JPWO2008016189A1 - 質量流量制御装置を使用した流量制御 - Google Patents

Abstract

製品（マスフローコントローラ）出荷後に、複数種類の実使用ガスと複数の流量レンジに対応したマスフローコントローラに仕様変更を可能とする。質量流量制御装置の初期状態において、校正ガスを用いて流量設定信号に対する実流量を計測した校正ガス特性データを求め、この校正ガス特性データを制御手段に記憶する。一方、複数種類の実ガス毎に流量設定信号に対する実流量を計測した実ガス特性データを求め、この実ガス特性データを記憶媒体に保存する。その後、前記質量流量制御装置を稼働する前に、実使用ガスの実ガス特性データを前記記憶媒体からコンピュータを介して読み出し、また、前記制御手段に記憶した校正ガス特性データを読み出す。そして、前記実ガス特性データを元に前記校正ガス特性データを制御流量補正データに変換し、制御流量補正データを制御手段に書き込む。この制御流量補正データを基に実ガス流量を補正する。

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における流量制御に関する。

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、種々の半導体製造装置において、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繰り返し行われる。この場合に微量のプロセス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。以下、本明細書ではマスフローコントローラを例に説明する。
この種の半導体製造装置にあっては、複数種類のプロセスガスについて、微少流量から大流量に亘って処理を行う。このため、この種の半導体製造装置においては、それぞれの半導体製造装置において使用するガスに適した、そして、それぞれの半導体製造装置における使用流量レンジに適した質量流量制御装置を用いることが望ましい。また、流量設定信号が示す質量流量（以下、単に「流量」と言うことがある。）に対して実際に流量制御弁で制御されて流れる流量（以下、「実流量」と言うことがある。）が精度良く一致することが望ましい。このため、流量設定信号と実ガス流量の関係を校正することが望ましい。
そこで、ある従来技術では、複数のガスが流入されるチャンバと、複数のガスに対応して設けられる複数のマスフローコントローラと、複数のガスの流量を計測するマスフローメータと、複数のガスの流れを制御する複数のバルブとを備えた半導体製造装置において、以下のような処理が行われる。すなわち、半導体製造装置の稼動時においては複数のガスが前記チャンバに直接流入されるように前記複数のバルブの開閉を制御する。他方、マスフローコントローラの検査時においては、検査対象のマスフローコントローラに設定される流量およびコンバージョンファクタに基づいてガスの実流量を計算する。そして、複数のマスフローメータの中から最適な流量レンジを有するマスフローメータにガスが流入されるように前記複数のバルブの開閉を制御する。
上記従来技術の半導体製造装置では、コンバージョンファクタに基づいて使用ガスの実流量を計算する。通常、マスフローコントローラのメーカにおいては、出荷前の初期状態において、マスフローコントローラ毎に、例えば窒素ガスを校正ガスとして、流量設定信号に対する実流量の直線性が基準値内になるように調整が行われる。しかしながら、調整に使用された窒素ガスと、実際に出荷先で半導体製造装置において使用される実使用ガス（例えばアルゴン）とでは、ガスの物性が異なる。このため、窒素ガスを校正ガスとして調整したマスフローコントローラを出荷先の半導体製造装置においてそのまま使用した場合には、窒素ガスと同じ精度の直線性は得られないという問題がある。
このため、上記従来技術のようにガス種ごとに予め定められた１つのコンバージョンファクタを用いて補正することが行われる。しかし、出荷先の半導体製造装置において実際に実使用ガス（以下、「実ガス」と言うことがある。）を流した場合は、コンバージョンファクタでは補いきれないずれが生じることがある。また、微少流量から大流量までフルスケール流量の幅が大きい場合、所定の流量レンジ内で適用できるマスフローコントローラであっても１００％フルスケール流量と１０％フルスケール流量では制御の精度にずれが生じることが多い。このような場合も１つのコンバージョンファクタだけで一様に補正できるものではなかった。
ここで、１つの流量領域の流量レンジに合わせて調整されたマスフローコントローラに対して１種類のガスを流すような専用機器的な使い方をし、かつ、予め実ガスを用いた校正（流量センサの出力特性の調整）を行えば、その後の実ガスでの流量制御は精度の良いものとなる。しかし、このように１機種１ガス対応の使用には無駄がある。実際、実ガスの種類と流量レンジの数を考慮すると２００種類以上のマスフローコントローラが必要になる。よって、製造者側の対応も難しいが、ユーザ側でもこれだけの機種を在庫管理することは困難である。
本発明は、上記の問題点の少なくとも一部を取り扱うためのものであり、流量制御装置において高精度な流量制御を行うことを目的とする。
なお、日本国特許出願、特願２００６−２１２２２６号の開示内容は、参考のために、この明細書に組み込まれる。

本発明の一態様としての質量流量制御装置の流量制御補正方法においては、以下のような処理が行われる。流路に流れるガス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、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とを設けてなる質量流量制御装置において、以下のような処理が行われる。すなわち、前記質量流量制御装置の初期状態において、校正ガスを用いて前記外部から入力される流量設定信号に対する実流量を計測した校正ガス特性データを求め、この校正ガス特性データを前記制御手段に記憶する。一方、複数種類の実ガス毎に前記外部から入力される流量設定信号に対する実流量を計測した実ガス特性データを求め、この実ガス特性データを記憶媒体に保存する。その後、前記質量流量制御装置を稼働する前に、実際に使用する実使用ガスの実ガス特性データを前記記憶媒体からコンピュータを介して読み出す。また、前記質量流量制御装置の制御手段に記憶した校正ガス特性データを読み出す。そして、前記実ガス特性データを元に前記校正ガス特性データを制御流量補正データに変換し、前記制御流量補正データを前記制御手段に書き込む。この制御流量補正データを基に実ガス流量を補正する。
例えば、以下のような態様を採用することができる。初期状態の質量流量制御装置（マスフローコントローラ）に対して、通常、校正ガスとして使用されるガス（例えば窒素ガス）を用いて流量設定信号に対する実流量を計測した校正ガス特性データを求め、これをマスフローコントローラに記憶させる。即ち、流量センサの出力特性を測定し記憶する。一方で、複数種類ある実使用ガス毎に、流量設定信号に対する実流量を計測した実ガス特性データを求め、これをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に保存する。この記憶媒体がいわゆる変換ソフトとしてユーザに提供される。
ユーザはマスフローコントローラを稼働する際に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）とマスフローコントローラを接続し、上記記憶媒体（変換ソフト）の実ガス特性データの中からこれから使用する実ガスの実ガス特性データを選択し、このガスの特性データを読み出す。また、マスフローコントローラ側に記憶しておいた校正ガス特性データを読み出して、これと前記実ガス特性データとを対比・演算し、校正ガス特性データを実ガス出力特性に合わせて仕様変更する。この処理は、前記流量センサの出力特性（校正ガス特性データ）に補正を加えて、実ガスを流したとき直線性精度が向上するような実ガス出力特性に合わせて仕様変更する処理である。この仕様変更したデータが制御流量補正データである。この制御流量補正データをマスフローコントローラ側の制御手段に書き込み、マスフローコントローラに新たに記憶させる。以後、このマスフローコントローラは、実ガス出力特性に合わせて変換された制御流量補正データに基づき流量制御を行う。
また、本発明の質量流量制御装置の流量制御補正方法は、以下のような態様を採用することもできる。すなわち、前記実ガス特性データを、所定の流量レンジ毎に求めて前記記憶媒体に保存する。そして、実際に稼働する質量流量制御装置のフルスケール流量に合わせて実ガス特性データを選択し、使用される流量レンジのフルスケール流量を補正する。このような態様とすれば、例えばハードウェアとしてはフルスケールが幅広く大流量まで使用可能なマスフローコントローラのために、例えば中流量レンジの実ガス特性データに基づき制御流量補正データを生成する。そして、これを前記マスフローコントローラに適用し、中流量レンジがフルスケール流量のマスフローコントローラに変更することが出来る。よって、実際に制御するフルスケール流量に見合うマスフローコントローラを持ち合わせていない場合でも、フルスケール流量を仕様変更して、必要とする流量レンジについて高精度な流量制御が可能となる。
尚、上記した質量流量検出手段（流量センサ）としては、例えば、以下のような熱式流量センサを採用することができる。この熱式流量センサは、センサ流路の上流側と下流側に巻回しされた電熱線を有する。それらの電熱線は、ブリッジ回路を構成する。この熱式流量センサにおいては、センサ流路内をガスが流れることによって生じる不平衡電圧を検出することにより、センサ流路内を流れるガスの流量を演算することができる。
なお、オリフィス上流側のガスの圧力Ｐ１とオリフィス下流側のガスの圧力Ｐ２を臨界条件下（音速領域）に保持した状態で、オリフィスを流通するガスの流量を、補正を加えて演算するようにした圧力式流量センサ等を用いることも出来る。
また、流量制御弁機構は例えば積層型圧電素子を用いたピエゾアクチュエータを用いることができる。
本発明の一態様としての質量流量制御装置の流量制御補正方法によれば、１台のマスフローコントローラを、複数種類の実使用ガスと複数の流量レンジに精度良く対応したマスフローコントローラに仕様変更できる。このため、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
（１）流量センサは、実際に使用する実使用ガスの出力特性に合致して直線性が向上している。このため、高精度な流量制御ができる。
（２）ユーザ側で、実使用ガスの種類や流量レンジを適宜変更することが出来る。このため、予備マスフローコントローラの在庫を削減することが出来る。
（３）メーカ側にとっては、製品アイテム数を必要最小限に押さえることができる。このため、在庫管理や納期短縮に寄与できる。
なお、本発明の一態様は、以下のような、流路を流れるガスの流量を制御するための流量制御装置の態様として実現することもできる。この流量制御装置は、
流路を流れるガスの質量流量を検出流量として検出する流量検出部と、
前記流路を流れるガスの流量を制御する流量変更部と、
前記流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部をフィードバック制御する制御部と、を備える。
前記制御部は、前記流路を流れるガスの種類に応じて準備される制御データであって、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータを使用して前記流量変更部を制御する。
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスに応じて、様々な流量において高精度な流量制御を行うことができる。
なお、「質量流量に対応づけられる」とは、制御パラメータが直接的に質量流量に対応づけられている態様のほか、他のパラメータ（たとえば、質量流量に対応する信号など）を介して間接的に質量流量に対応づけられている場合も含む。
また、制御パラメータは、制御部が流量変更部を制御する際に、直接使用されることができる。一方、制御部と流量変更部との間に他の構成が介在し、制御部がその構成を介して流量変更部を制御する態様においては、制御パラメータは、制御部が、その間に介在する構成を制御することによって流量変更部を制御するために使用されてもよい。すなわち、制御パラメータは、流量変更部の制御において任意の形で使用されることができる。
なお、前記流量検出部は、前記流路を流れるガスの少なくとも一部によって移動される熱量に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する態様とすることができる。
また、前記流量検出部は、前記流路内の異なる位置における前記ガスの圧力に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する態様とすることもできる。
なお、前記制御データは、個々の前記流量制御装置に応じて準備されたデータであることが好ましい。このような態様とすれば、流量制御装置の個体差を考慮して、高精度な流量制御を行うことができる。
また、流量制御装置は、前記制御データを生成する制御データ生成部を備えることができる。この前記制御データ生成部は、第１と第２の特性データと、を参照しつつ、前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成することが好ましい。
なお、第１の特性データは、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、基準となる所定のガスの使用を前提とした前記個々の流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む特性データである。
そして、第２の特性データは、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類の特性を反映した複数の第２の特性パラメータを含む特性データである。なお、ガスの種類の特性は、ガスの物質としての特性であってよい。
このような態様とすれば、個々の流量制御装置の特性（たとえば、製造誤差や経時変化など）と、ガスの種類の特性（ガスが物質として有する特性）とを独立に考慮して、制御データを生成することができる。よって、同型であって別の固体の流量制御装置について、同じ第２の特性データを適用することができる。なお、各特性データは、外部から供給されてもいいし、流量制御装置が保持していてもよい。
なお、前記第２の特性データは、以下のような複数のデータの中から、前記流路を流れるガスの種類に応じて選択されたデータであることが好ましい。すなわち、その複数のデータとは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、互いに異なる種類の前記ガスの特性を反映した複数のデータである。
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの種類（物質）に応じて適切に第２の特性パラメータを選択することで、さまざまな種類のガスを高精度に制御できるように、流量制御装置を設定することができる。
また、前記第２の特性データは、以下のような複数のデータの中から、前記流路を流れるガスの流量に応じて選択されたデータであることも好ましい。すなわち、その複数のデータとは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、それぞれが格納する前記第２の特性パラメータの質量流量の範囲が互いに異なる複数のデータである。
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの流量レンジに応じて適切に第２の特性パラメータを選択することで、さまざまな流量レンジについてガスを高精度に制御できるように、流量制御装置を設定することができる。
なお、流量制御装置は、
前記第１の特性データを格納する第１の記憶部と、
前記第２の特性データを格納する第２の記憶部であって、前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部と、を備えることが好ましい。
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの種類や流量レンジに応じて、適宜、第２の特性データを格納した記憶部を交換でき、または、第２の記憶部に格納された第２の特性データを書き換えることができる。
なお、前記制御部は、前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成し、前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する態様とすることができる。なお、制御パラメータは、前記複数の制御パラメータのうち検出流量が表す質量流量と前記目標流量の質量流量の少なくとも一方に基づいて決定されるものとすることができる。
また、前記制御部は、前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成し、前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する態様とすることができる。
また、本発明の一態様は、流路を流れるガスの流量を制御する方法として実現することもできる。この方法においては、以下の処理が行われる。なお、以下で説明する各処理は、他の工程の結果を利用する工程でない限り、順序を入れ替えて実施することができる。
（ａ）流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記流路を流れるガスの検出された質量流量である検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する流量制御装置を準備する。
（ｂ）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを、前記流路を流れる前記ガスの種類に応じて準備する。
（ｃ）前記流量制御装置を使用して、前記制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量を制御する。
このような態様としても、流量制御装置を使用して、流量制御するガスの種類に応じた高精度な流量制御を行うことができる。
なお、前記工程（ｂ）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ１）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、所定の基準ガスの使用を前提とした前記準備した流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む第１の特性データを準備する。なお、基準ガスは、任意のガスとすることができる。
（ｂ２）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類に応じた特性（物性）を反映した複数の第２の特性パラメータを含む第２の特性データを準備する。
（ｂ３）前記第１および第２の特性データを参照しつつ、前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成する。
このような態様とすれば、流量制御装置の特性を反映した第１の特性データと、ガスの特性を反映した第２の特性データと、の別個の二つのデータに基づいて、流量制御装置の特性とガスの特性を反映させた制御データを生成することができる。そして、同型の異なる固体の流量制御装置については、同じ第２の特性データを使用することができる。なお、その際、第１の特性データは、各流量制御装置に応じて用意され、各流量制御装置の特性を反映したデータとすることが好ましい。
なお、前記工程（ｂ１）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ４）前記流量制御装置に前記目標流量を入力する。
（ｂ５）前記流路内に前記基準ガスを流通させ、前記流量制御装置に、前記制御パラメータを使用せずに前記基準ガスの流量を制御させる。
（ｂ６）上記の（ｂ５）の最中に、前記検出流量を得る。
（ｂ７）前記入力した目標流量と、前記得られた検出流量と、に基づいて、前記第１の特性パラメータを生成する。
（ｂ８）異なる前記目標流量について前記工程（ｂ４）から（ｂ７）を繰り返すことによって、前記複数の第１の特性パラメータを生成する。
このような態様とすれば、基準ガスの使用を前提とした流量制御装置の特性を反映した第１の特性データを生成することができる。
また、前記工程（ｂ２）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ９）基準流路を流れるガスの質量流量の目標値である基準目標流量と、前記基準流路を流れる前記ガスの検出された質量流量である基準検出流量と、に基づいて前記基準流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する基準流量制御装置を準備する。
（ｂ１０）前記基準流量制御装置に前記基準目標流量を入力する。
（ｂ１１）前記基準流路内に前記基準ガスとは異なるガスを流通させ、前記基準流量制御装置に前記ガスの流量を制御させる。
（ｂ１２）前記（ｂ１１）の最中に、前記基準検出流量を得る。
（ｂ１３）前記入力した基準目標流量と、前記得られた基準検出流量と、に基づいて、前記第２の特性パラメータを生成する。
（ｂ１４）異なる前記基準目標流量について前記工程（ｂ１０）から（ｂ１３）を繰り返すことによって、前記複数の第２の特性パラメータを生成する。
このような態様とすれば、基準流量制御装置の特性を前提としたガスの特性を反映した第２の特性データを生成することができる。
前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ１５）前記工程（ｂ１０）から（ｂ１４）の前に、前記基準流量制御装置について前記工程（ｂ１）を実行して、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性データを準備する。
そして、前記工程（ｂ１１）においては、さらに、以下の処理を行うことが好ましい。前記基準流量制御装置に、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性パラメータを使用して、前記ガスの流量を制御させる。
このような態様とすれば、前記基準流量制御装置の個体差（製造誤差など）に起因するずれの影響を少なくした第２の特性データを生成することができる。
なお、基準流量制御装置に関する第１の特性パラメータを使用せずに、前記工程（ｂ１１）を実施して第２の特性パラメータを生成することもできる。そのような態様においては、工程（ａ）で準備する流量制御装置よりも設計値に近い好ましい特性を有する基準流量制御装置を準備することが好ましい。
また、前記工程（ｂ２）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１６）複数種類のガスについて前記工程（ｂ１４）を実行することにより、前記複数種類のガスに関する複数の前記第２の特性データを生成する。
