專利名稱：使用具有壓力傳感器的流量控制裝置的流體供給系統的異常檢測方法
技術領域：
本發明涉及使用具有壓力傳感器的流量控制裝置檢測流量控制裝 置及設在其上游側及下游側的閥的異常的方法，主要在半導體制造設 備及化學相關設備中使用。
背景技術：
在半導體制造設備及化學相關設備中， 一般在流體供給系統的流
量控制中廣泛地使用壓力式流量控制裝置FCS和熱式質量流量控制裝 置MFC。
此外，在上述壓力式流量控制裝置FCS中，具備檢測聲速噴嘴及 節流孔等節流機構的上游側及或下游側的流體壓力的壓力傳感器、和 用來將各檢測壓力向外部顯示的機構，通過該壓力傳感器，即使流體 在現實中沒有通過壓力式流量控制裝置FCS而流通，也能夠容易地檢 測流體供給系統的各部分的壓力。
相對于此，上述熱式質量流量控制裝置MFC難以如壓力式流量控 制裝置FCS那樣檢測氣體供給系統的各部分的壓力而將其向外部顯 示。這是因為對于壓力式流量控制裝置FCS與熱式質量流量控制裝置 MFC而言，使壓力傳感器的動作機構(壓力的檢測功能)基本上不同。
圖13是表示使用由上述壓力式流量控制裝置FCS或熱式質量流量 控制裝置MFC構成的流量控制裝置D的流體供給系統的流量控制的 基本的電路結構的圖，這里設被控制流體是氣體。
參照圖13,在由上述壓力式流量控制裝置FCS或熱式質量流量控 制裝置MFC構成的流量控制裝置D的上游側，以并列狀連接有吹掃用 氣體供給系統B和工作氣體供給系統A，并且在流量控制裝置D的下 游側連接有工作氣體使用系統C。
進而，在上述各氣體供給系統A、 B及氣體使用系統C中分別夾
設有閥V2及V3。
另一方面，如該圖13的流體供給系統中， 一般定期地檢修閥Vi V3的動作狀況等，該檢修作業在通過工作氣體使用系統C將所需的工 作氣體向既定部位穩定地供給方面是不可或缺的。
即，在上述閥Vi-V3的檢修(以下稱作檢查)中，通常進行各閥
的動作狀態(包括閥驅動器的動作)的檢查、和各閥的座泄漏的檢查。
但是，在使用熱式質量流量控制裝置MFC作為流量控制裝置D 的情況下，不能例如利用它檢測工作氣體使用系統C的氣體壓力的變 動、根據該檢測值檢測閥V3的座泄漏。
結果，在工作氣體使用系統C的閥V3的座泄漏檢查時，需要將閥 V3從管路中拆下、利用另外設置的試驗裝置對其檢查，有在閥V3的座 泄漏檢查中需要許多工夫和時間的問題。
另外，這對于流量控制裝置D的上游側的閥Vi及閥V2也同樣，
通常這些閥Vp V2的座泄漏是通過將各閥Vt、 Vz從管路拆下、通另外設置的座泄漏試驗裝置進行檢查。因此，有需要許多工夫和時間 的問題。
專利文獻1特開平8-338546號專利文獻2特開2000-66732號專利文獻3特開2000-322130號專利文獻4特開2003-195948號專利文獻5特開2004-199109號
發明內容
本發明是為了解決以往的使用熱式質量流量控制裝置或其他結構 的流量控制裝置的氣體供給系統中的如上述那樣的問題、即在設于流 量控制裝置的上游側及下游側的閥的座泄漏等的檢查時、必須將各閥 從管路中拆下、在座泄漏的檢查中需要許多工夫和時間的問題而做出 的，目的是提供一種使流量控制裝置為具備流量設定機構和流量及壓 力的顯示機構及或流量自診斷機構的流量控制裝置、利用該流量控制 裝置的壓力傳感器及上述各機構、不將各閥等從管路拆下而能夠簡單 且正確地進行流量控制裝置及配設在其上游側及或下游側的各閥的動 作狀態及座泄漏的檢查的、使用具有壓力傳感器的流量控制裝置的流 體供給系統的異常檢測方法。
