WO2005124492A1 - 流量制御装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

　検定用タンクを組み込んで装置自体で質量流量の検定動作を行うようにした質量流量制御装置を提供する。流体を流す流路６に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段８と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構１０とを介設し、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段１８を設けてなる質量流量制御装置において、前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部４２と、所定の容量を有する検定用タンク部４４と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段４６とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段４８を備えるように構成する。

Description

明細書

流量制御装置及びその調整方法

技術分野

本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の流量を計測する流量制御装置に係 リ、特に流量制御の精度の試験を行うことができる流量制御装置及びその調整 方法に関する。 背景技術

一般に、 半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、 半導体ゥェ ハ等に対して例えば C V D成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置 において繰り返し行われるが、 この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く 制御する必要から例えばマスフローコン卜ローラのような質量流量制御装置 が用いられている （例えば特開平 6— 1 1 9 0 5 9号公報、特開平 7— 0 7 8 2 9 6号公報、 特開平フー 1 3 4 0 5 2号公報、 特開平 7— 2 8 1 7 6 0号公 報、 特開平フー 3 0 6 0 8 4号公報， 特開平 1 1一 2 2 3 5 3 8号公報、 特開 2 0 0 4— 2 0 3 0 6号公報、 米国特許第 6 4 5 0 2 0 0号明細書、 特開平 8 - 1 8 5 2 2 9号公報、 特開平 1 1一 1 5 4 0 2 2号公報） 。

ここで一般的な質量流量制御装置の構成について、図， 7及び図 1 8を参照 して説明する。図 1 7はガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例 の概略構成図を示し、図 1 8は質量流量制御装置の流量検出手段を示す回路図 である。 図示するように、 この質量流量制御装置 2は、 液体や気体等の流体を流す流 体通路、 例えばガス管 4の途中に介設されて、 この質量流量を制御するように なっている。 尚、 このガス管 4の一端に接続される半導体製造装置内は例えば 真空引きされている。 この質量流量制御装置 2は、 例えばステンレススチール 等により成形された流路 6を有しており、この両端が上記ガス管 4に接続され る。この質量流量制御装置 2は流路 6の前段側に位置する質量流量検出手段 8 と後段側に位置する流量制御弁機構 1 0とを含む。 まず、 上記質量流量検出手段 8は、 上記流路 6のガス流体の流れ方向の上流 側に設けられて複数のバイパス管を束ねてなるバイパス群 1 2を有している。 上記バイパス群 1 2の両端側には、これを迂回するようにセンサ管 1 4が接続 されており、 これにバイパス群 1 2と比較して小量のガス流体を一定の比率で 流し得るようになつている。 すなわち、 このセンサ管 1 4には全ガス流量に対 して一定の比率の一部のガスを常に流すようになっている。このセンサ管 1 4 には直列に接続された制御用の一対の抵抗線 R 1 、 R 4が巻回されており、 こ れに接続されたセンサ回路 1 6により質量流量値を示す流量信号 S 1 を出力 するようになつている。 この流量信号 S 1は、例えばマイクロコンピュータ等を用いて構成される制 御手段 1 8へ導入されて、上記流量信号 S 1に基づいて現在流れているガスの 質量流量が求められると共に、その質量流量が外部よリ入力される流量設定信 号 S 0で表される質量流量に一致するように、上記流量制御弁機構 1 0を制御 することになる。 この流量制御弁機構 1 0は、 上記流路 6の下流側に設けられ た流量制御弁 2 0を有しており、この流量制御弁 2 0はガス流体の質量流量を 直接的に制御するための弁体として例えば金属板製の屈曲可能になされたダ ィャフラム 2 2を有している。 そして、 このダイヤフラム 2 2を弁口 2 4に向けて適宜屈曲変形させて移動 させることによって、上記弁口 2 4の弁開度を任意に制御し得るようになって いる。 そして、 このダイヤフラム 2 2の上面は、 例えば積層圧電素子 （ピエゾ 素子） を用いて構成されるァクチユエータ 2 6の下端部に接続されており、 こ れにより、 その弁開度が上記したように調整できるようになつている。 このァ クチユエータ 2 6は、上記制御手段 1 8からの駆動信号を受けてバルブ駆動回 路 2 8が出力するバルブ駆動電圧 S 2によリ動作する。また弁口 2 4の出口側 にはソニックノズル 2 9が設けられており、ガス流の入口側圧力がこの流量制 御弁 2 0を流れる質量流量に比例するように設定している。 尚、 上記ァクチュ エータ 2 6として積層圧電素子に替えて電磁式のァクチユエータを用いる場 合もある。 上記抵抗線 R 1 、 R 4とセンサ回路 1 6との関係は、図 1 8に示されている。 すなわち、 上記抵抗線 R 1 、 R 4の直列接続に対して、 2つの基準抵抗 R 2、 R 3の直列接続回路が並列に接続されて、いわゆるプリッジ回路を形成してい る。 そして、 このブリッジ回路に、 一定の電流を流すための定電流源 3 0が接 続されている。また、上記抵抗線 R 1 、 R 4同士の接続点と上記基準抵抗 R 2、 R 3同士の接続点とを入力側に接続して差動回路 3 2が設けられており、上記 両接続点の電位差を求めて、 この電位差を流量信号 S 1 として出力するように なっている。 ここで、 上記抵抗線 R 1 、 R 4は、 温度に応じてその抵抗値が変化する素材 よリなつておリ、 ガスの流れ方向の上流側に抵抗線 R 1が巻回され、 下流側に 抵抗線 R 4が巻回されている。 また、 基準抵抗 R 2、 R 3は略一定の温度に維 持されているものとする。

このように構成された質量流量制御装置 2において、センサ管 1 4にガス流 体が流れていない場合には、 両抵抗線 R 1 、 R 4の温度は同じになっているこ とから、 プリッジ回路は平衡して差動回路 3 2の検出値である電位差は、 例え ばゼロである。 ここで、 センサ管 1 4にガス流体が質量流量 Qで流れると仮定すると、 この ガス流体は上流側に位置する抵抗線 R 1の発熱によって温められてその状態 で下流側の抵抗線 R 4が巻回されている位置まで流れることになリ、この結果、 熱の移動が生じて抵抗線 R 1 、 R 4間に温度差、 すなわち両抵抗線 R 1 、 R 4 間の抵抗値に差が生じて、 この時発生する電位差はガスの質量流量に略比例す ることになる。従って、 この流量信号 S 1に所定のゲインをかけることによつ てその時に流れているガスの質量流量を求めることができる。 また、 この検出 されたガスの質量流量が、 流量設定信号 S O (実際は電圧値） で表される質量 流量と一致するように、例えば P I D制御法により上記流量制御弁 2 0の弁開 度が制御されることになる。 ところで、 この種の質量流量制御装置 2にあっては、 流量設定信号が示す質 量流量 （以下、 単に 「流量」 とも称す） に対して実際に流量制御弁 2 0に流れ る流量（以下、 「実流量」とも称す）が精度良く一致することが必要であるが、 供給ガス圧が変化した場合や、 装置自体が経年変化した場合などには、 装置の 納入当初と同じバルブ駆動電圧を印加しても流れるガスの実流量が僅かに異 なる場合が発生する。 本発明は、 以上のような問題点に着目し、 これを有効に解決すべく創案され たものである。 本発明の目的は、 装置自体で流量のずれの測定を行うようにし た流量制御装置およびその調整方法を提供することにある。 なお、 本発明は、 日本国特許出願 2 0 0 4 - 1 8 2 3 6 2号およひ 2 0 0 5 - 1 5 3 3 1 4号に関連する。 これらの出願の内容は、 参照のために本願の明 細書に組み込まれる。 発明の開示

本発明の一実施形態である質量流量制御装置は、 流体を流す流路に、 該流路 に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、 バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量 制御弁機構とを介設し、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに 基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御 装置において、 前記流路に、 該流路を開閉する検定用バルブ部と、 所定の容量 を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力す る圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と 前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制 御手段を備えるように構成したことを特徴とする質量流量制御装置である。 このように、 装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、 この検 定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク 部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、 この圧力変化を例えば基準 となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に 制御できるか否かの検定を行うことができる。 この場合、 前記検定用タンク部の近傍には、 温度検出を行う温度検出手段が 設けられていることが好ましい。

また、 前記検定制御手段は、 基準測定時の流体の圧力変化を記憶する基準用 データメモリと、検定時の流体の圧力変化を記憶する検定用データメモリとを 有することが好ましい。

また、 前記検定制御手段には警報手段が接続されており、 前記検定制御手段 は検定結果が所定の範囲外の時には前記警報手段を駆動させることが好まし い。 また、 前記検定制御手段は、 前記検定結果に基づいて前記質量流量検出手段 を校正することが好ましい。 また、 前記検定用タンク部は、 前記流路の途中に介設されていることが好ま しい。

また、 前記検定制御手段には、 検定結果を表示する表示手段が接続されてい ることが好ましい。

また、 前記流路の出口側には、 零点測定の時に該流路を開閉する零点測定用 バルブ部が介設されていることが好ましい。 また、 前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部は、 前記質量流量制御 手段を挟んで互いに反対側に設けられることが好ましい。

また、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくともいず れか一方は、 弁口となる流体入口部と流体出口部とを有する流体溜め室と、 前 記流体入口部に着座して該流体入口部を閉じるために屈曲変形可能になされ た全閉用ダイヤフラムと、前記全閉用ダイヤフラムを前記流体入口部に向けて 押圧するための押圧手段と、 を含むことが好ましい。

また、 前記全閉用ダイヤフラムは、 平面形状、 或いは略球殻の一部の形状に なされていることが好ましい。 また、 前記押圧手段は、 前記全閉用ダイヤフラムを挟んで前記流体溜め室と は反対側に設けられた作動空間と、前記作動空間内へ加圧気体を給排すること ができる弁機構と、 を含むことが好ましい。

また、 前記弁機構は三方弁を含むことが好ましい。

また、 前記零点測定用バルブ部は、 前記流量制御弁機構に対して対向する位 置に配置されていることが好ましい。

また、 前記検定制御手段は、 前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部 とを完全に閉じることによって前記流路に流れる流体を完全に遮断して零点 測定を行なうことが好ましい。 また、 前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、 前 記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よリも上流側に設けられること が好ましい。

