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KR102152048B1 - 압력식 유량 제어 장치 및 유량 자기 진단 방법 - Google Patents

압력식 유량 제어 장치 및 유량 자기 진단 방법 Download PDF

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KR102152048B1
KR102152048B1 KR1020187015796A KR20187015796A KR102152048B1 KR 102152048 B1 KR102152048 B1 KR 102152048B1 KR 1020187015796 A KR1020187015796 A KR 1020187015796A KR 20187015796 A KR20187015796 A KR 20187015796A KR 102152048 B1 KR102152048 B1 KR 102152048B1
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pressure
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pressure drop
control valve
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마사아키 나가세
카오루 히라타
요헤이 사와다
카츠유키 스기타
코우지 니시노
노부카즈 이케다
Original Assignee
가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

압력식 유량 제어 장치(8)는 스로틀부(2)와, 스로틀부 상류의 제어 밸브(6)와, 상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)와, 제어 밸브와 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 컨트롤러(7)를 구비하고, 하류 압력 검출기의 하류측에는 차단 밸브(9)가 설치되며, 유량 자기 진단 기능을 실행할 때, 제어 밸브와 차단 밸브에 폐쇄 명령이 내려져 컨트롤러(7)는 제어 밸브를 닫고 나서의 상류 압력 검출기 및 하류 압력 검출기의 출력을 사용해서 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하고, 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간의 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단한다.

Description

압력식 유량 제어 장치 및 유량 자기 진단 방법
본 발명은 반도체 제조 설비나 화학 플랜트 등에 사용되는 압력식 유량 제어 장치에 관한 것이며, 특히 유량 자기 진단 기능을 구비한 압력식 유량 제어 장치 및 유량 자기 진단 방법에 관한 것이다.
종래 도 1에 나타내는 바와 같이 제어되어야 할 유체(G)가 통과하는 유로(1)와, 유로(1)에 개재된 오리피스 플레이트 등의 스로틀부(2)와, 스로틀부(2)의 상류 압력(P1)을 검출하는 상류 압력 검출기(3)와, 스로틀부(2)의 하류 압력(P2)을 검출하는 하류 압력 검출기(4)와, 스로틀부(2)의 상류의 온도(T)를 검출하는 온도 검출기(5)와, 상류 압력 검출기(3)의 상류의 유로(1)에 설치된 제어 밸브(6)와, 제어 밸브(6)를 제어하는 컨트롤러(7)를 구비하는 압력식 유량 제어 장치(8)가 알려져 있다(특허문헌 1 등). 압력식 유량 제어 장치(8)의 하류에는 차단 밸브(9), 프로세스 챔버(10), 진공 펌프(11)가 접속되어 있다.
이 종류의 압력식 유량 제어 장치는 상류 압력 검출기(3)에 의해 검출한 상류 압력(P1)과, 하류 압력 검출기(4)에 의해 검출한 하류 압력(P2)과, 스로틀부(2)를 통과하는 유량 Q 사이에 소정의 관계가 성립하는 것을 이용해서 검출한 상류 압력(P1) 또는 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)에 의거하여 컨트롤러(7)가 제어 밸브(6)를 제어함으로써 유량을 소정 유량이 되도록 제어한다. 예를 들면, 임계 팽창 조건하, 즉 P1≥약 2×P2를 만족시키는 조건하에서는 유량 Q=K1P1(K1 일정)의 관계가 성립한다. 정수 K는 스로틀부(2)의 구멍 지름이 동일하면 일정하다. 또한, 비임계 팽창 조건하에서는 유량 Q=KP2 m(P1-P2)n(K는 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 비례계수, 지수 m, n은 실제 유량으로부터 도출된 값)의 관계가 성립하고, 이들의 유량 계산식을 사용해서 연산에 의해 유량을 구할 수 있다.
그러나 장기간의 사용 등에 의해 압력식 유량 제어 장치(8)의 스로틀부(2)에 부식이나 막힘 등이 생기면 유량이 변화되므로 유량을 고정밀도로 제어할 수 없게 된다.
그 때문에 종래 스로틀부(2)의 구멍 지름의 변화에 의한 유량 변화의 유무를 진단하는 유량 자기 진단이 제안되어 있다(특허문헌 2, 3 등).
이 유량 자기 진단은 제어 밸브(6)를 닫음으로써 제어 밸브(6)와 스로틀부(2) 사이의 압력이 서서히 강하하는 압력 강하 특성을 이용한다. 스로틀부(2)의 구멍 지름이 변화되면 상기 압력 강하 특성도 변화되는 점에서 초기의 압력 강하 특성과 진단 시의 압력 강하 특성을 비교하면 스로틀부(2)의 구멍 지름의 변화, 나아가서는 유량 변화의 유무를 진단할 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 유량 자기 진단은 설정 유량 QS를 고설정 유량 QSH로 유지하는 제 1 스텝과, 이 고설정 유량 QSH를 저설정 유량 QSL로 바꾸어서 유지하고, 상류 압력(P1)을 측정해서 압력 강하 데이터 P(t)를 얻는 제 2 스텝과, 동 조건에서 스로틀부(2)에 막힘이 없는 초기에 측정된 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 압력 강하 데이터 P(t)를 대비하는 제 3 스텝과, 저설정 유량 QSL로 스위칭하고 나서 소정 시간 후의 압력 강하 데이터 P(t)가 기준 압력 강하 데이터 Y(t)보다 소정 이상 괴리되었을 때에 막힘을 통지하는 제 4 스텝을 포함한다.
통상, 기준 압력 강하 데이터 Y(t)는 하류를 진공 배기한 상태로 100% 유량(풀 스케일 유량)으로 일정 시간 질소 가스를 흘리고, 유량이 안정된 시점에서 제어 밸브(6)를 닫고, 압력 강하 특성을 계측해서 얻어진다. 그 때문에 유량 자기 진단 시에 있어서도 일반적으로는 기준 압력 강하 데이터의 취득 시와 같은 조건, 즉 고설정 유량 QSH를 100% 유량(풀 스케일 유량)으로 하고, 저설정 유량 QSL은 0% 유량(제어 밸브(6)를 완전 폐쇄)으로 하여 압력 강하 데이터 P(t)가 계측된다.
또한, 압력 강하 특성은 스로틀부(2)의 구멍 지름과, 제어 밸브(6)로부터 스로틀부(2)까지의 유로(1)의 내용적에 의해 바뀌기 때문에 스로틀부(2)의 구멍 지름, 및 상기 내용적에 따라 압력 강하 데이터 P(t)를 얻기 위한 샘플링 수와 계측 시간이 미리 컨트롤러(7)의 메모리(M)에 기억되어 있다. 샘플링 수는 소망의 자기 진단 정밀도가 얻어지는 정도의 수로 설정되고, 예를 들면 50회가 된다. 계측 시간은 임계 팽창 조건(P1≥약 2×P2)을 만족하는 시간에서의 계측을 확보하기 위해서 100% 유량으로 계측하기 시작하고 나서부터 비임계 팽창 조건이 되는 시간의 충분히 전까지의 시간이 된다. 임계 팽창 조건으로부터 비임계 팽창 조건으로 변화되는 시간은 미리 시험을 행함으로써 구해진다.
일본 특허공개 2004-138425호 공보 일본 특허공개 2000-137528호 공보 일본 특허공개 2009-265988호 공보 일본 특허 제3890138호 일본 특허 제4308356호
유량 자기 진단에 사용하는 압력 강하 데이터 P(t)로서 임계 팽창 조건을 만족하고 있을 때의 압력 강하 데이터를 사용하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 4). 그러나 종래의 압력식 유량 제어 장치에 있어서는 유량 자기 진단에 관하여 상류 압력만을 보고 있기 때문에 실제로 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부의 판단은 불가능하다. 그 때문에 임계 팽창 조건으로부터 상류 압력이 서서히 쇠퇴해서 비임계 팽창 조건이 되기 충분히 전에 유량 자기 진단을 위한 압력 강하 데이터의 계측을 종료하도록 계측 시간을 설정하고 있었다. 그 결과, 압력 강하 데이터 P(t)를 계측할 수 있는 시간에 제한이 부과되어 계측 시간 범위를 널리 취하는 일이 곤란한 경우가 있었다.
또한, 특히 압력식 유량 제어 장치를 복수 병렬 접속된 가스 공급 장치에 있어서, 임계 팽창 조건하에서의 계측을 확보하기 위해서 유량 자기 진단은 프로세스 종료 후, 모든 압력식 유량 제어 장치의 가스 공급을 정지하여 유지보수 모드로 하고 나서 유량 자기 진단을 행하지 않으면 안되어 유지보수 모드에 의한 시간의 로스가 발생하고 있었다.
특허문헌 5에는 프로세스 도중의 단기간, 또는 프로세스 종료 시에 있어서의 압력 강하 특성을 측정함으로써 유량 자기 진단을 행하는 방법이 기재되어 있다(특허문헌 5의 도 6, 도 7 등). 그러나, 특허문헌 5에 기재된 방법에서는 자기 진단에 있어서 프로세스 챔버측의 폐지 밸브를 연 채 유지할 필요가 있다. 이 때문에 진단 공정이 종료될 때까지의 동안 상류측의 제어 밸브를 닫은 후에도 폐지 밸브를 통해 프로세스 챔버에 잔류 가스가 계속 공급된다는 문제가 있었다. 또한, 상기와 같이 복수의 압력식 유량 제어 장치가 접속되어 있을 경우, 프로세스 챔버측의 폐지 밸브를 연 상태에서는 다른 라인의 가스가 챔버에 공급되어 있음으로써 하류 압력이 높아지고, 그 결과 임계 팽창 조건을 만족하고 있지 않은 상태로 자기 진단을 행해버릴 우려가 있었다.