此外，本發明的另一目的是在根據流量自診斷機構的診斷值檢測到在閥或流量控制裝置自身的動作中有異常的情況下、根據以作為該 診斷的基礎的壓力下降特性的形態確定異常的發生原因并能夠將其顯示。進而，本發明的另一目的是在檢測到閥的座泄露異常的情況下、 能夠簡單地運算產生的泄漏量并將其顯示。技術方案1的發明的基本結構是，在裝備有包括流量設定機構、 流量及壓力的顯示機構及或流量自診斷機構的具有壓力傳感器的流量 控制裝置的流體供給系統中，利用上述流量控制裝置的流量及壓力的顯示機構的顯示值及或流量自診斷機構的i貪斷值檢測上述流量控制裝 置及設在其上游側及或下游側的閥的異常。技術方案2的發明是在技術方案1的發明中，使作為異常檢測的 對象的閥為設在流量控制裝置的上游側的吹掃用氣體供給系統的閥和 工作氣體供給系統的閥、以及設在流量控制裝置的下游側的工作氣體 使用系統中的閥，并且使檢測的異常的種類為閥的開閉動作及座泄漏。技術方案3的發明是在技術方案1或技術方案2的發明中，使流 量控制裝置的流量自診斷機構為將進行了初始設定的壓力下降特性與 診斷時的壓力下降特性對比來診斷異常的機構，并且根據工作氣體與 吹掃用氣體的混合氣體流入時的上述診斷值的變化，檢測工作氣體供 給系統或吹掃用氣體供給系統的閥的座泄漏。技術方案4的發明的基本結構是，在技術方案1或技術方案2的 發明中，根據流量自診斷機構的流量自診斷時的壓力下降特性的形態 判斷檢測到的異常的原因。技術方案5的發明是在技術方案1的發明中，經由工作氣體使用 系統的配管將流量控制裝置的上游側及下游側的配管內抽真空，根據 上述流量控制裝置的壓力的顯示值檢測各閥的座泄漏異常。技術方案6的發明的基本結構是，在技術方案1或技術方案2的 發明中，在檢測到閥的座泄漏異常時，運算并顯示其泄漏量Q( sccm)。技術方案7的發明的基本結構是，在技術方案6的發明中，通過 Q=K . 273 . R/ ( 273+T)(其中K是常數，T是溫度(。C ) ， R是壓力 下降率(Pa abs . mVs),并且R在密閉配管系統的內容積v ( m3)及 △ t (sec)之間的壓力指示值的變動是AP (Pa abs)時、是通過R=-APxv/At給出的值)運算從閥座的泄漏量Q (sccm)。在本發明中，利用組裝在氣體供給系統中的壓力式流量控制裝置FCS本身，能夠不將各閥類從配管路徑拆下而很容易且正確地檢查氣 體供給系統內的閥的開閉動作的異常及座泄漏的發生、壓力式流量控 制裝置FCS的零點的異常。此外，在本發明中，在發生了閥的座泄漏或閥的動作異常、壓力 式流量控制裝置FCS的零點的異常的情況下，能夠根據壓力下降特性 曲線的形態正確地確定該異常的發生的原因，能夠更有效率地進行必 要的設備等的維修及或調節。進而，在本發明中，如果檢測到座泄漏的異常，則能夠在短時間 內自動地運算及顯示其泄漏量，所以能夠正確且迅速地判斷設備裝置 等的運轉可否持續及座泄漏的發生造成的影響。
圖1是表示用來實施本發明的流體供給系統的 一例的框結構圖。 圖2是表示本發明的檢測流體供給系統的閥的異常的方法的一例 的流程圖。圖3是表示在壓力式流量控制裝置FCS的流量自診斷中供給壓力 不足的情況下的壓力下降特性的代表例的圖。圖4 (a)是表示2次側的空氣驅動型閥的驅動機構故障時的、并 且圖4 (b)是表示從外部向2次側有泄漏的情況下的壓力下降特性的 代表例的圖。圖5 (a)是表示流量因數(F. F.)較大的氣體混入的情況下的、 并且圖5(b)是表示流量因數(F. F.)較小的氣體混入的情況下的壓 力下降特性的代表例的圖。圖6 (a)是在節流孔中有堵塞的情況下的、并且圖6(b)是在節 流孔擴大的情況下的壓力下降特性的代表例的圖。圖7是表示在壓力式流量控制裝置FCS的控制閥中有座泄漏的情 況下的壓力下降特性的代表例的圖。圖8是表示在壓力式流量控制裝置FCS的控制閥的驅動部中有故 障的情況下的壓力下降特性的代表例的圖。圖9是表示壓力式流量控制裝置FCS的零點變動時的壓力下降特 性的代表例的圖。圖IO是表示從圖3到圖9的各壓力下降特性的形態(圖形)導出 的四個壓力下降特性的類型的圖。圖11是壓力式流量控制裝置FCS的流量自診斷的壓力下降特性的 測量裝置的系統圖。圖12是表示由圖11的測量裝置測量的壓力下降特性的一例的圖， 圖12 (a)是表示小容量(10sccm)的壓力式流量控制裝置FCS的少 量泄漏發生(0.2sccm)時的、并且圖12(b)是表示大容量(2000sccm) 的壓力式流量控制裝置FCS的大量泄漏發生(4sccm )時的壓力下降特 性的一例的圖。圖13是表示具備以往的流量控制裝置的流體供給系統的 一例的框 結構圖。圖14是表示以往的壓力式流量控制裝置的結構的概要圖. 圖15是表示流量自診斷時的故障的種類和發生的現象以及發生原 因的關系的圖。 附圖標記說明A工作氣體供給系統，&配管，B吹掃用氣體供給系統，Bi配 管，C工作氣體使用系統，lc配管，D壓力式流量控制部，Vt""V3閥， Go吹掃用氣體，Gp工作氣體，la壓力式流量控制裝置FCS的上游 側配管，FCS壓力式流量控制裝置，lb壓力式流量控制裝置FCS的 下游側配管，E工作腔室具體實施方式
