナログ回路として電流および電圧を制御することにより、フィードバック制御およびフィードフォワード制御を達成している。このため、応答速度が遅い流量センサ８０をフィードバック用のセンサとして使用しても、システムが不安定になることがない。また、不要な応答遅れを含むこともない。
【００８１】
Ａ２．流量制御装置の性能：
本実施例と、フィードフォワード制御を行わない比較例とについて、応答性の比較を行った。比較例においては、フィードフォワード電流Ｉｆｆを指令値信号Ｖｉ１によらず０とした。比較例の他の点は、本実施例と同じである。一方、本実施例においては、フィードフォワード電流Ｉｆｆは、指令値信号Ｖｉ１に応じて図５のように出力される。
【００８２】
図７は、比較例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。図８は、本実施例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【００８３】
図７および図８の上段の指令値信号Ｖｉ１のグラフから分かるように、この試験は、指令値信号Ｖｉ１がある時点ｔ１において０からＶｉ１１に変化したときの、本実施例の流量制御装置１００と比較例の流量制御装置の応答を示すものである。なお、本実施例および比較例において、弁部９０は、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成である。このため、図７および図８のグラフにおいて、指令値信号Ｖｉ１（上段）および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓ（下段）が、時刻ｔ１まで一定値であり、時刻ｔ１以降の範囲でそれまでよりも大きな値を取っているのに対して、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖは、時刻ｔ１まで一定値であり、時刻ｔ１以降の範囲で、それまでよりも小さい値をとっている。
【００８４】
図７および図８の中段の弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖのグラフから分かるように、本実施例においては、比較例よりも、時刻ｔ１直後の駆動電圧Ｖｄｒｖの変化の傾きが急峻である。すなわち、指令値信号Ｖｉ１の変化に対して（図７および図８の上段参照）、駆動電圧Ｖｄｒｖ、すなわち弁部９０の弁の開度が、より敏速に追従している。
【００８５】
また、図７および図８の下段の流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓのグラフから分かるように、本実施例においては、比較例よりも、センサ出力信号Ｖｓの変化の傾きが急峻である。そして、本実施例においては、比較例よりも早期に一定値に達している。すなわち、本実施例においては、指令値信号Ｖｉ１の変化に対して（図７および図８の上段参照）、流路４００内を流れるガスの流量が、より敏速に追従している。
【００８６】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の流量制御装置は、第１実施例の流量制御装置１００とは、フィードフォワード電流生成回路の構成が異なっている。第２実施例の流量制御装置の他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【００８７】
図９は、フィードフォワード電流生成回路２０ｂの回路構成を示す図である。第２実施例の流量制御装置が備えるフィードフォワード電流生成回路２０ｂも、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。フィードフォワード電流生成回路２０ｂは、図９に示すように、ＣＰＵ２１ｂと、抵抗器２５ｂ（抵抗値Ｒｆｆ）とを備えている。抵抗器２５の一端には、ＣＰＵ２１ｂの出力端が接続されている。抵抗器２５の他端（出力端）には、合成回路６０（図１参照）が接続されている。
【００８８】
抵抗器２５ｂを流れる電流をＩｆｆ、ＣＰＵ２１ｂの出力端の電位（ＣＰＵ２１ｂの出力電圧）をＶｆｆ、抵抗器２５ｂの出力端の電位をＶ２５ｂとすると、Ｉｆｆは、以下の式（１１）で表される。
【００８９】
【数１１】
【００９０】
抵抗器２５ｂの出力端は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端および合成回路６０の入力端と接続されている。このため（図９および図１参照）、抵抗器２５ｂの出力端の電位Ｖ２５ｂは、Ｖｆｂに等しい。よって、式（１１）より、以下の式（１２）が得られる。
【００９１】
【数１２】
【００９２】
合成回路６０の入力端の電位は、Ｖｆｂであり、合成回路６０には、フィードフォワード電流Ｉｆｆとフィードバック電流Ｉｆｂが流れる（図１参照）。よって、合成回路６０（抵抗値Ｒｇ）の出力端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（１３）で得られる。
【００９３】
【数１３】
【００９４】
上記式（１３）の右辺のうち、Ｉｆｂ、Ｖｆｂは、それぞれフィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０とで生成される（図１参照）。すなわち、式（１３）において、Ｖｆｂを含む右辺第１項と、Ｉｆｂを含む右辺第３項は、第１実施例と同様にフィードバック制御の効果を発揮する成分である。そして、フィードフォワード電流生成回路２０ｂで生成されるＶｆｆを含む第２項が、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分である。
【００９５】
よって、第２実施例の流量制御装置も、フィードバック制御により、安定して正確な流量制御を行うことができる。そして、フィードフォワード制御により、ガスの流量の指令値（指令値信号Ｖｉ１）に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。さらに、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とを、合成回路６０によって容易に合成することができる。また、フィードバック電流生成回路３０の設定と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定が容易である。
【００９６】
Ｃ．第３実施例：
図１０は、第３実施例の流量制御装置１００ｃの構成図である。第３実施例の流量制御装置１００ｃにおいては、第１の昇圧回路７０と弁部９０とを結ぶ配線が、分圧回路６８を介して接地されている。そして、合成回路６０ｃは、内部に第２の昇圧回路６５を備えていない。さらに、合成回路６０ｃ（言い換えれば、抵抗器６２）の出力端は、分圧回路６８に接続されている。第３実施例の流量制御装置１００ｃの他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【００９７】
分圧回路６８は、互いに直列につながれた抵抗器６６（抵抗値Ｒｄ１）と抵抗器６７（抵抗値Ｒｄ２）とを有している。抵抗器６６の他端は接地されている。抵抗器６６の他端は第１の昇圧回路７０と弁部９０とを結ぶ配線に接続されている。抵抗器６６と抵抗器６７の接続部分には、合成回路６０ｃの出力端が接続されている。
【００９８】
このような態様とすることにより、合成回路６０ｃの出力電圧Ｖｄｒｖ＊（一例として、０〜１５Ｖ）を｛（Ｒｄ１＋Ｒｄ２）／Ｒｄ１｝倍にすることができる。よって、たとえば、抵抗値Ｒｄ１と抵抗値Ｒｄ２の比を、１：９とすることにより、内部に第２の昇圧回路６５を備えていない合成回路６０ｃの出力電圧Ｖｄｒｖ＊（０〜１５Ｖ）を１０倍することができ、その結果、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２（０〜１５０Ｖ）に昇圧することができる。よって、合成回路６０ｃの構成を、簡略化することができ、その結果、小型化することができる。
【００９９】
Ｄ．第４実施例：
図１１は、第４実施例の流量制御装置１００ｄの構成図である。第４実施例の流量制御装置１００ｄは、流量センサ８０とフィードバック電流生成回路３０との間に微分回路３５を備えている。第４実施例の流量制御装置１００ｄの他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【０１００】
微分回路３５は、流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓ（０〜５Ｖ）を受け取って、これを微分して得た信号をフィードバック電流生成回路３０に供給する。フィードバック電流生成回路３０は、微分回路３５から受け取った信号と、コンパレータ４０の非反転入力端子の電位Ｖｉ２（指令値信号Ｖｉ１に等しい）との差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。
【０１０１】
このような態様とすることにより、第１実施例の流量制御装置１００に比べて、実際の流量の変化を反映したフィードバック電流Ｉｆｂの変化が急峻になる。その結果、第１実施例の流量制御装置１００に比べて、実際の流量の変化を反映する際の流量制御装置１００ｄの応答速度を、さらに速くすることができる。