또한, 상기와 같이 프로세스 종료 시로부터의 압력 강하 특성을 측정해서 자기 진단을 행할 경우, 프로세스 종료 시의 상류 압력(초기 압력)이 여러 가지 값을 취할 수 있음으로써 자기 진단의 정밀도가 저하될 수 있는 것을 본 발명자에 의해 알 수 있었다.
그래서 본 발명은 유량 자기 진단을 위한 유효한 압력 강하 데이터의 취득 시간을 될 수 있는 한 길게 확보함과 아울러, 유지보수 모드로 하지 않아도 프로세스의 종료 등에 따라 가스의 공급이 종료된 시점에서 유량 자기 진단이 가능한 유량 자기 진단 기능을 구비하는 압력식 유량 제어 장치 및 그 유량 자기 진단 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 스로틀부와, 상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와, 상기 스로틀부의 하류측 유로의 압력을 검출하는 하류 압력 검출기와, 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하고, 상기 하류 압력 검출기의 하류측에 차단 밸브가 설치되어 있으며, 상기 유량 자기 진단 기능을 실행할 때, 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에는 폐쇄 명령이 내려져 있어 상기 컨트롤러는 상기 제어 밸브를 닫고, 상기 제어 밸브를 닫고 나서의 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기의 출력을 사용해서 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 폐쇄 명령이 내려졌을 때, 상기 제어 밸브가 닫히고 나서 소정 시간 경과 후에 상기 차단 밸브가 닫히고, 상기 소정 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터에는 상기 차단 밸브에 상기 폐쇄 명령이 내려지고 나서 상기 차단 밸브가 닫히기 전에 취득된 압력 강하 데이터와, 상기 차단 밸브가 닫혀 하류 압력이 상승한 후에 취득된 압력 강하 데이터가 포함된다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 제어 밸브는 피에조 소자 구동형 제어 밸브이며, 상기 차단 밸브는 유체 구동 밸브이며, 상기 폐쇄 명령은 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에 대하여 동시에 내려진다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 복수의 상기 압력 강하 데이터로부터 얻어지는 소정 함수의 계수와, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 미리 기억된 기준 계수의 비교에 의거하여 유량 제어를 진단한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 샘플의 수에 의거하여 상기 기준 압력 강하 데이터의 비교 형태를 결정한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 샘플의 수에 의거하여 상기 미리 설정된 샘플링 주파수를 갱신한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 상류 압력 검출기, 상기 하류 압력 검출기, 및 상기 온도 검출기로부터의 출력에 의거하여 상기 스로틀부를 통과하는 유량이 설정 유량이 되도록 상기 제어 밸브를 제어한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 소정의 임계 팽창 조건은 상기 스로틀부를 흐르는 가스의 종류 및 상기 온도 검출기로부터 출력되는 온도 중 적어도 어느 하나에 의거하여 결정된다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제어 밸브를 닫을 때의 유량 또는 상류 압력에 의거하여 상기 압력 강하 데이터를 보정하고 나서 상기 기준 압력 강하 데이터와 비교한다.
본 발명의 실시형태에 의한 유량 자기 진단 방법은 스로틀부와, 상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와, 상기 스로틀부의 하류측 유로의 압력을 검출하는 하류 압력 검출기와, 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 미리 기억된 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하는 압력식 유량 제어 장치에 있어서 행해지는 유량 자기 진단 방법으로서, 상기 하류 압력 검출기의 하류측에는 차단 밸브가 설치되어 있으며, 가스의 유량을 설정 유량으로 제어해서 흘리고 있을 때에 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에 폐쇄 명령을 내리는 스텝과, 상기 폐쇄 명령이 내려진 후, 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기의 출력에 의거하여 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하는 스텝과, 임계 팽창 조건을 만족하고 있을 경우에는 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터를 기억하는 스텝과, 상기 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터를 상기 기준 압력 강하 데이터와 비교함으로써 유량 제어의 자기 진단을 행하는 스텝을 포함한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 폐쇄 명령이 내려졌을 때, 상기 제어 밸브가 닫히고 나서 소정 시간 경과 후에 상기 차단 밸브가 닫히고, 상기 폐쇄 명령이 내려지고 나서 상기 차단 밸브가 닫히기 전에 취득된 적어도 1개의 압력 강하 데이터와, 상기 차단 밸브가 닫힌 후에 취득된 적어도 1개의 압력 강하 데이터를 상기 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터로서 사용한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 폐쇄 명령을 내리는 스텝은 상기 압력식 유량 제어 장치에 접속된 반도체 제조 장치의 프로세스 종료 시의 가스 공급 정지 시에 실행된다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 유량 제어의 자기 진단을 행하는 스텝은 상기 압력 강하 데이터로부터 구해지는 소정 함수의 계수와, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 미리 기억된 기준 계수를 비교하는 스텝을 포함한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 스로틀부를 흐르는 가스의 종류 및 온도 중 적어도 어느 하나에 의거하여 상기 임계 팽창 조건을 결정하는 스텝을 더 포함한다.
본 발명의 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 스로틀부와, 상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와, 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하고, 상기 유량 자기 진단 기능을 실행할 때, 상기 컨트롤러는 상기 제어 밸브를 닫고 나서 상기 상류 압력 검출기를 사용해서 상류 압력의 강하를 측정함으로써 상기 압력 강하 데이터를 취득하고, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 상기 제어 밸브 폐지 시의 상류 압력인 초기 상류 압력 또는 상기 초기 상류 압력에 의해 결정되는 상기 제어 밸브 폐지 시의 유량인 초기 유량에 의거하는 기준 압력 강하 데이터가 사용된다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 기준 압력 강하 데이터는 ln(P(t)/P0)=-αt로 규정되는 직선의 기울기 α이며, 여기에서 P(t)는 시간에 대한 압력의 함수, P0는 초기 압력, t는 시간이다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러가 ln(P(t)/P0)=-αt로 규정되는 직선의 기울기 α를 초기 압력(P0)의 함수로서 갖는다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 스로틀부의 하류측 유로의 압력을 검출하는 하류 압력 검출기를 더 구비하고, 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기를 사용해서 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단한다.
어떤 실시형태에 있어서, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 상기 압력 강하 데이터를 취득 종료했을 때에 판정한다.
본 발명의 실시형태에 의한 유량 자기 진단 방법은 스로틀부와, 상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와, 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하는 압력식 유량 제어 장치에 있어서 행해지는 유량 자기 진단 방법으로서, 상기 제어 밸브를 닫고 나서 상기 상류 압력 검출기를 사용해서 상류 압력의 강하를 측정함으로써 상기 압력 강하 데이터를 취득하는 스텝과, 상기 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 비교함으로써 유량 제어를 진단하는 스텝을 포함하고, 상기 압력 강하 데이터 및 상기 기준 압력 강하 데이터로서 ln(P(t)/P0)=-αt(여기서 P(t)는 시간에 대한 압력의 함수, P0는 초기 압력, t는 시간)로 규정되는 직선의 기울기 α가 사용된다.
(발명의 효과)
본 발명의 실시형태에 의하면, 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 모니터링해서 유량 자기 진단을 행할 수 있게 되고, 유량 자기 진단을 위한 압력 강하 데이터 취득 시간을 최대한 확보할 수 있음과 아울러, 유지보수 모드로 하지 않아도 가스 공급 정지 시의 압력으로부터 압력 강하 특성을 이용해서 유량 자기 진단이 가능해진다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면 반도체 제조 프로세스나 스텝의 종료 시 등에 있어서 상류 압력이 임의의 크기이어도 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 자기 진단을 적절하게 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 관련되는 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2(a)는 프로세스 중의 가스 공급 상태, 도 2(b)는 프로세스 후의 가스 차단 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 가스 공급 상태로부터 밸브 폐쇄 동작을 행했을 때의 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 차단 밸브로서 에어오퍼레이트 밸브를 사용할 경우의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5(a)~도 5(c)는 압축 공기 라인 튜브의 길이가 다른 각각의 경우에 있어서, 제어 밸브 및 차단 밸브에 대하여 동시에 폐쇄 명령이 내려졌을 때의 실제 압력 변동의 모양을 나타내는 그래프이다.
도 6은 기준 압력 강하 데이터 Y(t)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 기준 압력 강하 데이터를 함수 Z(t)에 의해 대수 표시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 의한 유량 자기 진단의 일실시형태를 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 유량 자기 진단 시의 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 10은 복수의 압력식 유량 제어 장치를 병렬 접속한 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 유량 자기 진단의 다른 실시형태를 나타내는 플로우 차트이다.
