KR20210018177A - 유량 측정 방법 및 유량 측정 장치 - Google Patents

유량 측정 방법 및 유량 측정 장치 Download PDF

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노리히코 아키무라
리사코 마츠다
가즈유키 미우라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유량 측정 방법은, 제1 유로와 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제1 압력을 측정하는 것과, 상기 제1 압력이 측정된 후에, 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 가스가 공급된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제2 압력과 온도를 측정하는 것과, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 접속되어 있지 않은 상태로 상기 제2 유로로부터 가스가 배기된 후에, 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제3 압력을 측정하는 것과, 상기 제3 압력이 측정된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 접속된 상태로, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제4 압력을 측정하는 것과, 상기 제1 압력과 상기 제2 압력과 상기 제3 압력과 상기 제4 압력과 상기 온도에 기초하여, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 공급된 가스의 양을 산출하는 것을 포함한다.

Description

유량 측정 방법 및 유량 측정 장치
본 개시는 유량 측정 방법 및 유량 측정 장치에 관한 것이다.
챔버의 내부 공간에 배치된 기판이, 내부 공간에 공급된 가스에 의해서 처리되는 기판 처리가 알려져 있다. 이러한 기판 처리에서는, 가스의 유량이 기판에 영향을 끼치기 때문에, 유량 제어기를 이용하여 가스의 유량이 고정밀도로 제어되고 있다. 가스의 유량의 측정 수법으로서 빌드업법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2012-32983호
본 개시는, 가스의 유량을 고정밀도로 측정하는 유량 측정 방법 및 유량 측정 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 유량 측정 방법은, 유량 제어기에 접속되는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 접속되는 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제1 압력을 측정하는 것과, 상기 제1 압력이 측정된 후에, 상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 가스가 공급된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제2 압력과 온도를 측정하는 것과, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 접속되어 있지 않은 상태로 상기 제2 유로로부터 가스가 배기된 후에, 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제3 압력을 측정하는 것과, 상기 제3 압력이 측정된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 접속된 상태로, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제4 압력을 측정하는 것과, 상기 제1 압력과 상기 제2 압력과 상기 제3 압력과 상기 제4 압력과 상기 온도에 기초하여, 상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 공급된 가스의 양을 산출하는 것을 포함한다.
본 개시에 의하면, 가스의 유량을 고정밀도로 측정할 수 있다.
도 1은 기판 처리 시스템의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 유량 제어기의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 유량 측정 방법의 일례를 나타내는 시퀀스 차트이다.
도 4는 스텝 S4에서 생성되는 복수의 가스 펄스 중의 하나의 가스 펄스로 유량 제어기를 통하여 제1 가스 유로에 공급되는 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
이하에, 개시하는 유량 측정 방법 및 유량 측정 장치의 실시예에 관해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
[기판 처리 시스템(10)의 구성]
도 1은, 기판 처리 시스템(10)의 일례를 나타내는 개략도이다. 기판 처리 시스템(10)은, 복수의 프로세스 모듈을 구비하고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 챔버(12-1~12-N)(수 N은, 2이상의 정수)와 복수의 가스 공급부[14-1~14-(N+1)]를 구비하고 있다. 복수의 챔버(12-1~12-N) 중 하나의 챔버(12-1)의 내부에는, 기판 처리를 위해 기판이 수용되는 처리 공간이 형성되어 있다. 복수의 챔버(12-1~12-N) 중 챔버(12-1)와 상이한 다른 챔버(12-i)(i=2,3,4,…, N)도, 챔버(12-1)와 마찬가지로, 내부에 처리 공간이 형성되어 있다.
복수의 가스 공급부[14-1~14-(N+1)] 중 복수의 가스 공급부(14-1~14-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 가스 공급부(14-1~14-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 가스 공급부(14-1)는, 케이스(17)와 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)(수 M은, 2이상의 정수)와 복수의 일차 밸브(19-1~19-M)와 복수의 이차 밸브(20-1~20-M)와 제1 가스 유로(21)와 밸브(22)를 구비하고 있다. 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)와 복수의 일차 밸브(19-1~19-M)와 복수의 이차 밸브(20-1~20-M)와 밸브(22)는, 케이스(17)의 내부에 배치되어 있다.
복수의 유량 제어기(18-1~18-M)는, 서로 다른 복수의 가스를 각각 공급하는 복수의 가스 소스(도시되어 있지 않음)에 대응하고 있다. 복수의 유량 제어기(18-1~18-M) 중 하나의 유량 제어기(18-1)는, 소위 매스 플로우 컨트롤러(Mass Flow Controller)이며, 복수의 가스 소스 중 유량 제어기(18-1)에 대응하는 가스 소스에 접속되어 있다. 복수의 일차 밸브(19-1~19-M)는, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)에 대응하고 있다. 복수의 일차 밸브(19-1~19-M) 중 유량 제어기(18-1)에 대응하는 일차 밸브(19-1)는, 유량 제어기(18-1)의 일차측에 접속되고, 유량 제어기(18-1)와 가스 소스를 접속하는 유로의 도중에 설치되어 있다.
