ガス供給装置用流量制御器の流量測定装置及び流量測定方法
【課題】 ガス供給装置用流量制御器の流量測定をより迅速且つ高精度で行えるようにすると共に、測定に用いる流量測定装置の構造の簡素化及び小型化を図る。
【解決手段】 ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ0の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖと、開閉弁Ｖの上流側のガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結する。
【解決手段】 ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ0の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖと、開閉弁Ｖの上流側のガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や薬品製造装置等で使用するガス供給装置の流量制御器の流量測定装置及び流量測定方法の改良に関するものであり、装置の小型化、構造の簡単化、測定精度の向上及び流量測定の迅速化等を可能としたガス供給装置用流量制御器の流量測定装置及びこれを用いた流量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等のガス供給装置は、一般に多種類のガスをプロセスチャンバ等のガス使用対象に切換へ供給できるように構成されており、必要なプロセス用ガスが、供給ガス種毎に設けた流量制御器により流量制御され、ガス使用対象へ供給されて行く。
また、上記各流量制御器の流量測定は、一般にビルドアップ法（若しくは圧力上昇率（ＲＯＲ）法）により適宜の時間間隔を置いて行われ、流量制御器の設定流量とビルドアップ法等により計測した現実の制御流量とを対比することにより流量測定が行われている。
【０００３】
図５及び図６は従前のガス供給装置用流量制御器の流量測定方法の一例を示すものである。即ち、図５の測定方法に於いては、先ず、内容積が既知のビルドアップタンクＢＴと入口開閉弁Ｖ１と出口開閉弁Ｖ２と圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄとから成る流量測定ユニットＵ0をガス供給路Ｌへ分岐状に連結する。次に、例えばガス供給装置ＧＦの流量制御器ＭＦＣ１を測定する場合には、先ず開閉弁Ｖ０２、Ｖ０n、Ｖ０を閉、開閉弁Ｖ０１、Ｖ１及びＶ２を開にして、タンクＢＴ内へガスを流通させ、開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放した状態での時刻ｔ１、若しくは開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放したあと開閉弁Ｖ２を閉鎖した状態での時刻ｔ１における圧力検出値Ｐ１、温度検出値Ｔ１を計測する。次に、開閉弁Ｖ１及びＶ２の開放状態から開閉弁Ｖ１を閉鎖してからΔｔ秒経過後、若しくは前記開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放したあと開閉弁Ｖ２を閉鎖した状態での時刻ｔ１からΔｔ秒経過後における圧力検出値Ｐ２、温度検出値Ｔ２を計測する。
【０００４】
そして、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出して流量制御器ＭＦＣ１の流量制御値を確認する。尚、前記流量計算式は、ガスを理想気体と仮定してタンクＢＴ内へのビルドアップ流量を演算するものであり、ＶはビルドアップタンクＢＴ及びその上流側管路の合計内容積、Ｒはガス常数、ＴはタンクＢＴ内のガス温度である。
【０００５】
一方、図６の測定方法に於いては、ビルドアップタンクを用いない流量測定ユニットＵ１をガス供給ラインＬへ分岐状に連結する。そして、例えばガス供給装置ＧＦの流量制御器ＭＦＣ１を測定する場合には、先ず、開閉弁Ｖ０、Ｖ００、Ｖ０２、Ｖ０ｎを閉、開閉弁Ｖ０１、Ｖ１、Ｖ２を開にして流量測定ユニットＵ1へ流量制御器ＭＦＣ１から設定流量のガスを流し、次に開閉弁Ｖ２を閉にする。開閉弁Ｖ２の閉鎖後、圧力検出器Ｐｄの圧力検出値がＰ１になった時に第１計測を行い、圧力Ｐ１、温度Ｔ１を測定する。その後、圧力検出器Ｐの圧力検出値がＰ２になったとき（又は設定時間ｔ秒が経過したとき）に第２計測を行い、圧力Ｐ２、温度Ｔ２を測定する。
【０００６】
また、予め、流量測定ユニットＵ1の上流側の開閉弁Ｖ００、開閉弁Ｖ０１、開閉弁Ｖ０２、開閉弁Ｖ０ｎから開閉弁Ｖ１までのガス供給ラインＬ、Ｌｓ部分の管路内容積Ｖｅと、流量測定ユニットＵ1の開閉弁Ｖ１と開閉弁Ｖ２間の流路内容積Ｖｔとの和Ｖを、上記図５場合と同じ測定方法により求めた圧力上昇率ΔＰ／Δｔと、その時の流量制御器ＭＦＣ１の流量値Ｑを用いて、流量式Ｑ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）から演算し、全内容積Ｖを求めておく。
【０００７】
そして、上記各測定値から、流量制御器ＭＦＣ１からの温度０℃、１ａｔｍに於けるガスの絶対流量Ｑｏを、ガスの流入質量ｄＧと経過（流入）時間ｄｔとの関係を用いて求める。即ち、流入質量ｄＧは、ｄＧ＝ｒｏ・Ｑｏ・ｄｔ（但し、ｄｔは経過（流入）時間、ｒｏは比重量である）で表すことができる。また、第１計測時及び第２計測時の圧力Ｐ、温度Ｔから理想気体についてはＰＶ＝ｎＲＴの関係が成立するため、モル数ｎに代えて質量Ｇを用いれば、ＰＶ＝ＧＲＴの関係が成立する。
【０００８】
従って、今、第１計測時に計測したガス圧力Ｐ１、ガス温度Ｔ１、ガス質量Ｇ１と、第２計測時のガス圧力Ｐ２、ガス温度Ｔ２、ガス質量Ｇ２とすれば、質量Ｇの差分（流入質量ｄＧ）はｄＧ＝Ｇ２−Ｇ１＝Ｐ１／Ｔ１・Ｖ／Ｒ−Ｐ２／Ｔ２・Ｖ／Ｒ＝（Ｐ１／Ｔ１−Ｐ２／Ｔ２）・Ｖ／Ｒ・・・・（１）式となり、上記ｄＧ＝ｒｏ・Ｑｏ・ｄｔの式から、ガスの絶対流量Ｑｏは、Ｑｏ＝（Ｐ１／Ｔ１−Ｐ２／Ｔ２）・Ｖ／Ｒ・１／ｒｏとして算出することができ、当該算出値Ｑｏを基準として流量制御器ＭＦＣ１の流量制御能の適否を判定する。
【０００９】
上記図６方法は、（１）ガス種によっては理想気体方程式の適用が困難になるため、圧縮因子なる係数を上記（１）式に持ち込みして算出した基準流量の誤差を少なくすること、及び（２）第１計測のあと第２計測を開始するタイミングを、制御流量が１０００〜２０００ＳＣＣＭの範囲では圧力上昇値を基準にして決定し、また、制御流量が２〜１０００ＳＣＣＭの範囲では経過時間を基準にして決定するようにしたことを発明の主たる内容とするものである。
【００１０】
尚、上記図６方法に於いても、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出すると共に、当該算出値を基準にして流量制御器ＭＦＣ１の流量制御値の適否を判断するように出来る事は勿論である。
