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KR101550255B1 - 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치와, 이것을 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법 및 모니터 유량 이상 시의 처치 방법 - Google Patents

유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치와, 이것을 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법 및 모니터 유량 이상 시의 처치 방법 Download PDF

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KR101550255B1
KR101550255B1 KR1020137028103A KR20137028103A KR101550255B1 KR 101550255 B1 KR101550255 B1 KR 101550255B1 KR 1020137028103 A KR1020137028103 A KR 1020137028103A KR 20137028103 A KR20137028103 A KR 20137028103A KR 101550255 B1 KR101550255 B1 KR 101550255B1
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KR
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pressure
sensor
monitor
valve
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KR1020137028103A
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English (en)
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KR20140039181A (ko
Inventor
카오루 히라타
료우스케 도히
코우지 니시노
노부카즈 이케다
카츠유키 스기타
Original Assignee
가부시키가이샤 후지킨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치된 오리피스(6)와, 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 압력 센서(5)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)에 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)이 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)로 구성한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.

Description

유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치와, 이것을 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법 및 모니터 유량 이상 시의 처치 방법{PRESSURE-BASED FLOW CONTROL DEVICE WITH FLOW MONITOR, FLUID-SUPPLY-SYSTEM ANOMALY DETECTION METHOD USING SAME, AND METHOD FOR HANDLING MONITOR FLOW ANOMALIES}
본 발명은 압력식 유량 제어 장치의 개량에 관한 것이고, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치에 열식 질량 유량 센서를 유기적으로 조합시킴으로써 리얼 타임으로 작동 중인 압력식 유량 제어 장치의 제어 유량을 모니터링할 수 있도록 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치와, 이것을 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법 및 모니터 유량 이상 시의 처치 방법에 관한 것이다.
종전부터 반도체 제어 장치용 가스 공급 장치에서는 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치(FCS)가 널리 이용되고 있다.
이 압력식 유량 제어 장치(FCS)는 도 16에 나타내는 바와 같이 컨트롤 밸브(CV), 온도 검출기(T), 압력 검출기(P), 오리피스(OL) 및 연산 제어부(CD) 등으로 구성되어 있고, 그 연산 제어부(CD)는 온도 보정·유량 연산 회로(CDa), 비교 회로(CDb), 입출력 회로(CDc) 및 출력 회로(CDd) 등으로 구성되어 있다.
상기 압력 검출기(P) 및 온도 검출기(T)로부터의 검출값은 디지털 신호로 변환되어서 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로 입력되고, 여기에서 검출 압력의 온도 보정 및 유량 연산이 행해진 후 유량 연산값(Qt)이 비교 회로(CDb)로 입력된다. 또한, 설정 유량의 입력 신호(Qs)가 단자(In)로부터 입력되고, 입출력 회로(CDc)에서 디지털값으로 변환된 후 비교 회로(CDb)로 입력되고, 여기에서 상기 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로부터의 유량 연산값(Qt)과 비교된다. 그리고, 설정 유량 입력 신호(Qs)가 유량 연산값(Qt)보다 클 경우에는 컨트롤 밸브(CV)의 구동부로 제어 신호(Pd)가 출력되고, 컨트롤 밸브(CV)가 개방 방향으로 구동되고, 설정 유량 입력 신호(Qs)와 유량 연산값(Qt)의 차(Qs-Qt)가 제로가 될 때까지 밸브 개방 방향으로 구동된다.
압력식 유량 제어 장치(FCS) 그 자체는 상술하는 바와 같이 공지이지만, 오리피스(OL)의 하류측 압력(P2)[즉, 프로세스 챔버측의 압력(P2)]과 오리피스(OL)의 상류측 압력(P1)[즉, 컨트롤 밸브(CV)의 출구측의 압력(P1)] 간에 P1/P2≥약 2의 관계(소위 임계 팽창 조건)가 유지되고 있는 경우에는 오리피스(OL)를 유통하는 가스(Go)의 유량(Q)이 Q=KP1(단, K는 정수)이 되고, 압력(P1)을 제어함으로써 유량(Q)을 고정밀도로 제어할 수 있음과 아울러 컨트롤 밸브(CV)의 상류측 가스(Go)의 압력이 크게 변화되어도 제어 유량값이 거의 변화하지 않는다는 우수한 특징을 갖고 있다.
그러나, 종전의 압력식 유량 제어 장치(FCS)는 미소한 구멍 지름의 오리피스(OL)를 사용하고 있기 때문에 오리피스(OL)의 구멍 지름이 경년(經年) 변화를 일으킬 가능성이 있다. 그 결과, 압력식 유량 제어 장치(FCS)에 의한 제어 유량값과 현실에서 유통하는 가스(Go)의 실제 유량 간에 차이가 발생하게 되고, 이것을 검출하기 위해서 소위 유량 모니터를 빈번하게 행할 필요가 있어서 반도체 제조 장치의 가동성이나 제조한 반도체의 품질 등에 큰 영향을 준다는 문제가 있다.
그 때문에 종래부터 열식 질량 유량 제어 장치나 압력식 유량 제어 장치의 분야에 있어서는 유량 제어가 적정하게 행해지고 있는지의 여부를 리얼 타임으로 간단히 모니터링할 수 있도록 한 유량 제어 장치의 개발이 진척되고 있다. 예를 들면, 도 17 및 도 18은 그 일례를 나타내는 것이고, 이 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)(20)는 유로(23)와, 상류측 압력의 제 1 압력 센서(27a)와, 개폐 제어 밸브(24)와, 그 하류측에 설치한 열식 질량 유량 센서(25)와, 그 하류측에 설치한 제 2 압력 센서(27b)와, 제 2 압력 센서(27b)의 하류측에 설치한 조임부(음속 노즐)(26)와, 연산 제어부(28a)와, 입출력 회로(28b) 등으로 구성되어 있다.
상기 열식 질량 유량 센서(25)는 유로(23) 내에 삽입된 정류체(整流體)(25a), 이 유로(23)로부터 F/A의 유량만큼 분기되는 분기 유로(25b)와, 분기 유로(25b)에 설치된 센서 본체(25c)를 가지고, 총 유량(F)을 나타내는 유량 신호(Sf)를 출력한다.
또한, 조임부(26)는 그 1차측과 2차측에 있어서의 압력차가 소정값 이상일 때에 1차측의 압력에 따른 유량의 유체를 흐르게 하는 음속 노즐이다. 또한, 도 17 및 도 18에 있어서, SPa, SPb는 압력 신호, Pa, Pb는 압력, F는 유량, Sf는 유량 신호, Cp는 밸브 개방도 제어 신호이다.
상기 연산 제어부(28a)는 압력 센서(27a, 27b)로부터의 압력 신호(Spa, Spb) 및 유량 센서(25)로부터의 유량 제어 신호(Sf)를 피드백해서 밸브 개방도 제어 신호(Cp)를 출력함으로써 개폐 밸브(24)를 피드백 제어한다. 즉, 연산 제어부(28a)로는 입출력 회로(28b)를 통해서 유량 설정 신호(Fs)가 입력되고, 질량 유량 제어 장치(20)에 흐르는 유체의 유량(F)이 유량 설정 신호(Fs)에 일치하도록 조정된다. 구체적으로는 연산 제어부(28a)가 제 2 압력 센서(27b)의 출력[압력 신호(Spb)]을 사용해서 개폐 제어 밸브(24)를 피드백해서 그 개폐를 제어함으로써 음속 노즐(26)을 흐르는 유체의 유량(F)을 제어함과 아울러, 이때의 열식 유량 센서(25)의 출력[유량 신호(Sf)]을 사용하여 실제로 흐르고 있는 유량(F)의 측정을 행해 질량 유량 제어 장치(20)의 동작을 확인하는 것이다.
그런데, 상기 도 17 및 도 18에 나타낸 형식의 질량 유량 제어 장치(20)에 있어서는 유량 제어를 행하기 위한 제 2 압력 센서(27b)를 사용한 압력식 유량 측정과, 유량의 감시를 행하기 위한 열식 유량 센서(25)를 사용한 유량 측정이라는 2종의 측정 방식을 연산 제어부(8a)에 도입하고 있기 때문에 제어 유량[설정 유량(Fs)]의 유체가 실제로 흐르고 있는지의 여부, 즉 제어 유량과 실제 유량 간에 차가 있는지의 여부를 간단하고 또한 확실하게 모니터링할 수 있고, 높은 실용적 효용을 얻는 것이다.
그러나, 상기 도 17 및 도 18에 나타낸 질량 유량 제어 장치(20)에도 해결해야 할 문제가 많이 남아 있다.
제 1 문제는 연산 제어부(28a)가 제 2 압력 센서(27b)의 출력(SPb)과 열식 유량 센서(25)의 유량 출력(Sf)의 양 신호를 사용해서 개폐 제어 밸브(24)를 개폐 제어함과 아울러 제 1 압력 센서(27a)의 출력(SPa)을 사용해서 열식 유량 센서(25)의 유량 출력(Sf)을 보정하는 구성으로 하고 있고, 제 1 압력 센서(27a) 및 제 2 압력 센서(27b)의 2개의 압력 신호와 열식 유량 센서(25)로부터의 유량 신호의 3개의 신호를 사용하여 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 제어를 행하도록 하고 있다.
그 때문에, 연산 제어부(28a)의 구성이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 압력식 유량 제어 장치(FCS)로서의 안정된 유량 제어 특성이나 우수한 고응답성이 반대로 저감되어 버린다는 문제가 있다.
