KR102519482B1

KR102519482B1 - 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치

Info

Publication number: KR102519482B1
Application number: KR1020160168414A
Authority: KR
Inventors: 아키코 나카다; 야스노리 니시무라; 미노루 이토; 마사미 니시카와; 시게유키 하야시; 아츠시 이에키
Original assignee: 시케이디 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2023-04-10
Also published as: KR20170071426A; US20170167026A1; JP6533740B2; US10184185B2; JP2017112159A

Abstract

프로세스에 영향을 미치는 일 없이, 프로세스 가스의 유량을 인라인으로 감시할 수 있는 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치를 제공하는 것이다.
프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어하여 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급하는 MFC(유량 제어 기기)(10)와, 상기 MFC(10)의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브(21)와, 상기 개시 차단 밸브(21)와 상기 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)를 갖고, 상기 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 상기 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계(23)로 측정함으로써 상기 MFC(10)의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브(21)를 개방함으로써, 상기 MFC(10)의 유량을 감시하는 가스 유량 감시 방법에 있어서, 상기 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, 상기 MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다.

Description

가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치 {GAS FLOW MONITORING METHOD AND GAS FLOW MONITORING APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조 장치에 있어서의 프로세스 가스 등의 가스 공급 시스템에 사용하는 유량 제어 기기(매스 플로우 컨트롤러 등)의 유량을 감시하는 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스 중의 성막 장치나 건식 에칭 장치 등에 있어서는, 예를 들어 실란 등의 특수 가스나, 염소 가스 등의 부식성 가스 및 수소 가스나 포스핀 등의 가연성 가스 등을 사용한다. 이들의 가스 유량은 반도체 제조 프로세스(이하, 간단히 「프로세스」라고도 함)의 양부에 직접 영향을 미치므로, 그 유량을 엄격하게 관리해야만 한다. 특히, 최근의 반도체 기판의 적층화, 미세화에 수반하여, 프로세스 가스 공급계에 있어서의 신뢰성 향상의 요구가 종래 이상으로 높아지고 있다.

반도체 제조 장치는, 예를 들어 프로세스 가스 라인에 가스 유량 감시 장치를 배치하고 있다. 프로세스 가스 라인은 복수의 가스 라인으로 구성되어 있다. 가스 라인은 프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 제1 라인 차단 밸브와 매스 플로우 컨트롤러(이하 「MFC」라고도 함. 유량 제어 기기의 일례)와 제2 라인 차단 밸브를 경유하여 소정의 프로세스 챔버에 공급한다. MFC의 유량은 프로세스에 영향을 미치기 때문에, 각 가스 라인은 MFC의 상류측에 가스 유량 감시 장치가 배치된다.

도 10은 종래의 가스 유량 감시 장치(120)를 포함하는 가스 라인(110)의 가스 회로도이다. 도 11은 가스 유량 검정 시에 있어서의 압력 선도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 가스 유량 감시 장치(120)는 개시 차단 밸브(21)와 측정용 탱크(22)와 압력계(23)와 온도계(24)를 구비한다. 개시 차단 밸브(21)는 유량 측정의 개시를 위해 유로를 차단하는 것이다. 가스 유량 감시 장치(120)는 유량을 측정하는 경우에는, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여, 프로세스 가스의 공급을 정지한다. 이때, 제1 및 제2 라인 차단 밸브(12, 13)는 개방되어 있고, MFC(10)는 설정 유량에 따른 신호를 반도체 제조 장치로부터 수신하고 있다. 이 경우, 도 11에 도시한 바와 같이, 개시 차단 밸브(21)와 MFC(유량 제어 기기의 일례)(10) 사이의 프로세스 가스가 MFC(10)에 유량 제어되어 소정의 프로세스 챔버(140)로 흐르고, MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력이 강하한다. 따라서, 압력계(23)가 측정 개시 압력 P1을 계측하고 나서, 측정 종료 압력 P2를 계측할 때까지의 측정 시간 Δt를 구하고, 측정 개시 압력 P1과 측정 종료 압력 P2의 차압 ΔP와 측정 시간 Δt와 온도계(24)가 계측하는 온도 T를 사용하여 MFC(10)가 실제로 제어하는 프로세스 가스의 유량을 산출한다. 산출된 유량을 나타내는 신호는 가스 유량 감시 장치(120)로부터 도시하지 않은 반도체 제조 장치로 송신된다.

가스 유량 감시 장치(120)를 사용한 가스 유량 감시 방법에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들어 소정 시간 간격으로 개시 차단 밸브(21)를 개폐한다. 이 경우, 프로세스 가스의 공급 압력이 상승과 강하를 반복한다. 유량 측정은 프로세스 가스의 공급 압력이 강하할 때마다 행해지고, 그 결과가 가스 유량 감시 장치(120)로부터 도시하지 않은 반도체 제조 장치로 송신된다. 도시하지 않은 반도체 제조 장치는 산출된 유량과 MFC(10)의 설정 유량의 차에 기초하여 MFC(10)를 검정한다. 이에 의해, 도시하지 않은 반도체 제조 장치는 가스 공급계에 있어서의 프로세스 가스의 흐름을 유지하면서, 가스 유량 감시 장치(120)를 사용하여 MFC(10)의 유량 정밀도를 상시 감시할 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2013-84857호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재되는 기술에는 다음과 같은 문제가 있었다. 도 13은 종래의 가스 유량 감시 방법을 사용하여 MFC(10)의 유량 정밀도를 상시 감시할 때에 1회의 유량 측정에 있어서의 압력계(23)가 계측하는 압력(검정 압력)과 MFC(10)의 하류측의 압력(MFC 하류 압력)을 도시하는 도면이다. 도 13에 있어서, 종축에 검정 압력(㎪) 또는 MFC 하류 압력(㎪)을 나타내고, 횡축에 시간(sec)을 나타낸다. 도 13에 도시한 바와 같이, 검정 압력은 개시 차단 밸브(21)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 전환되면 저하되고, 그 후, 개시 차단 밸브(21)가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 전환되면 상승하여 유량 검정 전의 압력으로 복귀한다. 이에 대해, 특허문헌 1에 기재되는 기술은 개시 차단 밸브(21)가 개폐되는 경우에, 상시, MFC(10)가 프로세스 가스를 설정 유량으로 제어하고 있었다. 따라서, 도시하지 않은 반도체 제조 장치는 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 프로세스를 실행하고 있는 경우가 있었다. 이 경우, 도 13의 X에 도시한 바와 같이, MFC 하류 압력은 개시 차단 밸브(21)가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 전환될 때에, 맥동하는 경우가 있었다. 이는, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 전환하는 경우에 개시 차단 밸브(21)의 1차측과 2차측의 차압이 커서, 프로세스 가스가 한 번에 MFC(10)에 공급되어, MFC(10)의 출력 유량이 변동되기 때문이다. MFC(10)의 출력 유량이 변동되면, 웨이퍼에 형성하는 막의 두께를 고정밀도로 관리할 수 없는 등, 프로세스에 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이고, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, 유량 제어 기기의 유량을 인라인으로 감시할 수 있는 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태는 다음과 같은 구성을 갖고 있다.

