JP2009054094A - 流量検定システム及び流量検定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量制御機器が流量制御を開始した直後から流量特性を検定することができる流量検定システムを提供すること。
【解決手段】第１遮断弁７Ａと、第１遮断弁７Ａの下流側に配置された流量制御機器８Ａと、流量制御機器８Ａの下流側の圧力を測定する圧力センサ１２とを有するガス配管系の流量を、圧力センサ１２が測定した圧力に基づいて検定する流量検定システム１６において、流量制御機器８Ａの正常時に圧力センサ１２が測定する圧力を積算した標準値を記憶する標準値記憶手段２７と、第１遮断弁７Ａを介して流量制御機器８Ａに供給され、流量制御機器８Ａに流量を制御されたプロセスガスを、圧力センサ１２に供給したときに、圧力センサ１２が測定する圧力を積算して圧力積算値を算出し、圧力積算値を標準値と比較して、流量の異常を検知する異常検知手段１４と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体製造設備等に用いられるガス配管系に配置された流量制御機器の流量特性を検定する流量検定システム及び流量検定方法に関する。

例えば、半導体製造設備中の成膜装置、ドライエッチング装置等においては、例えばシランやホスフィン等のいわゆる特殊材料ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び、水素ガス等の強燃性ガス等を使用する。これらのガスは、その流量がプロセスの成否に直接影響すること、排気系に設置される除外装置の負担、ガス自体が高価であること、等の理由により、その流量を極めて厳格に管理される。プロセスで使用される実際のガス量は、多くても５００ｓｃｃｍ程度と少ないので、配管中に公知のマスフローコントローラを配置して、ガス種およびプロセスレシピごとに最適の流量を流すようにしている。ここで、マスフローコントローラにおける流量の設定は印加電圧の調整により行う。

ところで、プロセスガスのうち、特に、成膜用材料ガスは、その特性上ガスライン内でも固形物を析出する可能性があり、流量容量を変化させることがある。特に、マスフローコントローラは、他の部分と比較して固形物が内部の細管部分に析出する可能性が大きく、析出した場合には流量容量に与える影響が大きい。流量容量の変化が起これば、そのマスフローコントローラにおける印加電圧と実流量との関係は当然変化し、流量設定に変化がなくても実流量が変化するので、プロセスの安定性が阻害される。現実に流量容量の変化が起こった場合には、正しいガス流量を流すべく印加電圧の設定を修正しなければならない。このため、マスフローコントローラの流量を検定する必要がある。

マスフローコントローラの流量検定は、基本的には、膜流量計を使って行う。しかし、この検定方法は、配管の一部を外して行うものであり、測定後には再び配管をもとの状態に組み付けて漏れをチェックしなければならないため、作業に手間がかかる。これに対して、例えば、特許文献１には、配管を組んだままの状態で流量検定を行う方法が提案されている。

図５は、特許文献１に記載される流量検定システム１１０を適用したガスシステム１００の構成図である。
ガスシステム１００は、ガスライン１０１Ａ，１０１Ｂがガス供給ライン１０２に集管されて、処理槽１０３に接続されている。流量検定システム１１０は、ガスライン１０１Ａ，１０１Ｂに配置されたマスフローコントローラ１０５Ａ，１０５Ｂが制御するプロセスガスＡ，Ｂの流量を、圧力センサ１０８が測定した圧力に基づいて検定する。

ガスライン１０１Ａ，１０１Ｂには、上流側から、第１遮断弁１０４Ａ，１０４Ｂと、マスフローコントローラ１０５Ａ，１０５Ｂと、第２遮断弁１０６Ａ，１０６Ｂとが配置されている。ガス供給ライン１０２には、終段遮断弁１０７が配置され、その終段遮断弁１０７の上流側に圧力センサ１０８とベントライン１０９が設けられている。圧力センサ１０８は、流量検定システム１１０に接続され、圧力検知信号を出力する。終段遮断弁１０７は、流量検定システム１１０又は流量検定システム１１０に接続する上位装置１１１により、弁開閉動作を制御される。

流量検定システム１１０は、配管系の組立直後やマスフローコントローラの交換直後に、次のようにして、マスフローコントローラ１０５Ａ，１０５Ｂの各々について圧力変化率の初期値を設定している。

流量検定システム１１０は、例えば、マスフローコントローラ１０５Ａについて圧力変化率の初期値を設定する場合、先ず、ガスライン１０１Ｂの第２遮断弁１０６Ｂを閉じた状態で、ガスライン１０１Ａの第１遮断弁１０４Ａと第２遮断弁１０６Ａ、及び、ガス供給ライン１０２の終段遮断弁１０７を開く。そして、処理槽１０３に接続する図示しない真空ポンプなどにより、マスフローコントローラ１０５Ａの下流側を低圧にする。

その後、終段遮断弁１０７を閉じ、処理槽１０３への排気を遮断する。このとき、第１及び第２遮断弁１０４Ａ，１０６Ａが開いているため、プロセスガスＡは、マスフローコントローラ１０５Ａにより流量が制御され、マスフローコントローラ１０５Ａと終段遮断弁１０７との間の部分に導入される。これに伴い、圧力センサ１０８が計測する圧力値は、徐々に上昇する。流量検定システム１１０は、圧力センサ１０８が測定する圧力を一定間隔でサンプリングし、圧力変動の直線性が良い範囲について最小二乗法により傾斜を算出する。流量検定システム１は、この傾斜を初期値として記憶する。

流量検定システム１１０は、例えばプロセスガスＡを用いて流量検定を行う場合、上記と同じ手順で、圧力センサ１０８が測定する圧力を一定間隔でサンプリングし、直線性が良い範囲について最小二乗法により傾斜を算出する。そして、算出した傾斜を初期値と比較する。流量検定システム１１０は、算出した傾斜が初期値と比べて変化していない場合には、マスフローコントローラ１０５Ａの流量特性には変化が見られない（異常がない）と判断する。一方、流量検定システム１１０は、算出した傾斜が初期値と比べて変化している場合には、マスフローコントローラ１０５Ａの流量特性に変化が生じ、マスフローコントローラ１０５Ａに異常があると判断する。