【００１１】
上記図５に示したビルドアップタンクＢＴを用いる方法は、（１）ビルドアップタンクＢＴを用いるために流量測定装置が大型化し、ガス供給装置の小型化が図れないこと、（２）タンクＢＴ内のガス温度の計測値が温度検出器Ｔｄの取付位置によって大きく変動すること、（３）タンク内のガス圧力上昇中のガス温度Ｔが大きく変動し、一定温度Ｔにならないこと、（４）外気の温度変化が大きい場合には、圧力検出中のガス温度が変化して温度検出値Ｔの変動が大きくなる等の点に問題があり、ガス種が理想気体に近いものであっても高い流量測定精度が得られないと云う問題がある。
【００１２】
一方、図６の方法にあっては、流量測定ユニットＵ1の流入側にバルブＶ１を設け、これを介して分岐接続管路Ｌｓの端部へ連結するようにしている。しかし、このバルブＶ１は流量測定に際して全く利用されないものであり、逆にこのバルブＶ１が存在することにより、流体抵抗が増加したり、バルブＶ１の駆動用機構、例えば電磁弁、駆動流体用配管等が必要になり、部品費や組立費が増加すること、バルブＶ１の駆動特性に起因する動作遅延やタイミング調整が必要になること等の多くの問題が生じることになる。
【００１３】
また、図６の方法にあっては、流体供給管路Ｌと分岐接続管路Ｌｓの流路内容積Ｖｅと、流量測定ユニットＵ1の流路内容積Ｖｔの和の容積Ｖを計測するに際して、バルブＶ１を２度に亘って開閉し且つその間に流量測定ユニットＵ1内を真空引きするようにしているため、流量測定に手数が掛かり過ぎると云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３７３４６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７/１０２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本願発明は、従前の流量測定ユニットＵ1を用いた流量制御器の流量測定に於ける上述の如き問題、即ち、流量測定ユニットＵ1の流体入口側と流体出口側の夫々にバルブＶ１，Ｖ２を設けているが、この入口側バルブＶ１を設けたことにより生ずる流体抵抗が増加したり、入口側バルブＶ１に電磁弁、駆動流体用配管等からなる駆動用機構を必要とし、その組立費が増加すること、駆動特性に起因する動作遅延やタイミング調整が必要になること等の問題を解決すると共に、流量測定に必要な流体供給管路Ｌと分岐接続管路Ｌｓと流量測定ユニットＵ1の内部容積Ｖtとの合計内容積Ｖの算定に手数が掛かると云う問題を解決し、小型で，簡単にガス供給装置に付設することができ、しかも簡単な操作でもって高精な流量測定を出来るようにしたガス供給装置用流量制御器の流量測定装置と、これを用いた流量測定方法の提供を発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願請求項１の発明は、ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ0の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’を流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結することを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
本願請求項２の発明は、複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖ’と分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力が設定圧Ｐ1に達した時刻ｔ１に於いて第１回のガス温度Ｔ１及びガス圧力Ｐ1を計測し、その後前記ガス圧力が設定圧Ｐ2に達した時刻ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Lの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算することを発明の基本構成とするものである。
【００１８】
本願請求項３の発明は、複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖ’と分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖｏ１〜Ｖｏｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖを閉鎖し、ガス圧力の上昇率ΔＰ／Δｔを計測すると共に、流量Ｑを、Ｑ=ΔＰ／Δｔ×Ｖ／Ｒ・Ｔ（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔは測定時間、Ｔは気体温度である）として演算することを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に於いて、流量測定装置Ｕを、入口側端部をガス供給管路Ｌへまた出口側端部をガス流出側へ夫々連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖ’へ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駆動用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に於いては、上記容積Ｖは、窒素ガス等を用いてガス流量Ｑの時の圧力上昇率を測定することにより、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｐは流体圧、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）により容易に求めることが出来る。即ち、開閉弁Ｖ１を設けなくても、流量測定に必要な分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積Ｖを簡単に算定することが出来るため、流量制御器の流量測定操作がより簡単となる。
【００２１】
また、本発明に於いては、流量測定装置Ｕの分岐管路Ｌｂに設ける開閉弁Ｖ’をその出口側端のみに設ける構成としているため、流量測定装置Ｕの小型化及び構造の簡素化が図れるだけでなく、ガス流路抵抗の引下げが可能となる。また、ガス供給装置ＧＦの運転中は常時2次側のガス供給管路Ｌのガス圧を圧力検出器Ｐｄによって監視することができ、流量計測が可能な圧力状態か否かを事前に即座に確認することができる。
【００２２】
また、流量測定操作に際しても、測定スタートの信号に対して圧力異常の状態にあれば即座にアラームの発信ができるだけでなく、常時２次側のガス供給管路Ｌの圧力状態を監視することができるので、圧力検出器Ｐｄをガス供給管路Ｌのガス圧モニターとして活用することができる。
