JP2002115800A - Pressure controller equipped with flow measuring function - Google Patents
Pressure controller equipped with flow measuring functionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造ライン
等にガスを供給する際に使用される、流量計測機能を具
えた圧力制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure control device having a flow rate measuring function used for supplying a gas to a semiconductor manufacturing line or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体の製造ラインの各工程には、各種
の流量制御されたガスが、適切に圧力制御された状態で
供給されなければならない。そして、このように圧力制
御がなされるためには、供給源から供給されるガスの一
部をリークさせなければならない。ここで、半導体製造
ラインにガスを供給するための構成について、便宜的に
図１を用いて説明する。ガスを供給するための基本配管
Ｈは、主配管Ｍとリーク配管Ｌとに分岐されており、主
配管Ｍは半導体プロセス等、ガスを供給すべき工程Ｓに
連結され、リーク配管Ｌは真空ポンプＶに連結されてい
る。従って、ガス供給源Ｏから供給されるガスは、主配
管Ｍとリーク配管Ｌとに別れて通過する。2. Description of the Related Art Various processes for controlling the flow of gas must be supplied to each step of a semiconductor manufacturing line in a state where pressure is appropriately controlled. In order to perform such pressure control, a part of the gas supplied from the supply source must be leaked. Here, a configuration for supplying gas to the semiconductor manufacturing line will be described with reference to FIG. 1 for convenience. A basic pipe H for supplying gas is branched into a main pipe M and a leak pipe L. The main pipe M is connected to a process S for supplying gas, such as a semiconductor process, and the leak pipe L is a vacuum pump. V. Therefore, the gas supplied from the gas supply source O passes through the main pipe M and the leak pipe L separately.
【０００３】目的の工程に供給されるガス、すなわち、
主配管Ｍを通過するガスの流量は正確に知る必要がある
とともに、所定の圧力に制御されていなければならな
い。所定の圧力が高い場合には、従来では、主配管Ｍの
途中にサーマルセンサ（図示せず。）を設けて、主配管
Ｍを通過するガスの流量を測定していた。なお、リーク
配管Ｌにはバルブ（図示せず。）が設けられ、ガスの一
部をリークさせていた。[0003] The gas supplied to the target process, ie,
The flow rate of the gas passing through the main pipe M needs to be known accurately, and must be controlled to a predetermined pressure. Conventionally, when the predetermined pressure is high, a thermal sensor (not shown) is provided in the middle of the main pipe M to measure the flow rate of the gas passing through the main pipe M. In addition, a valve (not shown) was provided in the leak pipe L, and a part of gas was leaked.
【０００４】サーマルセンサとしては、例えば、特開平
３−１５４８２６号公報に記載されたものがあり、これ
は、ステンレスチューブに発熱抵抗線を巻回させ、チュ
ーブ内をガスが通過することによって発生する発熱抵抗
線の温度変化を検知し、それを電気信号に変えて、ガス
の流量を検知するようにしたものである。なお、一般
に、ステンレスチューブの内径は１ｍｍ以下、センサと
して必要な長さは、約１０ｍｍである。[0004] As a thermal sensor, for example, there is one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-154826, which is generated by winding a heating resistance wire around a stainless steel tube and passing a gas through the tube. The temperature change of the heating resistance wire is detected, and the temperature change is converted into an electric signal to detect the gas flow rate. Generally, the inner diameter of the stainless steel tube is 1 mm or less, and the length required as a sensor is about 10 mm.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、サーマ
ルセンサはステンレスチューブ内を通過するガスの流量
を検出するものであるが、チューブ内を流過するガスの
圧力損失が大きいため、測定するガスの圧力が小さい
と、流量を検知することができない。例えば、ウエハー
のエッチング工程では、ウエハーの温度を管理するた
め、ウエハーとステージの間に１０〜２０（Ｔｏｒｒ）
に減圧された１０（ｓｃｃｍ）程度の微小量のヘリウム
ガスを供給する必要がある。しかし、従来のサーマルセ
ンサでは、上記のように減圧された微小量のガスの流量
を検知することができなかった。そして、上記のウエハ
ーのエッチング工程において、供給されるヘリウムガス
の流量が正確に検知されないと、ウエハーの温度のばら
つきが把握できず、品質管理の点で問題がある。As described above, the thermal sensor detects the flow rate of the gas passing through the stainless steel tube. However, since the gas flowing through the tube has a large pressure loss, the gas to be measured is measured. If the pressure is too small, the flow rate cannot be detected. For example, in a wafer etching process, 10 to 20 (Torr) is applied between a wafer and a stage in order to control the temperature of the wafer.
