WO2024057731A1 - マスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

流体が作用する位置である作用位置における流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行うマスフローコントローラにおいて、ゼロではない流量設定値である第１設定値が流量設定手段に入力された時点である第１時点から作用位置に流体が到達したと判断される時点である第２時点までの期間においては流量信号に基づいて特定される流量測定値が第１設定値よりも大きくなるように流量制御弁に弁開度信号を出力し、第２時点から第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値が流量設定手段に入力される時点である第３時点までの期間においては流量測定値が第１設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力し、第３時点から第１設定値が次に入力される時点までの期間においては流量測定値が第２設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力することにより、作用位置における流体の流量の立ち上がりの遅れ及び鈍化を抑制する。

Description

マスフローコントローラ

　本発明は、流体を間欠的に供給するマスフローコントローラに関する。特に限定はされないが、本発明は、原子層堆積法による半導体の製造に好適なマスフローコントローラに関する。

　マスフローコントローラは、主に半導体の製造に使用される精密機器である。マスフローコントローラは、流体の流量に対応する流量信号を出力する流量センサと、弁の開度を調整することによって流体の流量を制御する流量制御弁と、流体の流量設定値を入力する流量設定手段と、流量制御弁に弁開度信号を出力する制御手段とを備える。半導体の製造におけるマスフローコントローラの典型的な用途としては、例えば、マスフローコントローラの下流側に接続された配管を経由して半導体製造装置の反応室の内部に設置された基板に材料ガスを供給して成膜を行う用途などが挙げられる。

　半導体の製造方法の技術革新にともなって、マスフローコントローラに新たな仕様が要求される。例えば、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ。以下、「ＡＬＤ」という。）と呼ばれる技術においては、複数の種類の材料ガスを少量ずつ交互に基板の表面に供給することによって、原子層レベルにて膜厚及び組成がコントロールされた高精度かつ均質な薄膜が形成される。ＡＬＤに使用されるマスフローコントローラにおいては、流量が制御された材料ガスをおよそ２秒から３秒という短い時間だけ供給し、その後は材料ガスの供給を遮断するというサイクルを一定の周期にて繰り返すことが求められる。

　当該技術分野においては、上記のような短いサイクルにてガス供給のオンとオフとを交互に繰り返すのに好適なマスフローコントローラが提案されている。例えば、特許文献１には、繰り返し開閉することによって流量制御弁が疲労した場合であっても、流量制御の応答性を工場出荷時の状態に保つことができるマスフローコントローラの発明が記載されている。また、例えば、特許文献２には、反応室の近傍に複数の装置を放射状に配置することによりレスポンスの遅れや材料ガスを供給するタイミングのずれを解消することができるマスフローコントローラの発明が記載されている。

特開２０２２－８３１０２号公報 特開２０２１－１５７７２８号公報

　上述のとおり、マスフローコントローラを含む材料ガスの供給ユニットは、多くの場合、半導体製造装置の本体の外側に設けられ、通常は、マスフローコントローラと反応室とは離れており、両者の間には流体を搬送するための配管が設けられている。さらに、基板の表面に流体を均一に供給することを目的としてシャワーヘッドが設けられる場合がある。このような場合、マスフローコントローラから供給された材料ガスがシャワーヘッドを含む配管を経由して基板の位置に到達するまでには、およそ０．５秒から１．０秒くらいの時間がかかる。この遅延時間は、ＡＬＤによって生産される半導体の生産効率を低下させる原因となり得る。

　また、配管内を通る材料ガスのうち、配管の壁面の近くを通る材料ガスには粘性に起因する剪断力がはたらくため、配管の中心の近くを通る材料ガスの速度に比べて、配管の壁面の近くを通る材料ガスの速度が遅くなる。配管内において材料ガスが流れる速度に分布が生じると、材料ガスが基板に到達する時間にも分布が生じる。その結果、基板の位置における材料ガスの流量の立ち上がりが鈍化する。基板の位置における材料ガスの立ち上がりの遅れ及び鈍化は配管が長ければ長いほど顕著になり、ＡＬＤによって生産される半導体の品質及び生産効率を低下させる原因となり得る。

　本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、流体が作用する位置である作用位置における流体の流量の立ち上がりに要する時間を短くすることによって、例えばＡＬＤによって生産される半導体の品質及び生産効率を向上させることを目的とする。

　本開示に係るマスフローコントローラは、流体の流量に対応する流量信号を出力する流量センサと、弁の開度を調整することによって流体の流量を制御する流量制御弁と、流体の流量設定値が入力される流量設定手段と、流量制御弁に弁開度信号を出力する制御手段とを備え、流体が作用する位置である作用位置における流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行う。本開示に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、第１期間、第２期間及び第３期間の各々に応じて、以下のように流量制御を行うように構成されている。

　第１期間は、ゼロではない流量設定値である第１設定値が流量設定手段に入力された時点である第１時点から作用位置に流体が到達したと判断される時点である第２時点までの期間である。第１期間においては、流量信号に基づいて特定される流量測定値が第１設定値よりも大きくなるように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　第２期間は、第２時点から第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値が流量設定手段に入力される時点である第３時点までの期間である。第２期間においては、流量測定値が第１設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　第３期間は、第３時点から第１設定値が次に入力される時点までの期間である。第３期間においては、流量測定値が第２設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　更に、制御手段は、第１期間、第２期間及び第３期間からなる制御サイクルを１回又は２回以上繰り返し実行するように構成されている。

　上記構成を備えるマスフローコントローラを使用すれば、第１期間においては目標とする流量設定値である第１設定値よりも大きい流量にて流体が流れるので、配管の内部に短時間のうちに流体を充填することができる。その結果、基板の位置（作用位置）に到達する流体の流量の立ち上がりに要する時間が短縮される。また、第１期間が終了して第２期間に入ると、流量設定値である第１設定値と等しい流量にて流体が流れるように流量制御弁の開度が制御されるので、基板に到達する流体の流量が流量設定値を超えて増加することはない。

　本開示の好ましい実施の形態において、本開示に係るマスフローコントローラは、少なくとも流量測定値を表示する表示手段をさらに備える。加えて、第１期間においては流量測定値とは異なる情報である第１情報を表示手段によって表示し、第２期間及び第３期間においては流量測定値を表示手段によって表示するように表示手段が構成されている。上記構成を備えるマスフローコントローラを使用すれば、第１期間においてマスフローコントローラに一時的に流れている過剰な流量が流量表示値として表示されることがないので、オペレータに誤った情報が伝達されることがない。

　本開示のもう１つの好ましい実施の形態において、本開示に係るマスフローコントローラは、流量測定値が異常値に該当すると判断される場合に異常対応動作を実行するように構成された異常対応手段をさらに備える。異常対応動作とは、例えば、警報の発出、流量制御弁の開度の減少及び流体の供給の停止などからなる群より選ばれる少なくとも１つのアクションを含む動作である。加えて、第１期間においては流量測定値が異常値に該当すると判断される場合であっても異常値ではない所定の値である疑似流量値を流量測定値として異常対応手段に出力することにより異常対応動作を異常対応手段に実行させず、第２期間及び第３期間においては流量測定値を異常対応手段に出力するように制御手段が構成されている。

