JP6526374B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばガスの流量を制御するマスフローコントローラ等の流体制御装置に関するものである。

例えば半導体プロセスに用いられるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣともいう。）として、特許文献１に示すような構成のものが知られている。

このＭＦＣは、流路内を流れる流体の質量流量を計測する流量センサと、流路内を流れる流体の質量流量を調整する流量調整弁と、前記流量センサからの流量測定値及び所定の設定流量値に基づいて前記流量調整弁を制御する制御部と、外部装置と通信を行うための通信部とを備えている。また、制御部等に設けられた内部メモリには、前記流量制御弁等を制御するための計測制御プログラムと共に、前記通信部を制御するための通信プログラムが格納されている。

そして、前記制御部は、前記通信プログラムにより前記通信部を制御することによって、外部装置から送信されるアップデート用のプログラムを受信して、前記計測制御プログラムをアップデートするように構成されている。

しかしながら、前記計測制御プログラム及び前記通信プログラムが、単一の内部メモリに格納されているため、前記計測制御プログラムのアップデートの途中で電源が落ちた場合には、前記計測制御プログラムが破損するだけでなく、前記通信プログラムも破損してしまう。そうすると、以後、外部装置と通信を行うことができなくなってしまうという問題がある。

特表２００５−５３１０６９号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、通信部により外部装置から計測制御プログラムの書き込みや書き換えが行われている最中に電源が落ちた場合に、通信プログラムが壊れないようすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る流体制御装置は、流体を計測又は制御するための計測制御部と、外部装置と通信を行う通信部と、前記通信部を制御するための通信プログラムを格納する第１記録部と、前記計測制御部を制御するための計測制御プログラムを格納する第２記録部と、中央演算処理部とを備え、前記第１記録部に格納された通信プログラムが前記中央演算処理部により書き換え不能であり、前記第２記録部に格納された計測制御プログラムが前記中央演算処理部により書き換え可能に構成されていることを特徴とする。ここで、計測制御部とは、実際に流体制御を行う流量調整弁等の制御要素又は流体制御を行うために流体の流量を測定する流量センサ等の測定要素の少なくとも一方を含む概念である。

このようなものであれば、通信プログラムを格納する第１記録部と計測制御プログラムを格納する第２記録部とを有し、第１記録部に格納された通信プログラムが中央演算処理部により書き換え不能に構成され、第２記録部に格納された計測制御プログラムが中央演算処理部により書き換え可能に構成されているので、通信部により外部装置から計測制御プログラムの書き込みや書き換えが行われている最中に電源が落ちた場合であっても、第１記録部に格納された通信プログラムが壊れることが無い。

前記中央演算処理部が、前記第１記録部又は前記第２記録部を選択するためのチップセレクト信号を出力するチップセレクト出力端子を有し、前記チップセレクト出力端子と、前記第１記録部のチップセレクト入力端子及び前記第２記録部のチップセレクト入力端子とを接続するチップセレクトラインと、前記チップセレクトラインを切り替えて、前記チップセレクト信号が入力される記録部を前記第１記録部及び前記第２記録部の間で切り替えるスイッチ部とを備えていることが望ましい。
これならば、チップセレクト出力端子を用いて第１記録部又は第２記録部の一方にチップセレクト信号を出力することができるので、中央演算処理部におけるその他のチップセレクト出力端子を他の構成要素に有効活用することができる。

前記中央演算処理部が、前記スイッチ部を制御するものであり、前記中央演算処理部の汎用入出力端子に接続されて、前記スイッチ部を切り替えるための切り替え信号を前記スイッチ部に出力する切り替えラインを備えていることが望ましい。
これならば、中央演算処理部のチップセレクト出力端子を用いることなく、中央演算処理部によりスイッチ部を制御することができる。

このように構成した本発明によれば、計測制御プログラム及び通信プログラムを別々に記録部に格納しているので、通信を介して、計測制御プログラムをアップデート等の書き込みや書き換え途中に、電源が落ちた場合等であっても、通信プログラムが壊れることを防ぐことができる。

本実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図。 同実施形態における制御部の構成を示す模式図。 同実施形態における制御部の動作を示すフローチャート。

以下に、本発明に係る流体制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態の流体制御装置１００は、例えば半導体製造装置に用いられるガス又は液体等の流体の流量を制御するマスフローコントローラであって、図１に示すように、流体を計測又は制御するための計測制御部２と、外部装置（不図示）と通信を行う通信部３と、前記計測制御部２及び前記通信部３を制御する制御部４とを有する。

