JP2635929B2 - マスフローコントローラ絶対流量検定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おけるガスシステムに使用するマスフローコントローラ
の流量検定に関し、さらに詳細にはシステム中に組み込
んだ状態でのマスフローコントローラが計測する絶対流
量の計測精度の検定が可能な絶対流量検定システムに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程中の成膜装置、乾式エッ
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およ
び水素ガス等の強燃性ガス等を使用する。これらのガス
の使用に当たっては、次に述べる理由によりその流量を
極めて厳格に管理しなければならない。

【０００３】その理由として、ガス流量がプロセスの良
否に直接影響することが挙げられる。すなわち、成膜プ
ロセスにおいては膜質が、エッチングプロセスにおいて
は回路加工の良否が、ガス流量の精度により多大な影響
を受けるのである。別の理由として、この種のガスの多
くは人体や環境に対する有害性あるいは爆発性等を有す
ることが挙げられる。このため使用後のこれらのガス
は、直接大気に排気することは許されず、ガス種に応じ
た除害手段を備えなければならない。かかる除害手段は
通例処理能力が限られていて、許容値以上の流量が流れ
ると有害ガスの環境への流出や除害手段の破損につなが
ることがある。さらに、これらのガス、特に半導体製造
プロセスにて使用しうる高純度かつ無塵のものは高価な
上、ガス種によっては自然劣化による使用期限があるた
め大量保管ができないことも理由となる。

【０００４】一方、プロセス機器が要求するこれらのガ
スの実際の流量は、多くても５００ｓｃｃｍ程度と小さ
いので、従来より配管中に公知のマスフローコントロー
ラを配して、ガス種ごとに最適の流量を流すようにして
いる。かかるマスフローコントローラは、印加電圧を変
更することにより、設定流量を変更してプロセスレシピ
の変更に対応できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種のガスプロセス
におけるマスフローコントローラは、小流量をコントロ
ールすることを目的とするものであるため内部に細管を
有し、該細管の作用により流量のモニター等を行ってい
る。一方マスフローコントローラを流れるガスのうち特
に成膜用材料ガスは、その特性上配管内でも固形物を析
出する可能性があり、配管の流量容量を変化させること
がある。かかる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、
印加電圧の設定に変化がなくても実流量が変化するの
で、プロセスの安定性を阻害することになる。現実にこ
のような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
とき、マスフローコントローラの実流量を計測する必要
が生ずる。

【０００６】また、このようなマスフローコントローラ
を使用し続けることは、半導体製造上最も嫌うべきパー
ティクルをプロセス機器に送り込むことになり、好まし
くない。したがってこのような場合には、マスフローコ
ントローラを新品に交換しなければならない。ここでマ
スフローコントローラの印加電圧と実流量との関係は、
同一機種であっても個体差を無視できず、交換した新し
いマスフローコントローラにおいて実流量を計測する必
要がある。

【０００７】しかしながら、マスフローコントローラの
実流量を計測することは、過去ほとんど行われていな
い。その理由は、配管系に組み込んだ状態でのマスフロ
ーコントローラの実流量の計測が困難なことにある。そ
こで、実流量を計測するかわりに作業者の勘と経験とに
より暫定的に印加電圧を設定し、プロセスを実行してそ
の良否により暫定値の良否を判断し、これを繰り返して
最適設定値を決定しているのである。このため最適値決
定までに時間がかかるためプロセス装置の実稼動率が低
くなるばかりでなく、その過程で消費する各種ガスやテ
ストウェハ等のコストも軽視し得ない。

【０００８】この問題を解決するために本出願人は、特
願平４−２８６９８６号により、配管系に実際に取り付
けたマスフローコントローラの流量検定を行うシステム
を提案している。この方法では、マスフローコントロー
ラへのプロセスガスの供給を遮断した後、パージ用窒素
ガスの配管系から窒素ガスを導入し、マスフローコント
ローラの入口側配管を窒素ガスで満たした後、時間経過
に伴う圧力降下を計測することにより、マスフローコン
トローラの流量検定を行っていた。さらに詳細には、配
管系にマスフローコントローラを設置したときに時間経
過に伴う圧力降下の初期値を計測、記憶しておき、マス
フローコントローラを使用した後、時間経過に伴う圧力
降下の値を計測し、その値と初期値との変化を知ること
により、マスフローコントローラの流量検定を行ってい
た。

