EZ-Japan BLOG since 2017 真・MFC千夜一夜物語

EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

真・MFC千夜一夜物語

真・MFC千夜一夜物語 第246話 バイパスはトラブルの元なの? その5

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌 2018年2月号(1/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第42回は、熱式流量センサーを用いる際のキーワードとなる“コンバージョンファクター(CF)”に関する解説記事です。

さて、マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)の最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化することなのですが、特に注意すべきアプリケーションとして、コンプレッサーやブロアで大気を吸引して押し込む場合、または吸引ポンプで大気を捕集する場合、いずれも大気という我々が生活している空間に存在する空気(ボンベで販売されている“乾燥空気“とは異なります。)をマスフローへ導入する場合のご説明を前回は致しました。

今回はマスフローの内部で反応して異物を生成するガスの場合です。
これらの反応性の高いガスは、半導体製造装置でプロセスガスとして多く用いられるものが多いです。
代表例では塩素(Cl2)が挙げられます。
塩素はドライガスの状態では、マスフローの接ガス材質であるSUS316に対して腐食性を持ちませんが、水分と一緒になると塩酸(HCl)となり、激しく腐食を起こします。
ドライエッチャーで塩素を使いアルミ配線をエッチングする工程で使用されるMFCではこの問題が、長く問題となってきました。
水分といっても、塩素ガスラインへ水を入れたりする配管は誰も組みません。
問題になったのは、配管に残留する微量な水分です。
研磨された平滑な金属面ならば、良いのですが、少しでも凹凸があると、そのへこんだ個所に入り込んだ水分は、真空引きやベーキングを行っても飛んでいってくれない事があります。
そこに塩素ガスを導入し、しばらく使い続けるとそのくぼみの部分から腐食が始まってしまうのです。
そして、その腐食により今回問題になっている異物による分流比の変動が実際生じていました。
設定している塩素の流量よりも、いつの間にかかなり多めの流量が流れてしまって、プロセス上は大変な事態が生じているのに、MFCの流量値=設定値のままで変動していなかったので、装置側のインターロックもかからず、そのまま不良を生産し続けてしまう問題が生じたのです。

「いやいや、今の半導体製造装置はウルトラクリーンな配管構成が徹底されているので大丈夫でしょう!」というご意見もあるかと思いますが、マスフローの構成部品の中にはそうでもない箇所があります。
狭い流路で平滑に仕上げるのが難しそうな場所・・・そう、ここです。
 171120_02
今回ご説明している分流構造のマスフローのセンサーと層流素子(バイパス)ですね。
内径1mm以下のキャピラリが集まる場所です。
バイパスは一部構造を狭い流路のキャピラリ方式でなくしたものもあります。
ですが、センサーチューブはどのメーカーも大きくは変わりません。センサーチューブの内径は、細いメーカーで内径0.35mm、太くても0.8mm程度とDecoは記憶しています。
この径のステンレスチューブの内面研磨、表面処理に関しては、decoも現役時代色々とやりましたが、なかなか上手くいきません。
センサーチューブ内面研磨処理仕様は、まだメディカルで使用する注射針の要領で中空糸研磨という方法があります。
分析装置メーカーのお客様から教えを請い、そちらの外注先を紹介いただき、センサーチューブの研磨試作をお願いしたりと、色々工夫をしました。
ですが、電解研磨はお手上げです。
正確に言えば電解研磨や表面処理をすることはできますが、確実にそれらが行えているかを検証する方法が無いのです。
しかもセンサーチューブは、本来ステンレスの直管で、それらの処理をしてから、逆U字に曲げます。
となると、曲げ部の内面の状況は・・・・ですよね。

また、センサー部は熱式流量センサーの要であり、通電時は常に80~100℃の熱が加えられています。
塩素ガスが残留した水分と反応するのには、温度が高い方が良いので、温度環境的にも腐食が発生しやすい箇所なので本当に参りました。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

真・MFC千夜一夜物語 第244話 バイパスはトラブルの元なの? その3


明けましておめでとうございます。
本年もEZ-Japanと本ブログを宜しくお願いいたします。

EZ-Japan_logo_140917_01

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌 2018年1月号(12/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第41回は、“熱式流量センサー”に関しての解説記事です。
マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)のセンサーとしては最もメジャーな熱式ですが、果たしてどういったものなのかを掘り下げた記事になっていますので、ご一読ください。