そして、工程（ｂ３）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１７）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの種類に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する。なお、「流量制御装置が制御するガス」とは、流量制御装置のユーザが流量制御装置を使用して製品を製造する際に流量制御装置に流量を制御させるガスである。
このような態様とすれば、流量制御装置が実際に流量制御を行うガスについて高精度な制御が行えるように、流量制御装置を設定することができる。
なお、前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１８）前記工程（ｂ１４）で生成した複数の第２の特性パラメータの一部をそれぞれ含む複数の前記第２の特性データであって、それぞれが含む前記第２の特性パラメータを生成する際の前記基準目標流量の範囲が互いに異なる複数の前記第２の特性データを生成する。
そして、前記工程（ｂ３）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１９）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの流量の範囲に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する。
このような態様とすれば、様々な種類の流量レンジについて高精度な流量制御が行えるように、流量制御装置を設定することができる。
なお、前記工程（ｂ１）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第１の特性データを前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置の第１の記憶部に格納する。また、前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第２の特性データを前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部に格納する。そして、前記工程（ｂ３）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第１の記憶部から前記第１の特性データを読み出す。前記第２の記憶部から前記第２の特性データを読み出す。
また、工程（ｃ）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成する。
前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する。
また、工程（ｃ）においては、以下のような処理を行うこともできる。
前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成する。
前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する。
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスに応じて、様々な流量において高精度な流量制御を行うことができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流量制御補正方法および流量制御補正装置、流量制御方法および流量制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、コンピュータプログラム製品等の形態で実現することができる。
以下では、図面を参照して、本願発明の好ましい実施例の詳細が説明され、本願発明の上述の目的およびその他の目的、構成、効果が明らかにされる。

図１は、本発明に係る質量流量制御装置（マスフローコントローラ）の構成を説明する概略構成図である。
図２は、熱式質量流量センサを説明する回路図である。
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。
図４は、本発明の流量制御補正方法の処理手順を示すフローチャート図である。
図５は、本発明の仕様変換の態様を示すイメージ図である。
図６は、本発明の流量レンジの区分例を示す図である。
図７は、制御手段１８の詳細な校正を示すブロック図である。
図８は、本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。
図９は、実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。
図１０は、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて計算される本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の特性を表すグラフである。
図１１は、制御流量補正データＤＰｃ１（図７参照）の特性を表すグラフである。
図１２は、第２実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１ｒの特性を表すグラフである。
図１３は、第３実施形態における制御手段１８の詳細な校正を示すブロック図である。
図１４は、第３実施形態における制御流量補正データＤＰｃ２の特性を表すグラフである。
図１５は、本発明の実施例を示し、フルスケール流量に対する制御精度を示す特性線図である。

Ａ．第１実施形態：
以下、本発明に係る質量流量制御装置と流量制御補正方法について図面を参照して説明する。
Ａ１．質量流量制御装置の構成および機能：
先ず、図１、図２を用いて質量流量制御装置であるマスフローコントローラについて説明する。図１はマスフローコントローラの構成を示す概略図である。図２は熱式流量センサの回路原理を示す構成図である。
図１において、４はマスフローコントローラ２が介設された流体通路である。流体通路４の一端にはプロセスガス源が接続され、他端には半導体製造装置の成膜装置等のガス使用系が接続されている。マスフローコントローラ２は、流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号（センサ出力信号）Ｓ１を出力する質量流量検出手段である流量センサ８と、バルブ駆動信号Ｓ４に応じて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１０と、外部から入力される流量設定信号Ｓ０と前記流量信号Ｓ１とに基づいてバルブ駆動信号Ｓ４を出力し前記流量制御弁機構１０を制御する、制御回路などの一連の制御手段１８とを備えている。なお、「質量流量」とは、単位時間当たりに流れる流体の質量である。
流量制御弁機構１０は、金属ダイヤフラム２２と、これを微少なストロークで押圧する積層圧電素子を備えたアクチュエータ２６と、を有する流量制御弁２７からなる。流量制御弁機構１０は、金属ダイヤフラム２２により弁口２４の開度を調整してガスの流量を制御するように構成される。また、制御手段１８は、流量センサ回路１６を介して入力されたセンサ出力信号Ｓ１と、外部より入力される流量設定信号Ｓ０と、を流量制御回路にて比較・演算して、両信号が一致するようにＰＩＤ制御等を行い、弁開度を制御する機能を有している。流量制御弁機構１０によって、流体通路４内を流れる流体の流量が制御される。
また、流量制御弁機構１０の上流側の流体通路４は、細管が集合したバイパス流路１２と、これと並列に導き出された細管よりなるセンサ流路１４とに分離されている。両流路１２、１４には設計上、予め定められた一定の分流比でガスが流れるように構成されいる。そして、このセンサ流路１４には、流量センサ回路（図２のブリッジ回路）の一部である２つの発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ２が巻回されている。
この発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ４は温度上昇によってその抵抗値が変化する特性を有している。そして、図２に示すように、発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、他の抵抗器Ｒ２、Ｒ３とで電気的に平衡状態となるように構成されている。よって、上流側より下流側へガスが流れることによって生ずる熱の移動をブリッジ回路の不平衡電圧として捉えることにより、このセンサ流路１４を流れるガス流量を求め、さらに流路全体に流れる流量を演算して求めている。
流量センサ回路１６から出力される流量信号Ｓ１は、一定の幅に含まれる電圧値であって、フルスケールに対する測定された流量を表す。流量信号Ｓ１は、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表す。この流量信号Ｓ１は、流量制御手段１８に入力される。
一方、実ガス使用時には、必要とするガス流量が流量設定信号Ｓ０として流量制御手段１８に入力される。この流量設定信号Ｓ０も、一定の幅に含まれる電圧値であって、フルスケールに対する目標流量を表す。流量設定信号Ｓ０も、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表している。
流量制御手段１８は、上記流量信号（センサ出力信号）Ｓ１と流量設定信号Ｓ０との値が一致するように上記流量制御弁機構１０の弁開度をＰＩＤ制御法でバルブ駆動回路２８を制御する。バルブ駆動回路２８から流量制御弁２７にバルブ駆動信号Ｓ４が出力され、流量制御弁２７によって、バルブ駆動信号Ｓ４に応じてガス流量が制御される。
例えばフルスケールが１００ｃｃｍ［Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ］である場合には、目標流量を表す流量設定信号Ｓ０が５Ｖに設定されると、測定された流量を表す流量信号Ｓ１が５Ｖを示すように弁開度が制御される。その結果、流体通路全体の流量（バイパス流路１２の流量とセンサ流路１４の流量の合計）が１００ｃｃｍとなる。しかし、この流量センサの出力特性と実ガスに対するセンサ出力特性の調整がされていない場合には、１００ｃｃｍよりも極微少にずれた流量（例えば±１〜２％）となる。
Ａ２．質量流量制御装置の補正方法の概要：
以下、上記ずれを調整補正する流量制御補正方法の概要について以下の図面を参照して説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは本発明の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。図４は処理手順を示すフローチャートである。図５は仕様変換の態様を示すイメージ図である。
図３Ａ〜図３Ｃの流量特性線図において、横軸は流量設定信号Ｓ０、縦軸は実流量を示している。図３Ａにおいて、実線Ｘは、窒素（Ｎ_２）を校正ガスとして用いて、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する実流量を、外部に設けられた流量測定手段（図１においてタンクＴ、およびタンクＴの内部圧力を測定できる圧力計Ｍ）で計測して得られる校正ガス特性データの一例である。この校正ガス特性データを測定する処理は、図４の処理手順で言うとステップ（１）に相当する（以下、同様に付記する。なお、図４においては、各ステップの番号を丸付きの数字で示す）。この校正ガス特性データをテーブルにしてマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の制御手段（制御回路）１８に記憶させる（図４−ステップ（２））。これらのステップ（１）、（２）の処理は、質量流量制御装置ごとに行われる。
ところで、図４のステップ（１）で得られる流量センサの出力特性は、実線Ｘのように幾らかのずれを有し、図３ＡのＹのように直線性が高く、高精度な制御結果が得られるものでもない。
このようなずれが生じる理由は、夫々の流量センサ個体の条件が違うためである。このため、このようなずれの発生は物理的に避けられない面もある。
図４のステップ（３）において、実際に使用するプロセスガス等（Ａｒ，ＳＦ_６，Ｃｌ_２等）を用いて、上記ステップ（１）と同様に、流量設定信号Ｓ０に対する実流量を外部に設けられた流量測定手段計測して得られる実ガス特性データを求める。（図４−ステップ（３））そして、図４のステップ（４）において、この実ガス特性データをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納保存する。これが実ガスの種類および流量レンジに応じて質量流量制御装置の設定を変更するための変換ソフトとなる。
この実ガス特性データは、実際に使用する実ガス毎に、またさらに所定の流量レンジ毎に求めてテーブル化して記憶する（図４−ステップ（５））。なお、この実ガス特性データの生成は、質量流量制御装置ごとにおこなわれるのではない。すなわち、実ガスごと、および流量レンジごとの実ガス特性データは、校正ガスの使用を前提として調整され特性の直線性が確保された標準的な１台の質量流量制御装置（本明細書において、「基準流量制御装置」と呼ぶことがある）を使用して測定される。そして、測定された実ガス特性データは、同じ型の質量流量制御装置に対して適用される。このため、図４では、ステップ（３）〜（５）の処理は、個々の質量流量制御装置に対して実行されるステップ（１）、（２）、（６）〜（１３）とは、分けて書かれている。
なお、流量レンジとは、ハードウェアとしての質量流量制御装置が流量を制御することができる流量の範囲である。例えば図６に、複数の流量レンジとそれぞれのフルスケール流量を示す。図６の区分によれば０〜５０，０００［ＳＣＣＭ］までの流量について、１３種類の流量レンジを設定している。即ち、図６に示した各流量レンジを有する１３種類のマスフローコントローラを準備すれば、図６に示すフルスケール流量内で、実ガス特性データを用いてそれらのマスフローコントローラの流量制御について補正を行うことが可能となる。すなわち、１３種類のマスフローコントローラを用いて、０〜５０，０００［ＳＣＣＭ］までの流量について、流量制御を行うことができる。なお、［ＳＣＣＭ］（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）とは、標準状態、すなわち０°Ｃ、１気圧におけるＣＣＭ（Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）である。
例えば、Ｎｏ１０の流量レンジを有するマスフローコントローラを用いるとすれば、フルスケール流量が５，０００［ＳＣＣＭ］までの流量制御について、実ガスデータに基づき補正を行うことができる。しかし、実際にはマスフローコントローラの流量制御弁の構造上の制御範囲の制約もある。このため、記載したフルスケール流量の１／３程度まで、たとえば、この場合は約２，００１以上の流量レンジについて、実ガスデータに基づき流量制御の補正を行うことができる。その結果、実ガスデータを適用することにより、Ｎｏ１０の流量レンジを有するマスフローコントローラを、約２，００１〜５，０００［ＳＣＣＭ］のフルスケール流量に亘って、高精度の流量制御を行い得るマスフローコントローラに仕様変換することができる。
ユーザは、実際に当該マスフローコントローラを使用する前に、図５に示すようにパーソナルコンピュータＰＣを、マスフローコントローラにデータ通信回線（ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５等）で接続する（図４−ステップ（６））。そして、パーソナルコンピュータＰＣ上において、ディスプレイ３３０に表示された選択肢の中から、マウス、キーボード３４０等の入力機器を介して、実際に使用するガスと使用するフルスケール流量を選択する（図４−ステップ（７））。
次に、マスフローコントローラの制御回路からパーソナルコンピュータＰＣに、ステップ（２）で記憶した校正ガス特性データを読み出す（図４−ステップ（８））。さらに、ステップ（４）で得た記憶媒体の変換ソフトをＰＣに取り入れ、上記で選択したガス種の実ガス特性データを記憶媒体から読み出す（図４−ステップ（９））。そして、実ガス特性データのうち変換しようとするフルスケール流量の演算を行う（図４−ステップ（１０））。
次に、ステップ（８）と（９）のデータを基に制御流量補正データを演算し求める（図４−ステップ（１１））。この制御流量補正データをマスフローコントローラ側の制御回路に書き込み、制御流量補正データを新たに記憶させる（図４−ステップ（１２））。従い、マスフローコントローラの制御手段には校正ガス特性データと制御流量補正データの両方が保存される。
以後は、マスフローコントローラにおいて、この制御流量補正データに基づいて補正をかけて流量制御が行われる（図４−ステップ（１３））。
従って、流量センサ出力特性としては、図３Ａの校正ガス特性データの線図Ｘは、実ガス特性データに基づき補正され、制御流量補正データに変換される。
図３Ｂは、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する窒素（Ｎ_２）の実流量を、外部に設けられた流量測定手段（図１のタンクＴおよび圧力計Ｍ参照）で計測して得られるデータの一例である。なお、図３Ｂの例において、流量制御は、制御流量補正データに基づいて補正されている。
図３Ｃは、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する実ガスの実流量を、外部に設けられた流量測定手段Ｔ，Ｍで計測して得られるデータの一例である。流量制御が制御流量補正データに基づいて補正される結果として、窒素（Ｎ_２）に対して図３Ｂの一点鎖線Ｘ’で示す特性を示すセンサに、実ガスを流した場合には、図３Ｃの実線Ｙ’の直線で示すような特性が得られる。すなわち、実ガスについて、精度の高い流量制御を行うことができる。
なお、以上では、コンバージョンファクタの使用については説明しなかったが、コンバージョンファクタによる補正と本実施形態による補正を併用して行っても良い。
以上で明らかなとおり、本実施形態の流量制御装置によれば、窒素ガスでのセンサ出力特性が実ガスに基づいて補正されて、極めて高い直線性を利用した高精度の流量制御が出来る。
なお、その後、このマスフローコントローラを別のプロセスガスについて用いる場合には、上記と同様の手順で校正ガス特性データを新たな実ガス（プロセスガス）のデータに基づいて変換し、新たな制御流量補正データを作成する。
また、流量レンジについても、ハードウェアとしては同じマスフローコントローラであっても、実ガス特性データに基づいて特性を最適化することによってフルスケール流量だけを仕様変更して、異なる流量レンジについて使用することもできる。
Ａ３．質量流量制御装置の補正方法の詳細：
（１）質量流量制御装置の補正方法の原理：
図７は、制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。制御手段１８は、制御回路１８０と、補正部１８１と、を備える。また、制御手段１８は、制御手段１８が備える半導体メモリ内に校正ガス特性データＤＰｍと、制御流量補正データＤＰｃ１と、を格納している。
前述のように、パーソナルコンピュータＰＣは、制御流量補正データＤＰｃ１を生成する際に、制御手段１８から校正ガス特性データＤＰｍを受け取る。また、パーソナルコンピュータＰＣは、パーソナルコンピュータＰＣが備えるＣＤ−ＲＯＭドライブ３２０を介して、記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭから実ガス特性データＤＰｇを読み出す。そして、パーソナルコンピュータＰＣは、実ガス特性データＤＰｇに基づいて校正ガス特性データＤＰｍを補正して、制御流量補正データＤＰｃ１を生成する。この制御流量補正データＤＰｃ１の生成については、後に詳しく説明する。
補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照しつつ、外部から入力される流量設定信号Ｓ０を、補正流量設定信号Ｓ０ａに改変する。補正流量設定信号Ｓ０ａは、流体通路４（図１参照）内を流れる実ガスの実際の流量がより流量設定信号Ｓ０が示す目標流量に近づくような出力信号Ｓ４ｏを、制御回路１８０に生成させるための入力信号である。この補正流量設定信号Ｓ０ａの生成については、後に詳しく説明する。
制御回路１８０は、修正された目標流量を表す補正流量設定信号Ｓ０ａと、測定流量を表すセンサ出力信号Ｓ１とが一致するように、出力信号Ｓ４ｏを出力してバルブ駆動回路２８を制御する。バルブ駆動回路２８は、出力信号Ｓ４ｏに基づいてバルブ駆動信号Ｓ４を生成し、流量制御弁２７に出力する（図１参照）。流量制御弁２７は、バルブ駆動信号Ｓ４に基づいて、流体通路４内を通るガスの流量を制御する。すなわち、制御回路１８０は、出力信号Ｓ４ｏによって、流体通路４内を通るガスの流量を制御する。なお、制御回路１８０は、前述のように、ＰＩＤ制御を行う。
図８は、本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。図８の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実際の校正ガスの流量（測定値）ｆｍ０を表す。図８は、基本的に図３Ａと同じグラフである。
図８に示す校正ガス特性データＤＰｍを得る際に流体通路４内を流されるガスは、校正ガスとしての窒素ガス（Ｎ_２）である。そして、流体通路４内を流れるガスの流量は、実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０の下流に取り付けられた流量測定装置によって測定される。なお、図８に示す校正ガス特性データＤＰｍを得る際には、質量流量制御装置ＭＦＣ０の補正部１８１は、流量設定信号Ｓ０をそのまま補正流量設定信号Ｓ０ａとして出力する。流量の各値は、制御回路１８０による制御が安定な状態となった後、すなわち、補正流量設定信号Ｓ０ａとセンサ出力信号Ｓ１の差が所定値以下となった後に測定される。
図８中、曲線Ｃ０は、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。一方、直線ＣＩｍは、理想的な質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける校正ガス特性データを表すグラフである。
図８の例では、質量流量制御装置ＭＦＣ０における実際の流量ｆｍ０は、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０_１のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆ０１だけ多いｆｍ０１である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_３のときには、実際の流量ｆｍ０は、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆ０３だけ少ないｆｍ０３である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_２のときには、実際の流量ｆｍ０は、理想的な値ｆｉ２に近い値である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_ｍｉｎ、Ｓ０_ｍａｘのときには、実際の流量ｆｍ０は、それぞれ理想的な値と同じである。