計測制御部２は、流路内を流れる流体の流量を計測する例えば差圧式の流量センサ２１と、流路内を流れる流体の流量を調整する流量調整弁２２とを備えている。
なお、流量センサ２１は、流体の瞬時流量を電気信号として検出するセンシング部（上流側圧力センサ及び下流側圧力センサ）２１１と、当該センシング部２１１からの電気信号を増幅等する内部電気回路２１２とを有し、流量に応じたアナログ信号である流量測定信号を出力する。流量調整弁２２は、例えばその弁開度をピエゾ素子等よりなるアクチュエータによって変化させうるように構成したものであって、外部からの電気信号である開度制御信号を与えられることによって前記アクチュエータを駆動し、その開度制御信号の値に応じた弁開度を調整して流体の流量を制御する。

通信部３は、例えば上位制御装置（マスタ装置）等の外部装置と通信を行うものであり、所定の通信プロトコルにより外部装置との間で通信を行うものである。本実施形態の通信部３は、イーサキャット（ＥｔｈｅｒＣＡＴ）により外部装置と通信を行うものである。この通信部３は、通信用の専用ＩＣを用いて構成しても良いし、後述する制御部４を構成するＣＰＵ４４に組み込んで構成されたものであっても良い。ここで、通信部３を構成する通信用ＩＣを制御部４を構成する中央演算処理部４４に組み込んだものとすることで、省スペースが可能となり、また、低コストが可能となる。

制御部４は、通信保護機能を有するものであり、図１及び図２に示すように、通信部３を制御するための通信プログラム等を格納する第１記録部４１と、計測制御部３を制御するための計測制御プログラム等を格納する第２記録部４２と、通信プログラムにより前記通信部３を制御するとともに、前記計測制御プログラムにより前記計測制御部２を制御する中央演算処理部４４とを備えている。

第１記録部４１は、メモリから構成されており、本実施形態では、不揮発性の半導体メモリ（例えばフラッシュメモリ（フラッシュＲＯＭ）等）である。この第１記録部４１には、ブート処理を行うためのプログラム（ブートローダ）と、後述の第２記録部４２に格納されたプログラムが壊れているか否か等をＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）によりチェックするチェックプログラムと、前記イーサキャットにより外部装置と通信すべく通信部３を制御するための通信プログラム（ファームウェア）と、後述の第２記録部４２に格納されたプログラムを更新するための更新用プログラムとが格納されている。これらのプログラムは、製品製造時又は出荷時に前記第１記録部４１に書き込まれるものであり、以後、中央演算処理部４４により書き換えが行われないものである。なお、第１記録部４１は、書き換え不能なメモリを使うことにより構造的に中央演算処理部４４により書き込みができない構成であっても良いし、プログラム的に中央演算処理部４４により書き込みがされないように構成しても良い。

第２記録部４２は、前記第１記録部４１と同様に、メモリから構成されており、本実施形態では、不揮発性の半導体メモリ（例えばフラッシュメモリ（フラッシュＲＯＭ）等）である。この第２記録部４２には、前記イーサキャットにより外部装置と通信すべく通信部３を制御するための通信プログラム（ファームウェア）と、第２記録部４２に格納された計測制御プログラムを更新するための更新用プログラムと、計測制御部２を制御するための計測制御プログラム（ファームウェア）とが格納されている。

具体的に第２記録部４２には、前記計測制御部２全体を制御するための制御プログラムが格納されており、本実施形態では、前記流量センサ２１からの流量測定信号に基づいて前記流量調整弁２２を例えばＰＩＤ制御するための制御プログラム等が格納されている。この制御プログラムは、弁開度制御信号を算出するためのＰＩＤ制御アルゴリズム及びその制御式を示すデータである。前記制御式の各調整係数データは、後述する第３記録部４３に格納されている。なお、この計測制御プログラムは、製品製造時又は出荷時に前記第２記録部４２に書き込まれるものであり、以後、更新用プログラムを用いて中央演算処理部４４により書き換え（アップデート）が行われる場合がある。

