CN101529356B - 差压式质量流量控制器中的诊断机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种差压式质量流量控制器(A)的诊断机构，其可适当地发现阻抗体孔道阻塞等问题，而以高精度诊断有无异常。通过使得设置于流体流动的流路上的流量控制阀(2Va)从流量控制状态转变为关闭状态，可以使得阻抗体(3)的导入出口之间产生差压，该阻抗体(3)的导入口(31)侧及导出口(32)侧分别连接设置有入口侧传感器(4)及出口侧传感器(5)。差压式质量流量控制器(A)的诊断机构包含：诊断用参数计算部(2f)，从该两个传感器中的入口侧传感器(4)的下降的压力值，通过积分运算计算质量流量积分值，再由计算出的质量流量积分值计算诊断用体积值；及比较部(2h)，将通过诊断用参数计算部(2f)计算出的诊断用体积值与规定的体积值相比较。

Description

差压式质量流量控制器中的诊断机构

技术领域

本发明涉及半导体制造步骤等中控制气体或液体等流体流量的流量控制装置等。

背景技术

现有技术中，已知有一种喷嘴诊断机构，可于通过压力式流量控制器所代表的流量控制装置，诊断构成其流路节流喷嘴及喷嘴以下流路的管道是否异常。

这种喷嘴诊断机构的构成包含控制部，在关闭流量调整阀、开启关闭阀的状态下的自我诊断时间内，使得内部流路内的气体压力值与时间相应变化，与关闭阀及流量调整阀的开合动作连动并将其读入，从而实现内部流路节流喷嘴的诊断。

此外，气体流路无任何异常时，自我诊断喷嘴阻塞等时(t＝0～Δt)所测定的气体压力值与时间相应变化曲线变化描绘为与基准值几乎重迭的曲线。然而，流路节流喷嘴一旦发生阻塞，如假想线所示的从自我诊断时间的起始(t＝0的时间点)起，初始压力的下降速度也会变慢。也就是说，气体压力值与时间相应变化曲线异常时，可以知道这是因为发生了喷嘴阻塞(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2000-214916号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，存在这样的问题，即，因为从曲线斜率来判断喷嘴孔道是否阻塞，因此例如在诊断差压式质量流量控制器中有异常时，一旦在曲线中有峰谷噪声(peak-dip noise)，会受此噪声影响而导致判断结果发生错误。

本发明正是为了解决这样的问题而提出的，主要目的在于提供一种流量控制装置，可准确地发现该喷嘴等阻抗体(亦称差压产生用阻抗体)的孔道阻塞或是否存在在前一步骤使用的其它残余气体等问题，并可在短时间内高精度地诊断是否有异常。

解决问题的手段

也就是说，根据本发明的流量控制装置或流量控制装置中的诊断机构包含：

阀控制信号输出部，输出用以使得设置于流体流动的流路上的阀进入关闭状态的信号；

信号接受部，接受来自设置于该流路上的差压产生用阻抗体中，分别设置于其导入口侧及导出口侧的压力传感器的检测信号；

诊断用参数计算部，在所述阀(2Va)从流量控制状态转变为关闭状态时，求得由所述检测信号得到的导入口(31)侧或导出口(32)侧的压力从设定的第1压力变化为设定的第2压力的期间的质量流量积分值或体积流量积分值，再将该求得的质量流量积分值或体积流量积分值代入气体的状态方程式，计算诊断用参数；及

比较部，比较该诊断用参数的数值与预先设定的规定值。

在此，“阀”包含构成差压式质量流量控制器(以下也称为差压式MFC)等流量控制装置的流量控制阀，还可以是除了其以外的阀(例如在其前后另外设置的与差压式MFC的流量控制用阀分离的阀)，不仅是流量控制阀，也可以只是开合阀。

这样，进行喷嘴等差压产生用阻抗体异常检测时，利用关闭阀至压力变化到一定范围(从第1压力起至第2压力)内的期间，该压力的时间积分值，因此即使例如压力值中局部性地有峰谷噪声，也可因为该噪声的时间积分值微小而使得噪声对异常检测判定造成的影响与已知技术相比极小，可以使得异常检测精度大幅提升。这里，所谓诊断用参数，是根据压力的时间积分值者，除了例如压力的时间积分值本身外，也可以是可根据这样计算的质量流量积分值或体积流量积分值，或是将其代入设定计算式而计算得到。且在本发明中，利用相对于阀与差压产生用阻抗体之间的流路容量的压力变化，基本上不需要流量检定用基准计或槽等异常诊断专用机构，因此可在不使气体线路复杂化的情形下以低成本实现本发明。且前述流路容量小至也可称为阀与差压产生用阻抗体之间的无用体积(deadvolume)时，可使规定诊断时间的第1压力变化至第2压力之间的时间非常短。因此在例如使用于半导体步骤装置等情形下，即使在该步骤中，也可以利用气体更换时等极短时间进行的可以被称为实时的诊断。

也就是，可提供一种优异的流量控制装置或流量控制装置中的诊断机构，其简便并可适当发现阻抗体孔道阻塞或存在有残余的其它气体等问题，可在短时间内高精度地诊断是否有异常。

进一步，为确实得知阻抗体等异常的发生，可以具备诊断结果输出部，该比较部的比较结果显示，该诊断用参数与该规定值不同时，其输出其异常的表示。

诊断机构中，该诊断用参数计算部，用于计算设有关闭该流路上的流动的该流量控制阀的导入口侧压力从第1压力起下降至该第2压力的期间的质量流量积分值，也可以构成为以层流元件阻抗体的质量流量累计值与气体状态方程式进行的诊断型(Gas Law check ofIntegrated Flow Equation(“G-LIFE”))。