特許３３６７８１１号公報

しかしながら、従来の流量検定システム１１０は、マスフローコントローラ１０５ＡがプロセスガスＡの流量制御を開始した直後、圧力が流量によって不安定に変動する。そのため、従来の流量検定システム１１０は、マスフローコントローラ１０５Ａが流量制御を開始してから数秒間待ち、流量を安定させた後でなければ、圧力変動の直線性が良い範囲について傾斜を算出して流量検定を行うことができなかった。

実際の成膜プロセスでは、例えば、第１遮断弁１０４Ａを開いてプロセスガスＡを処理槽１０３に導入すると同時に、成膜処理を開始する。成膜処理１回当たりの所要時間が５〜６ｓｅｃである場合、最初（例えば、マスフローコントローラ１０５Ａが流量制御を開始してから１ｓｅｃ）にウエハに供給されるプロセスガスＡは、成膜品質に大きく影響する。そのため、マスフローコントローラ１０５Ａが流量制御を開始した直後から流量検定を実施することが強く望まれているが、従来の流量検定システム１１０は、この要望に応えることができなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、流量制御機器が流量制御を開始した直後から流量特性を検定することができる流量検定システム及び流量検定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る流量検定システムは、次のような構成を有している。
（１）第１遮断弁と、前記第１遮断弁の下流側に配置された流量制御機器と、前記流量制御機器の下流側の圧力を測定する圧力センサとを有するガス配管系の流量を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて検定する流量検定システムにおいて、前記流量制御機器の正常時に前記圧力センサが測定する前記圧力を積算した標準値を記憶する標準値記憶手段と、前記第１遮断弁を介して前記流量制御機器に供給され、前記流量制御機器に流量を制御されたプロセスガスを、前記圧力センサに供給したときに、前記圧力センサが測定する前記圧力を積算して圧力積算値を算出し、前記圧力積算値を前記標準値と比較して、流量の異常を検知する異常検知手段と、を有する。

（２）（１）に記載の発明において、前記流量制御機器と前記圧力センサとの間に第２遮断弁を配置し、前記圧力センサの下流側に終段遮断弁を配置しており、前記流量制御機器が流量制御を開始した直後から前記圧力センサにより測定した前記第２遮断弁と前記終段遮断弁との間の圧力を積算して、前記圧力積算値を算出する。

（３）（１）又は（２）に記載の発明において、前記流量制御機器を前記ガス配管系に取り付けたときに、前記流量制御機器にプロセスガスの流量を制御させた状態で前記圧力センサに前記圧力を測定させ、前記圧力を積算した前記圧力積算値を前記標準値として前記標準値記憶手段に記憶させる標準値設定モード設定手段を有する。

（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の発明において、前記第１遮断弁と、前記流量制御機器とを備えるガスラインを複数有し、前記各ガスラインが前記圧力センサに接続されており、前記流量の検定に必要な前記圧力を前記圧力センサに測定させる圧力測定時間を、前記ガスライン毎に調整する測定時間調整手段を有する。

（５）第１遮断弁と、前記第１遮断弁の下流側に配置された流量制御機器と、前記流量制御機器の下流側に配置した圧力センサとを備えるガス配管系の流量を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて検定する流量検定方法おいて、前記第１遮断弁を介して前記流量制御機器に供給され、前記流量制御機器に流量を制御されたプロセスガスを、前記圧力センサに供給したときに、前記圧力センサが測定する圧力を積算して圧力積算値を算出する圧力積算値算出ステップと、前記圧力積算値算出ステップにて算出した前記圧力積算値を、前記流量制御機器の正常時に前記圧力センサが検出する圧力を積算した標準値と比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較結果に基づいて、流量の異常を検知する異常検知ステップと、を有する。

（６）（５）に記載の発明において、前記流量制御機器と前記圧力センサとの間に配置された第２遮断弁と、前記圧力センサの下流側に配置された終段遮断弁との間の圧力を、前記流量制御機器が流量制御を開始した直後から、前記圧力センサに測定させる圧力測定ステップを有する。

本発明の流量検定システム及び流量検定方法は、第１遮断弁を開いて流量制御機器の上流側にプロセスガスを供給し、流量制御機器に流量を制御されたプロセスガスを圧力センサに供給する。圧力センサは、流量制御機器の下流側圧力を測定する。圧力センサが測定する圧力は、流量によって変動するので、圧力を積算して圧力のバラツキを平滑化する。圧力積算値の変動は、流量制御開始直後からの流量積算値の変動を示し、ひいては流量の変動を示す。よって、流量を圧力積算値から検定することが可能である。

標準値記憶手段には、正常な流量制御機器がプロセスガスの流量を制御したときに、圧力センサが測定する圧力を積算した圧力積算値を、標準値として記憶している。流量制御機器の流量を検定する場合には、圧力センサが測定する圧力を積算した圧力積算値を、標準値記憶手段に記憶されている標準値と比較し、圧力積算値が標準値からどのように変化したかを調べる。つまり、流量制御機器の流量が、正常時の流量とどのように変化したかを調べ、流量制御機器の流量特性に生じた異常を検知する。

よって、本発明の流量検定システム及び流量検定方法によれば、流量及び圧力が不安定になる流量制御機器の流量制御開始直後から、流量制御機器の流量特性を検定することができる。

本発明の流量検定システム及び流量検定方法は、第２遮断弁と終段遮断弁との間に小容積の検知タンクを設け、その検知タンクの圧力を圧力センサで測定して流量検定を行うので、圧力センサが測定する圧力が短時間で安定し、流量検定時間を短縮することができる。