　上記構成を備えるマスフローコントローラを使用すれば、第１期間においてマスフローコントローラに一時的に流れている過剰な流量が流量測定値として異常対応手段に出力されることがないので、不要な異常対応動作が実行されることがない。

　本開示に係るマスフローコントローラを使用すれば、例えばＡＬＤのように流体を流したり止めたりすることを短い周期にて繰り返すような場合であっても、基板の位置における流体の流量の立ち上がりの遅れ及び鈍化を抑制することができる。その結果、例えばＡＬＤによって生産される半導体の品質及び生産効率を向上させることができる。

本発明に係るマスフローコントローラの使用の態様を例示する模式図である。 本発明に係るマスフローコントローラの構成の一例を示す模式的なブロック図である。 本発明に係るマスフローコントローラにおける弁開度信号の強度（ａ）の時間（ｔ）に対する変化を例示するグラフである。 本発明に係るマスフローコントローラにおける弁開度信号の強度（ａ）、流量測定値（ｂ）及び作用位置における材料ガスの流量（ｃ）の時間（ｔ）に対する変化を例示するグラフである。 本発明の好ましい実施の形態に係るマスフローコントローラにおける流量表示値（ｄ）の時間（ｔ）に対する変化を例示するグラフである。 従来技術に係るマスフローコントローラにおける弁開度信号の強度（ａ′）、流量測定値（ｂ′）及び作用位置における材料ガスの流量（ｃ′）の時間（ｔ）に対する変化を例示するグラフである。

　本発明を実施するための形態について、以下図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明及び図面は本発明を実施するための形態の例を示したものであり、本発明を実施するための形態は、以下の説明及び図面に示された形態に限定されない。

〈用途〉
　ある実施の形態において、本発明は、流体が作用する位置である作用位置における流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行う。例えば、本発明は、作用位置に流体を間欠的に供給するマスフローコントローラの発明である。本発明に係るマスフローコントローラによって供給される流体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。流体が気体である場合には、本発明の効果がより顕著に表れる。

　前述のとおり、マスフローコントローラの主な用途は半導体の製造である。半導体の製造において、マスフローコントローラは、半導体の製造工程において使用されるガスの流量を制御することを目的として使用される。この場合の流量制御の対象は、半導体デバイスを構成するパターン化された素子、導線又は絶縁層などの材料となる材料ガスと呼ばれるガスのみならず、半導体デバイスのエッチング処理に使われるガスなど、半導体の製造工程において使われるあらゆるガスが対象となり得る。

　本発明に係るマスフローコントローラは、流体が作用する位置である作用位置に流体を供給する。本明細書において「作用位置」とは、マスフローコントローラによって供給された流体がその本来の使用目的を達成する場所をいう。以下、本発明に係るマスフローコントローラを用いて半導体製造装置に材料ガスを供給し、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって基板上に膜を生成させる場合を例にとって説明する。

　図１は、本発明に係るマスフローコントローラの使用の態様を例示する模式図である。半導体製造装置１の反応室４の内部にシリコン又はその他の材料からなる基板６が予め設置されている。基板６は、接地電極７の上に設置されており、接地電極７の下に設けられたヒータ９によって所定の温度に加熱される。反応室４の内部は、排気配管１０に接続された図示しない真空ポンプによって真空状態に保たれる。ただし、本明細書における「真空状態」は、例えば高真空などの厳密に真空である状態に限定されるものではなく、目的とする成膜が可能である限りにおいて減圧状態をも含み得る広い概念を意味する。真空ポンプの排気速度は、排気配管１０と真空ポンプの間に設けられた図示しないコンダクタンス調整バルブによって制御される。半導体製造装置１の真空系を図１に示すように構成することによって、反応室４の内部の圧力は、マスフローコントローラから供給される材料ガスの流量の多少にかかわらず一定の値に保たれる。

　マスフローコントローラ２は、図示しない供給源から供給される材料ガスの流量を制御しながらガス供給配管３に材料ガスを供給する。材料ガスは矢印によって示すようにガス供給配管３の中を図の右側に向かって流れて、真空状態にある半導体製造装置１の反応室４に至る。基板６の直上にはシャワーヘッド５が設けられ、ガス供給配管３によって供給された材料ガスはシャワーヘッド５の下面に設けられた多数の細孔から反応室４の内部に放出された後、基板６の表面に至る。シャワーヘッド５は、基板６の表面に材料ガスを均一に供給することを目的として設けられる。

　シャワーヘッド５は導電体によって構成され、ＲＦ電極を兼ねている。シャワーヘッド５は、基板６が設置されている接地電極７と共に一対の平行平板電極を構成する。電極に高周波電源を接続して通電すると、電極間にＲＦ放電が起きて材料ガスが電離し、イオン及び高速の電子からなるプラズマ８が発生する。プラズマ８の中では高速電子の衝突により材料ガスを構成する分子が容易に分解される。これにより、基板の表面又は基板上に堆積した膜の表面において材料ガスとの化学反応が進行して目的とする膜が基板の上に成膜され、材料ガスがその本来の使用目的を達成する。つまり、図１に例示する実施の形態においては、基板の表面の位置及び基板上に堆積した膜の表面の位置が、本発明における作用位置に該当する。

　図１に例示した半導体製造装置１においては、ＲＦ電極５と接地電極７が水平に配置され、接地電極７の上に基板６が設置される。この電極構造はデポダウン（ｆａｃｅ　ｄｏｗｎ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれ、最も基本的な電極構造である。しかしながら、本発明に係るマスフローコントローラの用途は、電極構造としてデポダウンを採用した半導体製造装置への材料ガスの供給に限られない。上記以外の使用の形態においても、上記と同様にして、流体がその本来の使用目的を達成する場所を作用位置として特定することができる。

　本発明に係るマスフローコントローラは、作用位置における流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行う。本明細書において「流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行う」とは、あるマスフローコントローラについて、ある供給期間においては特定の流量にて流体が定常的に供給されるように流体の流量制御を行い、上記供給期間とは異なる供給期間においては上記特定の流量よりも小さい流量にて流体が定常的に供給されるか又は流体の供給が停止しているように流体の流量制御を行うことをいう。

　より詳しくは、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、第１期間、第２期間及び第３期間の各々に応じて、以下のように流量制御を行うように構成されている。

　第１期間は、ゼロではない流量設定値である第１設定値が流量設定手段に入力された時点である第１時点から作用位置に流体が到達したと判断される時点である第２時点までの期間である。第１期間においては、流量信号に基づいて特定される流量測定値が第１設定値よりも大きくなるように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　第２期間は、第２時点から第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値が流量設定手段に入力される時点である第３時点までの期間である。第２期間においては、流量測定値が第１設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　第３期間は、第３時点から第１設定値が次に入力される時点までの期間である。第３期間においては、流量測定値が第２設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。
　更に、制御手段は、第１期間、第２期間及び第３期間からなる制御サイクルを１回又は２回以上繰り返し実行するように構成されている。