복수의 이차 밸브(20-1~20-M)는, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)에 대응하고 있다. 복수의 이차 밸브(20-1~20-M) 중 유량 제어기(18-1)에 대응하는 이차 밸브(20-1)는, 유량 제어기(18-1)가 일차 밸브(19-1)와 이차 밸브(20-1)의 사이에 설치되도록, 유량 제어기(18-1)에 접속되어 있다. 복수의 유량 제어기(18-1~18-M) 중 유량 제어기(18-1)와 상이한 다른 유량 제어기(18-j)(j=2,3,4,…, M)에 관해서도, 유량 제어기(18-1)와 마찬가지로 형성되고, 일차 밸브(19-j)와 이차 밸브(20-j)의 사이에 설치되어 있다.
제1 가스 유로(21)는, 복수의 제1 단부(21a)와 제2 단부(21b)와 제3 단부(21c)가 형성되어 있다. 복수의 제1 단부(21a)는, 복수의 이차 밸브(20-1~20-M)에 각각 접속되어 있다. 제2 단부(21b)는 밸브(22)에 접속되어 있다. 제1 가스 유로(21) 중 복수의 이차 밸브(20-1~20-M)와 밸브(22)를 접속하는 부분은, 케이스(17)의 내부에 배치되어 있다.
기판 처리 시스템(10)은, 복수의 밸브[30-1~30-(N+1)]를 더 구비한다. 복수의 밸브[30-1~30-(N+1)]중 복수의 밸브(30-1~30-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 밸브(30-1~30-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 밸브(30-1)의 일단은, 가스 공급부(14-1)의 제1 가스 유로(21)의 제3 단부(21c)에 접속되어 있다. 밸브(30-1)의 타단은, 밸브(30-1)가 제1 가스 유로(21)와 챔버(12-1)의 사이에 설치되도록, 챔버(12-1)에 접속되어 있다.
복수의 가스 공급부(14-1~14-N) 중 가스 공급부(14-1)와 상이한 다른 가스 공급부(14-i)도, 가스 공급부(14-1)와 마찬가지로 형성되어 있다. 즉, 가스 공급부(14-i)는, 케이스(17)와 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)와 복수의 일차 밸브(19-1~19-M)와 복수의 이차 밸브(20-1~20-M)와 제1 가스 유로(21)와 밸브(22)를 구비하고 있다. 복수의 밸브(30-1~30-N) 중 챔버(12-i)에 대응하는 밸브(30-i)는, 제1 가스 유로(21)와 챔버(12-i)의 사이에 설치되고, 일단이 제3 단부(21c)에 접속되고, 타단이 챔버(12-i)에 접속되어 있다.
복수의 가스 공급부[14-1~14-(N+1)] 중 가스 공급부[14-(N+1)]는, 2개의 유량 제어기(18-1~18-2)와 2개의 일차 밸브(19-1~19-2)와 2개의 이차 밸브(20-1~20-2)와 제1 가스 유로(21)와 밸브(22)를 구비하고 있다. 2개의 유량 제어기(18-1~18-2)는, 2개의 일차 밸브(19-1~19-2)를 통하여, 서로 다른 2개의 액체를 각각 공급하는 2개의 액체 소스(도시되어 있지 않음)에 각각 접속되어 있다. 복수의 밸브[30-1~30-(N+1)] 중 밸브[30-(N+1)]의 일단은, 가스 공급부[14-(N+1)]의 제1 가스 유로(21)의 제3 단부(21c)에 접속되어 있다. 밸브[30-(N+1)]의 타단은 챔버(12-1)에 접속되어 있다. 가스 공급부[14-(N+1)]의 유량 제어기(18-1)는, 소위 매스 플로우 컨트롤러이며, 액체를 기화시키는 기능을 갖고 있다.
기판 처리 시스템(10)은, 복수의 압력 제어 밸브(32-1~32-N)와 복수의 터보 분자 펌프(34-1~34-N)와 복수의 배기 장치(16-1~16-N)와 복수의 배기 유로(36-1~36-N)와 복수의 밸브(38-1~38-N)를 더 구비한다. 복수의 압력 제어 밸브(32-1~32-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 압력 제어 밸브(32-1~32-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 압력 제어 밸브(32-1)는, 소위 자동 압력 제어 밸브이며, 챔버(12-1)의 내부 공간의 압력을 조정하도록 구성되어 있다. 복수의 압력 제어 밸브(32-1~32-N) 중 압력 제어 밸브(32-1)와 상이한 다른 압력 제어 밸브(32-i)도, 압력 제어 밸브(32-1)와 마찬가지로, 챔버(12-i)의 내부 공간의 압력을 조정하도록 구성되어 있다.
