JP4245046B2 - 流量制御装置及びその調整方法 - Google Patents
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Description
ここで一般的な質量流量制御装置の構成について、図17及び図18を参照して説明する。図17はガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例の概略構成図を示し、図18は質量流量制御装置の流量検出手段を示す回路図である。
このように構成された質量流量制御装置2において、センサ管14にガス流体が流れていない場合には、両抵抗線R1、R4の温度は同じになっていることから、ブリッジ回路は平衡して差動回路32の検出値である電位差は、例えばゼロである。
また、前記検定制御手段は、基準測定時の流体の圧力変化を記憶する基準用データメモリと、検定時の流体の圧力変化を記憶する検定用データメモリとを有することが好ましい。
また、前記検定制御手段には警報手段が接続されており、前記検定制御手段は検定結果が所定の範囲外の時には前記警報手段を駆動させることが好ましい。
また、前記検定制御手段は、前記検定結果に基づいて前記質量流量検出手段を校正することが好ましい。
また、前記検定制御手段には、検定結果を表示する表示手段が接続されていることが好ましい。
また、前記流路の出口側には、零点測定の時に該流路を開閉する零点測定用バルブ部が介設されていることが好ましい。
また、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくともいずれか一方は、弁口となる流体入口部と流体出口部とを有する流体溜め室と、前記流体入口部に着座して該流体入口部を閉じるために屈曲変形可能になされた全閉用ダイヤフラムと、前記全閉用ダイヤフラムを前記流体入口部に向けて押圧するための押圧手段と、を含むことが好ましい。
また、前記全閉用ダイヤフラムは、平面形状、或いは略球殻の一部の形状になされていることが好ましい。
また、前記弁機構は三方弁を含むことが好ましい。
また、前記零点測定用バルブ部は、前記流量制御弁機構に対して対向する位置に配置されていることが好ましい。
また、前記検定制御手段は、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部とを完全に閉じることによって前記流路に流れる流体を完全に遮断して零点測定を行なうことが好ましい。
また、前記検定用バルブ部は前記流路の最上流側に設けられ、前記零点測定用バルブ部は前記流路の最下流側に設けられることが好ましい。
また、前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられることが好ましい。
また、前記検定結果が所定の許容範囲外の時には警報手段により警報を発することが好ましい。
また、前記検定結果に基づいて質量流量検出手段を自動的に校正することが好ましい。
また、前記検定結果を求める工程における上部基準圧力と下部基準圧力は予め定められていることが好ましい。
また、前記検定流量を設定する工程の前に、前記流路に流れる流体の流れを完全に遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なうことが好ましい。
また、前記零点測定工程は前記検出用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくとも検定用バルブ部を全閉することが好ましい。
図1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2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。尚、図17及び図18において示した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。
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で構成される表示手段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部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。
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測定用ルーチンと、実際に検定動作を行う検定用ルーチンとがある。
この検定動作モードの内、基準圧力変化特性測定用ルーチンは、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3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4は基準圧力変化特性測定用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図5は検定用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図6は基準圧力変化特性測定用ルーチンと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。
この基準圧力変化特性測定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N2ガスを用いる。図1、図3及び図4に示すように、まずこの基準圧力変化特性測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S1)。そして、時刻t1(図3(A)参照)において流量設定信号S0を、質量流量制御装置40が制御可能な最大の流量を表す%、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)。前述のとおり、通常動作モードにおいては、流量設定信号S0は、ホストコンピュータ等の外部より制御手段18に入力される。これに対して、この検定動作モードにおいては、上記流量設定信号S0は、ホストコンピュータではなく、検定制御手段48から制御手段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より入力される流量設定信号S0を、外部より入力される流量設定信号S0と同様に扱って通常の流量制御動作を行う。また一般的には、この流量設定信号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。
次に、定期的、或いは不定期的に行われる検定用ルーチンについて説明する。この検定用ルーチンは、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等のガス供給ラインに組み込んだまま行われる。また、ここでも流体としてはN2ガスを用いる。
ここで図6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6は弁開度が100%の時の基準圧力変化特性測定用ルーチンと検定用ルーチンにおける圧力信号S4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。
