KR20130099838A - 가스 분류 공급 장치 및 이것을 사용한 가스 분류 공급 방법 - Google Patents

가스 분류 공급 장치 및 이것을 사용한 가스 분류 공급 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 압력식 유량 제어 장치로부터의 가스류를 복수의 분류로를 통해서 분류 공급하는 가스 분류 공급 장치에 있어서 가스 도입시의 분류로에 있어서의 가스의 오버슛의 발생을 방지한다.
[과제해결 수단] 압력식 유량 제어 장치(4)와, 압력식 유량 제어 장치(4)로부터의 가스를 프로세스 챔버(15)로 분류 공급하는 병렬로 접속한 복수의 분류로(L1~Ln)와, 각 분류로(L1~Ln)에 개재한 열식 유량 센서(6a~6n)와, 열식 유량 센서(6a~6n)의 하류측에 설치된 전동 밸브(7a~7n)와, 각 전동 밸브(7a~7n)의 개폐를 제어하는 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 구비함과 아울러 상기 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 밸브 개도 제어 지령 신호(Sp)에 의해 전동 밸브(7a~7n)를 소정의 일정 밸브 개도로 유지하는 밸브 개도 제어와, 분류량 제어 지령 신호(Ss)에 의해 열식 유량 센서(6)의 유량 검출 신호(Sm)에 의거한 피드백 제어로 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 조절하는 분류량 제어로 스위칭 가능하게 한다.

Description

가스 분류 공급 장치 및 이것을 사용한 가스 분류 공급 방법{APPARATUS FOR SUPPLYING GAS WHILE DIVIDING AND METHOD FOR SUPPLYING GAS WHILE DIVIDING USING THE SAME}
본 발명은 가스 공급원측에 설치된 압력식 유량 제어 장치로부터 열식 유량 센서가 설치된 복수의 가스 분류 공급로로 가스를 분류 공급하도록 한 가스 분류 공급 시스템의 개량에 관한 것이며, 각 가스 분류 공급로로의 가스 공급 개시 초기에 있어서의 소위 가스의 과잉된 유입(오버슛)의 발생을 간단하고 또는 확실하게 방지하도록 한 가스 분류 공급 장치와 이것을 사용한 가스 분류 공급 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 장치에 관계된 분야에 있어서는 프로세스 챔버의 대형화에 따라 소위 가스의 분류 공급 시스템이 많이 채용되고 있고 여러가지 형식의 가스 분류 공급 시스템이 개발되어 있다.
도 5는 종전의 열식 유량 제어 장치[MFC(메스플로우 컨트롤러)] 또는 압력식 유량 제어 장치(FCS)를 사용한 가스 분류 공급 장치의 일례를 나타내는 것이며 가스 공급원(S)으로부터의 가스(G)가 유량 제어 장치를 통해서 프로세스 챔버(C)로 유량(Q1, Q2)의 비율로 분류 공급되어 간다.
그러나, 유량 제어 장치[MFC(또는 FCS)]에 있어서는 가스 공급 개시시에 소위 가스의 유입 현상(오버슛 현상)이 발생하기 쉽고, 특히 열식 유량 제어 장치(MFC)의 경우에는 상기 오버슛의 발생이 불가피한 상태에 있다.
예를 들면, 본원 발명자들이 도 6에 나타낸 바와 같은 구성의 가스 공급 장치를 사용해서 가스 공급 개시 직후에 발생하는 유체의 오버슛 현상의 발생 원인을 해석한 결과에 의하면 종전의 메스플로우 컨트롤러를 사용한 가스 공급 장치(50)에 있어서는 a 각 스위칭 밸브(V1~ V3)와 각 메스플로우 컨트롤러(MFC1~ MFC3)를 연결하는 관로(L1~L3) 내에 체류하고 있는 가스가 오버슛하는 가스의 대부분을 차지하고 있는 것, 및 b 메스플로우 컨트롤러(MFC1~MFC3)의 구조 그 자체가 상기 오버슛의 원인이 되는 가스의 체류를 증가시키도록 한 것을 찾아냈다. 또한, 51은 챔버이다.