なお、本明細書においては、便宜的に、「Δｆ０１だけ多い」、「Δｆ０３だけ少ない」などと述べるが、厳密には、実際の（または想定される）流量と理想的な流量との差は、実際の（または想定される）流量から理想的な流量を引いた値で評価する。
ここでは、Ｓ０＝Ｓ０_１，Ｓ０_２，Ｓ０_３の流量について説明した。しかし、流量設定信号Ｓ０に対する実際の流量ｆｍ０は、たとえば、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。それら測定された流量が、それぞれ流量設定信号Ｓ０の値と対応づけられ、校正ガス特性データＤＰｍの一部として記憶される。それら測定され校正ガス特性データＤＰｍの一部として記憶された流量が、流量制御装置の特性を表す特性パラメータとして機能する。
図９は、実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。図９の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実際の実ガスの測定流量ｆｍ１を表す。なお、ここでは、実ガスは６フッ化硫黄（ＳＦ_６）である。
図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際には、本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０ではなく、校正ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）を使用して理想的に調整された、基準となる質量流量制御装置ＭＦＣｉが使用される。すなわち、図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際には、質量流量制御装置ＭＦＣｉの補正部１８１は、流量設定信号Ｓ０を窒素ガス（Ｎ_２）に関して理想的に補正して補正流量設定信号Ｓ０ａとして出力する。
図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際に流体通路４内を流されるガスは、実ガスとしての６フッ化硫黄（ＳＦ_６）である。そして、流体通路４内を流れるガスの流量は、質量流量制御装置ＭＦＣｉの下流に取り付けられた流量測定装置によって測定される。なお、流量の各値は、制御回路１８０による制御が安定な状態となった後に測定される。
図９中、曲線Ｃ１は、基準となる質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。一方、直線ＣＩｇは、実ガスとしての６フッ化硫黄（ＳＦ_６）に関して理想的な特性を有する質量流量制御装置ＭＦＣｉｇにおける実ガス特性データを表すグラフである。
図９の例では、質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける実際の流量ｆｍ１は、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０_１のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆ１１だけ少ないｆｍ１１である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_２のときには、実際の流量ｆｍ１は、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆ１２だけ少ないｆｍ１２である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_３のときには、実際の流量ｆｍ１は、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆ１３だけ少ないｆｍ１３である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_ｍｉｎ、Ｓ０_ｍａｘのときには、実際の流量ｆｍ０は、それぞれ理想的な値と同じである。
ここでは、Ｓ０＝Ｓ０_１，Ｓ０_２，Ｓ０_３の流量について説明した。しかし、流量設定信号Ｓ０に対する実際の流量ｆｍ１は、たとえば、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。なお、実ガス特性データＤＰｇを得る際に流量が測定される流量設定信号Ｓ０の値は、校正ガス特性データＤＰｍを得る際に流量が測定される流量設定信号Ｓ０の値と一致する。
上記で測定された流量が、それぞれ流量設定信号Ｓ０の値と対応づけられ、実ガス特性データＤＰｇの一部として記憶される。それら測定され実ガス特性データＤＰｇの一部として記憶された流量が、ガスの特性を表す特性パラメータとして機能する。
図１０は、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて計算される本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の特性を表すグラフである。図１０の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実ガスの想定流量ｆｃを表す。
図１０中、曲線Ｃｃは、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量ｆｃを表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。図１０のグラフＣｃは、図８のグラフＣ０と図９のグラフＣ１とを合成することによって得られる。
図１０の例では、質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量ｆｃは、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０_１のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆｃ１だけ少ないｆｃ１である。ここで、Δｆｃ１＝Δｆ０１＋Δｆ１１である。
同様に、流量設定信号Ｓ０がＳ０_２のときには、想定流量ｆｃは、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆｃ２だけ少ないｆｃ２である。ここで、Δｆｃ２＝Δｆ０２＋Δｆ１２である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_３のときの想定流量ｆｃ３や、流量設定信号Ｓ０の他の値における想定流量ｆｃも、同様に、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇにおけるずれ量に基づいて得ることができる。すなわち、図１０のグラフＣｃは、図８のグラフＣ０の理想値からのずれと図９のグラフＣ１の理想値からのずれとの和を、理想値からのずれとして有する。
この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０は、図１０のグラフＣｃに示すような特性を有すると想定される。このため、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガスである６フッ化硫黄（ＳＦ_６）について使用する場合には、図１０のグラフＣｃが有するＣＩｃからのずれを打ち消すような補正を行えばよい。
図１１は、制御流量補正データＤＰｃ１（図７参照）の特性を表すグラフである。図１１の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における補正流量設定信号Ｓ０ａおよびそのときの流体通路４内のガスの仮想的な流量ｆａを表す。
図１０のグラフＣｃが有するＣＩｃからのずれを打ち消すような補正を行うためには、各値の流量設定信号Ｓ０が与えられたとき、より多い流量を実現するような出力信号Ｓ４ｏを出力すればよい。
より具体的には、図１１に示すように、流量設定信号Ｓ０がＳ０_１のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆｃ１だけ多い流量ｆａ１を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ_１を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０がＳ０_２のときには、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆｃ２だけ多い流量ｆａ２を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ_２を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０がＳ０_３のときには、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆｃ３だけ多い流量ｆａ３を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ_３を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０の他の値についても同様である。
このような特性を実現しつつ、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換するための変換曲線が、図１１の曲線Ｃｓａである。
なお、前述のように、実際の（または想定される）流量と理想的な流量との差は、実際の（または想定される）流量から理想的な流量を引いた値で評価する。よって、図１１では、より大きな流量を実現するずらし量にマイナスの符号が付されている（図１１中の−Δｆｃ１，−Δｆｃ２，−Δｆｃ３参照）。これは、想定される流量が理想的な流量よりも少なく、想定される流量の理想的な流量からのずれ量（Δｆｃ１，Δｆｃ２，Δｆｃ３）が負であるためである。
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの各流量は、前述のように、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。このため、それらの測定値に基づいて計算される補正流量設定信号Ｓ０ａの数も、それら測定された流量設定信号Ｓ０に対応する数と等しくなる。なお、以下では、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇを生成する際に、対応する流量が測定された流量設定信号Ｓ０の値を「Ｓ０ｒ」と表記することがある。また、そのようにして測定された流量に基づいて計算された、流量設定信号Ｓ０ｒに対応する補正流量設定信号Ｓ０ａを、「基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒ」と呼ぶことがある。
図１１の曲線Ｃｓａを使用して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換する際には、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０の値（以下、「Ｓ０ｃ」と記載する）に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａ（以下「Ｓ０ａｃ」と記載する）については、以下のような処理が行われる。すなわち、そのような流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａｃは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
以上で説明したように、補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換える。制御流量補正データＤＰｃ１は、図１１の曲線Ｃｓａに示すような特性を有する変換を実現するデータである。すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照し、制御パラメータとしての補正流量設定信号Ｓ０ａ（Ｓ０ａｒおよびＳ０ａｃ）を使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する。
このような態様とすることで、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ_６））について高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
（２）質量流量制御装置の様々なガスへの適用：
実ガス特性データＤＰｇは、様々なガス（たとえば、ＡｒやＣｌ_２）について取得することが好ましい。そのようにして取得された実ガス特性データＤＰｇと、校正ガス特性データＤＰｍと、に基づいて制御流量補正データＤＰｃ１を生成することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な実ガスについて適用することができる。そして、様々な実ガスについて質量流量制御装置ＭＦＣ０を使用して、高精度な制御を実現することができる。
また、様々な実ガスについて用意された実ガス特性データＤＰｇは、ＣＤ−ＲＯＭなどの交換可能な記録媒体に記録される。このため、実ガス特性データＤＰｇを格納した記録媒体を交換することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な実ガスについて適用することができる。すなわち、質量流量制御装置ＭＦＣ０に固定的に設けられたメモリに、様々な種類の実ガスについての膨大な数の実ガス特性データＤＰｇを格納する必要がない。言い換えれば、質量流量制御装置ＭＦＣ０に、様々な実ガスの実ガス特性データＤＰｇを格納するための大容量の記憶部を設ける必要がない。
（３）質量流量制御装置の様々な流量レンジへの適用：
実ガス特性データＤＰｇは、校正ガス特性データＤＰｍの流量レンジの一部に相当する流量レンジについて生成することができる。そして、実ガス特性データＤＰｇは、互いに異なる様々な流量レンジ（たとえば、図６参照）について生成される。そのような場合には、以下のような態様とする。
すなわち、校正ガス特性データＤＰｍを生成する際には、たとえば、１％間隔や２％間隔、４％間隔など、十分に細かい間隔で流量設定信号Ｓ０の各値について流量を測定する。これに対して、実ガス特性データＤＰｇを生成する際には、校正ガス特性データＤＰｍの流量レンジの一部に相当する流量レンジに含まれ、かつ、校正ガス特性データＤＰｍの生成の際に流量が測定された流量設定信号Ｓ０の値の少なくとも一部について、流量を測定する。
なお、実ガス特性データＤＰｇの生成は、以下のような態様で行うこともできる。すなわち、実ガス特性データＤＰｇを生成する際にも、校正ガス特性データＤＰｍを生成する際と同じ流量設定信号Ｓ０の値について流量の測定値を得る。そして、その測定値の中から各流量レンジに含まれる一部の測定流量を選択して、各流量レンジの実ガス特性データＤＰｇを生成することもできる。
そのようにして取得された実ガス特性データＤＰｇと、校正ガス特性データＤＰｍと、に基づいて制御流量補正データＤＰｃ１を生成することで、様々な流量レンジに適応した制御流量補正データＤＰｃ１を生成することができる。その結果、様々な流量レンジに適応した制御流量補正データＤＰｃ１を使用して、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な流量レンジについて適応させることができる。そして、様々な流量レンジについて質量流量制御装置ＭＦＣ０を使用して、高精度な制御を実現することができる。
この態様においては、校正ガス特性データＤＰｍが、各実ガス特性データＤＰｇにくらべて多くの流量設定信号Ｓ０の値についての流量の値を有する。しかし、前述のように、実ガス特性データＤＰｇは、交換可能な記憶媒体に記録され、質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納されるわけではない。よって、質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納される校正ガス特性データＤＰｍが、各実ガス特性データＤＰｇにくらべて多くの流量設定信号Ｓ０の値についての値を有していても、実ガス特性データＤＰｇを質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納する態様に比べて、質量流量制御装置ＭＦＣ０内に設ける記憶部が要求される容量は少ない。
Ａ４．第１実施形態の効果：
以上で説明した第１実施形態によれば、半導体製造装置などにおいて、１台の質量流量制御装置を使用して、複数種類の実使用ガスを使用した場合にも、各実使用ガスを高精度に流量制御することができる。
Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０を受け取った場合に生じると想定されるずれを、あらかじめ上乗せするようにして、Ｓ０ａを生成する（図１１参照）。これに対して、第２実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０を受け取った場合に、その流量設定信号Ｓ０が表す目標流量を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａを生成する。第２実施形態は、第１実施形態の制御流量補正データＤＰｃ１に相当する制御流量補正データＤＰｃ１ｒの内容が、第１実施形態とは異なる。第２実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
図１２は、第２実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１ｒ（図７の制御流量補正データＤＰｃ１参照）の特性を表すグラフである。図１２の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における流体通路４内のガスの流量ｆａ、および流量設定信号Ｓ０に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａを表す。
図１２中の曲線Ｃｃ、直線ＣＩｃは、それぞれ図１０の曲線Ｃｃ、ＣＩｃと同じである。すなわち、曲線Ｃｃは、実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における実ガスの流量を表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、実ガスについて理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。
たとえば、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０_２を受け取った場合、その流量設定信号Ｓ０_２が表す目標流量は、直線ＣＩｃより、ｆｉ２である。しかし、グラフＣｃより、質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量は、ｆｉ２よりも低いｆｃ２である（図１２の縦軸参照）。そして、実際に目標流量ｆｉ２の実ガスを流すためには（図１２の縦軸参照）、グラフＣｃより、流量設定信号としてＳ０ａ_２を制御回路１８０に入力する必要がある（図１２の横軸参照）。同様に、流量設定信号Ｓ０_３が表す目標流量ｆｉ３の実ガスを流すためには（図１２の縦軸参照）、流量設定信号としてＳ０ａ_３を制御回路１８０に入力する必要がある（図１２の横軸参照）。流量設定信号Ｓ０_１および他の流量設定信号Ｓ０の値についても同様である。
このような特性を実現しつつ、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換するための変換曲線が、図１１の曲線Ｃｓａｒである。曲線Ｃｓａｒにしたがって変換を行うことで、流量設定信号Ｓ０_２は、補正流量設定信号Ｓ０ａ_２に変換され、流量設定信号Ｓ０_３は、補正流量設定信号Ｓ０ａ_３に変換される。他の流量設定信号Ｓ０も同様である。
すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ１ｒを参照し、制御パラメータとしての補正流量設定信号Ｓ０ａを使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する、
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量信号Ｓ１ａは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
第２実施形態においては、補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１ｒを参照して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換える（図７参照）。制御流量補正データＤＰｃ１ｒは、図１２の曲線Ｃｓａｒに示すような特性を有する変換を実現するデータである。このような態様とすることで、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ_６））について、第１実施形態よりもさらに高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
Ｃ．第３実施形態：
第１および第２実施形態では、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換えることによって、質量流量制御装置ＭＦＣ０の流量制御における誤差を減少させている。これに対して、第３実施例では、流量センサ８から出力される流量信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに置き換えることによって、質量流量制御装置ＭＦＣ０の流量制御における誤差を減少させる。第３実施形態は、制御手段１８内の構成が第１実施形態とは異なる。第３実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
図１３は、第３実施形態における制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。制御手段１８は、制御回路１８０と、補正部１８２と、を備える。また、制御手段１８は、そのメモリ内に校正ガス特性データＤＰｍと、制御流量補正データＤＰｃ２と、を格納している。制御流量補正データＤＰｃ２は、第１実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１と同様、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて、パーソナルコンピュータＰＣによって生成される。
補正部１８２は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照しつつ、流量センサ回路１６から入力されるセンサ出力信号Ｓ１を、補正流量信号Ｓ１ａに改変する。補正流量信号Ｓ１ａは、流量センサ回路１６が出力したセンサ出力信号Ｓ１よりも、流体通路４内を流れる実ガスの実際の流量により近い流量を表すように、センサ出力信号Ｓ１を改変して生成された信号である。
