(57)【要約】【課題】流体センサから出力される測定値のどの区間にどの程度の測定誤差が発生しているかについて定量的に検定することができ、ひいてはその検定結果等に基づいて各区間の測定誤差に応じた校正により、測定レンジの全域に亘って高精度な流体センサにすることができる診断機構及び診断方法を提供する。【解決手段】バルブ全閉部７と、前記バルブ２、２１が全閉状態で維持されている状態、又は、全閉状態から開放状態へと変化した状態であり、流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出する診断用パラメータ算出部５と、各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値を検定又は校正する診断部６とを備えた。【選択図】図1
2014063348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる流体の流量又は圧力を測定する流体センサの測定値について検定又は校正する診断機構であって、
前記流路上に設けられたバルブを全閉させる全閉信号を出力するバルブ全閉部と、
前記バルブが全閉状態で維持されている状態、又は、全閉状態から開放状態へと変化した状態であり、時間経過に対して前記流路を流れる流体の流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出する診断用パラメータ算出部と、
各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値を検定又は校正する診断部とを備えていることを特徴とする診断機構。
【請求項２】
前記各診断区間の開始点と終了点が前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて設定される請求項１記載の診断機構。
【請求項３】
前記診断用パラメータが、各診断区間に対して前記流路を流れる流体の流量の積分値に基づいて算出される診断用体積であり、
前記基準パラメータが、予め定められた基準体積であり、当該基準体積は、前記流体センサが正常時において前記診断用パラメータ算出部により算出された診断用体積である請求項１又は２記載の診断機構。
【請求項４】
前記診断用パラメータが、各診断区間の開始点及び終了点に基づいて算出される各診断区間の期間長である診断用期間長であり、
前記基準パラメータが、各診断区間について予め定められた基準期間長であり、当該基準期間長は、前記流体センサが正常時において前記診断用パラメータ算出部により各診断区間のそれぞれについて算出された診断用期間長である請求項１乃至３いずれかに記載の診断機構。
【請求項５】
前記診断部が、各診断区間のそれぞれについて診断用パラメータ及び基準パラメータを比較して、いずれの診断区間において前記流体センサから出力される測定値に異常があるかを検定するように構成された請求項１乃至４いずれかに記載の診断機構。
【請求項６】
前記診断部が、各診断区間のそれぞれに対して診断用パラメータ及び基準パラメータに基づいて校正係数を算出するように構成された請求項１乃至５いずれかに記載の診断機構。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の診断機構を備えたマスフローコントローラ。
【請求項８】
流路を流れる流体の流量又は圧力を測定する流体センサの測定値について検定又は校正する診断方法であって、
前記流路上に設けられたバルブを全閉させる全閉信号を出力するバルブ全閉ステップと、
前記バルブが全閉状態で維持されている状態、又は、全閉状態から開放状態へと変化した状態であり、時間経過に対して前記流路を流れる流体の流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出する診断用パラメータ算出ステップと、
各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値を検定又は校正する診断ステップとを備えていることを特徴とする診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば流量センサや圧力センサ等の流体センサが出力する測定値について検定又は校正するための診断機構及び診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、材料ガス等を真空チャンバー内に一定流量で導入するためのマスフローコントローラ等の流量制御装置や材料ガス等を真空チャンバー内に一定圧力で導入するための圧力制御装置が用いられている。
【０００３】
例えば流量制御装置は、流体の流れる流路に設けられた流量センサから出力される測定値が予め定められている設定流量値となるように流量制御バルブの開度を制御することで、所望の流量で材料ガス等が真空チャンバー内に導入されるように流量制御を行うものである。
【０００４】
ところで、このような流量制御装置により材料ガスの流量制御を継続して行っていると、材料ガスに含まれる成分の影響等により流量制御装置内の流路や流量センサの測定部分に汚れが付着する等して流量センサの測定値と実際に流れている流体の流量との流量誤差が徐々に大きくなることがある。
【０００５】
そこで、流量制御に大きな誤差が発生しないようにするために、特許文献１に記載の流量制御装置には、流量センサが出力する測定値と実際の流量との誤差が精度的に許容できる程度のものであるかどうかを検定するための診断機構が設けられている。
【０００６】
