JP2001306153A

JP2001306153A - 質量流量制御装置

Info

Publication number: JP2001306153A
Application number: JP2000122254A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tanaka; 田中　　誠; Takao Goto; 崇夫後藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP4332986B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】外部より入力される設定流量が一旦ゼロにな
ると自動的にセンサのゼロ点調整を行なうことができる
質量流量制御装置。【解決手段】下流側に、設定信号Ｓ２がゼロを指示し
た時に閉じられる下流側開閉弁３０を介設した流体通路
２を通して流体使用系へ供給される流体の流量を制御す
る質量流量制御装置４０であって、流量センサ部１４
と、流量制御弁１０と、前記設定信号と前記流量センサ
部のセンサ出力信号Ｓ１とに基づいて前記流量制御弁の
弁開度を調整する流量制御部１６とを有する質量流量制
御装置において、前記設定信号がゼロを指示したことに
応答して、前記流量制御弁と前記下流側開閉弁との間の
流体通路内Ａと、前記流量制御弁の上流側の流体通路内
Ｂとの間の差圧をなくすような差圧調整動作を行なうよ
うに前記流量制御弁を動作させる差圧調整部４６と、前
記差圧調整動作後に前記流量センサ部の出力をゼロ点調
整するゼロ点調整部４８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
において使用される原料ガス等の流体の質量流量を精度
良く制御するマスフローコントローラなどの質量流量制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造装置等において使用
される原料ガス或いは原料液体にあっては、製造される
集積回路の電気的特性を高く維持するために、プロセス
中においてはその流量を精度良く制御する必要がある。
このため、この種の原料流体の流量を精度良く制御する
装置として、一般に、質量流量制御装置、例えばマスフ
ローコントローラが用いられる。ここで一般的なマスフ
ローコントローラは、本出願人が先に開示した例えば特
開平９−２５８８３２号公報等に示されており、このマ
スフローコントローラについて説明する。

【０００３】図６は従来のマスフローコントローラを示
す概略構成図、図７は流量センサ部のブリッジ回路の原
理を示す図である。図示例において、２はマスフローコ
ントローラ４が介設された流体通路であり、この一端は
原料ガス源側に接続され、他端は流体使用系としてのガ
ス使用系である、例えば成膜装置側に接続される。この
マスフローコントローラ４内には、ダイヤフラム６とこ
れを微少なストロークで押圧する例えば積層圧電素子の
アクチュエータ８を有する流量制御弁１０が設けられて
おり、上記ダイヤフラム６により弁口１２の開度、すな
わち弁開度を調整して原料流体の流量を制御するように
なっている。そして、流量センサ部１４で得られたセン
サ出力信号Ｓ１と外部より入力される流量信号Ｓ２とを
流量制御部１６にて比較して、両信号が一致するように
上記弁開度を制御することになる。

【０００４】具体的には、この流量制御弁１０の上流側
は、上記流量センサ部１４の一部を構成するバイパス流
路１８とこれに並列になされた細管よりなるセンサ流路
２０とに分離されており、両流路１８、２０には設計上
予め定められた一定の分流比で原料流体が流れるように
なっている。そして、このセンサ流路２０には、上記流
路センサ部１４を形成するブリッジ回路２２（図７参
照）の一部を構成する２つの発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂ
が巻回されている。この発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂは温
度上昇によってその抵抗値が変化する特性を有してい
る。そして、このブリッジ回路２２は、他の抵抗器Ｒ
１、Ｒ２とで電気的に平衡状態になされている。このよ
うなブリッジ回路２２において上流側より下流側へ原料
流体が流れることによって生ずる熱の移動をブリッジ回
路の不平衡として捉えることにより、このセンサ流路２
０を流れる原料流体の流量が判り、これにより流体通路
２全体に流れる流量が判ることになる。この流量センサ
部１４から出力されるセンサ出力信号Ｓ１は一定の幅を
持った電圧値でフルスケールに対する流量を表してお
り、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表
す。

