WO2007102319A1 - ガス流量検定ユニット - Google Patents

Abstract

　流量検定に対する信頼性を向上させることができるガス流量検定ユニットを提供するために、流量制御機器１０に接続され、ガスを入力する第１遮断弁１２と、ガスを出力する第２遮断弁１３と、第１遮断弁１２と第２遮断弁１３とを連通させる連通部材１８と、第１遮断弁１２と第２遮断弁１３との間に供給されるガスの圧力を検出する圧力センサ１４と、第１遮断弁１２と第２遮断弁１３との間に供給されるガスの温度を検出する温度検出器１５と、圧力センサ１４が検出する圧力検出結果と、温度検出器１５が検出する温度検出結果を用いて流量制御機器１０を流れるガスの流量を検定する制御手段１６と、を有し、第１遮断弁１２の弁座２２から第２遮断弁１３の弁座２８までの体積Ｖｋを流量制御機器１０の出口から第１遮断弁１２の弁座２２までの体積Ｖｅ以下にしたガス流量検定ユニットとする。

Description

明 細 書

ガス流量検定ユニット

技術分野

[0001] 本発明は、半導体製造プロセスにおけるガスシステムに使用する流量制御機器の 流量を検定するガス流量検定ユニットに関するものである。

背景技術

[0002] 半導体製造プロセス中の成膜装置や乾式エッチング装置等においては、例えばシ ランやホスフィン等の特殊ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び水素ガス等の可燃 性ガス等を使用する。

これらのガスはその流量を厳格に管理しなければならない。

その理由として、ガス流量がプロセスの良否に直接影響することが挙げられる。すな わち、ガス流量は、成膜プロセスにおいては膜質に、また、エッチングプロセスにおい ては回路加工の良否に、それぞれ多大な影響を与え、半導体製品の歩留まりがガス 流量の精度により決定される。

[0003] 別の理由としては、この種のガスの多くは人体や環境に対する有害性、あるいは爆 発性等を有することが挙げられる。これらのガスは、使用後に、直接大気に廃棄する ことは許されず、半導体製造プロセスに使用される装置には、ガス種に応じた除害手 段を備えなければならない。しかしながら、力かる除害手段は通例処理能力が限られ ていて、許容値以上の流量が流れると、処理しきれずに有害ガスの環境への流出や 、除害手段の破損につながることがある。

また、これらのガス、特に半導体製造プロセスに使用しうる高純度かつ無塵のもの は高価な上、ガス種によっては自然劣化による使用制限があるため大量保管ができ な 、ことも理由として挙げられる。

[0004] そこで、従来から半導体製造プロセス回路内に流量制御機器である公知のマスフ ローコントローラを配して、ガス種ごとに最適の流量を流すようにしている。そして、か 力るマスフローコントローラは、印加電圧を変更することにより、設定流量を変更して プロセスレシピの変更に対応できるようになって!/、る。 [0005] ところが、半導体製造プロセスに用いるこれらのガス、いわゆるプロセスガスのうち特 に成膜用材料ガスは、その特性上ガスライン内でも固形物を析出する可能性があり、 流量体積を変化させることがある。マスフローコントローラは、高精度に一定流量を供 給するために内部に細管を使用しており、力かる部分に固形物が少量でも析出して しまうと、供給する流量精度が悪化する原因となる。また、エッチングプロセス等に使 用する腐食性の高いガスを流すので、マスフローコントローラの内部を耐食性の高い 材料、例えばステンレス材等を使用したとしても、腐食は避けられず、経年劣化が起 こる可能性があり、このことによつても流量精度が悪ィ匕するとなる。

このように、マスフローコントローラは、印加電圧と実流量との関係が変化し、実流量 が変化する可能性がある。そのため、マスフローコントローラは、定期的に流量を検 定され、較正される必要がある。

[0006] マスフローコントローラの流量検定は、基本的に膜流量計を使って行う。しかし、こ の測定は配管の一部を外して行うものであり、測定後には再び配管を元の状態に組 み付けて漏れチェックをしなければならない。このため、作業には非常に手間がかか つてしまう。 従って、配管力 外さずに流量検定が行えることが理想的である。

[0007] 配管を組んだままの状態で流量検定を行う方法としては、例えば特許文献 1に記載 されるように、マスフローコントローラの下流側にガス流量検定ユニット Uを配設し、気 体マスフロー測定システムを構築する方法がある。気体マスフロー検定システムのブ ロック図を図 19に示す。

[0008] 図 19に示すように、気体マスフロー検定システムは、弁要素 151、チャンバ 153、ト ランスデューサ'アセンブリ 154、弁要素 152からなるガス流量検定ユニット U力 マス フローコントローラ 10の下流側に接続されている。チャンバ 153は、既知体積を有す る。トランスデューサ 'アセンブリ 154は、チャンバ 153の下流側にある気体フローライ ン 150に接続され、弁要素 151, 152がトランスデューサ'アセンブリ 154の上流と下 流にそれぞれ位置する気体フローライン 150に配置され、体積を一定にしている。ト ランスデューサ'アセンブリ 154は、弁要素 151, 152間の圧力と温度に基づいて PV ZRTを直接に表す信号を出力する。ここで、 Pは圧力、 Vは体積、 Tは気体定数、 T は絶対温度である。 [0009] このような気体マスフロー検定システムは、チャンバ 153の圧力や温度を個別に測 定することなく、トランスデューサ ·アセンブリ 154が出力する PVZRTを表す信号に 基づいてマスフローコントローラ 10の実流量を計測する。そして、気体マスフロー検 定システムは、その実流量をマスフローコントローラ 10の設定流量と比較することによ り、マスフローコントローラ 10の流量を検定する。

[0010] 特許文献 1 :特許第 3022931号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] し力しながら、発明者らが、従来のガス流量検定ユニット Uについて評価実験を行 つたところ、従来のガス流量検定ユニット Uは、図 10 (iii)に示すように、マスフローコ ントローラ 10の制御流量に対する検定精度のばらつきが大きぐ信頼性が低いことが 判明した。

[0012] 具体的には、発明者らは、マスフローコントローラ 10の流量を、高精度流量計で計 測し、その計測値と従来のガス流量検定ユニット Uが測定した流量とを比較して評価 実験を行った。すると、図 10 (iii)に示すように、従来のガス流量検定ユニット Uは、 N ガスを lOOsccmずつマスフローコントローラ 10に流した場合には、ガス流量検定ュ

2

ニット Uが測定した流量とマスフローコントローラ 10が制御する流量との間に生じる誤 差が 0. 012%であった。これに対して、 Nガスを 500sccmずつマスフローコントロー

2

ラ 10に流した場合には、ガス流量検定ユニット Uが測定した流量とマスフローコント口 ーラ 10に流した流量との間に生じる誤差が 1. 150%であった。よって、従来のガス 流量検定ユニット Uは、流量が増加すると、ガス流量検定ユニット Uが測定する流量 の誤差が大きくなり、信頼性が低くなつていた。

[0013] このように、マスフローコントローラ 10が制御する流量によってガス流量検定ユニット Uの検定精度にバラツキが生じると、マスフローコントローラ 10が大流量 (例えば 500 sccm)を制御する電圧を印加されたときに、マスフローコントローラ 10がガスの流量 を設定流量（500sccm)に制御していないにもかかわらず、ガス流量検定ユニット U 力 OOsccmを測定し、マスフローコントローラ 10の流量が正確であると誤認識する恐 れがある。或いは、マスフローコントローラ 10がガスの流量を設定流量（500sccm) に正確に制御して 、るにもかかわらず、ガス流量検定ユニット Uが 500sccmを測定 できず、マスフローコントローラ 10に余計な較正を施す恐れがある。このような不具合 は、半導体製造プロセスの歩留まりなどに直接影響するため、問題である。

[0014] 本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、流量検定に対する信 頼性を向上させることができるガス流量検定ユニットを提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0015] 本発明に係るガス流量検定ユニットは、次のような構成を有している。

(1)流量制御機器の下流側に配設されるガス流量検定ユニットにおいて、前記流量 制御機器に接続され、ガスを入力する第 1遮断弁と、前記ガスを出力する第 2遮断弁 と、前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁とを連通させる連通部材と、前記第 1遮断弁と 前記第 2遮断弁との間に供給される前記ガスの圧力を検出する圧力検出器と、前記 第 1遮断弁と前記第 2遮断弁との間に供給される前記ガスの温度を検出する温度検 出器と、前記圧力検出器が検出する圧力検出結果と、前記温度検出器が検出する 温度検出結果を用いて前記流量制御機器を流れるガスの流量を検定する制御手段 と、を有し、前記第 1遮断弁から前記第 2遮断弁までの体積が、前記流量制御機器の 出口力も前記第 1遮断弁までの体積以下であることを特徴とする。

[0016] (2) (1)に記載の発明において、前記連通部材が、前記第 1遮断弁の出力ポートに 連通する第 1ポートと、前記第 2遮断弁の入力ポートに連通する第 2ポートと、前記圧 力検出器に連通する第 3ポートとが同一側面に開口し、前記第 1ポートと前記第 2ポ ートと前記第 3ポートとを連通させる内部流路が形成された流路ブロックであること、を 特徴とする。

(3) (2)に記載の発明において、前記温度検出器が棒状の温度センサであって、前 記流路ブロックは、前記温度センサを取り付ける取付部が設けられて 、ることを特徴 とする。

[0017] (4) (1)乃至（3)の何れか 1つに記載の発明において、前記流量制御機器が搭載さ れたガスユニットを内蔵するガスボックスに内設されることを特徴とする。

[0018] (5) (1)乃至 (4)の何れか 1つに記載の発明において、前記制御手段は、前記流量 制御機器と前記第 2遮断弁との間にガスを目標圧力だけ封入するときに、前記圧力 検出器が既定の初期圧力を検出した後、前記目標圧力を検出するまでの単位時間 あたりの上昇圧力値を算出するとともに、圧力検出時のガス温度を前記温度検出器 により検出し、前記圧力上昇値と前記ガス温度を用いて前記流量制御機器から前記 第 2遮断弁までのタンク体積を測定し、前記第 1遮断弁から前記第 2遮断弁までの体 積を前記タンク体積から減算することにより、前記流量制御機器から前記第 1遮断弁 までの体積を測定する体積測定手段を有することを特徴とする。