以下，基于
本發明的實施方式。圖14(a)及圖14(b)是表示以往的壓力式流量控制裝置FCS的 基本結構的一例的圖，由控制閥2、壓力檢測器6、 27、由聲速噴嘴或 節流孔構成的節流機構8、流量運算電路13、流量設定電路14、運算 控制電路16、流量輸出電路12等形成壓力式流量控制裝置FCS的主 要部分。另外，在圖14 (a)及圖14 (b)中，在節流機構8中使用節 流孔。在圖14 (a)及圖14 (b)中，3是節流孔上游側配管，4是閥驅 動部，5是節流孔下游側配管，9是閥，15是流量變換電路，10、 11、 22、 28是放大器，7是溫度檢測器，17、 18、 29是A/D變換器，19是 溫度修正電路，20、 30是運算電路，21是比較電路，Qc是運算流量信號，Qf是切換運算流量信號，Qe是流量設定信號，Qo是流量輸出信 號，Qy是流量控制信號，Pi是節流孔上游側氣體壓力，P2是節流孔下 游側氣體壓力，k是流量變換率。此外，該壓力式流量控制裝置FCS除了圖14 (a)及圖14 (b)中 記載的基本電路以外，當然還設有運算等需要的處理程序及數據等的 存儲裝置、以及各種運算處理部。上述圖14 (a)的壓力式流量控制裝置FCS主要在節流孔上游側流體壓力Pi與節流孔下游側流體壓力P2的比P2/Pi等于流體的臨界值或比其低的情況下(所謂氣體流處于臨界狀態下時)使用，流通過節 流孔8的流體流量Qc由Qc-KJ^ (其中K是比例常數)給出。此外，上述圖14 (b)的壓力式流量控制裝置FCS主要在臨界狀 態與非臨界狀態這兩個流動狀態的流體的流量控制中使用，流過節流 孔8的流體的流量作為Qc=KP2m (PrP2) n (K是比例常數，m和n是 常數)給出。在上述圖14 (a)的壓力式流量控制裝置FCS中，控制流量的設 定值作為流量設定信號Qe由電壓值給出，例如如果上游側壓力P,的 壓力控制范圍0~3 (kgf/cm2abs)用電壓范圍0-5V顯示，貝'J Qe=5V (全刻度值)對應于3 ( kgf/cm2abs )的壓力P！的流量Qc。例如，在將流量變換電路15的變換率k設定為1時，如果輸入流 量設定信號Qe=5V,則切換運算流量信號Qf (Qf=kQc)為5V,開閉 操作控制閥2直到上游側壓力P!變為3 (kgf/cm2abs)，對應于P尸3 (kgf/cm2abs )的流量Qc-KP,的流體流通過節流孔8。在該圖14 (a)及圖14 (b)的壓力式流量控制裝置FCS中，設有 對應于流量的設定機構的流量設定電路14、對應于壓力的顯示機構的 壓力顯示機構(圖示省略)、和顯示流量的流量輸出電路12等。此外，在該壓力式流量控制裝置FCS中設有所謂流量自診斷機構 (圖示省略)，構成為，如后述那樣將初始設定的壓力下降特性和診 斷時的壓力下降特性對比，判斷異常狀態并且輸出其判斷結果。進而，在壓力式流量控制裝置FCS中，設有在因從氣體供給源向 控制閥2的供給壓力不足而不能供給設定流量的氣體流量、或不能保 持臨界條件的情況下，供給壓力不足信號的發送機構。圖1是表示作為本發明的實施對象的使用了上述壓力式流量控制裝置FCS的流體供給系統的 一例的圖，該流體供給系統由吹掃用氣體供給系統B、工作氣體供給系統A、壓力式流量控制部D和工作氣體使用系統C等構成。此外，在該流體供給系統的使用時，通常首先從吹掃用氣體供給系統B使N2或Ar等非活性氣體作為吹掃用氣體Go向管路la、壓力式流量控制裝置FCS、管路lb等流入，將流體供給系統內清潔。然后，代替吹掃用氣體Go而供給工作氣體Gp,在壓力式流量控制部D中一邊調節為希望的流量、 一邊將工作氣體Gp向工作氣體使用系統C供 払一口 o另外，在圖1中，V,、 V2、 V3是閥， 一般使用具備流體壓力驅動部及電動驅動部的自動開閉閥。