CN108027618B - 压力式流量控制装置及其异常检测方法 - Google Patents

压力式流量控制装置及其异常检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压力式流量控制装置，其具备：收缩部，其介于流路上；上游侧压力传感器，其用于检测出所述收缩部的上游侧的流体压力；下游侧压力传感器，其用于检测出所述收缩部的下游侧的流体压力；流量控制阀，其设置在所述上游侧压力传感器的上游侧流路上；以及运算控制回路，其通过根据所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的各自的检测值控制所述流量控制阀而控制流量，所述运算控制回路在流体不在所述流路内流动的状态下，计算所述上游侧压力传感器的检测值与所述下游侧压力传感器的检测值之差，同时根据计算出的所述差输出压力传感器异常判定用信号。

Description

压力式流量控制装置及其异常检测方法
技术领域
本发明涉及一种使用于半导体制造设备或化学工厂等的压力式流量控制装置及其异常检测方法。
背景技术
以往，如图3所示，已知的有一种压力式流量控制装置10，其具备：应被控制的流体G通过的流路2、介于流路2上的流孔等的收缩部3、检测收缩部3的上游侧的流体压力的上游侧压力传感器4、检测收缩部3的下游侧的流体压力的下游侧压力传感器5、设置在上游侧压力传感器4的上游侧的流路2上的流量控制阀6、和控制流量控制阀6的运算控制部7(专利文献1等)。
这种压力式流量控制装置利用在由上游侧压力传感器4检测出的上游侧压力的检测值P1、由下游侧压力传感器5检测出的下游侧压力的检测值P2、和通过收缩部3的流量Q之间，成立规定的关系，根据上游侧压力的检测值P1或上游侧压力的检测值P1和下游侧压力的检测值P2，运算控制部7通过控制流量控制阀6而将流量控制成规定流量。例如，在满足P1≧约2×P2的临界膨胀条件下，具有流量Q＝K1P1(K1固定)的关系，在非临界膨胀条件下，流量Qc＝KP2 m(P1-P2)n(K为依存于流体的种类和流体温度的比例系数、指数m、n为以该流量式配合实际的流量而导出的值)的关系成立，可以通过这些流量计算式计算流量。
在半导体制造设备等中，如图4所示，在压力式流量控制装置10的下游设置有开关阀8的多个流路与处理腔室9连接，一边以开关阀8切换供给至处理腔室9的流体一边进行供给的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-138425号公报
在上述以往的压力式流量控制装置中，由于压力传感器的故障或压力传感器的检测值的误差，存在产生控制流量的偏差的情形，有必要适时地确认有无压力传感器的异常。以往，将控制流量指令值设为零，对设置有压力传感器的流路内进行抽真空，确认压力传感器的检测值是否显示零。若压力传感器的检测值显示零，则压力传感器正常，可以判断流量未产生误差。
但是，由于在这种压力传感器的异常的检测中，需要经过抽真空的工序，因此在通常的流体供给处理中无法实施，只能在维护模式下实施。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种即使不对设置有压力传感器的流路进行抽真空，也能够确认压力传感器的异常的压力式流量控制装置以及该压力式流量控制装置的异常检测方法。
为了达到上述目的，本发明所涉及的压力式流量控制装置的实施方式具备：收缩部，其介于流路上；上游侧压力传感器，其用于检测出上述收缩部的上游侧的流体压力；下游侧压力传感器，其用于检测出上述收缩部的下游侧的流体压力；流量控制阀，其设置在上述上游侧压力传感器的上游侧流路上；以及运算控制回路，其通过根据上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器的各自的检测值控制上述流量控制阀，将流量控制为设定流量，上述运算控制回路在流体不在上述流路内流动的状态下，计算上述上游侧压力传感器的检测值与上述下游侧压力传感器的检测值之差，同时根据计算出的上述差输出压力传感器异常判定用信号。
在某实施方式中，上述运算控制回路在设置在上述下游侧压力传感器的下游侧流路的开关阀关闭时，上述流量控制阀关闭的状态下，计算上述上游侧压力传感器的检测值与上述下游侧压力传感器的检测值之差，同时根据计算出的上述差输出压力传感器异常判定用信号。
在某实施方式中，上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器具有相同的额定压力，上述运算控制回路将上述上游侧压力传感器的检测值与上述下游侧压力传感器的检测值之差相对于上述额定压力的比例，作为上述压力传感器异常判定用信号而予以输出。
在某实施方式中，上述运算控制回路将上述压力传感器异常判定用信号作为流量输出值而予以输出。
在某实施方式中，还具有利用上述压力传感器异常判定用信号判定上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器的异常的异常判定单元。
