JP5002602B2 - 流量制御装置の検定方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造プロセス等においてガスや液体などの流体の流量を制御する流量制御装置の検定方法等に関するものである。

従来、半導体ウエハ等の製造において、チャンバに供給するガスの流量を制御する流量制御装置が用いられている。この流量制御装置の流量制御精度に問題があると、半導体ウエハに製品不良が発生することから、流量制御装置が設計通りに流量を制御することができるか否かを検証するため、定期的、或いは不定期的に流量検定が実施されている。

具体的にこの検定は次のようにして行われる。

例えば、センサ部１０１ａ、コントロールバルブ１０１ｂ等を備える熱式の質量流量制御装置（以下、熱式ＭＦＣ１０１と呼ぶ）について、流量検定を行う場合は、図１１に示すように、その検定対象となる熱式ＭＦＣ１０１の下流側に基準となる差圧式のマスフローメータ（以下、差圧式ＭＦＭ１０２と呼ぶ）を、上流側にレギュレータを、それぞれ直列に設ける。ここで、差圧式ＭＦＭ１０２は、差圧式マスフローコントローラ１０３のバルブ１０３Ｖは動作させず、マスフローメータ機能のみを動作させることで実現している。

そして、検定対象となる熱式ＭＦＣ１０１のコントロールバルブ１０１ｂで、このコントロールバルブ１０１ｂと差圧式ＭＦＭ１０２との間の流路における流量が一定流量となるように制御し、差圧式ＭＦＭ１０２の動作が安定する目標圧力に達してから、検定対象となる熱式ＭＦＣ１０１のセンサ部の出力値と、基準の差圧式ＭＦＭ１０２の出力値とを比較することにより検定を行うようにしている。

なお、上述したような従来技術は、検定現場において適宜実施されるものであり、特許文献などとして開示されているものは見あたらない。

しかしながら、従来の構成では、熱式ＭＦＣ１０１が、当該熱式ＭＦＣ１０１から差圧式ＭＦＭ１０２までの流路（デットボリューム）を一定流量で制御するため、差圧式ＭＦＭ１０２における圧力上昇は、図１２に示すように、一定の傾きとなり、前記目標圧力に達するまでに時間を要する。このため、検定の開始するまでの長い待ち時間が発生し、ひいては検定時間が長くなる不都合がある。

このような待ち時間の発生は、圧力、温度、容積、時間を用いたＲＯＲ（Ｒａｔｅ ｏｆ ｒｉｓｅ）型及び層流素子抵抗体の質量流量積算値と気体状態方程式による診断型（Ｇａｓ Ｌａｗ ｃｈｅｃｋ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｆｌｏｗ Ｅｑｕａｔｉｏｎ（”Ｇ−ＬＩＦＥ”）型）の両方で生じる。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える流量制御装置の検定方法を提供することにある。

すなわち、本発明に係る流量制御装置の検定方法は、バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定方法であって、流量制御対象となる流体が流れる流路上に、検定対象となる流量制御装置及び基準となる流量制御装置を、上流からこの順で直列に設けておき、前記検定対象となる流量制御装置をそのバルブがほぼ全開状態にある流量非制御状態にするとともに、前記基準となる流量制御装置によって流体流量を所定流量に制御した状態で、前記検定対象となる流量制御装置による実測流量が、前記基準となる流量制御装置による実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定するようにしたことを特徴とする。

このようなものによれば、検定対象となる流量制御装置を、そのバルブがほぼ全開状態にある流量非制御状態にするので、検定対象となる流量制御装置から基準となる流量制御装置までの流路（デッドボリューム）の圧力を一気に上昇させることができ、基準となる流量制御装置を、その動作が安定する目標圧力に瞬時にすることができる。したがって、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える。

なお、より正確な判定を行えるようにするには、基準となる流量制御装置によって流体の流量を複数ポイントで制御するようにし、各ポイントにおいて、前記検定対象となる流量制御装置の実測流量が、前記基準となる流量制御装置の実測流量の所定範囲内にあるか否かをそれぞれ判定するようにしていることが望ましい。

前記流路の圧力を一定に制御する圧力制御装置を、検定対象となる流量制御装置のさらに上流又は流量制御装置の間に設けるようにしているのであれば、検定対象となる流量制御装置の動作を安定させて、検定を円滑に行える。