【０００９】しかしながら、特願平４−２８６９８６号
で提案したシステムには、次の問題があった。すなわ
ち、流量計測の異常を発見したときに、絶対流量を正確
に知りたい場合がある。また、新品のマスフローコント
ローラを取り付けたときに、絶対流量を正確に計測し、
そのマスフローコントローラの絶対精度を確認しておき
たい場合がある。特願平４−２８６９８６号のシステム
では、絶対流量を計測することができなかった。そし
て、絶対流量を計測する必要がある場合は、配管系に絶
対流量を計測可能な流量計測器を接続し直して計測し、
計測後元に戻していた。そのため、配管の接続等に時間
がかかり、約５時間の余分な時間がかかっていた。さら
に、半導体工程では配管の取り外しにより、室内の空気
に存在するパーティクル等が配管内に侵入して、配管系
を汚染する可能性があり、問題であった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、配管系に組み込んだ状態でのマ
スフローコントローラの絶対流量の計測を可能とするこ
とにより、マスフローコントローラの個体差や経時変化
に適切に対応して、正しいガス流量を与える電圧設定値
を迅速に知り、もってガスを使用するプロセスの安定運
転と高稼動率操業とを可能とするマスフローコントロー
ラ絶対流量検定システムを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のマスフローコントローラ絶対流量検定システ
ムは、プロセスガス源から第１開閉弁およびマスフロー
コントローラを順次経由してプロセスチャンバに該プロ
セスガスを供給するガス配管系において、第１開閉弁と
マスフローコントローラとの間のマスフローコントロー
ラ入口配管上にあって、所定圧力Ｐ１の計測用ガスを蓄
える計測用ガスタンクと、マスフローコントローラの入
口側の圧力を計測する圧力センサとを有し、マスフロー
コントローラへのプロセスガスの供給を第一開閉弁によ
り遮断した後、計測用ガスタンク内に蓄えられた計測用
ガスをマスフローコントローラに流して、圧力センサに
より所定の圧力降下に要する時間Ｔを計測し、時間Ｔ及
び計測用ガスタンクの容積Ｖよりマスフローコントロー
ラの絶対流量を検定することを特徴とする。

【００１２】また、上記システムにおいて、計測用ガス
タンクとマスフローコントローラ入口配管との間で管路
を開閉する計測用開閉弁を有し、マスフローコントロー
ラへのプロセスガスの供給を前記第一開閉弁により遮断
した後、マスフローコントローラを所定の開度にして、
圧力センサにより計測用ガスの圧力Ｐ１を計測し、次
に、圧力センサの計測する圧力が所定の低圧Ｐ２になっ
たときに、マスフローコントローラを遮断状態にし、次
に、計測用開閉弁を開いて、所定時間経過後圧力センサ
により圧力Ｐ３を計測し、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及び計
測用タンクの容積Ｖからマスフローコントローラ入口配
管の容積を算出することを特徴とする。また、上記シス
テムにおいて、第１開閉弁とマスフローコントローラと
の間のマスフローコントローラ入口配管上にあって、所
定圧力Ｐ１の計測用ガスを蓄える第１計測用ガスタンク
と、同じくマスフローコントローラ入口配管上にあっ
て、所定圧力Ｐ２の計測用ガスを蓄える第２計測用ガス
タンクと、第１計測用ガスタンクとマスフローコントロ
ーラ入口配管との間で管路を開閉する第１計測用開閉弁
と、第２計測用ガスタンクとマスフローコントローラ入
口配管との間で管路を開閉する第２計測用開閉弁とを有
し、マスフローコントローラへのプロセスガスの供給を
第一開閉弁により遮断した後、第１計測用開閉弁を開い
て、圧力センサにより所定の圧力降下に要する時間Ｔ１
を計測し、次に、第２計測用開閉弁を開いて、圧力セン
サにより所定の圧力降下に要する時間Ｔ２を計測し、時
間Ｔ１、Ｔ２、第１計測用ガスタンクの容積、及び第２
計測用ガスタンクの容積からマスフローコントローラの
絶対流量を検定することを特徴とする。

【００１３】

【作用】前記構成を有する本発明のマスフローコントロ
ーラ絶対流量検定システムでは、配管系にマスフローコ
ントローラを取り付けた時に、マスフローコントローラ
の絶対流量を計測を行うことができる。絶対流量は、次
の３つの方法により、算出することができる。マスフロ
ーコントローラの絶対流量の検定は、算出した絶対流量
とマスフローコントローラの計測値とを比較することに
より行われる。第一の方法では、（１）マスフローコン
トローラへのプロセスガスの供給を第一開閉弁により遮
断し、（２）計測タンク内の計測ガスをマスフローコン
トローラに流し、（３）圧力が所定値Ｐ１からＰ２に圧
力降下するのに要する時間Ｔを計測し、（４）時間Ｔ及
び計測用ガスタンクの容積Ｖより、気体の状態方程式に
基づいて、マスフローコントローラに流れた絶対流量を
算出する。

【００１４】第二の方法では、（１）マスフローコント
ローラへのプロセスガスの供給を第一開閉弁により遮断
し、（２）マスフローコントローラを所定の開度にし
て、前記圧力センサにより計測用ガスの圧力Ｐ１を計測
し、（３）圧力センサの計測する圧力が所定の低圧Ｐ２
になったときに、マスフローコントローラを遮断状態に
し、（４）計測用開閉弁を開いて、所定時経過後圧力セ
ンサにより圧力Ｐ３を計測し、（５）圧力Ｐ１、Ｐ２、
Ｐ３及び計測用タンクの容積Ｖからマスフローコントロ
ーラ入口配管の容積を算出し、第一の方法の容積として
計測用ガスタンクの容積とマスフローコントローラ入口
配管の容積との和を用いる。