また、 前記検定用バルブ部は前記流路の最上流側に設けられ、 前記零点測定 用バルブ部は前記流路の最下流側に設けられることが好ましい。

また、前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、 前 記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よリも下流側に設けられること が好ましい。 また、 前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段の内、 前記検定用バルブは最上流側に位置されていることが好ましい。 上述の質量流量制御装置の検定方法の一実施形態として、検定流量を設定す る工程と、 流路に検定用の流体を安定的に流す工程と、 前記流れる流体の圧力 と検定用タンク部の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とするェ 程と、 検定用バルブ部を閉じて流路を遮断する工程と、 前記検定用バルブ部を 閉じた後に前記検定用タンク部から流出する流体の圧力変化を測定する工程 と、前記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて 検定結果を求める工程と、 を有する質量流量制御装置の検定方法が好ましし、。 この場合、 前記検定結果を表示手段に表示することが好ましい。

また、前記検定結果が所定の許容範囲外の時には警報手段によリ警報を発す ることが好ましい。

また、前記検定結果に基づいて質量流量検出手段を自動的に校正することが 好ましい。

また、前記検定結果を求める工程における上部基準圧力と下部基準圧力は予 め定められていることが好ましい。 また、 前記検定流量を種々変更することが好ましい。

また、 前記検定流量を設定する工程の前に、 前記流路に流れる流体の流れを 完全に遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なうことが好ましい。 また、前記零点測定工程は前記検出用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の 内の少なく とも検定用バルブ部を全閉することが好ましい。 質量流量制御装置に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設けたことによ リ、 以下のような質量流量制御装置の検定が可能となる。 すなわち、 検定用バ ルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から 流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、 この圧力変化を例えば基準となる 基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御で きるか否かの検定を行うことができる。 また、 本発明は、 以下のような態様とすることもできる。 すなわち、 この流 量制御装置は、流体供給源よリも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流 路において流体の流量を制御する流量制御装置である。 そして、 この流量制御 装置は、 流路を開閉する第 1の開閉弁と、 流路を流れる流体の流量を制御する ための流量制御弁機構を備える流量制御部と、第 1の開閉弁に対して流量制御 弁機構と同じ側において流体の圧力を検出することができる圧力検出部と、流 量制御部が制御する流量の、 基準値からのずれを計算するズレ測定制御部と、 を備える。 そのような流量制御装置の調整を行う際には、流量制御弁機構の開度を固定 する。 そして、 第 1の開閉弁で流路を閉じる。 その後、 第 1の開閉弁に対して 流量制御弁機構と同じ側の第 1の所定の位置における流体の圧力変化を圧力 検出部で測定する。 そして、 測定した圧力変化に基づいて、 流量制御部が制御 する流量の基準値からのずれを計算する。 このような態様とすれば、 第 1の開閉弁において流体の流通を止めた後、 流 体に流量制御弁を通過させて、 その際の圧力変化に基づいて、 流量制御部によ つて制御される流量のずれの測定を行うことができる。 このため、 ラインに設 置したまま流量制御装置が制御する流量のずれを測定することができる。なお、 得られた基準値からのずれに基づいて流量制御部を調整することが好ましい。 なお、 流量制御弁機構の開度の固定からずれの計算までの各処理は、 流量制 御弁の開度を変えて繰り返し行うことが好ましい。 そして、 それらの処理で得 られた複数の開度における流量のずれに基づいて、流量制御部を調整すること が好ましい。 なお、 流量制御部が、 さらに、 第 1の開閉弁に対して流量制御弁機構と同じ 側において流路を流れる流体の流量を測定できる流量検出部を備え、 目標とす る目標流量と流量検出部で測定した流量とに基づいて流量制御弁機構の開度 を調節して、 流路を流れる流体の流量を制御する態様である場合には、 以下の ような処理を行うことが好ましい。 すなわち、 流量制御部を調整する際には、 基準値からのずれに基づいて、流量検出部による流量を表す出力値を調整する ことが好ましい。 このような態様とすれば、 調整後の流量制御部は、 目標流量と流量検出部の 流量の出力値とに基づいて、流路を流れる流体の流量を正確に制御することが できる。 また、 流量制御部を調整する際には、 以下のような処理を行うことが好まし し、。 すなわち、 第 1の開閉弁で流路を閉じ、 かつ、 流量検出部に対して第 1の 開閉弁とは逆の側において第 2の開閉弁で流路を閉じる。 そして、 第 1および 第 2の開閉弁で流路を閉じた状態において、流量検出部による流量を表す出力 値を読み取る。 その後、 流量検出部による流量ゼロを表す出力値を調整する。 このような態様とすれば、流量検出部の出力値を適正に調整することができる。 なお、 流量制御装置は、 さらに、 第 1の開閉弁と流量制御弁機構との間にお いて流路を流れる流体を溜めることができる貯留部を備えることが好ましい。 このような態様においては、 貯留部を備えない態様に比べて、 第 1の開閉弁を 閉じた後の圧力変化が緩やかなものとなる。 よって、 流量制御装置の調整の際 に、 正確な圧力変化の測定をよリ容易に行うことができる。 また、 流量の基準値からのずれを計算する際には、 以下の各測定値に基づい てずれを計算することが好ましい。 すなわち、 第 1の開閉弁で流路を閉じた時 刻を含む所定の時間区間内に含まれる第 1の時刻における、第 1の所定の位置 の流体の圧力である初期圧力 P Oと、その所定の時間区間内に含まれる第 2の 時刻における、第 1の開閉弁に対して第 1の所定の位置と同じ側にある第 2の 所定の位置の流体の絶対温度 T 1 と、 第 1の開閉弁で流路を閉じた後、 第 1の 所定の位置における流体の圧力が所定の第 1の基準圧力に達してから第 1の 基準圧力 P 1 とは異なる所定の第 2の基準圧力 P 2に達するまでの時間△ t と、 に基づいて、 基準値からのずれを計算することが好ましい。 このような態様とすれば、 調整時の流体の圧力および温度を考慮して、 物質 の単位時間当たりの流量のずれを計算することができる。 なお、流量の基準値からのずれを計算する際には、 P O Z ( T 1 X△ t )と、 基準値と関連する所定の定数と、 の比に基づいて、 基準値からのずれを計算す ることができる。 図面の簡単な説明 図 1は、本発明に係る質量流量制御装置の第 1実施例を示すブロック構成図 である。

図 2は、 第 1実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。 図 3は、質量流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチヤ一 トを示す図である。

図 4は、基準圧力変化特性測定用ルーチンの各ステップを示すフローチヤ一 卜である。

図 5は、 検定用ルーチンの各ステツプを示すフローチヤ一トである。

図 6は、基準圧力変化特性測定用ルーチンと検定用ルーチンにおける圧力信 号の変化の一例を示すグラフである。

図 7は、本発明に係る質量流量制御装置の第 2実施例を示すブロック構成図 である。

図 8は、 第 2実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。 図 9は、流量制御弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図であ る。

図 1 0は、 零点測定用バルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図である。 図 1 1は、 零点測定工程の流れを示すフローチャー トである。

図 1 2は、 ビス トンを有するビストン式ァクチユエータを示す図である。 図 1 3は、本発明に係る質量流量制御装置の第 3実施例を示すプロック構成 図である。

図 1 4は、第 3実施例の基準圧力変化特性測定用ルーチンの各ステップを示 すフローチヤ一トである。 図 1 5は、 第 3実施例における検定用ルーチンの各ステップを示すフローチ ャ一トである。

図 1 6は、弁開度が 1 0 0 %のときの基準圧力変化特性と検定圧力変化特性 をそれぞれ表す圧力検出手段 4 6の圧力信号 S 4の値の一例を示すグラフで ある。

図 1 7は、ガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例を示す概略 構成図である。

図 1 8は、 質量流量制御装置の流量検出手段を示す回路図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明に係る質量流量制御装置及びその検定方法の実施例を添付図 面に基づいて詳述する。 <第 1実施例 >

