(57)【要約】  絞り部（１２）、上流側の制御バルブ（１８）、上流側の第１圧力センサ（１４）、下流側の第２圧力センサ（２４）を備える流量制御装置（１０）と下流バルブ（２４）を用いて行う異常検知方法であって、制御バルブおよび下流バルブを開状態から閉状態に変化させるステップと、制御バルブおよび下流バルブを閉状態に維持したまま上流圧力および下流圧力を測定するステップと、（ａ）上流圧力と下流圧力との差が所定値に達した時点での上流圧力を上流収束圧力として抽出し、下流圧力を下流収束圧力として抽出するステップおよび（ｂ）制御バルブおよび下流バルブを閉状態に変化させた時点から上流圧力と下流圧力との差が所定値に達した時点までの時間を収束時間として抽出するステップのうちの少なくとも一方とを包含し、ステップ（ａ）または（ｂ）のいずれかのステップで得たデータと基準となる値との比較に基づいて異常の有無を判断する。
2017110066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞り部と、前記絞り部の上流側に設けられた制御バルブと、前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサとを備える流量制御装置と、前記第２圧力センサの下流側に設けられた下流バルブとを用いた異常検知方法であって、
前記制御バルブおよび前記下流バルブを開状態から閉状態に変化させるステップと、
前記制御バルブおよび前記下流バルブを閉状態に維持したまま前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサを用いて上流圧力および下流圧力を測定するステップと、
下記のステップ（ａ）およびステップ（ｂ）のうちの少なくとも一方のステップ：
（ａ）前記上流圧力と前記下流圧力との差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点での上流圧力を上流収束圧力として抽出し、下流圧力を下流収束圧力として抽出するステップ、
（ｂ）前記制御バルブおよび前記下流バルブを開状態から閉状態に変化させた時点から前記上流圧力と前記下流圧力との差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点までの時間を収束時間として抽出するステップ
とを包含し、
前記ステップ（ａ）または前記ステップ（ｂ）のいずれかのステップで得たデータと、前記データのそれぞれ基準となる値との比較に基づいて異常の有無を判断する異常検知方法。
【請求項２】
前記上流収束圧力および前記下流収束圧力を抽出するステップ（ａ）と、前記収束時間を抽出するステップ（ｂ）との両方を包含し、前記ステップ（ａ）および前記ステップ（ｂ）で得た両方のデータと、前記基準となる値それぞれとの比較に基づいて異常の有無を判断する、請求項１に記載の異常検知方法。
【請求項３】
前記上流収束圧力および前記下流収束圧力に対しては基準圧力を、前記収束時間に対しては基準時間を前記基準となる値とする、請求項１または２に記載の異常検知方法。
【請求項４】
前記基準圧力は、予め測定された正常状態における収束圧力であり、前記基準時間は、予め測定された正常状態における収束時間である、請求項３に記載の異常検知方法。
【請求項５】
前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサを用いて、前記制御バルブおよび前記下流バルブを閉じる前の開状態における前記上流圧力および前記下流圧力を測定するステップと、
測定された前記開状態における前記上流圧力および前記下流圧力に基づいて、前記基準圧力および前記基準時間を決定するステップと
をさらに包含する、請求項３または４に記載の異常検知方法。
【請求項６】
前記開状態における前記上流圧力及び前記下流圧力と、前記基準時間及び前記基準圧力との関係を示す表を予め用意するステップと、前記表に従って前記基準圧力および前記基準時間を決定するステップとを包含する、請求項５に記載の異常検知方法。
【請求項７】
前記上流圧力と下流圧力と差の所定値は０に設定されており、前記上流圧力と前記下流圧力とが同じになった時点において、前記上流収束圧力、前記下流収束圧力または前記収束時間を抽出する、請求項１から６のいずれかに記載の異常検知方法。
【請求項８】
前記上流収束圧力または前記下流収束圧力に基づいて前記制御バルブおよび前記下流バルブのシートリークを検知し、前記収束時間に基づいて前記絞り部が有する開口部の拡大および縮小を検知する、請求項１から７のいずれかに記載の異常検知方法。
【請求項９】
前記流量制御装置は、前記制御バルブの下流側に設けられた温度センサをさらに備え、前記温度センサの出力に基づいて前記上流収束圧力または前記下流収束圧力を補正するステップをさらに包含する、請求項１から８のいずれかに記載の異常検知方法。
