特許 7437980 流体制御装置、流体制御システム、診断方法、及び、流体制御装置用プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】流体制御装置、流体制御システム、診断方法、及び、流体制御装置用プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20240216BHJP

   F16K 51/00 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

F16K51/00 F

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020038849

(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公開番号】P2021005361

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2019045190

(32)【優先日】2019-03-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019118986

(32)【優先日】2019-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(72)【発明者】

【氏名】松本 颯太

(72)【発明者】

【氏名】長井 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】今里 裕子

【審査官】今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１１００６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９１５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ ７／０６

Ｆ１６Ｋ ５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路に設けられた流体抵抗と、
前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、
前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、
前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、
前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、
前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、
前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、を備え、
前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの測定圧力がほぼ一致して以降において、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力の変化傾向に基づいて、前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定し、前記変化傾向は、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力の時間変化の傾向である流体制御装置。

【請求項2】

前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が上昇している場合には、前記第１バルブにシートリークが発生していると判定する請求項１記載の流体制御装置。

【請求項3】

前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が低下している場合には、前記第２バルブにシートリークが発生していると判定する請求項１又は２記載の流体制御装置。

【請求項4】

流路に設けられた流体抵抗と、
前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、
前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、
前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、
前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、
前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、
前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、
前記バルブ制御器が前記第１バルブを全閉し、前記第２バルブを開放している状態において、前記第２圧力センサの測定圧力とその時間変化率に基づいて前記第２圧力センサを診断する診断部とを備え、
前記診断部が、前記第２圧力センサの測定圧力の時間変化率がほぼゼロで、測定圧力が所定値に保たれている場合に前記第２圧力センサにゼロ点シフトが発生していないと診断する流体制御装置。

【請求項5】

前記診断部が、前記バルブ制御器が前記第１バルブを開放し、前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１圧力センサを診断する請求項４記載の流体制御装置。

【請求項6】

前記診断部が、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサの各測定圧力がほぼ等しい場合に前記第１圧力センサにゼロ点シフトが発生していないと診断する請求項５記載の流体制御装置。

【請求項7】

前記シートリーク判定部が前記第１バルブ及び前記第２バルブにシートリークが発生していないと判定している場合のみ、前記診断部に前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの診断を実行させる診断トリガをさらに備えた請求項４乃至６の何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項8】

前記第１バルブの上流側の圧力を測定する供給圧センサ、をさらに備え、
前記バルブ制御器が、少なくとも前記第１バルブ及び前記第２バルブを開放し、前記供給圧センサの上流側に設けられている前段バルブが全閉されている状態において、
前記診断部が、前記供給圧センサ、前記第１圧力センサ、及び、前記第２圧力センサの各測定圧力がほぼ等しい場合に前記供給圧センサ、前記第１圧力センサ、及び、前記第２圧力センサのそれぞれにゼロ点シフトが発生していないと診断する請求項４乃至７の何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項9】

前記バルブ制御器が、少なくとも前記第１バルブと前記第２バルブとを全閉し、前記前段バルブが開放されている状態において、
前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が上昇している場合に前記第１バルブにシートリークが発生していると判定する請求項８記載の流体制御装置。

【請求項10】

前記バルブ制御器が、前記第１バルブを開放し、前記第２バルブを全閉した状態で所定時間経過した後に前記第１バルブと前記第２バルブとを全閉した状態において、
前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が低下している場合に前記第２バルブにシートリークが発生していると判定する請求項９記載の流体制御装置。

【請求項11】

前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部をさらに備え、
前記バルブ制御器が、前記第１バルブを全閉し、前記第２バルブを開放した状態において、前記診断部が、前記第１圧力センサの測定圧力の変化に基づいて前記抵抗流量算出部で算出される抵抗流量を検定する請求項１０記載の流体制御装置。

【請求項12】

流路に設けられた流体抵抗と、
前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、
前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、
前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、
前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、
前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、
前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、を備え、
前記シートリーク判定部が、
前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて、前記第１バルブ又は前記第２バルブのシートリーク量を算出するシートリーク算出部と、
前記シートリーク算出部で算出されるシートリーク量と、予め定められた基準値とを比較して、前記第１バルブ又は前記第２バルブのシートリークの有無に関する判定結果を出力するシートリーク比較部と、からなり、
少なくとも前記シートリーク算出部を具備し、異常の程度を示す異常量を出力する異常量算出部と、
少なくとも前記シートリーク比較部を具備し、異常の有無を出力する異常判定部と、をさらに備えた流体制御装置。

【請求項13】

前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部をさらに備え、
前記異常量算出部が、
前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサのゼロ点シフト量を算出するセンサシフト算出部と、
前記抵抗流量算出部が算出する抵抗流量と、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて算出される基準流量と、に基づいて抵抗流量の流量精度を算出する流量精度算出部と、をさらに備えた請求項１２記載の流体制御装置。

【請求項14】

請求項１２又は１３に記載の複数の流体制御装置と、
複数の前記流体制御装置の各異常量算出部から出力される異常量、又は、各異常判定部から出力される異常の有無を取得し、各流体制御装置について異常量又は異常の有無を一覧表示する状態表示部と、を備えた流体制御システム。

【請求項15】

流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、
前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流体制御装置の診断方法であって、
前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉するバルブ制御ステップと、
前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定ステップと、を備え、
前記シートリーク判定ステップは、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの測定圧力がほぼ一致して以降において、前記第１圧力センサの測定圧力又は前記第２圧力センサの測定圧力の時間変化の傾向である変化傾向に基づいて、前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定する診断方法。

【請求項16】

流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流体制御装置に用いられるプログラムであって、
前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、
前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、としての機能をコンピュータに発揮させ、
前記シートリーク判定部は、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの測定圧力がほぼ一致して以降において、前記第１圧力センサの測定圧力又は前記第２圧力センサの測定圧力の時間変化の傾向である変化傾向に基づいて、前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定する流体制御装置用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体抵抗の上流側と下流側のそれぞれにバルブが設けられた流体制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば原子一層分を成膜するＡＬＤプロセスのような半導体製造プロセスでは、チャンバに対してガスの供給と停止とがごく短いサイクルで繰り返される（特許文献１参照）。