使用本發明檢修的閥是上述圖1中的閥V,、 V2及V3等，利用壓力式流量控制裝置FCS,在向工作腔室E的工作氣體的供給開始準備中 或工作氣體的供給停止的準備中等進行該閥Vt ~ V3的所謂座泄漏的發 生和動作的異常的檢測。更具體地講，各閥V卜V2、 V3的動作異常是通過使用壓力式流量 控制裝置(以下稱作FCS)的如下的順序檢修的。1、 閥Vi的動作異常a、 使既定的實際氣體(工作氣體Gp)流通，通過FCS使既定的 設定流量的氣體流通。此時，在FCS的流量指示值及壓力指示值(配 管路徑la及或配管路徑lb)向0變化的情況下，在閥V,的動作中有 異常(不動作)。b、 使既定的實際氣體(工作氣體Gp)流通，在FCS的實際氣體 控制流量是否變為既定流量的診斷中(以下稱作實際氣體流量自診斷 時)從FCS發送了供給壓力不足的錯誤信號的情況下，在閥Vi的動作 中有異常(不動作)。2、 閥V2的動作異常a、 使N2作為吹掃用氣體G流通，通過FCS使既定的設定流量的 氣體流通。此時，在FCS的流量指示值或壓力指示值向0變化的情況下，在閥V2的動作中有異常(不動作)。b、 使Nz氣體向FCS流通，在FCS的N2控制流量是否變為設定 流量的診斷中(以下稱作N2流量自診斷時)從FCS發送了供給壓力不9足的錯誤信號的情況下，在閥V2的動作中有異常(不動作)。3、閥V3的動作異常a、 在使N2或實際氣體流過的狀態下的N2流量自診斷時或實際氣 體流量自診斷時，在從FCS發出了流量自診斷錯誤信號的情況下，在閥V3的動作中有異常(不動作)。b、 在配管lc等的抽真空時，在FCS的壓力輸出顯示沒有下降到 零的情況下，在閥V3的動作中有異常(不動作)。c、 在FCS的流量設定時，在即使使上述流量設定值適當地變化在 FCS的壓力顯示值中也沒有變化的情況下，有閥V3的動作異常(不動 作)。此外，各閥Vp V2、 V3的座泄漏的發生(以下稱作座泄漏)通過 使用FCS的以下的順序檢修。1、 閥Vi的座泄漏a、在利用&的FCS的流量自診斷時，如果在閥Vi中有座泄漏， 則N2向實際氣體Gp側倒流，閥Vi的上游側的實際氣體Gp成為N2 與實際氣體Gp的混合氣體。然后，如果實施FCS的實際氣體流量自診斷，則該實際氣體流量 自診斷成為在混合氣體中進行，診斷值變為異常值。通過該診斷值變為異常值，判斷在閥Vi中有座泄漏。具體而言，在實際氣體(工作氣體Gp)的流量因數F. F. >1的情 況下診斷結杲向-側、并且在實際氣體(工作氣體Gp )的流量因數F. F. <1的情況下i貪斷結杲向+側偏位。另外，流量因數F.F.在FCS的節流孔及節流孔上游側壓力Pi相 同的情況下是表示實際氣體流量是基準氣體(N2)流量的幾倍的值， 是由F.F.=實際氣體流量/1\2流量定義的值(參照特開2000-66732號等)。2、 閥V2的座泄漏在實際氣體流量自診斷時的診斷值變為異常值的情況下，在閥V2 中發生了座泄漏。這是因為，N2氣體向FCS上游側配管la的實際氣體Gp內混入， 在FCS中進行利用混合氣體的實際氣體流量自診斷，所以診斷值變為 異常值。3、閥V3的座泄漏在FCS的流量控制結束后，將閥V3保持為關閉的狀態，并且使 FCS的流量設定為0 (進行設定以使流量變為零)。然后，如果FCS的壓力指示值下降，則在閥V3中發生了座泄漏。如上所述，通過使用FCS的各操作，在圖1的結構的流體供給系 統中，能夠利用FCS檢測到閥Vp V2、 V3的動作異常及座泄漏。另外，在圖l的實施方式中，將具備3個閥的流體供給系統作為 本發明的應用對象，但即使工作氣體供給系統A的數量是多個、或者 工作氣體使用系統C的數量是多個，也能夠進行本發明的應用。圖2表示檢查圖1所示的流體供給裝置的各閥V卜V2、 V3的異常 的情況下的流程圖。另外，該流程圖以在圖l中、l)在各閥V" V2、 V3、 FCS及配管 系統la、 lb、 lc等中沒有座泄漏以外的外部泄漏(例如從接頭或閥蓋 的泄漏)、2)各閥的驅動部正常地動作、3) FCS正常地動作、4) V,、V2不同時開放等為前提。首先，在步驟So開始異常檢查。