【請求項１０】
前記制御バルブおよび前記下流バルブが閉状態に維持された状態で、前記上流圧力と前記下流圧力との差が収束後にも基準となる値からずれたまま維持されるとき、前記第１圧力センサまたは前記第２圧力センサが異常であると判断する、請求項１から９のいずれかに記載の異常検知方法。
【請求項１１】
絞り部と、
前記絞り部の上流側に設けられた制御バルブと、
前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、
前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサと、
前記第１圧力センサと前記第２圧力センサとの出力に基づいて前記制御バルブを制御することにより流量が設定流量となるように制御する演算処理回路と
を備える圧力式の流量制御装置であって、前記第２圧力センサの下流において、前記流量制御装置に内蔵された、または、前記流量制御装置の外部に配置された下流バルブが設けられており、
前記演算処理回路は、
前記下流バルブの閉時に前記制御バルブが閉じられた状態で、前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサの出力に基づいて上流圧力と下流圧力との差を演算し、
前記演算により得られた前記差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点の前記上流圧力または前記下流圧力をメモリに格納された基準圧力と比較するか、前記制御バルブ及び前記下流バルブが閉となった時点から前記差が所定値に達した時点または所定値を下回った時点までの時間をメモリに格納された基準時間と比較するか、のいずれかもしくは両方の比較を行い、
前記基準圧力又は前記基準時間との比較に基づいて異常判定信号を生成する、流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置および流量制御装置を用いる異常検知方法に関し、特に、圧力式流量制御装置を含む流体供給システムにおいて制御バルブや下流バルブあるいは絞り部等の異常の有無を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や化学プラントにおいて、材料ガスやエッチングガス等の流量を制御するために、種々のタイプの流量計および流量制御装置が利用されている。このなかで圧力式流量制御装置は、ピエゾ素子駆動型の圧力制御弁と絞り部（例えばオリフィスプレート）とを組み合せた比較的簡単な機構によって各種流体の流量を高精度に制御することができるので広く利用されている。【０００３】
特許文献１には、絞り部上流側に設けられた圧力センサを用いて流量を制御するように構成された圧力式流量制御装置が開示されている。特許文献１に記載の圧力式流量制御装置は、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（Ｐ１：絞り部上流側のガス圧力、Ｐ２：絞り部下流側のガス圧力）を満たすとき、絞り部を通過するガスの流速は音速に固定され、流量は下流側ガス圧力Ｐ２によらず上流側ガス圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御を行っている。【０００４】
臨界膨張条件を満たすとき、流量Ｑｃは、例えば次の式によって与えられる。【０００５】
Ｑｃ＝Ｓ・Ｃ・Ｐ１／Ｔ１１／２
ここで、Ｓはオリフィス断面積、Ｃはガス物性によって決まる定数（フローファクタ）、Ｔ１は上流側ガス温度である。上記式から、ガス温度Ｔ１およびフローファクタＣが一定であるとき、流量Ｑｃは上流圧力Ｐ１に比例することがわかる。このため、制御弁の開閉調整により上流圧力Ｐ１を制御するだけで、流量を高精度に制御することができる。【０００６】
また、上流側の圧力センサとともに、絞り部下流側にも圧力センサを設ける圧力式流量制御装置が知られている（例えば、特許文献２）。下流側圧力センサを備える場合、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が小さく、臨界膨張条件を満足しない場合であっても流量を算出することができる。具体的には、各圧力センサによって測定された上流圧力Ｐ１および下流側圧力Ｐ２に基づいて、所定の計算式Ｑｃ＝ＫＰ２ｍ（Ｐ１−Ｐ２）ｎ（ここでＫは流体の種類と流体温度に依存する比例定数、ｍ、ｎは実際の流量から導出される指数）から流量Ｑｃを算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２１２０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８４２５号公報