なお、制御部４は、前記第１記録部４１及び前記第２記録部４２の他に、別の記録部（第３記録部４３）を有している。この第３記録部４３には、前記計測制御部２を構成する各部のデータ又は制御に用いるデータが格納されており、本実施形態では、ＡＤ変換器４５の変換特性を示す変換特性データ（係数データ）、ＤＡ変換器４６の変換特性を示す変換特性データ（係数データ）、弁開度制御信号を算出するに際して用いるＰＩＤ制御の各調整係数データ、ガス種毎のセンサ出力（計測データ）に対する流量測定値を示す検量線データ（センサ出力−流量値データ）、実流量と測定流量との検量線データ、計測制御部２を構成する流量センサ２１やその他の構成部品（例えば温度センサ、流体抵抗素子（リストリクタ）など）の器差を補正するための較正データ、流量センサ２１等の外部センサにより得られた各種データ、例えば流量センサ２１が差圧センサの場合には、上流側圧力センサにより得られたガスの供給圧の履歴データ、製品のトレーサビリティデータ（補正ツールのバージョン情報を示すデータ）等が格納されている。なお、この第３記録部４３は、メモリから構成されており、本実施形態では、不揮発性の半導体メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ等）である。なお、本実施形態では、前記第１記録部４１及び前記第２記録部４２をフラッシュＲＯＭから構成し、第３記録部４３をＥＥＰＲＯＭから構成しており、マスフローコントローラ１００の動作中に経時的にデータが格納される第３記録部４３の方が、書き込みスピードの速いメモリを用いている。

中央演算処理部４４は、特に図２に示すように、ＣＰＵから構成されており、前記第１記録部４１又は前記第２記録部４２を選択するためのチップセレクト信号（ＣＳ）を出力する単一のチップセレクト出力端子４４ａを有している。その他、中央演算処理部４４には、前記第３記録部４３を選択するためのチップセレクト信号（ＣＳ）を出力するチップセレクト出力端子４４ｂ、ＡＤ変換器４５を選択するためのチップセレクト信号を出力するチップセレクト出力端子（不図示）、ＤＡ変換器４６を選択するためのチップセレクト信号を出力するチップセレクト出力端子（不図示）、前記第１記録部４１及び前記第２記録部４２等にクロック信号（ＣＬＫ）を出力するためのクロック出力端子４４ｃ、前記第１記録部４１及び前記第２記録部４２等との間で各種データ（ＤＡＴ）を入出力するためのデータ入出力端子４４ｄ等を有している。なお、図２において、符号４１ａは、中央演算処理部４４からのチップセレクト信号が入力される第１記録部４１のチップセレクト入力端子であり、符号４１ｂは、中央演算処理部４４からのクロック信号が入力される第１記録部４１のクロック入力端子であり、符号４１ｃは、中央演算処理部４４との間で各種データを入出力するための第１記録部４１のデータ入出力端子である。また、符号４２ａは、中央演算処理部４４からのチップセレクト信号が入力される第２記録部４２のチップセレクト入力端子であり、符号４２ｂは、中央演算処理部４４からのクロック信号が入力される第２記録部４２のクロック入力端子であり、符号４２ｃは、中央演算処理部４４との間で各種データを入出力するための第２記録部４２のデータ入出力端子である。さらに、符号４３ａは、中央演算処理部４４からのチップセレクト信号が入力される第３記録部４３のチップセレクト入力端子であり、符号４３ｂは、中央演算処理部４４からのクロック信号が入力される第３記録部４３のクロック入力端子であり、符号４３ｃは、中央演算処理部４４との間で各種データを入出力するための第３記録部４３のデータ入出力端子である。そして、各端子と各構成要素との間には、信号線が接続されている。なお、チップセレクト出力端子（４４ａ、４４ｂ等）は、中央演算処理部４４により読み込まれたプログラムにより選択されて操作される汎用入出力端子では無く、ＣＰＵ内のハードウエアで操作される端子であり、例えば中央演算処理部４４に含まれるシリアル・ペリフェラル・インターフェイス（ＳＰＩ）を構成する端子である。前記ＳＰＩは、チップセレクト出力端子（４４ａ、４４ｂ等）、クロック出力端子４４ｃ及びデータ入出力端子（４４ｄ等）から構成されている。

特に、チップセレクト出力端子４４ａには、第１記録部４１のチップセレクト入力端子４１ａ及び第２記録部４２のチップセレクト入力端子４２ａを接続するチップセレクトラインＬ１が接続されており、当該チップセレクトラインＬ１には、スイッチ部ＳＷが設けられている。

このスイッチ部ＳＷは、チップセレクトラインＬ１を切り替えて、チップセレクト信号が入力される記録部を第１記録部４１及び第２記録部４２の間で切り替えるものである。

そして、このスイッチ部ＳＷには、前記中央演算処理部４４の汎用入出力端子４４ｅに接続されて、スイッチ部ＳＷを切り替えるための切り替え信号を出力する切り替えラインＬ２が接続されている。この切り替えラインＬ２によって、スイッチ部ＳＷは中央演算処理部４４によって制御される。なお、汎用入出力端子４４ｅは、中央演算処理部４４により読み込まれたプログラムにより選択されて操作される端子である。