제 2 문제점은 개폐 제어 밸브(24)에 대한 열식 유량 센서(25)의 장착 위치가 변경됨으로써, 즉 도 17과 도 18의 질량 유량 제어 장치(20)에서는 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 시의 열식 유량 센서(25)의 응답성, 기기 본체 내의 가스 치환성 및 진공 처리 특성이 크게 변경됨과 아울러 질량 유량 제어 장치(20)의 소형화가 도모되기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 소위 유량 제어 장치는, 예를 들면 도 31에 나타내는 바와 같이 반도체 제조 설비의 가스 공급 장치 등에 있어서 널리 이용되고 있고, 유량 제어 장치(D)의 상류측에는 퍼지 가스 공급계(B)와 프로세스 가스 공급계(A)가 병렬 형상으로 접속되고, 또한 유량 제어 장치(D)의 하류측에는 프로세스 가스 사용계(C)가 접속되어 있다.
또한, 상기 각 가스 공급계(A, B) 및 가스 사용계(C)에는 각각 밸브(V1, V2 및 V3)가 각각 개재 설치되어 있다.
또한, 상기 도 31과 같이 유체 공급계에 있어서는 정기적으로 밸브(V1~V3)의 동작 상황 등을 점검하는 것이 일반적이고, 이 점검 작업은 프로세스 가스 사용계(C)를 통해서 필요한 프로세스 가스를 소정 개소로 안정적으로 공급하는 점에서 필요 불가결한 것이다. 그 때문에, 상기 밸브(V1~V3)의 점검(이하 체크라고 한다)에서는 통상 각 밸브의 동작 상태(밸브 액츄에이터의 작동을 포함한다)의 체크와, 각 밸브의 시트 리크의 체크가 행해진다.
그러나, 프로세스 가스 사용계(C)의 밸브(V3)나 유량 제어 장치(D)의 상류측의 밸브(V1, V2)의 시트 리트 체크 시에는 각 밸브(V1, V2, V3)를 관로로부터 분리하고, 이것을 별도로 설치한 시험 장치를 사용해서 체크할 필요가 있어 각 밸브의 시트 리트 체크에 많은 수고와 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.
상기 각 밸브에 의한 점검상의 문제는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 대해서도 마찬가지이고, 유량 자기진단 기구에 의해 모니터 유량의 이상이 검출되면 항상 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 배관로로부터 일단 분리해서 그 점검을 행하여만 하여 많은 수고와 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.
일본 특허 제 4137666호 공보 일본 특허 공개 2007-95042호 공보
본원 발명은 도 17 및 도 18에 나타낸 일본 특허 제 4137666호의 음속 노즐을 사용한 질량 유량 제어 장치에 있어서의 상술과 같은 문제, 즉 제 1 및 제 2 압력 센서(27a, 27b)의 압력 신호와 열식 유량 센서(25)의 유량 신호의 2종류의 다른 신호를 사용해서 개폐 제어 밸브(24)의 개폐 제어를 행하도록 하고 있기 때문에 연산 제어부(28a)의 구성이 복잡화할뿐만 아니라, 압력식 유량 제어 장치가 갖는 우수한 응답 특성이나 안정된 유량 제어 특성이 감쇄될 우려가 있는 것, 질량 유량 제어 장치(20)의 대형화가 피해지지 않아 가스 치환성의 저하나 진공 처리 시간이 길어지는 것 등의 문제를 해결하고, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치(FCS)의 유량 제어부와, 열식 유량 센서를 사용한 열식 유량 모니터부를 일체로 조합시킨 후, 유량 제어와 유량 모니터를 각각 독립해서 행하도록 함으로써 압력식 유량 제어 장치의 우수한 유량 특성을 최대한 활용함과 아울러 열식 유량 센서에 의한 유량 모니터를 리얼 타임으로 행할 수 있고, 또한 연산 제어부의 간소화, 기기 본체부의 대폭적인 소형화에 의한 가스 치환성의 향상 등을 가능하게 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 상류측 및 하류측에 설치한 밸브의 시트 리트 체크 등을 할 때에 각 밸브를 관로로부터 분리하여만 하여 시트 리트 체크 등에 많은 시간과 수고를 필요로 한다는 문제나, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치에 설치한 유량 자기진단 기구에 의해 모니터 유량의 이상이 검출된 경우라도 이상 발생의 원인을 신속하게 파악해서 필요한 대책, 예를 들면 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 자체의 교환이 필요한지의 여부의 처치를 취할 수 없다는 문제를 해결하여 밸브류의 시트 리트 체크 등을 간단하고, 신속하게 행할 수 있음과 아울러 모니터 유량의 이상 시에 정확한 대응을 신속하게 취할 수 있도록 한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법 및 모니터 유량 이상 시의 처치 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명자들은 우선 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치를 기초로 하고, 이것의 유량 모니터를 리얼 타임으로 행하기 위해서 도 6 및 도 7의 점선 프레임 내와 같은 2종 구성의 오리피스를 사용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 구상했다.
도 6 및 도 7에 있어서, 1은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치, 2는 열식 유량 센서, 3은 컨트롤 밸브, 4는 온도 센서, 5는 압력 센서, 6은 오리피스, 7은 제어부, 8은 입구측 유로, 9는 출구측 유로, 10은 기기 본체 내의 유체 통로이며, 도 6에 있어서의 열식 유량 센서(2)와 컨트롤 밸브(3)의 장착 위치를 교체한 것이 도 7의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치이다.
또한, 유량 제어 방식으로서 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치를 채용한 것은 유량 제어 특성이 양호한 점 및 지금까지의 사용 실적이 많은 점 등이 그 이유이다.
또한, 열식 유량 센서(2)를 유량 모니터용 센서로 한 것은 주로 유량이나 센서로서의 사용 실적과 유량 센서로서의 우수한 특성 때문이고, 또한 리얼 타임 측정의 용이성, 가스종의 변화에 대한 대응성, 유량 측정 정밀도, 사용 실적 등이 다른 유량 측정 센서보다 높은 점을 감안한 결과이다. 또한, 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치의 기기 본체 내의 유체 통로(10)에 열식 유량 센서(2)를 일체적으로 장착한 것은 유량 모니터가 행하기 쉽고 또한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 소형화가 도모하기 쉽기 때문이다.
즉, 상기 도 6 및 도 7에 나타낸 구성의 오리피스를 사용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)는 압력 제어식의 유량 제어기이고, 공급 압력 변동의 영향을 받지 않는 점, 오리피스 상류측의 압력 강하 특성을 이용해서 오리피스의 이상 검지가 가능한 점, 기기 본체에 내장된 압력 센서로 공급 압력의 모니터링이 가능한 점 및 서멀 센서로 유량의 연속 감시가 가능한 점 등의 특징을 구비하는 것이기 때문이다.
한편, 문제점으로서는 우선 제 1로 공급 압력의 변화에 의한 열식 유량 센서의 출력의 변동이 생각된다. 즉, 공급 압력의 변화에 의해 열식 유량 센서의 출력이 변동하기 때문에 공급 압력 변화 시에는 제어 유량과의 오차가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 열식 유량 센서의 응답성을 지연시켜서 공급압 변화에 의한 출력 변동을 완화하는 등의 대응이 필요하게 된다.
제 2 문제는 영점 조정 시의 조건의 점이다. 일반적으로 영점 조정은 압력 센서에서는 진공 처리 하에서 실시되고, 또한 유량 센서에서는 밀봉 상태 하에서 실시된다. 따라서, 틀린 조건 하에서 제로 조정이 실시되지 않도록 프로텍팅할 필요가 있다.
제 3 문제는 열식 유량 센서의 서멀 사이펀 현상이다. 즉, 열식 유량 센서의 탑재에 의해 설치 방향을 미리 정해 두는 것이 필요로 되고, 그 결과 가스 박스의 설계와 병행하여 유량 모니터가 부착된 압력식 유량 제어 장치의 설치 방향을 검토할 필요가 있다.
제 4 문제는 실제 가스 유량 교정의 점이다. 일반적으로 유량의 측정에 있어서는 동일 유량이어도 가스종에 따라 열식 유량 센서의 출력값이 달라진다. 그 결과, 상기 유량 모니터가 부착된 압력식 유량 제어 장치의 사용 현장에 있어서 열식 유량 센서의 컨버전 팩터(CF값)를 자동 연산하는 시스템을 부가할 필요가 있다.
제 5 문제는 제어 유량이 이상할 때의 대응이다. 현재의 압력식 유량 제어 장치에서는 알람 및 제어 유량의 오차 등이 디스플레이 상에 표시되지만, 압력식 유량 제어 장치와 열식 유량 센서에 의한 모니터 유량의 출력 차가 소정의 임계값을 초과하면 이상이라고 판단하는 시스템이 필요하게 된다.
그래서, 본원 발명자들은 우선 도 6 및 도 7의 각 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)에 대해서 새롭게 도입한 열식 유량 센서(2)에 대한 그 각종 특성의 평가 시험을 실시했다.
즉, 도 6 및 도 7과 같이, N2 용기로 이루어지는 유체 공급원(11), 압력 조정기(12), 퍼지용 밸브(13), 입력측 압력 센서(14)를 입구측 유로(8)에 접속시킴과 아울러 데이터로거(NR500)(15)를 제어부(7)에 접속시키고, 또한 출구측 유로(9)를 진공 펌프(16)에 의해 진공 처리하도록 한 특성 평가계를 구성하고, 상기 특성 평가계를 사용하여 열식 유량 센서(2)의 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도, 공급압 변동 특성, 반복 재현성을 평가했다.