다시 말해, 도 7은 종전의 메스플로우 컨트롤러의 기본 구조를 나타내는 블록도이지만 일차측으로부터 유입된 가스는 층류 바이패스부(59)와 센서 바이패스부(60)로 분류되고, 센서(61)에 의해 가스의 질량 유량을 이것에 비례한 온도 변화로서 파악함과 아울러 이 온도 변화를 브리지 회로(62)에서 전기 신호로 변환하고, 증폭 회로(63) 등을 거쳐 리니어 전압 신호로서 표시기(64)와 비교 제어 회로(65)로 출력된다. 또한, 외부로부터의 설정 신호는 설정기(66)로부터 비교 제어 회로(65)로 입력되고, 여기에서 상기 검출 신호와의 차이가 연산됨과 아울러 상기 차이 신호를 밸브 구동부(67)로 보내며, 이 차이 신호가 0이 되는 방향으로 유량 제어 밸브(68)가 개폐 제어된다. 또한, 69는 전원부이다.
지금, 메스플로우 컨트롤러의 사용 중에 ２차측에 설치된 스위칭 밸브(V1)를 급폐(急閉)하면 센서(61) 내를 유통하는 가스 흐름이 정지하기 때문에 메스플로우 컨트롤러의 제어계는 과도적으로 가스의 흐름을 증가하는 방향으로 작동하고 유량 제어 밸브(68)가 개방된다. 그 결과, ２차측 라인(L1) 내의 가스압이 상승하고 여기에 가스가 체류하게 된다. 그리고, 이 체류 가스가 다음에 스위칭 밸브(V1)를 개방할 때에 급격하게 스위칭 밸브(V1)를 통해서 챔버측으로 유입되어 상기 가스의 오버슛 현상을 일으키게 된다.
그러나, 가스 분류 공급 장치에 있어서의 상기와 같은 가스의 오버슛의 발생은 필연적으로 반도체 제조 설비의 가동율의 저하나 제품의 품질 저하를 초래하게 된다. 그 때문에, 오버슛의 발생은 가능한 한 방지할 필요가 있다.
한편, 최근 이 종류의 반도체 제조 장치 가스 분류 공급 장치에 있어서는 가스 분류 공급 장치의 소형화나 저가격화에 대한 요망이 높아지고 있다.
이것 등의 요망에 대응하는 것으로서 도 8에 나타낸 바와 같이 압력식 유량 제어 장치[FCS(4)]를 사용해서 가스 공급원으로부터의 공급 가스 총량(Q)의 유량 제어를 행함과 아울러 각 분류 공급로(L1~Ln)의 분류 가스 유량(Q1~Qn) 유량 제어를 행하도록 한 가스 분류 공급 장치가 개발되어 있다.
또한, 도 8에 있어서 1은 가스 공급원, 2는 압력 조정기, 3은 압력 센서, 4는 압력식 유량 제어 장치(FCS), 5a·5b는 압력계, 6은 열식 유량 센서(MFM), 7은 전동 밸브, 8은 밸브 구동부, 9는 진공 펌프, 10은 스로틀 밸브, 11은 신호 발생기, 12는 PID 컨트롤러, 13은 프로세스 챔버, Sm은 유량 검출 신호, Sa는 유량 설정 신호, Sv는 밸브 구동 신호이다.