도 12는 도 11에 나타낸 플로우 차트에 의한 유량 자기 진단시의 압력 강하 데이터 P(t)를 나타내는 그래프이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 비교예 및 실시예 각각에 있어서의 자기 진단 프로세스를 설명하기 위한 도면이며, 상단에는 제어 밸브의 개폐 명령(유량 제어 명령)을 나타내고, 중단에는 차단 밸브의 개폐 명령을 나타내고, 하단에는 상류 압력의 변화를 나타낸다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 설정 유량(초기 상류 압력)이 각각 상이한 경우에 있어서의 제어 밸브를 닫은 후의 압력 강하 곡선 및 ln(P/P0)의 기울기를 각각 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 있어서의 초기 유량(초기 상류 압력에 대응)과 기준 기울기의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 일실시형태에 대해서 이하에 도 1~도 15를 참조해서 설명한다. 또한, 종래기술을 포함하여 동일하거나 또는 유사 구성 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고 있다.
압력식 유량 제어 장치(8)는, 예를 들면 도 1에 나타내는 구성을 가지며, 유로(1)에 개재된 스로틀부(2)와, 스로틀부(2)의 상류의 유로(1)에 개재된 제어 밸브(6)와, 스로틀부(2)와 제어 밸브(6) 사이에서 스로틀부(2)의 상류 압력(P1)을 검출하는 상류 압력 검출기(3)와, 스로틀부(2)의 하류 압력(P2)을 검출하는 하류 압력 검출기(4)와, 스로틀부(2)와 제어 밸브(6) 사이의 온도를 검출하는 온도 검출기(5)와, 컨트롤러(7)를 구비하고 있다. 단, 컨트롤러(7)는 종래의 압력식 유량 제어 장치와는 달리 반도체 제조 장치의 프로세스 종료 시(프로세스 챔버로의 가스 공급 정지 시)에 자기 진단 기능을 실행할 수 있도록 구성되어 있다.
압력식 유량 제어 장치(8)의 제어 밸브(6)의 상류측은 가스 공급원에 접속되어 있고, 하류 압력 검출기(4)의 하류측은 차단 밸브(9)를 개재하여 반도체 제조 장치의 프로세스 챔버(10)에 접속되어 있다. 프로세스 챔버(10)에는 진공 펌프(11)가 접속되어 있고, 가스 공급 시에는 프로세스 챔버(10)의 내부가 진공 펌프(11)에 의해 진공 배기된다.
또한, 도 1에 나타내는 실시형태에서는 차단 밸브(9)가 압력식 유량 제어 장치(8)의 외측에 배치되어 있지만, 차단 밸브(9)는 유량 제어 장치(8)에 내장되어 있어도 좋다. 차단 밸브(9)의 개폐 동작은 본 실시형태에서는 컨트롤러(7)에 접속된 외부 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 제어되지만, 다른 실시형태에 있어서 컨트롤러(7)에 의해 제어되어도 좋다.
압력식 유량 제어 장치(8)의 유로(1)는, 예를 들면 금속제 블록에 형성된 구멍에 의해 형성되어 있어도 좋다. 상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)는, 예를 들면 실리콘 단결정의 센서 칩과 다이어프램을 내장하는 것이면 좋다. 제어 밸브(6)는, 예를 들면 금속제 다이어프램 밸브를 피에조 소자(피에조 액추에이터)를 사용해서 개폐하는 피에조 소자 구동형 제어 밸브이어도 좋다.
압력식 유량 제어 장치(8)에 있어서, 컨트롤러(7)는 상류 압력 검출기(3), 하류 압력 검출기(4), 및 온도 검출기(5)로부터의 검출 출력에 의거하여 스로틀부(2)를 통과하는 유량이 설정 유량이 되도록 제어 밸브(6)를 제어한다. 컨트롤러(7)는 CPU, 메모리(M), A/D 컨버터 등을 내장하고 있다(도 1 참조). 컨트롤러(7)는 후술하는 동작을 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램을 포함하고 있어도 좋고, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 실현될 수 있다.
반도체 제조 제조 프로세스에 있어서, 프로세스 챔버(10)에 가스를 공급할 때, 컨트롤러(7)는 상류 압력 검출기(3)(및 하류 압력 검출기(4)나 온도 검출기(5))의 출력을 사용해서 연산에 의해 유량을 구함과 아울러, 스로틀부(2)를 통과하는 유량이 설정 유량이 되도록 제어 밸브(6)를 제어한다. 연산에 의해 구해진 유량은 외부 제어 장치의 표시부에 유량 출력값으로서 표시해도 좋다.
설정 유량에 따라 가스가 흐르고 있는 상태에서는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 제어 밸브(6)가 설정 유량에 적합한 개도로 열리며, 또한 차단 밸브(9)가 개방 상태로 설정된다. 이때, 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)은 서로 상이한 일정 상태로 유지되고, 구체적으로는 상류 압력(P1)은 설정 유량에 대응하는 제어 압력으로 유지되고, 하류 압력(P2)은 챔버 내 압력(예를 들면, 200torr 이하의 진공압이나 400torr 정도의 감압, 또는 대기압 등)으로 유지된다.
그 후, 반도체 제조의 프로세스가 종료되었을 때에는 본 실시형태에서는 제어 밸브(6)와 차단 밸브(9)가 닫히고, 프로세스 챔버(10)로의 가스의 공급이 정지된다. 도 2(b)는 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화시켰을 때의 모양을 나타낸다. 제어 밸브(6)를 닫는 동작은 제어 밸브(6)에 폐쇄 명령을 내림으로써 행해지고, 구체적으로는 압력식 유량 제어 장치(8)에 입력하는 설정 유량을 「0」으로 하는 것 등으로써 실행할 수 있다. 또한, 차단 밸브(9)는, 예를 들면 외부 제어 장치로부터의 폐쇄 명령을 받음으로써 폐쇄 상태로 설정된다. 이렇게 해서 제어 밸브(6)와 차단 밸브(9)가 닫힌 후, 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)은 같은 평형 압력(P')으로 결속한다.
본 실시형태의 압력식 유량 제어 장치(8)는 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)가 폐쇄 상태로 이행해서 가스 공급을 정지하는 이 과정에서 자기 진단을 행하도록 구성되어 있다. 압력식 유량 제어 장치(8)에서는 자기 진단 시를 행할 때에 차단 밸브(9)가 닫히므로 프로세스 종료 후에 프로세스 챔버(10)에 잉여한 가스(제어 밸브(6)와 스로틀부(2) 사이에 잔존하고 있었던 가스 등)가 계속해서 공급되는 것은 방지된다. 또한, 차단 밸브(9)가 닫혀 있음으로써 다른 라인으로부터의 가스 공급에 의해 하류 압력이 영향을 받는 것이 방지되며, 또한 압력식 유량 제어 장치(8)로의 가스의 역류도 방지된다. 이 때문에 본 실시형태에 의한 자기 진단은 임의의 가스 공급 라인에 있어서 통상 프로세스 종료 시에 기존의 반도체 제조 프로세스에 영향을 끼치는 일 없이 실행할 수 있다.
도 3은 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)를 닫았을 때의 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)가 시각(t1)에 폐쇄 명령을 받고, 그 후에도 폐쇄 상태로 유지되어 있을 때 상류 압력(P1)은 가스 유통 상태의 초기 압력(P1i)으로부터 강하하고, 하류 압력(P2)은 가스 유통 상태의 초기 압력(P2i)으로부터 상승한다. 즉, 스로틀부(2)의 상류측과 하류측에서 차압이 해소되도록 압력 변동이 생긴다. 그리고 스로틀부(2) 양측의 밸브(6, 9)의 폐쇄 상태가 유지되어 있으므로 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)은 시간의 경과와 함께 실질적으로 같은 평형 압력값(P')으로 결속한다.
상기 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)의 압력 변동 과정에 있어서 시각(t2)(이하, 임계 시각이라고 부르는 경우가 있음)에 임계 팽창 조건이 만족되지 않게 된다. 이 임계 시각(t2)은 여러 가지 이유로 변화된다. 예를 들면, 가스의 종류에 따라 임계 팽창 조건 자체가 변화됨으로써 임계 시각(t2)이 상이한 것이 된다. 예를 들면, 아르곤 가스의 경우는 임계 시각(t2)은 압력비 P1/P2=2.05에 도달하는 시점인 것에 대하여 질소 가스의 경우에는 압력비 P1/P2=1.89에 도달하는 시점이다. 또한, 임계 시각(t2)은 초기 상류 압력(P1i)에 따라서도 상이한 것이 된다. 이하, 본 명세서에 있어서 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)에 폐쇄 명령이 내려져 상류 압력(P1)이 강하하기 시작하는 시각(t1)으로부터 임계 시각(t2)에 도달하기까지의 기간 Δt를 임계 팽창 기간(Δt)이라고 부르는 경우가 있다.
또한, 본원발명자가 얻은 지견에 의하면, 차단 밸브(9)로서 에어오퍼레이트 밸브(AOV)를 사용할 경우에 AOV의 설계에 의해 상기 임계 시각(t2) 및 임계 팽창 기간(Δt)이 대폭으로 변동하는 것을 알 수 있었다. 여기에서, 에어오퍼레이트 밸브는 공기 등의 유체를 사용해서 개폐 동작을 행할 수 있는 여러 가지 형태의 유체 구동 밸브를 널리 의미하는 것으로 한다.