【0003】

このような用途ではガスの流量を短時間で設定流量に追従させるために、２つのバルブを備え、それぞれでガスの圧力と流量を個別に制御する流体制御装置が用いられることがある。

【0004】

ところで、前述した流体制御装置はバルブが閉止されている状態では確実に下流側にガスが流れないことも求められる。このため、２つのバルブのそれぞれについてシートリークについて定期的に診断を行う必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－９９７６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、２つのバルブについて短時間で正確にシートリークの有無を判定することができる流体制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、本発明に係る流体制御装置は、流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

このようなものであれば、前記第１バルブ又は前記第２バルブにシートリークが発生している場合には、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサにより前記第１容積への流体の流入、あるいは、前記第２容積から流体の流出に起因する圧力変化としてシートリークを検知することができる。

【0009】

また、前記第１バルブ又は前記第２バルブのシートリークを検知するためにそれぞれ別々に診断用の動作を行う必要がないので、短時間で診断を終了できる。

【0010】

前記第１バルブ又は前記第２バルブのいずれにシートリークが発生しているかまで判定できるようにするには、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの測定圧力がほぼ一致して以降の前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力の変化傾向に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するものであればよい。また、変化傾向に基づいてシートリークの有無が判定されるので、仮に前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの示す測定圧力にゼロシフト等の誤差が含まれていたとしても判定結果に対して影響がでないようにすることができる。

【0011】

前記第１バルブのシートリークを検出するための具体的な構成例としては、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が上昇している場合には、前記第１バルブにシートリークが発生していると判定するものが挙げられる。このようなものであれば、前記第１バルブにシートリークが発生し、前記第１容積に上流側から流体が流入していることを検知できる。

【0012】

前記第２バルブのシートリークを検出するための具体的な構成例としては、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が低下している場合には、前記第２バルブにシートリークが発生していると判定するものが挙げられる。このようなものであれば、前記第２バルブにシートリークが発生し、前記第２容積から流体が下流側へ流出していることを検知できる。

【0013】

前記第２圧力センサにおいて例えば測定圧力に誤差が発生しているかどうかを診断できるようにするには、前記バルブ制御器が前記第１バルブを全閉し、前記第２バルブを開放している状態において、前記第２圧力センサの測定圧力とその時間変化率に基づいて前記第２圧力センサを診断する診断部をさらに備えたものであればよい。

【0014】

前記第２圧力センサを診断するための具体的な構成例としては、前記診断部が、前記第２圧力センサの測定圧力の時間変化率がほぼゼロで、測定圧力が所定値に保たれている場合に前記第２圧力センサにゼロ点シフトが発生していないと診断するものが挙げられる。

【0015】

前記第１圧力センサにおいて例えば測定圧力に誤差が発生しているかどうかについて診断できるようにするには、前記診断部が、前記バルブ制御器が前記第１バルブを開放し、前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１圧力センサを診断するものであればよい。

【0016】

前記第１圧力センサを診断するための具体的な構成例としては、前記診断部が、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサの各測定圧力がほぼ等しい場合に前記第１圧力センサにゼロ点シフトが発生していないと診断するものが挙げられる。

【0017】

前記第１バルブ又は前記第２バルブにシートリークが発生していないことが保証された状態で、第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの診断が行われるようにして、診断の信頼性を高められるようにするには、前記シートリーク判定部が前記第１バルブ及び前記第２バルブにシートリークが発生していないと判定している場合のみ、前記診断部に前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの診断を実行させる診断トリガをさらに備えたものであればよい。

【0018】

複数の圧力センサについてそれぞれにゼロ点シフトが発生していないかどうかについて同時に診断できるようにするには、前記第１バルブの上流側の圧力を測定する供給圧センサ、をさらに備え、前記バルブ制御器が、少なくとも前記第１バルブ及び前記第２バルブを開放し、前記供給圧センサの上流側に設けられている前段バルブが全閉されている状態において、前記診断部が、前記供給圧センサ、前記第１圧力センサ、及び、前記第２圧力センサの各測定圧力がほぼ等しい場合に前記供給圧センサ、前記第１圧力センサ、及び、前記第２圧力センサのそれぞれにゼロ点シフトが発生していないと診断するものであればよい。

【0019】

第１バルブのシートリークの有無について判定結果の信頼性が担保されるようにするには、前記バルブ制御器が、少なくとも前記第１バルブと前記第２バルブとを全閉し、前記前段バルブが開放されている状態において、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が上昇している場合に前記第１バルブにシートリークが発生していると判定するものであればよい。このようなものであれば、前記第１バルブの前後にはシートリークの有無を判定するための差圧を発生させつつ、前記第２バルブの前後については圧力をほぼ一致させることができる。したがって、第２バルブにシートリークがあったとしても前記第１バルブと前記第２バルブとの間の容積内から前記第２バルブを介して流出する流体の量は非常に微小なものにでき、前記第１バルブのシートリークの判定結果に対する影響は無視できる。また、前述した各圧力センサのゼロ点シフトに関する診断を予め行っておくことで、前記第１バルブのシートリークの判定結果について基礎となる各圧力センサの誤りが影響を与えていないことも保証できる。

【0020】

例えば前記第１バルブのシートリークが発生していないことを利用して前記第２バルブにおけるシートリークの有無の判定結果に関する信頼性を向上させることができるようにするには、前記バルブ制御器が、前記第１バルブを開放し、前記第２バルブを全閉した状態で所定時間経過した後に前記第１バルブと前記第２バルブとを全閉した状態において、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力が低下している場合に前記第２バルブにシートリークが発生していると判定するものであればよい。またこのようなものであれば、前記第２バルブの前後にはシートリークの有無を判定するための差圧を発生させつつ、前記第１バルブの前後については圧力をほぼ一致させることができる。したがって、仮に前記第１バルブにシートリークがあったとしても、あるいは、前記第１バルブにはシートリークが発生している判定されない程度の閾値以下の出流れがある場合でも、前記第１バルブと前記第２バルブとの間の容積内に上流側から流入する流体の量は非常に微小なものにでき、前記第２バルブの判定結果に対する影響は無視できる。

