TW201727419A - 壓力式流量控制裝置及其異常檢測方法 - Google Patents

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Masahiko Takimoto
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Abstract

具備：縮窄部，其係介於流路之間；上游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之上游側的流體壓力；下游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之下游側的流體壓力；流量控制閥，其係被設置在上述上游側壓力感測器之上游側流路；運算控制電路，其係藉由根據上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之各個的檢測值，控制上述流量控制閥，來控制流量，上述運算控制電路係在上述流路內流體不流動之狀態下，運算上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，同時根據運算後之上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號。

Description

壓力式流量控制裝置及其異常檢測方法
本發明係關於使用於半導體製造設備或化學廠房等之壓力式流量控制裝置及其異常檢測方法。
以往，如圖3所示般，所知的有壓力式流量控制裝置10，其具備：應被控制之流體G通過的流路2、介於流路2之間的孔口等之縮窄部3、檢測出縮窄部3之上游側之流體壓力的上游側壓力感測器4、檢測出縮窄部3之下游側之流體壓力的下游側壓力感測器5、被設置在上游側壓力感測器4之上游側之流路2的流量控制閥6和控制流量控制閥6之運算控制部7(專利文獻1等)。
該種壓力式流量控制裝置係利用在藉由上游側壓力感測器4所檢測出之上游側壓力之檢測值(P1)，和藉由下游側壓力感測器5所檢測出之下游側壓力之檢測值(P2)，和通過縮窄部3之流量Q之間，成立特定關係，根據上游側壓力之檢測值(P1)或上游側壓力之檢測值(P1)及下游側壓力之檢測值(P2)，運算控制部7控制流量控制閥6，將流量控制成為特定流量。例如，在滿足 P1≧約2×P2之臨界膨脹條件下，具有流量Q=K1P1(K1一定)之關係，在非臨界膨脹條件下，依存於流量Qc=KP2 m(P1-P2)n(K係依存於流體之種類和流體溫度之比例係數、指數m、n係以該流量式配合實際之流量而被導出的值)之關係，可以藉由該些流量計算式運算流量。
在半導體製造設備等中，如圖4所示般，在壓力式流量控制裝置10之下游設置有開關閥8之複數的流路被連接於製程腔室9，進行一面以開關閥8切換供給至製程腔室9之流體一面進行供給的製程。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕
日本特開2004-138425號公報
〔發明之概要〕
在上述以往之壓力式流量控制裝置中，由於壓力感測器之故障或壓力感測器之檢測值之誤差，有產生控制流量之偏差的情形，必須適時地確認有無壓力感測器的異常。在以往中，使控制流量指令值成為零，對設置有壓力感測器之流路內進行抽真空，確認壓力感測器之檢測值是否顯示零。若壓力感測器之檢測值顯示零時，壓力感測器為正常，可以判斷在流量不產生誤差。
但是，由於如此之壓力感測器之異常的檢測，需要經過抽真空之工程，故在通常之流體供給製程中無法實施，只能在維修模式中實施。
於是，本發明之主要目的係提供即使對設置有壓力感測器之流路進行抽真空，亦可以確認壓力感測器之異常的壓力式流量控制裝置及該壓力式流量控制裝置之異常檢測方法。
為了達成上述目的，與本發明有關之壓力式流量控制裝置之實施型態具備：縮窄部，其係介於流路之間；上游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之上游側的流體壓力；下游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之下游側的流體壓力；流量控制閥，其係被設置在上述上游側壓力感測器之上游側流路；及運算控制電路，其係藉由根據上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之各個的檢測值，控制上述流量控制閥，將流量控制成為設定流量，上述運算控制電路係在上述流路內流體不流動之狀態下，運算上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，同時根據運算後之上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號。
在某實施型態中，上述運算控制電路係在被設置在上述下游側壓力感測器之下游側流路的開關閥之關時，上述流量控制閥被關閉之狀態下，運算上述上游側壓力感測器 之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，同時根據運算後之上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號。
在某實施型態中，上述上游側壓力感測器和上述下游側壓力感測器具有相同的定額壓力，上述運算控制電路係將上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值的差對上述定額壓力之比例，當作上述壓力感測器異常判定用訊號而予以輸出。
在某實施型態中，上述運算控制電路係將上述壓力感測器異常判定用訊號當作流量輸出值而予以輸出。