상기 스텝 응답 특성은 소정의 유량 설정의 스텝 입력에 대한 열식 유량 센서 출력의 응답성을 평가하는 것이고, 설정 유량을 100%(풀스케일) F.S.=1000(sccm)로부터 20%, 50%, 100%로 스텝 변화시킨 경우의 출력 응답을 평가했다. 도 8, 도 9 및 도 10은 설정 유량 20%, 50%, 100%의 경우의 데이터로거(15)에 있어서의 압력식 유량 제어 장치(1)의 설정 유량(A1) 및 그 때의 유량 출력(A2)과, 열식 유량 센서 출력(B1)(도 6의 경우), 열식 유량 센서 출력(B2)(도 7의 경우)의 측정 결과를 나타내는 것이다.
도 8~도 10으로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서(2)의 출력은 설정 개시로부터 약 4sec 이내이고, 설정 출력의 ±2% 이내에 수속하는 것이 확인되었다.
상기 모니터 유량 정밀도는 각 유량 설정으로부터 설정값을 S.P. 단위로 어긋나게 했을 때의 열식 유량 센서 출력의 변화량을 측정 평가한 것이고, 오차 설정 조건은 -0.5%S.P., -1.0%S.P., -2.0%S.P. 및 -3.0%S.P.로 하고 있다.
도 11 및 도 12로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서(2)의 모니터 유량 정밀도는 유량 설정에 따라서 세트포인트(S.P.) 단위로 변화되어 가는 것이 판명되었다.
상기 공급압 변동 특성은 일정 유량 제어 시에 공급압을 변동시킨 경우의 열식 유량 센서 출력의 변동 상태를 나타내는 것이고, 유량 설정을 50%로 하고 또한 공급압의 변동 조건을 50kPaG로 해서 측정했다.
도 13은 그 측정 결을 나타내는 것이고, 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 상류측(1차측)에 설치한 경우(도 6의 경우)에는 공급압 변동에 의한 열식 유량 센서(2)의 유량 출력의 변화는 ±0.5%F.S./div의 범위를 크게 초과하지만, 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치한 경우(도 7의 경우)에는 유량 출력의 변화가 ±0.5%F.S./div의 범위 내에 들어가는 것, 즉 가스 공급압 변동의 영향을 받기 어려운 것이 판명되었다.
상기 반복 재현성은 유량 설정을 20% 및 100%로 하고 0%부터 설정 유량까지를 반복해 입력하고, 열식 유량 센서 출력(B1, B2)의 재현성을 측정한 것이다.
도 14 및 도 15로부터도 명확한 바와 같이, 열식 유량 센서 출력의 반복 재현성은 ±1%F.S. 및 0.2%F.S.의 범위 내에 있고, 규칙적인 정확한 재현성을 나타내는 것이 판명되었다.
또한, 상기 도 6 및 도 7에 있어서 사용한 열식 유량 센서(2)는 가부시키가이샤 후지킨제의 FCS-T1000 시리즈에 탑재되는 센서이고, 소위 열식 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러)의 열식 유량 센서로서 범용되고 있는 것이다.
상기 열식 유량 센서(2)에 대한 도 6 및 도 7에 근거하는 각 평가 시험(즉 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도 특성, 공급압 변동 특성 및 반복 재현성 특성)의 결과로부터 본원 발명자들은 열식 유량 센서(2)의 장착 위치는 스텝 응답 특성, 모니터 유량 정밀도 특성 및 반복 재현성 특성의 점에서는 컨트롤 밸브(3)의 상류측(1차측)이어도 하류측(2차측)이어도 그 사이에 우열은 없지만, 공급압 변동 특성의 점에서 열식 유량 센서(2)는 압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치하는 것이 바람직하고, 즉 도 7의 구성으로 하는 편이 바람직한 것을 발견했다.
또한, 본원 발명자들은 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 하류측(2차측)에 설치한 경우에는 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 내용적이 커짐으로써 가스의 치환성이 저하하게 되고, 소유량형의 압력식 유량 제어 장치의 경우에는 압력 강하 특성이 느려지는(즉, 가스 제거 특성이 악화한다) 등의 점이 문제가 되는 것을 발견했다.
본원 발명은 본원 발명자들의 상기 각 평가 시험의 결과를 기초로 해서 창작된 것이고, 청구항 1의 발명은 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속된 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통되는 유체 통로(10)에 개재 설치된 오피리스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오피리스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통되는 출구측 통로(9)와, 상기 압력 센서(5)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)를 발명의 필수 구성 요건으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 압력 센서(5)를 컨트롤 밸브(3)의 출구측과 열식 유량 센서(2)의 입구측 사이에 설치하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 유량 센서 제어부(7b)에서 연산한 유체 유량과 압력식 유량 연산 제어부(7a)에서 연산한 유체 유량 간의 차가 설정값을 초과하면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9)를 1개의 보디체에 일체적으로 장착함과 아울러 유체 통로(10)를 보디체에 일체적으로 형성하도록 한 것이다.
청구항 5의 발명은 유체의 입구측 통로(8)와, 입구측 통로(8)의 하류측에 접속한 압력식 유량 제어부(1a)를 구성하는 컨트롤 밸브(3)와, 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 접속한 열식 유량 센서(2)와, 열식 유량 센서(2)의 하류측에 연통하는 유체 통로(10)에 개재 설치한 오리피스(6)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)의 근방에 설치한 온도 센서(4)와, 상기 컨트롤 밸브(3)와 오리피스(6) 사이의 유체 통로(10)에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스(6)에 연통하는 출구측 통로(9)와, 상기 오리피스(6)의 하류측의 출구측 통로(9)에 설치한 압력 센서(17)와, 상기 압력 센서(5) 및 압력 센서(17)로부터의 압력 신호 및 온도 센서(4)로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스(6)를 유통하는 유체의 임계 팽창 조건의 감시나 오리피스(6)를 유통하는 유체의 유량값(Q)을 연산함과 아울러, 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브(3)를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부(3a)로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부(7a) 및 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호(2c)가 입력되어 상기 유량 신호(2c)로부터 오리피스(6)를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)로 이루어지는 제어부(7)를 발명의 필수 구성 요건으로 하는 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 오리피스(6)를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건을 벗어나면 경보 표시를 행하는 제어부(7)로 한 것이다.
청구항 7의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 컨트롤 밸브(3), 열식 유량 센서(2), 오리피스(6), 압력 센서(5), 온도 센서(4), 입구측 통로(8), 출구측 통로(9), 압력 센서(17)를 1개의 보디체에 일체적으로 장착하도록 한 것이다.
청구항 8의 발명은 유량의 설정 기구와 유량 및 압력의 표시 기구 및 또는 유량 자기진단 기구로 구성되는 압력 센서를 보유하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 구비한 유체 공급계에 있어서의 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 상류측 및 또는 하류측에 설치한 밸브의 이상을 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력의 표시값 및 또는 유량 자기진단 기구의 진단값을 사용해서 검출하는 방법이고, 이상 검출의 대상으로 하는 밸브를 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 상류측에 설치한 퍼지 가스 공급계의 밸브와 프로세스 가스 공급계의 밸브 및 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 하류측의 프로세스 가스 사용계에 설치한 밸브로 함과 아울러 검출하는 이상의 종류를 밸브의 개폐 동작 및 시트 리크로 한 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 9의 발명은 청구항 8의 발명에 있어서, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단 기구를 초기 설정을 한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비해서 이상을 진단하는 구성의 기구로 함과 아울러 프로세스 가스와 퍼지 가스의 혼합 가스가 유입되었을 때의 상기 진단값의 변화로부터 프로세스 가스 공급계 또는 퍼지 가스 공급계의 밸브의 시트 리크를 검출하도록 한 것이다.
청구항 10의 발명은 유량의 설정 기구와 유량 및 압력의 표시 기구 및 또는 유량 자기진단 기구로 구성되는 압력 센서를 보유하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 구비한 유체 공급계에 있어서의 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 그리고 그 상류측 및 또는 하류측에 설치한 밸브의 이상을 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력의 표시값 및 또는 유량 자기진단 기구를 사용해서 검출하는 방법에 있어서, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단 기구를 초기 설정을 한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비해서 이상을 진단하는 구성의 기구로 함과 아울러, 상기 유량 자기진단 기구에 의한 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성이 상기 초기 설정 시의 압력 강하 특성에 대비하여 진단 직후부터 압력 강하가 느려지기 시작하는지, 진단 도중부터 압력 강하가 느려지기 시작하는지, 진단 직후부터 압력 강하가 빨라지는지, 진단 개시 시의 압력이 초기 설정 시의 압력에 도달하고 있지 않은지 중 어느 형태에 해당하는지를 판별하고, 상기 판별된 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성의 형태로부터 검출된 이상의 원인을 판정하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 11의 발명은 청구항 10의 유체 공급계의 이상 검출 방법의 발명을 사용해서 유량 자기진단을 하고, 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성의 형태로부터 검출된 모니터 유량의 이상의 원인을 판정한 후 압력 센서의 영점의 어긋남을 확인하고, 영점이 어긋나 있을 경우에는 그 영점을 조정하고나서 재차 유량 자기진단을 행하고, 또한 상기 영점에 어긋남이 없을 경우에는 상기 판정한 이상의 원인이 유체 공급계의 이상인지의 여부를 판별하고, 유체 공급계가 이상일 경우에는 유체 공급계의 이상을 복구시킴과 아울러, 유체 공급계에 이상이 없을 경우에는 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 자체의 이상으로 판단하고 그 교환을 하도록 한 것이다.