【００１５】第三の方法では、（１）マスフローコント
ローラへのプロセスガスの供給を第一開閉弁により遮断
し、（２）第１計測用開閉弁を開いて、第１計測タンク
内の計測ガスをマスフローコントローラに流し、（３）
所定の圧力Ｐ１からＰ３に圧力降下するのに要する時間
Ｔ１を計測し、（４）第２計測用開閉弁を開いて、第２
計測タンク内の計測ガスをマスフローコントローラに流
し、（５）所定の圧力Ｐ２からＰ４に圧力降下するのに
要する時間Ｔ２を計測し、（６）圧力降下Ｐ１−Ｐ３、
Ｐ２−Ｐ４、及び計測した時間Ｔ１、時間Ｔ２、第１計
測用ガスタンクの容積、及び第２計測用ガスタンクの容
積より、気体の状態方程式に基づいて、マスフローコン
トローラに流れた絶対流量を算出する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のガス実流量検定システムを具
体化してガス配管系に組み込んだ一実施例を図面を参照
して説明する。図３は本発明にかかるガス実流量検定シ
ステムを組み込んだガスシステムのブロック図である。
図３においては、２種類のプロセスガス（Ａ，Ｂ）がそ
れぞれマスフローコントローラ（１１Ａ，１１Ｂ）を挟
む第１開閉弁（１５Ａ，１５Ｂ）と第２開閉弁（２Ａ，
２Ｂ）とを通してプロセスチャンバ５Ａ，５Ｂに供給さ
れるようになっている。一方、マスフローコントローラ
１１を窒素ガスでパージするための窒素ガス供給ライン
が、窒素ガスタンクから、レギュレタ３２、フィルタ３
３、パージ弁１７を介して、連結用開閉弁（４Ａ，４
Ｂ）を経て各ガスラインに合流している。また、パージ
弁１７と連結用開閉弁４の間の配管には、圧力センサ１
３が接続している。また、パージ弁１７と連結用開閉弁
４の間の配管には、計測用開閉弁１４を介して計測用ガ
スタンク１２が接続している。ここで、連結用開閉弁４
Ａ，４Ｂを設けているのは、マスフローコントローラ１
１Ａ，１１Ｂを個別に検定するためである。すなわち、
マスフローコントローラ１１Ａを検定する場合は、連結
用開閉弁４Ａのみ開とし、他の連結用開閉弁４Ｂ等を閉
じて使用する。圧力センサ１３は、マスフローコントロ
ーラ１１の入口側の配管における窒素ガスの圧力を計測
するものである。プロセスチャンバ５Ａ，５Ｂは、ドラ
イエッチング、気相成膜、熱酸化等を行うためのもので
ある。

【００１７】この計測用ガスタンク１２を含む窒素ガス
の配管系の構成を簡略化して示すと、図１のようにな
る。すなわち、パージ弁１７とマスフローコントローラ
１１の間のマスフローコントローラ入口配管１６上にあ
って、所定圧力Ｐ１の窒素ガスを蓄える計測用ガスタン
ク１２が配設されている。また、計測用ガスタンク１２
とマスフローコントローラ入口配管１６との間に計測用
開閉弁１４が配設されている。また、マスフローコント
ローラ入口配管１６には、マスフローコントローラ１１
の入口側の圧力を計測する圧力センサ１３が配設されて
いる。一方、パージ弁１７はパイロット式開閉弁であっ
て、パージ弁１７を駆動するためのエアを供給、遮断す
る電磁弁２１が接続されている。

【００１８】次に、本システムの制御装置の構成につい
て図２により説明する。流量検定制御装置２２は、演算
手段であるＣＰＵ２３、入出力インターフェイスである
Ｉ／Ｏ２４、アナログデータをデジタルデータに変換す
るためのＡ／Ｄコンバータ２５、表示装置２６、上位コ
ンピュータとのインターフェイスであるＩ／Ｏ２７によ
り構成されている。ここで、図２のＣＰＵ２３には、制
御プログラムを記憶しているＲＯＭ、及び一時的にデー
タ等を記憶するＲＡＭを含んでいる。圧力センサ１３の
出力は、Ａ／Ｄコンバータ２５に接続されている。ま
た、電磁弁２１は、Ｉ／Ｏ２４に接続している。一方、
流量検定制御装置２２は、プロセス全体を制御している
上位コンピュータ２８に接続している。すなわち、Ｉ／
Ｏ２７はデータ通信線３１を介して、上位コンピュータ
２８側のインターフェイスであるＩ／Ｏ２９に接続して
いる。Ｉ／Ｏ２９は、上位コンピュータ２８のＣＰＵ３
０に接続している。