【０００５】一方、上述のように図示しないガス使用系
である例えば成膜装置のメイン制御部より、そのプロセ
ス時に必要とする原料流体の流量が流量信号Ｓ２として
入力されている。この流量信号Ｓ２も、一定の幅を持っ
た電圧値でフルスケールに対する流量を表し、この場合
も通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表し
ている。そして、流量制御部１６は、上記流量信号Ｓ２
とセンサ出力信号Ｓ１との値が一致するように上記流量
制御弁１０の弁開度を制御することにより、原料流体の
流量を制御するようになっている。例えばフルスケール
が１００ｃｃｍである流量を制御する場合には、流量信
号Ｓ２を５Ｖに設定すると、センサ出力信号Ｓ１が５Ｖ
を示すように弁開度が制御され、この時、流体通路２全
体（バイパス流路１８の流量とセンサ流路２０の流量の
合計）が１００ｃｃｍとなる。

【０００６】また、このマスフローコントローラ４にお
ける流量制御弁１０の全閉時のシール性はその機械的特
性上完全なものではなく、全閉時においても僅かな流
量、例えばフルスケール流量の０．２〜０．５％程度は
漏れてしまう。そのため、このマスフローコントローラ
４の上流側及び下流側の流体通路２には、流量ゼロの時
に閉状態となる液密性の高い上流側開閉弁２８及び下流
側開閉弁３０がそれぞれ介設されており、ガス使用系へ
流体を流さないようにしている。図８は各信号と各開閉
弁の動作のタイムチャートの一例を示すグラフである。
図８（Ａ）は流量信号Ｓ２を示し、図８（Ｂ）は上流側
及び下流側開閉弁の動作を示し、図８（Ｃ）は流量制御
部１６からアクチュエータ８へ向けて出力される駆動信
号Ｓ３を示し、図８（Ｄ）はセンサ出力信号Ｓ１を示
す。

【０００７】外部より入力される流量信号Ｓ２が流量ゼ
ロを示している時は、上流側及び下流側開閉弁２８、３
０は共に全閉になされており、所定量のガス流量を流す
べく流量ゼロ以外の流量信号Ｓ２が入力されると、上流
側及び下流側開閉弁２８、３０は共に全開になされる。
この時、原料ガス源が接続されているガス圧力の高い上
流側からガスがマスフローコントローラ４内に突入して
その流入が突入流量３２として検出されるが、この突入
流量３２を無視するために所定時間Δｔの遅延をかけて
駆動信号Ｓ３を出力し、これにより流量制御弁１０は開
状態になされて所定の弁開度に維持されてガスを流す。
そして、流量信号Ｓ２が流量ゼロを指示した時には、上
記上流側及び下流側開閉弁２８、３０と流量制御弁１０
を直ちに全閉状態とし、ガスの流れを停止することにな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな流量センサ部１４にあっては、ブリッジ回路２２に
用いる発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂや抵抗器Ｒ１、Ｒ２な
どのそれぞれの抵抗値が経時変化することは避けられな
い。例えば図９は発熱抵抗線等の抵抗値が経時変化した
時に発生する特性のズレの一例を示すグラフであり、流
量とセンサ出力信号Ｓ１との関係を示している。ここで
はフルスケールの流量が１００ｃｃｍであり、その流量
に対応して０〜５Ｖの範囲内でセンサ出力信号が出力さ
れる場合を示している。このグラフに示すように、発熱
抵抗線２４Ａ、２４Ｂ等の抵抗値の経時変化で特性が図
中、一点鎖線で示すように変化してしまい、ゼロ点ズレ
Δｍが生じてしまう。

【０００９】このような状況下において、最近の半導体
製造プロセスでは、同じ原料流体を比較的小流量の領域
で使用したり、比較的大流量の領域で使用したりする場
合がある。例えば原料流体である成膜ガスを、予備プロ
セスでは略１００ｃｃｍ程度の流量で使用し、引き続い
て行なう本プロセスでは略１０ｃｃｍ程度の流量で使用
する場合がある。この場合、フルスケールの流量である
１００ｃｃｍ近傍で流量制御する場合には、流量の誤差
はそれ程生ぜずに許容範囲内に納まるが、フルスケール
の流量の１０％程度の流量、例えば１０ｃｃｍ程度の近
傍で流量制御する場合には上記ゼロ点ズレの量が大き過
ぎて許容範囲外となり、無視できない。図８（Ｄ）にこ
の時の状態を示しており、センサ出力信号Ｓ１にゼロ点
ズレ量Δｍが上乗せされた状態で制御が行なわれてい
る。