接著，在步驟Si進行Vi閉、V2 開—閉(切換)、V3閉、FCS控制閥開的操作，將N2填充到FCS的 下游側配管lb中。在步驟S2中檢查FCS的壓力顯示P!，判斷Pi的增減AP，是否是0。在APi不是0的情況下，在Pi上升的情況下判斷Vi或Vz的某一 個或兩者為異常(座泄漏或動作不良)，此外，在P,減少的情況下判 斷V3為異常(座泄漏或動作不良)(步驟S3)。接著，在步驟S4中，Vt閉、V2閉、V3開、FCS控制閥開而將配 管內抽真空后，使Vi開、V2閉，使工作氣體(實際氣體)Gp向FCS 流入，在步驟Ss中檢查FCS的壓力顯示Pi。如果是P,的上升，則V, 的動作正常(步驟S7),如杲沒有P,的上升，則判斷為Vt的動作異常(步驟Sfi)，確認Vi的動作狀況。然后，在步驟Ss中，Vt閉、V2閉、V3開、FCS的控制閥開而將 配管內抽真空后，使V!閉、V2開，檢查FCS的壓力顯示P"步驟S9)。如果Pi不上升，則判斷為V2的動作異常(步驟10)，確認V2的動作狀況。此外，如果Pi上升，則判斷為V2的動作正常(步驟Su)。 接著，在步驟Su中，判斷上述步驟S2中的閥類的異常是否對應于 閥V3的動作異常。即，如果步驟S2的判斷是N0 (閥Vp V2、 V3中的 某一個動作異常)、并且閥Vi及V2的動作正常，則判斷閥V3的動作異常(步驟Su),此外，在步驟S2的判斷是yes的情況下，判斷為各 閥Vp V2、 V3的動作是正常的(步驟S")。接著，進行各閥Vp V2、 V3的座泄漏的檢查。即，在步驟Si5中，Vi閉、V2閉、V3開、FCS控制閥開而將配管內抽真空后，與步驟Si同樣地使V!閉、V2開—閉(切換)、V3閉，將FCS與閥V3間的配管lb加壓而將FCS的壓力顯示保持為Pi (在控制閥2與閥V3間保持壓 力)。在步驟S"中，檢查上述Pi的減壓，如果有減壓，則判斷為在閥 V3中有座泄漏(步驟S17)。此外，如果沒有減壓，則判斷為在閥V3 中沒有座泄漏(步驟Sw)。接著，在步驟Sw中，Vi閉、V2閉、V3開、FCS控制閥開而將配 管路徑la、 lb、 lc減壓(抽真空)后，使閥V3關閉(步驟S2n)。然后，在步驟Sn中檢查FCS的壓力顯示P。如杲壓力顯示Pt沒 有增壓，則在步驟S22中判斷為在閥V" V2中沒有座泄漏，結束異常 檢查(步驟S31)。此外，如果在步驟S21中在Pt中有增壓，則判斷為在閥V^ V2的 某一個中有座泄漏(步驟Sw)，進入到判斷有座泄漏的閥是哪一個的 工序。在步驟S24中，Vi閉、V2閉、V;j開、FCS控制閥開而將配管內抽真空后，使閥Vi開、V2閉，進行FCS的實際氣體流量自診斷。即， 將從流過100%設定流量的實際氣體(工作氣體Gp)的狀態使FCS控 制閥關閉時的Pi的壓力下降特性、和初始的設定壓力下降特性對比， 如杲兩者之間的差是容許值以下，則判斷為在實際氣體流量自診斷的 診斷值中沒有異常。此外，反之，在上述兩者之間的差變為容許值以 上的情況下，判斷為在診斷值中有異常。在步驟S25中，如果在診斷值中沒有異常，則判斷為僅在閥Vj中 有座泄漏(步驟Sw)。這是因為，即使在閥V,中有座泄漏，則只要在閥V2中沒有座泄漏，向FCS流入的流體也只是工作氣體Gp,因而在上述實際氣體流量自診斷的診斷值中沒有異常。另一方面，在步驟s25中在診斷值中有異常的情況下，在步驟s27中使閥V，閉、閥V2開，進行FCS的N2流量自診斷。即，將流過1\2 氣體時的壓力下降特性、和初始壓力下降特性對比，如果兩者之間的 差是容許值以下，則判斷為在診斷值中沒有異常。此外，如杲兩者之 間的差為容許值以上，則判斷為診斷值是異常的。在步驟S28中，如果在N2流量自診斷的診斷值中沒有異常，則在 步驟S29中判斷為僅在閥V2中有座泄漏。這是因為，如果閥V,發生了座泄漏，則實際氣體向N2內混入，在FCS的流量自診斷值中會出現異常。反之，在步驟S28中，在N2流量自診斷值中有異常的情況下，閥Vi發生座泄漏，通過N2與實際氣體的混合氣體向FCS流入，在上述診斷值中發生異常。由此，在步驟S30中，判斷為閥V!及V2這兩者發生了座泄漏。