상기 도 8의 가스 분류 공급 장치에 있어서는 압력식 유량 제어 장치(4)에서 유량 제어된 총유량(Q)의 가스가 분류로(L1, L2, Ln)로 각 분류량(Q1, Q2, Qn)을 가지고서 공급된다. 다시 말해, 각 분류로(L1, L2, Ln)를 흐르는 분류 유량(Q1, Q2, Qn)은 예를 들면 분류로(L1)과 같이 유량 센서(6)로부터의 유량 검출 신호(Sm)에 의해 컨트롤러(12)를 통해서 전동 밸브(7)를 피드백 제어함으로써 신호 발생기(11)로부터의 유량 설정 신호(Sa)와 동일한 분류량(Q1)으로 제어되어 챔버(13)로 공급되어 간다. 또한, 도 8에 있어서는 분류로(L1, L2, Ln)의 분류량 제어 기구는 생략되어 있다.
그러나, 상기 가스 분류 공급 장치에 있어서도, 예를 들면 신호 발생기(11)로부터 유량 설정 신호(Sa)를 입력하고 압력식 유량 제어 장치[FCS(4)]를 기동해서 분류로(L1)로의 가스 도입을 개시한 직후에는(가스의 공급 도입시라고 칭함) 도 9에 나타낸 바와 같이 열식 유량 센서[MFM(6)]의 유량 검출 신호(Sm)에 피크(Smp)가 나타나게 되고 소위 분류로(L1)의 유량(Q1)에 오버슛이 발생하게 된다.
다시 말해, 도 9에 나타낸 바와 같이 점(t0)에 있어서 컨트롤러(12)에 정격 유량(100% F．S 유량 출력)에 상당하는 유량 설정 신호(Sa)가 입력되고 그 후 열식 유량 센서[MFM(6)]에 점(t1)에 있어서 가스가 공급되어서 유량 검출 신호(Sm)가 컨트롤러(12)에 입력되는 경우에는 유량 검출 신호(Sm)에 피크(Smp)가 발생하고 분류 유량(Q1)에 오버슛이 발생한다.
WO 제 2004-114038호 공보 일본 특허 공개 평11-212653 호 공보
본원 발명은 종전의 가스 분류 공급 장치에 있어서의 상술한 바와 같은 문제 즉 분류로로의 가스 도입 개시시에 발생하는 가스의 오버슛을 간단하고 또는 저렴하게, 그리고 거의 완전히 방지하도록 한 가스 분류 공급 장치의 제공을 발명의 주된 목적으로 하는 것이다.
본원 발명자 등은 상기 도 8의 가스 분류 공급 장치에 있어서의 가스 도입 개시 초기에 발생하는 오버슛을 해석하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같은 평가 시험 장치를 작성하고 가스 도입시의 장치의 작동 상황 등을 검토했다. 또한, 도 1의 평가 시험 장치는 실질적으로 상기 도 8의 분류량 제어 장치와 동일한 구조인 것이다.
그 결과, 취득된 시험 결과도 상기 도 9의 경우와 같아서 도 9에 나타낸 바와 같이 점(to)에 있어서 도 1의 컨트롤러(12)에 100% 유량에 상당하는 유량 설정 신호(Sa)가 입력됨으로써 컨트롤러(12)로부터 밸브 구동 신호(Sv)가 밸브 구동부(8)로 입력되고 전동 밸브(7)는 순시에 전개 상태로 유지된다. 그리고 이 전동 밸브(7)의 전개 상태는 열식 유량 센서[MFM(6)]로부터 유량 검출 신호(Sm)가 컨트롤러(12)로 입력되고 피드백 제어에 의해 상기 밸브 구동 신호(Sv)가 조정될 때까지 유지된다.
지금, 압력식 유량 제어 장치[FCS(4)]가 작동되어 이 압력식 유량 제어 장치[FCS(4)]의 유량 출력(Sf)이 점(t1)에 있어서 100% 유량에 상당한 값이 되면 즉 압력식 유량 제어 장치에 의한 유량 제어가 개시되어서 열식 유량 센서[MFM(6)]에 가스 공급이 개시되면 열식 유량 센서[MFM(6)]로부터의 유량 검출 신호(Sm)가 증가하고 컨트롤러(12)에 있어서 소위 피드백 제어가 행해짐으로써 유량 설정 신호(Sa)에 대응하는 설정 유량의 가스가 유통되도록 밸브 구동 신호(Sv)가 조정되어 전동 밸브(7)의 개도가 전개 상태로부터 소정 개도까지 개도 제어되게 된다.