より具体的には、前記診断機構は流路に設けられたバルブを全閉とした状態で、そのバルブから流量センサまでの流路の空間の体積である基準体積から流出してくる流体の流量変化に基づいて流量センサの検定を行うものである。すなわち、ます、前記診断機構は図１４のグラフに示すようにバルブを全閉として、流体の圧力が予め定められた高圧Ｐｈから低圧Ｐｈとなるまで（測定される流量が９０％から１０％となるまで）流量が変化している流体パラメータ変化区間の全領域における質量流量積分値と、気体の状態方程式により、流体が流出したと考えられる診断用体積を算出する。その後前記診断機構は、算出された診断用体積が、予め定められている前記基準体積との差が許容値以内かどうかを判定し、許容値以上の差が出ている場合には流量センサから出力される測定値には異常があると判定するように構成されている。
【０００７】
しかしながら、従来の診断機構では図１４に示されるようにバルブが全閉されてからの流体パラメータ変化区間の略全域について一括して流量積分値を求めて診断用体積を算出しているので、流量センサの測定レンジにおいて全域にわたった評価はできるものの、どの測定区間のレンジにおいて測定値に許容できない測定誤差が発生しているのかまでは検定することができない。また、流量センサのどの測定区間においてどの程度の流量誤差が発生しているかを定量的に知ることができないので、例えば測定レンジ全体に亘ってオフセット補正をかけることしかできず、よりきめ細やかな校正により測定精度をより向上させるのは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開公報２００８／０５３８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、流体センサの測定レンジの各区間にどの程度の流量誤差や圧力誤差が発生しているかについて定量的に検定することができ、ひいてはその検定結果等に基づいて測定レンジの各区間における流量誤差や圧力誤差に応じた校正を行い、測定レンジの全域に亘って高精度な流体センサにすることができる診断機構及び診断方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の診断機構は、流路を流れる流体の流量又は圧力を測定する流体センサの測定値について検定又は校正する診断機構であって、前記流路上に設けられたバルブを全閉させる全閉信号を出力するバルブ全閉部と、前記バルブが全閉状態で維持されている状態、又は、全閉状態から開放状態へと変化した状態であり、時間経過に対して前記流路を流れる流体の流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出する診断用パラメータ算出部と、各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値を検定又は校正する診断部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の診断方法は、流路を流れる流体の流量又は圧力を測定する流体センサの測定値について検定又は校正する診断方法であって、前記流路上に設けられたバルブを全閉させる全閉信号を出力するバルブ全閉ステップと、前記バルブが全閉状態で維持されている状態、又は、全閉状態から開放状態へと変化した状態であり、時間経過に対して前記流路を流れる流体の流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出する診断用パラメータ算出ステップと、各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値を検定又は校正する診断ステップとを備えていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記バルブ全閉部により全閉されるバルブは、流路上に設けられたバルブであればどのようなものであってもよく、例えば開閉バルブや、その開度を自由に調節できる流量制御バルブ、圧力制御バルブ等であっても構わない。また、流量とは質量流量、体積流量のいずれも含む概念である。
【００１３】
このようなものであれば、前記診断用パラメータ算出部が前記流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割したうえで、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて各診断区間の診断用パラメータを算出するように構成されているので、流量センサについて各診断区間における測定値が許容範囲内にあるかどうかを検定したり、各診断区間においてそれぞれことなる態様で測定値を校正したりすることが可能となる。
【００１４】
つまり、流体センサの測定レンジの略全域について一律に判断するのではなく、区間ごとに測定値の検定又は校正が可能となるので、よりきめ細やかな測定値の補正が可能となり、測定レンジ全域において流量誤差又は圧力誤差を許容精度範囲内に入れた上で非常に小さな値とすることができる。
【００１５】
各診断区間において測定値の検定又は校正を高精度で行えるように流体パラメータ変化区間を複数の診断区間で分割するには、前記各診断区間の開始点と終了点が前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値に基づいて設定されていればよい。
【００１６】
各診断区間において前記流体センサから出力される測定値に重畳するノイズ等の影響を低減するとともに、診断用パラメータの比較対象である基準パラメータを全診断区間において共通化させることができるようにするには、前記診断用パラメータが、各診断区間に対して前記流路を流れる流体の流量の積分値に基づいて算出される診断用体積であり、前記基準パラメータが、予め定められた基準体積であり、当該基準体積は、前記流体センサが正常時において前記診断用パラメータ算出部により算出された診断用体積であればよい。このようなものであれば、各校正区間において算出される校正用体積は正常の場合全て同じ値となるので、基準体積を１つだけ予め用意しておけばよくなる。