【特許文献３】特開２００９−２６５９８８号公報
【特許文献４】特開２００８−１５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧力式流量制御装置では、ガスが流れる微細開口（オリフィス）が形成された絞り部が用いられており、この微細開口に詰まりや形状変化が生じると、精度よく流量を制御することが困難になる。この問題に対して、特許文献３には、制御弁を急速に閉じたときの圧力降下特性に基づいて絞り部の状態を判断し、流量制御の精度を自己診断できる構成が開示されている。【０００９】
また、特許文献４には、絞り部下流側に設けられたバルブの開放動作によって生じる上流圧力の変動の大きさに基づいて、下流側バルブの動作が正常であるか否かを判定する流量制御装置が開示されている。【００１０】
このように、圧力式流量制御装置において、絞り部や、その上流または下流に設けられたバルブなどに正常状態からの異変が生じていないかどうかを検知することは、安定した流量制御動作を行うために重要である。また、異常の検知は、流体供給システムに圧力流量制御装置を組み込んだまま、できるだけ簡便な手法で行われることが望ましい。【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流量制御装置を含む流体供給システムにおいて、流量制御装置を用いてバルブや絞り部の異常を簡便に検知する方法を提供することをその主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態による異常検出方法は、絞り部と、前記絞り部の上流側に設けられた制御バルブと、前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサとを備える流量制御装置と、前記第２圧力センサの下流側に設けられた下流バルブとを用いた異常検知方法であって、前記制御バルブおよび前記下流バルブを開状態から閉状態に変化させるステップと、前記制御バルブおよび前記下流バルブを閉状態に維持したまま前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサを用いて上流圧力および下流圧力を測定するステップと、次のステップ（ａ）およびステップ（ｂ）のうちの少なくとも一方のステップ：（ａ）前記上流圧力と前記下流圧力との差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点での上流圧力を上流収束圧力として抽出し、下流圧力を下流収束圧力として抽出するステップ、（ｂ）前記制御バルブおよび前記下流バルブを開状態から閉状態に変化させた時点から前記上流圧力と前記下流圧力との差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点までの時間を収束時間として抽出するステップとを包含し、前記ステップ（ａ）または前記ステップ（ｂ）のいずれかのステップで得たデータと、前記データのそれぞれ基準となる値との比較に基づいて異常の有無を判断する。【００１３】
ある実施形態において、上記の異常検出方法は、前記上流収束圧力および前記下流収束圧力を抽出するステップ（ａ）と、前記収束時間を抽出するステップ（ｂ）との両方を包含し、前記ステップ（ａ）および前記ステップ（ｂ）で得た両方のデータと、前記基準となる値それぞれとの比較に基づいて異常の有無を判断する。【００１４】
ある実施形態において、前記上流収束圧力および前記下流収束圧力に対しては基準圧力を、前記収束時間に対しては基準時間を前記基準となる値とする。【００１５】
ある実施形態において、前記基準圧力は、予め測定された正常状態における収束圧力であり、前記基準時間は、予め測定された正常状態における収束時間である。【００１６】
ある実施形態において、上記の異常検出方法は、前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサを用いて、前記制御バルブおよび前記下流バルブを閉じる前の開状態における前記上流圧力および前記下流圧力を測定するステップと、測定された前記開状態における前記上流圧力および前記下流圧力に基づいて、前記基準圧力および前記基準時間を決定するステップとをさらに包含する。【００１７】
ある実施形態において、上記の異常検出方法は、前記開状態における前記上流圧力及び前記下流圧力と、前記基準時間及び前記基準圧力との関係を示す表を予め用意するステップと、前記表に従って前記基準圧力および前記基準時間を決定するステップとを包含する。【００１８】
ある実施形態において、前記上流圧力と下流圧力と差の所定値は０に設定されており、前記上流圧力と前記下流圧力とが同じになった時点において、前記上流収束圧力、前記下流収束圧力または前記収束時間を抽出する。【００１９】
