CN109416275A - 流量控制设备、流量控制设备的流量校正方法、流量测定设备及使用流量测定设备的流量测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流量控制设备的校正方法，其基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于规定容许误差范围。

Description

流量控制设备、流量控制设备的流量校正方法、流量测定设备 及使用流量测定设备的流量测定方法
技术领域
本发明涉及一种流量控制设备、流量控制设备的流量校正方法、流量测定设备及使用流量测定设备的流量测定方法。
背景技术
设置于半导体制造装置等的气体供给系统，通常以如下方式构成：将多种气体通过设置于各供给气体种类的每个的流量控制设备，将气体切换并供给到处理腔室等气体使用对象。
作为流量控制设备，使用被校正为规定精度的压力式流量控制装置或热式流量控制装置(MFC)，对气体流量进行控制。
在此，流量控制设备相对于按各厂商规定的基准流量以「设置点(S.P.)○○％」(相对于流量设定，误差可以控制在±○○％以内的流量)、「满量程(F.S.)○○％」(相对于流量设定，误差可以控制在最大流量的±○○％以内的流量)的方式决定精度。
另外，在上述各流量控制设备的运用中，期待随时进行流量精度的确认或流量校正，压力上升率(ROR：Rate of Rise)法有时作为流量测量方法被用于流量精度的确认或流量校正。
在ROR法中，使气体流入设置于流量控制设备的下游的规定的基准容量(V)，通过测定此时的压力上升率(ΔP/Δt)和温度(T)，例如根据Q＝(ΔP/Δt)×V/RT(R为气体常数)而计算流量Q。
在专利文献1中，记载有基于ROR法的流量测量方法的一例。在专利文献1记载的气体供给装置中，将从与各气体供给线路连接的流量控制设备下游侧的开关阀至设置于共用气体供给路的开关阀为止的流路作为基准容量使用，基于该流路中的压力上升率对流量进行测量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-337346号公报(专利第4648098号)
然而，由于在ROR法中使用的基准容量的体积根据配管的设计或制作公差等而有所不同，因此需要使用设定于每个气体供给系统的流量校正完毕的流量控制设备的流量设定而算出基准容量的体积。但是，即使是流量校正完毕的流量控制设备，由于设定于流量控制设备的流量设定与接受上述流量设定而被控制的控制流量也存在规定的容许范围的误差，因此导致基准容量的体积包含流量控制设备的上述规定的容许误差。即，由于流量Q的表达式中使用的上述基准容积的体积包含上述误差，因此结果上存在无法正确进行流量测量的课题。
上述流量设定与上述控制流量的规定的容许范围的误差虽可以通过反复进行校正而减小，但考虑到校正所需时间和成本不切实际。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其主要目的在于提供一种能够以较短时间，抑制成本，并且用于实现使用流量测定设备的高精度的流量测定方法的流量控制设备的流量校正方法。
根据本发明的实施方式的流量控制设备的校正方法，是基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正的流量控制设备的校正方法，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围。
根据本发明的实施方式的流量控制设备，是利用所述流量校正方法而被校正的流量控制设备。
某一实施方式中，所述流量控制设备具有存储装置，所述存储装置中存储有识别所述至少一个特定流量设定的信息。
某一实施方式中，所述流量控制设备用于测定与所述流量控制设备的下游侧连接的基准容量的体积。
根据本发明的实施方式的流量测定设备是与所述流量控制设备的下游侧连接，对流入所述基准容量的气体的流量进行测定的流量测定设备，具备：对所述基准容量的压力进行测定的压力传感器；以及对所述基准容量的温度进行测定的温度传感器，以如下方式构成：基于所述基准容量的体积、所述基准容量的压力变化率以及所述基准容量的温度，对流量进行测定，其中，所述基准容量的体积是通过以所述至少一个特定流量设定使气体从所述流量控制设备流入所述基准容量而测定的。
