JP2007214406A - Semiconductor manufacturing apparatus mounted with mass-flow-rate controller having flow-rate testing function - Google Patents

Semiconductor manufacturing apparatus mounted with mass-flow-rate controller having flow-rate testing function Download PDF

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Makoto Tanaka
田中  誠
Akihito Hayashi
明史 林
Shigehiro Suzuki
茂洋 鈴木
Takao Goto
崇夫 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide such a semiconductor manufacturing apparatus that mass-flow-rate testing operations are performed automatically in the semiconductor manufacturing apparatus having mass-flow-rate controllers. <P>SOLUTION: The semiconductor manufacturing apparatus 1 has mass-flow-rate controllers 40 and opening/closing valves V in its fluid feeding passage, and has an exhausting device P at its end. Further, the semiconductor apparatus 1 has a controller C for controlling the operations of the mass-flow-rate controllers 40, the opening/closing valves V, and the exhausting device P, etc. Moreover, the mass-flow-rate controller 40 has the testing function for its flow-rate control. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の質量流量を計測する質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置に係り、特に質量流量制御の精度の検定を行うことができる質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a mass flow control device that measures a mass flow rate of a fluid having a relatively small flow rate such as a gas, and more particularly, to a mass flow control device capable of verifying accuracy of mass flow control. The present invention relates to a mounted semiconductor manufacturing apparatus.

一般に、半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、半導体ウエハ等に対して例えばCVD成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置において繰り返し行われるが、この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く制御する必要から例えばマスフローコントローラのような質量流量制御装置が用いられている。
しかして、この種の質量流量制御装置にあっては、流量設定信号が示す質量流量(以下、単に「流量」とも称す)に対して実際に流量制御弁に流れる流量(以下、「実流量」とも称す)が精度良く一致することが必要であるが、供給ガス圧が変化した場合や、装置自体が経年変化した場合などには、装置の納入当初と同じバルブ駆動電圧を印加しても流れるガスの実流量が僅かに異なる場合が発生する。
In general, in order to manufacture a semiconductor product such as a semiconductor integrated circuit, for example, CVD film formation and etching operations are repeatedly performed on a semiconductor wafer or the like in various semiconductor manufacturing apparatuses. For example, a mass flow controller such as a mass flow controller is used because it is necessary to control the supply amount of the gas accurately.
Therefore, in this type of mass flow control device, the flow (hereinafter referred to as “actual flow”) that actually flows through the flow control valve with respect to the mass flow indicated by the flow setting signal (hereinafter also simply referred to as “flow”). (Also referred to as “Also”), it is necessary to match with high accuracy. However, if the supply gas pressure changes or the device itself changes over time, it will flow even if the same valve drive voltage as the original delivery is applied. There are cases where the actual flow rate of the gas is slightly different.

特に、プロセスガスに利用されるシラン、ホスフィンといった腐食性ガスは、特性上ガス配管ラインを含んだ半導体製造装置の内部にも生成固形物を析出させる可能性があり、その生成固形物が、半導体製造装置内の各所の容積変化を生じさせることがある。例えば、従来技術の検定タンクを含むシステムでは、そのタンクの形状はおおよそ10φ×28mmで、0.1mmの生成物が処理室内面全体に付着したとして、その体積変化率は4.6%にすぎない。一方質量流量制御装置の細管部(センサーパイプ)への生成物付着は、付着前と付着後とのパイプの断面積比で決まるから、パイプ内径を0.5mmとすると、0.1mmの生成物付着による断面積変化は64%となり、厳格に流量を管理すべき質量流量制御装置の性能が低下し、適正なガス供給が行なわれなくなってしまう。   In particular, corrosive gases such as silane and phosphine used for process gas may cause the generated solids to be deposited inside the semiconductor manufacturing equipment including the gas piping line due to the characteristics. It may cause volume changes at various locations within the manufacturing apparatus. For example, in a system including a prior art test tank, the shape of the tank is approximately 10φ × 28 mm, and the volume change rate is only 4.6% assuming that a 0.1 mm product adheres to the entire processing chamber surface. Absent. On the other hand, the product adhesion to the narrow pipe part (sensor pipe) of the mass flow controller is determined by the ratio of the cross-sectional area of the pipe before and after the adhesion. The change in the cross-sectional area due to adhesion is 64%, and the performance of the mass flow rate control device that should strictly control the flow rate deteriorates, and proper gas supply cannot be performed.

このため、質量流量制御装置が設計通りに流量を制御することができるか否かを検証するために定期的、或いは不定期的に流量検定が実施されている。この流量検定の一例は、ガス管路に容量が既知の検定用タンクを別途設け、一定のガス流量を安定的に流した状態からガスの供給を停止し、この後に、上記検定用タンク内に蓄積されていたガスが流れ出る時のガスの圧力変化を、出荷時等の基準となる圧力変化と比較することにより、その正否を判断するようにしている。   For this reason, in order to verify whether or not the mass flow controller can control the flow rate as designed, flow rate verification is performed periodically or irregularly. An example of this flow rate verification is to provide a separate verification tank with a known capacity in the gas pipeline, stop the gas supply from a state where a constant gas flow rate has been stably flowed, and then put it into the verification tank. Whether the accumulated gas flows out or not is compared with a reference pressure change at the time of shipment or the like to determine whether the gas is right or wrong.

例えば、特許文献1は、複数のプロセスガスラインと、前記プロセスガスラインから分岐接続された計測ガスラインと、前記計測ガスラインには第1圧力調整器と、遮断弁と、圧力センサと、第2圧力調整器とが順次配管され、前記遮断弁と前記第2圧力調整器との間の圧力降下を圧力センサによって測定することで質量流量制御装置を検定する流量検定システムを開示している。
また、特許文献2には、流量計と、マスフローコントローラのセンサ部でガス流量を測定し、得られた検出特性に基づいてマスフローコントローラの検出特性を補正する校正方法が開示されている。
更に、特許文献3には、プロセスガス系とは別に、流量検定用ガス源と、検定用マスフローコントローラと、開閉弁を経由し排気装置に至る配管系を有した半導体製造装置を提案している。
For example, Patent Document 1 discloses a plurality of process gas lines, a measurement gas line branched from the process gas line, a first pressure regulator, a shut-off valve, a pressure sensor, There is disclosed a flow rate verification system in which two pressure regulators are sequentially piped, and a mass flow rate controller is validated by measuring a pressure drop between the shutoff valve and the second pressure regulator with a pressure sensor.
Patent Document 2 discloses a calibration method in which a gas flow rate is measured by a flow meter and a sensor unit of a mass flow controller, and the detection characteristics of the mass flow controller are corrected based on the obtained detection characteristics.
Further, Patent Document 3 proposes a semiconductor manufacturing apparatus having a flow rate verification gas source, a verification mass flow controller, and a piping system that leads to an exhaust device via an on-off valve, in addition to the process gas system. .

特開平11−223538号公報JP 11-223538 A 特開2004−20306号公報JP 2004-20306 A 特開平6−53103号公報JP-A-6-53103

ところが、特許文献1に示された流量検定システムによれば、分岐された計測ガスラインを別途敷設しなければならず、また、前記計測ガスラインを操作し、検定する為の専用パソコンシステムを必要としている、という問題点がある。特許文献2においては、配管類の敷設は最小限であるが、校正用の流量計自体を別途検定しておく必要があり、更に検定時には、マスフローコントローラの上流および下流に敷設されている圧力レギュレータあるいはバルブ類を検定状態に適するよう操作をしておく必要がある、という問題点がある。また、特許文献3に示された半導体製造装置によれば、分岐された流量校正用ガスラインを別途敷設しなければならず、かつ検定用装置にマスフローコントローラで構成していることから、検定用装置と被検定装置とは同じ原理を利用した流量検定であって、同様に生成固形物が付着した検定装置での校正には誤差が大きいといった問題がある。
更には、質量流量制御装置の検定を行う時期は、末端の半導体製造装置の状態を確認する必要があり、この確認作業、ライン停止の判断、更にバルブ類の操作などの作業が煩雑になるのみならず、ガスを使用する半導体製造装置も長時間に亘って停止させなければならない、といった問題があった。
以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、本発明の目的は、特別な配管敷設を必要とせず、煩雑な作業をせずとも自動的に質量流量制御装置の検定及び流量校正を実施する流量検定機能付質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置を提供することにある。
However, according to the flow rate verification system disclosed in Patent Document 1, a branched measurement gas line must be separately installed, and a dedicated personal computer system for operating and verifying the measurement gas line is required. There is a problem that. In Patent Document 2, the installation of piping is minimal, but the calibration flow meter itself needs to be separately verified, and at the time of verification, pressure regulators are installed upstream and downstream of the mass flow controller. Alternatively, there is a problem that the valves need to be operated so as to be suitable for the test state. In addition, according to the semiconductor manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 3, a branched flow calibration gas line must be separately installed, and the verification apparatus is configured with a mass flow controller. The apparatus and the apparatus to be tested are flow rate tests using the same principle, and similarly, there is a problem that the calibration with the test apparatus to which the generated solid matter is attached has a large error.
Furthermore, it is necessary to check the state of the semiconductor manufacturing equipment at the end when the mass flow control device is verified, and this confirmation work, line stop judgment, and operation of valves, etc. are only complicated. In addition, there is a problem that a semiconductor manufacturing apparatus using gas must be stopped for a long time.
Focusing on the above problems, it was created to effectively solve this problem, and the object of the present invention is to eliminate the need for special piping laying and to automatically mass without complicated work. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a mass flow rate control device with a flow rate verification function for performing verification and flow rate calibration of the flow rate control device.

上記の目的を達成するために、本発明は、流体供給路に質量流量制御装置、開閉弁を有し、末端に排気装置を有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記質量流量制御装置、前記開閉弁、前記排気装置等の動作に係る制御を司る制御装置を有し、前記質量流量制御装置は、流量制御の検定機能及び/又は流量校正機能を有した質量流量制御装置である半導体製造装置である。
また、本発明において、前記制御装置は、流量検定時に前記開閉弁および前記排気装置に対して所定の動作信号を出力し、同時に又はその後、前記質量流量制御装置に流量検定動作信号を出力する半導体製造装置である。
このような構成であるから、半導体製造装置に余分な配管ラインの敷設を必要とせず、半導体製造上の適当な時期に半導体製造装置の制御装置より、ガス供給ライン系の開閉弁や排気装置を質量流量制御装置の検定に必要な状態になるよう指示信号を一元的に出し、流量検定機能付質量流量制御装置の検定機能動作指令を出すことができるので、半導体製造装置全体を短時間で、最適な状態に検定及び校正することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor manufacturing apparatus having a mass flow control device and an on-off valve in a fluid supply path, and having an exhaust device at a terminal, wherein the semiconductor manufacturing apparatus has the mass flow rate. A control device for controlling the operation of the control device, the on-off valve, the exhaust device, etc., and the mass flow control device is a mass flow control device having a flow control verification function and / or a flow rate calibration function. It is a certain semiconductor manufacturing apparatus.
In the present invention, the control device outputs a predetermined operation signal to the on-off valve and the exhaust device at the time of flow rate verification, and outputs a flow rate verification operation signal to the mass flow rate control device simultaneously or afterwards. It is a manufacturing device.
Because of this configuration, it is not necessary to install extra piping lines in the semiconductor manufacturing equipment, and the gas supply line system on-off valves and exhaust devices are installed from the control equipment of the semiconductor manufacturing equipment at an appropriate time in semiconductor manufacturing. Since it is possible to issue an instruction signal in a unified manner so that the mass flow control device is in a state necessary for verification, and to issue a verification function operation command for the mass flow control device with flow verification function, the entire semiconductor manufacturing apparatus can be completed in a short time. Test and calibrate to the optimal state.

