KR101827887B1 - 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛 - Google Patents

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씨케이디 가부시키 가이샤
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Abstract

프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인과, 공용 가스 공급원에서의 가스를 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 프로세스 가스 라인에 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며, 공용 가스 라인에는 공용 차단 밸브, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고, 제1 라인 차단 밸브 및 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 제1 압력 센서로 측정하여 유량 제어 기기의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어한다.

Description

가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛{GAS FLOW RATE VERIFICATION SYSTEM AND GAS FLOW RATE VERIFICATION UNIT}
본 발명은 반도체제조장치의 프로세스 가스 등의 가스 공급 시스템에 사용하는 유량 제어 기구(매스 플로우 컨트롤러 등)의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스 중의 성막 장치나 건식 에칭 장치 등에서, 예를 들면 실란 등의 특수 가스나, 염소 가스 등의 부식성 가스, 및 수소 가스나 포스핀(phosphine) 등의 가연성 가스 등을 사용한다. 이러한 가스 유량은 제품의 양부에 직접 영향을 주기 때문에, 그 유량을 엄격하게 관리하지 않으면 안 된다. 특히, 근래의 반도체 기판의 적층화, 미세화에 수반하여, 프로세스 가스 공급계에서 신뢰성 향상의 요구가 종래보다 높아지고 있다.
그래서, 예를 들면, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에, 반도체 제조 프로세스에서 공급 가스의 유량을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1의 기술은 플로우 모드와 비 플로우 모드를 교대로 작동시키고, 배치(batch)적으로 매스 플로우 컨트롤러를 흐르는 가스 유량을 지정 유량으로 조절하기 위해, 매스 플로우 컨트롤러의 상류측에 차단 밸브, 기준 캐패시티(측정용 탱크에 상당함), 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 직렬 배치한 플로우 라인을 설치하고, 기준 캐패시티의 압력 저하로부터 실유량을 결정하고 매스 플로우 컨트롤러의 설정치를 조절하는 기술이다.
또한, 특허 문헌 2의 기술은 프로세스 가스의 유량을 정확하게 산출하기 위해, 매스 플로우 컨트롤러의 상류측에, 차단 밸브와 축열부를 구비한 기지 체적부(측정용 탱크에 상당함), 압력 센서 및 가변식 압력 조정 밸브를 직렬 배치하여, 기지 체적부의 압력 저하로부터 실유량을 산출하고 지정 유량과 차이가 있는 경우에 가변식 압력 조정 밸브를 교정하는 기술이다. 그리고, 기지 체적부 내의 압력 저하를 시간 함수로서 측정할 때, 가스 온도를 일정하게 유지하기 위해 축열부에서 열전도를 행하고 있다.
특허문헌 1: 일본특허출원공표 2003-529218호 공보 특허문헌 2: 일본특허출원공표 2008-504613호 공보
그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.
특허 문헌 1, 2의 기술에서는, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력 변동이 크다면, 매스 플로우 컨트롤러의 유량과 탱크로부터 유출된 유량이 함께 변동한다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력 변동이 작다면, 매스 플로우 컨트롤러의 유량은 변동하지 않지만, 탱크로부터 유출된 유량이 변동한다. 그 때문에, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력을 일정하게 하기 위해, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측에 압력 조정 밸브를 배치하고 있다. 압력 조정 밸브를 배치하여, 매스 플로우 컨트롤러의 유량 변동을 억제하는 효과가 있다.
그런데, 본 발명자는 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력에 상당한 압력 조정 밸브와 매스 플로우 컨트롤러 사이의 압력이, 압력 조정 밸브와 매스 플로우 컨트롤러 사이의 용적(「압력 조정 밸브 2차측 용적」이라고도 한다. 이하 동일함)에 영향을 받아, 변동하는 것을 발견하였다. 도 9a~9c는, 본 발명자의 실험 결과의 그래프이다. 여기에서, 압력 조정 밸브의 1차측의 압력을 압력 조정 밸브 1차측 압력(PT1)이라고 한다. 도 9a, 9b에 도시한 것처럼, 압력 조정 밸브의 1차 측에서 공급한 가스 유량을 50sccm으로 하고, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 20cc인 때(도 9a), 150cc인 때(도 9b)에, 압력 조정 밸브와 매스 플로우 컨트롤러 사이의 압력(「압력 조정 밸브 2차 측압 력(PT2)」라고도 한다. 이하 동일함)을 비교하면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 20cc인 때보다, 150cc인 때의 쪽에서, 압력 조정 밸브 2차측 압력(PT2)이 높아지고 있다.
따라서, 예를 들면, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 매스 플로우 컨트롤러 사이의 배관 길이가 변경되면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하기 때문에, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력의 압력 변동에 영향을 주고, 결과로서 가스 유량 검정 정밀도가 저하되는 문제가 있다.
또한, 본 발명자는 가스 공급원에서 공급된 가스 유량이 변동하여도, 압력 조정 밸브 2차측 압력이 변하는 것을 발견하였다. 도 9b, 9c에 도시된 것처럼, 압력 조정 밸브 2차측 용적을 150cc로 하고, 압력 조정 밸브의 1차측에서 공급한 가스 유량이 50sccm인 때(도 9b)와, 10sccm인 때(도 9c)에서, 압력 조정 밸브 2차측 압력(PT2)을 비교하면, 가스 유량이 50sccm인 때보다, 10sccm인 때에, 압력 조정 밸브 2차측 압력이 저하되어 있다.
따라서, 예를 들면, 반도체 제조 장치의 가동 상황이 변동하고 가스 공급원에서 공급된 가스 유량이 변동하여도, 매스 플로우 컨트롤러의 1차측 압력의 압력 변동에 영향을 주고, 결과로서 가스 유량 검정 정밀도가 저하되는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1, 2의 기술에서, 상류측의 차단 밸브와 기준 캐패시티 또는 기지 체적부(모두「측정용 탱크」에 상당함)와, 압력 센서와, 압력 조정 밸브를 유로에 의하여 직렬로 접속하고 있다. 상류측의 차단 밸브를 폐쇄하고 나서, 측정용 탱크에 축적된 프로세스 가스가 유로로 유출될 때, 차단 밸브의 폐쇄 직후는, 단열 팽창의 영향을 받아, 유로의 도중에서 압력 센서가 측정한 가스압의 압력 강하율이, 압력 강하 시작 당초에는 일정해지지 않는다(도 4의 종래예 참조). 따라서, 압력 강하율이 거의 일정하게 될 때까지 가스 유량 검정을 할 수 없어, 대기 시간이 발생하는 문제가 있다.
이 점, 특허 문헌 2의 기술에서, 기지 체적부(「측정용 탱크」에 상당함)의 내외주에 축열부를 구비하고, 축열부에서 열전도를 행하여, 단열 팽창의 영향을 회피하는 고안을 하고 있다.
그렇지만, 기지 체적부의 내외주에 축열부를 구비하면, 축열부의 일부, 장치 전체가 커지고, 장치 비용도 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 축열부를 기지 체적부의 내주에 설치하면, 축열부에 프로세스 가스가 잔류하고, 새로운 프로세스 가스로 교환할 때, 축열부에 잔류한 어느 기존 가스와 혼합되는 불합리가 있다. 또한, 부식성이 높은 가스를 사용하는 경우, 축열부 자체가 부식하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기로부터 배출되는 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있는 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛을 제공하는 것이다. 또한, 다른 목적은, 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 일정하게 유지하고, 효율적인 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛을 제공하는 것이다.
(1)　상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 의하면, 가스 유량 검정 시스템은, 프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인과, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 상기 프로세스 가스 라인에 분기 접속되는 공용 가스 라인을 가지며, 상기 공용 가스 라인은 공용 차단 밸브, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고, 상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.
(2) 또한, 본 발명의 다른 태양에 의하면, 프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인과, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 상기 프로세스 가스 라인에 분기접속된 공용 가스 라인을 가지며, 상기 각 프로세스 가스 라인의 제1 라인 차단 밸브 및 제2 라인 차단 밸브의 사이에는, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고, 또한, 상기 공용 가스 라인은 공용 차단 밸브를 구비하며, 상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.