다시 말해, 열식 유량 센서[MFM(6)]의 유량 검출값(Sm)과 유량 설정 신호(Sa)가 일치하는 점에서 밸브 구동 신호(Sv)가 0이 되고 전동 밸브(7)의 개도가 설정 유량(Q)이 유통하는 일정한 개도로 유지된다.
바꾸어 말하면, 열식 유량 센서[MFM(6)]로의 가스 공급이 점(to)~점(t1) 사이에 지연됨으로써 전동 밸브(7)는 유량 설정 신호(Sa)에 의해 그 개도가 지배되어 전개 상태로 유지된다. 이 전개 상태의 전동 밸브(7)가 유량 검출 신호(Sm)의 입력에 의해 순차 폐쇄 방향으로 구동되어 소정의 설정 유량(Sa)에 상당하는 밸브 개도에 도달할 때까지 시간 지연이 있기 때문에 이 지연 시간 내에 전개 상태의 전동 밸브(7)로 유입되는 가스가 소위 오버슛으로서 출현하게 되는 것이 판명됐다.
본원 발명은 상기 도 1에 나타낸 평가 시험 장치를 사용해서 취득된 데이터의 해석 결과를 의거해서 창작된 것이며, 종전과 같이 각 분류로에 설치된 전동 밸브(7)의 밸브 개도를 가스 도입 개시시에 전개 상태로 하지 않고 미리 정해진 소정의 밸브 개도로 유지하도록 함으로써 전동 밸브(7)의 제어 시간 지연에 기인하는 가스 도입 개시시의 오버슛을 방지하지 않는 것이며, 청구항 1의 발명은 압력식 유량 제어 장치(4)와, 압력식 유량 제어 장치(4)로부터의 가스를 프로세스 챔버(15)로 분류 공급하기 위한 병렬로 접속한 복수의 분류로(L1~Ln)와, 각 분류로(L1~Ln)에 개재한 열식 유량 센서(6a~6n)와, 열식 유량 센서(6a~6n)의 하류측에 설치된 전동 밸브(7a~7n)와, 각 전동 밸브(7a~7n)의 개폐를 제어하는 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 구비함과 아울러 상기 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 밸브 개도 제어 지령 신호(Sp)에 의해 전동 밸브(7a~7n)를 소정의 일정 개도로 유지하는 밸브 개도 제어와, 분류량 제어 지령 신호(Ss)에 의해 열식 유량 센서(6)의 유량 검출 신호(Sm)에 의거한 피드백 제어에 의해 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 조절하는 분류량 제어로 스위칭 가능한 구성으로 한 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 압력식 유량 제어 장치(4)가 미유량 제어 상태하에서는 밸브 개도 제어로, 또한 압력식 유량 제어 장치(4)가 유량 제어 상태하에서는 분류량 제어로 수동 또는 자동 스위칭하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서 설정 유량하에서 정상 운전 중인 전동 밸브(7)의 밸브 개도(％)를 미리 판독함과 아울러 미리 판독된 밸브 개도를 밸브 개도 제어시의 미리 정해진 밸브 개도로 하도록 한 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서 분류로를 1 내지 4로 한 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 1에 기재된 분류 공급 장치를 사용한 분류 가스 공급에 있어서 압력식 유량 제어 장치(4)가 가동하는 이전에는 스위칭형 컨트롤러(16)를 통해서 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 미리 정해진 일정 개도로 유지하고, 그 후 유량 제어 장치(4)가 가동해서 총유량(Q)의 유량 제어가 행하여진 시점에서 상기 스위칭형 컨트롤러(16)를 통해서 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 열식 유량 센서(6a~6n)로부터의 유량 검지 신호(Sm)에 의거해서 피드백하고, 각 분류로에 설정 분류량(Q1~Qn)을 분류 공급하는 구성으로 한 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서 분류로를 1~4로 함과 아울러 밸브 개도 제어시의 전동 밸브(7)의 밸브 개도를 전개시의 40~70%로 하도록 한 것이다.