[0019] (6) (1)乃至 (4)の何れか 1つに記載の発明において、前記第 2遮断弁が真空ボン プに接続され、前記制御手段は、前記第 1遮断弁と第 2遮断弁との間を前記真空ポ ンプにより真空引きされた後、前記流量制御機器と前記第 1遮断弁との間に封入され たガスが前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁との間に放出されたときに、前記第 1遮断 弁と前記第 2遮断弁との間の圧力変化と温度変化を用いて前記流体制御機器から 前記第 2遮断弁までのタンク体積を測定し、前記第 1遮断弁から前記第 2遮断弁まで の体積を前記タンク体積力 減算することにより、前記流量制御機器力 前記第 1遮 断弁までの体積を測定する体積測定手段を有することを特徴とする。

[0020] (7) (1)乃至 (4)の何れか一つに記載の発明において、前記制御手段は、前記圧力 検出器が検出する圧力値を所定間隔でサンプリングして、新規にサンプリングした圧 力値と直前にサンプリングした圧力値との傾きを算出し、算出した傾きが測定可能範 囲内になったときに、ガスの流量を検定することを特徴とする。

[0021] (8) (1)乃至 (4)の何れか一つに記載の発明において、前記制御手段は、前記圧力 検出器が検出する圧力値を所定間隔でサンプリングして、新規にサンプリングした圧 力値の傾きに対する相関係数を算出し、算出した相関係数が測定可能範囲内にな つたときに、ガスの流量を検定することを特徴とする。

発明の効果

[0022] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットは、第 1遮断弁から第 2遮断弁ま での体積が、流量制御機器の出口力も第 1遮断弁までの体積以下であるため、流量 制御機器力 第 1遮断弁と第 2遮断弁との間に供給されるガスの制御流量が変化し ても、第 1遮断弁と第 2遮断弁との間の圧力が均一になりやすい。そのため、本発明 のガス流量検定ユニットは、流量制御機器の制御流量が変化しても、第 1遮断弁と第 2遮断弁との間の圧力と温度を圧力検出器と温度検出器によって正確に検出し、そ の圧力検出結果と温度検出結果を用いてガス流量を検定することが可能である。よ つて、本発明のガス流量検定ユニットによれば、制御流量の変化に対する計測流量 誤差が小さくなり、流量検定に対する信頼性を向上させることができる。

[0023] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットによれば、第 1遮断弁の出力ポ ートを流路ブロックの第 1ポートに連通させ、第 2遮断弁の入力ポートを流路ブロック の第 2ポートに連通させ、圧力検出器を流路ブロックの第 3ポートに連通させるように 、第 1遮断弁と第 2遮断弁と圧力検出器を流路ブロックに取り付けて集積するので、 第 1遮断弁と第 2遮断弁との間の体積を小さくして、ガス流量検定ユニットを小型化で きる。また、第 1遮断弁と第 2遮断弁との間の体積を小さくすることにより、第 1遮断弁 と第 2遮断弁との間の圧力を目標圧力に到達させるまでの時間を短縮することができ 、ガス流量の検定時間を短くすることができる。

上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットによれば、棒状の温度センサを 流路ブロックの取付部に取り付け、流路ブロックの温度を計測することにより、第 1遮 断弁と第 2遮断弁との間に供給されたガスの温度を検出するので、第 1遮断弁と第 2 遮断弁との間の体積を小さくしたまま、温度センサをガス流量検定ユニットに取り付け ることがでさる。

[0024] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットによれば、流量制御機器が搭載 されたガスユニットを内蔵するガスボックスに内設されるので、ガス流量検定ユニット の設置スペースを設けるためにガスボックスの外部配管構成などを変更する必要が なぐ設置性がよい。

[0025] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットは、制御手段が体積測定手段を 有する。体積測定手段は、流量制御機器と第 2遮断弁との間にガスを目標圧力だけ 封入するときに、圧力検出器が既定の初期圧力を検出した後、目標圧力を検出する までの単位時間あたりの上昇圧力値を算出するとともに、圧力検出時のガス温度を 温度検出器により検出する。そして、圧力上昇値とガス温度を用いて流量制御機器 から第 2遮断弁までのタンク体積を測定した後、第 1遮断弁から第 2遮断弁までの体 積をタンク体積力 減算することにより流量制御機器力 第 1遮断弁までの体積を測 定する。よって、本発明のガス流量検定ユニットによれば、ユニット取付先のシステム 構成により流量制御装置の出口力も第 1遮断弁までの体積力 sバラツキを生じる場合 でも、そのバラツキの影響を排除してガス流量検定の精度を良好に保つことができる

[0026] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットは、真空ポンプに第 2遮断弁が 接続され、流量制御機器の出口と第 1遮断弁との間の圧力を検出する圧力センサに 制御手段が接続されている。制御手段は体積測定手段を有する。体積測定手段は、 第 1遮断弁と第 2遮断弁との間を真空ポンプで真空引した後、流量制御機器と第 1遮 断弁との間に封入されたガスが第 1遮断弁と第 2遮断弁との間に放出されたときに、 第 1遮断弁と第 2遮断弁との間の圧力変化と温度変化を用いて流体制御機器から第 2遮断弁までのタンク体積を測定し、第 1遮断弁力 第 2遮断弁までの体積をタンク体 積カゝら減算することにより、流量制御機器から第 1遮断弁までの体積を測定する。よ つて、本発明のガス流量検定ユニットによれば、ユニット取付先のシステム構成により 流量制御装置力も第 1遮断弁までの体積力 Sバラツキを生じる場合でも、そのバラツキ の影響を排除してガス流量検定の精度を良好に保つことができる。

[0027] 上記構成を有する本発明のガス流量検定ユニットは、圧力検出器が検出する圧力 値の傾き、或いは、圧力値の傾きに対する相関係数を算出し、算出した傾き又は相 関係数が測定可能範囲内になったときにガスの流量を検定するので、圧力検出器が 測定開始圧力に安定するまでにかかる無駄な時間を省いて流量検定を行うことが可 能になり、流量検定時間を短縮することができる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]本発明の第 1実施形態係るガス流量検定ユニットを内蔵するガスボックスの概 略構成図である。

[図 2]図 1に示すガスユニットの側面図である。

[図 3]図 1に示すガス流量検定ユニットの側面図である。

[図 4]図 1に示すガス流量検定ユニットの上面図である。

[図 5]図 4の A— A断面図である。

[図 6]図 1に示すコントローラの電気ブロック図である。 [図 7]第 1実施形態のガス流量検定ユニットが実行する流量検定方法を示すフローチ ヤートである。

[図 8]評価装置のブロック図である。

[図 9]圧力と時間との関係を示す図であって、縦軸に圧力を示し、横軸に時間を示す

[図 10]ガス流量検定システムが求めた流量と、高精度流量計が計測した流量との誤 差を、評価装置毎に示した図である。黒丸は、流量が lOOsccmの場合を示し、黒四 角は、流量が 500sccmの場合を示す。尚、各流量において、圧力条件は同じ（5〜1 3kPa)であるとする。

[図 11]本発明の第 2実施形態に係るガス流量検定ユニットを備えるガス供給集積ュ ニットの一例を示すブロック図である。

[図 12]図 11に示すコントローラの電気ブロック図である。

[図 13]第 3実施形態に係るガス流量検定ユニットが実行する流量検定方法を示すフ ローチャートである。

[図 14]本発明の第 3実施形態に係るガス流量検定ユニットにおいて、圧力センサが 検出した圧力値を所定時間間隔でサンプリングしたデータを示す図である。

[図 15]本発明の第 3実施形態に係るガス流量検定ユニットにおいて、圧力センサが 検出した圧力値を所定圧力間隔でサンプリングしたデータを示す図である。

[図 16]図 14又は図 15に示すデータの傾きと測定可能範囲との関係を示す図である

[図 17]図 14又は図 15に示すデータの相関係数と測定可能範囲との関係を示す図で ある。

[図 18]第 1,第 3実施形態に係るガス流量検定ユニットの流量検定精度について調 ベた実験の実験結果を示す図である。

[図 19]従来の流量制御機器絶対流量検定システムを示すブロック図である。

符号の説明

1 ガスボックス

2 ガスユニット 10 マスフローコントローラ（流量制御機器）

11 ガス流量検定ユニット

12 第 1遮断弁

13 第 2遮断弁

14 圧力センサ (圧力検出器）

15 温度センサ（温度検出器）

16 コントローラ (制御手段）

18 流路ブロック (連結部材）

21 第 2ポート（出力ポート）

26 第 1ポート (入力ポート）

47 体積測定プログラム (体積測定手段）

58 真空ポンプ

62 体積測定プログラム (体積測定手段）

発明を実施するための最良の形態

[0030] 次に、本発明に係るガス流量検定ユニットの一実施の形態について図面を参照し て説明する。

[0031] (第 1実施形態）

図 1は、ガス流量検定ユニット 11を内蔵するガスボックス 1の概略構成図である。図 2は、図 1に示すガスユニット 2の側面図である。

図 1に示すように、ガス流量検定ユニット 11は、例えば、ガスボックス 1に内設される 。ガスボックス 1は、箱状をなし、複数（図 1では 12個）のガスユニット 2…を集積したガ ス供給集積ユニットが内蔵されている。図 1及び図 2に示すように、ガスユニット 2は、 レギユレータ 3、圧力計 4、入力用遮断弁 5、「流量制御機器」の一例であるマスフロー コントローラ 10、出力用遮断弁 6などの流体制御機器を流路ブロック 7の上面にそれ ぞれ固定し、直列一体に連結したものである。

[0032] 図 1〖こ示すよう〖こ、ガスユニット 2とガスボックス 1との間には、プロセスガスを各ガス ユニット 2から供給するための配管 8を設置するための設置スペースが設けられてい る。この設置スペースは、配管 8の周りがデッドスペースになっている。ガスボックス 1 は、そのデッドスペースにガス流量検定ユニット 11がボルトなどで固定されている。ガ ス流量検定ユニット 11は、各ガスユニット 2のマスフローコントローラ 10に連通し、マス フローコントローラ 10の流量検定を行う。ガス流量検定ユニット 11は、複数の構成部 品をユニットィ匕し、ガスボックス 1に一体的に着脱できるようにして 、る。