本発明の望ましい態様としては、基準となる流量制御装置に、検定対象となる流量制御装置とは流量測定原理の異なるものを用いるようにしたものが挙げられる。例えば、検定対象となる流量制御装置に熱式のものを用い、基準となる流量制御装置に差圧式のものを用いるようにしているのであれば、圧力式は、熱式に比べて安定性に優れているうえ、下流側を負圧（真空圧）にすることでその機能を充分に発揮できる。一方、熱式は、圧力式に比べ、価格や動作条件で優れている。このため、これらを組み合わせることで、両方式の長所を活かして低価格で高性能なガスシステムの構築が可能となる。

基準となる流量制御装置に、その流量測定部よりも上流にバルブが配置されたものを用いるようにしているのであれば、バルブを下流側に設置した場合は圧力の変化範囲が広範囲となり高精度な校正が困難となるが、バルブを上流側にし、流量測定部をチャンバー側（真空側）にすることで圧力変化範囲を限定することができ、より高精度な検定が可能となる。

前記基準となる流量制御装置が、前記流路上に設けられた非線形抵抗体と、その非線形抵抗体の差圧を測定する圧力センサと、を具備し、前記圧力センサで測定された圧力に基づいて流量を測定する差圧式のものであり、なおかつ、前記非線形抵抗体が、その両端間の差圧が小さくなるほど、当該抵抗体を流れる流量の差圧微分値が小さくなる特性を有した例えば層流素子であると、小流量領域において、高い精度での流量検定を行うことができる。なお、前記圧力センサとしては、厳密には、非線形抵抗体の上流側及び下流側の両端の絶対圧を測定し、そこから差圧を求めるようにしたものが好ましいが、下流側が真空である場合のように固定圧である場合は、上流側だけに圧力センサを配置した構成でもよい。また逆に上流側が固定圧である場合は、下流側だけに圧力センサを配置した構成でもかまわない。

一方、このような非線形抵抗体の場合、大流量領域での誤差が大きくなることから、大流量領域では、内部を流れる流量と両端間の差圧との関係が線形であって、有効流量容量が前記非線形抵抗体よりも大きいオリフィスなどの線形抵抗体を用いて検定を行うことが望ましい。

しかし、大流量領域の検定において基準となる、オリフィスなどの線形抵抗体の特性は、流体の種類変更や、腐食性ガスの影響などによる経時変化などによって変化するため、例えば、単純に小流量領域と大流量領域とを組み合わせた広い流量レンジでの検定を行う場合には、検定の都度、線形抵抗体の校正を行う必要が生じて、検定の手間が非常に煩雑になる。

そこで、この手間を解消し、短時間でのワイドレンジ検定を可能とするためには、小流量領域での検定のときに、同時に線形抵抗体の校正（又は流量特性の把握）を行ってしまえばよい。

すなわち、基準となる流量制御装置の下流に線形抵抗体を設けておき、前記各ポイントにおける判定の際に、前記線形抵抗体の両端間の差圧をも測定することによって、それら各差圧と前記基準となる流量制御装置による実測流量との対応関係から、当該線形抵抗体の流量特性を算出してしまう。

そして、基準となる流量制御装置の規定流量を超えた領域、つまり大流量領域においては、前記検定対象となる流量制御装置による実測流量が、前記線形抵抗体の流量特性から算出される算出流量の所定範囲内にあるか否かを判定するようにすればよい。

本発明の流量制御装置の検定システムの望ましい態様としては、バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定システムであって、流量制御対象となる流体が流れる流路と、その流路上に設けた検定対象となる流量制御装置と、当該流路上であって前記検定対象となる流量制御装置の下流側に直列に設けた基準となる流量制御装置と、検定対象となる流量制御装置のバルブがほぼ全開状態に固定された流量非制御状態にあり、基準となる流量制御装置によって流体流量が所定流量に制御されている状態において、各流量制御装置から出力される流量測定信号を受信し、検定対象となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量が、基準となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定可能に出力する情報処理装置と、を備えているものが挙げられる。

本発明の半導体製造装置の望ましい態様としては、バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定を行なえるように構成した半導体製造装置であって、半導体製造のためのプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバへ半導体製造用の流体を供給する流路と、前記流路上に設けた検定対象となる流量制御装置と、当該流路上であって前記検定対象となる流量制御装置の下流側に直列に設けた基準となる流量制御装置と、検定対象となる流量制御装置のバルブがほぼ全開状態に固定された流量非制御状態にあり、基準となる流量制御装置によって流体流量が所定流量に制御されている状態において、各流量制御装置から出力される流量測定信号を受信し、検定対象となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量が、基準となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定可能に出力する情報処理装置と、を備えているものが挙げられる。