복수의 터보 분자 펌프(34-1~34-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 터보 분자 펌프(34-1~34-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 터보 분자 펌프(34-1)는, 압력 제어 밸브(32-1)를 통하여 챔버(12-1)의 처리 공간에 접속되어 있다. 복수의 터보 분자 펌프(34-1~34-N) 중 터보 분자 펌프(34-1)와 상이한 다른 터보 분자 펌프(34-i)도, 터보 분자 펌프(34-1)와 마찬가지로, 압력 제어 밸브(32-i)를 통하여 챔버(12-i)의 처리 공간에 접속되어 있다.
복수의 배기 장치(16-1~16-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 배기 유로(36-1~36-N)는 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 배기 장치(16-1~16-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 배기 장치(16-1)는, 복수의 배기 유로(36-1~36-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 배기 유로(36-1)를 통하여 터보 분자 펌프(34-1)에 접속되어 있다. 배기 장치(16-1)는, 소위 드라이 펌프이다. 복수의 밸브(38-1~38-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 밸브(38-1~38-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 밸브(38-1)는, 배기 유로(36-1)의 도중에 설치되어 있다.
복수의 배기 장치(16-1~16-N) 중 배기 장치(16-1)와 상이한 배기 장치(16-i)도, 배기 장치(16-1)와 마찬가지로 형성되고, 배기 유로(36-i)를 통하여 터보 분자 펌프(34-i)에 접속되어 있다. 복수의 밸브(38-1~38-N) 중 밸브(38-1)와 상이한 다른 밸브(38-i)도, 밸브(38-1)와 마찬가지로, 배기 유로(36-i)의 도중에 설치되어 있다.
기판 처리 시스템(10)은, 유량 측정 시스템(40)을 더 구비한다. 유량 측정 시스템(40)은, 제2 가스 유로(42)와 제1 밸브(51)와 제3 가스 유로(43)와 제2 밸브(52)와 압력 센서(47)와 압력 센서(48)와 온도 센서(49)를 구비하고 있다. 제2 가스 유로(42)는, 복수의 제4 단부(42a)와 제5 단부(42b)가 형성되어 있다. 복수의 제4 단부(42a)는, 복수의 가스 공급부[14-1~14-(N+1)]의 밸브(22)에 각각 접속되어 있다. 제5 단부(42b)는, 제1 밸브(51)에 접속되어 있다.
제3 가스 유로(43)는, 제6 단부(43a)와 제7 단부(43b)가 형성되어 있다. 제6 단부(43a)는, 제1 밸브(51)가 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)의 사이에 설치되도록, 제1 밸브(51)에 접속되어 있다. 제7 단부(43b)는, 제2 밸브(52)에 접속되어 있다. 압력 센서(47)와 압력 센서(48)는, 제3 가스 유로(43) 중의 서로 다른 2개의 위치에 각각 배치되어 있다. 압력 센서(47)와 압력 센서(48)는, 각각 제3 가스 유로(43)에 충전되는 기체의 압력을 측정하도록 구성되어 있다. 온도 센서(49)는, 제3 가스 유로(43)에 충전되는 기체의 온도를 측정하도록 구성되어 있다.
유량 측정 시스템(40)은, 제4 가스 유로(44)와 제3 밸브(53)와 제4 밸브(54)를 더 구비한다. 제4 가스 유로(44)는, 제1 부분 유로(44d)와 제2 부분 유로(44e)를 포함한다. 제1 부분 유로(44d)는, 제8 단부(44a)와 제9 단부(44b)가 형성되어 있다. 제2 부분 유로(44e)는, 제1 부분 유로(44d)로부터 분기하고 있는 유로이며, 제10 단부(44c)가 형성되어 있다. 제4 밸브(54)는, 제2 부분 유로(44e)의 도중에 설치되어 있다.
제8 단부(44a)는, 제2 밸브(52)가 제3 가스 유로(43)와 제4 가스 유로(44)의 사이에 설치되도록, 제2 밸브(52)에 접속되어 있다. 제9 단부(44b)는, 제3 밸브(53)에 접속되어 있다. 이때, 배기 유로(36-1)는, 밸브(38-1)와 배기 장치(16-1)의 사이에서 분기하고, 제3 밸브(53)가 제4 가스 유로(44)와 배기 유로(36-1)의 사이에 설치되도록, 제3 밸브(53)에 접속되어 있다. 복수의 배기 유로(36-1~36-N) 중 배기 유로(36-1)와 상이한 다른 배기 유로(36-i)도, 배기 유로(36-1)와 마찬가지로, 제3 밸브(53)가 제4 가스 유로(44)와 배기 유로(36-i)의 사이에 설치되도록, 제3 밸브(53)에 접속되어 있다.
유량 측정 시스템(40)은, 복수의 밸브(58-1~58-N)를 더 구비한다. 복수의 밸브(58-1~58-N)는, 복수의 챔버(12-1~12-N)에 대응하고 있다. 복수의 밸브(58-1~58-N) 중 챔버(12-1)에 대응하는 밸브(58-1)는, 제3 밸브(53)와 배기 유로(36-1)의 사이에 설치되어 있다. 복수의 밸브(58-1~58-N) 중 밸브(58-1)와 상이한 다른 밸브(58-i)는, 밸브(58-1)와 마찬가지로, 제3 밸브(53)와 배기 유로(36-i)의 사이에 설치되어 있다.