[0033] <ガス流量検定ユニットの構造 >

図 3は、図 1に示すガス流量検定ユニット 11の側面図である。図 4は、図 1に示すガ ス流量検定ユニット 11の上面図である。

図 3及び図 4に示すように、ガス流量検定ユニット 11は、第 1遮断弁 12、第 2遮断弁 13、「圧力検出器」である圧力センサ 14、「温度検出器」である温度センサ 15、「制御 手段」であるコントローラ 16などで構成されている。ガス流量検定ユニット 11は、圧力 センサ 14を覆うようにセンサカバー 17がネジ止めされ、ユニット取付時などにユーザ が圧力センサ 14にさわって設定を変更しな 、ようにして 、る。

[0034] 図 5は、図 4の A— A断面図である。尚、図 5は、要部のみを断面で示す。また、図 5 には、コントローラ 16が現れるはずである力 図 5は流路構成を説明するために使用 するため、コントローラ 16を記載していない。

第 1遮断弁 12と、圧力センサ 14と、第 2遮断弁 13は、「連通部材」である流路ブロッ ク 18の上面に、ボルト 40で固定されている。また、温度センサ 15は、流路ブロック 18 内に配設されている。

[0035] 第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13は、同一構造を備える電磁弁である。第 1遮断弁 12 と第 2遮断弁 13は、金属製のボディ 19, 25に駆動部 24, 30を連結して外観が構成 されている。ボディ 19, 25には、「入力ポート」である第 1ポート 20, 26と、「出力ポー ト」である第 2ポート 21, 27が開設され、第 1ポート 20, 26と第 2ポート 21, 27をそれ ぞれ連通させるように弁座 22, 28が設けられている。ボディ 19, 25と駆動部 24, 30 との間には、ダイヤフラム 23, 29が変位可能に保持されている。このような第 1遮断 弁 12と第 2遮断弁 13は、ガスの流れへの影響を少なくするために、 Cv値が 0. 09以 上であることが望ましい。第 1実施形態では、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13は、 Cv値 が 0. 10に設定されたものを使用している。

[0036] 圧力センサ 14は、キャパシタンス.マノメータである。圧力センサ 14は、厚さ 0. lm m程度に薄く形成した金属製のダイヤフラム 31を、検出ポート 39に入力したガス圧 に応じて変位するように保持している。ダイヤフラム 31の背圧面側には、金属基板 32 が固定されている。金属基板 32には、導電性電極が配線されている。金属基板 32 は、ダイヤフラム 32と所定の間隔を空けて配設されている。このような圧力センサ 14 は、ダイヤフラム 31が受圧面にガス圧を受けて変位すると、金属基板 32とダイヤフラ ム 31との間隔が変化して静電容量が変化するので、静電容量の変化をガス圧の変 化として検出する。

温度センサ 15は、棒状の熱電対である。

[0037] 流路ブロック 18は、ステンレスなどの金属を直方体形状に成形したものである。流 路ブロック 18の図中上面には、第 1ポート 33と、第 2ポート 34と、第 3ポート 35が開設 されている。流路ブロック 18は、図中右側面から主通路 36が穿設されている。流路 ブロック 18は、第 1ポート 33と第 2ポート 34と第 3ポート 35を主通路 36に連通させて「 内部流路」が構成されている。主通路 36には、止め栓 37が溶接され、流路の気密性 を確保している。ここで、流路ブロック 18の内部流路は、第 1遮断弁 12の第 2ポート 2 1に連通する流路及び第 2遮断弁 13の第 1ポート 26に連通する流路と断面積がほぼ 同じにされている。これは、ガス流量検定ユニット 11に供給されたガスの圧力を流路 ブロック 18内で均一にしゃすくするためである。第 1実施形態では、内部流路（主通 路 36等）の流路断面は、直径力 mmに設定されている。また、流路ブロック 18には 、主通路 36の外側に「取付部」の一例である揷通孔 38が側面から連通路 36に直交 する方向に穿設されている。

[0038] 第 1遮断弁 12は、図示しないガスケットを介してボディ 19の第 2ポート 21を流路ブ ロック 18の第 1ポート 33に接続させ、図中上方からボルト 40を締め付けることにより 図示しないガスケットを押し潰した状態で流路ブロック 18の図中上面に固定される。 第 2遮断弁 13は、図示しないガスケットを介してボディ 25の第 1ポート 26を流路ブ ロック 18の第 2ポート 34に接続させ、図中上方からボルト 40を締め付けることにより 図示しないガスケットを押し潰した状態で流路ブロック 18の図中上面に固定される。 圧力センサ 14は、図示しないガスケットを介して検出ポート 39を流路ブロック 18の 第 3ポート 35に接続させ、図中上方力もボルト 40を締め付けることにより図示しない ガスケットを押し潰した状態で流路ブロック 18の上面に固定される。

温度センサ 15は、揷通孔 38に揷通して流路ブロック 18に取り付けられる。

[0039] 従って、ガス流量検定ユニット 11は、図 5に示すように、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13と圧力センサ 14と温度センサ 15が、 1つの流路ブロック 18に集積して取り付けら れる。このようなガス流量検定ユニット 11には、図 3及び図 4に示すように、流路ブロッ ク 18の側面にコントローラ 16がネジなどで固定されている。

[0040] <コントローラの電気的構成 >

図 6は、コントローラ 16の電気ブロック図である。

コントローラ 16は、コンピュータ機會を備え、 CPU41、入出力インターフェース 42、 ROM43、 RAM44、ハードディスクドライブ（以下「HDD」という。）45で構成される。

[0041] 入出力インターフェース 42には、第 1遮断弁 12、第 2遮断弁 13、圧力センサ 14、 温度センサ 15が接続し、信号の授受を行うようになっている。

[0042] HDD45には、体積記憶手段 46が設けられている。体積記憶手段 46には、既知体 積 Vkと、システム側流路体積 Veと、タンク体積 Vとが記憶されている。「既知体積 Vk 」とは、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の体積、より具体的には、第 1遮断弁 12 と第 2遮断弁 13とを弁閉したときに第 1遮断弁 12の弁座 22と第 2遮断弁 28の弁座 2 8との間に形成される密閉空間の体積をいう。「システム側流路体積 Ve」とは、マスフ ローコントローラ 10の出口力も第 1遮断弁 12までの体積、より具体的には、第 1遮断 弁 12を弁閉したときのマスフローコントローラ 10の出口から第 1遮断弁 12の弁座 22 までの体積をいう。「タンク体積 V」とは、第 1遮断弁 12を弁開にし、第 2遮断弁 13を 弁閉にしたときのマスフローコントローラ 10の出口力も第 2遮断弁 13の弁座 28までの 体積をいう。既知体積 Vkは、ガス流量検定ユニット 11の製造時に測定可能であるの で、ガス流量検定ユニット 11の製造後、ガス流量検定ユニット 11を外部システムに取 り付ける前に予め体積記憶手段 46に記憶されている。これに対して、システム流路 側体積 Veとタンク体積 Vは、ガス流量検定ユニット 11を外部システムに取り付ける前 に測定することが不可能であるので、ガス流量検定ユニット 11を製造して外部システ ムに取り付けた後に事後的に測定されて体積記憶手段 46に記憶される。

[0043] ROM43には、流量検定プログラム 48と、「体積測定手段」である体積測定プロダラ ム 47とが格納されている。流量検定プログラム 48は、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13 の弁開閉動作を適宜制御し、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の圧力と温度を圧 力センサ 14と温度センサ 15で検出し、その検出結果に基づいてマスフローコント口 ーラ 10の流量検定を行うものである。体積測定プログラム 47は、システム側流路体 積 Veとタンク体積 Vを測定するものである。

[0044] <既知体積とシステム側流路体積との関係 >

ところで、図 3、図 4、図 5に示すように、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11は 、従来技術のようにチャンバを備えていない。ガス流量検定ユニット 11は、既知体積 Vkがシステム側流路体積 Ve以下に設定されて 、る。既知体積 Vkをシステム側流路 体積 Ve以下にするのは、ガス流量検定ユニット 11の流路を短くすることにより、マス フローコントローラ 10が出力したガスの圧力がガス流量検定ユニット 11内でばらつく こと (偏在すること）を防止するためである。従って、ガス流量検定ユニット 11は、第 1 遮断弁 12、圧力センサ 14、温度センサ 15、第 2遮断弁 13を配設する上で可能な限 り既知体積 Vkを小さくすることが望ましい。第 1実施形態では、図 1に示すガスボック ス 1において、各ガスユニット 2のマスフローコントローラ 10の出口からガス流量検定 ユニット 11を構成する第 1遮断弁 12の弁座 22までのシステム側流路体積 Veが 100 ccに設定されているのに対して、ガス流量検定ユニット 11を構成する第 1遮断弁 12 の弁座 22 (図 5参照。）から第 2遮断弁 13の弁座 28 (図 5参照。）までの既知体積 Vk 力 SlOccに設定されている。

[0045] <検定方法 >

次に、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11による検定方法の概略にっ 、て説 明する。概略としたのは、後述する評価試験の説明において検定方法を具体的に記 載しているからである。図 7は、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11が実行する 流量検定方法を示すフローチャートである。

[0046] ガス流量検定ユニット 11は、 1ラインずつ流量検定を行う。すなわち、流量検定は、 ステップ 101 (以下「S101」という。）において、システムを初期化して先の流量検定 で取得したデータを消去する。そして、 S102において、ガス供給集積ユニット内をパ ージし、流路内の余分なガスを除去する。 [0047] そして、 S 103において、タンク体積測定済み力否かを判断する。タンク測定済みで ないと判断した場合には（S103 :NO)、 S104においてタンク体積 Vを測定した後、 S 105へ進む。一方、タンク測定済みであると判断した場合には（S103 : YES)、その まま S105へ進む。

[0048] そして、 S105において、圧力センサ 14が検出した圧力値力 既定の測定開始圧 力 P1以上であるか否かを判断する。検出した圧力値が既定の測定開始圧力 P1未 満である場合には（S105 :NO)、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1を測定す るまで待機する。一方、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1を測定したら (S10 5 :YES)、 S106において、圧力センサ 14が検出した圧力値が目標圧力 P2か否か を判断する。圧力センサ 14が目標圧力 P2を検出するまでは待機する（S106 :NO) 。すなわち、ガス流量検定システム 11は、圧力センサ 14が目標圧力 P2を検出するま で待つ。圧力センサ 14が目標圧力 P2を検出したら（S106 :YES)、 S107において 流量 Qを算出する。