制御回路１８０は、目標流量を表す流量設定信号Ｓ０と、測定流量を表す補正流量信号Ｓ１ａとが一致するように、出力信号Ｓ４ｏを出力する。すなわち、制御回路１８０は、出力信号Ｓ４ｏによって、流体通路４内を通るガスの流量を制御している。
図１４は、第３実施形態における制御流量補正データＤＰｃ２の特性を表すグラフである。図１４の横軸は、補正が行われない場合の流量設定信号Ｓ０および流量信号Ｓ１の大きさを表す。縦軸は、補正が行われない場合の流量信号Ｓ１の各値における流体通路４内のガスの流量ｆｃ、および流量信号Ｓ１に対応する補正流量信号Ｓ１ａを表す。
図１４中の曲線Ｃｃ、直線ＣＩｃは、それぞれ図１０の曲線Ｃｃ、ＣＩｃと同じである。すなわち、曲線Ｃｃは、実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における補正が行われない場合の実ガスの想定流量を表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、実ガスについて理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。
前述のように、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇの各測定値は、それぞれ制御回路１８０による制御が安定な状態となった後、すなわち、流量設定信号Ｓ０とセンサ出力信号Ｓ１の差が所定値以下となった後に測定される。このため、流量設定信号Ｓ０の各値についての測定値（測定時には、制御流量補正データによる補正は行われない）は、センサ出力信号Ｓ１の各値についての測定値とみなすことができる。
補正が行われない場合には、センサ出力信号Ｓ１_２が流量センサ８から出力されたとき、曲線Ｃｃより、実際の実ガスの流量は、ｆｉ２ではなくｆｃ２であると想定される（図１４の縦軸参照）。
よって、第３実施形態の補正部１８２が補正を行う場合には、センサ出力信号Ｓ１_２が流量センサ８から出力されたとき、流量ｆｃ２に対応する補正流量信号Ｓ１ａ_２を制御回路１８０に出力すればよい（図１４の縦軸参照）。
なお、「流量ｆｘに対応する信号Ｓ_ｘ」は、最大流量に対する流量ｆｘの割合と、信号の最大値Ｓ_ｍａｘに対する信号Ｓ_ｘの割合と、が等しくなるように信号Ｓ_ｘを定めることで得られる。
同様に、補正が行われない場合には、センサ出力信号Ｓ１_３が流量センサ８から出力されたとき、実際の実ガスの流量は、ｆｉ３ではなくｆｃ３である（図１４の縦軸参照）。
よって、第３実施形態の補正部１８２が補正を行う場合には、センサ出力信号Ｓ１_３が流量センサ８から出力されたとき、流量ｆｃ３に対応する補正流量信号Ｓ１ａ_３を制御回路１８０に出力すればよい（図１４の縦軸参照）。センサ出力信号Ｓ１_１および他のセンサ出力信号Ｓ１についても同様である。
図１４のグラフの横軸を流量信号Ｓ１の大きさと考え、縦軸を、流量信号Ｓ１の各値における対応する補正流量信号Ｓ１ａと考えれば、図１４の曲線Ｃｃは、上記のような特性を実現しつつ、センサ出力信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに変換するための変換曲線としての機能を有することが分かる。
第３実施形態においては、補正部１８２は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照して、センサ出力信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに置き換える（図１３参照）。制御流量補正データＤＰｃ２は、図１４の曲線Ｃｃに示すような特性を有する変換を実現するデータである。すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照し、制御パラメータとしての補正流量信号Ｓ１ａを使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する。
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０ｃの値（センサ出力信号Ｓ１の値）に対応する補正流量信号Ｓ１ａは、以下のように決定することができる。すなわち、そのような流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量信号Ｓ１ａｃは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
このような態様しても、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ_６））について、高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
Ｄ．実施例
図１５は、本発明の第１実施形態による補正を行った場合と行わなかった場合の夫々について、所定（任意）のフルスケール流量に対する制御精度を示している。横軸は、流量設定信号Ｓ０の５Ｖに対する割合である。なお、図１５の例では、１００％、すなわちＳ０が５Ｖであるとき、目標流量は、２００［ｃｃｍ］である。図１５の縦軸は、％Ｆｕｌｌ Ｓｃａｌｅである。すなわち、図１５の縦軸は、測定された流量の目標流量からのズレを、フルスケールである２００［ｃｃｍ］に対する割合で示す。
図１５のグラフｄは、補正を全く行わなかった場合の窒素（Ｎ_２）を流した場合の精度を表す。グラフｅは、Ｎ_２ガスによる校正ガス特性データを使用して流量制御の補正を行いつつ、実ガスを流した場合の精度を表す。グラフｆは、Ｎ_２ガスによる校正ガス特性データを使用して流量制御の補正を行いつつ、Ｎ_２ガスを流した場合の精度を表す。グラフｇは、上記実施形態の制御流量補正データを使用して流量制御の補正を行いつつ、実ガスを流した場合の精度を表す。
図１５より、全く補正しない場合の流量精度は最大で２％ＦＳ程度の誤差が生じている（グラフｄ参照）。次に、この特性の流量センサ、即ち、同じ流量センサを用いてもＮ２ガスによる校正ガス特性データを採って補正した場合、これにＮ２ガスを流せば流量精度は０．１％ＦＳになる（グラフｆ参照）。しかし、これに実使用ガス（例えば、ＳＦ_６）を流した場合の流量精度は最大で２％ＦＳ程度の誤差が生じている（グラフｅ参照）。これに対して、上記の実施形態によれば、同じ実使用ガスを流した場合でも、流量精度は最大で０．５％ＦＳ程度に向上することが分かる（グラフｆ参照）。
尚、上記した実施態様のマスフローコントローラの流量センサは、熱式流量センサを用いている。しかし、この他にもオリフィス上流側のガスの圧力Ｐ１とオリフィス下流側のガスの圧力Ｐ２を臨界条件下（音速領域）に保持した状態で、オリフィスを流通するガスの流量を、補正を加えて演算するようにした圧力式流量センサを用いて本発明を実施することもできる。即ち、このような流量センサの形式を問わず本発明は実施することが出来る。
以上で説明したマスフローコントローラによれば、校正ガスによって調整したマスフローコントローラであっても、製品出荷後に複数種類の実使用ガスと複数の流量レンジのマスフローコントローラに仕様変更が可能となる。
Ｅ．変形態様：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
Ｅ１．変形態様１
上記実施態様においては、制御流量補正データＤＰｃは、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇに基づいて、パーソナルコンピュータによって生成される。しかし、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、制御流量補正データＤＰｃを生成するための処理部を構成要素として備える態様とすることもできる。
Ｅ２．変形態様２
上記実施例において、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に流体通路４内の流量を測定する装置は、質量流量制御装置ＭＦＣ０の外部に設けられた装置である。そのような流量測定装置としては、たとえば、質量流量制御装置ＭＦＣ０の下流に接続されたタンクであって、高真空状態において質量流量制御装置ＭＦＣ０から流されるガスを受け取るタンクＴとすることができる（図１参照）。すなわち、このタンクＴは、まず、特性データを取得する処理の間、質量流量制御装置ＭＦＣ０から送られるガスを十分受け取ることができる程度の真空状態とされ、その後、質量流量制御装置ＭＦＣ０から流されるガスを受け取る。圧力計ＭでタンクＴ内の圧力変化を測定することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流したガスの量を測定することができる。
一方、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、流量センサ８とは別に設けられた流量測定装置であって、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に使用される他の態様の流量測定装置を備えることもできる。
すなわち、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に使用される流量測定装置は、流量センサ８とは別に設けられた任意の流量測定装置とすることができる。ただし、その流量測定装置は、流量センサ８よりも高精度なものであることが好ましい。
Ｅ３．変形態様３
上記実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、金属ダイヤフラム２２とアクチュエータ２６とを備える流量制御弁機構１０によって、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する。しかし、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する装置は、他の原理で動作する装置とすることもできる。ただし、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する装置としては、物理的な機構によりガスの体積流量を制御する装置が、容易に入手できる。なお、「体積流量」とは、単位時間当たりに流れる流体の体積である。
Ｅ４．変形態様４
上記実施形態においては、校正ガス特性データＤＰｍを得る際に使用される校正ガスは窒素である。しかし、校正ガスは、アルゴン、６フッ化硫黄など、他のガスとすることもできる。ただし、校正ガスは、物理的および化学的に安定なガスであることが好ましい。
Ｅ５．変形態様５
上記実施形態においては、校正ガス特性データＤＰｍは、制御手段１８が備える半導体メモリ内に格納され、実ガス特性データＤＰｇは、ＣＤ−ＲＯＭ内に格納される。しかし、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇは、ＤＶＤやハードディスク、フラッシュメモリなど、任意の記憶装置内に格納することができる。ただし、校正ガス特性データＤＰｍは、流量制御装置が固定的に備えるメモリに格納されることが好ましい。そして、実ガス特性データＤＰｇは、校正ガス特性データＤＰｍが格納される記憶装置よりも交換または書き換えが容易な記憶装置に格納されることが好ましい。なお、実ガス特性データＤＰｇの書き換えは、流量制御装置の制御部によって行われる態様とすることもでき、流量制御装置外部の他の装置によって行われる態様とすることもできる。
Ｅ６．変形態様６
上記実施形態では、制御回路１８０は、比例、積分および微分の各要素を含むＰＩＤ制御を行う。しかし、制御回路１８０は、比例要素および積分要素を含むＰＩ制御など、他の制御を行う態様とすることもできる。ただし、流量制御は、目標値と測定値に基づくフィードバック制御であることが好ましい。そして、目標値と測定値が対応する物理量（たとえば、質量流量）が、制御値が対応する物理量（たとえば、体積流量）とは異なる場合に、本発明の適用は特に有効である。
Ｅ７．変形態様７
上記実施例では、制御流量補正データの制御パラメータのうち、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に実際に測定された流量に基づいて演算で得ることができない値については、補間演算で得ている。しかし、それらの値は他の方法で得ることもできる。
たとえば、制御流量補正データの特性を表す曲線（図１１のＣｓａ，図１２のＣｓａｒ，図１４のＣｃ参照）を、ベジエ曲線やスプライン曲線で求めて、それら測定値から得られない値を得ることができる。また、補間演算を使用する場合にも、様々な補間演算を使用することができる。さらに、それらの演算は、実ガスの制御を行う際に行われてもよい。また、実ガスの制御に先立ってあらかじめ行われ、演算結果の値が所定の記憶装置に格納されている態様とすることもできる。
すなわち、制御流量補正データの制御パラメータのうち、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に実際に測定された流量に基づいて演算で得ることができない値については、測定された流量に基づいて演算で得ることができる値に基づいて、様々な方法で定めることができる。
Ｅ８．変形態様８
上記実施態様において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、制御手段１８（図１参照）の機能は、ハードウェア回路によって実現されてもよく、ＣＰＵ上においてアプリケーションソフトウェアやドライバで実現されてもよい。そして、制御手段１８の機能の一部を、ハードウェア回路によって実現し、他の一部をＣＰＵ上においてアプリケーションソフトウェア等によって実現してもよい。
このような機能を実現するコンピュータプログラムは、フロッピディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。ホストコンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してプログラム供給装置からホストコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがホストコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをホストコンピュータが直接実行するようにしてもよい。
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各部の機能を実現させる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
なお、この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
また、コンピュータプログラム製品は、様々な態様で実現することができる。たとえば、以下のような態様である。
（ｉ）コンピュータ読み取り可能な記録媒体。たとえば、フレキシブルディスク、光ディスク、半導体メモリなど。
（ｉｉ）コンピュータプログラムを含み、搬送波内で具現化されたデータ信号。
（ｉｉｉ）磁気ディスクや半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を含むコンピュータ。
（ｉｖ）データ搬送はを介してメモリ内に一時的にコンピュータプログラムを格納しているコンピュータ。
以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施態様を参照して詳細に説明した。しかし、本願発明は、以上で説明した実施態様や構成に限定されるものではない。そして、本願発明は、様々な変形や均等な構成を含むものである。さらに、開示された発明の様々な要素は、様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、それらは例示的な物であり、各要素はより多くてもよく、また少なくてもよい。そして、要素は一つであってもよい。それらの態様は本願発明の範囲に含まれるものである。

本発明は、質量流量制御装置、質量流量制御装置の補正方法、質量流量制御における補正方法などに適用可能である。

【書類名】 明細書
【発明の名称】 質量流量制御装置を使用した流量制御
【技術分野】
【０００１】
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における流量制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、種々の半導体製造装置において、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繰り返し行われる。この場合に微量のプロセス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。以下、本明細書ではマスフローコントローラを例に説明する。
【０００３】
この種の半導体製造装置にあっては、複数種類のプロセスガスについて、微少流量から大流量に亘って処理を行う。このため、この種の半導体製造装置においては、それぞれの半導体製造装置において使用するガスに適した、そして、それぞれの半導体製造装置における使用流量レンジに適した質量流量制御装置を用いることが望ましい。また、流量設定信号が示す質量流量（以下、単に「流量」と言うことがある。）に対して実際に流量制御弁で制御されて流れる流量（以下、「実流量」と言うことがある。）が精度良く一致することが望ましい。このため、流量設定信号と実ガス流量の関係を校正することが望ましい。
【０００４】
そこで、ある従来技術では、複数のガスが流入されるチャンバと、複数のガスに対応して設けられる複数のマスフローコントローラと、複数のガスの流量を計測するマスフローメータと、複数のガスの流れを制御する複数のバルブとを備えた半導体製造装置において、以下のような処理が行われる。すなわち、半導体製造装置の稼動時においては複数のガスが前記チャンバに直接流入されるように前記複数のバルブの開閉を制御する。他方、マスフローコントローラの検査時においては、検査対象のマスフローコントローラに設定される流量およびコンバージョンファクタに基づいてガスの実流量を計算する。そして、複数のマスフローメータの中から最適な流量レンジを有するマスフローメータにガスが流入されるように前記複数のバルブの開閉を制御する。
【０００５】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】 特開２００４−２１４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術の半導体製造装置では、コンバージョンファクタに基づいて使用ガスの実流量を計算する。通常、マスフローコントローラのメーカにおいては、出荷前の初期状態において、マスフローコントローラ毎に、例えば窒素ガスを校正ガスとして、流量設定信号に対する実流量の直線性が基準値内になるように調整が行われる。しかしながら、調整に使用された窒素ガスと、実際に出荷先で半導体製造装置において使用される実使用ガス（例えばアルゴン）とでは、ガスの物性が異なる。このため、窒素ガスを校正ガスとして調整したマスフローコントローラを出荷先の半導体製造装置においてそのまま使用した場合には、窒素ガスと同じ精度の直線性は得られないという問題がある。
【０００８】
このため、上記従来技術のようにガス種ごとに予め定められた１つのコンバージョンファクタを用いて補正することが行われる。しかし、出荷先の半導体製造装置において実際に実使用ガス（以下、「実ガス」と言うことがある。）を流した場合は、コンバージョンファクタでは補いきれないずれが生じることがある。また、微少流量から大流量までフルスケール流量の幅が大きい場合、所定の流量レンジ内で適用できるマスフローコントローラであっても１００％フルスケール流量と１０％フルスケール流量では制御の精度にずれが生じることが多い。このような場合も１つのコンバージョンファクタだけで一様に補正できるものではなかった。
【０００９】
ここで、１つの流量領域の流量レンジに合わせて調整されたマスフローコントローラに対して１種類のガスを流すような専用機器的な使い方をし、かつ、予め実ガスを用いた校正（流量センサの出力特性の調整）を行えば、その後の実ガスでの流量制御は精度の良いものとなる。しかし、このように１機種１ガス対応の使用には無駄がある。実際、実ガスの種類と流量レンジの数を考慮すると２００種類以上のマスフローコントローラが必要になる。よって、製造者側の対応も難しいが、ユーザ側でもこれだけの機種を在庫管理することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の問題点の少なくとも一部を取り扱うためのものであり、流量制御装置において高精度な流量制御を行うことを目的とする。
【００１１】
なお、日本国特許出願、特願２００６−２１２２２６号の開示内容は、参考のために、この明細書に組み込まれる。
【００１２】
本発明の一態様としての質量流量制御装置の流量制御補正方法においては、以下のような処理が行われる。流路に流れるガス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、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とを設けてなる質量流量制御装置において、以下のような処理が行われる。すなわち、前記質量流量制御装置の初期状態において、校正ガスを用いて前記外部から入力される流量設定信号に対する実流量を計測した校正ガス特性データを求め、この校正ガス特性データを前記制御手段に記憶する。一方、複数種類の実ガス毎に前記外部から入力される流量設定信号に対する実流量を計測した実ガス特性データを求め、この実ガス特性データを記憶媒体に保存する。その後、前記質量流量制御装置を稼働する前に、実際に使用する実使用ガスの実ガス特性データを前記記憶媒体からコンピュータを介して読み出す。また、前記質量流量制御装置の制御手段に記憶した校正ガス特性データを読み出す。そして、前記実ガス特性データを元に前記校正ガス特性データを制御流量補正データに変換し、前記制御流量補正データを前記制御手段に書き込む。この制御流量補正データを基に実ガス流量を補正する。
【００１３】
例えば、以下のような態様を採用することができる。初期状態の質量流量制御装置（マスフローコントローラ）に対して、通常、校正ガスとして使用されるガス（例えば窒素ガス）を用いて流量設定信号に対する実流量を計測した校正ガス特性データを求め、これをマスフローコントローラに記憶させる。即ち、流量センサの出力特性を測定し記憶する。一方で、複数種類ある実使用ガス毎に、流量設定信号に対する実流量を計測した実ガス特性データを求め、これをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に保存する。この記憶媒体がいわゆる変換ソフトとしてユーザに提供される。
【００１４】