　第１期間、第２期間及び第３期間の長さは、全てが等しくてもよく、全てが異なっていてもよく、あるいは一部のみが等しくてもよい。また、第３期間の終了時（すなわち、次の制御サイクルに含まれる第１期間の開始時）に新たに入力される第１設定値は、前回の制御サイクルに含まれる第１期間の開始時に入力された第１設定値に等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。更に、その次の第３期間の開始時に新たに入力される第２設定値も同様に、前回の制御サイクルに含まれる第３期間の開始時に入力された第２設定値に等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。典型的には、全ての制御サイクルに亘って第１期間、第２期間及び第３期間の長さはそれぞれ一定であり、第１設定値及び第２設定値もそれぞれ一定である。

　また、第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値はゼロであってもよい。この場合、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、第３期間において、流量制御弁に弁を閉じる弁開度信号を出力する。即ち、本発明に係るマスフローコントローラは、作用位置に流体を間欠的に供給することとなる。本明細書において「流体を間欠的に供給する」とは、あるマスフローコントローラについて、流体が一定の流量にて定常的に供給される定常流期（第２期間）と、流体の供給が停止している停止期（第３期間）とが、比較的短い周期にて交互に繰り返されることをいう。定常流期及び停止期の長さは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。上述した基板の位置における流体の流量の立ち上がりの遅れ及び鈍化は、停止期から定常流期に切り替える瞬間に発生する現象である。この現象はマスフローコントローラから流体を長い時間定常的に供給する場合にはほとんど問題にならないが、流体を間欠的に供給する場合には問題となり得る。また、第２設定値がゼロではない場合においても、次の制御サイクルに含まれる第１期間の開始時に第１設定値が新たに入力される瞬間に基板の位置における流体の流量の立ち上がりの遅れ及び鈍化が起こり得る。

〈ハードウェアの構成〉
　本発明に係るマスフローコントローラは、流体の流量に対応する流量信号を出力する流量センサと、弁の開度を調整することによって流体の流量を制御する流量制御弁と、流体の流量設定値が入力される流量設定手段と、流量制御弁に弁開度信号を出力する制御手段とを備える。これらの構成要素のうち制御手段は本発明に特有の制御を行うので、後で詳しく説明する。

　流量センサは、マスフローコントローラに用いることができる公知の流量センサであれば、どのような流量センサであってもよい。具体的には、例えば、熱式流量センサや圧力式流量センサなどを用いることができる。流体の流量の変化をすばやく検知するために、できるだけ短い応答時間を有する流量センサを採用することが好ましい。

　流量制御弁は、マスフローコントローラに用いることができる公知の流量制御弁であれば、どのような流量制御弁であってもよい。具体的には、例えば、ダイアフラムからなる弁体と、弁座と、ダイアフラムを駆動するアクチュエータによって構成された流量制御弁を用いることができる。短い時間の定常流期においてできるだけ多くの流体を供給するために、できるだけ大きいコンダクタンスを有する流量制御弁を採用することが好ましい。なお、コンダクタンスとは、配管におけるガスの流れやすさを示す係数であり、配管を流れるガスの質量流量を配管の両端の圧力差で割った値に等しい。

　流量設定手段は、マスフローコントローラが制御する流体の流量設定値として入力されたデータに対応する信号を制御手段に伝達する機能を備えるものであれば、どのような構成を有するものであってもよい。流量設定手段の具体例としては、例えば、マスフローコントローラの外部に設置された制御用のコンピュータからの電気信号による命令を受け取ることを目的として設けられた通信手段などが該当する。

　制御手段は、流量制御弁に弁開度信号を出力して流量制御弁の開度を変化させることにより流体の流量を制御する機能を備えるものであれば、どのような構成を有するものであってもよい。例えば、制御手段は、マイクロコンピュータを主要部として備える電子式制御装置である。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ及びインターフェース等を含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたインストラクション（プログラム、ルーチン）を実行することにより上記機能を実現するように構成されている。

　図２は、本発明に係るマスフローコントローラの構成の一例を示す模式的なブロック図である。図２は、本発明に係るマスフローコントローラの構成を概念的に示すものであって、本発明に係るマスフローコントローラ並びにその構成部材の形状、構造及び組み合わせを具体的に示すものではないことに留意すべきである。

　図２に例示するマスフローコントローラ２は、流体が流れる流路２０を備える。流体は、入口２１からマスフローコントローラ２の内部に流入し、出口２２から外部に流出する。流路２０の入口２１と出口２２の間には、流量センサ３０及び流量制御弁４０が設けられている。流量センサ３０は、流路２０の内部に設けられたバイパス３１、流路２０から分岐するセンサチューブ３２並びにセンサチューブ３２の上流側及び下流側に巻き付けられた一組の電熱ワイヤ３３を備える。バイパス３１は、流路２０を流れる流体の流量とセンサチューブ３２に分岐する流体の流量との比を一定に保つ機能を有する。バイパス３１は、例えば、多数のパイプを束ねた層流素子によって構成することができる。センサチューブ３２は、バイパス３１の上流側において流路２０から分岐し、バイパス３１の下流側において流路２０と再び合流する。センサチューブ３２に巻き付けられた一組の電熱ワイヤ３３に通電すると、センサチューブ３２の内部に流体が流れているときは通電により生じた熱が上流側から下流側へと移動するため、一組の電熱ワイヤ３３の間に生じる温度差に起因して抵抗値に差が生じる。この抵抗値の差を検知することによって、センサチューブ３２の内部に流れる流体の流量を検知することができ、さらには流路２０に流れる流体の流量を検知することができる。すなわち、図２に例示する流量センサ３０は熱式の流量センサである。

　流量センサ３０によって検知された流体の流量は、流路２０を流れる流体の流量を制御するのに用いられる。具体的には、図示しない制御用のコンピュータから流量設定手段６０に入力された流量設定値に流量センサ３０によって検知された流体の流量が一致するように、マスフローコントローラ２が備える制御手段５０によって流量制御弁４０の開度が制御される。流量制御弁４０は、弁体４１とその駆動機構４２を備える。駆動機構４２には、制御手段５０から出力された制御信号としての弁開度信号が入力され、弁体４１の開度が制御される。駆動機構４２が圧電素子によって構成される場合は、弁開度信号として電圧信号を使用することができる。上記のように図２に例示するマスフローコントローラ２は熱式流量センサ３０を備えるが、前述したように、圧力式流量センサ又はその他の公知の流量センサを流量センサ３０として備えてもよい。流量センサ３０の構成にかかわらず、マスフローコントローラ２は、流量センサ３０から出力される流量信号に基づいて流体の流量を特定し、その流量が流量設定値と一致するように流量制御弁４０の開度を制御する。