It is necessary to supply a small amount of helium gas of about 10 (sccm), which is reduced in pressure. However, the conventional thermal sensor cannot detect the flow rate of the minute amount of gas decompressed as described above. If the flow rate of the supplied helium gas is not accurately detected in the above-described wafer etching process, variations in the temperature of the wafer cannot be grasped, and there is a problem in quality control.
【０００６】また、主配管Ｍを通過するガスの圧力を制
御するためには、サーマルセンサとは別に、圧力センサ
や圧力制御弁を設けることが必要である。In order to control the pressure of the gas passing through the main pipe M, it is necessary to provide a pressure sensor and a pressure control valve separately from the thermal sensor.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、流量制御され
たガスが供給される基本配管と、前記基本配管から分岐
した主配管とリーク配管とを具え、前記主配管に主配管
用圧力センサが設けられ、前記リーク配管に、圧力制御
弁とリーク配管用圧力センサとノズルが、流れの方向に
この順序で設けられ、前記主配管を通過するガスの圧力
を前記主配管用圧力センサによって検知しその信号に基
づいて前記圧力制御弁により前記主配管のガス圧力を制
御するとともに、前記リーク配管用圧力センサによって
検知した圧力に基づいて前記ノズルを通過するガス流量
を計測し、前記基本配管における流量と前記ノズルを通
過するガス流量との差から前記主配管におけるガス流量
を検知することを特徴とする、流量計測機能を具えた圧
力制御装置によって、前記の課題を解決した。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a basic pipe to which a gas whose flow rate is controlled is supplied, a main pipe branched from the basic pipe, and a leak pipe, wherein the main pipe has a pressure sensor for the main pipe. A pressure control valve, a pressure sensor for the leak pipe, and a nozzle are provided in the leak pipe in this order in the direction of flow, and the pressure of the gas passing through the main pipe is detected by the pressure sensor for the main pipe. And controlling the gas pressure of the main pipe by the pressure control valve based on the signal, measuring the gas flow rate passing through the nozzle based on the pressure detected by the leak pipe pressure sensor, and measuring the gas flow rate in the basic pipe. A pressure control device having a flow rate measurement function, characterized by detecting a gas flow rate in the main pipe from a difference between a flow rate and a gas flow rate passing through the nozzle. It was solved the above problems.
【０００８】[0008]
【作用】本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置に
よれば、１０〜２０（Ｔｏｒｒ）に減圧されたガスであ
っても、圧力を制御しながら、同時に流量を計測するこ
とが可能になる。According to the pressure control device having the flow rate measuring function of the present invention, it is possible to measure the flow rate at the same time while controlling the pressure even if the pressure of the gas is reduced to 10 to 20 (Torr). Become.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の流量計測機能を
具えた圧力制御装置（以下、単に「装置」という。）１
０の概念図である。既に説明したとおり、この装置１０
の基本配管Ｈは、主配管Ｍとリーク配管Ｌとに分岐して
おり、主配管Ｍは半導体製造プロセス等の工程Ｓに連結
され、リーク配管Ｌは真空ポンプＶに連結されている。
リーク配管Ｌの途中に、後述する圧力制御・流量計測部
２０が設けられている。主配管Ｍの途中には主配管用圧
力センサＰＭが設けられ、この主配管用圧力センサＰＭ
からの信号は、上記の圧力制御・流量計測部２０の圧力
制御弁４０にフィードバックされるようになっている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a pressure control device (hereinafter simply referred to as "device") 1 having a flow rate measuring function according to the present invention.