【００１０】ここで、このゼロ点ズレ量がどの程度悪影
響を及ぼすかについて図１０を参照して簡単に説明す
る。図１０において、上段の図１０（Ａ）はゼロ点ズレ
なしの場合の発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂの抵抗値の一例
を示し、下段の図１０（Ｂ）はゼロ点ズレありの場合の
抵抗値の一例を示している。例えばゼロ点ズレなしの場
合において、流量ゼロの時は両抵抗線の抵抗値は共に５
０Ωであり、フルスケール出力の時は一方の抵抗線２４
Ｂの抵抗値は５１Ωを示し、他方の抵抗線２４Ａの抵抗
値は４９Ωを示したとする。この時、１Ω分に相当する
流量出力が出る。これに対して、下段に示すように０．
０１Ωのゼロ点ズレが生じて、流量ゼロの時は、一方の
抵抗線２４Ｂが５０Ωであり、他方の抵抗線２４Ａが５
０．０１Ωを示し、フルスケールの時は一方の抵抗線２
４Ｂの抵抗値は５１Ωを示し、他方の抵抗線２４Ａが４
９．０１Ωを示したとする。この場合、流量ゼロの時は
０．００５Ω分に相当する流量出力となり、これはフル
スケールの流量に対して０．５％の誤差となる。また、
フルスケールの時は１．００５Ω分に相当する流量出力
となり、これもフルスケールの流量に対して０．５％の
誤差となる。この場合、抵抗値の変化量は０．０１Ω／
５０Ω＝０．０２％となって非常に少ないが、上述のよ
うに流量誤差は２５倍の０．５％まで拡大してしまう。
フルスケールの流量に対して０．５％の流量の誤差は、
前述したように例えば１０ｃｃｍ程度の小流量域の制御
に対しては大きな悪影響を及ぼしてしまう。

【００１１】そのため、このような問題点を回避するた
めに、従来にあってはフルスケールの流量が１００ｃｃ
ｍのマスフローコントローラとフルスケールの流量が１
０ｃｃｍのマスフローコントローラと２台設け、これら
を並設してプロセス条件に応じて切り換え使用してい
た。そのため、高価なマスフローコントローラの設置台
数が多くなってコスト高になり、また配管スペースが多
く必要となるという問題があった。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、外部より入力される流
量信号の指示流量が一旦流量ゼロになると自動的にゼロ
点調整を行なうことができる質量流量制御装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、少なくとも下流側に、外部より入力される流量信号
が流量ゼロを指示した時に閉じられる下流側開閉弁を介
設した流体通路に介設されて流体使用系へ供給される流
体の流量を制御する質量流量制御装置であって、流れる
流体の流量を検知する流量センサ部と、流量制御弁と、
前記流量信号と前記流量センサ部のセンサ出力信号とに
基づいて前記流量制御弁の弁開度を調整する流量制御部
とを有する質量流量制御装置において、前記流量信号が
流量ゼロを指示したことに応答して、または外部からの
ゼロ点調整指示信号に応答して、前記流量制御弁と前記
下流側開閉弁との間の流体通路内と、前記流量制御弁の
上流側の流体通路内との間の差圧をなくすような差圧調
整動作を行なうように前記流量制御弁を動作させる差圧
調整部と、前記差圧調整動作後に前記流量センサ部の出
力をゼロ点調整するゼロ点調整部とを備えるように構成
したものである。

【００１３】これにより、流量信号が流量ゼロを指示し
たことに応答して差圧調整部は、流量制御弁を操作する
ことによって差圧調整動作を行なう。これによって、流
量制御弁を中心としてこの上流側と下流側との間の差圧
をなくし、流体が移動しないような状態とする。その
後、ゼロ点調整部が動作して、上記流量センサ部の出力
をゼロ点調整する。これにより、流量制御装置内におい
て移動する流体が完全に停止した状態でゼロ点調整を行
なうことができるので、精度の高いゼロ点調整を正確に
行うことが可能となる。