[0049] 従って、 S105〜S107の処理により流量 Qを測定する。尚、タンク体積 Vと流量 Q の測定方法については、評価実験において詳しく説明する。

[0050] そして、 S108において、検定回数 ekに 1をカ卩算し、 S109において、検定回数 ek が既定測定回数 eである力否かを判断する。検定回数 ekが既定検定回数 eでな 、場 合には（S109 :NO)、 S102へ戻り、パージと流量 Qの測定を繰り返す。その後、検 定回数 ekが既定検定回数 eになるまでタンク体積 Vと流量 Qを測定したら（S 109 :Y ES)、S110 :fe 、T、流量 Qの測定値を平均化し、平均値をマスフローコントローラ 10の設定流量と比較することにより検定を行う。検定時には、必要に応じて流量 Qの 補正値を設定する。以上で、 1個のガスユニット 2について流量検定が終了する。

[0051] そして、 S111において、検定済みガスユニット数 ukに 1を加算し、 S112において、 検定済みガスユニット数 ukがガス供給集積ユニットに搭載したガスユニット 2の総数 u であるか否かを判断する。検定済みガスユニット数 ukが総ユニット数 uでな 、場合に は（S112 : NO)、未検定のガスユニット 2があるので、 S 102へ戻り、次のガスユニット 2に搭載したマスフローコントローラ 10の流量検定を行う。一方、検定済みガスュ-ッ ト数 ukが総ユニット数 uである場合には（S112 : YES)、ガス供給集積ユニットの全て のガスユニット 2について流量検定が終了したことを意味するので、そのまま流量検 定処理を終了する。

[0052] <評価実験 >

ここで、発明者らは、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11の評価実験を行った 。図 8は、評価装置 50のブロック図である。

評価装置 50は、 4個のガスユニット 2A, 2B, 2C, 2Dをガス流量検定ユニット 11に 並列に接続して構成されている。以下の説明では、ガスユニットを区別する必要がな いときには、「ガスユニット 2」と称する。また、ガスユニット 2を構成する流体制御機器 についても、特に区別する必要がない場合には、符号の添字「A」、 「B」、 「C」を省略 して説明する。

[0053] ガスユニット 2は、上流側からフィルタ 51、手動弁 52、レギユレータ 53、圧力温度計 54、マスフローコントローラ 10、出力用遮断弁 55を直列一体に連結したものである。 但し、ガスユニット 2Aは、圧力温度計 54Aとマスフローコントローラ 10Aとの間に高 精度流量計 56が配設され、マスフローコントローラ 10Aの制御流量を精密に計測し ている。ガスユニット 2A, 2B, 2C, 2Dは、ガス供給弁 57に並列に接続され、ガス供 給弁 57を介して真空ポンプ 58に接続されている。ガスユニット 2をガス供給弁 57〖こ 連通させるシステム側流路上には、圧力計 59が配設され、システム側流路内の圧力 を検出するようになっている。ガス流量検定ユニット 11は、システム側流路から分岐し てガス供給弁 57と真空ポンプ 58との間に接続する分岐流路上に設けられている。

[0054] 評価実験は、評価装置 50の構成を適宜変更して行った。すなわち、評価実験では 、（i)図 8に示すように、ガス流量検定ユニット 11をそのまま使用して構成した評価装 置 50Aと、（ii)図 8の点線に示すように、流路ブロック 18の主通路 36に連通するよう に 500ccのチャンノ 60をガス流量検定ユニット 11に取り付けて構成した評価装置 5 0Bと、 (iii)図 8に示すガス流量検定ユニット 11を図 19に示す従来のガス流量検定 ユニット Uに置き換えて構成した評価装置 50Cとを使用した。

[0055] <評価実験方法 >

評価実験は、上記 (i) , (ii) , (iii)で使用する評価装置 50A, 50B, 50Cについて それぞれ行った。評価実験は、先ず、タンク体積 V(Ve+Vk)とシステム側流路体積 Veを測定した後、誤差測定を 5回繰り返し、誤差の平均値を算出した。誤差測定は、 ガス流量検定ユニットが算出した流量と高精度流量計 56が計測した流量との間に生 じる誤差を算出することにより行った。誤差測定は、マスフローコントローラ 10の制御 流量を大流量（500sccm)にした場合と、小流量（lOOsccm)にした場合とに分けて 行った。そして、図 10に示すように、誤差測定結果を (i) , (ii) , (iii)の場合に分けて 、比較した。評価実験の方法を以下に具体的に説明する。

[0056] <体積の測定 >

ガス流量検定ユニット 11を外部システムに接続する場合、マスフローコントローラ 1 0の出口力もガス流量検定ユニット 11を構成する第 1遮断弁 12の弁座 22までのシス テム流路側体積 Veが、外部システムの流路構成によって異なる。すなわち、タンク体 積 Vが、外部システムによって変化する。そこで、ガス流量検定ユニット 11は、ガス流 量の検定に先立ち、タンク体積 Vとシステム流路側体積 Veを測定する。タンク体積 V 及びシステム側流路体積 Veの測定は、コントローラ 16が体積測定プログラム 47を実 行することにより行われる。

[0057] タンク体積 Vの測定は、先ず、ガスユニット 2B, 2C, 2Dの出力用遮断弁 55B, 55 C, 55Dと、ガス供給弁 57とを弁閉状態にする一方、ガスユニット 2Aの手動弁 52A、 出力用遮断弁 55Aと、ガス流量検定ユニット 11の第 1遮断弁 12と、第 2遮断弁 13と を弁開状態にして、真空ポンプ 58で真空引きしながらマスフローコントローラ 10Aに Nガスを 50sccmずつ流す。流量が安定したら、ガス流量検定ユニット 11の第 2遮断

2

弁 13を弁閉する。すると、システム側流路とガス流量検定ユニット 11の流路の圧力が 上昇し、圧力センサ 14が検出する圧力値が上昇する。このとき、第 2遮断弁 13を弁 閉した後、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1 (第 1実施形態では 5kPa)を計 測してから、圧力センサ 14が目標圧力 P2 (第 1実施形態では 13kPa)を計測するま での時間を計測するとともに、温度を温度センサ 15で計測する。

[0058] 図 9に示すように、既定の測定開始圧力 P1から目標圧力 P2まで上昇する圧力上 昇量 Δ Pは、目標圧力 P2から既定の測定開始圧力 P1を減算することによりわ力る。 圧力センサ 14は、一定間隔 (例えば 0. 1秒間隔)で圧力を検出するため、圧力セン サ 14が測定開始圧力 P1を検出してから目標圧力 P2を検出するまでの圧力検出回 数をカウントすることにより、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の圧力が PIから P2 まで上昇する計測時間 A tがわかる。よって、圧力上昇量 Δ Ρを計測時間 A tで割り 算することにより、単位時間あたりの上昇圧力値 Δ ΡΖ A tがわかる。また、ガスの気 体定数 Rは、使用するガス (第 1実施形態では Nガス)の気体定数をそのまま使用す

2

る。気体温度 Tは、温度センサ 15が検出する温度でわかる。さらに、流量 Qは、マス フローコントローラ 10の設定流量 (高精度流量計 56が計測する流量 (第 1実施形態 では 50sccm) )を入力すればわかる。そこで、流量算出の基本となる数式 1を変形し た数式 2に、判明している数値を各々あてはめることにより、タンク体積 Vが算出され る。

[0059] [数 1]

Δ Ρ V

流量。 = X

△ t RT

但し、 Δ Pは圧力（Pa)を示し、 Δ tは測定時間（s)を示し、 Vはタンク体積 (m³)を示 し、 Rは気体定数 α/mol-K)を示し、 Tは気体温度 (K)を示す。

[数 2]

△ t ■ 流量 Q ' RT

Δ Ρ

[0061] 上記のようにしてタンク体積 Vを 10回繰り返して測定し、タンク体積 Vの平均値を算 出する。この平均値をタンク体積 Vとしてコントローラ 16の体積記憶手段 46に記憶す る。

[0062] ここで、タンク体積 Vは、既知体積 Vkとシステム側流路体積 Veを加算した体積に相 当する。既知体積 Vkは予め体積記憶手段 46に記憶されてわ力つている。そこで、タ ンク体積 Vから既知体積 Vkを減算してシステム側流路体積 Veを測定する。測定した システム側流路体積 Veは、体積記憶手段 46に記憶する。 [0063] <誤差測定 >

誤差測定は、コントローラ 16に流量検定プログラム 48を実行させて流量検定を行 わせ、ガス流量検定ユニットが算出した流量を高精度流量計 56が計測した流量と比 較して誤差を算出することにより行う。

[0064] ガスユニット 2Aの流量検定を行う場合には、ガスユニット 2B, 2C, 2Dの出力用遮 断弁 55B, 55C, 55Dと、ガス供給弁 57を弁閉状態にする一方、ガスユニット 2Aの 手動弁 52A、出力側遮断弁 55A、ガス流量検定ユニット 11の第 1遮断弁 12、第 2遮 断弁 13を弁開状態にする。この状態でマスフローコントローラ 20Aに Nガスを供給

2

する。マスフローコントローラ 10Aの制御流量を安定させるために、ガスユニット 2Aに Nガスを 30秒間流したら、ガス流量検定ユニット 11の第 2遮断弁 13を弁閉する。

2

[0065] すると、ガス流量検定ユニット 11内の圧力が上昇していく。そこで、圧力センサ 14 が既定の測定開始圧力 PI (5kPa)を検出してから目標圧力 P2 (13kPa)を検出する までの時間を計測する。時間を計測するのは、流量によって圧力上昇時間が異なる 力もである。具体的には、例えば、圧力が 5kPaから 13kPaまで上昇する時間は、流 量が lOOsccmであるときには 7. 5秒かかり、流量が 500sccmであるときには 1. 5秒 かかる。圧力センサ 14が 13kPaを検出したら、第 2遮断弁 13を弁開状態にし、次の 流量検定へ移行する。