(1) 프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어하여 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 유량 제어 기기와, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계를 사용하여, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 감시하는 가스 유량 감시 방법에 있어서, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하고, 상기 개시 차단 밸브를 개방하기 전에, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, 유량 제어 기기의 유량을 인라인으로 감시할 수 있다.

구체적으로는, 상기 가스 유량 감시 방법은 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브를 폐쇄하면, 개시 차단 밸브의 하류측의 압력은 유량 제어 기기가 제어하는 유량에 따라 강하한다. 이때, 개시 차단 밸브와 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계가, 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 측정한다. 따라서, 압력계가 측정하는 압력의 하강에 기초하여 유량 제어 기기의 유량을 측정한다. 유량 제어 기기의 유량의 측정이 종료되면, 개시 차단 밸브가 개방된다. 그러면, 프로세스 가스가 다시 유량 제어 기기에 공급되어, 유량 제어 기기의 상류측의 압력이 앞의 값으로 복귀한다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 방법은 프로세스 가스를 사용하여 인라인으로 유량 제어 기기의 유량을 감시할 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 가스 유량 감시 방법은 개시 차단 밸브를 개방하기 전에, 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 이에 의해, 개시 차단 밸브의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브를 개방하고, 유량 제어 기기가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 출력 유량을 변동시키지만, 유량 제어 기기는 오프 상태이다. 프로세스는 유량 제어 기기가 오프 상태인 경우에는 행해지지 않는다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 방법은 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브를 개방할 때에, 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

(2) (1)에 기재된 구성에 있어서, 상기 개시 차단 밸브와 상기 압력계에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러와, 상기 모니터링 컨트롤러와 상기 유량 제어 기기에 전기적으로 접속되는 반도체 제조 장치를 갖는 것, 상기 반도체 제조 장치는 상기 모니터링 컨트롤러가 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후에, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하고, 그 후, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 상기 모니터링 컨트롤러에 송신하는 것, 상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 측정 종료 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신하면, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 개시 차단 밸브를 개방할 때의 프로세스 가스 공급 압력의 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다. 구체적으로는, 반도체 제조 장치는 모니터링 컨트롤러가 유량을 측정하는 데 필요한 시간을 기억하고 있어, 모니터링 컨트롤러가 개시 차단 밸브를 개방하기 전에, 유량 제어 기기를 오프 상태로 하여, 프로세스를 행하지 않도록 한다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 개시 차단 밸브를 개방할 때에 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

(3) (1)에 기재된 구성에 있어서, 반도체 제조 장치와 상기 개시 차단 밸브와 상기 압력계와 상기 유량 제어 기기에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러를 갖고, 상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 오프 명령 신호와, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 개시하는 유량 측정 개시 신호를 상기 반도체 제조 장치부터 수신한 경우에, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 대로, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 개시 차단 밸브를 개방할 때의 프로세스 가스 공급 압력의 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다. 구체적으로는, 모니터링 컨트롤러는 오프 명령 신호와 유량 측정 개시 신호를 유량 측정 전에 반도체 제조 장치로부터 수신하고, 개시 차단 밸브를 개방하기 전에 유량 제어 기기를 오프 상태로 한다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 개시 차단 밸브를 개방할 때에 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

(4) 프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어 기기를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 가스 라인에 배치되어, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계와, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 상시 감시하는 모니터링 컨트롤러를 구비하는 가스 유량 감시 장치에 있어서, 상기 모니터링 컨트롤러가, 상기 유량 제어 기기가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치에 전기적으로 접속하고 있고, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하는 것, 상기 반도체 제조 장치가, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 한 후, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 상기 모니터링 컨트롤러에 송신하는 것인 것, 상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 측정 종료 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신한 경우에, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 밸브 개방 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

구체적으로는, 상기 가스 유량 감시 장치는 상기 가스 유량 감시 방법과 마찬가지로, 프로세스 가스를 사용하여 인라인으로 유량 제어 기기의 유량을 감시할 수 있다. 이 경우에 있어서, 반도체 제조 장치는 모니터링 컨트롤러가 유량 제어 기기의 유량을 측정하고 나서 압력을 복귀시키는 데 필요한 소정의 시간을 기억하고 있다. 이러한 반도체 제조 장치가, 그 소정의 시간이 경과하기 전에, 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 그리고, 소정의 시간이 경과하면, 반도체 제조 장치는 유량 제어 기기의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 모니터링 컨트롤러에 송신한다. 그러면, 모니터링 컨트롤러는 개시 차단 밸브를 개방한다. 그로 인해, 모니터링 컨트롤러가 개시 차단 밸브를 개방하기 전에, 유량 제어 기기가 반도체 제조 장치에 의해 온 상태로부터 오프 상태로 되어 있다. 이에 의해, 개시 차단 밸브의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브를 개방하여, 유량 제어 기기가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 출력 유량을 변동시켜도, 유량 제어 기기가 오프 상태가 되어 있으므로, 반도체 제조 장치가 프로세스를 행하지 않는다. 즉, 프로세스는 개시 차단 밸브의 개방 시에 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되는 동안, 행해지지 않는다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 장치는 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브를 개방할 때에, 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

(5) 프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어 기기를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 가스 라인에 배치되어, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계와, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 상시 감시하는 모니터링 컨트롤러를 구비하는 가스 유량 감시 장치에 있어서, 상기 모니터링 컨트롤러는, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하고, 상기 유량 제어 기기가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치로부터, 상기 유량 제어 기기를 오프 상태로 할 것을 지시하는 오프 명령 신호를 수신하는 오프 명령 신호 입력 수단과, 상기 오프 명령 신호 입력 수단이 상기 오프 명령 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신하고, 또한 상기 유량 제어 기기의 유량이 측정된 경우에, 상기 유량 제어 기기가 오프 상태로 된 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 밸브 개방 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