本発明の流量検定システムは、流量制御機器をガス配管系に取りつけたときに、標準値設定モード設定手段により標準値設定モードを設定すると、ガス配管系に取りつけた流量制御機器にプロセスガスを流して圧力センサが測定する圧力を積算して標準値を算出し、その標準値を標準値記憶手段に記憶する。よって、本発明の流量検定システムによれば、ガス配管系に取りつけた流量制御機器の使用条件に合わせて標準値を設定することができ、流量検定の精度を向上させることができる。

本発明の流量検定システムは、第１遮断弁と流量制御機器を備えるガスラインが圧力センサに複数接続している。流量検定時には、圧力センサはガスライン毎に圧力を測定する。このとき、圧力センサが測定する圧力は、各ガスラインに配置した流量制御機器から圧力センサまでの距離や、各ガスラインを流れるプロセスガスの比重、流量によって、ガスライン毎に異なることがある。この場合でも、本発明の流量検定システムによれば、測定時間調整手段を用いて、ガス配管系の構成やプロセスガスの性質等に応じて各ガスライン毎に圧力測定時間を調整することにより、ガスライン毎に圧力を適切に監視できる。

次に、本発明に係る流量検定システム及び流量検定方法の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜ガス供給装置の全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るガス供給装置１の構成を示す図である。
ガス供給装置１は、プロセスガスＡ，Ｂを供給されるガスライン２Ａ，２Ｂが、ガス供給ライン３に集管され、プロセスチャンバ４に接続されている。流量検定システム１６は、ガス供給装置１に適用され、プロセスガスＡの流量を制御する「流量制御機器」の一例であるマスフローコントローラ８Ａと、プロセスガスＢの流量を制御するマスフローコントローラ８Ｂの流量を、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂが流量制御を開始した直後から、圧力センサ１２が測定する圧力を積算した圧力積算値を用いて検定する。

プロセスチャンバ４は、半導体ウエハに成膜やエッチング等の処理を施すＣＶＤ装置、エッチング装置等である。プロセスガスは、ＣＶＤ用としてはシラン（ＳｉＨ）、ホスフィン（ＰＨ₃）、６フッ化タングステン（ＷＦ₆）等があり、エッチング用としては塩素ガス（Ｃｌ₂）や臭化水素ガス（ＨＢｒ）等がある。プロセスチャンバ４は、真空ポンプ５によって減圧され、その内部圧力が圧力センサ６によって検出されている。

各ガスライン２Ａ，２Ｂには、上流側から順に、第１遮断弁７Ａ，７Ｂ、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ、第２遮断弁９Ａ，９Ｂが配置されている。ガスライン２Ａ，２Ｂは、ベントライン１１Ａ，１１Ｂがマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂと第２遮断弁９Ａ，９Ｂとの間から分岐し、そのベントライン１１Ａ，１１Ｂ上に第３遮断弁１０Ａ，１０Ｂが配置されており、プロセスチャンバ４を通さずに余分なプロセスガスＡ，Ｂを排気するようになっている。

第１〜第３遮断弁７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂは、操作エアを供給されて弁開閉動作を行うエアオペレイトバルブである。マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂは、印加電圧に応じてプロセスガスＡ，Ｂの流量調整を行うものである。ガスライン２Ａ，２Ｂは、第２遮断弁９Ａ，９Ｂの下流側でガス供給ライン３に合流してプロセスチャンバ４に接続される。ガス供給ライン３には、上流側から、圧力センサ１２と終段遮断弁１３とが配置されている。

本実施形態では、流量検定システム１６は、第１遮断弁７Ａ，７Ｂと、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂと、第２遮断弁９Ａ，９Ｂと、圧力センサ１２と、終段遮断弁１３と、コントローラ１４とで構成され、コントローラ１４により標準値設定動作や流量検定動作を制御されている。コントローラ１４は、上位装置１５に電気通信可能に接続されている。尚、流量検定システム１６は、第２遮断弁９Ａ，９Ｂと終段遮断弁１３との接続する配管により、圧力センサ１２によって圧力を検知するための検知タンクＴが構成される。

上位装置１５は、ガス供給装置１全体を制御するマイクロコンピュータであって、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせて構成されている。第１〜第３遮断弁７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂと終段遮断弁１３は、上位装置１５の指令により弁開閉動作を行う。マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂは、プロセス時に、上位装置１５から印加電圧を供給され、印加電圧に応じてプロセスガスＡ，Ｂの流量を制御する。圧力センサ６は、上位装置１５にプロセスチャンバ４の圧力を出力する。さらに、真空ポンプ５は、上位装置１５に接続されて真空動作を制御される。

＜コントローラの電気ブロック構成＞
図２は、図１に示すコントローラ１４の電気ブロック構成を示す図である。
コントローラ１４は、流量検定を制御するマイクロコンピュータであって、公知のＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＨＤＤ２４、入出力インターフェース２５、通信インターフェース２６とを備える。

ＨＤＤ２４には、標準値を記憶するための標準値記憶手段２７が設けられている。「標準値」とは、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの流量特性を検定する際に異常の判断基準になる値をいう。「標準値」は、後述する「標準値設定モード」をコントローラ１４に設定したときに標準値記憶手段２７に記憶される。

入出力インターフェース２５には、第１遮断弁７Ａ，７Ｂ、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ、第２遮断弁９Ａ，９Ｂ、第３遮断弁１０Ａ，１０Ｂ、圧力センサ１２、真空ポンプ５が接続され、コントローラ１４が流量検定時にこれらの流体制御機器の動作を制御するようになっている。また、入出力インターフェース２５には、標準値設定モード設定手段３１、流量検定モード設定手段３２、表示手段３３、測定時間調整手段３５等が接続されている。