さて、マスフロー(MFC&MFMの総称)最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化すること・・・というお話をしています。
これがセンサーチューブが完全に詰まった場合なら、前回お話ししたように流量出力は0になるので、まだわかりやすい“目に見えるトラブル“であり、対処方法もあります。
一番怖いのは、中途半端に詰まる事・・・“目に見えないトラブル”の発生なのです。
マスフローの中の分流構造では流入した流体はその大部分がバイパスを、そして5~10SCCMレベルの微小な流量がセンサーチューブを通っています。
従ってセンサーチューブは内径0.35~0.8mm程度の細い管であり、比較的異物で閉塞しやすい構造です。
分流構造を採るバイパス部も決して広々とした流路ではなく、あるものはセンサーチューブと同じような細径のキャピラリの集合体であったり、あるものエッチングロールであったり、またあるものは焼結金属を用いていたりします。
その為、異物の詰まる可能性は、センサーチューブとどっこいどっこいなのです。
下の図にあるように、正常状態でマスフローメーカーで流量調整されて出荷された製品が、なんらかの異物が混入した場合、センサーチューブに詰まる場合とバイパスに詰まる場合があります。

 180109_01
この場合、完全に閉塞していなければ、MFCはPV=SVとなるように制御を続けますので、MFCからのPV値を読んでいるだけでは、分流比率が変化したことはわかりません。
つまり、メーカーで調整した分流比が例えば1:99でセンサーに1流れれば、実際はバイパス分の99を足した100を流していますよ!というものが、現実には異物により1:95に変化していたとしたら・・・ センサーでは1の流れをマスフローとしては100と置き換えて流量出力されているにもかかわらず、実際は96だったという事が起きてしまうのです。
これは繰り返し性の高い流量制御を行うのが売りのMFCにとっては致命的です。

どのような使用方法でマスフローに異物が入るのか?次回は事例を挙げて解説しましょう。


【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan


真・MFC千夜一夜物語 第243話 バイパスはトラブルの元なの? その2

今週は2回更新です。
所謂年末進行というか、セミコン進行というやつです。 



もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌
 201712号(11/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第40回は、“液体流量センサー”に関しての解説記事です。

171207_04
<出展:ブロンコスト・ジャパン(株)>

特集が“半導体プロセスにおける最近の液体極微小計測”となっており、Decoはそちらでもブロンコストのエヴァンジェリストとして、コリオリ式マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)と超音波式フローメーター、そして熱式MFMの記事も書いていますので、初の特殊記事連動した企画となっています。

つまり1冊で3度美味しい?状態なのです。

 

さて、マスフロー(MFC&MFMの総称)最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化することにより発生することである、というお話です。

マスフローは一見問題ないように見えるのに、いつの間にか設定流量と制御流量がずれてしまっているというのは、恐ろしい現象ですね。

これは巻線型流量センサーを採用しているマスフローの大半が、流体全てを測定するのではなく、分流したある一部の流量を測定する分流構造をとっているから起きる現象で、全量測定タイプでは起きない現象なのです。(当然全量測定方式でも、異物付着の影響がゼロというわけではないので、念のため・・・)

 171207_02

 

  

例えばセンサーに異物が詰まった場合、これがセンサーチューブを閉塞させるようなものでしたら、マスフローの出力を見ていれば異常がわかります。


171207_01


完全にセンサーに流量が流れていなければ、当然センサーの出力は0に近い値になります。

ところが分流構造故にバイパス側には流れているわけで、「流量表示は0なのに、実は大量にガスが流れていた!」という問題が生じます。

MFMの場合は、「センサーがダメになってしまって測定できなくなった・・・」で済みますが、MFCでは大変なことになります。

このブログで何回もご説明してきましたが、センサーの流量信号(PV値)が0、設定信号(SV値)がなにがしかの値を入力されている場合、PVSVとなる訳ですから、MFCの制御系は比較→判断→制御の流れに沿って、バルブ電圧信号(MV値)を更に流量が流れる方向に制御してしまいます。

でも、センサーは詰まっていて、実際はどれだけ流量制御バルブを開いても、流量は流れないので、流量制御バルブは全開状態を保持することになってしまうのですね?

171207_03

故にそのバルブのKv値(Cv値)から割り出される最大流量がひたすら流れ続けるという事態になるのです。

怖いですね!


でもこのトラブルは、まだ目に見えます。

PVSVが不一致な状態はそれぞれの信号をモニターすればわかりますから、それをプロセスのタイミングに応じて上位制御系で判断してインターロックをかけるように保険を掛けることができるからです。

 

やはり怖いのはPV=SVなのに、実際の制御流量はずれている、という現象ですよね?

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

 

セミコン・ジャパン2017 オランダ ハイテク パビリオン で出展します! その2

12/13(水)-15(金) セミコン・ジャパン2017のオランダ ハイテク パビリオンブース(東ホール1、ブース No. 1612)に出展します!と先週告知しましたが、早いものであと1週間強でセミコンは始まってしまうのです。

semicon_japan_2017_Holland_Hightech_Pavilion


本ブースには、以下のオランダ企業(敬称略)が少しずつ出展させていただく予定です。
 
・Besi / (株) ライズワン
・ブロンコスト・ジャパン(株)
・ProDrive Technologies 社
・TNO オランダ応用科学研究機構
・VS Particle 社