구체적으로는, 상기 가스 유량 감시 장치는 모니터링 컨트롤러가, 반도체 제조 장치로부터 오프 명령 신호를 오프 명령 입력 수단에 수신하면, 유량 측정이 종료된 후에 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하고, 그 후, 개시 차단 밸브를 개방한다. 이에 의해, 개시 차단 밸브의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브를 개방하여, 유량 제어 기기가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 유량 제어 기기의 출력 유량이 변동되어도, 유량 제어 기기는 오프 상태이다. 반도체 제조 장치는 유량 제어 기기가 온 상태인 경우에 프로세스를 행하므로, 유량 제어 기기가 오프 상태인 동안은, 프로세스를 행하지 않는다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 장치는 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브를 개방할 때에, 프로세스 가스의 공급 압력이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

따라서, 본 발명에 따르면, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, 프로세스 가스의 유량을 인라인으로 감시할 수 있는 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 유량 감시 시스템의 회로도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 라인을 구성하는 부품의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 유량 감시 시스템의 회로도이다.
도 5는 제2 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 제1 변형예의 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 라인을 구성하는 부품의 측면도이다.
도 7은 제2 변형예의 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 라인을 구성하는 부품의 측면도이다.
도 8은 제3 변형예의 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 유량 감시 시스템의 회로도이다.
도 9는 제4 변형예의 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 유량 감시 시스템의 회로도이다.
도 10은 종래의 가스 유량 감시 장치를 포함하는 가스 라인의 가스 회로도이다.
도 11은 가스 유량 검정 시에 있어서의 압력 선도이다.
도 12는 가스 유량 감시 장치를 사용하여 유량 제어 기기(MFC)의 유량 정밀도를 상시 감시할 때의 압력 선도이다.
도 13은 종래의 가스 유량 감시 방법을 사용하여 유량 제어 기기(MFC)의 유량 정밀도를 상시 감시할 때에 1회의 유량 검정에 있어서의 압력계가 계측하는 압력(검정 압력)과 유량 제어 기기(MFC)의 하류측의 압력(MFC 하류 압력)을 도시하는 도면이다.

이하에, 본 발명에 관한 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치의 실시 형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

여기서는, 처음에 유량 감시 시스템의 전체 구성을 설명하고, 본 실시 형태의 특징을 명확하게 한다. 그리고 나서, 가스 유량 감시 장치의 구성을 설명한 후, 가스 유량 감시 방법을 설명한다. 그리고, 마지막으로 본 실시 형태의 작용 효과를 설명한다.

<유량 감시 시스템의 개략 구성>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치(20)를 포함하는 가스 유량 감시 시스템(2)의 회로도이다. 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 장치(20)는 종래와 마찬가지로, 반도체 제조 장치(26)의 프로세스 가스 라인에 배치된다. 프로세스 가스 라인은 복수의 가스 라인(11)으로 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 라인(11)은 프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 제1 라인 차단 밸브(12)와 MFC(유량 제어 기기의 일례)(10)와 제2 라인 차단 밸브(13)를 경유하여 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급한다. MFC(10)의 유량은 프로세스에 영향을 미친다. 그로 인해, 가스 라인(11)은 MFC(10)의 상류측에 가스 유량 감시 장치(20)가 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 가스 라인(11)과 가스 유량 감시 시스템(2)은 종래와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 가스 유량 감시 장치(20)의 가스 라인(11)에 설치되는 부품은 종래와 마찬가지로 구성되어 있다. 본 실시 형태의 특징은 가스 유량 감시 장치(20)가 모니터링 컨트롤러(25)를 갖고, 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에 MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 점에 있다. 따라서, 여기서는, 종래와 다른 가스 유량 감시 장치(20)와 가스 유량 감시 방법을 중심으로 설명한다.

<가스 유량 감시 장치>

도 1에 도시한 바와 같이, 가스 유량 감시 장치(20)는 개시 차단 밸브(21)와 측정용 탱크(22)와 압력계(23)와 온도계(24)를 구비한다. 개시 차단 밸브(21)와 압력계(23)와 온도계(24)는 모니터링 컨트롤러(25)에 전기적으로 접속되어 있다. 모니터링 컨트롤러(25)는 모니터링 신호 검출 수단(25a)과, 밸브 개방 수단(25b)과, 유량 산출 수단(25c)을 갖는다. 모니터링 신호 검출 수단(25a)은 모니터링 컨트롤러(25)에 MFC(10)의 유량을 산출할 것을 지시하는 모니터링 신호의 온 오프 상태를 검출하는 것이다. 밸브 개방 수단(25b)은 모니터링 신호 검출 수단(25a)이 오프 상태인 모니터링 신호를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하는 것이다. 유량 산출 수단(25c)은 모니터링 신호 검출 수단(25a)이 온 상태인 모니터링 신호를 검출한 경우에[유량 측정 개시 신호를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 경우에], 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 MFC(10)의 유량을 산출하는 것이다.

도 3은 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치(20)를 포함하는 가스 라인(11)을 구성하는 부품의 측면도이다. 레귤레이터(27)와 개시 차단 밸브(21)와 압력계(23)와 측정용 탱크(22)와 제1 라인 차단 밸브(12)와 MFC(10)와 제2 라인 차단 밸브(13)는 V자형의 유로가 형성된 유로 블록(28)과 L자형의 유로가 형성된 유로 블록(29)을 통해 직렬 일체로 연결되어 있다. 또한, 온도계(24)는 측정용 탱크(22)에 내장되어 있으므로, 도 3에서는 도시되어 있지 않다.

개시 차단 밸브(21)는 프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 하류측에 공급 또는 정지하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. 측정용 탱크(22)는 프로세스 가스를 일정량 저류하는 용기이다. 측정용 탱크(22)의 용적은 MFC(10)가 목표로 하는 유량에 따라 최적의 용적을 선정하지만, 예를 들어 50 내지 60cc 정도이다. 가스 유량 측정 시에는 측정용 탱크(22) 내에 저류한 프로세스 가스가 유출되어 가스압이 강하한다. 압력계(23)는 측정용 탱크(22) 내에 저류한 프로세스 가스의 압력 강하를 계측하는 압력계이다. 압력계(23)는 고압의 프로세스 가스에 대응할 수 있도록, 예를 들어 스트레인 게이지식 압력계를 사용하고 있다. 온도계(24)는 측정용 탱크(22) 내의 가스 온도를 계측하는 온도계이다.