標準値設定モード設定手段３１は、配管組立時やマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの交換時など、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂをガス配管系に取り付けたときに、マスフローコントローラ８Ａ，８ＢにプロセスガスＡ，Ｂの流量を制御させた状態で圧力センサ１２に圧力を測定させ、その測定した圧力を積算した圧力積算値を「標準値」として標準値記憶手段２７に記憶させる「標準値設定モード」を設定するものである。
流量検定モード設定手段３２は、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの流量特性を検定する「流量検定モード」を設定するものである。

表示手段３３は、コントローラ１４の動作状態を表示するものである。表示手段３３は、例えば、メッセージを表示する液晶パネルで構成しても良いし、標準設定モードや流量検定モードのＯＮ／ＯＦＦ状態や、流量の異常等を点滅により知らせるＬＥＤで構成しても良い。
測定時間調整手段３５は、流量の検定に必要な圧力を圧力センサ１２に測定させる圧力測定時間を、ガスライン２Ａ，２Ｂ毎に調整するものである。

通信インターフェース２６は、上位装置１５に接続され、上位装置１５とのデータ送受信動作を制御する。コントローラ１４は、上位装置１５が第１〜第３遮断弁７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂと終段遮断弁１３に出力する指令信号を通信インターフェース２６を介して上位装置１５から入力し、モニタしている。

＜圧力積算値と流量との関係＞
図３は、図１に示すマスフローコントローラ８Ａが流量制御を開始した直後から出力する流量と、図１に示す圧力センサ１２が、マスフローコントローラが流量制御を開始した直後から測定した圧力との経時変化を示す図である。横軸に時間を示し、左側縦軸に圧力変動量（ΔＰ）を示し、右側縦軸に流量（Ｑ）を示す。図４は、図３に示す流量（Ｑ）と、図３に示す圧力を積算した圧力積算値（Σｐ）との関係を示す図である。横軸に時間を示し、左側縦軸に圧力積算値（ΣＰ）を示し、右側縦軸に流量（Ｑ）を示す。

尚、図３及び図４は、何れも、圧力測定時間（例えば、成膜処理の実行時間に対応する５〜６秒）の一部、すなわちマスフローコントローラ８Ａに印加電圧を供給してマスフローコントローラ８Ａに流量制御を開始させた直後から１秒間分の流量（Ｑ）、圧力変動量（ΔＰ）、圧力積算値（ΣＰ）を示す。

流量検定システム１６は、圧力センサ１２が測定した圧力を積算した圧力積算値を用いて、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの流量を検定する。すなわち、流量検定システム１６は、流量検定時に圧力積算値を算出し、算出した圧力積算値を標準値記憶手段２７に記憶されている標準値と比較し、その差分が許容範囲以内である場合には、マスフローコントローラの流量特性が正常時と変化していない（異常なし）と判断し、差分が許容範囲外である場合には、マスフローコントローラの流量特性が初期時と変化した（異常あり）と判断する。尚、許容範囲とは、標準値からのズレ量を許容する範囲をいう。許容範囲は、流量検定精度によって任意に設定することができる。すなわち、流量検定精度が低い場合には、標準値からのズレ量を大きくとって許容範囲を広くし、流量検定精度が高い場合には、標準値からのズレ量を小さくとって許容範囲を狭くする。

圧力は、図３の圧力変動量Ｘ１〜Ｘ５に示すように、それぞれ対応する流量（ｉ）〜（ｖ）に応じて不安定に変動する。不安定な圧力変動は、流量（ｉ）〜（ｖ）に到達するまで続くため、マスフローコントローラ８Ａが流量制御を開始した直後の流量が不安定な時期に、圧力の傾斜に基づいて流量を検定することはできない。

これに対して、図４に示す圧力積算値Ｙ１〜Ｙ５は、図３に示す圧力変動量Ｘ１〜Ｘ５に対応しており、圧力変動量Ｘ１〜Ｘ５に示す圧力をサンプル時間毎に積算してマップ化したものである。圧力積算値Ｙ１〜Ｙ５は、流量容量（流量積算値）の変動に従って増加するため、流量（ｉ）〜（ｖ）によって不安定に変動せず、ほぼ安定して変動する。

よって、正常時の圧量積算値（標準値）と流量検定時の圧力積算値とを比較すれば、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの流量特性が正常時からどのように変化したかを判断することができる。

＜通常動作の説明＞
流量検定システム１６は、「標準値設定モード」と「流量検定モード」が設定されていないときには、ガスシステム１に通常動作をさせる。通常動作とは、プロセスチャンバ４でウエハに成膜やエッチング等の処理を施す動作をいう。

ここでは、ガス供給装置１がプロセスガスＡをプロセスチャンバ４に所定流量で供給してウエハに成膜処理を施す場合を例に挙げて、通常動作を説明するが、プロセスガスＢを用いて成膜処理を実行する場合も、同様の手順で行われる。

ガス供給装置１は、ガスライン２Ｂの第１及び第２遮断弁７Ｂ，９Ｂを閉じて、プロセスガスＡがガスライン２Ｂに流入しないようにする。そして、ガスライン２Ａの第３遮断弁１０Ａを閉じてベントライン１１Ａを塞ぎ、プロセスガスＡの排出を阻止する。

この状態で、ガス供給装置１は、ガスライン２Ａの第１及び第２遮断弁７Ａ，９Ａとガス供給ライン３の終段遮断弁１３を開き、マスフローコントローラ８Ａで流量を制御されたプロセスガスＡをプロセスチャンバ４に供給する。プロセスガスＡがマスフローコントローラ８Ａからプロセスチャンバ４に流れる時間は数ｍｓｅｃと極短時間であるため、マスフローコントローラ８Ａが流量制御を開始する時間とプロセスガスＡがプロセスチャンバ４に供給される時間とのタイムラグは無視できる。よって、プロセスチャンバ４は、マスフローコントローラ８Ａに印加電圧を供給してマスフローコントローラ８Ａに流量制御を開始させると同時に、成膜処理やエッチング処理等のプロセスを開始する。