再者，为了达成上述目的，本发明所涉及的压力式流量控制装置的异常检测方法的实施方式中，上述压力式流量控制装置具备：收缩部，其介于流路上；上游侧压力传感器，其用于检测出上述收缩部的上游侧的流体压力；下游侧压力传感器，其用于检测出上述收缩部的下游侧的流体压力；流量控制阀，其设置在上述上游侧压力传感器的上游侧流路上；以及运算控制回路，其通过根据上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器的各自的检测值控制上述流量控制阀，将流量控制为设定流量，上述异常检测方法包含：在流体不在上述流路内流动的状态下，通过上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器，检测出上述流路内的压力的步骤；计算上述上游侧压力传感器的检测值与上述下游侧压力传感器的检测值之差的步骤；以及根据通过计算所求出的上述差输出压力传感器异常判定用信号的步骤。
与本发明有关的压力式流量控制装置的异常检测方法的实施方式中，流体不在上述流路内流动的上述状态可以包含设置在上述下游侧压力传感器的下游侧流路上的开关阀关闭，并且设定流量被设定为零且上述流量控制阀关闭的状态。
在与本发明有关的压力式流量控制装置的异常检测方法的实施方式中，能进一步包含将上述上游侧压力传感器的检测值与上述下游侧压力传感器的检测值之差相对于上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器的相同的额定压力的比例，作为上述压力传感器异常判定用信号而予以输出的步骤。
在与本发明有关的压力式流量控制装置的异常检测方法的实施方式中，可以将上述压力传感器异常判定用信号作为流量输出值而予以输出。
在与本发明有关的压力式流量控制装置的异常检测方法的实施方式中，能进一步包含通过将上述压力传感器异常判定用信号与事先设定的临界值进行比较，判定在上述上游侧压力传感器和上述下游侧压力传感器的一方或双方存在异常的步骤。
发明效果
根据本发明，在流体不在流路内流动的状态下，若上游侧压力传感器和下游侧压力传感器正常动作，则由于应输出相同的检测值，因此上游侧压力传感器的检测值与下游侧压力传感器的检测值之差应为零。另一方面，在上游侧压力传感器和下游侧压力传感器的各自的检测值具有差异的情况下，有可能在其中一方或双方产生了误差或故障。通过上游侧压力传感器与下游侧压力传感器的各自的检测值上差的程度，能够判定上述压力式流量控制装置的控制流量存在异常。
在本发明的一态样中，在处理结束后关闭收缩部下游侧的开关阀，将设定流量设为零并关闭收缩部上游侧的流量控制阀时，由于在流量控制阀与开关阀之间的流路内气体以不流动的状态残存，因此上游侧压力传感器和下游侧压力传感器同时检测出该残存气体的压力。因为上游侧压力传感器和下游侧压力传感器测量被关闭的流路内的气体压力，所以若正常动作，则由于应输出相同的检测值，因此上游侧压力传感器的检测值与下游侧压力传感器的检测值之差应为零。另一方面，在上游侧压力传感器与下游侧压力传感器的各自的检测值具有差异的情况下，可想有可能在其中一方或双方产生了误差或故障。因此，尽管不使流路成为真空状态，通过求出上游侧压力传感器的检测值与下游侧压力传感器的检测值之差，判别其差的程度，能够检查上游侧压力传感器和下游侧压力传感器中的任一者有无故障或检测误差，且能够检测上游侧压力传感器和下游侧压力传感器的异常，即控制流量的异常。针对该压力传感器的异常检测，由于无须经过抽真空的工序，因此能够在流体供给处理中的下游侧开关阀关闭时进行。
再者，在本发明的一态样中，通过将上游侧压力传感器的检测值与下游侧压力传感器的检测值之差相对于压力传感器的额定压力的比例，作为上述压力传感器异常判定用信号而予以输出，在上游侧压力传感器和下游侧压力传感器上产生误差的情况下，能够知晓误差的比例，再者，也可以通过将误差的比例与事先设定的临界值进行比较来判定是否异常。
附图说明
图1为表示本发明的压力式流量控制装置的一实施方式的概略结构图。
图2为表示本发明的压力式流量控制装置的其他实施方式的概略结构图。
图3为表示以往的压力式流量控制装置的概略结构图。
图4为表示以往的压力式流量控制装置向处理腔室的连接例的概略结构图。
符号说明
1 压力式流量控制装置
2 流路
3 收缩部(节流部)
4 上游侧压力传感器
5 下游侧压力传感器
6 流量控制阀
8 开关阀
13 运算控制回路(计算控制电路)
具体实施方式
针对本发明所涉及的压力式流量控制装置的几个实施方式，以下参照图1以及图2进行说明。另外，包含现有技术，针对相同或类似的构成部分赋予相同符号。
图1为表示压力式流量控制装置的一实施方式的概略结构图。压力式流量控制装置1具备：介于流路2上的收缩部3、用于检测出收缩部3的上游侧的流体压力的上游侧压力传感器4、用于检测出收缩部3的下游侧的流体压力的下游侧压力传感器5、设置在上游侧压力传感器4的上游侧流路上的流量控制阀6、以及通过根据上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5的各自的检测值控制流量控制阀6而控制流量的运算控制回路13。另外，虽然无图示，检测流路2内的流体温度的温度传感器可配设在例如上游侧压力传感器4与收缩部3之间。