【００１９】次に、上記構成を有するマスフローコント
ローラの絶対流量検定システムの作用を説明する。始め
に、通常プロセスの作用を説明する。かかるガスシステ
ムにおいて通常のプロセスレシピを実行する際には、遮
断弁（４Ａ，４Ｂ）を閉として、計測用ガスタンク１２
からの窒素ガスが各ガスラインに流れることがなく、か
つ、各プロセスガスが圧力センサ１３の方に逆流するこ
とのないようにした上で、各マスフローコントローラ１
１に設定電圧を印加し、必要な第１開閉弁１５及び第２
開閉弁２を開として、プロセスチャンバ５に各プロセス
ガスを必要な流量だけ流す。プロセスチャンバ５内に
は、処理しようとするウェハが収納されており、適宜加
熱、プラズマ印加等を行い、プロセスガスの作用と併せ
て必要な処理が行われる。

【００２０】さて、かかるガスシステムにおいて、マス
フローコントローラ１１Ａを新品に交換した場合を考え
る。一般にマスフローコントローラは内部に細管を有す
るので、同一形式のものであっても、その印加電圧と実
絶対流量との関係の個体差は無視しえず、システムに組
み込んだ状態での実際の絶対流量を計測して、必要とす
る流量に対する印加電圧を設定し直しておくのが、プロ
セスの良好な操業を図る上で望ましい。また、実レシピ
を多数回数実行することにより、細管の詰まり等によ
り、マスフローコントローラ１１の特性が変化すること
があるので、絶対流量の精度が品質に直接与える影響の
きわめて大きい半導体製造工程においては、必要に応じ
てマスフローコントローラ１１が計測する絶対流量を検
定することが必要である。本実施例のガスシステムで
は、ガス絶対流量検定システムが組み込まれているの
で、各マスフローコントローラ（１１Ａ，１１Ｂ）のガ
ス絶対流量を計測し、マスフローコントローラ１１の精
度を確認することができる。

【００２１】本実施例のガスシステムにおけるガス実流
量計測の手順を図４のフローチャートに基づいて説明す
る。ここでは、マスフローコントローラ１１Ａの絶対流
量を検定する方法について説明する。図１のガスシステ
ムにおいてガス絶対流量を計測するには、まず第１開閉
弁１５Ａを閉とし、マスフローコントローラ１１Ａへの
プロセスガスＡの供給を遮断し、第２開閉弁２Ａ及びマ
スフローコントローラ１１Ａ、計測用開閉弁１４、連結
用開閉弁４Ａ、パージ弁１７を開いて、マスフローコン
トローラ１１内に残っているプロセスガスＡを排出し、
マスフローコントローラ１１内部を窒素ガスでパージす
る（Ｓ１）。これにより、計測用ガスタンク１２内にパ
ージ圧力の窒素ガスが蓄えられる。次に、マスフローコ
ントローラ１１Ａの流量設定を通常プロセスで使用する
予定の所定値とし（Ｓ２）、パージ弁１７を閉じ、マス
フローコントローラ１１Ａに対して、計測用ガスタンク
１２内の窒素ガスを流す（Ｓ３）。そして、圧力センサ
１３が計測した圧力は、Ａ／Ｄコンバータ２５によりＡ
／Ｄ変換され、ＣＰＵ２３に読み込まれる。また、ＣＰ
Ｕ２３は、所定圧力Ｐ１を検出した時から時間計測を行
い、所定圧力Ｐ２を検出するまでに要する時間Ｔを計測
する。

【００２２】そして、ＣＰＵ２３が上記圧力降下Ｐ１−
Ｐ２、時間Ｔにより、気体の状態方程式に基づいて、マ
スフローコントローラ１１Ａに流れた窒素ガスの絶対流
量を算出する（Ｓ５）。次に、その算出方法について説
明する。気体の状態方程式 ＰＶ＝ｎＲＴここで、Ｐ
は気体の圧力、Ｖは気体の容積、ｎは気体のモル数、Ｔ
は気体の温度である。この気体の状態方程式を時間ｔで
微分することにより、（ｄＰ／ｄｔ）＝（ｄｎ／ｄｔ）
ＲＴとなり、これを（ｄｎ／ｄｔ）について整理する
と、 （ｄｎ／ｄｔ）＝（ｄＰ／ｄｔ）／（ＲＴ）となる。 （式１） 一方、流量Ｑは、 Ｑ＝（ｄｎ／ｄｔ）ｍとなる。 （式２） ここで、ｍは気体の分子量である。（式１）及び（式
２）より、 Ｑ＝（ｄＰ／ｄｔ）ｍＶ／（ＲＴ）となる。 （式３）