본원 발명에 있어서는 각 분류로의 열식 유량 센서(6a~6n)의 하류측에 설치된 전동 밸브(7a~7n)의 개폐 제어를 총유량(Q)을 제어하는 압력식 유량 제어 장치(4)가 미가동의 상태하에 있을 때에는 그 개도를 전개 상태가 아니라 미리 정해진 일정 개도로 유지함과 아울러 상기 압력식 유량 제어 장치(4)가 가동 상태하에 있어서 총유량(Q)이 유량 제어된 상태가 되면 각 전동 밸브(7a~7n)를 열식 유량 센서(6a~6n)의 유량 검출 신호(Sm)에 의거하여 피드백 제어에 의한 분류량 제어로 스위칭하는 구성으로 하고 있다.
그 결과, 각 분류로(L1~Ln)로의 가스 도입 개시시의 분류 가스의 과도적인 유입(오버슛)이 완전히 방지됨으로써 고정밀한 분류량 제어하에서 각 분류로(L1~Ln)를 통해서 프로세스 챔버(13)에 가스를 공급할 수 있어 더욱 고품질의 반도체 제품의 제조가 가능하게 된다.
또한, 스위칭형 컨트롤러(16) 그 자체도 구조가 간단한 것이고 제조 비용 등의 대폭적인 상승도 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명에 의한 기초 시험 장치에 의한 계통도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 가스 분류 공급 장치의 설명도이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 스위칭형 컨트롤러의 구성 및 작동의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 가스 도입시의 가스 분류량 특성의 설명 도이다.
도 5는 종전의 가스 분류 공급 장치의 일례를 나타내는 계통도이다.
도 6은 종전의 열식 유량 제어 장치(메스플로우 컨트롤러)를 사용한 가스 공급 장치로 일례를 나타내는 계통도이다.
도 7은 열식 유량 제어 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 8은 종전의 PID 컨트롤러를 사용한 가스 분류 공급 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 9는 도 8의 가스 분류 공급 장치에 있어서의 가스 도입 개시시의 가스 분류량 특성의 설명도이다.
이하, 도면에 의거해서 본 발명의 일실시형태를 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 가스 분류 공급 장치의 전체 구성도이며 본 실시형태에 있어서는 하나의 대형 프로세스 챔버(15)에 4계통(n=4)의 분류로(L1~L4)를 통해서 소정 유량(Q1~Q4)의 가스(G)가 공급되고 있다.
또한, 도 2의 장치에 있어서 상기 도 1 및 도 8 등과 공통되는 부위, 부재에는 이것과 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.
또한, 도 2에 있어서 15는 대형 프로세스 챔버(15, 16a~16d)는 스위칭형 컨트롤러, Sv1~Sv4는 밸브 구동 신호, Sk1~Sk4는 밸브 개도 제어 신호이다.
도 2를 참조해서 정상 상태에 있어서는 가스 공급원(1)으로부터 압력 조정기(2)에 의해 압력 300~500Kpaabs로 조정된 가스(G)가 압력식 유량 제어 장치(4)에 있어서 소망의 설정 유량(Q)(예를 들면 1000~3000sccm)으로 유량 제어되어서 각 분류로(L1~L4)로 공급된다.