図 1は本発明に係る質量流量制御装置の第 1実施例を示すプロック構成図、 図 2は第 1実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。 尚、 図 1 7及び図 1 8において示した構成部分と同一構成部分については同一符号を 付してその説明を省略する。 図示するように、 この質量流量制御装置 4 0は、 液体や気体等の流体を流す 流体通路、例えばガス管 4の途中に介設されて、 この質量流量（以下、単に「流 量」 とも称す） を制御するようになっている。 尚、 このガス管 4の一端に接続 される半導体製造装置内は例えば真空引きされている。この質量流量制御装置 4 0は、 質量流量制御本体 4 O Aと、 本発明の特徴とする質量流量の検定を行 う検定本体 4 0 Bとを備える。 以下では、 質量流量制御本体 4 O Aを質量流量 制御部 4 0 Aと呼び、 検定本体 4 0 Bを検定実行部と呼ぶ場合がある。 この質 量流量制御装置 4 0は、例えばステンレススチール等によリ成形された流路 6 を有しており、 この流体入口 6 Aが上記ガス管 6の上流側に接続され、 流体出 口 6 Bがガス管 6の下流側に接続される。 上記質量流量制御部 4 0 Aは、ここでは図 1 7を参照して説明した従来装置 と同じ構造となっており、 例えば質量流量検出手段 8、 流量制御弁機構 1 0及 び例えばマイク口コンピュータ等を用いて構成される制御手段 1 8を備えて いる。 上記質量流量検出手段 8は、 バイパス管 1 2、 センサ管 1 4、 センサ回 路 1 6等を有しており、 ここで検出した流量信号 S 1 を上記制御手段 1 8に向 けて出力するようになっている。上記流量制御弁機構 1 0は、流量制御弁 2 0、 これを駆動するァクチユエータ 2 6、このァクチユエ一タ 2 6に向けてバルブ 駆動電圧 S 2を出力するバルブ駆動回路 2 8等を有している。 そして、 上記制 御手段 1 8は、 これへ例えばホストコンピュータ等の外部よリ入力される流量 設定信号 S 0で示される流量と上記流量信号 S 1で示される流量とがー致す るように上記流量制御弁 2 0の弁開度を例えば P I D制御法で制御し得るよ うになつている。 尚、 図示例では、 上記流量制御弁機構 1 0は上記質量流量検 出手段 8の下流側に設定されているが、 これを上記質量流量検出手段 8の上流 側に位置させるようにしてもよい。 一方、 図示例では上記検定実行部 4 0 Bは、 上記質量流量制御部 4 0 Aの上 流側に設置されている。 この質量流量制御部 4 0 Aは、 上記流路 6に、 この流 路 6を開閉する検定用バルブ部 4 2と、所定の容量を有する検定用タンク部 4 4と、流体である上記ガスの圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出 手段 4 6と、上記検定用バルブ部 4 2と上記検定用タンク部 4 4と上記圧力検 出手段 4 6とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する例えばマイク 口コンピュータ等を用いて構成される検定制御手段 4 8とを備えている。 具体的には、 上記検定用バルブ部 4 2は例えば空圧バルブよりなり、 検定実 行部 4 0 Bの中で流路 6の最上流側に設けられて、上記検定制御手段 4 8から の指令であるタンクバルブ開閉信号 S 3によリ開閉されてこの流路 6を必要 に応じて遮断できるようになっている。上記検定用バルブ部 4 2を構成する空 圧バルブとしては、例えば三方弁と全閉用ダイヤフラムとを内蔵したァクチュ エータレス小型バルブ機構を用いることができる。 このァクチユエ一タレス小型バルブ機構は、 作用空気入口 4 3 (図 2参照） よリ導入される作動空気によリ全閉用ダイヤフラムを屈曲させて弁口の全開 状態と完全にシールされた全閉状態とを選択的に実現するものであり、図 2中 においては、装置筐体 4 5に形成した取り付け凹部 4 7に着脱可能に設けられ ている。 このァクチユエ一タレス小型バルブ機構の構成については、 後述する 第 2実施例で用いる零点測定用バルブ部の説明の際に説明する。また上記圧力 検出手段 4 6は例えばキャパシタンスマノメータであり、上記流路 6内のガス の圧力を検出してこの検出値を圧力信号 S 4として上記検定制御手段 4 8に 向けて出力し得るようになつている。 また上記検定用タンク部 4 4は、例えばステンレススチール等で構成される タンク本体 5 0を含み、上記検定用バルブ部 4 2と圧力検出手段 4 6との間に 設けられている。 このタンク本体 5 0は所定の容量、 例えば 4 0 c m ³程度の 容量に設定されており、 この流路 6の途中に介設されてタンク本体 5 0の底部 にガスの入口 5 0 Aと出口 5 0 Bとが設けられ、流れるガスが必ずこのタンク 本体 5 0内を通過するようになっている。 また上記タンク本体 5 0の近傍、 す なわちここではタンク本体 5 0の天井部の上面には、温度検出手段 5 1 として 例えば白金温度センサが取り付けられており、 ここで検出した温度を示す信号 を上記検定制御手段 4 8へ入力できるようになつている。 また上記検定制御手段 4 8には、流量の検定動作を行う時のガス流の基準と なる圧力変化 （基準圧力変化） を記憶する基準用データメモリ 5 2 Aと、 流量 の検定動作を行う時に取得したガス流の圧力変化を記憶する検定用データメ モリ 5 2 Bとが接続されている。

更には、 この検定制御手段 4 8には、 検定結果等を表示するための例えば液 晶ディスプレイ等で構成される表示手段 5 4及び必要時に音声や光の点滅等 によって警報を発する警報手段 5 6がそれぞれ接続されている。

そして、 この検定制御手段 4 8は、 必要に応じて上記質量流量検出手段 8の センサ回路 1 6に向けて校正信号 S 1 0を出力し、校正結果に基づいてこのセ ンサ回路 1 6を適正に校正できるようになつている。またこの検定制御手段 4 8と上記質量流量制御部 4 0 Aの制御手段 1 8とは必要に応じて連動するよ うになつている。 次に以上のように構成された本発明の質量流量制御装置の動作について説 明する。

まず、 この質量流量制御装置 4 0の動作は、 実際に半導体製造装置等に向け て処理ガスを流量制御しつつ流す通常動作モードと、質量流量の検定に関する 動作を行う検定動作モードの 2種類がある。 そして、 検定動作モードには、 基 準となる圧力変化特性を得るための基準圧力変化特性測定用ルーチンと、実際 に検定動作を行う検定用ルーチンとがある。 まず、 通常動作モードについて簡単に説明する。 これには、 先に図 1 7及び 図 1 8を参照して説明した動作と同じであり、この場合には検定実行部 4 0 B 側の動作は休止状態となっている。 すなわち、 上記質量流量制御部 4 0 Aの制 御手段 1 8は、これへ例えばホストコンピュータ等の外部より入力される流量 設定信号 S 0で示される流量と上記流量信号 S 1 で示される流量とがー致す るように上記流量制御弁 2 0の弁開度を例えば P I D制御法で制御し続ける ことになる。 これにより下流側の半導体製造装置等には、 必要とする質量流量 の処理ガスが供給されることになる。 次に検定動作モードについて説明する。

この検定動作モードの内、 基準圧力変化特性測定用ルーチンは、 この装置を 工場から出荷する時や、この装置を出荷先のクリーンルーム等に設置した時等 に主に行って基準となる圧力変化特性を得るようにしている。また検定用ルー チンは、 出荷先のクリーンルーム等において定期的、 或いは不定期的に行われ て制御流量の精度が高く維持されているか否かの検査が行われる。図 3は質量 流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチヤ一トを示す図、図 4は基準圧力変化特性測定用ルーチンの各ステップを示すフローチヤ一卜、図 5は検定用ルーチンの各ステップを示すフローチヤ一ト、図 6は基準圧力変化 特性測定用ルーチンと検定用ルーチンにおける圧力信号の変化の一例を示す グラフである。 検定用ルーチンは、 検定流量を設定する工程と、 流路 6に検定用の流体 （ガ ス） を安定的に流す工程と、 上記流れる流体の圧力と検定用タンク部 4 4の温 度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、検定用バルブ部 4 2を閉じて流路 6を遮断する工程と、上記検定用バルブ部 4 2を閉じた後に上 記検定用タンク部 4 4から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、上記測 定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果 を求める工程と、 により主に構成されるが、 まず、 上記基準圧力変化特性を求 める基準圧力変化特性測定用ルーチンについて説明する。 <基準圧力変化特性測定用ルーチン >

この基準圧力変化特性測定用ルーチンの主たる工程は、 圧力変化同: i を比較 する工程を除いて検定用ルーチンの動作と略同じである。 ここでは流体として 例えば N₂ガスを用いる。 図 1、 図 3及び図 4に示すように、 まずこの基準圧力 変化特性測定用ルーチンを開始すると、検定用バルブ部 42を開状態とする（ス テツプ S 1 ) 。 そして、 時刻 t 1 (図 3 (A) 参照） において流量設定信号 S 0を、質量流量制御装置 40が制御可能な最大の流量を表す％、例えば 1 00% でフルスケール （5 V ： ボル卜） になるように設定する （ステップ S 2) 。 前 述のとおリ、 通常動作モードにおいては、 流量設定信号 S Oは、 ホストコンビ ユータ等の外部より制御手段 1 8に入力される。 これに対して、 この検定動作 モードにおいては、 上記流量設定信号 S Oは、 ホストコンピュータではなく、 検定制御手段 48から制御手段 1 8に向けて出力される。 従って、 制御手段 1 8は、 この検定制御手段 48より入力される流量設定信号 S 0を、 外部より入 力される流量設定信号 S 0と同様に扱って通常の流量制御動作を行う。 また一 般的には、 この流量設定信号 S Oは、 0 V〜5 Vの範囲で変化させることがで き、 5 Vの時が 1 00%のフルスケール （最大流量） となるように予め設定さ れている。 このように、 流量設定信号 S 0として 5 Vが設定されると、 制御手段 1 8は バルブ駆動回路 28を介してバルブ駆動電圧 S 2 (図 3 (C)参照） を出力し、 上記流量設定信号 S 0に見合つた弁開度となるように流量制御弁 20を制御す る。 これにより、 N₂ガスは下流側に流れ始めるので、 その時の質量流量が質量 流量検出手段 8に検出され、その検出された質量流量が流量信号 S 1 (図 3 (D) 参照） として上記制御手段 1 8に入力される。 そして、 この流量信号 S 1 と流 量設定信号 S Oとが一致するように弁開度が前述のように P I D制御法で制御 される。 この時、 圧力検出手段 46でもガス流の圧力が検出されており、 この 圧力信号 S 4 (図 3 (E) 参照） が検定制御手段 48へ入力されている。 このようにしてガス流の流量を安定化させるために、 所定の時間、 例えば 6 秒程度経過したら （ステップ S 3) 、 時刻 t 2でその時のバルブ駆動電圧 S 2 をその時の電圧値に固定することによリ弁開度を固定する （ステップ S 4) 。 そして、 このようにバルブ駆動電圧 S 2を固定して数秒経過したら、 その時の 圧力検出手段 46からのガス流の圧力と温度検出手段 5 1からのタンク温度と を記憶し、 それぞれ初期圧力 MP O及び初期温度 MTO°Cとする （ステップ S 5) 。 このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したら、 直ちに時刻 t 3に おいてタンクバルブ開閉信号 S 3をバルブが閉となるように出力し （図 3 (B) 参照） 、 検定用バルブ部 42を閉状態に切り替える （ステップ S 6) 。 これに より、流路 6が遮断されてガス供給源からの N₂ガスの供給が断たれるが、検定 用タンク部 44のタンク本体 50内には N ₂ガスが十分に充填されて所定の圧 力になっているので、このタンク本体 50に充填されていた N₂ガスが下流側に 流れ出し、 この結果、 図 3 (D) 及び図 3 (E) に示すように流量信号 S 1及 び圧力信号 S 4が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くことに なる。 尚、 この際、 ガス管 4の下流側は継続して真空引きされており、 また流 量制御弁 20の弁開度は、 ステップ S 2で設定された検定流量、 すなわち、 こ こでは 1 00%の流量に相当する弁開度を維持している。 なお、 以下では、 「 （ある圧力のもとで） X%の流量に相当する弁開度」 や Γ (ある圧力のもとで） X%の流量を実現する弁開度」 のことを 「X%の弁開 度」 とも表記する。 また、 「流量制御弁の目標流量を Υ%変化 （または減少） させる」 ことを 「弁開度を丫％変化 （または減少） させる J とも表記する。 そして、 この時のガス流の圧力の変化は、 例えば 1 m s e c毎に時々刻々測 定されており （ステップ S 7) 、 この時の圧力変化特性が得られる。 このガス 圧力の測定は、 このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行い、 下限値になったら、 ガスの流れを停止する （ステップ S 8) 。 この時刻を t 4 とする。 そして、 上記操作で得られた圧力変化データを基準圧力変化特性とし て基準用データメモリ 5 2 Aに記憶しておく （ステップ S 9 ) 。 このようにし て、設定流量として弁開度 1 0 0 %の基準圧力変化特性が得られることになる。 このような基準圧力変化特性は、 複数種類の弁開度について取得することが 好ましく、 例えば弁開度 （流量） を 1 0 %ずつ変化させてその都度、 基準圧力 変化特性を取得することが好ましい。 そこで、 例えば弁開度 （流量） 1 0 <½が 下限と仮定すると、 検定流量の設定が下限でない場合には （ステップ S 1 0の N O ) 、 検定流量の設定を所定の量、 例えば 1 0 %減少させ、 ここでは例えば 検定流量を 9 0 %に設定する （ステップ S 1 1 ) 。 そして、 上記したステップ S 3〜S 9を弁開度が下限になるまで繰り返し行う。 このようにして、 弁開度 (検定流量） が 1 0 «½ずつ異なる基準圧力変化特性が得られてこのデータが基 準用データメモリ 5 2 Aに全て記憶されることになリ、 これにより、 基準圧力 変化特性測定用ルーチンを終了する。