【００１７】
検定又は校正の対象である流体センサからの測定値の出力のみで当該流体センサの検定又は校正を可能とするには、前記診断用パラメータが、各診断区間の開始点及び終了点に基づいて算出される各診断区間の期間長である診断用期間長であり、前記基準パラメータが、各診断区間について予め定められた基準期間長であり、当該基準期間長は、前記流体センサが正常時において前記診断用パラメータ算出部により各診断区間のそれぞれについて算出された診断用期間長であればよい。
【００１８】
診断区間のいずれにおいて測定値に問題が生じているかが分かるようにするための具体的な構成としては、前記診断部が、各診断区間のそれぞれについて診断用パラメータ及び基準パラメータを比較して、いずれの診断区間において前記流体センサから出力される測定値に異常があるかを検定するように構成されたものが挙げられる。
【００１９】
また、前記流体センサの測定レンジの全域において流量誤差や圧力誤差が許容精度範囲内に入るように各診断区間において誤差量に応じた校正を行うためには、前記診断部が、各診断区間のそれぞれに対して診断用パラメータ及び基準パラメータに基づいて校正係数を算出するように構成されたものであればよい。
【００２０】
本発明の診断機構を備えたマスフローコントローラであれば、搭載されている流体センサについて別途検定又は校正用の流体センサを用意することなく、自己検定、自己校正が可能となる。従って、半導体プロセスに設けられたマスフローコントローラを取り外すことなく、プロセスの合間に自己校正を行い、長期間に亘って流量の制御精度を高精度に保つことができるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明の診断機構及び診断方法によれば、バルブが全閉されてから流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間について複数の診断区間に分割したうえで、各診断区間のそれぞれに診断用パラメータを算出するように診断用パラメータ算出部が構成されているので、どの診断区間において流体センサのどのような測定誤差が生じているのかをそれぞれ知ることができる。従って、各診断区間のそれぞれに対して独立に流体センサの測定値についての検定や校正を行うことができ、その結果、流体センサの測定レンジ全体において許容精度範囲内でしか流量誤差や圧力誤差が発生しないように校正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る診断機構を備えたマスフローコントローラの模式的流体回路及び機能ブロック図。
【図２】第１実施形態のマスフローコントローラの内部構造を示す模式的断面図。
【図３】第１実施形態の診断用パラメータ算出部による、流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割する態様を示す模式的グラフ。
【図４】第１実施形態の診断用パラメータ算出部により各診断区間で算出された校正係数を乗じて測定値を校正した場合の流量誤差の変化を示す模式的グラフ。
【図５】第１実施形態のマスフローコントローラにおいて自己校正が行われるタイミングの一例を示すタイミングチャート。
【図６】第１実施形態の変形例における診断用パラメータ算出部の流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割する別の態様を示す模式的グラフ。
【図７】第１実施形態の変形例におけるマスフローコントローラの校正を示す模式低流体回路図及び機能ブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る診断機構を示す模式的流体回路図及び機能ブロック図。
【図９】第２実施形態における流体パラメータ変化区間の流量及び圧力の変化態様の一例を示す模式的グラフ。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る診断機構を示す模式的流体回路図及び機能ブロック図。
【図１１】第３実施形態における流体パラメータ変化区間の流量及び圧力の変化態様の一例を示す模式的グラフ。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る診断機構を備えた圧力制御装置を示す模式的流体回路図及び機能ブロック図。
【図１３】第４実施形態における各診断区間における診断用パラメータ及び基準パラメータである診断用期間長及び基準期間長を示す模式的グラフ。
【図１４】従来の診断機構における診断用パラメータを算出するための対象区間を示す模式的グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１実施形態に係る診断機構１００及びこの診断機構１００を備えた流量制御装置２００について図１乃至５を参照しながら説明する。
【００２４】
第１実施形態の流量制御装置２００は、例えば半導体プロセスにおいて真空チャンバー内に基板に蒸着される物質を含んだ材料ガスを所定の流量で供給するために用いられるマスフローコントローラである。
【００２５】
この流量制御装置２００は、前述した真空チャンバーへと連なるガスパネルシステム内に取り付けられるものであり、流量制御用の流体機器と各種制御を司る情報処理回路１０とが１つのパッケージ内に有するものである。すなわち、この流量制御ユニットを配管や接続ブロック等に接続するだけで流量制御機能が実現されるようにモジュール化されたものである。
【００２６】
この流量制御装置２００は、図１に示すように流路１を流れる流体を所望の流量で流すための流量制御機構と、その流量制御ユニットにおいて測定されている流量の測定値Ｑが実際に流路１を流れている流量値との誤差が許容範囲内であるかを検定及び校正するための診断機構１００としての機能を発揮するように各部が設けてある。