【０１０２】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１０３】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、半導体製造装置に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を例に本願発明の説明をした。しかし、本願発明は、気体に限らず、液体など、任意の流体の流量を制御する流量制御装置に適用することができる。
【０１０４】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、流量センサは、流体による熱の移動を利用した流量センサ８０である。しかし、流量センサは、流体による力を利用したものなど、他の原理に基づくセンサであってもよい。ただし、上記各実施例の技術は、流量センサの応答速度が遅い場合に、特に、有効である。
【０１０５】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、弁は、ピエゾ素子によって動作される。しかし、弁部は他の機構、たとえば油圧やモータなどにより、弁を動作させ、弁開度を変える態様とすることもできる。
【０１０６】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、コンパレータ４０は、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも小さい場合、正の値の第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力し、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも大きい場合、負の値の第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。そして、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１と等しい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを０とする。しかし、コンパレータ４０は、第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、制御対象である弁部９０の特性に応じた第１の制御電圧を出力することができる態様であれば、他の態様であってもよい。たとえば、上記の態様とは、出力電圧Ｖｒｅｆの符号が逆であってもよいし、二つの入力値が等しい場合に出力する電圧も０以外の所定値であってもよい。
【０１０７】
Ｅ５．変形例５：
図１，図１０および図１１には明示していないが、流量制御装置は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２に応じて駆動電圧Ｖｄｒｖを生成する駆動電圧生成部を備えてもよい。駆動電圧生成部は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２を受け取って、それらよりも電圧が高い駆動電圧Ｖｄｒｖを生成してもよい。また、駆動電圧生成部は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２をそれぞれ昇圧した後、所定の方法でそれらを合成して駆動電圧Ｖｄｒｖを生成してもよい。
【０１０８】
Ｅ６．変形例６：
上記第４実施例では、微分回路３５が生成した、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる信号が、フィードバック電流生成回路３０に与えられている。しかし、フィードバック電流生成回路３０に与えられる信号は、そのような態様に限らない。ただし、フィードバック電流生成回路３０に与えられる信号は、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる成分に他の所定の成分を加えたものなど、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる成分を含む信号であることが好ましい。
【０１０９】
Ｅ７．変形例７：
上記実施例では、フィードフォワード電流生成回路は、図４および図９の様な回路構成を採用している。しかし、フィードフォワード電流生成回路は、あらかじめ設定されたフィードフォワード電流を、指令値信号に応じて生成することができる回路であれば、任意の回路を採用することができる。また、あらかじめなされた設定は、マップによるものであってもよいし、式で与えられたものであってもよい。
【０１１０】
また、フィードバック電流生成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。そして、フィードバック電圧生成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。また、合成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流とフィードフォワード電流の和に応じた電圧をフィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。ただし、フィードバック電流生成部と、フィードバック電圧生成部と、合成部とは、アナログ回路として構成されることが好ましい。
【０１１１】
また、各構成要素を接続する態様も、実施例に記載された態様に限らず、各構成要素が機能を発揮できるような態様であれば、任意の態様とすることができる。
【０１１２】
Ｅ８．変形例８：
上記第３実施例では、合成回路６０ｃは、第２の昇圧回路６５を備えていない。しかし、第１実施例のように合成回路６０ｃが第２の昇圧回路６５を備えている態様において、さらに、第２実施例の分圧回路６８のような分圧回路を備えることができる。そのような態様とすることにより、第２の昇圧回路６５が生成する第２の駆動電圧の大きさを、第１実施例に比べて、｛Ｒｄ１／（Ｒｄ１＋Ｒｄ２）｝にすることができる。よって、合成回路６０ｃの構成を、簡略化することができ、その結果、小型化することができる。なお、このような態様において、抵抗値Ｒｄ１，Ｒｄ２の値は任意の適切な値に定めることができる。
【０１１３】
Ｅ９．変形例９：
上記各実施例の各構成を、適宜選択して組み合わせ、または省略することにより、本願明細書に記載された技術的課題を解決できる発明を構成することができる。また、上記各実施例に記載のない構成要素を加えて、発明を構成することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…流量設定部
２０…フィードフォワード電流生成回路
２０ｂ…フィードフォワード電流生成回路
２１…ＣＰＵ
２１ｂ…ＣＰＵ
２２…オペアンプ
２３…抵抗器
２４…ｐｎｐ型トランジスタ
２５…抵抗器
２５ｂ…抵抗器
３０…フィードバック電流生成回路
３５…微分回路
４０…コンパレータ
５０…フィードバック電圧生成回路
６０…合成回路
６２…抵抗器
６５…第２の昇圧回路
６６…抵抗器
６７…抵抗器
６８…分圧回路
７０…第１の昇圧回路
８０…流量センサ
８２…バイパス管部
８４…センサ管
８６…センサ回路
９０…弁部
１００…流量制御装置
１００ｃ…流量制御装置
１００ｄ…流量制御装置
２００…ガス源
３００…半導体製造装置
４００…流路
Ｉｆｂ…フィードバック電流
Ｉｆｆ…フィードフォワード電流
Ｒ１…抵抗線
Ｒ４…抵抗線
Ｖ２１…ＣＰＵ２１の出力電圧
Ｖ２４…トランジスタ２４のエミッタの電位
Ｖ２５ｂ…抵抗器２５ｂの出力端の電位
Ｖｃｃ…電源の電位
Ｖｄｒｖ…弁部のピエゾ素子の駆動電圧
Ｖｆｂ…フィードバック電圧
Ｖｉ１…指令値信号
Ｖｉ２…信号（コンパレータの非反転入力端子の電位）
Ｖｒｅｆ…第１の制御電圧
Ｖｓ…センサ出力信号
ｔ１…指令値信号Ｖｉ１が変化する時刻
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセス等に所定の質量流量のガス等を供給するための流量制御装置に関し、特に流量制御装置の応答性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造プロセス等に所定の質量流量のガス等を供給するために流量制御装置が用いられる。このような流量制御装置においては、ガス等が流れる流路中に流量センサと制御バルブが設けられている。そして、流量センサの検知値が流量設定信号と比較され、両者の差に基づいて制御バルブの弁開度が制御される。半導体製造プロセスにおいては、流量制御装置の応答性が半導体製造の生産性に大きな影響を及ぼす。このため、流量制御装置について従来種々の改善がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１の技術には、流量制御において、流量設定値が変更された際、流量設定信号と流量センサの検知値との偏差から求められる制御バルブ駆動電圧よりも僅かに小さい初期電圧を制御バルブに印加し、その後直ちに速度型ＰＩＤ制御に移行する。そして、この方法によって、オーバーシュートを生じることなく迅速に所望の流量にすることができるとしている。
【０００４】
また、特許文献２のマスフローコントローラは、流体が流れる流路に設けられた制御バルブと、前記流路に設けられた流量センサと、流量センサによる測定値が流量設定信号による設定値になるように前記制御バルブを開閉制御するための制御信号を出力するＰＩＤ回路とを有するマスフローコントローラであって、前記流量設定信号が入力された時点から流量センサが流体の流れを検知する時点までの間、前記ＰＩＤ回路に補正信号を出力する応答改善回路を設けたマスフローコントローラである。特許文献２では、この構成により、流量制御の応答性が改善したとしている。