【００２３】本実施例では、ｄＰ＝Ｐ２−Ｐ１、ｄｔ＝
Ｔ、ｍは窒素ガスの分子量、Ｖは計測用ガスタンク１２
の容積Ｖ１、Ｒは気体定数、Ｔは窒素ガスの温度であ
る。本作用においる気体の変化では気体の温度はほとん
ど変化しないので、窒素ガスの温度は、室温２０度をそ
のまま使用している。また、容積Ｖは正確には、計測用
ガスタンク１２の容積とマスフローコントローラ入口配
管１６の容積とを加えた容積で計算する必要がある。本
実施例では、簡便のため、計測用ガスタンク１２の容積
で計算を行っているが、本実施例の計測用ガスタンク１
２の容積は、マスフローコントローラ入口配管１６の容
積の約１００倍に設定してあるので、容積による誤差を
１％程度に押さえることができる。マスフローコントロ
ーラ１１は一つづつ、流量計の実測絶対流量により検定
されており、計測値と絶対流量との関係が設計値として
表等で示されている。本発明の目的の一つは、実際の配
管系にマスフローコントローラ１１を組み込んだとき
に、計測値と絶対流量の関係が変化しないことを確認す
ることである。従って、算出した絶対流量とマスフロー
コントローラ１１Ａの設計値とを比較することにより、
マスフローコントローラ１１Ａの検定を行う（Ｓ６）。

【００２４】以上詳細に説明したように、本実施例のマ
スフローコントローラ絶対流量検定システムによれば、
第１開閉弁１５とマスフローコントローラ１１との間の
マスフローコントローラ入口配管１６上にあって、所定
圧力Ｐ１の計測用窒素ガスを蓄える計測用ガスタンク１
２と、計測用ガスタンク１２とマスフローコントローラ
入口配管１６との間で管路を開閉する計測用開閉弁１４
と、マスフローコントローラ１１の入口側の圧力を計測
する圧力センサ１３とを有し、マスフローコントローラ
１１へのプロセスガスの供給を第一開閉弁１５により遮
断した後、計測用開閉弁１４を開いて、圧力センサ１３
により所定の圧力降下に要する時間Ｔを計測し、時間Ｔ
及び計測用ガスタンク１２の容積Ｖよりマスフローコン
トローラ１１の絶対流量を検定しているので、マスフロ
ーコントローラ１１の絶対流量を容易かつ簡便に検定で
きるため、マスフローコントローラ１１を正確に制御し
て、プロセスガスを必要な分量だけ正確に供給すること
ができる。

【００２５】次に、第二の実施例について説明する。第
二の実施例の構成は第一の実施例と全く同様なので、説
明を省略する。第二の実施例で第一の実施例と異なって
いるのは、マスフローコントローラ入口配管１６の容積
を求めている点であるので、第二の実施例のマスフロー
コントローラ入口配管１６を求める作用を図５を用いて
詳細に説明する。ここでも、マスフローコントローラ１
１Ａの絶対流量を検定する方法について説明する。第１
開閉弁１５を閉じ、パージ弁１７、連結用開閉弁４Ａ、
計測用開閉弁１４、マスフローコントローラ１１を開い
て、マスフローコントローラ１１Ａ内を窒素ガスでパー
ジする（Ｓ１１）。

【００２６】次に、マスフローコントローラ１１Ａを設
定流量状態にし、圧力Ｐ１を計測する（Ｓ１２）。次
に、計測用開閉弁１４を閉じた後パージ弁１７を閉じ、
圧力が所定の低圧Ｐ２になったときにマスフローコント
ローラ１１Ａを閉じ、圧力Ｐ２を計測する（Ｓ１３）。
計測用開閉弁１４を閉じた後パージ弁１７を閉じている
のは、パージ弁１７を先に閉じると、計測用ガスタンク
１２内に蓄えられるガス量に誤差が発生するからであ
る。次に、計測用開閉弁１４を開き、所定時間経過後圧
力Ｐ３を計測する（Ｓ１４）。次に、計測した圧力Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３、及び計測用ガスタンク１２の容積Ｖ0
よりマスフローコントローラ入口配管１６の容積ＶXを
算出する（Ｓ１５）。

【００２７】次に、その算出方法について説明する。 ＰＶ＝ｎＲＴより、ｎ＝ＰＶ／（ＲＴ）。 （計測用ガスタンク１２内のモル数）＋（マスフローコ
ントローラ入口配管１６内のモル数）＝（バルブを開に
した時の全モル数）だから、Ｐ1Ｖ0／（ＲＴ）＋Ｐ2ＶX
／（ＲＴ）＝Ｐ3（Ｖ0＋ＶX）／（ＲＴ）となり、これ
を整理すると、（Ｐ1−Ｐ3）Ｖ0＝（Ｐ3−Ｐ2）ＶXこれ
をＶXについて解くと、 ＶX＝Ｖ0（Ｐ1−Ｐ3）／（Ｐ3−Ｐ2） （式４） ここで、既知の計測用ガスタンク１２の容積をＶ0と
し、マスフローコントローラ入口配管１６の容積をＶX
としている。