【００２７】
まず、ハードウェアの構成について主に図２を参照しながら説明する。
【００２８】
前記流量制御装置２００は、図２の断面図に示すように、導入ポートＢ１と導出ポートＢ２との間に形成された流体が流れる流路１を内部に有する概略直方体形状の基板ブロックＢと、前記基板ブロックＢの上面である主取付面ＢＰ１において長手方向に並んで取り付けられた流体機器たる流量制御バルブ２及び圧力センサ３１と、前記基板ブロックＢの下面であり副取付面ＢＰ２に取り付けられた流体抵抗３２と、流量制御機構及び診断機構１００としての機能を発揮するための各主演算が行われる情報処理回路１０と、これの部材の外側を覆うようにも付けられるケーシングＣと、を備えたものである。
【００２９】
前記基板ブロックＢは、その一端面に導入ポートＢ１が形成され、その他端面にお導出ポートＢ２が形成されており、その内部には前記流路１が主取付面ＢＰ１と副取付面ＢＰ２との間を上下に移動しながら長手方向に進行するように形成してある。図２の断面図から明らかなように、この内部に形成された流路１には上流から順番に、流量制御バルブ２、圧力センサ３１、流体抵抗３２の順番で設けてある。
【００３０】
前記流量制御バルブ２は、印加される電圧に応じてピエゾ素子により弁座と弁体との開度を適宜変更できるものである。この流量制御バルブ２に印加される電圧は後述するバルブ制御部４１により適宜変更される。
【００３１】
前記圧力センサ３１は、前記流体抵抗３２の上流側の圧力を測定するためのものであり、この測定圧力は前記流路１を流れる流体の流量を算出するために用いられる。加えて、この圧力センサ３１で測定される圧力の測定値Ｐは、後述する診断機構１００においても流量の測定値Ｑの検定及び校正のためにも用いられる。
【００３２】
前記流体抵抗３２は、例えば微小流路が対向する面板部を貫通するように形成された矩形状薄板を積層して形成した層流素子であって、副取付面ＢＰ２にある凹部に嵌めこまれて押さえ板により基板ブロックＢへと押しつけて固定してある。なお、この流体抵抗３２としては層流素子以外にも音速ノズル等の上流側と下流側において圧力差が生じるものであればよい。
【００３３】
次にソフトウェアの構成について図１を参照しながら説明する。
【００３４】
前記情報処理回路１０は、ケーシングＣの上部空間に収容されているものであり、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、その他のアナログ乃至デジタル電気回路からなり、メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその他周辺機器が協働することによって、この情報処理回路１０が、少なくとも流量算出部３４、バルブ制御部４１、バルブ全閉部７、診断用パラメータ算出部５、診断部６としての機能を担うように構成してある。
【００３５】
まず、流量制御機構としての演算に関連するものについて説明する。
【００３６】
前記流量算出部３４は、前記圧力センサ３１により測定される圧力と、前記流体抵抗３２の下流側の圧力に基づいて前記流路１を流れる流体の質量流量乃至体積流量を算出するものである。ここで、第１実施形態の流量制御装置２００には前記流体抵抗３２の下流側には圧力を検知するための手段が設けられていないが、第１実施形態では下流側に真空チャンバーが接続されるため、流体抵抗３２の下流側の圧力は略ゼロ、もしくは、前記流体抵抗３２の上流側で測定される圧力と比較して非常に小さい値として扱うことができる。このため前記流量算出部３４は、例えばベルヌーイの式やハーゲン・ポワズイユの式等において下流側の圧力を無視した形で前記流路１を流れる流体の流量を算出するように構成してある。なお、前記圧力センサ３１、前記流体抵抗３２、前記流量算出部３４はこれが協業することにより流量センサ３としての機能を発揮することになる。また、本明細書において流体センサとは流量を測定するための流量センサ、圧力を測定するための圧力センサのそれぞれを総称する用語である。従って、第１実施形態では流量センサ３とは流体センサのうち流量を測定するものを指す。
【００３７】
前記バルブ制御部４１は、前記流量算出部３４が出力した流路１を流れる流体の流量の測定値Ｑと、ユーザにより設定される設定流量値Ｑｒとの偏差が小さくなるように前記流量制御バルブ２の開度をフィードバック制御するものである。例えば前記バルブ制御部４１は、ＰＩＤ制御等によって流路１を流れる流体の流量を設定流量値Ｑｒで一定に保たれるように流量制御を行うようにしてある。また、このバルブ制御部４１は、後述するバルブ全閉部７からの指令を受け付けた場合には他の設定流量値Ｑｒ等の指令よりも優先して強制的に前記流量制御バルブ２を全閉させるようにも構成してある。
【００３８】
次に診断機構１００として機能に関連するものについて説明する。
【００３９】
前記バルブ全閉部７は、流量制御装置２００の自己校正を開始するに当たって、前記流路１上に設けられている前記流量制御バルブ２を全閉させる全閉指令を前記バルブ制御部４１に対して出力するものである。第１実施形態では校正に必要な測定値を得ている間は基準体積Ｖｓに対して上流側から新たな流体が流入しないように流量制御バルブ２を全閉状態で維持するように前記バルブ全閉部７は動作するようにしてある。ここで、全閉指令とは前記バルブ制御部４１に対して設定流量値Ｑｒとして０％の値を入力する、あるいは、別途設定されている全閉用の命令のことを指す。また、全閉状態とは流体がバルブを実質的に通過しない状態であり、ごく少量の流体が漏れ出している状態等も含む概念である。
【００４０】