＜流量検定方法＞
本実施形態では、流量検定は、第１遮断弁７Ａ（７Ｂ）を介してマスフローコントローラ８Ａ（８Ｂ）に供給され、マスフローコントローラ８Ａ（８Ｂ）に流量を制御されたプロセスガスＡ（Ｂ）を、圧力センサ１２に供給したときに、圧力センサ１２が測定した圧力を積算して圧力積算値を算出した後（圧力積算値算出ステップ）、その圧力積算値を「標準値」と比較し（比較ステップ）、その後、比較結果に基づいて、流量の異常を検知する（異常検知ステップ）ことにより、行う。

＜流量検定動作＞
ユーザは、例えば、半導体製造装置を稼働する前に、流量検定モード設定手段３２を操作して「流量検定モード」を設定する。すると、コントローラ１４は、ガス供給装置１に設置されたマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂについて順次流量検定を行う。ここでは、マスフローコントローラ８Ａの流量を検定する方法について説明するが、マスフローコントローラ８Ｂの流量を検定する方法も同様に行われる。

コントローラ１４は、先ず、プロセスガスＡがガスライン２Ｂに進入するのを防ぐために、ガスライン２Ｂの第２遮断弁９Ｂを閉じる。そして、コントローラ１４は、ガスライン２Ａの第１遮断弁７Ａとガス供給ライン３の終段遮断弁１３を開き、ガスライン２Ａの第２遮断弁９Ａを閉じる。これにより、第２遮断弁９Ａ，９Ｂより下流側の流路がプロセスチャンバ４に接続し、真空ポンプ５を駆動するにより真空引きされて減圧される。

第２遮断弁９Ａ，９Ｂより下流側の圧力は、圧力センサ１２によって検出される。コントローラ１４は、圧力センサ１２の測定値に基づいて、第２遮断弁９Ａ，９Ｂの下流側が所定圧まで減圧されたことを確認したら、終段遮断弁１３を閉じる。この場合、図１の斜線部に示す検知タンクＴは、所定圧まで減圧されている。

その後、コントローラ１４は、第２遮断弁９Ａを開き、それからプロセス時と同じ印加電圧をマスフローコントローラ８Ａに供給する。それから、コントローラ１４は、第２遮断弁９Ａを開き、マスフローコントローラ８Ａによって流量を制御されたプロセスガスＡを検知タンクＴに導入する。マスフローコントローラ８Ａに印加電圧を供給した時を基準時間（０ｓｅｃ）として、圧力測定時間（例えば３ｓｅｃ）が経過したら、第２遮断弁９Ａを閉じて、測定を終了する。

圧力測定時間が経過するまでの間、コントローラ１４は、圧力センサ１２が測定した圧力を一定時間間隔で取得する。コントローラ１４は、圧力センサ１２から取得した圧力を積算して圧力積算値を算出し、ＲＡＭ２３に記憶する。コントローラ１４は、圧力センサ１２から圧力を取得する度に圧力積算値を算出してＲＡＭ２３に記憶しても良いし、圧力測定時間経過後に圧力を取得した時間（サンプリング時間）毎に圧力積算値を算出してＲＡＭ２３に記憶しても良い。

そして、コントローラ１４は、マスフローコントローラ８Ａの「標準値」を標準値記憶手段２７から読み出してＲＡＭ２３にコピーし、算出した圧力積算値と標準値記憶手段２７から読み出した「標準値」とをサンプリング時間別に比較し、差分を求める。算出した圧力積算値と標準値記憶手段２７から読み出した「標準値」との比較は、圧力積算値を算出する都度行ってもよいし、圧力測定時間内の圧力積算値を全て算出した後にテーブル化又はマップ化してから行っても良い。

コントローラ１４は、求めた差分が許容範囲以内である場合には、マスフローコントローラ８Ａの流量特性が変化していない、すなわちマスフローコントローラ８Ａに異常がないと判断する。この場合、コントローラ１４は、異常なし信号を上位装置１５に出力する。このとき、コントローラ１４は、マスフローコントローラ８Ａに異常がないことを表示手段３３に表示し、マスフローコントローラ８Ａの交換や修理をする必要がないことをユーザに知らせる。

異常なし信号をコントローラ１４から入力した上位装置１５は、印加電圧を変更せずにマスフローコントローラ８Ａに供給し、通常動作を実行する。

一方、コントローラ１４は、求めた差分が許容範囲外である場合には、マスフローコントローラ８Ａの流量特性が変化した、すなわちマスフローコントローラ８Ａに異常があると判断する。そして、コントローラ１４は、異常検出信号を上位装置１５に出力する。異除検出信号には、「標準値」と流量検定時に算出した圧力積算値との比較結果や、流量異常の内容など、マスフローコントローラ８Ａの流量特性の調整に必要な情報等が含まれている。

この場合、コントローラ１４は、マスフローコントローラ８Ａに異常がある旨のメッセージを表示手段３３に表示し、異常をユーザに知らせる。

上位装置１５は、コントローラ１４から入力した異常検出信号を解析し、マスフローコントローラ８Ａの流量特性を初期流量特性に合わせるように、マスフローコントローラ８Ａに印加する印加電圧を調整する。そして、上位装置１５は、通常動作時には、調整後の印加電圧をマスフローコントローラ８Ａに供給し、成膜処理等を行う。

尚、コントローラ１４は、「流量検知モード」が設定されてから流量検知が終了するまでの間、表示手段３３に流量検知中であることを表示する。これにより、ユーザが、流量検定途中で、「標準値設定モード」を選択したり、ガス供給装置１に通常動作させることを回避できる。