【００２８】Ｓ１６からＳ１９のステップは、第１実施
例と同様であり、説明を省略する。（式２）により、マ
スフローコントローラ入口配管１６の容積ＶX を求める
ことができ、（式３）においてＶ＝Ｖ0＋ＶXとすること
により、マスフローコントローラ入口配管１６の容積ま
で含めて、絶対流量を第一実施例より正確に算出するこ
とができる。本実施例では、計測用ガスタンク１２内を
高圧Ｐ１、マスフローコントローラ入口配管１６内を低
圧Ｐ２としてから、計測用開閉弁１４を開いて、計測用
ガスタンク１２及びマスフローコントローラ入口配管１
６内を中圧Ｐ３としてマスフローコントローラ入口配管
１６の容積ＶX を求めているが、逆に、計測用開閉弁１
４内を低圧Ｐ１、マスフローコントローラ入口配管１６
内を高圧Ｐ２としてから、計測用開閉弁１４を開いて、
中圧Ｐ３としてマスフローコントローラ入口配管１６内
の容積ＶXを求めても同様である。

【００２９】第二の実施例のマスフローコントローラ絶
対流量検定システムによれば、第１開閉弁１５Ａを遮断
した後、マスフローコントローラ１１Ａを遮断状態に
し、マスフローコントローラを所定の開度にして、圧力
センサにより計測用ガスの圧力Ｐ１を計測し、次に、圧
力センサの計測する圧力が所定の低圧Ｐ２になったとき
に、マスフローコントローラを遮断状態にし、次に、計
測用開閉弁を開いて、所定時間経過後圧力センサにより
圧力Ｐ３を計測し、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及び計測用タ
ンクの容積Ｖからマスフローコントローラ入口配管の容
積を算出し、その容積を用いてマスフローコントローラ
絶対流量検定を行っているので、第一の実施例と比較し
て、マスフローコントローラ入口配管１６の容積を求め
ることができ、絶対流量を正確に算出することができ
る。そのため、計測用ガスタンク１２の容積を大きくし
ないで済み、システムをコンパクトに構成することがで
きる。

【００３０】次に、第三の実施例について説明する。第
三の実施例の構成を図２に示す。第三の実施例が第一の
実施例と異なるのは、計測用ガスタンク１２及び計測用
開閉弁１４を各々２組備えている点である。すなわち、
第１計測用ガスタンク１２１が第１計測用開閉弁１４１
を介して、マスフローコントローラ入口配管１６に接続
し、第２計測用ガスタンク１２２が第２計測用開閉弁１
４２を介して、マスフローコントローラ入口配管１６に
接続している。次に、第三の実施例の作用を図６を用い
て詳細に説明する。ここでも、マスフローコントローラ
１１Ａの絶対流量を検定する方法について説明する。図
１のガスシステムにおいてガス絶対流量を計測するに
は、まず第１開閉弁１５Ａを閉とし、マスフローコント
ローラ１１ＡへのプロセスガスＡの供給を遮断し、第２
開閉弁２Ａ、マスフローコントローラ１１Ａ、第１計測
用開閉弁１４１、第２計測用開閉弁１４２、連結用開閉
弁４Ａ、パージ弁１７を開いて、マスフローコントロー
ラ１１内に残っているプロセスガスＡを排出し、マスフ
ローコントローラ１１Ａ内を窒素ガスでパージする（Ｓ
２１）。これにより、第１計測用ガスタンク１２１、第
２計測用ガスタンク１２２にパージ圧力の窒素ガスを蓄
える。

【００３１】次に、マスフローコントローラ１１Ａの流
量設定を通常プロセスで使用する予定の所定値とする
（Ｓ２２）。次に、第１計測用開閉弁１４１を開き、第
２計測用開閉弁１４２を閉じる（Ｓ２３）。次に、パー
ジ弁１７を閉じ、圧力センサ１３により圧力がＰ１から
Ｐ３に圧力降下する時間Ｔ１を測定する（Ｓ２４）。次
に、パージ弁１７を開ける（Ｓ２５）。次に、第１計測
用開閉弁１４１を閉じ、第２計測用開閉弁１４２を開け
る（Ｓ２６）。次に、パージ弁１７を閉じ、圧力センサ
１３により圧力がＰ２からＰ４に圧力降下する時間Ｔ２
を測定する（Ｓ２７）。

【００３２】そして、ＣＰＵ２３が計測した圧力降下時
間Ｔ１、Ｔ２を用いて、気体の状態方程式に基づいて、
マスフローコントローラ１１Ａに流れた窒素ガスの絶対
流量を算出する（Ｓ２８）。そして、算出した絶対流量
と設計値とを比較して、マスフローコントローラ１１の
検定をおこなう（Ｓ２９）。次に、窒素ガスの絶対流量
の算出方法について説明する。（式３）より、第１計測
用ガスタンク１２１の容積をＶ1 、第２計測用ガスタン
ク１２２の容積をＶ2、マスフローコントローラ入口配
管１６の容積をＶXとすれば、 Ｑ＝（ｄＰ／ｄｔ１）ｍ（Ｖ1＋ＶX）／（ＲＴ）となる。 （式５） Ｑ＝（ｄＰ／ｄｔ２）ｍ（Ｖ2＋ＶX）／（ＲＴ）となる。 （式６） （式５）と（式６）からＶXを消去すると、 Ｑ＝（ｄＰ／（ｄｔ１−ｄｔ２））ｍ（Ｖ1−Ｖ2）／（ＲＴ）となる。（式７ ） （式７）は、タンクの容積の差分だけ圧力降下時間の差
になっていると考えて、ｄｔ＝ｄｔ２−ｄｔ１、Ｖ＝Ｖ
2−Ｖ1を（式３）に代入した形である。これにより、マ
スフローコントローラ入口配管１６の容積ＶX を求める
ことができるので、マスフローコントローラ入口配管１
６の容積まで含めて、絶対流量を第一実施例より正確に
算出することができる。