本発明の流量測定装置の検定方法の望ましい態様としては、流体流量を測定する流量測定部を備えた検定対象の流量測定装置を、バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた基準の流量制御装置を用いて検定する検定方法であって、流量制御対象となる流体が流れる流路上に、前記検定対象の流量測定装置及び前記基準の流量制御装置を、上流からこの順で直列に設けておき、前記基準の流量制御装置によって流体流量を所定流量に制御した状態で、前記検定対象の流量測定装置による実測流量が、前記基準の流量制御装置による実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定するようにしたものが挙げられる。

以上に説明したような本発明によれば、検定対象となる流量制御装置を、そのバルブがほぼ全開状態にある流量非制御状態にするので、検定対象となる流量制御装置から基準となる流量制御装置までのデッドボリュームの圧力を一気に上昇させることができ、基準となる流量制御装置を、その動作が安定する目標圧力に瞬時にすることができる。したがって、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える。

本発明の一実施形態に係る検定システムを備えた半導体製造装置を示す模式図。 同実施形態における検定システムの機器構成図。 同実施形態における非線形抵抗体の流量と差圧との関係を示す流量特性図。 同実施形態における検定システムの情報処理装置の機能構成図。 同実施形態における情報処理装置の検定に係る動作を説明するためのフローチャート。 同実施形態における検定システムを動作させたときの圧力状態を説明するための図。 本発明の第２実施形態における検定システムの機器構成図。 同実施形態における線形抵抗体の流量と差圧との関係を示す流量特性図。 同実施形態における検定システムの情報処理装置の機能構成図。 本発明の他の実施形態に係る検定システムを示す模式図。 従来の検定システムの機器構成図。 従来の検定システムを動作させたときの圧力状態を説明するための図。

以下、本発明の種々の実施形態に係る流量制御装置の検定システムＡについて図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
本実施形態の流量制御装置の検定システムＡは、図１に示すように、例えば、半導体製造装置Ｐの一部として、そのプロセスチャンバＣに供給する各種ガスの流量制御を行う流量制御装置の検定に用いられるものである。具体的にこの検定システムＡは、例えばプロセスガスやエッチングガスなどの半導体製造用の各種ガスが流れるガス供給ライン１ａ、１ｂ、・・・（以下、「ガス供給ライン１」と総称する）と、このガス供給ライン１が合流する合流点より下流側に並列して設けたチャンバ用ライン２及び検定用ライン３ａ、３ｂ、３ｃ（以下、「検定用ライン３」と総称する）と、ガス供給ライン１上にそれぞれ設けた検定対象となる流量制御装置４ａ、４ｂ、・・・（以下、「検定対象となる流量制御装置４」と総称する）と、検定用ライン３上にそれぞれ設けた基準となる流量制御装置５ａ、５ｂ、５ｃ（以下、「基準となる流量制御装置５」と総称する）と、検定対象となる流量制御装置４の上流側のガス供給ライン１上に設けた圧力制御装置６ａ、６ｂ・・・（以下、「圧力制御装置６」と総称する）と、各流量制御装置を所定動作させ検定対象となる流量制御装置４の実測流量が基準となる流量制御装置５による実測流量の所定範囲にあるか否かを判定する情報処理装置７と、を具備して成るものである。

以下、各部を詳述する。
ガス供給ライン１は、上流側を各種ガスを収容する図示しないガスボンベにそれぞれ接続し、下流側を合流部１ｘで合流したものであり、単独のガスまたは混合ガスを、プロセスチャンバＣへ供給できるように構成されている。

チャンバ用ライン２は、ガス供給ライン１から流れてくる各種ガスを、プロセスチャンバＣに供給するためのラインである。検定時には、このチャンバ用ライン２に各種ガスが流れないようにするバルブ２Ｖを設けている。このバルブ２Ｖは、情報処理装置７によって開閉制御されるようにしている。

検定用ライン３は、前記合流部１ｘの下流側に並列して複数（本実施形態では３本）設けている。各検定用ライン３には、検定できる流量範囲の異なる、すなわち流量制御範囲の異なる、基準となる流量制御装置５を配置している。具体的には、検定用ライン３ａには、２０〜２００ＳＣＣＭの流量を測定（制御）できる基準となる流量制御装置５ａを配置し、検定用ライン３ｂには、２００〜２，０００ＳＣＣＭの流量を測定（制御）できる基準となる流量制御装置５ｂを配置し、検定用ライン３ｃには、２，０００〜２０，０００ＳＣＣＭの流量を測定（制御）できる基準となる流量制御装置５ｃを配置している。そして、これら基準となる流量制御装置５の上流側にはバルブ３Ｖａ、３Ｖｂ、３Ｖｃを設けている。さらに、非検定時には、この検定用ライン３に各種ガスが流れないようにするバルブ３Ｖｘを設けている。これらバルブ３Ｖａ〜３Ｖｃ及び３Ｖｘは、情報処理装置７によって開閉制御されるようにしている。