更に、流量制御器が圧力式流量制御装置の場合には、圧力検出器Ｐｄの検出信号を流量制御器の流量制御範囲の下限値を示すアラームとしても活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るガス供給装置用流量制御器の流量測定装置の構成図である。
【図２】流量測定装置を備えたガス供給装置の説明図である。
【図３】管路内容積の計測方法の説明図である
【図４】図３の計測方法におけるガス圧力やガス温度の変化状況を示す線図である。
【図５】従前のビルドアップ法による流量測定方法の説明図である。
【図６】従前の他のビルドアップ法による流量測定方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明に係るガス供給装置用流量制御器の流量測定装置の構成を示す説明図であり、また、図２は流量制御器の測定方法の実施形態を示す説明図であって、ガス供給装置ＧＦに設けた圧力式流量制御器ＦＣＳの流量測定を行う場合を示している。
【００２５】
図１及び図２において、ＧＦはガス供給装置、ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎは流量制御器、Ｇｏ〜Ｇｎは供給ガス種、Ｌ1〜Ｌｎ、Ｌはガス供給管路、Ｌｓは分岐接続管路、Ｌｂは分流管路、Ｖ００〜Ｖ０ｎは開閉弁、Ｖ０は開閉弁、Ｖ’は開閉弁、ＣＨはプロセスチャンバ、ＶＰは真空ポンプ、Ｔｄは温度検出器、Ｐｄは圧力検出器、Ｂは分岐点、Ｆは接続用フランジ、ＥＶは電磁弁、ＤＧＳは駆動用流体源、Ｔｕは駆動用流体供給管、ＩＯは入出力ポート、ＥＳはＤＣ電源、１は圧力調整器、２は圧力計、３・４は開閉弁、Ｕは流量測定装置、ＣＰは演算制御装置であり、ガス供給装置ＧＦからガス供給管路Ｌ、開閉弁Ｖ０を通してプロセスチャンバＣＨへ所定のガス種が切替え供給されている。
【００２６】
流量測定装置Ｕは、ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結されて居り、ガス供給管路Ｌへ連結する入口側端部及びガス流出側へ連結する出口側端部とを有する直管状の適宜内径の分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた流体圧駆動式のメタルダイヤフラム型開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’の上流側のガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖ’へ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駈装用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成されている。
【００２７】
また、流量測定装置Ｕの圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄの各検出出力、開閉弁Ｖ’の制御信号等は演算制御装置ＣＰへ入出力されており、後述するようにガス流量値の演算及び表示等が行われる。
【００２８】
先ず、本願発明者は、図３の如き流量測定ユニットＵ’を作成し、これを用いて、ビルドアップによりガス圧力を上昇せしめ、ユニットＵ’（内容積１．０９９６Ｌ）の内部のガス温度やガス圧力の変化を調査した。
即ち、図１の実施形態に於いて、流量制御器ＦＣＳに代えて標準流量調整器を取り付けると共に、流量測定装置Ｕに代えて図３の流量測定ユニットＵ’を接続し、先ず開閉弁Ｖ０２、Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉に、開閉弁Ｖ’を開にして、Ｎ２ガスを５００ｓｃｃｍの流量で一定時間流通させ、Ｎ２ガスの流量、圧力、温度の安定を確認したあと、開閉弁Ｖ’を閉にして１０秒間のビルドアップを行い、その間のユニットＵ’内のガス温度や圧力等の変化状態を観察した。
尚、流量制御器にはフジキン製の流量レンジ１ＳＬＭのものを使用しており、ユニットＵ’の内容積Ｖは１．０９９６Ｌ（既知）に設定されている。また、ガス流量（Ｎ２）は５００ｓｃｃｍ、ビルドアップ時間は１０ｓｅｃに設定している。更に外気温度（室内温度）は２１．７℃であった。
【００２９】
図４は、上記上記ビルドアップにおける流量測定ユニットＵ’内のガス温度やガス圧力等の変化状態を示すものであり、曲線Ａ１は流量制御器の流量出力、Ａ２はガス圧力検出値、Ａ３はガス温度検出値、Ａ４は外気温度（室内温度）、Ａ５は出口側開閉弁Ｖ’の制御信号を示すものである。
尚、圧力検出器ＰｄにはＭＫＳ製の（バラトロン）キャパシタンスマノメーターＴＹＰＥ６２７Ｄ（Ｆ．Ｓ．1000ＴｏＲＲ）を、また温度検出器Ｔｄには２．５ｍｍ径Ｋ熱電対（素線タイプ）を、測定機器にはキーエンス製のデータロガーＮＲ５００を使用している。
【００３０】
即ち、図４に於いて、ｔ1点に於いて出口側開閉弁Ｖ’を閉にしてビルドアップを始めると、ｔ2点に於いてタンク内のガス圧力は３０．６Ｔｏｒｒから９４．１Ｔｏｒｒにまで上昇する。また、タンク内のガス温度は徐々に上昇する。
今、流量測定ユニットＵ’の出口側開閉弁Ｖ‘の閉鎖（ビルドアップ開始）時（時刻ｔ1・第１回計測）と、ビルドアップ完了後の時刻ｔ２に於いて、第２回計測を行ってガス流入質量を演算することにより、ビルドアップ中に流入したガスのモル数
【００３１】
【数１】
を標準状態（０℃、１aＴｍ）におけるガス体積ＶＧに換算すると、
【００３２】
【数２】
となり、流量測定ユニットＵ’内へのガス流量Ｑは
【００３３】
【数３】
として演算できる。但しΔｔはビルドアップ時間であり、Δｔ＝ｔ2−ｔ1である。
【００３４】
また、後述するように、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、この圧力上昇率を用いて、全内容積Ｖを、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）として演算する。
［第１実施形態］
【００３５】
図１及び図２を参照して、ガス供給装置ＧＦの流量制御器ＦＣＳの流量測定に際しては、先ず流量測定装置Ｕをガス供給管路Ｌへ分岐状に接続する。次に、流量制御器ＦＣＳ1を測定する場合は、開閉弁Ｖ００、Ｖ０２、Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉鎖し、開閉弁Ｖ０１、Ｖ‘を開にして、流量制御器ＦＣＳ1から設定流量Ｑｓのガス流を流量測定装置Ｕへ供給し、真空ポンプＶＰにより排気する。
【００３６】
次に、流量測定装置Ｕの分岐管路Ｌｂ内のガス温度Ｔｏ及びガス圧力Ｐｏが落ち着くと、時刻ｔ1に於いて出口側開閉弁Ｖ’を閉鎖してガスのビルドアップを開始すると共に、分岐管路Ｌｂ内のガス温度Ｔ1及びガス圧力Ｐ1を検出し、これを演算制御装置ＣＰへ入力する。