前記診断用パラメータ算出部５は、前記バルブが全閉状態であり、時間経過に対して前記流路１を流れる流体の流量又は圧力が変化している流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、各診断区間において前記流体センサから出力される流量又は圧力の測定値Ｐに基づいて各診断区間の診断用パラメータをそれぞれ算出するように構成してある。
【００４１】
図３に示すようにこの診断用パラメータ算出部５は、自己校正が開始されてからの経過時間ではなく、前記各診断区間の開始点と終了点について前記流量センサ３から出力される流量の測定値Ｑに基づいて設定するように構成してある。すなわち、第１実施形態では、前記流量センサ３の測定レンジを１０％の区間ごとに等間隔で分割し、該当する測定流量値となった時点で診断区間を開始、終了させるように診断用パラメータ算出部５は構成してある。より具体的には、前記診断用パラメータは測定流量値が９０〜８０％、８０〜７０％、７０〜６０％、６０〜５０％、５０〜４０％、４０〜３０％、３０〜２０％、２０〜１０％の８区間に分割し、各区間の端点における対応する時刻ｔｉを、診断区間の開始点及び終了点の時刻ｔｉとして決定する。
【００４２】
さらに、この診断用パラメータ算出部５は、流体パラメータ変化区間を複数に分割したそれぞれの診断区間において診断用パラメータとして、前記流路１を流れる流体の流量の積分値に基づいて算出される診断用体積Ｖｃを算出する。
【００４３】
この診断用体積Ｖｃは、図１において示すように全閉されている流量制御バルブ２と流量センサ３の流体抵抗３２との間の流路１の基準体積Ｖｓから流出する流体の流量変化及び圧力変化に基づいて算出される。
【００４４】
より具体的には、前記診断用パラメータ算出部５は診断用体積Ｖｃを気体の状態方程式を用いて、各診断区間内において流出した流体の全流量である流量積分値と、各診断区間の開始点及び終了点における圧力値と、各診断区間の開始点及び終了点における流体の温度とから、前後の状態において流出した流体が存在していた密閉空間の容積は変化していないことを利用してその容積を逆算するように構成してある。
【００４５】
すなわち、理想気体の状態方程式は以下の式（１）のように記述される。
【００４６】
【数１】
2014063348.tif 000003
ここで、Ｖ：気体の体積、Ｐ：気体の圧力、ｎ：気体のモル数、Ｒ：気体定数、Ｔ気体の温度である。
【００４７】
さらに基準体積Ｖｓについて各診断区間の開始点と終了点の状態における気体の状態方程式を立てると式（１）に基づいて式（２）が導出される。
【００４８】
【数２】
2014063348.tif 000004
ここで、ｉ：診断区間の高圧側からの識別番号を示す添え字である。
【００４９】
さらにモル数の差分は開始点から終了点までの間において基準体積Ｖｓから流出した気体の全質量流量から換算できる。従って、気体定数を気体の分子量等の気体固有の特性を含めた値として適宜設定することにより式２は式３のように変形できる。
【００５０】
【数３】
2014063348.tif 000005
ここで、Ｖｃｉは各診断区間において算出された診断用体積Ｖｃ、ｔｉは各診断区間の終了点の時刻、ｔｉ−１は各診断区間の開始点の時刻であり、Ｑは各時刻において前記流量センサ３から出力される質量流量の測定値Ｑである。また、温度については図示しない温度センサから出力される測定値である。なお、温度については急激な変化が生じない場合には一定値として扱っても構わない。
【００５１】
前記診断部６は、前記診断用パラメータ算出部５により算出された各診断区間においてそれぞれ算出された診断用パラメータと、予め定められた基準パラメータとに基づいて、前記流体センサが各診断区間において出力する流量又は圧力の測定値Ｐを校正するように構成してある。
【００５２】
第１実施形態では、診断用パラメータとして前記診断用パラメータ算出部５から出力される診断用体積Ｖｃを用いているので、基準パラメータとしては図１において示す基準体積Ｖｓを用いている。第１実施形態では校正用体積と基準体積は前述した式１乃至３に基づいて同様の手法で算出している。より具体的には、基準体積Ｖｓは、前記流量センサ３が正常時において前記診断用パラメータ算出部５が算出した各診断区間においてそれぞれ算出した診断用体積Ｖｃのいずれか、又は、平均値を用いて算出している。ここで、正常時とは実際の流量値と測定値との誤差が実質的に存在しない場合や、工場出荷時における値のことを指す。第１実施形態では、診断用体積Ｖｃは各診断区間においてそれぞれ別々に算出されるが、基準体積Ｖｓについて前記診断部６は１つの値を各診断区間に対して共通して使用している。変形例としては、正常時において各診断区間において算出された診断用体積Ｖｃをそれぞれ別々の基準体積Ｖｓとして用いても構わない。また、この基準体積Ｖｓの値は、流量制御装置２００を設計した際の流路１の管径、長さ、流量制御バルブ２、流体抵抗３２の配置等の設計値に基づいて算出してもよい。
【００５３】
前記診断部６が前記流量センサ３の検定を行う場合について説明する。
【００５４】
前記診断部６は、各診断区間のそれぞれについて診断用パラメータ及び基準パラメータを比較して、いずれの診断区間において前記流体センサから出力される測定値に異常があるかを検定するように構成してある。より具体的には、各診断区間の診断用体積Ｖｃと、基準体積Ｖｓの差分を取得して、その差分の絶対値が所定値以上となっている診断区間の測定値には異常があると判定するように診断部６は構成してある。なお、診断用体積Ｖｃと基準体積Ｖｓの比較は、差分だけでなく比の値が所定値以上かどうかにより各診断区間のそれぞれについて測定値の検定を行うようにしてもよい。
【００５５】
次に前記診断部６が前記流量センサ３の校正を行う場合について説明する。
【００５６】