【０００５】
さらに特許文献３の弁制御装置は、設定流量とフィードフォワード計算式とから最適弁開度を演算する第１演算手段と、流量検出手段で検出された実流量と設定流量とを比較し、その偏差を求める比較手段と、比較手段によって求められた偏差に基づいてＰＩＤ制御演算を行う第２演算手段と、第１演算手段の演算結果と第２演算手段の演算結果を足し合わせる第３演算手段とを有する弁制御装置である。そしてフィードフォワード計算式によって最適弁開度を得ることによって制御の応答性が速くなり、ＰＩＤ制御演算によって最適弁開度の補正量を求めて微調整を加えることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４７７２３号公報
【特許文献２】特開２００２−４１１４９号公報
【特許文献３】特開平９−１７１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の技術によれば、流量設定値が変更された際の流量制御の応答性は改善される。しかし、ＰＩＤ制御が支配的であることに代わりはないため、応答速度の向上が、不十分である。
【０００８】
特許文献２においては、ＰＩＤ回路に補正信号を出力する応答改善回路を設けたことで、流量制御の改善を図っている。しかし、補正信号の大きさ、補正信号が出力される時間長を規定する閾値の調節には多大な工数を要する。なぜなら、補正信号はＰＩＤ回路を経て制御バルブをコントロールするため、ＰＩＤゲインが変わってしまったら補正信号の大きさや閾値は再調整する必要があるからである。
【０００９】
また、特許文献３においては、フィードフォワード演算出力結果が制御中も常時印加されることになり、最適な制御応答性を実現するためにフィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータを調整する際には、両パラメータの相関を考慮し、調整する必要がある。すなわち、フィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータのいずれかを変更すると、他方のパラメータに影響を与えるために、調整時間がかかるという問題点がある。
【００１０】
以上で述べた応答性の改善と、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両立の問題は、半導体製造プロセスに使用されるマスフローメータにおける流量制御に限らず、さまざまな流体の流量制御において存在する。
【００１１】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を取り扱うためになされたもので、応答性の良い流量制御を、容易な設定で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
［適用例１］
流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第１の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第２の入力信号と、を入力され、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、第１の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号に応じた信号と、前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
【００１３】
このような態様においては、フィードフォワードの成分を含む第２の制御電圧に応じて、弁部が制御される。このため、フィードフォワード制御を行わない態様に比べて、指令値信号の変化に対する流量の応答速度の改善を図ることができる。
【００１４】
また、上記の態様においては、フィードフォワード電流は、フィードバック電流およびフィードバック電圧とは、別個に生成される。そして、フィードフォワード電流に起因する成分を反映した電圧と、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧と、の加算により、第２の制御電圧が生成される。すなわち、フィードフォワードの成分とフィードバックの成分とは、生成時に相互に影響されない。このため、弁部を制御する駆動電圧を生成する際に、フィードフォワードの成分とフィードバックの成分の相互の調整が不要である。また、フィードフォワード電流を生成するための設定は、フィードバックのための設定に影響されないため、指令値に応じたフィードフォワード電流を生成するための設定が、容易である。
【００１５】
よって、上記の態様によれば、応答性のよい流量制御装置を、少ない調整工数で実現することができる。
【００１６】
なお、上記の態様において、「流体」は、気体であってもよく、液体であってもよい。
また、「信号Ａに応じた信号Ｂ」は、適用例１記載の要素によって信号Ａが変換された信号Ｂであってもよいし、適用例１で言及されていない要素によって信号Ａが変換された信号Ｂであってもよい。
【００１７】
上記の態様においては、コンパレータには、指令値信号と、センサ出力信号に応じた信号と、が入力されている。このため、センサ出力信号に応じた信号は、センサ出力信号が反映されるものの、コンパレータ以外の構成要素から見れば、指令値信号とほとんど同じ値に維持される。よって、たとえば、フィードバック電流生成部は、コンパレータの指令値信号が入力されている端子と対になる入力端子に接続されていれば、その端子から、指令値信号とほぼ同じ信号を得ることができる。フィードバック電流生成部における「指令値信号に応じた信号」とは、そのようにして得られる信号であってもよい。
【００１８】
なお、コンパレータと、フィードバック電流生成部と、フィードバック電圧生成部と、合成部とは、アナログ回路として構成されることが好ましい。
【００１９】
［適用例２］
適用例１の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。
【００２０】
このような態様とすることにより、フィードバック電流とフィードフォワード電流の和に応じた電圧をフィードバック電圧に加算して得られる第２の制御電圧を、合成部は、抵抗器の他端に生じさせることができる。
【００２１】
［適用例３］
適用例１または２に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するＣＰＵと、
前記ＣＰＵが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。
【００２２】
このような態様とすれば、弁部の制御においてフィードフォワード制御を実現するための成分を、フィードフォワード電流として生成することができる。
なお、上記態様は、抵抗器がＣＰＵが出力した電圧を直接印加される態様とすることもでき、抵抗器が他の電源からの電圧の印加を受けて、抵抗器がＣＰＵが出力した電圧に応じた電流を流す態様とすることもできる。
【００２３】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかの流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。
【００２４】
このような態様においては、流量センサは、実際の流量の変化をセンサ出力信号に反映させるのが遅い。しかし、上記各適用例のような構成を採用することで、迅速な応答を実現しつつ、安定的に、流路内を通る流体の流量を制御することができる。
【００２５】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記第１の制御電圧を昇圧して第１の駆動電圧とする第１の昇圧部を備え、
前記第１の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第２の制御信号を昇圧して第２の駆動電圧とする第２の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第２の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。
【００２６】
このような態様とすれば、第１の昇圧部と弁部を結ぶ配線に第２の昇圧部の出力端が直接接続されている態様に比べて、第２の昇圧部が生成する第２の駆動電圧を、小さな値とすることができる。
【００２７】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれかの流量制御装置であって、さらに、
前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記微分信号と、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。
【００２８】
このような態様とすれば、微分部を備えず、センサ出力信号がそのままフィードバック電流生成部に受信される態様に比べて、実際の流量の変化を反映する際の流量制御装置の応答速度を速くすることができる。
【００２９】
［適用例７］
適用例１ないし６のいずれかの流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。
【００３０】