It is a conceptual diagram of 0. As already explained, this device 10
Is branched into a main pipe M and a leak pipe L. The main pipe M is connected to a process S such as a semiconductor manufacturing process, and the leak pipe L is connected to a vacuum pump V.
In the middle of the leak pipe L, a pressure control / flow rate measuring unit 20 described later is provided. A main pipe pressure sensor PM is provided in the middle of the main pipe M.
Is fed back to the pressure control valve 40 of the pressure control / flow rate measurement unit 20 described above.
【００１０】図２は、図１に示す装置１０の要部となる
圧力制御・流量計測部２０の一部を破断した正面図であ
る。この圧力制御・流量計測部２０は、ガスの流過通路
３２が設けられたベース３０を有している。ベース３０
には圧力制御弁４０、リーク配管用圧力センサＰＬ、ノ
ズル５０が、流れの方向にこの順序で設けられている。
リーク配管用圧力センサＰＬは、ノズル５０の上流側圧
力を測定するためのものである。圧力制御弁４０として
は、周知の電磁弁等が使用される。FIG. 2 is a front view in which a part of a pressure control / flow rate measuring unit 20 which is a main part of the apparatus 10 shown in FIG. 1 is cut away. The pressure control / flow rate measuring unit 20 has a base 30 provided with a gas flow passage 32. Base 30
Is provided with a pressure control valve 40, a pressure sensor PL for leak piping, and a nozzle 50 in this order in the flow direction.
The leak pipe pressure sensor PL is for measuring the pressure on the upstream side of the nozzle 50. As the pressure control valve 40, a known electromagnetic valve or the like is used.
【００１１】図２に示す圧力制御・流量計測部２０に使
用されるノズル５０は、従来から周知のものであるか
ら、その基本的構成、作用・効果についての説明は省略
するが、ノズルの上流側圧力Ｐｕが小さい場合（２０Ｔ
ｏｒｒ以下）、ノズルの上流側圧力Ｐｕとノズルを通過
するガス流量Ｑｍとの関係は、図３のようになることが
実験により確認されている。従って、ノズルの上流側圧
力Ｐｕを検知し、これを図３の特性に基づいて電気的に
直線補正することによって、ノズルを通過するガス流量
Ｑｍを知ることができる。Since the nozzle 50 used in the pressure control / flow rate measuring unit 20 shown in FIG. 2 is well known in the related art, its basic configuration, operation and effect will not be described, but the upstream side of the nozzle will be described. When side pressure Pu is small (20T
It has been confirmed by experiments that the relationship between the upstream pressure Pu of the nozzle and the gas flow rate Qm passing through the nozzle is as shown in FIG. Therefore, the gas flow rate Qm passing through the nozzle can be known by detecting the upstream pressure Pu of the nozzle and electrically linearly correcting it based on the characteristics shown in FIG.
【００１２】次に、本発明の装置１０の作動について説
明する。図１において、主配管Ｍを通過するガスの圧力
とリーク配管Ｌを通過するガスの圧力は等しい。本発明
の装置１０では、主配管用圧力センサＰＭで主配管Ｍを
通過するガスの圧力を検知し、その信号をリーク配管Ｌ
に設けた圧力制御弁４０にフィードバックさせている。
そして、フィードバックされた信号に基づいて、圧力制
御弁４０が作動し、供給ガスの圧力が制御されるように
なっている。この装置１０において、圧力制御弁４０に
よって直接制御されるのはリーク配管Ｌを通過するガス
の圧力であるが、上記のとおり、リーク配管Ｌを通過す
るガスの圧力と、主配管Ｍを通過するガスの圧力は等し
から、圧力制御弁４０によって、主配管Ｍを通過するガ
スの圧力が制御されることになる。Next, the operation of the apparatus 10 of the present invention will be described. In FIG. 1, the pressure of the gas passing through the main pipe M is equal to the pressure of the gas passing through the leak pipe L. In the apparatus 10 of the present invention, the pressure of the gas passing through the main pipe M is detected by the main pipe pressure sensor PM, and the signal is transmitted to the leak pipe L.