另一方面，该诊断用参数计算部，用于计算设有关闭该流路上的流动的该流量控制阀的导出口侧压力从第1压力起上升至第2压力止期间的质量流量积分值，也可以构成为所谓ROR(Rate of rise)诊断型。

若该阻抗体是层流组件，且该层流组件具有非线性特性，则在低流量域相对于流量变化的压力变化大，在高流区域相对于流量变化的压力变化小，因此可以得到整体而言平稳的流量精度的结果(无论在哪个流量区域，错误相对于读值均为一定比率)。因此可以在广泛的压力(流量)区域中设定采用于诊断的压力，因此可使诊断精度提升。

压力传感器的具体形态可举例如下，即通过分别设置于差压产生用阻抗体导入口侧及导出口侧的绝对压传感器构成，或通过设置于差压产生用阻抗体导入口侧或导出口侧中任一者的绝对压传感器及设置于它们之间的差压式传感器构成。

本发明的较优形态可举例如下，即该阀控制信号输出部以由该压力传感器侦测的压力显示设定数值为条件，输出用以进入该关闭状态的信号。此时的该条件是因为该阀的相对于差压产生用阻抗体的位置而改变。具体而言，该阀设置于相对于差压产生用阻抗体更为上游侧时，由导入口侧压力传感器侦测的压力，显示比作为起始压力的第1压力更高的数值，作为该条件。另一方面，设置于下游侧时，由导出口侧压力传感器侦测的压力，显示比作为起始压力的第1压力更低的数值，作为该条件。

通过这样的构成，可以将使用者想要进行自我诊断的时间点写入例如自动控制差压式质量流量控制器的程序中，以在所希望的时间点进行自我诊断。具体而言，使用者想要进行自我诊断的时间点，可如以下所示在前述程序中指定：例如在该阀设置于相对于差压产生用阻抗体更为上游侧的情形下，使阀动作，从而使得由导入口侧压力传感器侦测的压力是比作为起始压力的该第1压力更高的数值，然后使得阀控制信号输出部输出用于进入该关闭状态的信号。这样，通过将使用者想要进行自我诊断的时间点写入程序中的单纯操作，可以指定使用者自我诊断的点，因此无需追加特别的指令，可以轻易地融入已知的系统中。

适用于本发明而使其效果显著的流量控制装置中，可以差压式质量流量控制器为例。此时，其具体构成可举例如下，包含：

流量控制阀，设置于流体流动的流路上；

阻抗体，包含导入该流量控制阀流过来的流体的导入口及导出的导出口，使得差压产生于该导入出口之间；

入口侧传感器，设置为连通该导入口侧流路，侦测流动于该流路的流体压力；

出口侧传感器，设置为连通该导出口侧流路，侦测流动于该流路的流体压力；

诊断用参数计算部，在该流量控制阀从流量控制状态进入关闭状态时，通过积分运算从该入口侧传感器的下降的压力值计算得到质量流量积分值，再将计算得到的质量流量积分值代入气体状态方程式，以计算得到诊断用体积值；及

比较部，比较由该诊断用参数计算部计算得到的诊断用体积值与规定的体积值。

并且，也可以是差压式质量流量控制器，包含：

上游侧流量控制阀及下游侧流量控制阀，设置于流体流动的流路上；

阻抗体，包含导入自该上游侧流量控制阀流过来的流体的导入口及导出的导出口，使的差压产生于该导入出口之间；

入口侧传感器，设置为连通该导入口侧流路，侦测流动于该流路的流体压力；

出口侧传感器，设置为连通该导出口侧流路，侦测流动于该流路的流体压力；

诊断用参数计算部，在该下游侧流量控制阀从流量控制状态进入关闭状态时，通过对该出口侧传感器的上升的压力值进行积分运算，计算得到质量流量积分值，再将计算得到的质量流量积分值代入气体状态方程式，以计算得到诊断用体积值；及

比较部，比较由该诊断用参数计算部计算得到的诊断用体积值与规定的体积值。

发明的效果

根据如上说明的本发明，可适当地发现喷嘴等阻抗体(也称为差压产生用阻抗体)的孔道阻塞，或这存在有在前一步骤中的其它残余气体等问题，并可在短时间内高精度地诊断是否有异常。

附图说明

图1是显示根据本发明的一个实施例的差压式质量流量控制器设备的构成的示意图。

图2是该实施例中差压式质量流量控制器的功能构成。

图3是用于说明该实施例中入口侧传感器的压力下降量。

图4是用于说明该实施例中质量流量积分值。

图5是显示该实施例中差压式质量流量控制器动作的流程图。

图6是显示根据本发明的另一实施例的差压式质量流量控制器设备的构成的示意图。

图7是该另一实施例中差压式质量流量控制器的功能构成。

图8是用以说明该另一实施例中出口侧传感器的压力上升量。

图9是用以说明该另一实施例中质量流量积分值。

图10是显示该另一实施例中差压式质量流量控制器动作的流程图。

图11是显示根据本发明的又一实施例的差压式质量流量控制器设备的构成的示意图。

图12是显示根据本发明的又一实施例的差压式质量流量控制器设备的构成的示意图。

图13是根据本发明又一实施例的差压式质量流量控制器的功能构成

【主要组件的符号说明】

A～差压式质量流量控制器

A1～质量流量控制器本体

A2～控制装置

1～气体流路(流路)