[0066] ガス流量検定ユニット 11は、次のようにして流量を算出する。第 1遮断弁 12と第 2遮 断弁 13との間の圧力上昇量 Δ Ρは、目標圧力 P2から既定の測定開始圧力 P1を減 算することによりわかる。圧力センサ 14は、一定間隔 (例えば 0. 1秒間隔)で圧力を 検出するため、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1を検出してから目標圧力 P 2を検出するまでの圧力検出回数をカウントすることにより、第 1遮断弁 12と第 2遮断 弁 13との間の圧力が P1から P2まで上昇する計測時間 A tがわかる。そして、圧力上 昇量 Δ Ρを計測時間 A tで割り算することにより、単位時間あたりの上昇圧力値 Δ ΡΖ A tがわかる。気体定数 Rは、使用するガス (第 1実施形態では Nガス）の気体定数を

2

そのまま使用すればわかる。温度 Tは、温度センサ 15が検出する温度でわかる。更 に、タンク体積 Vは、上記体積測定により体積記憶手段 46に記憶されてわかってい る。そこで、判明している数値 (単位時間あたりの上昇圧力値 Δ ΡΖ Δ ΐ;、気体定数 R 、温度 T、タンク体積 V)を数式 1にあてはめ、流量 Qを算出する。

[0067] ガス流量検定ユニット 11は、算出した流量 Qをマスフローコントローラ 10の設定流 量と比較し、一致している場合には、マスフローコントローラ 10が適正に流量制御し ていると判断し、一致しなければ、マスフローコントローラ 10が適正に流量制御して いないと判断し、必要に応じてマスフローコントローラ 10に較正を行う。

[0068] ガス流量検定ユニット 11が算出した流量 Qは、高精度流量計 56が計測した流量と 比較され、誤差を判断される。なぜなら、高精度流量計 56は、検出精度が非常に高 ぐ高精度流量計 56が計測する流量は、マスフローコントローラ 10Aが制御する流量 の真値に極めて近いため、ガス流量検定ユニット 11が算出した流量 Qと高精度流量 計 56が計測する流量とを比較して誤差を求めれば、ガス流量検定ユニット 11の流量 検定精度を判断できるからである。

[0069] <評価結果 >

上記のように誤差を測定して評価した結果にっ 、て図 10を参照しながら説明する。 発明者らが評価装置 50Cを用いて従来のガス流量検定ユニット Uを評価したところ 、図 10 (iii)に示すように、マスフローコントローラ 10Aの流量が lOOsccmである場合 には、従来のガス流量検定ユニット Uが算出した流量 Q13は、高精度流量計 56が計 測するマスフローコントローラ 10Aの真値との誤差力 0. 012%と小さかった（図中 黒丸参照。 ) oこのように従来のガス流量検定ユニット Uの流量検定精度が良いのは 図 19に示すようにチャンバ 153を備えるからであると発明者らは考えた。

[0070] すなわち、一般的に、弁要素 151, 152を近づけると、弁要素 151, 152間の体積 が小さくなり、圧力が短時間で上昇する。単位時間あたりの上昇圧力値 (図 9に示す グラフの傾き）が大きくなりすぎると、トランスデューサ'アセンブリ 154が PVZRTを直 接表す信号を出力する前に弁要素 152が弁開され、流量検定ができなくなる。よって 、流量検定を確実に行うためには、チャンバ 153を弁要素 151と弁要素 152との間に 設けて既知体積 Vkを大きくする必要があると、発明者らは考えた。

また、流量検定を精度よく行うためには、単位時間あたりの上昇圧力値 (図 9に示す グラフの傾き)を小さくすることが望ましい。しかし、あまりにも上昇圧力値を小さくし過 ぎると、流量検定時間が長くなる不具合がある。よって、圧力計測時間を確保するた めには、半導体製造プロセスで許される流量検定時間を考慮してチャンバ 153の体 積を決める必要があると、発明者らは考えた。

[0071] 一方、発明者らは、第 1遮断弁 12·第 2遮断弁 13 ·圧力センサ 14 ·温度センサ 15を 流路ブロック 18に集積ィ匕してガス流量検定ュ-ット 11を構成することにより、弁要素 151, 152などを配管で接続した従来のガス流量検定ユニット Uよりサイズをコンパク トにすることを考えた。発明者らは、流量検定精度を上げるために、ガス流量検定ュ ニット 11にチャンバ 60を取り付けて評価装置 50Bを構成した。このとき、発明者らは 、流量検定精度を顕著に上げるために、従来のガス流量検定ユニット Uが使用する チャンバ 153より体積が大きい 500ccのチャンノ 60をガス流量検定ユニット 11に取り 付けた。

[0072] 発明者らが評価装置 Bを用いて評価実験を行ったところ、図 10 (ii)に示すように、 マスフローコントローラ 10Aの流量が lOOsccmである場合には、チャンバ 60を備える ガス流量検定ユニットが算出した流量 Q 12は、真値との誤差が 0. 099%であった（ 図中黒丸参照。）。上記したチャンバの存在意義に鑑みれば、チャンバ 60の体積が チャンバ 153より大きくなつた分だけ、流量検定精度が向上するはずである。それに もかかわらず、チャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットの評価結果力 従来のガス 流量検定ユニット Uの評価結果より悪ィ匕してしまった。

[0073] さらに、発明者らが評価装置 50Aを用いて評価実験を行ったところ、図 10 (i)に示 すように、マスフローコントローラ 10Aの流量が lOOsccmである場合には、ガス流量 検定ユニット 11が算出した流量 Q11は、真値との誤差が 0. 014%であった（図中黒 丸参照。；)。上記したチャンバの存在意義に鑑みれば、ガス流量検定ユニット 11の評 価結果は、従来のガス流量検定ユニット Uの評価結果より悪いのはもとより、チャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットの評価結果より悪くなるはずである。それにもかか わらず、ガス流量検定ユニット 11の評価結果は、チャンバ 60を備えるものの評価結 果より良好であり、また、従来のガス流量検定ユニット Uの評価結果より 0. 002%しか 悪化しなかった。

[0074] 以上の評価結果より、発明者らは、流量検定精度の良否がチャンバの有無によるも のでないことに気が付いた。 [0075] 発明者らは、流量検定可能範囲における流量検定精度を検証すベぐ評価装置 5 OA, 50B, 50Cを用いて流量を 500sccmに増加した場合の流量検定精度を評価し た。

[0076] 評価装置 50Aに Nガスを 500sccm流した場合には、図 10 (i)〖こ示すように、ガス

2

流量検定ユニット 11が算出した流量 Q21は、真値との誤差が 0. 515%であった（図 中黒塗り三角参照。）。そして、 lOOsccmの小流量を流した場合の誤差 (0. 014%) と、 500sccmの大流量を流した場合の誤差（0. 515%)を比較すると、 0. 501%の 差が生じた。

評価装置 50Bに Nガスを 500sccm流した場合には、図 10 (ii)に示すように、チヤ

2

ンバ 60を備えるガス流量検定ユニットが算出した流量 Q22は、真値との誤差が 0. 9 82%であった（図中黒塗り三角参照。；)。そして、 lOOsccmの小流量を流した場合の 誤差（0. 099%)と、 500sccmの大流量を流した場合の誤差（0. 982%)を比較す ると、 0. 883%の差力生じた。

評価装置 50Cに Nガスを 500sccm流した場合には、図 10 (iii)に示すように、従来

2

のガス流量検定ユニット Uが算出した流量 Q23は、真値との誤差が 1. 150%であつ た（図中黒塗り三角参照。 ) oそして、 lOOsccmの小流量を流した場合の誤差 (0. 01 2%)と、 500sccmの大流量を流した場合の誤差（1. 150%)を比較すると、 1. 138

%の差が生じた。

[0077] 上記評価結果を検討すると、流量検定可能範囲における流量検定精度が最も安 定して 、るのはガス流量検定ユニット 11であり、最も不安定なのは従来のガス流量検 定ユニット Uであることが判明した。流量検定可能範囲における流量検定精度のバラ ツキがチャンバに起因するのであれば、 500ccチャンバ 60を備えるガス流量検定ュ ニットが生じる流量検定精度のバラツキ力 従来のガス流量検定ユニット Uが生じる 流量検定精度のバラツキより大きくなるはずである。しかし、評価結果は、従来のガス 流量検定ユニット Uの方が 500ccチャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットより流量 検定精度のバラツキが大きくなつた。この評価結果より、発明者らは、ガス流量検定 ユニット 11のユニット構成力 従来のガス流量検定ユニット Uのユニット構成よりコン ノ クトイ匕の点で優れているのみならず、流量検定精度のバラツキを小さくする点にお ヽても優れて 、ることを確認した。

[0078] ガス流量検定ユニット 11の流量検定精度が従来のガス流量検定ユニット Uより良好 になった理由を検討する。

[0079] 第 1の理由としては、既知体積 Vkがシステム側流路体積 Ve以下であることが挙げ られる。システム側流路体積 Veが lOOccであるのに対して、ガス流量検定ユニット 11 の既知体積 Vkは lOccであり、チャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットの既知体積 Vkは 500cc超であり、従来のガス流量検定ユニット Uの既知体積 Vkは 250cc超で ある。つまり、ガス流量検定ユニット 11の既知体積 Vkのみがシステム側流路体積 Ve より小さい。チャンバを設けて既知体積 Vkを大きくした場合、小流量であれば、ガス がチャンバ内にゆっくり流れ込み、ガス流量検定ユニット内の圧力バランスが均一に なりやすい。しかし、大流量になると、ガスがチャンバ内に入り込んで圧力を上昇させ る前に第 1遮断弁 12 (弁要素 151)と第 2遮断弁 13 (弁要素 152) )との間の圧力が急 激に上昇し、ガス流量検定ユニット内の圧力バランスが不均一になる。そのため、チ ヤンバの圧力 ·温度を検出して流量検定を行うと、流量が増加するほど第 1遮断弁 12 (弁要素 151)と第 2遮断弁 13 (弁要素 152)との間の圧力と温度を正確に検出するこ とができなくなり、ガス流量検定ユニットが検定する流量と真値との間に誤差が生じや すくなると考えられる。よって、既知体積 Vkをシステム側流路体積 Ve以下にすれば、 流量検定精度が向上すると考えられる。