このような態様とすれば、フィードバック電圧生成部は、センサ出力信号と指令値信号との差を反映したフィードバック電流に基づいて、フィードバック電圧を生成することにより、Ｐ成分、Ｉ成分、Ｄ成分のいずれか二つの要素を備える制御を反映させたフィードバック電圧を生成することができる。
【００３１】
［適用例８］
適用例１ないし７のいずれかの流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第１の制御電圧を出力する、流量制御装置。
【００３２】
なお、上記各適用例の各構成を、適宜選択して組み合わせ、または省略することにより、本願明細書に記載された技術的課題を解決できる発明を構成することができる。
【００３３】
本発明は、以下に示すような種々の態様で実現することが可能である。
（１）流量制御装置、流量制御システム、流量制御方法。
（２）半導体製造装置、半導体製造システム、半導体製造方法。
（３）上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム。
（４）上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。
【図２】流量センサ８０の構成を示す図である。
【図３】フィードバック電圧生成回路５０の回路構成を示す図である。
【図４】フィードフォワード電流生成回路２０の回路構成を示す図である。
【図５】指令値信号Ｖｉ１に応じたフィードフォワード電流Ｉｆｆの大きさを示すグラフである。
【図６】図５のグラフに式（７）を適用して得られる、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１のグラフである。
【図７】比較例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【図８】本実施例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【図９】フィードフォワード電流生成回路２０ｂの回路構成を示す図である。
【図１０】第３実施例の流量制御装置１００ｃの構成図である。
【図１１】第４実施例の流量制御装置１００ｄの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を用いて、本願発明の実施例を説明する。
【００３６】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．流量制御装置の構成および動作：
図１は、第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。ガス源２００は、半導体製造装置３００に所定の成分のガスを供給する。流量制御装置１００は、このガスの流量を制御する。
【００３７】
流量制御装置１００は、流量設定部１０と、弁部９０と、流量センサ８０と、コンパレータ４０と、第１の昇圧回路７０と、フィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０と、フィードフォワード電流生成回路２０と、合成回路６０と、を備える。
【００３８】
弁部９０は、流路４００内を通るガスの流通を制御する。弁部９０は、流路４００内に設けられた弁と、その弁を駆動するピエゾ素子とを備える。弁部９０は、駆動電圧を印加されて、ピエゾ素子により弁の開度を変化させる。なお、弁部９０は、ピエゾ素子に印加される駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする。弁開度を調整することにより、弁部９０は、流路４００内を通るガスの流通量を制御することができる。
【００３９】
図２は、流量センサ８０の構成を示す図である。流量センサ８０は、流路４００内を通るガスの流量に応じたセンサ出力信号Ｖｓを出力する。センサ出力信号Ｖｓの大きさは、０〜５Ｖである。なお、以下、本実施例の説明において、「信号」という場合は、所定の情報を表す電圧を意味する。
【００４０】
流量センサ８０は、流路４００内を流れるガスが流通するバイパス管部８２を、流路４００内に有している。バイパス管部８２は複数のバイパス管からなる。流路４００には、センサ管８４が接続されている。より具体的には、センサ管８４の両端がバイパス管部８２の両端の近傍の位置に接続されている。すなわち、センサ管８４は、流路４００において、バイパス管部８２を迂回するように構成される。バイパス管部８２とセンサ管８４は、センサ管８４に、バイパス管部８２内を流れるガスに対して一定の比率を保って、バイパス管部８２内を流れるガスより少ない量のガスが流れるように構成される。流路４００内を流通するガスは、バイパス管部８２か、センサ管８４かのいずれかを流通する。
【００４１】
センサ管８４の表面には、互いに直列に接続された抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻きつけられている。抵抗線Ｒ４は、抵抗線Ｒ１よりも流路の下流側において、センサ管８４表面に巻き付けられている。抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、温度に応じてその抵抗値が変化する素材で構成されている。
【００４２】
抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、通電されて発熱する。その状態で、センサ管８４にガスが質量流量Ｑで流れると仮定すると、ガスは、センサ管８４の上流側に位置する抵抗線Ｒ１の熱を奪って、下流側の抵抗線Ｒ４が巻回されている位置まで流れる。そして、抵抗線Ｒ４に熱を渡すか、または抵抗線Ｒ４からは抵抗線Ｒ１ほど熱を奪わない。その結果、抵抗線Ｒ１、Ｒ４間に温度差が生じる。すると、抵抗線Ｒ１、Ｒ４の抵抗値に差が生じる。この抵抗線Ｒ１、Ｒ４の抵抗値の差は、抵抗線Ｒ１の両端の電位差と、抵抗線Ｒ４の両端の電位差と、の違いとなって表れる。この電位差の違いの大きさは、ガスの質量流量Ｑにほぼ比例する。流量センサ８０のセンサ回路８６は、この電位差の違いの大きさに比例する信号Ｖｓを出力する。また、上述のように、バイパス管部８２を流れるガスの流量と、センサ管８４を流れるガスの流量とは、一定の比を保つ。このため、センサ出力信号Ｖｓは、そのときに流路４００内を流れているガスの質量流量を表す。
【００４３】
図１に示すコンパレータ４０は、反転入力端子を介して、流量設定部１０から指令値信号Ｖｉ１を受け取る。指令値信号Ｖｉ１は、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す。指令値信号Ｖｉ１の大きさは、０〜５Ｖである。コンパレータ４０は、また、非反転入力端子を介して、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２を受け取る。信号Ｖｉ２の大きさも、０〜５Ｖである。そして、コンパレータ４０は、指令値信号Ｖｉ１と、センサ出力信号Ｖｓに応じた信号Ｖｉ２と、の比較に基づいて、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも小さい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは正の値となる。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも大きい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは負の値となる。信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１と等しい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆは０となる。
【００４４】
コンパレータ４０は、よく知られているように、入力インピーダンスが大きく、かつ利得が大きい。このため、コンパレータ４０の機能を考察する際には、非反転入力端子の電位Ｖｉ２を反転入力端子の電位Ｖｉ１と同じとみなして差し支えない。
【００４５】
図１に示す第１の昇圧回路７０は、コンパレータ４０から第１の制御電圧Ｖｒｅｆを受け取って、これを昇圧し、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１を生成する。第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１は、少なくとも一部において弁部９０のピエゾ素子を駆動するための駆動電圧である。なお、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１は、第１の制御電圧Ｖｒｅｆが増加すると減少し、第１の制御電圧Ｖｒｅｆが減少すると増加するように生成される。これは、弁部９０が、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成であるためである。
【００４６】
フィードバック電流生成回路３０は、センサ出力信号Ｖｓと、コンパレータ４０の非反転入力端子の電位である信号Ｖｉ２と、の差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。より具体的には、フィードバック電流生成回路３０は、一端が流量センサ８０に接続され、他端がコンパレータ４０の非反転入力端子およびフィードバック電圧生成回路５０に接続された抵抗器（抵抗値Ｒｘ）を備える。その抵抗器の一端の電位がＶｓであり、他端の電位がＶｉ２となる結果、その抵抗器には、以下の式で表される電流Ｉｆｂが流れる。なお、電流Ｉｆｂにおいては、図１において左から右に向かう向きの電流をプラスとする。