検定対象となる流量制御装置４は、本実施形態では、熱式の質量流量制御装置である。この検定対象となる流量制御装置４は、外部からの指令信号によって駆動されるものであり、前記指令信号として設定流量を与えられた場合には、内部でローカルフィードバック制御を行ってその設定流量となるようにバルブを制御するほか、同指令信号の内容によっては、オープンループ制御を行い、バルブを全開あるいは全閉状態にすることもできる。内部構成としては、図２に示すように、内部流路４０と、その内部流路４０内を流れる流体の流量を測定する流量センサ部４１と、その流量センサ部４１の例えば下流側に設けた流量制御バルブ４２と、流量制御処理手段４３とを備えている。より具体的に各部を説明する。

内部流路４０は、詳細は図示しないが、ガス供給ライン１に接続される導入ポート及び導出ポートと、これらポート間で一旦分岐したのち合流する中空細管及びバイパス部とを備えたものである。

流量センサ部４１は、やはり詳細は図示しないが、例えば、中空細管に設けられた一対の感熱センサ（サーマルセンサ）を備えたものであって、流体の瞬時流量がこの感熱センサによって電気信号として検出され、内部電気回路によってその電気信号が増幅等されて、検出流量に応じた値を有する流量測定信号として出力される。

流量制御バルブ４２は、やはり詳細は図示しないが、例えば、その弁開度をピエゾ素子を利用したアクチュエータによって変化させ得るように構成したものである。アクチュエータは、流量制御処理手段４３からの開度制御信号によって駆動され、弁開度は、その開度制御信号の値に応じた開度に調整される。

流量制御処理手段４３は、図示しないＣＰＵや内部メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路、流量制御バルブ４２等と通信するための通信インタフェース、入力インタフェースなどで構成されたものである。そして、情報処理装置７などの外部からの指令信号を受信してその内容を解釈し、例えば、指令信号が設定流量を示す場合は、その設定流量となるようにローカルフィードバック制御する。具体的には、流量センサ部４１で検出する検出流量が、前記設定流量となるように、偏差から流量制御バルブ４２の弁開度を制御する開度制御信号を生成し、その開度制御信号を流量制御バルブ４２に対して出力する。

基準となる流量制御装置５は、ここでは差圧式の質量流量制御装置であり、図２に示すように、ガスが流れる内部流路５０と、この内部流路５０の流路上に設けた流量制御バルブ５１と、差圧発生用の抵抗体５２と、その抵抗体５２の各端の圧力をそれぞれ測定する圧力センサ５３、５４と、導入口側の内部流路５０内を流れるガスの温度を検知する温度センサ５５と、流量制御処理手段５６とを具備してなるものである。

内部流路５０は、上流端を導入ポート、下流端を導出ポートとしてそれぞれ開口するもので、導入ポートには、外部配管を介して空圧弁、圧力レギュレータおよびガスボンベ（いずれも図示せず）が接続されている。

流量制御バルブ５１は、詳細は図示しないが、例えば、その弁開度をピエゾ素子などよりなるアクチュエータによって変化させ得るように構成したものであって、流量制御処理手段５６から開度制御信号を与えられることによって前記アクチュエータを駆動し、その開度制御信号の値に応じた弁開度に調整してガスの流量を制御するものである。

抵抗体５２は、流量制御バルブ５１から流れてくるガスを導入する導入口及び導出する導出口を備えて成り、これら導入出口間に差圧を発生させるものである。この実施形態では、抵抗体５２として、例えば、図３に示すように、差圧が小さくなるほど、当該抵抗体５２を流れる流量の差圧微分値が小さくなる特性を有した層流素子などの非線形抵抗体を用いている。

圧力センサとしては、入口側センサ５３と出口側センサ５４との２つがある。入口側センサ５３は、抵抗体５２の一次側、すなわち導入口側の内部流路５０を流れるガスの圧力を検知するものである。出口側センサ５４は、抵抗体５２の二次側、すなわち導出口側の内部流路５０を流れるガスの圧力を検知するものである。本実施形態では、これら圧力センサ５３、５４に、絶対圧型の圧力センサを用いている。