2Va～流量控制阀

2Vb～上游侧流量控制阀

2Vc～下游侧流量控制阀

3～差压产生用阻抗体

31～导入口

32～导出口

4～入口侧传感器

5～出口侧传感器

6～温度传感器

7～差压传感器

2a～信号接受部

2b～流量计算部

2c～偏差计算部

2d、2D～控制值计算部

2e、2E～阀控制信号输出部

2f、2F～诊断用参数计算部

2g～规定值记忆部

2h～比较部

2i～诊断结果输出部

2z～监视部

P1_START、P2_START～第1压力

P1_END、P2_END～第2压力

a、P2_START～起始点

b、P2_END～结束点

ΔP1～压力值下降量(压力下降量)

ΔP2～压力值上升量(压力上升量)

a-b～区间

Q～质量流量

P1、P2～压力值

X～系数

n～质量流量积分值(穆尔数)

V～诊断用体积(诊断用体积值)

R～气体常数

T～温度

V₀～规定的体积值

S101…S210～步骤

Vx、Vy～无用体积

具体实施方式

本发明的较优实施方式

以下参照图1～图5说明本发明的一个实施例。

<第1实施例：G-LIFE诊断、体积值比较型>

本实施例的流量控制装置的差压式质量流量控制器A，被称为上述G-LIFE诊断型，具备有：

质量流量控制器本体A1；及

控制装置A2，以可通讯的方式与质量流量控制器本体A1连接，具备进行该质量流量控制器本体A1中的诊断的诊断机构等功能；

使用在例如半导体等成膜装置中朝向腔室供给气体的气体供给系统。以下具体说明各个部分。

如图1的示意图所示，质量流量控制器本体A1具备有：

气体流路1，用于供气体流动；

流量控制阀2Va，设置于该气体流路1的流路上；

差压产生用阻抗体3；

入口侧传感器4，设置为连通导入口31侧的流路1，侦测流动于该气体流路1的气体压力；

出口侧传感器5，设置为连通导出口32侧的流路1，侦测流动于该气体流路1的气体压力；及

温度传感器6，侦测流动于导入口31侧的流路1内的气体温度。

气体流路1分别在上游端形成导入端口的开口，在下游端形成导出端口的开口，例如在导入端口通过外部管道连接气动阀、压力调节器及气体耐高压容器(均未图示)，在导出端口通过外部管道，连接用于制造半导体的腔室(未图示)。

流量控制阀2Va，其细节虽未图示，但可以是例如通过由压电组件等所构成的致动器使得例如其阀开度可变化，通过接收来自控制装置A2的电信号，即开度控制信号驱动该致动器，应此开度控制信号的数值调整阀开度，以控制气体流量。

阻抗体3具有将从流量控制阀2Va流过来的气体导入的导入口31及导出的导出口32，使差压产生于该导入出口之间，该实施例中，其下游侧与已减压的半导体步骤腔室连通时，在减压下，使用具有被称为非线性限流器的非直线性特性的层流组件。

本实施例中，入口侧传感器4是使用绝对压型压力传感器。

本实施例中，出口侧传感器5与入口侧传感器4，同样是使用绝对压型压力传感器。

控制装置A2，是由未图示的CPU或内部存储器、具有A/D转换器、D/A转换器等数字或是模拟电路、用以与质量流量控制器本体A1各部通讯的通讯接口、输入接口、液晶显示器等显示装置等所构成，可以是专用的，也可以是一部分或全部利用个人计算机等通用计算机。并且可不使用CPU而仅以模拟电路作为以下各部分发挥功能，也可兼用成膜装置中的控制装置(省略图标)以发挥其一部分功能等，结构上不需形成为一体，由通过有线或是无线相互连接的多个设备所构成。

又，该内部存储器内储存有设定程序，按照该程序使得CPU或其接口设备协同动作，从而使得该控制装置A2如图2所示，至少可发挥作为信号接受部2a、流量计算部2b、偏差计算部2c、控制值计算部2d、阀控制信号输出部2e、诊断用参数计算部2f、规定值记忆部2g、比较部2h、诊断结果输出部2i等功能。以下详述各部分。

信号接受部2a为分别在设定时间点接受显示各压力传感器4、5所侦测的压力值的电信号的部分，乃利用通讯接口构成。

流量计算部2b根据由该信号接受部2a所接受的各传感器4、5所侦测的压力值，计算气体的质量流量。

偏差计算部2c，用于计算由该流量计算部2b所计算得到的气体质量流量与流量设定值的偏差。

控制值计算部2d，对由该偏差计算部2c所计算得到的偏差至少进行比例运算(其它还可以包含积分运算、微分运算等)，以计算朝流量控制阀2Va输出的反馈控制值。

阀控制信号输出部2e，产生开度控制信号，该开度控制信号包含根据由该控制值计算部2d所计算得到的反馈控制值所得出的数值，并对流量控制阀2Va输出该开度控制信号，并利用该通讯接口等构成。进一步，在本实施例中，为进行诊断，可以通过例如适当操作输入接口，输出使得流量控制阀2Va进入关闭状态的诊断用关闭状态信号。

诊断用参数计算部2f，接收来自于流量计算部2b的气体质量流量，并将该流量控制阀2Va从流量控制状态进入关闭状态时，在阻抗体上游侧的压力，从第1压力起至第2压力的期间内进行积分，从而计算得到质量流量积分值。并且诊断用参数计算部2f，根据该质量流量积分值、在该期间起始点的输入侧传感器压力值与在结束点的压力值的压力值变化(下降值)、以及从温度传感器6等所取得的温度值等参数，从气体状态方程式计算得到诊断用体积值。