【0021】

例えば各圧力センサの診断と各バルブにおいてシートリークの有無の判定を行ったあとの流体制御装置内の圧力を利用して、流体装置内の流量の検定を行えるようにするには、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部をさらに備え、前記バルブ制御器が、前記第１バルブを全閉し、前記第２バルブを開放した状態において、前記第１圧力センサの測定圧力の変化に基づいて前記抵抗流量算出部で算出される抵抗流量を検定するものが挙げられる。

【0022】

例えばシートリークの有無といった異常の有無だけでなく、異常が発生していない場合でも、どの程度異常に近い状態にあるかを表示することを可能にするには、前記シートリーク判定部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて、前記第１バルブ又は前記第２バルブのシートリーク量を算出するシートリーク算出部と、前記シートリーク算出部で算出されるシートリーク量と、予め定められた基準値とを比較して、前記第１バルブ又は前記第２バルブのシートリークの有無に関する判定結果を出力するシートリーク比較部と、からなり、少なくとも前記シートリーク算出部を具備し、異常の程度を示す異常量を出力する異常量算出部と、少なくとも前記シートリーク比較部を具備し、異常の有無を出力する異常判定部と、をさらに備えたものであればよい。

【0023】

流体制御装置を構成する各機器における異常の進行度を外部に表示できるようになる具体的な態様としては、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部をさらに備え、前記異常量算出部が、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサのゼロ点シフト量を算出するセンサシフト算出部と、前記抵抗流量算出部が算出する抵抗流量と、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサの測定圧力に基づいて算出される基準流量と、に基づいて抵抗流量の流量精度を算出する流量精度算出部と、をさらに備えたものが挙げられる。

【0024】

本発明に係る複数の流体制御装置と、複数の前記流体制御装置の各異常量算出部から出力される異常量、又は、各異常判定部から出力される異常の有無を取得し、各流体制御装置について異常量又は異常の有無を一覧表示する状態表示部と、を備えた流体制御システムであれば、複数の流体制御装置からなる流体制御システムにおいて、どの流体制御装置に異常が発生しているかだけでなく、どの程度異常が進行しているかについてもユーザは状態表示部の出力を参照することで簡単に把握することができる。

【0025】

本発明に係る診断方法は、流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流体制御装置の診断方法であって、前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉するバルブ制御ステップと、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定ステップと、を備えた方法である。このような方法であれば、短時間で正確に各バルブのシートリークの有無を判定することができる。

【0026】

既存の流体制御装置において例えばプログラムを更新することで、本発明に係る流体制御装置と同様の効果を享受できるようにするには、流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の上流側に設けられた第１バルブと、前記流路において前記第１バルブと前記流体抵抗との間にある第１容積内の圧力を測定する第１圧力センサと、前記流体抵抗の下流側に設けられた第２バルブと、前記流路において前記流体抵抗と前記第２バルブとの間にある第２容積の圧力を測定する第２圧力センサと、を備えた流体制御装置に用いられるプログラムであって、前記第１バルブ又は前記第２バルブを制御するバルブ制御器と、前記バルブ制御器が前記第１バルブ及び前記第２バルブを全閉している状態において、前記第１圧力センサ及び前記第２圧力センサの各測定圧力に基づいて前記第１バルブ及び前記第２バルブのシートリークの有無を判定するシートリーク判定部と、としての機能をコンピュータに発揮させる流体制御装置用プログラムを用いれば良い。

【0027】

なお、流体制御装置用プログラムは電子的に配信されるものであってもよいし、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のプログラム記録媒体に記録されるものであってもよい。

【発明の効果】

【0028】

このように本発明に係る流体制御装置であれば、前記第１バルブ及び前記第２バルブについてシートリークが発生した場合に発生する圧力変化を前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサで検知して、２つのバルブについてシートリークの有無を短時間で判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の第１実施形態における流体制御装置を示す模式図。

【図2】第１実施形態におけるシートリークの判定例を示す模式図。

【図3】第１実施形態における各圧力センサの診断手順を示すフローチャート。

【図4】第１実施形態における第２圧力センサの診断時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図5】第１実施形態における第１圧力センサの診断時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図6】第２実施形態における診断及び判定手順を示すフローチャート。

【図7】本発明の第２実施形態における各圧力センサの診断時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図8】本発明の第２実施形態における第１バルブの診断時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図9】本発明の第２実施形態における第２バルブの診断時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図10】本発明の第２実施形態における抵抗流量の検定時における流体制御装置の状態を示す模式図。

【図11】第２実施形態における一連の診断及び検定における流体制御装置内の圧力変化を示す模式図。

【図12】本発明の第３実施形態における自己診断機構の構成を示す模式的ブロック図。

【図13】本発明の第３実施形態における診断及び判定手順を示すフローチャート。

【図14】本発明の第４実施形態における流体制御システムを示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明の第１実施形態における流体制御装置１００について各図を参照しながら説明する。

【0031】

この流体制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいて例えば所定の真空度に保たれたチャンバに対して流体であるガスを設定流量で供給するために用いられるものである。ここで、設定流量は、ある流量値から別の流量値へ階段状に立ち上がる、あるいは、立ち下がるステップ信号である。このステップ信号に対して例えば製造される半導体の品質を満たすように所定時間内に追従するように流体制御装置１００は構成してある。

【0032】

すなわち、流体制御装置１００は、図１に示すように、流路に設けられたセンサ、バルブからなる流体機器と、当該流体機器の制御を司る制御演算器と、を備えている。

【0033】

流路に対して上流側から順番に供給圧センサＰ０、第１バルブＶ１、第１圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、第２圧力センサＰ２、第２バルブＶ２が設けてある。ここで、流体抵抗Ｒは例えば層流素子であり、その前後に差圧に応じた当該流体抵抗Ｒ内に流れるガスの流量が生じる。

【0034】

供給圧センサＰ０は、上流側から供給されるガスの圧力をモニタリングするためのものである。なお、供給圧センサＰ０については供給圧が安定していることが保証されている場合等には省略してもよい。