【００１４】請求項２に規定するように、例えば前記差
圧調整動作は、前記流量信号が流量ゼロを指示したと同
時に、または外部からゼロ点調整指示信号が入力したと
同時に、前記流量制御弁を全閉する第１の全閉工程と、
その後、所定の時間経過した後に前記流量制御弁を所定
の時間だけ開状態にする開動作工程と、その後、前記流
量制御弁を再度全閉する第２の全閉工程とを含むように
してもよい。請求項３に規定するように、例えば前記差
圧調整動作は、前記流量信号が流量ゼロを指示した後
に、、または外部からゼロ点調整指示信号が入力した後
に、所定の時間だけ開状態を維持した後に前記流量制御
弁を全閉するようにしてもよい。

【００１５】請求項４に規定するように、例えば前記質
量流量制御装置の上流側の前記ガス流路に、前記下流側
開閉弁と同じ開閉動作をする上流側開閉弁が介設されて
いるようにしてもよい。請求項５に規定するように、例
えば前記ゼロ点調整量の積算量が、前記流量制御弁の全
開時の流量の所定の割合に達した時にその旨を警報する
警報部を有するようにしてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る質量流量制
御装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係る質量流量制御装置を設けたガス供給シス
テムを示す全体構成図、図２は本発明に係る質量流量制
御装置を示すブロック構成図、図３は各信号と各開閉弁
の動作のタイムチャートの一例を示すグラフである。
尚、ここでは先に説明した図面中の構成部分と同一構成
部分については同一符号を付して説明する。図示するよ
うに、本発明の質量流量制御装置としての例えばマスフ
ローコントローラ４０は、使用流体である処理ガスを貯
留する原料ガス源４２と流体使用系としてのガス使用
系、例えば成膜装置４４との間を接続した流体通路２に
介設されている。そして、このマスフローコントローラ
４０の上流側には、上流側開閉弁２８が介設され、ま
た、下流側には、下流側開閉弁３０が介設されており、
各開閉弁２８、３０は、ガスが少しでも流れる時は共に
全開状態となり、流量ゼロの時は共に全閉状態となる。
そして、成膜装置４４のメイン制御部４２Ａからは、半
導体ウエハの処理工程に応じて用いられるガスの流量
が、流量信号Ｓ２として上記マスフローコントローラ４
０へ入力される。この流量信号Ｓ２は、前述のように例
えば０〜５Ｖの範囲内のアナログ信号として出力され
る。

【００１７】このマスフローコントローラ４０内には、
図２に示す様にダイヤフラム６とこれを微少なストロー
クで押圧する例えば積層圧電素子のアクチュエータ８を
有する流量制御弁１０が設けられており、上記ダイヤフ
ラム６により弁口１２の開度、すなわち弁開度を調整し
て原料流体の流量を制御するようになっている。そし
て、流量センサ部１４で得られたセンサ出力信号Ｓ１と
外部より入力される流量信号Ｓ２とを流量制御部１６に
て比較して、両信号が一致するように上記弁開度を制御
することになる。

【００１８】具体的には、この流量制御弁１０の上流側
は、上記流量センサ部１４の一部を構成するバイパス流
路１８とこれに並列になされた細管よりなるセンサ流路
２０とに分離されており、両流路１８、２０には設計上
予め定められた一定の分流比で原料流体が流れるように
なっている。そして、このセンサ流路２０には、上記流
路センサ部１４を形成するブリッジ回路２２（図７参
照）の一部を構成する２つの発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂ
が巻回されている。この発熱抵抗線２４Ａ、２４Ｂは温
度上昇によってその抵抗値が変化する特性を有してい
る。そして、このブリッジ回路２２は、他の抵抗器Ｒ
１、Ｒ２とで電気的に平衡状態になされている。このよ
うなブリッジ回路２２において上流側より下流側へ原料
流体が流れることによって生ずる熱の移動をブリッジ回
路の不平衡として捉えることにより、このセンサ流路２
０を流れる原料流体の流量が判り、これにより流体通路
２全体に流れる流量が判ることになる。この流量センサ
部１４から出力されるセンサ出力信号Ｓ１は一定の幅を
持った電圧値でフルスケールに対する流量を表してお
り、通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内でその流量を表
す。