【００４７】
【数１】
【００４８】
図３は、フィードバック電圧生成回路５０の回路構成を示す図である。フィードバック電圧生成回路５０（図１参照）は、フィードバック電流Ｉｆｂに応じたフィードバック電圧Ｖｆｂを生成する。フィードバック電圧生成回路５０の回路構成は、図３に示すように、直列に接続された抵抗器（抵抗値Ｒｂ）、コンデンサ（容量Ｃｂ）、リアクトル（インダクタンスＬｂ）で表すことができる。フィードバック電圧生成回路５０は、フィードバック電流生成回路３０とコンパレータ４０の非反転入力端子に接続されている（図１参照）。そして、コンパレータ４０の入力インピーダンスは無限大と考えることができるので、コンパレータ４０の非反転入力端子には、電流は流れない。このため、フィードバック電圧生成回路５０には、フィードバック電流Ｉｆｂが流れる。フィードバック電圧生成回路５０の両端の電位差ＶＤ５０は、以下の式（２）で表される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
図１に示すように、フィードバック電圧生成回路５０の一端は、コンパレータ４０の非反転入力端子に接続されている。このため、フィードバック電圧生成回路５０のその一端の電位は、Ｖｉ２である。なお、この電位Ｖｉ２は、コンパレータ４０により、反転入力端子の電位Ｖｉ１とほぼ同じ値に保たれている。フィードバック電圧生成回路５０の他端の電位Ｖｆｂは、以下の式（３）で表される。
【００５１】
【数３】
【００５２】
上記式（１）より、式（３）は、以下のように表すことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
電位Ｖｉ２は、コンパレータ４０により、反転入力端子の電位Ｖｉ１と同じ値に保たれている（図１参照）。このため、式（４）は、以下のように表すことができる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
式（５）より、フィードバック電圧生成回路５０の他端の電位Ｖｆｂは、実際のガスの流量を表すセンサ出力信号Ｖｓと、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す指令値信号Ｖｉ１と、の偏差（Ｖｓ−Ｖｉ１）に基づいて、ＰＩＤ制御を行って、センサ出力信号Ｖｓが指令値信号Ｖｉ１に追従するように制御するものとして、把握することができる。ここで、Ｐゲインは、（Ｒｂ／Ｒｘ）であり、Ｉゲインは、｛１／（Ｃｂ×Ｒｘ）｝であり、Ｄゲインは、（Ｌｂ／Ｒｘ）である。
【００５７】
図４は、フィードフォワード電流生成回路２０の回路構成を示す図である。フィードフォワード電流生成回路２０（図１参照）は、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。フィードフォワード電流生成回路２０（図１参照）は、図４に示すように、ＣＰＵ２１と、オペアンプ２２と、抵抗器２３と、ｐｎｐ型トランジスタ２４と、抵抗器２５（抵抗値Ｒ２２）とを備えている。抵抗器２５には、電源（電位Ｖｃｃ）が接続されている。トランジスタ２４のコレクタは、合成回路６０（図１参照）に接続されている。
【００５８】
図５は、指令値信号Ｖｉ１に応じたフィードフォワード電流Ｉｆｆの大きさを示すグラフである。フィードフォワード電流生成回路２０は、指令値信号Ｖｉ１に応じて図５のようなフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。すなわち、Ｖｉ１が０近傍の所定の範囲にあるときには、フィードフォワード電流Ｉｆｆは０であり、Ｖｉ１が前記の所定の範囲よりも大きい範囲にあるときには、フィードフォワード電流Ｉｆｆは指令値信号Ｖｉ１の増加に伴い線形に増加する。このような不連続なフィードフォワード電流ＩｆｆをＣＰＵ２１により生成することで、指令値信号Ｖｉ１が０近傍のときの弁部９０の密閉性と流量の制御の応答性が両立される。このような電流の制御は、後述するように、ＣＰＵ２１によって実現される。
【００５９】
図４のオペアンプ２２の非反転入力端子には電流は流れ込まない。このため、抵抗器２５およびトランジスタ２４のエミッタ−コレクタ間を流れる電流をＩｘ、抵抗器２５（抵抗値Ｒ２２）とトランジスタ２４の間の電位をＶ２４とすると、Ｉｘは、以下の式（６）で表される。
【００６０】
【数６】
【００６１】
オペアンプ２２の働きにより、非反転入力端子の電位Ｖ２１と、反転入力端子の電位Ｖ２４とは、同じ値に保たれる。このため、抵抗器２５とトランジスタ２４の間の電位Ｖ２４は、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１と同じになる。よって、電流Ｉｘを所望の値Ｉｆｆにしたい場合には、式（６）より、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１を以下の値にすればよい。
【００６２】
【数７】
【００６３】
図６は、図５のグラフに式（７）を適用して得られる、ＣＰＵ２１の出力電圧Ｖ２１のグラフである。あらかじめ定められた設定に基づいて指令値信号Ｖｉ１に応じた所定の電流Ｉｆｆが流れるように（図５参照）、ＣＰＵ２１は、指令値信号Ｖｉ１を受け取って、これを変換し、出力電圧Ｖ２１（図６参照）としてオペアンプ２２の反転入力端子に出力する。言い換えれば、ＣＰＵ２１は、指令値信号Ｖｉ１を受け取って、出力電圧Ｖ２１に変換して出力することにより、指令値信号Ｖｉ１に応じた所定の電流Ｉｆｆを流す。フィードフォワード電流生成回路２０は、このような構成および動作により、あらかじめ定められた設定に基づいて、指令値信号Ｖｉ１に応じた所定のフィードフォワード電流Ｉｆｆを出力する。
【００６４】
図１に示す合成回路６０は、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆの和に応じた電圧をフィードバック電圧Ｖｆｂに加算した電圧である第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊を生成する。第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊は、一例として、０〜１５Ｖの値を取りうる。
【００６５】
合成回路６０は、抵抗器６２（抵抗値Ｒｇ）と第２の昇圧回路６５を備えている。合成回路６０の抵抗器６２は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端に直列に接続されている（図１参照）。そして、合成回路６０の抵抗器６２は、フィードフォワード電流生成回路２０にも直列に接続されている（図１参照）。このため、合成回路６０の抵抗器６２には、フィードバック電流Ｉｆｂとフィードフォワード電流Ｉｆｆとが同時に流れる。その結果、合成回路６０の抵抗器６２（抵抗値Ｒｇ）の両端の電位差ＶＤ６０は、以下の式（８）で表される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
合成回路６０のフィードバック電圧生成回路５０側の端の電位は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端の電位Ｖｆｂであるので、式（５），（８）より、合成回路６０の抵抗器の他端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（９）で表される。なお、ここでは、図１において左から右に向かう向きの電流をプラスとする。
【００６８】
【数９】
【００６９】
式（１）よりＩｆｂが得られ、式（１）中のＶｉ２は、コンパレータ４０の機能によりＶｉ１と等しいので、合成回路６０の抵抗器の他端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（１０）で表される。
【００７０】
【数１０】
【００７１】
合成回路６０の第２の昇圧回路６５は、抵抗器６２が生成した第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊（一例として、０〜１５Ｖ）を昇圧し、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２（一例として、０〜１５０Ｖ）を生成する。第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１とともに、弁部９０のピエゾ素子を駆動するための駆動電圧である。なお、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊が増加すると減少し、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊が減少すると増加するように生成される。これは、弁部９０が、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成であるためである。
【００７２】
弁部９０は、第２の制御電圧Ｖｄｒｖ＊（式（１０）参照）を反映した合成回路６０による第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２と、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを反映した第１の昇圧回路７０による第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１と、に基づく駆動電圧Ｖｄｒｖにより、ピエゾ素子を駆動されて、弁の開度を変更する。なお、駆動電圧Ｖｄｒｖの大きさは、一例としては、０〜約１５０Ｖである。