청구항 12의 발명은 청구항 10의 유체 공급계의 이상 검출 방법을 사용해서 유량 자기진단을 하고, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 오리피스의 지름 변화가 원인으로 모니터 유량이 이상인 경우에는 모니터 유량을 정(正)으로 해서 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 교정을 행하도록 한 것이다.
(발명의 효과)
본원 발명에 있어서는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 압력식 유량 제어부(1a)와 열식 유량 모니터부(1b)로 형성하고, 열식 유량 모니터부(1b)의 열식 유량 센서(2)를 압력식 유량 제어부(1a)의 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 위치하게 해서 유기적으로 일체화시킴과 아울러 제어부(7) 쪽은 압력식 유량 제어부(1a)의 컨트롤 밸브(3)의 개폐 구동을 제어하는 압력식 유량 연산 제어부(7a)와, 상기 열식 유량 센서(2)로부터의 유량 신호에 의해 오리피스(6)를 유통하는 실제 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부(7b)를 서로 독립한 상태로 일체화함으로써 구성하고 있다.
그 결과, 단순한 구성의 제어부(7)로 간단하고 또한 정확하게, 또한 안정된 압력식 유량 제어를 행할 수 있음과 아울러 열식 유량 센서(2)에 의한 유량 모니터도 연속적으로 정확하게 리얼 타임으로 행할 수 있다.
또한, 열식 유량 센서(2)를 컨트롤 밸브(3)의 하류측에 위치시킴과 아울러 컨트롤 밸브(3)나 열식 유량 센서(2) 등의 각 기기 본체를 1개의 보디에 일체적으로 장착하는 구성으로 하고 있기 때문에 기기 본체의 내부 공간 용적이 대폭 감소하고, 가스의 치환성이나 진공 처리의 특성이 악화하는 일도 없다.
또한, 유체 공급원측의 유체 압력에 변동이 있어도 열식 유량 센서(2)의 출력 특성에 큰 변동이 발생하지 않고, 결과적으로 유체 공급측의 압력 변동에 대하여 안정된 유량 모니터와 유량 제어를 행할 수 있다.
본 발명에 있어서는 가스 공급계에 도입되어 있는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 그 자체를 사용하여, 가스 공급계 내의 밸브의 개폐 동작이나 시트 리크, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 영점 등의 이상을 각 밸브류를 배관로로부터 분리하지 않고 매우 용이하게 또한 정확하게 체크할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 밸브의 시트 리크나 밸브의 작동 이상, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 영점 이상이 발생한 경우에 그 이상 발생의 원인을 압력 강하 특성 곡선의 형태로부터 정확하게 특정 판단할 수 있어 필요한 기기 등의 보수, 조정을 보다 능률적으로 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 지름 변화가 원인으로 모니터 유량에 이상이 발생한 경우에는 모니터 유량을 정(正)으로 해서 신속하게 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 교정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시트 리크 이상의 검출과 아울러 단시간 내에 그 리크량을 자동적으로 연산 표시할 수 있기 때문에 기기 장치 등의 운전 계속의 가부나 시트 리크의 발생에 의한 영향을 정확하고 또한 신속하게 판단할 수 있음과 아울러 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 그 자체의 교환이 필요한지의 여부를 정확하고 또한 용이하게 판정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 오리피스를 이용한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 구성 개요도이다.
도 2는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 다른 예를 나타내는 구성 개요도이다.
도 3은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 또 다른 예를 나타내는 구성 개요도이다.
도 4는 열식 유량 센서의 구성의 설명도이다.
도 5는 열식 유량 센서의 동작 원리의 설명도이다.
도 6은 본원 발명자가 착상한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 제 1 구상도이다.
도 7은 본원 발명자가 착상한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 제 2 구상도이다.
도 8은 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20%의 경우).
도 9는 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 50%의 경우).
도 10은 열식 유량 센서의 스텝 응답 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100%의 경우).
도 11은 열식 유량 센서의 모니터 유량 정밀도 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100~97% 설정의 경우).
도 12는 열식 유량 센서의 모니터 유량 정밀도 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20.0~19.4% 설정의 경우).
도 13은 열식 유량 센서의 공급압 변동 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 50%의 경우).
도 14는 열식 유량 센서의 반복 재현성 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 100%의 경우).
도 15는 열식 유량 센서의 반복 재현성 특성을 나타내는 곡선이다(설정 유량 20%의 경우).
도 16은 오리피스를 사용한 압력식 유량 제어 장치의 구성도이다.
도 17은 일본 특허 제 4137666호의 제 1 실시예에 의한 질량 유량 제어 장치의 구성 설명도이다.
도 18은 일본 특허 제 4137666호의 제 2 실시예에 의한 질량 유량 제어 장치의 구성 설명도이다.
도 19는 이상 검출 방법에 의한 본 발명의 실시에 사용하는 유체 공급계의 일례를 나타내는 블록 구성도이다.
도 20은 본 발명에 의한 유체 공급계의 밸브의 이상 검출 방법의 일례를 나타내는 플로우 시트이다.
도 21은 유량 자기진단 시의 고장의 종류와 발생하는 현상 및 발생 원인의 관계를 나타내는 것이다.
도 22는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단에 있어서, 공급압이 부족할 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 23의 (a)는 2차측의 에어 구동형 밸브의 구동 기구가 고장 시의, 또한 (b)는 2차측에 외부로부터 리크가 있을 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 24의 (a)는 플로우 팩터가 큰 가스가 혼입된 경우의, 또한 (b)는 플로우 팩터가 작은 가스가 혼입된 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 25의 (a)는 오리피스에 막힘이 있을 경우의, 또한 (b)는 오리피스가 확대된 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 26은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브에 시트 리크가 있을 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 27은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브의 구동부에 고장이 있을 경우의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 28은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 영점 변동 시의 압력 강하 특성의 대표예를 나타내는 것이다.
도 29는 도 21부터 도 26까지의 각 압력 강하 특성의 형태(패턴)로부터 도출한 4개의 압력 강하 특성의 유형을 나타내는 것이다.
도 30은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 모니터 유량 이상 시의 처치 방법의 일례를 나타내는 플로우 시트이다.
도 31은 반도체 제조 설비에 있어서의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 구비한 유체 공급계의 일례를 나타내는 블록 구성도이다.
이하, 도면에 근거해서 본 발명에 의한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 실시형태에 의한 구성 개요도이고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)는 압력식 유량 제어부(1a)와 열식 유량 모니터부(1b)의 2개의 부분으로 구성되어 있다.
또한, 상기 압력식 유량 제어부(1a)는 컨트롤 밸브(3)와 온도 센서(4)와 압력 센서(5)와 오리피스(6)와 제어부(7)를 형성하는 압력식 유량 연산 제어부(7a)로 구성되어 있다.
또한, 상기 열식 유량 모니터부(1b)는 열식 유량 센서(2)와 제어부(7)를 형성하는 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있다.
상기 압력식 유량 제어부(1a)는 상술한 바와 같이 컨트롤 밸브(3), 온도 센서(4), 압력 센서(5), 오리피스(6) 및 압력식 유량 연산 제어부(7a) 등으로 구성되어 있고, 입력 단자(7a1)로부터 유량 설정 신호가 출력되고, 또한 출력 단자(7a2)로부터 압력식 유량 제어부(1a)에 의해 연산한 오리피스를 유통하는 유체의 유량 출력 신호가 출력된다.
상기 오리피스(6)를 사용한 압력식 유량 제어부(1a) 그 자체는 일본 특허 제 3291161호 등으로서 주지의 기술이고, 오리피스(6)를 임계 팽창 조건 하에서 유통하는 유체의 유량을 압력 검출 센서(5)에서 검출한 압력을 기초로 해서 압력식 유량 연산 제어부(7a)에서 연산하고, 입력 단자(7a1)로부터 입력된 설정 유량 신호와 연산한 유량 신호의 차에 비례하는 제어 신호(Pd)를 컨트롤 밸브(3)의 밸브 구동부(3a)로 출력한다.
상기 압력식 유량 제어부(1a)나 그 유량 연산 제어부(7a)의 구성은 도 16에 기재된 것과 실질적으로 동일하기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이 압력식 유량 제어부(1a)에는 공지의 영점 조정 기구나 유량 이상 검출 기구, 가스종 변환 기구(F.F값 변환 기구) 등의 각종 부속 기구가 설치되어 있는 것은 물론이다.
또한, 도 1에 있어서 8은 입구측 통로, 9는 출구측 통로, 10은 기기 본체 내의 유체 통로이다.
상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)를 구성하는 열식 유량 모니터부(1b)는 열식 유량 센서(2)와 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있고, 유량 센서 제어부(7b)에는 입력 단자(7b1) 및 출력 단자(7b2)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 입력 단자(7b1)로부터는 모니터링하는 유량 범위의 설정 신호가 입력되고, 출력 단자(7b2)로부터는 열식 유량 센서(2)에 의해 검출한 모니터 유량 신호(실제 유량 신호)가 출력된다.
또한, 도 1에는 표시되어 있지 않지만, 유량 센서 제어부(7b)와 압력식 유량 연산 제어부(7a) 간에는 상기 모니터 유량 신호나 연산 유량 신호의 입출력이 적당히 행해지고, 양자가 다른 것이나 그 차의 크기를 감시하거나, 또는 양자의 차가 일정값을 초과한 경우에 경고를 발하거나 하여도 되는 것은 물론이다.