제1 라인 차단 밸브(12)는 가스 유량 감시 장치(20)측으로부터 공급되는 프로세스 가스와, 유로 블록(29)으로부터 공급되는 퍼지 가스를 전환하여 하류측에 공급하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. 제2 라인 차단 밸브(13)는 MFC(10)를 흐른 프로세스 가스 또는 퍼지 가스를 하류측에 공급 또는 정지하는 에어 오퍼레이트 밸브이다. MFC(10)는 질량 유량계(질량 유량을 측정하는 유량계)에 유량 제어의 기능을 갖게 한 것이다. 또한, 도 1에는 기재하고 있지 않지만, 도 3에 도시한 바와 같이 개시 차단 밸브(21)의 상류측에 레귤레이터(27)를 배치해도 된다. 이것에 의하면, 가스 유량 감시 장치(20)에 공급하는 프로세스 가스의 가스압을 일정하게 유지할 수 있다.

<가스 유량 감시 방법>

이어서, 가스 유량 감시 방법에 대해 설명한다. 도 2는 제1 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 방법을 설명하는 도면이다. 가스 유량 감시 방법은 프로세스 가스를 사용하여 인라인으로 행해진다. 가스 유량 감시 방법은 소정의 시간 간격을 두고 개시 차단 밸브(21)를 개폐함으로써 MFC(10)의 유량을 반복해서 검정한다.

가스 라인(11)은, 프로세스 가스 공급 시에는 반도체 제조 장치(26)가 MFC(10)를 동작시키는 MFC 입력 신호를 온 상태로 하여, MFC(10)에 송신한다[도 1 및 도 2의 (S1) 참조]. 이에 의해, MFC(10)는 도시하지 않은 비례 밸브로의 통전량에 따라 프로세스 가스의 유량을 제어하게 되어, MFC 출력 신호를 반도체 제조 장치(26)에 송신한다[도 1 및 도 2의 (S2) 참조]. 또한, 반도체 제조 장치(26)는 프로세스 가스를 공급하도록 제1 라인 차단 밸브(12)를 개방 상태로 한다. 또한, 반도체 제조 장치(26)는 프로세스 가스를 소정의 프로세스 챔버(140)에 소정의 공급량만 공급하도록 제2 라인 차단 밸브(13)의 개폐를 제어한다. 가스 유량 감시 장치(20)는 유량 측정 시를 제외하고, 개시 차단 밸브(21)를 개방 상태로 하고 있다. 이로 인해, 가스 유량 감시 장치(20)는 MFC(10)의 상류측에 배치되어 있어도, MFC(10)의 유량 제어에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 가스 라인(11)에서는 프로세스 가스가 MFC(10)를 경유하여 소정의 프로세스 챔버(140)에 소정량씩 공급된다. 이때, 모니터링 신호가 오프 상태이고, 모니터링 컨트롤러(25)는 유량을 측정하지 않는다(도 2 참조).

모니터링 컨트롤러(25)는 반도체 제조 장치(26)로부터 수신하는 모니터링 신호가 오프 상태로부터 온 상태로 전환되면, 프로세스 실행 모드로부터 유량 검정 모드로 전환되어, 유량 산출 수단(25c)에 의해 MFC(10)의 유량을 산출한다[도 1 및 도 2의 (S3) 참조]. 즉, 모니터링 컨트롤러(25)는 온 상태의 모니터링 신호(유량 측정 개시 신호의 일례)를 수신하면, 우선 개시 차단 밸브(21)에 폐쇄 신호를 송신하여, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄한다[도 1 및 도 2의 (S4) 참조]. 이에 의해, 프로세스 가스가 개시 차단 밸브(21)의 하류측에 공급되지 않게 되어, MFC(10)의 상류측의 압력이 강하한다. MFC(10)의 상류측의 압력은 개시 차단 밸브(21)와 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)가 계측하고 있다. 이 압력계(23)에 의해 계측되는 압력이 측정 개시 압력 P1을 하회하면, 유량의 측정을 개시한다[도 1 및 도 2의 (S5) 참조]. MFC(10)의 상류측의 압력이 계속해서 강하하여, 압력계(23)에 의해 계측되는 압력이 측정 종료 압력 P2를 하회하면, 유량의 측정을 종료한다[도 1 및 도 2의 (S6) 참조]. 모니터링 컨트롤러(25)는 측정 개시 압력 P1과 측정 종료 압력 P2의 차압 ΔP와, 측정 개시 압력 P1을 계측한 계측 개시 시로부터 측정 종료 압력 P2를 계측한 계측 종료 시까지의 측정 시간 Δt와, 온도계(24)가 측정한 온도 T와, 측정용 탱크(22)의 용적 V와, 프로세스 가스의 종류에 따라 결정되는 압축 인자 Z와, 프로세스 가스의 종류에 따라 결정되는 기체 상수 R을, 하기 식 1에 나타내는 기체의 상태 방정식에 적용하여, MFC(10)가 실제로 제어하는 프로세스 가스의 유량을 산출한다.

<식 1>

Q: 유량(㎥/sec)

P1: 측정 개시 압력(㎩)

P2: 측정 종료 압력(㎩)

Z: 압축 인자

Δt: 측정 시간

V: 탱크 용적(㎥)

R: 기체 상수(J/molㆍK)

T: 기체 온도(K)

반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)가 MFC(10)의 유량을 산출하여 압력을 전의 값으로 복귀시키는 데 필요한 소정의 시간 t1을 기억하고 있다. 따라서, 반도체 제조 장치(26)는 온 상태의 모니터링 신호를 모니터링 컨트롤러(25)에 송신하고 나서 소정의 시간 t1이 경과하기 전에, MFC(10)에 송신하는 MFC 입력 신호를 오프 상태로 한다. 이에 의해, 반도체 제조 장치(26)는 MFC 입력 신호를 오프 상태로 한 가스 라인(11)에서는 프로세스를 행하지 않는다[도 1 및 도 2의 (S7) 참조]. MFC(10)는 MFC 입력 신호가 오프 상태가 되면, 내장한 비례 밸브로의 통전이 정지되어, 반도체 제조 장치(26)에 출력하는 MFC 출력 신호를 차단한다[도 1 및 도 2의 (S8) 참조]. 이에 의해, 프로세스 가스가 MFC(10)로 유량 제어되지 않게 된다. 그 후, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)에 송신하는 모니터링 신호를 오프 상태로 한다[도 1 및 도 2의 (S9) 참조]. 모니터링 컨트롤러(25)는 오프 상태의 모니터링 신호(유량 측정 종료 신호의 일례)를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신함으로써, MFC(10)의 유량 측정을 종료하는 것을 인식한다.