ユーザはマスフローコントローラを稼働する際に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）とマスフローコントローラを接続し、上記記憶媒体（変換ソフト）の実ガス特性データの中からこれから使用する実ガスの実ガス特性データを選択し、このガスの特性データを読み出す。また、マスフローコントローラ側に記憶しておいた校正ガス特性データを読み出して、これと前記実ガス特性データとを対比・演算し、校正ガス特性データを実ガス出力特性に合わせて仕様変更する。この処理は、前記流量センサの出力特性（校正ガス特性データ）に補正を加えて、実ガスを流したとき直線性精度が向上するような実ガス出力特性に合わせて仕様変更する処理である。この仕様変更したデータが制御流量補正データである。この制御流量補正データをマスフローコントローラ側の制御手段に書き込み、マスフローコントローラに新たに記憶させる。以後、このマスフローコントローラは、実ガス出力特性に合わせて変換された制御流量補正データに基づき流量制御を行う。
【００１５】
また、本発明の質量流量制御装置の流量制御補正方法は、以下のような態様を採用することもできる。すなわち、前記実ガス特性データを、所定の流量レンジ毎に求めて前記記憶媒体に保存する。そして、実際に稼働する質量流量制御装置のフルスケール流量に合わせて実ガス特性データを選択し、使用される流量レンジのフルスケール流量を補正する。このような態様とすれば、例えばハードウェアとしてはフルスケールが幅広く大流量まで使用可能なマスフローコントローラのために、例えば中流量レンジの実ガス特性データに基づき制御流量補正データを生成する。そして、これを前記マスフローコントローラに適用し、中流量レンジがフルスケール流量のマスフローコントローラに変更することが出来る。よって、実際に制御するフルスケール流量に見合うマスフローコントローラを持ち合わせていない場合でも、フルスケール流量を仕様変更して、必要とする流量レンジについて高精度な流量制御が可能となる。
【００１６】
尚、上記した質量流量検出手段（流量センサ）としては、例えば、以下のような熱式流量センサを採用することができる。この熱式流量センサは、センサ流路の上流側と下流側に巻回しされた電熱線を有する。それらの電熱線は、ブリッジ回路を構成する。この熱式流量センサにおいては、センサ流路内をガスが流れることによって生じる不平衡電圧を検出することにより、センサ流路内を流れるガスの流量を演算することができる。
【００１７】
なお、オリフィス上流側のガスの圧力Ｐ１とオリフィス下流側のガスの圧力Ｐ２を臨界条件下（音速領域）に保持した状態で、オリフィスを流通するガスの流量を、補正を加えて演算するようにした圧力式流量センサ等を用いることも出来る。
【００１８】
また、流量制御弁機構は例えば積層型圧電素子を用いたピエゾアクチュエータを用いることができる。
【００１９】
本発明の一態様としての質量流量制御装置の流量制御補正方法によれば、１台のマスフローコントローラを、複数種類の実使用ガスと複数の流量レンジに精度良く対応したマスフローコントローラに仕様変更できる。このため、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
（１）流量センサは、実際に使用する実使用ガスの出力特性に合致して直線性が向上している。このため、高精度な流量制御ができる。
（２）ユーザ側で、実使用ガスの種類や流量レンジを適宜変更することが出来る。このため、予備マスフローコントローラの在庫を削減することが出来る。
（３）メーカ側にとっては、製品アイテム数を必要最小限に押さえることができる。このため、在庫管理や納期短縮に寄与できる。
【００２０】
なお、本発明の一態様は、以下のような、流路を流れるガスの流量を制御するための流量制御装置の態様として実現することもできる。この流量制御装置は、
流路を流れるガスの質量流量を検出流量として検出する流量検出部と、
前記流路を流れるガスの流量を制御する流量変更部と、
前記流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部をフィードバック制御する制御部と、を備える。
【００２１】
前記制御部は、前記流路を流れるガスの種類に応じて準備される制御データであって、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータを使用して前記流量変更部を制御する。
【００２２】
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスに応じて、様々な流量において高精度な流量制御を行うことができる。
【００２３】
なお、「質量流量に対応づけられる」とは、制御パラメータが直接的に質量流量に対応づけられている態様のほか、他のパラメータ（たとえば、質量流量に対応する信号など）を介して間接的に質量流量に対応づけられている場合も含む。
【００２４】
また、制御パラメータは、制御部が流量変更部を制御する際に、直接使用されることができる。一方、制御部と流量変更部との間に他の構成が介在し、制御部がその構成を介して流量変更部を制御する態様においては、制御パラメータは、制御部が、その間に介在する構成を制御することによって流量変更部を制御するために使用されてもよい。すなわち、制御パラメータは、流量変更部の制御において任意の形で使用されることができる。
【００２５】
なお、前記流量検出部は、前記流路を流れるガスの少なくとも一部によって移動される熱量に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する態様とすることができる。
【００２６】
また、前記流量検出部は、前記流路内の異なる位置における前記ガスの圧力に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する態様とすることもできる。
【００２７】
なお、前記制御データは、個々の前記流量制御装置に応じて準備されたデータであることが好ましい。このような態様とすれば、流量制御装置の個体差を考慮して、高精度な流量制御を行うことができる。
【００２８】
また、流量制御装置は、前記制御データを生成する制御データ生成部を備えることができる。この前記制御データ生成部は、第１と第２の特性データと、を参照しつつ、前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成することが好ましい。
【００２９】
なお、第１の特性データは、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、基準となる所定のガスの使用を前提とした前記個々の流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む特性データである。
【００３０】
そして、第２の特性データは、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類の特性を反映した複数の第２の特性パラメータを含む特性データである。なお、ガスの種類の特性は、ガスの物質としての特性であってよい。
【００３１】
このような態様とすれば、個々の流量制御装置の特性（たとえば、製造誤差や経時変化など）と、ガスの種類の特性（ガスが物質として有する特性）とを独立に考慮して、制御データを生成することができる。よって、同型であって別の固体の流量制御装置について、同じ第２の特性データを適用することができる。なお、各特性データは、外部から供給されてもいいし、流量制御装置が保持していてもよい。
【００３２】
なお、前記第２の特性データは、以下のような複数のデータの中から、前記流路を流れるガスの種類に応じて選択されたデータであることが好ましい。すなわち、その複数のデータとは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、互いに異なる種類の前記ガスの特性を反映した複数のデータである。
【００３３】
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの種類（物質）に応じて適切に第２の特性パラメータを選択することで、さまざまな種類のガスを高精度に制御できるように、流量制御装置を設定することができる。
【００３４】
また、前記第２の特性データは、以下のような複数のデータの中から、前記流路を流れるガスの流量に応じて選択されたデータであることも好ましい。すなわち、その複数のデータとは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、それぞれが格納する前記第２の特性パラメータの質量流量の範囲が互いに異なる複数のデータである。
【００３５】
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの流量レンジに応じて適切に第２の特性パラメータを選択することで、さまざまな流量レンジについてガスを高精度に制御できるように、流量制御装置を設定することができる。
【００３６】
なお、流量制御装置は、
前記第１の特性データを格納する第１の記憶部と、
前記第２の特性データを格納する第２の記憶部であって、前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部と、を備えることが好ましい。
【００３７】
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスの種類や流量レンジに応じて、適宜、第２の特性データを格納した記憶部を交換でき、または、第２の記憶部に格納された第２の特性データを書き換えることができる。
【００３８】
なお、前記制御部は、前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成し、前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する態様とすることができる。なお、制御パラメータは、前記複数の制御パラメータのうち検出流量が表す質量流量と前記目標流量の質量流量の少なくとも一方に基づいて決定されるものとすることができる。
【００３９】
また、前記制御部は、前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成し、前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する態様とすることができる。
【００４０】
また、本発明の一態様は、流路を流れるガスの流量を制御する方法として実現することもできる。この方法においては、以下の処理が行われる。なお、以下で説明する各処理は、他の工程の結果を利用する工程でない限り、順序を入れ替えて実施することができる。

（ａ）流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記流路を流れるガスの検出された質量流量である検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する流量制御装置を準備する。
（ｂ）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを、前記流路を流れる前記ガスの種類に応じて準備する。
（ｃ）前記流量制御装置を使用して、前記制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量を制御する。
【００４１】
このような態様としても、流量制御装置を使用して、流量制御するガスの種類に応じた高精度な流量制御を行うことができる。
【００４２】
なお、前記工程（ｂ）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ１）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、所定の基準ガスの使用を前提とした前記準備した流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む第１の特性データを準備する。なお、基準ガスは、任意のガスとすることができる。
（ｂ２）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類に応じた特性（物性）を反映した複数の第２の特性パラメータを含む第２の特性データを準備する。
（ｂ３）前記第１および第２の特性データを参照しつつ、前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成する。
【００４３】
このような態様とすれば、流量制御装置の特性を反映した第１の特性データと、ガスの特性を反映した第２の特性データと、の別個の二つのデータに基づいて、流量制御装置の特性とガスの特性を反映させた制御データを生成することができる。そして、同型の異なる固体の流量制御装置については、同じ第２の特性データを使用することができる。なお、その際、第１の特性データは、各流量制御装置に応じて用意され、各流量制御装置の特性を反映したデータとすることが好ましい。
【００４４】
なお、前記工程（ｂ１）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ４）前記流量制御装置に前記目標流量を入力する。
（ｂ５）前記流路内に前記基準ガスを流通させ、前記流量制御装置に、前記制御パラメータを使用せずに前記基準ガスの流量を制御させる。
（ｂ６）上記の（ｂ５）の最中に、前記検出流量を得る。
（ｂ７）前記入力した目標流量と、前記得られた検出流量と、に基づいて、前記第１の特性パラメータを生成する。
（ｂ８）異なる前記目標流量について前記工程（ｂ４）から（ｂ７）を繰り返すことによって、前記複数の第１の特性パラメータを生成する。
【００４５】
このような態様とすれば、基準ガスの使用を前提とした流量制御装置の特性を反映した第１の特性データを生成することができる。
【００４６】
また、前記工程（ｂ２）においては、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ９）基準流路を流れるガスの質量流量の目標値である基準目標流量と、前記基準流路を流れる前記ガスの検出された質量流量である基準検出流量と、に基づいて前記基準流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する基準流量制御装置を準備する。
（ｂ１０）前記基準流量制御装置に前記基準目標流量を入力する。
（ｂ１１）前記基準流路内に前記基準ガスとは異なるガスを流通させ、前記基準流量制御装置に前記ガスの流量を制御させる。
（ｂ１２）前記（ｂ１１）の最中に、前記基準検出流量を得る。
（ｂ１３）前記入力した基準目標流量と、前記得られた基準検出流量と、に基づいて、前記第２の特性パラメータを生成する。
（ｂ１４）異なる前記基準目標流量について前記工程（ｂ１０）から（ｂ１３）を繰り返すことによって、前記複数の第２の特性パラメータを生成する。
【００４７】
このような態様とすれば、基準流量制御装置の特性を前提としたガスの特性を反映した第２の特性データを生成することができる。
【００４８】
前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下の処理を行うことが好ましい。
（ｂ１５）前記工程（ｂ１０）から（ｂ１４）の前に、前記基準流量制御装置について前記工程（ｂ１）を実行して、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性データを準備する。
【００４９】
そして、前記工程（ｂ１１）においては、さらに、以下の処理を行うことが好ましい。前記基準流量制御装置に、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性パラメータを使用して、前記ガスの流量を制御させる。
【００５０】
このような態様とすれば、前記基準流量制御装置の個体差（製造誤差など）に起因するずれの影響を少なくした第２の特性データを生成することができる。
【００５１】
なお、基準流量制御装置に関する第１の特性パラメータを使用せずに、前記工程（ｂ１１）を実施して第２の特性パラメータを生成することもできる。そのような態様においては、工程（ａ）で準備する流量制御装置よりも設計値に近い好ましい特性を有する基準流量制御装置を準備することが好ましい。
【００５２】
また、前記工程（ｂ２）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１６）複数種類のガスについて前記工程（ｂ１４）を実行することにより、前記複数種類のガスに関する複数の前記第２の特性データを生成する。
【００５３】
そして、工程（ｂ３）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１７）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの種類に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する。なお、「流量制御装置が制御するガス」とは、流量制御装置のユーザが流量制御装置を使用して製品を製造する際に流量制御装置に流量を制御させるガスである。
【００５４】
このような態様とすれば、流量制御装置が実際に流量制御を行うガスについて高精度な制御が行えるように、流量制御装置を設定することができる。
【００５５】
なお、前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１８）前記工程（ｂ１４）で生成した複数の第２の特性パラメータの一部をそれぞれ含む複数の前記第２の特性データであって、それぞれが含む前記第２の特性パラメータを生成する際の前記基準目標流量の範囲が互いに異なる複数の前記第２の特性データを生成する。
【００５６】
そして、前記工程（ｂ３）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。
（ｂ１９）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの流量の範囲に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する。
【００５７】
このような態様とすれば、様々な種類の流量レンジについて高精度な流量制御が行えるように、流量制御装置を設定することができる。
【００５８】
なお、前記工程（ｂ１）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第１の特性データを前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置の第１の記憶部に格納する。また、前記工程（ｂ２）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第２の特性データを前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部に格納する。そして、前記工程（ｂ３）においては、さらに、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、前記第１の記憶部から前記第１の特性データを読み出す。前記第２の記憶部から前記第２の特性データを読み出す。
【００５９】
また、工程（ｃ）においては、以下のような処理を行うことが好ましい。
前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成する。
前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する。
【００６０】
また、工程（ｃ）においては、以下のような処理を行うこともできる。
前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成する。
前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する。
【００６１】
このような態様とすれば、流量制御装置が制御するガスに応じて、様々な流量において高精度な流量制御を行うことができる。
【００６２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流量制御補正方法および流量制御補正装置、流量制御方法および流量制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、コンピュータプログラム製品等の形態で実現することができる。
【００６３】
以下では、図面を参照して、本願発明の好ましい実施例の詳細が説明され、本願発明の上述の目的およびその他の目的、構成、効果が明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態の質量流量制御装置（マスフローコントローラ）の構成を説明する概略構成図である。
【図２】熱式質量流量センサを説明する回路図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。
【図３Ｃ】本発明の第１実施形態の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。
【図４】本発明の第１実施形態の流量制御補正方法の処理手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の第１実施形態における仕様変換の態様を示すイメージ図である。
【図６】本発明の第１実施形態における流量レンジの区分例を示す図である。
【図７】制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。
【図９】実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。
【図１０】校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて計算される本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の特性を表すグラフである。
【図１１】制御流量補正データＤＰｃ１（図７参照）の特性を表すグラフである。
【図１２】第２実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１ｒの特性を表すグラフである。
【図１３】第３実施形態における制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１４】第３実施形態における制御流量補正データＤＰｃ２の特性を表すグラフである。
【図１５】本発明の実施例を示し、フルスケール流量に対する制御精度を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
Ａ．第１実施形態：
以下、本発明の第１実施形態に係る質量流量制御装置と流量制御補正方法について図面を参照して説明する。
【００６６】
Ａ１．質量流量制御装置の構成および機能：
先ず、図１、図２を用いて質量流量制御装置であるマスフローコントローラについて説明する。図１はマスフローコントローラの構成を示す概略図である。図２は熱式流量センサの回路原理を示す構成図である。
【００６７】