【００３３】本実施例では、（１）第２計測用開閉弁１
４２を閉じた状態で第１計測用開閉弁１４１を開けて計
測し、（２）次に、第１計測用開閉弁１４１を閉じた状
態で第２計測用開閉弁１４２を開けて計測を行っている
が、（２）の場合に第１計測用開閉弁１４１を開いた状
態のままで第２計測用開閉弁１４２を開いて計測を行っ
ても良い。流量Ｑは、２つのタンクの容積の差分だけ圧
力降下する時間の差として計測されるので、この方法に
よれば、同じタンクを使用しても容積差を大きくできる
からである。

【００３４】第三の実施例のマスフローコントローラ絶
対流量検定システムによれば、所定圧力Ｐ１の窒素ガス
を蓄える第１計測用ガスタンク１２１と、所定圧力Ｐ２
の窒素ガスを蓄える第２計測用ガスタンク１２２と、第
１計測用ガスタンク１２１とマスフローコントローラ入
口配管１６との間で管路を開閉する第１計測用開閉弁１
４１と、第２計測用ガスタンク１２２とマスフローコン
トローラ入口配管１６との間で管路を開閉する第２計測
用開閉弁１４２とを有し、マスフローコントローラ１１
Ａへのプロセスガスの供給を第一開閉弁１５Ａにより遮
断した後、第１計測用開閉弁１４１を開いて、圧力セン
サ１３により所定の圧力降下に要する時間Ｔ１を計測
し、次に、第２計測用開閉弁１４２を開いて、圧力セン
サ１３により所定の圧力降下に要する時間Ｔ２を計測
し、計測した時間Ｔ１、Ｔ２、第１計測用ガスタンク１
２１の容積、及び第２計測用ガスタンク１２２の容積か
らマスフローコントローラ１１Ａの絶対流量を検定して
いるので、第一の実施例と比較して、マスフローコント
ローラ入口配管１６の容積を求めることができ、絶対流
量を正確に算出することができる。また、第二の実施例
において、マスフローコントローラ１１を完全な遮断状
態にするのは困難であるが、第三の実施例では、小型タ
ンクを２つ必要とするだけなので、より正確に絶対流量
を計測することができる。

【００３５】一方、実レシピの実行を多数回数繰り返す
と、マスフローコントローラ１１の印加電圧と実流量と
の関係が変化することがあり、そのことはマスフローコ
ントローラ１１に正常電圧を印加しているのにプロセス
結果が良好でなくなることによって知られる。プロセス
結果が良好でないとは、例えば成膜プロセスの場合、形
成された膜の膜厚や膜質（屈折率等）が正常値からはず
れたり、それらの均一性が悪くなることをいう。この場
合は、マスフローコントローラ１１の印加電圧を修正し
て所要流量が得られるようにしなければならない。ま
た、このような正常値からのずれが大きくなったマスフ
ローコントローラ１１は、えてしてパーティクルを発生
してプロセス歩留まりを悪化させるので、ずれがある限
界値を超えた時点でなんらかのアラームが発せられるよ
うにしておくのが好ましい。

【００３６】本実施例のガスシステムにおいては実際の
配管系における絶対実流量計測手段を備えているので、
以上のようにして、マスフローコントローラ１１の印加
電圧の修正あるいは交換すべきか否かの判断を制度良く
かつ効率的に行うことができるため、半導体の歩止まり
を向上させることができる。また、消費するプロセスガ
スやテストウェハのコスト、あるいは試行および結果解
析に必要な時間を本実施例のシステムを採用することに
より削減できる。