【0035】

第１圧力センサＰ１は、流路において第１バルブＶ１と流体抵抗Ｒとの間における容積である第１容積ＶＬ１内にチャージされているガスの圧力（以下、上流側圧力とも言う。）を測定するものである。

【0036】

第２圧力センサＰ２は、流路において流体抵抗Ｒと第２バルブＶ２との間における容積である第２容積ＶＬ２にチャージされているガスの圧力（以下、下流側圧力とも言う。）を測定するものである。

【0037】

このように第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２は、第１バルブＶ１、流体抵抗Ｒ、第２バルブＶ２で形成される２つの容積である第１容積ＶＬ１、第２容積ＶＬ２の圧力をそれぞれ測定している。また、別の表現をすると、第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２は、流体抵抗Ｒの前後に配置されたそれぞれの容積内の圧力を測定するものである。

【0038】

第１バルブＶ１、及び、第２バルブＶ２は、この実施形態では同型のものであり、例えばピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブである。第１バルブＶ１は、第１圧力センサＰ１で測定される上流側圧力と、第２圧力センサＰ２で測定される下流側圧力から算出される抵抗流量Ｑ_Ｒに基づいて流量を制御する。一方、流体制御装置１００の具備する流体機器において最も下流側に設けられている第２バルブＶ２は、流体制御装置１００から流出するガスのオンオフを制御する。なお、この実施形態では第２バルブＶ２は、全閉と全開のいずれかの状態のみを取るように制御されるが、第１バルブＶ１と同様に全閉又は全開だけでなく、それらの間の任意の開度となるように制御されてもよい。

【0039】

次に制御演算器ＣＯＭについて詳述する。制御演算器は、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流体制御装置用プログラムが実行されて各種機器が協業することにより、流量制御機能を主に司る抵抗流量算出部１、第１バルブ制御部４１及び第２バルブ制御部４２からなるバルブ制御器４として機能を発揮する。また、この制御演算器は、診断動作指令部５１、シートリーク判定部５２、診断トリガ５３、診断部５４から構成される自己診断機構５としての機能も発揮する。

【0040】

まず、流量制御に関連する各部について詳述する。抵抗流量算出部１は、第１圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、第２圧力センサＰ２とともにいわゆる圧力式の流量センサである流量測定機構Ｆを構成するものである。つまり、抵抗流量算出部１は、第１圧力センサＰ１で測定される上流側圧力と、第２圧力センサＰ２で測定される下流側圧力、さらには温度センサで測定される流体又は周囲の環境温度を入力として、流体抵抗Ｒを流れる流体流量である抵抗流量Ｑ_Ｒを算出し、出力するものである。ここで、抵抗流量算出部１で用いられる流量の算出式は既存のものを用いることができる。

【0041】

第１バルブ制御部４１は少なくとも通常動作時においてはユーザによって設定される設定流量と、抵抗流量算出部１で算出される抵抗流量Ｑ_Ｒに基づいて第１バルブＶ１を制御する。すなわち、第１バルブ制御部４１は、設定流量と抵抗流量の偏差が小さくなるように流量フィードバック制御を行う。

【0042】

第２バルブ制御部４２は、少なくとも通常動作時にはユーザによって設定される開閉指令に基づいて、第２バルブＶ２を全閉状態と開放状態のいずれかに切り替える。例えば開閉指令信号は、第２バルブＶ２を開放してチャンバに対してガスを供給する供給期間を示すオン信号と、第２バルブＶ２を閉止してチャンバに対するガスの供給を停止する停止期間を示すオフ信号と、が交互に周期的に繰り返されるオンオフ信号である。開閉指令信号の周期は例えばＡＬＤプロセス等におけるガス供給期間と停止期間のそれぞれの長さに併せて設定される。なお、第１バルブ制御部４１に設定される設定流量は開閉指令信号に関係なく、例えば供給期間においてチャンバに流したい流量値で一定に保たれている。

【0043】

次に、自己診断機構５について説明する。この自己診断機構５は、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリークのチェックと、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の診断を行う。より具体的には自己診断機構５は第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２にシートリークが存在しない場合のみ、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の診断を行うように構成されている。以下では自己診断機構５の各部の詳細について説明する。

【0044】

診断動作指令部５１は、例えばユーザにより入力される診断開始指令を受け付けると、設定圧力、設定流量とは別の指令である全閉指令又は開放指令を第１バルブ制御部４１及び第２バルブ制御部４２に対して入力する。全閉指令又は開放指令により第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２はオンオフバルブとほぼ同様に動作する。診断動作指令部５１はまず第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリークの有無をチェックするために、第１バルブ制御部４１及び第２バルブ制御部４２に対してそれぞれ全閉指令を入力する。また、診断動作指令部５１は第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２にシートリークが発生していないと判定された場合には、第１バルブ制御部４１又は第２バルブ制御部４２の一方にのみ全閉指令を入力し、他方には開放指令を入力する。

【0045】

シートリーク判定部５２は、バルブ制御器４が第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を全閉している状態において、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力に基づいて第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリークの有無を判定する。本実施形態では、図２に示すようにシートリーク判定部５２は、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２が全閉されてから所定時間待機したあとにおける第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２の各測定圧力の時間変化に基づいて第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２におけるシートリークの有無の判定が行われる。ここで、全閉されてから第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリークのチェックが開始される開始時点の判定は、例えば第１圧力センサＰ１と第２圧力センサＰ２の測定圧力がほぼ一致したことを基準にしてもよいし、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２が全閉されてからの経過時間のみで設定されてもよい。シートリーク判定の開始時点を経過時点のみで判定すれば、例えば第１圧力センサＰ１第２圧力センサＰ２のいずれかにゼロシフト等が発生しており、各測定圧力が一致せずにシートリークのチェックが開始されないといった事態が発生するのを防ぐことができる。

【0046】

具体的にはシートリーク判定部５２は、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力が上昇している場合には、第１バルブＶ１にシートリークが発生していると判定する。これは第１バルブＶ１にシートリークが発生している場合には、上流側から第１バルブＶ１を介して第１容積ＶＬ１に対してガスが流入し、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の圧力上昇が発生することに基づいている。