【００１９】一方、上述のようにガス使用系である例え
ば成膜装置４４のメイン制御部４２Ａ（図１参照）よ
り、そのプロセス時に必要とする原料流体の流量が流量
信号Ｓ２として入力されている。この流量信号Ｓ２も、
一定の幅を持った電圧値でフルスケールに対する流量を
表し、この場合も通常は０〜５Ｖ（ボルト）の範囲内で
その流量を表している。そして、流量制御部１６は、ア
クチュエータ８に向けて駆動信号Ｓ３を出力して上記流
量信号Ｓ２とセンサ出力信号Ｓ１との値が一致するよう
に上記流量制御弁１０の弁開度を制御することにより、
原料流体の流量を制御するようになっている。

【００２０】そして、上記流量制御部１６には、本発明
の特徴とする差圧調整部４６とゼロ点調整部４８とが設
けられている。この差圧調整部４６は、上記流量信号Ｓ
２が流量ゼロを指示したことに応答して、上記流量制御
弁１０と上記下流側開閉弁３０との間の流体通路内空間
Ａと、上記流量制御弁１０の上流側の流体通路内空間Ｂ
との間の差圧をなくすような差圧調整動作を行なうよう
に上記流量制御弁１０を動作させる。ここで図２に示す
場合には、流体通路内空間Ｂは、その上流側は上流側開
閉弁２８までである。また、上記ゼロ点調整部４８は、
上記差圧調整動作後に上記流量センサ部１４の出力をゼ
ロ点調整するものである。ここでは例えば、ゼロ点調整
時のセンサ出力信号Ｓ１をリセットすることにより、流
量ゼロを示す信号を出力させる。すなわち、このゼロ点
調整直前のセンサ出力値であるゼロ点ズレ量を記憶し、
リセット後（ゼロ点調整後）は、この記憶したゼロ点ズ
レ量を減算した値をセンサ出力信号Ｓ１として出力する
ようになっている。

【００２１】また、上記差圧調整動作の一例としては、
上記流量信号Ｓ２が流量ゼロを指示したと同時に上記流
量制御弁１０を全閉する第１の全閉工程と、その後、所
定の時間、例えば図３中のｔ１経過した後に上記流量制
御弁１０を所定の時間、例えば図３中のｔ２だけ開状態
にする開動作工程と、その後、上記流量制御弁１０を再
度全閉する第２の全閉工程とを実行するようになってい
る。この動作により、流量制御弁１０を挟んでこの上流
側空間Ｂと下流側空間Ａとの間の圧力差がなくなり、特
に、上流側空間Ｂにおけるガスの流れを完全に停止させ
るようになっている。

【００２２】また、ゼロ点調整部４８には、例えば赤色
発光ダイオード等を含む警報部５０が設けられており、
上述したように補正したゼロ点ズレ量の積算値が、フル
スケールの流量の所定の割合、例えば１０％に達したな
らば、警報をオペレータに向けて発するようになってい
る。また、流量制御部１６には、モード選択スイッチ５
２が設けられており、これをオン・オフすることによ
り、上記したようなゼロ点調整動作を自動的に行なうか
否かを選択できるようになっている。また、この流量制
御部１６にはゼロ点調整指示スイッチ５３が設けられて
おり、必要に応じてオペレータがこのスイッチ５３をオ
ンすることにより、上記ゼロ点調整動作を強制的に実行
するようになっている。更に、差圧調整部４６には、成
膜装置４４のメイン制御部４２Ａより、必要に応じて出
力されるゼロ点調整指示信号を入力するようになってい
る。

【００２３】次に、以上のように構成された本発明装置
の動作を図３及び図４も参照して説明する。図４は本発
明装置の動作を示すフローチャートである。図３におい
て、図３（Ａ）は流量信号Ｓ２を示し、図３（Ｂ）は上
流側及び下流側開閉弁２８、３０の動作を示し、図３
（Ｃ）は駆動信号Ｓ３を示し、図３（Ｄ）はセンサ出力
信号Ｓ１を示す。ここでは、モード選択スイッチ５２に
より自動ゼロ点調整モードが選択されているものとす
る。