[0080] 第 2の理由としては、流路構成が簡単であることが挙げられる。チャンバ 60を備える ガス流量検定ユニットと従来のガス流量検定ユニット Uとは、チャンバを備える点で共 通するものの、流路が流路ブロック 18で構成されているカゝ、配管で構成されているか が相違する。チャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットは、小流量制御時には従来 のガス流量検定ユニット Uより流量検定精度が劣るものの、大流量制御時には従来 のガス流量検定ユニット Uより流量検定精度が優っている。この結果より、ガス流量検 定ユニットの流路を流路ブロック 18で構成すれば、配管で流路を構成する場合より 流路構成が簡単になり、大流量制御時のガス流量検定精度を向上させることができ ると考免られる。

[0081] 第 3の理由としては、流路断面積変化が小さ!、ことが挙げられる。ガス流量検定ュ ニット 11とチャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットとは、チャンバ 60の有無が相違 する。小流量時の誤差を比較すると、ガス流量検定ユニット 11はチャンバ 60を備える ガス流量検定ユニットより誤差が 0. 085%だけ小さぐ大流量時の誤差を比較すると 、ガス流量検定ユニット 11はチャンバ 60を備えるガス流量検定ユニットより誤差が 0. 467%だけ小さい。つまり、ガス流量検定ユニット 11は、チャンバ 60を備えないだけ で、小流量制御時と大流量制御時に生じる誤差が小さくなり、更には大流量になるほ ど誤差が抑えられるようになる。この結果より、チャンバ 60を設けない場合には、流路 ブロック 18の内部流路とチャンバ 60との間の流路断面積変化がなくなるため、ガスの 流れが安定して流量検定精度が向上するとともに、小流量から大流量に流量を変更 しても流量検定精度の誤差を抑えられるようになると考えられる。

[0082] <第 1実施形態のガス流量検定ユニットの作用効果 >

従って、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11によれば、既知体積 Vkがシステ ム側流路体積 Ve以下であるため、例えば、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間に供 給するガスの流量が lOOsccmの小流量から 500sccmの大流量に変化しても、第 1 遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の圧力が均一になりやすい。そのため、第 1実施形 態のガス流量検定ユニット 11は、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間に供給される ガスの流量が増加しても、圧力センサ 14や温度センサ 15が圧力と温度を正確に検 出することができ、圧力センサ 14の圧力検出結果と温度センサ 15の温度検出結果 を用いてガス流量を精度良く算出して検定することが可能である。よって、第 1実施形 態のガス流量検定ユニット 11によれば、マスフローコントローラ 10が制御する制御流 量の変化に対する計測流量誤差が小さくなり（図 10の (i)参照。）、流量検定に対す る信頼性を向上させることができる。

[0083] また、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11によれば、第 1遮断弁 12と第 2遮断 弁 13と圧力センサ 14を流路ブロック 18の上面に上方からボルト 40で取り付けて集 積しているので（図 5参照。）、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の既知体積 Vkを 小さくして、ガス流量検定ユニット 11を小型化できる。特に、チャンバをなくして機器 1 2, 13, 14を流路ブロック 18上に集積したことにより、第 1実施形態のガス流量検定 ユニット 11は、従来のガス流量検定ユニット Uに対してフットスペースを 3分の 2程度 に小さくすることができた。また、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の既知体積 Vk を小さくすることにより、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の圧力を目標圧力に到 達させるまでの時間を短縮することができ、ガス流量の検定時間を短くすることができ る。

第 1実施形態のガス流量検定ュ-ット 11によれば、棒状の温度センサ 15を流路ブ ロック 18の揷通孔 38に挿通し、流路ブロック 18の温度を計測することにより、第 1遮 断弁 12と第 2遮断弁 13との間に供給されたガスの温度変化を検出するので（図 5参 照。）、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の既知体積 Vkを小さくしたまま、温度セ ンサ 15をガス流量検定ユニット 11に取り付けることができる。

[0084] 第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11によれば、マスフローコントローラ 10が搭 載されたガスユニット 2とガスボックス 1との間に形成されるデッドスペースを利用して、 ガスボックス 1にガス流量検定ュ-ット 11を内設したので、ガス流量検定ュ-ット 11の 設置スペースを設けるためにガスボックス 1の外部配管構成などを変更する必要がな ぐ設置性がよい。

[0085] また、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11によれば、コントローラ 16が体積測 定プログラム 47を実行したときに、システム側流路体積 Veが測定される。具体的に は、マスフローコントローラ 10と第 2遮断弁 13との間にガスを目標圧力 P2だけ封入 するときに、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1を検出した後、 目標圧力 P2を 検出するまでの単位時間あたりの上昇圧力値 A PZ A tを算出するとともに、 目標圧 力 P2に到達したときのガス温度 Tを温度センサ 15により検出する。そして、圧力上昇 値 A PZ A tとガス温度 Tを、マスフローコントローラ 10の制御流量 Qとガスの気体定 数 Rとともに数式 1にあてはめ、マスフローコントローラ 10から第 2遮断弁 13までのタ ンク体積 Vを測定する。そして、その後、体積記憶手段 46から既知体積 Vkを読み出 し、タンク体積 Vカゝら既知体積 Vkを減算することによりシステム側流路体積 Veを測定 する。よって、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11によれば、ユニット取付先のシ ステム構成によりシステム側流路体積 Veがバラツキを生じる場合でも、そのバラツキ の影響を排除してガス流量検定の精度を良好に保つことができる。

[0086] (第 2実施形態） 続いて、本発明のガス流量検定ユニットについて第 2実施形態を図面を参照して説 明する。図 11は、ガス流量検定ユニット 11Aを備えるガス供給集積ユニット 63の一例 を示すブロック図である。

第 2実施形態のガス流量検定ユニット 11Aは、例えば、図 11に示すガス供給集積 ユニット 63の流量検定を行うために用いられる。ガス供給集積ユニット 63の回路構成 は、第 1実施形態で説明した評価装置 50 (図 8参照。）と同様であるので、各流体制 御機器には評価装置 50と同じ符号を用いる。第 2実施形態のガス流量検定ユニット 11Aは、コントローラ 61の構成が第 1実施形態のコントローラ 16と相違する。よって、 ここでは、第 1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点は、第 1実施形態 で用いた符号を図面に付し、説明を適宜省略する。

[0087] <コントローラの電気的構成 >

図 12は、第 2実施形態に係るガス流量検定ユニット 11Aに使用されるコントローラ 6 1の電気ブロック図である。

コントローラ 61は、ガス供給集積ユニット 63の圧力センサ 59と真空ポンプ 58と出力 用遮断弁 55が入出力インターフェース 42に接続されている点が、第 1実施形態のコ ントローラ 16 (図 6参照。）と相違する。圧力センサ 59は、ガスユニット 2をガス供給弁 57に連通させるシステム側流路（図 11参照。）の圧力を検出して圧力検出信号をコ ントローラ 61に出力する。真空ポンプ 58は、コントローラ 61から指令を受けて、ガス 供給集積ユニット 63内の真空引きを行う。出力用遮断弁 55は、コントローラ 61の指 令を受けて弁開閉動作を行い、各ガスユニット 2のプロセスガス出力を制御する。

[0088] また、コントローラ 61は、「体積測定手段」である体積測定プログラム 62を ROM43 に格納している。体積測定プログラム 62は、ボイル'シャルルの法則を利用してシス テム側流路体積 Veとタンク体積 Vを算出する点で、数式 2を用いてタンク体積 Vを算 出する第 1実施形態の体積測定プログラム 47と相違する。

[0089] <体積の測定 >

タンク体積 V及びシステム側流路体積 Veの測定は、コントローラ 61が体積測定プロ グラム 62を実行することにより行われる。尚、ここでは、評価装置 50 (図 8参照。）と同 様の回路構成を有するガス供給集積ユニット 63 (図 11参照。）を用いて体積を測定 する場合を例に挙げて説明する。

[0090] 先ず、図 11に示す出力用遮断弁 55A, 55B, 55C, 55Dと、ガス供給弁 57を弁閉 状態にし、ガス流量検定ユニット 11Aの第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13を弁開状態に する。そして、真空ポンプ 58を駆動して、出力用遮断弁 55Aより下流側を真空引き する。圧力センサ 14が、所定圧（5kPa)を検出して真空引きが完了したことを確認し たら、ガスユニット 2Aの手動弁 52Aと出力用遮断弁 55Aを弁閉状態力 弁開状態に 切り換え、ガスユニット 2Aに Nガスを流す。ここで、第 2遮断弁 13を弁閉すると、マス

2

フローコントローラ 10Aから第 2遮断弁 13までの流路内圧力が上昇する。圧力センサ 14が所定圧（13kPa)を検出した時点で、出力用遮断弁 55Aを弁開状態力も弁閉 状態に切り換え、 Nガスの供給を停止する。ここで、第 1遮断弁 12を弁閉し、第 2遮

2

断弁 13を弁開した後に真空ポンプ 58を駆動し、第 1遮断弁 12の弁座 22と第 2弁遮 断弁 13の弁座 28との間に真空領域を作る。その後、第 1遮断弁 12を弁閉状態から 弁開状態に切り換え、 Nガスを真空領域に放出する。このとき、圧力センサ 14により

2

圧力変動を検出するとともに、温度センサ 15により流路ブロック 18の温度、ひいては ガス温度を検出する。

[0091] そして、 Nガスを真空領域に放出する直前に圧力センサ 14が検出した圧力 P11と

2

、 Nガスを真空領域に放出する直前に温度センサ 15が検出した温度 T11と、 Nガス

2 2 を真空領域に放出した後に体積測定を終了させるための体積測定終了圧力 P12と、 体積測定終了圧力 P 12に到達したときに温度センサ 15が検出した温度 T12を、ボイ ノレ 'シャノレノレの法貝 IJ (P11.V11/T11 = P12'V12/T12)にあてはめる。すると、 体積 V12が求められる。この体積 V12は、第 1遮断弁 12を弁開した後の体積である ため、タンク体積 Vに相当する。そこで、タンク体積 Vから既知体積 Vkを減算し、シス テム側流路体積 Veを測定する。このようにして測定したタンク体積 Vとシステム側流 路体積 Veは、体積記憶手段 46に記憶される。