具体而言，诊断用参数计算部2f，以阀控制信号输出部2e输出诊断用关闭状态信号作为触发，计算得到其后例如数毫秒后到来的第1压力P1_START的时间点(起始点a)起到又数秒～数分钟后到来的第2压力P1_END的时间点(结束点b)的期间内入口侧传感器4的压力值下降量ΔP1。例如，在图3的情形下，计算得到区间a-b内入口侧传感器4的压力下降量ΔP1。

并且诊断用参数计算部2f，接收流量计算部2b通过式(1)所计算得到的P1_START～P1_END之间的质量流量Q。

Q＝(P1²-P2²)X…(1)

P1是入口侧传感器4的压力值，P2是出口侧传感器5的压力值。且X是因气体种类变化的系数。

其次，诊断用参数计算部2f，如下列式(2)，对该期间的质量流量Q进行时间积分，以计算质量流量积分值n。例如，在图4的情形下，通过积分运算计算得到区间a-b内以斜线部表示的部分质量流量Q的总和，以作为质量流量积分值n。

$n={\&Integral;}_a^b\mathrm{Qdt}...\left(2\right)$

质量流量积分值n也可如下列式(3)，通过气体状态方程式，使用诊断用体积V表示。

n＝P1_STARTV/RT-P1_ENDV/RT…(3)

再者，可如使用式(2)、式(3)表示，以下式(4)表示诊断用体积值V。

${\&Integral;}_a^b\mathrm{Qdt}={P1}_{\mathrm{START}}V/\mathrm{RT}-{P1}_{\mathrm{END}}V/\mathrm{RT}$

$=V/\mathrm{RT}({P1}_{\mathrm{START}}-{P1}_{\mathrm{END}})$

$==\mathrm{\&Delta;P}1V-/\mathrm{RT}$

∴ $V=\frac{\mathrm{RT}}{\mathrm{\&Delta;P}1}{\&Integral;}_a^b\mathrm{Qdt}...\left(4\right)$

诊断用参数计算部2f，将所计算得到的质量流量积分值n等代入通过式(2)与式(4)所导出的下列式(5)，以计算诊断用体积值V。

V＝nRT/ΔP1…(5)

在此n是穆尔数(将以式(1)所计算得到的每单位时间质量(质量流量Q)以时间积分，亦即质量流量积分值)，R是气体常数(已从为控制对象的气体得知)，T是温度(已从温度传感器6的输出等得知)，ΔP1是入口侧传感器4的压力下降量。

规定值记忆部2g，记忆规定的体积值V₀，形成于该内部存储器的设定区域。

本实施形态中，是存储从流量控制阀2Va起至阻抗体3入口止的流路容积(无用体积)作为规定的体积值V₀。

比较部2h，比较以该诊断用参数计算部2f计算得到的诊断用体积值V与规定的体积值V₀。

诊断结果输出部2i，在该比较部2h，比较结果显示诊断用体积值V与规定的体积值V₀不同时，在画面上输出其异常的含义，利用该显示装置构成。

就如以上构成的差压式质量流量控制器A说明关于其诊断方法。

首先在使流量控制阀2Va进入关闭状态前，若入口侧传感器4所侦测的压力较起始压力(P1_START时)低，即提高压力，从而使其比起始压力高。

又，如图5所示，从控制装置A2的阀控制信号输出部2e，对处于流量控制状态的流量控制阀2Va输出诊断用关闭状态信号，以开始诊断(步骤S101)。

这样，收到该诊断用关闭状态信号的流量控制阀2Va进入关闭状态(步骤S102)。通过这样，质量流量控制器A下游侧受到设定压力的吸引，流量控制阀2Va与阻抗体3之间的无用体积Vx中的压力开始下降。

进一步，流量计算部2b以各压力传感器4、5的检测值为参数，从该式(1)计算质量流量(步骤S103)。

其次，诊断用参数计算部2f，接受该质量流量Q，从P1_START起至P1_END的期间内的质量流量Q进行时间积分，以计算质量流量积分值n(步骤S104)。又，因为这样的一系列运算，质量流量积分值n可说是根据压力积分值的数值。

并且，诊断用参数计算部2f，计算得到该P1_START起至P1_END期间内入口侧传感器4的压力值下降量ΔP1(步骤S105)。

又，诊断用参数计算部2f，将如前述计算得到的质量流量积分值及以温度传感器6侦测的温度等代入气体状态方程式(式(2))，以计算诊断用体积值V(步骤S106)。可使用P1_START时以温度传感器6所得知的侦测值作为用于计算该诊断用体积值V的温度T，也可以使用P1_END时的侦测值。其原因为，在该实施例中，在P1_START与P1_END之间温度几乎无任何变化。

又，比较部2h比较以该诊断用参数计算部2f计算得到的诊断用体积值V与规定的体积值V₀(步骤S107)，若该比较部2h比较结果为，诊断用体积值V与规定的体积值V₀不同(例如阻抗体3性能降低时，质量流量Q降低，伴随着其积分值也变小)(步骤S108)，则诊断结果输出部2i在画面上就输出阻抗体3等发生异常的含义(步骤S109)，另一方面，若无不同(步骤S108)，在画面上就输出阻抗体3等无异常的含义(正常含义)(步骤S110)。