【0047】

一方、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力が低下している場合には、シートリーク判定部５２は第２バルブＶ２にシートリークが発生していると判定する。これは第２バルブＶ２にシートリークが発生している場合には、第２容積ＶＬ２から第２バルブＶ２を介して下流側にガスが流出し、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２の圧力低下が発生することに基づいている。

【0048】

また、シートリーク判定部５２は第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力がほぼ一致してから予め定められたレンジ内でしか推移しない場合には第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２にはシートリークが発生していないと判定する。加えて、シートリーク判定部５２は判定結果を示すデータを診断トリガ５３に対して送信する。

【0049】

診断トリガ５３は、シートリーク判定部５２において第１バルブＶ１又は第２バルブＶ２のいずれにもシートリークが発生していないと判定している場合にのみ、後述する診断部５４に第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の診断を実行させるものである。

【0050】

診断部５４は、第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２について各測定圧力に基づき診断する。本実施形態では診断部５４は第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２にゼロ点シフトが発生してないかどうかを各測定圧力に基づいて診断する。

【0051】

以下では診断トリガ５３及び診断部５４の詳細について、図３のフローチャート、及び、図４、図５の模式図を参照しながら説明する。

【0052】

診断トリガ５３は、シートリーク判定部５２から判定結果に関するデータを取得し、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２にシートリークが発生していない場合にのみ、診断トリガ５３は診断許可信号を診断部５４に対して出力する（ステップＳ１）。一方、判定結果が第１バルブＶ１又は第２バルブＶ２にシートリークが発生していることを示す場合には、診断トリガ５３は診断許可信号を出力しない。したがって、診断部５４は第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の診断を行わない（ステップＳ２）。

【0053】

第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２にシートリークが発生してない場合には、診断トリガ５３は診断動作指令部５１にバルブ制御器４に対して診断動作指令を出力させる。なお、本実施形態では第２圧力センサＰ２の診断が行われた後で、第１圧力センサＰ１の診断が行われる。すなわち、図４に示すようにバルブ制御器４は最初に第２バルブＶ２を開放するとともに、第１バルブＶ１を閉止した状態にする（ステップＳ３）。

【0054】

この状態で診断部５４は第２圧力センサＰ２の診断を開始する。まず、診断部５４は第２圧力センサＰ２の測定圧力の時間変化率がほぼゼロとなり、ある圧力で安定している状態かどうかを判定する（ステップＳ４）。第２容積ＶＬ２内の圧力が安定した後で、診断部５４は第２圧力センサＰ２の測定圧力がチャンバ内の圧力、すなわち、真空圧にほぼ等しいかどうかを判定する（ステップＳ５）。ここで、「ほぼ等しい」とは第２圧力センサＰ２の測定圧力が予め定めた閾値内の差しか有していない状態を言う。第２圧力センサＰ２の測定圧力が真空圧にほぼ等しい場合には、診断部５４は第２圧力センサＰ２が正常であると診断する（ステップＳ６）。また、第２圧力センサＰ２の測定圧力が真空圧と一致せず、例えば予め定めた閾値よりも大きい場合には第２圧力センサＰ２にゼロシフトが発生していると判定する（ステップＳ７）。なお、ここで得られるゼロシフト量に基づいて第２圧力センサＰ２のゼロ点校正を行っても構わない。

【0055】

第２圧力センサＰ２の診断が完了すると、診断トリガ５３は診断動作司令部にバルブ制御器４に対して第１バルブＶ１を開放し、第２バルブＶ２を閉止するように診断動作指令を出力させ、図５に示す状態を実現する（ステップＳ８）。

【0056】

次に診断部５４は、供給圧センサＰ０、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２の各測定圧力がほぼ等しいかどうかを判定する（ステップＳ９）。ここでも各測定圧力の差が予め定めた閾値内である場合にほぼ等しいと判定する。

【0057】

各測定圧力がほぼ等しい場合には、診断部５４は第１圧力センサＰ１が正常であると診断し（ステップＳ１０）、各測定圧力が等しくない場合には第１圧力センサＰ１にゼロシフトが発生していると診断する（ステップＳ１１）。

【0058】

このように構成された本実施形態の流体制御装置１００によれば、圧力制御用の第１バルブＶ１と、流量制御用の第２バルブＶ２について同時にシートリークの有無を判定することができる。

【0059】

また、シートリークの有無は、第１バルブＶ１から第２バルブＶ２までの容積内の圧力が安定してからの各測定圧力の変化傾向に基づいて判定されるので、仮に第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２にゼロ点シフト等が発生していたとしてもその影響を受けることがない。

【0060】

さらに、診断部５４は第１バルブＶ１と第２バルブＶ２にシートリークが発生していない状態でしか第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の診断を行わないので、シートリークに起因して診断結果が不確かなものになるのを防ぐことができる。したがって、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２の双方について信頼性の高い診断を下すことができる。

【0061】

加えて、シートリークの有無の判定、第１圧力センサＰ１の診断、及び、第２圧力センサＰ２の診断は圧力制御又は流量制御に関わる流体機器だけを用いて実施できる。このため、診断のために別途センサ等を設ける必要がない。

【0062】

本発明の第２実施形態に係る流体制御装置１００について図６乃至図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。

【0063】

第２実施形態の流体制御装置１００は、図１に示す流体制御装置１００の構成とほぼ同じであるが、第１実施形態と比較して診断部５４が、供給圧センサＰ０のゼロ点シフトに関する診断を行う点、算出される抵抗流量に関する診断を行う点で異なっている。また、バルブ制御器４が診断のために行う動作も異なっている。

【0064】

具体的には、図６のフローチャートに示すように第２実施形態の流体制御装置１００は、（ａ）３つの各圧力センサにおけるゼロ点シフトの診断、（ｂ）第１バルブＶ１のシートリークの判定、（ｃ）第２バルブＶ２のシートリークの判定、（ｄ）抵抗流量の診断をこの順番で行う。以下では各４つの工程について詳述する。

