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審決分類 審判 査定不服 2項進歩性 特許、登録しない。 G01F
管理番号 1297164
審判番号 不服2013-18268  
総通号数 183 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2015-03-27 
種別 拒絶査定不服の審決 
審判請求日 2013-09-24 
確定日 2015-02-04 
事件の表示 特願2010-549684「複数の流入口を備えた高精度質量流量検証器」拒絶査定不服審判事件〔平成21年 9月24日国際公開,WO2009/117169,平成23年 5月19日国内公表,特表2011-515660〕について,次のとおり審決する。 
結論 本件審判の請求は,成り立たない。 
理由 第1 手続の経緯
平成21年 1月21日:国際特許出願
(優先権 平成20年3月18日 アメリカ合衆国)
平成22年 9月 6日:国内書面
平成24年10月24日:拒絶理由通知(同年同月26日発送)
平成25年 4月26日:意見書
平成25年 4月26日:手続補正書(以下「手続補正1」という。)
平成25年 5月21日:拒絶査定(同年同月23日送達)
平成25年 9月24日:審判請求

第2 原査定の拒絶の理由
原査定の拒絶の理由は,概略,この出願の請求項1-22に係る発明は,その優先日前日本国内又は外国において,頒布された刊行物に記載された発明又は電気通信回線を通じて公衆に利用可能となった発明に基づいて,その優先日前にその発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に発明をすることができたものであるから,特許法29条2項の規定により特許を受けることができない,というものである。
引用例1:国際公開第2008/014076号
引用例2:実願昭58-182128号(実開昭60-90630号)のマイクロフィルム

第3 本願発明
本件出願の特許請求の範囲の請求項1に係る発明は,明細書,特許請求の範囲及び図面の記載からみて,手続補正1により補正された特許請求の範囲の請求項1に記載されたとおりの,以下のものである(以下「本願発明」という。)。
「 流体送達デバイスによる流体の流量測定値を検証するための質量流量検証器において,
複数N個の流入口を画定し,前記デバイスからの前記流体の流れを前記流入口の各々において受け入れるように構成されているチャンバと,
前記チャンバ内の前記流体の圧力を測定するように構成される圧力センサと,
複数N個の臨界流ノズルであって,その各々が対応する前記流入口の1つに隣接して,
前記対応する流入口を通る前記デバイスから前記チャンバへの流体の流路に沿った前記チャンバの上流に位置決めされている臨界流ノズルと,
前記N個の臨界流ノズルの1つを臨界流時間t_(cf,i)(i=1…N)内に選択的に起動するように構成されるコントローラとを備えており,
全てのi(i=1…N)において,前記i番目の臨界流ノズルにおける前記臨界流時間の間に,前記i番目の臨界流ノズルは,前記i番目の臨界流ノズルを通る前記流体の流量を実質的に一定に保持し,前記チャンバ内の圧力の変動に実質的に影響されないように構成される質量流量検証器。」

第4 引用例
1 引用例1の記載及び引用例1発明
(1) 引用例1の記載
引用例1には,以下の事項が記載されている。原文の引用の後に翻訳を記載する(翻訳として,引用例1に対応する公表公報(特表2009-543061号公報)記載のものを利用した。)。

ア [002]ないし[005]
「[002] High-precision fluid delivery systems such as mass flow controllers (MFCs) and mass flow ratio controllers (FRCs) are very important in applications such of semiconductor wafer fabrications. In many instances, the accuracy of these fluid delivery systems need to be verified.

[003] A rate-of-rise (ROR) flow verifier may be used to verify the accuracy of measurement systems such as MFCs or FRCs. A typical ROR flow verifier may include a chamber, a pressure transducer, a temperature sensor and two isolation valves, one upstream and one downstream. The valves may be closed during idle, and may open when a run is initiated, allowing flow of fluid from the device under test (DUT) such as a MFC or a FRC through the flow verifier. Once fluid flow has stabilized, the downstream valve may be closed, and as a result the pressure may rise in the chamber, and the raise in pressure may be measured as well the gas temperature. These measurements may be used to calculate the flow rate and thereby verify the performance of the DUT.

[004] The rising pressure in the chamber of a ROR verifier may be a major disturbance to the verification process. Although the DUT may adjust its valve position to offset the downstream pressure (chamber pressure) disturbance in order to maintain the targeted flow set point, the flow fluctuation may occur and undermine the flow rate verification process. A mass flow verification system and method are needed that can avoid such a disturbance to the DUT.

[005] The connecting flow path volume between the DUT and the ROR flow verifier is called the external volume. It needs to be determined in order to calculate the flow rate by the ROR flow verifier. However, the setup calibration process for determining external volumes is very time-consuming if there are many DUTs connected to the ROR verifier so that a different external volume results for each DUT. Furthermore, the accuracy of flow verification by a ROR decreases as the external volume increases. This is because the pressure drop along the flow path, i.e. the pressure change (measured by the pressure transducer) in the chamber of a ROR, is different from the pressure change along the flow path. The longer the flow path, the lesser the accuracy of flow verification. A mass flow verification system and method are needed in order to solve the external volume problem for the ROR verifier.」
([002]質量流量コントローラ(MFC)及び質量流量比コントローラ(FRC)のような高精度の流体送達システムは,半導体ウェーハ製造のような用途において非常に重要である。多くの場合に,これらの流体送達システムの精度を検証する必要がある。

[003]MFC又はRFCのような測定システムの精度を検証するために,上昇率(ROR)流量検証器が用いられることがある。典型的なROR流量検証器は,チャンバと,圧力変換器と,温度センサと,上流及び下流に1つずつある2つの隔離バルブとを備える。それらのバルブは,動作していないときには閉じることができ,動作が開始されるときに開いて,それによってMFC又はFRCのような被試験デバイス(DUT)からの流体が流量検証器の中に流れることができるようにする。流体の流れが安定すると,下流のバルブを閉じることができ,結果として,チャンバ内の圧力が上昇し,気体温度と共に,圧力の上昇を測定することができる。これらの測定値を用いて,流量を計算することができ,それによって,DUTの性能を検証することができる。