유량 측정 시스템(40)은, 기준기(60)와 기준 압력 센서(70)를 더 구비한다. 기준기(60)는, 탱크(62)와 압력 센서(63)와 온도 센서(64)와 밸브(65)와 밸브(66)를 구비한다. 탱크(62)는, 내부 공간이 형성되어 있다. 압력 센서(63)는, 탱크(62)의 내부 공간에 충전되는 기체의 압력을 측정하도록 구성되어 있다. 온도 센서(64)는, 탱크(62)의 내부 공간에 충전되는 기체의 온도를 측정하도록 구성되어 있다. 밸브(65)는, 제4 가스 유로(44)의 제2 부분 유로(44e)와 탱크(62)의 사이에 설치되어 있다. 밸브(66)는, 탱크(62)에 접속되어 있다.
기준 압력 센서(70)는, 밸브(66)를 통하여 탱크(62)의 내부 공간에 접속되어 있다. 기준 압력 센서(70)는, 탱크(62)의 내부 공간에 접속되어 있을 때에는, 탱크(62)의 내부 공간에 충전되는 기체의 압력을 측정하도록 구성되어 있다.
기판 처리 시스템(10)은 주제어부(71)를 더 구비한다. 주제어부(71)는 컴퓨터 장치로서, 프로세서와 기억 장치와 입력 장치와 표시 장치를 구비한다. 프로세서는, 예를 들면 CPU로 형성되고, 주제어부(71)에 인스톨되는 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 정보 처리하며, 기억 장치와 입력 장치와 표시 장치를 제어한다. 프로세서는 또한, 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리 시스템(10)의 각부 및 유량 측정 시스템(40)의 각부를 제어한다. 기억 장치는, 컴퓨터 프로그램을 기록하고, 프로세서에 의해 이용되는 정보를 기록한다. 입력 장치는, 예를 들면 키보드로 형성되고, 사용자에게 조작됨으로써 생성되는 정보를 프로세서에 출력한다. 표시 장치는, 프로세서에 의해 생성된 정보를 사용자에게 인식될 수 있도록 출력한다.
도 2는, 유량 제어기(18-1)의 일례를 나타내는 도면이다. 유량 제어기(18-1)는, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이며, 유로(82)와 오리피스 부재(83)와 컨트롤 밸브(84)와 압력 센서(85)와 온도 센서(86)와 압력 센서(87)와 제어부(88)를 구비한다. 유로(82)는 일차 밸브(19-1)와 이차 밸브(20-1)의 사이에 설치되고, 일단이 일차 밸브(19-1)에 접속되고, 타단이 이차 밸브(20-1)에 접속되어 있다. 오리피스 부재(83)는, 유로(82)의 도중에 설치되고, 유로(82)의 단면적을 부분적으로 축소시키고 있다. 컨트롤 밸브(84)는, 유로(82) 중의 일차 밸브(19-1)와 오리피스 부재(83)의 사이에 설치되어 있다. 압력 센서(85)는, 유로(82) 중의 컨트롤 밸브(84)와 오리피스 부재(83)의 사이에 설치되어 있다. 압력 센서(85)는, 유로(82) 중의 컨트롤 밸브(84)와 오리피스 부재(83)의 사이에 충전되는 기체의 압력을 측정하도록 구성되어 있다. 온도 센서(86)는, 유로(82) 중의 컨트롤 밸브(84)와 오리피스 부재(83)의 사이에 충전되는 기체의 온도를 측정하도록 구성되어 있다. 압력 센서(87)는, 유로(82) 중의 오리피스 부재(83)와 이차 밸브(20-1)의 사이에 충전되는 기체의 압력을 측정하도록 구성되어 있다.
제어부(88)는, 유로(82) 중의 오리피스 부재(83)보다 일차 밸브(19-1)의 측에 충전되는 기체의 압력이 측정되도록, 압력 센서(85)를 제어한다. 제어부(88)는, 유로(82) 중의 오리피스 부재(83)보다 이차 밸브(20-1)의 측에 충전되는 기체의 압력이 측정되도록, 압력 센서(87)를 제어한다. 제어부(88)는, 오리피스 부재(83)보다 일차 밸브(19-1)의 측의 압력이 오리피스 부재(83)보다 이차 밸브(20-1)의 측의 압력의 2배 이상인 경우에, 압력 센서(85)에 의해 측정된 압력에 기초하여 유량을 산출한다. 제어부(88)는, 오리피스 부재(83)보다 일차 밸브(19-1)의 측의 압력이 오리피스 부재(83)보다 이차 밸브(20-1)의 측의 압력의 2배보다도 작은 경우에, 압력 센서(85)에 의해 측정된 압력과 압력 센서(87)에 의해 측정된 압력에 기초하여 유량을 산출한다. 제어부(88)는, 그 산출된 유량과 설정 유량의 차가 감소하도록, 컨트롤 밸브(84)의 개방도를 제어한다. 또, 유량 제어기(18-1)는, 오리피스 부재(83)의 일차측(상류측)에서의 압력이 오리피스 부재(83)의 하류측(이차측)에서의 유로(82)의 압력의 2배 이상인 상태로 이용되는 경우에는, 압력 센서(87)를 갖고 있지 않아도 좋다.