【００７３】
式（１０）より、Ｖｄｒｖ＊には、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の効果を発揮する右辺第２項〜第４項が含まれる。すなわち、流量制御装置１００は、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の効果を発揮する成分を駆動電圧Ｖｄｒｖに反映させて、弁部９０を制御している。よって、本実施例の流量制御装置１００は、安定して正確な流量制御を行うことができる。
【００７４】
また、式（１０）より、Ｖｄｒｖ＊には、フィードフォワード電流生成回路２０のＣＰＵ２１（図４参照）によって制御されフィードフォワード制御の効果を発揮する右辺第５項（Ｒｇ×Ｉｆｆ）が含まれる。すなわち、流量制御装置１００は、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分を駆動電圧Ｖｄｒｖに反映させて、弁部９０を制御している。このため、流量制御装置１００は、ガスの流量の指令値（指令値信号Ｖｉ１）に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。
【００７５】
より具体的には、流路４００内を通るガスの流量の指令値を表す指令値信号Ｖｉ１が０から所定の値に変化した場合、まず、変化の直後の段階では、指令値信号Ｖｉ１の変化がフィードバック制御にあまり反映されない。これに対して、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、指令値信号Ｖｉ１の所定の値に応じた一定の電位となるようにＣＰＵ２１によって制御される（図４参照）。その結果、指令値信号Ｖｉ１の変化の直後の段階では、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２の成分が、弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖにおいて支配的となり、フィードフォワード制御の効果を発揮する。このため、流量制御装置１００は、ガスの流量の指令値に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。
【００７６】
その後、指令値信号Ｖｉ１の変化（センサ出力信号Ｖｓを反映した信号Ｖｉ２と、変化後の指令値信号Ｖｉ１との差）がフィードバック制御に反映されてくると、弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖにおいて、コンパレータ４０に起因する第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１が、支配的となる。その結果、この第１の駆動電圧Ｖｄｒｖ１により、フィードバック制御の効果が発揮される。このため、流量制御装置１００においては、装置のハードウェア構成等に起因して、実際の流量が指令値に対する偏差を含みうる場合にも、それが定常偏差として残りにくい。なお、フィードフォワード電流生成回路２０に起因する第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２は、指令値信号Ｖｉ１が一定である限り、時間経過によらず一定である。
【００７７】
さらに、本実施例の流量制御装置１００においては、Ｖｄｒｖ＊中のフィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とは、それぞれフィードバック電流生成回路３０と、フィードフォワード電流生成回路２０と、において、別個に生成される（図１参照）。このため、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とは、互いに影響を与えることがない。
【００７８】
よって、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とを、合成回路６０によって容易に合成することができる。そして、フィードバック電流生成回路３０の設定（すなわち、フィードバック制御の設定）と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定（すなわち、フィードフォワード制御の設定）とを、独立に行うことができる。すなわち、フィードバック電流生成回路３０の設定と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定が容易である。言い換えれば、少ない調整工数でフィードバック制御の設定と、フィードフォワード制御の設定とを行うことができる。
【００７９】
なお、本実施例においては、流量センサ８０は、作動原理に熱の移動を利用しているため（図２参照）、応答速度が遅い。このため、この流量センサ８０をフィードバック用のセンサとして使用しつつ、上述の制御（フィードバック制御およびフィードフォワード制御）をデジタル制御でおこなう場合には、サンプリング周期に対して流量センサ８０の応答が遅いために、システムが不安定になる可能性がある。また、そのような不安定性を解消するために、流量センサ８０の応答の遅さによる悪影響を十分排除しようとすると、フィードバック電圧生成回路５０で設定される制御ゲインを十分に上げることができない。その結果、制御の応答速度が遅くなる。
【００８０】
一方、本実施例の流量制御装置１００においては、フィードフォワード電流生成回路２０が、フィードフォワード制御の成分を反映させるための出力として、電流を出力している。そして、コンパレータ４０と、フィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０と、合成回路６０とが、いずれもアナログ回路として電流および電圧を制御することにより、フィードバック制御およびフィードフォワード制御を達成している。このため、応答速度が遅い流量センサ８０をフィードバック用のセンサとして使用しても、システムが不安定になることがない。また、不要な応答遅れを含むこともない。
【００８１】
Ａ２．流量制御装置の性能：
本実施例と、フィードフォワード制御を行わない比較例とについて、応答性の比較を行った。比較例においては、フィードフォワード電流Ｉｆｆを指令値信号Ｖｉ１によらず０とした。比較例の他の点は、本実施例と同じである。一方、本実施例においては、フィードフォワード電流Ｉｆｆは、指令値信号Ｖｉ１に応じて図５のように出力される。
【００８２】
図７は、比較例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。図８は、本実施例の指令値信号Ｖｉ１、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖ、および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓを表すグラフである。
【００８３】
図７および図８の上段の指令値信号Ｖｉ１のグラフから分かるように、この試験は、指令値信号Ｖｉ１がある時点ｔ１において０からＶｉ１１に変化したときの、本実施例の流量制御装置１００と比較例の流量制御装置の応答を示すものである。なお、本実施例および比較例において、弁部９０は、駆動電圧Ｖｄｒｖが高いときに弁開度を小さくし、駆動電圧Ｖｄｒｖが低いときに弁開度を大きくする構成である。このため、図７および図８のグラフにおいて、指令値信号Ｖｉ１（上段）および流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓ（下段）が、時刻ｔ１まで一定値であり、時刻ｔ１以降の範囲でそれまでよりも大きな値を取っているのに対して、弁部９０を駆動する駆動電圧Ｖｄｒｖは、時刻ｔ１まで一定値であり、時刻ｔ１以降の範囲で、それまでよりも小さい値をとっている。
【００８４】
図７および図８の中段の弁部９０の駆動電圧Ｖｄｒｖのグラフから分かるように、本実施例においては、比較例よりも、時刻ｔ１直後の駆動電圧Ｖｄｒｖの変化の傾きが急峻である。すなわち、指令値信号Ｖｉ１の変化に対して（図７および図８の上段参照）、駆動電圧Ｖｄｒｖ、すなわち弁部９０の弁の開度が、より敏速に追従している。
【００８５】
また、図７および図８の下段の流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓのグラフから分かるように、本実施例においては、比較例よりも、センサ出力信号Ｖｓの変化の傾きが急峻である。そして、本実施例においては、比較例よりも早期に一定値に達している。すなわち、本実施例においては、指令値信号Ｖｉ１の変化に対して（図７および図８の上段参照）、流路４００内を流れるガスの流量が、より敏速に追従している。
【００８６】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の流量制御装置は、第１実施例の流量制御装置１００とは、フィードフォワード電流生成回路の構成が異なっている。第２実施例の流量制御装置の他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【００８７】
