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2014年2月12日 (水)

真・MFC千夜一夜物語 第151話 MFC最大の弱点とは・・・ その15

MFC(マスフローコントローラー)もう一つの最大の弱点は急峻な圧力変動でした。
PI(Pressure Insensitive)もしくはPTI(Pressure Transit Insensitive)と呼ばれる技術(このブログでは、総称として「PI」と呼称しておきます。)の概要をご説明しました。
圧力センサーを内蔵することで、MFCの上流圧の急峻な変動を捉まえ、流量センサーと制御バルブのフィードバック制御に「待った!」をかけて、バルブ開度をホールドするという仕組みは、その条件設定が上手くいけば一定の効果を期待できるものです。

 PI-MFC開発がある程度安定してきたので、「ここまできたら、プロセスパターンに応じてAFC(Automatic Flow Controller)APC(Automatic Pressure Controller)を使い分けできるMFCなんてどう?」等という無責任な放言をDecoはMFCメーカーの技術屋さんにしています。

 

PI-MFCは「1次圧変動を監視する」アイテムなので、圧力センサーはMFCの上流にありますから、そのままでは当然1次側圧をウォッチしての制御(チャンバーからすると背圧制御)しかできません。
MFCの配置される位置は、当然チャンバーへのガス供給系が多いので、2次側(供給圧)制御には下流側を見る別の圧力センサーとの連携が必要なわけです。

 APCには圧力センサーの設置位置で上流圧/下流圧制御という2タイプがあることは、以前の連載でお話しましたね?
その点、MFCは、「流量」というファクターで制御しますので、基本的に流量は1次側/2次側の区別が厳密には必要ないので、流量センサーは上流側に配置されるのがメインです。
では、2次側に流量センサーを配置したMFCが全く存在しなかったかと言えばそうでもなく・・・実はPI-MFCが現在の構造にいたる前の過度記のPI-MFCとして存在していたのです。

140204_02

 圧力変動対策1=ラインレギュレーターを置く、対策2=タンクを置くに似通った対策1.5的な構造のものとして上図のようなMFCが世に送り出しされていた記憶があります。
この構造は流量制御バルブ&オリフィスを流量センサーより上流に持ちますから、当然1次側の急峻な圧力変動影響を、もろに流量センサーが拾うことはありません。従来MFCの構造をひっくり返しただけの簡単な対策でかなりの効果が望めたのです。(今、お手元にある従来型MFCを上流/下流ひっくり返して配置してもその効果は得にくく、MFCとしても正常動作しません。念のため・・・)

ただ、この構造には当然のように弱点がありました。
今度は下流での二次側圧力変動に対して、流量センサーが無防備になってしまうのです。
圧力影響だけならばまだいいのですが、半導体プロセスのような2次側が真空状態で使用される場合、流量センサー管内が真空になり、それによるセンサーと層流素子の分流比が崩れることで、流量信号自体に出荷校正時とずれが生じるような問題も懸念されます。
流量センサーを守るために、二次側出口にオリフィスを入れる方法もあるのですが、結果MFCでの圧力損失が増大することで使用できなくなる低蒸気圧ガス等も出てくるので、あまり好ましい結果は出せなかったようです。

 こんな構造のMFCも現在のPI制御の応用で、流量制御時は二次側圧力をモニターしながらバルブを制御し、APCとしては供給圧力コントロールを行うようなハイブリッドコントローラーで再度実用化されても面白いのになぁ、とDecoは思っています。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】 by Deco EZ-Japan

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