[유량 측정 방법]
도 3은, 유량 측정 방법의 일례를 나타내는 시퀀스 차트이다. 도 3의 시퀀스 차트의 횡축은 시간을 나타내고 있다. 종축은 제3 가스 유로(43)의 압력과, 제1 밸브(51)의 개폐 상태와, 제2 밸브(52)의 개폐 상태와, 제3 밸브(53)의 개폐 상태를 나타내고 있다. 종축은 또한 밸브(30-1)의 개폐 상태와, 유량 제어기(18-1)의 가스의 출력 상태를 나타내고 있다.
유량 측정 방법에서는, 초기적으로, 제1 밸브(51)와 제3 밸브(53)가 개방되고, 제2 밸브(52)와 밸브(30-1)와 제4 밸브(54)가 폐쇄되어 있다. 주제어부(71)는, 우선, 밸브(30-1)를 개방함으로써, 제1 가스 유로(21)와 챔버(12-1)의 처리 공간을 접속한다. 주제어부(71)는, 또한, 가스 공급부(14-1)를 제어함으로써, 복수의 가스 소스 중 유량 제어기(18-1)에 대응하는 하나의 가스 소스로부터 제1 가스 유로(21)에 가스를 공급한다(스텝 S1). 유량 제어기(18-1)의 내부에 체류되어 있던 기체는, 가스 소스로부터 제1 가스 유로(21)에 가스가 공급됨으로써 그 가스로 치환된다. 주제어부(71)는, 유량 제어기(18-1)의 내부에 체류되어 있던 기체가 충분히 퍼지된 후에, 가스 공급부(14-1)를 제어함으로써, 가스 소스로부터 제1 가스 유로(21)에 가스가 공급되는 것을 정지한다.
주제어부(71)는, 가스 소스로부터 제1 가스 유로(21)에 가스가 공급되는 것이 정지된 후에, 터보 분자 펌프(34-1)를 제어함으로써, 챔버(12-1)의 처리 공간에 충전되어 있는 기체를 배기한다(스텝 S2). 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)는, 챔버(12-1)의 처리 공간으로부터 배기됨으로써, 소정의 진공도가 되도록 진공화된다. 주제어부(71)는, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)가 소정의 진공도가 된 후에, 밸브(30-1)를 폐쇄함으로써, 제1 가스 유로(21)를 챔버(12-1)의 처리 공간으로부터 차단한다. 주제어부(71)는, 제1 가스 유로(21)가 챔버(12-1)의 처리 공간으로부터 차단된 후에, 압력 센서(47)를 제어함으로써, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)의 내부의 압력 P1을 측정한다(스텝 S3).
주제어부(71)는, 압력 P1이 측정된 후에, 가스 공급부(14-1)를 제어함으로써, 가스 소스로부터 제1 가스 유로(21)에 가스를 공급한다(스텝 S4). 그 가스는, 소정의 처리가 소정의 횟수만큼 반복됨으로써, 즉 복수의 가스 펄스가 생성됨으로써, 제1 가스 유로(21)에 공급된다. 복수의 가스 펄스의 각각의 가스 펄스는, 유량 제어기(18-1)를 통하여 가스를 제1 가스 유로(21)에 공급하는 것과, 가스의 공급이 시작된 타이밍으로부터 소정의 시간이 경과된 후에, 가스의 공급을 정지함으로써 형성되어 있다. 주제어부(71)는, 유량 제어기(18-1)의 온도 센서(86)를 제어함으로써, 유로(82)에 충전되는 가스의 온도 Tstray를 측정한다.
유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스는, 소정의 시간이 경과함으로써, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)에 균일하게 확산된다. 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)에 충전된 가스의 압력은, 그 가스가 충분히 확산됨으로써 안정화된다. 주제어부(71)는, 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스가 충분히 확산된 후에, 압력 센서(47)를 제어함으로써, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)의 내부의 압력 P2을 측정한다. 주제어부(71)는, 또한, 온도 센서(49)를 제어함으로써 제3 가스 유로(43)의 내부의 온도 Tfv를 측정한다(스텝 S5).
주제어부(71)는, 압력 P2이 측정된 후에, 제1 밸브(51)를 폐쇄함으로써, 제3 가스 유로(43)를 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)로부터 차단한다(스텝 S6). 주제어부(71)는 또한, 압력 P2이 측정된 후에, 제3 밸브(53)를 폐쇄함으로써, 제3 가스 유로(43)를 복수의 배기 장치(16-1~16-N)로부터 차단한다.