도 2는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 다른 예를 나타내는 것이고, 컨트롤 밸브(3)와 열식 유량 센서(2) 간의 유체 압력을 압력 센서(5)에 의해 검출하도록 한 것이다. 또한, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 기타 구성 및 동작은 도 1의 경우와 완전히 동일하다.
도 3은 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 또 다른 예를 나타내는 것이고, 오리피스(6)의 하류측에 압력 센서(17)를 별도로 설치하고, 오리피스(6)를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건 하에 있는지의 여부를 감시해서 경보를 발신하거나, 또는 압력 센서(5)와 압력 센서(17)의 차압을 사용해서 유량 제어를 가능하게 하는 것이다.
상기 열식 유량 모니터부(1a)는 열식 유량 센서(2)와 유량 센서 제어부(7b)로 구성되어 있고, 도 4 및 도 5는 그 구성의 개요를 나타내는 것이다.
즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 열식 유량 센서(2)는 바이패스관군(층류소자)(2d)과 이것을 우회하는 센서관(2e)을 갖고 있고, 이것에 바이패스관군(2d)과 비교해서 소량의 가스 유체를 일정한 비율로 유통시키고 있다.
또한, 이 센서관(2e)에는 직렬로 접속된 제어용의 한 쌍의 저항선(R1, R4)이 권회되어 있고, 이것에 접속된 센서 회로(2b)에 의해 모니터링된 질량 유량값을 나타내는 유량 신호(2c)를 출력한다.
상기 이 유량 신호(2c)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 유량 센서 제어부(7b)로 도입되고, 상기 유량 신호(2c)에 근거해서 현재 흐르고 있는 유체의 실질 유량이 구해진다.
도 5는 열식 유량 센서(2)의 센서 회로(2b)의 기본 구조를 나타내는 것이고, 상기 저항선(R1, R4)의 직렬 접속에 대하여 2개의 기준 저항(R2, R3)의 직렬 접속 회로가 병렬로 접속되어 브리지 회로를 형성하고 있다. 이 브리지 회로에 정전류원이 접속되어 있고, 또한 상기 저항선(R1, R4)끼리의 접속점과 상기 기준 저항(R2, R3)끼리의 접속점을 입력측에 접속해서 차동 회로가 설치되어 있고, 상기 양 접속점의 전위차를 구하고, 이 전위차를 유량 신호(2c)로서 출력하는 구성으로 되어 있다.
또한, 열식 유량 센서(2) 및 유량 센서 제어부(7b) 그 자체는 공지의 기술이기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 열식 유량 모니터부(1b)로서 가부시키가이샤 후지킨제의 FCS-T1000 시리즈에 탑재되는 센서를 사용하고 있다.
이어서, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법의 실시형태를 설명한다.
도 1을 참조하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력식 유량 제어부(1a)는 실질적으로 도 16에 나타낸 종전의 압력식 유량 제어 장치(FCS)와 마찬가지의 구성을 갖고 있고, 상기 압력식 유량 제어부(1a)에는 유량의 설정 기구에 해당하는 유량 설정 회로(도시 생략)와, 압력의 표시 기구에 해당하는 압력 표시 기구(도시 생략)와 유량을 표시하는 유량 출력 회로(도시 생략) 등이 설치되어 있다.
또한, 상기 압력식 유량 제어부(1a)에는 소위 유량 자기진단 기구(도시 생략)가 설치되어 있고, 후술하는 바와 같이 초기 설정한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비하여 이상 상태를 판정함과 아울러 그 판정 결과를 출력하도록 구성되어 있다.
또한, 압력식 유량 제어부(1a)에는 컨트롤 밸브(3)로의 가스 공급원으로부터의 공급 압력이 부족함으로써 설정 유량의 가스 유량을 공급할 수 없게 되거나, 또는 임계 팽창 조건을 유지할 수 없게 되는 경우를 위하여 공급압 부족 신호의 발신 기구가 설치되어 있다.
도 19는 본 발명의 실시 대상인 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)를 사용한 유체 공급계의 일례를 나타내는 것이고, 상기 유체 공급계는 퍼지 가스 공급계(B)와 프로세스 가스 공급계(A)와 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)와 프로세스 가스 사용계(C) 등으로 구성되어 있다.
또한, 상기 유체 공급계의 사용 시에는 통상은 우선 퍼지 가스 공급계(B)로부터 N2나 Ar 등의 불활성 가스를 퍼지 가스(Go)로서 관로(8), 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1), 관로(9) 등으로 흘려 유체 공급계 내를 퍼지한다. 그 후, 퍼지 가스(Go) 대신에 프로세스 가스(Gp)를 공급하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어부(1)에 있어서 원하는 유량으로 조정하면서 프로세스 가스(Gp)를 프로세스 가스 사용계(C)로 공급한다.
또한, 도 19에 있어서, V1, V2, V3은 밸브이고, 유체압 구동부나 전동 구동부를 구비한 자동 개폐 밸브가 일반적으로 사용되고 있다.
본 발명을 이용해서 점검되는 밸브는 상기 도 19에 있어서의 밸브(V1, V2 및 V3) 등이고, 상기 밸브(V1~V3)의 소위 시트 리크와 동작 이상의 점검이 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치[이하, 압력식 유량 제어부(1a)라고 한다]를 사용하여 프로세스 챔버(E)로의 프로세스 가스의 공급 개시의 준비 중 또는 프로세스 가스의 공급 정지의 준비 중 등에 행해진다.
보다 구체적으로는 각 밸브(V1, V2, V3)의 동작 이상은 압력식 유량 제어부(1a)[즉, 압력식 유량 제어 장치(FCS)]를 사용한 다음과 같은 수순에 의해 점검된다.
가. 밸브(V1)의 동작 이상
a. 소정의 실제 가스[프로세스 가스(Gp)]를 유통시키고, FCS에 의해 소정의 설정 유량의 가스를 유통시킨다. 이 때, FCS의 유량 지시값이나 압력 지시값[배관로(8) 및 또는 배관로(9)]이 0으로 변화하는 경우에는 밸브(V1)의 동작에 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
b. FCS에 소정의 실제 가스[프로세스 가스(Gp)]를 유통시키고, FCS의 실제 가스 제어 유량이 소정 유량이 되어 있는지의 여부를 진단 중(이하, 실제 가스 유량 자기진단 시라고 한다)에 FCS로부터 공급압 부족의 에러 신호가 발신된 경우에는 밸브(V1)의 동작에 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
나. 밸브(V2)의 동작 이상
a. 퍼지 가스(G0)로서 N2를 유통시키고, FCS에 의해 소정의 설정 유량의 가스를 유통시킨다. 이 때 FCS의 유량 지시값이나 압력 지시값이 0으로 변화될 경우에는 밸브(V2)의 동작 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
b. FCS에 N2 가스를 유통시키고, FCS의 N2 제어 유량이 설정 유량이 되어 있는지의 여부를 진단 중(이하, N2 유량 자기진단 시라고 한다)에 FCS로부터 공급압 부족의 에러 신호가 발신된 경우에는 밸브(V2)의 동작에 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
다. 밸브(V3)의 동작 이상
a. N2 또는 실제 가스를 흘린 상태 하에 있어서의 N2 유량 자기진단 시 또는 실제 가스 유량 자기진단 시에 FCS로부터 유량 자기진단 에러 신호가 발신된 경우에는 밸브(V3)의 동작에 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
b. 배관(9b) 등의 진공 처리 시에 FCS의 압력 출력 표시가 0으로 하강하지 않을 경우에는 밸브(V3)의 동작에 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
c. FCS의 유량 설정 시에 상기 유량 설정값을 적당히 변화시켜도 FCS의 압력 표시값에 변화가 없을 경우에는 밸브(V3)의 동작 이상(동작하지 않음)이 있는 것으로 된다.
또한, 각 밸브(V1, V2, V3)의 시트 리크는 FCS를 사용한 다음의 수순에 의해 점검된다.
가. 밸브(V1)의 시트 리크
a. N2에 의한 FCS의 유량 자기진단 시에 밸브(V1)에 시트 리크가 있으면 N2가 실제 가스(Gp)측으로 역류하고, 밸브(V1) 상류측의 실제 가스(Gp)가 N2와 실제 가스(Gp)의 혼합 가스가 된다.
그 후, FCS의 실제 가스 유량 자기진단을 실시하면 상기 실제 가스 유량 자기진단이 혼합 가스로 행해지게 되고, 진단값이 이상값(異常値)이 된다.
이 진단값이 이상값이 됨으로써 밸브(V1)에 시트 리크가 있는 것이 판명된다.
구체적으로는 실제 가스[프로세스 가스(Gp)]의 플로우 팩터(F.F.)>1의 경우에는 진단 결과가 -측에, 또한 실제 가스[프로세스 가스(Gp)]의 F.F.<1의 경우에는 진단 결과가 +측에 치우쳐 위치하게 된다.
또한, 플로우 팩터(F.F.)는 FCS의 오리피스 및 오리피스 상류측 압력(P1)이 동일한 경우에 실제 가스 유량이 기준 가스(N2) 유량의 몇 배가 될지를 나타내는 값이고, F.F.=실제 가스 유량/N2 유량으로 정의되는 값이다(일본 특허 공개 2000-66732호 등 참조).
나. 밸브(V2)의 시트 리크
실제 가스 유량 자기진단 시의 진단값이 이상값이 된 경우에는 밸브(V2)에 시트 리크가 발생하고 있는 것으로 된다.