ところで、上記説明では、圧力測定時間を３ｓｅｃに設定した。しかし、圧力センサ１２が測定する圧力は、ガスラインの長さやプロセスガスＡ，Ｂの比重、流量等により、変動率がガスライン２Ａ，２Ｂ毎に異なることがある。この場合には、測定時間調整手段３５を用いて、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ毎に圧力測定時間をガス配管構成やプロセスガスＡ，Ｂの特性に合わせて調整し、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂが流量制御を開始した直後から圧力上昇の傾斜が一定となるまでの間、検知タンクＴの圧力を圧力センサ１２で確実に監視できるようにすると良い。

例えば、ガスライン２Ｂは、ガスライン２Ａより長いため、マスフローコントローラ２Ｂを用いて流量検定する際の圧力変動率は、マスフローコントローラ２Ａを用いて流量検定する際の圧力変動率より、小さくなる。この場合には、マスフローコントローラ８Ｂの流量を検定する場合の圧力測定時間を、マスフローコントローラ８Ａの流量を検定する場合の圧力測定時間より長くして、圧力変動の監視時間を長くすると良い。

また、例えば、プロセスガスＡの比重がプロセスガスＢの比重より大きい場合には、プロセスガスＡはプロセスガスＢより流れにくい。この場合には、マスフローコントローラ８Ａの流量を検定する場合の圧力測定時間を、マスフローコントローラ８Ｂの流量を検定する場合の圧力測定時間より長くして、圧力変動の監視時間を長くすると良い。

更に、例えば、プロセスガスＡの流量がプロセスガスＢの流量より少ない場合には、プロセスガスＡの圧力変動がプロセスガスＢの圧力変動より小さい。この場合には、マスフローコントローラ８Ａの流量を検定する場合の圧力測定時間を、マスフローコントローラ８Ｂの流量を検定する場合の圧力測定時間より長くして、圧力変動の監視時間を長くすると良い。

＜標準値設定動作＞
ところで、流量検定時に使用する標準値は、流量検定動作を実行する前にコントローラ１４によって算出され、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ毎に標準値記憶手段２７に記憶される。尚、ここでは、マスフローコントローラ８Ａの「標準値」を算出・記憶する場合について説明するが、マスフローコントローラ８Ｂの「標準値」の算出・記憶も同様に行われる。

例えば、ユーザは、ガス配管の組立時やマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの交換時など、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂをガスライン２Ａ，２Ｂに取りつけたときに、コントローラ１４の標準値設定モード設定手段３１を操作して「標準値設定モード」をコントローラ１４に設定する。

「標準値設定モード」が設定さたコントローラ１４は、上記流量検定動作と同様、マスフローコントローラ８ＡにプロセスガスＡの流量を制御させた状態で圧力センサ１２に検知タンクＴの圧力を測定させ、圧力センサ１２から取得した圧力を積算して圧力積算値を算出し、この圧力積算値をマスフローコントローラ８Ａの「標準値」として標準値記憶手段２７に記憶する。

このとき、コントローラ１４は、圧力センサ１２から圧力を取得する都度、圧力積算値を算出し、標準値記憶手段２７に順次記憶するようにしても良い。
また例えば、コントローラ１４は、圧力測定時間中に圧力センサ１２から取得した圧力をＲＡＭ２３に一時的に記憶しておき、圧力測定時間経過後に圧力積算値をサンプリング時間毎に算出し、その圧力積算値をテーブル化やマップ化して標準値記憶手段２７に記憶しても良い。

コントローラ１４は、「標準値設定モード」を設定してから標準値の設定が完了するまでの間、表示手段３３に「標準値」の設定動作中で有ることを表示する。よって、ユーザは、表示手段３３を見れば、コントローラ１４が流量検定できないこと、或いは、ガス供給装置１に通常動作を行わせることができないことを知ることができる。

尚、「標準値」は、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ毎に算出され、標準値記憶手段２７に記憶される。これは、ガスライン２Ａ，２Ｂの長さや、プロセスガスＡ，Ｂの比重、流量等によって、圧力センサ１２が測定する圧力がマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ毎に異なり、ひいては圧力積算値（標準値）がマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ毎に異なるからである。

＜具体例＞
例えば、マスフローコントローラ８Ａは、配管系の組立時（正常時）に、図３の流量（ｉｖ）に示す流量特性を示すとする。ユーザが、正常なマスフローコントローラ８Ａをガスライン２Ａに取りつけ、「標準値設定モード」を設定すると、コントローラ１４は、流量検定を行う。コントローラ１４は、マスフローコントローラ８Ａに印加電圧を供給してマスフローコントローラ８Ａに流量制御を開始させてから、圧力測定時間（ここでは、３ｓｅｃ）が経過するまでの間、圧力センサ１２から一定時間間隔で圧力を取得する。この場合の圧力波形を、図３の圧力変動量Ｘ４に示す。

コントローラ１４は、図３の圧力変動量Ｘ４に示す圧力を、サンプリング時間毎に積算し、算出した圧力積算値を「標準値」として標準値記憶手段２７に記憶する。「標準値」の一例を、図４の圧力積算値Ｙ４に示す。

その後、ユーザが、コントローラ１４の「流量検定モード」を選択すると、コントローラ１４は、流量検定を行う。コントローラ１４は、マスフローコントローラ８Ａに印加電圧を供給してマスフローコントローラ８Ａに流量制御を開始させてから圧力測定時間（ここでは３ｓｅｃ）が経過するまでの間、圧力センサ１２から圧力を取得する。この場合の圧力波形の一例を、図３の圧力変動量Ｘ５に示す。

コントローラ１４は、図３の圧力変動量Ｘ５に示す圧力を、サンプリング時間毎に積算し、圧力積算値を算出する。算出した圧力積算値をマップ化すると、図４に示す圧力積算値Ｙ５のようになる。コントローラ１４は、標準値記憶手段２７から「標準値」となる図４に示す圧力積算値Ｙ４を読み出し、流量検定時に算出した圧力積算値Ｙ５と比較する。