(3) (1) 또는 (2)에 기재한 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 상기 압력 조정 밸브 내 또는 그 하류측에, 상기 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서를 구비하고, 상기 압력 조정 밸브는 상기 제1 압력 센서로부터의 제1 압력 신호와 상기 제2 압력 센서로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부를 가지는 것이 바람직하다.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재한 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치한 매니폴드 안에 설치하고, 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 접속한 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽과 각각 연통되어 있는 것이 바람직하다.
(5)　(4)에 기재한 가스 유량 검정 시스템에 있어서, 상기 매니폴드의 하단에는, 상기 측정용 탱크 하단을 봉지하는 뚜껑 부재를 설치하는 것이 바람직하다.
(6)　상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 태양에 의하면, 프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인에, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며, 상기 공용 가스 라인은 공용 차단 밸브, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고, 상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
(7)　또한, 본 발명의 다른 태양에 의하면, 프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인에, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며, 상기 각 프로세스 가스 라인의 제1 라인 차단 밸브와 제2 라인 차단 밸브와의 사이에는, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고, 또한, 상기 공용 가스 라인은 공용 차단 밸브를 구비하고, 상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하는 가스 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
(8)　(6) 또는 (7)에 기재한 가스 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 압력 조정 밸브 내 또는 그 하류측에, 상기 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서를 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 제1 압력 센서로부터의 제1 압력 신호와 상기 제2 압력 센서로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부를 가지는 것이 바람직하다.
(9)　(6) 내지 (8)의 어느 하나에 기재한 가스 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치하는 매니폴드 안에 설치하고, 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 접속한 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되어 있는 것이 바람직하다.
(10)　(9)에 기재한 가스 유량 검정 유닛에 있어서, 상기 매니폴드의 하단에는, 상기 측정용 탱크 하단을 봉지하는 뚜껑 부재를 설치하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템의 작용 및 효과에 관하여 설명한다.
상기 (1)의 구성에 의하여, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기로부터 배출하는 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 예를 들면, 공용 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 측정용 탱크 내 압력 강하(압력 조정 밸브 1차측 압력 변동), 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 공용 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다. 그리고, 압력 조정 밸브의 2차측 압력은 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 측정용 탱크의 압력 저하로부터 산출된 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 시스템의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 유량 제어 기기 사이의 배관 길이가 변경되면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 유량 제어 기기의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출되는 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크의 압력 강하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량이 일치하여, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
상기 (2)의 구성에 의하여, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기로부터 배출한 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 각 프로세스 가스 라인에 구비한 압력 조정 밸브는, 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 예를 들면, 각 프로세스 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 측정용 탱크 내 압력 강하, 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 각 프로세스 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다. 그리고, 압력 조정 밸브의 2차측 압력은, 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 각 프로세스 가스 라인에 있어, 측정용 탱크의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 시스템의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 있는 프로세스 가스 라인에 있어, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 유량 제어 기기 사이의 배관 길이가 변경되면, 그 프로세스 가스 라인의 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 유량 제어 기기의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크의 압력 강하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량이 일치하여, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
상기 (3)의 구성에 의하여, 압력 조정 밸브의 1차측 압력이 변동하여도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 구체적으로는, 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 압력 조정 밸브의 1차측 압력이 변동하여도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감할 수 있지만, 압력 조정 밸브의 1차측 압력 및 2차측 압력을 직접 측정하여, 양자의 압력차에 근거하여 압력을 제어하기 때문에, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을, 더한층 안정되게 유지할 수 있다.
상기 (4)의 구성에 의하여, 제1 압력 센서가 측정용 탱크 내의 가스압을 정확하게 측정할 수 있음과 동시에, 대기 시간이 적은 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
구체적으로는, 제1 압력 센서와 압력 조정 밸브를 접속하는 각 유로가 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되어 있기 때문에, 가스 유량 검정시에 측정용 탱크 내의 가스는, 제1 압력 센서의 유로를 경유하지 않고, 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출시킬 수 있다. 그 때문에, 제1 압력 센서는, 측정용 탱크 내의 가스가 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출될 때에 생기는 기류의 혼란에 수반한 압력 변동의 영향을 받지 않고, 측정용 탱크 내에 잔류한 가스압을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 측정용 탱크 내의 가스압은 서서히 저하되지만, 가스는 제1 압력 센서의 유로를 경유하지 않고 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출되기 때문에, 제1 압력 센서의 계측 위치에 있어서는, 가스의 단열 팽창의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 제1 압력 센서가 계측한 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 가스 유량 검정을 시작한 직후부터, 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 일정하게 할 수 있기 때문에, 대기 시간을 취할 필요가 없고, 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
상기 (5)의 구성에 의하여, 뚜껑 부재의 두께를 변경하는 것에 의하여, 탱크 용적을 간단하게 바꿀 수 있다. 그 때문에, 탱크 용적을 가스의 유량에 따라 변경할 수 있기 때문에, 최적의 압력 강하율로 할 수 있다. 또한, 뚜껑 부재를 얇게 하거나, 열 전도성이 좋은 재료로 하면, 측정 탱크 내의 가스로의 열전달을 신속하게 행하고, 측정용 탱크 내의 가스 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
따라서, 가스의 유량에 따라 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 최적의 상태로 유지하고, 더한층 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 유닛의 작용 및 효과에 관하여 설명한다.
상기 (6)의 구성에 의하여, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기로부터 배출한 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 제어 수단을 구비하기 때문에, 예를 들면, 공용 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 공용 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다. 그리고, 압력 조정 밸브의 2차측 압력은, 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 측정용 탱크의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 유닛의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 유량 제어 기기 사이의 배관 길이가 변경되면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 압력 조정 밸브의 2차측 압력에 상당한 유량 제어 기기의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크의 압력 강하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량이 일치하여, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
상기 (7)의 구성에 의하여, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기로부터 배출한 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 각 프로세스 가스 라인에 구비한 압력 조정 밸브는, 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 예를 들면, 각 프로세스 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 측정용 탱크 내 압력 강하, 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 각 프로세스 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다. 그리고, 압력 조정 밸브의 2차측 압력은 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 각 프로세스 가스 라인에 있어, 측정용 탱크의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량과의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 유닛의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 어느 프로세스 가스 라인에 있어서, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 유량 제어 기기 사이의 배관 길이가 변경되면, 그 프로세스 가스 라인의 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 압력 조정 밸브의 2차측 압력에 상당한 유량 제어 기기의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크의 압력 강하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기로부터 배출된 가스 유량이 일치하여, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
상기 (8)의 구성에 의하여, 압력 조정 밸브의 1차측 압력이 변동하여도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 구체적으로는, 압력 조정 밸브의 제어 수단은, 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 가스 공급원의 가스압이 변동하여도, 압력 조정 밸브의 2차측 압력의 변동을 절감할 수 있지만, 또한, 압력 조정 밸브의 1차측 압력과 2차측 압력을 직접 측정하여, 제어부에 양자의 압력차에 근거한 압력 제어를 행하기 때문에, 압력 조정 밸브의 2차측 압력을, 더한층 안정되게 유지할 수 있다.