도 4는 AOV로 구성된 차단 밸브(9)를 나타내는 모식도이다. 차단 밸브(9)는 밸브체 및 압축 공기 작동부를 포함하는 밸브 기구(9a)와, 밸브 기구(9a)에 접속된 압축 공기 라인 튜브(9b)를 구비하고 있다. 도시하는 실시형태에 있어서, 압축 공기 라인 튜브(9b)는 전자 밸브(SV), 레귤레이터(RG)를 개재하여 공기원으로서의 컴프레서(C)에 접속되어 있고, 컴프레서(C)로부터 밸브 기구(9a)로 압축 공기를 보내줌으로써 밸브를 닫을 수 있다.
도 5(a)~도 5(c)는 도 4에 나타낸 압축 공기 라인 튜브(9b)의 길이가 다른 각각의 경우에 있어서 제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)에 대하여 동시에 폐쇄 명령이 내려졌을 때의 실제 압력 변동의 모양을 나타내는 그래프이다. 도 5(a)는 압축 공기 라인 튜브(9b)가 표준적인 길이인 경우, 도 5(b)는 짧은 경우, 도 5(c)는 긴 경우를 각각 나타낸다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이 튜브(9b)의 길이가 표준적인 경우이어도 압공계의 응답성의 낮음에 기인하여 AOV는 순시에 밸브 폐쇄할 수는 없다. 이 때문에 제어 밸브(6)와 차단 밸브(9)에 시각(t1)에 폐쇄 명령이 동시에 내려졌다고 해도 실제로는 제어 밸브(6)(전형적으로는 피에조 소자 구동형의 다이어프램 밸브)가 닫힌 후, 딜레이 시간(td)만큼 늦게 차단 밸브(9)가 닫히고, 그 시점부터 하류 압력(P2)의 상승이 시작된다.
또한, 딜레이 시간(td)은 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 튜브(9b)의 길이가 비교적 짧은 경우에는 보다 짧아지고, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 비교적 긴 경우에는 보다 길어진다. 또한, 딜레이 시간(td)이 짧을 때에는 평형 압력(P')이 커지고, 딜레이 시간(td)이 길 때에는 평형 압력(P')이 작아진다. 이에 따라 임계 팽창 조건을 만족하는 기간(Δt)도 튜브(9b)의 길이에 따라 여러 가지로 변화된다.
또한, 본 발명자의 실험에 의해 AOV를 동작시키는 공기압의 크기에 따라서도 딜레이 시간(td)이 변동되는 것이 확인되었다. 보다 구체적으로는 AOV 동작압이 보다 작을 때에는 딜레이 시간(td)은 짧아지고, AOV 동작압이 보다 클 때에는 딜레이 시간(td)이 길어진다.
이와 같이, 차단 밸브(9)로서 AOV를 사용할 경우, 기기의 설계에 따라서 딜레이 시간(td)이 상이한 것이 되고, 이에 대응해서 특히 하류 압력(P2)의 변동 곡선이 전혀 다른 것이 된다. 그 결과, 상기 임계 시각(t2) 및 임계 팽창 기간(Δt)도 AOV의 설계에 따라 여러 가지로 변화될 수 있다.
또한, 상기와 같이 제어 밸브(6)와 차단 밸브(9)의 양쪽을 닫는 실시형태에 있어서 밸브를 닫기 전의 초기 상류 압력(즉, 설정 유량)이 클 때에는 임계 팽창 기간(Δt)이 비교적 길어지는 것에 대하여 초기 상류 압력이 작아질수록 임계 팽창 기간(Δt)이 짧아지는 것이 본원발명자의 실험에 의해 확인되었다. 이것은 종래 100%의 유량으로부터의 압력 강하 특성을 사용할 경우에는 용이하게 확보할 수 있었던 자기 진단 기간이 반도체 제조 프로세스 후에 있어서의 설정 유량이 작을 경우(예를 들면, 40% 유량의 경우)에는 확보할 수 없게 될 우려가 있는 것을 의미하고 있다. 40% 유량의 경우, 100% 유량의 경우에 비해 임계 팽창 기간(Δt)은, 예를 들면 반분 정도가 되는 경우도 있다. 또한, 임계 팽창 기간(Δt)은 압력식 유량 제어 장치(8)의 용량에 따라서도 변화되는 것이 본원발명자에 의해 확인되어 있다.
이상에 설명한 이유로부터 본 발명의 실시형태에서는 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)을 참조하여 실제로 임계 팽창 조건하인지의 여부를 확인하면서 자기 진단을 행하도록 하고 있으며, 이것에 의해 유체 공급 제어계의 설계나 반도체 제조 프로세스의 내용에 관계없이 진단에 유효한 최대한의 상류 압력 강하 데이터 취득 기간을 확보하는 것이 가능해진다. 이 자기 진단은 반도체 제조에 있어서의 임의의 프로세스 종료 시의 가스 공급 정지 시에 용이하게, 또한 종래의 반도체 제조 프로세스를 방해하는 일 없이 신속하게 실행할 수 있다. 또한, 유량 자기 진단을 위한 압력 강하 데이터 취득 시간을 최대한 확보하는 것이 가능하게 되므로 진단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 13(a)는 비교예에 있어서의 자기 진단 공정을 나타내고, 도 13(b)는 본 발명의 실시형태에 의한 자기 진단 공정을 나타낸다. 또한, 도 13(a) 및 도 13(b) 각각에 있어서, 상단에 제어 밸브의 개폐 명령(유량 제어 명령)을 나타내고, 중단에 차단 밸브의 개폐 명령을 나타내고, 하단에 상류 압력의 변화를 나타내고 있다. 각각의 그래프의 가로축은 시간(t)이며, 모두 x% 유량 설정에서의 반도체 프로세스 종료 후에 자기 진단 프로세스를 행하고 있다.
도 13(a)에 나타내는 비교예에서는 x% 유량 설정에서의 반도체 프로세스 종료 후, 제어 밸브 및 차단 밸브를 닫아 가스의 공급을 정지하고, 그 후에 별도 설정된 유지보수 모드에 있어서 자기 진단을 행한다. 유지보수 모드에서는 차단 밸브(9)를 열어 진공 배기한 상태로 제어 밸브(6)를 100%로 열어서 가스를 흘리고, 그 후 제어 밸브(6)만을 닫음으로써 상류 압력의 강하를 발생시킨다. 이때의 압력 강하 데이터에 의거하여 임계 팽창 기간(Δt) 내에서의 자기 진단을 행한다.
한편, 도 13(b)에 나타내는 실시예에서는 x% 유량 설정에서의 반도체 프로세스 종료 후 제어 밸브 및 차단 밸브를 닫아 가스의 공급을 정지시키면서 x% 유량 설정(임의의 초기 유량)으로부터의 상류 압력 강하 데이터를 사용해서 자기 진단을 행한다. 따라서, 비교예의 경우에 비해 자기 진단의 순서를 대폭으로 단축할 수 있고, 임의의 반도체 프로세스 종료 후에 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 종래의 진단 방법은 차단 밸브(9)를 연 채 행하고 있었으므로 하류 압력(P2)의 변동을 거의 고려할 필요가 없었다. 이 때문에, 예를 들면 상류 압력(P1)으로부터 임계 팽창 조건을 만족하는 범위를 추정하고, 이 범위 내에서 미리 자기 진단 기간을 설정해 두는 것이 비교적 용이했다. 또한, 하류 압력(P2)이 진공압으로 유지될 경우, 임계 팽창 기간(Δt)이 길어지므로 초기 설정에 의해 충분한 자기 진단 기간을 얻는 것도 그다지 곤란한 것은 아니었다.
그러나 상기와 같이 차단 밸브(9)를 닫는 동작을 행해서 하류 압력(P2)이 다양하게 변동할 수 있을 때에는 실제로 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하면서 자기 진단을 행함으로써 진단 결과의 정확함을 향상시킬 수 있다.
또한, 차단 밸브(9)로서 AOV 대신에, 예를 들면 전자 밸브를 사용할 경우, 딜레이 시간(td)는 거의 없어져 하류 압력(P2)의 상승이 빨라진다. 이러한 경우에도 임계 팽창 기간(Δt)이 종래보다 짧아지므로 실제로 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하면서 자기 진단을 행하는 것이 유효하다.
이하, 구체적인 자기 진단의 플로우의 예를 설명한다.
본 실시형태의 압력식 유량 제어 장치(8)가 구비하는 컨트롤러(7)는 제어 밸브(6)을 닫은 후, 측정된 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)으로부터 임계 팽창 조건하인지의 여부를 확인함과 아울러, 제어 밸브(6)와 스로틀부(2) 사이의 상류 압력(P1)의 압력 강하 데이터 P(t)와, 미리 기억된 기준 압력 강하 데이터 Y(t)를 비교해서 유량을 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는다.
기준 압력 강하 데이터 Y(t)는, 예를 들면 100% 설정 유량으로부터 0% 설정 유량으로 스위칭했을 경우의 압력 강하 데이터이다. 기준 압력 강하 데이터 Y(t)는 일반적으로 공장 출시 전에 미리 계측되고, 컨트롤러(7)의 메모리(M)에 기억된다.
기준 압력 강하 데이터 Y(t)는 임의의 유량에 대응할 수 있도록, 예를 들면 설정 유량 80%, 60%, 40% 각각에 대해서 준비되고, 복수가 메모리(M)에 저장되어 있어도 좋다. 단, 이것에 한정되지 않고, 측정된 압력 강하 데이터 P(t)를 설정 유량에 의거하여 보정하고 나서 메모리(M)로부터 판독한 100% 설정 유량의 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 비교하도록 해도 좋다. 또한, 기준 압력 강하 데이터 Y(t)는 여기에서는 공장 출시 전에 미리 계측된 정상 시의 압력 강하 데이터이지만, 이상 상태 시의 측정 데이터, 전회 측정 데이터, 또는 측정에 의하지 않는 설정 데이터 등이어도 좋다.
