マスフローメータ、マスフローコントローラ、それらを含むマスフローメータシステムおよびマスフローコントローラシステム
【課題】ガス種等の試料流体の変更にも特別な手間を必要とせずに柔軟に対応することができ、しかも、精度良く流量を測定することができるといった、優れたマスフローメータ等を提供する。
【解決手段】流路１を流れる試料流体Ｇの流量を検知するセンサ部２と、流体ごとに定められ、前記センサ部２からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数Ｋと、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータαとを設定する設定部４ｃと、前記流量特性関数Ｋと前記器差補正パラメータαとに基づいて、前記試料流体Ｇの流量を算出する流量算出部４ｄとを具備するように構成した。
【解決手段】流路１を流れる試料流体Ｇの流量を検知するセンサ部２と、流体ごとに定められ、前記センサ部２からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数Ｋと、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータαとを設定する設定部４ｃと、前記流量特性関数Ｋと前記器差補正パラメータαとに基づいて、前記試料流体Ｇの流量を算出する流量算出部４ｄとを具備するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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マスフローメータ、それを含むマスフローコントローラ、さらにはそれらを含むマスフローメータシステムおよびマスフローコントローラシステム（以下、これらをマスフローメータ等と称することがある。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１台の半導体製造装置に対して複数のプロセスチャンバを搭載して複数のプロセスを行うことが多くなるなど、半導体製造プロセスでは、使用するガスや液体といった流体の種類が大幅に増加し、これに応じて数多くのマスフローメータ等が必要とされている。
【０００３】
このような中、１台のマスフローメータ等であってもこれを配管等から取り外すことなく、ユーザサイドで、試料流体としてのガス種などの変更やフルスケール流量（最大測定または制御流量）の変更に対応して使用できるようにしたものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９４６０４号公報（１２頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者の鋭意研究の結果から、まず次のことがわかってきた。すなわち、ガス種の変更に応じ、そのガス種に対応した流量値を算出するためのものであって、流量を算出するための関数に掛け合わされる係数、いわゆるコンバージョンファクタであっても、それを複数のマスフローメータ等で共通化して高精度な測定を行うためには、それを取得した基準器としてのマスフローメータ等と、実際に使用されるそれぞれのマスフローメータ等との間の器差を補ったものに変更する必要がある。
【０００６】
一方マスフローメータ等の器差は、ガス種などの試料流体の種類にも関係すると考えられてきたため、その器差を補うパラメータは、結局それぞれの試料流体を実際に各マスフローメータ等へ流して求められる必要があるのではないかと考えていた。
【０００７】
しかしながら、発明者の鋭意研究の結果から、さらに次のこともわかってきた。すなわち、マスフローメータ等の器差は、できるだけハードウェアの各構成を標準化することによって、ハードウェア面から抑制することができる。そして、その器差を抑制したハードウェアにおいては、器差は、複数の試料流体で共通のものとして取り扱っても精度良く流量を測定できる。
【０００８】
これらの知見から、ガス種等の試料流体の変更にも特別な手間を必要とせずに好適に対応することができる優れたマスフローメータ等を提供することができるのではないかという発想からなされたのが本発明である。すなわち、本発明の目的は、ガス種等の試料流体の変更にも柔軟に対応することができ、しかも、精度良く流量を測定することができるといった、優れたマスフローメータ等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる技術的課題を解決するため、本発明に係るマスフローメータは、流路を流れる試料流体の流量を検知するセンサ部と、流体ごとに定められ、前記センサ部からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数と、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータとを設定する設定部と、前記流量特性関数と前記器差補正パラメータとに基づいて、前記試料流体の流量を算出する流量算出部とを具備する。
【００１０】