図４に示す圧力積算値Ｙ４，Ｙ５を比較すると、図中Ａ’部において、差分が次第に大きくなっている。差分が大きくなる部分は、流量検定時の流量（ｖ）が、正常時の流量（ｉｖ）に対してオーバーシュートを生じている部分である。

よって、マスフローコントローラ８Ａが流量制御を開始した直後から流量が安定するまでの数秒間の間であっても、圧力積算値Ｙ４，Ｙ５を比較することにより、流量検定時の流量が正常時の流量に対して変化しているか否かを判断することができる。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の流量検定システム１６及び流量検定方法は、マスフローコントローラ８Ａの流量特性を検定する場合には、ガスライン２Ｂの第２遮断弁９Ｂと終段遮断弁１３を閉じ、ガスライン２Ａの第１及び第２遮断弁７Ａ，９Ａを開いてマスフローコントローラ８Ａの上流側にプロセスガスを供給し、マスフローコントローラ８Ａに流量を制御されたプロセスガスＡを圧力センサ１２に供給する。圧力センサ１２は、マスフローコントローラ８Ａの下流側圧力を測定する。圧力センサ１２が測定する圧力は、流量によって変動するので（図３参照）、圧力センサ１２から取得した圧力を積算して圧力のバラツキを平滑化する（図４参照）。圧力積算値の変動は、流量制御開始直後からの流量積算値の変動を示し、ひいては流量の変動を示す（図４参照）。このため、流量を圧力積算値から検定することが可能である。

標準値記憶手段２７には、正常なマスフローコントローラ８Ａが流量を制御したときに、圧力センサ１２が測定する圧力を積算した圧力積算値を、標準値として記憶している。マスフローコントローラ８Ａの流量を検定する場合には、圧力センサ１２が測定する圧力を積算した圧力積算値を、標準値記憶手段２７に記憶されているマスフローコントローラ７Ａの標準値と比較し、圧力積算値が標準値からどのように変化したかを調べる。つまり、マスフローコントローラ８Ａの流量が、正常時の流量とどのように変化したかを調べ、マスフローコントローラ８Ａの流量特性に生じた異常を検知する。

よって、本実施形態の流量検定システム１６及び流量検定方法によれば、流量及び圧力が不安定になるマスフローコントローラ８Ａが流量制御を開始した直後から、マスフローコントローラ８Ａの流量特性を検定することができる。

本実施形態の流量検定システム１６及び流量検定方法は、第２遮断弁９Ａ，９Ｂと終段遮断弁１３との間に小容積の検知タンクＴを設け、その検知タンクＴの圧力を圧力センサ１２で測定して流量検定を行うので、圧力センサ１２が測定する圧力が短時間で安定し、流量検定時間を短縮することができる。

本実施形態の流量検定システム１６は、マスフローコントローラ８Ａをガス配管系に取りつけたときに、標準値設定モード設定手段３１により「標準値設定モード」を設定すると、ガス配管系に取りつけたマスフローコントローラ８Ａにプロセスガスを流して圧力センサ１２が測定する圧力を積算して標準値を算出し、その標準値を標準値記憶手段２７に記憶する。よって、本実施形態の流量検定システム１６によれば、ガス配管系に取りつけたマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂの使用条件に合わせて標準値を設定することができ、流量検定の精度を向上させることができる。

本実施形態の流量検定システム１６は、第１遮断弁７Ａ，７Ｂとマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂを備える２本のガスライン２Ａ，２Ｂが圧力センサ１２に接続している。流量検定時には、圧力センサ１２はガスライン２Ａ，２Ｂ毎に圧力を測定する。このとき、圧力センサ１２が測定する圧力は、各ガスライン２Ａ，２Ｂに配置したマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂから圧力センサ１２までの距離や、各ガスライン２Ａ，２Ｂを流れるプロセスガスＡ，Ｂの比重、流量によって、ガスライン２Ａ，２Ｂ毎に異なることがある。この場合でも、本実施形態の流量検定システム１６によれば、測定時間調整手段３５を用いて、ガス配管系の構成やプロセスガスの性質などに応じて各ガスライン２Ａ，２Ｂ毎に圧力測定時間を調整することにより、ガスライン２Ａ，２Ｂ毎に圧力を適切に監視できる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
（１）例えば、上記実施形態では、流量制御機器としてマスフローコントローラ８Ａ，８Ｂを使用した。これに対して、マスフローマノメータ等、流量を制御できるものであれば、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂに変えて使用しても良い。

（２）例えば、上記実施形態では、第２遮断弁９Ａ，９Ｂと終段遮断弁１３とを接続する管路によって検知タンクＴを構成した。これに対して、第２遮断弁９Ａ，９Ｂと終段遮断弁１３との間に管路とは別部材の検知タンクを配置し、その検知タンクに圧力センサ１２を取りつけても良い。

（３）例えば、上記実施形態では、圧力センサ１２の下流側に終段遮断弁１３を配置したが、圧力センサ１２と終段遮断弁１３を省いてもよい。この場合、プロセスチャンバ４が検知タンクＴと同様の役割を果たし、圧力センサ６が測定するプロセスチャンバ４の圧力を積算して、流量検定を行うとよい。

（４）例えば、上記実施形態では、２本のガスライン２Ａ，２Ｂを備えるが、１本のガスライン又は３本以上のガスラインを備えるガス供給装置にも、流量検定システム１６を適用することができる。

（５）例えば、上記実施形態では、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂをガスライン２Ａ，２Ｂに取りつけたときに、流量検定を実行して圧力積算値を算出し、その圧力積算値を「標準値」として標準値記憶手段２７に記憶した。これに対して、標準値を予め標準値記憶手段２７に記憶させておいても良い。