[004]ROR検証器のチャンバ内の上昇する圧力は,検証過程への大きな外乱になることがある。DUTは,目標とする流量設定値を保持するために,そのバルブ位置を調整して,下流圧力(チャンバ圧力)外乱を相殺することができるが,流れに変動が生じることがあり,流量検証過程を損なうことがある。そのようなDUTへの外乱を避けることができる質量流量検証システム及び方法が必要とされている。

[005]DUTとROR流量検証器との間を接続する流路の体積は,外部体積と呼ばれる。ROR流量検証器によって流量を計算するために,外部体積を求める必要がある。しかしながら,数多くのDUTがROR検証器に接続されており,DUT毎に異なる外部体積が生じる場合には,外部体積を求めるための準備較正過程は,非常に長い時間を要する。さらに,RORによる流量検証の精度は,外部体積が増加するのに応じて低下する。これは,流路に沿った圧力降下,すなわちRORのチャンバ内の圧力変化(圧力変換器によって測定される)が,流路に沿った圧力変化とは異なるためである。流路が長くなるほど,流量検証の精度が低下する。ROR検証器の外部体積問題を解決するために,質量流量検証システム及び方法が必要とされている。)

イ [006]ないし[008]
「[006] An ROR verifier for verifying measurement by a fluid delivery device is described. The flow verifier includes a chamber configured to receive a flow of the fluid from the device, a temperature sensor configured to measure the gas temperature, and a pressure sensor configured to measure pressure of the fluid within the chamber. The flow verifier includes a critical flow nozzle located at the inlet of the chamber along a flow path of the fluid from the device under test (DUT) to the chamber. The critical flow nozzle is configured to maintain, during a critical flow time period t_(cf) , the flow rate of the fluid through the nozzle and the upstream pressure of the nozzle (the downstream pressure of the DUT) substantially constant, and substantially insensitive to variation in pressure within the chamber.

[007] A method of minimizing the disturbance to the DUT by a ROR verifier during the verification process includes providing a critical flow nozzle between the flow delivery device and the mass flow verifier so as to maintain flow of the fluid across the nozzle so that flow rate of the fluid through the nozzle is substantially insensitive to variations in pressure within the chamber as long as ratio of downstream pressure of the nozzle and upstream pressure of the nozzle is less than a critical flow parameter α_(pc) .

[008] A ROR flow verification method for solving the external volume problem includes placing a critical flow nozzle at the inlet of the chamber of a ROR verifier such that the flow verification process is insensitive to external volumes and the information about external volumes is irrelevant to the flow verification calculation by the ROR verifier.」
([006]流体送達デバイスによる測定値を検証するためのROR検証器が記述される。その流量検証器は,デバイスからの流体の流れを収容するように構成されるチャンバと,気体温度を測定するように構成される温度センサと,チャンバ内の流体の圧力を測定するように構成される圧力センサとを備える。その流体検証器は,被試験デバイス(DUT)からチャンバへの流体の流路に沿って,チャンバの入口に位置決めされる臨界ノズルを備える。その臨界ノズルは,臨界流時間t_(cf)中に,ノズルの中を流れる流体の流量,及びノズルの上流圧力(DUTの下流圧力)を,実質的に一定に,且つチャンバ内の圧力変動に実質的に影響を及ぼされないように保持するように構成される。

[007]検証過程中にROR検証器によるDUTへの外乱を最小限に抑える方法は,流体送達デバイスと質量流量検証器との間に臨界ノズルを設けて,ノズルの下流圧力とノズルの上流圧力との比が臨界流パラメータα_(pc)未満である限り,ノズルを横切って流れる流体の流れを保持し,ノズルの中を流れる流体の流量がチャンバ内の圧力変動に実質的に影響を及ぼされないようにすることを含む。

[008]外部体積問題を解決するためのROR流量検証方法は,流量検証過程が外部体積の影響を受けないように,且つ外部体積についての情報がROR検証器による流量検証計算に関係がないように,ROR検証器のチャンバの入口に臨界ノズルを配置することを含む。)

ウ [013]ないし[037]
「[013] FIG. 1 is a block diagram of critical flow based mass flow verifier (MFV) 100, in accordance with one embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the MFV 100 is a rate-of-rise (ROR) type of MFV in which the rate of rise of pressure of fluid flowing into an enclosed chamber is measured and used to verify the flow rate into the chamber. The MFV 100 is a critical flow based MFV that includes a flow restrictor 140, which may be a critical flow nozzle 140. While a critical flow nozzle 140 is described as a convergent nozzle for the illustrated embodiment described below, other embodiments of this disclosure may use other types of critical flow nozzles, such as a convergent-divergent critical flow nozzle, and may use any device including any type of critical flow restriction such as a critical flow orifice.

[014] As described further below, the critical flow nozzle 140 maintains the flow through the nozzle 140 constant, so that the mass flow testing by the MFV 100 is substantially insensitive to the rising pressure within the chamber. The critical flow nozzle 140 thus greatly minimizes the downstream pressure disturbance to the device under test (DUT) such that the DUT has the minimum flow fluctuation during the flow verification process. The critical flow nozzle 140 also renders the mass flow verification by the MFV 100 substantially insensitive to any external volume between the critical flow nozzle 140 and the DUT.

[015] The MFV 100 includes an enclosed volume or chamber 130 that is configured to receive a flow of a fluid from a DUT 110. The DUT 110 is typically a mass flow controller (MFC) or a mass flow ratio controller (FRC) that delivers the flow rate of the fluid. A downstream outlet valve 150 shuts on and off the flow of the fluid from the chamber 130. An upstream inlet valve 120 shuts on and off the flow of fluid from the DUT 110 into the chamber 130. The MFV 100 further includes a pressure sensor 170 configured to measure pressure of the fluid within the chamber 130, and a temperature sensor 180 configured to measure temperature of the fluid within the chamber 130. Typically, the fluid whose mass flow rate is being verified is a gas, although flow rates of other types of fluids may also be verified by the MFV 100.