도 6에 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 일례를 나타낸다. 압력 강하 특성은 일반적으로 지수 함수적으로 쇠퇴한다. 도 1에 있어서 상류 압력 검출기(3)로부터의 검출 압력의 샘플링 수는 20개이며, 샘플링 포인트가 흰○로 나타내어져 있다.
기준 압력 강하 데이터 Y(t)는 하기 식(1) 및 하기 식(2)의 관계를 사용하여 하기 식(3)에 의해 대수 표시된다.
Figure 112018054608400-pct00001
식(1)에 있어서, P0는 제어 밸브(6)의 폐쇄 시의 상류 압력, Pt는 시간(t) 경과 후의 상류 압력, S는 스로틀부(2)의 개구 단면적, Ct는 시간(t)에 있어서의 가스 비열비, Rt는 시간(t)에 있어서의 가스 정수, Tt는 시간(t)에 있어서의 상류 온도, V는 제어 밸브(6)와 스로틀부(2) 사이의 유로의 내용적, tn은 계측 개시로부터의 경과 시간이다.
Figure 112018054608400-pct00002
식(2)에 있어서, k는 가스의 비열비이다.
Figure 112018054608400-pct00003
식(3)은 상류 압력(Pt)의 압력 강하한 정도를 대수로 표현한 함수이다. 식(3)에 있어서, C0, R0, T0는 각각 제어 밸브(6) 폐쇄 시의 가스 비열비, 가스 정수, 상류 온도이며, Ct, Rt, Tt는 계측 개시로부터 시간(t) 경과 시의 가스 비열비, 가스 정수, 상류 온도이다. 도 7은 Z(t)를 나타내는 대수 그래프이다.
유량 자기 진단은 도 8의 플로우 차트를 참조하여 설정 유량, 예를 들면 60% 설정 유량으로 가스가 흘려져 있는 상태로 컨트롤러(7)가 가스 공급의 정지 명령을 받아 컨트롤러(7)가 제어 밸브(6)에 폐쇄 명령(유량 0% 명령)을 내림과 아울러, 외부 제어 장치가 차단 밸브(9)에 폐쇄 명령을 내림으로써 개시된다(스텝 S1). 컨트롤러(7)가 제어 밸브(6)에 내리는 폐쇄 명령은, 예를 들면 유량을 0으로 설정하는 명령이이어도 좋다. 이 공정에 있어서, 본 실시형태에서는 상기 딜레이 시간(td)이 발생하므로 상류 압력(P1)의 강하가 시작되고 나서 소정 기간 경과 후에 하류 압력(P2)의 상승이 시작된다.
제어 밸브(6) 및 차단 밸브(9)로의 폐쇄 명령이 내려진 후, 상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)가 검출한 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)을 모니터링하여 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S2). 구체적으로는 압력비(P1/P2)를 모니터링하여 압력비(P1/P2)≥2.05(아르곤 가스의 경우)를 만족시키는지의 여부를 판정한다.
임계 팽창 조건을 만족하는 압력비는 가스종에 따라 상이하다. 예를 들면, 아르곤 가스의 경우는 2.05이지만, 수소에서는 1.90, 질소에서는 1.89라는 바와 같이 가스종 각각에 결정된 값이 있다. 또한, 임계 팽창 조건은 상류 가스 온도에 따라서도 변화된다. 이 때문에 컨트롤러(7)는 가스의 종류 및 상류 가스 온도 중 적어도 어느 하나에 의거하여 자기 진단 시에 있어서의 임계 팽창 조건(스텝 S2 및 후술하는 스텝 S4에 있어서의 조건식)을 결정하도록 구성되어 있어도 좋다.
임계 팽창 조건을 만족하고 있으면, 압력 강하 데이터 P(t)의 샘플링을 행한다(스텝 S3). 이때, 메모리(M)에 기억되어 있는 소정의 샘플링 주파수 f로 상류 압력 검출기(3), 하류 압력 검출기(4) 및 온도 검출기(5)의 출력으로부터 상류 압력(P1), 하류 압력(P2) 및 온도(T)를 A/D 컨버터를 개재하여 샘플링한다.
주파수 f로 샘플링을 행함으로써 상류 압력(P1)의 압력 강하 데이터 P(t)가 얻어지고, 얻어진 압력 강하 데이터 P(t)는 각 샘플링 점에서의 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)에 의거하여 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부가 판정된다(스텝 S4). 그리고 임계 팽창 조건을 만족하고 있을 때(스텝 S4의 NO)는 스텝 3으로 돌아가 계속해서 샘플링을 행한다.
임계 팽창 조건을 만족하지 않게 되었을 때(스텝 S4의 YES)에는 그때까지 얻어진 임계 팽창 조건하의 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)를 비교하여 양쪽 데이터의 차분이 소정 범위에 있는지의 여부를 판정한다(S5). 압력 강하 데이터 P(t)를 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 비교할 때에는 동일 압력 범위에서 비교한다. 동일 압력 범위에서 비교하지 않으면, 정확한 비교 데이터가 얻어지지 않기 때문이다. P(t), Y(t)는 Z(t)의 형식으로 치환하여 비교될 수 있다.
스텝 S5에 있어서의 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 비교는 여러 가지 실시형태에서 행할 수 있다. 예를 들면, 상기 Z(t)로서 나타낸 바와 같이 초기 압력으로 나눈 기준 압력 강하 데이터 Y의 대수를 취한 데이터 Y'(t)=lnPr(t)/Pr0(Pr(t) 및 Pr0는 메모리(M)에 미리 저장된 기준 데이터)와, 샘플링에 의해 얻어진 압력 강하 데이터 P(t)를 초기 압력으로 나누어서 대수를 취한 데이터 P'(t)=lnP(t)/P0의 차 Δε(t)를 샘플링 점마다 구하고, 이들 차를 누적 가산한 결과 ΣΔε(t)가 소정의 기준값(역치)을 초과했을 때에 이상 상태라고 판정해도 좋다.
상기 비교 공정에 있어서, 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 압력 강하 데이터 P(t)의 샘플수가 상술한 임계 팽창 기간(Δt)의 차이에 의해 상이한 것이 되는 경우가 있다. 예를 들면, 초기 설정에서 샘플 50개의 차분 누적(Δε(t1)+Δε(t2)+····+Δε(t50))을 사용해서 역치와의 비교에 의해 이상의 판정을 하고 있었을 경우에 있어서 임계 팽창 조건을 만족하는 실제의 샘플이 40개밖에 얻어지지 않은 경우도 있다. 이때, 본 실시형태에서는 샘플수 n에 따라서 역치 자체를 변화시켜 40개의 샘플로부터 구한 차분 누적(Δε(t1)+Δε(t2)+····+Δε(t40))과, 대응하는 역치를 비교해서 이상 발생을 판정한다. 비교를 위해서 사용하는 역치는 샘플수 n을 사용해서 나타내어지는 계산식에 의해 규정되어 있어도 좋다. 역치를 샘플수 n의 함수로서 규정해 둠으로써 임계 팽창 조건을 만족하는 실제 샘플수 n이 어떻게 변동했다고 해도 적절하게 비교를 행할 수 있다. 이것에 의해 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 샘플 전체를 사용하여 고정밀도로 이상판정을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 샘플수 n에 의해 비교 형태(여기서는 역치)를 변화시키는 실시형태에 있어서 임계 팽창 기간 내에 얻어진 최종 샘플의 압력값(Zn)을 사용해서 역치를 결정하도록 해도 좋다. 최종 샘플의 압력값(Zn)은 상기 예에서 샘플 50개가 얻어졌을 경우에는 P(t50)이며, 샘플 40개가 얻어졌을 경우에는 P(t40)을 의미한다. 상기 역치는, 예를 들면 (n+1)×(A·lnZn+B)의 일반식으로 나타내어지는 것이어도 좋다(여기에서 A, B는 미리 결정된 정수). 또한, 역치에 대한 비교에 의해 이상 발생을 판정함과 아울러, 상기 어긋남량 ΣΔε(t)로부터 스로틀부의 단면적 변화율 x를 구하는 것도 가능하다.
또한, 상기 공정에 있어서 임계 팽창 기간 내에 취득 가능한 샘플수 n이 소정 수(예를 들면, 50)를 만족하지 않는 것이 판명되었을 때에는 소정 수의 샘플이 얻어지도록 샘플링 주파수 f를 갱신하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 그 유체 공급계에 있어서의 적절한 샘플링 주파수를 결정할 수 있고, 충분한 샘플수를 확보해서 고정밀도로 유량 제어의 진단을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터의 비교는 복수의 압력 강하 데이터로부터 구해진 소정 관계식의 계수와, 기준 압력 강하 데이터로부터 구해져 미리 설정된 소정 관계식의 계수를 비교함으로써 행할 수도 있다. 예를 들면, 상기 Z(t)=P'(t)=lnP(t)/P0로부터 구해지는 근사 직선의 기울기가 소정 범위 내(기준 기울기 범위 내)에 있는지의 여부에 따라 이상을 판정할 수 있다.