각 분류로(L1~L4)에 있어서는 분류량 제어 지령 신호(Ss)의 입력에 의해 피드백 분류량 제어가 행하여지는 스위칭형 컨트롤러(16a~16d)로부터 밸브 구동 신호(Sv1~Sv4)가 밸브 구동부(8a~8d)로 입력되어 전동 밸브(7a~7d)가 구동됨으로써 유량 설정 신호(Sa1~Sa4)에 대응하는 분류 유량(Q1~ Q4)이 챔버(15)로 공급되어 간다.
다시 말해, 밸브 구동 신호(Sv1~Sv4)가 열식 유량 센서(6a~6d)로부터의 유량 검출 신호(Sm1~Sm4)에 의해 피드백 제어됨으로써 각 분류량(Q1~Q4)이 유량 설정 신호(Sa1~Sa4)에 대응하는 설정 분류량으로 제어되게 된다.
또한, 가스(G)의 공급을 일시 중지한 뒤에 다시 가스 공급을 행할 경우(즉, 가스의 도입 개시시)와 같이 압력식 유량 제어 장치(4)가 유량 미제어의 상태하에서 각 분류로(L1~L4)에 가스 공급을 행할 경우에는 우선 각 스위칭형 컨트롤러(16a~16d)에 개도 제어 지령 신호(Sp)가 입력되어 이것에 의해 스위칭형 컨트롤러(16a~16d)가 전동 밸브(7a~7d)를 개도 제어의 상태로 유지하게 된다.
그 결과, 후술하는 바와 같이 각 전동 밸브(7a~7d)의 밸브 구동부(8a~8d)에 스위칭형 컨트롤러(16a~16d)로부터 밸브 개도 제어 신호(Sk1~Sk4)가 출력되어 각 전동 밸브(7a~7d)는 전개되는 것이 아니라 미리 정해진 밸브 개도까지 스로틀된 상태의 개도 밸브로 유지된다.
일정 시간(예를 들면 0.1~1초간)이 경과해서 압력식 유량 제어 장치(4)에 의한 유량 제어가 행하여져 유량 제어된 제어 유량(Q)의 가스가 공급되는 상태가 되면 스위칭형 컨트롤러(16a~16d)는 자동적(또는 수동)으로 밸브 개도 제어 상태로부터 분류량 제어 상태로 스위칭되어 전술한 바와 같이 열식 유량 센서(6a~6d)로부터의 유량 검출 신호(Sm1~Sm4)에 의한 피드백 제어에 의해 각 분류로(L1~L4)의 분류량(Q1~Q4)의 제어가 행하여진다.
또한, 상기 미리 설정된 밸브 개도 제어 신호(Sk1~Sk4)는 압력식 유량 제어 장치(4)의 유량이나 분류비(Q1/Q2/Q3/Q4) 등에 의해 적절하게 선정되게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 전동 밸브(7a~7d)로서 펄스 모터를 구동원으로 하는 캠 구동형 개폐 밸브가 사용되고 있다.
도 3은 본 실시형태에 사용된 스위칭형 컨트롤러(16)의 구성 설명도이며, 도 3에 있어서 17은 밸브 개도 제어 지령 신호 발신기, 18은 분류량 제어 지령 신호 발신기, 19는 제어 스위칭 유닛, 20은 밸브 개도 제어 유닛, 21은 열식 유량 센서(6)로부터의 유량 검출 신호(Sm)에 의한 분류량 제어 유닛, 23은 유량 검출 신호(Sm)의 입력 단자(24)는 압력식 유량 제어 장치(4)로부터의 제어 스위칭 신호(Sx)의 입력 단자이다.
가스의 도입 개시시[압력식 유량 제어 장치(4)가 미유량 제어의 상태하에서 분류로에 가스를 공급할 경우]에는 우선 밸브 개도 제어 지령 신호 발신기(17)로부터 개도 제어 지령 신호(Sp)가 밸브 개도 제어 유닛(20)에 입력되어 여기에 미리 설정되어 있는 밸브 개도 제어 신호(예를 들면 40% 개도, 50% 개도 등)(Sk)가 유닛(20)으로부터 밸브 구동부(8)로 입력되어 전동 밸브(7)가 소정의 밸브 개도로 유지된다.