[016] The basic principle of a ROR MFV is a mass balance over the chamber 130. Using the mass balance equations, and applying the ideal gas law to the gas in the chamber, the inlet gas flow rate can be obtained by measuring the gas pressure and the gas temperature in the chamber of MFV according to the following equation:

【式1】


[017] where k_(0) is a conversion constant, 6 x 10^(7) in SCCM (standard cubic centimeters per minute) units and 6 x 10^(4) in SLM (standard liters per minute) units; P_(stp) is the standard pressure (= 1 atm), T_(stp) is the standard temperature (= 273.15 K), where P is the chamber gas pressure, V_(c) the chamber volume, and T is the gas temperature.

[018] The MFV 100 includes a controller 160 that receives the output signals of the pressure sensor 170 and temperature sensor 180 and controls the operation of the upstream valve 120 and the downstream valve 150. The controller 160 measures a rate of rise in pressure of the fluid within the chamber after the downstream valve is closed, and using the measured rate of rise of pressure over time and temperature to calculate the flow rate of the fluid from the DUT into the chamber according to Eq. (1), thereby verifying measurement by the DUT.

[019] A typical mass flow verification procedure is as follows:
1. Open both the upstream valve 120 and the downstream valve 150;
2. Give a flow set point for the DUT;
3. Wait until the chamber pressure is at steady state;
4. Start to record the chamber gas pressure and the chamber gas temperature for flow calculation;
5. Shut the downstream valve 150 so that the chamber pressure rises;
6. Wait for a period for flow verification;
7. Open the downstream valve 150;
8. Stop recording the chamber gas pressure and the chamber gas temperature;
9. Calculate and report the verified flow based on Eq. (1).

[020] The critical flow nozzle 140 is configured to maintain the flow of the fluid to a critical or choked flow. When a gas passes through a restriction, its density decreases and its velocity increases. There is a critical area at which the mass flux (the mass flow per unit area) is at a maximum. In this area, the velocity is sonic, and further decreasing the downstream pressure will not increase the mass flow. This is referred to as critical flow or chocked flow.

[021] In order for the critical flow condition to be satisfied, a critical pressure ratio α_(pc) is defined as the ratio between the maximum allowable downstream pressure of the nozzle, P_(dmax), to the upstream pressure of the nozzle P_(u) as:

【式2】


[022] The critical flow condition requires:

【式3】


[023] where P_(d) is the downstream pressure of the nozzle. The critical pressure ratio α_(pc) is a property of the flow restrictor, i.e. of the critical flow nozzle 140. The critical pressure ratio is only dependent on the geometry of the critical flow nozzle, and intrinsic gas properties. For ASME long-radius nozzles without diffuser and thick squared-edged orifices, the critical pressure ratio α_(pc) can be derived based on the assumption of steady isentropic flow as:

【式4】


[024] where y the ratio of specific heat of the gas defined as:

【式5】


[025] where C_(p) is the gas heat capacity at constant pressure, and C_(v) is the gas heat capacity at constant volume.

[026] Under the critical flow condition, the critical flow rate is given by:

【式6】


[027] where k_(0) is the conversion factor described above, T the gas temperature, P_(u) the upstream pressure, A the cross area of the orifice or the nozzle throat area,
C' the discharge coefficient, M the molecular weight of the gas, R the universal gas law constant, and C' is the nozzle discharge coefficient.

[028] The discharge coefficient C' accounts for the reduced cross-sectional area as the high speed gas stream continues to decrease in diameter, after it passes through the orifice. The value of C' is between 0.7 to 1.0.

[029] The following gas function may be defined:

【式7】


[030] Using this definition of a gas function, Eq. (6) can be simply written as:

【式8】


[031] As long as the critical flow condition of Eq. (3) maintains, the downstream pressure will not influence the mass flow rate across the restriction, and the only way to increase the flow rate is to increase the upstream pressure according to Eq. (8).

[032] The critical flow based MFV (hereinafter referred to as the cMFV) has a flow restrictor such as a critical flow nozzle or orifice at the entrance of the chamber of a ROR verifier, as illustrated in Figure 1. If both the upstream valve 120 and the downstream valve 150 of the cMFV 100 are open and the flow of the DUT is at steady state and the critical nozzle is properly sized, the pressure ratio between the downstream pressure of the restrictor (the chamber pressure) and the upstream pressure of the restrictor is less than the critical pressure ratio limit (α_(pc)). Therefore the flow across the flow restrictor is a critical flow and independent of the chamber pressure according to Eq. (8). At this steady state moment, the flow through the restrictor is equal to the flow delivered by the DUT and the upstream pressure of the restrictor (the downstream pressure of the DUT) is constant. When the downstream valve 150 is shut for flow verification, the chamber pressure rises.

[033] As long as the pressure ratio between the chamber pressure and the upstream pressure of the restrictor is less than the critical pressure ratio (α_(pc)), the flow through the restrictor is still a critical flow and independent of the rising chamber pressure. Therefore, the flow through the restrictor is unchanged, the upstream pressure of the restrictor is unchanged, and there is no downstream pressure disturbance to the DUT even as the chamber pressure is increasing. If the increasing chamber pressure exceeds the critical pressure ratio (α_(pc)), the flow through the restrictor is not a critical flow and it is dependent on both the upstream and the downstream pressure of the restrictor. As a result, the flow through the restrictor is not equal to the flow delivered by the DUT, the upstream pressure of the restrictor changes and there is a downstream pressure disturbance to the DUT.

[034] The critical flow period of cMFV is defined as the period between the moment when the downstream valve is completely shut and the moment when the rising chamber pressure exceeds the critical pressure ratio limit (α_(pc)). During the critical flow period, the flow through the restrictor is a constant critical flow and independent of the chamber pressure, and there is no downstream pressure disturbance to the DUT. The critical flow period can be obtained by integrating both sides of equation (8) with the help Eq. (1) and Eq. (3), from a time t = 0, to the critical flow period t_(cf):

【式9】


[035] where (α_(p0)) is the initial pressure ratio between the chamber pressure and the upstream pressure of the restrictor at t=0 (at the moment when the inlet flow is stabilized before the downstream valve is shut) .