根据本发明的实施方式的流量测定方法是在气体供给系统中进行的流量测定方法，所述气体供给系统具备：流量控制设备；设置于所述流量控制设备的下游侧的基准容量；以及对流入所述基准容量的气体的流量进行测定的流量测定设备，所述流量测定方法包含以下步骤：基于与由流量基准器测量的流量的比较进行所述流量控制设备的流量校正的步骤，其中，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围；通过以所述至少一个特定流量设定使气体从所述流量控制设备流入所述基准容量而对所述基准容量的体积进行测定的步骤；以及在所述流量测定设备中，基于使气体流入所述基准容量时的所述基准容量的压力变化率、所述基准容量的温度以及所述测定的基准容量的体积对流量进行测定的步骤。
根据本发明的实施方式的流量测定方法，在气体供给系统中，所述气体供给系统具备：与多个气体供给源分别连接的多个气体供给线路；分别设置于所述多个气体供给线路的多个流量控制设备；分别设置于所述多个气体供给线路的多个第一阀；在所述多个第一阀的下游侧与所述多个气体供给线路共用地连接的共用气体供给线路；设置于所述共用气体供给线路的第二阀；对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的压力进行测定的压力传感器；以及对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的温度进行测定的温度传感器，所述流量测定方法，在所述气体供给系统中，使用所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路作为基准容量，基于在关闭所述第二阀的状态下使气体经由所述多个流量控制设备中的任一个而流入所述基准容量时的所述压力传感器显示的压力变化以及所述温度传感器显示的温度，对气体的流量进行测定，其中，所述多个流量控制设备中的至少一个流量控制设备，在组装于所述流量控制系统之前，基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围，在所述至少一个流量控制设备组装于所述流量控制系统之后，通过以所述至少一个特定流量设定流入气体而进行所述基准容量的体积的测量，使用所述测量的体积对流量进行测定。
本发明实施方式的流量测定方法，在气体供给系统中，所述气体供给系统具备：与多个气体供给源分别连接的多个气体供给线路；分别设置于所述多个气体供给线路的多个流量控制设备；分别设置于所述多个气体供给线路的多个第一阀；在所述多个第一阀的下游侧与所述多个气体供给线路共用地连接的共用气体供给线路；设置于所述共用气体供给线路的第二阀；对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的压力进行测定的压力传感器；以及对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的温度进行测定的温度传感器，所述流量测定方法，在所述气体供给系统中，使用所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路作为基准容量，基于在关闭所述第二阀的状态下使气体经由所述多个流量控制设备中的任一个而流入所述基准容量时的所述压力传感器显示的压力变化以及所述温度传感器显示的温度，对气体的流量进行测定，其中，所述多个流量控制设备中的至少一个流量控制设备，在组装于所述流量控制系统之前，基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，在所述多个流量设定中的至少一个特定流量设定中，由所述流量基准器测量的流量与所述至少一个特定流量设定建立关连并存储于所述流量控制设备的存储装置，在所述至少一个流量控制设备被组装于所述流量控制系统之后，通过以所述至少一个特定流量设定流入气体而进行所述基准容量的体积的测量时，使用存储于所述流量控制设备的存储装置的由所述流量基准器测量的流量而进行所述基准容量的体积的测量，使用所述测量的体积对流量进行测定。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够以比较简单的结构精度良好地进行流量的测量等。