このようなものによれば、器差補正パラメータは、流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであるので、そのマスフローメータ等で計測する試料流体を変更する場合であっても、計測する試料流体に応じた流量特性関数を設定するだけで、変更した試料流体の流量を精度よく測定することができる。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、同じマスフローメータ等である限り複数の試料流体に対して共通の器差補正パラメータを設定することができる。したがって、当該マスフローメータ等によって測定される試料流体が変更される場合であっても、変更される個々の試料流体を流して当該マスフローメータ等を実際に校正し、試料流体または流量特性関数ごとに固有の器差補正パラメータを求めておかなくとも、たとえば変更される試料流体とは異なる他の試料流体で校正して得られた、当該マスフローメータ等において共通の器差補正パラメータを設定するなどし、さらに、センサ部やバイパスなどのハードウェア構成が実質的に同一のもので共通化された汎用的な流量特性関数をデータベースなどから読み込んできて設定等するだけで、変更された試料流体の流量を容易に精度よく測定することができる。
【００１２】
また、前記流量特性関数が、５次の多項式で表されるものであれば、広いレンジにわたって精度よく近似させながら、マスフローメータ等で測定可能な最大流量であるフルスケール流量をさらに広げることができ、よって、そのマスフローメータで測定可能なレンジを所定に可変しても誤差を抑えて、多様なレンジで高精度な測定を実現しうる。
【００１３】
前記器差補正パラメータが、試料流体としての基準流体をフルスケール流量で測定する場合に、基準流体に固有の流量特性関数を設定して算出した流量値と、基準となるマスフローメータで前記フルスケール流量を測定したときの流量値との誤差を解消するための係数であれば、当該パラメータは、たとえば、不活性ガスなどの利便性の高い基準流体でフルスケール流量を一点だけ測定して求めることも可能になり、マスフローメータ等の校正作業の煩雑さを軽減しうる。ここで、フルスケール流量とは、流量特性関数よって所定誤差の範囲内で測定可能な最大流量値が好適ではあるが、その最大限測定可能な流量値を所定まで小さく制限した場合の流量値（最大限測定可能な流量値より小さい流量値）であってもよい。
【００１４】
前記器差補正パラメータが、窒素ガスを試料流体とし、その試料流体としての基準ガスを実際に測定し求められる係数で、その係数は他の異なる複数の試料ガスに対しても共通のものであれば、毒性や腐食性の強いガスや液体などの試料流体による、個々のマスフローメータ等の校正をできるだけ避け、安全かつ容易に器差補正パラメータたる係数を求めうる。
【００１５】
さらに、前記マスフローメータと、前記流路に設けたコントロールバルブと、算出された流量値と流量設定値とを比較演算し、この演算結果に基づいて前記コントロールバルブを制御する制御部と、を含むマスフローコントローラであれば、高精度な流体制御を実現しつつ、半導体成膜プロセスの変更等に応じて、制御対象となる試料流体を容易に変更しうる、汎用性の高いマスフローコントローラを提供しうる。
【００１６】
複数のマスフローメータまたは複数のマスフローコントローラと通信するとともに、試料流体と紐付けられた流量特性関数を複数記憶した記憶部と、前記流路に流れる試料流体の指定を受け付ける試料流体受付部と、をさらに備え、前記設定部は、前記受付部によって指定された試料流体に固有の流量特性関数を前記記憶部から受信し、指定された試料流体に固有の流量特性関数を設定するマスフローメータシステムまたはマスフローコントローラシステムのようなものであれば、複数のマスフローメータ等が接続された半導体製造装置や上位のホストコンピュータを設け、試料流体ごとに紐付けて記憶され、ハードウェアが実質的に同一のマスフローメータ等に共通の汎用性の高い流量特性関数を、試料流体の指定に応じて各マスフローメータ等へ電気通信回線を通じて送信することで、各マスフローメータ等の汎用性を向上させつつ、流量特性関数を集中的に管理し、その追加変更等の管理を簡易化しうる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、ガス種等の試料流体の変更にも柔軟に対応することができ、しかも、精度良く流量を測定することができるといった、優れたマスフローメータ等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るマスフローコントローラシステムを示す全体概略図。
【図２】同実施形態におけるマスフローコントローラの機器構成を示す模式図。
【図３】同実施形態におけるマスフローコントローラシステムを示す機能構成図。
【図４】同実施形態に制御装置の機器構成図。
【図５】同実施形態におけるセンサ出力レンジを説明するための図。
【図６】同実施形態におけるマスフローコントローラの動作を示すフロー図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態のマスフローコントローラシステムＡは、マスフローコントローラＡ１と、このマスフローコントローラＡ１を制御・管理する別体の制御装置Ａ２とを具備して成るもので、例えば図１に示すように、半導体製造装置におけるチャンバへのガス供給システムに用いられる。以下、具体的に各装置を説明する。