[036] As seen from equation (9), the critical flow period is only dependent on the gas properties, the gas temperature, and the geometry of the cMFV including the critical flow nozzle. In other words, the critical flow period is independent of flow rate. If the verification time of a cMFV is within the critical flow period, the flow across the nozzle is a constant critical flow and the rising chamber pressure does not disturb the downstream pressure of the DUT. This greatly minimizes the downstream disturbance to the DUT. The critical flow period is also proportional to the chamber volume V_(c). Increasing the critical pressure ratio α_(pc) , or decreasing the critical flow area A 1 therefore increases the critical flow period. For a given critical flow nozzle and a chamber volume, it is found that large molecular weight gases such as SF_(6) and WF_(6) have a much larger critical flow period than that of small molecular gases such as He and H_(2). Hydrogen has the smallest critical flow period in all semi-gases.

[037] The flow restrictor such as a critical flow nozzle or orifice separates the chamber of a ROR verifier from the external plumbing to the DUT as long as the critical flow condition of Eq. (3) holds. If the flow verification period is within the critical period, the critical flow through the restrictor is equal to the flow rate of the DUT. Clearly, the external volume between the critical flow nozzle and the DUT is irrelevant to the flow calculation of Eq. (1). There is no need for setup calibration process to determine the external volume between the flow restrictor and the DUT for flow verification calculation.」
([013]図1は,本発明の一実施形態による,臨界流に基づく質量流量検証器(MFV)100のブロック図である。
【図1】

例示される実施形態では,MFV100は,上昇率(ROR)タイプのMFVであり,密閉されたチャンバに流れ込む流体の圧力の上昇率が測定され,チャンバに流れ込む流量を検証するために用いられる。MFV100は,臨界流に基づくMFVであり,流れ絞り機構140を備えており,その機構は,臨界ノズル140とすることができる。臨界ノズル140は,後に例示される実施形態の場合に先細ノズルとして示されるが,本開示の他の実施形態は,鼓形臨界ノズルのような,他のタイプの臨界ノズルを用いることがあり,臨界オリフィスのような,任意のタイプの臨界流絞り機構を含む任意のデバイスを用いることができる。

[014]後にさらに説明されるように,臨界ノズル140は,ノズル140の中の流れを一定に保持し,それによって,MFV100による質量流量試験がチャンバ内の上昇する圧力に実質的に影響を及ぼされないようにする。それゆえ,臨界ノズル140は,被試験デバイス(DUT)に対する下流圧力外乱を大幅に最小化し,それによって流量検証過程中に,DUTの流量変動が最小になるようにする。また,臨界ノズル140は,MFV100による質量流量検証が,臨界ノズル140とDUTとの間のいかなる外部体積によっても実質的に影響を及ぼされないようにする。

[015]MFV100は,DUT100からの流体の流れを収容するように構成される密閉された体積又はチャンバ130を含む。DUT110は典型的には,流体の流量を送達する質量流量コントローラ(MFC)又は質量流量比コントローラ(FRC)である。下流出口バルブ150は,チャンバ130からの流体の流れを開閉する。上流入口バルブ120は,DUT110からチャンバ130への流体の流れを開閉する。MFV100はさらに,チャンバ130内の流体の圧力を測定するように構成される圧力センサ170と,チャンバ130内の流体の温度を測定するように構成される温度センサ180とを備える。典型的には,その質量流量が検証されている流体は気体であるが,MFV100によって,他のタイプの流体の流量を検証することもできる。

[016]ROR MFVの基本原理は,チャンバ130にわたるマスバランスである。マスバランス方程式を使用し,チャンバ内の気体に理想的な気体法則を適用するとき,以下の式に従ってMFVのチャンバ内の気体圧力及び気体温度を測定することによって,入口気体流量を求めることができる。

【式1】


[017]式中,k_(0)は変換定数であり,SCCM(標準立方センチメートル毎分)単位の場合に6×10^(7)であり,SLM(標準リットル毎分)単位の場合に6×10^(4)であり,ここで,P_(stp)は標準圧力(=1atm)であり,T_(stp)は標準温度(=273.15K)であり,Pはチャンバ気体圧力であり,V_(C)はチャンバ体積であり,Tは気体温度である。

[018]MFV100は,圧力センサ170及び温度センサ180の出力信号を受信すると共に,上流バルブ120及び下流バルブ150の動作を制御する,コントローラ160を含む。コントローラ160は,下流バルブが閉じた後に,チャンバ内の流体の圧力の上昇率を測定し,経時的に測定された圧力の上昇率及び温度を用いて,式(1)に従って,DUTからチャンバへの流体の流量を計算し,それによって,DUTによる測定値を検証する。

[019]典型的な質量流量検証手順は以下のとおりである。
1.上流バルブ120及び下流バルブ150の両方を開く。
2.DUTのための流量設定値を与える。
3.チャンバ圧力が定常状態になるまで待つ。
4.流量計算のためにチャンバ気体圧力及びチャンバ気体温度を記録し始める。
5.下流バルブ150を閉じて,チャンバ圧力を上昇させる。
6.流量の検証が終わるのを待つ。
7.下流バルブ150を開く。
8.チャンバ気体圧力及びチャンバ気体温度を記録するのを止める。
9.式(1)に基づいて,流量を計算し,検証された流量を報告する。

[020]臨界ノズル140は,流体の流れを臨界流又はチョーク流れに保持するように構成される。気体が絞り機構の中を通り抜けるとき,その密度は減少し,速度は増加する。質量流束(単位面積当たりの質量流量)が最大になる臨界面積がある。この面積では,速度が音速であり,下流圧力をさらに減少させても,質量流量は増加しない。これは,臨界流又はチョーク流れと呼ばれる。

[021]臨界流条件が満たされるようにするために,臨界圧力比α_(pc)は,以下のように,ノズルの最大限許容できる下流圧力P_(dmax)と,ノズルの上流圧力P_(u)との間の比として定義される。

【式2】


[022]臨界流条件は,以下の関係が成り立つことを要求する。

【式3】


[023]式中,P_(d)はノズルの下流圧力である。臨界圧力比α_(pc)は,流れ絞り機構,すなわち臨界ノズル140の特性である。臨界圧力比は,臨界ノズルの形状,及び固有の気体特性にのみ依存する。拡散体,及び肉厚の角張った縁部を有するオリフィスを用いない,ASME長円ノズルの場合,臨界圧力比α_(pc)は,以下のように,定常の等エントロピー流の仮定に基づいて導出することができる。