流量制御処理手段５６は、図示しないＣＰＵや内部メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路、流量制御バルブ５１等と通信するための通信インタフェース、入力インタフェースなどで構成されたものである。そして、前記内部メモリに記憶しているプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、この流量制御処理手段５６が、各センサ５３、５４が検知した圧力値に基づいてガスの質量流量を算出する流量算出部（図示しない）と、この流量算出部で求めたガスの質量流量と流量設定値との偏差を算出する偏差算出部（図示しない）と、この偏差算出部で求めた偏差に少なくとも比例演算（その他に積分演算、微分演算などを含めてもよい）を施して、流量制御バルブ５１をフィードバック制御するフィードバック制御値を算出する制御値算出部（図示しない）と、この制御値算出部で求めたフィードバック制御値に基づく値を有する開度制御信号を生成し、その開度制御信号を流量制御バルブ５１に対して出力するバルブ制御信号出力部（図示しない）としての機能を少なくとも発揮するように構成している。

圧力制御装置６は、例えばレギュレータからなり、当該圧力制御装置６の下流側のラインの圧力を目標圧力となるようにフィードバック制御するものである。前記目標圧力の値は、情報処理装置７からの指令信号により設定できるようにしている。

情報処理装置７は、図示しないＣＰＵや内部メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路、検定対象となる流量制御装置４及び基準となる流量制御装置５の各部と通信するための通信インタフェース、入力インタフェース、液晶ディスプレイ等の表示装置などで構成されたもので、専用のものであってもよいし、一部又は全部にパソコン等の汎用コンピュータを利用するようにしたものであってもよい。また、ＣＰＵを用いず、アナログ回路のみで次の各部としての機能を果たすように構成してもよいし、その一部の機能を半導体製造装置Ｐにおける制御装置（図示省略）や各流量制御装置４、５の流量制御処理手段と兼用するなど、物理的に一体である必要はなく、有線乃至無線によって互いに接続された複数の機器からなるものであってもよい。

しかしてこの情報処理装置７は、前記内部メモリに所定のプログラムが格納されており、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働動作することによって、図４に示すように、状態制御部７ａ、信号受信部７ｂ、判定部７ｃなどとしての機能を少なくとも発揮する。以下、各部を詳述する。

状態制御部７ａは、入力インタフェースの所定操作などによる検定開始命令をトリガとして、検定のための指令信号を出力し、検定対象となる流量制御装置４、基準となる流量制御装置５、圧力制御装置６に、それぞれ当該指令信号に基づく動作を行わせるものである。具体的な検定動作については後述する。

信号受信部７ｂは、検定対象となる流量制御装置４の流量センサ部４１から、検定用の流量測定信号を受信するとともに、基準となる流量制御装置５の流量算出部から、基準の流量測定信号を受信するものである。

判定部７ｃは、信号受信部７ｂで受信した、検定用の流量測定信号と基準の流量測定信号とを比較し、検定用の流量測定信号の示す実測流量が、基準の流量測定信号の示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定し、判定結果を出力するものである。判定結果の出力態様は、画面出力や印刷出力など実施態様に応じて適宜に設定できる。

次に、以上のように構成される流量制御装置の検定システムＡについて、その検定を行う手順を、図５を参照して説明する。

まず、情報処理装置７の入力インタフェースを操作するなどして検定を開始する。すると、その検定開始命令が情報処理装置７の状態制御部７ａに伝わる。

状態制御部７ａは、この検定開始命令をトリガとして、指令信号を出力し、検定対象となる流量制御装置４を、バルブ４２が全開となる流量非制御状態にする（ステップＳ１）。すなわち、この流量非制御状態において検定対象となる流量制御装置４は、マスフローメータとしての機能のみを営む。

またその一方で、状態制御部７ａは、圧力制御装置６にも指令信号を出力し、該圧力制御装置６の下流側の流路３の圧力を、前記指令信号に含まれる一定の目標圧力となるように、圧力制御装置６にローカルフィードバック制御させる（ステップＳ２）。

そして、当該状態制御部７ａは、基準となる流量制御装置５に対し、流量設定値を含んだ指令信号を出力し、基準となる流量制御装置５にローカルフィードバック制御を行わせて、この基準となる流量制御装置５を流量制御状態（指令信号の示す流量設定値と実際に測定された流量測定値との偏差に基づいて流量制御処理手段５６がＰＩＤ制御等する状態）にする（ステップＳ４）。