附图说明
图1是表示将组装有根据本发明的实施方式的多个流量控制设备的气体供给系统连接于半导体制造装置(处理腔室)的方式的图。
图2是表示作为根据本发明的实施方式的流量控制设备的一例的压力式流量控制设备的例示性的结构的图。
图3是用于说明在使用流量基准器的流量控制设备的校正动作中，与流量基准器显示的基准流量的流量设定的误差及容许误差范围的图。
图4是表示基准容量的体积Vs的测定步骤的流程图。
符号说明
1 气体供给系统
2 处理腔室
3 真空泵
4 气体供给源
10 流量控制设备
11 节流部
12 压力传感器
13 温度传感器
14 控制阀
15 驱动部
16 控制电路
20 基准容量
21 第一阀
22 第二阀
23 压力传感器
24 温度传感器
25 运算控制装置
30 流量测定设备
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于以下实施方式。
图1表示以如下方式构成的本发明的实施方式所涉及的气体供给系统1：将来自多个气体供给源4的气体，经由流量控制设备10供给至半导体制造装置的处理腔室2。
气体供给系统1具备：能够与多个气体供给源4连接的多个气体供给线路L1；分别介于多个气体供给线路L1间的多个流量控制设备10；设置于上述多个流量控制设备10的下游侧的第一阀21；上述气体供给线路L1合流的共用气体供给线路L2；设置于上述共用气体供给线路L2的第二阀22；对第一阀21与第二阀22之间的流路的压力和温度进行测定的压力传感器23及温度传感器24；以及接受来自压力传感器23和温度传感器24的输出的运算控制装置25。
气体供给系统1的下游侧经由上述阀22连接至消耗气体的处理腔室2，能够供给气体。另外，处理腔室2连接有真空泵3，必要时可以对处理腔室2和气体供给路L1、L2等进行抽真空。
在本实施方式中，也可以在上述气体供给线路L1或上述共用气体供给线路，另外设置向别处分支的气体线路或用于实现其功能的阀。另外，作为第一阀21、第二阀22以及用于实现上述功能的阀，适合使用例如AOV等流体动作阀或电磁阀、电动阀等的电气动作阀。另外，另一方式中，第一阀21也可以是内置于流量控制设备10的开关阀。
另外，上述运算控制装置25可以是计算机等外部处理装置，也可以是设置于流量测定装置30的处理装置(包含处理器和存储器的控制电路)，上述流量测定装置30如图所示一体具备压力传感器23和温度传感器24(以及第二阀22)。
图2是表示作为本实施方式的流量控制设备10的一例使用的压力式流量控制设备10a的构成例的图。压力式流量控制设备10a具备：具有微细开口(流孔(Orifice))的节流部(例如流孔板)11；设置于节流部11的上游侧的控制阀14和控制阀14的驱动部15；以及设置于节流部11与控制阀14之间的压力传感器12和温度传感器13。
以上说明的压力式流量控制设备10a以通过对上游压力P1进行测定和控制而控制流量的方式构成，但作为流量控制设备10使用的设备并不限于此种类型的压力式流量控制装置，例如也可以是热式流量控制装置(MFC)或其他流量控制装置。
再次参照图1。在如上述构成的气体供给系统1中，将第一阀21与第二阀22之间的流路(图1中粗线所示的部分)作为基准容量20(体积Vs)使用，可以利用ROR法进行流量测量。具体而言，将流路内抽真空之后，基于打开与多个流量控制设备10中的任一个对应的第一阀21而使气体流入基准容量20并且关闭第二阀22时的压力传感器23显示的压力的变化率(ΔP/Δt)和温度传感器24所测定的温度T，利用Q＝(ΔP/Δt)×Vs/RT(R为气体常数)可以求出流量控制设备10实际上进行流量控制的气体的流量Q。
在此，如图1所示气体供给系统1，在将流量控制设备10的下游侧的流路作为基准容量20使用的情况下，基准容量20的体积Vs根据配管的设计或制作公差等而有所不同，因此期待着在以配管等连接多个流量控制设备10并构建气体供给系统1之后，利用适当的方法求出基准容量20的体积Vs。