[0092] <第 2実施形態のガス流量検定ユニットの作用効果 >

上記の通り、第 2実施形態のガス流量検定ユニット 11 Aは、真空ポンプ 58に第 2遮 断弁 13の第 2ポート 27が接続され、マスフローコントローラ 10の出口と第 1遮断弁 12 の弁座 22との間の圧力を検出する圧力計 59と、ガスユニット 2の出力用遮断弁 55に コントローラ 16が接続されている（図 11、図 12参照。 ) ₀コントローラ 16が体積測定プ ログラム 62を実行することにより、システム側流路体積 Veが測定される。すなわち、 第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間を真空ポンプ 58で真空引きした後、マスフロー コントローラ 10と第 1遮断弁 12との間に封入されたガスを第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間に放出したときに、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13との間の圧力変化と温度 変化を圧力センサ 14と温度センサ 15でそれぞれ検出し、その圧力検出結果と温度 検出結果をボイル'シャルルの法則にあてはめることによりタンク体積 Vを測定する。 そして、体積記憶手段 46から既知体積 Vkを読み出し、タンク体積 Vから既知体積 V kを減算することにより、システム側流路体積 Veを測定する。よって、第 2実施形態の ガス流量検定ユニット 11Aによれば、ユニット取付先のシステム構成によりシステム側 流路体積 Veがバラツキを生じる場合でも、そのバラツキの影響を排除してガス流量 検定の精度を良好に保つことができる。

[0093] (第 3実施形態）

続いて、本発明のガス流量検定ユニットについて第 3実施形態を図面を参照して説 明する。

第 3実施形態のガス流量検定ユニット 11Bは、上記第 1実施形態のガス流量検定 ユニット 11の流量検定処理を改良し、流量検定時間を短縮したものである。よって、 ここでは、第 1実施形態と相違する点を中心に説明し、第 1実施形態と共通する点に ついては図面に第 1実施形態と同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

[0094] 図 13は、第 3実施形態に係るガス流量検定ユニット 11Bが実行する流量検定方法 を示すフローチャートである。図 14は、本発明の第 3実施形態に係るガス流量検定 ユニットにお 、て、圧力センサが検出した圧力値を所定時間間隔でサンプリングした データを示す図である。図 15は、本発明の第 3実施形態に係るガス流量検定ュ-ッ トにおいて、圧力センサが検出した圧力値を所定圧力間隔でサンプリングしたデータ を示す図である。図 16は、図 14又は図 15に示すデータの傾きと測定可能範囲 XIと の関係を示す図である。図 17は、図 14又は図 15に示すデータの相関係数と測定可 能範囲 X2との関係を示す図である。

[0095] 図 13に示すように、第 3実施形態に係るガス流量検定ユニット 11Bは、圧力センサ 14が検出した圧力値の傾きや圧力値の傾きに対する相関係数を監視し、傾きや相 関係数が測定可能範囲 XI, X2 (図 16、図 17参照。）内であれば、圧力センサ 14が 既定の測定開始圧力 P1を検出する前であっても、流量 Qを測定して検定を行う点が 、第 1実施形態と相違する。

[0096] すなわち、 S104においてタンク体積 Vを測定した後、 S301において、ガスユニット 2B, 2C, 2Dの出力用遮断弁 55B, 55C, 55Dと、ガス供給弁 57を弁閉状態にする 一方、ガスユニット 2Aの手動弁 52A、出力側遮断弁 55A、ガス流量検定ユニット 11 の第 1遮断弁 12、第 2遮断弁 13を弁開状態にする。この状態でマスフローコントロー ラに 10に検定用ガス (例えば Nガス）を供給し、流量が安定したら、第 2遮断弁 13を

2

弁閉する。このときに、圧力センサ 14が検出した圧力 Pを記憶する。そして、 S302に

0

おいて、クロックパルスなどで、所定時間 Atが経過した力否かを判断する。所定時間 Δ tが経過するまでは待機する（S302： NO)。

[0097] 一方、所定時間 Atが経過したら（S302 :YES)、 S303において、図 14に示すよう に圧力センサ 14力も圧力値 Pを入力して記憶する。そして、 S304において、圧力変

1

動の傾きを算出する。具体的には、最新に取得した圧力値 P

1力も直前に取得した圧 力値 P P

0を減算することにより上昇圧力値 -P

1 0を算出し、直前に圧力値 P

0を取得し てから最新の圧力値 P

1を取得するまでの時間（所定時間） Atによって上昇圧力値 P

1

-Pを割り、単位時間当たりの圧力上昇率 (傾き) P Z Atを算出する。

0 1

[0098] そして、 S305において、算出した傾き P Ζ Δ ΐが、予めガス流量検定ユニット 11B

1

に登録されている測定可能範囲 XI内である力否かを判断する。圧力センサ 14が検 出する圧力値 Ρは、図 14の Y1に示すように、ある時間が経過するまで急激に上昇し 、その後、ほぼ一定の傾きで上昇し続けて既定の測定開始圧力 P1に到達する。ガス 流量検定ユニット 11Bは、図 16に示すように時間と傾きとの関係をマップデータとし て HDD45に記憶し、流量検定精度に悪影響を及ぼさな 、ように既定の測定開始圧 力 P1に到達するまでの傾きの範囲に幅を持たせて、測定可能範囲 XIとしてマップ データ上に記憶している。

[0099] 図 14に示す圧力 Ρ -Ρ間の傾き P Z Atは、傾きが急であり、予めガス流量検定

0 1 1

ユニット 11Bに登録されて!/、る測定可能範囲 XI内でな!/、と判断される (S305： NO) 。この場合、圧力値 Pの傾きが変動して流量 Qを精度良く測定できない可能性がある ので、 S 302へ戻り、所定時間経過後に次の圧力値 Pを取得し、上記と同様の処理

2

を行う。

[0100] このようにして、最新の圧力値 Pと直前の圧力値 P との間の圧力上昇率 (傾き) P

n n-1 n

Z A tを算出し、算出した傾き P Z A tが、予めガス流量検定ユニット 1 IBに登録され ている測定可能範囲 XI内であると判断した場合には（S305 : YES)、それ以降の圧 力変動がほぼ安定し、流量検定精度に悪影響を与えないので、 S306へ進む。

[0101] S306においては、傾き P Z A tが測定可能範囲 XI内であると判断されたときの圧 力値 Pを、測定開始圧力 P21として記憶する。従って、傾き P ZAtが測定可能範囲 XI内であると判断されたとき力 流量検定開始タイミングとなる。

[0102] そして、 S307において、測定開始圧力 P21を測定して力も測定時間 A txが経過し た力否かを判断する。測定時間 A txが経過するまでは（S307 :NO)、圧力センサ 14 の圧力値 Pを監視しながら待機する。

[0103] 一方、測定時間 txが経過した場合には（S307 :YES)、 S308において、測定時間 txが経過したときの圧力値 Pを圧力センサ 14力も入力し、測定終了圧力 P22として feす。。

[0104] そして、 S309において、流量 Qを算出する。具体的には、測定終了圧力 P22と測 定開始圧力 P21との間の圧力差 P22— P21を算出し、算出した圧力差 P22— P21 を測定時間 txで割ることにより、圧力上昇率 Δ ΡΖ Δ ΐを算出する。そして、算出した 圧力上昇率 Δ ΡΖ Δ ΐと、 S 104で算出したタンク体積 Vと、温度センサ 15が検出した 温度 Τと、使用するガスの気体定数 Rとを数式 1に代入し、流量 Qを算出する。

[0105] その後、 S 108へ進む。 S 108以降の処理は上述したので、説明を省略する。

[0106] また、別例として、圧力値を所定圧力間隔で取得して圧力値変動の傾きに対する 相関係数を監視することにより、流量検定開始タイミングを計っても良い。

[0107] すなわち、図 13の S302〜S304に示すように、圧力センサ 14が検出する圧力が 所定圧力 Δ Ρ増加する毎に、圧力値 Pを記憶する。所定圧力間隔で圧力値 Pを取 得する場合、図 15の Y2に示すように、ある時間までは圧力取得時間の間隔 A tが 短いが、ある時間が経過すると、圧力取得時間の間隔 A tがほぼ一定になる。圧力 取得時間の間隔 Δ がほぼ一定の範囲では、圧力値の傾きの相関係数が 1に近づく 。そこで、最新の圧力値 Pの傾き Δ ΡΖ Δ ΐに対する相関係数を算出する。ガス流量 検定ユニット 11Bは、図 17に示すように、流量検定 Qの検定精度に悪影響を与えな V、範囲で相関係数がほぼ 1に近づくように幅を持たせて、測定可能範囲 Χ2として設 定している。

[0108] 従って、算出した相関係数が測定可能範囲 Χ2外である場合には（S305 : NO)、 圧力変動が安定せず、流量 Qの検定に悪影響を与える恐れがあるので、 S302へ戻 り、圧力が所定圧増カロしたときに圧力値 Pを記憶して、上記と同様の処理を実行する

[0109] 一方、相関係数が測定可能範囲 X2内である場合には（S305 : YES)、圧力変動 がほぼ安定し、流量 Qの検定に悪影響を与える恐れがないので、 S306へ進む。 S3 06以降の処理は、上述したので説明を省略する。

[0110] 尚、図 14に示すように時間間隔 A tで圧力を監視する場合について圧力値変動の 傾きに対する相関係数が測定可能範囲 X2に属するか否かに基づいて流量検定開 始タイミングを計るようにしてもょ 、し（図 17参照）、図 15に示すように圧力間隔 Δ Pで 圧力を監視する場合にっ 、て傾きが測定可能範囲 XIに属するか否かに基づ ヽて 流量検定開始タイミングを計るようにしてもよいことは（図 16参照）、言うまでもない。

[0111] <第 3実施形態の作用効果 >

以上説明したように、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 11Bは、圧力センサ 14 が既定の測定開始圧力 P1を測定する前であっても、圧力上昇率 (傾き) P Z A t、 Δ P/t又は圧力値 Pの傾き P Z A t、 Δ Ρ/tの相関係数が測定可能範囲 XI, X2内 に属すれば、流量を測定して検定を行う（図 13の S302〜S309参照）。これに対して 、第 1実施形態のガス流量検定ユニット 11は、圧力センサ 14が既定の測定開始圧力 P1を検出するのを待って、流量 Qを測定して検定を行う（図 7の S105〜S107参照）