주제어부(71)는, 제1 밸브(51)와 제3 밸브(53)가 폐쇄된 후에, 제2 밸브(52)를 개방함으로써, 제3 가스 유로(43)를 제4 가스 유로(44)에 접속한다. 제3 가스 유로(43)에 충전되어 있던 가스의 일부는, 제3 가스 유로(43)가 제4 가스 유로(44)에 접속됨으로써, 제4 가스 유로(44) 중 제2 밸브(52)와 제3 밸브(53)와 제4 밸브(54)에 의해 둘러싸인 부분으로 배기된다. 주제어부(71)는, 제3 가스 유로(43)에 충전되어 있던 가스의 일부가 제4 가스 유로(44)로 배기된 후에, 제2 밸브(52)를 폐쇄함으로써, 제3 가스 유로(43)를 제4 가스 유로(44)로부터 차단한다.
제3 가스 유로(43)에 남은 가스는, 소정의 시간이 경과함으로써, 제3 가스 유로(43)에 균일하게 확산되고, 제3 가스 유로(43)에 충전되는 가스의 압력은 안정화된다. 주제어부(71)는, 제3 가스 유로(43)에 남은 가스가 충분히 확산된 후에, 압력 센서(47)를 제어함으로써, 제3 가스 유로(43)의 내부의 압력(P3)을 측정한다(스텝 S7). 주제어부(71)는, 압력(P3)이 측정된 후에, 제3 밸브(53)를 개방함으로써, 제4 가스 유로(44)를 복수의 배기 장치(16-1~16-N)에 접속한다. 제4 가스 유로(44) 중 제2 밸브(52)와 제3 밸브(53)와 제4 밸브(54)에 의해 둘러싸인 부분에 체류되어 있던 가스는, 제3 밸브(53)가 개방됨으로써, 복수의 배기 장치(16-1~16-N)로 배기된다.
주제어부(71)는 또한, 압력(P3)이 측정된 후에, 제1 밸브(51)를 개방함으로써, 제3 가스 유로(43)를 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)에 접속한다. 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)에 체류되어 있던 가스는, 제1 밸브(51)가 개방됨으로써, 일부가 제3 가스 유로(43)로 이동하고, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)로 확산된다. 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)에 충전된 가스의 압력은, 그 가스가 충분히 확산됨으로써 안정화된다. 주제어부(71)는, 그 가스가 충분히 확산된 후에, 압력 센서(47)를 제어함으로써, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)의 내부의 압력(P4)을 측정한다(스텝 S9).
스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 단위 시간당 공급된 가스의 유량 Q은, 기체 상수 R를 이용하여, 다음 (1)식에 의해 표현된다.
Q=dP/dt×1/R×(Vstray/Tstray+Vext/Text+Vfv/Tfv)…(1)
여기서, dP는, 압력 P1과 압력 P2를 이용하여, 다음 식에 의해 표현된다.
dP=P2-P1
dt는, 스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 가스가 제1 가스 유로(21)에 공급된 시간 Δt을 나타내고 있다. 용적 Vstray는, 유량 제어기(18-1)의 유로(82) 중 오리피스 부재(83)와 이차 밸브(20-1)의 다이어프램 사이의 용적을 나타내고 있다. 온도 Tstray는, 유량 제어기(18-1)의 유로(82)를 흐르는 가스의 온도를 나타내고, 유량 제어기(18-1)의 온도 센서(86)에 의해 측정된 온도를 나타내고 있다. 용적 Vext은, 제1 가스 유로(21)의 용적과 제2 가스 유로(42)의 용적의 합을 나타내고 있다. 온도 Text는, 압력 P2이 측정될 때에 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)에 충전되는 가스의 온도를 나타내고 있다. 용적 Vfv는, 제3 가스 유로(43)의 용적을 나타내고 있다. 온도 Tfv는, 압력 P2이 측정될 때에 제3 가스 유로(43)에 충전되는 가스의 온도를 나타내고 있다.
또한, 보일 샤를의 법칙으로부터, 다음 (2)식이 만족된다.
P2×Vext/Text+P3×Vfv/Tfv=P4×Vext/Text+P4×Vfv/Tfv…(2)
(2)식이 변형됨으로써, 다음 (3)식이 유도된다.
Vext/Text=Vfv/Tfv×(P4-P3)/(P2-P4)…(3)
(3)식이 (1)식에 대입됨으로써, 다음 (4)식이 유도된다.
Q=(P2-P1)/Δt×1/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(4)
이 때문에, 스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스의 몰수 n은, 다음 (5)식에 의해 표현된다.
n=(P2-P1)/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(5)
이때, 스텝 S4에서 생성된 복수의 가스 펄스의 개수로 몰수 n을 제산(除算)한 값은, 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 하나의 가스 펄스당 공급된 가스의 양을 나타내고 있다.