ある実施形態において、前記上流収束圧力または前記下流収束圧力に基づいて前記制御バルブおよび前記下流バルブのシートリークを検知し、前記収束時間に基づいて前記絞り部が有する開口部の拡大および縮小を検知する。【００２０】
ある実施形態において、前記流量制御装置は、前記制御バルブの下流側に設けられた温度センサをさらに備え、上記の異常検出方法は、前記温度センサの出力に基づいて前記上流収束圧力または前記下流収束圧力を補正するステップをさらに包含する。【００２１】
ある実施形態において、前記制御バルブおよび前記下流バルブが閉状態に維持された状態で、前記上流圧力と前記下流圧力との差が収束後にも基準となる値からずれたまま維持されるとき、前記第１圧力センサまたは前記第２圧力センサが異常であると判断する。 【００２２】
本発明の実施形態による流量制御装置は、絞り部と、前記絞り部の上流側に設けられた制御バルブと、前記絞り部の上流側かつ前記制御バルブの下流側に設けられた第１圧力センサと、前記絞り部の下流側に設けられた第２圧力センサと、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサとの出力に基づいて前記制御バルブを制御することにより流量が設定流量となるように制御する演算処理回路とを備え、前記第２圧力センサの下流において、前記流量制御装置に内蔵された、または、前記流量制御装置の外部に配置された下流バルブが設けられており、前記演算処理回路は、前記下流バルブの閉時に前記制御バルブが閉じられた状態で、前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサの出力に基づいて上流圧力と下流圧力との差を演算し、前記演算により得られた前記差が所定値に達した時点または前記所定値を下回った時点の前記上流圧力または前記下流圧力をメモリに格納された基準圧力と比較するか、前記制御バルブ及び前記下流バルブが閉となった時点から前記差が所定値に達した時点または所定値を下回った時点までの時間をメモリに格納された基準時間と比較するか、のいずれかもしくは両方の比較を行い、前記基準圧力又は前記基準時間との比較に基づいて異常判定信号を生成する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によれば、流量制御装置を用いて、容易にかつ高い精度でバルブや絞り部の異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による圧力式流量制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は流体供給時における状態、（ｂ）は異常検知時における状態を示す模式図である。
【図３】流体供給時からバルブ閉動作を行ったときの、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２の変化を示すグラフである。
【図４】流体供給時からバルブ閉動作を行ったときの、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２の変化を示すグラフであり、異常が生じているときの様子を一点鎖線で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態による圧力式の流量制御装置１０の構成を模式的に示す図である。流量制御装置１０は、微細開口を有しガス供給路（流路）に介在する絞り部１２（例えばオリフィスプレート）と、絞り部１２の上流側に設けられた第１圧力センサ１４および温度センサ１６と、第１圧力センサ１４の上流側に設けられた制御バルブ１８とを備えている。また、流量制御装置１０は、絞り部１２の下流側において第２圧力センサ２４を備える。第１圧力センサ１４は、制御バルブ１８と絞り部１２との間の流路の圧力を測定することができ、第２圧力センサ２４は、絞り部１２と下流バルブ２８（後述）との間の流路の圧力を測定することができる。
【００２７】
流量制御装置１０は、さらに、第１圧力センサ１４および第２圧力センサ２４の出力に基づいて制御バルブ１８の開閉動作を制御する演算処理回路３０を備えている。演算処理回路３０は、外部制御装置４０から受け取った設定流量と、第１および第２圧力センサ１４、２４の出力から算出された流量とを比較し、設定流量に近づけるように制御バルブ１８の駆動部１９を制御する。
【００２８】
流量制御装置１０において、流路は金属製ブロックに設けられた孔として形成されていてよい。また、第１圧力センサ１４および第２圧力センサ２４としては、例えば、シリコン単結晶のセンサチップとダイヤフラムとを内蔵する圧力センサが用いられる。第１圧力センサ１４と第２圧力センサ２４とが同一の定格圧力を有していてもよい。また、制御バルブ１８としては例えば金属製ダイヤフラムバルブが用いられ、駆動部１９としては例えばピエゾ素子駆動部（ピエゾアクチュエータ）が用いられる。