前記診断部６は、各診断区間のそれぞれに対して診断用パラメータ及び基準パラメータに基づいて校正係数ｋを算出するように構成してある。すなわち、前記診断部６は、基準体積Ｖｓを診断用体積Ｖｃで割った値を校正係数ｋとして各診断区間に対してそれぞれ算出し、前記流量算出部３４に対して出力するように構成してある。
【００５７】
前記流量算出部３４は、自己校正が終了してから前記診断部６から入力された校正係数ｋを測定値に対して乗じて校正後測定値として出力することになる。すなわち、流量算出部３４は、算出された測定値がいずれの診断区間内の値であるかを判断し、式４に示すように該当する診断区間の校正係数ｋ＝Ｖｓ／Ｖｃｉを測定値に乗じて校正後測定値とする。
【００５８】
【数４】
2014063348.tif 000006
ここで、ｆは校正前測定値、ｆ’は校正後測定値、Ｖｓは基準体積、Ｖｃｉは各診断区間において算出された診断用体積である。
【００５９】
校正結果の一例について説明すると、図４のグラフに示すように、校正前流量精度は、設定流量値Ｑｒが小さい場合には大きな流量誤差が発生し、流量精度の低い状態となっており、４番目の診断区間を境としてその誤差の発生方向が逆側になっているが、各診断区間においてそれぞれ算出された校正係数ｋを用いた校正後測定値を用いた場合、校正後流量精度のグラフに示されるように略全ての測定レンジにおいて流量精度を均一にすることができている。図４のグラフに示されているように各診断区間においてそれぞれ校正係数ｋが異なっており、校正量を各診断区間においてそれぞれ異ならせることができているためである。言い換えると、従来であればオフセット補正しかできていなかったところを第１実施形態の診断機構１００によれば４番目の診断区間を中心としたスパン補正を実現できているので、測定レンジ全体の流量精度を均一に高めることができている。
【００６０】
最後に前記診断機構１００による自己校正のタイミングについて説明する。
【００６１】
第１実施形態の流量制御装置２００についてはガスパネルシステムに組み込まれたままの状態で、別途検定又は校正用の流量センサ３を用意することなく、自己校正を行うように構成してある。図５のグラフに示すように半導体製造プロセスにおいて実際の製品を製造するために流量制御を行うプロセス期間の間には休止期間が存在する。この休止期間において前記診断機構１００は自己校正を行うようにしており、それ以降のプロセス期間においては自己校正により算出された校正係数ｋを用いて測定値は出力されるとともに、校正後測定値に基づいた流量制御が行われるようにしてある。
【００６２】
このように第１実施形態の流量制御装置２００及び診断機構１００によれば、自己校正時において流量制御バルブ２が全閉されてから流体の圧力及び流量が変化している流体パラメータ変化区間を複数に分割して複数の診断区間とし、各診断区間のそれぞれに診断用体積Ｖｃを求めて、それぞれの診断区間用の校正係数ｋを算出するように構成してあるので、各診断区間のそれぞれの流量誤差に応じた校正ができる。
【００６３】
従って、単一の校正係数ｋで測定レンジ全体をオフセットするような校正ではなく、図４のグラフに示されるように流量センサ３の測定レンジ全体に亘ってそれぞれ校正量を異ならせることで、測定レンジ全体において均一な流量精度を得ることができる。
【００６４】
また、検定対象である流量センサ３から出力される流量の測定値Ｑに基づいて自己校正を行うように構成してあるので、半導体製造プロセスから流量制御装置２００を取り外すことなく適宜自己校正を行うことができ、長期間に亘って流量制御装置２００の流量精度を許容流量精度範囲内に収めることができ、製品寿命をのばすことができる。さらに、自己校正が適宜行われることになるので、流量制御装置２００から出力される流量についても信頼性を高めることができる。
【００６５】
さらに、診断用パラメータとして前記流量センサ３から出力される流量の積分値を用いて算出される診断用体積Ｖｃを用いているので、流量センサ３から出力される測定値にノイズがあったとしても平均化効果によりノイズ影響を低減することができる。従って検定や校正における精度を高めることができる。加えて、診断用体積Ｖｃを用いる場合、比較対象となる基準体積Ｖｓは１つだけ用意すればよいので、基準作成を行う手間を少なくできる。
【００６６】
次に第１実施形態の変形例について説明する。
【００６７】
前記診断区間は、流量センサ３において測定される測定値から決まる値であったが、診断区間の開始点及び終了点について流量制御バルブ２が全閉されてからの経過時間により予め定められているものであっても構わない。より具体的に図６に示すように診断区間の各期間長を固定して、逆に各診断区間の開始点と終了点における流量が時間から定められるようにしてもよい。
【００６８】
要するに、流体パラメータ変化区間の分割方法については第１実施形態に示したものに限られず、適した分割方法を採用すればよい。例えば、測定値に基づいて診断区間を決める場合であっても、１０〜２０％、２０〜３０％等のように等間隔の測定値で診断区間を決定するのではなく、１０〜２０％、２０〜４０％のように各診断区間の対応する測定値の範囲が異なっていても構わない。すなわち診断パラメータ変化区間を２つ以上の診断区間に分割して、検定、校正を行うものであれば第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、第１実施形態の流量制御装置２００においては、前記流体抵抗３２の下流側には圧力センサを省略したものであったが、下流側の圧力変化が無視できないような場合には、図７に示すように流体抵抗３２の下流側にも圧力センサ３３を設けてもよい。この場合、流量算出部３４は２つの圧力センサ３１、３３からの出力に基づいて流量を算出することになり、前記診断機構１００においては、基準体積Ｖｓの圧力を測定することができる圧力センサ３１の圧力を用いて検定、校正を行うことになる。