상기 (9)의 구성에 의하여, 제1 압력 센서가 측정용 탱크 내의 가스압을 정확하게 측정할 수 있음과 동시에, 대기 시간이 적은 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
구체적으로는, 제1 압력 센서와 압력 조정 밸브를 접속하는 각 유로가 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되어 있기 때문에, 가스 유량 검정시에 측정용 탱크 내의 가스는, 제1 압력 센서의 유로를 경유하지 않고, 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출시킬 수 있다. 그 때문에, 제1 압력 센서는, 측정용 탱크 내의 가스가 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출될 때에 생기는 기류의 혼란에 수반한 압력 변동의 영향을 받지 않고, 측정용 탱크 내에 잔류하는 가스압을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 측정용 탱크 내의 가스압은 서서히 저하되지만, 가스는 제1 압력 센서의 유로를 경유하지 않고 압력 조정 밸브의 1차측 유로로 유출되기 때문에, 제1 압력 센서의 계측 위치에 있어서는, 가스의 단열 팽창의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 제1 압력 센서가 계측한 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 가스 유량 검정을 시작한 직후부터, 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 일정하게 할 수 있기 때문에, 대기 시간을 취할 필요가 없고, 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
상기 (10)의 구성에 의하여, 뚜껑 부재의 두께를 변경하여, 탱크 용적을 간단하게 바꿀 수 있다. 그 때문에, 탱크 용적을 가스의 유량에 따라 변경할 수 있기 때문에, 최적의 압력 강하율로 할 수 있다. 또한, 뚜껑 부재를 얇게 하거나, 열 전도성이 좋은 재료로 하면, 측정 탱크 내의 가스로의 열전달을 신속하게 행하고, 측정용 탱크 내의 가스 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
따라서, 가스의 유량에 따라 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 최적의 상태로 유지하고, 더한층 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제1 실시 형태를 구성하는 가스 회로도(주요부)이다.
도 2는 도 1에 나타난 가스 회로에 있어서 공용 가스 라인(가스 유량 검정 유닛)을 구성한 부품의 구조도이다.
도 3은 가스 유량 검정시에 있어서 압력선도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛과 종래예의 측정용 탱크 내의 압력 강하율을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛에 있어서 반복재현성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제2의 실시 형태를 구성하는 가스 회로도(주요부)이다.
도 7은 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제3 실시 형태를 구성한 가스 회로도(주요부)이다.
도 8은 도 1에 도시된 가스 유량 검정 시스템에 바이패스 라인을 설치한 가스 회로도(주요부)이다.
도 9a~9c는 종래의 가스 유량 검정 시스템에 있어서 압력 조정 밸브의 1차측 압력과 2차측 압력의 관계를 나타내는 도면이다.
다음으로, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기서, 먼저 제1 실시 형태의 가스 회로와 그 가스 회로에 있어서 공용 가스 라인을 구성하는 부품의 구조를 설명한 다음, 그 동작 및 작용 효과를 설명한다. 그 후, 제2 및 제3 실시 형태에서 제1 실시 형태와의 차이점을 설명하고, 그 동작 및 작용 효과를 설명한다.
(제1 실시 형태)
＜가스 회로의 구성＞
먼저, 제1 실시 형태의 가스 회로 구성에 관하여 설명한다. 도 1에, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제1 실시 형태를 구성하는 가스 회로도(주요부)를 나타낸다.
도 1에 도시된 것처럼, 가스 유량 검정 시스템(100)은 공용 가스 라인(1)과 프로세스 가스 라인(2)을 구비하고 있다. 공용 가스 라인(1)은 본 실시 형태의 가스 유량 검정 유닛의 일례이다.
공용 가스 라인(1)은 공용 가스 공급원에서의 가스를 반도체 제조 프로세스 중의 성막 장치나 건식 에칭 장치 등의 프로세스 챔버로 공급하기 위해, 후술할 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)를 포함한 프로세스 가스 라인(2)의 상류측에 설치된 가스 라인이다. 공용 가스로, 예를 들면, 질소 가스가 사용된다. 공급된 가스의 가스압은 0.4~0.5MPa 정도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 공용 가스 라인(1)에는, 공용 가스 입력 포트(11), 공용 차단 밸브(12), 측정용 탱크(13), 제1 압력 센서(141), 압력 조정 밸브(15), 공용 가스 출력 포트(33)가 순차적으로 접속되어 있다. 공용 가스 입력 포트(11)는 도시하지 않는 공용 가스 공급원으로부터의 가스를 입력하는 단자이다. 공용 차단 밸브(12)는 공용 가스 입력 포트(11)로부터의 가스를 하류측로 공급 또는 정지하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. 측정용 탱크(13)는 가스를 일정량 저장하는 용기이다. 측정용 탱크(13)의 용적은, 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 유량에 의하여 최적의 용적을 선택하지만, 예를 들면, 50~60cc 정도이다. 가스 유량 검정시에는, 측정용 탱크(13)의 용기 내에 저장한 가스가 유출되고 가스압이 강하된다. 제1 압력 센서(141)는 측정용 탱크(13)의 용기 내에 저장하는 가스의 압력 강하를 계측하는 압력계이다. 압력계는 고압의 가스에 대응할 수 있는 변형 게이지식 압력계를 이용하고 있다. 압력 조정 밸브(15)는 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)로 공급하는 가스의 가스압을 일정하게 유지하기 위한 제어 밸브이다. 압력 조정 밸브(15)는, 2차측 압력의 변동을 절감하기 위해, 2차측 압력을 피드백 제어하고 있다. 피드백 제어하는 방식으로는, 압력 조정 밸브(15)의 압력 제어실에 귀환 유로를 설치하고 기계적으로 피드백하는 방식과, 2차측 압력신호를 전기적으로 피드백하는 방식이 있지만, 제1 실시 형태에서는 기계적으로 피드백하는 방식을 채용하고 있다. 압력 조정 밸브(15)의 설정압은 공용 가스 공급원에서 공급되는 가스의 가스압보다 낮게 설정한다. 공용 가스 공급원에서 공급된 가스의 가스압이 0.4~0.5MPa 정도이기 때문에, 압력 조정 밸브(15)의 설정압은 0.2MPa 정도이다. 공용 가스 출력 포트(33)는 압력 조정 밸브(15)로부터의 가스를 후술할 프로세스 가스 라인(2)으로 출력하는 단자이다.
도 1에 도시된 것처럼, 프로세스 가스 라인(2)은 도시하지 않는 반도체 제조 프로세스 중의 성막 장치나 건식 에칭 장치 등의 프로세스 챔버마다 프로세스 가스를 공급하기 위해, 병렬로 배치된 복수의 가스 라인(A, B, C)으로 구성되어 있다. 프로세스 가스 라인(2)의 각 가스 라인(A, B, C)은 공용 가스 라인(1)으로부터 분기 접속되어 있다. 구체적으로는, 각 가스 라인(A, B, C)은 공용 가스 출력 포트(33)와 분기 배관(34)을 이용한 후에 분기 접속되어 있다. 각 분기 접속부에는, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)와 연결 차단 밸브(32A, 32B, 32C)가 설치되어 있다. 각 가스 라인(A, B, C)에는, 상류측에서 프로세스 가스 입력 포트(21A, 21B, 21C), 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C), 제2 라인 차단 밸브(23A, 23B, 23C) 및 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)가 접속되어 있다. 각 분기 접속부는 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C)와 제2 라인 차단 밸브(23A, 23B, 23C)의 사이에 연결되어 있다. 역지 밸브(31A, 31B, 31C)는 각 가스 라인(A, B, C)으로부터 프로세스 가스를 역류시키지 않기 위한 밸브이다. 연결 차단 밸브(32A, 32B, 32C)는 공용 가스 라인(1)으로부터의 가스를 각 가스 라인(A, B, C)으로 공급 또는 차단하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. 프로세스 가스 입력 포트(21A, 21B, 21C)는 도시하지 않는 프로세스 가스 공급원에서의 가스를 입력하는 단자이다. 프로세스 가스로는 예를 들면, 실란 등의 특수 가스나, 염소 가스 등의 부식성 가스 및 수소 가스나 포스핀 등의 가연성 가스 등이 사용된다. 공급된 프로세스 가스의 가스압은 0.4~0.5MPa 정도이다. 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C) 및 제2 라인 차단 밸브(23A, 23B, 23C)는 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로 흐르는 프로세스 가스를 공급 또는 정지하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)는 예를 들면, 매스 플로우 컨트롤러이고, 매스 플로우 미터와 컨트롤 밸브를 조합시켜서 피드백 제어를 행하고, 유량 제어를 가능하게 하는 것이다. 따라서 소정값으로 설정한 가스 유량을 안정되게 배출할 수 있다. 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출하는 가스는 공급 배관(25A, 25B, 25C)을 이용해 각각의 프로세스 챔버로 공급된다.
또한, 분기 배관(34)에는 배출 밸브(35)와 배출 단자(36)가 접속되어, 불필요한 가스를 외부로 배출할 수 있다.