【００２９】
このように構成された流量制御装置１０を含む流体供給システムにおいて、制御バルブ１８の上流側は、原料ガスやキャリアガスなどのガス供給源（図示せず）に接続され、第２圧力センサ２４の下流側は、下流バルブ２８を介して半導体製造装置のプロセスチャンバ２に接続されている。プロセスチャンバ２には真空プロセスを行うための真空ポンプ４が接続されており、ガス供給時にはプロセスチャンバ２の内部が真空引きされる。
【００３０】
上記構成において、プロセスチャンバ２へのガスの供給を完全に遮断するために、下流バルブ２８には、制御バルブ１８よりもリークが少なく弁閉鎖力の強い弁が用いられていてもよい。また、図１には、下流バルブ２８が流量制御装置１０の外部に配置された態様が示されているが、流量制御装置１０の絞り部１２（および第２圧力センサ２４）の下流側において、下流バルブ２８が流量制御装置１０に内蔵されていてもよい。流量制御装置１０の外部に配置された下流バルブ２８および流量制御装置１０に内蔵された下流バルブ２８のいずれを用いても、後述する本実施形態による異常検知方法を実施することができる。また、下流バルブ２８の開閉動作は、本実施形態では外部制御装置４０によって制御されるが、他の態様において演算処理回路３０によって制御されてもよい。
【００３１】
なお、半導体製造ラインでは、異なる種類のガスを供給するための複数の流路がプロセスチャンバ２に接続されている。このため、実際の態様においては、それぞれのガスの流路について、流量制御装置１０および下流バルブ２８が設けられている。プロセスチャンバ２に供給するガスの種類の切り替えは、各流路に設けられた下流弁２８の開閉制御によって行うことができる。
【００３２】
流量制御を行うとき、外部制御装置４０において設定された設定流量が、外部制御装置４０から演算処理回路３０に送られる。演算処理回路３０は、第１および第２圧力センサ１４、２４の出力（および温度センサ１６の出力（ガス温度Ｔ１））に基づいて、臨界膨張条件または非臨界膨張条件における流量計算式に基づいて流量を演算し、絞り部１２を通過する流体の流量が設定流量になるように制御バルブ１８を制御する。また、演算処理回路３０は、演算した流量を流量出力値として外部制御装置４０に出力し、外部制御装置４０に設けられた表示部４２に流量出力値を表示させることができる。
【００３３】
このようにして設定流量にしたがってガスが流れている状態では、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８が設定流量に適合する開度で開かれ、また、下流バルブ２８も開状態に設定されている。このとき、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２は互いに異なる一定の状態に維持され、具体的には、上流圧力Ｐ１は設定流量に基づく制御圧力に維持され、下流圧力Ｐ２は例えば真空圧に維持される。臨界膨張条件を満たす場合、上流圧力Ｐ１は下流圧力Ｐ２の約２倍以上の大きさに設定されている。
【００３４】
ここで、本実施形態の異常検知方法では、図２（ｂ）に示すように、制御バルブ１８および下流バルブ２８を開状態から閉状態に変化させる。なお、図２（ｂ）において黒く塗りつぶされたバルブ１８、２８は、これらが閉じられていることを意味している。
【００３５】
制御バルブ１８を閉じる動作は、例えば、外部制御装置４０から流量制御装置１０に送られる設定流量を０に設定することによって行うことができる。また、下流バルブ２８は例えば外部制御装置４０によって閉状態に設定される。これによって、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とがいずれも平衡圧力Ｐ’へと変化する。
【００３６】
図３は、ガス流通状態から制御バルブ１８および下流バルブ２８を閉じる動作を行ったときの、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２の変化を示すグラフである。図３に示すように、制御バルブ１８および下流バルブ２８が時刻ｔ１に閉じられ、その後、閉状態が維持されているとき、上流圧力Ｐ１はガス流通状態の初期圧力から降下し、下流圧力Ｐ２はガス流通状態の初期圧力から上昇し、すなわち、差圧が解消するように圧力変動が生じる。そして、両側のバルブ１８、２８の閉状態が維持されているので、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２は、時間の経過とともに実質的に同じ平衡圧力Ｐ’に収束する。
【００３７】