【００２４】まず、成膜装置４４（図１参照）が休止の
時には、このメイン制御部４２Ａから出力されている流
量信号Ｓ２は流量ゼロを指示しており、また、弁開閉信
号も全閉を指示しており、従って、マスフローコントロ
ーラ４０の流量制御弁１０が全閉状態になされているの
は勿論、上流側及び下流側開閉弁２８、３０も共に全閉
状態になされており、流体としての例えば処理ガスの流
れは完全に停止している。ここで流量センサ部１４の抵
抗線等の経時変化により図３（Ｄ）に示すように、セン
サ出力信号Ｓ１に僅かにゼロ点ズレΔｍが発生している
ものと仮定する。ここで、成膜装置４４内において成膜
処理のような熱処理が開始されると（ステップ１）、流
量信号Ｓ２は流量ゼロ以外の所定の流量のガスを流すよ
うに指示を出す。この流量信号Ｓ２は前述のように０〜
５Ｖの範囲内のアナログ信号で流量に対応されている。
このように、所定の流量のガスを流す指示がマスフロー
コントローラ４０に入力されると、マスフローコントロ
ーラ４０では流量制御弁１０の弁開度をコントロールし
て指示された所定の流量のガスを流す（ステップ２）。
すなわち、流量信号Ｓ２が流量ゼロからガスを流す指示
に変化すると同時に図３（Ｂ）に示すように上流側及び
下流側開閉弁２８、３０は全閉状態から全開状態に移行
する。

【００２５】また、流量制御部１６は、図３（Ｃ）に示
すようにΔｔ秒だけ遅延させて駆動信号Ｓ３をアクチュ
エータ８に向けて出力することにより、流量制御弁１０
を所定の弁開度まで開き、処理ガスを流し始める。ここ
でΔｔ秒だけ遅延させる理由は、流量センサ部１４で検
出されるセンサ出力信号Ｓ１（図３（Ｄ）参照）の突入
流量３２の検知を無視するためである。このように処理
ガスが流れると、その流量は流量センサ部１４にて検出
され、その検出値がセンサ出力信号Ｓ１として上記流量
制御部１６へと出力される。この流量制御部１６では、
このセンサ出力信号Ｓ１と流量信号Ｓ２とを常時比較し
て両信号が一致するように例えばＰＩＤ制御により上述
したように流量制御弁１０の弁開度をフィードバック制
御することになる。このようにして、安定的に所定量の
処理ガスが成膜装置４４側へ供給されることになる。
尚、ここでは、ガス供給量にゼロ点ズレ相当量の誤差が
発生している。

【００２６】ここで、差圧調整部４６では、上記流量信
号Ｓ２の指示が流量ゼロに変化したか否かが常にチェッ
クされている（ステップ３）。そして、例えば所定時間
の成膜処理が完了して流量信号Ｓ２の指示が流量ゼロに
変化すると、これと同時に差圧調整部４６は流量制御部
１６をして差圧調整動作を行なわしめる。すなわち、流
量信号Ｓ２の流量ゼロへの移行と同時に流量制御弁１０
を全閉状態にして第１の全閉工程を行なう（ステップ
５）。また、上記したように流量信号Ｓ２の指示が流量
ゼロに変化すると、この時同時に成膜装置４４のメイン
制御部４２Ａは弁開閉信号として閉を指示する信号を出
力するので、直ちに上流側及び下流側開閉弁２８、３０
は全開状態から全閉状態へ移行する（ステップ４）。上
記流量制御部１０の全閉状態は、所定の時間ｔ１、例え
ば２秒間程度継続する。そして、所定の時間ｔ１が経過
したならば（ステップ６）、流量制御弁１０を開いて、
この開状態を所定の時間ｔ２だけ維持する開動作工程を
行なう（ステップ７）。この開動作工程では、ガスの流
れを容易にするためにできれば全開状態が好ましい。こ
の開動作工程により、図２において空間Ａと空間Ｂとの
間にガスが流れて両空間Ａ、Ｂ間における差圧がゼロに
なる。ここで実際には、成膜装置側にて真空引きされて
いるので、流量制御弁１０よりも下流側の空間Ａが減圧
（負圧）雰囲気になっており、従って、ガスは上流側の
空間Ｂから空間Ａの方へ流れることになる。この開動作
工程では、上述のように両空間Ａ、Ｂ間に差圧によりガ
スが流れるのでセンサ出力信号Ｓ１は瞬間的に突入流量
５６を検出する。この時の開状態を維持する時間ｔ２
は、上述のように両区間Ａ、Ｂ間の差圧がなくなるのに
十分な時間、例えば少なくとも３〜５秒程度行なえばよ
い。