また、本発明において、前記質量流量制御装置は、流体を流す流路に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構とを設け、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御装置であって、
前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段を備えるように構成した質量流量制御装置であることが望ましい。
このように、装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、この検定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。或いは、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力降下量と上記質量流量検出手段の出力の積分値との比を、基準となる圧力降下量と質量流量検出手段の出力の積分値との比と比較することで検定を行うことができる。
Further, in the present invention, the mass flow rate control device detects a mass flow rate of the fluid flowing in the flow path and outputs a flow rate signal to the flow path of the fluid, and opens the valve by a valve drive signal. A flow rate control valve mechanism for controlling the mass flow rate by changing the degree of flow, and a mass flow rate provided with control means for controlling the flow rate control valve mechanism based on a flow rate setting signal and the flow rate signal input from the outside A control device,
The flow path is provided with a verification valve section for opening and closing the flow path, a verification tank section having a predetermined capacity, and a pressure detection means for detecting a pressure of the fluid and outputting a pressure detection signal, respectively. It is desirable that the mass flow rate control device is configured to include verification control means for controlling the mass flow rate verification operation using the verification valve, the verification tank unit, and the pressure detection means.
In this way, after the verification valve unit and the verification tank unit are provided in the device itself and the verification valve unit is closed and the fluid supply is stopped, the pressure change of the fluid flowing out from the verification tank unit is detected. At the same time, by comparing this pressure change with, for example, a reference reference pressure change, it is possible to test whether the mass flow rate of the flowing fluid can be accurately controlled. Alternatively, the ratio between the pressure drop amount of the fluid flowing out from the verification tank and the integrated value of the output of the mass flow rate detecting means is the ratio of the reference pressure drop amount and the integrated value of the output of the mass flow rate detecting means. A test can be performed by comparison.

前記質量流量制御装置は、前記流路に零点測定の時に該流路の出口側を開閉する零点測定用バルブ部が設けられている質量流量制御装置とすることもできる。   The mass flow control device may be a mass flow control device in which a zero point measurement valve unit that opens and closes the outlet side of the flow channel when the zero point is measured is provided in the flow channel.

本発明の流量検定機能付質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
質量流量制御装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、この検定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる流量検定機能付質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置であるから、半導体製造上の適当な時期に半導体製造装置の制御装置より、ガス供給ライン系の開閉弁や排気装置を質量流量制御装置の検定に必要な状態になるよう指示信号を一元的に出し、流量検定機能付質量流量制御装置の検定機能動作指令を出すことができるので、半導体製造装置全体を短時間で、最適な状態に検定することができる。
According to the semiconductor manufacturing apparatus equipped with the mass flow controller with a flow rate verification function of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
The mass flow control device itself is provided with a verification valve section and a verification tank section, and after the verification valve section is closed and the supply of fluid is stopped, the pressure change of the fluid flowing out from the verification tank section is detected. In addition, a mass flow controller with a flow rate verification function that can verify whether the mass flow rate of the flowing fluid can be accurately controlled by comparing this pressure change with, for example, a reference pressure change as a reference is mounted. Since it is a semiconductor manufacturing device, an instruction signal is sent from the control device of the semiconductor manufacturing device at an appropriate time in the semiconductor manufacturing so that the gas supply line system on-off valve and exhaust device are in a state necessary for the verification of the mass flow control device. Since it is possible to issue a verification function operation command for a mass flow controller with a flow rate verification function in a centralized manner, the entire semiconductor manufacturing equipment is verified in an optimal state in a short time. Door can be.

以下に、本発明に係る流量検定機能付質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置の実施例を図1により説明する。図1において、プロセスガスは、プロセスガス源L1およびL2から、圧力制御装置R1およびR2にて適度な圧力に調整され、開閉弁V1およびV4を経由して流量検定機能付質量流量制御装置40−1および40−2の入口部に至り、流量を制御された状態で流量検定機能付質量流量制御装置40−1および40−2の出口部から開閉弁V2、V5およびV10を経由して処理室Dに至る。処理室Dの出口は開閉弁V12を経由して排気装置Pに至る。
一方、プロセスガスの置換操作時や流量検定操作時において利用する不活性ガスは、不活性ガス源L3から、圧力制御装置R3にて適度な圧力に調整され、開閉弁V7、V9およびV3、V6を経由して流量検定機能付質量流量制御装置40−1および40−2の入口部に至る。更に、流量を制御された状態で流量検定機能付質量流量制御装置40−3の出口部から開閉弁V8およびV10を経由して処理室Dに至る。
An embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a mass flow controller with a flow rate verification function according to the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, the process gas is adjusted to an appropriate pressure from the process gas sources L1 and L2 by the pressure control devices R1 and R2, and the mass flow control device 40- with a flow rate verification function is supplied via the on-off valves V1 and V4. 1 and 40-2 to the inlet, and in a state where the flow rate is controlled, from the outlet of the mass flow rate control devices 40-1 and 40-2 with flow rate verification function via the on-off valves V2, V5 and V10, the processing chamber D. The outlet of the processing chamber D reaches the exhaust device P via the on-off valve V12.
On the other hand, the inert gas used during the process gas replacement operation or the flow rate verification operation is adjusted to an appropriate pressure from the inert gas source L3 by the pressure control device R3, and the on-off valves V7, V9 and V3, V6. To the inlets of the mass flow controllers with flow rate verification function 40-1 and 40-2. Furthermore, in a state where the flow rate is controlled, it reaches the processing chamber D via the on-off valves V8 and V10 from the outlet of the mass flow control device with flow rate verification function 40-3.

例えば、半導体製造工程は、半導体製造装置の次の動作をして行なわれる。なお、以下の動作指令信号は全て制御装置Cより出力される。初期状態は、開閉弁V1乃至V12は閉である。
まず、排気装置Pを稼動状態にし、圧力制御装置R3において適切な圧力に制御した不活性ガス(例えば窒素)を開閉弁V2、V3、V5、V6、V7、V8、V9、V10およびV12を開にして導入する。このとき流量検定機能付質量流量制御装置40−1、40−2および40−3は全開状態とし、配管管路内および処理室D内のパージを行う。
For example, the semiconductor manufacturing process is performed by the following operation of the semiconductor manufacturing apparatus. The following operation command signals are all output from the control device C. In the initial state, the on-off valves V1 to V12 are closed.
First, the exhaust device P is put into an operating state, and the on-off valves V2, V3, V5, V6, V7, V8, V9, V10 and V12 are opened with an inert gas (for example, nitrogen) controlled to an appropriate pressure in the pressure control device R3. To introduce. At this time, the mass flow controllers with flow rate verification function 40-1, 40-2 and 40-3 are fully opened, and the inside of the pipe line and the inside of the processing chamber D are purged.

続いて、制御装置Cは、開閉弁V3、V5、V6、V9を閉とし、V1を開にするとともに、流量検定機能付質量流量制御装置40−1、および40−3へ所定の流量制御信号を出力し、圧力制御装置R1において適切な圧力に制御したプロセスガスを流量検定機能付質量流量制御装置40−1を介してプロセスガス源L1より導入すると共に、圧力制御装置R3において適切な圧力に制御した不活性ガスを流量検定機能付質量流量制御装置40−3を介して導入し、プロセスガスと不活性ガスとが混合希釈された状態で処理室Dへ導かれる。プロセスガス源L2を用いる場合も同様である。これらの操作を繰り返し半導体製造が行なわれる。   Subsequently, the control device C closes the on-off valves V3, V5, V6, and V9, opens V1, and supplies a predetermined flow rate control signal to the mass flow rate control devices 40-1 and 40-3 with flow rate verification function. Is introduced from the process gas source L1 through the mass flow rate control device 40-1 with flow rate verification function, and at the pressure control device R3, the pressure is adjusted to an appropriate pressure. The controlled inert gas is introduced via the mass flow controller with flow rate verification function 40-3, and is introduced into the processing chamber D in a state where the process gas and the inert gas are mixed and diluted. The same applies when the process gas source L2 is used. These operations are repeated to manufacture a semiconductor.

しかして、質量流量制御装置の検定にあたっては、例えば流量検定機能付質量流量制御装置40−1を検定する場合、排気装置Pを稼動させ、開閉弁V2、V3、V7、V9、V10、V12をそれぞれ開とし、不活性ガス源L3から、圧力制御装置R3にて適度な圧力に調整された状態で不活性ガスを流量検定機能付質量流量制御装置40−1へ導入する。続いて、流量検定機能付質量流量制御装置40−1へ検定動作モードの指示信号を出力する。或いは、排気装置Pを稼動させ、開閉弁V1、V2、V10、V12をそれぞれ開とし、プロセスガス源L1から、圧力制御装置R1にて適度な圧力に調整された状態でプロセスガスを流量検定機能付質量流量制御装置40−1へ導入し、流量検定機能付質量流量制御装置40−1へ検定動作モードの指示信号を出力することもできる。検定動作モードについては、詳細に後述する。   Therefore, in the verification of the mass flow control device, for example, when the mass flow control device with flow verification function 40-1 is verified, the exhaust device P is operated, and the on-off valves V2, V3, V7, V9, V10, V12 are set. Each is opened, and the inert gas is introduced from the inert gas source L3 to the mass flow controller 40-1 with a flow rate verification function in a state adjusted to an appropriate pressure by the pressure controller R3. Subsequently, an instruction signal for the verification operation mode is output to the mass flow control device with flow verification function 40-1. Alternatively, the exhaust device P is operated, the on-off valves V1, V2, V10, and V12 are opened, and the process gas flow rate verification function is adjusted from the process gas source L1 to an appropriate pressure by the pressure control device R1. It can also be introduced into the mass flow control device 40-1 and output a verification operation mode instruction signal to the mass flow control device 40-1 with a flow rate verification function. The verification operation mode will be described later in detail.

半導体製造にあたっては、クリーンルームのクリーン度やプロセスガスの流量制御の精度が半導体の良品率に直結するといわれる。中でも、オペレータが介在する作業における発塵がクリーンルームのクリーン度に大きく影響を及ぼし、遠隔操作により半導体製造装置付近を無人化にすることは、半導体製造における悲願の一つであった。本願発明は、定期的に又は半導体の不良が発生するたびに、プロセスガスの流量制御の検定、校正するために、クリーンルームにオペレータが数時間に亘って作業を行わなければならなかった従来技術の問題点を解決し、遠隔操作によって、オペレータが必要と判断する適時にプロセスガスの流量検定、校正が可能となるので、非常に有益なものである。
本願発明は上記のように、これらの圧力制御装置、開閉弁、流量検定機能付質量流量制御装置、処理室および排気装置の動作は、制御装置Cにより制御される。したがって、処理室の半導体製造工程や処理室の状態を監視しながら、半導体製造装置全体を一元的に操作できるので、流量検定動作は自動化され、更には半導体製造の連続運転が可能となる。特に、質量流量制御装置の検定にあたっては、検定機能を質量流量制御装置が有しているために、制御装置Cからは、検定動作モードの指示信号を出力するのみで良く、従来の方法と比較すると制御装置の制御プログラムは、非常に簡便となる。
In semiconductor manufacturing, it is said that clean room cleanliness and process gas flow rate control accuracy are directly related to the yield rate of semiconductors. In particular, it has been one of the longing for semiconductor manufacturing that dust generation in the work involving the operator greatly affects the cleanliness of the clean room and makes the vicinity of the semiconductor manufacturing apparatus unattended by remote control. The present invention is based on the prior art in which an operator had to work for several hours in a clean room in order to verify and calibrate the process gas flow rate control periodically or whenever a semiconductor failure occurs. Since the problem can be solved and the remote operation enables the flow rate verification and calibration of the process gas to be determined as needed by the operator, it is very useful.
In the present invention, as described above, the operations of the pressure control device, the on-off valve, the mass flow control device with flow rate verification function, the processing chamber, and the exhaust device are controlled by the control device C. Accordingly, since the entire semiconductor manufacturing apparatus can be operated in an integrated manner while monitoring the semiconductor manufacturing process in the processing chamber and the state of the processing chamber, the flow rate verification operation is automated, and further continuous operation of semiconductor manufacturing becomes possible. In particular, when the mass flow control device is verified, the mass flow control device has a verification function. Therefore, it is only necessary to output a verification operation mode instruction signal from the control device C, which is compared with the conventional method. Then, the control program of the control device becomes very simple.