例如可以通过以设定于流量控制设备10的流量设定Qs使气体流入基准容量20，并且测定此时的压力变化率，基于Qs＝(ΔP/Δt)×(Vs/RT)而算出基准容量20的体积Vs。其中，ΔP/Δt为规定期间(Δt＝t2-t1)的压力变化(ΔP＝Pt2-Pt1)，R为气体常数，T为气体温度。这样，由于基准容量20的体积Vs，是基于由设定于流量控制设备10的流量设定Qs和流量控制设备被上述流量设定Qs控制的控制流量所产生的ΔP/Δt而求出的，因此在流量设定Qs包含相对于实际流量的误差的情况下，求出的基准容量的体积Vs也包含误差。
然而，流量控制设备10在组装于气体供给系统1之前，通过流量基准器对按照流量设定Qs而被控制的控制流量进行测量，以使上述流量基准器显示的流量与上述流量设定Qs之差收敛于容许误差内的方式进行校正。
用于校正的流量基准器是事先准备的能够以极高的精度显示正确的流量的器件。作为流量基准器，例如可以使用molbloc(DH Instruments社制)或基于实际流量严格地执行流量校正的质量流量计等任意的流量传感器。
这样，流量控制设备10基于流量设定Qs和下述流量的比较，再多个流量设定中进行校正，所述流量为通过流量基准器对接受流量设定Qs而被控制的控制流量进行测量且由上述流量基准器测量的流量。在此，多个流量设定是指，例如与将最大流量设定设为100％流量时的0～100％的流量对应。进行校正的流量设定，例如可以是如10％流量、20％流量、…，90％流量、100％流量那样按照每10％的离散式的流量设定，也可以是连续的流量设定。
图3表示相对于流量设定Qs的整个区域设置的规定容许误差范围R1(规格范围)。在流量校正中，以如下方式进行校正：使输入流量控制设备10的流量设定Qs与来自流量基准器的测量流量之差收敛于规定容许误差范围，所述流量基准器对流量控制设备所控制的流量进行测量。
在本实施方式中，在组装于气体供给系统1的至少一个流量控制设备10中，进行上述校正动作，直到上述多个流量设定的中的特定的一个或几个流量设定Qs0(例如50sccm)和流量基准器显示的基准流量之差，与规定容许误差范围R1(规格范围)进行比较满足较小的基准为止。其结果，在特定流量设定Qs0中，进一步减小了与实际的流量(或基准流量)的误差，比其他流量设定中更能够控制正确的流量。
特定流量设定Qs0可以是任意的流量设定，也可以由使用者适当选择。另外，特定流量设定Qs0也可以作为减小了与基准流量的误差的流量设定而存储于流量控制设备10具备的存储装置(存储器)中。
这样，在规定的流量控制设备10中，在单个或多个特定流量设定Qs0中，与基准流量的容许误差范围被设为小于其他流量设定中的容许误差范围。图3所示方式中，在流量设定Qs超过最大流量的10％的情况下，将设置点±1％以下设定为规定容许误差范围R1，在流量设定Qs为最大流量的10％以下的情况下，将满量程±0.1％以下设定为规定容许误差范围R1，而例如在特定流量设定Qs为最大流量的10％以下的情况下，设定为小于满量程±0.1％(例如满量程±0.05％以下)的误差范围内。
基准容量的体积Vs的测定，例如可以在具备图1所示运算控制装置25的流量测定设备30中进行。向流量测定设备30输入识别进行了上述校正动作的流量控制设备10的信息和识别该流量控制设备10的特定流量设定Qs0的信息。识别特定流量设定Qs0的信息，可以事先输入流量测定设备30，并储存于运算控制装置25的存储器，也可以在体积Vs的测定时从流量控制设备10的存储器读出。
以下，一面参照图1和图4一面对基准容量20的体积Vs的测定方法的一例进行说明。
首先，如步骤S1所示，在气体供给系统1中所有的第一阀21关闭、第二阀22打开的状态下，利用真空泵3进行抽真空，基准容量20被排气。如步骤S2所示，在进行了上述流量校正的流量控制设备10中将流量设定为特定流量设定Qs0。
接着，如步骤S3所示，打开上述流量控制设备10的下游侧的第一阀21，使气体以特定流量设定Qs0流入基准容量20。接着，在气体的流动稳定经过规定时间后，如步骤S4所示关闭第二阀22。据此，基准容量20内的压力开始上升。