＜공용 가스 라인(가스 유량 검정 유닛)을 구성하는 부품 구조＞
다음에, 제1 실시 형태에 있어서 공용 가스 라인(1)을 구성하는 부품 구조에 관하여 설명한다. 도 2에, 도 1에 도시된 가스 회로에 있어서 공용 가스 라인을 구성하는 부품의 구조도를 도시한다.
도 2에 도시된 것처럼, 도면 왼쪽부터 순서로, 공용 차단 밸브(12), 제1 압력 센서(141), 온도계(18), 압력 조정 밸브(15)가, 매니폴드(17)의 상단에 재치되어 있다. 매니폴드(17)는 거의 구 형상을 하고 내부에 측정용 탱크(13)가 천공 설치되어 있다. 측정용 탱크(13)는 구형 단면으로 형성되어 있다. 구형 단면 상단의 내벽에는, 공용 차단 밸브(12)의 2차측 유로(125)에 연통하는 유로(172)와, 제1 압력 센서(141)에 연통하는 유로(173, 174)와, 압력 조정 밸브(15)의 1차측 유로(153)에 연통하는 유로(175)가, 각각 제각기 이간하면서 직접 천공 설치되어 있다. 제1 압력 센서(141)와 압력 조정 밸브(15)의 사이에 있고, 측정용 탱크(13)의 구형 단면 상단의 내벽으로부터, 온도계(18)의 센서부(181)가 아래쪽으로 돌출하여 있다. 매니폴드(17)의 하단에는 측정용 탱크(13)를 봉지하는 판상의 뚜껑 부재(132)가 고정되어 있다. 매니폴드(17)의 도면 왼쪽에는 하단에 설치한 공용 가스 입력 포트(11)와 공용 차단 밸브(12)의 1차측 유로(123)를 연통하는 유로(171)가 형성되어 있다. 매니폴드(17)의 도면 오른쪽에는 하단에 설치한 출력 포트(33)와 압력 조정 밸브(15)의 2차측 유로(159)를 연통하는 유로(176)가 형성되어 있다.
공용 차단 밸브(12)는 구동부(121)과 본체부(122)를 구비하고, 에어 조작에 의한 구동부가 다이어프램(124)을 상하로 이동시켜서, 공용 가스를 공급, 정지시킨다. 제1 압력 센서(141)는 도시하지 않는 센서부에 연통하는 유로(173, 174)로부터 직접 측정용 탱크(13) 안의 공용 가스의 가스압을 계측하고 있다.
온도계(18)는 측정용 탱크 내의 공용 가스의 온도를 측정한다. 센서부(181)가 측정용 탱크(13)의 구형 단면 상단의 내벽으로부터 아래쪽으로 돌출하여 있기 때문에, 측정용 탱크 내의 공용 가스의 온도를 더 정확하게 측정할 수 있다. 측정용 탱크 내의 공용 가스의 온도를 측정하여, 가스 유량 검정시의 공용 가스의 온도 변화를 확인하여, 유량의 산출에 반영시킬 수 있다.
압력 조정 밸브(15)는 조정 기구부(151)와 바디부(150)를 구비하고, 압력 조정 밸브(15)의 설정 압력은 조정 기구부(151)가 도시하지 않는 조정 기구에 의하여 조정된다. 조정 기구는 도시하지 않는 조정 스프링의 가세력을 조정하고 다이어프램(154)을 상하로 이동시킨다. 다이어프램(154)은 압력 제어실(155)의 상단에 복설되어 있다. 압력 제어실(155)에는, 아래쪽으로 포핏 밸브(156)의 돌출부가 돌출하여, 다이어프램(154)과 접합, 이간하고 있다. 포핏 밸브(156)는 1차측 유로(153)와 연통하는 밸브실(158)에 수용되어, 압축 스프링(157)에 의하여 상방으로 가세되어 있다. 압력 제어실(155)의 하단에는 2차측 유로(159)와 연통하는 귀환 유로(152)가 천공 설치되어 있다. 따라서 압력 제어실(155)에는 귀환 유로(152)를 경유하여 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을 피드백하고 있다.
＜동작 설명＞
다음으로, 제1 실시 형태에 있어서 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 동작을 도 1, 도 2 및 도 3에 근거하여 설명한다. 도 3에, 가스 유량 검정시에 있어서 측정용 탱크 내의 압력 선도를 나타낸다.
도 1에 도시된 가스 회로에 있어서, 공용 가스 공급원에서, 예를 들면 0.5MPa의 질소 가스를 공용 가스 입력 포트(11)로 공급한다. 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을, 예를 들면 0.2MPa으로 설정한다. 그 후, 공용 차단 밸브(12)를 개방 함과 동시에, 유량을 검정하는 대상인, 예를 들면 가스 라인(A)의 제2 라인 차단 밸브(23A) 및 가스 라인(A)에의 분기 접속부의 연결 차단 밸브(32A)를 개방한다. 이때, 가스 라인(A)의 제1 라인 차단 밸브(22A) 및 다른 가스 라인(B, C)의 제1 라인 차단 밸브(22B, 22C), 제2 라인 차단 밸브(23B, 23C), 연결 차단 밸브(32B, 32C)는 폐쇄되어 있다. 또한, 배출 밸브(35)도 폐쇄되어 있다.
공용 가스는 공용 차단 밸브(12)를 통과하고, 압력 조정 밸브(15)에서의 가스압력이 0.5MPa로부터 0.2MPa으로 감압된다. 따라서, 유량 제어 기기(24A)의 1차측 압력도 0.2MPa으로 되어, 유량 제어 기기(24A)에서 설정된 유량이 가스 라인(A)으로 흐르고, 공급 배관(25A)을 경유하여 소정의 프로세스 챔버로 공급된다.
유량 제어 기기(24A)로부터 배출된 공용 가스의 유량이 일정하게 안정되면, 공용 차단 밸브(12)를 폐쇄한다. 공용 차단 밸브(12)를 폐쇄하면, 공용 가스 공급원에서의 가스의 공급이 차단되기 때문에, 측정용 탱크(13) 안에 저장된 가스가 공용 가스 라인(1)으로 방출되어, 분기 접속부를 경유하여 가스 라인(A)으로 흐르고, 유량 제어 기기(24A)로부터 프로세스 챔버를 향하여 배출된다.
도 3에 도시된 것처럼, 측정용 탱크(13) 안의 가스압(Px)은 공용 차단 밸브(12)의 폐쇄시(T1)부터 강하된다. 가스압의 단위 시간당의 압력 강하율이 일정하게 안정된 단계(측정 개시점(T2))에서, 제1 압력 센서(141)가 가스압을 계측한다. 그 후, 일정한 시간이 경과한 시점(측정 종료점(T3))에서, 제1 압력 센서(141)가 한번 더 가스압을 계측한다. 이 경우, 측정 종료점에서의 측정용 탱크(13) 안의 가스압이 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력(Y)보다 높을 필요가 있다. 측정용 탱크(13) 안의 가스압이 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력보다 저하되면, 측정용 탱크(13) 안의 가스압과 함께 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력도 함께 저하되어 버리기 때문이다.
다음으로, 측정용 탱크(13) 안의 측정 개시점(T2)의 가스압과, 측정 종료점(T3)의 가스압과의 차이 ΔP와, 측정 개시점에서 측정 종료점까지의 시간 Δt를 구한다. ΔP/Δt는 가스 유량에 비례하기 때문에, 비례 계수를 승산하고, 유량 제어 기기(24A)로부터 프로세스 챔버를 향하여 배출된 가스 유량을 산출한다. 산출한 가스 유량과 유량 제어 기기(24A)로 설정된 가스 유량을 비교하고, 차이가 기준치 이내이라면 유량 검정 결과는 합격이 된다. 이 유량 검정은 몇 번 반복하여 재현성을 확인해도 좋다.