次に、流量検定機能付質量流量制御装置の動作についての実施例を添付図面に基づいて詳述する。
<第1実施例>
図2は本発明に係る質量流量制御装置の第1実施例を示すブロック構成図、図3は第1実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。
Next, an embodiment of the operation of the mass flow controller with a flow rate verification function will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the mass flow control device according to the present invention, and FIG. 3 is an arrangement diagram showing the actual arrangement state of each member in the first embodiment.

図示するように、この質量流量制御装置40は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管4の途中に設け、この質量流量(以下、単に「流量」とも称す)を制御するようになっている。尚、このガス管4の一端に接続される半導体製造装置内は、前述のように例えば排気装置P(図1)によって真空引きされている。この質量流量制御装置40は、質量流量制御本体40Aと、本発明の特徴とする質量流量の検定を行う検定本体40Bとよりなる。具体的には、この質量流量制御装置40は、例えばステンレススチール等により成形された流路6を有しており、この流体入口6Aが上記ガス管6の上流側に接続され、流体出口6Bがガス管6の下流側に接続される。   As shown in the figure, this mass flow rate control device 40 is provided in the middle of a fluid passage through which a fluid such as liquid or gas flows, for example, a gas pipe 4, and controls this mass flow rate (hereinafter also simply referred to as “flow rate”). It has become. Note that the inside of the semiconductor manufacturing apparatus connected to one end of the gas pipe 4 is evacuated by, for example, the exhaust device P (FIG. 1) as described above. The mass flow control device 40 includes a mass flow control main body 40A and a verification main body 40B that performs mass flow characteristic, which is a feature of the present invention. Specifically, the mass flow controller 40 has a flow path 6 formed of, for example, stainless steel, the fluid inlet 6A is connected to the upstream side of the gas pipe 6, and the fluid outlet 6B is Connected to the downstream side of the gas pipe 6.

上記質量流量制御装置40Aは、例えば質量流量検出手段8、流量制御弁機構10及び例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段18を備えている。上記質量流量検出手段8は、バイパス管12、センサ管14、センサ回路16等を有しており、ここで検出した流量信号S1を上記制御手段18に向けて出力するようになっている。上記流量制御弁機構10は、流量制御弁20、これを駆動するアクチュエータ26、このアクチュエータ26に向けてバルブ駆動電圧S2を出力するバルブ駆動回路28等を有している。そして、上記制御手段18は、これへ半導体制御装置の制御装置C(図1)より入力される流量設定信号S0で示される流量と上記流量信号S1で示される流量とが一致するように上記流量制御弁20の弁開度を例えばPID制御法で制御し得るようになっている。尚、図示例では、上記流量制御弁機構10は上記質量流量検出手段8の下流側に設定されているが、これを上記質量流量検出手段8の上流側に位置させるようにしてもよい。   The mass flow control device 40A includes, for example, a mass flow detection means 8, a flow control valve mechanism 10, and a control means 18 including, for example, a microcomputer. The mass flow rate detection means 8 includes a bypass pipe 12, a sensor pipe 14, a sensor circuit 16, and the like, and outputs a flow rate signal S1 detected here to the control means 18. The flow control valve mechanism 10 includes a flow control valve 20, an actuator 26 that drives the flow control valve 20, a valve drive circuit 28 that outputs a valve drive voltage S2 toward the actuator 26, and the like. Then, the control means 18 controls the flow rate so that the flow rate indicated by the flow rate setting signal S0 input from the control device C (FIG. 1) of the semiconductor control device matches the flow rate indicated by the flow rate signal S1. The valve opening degree of the control valve 20 can be controlled by, for example, a PID control method. In the illustrated example, the flow rate control valve mechanism 10 is set on the downstream side of the mass flow rate detection means 8, but it may be positioned upstream of the mass flow rate detection means 8.

一方、図示例では上記検定本体40Bは、上記質量流量制御本体40Aの上流側に設置されている。この質量流量制御本体40Aは、上記流路6に、この流路6を開閉する検定用バルブ部42と、所定の容量を有する検定用タンク部44と、流体である上記ガスの圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段46とを設けている。さらに、上記検定用バルブ部42と上記検定用タンク部44と上記圧力検出手段46とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する、例えばマイクロコンピュータ等よりなる検定制御手段48とを共に備えている。   On the other hand, in the illustrated example, the verification main body 40B is installed on the upstream side of the mass flow control main body 40A. The mass flow control main body 40A detects the pressure of the gas, which is a fluid, and the verification valve section 42 that opens and closes the flow path 6, the verification tank section 44 having a predetermined capacity, and the flow path 6. Pressure detecting means 46 for outputting a pressure detection signal. Further, it includes both of the verification valve unit 42, the verification tank unit 44, and the pressure detection unit 46, which control to perform a mass flow rate verification operation. ing.

具体的には、上記検定用バルブ部42は例えば空圧バルブよりなり、検定本体40Bの中で流路6の最上流側に設けられて、上記検定制御手段48からの指令であるタンクバルブ開閉信号S3により開閉されてこの流路6を必要に応じて遮断できるようになっている。上記検定用バルブ部42を構成する空圧バルブとしては、例えば三方弁と全閉用ダイヤフラムとを内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を用いることができる。
このアクチュエータレス小型バルブ機構は、作用空気入口43(図3参照)より導入される作動空気により全閉用ダイヤフラムを屈曲させて弁口の全開状態と完全にシールされた全閉状態とを選択的に実現するものであり、図3中においては、装置筐体45に形成した取り付け凹部47に着脱可能に設けられている。このアクチュエータレス小型バルブ機構の構成については、後述する第2実施例で用いる零点測定用バルブ部の説明の際に説明する。また上記圧力検出手段46は例えばキャパマノメータよりなり、上記流路6内のガスの圧力を検出してこの検出値を圧力信号S4として上記検出制御手段48に向けて出力し得るようになっている。
Specifically, the verification valve unit 42 is formed of, for example, a pneumatic valve, and is provided on the most upstream side of the flow path 6 in the verification main body 40B. The tank valve opening / closing which is a command from the verification control means 48 is provided. It is opened and closed by a signal S3 so that the flow path 6 can be blocked as necessary. As the pneumatic valve constituting the verification valve section 42, for example, an actuatorless small valve mechanism incorporating a three-way valve and a fully-closing diaphragm can be used.
This actuatorless small valve mechanism selectively switches between a fully open state of the valve opening and a fully closed state by completely bending the fully closed diaphragm by the working air introduced from the working air inlet 43 (see FIG. 3). In FIG. 3, it is detachably provided in a mounting recess 47 formed in the apparatus housing 45. The configuration of this actuatorless small valve mechanism will be described in the description of the zero point measuring valve unit used in the second embodiment to be described later. The pressure detecting means 46 is composed of a capamanometer, for example, and can detect the pressure of the gas in the flow path 6 and output the detected value to the detection control means 48 as a pressure signal S4. .

また上記検定用タンク部44は、例えばステンレススチール等よりなるタンク本体50よりなり、上記検定用バルブ部42と圧力検出手段46との間に設けられている。このタンク本体50は所定の流量、例えば40cm 程度の容量に設定されており、この流路6の途中に介設されてタンク本体50の底部にガスの入口50Aと出口50Bとが設けられ、流れるガスが必ずこのタンク本体50内を通過するようになっている。また上記タンク本体50の近傍、すなわちここではタンク本体50の天井部の上面には、温度検出手段51として例えば白金温度センサが取り付けられており、ここで検出した温度を示す信号を上記検定制御手段48へ入力できるようになっている。 The test tank unit 44 is formed of a tank body 50 made of, for example, stainless steel, and is provided between the test valve unit 42 and the pressure detection means 46. The tank main body 50 is set to a predetermined flow rate, for example, a capacity of about 40 cm 3 , and is interposed in the middle of the flow path 6 and is provided with a gas inlet 50A and an outlet 50B at the bottom of the tank main body 50, The flowing gas always passes through the tank body 50. Further, for example, a platinum temperature sensor is attached as a temperature detecting means 51 in the vicinity of the tank main body 50, that is, here, the upper surface of the ceiling of the tank main body 50, and a signal indicating the detected temperature is sent to the test control means. 48 can be input.

また上記検定制御手段48には、流量の検定動作を行う時のガス流の基準となる圧力変化(基準圧力変化)を記憶する基準用データメモリ52Aと、流量の検定動作を行う時に取得したガス流の圧力変化を記憶する検定用データメモリ52Bとが接続されている。
更には、この検定制御手段48には、検定結果等を表示するための例えば液晶ディスプレイ等よりなる表示手段54及び必要時に音声や光の点滅等によって警報を発する警報手段56がそれぞれ接続されている。
そして、この検定制御手段48は、必要に応じて上記質量流量検出手段8のセンサ回路16に向けて校正信号S10を出力し、校正結果に基づいてこのセンサ回路16を適正に校正できるようになっている。またこの検定制御手段48と上記質量流量制御本体40Aの制御手段18とは必要に応じて連動するようになっている。
Further, the verification control means 48 includes a reference data memory 52A for storing a pressure change (reference pressure change) serving as a reference for the gas flow when the flow rate verification operation is performed, and a gas acquired when the flow rate verification operation is performed. A test data memory 52B for storing a flow pressure change is connected.
Further, the test control means 48 is connected to a display means 54 such as a liquid crystal display for displaying the test result and the like, and an alarm means 56 for issuing an alarm by flashing sound or light when necessary. .
Then, the calibration control means 48 outputs a calibration signal S10 to the sensor circuit 16 of the mass flow rate detection means 8 as necessary, and can calibrate the sensor circuit 16 appropriately based on the calibration result. ing. Further, the test control means 48 and the control means 18 of the mass flow rate control main body 40A are interlocked as necessary.

次に以上のように構成された本発明の質量流量制御装置の動作について説明する。
まず、この質量流量制御装置40の動作は、実際に半導体製造装置等に向けて処理ガスを流量制御しつつ流す通常動作モードと、質量流量の検定に関する動作を行う検定動作モードの2種類がある。そして、検定動作モードには、基準となる圧力変化特性を得るための基準圧力変化特性用ルーチンと、実際に検定動作を行う本検定用ルーチンとがある。
Next, the operation of the mass flow control device of the present invention configured as described above will be described.
First, there are two types of operations of the mass flow control device 40: a normal operation mode in which a process gas is actually flow-controlled toward a semiconductor manufacturing apparatus or the like, and a verification operation mode in which operations related to mass flow verification are performed. . The verification operation mode includes a reference pressure change characteristic routine for obtaining a reference pressure change characteristic, and a main verification routine for actually performing the verification operation.