另外，在圖2的異常檢查流程圖中，設為了在步驟S3中檢測到閥 V2、 V3的異常后、分別依次檢查各閥Vp V2、 V3的動作異常和座泄漏異常的流程。但是，也可以如杲在步驟s3中檢測到異常則根據異常的變動程度首先判斷異常的種類是閥的動作異常還是座泄漏的哪一種，如果是動作異常則實施步驟S4 步驟Su，此外，如果是座泄漏異常則實施步驟s15 ~步驟s30。此外，上述動作異常的判斷可以根據步驟S3中的Pi的上升率或 Pi的減少率來判斷。例如如果Pi的上升率較大則可以判斷為閥的開閉 異常，如果Pi的上升率較小則可以判斷為閥的座泄漏異常。接著，對流量自診斷時的壓力下降特性、與判斷為流量自診斷的 結果是異常的情況下的異常原因等的關系進行驗證。另外，所謂的流量自診斷，是如上述那樣將初始設定的壓力下降 特性與診斷時的壓力下降特性對比、在其差超出了預先設定的范圍以 外的情況下判斷為異常的診斷。首先，發明者等構成圖1所示的基本的流體供給系統，模擬地產 生故障(異常)，并且調查各異常時的壓力下降特性。此外，解析得 到的壓力下降特性與其發生原因的關系，根據其解析結果發現在壓力 下降特性的形態與異常發生的原因之間存在密切的一定的關系。即，只要知道異常發生時的壓力下降特性的形態，就能夠知道異常發生的 原因.圖15是調查在流量自診斷中模擬地發生的具體的故障的種類A (故障的確定)、由此發生的現象B、和與發生的現象B直接關聯的 故障的概況的原因C的關系并匯總而成的。此外，壓力下降特性的形態的欄的數值(1~4)如后述那樣表示 對于具體的故障A分別發生的壓力下降特性的形態的類型.圖3至圖9是表示在發生了圖15所示的各個具體的故障的情況下 的流量自診斷中的壓力下降特性的圖，橫軸表示時間，并且縱軸表示 FCS的檢測壓力Pl即，在圖3中，由于來自氣體供給源側的供給壓力不足，在100% 流量保持時控制壓力變得不足，壓力下降特性的形態成為后述的類型4 的形態，在圖4 (a)中，由于節流孔2次側(FCS的輸出側)的空氣動作 閥V3的空氣動作故障，所以節流孔2次側壓力上升，結果從診斷中途 開始壓力下降變慢(成為類型2的形態).此外，在圖4 (b)中，由于泄漏氣體從節流孔2次側的外部向2 次側流入，所以節流孔2次側壓力上升，結果壓力下降特性的形態成 為與上述圖4 (a)的情況相同的類型2的形態。在圖5 (a)中，由于流量因數(F.F.)較大的氣體向FCS的一次 側流入，所以氣體容易從節流機構(節流孔)穿過，結果壓力下降特 性中的壓力下降變快(類型3的形態)。反之，在圖5 (b)中，由于流量因數(F. F.)較小的氣體流入， 所以氣體難以從節流機構(節流孔)穿過，壓力下降特性中的壓力下 降變慢(類型1的形態)。另外，在以下的記述中，將節流機構用節 流孔表現.在圖6(a)中，因為節流孔堵塞，所以氣體難以從節流孔穿過，壓力下降特性中的壓力下降變慢(類型1的形態)。反之，在圖6(b)中，因為節流孔擴徑，所以氣體容易從節流孔 穿過，壓力下降特性中的壓力下降變快(類型3的形態) 在圖7中，由于控制閥發生了座泄漏，所以在流量自診斷時氣體 從控制閥流入，壓力下降特性中的壓力下降變慢(類型1的形態)。在圖8中，由于在控制閥的驅動部的傳動系統中有異常，所以控 制閥不平滑地開閥.結果，不進行氣體的供給，氣體不流動，所以壓 力下降特性不變化(類型4的形態)。圖9是表示FCS的零點調節混亂的情況的圖，在零點向正側變動 時壓力下降變慢，成為類型l的形態。此外，在零點向負側變動時壓力下降變快，其壓力下降特性成為 類型3的形態.圖IO是將上述圖3到圖9中所示的流量自診斷時的壓力下降特性的形態匯總顯示的圖。即，壓力下降特性大體分為以下的1 ~4的4個類型的形態(圖形)，類型1的壓力下降特性(從診斷剛開始后壓力下降變慢)
在流量因數(F. F.)較小的氣體的混入、生成物向節流孔的附著-垃圾堵塞、控制閥的垃圾咬入、生成物附著(座泄漏)、零點的正變動等故障的情況下發生。[類型2的壓力下降特性(從診斷中途開始壓力下降變慢)
在2次側閥V3的空氣操作機構的故障、從外部向2次側的泄漏等故障的情況下發生。類型3的壓力下降特性(從診斷剛開始后壓力下降變快)