도 5에, 제1 실시 형태의 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛에 있어서 반복 재현성을 나타낸다. 도 5에 도시된 것처럼, 가스 유량을 10sccm, 100sccm, 1000sccm의 3 단계로 변화시키고, 여러 차례 반복하여 가스 유량 검정을 행하고, 산출한 가스 유량의 변이를 측정하였다. 변이가 작은 쪽이 재현성이 좋은 것이다. 가스 유량이 적은 때(예를 들면, 10sccm)의 쪽이, 변이가 크지만, 본 실시 형태의 가스 유량 검정 시스템에서는, 종래예에 비교하여, 변이가 반 이하로 되어 있다.
또한, 산출한 가스 유량과 유량 제어 기기(24A)로 설정된 가스 유량을 비교하여, 차이가 기준치 이상이라면, 유량 제어 기기(24A)의 설정치를 교정하든지, 또는, 유량 제어 기기(24A)가 고장난 것으로 판단하여 교환해도 좋다. 또한, 다른 가스 라인(B, C)에 대해서도, 마찬가지로 가스 유량 검정을 할 수가 있다.
도 3에 도시된 것처럼, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력(Y)은 일정하게 유지될 필요가 있다. 그러나, 전술한 것처럼, 예를 들면, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브(15)와 유량 제어 기기(24A) 등 사이의 배관 길이가 변경되면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력도 변한다. 또한, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력은, 측정용 탱크(13)의 압력 강하에 의해서도 변한다.
그 때문에, 제1 실시 형태에서는, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을 피드백 제어하여, 일정하게 유지하고 있다.
그 피드백 제어 방법을, 도 2에 근거하여 설명한다. 예를 들면, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력이 설정 압력보다 낮은 경우에는, 압력 제어실(155)의 압력이 설정 압력보다 낮아지고, 다이어프램(154)가 아래쪽으로 변형되고 포핏 밸브(156)를 눌러 내린다. 이에 의해, 밸브실(158)에 있어서 밸브 개도가 열리기 때문에, 밸브실(158)로부터 압력 제어실(155)로 유입되는 가스가 증가하여, 압력 제어실(155)의 압력이 상승한다. 압력 제어실(155)의 압력이 상승하여, 귀환 유로(152)를 이용하여 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력이 상승한다.
이와 같이, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을 피드백 제어하여, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력이 항상 일정하게 유지된다. 그 결과, 재현성이 높고, 오차가 적은 유량 검정이 가능하다.
＜작용 효과＞
이상, 상세히 설명한 것처럼, 본 실시 형태의 가스 유량 검정 시스템(100) 및 가스 유량 검정 유닛(1)에 의하면, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 공급한 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 압력 조정 밸브(15)는 그 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 예를 들면, 공용 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 공용 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다.
그리고, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력은, 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크(13)로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 측정용 탱크(13)의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과, 현실로 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 시스템(100) 및 가스 유량 검정 유닛(1)의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브(15)와 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C) 사이의 배관 길이가 변경되면, 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크(13)의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과 현실로 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량이 일치하여, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 측정용 탱크(13)는 공용 차단 밸브(12), 제1 압력 센서(141), 압력 조정 밸브(15)를 상단에 재치한 매니폴드(17) 안에 설치하고, 제1 압력 센서(141)를 탱크(13)에 접속하는 유로(173, 174)와, 압력 조정 밸브(15)를 탱크(13)에 접속하는 각 유로(175)가 측정용 탱크(13)(매니폴드(17))의 내벽(131)에 각각 제각기 형성되어 있는 것을 특징으로 하기 때문에, 제1 압력 센서(141)가 측정용 탱크(13) 안의 가스압을 정확하게 측정할 수 있음과 동시에, 대기 시간이 적은 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
구체적으로는, 제1 압력 센서(141)와 압력 조정 밸브(15)를 접속하는 각 유로(173, 174, 175)가 측정용 탱크(13)의 내벽(131)에 각각 다른 부분으로 이간하여 연통되어 있기 때문에, 가스 유량 검정시에 측정용 탱크(13) 안의 프로세스 가스는 제1 압력 센서(141)의 유로(173, 174)를 경유하지 않고, 유로(175)를 이용하여 압력 조정 밸브(15)의 1차측 유로(153)로 유출시킬 수 있다. 그 때문에, 제1 압력 센서(141)는 측정용 탱크(13) 안의 가스가 유로(175) 및 압력 조정 밸브(15)의 1차측 유로(153)로 유출될 때에 생기는 기류의 혼란에 수반한 압력 변동의 영향을 받지 않는다. 그 결과, 측정용 탱크(13) 안에 잔류하는 가스압을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 측정용 탱크 내의 가스압은 서서히 저하되지만, 가스는 제1 압력 센서(141)의 유로(173, 174)를 경유하지 않고 압력 조정 밸브(15)의 1차측 유로(153)로 유출되기 때문에, 제1 압력 센서(141)의 계측 위치에 있어서는 가스의 단열 팽창의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 제1 압력 센서(141)가 계측한 측정용 탱크(13) 안의 압력 강하율을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 가스 유량 검정을 시작한 직후부터, 측정용 탱크(13) 안의 압력 강하율을 일정하게 할 수 있기 때문에, 대기 시간을 취할 필요가 없고, 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다(도 4 참조).
또한, 본 실시 형태에 의하면, 매니폴드(17)의 하단에는, 측정용 탱크(13)의 하단을 봉지하는 뚜껑 부재(132)를 설치한 것을 특징으로 하기 때문에, 뚜껑 부재(132)의 두께를 변경하여, 탱크 용적을 간단하게 바꿀 수 있다. 그 때문에, 탱크 용적을 가스의 유량에 따라 변경할 수 있기 때문에, 최적의 압력 강하율에 할 수 있다. 또한, 뚜껑 부재(132)를 얇게 하거나, 열 전도성이 좋은 재료로 하면, 측정용 탱크(13) 안의 가스로의 열전달을 신속하게 행하고, 측정용 탱크(13) 안의 가스 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
따라서, 가스의 유량에 따라, 측정용 탱크(13) 안의 압력 강하율을 최적의 상태로 유지하고, 더한층 효율적인 가스 유량의 검정을 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
＜가스 회로의 구성＞
다음으로, 제2 실시 형태에 있어서 가스 회로 구성에 관하여 설명한다. 도 6에, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제2 실시 형태를 구성하는 가스 회로도(주요부)를 나타낸다.
도 6에 도시된 것처럼, 본 실시 형태의 특징은, 프로세스 가스 라인(20)에 있어서 각 가스 라인(A, B, C)의 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C)와 제2 라인 차단 밸브(23A, 23B, 23C)와의 사이에, 측정용 탱크(13A, 13B, 13C)와 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C)와 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)를 구비하고, 또한 공용 가스 라인(10)에는 공용 차단 밸브(12)를 구비하는 것이다. 그 밖의 회로 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다. 그 때문에, 제1 실시 형태와 동일한 부분은, 동일한 부호를 붙여, 설명을 적절히 생략한다.
도 6에 도시된 것처럼, 가스 유량 검정 시스템(101)은 공용 가스 라인(10)과 프로세스 가스 라인(20)을 구비하고 있다. 공용 가스 라인(10)에는 공용 가스 입력 포트(11)와 공용 차단 밸브(12)가 순차적으로 접속되어 있다.
프로세스 가스 라인(20)에 있어서 각 가스 라인(A, B, C)에는, 각각 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C)와 제2 라인 차단 밸브(23A, 23B, 23C)와의 사이에 측정용 탱크(13A, 13B, 13C), 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C) 및 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)가 순차적으로 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 가스 유량 검정 유닛은 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C), 측정용 탱크(13A, 13B, 13C), 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C) 및 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)가 순차적으로 접속된 가스 회로에 상당하다. 따라서 가스 유량 검정 유닛은 각 가스 라인(A, B, C)마다 설치되어 있다.
가스 유량 검정 유닛이 각 가스 라인(A, B, C)마다 설치되기 때문에, 각 가스 라인(A, B, C)으로 공급되는 프로세스 가스에 의하여 가스 유량 검정을 행한다. 그 때문에, 각 프로세스 가스의 종류, 가스압, 가스 유량 등에 따라, 측정용 탱크(13A, 13B, 13C), 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C)나 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 사양을 각 가스 라인마다 변경해도 좋다.