<検定用ルーチン >

次に、定期的、或いは不定期的に行われる検定用ルーチンについて説明する。 この検定用ルーチンは、 この質量流量制御装置 4 0をクリーンルームの半導体 製造装置等のガス供給ラインに組み込んだまま行われる。 また、 ここでも流体 としては N ₂ガスを用いる。 図 5に示すフローチヤ一卜において、 ステップ S 2 1〜S 3 1までは、 取得 した圧力変化データの名称を変えている点を除いて、 それぞれ図 4に示すフロ —チャートのステップ S 1 ~ S 1 1までと同様である。 よって、 以下では、 説 明を簡略にするために、 基準圧力変化特性測定用ルーチンの説明において参照 した図 3のタイミングチヤ一トを、 検定用ルーチンの処理の説明においても参 照する。 ただし、 このことは、 各信号の値が基準圧力変化特性測定用ルーチン と検定用ルーチンとにおいてまったく同一となることを意味するものではなし、。 図 1、 図 3及び図 5に示すように、 まずこの検定用ルーチンを開始すると、 検 定用バルブ部 42を開状態とする （ステップ S 2 1 ) 。 そして、 時刻 t 1 (図 3 ( A) 参照） において流量設定信号 S 0を最大の％、 例えば 1 00%でフル スケール （5 V ： ボル卜） になるように設定する （ステップ S 22) 。 この検 定動作モードにおいては、 上記流量設定信号 S Oは、 ホストコンピュータでは なく、 検定制御手段 48から制御手段 1 8に向けて出力される。 従って、 制御 手段 1 8は、 この検定制御手段 48より入力される流量設定信号 S 0を、 外部 よリ入力される流量設定信号 S 0と同様に扱って通常の流量制御動作を行う。 また前述したように一般的には、 この流量設定信号 S Oは、 0V〜5 Vの範囲 で変化させることができ、 5 Vの時が 1 00%のフルスケール （最大流量） と なるように予め設定されている。 このように、 流量設定信号 S Oとして 5 Vが設定されると、 制御手段 1 8は バルブ駆動回路 28を介してバルブ駆動電圧 S 2 (図 3 (C) 参照） を出力し、 上記流量設定信号 S 0に見合った弁開度となるように流量制御弁 20を制御す る。 これにより、 N₂ガスは下流側に流れ始めるので、 その時の質量流量が質量 流量検出手段 8に検出され、その検出された質量流量が流量信号 S 1 (図 3 (D) 参照） として上記制御手段 1 8に入力される。 そして、 この流量信号 S 1 と流 量設定信号 S Oとが一致するように弁開度が前述のように P I D制御法で制御 される。 この時、 圧力検出手段 46でもガス流の圧力が検出されており、 この 圧力信号 S 4 (図 3 (E) 参照） が検定制御手段 48へ入力されている。 このようにしてガス流の流量を安定化させるために、 所定の時間、 例えば 6 秒程度経過したら （ステップ S 23) 、 時刻 t 2でその時のバルブ駆動電圧 S 2をその時の電圧値に固定することによリ弁開度を固定する（ステップ S 24)。 そして、 このようにバルブ駆動電圧 S 2を固定して数秒経過したら、 その時の 圧力検出手段 46からのガス流の圧力と温度検出手段 5 1からのタンク温度と を記憶し、それぞれ初期圧力 PO及び初期温度 TO°Cとする（ステップ S 25)。 このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したら、 直ちに時刻 t 3に おいてタンクバルブ開閉信号 S 3をバルブが閉となるように出力し （図 3 (B) 参照） 、 検定用バルブ部 42を閉状態に切り替える （ステップ S 26) 。 これ により、 流路 6が遮断されてガス供給源からの N₂ガスの供給が断たれるが、検 定用タンク部 44のタンク本体 50内には N₂ガスが十分に充填されて所定の 圧力になっているので、このタンク本体 50に充填されていた N₂ガスが下流側 に流れ出し、 この結果、 図 3 (D) 及び図 3 (E) に示すように流量信号 S 1 及び圧力信号 S 4が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くこと になる。 尚、 この際、 ガス管 4の下流側は継続して真空引きされており、 また 流量制御弁 20の弁開度は、 ステップ S 22で設定された検定流量、 ここでは 1 00%を維持している。 そして、 この時のガス流の圧力の変化は、 例えば 1 m s e c毎に時々刻々測 定されており （ステップ S 27) 、 この時の圧力変化特性が得られる。 このガ ス圧力の測定は、 このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行 し、、 下限値になったら、 ガスの流れを停止する （ステップ S 28) 。 この時刻 を t 4とする。 そして、 上記操作で得られた圧力変化データを検定圧力変化特 性として検定用データメモリ 52 Bに記憶しておく （ステップ S 29) 。 この ようにして、 設定流量として弁開度 1 00%の検定圧力変化特性が得られるこ とになる。 このような検定圧力変化特性は、 基準圧力変化特性の場合とそれぞれ同じ流 量を与えるように、 複数種類の弁開度について取得することが好ましく、 例え ぱ弁開度を 1 0%ずつ変化させてその都度、 検定圧力変化特性を取得すること が好ましい。 そこで、 例えば弁開度 1 0%が下限と仮定すると、 検定流量の設 定が下限でない場合には （ステップ S 30の NO) 、 検定流量の設定を所定の 量、 例えば 1 0%減少させ、 ここでは例えば 90%に設定する （ステップ S 3 1 ) 。 そして、 上記したステップ S 23 ~S 29を弁開度が下限になるまで繰 リ返し行う。 このようにして、 弁開度が 1 0%ずつ異なる検定圧力変化特性が 得られてこのデータが検定用データメモリ 52 Bに全て記憶されることになる。 このように検定圧力変化特性が得られたら、 弁開度毎 （検定流量の設定値毎） に基準圧力変化特性と比較し、 検定処理を行う （ステップ S 32) 。

ここで図 6も参照して検定結果である検定精度についての求め方について説 明する。 図 6は弁開度が 1 00%の時の基準圧力変化特性測定用ルーチンと検 定用ル一チンにおける圧力信号 S 4の変化の一例を示すグラフである。 特性曲 線 X 0が弁開度 1 00%の時の基準圧力変化を示し、 特性曲線 X 1が弁開度 1 00%の時の検定圧力変化特性を示し、 前述のように両特性曲線は、 それぞれ 基準用データメモリ 52 A及び検定用データメモリ 52 Bに記憶されている。 上限基準圧力 P 1から下限基準圧力 P 2までの予め定められた圧力範囲に関 して、 ΜΔ t及び△ tを次のように定める。 すなわち、 基準圧力変化特性測定 用ルーチンで得られた圧力が、 上限基準圧力 P 1に達してから下限基準圧力 P 2に達するまでの時間を ΜΔ t とする。 また、 検定用ルーチンで得られた圧力 力 上限基準圧力 P 1に達してから下限基準圧力 P 2に達するまでの時間を△ t とする。 このとき、 検定精度 Hは下記の数式で表される。

Η=ΜΔ t /Δ t x PO/MPO x (27 3+ΜΤΟ) Ζ (273 + ΤΟ) 1 00 (%) ■ ■ ■ ( 1 )

ΜΤΟ ：基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける初期温度

TO ：検定用ルーチンにおける初期温度 MPO ：基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける初期圧力

PO ： 検定用ルーチンにおける初期圧力 この式 （ 1 ) は以下のようにして得られる。 すなわち、 nモルの理想気体に 対する状態方程式は、 PV= n RTである。 ここで、 各符号は以下の物理量を 表す。

P ： 理想気体の圧力

V ： 理想気体の体積

R ： 気体定数

T ：絶対温度 （K) 圧力が基準圧力 P 1から基準圧力 P 2に変化する間、 体積がほぼ一定である とすると、 その間に流出する物質の量△ nは、 Δ η = (Ρ 2 - Ρ 1 ) VZRT である。 ここで、 圧力が基準圧力 Ρ 1から基準圧力 Ρ 2に変化するまでに、 △ tだけ時間が経過したとすると、単位時間当たりの物質の移動量 Vは、 v = (P 2 - P 1 ) \1ノ (R Τ Δ t ) である。 よって、 基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける単位時間当たりの物質の 移動量 V 0と、検定用ルーチンにおける単位時間当たりの物質の移動量 V 1 と、 の比は、 以下のようになる。