流路2可在金属制块体等上穿孔而形成。收缩部3通过介于流路2上的薄板的流孔板而形成。上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5可使用例如内置硅单晶的传感器芯片和隔膜的压力传感器。上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5优选使用相同的额定压力、相同的规格者。流量控制阀6使用压电元件驱动式的金属制隔膜阀。
在下游侧压力传感器5的下游侧流路设置有开关阀8。在图1所示的例中，虽然开关阀8连接于压力式流量控制装置1的外部，但是在其他变更方式中，如图2所示，开关阀8可内置于压力式流量控制装置1中。开关阀8例如使用气体驱动阀，驱动气体的供给通过电磁阀等被ON/OFF(通/断)控制而可被开关控制。
在外部控制装置14中设定流量被设定，被设定的设定流量的信号从外部控制装置14被输送至运算控制回路13。运算控制回路13根据上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5的各自的检测值，通过临界膨胀条件或非临界膨胀条件下的流量计算式计算流量，控制流量控制阀6使通过收缩部3的流体的流量成为设定流量。运算控制回路13能够将计算出的流量作为流量输出值(Qout)输出至外部控制装置14，通过使外部控制装置14接收到的流量输出值(Qout)显示于显示器14a，能够监测通过计算所取得的流量。
压力式流量控制装置1被组装于半导体制造线路的气体供给线路等的流路上。在半导体制造线路中，多个流路与处理腔室9连接(参照图4)，在上述多个的流路的各个设置有压力式流量控制装置1，通过切换设置在各流路上的开关阀8，种类不同的处理气体被流量控制而依次被供给至处理腔室9。在处理气体向处理腔室9供给的期间，通过真空泵11对处理腔室9内进行抽真空。在某处理结束后，由于停止气体供给，因此当通过来自外部控制装置14的指令而关闭开关阀8时，与此相应地，将流量控制阀6的控制流量设为零的信号从外部控制装置14被输送至运算控制回路13，成为所谓的流量零模式。在上述流量零模式下，运算控制回路13接受设定流量零的信号而关闭流量控制阀6。其结果是，在流量控制阀6与开关阀8之间的流路2中残存气体。另外，由于开关阀8完全阻止向处理腔室9的气体供给，因此可使用比流量控制阀6泄漏少且阀闭锁力强的阀。
在上述流量零模式下，运算控制回路13计算上游侧压力传感器4的检测值P1与下游侧压力传感器5的检测值P2之差(P1-P2)。
上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5测量封闭两端的流路2内的相同的气体压力。因此，由于上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5若正常作动，应输出相同的检测值，因此上游侧压力传感器的检测值与下游侧压力传感器的检测值之差(P1-P2)应当为零。
另一方面，可想在上游侧压力传感器4的检测值P1与下游侧压力传感器5的检测值P2之差(P1-P2)非零的情况下，依其差的程度，上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5中的任一方或双方产生误差或故障。
因此，通过计算上游侧压力传感器4的检测值与下游侧压力传感器5的检测值之差，判定其差的程度，即使不使流路2成为真空状态，也能够检查上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5中的任一者是否有故障或误差。
特别是，如图4所示，在与处理腔室9连接的流路为多条，并且具有在上述流量零模式下关闭开关阀8的流路，和开启开关阀8而以规定流量流通气体的流路的情况下，能够一面使流通气体的流路原样地流通气体，一面检测出在上述流量零模式的压力式流量控制装置1的上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5上是否有异常。
运算控制回路13将检测值之差(P1-P2)作为压力传感器异常判定用信号而输出至外部控制装置14，外部控制装置14可以具备通过将作为上述压力传感器异常判定用信号的检测值之差(P1-P2)与事先设定的临界值进行比较，判定有无异常的异常判定单元。例如，在作为上述压力传感器异常判定用信号的检测值之差(P1-P2)的绝对值超过上述临界值的情况下，外部控制装置14判定有异常。通过将基于上述异常判定单元的判定结果显示于例如显示器14a，能够通知压力传感器的更换时期。
再者，在其他的实施方式中，运算控制回路13将上游侧压力传感器4的检测值(P1)与下游侧压力传感器的检测值(P2)之差(P1-P2)相对于上游侧压力传感器4和下游侧压力传感器5的额定压力(Pmax)的比例[((P1-P2)/Pmax)×100](％)作为压力传感器异常判定信号而予以输出，例如能够显示于显示器14a等。
在这种情况下，运算控制回路13能够将[((P1-P2)/Pmax)×100](％)的压力传感器异常判定用信号作为流量输出值(Qout)而输出至外部控制装置14。外部控制装置14可以具备异常判定单元，该异常判定单元由于将流量输出值(Qout)自流量设定零的漂移作为自设定流量零的零点漂移而予以判别，因此在该零点漂移的漂移宽度超过事先设定的上述临界值的情况下，判定压力传感器存在异常。再者，还能够通过调整漂移进行零点调整。