도 4는, 스텝 S4에서 생성되는 복수의 가스 펄스 중 하나의 가스 펄스로 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 유량 제어기(18-1)로부터 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 유량은, 유량 제어기(18-1)로부터 제1 가스 유로(21)에 가스가 공급되도록 가스 공급부(14-1)가 제어된 타이밍 91의 후에 서서히 증가한다. 그 유량은, 소정의 설정 유량(92)에 도달한 타이밍 93의 후에, 변화하지 않고 소정의 설정 유량(92)과 대체로 동일한 상태로 고정된다. 가스 공급부(14-1)는, 타이밍 91로부터 소정의 시간 Δt1이 경과한 후의 타이밍 94에, 유량 제어기(18-1)로부터 제1 가스 유로(21)로의 가스의 공급이 정지하도록 제어된다. 그 유량은, 타이밍 94의 후에 서서히 감소한다. 그 유량은, 타이밍 94의 후의 타이밍 95의 후에, 0과 대체로 동일해지고, 유량 제어기(18-1)로부터 제1 가스 유로(21)로의 가스의 공급이 정지한다.
하나의 가스 펄스로 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양은, 과도 응답의 기간 96과 과도 응답의 기간 97이 충분히 짧을 때에, 소정의 설정 유량(92)에 소정의 시간 Δt1으로 곱셈한 값과 대체로 동일하다. 하나의 가스 펄스로 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양은, 소정의 시간 Δt1에 대한 과도 응답의 기간 96의 길이와 과도 응답의 기간 97의 길이의 비율이 클 때에, 그 값과의 오차가 커지는 일이 있다.
유량 측정 방법은, 스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스의 몰수 n를 고정밀도로 산출하고 있다. 이 때문에, 유량 측정 방법은, 소정의 시간 Δt1에 대한 과도 응답의 기간 96과 과도 응답의 기간 97의 비율이 큰 경우라도, 스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스의 몰수 n를 고정밀도로 산출할 수 있다. 유량 측정 방법은, 또한, 몰수 n가 고정밀도로 산출됨으로써, 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 하나의 가스 펄스당 공급된 가스의 양을 고정밀도로 산출할 수 있다.
복수의 유량 제어기(18-1~18-M) 중 유량 제어기(18-1)와 상이한 다른 유량 제어기(18-i)에 관해서도, 유량 제어기(18-1)와 마찬가지로, 유량 제어기(18-i)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양이 산출된다. 복수의 가스 공급부(14-1~14-N) 중 가스 공급부(14-1)와 상이한 다른 가스 공급부(14-i)에 관해서도, 가스 공급부(14-1)와 마찬가지로, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M) 각각을 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양이 산출된다.
타이밍 91로부터 타이밍 93까지의 과도 응답의 기간 96의 길이와, 타이밍 94으로부터 타이밍 95까지의 과도 응답의 기간 97의 길이는, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)마다 다른 경우가 있다. 또한, 과도 응답의 기간 96에 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양 98과, 과도 응답의 기간 97에 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양 99에 관해서도, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)마다 다른 경우가 있다.
유량 측정 방법은, 스텝 S4에서 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스의 몰수 n을 고정밀도로 산출하고 있다. 이 때문에, 유량 측정 방법은, 복수의 유량 제어기(18-1~18-M)마다 가스의 양 98과 가스의 양 99에 개체차(個體差)가 있는 경우라도, 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 하나의 가스 펄스당 공급된 가스의 양을 고정밀도로 산출할 수 있다.
기판 처리 시스템(10)은, 이미 설명한 유량 측정 방법이 실행된 후에, 복수의 가스 공급부[14-1~14-(N+1)]의 밸브(22)가 폐쇄되어 있는 상태로, 기판을 처리하는 것에 이용된다. 기판 처리 시스템(10)은, 복수의 가스 펄스의 개수를 조정함으로써, 유량 제어기(18-1)를 통하여 챔버(12-1)의 처리 공간에 공급되는 가스의 양을 고정밀도로 조정할 수 있다. 기판 처리 시스템(10)은, 유량 제어기(18-1)를 통하여 챔버(12-1)의 처리 공간에 공급되는 가스의 양이 고정밀도로 조정됨으로써, 기판을 적절하게 처리할 수 있다.
그런데, 이미 설명한 유량 측정 방법에서는, 압력 센서(47)에 의해 측정된 압력을 이용하고 있지만, 압력 센서(47)에 의해 측정된 압력과 압력 센서(48)에 의해 측정된 압력의 평균을 이용해도 좋다. 또한, 유량 측정 시스템(40)은, 압력 센서(47)와 압력 센서(48) 중 적어도 한쪽을 갖고 있으면 좋다. 즉, 유량 측정 시스템(40)은, 제3 가스 유로(43) 내의 압력을 측정하는 하나 이상의 압력 센서를 갖고 있으면 좋다.