此时，如步骤S5所示，在时刻t1使用压力传感器23测定基准容量20的压力Pt1，使用温度传感器24测定温度T。之后，如步骤S6和步骤S7所示，在经过规定时间Δt的时刻t2时(t2-t1＝Δt)，通过压力传感器23测定上升的基准容量20的压力Pt2。时间Δt例如可由压力传感器23的采样周期计数。
接着，如步骤S8所示，在运算控制装置25中求出ΔP＝Pt2-Pt1，例如可以基于Qs0＝(ΔP/Δt)×(Vs/RT)(R为气体常数)算出体积Vs。如此求出的基准容量20的体积Vs，是使用进行了高精度的校正且误差较少的流量设定Qs0而获得的，因此具有高的精度。
另外，可以使用如上所述求出的基准容量的体积Vs，利用ROR法，用与上述步骤相同的步骤对流量进行测定。
当对具体例进行说明时，首先，在所有的第一阀21关闭、第二阀22打开的状态下，利用真空泵3对基准容量20进行抽真空。接着，打开任一个设置在任意的流量控制器10的下游侧的第一阀21，经由流量控制器10以任意的流量设定Qs流入气体。接着，在气体的流入稳定经过规定时间后，关闭第二阀22。
之后，使用压力传感器23测定基准容量20的压力Pt1，利用温度检测器24测定温度T。另外，经过规定时间Δt后，测定基准容量的压力Pt2。之后，求出ΔP＝Pt2-Pt1，并且使用存储于存储器等的已知的基准容量体积Vs，根据Q＝(ΔP/Δt)×Vs/RT可以测定实际流量Q。
如上所述测定的流量Q，可以用于与流量控制设备10的流量设定Qs的比较检证，基于利用上述ROR法所求出的流量Q，也能够进行任意的流量控制设备10的流量设定Qs的校正。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但可以作各种改变。在上述实施方式中，在事先进行了特别严格的校正动作的特定流量设定Qs0中流入气体，使用此时的特定流量设定Qs0而测定基准容量20的体积Vs，但是也可以在特定流量设定Qs0中不进行严格的校正动作，取而代之，在特定流量设定Qs0中将流量基准器显示的流量Qs0’与特定流量设定Qs0建立关连并存储于存储器等，在求出基准容量20的体积Vs时使用该流量Qs0’。
在该方式中，例如，在流量控制设备的流量设定Qs0为50sccm的情况下，存在校正动作下流量基准器显示的流量为49.9sccm的情况。在这种情况下，在求出基准容量20的体积Vs的过程(例如图4所示流程图的步骤S8)中，并非使用Qs0＝50sccm，而是使用Qs0’＝49.9sccm且根据Qs0’＝(ΔP/Δt)×Vs/RT而求出体积Vs。据此，能够求出更正确的体积Vs。如此求出更正确的体积Vs之后，与上述同样地，可以利用ROR法对流量进行测定。
产业上的可利用性
如果使用应用了根据本发明的实施方式的流量校正方法的流量控制设备，那么在组装于气体供给系统之后也能够以良好精度对流量进行测定。

Claims (8)

1.一种流量控制设备的流量校正方法，其特征在于，
基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围。
2.一种流量控制设备，其特征在于，
利用权利要求1所述的流量校正方法而被校正。
3.根据权利要求2所述的流量控制设备，其特征在于，
具有存储装置，所述存储装置中存储有识别所述至少一个特定流量设定的信息。
4.根据权利要求2或3所述的流量控制设备，其特征在于，
用于测定与所述流量控制设备的下游侧连接的基准容量的体积。
5.一种流量测定设备，其特征在于，
与权利要求4所述的流量控制设备的下游侧连接，对流入所述基准容量的气体的流量进行测定，
所述流量测定设备具备：对所述基准容量的压力进行测定的压力传感器；以及对所述基准容量的温度进行测定的温度传感器，
所述流量测定设备以如下方式构成：基于所述基准容量的体积、所述基准容量的压力变化率以及所述基准容量的温度，对流量进行测定，所述基准容量的体积通过以所述至少一个特定流量设定使气体从所述流量控制设备流入所述基准容量而测定。
6.一种流量测定方法，其特征在于，
在气体供给系统中进行，所述气体供给系统具备：流量控制设备；设置于所述流量控制设备的下游侧的基准容量；以及对流入所述基准容量的气体的流量进行测定的流量测定设备，所述流量测定方法包含以下步骤：