【００２７】このようにして、所定の時間ｔ２だけ開状
態を維持したならば（ステップ８）、次に、流量制御弁
１０を全開状態から再度全閉状態にする第２の全閉工程
を行なう（ステップ９）。このようにして、第２の全閉
工程を行なったならば、実際にガスの流れがなくてガス
流量ゼロの状態が保証されているので、ゼロ点調整を直
ちに行なう（ステップ１０）。これにより、センサ出力
信号Ｓ１に乗っていたゼロ点ズレ量Δｍが相殺されるよ
うにセンサ出力信号Ｓ１がリセットされることになる。
図３（Ｄ）に示すように、ゼロ点調整後のセンサ出力信
号Ｓ１中にはゼロ点ズレ量Δｍが含まれておらず、真に
正しい流量値を示す信号となる。

【００２８】上述したような差圧調整動作及びゼロ点調
整は、外部より入力される流量信号Ｓ１が流量ゼロにな
ると行なわれることになる。この場合、上記差圧調整動
作及びゼロ点調整は、プログラムにより、流量ゼロにな
る毎に行なうようにしてもよいし、或いは流量ゼロに複
数回、例えば５回なる毎に１回行なうようにしてもよ
い。また、これに加えて、成膜装置４４のメイン制御部
４２Ａよりゼロ点調整指示信号が入力された時、或いは
オペレータがゼロ点調整指示スイッチ５３をオンした
時、行われるようにしてもよい。従って、このゼロ点調
整動作以降に行なわれる熱処理時には、フルスケールの
流量に対して１０％程度の低流量域の制御の場合にも、
ゼロ点ズレ量を含んでいない精度の高い正確なガス流量
制御を行なうことが可能となる。この場合、本発明のよ
うに差圧調整動作を行わないでゼロ点調整を行なった場
合には、空間Ａ、Ｂ間には差圧が存在し、且つ前述のよ
うに流量制御部１０は全閉時でも非常に僅かに漏れが発
生することは回避できないので、流量センサ部１４は微
量なリークガス流を検出している状態となっている。従
って、この状態でゼロ点調整を行なえば、そのリークガ
ス流の分の誤差が発生してしまい、正確なゼロ点調整を
行なうことができない。

【００２９】また、前述のように、ゼロ点調整を繰り返
し行なう時、その時のゼロ点ズレ量を、ゼロ点調整部４
８は記憶して積算しており、この積算値が所定量、例え
ばフルスケール流量の１０％を越えて大きくなった場合
には、装置不良をオペレータに知らせるように、例えば
警報部５０を駆動する。尚、上記説明においては、差圧
調整動作としては流量信号Ｓ２の示す流量が流量ゼロに
変化したと同時に流量制御弁１０を全閉し、その後、時
間ｔ１だけ経過した時に全開し、更に、この全開状態で
時間ｔ２だけ経過した時に再度全閉するようにして空間
Ａ、Ｂ間の差圧をなくすようにしたが、これに限定され
ず、例えば図５に示すように流量信号Ｓ２の示す流量が
流量ゼロに変化した場合でも、所定の時間、例えばｔ１
＋ｔ２の間は流量制御弁１０の弁開度をそのまま維持
し、その後、これを全閉するようにしてもよい。尚、こ
の場合にも流量信号Ｓ２が流量ゼロに変化したと同時に
上流側及び下流側開閉弁２８、３０を共に全閉するの
は、図３を参照して説明した操作と同じである。