왜냐하면, FCS의 상류측 배관(8)의 실제 가스(Gp) 내로 N2 가스가 혼입하게 되고, FCS에서는 혼합 가스에 의한 실제 가스 유량 자기진단이 행해지기 때문에 진단값이 이상값이 된다.
다. 밸브(V3)의 시트 리크
FCS에 의한 유량 제어의 완료 후, 밸브(V3)를 폐쇄의 상태로 유지함과 아울러 FCS의 유량 설정을 0(유량이 제로가 되도록 설정)으로 한다.
그 후, FCS의 압력 지시값이 하강하면 밸브(V3)에 시트 리크가 발생하고 있는 것으로 된다.
상기와 같이 FCS를 사용한 각 조작을 행함으로써 도 19의 구성의 유체 공급계에 있어서는 밸브(V1, V2, V3)의 동작 이상 및 시트 리크를 FCS를 사용해서 검출할 수 있다.
또한, 도 19의 실시형태에 있어서는 3개의 밸브를 구비한 유체 공급계를 본 발명의 적용 대상으로 하고 있지만, 프로세스 가스 공급계(A)의 수가 복수이어도, 또는 프로세스 가스 사용계(C)의 수가 복수이어도 본 발명의 적용이 가능한 것은 물론이다.
도 20은 도 19에 나타낸 유체 공급 장치의 각 밸브(V1, V2, V3)의 이상을 체크하는 경우의 플로우 시트를 나타내는 것이다.
또한, 본 플로우 시트는 도 19에 있어서 가. 각 밸브(V1, V2, V3), FCS 및 배관계(8, 9, 9b) 등에는 시트 리크 이외의 외부 리크(예를 들면, 이음매나 보닛 등으로부터의 누설)는 없을 것, 나. 각 밸브의 구동부는 정상으로 동작할 것, 다. FCS는 정상으로 동작할 것, 라. V1, V2는 동시에 개방되는 경우가 없을 것 등이 전제로 되어 있다.
우선, 스텝S0에서 이상 체크를 개시한다. 계속해서, 스텝S1에서 V1 폐쇄, V2 개방→폐쇄(스위칭), V3 폐쇄, FCS 컨트롤 밸브 개방의 조작을 행하여 FCS의 하류측 배관(9)에 N2를 충전한다.
스텝S2에서 FCS의 압력 표시(P1), 즉 도 1에 있어서의 압력 센서(1a)의 압력 표시(P1)를 체크하고, P1의 증감(ΔP1)이 0인지의 여부를 판단한다.
ΔP1이 0이 아닌 경우이고, P1 상승일 경우에는 V1 또는 V2 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 이상(시트 리크 또는 동작 불량)이고, 또한 P1이 감소일 경우에는 V3이 이상(시트 리크 또는 동작 불량)이라고 판단한다(스텝S3).
이어서, 스텝S4에서 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방, FCS 컨트롤 밸브 개방으로 배관 내를 진공 처리한 후, V1 개방, V2 폐쇄로 해서 프로세스 가스(실제 가스)(Gp)를 FCS로 흐르게 하고, 스텝S5에서 FCS의 압력 표시(P1)를 체크한다. P1의 상승이 있으면 V1의 동작은 정상(스텝S7), P1의 상승이 없으면 V1의 동작 이상이라고 판단하여(스텝S6) V1의 동작 상황을 확인한다.
그 후, 스텝S8에서 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방, FCS 컨트롤 밸브 개방으로 배관 내를 진공 처리한 후, V1 폐쇄, V2 개방으로 해 FCS의 압력 표시(P1)를 체크한다(스텝S9). P1이 상승하지 않으면 V2의 동작 이상이라고 판단하여(스텝S10) V2의 동작 상황을 확인한다.
또한, P1이 상승하면 V2의 동작은 정상이라고 판단된다(스텝S11).
이어서, 스텝S12에서 상기 스텝S2에 있어서의 밸브류의 이상이 밸브(V3)의 동작 이상에 해당하는지의 여부를 판단한다. 즉, 스텝S2의 판단이 No[밸브(V1, V2, V3) 중 어느 하나가 동작 이상]이고, 또한 밸브(V1 및 V2)의 동작이 정상이면 밸브(V3)가 동작 이상이라고 판단되고(스텝S13), 또한 스텝S2에 있어서의 판단이 yes인 경우에는 각 밸브(V1, V2, V3)의 동작이 정상이라고 판단된다(스텝S14).
이어서, 각 밸브(V1, V2, V3)의 시트 리크의 체크가 행해진다. 즉, 스텝S15에 있어서 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방, FCS의 컨트롤 밸브(3) 개방으로 배관 내를 진공 처리한 후, 스텝S1과 마찬가지로 V1 폐쇄, V2 개방→폐쇄(스위칭), V3 폐쇄로 하고, FCS와 밸브(V3) 사이의 배관(9b)을 가압해서 FCS의 압력 표시를 P1으로 유지[컨트롤 밸브(3)와 밸브(V3) 사이에서 압력을 유지)한다.
스텝S16에서 상기 P1의 감압을 체크하고, 감압이 있으면 밸브(V3)에 시트 리크가 있다고 판단한다(스텝S17). 또한, 감압이 없으면 밸브(V3)에 시트 리크가 없다고 판단한다(스텝S18).
이어서, 스텝S19에서 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방, FCS의 컨트롤 밸브(3) 개방으로 배관 내를 진공 처리한 후, 밸브 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방으로 해서 배관로(8, 9, 9b)를 감압(진공 처리)한 후 밸브(V3)를 폐쇄로 한다(스텝S20).
그 후 스텝S21에서 FCS의 압력 표시(P1)를 체크하고, 압력 표시(P1)가 증압하지 않으면 스텝S22에서 밸브(V1, V2)에 시트 리크가 없다고 판단하고, 이상 체크를 완료한다(스텝S31).
또한, 스텝S21에서 P1에 증압이 있으면 밸브(V1 또는 V2) 중 어느 하나에 시트 리크가 있다고 판단하고(스텝S23), 시트 리크가 있는 밸브가 어느 것인지를 판단하는 공정에 들어간다.
스텝S24에서 V1 폐쇄, V2 폐쇄, V3 개방, FCS의 컨트롤 밸브(3) 개방으로 배관 내를 진공 처리한 후, 밸브 V1 개방, V2 폐쇄로 하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 실제 가스 유량 자기진단을 행한다. 즉, 실제 가스[프로세스 가스(GP)]를 흐르게 했을 때의 압력 강하 특성과 초기 설정 압력 강하 특성을 대비하고, 양자 간의 차가 허용값 이하이면 진단값에 이상이 없다고 판단한다. 또한, 반대로 상기 양자 간의 차가 허용값 이상이 된 경우에는 진단값에 이상이 있다고 판단한다.
스텝S24에서 진단값에 이상이 없으면 밸브(V1)에만 시트 리크가 있다고 판단한다(스텝S26). 밸브(V1)에 시트 리크가 있어도 밸브(V2)에 시트 리크가 없으면 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)(FCS)로 유입되는 유체는 프로세스 가스(GP)뿐이고, 따라서 상기 실제 가스 유량 자기진단의 진단값에는 이상이 나오지 않기 때문이다.
한편, 스텝S24에 있어서 진단값에 이상이 있을 경우에는 스텝S27에 있어서 밸브(V1) 폐쇄, 밸브(V2) 개방으로 되고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)(FCS)의 N2 유량 자기진단이 행해진다. 즉, N2 가스를 흐르게 했을 때의 압력 강하 특성과 초기 압력 강하 특성을 대비하여 양자의 차가 허용값 이하이면 진단값에 이상이 없다고 진단한다. 또한, 양자의 차가 허용값 이상이면 진단값이 이상하다고 진단한다.
스텝S28에 있어서, N2 유량 자기진단의 진단값에 이상이 없으면 스텝S29에서 밸브(V2)만이 시트 리크를 하고 있다고 판단한다. 왜냐하면, 밸브(V1)가 시트 리크를 일으키고 있으면 실제 가스가 N2 내로 혼입하여 FCS의 유량 자기진단값에 이상이 나오기 때문이다.
반대로, 스텝S28에 있어서, N2 유량 자기진단값에 이상이 있을 경우에는 밸브(V1)가 시트 리크를 일으키고, N2와 실제 가스의 혼합 가스가 FCS에 유입됨으로써 상기 진단값에 이상이 발생하게 된다. 이것에 의해, 스텝S30에 있어서 밸브(V1) 및 밸브(V2)의 양쪽이 시트 리크를 하고 있다고 판단한다.
또한, 도 20의 이상 체크 플로우 시트에 있어서는 스텝S3에 있어서 밸브(V1, V2, V3)의 이상을 검출한 후, 각 밸브(V1, V2, V3)의 동작 이상과 시트 리크 이상을 각각 수순으로 체크해 행하는 플로우로 하고 있다. 그러나, 스텝S3에 있어서 이상이 검출되면 이상의 변동 정도로부터 이상의 종류가 밸브의 동작 이상인지 또는 시트 리크 중 어느 하나인지를 우선 판정하고, 동작 이상이면 스텝S4~스텝S13까지를, 또한 시트 리크 이상이면 스텝S15~스텝S30을 각각 실시하도록 해도 좋다.
또한, 상기 동작 이상의 판정은 스텝S3에 있어서의 P1의 상승률 또는 P1의 감소율로부터 판단가능하다. 예를 들면 P1의 상승률이 크면 밸브의 개폐 이상, P1의 상승률이 작으면 밸브의 시트 리크 이상이라고 판단할 수 있다.