또한, 상기 밸브 개도 제어 지령 신호 발신기(17)에는 밸브 개도 제어 신호(Sk)의 입력 기구가 부설되어 있는 것은 물론이다.
상기 압력식 유량 제어 장치(4)에 의한 유량 제어가 실행되면 단자(24)로부터 제어 스위칭 신호(Sx)가 제어 스위칭 유닛(19)에 입력되어 이것에 의해 분류량 제어 지령 신호(Ss)가 발신되어서 분류량 제어 유닛(21)이 작동하고, 열식 유량 센서(6)로부터의 유량 검출 신호(Sm)와 분류량 제어 지령 신호 발신기(18)에 부설된 유량 설정 기구로부터의 유량 설정 신호(Sa)에 의해 밸브 구동 신호(Sv)의 피드백 제어가 행하여져 전동 밸브(7)에 의한 분류량 제어가 행하여진다.
또한, 상기 분류량 제어 유닛(21)에 의한 분류량 제어로의 스위칭은 밸브 개도 제어 유닛(20)의 작동후 일정 시간이 경과하면 자동적으로 제어 스위칭 신호(Sx)를 발신해서 행하는 것도 가능하며 또한 분류량 제어 지령 신호 발신기(18)로부터 지령 신호(Ss)를 입력함으로써 분류량 제어로 스위칭해도 좋은 것은 물론이다.
도 4는 본 발명을 실시한 가스의 도입 개시시에 있어서의 분류량 제어의 결과를 나타내는 것이며 우선 밸브 개도 제어 유닛(20)에 의해 밸브 개도를 전개(100%)로부터 52% 개도로 유지하면 시간(t1)에 있어서 분류량 제어 유닛(21)에 의해 분류량(Q1~ Q4)을 유량 제어(피드백 유량 제어)하도록 했을 경우를 나타내는 것이다.
도 4로부터도 명확해지는 바와 같이 열식 유량 센서의 유량 검출 신호(Sm)에는 종전의 도 9에 나타낸 개도 제어를 행하지 않을 경우의 특성 곡선과 같은 피크가 보이지 않고 전동 밸브(7)의 개도를 적절하게 스로틀함으로써 분류로에 있어서의 가스의 오버슛을 완전히 방지할 수 있는 것을 판별할 수 있다.
또한, 도 4에 있어서 곡선(Sf)은 압력식 유량 제어 장치(4)의 유량 출력 곡선이다.
또한, 도 4의 시험에 있어서는 밸브 개도를 52%로 하고 있지만 상기 밸브 개도[즉, 밸브 개도 제어 신호(Sk)]의 설정은 상기 가스 분류 공급 장치를 사용해서 목표 유량[설정 유량(Sa)]의 유량 제어를 행하고 있을 때의 전동 밸브(7)의 밸브 개도를 메모리해 두고 이것을 밸브 개도 제어 유닛(20)에 밸브 개도 제어 신호(Sk)로서 미리 설정 입력해 두는 것이 바람직하다.
본 발명은 반도체 제조 장치용의 가스 분류 공급 장치뿐만 아니라 총유량의 제어에 유량 제어 장치를 사용하는 장치이면 화학물 제조 장치용 가스 공급 설비 등에도 널리 적용할 수 있는 것이다.