The pressure is fed back to the pressure control valve 40 provided in.
Then, the pressure control valve 40 is operated based on the feedback signal, and the pressure of the supply gas is controlled. In this device 10, what is directly controlled by the pressure control valve 40 is the pressure of the gas passing through the leak pipe L, but as described above, the pressure of the gas passing through the leak pipe L and passing through the main pipe M. Since the gas pressures are equal, the pressure of the gas passing through the main pipe M is controlled by the pressure control valve 40.
【００１３】なお、主配管Ｍには主配管用圧力センサＰ
Ｍが設けられているだけであるから、主配管Ｍを通過す
るガスの圧力損失はない。The main pipe M is provided with a main pipe pressure sensor P.
Since only M is provided, there is no pressure loss of the gas passing through the main pipe M.
【００１４】図１において、供給源Ｏから供給されるガ
スの流量をＱ0、リーク配管Ｌを通過するガスの流量を
Ｑ2とすると、主配管Ｍを流過するガスの流量Ｑ1は、 Ｑ1＝Ｑ0−Ｑ2 で表される。ここで、供給源から供給されるガスの流量
Ｑ0は制御された既知の値であるから、主配管Ｍを通過
するガスの流量Ｑ1を求めるためには、リーク配管Ｌを
通過するガスの流量Ｑ2を測定すればよい。一方、既に
述べたとおり、リーク配管Ｌを通過するガスの流量Ｑ2
は、リーク配管用圧力センサＰＬによってノズル５０の
上流側圧力を測定することによって知ることができる。In FIG. 1, assuming that the flow rate of the gas supplied from the supply source O is Q 0 and the flow rate of the gas passing through the leak pipe L is Q 2 , the flow rate Q 1 of the gas flowing through the main pipe M is represented by Q 1 = Q 0 -Q 2. Here, since the flow rate Q 0 of the gas supplied from the supply source is a controlled and known value, in order to obtain the flow rate Q 1 of the gas passing through the main pipe M, the flow rate of the gas passing through the leak pipe L is determined. the flow rate Q 2 may be measured. On the other hand, as described above, the flow rate Q 2 of the gas passing through the leak pipe L
Can be determined by measuring the pressure on the upstream side of the nozzle 50 with the pressure sensor for leak piping PL.
【００１５】従って、本発明の装置１０によれば、主配
管Ｍを通過するガスの圧力を所定の値に制御しながら、
同時に、主配管Ｍを通過するガスの流量を計測すること
ができることになる。また、ノズル５０の作動はガスの
圧力に依存しないから、供給するガスが１０〜２０（Ｔ
ｏｒｒ）程度に減圧されていても、ガス流量の計測は可
能である。従って、半導体製造の一工程であるウエハー
のエッチング工程において、減圧された微小流量のヘリ
ウムガスを供給する場合、ヘリウムガスの圧力制御をし
ながら流量を計測することができるので、ウエハーの温
度管理が確実に行なわれることになる。その結果、製品
の品質を一定に保持することができ、且つ、品質異常の
早期発見も可能となる。Therefore, according to the apparatus 10 of the present invention, while controlling the pressure of the gas passing through the main pipe M to a predetermined value,
At the same time, the flow rate of the gas passing through the main pipe M can be measured. Further, since the operation of the nozzle 50 does not depend on the gas pressure, the supplied gas is 10 to 20 (T
Even if the pressure is reduced to about (or), the gas flow rate can be measured. Therefore, in the case of supplying a helium gas at a reduced pressure in the wafer etching step, which is one step of semiconductor manufacturing, the flow rate can be measured while controlling the pressure of the helium gas. It will surely be done. As a result, the quality of the product can be maintained at a constant level, and the quality abnormality can be detected early.
【００１６】また、圧力制御弁４０、圧力センサＰＬ、
ノズル５０は１つのベース３０に取付けることができる
ので、全体的構成が簡易になり、設置も容易で、場所を
取ることもない。Further, a pressure control valve 40, a pressure sensor PL,
Since the nozzle 50 can be mounted on one base 30, the overall configuration is simplified, the installation is easy, and no space is required.