공용 가스 라인(10)으로부터의 가스(예를 들면, 질소 가스)는 가스 유량 검정에는 관여하지 않는다. 따라서 공용 차단 밸브(12)는 평상시 폐쇄되어 있고, 예를 들면, 정기 점검의 경우 등과 같이 각 가스 라인(A, B, C)으로 퍼지 가스가 흐를 때에 개방된다.
＜동작 설명＞
다음으로, 제2 실시 형태에 있어서 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 동작을 도 6에 근거하여 설명한다.
도 6에 도시된 가스 회로에서, 프로세스 가스 공급원에서, 예를 들면 0.5MPa의 프로세스 가스를 프로세스 가스 입력 포트(21A, 21B, 21C)로 공급한다. 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력을 예를 들면 0.2MPa으로 설정한다. 그 후, 가스 유량을 검정하는 대상인, 예를 들면 가스 라인(A)의 제1 라인 차단 밸브(22A) 및 제2 차단 밸브(23A)를 개방한다. 이때, 공용 가스 라인(10)의 공용 차단 밸브(12), 연결 차단 밸브(32A) 및 다른 가스 라인(B, C)의 제1 라인 차단 밸브(22B, 22C), 제2 라인 차단 밸브(23B, 23C), 연결 차단 밸브(32B, 32C)는 폐쇄되어 있다. 또한, 배출 밸브(35)도 폐쇄되어 있다.
가스 라인(A)의 프로세스 가스는 제1 라인 차단 밸브(22A)를 통과하고, 압력 조정 밸브(15A)에서 가스압력이 0.5MPa에서 0.2MPa으로 감압된다. 따라서 유량 제어 기기(24A)의 1차측 압력도 0.2MPa으로 되어, 유량 제어 기기(24A)로 설정된 유량이 가스 라인(A)으로 흐르고, 공급 배관(25A)을 경유하여 소정의 프로세스 챔버로 공급된다.
유량 제어 기기(24A)로부터 배출된 프로세스 가스의 유량이 일정하게 안정되면, 제1 라인 차단 밸브(22A)를 폐쇄한다. 제1 라인 차단 밸브(22A)를 폐쇄하면, 프로세스 가스 공급원에서의 가스의 공급이 차단되기 때문에, 측정용 탱크(13A) 안에 저장된 가스가, 가스 라인(A)으로 방출되고 유량 제어 기기(24A)로부터 프로세스 챔버를 향하여 배출된다.
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 측정용 탱크(13A) 안의 가스압은 제1 라인 차단 밸브(22A)의 폐쇄시부터 강하된다. 가스압의 단위 시간당의 압력 강하율이 일정하게 안정된 단계(측정 개시점)에서, 제1 압력 센서(141A)가 가스압을 계측한다. 그 후, 일정한 시간이 경과한 시점(측정 종료점)에서, 제1 압력 센서(141A)가 한번 더 가스압을 계측한다. 이 경우, 측정 종료점에서의 측정용 탱크(13A) 안의 가스압이, 압력 조정 밸브(15A)의 2차측 압력보다 높을 필요가 있다. 측정용 탱크(13A) 안의 가스압이, 압력 조정 밸브(15A)의 2차측 압력보다 저하되면, 측정용 탱크(13A) 안의 가스압과 함께 압력 조정 밸브(15A)의 2차측 압력도 함께 저하되어 버리기 때문이다.
다음에, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 측정용 탱크(13A) 안의 측정 개시점의 가스압과, 측정 종료점의 가스압과의 차이 ΔP와, 측정 개시점에서 측정 종료점까지의 시간 Δt를 구한다. ΔP／Δt는 가스 유량에 비례하기 때문에, 비례 계수를 승산하고, 유량 제어 기기(24A)로부터 프로세스 챔버를 향하여 배출된 가스 유량을 산출한다. 산출한 가스 유량과 유량 제어 기기(24A)로 설정된 가스 유량을 비교하여, 차이가 기준치 이내이라면 유량 검정 결과는 합격이 된다. 이 유량 검정을 몇 번 반복하여, 재현성을 확인해도 좋다. 또한, 가스 유량 검정은 다른 가스 라인(B, C)에서도 마찬가지로 행할 수 있다.
＜작용 효과＞
이상, 상세히 설명한 것처럼, 제2 실시 형태의 가스 유량 검정 시스템(101) 및 가스 유량 검정 유닛에 의하면, 각 가스 라인(A, B, C)에 있어서 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력의 변동을 절감하고, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출한 가스 유량을 고정밀도로 검정할 수 있다.
구체적으로는, 각 가스 라인(A, B, C)에 구비된 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)는, 그 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 예를 들면, 각 프로세스 가스 공급원의 가스압의 변동이나, 압력 조정 밸브 2차측 용적의 변화, 각 프로세스 가스 공급원에서 공급된 가스 유량의 변동 등이 생겨도, 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력의 변동을 확실하게 절감할 수 있다. 그리고, 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력은 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력이기도 하기 때문에, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력이 안정화된다. 그 때문에, 각 가스 라인(A, B, C)에 있어서 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량과 측정용 탱크(13A, 13B, 13C)로부터의 유출량이 안정된다. 그 결과, 각 가스 라인(A, B, C)에 있어, 측정용 탱크(13A, 13B, 13C)의 압력 저하로부터 산출되는 가스 유량과 현실로 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량과의 사이의 오차를 절감할 수 있어, 가스 유량 검정 시스템의 측정 정밀도가 향상된다.
예를 들면, 어느 프로세스 가스 라인에 있어, 반도체 제조 장치의 개조 등으로 압력 조정 밸브와 유량 제어 기기 사이의 배관 길이가 변경되면, 그 프로세스 가스 라인의 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변한다. 압력 조정 밸브 2차측 용적이 변하면, 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력도 변하기 쉽지만, 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)의 2차측 압력을 피드백 제어하고 있기 때문에, 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)의 1차측 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량도 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 각 프로세스 가스 라인에 있어서 가스 유량 검정시에, 측정용 탱크(13A, 13B, 13C)의 압력 강하로부터 산출되는 가스 유량과 현실로 유량 제어 기기(24A, 24B, 24C)로부터 배출된 가스 유량이 일치하고, 가스 유량의 유량 검정 정밀도가 향상된다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 가스 유량 검정 유닛을 구성하는, 제1 라인 차단 밸브(22A, 22B, 22C)와 측정용 탱크(13A, 13B, 13C)와 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C)와 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)가 순차적으로 접속된 가스 회로가 각 가스 라인(A, B, C)마다 설치되어 있기 때문에, 각 가스 라인(A, B, C)으로 프로세스 가스를 공급하면서, 가스 유량 검정을 할 수가 있다.
예를 들면, 가스 라인(A)에 있어, 제1 라인 차단 밸브(22A)를 차단하면, 측정용 탱크(13A) 안의 가스압은 제1 라인 차단 밸브(22A)의 폐쇄시부터 강하된다. 가스압의 단위 시간당의 압력 강하율이 일정하게 안정된 단계(측정 개시점)에서, 제1 압력 센서(141A)가 가스압을 계측한다. 그 후, 일정한 시간이 경과한 시점(측정 종료점)에서, 제1 압력 센서(141A)가 한번 더 가스압을 계측한다. 이 경우, 측정 종료점에서의 측정용 탱크(13A) 안의 가스압이 압력 조정 밸브(15A)의 2차측 압력보다 높기 때문에, 유량 제어 기기(24A)로부터 소정의 유량이 유지되어 있다. 또한, 측정 종료 후 곧, 제1 라인 차단 밸브(22A)를 개방하여, 측정용 탱크(13A) 안의 가스압이 압력 조정 밸브(15A)의 2차측 압력보다 높은 상태에서, 프로세스 가스 공급원에서의 가스가 공급된다. 따라서 유량 제어 기기(24A)의 유량 변동이 생기지 않는다. 그 결과, 가스 라인(A)에 프로세스 가스를 공급하면서, 가스 유량 검정을 할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 측정용 탱크(13A, 13B, 13C), 제1 압력 센서(141A, 141B, 141C) 및 압력 조정 밸브(15A, 15B, 15C)를 각 가스 라인(A, B, C)마다 구비하고 있기 때문에, 각 가스 라인(A, B, C)과 공용 가스 라인(10)과의 분기 접속부에 설치된 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 오동작에 영향을 받지 않는다.