【式4】


[024]式中,γは,以下に定義される,気体の比熱の比である。

【式5】


[025]式中,C_(p)は一定の圧力における気体熱容量であり,C_(v)は一定の体積における気体熱容量である。

[026]臨界流条件下で,臨界流量は以下の式によって与えられる。

【式6】


[027]式中,k_(0)は上記の変換係数であり,Tは気体温度であり,P_(u)は上流圧力であり,Aは,オリフィスの断面積又はノズルののど部の面積であり,C’は吐出係数であり,Mは気体の分子量であり,Rは一般気体法則定数であり,C’はノズル吐出係数である。

[028]吐出係数C’は,高速の気体流がオリフィスを通り抜けた後に,その気体流の直径が減少し続けるのに応じて,減少する断面積を説明する。C’の値は0.7?1.0である。

[029]以下の気体関数を定義することができる。

【式7】


[030]気体関数のこの定義を用いるとき,式(6)を以下のように簡単に書くことができる。

【式8】


[031]式(3)の臨界流条件が保持される限り,下流圧力は,絞り機構を横切る質量流量に影響を及ぼすことはなく,流量を増やす唯一の方法は,式(8)に従って上流圧力を高めることである。

[032]臨界流に基づくMFV(これ以降,cMFVと呼ばれる)は,図1に示されるように,ROR検証器のチャンバの入口において,臨界ノズル又はオリフィスのような流れ絞り機構を有する。cMFV100の上流バルブ120及び下流バルブ150がいずれも開いており,DUTの流れが定常状態にあり,臨界ノズルが適当な大きさである場合には,絞り機構の下流圧力(チャンバ圧力)と,絞り機構の上流圧力との間の圧力比は,臨界圧力比限界(α_(pc))よりも小さい。それゆえ,流れ絞り機構を横切る流れは臨界流であり,式(8)によるチャンバ圧力とは無関係である。この定常状態の瞬間には,絞り機構を通る流れは,DUTによって送達される流れに等しく,絞り機構の上流圧力(DUTの下流圧力)は一定である。流量を検証するために,下流バルブ150が閉じられるとき,チャンバ圧力は上昇する。

[033]チャンバ圧力と絞り機構の上流圧力との間の圧力比が,臨界圧力比(α_(pc))よりも小さい限り,絞り機構を通る流れは依然として臨界流であり,上昇するチャンバ圧力とは無関係である。それゆえ,絞り機構を通る流れが変化せず,絞り機構の上流圧力も変化しないため,チャンバ圧力が上昇している場合であっても,DUTへの下流圧力外乱は存在しない。上昇するチャンバ圧力が臨界圧力比(α_(pc))を超える場合には,絞り機構を通る流れは臨界流ではなく,絞り機構の上流圧力及び下流圧力の両方に依存する。結果として,絞り機構を通る流れは,DUTによって送達される流れには等しくなく,絞り機構の上流圧力が変化し,DUTへの下流圧力外乱が存在する。

[034]cNFVの臨界流時間は,下流バルブが完全に閉じた時点と,上昇するチャンバ圧力が臨界圧力比限界(α_(pc))を超える時点との間の時間として定義される。臨界流時間中に,絞り機構を通る流れは一定の臨界流であり,チャンバ圧力とは無関係であるため,DUTへの下流圧力外乱は存在しない。臨界流時間は,式(1)及び式(3)の助けを借りて,式(8)の両辺を,時刻t=0から臨界流時間t_(cf)まで積分することによって求めることができる。

【式9】


[035]式中,(α_(p0))は,t=0(下流バルブが閉じる前に入口流が安定している時点)におけるチャンバ圧力と絞り機構の上流圧力との間の初期圧力比である。

[036]式(9)から明らかであるように,臨界流時間は,気体特性,気体温度,及び臨界ノズルを含むcMFVの形状にのみ依存する。言い換えると,臨界流時間は流量とは無関係である。cMFVの検証時間が臨界流時間内にある場合には,ノズルを横切る流れは一定の臨界流であり,上昇するチャンバ圧力はDUTの下流圧力を乱さない。これは,DUTへの下流外乱を大幅に最小化する。臨界流時間は,チャンバ体積V_(c)にも比例する。それゆえ,臨界圧力比α_(pc)を増加させるか,又は臨界流面積Aを減少させると,臨界流時間が長くなる。所与の臨界ノズル及びチャンバ体積の場合に,SF_(6)及びWF_(6)のような大きな分子量の気体が,He及びH_(2)のような小さい分子量の気体よりもはるかに長い臨界流時間を有することがわかっている。水素は,全ての半気体の中で最も短い臨界流時間を有する。

[037]式(3)の臨界流条件が保持される限り,臨界ノズル又はオリフィスのような流れ絞り機構は,ROR検証器のチャンバをDUTへの外部配管から分離する。流量検証時間が臨界時間内にある場合には,絞り機構を通る臨界流は,DUTの流量に等しい。明らかに,臨界ノズルとDUTとの間の外部体積は,式(1)の流量計算とは関係がない。流量検証の計算のために,準備較正過程において,流れ絞り機構とDUTとの間の外部体積を求める必要はない。)

エ [042]ないし[044]
「[042] Critical flow nozzles are easy to be modeled, calculated, designed, manufactured and tested. The critical flow nozzle can be an add-on part to a ROR MFV. FIG. 4 schematically illustrates add-on critical flow nozzles for a ROR MFV. Different orifice sizes of the critical flow nozzle can be selected based on the flow range and the maximum downstream pressure requirement for the DUT in order to achieve excellent accuracy, repeatability, and external volume insensitivity properties for mass flow verification.

[043] In one embodiment, the MFV 100 may further include a second pressure transducer 190 (shown for convenience in both Figs. 1 and 4), located upstream of the flow nozzle, as a flow stability detector. The pressure transducer 190 is configured to measure the upstream pressure of the flow nozzle 140. Once the upstream pressure of the nozzle is stabilized, the flow through the nozzle into the chamber is stabilized, and the cMFV can immediately start the flow verification process. With the pressure transducer 190, the cMFV can avoid having to wait for a fixed period of time for flow to be stabilized before running the flow verification process. The upstream pressure of the nozzle can be further used to calculate the flow rate through the nozzle according to Eq. (6) as a second flow verification mechanism. This second flow verification mechanism can be used to diagnose the cMFV or as a second flow verification method to the cMFV.