分岐管路Ｌｂ内へのガスのビルドアップが進行し、ガス圧力が設定値Ｐ2（又は設定時刻ｔ2）に達すると、分岐管路Ｌｂ内の圧力Ｐ２及び温度Ｔ２を検出し、その検出値を演算制御装置ＣＰへ入力する。
尚、時刻ｔ２における第２回目の圧力及び温度の検出が終れば、その後に出口側開閉弁Ｖ’を開放して、分岐管路Ｌｂ内のガスを排出する。
【００３７】
一方、演算制御装置ＣＰでは、前記検出値Ｐ1、Ｔ１、Ｐ２、Ｔ２及びビルドアップ時間Δｔ（Δｔ＝ｔ2−ｔ1）を用いて前記数式３により流量Ｑが演算され、前記流量調整器ＦＣＳ１の設定流量Ｑｓと演算流量Ｑとが対比され、所定の基準に基づいて流量調整器ＦＣＳ1 の流量制御性能の判定や測定が行われる。
【００３８】
上記の如き測定操作を各流量制御器ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎについて行うことにより、ガス供給装置ＧＦの流量調整器の測定が行われる。
【００３９】
尚、本実施形態では、上記数式3を用いて流量Ｑの演算を行うようにしているが、上記第1回計測及び第2回計測の計測値から圧力上昇率を算定し、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出すると共に、当該算出値を基準にして流量制御器ＦＣＳの流量制御値の適否を判断するように出来る事は勿論である。
【００４０】
本発明に於いては、上記流量Ｑの演算式に於ける内容積Ｖ、即ちプロセスチャンバＣＨへのガス供給よう開閉弁Ｖ0より上流側のガス供給管路Ｌの内容積と、分岐接続管Ｌs及び分岐管路Ｌｂの内容積との合計値が既知であるとしているが、ガス供給装置ＧＦの改修等によって上記内容積が変化したような場合には、変化後の内容積Ｖを測定する必要がある。
この場合には、例えば、図2のガス種Ｇ０を窒素ガス等の理想気体に近いガスとし、先ず開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉、開閉弁Ｖ００、Ｖ１を開にして、分岐管路Ｌｂへガスを流通させ、その圧力及び温度が設定値に落ち着くと、開閉弁Ｖ’を閉鎖して、時刻ｔ１における圧力検出値Ｐ１、温度検出値Ｔ１を計測する。次に、適宜の時間経過後の時刻ｔ２において圧力検出値Ｐ２、温度検出値Ｔ２を計測する。
【００４１】
そして、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、この圧力上昇率を用いて、全内容積Ｖを、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｐは流体圧、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）として演算する。
【００４２】
尚、上記実施形態に於いては、流量制御器として圧力式流量制御装置を用いているが、これが熱式流量制御器であっても良い事は勿論である。また、接続用フランジについては、管継手等による接続や、ブロック状の継手部材等を用いた接続であっても良い事は勿論である。開閉弁Ｖ’等は、ＡＯＶ（空気作動式バルブ）を用いているが、電磁弁を用いることで、駆動用流体源ＤＧＳ、駆動用流体供給管Ｔｕ、そして駆動用流体を制御する電磁弁ＥＶを省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、半導体製造装置用のガス供給装置（ガスボックス）のみならず、あらゆる用途に用いるガス供給装置の流量制御器やガス供給系の流量制御器の測定試験に利用できるものである。
【符号の説明】
【００４４】
ＧＦ ガス供給装置
ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎ 流量制御器
Ｇｏ〜Ｇｎ 供給ガス種
Ｌ，Ｌ１〜Ｌｎ ガス供給管路
Ｌｓ 分岐接続管
Ｌｂ 分流管路
Ｆ 接続用フランジ
Ｂ 分岐点、
Ｖ００〜Ｖ０ｎ 開閉弁
Ｖ０ 開閉弁
Ｕ 流量測定装置
Ｖ’ 開閉弁
ＣＨ プロセスチャンバ
ＶＰ 真空装置（真空ポンプ）
Ｔｄ 温度検出器
Ｐｄ 圧力検出器
１ 圧力調整器
２ 圧力計
３，４ 開閉弁
ＣＰ 演算制御装置
ＥＶ 電磁弁
ＤＧＳ 駆動用流体源
Ｔｕ 駆動用流体供給管
ＩＯ 入出力ポート
ＥＳ ＤＣ電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や薬品製造装置等で使用するガス供給装置の流量制御器の流量測定装置及び流量測定方法の改良に関するものであり、装置の小型化、構造の簡単化、測定精度の向上及び流量測定の迅速化等を可能としたガス供給装置用流量制御器の流量測定装置及びこれを用いた流量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等のガス供給装置は、一般に多種類のガスをプロセスチャンバ等のガス使用対象に切換へ供給できるように構成されており、必要なプロセス用ガスが、供給ガス種毎に設けた流量制御器により流量制御され、ガス使用対象へ供給されて行く。
また、上記各流量制御器の流量測定は、一般にビルドアップ法（若しくは圧力上昇率（ＲＯＲ）法）により適宜の時間間隔を置いて行われ、流量制御器の設定流量とビルドアップ法等により計測した現実の制御流量とを対比することにより流量測定が行われている。
【０００３】
図５及び図６は従前のガス供給装置用流量制御器の流量測定方法の一例を示すものである。即ち、図５の測定方法に於いては、先ず、内容積が既知のビルドアップタンクＢＴと入口開閉弁Ｖ１と出口開閉弁Ｖ２と圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄとから成る流量測定ユニットＵ0をガス供給路Ｌへ分岐状に連結する。次に、例えばガス供給装置ＧＦの流量制御器ＭＦＣ１を測定する場合には、先ず開閉弁Ｖ０２、Ｖ０n、Ｖ０を閉、開閉弁Ｖ０１、Ｖ１及びＶ２を開にして、タンクＢＴ内へガスを流通させ、開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放した状態での時刻ｔ１、若しくは開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放したあと開閉弁Ｖ２を閉鎖した状態での時刻ｔ１における圧力検出値Ｐ１、温度検出値Ｔ１を計測する。次に、開閉弁Ｖ１及びＶ２の開放状態から開閉弁Ｖ１を閉鎖してからΔｔ秒経過後、若しくは前記開閉弁Ｖ１及びＶ２を開放したあと開閉弁Ｖ２を閉鎖した状態での時刻ｔ１からΔｔ秒経過後における圧力検出値Ｐ２、温度検出値Ｔ２を計測する。
【０００４】