【００１７】なお、圧力制御弁４０として、電磁弁の代
わりにピエゾアクチュエータを使用すると、より微細な
ガスの圧力制御が可能となる。If a piezo actuator is used as the pressure control valve 40 instead of an electromagnetic valve, finer gas pressure control becomes possible.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明の流量計測機能を具えた圧力制御
装置によれば、小流量で減圧されたガスの供給圧力を制
御しながら、その流量を計測することができるという効
果を奏する。また、圧力制御弁、圧力センサＰＬ、ノズ
ルは１つのベースに取付けることができるので、全体的
構成を簡易にするとともに、取付けが容易で場所を取る
こともない効果がある。According to the pressure control device having the flow rate measuring function of the present invention, the flow rate can be measured while controlling the supply pressure of the gas reduced at a small flow rate. Further, since the pressure control valve, the pressure sensor PL, and the nozzle can be mounted on one base, there is an effect that the overall configuration is simplified, the mounting is easy, and no space is required.
【図１】 本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置
の概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram of a pressure control device having a flow rate measurement function according to the present invention.
【図２】 図１の流量計測機能を具えた圧力制御装置の
要部をなす圧力制御・流量計測部の一部を破断した正面
図。FIG. 2 is a front view in which a part of a pressure control / flow rate measuring unit which is a main part of the pressure control device having the flow rate measuring function of FIG. 1 is cut away.
【図３】 ノズルの上流側圧力とノズルを通過する流量
との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the upstream pressure of the nozzle and the flow rate passing through the nozzle.
１０：流量計測機能を具えた圧力制御装置 ２０：圧力制御・流量計測部 ３０：ベース ３２：流路 ４０：圧力制御弁 ５０：ノズル Ｈ：基本配管 Ｍ：主配管 Ｌ：リーク配管 ＰＭ：主配管用圧力センサ ＰＬ：リーク配管用圧力センサ 10: Pressure control device provided with flow rate measurement function 20: Pressure control / flow rate measurement unit 30: Base 32: Flow path 40: Pressure control valve 50: Nozzle H: Basic pipe M: Main pipe L: Leak pipe PM: Main pipe Pressure sensor PL: Pressure sensor for leak piping
Claims (2)
管と、 前記基本配管から分岐した主配管とリーク配管とを具
え、 前記主配管に主配管用圧力センサが設けられ、 前記リーク配管に、圧力制御弁とリーク配管用圧力セン
サとノズルが、流れの方向にこの順序で設けられ、 前記主配管を通過するガスの圧力を前記主配管用圧力セ
ンサによって検知しその信号に基づいて前記圧力制御弁
により前記主配管のガス圧力を制御するとともに、 前記リーク配管用圧力センサによって検知した圧力に基
づいて前記ノズルを通過するガス流量を計測し、 前記基本配管における流量と前記ノズルを通過するガス
流量との差から前記主配管におけるガス流量を検知する
ことを特徴とする、 流量計測機能を具えた圧力制御装置。1. A main pipe to which a gas whose flow rate is controlled is supplied, a main pipe branched from the basic pipe, and a leak pipe, wherein the main pipe is provided with a main pipe pressure sensor, and the leak pipe is A pressure control valve, a pressure sensor for a leak pipe, and a nozzle are provided in this order in the flow direction, and the pressure of the gas passing through the main pipe is detected by the pressure sensor for the main pipe, and the pressure is determined based on a signal thereof. Controlling the gas pressure of the main pipe with a control valve, measuring the gas flow rate passing through the nozzle based on the pressure detected by the leak pipe pressure sensor, and measuring the flow rate in the basic pipe and the gas passing through the nozzle. A pressure controller having a flow rate measurement function, wherein a gas flow rate in the main pipe is detected from a difference from a flow rate.
サ及びノズルが、内部に流路が形成されたベースに取付
けられている、請求項１の流量計測機能を具えた圧力制
御装置。2. The pressure control device having a flow rate measurement function according to claim 1, wherein the pressure control valve, the pressure sensor for leak piping, and the nozzle are mounted on a base having a flow path formed therein.
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
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