【００７０】
次に第２実施形態の診断機構１００について図８を参照しながら説明する。なお、第２実施形態における圧力センサＳ１及び流量センサＳ２以外の部材については第１実施形態に対応するものは同じ符号を付すこととする。なお、Ｓ１、Ｓ２の符号を付したセンサは流量制御には関係しないセンサを指している。
【００７１】
第２実施形態の診断機構１００は、第１実施形態のように流量制御装置２００の一部として構成されるものではなく、診断機構１００単体として例えばガスパネルシステム内に構成されたものである。
【００７２】
より具体的には、第２実施形態においては流路１上に設けられた流量制御バルブ２とは別の開閉バルブ２１を全閉して自己校正が行われる点と、基準体積Ｖｓが流路１だけでなく基準タンクＢＴも含むように構成してある点が第１実施形態とは異なっている。
【００７３】
すなわち、第２実施形態においては図８に示すように流路１上に上流側から、開閉バルブ２１、基準タンクＢＴ、圧力センサＳ１、検定対象である流量センサＳ２、流量制御バルブ２がこの順で設けてあり、前記診断機構１００は、前記開閉バルブ２１から流量センサＳ２までの空間になる流体が流出することにより生じる流体パラメータの変化に基づいて検定又は校正を行うものである。なお、この検定又は校正が行われている間は、前記流量制御バルブ２は全開もしくは所定開度で一定に保つようにしてある。
【００７４】
このようなものであっても、第１実施形態の診断機構１００と同様に流量センサＳ２の測定値について検定又は校正することができる。より具体的には、図９のグラフに示すように第２実施形態の診断機構１００も前記圧力センサＳ１と前記流量センサＳ２の値に基づいて基準体積Ｖｓの値を各診断区間のそれぞれについて算出し、前記診断部６による検定又は校正を行うことができる。全閉されるバルブが検定対象である流量センサＳ２よりも上流側にある場合には、流量が低下するとともに、圧力も低下することになる。
【００７５】
第２実施形態の変形例について説明する。例えば前記基準タンクＢＴの上流だけなく下流側において流量センサＳ２との間にさらにもう一つの下流側開閉バルブが設けてあり、前記バルブ全閉部７が、最初は上流側の開閉バルブ２１を開放状態にしておくとともに下流側開閉バルブを最初は全閉状態にしておき、基準タンクＢＴに十分な量の流体を貯め込んだ後に、基準タンクＢＴの上流側の開閉バルブ２１を全閉して、下流側開閉バルブを開放状態にして、流量センサＳ２による流体パラメータ変化区間における測定が行えるようにしても構わない。このようなものであっても下流側開閉バルブを全閉状態から開放状態へと変化させて図９のグラフに示されるような流量、圧力の変化が生じる流体パラメータ変化区間を作ることができ、同様に流量センサＳ２の校正を行うことができる。さらに、基準タンクＢＴの上流側にある開閉バルブ２１について省略し、前述した基準タンクＢＴの下流側にある開閉バルブを全閉状態から開放状態へと変化させることにより流体パラメータ変化区間を生じさせるようにしてもよい。
【００７６】
次に第３実施形態の診断機構１００について図１０を参照しながら説明する。第３実施形態の診断機構１００は流路１上に、上流側から流量センサＳ２、圧力センサＳ１、基準タンクＢＴ、流量制御バルブ２が設けられている点と、検定対象である流量センサＳ２の下流側にある流量制御バルブ２が全閉される点において第２実施形態の診断機構１００と異なっている。
【００７７】
このような構成の場合、図１１のグラフに示すように前記流量制御バルブ２が全閉されてから流量が低下していくに従って、前記圧力センサＳ１で測定される圧力は上昇していくことになる。このような流体パラメータの変化が生じる場合でも第１実施形態及び第２実施形態と同様の手法で診断用パラメータを算出して、基準パラメータとの比較により測定値の検定又は校正を行うことができる。
【００７８】
次に第４実施形態の診断機構１００について図１２を参照しながら説明する。第４実施形態の診断機構１００は、流量制御装置２００の一部を構成するものではなく、圧力制御装置３００の一部を構成するものである。さらに、第４実施形態の診断機構１００は、流量の測定値Ｑの検定又は校正を行うのではなく、圧力の測定値Ｐの検定又は校正を各診断区間のそれぞれについて行うものである。
【００７９】
より具体的には、第４実施形態の圧力制御装置３００における圧力制御機構は、図１２に示すように基板ブロックＢ内に形成された流路１上に、上流から圧力制御バルブ２と、圧力センサＳ１とがこの順で設けられたものであり、バルブ制御部４１は、前記圧力センサＳ１から出力される測定値と予め設定される設定圧力値との偏差が小さくなるように前記圧力制御バルブ２の開度を制御するように構成してある。
【００８０】
第４実施形態の圧力制御装置３００の一部を構成する診断機構１００は、前記診断用パラメータ及び前記診断部６において使用される各種パラメータ及び診断用パラメータの算出方法が第１乃至第３実施形態とは異なっている。
【００８１】
すなわち、前記診断用パラメータ算出部５は、検定対象である圧力センサＳ１から出力される測定値に基づいて、流体パラメータ変化区間を複数の診断区間に分割するとともに、圧力の測定値Ｐだけで各診断区間の診断用パラメータを算出するように構成してある。
【００８２】
より具体的には、第４実施形態では図１３のグラフに示すように圧力センサＳ１から出力される測定値が予め定められた値となる点を各診断区間の開始点及び終了点とするように構成してあり、１０〜５０ＫＰａ、５０〜９０ＫＰａ，９０〜１３０ＫＰａの３つの診断区間に分割するようにしてある。
【００８３】