次に、信号受信部７ｂが、検定対象となる流量制御装置４の流量センサ部４１から検定用の流量測定信号を受信するとともに、基準となる流量制御装置５の流量算出部から基準の流量測定信号を受信すると、判定部７ｃが、受信した検定用の流量測定信号と基準の流量測定信号とを比較する。そして、検定用の流量測定信号の示す実測流量が、基準の流量測定信号の示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定し、判定結果を出力する（ステップＳ５）。

なお、この実施形態では、基準となる流量制御装置５によって流体の流量を異なる値の複数ポイントで制御するようにし、各ポイントにおいて、前記検定対象となる流量制御装置４の実測流量が、前記基準となる流量制御装置５の実測流量の所定範囲内にあるか否かを、前記判定部７ｃがそれぞれ判定するようにしている（ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７）。例えば、検定対象となる流量制御装置４ａについて、１００ＳＣＣＭ又は５０ＳＣＣＭの流量検定をする場合は、２０〜２００ＳＣＣＭの流量を測定（制御）できる基準となる流量制御装置５ａを５０％又は２５％で動作させて判定すれば良い。また、その検定対象となる流量制御装置４ａについて、１，０００ＳＣＣＭの流量検定をする場合は、２００〜２，０００ＳＣＣＭの流量を測定（制御）できる基準となる流量制御装置５ｂを５０％で動作させて判定すれば良い。このように、一つの検定対象となる流量制御装置について、流量制御範囲の異なる複数の基準となる流量制御装置を、任意に選択して流量検定を行うことができ、複数ポイントで各実測流量を比較することでより幅広い流量レンジで正確な流量検定の判定結果を得られる。

しかして、このように構成した流量制御装置の検定システムＡによれば、検定対象となる流量制御装置４を流量非制御状態にし、基準となる流量制御装置５によって流体流量を所定流量に制御した状態で流量検定を行うようにしているため、図６に示すように、検定対象となる流量制御装置４から基準となる流量制御装置５までの流路（デッドボリューム）の圧力を一気に上昇させることができ、基準となる流量制御装置５を、その動作が安定する目標圧力に瞬時にすることができる。したがって、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える。また、検定対象となる流量制御装置４と基準となる流量制御装置５との間の圧力を、圧力制御装置６で一定に制御するため、検定対象となる流量制御装置４の動作を安定させて、検定を円滑に行える。

また、基準となる流量制御装置５によって流体の流量を複数ポイントで制御するようにし、各ポイントにおいて、前記検定対象となる流量制御装置４の実測流量が、前記基準となる流量制御装置５の実測流量の所定範囲内にあるか否かをそれぞれ判定するようにしている。したがって、流量のリニアリティ及びゼロ点がわかるようになるので、より正確な判定を行える。

さらに、検定対象となる流量制御装置４に熱式のものを用い、基準となる流量制御装置５に差圧式のものを用いるため、低価格で高性能なガスシステムの構築が可能となる。

加えて、基準となる流量制御装置５に、その圧力センサ５３、５４よりも上流に流量制御バルブ５１が配置されたものを用い、センサ５３、５４をチャンバー側（真空側）にしているため、圧力変化範囲を限定することができ、より高精度な検定が可能となる。

また、検定用ライン３を複数設け、それぞれの検定用ライン３に、検定できる流量範囲の異なる、換言すると流量制御範囲の異なる、基準となる流量制御装置５を配置しているため、ユーザが検定したい流量範囲での検定を、精度良く行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、前記第１実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付している。

この第２実施形態では、基準となる流量制御装置５を１つだけ用いるとともに、図７に示すように、基準となる流量制御装置５の下流に線形抵抗体（ここではオリフィス）８を設けている。この線形抵抗体８は、図８に示すように、その内部を流れる流量と両端間の差圧との関係が線形であって、有効流量容量が前記非線形抵抗体５２よりも大きいものである。なお、図７中、符号ＢＬは、線形抵抗体８を用いて検定を行うときに、基準となる流量制御装置を介さずに線形抵抗体８に流体を導くためのバイパスラインである。

また、情報処理装置７は、図９に示すように、状態制御部７ａ、信号受信部７ｂ、判定部７ｃに加えて、流量特性算出部７ｄとしての機能を具備している。

次に、この第２実施形態での検定の際の情報処理装置７の動作につき説明する。

まず、基準となる流量制御装置５による規定流量内、すなわち検定のための十分な精度で流量をコントロールできる小流量領域では、前記第１実施形態同様、情報処理装置７が、流量の異なる各ポイントで、検定用の流量測定信号と基準の流量測定信号とを比較し、検定用の流量測定信号の示す実測流量が、基準の流量測定信号の示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定する。