上限基準圧力P1から下限基準圧力P2までの予め定められた圧力範囲に関して、MΔt及びΔtを次のように定める。すなわち、基準圧力変化特性測定用ルーチンで得られた圧力が、上限基準圧力P1に達してから下限基準圧力P2に達するまでの時間をMΔtとする。また、検定用ルーチンで得られた圧力が、上限基準圧力P1に達してから下限基準圧力P2に達するまでの時間をΔtとする。
MTO:基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける初期温度
TO:検定用ルーチンにおける初期温度
MPO:基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける初期圧力
PO:検定用ルーチンにおける初期圧力
V:理想気体の体積
R:気体定数
T:絶対温度(K)
このように検定結果が得られたら、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流量信号S1を出力するように設定する(ステップS34)。流量設定信号S0と流量信号S1とに基づいて制御手段18が流量制御弁20をフィードバック制御をしているにもかかわらず、流量がずれるのは、流量信号S1が現実の流量を正しく反映していないと考えられるためである。なお、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18参照)のゲインを調整することにより行うことができる。
このように、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。
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と検定用タンク部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。
尚、第1実施例において、零点調整を行なう場合には、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なう。
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な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。
図7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8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9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10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11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1及び図2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。
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4に示す基準圧力変化特性測定用ルーチンを実行する直前や、図5に示す検定用ルーチンを実行する直前に行なうのが好ましい。
図11に示すように、この零点測定工程を行なうには、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)。
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の容積が小さい。このため、ガスを流した時に装置が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。
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12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。
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。
図13は、本発明に係る質量流量制御装置の第3実施例を示すブロック構成図である。第3実施例の質量流量制御装置401は、流路6において、検定実行部401Bが質量流量制御部401Aの下流にある点で第1実施例の質量流量制御装置40とは異なる。また、第3実施例の質量流量制御装置401の検定実行部401Bは、検定用バルブ部42が検定用タンク部44と圧力検出手段46の下流に設けられている点で、第1実施例の質量流量制御装置40の検定実行部40Bとは異なる。第3実施例の質量流量制御装置401の構成の他の点は、第1実施例の質量流量制御装置40と同じである。
図14は、第3実施例の基準圧力変化特性測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。基準圧力変化特性を得る際には、ステップS41で、まず、流量設定信号S0を、流量の最大の設定値(例えば100%)を表すフルスケール(たとえば5V)に設定する。
図15は、第3実施例における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。図15のフローチャートにおいて、ステップS61〜S73までの各処理は、原則として、図14のステップS41〜S53の処理と同じである。
流路を閉じる検定用バルブ部に対して、流路内を流れる流体の質量流量を制御するための流量制御弁と同じ側に設けられ、それらの位置における、タンク本体を含む流路内の流体の温度を検出するものであればよい。
本発明は、CVD成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置など、内部を低圧に保って使用される対象装置に正確な量のガスを供給するための装置に適用可能である。
Claims (11)
- 流体供給源よりも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路において流体の流量を制御する流量制御装置であって、
前記流路を開閉する第1の開閉弁と、
前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制御弁機構を備える流量制御部と、
前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流体の圧力を検出することができる圧力検出部と、
前記流量制御部が制御する前記流量の基準値からのずれを計算するズレ測定制御部と、を備え、
前記第1の開閉弁は、前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられており、
前記ズレ測定制御部は、
前記流量制御弁機構の開度を固定し、前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記圧力検出部によって圧力変化を測定し、
前記測定した圧力変化にしたがって所定の区間の圧力変化が生じる時間と、前記所定の区間の圧力変化に要すべき標準的な時間と、の比に基づいて前記基準値からのずれを計算する、流量制御装置。 - 請求項1記載の流量制御装置であって、
前記流量制御部は、さらに、前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流路を流れる流体の流量を測定できる流量検出部を備え、目標とする目標流量と前記流量検出部で測定した流量とに基づいて前記流量制御弁機構の開度を調節して、前記流路を流れる流体の流量を制御することができ、