[044] In sum, a critical flow based MFV is presented in which a critical flow nozzle is placed at the entrance of the chamber volume. The critical flow nozzle can be an add-on part to a ROR MFV. As long as the ratio between the chamber pressure and the upstream pressure of the nozzle is less than the critical flow pressure ratio, the rising chamber pressure will not affect the downstream pressure of the DUT and the flow rate across the nozzle is constant. There is no need or setup configuration to determine the external volume between the DUT and the cMFV for flow verification. In this way, the performance of mass flow verifying in terms of accuracy, repeatability, and external volume insensitivity is substantially improved.」
([042]臨界ノズルは,モデル化し,計算し,設計し,製造し,試験するのが容易である。臨界ノズルは,ROR MFVへの追加部品にすることができる。図4は,ROR MFVのための追加臨界ノズルを概略的に示す。質量流量検証のための優れた精度,再現性,及び外部体積の影響を受けない特性を達成するために,DUTのための流量範囲及び最大下流圧力要件に基づいて,種々のオリフィスサイズの臨界ノズルを選択することができる。
【図4】


[043]一実施形態では,MFV100はさらに,流れ安定性検出器として,流量ノズルの上流に位置決めされる,第2の圧力変換器190(便宜上,図1及び図4の両方において示される)も備えることがある。圧力変換器190は,流量ノズル140の上流圧力を測定するように構成される。ノズルの上流圧力が安定すると,ノズルを通ってチャンバに流れ込む流れが安定し,cMFVは流量検証過程を直ちに開始することができる。圧力変換器190によって,cMFVは,流量検証過程を実行する前に,流れが安定するまで一定の時間だけ待たなければならないのを避けることができる。ノズルの上流圧力はさらに,第2の流量検証機構として,式(6)に従ってノズルを通る流量を計算するために用いることができる。この第2の流量検証機構は,cMFVを診断するために用いることができるか,又はcMFVに対する第2の流量検証方法として用いることができる。

[044]要するに,臨界ノズルがチャンバ体積の入口に配置される,臨界流に基づくMFVが提供される。その臨界ノズルは,ROR MFVへの追加部品にすることができる。チャンバ圧力と,ノズルの上流圧力との間の比が,臨界流圧力比よりも小さい限り,上昇するチャンバ圧力はDUTの下流圧力に影響を及ぼすことはなく,ノズルを横切る流量は一定である。流量検証のためにDUTとcMFVとの間の外部体積を求める準備構成は不要である。このようにして,精度,再現性,及び外部体積の影響を受けないという点で,質量流量検証の性能が大きく改善される。)

(2) 引用例1発明
これら記載事項からみて,引用例1には,以下の発明が記載されている(以下「引用例1発明」という。)。
「 密閉されたチャンバ130に流れ込む流体の圧力の上昇率が測定され,チャンバ130に流れ込む流量を検証するために用いられる上昇率(ROR)タイプの質量流量検証器100であり,
DUT110からの流体の流れを収容するように構成される密閉されたチャンバ130,チャンバ130からの流体の流れを開閉する下流出口バルブ150,DUT110からチャンバ130への流体の流れを開閉する上流入口バルブ120,
チャンバ130内の流体の圧力を測定するように構成される圧力センサ170,チャンバ130内の流体の温度を測定するように構成される温度センサ180,
チャンバ130の入口における,臨界ノズル140,
圧力センサ170及び温度センサ180の出力信号を受信すると共に,上流バルブ120及び下流バルブ150の動作を制御する,コントローラ160を含み,
コントローラ160は,下流出口バルブ150が閉じた後に,チャンバ130内の流体の圧力の上昇率を測定し,経時的に測定された圧力の上昇率及び温度を用いて,DUT110からチャンバ130への流体の流量を計算し,それによって,DUT110による測定値を検証し,
DUT110は,流体の流量を送達する質量流量コントローラ(MFC)又は質量流量比コントローラ(FRC)であり,
臨界流時間は,下流バルブが完全に閉じた時点と,上昇するチャンバ圧力が臨界圧力比限界を超える時点との間の時間として定義され,臨界流時間中に,臨界ノズル140を通る流れは一定の臨界流であり,チャンバ圧力とは無関係であるため,DUTへの下流圧力外乱は存在しない,
質量流量検証器100。」

(3) 引用例2の記載
引用例2には,図面とともに,以下の事項が記載されている。
ア 実用新案登録請求の範囲
「(1) 気体の流量発生器と被試験流量計と,流量標準器とを直列に接続してなる気体用流量計試験装置において,流量標準器と被試験流量計との間に臨界ノズルを挿入して構成したことを特徴とする気体用流量計試験装置。
(2) 臨界ノズルは,複数個具え,被試験流量計の測定流量に合わせて臨界ノズルを選択使用するようにしたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項記載の気体用流量計試験装置。」

イ 1頁下から3ないし最終行
「〔技術分野〕
この考案は各種気体用流量計の精度試験を行う気体用流量計試験装置に関する。」

ウ 4頁最終行ないし5頁8行
「 各図において12は臨界ノズル装置を示し,同一又は異なる臨界流量を有する複数の臨界ノズル12a,12b,12c・・・を管路2に並列に配設し,電気空気圧又は油圧などの好みの動力切替装置13によつてこれらの複数の臨界ノズル12a,12b,12c・・・を選択切替えられるようになつており,この選択切替えにより被検ガスメータ6の選定した複数の異なる流量値が得られるものである。」

エ 5頁9行ないし11行
「 ところで,第2図は,第1図と同様にベルプルーバー1を用いた気体用流量計試験装置に施した実施例を示す。」
【第2図】


オ 5頁下から4ないし2行
「 第3図は標準器を標準気体用流量計1aとした場合の気体用流量計試験装置に臨界ノズル装置を適用した例である。」
【第3図】


カ 6頁1ないし8行
「 この考案は,叙上のように予じめ臨界流量が定まつている臨界ノズルを整数個用い,これらの臨界ノズル装置を選択切替えることにより被試験流量計のいくつかの選定した流量値の空気流を瞬時に得ることができるので流量値の切替えが簡単で熟練を要せずしかも流量値の精度も高く再現性も良く安定しているので被試験流量計の流量精度試験を能率良く正確に行うことができる。」