상기 식(1)에 나타낸 바와 같이 압력 강하 데이터를 초기 압력으로 제산하여 대수를 취한 값 ln(P(t)/P0)는 ln(P(t)/P0)=SC(RT)1/2/V·t로 나타낼 수 있다. 또한, S는 개구 단면적, C는 가스의 정수를 나타내는 항, R은 가스 정수, T는 상류 가스 온도, V는 제어 밸브-스로틀부 간의 유로 용적이다. 여기에서, C, R, T, V를 시간에 의하지 않는 정수라고 가정하면 ln(P(t)/P0)=-αt(α는 정수)로 나타낼 수 있으므로 ln(P(t)/P0)는 시간 t에 대한 일차 함수로서 규정할 수 있다.
이 때문에 측정에 의해 얻어진 ln(P(t)/P0)에 의거하여 결정되는 근사 직선(예를 들면, 임계 팽창 조건을 만족한다고 판단된 샘플 데이터의 전부 또는 일부를 사용하여 최소 제곱법에 의해 구해지는 근사 직선)의 기울기 α를 기준 압력 강하 데이터로서 미리 메모리(M)에 저장해 둔 기준 기울기 α0과 비교하고, 그 결과에 의거하여 이상의 판정을 행하는 것이 가능하다. 물론, 기준 기울기 허용 범위 내(α0L~α0H)에 측정된 압력 강하 데이터로부터 도출된 기울기 α가 포함되는 지의 여부에 의해 이상의 발생을 판단해도 좋다.
또한, 상기 기울기 α는 식(1)으로부터 알 수 있는 바와 같이 스로틀부 개구 단면적(S)에 대응하는 계수이므로 기울기 α에 의해 스로틀부 개구 단면적(S)의 이상을 판정하는 것은 타당하다. 또한, 기울기 α를 온도(T)에 의거하여 보정함으로써 스로틀부 개구 단면적(S)의 변화를 보다 정확하게 추정하는 것도 가능하다.
여기에서, 상기 기울기 α와, 자기 진단 개시 시의 설정 유량(반도체 프로세스 종료 시의 유량)의 관계를 설명한다. 도 14(a) 및 도 14(b)는 여러 가지 초기 설정 유량에 대한 압력 강하 특성을 나타내는 그래프이며, 도 14(a)는 가로축: 시간(t), 세로축: 상류 압력(P1)으로 했을 때의 압력 강하 특성을 나타내고, 도 14(b)는 가로축: 시간(t), 세로축: ln(P/P0)로 했을 때의 압력 강하 특성을 나타낸다. 도 14(a) 및 도 14(b)에 있어서, 흰○는 100% 유량일 때의 데이터, 흰△은 60% 유량일 때의 데이터, 흰▽은 20% 유량일 때의 데이터, ×는 10% 유량일 때의 데이터를 나타내고 있다.
도 14(a)에 나타내는 바와 같이 상류 압력(P1)의 압력 강하 특성은 설정 유량의 크기에 따라서 다양한 것이 된다. 이 때문에 설정 유량마다 기준 데이터를 미리 준비해 두거나 또는 후술하는 바와 같이 설정 유량에 의거하여 압력 강하 데이터 또는 기준 데이터를 보정하고 나서 비교를 행하는 것이 거의 필수적이다.
그런데 도 14(b)로부터 알 수 있는 바와 같이 시간(t)에 대한 ln(P/P0)를 나타내는 직선 그래프의 기울기 αx는 설정 유량 x%의 크기에 따라 다소 상이하지만, 대략 동일한 기울기를 나타낸다. 이 때문에 설정 유량마다의 기준 기울기(α100, α60, α20, α10 등)를 설정하는 일 없이 모든 설정 유량에 공통의 기준 기울기 α0가 기울기 범위 α0L~α0H를 메모리에 저장해 두고, 이것을 사용해서 임의의 설정 유량에 대해서 유량 자기 진단을 행하는 것이 가능하다. 단, 도 14(b)로부터 알 수 있는 바와 같이 설정 유량에 따라 다소의 기울기의 차는 발생하므로 설정 유량마다 별개로 설정한 기울기 αx나 설정 유량의 함수로서 규정된 보정 기준 기울기 αx와 측정 기울기 α를 비교함으로써 유량 자기 진단을 행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상기 직선 기울기 α 대신에 도 14(a)에 나타내는 상류 압력 P(t)를 초기 압력(P0)으로 제산한 값(P(t)/P0)이 나타내는 곡선을, 예를 들면 지수 함수적 쇠퇴로 간주해서 커브 피팅 등에 의해 비례 정수를 구하고, 이것을 미리 기억된 기준 데이터(비례 정수)와 비교해서 진단을 행하는 것도 가능하다.
이상과 같이 해서 비교를 행한 후, 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 차분(상기 실시예에서는 차분 누적 ΣΔε 또는 기울기 αx와 기준 기울기 α0의 차)이 소정 범위 내이면 스로틀부(2)에 이상 없음으로 판정하고, 알람(12)을 오프로 한다(S6). 또한, 상기 기준 기울기 α0 등의 정수도 기준 압력 강하 데이터로부터 직접적으로 구해진 압력 강하 특성을 나타내는 값이므로 본 명세서에서는 이들을 사용한 유량 진단도 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 비교하에 행하는 유량 진단인 것으로 한다.
한편, 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 차분이 소정 범위 외(또는 역치 이상)이면 스로틀부(2)에 이상 있음으로 판정하고, 알람(12)을 온으로 해서 이상을 통지한다(S7).
상기와 같이 해서 얻어진 압력 강하 데이터 P(t)를 도 9에 나타낸다. 도 9는 스로틀부(2)에 막힘이 발생되어 있는 예를 나타내고 있다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이 압력 강하 데이터 P(t)는 유량 자기 진단 개시 시의 설정 유량이 60%이었기 때문에 유량 자기 진단 개시 시의 상류 압력 검출기(3)의 검출 압력도 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 개시 시보다 낮은 압력값으로부터 샘플링이 개시되어 있다. 그리고 임계 팽창 조건으로부터 비임계 팽창 조건을 대신하기 직전까지 임계 팽창 조건을 만족하는 압력 강하 데이터 P(t)를 샘플링하고 있다. 이렇게 해서 임계 팽창 조건을 만족하는 압력 강하 데이터 P(t)를 풀로 샘플링할 수 있고, 그에 따라 종래 유량 자기 진단에 비교해서 압력 강하 데이터 P(t)를 샘플링할 수 있는 시간을 길게 할 수 있다. 종래에서는, 예를 들면 도 9의 압력(Pa)에서 샘플링을 멈추고 있었다.
특히, 상기와 같이 압력 강하 데이터로서 ln(p(t)/p0)에 의해 규정되는 직선의 기울기 α를 사용해서 유량 자기 진단을 행할 경우, 측정한 압력 강하 데이터의 압력 범위와, 기준 압력 강하 데이터의 압력 범위가 반드시 일치하고 있지 않아도 진단을 행할 수 있다. 이 때문에 임의의 설정 유량에 있어서 임계 팽창 조건 내인 것이 확실해진 샘플링 데이터의 전부나 일부를 사용하여 최대한의 진단 시간을 확보하는 것이 용이하다.
또한, 상기와 같이 누적 가산의 어긋남량 ΣΔε(t)을 역치와 비교하는 실시형태에서는 도 9에 나타내는 바와 같이 진단 시 설정 유량이 60% 유량인 경우, 100% 유량일 때의 기준 압력 강하 데이터와 같은 시간축으로 진단을 행하는 것은 곤란하다. 그래서 기준 압력 강하 데이터에 있어서의 60% 유량 대응 압력(예를 들면, Y(t20)) 이후의 데이터와 비교하도록(즉, Y(t20)과 P(t0)를 비교하도록) 하면 좋다. 또한, 진단 정밀도를 향상시키기 위해서 측정 데이터의 초기(예를 들면, P(t0)~P(t5))는 제외하고, Y(t25)와 P(t5)의 비교로부터 진단을 개시해도 좋다. 이 것은 ln(p(t)/p0)와, 대응하는 기준 압력 강하 데이터의 비교에 의해 진단을 행하는 경우도 마찬가지이다.
반도체 제조 장치로는, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이 자주 복수개의 압력식 유량 제어 장치(81~85)가 병렬로 접속되며, 각각의 압력식 유량 제어 장치(81~85)로부터 각각의 종류의 가스가 소정 유량으로 프로세스 챔버(10)에 공급된다. 프로세스 챔버(10)는 진공 펌프(11)에 의해 진공 배기된다. 반도체 제조 프로세스에서는, 예를 들면 각각의 압력식 유량 제어 장치(81~85)로부터 동시에 상이한 종류의 가스를 프로세스 챔버(10)에 공급하는 경우가 있다. 그러한 프로세스에 있어서, 예를 들면 하나의 압력식 유량 제어 장치(81)의 가스 공급을 정지하고, 그 밖의 압력식 유량 제어 장치(82~85)의 가스 공급을 계속하는 경우가 있다. 그 밖의 압력식 유량 제어 장치(82~85)의 가스 공급을 계속하고 있는 동안 가스 공급을 멈춘 상기 하나의 압력식 유량제 장치(81)의 하류 압력은 진공보다 높은 압력이 된다. 이러한 경우이어도 임계 팽창 조건을 모니터링함으로써 압력식 유량 제어 장치(81)만 가스 공급을 정지할 때의 압력 강하 데이터 P(t)를 샘플링해서 유량 자기 진단을 행할 수 있다. 유량 자기 진단을 행하기 위해서 모든 압력식 유량 제어 장치(81~85)의 가스 공급을 정지하는 유지보수 모드로 하지 않아도 좋다.