그 후, 모니터링 컨트롤러(25)는 반도체 제조 장치(26)에 산출한 유량 Q를 송신한다[도 1의 (S10) 참조]. 그리고, 모니터링 컨트롤러(25)는 개시 차단 밸브(21)에 밸브 개방 신호를 송신하여, 개시 차단 밸브(21)를 개방한다[도 1 및 도 2의 (S11) 참조]. 이에 의해, MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력이 전의 값으로 복귀한다. 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에는 개시 차단 밸브(21)의 상류측의 압력과 하류측의 압력의 차압이 크기 때문에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하면 프로세스 가스가 한 번에 MFC(10)측으로 흘러, MFC(10)의 출력이 맥동한다. 이때, 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)를 오프 상태로 하고 있어, 프로세스를 행하지 않는 상태가 되어 있다. 따라서, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 MFC(10)의 출력이 변동되어도, 그 변동이 반도체 제조 장치(26)에 의해 실행되는 프로세스에 악영향을 미치지 않는다.

반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)로부터 유량 Q를 수신하면, 그 유량 Q를 MFC(10)의 설정 유량과 비교하여, 유량 Q를 검정한다. 유량 Q가 설정 유량에 대해 허용 범위 내이면, 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)가 정상이라고 판단한다. 한편, 유량 Q가 설정 유량에 대해 허용 범위 외이면, 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)를 이상이라고 판단한다. 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)의 이상을 검출하면, MFC(10)의 설정 유량을 보정하는 보정값을 구하거나, MFC(10)의 이상을 작업자에게 전달하거나 한다.

이어서, 가스 유량 감시 장치(20)를 사용하여 MFC(10)의 유량 정밀도를 상시 감시하는 방법을 설명한다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 개시 차단 밸브(21)는 반도체 제조 장치(26)의 가동 중에, 모니터링 컨트롤러(25)로부터의 명령에 의해 소정의 시간 간격으로 연속적으로 개폐한다. 이 경우, 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급하는 프로세스 가스의 가스 공급 압력은 상승과 강하를 반복한다. 가스 유량 감시 장치(20)는, 상술한 바와 같이 가스 공급 압력의 강하마다 압력 강하량과 그 시간의 길이로부터 유량 Q를 산출한다. 산출한 유량 Q는 모니터링 컨트롤러(25)로부터, 감시 출력값으로서 반도체 제조 장치(26)에 전달된다. 가스 공급 압력이 상승과 강하를 반복하는 시간 간격은 임의로 설정할 수 있지만, 예를 들어 수초부터 수십초 정도이다.

가스 유량 감시 장치(20)는 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때마다, MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력이 변동될 우려가 있다. 그러나, 상기 가스 유량 감시 장치(20)는 유량 측정 후에 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 오프 상태로 하여, 프로세스가 행해지지 않도록 한다. 그로 인해, 프로세스 가스 공급계의 MFC(10)의 상류측에 가스 유량 감시 장치(20)를 설치하여, 프로세스 가스 공급계에 있어서의 프로세스 가스의 흐름을 유지하면서, 모니터링 컨트롤러(25)로부터 수신하는 유량 Q에 기초하여 MFC(10)의 유량 정밀도를 상시 감시하는 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때마다 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

<작용 효과>

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 방법에서는, 프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어하여 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급하는 MFC(유량 제어 기기의 일례)(10)와, MFC(10)의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브(21)와, 개시 차단 밸브(21)와 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)를 사용하여, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하고 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 압력계(23)로 측정함으로써 MFC(10)의 유량을 측정하고, 그 후, 개시 차단 밸브(21)를 개방함으로써, MFC(10)의 유량을 감시하는 가스 유량 감시 방법에 있어서, 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 것을 특징으로 하므로, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, MFC(10)의 유량을 인라인으로 감시할 수 있다.

구체적으로는, 상기 가스 유량 감시 방법은 MFC(10)의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하면, 개시 차단 밸브(21)의 하류측의 압력은 MFC(10)가 제어하는 유량에 따라 강하한다. 이때, 개시 차단 밸브(21)와 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)가, MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 측정한다. 따라서, 압력계(23)가 측정하는 압력의 강하에 기초하여 MFC(10)의 유량을 측정한다. MFC(10)의 유량의 측정이 종료되면, 개시 차단 밸브(21)가 개방된다. 그러면, 프로세스 가스가 다시 MFC(10)에 공급되어, MFC(10)의 상류측의 압력이 전의 값으로 복귀한다.

이 경우에 있어서, 상기 가스 유량 감시 방법은 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 이에 의해, 개시 차단 밸브(21)의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브(21)를 개방하여, MFC(10)가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 MFC(10)의 출력 유량을 변동시켜도, MFC(10)는 오프 상태이다. 프로세스는 MFC(10)가 오프 상태인 경우에는 행해지지 않는다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 방법에 의하면, MFC(10)의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에, MFC(10)의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

또한, 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 방법에서는 개시 차단 밸브(21)와 압력계(23)에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러(25)와, 모니터링 컨트롤러(25)와 MFC(10)에 전기적으로 접속되는 반도체 제조 장치(26)를 갖는 것, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)가 MFC(10)의 유량을 측정한 후에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하고, 그 후, MFC(10)의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호(오프 상태의 모니터링 신호)를 모니터링 컨트롤러(25)에 송신하는 것, 모니터링 컨트롤러(25)는 유량 측정 종료 신호(오프 상태의 모니터링 신호)를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 후에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하는 것을 특징으로 하므로, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때의 프로세스 가스 공급 압력의 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다. 구체적으로는, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)가 유량을 측정하는 데 필요한 소정의 시간 t1을 기억하고 있고, 모니터링 컨트롤러(25)가 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 오프 상태로 하여, 프로세스를 행하지 않도록 한다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 MFC(10)의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

또한, 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 장치(20)에서는 프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 MFC(유량 제어 기기의 일례)(10)를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급하는 가스 라인(11)에 배치되어, MFC(10)의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브(21)와, 개시 차단 밸브(21)와 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)와, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 압력계(23)로 측정함으로써 MFC(10)의 유량을 측정하는 모니터링 컨트롤러(25)를 구비하는 가스 유량 감시 장치(20)에 있어서, 모니터링 컨트롤러(25)가, MFC(10)가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치(26)에 전기적으로 접속하는 것, 반도체 제조 장치(26)가, 모니터링 컨트롤러(25)에 MFC(10)의 유량 측정을 개시할 것을 지시하고 나서 소정의 시간 t1이 경과하기 전이며, 유량 계측이 종료된 후에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하여, MFC(10)의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 모니터링 컨트롤러(25)에 송신하는 것인 것, 모니터링 컨트롤러(25)는 유량 측정 종료 신호(오프 상태의 모니터링 신호)를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하는 밸브 개방 수단(25b)을 갖는 것을 특징으로 하므로, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, MFC(10)의 유량을 인라인으로 감시할 수 있다.