そして、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出して流量制御器ＭＦＣ１の流量制御値を確認する。尚、前記流量計算式は、ガスを理想気体と仮定してタンクＢＴ内へのビルドアップ流量を演算するものであり、ＶはビルドアップタンクＢＴ及びその上流側管路の合計内容積、Ｒはガス常数、ＴはタンクＢＴ内のガス温度である。
【０００５】
一方、図６の測定方法に於いては、ビルドアップタンクを用いない流量測定ユニットＵ１をガス供給ラインＬへ分岐状に連結する。そして、例えばガス供給装置ＧＦの流量制御器ＭＦＣ１を測定する場合には、先ず、開閉弁Ｖ０、Ｖ００、Ｖ０２、Ｖ０ｎを閉、開閉弁Ｖ０１、Ｖ１、Ｖ２を開にして流量測定ユニットＵ1へ流量制御器ＭＦＣ１から設定流量のガスを流し、次に開閉弁Ｖ２を閉にする。開閉弁Ｖ２の閉鎖後、圧力検出器Ｐｄの圧力検出値がＰ１になった時に第１計測を行い、圧力Ｐ１、温度Ｔ１を測定する。その後、圧力検出器Ｐの圧力検出値がＰ２になったとき（又は設定時間ｔ秒が経過したとき）に第２計測を行い、圧力Ｐ２、温度Ｔ２を測定する。
【０００６】
また、予め、流量測定ユニットＵ1の上流側の開閉弁Ｖ００、開閉弁Ｖ０１、開閉弁Ｖ０２、開閉弁Ｖ０ｎから開閉弁Ｖ１までのガス供給ラインＬ、Ｌｓ部分の管路内容積Ｖｅと、流量測定ユニットＵ1の開閉弁Ｖ１と開閉弁Ｖ２間の流路内容積Ｖｔとの和Ｖを、上記図５場合と同じ測定方法により求めた圧力上昇率ΔＰ／Δｔと、その時の流量制御器ＭＦＣ１の流量値Ｑを用いて、流量式Ｑ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）から演算し、全内容積Ｖを求めておく。
【０００７】
そして、上記各測定値から、流量制御器ＭＦＣ１からの温度０℃、１ａｔｍに於けるガスの絶対流量Ｑｏを、ガスの流入質量ｄＧと経過（流入）時間ｄｔとの関係を用いて求める。即ち、流入質量ｄＧは、ｄＧ＝ｒｏ・Ｑｏ・ｄｔ（但し、ｄｔは経過（流入）時間、ｒｏは比重量である）で表すことができる。また、第１計測時及び第２計測時の圧力Ｐ、温度Ｔから理想気体についてはＰＶ＝ｎＲＴの関係が成立するため、モル数ｎに代えて質量Ｇを用いれば、ＰＶ＝ＧＲＴの関係が成立する。
【０００８】
従って、今、第１計測時に計測したガス圧力Ｐ１、ガス温度Ｔ１、ガス質量Ｇ１と、第２計測時のガス圧力Ｐ２、ガス温度Ｔ２、ガス質量Ｇ２とすれば、質量Ｇの差分（流入質量ｄＧ）はｄＧ＝Ｇ２−Ｇ１＝Ｐ１／Ｔ１・Ｖ／Ｒ−Ｐ２／Ｔ２・Ｖ／Ｒ＝（Ｐ１／Ｔ１−Ｐ２／Ｔ２）・Ｖ／Ｒ・・・・（１）式となり、上記ｄＧ＝ｒｏ・Ｑｏ・ｄｔの式から、ガスの絶対流量Ｑｏは、Ｑｏ＝（Ｐ１／Ｔ１−Ｐ２／Ｔ２）・Ｖ／Ｒ・１／ｒｏとして算出することができ、当該算出値Ｑｏを基準として流量制御器ＭＦＣ１の流量制御能の適否を判定する。
【０００９】
上記図６方法は、（１）ガス種によっては理想気体方程式の適用が困難になるため、圧縮因子なる係数を上記（１）式に持ち込みして算出した基準流量の誤差を少なくすること、及び（２）第１計測のあと第２計測を開始するタイミングを、制御流量が１０００〜２０００ＳＣＣＭの範囲では圧力上昇値を基準にして決定し、また、制御流量が２〜１０００ＳＣＣＭの範囲では経過時間を基準にして決定するようにしたことを発明の主たる内容とするものである。
【００１０】
尚、上記図６方法に於いても、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出すると共に、当該算出値を基準にして流量制御器ＭＦＣ１の流量制御値の適否を判断するように出来る事は勿論である。
【００１１】
上記図５に示したビルドアップタンクＢＴを用いる方法は、（１）ビルドアップタンクＢＴを用いるために流量測定装置が大型化し、ガス供給装置の小型化が図れないこと、（２）タンクＢＴ内のガス温度の計測値が温度検出器Ｔｄの取付位置によって大きく変動すること、（３）タンク内のガス圧力上昇中のガス温度Ｔが大きく変動し、一定温度Ｔにならないこと、（４）外気の温度変化が大きい場合には、圧力検出中のガス温度が変化して温度検出値Ｔの変動が大きくなる等の点に問題があり、ガス種が理想気体に近いものであっても高い流量測定精度が得られないと云う問題がある。
【００１２】
一方、図６の方法にあっては、流量測定ユニットＵ1の流入側にバルブＶ１を設け、これを介して分岐接続管路Ｌｓの端部へ連結するようにしている。しかし、このバルブＶ１は流量測定に際して全く利用されないものであり、逆にこのバルブＶ１が存在することにより、流体抵抗が増加したり、バルブＶ１の駆動用機構、例えば電磁弁、駆動流体用配管等が必要になり、部品費や組立費が増加すること、バルブＶ１の駆動特性に起因する動作遅延やタイミング調整が必要になること等の多くの問題が生じることになる。
【００１３】
また、図６の方法にあっては、流体供給管路Ｌと分岐接続管路Ｌｓの流路内容積Ｖｅと、流量測定ユニットＵ1の流路内容積Ｖｔの和の容積Ｖを計測するに際して、バルブＶ１を２度に亘って開閉し且つその間に流量測定ユニットＵ1内を真空引きするようにしているため、流量測定に手数が掛かり過ぎると云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３７３４６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７/１０２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本願発明は、従前の流量測定ユニットＵ1を用いた流量制御器の流量測定に於ける上述の如き問題、即ち、流量測定ユニットＵ1の流体入口側と流体出口側の夫々にバルブＶ１，Ｖ２を設けているが、この入口側バルブＶ１を設けたことにより生ずる流体抵抗が増加したり、入口側バルブＶ１に電磁弁、駆動流体用配管等からなる駆動用機構を必要とし、その組立費が増加すること、駆動特性に起因する動作遅延やタイミング調整が必要になること等の問題を解決すると共に、流量測定に必要な流体供給管路Ｌと分岐接続管路Ｌｓと流量測定ユニットＵ1の内部容積Ｖtとの合計内容積Ｖの算定に手数が掛かると云う問題を解決し、小型で，簡単にガス供給装置に付設することができ、しかも簡単な操作でもって高精な流量測定を出来るようにしたガス供給装置用流量制御器の流量測定装置と、これを用いた流量測定方法の提供を発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願請求項１の発明は、ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ0の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’を流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結することを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
