TW202210982A - 流量比例控制系統、成膜系統、異常診斷方法和程式媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供流量比例控制系統、成膜系統、異常診斷方法和異常診斷程式媒體，在將彼此並列設置的多條分流流道的流量控制為規定的分流比的流量比例控制系統中，為了能診斷是否發生了影響其分流比的系統異常，包括：分流比計算部（43），在彼此不同的分流流道（1）的流體控制閥（3）關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道（1）而得到的流量感測器（2）的輸出值的比例作為實際分流比；基準分流比儲存部（44），儲存成為實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部（45），通過將實際分流比和基準分流比進行比較來診斷系統異常。

Description

流量比例控制系統、成膜系統、異常診斷方法和程式媒體
本發明涉及例如半導體製造工序等中採用的流量比例控制系統、成膜系統和所述流量比例控制系統的異常診斷方法以及異常診斷程式媒體。
作為這種流量比例控制系統，具備彼此並列設置的多條分流流道，將流入各個分流流道的流體的流量的比例控制為規定的分流比。
更具體地，在上述流量比例控制系統中，各個分流流道上設置有流量感測器和流體控制閥，以使各流量感測器的輸出值的比例成為規定的分流比的方式控制流體控制閥。
在這種流量比例控制系統中，專利文獻1記載了如下方法：在分流流道上設置的斷流閥關閉的狀態下，使流體流入，通過測定此時的壓力上升來檢測有無洩漏。
可是，即使通過這種檢測而診斷為沒有洩漏，但倘若流量感測器中存在堵塞等異常，則流過分流流道的流量也達不到規定的分流比，倘若流體控制閥中存在不同於洩漏的異常，還是得不到規定的分流比。
現有技術文獻
專利文獻1：日本專利公開公報特開2007-095042號
為了解決上述問題，本發明主要目的是在將彼此並列設置的多條分流流道的流量控制為規定的分流比的系統中可診斷是否發生影響其分流比的系統異常。
即，本發明的流量比例控制系統，包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各所述分流流道上的流量感測器；以及設置在各個分流流道中所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，在所述流量比例控制系統中，包括：分流比計算部，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；基準分流比儲存部，儲存成為所述實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部，通過將所述實際分流比和所述基準分流比進行比較來診斷系統異常。
按照這種結構的流量比例控制系統，由於將實際分流比與基準分流比進行比較，所以可以診斷是否發生例如以洩漏為首的流體控制閥的各種異常和以堵塞為首的流量感測器的各種異常等影響實際分流比的系統異常。
優選由所述分流比計算部計算的所述實際分流比，通過流體流入所述分流流道中的從所述流量感測器至所述流體控制閥的內部容積而得到。
按照這種結構，因為由流體流入內部容積而得到的分流比在沒有系統異常時再現性良好，成為恆定的比例，所以能夠提高診斷的合理性。
作為所述基準分流比的具體的實施方式，可以列舉在系統的製造初期或系統的維修後在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例。
為了能夠診斷系統異常之一的流量感測器的異常，優選所述異常診斷部在所述實際分流比中包含比所述基準分流比小的數值的情況下，判斷為與該數值對應的所述分流流道的所述流量感測器存在異常。
為了能夠診斷系統異常之一的流體控制閥的異常，優選所述異常診斷部在所述實際分流比中包含比所述基準分流比大的數值的情況下，判斷為與該數值對應的所述分流流道的所述流體控制閥存在異常。
若所述流量感測器是熱式的流量感測器，則例如可以診斷旁路流道等的層流元件的堵塞。
作為所述流體控制閥的具體的實施方式，可以列舉具有用於檢測閥體的相對於閥座的位置的位置感測器。
此外，本發明的成膜系統包括：如上所述的流量比例控制系統；氣體面板，設置在所述流量比例控制系統的上游側，向該流量比例控制系統供給流體；以及成膜腔室，設置在所述流量比例控制系統的下游側，被供給由該流量比例控制系統控制了分流比的流體。
此外，本發明的異常診斷方法，在流量比例控制系統中使用，所述流量比例控制系統包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各分流流道上的流量感測器；以及各所述分流流道中的設置在所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，所述異常診斷方法包括：分流比計算步驟，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；以及異常診斷步驟，通過將所述實際分流比和成為所述實際分流比的基準的基準分流比進行比較來診斷系統異常。