そして、各診断区間を規定する圧力値となった開始点及び終了点の時刻から算出される区間長を診断用パラメータ算出部５は診断用パラメータとして出力するようにしてある。すなわち、第４実施形態において診断用パラメータは各診断区間の区間長である診断用区間長Δｔであり、前記診断部６において用いられる基準パラメータは圧力センサＳ１が正常であるときに算出された診断用区間長Δｔである基準区間長Δｔｓが用いられる。
【００８４】
より具体的には、前記診断部６において使用される基準区間長Δｔｓは、図１３に示されるように各診断区間においてそれぞれ異なる値が用いられる。そして、前記診断部６は、診断用区間長Δｔと基準区間長Δｔｓの差分又は比が所定値以上であるかどうかに基づいて、どの診断区間において圧力の測定値Ｐに問題があるかを検定するようにしてある。
【００８５】
さらに、前記診断部６は、基準区間長Δｔｓを診断用区間長Δｔで割った値を校正係数ｋとして出力し、前記バルブ制御部４１は、前記圧力センサＳ１から得られた圧力の測定値Ｐにこの校正係数ｋを乗じた上で圧力制御に用いるように構成してある。
【００８６】
このように、第４実施形態において説明したように本発明の診断機構１００は流量制御装置２００に限られず、圧力制御装置３００についても適用することができる。また、診断用パラメータとしては診断用体積Ｖｃではなく、各診断区間の長さを用いても各診断区間のそれぞれに対して検定又は校正を好適に行うことができる。なお、診断用パラメータとして各診断区間の区間長を用いるのは圧力の測定値Ｐを検定対象とする場合に限られず、流量の測定値Ｑを検定対象とする場合にも同様に適用することができる。また、期間長の取り方は例えばバルブが全閉された時刻と、診断区間の終了点との差で表したものであっても構わない。
【００８７】
その他の実施形態について説明する。
【００８８】
前記各実施形態については、前記診断部は検定及び構成の両方を行うものであったが、いずれか一方のみを行うように構成しても構わない。また、前記診断部は、基準パラメータを診断用パラメータで割った値を校正係数として複数の診断区間に対してそれぞれ出力するように構成していたが、例えば、検定において測定値に異常があると検定された区間についてのみ校正係数を出力するように構成しても構わない。さらに、この校正方法については、流体パラメータ変化区間が複数の診断区間に分割されている態様だけに限られず、流体パラメータ変化区間を分割せず、全体を１つの診断区間としている場合にも適用することができる。すなわち、図１４に示されるような診断区間を設定して、診断用パラメータと基準パラメータから校正係数を診断部が算出するようにしても構わない。
【００８９】
また、校正部が算出する校正係数の形式は各実施形態に記載したものに限られない。例えば、校正部が校正用パラメータと基準パラメータの差分の絶対値から校正係数を算出するようにしても構わない。また、校正係数は流量センサの測定値に対して乗じることにより、校正を行うようにしているが、例えば流量制御が安定しており、設定流量値と流量センサの測定値が略一致している状況等においては、設定流量値に対して校正係数を乗じることで、校正された測定値としても構わない。
【００９０】
各実施形態に示したように、流体機器の配列の順番は適宜変更することができる。要するに検定対象となるセンサが、基準体積における流体の流体パラメータを測定できるように構成してあれば、その順番については特に限定されない。
【００９１】
流量センサの測定原理については前記各実施形態では差圧式（圧力式）のものを示しているが、本発明は熱式の測定原理に基づく流量センサであっても同様に適用することができる。
【００９２】
また、本発明の診断用パラメータ算出部と、診断部とを構成するためのプログラムを既存の流量制御装置及び圧力制御装置等にインストールすれば、後付けで本発明の機能を付加することもできる。
【００９３】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や各実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００９４】
２００    ：流量制御装置
３００    ：圧力制御装置
１００    ：診断機構
１        ：流路
２        ：流量制御バルブ（圧力制御バルブ）
２１      ：開閉バルブ
３        ：流量センサ
３４      ：流量算出部
５        ：診断用パラメータ算出部
６        ：診断部
７        ：バルブ全閉部
１０      ：情報処理回路
４１      ：バルブ制御部
Ｂ        ：基板ブロック
Ｂ１      ：導入ポート
Ｂ２      ：導出ポート
ＢＰ１    ：主取付面
ＢＰ２    ：副取付面
ＢＴ      ：基準タンク
Ｃ        ：ケーシング
Ｖｃ      ：診断用体積
Ｖｓ      ：基準体積
ｋ        ：校正係数
Δｔ      ：診断用区間長
Δｔｓ    ：基準区間長
【図１】
2014063348.tif 000007
【図２】
2014063348.tif 000008
【図３】
2014063348.tif 000009
【図４】
2014063348.tif 000010
【図５】
2014063348.tif 000011
【図６】
2014063348.tif 000012
【図７】
2014063348.tif 000013
【図８】
2014063348.tif 000014
【図９】
2014063348.tif 000015
【図１０】
2014063348.tif 000016
【図１１】
2014063348.tif 000017
【図１２】
2014063348.tif 000018
【図１３】
2014063348.tif 000019
【図１４】
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