図１において、４はマスフローコントローラ２が介設された流体通路である。流体通路４の一端にはプロセスガス源が接続され、他端には半導体製造装置の成膜装置等のガス使用系が接続されている。マスフローコントローラ２は、流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号（センサ出力信号）Ｓ１を出力する質量流量検出手段である流量センサ８と、バルブ駆動信号Ｓ４に応じて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１０と、外部から入力される流量設定信号Ｓ０と前記流量信号Ｓ１とに基づいてバルブ駆動信号Ｓ４を出力し前記流量制御弁機構１０を制御する、制御回路などの一連の制御手段１８とを備えている。なお、「質量流量」とは、単位時間当たりに流れる流体の質量である。
【００６８】
流量制御弁機構１０は、金属ダイヤフラム２２と、これを微少なストロークで押圧する積層圧電素子を備えたアクチュエータ２６と、を有する流量制御弁２７からなる。流量制御弁機構１０は、金属ダイヤフラム２２により弁口２４の開度を調整してガスの流量を制御するように構成される。また、制御手段１８は、流量センサ回路１６を介して入力されたセンサ出力信号Ｓ１と、外部より入力される流量設定信号Ｓ０と、を流量制御回路にて比較・演算して、両信号が一致するようにＰＩＤ制御等を行い、弁開度を制御する機能を有している。流量制御弁機構１０によって、流体通路４内を流れる流体の流量が制御される。
【００６９】
また、流量制御弁機構１０の上流側の流体通路４は、細管が集合したバイパス流路１２と、これと並列に導き出された細管よりなるセンサ流路１４とに分離されている。両流路１２、１４には設計上、予め定められた一定の分流比でガスが流れるように構成されている。そして、このセンサ流路１４には、流量センサ回路（図２のブリッジ回路）の一部である２つの発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されている。
【００７０】
この発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ４は温度上昇によってその抵抗値が変化する特性を有している。そして、図２に示すように、発熱抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、他の抵抗器Ｒ２、Ｒ３とで電気的に平衡状態となるように構成されている。よって、上流側より下流側へガスが流れることによって生ずる熱の移動をブリッジ回路の不平衡電圧として捉えることにより、このセンサ流路１４を流れるガス流量を求め、さらに流路全体に流れる流量を演算して求めている。
【００７１】
流量センサ回路１６から出力される流量信号Ｓ１は、一定の幅に含まれる電圧値であって、フルスケールに対する測定された流量を表す。流量信号Ｓ１は、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表す。この流量信号Ｓ１は、流量制御手段１８に入力される。
【００７２】
一方、実ガス使用時には、必要とするガス流量が流量設定信号Ｓ０として流量制御手段１８に入力される。この流量設定信号Ｓ０も、一定の幅に含まれる電圧値であって、フルスケールに対する目標流量を表す。流量設定信号Ｓ０も、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表している。
【００７３】
流量制御手段１８は、上記流量信号（センサ出力信号）Ｓ１と流量設定信号Ｓ０との値が一致するように上記流量制御弁機構１０の弁開度をＰＩＤ制御法でバルブ駆動回路２８を制御する。バルブ駆動回路２８から流量制御弁２７にバルブ駆動信号Ｓ４が出力され、流量制御弁２７によって、バルブ駆動信号Ｓ４に応じてガス流量が制御される。
【００７４】
例えばフルスケールが１００ｃｃｍ［Cubic Centimeter per minute］である場合には、目標流量を表す流量設定信号Ｓ０が５Ｖに設定されると、測定された流量を表す流量信号Ｓ１が５Ｖを示すように弁開度が制御される。その結果、流体通路全体の流量（バイパス流路１２の流量とセンサ流路１４の流量の合計）が１００ｃｃｍとなる。しかし、この流量センサの出力特性と実ガスに対するセンサ出力特性の調整がされていない場合には、１００ｃｃｍよりも極微少にずれた流量（例えば±１〜２％）となる。
【００７５】
Ａ２．質量流量制御装置の補正方法の概要：
以下、上記ずれを調整補正する流量制御補正方法の概要について以下の図面を参照して説明する。
【００７６】
図３Ａ〜図３Ｃは本発明の第１実施形態の流量制御補正方法を流量特性線図を元に説明する概要図である。図４は処理手順を示すフローチャートである。図５は仕様変換の態様を示すイメージ図である。
【００７７】
図３Ａ〜図３Ｃの流量特性線図において、横軸は流量設定信号Ｓ０、縦軸は実流量を示している。図３Ａにおいて、実線Ｘは、窒素（Ｎ₂）を校正ガスとして用いて、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する実流量を、外部に設けられた流量測定手段（図１においてタンクＴ、およびタンクＴの内部圧力を測定できる圧力計Ｍ）で計測して得られる校正ガス特性データの一例である。この校正ガス特性データを測定する処理は、図４の処理手順で言うとステップ(1)に相当する（以下、同様に付記する。なお、図４においては、各ステップの番号を丸付きの数字で示す）。この校正ガス特性データをテーブルにしてマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の制御手段（制御回路）１８に記憶させる（図４−ステップ(2)）。これらのステップ(1)、(2)の処理は、質量流量制御装置ごとに行われる。
【００７８】
ところで、図４のステップ(1)で得られる流量センサの出力特性は、実線Ｘのように幾らかのずれを有し、図３ＡのＹのように直線性が高く、高精度な制御結果が得られるものでもない。
【００７９】
このようなずれが生じる理由は、夫々の流量センサ個体の条件が違うためである。このため、このようなずれの発生は物理的に避けられない面もある。
【００８０】
図４のステップ(3)において、実際に使用するプロセスガス等（Ar, SF₆, Cl₂等）を用いて、上記ステップ(1)と同様に、流量設定信号Ｓ０に対する実流量を外部に設けられた流量測定手段計測して得られる実ガス特性データを求める。（図４−ステップ(3)）そして、図４のステップ(4)において、この実ガス特性データをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納保存する。これが実ガスの種類および流量レンジに応じて質量流量制御装置の設定を変更するための変換ソフトとなる。
【００８１】
この実ガス特性データは、実際に使用する実ガス毎に、またさらに所定の流量レンジ毎に求めてテーブル化して記憶する（図４−ステップ(5)）。なお、この実ガス特性データの生成は、質量流量制御装置ごとにおこなわれるのではない。すなわち、実ガスごと、および流量レンジごとの実ガス特性データは、校正ガスの使用を前提として調整され特性の直線性が確保された標準的な１台の質量流量制御装置（本明細書において、「基準流量制御装置」と呼ぶことがある）を使用して測定される。そして、測定された実ガス特性データは、同じ型の質量流量制御装置に対して適用される。このため、図４では、ステップ(3)〜(5)の処理は、個々の質量流量制御装置に対して実行されるステップ(1)、(2)、(6)〜(13)とは、分けて書かれている。
【００８２】
なお、流量レンジとは、ハードウェアとしての質量流量制御装置が流量を制御することができる流量の範囲である。例えば図６に、複数の流量レンジとそれぞれのフルスケール流量を示す。図６の区分によれば0〜50,000[SCCM]までの流量について、13種類の流量レンジを設定している。即ち、図６に示した各流量レンジを有する13種類のマスフローコントローラを準備すれば、図６に示すフルスケール流量内で、実ガス特性データを用いてそれらのマスフローコントローラの流量制御について補正を行うことが可能となる。すなわち、13種類のマスフローコントローラを用いて、0〜50,000[SCCM]までの流量について、流量制御を行うことができる。なお、［SCCM］（Standard Cubic Centimeter per minute）とは、標準状態、すなわち０°Ｃ、１気圧におけるＣＣＭ（Cubic Centimeter per minute）である。
【００８３】
例えば、No10の流量レンジを有するマスフローコントローラを用いるとすれば、フルスケール流量が5,000[SCCM]までの流量制御について、実ガスデータに基づき補正を行うことができる。しかし、実際にはマスフローコントローラの流量制御弁の構造上の制御範囲の制約もある。このため、記載したフルスケール流量の１／３程度まで、たとえば、この場合は約2,001以上の流量レンジについて、実ガスデータに基づき流量制御の補正を行うことができる。その結果、実ガスデータを適用することにより、No10の流量レンジを有するマスフローコントローラを、約2,001〜5,000[SCCM]のフルスケール流量に亘って、高精度の流量制御を行い得るマスフローコントローラに仕様変換することができる。
【００８４】
ユーザは、実際に当該マスフローコントローラを使用する前に、図５に示すようにパーソナルコンピュータＰＣを、マスフローコントローラにデータ通信回線（RS-232C、RS-485等）で接続する（図４−ステップ(6)）。そして、パーソナルコンピュータＰＣ上において、ディスプレイ３３０に表示された選択肢の中から、マウス、キーボード３４０等の入力機器を介して、実際に使用するガスと使用するフルスケール流量を選択する（図４−ステップ(7)）。
【００８５】
次に、マスフローコントローラの制御回路からパーソナルコンピュータＰＣに、ステップ(2)で記憶した校正ガス特性データを読み出す（図４−ステップ(8)）。さらに、ステップ(4)で得た記憶媒体の変換ソフトをＰＣに取り入れ、上記で選択したガス種の実ガス特性データを記憶媒体から読み出す（図４−ステップ(9)）。そして、実ガス特性データのうち変換しようとするフルスケール流量の演算を行う（図４−ステップ(10)）。
【００８６】
次に、ステップ(8)と(9)のデータを基に制御流量補正データを演算し求める（図４−ステップ(11)）。この制御流量補正データをマスフローコントローラ側の制御回路に書き込み、制御流量補正データを新たに記憶させる（図４−ステップ(12)）。従い、マスフローコントローラの制御手段には校正ガス特性データと制御流量補正データの両方が保存される。
【００８７】
以後は、マスフローコントローラにおいて、この制御流量補正データに基づいて補正をかけて流量制御が行われる（図４−ステップ(13)）。
【００８８】
従って、流量センサ出力特性としては、図３Ａの校正ガス特性データの線図Ｘは、実ガス特性データに基づき補正され、制御流量補正データに変換される。
【００８９】
図３Ｂは、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する窒素（Ｎ₂）の実流量を、外部に設けられた流量測定手段（図１のタンクＴおよび圧力計Ｍ参照）で計測して得られるデータの一例である。なお、図３Ｂの例において、流量制御は、制御流量補正データに基づいて補正されている。
【００９０】
図３Ｃは、外部から入力される流量設定信号Ｓ０に対する実ガスの実流量を、外部に設けられた流量測定手段Ｔ，Ｍで計測して得られるデータの一例である。流量制御が制御流量補正データに基づいて補正される結果として、窒素（Ｎ₂）に対して図３Ｂの破線Ｘ’で示す特性を示すセンサに、実ガスを流した場合には、図３Ｃの実線Ｙ’の直線で示すような特性が得られる。すなわち、実ガスについて、精度の高い流量制御を行うことができる。
【００９１】
なお、以上では、コンバージョンファクタの使用については説明しなかったが、コンバージョンファクタによる補正と本実施形態による補正を併用して行っても良い。
【００９２】
以上で明らかなとおり、本実施形態の流量制御装置によれば、窒素ガスでのセンサ出力特性が実ガスに基づいて補正されて、極めて高い直線性を利用した高精度の流量制御が出来る。
【００９３】
なお、その後、このマスフローコントローラを別のプロセスガスについて用いる場合には、上記と同様の手順で校正ガス特性データを新たな実ガス（プロセスガス）のデータに基づいて変換し、新たな制御流量補正データを作成する。
【００９４】
また、流量レンジについても、ハードウェアとしては同じマスフローコントローラであっても、実ガス特性データに基づいて特性を最適化することによってフルスケール流量だけを仕様変更して、異なる流量レンジについて使用することもできる。
【００９５】
Ａ３．質量流量制御装置の補正方法の詳細：
（１）質量流量制御装置の補正方法の原理：
図７は、制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。制御手段１８は、制御回路１８０と、補正部１８１と、を備える。また、制御手段１８は、制御手段１８が備える半導体メモリ内に校正ガス特性データＤＰｍと、制御流量補正データＤＰｃ１と、を格納している。
【００９６】
前述のように、パーソナルコンピュータＰＣは、制御流量補正データＤＰｃ１を生成する際に、制御手段１８から校正ガス特性データＤＰｍを受け取る。また、パーソナルコンピュータＰＣは、パーソナルコンピュータＰＣが備えるＣＤ−ＲＯＭドライブ３２０を介して、記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭから実ガス特性データＤＰｇを読み出す。そして、パーソナルコンピュータＰＣは、実ガス特性データＤＰｇに基づいて校正ガス特性データＤＰｍを補正して、制御流量補正データＤＰｃ１を生成する。この制御流量補正データＤＰｃ１の生成については、後に詳しく説明する。
【００９７】
補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照しつつ、外部から入力される流量設定信号Ｓ０を、補正流量設定信号Ｓ０ａに改変する。補正流量設定信号Ｓ０ａは、流体通路４（図１参照）内を流れる実ガスの実際の流量がより流量設定信号Ｓ０が示す目標流量に近づくような出力信号Ｓ４ｏを、制御回路１８０に生成させるための入力信号である。この補正流量設定信号Ｓ０ａの生成については、後に詳しく説明する。
【００９８】
制御回路１８０は、修正された目標流量を表す補正流量設定信号Ｓ０ａと、測定流量を表すセンサ出力信号Ｓ１とが一致するように、出力信号Ｓ４ｏを出力してバルブ駆動回路２８を制御する。バルブ駆動回路２８は、出力信号Ｓ４ｏに基づいてバルブ駆動信号Ｓ４を生成し、流量制御弁２７に出力する（図１参照）。流量制御弁２７は、バルブ駆動信号Ｓ４に基づいて、流体通路４内を通るガスの流量を制御する。すなわち、制御回路１８０は、出力信号Ｓ４ｏによって、流体通路４内を通るガスの流量を制御する。なお、制御回路１８０は、前述のように、ＰＩＤ制御を行う。
【００９９】
図８は、本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。図８の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実際の校正ガスの流量（測定値）ｆｍ０を表す。図８は、基本的に図３Ａと同じグラフである。
【０１００】
図８に示す校正ガス特性データＤＰｍを得る際に流体通路４内を流されるガスは、校正ガスとしての窒素ガス（Ｎ₂）である。そして、流体通路４内を流れるガスの流量は、実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０の下流に取り付けられた流量測定装置によって測定される。なお、図８に示す校正ガス特性データＤＰｍを得る際には、質量流量制御装置ＭＦＣ０の補正部１８１は、流量設定信号Ｓ０をそのまま補正流量設定信号Ｓ０ａとして出力する。流量の各値は、制御回路１８０による制御が安定な状態となった後、すなわち、補正流量設定信号Ｓ０ａとセンサ出力信号Ｓ１の差が所定値以下となった後に測定される。
【０１０１】
図８中、曲線Ｃ０は、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における校正ガス特性データＤＰｍを表すグラフである。一方、直線ＣＩｍは、理想的な質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける校正ガス特性データを表すグラフである。
【０１０２】
図８の例では、質量流量制御装置ＭＦＣ０における実際の流量ｆｍ０は、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０₁のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆ０１だけ多いｆｍ０１である。流量設定信号Ｓ０がＳ０₃のときには、実際の流量ｆｍ０は、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆ０３だけ少ないｆｍ０３である。流量設定信号Ｓ０がＳ０₂のときには、実際の流量ｆｍ０は、理想的な値ｆｉ２に近い値である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_min、Ｓ０_maxのときには、実際の流量ｆｍ０は、それぞれ理想的な値と同じである。
【０１０３】
なお、本明細書においては、便宜的に、「Δｆ０１だけ多い」、「Δｆ０３だけ少ない」などと述べるが、厳密には、実際の（または想定される）流量と理想的な流量との差は、実際の（または想定される）流量から理想的な流量を引いた値で評価する。
【０１０４】
ここでは、Ｓ０＝Ｓ０₁，Ｓ０₂，Ｓ０₃の流量について説明した。しかし、流量設定信号Ｓ０に対する実際の流量ｆｍ０は、たとえば、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。それら測定された流量が、それぞれ流量設定信号Ｓ０の値と対応づけられ、校正ガス特性データＤＰｍの一部として記憶される。それら測定され校正ガス特性データＤＰｍの一部として記憶された流量が、流量制御装置の特性を表す特性パラメータとして機能する。
【０１０５】
図９は、実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。図９の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実際の実ガスの測定流量ｆｍ１を表す。なお、ここでは、実ガスは６フッ化硫黄（ＳＦ₆）である。
【０１０６】
図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際には、本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０ではなく、校正ガスとして窒素ガス（Ｎ₂）を使用して理想的に調整された、基準となる質量流量制御装置ＭＦＣｉが使用される。すなわち、図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際には、質量流量制御装置ＭＦＣｉの補正部１８１は、流量設定信号Ｓ０を窒素ガス（Ｎ₂）に関して理想的に補正して補正流量設定信号Ｓ０ａとして出力する。
【０１０７】
図９に示す実ガス特性データＤＰｇを得る際に流体通路４内を流されるガスは、実ガスとしての６フッ化硫黄（ＳＦ₆）である。そして、流体通路４内を流れるガスの流量は、質量流量制御装置ＭＦＣｉの下流に取り付けられた流量測定装置によって測定される。なお、流量の各値は、制御回路１８０による制御が安定な状態となった後に測定される。
【０１０８】
図９中、曲線Ｃ１は、基準となる質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける実ガス特性データＤＰｇを表すグラフである。一方、直線ＣＩｇは、実ガスとしての６フッ化硫黄（ＳＦ₆）に関して理想的な特性を有する質量流量制御装置ＭＦＣｉｇにおける実ガス特性データを表すグラフである。
【０１０９】
図９の例では、質量流量制御装置ＭＦＣｉにおける実際の流量ｆｍ１は、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０₁のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆ１１だけ少ないｆｍ１１である。流量設定信号Ｓ０がＳ０₂のときには、実際の流量ｆｍ１は、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆ１２だけ少ないｆｍ１２である。流量設定信号Ｓ０がＳ０₃のときには、実際の流量ｆｍ１は、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆ１３だけ少ないｆｍ１３である。流量設定信号Ｓ０がＳ０_min、Ｓ０_maxのときには、実際の流量ｆｍ１は、それぞれ理想的な値と同じである。
【０１１０】
ここでは、Ｓ０＝Ｓ０₁，Ｓ０₂，Ｓ０₃の流量について説明した。しかし、流量設定信号Ｓ０に対する実際の流量ｆｍ１は、たとえば、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。なお、実ガス特性データＤＰｇを得る際に流量が測定される流量設定信号Ｓ０の値は、校正ガス特性データＤＰｍを得る際に流量が測定される流量設定信号Ｓ０の値と一致する。
【０１１１】
上記で測定された流量が、それぞれ流量設定信号Ｓ０の値と対応づけられ、実ガス特性データＤＰｇの一部として記憶される。それら測定され実ガス特性データＤＰｇの一部として記憶された流量が、ガスの特性を表す特性パラメータとして機能する。
【０１１２】
図１０は、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて計算される本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０の特性を表すグラフである。図１０の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における実ガスの想定流量ｆｃを表す。
【０１１３】
図１０中、曲線Ｃｃは、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量ｆｃを表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。図１０のグラフＣｃは、図８のグラフＣ０と図９のグラフＣ１とを合成することによって得られる。
【０１１４】
図１０の例では、質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量ｆｃは、たとえば、流量設定信号Ｓ０がＳ０₁のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆｃ１だけ少ないｆｃ１である。ここで、Δｆｃ１＝Δｆ０１＋Δｆ１１である。
【０１１５】
同様に、流量設定信号Ｓ０がＳ０₂のときには、想定流量ｆｃは、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆｃ２だけ少ないｆｃ２である。ここで、Δｆｃ２＝Δｆ０２＋Δｆ１２である。流量設定信号Ｓ０がＳ０₃のときの想定流量ｆｃ３や、流量設定信号Ｓ０の他の値における想定流量ｆｃも、同様に、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇにおけるずれ量に基づいて得ることができる。すなわち、図１０のグラフＣｃは、図８のグラフＣ０の理想値からのずれと図９のグラフＣ１の理想値からのずれとの和を、理想値からのずれとして有する。