まず、通常動作モードについて簡単に説明する。この場合には検定本体40B側の動作は休止状態となっている。すなわち、上記質量流量制御本体40Aの制御手段18は、これへ半導体制御装置の制御装置Cより入力される流量設定信号S0で示される流量と上記流量信号S1で示される流量とが一致するように上記流量制御弁20の弁開度を例えばPID制御法で制御し続けることになる。これにより下流側の半導体製造装置等には、必要とする質量流量の処理ガスが供給されることになる。   First, the normal operation mode will be briefly described. In this case, the operation on the test body 40B side is in a pause state. That is, the control means 18 of the mass flow rate control main body 40A allows the flow rate indicated by the flow rate setting signal S0 input from the control device C of the semiconductor control device to match the flow rate indicated by the flow rate signal S1. For example, the valve opening degree of the flow control valve 20 is continuously controlled by the PID control method. As a result, the processing gas having the required mass flow rate is supplied to the downstream semiconductor manufacturing apparatus or the like.

次に検定動作モードについて説明する。
この検定動作モードの内、基準圧力変化特性用ルーチンは、この装置を工場から出荷する時や、この装置を出荷先のクリーンルーム等に設置した時等に主に行って基準となる圧力変化特性を得るようにしている。また検定用ルーチンは、出荷先のクリーンルーム等において定期的、或いは不定期的に行われて制御流量の精度が高く維持されているか否かの検査が行われる。図4は質量流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチャートを示す図、図5は基準圧力変化特性用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図6は本検定用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図7は基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号の変化の一例を示すグラフである。
Next, the verification operation mode will be described.
Among the verification operation modes, the standard pressure change characteristic routine is used mainly when the device is shipped from the factory or when this device is installed in a clean room at the shipping destination, etc. Trying to get. Further, the verification routine is periodically or irregularly performed in a clean room or the like at the shipping destination to inspect whether or not the accuracy of the control flow rate is maintained high. FIG. 4 is a diagram showing a timing chart of each signal in the verification operation mode of the mass flow control device, FIG. 5 is a flowchart showing each step of the reference pressure change characteristic routine, and FIG. 6 shows each step of this verification routine. The flowchart and FIG. 7 are graphs showing an example of changes in the pressure signal in the reference pressure change characteristic routine and the main verification routine.

本検定用ルーチンは、検定流量を設定する工程と、流路6に検定用の流体(ガス)を安定的に流す工程と、上記流れる流体の圧力と検定用タンク部44の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、検定用バルブ部42を閉じて流路6を遮断する工程と、上記検定用バルブ部42を閉じた後に上記検定用タンク部44から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、上記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果を求める工程と、により主に構成されるが、まず上記基準圧力変化特性を求める基準圧力変化特性用ルーチンについて説明する。   This verification routine detects the step of setting the verification flow rate, the step of flowing the verification fluid (gas) stably in the flow path 6, and the pressure of the flowing fluid and the temperature of the verification tank unit 44. The initial pressure and the initial temperature, the step of closing the flow path 6 by closing the verification valve portion 42, and the flow of the fluid flowing out from the verification tank portion 44 after the verification valve portion 42 is closed. The process mainly includes a step of measuring a pressure change and a step of obtaining a test result based on the measured pressure change and a reference pressure change characteristic obtained in advance. First, the reference pressure change characteristic is obtained. The reference pressure change characteristic routine will be described.

<基準圧力変化特性用ルーチン>
この基準圧力変化特性用ルーチンの主たる工程は、圧力変化同士を比較する工程を除いて本検定用ルーチンの動作と略同じである。ここでは流体として例えばN ガスを用いるが、プロセスガスを用いることも可能としている。図2、図4及び図5に示すように、まずこの基準圧力変化特性用ルーチンを開始すると、検定用バルブ部42を開状態とする(ステップS1)。そして、時刻t1(図4(A)参照)において流量設定信号S0を最大の%、例えば100%でフルスケール(5V:ボルト)になるように設定する(ステップS2)。この検定動作モードにおいては、通常動作モードとは異なり、上記流量設定信号S0は、半導体制御装置の制御装置Cから、検定制御手段48を経由して制御手段18に向けて出力される。従って、制御手段18は、この検定制御手段48より入力される信号を流量設定信号S0であると見做して通常の流量制御動作を行う。また一般的には、この流量制御信号S0は、0V〜5Vの範囲で変化させることができ、5Vの時が100%のフルスケール(最大流量)となるように予め設定されている。
<Routine for reference pressure change characteristics>
The main process of this reference pressure change characteristic routine is substantially the same as the operation of this test routine except for the process of comparing pressure changes. Here, for example, N 2 gas is used as the fluid, but process gas can also be used. As shown in FIGS. 2, 4 and 5, when the reference pressure change characteristic routine is started, the verification valve unit 42 is opened (step S1). Then, at time t1 (see FIG. 4A), the flow rate setting signal S0 is set to be full scale (5 V: volts) at the maximum%, for example, 100% (step S2). In this verification operation mode, unlike the normal operation mode, the flow rate setting signal S0 is output from the control device C of the semiconductor control device to the control means 18 via the verification control means 48. Therefore, the control unit 18 performs a normal flow rate control operation by regarding the signal input from the verification control unit 48 as the flow rate setting signal S0. In general, the flow rate control signal S0 can be changed in the range of 0V to 5V, and is preset so that the full scale (maximum flow rate) is 100% when 5V.

このように、流量制御信号S0として5Vが設定されると、制御手段18はバルブ駆動回路28を介してバルブ駆動電圧S2(図4(C)参照)を出力し、上記流量制御信号S0に見合った弁開度となるように流量制御弁20を制御する。これにより、N ガスは下流側に流れ始めるので、その時の質量流量が質量流量検出手段8に検出され、その検出された質量流量が流量信号S1(図4(D)参照)として上記制御手段18に入力される。そして、この流量信号S1と流量設定信号S0とが一致するように弁開度が通常動作モードのように例えばPID制御法で制御される。この時、圧力検出手段46でもガス流の圧力が検出されており、この圧力信号S4(図4(E)参照)が検定制御手段48へ入力されている。 As described above, when 5V is set as the flow control signal S0, the control means 18 outputs the valve drive voltage S2 (see FIG. 4C) via the valve drive circuit 28, which is commensurate with the flow control signal S0. The flow control valve 20 is controlled so that the valve opening becomes the same. Thereby, since the N 2 gas starts to flow downstream, the mass flow rate at that time is detected by the mass flow rate detection means 8, and the detected mass flow rate is used as the flow rate signal S1 (see FIG. 4D). 18 is input. The valve opening is controlled by, for example, the PID control method as in the normal operation mode so that the flow rate signal S1 and the flow rate setting signal S0 match. At this time, the pressure of the gas flow is also detected by the pressure detection means 46, and this pressure signal S4 (see FIG. 4E) is input to the test control means 48.

このようにしてガス流の流量を安定化させるために、所定の時間、例えば6秒程度経過したならば(ステップS3)、時刻t2でその時のバルブ駆動電圧S2をその時の電圧値に固定することにより弁開度を固定する(ステップS4)。そして、このようにバルブ駆動電圧S2を固定して数秒経過したならば、その時の圧力検出手段46からのガス流の圧力と温度検出手段51からのタンク温度とを記憶し、それぞれ初期圧力MPO及び初期温度MTOとする(ステップS5)。   In order to stabilize the flow rate of the gas flow in this way, when a predetermined time, for example, about 6 seconds elapses (step S3), the valve driving voltage S2 at that time is fixed to the voltage value at that time at time t2. To fix the valve opening (step S4). Then, if several seconds have elapsed after fixing the valve driving voltage S2, the gas flow pressure from the pressure detection means 46 and the tank temperature from the temperature detection means 51 are stored, and the initial pressure MPO and The initial temperature is MTO (step S5).

このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したならば、直ちに時刻t3においてタンクバルブ開閉信号S3をバルブが閉となるように出力し(図4(B)参照)、検定用バルブ部42を閉状態に切り替える(ステップS6)。これにより、流路6が遮断されてガス供給源からのN ガスの供給が断たれるが、検定用タンク部44のタンク本体50内にはN ガスが十分に充填されて所定の圧力になっているので、このタンク本体50に充填されていたN ガスが下流側に流れ出し、この結果、図4(D)及び図4(E)に示すように流量信号S1及び圧力信号S4が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くことになる。尚、この際、ガス管4の下流側は継続して真空引きされており、また流量制御弁20の弁開度は、ステップS2で設定された検定流量、ここでは100%を維持している。 If the initial pressure and the initial temperature are measured and stored in this way, the tank valve opening / closing signal S3 is immediately output at time t3 so that the valve is closed (see FIG. 4B), and the verification valve unit. 42 is switched to a closed state (step S6). As a result, the flow path 6 is shut off and the supply of N 2 gas from the gas supply source is cut off. However, the tank body 50 of the test tank unit 44 is sufficiently filled with N 2 gas and has a predetermined pressure. Therefore, the N 2 gas filled in the tank main body 50 flows downstream, and as a result, as shown in FIGS. 4D and 4E, the flow rate signal S1 and the pressure signal S4 are changed. Both will draw characteristic curves that decrease with time. At this time, the downstream side of the gas pipe 4 is continuously evacuated, and the valve opening degree of the flow rate control valve 20 maintains the verification flow rate set in step S2, here 100%. .

そして、この時のガス流の圧力の変化は、例えば1msec毎に時々刻々測定されており(ステップS7)、この時の圧力変化特性が得られる。このガス圧力の測定は、このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行い、時刻t4で下限値になったならば、ガスの流れを停止する(ステップS8)。そして、上記操作で得られた圧力変化データを基準圧力変化特性として基準用データメモリ52Aに記憶しておく(ステップS9)。このようにして、設定流量として弁開度100%の基準圧力変化特性が得られることになる。   The change in the pressure of the gas flow at this time is measured every moment, for example, every 1 msec (step S7), and the pressure change characteristic at this time is obtained. The measurement of the gas pressure is continued until the gas pressure reaches a predetermined lower limit value. When the gas pressure reaches the lower limit value at time t4, the gas flow is stopped (step S8). The pressure change data obtained by the above operation is stored in the reference data memory 52A as a reference pressure change characteristic (step S9). In this way, a reference pressure change characteristic with a valve opening of 100% is obtained as the set flow rate.

このような基準圧力変化特性は、複数種類の弁開度について取得する必要があり、例えば弁開度を10%ずつ変化させてその都度、基準圧力変化特性を取得する必要がある。そこで、例えば弁開度10%が下限と仮定すると、検定流量の設定が下限でない場合には(ステップS10のNO)、検定流量の設定を所定の%、例えば10%減少させ、ここでは例えば90%に設定する(ステップS11)。そして、上記したステップS3〜S9を弁開度が下限になるまで繰り返し行う。このようにして、弁開度が10%ずつ異なる基準圧力変化特性が得られてこのデータが基準用データメモリ52Aに全て記憶されることになり、これにより、基準圧力変化特性用ルーチンを終了する。   Such reference pressure change characteristics need to be acquired for a plurality of types of valve openings. For example, the reference pressure change characteristics need to be acquired each time the valve opening is changed by 10%. Therefore, for example, assuming that the valve opening 10% is a lower limit, if the setting of the verification flow rate is not the lower limit (NO in step S10), the setting of the verification flow rate is decreased by a predetermined%, for example, 10%. % Is set (step S11). Then, steps S3 to S9 described above are repeated until the valve opening reaches the lower limit. In this way, reference pressure change characteristics with different valve openings by 10% are obtained, and all of this data is stored in the reference data memory 52A, thereby ending the reference pressure change characteristic routine. .