【００３０】このような差圧調整動作の場合にも、上記
期間ｔ１＋ｔ２の間に、空間Ａ、Ｂ間にてガスが移動し
て両空間Ａ、Ｂ間の差圧がゼロになり、処理ガスの流れ
が停止する。そして、この状態でゼロ点調整動作を行な
えばよい。また、本実施例では、流量制御弁１０の上下
流側の双方に開閉弁２８、３０を設けた流体通路２を例
にとって説明したが、少なくとも下流側開閉弁３０を設
けてあればよく、上流側開閉弁２８は設けていなくても
よい。この場合には、図１において示した空間Ｂの領域
が更に上流側まで延びることになり、また、図３（Ｄ）
及び図５（Ｄ）に示すセンサ出力信号Ｓ１の突入流量３
２は発生しなくなる。また、本発明は、流量制御弁の全
体の制御系はアナログ処理回路でもデジタル処理回路で
も適用できるのは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の質量流制
御装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。本発明によれば、流量信号が流量ゼロを
指示したことに応答して差圧調整動作を行なって流体の
流れを完全に停止させ、この直後にゼロ点調整を行なう
ことにより、流量制御装置内において移動する流体が完
全に停止した状態でゼロ点調整を行なうことができるの
で、精度の高いゼロ点調整を正確に行うことができる。
また、設置台数も少なくできるので、その分、スペース
を省略できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る質量流量制御装置を設けたガス供
給システムを示す全体構成図である。

【図２】本発明に係る質量流量制御装置を示すブロック
構成図である。

【図３】各信号と各開閉弁の動作のタイムチャートの一
例を示すグラフである。

【図４】本発明装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】差圧調整動作の他の態様を説明するための図で
ある。

【図６】従来のマスフローコントローラを示す概略構成
図である。

【図７】流量センサ部のブリッジ回路の原理を示す図で
ある。

【図８】各信号と各開閉弁の動作のタイムチャートの一
例を示すグラフである。

【図９】発熱抵抗線等の抵抗値が経時変化した時に発生
する特性のズレの一例を示すグラフである。

【図１０】ゼロ点ズレ量がどの程度悪影響を及ぼすかに
ついて説明するための図である。

【符号の説明】

２流体通路６ダイヤフラム８アクチュエータ１０流量制御弁１２弁口１４流量センサ部１６流量制御部１８バイパス流路２０センサ流路２２ブリッジ回路２８上流側開閉弁３０下流側開閉弁３２突入流量４０マスフローコントローラ（質量流量制御装置）４４成膜装置（流体使用系）４６差圧調整部４８ゼロ点調整部５０警報部Ｓ１センサ出力信号Ｓ２流量信号

フロントページの続きＦターム(参考） 2F035 EA04 5F045 EC07 EE04 GB15 5H307 AA20 BB01 DD20 EE02 EE04 EE07 EE19 ES06 FF06 GG03 GG15 HH04 HH12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも下流側に、外部より入力され
る流量信号が流量ゼロを指示した時に閉じられる下流側
開閉弁を介設した流体通路に介設されて流体使用系へ供
給される流体の流量を制御する質量流量制御装置であっ
て、流れる流体の流量を検知する流量センサ部と、流量
制御弁と、前記流量信号と前記流量センサ部のセンサ出
力信号とに基づいて前記流量制御弁の弁開度を調整する
流量制御部とを有する質量流量制御装置において、前記流量信号が流量ゼロを指示したことに応答して、ま
たは外部からのゼロ点調整指示信号に応答して、前記流
量制御弁と前記下流側開閉弁との間の流体通路内と、前
記流量制御弁の上流側の流体通路内との間の差圧をなく
すような差圧調整動作を行なうように前記流量制御弁を
動作させる差圧調整部と、前記差圧調整動作後に前記流量センサ部の出力をゼロ点
調整するゼロ点調整部と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。
【請求項２】前記差圧調整動作は、前記流量信号が流
量ゼロを指示したと同時に、または外部からゼロ点調整
指示信号が入力したと同時に、前記流量制御弁を全閉す
る第１の全閉工程と、その後、所定の時間経過した後に
前記流量制御弁を所定の時間だけ開状態にする開動作工
程と、その後、前記流量制御弁を再度全閉する第２の全
閉工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の質量流
量制御装置。
【請求項３】前記差圧調整動作は、前記流量信号が流
量ゼロを指示した後に、、または外部からゼロ点調整指
示信号が入力した後に、所定の時間だけ開状態を維持し
た後に前記流量制御弁を全閉することを特徴とする請求
項１記載の質量流量制御装置。
【請求項４】前記質量流量制御装置の上流側の前記ガ
ス流路に、前記下流側開閉弁と同じ開閉動作をする上流
側開閉弁が介設されていることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項５】前記ゼロ点調整量の積算量が、前記流量
制御弁の全開時の流量の所定の割合に達した時にその旨
を警報する警報部を有することを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の質量流量制御装置。