이어서, 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성과, 유량 자기진단의 결과가 이상이라고 판정된 경우의 이상 원인 등의 관계에 대해서 검증을 했다.
또한, 유량 자기진단이란, 상기한 바와 같이 초기 설정한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비하고, 그 차가 미리 정한 범위 외로 된 경우에 이상이라고 판단하는 것이다.
우선, 발명자들은 도 19에 나타낸 기본적인 유체 공급계를 구성하고, 고장(이상)을 모의적으로 발생시킴과 아울러 각 이상 시의 압력 강하 특성을 조사했다. 또한, 얻어진 압력 강하 특성과 그 발생 요인의 관계를 해석하고, 그 해석 결과로부터 압력 강하 특성의 형태와 이상 발생의 원인 간에 밀접한 일정 관계가 존재하는 것을 발견했다. 즉, 이상 발생 시의 압력 강하 특성의 형태를 안다면 이상 발생의 원인을 지득할 수 있는 것을 발견했다.
도 21은 유량 자기진단에 있어서 모의적으로 발생시킨 구체적인 고장의 종류 A(고장의 특정)와, 그것에 의해서 발생하는 현상 B와, 발생한 현상 B에 직접 결부되는 고장의 총괄적인 요인 C의 관계를 조사하고, 이것을 정리한 것이다.
또한, 압력 강하 특성의 형태의 란의 수치(1~4)는 후술하는 바와 같이 구체적인 고장의 종류 A에 대하여 각각 발생하는 압력 강하 특성의 형태의 유형을 나타내는 것이다.
도 22~도 28은 도 21에 나타낸 각각의 구체적인 고장을 발생시킨 경우의 유량 자기진단에 있어서의 압력 강하 특성을 나타내는 것이고, 가로축은 시간을, 또한 세로축은 압력식 유량 제어부(1a), 즉 FCS의 검출 압력을 각각 나타내는 것이다.
즉, 도 22에서는 가스 공급원측으로부터의 공급압 부족 때문에 100% 유량 유지 시에 제어압이 부족하게 되고, 압력 강하 특성의 형태가 후술하는 유형 4의 형태가 된다.
도 23(a)에서는 2차측(FCS의 출력측)의 에어 작동 밸브(V3)의 에어 작동이 고장이기 때문에 오리피스 2차측 압력이 상승하고, 그 결과 진단 도중부터 압력 강하가 느려지게 된다(유형 2의 형태가 된다).
또한, 도 23(b)에서는 오리피스 2차측의 외부로부터 리크 가스가 2차측으로 유입되기 때문에 오리피스 2차측 압력이 상승하고, 압력 강하 특성의 형태는 상기 도 23(a)의 경우와 같은 유형 2의 형태가 된다.
도 24(a)에서는 플로우 팩터(F.F.)가 큰 가스가 압력식 제어부(1a), 즉 FCS의 1차측으로 유입되기 때문에 조임 기구(오리피스)로부터 가스가 빠지기 쉬워지고, 그 결과 압력 강하 특성에 있어서의 압력 강하가 빨라진다(유형 3의 형태).
반대로, 도 24(b)에서는 플로우 팩터(F.F.)가 작은 가스가 유입되기 때문에 조임 기구(오리피스)로부터 가스가 빠지기 어려워지고, 압력 강하 특성에 있어서의 압력 강하가 느려진다(유형 1의 형태). 또한, 이하의 기재에서는 조임 기구를 오리피스로 표현한다.
도 25(a)에서는 오리피스가 막힘으로써 오리피스로부터 가스가 빠지기 어려워지고, 압력 강하 특성에 있어서의 압력 강하가 느려지게 된다(유형 1의 형태).
반대로, 도 25(b)에서는 오리피스 지름이 커지기 때문에 오리피스로부터 가스가 빠지기 쉬워지고, 압력 강하가 빨라지게 된다(유형 3의 형태).
도 26에서는 컨트롤 밸브(3)가 시트 리크를 발생시키고 있기 때문에 유량 자기진단 시에 컨트롤 밸브(3)로부터 가스가 유입되고, 압력 강하 특성에 있어서의 압력 강하가 느려지게 된다(유형 1의 형태).
도 27에서는 컨트롤 밸브(3)의 구동부의 전달계에 이상이 있기 때문에 컨트롤 밸브가 원활하게 밸브 개방되지 않는다. 그 결과, 가스의 공급이 행해지지 않아 가스가 흐르지 않게 되기 때문에 압력 강하 특성이 변화하지 않게 된다(유형 4의 형태).
도 28은 압력식 유량 제어부(1a)의 영점 조정이 잘못되어 있는 경우를 나타내는 것이고, 영점이 플러스측으로 변동하고 있을 때에는 압력 강하가 느려서 유형 1의 형태가 된다.
또한, 영점이 마이너스측으로 변동하고 있을 때에는 압력 강하가 빨라지게 되고, 그 압력 강하 특성은 유형 3의 형태가 된다.
도 29는 상기 도 22~도 28에 나타낸 유량 자기진단 시에 있어서의 압력 강하 특성의 유형의 형태를 정리해서 표시한 것이다.
즉, 압력 강하 특성은 다음 1~4의 4 유형의 형태(패턴)로 크게 나뉘어진다.
[유형 1의 압력 강하 특성(진단 직후부터 압력 강하가 느려진다)]
플로우 팩터가 작은 가스의 혼입, 오리피스에의 생성물의 부착·먼지 막힘, 컨트롤 밸브의 먼지의 맞물림, 생성물 부착(시트 리크), 영점의 플러스 변동 등의 고장의 경우에 발생한다.
[유형 2의 압력 강하 특성(진단 도중부터 압력 강하가 느려진다)]
2차측 밸브의 에어 오퍼레이션 기구의 고장, 2차측으로의 외부로부터의 리크 등의 고장의 경우에 발생한다.
[유형 3의 압력 강하 특성(진단 직후부터 압력 강하가 빨라진다)]
플로우 팩터가 큰 가스의 혼입, 부적절한 영점 입력, 부식에 의한 구멍(오리피스)의 막힘, 오리피스 플레이트의 파손, 영점의 마이너스 변동 등의 고장의 경우에 발생한다.
[유형 4의 압력 강하 특성(진단 시의 초기가 100% 유량에 도달하지 않는다)]
공급 압력의 부족, 1차측 밸브의 에어 오퍼레이션 기구의 고장, (프리필터의) 먼지 막힘, 컨트롤 밸브 구동부의 전달계의 이상(컨트롤 밸브의 고장) 등의 경우에 발생한다.
상기 도 21 및 도 22~도 29의 기재로부터도 명확한 바와 같이, 본 발명에서는 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성의 형태가 1~4의 어느 유형에 해당할지를 검토함으로써 고장의 원인이나 그 발생 개소를 용이하게 알 수 있고, 가스 공급계의 보수(또는 점검)를 능률적이고 신속하게 행할 수 있게 된다.
이어서, 유체 공급계의 밸브에 시트 리크 등이 발생하거나, 또는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1) 자체에 무언가 고장이 발생함으로써 유량 자기진단 시의 모니터 유량에 이상이 있는 것이 판명되면, 상기 모니터 유량의 이상이 유체 공급계의 이상에 의한 것인지, 또는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1) 자체의 이상에 의한 것인지를 판별하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 고장 등이 원인이 되어 있을 때에는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)를 신속하게 교환할 필요가 있다.
그 때문에, 본 발명에 있어서는 모니터 유량 이상이 나타나면 우선 도 30에 나타내는 바와 같이, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1)의 유량 자기진단을 행한다(스텝40).
또한, 유량 자기진단 방법은 상기 도 20 등에 의해 설명한 방법과 마찬가지이다. 또한, 상기 모니터 유량의 이상은 일반적으로 도 1에 나타낸 열식 유량 모니터부(1b)의 영점의 어긋남, 압력식 유량 제어부(1a)의 영점의 어긋남, 유체 공급계의 이상 및 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치(1) 자체의 고장 등이 원인이 되어서 발생하는 것이 판명되어 있다.
상기 스텝40에서 유량 자기진단을 행하고, 그 결과를 스텝41에서 진단하고, 유량 자기진단 결과가 미리 정한 정상범위 내에 있으면 스텝42에서 열식 유량 센서(2)의 영점 조정을 행한 후, 스텝43에서 모니터 유량 출력을 재차 확인하고, 스텝44에서 유량 출력이 미리 정한 정상 범위 내에 있으면 사용 가능이라고 판단하고, 계속해서 사용에 제공하는 것으로 한다.
상기 스텝41에서 유량 자기진단 결과가 설정 범위 외이면 스텝45에서 유량 자기진단에 있어서의 모니터 유량 이상의 원인의 해석을 행하고, 모니터 유량의 이상의 원인을 파악한다.
상기 유량 자기진단 이상의 요인 해석은 상기 도 21~도 29를 사용해서 설명한 바에 따라서 행하고, 이상의 원인이 4개의 유형 중 어느 유형에 해당하는지를 판별한다.
또한, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단에 있어서, 그 압력 강하 특성 곡선의 형태로부터 유량 이상의 원인이 오리피스의 구경 변화에 기인한다고 판단될 경우[예를 들면, 도 25(a)의 유형 1 및 도 25(b)의 유형 2의 경우]에는 모니터 유량값이 옳은 것으로 해서 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력값을 교정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력값의 교정 방법으로서는, 예를 들면 유량 검출점을 5~10점 정도 적당히 선정하고, 각 점에 있어서의 모니터 유량값과 유량 출력값의 차를 사용해서 교정하는 방법 등이 가능하다.
