JP4489275B2 - 流量計測機能を具えた圧力制御装置 - Google Patents

流量計測機能を具えた圧力制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造ライン等にガスを供給する際に使用される、流量計測機能を具えた圧力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体の製造ラインの各工程には、各種の流量制御されたガスが、適切に圧力制御された状態で供給されなければならない。そして、このように圧力制御がなされるためには、供給源から供給されるガスの一部をリークさせなければならない。
ここで、半導体製造ラインにガスを供給するための構成について、便宜的に図1を用いて説明する。
ガスを供給するための基本配管Hは、主配管Mとリーク配管Lとに分岐されており、主配管Mは半導体プロセス等、ガスを供給すべき工程Sに連結され、リーク配管Lは真空ポンプVに連結されている。
従って、ガス供給源Oから供給されるガスは、主配管Mとリーク配管Lとに別れて通過する。
【0003】
目的の工程に供給されるガス、すなわち、主配管Mを通過するガスの流量は正確に知る必要があるとともに、所定の圧力に制御されていなければならない。
所定の圧力が高い場合には、従来では、主配管Mの途中にサーマルセンサ(図示せず。)を設けて、主配管Mを通過するガスの流量を測定していた。
なお、リーク配管Lにはバルブ(図示せず。)が設けられ、ガスの一部をリークさせていた。
【0004】
サーマルセンサとしては、例えば、特開平3−154826号公報に記載されたものがあり、これは、ステンレスチューブに発熱抵抗線を巻回させ、チューブ内をガスが通過することによって発生する発熱抵抗線の温度変化を検知し、それを電気信号に変えて、ガスの流量を検知するようにしたものである。
なお、一般に、ステンレスチューブの内径は1mm以下、センサとして必要な長さは、約10mmである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、サーマルセンサはステンレスチューブ内を通過するガスの流量を検出するものであるが、チューブ内を流過するガスの圧力損失が大きいため、測定するガスの圧力が小さいと、流量を検知することができない。
例えば、ウエハーのエッチング工程では、ウエハーの温度を管理するため、ウエハーとステージの間に10〜20(Torr)に減圧された10(sccm)程度の微小量のヘリウムガスを供給する必要がある。
しかし、従来のサーマルセンサでは、上記のように減圧された微小量のガスの流量を検知することができなかった。
そして、上記のウエハーのエッチング工程において、供給されるヘリウムガスの流量が正確に検知されないと、ウエハーの温度のばらつきが把握できず、品質管理の点で問題がある。
【0006】
また、主配管Mを通過するガスの圧力を制御するためには、サーマルセンサとは別に、圧力センサや圧力制御弁を設けることが必要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流量制御されたガスが供給される基本配管と、
前記基本配管から分岐した主配管とリーク配管とを具え、
前記主配管に主配管用圧力センサが設けられ、
前記リーク配管に、圧力制御弁とリーク配管用圧力センサとノズルが、流れの方向にこの順序で設けられ、
前記主配管を通過するガスの圧力を前記主配管用圧力センサによって検知しその信号に基づいて前記圧力制御弁により前記主配管のガス圧力を制御するとともに、
前記リーク配管用圧力センサによって検知した圧力に基づいて前記ノズルを通過するガス流量を計測し、
前記基本配管における流量と前記ノズルを通過するガス流量との差から前記主配管におけるガス流量を検知することを特徴とする、
流量計測機能を具えた圧力制御装置によって、前記の課題を解決した。
【0008】
【作用】
本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置によれば、10〜20(Torr)に減圧されたガスであっても、圧力を制御しながら、同時に流量を計測することが可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置(以下、単に「装置」という。)10の概念図である。
既に説明したとおり、この装置10の基本配管Hは、主配管Mとリーク配管Lとに分岐しており、主配管Mは半導体製造プロセス等の工程Sに連結され、リーク配管Lは真空ポンプVに連結されている。
リーク配管Lの途中に、後述する圧力制御・流量計測部20が設けられている。
主配管Mの途中には主配管用圧力センサPMが設けられ、この主配管用圧力センサPMからの信号は、上記の圧力制御・流量計測部20の圧力制御弁40にフィードバックされるようになっている。
【0010】
図2は、図1に示す装置10の要部となる圧力制御・流量計測部20の一部を破断した正面図である。
この圧力制御・流量計測部20は、ガスの流過通路32が設けられたベース30を有している。
ベース30には圧力制御弁40、リーク配管用圧力センサPL、ノズル50が、流れの方向にこの順序で設けられている。リーク配管用圧力センサPLは、ノズル50の上流側圧力を測定するためのものである。
圧力制御弁40としては、周知の電磁弁等が使用される。