Q : 총유량 Q1, Qn : 분류 유량
L₁, Ln : 분류로 Ss : 분류량 제어 검출 신호
Sm : 유량 검출 신호 Smp : 유량 검출 신호의 피크
Sa : 유량 설정 신호 Sv : 밸브 구동 신호
Sk : 밸브 개도 제어 신호 t0 : 유량 설정 신호(Sa)의 입력 시점
t1 : 유량 검출 신호(Sm)의 입력 시점 Sf : 압력식 유량 제어 장치의 유량 출력 곡선
1 : 가스 공급원 2 : 압력 조정기
3 : 압력 센서 4 : 압력식 유량 제어 장치(FCS)
5a·5b : 압력계 6 : 열식 유량 센서
7 : 전동 밸브 8 : 밸브 구동부
9 : 진공 펌프 10·10a : 스로틀 밸브
11 : 신호 발신기 12 : PID 컨트롤러
13 : 프로세스 챔버 14 : 진공 펌프
15 : 대형 프로세스 챔버 16a~16d : 스위칭형 컨트롤러
17 : 밸브 개도 지령 신호 발신기 18 : 분유량 제어 지령 발신기
19 : 제어 스위칭 유닛 20 : 밸브 개도 제어 유닛
21 : 분유량 제어 유닛 Sv1~Sv4 : 밸브 구동 신호
Sk1~Sk4 : 밸브 개도 제어 신호 Sp : 개도 지령 신호
Ss : 분류량 제어 지령 신호 Sx : 제어 스위칭 신호
Sf : 압력식 유량 제어 출력 신호

Claims (6)

  1. 압력식 유량 제어 장치(4)와, 상기 압력식 유량 제어 장치(4)로부터 가스를 프로세스 챔버(15)로 분류 공급하는 병렬로 접속한 복수의 분류로(L1~Ln)와, 각 분류로(L1~Ln)에 개재한 열식 유량 센서(6a~6n)와, 상기 열식 유량 센서(6a~6n)의 하류측에 설치한 전동 밸브(7a~7n)와, 각 전동 밸브(7a~7n)의 개폐를 제어하는 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 구비함과 아울러 상기 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 밸브 개도 제어 지령 신호(Sp)에 의해 상기 전동 밸브(7a~7n)를 소정의 일정 밸브 개도로 유지하는 밸브 개도 제어와, 분류량 제어 지령 신호(Ss)에 의해 열식 유량 센서(6)의 유량 검출 신호(Sm)에 의거한 피드백 제어에 의해 상기 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 조절하는 분류량 제어로 스위칭 가능한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스 분류 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 스위칭형 컨트롤러(16a~16n)를 상기 압력식 유량 제어 장치(4)가 미유량 제어 상태 하에서는 밸브 개도 제어로, 또한 상기 압력식 유량 제어 장치(4)가 유량 제어 상태 하에서는 분류량 제어로 자동 또는 수동 스위칭하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스 분류 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    설정 유량 하에서 정상 운전 중인 전동 밸브(7)의 밸브 개도(％)를 미리 판독함과 아울러 미리 판독된 밸브 개도를 밸브 개도 제어시의 미리 정해진 밸브 개도로 하도록 한 것을 특징으로 하는 가스 분류 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    분류로를 1 내지 4로 한 것을 특징으로 하는 가스 분류 공급 장치.
  5. 제 1 항에 기재된 분류 공급 장치를 사용한 분류 가스 공급에 있어서 압력식 유량 제어 장치(4)가 가동하기 전에는 스위칭형 컨트롤러(16)를 통해서 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 미리 정해진 일정 개도로 유지하고, 그 후 유량 제어 장치(4)가 가동해서 총유량(Q)의 유량 제어가 행하여진 시점에서 상기 스위칭형 컨트롤러(16)를 통해서 상기 전동 밸브(7a~7n)의 개도를 열식 유량 센서(6a~6n)로부터의 유량 검지 신호(Sm)에 의거한 피드백 제어로 하고, 설정 유량의 분류량(Q1~Qn)을 공급하도록 한 것을 특징으로 한 가스 분류 공급 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    분류로를 1~4로 함과 아울러 밸브 개도 제어시의 전동 밸브(7)의 밸브 개도를 전개시의 40~70%로 하도록 한 것을 특징으로 하는 가스 분류 공급 방법.
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