（６）例えば、上記実施形態では、流量検定時に第１〜第３遮断弁７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂ、真空ポンプ５等の動作をコントローラ１４が制御したが、この制御を上位装置１５に行わせても良い。

（７）例えば、上記実施形態では、ユーザが「標準値設定モード」や「流量検定モード」を設定するようにした。これに対して、マスフローコントローラ８Ａ，８Ｂをガスライン２Ａ，２Ｂに取りつけたことをセンサで検出したとき等に、「標準値設定モード」を自動的に実行するようにしても良い。また、半導体製造装置が起動したとき等に「流量検定モード」を自動的に実行するようにしても良い。

（８）例えば、上記実施形態では、流量検定時に終段遮断弁１３を閉じて検知タンクＴの圧力変動を圧力センサ１２を用いて検出し、圧力積算値を算出した。これに対して、終段遮断弁１３を閉じなくても、圧力センサ１２が流量制御開始後から検出した圧力を積算しし、算出した圧力積算値を用いて流量検定を行ってもよい。この場合、検知タンクＴの圧力が安定するまでの時間を、圧力測定時間とするとよい。この場合にも、圧力測定時間は、測定時間調整手段３５によってガスラインの長さやプロセスガスの比重、流量等により、ガスライン毎に設定することが望ましい。

本発明の実施形態に係るガス供給装置の構成を示す図である。 図１に示すコントローラの電気ブロック構成を示す図である。 図１に示すマスフローコントローラが流量制御を開始した直後から出力する流量と、図１に示す圧力センサが、マスフローコントローラが流量制御を開始した直後から測定した圧力との経時変化を示す図である。横軸に時間を示し、左側縦軸に圧力変動量（ΔＰ）を示し、右側縦軸に流量（Ｑ）を示す。 図３に示す流量（Ｑ）と、図３に示す圧力を積算した圧力積算値（ΣＰ）との関係を示す図である。横軸に時間を示し、左側縦軸に圧力積算値（ΣＰ）を示し、右側縦軸に流量（Ｑ）を示す。 従来の流量検定システムを適用したガスシステムの概略構成図である。

符号の説明

２Ａ，２Ｂ ガスライン
７Ａ，７Ｂ 第１遮断弁
８Ａ，８Ｂ マスフローコントローラ（流量制御機器）
９Ａ，９Ｂ 第２遮断弁
１２ 圧力センサ
１３ 終段遮断弁
１４ コントローラ（異常検知手段）
１６ 流量検定システム
２７ 標準値記憶手段
３１ 標準値設定モード設定手段
３５ 測定時間調整手段

Claims (6)

1. 第１遮断弁と、前記第１遮断弁の下流側に配置された流量制御機器と、前記流量制御機器の下流側の圧力を測定する圧力センサとを有するガス配管系の流量を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて検定する流量検定システムにおいて、
   前記流量制御機器の正常時に前記圧力センサが測定する前記圧力を積算した標準値を記憶する標準値記憶手段と、
   前記第１遮断弁を介して前記流量制御機器に供給され、前記流量制御機器に流量を制御されたプロセスガスを、前記圧力センサに供給したときに、前記圧力センサが測定する前記圧力を積算して圧力積算値を算出し、前記圧力積算値を前記標準値と比較して、流量の異常を検知する異常検知手段と、
   を有することを特徴とする流量検定システム。
2. 請求項１に記載する流量検定システムにおいて、
   前記流量制御機器と前記圧力センサとの間に第２遮断弁を配置し、
   前記圧力センサの下流側に終段遮断弁を配置しており、
   前記流量制御機器が流量制御を開始した直後から前記圧力センサにより測定した前記第２遮断弁と前記終段遮断弁との間の圧力を積算して、前記圧力積算値を算出する
   ことを特徴とする流量検定システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載する流量検定システムにおいて、
   前記流量制御機器を前記ガス配管系に取り付けたときに、前記流量制御機器に前記プロセスガスの流量を制御させた状態で前記圧力センサに前記圧力を測定させ、前記圧力を積算した前記圧力積算値を前記標準値として前記標準値記憶手段に記憶させる標準値設定モード設定手段を有する
   ことを特徴とする流量検定システム。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する流量検定システムにおいて、
   前記第１遮断弁と、前記流量制御機器とを備えるガスラインを複数有し、前記各ガスラインが前記圧力センサに接続されており、
   前記流量の検定に必要な前記圧力を前記圧力センサに測定させる圧力測定時間を、前記ガスライン毎に調整する測定時間調整手段を有する
   ことを特徴とする流量検定システム。
5. 第１遮断弁と、前記第１遮断弁の下流側に配置された流量制御機器と、前記流量制御機器の下流側に配置した圧力センサとを備えるガス配管系の流量を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて検定する流量検定方法おいて、
   前記第１遮断弁を介して前記流量制御機器に供給され、前記流量制御機器に流量を制御されたプロセスガスを、前記圧力センサに供給したときに、前記圧力センサが測定する圧力を積算して圧力積算値を算出する圧力積算値算出ステップと、
   前記圧力積算値算出ステップにて算出した前記圧力積算値を、前記流量制御機器の正常時に前記圧力センサが検出する圧力を積算した標準値と比較する比較ステップと、
   前記比較ステップにおける比較結果に基づいて、流量の異常を検知する異常検知ステップと、
   を有することを特徴とする流量検定方法。
6. 請求項５に記載する流量検定方法において、
   前記流量制御機器と前記圧力センサとの間に配置された第２遮断弁と、前記圧力センサの下流側に配置された終段遮断弁との間の圧力を、前記流量制御機器が流量制御を開始してから、前記圧力センサに測定させる圧力測定ステップを有する
   ことを特徴とする流量検定方法。

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