在某實施型態中，更具有異常判定手段，其係使用上述壓力感測器異常判定用訊號來判定上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之異常。
再者，為了達成上述目的，與本發明有關之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法之實施型態係上述壓力式流量控制裝置具備：縮窄部，其係介於流路之間；上游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之上游側的流體壓力；下游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之下游側的流體壓力；流量控制閥，其係被設置在上述上游側壓力感測器之上游側流路；及運算控制電路，其係藉由根據上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之各個的檢測值，控制上述流量控制閥，將流量控制成為設定流量，上述異常檢測方法包含：在上述流路內流體不流動之狀態下，藉由上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器，檢測出上述流路內之壓力的步驟；運算上述上游側 壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差的步驟；及根據藉由運算所求出的上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號的步驟。
與本發明有關之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法之實施型態中，在上述流路內流體不流動之上述狀態，可以包含被設置在上述下游側壓力感測器之下游側流路的開關閥被關閉，並且設定流量被設定成零而上述流量控制閥被關閉的狀態。
在與本發明有關之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法的實施型態下，可以進一步包含將上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，對上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之相同的定額壓力的比例，當作上述壓力感測器異常判定用訊號而予以輸出的步驟。
在與本發明有關之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法之實施型態中，可以將上述壓力感測器異常判定用訊號當作流量輸出值而予以輸出。
在與本發明有關之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法之實施型態中，可以進一步包含藉由比較上述壓力感測器異常判定用訊號和事先設定的臨界值，判定在上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之一方或雙方具有異常的步驟。
若藉由本發明時，在流路內流體不流動之狀態下，上游側壓力感測器及下游側壓力感測器若正常作動時，由於應輸出相同的檢測值，故上游側壓力感測器之檢測值和下游側壓力感測器之檢測值的差應成為零。另外，在上游側壓力感測器和下游側壓力感測器之各個的檢測值具有差之情況下，有可能會在其中一方或雙方產生誤差或故障。藉由上游側壓力感測器和下游側壓力感測器的各個檢測值之差的程度，可以判定上述壓力式流量控制裝置之控制流量具有異常。
在本發明之一態樣中，於製程結束後縮窄部下游側之開關閥被關閉，使設定流量成為零而縮窄部上游側之流量控制閥被關閉時，由於在流量控制閥和開關閥之間的流路內氣體在不流動之狀態下殘存，上游側壓力感測器和下游側壓力感測器同時檢測出其殘存氣體的壓力。因為上游側壓力感測器及下游側壓力感測器測量被關閉之流路內之氣體壓力，故若正常作動時，由於應輸出相同的檢測值，所以上游側壓力感測器之檢測值和下游側壓力感測器之檢測值之差應成為零。另外，在上游側壓力感測器和下游側壓力感測器之各個的檢測值具有差之情況下，可想有可能會在其中一方或雙方產生誤差或故障。因此，藉由不使流路成為真空狀態，同時求出上游側壓力感測器之檢測值和下游側壓力感測器之檢測值的差，判別其差的程度，可以確認上游側壓力感測器及下游側壓力感測器中之任一者有無故障或檢測誤差，且可以檢測上游側壓力感測器及下游側 壓力感測器之異常，即是控制流量之異常。針對該壓力感測器之異常檢測，由於無須經過抽真空的工程，故能夠於流體供給製程中之下游側開關閥封閉時進行。
再者，在本發明之一態樣中，藉由將上游側壓力感測器之檢測值和下游側壓力感測器之檢測值之差，對壓力感測器之額定壓力的比例，當作上述壓力感測器異常判定用訊號而予以輸出，在上游側壓力感測器及下游側壓力感測器產生誤差之情況下，可以知道誤差之比例，再者，也可以藉由比較誤差之比例和事先設定之臨界值來判定是否異常。
1‧‧‧壓力式流量控制裝置
2‧‧‧流路
3‧‧‧縮窄部
4‧‧‧上游側壓力感測器
5‧‧‧下游側壓力感測器
6‧‧‧流量控制閥
8‧‧‧開關閥
13‧‧‧運算控制電路
圖1為表示本發明之壓力式流量控制裝置之一實施型態的概略構成圖。
圖2為表示本發明之壓力式流量控制裝置之其他實施型態的概略構成圖。
圖3為表示以往之壓力式流量控制裝置的概略構成圖。
圖4為表示以往之壓力式流量控制裝置朝製程腔室的連接例的概略構成圖。
針對與本發明有關之壓力式流量控制裝置之幾個實施型態，以下參照圖1及圖2進行說明。另外，包含以往技 術，針對相同或類似之構成部分賦予相同符號。