図９は、フィードフォワード電流生成回路２０ｂの回路構成を示す図である。第２実施例の流量制御装置が備えるフィードフォワード電流生成回路２０ｂも、指令値信号Ｖｉ１に応じてフィードフォワード電流Ｉｆｆを生成する。フィードフォワード電流生成回路２０ｂは、図９に示すように、ＣＰＵ２１ｂと、抵抗器２５ｂ（抵抗値Ｒｆｆ）とを備えている。抵抗器２５の一端には、ＣＰＵ２１ｂの出力端が接続されている。抵抗器２５の他端（出力端）には、合成回路６０（図１参照）が接続されている。
【００８８】
抵抗器２５ｂを流れる電流をＩｆｆ、ＣＰＵ２１ｂの出力端の電位（ＣＰＵ２１ｂの出力電圧）をＶｆｆ、抵抗器２５ｂの出力端の電位をＶ２５ｂとすると、Ｉｆｆは、以下の式（１１）で表される。
【００８９】
【数１１】
【００９０】
抵抗器２５ｂの出力端は、フィードバック電圧生成回路５０の出力端および合成回路６０の入力端と接続されている。このため（図９および図１参照）、抵抗器２５ｂの出力端の電位Ｖ２５ｂは、Ｖｆｂに等しい。よって、式（１１）より、以下の式（１２）が得られる。
【００９１】
【数１２】
【００９２】
合成回路６０の入力端の電位は、Ｖｆｂであり、合成回路６０には、フィードフォワード電流Ｉｆｆとフィードバック電流Ｉｆｂが流れる（図１参照）。よって、合成回路６０（抵抗値Ｒｇ）の出力端の電位Ｖｄｒｖ＊は、以下の式（１３）で得られる。
【００９３】
【数１３】
【００９４】
上記式（１３）の右辺のうち、Ｉｆｂ、Ｖｆｂは、それぞれフィードバック電流生成回路３０と、フィードバック電圧生成回路５０とで生成される（図１参照）。すなわち、式（１３）において、Ｖｆｂを含む右辺第１項と、Ｉｆｂを含む右辺第３項は、第１実施例と同様にフィードバック制御の効果を発揮する成分である。そして、フィードフォワード電流生成回路２０ｂで生成されるＶｆｆを含む第２項が、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分である。
【００９５】
よって、第２実施例の流量制御装置も、フィードバック制御により、安定して正確な流量制御を行うことができる。そして、フィードフォワード制御により、ガスの流量の指令値（指令値信号Ｖｉ１）に急激な変化があった場合にも、迅速にその指令値の変化に追従することができる。さらに、フィードバック制御の効果を発揮する成分と、フィードフォワード制御の効果を発揮する成分とを、合成回路６０によって容易に合成することができる。また、フィードバック電流生成回路３０の設定と、フィードフォワード電流生成回路２０の設定が容易である。
【００９６】
Ｃ．第３実施例：
図１０は、第３実施例の流量制御装置１００ｃの構成図である。第３実施例の流量制御装置１００ｃにおいては、第１の昇圧回路７０と弁部９０とを結ぶ配線が、分圧回路６８を介して接地されている。そして、合成回路６０ｃは、内部に第２の昇圧回路６５を備えていない。さらに、合成回路６０ｃ（言い換えれば、抵抗器６２）の出力端は、分圧回路６８に接続されている。第３実施例の流量制御装置１００ｃの他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【００９７】
分圧回路６８は、互いに直列につながれた抵抗器６６（抵抗値Ｒｄ１）と抵抗器６７（抵抗値Ｒｄ２）とを有している。抵抗器６６の他端は接地されている。抵抗器６６の他端は第１の昇圧回路７０と弁部９０とを結ぶ配線に接続されている。抵抗器６６と抵抗器６７の接続部分には、合成回路６０ｃの出力端が接続されている。
【００９８】
このような態様とすることにより、合成回路６０ｃの出力電圧Ｖｄｒｖ＊（一例として、０〜１５Ｖ）を｛（Ｒｄ１＋Ｒｄ２）／Ｒｄ１｝倍にすることができる。よって、たとえば、抵抗値Ｒｄ１と抵抗値Ｒｄ２の比を、１：９とすることにより、内部に第２の昇圧回路６５を備えていない合成回路６０ｃの出力電圧Ｖｄｒｖ＊（０〜１５Ｖ）を１０倍することができ、その結果、第２の駆動電圧Ｖｄｒｖ２（０〜１５０Ｖ）に昇圧することができる。よって、合成回路６０ｃの構成を、簡略化することができ、その結果、小型化することができる。
【００９９】
Ｄ．第４実施例：
図１１は、第４実施例の流量制御装置１００ｄの構成図である。第４実施例の流量制御装置１００ｄは、流量センサ８０とフィードバック電流生成回路３０との間に微分回路３５を備えている。第４実施例の流量制御装置１００ｄの他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【０１００】
微分回路３５は、流量センサ８０のセンサ出力信号Ｖｓ（０〜５Ｖ）を受け取って、これを微分して得た信号をフィードバック電流生成回路３０に供給する。フィードバック電流生成回路３０は、微分回路３５から受け取った信号と、コンパレータ４０の非反転入力端子の電位Ｖｉ２（指令値信号Ｖｉ１に等しい）との差に応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。
【０１０１】
このような態様とすることにより、第１実施例の流量制御装置１００に比べて、実際の流量の変化を反映したフィードバック電流Ｉｆｂの変化が急峻になる。その結果、第１実施例の流量制御装置１００に比べて、実際の流量の変化を反映する際の流量制御装置１００ｄの応答速度を、さらに速くすることができる。
【０１０２】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１０３】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、半導体製造装置に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を例に本願発明の説明をした。しかし、本願発明は、気体に限らず、液体など、任意の流体の流量を制御する流量制御装置に適用することができる。
【０１０４】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、流量センサは、流体による熱の移動を利用した流量センサ８０である。しかし、流量センサは、流体による力を利用したものなど、他の原理に基づくセンサであってもよい。ただし、上記各実施例の技術は、流量センサの応答速度が遅い場合に、特に、有効である。
【０１０５】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、弁は、ピエゾ素子によって動作される。しかし、弁部は他の機構、たとえば油圧やモータなどにより、弁を動作させ、弁開度を変える態様とすることもできる。
【０１０６】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、コンパレータ４０は、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも小さい場合、正の値の第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力し、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１よりも大きい場合、負の値の第１の制御電圧Ｖｒｅｆを出力する。そして、信号Ｖｉ２が指令値信号Ｖｉ１と等しい場合、第１の制御電圧Ｖｒｅｆを０とする。しかし、コンパレータ４０は、第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、制御対象である弁部９０の特性に応じた第１の制御電圧を出力することができる態様であれば、他の態様であってもよい。たとえば、上記の態様とは、出力電圧Ｖｒｅｆの符号が逆であってもよいし、二つの入力値が等しい場合に出力する電圧も０以外の所定値であってもよい。
【０１０７】
Ｅ５．変形例５：
図１，図１０および図１１には明示していないが、流量制御装置は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２に応じて駆動電圧Ｖｄｒｖを生成する駆動電圧生成部を備えてもよい。駆動電圧生成部は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２を受け取って、それらよりも電圧が高い駆動電圧Ｖｄｒｖを生成してもよい。また、駆動電圧生成部は、第１の制御電圧Ｖｄｒｖ１と第２の制御電圧Ｖｄｒｖ２をそれぞれ昇圧した後、所定の方法でそれらを合成して駆動電圧Ｖｄｒｖを生成してもよい。
【０１０８】
Ｅ６．変形例６：
上記第４実施例では、微分回路３５が生成した、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる信号が、フィードバック電流生成回路３０に与えられている。しかし、フィードバック電流生成回路３０に与えられる信号は、そのような態様に限らない。ただし、フィードバック電流生成回路３０に与えられる信号は、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる成分に他の所定の成分を加えたものなど、センサ出力信号Ｖｓを微分して得られる成分を含む信号であることが好ましい。
【０１０９】
Ｅ７．変形例７：
上記実施例では、フィードフォワード電流生成回路は、図４および図９の様な回路構成を採用している。しかし、フィードフォワード電流生成回路は、あらかじめ設定されたフィードフォワード電流を、指令値信号に応じて生成することができる回路であれば、任意の回路を採用することができる。また、あらかじめなされた設定は、マップによるものであってもよいし、式で与えられたものであってもよい。