　上述したように、第１時点において流量設定手段に入力される流量設定値はゼロではない流量設定値である第１設定値であり、第３時点において流量設定手段に入力される流量設定値は第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値である。また、第２設定値がゼロである場合、流量設定手段に入力される流量設定値は、定常流期（第２期間）においてはゼロではない値（第１設定値）であり、停止期（第３期間）においてはゼロ（第２設定値）である。

〈制御手段の動作〉
　上述のとおり、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、本発明に特有の制御動作を行うように構成されている。以下、図３から図６までを参照し、本発明における制御手段の動作を従来技術と対比しながら詳しく説明する。なお、以下の説明においては、ゼロではない流量設定値である第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値がゼロと等しく、流量設定値が第１設定値である期間と流量測定値が第２設定値である期間とを交互に設けることにより、マスフローコントローラによって作用位置に流体を間欠的に供給する場合を例にとって述べる。

　図６は、従来技術に係るマスフローコントローラを用いて材料ガスを間欠的に供給したときの弁開度信号の強度ａ′、流量測定値ｂ′及び作用位置における材料ガスの流量ｃ′の時間ｔに対する変化を例示するグラフである。なお、以下の説明においては、弁開度信号の強度ａ′を単に「弁開度信号ａ′」と略称する。ここに示された信号強度及び流量の時間的変化は、図１に例示された半導体製造装置１と同じものを用い、本発明に係るマスフローコントローラ２を従来技術に係るマスフローコントローラに置き換えた場合における時間的変化を表している。

　弁開度信号ａ′は、従来技術に係るマスフローコントローラが備える制御手段から流量制御弁に入力される信号の強度である。例えば電流値又は電圧値などの弁開度信号の強度と流量制御弁の開度との関係は正の相関関係であっても負の相関関係であってもよい。即ち、流量制御弁は、弁開度信号の強度が大きくなるほど流量制御弁の開度が大きくなるように構成されていてもよく、逆に弁開度信号の強度が大きくなるほど流量制御弁の開度が小さくなるように構成されていてもよい。しかしながら、以下においては、発明の理解を容易なものとすることを目的として、弁開度信号の強度と流量制御弁の開度とが正の相関関係にあることを前提として説明する。即ち、以下の説明においては、弁開度信号の強度が大きくなるほど流量制御弁の開度が大きくなる場合について述べる。

　流量測定値ｂ′は、従来技術に係るマスフローコントローラが備える流量センサが出力する流量信号に基づいて特定される流量測定値である。作用位置における材料ガスの流量ｃ′は、基板６の表面の位置における材料ガスの流量である。

　図６に示されるように、従来技術に係るマスフローコントローラにおいては、流量設定手段にゼロではない流量設定値（第１設定値）が入力されてからゼロと等しい流量設定値（第２設定値）が入力されるまでの定常流期Ｆ′には、弁開度信号ａ′は一定の値に固定される。流量設定手段にゼロと等しい流量設定値（第２設定値）が入力されてからゼロではない流量設定値（第１設定値）が次に入力されるまでの停止期Ｓ′には、弁開度信号ａ′はゼロに固定される。定常流期Ｆ′には、制御手段は、流量制御弁に制御された弁開度信号ａ′を出力することによって流量測定値ｂ′が流量設定値と一致するように流量制御弁の開度を制御する。停止期Ｓ′には、制御手段は、流量制御弁に弁を閉じる弁開度信号ａ′を出力することによって流体の流量をゼロにする。

　上記の制御動作を実行することにより、図６に示されるように、従来技術に係るマスフローコントローラの流量測定値ｂ′の時間ｔに対する変化は弁開度信号ａ′の時間ｔに対する変化とほぼ一致する。ただし、定常流期Ｆ′の開始から流量測定値ｂ′の増加が始まるまでには若干の時間の遅れがある。また、流量測定値ｂ′の増加が始まってからの流量の立ち上がりは緩慢であり、定常値に達するまでにやや時間がかかる。これらの遅延は、流量制御弁に弁開度信号ａ′が入力されてから実際に弁が開き始めるまでに時間かかかること及び／又はマスフローコントローラの内部の配管における材料ガスの移動に時間がかかることなどに起因している。

　次に、図６に示された作用位置における材料ガスの流量ｃ′についてのグラフを参照すると、定常流期の開始から流量ｃ′の増加が始まるまでの時間の遅れ及び流量ｃ′の増加が始まってから定常値に達するまでの時間の遅れは、いずれも流量測定値ｂ′における時間の遅れに比べて、さらに大きい。これは、前述のとおり、マスフローコントローラから供給された材料ガスがガス供給配管３を通って基板６の位置に到達するまでに時間を要すること及びガス供給配管３の内部を通過する間に材料ガスの速度に分布が生じることが原因である。１つの定常流期Ｆ′の間に基板６の位置に到達することができなかった材料ガスは、ガス供給配管３及びシャワーヘッド５の内部に残留する。残留した材料ガスは、停止期Ｓ′の間に排気配管１０又は図示しないパージ用配管を通って外部に排出され、成膜には寄与しない。

　図６に示される弁開度信号ａ′と作用位置における材料ガスの流量ｃ′の時間ｔに対する変化を比べると、流量ｃ′の立ち上がりの遅れによって、グラフの面積に相当する１つの定常流期Ｆ′における流体の供給量が設定よりも大きく減少していることがわかる。この大きく減少した供給量を補填するには、弁開度信号ａ′によって流量制御弁の開度を増大させるか又は定常流期Ｆ′の長さを増やす（定常流期Ｆ′を延長する）必要がある。しかし、流量制御弁の開度を増大させて作用位置における材料ガスの流量ｃ′を増やすと、材料ガスの流れによって反応室４の内部においてパーティクルが吹き上げられて基板６が汚染されるおそれがある。一方、定常流期Ｆ′を延長すると、ＡＬＤにおける成膜速度が遅くなり半導体の生産効率が低下するおそれがある。

　図３は、本発明に係るマスフローコントローラにおける弁開度信号の強度ａの時間ｔに対する変化を例示するグラフである。なお、以下の説明においては、弁開度信号の強度ａを単に「弁開度信号ａ」と略称する。図３に示されるように、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、第１期間、第２期間及び第３期間の各々に応じて、以下のように流量制御を行う。

　ゼロではない流量設定値である第１設定値が流量設定手段に入力された時点である第１時点から作用位置に材料ガスが到達したと判断される時点である第２時点までの期間である第１期間（以降、「過渡期Ｔ」と称呼される場合がある。）においては、制御手段は、流量信号に基づいて特定される流量測定値が第１設定値よりも大きくなるように、定常状態において流量測定値が第１設定値と一致する場合における弁開度信号の強度よりも大きい強度を有する弁開度信号を流量制御弁に出力する。これにより、過渡期Ｔ（第１期間）においては、定常状態において流量測定値が第１設定値と一致する場合における流量制御弁の開度よりも流量制御弁の開度を大きくして、目的とする第１設定値よりも大きい流量にて流体を流す。過渡期Ｔ（第１期間）において制御手段が行うこのような制御動作は、上述した従来技術にはないものであり、本願発明に特有の制御動作である。図３に示される過渡期Ｔの長さは、記号ｔ_Ｔによって表されている。