次に、マスフローコントローラ１００の動作について図３を参照して説明する。
マスフローコントローラ１００の電源が投入された際に、中央演算処理部４４は、前記スイッチ部ＳＷに切り替え信号を出力して、スイッチ部ＳＷを制御して、中央演算処理部４４のチップセレクト出力端子４４ａ及び第１記録部４１のチップセレクト入力端子４１ａを接続して、チップセレクト信号を第１記録部４１に出力する。そして、中央演算処理部４４は、前記第１記録部４１に格納されたブートローダをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いてブート処理を行う（ステップＳ１）。また、中央演算処理部４４は、第１記録部４１に格納されたチェックプログラムをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いて、第２記録部４２に格納されているプログラムが正常か否か等をチェックする（ステップＳ２）。ここで、前記チェックは、第２記録部４２に格納されたプログラムの正常時（例えば製品出荷時）におけるＣＲＣ値とチェック時におけるＣＲＣ値とを比較して一致しているか否かにより行う。両者のＣＲＣ値が一致していれば正常であり、異なっていれば異常である。

前記ステップＳ２の結果、第２記録部４２に格納されているプログラムが正常であれば、中央演算処理部４４は、前記スイッチ部ＳＷに切り替え信号を出力して、スイッチ部ＳＷを制御して、中央演算処理部４４のチップセレクト出力端子４４ａ及び第２記録部４２のチップセレクト入力端子４２ａを接続して、チップセレクト信号を第２記録部４２に出力する。そして、中央演算処理部４４は、第２記録部４２に格納された通信プログラムをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し（ステップＳ３）、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いて通信部３を制御する（ステップＳ４）。また、中央演算処理部４４は、第２記録部４２に格納された計測制御プログラムをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し（ステップＳ３）、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いて計測制御部２を制御する（ステップＳ４）。

一方で、前記ステップＳ２の結果、第２記録部４２に格納されているプログラムが壊れている等の異常があれば、中央演算処理部４４は、前記スイッチ部ＳＷに切り替え信号を出力して、スイッチ部ＳＷを制御して、中央演算処理部４４のチップセレクト出力端子４４ａ及び第１記録部４１のチップセレクト入力端子４１ａを接続して、チップセレクト信号を第１記録部４１に出力する。そして、中央演算処理部４４は、第１記録部４１に格納された通信プログラムをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し（ステップＳ５）、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いて通信部３を制御する（ステップＳ６）。また、中央演算処理部４４は、第１記録部に格納された更新用プログラムをメインメモリ（ＲＡＭ）４７に読み出し（ステップＳ５）、当該メインメモリ４７上に読み出されたプログラムを用いて、前記通信部３を介して取得したアップデート用の計測制御プログラムを第２記録部４２に格納して計測制御プログラムを書き換える（ステップＳ６）。その後、上述したステップＳ３及びステップ４により、通常のマスフローコントローラの動作を行う。なお、前記ステップＳ６の後に前記ステップＳ３及び前記ステップＳ４を行うことなく終了しても良い。

また、本実施形態では、前記第１記録部４１、前記第２記録部及び前記中央演算処理部４４は、同一の第１基板上に搭載されている。一方で、第３記録部４３は、前記第１基板とは異なる第２基板上に搭載されている。このように、第１記録部４１、第２記録部４２及び中央演算処理部４４の搭載基板と、第２記録部４４の搭載基板を物理的に分離しているので、第１基板の故障等、例えば中央演算処理部４４の故障や第１記録部４１の故障等で中央演算処理部４４や第１記録部４１等を交換する場合であっても、それまでに蓄積した第３記録部４３に格納されたデータを残したまま、中央演算処理部４４や第１記録部４１等を交換することができる。なお、第２基板には、その他、ＡＤ変換器やＤＡ変換器等が搭載されている。

このように構成した本実施形態のマスフローコントローラ１００によれば、通信プログラムを格納する第１記録部４１と計測制御プログラムを格納する第２記録部４２とを有し、第１記録部４１に格納された通信プログラムが中央演算処理部４４により書き換え不能に構成され、第２記録部４２に格納された計測制御プログラムが中央演算処理部４４により書き換え可能に構成されているので、通信部３を介して計測制御プログラムを書き換えている途中に電源が落ちた場合であっても、第１記録部４１に格納された通信プログラムが壊れることが無い。これにより、計測制御プログラムを第２記録部４２に書き込むための通信を第１記録部４１に格納された通信プログラムを用いて可能にすることができ、計測制御プログラムを書き換えることができる。