( V 1 / V 0) =ΜΔ t (273+MTO) / 1 t (273 + TO) ■ ■ ■

ここで、 ある流量を実現するための弁の開度 G vは、 流体の圧力に反比例す る。 本実施例において、 基準圧力変化特性測定用ルーチンにおける初期圧力 M POと、 検定用ルーチンにおける初期圧力 POとが異なっていた場合、 同じ目 標流量を実現するための弁の開度が異なる。 この点を考慮すると、 上記 （2) 式は、 以下の式 （3) となる。 この式 （3) は、 検定精度 Hに関する上記式 （ 1 ) と等価である。 ( V 1 / V 0 ) ' =Μ Δ t (273 +ΜΤΟ) Ρ Ο/Δ t (273 + TO)

M P O · ■ ■ ( 3 ) ここで MA t = 1 7640ms e c、 A t = 1 1 420ms e c, M P O = 0. 40032 1 OMP a (メガパスカル） 、 PO=0. 2589058MP a、 MTO= 25. 4°C、 T 0= 24. 7 °Cとそれぞれ仮定すると、 上記数式 よリ検定精度 Hは次のようになる。

H = 1 00. 1 35%

すなわち、 この値は、 出荷当時と同様にガス流量を制御すると、 僅かではあ るが、 +0. 1 35%の流量誤差が生ずることを意味する。 そして、 上記したような検定処理を各弁開度毎に行って、 弁開度毎の検定精 度 Hを求めることになる （ステップ S 32) 。

このように検定結果が得られたら、 これを記憶すると同時に、 この検定結果 を出力して例えば表示手段 54に表示するなどしてオペレータにその内容を知 らせる （ステップ S 33) 。 これと同時に必要があれば、 この検定結果に基づ いて質量流量検出手段 8を自動的に校正して正しい流量信号 S 1 を出力するよ うに設定する （ステップ S 34) 。 流量設定信号 S 0と流量信号 S 1 とに基づ いて制御手段 1 8が流量制御弁 20をフィ一ドバック制御をしているにもかか わらず、 流量がずれるのは、 流量信号 S 1が現実の流量を正しく反映していな いと考えられるためである。 なお、 この校正処理は、 例えばセンサ回路 1 6の 増幅器である差動回路 32 (図 1 8参照） のゲインを調整することにより行う ことができる。 また必要ならば、 上記検定精度を予め設定された所定の許容範囲と比較し、 検定精度がこの許容範囲以上に大きい時には警報手段 5 6を駆動するなどして オペレータに注意を喚起させるようにしてもよい。 そして上記のように自動校 正が終了したら、 検定用ルーチンを終了することになる。

このように、装置自体に検定用バルブ部 4 2と検定用タンク部 4 4等を設け、 この検定用バルブ部 4 2を閉じて流体の供給を停止した以降において、 上記検 定用タンク部 4 4から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、 この圧力変 化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、 流れる流体の質 量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。 また質量流量制御装置 4 0を半導体製造装置のガス供給系等に組み込んだま ま上記検定動作を行うことができるので、 検定動作を極めて短時間で行うこと ができ、 その分、 半導体製造装置等の稼働率を向上させることができる。

尚、 上記実施例において、 弁開度 （検定温度の設定値） を 1 0 <½ずつ変化さ せて検定動作を行ったが、 この数値例に限定されるものではない。 また、 検出 手段 4 6と検定用タンク部 4 4の流路 6に対する配列順序を上流側と下流側と で逆に設置するようにしてもよい。 更に、 ここではタンク本体 5 0に対して流 路 6の入口 5 0 Aと出口 5 0 Bとを別々に設けたが、 これに限定されず、 流路 6に対して 1本の分岐管を形成し、 この分岐管にタンク本体 5 0を T字状に接 続するようにしてもよい。 また本実施例で説明したような各種処理は、 デジタル処理で行ってもよく、 アナログ処理で行ってもよい。 特にデジタル処理で行う場合には、 各種のデー タを取り込むサンプリング周波数によってはデータが離散的になる場合が生ず るが、 この場合には、 データを最下位の桁側から丸め込むことにより、 例えば 図 6に示すグラフにおいて圧力データ等の一致点を見い出すことができる。 尚、 第 1実施例において、 零点調整を行なう場合には、 上記検定用バルブ部 4 2を弁閉状態にして流路 6内のガスの流れを停止して安定化した状態におい て流量信号 S 1 を求め、 この値に基づいて零点調整を行なう。 <第 2実施例 >

次に本発明に係る質量流量制御装置の第 2実施例について説明する。

この第 2実施例においては、 精度の高い零点調整を行なうことができる機能 を付与したものであり、 これと同時に装置自体の小型コンパク トを図るように したものである。 この種の質量流量制御装置では、 経時変化によリ流量検出の零点が僅かずつ ではあるがずれることは避けられないので、 定期的、 或いは不定期的に零点調 整が行われるが、 零点調整時にはその精度を高めるために装置内部の流体 （ガ ス、 液体を含む） の流れを完全に停止させることが望ましい。 この場合、 ダイ ャフラムを用いた流量制御弁 2 0に関しては、 これを閉弁状態にしてもその特 性上、 流体の流れを完全には遮断することは困難であり、 非常に僅かではある 力 極々微小量なリークが生ずる。 この微小量のリークは、 半導体製造プロセ スにおける設計ルールがそれ程厳しくない場合には、 特に問題はなかったが、 更なる微細化、 薄膜化、 及び高集積化の要請によって設計ルールがより厳しく なると、 上記極々微小量なリークが無視し得なくなった。 この第 2実施例においては、 極々微小量なリークを完全になくすために、 小 型コンパク 卜な零点測定用バルブ部を設けるようにしている。 この点について、 以下に詳述する。

図 7は本発明に係る質量流量制御装置の第 2実施例を示すブロック構成図、 図 8は第 2実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図、 図 9は流量制御 弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図、 図 1 0は零点測定用バ ルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図、 図 1 1は零点測定工程の流れを示 すフローチヤ一トである。

尚、 図 1及び図 2に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付し てその説明を省略する。 ここでは零点測定用バルブ部としては、 先の検定用バ ルブ部 4 2においても用いたァクチユエータレス小型バルブ機構を用いる場合 について説明する。 図 7及び図 8にも示すように、 この零点測定用バルブ部 6 0は、 流路 6の最 下流側に設けられ、 流体出口 6 Bの直前に位置される。 具体的には、 質量流量 制御装置の装置筐体 4 5の下面側 （図 8中において） に取り付け凹部 6 2を設 け、 この取り付け凹部 6 2内に上記零点測定用バルブ部 6 0を液密、 或いは気 密に取り付けるようになつている。 この取り付け凹部 6 2は、 上記流量制御弁 機構 1 0のダイヤフラム 2 2に対して対向する位置に配置されている。 図 9に示すように、 上記取り付け凹部 6 2の奥には、 装置筐体 4 5を更に奥 深く削リ取ることにより流体溜め室 6 4が形成されている。 この流体溜め室 6 4の天井の中央部は、 図 9において下方向へ少し突状に形成されており、 この 部分に上記流量制御弁機構 1 0側の弁口 2 4と連通するようにして連通路 6 6 が形成されて、 弁口 2 4を流れたガスがこの流体溜め室 6 4内へ流入できるよ うになつている。 従って、 上記流体溜め室 6 4に関して、 この連通路 6 6の下 端開口部が弁口となる流体入口部 6 8として機能することになる。 また、 この 流体溜め室 6 4には、 ガスが流れ出る流体出口部 7 0が設けられており、 この 流体出口部フ 0は、 流路 7 2を介して流体出口 6 B側へ連通されている。 そして、 上記弁口となる流体入口部 6 8の周囲には、 例えば Oリング等のリ ング状の弾性シール部材 7 4が下方へ部分的に突出させて設けられており、 後 述するように弁閉状態の時に、 この弁口となる流体入口部 6 8を完全に液密に、 或いは気密に閉じてガスの流れを完全に遮断できるようになつている。 上記流 体溜め室 6 4の下方を区画するようにして、 屈曲変形可能になされた金属製の 全閉用ダイヤフラム 7 6が設けられている。 この全閉用ダイヤフラム 7 6は、 その中心部に下方向へ凸状に曲面状に成形された曲面部 7 6 Aを有しており、 その周辺部が、 この取り付け凹部 6 2に密接状態で嵌装させた固定部材 7 8に より押し付けられて固定されている。 この固定部材 7 8は、 図示しないネジ等 によリ締め付け固定される。 ここで上記曲面部 7 6 Aは、 球面の一部を有するドーム形状、 具体的には半 球状のドーム形状よりも高さが低い、 球面の一部を有するドーム形状に形成さ れている。 尚、 この全閉用ダイヤフラム 7 6に曲面部 7 6 Aを設けないで、 平 面形状となるように形成してもよい。 そして、 上記固定部材 7 8には、 上記全 閉用ダイヤフラム 7 6を上記流体入口部 6 8に向けて押圧して弁口として機能 するこの流体入口部 6 8を閉じるための押圧手段 8 0が設けられている。 この 押圧手段 8 0は、 上記固定部材 7 8の上面を凹部状に成形することによって、 上記全閉用ダイヤフラム 7 6を挟んで流体溜め室 6 4とは反対側 （図 9中では 下方側） に設けられた作動空間 8 2と、 この作動空間 8 2内へ加圧気体、 例え ば加圧空気を給排することができる弁機構 8 4とによリ構成されている。 この 弁機構 8 4を駆動することにより、 上記作動空間 8 2内へ必要に応じて加圧気 体を給排できるようになつており、 加圧気体を供給した時に上記曲面部 7 6 A を有す全 用ダイヤフラム 7 6を屈曲変形させて流体入口部 6 8を全閉できる ようなつている。 従って、 作動空間 8 2に加圧気体を供給していない通常時には上記流体入口 部 6 8は全開状態となっており、 ノーマリオープン形の開閉弁となっている。 上記弁機構 8 4は、 例えば電磁式の三方弁であり、 この電磁三方弁を上記固定 部材 7 8に内蔵させることによって、 全体の小型化及びコンパク ト化を図るよ うになつている。 この場合、 上記固定部材 7 8の周囲と取り付け凹部 6 2の内 面との間には、 Oリング等のシール部材 8 6が介設されており、 上記作動空間 8 2内の加圧空気が外部へ洩れないようにしている。 このように弁機構 8 4と して電磁式三方弁を用いることによって、 この三方弁の 1方に常時加わる加圧 空気を、 作動空間 8 2内へ必要に応じて給排させることができる。 上記加圧空 気は作動空気入口 8 5から導入される。 そして、 このように弁機構 8 4として 電磁式三方弁を用いることによって、 零点測定用バルブ部 6 0として小型コン パク トなァクチユエ一タレス小型バルブ機構とすることができる。 尚、 この零 点測定用バルブ部 6 0は、 検定制御手段 4 8によリその動作が制御される。 次に、 このように構成した零点測定用バルブ部 6 0を用いて行われる流量セ ンサの零点測定工程について説明する。