【0011】
図2に示す圧力制御・流量計測部20に使用されるノズル50は、従来から周知のものであるから、その基本的構成、作用・効果についての説明は省略するが、ノズルの上流側圧力Puが小さい場合(20Torr以下)、ノズルの上流側圧力Puとノズルを通過するガス流量Qmとの関係は、図3のようになることが実験により確認されている。
従って、ノズルの上流側圧力Puを検知し、これを図3の特性に基づいて電気的に直線補正することによって、ノズルを通過するガス流量Qmを知ることができる。
【0012】
次に、本発明の装置10の作動について説明する。
図1において、主配管Mを通過するガスの圧力とリーク配管Lを通過するガスの圧力は等しい。
本発明の装置10では、主配管用圧力センサPMで主配管Mを通過するガスの圧力を検知し、その信号をリーク配管Lに設けた圧力制御弁40にフィードバックさせている。そして、フィードバックされた信号に基づいて、圧力制御弁40が作動し、供給ガスの圧力が制御されるようになっている。
この装置10において、圧力制御弁40によって直接制御されるのはリーク配管Lを通過するガスの圧力であるが、上記のとおり、リーク配管Lを通過するガスの圧力と、主配管Mを通過するガスの圧力は等しから、圧力制御弁40によって、主配管Mを通過するガスの圧力が制御されることになる。
【0013】
なお、主配管Mには主配管用圧力センサPMが設けられているだけであるから、主配管Mを通過するガスの圧力損失はない。
【0014】
図1において、供給源Oから供給されるガスの流量をQ0、リーク配管Lを通 過するガスの流量をQ2とすると、主配管Mを流過するガスの流量Q1は、
1=Q0−Q2
で表される。
ここで、供給源から供給されるガスの流量Q0は制御された既知の値であるか ら、主配管Mを通過するガスの流量Q1を求めるためには、リーク配管Lを通過 するガスの流量Q2を測定すればよい。
一方、既に述べたとおり、リーク配管Lを通過するガスの流量Q2は、リーク 配管用圧力センサPLによってノズル50の上流側圧力を測定することによって知ることができる。
【0015】
従って、本発明の装置10によれば、主配管Mを通過するガスの圧力を所定の値に制御しながら、同時に、主配管Mを通過するガスの流量を計測することができることになる。
また、ノズル50の作動はガスの圧力に依存しないから、供給するガスが10〜20(Torr)程度に減圧されていても、ガス流量の計測は可能である。
従って、半導体製造の一工程であるウエハーのエッチング工程において、減圧された微小流量のヘリウムガスを供給する場合、ヘリウムガスの圧力制御をしながら流量を計測することができるので、ウエハーの温度管理が確実に行なわれることになる。
その結果、製品の品質を一定に保持することができ、且つ、品質異常の早期発見も可能となる。
【0016】
また、圧力制御弁40、圧力センサPL、ノズル50は1つのベース30に取付けることができるので、全体的構成が簡易になり、設置も容易で、場所を取ることもない。
【0017】
なお、圧力制御弁40として、電磁弁の代わりにピエゾアクチュエータを使用すると、より微細なガスの圧力制御が可能となる。
【0018】
【発明の効果】
本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置によれば、小流量で減圧されたガスの供給圧力を制御しながら、その流量を計測することができるという効果を奏する。
また、圧力制御弁、圧力センサPL、ノズルは1つのベースに取付けることができるので、全体的構成を簡易にするとともに、取付けが容易で場所を取ることもない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置の概念図。
【図2】 図1の流量計測機能を具えた圧力制御装置の要部をなす圧力制御・流量計測部の一部を破断した正面図。
【図3】 ノズルの上流側圧力とノズルを通過する流量との関係を示す図。
【符号の説明】
10:流量計測機能を具えた圧力制御装置
20:圧力制御・流量計測部
30:ベース
32:流路
40:圧力制御弁
50:ノズル
H:基本配管
M:主配管
L:リーク配管
PM:主配管用圧力センサ
PL:リーク配管用圧力センサ

Claims (2)

  1. 流量制御されたガスが供給される基本配管と、
    前記基本配管から分岐した主配管とリーク配管とを具え、
    前記主配管に主配管用圧力センサが設けられ、
    前記リーク配管に、圧力制御弁とリーク配管用圧力センサとノズルが、流れの方向にこの順序で設けられ、
    前記主配管を通過するガスの圧力を前記主配管用圧力センサによって検知しその信号に基づいて前記圧力制御弁により前記主配管のガス圧力を制御するとともに、
    前記リーク配管用圧力センサによって検知した圧力に基づいて前記ノズルを通過するガス流量を計測し、
    前記基本配管における流量と前記ノズルを通過するガス流量との差から前記主配管におけるガス流量を検知することを特徴とする、
    流量計測機能を具えた圧力制御装置。
  2. 前記圧力制御弁、リーク配管用圧力センサ及びノズルが、内部に流路が形成されたベースに取付けられている、請求項1の流量計測機能を具えた圧力制御装置。
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