この過程において、図１に示す演算処理回路３０は、第１圧力センサ１４および第２圧力センサ２４の出力から、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２を継続的に算出する。そして、本実施形態では、差Ｐ１−Ｐ２が０になったとき（すなわち上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とが同じになったとき）、そのときの圧力Ｐ１、Ｐ２（ここでは同じ圧力値Ｐ’）を収束圧力または平衡圧力として検出または抽出する。
【００３８】
なお、本明細書において、差Ｐ１−Ｐ２が０になる（すなわち上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とが同じになる）と言う場合、完全に０ではなく、誤差によるわずかな差が生じている場合を含んでいてよい。例えば、差Ｐ１−Ｐ２が収束圧力Ｐ’の所定比率以下あるいは予め設定された所定値以下となったときは、差Ｐ１−Ｐ２が実質的に０すなわち上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とが実質的に同じになったものと判断することができる。また、差Ｐ１−Ｐ２が、予め設定されたある程度の大きさの所定値に達した時点あるいは所定値を下回った時点を収束時と見なすこともできる。
【００３９】
差Ｐ１−Ｐ２が０ではないときを収束時と判断する場合、収束時の上流圧力と下流圧力とは異なるものとなる。このため、演算処理回路３０は、差Ｐ１−Ｐ２が所定値以下となったとき（すなわち、所定値に達するか、又は、所定値を下回ったとき）を収束時として、その時点での上流収束圧力Ｐ１’と下流収束圧力Ｐ２’とをそれぞれ抽出するように構成されていてよい。
【００４０】
上記のようにして収束圧力を検出するのと同時に、演算処理回路３０は、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２の変化開始時点ｔ１（すなわち、制御バルブ１８および下流バルブ２８が開状態から閉状態に変化した時点）から、上記の圧力収束時点ｔ２（すなわち、差Ｐ１−Ｐ２が実質的に０になった時点）までの時間を収束時間Δｔとして抽出する。このときにも、演算処理回路３０は、差Ｐ１−Ｐ２が所定値以下となったとき（すなわち、所定値に達するか、又は、所定値を下回ったとき）を収束時として、収束時間Δｔを抽出してもよい。
【００４１】
このようにして求められた収束圧力Ｐ’および収束時間Δｔ（以下、まとめて測定値またはデータと呼ぶことがある）は、予め設定された基準圧力Ｐ０および予め設定された基準時間Δｔ０と比較され、その比較結果に基づいて異常の検知がなされる。また、上記のように上流収束圧力Ｐ１’と下流収束圧力Ｐ２’とが個々に測定されている場合には、それぞれのデータ（上流収束圧力Ｐ１’と下流収束圧力Ｐ２’）を、基準上流圧力Ｐ０１と基準下流圧力Ｐ０２とそれぞれ比較して異常の有無を判断することができる。
【００４２】
本実施形態において、基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０（以下、まとめて基準値と呼ぶことがある）は、正常状態時において同様にして測定された収束圧力Ｐ０および収束時間Δｔ０である。基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０は、正常状態が確認されている使用初期段階などにおいて予め測定され、演算処理回路３０に設けられたメモリ（記憶装置）に格納されている。ただし、基準値としては、異常状態のときの測定値、前回測定値または測定によらない設定値なども用い得る。
【００４３】
また、本実施形態のように基準値として正常時の測定値を用いる場合において、基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０は、異常検知を行うときと同様の条件で得られたものであることが好ましい。例えば、基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０は、異常検知を行うときと同じ初期上流圧力Ｐ１および初期下流圧力Ｐ２（あるいは流量設定値）で測定された正常状態での収束圧力および収束時間であることが求められる。このために、複数の初期上流圧力Ｐ１および初期下流圧力Ｐ２のセット（あるいは複数の流量設定値）に対応する複数の基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０のセットをメモリに格納しておくとともに、異常検知を行うときには、対応する基準値を用いるようにしてもよい。
【００４４】