このとき、情報処理装置７の判定部７ｃによる各ポイントでの判定と同時に、前記流量特性算出部７ｄが、前記線形抵抗体８の両端間の差圧をも測定することによって、それら各差圧と前記基準となる流量制御装置５による実測流量との対応関係から、当該線形抵抗体８の流量特性を算出し、メモリに記憶する。この流量特性は小流量領域で得られたものであるが、これから大流量領域での当該線形抵抗体８を流れる流量と差圧との関係を導くことができる。
なお、この実施形態においては、線形抵抗体８の両端間の差圧は、その二次側圧力が０（つまり真空）であるため、一次側圧力を測定すればよく、その一次側圧力を測定するセンサとして、前記基準となる流量制御装置５の出口側センサ５４を用いるようにしている。もちろん線形抵抗体８の両端に専用の圧力センサを設けても構わない。

次に、切換弁ＳＶを切り換えて、流体がバイパスラインＢＬを介して線形抵抗体８に導かれるようにする。
そして、基準となる流量制御装置５による制御規定流量を超えた領域、つまり大流量領域での検定を行う。具体的には、前記検定対象となる流量制御装置４による実測流量が、前記線形抵抗体８の流量特性から算出される算出流量の所定範囲内にあるか否かを、前記判定部７ｃが判定する。判定は、前記小流量領域と同様、複数の異なる流量ポイントで行う。

なお、バイパスラインは必ずしも必要ではなく、大流量領域での検定においては、基準となる流量制御装置５のバルブ５１を全開にした流量非制御状態とし、流体が基準となる流量制御装置５を介して線形抵抗体８に導かれるように構成しても構わない。

しかしてこのようなものであれば、線形抵抗体８を用いた検定では、小流量領域において検定精度を担保できないところ、前述した流量特性を有する非線形抵抗体５２を用いることにより、小流量領域での高い精度での流量検定を行うことができる。

一方、このような特性の非線形抵抗体５２の場合、大流量領域での誤差が大きくなる恐れが生じるが、この大流量領域では、線形抵抗体８を用いていることから、大流量領域での精度の高い検定をも担保でき、結果として非常に広い流量範囲に亘って、精度よく検定を行うことができる。

しかも、大流量領域の検定に基準として用いられる線形抵抗体８は、流体の種類変更や、腐食性ガスの影響などによる経時変化などによってその流量特性が変化するため、本来であれば、校正の都度、流量特性を別途測定しなければならないところ、この第２実施形態では、前記小流量領域での検定のときに、線形抵抗体８の流量特性の算出・把握をも同時に行ってしまうため、短時間での手間のかからない検定が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、検定対象となる流量制御装置は熱式のものに限られない。また、基準となる流量制御装置も差圧式のものに限られない。

前記実施形態では、圧力制御装置を、検定対象となる流量制御装置の上流に設けているが、検定対象となる流量制御装置と基準となる流量制御装置との間に設けるようにしてもよい。

また、複数の検定対象となる流量制御装置を、ガス供給ライン上に直列に配することもできる。例えば、図１０に示すように、ガス供給ライン１上に、同一の検定対象となる流量制御装置４を、複数（図５では３つ）直列に配し、各検定対象となる流量制御装置４での実測流量が、基準の流量制御装置５の示す実測流量の所定の範囲内にあるか否かを一度に判定することができる。このようにすることによって、単位時間当たりに検定できる個数を増やせることができ、例えば、工場出荷時の検定に有用となる。このとき、ガス供給ライン上に直列に配置する複数の検定対象となる流量制御装置４は、異なるものであっても良い。

検定用ラインを複数設け、それぞれの検定用ライン上に、検定できる流量範囲の異なる、換言すると流量制御範囲の異なる、基準となる流量制御装置を配置しているが、検定用ラインは１つでもよい。

さらに、検定対象を、流体流量を測定する流量測定部を備えた流量測定装置とすることもできる。この場合も基準の流量制御装置を用いて上述した検定方法と同様の方法で検定を行えば、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

発明の産業上の利用可能性

本発明によれば、検定対象となる流量制御装置を、そのバルブがほぼ全開状態にある流量非制御状態にするので、検定対象となる流量制御装置から基準となる流量制御装置までのデッドボリュームの圧力を一気に上昇させることができ、基準となる流量制御装置を、その動作が安定する目標圧力に瞬時にすることができる。したがって、待ち時間も含め検定に要する時間を可及的に少なくし、精度良い検定を行える。