圖1為表示壓力式流量控制裝置之一實施型態的概略構成圖。壓力式流量控制裝置1具備有介於流路2之間的縮窄部3、用以檢測出縮窄部3之上游側之流體壓力的上游側壓力感測器4、用以檢測出縮窄部3之下游側的流體壓力的下游側壓力感測器5、被設置在上游側壓力感測器4之上游側流路的流量控制閥6、藉由根據上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5之各個的檢測值控制流量控制閥6，控制流量的運算控制電路13。另外，雖然無圖示，檢測出流路2內之流體溫度的溫度感測器能配設在例如上游側壓力感測器4和縮窄部3之間。
流路2能在金屬製塊等穿孔而被形成。縮窄部3係藉由介於流路2之間的薄板之孔口板而形成。上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5能使用例如內裝矽單晶之感測器單片和隔膜的壓力感測器。上游側壓力感測器4和下游側壓力感測器5理想上使用相同的定額壓力、相同的規格者。流量控制閥6使用壓電元件驅動式之金屬製隔膜閥。
在下游側壓力感測器5之下游側流路設置有開關閥8。在圖1所示之例中，雖然開關閥8被連接於壓力式流量控制裝置1之外部，但是在其他變更態樣中，如圖2所示般，能在壓力式流量控制裝置1內裝開關閥8。開關閥8係例如使用氣體驅動閥，驅動氣體之供給藉由電磁閥等被ON/OFF控制，而能被開關控制。
在外部控制裝置14中設定流量被設定，被設定之設定流量的訊號從外部控制裝置14被送至運算控制電路13。運算控制電路13係根據上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5之各個的檢測值，藉由臨界膨脹條件或非臨界膨脹條件下的流量計算式，運算流量，控制流量控制閥6使通過縮窄部3之流體的流量成為設定流量。運算控制電路13可以將運算後之流量當作流量輸出值(Qout)輸出至外部控制裝置14，藉由使外部控制裝置14接收到的流量輸出值(Qout)顯示於顯示器14a，可以監視藉由運算所取得的流量。
壓力式流量控制裝置1被組裝於半導體製造線之氣體供給線等之流路。在半導體製造線中，複數之流路被連接於製程腔室9(參照圖4)，在上述複數之流路之各個上設置有壓力式流量控制裝置1，藉由切換設置在各流路之開關閥8，種類不同之製程氣體被流量控制而依序被供給至製程腔室9。於製程氣體被供給至製程腔室9之期間，藉由真空泵11對製程腔室9內進行抽真空。在某製程結束後，由於停止氣體供給，故當藉由來自外部控制裝置14之指令，開關閥8被關閉時，配合此，使流量控制閥6之控制流量成為零的訊號從外部控制裝置14被送至運算控制電路13，成為所謂的流量零模式。在上述流量零模式中，運算控制電路13接受設定流量零之訊號使得關閉流量控制閥6被關閉。其結果，在流量控制閥6和開關閥8之間的流路2殘存氣體。另外，由於開關閥8完全阻止 朝製程腔室9供給氣體，故能使用相較於流量控制閥6洩漏少且閥閉鎖力強的閥體。
在上述流量零模式中，運算控制電路13運算上游側壓力感測器4之檢測值(P1)和下游側壓力感測器5之檢測值(P2)之差(P1-P2)。
上游側壓力感測器4和下游側壓力感測器5測量封閉兩端之流路2內之相同的氣體壓力。因此，由於上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5若正常作動時，應輸出相同的檢測值，故上游側壓力感測器之檢測值和下游側壓力感測器之檢測值之差(P1-P2)應成為零。
另外，可想在上游側壓力感測器4檢測值(P1)和下游側壓力感測器5之檢測值(P2)之差(P1-P2)非零之情況下，依其差的程度，上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5中之任一方或雙方產生誤差或故障。
因此，藉由運算上游側壓力感測器4之檢測值和下游側壓力感測器5之檢測值的差，判定其差之程度，即使不使流路2成為真空狀態，亦可以確認在上游側壓力感測器4和下游側壓力感測器5中之任一者是否有故障或誤差。
尤其，如圖4所示般，與製程腔室9連接之流路為複數，具有在上述流量零模式關閉開關閥8之流路，和開啟開關閥8而以特定流量流通氣體之流路之情況下，可以一面使流通氣體之流路原樣地流通氣體，一面檢測出在上述流量零模式之壓力式流量控制裝置1之上游側壓力感測器4和下游側壓力感測器5是否有異常。
運算控制電路13係將檢測值之差(P1-P2)當作壓力感測器異常判定用訊號而輸出至外部控制裝置14，外部控制裝置14可以具備藉由比較作為上述壓力感測器異常判定用訊號的檢測值之差(P1-P2)與事先設定之臨界值，判定有無異常的異常判定手段。例如，外部控制裝置14係於作為上述壓力感測器異常判定用訊號的檢測值之差(P1-P2)之絕對值超過上述臨界值之情況下，判定有異常。藉由將藉由上述異常判定手段的判定結果顯示於例如顯示器14a，可以知道壓力感測器之更換時期。
再者，在其他的實施型態中，運算控制電路13係將上游側壓力感測器4之檢測值(P1)和下游側壓力感測器之檢測值(P2)之差(P1-P2)對上游側壓力感測器4及下游側壓力感測器5之定額壓力(Pmax)的比例〔((P1-P2)/Pmax)×100〕(%)，當作壓力感測器異常判定訊號而予以輸出，例如可以顯示於顯示器14a等。
在此情況下，運算控制電路13係可以將〔((P1-P2)/Pmax)×100〕(%)之壓力感測器異常判定用訊號當作流量輸出值(Qout)而輸出至外部控制裝置14。外部控制裝置14具備異常判定手段，其由於將流量輸出值(Qout)從流量設定零的漂移，當作從設定流量零來的零點漂移而進行判別，故於該零點飄移之偏移寬度超過事先設定的上述臨界值之情況下，判定在壓力感測器具有異常。再者，也可以藉由調整漂移，進行零點調整。