本願請求項２の発明は、複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖ’と分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力が設定圧Ｐ1に達した時刻ｔ１に於いて第１回のガス温度Ｔ１及びガス圧力Ｐ1を計測し、その後前記ガス圧力が設定圧Ｐ2に達した時刻ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Lの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算することを発明の基本構成とするものである。
【００１８】
本願請求項３の発明は、複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖ’と分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖｏ１〜Ｖｏｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖを閉鎖し、ガス圧力の上昇率ΔＰ／Δｔを計測すると共に、流量Ｑを、Ｑ=ΔＰ／Δｔ×Ｖ／Ｒ・Ｔ（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔは測定時間、Ｔは気体温度である）として演算することを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に於いて、流量測定装置Ｕを、入口側端部をガス供給管路Ｌへまた出口側端部をガス流出側へ夫々連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖ’へ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駆動用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に於いては、上記容積Ｖは、窒素ガス等を用いてガス流量Ｑの時の圧力上昇率を測定することにより、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｐは流体圧、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）により容易に求めることが出来る。即ち、開閉弁Ｖ１を設けなくても、流量測定に必要な分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積Ｖを簡単に算定することが出来るため、流量制御器の流量測定操作がより簡単となる。
【００２１】
また、本発明に於いては、流量測定装置Ｕの分岐管路Ｌｂに設ける開閉弁Ｖ’をその出口側端のみに設ける構成としているため、流量測定装置Ｕの小型化及び構造の簡素化が図れるだけでなく、ガス流路抵抗の引下げが可能となる。また、ガス供給装置ＧＦの運転中は常時2次側のガス供給管路Ｌのガス圧を圧力検出器Ｐｄによって監視することができ、流量計測が可能な圧力状態か否かを事前に即座に確認することができる。
【００２２】
また、流量測定操作に際しても、測定スタートの信号に対して圧力異常の状態にあれば即座にアラームの発信ができるだけでなく、常時２次側のガス供給管路Ｌの圧力状態を監視することができるので、圧力検出器Ｐｄをガス供給管路Ｌのガス圧モニターとして活用することができる。
更に、流量制御器が圧力式流量制御装置の場合には、圧力検出器Ｐｄの検出信号を流量制御器の流量制御範囲の下限値を示すアラームとしても活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るガス供給装置用流量制御器の流量測定装置の構成図である。
【図２】流量測定装置を備えたガス供給装置の説明図である。
【図３】管路内容積の計測方法の説明図である
【図４】図３の計測方法におけるガス圧力やガス温度の変化状況を示す線図である。
【図５】従前のビルドアップ法による流量測定方法の説明図である。
【図６】従前の他のビルドアップ法による流量測定方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明に係るガス供給装置用流量制御器の流量測定装置の構成を示す説明図であり、また、図２は流量制御器の測定方法の実施形態を示す説明図であって、ガス供給装置ＧＦに設けた圧力式流量制御器ＦＣＳの流量測定を行う場合を示している。
【００２５】
図１及び図２において、ＧＦはガス供給装置、ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎは流量制御器、Ｇｏ〜Ｇｎは供給ガス種、Ｌ1〜Ｌｎ、Ｌはガス供給管路、Ｌｓは分岐接続管路、Ｌｂは分流管路、Ｖ００〜Ｖ０ｎは開閉弁、Ｖ０は開閉弁、Ｖ’は開閉弁、ＣＨはプロセスチャンバ、ＶＰは真空ポンプ、Ｔｄは温度検出器、Ｐｄは圧力検出器、Ｂは分岐点、Ｆは接続用フランジ、ＥＶは電磁弁、ＤＧＳは駆動用流体源、Ｔｕは駆動用流体供給管、ＩＯは入出力ポート、ＥＳはＤＣ電源、１は圧力調整器、２は圧力計、３・４は開閉弁、Ｕは流量測定装置、ＣＰは演算制御装置であり、ガス供給装置ＧＦからガス供給管路Ｌ、開閉弁Ｖ０を通してプロセスチャンバＣＨへ所定のガス種が切替え供給されている。
【００２６】
流量測定装置Ｕは、ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結されて居り、ガス供給管路Ｌへ連結する入口側端部及びガス流出側へ連結する出口側端部とを有する直管状の適宜内径の分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた流体圧駆動式のメタルダイヤフラム型開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’の上流側のガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖ’へ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駈装用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成されている。
【００２７】
また、流量測定装置Ｕの圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄの各検出出力、開閉弁Ｖ’の制御信号等は演算制御装置ＣＰへ入出力されており、後述するようにガス流量値の演算及び表示等が行われる。
【００２８】
先ず、本願発明者は、図３の如き流量測定ユニットＵ’を作成し、これを用いて、ビルドアップによりガス圧力を上昇せしめ、ユニットＵ’（内容積１．０９９６Ｌ）の内部のガス温度やガス圧力の変化を調査した。