(4) 引用例2発明
これら記載事項からみて,引用例2には,以下の発明が記載されている(以下「引用例2発明」という。)。
「 気体の流量発生器と被試験流量計と,流量標準器とを直列に接続してなる気体用流量計試験装置において,
臨界ノズルを整数個用い,これらの臨界ノズル装置を選択切替えることにより被試験流量計のいくつかの選定した流量値の空気流を瞬時に得ることができるので流量値の切替えが簡単で熟練を要せずしかも流量値の精度も高く再現性も良く安定しているので被試験流量計の流量精度試験を能率良く正確に行うことができる,
気体用流量計試験装置。」

2 対比判断
(1) 対比
本願発明と引用例1発明を対比すると,以下のとおりとなる。
ア 質量流量検証器
引用例1発明は「密閉されたチャンバ130に流れ込む流体の圧力の上昇率が測定され,チャンバ130に流れ込む流量を検証するために用いられる上昇率(ROR)タイプの質量流量検証器100」であり,その「コントローラ160は,下流出口バルブ150が閉じた後に,チャンバ130内の流体の圧力の上昇率を測定し,経時的に測定された圧力の上昇率及び温度を用いて,DUT110からチャンバ130への流体の流量を計算し,それによって,DUT110による測定値を検証」するものである。また,「DUT110は,流体の流量を送達する質量流量コントローラ(MFC)又は質量流量比コントローラ(FRC)」である。
したがって,引用例1発明の「質量流量検証器100」は,本願発明の「流体送達デバイスによる流体の流量測定値を検証するための質量流量検証器」に相当する。

イ チャンバ
引用例1発明の「質量流量検証器100」は,「DUT110からの流体の流れを収容するように構成される密閉されたチャンバ130」,「チャンバ130の入口における,臨界ノズル140」及び「DUT110からチャンバ130への流体の流れを開閉する上流入口バルブ120」の構成を具備する。
したがって,引用例1発明の「入口」は,本願発明の「流入口」に相当するとともに,引用例1発明の「チャンバ130」と本願発明の「チャンバ」は,「流入口を画定し,前記デバイスからの前記流体の流れを前記流入口において受け入れるように構成されているチャンバ」の点で共通する。

ウ 圧力センサ
引用例1発明の「質量流量検証器100」は,「チャンバ130内の流体の圧力を測定するように構成される圧力センサ170」を具備する。
したがって,引用例1発明の「圧力センサ170」は,本願発明の「前記チャンバ内の前記流体の圧力を測定するように構成される圧力センサ」に相当する。

エ 臨界流ノズル
引用例1発明の「質量流量検証器100」は,「チャンバ130の入口における,臨界ノズル140」を具備する。また,引用例1発明の「質量流量検証器100」は,「DUT110からの流体の流れを収容するように構成される密閉されたチャンバ130」及び「DUT110からチャンバ130への流体の流れを開閉する上流入口バルブ120」の構成を具備する。
したがって,引用例1発明の「臨界ノズル140」と本願発明の「臨界流ノズル」は,「臨界流ノズルであって,対応する前記流入口に隣接して,前記対応する流入口を通る前記デバイスから前記チャンバへの流体の流路に沿った前記チャンバの上流に位置決めされている臨界流ノズル」の点で共通する。

オ コントローラ
引用例1発明の「質量流量検証器100」は,「圧力センサ170及び温度センサ180の出力信号を受信すると共に,上流バルブ120及び下流バルブ150の動作を制御する,コントローラ160」の構成を具備するとともに,「コントローラ160は,下流出口バルブ150が閉じた後に,チャンバ130内の流体の圧力の上昇率を測定し,経時的に測定された圧力の上昇率及び温度を用いて,DUT110からチャンバ130への流体の流量を計算し,それによって,DUT110による測定値を検証し」,「臨界流時間は,下流バルブが完全に閉じた時点と,上昇するチャンバ圧力が臨界圧力比限界を超える時点との間の時間として定義され,臨界流時間中に,臨界ノズル140を通る流れは一定の臨界流であり,チャンバ圧力とは無関係であるため,DUTへの下流圧力外乱は存在しない」。
また,本願発明において,「起動する」とは,「流体がその臨界流ノズルを通って流れることを可能にさせること」を意味する(段落【0037】)。
したがって,引用例1発明の「コントローラ160」と本願発明の「コントローラ」は,「前記臨界流ノズルを臨界流時間内に起動するように構成されるコントローラ」の点で共通する。

カ 臨界流ノズル及び質量流量検証器
引用例1発明において,「臨界流時間は,下流バルブが完全に閉じた時点と,上昇するチャンバ圧力が臨界圧力比限界を超える時点との間の時間として定義され,臨界流時間中に,臨界ノズル140を通る流れは一定の臨界流であり,チャンバ圧力とは無関係であるため,DUTへの下流圧力外乱は存在しない」。
したがって,引用例1発明の「臨界ノズル140」を具備した「質量流量検証器」は,本願発明の「全てのi(i=1…N)において,前記i番目の臨界流ノズルにおける前記臨界流時間の間に,前記i番目の臨界流ノズルは,前記i番目の臨界流ノズルを通る前記流体の流量を実質的に一定に保持し,前記チャンバ内の圧力の変動に実質的に影響されないように構成される質量流量検証器」のうち,「前記臨界流ノズルにおける前記臨界流時間の間に,前記臨界流ノズルは,前記臨界流ノズルを通る前記流体の流量を実質的に一定に保持し,前記チャンバ内の圧力の変動に実質的に影響されないように構成される質量流量検証器」の要件を満たす。