구체적으로는, 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 장치(20)는 상기 가스 유량 감시 방법과 마찬가지로, 프로세스 가스를 사용하여 인라인으로 MFC(10)의 유량을 감시할 수 있다. 이 경우에 있어서, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25)가 MFC(10)의 유량을 측정하여 압력을 복귀시키는 데 필요한 소정의 시간 t1을 기억하고 있다. 이러한 반도체 제조 장치(26)가, 모니터링 컨트롤러(25)에 MFC(10)의 유량 측정을 개시할 것을 지시하고 나서[온 상태의 모니터링 신호를 모니터링 컨트롤러(25)에 송신하고 나서] 소정의 시간 t1이 경과하기 전에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 그리고, 소정의 시간 t1이 경과하면, 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호(오프 상태의 모니터링 신호)를 모니터링 컨트롤러(25)에 송신한다. 그러면, 모니터링 컨트롤러(25)는 개시 차단 밸브(21)를 개방한다. 그로 인해, 모니터링 컨트롤러(25)가 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)가 반도체 제조 장치(26)에 의해 온 상태로부터 오프 상태가 되어 있다. 이에 의해, 개시 차단 밸브(21)의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브(21)를 개방하여, MFC(10)가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 출력 유량을 변동시켜도, MFC(10)가 오프 상태가 되어 있으므로, 반도체 제조 장치(26)가 프로세스를 행하지 않는다. 즉, 프로세스는 개시 차단 밸브(21)의 개방 시에 MFC(10)의 출력 유량이 변동되는 동안, 행해지지 않는다. 따라서, 상기 가스 유량 감시 장치(20)는 MFC(10)의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에, MFC(10)의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

제1 실시 형태의 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치(20)는 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에 MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다는 간단한 제어로, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 할 때에 발생하는 프로세스 가스의 공급 압력의 변동이, 프로세스에 영향을 미치지 않도록 하고 있다. 그로 인해, 기존의 가스 라인(11)의 구성을 바꾸는 일 없이, 즉 기존의 가스 라인(11)의 크기를 바꾸는 일 없이, 프로세스 가스의 유량을 측정할 수 있다. 또한, 반도체 제조 장치(26)로부터 MFC(10)에 오프 상태의 MFC 입력 신호를 송신하는 것뿐인 간단한 제어이므로, 프로세스 가스의 공급 압력 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않도록 유량 측정을 행하는 기능을 저렴하게 기존의 가스 유량 감시 장치에 부가할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치(20)는 반도체 제조 장치(26) 또는 모니터링 컨트롤러(25)가 산출한 유량 Q를 기록함으로써, 유량 Q의 변동으로부터 MFC(10)의 이상을 예측하는 것이 가능해진다.

(제2 실시 형태)

계속해서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 장치(20A)를 포함하는 가스 유량 감시 시스템(2A)의 회로도이다. 도 5는 제2 실시 형태에 관한 가스 유량 감시 방법을 설명하는 도면이다.

제2 실시 형태의 가스 유량 감시 방법 및 가스 유량 감시 장치(20A)는 모니터링 컨트롤러(25A)가 MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 점이, 제1 실시 형태와 상이하다. 여기서는, 제1 실시 형태와 상위한 점을 중심으로 설명하고, 제1 실시 형태와 공통되는 점은 도면 및 설명에 제1 실시 형태와 동일 부호를 사용하여, 적절히 설명을 생략한다.

모니터링 컨트롤러(25A)는 개시 차단 밸브(21), 압력계(23), 온도계(24) 외에, MFC(10)에도 전기적으로 접속되어 있다. 모니터링 컨트롤러(25A)는 모니터링 신호 검출 수단(25a)과 유량 산출 수단(25c) 외에, 오프 명령 신호 입력 수단(25d)과, 밸브 개방 수단(25e)을 갖는다. 오프 명령 신호 입력 수단(25d)은 MFC(10)가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치(26)로부터, MFC(10)를 오프 상태로 할 것을 지시하는 오프 명령 신호를 수신하는 것이다. 밸브 개방 수단(25e)은 오프 명령 신호 입력 수단(25d)이 오프 명령 신호를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신하고, 또한 MFC(10)의 유량이 측정된 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하는 것이다. 본 실시 형태에서는 MFC(10)가 모니터링 컨트롤러(25A)로부터 수신하는 신호에 따라 동작한다.

가스 유량 감시 장치(20A)를 사용하여 프로세스 가스의 유량을 감시하는 방법을 설명한다. 반도체 제조 장치(26)는, 예를 들어 프로세스마다 MFC(10)의 유량을 모니터링 컨트롤러(25A)에 측정시키고, 그 측정 결과에 기초하여 MFC(10)의 유량을 검정한다. 가스 라인(11)에서는 반도체 제조 장치(26)가 온 상태인 MFC 입력 신호를 모니터링 컨트롤러(25A)에 송신함과 함께, 모니터링 컨트롤러(25A)가 온 상태의 MFC 신호를 MFC(10)에 송신함으로써, 프로세스 시의 가스 제어가 행해진다.

프로세스 가스의 유량을 측정하는 경우, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25A)에 온 상태의 MFC 입력 신호를 송신한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S1) 참조]. 이 신호에 의해, 모니터링 컨트롤러(25A)에 MFC(10)의 동작을 제어시킨다. 구체적으로는, 모니터링 컨트롤러(25A)는 MFC(10)를 동작시키는 MFC 신호를 온 상태로 하여 MFC(10)에 송신한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S1x) 참조]. 이때, 모니터링 컨트롤러(25A)는 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 MFC 입력 신호에 포함되는 파라미터[MFC(10)의 설정 유량]에 따라 MFC 신호를 MFC(10)에 송신하여, MFC(10)에 내장되는 비례 밸브가 제어된다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S2) 참조].