基于与由流量基准器测量的流量的比较进行所述流量控制设备的流量校正的步骤，其中，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围；
通过以所述至少一个特定流量设定使气体从所述流量控制设备流入所述基准容量而对所述基准容量的体积进行测定的步骤；以及
在所述流量测定设备中，基于使气体流入所述基准容量时的所述基准容量的压力变化率、所述基准容量的温度以及所述测定的基准容量的体积对流量进行测定的步骤。
7.一种流量测定方法，其特征在于，
为在气体供给系统中对气体流量进行测定的流量测定方法，
所述气体供给系统具备：
与多个气体供给源分别连接的多个气体供给线路；
分别设置于所述多个气体供给线路的多个流量控制设备；
分别设置于所述多个气体供给线路的多个第一阀；
在所述多个第一阀的下游侧与所述多个气体供给线路共用地连接的共用气体供给线路；
设置于所述共用气体供给线路的第二阀；
对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的压力进行测定的压力传感器；以及
对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的温度进行测定的温度传感器，
所述流量测定方法，在气体供给系统中，使用所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路作为基准容量，基于在关闭所述第二阀的状态下使气体经由所述多个流量控制设备中的任一个而流入所述基准容量时的所述压力传感器显示的压力变化以及所述温度传感器显示的温度，对气体的流量进行测定，其中，
所述多个流量控制设备中的至少一个流量控制设备，在组装于所述流量控制系统之前，基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，将所述多个流量设定的中的至少一个特定流量设定的容许误差范围，设定为小于所述规定容许误差范围，
在所述至少一个流量控制设备组装于所述流量控制系统之后，通过以所述至少一个特定流量设定流入气体而进行所述基准容量的体积的测量，使用所述测量的体积对流量进行测定。
8.一种流量测定方法，其特征在于，
为在气体供给系统中对气体流量进行测定的方法，所述气体供给系统具备：
与多个气体供给源分别连接的多个气体供给线路；
分别设置于所述多个气体供给线路的多个流量控制设备；
分别设置于所述多个气体供给线路的多个第一阀；
在所述多个第一阀的下游侧与所述多个气体供给线路共用地连接的共用气体供给线路；
设置于所述共用气体供给线路的第二阀；
对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的压力进行测定的压力传感器；以及
对所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路的温度进行测定的温度传感器，
所述流量测定方法，在气体供给系统中，使用所述多个第一阀与所述第二阀之间的流路作为基准容量，基于在关闭所述第二阀的状态下使气体经由所述多个流量控制设备中的任一个而流入所述基准容量时的所述压力传感器显示的压力变化以及所述温度传感器显示的温度，对气体的流量进行测定，其中，
所述多个流量控制设备中的至少一个流量控制设备，在组装于所述流量控制系统之前，基于与由流量基准器测量的流量的比较进行流量校正，针对多个流量设定而设定规定容许误差范围，在所述多个流量设定中的至少一个特定流量设定中，由所述流量基准器测量的流量与所述至少一个特定流量设定建立关连并存储于所述流量控制设备的存储装置，
在所述至少一个流量控制设备被组装于所述流量控制系统之后，通过以所述至少一个特定流量设定流入气体而进行所述基准容量的体积的测量时，使用存储于所述流量控制设备的存储装置的由所述流量基准器测量的流量而进行所述基准容量的体积的测量，使用所述测量的体积对流量进行测定。
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