　作用位置に材料ガスが到達したと判断される時点である第２時点から第１設定値よりも小さい（ゼロと等しい）流量設定値である第２設定値が流量設定手段に入力される時点である第３時点までの第２期間（以降、「定常流期Ｆ」と称呼される場合がある。）においては、制御手段は、流量測定値が第１設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。本明細書においては、流量測定値が流量設定値と一致するような制御がなされた弁開度信号を「制御された弁開度信号」と称呼される場合がある。ここでいう制御とは、具体的には、例えばフィードバック制御である。流量測定値は、例えば、流量センサから出力される流量信号にさまざまな補正を行うことによって特定される。補正とは、具体的には、例えば材料ガスの種類の違いに起因する公知のコンバージョンファクタによる補正である。制御手段が定常流期Ｆ（第２期間）において行う制御動作は、上述した従来技術における定常流期Ｆ′における制御動作と基本的に同じものである。

　流量設定手段にゼロと等しい第２設定値が入力された第３時点から第２設定値よりも大きい（ゼロではない）流量設定値である第１設定値が次に入力されるまでの第３期間（以降、「停止期Ｓ」と称呼される場合がある。）には、制御手段は、流量測定値が第２設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。ここで説明する例においては、第２設定値がゼロと等しいので、制御手段は流量測定値がゼロになるように、流量制御弁に弁を閉じるための弁開度信号を出力する。停止期Ｓ（第３期間）の開始によって定常流期Ｆが終了する。流量制御弁は停止期Ｓの開始から（第２設定値よりも大きいゼロではない流量設定値である）第１設定値が次に入力されるまでの間は閉じられたままとなる。定常流期Ｆの終了時（すなわち、停止期Ｓの開始時）においては、上述した過渡期Ｔにおけるように流量設定値とは異なる流量にて流体を流す制御は行われない。

　本発明に係るマスフローコントローラは、図３に例示される弁開度信号ａを流量制御弁に出力することによって、作用位置に材料ガスを間欠的に供給する。図３に例示される過渡期Ｔ（第１期間）、定常流期Ｆ（第２期間）及び停止期Ｓ（第３期間）からなる制御サイクルは、材料ガスの本来の使用目的が達成されるまで必要な回数だけ繰り返される。このように制御サイクルが繰り返し実行される期間中に、図３に例示される弁開度信号ａのプロファイルは一定であってもよく、あるいは、弁開度信号ａの強度及び時間の一方又は両方が変更されてもよい。

　図４は、本発明に係るマスフローコントローラにおける弁開度信号ａ、流量測定値ｂ及び作用位置における材料ガスの流量ｃの時間ｔに対する変化を例示するグラフである。ここに示された信号及び流量の時間的な変化は、図１に例示された半導体製造装置１における時間変化を表している。弁開度信号ａは、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段から流量制御弁に入力される信号である。流量測定値ｂは、本発明に係るマスフローコントローラが備える流量センサが出力する流量信号に基づいて特定される流量測定値である。作用位置における材料ガスの流量ｃは、基板６の表面の位置における材料ガスの流量である。図４のグラフのうち弁開度信号ａのグラフは図３のグラフと同じものであり、流量測定値ｂ及び作用位置における材料ガスの流量ｃのグラフと比較するために図４に再掲する。

　図３に示された弁開度信号ａによる制御動作を実行することにより、図４に示されるように、本発明に係るマスフローコントローラの流量測定値ｂの時間ｔに対する変化は弁開度信号ａの時間ｔに対する変化とほぼ一致する。図４の過渡期Ｔに相当する期間においては、図５に示された従来技術の定常流期の開始の場合と同様に、過渡期Ｔの開始から流量測定値ｂの増加が始まるまでにはわずかな時間の遅れがある。また、流量測定値ｂの増加が始まってからの流量ｃの立ち上がりは弁開度信号ａの立ち上がりと比べてわずかに緩慢である。しかし、本発明においては過渡期Ｔにおいて流量制御弁に過大な弁開度信号が出力されているため、これらの遅延は従来技術の場合に比べて限定的である。

　次に、図４における作用位置における材料ガスの流量ｃについてのグラフを参照すると、過渡期Ｔの開始から流量ｃの増加が始まるまでの時間的な遅れ及び流量ｃの増加が始まってから定常値に達するまでの時間的な遅れは、いずれも図６に示された従来技術における作用位置における流体の流量ｃ′の場合と比べて小さい。これは、本発明に特有の過渡期Ｔの開始から定常流期Ｆの開始までの期間においてマスフローコントローラ２から過大に供給された材料ガスがガス供給配管３及びシャワーヘッド５の内部に迅速に充填されるために、定常流期Ｆの開始の時点において既に定常流期Ｆにおける流量設定値とほぼ等しい流量ｃが容易に実現されるからである。なお、本発明に係るマスフローコントローラにおいても、１つの定常流期Ｆの間に基板６の位置に到達することができなかった材料ガスは、停止期Ｓの間に排気配管１０又は図示しないパージ用配管を通って外部に排出され、成膜には寄与しないが、本発明において無駄に排出される材料ガスの量は限定的である。

　図４に示される弁開度信号ａと作用位置における材料ガスの流量ｃの時間ｔに対する変化を比べると、過渡期Ｔにおいて両者の乖離が認められるものの、定常流期Ｆにおいて両者はよく一致している。図６の流量ｃ′に見られる材料ガスの供給量の大きな減少に比べて、図４の流量ｃの過渡期Ｔにおける不足分は少ない。このため、この不足分は、流量設定値をわずかに増加させるか、又は定常流期Ｆをわずかに延長することによって充分に補うことができる。したがって、本発明に係るマスフローコントローラを用いれば、従来技術に比べて、例えばＡＬＤによって生産される半導体の品質及び生産効率を向上させることができる。

〈作用位置への流体の到達〉
　本発明の好ましい実施の形態において、本発明に係るマスフローコントローラは、過渡期Ｔ（第１期間）の長さが予め決定されているか、又は、過渡期Ｔの長さが過渡期Ｔの進行中に決定される。本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段によって上述した制御を実行するには、ある条件においてマスフローコントローラによる流体の供給を開始してから作用位置に流体が到達するまでの時間を知る必要がある。この時間は、過渡期Ｔの長さｔ_Ｔを決定する。制御手段は、過渡期Ｔが継続している期間中は流量制御弁に過大な弁開度信号を出力する。作用位置に流体が到達したと判断されたら過渡期Ｔが終了して定常流期Ｆ（第２期間）が開始し、制御手段は、制御された弁開度信号を流量制御弁に出力する。具体的には、制御手段は、流量測定値が第１設定値と一致するように流量制御弁に弁開度信号を出力する。過渡期Ｔは、流量設定手段にゼロではない流量設定値である第１設定値が入力される時点である第１時点において開始されるが、過渡期Ｔの終了及び定常流期Ｆの開始については、そのトリガーとなる入力信号が存在しない。したがって、制御手段が過渡期Ｔにおける動作を定常流期Ｆにおける動作に切り替えるためには、ある使用条件における最適な過渡期Ｔの長さｔ_Ｔを予め決定しておくか、又は、過渡期Ｔの進行中に決定しなければならない。