<本検定用ルーチン>
次に、定期的、或いは不定期的に行われる本検定用ルーチンについて説明する。定期的に行なわれる検定は、半導体製造装置の流量制御精度を確認するために実施されるもので、製造ラインの全体、又は一部を停止して行なわれる。しかしながら、従来方法では、半導体製造装置の操作をするためにオペレータが直接操作をし、検定を行なったり、質量流量制御装置を取り外してオフラインで検定を行なったりしなければならなかった。そのために長時間に亘って半導体製造装置を停止させる必要があった。又、不定期に行なわれる検定は、半導体のパターン形成に不具合が生じた場合のような突発的な場合で、その原因究明のためなどで行なわれる。従来は事実上、検定操作は不可能で、その必要が生じた場合、製造ラインが停止してしまうという問題となっていた。この本検定用ルーチンは、この質量流量制御装置40をクリーンルームの半導体製造装置のガス供給ラインに組み込んだまま、半導体製造装置の制御手段を操作して遠隔的に行われる。また、ここでも流体としてはN ガスを用いるが、プロセスガスを用いても可能としている。
<Main routine for this test>
Next, a description will be given of a regular test routine that is performed regularly or irregularly. The verification performed periodically is performed to confirm the flow rate control accuracy of the semiconductor manufacturing apparatus, and is performed with the whole or part of the manufacturing line stopped. However, in the conventional method, in order to operate the semiconductor manufacturing apparatus, the operator must directly operate and perform the verification, or remove the mass flow controller and perform the verification offline. Therefore, it is necessary to stop the semiconductor manufacturing apparatus for a long time. In addition, the inspection performed irregularly is a sudden case such as when a defect occurs in semiconductor pattern formation, and is performed for the purpose of investigating the cause. Conventionally, the verification operation is practically impossible, and the production line is stopped when the necessity arises. This routine for this verification is performed remotely by operating the control means of the semiconductor manufacturing apparatus while the mass flow control device 40 is incorporated in the gas supply line of the semiconductor manufacturing apparatus in the clean room. Also here, N 2 gas is used as the fluid, but it is possible to use process gas.

図6に示すフローチャートにおいて、ステップS21〜S31までは、取得した圧力変化データの名称を変えている点を除いて図5に示すフローチャートのステップS1〜S11までと全く同様である。すなわち、図2、図4及び図6に示すように、まずこの本検定用ルーチンを開始すると、検定用バルブ部42を開状態とする(ステップS21)。そして、時刻t1(図4(A)参照)において流量設定信号S0を最大の%、例えば100%でフルスケール(5V:ボルト)になるように設定する(ステップS22)。この検定動作モードにおいては、通常動作モードとは異なり、上記流量設定信号S0は、半導体制御装置の制御装置Cから、検定制御手段48を経由して制御手段18に向けて出力される。従って、制御手段18は、この検定制御手段48より入力される信号を流量設定信号S0であると見做して通常の流量制御動作を行う。また前述したように一般的には、この流量制御信号S0は、0V〜5Vの範囲で変化させることができ、5Vの時が100%のフルスケール(最大流量)となるように予め設定されている。   In the flowchart shown in FIG. 6, steps S21 to S31 are exactly the same as steps S1 to S11 in the flowchart shown in FIG. 5 except that the name of the acquired pressure change data is changed. That is, as shown in FIG. 2, FIG. 4, and FIG. 6, when the main test routine is started, the test valve unit 42 is opened (step S21). Then, at time t1 (see FIG. 4A), the flow rate setting signal S0 is set to become full scale (5 V: volts) at the maximum%, for example, 100% (step S22). In this verification operation mode, unlike the normal operation mode, the flow rate setting signal S0 is output from the control device C of the semiconductor control device to the control means 18 via the verification control means 48. Therefore, the control unit 18 performs a normal flow rate control operation by regarding the signal input from the verification control unit 48 as the flow rate setting signal S0. As described above, generally, the flow rate control signal S0 can be changed in the range of 0V to 5V, and is preset so that the full scale (maximum flow rate) is 100% at 5V. Yes.

このように、流量制御信号S0として5Vが設定されると、制御手段18はバルブ駆動回路28を介してバルブ駆動電圧S2(図4(C)参照)を出力し、上記流量制御信号S0に見合った弁開度となるように流量制御弁20を制御する。これにより、N ガスは下流側に流れ始めるので、その時の質量流量が質量流量検出手段8に検出され、その検出された質量流量が流量信号S1(図4(D)参照)として上記制御手段18に入力される。そして、この流量信号S1と流量設定信号S0とが一致するように弁開度が前述のようにPID制御法で制御される。この時、圧力検出手段46でもガス流の圧力が検出されており、この圧力信号S4(図4(E)参照)が検定制御手段48へ入力されている。 As described above, when 5V is set as the flow control signal S0, the control means 18 outputs the valve drive voltage S2 (see FIG. 4C) via the valve drive circuit 28, which is commensurate with the flow control signal S0. The flow control valve 20 is controlled so that the valve opening becomes the same. Thereby, since the N 2 gas starts to flow downstream, the mass flow rate at that time is detected by the mass flow rate detection means 8, and the detected mass flow rate is used as the flow rate signal S1 (see FIG. 4D). 18 is input. The valve opening is controlled by the PID control method as described above so that the flow rate signal S1 and the flow rate setting signal S0 coincide. At this time, the pressure of the gas flow is also detected by the pressure detection means 46, and this pressure signal S4 (see FIG. 4E) is input to the test control means 48.

このようにしてガス流の流量を安定化させるために、所定の時間、例えば6秒程度経過したならば(ステップS23)、時刻t2でその時のバルブ駆動電圧S2をその時の電圧値に固定することにより弁開度を固定する(ステップS24)。そして、このようにバルブ駆動電圧S2を固定して数秒経過したならば、その時の圧力検出手段46からのガス流の圧力と温度検出手段51からのタンク温度とを記憶し、それぞれ初期圧力PO及び初期温度TOとする(ステップS25)。   In order to stabilize the flow rate of the gas flow in this way, when a predetermined time, for example, about 6 seconds elapses (step S23), the valve driving voltage S2 at that time is fixed to the voltage value at that time at time t2. To fix the valve opening (step S24). Then, if several seconds have elapsed after fixing the valve driving voltage S2, the gas flow pressure from the pressure detection means 46 and the tank temperature from the temperature detection means 51 are stored, and the initial pressure PO and The initial temperature is set to TO (step S25).

このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したならば、直ちに時刻t3においてタンクバルブ開閉信号S3をバルブが閉となるように出力し(図4(B)参照)、検定用バルブ部42を閉状態に切り替える(ステップS26)。これにより、流路6が遮断されてガス供給源からのN ガスの供給が断たれるが、検定用タンク部44のタンク本体50内にはN ガスが十分に充填されて所定の圧力になっているので、このタンク本体50に充填されていたN ガスが下流側に流れ出し、この結果、図4(D)及び図4(E)に示すように流量信号S1及び圧力信号S4が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くことになる。尚、この際、ガス管4の下流側は継続して真空引きされており、また流量制御弁20の弁開度は、ステップS22で設定された検定流量、ここでは100%を維持している。 If the initial pressure and the initial temperature are measured and stored in this way, the tank valve opening / closing signal S3 is immediately output at time t3 so that the valve is closed (see FIG. 4B), and the verification valve unit. 42 is switched to a closed state (step S26). As a result, the flow path 6 is shut off and the supply of N 2 gas from the gas supply source is cut off. However, the tank body 50 of the test tank unit 44 is sufficiently filled with N 2 gas and has a predetermined pressure. Therefore, the N 2 gas filled in the tank main body 50 flows downstream, and as a result, as shown in FIGS. 4D and 4E, the flow rate signal S1 and the pressure signal S4 are changed. Both will draw characteristic curves that decrease with time. At this time, the downstream side of the gas pipe 4 is continuously evacuated, and the valve opening degree of the flow rate control valve 20 is maintained at the verification flow rate set in step S22, here 100%. .

そして、この時のガス流の圧力の変化は、例えば1msec毎に時々刻々測定されており(ステップS27)、この時の圧力変化特性が得られる。このガス圧力の測定は、このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行い、時刻t4で下限値になったならば、ガスの流れを停止する(ステップS28)。そして、上記操作で得られた圧力変化データを検定圧力変化特性として検定用データメモリ52Bに記憶しておく(ステップS29)。このようにして、設定流量として弁開度100%の検定圧力変化特性が得られることになる。   The change in the pressure of the gas flow at this time is measured every moment, for example, every 1 msec (step S27), and the pressure change characteristic at this time is obtained. The measurement of the gas pressure is continued until the gas pressure reaches a predetermined lower limit value. When the gas pressure reaches the lower limit value at time t4, the gas flow is stopped (step S28). Then, the pressure change data obtained by the above operation is stored in the test data memory 52B as a test pressure change characteristic (step S29). In this way, a verification pressure change characteristic with a valve opening of 100% is obtained as the set flow rate.

このような検定圧力変化特性は、基準圧力変化特性の場合と同様に複数種類の弁開度について取得する必要があり、例えば弁開度を10%ずつ変化させてその都度、検定圧力変化特性を取得する必要がある。そこで、例えば弁開度10%が下限と仮定すると、検定流量の設定が下限でない場合には(ステップS30のNO)、検定流量の設定を所定の%、例えば10%減少させ、ここでは例えば90%に設定する(ステップS31)。そして、上記したステップS23〜S29を弁開度が下限になるまで繰り返し行う。このようにして、弁開度が10%ずつ異なる検定圧力変化特性が得られてこのデータが検定用データメモリ52Bに全て記憶されることになる。   Such a verification pressure change characteristic needs to be acquired for a plurality of types of valve openings as in the case of the reference pressure change characteristic. For example, the verification pressure change characteristic is changed each time the valve opening is changed by 10%. Need to get. Therefore, for example, assuming that the valve opening 10% is a lower limit, if the setting of the verification flow rate is not the lower limit (NO in step S30), the setting of the verification flow rate is decreased by a predetermined%, for example, 10%. % Is set (step S31). The above steps S23 to S29 are repeated until the valve opening reaches the lower limit. In this way, the verification pressure change characteristic with the valve opening being different by 10% is obtained, and all this data is stored in the verification data memory 52B.

このように検定圧力変化特性が得られたならば、弁開度毎(検定流量の設定値毎)に基準圧力変化特性と比較し、検定処理を行う(ステップS32)。
ここで図7も参照して検定結果である検定精度についての求め方について説明する。図7は弁開度が100%の時の基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号4の変化の一例を示すグラフである。特性曲線X0が弁開度100%の時の基準圧力変化を示し、特性曲線X1が弁開度100%の時の検定圧力変化特性を示し、前述のように両特性曲線は、それぞれ基準用データメモリ52A及び検定用データメモリ52Bに記憶されている。そして、予め定められた圧力範囲、すなわち上限基準圧力P1と下限基準圧力P2との間を各特性曲線X0、X1が通過する時間をそれぞれMΔt及びΔtとする。
If the verification pressure change characteristic is obtained in this way, the verification process is performed by comparing with the reference pressure change characteristic for each valve opening (for each set value of the verification flow rate) (step S32).
Here, the method for obtaining the test accuracy, which is the test result, will also be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing an example of a change in the pressure signal 4 in the reference pressure change characteristic routine and the main verification routine when the valve opening is 100%. The characteristic curve X0 shows the reference pressure change when the valve opening is 100%, the characteristic curve X1 shows the verification pressure change characteristic when the valve opening is 100%, and both characteristic curves are the reference data as described above. The data is stored in the memory 52A and the test data memory 52B. The time during which each of the characteristic curves X0 and X1 passes through a predetermined pressure range, that is, between the upper limit reference pressure P1 and the lower limit reference pressure P2, is defined as MΔt and Δt, respectively.