이어서, 자기 진단 기능의 다른 실시형태에 대해서 도 11의 플로우 차트를 적당히 참조하면서 설명한다. 여기에서는 도 10에 나타내는 바와 같이 압력식 유량 제어 장치가 병렬 접속되어 있는 예에 의거하여 설명한다.
도 10의 예에 있어서 유량 자기 진단 개시 전에는 압력식 유량 제어 장치(81~85)가 각각 60% 설정 유량으로 가스를 공급하고 있다. 압력식 유량 제어 장치(82~85)는 설정 유량으로 가스의 공급을 제어하고 있는 상태로 압력식 유량 제어 장치(81)에 가스 정지 지령이 입력된다.
도 11에 나타내는 바와 같이 압력식 유량 제어 장치(81)에 가스 정지 지령이 입력됨으로써 유량 자기 진단이 개시된다(스텝 S10). 가스 정지 지령이 입력되면 제어 밸브(6)는 닫힌다.
유량 자기 진단 개시시의 상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)로부터의 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)이 메모리(M)에 기억된다(스텝 S11).
유량 자기 진단이 개시되면, 상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)가 검출한 상류 압력(P1), 하류 압력(P2)을 모니터링해서 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정한다(S12). 구체적으로는 압력비(P1/P2)를 모니터링하여 압력비(P1/P2)≥2.05(아르곤 가스의 경우)를 만족시키는지의 여부를 판정한다.
임계 팽창 조건을 만족하고 있지 않은 경우에는 메모리(M)에 기억한 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)을 클리어해서 스타트로 돌아간다(스텝 S13).
임계 팽창 조건을 만족하고 있을 경우는 메모리(M)에 기억한 기억한 초기의 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)을 기준 압력 강하 데이터 Y(t)에 적용한다(스텝 S14).
기준 압력 강하 데이터 Y(t)에 의거하여 제어 밸브(6)를 닫고 나서 임계 팽창 조건을 만족하지 않게 되기 전까지의 임계 팽창 시간(Tm)을 연산한다(스텝 S15).
임계 팽창 시간(Tm)에 의거하여 상류 압력 검출기(3)의 샘플링 주파수 fm(1초간 샘플링하는 수)를 연산한다(스텝 S16). 구체적으로는 임계 팽창 시간을 소정의 샘플링 수로 나눔으로써 샘플링 주파수가 연산된다.
연산된 샘플링 주파수로 압력 강하 데이터 P(t)의 샘플링을 개시한다(스텝 S17).
상류 압력 검출기(3) 및 하류 압력 검출기(4)가 검출한 상류 압력(P1), 하류 압력(P2)을 모니터링해서 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S18).
임계 팽창 조건을 만족하지 않게 되었을 때에 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 동안의 압력 강하 데이터 P(t)를 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 비교하여 양쪽 데이터의 차분이 소정 범위에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S19). 압력 강하 데이터 P(t)를 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 비교할 때에는 동일 압력 범위에서 비교한다. P(t), Y(t)는 Z(t)의 형식으로 치환되어 비교될 수 있다.
압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 차분이 소정 범위 내(또는 역치 이상)이면 스로틀부(2)에 이상 없음이라고 판정하고, 알람(12)을 오프로 한다(스텝 S20).
한편, 압력 강하 데이터 P(t)와 기준 압력 강하 데이터 Y(t)의 차분이 소정 범위 외이면 스로틀부(2)에 이상 있음이라고 판정하고, 알람(12)을 온으로 해서 이상을 통지한다(스텝 S21).
상기와 같이, 샘플링 주파수 fm을 유량 자기 진단 개시 시의 상류 압력과 하류 압력에 따라 자동적으로 변경함으로써 짧은 샘플링 시간밖에 계측할 수 없을 경우이어도 압력 강하 데이터 P(t)에 필요한 데이터 수를 확보할 수 있어 적절한 유량 자기 진단이 가능해진다. 도 12는 샘플링 주파수 fm을 변경했을 경우의 압력 강하 데이터 P(t)를 기준 압력 강하 특성 y(t)과 함께 나타내는 그래프이다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 압력 강하 데이터를 상기 식(3)에 대입시켰지만, 지수 함수(Y(t)=P0·e-kt)로 근사해도 좋다. 또한, 예를 들면 임계 팽창 시간과 샘플링 주파수의 관계를 임계 팽창 시간에 대한 샘플링 주파수의 함수로서 미리 메모리에 기억해 둘 수도 있다.
또한, 상류 압력 검출기와 하류 압력 검출기의 검출 정밀도를 높게 유지하기 위해서, 예를 들면 상류 압력과 하류 압력의 결속 압력(P)이 상이한 현상이 관찰되었을 때에는 이 오차에 의거하여 상류 압력 검출기와 하류 압력 검출기의 교정을 행해도 좋다.
(다른 실시형태)
이하, 프로세스 종료 후에 행하는 자기 진단에 대한 다른 실시형태를 설명한다.
이하에 설명하는 형태에 있어서도 기준 압력 강하 데이터 Y(t)와 측정한 압력 강하 데이터 P(t)를 사용해서 자기 진단을 행하지만, 도 14(b)에 나타낸 바와 같이 ln(P(t)/P0)=-αt로 나타내어지는 직선의 기울기 α를 기준 기울기 α0와 비교함으로써 자기 진단을 행한다. 단, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 초기 상류 압력(또는 초기 유량)에 대응된 기준 압력 강하 데이터(기준 기울기 α0)를 사용해서 자기 진단을 행하도록 하고 있다.
여기에서, 초기 상류 압력 또는 초기 유량은 자기 진단을 행함에 있어서 제어 밸브(6)를 닫았을 때의 상류 압력 또는 유량을 의미하며, 압력 강하 데이터 P(t)의 취득을 개시하기 시작했을 때의 상류 압력 또는 유량이다. 즉, 도 13(b)에 나타낸 프로세스 종료 시 또는 자기 진단 개시 시의 유량인 x% 설정 유량에 대응한다.
도 15는 초기 상류 압력(여기서는 초기 유량으로서 나타내고 있음)에 대응되어 설정된 기준 기울기를 나타내는 그래프이다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시형태에 있어서 기준 기울기는 초기 유량에 의거하여 여러 가지 값을 취하며, 일정한 것은 아니다. 이것은 도 14(b)에 나타낸 바와 같이 초기 유량(프로세스 종료 시의 설정 유량)에 따라 ln(P(t)/P0)의 기울기가 상이한 것을 알 수 있었기 때문이다. 이 때문에 대응하는 기준 기울기를 사용한 편이 프로세스 종료 시와 같은 초기 유량이 여러 가지 크기일 수 있을 경우에는 보다 정밀도가 높은 자기 진단을 행할 수 있다.
또한, 도 15를 참조하여 알 수 있는 바와 같이 초기 유량과 기준 기울기의 관계는 복수의 이산적인 정점(D1~D6)(초기 유량과 기준 기울기의 조합)의 데이터를 컨트롤러(7)의 메모리에 보정 테이블로서 저장해 둠과 아울러, 초기 유량이 정점(D1~D6)의 사이일 때에는 보정 테이블을 참조해서 계산에 의해 기준 기울기를 구해도 좋다. 구체적으로는 도 15에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 초기 유량이 2개의 정점(D3, D4) 간의 유량 x%에 있을 때, 이 2개의 정점(D3, D4)을 잇는 직선의 식을 참조하여 초기 유량 x%로부터 기준 기울기 αx를 계산에 의해 구할 수 있다.
이와 같이 컨트롤러(7)가 기준 기울기를 초기 유량 x% 또는 초기 압력(P0)의 함수로서 갖고 있음으로써 임의의 초기 유량 x% 또는 초기 압력(P0)에 대하여 적절한 기준 기울기를 사용하는 것이 가능하게 되어 자기 진단의 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기준 기울기 및 자기 진단 시의 측정 기울기는 압력 강하 데이터의 일부분(예를 들면, 100% 유량으로부터 70% 유량으로 저하될 때까지의 기간)만을 사용해서 얻을 수도 있다. 이와 같이 초기 단계의 데이터를 선택적으로 사용해서 ln(P(t)/P0)의 기울기를 구하도록 하면, 샘플 수를 적게 할 수 있으므로 데이터 샘플링의 고속화를 실현할 수 있다. 이에 따라 반도체 제조의 일프로세스를 구성하는 복수의 스텝 간 등의 짧은 시간에 있어서도 자기 진단이 가능하게 되어 이상의 검출을 보다 빈번하게 행하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는 상류 압력 강하의 비교적 초기 단계의 데이터에서 자기 진단을 행할 수 있으므로 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 상태(상류 압력이 비교적 높은 상태)의 데이터를 사용하는 것이 용이하다. 이 때문에 본 실시형태에 있어서는 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 압력 강하의 측정 시에 상시 판단하지 않도록 해도 좋고, 유량 제어 장치는 하류측의 압력 센서를 반드시 구비하고 있지 않아도 좋다.