【００２１】
マスフローコントローラＡ１は、図２に模式図を示すように、ガス流路１（本発明の「流路」の一例）と、そのガス流路１内を流れる試料ガスＧ（本発明の「試料流体」の一例）の流量を測定する流量センサ部２（本発明の「センサ部」の一例）と、その流量センサ部２の例えば下流側に設けた流量制御バルブ３（本発明の「コントロールバルブ」の一例）と、流量設定信号に基づく流量設定値および前記流量センサ部２からの流量測定信号に基づいて算出された流量値（流量測定値）を比較演算し、この演算結果に基づいて流量制御バルブ３を制御する制御部４ａ（図３参照）を備えた処理部４と、を具備して成るものである。以下、各部を具体的に説明する。なお、マスフローコントローラは、マスフローメータにさらに制御機構を付加したものであるので、マスフローコントローラで両者をあわせて説明し、マスフローメータ単独での説明は省略する。
【００２２】
図２に示すようにガス流路１は、上流端を導入ポート１１、下流端を導出ポート１２としてそれぞれ開口するもので、図１に示すように例えば導入ポート１１には、外部配管を介して空圧弁ＦＶ、圧力レギュレータＰＲおよびガスボンベＢが接続され、導出ポート１２には、外部配管を介して、半導体製造等のためのチャンバ（図示しない）が接続されている。そして、本実施形態では図２に示すように、このガス流路１が、導入ポート１１と導出ポート１２との間で、２つに分流した後合流するガス分流路１ａ、１ｂを有するように構成している。このうち、ガス分流路１ａには後述する感熱センサ２１を取り付ける一方、ガス分流路１ｂは層流素子１ｂ１を配置したバイパスとして利用するようにしている。
【００２３】
流量センサ部２は、詳細は図示しないが、例えば、ガス流路１に設けられた一対の感熱センサ２１（サーマルセンサ）を備えたものである。この流量センサ部２では、試料ガスＧの瞬時流量がこの感熱センサ２１によって電気信号として検出され、内部電気回路（ブリッジ回路２２、増幅回路２３、補正回路２４）によってその電気信号が増幅等されて、検出流量に応じた流量測定信号（以下、センサ出力ともいうことがある。）として出力される。
【００２４】
流量制御バルブ３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等よりなるアクチュエータによって変化させうるように構成したものであって、外部からの電気信号である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試料ガスＧの流量を制御するものである。
【００２５】
処理部４は、図示しないＣＰＵやメモリ、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、制御装置Ａ２と通信するための通信インタフェース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前記各部としての機能を果たすように構成してもよいし、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。また、ハードウェアは制御装置Ａ２と共通のものであってもよい。
【００２６】
そして前記メモリに所定のプログラムを格納し、その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、この処理部４が、図３に示すように、制御部４ａ、器差補正パラメータ及び流量特性関数を記憶するＭＦＣ側記憶部４ｂ、設定部４ｃ、流量算出部４ｄ及び開度制御信号出力部４ｅなど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。
【００２７】
設定部４ｃは、ＣＰＵ及び通信インタフェースを含んで構成され、制御装置Ａ２から送信されてくる試料流体ごとに決定される流量特性関数Ｋ（流量特性決定関数（流量特性曲線）の各係数（ａｇａｓ〜ｆｇａｓ）と当該流量特性決定関数に対応して定められる試料流体のフルスケール流量（ＦＳｇａｓ）とを含んで構成される）を受信し、前記メモリの所定領域に設定されたＭＦＣ側記憶部４ｂへ格納する。また、設定部４ｃは、同記憶部４ｂに記憶されている器差補正パラメータα（詳細は後述する）を読み出すとともに、制御装置Ａ２において指定を受け付けた測定（流量制御）すべき試料流体に応じて、同記憶部４ｂから流量特性関数Ｋを読み出す。そして、設定部４ｃは、それらから流量算出部４ｄにおいて使用する流量算出式を設定する。すなわち、基準流体としての基準ガスＮ２の流量を算出するための流量算出式（下式Ｐ１）が既に設定されている場合は、設定部４ｃは、測定対象として指定された試料流体（試料ガスＧ）に応じた流量特性関数Ｋの部分のみを変更し、試料ガスＧの流量を算出するための流量算出式（下式Ｐ２）を生成する。
Ｆｌｏｗ＝ｆＮ２（ｘ）×ＦＳＮ２×α ・・・（Ｐ１）
ここで、ｆＮ２（ｘ）は、ｆＮ２（ｘ）＝ａＮ２×ｘ５＋ｂＮ２×ｘ４＋ｃＮ２×ｘ３＋ｄＮ２×ｘ２＋ｅＮ２×ｘ＋ｆＮ２で与えられ、ａＮ２はＮ２の流量特性曲線の５次の項の係数、ｂＮ２はＮ２の流量特性曲線の４次の項の係数、ｃＮ２はＮ２の流量特性曲線の３次の項の係数、ｄＮ２はＮ２の流量特性曲線の２次の項の係数、ｅＮ２はＮ２の流量特性曲線の１次の項の係数、ｆＮ２はＮ２の流量特性曲線の０次の項の係数、ＦＳＮ２はＮ２のＦＳ（基準ガスＮ２の流量特性曲線におけるフルスケール流量）、αは器差補正パラメータたる係数（複数の試料ガスに対して共通の係数）、ｘはセンサ出力を示す。