在流量因數(F. F.)較大的氣體的混入、不適當的零點輸入、腐蝕帶來的孔(節流孔)的堵塞、節流孔板的損壞、零點的負變動等故障的情況下發生。[類型4的壓力下降特性(診斷的初期達不到100%流量)J在供給壓力的不足、1次側閥Vi、 V2的空氣操作機構的故障、粗濾器的垃圾堵塞、控制閥的驅動部的傳動系統的異常(控制閥的故障) 等的情況下發生.由上述圖15及圖3至圖IO的記栽可知，在本發明中，通過研究流 量自診斷時的壓力下降特性的形態對應于1~4的哪個類型，能夠容易 地知道故障的原因及發生部位，能夠高效率地迅速地進行氣體供給系 統的修補(或檢修)。另一方面，在判斷在氣體供給系統的閥中存在座泄漏等異常時， 偶爾會有具體地掌握其泄漏量的需要。這是因為，通過知道泄漏量的 大、小，能夠進行是否需上的富余等的判斷。圖11是為了確認在壓力式流量控制裝置FCS的2次側閥V3中發 生了座泄漏的情況下、是否能夠根據其壓力下降特性現實地檢測座泄 漏而使用的試驗裝置的系統圖，RG是壓力調節裝置，MFC是流量監 視器裝置(熱式質量流量計)、FCS是壓力式流量控制裝置，W是入 口閥，V3是模擬泄漏發生閥、Vp是真空泵，FCS的包括配管系統的內 容積v設定為v=6.69x l(T6m3。另外，模擬泄漏發生閥Vs的泄漏量能 夠切換為4sccm和0.2sccm (供給壓力350kPa abs)這兩種.參照圖11，首先，以供給壓力350kPaabs供給N2氣體， 一邊通過 流量監視器裝置MFC監視供給流量， 一邊通過模擬泄漏發生閥V3的 閉度調節來調節模擬泄漏量(使入口閥Vi開、FCS強制開)。接著，使入口閥Vn開、FCS閉。接著，在將入口閥V!開放的同時，將FCS強制開放(以后，FCS 維持強制開放)，并且在數秒鐘后將入口閥Vt關閉.然后，測量FCS的壓力指示值P,和供給壓力P，測量模擬泄漏發 生閥V3的座泄漏帶來的包括FCS的氣體供給系統的壓力下降特性。接著，如果求出了壓力下降特性，則利用該壓力下降特性進行泄 漏量的計算。首先，在泄漏量的計算式之前，根據FCS的壓力下降特性計算壓 力下降率R=-AP/Atxv (Pa abs . m3/s )……(1)。其中，在(1) 式中，AP(Paabs)是時間At(s)之間的壓力指示值的變動，v ( m3) 是FCS系統的內容積(v=6.69 x l(T6m3 )。如果求出壓力下降率R，則通過以下的(2 )式計算泄漏量Q( sccm )。Q ( sccm ) =-1 ( atm ) /{760 (Torr ) x 133.3 ( Pa abs/Torr) } x 273 (K) / (273+T) (K) x v ( m3) xio6(cc/m3) xAp(pa.abs) /△t (s) /60=60 x 106/( 760 x 133.3 ) x 273/(273+T) xr=K x 273/ ( 273+T ) x R …...(2 )其中，T是氣體溫度('C )。另外，在現實的泄漏量的計算中，設用來求出壓力下降率R的At 的起算點為從入口閥的關閉后幾秒后成為問題。圖12 (a)是表示額定流量lOsccm的FCS的泄漏發生閥V;j的泄16漏量為10sccm時的壓力下降特性的圖，此外，圖12(b)是表示額定 流量2000sccm的FCS的泄漏發生閥Vs的泄漏量為4sccm時的壓力下 降特性的圖。根據圖12 (a)及圖12 (b)以及其他同樣的試驗數據的結果可以 判斷出，作為從將入口閥Vi關閉到壓力下降特性的趨勢穩定的時間如 果有15秒鐘就足夠了，并且用來計算壓力下降率R的At (s)可以是 5秒鐘。另外，圖12 (a)中的上述(2)式的運算值Q是0.15 (sccm)， 圖12 (b)的情況下的運算值是2.8 (sccm)。其中，設氣體溫度T為 21t:。由于模擬泄漏發生閥V3的泄漏量是0.2 (sccm)及4 (sccm)， 所以可以通過本發明的上述(2)式能夠以實用上可接受的水平的精度 進行泄漏量的計算。工業實用性本發明能夠在半導體制造工業、化學工業、食品工業等的所有使 用具有壓力傳感器的流量控制裝置的流體供給系統中使用.