因此，依照本实施形态的差压式质量流量控制器A，可在流量控制阀2Va从流量控制状态进入关闭状态时，根据各压力传感器4、5的检测值计算质量流量Q，并将一定期间的该质量流量进行时间积分，以求取质量流量积分值，再将此质量流量积分值或该ΔP1等代入气体状态方程式以计算得到诊断用体积值，因此即使例如压力值中局部性地有峰谷噪声，也几乎不受此噪声的影响。因此，可适当发现作为阻抗体3的层流组件随时间变化发生的孔道阻塞或气体残余等，并可在短时间内高精度地诊断有无异常等。且不需流量检定用基准计，且当然也不需要其检定时间，从而可以实现气体线路的简略化，并实现低成本化。并且，即使仅在关闭流量控制阀2Va一瞬间，也可立即进行诊断，因此可提升诊断简便性。

也就是，可以提供一种差压式质量流量控制器A，其具有优异的诊断机构，其简便并可适当发现阻抗体3孔道阻塞等问题，并可在短时间内高精度地诊断有无异常。

并且，使用具有非直线性特性的层流组件作为阻抗体3，可以在低流量域增大相对于流量变化的压力变化，在高流量区域缩小相对于流量变化的压力变化，结果可以得到整体而言平稳的流量精度。

又，可例如在使用流路径小或流路数少的限流器的小流量(FS100cc以下)用差压式MFC等中，使图3的压力递降曲线缓和，特别是可以使得诊断再现性提升。

并且设有诊断结果输出部2i，在比较部2h比较结果显示诊断用体积值V与规定的体积值V₀不同时，在画面上输出阻抗体3等有异常的含义，因此可确实得知阻抗体3等发生异常。

<第2实施例：ROR诊断、体积值比较型>

以下参照图6～图10说明本发明的另一实施例。

又，在第2实施例中，与第1实施例具有相同名称且标示有相同符号的构件，只要没有特别的说明，即视为其构成与第1实施例中相同并可发挥相同作用效果，并且适当省略其说明。

本实施例的差压式质量流量控制器A一般称为ROR(Rate of rise)诊断型，具有：

质量流量控制器本体A1；及

控制装置A2，以可通讯的方式与该质量流量控制器本体A1连接，具有进行该质量流量控制器本体A1中的诊断的诊断机构等功能；

与第1实施例相同，同样使用于例如半导体步骤中朝腔室供给气体的气体供给系统。以下具体说明各部分。

如图6示意图所示，质量流量控制器本体A1具备有：

气体流路1，用于供气体流动；

上游侧流量控制阀2Vb及下游侧流量控制阀2Vc，设置于该气体流路1上；

阻抗体3，具有导入该上游侧流量控制阀2Vb流过来的流体的导入口31及导出该流体的导出口32，使得差压产生于该导入出口之间；

入口侧传感器4，设置为连通该导入口31侧的流路1，侦测流动于该流路1的流体压力；

出口侧传感器5，设置为连通该导出口32侧的流路1，侦测流动于该流路1的流体压力；及

温度传感器6，侦测流动于导出口32侧的流路1内的气体温度。

上游侧流量控制阀2Vb及下游侧流量控制阀2Vc，使用与第1实施例的流量控制阀2Va相同的构件。

控制装置A2的设备构成与第1实施例相同。

又，控制装置A2内部存储器内储存有设定程序，按照该程序使得CPU或其接口设备协同动作，从而使得该控制装置A2如图7所示至少可具有作为信号接受部2a、流量计算部2b、偏差计算部2c、控制值计算部2D、阀控制信号输出部2E、诊断用参数计算部2F、规定值记忆部2g、比较部2h、诊断结果输出部2i等的功能。以下对于控制值计算部2D、阀控制信号输出部2E、诊断用参数计算部2F加以详述。

控制值计算部2D，对由偏差计算部2c计算得到的偏差至少进行比例运算(宜为PID运算)，以计算朝上游侧流量控制阀2Vb及/或下游侧流量控制阀2Vc输出的反馈控制值。

阀控制信号输出部2E，是产生开度控制信号，该开度控制信号包含根据由该控制值计算部2D所计算得到的反馈控制值所得出的数值，并对上游侧流量制御阀2Vb及/或下游侧流量控制阀2Vc输出该开度控制信号的部分，利用该通讯接口等构成。又，在本实施例中进行诊断，可以通过例如适当操作输入接口，输出使下游侧流量控制阀2Vc进入关闭状态的诊断用关闭状态信号。

诊断用参数计算部2F从流量计算部2b接收气体质量流量Q，将该流量控制阀2Vc从流量控制状态进入关闭状态时的阻抗体上游侧的压力，在第1压力P2_START起至第2压力P2_END的期间内的压力加以积分，从而计算得到质量流量积分值。且诊断用参数计算部2F根据该质量流量积分值、在该期间起始点的输入侧传感器压力值与在结束点的压力值的压力值变化(上升值)以及温度传感器6等所取得的温度值等参数，从气体状态方程式计算得到诊断用体积值。

具体而言，诊断用参数计算部2F，以阀控制信号输出部2E输出诊断用关闭状态信号作为触发，计算得到其后从例如数毫秒后到达的第1压力的时间点(起始点，P2_START)起至再数秒～数分钟后到达的第2压力的时间点(结束点，P2_END)的期间内，出口侧传感器5的压力值上升量ΔP2。例如在图8的情形下求取区间a-b内出口侧传感器5的压力上升量ΔP2。

且诊断用参数计算部2F，接收流量计算部2b通过下列式(6)所计算得到的P2_START～P2_END之间的质量流量Q。

Q＝(P1²-P2²)X…(6)

P1是入口侧传感器4的压力值，P2是出口侧传感器5的压力值。且X是因气体种类变化的系数。

其次，诊断用参数计算部2F，将此期间的质量流量Q进行时间积分，以计算质量流量积分值。例如在图9的情形下，通过积分运算求取区间a-b内以斜线部表示的部分质量流量Q的总和，以作为质量流量积分值n。