그런데, 유량 측정 방법의 스텝 S4에서는, 복수의 가스 펄스를 이용하여 제1 가스 유로(21)에 가스를 공급하고 있지만, 하나의 가스 펄스를 이용하여 제1 가스 유로(21)에 가스를 공급해도 좋다. 유량 측정 방법은, 하나의 가스 펄스를 이용하여 제1 가스 유로(21)에 가스가 공급된 경우라도, 제1 가스 유로(21)에 공급된 가스의 양을 고정밀도로 산출할 수 있다.
그런데, 제1 가스 유로(21)와 제2 가스 유로(42)와 제3 가스 유로(43)는, 유량 측정 방법의 스텝 S2에서, 챔버(12-1)를 진공화하는 터보 분자 펌프(34-1)를 이용하여 진공화되어 있지만, 다른 장치로 진공화되어도 좋다. 그 장치로서는, 유량 측정 시스템(40)에 별도로 설치되는 배기 장치가 예시된다. 이 경우도, 유량 측정 방법은, 유량 제어기(18-1)를 통하여 제1 가스 유로(21)에 공급되는 가스의 양을 고정밀도로 산출할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 한다. 상기의 실시형태는, 첨부의 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고 여러 가지 형체로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
10 : 기판 처리 시스템 12-1~12-N : 복수의 챔버
14-1~14-(N+1) : 복수의 가스 공급부 18-1~18-M : 복수의 유량 제어기
30-1~30-(N+1) : 복수의 밸브 34-1~34-N : 복수의 터보 분자 펌프
40 : 유량 측정 시스템 21 : 제1 가스 유로
42 : 제2 가스 유로 43 : 제3 가스 유로
44 : 제4 가스 유로 47 : 압력 센서
48 : 압력 센서 49 : 온도 센서
51 : 제1 밸브 52 : 제2 밸브
53 : 제3 밸브 71 : 주제어부

Claims (4)

  1. 유량 제어기에 접속되는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 접속되는 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제1 압력을 측정하는 것과,
    상기 제1 압력이 측정된 후에, 상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 가스가 공급된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제2 압력과 온도를 측정하는 것과,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 접속되어 있지 않은 상태로 상기 제2 유로로부터 가스가 배기된 후에, 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제3 압력을 측정하는 것과,
    상기 제3 압력이 측정된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 접속된 상태로, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제4 압력을 측정하는 것과,
    상기 제1 압력과 상기 제2 압력과 상기 제3 압력과 상기 제4 압력과 상기 온도에 기초로 하여, 상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 공급된 가스의 양을 산출하는 것
    을 포함하는 유량 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에는,
    상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로에 가스를 공급하는 것과,
    상기 유량 제어기를 통하여 가스가 상기 제1 유로에 공급되기 시작한 타이밍으로부터 정해진 시간이 경과한 후에, 상기 유량 제어기를 통하여 가스를 상기 제1 유로에 공급하는 것을 정지하는 것
    을 포함하는 처리가 복수회 반복됨으로써, 가스가 공급되는 것인 유량 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 압력이 측정되기 전에, 상기 유량 제어기를 통하여 공급되는 가스를 이용하여 기판이 처리되는 처리 공간이 상기 제1 유로에 접속되어 있을 때에, 상기 처리 공간으로부터 기체가 배기됨으로써, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 진공화하는 것을 더 포함하고,
    상기 제1 압력과 상기 제2 압력과 상기 제3 압력과 상기 제4 압력은, 상기 처리 공간이 상기 제1 유로에 접속되어 있지 않을 때에, 측정되는 것인 유량 측정 방법.
  4. 유량 제어기에 접속되는 제1 유로와,
    상기 제1 유로에 접속되는 제2 유로와,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이에 설치되는 밸브와,
    상기 제2 유로에 충전되는 기체의 압력을 측정하는 압력 센서와,
    상기 기체의 온도를 측정하는 온도 센서와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제1 압력이 측정되도록, 상기 압력 센서를 제어하고,
    상기 제1 압력이 측정된 후에, 상기 유량 제어기를 통하여 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 유량 제어 가스가 공급되도록, 상기 유량 제어기를 제어하며,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 상기 유량 제어 가스가 공급된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제2 압력과 온도가 측정되도록, 상기 압력 센서를 제어하고,
    상기 제2 압력이 측정된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 폐쇄되도록 상기 밸브를 제어하며,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 폐쇄된 상태로 상기 제2 유로로부터 가스가 배기된 후에, 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제3 압력이 측정되도록, 상기 압력 센서와 상기 온도 센서를 제어하고,
    상기 제3 압력이 측정된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 개방되도록 상기 밸브를 제어하며,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이가 개방된 후에, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 충전되어 있는 가스의 제4 압력이 측정되도록, 상기 압력 센서를 제어하고,
    상기 제1 압력과 상기 제2 압력과 상기 제3 압력과 상기 제4 압력과 상기 온도에 기초하여 상기 유량 제어 가스의 양을 산출하는 것인 유량 측정 장치.
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