また、チップセレクト出力端子４４ａと、第１記録部４１のチップセレクト入力端子４１ａ及び第２記録部４２のチップセレクト入力端子４２ａとを接続するチップセレクトラインＬ１をスイッチ部ＳＷにより切り替える構成としているので、中央演算処理部４４におけるその他のチップセレクト出力端子を他の構成要素に有効活用することができる。

さらに、中央演算処理部４４の汎用入出力端子４４ｅに接続された切り替えラインＬ２によりスイッチ部ＳＷを制御しているので、中央演算処理部４４のチップセレクト出力端子を用いることなく、中央演算処理部４４によりスイッチ部ＳＷを制御することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、第１記録部と第２記録部との間でチップセレクト出力端子を共通としているが、それぞれ別のチップセレクト出力端子を用いても良い。

また、前記実施形態の流体制御装置がマスフローコントローラであり、計測制御部が流量センサ及び流量調整弁を有するものであったが、流体制御装置の計測制御部が流量センサ等の計測要素のみを有するものであっても良いし、流量調整弁等の制御要素のみを有するものであっても良い。また、前記実施形態の流量センサは差圧式の流量センサであったが、熱式の流量センサであっても良い。また、流体制御装置として、流体の圧力を制御するための圧力センサを有する圧力コントローラであっても良い。

また、前記実施形態では、第１記録部４１にブートローダとは別にチェックプログラムを格納するものであったが、ブートローダがチェック機能を有するものであっても良い。

さらに、前記実施形態の計測制御部２及び制御部３は、単一のケーシング内に収容されたものであっても良いし、計測制御部２及び制御部３をケーブル接続して構成しても良い。

その上、前記実施形態の第２記録部４２及び第３記録部４３それぞれに記録するプログラムは、前記実施形態に限られず、前記第２記録部４２に記録されたデータの一部を前記第３記録部４３に記録するように構成しても良い。

加えて、本発明は、測定対象物の物理量又は化学量等を計測する計測部と、外部装置と通信を行う通信部と、前記通信部を制御するための通信プログラムを格納する第１記録部と、前記計測部を制御するための計測プログラムを格納する第２記録部と、中央演算処理部とを備え、前記第１記録部に格納された通信プログラムが前記中央演算処理部により書き換え不能に構成され、前記第２記録部に格納された計測プログラムが前記中央演算処理部により書き換え可能に構成されている計測装置に適用することもできる。なお、計測部としては、例えばｐＨ計等の電気化学測定を行うものであっても良いし、紫外光、可視光、赤外光、近赤外光等の光を用いた光測定を行うものであっても良いし、その他の分析を行うものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・マスフローコントローラ（流体制御装置）
２ ・・・計測制御部
２１ ・・・流量センサ
２２ ・・・流量調整弁
３ ・・・通信部
４ ・・・制御部
４１ ・・・第１記録部
４２ ・・・第２記録部
４４ ・・・中央演算処理部
４４ａ・・・チップセレクト出力端子
４４ｈ・・・汎用入出力端子
Ｌ１ ・・・チップセレクトライン
ＳＷ ・・・スイッチ部
Ｌ２ ・・・切り替えライン

Claims (3)

1. 流路内を流れる流体の流量を計測する流量センサ及び前記流路内を流れる流体の流量を調整する流量調整弁を有する計測制御部と、
   外部装置と通信を行う通信部と、
   前記通信部を制御するための通信プログラムを格納する第１記録部と、
   前記計測制御部を制御するための計測制御プログラム及び当該計測制御プログラムを更新するための更新用プログラムを格納する第２記録部と、
   中央演算処理部とを備え、
   前記第１記録部に格納された通信プログラムが前記中央演算処理部により書き換え不能に構成され、前記第２記録部に格納された計測制御プログラムが前記中央演算処理部により書き換え可能に構成されているマスフローコントローラ。
2. 前記中央演算処理部が、前記第１記録部又は前記第２記録部を選択するためのチップセレクト信号を出力するチップセレクト出力端子を有し、
   前記チップセレクト出力端子と、前記第１記録部のチップセレクト入力端子及び前記第２記録部のチップセレクト入力端子とを接続するチップセレクトラインと、
   前記チップセレクトラインを切り替えて、前記チップセレクト信号が入力される記録部を前記第１記録部及び前記第２記録部の間で切り替えるスイッチ部とを備えている請求項１記載のマスフローコントローラ。
3. 前記中央演算処理部が、前記スイッチ部を制御するものであり、
   前記中央演算処理部の汎用入出力端子に接続されて、前記スイッチ部を切り替えるための切り替え信号を前記スイッチ部に出力する切り替えラインを備えている請求項２記載のマスフローコントローラ。