(제3 실시 형태)
＜가스 회로의 구성＞
다음으로, 제3 실시 형태에 있어서 가스 회로 구성에 관하여 설명한다. 도 7에, 본 발명에 관한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛의 제3 실시 형태를 구성하는 가스 회로도(주요부)를 나타낸다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 실시 형태의 특징은 압력 조정 밸브(16) 또는 그 하류측에, 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서(142)를 구비하고, 압력 조정 밸브(16)는 제1 압력 센서(141)로부터의 제1 압력 신호와 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부(19)에 접속되어 있는 것이다. 그 밖의 회로 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 그 때문에, 제1 실시 형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여, 설명을 적절히 생략한다.
도 7에 도시된 것처럼, 가스 유량 검정 시스템(102)는 공용 가스 라인(3)과 프로세스 가스 라인(2)을 구비하고 있다. 공용 가스 라인(3)은 본 실시 형태의 가스 유량 검정 유닛의 일례이다.
공용 가스 라인(3)에는 공용 가스 입력 포트(11), 공용 차단 밸브(12), 측정용 탱크(13), 제1 압력 센서(141), 압력 조정 밸브(16), 제2 압력 센서(142) 및 출력 포트(33)가 순차적으로 접속되어 있다. 또한, 압력 조정 밸브(16)는 제1 압력 센서(141)로부터의 제1 압력 신호와 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부(19)에 접속되어 있다. 또한, 압력 조정 밸브(16)는 도시하지 않는 압력 제어실의 압력을 제어하는 도시하지 않는 파일럿(pilot) 밸브를 가지며, 그 파일럿 밸브를 구동하는 구동부(161)를 구비하고 있다. 그리고, 제어부(19)로부터의 전기 신호에 의하여, 구동부(161)의 액추에이터를 조작하고, 파일럿 밸브를 상하로 이동시킨다. 파일럿 밸브를 상하로 이동시켜서, 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 피드백 제어시키고 있다.
또한, 제어부(19)에는 도시하지 않는 압력 신호 입력 장치를 접속할 수 있고, 제1 압력 센서(141)로부터의 제1 압력 신호 및 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호로 바꾸고, 외부에서 압력 신호를 입력할 수 있다. 외부에서 압력 신호를 입력하여, 프로세스 가스 라인(2)의 각 가스 라인(A, B, C)에의 분기 접속부에 설치한 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 오동작 회피를 위해, 역지 밸브를 봉지할 수 있다. 그 구체적 방법은 후술한다.
＜동작 설명＞
다음으로, 제3 실시 형태의 특징인　제어부(19)로부터의 전기 신호에 의한 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력의 피드백 제어에 관하여 설명한다.
제어부(19)에는 제1 압력 센서(141)로부터의 제1 압력 신호와 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호가 입력되어 있다. 예를 들면, 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력이 저하되면, 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호가 저하된다. 제2 압력 신호가 저하되면, 제1 압력 신호와 제2 압력 신호와의 압력 신호차가 확대된다. 그 때문에, 제어부(19)는 압력 조정 밸브(16)가 도시하지 않는 파일럿 밸브를 조작시키기 위한 전기 신호를 구동부(161)로 출력한다. 구동부(161)는 제어부(19)로부터의 전기 신호에 의하여, 구동부(161)의 액추에이터가 작동하고, 파일럿 밸브를 하강시킨다. 파일럿 밸브가 하강하면, 제1 실시 형태의 압력 조정 밸브(15)와 마찬가지로, 다이어프램이 아래쪽으로 변형되고 포핏 밸브를 눌러 내린다. 이것에 의해, 밸브실에서의 밸브 개도가 열리기 때문에, 밸브실에서 압력 제어실에 유입한 프로세스 가스가 증가하여, 압력 제어실의 압력이 상승한다. 압력 제어실의 압력이 상승하여, 귀환 유로를 이용하고 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력이 상승한다.
제3 실시 형태로는 압력 신호에 근거하여, 전기 신호에 의하여 직접 파일럿 밸브를 상하로 이동시키고 압력 제어실의 다이어프램을 조작한 점이, 제1 실시 형태와 서로 다르다. 이에 따라, 더 신속하면서 정밀도 좋게 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력의 피드백 제어가 가능해진다.
또한, 제어부(19)의 제어 기능을 활용하여, 프로세스 가스 라인(2)의 각 가스 라인(A, B, C)에의 분기 접속부에 설치한 역지 밸브(31A, 31B, 31C)에 관하여, 이하에서 설명한 역지 밸브를 봉지할 수 있다.
본래, 역지 밸브는 가스의 역류를 방지하기 위해, 상류측의 가스를 하류측으로 흐르게 할 때에만, 밸브가 열리는 구조로 되어 있다. 그러나, 가스 유량 검정시에 역지 밸브가 완전하게 닫혀 있지 않은 경우가 있다. 역지 밸브가 완전하게 닫혀 있지 않으면, 가스가 역류하여 용적 변동이 일어난다. 이와 같은 역류는, 매회 발생하는 것은 아니지만, 가스 유량 검정시에 역류가 일어나면, 정확한 유량 검정을 할 수 없어 문제가 된다.
이 대책으로서, 공용 가스 공급원(11)으로부터 프로세스 가스 라인(2)을 연결한 바이패스 라인(4)을 설치한 것을 생각할 수 있다(예를 들면, 도 8 참조). 도 8에, 도 1에 도시한 가스 유량 검정 시스템에 바이패스 라인을 설치한 가스 회로도(주요부)(103)를 도시한다.
이 바이패스 라인(4)을 이용한 역지 밸브의 오동작 회피의 방법을, 간단하게 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 것처럼, 가스 유량 검정을 행하기 전에 바이패스 라인(4)의 차단 밸브(41)를 개방하여 가스 공급원의 가스압(예를 들면, 0.5MPa)을 역지 밸브(31A, 31B, 31C)로 작용시킨다. 그 후에, 바이패스 라인(4)의 바이패스 차단 밸브(41)를 폐쇄하여, 가스 배출 라인의 배출 밸브(35)를 개방하고, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 1차측에 쌓인 가스를 배출한다. 이에 따라, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 2차측 압력을 공용 가스 공급원의 가스압(예를 들면, 0.5MPa)으로 유지한 채, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 1차측 압력을 압력 조정 밸브(15)의 2차측 압력(예를 들면, 0.2MPa)으로 감압할 수 있다. 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 1차측 압력을 감압하여, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)를 확실하게 봉지시킬 수 있다. 이에 따라, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 오동작을 회피할 수 있다.
그렇지만, 상술의 바이패스 라인(4)은 프로세스 가스의 공급에 직접 기여한 것이 아니어서, 일반적으로 바이패스 라인(4)을 추가하는 것은 바람직하지 않다.
본 실시 형태에 의하면, 제어부(19)의 제어 기능을 활용하여, 프로세스 가스 라인(2)의 각 가스 라인(A, B, C)에의 분기 접속부에 설치한 역지 밸브(31A, 31B, 31C)에 관하여, 역지 밸브를 봉지할 수 있기 때문에, 그 동작 방법을 설명한다.
제어부(19)에 외부에서 압력 신호를 입력하는 도시하지 않는 압력 신호 입력 장치를 접속한다. 압력 신호 입력 장치에 제어부(19)의 제2 압력 신호를, 예를 들면, 0.5MPa으로 설정하여, 0.5MPa의 가스압을 각 가스 라인(A, B, C)의 역지 밸브(31A, 31B, 31C)로 작용시킨다. 그 후에, 가스 배출 라인의 차단 밸브(35)를 개방하여, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 상류측에 쌓인 가스를 배출한다. 게다가, 압력 신호 입력 장치에 제어부(19)의 제2 압력 신호를 예를 들면, 0.2MPa로 설정하여, 0.2MPa의 가스압을 역지 밸브(31A, 31B, 31C)로 작용시킨다. 이에 따라, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 하류측 압력을 0.5MPa으로 유지한 채, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 상류측 압력을 0.2MPa으로 감압한다. 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 상류측 압력을 감압하여, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)를 확실하게 봉지시킬 수 있다. 이에 따라, 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 오동작을 확실하게 회피할 수 있다.