【００３７】なお、上記実施例は本発明を限定するもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々の変形、改良が可能であることはもちろんである。ま
た、計測用ガスとしてここでは窒素ガスを使用したが、
窒素ガスに限らず不活性であってかつクリーンなものが
入手可能なガスであれば他のガスでもよい。ただし、半
導体工程で使用されるプロセスガスは、高価であり、ま
た毒性を有する場合もあるので、計測用ガスは、本実施
例のようにプロセスガスと異なるものを使用すると良
い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のマスフローコントローラ絶対流量検定システムによ
れば、第１開閉弁とマスフローコントローラとの間のマ
スフローコントローラ入口配管上にあって、所定圧力Ｐ
１の計測用ガスを蓄える計測用ガスタンクと、計測用ガ
スタンクとマスフローコントローラ入口配管との間で管
路を開閉する計測用開閉弁と、マスフローコントローラ
の入口側の圧力Ｐ２を計測する圧力センサとを有し、マ
スフローコントローラへのプロセスガスの供給を第一開
閉弁により遮断した後、計測用開閉弁を開いて、圧力セ
ンサにより所定の圧力降下に要する時間Ｔを計測するこ
とによりマスフローコントローラの絶対流量を検定して
いるので、マスフローコントローラの絶対流量を容易か
つ簡便に検定できるため、マスフローコントローラを正
確に制御して、プロセスガスを必要な分量だけ正確に供
給することができる。それにより、半導体製造工程の歩
留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例であるマスフローコント
ローラ流量検定システムの主要部の構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明の第三の実施例であるマスフローコント
ローラ流量検定システムの主要部の構成を示すブロック
図である。

【図３】第一の実施例のマスフローコントローラ絶対流
量検定システムの全体構成を示すブロック図である。

【図４】第一の実施例のマスフローコントローラ絶対流
量検定システムの作用を示すフローチャートである。

【図５】第二の実施例のマスフローコントローラ絶対流
量検定システムの作用を示すフローチャートである。

【図６】第三の実施例のマスフローコントローラ絶対流
量検定システムの作用を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ マスフローコントローラ １２ 計測用ガスタンク １２１ 第１計測用ガスタンク １２２ 第２計測用ガスタンク １３ 圧力センサ １４ 計測用開閉弁 １４１ 第１計測用開閉弁 １４２ 第２計測用開閉弁 １５ 第１開閉弁 １６ マスフローコントローラ入口配管 ２１ 電磁弁 ２２ 流量検定制御装置 ２３ ＣＰＵ２３

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスガス源から第１開閉弁およびマ
   スフローコントローラを順次経由してプロセスチャンバ
   に該プロセスガスを供給するガス配管系において、 前記第１開閉弁と前記マスフローコントローラとの間の
   マスフローコントローラ入口配管上にあって、所定圧力
   Ｐ１の計測用ガスを蓄える計測用ガスタンクと、 前記マスフローコントローラの入口側の圧力を計測する
   圧力センサとを有し、 前記マスフローコントローラへの前記プロセスガスの供
   給を前記第一開閉弁により遮断した後、前記計測用ガス
   タンク内に蓄えられている計測用ガスを前記マスフロー
   コントローラに流し、前記圧力センサにより所定の圧力
   降下に要する時間Ｔを計測し、 前記時間Ｔ及び前記計測用ガスタンクの容積Ｖより前記
   マスフローコントローラの絶対流量を検定することを特
   徴とするマスフローコントローラ絶対流量検定システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するシステムにおいて、 前記計測用ガスタンクと前記マスフローコントローラ入
   口配管との間で管路を開閉する計測用開閉弁を有し、 前記マスフローコントローラへの前記プロセスガスの供
   給を前記第一開閉弁により遮断した後、前記マスフロー
   コントローラを所定の開度にして、前記圧力センサによ
   り計測用ガスの圧力Ｐ１を計測し、 次に、前記計測用開閉弁を閉じ、前記圧力センサの計測
   する圧力が所定の低圧Ｐ２になったときに、前記マスフ
   ローコントローラを遮断状態にし、 次に、前記計測用開閉弁を開いて、所定時間経過後圧力
   センサにより圧力Ｐ３を計測し、 前記圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及び計測用タンクの容積Ｖか
   らマスフローコントローラ入口配管の容積を算出するこ
   とを特徴とするマスフローコントローラ絶対流量検定シ
   ステム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載するシステムにおいて、 前記第１開閉弁と前記マスフローコントローラとの間の
   マスフローコントローラ入口配管上にあって、所定圧力
   Ｐ１の計測用ガスを蓄える第１計測用ガスタンクと、 同じく前記マスフローコントローラ入口配管上にあっ
   て、所定圧力Ｐ２の計測用ガスを蓄える第２計測用ガス
   タンクと、 前記第１計測用ガスタンクと前記マスフローコントロー
   ラ入口配管との間で管路を開閉する第１計測用開閉弁
   と、 前記第２計測用ガスタンクと前記マスフローコントロー
   ラ入口配管との間で管路を開閉する第２計測用開閉弁と
   を有し、 前記マスフローコントローラへの前記プロセスガスの供
   給を前記第一開閉弁により遮断した後、前記第１計測用
   開閉弁を開いて、前記圧力センサにより所定の圧力降下
   に要する時間Ｔ１を計測し、 次に、前記第２計測用開閉弁を開いて、前記圧力センサ
   により所定の圧力降下に要する時間Ｔ２を計測し、 前記時間Ｔ１、Ｔ２、前記第１計測用ガスタンクの容
   積、及び前記第２計測用ガスタンクの容積から前記マス
   フローコントローラの絶対流量を検定することを特徴と
   するマスフローコントローラ絶対流量検定システム。