그리고, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25A)에 오프 명령 신호를 송신한다[도 4에 도시하는 (S3xx) 참조]. 또한, 반도체 제조 장치(26)는 모니터링 컨트롤러(25A)에 온 상태의 모니터링 신호(유량 측정 개시 신호)를 송신한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S3) 참조]. 이들 신호에 의해, 모니터링 컨트롤러(25A)는 MFC(10)의 유량을 산출한 후, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 반도체 제조 장치(26)는 온 상태의 모니터링 신호를 모니터링 컨트롤러(25A)에 송신하면, MFC 입력 신호를 오프 상태로 한다[도 4 및 도 5에 도시함(S3x)]. 모니터링 컨트롤러(25A)는 MFC(10)의 동작을 제어하는 데 필요한 파라미터를 기억하고 있어, MFC 입력 신호가 오프된 후에도, MFC(10)에 동작을 계속시킬 수 있다. 모니터링 컨트롤러(25A)의 모니터링 신호 검출 수단(25a)이 온 상태인 모니터링 신호(유량 측정 개시 신호)를 검출하면, 프로세스 실행 모드로부터 유량 측정 모드로 전환된다. 그리고, 모니터링 컨트롤러(25A)는 유량 산출 수단(25c)이 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 압력계(23)로 계측함으로써 MFC(10)가 실제로 제어하는 유량 Q를 산출한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S4) 내지 (S6) 참조].

모니터링 컨트롤러(25A)에서는 유량 산출 수단(25c)이 유량 Q를 산출하면, 오프 명령 신호 입력 수단(25d)이, 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 오프 명령 신호에 따라, MFC 신호를 오프 상태로 한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S7x) 참조]. 이에 의해, MFC(10)가 오프 상태가 된다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S8) 참조]. 또한, 모니터링 컨트롤러(25A)는 반도체 제조 장치(26)에 오프 상태의 모니터링 신호(유량 측정 종료 신호)를 송신한다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S9x) 참조]. 이에 의해, MFC 출력 신호가 차단되어, 반도체 제조 장치(26)는 당해 가스 라인(11)에서는 프로세스를 행하지 않는다. 그리고, 모니터링 컨트롤러(25A)는 반도체 제조 장치(26)에 산출한 유량 Q를 송신한다[도 4에 도시하는 (S10) 참조]. 그것으로부터, 모니터링 컨트롤러(25A)는 개시 차단 밸브(21)에 밸브 개방 신호를 송신함으로써 개시 차단 밸브(21)를 개방하여, 개시 차단 밸브(21)의 2차측의 압력[MFC(10)의 상류측의 압력]을 복귀시킨다[도 4 및 도 5에 도시하는 (S11) 참조]. MFC(10)의 출력 유량은 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 개시 차단 밸브(21)의 상류측의 압력과 하류측의 압력의 차압이 크기 때문에, 맥동한다. 이때, 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)가 오프 상태가 되어, 프로세스를 행하지 않는 상태가 되어 있다. 그로 인해, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 MFC(10)의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 반도체 제조 장치(26)에 있어서의 프로세스에 악영향을 미치지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시 형태의 가스 유량 감시 방법은 제1 실시 형태의 가스 유량 감시 방법의 작용 효과에 더하여, 반도체 제조 장치(26)와 개시 차단 밸브(21)와 압력계(23)와 MFC(10)에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러(25A)를 사용하고, 모니터링 컨트롤러(25A)는 MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 오프 명령 신호(오프 상태의 MFC 입력 신호)와, MFC(10)의 유량 측정을 개시하는 유량 측정 개시 신호(온 상태의 모니터링 신호)를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신한 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 MFC(10)의 유량을 측정한 후, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 하고, 그 후, 개시 차단 밸브(21)를 개방하므로, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때의 프로세스 가스 공급 압력의 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다. 구체적으로는, 모니터링 컨트롤러(25A)는 오프 명령 신호와 유량 측정 개시 신호(온 상태의 모니터링 신호)를 유량 측정 전에 반도체 제조 장치(26)로부터 수신하고, 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 오프 상태로 한다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에 MFC(10)의 출력 유량이 변동되어도, 그 변동이 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

또한, 제2 실시 형태의 가스 유량 감시 장치(20A)는 프로세스 가스 공급원(130)으로부터의 프로세스 가스를 MFC(10)를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버(140)에 공급하는 가스 라인(11)에 배치되어, MFC(10)의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브(21)와, 개시 차단 밸브(21)와 MFC(10) 사이에 배치되는 압력계(23)와, 개시 차단 밸브(21)를 폐쇄하여 MFC(10)의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 압력계(23)로 측정함으로써 MFC(10)의 유량을 측정하는 모니터링 컨트롤러(25A)를 구비하는 가스 유량 감시 장치(20A)에 있어서, 모니터링 컨트롤러(25A)는 MFC(10)가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치(26)로부터, MFC(10)를 오프 상태로 할 것을 지시하는 오프 명령 신호를 수신하는 오프 명령 신호 입력 수단(25d)과, 오프 명령 신호 입력 수단(25d)이 오프 명령 신호를 반도체 제조 장치(26)로부터 수신하고, 또한 MFC(10)의 유량이 측정된 경우에, 개시 차단 밸브(21)를 개방하는 밸브 개방 수단(25e)을 가지므로, 프로세스에 영향을 미치는 일 없이, MFC(10)의 유량을 인라인으로 감시할 수 있다.

구체적으로는, 상기 가스 유량 감시 장치(20A)는 모니터링 컨트롤러(25A)가, 개시 차단 밸브(21)를 개방하기 전에, MFC(10)를 온 상태로부터 오프 상태로 한다. 이에 의해, 개시 차단 밸브(21)의 1차측의 압력과 2차측의 압력의 차압이 큰 상태에서, 개시 차단 밸브(21)를 개방하여, MFC(10)가 프로세스 가스를 한 번에 공급하여 MFC(10)의 출력이 변동되어도, MFC(10)는 오프 상태이다. 반도체 제조 장치(26)는 MFC(10)가 온 상태인 경우에 MFC(10)로부터 모니터링 컨트롤러(25A)를 통해 MFC 출력 신호를 수신하여 프로세스를 행하기 때문에, MFC(10)가 오프 상태인 동안은 프로세스를 행하지 않는다. 따라서, MFC(10)의 유량을 측정한 후, 개시 차단 밸브(21)를 개방할 때에, MFC(10)의 출력이 변동되어도, 그 변동이 반도체 제조 장치(26)에 있어서의 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 다양한 응용이 가능하다.

(1) 예를 들어, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는 반도체 제조 장치(26)가 모니터링 컨트롤러(25, 25A)로부터 산출한 유량 Q를 수신하여 MFC(10)를 검정하였지만, 모니터링 컨트롤러(25, 25A)가 MFC(10)의 검정까지 행하고, 그 검정 결과를 반도체 제조 장치(26)에 송신하도록 해도 된다.