而且，本發明的異常診斷程式媒體，在流量比例控制系統中使用，所述流量比例控制系統包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各所述分流流道上的流量感測器；以及設置在各個分流流道中所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，所述異常診斷程式媒體儲存使電腦發揮下述功能的程式：分流比計算部，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；基準分流比儲存部，儲存成為所述實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部，通過將所述實際分流比和所述基準分流比進行比較來診斷系統異常。
按照上述的異常診斷方法和異常診斷程式媒體，可以得到和上述的流量比例控制系統同樣的作用效果。
按照這種結構的本發明，在將彼此並列設置的多條分流流道的流量控制為規定的分流比的系統中，可以診斷是否發生了影響其分流比的系統異常。
以下，參照附圖說明本發明的流量比例控制系統的一個實施方式。
本實施方式的流量比例控制系統100在半導體工序等中使用，如圖1所示，用於以期望的流量比對設置在下游的成膜腔室C上設置的多個供給口供給流體。
另外，所述流量比例控制系統100的上游具有例如多個質量流量控制器，並設有將規定流量的流體供給至流量比例控制系統的氣體面板GP。而且，所述氣體面板GP、流量比例控制系統100和成膜腔室C構成在基材上成膜的成膜系統200。
具體如圖1所示，所述流量比例控制系統100具備：彼此並列設置的多條分流流道1；設置在分流流道1上的流量感測器2和流體控制閥3；以及根據流量感測器2的輸出值控制流體控制閥3的控制裝置4。另外，流量感測器2和流體控制閥3在這裡構成熱式質量流量控制器MFC。
分流流道1與例如設置於上述的處理腔室的多個供給口對應設置，這裡分流流道1從共通的主流道X分路。換句話說，各個分流流道1的導入口和主流道X連接。另外，這裡的主流道X上設置有未圖示的質量流量控制器等流體控制設備，流過固定流量（例如1000SCCM）的流體。
多個分流流道1上分別設有流量感測器2。具體這些流量感測器2為熱式的，如圖2所示包括：設置在分流流道1上的層流元件21；從層流元件21的上游側分路、在該層流元件21的下游側匯合的細管22；纏繞在細管22上以分別保持恆定溫度的方式被施加電壓的一對電熱線圈23；檢測各電熱線圈23上施加的電壓差的檢測電路24；以及根據檢測電路24的輸出而計算流過流道的氣體的流量的流量計算部41。另外，這裡的層流元件21例如是將多條細管22插入外管的內部而形成的或者是將形成有多個通孔的薄圓板層疊多枚而形成的等旁路，但是也可以採用節流器和音速噴嘴等阻力體。此外，在例如流量感測器2是利用電熱線圈23的溫度變化的情況等，電熱線圈23不必一定保持恆定溫度。
流體控制閥3設置在多個分流流道1各自的流量感測器2的下游。具體如圖2所示，這些流體控制閥3例如是壓電閥，根據施加的電壓控制其開度。若更具體地說明，則這些流體控制閥3的下游側設置有成膜裝置，各流體控制閥3的開度被控制為，向該成膜裝置中的多個氣體供給區域分別供給適當流量。此外，在該實施方式中，為了降低各流體控制閥3的相對於施加電壓的開度的滯後現象的影響從而實現高速、高精度的流速控制或流量控制，各流體控制閥3具備用於檢測閥體的相對於閥座的位置的位置感測器S。其中，作為流體控制閥3，也可以採用不具備位置感測器S的。
控制裝置4是在物理上具備CPU、記憶體、A／D轉換器、D／A轉換器、輸入輸出介面等的通用或專用電腦，執行所述記憶體中儲存的控制程式，通過CPU與各種設備的協作，如圖2所示，至少發揮作為上述的流量計算部41和閥控制部42的功能，所述閥控制部42控制流體控制閥3的開度，使流量計算部41計算的算出流量接近預先設定的設定流量。另外，也可以是上述的質量流量控制器MFC具備作為上述的流量計算部41和閥控制部42的功能。
而且，如圖3所示，本實施方式的流量比例控制系統100還具備下述的功能：分流比計算部43，計算流過各個分流流道1的流體的比例即實際分流比；基準分流比儲存部44，儲存成為實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部45，通過將實際分流比和基準分流比進行比較來診斷系統異常。
另外，這裡的實際分流比是流量比例控制系統100的異常診斷時流過分流流道1的流體的比例，具體是在彼此不同的分流流道的流體控制閥關閉的狀態下流體流入這些分流流道而得到的流量感測器的輸出值的比例。