(2) 一致点及び相違点
ア 本願発明と引用例1発明の一致点は,以下のとおりである。
「 流体送達デバイスによる流体の流量測定値を検証するための質量流量検証器において,
流入口を画定し,前記デバイスからの前記流体の流れを前記流入口において受け入れるように構成されているチャンバと,
前記チャンバ内の前記流体の圧力を測定するように構成される圧力センサと,
臨界流ノズルであって,対応する前記流入口に隣接して,
前記対応する流入口を通る前記デバイスから前記チャンバへの流体の流路に沿った前記チャンバの上流に位置決めされている臨界流ノズルと,
前記臨界流ノズルを臨界流時間内に起動するように構成されるコントローラとを備えており,
前記臨界流ノズルにおける前記臨界流時間の間に,前記臨界流ノズルは,前記臨界流ノズルを通る前記流体の流量を実質的に一定に保持し,前記チャンバ内の圧力の変動に実質的に影響されないように構成される質量流量検証器。」

イ 本願発明と引用例1発明の相違点は,以下のとおりである。
「流入口」及び「臨界流ノズル」に関し,本願発明は「複数N個」であり,したがって,(A)本願発明の「チャンバ」は,「複数N個の」流入口を画定し,前記デバイスからの前記流体の流れを前記流入口「の各々」において受け入れるように構成され,(B)本願発明の「臨界流ノズル」は,「その各々が」対応する前記流入口「の1つ」に隣接し,(C)本願発明の「コントローラ」は,「前記N個の」臨界流ノズル「の1つ」を臨界流時間「t_(cf,i)(i=1…N)」内に「選択的に」起動するように構成され,(D)本願発明の「臨界流ノズル」を具備した「質量流量検証器」は,「全てのi(i=1…N)において,」前記「i番目の」臨界流ノズルにおける前記臨界流時間の間に,前記「i番目の」臨界流ノズルは,前記「i番目の」臨界流ノズルを通る前記流体の流量を実質的に一定に保持し,前記チャンバ内の圧力の変動に実質的に影響されないように構成されるのに対して,引用例1発明の「流入口」及び「臨界流ノズル」は,1つである点。

(3) 判断
引用例1の段落[042]には,「臨界ノズルは,ROR MFVへの追加部品にすることができる。図4は,ROR MFVのための追加臨界ノズルを概略的に示す。質量流量検証のための優れた精度,再現性,及び外部体積の影響を受けない特性を達成するために,DUTのための流量範囲及び最大下流圧力要件に基づいて,種々のオリフィスサイズの臨界ノズルを選択することができる。」と記載されている。
そうしてみると,臨界ノズルの選択を簡単にするために,引用例1発明と引用例2発明を組み合わせて相違点を克服することは,当業者における通常の創意工夫の範囲内の事項である。

また,本願発明が奏する効果は,引用例1発明及び引用例2発明から予測できる範囲内のものにすぎない。

3 請求人の主張に対し
請求人は,要するに,引用例1及び2はいずれも複数の臨界流ノズルを選択的に採用することを記載していないばかりか示唆すらしていないと主張する。請求人は,また,引用例1発明は,あらゆる流量の範囲についてたった1つのノズルのみを使用すると主張する。
しかしながら,引用例1には,段落[042]の記載がある。また,引用例2には,6頁1ないし8行の記載がある。
引用例1及び2には,複数の臨界流ノズルを選択的に採用することが記載されている。

請求人は,引用例2の「動力切替装置13」は,臨界流時間を考慮して構成されてはいないので,引用例2発明は,臨界流時間外においてもノズルを選択すると主張する。
しかしながら,引用例1発明の質量流量検証器100は,臨界流時間内において測定を行うものであるから,引用例1発明と引用例2発明を組み合わせた発明において,臨界流時間外においてもノズルを選択することなど考えられない。
そもそも,本件出願の特許請求の範囲の請求項1には,臨界流時間内に臨界流ノズルを選択すると記載されている。特許請求の範囲の請求項1には,臨界流時間を考慮して臨界流ノズルを選択することは記載されていないし,そのために必要なコントローラの制御は,発明の詳細な説明にも記載されておらず,また,単に臨界流ノズルを選択する構成を具備した物と相違がない。
仮に相違点として検討するとしても,引用例1の段落[042]最終文には,臨界流時間を考慮して臨界流ノズルを選択すべきことが開示されている(DUTのための流量範囲及び最大下流圧力要件に基づいて種々のオリフィスサイズの臨界ノズルを選択しているから,臨界流時間が最大となるよう臨界ノズルを選択していることが理解できる)。したがって,相違点は引用例1発明の単なる変形例にすぎない。

請求人は,引用例1に触れた当業者が,引用例2のような流量に基づいて制御されるシステムに目を向けることはあり得ないと主張する。
しかしながら,引用例1発明と引用例2発明を組み合わせて本願発明の構成に至ることが当業者の通常の創意工夫の範囲内であることは,前記2(3)で述べたとおりである。

請求人は,さらに,裁判例を挙げる。
請求人が,本件事件との関係において裁判例を挙げた理由が不明であるが,請求人の主張が,仮に,引用例1発明と引用例2発明の組み合わせの容易推考において本願発明の特徴点ないし課題を把握することを求める趣旨ならば,それは,引用例1発明と引用例2発明の組み合わせの容易推考に本願発明を後知恵的に持ち込むことを求めるものである点において裁判例の判示事項と整合せず,また,当合議体の判断手法とも整合しない。

第5 まとめ
本願発明は,その優先日前日本国内又は外国において,頒布された刊行物に記載された発明又は電気通信回線を通じて公衆に利用可能となった発明に基づいて,その優先日前にその発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に発明をすることができたものであるから,特許法29条2項の規定により特許を受けることができない。
したがって,他の請求項に係る発明ついて審理するまでもなく,本願は拒絶すべきものである。
よって,結論のとおり審決する。
 
審理終結日 2014-09-12 
結審通知日 2014-09-16 
審決日 2014-09-24 
出願番号 特願2010-549684(P2010-549684)
審決分類 P 1 8・ 121- Z (G01F)
最終処分 不成立  
前審関与審査官 田邉 英治  
特許庁審判長 小林 紀史
特許庁審判官 樋口 信宏
武田 知晋
発明の名称 複数の流入口を備えた高精度質量流量検証器  
代理人 酒井 宏明  

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