より具体的に説明すると、流量制御装置１０や外部装置に備えられたメモリに、開状態における初期上流圧力及び初期下流圧力と、基準時間及び基準圧力との関係を示す表（テーブル）を予め格納しておき、これを用いて、基準圧力および基準時間を決定するようにすればよい。この場合、流量制御装置１０は、まず、異常検出を行う前（すなわち、制御バルブ１８および下流バルブ２８を閉じる前）における初期上流圧力および初期下流圧力を第１圧力センサおよび第２圧力センサを用いて測定し、これらの初期上流圧力および初期下流圧力に対応する基準圧力および基準時間を上記の表から決定し、決定された基準圧力および基準時間を用いて異常検出動作を行えばよい。
【００４５】
また、別の態様において、流量制御装置１０は、異常検知を行うに際して、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２（あるいは流量設定値）を、基準値の測定条件に適合させように予め変更する動作を行ってもよい。
【００４６】
また、ガス温度Ｔ１によって収束圧力が変動するおそれがあるので、基準値の条件と適合させるために、測定された収束圧力をガス温度Ｔ１に基づいて補正してから基準値との比較を行ってもよい。より具体的には、流量制御１０に設けられたサーミスタなどの温度センサ１６の出力Ｔ１に基づいて、演算処理回路３０は、収束圧力Ｐ’を補正した収束圧力Ｐ’’を演算し、この補正後の収束圧力Ｐ’’をメモリから読み出した基準圧力と比較して異常の検知を行えばよい。
【００４７】
図４は、正常時の測定結果（一点鎖線で示すグラフ）から求めた基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０に対し、異常検知時に測定された収束圧力Ｐ’および収束時間Δｔがずれた場合の圧力変化の例を示すグラフである。図４に示すように、異常が発生している場合には、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２の変化が正常時とは異なるものとなり、その結果、収束圧力Ｐ’および収束時間Δｔは、基準圧力Ｐ０および基準時間Δｔ０と異なる値を取る。
【００４８】
以下、正常状態の基準値（Δｔ０、Ｐ０）と測定値（Δｔ、Ｐ’）との比較に基づいて行う異常検知の判断例を説明する。
・Δｔ＞Δｔ０かつＰ’＝Ｐ０の場合：
測定された収束時間Δｔが基準時間Δｔ０を上回り、測定された収束圧力Ｐ’が基準圧力Ｐ０と同じである場合、絞り部の異常、より具体的には、開口部の詰まりの異常が生じていると判断することができる。これは、開口部の詰まりによって、差圧の解消に、より長い時間が必要になったためと考えられるからである。
・Δｔ＜Δｔ０かつＰ’＝Ｐ０の場合：
測定された収束時間Δｔが基準時間Δｔ０を下回り、測定された収束圧力Ｐ’が基準圧力Ｐ０と同じである場合、絞り部の異常、より具体的には、開口部の拡大が生じていると判断することができる。これは、開口部の拡大によって、差圧の解消がより少ない時間で済んだためと考えられるからである。
・Δｔ＞Δｔ０かつＰ’＞Ｐ０の場合（図４に示す場合）：
測定された収束時間Δｔが基準時間Δｔ０を上回り、測定された収束圧力Ｐ’が基準圧力Ｐ０を上回る場合、制御バルブの異常、より具体的には制御バルブのシートリークが生じていると判断することができる。これは、絞り部上流側（すなわち高圧側）に配置されている制御バルブにシートシークが生じていると、平衡圧力が高圧側にずれることに起因すると考えられるからである。また、シートシークが生じていることで収束時間はより長くなるものと考えられる。
・Δｔ＞Δｔ０かつＰ’＜Ｐ０の場合：
測定された収束時間Δｔが基準時間Δｔ０を上回り、測定された収束圧力Ｐ’が基準圧力Ｐ０を下回る場合、下流バルブの異常、より具体的には下流バルブのシートリークが生じていると判断することができる。これは、絞り部下流側（すなわち低圧側）に配置されている下流バルブにシートシークが生じていると、平衡圧力が低圧側にずれることに起因すると考えられるからである。また、シートシークが生じていることで収束時間はより長くなるものと考えられる。
【００４９】
以上、４例を挙げて、絞り部、制御バルブ、および、下流バルブの異常を判別する方法を説明したが、その他の比較結果に基づいて異常を判断することもできる。例えば、Δｔ＝Δｔ０かつＰ’＜Ｐ０の場合、開口部の拡大が生じるとともに下流バルブのシートリークが生じていると判断することも考えられる。
【００５０】