若更具體地說明，則如圖3所示，這裡上述的控制裝置4的記憶體中儲存有異常診斷程式，通過執行所述異常診斷程式，CPU與各種設備協作而發揮作為上述的分流比計算部43、基準分流比儲存部44和異常診斷部45的功能。但是上述的功能的全部或一部分，可以由控制裝置4以外的電腦發揮。此外，所述控制裝置4具備目標流量比例接收部（未圖示），所述目標流量比例接收部接收流過各個分流流道1的處理時的流量比例的目標值，例如使用者可採用輸入手段從外部設定和變更目標流量比例。
以下，與各部分的功能的說明一起，參照圖4的流程圖說明用於診斷流量比例控制系統100的異常的異常診斷方法。
首先，若異常診斷開始，則上述的閥控制部42將各分流流道1上設置的流體控制閥3關閉（S1）。
接下來，在各流體控制閥3關閉的狀態下，向各個分流流道1流通流體（S2）。此時，在本實施方式中，主流道X流通規定流量的流體，所述流體向多個分流流道1分流。分流後的流體，流入各個分流流道1中的從流量感測器2至流體控制閥3的內部容積Z，從各流量感測器2輸出表示此時的各分流流道1的流量的輸出值。
而且，分流比計算部43取得來自各流量感測器2的輸出值，並且計算來自各個流量感測器2的輸出值的比例作為實際分流比（S3）。換句話說，該實際分流比通過流體流入分流流道1中的從流量感測器2至流體控制閥3的內部容積Z而得到。
這裡，若對基準分流比儲存部44中儲存的基準分流比進行說明，則這裡的基準分流比是成為是否發生系統異常的基準的，例如在系統的製造初期或系統的維修後等系統的正常時得到的。
具體該基準分流比是在系統的製造初期或系統的維修後等，在系統的正常時彼此不同的分流流道1的流體控制閥3關閉的狀態下，通過使流體流過這些分流流道1而得到的流量感測器2的輸出值的比例。
在所述構成中，如上所述，若由分流比計算部43算出實際分流比，則異常診斷部45通過將實際分流比和基準分流比進行比較來診斷系統異常（S4）。具體異常診斷部45在實際分流比和基準分流比一致或偏差處於規定範圍內的情況下，判斷為未發生系統異常，在實際分流比和基準分流比不一致或偏差處於規定範圍外的情況下，判斷為發生系統異常。
若更具體說明診斷內容，則異常診斷部45例如圖5所示，在實際分流比包含比基準分流比小的數值時（參照圖5的流道1），判斷為與該數值對應的分流流道1的流量感測器2異常。作為此時的流量感測器2的異常，例如可以列舉層流元件21的堵塞等。另外，按照圖5所示的方式，儘管正常時流過各分流流道1（各流道）的流量不同，但是這是由各分流流道1中的內部容積Z的儀器誤差和流量感測器2的旁路流道的儀器誤差等引起的，也存在正常時流過分流流道1的流量相等的情況。
另一方面，如圖6所示，異常診斷部45在實際分流比包含比基準分流比大的數值時（參照圖6的流道1），判斷為與該數值對應的分流流道1的流體控制閥3異常。作為此時的流體控制閥3的異常，可以列舉洩漏等。另外，按照圖6所示的方式，儘管正常時流過各分流流道1（各流道）的流量不同，但是如上所述，也存在正常時流過分流流道1的流量相等的情況。
按照這種結構的本實施方式的流量比例控制系統100，由於將實際分流比與基準分流比進行比較，因此可以診斷是否發生例如以洩漏為首的流體控制閥3的各種異常以及以堵塞為首的流量感測器2的各種異常等影響實際分流比的系統異常。
此外，通過使流體流入分流流道1中的內部容積Z來計算實際分流比，所述內部容積Z在各分流流道1中是恆定的。因此，這樣得到的實際分流比在沒有系統異常時再現性良好，成為恆定的比例，能夠提高診斷的合理性。
另外，本發明的所述實施方式不限於此。
例如圖7所示，作為流量比例控制系統100，具備檢測分流流道1的導入口的壓力的壓力感測器P，還可以進一步具備上升率取得部46，所述上升率取得部46在彼此不同的分流流道1的流體控制閥3關閉的狀態下，取得流體流入上述的分流流道1時得到的壓力感測器P的輸出值的上升率（斜率）。
在所述結構中，作為異常診斷部45，通過將上升率取得部46取得的實際上升率與基準上升率儲存部47中預先儲存的規定的基準上升率進行比較來診斷系統異常。
作為更具體的異常診斷部45的方式，可以列舉如下方式：在實際上升率高於基準上升率的情況下，診斷為流量感測器2存在堵塞，在實際上升率低於基準上升率的情況下，診斷為流體控制閥3發生洩漏。
而且，在實際上升率和基準上升率存在差異的情況下，閥控制部42可以控制至少一個流體控制閥3的開度，以使實際上升率和基準上升率一致。
按照這種結構，不必追加新的控制系統，就可以使實際上升率和基準上升率一致。這樣，在系統異常診斷時，通過使分流流道1的導入口的壓力沿基準上升率上升，可以使多次診斷中的壓力上升的條件一致。
此外，作為流量比例控制系統100，可以具備作為恢復部（未圖示）的功能，當異常診斷部45診斷為系統異常時，所述恢復部自動消除所述系統異常。
作為恢復部的具體方式，例如可以列舉如下方式：在診斷為流量感測器2發生堵塞的情況下，變更在由流量計算部41進行的流量計算中採用的轉換因數（Conversion factor），或變更在由閥控制部42對流體控制閥3的控制中採用的設定流量。
本實施方式中說明了流量感測器2為熱式的，但是也可以是壓力式的。
此外，在不違背本發明的發明思想的範圍內，可以進行各種實施方式的變形和實施方式的一部分因素的組合。