ブロンコスト・ジャパン(株)の 展示物はコリオリ式マスフローです。
171003_01
<出典:ブロンコスト・ジャパン(株)>

2日目の12/14(木) 15:00 - 15:50 は オランダ ハイテク セミナー(セミナー会場:Tech Spot West 東ホール1)で今回の参加企業の紹介があるのですが、ブロンコストに関しては、Decoがプレゼンテーターを務めます。
もし会場にお越しになるようでしたら、是非セミナー登録してご参加ください。

セミナーの申し込み方法は こちらからSEMI JapanのHP
*12/8 訂正です。申し込みは不要で、直接来場くださればよいようです。
席をリザーブなされたい方は、Decoまでご連絡ください。

参加者にはもれなくセミナー終了後、16時からオランダ大使館ブースでハッピーアワー懇親会にご参加いただけます。

なんだ、先週と同じ内容じゃない!と、ここまで読んできた方は思っておられるかもしれませんが・・・

 ここで発表です!

171204_01


ブロンコスト・ジャパン(株)の協力で、このブログのメインコンテンツである「真・MFC千夜一夜物語」が分冊されて、会場で所謂”薄い本”として配布されます!
あっ!ぼかし入ってますが、別に盗作=偽千夜一夜物語ではありませんよ。
正真正銘、Decoがこの企画の為に、今までの連載から選りすぐった一編をリライトしてまとめたセミコン・ジャパン2017特別版です。
どんな内容かは、現地で確認してみてくださいね!

部数には限りがありますので、入手希望の方はお早めの来場を・・・
では、現地でお会いしましょう!

EZ-Japan MFC ニュース by Deco

真・MFC千夜一夜物語 第242話 バイパスはトラブルの元なの? その1

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌2017年11号(10/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第39回は、“防爆構造のマスフローの解説<後編>”となっています。ATX本質安全防爆構造マスフローコントローラ(MFC)と新たに発表されたTIIS本質安全防爆構造のマスフローメーター(MFM)で流量制御を行う方法を解説しています。)
660a9036.jpg
<出典:ブロンコスト・ジャパン(株)>

さて、今回から“バイパスはトラブルの元なの?“編です。
熱式(サーマル)マスフローメータ(MFM)、マスフローコントローラ(MFC)の構造でバイパス(層流素子)を持っていないものは少数派です。
その構造を図で見てみましょう。
171120_01

このブログでは見慣れたMFCの構造図ですね。MFMならばこの図の左半分がその構造になるので、いずれにしてもセンサーとバイパスで構成されています。
 ではこのバイパスがなぜ悪者扱いされるのでしょうか?
「最近、全量測定は良くて、分流式はダメと言っているから、きっとDecoさんは何かバイパスに恨みでもあるのではないのか?」と思われそうですが・・・ちゃんと理由はあります。

 
前回のコリオリ式マスフローの解説でお話ししましたが、この分流構造=バイパスとセンサーに分流して測定する構造は、異物に弱いという大きな問題を抱えているからです。
サーマルマスフローの代表的な構造である巻線式センサーでは、実際に流体を測定しているセンサー管に流れる流量は5~10ml/min程度です。
残りの流量は全てバイパスへ流れていくように、バイパスの入り口に抵抗をつけて分流しています。つまり、フルスケール100ml/minのマスフローなら、90~95ml/minがバイパス、 1000ml/minなら、990~995ml/minはバイパスに流れているわけで、流量が大きくなればなるほど、センサー管とバイパスとの分流比は大きくなっていく一方なのです。

171120_02
そこで上図にあるように異物が混入したら・・・
マスフローのセンサー管もバイパスの流路も決して広くありません。
センサー管なら確実に内径1mm未満、バイパスも方式により種々ありますが、似たようなものです。
半導体製造ラインのような清浄度を要求されるラインでない限り、異物が入り込む可能性はあります。(半導体は逆に反応性の高い材料が多いので、配管途中で生成物が生じる可能性は、逆に高いという皮肉な現象が生じますが・・・)
特にコンプレッサーエアーを使用していたりしたら、確実に水分や油分、大気中のゴミが入ってくると考えていいでしょうね。
これらの異物が流路をふさいだ時、マスフロー最大のトラブルが発生します。
それは「分流比が初期の値から狂うことにより、測定した流量が実流量からずれてしまう」というものです。
他のトラブルならば、マスフローが故障しているのが一目瞭然の場合が多いのですが、このトラブルが恐ろしいのは、不具合が生じていることが一切わからない というところにあります。
ある日、あるタイミングからマスフローの流量がずれていた、こんなぞっとするレポートはないと思いませんか?
実験データは意味がなくなりますし、成膜やエッチングプロセスを終えて後工程に言った製品に不具合が・・・
怖いですよね!
はい、こんなクリフハンガーな引きで次回へ続きますね。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
QRコード
QRコード
Decoへのメッセージ

名前
メール
本文
記事検索
タグクラウド
タグ絞り込み検索
  • ライブドアブログ