このように、実際に生じた異常状態に対して基準値と測定値との比較結果を対応付けておくことによって、種々の異常発生の判断材料に使用し得る。なお、上記には測定された収束時間Δｔと収束圧力Ｐ’との双方の比較結果に基づいて異常を検知する例を説明したが、これに限られず、いずれか一方のみの測定結果に基づいて異常の検知を行ってもよい。例えば収束時間Δｔが基準値を大幅に上回ると判別された場合、その結果のみで下流バルブのシートリークやバルブ閉動作異常を検知し得る。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、ステップ（ａ）：上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が所定値に達した時点での上流圧力を上流収束圧力として検出し、下流圧力を下流収束圧力として検出するステップと、ステップ（ｂ）：制御バルブおよび下流バルブを開状態から閉状態に変化させた時点から上流圧力と下流圧力との差が所定値に達した時点または所定値を下回った時点までの時間を収束時間として検出するステップとの少なくともいずれか一方を行うとともに、ステップ（ａ）および／またはステップ（ｂ）で得たデータ（測定値）と、データのそれぞれ基準となる値（対応する基準値）との比較に基づいて異常の有無を判断することができる。
【００５２】
また、上記には、基準値と測定値との大小関係に基づいて異常を検知する例を示しているが、大小関係のみならず、基準値と測定値との差の大きさに基づいて、より詳細な、あるいは、多岐にわたる異常検知を行い得る。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが種々の改変が可能である。例えば、制御バルブおよび下流バルブが閉状態に維持された状態で、上流圧力と下流圧力との差が収束後にも０超の一定のズレ値に維持されるとき、ズレ値に基づいて第１圧力センサまたは第２圧力センサの異常を検出するように構成されていてもよい。
【００５４】
これは、本来であれば、両バルブが閉じられた場合、上流圧力と下流圧力とは同じ平衡圧力に収束するはずであるのに、実際にそのようにならないのは、第１圧力センサまたは第２圧力センサに故障や誤差（ゼロ点ズレなど）が生じているためであると考えられるからである。
【００５５】
また、圧力センサに不備がある場合、上流圧力と下流圧力との収束圧力が異なるものとなり、その差が収束状態においても所定の範囲内に収まらない可能性もある。このため、上記のような収束状態における恒常的な誤差による圧力差が観察されたときには、この誤差を演算により取り除いて求めた圧力差によって収束時点を確定するようにしてもよい。
【００５６】
なお、本願出願人による国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／００４２１０号には、絞り部を間に挟む両側の弁が閉じられた流路内において、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差から上流側圧力センサおよび下流側圧力センサの異常検出を行う技術が記載されており、上記の本発明の実施形態においても同様の技術を適用することが可能である。参考のため、国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／００４２１０号の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００５７】
さらに、上記に説明した実施形態では、バルブ閉鎖後に上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とが実質的に同じ平衡圧力に達した時点（すなわち差が実質的に０になった時点）を収束時間とし、そのときの圧力を収束圧力としているが、これに限られない。上記のように、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が０超の有意な値（所定値）に達した時点を収束時とみなして、そのときの上流圧力Ｐ１（および下流圧力Ｐ２）および到達時間を、同様の測定方法で測定された正常時の基準値と照らし合わせて、異常を検知するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の実施形態による異常検出方法は、特に、流量制御装置を含む流体供給システムにおいて、バルブや絞り部の異常を検出するために好適に利用される。
【符号の説明】
【００５９】
２  プロセスチャンバ
４  真空ポンプ
１０  流量制御装置
１２  絞り部
１４  第１圧力センサ
１６  温度センサ
１８  制御バルブ
１９  ピエゾ素子駆動部
２４  第２圧力センサ
２８  下流バルブ
３０  演算処理回路
４０  外部制御装置
４２  表示部
【図１】
2017110066.tif 000003
【図２】
2017110066.tif 000004
【図３】
2017110066.tif 000005
【図４】
2017110066.tif 000006
【国際調査報告】
2017110066.tif 000007
2017110066.tif 000008
2017110066.tif 000009
2017110066.tif 000010