又，诊断用参数计算部2F，将所计算得到的质量流量积分值n等与第1实施形态同样地代入导出的下列式(7)，以计算诊断用体积值V。

V＝nRT/ΔP2…(7)

在此，n是穆尔数(将以式(6)所计算得到的每单位时间质量(质量流量Q)以时间积分，亦即质量流量积分值n)，R是气体常数(已从为控制对象的气体得知)，T是温度(已从温度传感器6的输出等得知)，ΔP2是出口侧传感器5的压力上升量。

根据如以上构成的差压式质量流量控制器A说明关于其诊断方法。

首先在使下游侧流量控制阀2Vc进入关闭状态前，如果出口侧传感器5所侦测的压力比起始压力(P2_START时)高，即降低压力，从而使得其比起始压力低。

又，如图10所示，控制装置A2的阀控制信号输出部2E，对处于流量控制状态的下游侧流量控制阀2Vc输出诊断用关闭状态信号(步骤S201)。

这样，收到该诊断用关闭状态信号的下游侧流量控制阀2Vc就进入关闭状态(步骤S202)。从而，阻抗体3与下游侧流量控制阀2Vc之间的无用体积Vy中的压力开始上升。

又，流量计算部2b，以各压力传感器4、5的检测值为参数，从该式(6)计算质量流量Q(步骤S203)。

其次，诊断用参数计算部2F，接受该质量流量Q，将P2S_TART起至P2_END的期间内的质量流量Q进行时间积分，以计算质量流量积分值n(步骤S204)。

并且诊断用参数计算部2F，计算得到从P2_START起至P2_END的期间内出口侧传感器5的压力值上升量ΔP2(步骤S205)。

又，诊断用参数计算部2F，将计算得到的质量流量积分值及温度传感器6所侦测的温度等代入该式(4)，以计算诊断用体积值V(步骤S206)。可使用P2_START时以温度传感器6所得知的侦测值作为用于计算该诊断用体积值V的温度T，也可以使用P2_END时的侦测值。因为该实施例中，在P2_START与P2_END之间温度几乎无任何变化。

又，比较部2h比较以该诊断用参数计算部2F计算得到的诊断用体积值V与规定的体积值V₀(步骤S207)，若该比较部2h比较结果为，诊断用体积值V与规定的体积值V₀不同(步骤S208)，诊断结果输出部2i就在画面上输出阻抗体3等发生异常的含义(步骤S209)，另一方面，如果没有不同(步骤S208)，就在画面上输出阻抗体3等无异常的含义(其正常的含义)(步骤S210)。

因此，依照本实施例的差压式质量流量控制器A，可在下游侧流量控制阀2Vc从流量控制状态进入关闭状态时，根据各压力传感器4、5的检测值计算质量流量Q，并将一定期间的该质量流量进行时间积分，通过该积分运算，从出口侧传感器5的上升压力值求取质量流量积分值，再将该计算得到的质量流量积分值与该ΔP2等代入气体状态方程式以计算得到诊断用体积值，因此即使例如压力值中局部性地有峰谷噪声，也几乎不受此噪声的影响。因此，可适当发现作为阻抗体3的层流组件因为随时间变化发生的孔道阻塞或气体残余等，并可在短时间内高精度地诊断有无异常。并且不需流量检定用基准计，且当然也不需要其检定时间，可实现气体线路的简略化，并实现低成本化。并且，即使仅在关闭下游侧流量控制阀2Vc的一瞬间，也可立即进行诊断，因此可提升诊断简便性。特别是与只比较质量流量累计值本身的情形相比，无论其是G-LIFE诊断、ROR诊断中任一者，在比较体积值时，皆可不限于规定值取得条件而自由设定P1(P2)_START、P1(P2)_END，因此可以更高的精度实现简便的诊断。其结果使得半导体步骤中的在线诊断等可以更加容易。

还可以提供一种差压式质量流量控制器A，其具有优异的诊断机构，其简便并可适当发现阻抗体3孔道阻塞或气体残余等问题，并可在短时间内高精度地诊断有无异常。

又，由于使用具有非直线性特性的层流组件作为阻抗体3，因此可在低流量域增大相对于流量变化的压力变化，在高流区域缩小相对于流量变化的压力变化，结果可以得到整体而言平稳的流量精度。

并且设置有诊断结果输出部2i，其在比较部2h比较结果显示诊断用体积值V与规定的体积值V₀不同时，在画面上输出阻抗体3等有异常的含义，因此可确实得知阻抗体3等发生异常。

又，本发明不限于上述实施例。

例如本发明也可适用于残余气体诊断。

此时的基本构成在将至少以质量流量积分值作为参数的诊断用参数与无残余气体的状态的规定值比较的方面上与第1实施形态等相同。若有残余气体则两者不一致，若冲洗排净完全且没有在前一步骤使用的其它种类气体残余时两者一致。

在此，例如在第1实施形态等中显示体积不同的数值时(于S108为Yes)，比较部进一步取得该诊断前(前夕)气体种类是否已被变更的数据，若此变更已发生，即通过诊断结果输出部输出异常是由于存在有残余气体所导致的信息。又，此时诊断结果输出部还可以进一步输出例如要求冲洗排净的信息。

如果是这样的结构，则可以适当地适用在以一台MFC控制多种气体(多重气体)流量的情形中。

也就是，不需要特别的构成就可以简便的方式且在短时间内判断并诊断变更以MFC控制的气体种类时MFC内等的冲洗排净是否适当(残余气体是否存在)。而且还可以在控制多重气体流量的差压式MFC中，排除残余气体造成的不良影响，实现高精度的流量控制。