【０１１６】
この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０は、図１０のグラフＣｃに示すような特性を有すると想定される。このため、この実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガスである６フッ化硫黄（ＳＦ₆）について使用する場合には、図１０のグラフＣｃが有するＣＩｃからのずれを打ち消すような補正を行えばよい。
【０１１７】
図１１は、制御流量補正データＤＰｃ１（図７参照）の特性を表すグラフである。図１１の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における補正流量設定信号Ｓ０ａおよびそのときの流体通路４内のガスの仮想的な流量ｆａを表す。
【０１１８】
図１０のグラフＣｃが有するＣＩｃからのずれを打ち消すような補正を行うためには、各値の流量設定信号Ｓ０が与えられたとき、より多い流量を実現するような出力信号Ｓ４ｏを出力すればよい。
【０１１９】
より具体的には、図１１に示すように、流量設定信号Ｓ０がＳ０₁のときには、理想的な値ｆｉ１よりもΔｆｃ１だけ多い流量ｆａ１を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ₁を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０がＳ０₂のときには、理想的な値ｆｉ２よりもΔｆｃ２だけ多い流量ｆａ２を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ₂を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０がＳ０₃のときには、理想的な値ｆｉ３よりもΔｆｃ３だけ多い流量ｆａ３を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａ₃を制御回路１８０に与える。流量設定信号Ｓ０の他の値についても同様である。
【０１２０】
このような特性を実現しつつ、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換するための変換曲線が、図１１の曲線Ｃｓａである。
【０１２１】
なお、前述のように、実際の（または想定される）流量と理想的な流量との差は、実際の（または想定される）流量から理想的な流量を引いた値で評価する。よって、図１１では、より大きな流量を実現するずらし量にマイナスの符号が付されている（図１１中の−Δｆｃ１，−Δｆｃ２，−Δｆｃ３参照）。これは、想定される流量が理想的な流量よりも少なく、想定される流量の理想的な流量からのずれ量（Δｆｃ１，Δｆｃ２，Δｆｃ３）が負であるためである。
【０１２２】
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの各流量は、前述のように、１０個〜２０個の流量設定信号Ｓ０の値について測定される。このため、それらの測定値に基づいて計算される補正流量設定信号Ｓ０ａの数も、それら測定された流量設定信号Ｓ０に対応する数と等しくなる。なお、以下では、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇを生成する際に、対応する流量が測定された流量設定信号Ｓ０の値を「Ｓ０ｒ」と表記することがある。また、そのようにして測定された流量に基づいて計算された、流量設定信号Ｓ０ｒに対応する補正流量設定信号Ｓ０ａを、「基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒ」と呼ぶことがある。
【０１２３】
図１１の曲線Ｃｓａを使用して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換する際には、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０の値（以下、「Ｓ０ｃ」と記載する）に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａ（以下「Ｓ０ａｃ」と記載する）については、以下のような処理が行われる。すなわち、そのような流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａｃは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
【０１２４】
以上で説明したように、補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換える。制御流量補正データＤＰｃ１は、図１１の曲線Ｃｓａに示すような特性を有する変換を実現するデータである。すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ１を参照し、制御パラメータとしての補正流量設定信号Ｓ０ａ（Ｓ０ａｒおよびＳ０ａｃ）を使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する。
【０１２５】
このような態様とすることで、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ₆））について高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
【０１２６】
（２）質量流量制御装置の様々なガスへの適用：
実ガス特性データＤＰｇは、様々なガス（たとえば、ＡｒやＣｌ₂）について取得することが好ましい。そのようにして取得された実ガス特性データＤＰｇと、校正ガス特性データＤＰｍと、に基づいて制御流量補正データＤＰｃ１を生成することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な実ガスについて適用することができる。そして、様々な実ガスについて質量流量制御装置ＭＦＣ０を使用して、高精度な制御を実現することができる。
【０１２７】
また、様々な実ガスについて用意された実ガス特性データＤＰｇは、ＣＤ−ＲＯＭなどの交換可能な記録媒体に記録される。このため、実ガス特性データＤＰｇを格納した記録媒体を交換することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な実ガスについて適用することができる。すなわち、質量流量制御装置ＭＦＣ０に固定的に設けられたメモリに、様々な種類の実ガスについての膨大な数の実ガス特性データＤＰｇを格納する必要がない。言い換えれば、質量流量制御装置ＭＦＣ０に、様々な実ガスの実ガス特性データＤＰｇを格納するための大容量の記憶部を設ける必要がない。
【０１２８】
（３）質量流量制御装置の様々な流量レンジへの適用：
実ガス特性データＤＰｇは、校正ガス特性データＤＰｍの流量レンジの一部に相当する流量レンジについて生成することができる。そして、実ガス特性データＤＰｇは、互いに異なる様々な流量レンジ（たとえば、図６参照）について生成される。そのような場合には、以下のような態様とする。
【０１２９】
すなわち、校正ガス特性データＤＰｍを生成する際には、たとえば、１％間隔や２％間隔、４％間隔など、十分に細かい間隔で流量設定信号Ｓ０の各値について流量を測定する。これに対して、実ガス特性データＤＰｇを生成する際には、校正ガス特性データＤＰｍの流量レンジの一部に相当する流量レンジに含まれ、かつ、校正ガス特性データＤＰｍの生成の際に流量が測定された流量設定信号Ｓ０の値の少なくとも一部について、流量を測定する。
【０１３０】
なお、実ガス特性データＤＰｇの生成は、以下のような態様で行うこともできる。すなわち、実ガス特性データＤＰｇを生成する際にも、校正ガス特性データＤＰｍを生成する際と同じ流量設定信号Ｓ０の値について流量の測定値を得る。そして、その測定値の中から各流量レンジに含まれる一部の測定流量を選択して、各流量レンジの実ガス特性データＤＰｇを生成することもできる。
【０１３１】
そのようにして取得された実ガス特性データＤＰｇと、校正ガス特性データＤＰｍと、に基づいて制御流量補正データＤＰｃ１を生成することで、様々な流量レンジに適応した制御流量補正データＤＰｃ１を生成することができる。その結果、様々な流量レンジに適応した制御流量補正データＤＰｃ１を使用して、質量流量制御装置ＭＦＣ０を様々な流量レンジについて適応させることができる。そして、様々な流量レンジについて質量流量制御装置ＭＦＣ０を使用して、高精度な制御を実現することができる。
【０１３２】
この態様においては、校正ガス特性データＤＰｍが、各実ガス特性データＤＰｇにくらべて多くの流量設定信号Ｓ０の値についての流量の値を有する。しかし、前述のように、実ガス特性データＤＰｇは、交換可能な記憶媒体に記録され、質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納されるわけではない。よって、質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納される校正ガス特性データＤＰｍが、各実ガス特性データＤＰｇにくらべて多くの流量設定信号Ｓ０の値についての値を有していても、実ガス特性データＤＰｇを質量流量制御装置ＭＦＣ０内の固定的な記憶部に格納する態様に比べて、質量流量制御装置ＭＦＣ０内に設ける記憶部が要求される容量は少ない。
【０１３３】
Ａ４．第１実施形態の効果：
以上で説明した第１実施形態によれば、半導体製造装置などにおいて、１台の質量流量制御装置を使用して、複数種類の実使用ガスを使用した場合にも、各実使用ガスを高精度に流量制御することができる。
【０１３４】
Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０を受け取った場合に生じると想定されるずれを、あらかじめ上乗せするようにして、Ｓ０ａを生成する（図１１参照）。これに対して、第２実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０を受け取った場合に、その流量設定信号Ｓ０が表す目標流量を実現するような補正流量設定信号Ｓ０ａを生成する。第２実施形態は、第１実施形態の制御流量補正データＤＰｃ１に相当する制御流量補正データＤＰｃ１ｒの内容が、第１実施形態とは異なる。第２実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
【０１３５】
図１２は、第２実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１ｒ（図７の制御流量補正データＤＰｃ１参照）の特性を表すグラフである。図１２の横軸は、流量設定信号Ｓ０の大きさを表す。縦軸は、流量設定信号Ｓ０の各値における流体通路４内のガスの流量ｆａ、および流量設定信号Ｓ０に対応する補正流量設定信号Ｓ０ａを表す。
【０１３６】
図１２中の曲線Ｃｃ、直線ＣＩｃは、それぞれ図１０の曲線Ｃｃ、ＣＩｃと同じである。すなわち、曲線Ｃｃは、実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における実ガスの流量を表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、実ガスについて理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。
【０１３７】
たとえば、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流量設定信号Ｓ０₂を受け取った場合、その流量設定信号Ｓ０₂が表す目標流量は、直線ＣＩｃより、ｆｉ２である。しかし、グラフＣｃより、質量流量制御装置ＭＦＣ０における想定流量は、ｆｉ２よりも低いｆｃ２である（図１２の縦軸参照）。そして、実際に目標流量ｆｉ２の実ガスを流すためには（図１２の縦軸参照）、グラフＣｃより、流量設定信号としてＳ０ａ₂を制御回路１８０に入力する必要がある（図１２の横軸参照）。同様に、流量設定信号Ｓ０₃が表す目標流量ｆｉ３の実ガスを流すためには（図１２の縦軸参照）、流量設定信号としてＳ０ａ₃を制御回路１８０に入力する必要がある（図１２の横軸参照）。流量設定信号Ｓ０₁および他の流量設定信号Ｓ０の値についても同様である。
【０１３８】
このような特性を実現しつつ、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに変換するための変換曲線が、図１２の曲線Ｃｓａｒである。曲線Ｃｓａｒにしたがって変換を行うことで、流量設定信号Ｓ０₂は、補正流量設定信号Ｓ０ａ₂に変換され、流量設定信号Ｓ０₃は、補正流量設定信号Ｓ０ａ₃に変換される。他の流量設定信号Ｓ０も同様である。
【０１３９】
すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ１ｒを参照し、制御パラメータとしての補正流量設定信号Ｓ０ａを使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する。
【０１４０】
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量信号Ｓ１ａは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
【０１４１】
第２実施形態においては、補正部１８１は、制御流量補正データＤＰｃ１ｒを参照して、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換える（図７参照）。制御流量補正データＤＰｃ１ｒは、図１２の曲線Ｃｓａｒに示すような特性を有する変換を実現するデータである。このような態様とすることで、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ₆））について、第１実施形態よりもさらに高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
【０１４２】
Ｃ．第３実施形態：
第１および第２実施形態では、流量設定信号Ｓ０を補正流量設定信号Ｓ０ａに置き換えることによって、質量流量制御装置ＭＦＣ０の流量制御における誤差を減少させている。これに対して、第３実施例では、流量センサ８から出力される流量信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに置き換えることによって、質量流量制御装置ＭＦＣ０の流量制御における誤差を減少させる。第３実施形態は、制御手段１８内の構成が第１実施形態とは異なる。第３実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。
【０１４３】
図１３は、第３実施形態における制御手段１８の詳細な構成を示すブロック図である。制御手段１８は、制御回路１８０と、補正部１８２と、を備える。また、制御手段１８は、そのメモリ内に校正ガス特性データＤＰｍと、制御流量補正データＤＰｃ２と、を格納している。制御流量補正データＤＰｃ２は、第１実施形態における制御流量補正データＤＰｃ１と同様、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇに基づいて、パーソナルコンピュータＰＣによって生成される。
【０１４４】
補正部１８２は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照しつつ、流量センサ回路１６から入力されるセンサ出力信号Ｓ１を、補正流量信号Ｓ１ａに改変する。補正流量信号Ｓ１ａは、流量センサ回路１６が出力したセンサ出力信号Ｓ１よりも、流体通路４内を流れる実ガスの実際の流量により近い流量を表すように、センサ出力信号Ｓ１を改変して生成された信号である。
【０１４５】
制御回路１８０は、目標流量を表す流量設定信号Ｓ０と、測定流量を表す補正流量信号Ｓ１ａとが一致するように、出力信号Ｓ４ｏを出力する。すなわち、制御回路１８０は、出力信号Ｓ４ｏによって、流体通路４内を通るガスの流量を制御している。
【０１４６】
図１４は、第３実施形態における制御流量補正データＤＰｃ２の特性を表すグラフである。図１４の横軸は、補正が行われない場合の流量設定信号Ｓ０および流量信号Ｓ１の大きさを表す。縦軸は、補正が行われない場合の流量信号Ｓ１の各値における流体通路４内のガスの流量ｆｃ、および流量信号Ｓ１に対応する補正流量信号Ｓ１ａを表す。
【０１４７】
図１４中の曲線Ｃｃ、直線ＣＩｃは、それぞれ図１０の曲線Ｃｃ、ＣＩｃと同じである。すなわち、曲線Ｃｃは、実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における補正が行われない場合の実ガスの想定流量を表すグラフである。一方、直線ＣＩｃは、実ガスについて理想的に補正されたと仮定した場合の本実施形態の質量流量制御装置ＭＦＣ０における流量を表すグラフである。
【０１４８】
前述のように、校正ガス特性データＤＰｍと実ガス特性データＤＰｇの各測定値は、それぞれ制御回路１８０による制御が安定な状態となった後、すなわち、流量設定信号Ｓ０とセンサ出力信号Ｓ１の差が所定値以下となった後に測定される。このため、流量設定信号Ｓ０の各値についての測定値（測定時には、制御流量補正データによる補正は行われない）は、センサ出力信号Ｓ１の各値についての測定値とみなすことができる。
【０１４９】
補正が行われない場合には、センサ出力信号Ｓ１₂が流量センサ８から出力されたとき、曲線Ｃｃより、実際の実ガスの流量は、ｆｉ２ではなくｆｃ２であると想定される（図１４の縦軸参照）。
【０１５０】
よって、第３実施形態の補正部１８２が補正を行う場合には、センサ出力信号Ｓ１₂が流量センサ８から出力されたとき、流量ｆｃ２に対応する補正流量信号Ｓ１ａ₂を制御回路１８０に出力すればよい（図１４の縦軸参照）。
【０１５１】
なお、「流量ｆｘに対応する信号Ｓ_x」は、最大流量に対する流量ｆｘの割合と、信号の最大値Ｓ_maxに対する信号Ｓ_xの割合と、が等しくなるように信号Ｓ_xを定めることで得られる。
【０１５２】
同様に、補正が行われない場合には、センサ出力信号Ｓ１₃が流量センサ８から出力されたとき、実際の実ガスの流量は、ｆｉ３ではなくｆｃ３である（図１４の縦軸参照）。
【０１５３】
よって、第３実施形態の補正部１８２が補正を行う場合には、センサ出力信号Ｓ１₃が流量センサ８から出力されたとき、流量ｆｃ３に対応する補正流量信号Ｓ１ａ₃を制御回路１８０に出力すればよい（図１４の縦軸参照）。センサ出力信号Ｓ１₁および他のセンサ出力信号Ｓ１についても同様である。
【０１５４】
図１４のグラフの横軸を流量信号Ｓ１の大きさと考え、縦軸を、流量信号Ｓ１の各値における対応する補正流量信号Ｓ１ａと考えれば、図１４の曲線Ｃｃは、上記のような特性を実現しつつ、センサ出力信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに変換するための変換曲線としての機能を有することが分かる。
【０１５５】
第３実施形態においては、補正部１８２は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照して、センサ出力信号Ｓ１を補正流量信号Ｓ１ａに置き換える（図１３参照）。制御流量補正データＤＰｃ２は、図１４の曲線Ｃｃに示すような特性を有する変換を実現するデータである。すなわち、制御手段１８は、制御流量補正データＤＰｃ２を参照し、制御パラメータとしての補正流量信号Ｓ１ａを使用して、バルブ駆動回路２８を介して制御弁２７を制御する。
【０１５６】
なお、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に流量が測定されていない流量設定信号Ｓ０ｃの値（センサ出力信号Ｓ１の値）に対応する補正流量信号Ｓ１ａは、以下のように決定することができる。すなわち、そのような流量設定信号Ｓ０ｃの値に対応する補正流量信号Ｓ１ａｃは、その流量設定信号Ｓ０ｃに近い値の複数の流量設定信号Ｓ０ｒに対応する複数の基準補正流量設定信号Ｓ０ａｒに基づいて（たとえばそれらを使って補間演算することによって）、決定される。
【０１５７】
このような態様しても、本実施態様における質量流量制御装置ＭＦＣ０を、実ガス（ここでは６フッ化硫黄（ＳＦ₆））について、高精度な流量制御を行いうる質量流量制御装置とすることができる。
【０１５８】
Ｄ．実施例
図１５は、本発明の第１実施形態による補正を行った場合と行わなかった場合の夫々について、所定（任意）のフルスケール流量に対する制御精度を示している。横軸は、流量設定信号Ｓ０の５Ｖに対する割合である。なお、図１５の例では、１００％、すなわちＳ０が５Ｖであるとき、目標流量は、２００［ｃｃｍ］である。図１５の縦軸は、％ Full Scaleである。すなわち、図１５の縦軸は、測定された流量の目標流量からのズレを、フルスケールである２００［ｃｃｍ］に対する割合で示す。
【０１５９】
図１５のグラフｄは、補正を全く行わなかった場合の窒素（Ｎ₂）を流した場合の精度を表す。グラフｅは、Ｎ₂ガスによる校正ガス特性データを使用して流量制御の補正を行いつつ、実ガスを流した場合の精度を表す。グラフｆは、Ｎ₂ガスによる校正ガス特性データを使用して流量制御の補正を行いつつ、Ｎ₂ガスを流した場合の精度を表す。グラフｇは、上記実施形態の制御流量補正データを使用して流量制御の補正を行いつつ、実ガスを流した場合の精度を表す。
【０１６０】
図１５より、全く補正しない場合の流量精度は最大で2%FS程度の誤差が生じている（グラフｄ参照）。次に、この特性の流量センサ、即ち、同じ流量センサを用いてもN2ガスによる校正ガス特性データを採って補正した場合、これにN2ガスを流せば流量精度は0.1%FSになる（グラフｆ参照）。しかし、これに実使用ガス（例えば、SF₆）を流した場合の流量精度は最大で2%FS程度の誤差が生じている（グラフｅ参照）。これに対して、上記の実施形態によれば、同じ実使用ガスを流した場合でも、流量精度は最大で0.5%FS程度に向上することが分かる（グラフｇ参照）。
【０１６１】
尚、上記した実施態様のマスフローコントローラの流量センサは、熱式流量センサを用いている。しかし、この他にもオリフィス上流側のガスの圧力Ｐ１とオリフィス下流側のガスの圧力Ｐ２を臨界条件下（音速領域）に保持した状態で、オリフィスを流通するガスの流量を、補正を加えて演算するようにした圧力式流量センサを用いて本発明を実施することもできる。即ち、このような流量センサの形式を問わず本発明は実施することが出来る。
【０１６２】
以上で説明したマスフローコントローラによれば、校正ガスによって調整したマスフローコントローラであっても、製品出荷後に複数種類の実使用ガスと複数の流量レンジのマスフローコントローラに仕様変更が可能となる。
【０１６３】
Ｅ．変形態様：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【０１６４】
Ｅ１．変形態様１