この時、検定結果Hは下記の数式で表される。
H=MΔt/Δt×PO/MPO×(273+MTO)/(273+TO)×100(%)
MTO:基準圧力変化特性用ルーチンにおける初期温度
TO:本検定用ルーチンにおける初期温度
MPO:基準圧力変化特性用ルーチンにおける初期圧力
PO:本検定用ルーチンにおける初期圧力
At this time, the test result H is expressed by the following mathematical formula.
H = MΔt / Δt × PO / MPO × (273 + MTO) / (273 + TO) × 100 (%)
MTO: Initial temperature in the reference pressure change characteristic routine TO: Initial temperature in the main test routine MPO: Initial pressure in the reference pressure change characteristic routine PO: Initial pressure in the main test routine

ここでMΔt=17640msec、Δt=11420msec、MPO=0.4003210MPa(メガパスカル)、PO=0.2589058MPa、MTO=25.4℃、TO=24.7℃とそれぞれ仮定すると、上記数式より検定精度Hは次のようになる。
H=100.135%
すなわち、ここでは出荷当時と同様にガス流量を制御すると、僅かではあるが、0.135%の流量誤差が生ずることを意味する。
Assuming that MΔt = 17640 msec, Δt = 111420 msec, MPO = 0.4003210 MPa (megapascal), PO = 0.2589058 MPa, MTO = 25.4 ° C., TO = 24.7 ° C. Is as follows.
H = 100.135%
That is, here, if the gas flow rate is controlled in the same manner as at the time of shipment, it means that a flow rate error of 0.135% occurs although it is slight.

そして、上記したような検定処理を各弁開度毎に行って、弁開度毎の検定精度Hを求めることになる(ステップS32)。
このように検定結果が得られたならば、これを記憶すると同時に、この検定結果を出力して例えば表示手段54に表示するなどしてオペレータにその内容を知らせたり、半導体制御装置の制御装置Cへ送信したりし、制御装置Cは検定結果に基づき必要な処置工程の信号を出したりする(ステップS33)。これと同時に必要があれば、この検定結果に基づいて質量流量検出手段8を自動的に校正して正しい質量流量S1を出力するように設定する(ステップS34)。この校正処理は、例えばセンサ回路16の増幅器である差動回路32(図15参照)のゲインを調整することにより行うことができる。
Then, the verification process as described above is performed for each valve opening, and the verification accuracy H for each valve opening is obtained (step S32).
If the test result is obtained in this way, the test result is stored, and at the same time, the test result is output and displayed on the display means 54, for example, to inform the operator of the content, or the control device C of the semiconductor control device. The control device C outputs a signal for a necessary treatment process based on the test result (step S33). At the same time, if necessary, the mass flow rate detecting means 8 is automatically calibrated based on the test result and set to output the correct mass flow rate S1 (step S34). This calibration process can be performed by adjusting the gain of the differential circuit 32 (see FIG. 15), which is an amplifier of the sensor circuit 16, for example.

また必要ならば、本検定用ルーチンを複数回繰り返し、その平均値を求めることも可能で、平均値を用いた自動校正を行なうならば、更に校正精度を向上させることができる。また必要ならば、上記検定精度を予め設定された所定の許容範囲と比較し、検定精度がこの許容範囲以上に大きい時には警報手段56を駆動するなどしてオペレータに注意を喚起させるようにしたり、半導体制御装置の制御装置Cへ送信したりしてもよい。そして上記のように自動校正が終了したならば、本検定用ルーチンを終了することになる。
このように、質量流量制御装置自体に検定用バルブ部42と検定用タンク部44等を設け、この検定用バルブ部42を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部44から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。
If necessary, the test routine can be repeated a plurality of times to obtain the average value. If automatic calibration using the average value is performed, the calibration accuracy can be further improved. If necessary, the test accuracy is compared with a predetermined allowable range set in advance, and when the test accuracy is larger than the allowable range, the alarm means 56 is driven to alert the operator. It may be transmitted to the control device C of the semiconductor control device. When the automatic calibration is completed as described above, the test routine is terminated.
In this way, the mass flow control device itself is provided with the test valve unit 42, the test tank unit 44, etc., and after the test valve unit 42 is closed and the supply of fluid is stopped, the test tank unit 44 By detecting the pressure change of the flowing fluid and comparing this pressure change with, for example, a reference pressure change as a reference, it is possible to test whether the mass flow rate of the flowing fluid can be accurately controlled.

また質量流量制御装置40を半導体製造装置のガス供給系等に組み込んだまま上記検定動作を行うことができるので、検定動作を極めて短時間で行うことができ、その分、半導体製造装置等の稼働率や良品率を向上させることができる。
尚、上記実施例において、弁開度(検定温度の設定値)を10%ずつ変化させて検定動作を行ったが、この数値例に限定されるものではない。また、検出手段46と検出用タンク部44の流路6に対する配列順序を上流側と下流側とで逆に設置するようにしてもよい。更に、ここではタンク本体50に対して流路6の入口50Aと出口50Bとを別々に設けたが、これに限定されず、流路6に対して1本の分岐管を形成し、この分岐管にタンク本体50をT字状に接続するようにしてもよい。
Further, since the above-described verification operation can be performed while the mass flow controller 40 is incorporated in the gas supply system of the semiconductor manufacturing apparatus, the verification operation can be performed in an extremely short time. Rate and good product rate can be improved.
In the above embodiment, the verification operation was performed by changing the valve opening (set value of the verification temperature) by 10%. However, the present invention is not limited to this numerical example. Further, the arrangement order of the detection means 46 and the detection tank portion 44 with respect to the flow path 6 may be reversed on the upstream side and the downstream side. Furthermore, although the inlet 50A and the outlet 50B of the flow path 6 are separately provided for the tank body 50 here, the present invention is not limited to this, and a single branch pipe is formed for the flow path 6 and this branch is formed. The tank body 50 may be connected to the pipe in a T shape.

また本実施例で説明したような各種処理は、デジタル処理で行ってもよく、アナログ処理で行ってもよい。特にデジタル処理で行う場合には、各種のデータを取り込むサンプリング周波数によってはデータが離散的になる場合が生ずるが、この場合には、データを最下位の桁側から丸め込むことにより、例えば図7に示すグラフにおいて圧力データ等の一致点を見出すことができる。
尚、第1実施例において、零点調整を行う場合には、上記検定用バルブ部42を弁閉状態にして流路6内のガスの流れを停止して安定化した状態において流量信号S1を求め、この値に基づいて零点調整を行う。
Various processes as described in this embodiment may be performed by digital processing or analog processing. In particular, when digital processing is performed, the data may be discrete depending on the sampling frequency for capturing various data. In this case, by rounding the data from the least significant digit, for example, FIG. In the graph shown, it is possible to find coincident points such as pressure data.
In the first embodiment, when the zero point adjustment is performed, the flow rate signal S1 is obtained in a state where the flow of the gas in the flow path 6 is stopped and stabilized with the verification valve portion 42 closed. The zero point is adjusted based on this value.

<第2実施例>
次に本発明に係る質量流量制御装置の第2実施例について説明する。
この第2実施例においては、精度の高い零点調整を行うことができる機能を付与したものであり、これと同時に装置自体の小型コンパクトを図るようにしたものである。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the mass flow control device according to the present invention will be described.
In the second embodiment, a function capable of performing zero-point adjustment with high accuracy is added, and at the same time, the apparatus itself is made compact and compact.

この種の質量流量制御装置では、経時変化により流量検出の零点が僅かずつではあるがずれることは避けられないので、定期的、或いは不定期的に零点調整が行われるが、零点調整時にはその精度を高めるために装置内部の流体(ガス、液体を含む)の流れを完全に停止させることが望ましい。この場合、ダイヤフラムを用いた流量制御弁20に関しては、これを閉弁状態にしてもその特性上、流体の流れを完全には遮断することは困難であり、非常に僅かではあるが、極々微小量なリークが生ずることは避けられなかった。この微小量のリークは、半導体製造プロセスにおける設計ルールがそれ程厳しくない場合には、特に問題はなかったが、更なる微細化、薄膜化、及び高集積化の要請によって設計ルールがより厳しくなると、上記極々微小量なリークが無視し得なくなった。   In this type of mass flow control device, the zero point of the flow rate detection is inevitably shifted slightly due to changes over time, so the zero point adjustment is performed periodically or irregularly. It is desirable to completely stop the flow of fluid (including gas and liquid) inside the apparatus in order to increase the flow rate. In this case, regarding the flow control valve 20 using the diaphragm, even if it is closed, it is difficult to completely shut off the flow of the fluid due to its characteristics, and although it is very slight, it is extremely minute. It was inevitable that a large amount of leak occurred. This small amount of leakage was not particularly problematic when the design rules in the semiconductor manufacturing process were not so strict, but when the design rules became more strict due to demands for further miniaturization, thinning, and higher integration, The extremely small amount of leakage is no longer negligible.

この第2実施例においては、極々微小量なリークを完全になくすために、小型コンパクトな零点測定用バルブ部を設けるようにしている。この点について、以下に詳述する。
図8は本発明に係る質量流量制御装置の第2実施例を示すブロック構成図、図9は第2実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図、図10は流量制御弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図、図11は零点測定用バルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図、図12は零点測定工程の流れを示すフローチャートである。
尚、図2及び図3に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。ここでは零点測定用バルブ部としては、先の検定用バルブ部42においても用いたアクチュエータレス小型バルブ機構を用いる場合について説明する。
In the second embodiment, a small and compact zero point measuring valve portion is provided in order to completely eliminate an extremely small amount of leak. This point will be described in detail below.
FIG. 8 is a block diagram showing a second embodiment of the mass flow control device according to the present invention, FIG. 9 is an arrangement diagram showing the actual arrangement state of each member in the second embodiment, and FIG. 10 is a flow control valve. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fully-closed diaphragm of the zero point measuring valve unit, and FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the zero point measuring step.
The same components as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, a case will be described in which the actuator-less small valve mechanism used in the previous verification valve unit 42 is used as the zero point measurement valve unit.

図8及び図9にも示すように、この零点測定用バルブ部60は、流路6の最下流側に設けられ、流体出口6Aの直前に位置される。具体的には、質量流量制御装置の装置筐体45の下面側(図8中において)に取り付け凹部62を設け、この取り付け凹部62内に上記零点測定用バルブ部60を液密、或いは気密に取り付けるようになっている。この取り付け凹部62は、上記流量制御弁機構10のダイヤフラム22に対して対向する位置に配置されている。   As shown in FIGS. 8 and 9, the zero point measurement valve unit 60 is provided on the most downstream side of the flow path 6 and is positioned immediately before the fluid outlet 6 </ b> A. Specifically, a mounting recess 62 is provided on the lower surface side (in FIG. 8) of the device housing 45 of the mass flow control device, and the zero point measuring valve unit 60 is liquid-tight or air-tight in the mounting recess 62. It is designed to be attached. The mounting recess 62 is disposed at a position facing the diaphragm 22 of the flow control valve mechanism 10.