【0065】

診断部５４が３つの各圧力センサにおけるゼロ点シフトの診断を行う前に、図６及び図７に示すように流体制御装置１００の上流側に配置された前段バルブＡＶ１が全閉されている状態において、バルブ制御器４は、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を開放した状態にし、流体制御装置１００内の各容積内に存在しているガスが排出されて真空となるまで所定時間待機する（ステップＳＴ１）。ここで、前段バルブＡＶ１の開閉については、例えばユーザによる前段バルブＡＶ１の操作やプロセス全体の各種機器を制御する制御装置の指令によって制御される。また、流体制御装置１００内のガスは例えば第２バルブＶ２の下流側に接続されたチャンバ等の真空源により吸引される。流体抵抗Ｒよりも上流側の空間については、チャンバ等の真空源から排気を行うと流体抵抗Ｒが存在するため、完全に排気されるまでに時間がかかる場合がある。このため、流体制御装置１００と前段バルブＡＶ１との間から分岐する排気流路（図示しない）等から流体抵抗Ｒよりも上流側の容積内の流体を排気するようにして時間を短縮してもよい。

【0066】

前段バルブＡＶ１と流体制御装置１００との間の容積、及び、流体制御装置１００内の第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２からガスが完全に排気されて真空となった後で、診断部５４は供給圧センサＰ０、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２のそれぞれの測定圧力がそれぞれほぼゼロを示し、予め定めた許容差内で等しいかどうかを判定する（ステップＳＴ２）。このように第１バルブＶ１と第２バルブＶ２が開放された状態でゼロ点シフトの診断が行われるので、この診断結果には各バルブにシートリークが発生していたとしてもその影響が診断結果に現れないようにすることができる。

【0067】

いずれかの圧力センサの測定圧力が許容差を超えて異なっている場合には、診断部５４は例えば最も大きい測定圧力を出力している圧力センサにゼロ点シフトが発生していると判定する。また、診断トリガ５３は以降のシートリークの判定や抵抗流量の診断を許可せず、終了となる（ステップＳＴ３）。

【0068】

一方、各圧力が等しい場合には、診断部５４は供給圧センサＰ０、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２にはゼロ点シフトが発生していないと診断する（ステップＳＴ４）。この場合には、診断トリガ５３が第１バルブＶ１についてシートリークの判定の開始を許可する。

【0069】

診断トリガ５３により次の第１バルブＶ１におけるシートリークの判定が許可されている場合には、バルブ制御器４は図６及び図８（ａ）に示すように、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を全閉する。また、前段バルブＡＶ１についてはユーザによる操作やプロセス全体を統括する制御装置の指令によって開放される。（ステップＳＴ５）。すなわち、流体制御装置１００内における第１バルブＶ１から第２バルブＶ２までの容積内はほぼ真空に保たれた状態となり、第１バルブＶ１の上流側にはガスの供給圧がかかることになる。

【0070】

この状態でシートリーク判定部５２は、第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２の測定圧力が所定時間内で上昇しているかどうかに基づいて第１バルブＶ１のシートリークの有無を判定する（ステップＳＴ６）。ここで、第２バルブＶ２の前後ではほぼ同じ真空状態で保たれているので、第２バルブＶ２にシートリークが発生していたとしても、第１バルブＶ１から第２バルブＶ２へと流出するガスの量は非常に少ない。したがって、第２バルブＶ２でのシートリークの有無がステップＳＴ６における判定に対して与える影響は実質的に無視できる。

【0071】

シートリーク判定部５２は、図８（ｂ）に示すように第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２において圧力の上昇が検知された場合には、第１バルブＶ１にシートリークが発生していると判定する（ステップＳＴ７）。これは、第１バルブＶ１にシートリークが発生している場合には、第１バルブＶ１の上流側からガスが流体制御装置１００内に流入して圧力上昇が発生するからである。

【0072】

一方、シートリーク判定部５２は所定時間内において第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２のいずれにも圧力の上昇が検知されなかった場合には、第１バルブＶ１にはシートリークが発生していないと判定する（ステップＳＴ８）。この場合、診断トリガ５３は引き続き第２バルブＶ２のシートリークの判定動作を許可する。

【0073】

次にバルブ制御器４は、図６に示すように第１バルブＶ１を全閉状態から開放し、第２バルブＶ２については全閉を維持した状態で流体制御装置１００内の容積にガスが所定圧力でチャージされるまで所定時間待機する（ステップＳＴ９）。その後、図６及び図９（ａ）に示すようにバルブ制御器４は第１バルブＶ１についても再び全閉する（ステップＳＴ１０）。

【0074】

そしてシートリーク判定部５２は、第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２の測定圧力が低下しているかどうかに基づいて第２バルブＶ２のシートリークの有無を判定する（ステップＳＴ１１）。ここで、第２バルブＶ２の前後にはシートリークを判定するのに必要な差圧が形成されているのに対して、第１バルブＶ１の前後については所定圧力でほぼ同じ圧力に保たれている。したがって、仮にステップＳＴ６の判定後に第１バルブＶ１にシートリークが発生した場合、あるいは、ステップＳＴ６の判定時にはシートリークは無いと判定されるわずかな出流れが発生していた場合でも、容積内に流入するガスの量を非常に微小なものにでき、ステップＳ１１における判定への影響は無視できる。

【0075】

図９（ｂ）に示すように所定時間内に測定圧力の低下が検知された場合には、シートリーク判定部５２は第２バルブＶ２にシートリークが発生していると判定する（ステップＳＴ１２）。所定時間内に測定圧力の低下が検知されなかった場合には、シートリーク判定部５２は第２バルブＶ２にシートリークは発生していないと判定する（ステップＳＴ１３）。

【0076】

第２バルブＶ２にシートリークが発生していない場合のみ、診断トリガ５３は次の抵抗流量に関する診断を許可する。この場合、図６及び図１０に示すようにバルブ制御器４は第１バルブＶ１を全閉にしたまま、第２バルブＶ２を開放し、流体制御装置１００内の容積にチャージされていたガスの圧力を低下させる（ステップＳＴ１４）。診断部５４はこの際に生じる圧力低下に基づいて、抵抗流量算出部１において第１圧力と第２圧力から算出される抵抗流量の診断を行う（ステップＳＴ１５）。圧力低下を用いた診断手法としては例えばＲＯＦ法等既知の様々な方法を用いることができる。例えば第１容積ＶＬ１内に生じる所定時間内の圧力低下区間において、抵抗流量の積分値と、気体の状態方程式から算出される第１容積ＶＬ１からのガスの流出体積とを比較することで、抵抗流量が正常であるかどうかを判定することができる。