Claims (9)

1. バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定方法であって、
   流量制御対象となる流体が流れる流路上に、検定対象となる流量制御装置及び基準となる流量制御装置を、上流からこの順で直列に設けておき、前記検定対象となる流量制御装置を前記バルブがほぼ全開状態にある流量非制御状態にするとともに、前記検定対象となる流量制御装置の下流側にある前記基準となる流量制御装置によって流体流量を所定流量に制御した状態で、前記検定対象となる流量制御装置による実測流量が、前記基準となる流量制御装置による実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定するようにした流量制御装置の検定方法。
2. 基準となる流量制御装置によって流体の流量を複数ポイントで制御するようにし、各ポイントにおいて、前記検定対象となる流量制御装置の実測流量が、前記基準となる流量制御装置の実測流量の所定範囲内にあるか否かをそれぞれ判定するようにした請求項１記載の流量制御装置の検定方法。
3. 前記流路の圧力を一定に制御する圧力制御装置を、検定対象となる流量制御装置のさらに上流又は流量制御装置の間に設けるようにした請求項１又は２記載の流量制御装置の検定方法。
4. 基準となる流量制御装置に、検定対象となる流量制御装置とは流量測定原理の異なるものを用いるようにした請求項１乃至３いずれか記載の流量制御装置の検定方法。
5. 検定対象となる流量制御装置に熱式のものを用い、基準となる流量制御装置に差圧式のものを用いるようにした請求項４記載の流量制御装置の検定方法。
6. 基準となる流量制御装置に、その流量測定部よりも上流にバルブが配置されたものを用いるようにした請求項５記載の流量制御装置の検定方法。
7. 基準となる流量制御装置が、両端間の差圧が小さくなるほど、当該抵抗体を流れる流量の差圧微分値が小さくなる特性を有した非線形抵抗体と、その非線形抵抗体で発生する前記差圧を測定する圧力センサと、を具備し、その圧力センサで測定された差圧に基づいて流量を測定する差圧式のものであり、
   基準となる流量制御装置の下流に、内部を流れる流量と両端間の差圧との関係が線形である線形抵抗体を設けておき、
   前記各ポイントにおける判定の際に、前記線形抵抗体の両端間の差圧をも測定することによって、それら各差圧と前記基準となる流量制御装置による実測流量との対応関係から、当該線形抵抗体の流量特性を算出し、
   基準となる流量制御装置の規定流量を超えた領域においては、前記検定対象となる流量制御装置による実測流量が、前記線形抵抗体の流量特性から算出される算出流量の所定範囲内にあるか否かを判定するようにした請求項２記載の流量制御装置の検定方法。
8. バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定システムであって、
   流量制御対象となる流体が流れる流路と、
   その流路上に設けた検定対象となる流量制御装置と、
   当該流路上であって前記検定対象となる流量制御装置の下流側に直列に設けた基準となる流量制御装置と、
   検定対象となる流量制御装置のバルブがほぼ全開状態に固定された流量非制御状態にあり、前記検定対象となる流量制御装置の下流側にある基準となる流量制御装置によって流体流量が所定流量に制御されている状態において、各流量制御装置から出力される流量測定信号を受信し、検定対象となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量が、基準となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定可能に出力する情報処理装置と、を備えている流量制御装置の検定システム。
9. バルブと、そのバルブを通過する流体流量を測定する流量測定部と、その流量測定部で測定した実測流量が、与えられた目標流量となるように前記バルブを制御するバルブ制御機構とを備えた流量制御装置の検定を行なえるように構成した半導体製造装置であって、
   半導体製造のためのプロセスチャンバと、
   前記プロセスチャンバへ半導体製造用の流体を供給する流路と、
   前記流路上に設けた検定対象となる流量制御装置と、
   当該流路上であって前記検定対象となる流量制御装置の下流側に直列に設けた基準となる流量制御装置と、
   検定対象となる流量制御装置のバルブがほぼ全開状態に固定された流量非制御状態にあり、前記検定対象となる流量制御装置の下流側にある基準となる流量制御装置によって流体流量が所定流量に制御されている状態において、各流量制御装置から出力される流量測定信号を受信し、検定対象となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量が、基準となる流量制御装置の流量測定信号が示す実測流量の所定範囲内にあるか否かを判定可能に出力する情報処理装置と、を備えている半導体製造装置。

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