上記実施態様においては、制御流量補正データＤＰｃは、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇに基づいて、パーソナルコンピュータによって生成される。しかし、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、制御流量補正データＤＰｃを生成するための処理部を構成要素として備える態様とすることもできる。
【０１６５】
Ｅ２．変形態様２
上記実施例において、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に流体通路４内の流量を測定する装置は、質量流量制御装置ＭＦＣ０の外部に設けられた装置である。そのような流量測定装置としては、たとえば、質量流量制御装置ＭＦＣ０の下流に接続されたタンクであって、高真空状態において質量流量制御装置ＭＦＣ０から流されるガスを受け取るタンクＴとすることができる（図１参照）。すなわち、このタンクＴは、まず、特性データを取得する処理の間、質量流量制御装置ＭＦＣ０から送られるガスを十分受け取ることができる程度の真空状態とされ、その後、質量流量制御装置ＭＦＣ０から流されるガスを受け取る。圧力計ＭでタンクＴ内の圧力変化を測定することで、質量流量制御装置ＭＦＣ０が流したガスの量を測定することができる。
【０１６６】
一方、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、流量センサ８とは別に設けられた流量測定装置であって、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に使用される他の態様の流量測定装置を備えることもできる。
【０１６７】
すなわち、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇを生成する際に使用される流量測定装置は、流量センサ８とは別に設けられた任意の流量測定装置とすることができる。ただし、その流量測定装置は、流量センサ８よりも高精度なものであることが好ましい。
【０１６８】
Ｅ３．変形態様３
上記実施形態では、質量流量制御装置ＭＦＣ０は、金属ダイヤフラム２２とアクチュエータ２６とを備える流量制御弁機構１０によって、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する。しかし、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する装置は、他の原理で動作する装置とすることもできる。ただし、流体通路４内を流通するガスの流量を制御する装置としては、物理的な機構によりガスの体積流量を制御する装置が、容易に入手できる。なお、「体積流量」とは、単位時間当たりに流れる流体の体積である。
【０１６９】
Ｅ４．変形態様４
上記実施形態においては、校正ガス特性データＤＰｍを得る際に使用される校正ガスは窒素である。しかし、校正ガスは、アルゴン、６フッ化硫黄など、他のガスとすることもできる。ただし、校正ガスは、物理的および化学的に安定なガスであることが好ましい。
【０１７０】
Ｅ５．変形態様５
上記実施形態においては、校正ガス特性データＤＰｍは、制御手段１８が備える半導体メモリ内に格納され、実ガス特性データＤＰｇは、ＣＤ−ＲＯＭ内に格納される。しかし、校正ガス特性データＤＰｍや実ガス特性データＤＰｇは、ＤＶＤやハードディスク、フラッシュメモリなど、任意の記憶装置内に格納することができる。ただし、校正ガス特性データＤＰｍは、流量制御装置が固定的に備えるメモリに格納されることが好ましい。そして、実ガス特性データＤＰｇは、校正ガス特性データＤＰｍが格納される記憶装置よりも交換または書き換えが容易な記憶装置に格納されることが好ましい。なお、実ガス特性データＤＰｇの書き換えは、流量制御装置の制御部によって行われる態様とすることもでき、流量制御装置外部の他の装置によって行われる態様とすることもできる。
【０１７１】
Ｅ６．変形態様６
上記実施形態では、制御回路１８０は、比例、積分および微分の各要素を含むＰＩＤ制御を行う。しかし、制御回路１８０は、比例要素および積分要素を含むＰＩ制御など、他の制御を行う態様とすることもできる。ただし、流量制御は、目標値と測定値に基づくフィードバック制御であることが好ましい。そして、目標値と測定値が対応する物理量（たとえば、質量流量）が、制御値が対応する物理量（たとえば、体積流量）とは異なる場合に、本発明の適用は特に有効である。
【０１７２】
Ｅ７．変形態様７
上記実施例では、制御流量補正データの制御パラメータのうち、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に実際に測定された流量に基づいて演算で得ることができない値については、補間演算で得ている。しかし、それらの値は他の方法で得ることもできる。
【０１７３】
たとえば、制御流量補正データの特性を表す曲線（図１１のＣｓａ，図１２のＣｓａｒ，図１４のＣｃ参照）を、ベジエ曲線やスプライン曲線で求めて、それら測定値から得られない値を得ることができる。また、補間演算を使用する場合にも、様々な補間演算を使用することができる。さらに、それらの演算は、実ガスの制御を行う際に行われてもよい。また、実ガスの制御に先立ってあらかじめ行われ、演算結果の値が所定の記憶装置に格納されている態様とすることもできる。
【０１７４】
すなわち、制御流量補正データの制御パラメータのうち、校正ガス特性データＤＰｍおよび実ガス特性データＤＰｇの生成の際に実際に測定された流量に基づいて演算で得ることができない値については、測定された流量に基づいて演算で得ることができる値に基づいて、様々な方法で定めることができる。
【０１７５】
Ｅ８．変形態様８
上記実施態様において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、制御手段１８（図１参照）の機能は、ハードウェア回路によって実現されてもよく、ＣＰＵ上においてアプリケーションソフトウェアやドライバで実現されてもよい。そして、制御手段１８の機能の一部を、ハードウェア回路によって実現し、他の一部をＣＰＵ上においてアプリケーションソフトウェア等によって実現してもよい。
【０１７６】
このような機能を実現するコンピュータプログラムは、フロッピディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。ホストコンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してプログラム供給装置からホストコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがホストコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをホストコンピュータが直接実行するようにしてもよい。
【０１７７】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各部の機能を実現させる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【０１７８】
なお、この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【０１７９】
また、コンピュータプログラム製品は、様々な態様で実現することができる。たとえば、以下のような態様である。
（ｉ）コンピュータ読み取り可能な記録媒体。たとえば、フレキシブルディスク、光ディスク、半導体メモリなど。
（ｉｉ）コンピュータプログラムを含み、搬送波内で具現化されたデータ信号。
（ｉｉｉ）磁気ディスクや半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を含むコンピュータ。
（ｉｖ）データ搬送波を介してメモリ内に一時的にコンピュータプログラムを格納しているコンピュータ。
【０１８０】
以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施態様を参照して詳細に説明した。しかし、本願発明は、以上で説明した実施態様や構成に限定されるものではない。そして、本願発明は、様々な変形や均等な構成を含むものである。さらに、開示された発明の様々な要素は、様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、それらは例示的な物であり、各要素はより多くてもよく、また少なくてもよい。そして、要素は一つであってもよい。それらの態様は本願発明の範囲に含まれるものである。
【０１８１】
【産業上の利用可能性】
本発明は、質量流量制御装置、質量流量制御装置の補正方法、質量流量制御における補正方法などに適用可能である。

Claims (24)

1. 流路を流れるガスの流量を制御する方法であって、
   （ａ）流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記流路を流れるガスの検出された質量流量である検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する流量制御装置を準備する工程と、
   （ｂ）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを、前記流路を流れる前記ガスの種類に応じて準備する工程と、
   （ｃ）前記流量制御装置を使用して、前記制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量を制御する工程と、を備える、方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｂ１）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、所定の基準ガスの使用を前提とした前記準備した流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む第１の特性データを準備する工程と、
   （ｂ２）互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類に応じた特性を反映した複数の第２の特性パラメータを含む第２の特性データを準備する工程と、
   （ｂ３）前記第１および第２の特性データを参照しつつ、前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成する工程と、を含む方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   前記工程（ｂ１）は、
   （ｂ４）前記流量制御装置に前記目標流量を入力する工程と、
   （ｂ５）前記流路内に前記基準ガスを流通させ、前記流量制御装置に、前記制御パラメータを使用せずに前記基準ガスの流量を制御させる工程と、
   （ｂ６）前記検出流量を得る工程と、
   （ｂ７）前記入力した目標流量と、前記得られた検出流量と、に基づいて、前記第１の特性パラメータを生成する工程と、
   （ｂ８）異なる前記目標流量について前記工程（ｂ４）から（ｂ７）を繰り返すことによって、前記複数の第１の特性パラメータを生成する工程と、を含む、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記工程（ｂ２）は、
   （ｂ９）基準流路を流れるガスの質量流量の目標値である基準目標流量と、前記基準流路を流れる前記ガスの検出された質量流量である基準検出流量と、に基づいて前記基準流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する基準流量制御装置を準備する工程と、
   （ｂ１０）前記基準流量制御装置に前記基準目標流量を入力する工程と、
   （ｂ１１）前記基準流路内に前記基準ガスとは異なるガスを流通させ、前記基準流量制御装置に前記ガスの流量を制御させる工程と、
   （ｂ１２）前記基準検出流量を得る工程と、
   （ｂ１３）前記入力した基準目標流量と、前記得られた基準検出流量と、に基づいて、前記第２の特性パラメータを生成する工程と、
   （ｂ１４）異なる前記基準目標流量について前記工程（ｂ１０）から（ｂ１３）を繰り返すことによって、前記複数の第２の特性パラメータを生成する工程と、を含む、方法。
5. 請求項４記載の流量制御装置であって、
   前記工程（ｂ２）は、さらに、
   （ｂ１５）前記工程（ｂ１０）から（ｂ１４）の前に、前記基準流量制御装置について前記工程（ｂ１）を実行して、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性データを準備する工程を含み、
   前記工程（ｂ１１）は、
   前記基準流量制御装置に、前記基準流量制御装置に関する前記第１の特性パラメータを使用して、前記ガスの流量を制御させる工程を含む、方法。
6. 請求項４記載の流量制御装置であって、
   前記工程（ｂ２）は、
   （ｂ１６）複数種類のガスについて前記工程（ｂ１４）を実行することにより、前記複数種類のガスに関する複数の前記第２の特性データを生成する工程を含み、
   前記工程（ｂ３）は、
   （ｂ１７）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの種類に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する工程を含む、方法。
7. 請求項４記載の流量制御装置であって、
   前記工程（ｂ２）は、さらに、
   （ｂ１８）前記工程（ｂ１４）で生成した複数の第２の特性パラメータの一部をそれぞれ含む複数の前記第２の特性データであって、それぞれが含む前記第２の特性パラメータを生成する際の前記基準目標流量の範囲が互いに異なる複数の前記第２の特性データを生成する工程を含み、
   前記工程（ｂ３）は、
   （ｂ１９）前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置が制御するガスの流量の範囲に応じて、前記複数の第２の特性データの中から一部の第２の特性データを、前記参照すべき第２の特性データとして選択する工程を含む、方法。
8. 請求項２ないし７のいずれかに記載の方法であって、
   前記工程（ｂ１）は、
   前記第１の特性データを前記工程（ａ）で準備した前記流量制御装置の第１の記憶部に格納する工程を備え、
   前記工程（ｂ２）は、さらに、
   前記第２の特性データを前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部に格納する工程を備え、
   前記工程（ｂ３）は、さらに、
   前記第１の記憶部から前記第１の特性データを読み出し、
   前記第２の記憶部から前記第２の特性データを読み出す工程を含む、方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の流量制御装置であって、
   前記工程（ｃ）は、
   前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成する工程と、
   前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する工程と、を含む方法。
10. 請求項１ないし８のいずれかに記載の流量制御装置であって、
    前記工程（ｃ）は、
    前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成する工程と、
    前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する工程と、を含む方法。
11. 流路に流れるガス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、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、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部とを有する質量流量制御装置において、
    前記質量流量制御装置の初期状態において、校正ガスを用いて前記流量設定信号に対する実流量を計測することによって校正ガス特性データを求め、前記制御部に記憶し、
    複数種類の実ガス毎に前記流量設定信号に対する実流量を計測することによって実ガス特性データを求め、記憶媒体に保存し、
    前記質量流量制御装置を稼働する前に、実際に使用する実使用ガスの実ガス特性データを前記記憶媒体から読み出し、また、前記制御部に記憶した前記校正ガス特性データを読み出し、前記実ガス特性データを元に前記校正ガス特性データを制御流量補正データに変換し、
    前記制御流量補正データに基づいて実ガス流量を補正する
    ことを特徴とする流量制御補正方法。
12. 前記実ガス特性データは、互いに異なる複数の流量レンジについて生成され、それぞれ前記記憶媒体に保存され、
    実際に稼働する質量流量制御装置のフルスケール流量に合わせて、使用される流量レンジのフルスケール流量を補正する
    ことを特徴とする請求項１に記載の質量流量制御装置の流量制御補正方法。
13. 流路を流れるガスの流量を制御するための流量制御装置であって、
    流路を流れるガスの質量流量を検出流量として検出する流量検出部と、
    前記流路を流れるガスの流量を制御する流量変更部と、
    前記流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部をフィードバック制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記流路を流れるガスの種類に応じて準備される制御データであって、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータを使用して前記流量変更部を制御する、流量制御装置。
14. 請求項１３記載の流量制御装置であって、
    前記流量検出部は、前記流路を流れるガスの少なくとも一部によって移動される熱量に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する、流量制御装置。
15. 請求項１３記載の流量制御装置であって、
    前記流量検出部は、前記流路内の異なる位置における前記ガスの圧力に基づいて、前記ガスの質量流量を検出する、流量制御装置。
16. 請求項１３記載の流量制御装置であって、
    前記制御データは、個々の前記流量制御装置に応じて準備されたデータである、流量制御装置。
17. 請求項１６記載の流量制御装置であって、さらに、
    前記制御データを生成する制御データ生成部を備え、
    前記制御データ生成部は、
    互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第１の特性パラメータであって、基準となる所定のガスの使用を前提とした前記個々の流量制御装置の特性を反映した複数の第１の特性パラメータを含む第１の特性データと、
    互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の第２の特性パラメータであって、前記流量制御装置の基準の特性を前提とした前記ガスの種類の特性を反映した複数の第２の特性パラメータを含む第２の特性データと、を参照しつつ、
    前記第１および第２の特性パラメータに基づいて前記制御パラメータを生成することによって、前記制御データを生成する、流量制御装置。
18. 請求項１７記載の流量制御装置であって、
    前記第２の特性データは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、互いに異なる種類の前記ガスの特性を反映した複数のデータの中から選択されたデータである、流量制御装置。
19. 請求項１７記載の流量制御装置であって、
    前記第２の特性データは、前記第２の特性データの候補であり、複数の前記第２の特性パラメータをそれぞれが格納する複数のデータであって、それぞれが格納する前記第２の特性パラメータの質量流量の範囲が互いに異なる複数のデータの中から選択されたデータである、流量制御装置。
20. 請求項１７記載の流量制御装置であって、
    前記第１の特性データを格納する第１の記憶部と、
    前記第２の特性データを格納する第２の記憶部であって、前記第１の記憶部よりも交換またはデータの書き換えが容易である第２の記憶部と、を備える流量制御装置。
21. 請求項１３ないし２０記載の流量制御装置であって、
    前記制御部は、
    前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記目標流量と、に基づいて修正目標流量を生成し、
    前記修正目標流量と、前記検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する、流量制御装置。
22. 請求項１３ないし２０記載の流量制御装置であって、
    前記制御部は、
    前記複数の制御パラメータのうち前記検出流量と前記目標流量の少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータと、前記検出流量と、に基づいて修正検出流量を生成し、
    前記目標流量と、前記修正検出流量と、に基づいて前記流量変更部を制御する、流量制御装置。
23. 流路を流れるガスの流量を制御するためのコンピュータプログラムであって、
    流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記流路を流れる前記ガスの検出された質量流量である検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する流量制御装置に、
    前記流路を流れる前記ガスの種類に応じて準備される制御データであって、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータを使用して前記流量変更部を制御する機能を実現させる、コンピュータプログラム。
24. 流路を流れるガスの流量を制御するためのコンピュータプログラム製品であって、
    前記コンピュータプログラム製品は、
    コンピュータ読み取り可能な媒体と、
    前記媒体に記録されたコンピュータプログラムと、を含み、
    前記コンピュータプログラムは、
    流路を流れるガスの質量流量の目標値である目標流量と、前記流路を流れる前記ガスの検出された質量流量である検出流量と、に基づいて前記流路を流れるガスの流量をフィードバック制御する流量制御装置に、前記流路を流れる前記ガスの種類に応じて準備される制御データであって、互いに異なる質量流量にそれぞれ対応づけられた複数の制御パラメータを含む制御データを参照しつつ、前記複数の制御パラメータのうち前記目標流量と前記検出流量との少なくとも一方に基づいて決定される制御パラメータを使用して前記流量変更部を制御する機能を実現させる部分を含む、コンピュータプログラム製品。

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