　過渡期Ｔの長さｔ_Ｔの最適値を決定するには、いくつかの方法がある。第１の方法は、作用位置への流体の到達を過渡期Ｔの進行中に検知する方法である。具体的には、例えば図１に示された反応室４の内部の圧力を常時計測し、当該圧力が増加を始めた時点を作用位置に材料ガスが到達した時点（すなわち、第２時点）であると判断することができる。前述のとおり、反応室４の内部の圧力は真空ポンプによって真空状態に保たれているので、材料ガスがシャワーヘッド５の細孔から反応室４の内部に放出された瞬間に反応室４の内部の圧力が上昇する。したがって、例えば、作用位置における圧力に対応する圧力信号を出力する圧力センサをさらに設け、当該圧力センサから出力される圧力信号に基づいて特定される圧力の第１時点以降の上昇幅が所定の第１閾値以上となった時点を第２時点とすることができる。

　ただし、供給される材料ガスの量が反応室４の容積に比べて少ない場合は上記圧力の変化はわずかであるから、そのような場合には高い感度を有する圧力計を上記圧力センサとして使用することが好ましい。具体的には、ピラニーゲージ、ダイアフラムゲージ、イオンゲージ、ペニング真空計などの公知の圧力計を使用することができる。

　過渡期Ｔの長さｔ_Ｔの最適値を決定する第２の方法は、材料ガスが基板の表面に到達して形成される膜の成長速度と過渡期Ｔの長さとの関係を調べる方法である。定常流期Ｆの長さ及び流量設定値を原子層一層分が形成できる最小値に固定した状態において、過渡期Ｔの長さを少しずつ短くしていくと、過渡期Ｔの長さがある値以下となったときに膜の成長速度が低下し始める。このときの膜の成長速度が低下し始める直前の過渡期Ｔの長さｔ_Ｔが求める最適値となる。なお、１回の定常流期Ｆにおいて基板に堆積する膜の厚さは原子層一層分と非常にわずかであるが、ＡＬＤによって繰り返し堆積した原子層全体の厚さは公知の方法によって測定することができる。

　過渡期Ｔの長さｔ_Ｔの最適値を決定する第３の方法は、ガスの種類、温度、並びにガス供給配管３の内径及び長さなどから求められるコンダクタンスの値から過渡期Ｔの長さｔ_Ｔを推測する方法である。よく使われるガスについてコンダクタンスの値は公知である。コンダクタンスが判ればマスフローコントローラ２から放出されたガスがガス供給配管３を満たすのに必要な時間を算出することができるので、当該時間から過渡期Ｔの長さｔ_Ｔを推測することができる。なお、過渡期Ｔの長さｔ_Ｔの最適値を決定する方法は、以上に示した方法に限られない。

　以上に例示した方法によって求められた過渡期Ｔの長さｔ_Ｔの最適値は、本発明に係るマスフローコントローラの制御手段に予め入力しておくか、マスフローコントローラの外部に設けられたコンピュータに記憶させておいて必要なときに制御手段に入力するなどの方法により、制御手段による制御に利用することができる。上記の第１の方法の場合には、マスフローコントローラを使用するのと同時に反応室４の内部の圧力の変化をその場で（ｉｎ　ｓｉｔｕ）計測することによって、過渡期Ｔの長さｔ_Ｔを都度決定してもよい。

〈表示手段〉
　本発明の好ましい実施の形態において、本発明に係るマスフローコントローラが備える制御手段は、少なくとも流量測定値を表示することができる表示手段をさらに備え、過渡期Ｔ（第１期間）においては流量測定値とは異なる情報である第１情報を表示手段によって表示し、定常流期Ｆ（第２期間）及び停止期Ｓ（第３期間）においては流量測定値を表示手段によって表示するように構成されている。この好ましい実施の形態における表示手段は、典型的には本発明に係るマスフローコントローラがオペレータに対して現在の流量を表示して知らしめるためのものである。流量の表示は、具体的には、例えばデジタルの数値として表示された流量であってもよく、あるいは電磁メータのようなアナログ表示によって示された流量であってもよく、その他の公知の表示方法によって表示されたものであってもよい。

　上記「第１情報」は過渡期Ｔにおいて流量測定値に代えて表示手段によって表示される情報であり、予め定められた一定の値（例えば、ゼロ）であってもよく、あるいは何等かの情報をオペレータに提供するための文字列及び／又は画像などのイメージであってもよい。

　図５は、好ましい実施の形態における表示手段が表示する流量表示値ｄの時間ｔに対する変化を例示するグラフである。図５の横軸である時間軸は、図３及び図４に示された時間軸と同じものである。図５に示されるように、過渡期Ｔにおいては、表示手段は第１情報としてゼロを表示する。過渡期Ｔにおいて、表示手段が流量信号に基づいて特定される流量測定値ではなくゼロを表示するように構成されている理由は、過渡期Ｔにおいて例えば図４に例示されるような流量測定値ｂをそのまま表示すると、流量設定手段に入力された流量設定値よりも大きな流量が表示されてしまうので、オペレータに誤った情報が伝わるおそれがあるからである。上述のとおり、図４に例示される過渡期Ｔにおける過大な流量は専らガス供給配管３及びシャワーヘッド５を充填するのに消費され、定常流期Ｆにおける基板６上における成膜には全く寄与しない。過渡期Ｔにゼロを表示することにより、表示手段は、マスフローコントローラが制御している流体の流量に関してオペレータにより実態に近い情報、すなわち作用位置における材料ガスの流量の情報、を伝えることができる。

　図５に示されるように、定常流期Ｆ及び停止期Ｓにおいては、表示手段は流量測定値を表示する。過渡期Ｔが終了してガス供給配管３へのガスの充填が完了し、定常流期Ｆが開始すると、流量制御弁にはそれまでの過大な弁開度信号に代わって制御された弁開度信号が制御手段から出力され、流量信号に基づいて特定される流量測定値が流量設定値（第１設定値）と一致するようにする。定常流期Ｆにおいて、流量測定値は、基本的に図４に例示される流量測定値ｂのグラフのように一定値を示す。この流量は、作用位置における材料ガスの流量とも一致している。続いて停止期Ｓに入ると、マスフローコントローラが流す材料ガスの流量測定値はゼロ（第２設定値）となる。また、前述のとおり、停止期において余剰の材料ガスは排気されて成膜には寄与しない。よって、作用位置における材料ガスの流量は実質的にゼロとなる。