100:流量比例控制系統 1:分流流道 2:流量感測器 3:流體控制閥 4:控制裝置 41:流量計算部 42:閥控制部 43:分流比計算部 44:基準分流比儲存部 45:異常診斷部
圖1是表示本發明的一個實施方式的流量比例控制系統的結構的示意圖。
圖2是表示同實施方式中的流量感測器和流體控制閥的結構的示意圖。
圖3是表示同實施方式中的控制裝置的功能的功能框圖。
圖4是表示同實施方式中的異常診斷的動作方法的流程圖。
圖5是表示同實施方式中的系統異常時的流量的變化的圖。
圖6是表示同實施方式中的系統異常時的流量的變化的圖。
圖7是表示另一實施方式中的控制裝置的功能的功能框圖。
2:流量感測器
3:流體控制閥
4:控制裝置
41:流量計算部
42:閥控制部
43:分流比計算部
44:基準分流比儲存部
45:異常診斷部

Claims (10)

  1. 一種流量比例控制系統，包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各所述分流流道上的流量感測器；以及設置在各個分流流道中所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，所述流量比例控制系統的特徵在於，包括：分流比計算部，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；基準分流比儲存部，儲存成為所述實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部，通過將所述實際分流比和所述基準分流比進行比較來診斷系統異常。
  2. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中由所述分流比計算部計算的所述實際分流比，通過流體流入所述分流流道中的從所述流量感測器至所述流體控制閥的內部容積而得到。
  3. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中所述基準分流比是在系統的製造初期或系統的維修後在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例。
  4. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中所述異常診斷部在所述實際分流比中包含比所述基準分流比小的數值的情況下，判斷為與該數值對應的所述分流流道的所述流量感測器存在異常。
  5. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中所述異常診斷部在所述實際分流比中包含比所述基準分流比大的數值的情況下，判斷為與該數值對應的所述分流流道的所述流體控制閥存在異常。
  6. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中所述流量感測器是熱式的流量感測器。
  7. 如請求項1所述的流量比例控制系統，其中所述流體控制閥具有用於檢測閥體的相對於閥座的位置的位置感測器。
  8. 一種成膜系統，其特徵在於包括：如請求項1至7之任一項所述的流量比例控制系統；氣體面板，設置在所述流量比例控制系統的上游側，向該流量比例控制系統供給流體；以及成膜腔室，設置在所述流量比例控制系統的下游側，被供給由該流量比例控制系統控制了分流比的流體。
  9. 一種異常診斷方法，在流量比例控制系統中使用，所述流量比例控制系統包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各所述分流流道上的流量感測器；以及設置在各個分流流道中所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，所述異常診斷方法的特徵在於，包括：分流比計算步驟，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；以及異常診斷步驟，通過將所述實際分流比和成為所述實際分流比的基準的基準分流比進行比較來診斷系統異常。
  10. 一種異常診斷程式媒體，在流量比例控制系統中使用，所述流量比例控制系統包括：彼此並列設置的多條分流流道；設置在各所述分流流道上的流量感測器；以及設置在各個分流流道中所述流量感測器的下游的流體控制閥，所述流量比例控制系統以使流過各個分流流道的流體的流量的比例成為規定的分流比的方式控制所述流體控制閥，所述異常診斷程式媒體的特徵在於，儲存使電腦發揮下述功能的程式：分流比計算部，在彼此不同的所述分流流道的所述流體控制閥關閉的狀態下，計算使流體流過這些分流流道而得到的所述流量感測器的輸出值的比例作為實際分流比；基準分流比儲存部，儲存成為所述實際分流比的基準的基準分流比；以及異常診斷部，通過將所述實際分流比和所述基準分流比進行比較來診斷系統異常。
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