이어서, 우선 스텝46에서 압력 센서의 영점에 어긋남이 있는지의 여부를 체크하고, 압력 센서의 영점에 어긋남이 없으면 스텝47에서 유체 공급계의 이상에 해당하는지의 여부를 체크한다.
반대로, 상기 스텝46에서 압력 센서의 영점에 어긋남이 있는 것이 판명되면 스텝48에서 압력 센서의 영점을 조정한 후, 재차 처리를 스텝40으로 되돌려서 유량 자기진단을 실행한다.
상기 스텝47에서 이상의 요인이 유체 공급계의 이상에 해당하는지의 여부를 체크하고, 유체 공급계의 이상에 해당하지 않을 경우에는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 그 자체에 모니터 유량의 이상 원인이 있다고 판단하고, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 교체, 교환의 처치를 한다.
또한, 스텝47에서 이상의 요인이 유체 공급계의 이상에 해당한다고 판명된 경우에는 스텝49에서 유체 공급계의 보수 또는 복구를 행하고, 그 후 처리를 재차 스텝40으로 되돌려서 유량 자기진단을 행한다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은 반도체 제조 장치용 가스 공급 설비뿐만 아니라, 화학 산업이나 식품 산업 등의 압력 센서를 보유하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용한 유체 공급 설비 전반에도 널리 적용할 수 있는 것이다.
1: 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치
1a: 압력식 유량 제어부
1b: 열식 유량 모니터부
2: 열식 유량 센서
2b: 센서 회로
2d: 바이패스관군
2e: 센서관
3: 컨트롤 밸브
3a: 밸브 구동부
4: 온도 센서
5: 압력 센서
6: 오리피스
7: 제어부
7a: 압력식 유량 연산 제어부
7b: 유량 센서 제어부
7a1: 입력 단자
7a2: 출력 단자
7b1: 입력 단자
7b2: 출력 단자
8: 입구측 통로
9: 출구측 통로
10: 기기 본체 내의 유체 통로
11: 가스 공급원
12: 압력 조정기
13: 퍼지용 밸브
14: 입력측 압력 센서
15: 데이터로거
16: 진공 펌프
17: 압력 센서
Pd: 컨트롤 밸브의 제어 신호
Pc: 유량 신호
A1: 설정 유량(유량 설정 입력)
A2: 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력
B1: 열식 유량 센서 출력(도 6·열식 유량 센서가 1차측의 경우)
B2: 열식 유량 센서 출력(도 7·열식 유량 센서가 2차측의 경우)
X: 프로세스 가스 공급계
X1: 배관
Y: 퍼지 가스 공급계
Y1: 배관
C: 프로세스 가스 사용계
E: 프로세스 챔버
FCS: 압력식 유량 제어 장치
V1~V3: 밸브
Go: 퍼지 가스
Gp: 프로세스 가스

Claims (12)

  1. 유체의 입구측 통로와, 입구측 통로의 하류측에 접속된 압력식 유량 제어부를 구성하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류측에 접속된 열식 유량 센서와, 열식 유량 센서의 하류측에 연통되는 유체 통로에 개재 설치된 오리피스와, 상기 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 근방에 설치한 온도 센서와, 상기 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로에 설치한 압력 센서와, 상기 오리피스에 연통되는 출구측 통로와, 상기 압력 센서로부터의 압력 신호 및 온도 센서로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스를 유통하는 유체의 유량값을 연산함과 아울러, 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부 및 상기 열식 유량 센서로부터의 유량 신호가 입력되어 상기 유량 신호로부터 오리피스를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부로 이루어지고, 상기 유량 센서 제어부에서 연산한 유체 유량과 압력식 유량 연산 제어부에서 연산한 유체 유량 사이의 차가 설정값을 초과하면 경보 표시를 행하는 제어부로 구성한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압력 센서를 컨트롤 밸브의 출구측과 열식 유량 센서의 입구측 사이에 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤 밸브, 열식 유량 센서, 오리피스, 압력 센서, 온도 센서, 입구측 통로, 출구측 통로를 1개의 보디체에 일체적으로 장착함과 아울러, 유체 통로를 보디체에 일체적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  4. 유체의 입구측 통로와, 입구측 통로의 하류측에 접속한 압력식 유량 제어부를 구성하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류측에 접속된 열식 유량 센서와, 열식 유량 센서의 하류측에 연통되는 유체 통로에 개재 설치된 오리피스와, 상기 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 근방에 설치한 온도 센서와, 상기 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로에 설치한 압력 센서(5)와, 상기 오리피스에 연통되는 출구측 통로와, 상기 오리피스 하류측의 출구측 통로에 설치한 압력 센서(17)와, 상기 압력 센서(5) 및 압력 센서(17)로부터의 압력 신호 및 온도 센서로부터의 온도 신호가 입력되고, 오리피스를 유통하는 유체의 임계 팽창 조건의 감시나 오리피스를 유통하는 유체의 유량값을 연산함과 아울러, 연산한 유량값과 설정 유량값의 차가 감소하는 방향으로 상기 컨트롤 밸브를 개폐 작동시키는 제어 신호(Pd)를 밸브 구동부로 출력하는 압력식 유량 연산 제어부 및 상기 열식 유량 센서로부터의 유량 신호가 입력되고 상기 유량 신호로부터 오리피스를 유통하는 유체 유량을 연산 표시하는 유량 센서 제어부로 이루어지고, 상기 열식 유량 센서 제어부에서 연산한 유체 유량과 압력식 유량 연산 제어부에서 연산한 유체 유량 사이의 차가 설정값을 초과하면 경보 표시를 행하는 제어부로 구성한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    오리피스를 유통하는 유체가 임계 팽창 조건을 벗어나면 경보 표시를 행하는 제어부로 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    컨트롤 밸브, 열식 유량 센서, 오리피스, 압력 센서(5), 온도 센서, 입구측 통로, 출구측 통로, 압력 센서(17)를 1개의 보디체에 일체적으로 장착함과 아울러, 유체 통로를 보디체에 일체적으로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치.
  7. 유량의 설정 기구와, 유량 및 압력의 표시 기구와, 유량 자기진단 기구를 구비한 제 1 항의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계에 있어서, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 상류측과 하류측 중 적어도 일측에 설치한 밸브의 이상을, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력의 표시값과 유량 자기진단 기구의 진단값 중 적어도 하나를 이용해서 검출하는 방법으로서, 이상 검출의 대상으로 하는 밸브를, 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 상류측에 설치한 퍼지 가스 공급계의 밸브와 프로세스 가스 공급계의 밸브 및 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 하류측의 프로세스 가스 사용계에 설치한 밸브로 함과 아울러, 검출하는 이상의 종류를 밸브의 개폐 동작 및 시트 리크로 한 것을 특징으로 하는 제 1 항의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계의 이상 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단 기구를, 초기 설정을 한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비해서 이상을 진단하는 구성의 기구로 함과 아울러, 프로세스 가스와 퍼지 가스의 혼합 가스가 유입되었을 때의 상기 진단값의 변화로부터, 프로세스 가스 공급계 또는 퍼지 가스 공급계의 밸브의 시트 리크를 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 사용한 유체 공급계의 이상 검출 방법.
  9. 유량의 설정 기구와, 유량 및 압력의 표시 기구와, 유량 자기진단 기구를 구비한 제 1 항의 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계에 있어서, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 및 그 상류측과 하류측 중 적어도 일측에 설치한 밸브의 이상을, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 압력의 표시값과 유량 자기진단 기구의 진단값 중 적어도 하나를 이용해서 검출하는 방법으로서, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 유량 자기진단 기구를, 초기 설정을 한 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 대비해서 이상을 진단하는 구성의 기구로 함과 아울러, 상기 유량 자기진단 기구에 의한 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성이 상기 초기 설정 시의 압력 강하 특성에 대비하여 진단 직후부터 압력 강하가 느려지기 시작하는지, 진단 도중부터 압력 강하가 느려지기 시작하는지, 진단 직후부터 압력 강하가 빨라지는지, 진단 개시 시의 압력이 초기 설정 시의 압력에 도달하고 있지 않은지의 어느 형태에 해당하는지를 판별하고, 판별된 상기 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성의 형태로부터, 검출된 이상의 원인을 판정하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계의 이상 검출 방법.
  10. 제 9 항의 유체 공급계의 이상 검출 방법에 의해 유량 자기진단을 하고, 먼저 유량 자기진단 시의 압력 강하 특성의 형태로부터 검출된 이상의 원인을 판정하고, 그 후, 압력 센서의 영점의 어긋남을 확인하고, 영점이 어긋나 있을 경우에는 그 영점을 조정하고나서 재차 유량 자기진단을 행하고, 또한, 상기 영점에 어긋남이 없을 경우에는 상기 판정한 이상의 원인이 유체 공급계의 이상인지의 여부를 판별하고, 유체 공급계가 이상인 경우에는 유체 공급계의 이상을 복구시키고, 또한, 유체 공급계에 이상이 없을 경우에는 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치 자체의 이상이라고 판단해서 그 교환을 하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계의 모니터 유량 이상 시의 처치 방법.
  11. 제 9 항의 유체 공급계의 이상 검출 방법에 의해 유량 자기진단을 하고, 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 오리피스의 지름 변화가 원인으로 모니터 유량이 이상인 경우에는 모니터 유량을 바른 것으로 해서 상기 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치의 교정을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치를 이용한 유체 공급계의 모니터 유량 이상 시의 처치 방법.
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