　上記のように、好ましい実施の形態において、定常流期Ｆ及び停止期Ｓを通じて表示する流量表示値は、作用位置における材料ガスの実質的な流量と大きな隔たりがない。また、過渡期Ｔにおいて表示手段に表示させる情報である第１情報を上述したようにゼロとする場合は、過渡期Ｔにおいても表示手段が表示する流量表示値を作用位置における材料ガスの実質的な流量と大きな隔たりがないものとすることができる。ただし、前述したように、第１情報は必ずしもゼロという数値である必要は無く、例えば、ゼロではない予め定められた一定の値であってもよく、あるいは何等かの情報をオペレータに提供するための文字列及び／又は画像などのイメージであってもよい。このような情報の具体例としては、例えば、流量測定値がゼロである旨を示す情報又はマスフローコントローラによる流量制御が過渡期Ｔにある旨を示す情報などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

　上記構成を備えるマスフローコントローラを使用すれば、過渡期Ｔ（第１期間）においてマスフローコントローラに一時的に流れている過剰な流量が流量表示値として表示されることがないので、オペレータに誤った情報が伝達されることがない。

〈異常対応手段〉
　本発明のもう１つの好ましい実施の形態において、本発明に係るマスフローコントローラは、流量測定値が異常値に該当すると判断される場合に異常対応動作を実行するように構成された異常対応手段をさらに備える。流量測定値が異常値に該当すると判断される条件の具体例としては、例えば、流量測定値と流量設定値との差が所定の第２閾値以上となったこと及び／又は流量測定値が所定の第３閾値以上となったことなどを挙げることができる。しかしながら、当該条件はこれらに限定されず、本発明に係るマスフローコントローラが適用される半導体製造装置などの装置における要求仕様に応じて適宜定めることができる。

　また、異常対応動作とは、例えば、警報の発出、流量制御弁の開度の減少及び流体の供給の停止などからなる群より選ばれる少なくとも１つのアクションを含む動作である。警報は、例えば、上述した表示手段などの表示装置によって表示される画像及び／又は文字、ブザー及び／又はスピーカなどの音響装置によって吹鳴される音及び／又は音声、あるいは警告灯などによって発せられる光などであってもよい。

　加えて、この好ましい実施の形態における制御手段は、過渡期Ｔ（第１期間）においては流量測定値が異常値に該当すると判断される場合であっても異常値ではない所定の値である疑似流量値を流量測定値として異常対応手段に出力するように構成されている。これにより、定常状態において流量測定値が第１設定値と一致する場合における弁開度信号の強度よりも大きい強度を有する弁開度信号を制御手段が流量制御弁に出力することにより出力流量信号に基づいて特定される流量測定値が第１設定値よりも大きくなる過渡期Ｔにおいて斯かる過剰な流量に起因して異常対応手段が異常対応動作を実行することを防止することができる。一方、定常流期Ｆ（第２期間）及び停止期Ｓ（第３期間）においては流量測定値を異常対応手段に出力するように制御手段が構成されている。

　上記構成を備えるマスフローコントローラを使用すれば、過渡期Ｔにおいてマスフローコントローラに一時的に流れている過剰な流量が流量測定値として異常対応手段に出力されることがないので、不要な異常対応動作が実行されることがない。

〈時間の関数である弁開度信号の強度〉
　本発明の好ましい実施の形態において、本発明に係るマスフローコントローラは、過渡期Ｔ（第１期間）における弁開度信号の強度が時間の関数として変化する。ここで「弁開度信号の強度が時間の関数として変化する」とは、流量制御弁に出力される弁開度信号の強度が一定の値に固定されるのではなく、時間の経過とともに変化することをいう。例えば、図３に例示した弁開度信号ａについて見ると、過渡期Ｔ（第１期間）における弁開度信号ａは、過渡期Ｔの開始と同時に急速に増加し、短時間のうちに最大値に達した後ただちに減少に転じ、過渡期Ｔの最後に定常流期Ｆ（第２期間）における弁開度信号と一致するように変化する。この場合における弁開度信号ａの最大値は、流量制御弁の設計上の最大開度に対応する弁開示信号であってもよく、あるいは、それよりも小さな値の弁開度信号であってもよい。このように、弁開度信号が一定の値ではなく時間の関数として変化することによって、過渡期Ｔから定常流期Ｆへの移行がスムースに行われ、定常流期Ｆの開始時点において流量がオーバーシュートすることが防止される。

　好ましい実施の形態において、時間の関数として表される過渡期Ｔにおける弁開度信号は、図３及び図４に例示されるような時間の関数に限られず、どのような時間の関数であってもよい。ただし、過渡期Ｔの期間は例えば１秒未満の短い時間であるので、複雑な関数を設定することはあまり現実的ではなく、効果の点においても利点が少ない。基本的には、図３及び図４に例示されるような少なくとも１つのピークを持つ関数であれば、本発明における過渡期Ｔの効果を発揮させることができる。

〈停止期における残留ガスの排出〉
　本発明に係るマスフローコントローラを図１に例示した態様において使用する場合、上述のとおり、弁開度信号ａをゼロにして流量制御弁を閉じた直後にはガス供給配管３に充填された材料ガスが残っている。このガス供給配管３に残留したガスの取り扱いについて説明を補足する。例えば、ＡＬＤにおいては、成膜の過程において材料ガスの種類を交互に切り換えるためには、停止期Ｓ（第３期間）において、ガス供給配管３、シャワーヘッド５及び反応室４に残っている材料ガスを外部に排出する必要がある。この目的のため、不活性ガスからなるパージ用ガスを用いて材料ガスを排出したり、排気配管１０を用いて真空排気したりすることが一般に行われている。これらの場合において、ガス供給配管３は長いので、ここに残存する材料ガスを全て排出するには時間がかかるおそれがある。

　上記の課題についてはいくつかの解決手段が考えられる。例えば、ガス供給配管３の上流側及び下流側にそれぞれ電磁弁を１個ずつ設け、上流側の電磁弁の下流にパージ用ガスの入口を設け、下流側の電磁弁の上流にパージ用ガスの出口を設けることによって、ガス供給配管３に残った材料ガスを反応室４及びシャワーヘッド５を通さずにパージ用ガスの出口から短時間のうちに排出させることができる。

　また、例えば、上記のように設けられた上流側の電磁弁及び下流側の電磁弁を両方とも閉じてガス供給配管３に材料ガスを残留させたままにしておき、次にその材料ガスを使用する場合には、ガス供給配管３の内部に材料ガスが充填された状態から過渡期Ｔ（第１期間）を開始してもよい。この場合には、過渡期Ｔ（第１期間）の長さ及び／又は弁開度信号の強度の最大値などを、ガス供給配管３に残留する材料ガスの量に合わせて、ガス供給配管３に材料ガスが残留していない場合における値とは異なる値に設定してもよい。また、成膜に用いられる材料ガスの種類ごとに専用のガス供給配管３を用意し、それらの複数のガス供給配管３の下流側の端部を反応室４又はシャワーヘッド５に個別に接続するようにすればよい。