この零点測定工程は、 定期的、 或いは不定期的に行われるが、 特に、 図 4に 示す基準圧力変化特性測定用ルーチンを実行する直前や、 図 5に示す検定用ル —チンを実行する直前に行なうのが好ましい。

図 1 1に示すように、 この零点測定工程を行なうには、 まず、 ここでは流路 6の最上流に位置する検定用バルブ部 4 2と流路 6の最下流に位置する上記零 点測定用バルブ部 6 0とを共に閉じることによって弁閉状態とし、 流路 6内に 流れるガスの流れを完全に遮断してこれを停止させる （S 0 1 ) 。 すなわち、 センサ管 1 4内のガスの流れを完全に停止させる。 この際、 流量制御弁機構 1 0の流量制御弁 2 0は開状態に維持しておく （S O 2 ) 。 このような状態にして、 所定時間が経過して流路 6内、 特にセンサ管 1 4内 のガスの流れが完全に停止して安定状態になったら （S O 3 ) 、 その時のセン サ回路 1 6の流量信号 S 1 を検出し、 この時の検出値をゼロ点のズレ量として 制御手段 1 8の図示しないメモリに記憶する （S O 4 ) 。 換言すれば、 この記 憶したズレ量により検定制御手段 4 8や制御手段 1 8内の測定系（流量センサ） からの所定の出力値を電気的に" 流量ゼロ" を表すものとして設定 （オフセッ ト調整） することになる。 この場合、 上述したように、 零点測定用バルブ部 6 0は、 ガス （流体） の洩れを完全に遮断することができるので、 精度の高い零 点測定を行なうことができる。 尚、 この時点では、 まだ零点調整は行わないで 上記したズレ量を記憶したままにしておき、 最終的に検定用ルーチンで自動的 に、或いはオペレータの指示によリ、零点調整を行なうようにする。すなわち、 図 5に示す検定用ルーチンの S 3 4にて、 上記零点ズレ量と検定用ルーチンで 求めた流量ズレ量とを自動的に校正することによリ、 零点調整を行なうと共に 流量ずれ調整を行なう。 この場合、 自動校正を行わないで測定結果の各ズレ量 を表示するようにし、 必要な場合にはオペレータがこれを見て指示することに よリ校正を行なうようにしてもよい。 図 1 1へ戻って、 S 0 4にて流量信号 S 1の値を記憶したら、 流量制御弁 2 0を通常の制御状態へ移行させ （S O 5 ) 、 そして、 検定用バルブ部 4 2及び 零点測定用バルブ部 6 0を共に開状態にする （S O 6 ) 。 そして、 次に、 基準 圧力変化特性測定用ルーチンの場合は図 4の S 2へ移行し （S 1は除く） 、 検 '定用ルーチンの場合は図 5の S 2 2へ移行 （S 2 1は除く） する （S O 7 ) 。 上述の場合、 図 1 0に示すように、 全閉用ダイヤフラム 7 6の球面の一部を 有するドーム形状の曲面部 7 6 Aの端面の円の直径を D、 球面の半径 R、 加圧 空気の圧力を P 1、 流体溜め室 6 4内の圧力を P 2とすると、 実験の結果、 以 下に示すような関係式を満足する範囲が、 洩れのない全閉状態を維持できるこ とが確認できた。

2 < R / D < 1 0 ( P 1 - P 2≥ 0 . 1 M P aの時） また、 上記曲面部 7 6 Aの形状は、 球面の一部の形状、 例えば半球のドーム 状に形成とすることができるが、 これに限定されず、 楕円断面を有するドーム 形状の一部の形状など、 ガスの流れを完全に停止させる全閉状態を実現できる ならば、 どのような曲面でもよいし、 また前述したように全閉用ダイヤフラム 7 6を平面形状にしてもよい。 また、 弁機構 8 4として電磁式の三方弁を用いてこれを内蔵したァクチユエ ータレス小型バルブ機構を零点測定用バルブ部 6 0として用いているので、 小 型コンパク ト化及び省スペース化を実現することができる。

また装置の設計寸法にもよるが、 流量制御弁機構 1 0に対向させて零点測定 用バルブ部 6 0を配置するようにしたので、 ダイヤフラム 2 2で開閉される弁 口 2 4と流体溜め室 6 4の流体入口部 6 8とを連通する連通路 6 6の容積が小 さい。 このため、 ガスを流した時に装置が制御することができないデッ ドボリ ユームを非常に少なくすることができる。 また前述のように、 このようなァクチユエ一タレス小型バルブ機構は、 図 2 に示す検定用バルブ部 4 2に対しても適用することができる。

また上記第 2実施例では、 零点測定用バルブ部 6 0の押圧手段 8 0として、 電磁式三方弁を内蔵したァクチユエ一 レス小型バルブ機構を用いたが、 これ に替えて、 図 1 2に示す変形例のように、 全閉用ダイヤフラム 7 6と接触して これを押圧するビス トン 9 0を有するビストン式ァクチユエ一夕を用いてもよ い。

尚、 上記零点測定用バルブ部 6 0は、 バイパス管 1 2及びセンサ管 1 4を挟 んで上記検定用バルブ部 4 2の反対側に設けられることになる。 従って、 例え ば検定用バルブ部 4 2をバイパス管 1 2よりも下流側に設けた場合には、 上記 零点測定用バルブ部 6 0は、バイパス管 1 2よりも上流側に設けることになる。 ぐ第 3実施例 >

図 1 3は、 本発明に係る質量流量制御装置の第 3実施例を示すブロック構成 図である。 第 3実施例の質量流量制御装置 4 0 1は、 流路 6において、 検定実 行部 4 0 1 Bが質量流量制御部 4 0 1 Aの下流にある点で第 1実施例の質量流 量制御装置 4 0とは異なる。 また、 第 3実施例の質量流量制御装置 4 0 1の検 定実行部 4 0 1 Bは、 検定用バルブ部 4 2が検定用タンク部 4 4と圧力検出手 段 4 6の下流に設けられている点で、 第 1実施例の質量流量制御装置 4 0の検 定実行部 4 0 Bとは異なる。 第 3実施例の質量流量制御装置 4 0 1の構成の他 の点は、 第 1実施例の質量流量制御装置 4 0と同じである。 第 3実施例では、 まず、 上流側の流量制御弁 2 0を閉じてタンク本体 5 0内 を真空引きし、 低圧の状態とする。 そして、 検定用バルブ部 4 2を閉じ、 流量 制御弁 2 0を一定の開度で開いて、 タンク本体 5 0を含む流路 6内の圧力がど のように上昇するか、 を測定する。 そして、 その圧力変化に基づいて、 質量流 量制御部 4 0 1 Aの検定を行う。