図10に示すように、上記取り付け凹部62の奥には、装置筐体45を更に奥深く削り取ることにより流体溜め室64が形成されている。この流体溜め室64の天井の中央部は、図10において下方向へ少し突状に形成されており、この部分に上記流量制御弁機構10側の弁口24と連通するようにして連通路66が形成されて、弁口24を流れたガスがこの流体溜め室64内へ流入できるようになっている。従って、上記流体溜め室64に関して、この連通路66の下端開口部が弁口となる流体入口部68として機能することになる。また、この流体溜め室64には、ガスが流れ出る流体出口部70が設けられており、この流体出口部70は、流路72を介して流体出口6B側へ連通されている。   As shown in FIG. 10, a fluid reservoir chamber 64 is formed in the interior of the mounting recess 62 by scraping the device housing 45 deeper. A central portion of the ceiling of the fluid reservoir chamber 64 is formed to protrude slightly downward in FIG. 10, and this portion communicates with the valve port 24 on the flow control valve mechanism 10 side so as to communicate with the communication passage 66. The gas flowing through the valve port 24 can flow into the fluid reservoir 64. Therefore, with respect to the fluid reservoir chamber 64, the lower end opening portion of the communication passage 66 functions as a fluid inlet portion 68 serving as a valve port. Further, the fluid reservoir chamber 64 is provided with a fluid outlet portion 70 through which gas flows out. The fluid outlet portion 70 communicates with the fluid outlet 6B via a flow path 72.

そして、上記弁口となる流体入口部68の周囲には、例えば四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系の耐食性のあるリング状の弾性シール部材74が下方へ部分的に突出させて設けられており、後述するように弁閉状態の時に、この弁口となる流体入口部68を完全に液密に、或いは気密に閉じてガスの流れを完全に遮断できるようになっている。上記流体溜め室64の下方を区画するようにして、屈曲変形可能になされた金属製の全閉用ダイヤフラム76が設けられている。この全閉用ダイヤフラム6は、その中心部に下方向へ凸状に曲面状に成形された曲面部76Aを有しており、その周辺部が、この取り付け凹部62に密接状態で嵌装させた固定部材78により押し付けられて固定されている。この固定部材78は、図示しないネジ等により締め付け固定される。   A ring-shaped elastic seal member 74 having a fluorine-based corrosion resistance such as, for example, a tetrafluoroethylene resin is provided so as to partially protrude downward around the fluid inlet 68 serving as the valve port. As will be described later, when the valve is in the closed state, the fluid inlet 68 serving as the valve port is completely liquid-tight or air-tightly closed so that the gas flow can be completely blocked. A metal full-closed diaphragm 76 that can be bent and deformed is provided so as to define a lower portion of the fluid reservoir chamber 64. The fully-closing diaphragm 6 has a curved surface portion 76A that is formed in a curved shape so as to protrude downward in the center thereof, and its peripheral portion is closely fitted in the mounting recess 62. It is pressed and fixed by a fixing member 78. The fixing member 78 is fastened and fixed with a screw or the like (not shown).

ここで上記曲面部76Aは、略球殻の一部、具体的には半球殻状よりも更に平面に近い球殻の一部となるような形状になされている。尚、この全閉用ダイヤフラム6に曲面部76Aを設けないで、平面形状となるように形成してもよい。そして、上記固定部材78には、上記全閉用ダイヤフラム76を上記流体入口部68に向けて押圧して弁口として機能するこの流体入口部68を閉じるための押圧手段80が設けられている。この押圧手段80は、上記固定部材78の上面を凹部状に成形することによって、上記全閉用ダイヤフラム76を挟んで流体溜め室64とは反対側(図9中では下方側)に設けられた作動空間82と、この作動空間82内へ加圧気体、例えば加圧空気を給排することができる弁機構84とにより構成されている。この弁機構84を駆動することにより、上記作動空間82内へ必要に応じて加圧気体を給排できるようになっており、加圧気体を供給した時に上記曲面部76Aを有す全閉用ダイヤフラム76を屈曲変形させて流体入口部68を全閉できるようなっている。   Here, the curved surface portion 76A has a shape that is a part of a substantially spherical shell, specifically, a part of a spherical shell that is closer to a flat surface than a hemispherical shell. The fully closed diaphragm 6 may be formed to have a planar shape without providing the curved surface portion 76A. The fixing member 78 is provided with pressing means 80 for pressing the fully closing diaphragm 76 toward the fluid inlet portion 68 to close the fluid inlet portion 68 functioning as a valve port. The pressing means 80 is provided on the side opposite to the fluid reservoir chamber 64 (lower side in FIG. 9) with the full-closed diaphragm 76 sandwiched between them by forming the upper surface of the fixing member 78 into a concave shape. The working space 82 and a valve mechanism 84 capable of supplying and discharging pressurized gas, for example, pressurized air, into the working space 82 are configured. By driving the valve mechanism 84, the pressurized gas can be supplied to and discharged from the working space 82 as necessary. When the pressurized gas is supplied, the valve mechanism 84 is used to fully close the curved surface 76A. The diaphragm 76 can be bent and deformed so that the fluid inlet 68 can be fully closed.

従って、作動空間82に加圧気体を供給していない通常時には上記気体入口部68は全開状態となっており、ノーマリオープン形の開閉弁となっている。上記弁機構84は、例えば電磁式の三方弁よりなり、この電磁三方弁を上記固定部材78に内蔵させることによって、全体の小型化及びコンパクト化を図るようになっている。この場合、上記固定部材78の周囲と取り付け凹部62の内面との間には、Oリング等よりなるシール部材86が介設され、図示せぬねじにより接続されており、上記作動空間82内の加圧空気が外部へ洩れないようにしている。このように弁機構84として電磁式三方弁を用いることによって、この三方弁の1方に常時加わる加圧空気を、作動空間82内へ必要に応じて給排させることができる。上記加圧空気は作動空気入口85から導入される。そして、このように弁機構84として電磁式三方弁を用いることによって、零点測定用バルブ部60として小型コンパクトなアクチュエータレス小型バルブ機構とすることができる。尚、この零点測定用バルブ部60は、検定制御手段48によりその動作が制御される。   Therefore, at the normal time when pressurized gas is not supplied to the working space 82, the gas inlet portion 68 is in a fully open state, and is a normally open type on-off valve. The valve mechanism 84 is composed of, for example, an electromagnetic three-way valve. By incorporating the electromagnetic three-way valve in the fixing member 78, the overall size and size can be reduced. In this case, a seal member 86 made of an O-ring or the like is interposed between the periphery of the fixing member 78 and the inner surface of the mounting recess 62, and is connected by screws (not shown). Pressurized air is prevented from leaking outside. As described above, by using the electromagnetic three-way valve as the valve mechanism 84, the pressurized air constantly applied to one of the three-way valves can be supplied and discharged into the working space 82 as necessary. The pressurized air is introduced from the working air inlet 85. By using an electromagnetic three-way valve as the valve mechanism 84 as described above, a small and compact actuatorless small valve mechanism can be obtained as the zero point measuring valve unit 60. The operation of the zero point measuring valve unit 60 is controlled by the test control means 48.

次に、このように構成した零点測定用バルブ部60を用いて行われる流量センサの零点測定工程について説明する。
この零点測定工程は、定期的、或いは不定期的に行われるが、特に、図5に示す基準圧力変化特性用ルーチンを実行する直前や、図6に示す本検定用ルーチンを実行する直前に行うのが好ましい。
図12に示すように、この零点測定工程を行うには、まず、ここでは流路6の最上流に位置する検定用バルブ部42と流路6の最下流に位置する上記零点測定用バルブ部60とを共に閉じることによって弁閉状態とし、流路6内に流れるガスの流れを完全に遮断してこれを停止させる(S01)。すなわち、センサ管14内のガスの流れを完全に停止させる。この際、流量制御弁機構10の流量制御弁20は開状態に維持しておく(S02)。
Next, the zero point measuring process of the flow rate sensor performed using the zero point measuring valve unit 60 configured as described above will be described.
This zero point measurement step is performed regularly or irregularly, and in particular, is performed immediately before executing the reference pressure change characteristic routine shown in FIG. 5 or immediately before executing the main verification routine shown in FIG. Is preferred.
As shown in FIG. 12, in order to perform this zero point measuring step, first, here, the test valve portion 42 located at the uppermost stream of the flow path 6 and the above-described zero point measurement valve section located at the most downstream position of the flow path 6. The valve 60 is closed by closing both of the valve 60 and the gas flowing in the flow path 6 is completely cut off and stopped (S01). That is, the gas flow in the sensor tube 14 is completely stopped. At this time, the flow control valve 20 of the flow control valve mechanism 10 is kept open (S02).

このような状態にして、所定時間が経過して流路6内、特にセンサ管14内のガスの流れが完全に停止して安定状態になったならば(S03)、その時のセンサ回路16の流量信号S1を検出し、この時の検出値をゼロ点のズレ量として制御手段18の図示しないメモリに記憶する(S04)。換言すれば、これにより検定制御手段48や制御手段18内の測定系(流量センサ)を電気的に”流路ゼロ”として設定(オフセット調整)することになる。この場合、上述したように、零点測定用バルブ部60は、ガス(流体)の洩れを完全に遮断することができるので、精度の高い零点測定を行うことができる。尚、ここでは、まだ零点調整は行わないで上記したズレ量を記憶したままにしておき、最終的に本検定用ルーチンで自動的に、或いはオペレータの指示により、零点調整を行うようにする。すなわち、図6に示す本検定用ルーチンのS34にて、上記零点ズレ量と本検定用ルーチンで求めた流量ズレ量とを自動的に校正することにより、零点調整を行うと共に流量ずれ調整を行う。この場合、自動校正を行わないで測定結果の各ズレ量を表示するようにし、必要な場合にはオペレータがこれを見て指示することにより校正を行うようにしてもよい。   In such a state, when a predetermined time has passed and the gas flow in the flow path 6, particularly in the sensor tube 14, is completely stopped and becomes stable (S 03), the sensor circuit 16 at that time The flow rate signal S1 is detected, and the detected value at this time is stored in a memory (not shown) of the control means 18 as a zero point deviation amount (S04). In other words, by this, the measurement system (flow rate sensor) in the test control means 48 and the control means 18 is electrically set (offset adjustment) as “channel zero”. In this case, as described above, the zero point measurement valve unit 60 can completely block the leakage of gas (fluid), and therefore can perform zero point measurement with high accuracy. Here, the zero point adjustment is not performed yet, and the above-described deviation amount is stored, and finally, the zero point adjustment is performed automatically in the test routine or according to the operator's instruction. That is, the zero point adjustment and the flow rate deviation adjustment are performed by automatically calibrating the zero point deviation amount and the flow rate deviation amount obtained in the main examination routine in S34 of the main examination routine shown in FIG. . In this case, each deviation amount of the measurement result may be displayed without performing automatic calibration, and if necessary, calibration may be performed by an operator viewing and instructing this.