本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，流量控制阀也可以用螺线管驱动型取代压电元件驱动型。
再者，在上述实施方式中，虽然针对在上述流量零模式下，流量控制阀6关闭的状态下的异常检测进行了说明，但是即使在流量控制阀未关闭的状态下，若例如与压力式流量控制装置1的上游部连接的开关阀(图中未示出)被关闭等的、流体不在压力式流量控制装置1内的流路2中流动的状态时，则与上述实施方式相同，能够检测出上游侧压力传感器和下游侧压力传感器的以上的有无。

Claims (8)

1.一种压力式流量控制装置，所述压力式流量控制装置分别设置于与处理腔室连接的多个流路，其特征在于，具备：
收缩部，所述收缩部介于气体流动的流路上；
上游侧压力传感器，所述上游侧压力传感器用于检测出所述收缩部的上游侧的气体压力；
下游侧压力传感器，所述下游侧压力传感器用于检测出所述收缩部的下游侧的气体压力；
流量控制阀，所述流量控制阀设置在所述上游侧压力传感器的上游侧流路上；以及
运算控制回路，所述运算控制回路通过根据所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的各自的检测值控制所述流量控制阀，将气体的流量控制为设定流量，
在下述状态下，设置在第一流路的压力式流量控制装置的所述运算控制回路计算所述上游侧压力传感器的检测值与所述下游侧压力传感器的检测值之差，同时根据计算出的所述差输出压力传感器异常判定用信号，所述状态为：包含于所述多个流路的所述第一流路中处理结束，并且其他第二流路中进行向处理腔室的气体供给处理，在所述第二流路中流动气体，另一方面，所述第一流路中所述流量控制阀和设置在所述下游侧压力传感器的下游侧流路的开关阀关闭而不流动气体。
2.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，
所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器具有相同的额定压力，
所述运算控制回路将所述上游侧压力传感器的检测值与所述下游侧压力传感器的检测值之差相对于所述额定压力的比例，作为所述压力传感器异常判定用信号而予以输出。
3.根据权利要求2所述的压力式流量控制装置，其特征在于，
所述运算控制回路将所述压力传感器异常判定用信号作为流量输出值而予以输出。
4.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，
还具有利用所述压力传感器异常判定用信号判定所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的异常的异常判定单元。
5.一种压力式流量控制装置的异常检测方法，所述压力式流量控制装分别设置于与处理腔室连接的多个流路，其特征在于，
所述压力式流量控制装置具备：
收缩部，所述收缩部介于气体流动的流路上；
上游侧压力传感器，所述上游侧压力传感器用于检测出所述收缩部的上游侧的气体压力；
下游侧压力传感器，所述下游侧压力传感器用于检测出所述收缩部的下游侧的气体压力；
流量控制阀，所述流量控制阀设置在所述上游侧压力传感器的上游侧流路上；以及
运算控制回路，所述运算控制回路通过根据所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的各自的检测值控制所述流量控制阀，将气体的流量控制为设定流量，
所述异常检测方法包含：
在如下状态下：包含于所述多个流路的第一流路中处理结束，并且其他第二流路中进行向处理腔室的气体供给处理，在所述第二流路中流动气体，另一方面，所述第一流路中设定流量被设定为零而所述流量控制阀和设置在所述下游侧压力传感器的下游侧流路的开关阀关闭而不流动气体，
在所述第一流路中，通过所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器，检测出所述流路内的压力的步骤；
计算所述上游侧压力传感器的检测值与所述下游侧压力传感器的检测值之差的步骤；以及
根据通过计算所求出的所述差输出压力传感器异常判定用信号的步骤。
6.根据权利要求5所述的压力式流量控制装置的异常检测方法，其特征在于，
还包含将所述上游侧压力传感器的检测值与所述下游侧压力传感器的检测值之差相对于所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的相同的额定压力的比例，作为所述压力传感器异常判定用信号而予以输出的步骤。
7.根据权利要求6所述的压力式流量控制装置的异常检测方法，其特征在于，
将所述压力传感器异常判定用信号作为流量输出值而予以输出。
8.根据权利要求5所述的压力式流量控制装置的异常检测方法，其特征在于，
还包含通过将所述压力传感器异常判定用信号与事先设定的临界值进行比较，判定在所述上游侧压力传感器和所述下游侧压力传感器的一方或双方上存在异常的步骤。
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