<第 3実施例における基準圧力変化特性測定用ルーチン >

図 1 4は、 第 3実施例の基準圧力変化特性測定用ルーチンの各ステップを示 すフローチヤ一卜である。基準圧力変化特性を得る際には、ステップ S 4 1で、 まず、 流量設定信号 S Oを、 流量の最大の設定値 （例えば 1 0 0 %) を表すフ ルスケール （たとえば 5 V ) に設定する。 ステップ S 4 2では、検定用バルブ部 4 2を開き、流量制御弁 2 0を閉じる。 そして、 ステップ S 4 3で、 下流の流体出口 6 Bから真空ポンプ （図示せず） でガスを吸引して真空引きすることで、流量制御弁 2 0よりも下流の流路 6内、 および検定用タンク部 4 4のタンク本体 5 0内を、 低圧の状態とする。 ステップ S 4 4では、 制御手段 1 8は、 流量制御弁 2 0を開き、 先にステツ プ S 4 1で設定した流量 （ここでは最大の流量） となるように、 流量設定信号 S 0にしたがって流量制御弁機構 1 0の流量制御弁 2 0を制御する。その結果、 ガス供給源から、 流量制御弁 2 0、 流路 6、 およびタンク本体 5 0を経て、 N ₂ ガスが下流の真空ポンプに向かって流れる。 なお、 第 1実施例と同様に、 検定 時には、 流量設定信号 S Oは、 ホストコンピュータではなく検定制御手段 4 8 から制御手段 1 8に送られる （図 1 3参照） 。 その後、 ステップ S 4 5で、 ガス流の流量が安定となるまで所定の時間 （た とえば 6秒） が経過するのを待つ。 そして、 ステップ S 4 6で、 バルブ駆動電 圧 S 2をその時の電圧値に固定することによリ流量制御弁 2 0の開度を固定す る。 ステップ S 4 7では、流量制御弁 2 0の開度が固定されてから所定の時間（た とえば数秒） が経過してガスの流れが安定した後、 圧力検出手段 4 6で測定し たその時のガス流の圧力を、 初期圧力 M P Oとして基準用データメモリ 5 2 A に格納する。 また、 温度検出手段 5 1で検出したその時のタンク内の温度を初 期温度 M T Oとして基準用データメモリ 5 2 Aに格納する。 ステップ S 4 8では、 検定用バルブ部 4 2を閉じる。 その結果、 ガス供給源 およびタンク本体 5 0と、下流の真空ポンプとの接続が断たれ、 N ₂ガスの吸引 は停止する。 しかし、 ガス供給源からタンク本体 5 0への N ₂ガスの供給は引き 続き行われているため、 ガスは、 流量制御弁 2 0を通って検定用バルブ部 4 2 よりも上流の流路 6内、 およびタンク本体 5 0内に流入する。 その結果、 検定 用バルブ部 4 2よりも上流の流路 6内、 およびタンク本体 5 0内の圧力は、 上 昇する。 ステップ S 4 9では、 圧力検出手段 4 6で、 所定の時間間隔、 例えば 1 m s e cごとに流路 6内のガスの圧力を測定する。 そして、 ステップ S 5 0では、 流路 6内のガスの圧力があらかじめ定められた上限値に達したか否かを判定す る。 流路 6内のガスの圧力がその上限値に達していない場合は、 ステップ S 4 9に戻って、 圧力の測定を継続する。 流路 6内のガスの圧力がその上限値に達 した場合は、 流路 6内のガスの圧力の測定を終了する。 ステップ S 5 1では、 得られた圧力変化データ （各時刻のガスの圧力の測定 値） を基準圧力変化特性として弁開度と関連づけて基準用データメモリ 5 2 A に格納する。 ステップ S 4 1では、 流量設定信号 S 0を弁開度 1 0 0 %を表す 値に設定していた。 このため、 最初にステップ S 5 1の処理を行ったときに基 準用データメモリ 5 2 Aに格納される基準圧力変化特性は、 弁開度 1 0 0 %の 基準圧力変化特性である。 次に、 ステップ S 5 2では、 流量設定信号 S 0が表す流量設定値が予め定め られた下限を下回るか否かを判定する。 最初にステップ S 5 2に達したときに は、 流量設定信号 S 0は弁開度 1 0 0 <½を表す値に設定されているため、 ス亍 ップ S 5 2の判定結果は N Oとなる。そして、処理は、ステップ S 5 3に進む。 ステップ S 5 3では、 制御手段 1 8に与えられる流量設定信号 S 0が表す弁 開度を所定量だけ減少させる。 そして、 処理は再びステップ S 4 2に戻る。 た とえば、 ステップ S 5 3で弁開度を 1 0 %減少させた場合には、 次のステップ S 4 3〜S 5 1の処理では、 弁開度 9 0 %のときの圧力が測定され、 弁開度 9 0 %の基準圧力変化特性として基準用データメモリ 5 2 Aに格納される。 なお、 ステップ S 5 3からステップ S 4 2に戻った時点では、 タンク本体 5 0内および流路 6内の圧力は上限値にまで達している（ステップ S 5 0参照）。 しかし、 ステップ S 4 2 , S 4 3では、 流量制御弁 2 0を閉じた状態でタンク 本体 5 0内が真空引きされる。 このため、 タンク本体 5 0内および流路 6内の 圧力は、 ふたたび検定に十分な程度にまで低圧となる。 以下同様にして、 複数の弁開度について圧力の変化が測定され、 弁開度 （設 定流量） と関連づけられた基準圧力変化特性が基準用データメモリ 5 2 Aに格 納される。 ステップ S 5 2において、 流量設定信号 S 0が表す流量設定値が下 限を下回ると判定されたときには、 基準圧力変化特性を得る処理を終了する。

<第 3実施例における検定用ルーチン >

図 1 5は、 第 3実施例における検定用ルーチンの各ステップを示すフローチ ヤートである。 図 1 5のフローチヤ一卜において、 ステップ S 6 1 〜S 7 3ま での各処理は、 原則として、 図 1 4のステップ S 4 1 〜S 5 3の処理と同じで ある。 ただし、 基準圧力変化特性測定用ルーチンが、 たとえば質量流量制御装置 4 0 1 自体を製造する工場において質量流量制御装置 4 0 1の出荷前にで行われ るのに対して、 検定用ルーチンは、 質量流量制御装置 4 0 1が半導体製造装置 等のガス供給ラインに組み込まれた状態で行われる。 よって、 ステップ S 6 3 〜S 6 7におけるガスの吸引は、 ガス供給ラインにおいて下流のガス管 4 (図 1 3参照） に接続されている半導体製造装置 （図示せず） 等に接続された真空 ポンプ （図示せず） によって行われる。 また、 検定用ルーチンにおいては、 各データは、 基準用データメモリ 5 2 A ではなく、 検定用データメモリ 5 2 Bに格納される。 すなわち、 図 1 5のステ ップ S 7 1においては、 圧力変化データ （各時刻のガスの圧力の測定値） は、 弁開度と関連づけられた検定圧力変化特性として、 検定用データメモリ 5 2 B に格納される。 そして、 ステップ S 6 7では、 流量制御弁 2 0の開度が固定さ れてから所定の時間 （たとえば数秒） が経過した後、 圧力検出手段 4 6で測定 したその時のガス流の圧力を、 初期圧力 P Oとして検定用データメモリ 5 2 B に格納する。 また、 温度検出手段 5 1で検出したその時のタンク内の温度を初 期温度 T Oとして検定用データメモリ 5 2 Bに格納する。 図 1 5のステップ S 6 1 〜S 7 3の他の処理は、 図 1 4のステップ S 4 1 〜 S 5 3の処理と同じである。 ステップ S 6 1 ~ S 7 3の処理で、 複数の弁開度 について圧力の変化が測定され、 各弁開度と関連づけられた検定圧力変化特性 が検定用データメモリ 5 2 Bに格納される。 図 1 6は、 弁開度が 1 0 0 %のときの基準圧力変化特性と検定圧力変化特性 をそれぞれ表す圧力検出手段 4 6の圧力信号 S 4の値の一例を示すグラフであ る。 特性曲線 X 0が弁開度 1 0 0 %の時の基準圧力変化特性 （図 1 4のステツ プ S 5 1参照） を示し、 特性曲線 X 1が弁開度 1 0 0 %の時の検定圧力変化特 性 （図 1 5のステップ S 7 1参照） を示す。 第 3実施例では、 上限基準圧力 P 1から下限基準圧力 P 2までの予め定めら れた圧力範囲に関して、 Μ Δ t及び△ tを次のように定める。 すなわち、 基準 圧力変化特性測定用ルーチンで得られた圧力が、 下限基準圧力 P 2に達してか ら上限基準圧力 P 1 に達するまでの時間を Μ Δ t とする。 また、 検定用ルーチ ンで得られた圧力が、 下限基準圧力 P 2に達してから上限基準圧力 P 1に達す るまでの時間を△ t とする。 そのようにして得られたある弁開度における Μ Δ tおよび△ t、 そして、 図 1 4のステップ S 4フで得られた初期圧力 M P Oおよび初期温度 M T O、 なら びに図 1 5のステツプ S 6 7で得られた初期圧力 P Oおよび初期温度 T Oを、 式 （ 1 ) に代入することで、 その弁開度について検定精度 Hが得られる。 図 1 5のステップ S 7 4では、 そのようにして複数の弁開度に関して検定精 度 Hを計算する。 そして、 ステップ S 7 5では、 各弁開度の検定精度 Hが表示 手段 5 4に表示される。 ステップ S 7 6では、 各弁開度の検定精度 Hに基づい て、 質量流量検出手段 8が自動的に校正される。 ステップ S 7 5 , S 7 6の処 理は、 図 5のステップ S 3 3 , S 3 4の処理と同じである。 このような態様としても、 半導体製造装置等のガス供給ラインに組み込んだ まま質量流量制御装置の検定を行うことができる。 なお、 上記実施例では、 圧力検出手段 4 6は、 タンク本体 5 0の下流側に設 けられていた。 しカヽし、 圧力検出手段 4 6は、 タンク本体 5 0および Zまたは 流量制御弁 2 0の上流側に設けられ、 それらの位置における流路 6内の圧力を 検出できる態様としてもよい。 また、 圧力検出手段 4 6は、 タンク本体 5 0内 の圧力を検出できる態様とすることもできる。 すなわち、 圧力検出手段は、 流 路を閉じる検定用バルブ部に対して、 流路内を流れる流体の質量流量を制御す るための流量制御弁と同じ側に設けられ、 タンク本体を含む流路内の流体の圧 力を検出するものであればよい。 ただし、 圧力検出手段は、 検定用バルブ部と 流量制御弁との間に設けられることがより好ましい。 また、 上記実施例では、 温度検出手段 5 1は、 タンク本体 5 0に設けられて いた。 しかし、 温度検出手段 5 1は、 タンク本体 5 0および Zまたは流量制御 弁 2 0の上流側に設けられ、 それらの位置における流路 6内の流体の温度を検 出できる態様としてもよい。 また、 温度検出手段 5 1は、 タンク本体 5 0およ び または流量制御弁 2 0の下流側に設けられ、 それらの位置における流路 6 内の流体の温度を検出できる態様としてもよい。 すなわち、 温度検出手段は、 流路を閉じる検定用バルブ部に対して、 流路内を流れる流体の質量流量を制御 するための流量制御弁と同じ側に設けられ、 それらの位置における、 タンク本 体を含む流路内の流体の温度を検出するものであればよい。 上記実施例では、 タンク本体 5 0は、 ステンレススチールで設けられ、 底部 に流路 6に接続されたガスの入口 5 0 Aと出口 5 0 Bとが設けられていた。 し かし、 タンクは、 他の構成とすることもできる。 たとえば、 流路に、 ガスの流 れに沿った方向に垂直な断面の断面積が他の部分に比べて大きい部分を設けて、 その部分をタンクとすることもできる。 また、 タンクを設けずに、 流路内を流 れる流体の質量流量を制御するための流量制御弁と、 流路を閉じる検定用バル ブ部と、 の間を結ぶ流路に屈曲部を複数設けて、 流量制御弁と検定用バルブ部 とを直線的に結んだ態様よリも長い流路を設けて、 その部分をタンクに代える こともできる。 すなわち、 流量制御装置は、 検定用バルブと流量制御弁との間 において流体を溜めることができる構成とすることができる。 また、上記実施例では、初期圧力 M P O , 0及び初期温度1\ 1丁0 , T Oは、 それぞれ検定用バルブ 4 2を閉じたときの圧力および温度であった。 しかし、 検定に使用する初期圧力および初期温度は、 他の時刻における流体の圧力およ び温度であってもよし、。検定に使用する初期圧力および初期温度は、たとえば、 検定用バルブ 4 2を閉じた時刻から予め定めた一定時間が経過した後の時刻の 温度および圧力であってもよい。 また、 検定用バルブ 4 2を閉じる時刻から予 め定めて一定時間遡った時刻の温度および圧力であってもよい。 すなわち、 検 定に使用する初期圧力および初期温度は、 検定用バルブ部で流路を閉じた時刻 を含む所定の時間区間内に含まれる時刻の温度および圧力とすることができる。 以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施例参照して詳細に説明した。 しかし、本願発明は、以上で説明した実施例や構成に限定されるものではない。 そして、 本願発明は、 様々な変形や均等な構成を含むものである。 さらに、 開 示された発明の様々な要素は、 様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、 それらは例示的な物であり、各要素はよリ多くてもよく、また少なくてもよい。 そして、 要素は一つであってもよい。 それらの態様は本願発明の範囲に含まれ るものであ^。 産業上の利用可能性