前記ズレ測定制御部は、前記基準値からのずれに基づいて、前記流量検出部による流量を表す出力値を調整することができる、流量制御装置。 - 請求項2記載の流量制御装置であって、さらに、
前記流量検出部に対して前記第1の開閉弁とは逆の側において前記流路を開閉する第2の開閉弁を備え、
前記ズレ測定制御部は、
前記第1および第2の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記流量検出部による流量を表す出力値を読み取り、前記読み取られた出力値が流量ゼロを表す出力値となるように前記流量検出部を調整することができる、流量制御装置。 - 請求項1記載の流量制御装置であって、さらに、
前記第1の開閉弁と前記流量制御弁機構との間において前記流路を流れる流体を溜めることができる貯留部を備える、流量制御装置。 - 流体供給源よりも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路において流体の流量を制御する流量制御装置であって、
前記流路を開閉する第1の開閉弁と、
前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制御弁機構を備える流量制御部と、
前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流体の圧力を検出することができる圧力検出部と、
前記流量制御部が制御する前記流量の基準値からのずれを計算するズレ測定制御部と、を備え、
前記ズレ測定制御部は、
前記流量制御弁機構の開度を固定し、前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記圧力検出部によって圧力変化を測定し、
前記測定した圧力変化に基づいて前記基準値からのずれを計算し、
前記流量制御装置は、さらに、
前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流体の温度を測定することができる温度検出部を備え、
前記ズレ測定制御部は、さらに、
前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた時刻を含む所定の時間区間内に含まれる第1の時刻における前記流体の圧力である初期圧力POと、
前記所定の時間区間内に含まれる第2の時刻における前記流体の絶対温度T1と、
前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた後、前記流体の前記圧力が所定の第1の基準圧力P1に達してから前記第1の基準圧力P1とは異なる所定の第2の基準圧力P2に達するまでの時間Δtと、
に基づいて前記基準値からのずれを計算する、流量制御装置。 - 請求項5記載の流量制御装置であって、
前記ズレ測定制御部は、
PO/(T1×Δt)と、前記基準値と関連する所定の定数と、の比に基づいて、前記基準値からのずれを計算する、流量制御装置。 - 流体供給源よりも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路において流体の流量を制御する流量制御装置の調整方法であって、
前記流量制御装置は、前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制御弁機構を備える流量制御部を備え、
前記調整方法は、
(a)前記流量制御弁機構の開度を固定する工程と、
(b)前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられている第1の開閉弁で前記流路を閉じる工程と、
(c)前記工程(a)および(b)の後で、前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側の第1の所定の位置における前記流体の圧力変化を測定する工程と、
(d)前記測定した圧力変化にしたがって所定の区間の圧力変化が生じる時間と、前記所定の区間の圧力変化に要すべき標準的な時間と、の比に基づいて、前記流量制御部が制御する前記流量の基準値からのずれを計算する工程と、
(e)前記基準値からのずれを解消するように前記流量制御部を調整する工程と、を含む流量制御装置の調整方法。 - 請求項7記載の方法であって、
前記流量制御部は、さらに、前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流路を流れる流体の流量を測定できる流量検出部を備え、目標とする目標流量と前記流量検出部で測定した流量とに基づいて前記流量制御弁機構の開度を調節して、前記流路を流れる流体の流量を制御することができ、
前記工程(e)は、
前記基準値からのずれに基づいて、前記流量検出部による流量を表す出力値を調整する工程を含む、方法。 - 請求項8記載の方法であって、さらに、
(f)前記第1の開閉弁で前記流路を閉じ、かつ、前記流量検出部に対して前記第1の開閉弁とは逆の側において第2の開閉弁で前記流路を閉じる工程と、
(g)前記第1および第2の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記流量検出部による流量を表す出力値を読み取る工程と、
(h)前記読み取られた出力値が流量ゼロを表す出力値となるように前記流量検出部を調整する工程と、を含む方法。 - 流体供給源よりも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路において流体の流量を制御する流量制御装置の調整方法であって、
前記流量制御装置は、前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制御弁機構を備える流量制御部を備え、
前記調整方法は、
(a)前記流量制御弁機構の開度を固定する工程と、
(b)第1の開閉弁で前記流路を閉じる工程と、
(c)前記工程(a)および(b)の後で、前記第1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側の第1の所定の位置における前記流体の圧力変化を測定する工程と、
(d)前記測定した圧力変化に基づいて、前記流量制御部が制御する前記流量の基準値からのずれを計算する工程と、
(e)前記基準値からのずれに基づいて前記流量制御部を調整する工程と、を含み、
前記工程(d)は、
前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた時刻を含む所定の時間区間内に含まれる第1の時刻における、前記第1の所定の位置の前記流体の圧力である初期圧力POと、
前記所定の時間区間内に含まれる第2の時刻における、前記第1の開閉弁に対して前記第1の所定の位置と同じ側にある第2の所定の位置の前記流体の絶対温度T1と、
前記第1の開閉弁で前記流路を閉じた後、前記第1の所定の位置における前記流体の前記圧力が所定の第1の基準圧力P1に達してから前記第1の基準圧力P1とは異なる所定の第2の基準圧力P2に達するまでの時間Δtと、
に基づいて前記基準値からのずれを計算する工程を含む、方法。 - 請求項10記載の方法であって、
前記工程(d)は、
PO/(T1×Δt)と、前記基準値と関連する所定の定数と、の比に基づいて、前記基準値からのずれを計算する工程を含む、方法。
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