(2) 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시하는 제1 및 제2 변형예와 같이, 상기 실시 형태의 MFC(10)를, 압력계(31)와 온도계(32)와 유량계(33)와 비례 밸브(34)를 내장한 프레셔 인센시티브 MFC(이하 「PIMFC」라고 함)(10A)로 바꾸어도 된다. 이 경우, PIMFC 내부의 압력계(31)와 온도계(32)를 사용하여 유량 측정하면, 상기 실시 형태의 압력계(23)와 온도계(24)를 별도 설치할 필요가 없어, 가스 유량 감시 장치(20, 20A)를 콤팩트하게 할 수 있다.

(3) 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 유로에 측정용 탱크(22)를 설치하였다. 이에 대해, 예를 들어 도 7에 도시하는 제2 변형예와 같이, 프로세스 가스의 제어 유량이 소량인 경우에는, 개시 차단 밸브(21)의 밸브실로부터 PIMFC(10A)의 비례 밸브(34)까지의 유로를 측정용 탱크(22B)(도면 중 점선 부분 참조)로서 사용해도 된다. 이 경우, 탱크 설치 면적을 생략하여, 가스 유량 감시 장치(20, 20A)를 콤팩트하게 할 수 있다.

(4) 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 모니터링 신호의 온 오프 상태에 의해, 유량 측정의 개시를 지시하는 유량 측정 개시 신호와, 유량 측정의 종료를 지시하는 유량 측정 종료 신호를 구별하도록 하였지만, 유량 측정 개시 신호와 유량 측정 종료 신호를 각각 온 오프하도록 설치해도 된다.

(5) 예를 들어, 도 8 및 도 9의 가스 유량 감시 시스템(2B, 2C)에 도시한 바와 같이, 모니터링 컨트롤러(25, 25A)의 기능을 반도체 제조 장치(26)에 설치하고, 가스 유량 감시 장치(20B, 20C)를 구성해도 된다.

(6) 예를 들어, 상기 제2 실시 형태에서는 반도체 제조 장치(26)가 오프 명령 신호를 모니터링 컨트롤러(25A)에 송신한 후, 오프 상태의 MFC 입력 신호를 모니터링 컨트롤러(25A)에 송신하였지만, 모니터링 컨트롤러(25A)가 반도체 제조 장치(26)로부터 수신하는 MFC 입력 신호가 온 상태로부터 오프 상태로 된 경우에, 오프 명령 신호 입력 수단(25d)이, MFC(10)를 오프 상태로 할 것을 지시하는 오프 명령 신호를 수신하였다고 판단하도록 해도 된다. 이 경우, 오프 명령 신호에 관한 처리를 줄이는 것이 가능하다.

10 : MFC(유량 제어 기기)
10A : PIMFC
20, 20A : 가스 유량 감시 장치
21 : 개시 차단 밸브
23 : 압력계
25, 25A : 모니터링 컨트롤러
25b : 밸브 개방 수단
25d : 오프 명령 신호 입력 수단
25e : 밸브 개방 수단
26 : 반도체 제조 장치
130 : 프로세스 가스 공급원
140 : 프로세스 챔버

Claims

프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어하여 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 유량 제어 기기와, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계를 사용하여, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 감시하는 가스 유량 감시 방법에 있어서,
상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하고,
상기 개시 차단 밸브를 개방하기 전에, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 것을 특징으로 하는, 가스 유량 감시 방법.
제1항에 있어서, 상기 개시 차단 밸브와 상기 압력계에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러와, 상기 모니터링 컨트롤러와 상기 유량 제어 기기에 전기적으로 접속되는 반도체 제조 장치를 갖는 것,
상기 반도체 제조 장치는 상기 모니터링 컨트롤러가 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후에, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하고, 그 후, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 상기 모니터링 컨트롤러에 송신하는 것,
상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 측정 종료 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신하면, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는, 가스 유량 감시 방법.
제1항에 있어서, 반도체 제조 장치와 상기 개시 차단 밸브와 상기 압력계와 상기 유량 제어 기기에 전기적으로 접속되는 모니터링 컨트롤러를 갖고,
상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 오프 명령 신호와, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 개시하는 유량 측정 개시 신호를 상기 반도체 제조 장치부터 수신한 경우에, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정한 후, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 하는 대로, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는, 가스 유량 감시 방법.
프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어 기기를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 가스 라인에 배치되어, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계와, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 상시 감시하는 모니터링 컨트롤러를 구비하는 가스 유량 감시 장치에 있어서,
상기 모니터링 컨트롤러가, 상기 유량 제어 기기가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치에 전기적으로 접속하고 있고, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하는 것,
상기 반도체 제조 장치가, 상기 유량 제어 기기를 온 상태로부터 오프 상태로 한 후, 상기 유량 제어 기기의 유량 측정을 종료할 것을 지시하는 유량 측정 종료 신호를 상기 모니터링 컨트롤러에 송신하는 것인 것,
상기 모니터링 컨트롤러는 상기 유량 측정 종료 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신한 경우에, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 밸브 개방 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 유량 감시 장치.
프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 유량 제어 기기를 경유하고 나서 소정의 프로세스 챔버에 공급하는 가스 라인에 배치되어, 상기 유량 제어 기기의 상류측에 배치되는 개시 차단 밸브와, 상기 개시 차단 밸브와 상기 유량 제어 기기 사이에 배치되는 압력계와, 상기 개시 차단 밸브를 폐쇄하여 상기 유량 제어 기기의 상류측에 있어서의 압력의 강하를 상기 압력계로 측정함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하고, 그 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방함으로써 상기 유량 제어 기기의 유량을 상시 감시하는 모니터링 컨트롤러를 구비하는 가스 유량 감시 장치에 있어서,
상기 모니터링 컨트롤러는,
상기 개시 차단 밸브를 밸브 개방 상태로 하여 프로세스를 실행 가능하게 하는 프로세스 실행 모드 후에 연속하여, 상기 개시 차단 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 하여 상기 유량 제어 기기의 유량을 측정하는 유량 측정 모드를 행함으로써, 상기 유량 제어 기기의 유량을 상기 프로세스를 실행할 때마다 반복해서 검정하고,
상기 유량 제어 기기가 온 상태인 경우에 프로세스를 실행 가능하게 하는 반도체 제조 장치로부터, 상기 유량 제어 기기를 오프 상태로 할 것을 지시하는 오프 명령 신호를 수신하는 오프 명령 신호 입력 수단과,
상기 오프 명령 신호 입력 수단이 상기 오프 명령 신호를 상기 반도체 제조 장치로부터 수신하고, 또한 상기 유량 제어 기기의 유량이 측정된 경우에, 상기 유량 제어 기기가 오프 상태로 된 후, 상기 개시 차단 밸브를 개방하는 밸브 개방 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 유량 감시 장치.