并且，作为诊断用参数，可以使用例如导入口侧或导出口侧压力从设定的第1压力起至设定的第2压力的期间，该压力的时间积分值，只要能从这样的参数计算，则也可为该质量流量积分值或体积流量积分值以外的数值。此时，规定值只要是对应于该诊断用参数种类别的置即可。又，使用质量流量积分值时，可以通过预备实验计算得到规定值，或通过模拟计算得到该规定值。

该实施例中，虽然阻抗体3是使用被称为非线性限流器的具有非直线性特性的层流组件，但可根据具体实施方式，适当地变更为其它阻抗体3。

并且可根据具体实施方式，适当变更积分运算区间的起始时间点或结束时间点。例如还可以规定为起始点的第1压力值，及不同于第1压力值的为结束点的第2压力值，累计于关闭流量控制阀时，从第1压力值起至第2压力值的质量流量Q，以此累计值为参数，决定诊断用参数的数值。又，此时还可以不需每次均计算ΔP1(ΔP2)而预先存储于内存。

且诊断结果输出部2i的构成，虽然在画面上输出其异常的含义，但输出样式不限于本实施例，也可以采用例如印刷输出等方法。

且流量控制阀也可以与差压式质量流量控制器的流量控制阀分别构成。例如第2实施例中，差压式质量流量控制器A虽然具备有上游侧流量控制阀2Vb与下游侧流量控制阀2Vc，但下游侧流量控制阀可以是外部设置的部件。

又，特别是在上述G-LIFE诊断型中，还可以考虑以下实施方式，变更成绝对压传感器的入口侧传感器4及出口侧传感器5，例如图11所示，使用计测阻抗体两端之间差压的差压传感器7。通过如此的构成，可以减低压力传感器噪声的影响与降低成本，即使对象是压力变动的流体也可以更适当地对其使用。

在此，描述为“特别是在G-LIFE诊断型中”，是因为如果是G-LIFE诊断型，则2次侧连接有腔室(真空)，因此可以该2次侧为基准(零)，从差压传感器7的读值计算得到1次侧的流量。

且也可考虑以下实施方式，将是绝对压传感器的入口侧传感器4及出口侧传感器5中的任一者，与(例如图12所示上游侧是绝对压传感器)差压传感器7进行组合。

并且，流量控制阀也可与差压式MFC控制阀分别构成。且也可以利用差压式MFC上下游侧连接差压式MFC的流路上所设置的阀。

并且，作为使诊断机构动作的触发，除了输入如前所述阀强制关闭状态信号以外，该可以将使用者想要进行自我诊断的时间点写入自动控制差压式质量流量控制器A的程序中，以在所希望的时间点进行自我诊断。

具体而言，如图13所示，在诊断机构中设有监视部2z，该监视部2z，监视自动控制差压式质量流量控制器的程序中用以使诊断开始的触发条件。监视的触发条件对象，除了用于使得阀进入关闭状态的关闭命令外，该可以是使得阀进入关闭状态的后述“设定条件”为对象。

更具体而言，例如第1实施例，流量控制阀2Va设置在比阻抗体3更上游侧时，则可以作为该设定条件的“使流量控制阀2Va动作，从而使得入口侧传感器4所侦测的压力为比是起始压力的该第1压力P1_START时的数值更高的数值，再使阀控制信号输出部2e输出用以进入该关闭状态的信号”的叙述为监视对象。又，差压式质量流量控制器动作中，监视部2z找到该叙述时，可在由该设定条件所叙述的时间点进行自我诊断。

又，例如第2实施形态，下游侧流量控制阀2Vc设置在比阻抗体3更下游侧时，可以作为该设定条件的“使下游侧流量控制阀2Vc动作，从而使得出口侧传感器5所侦测的压力比是起始压力的该第1压力P2_START时的数值更低的数值，再使阀控制信号输出部2E输出用以进入该关闭状态的信号”的叙述为监视对象。又，差压式质量流量控制器动作中，监视部2z找到该叙述时，可在由此设定条件所叙述的时间点进行自我诊断。

因此，若将使用者想要进行自我诊断的时间点，作为系监视部2z的监视对象的设定条件加以写入，就可以在根据该设定条件所叙述的时间点进行自我诊断。

如此方式，通过将使用者想要进行自我诊断的时间点写入程序中的单纯作业，能够使得使用者自由指定自我诊断的点。且无需追加特别指令，可轻易融入于已知的系统内。

又，由于强制使阀关闭而进入完全不控制该阀的状态，因此也不会发生例如控制阀开度为零时受到噪声影响而阀意外开启的问题。因此可以进行精度佳的自我诊断。

除此之外，关于各部分的具体构成不限于上述实施例，可在不脱离本发明精神的范围内进行各种变形。

Claims (14)

1.一种流量控制装置(A)中的诊断机构，包含：

阀控制信号输出部(2e、2E)，输出使得设置于流体流动的流路(1)上的阀(2Va)转变为关闭状态用的信号；

信号接受部(2a)，接受来自在所述流路(1)上设置的差压产生用阻抗体(3)中、分别设置于其导入口(31)侧及导出口(32)侧的压力传感器的检测信号；

诊断用参数计算部(2f、2F)，在所述阀(2Va)从流量控制状态转变为关闭状态时，求得由所述检测信号得到的导入口(31)侧或导出口(32)侧的压力从设定的第1压力变化为设定的第2压力的期间的质量流量积分值或体积流量积分值，再将该求得的质量流量积分值或体积流量积分值代入气体的状态方程式，计算诊断用参数；及