權利要求
1. 一種使用具有壓力傳感器的流量控制裝置的流體供給系統的異常檢測方法，在裝備有包括流量設定機構、流量及壓力的顯示機構及或流量自診斷機構的具有壓力傳感器的流量控制裝置的流體供給系統中，做成了利用上述流量控制裝置的壓力的顯示值及或流量自診斷機構的診斷值檢測上述流量控制裝置及設在其上游側及或下游側的閥的異常的結構。
2、 如權利要求1所述的使用流量控制裝置的流體供給系統的異常 檢測方法，使作為異常檢測的對象的閥為設在流量控制裝置的上游側 的吹掃用氣體供給系統的閥和工作氣體供給系統的閥、以及設在流量 控制裝置的下游側的工作氣體使用系統中的閥，并且使檢測的異常的 種類為閥的開閉動作及座泄漏。
3、 如權利要求1或2所述的使用流量控制裝置的流體供給系統的 異常檢測方法，使流量控制裝置的流量自診斷機構為將進行了初始設 定的壓力下降特性與診斷時的壓力下降特性對比來診斷異常的機構， 并且根據工作氣體與吹掃用氣體的混合氣體流入時的上述診斷值的變 化，檢測工作氣體供給系統或吹掃用氣體供給系統的閥的座泄漏。
4、 如權利要求1、 2或3所述的使用流量控制裝置的流體供給系 統的異常檢測方法，根據流量自診斷機構的流量自診斷時的壓力下降 特性的形態判斷檢測到的異常的原因。
5、 如權利要求1所述的使用流量控制裝置的流體供給系統的異常 檢測方法，經由工作氣體使用系統的配管將流量控制裝置的上游側及 下游側的配管內抽真空，根據上述流量控制裝置的壓力的顯示值檢測 各閥的座泄漏異常。
6、 如權利要求1或2所述的使用流量控制裝置的流體供給系統的 異常檢測方法，在檢測到閥的座泄漏異常時，運算并顯示其泄漏量Q(sccm )。
7、 如權利要求6所述的使用流量控制裝置的流體供給系統的異常 檢測方法，通過Q-K .273 .R/( 273+T)(其中K是常數，T是溫度(。C ), R是壓力下降率(Pa abs . m3/s ),并且R在密閉配管系統的內容積v(m3)及At (sec)之間的壓力指示值的變動是△ P (Pa abs)時、是 通過11=-APxy/At給出的值)運算從閥座的泄漏量Q (sccm)。
全文摘要
能夠不將閥從流體供給系統的配管路徑拆下而利用具有壓力傳感器的流量控制裝置的功能簡單且迅速、正確地檢查組裝在使用流量控制裝置的流體供給系統中的多個閥的動作不良及座泄漏等異常。具體而言，在裝備有包括流量設定機構、流量及壓力的顯示機構及或流量自診斷機構的具有壓力傳感器的流量控制裝置的流體供給系統中，利用上述流量控制裝置的上述壓力的顯示值及或流量自診斷機構的診斷值檢測上述流量控制裝置及設在其上游側及或下游側的控制閥的異常。
文檔編號G01M3/04GK101258456SQ200680031548
公開日2008年9月3日 申請日期2006年8月28日 優先權日2005年9月1日
發明者土肥亮介, 平田薰, 杉田勝幸, 松本篤咨, 永瀨正明, 池田信一, 西野功二 申請人:株式會社富士金
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