即ち、図１の実施形態に於いて、流量制御器ＦＣＳに代えて標準流量調整器を取り付けると共に、流量測定装置Ｕに代えて図３の流量測定ユニットＵ’を接続し、先ず開閉弁Ｖ０２、Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉に、開閉弁Ｖ’を開にして、Ｎ２ガスを５００ｓｃｃｍの流量で一定時間流通させ、Ｎ２ガスの流量、圧力、温度の安定を確認したあと、開閉弁Ｖ’を閉にして１０秒間のビルドアップを行い、その間のユニットＵ’内のガス温度や圧力等の変化状態を観察した。
尚、流量制御器にはフジキン製の流量レンジ１ＳＬＭのものを使用しており、ユニットＵ’の内容積Ｖは１．０９９６Ｌ（既知）に設定されている。また、ガス流量（Ｎ２）は５００ｓｃｃｍ、ビルドアップ時間は１０ｓｅｃに設定している。更に外気温度（室内温度）は２１．７℃であった。
【００２９】
図４は、上記上記ビルドアップにおける流量測定ユニットＵ’内のガス温度やガス圧力等の変化状態を示すものであり、曲線Ａ１は流量制御器の流量出力、Ａ２はガス圧力検出値、Ａ３はガス温度検出値、Ａ４は外気温度（室内温度）、Ａ５は出口側開閉弁Ｖ’の制御信号を示すものである。
尚、圧力検出器ＰｄにはＭＫＳ製の（バラトロン）キャパシタンスマノメーターＴＹＰＥ６２７Ｄ（Ｆ．Ｓ．1000ＴｏＲＲ）を、また温度検出器Ｔｄには２．５ｍｍ径Ｋ熱電対（素線タイプ）を、測定機器にはキーエンス製のデータロガーＮＲ５００を使用している。
【００３０】
即ち、図４に於いて、ｔ1点に於いて出口側開閉弁Ｖ’を閉にしてビルドアップを始めると、ｔ2点に於いてタンク内のガス圧力は３０．６Ｔｏｒｒから９４．１Ｔｏｒｒにまで上昇する。また、タンク内のガス温度は徐々に上昇する。
今、流量測定ユニットＵ’の出口側開閉弁Ｖ‘の閉鎖（ビルドアップ開始）時（時刻ｔ1・第１回計測）と、ビルドアップ完了後の時刻ｔ２に於いて、第２回計測を行ってガス流入質量を演算することにより、ビルドアップ中に流入したガスのモル数
【００３１】
【数１】
を標準状態（０℃、１aＴｍ）におけるガス体積ＶＧに換算すると、
【００３２】
【数２】
となり、流量測定ユニットＵ’内へのガス流量Ｑは
【００３３】
【数３】
として演算できる。但しΔｔはビルドアップ時間であり、Δｔ＝ｔ2−ｔ1である。
【００３４】
また、後述するように、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、この圧力上昇率を用いて、全内容積Ｖを、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）として演算する。
［第１実施形態］
【００３５】
図１及び図２を参照して、ガス供給装置ＧＦの流量制御器ＦＣＳの流量測定に際しては、先ず流量測定装置Ｕをガス供給管路Ｌへ分岐状に接続する。次に、流量制御器ＦＣＳ1を測定する場合は、開閉弁Ｖ００、Ｖ０２、Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉鎖し、開閉弁Ｖ０１、Ｖ‘を開にして、流量制御器ＦＣＳ1から設定流量Ｑｓのガス流を流量測定装置Ｕへ供給し、真空ポンプＶＰにより排気する。
【００３６】
次に、流量測定装置Ｕの分岐管路Ｌｂ内のガス温度Ｔｏ及びガス圧力Ｐｏが落ち着くと、時刻ｔ1に於いて出口側開閉弁Ｖ’を閉鎖してガスのビルドアップを開始すると共に、分岐管路Ｌｂ内のガス温度Ｔ1及びガス圧力Ｐ1を検出し、これを演算制御装置ＣＰへ入力する。
分岐管路Ｌｂ内へのガスのビルドアップが進行し、ガス圧力が設定値Ｐ2（又は設定時刻ｔ2）に達すると、分岐管路Ｌｂ内の圧力Ｐ２及び温度Ｔ２を検出し、その検出値を演算制御装置ＣＰへ入力する。
尚、時刻ｔ２における第２回目の圧力及び温度の検出が終れば、その後に出口側開閉弁Ｖ’を開放して、分岐管路Ｌｂ内のガスを排出する。
【００３７】
一方、演算制御装置ＣＰでは、前記検出値Ｐ1、Ｔ１、Ｐ２、Ｔ２及びビルドアップ時間Δｔ（Δｔ＝ｔ2−ｔ1）を用いて前記数式３により流量Ｑが演算され、前記流量調整器ＦＣＳ１の設定流量Ｑｓと演算流量Ｑとが対比され、所定の基準に基づいて流量調整器ＦＣＳ1 の流量制御性能の判定や測定が行われる。
【００３８】
上記の如き測定操作を各流量制御器ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎについて行うことにより、ガス供給装置ＧＦの流量調整器の測定が行われる。
【００３９】
尚、本実施形態では、上記数式3を用いて流量Ｑの演算を行うようにしているが、上記第1回計測及び第2回計測の計測値から圧力上昇率を算定し、流量ＱをＱ＝（ΔＰ／Δｔ）×（Ｖ／ＲＴ）として算出すると共に、当該算出値を基準にして流量制御器ＦＣＳの流量制御値の適否を判断するように出来る事は勿論である。
【００４０】
本発明に於いては、上記流量Ｑの演算式に於ける内容積Ｖ、即ちプロセスチャンバＣＨへのガス供給よう開閉弁Ｖ0より上流側のガス供給管路Ｌの内容積と、分岐接続管Ｌs及び分岐管路Ｌｂの内容積との合計値が既知であるとしているが、ガス供給装置ＧＦの改修等によって上記内容積が変化したような場合には、変化後の内容積Ｖを測定する必要がある。
この場合には、例えば、図2のガス種Ｇ０を窒素ガス等の理想気体に近いガスとし、先ず開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ、Ｖ０を閉、開閉弁Ｖ００、Ｖ１を開にして、分岐管路Ｌｂへガスを流通させ、その圧力及び温度が設定値に落ち着くと、開閉弁Ｖ’を閉鎖して、時刻ｔ１における圧力検出値Ｐ１、温度検出値Ｔ１を計測する。次に、適宜の時間経過後の時刻ｔ２において圧力検出値Ｐ２、温度検出値Ｔ２を計測する。
【００４１】
そして、上記各計測値から圧力上昇率ΔＰ／Δｔを求め、この圧力上昇率を用いて、全内容積Ｖを、Ｖ=Δｔ×Ｑ×Ｒ×Ｔ／ΔＰ（但し、Ｑは流量、Ｐは流体圧、Ｔは温度、Ｒは気体定数、ΔＰ／Δｔは圧力上昇率である）として演算する。
【００４２】
尚、上記実施形態に於いては、流量制御器として圧力式流量制御装置を用いているが、これが熱式流量制御器であっても良い事は勿論である。また、接続用フランジについては、管継手等による接続や、ブロック状の継手部材等を用いた接続であっても良い事は勿論である。開閉弁Ｖ’等は、ＡＯＶ（空気作動式バルブ）を用いているが、電磁弁を用いることで、駆動用流体源ＤＧＳ、駆動用流体供給管Ｔｕ、そして駆動用流体を制御する電磁弁ＥＶを省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、半導体製造装置用のガス供給装置（ガスボックス）のみならず、あらゆる用途に用いるガス供給装置の流量制御器やガス供給系の流量制御器の測定試験に利用できるものである。
【符号の説明】
【００４４】
ＧＦ ガス供給装置
ＦＣＳ1〜ＦＣＳｎ 流量制御器
Ｇｏ〜Ｇｎ 供給ガス種
Ｌ，Ｌ１〜Ｌｎ ガス供給管路