＜작용 효과＞
이상, 상세히 설명한 것처럼, 본 실시 형태의 가스 유량 검정 시스템(102) 및 가스 유량 검정 유닛(3)에 의하면, 압력 조정 밸브(16) 또는 그 하류측에, 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서(142)를 구비하고, 압력 조정 밸브(16)는 제1 압력 센서(141)로부터의 제1 압력 신호와 제2 압력 센서(142)로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부(19)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하기 때문에, 압력 조정 밸브(16)의 1차측 압력이 변동하여도 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
구체적으로는, 압력 조정 밸브(16)는 그 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 피드백 제어하기 때문에, 공용 가스 공급원의 가스압이 변동하여도 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력의 변동을 절감할 수 있지만, 압력 조정 밸브(16)의 1차측 압력과 2차측 압력을 직접 측정하여, 양자의 압력차에 근거하여 압력을 제어하기 때문에, 압력 조정 밸브(16)의 2차측 압력을 더한층 안정되게 유지할 수 있다.
또한, 제어부(19)의 압력 제어 기능을 활용하면, 프로세스 가스 라인(2)의 각 가스 라인(A, B, C)에의 분기 접속부에 설치한 역지 밸브(31A, 31B, 31C)의 오동작 회피를 위해, 바이패스 라인을 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 가스 유량 검정 시스템(102) 및 가스 유량 검정 유닛(3)의 회로 구성을 간소화할 수 있는 효과를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
상술한 제1 실시 형태에서는 측정용 탱크(13)를 매니폴드(17) 안에 설치하고, 탱크 단면이 구형 모양이라고 했지만, 반드시 구형 모양에 한정되지 않는다. 예를 들면, 요철을 가지는 다각형의 단면으로 할 수도 있다. 요철을 가지는 다각형의 단면으로 하여, 탱크 내의 가스 접촉면적을 증대시켜, 프로세스 가스와의 열교환이 신속하게 행하고, 가스 유량 검정에 사용할 수 있는 압력 강하 범위를 확대시킬 수 있기 때문이다.
본 발명은, 예를 들면 반도체 제조 장치에 있어서 프로세스 가스 등의 가스 공급 시스템에 사용하는 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 유량을 검정한 가스 유량 검정 시스템 및 가스 유량 검정 유닛으로서 이용할 수 있다.
1, 3, 10　　　　　　　　　　공용 가스 라인
2, 20　 　　　　　　　　　　프로세스 가스 라인
4　　　 　　　　　　　　　　바이패스 라인
11 　　　　　　　　　　　　공용 가스 입력 포트
12　　　　　　　　　　　　　공용 차단 밸브
13, 13A, 13B, 13C　　 측정용 탱크
15, 15A, 15B, 15C　　 압력 조정 밸브
16　　　　　　　　　　　　　압력 조정 밸브
17　　　　　　　　　　　　　매니폴드
18　　　　　　　　　　　　　온도계
19　　　　　　　　　　　　　제어부
21A, 21B, 21C　　　　　 프로세스 가스 입력 포트
22A, 22B, 22C　　　　　 제1 라인 차단 밸브
23A, 23B, 23C　　　　　 제2 라인 차단 밸브
24A, 24B, 24C　　　　　 유량 제어 기기
25A, 25B, 25C　　　　　 공급 배관
31A, 31B, 31C　　　　　 역지 밸브
32A, 32B, 32C　　　　　 연결 차단 밸브
33　　　　　　　　　　　　　공용 가스 출력 포트
34　　　　　　　　　　　　　분기 배관
35　　　　　　　　　　　　　배출 밸브
41　　　　　　　　　　　　　바이패스 차단 밸브
100, 101, 102　　　　 　가스 유량 검정 시스템
141 　　　　　　　　　　　　제1 압력 센서
142 　　　　　　　　　　　　제2 압력 센서

Claims (12)

  1. 가스 유량 검정 시스템으로서,
    프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인과, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 상기 프로세스 가스 라인에 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며,
    상기 공용 가스 라인은 공용 차단 밸브와 측정용 탱크와 제1 압력 센서와 압력 조정 밸브를 구비하고,
    상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하며,
    상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고,
    상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치하는 매니폴드 안에 설치되며,
    상기 매니폴드에는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 각각 탱크에 접속하는 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 시스템.
  2. 가스 유량 검정 시스템으로서,
    프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인과, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 상기 프로세스 가스 라인에 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며,
    상기 각 프로세스 가스 라인의 제1 라인 차단 밸브 및 제2 라인 차단 밸브의 사이에 측정용 탱크와 제1 압력 센서와 압력 조정 밸브를 구비하고, 또한, 상기 공용 가스 라인에는 공용 차단 밸브를 구비하고,
    상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하며,
    상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하고,
    상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치하는 매니폴드 안에 설치되며,
    상기 매니폴드에는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 각각 탱크에 접속하는 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력 조정 밸브 내 또는 그 하류측에, 상기 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서를 구비하며,
    상기 압력 조정 밸브는 상기 제1 압력 센서로부터의 제1 압력 신호와 상기 제2 압력 센서로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 매니폴드의 하단에는 상기 측정용 탱크 하단을 봉지하는 뚜껑 부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 시스템.
  5. 가스 유량 검정 유닛으로서,
    프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급한 복수의 프로세스 가스 라인에, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며,
    상기 공용 가스 라인에는 공용 차단 밸브, 측정용 탱크, 제1 압력 센서 및 압력 조정 밸브를 구비하고,
    상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하며,
    상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치하는 매니폴드 안에 설치되며,
    상기 매니폴드에는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 각각 탱크에 접속하는 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 유닛.
  6. 가스 유량 검정 유닛으로서,
    프로세스 가스 공급원에서의 가스를 제1 라인 차단 밸브, 제2 라인 차단 밸브 및 유량 제어 기기를 경유하여 프로세스 챔버로 공급하는 복수의 프로세스 가스 라인에, 공용 가스 공급원에서의 가스를 상기 제2 라인 차단 밸브 및 상기 유량 제어 기기를 경유하여 배출하기 위해, 분기 접속된 공용 가스 라인을 가지며,
    상기 각 프로세스 가스 라인의 제1 라인 차단 밸브 및 제2 라인 차단 밸브의 사이에는, 측정용 탱크와 제1 압력 센서와 압력 조정 밸브를 구비하고, 상기 공용 가스 라인에는 공용 차단 밸브를 구비하며,
    상기 제1 라인 차단 밸브 및 상기 공용 차단 밸브를 폐쇄할 때, 상기 측정용 탱크 내에 있어서 가스의 압력 강하를 상기 제1 압력 센서로 측정하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 검정하고,
    상기 압력 조정 밸브는 그 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 피드백 제어하는 제어 수단을 구비하며,
    상기 측정용 탱크는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 상단에 재치하는 매니폴드 안에 설치되고,
    상기 매니폴드에는 상기 제1 압력 센서와 상기 압력 조정 밸브를 각각 탱크에 접속하는 각 유로가 상기 측정용 탱크의 내벽에 각각 연통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 유닛.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 압력 조정 밸브 내 또는 그 하류측에 상기 압력 조정 밸브의 2차측 압력을 계측하는 제2 압력 센서를 구비하며,
    상기 제어 수단은 상기 제1 압력 센서로부터의 제1 압력 신호와 상기 제2 압력 센서로부터의 제2 압력 신호와의 압력 신호차에 근거하여 압력을 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 유닛.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 매니폴드의 하단에는, 상기 측정용 탱크 하단을 봉지하는 뚜껑 부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스 유량 검정 유닛.
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