本発明は、 C V D成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置など、 内 部を低圧に保って使用される対象装置に正確な量のガスを供給するための装置 に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 流体供給源よリも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路に おいて流体の流量を制御する流量制御装置であって、

前記流路を開閉する第 1の開閉弁と、

前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制御弁機構を備える流量 制御部と、

前記第 1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流体の 圧力を検出することができる圧力検出部と、

前記流量制御部が制御する前記流量の基準値からのずれを計算するズレ測定 制御部と、 を備え、

前記ズレ測定制御部は、

前記流量制御弁機構の開度を固定し、 前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じ た状態において前記圧力検出部によって圧力変化を測定し、

前記測定した圧力変化に基づいて前記基準値からのずれを計算する、 流量 制御装置。

2 . 請求項 1記載の流量制御装置であって、

前記流量制御部は、 さらに、 前記第 1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構 と同じ側において前記流路を流れる流体の流量を測定できる流量検出部を備え、 目標とする目標流量と前記流量検出部で測定した流量とに基づいて前記流量制 御弁機構の開度を調節して、 前記流路を流れる流体の流量を制御することがで 前記ズレ測定制御部は、 前記基準値からのずれに基づいて、 前記流量検出部 による流量を表す出力値を調整することができる、 流量制御装置。

3 . 請求項 2記載の流量制御装置であって、

前記流量検出部に対して前記第 1の開閉弁とは逆の側において前記流路を開 閉する第 2の開閉弁を備え、

前記ズレ測定制御部は、

前記第 1および第 2の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記流量検 出部による流量を表す出力値を読み取り、 前記流量検出部による流量ゼロを表 す出力値を調整することができる、 流量制御装置。

4 . 請求項 1記載の流量制御装置であって、 さらに、

前記第 1の開閉弁と前記流量制御弁機構との間において前記流路を流れる流 体を溜めることができる貯留部を備える、 流量制御装置。

5 . 請求項 1記載の流量制御装置であって、 さらに、

前記第 1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構と同じ側において前記流体の 温度を測定することができる温度検出部を備え、

前記ズレ測定制御部は、 さらに、

前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じた時刻を含む所定の時間区間内に含 まれる第 1の時刻における前記流体の圧力である初期圧力 P Oと、

前記所定の時間区間内に含まれる第 2の時刻における前記流体の絶対温 度 T 1 と、

前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じた後、 前記流体の前記圧力が所定の 第 1の基準圧力に達してから前記第 1の基準圧力 P 1 とは異なる所定の第 2の 基準圧力 P 2に達するまでの時間△ t と、

に基づいて前記基準値からのずれを計算する、 流量制御装置。

6 . 請求項 5記載の流量制御装置であって、

前記ズレ測定制御部は、

P O Z ( T 1 X Δ t ) と、 前記基準値と関連する所定の定数と、 の比に基づ いて、 前記基準値からのずれを計算する、 流量制御装置。

7 . 流体を流す流路に、 該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量 信号を出力する流量検出部と、 バルブ駆動信号により弁開度を変えることによ つて質量流量を制御する流量制御弁機構とを介設し、 外部から入力される流量 設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する流量制御 部を設けてなる質量流量制御装置において、

前記流路に、 該流路を開閉する第 1の開閉弁と、 所定の容量を有する貯留部 と、 前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出部とをそれぞ れ設け、 前記検定用バルブと前記貯留部と前記圧力検出部とを用いて質量流量 検定動作を行うように制御するズレ測定制御部を備えるように構成したことを 特徴とする質量流量制御装置。

8 . 前記ズレ測定制御部は、 前記検定結果に基づいて前記流量検出部を 校正することを特徴とする請求項 7記載の質量流量制御装置。

9 . 前記流路には、 零点測定の時に該流路の出口側を開閉する第 2の開 閉弁が介設されていることを特徴とする請求項フ記載の質量流量制御装置。

1 0 . 前記第 1の開閉弁と前記貯留部と前記圧力検出部は、 前記流量検 出部及び前記流量制御弁機構よリも上流側に設けられることを特徴とする請求 項つ記載の質量流量制御装置。

1 1 . 前記第 1の開閉弁と前記貯留部と前記圧力検出部は、 前記流量検 出部及び前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられることを特徴とする請求 項 7記載の質量流量制御装置。

1 2 . 流体供給源よリも圧力が低い流体供給対象に流体を供給する流路 において流体の流量を制御する流量制御装置の調整方法であって、 前記流量制御装置は、 前記流路を流れる流体の流量を制御するための流量制 御弁機構を備える流量制御部を備え、

前記調整方法は、

( a ) 前記流量制御弁機構の開度を固定する工程と、

( b) 第 1の開閉弁で前記流路を閉じる工程と、

( c) 前記工程 （a ) および （b ) の後で、 前記第 1の開閉弁に対して前記流 量制御弁機構と同じ側の第 1の所定の位置における前記流体の圧力変化を測定 する工程と、

( d ) 前記測定した圧力変化に基づいて、 前記流量制御部が制御する前記流量 の基準値からのずれを計算する工程と、

( e ) 前記基準値からのずれに基づいて前記流量制御部を調整する工程と、 を 含む流量制御装置の調整方法。

1 3. 請求項 1 2記載の方法であって、

前記流量制御部は、 さらに、 前記第 1の開閉弁に対して前記流量制御弁機構 と同じ側において前記流路を流れる流体の流量を測定できる流量検出部を備え、 目標とする目標流量と前記流量検出部で測定した流量とに基づいて前記流量制 御弁機構の開度を調節して、 前記流路を流れる流体の流量を制御することがで き、

前記工程 （e ) は、

前記基準値からのずれに基づいて、 前記流量検出部による流量を表す出力値 を調整する工程を含む、 方法。

1 4. 請求項 1 3記載の方法であって、 さらに、

( f ) 前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じ、 かつ、 前記流量検出部に対して前 記第 1の開閉弁とは逆の側において第 2の開閉弁で前記流路を閉じる工程と、 ( g ) 前記第 1 および第 2の開閉弁で前記流路を閉じた状態において前記流量 検出部による流量を表す出力値を読み取る工程と、

( h ) 前記流量検出部による流量ゼロを表す出力値を調整する工程と、 を含む 方法。

1 5 . 請求項 1 2記載の方法であって、

前記工程 （d ) は、

前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じた時刻を含む所定の時間区間内に含 まれる第 1の時刻における、 前記第 1の所定の位置の前記流体の圧力である初 期圧力 P Oと、

前記所定の時間区間内に含まれる第 2の時刻における、 前記第 1の開閉 弁に対して前記第 1の所定の位置と同じ側にある第 2の所定の位置の前記流体 の絶対温度 T 1 と、

前記第 1の開閉弁で前記流路を閉じた後、 前記第 1の所定の位置におけ る前記流体の前記圧力が所定の第 1の基準圧力に達してから前記第 1の基準圧 力 P 1 とは異なる所定の第 2の基準圧力 P 2に達するまでの時間△ t と、 に基づいて前記基準値からのずれを計算する工程を含む、 方法。

1 6 . 請求項 1 5記載の方法であって、

前記工程 （d ) は、

P O / ( T 1 Δ t ) と、 前記基準値と関連する所定の定数と、 の比に基づ いて、 前記基準値からのずれを計算する工程を含む、 方法。

1 7 . 質量流量制御装置の検定方法であって、

前記質量流量制御装置は、

流体を流す流路に、 該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号 を出力する流量検出部と、 バルブ駆動信号によリ弁開度を変えることによって 質量流量を制御する流量制御弁機構とを有し、 外部から入力される流量設定信 号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する流量制御部と、 前記流路に、 該流路を開閉する第 1の開閉弁と、 所定の容量を有する貯 留部と、 前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出部とを有 し、 前記検定用バルブと前記貯留部と前記圧力検出部とを用いて質量流量検定 動作を行うように制御するズレ測定制御部と、 を備え、

前記検定方法は、

検定流量を設定する工程と、

流路に検定用の流体を安定的に流す工程と、

前記流れる流体の圧力と貯留部の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期 温度とする工程と、

第 1の開閉弁を閉じて流路を遮断する工程と、

前記第 1の開閉弁を閉じた後に前記貯留部から流出する流体の圧力変化を測 定する工程と、

前記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検 定結果を求める工程と、

を有することを特徴とする質量流量制御装置の検定方法。

1 8 . 前記検定結果に基づいて流量検出部を自動的に校正することを特 徴とする請求項 1 7記載の質量流量制御装置の検定方法。

1 9 . 前記検定流量を種々変更することを特徴とする請求項 1 7記載の 質量流量制御装置の検定方法。

2 0 . 前記検定流量を設定する工程の前に、 前記流路に流れる流体の流 れを遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なうことを特徴とする請求項 記載の質量流量制御装置の検定方法。