　なお、停止期Ｓの初めにおいて反応室４に材料ガスが残っているような場合であっても、例えば、高周波電源と電極との接続を一時的に遮断してプラズマ８の発生を止めることによって成膜を速やかに停止することができる。このような操作を行うことによって、材料ガスを外部に排出する過程における不完全な成膜が進行しないようにすることができる。

〈第２設定値がゼロではない場合〉
　以上の説明においては、ゼロではない流量設定値である第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値がゼロと等しく、流量設定値が第１設定値である期間と流量測定値が第２設定値である期間とを交互に設けることにより、マスフローコントローラによって作用位置に流体を間欠的に供給する場合を例にとって述べた。したがって、以上の説明においては、第１期間である過渡期Ｔ及び第２期間である定常流期Ｆの次の第３期間を「停止期Ｓ」と称呼していた。

　しかしながら、前述したように、第３期間における流量設定値である第２設定値は、第１期間及び第２期間における流量設定値である第１設定値よりも小さい流量設定値であり、必ずしもゼロではない場合がある。このように第２設定値がゼロではない場合、本発明に係るマスフローコントローラにおいては、制御手段の動作として、流量測定値がゼロになる停止期Ｓ（第３期間）の代わりに、定常流期Ｆ（第２期間）における流量設定値である第１設定値よりも小さく、かつ、ゼロではない流量設定値が第２設定値として流量入力手段に入力される期間（以降、「小流量期Ｌ」と称呼される場合がある。）が第３期間となる。この場合、小流量期Ｌ（第３期間）の後に流量設定値として第１設定値が入力された時点である第１時点から、作用位置に流体が到達したと判断される時点である第２時点までの過渡期Ｔ（第１期間）におけるマスフローコントローラの動作及びその効果は、流量測定値の初期値がゼロではない点を除いて、これまでに述べた本発明の各実施の形態と同じである。

　この実施の形態によれば、複数のマスフローコントローラから半導体製造装置に材料ガスを供給する場合において、例えば、ある材料ガスについては１台のマスフローコントローラを用いて小流量期Ｌにおいて材料ガスの供給を継続しながら、もう１台あるいは２台以上の本発明のいずれかの実施の形態に係るマスフローコントローラを用いて他の材料ガスの供給を間欠的に行うことができる。

　　１　半導体製造装置
　　２　マスフローコントローラ
　　３　ガス供給配管
　　４　反応室
　　５　シャワーヘッド（ＲＦ電極）
　　６　基板
　　７　接地電極
　　８　プラズマ
　　９　ヒータ
　１０　排気配管
　　ｔ　時間
　　ａ　弁開度信号
　　ｂ　流量測定値
　　ｃ　作用位置における材料ガスの流量
　　ｄ　流量表示値
　　Ｔ　過渡期（第１期間）
　　ｔ_Ｔ　過渡期の長さ
　　Ｆ　定常流期（第２期間）
　　Ｓ　停止期（第３期間）
　　Ｌ　小流量期（第３期間）
　　ａ′　弁開度信号（従来技術）
　　ｂ′　流量測定値（従来技術）
　　ｃ′　作用位置における材料ガスの流量（従来技術）
　　Ｆ′　定常流期（従来技術）
　　Ｓ′　停止期（従来技術）

Claims (8)

1. 　流体の流量に対応する流量信号を出力する流量センサと、
   　弁の開度を調整することによって前記流体の流量を制御する流量制御弁と、
   　前記流体の流量設定値が入力される流量設定手段と、
   　前記流量制御弁に弁開度信号を出力する制御手段と、を備え、
   　前記流体が作用する位置である作用位置における流量制御を供給期間に応じて異なる流量にて行うマスフローコントローラであって、
   　ゼロではない流量設定値である第１設定値が前記流量設定手段に入力された時点である第１時点から前記作用位置に前記流体が到達したと判断される時点である第２時点までの期間である第１期間においては、前記流量信号に基づいて特定される流量測定値が前記第１設定値よりも大きくなるように前記流量制御弁に前記弁開度信号を出力し、
   　前記第２時点から前記第１設定値よりも小さい流量設定値である第２設定値が前記流量設定手段に入力される時点である第３時点までの期間である第２期間においては、前記流量測定値が前記第１設定値と一致するように前記流量制御弁に前記弁開度信号を出力し、
   　前記第３時点から前記第１設定値が次に入力される時点までの期間である第３期間においては、前記流量測定値が前記第２設定値と一致するように前記流量制御弁に前記弁開度信号を出力し、
   　前記第１期間、前記第２期間及び前記第３期間からなる制御サイクルを１回又は２回以上繰り返し実行する、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。
2. 　請求項１に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記第１期間の長さが予め決定されているか、又は、前記第１期間の長さが前記第１期間の進行中に決定される、
   マスフローコントローラ。
3. 　請求項２に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記作用位置における圧力に対応する圧力信号を出力する圧力センサをさらに備え、
   　前記圧力信号に基づいて特定される圧力の前記第１時点以降の上昇幅が所定の第１閾値以上となった時点を前記第２時点とする、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。
4. 　請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記第１期間における前記流量制御弁の開度が、前記第１時点において増大を開始し、所定の最大開度に到達したら減少に転じ、前記第２時点において前記第１設定値に対応する開度に一致するように前記流量制御弁に前記弁開度信号を出力する、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。
5. 　請求項４に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記第１期間における前記弁開度信号の強度が時間の関数として変化する、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。
6. 　請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載されたマスフローコントローラであって、
   　少なくとも前記流量測定値を表示することができる表示手段をさらに備え、
   　前記第１期間においては、前記流量測定値とは異なる情報である第１情報を前記表示手段によって表示し、
   　前記第２期間及び前記第３期間においては、前記流量測定値を前記表示手段によって表示する、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。
7. 　請求項６に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記第１情報が、前記流量測定値がゼロである旨を示す情報又は前記マスフローコントローラによる流量制御が前記第１期間にある旨を示す情報である、
   マスフローコントローラ。
8. 　請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載されたマスフローコントローラであって、
   　前記流量測定値が異常値に該当すると判断される場合に警報の発出、前記流量制御弁の開度の減少及び前記流体の供給の停止からなる群より選ばれる少なくとも１つのアクションを含む動作である異常対応動作を実行するように構成された異常対応手段をさらに備え、
   　前記第１期間においては、前記流量測定値が前記異常値に該当すると判断される場合であっても前記異常値ではない所定の値である疑似流量値を前記流量測定値として前記異常対応手段に出力することにより、前記異常対応動作を前記異常対応手段に実行させず、
   　前記第２期間及び前記第３期間においては、前記流量測定値を前記異常対応手段に出力する、
   ように前記制御手段が構成されている、
   マスフローコントローラ。

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