단, 본 실시형태에 있어서도 하류측의 압력 센서를 설치함과 아울러, 압력 강하 데이터의 취득 최종 시에 상류 압력과 하류 압력을 참조해서 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판단하는 것이 바람직하다. 그리고 데이터 취득 최종 시에 임계 팽창 조건을 만족하고 있지 않다고 판단되었을 때에는 경고를 표시하는 등 해서 유저에게 그것을 알리도록 할 수도 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는 자기 진단 시를 행할 때에 스로틀부(2)의 하류측의 차단 밸브(9)를 닫도록 하고 있었지만, 본 실시형태에서는 이것에 한정되지 않고, 차단 밸브(9)가 열린 상태이어도 좋다. 차단 밸브(9)가 닫혀 있어도 열려 있어도 양호한 자기 진단을 실현할 수 있다. 단, 프로세스 종료 시에 있어서의 불필요한 가스가 프로세스 챔버에 흐르는 것을 방지한다는 관점으로부터는 본 실시형태에 있어서도 자기 진단 시에 차단 밸브(9)를 닫는 것이 적합하다.
1 : 유로 2 : 스로틀부
3 : 상류 압력 검출기 4 : 하류 압력 검출기
5 : 온도 검출기 6 : 제어 밸브
7 : 컨트롤러 8 : 압력식 유량 제어 장치
9 : 차단 밸브 10 : 프로세스 챔버
11 : 진공 펌프 12 : 알람

Claims (20)

  1. 스로틀부와,
    상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와,
    상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 상류 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와,
    상기 스로틀부의 하류측 유로의 하류 압력을 검출하는 하류 압력 검출기와,
    상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 하류 압력 검출기의 하류측에 차단 밸브가 설치되는 압력식 유량 제어 장치로서,
    상기 유량 자기 진단 기능을 실행할 때, 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에는 폐쇄 명령이 내려져 있으며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제어 밸브를 닫고,
    상기 제어 밸브를 닫고 나서의 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기의 출력을 사용하여 검출된 상기 상류 압력과 상기 하류 압력이 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하고,
    상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 압력식 유량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄 명령이 내려졌을 때, 상기 제어 밸브가 닫히고 나서 소정 시간 경과 후에 상기 차단 밸브가 닫히고,
    상기 소정 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터에는 상기 차단 밸브에 상기 폐쇄 명령이 내려지고 나서 상기 차단 밸브가 닫히기 전에 취득된 압력 강하 데이터와, 상기 차단 밸브가 닫혀 하류 압력이 상승한 후에 취득된 압력 강하 데이터가 포함되는 압력식 유량 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는 피에조 소자 구동형 제어 밸브이며, 상기 차단 밸브는 유체 구동 밸브이고, 상기 폐쇄 명령은 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에 대하여 동시에 내려지는 압력식 유량 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 복수의 상기 압력 강하 데이터로부터 얻어지는 소정 함수의 계수와, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 미리 기억된 기준 계수의 비교에 의거하여 유량 제어를 진단하는 압력식 유량 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 샘플의 수에 의거하여 상기 기준 압력 강하 데이터와의 비교 형태를 결정하는 압력식 유량 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 강하 데이터는 미리 설정된 샘플링 주파수로 상기 상류 압력 검출기로부터의 출력을 샘플링함으로써 얻어지고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 얻어진 샘플의 수에 의거하여 상기 미리 설정된 샘플링 주파수를 갱신하는 압력식 유량 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는 상기 상류 압력 검출기, 상기 하류 압력 검출기, 및 상기 온도 검출기로부터의 출력에 의거하여 상기 스로틀부를 통과하는 유량이 설정 유량이 되도록 상기 제어 밸브를 제어하는 압력식 유량 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 임계 팽창 조건은 상기 스로틀부를 흐르는 가스의 종류 및 상기 온도 검출기로부터 출력되는 온도 중 적어도 어느 하나에 의거하여 결정되는 압력식 유량 제어 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제어 밸브를 닫을 때의 유량 또는 상류 압력에 의거하여 상기 압력 강하 데이터를 보정하고 나서 상기 기준 압력 강하 데이터와 비교하는 압력식 유량 제어 장치.
  10. 스로틀부와, 상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와, 상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 상류 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와, 상기 스로틀부의 하류측 유로의 하류 압력을 검출하는 하류 압력 검출기와, 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 미리 기억된 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하는 압력식 유량 제어 장치에 있어서 행해지는 유량 자기 진단 방법으로서,
    상기 하류 압력 검출기의 하류측에는 차단 밸브가 설치되어 있고,
    가스의 유량을 설정 유량으로 제어하여 흐르고 있을 때에 상기 제어 밸브와 상기 차단 밸브에 폐쇄 명령을 내리는 스텝과,
    상기 폐쇄 명령이 내려진 후, 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기의 출력에 의거하여 검출된 상기 상류 압력과 상기 하류 압력이 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하는 스텝과,
    임계 팽창 조건을 만족하고 있을 경우는 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터를 기억하는 스텝과,
    상기 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터를 상기 기준 압력 강하 데이터와 비교함으로써 유량 제어의 자기 진단을 행하는 스텝을 포함하는 유량 자기 진단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 폐쇄 명령이 내려졌을 때 상기 제어 밸브가 닫히고 나서 소정 시간 경과 후에 상기 차단 밸브가 닫히고,
    상기 폐쇄 명령이 내려지고 나서 상기 차단 밸브가 닫히기 전에 취득된 적어도 1개의 압력 강하 데이터와, 상기 차단 밸브가 닫힌 후에 취득된 적어도 1개의 압력 강하 데이터를 상기 임계 팽창 조건을 만족하고 있는 기간의 압력 강하 데이터로서 사용하는 유량 자기 진단 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 폐쇄 명령을 내리는 스텝은 상기 압력식 유량 제어 장치에 접속된 반도체 제조 장치의 프로세스 종료 시의 가스 공급 정지 시에 실행되는 유량 자기 진단 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 유량 제어의 자기 진단을 행하는 스텝은 상기 압력 강하 데이터로부터 구해지는 소정 함수의 계수와, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 미리 기억된 기준 계수를 비교하는 스텝을 포함하는 유량 자기 진단 방법.
  14. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 스로틀부를 흐르는 가스의 종류 및 온도 중 적어도 어느 하나에 의거하여 상기 임계 팽창 조건을 결정하는 스텝을 더 포함하는 유량 자기 진단 방법.
  15. 스로틀부와,
    상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와,
    상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 상류 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와,
    상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하는 압력식 유량 제어 장치로서,
    상기 유량 자기 진단 기능을 실행할 때 상기 컨트롤러는 상기 제어 밸브를 닫고 나서 상기 상류 압력 검출기를 사용하여 프로세스 종료시 또는 자기 진단 시점부터의 상류 압력의 강하를 측정함으로써 상기 압력 강하 데이터를 취득하고, 상기 기준 압력 강하 데이터로서 상기 제어 밸브 폐지 시의 상류 압력인 초기 상류 압력 또는 상기 초기 상류 압력에 의해 결정되는 상기 제어 밸브 폐지 시의 유량인 초기 유량에 의거하는 기준 압력 강하 데이터가 사용되는 압력식 유량 제어 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기준 압력 강하 데이터는 ln(P(t)/P0)=-αt로 규정되는 직선의 기울기 α이며, 여기에서 P(t)는 시간에 대한 압력의 함수, P0는 초기 압력, t는 시간인 압력식 유량 제어 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 ln(P(t)/P0)=-αt로 규정되는 직선의 기울기 α를 초기 압력 P0의 함수로서 갖는 압력식 유량 제어 장치.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스로틀부의 하류측 유로의 하류 압력을 검출하는 하류 압력 검출기를 더 구비하고, 상기 상류 압력 검출기 및 상기 하류 압력 검출기를 사용해서 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 판정하고, 상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하는 기간에 취득된 상기 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 압력식 유량 제어 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 소정의 임계 팽창 조건을 만족하고 있는지의 여부를 상기 압력 강하 데이터의 취득을 완료했을 때에 판정하는 압력식 유량 제어 장치.
  20. 스로틀부와,
    상기 스로틀부의 상류측에 설치된 제어 밸브와,
    상기 스로틀부와 상기 제어 밸브 사이의 유로의 상류 압력을 검출하는 상류 압력 검출기와,
    상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이의 유로에 있어서의 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 사용해서 유량 제어를 진단하는 유량 자기 진단 기능을 갖는 컨트롤러를 구비하는 압력식 유량 제어 장치에 있어서 행해지는 유량 자기 진단 방법으로서,
    상기 제어 밸브를 닫고 나서 상기 상류 압력 검출기를 사용해서 프로세스 종료시 또는 자기 진단 시점부터의 상류 압력의 강하를 측정함으로써 상기 압력 강하 데이터를 취득하는 스텝과,
    상기 압력 강하 데이터와 기준 압력 강하 데이터를 비교함으로써 유량 제어를 진단하는 스텝을 포함하고,
    상기 압력 강하 데이터 및 상기 기준 압력 강하 데이터로서 ln(P(t)/P0)=-αt(여기서, P(t)는 시간에 대한 압력의 함수, P0는 초기 압력, t는 시간)로 규정되는 직선의 기울기 α가 사용되는 유량 자기 진단 방법.
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