Ｌｓ 分岐接続管
Ｌｂ 分流管路
Ｆ 接続用フランジ
Ｂ 分岐点、
Ｖ００〜Ｖ０ｎ 開閉弁
Ｖ０ 開閉弁
Ｕ 流量測定装置
Ｖ’ 開閉弁
ＣＨ プロセスチャンバ
ＶＰ 真空装置（真空ポンプ）
Ｔｄ 温度検出器
Ｐｄ 圧力検出器
１ 圧力調整器
２ 圧力計
３，４ 開閉弁
ＣＰ 演算制御装置
ＥＶ 電磁弁
ＤＧＳ 駆動用流体源
Ｔｕ 駆動用流体供給管
ＩＯ 入出力ポート
ＥＳ ＤＣ電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算する演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定装置。
【請求項２】
複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖと分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力が設定圧Ｐ1に達した時刻ｔ１に於いて第１回のガス温度Ｔ１及びガス圧力Ｐ1を計測し、その後前記ガス圧力が設定圧Ｐ2に達した時刻ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【請求項３】
複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖと分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖｏ１〜Ｖｏｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力の上昇率ΔＰ／Δｔを計測すると共に、流量Ｑを、Ｑ=ΔＰ／Δｔ×Ｖ／Ｒ・Ｔ（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔは測定時間、Ｔは気体温度である）として演算することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【請求項４】
流量測定装置Ｕを、入口側端部をガス供給管路Ｌへまた出口側端部をガス流出側へ夫々連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖへ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駆動用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成するようにした請求項２又は請求項３に記載のガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【請求項１】
ガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在にその入口側端部を連結すると共にその出口側端部をガス流出側へ連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算する演算制御装置ＣＰとからなり、ガス供給装置ＧＦのガス供給管路Ｌの出口端部に設けた開閉弁Ｖ０の上流部へ分岐状に且つ解離自在に連結することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定装置。
【請求項２】
複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖと分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖ０１〜Ｖ０ｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力が設定圧Ｐ1に達した時刻ｔ１に於いて第１回のガス温度Ｔ１及びガス圧力Ｐ1を計測し、その後前記ガス圧力が設定圧Ｐ2に達した時刻ｔ2に於いて第２回のガス温度Ｔ2及びガス圧力Ｐ2を計測し、前記各計測値からガス流量ＱをＱ＝（２２．４Ｖ／Ｒ・Δｔ）×（Ｐ２／Ｔ２−Ｐ1／Ｔ1）（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔはｔ2−ｔ1である）として演算することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【請求項３】
複数種のガスを各流量制御器を通して切換え可能にガス使用箇所へ供給するガス供給装置に於いて、前記ガス供給装置のガス供給路Ｌに、分岐管路Ｌｂとその出口側に設けた開閉弁Ｖと分岐管路Ｌｂのガス圧力検出器Ｐｄ及びガス温度検出器Ｔｄと演算制御装置ＣＰとから成る流量測定装置Ｕを分岐状に連結すると共に、当該流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’をガス流出側に接続し、先ず、前記流量制御装置の各流量制御器の出口側開閉弁Ｖｏ１〜Ｖｏｎ及びガス供給管路Ｌの出口端部の開閉弁Ｖ０を閉鎖すると共に流量測定装置Ｕの開閉弁Ｖ’を開放し、次に、被測定流量制御器の出口側開閉弁のみを開放して設定流量のガスを前記流量測定装置Ｕへ流入させ、ガス圧力及びガス温度が安定した後開閉弁Ｖ’を閉鎖し、ガス圧力の上昇率ΔＰ／Δｔを計測すると共に、流量Ｑを、Ｑ=ΔＰ／Δｔ×Ｖ／Ｒ・Ｔ（但し、Ｖは分岐管路Ｌｂ及びガス供給管路Ｌの合計内容積、Ｒはガス定数、Δｔは測定時間、Ｔは気体温度である）として演算することを特徴とするガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【請求項４】
流量測定装置Ｕを、入口側端部をガス供給管路Ｌへまた出口側端部をガス流出側へ夫々連結する分岐管路Ｌｂと、分岐管路Ｌｂの出口側に設けた開閉弁Ｖ’と、開閉弁Ｖ’に流れるガス圧力及びガス温度を検出する圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄと、圧力検出器Ｐｄ及び温度検出器Ｔｄからの検出信号が入力され、分岐管路Ｌｂを流通するガス流量を演算ずる演算制御装置ＣＰと、開閉弁Ｖへ駆動用流体を供給する電磁弁ＥＶと、電磁弁ＥＶへ駆動用流体を供給する駆動用流体源ＤＧＳと、演算制御装置ＣＰへの入出力ボードＩＯと、電源装置ＥＳとから構成するようにした請求項２又は請求項３に記載のガス供給装置用流量制御器の流量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４１２５４（Ｐ２０１２−１４１２５４Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０４（Ｐ２０１１−９０４）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【Ｆターム（参考）】
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