【0077】

このように第２実施形態の流体制御装置１００でも、各圧力センサのゼロ点シフトについて診断したり、各バルブのシートリークの有無を判定したりすることができる。また、第２実施形態ではさらに流量センサの出力として算出される抵抗流量についても異常がないかどうかを診断できる。そして、これらの複数の診断や判定は図６のフローチャートに示す手順で実施することにより、流体制御装置１００内の容積内へのガスのチャージや開放を効率よく行うことができる。すなわち、図１１に示すように順次上流側のバルブが開放されて流体制御装置１００の下流側へとガスがチャージされていき、最後に流体制御装置１００内にチャージされたガスを排出することで抵抗流量の診断を行うことができ、ガスを無駄なく使用することができる。

【0078】

第２実施形態の変形例について説明する。第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリークの有無の判定では、第１圧力又は第２圧力の変化傾向ではなく、例えば供給圧センサＰ０で測定される供給圧と第１圧力又は第２圧力の差や差の変化に基づいてシートリークが発生していると判定してもよい。すなわち、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すようにバルブにシートリークが発生している場合でも供給圧センサＰ０で測定される供給圧はほぼ一定に保たれるので、第１圧力又は第２圧力と比較する際の基準にできる。

【0079】

本発明の第３実施形態に係る流体制御装置１００について図１２及び図１３を参照しながら説明する。なお、第２実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。また、図１２では主にハードウェア部分については第１実施形態と同様であるため省略してある。

【0080】

図１２に示すように第３実施形態の流体制御装置１００は、第１実施形態と比較して自己診断機構５の構成が異なっている。すなわち、自己診断機構５は供給圧センサＰ０、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２、抵抗流量算出部１の出力を受け付けて、それらの測定値又は算出値に基づき、流体制御装置１００の各部における異常の進行度合いを示す異常量を算出する。また、自己診断機構５は算出される異常量に基づき、流体制御装置１００の各部における異常の有無についても判定する。ここで、異常が有るとは、例えば所望の制御精度を保証できない程度にシートリークや測定誤差が発生している状態を言う。また、異常が無いとは例えば算出される異常量が許容値内の値であり、所望の制御精度が保証される状態を言う。

【0081】

より具体的には自己診断機構５は、異常量算出部５Ａ、異常判定部５Ｂ、診断状態管理部５Ｃ、診断動作指令部５１からなる。診断状態管理部５Ｃは第１実施形態の診断トリガ５３に相当し、異常判定部５Ｂの出力に応じて異常量算出部５Ａ及び診断動作指令部５１の動作を制御する。

【0082】

異常量算出部５Ａは、供給圧センサＰ０から出力される供給圧力、第１圧力センサＰ１から出力される上流側圧力、第２圧力センサＰ２から出力される下流側圧力に基づいて、各圧力センサや第１バルブＶ１、第２バルブＶ２の状態を示す異常量を算出する。具体的には異常量算出部５Ａは、シートリーク算出部５２１、センサシフト算出部５４１、流量精度算出部５４３からなる。

【0083】

また、異常判定部５Ｂは、異常量算出部５Ａで算出される異常量と予め定められた基準値とを比較して各圧力センサや各バルブ、あるいは、流量センサにおける異常の有無を判定する。具体的には異常判定部５Ｂは、シートリーク比較部５２２、センサシフト比較部５４２、流量精度比較部５４４からなる。

【0084】

異常量算出部５Ａ、及び、異常判定部５Ｂの詳細について説明する。

【0085】

シートリーク算出部５２１は、バルブ制御器４が第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を全閉している状態において、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力に基づいて第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２のシートリーク量を算出する。例えば各バルブが全閉されてからの圧力の上昇量又は低下量と気体の状態方程式に基づいて、シートリーク算出部５２１は、第１容積ＶＬ１及び第２容積ＶＬ２に流入又は流出するガスの流量をシートリーク量（ｓｃｃｍ）として算出する。すなわち、シートリーク算出部５２１は、圧力の上昇がある場合には第１バルブＶ１のシートリーク量として算出し、圧力の低下がある場合には第２バルブＶ２のシートリーク量として算出する。

【0086】

また、シートリーク比較５２２は、シートリーク算出部５２１で算出されたシートリーク量と基準値とを比較して、シートリーク量が基準値を超える場合には、第１バルブＶ１又は第２バルブＶ２にシートリークが発生していると判定する。なお、シートリーク算出部５２１及びシートリーク比較部５２２は第２実施形態におけるシートリーク判定部５２に対応する。

【0087】

センサシフト算出部５４１は、例えばバルブ制御器４が第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を全開にしている状態における第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の各測定圧力に基づいてそれぞれの圧力センサのゼロ点シフト量を算出する。センサシフト比較部５４２は、センサシフト算出部５４１で算出されたゼロ点シフト量と基準値とを比較し、ゼロ点シフト量が基準値を超える場合には第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２に異常が発生していると出力する。

【0088】

流量精度算出部５４３は、例えばＲＯＲ法等により第１圧力センサＰ１又は第２圧力センサＰ２の測定値から算出される流量と、ＲＯＲ法を行っている間に抵抗流量算出部１が算出する抵抗流量との差を流量精度として算出する。流量精度比較部５４４は、流量精度算出部５４３で算出される流量精度と基準値とを比較し、流量精度が基準値を超える場合には流量センサFに異常が発生していると出力する。なお、センサシフト算出部５４１、センサシフト比較部５４２、流量精度算出部５４３、流量精度比較部５４４が第２実施形態における診断部５４に相当する。