比较部(2h)，将该诊断用参数的数值与预定的规定值相比较。

2.如权利要求1所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中进一步包含：

诊断结果输出部(2i)，在所述诊断用参数的数值与所述规定值不同时，输出其异常的含义。

3.如权利要求1所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中进一步包含：

流量计算部，根据从所述检测信号得到的导入口(31)侧及导出口(32)侧的各压力，计算所述流体的质量流量；

所述诊断用参数计算部(2f、2F)根据从所述第1压力变化为第2压力的期间的质量流量积分值，计算诊断用参数。

4.如权利要求3所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

所述诊断用参数显示从所述第1压力与第2压力的压力差及所述质量流量积分值所计算得到的流体体积值；

所述规定值是阀(2Va)与差压产生用阻抗体(3)间的流路(1)的体积值。

5.如权利要求3所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

所述阀(2Va)设置于比该差压产生用阻抗体(3)更位于上游侧的位置；

所述诊断用参数计算部(2f、2F)计算所述导入口(31)侧压力从所述第1压力下降到所述第2压力的期间的质量流量积分值。

6.如权利要求3所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

所述阀(2Va)设置于比差压产生用阻抗体(3)更位于下游侧的位置；

所述诊断用参数计算部(2f、2F)计算所述导入口(31)侧压力从所述第1压力上升到所述第2压力期间的质量流量积分值。

7.如权利要求1所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

该差压产生用阻抗体(3)是具有非直线性特性的层流组件。

8.如权利要求1所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

所述压力传感器由分别设置在差压产生用阻抗体(3)的导入口(31)侧及导出口(32)侧的绝对压力传感器构成，或通过设置在差压产生用阻抗体(3)的导入口(31)侧或导出口(32)侧中任一者的绝对压力传感器及设置于两者间的差压式传感器所构成。

9.如权利要求1所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

所述阀控制信号输出部(2e、2E)，以由所述压力传感器检测到的压力呈现设定的数值为条件，而输出用于转变为所述关闭状态的信号。

10.如权利要求9所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

在所述阀(2Va)设置于比差压产生用阻抗体(3)更上游侧的情况时，所述条件为：由导入口(31)侧的压力传感器所侦测的压力呈现比起始压力也就是第1压力更高的数值。

11.如权利要求9所述的流量控制装置(A)中的诊断机构，其中：

在所述阀(2Va)设置于比差压产生用阻抗体(3)更下游侧的情况时，所述条件为：由导出口(32)侧压力传感器侦测的压力呈现比起始压力也就是第1压力更低的数值。

12.一种流量控制装置(A)的诊断方法，其特征在于：

使得设置于流体流动的流路(1)上的阀(2Va)从开启状态转变为关闭状态；

根据用于检测设置于所述流路(1)上的差压产生用阻抗体(3)的导入口(31)侧及导出口(32)侧的压力的入口侧传感器(4)及出口侧传感器(5)的检测值，计算所述流体的质量流量值；

在接受此质量流量值，使得所述流量控制阀(2Va)从流量控制状态转变为关闭状态时，将该导入口(31)侧或该导出口(32)侧的压力从第1压力变化为第2压力的期间的质量流量积分值代入气体的状态方程式，计算诊断用参数；

将此诊断用参数的数值与规定值相比较。

13.一种差压式质量流量控制器(A)，包含：

流量控制阀(2Va)，设置于流体流动的流路(1)上；

差压产生用阻抗体(3)，包含将流自所述流量控制阀(2Va)的流体导入用的导入口(31)及将其导出用的导出口(32)，使该导出口与导入口之间产生差压；

入口侧传感器(4)，设置为连接于所述导入口(31)侧流路(1)，用以检测流动于该导入口(31)侧流路(1)的流体的压力；

出口侧传感器(5)，设置为连接于所述导出口(32)侧流路(1)，用以检测流动于该导出口(32)侧流路(1)的流体的压力；

诊断用参数计算部(2f、2F)，在所述流量控制阀(2Va)从流量控制状态转变为关闭状态时，通过积分运算，根据所述入口侧传感器(4)下降的压力值计算得到质量流量积分值，再将该得到的质量流量积分值代入气体的状态方程式以计算得到诊断用的体积值；及

比较部(2h)，将通过所述诊断用参数计算部(2f、2F)计算得到的诊断用体积值与规定的体积值相比较。

14.一种差压式质量流量控制器(A)，包含：

上游侧流量控制阀(2Vb)及下游侧流量控制阀(2Vc)，设置于流体流动的流路(1)上；

差压产生用阻抗体(3)，包含用以导入流自所述上游侧流量控制阀(2Vb)的流体的导入口(31)及将其导出的导出口(32)，使得差压产生于该导出口与导入口之间；

入口侧传感器(4)，设置为连接于所述导入口(31)侧流路(1)，用以检测流动于该导入口(31)侧流路(1)的流体的压力；

出口侧传感器(5)，设置为连接于所述导出口(32)侧流路(1)，用以检测流动于该导出□(32)侧流路(1)的流体的压力；

诊断用参数计算部(2f、2F)，在所述下游侧流量控制阀(2Vc)从流量控制状态转变为关闭状态时，通过积分运算，根据所述出口侧传感器(5)上升的压力值计算得到质量流量积分值，再将此得到的质量流量积分值代入气体状态方程式以计算得到诊断用体积值；及

比较部(2h)，将通过所述诊断用参数计算部(2f、2F)计算得到的诊断用体积值与规定的体积值比较。

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