本發明並不限定於上述實施型態，只要在不脫離本發 明之主旨的範圍下，能夠做各種變更。例如，流量控制閥亦可以螺線管驅動型取代壓電元件驅動型。
再者，在上述實施型態中，雖然針對在上述流量零模式，流量控制閥6關閉之狀態下的異常檢測進行說明，但是即使在流量控制閥無關閉之狀態下，若例如與壓力式流量控制裝置1之上游部連接之開關閥(無圖示)被關閉等，在壓力式流量控制裝置1內之流路2流體不流動之狀態時，則與上述實施型態相同，亦能夠檢測出上游側壓力感測器及下游側壓力感測器之以上的有無。
1‧‧‧壓力式流量控制裝置
2‧‧‧流路
3‧‧‧縮窄部
4‧‧‧上游側壓力感測器
5‧‧‧下游側壓力感測器
6‧‧‧流量控制閥
8‧‧‧開關閥
9‧‧‧製程腔室
11‧‧‧真空泵
13‧‧‧運算控制電路
14‧‧‧外部控制裝置
14a‧‧‧顯示器

Claims (10)

  1. 一種壓力式流量控制裝置，其特徵在於具備：縮窄部，其係介於流路之間；上游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之上游側的流體壓力；下游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之下游側的流體壓力；流量控制閥，其係被設置在上述上游側壓力感測器之上游側流路；運算控制電路，其係藉由根據上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之各個的檢測值，控制上述流量控制閥，將流量控制成為設定流量，上述運算控制電路係在上述流路內流體不流動之狀態下，運算上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，同時根據運算後之上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號。
  2. 如請求項1所載之壓力式流量控制裝置，其中上述運算控制電路係在被設置在上述下游側壓力感測器之下游側流路的開關閥之關時，上述流量控制閥被關閉之狀態下，運算上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，同時根據運算後之上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號。
  3. 如請求項1所載之壓力式流量控制裝置，其中上述上游側壓力感測器和上述下游側壓力感測器具有 相同的定額壓力，上述運算控制電路係將上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，對上述定額壓力的比例，當作上述壓力感測器異常判定用訊號而予以輸出。
  4. 如請求項3所載之壓力式流量控制裝置，其中上述運算控制電路係將上述壓力感測器異常判定用訊號當作流量輸出值而予以輸出。
  5. 如請求項1所載之壓力式流量控制裝置，其中進一步具有使用上述壓力感測器異常判定用訊號而判定上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之異常的異常判定手段。
  6. 一種壓力式流量控制裝置之異常檢測方法，其特徵在於上述壓力式流量控制裝置具備：縮窄部，其係介於流路之間；上游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之上游側的流體壓力；下游側壓力感測器，其係用以檢測出上述縮窄部之下游側的流體壓力；流量控制閥，其係被設置在上述上游側壓力感測器之上游側流路；運算控制電路，其係藉由根據上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之各個的檢測值，控制上述流量 控制閥，將流量控制成為設定流量，上述異常檢測方法包含：在上述流路內流體不流動之狀態下，藉由上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器，檢測出上述流路內之壓力的步驟；運算上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差的步驟；及根據藉由運算所求出的上述差輸出壓力感測器異常判定用訊號的步驟。
  7. 如請求項6所載之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法，其中在上述流路內流體不流動之上述狀態，包含被設置在上述下游側壓力感測器之下游側流路的開關閥被關閉，並且設定流量被設定成零而上述流量控制閥被關閉的狀態。
  8. 如請求項6所載之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法，其中進一步包含將上述上游側壓力感測器之檢測值和上述下游側壓力感測器之檢測值之差，對上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之相同的定額壓力的比例，當作上述壓力感測器異常判定用訊號而予以輸出的步驟。
  9. 如請求項8所載之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法，其中將上述壓力感測器異常判定用訊號當作流量輸出值而予以輸出。
  10. 如請求項6所載之壓力式流量控制裝置之異常檢測方法，其中進一步包含藉由比較上述壓力感測器異常判定用訊號和事先設定的臨界值，判定在上述上游側壓力感測器及上述下游側壓力感測器之一方或雙方具有異常的步驟。
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