【0089】

このように構成された第３実施形態の診断動作について図１３のフローチャートに示す。図１３のフローチャートは第２実施形態の診断動作を示す図１２のフローチャートにおけるステップＳＴ２、ステップＳＴ６、ステップＳＴ１１における動作が異なっている。具体的には、図１３において破線の枠で囲われている部分に示す部分が異なっている。具体的には、ステップＳＴ１が終了した後、異常量算出部Ａは、第１圧力センサＰ１及び第２圧力センサＰ２の測定値から各圧力センサのゼロ点シフト量を算出する（ステップＳＴ２Ａ）。次に異常判定部５Ｂは、算出された各ゼロ点シフト量が基準値を超えておらず、ほぼゼロに近い値かどうかによってゼロ点シフトの有無を判定する（ステップＳＴ２Ｂ）。

【0090】

また、ステップＳＴ５及びステップＳＴ１０が終了した後は、異常量算出部５Ａは、第１バルブＶ１又は第２バルブＶ２のシートリーク量をそれぞれ算出する（ステップＳＴ６Ａ、ステップＳＴ１１Ａ）。次に異常判定部５Ｂは、算出されたシートリーク量が基準値を超えておらず、ほぼゼロに近い値かどうかによってシートリークの有無を判定する（ステップＳＴ６Ｂ、ステップＳＴ１１Ｂ）。

【0091】

このように構成された第３実施形態の流体制御装置１００によれば、異常量算出部５Ａにおいて各圧力センサ、各バルブの異常の進行度を示す異常量を算出し、その異常量の値に応じてゼロ点シフトやシートリークの有無を判定できる。

【0092】

次に第４実施形態の流体制御システム２００について説明する。図１４に示すように第４実施形態の流体制御システム２００は、第３実施形態の流体制御装置１００を複数備えるとともに、各流体制御装置１００の少なくとも診断に関わる制御を司る統合制御装置６を備える。

【0093】

統合制御装置６は、ユーザから診断要求を受け付けると、各流体制御装置１００の診断動作司令部５１に対して診断入力を入力する。各流体制御装置１００は前述した実施形態で説明した動作によって自己診断機構５がバルブや各種センサの自己診断を行う。各流体制御装置１００の異常量算出部５Ａから出力される異常量、及び、異常判定部５Bから出力される異常の有無に関するデータは、統合制御装置６に送信にされる。統合制御装置６は、各流体制御装置１００から受け付けられた異常量及び異常の有無をユーザに対して一覧表示する状態表示部としての機能も発揮する。

【0094】

このような第４実施形態の流体制御システム２００であれば、複数の流体制御装置１００によって構成されていても、どの流体制御装置１００に異常が発生しているかと、異常が生じている流体制御装置１００においてどの部分に異常が発生しているかについてもユーザはすぐに理解できる。また、異常が生じていない機器についても異常判定の基礎となる異常量が同時に表示されているので、異常の進行度についてユーザは予測することが可能となる。

【0095】

その他の実施形態について説明する。

【0096】

シートリーク判定部は、第１圧力センサ又は第２圧力センサのいずれか一方の測定圧力の変化傾向に基づいてシートリークの有無を判定してもよい。例えば、第１バルブ及び第２バルブが閉止されてから第１容積及び第２容積内の圧力が安定する所定時間経過後を判定開始時点として設定し、それ以降においては第１圧力センサの測定圧力又は第２圧力センサの測定圧力のいずれか一方のみが監視されるようにしてもよい。また、測定圧力の変化傾向については例えば時間変化率を算出する、微分値を演算するなど様々な算出方法を用いてもよい。また、判定開始時点の測定圧力と、判定開始から所定時間経過後における測定圧力との差の絶対値や正負に基づいて第１バルブ又は第２バルブのシートリークの有無を判定してもよい。例えば判定開始時点の第１圧力センセの測定圧力が、判定開始時点から所定時間経過後の第１圧力センサの測定圧力よりも大きくなっている場合には、第１バルブにシートリークが発生しているとシートリーク判定部は判定する。逆に判定開始時点の第２圧力センサの測定圧力が、判定開始時点から所定時間経過後の第２圧力センサの測定圧力よりも小さくなっている場合にはシートリーク判定部は第２バルブにシートリークが発生していると判定する。

【0097】

診断部は、最初に第１圧力センサについて診断し、その後第２圧力センサについて診断するように構成してもよい。また、第１圧力センサの診断については例えば供給圧センサの測定圧力を用いずに、第１圧力センサと第２圧力センサの測定圧力のみを用いてもよい。また、圧力センサの診断についてはゼロ点シフトのみに限られるものではなく、その他の誤差等について診断してもよい。また、前述した実施形態ではシートリークチェックが行われ、第１バルブ及び第２バルブのいずれにもシートリークが発生していない場合に第１圧力センサ及び第２圧力センサの診断が行われていたが、シートリークのチェック結果によらず、常に第１圧力センサ及び第２圧力センサの診断を行うようにしてもよい。また、シートリークのチェックを行わずに、第１圧力センサ及び第２圧力センサの診断を独立して行っても構わない。

【0098】

流体抵抗については、層流素子に限られるものではなく、例えば熱式の流量センサに用いられる分流素子等であっても構わない。

【0099】

シートリーク判定部、診断部、あるいは、自己診断機構については、流体制御装置に内蔵されているコンピュータや制御ボード等の演算装置によってその機能が実現されるものに限られず、例えば流体制御装置とは別に設けられた一般的なコンピュータ等によってその機能が実現されるものであってもよい。

【0100】

第２実施形態に記載した開度制御器は、第１バルブ及び第２バルブの開閉を制御するものであったが、流体制御装置の外部に設けられた前段バルブ等についても開閉の制御を行うように構成してもよい。

【0101】

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、実施形態の変形を行っても良いし、各実施形態の一部又は全体をそれぞれ組み合わせても構わない。

【符号の説明】

【0102】

１００・・・流体制御装置
Ｖ１ ・・・第１バルブ
Ｐ１ ・・・第１圧力センサ
Ｒ ・・・流体抵抗
Ｖｌ１ ・・・第１容積
ＶＬ２ ・・・第２容積
Ｐ２ ・・・第２圧力センサ
Ｖ２ ・・・第２バルブ
Ｆ ・・・流量測定機構
１ ・・・抵抗流量算出部
４２ ・・・第２バルブ制御部
５ ・・・自己診断機構
５１ ・・・診断動作指令部
５２ ・・・シートリーク判定部
５３ ・・・診断トリガ
５４ ・・・診断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】