【０１１０】
また、フィードバック電流生成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。そして、フィードバック電圧生成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。また、合成部も、実施例で述べた構成に限らず、フィードバック電流とフィードフォワード電流の和に応じた電圧をフィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成することができる構成であれば、任意の構成とすることができる。ただし、フィードバック電流生成部と、フィードバック電圧生成部と、合成部とは、アナログ回路として構成されることが好ましい。
【０１１１】
また、各構成要素を接続する態様も、実施例に記載された態様に限らず、各構成要素が機能を発揮できるような態様であれば、任意の態様とすることができる。
【０１１２】
Ｅ８．変形例８：
上記第３実施例では、合成回路６０ｃは、第２の昇圧回路６５を備えていない。しかし、第１実施例のように合成回路６０ｃが第２の昇圧回路６５を備えている態様において、さらに、第２実施例の分圧回路６８のような分圧回路を備えることができる。そのような態様とすることにより、第２の昇圧回路６５が生成する第２の駆動電圧の大きさを、第１実施例に比べて、｛Ｒｄ１／（Ｒｄ１＋Ｒｄ２）｝にすることができる。よって、合成回路６０ｃの構成を、簡略化することができ、その結果、小型化することができる。なお、このような態様において、抵抗値Ｒｄ１，Ｒｄ２の値は任意の適切な値に定めることができる。
【０１１３】
Ｅ９．変形例９：
上記各実施例の各構成を、適宜選択して組み合わせ、または省略することにより、本願明細書に記載された技術的課題を解決できる発明を構成することができる。また、上記各実施例に記載のない構成要素を加えて、発明を構成することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…流量設定部
２０…フィードフォワード電流生成回路
２０ｂ…フィードフォワード電流生成回路
２１…ＣＰＵ
２１ｂ…ＣＰＵ
２２…オペアンプ
２３…抵抗器
２４…ｐｎｐ型トランジスタ
２５…抵抗器
２５ｂ…抵抗器
３０…フィードバック電流生成回路
３５…微分回路
４０…コンパレータ
５０…フィードバック電圧生成回路
６０…合成回路
６２…抵抗器
６５…第２の昇圧回路
６６…抵抗器
６７…抵抗器
６８…分圧回路
７０…第１の昇圧回路
８０…流量センサ
８２…バイパス管部
８４…センサ管
８６…センサ回路
９０…弁部
１００…流量制御装置
１００ｃ…流量制御装置
１００ｄ…流量制御装置
２００…ガス源
３００…半導体製造装置
４００…流路
Ｉｆｂ…フィードバック電流
Ｉｆｆ…フィードフォワード電流
Ｒ１…抵抗線
Ｒ４…抵抗線
Ｖ２１…ＣＰＵ２１の出力電圧
Ｖ２４…トランジスタ２４のエミッタの電位
Ｖ２５ｂ…抵抗器２５ｂの出力端の電位
Ｖｃｃ…電源の電位
Ｖｄｒｖ…弁部のピエゾ素子の駆動電圧
Ｖｆｂ…フィードバック電圧
Ｖｉ１…指令値信号
Ｖｉ２…信号（コンパレータの非反転入力端子の電位）
Ｖｒｅｆ…第１の制御電圧
Ｖｓ…センサ出力信号
ｔ１…指令値信号Ｖｉ１が変化する時刻
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第１の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第２の入力信号と、を入力され、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、第１の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号に応じた信号と、前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するＣＰＵと、
前記ＣＰＵが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記第１の制御電圧を昇圧して第１の駆動電圧とする第１の昇圧部を備え、
前記第１の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第２の制御信号を昇圧して第２の駆動電圧とする第２の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第２の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記微分信号と、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第１の制御電圧を出力する、流量制御装置。
【請求項１】
流量制御装置であって、
流路内を通る流体の流通を制御する弁部と、
前記流体の流量に応じたセンサ出力信号を出力する流量センサと、
前記流体の流量の指令値を表す指令値信号である第１の入力信号と、前記センサ出力信号に応じた信号である第２の入力信号と、を入力され、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号の比較に基づいて、第１の制御電圧を出力するコンパレータと、
前記センサ出力信号または前記センサ出力信号に応じた信号と、前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じたフィードバック電流を生成するフィードバック電流生成部と、
前記フィードバック電流に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記指令値信号に応じてフィードフォワード電流を生成するフィードフォワード電流生成部と、
前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流の和に応じた電圧を前記フィードバック電圧に加算した電圧である第２の制御電圧を生成する合成部と、を備え、
前記弁部は、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧に応じて制御される、流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御装置であって、
前記合成部は、前記フィードバック電圧生成部の出力端に直列に接続された抵抗器であって、前記フィードバック電流と前記フィードフォワード電流とが同時に流れるように構成された抵抗器を含む、流量制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に流量制御装置であって、
前記フィードフォワード電流生成部は、
あらかじめ定められた設定に基づいて前記指令値信号に応じた電圧を出力するＣＰＵと、
前記ＣＰＵが出力した電圧に応じて前記フィードフォワード電流を流す抵抗器と、を含む、流量制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記流量センサは、前記流路内を通る前記流体による熱の移動に基づいて、前記流体の流量を検知するセンサである、流量制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記第１の制御電圧を昇圧して第１の駆動電圧とする第１の昇圧部を備え、
前記第１の昇圧部と前記弁部を結ぶ配線は、分圧回路を通して接地されており、
前記合成部は、前記第２の制御信号を昇圧して第２の駆動電圧とする第２の昇圧部を備え、
前記合成部の出力端としての前記第２の昇圧部の出力端は、前記分圧回路に接続されている、流量制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の流量制御装置であって、さらに、
前記センサ出力信号を微分して得られる成分を含む微分信号を生成する微分部を備え、
前記フィードバック電流生成部は、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記微分信号と、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、の差に応じた前記フィードバック電流を生成する、流量制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記フィードバック電圧生成部は、抵抗器とコンデンサとリアクトルのうちのいずれかの二つ以上が直列に結合された回路構成を備える、流量制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の流量制御装置であって、
前記コンパレータは、前記指令値信号または前記指令値信号に応じた信号と、前記センサ出力信号に応じた信号としての前記フィードバック電流生成部の出力端の電圧と、の比較に基づいて、前記第１の制御電圧を出力する、流量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１６１７０（Ｐ２０１２−２１６１７０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９１５０（Ｐ２０１１−１９９１５０）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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