図12へ戻って、S04にて流量信号S1の値を記憶したならば、流量制御弁20を通常の制御状態へ移行させ(S05)、そして、検定用バルブ部42及び零点測定用バルブ部60を共に開状態にする(S06)。そして、次に、基準圧力変化特性用ルーチンの場合は図5のS2へ移行し(S1は除く)、本検定用ルーチンの場合は図5のS22へ移行(S21は除く)する(S07)。
上述の場合、図11に示すように、全閉用ダイヤフラム76の半球殻状の曲面部76Aの直径をD、半径R、加圧空気の圧力をP1、流体溜め室64内の圧力をP2とすると、実験の結果、以下に示すような関係式を満足する範囲が、洩れのない全閉状態を維持できることが確認できた。
2<R/D<10 (P1−P2≧0.1MPaの時)
また、上記曲面部76Aの形状は、球殻の一部の形状、例えば半球殻状に形成したが、これに限定されず、楕円殻の一部の形状など、ガスの流れを完全に停止させる全閉状態を実現できるならば、どのような曲面でもよいし、また前述したように全閉用ダイヤフラム76を平面形状にしてもよい。
Returning to FIG. 12, if the value of the flow rate signal S1 is stored in S04, the flow rate control valve 20 is shifted to a normal control state (S05), and then the verification valve unit 42 and the zero point measurement valve unit 60 are transferred. Are both opened (S06). Then, in the case of the reference pressure change characteristic routine, the routine proceeds to S2 in FIG. 5 (excluding S1), and in the case of the main examination routine, the routine proceeds to S22 in FIG. 5 (excluding S21) (S07).
In the above-described case, as shown in FIG. 11, the diameter of the hemispherical curved surface portion 76A of the fully closed diaphragm 76 is D, the radius R, the pressure of the pressurized air is P1, and the pressure in the fluid reservoir chamber 64 is P2. As a result of the experiment, it was confirmed that the range satisfying the following relational expression can maintain the fully closed state without leakage.
2 <R / D <10 (when P1-P2 ≧ 0.1 MPa)
The shape of the curved surface portion 76A is a part of a spherical shell, for example, a hemispherical shell, but is not limited thereto, and the gas flow is completely stopped such as a part of an elliptical shell. Any curved surface may be used as long as the fully closed state can be realized, and the fully closed diaphragm 76 may be planar as described above.

また、弁機構84として電磁式の三方弁を用いてこれを内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を零点測定バルブ部60として用いているので、小型コンパクト化及び省スペース化を実現することができる。
また装置の設計寸法にもよるが、流量制御弁機構10に対向させて零点測定用バルブ部60を配置するようにしたので、ダイヤフラム22で開閉される弁口24と流体溜め室64の流体入口部68とを連通する連通路66の容積、すなわちガスを流した時に制御することができないデッドボリュームを非常に少なくすることができる。このことは、半導体製造装置の稼動初期や、プロセスガスの切替時の流量オーバーシュートを最小限に抑え、制御できない流体を排気する捨てガス量を最小限に抑えるといった効果をもたらすことができる。
In addition, since an electromagnetic three-way valve is used as the valve mechanism 84 and an actuator-less small valve mechanism having the built-in valve is used as the zero-point measuring valve unit 60, it is possible to achieve a small size and a small space.
Although depending on the design dimensions of the apparatus, the zero-point measuring valve portion 60 is arranged to face the flow control valve mechanism 10, so that the valve opening 24 opened and closed by the diaphragm 22 and the fluid inlet of the fluid reservoir chamber 64 are arranged. The volume of the communication path 66 that communicates with the portion 68, that is, the dead volume that cannot be controlled when the gas is flowed, can be greatly reduced. This can bring about an effect of minimizing the flow overshoot at the initial operation of the semiconductor manufacturing apparatus or at the time of switching the process gas and minimizing the amount of discarded gas for exhausting the fluid that cannot be controlled.

また前述のように、このようなアクチュエータレス小型バルブ機構は、図3に示す検定用バルブ部42に対しても適用することができる。
また上記第2実施例では、零点測定用バルブ部60の押圧手段80として、電磁式三方弁を内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を用いたが、これに替えて、図13に示す変形例のように、全閉用ダイヤフラム76と接触してこれを押圧するピストン90を有するピストン式アクチュエータを用いてもよい。このときピストン90は、例えば別に配置する電磁式三方弁とピストン90とを管路で接続し(図示せず)、電磁式三方弁の動作によって給排気される加圧空気の圧力で動作させる。
尚、上記零点測定用バルブ部60は、バイパス管12及びセンサ管14を挟んで上記検定用バルブ部42の反対側に設けられることになる。従って、例えば検定用バルブ部42をバイパス管12よりも下流側に設けた場合には、上記零点測定用バルブ部60は、バイパス管12よりも上流側に設けることになる。
Further, as described above, such an actuatorless small valve mechanism can be applied to the verification valve unit 42 shown in FIG.
In the second embodiment, an actuator-less small valve mechanism incorporating an electromagnetic three-way valve is used as the pressing means 80 of the zero-point measuring valve portion 60. Instead, as shown in FIG. Alternatively, a piston-type actuator having a piston 90 that contacts and presses the fully-closing diaphragm 76 may be used. At this time, the piston 90, for example, connects a separately disposed electromagnetic three-way valve and the piston 90 by a pipe line (not shown), and is operated by the pressure of pressurized air supplied and exhausted by the operation of the electromagnetic three-way valve.
The zero point measuring valve section 60 is provided on the opposite side of the verification valve section 42 with the bypass pipe 12 and the sensor pipe 14 interposed therebetween. Therefore, for example, when the verification valve portion 42 is provided on the downstream side of the bypass pipe 12, the zero point measurement valve portion 60 is provided on the upstream side of the bypass pipe 12.

本発明に係る流量検定機能付質量流量制御装置を搭載した半導体製造装置の実施例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the Example of the semiconductor manufacturing apparatus carrying the mass flow rate control apparatus with a flow volume verification function which concerns on this invention. 本発明に係る質量流量制御装置の第1実施例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 1st Example of the mass flow control apparatus which concerns on this invention. 第1実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。FIG. 3 is an arrangement diagram showing an actual arrangement state of each member in the first embodiment. 質量流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart of each signal at the time of the verification operation mode of a mass flow control apparatus. 基準圧力変化特性用ルーチンの各ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows each step of the routine for reference pressure change characteristics. 本検定用ルーチンの各ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows each step of this test routine. 基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the pressure signal in the routine for reference pressure change characteristics, and this inspection routine. 本発明に係る質量流量制御装置の第2実施例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 2nd Example of the mass flow control apparatus which concerns on this invention. 第2実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。It is an arrangement figure showing the actual arrangement state of each member in the 2nd example. 流量制御弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the attachment state of the flow control valve and the valve part for zero point measurement. 零点測定用バルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the diaphragm for full closure of the valve | bulb part for zero point measurement. 零点測定工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a zero point measurement process. ピストンを有するピストン式アクチュエータを示す図である。It is a figure which shows the piston type actuator which has a piston.

符号の説明Explanation of symbols

1:半導体製造装置
L1、L2:プロセスガス源、L3:不活性ガス源
R1、R2、R3:圧力制御装置
V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12:開閉弁
D:処理室、P:排気装置、C:制御装置
4:ガス管(流体通路)、6:流路、8:質量流量検出手段、10:流量制御弁機構
12:バイパス管、14:センサ管、16:センサ回路、18:制御手段、20:流量制御弁
28:バルブ駆動回路
40、40−1,40−2,40−3:検定機能付質量流量制御装置
40A:質量流量制御本体、40B:検定本体
42:検定用バルブ部、44:検定用タンク部、46:圧力検出手段、48:検定制御手段
50:タンク本体、51:温度検出手段
52A:基準用データメモリ、52B:検定用データメモリ
54:表示手段、56:警報手段、
60:零点測定用バルブ部、64:流体溜め室、68:流体入口部、70:流体出口部
76:全閉用ダイヤフラム、78:固定部材、80:押圧手段、82:作動空間、84:弁機構
S0:流量設定信号、S1:流量信号、S2:バルブ駆動電圧、S3:タンクバルブ開閉信号
S4:圧力信号

1: Semiconductor manufacturing apparatus L1, L2: Process gas source, L3: Inert gas source R1, R2, R3: Pressure control devices V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11, V12: On-off valve D: Processing chamber, P: Exhaust device, C: Control device 4: Gas pipe (fluid passage), 6: Flow path, 8: Mass flow rate detection means, 10: Flow control valve mechanism 12: Bypass pipe, 14: Sensor tube, 16: Sensor circuit, 18: Control means, 20: Flow control valve 28: Valve drive circuit 40, 40-1, 40-2, 40-3: Mass flow controller with verification function 40A: Mass flow Control body, 40B: Verification body 42: Verification valve section, 44: Verification tank section, 46: Pressure detection means, 48: Verification control means 50: Tank body, 51: Temperature detection means 52A: Reference data memory, 52B : Examination Data memory 54: display means, 56: alarm means,
60: Zero point measuring valve section, 64: Fluid reservoir chamber, 68: Fluid inlet section, 70: Fluid outlet section, 76: Fully closed diaphragm, 78: Fixing member, 80: Pressing means, 82: Working space, 84: Valve Mechanism S0: Flow rate setting signal, S1: Flow rate signal, S2: Valve drive voltage, S3: Tank valve open / close signal S4: Pressure signal

Claims (4)

流体供給路に質量流量制御装置、開閉弁を有し、末端に排気装置を有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記質量流量制御装置、前記開閉弁、前記排気装置等の動作に係る制御を司る制御装置を有し、前記質量流量制御装置は、流量制御の検定機能及び/又は流量校正機能を有した質量流量制御装置であることを特徴とする半導体製造装置。   A semiconductor manufacturing apparatus having a mass flow control device and an opening / closing valve in a fluid supply path and having an exhaust device at a terminal, wherein the semiconductor manufacturing apparatus operates the mass flow control device, the opening / closing valve, the exhaust device, etc. A semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a control device that controls the control, wherein the mass flow control device is a mass flow control device having a flow control verification function and / or a flow rate calibration function. 前記制御装置は、流量検定時に前記開閉弁および前記排気装置に対して所定の動作信号を出力し、同時に又はその後、前記質量流量制御装置に流量検定動作信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。 The control device outputs a predetermined operation signal to the on-off valve and the exhaust device during flow rate verification, and outputs a flow rate verification operation signal to the mass flow control device simultaneously or afterwards. 2. The semiconductor manufacturing apparatus according to 1. 前記質量流量制御装置は、流体を流す流路に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構とを設け、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御装置であって、
さらに前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段を備えるように構成した質量流量制御装置であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の半導体製造装置。
The mass flow rate control device includes a mass flow rate detecting means for detecting a mass flow rate of the fluid flowing in the flow channel and outputting a flow rate signal to the flow channel for flowing the fluid, and changing the valve opening by the valve drive signal. A mass flow control device provided with a flow rate control valve mechanism for controlling a flow rate, and provided with a control means for controlling the flow rate control valve mechanism based on a flow rate setting signal input from the outside and the flow rate signal,
Further, the flow path is provided with a verification valve section for opening and closing the flow path, a verification tank section having a predetermined capacity, and a pressure detection means for detecting the pressure of the fluid and outputting a pressure detection signal. The mass flow rate control device is configured to include verification control means for controlling the mass flow rate verification operation using the verification valve, the verification tank unit, and the pressure detection means. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1.
前記質量流量制御装置は、前記流路に零点測定の時に該流路の出口側を開閉する零点測定用バルブ部が設けられている質量流量制御装置であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体製造装置。
4. The mass flow control device according to claim 1, wherein the mass flow control device is provided with a zero point measurement valve portion that opens and closes an outlet side of the flow channel when the zero point is measured in the flow channel. The semiconductor manufacturing apparatus in any one of.
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