[0112] 流量検定は、検定精度を向上させるために、パージと流量測定とを既定検定回数 e だけ繰り返し行う。そのため、第 1実施形態のガス流量検定ユニットは、 1個のガスュ ニット 2について流量検定が完了するまでの時間力 数分力かっていた。これに対し て、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 1 IBは、圧力がほぼ安定して力 既定の測 定開始圧力 P1に到達するまでの無駄な時間を待たずに流量の検定を行うので、 1 個のガスユニット 2について流量検定が完了するまでの時間を 1分以内にすることが できた。

[0113] よって、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 11Bは、圧力センサ 14が既定の測定 開始圧力 P1を検出する前でも、圧力値の傾きや相関係数が測定可能範囲 XI, X2 内であることを条件に、流量検定を行うことにより、第 1実施形態のガス流量検定ュニ ット 11より検定時間を短縮することができる。通常、ガス供給集積ユニットには、多数 のガスユニット 2が設置される。そのため、 1個のガスユニット 2について検定時間を短 縮できれば、ガス供給集積ユニット全体では検定時間を大幅に短縮することができ、 効果が顕著である。

[0114] ところで、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 11Bのように、圧力センサ 14の圧力 が既定の測定開始圧力 P1に達する前に流量検定を行うと精度が落ちるようにも思わ れる。そこで、マスフローコントローラ 10の下流側に高精度流量計を設置し、マスフ口 一コントローラ 10が出力する流量を高精度流量計で測定し、第 1,第 3実施形態のガ ス流量検定ユニット 11, 11Bが測定した流量を高精度流量計の測定値と比較して精 度の検証を行った。その検証結果を図 18に示す。

[0115] 図 18は、第 1,第 3実施形態に係るガス流量検定ユニット 11, 11Bの流量検定精度 につ 、て調べた実験の実験結果を示す図である。

ガス流量検定ユニット 11, 11Bは、機器構成が同じであるが、流量検定処理のみが 相違する。そのため、ガス流量検定ユニット 11, 11Bは、タンク体積 Vが同じである。 また、ガス流量検定ユニット 11Bは圧力センサ 14の圧力値 Pを所定時間間隔で監視 し、圧力値の傾きにより流量検定タイミングを計るものとする。

[0116] 図 18に示すように、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 11Bは、圧力センサ 14が 既定の測定開始圧力 P1を検出する前に流量検定を行っても、第 1実施形態のガス 流量検定ユニット 11より約 0. 05%程度ではあるが精度よく流量検定を行う。数値とし ては、 0. 05%の僅かな上昇ではあるが、マスフローコントローラ 10の精度目標が 1 %であることを考慮すれば、 0. 05%の精度向上は製品の信頼性向上に大きく寄与 する。よって、第 3実施形態のガス流量検定ユニット 1 IBによれば、第 1実施形態の ガス流量検定ユニット 11と比べて流量検定時間を短縮できる上に、流量検定精度を より一層向上させることができる。

[0117] 尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなぐ色々な応用が可能である。

[0118] (1)例えば、上記実施の形態では、ガス流量検定ユニット 11の第 1遮断弁 12と第 2 遮断弁 13と圧力センサ 14は、 1つの流路ブロック 18に固定されている力 配管で接 続されてもよいし、また、複数の流路ブロックを介して接続されてもよい。すなわち、既 知体積 Vkがシステム側流路体積 Ve以下であれば、ガス流量検定ユニット 11の流路 を適宜組み上げることができる。

(2)上記実施形態では、マスフローコントローラ 10を流量制御機器として使用したが 、圧変動補正定流量弁や流量調整弁などの流量設定機能を有するものを流量制御 機器として使用してもよい。

[0119] (3)例えば、上記実施の形態では、温度センサ 15として熱電対を使用した力 サーミ スタ真空計やビラ-真空計などを温度検出器に適用してもよい。また、温度検出器は 、流路ブロック 18の側面に取り付けてもよいし、上方から流路ブロック 18に突き刺す ように取り付けてもよぐ更には、流路ブロック 18の内部流路内に取り付けてもよい。

(4)例えば、上記実施形態では、圧力検出器として静電容量型の圧力センサを使用 したが、ピエゾ抵抗型の圧力センサや、液注型真空計やマクラウド真空計などを圧力 検出器として使用してもよい。

(5)例えば、上記実施形態では、第 1遮断弁 12と第 2遮断弁 13に電磁駆動系の電 磁弁としたが、エアオペレート弁など他の駆動系を用いる弁であってもよい。また、ダ ィァフラム弁でなぐポペット弁などであってもよ 、。

[0120] (6)例えば、上記実施の形態では、ガス流量検定ユニット 11をガスボックスに収納し た力 レールや取付板に取り付けられたままガスボックスに収納されて ヽな 、ガスュ ニットにガス流量検定ユニット 11を接続してもよい。

(7)例えば、上記実施の形態では、タンク体積 Vとシステム側流路体積 Veを事後的 に体積記憶手段 46に記憶させたが、例えば、ガス流量検定ユニット 11をガスボックス 1に組み込み、タンク体積 Vとシステム側流路体積 Veが分力つている場合には、既知 のタンク体積 Vとシステム側流路体積 Veを初期値として体積記憶手段 46に記憶させ てもよい。この場合、ユーザ側でガスボックス内の流路構成に変更を加えた場合には 、上記実施形態で説明した体積測定を実施することにより、流路構成の変更に伴う流 量検定不良を防止することができる。

(8)上記第 3実施形態では、測定時間 txに基づいて測定開始圧力 P21と測定終了 圧力 P22とを算出して流量算出を行った。これに対して、例えば、測定開始圧力 P21 に予め決めた上昇圧力を加算して目標圧力 P23とし、測定開始圧力 P21から目標 圧力 P23まで上昇する時間 Atを計測して、測定開始圧力 P21から目標圧力 P23ま で上昇する単位時間当たりの圧力上昇率 (傾き） A PZ Atを求めてもよい。この場合 には、求めた単位時間当たりの圧力上昇率 A PZ Atを数式 1に用いれば、流量 Qを 算出することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 流量制御機器の下流側に配設されるガス流量検定ユニットにお 、て、

前記流量制御機器に接続され、ガスを入力する第 1遮断弁と、

前記ガスを出力する第 2遮断弁と、

前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁とを連通させる連通部材と、

前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁との間に供給される前記ガスの圧力を検出する 圧力検出器と、

前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁との間に供給される前記ガスの温度を検出する 温度検出器と、

前記圧力検出器が検出する圧力検出結果と、前記温度検出器が検出する温度検 出結果を用いて前記流量制御機器を流れるガスの流量を検定する制御手段と、を有 し、

前記第 1遮断弁から前記第 2遮断弁までの体積が、前記流量制御機器の出口から 前記第 1遮断弁までの体積以下であることを特徴とするガス流量検定ユニット。

[2] 請求項 1に記載するガス流量検定ユニットにお 、て、

前記連通部材が、

前記第 1遮断弁の出力ポートに連通する第 1ポートと、前記第 2遮断弁の入力ポー トに連通する第 2ポートと、前記圧力検出器に連通する第 3ポートとが同一側面に開 口し、前記第 1ポートと前記第 2ポートと前記第 3ポートとを連通させる内部流路が形 成された流路ブロックであること、を特徴とするガス流量検定ユニット。

[3] 請求項 2に記載するガス流量検定ユニットにお 、て、

前記温度検出器が棒状の温度センサであって、

前記流路ブロックは、前記温度センサを取り付ける取付部が設けられて！/ヽることを 特徴とするガス流量検定ユニット。

[4] 請求項 1乃至請求項 3の何れか 1つに記載するガス流量検定ユニットにおいて、 前記流量制御機器が搭載されたガスユニットを内蔵するガスボックスに内設される ことを特徴とするガス流量検定ユニット。

[5] 請求項 1乃至請求項 4の何れか 1つに記載するガス流量検定ユニットにおいて、 前記制御手段は、

前記流量制御機器と前記第 2遮断弁との間にガスを目標圧力だけ封入するときに、 前記圧力検出器が既定の初期圧力を検出した後、前記目標圧力を検出するまでの 単位時間あたりの上昇圧力値を算出するとともに、圧力検出時のガス温度を前記温 度検出器により検出し、前記圧力上昇値と前記ガス温度を用いて前記流量制御機 器から前記第 2遮断弁までのタンク体積を測定し、前記第 1遮断弁から前記第 2遮断 弁までの体積を前記タンク体積力 減算することにより、前記流量制御機器力 前記 第 1遮断弁までの体積を測定する体積測定手段を有することを特徴とするガス流量 検定ユニット。

[6] 請求項 1乃至請求項 4の何れか 1つに記載するガス流量検定ユニットにおいて、 前記第 2遮断弁が真空ポンプに接続され、

前記制御手段は、

前記第 1遮断弁と第 2遮断弁との間を前記真空ポンプにより真空引きされた後、前 記流量制御機器と前記第 1遮断弁との間に封入されたガスが前記第 1遮断弁と前記 第 2遮断弁との間に放出されたときに、前記第 1遮断弁と前記第 2遮断弁との間の圧 力変化と温度変化を用いて前記流体制御機器から前記第 2遮断弁までのタンク体積 を測定し、前記第 1遮断弁から前記第 2遮断弁までの体積を前記タンク体積から減算 することにより、前記流量制御機器から前記第 1遮断弁までの体積を測定する体積 測定手段を有することを特徴とするガス流量検定ユニット。

[7] 請求項 1乃至請求項 4の何れか一つに記載するガス流量検定ユニットにおいて、 前記制御手段は、

前記圧力検出器が検出する圧力値を所定間隔でサンプリングして、新規にサンプ リングした圧力値と直前にサンプリングした圧力値との傾きを算出し、算出した傾きが 測定可能範囲内になったときに、ガスの流量を検定すること

を特徴とするガス流量検定ユニット。

[8] 請求項 1乃至請求項 4の何れか一つに記載するガス流量検定ユニットにおいて、 前記制御手段は、

前記圧力検出器が検出する圧力値を所定間隔でサンプリングして、新規にサンプ リングした圧力値の傾きに対する相関係数を算出し、算出した相関係数が測定可能 範囲内になったときに、ガスの流量を検定すること

を特徴とするガス流量検定ユニット。