Ｆｌｏｗ＝ｆｇａｓ（ｘ）×ＦＳｇａｓ×α ・・・（Ｐ２）
ここで、ｆｇａｓ（ｘ）は、ｆｇａｓ（ｘ）＝ａｇａｓ×ｘ５＋ｂｇａｓ×ｘ４＋ｃｇａｓ×ｘ３＋ｄｇａｓ×ｘ２＋ｅｇａｓ×ｘ＋ｆｇａｓで与えられ、ａｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの５次の項の係数、ｂｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの４次の項の係数、ｃｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの３次の項の係数、ｄｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの２次の項の係数、ｅｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの１次の項の係数、ｆｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの０次の項の係数、ＦＳｇａｓは試料ガスＧのＦＳ（試料ガスＧの流量特性曲線におけるフルスケール流量）、αは器差補正パラメータたる係数、ｘはセンサ出力を示す。
【００２８】
ＭＦＣ側記憶部４ｂは後述のようにして、たとえば工場出荷前に設定した器差補正係数αを記憶するものであって、前記メモリの所定領域に形成されている。また、ＭＦＣ側記憶部４ｂは、前記設定部４ｃで適時に受け付けた種々の試料ガスＧの流量特性関数Ｋを追加的に記憶していくこともできる。
【００２９】
流量算出部４ｄは、流量測定信号（センサ出力）と前記設定部で生成された流量算出式（Ｐ２）を受信する。そして、そのセンサ出力と流量算出式（Ｐ２）とに基づいて、ガス流路１を流れる試料ガスＧの流量を算出する。流量算出部４ｄは、この算出した実流量値を、制御部４ａ及び制御装置Ａ２の表示装置１０５（図４参照）又はマスフローコントローラに設けられた表示部（図示省略）へ送信する。
【００３０】
制御部４ａは、前記流量算出部４ｄから受信した実流量値たる流量測定値と流量設定信号が示す流量設定値とを取得してその流量測定値と流量設定値との偏差εを算出する偏差算出部４ａ１と、その偏差εに少なくとも比例演算（好適にはＰＩＤ演算）を施して流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する制御値算出部４ａ２と、を備えたものである。
【００３１】
開度制御信号出力部４ｅは、前記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３に対して出力するものである。
【００３２】
制御装置Ａ２は、例えば、半導体製造装置に設けられ、パソコンなどのように一般的な情報処理機能を有するものであって、図４に示すように、ＣＰＵ１０１、内部メモリ１０２、ＨＤＤなどの外部記憶装置１０３、マウスやキーボードなどの入力装置１０４、液晶ディスプレイなどの表示装置１０５、マスフローコントローラＡ１と通信するための通信インタフェース１０６等を具備している。そして図３に示すように、この制御装置Ａ２が、例えば内部メモリ１０２に記憶しているプログラムにしたがって、ＣＰＵ１０１やその周辺機器を協働動作させることにより、記憶部Ａ２１（流量特性関数記憶部の一例）、受付部Ａ２２（流量特性関数受付部の一例）、及び送信部Ａ２３としての機能を少なくとも発揮するように構成されている。なお、図３では制御装置Ａ２とマスフローコントローラＡ１とが１対１で対応するようになっているが、通信インタフェース１０６を含んで構成される送信部を介して、一つの制御装置Ａ２に対して、複数のマスフローコントローラＡ１が相互通信可能に設けられうる。
【００３３】
記憶部Ａ２１は、試料流体の種類ごとに規定される複数の流量特性関数Ｋをデータベース化して記憶するものであって、例えば内部メモリ１０２や外部記憶装置１０３の所定領域に形成されている。なお、この制御装置Ａ２における記憶部Ａ２１には一つの流量特性関数Ｋを記憶し、さらにそれと通信可能なホストコンピュータ（図示しない）を設けて複数の流量特性関数Ｋを記憶したデータベースを構築することもできる。
【００３４】
受付部Ａ２２は、入力装置１０４を介して、測定すべき流体の指定や、流量設定値や、測定すべき試料流体の種類を新たに追加する場合にあっては当該試料流体に対応する固有の流量特性関数Ｋなどを受け付ける。そして、それらパラメータを前記記憶部Ａ２１へ格納する。
【００３５】
送信部Ａ２３は、前記受付部Ａ２２で受信し、記憶部Ａ２１に格納した流量特性関数Ｋなどの種々のパラメータを読み出して、マスフローコントローラＡ１に対して所定のタイミングで送信する。これは、通信インタフェース１０６を含んで構成されている。
【００３６】
ここで、図５に基づいて流量特性関数Ｋについて補足説明する。流量特性関数Ｋは、上述の各係数（ａｇａｓ〜ｆｇａｓ）を有する流量特性決定関数ＧＣ（流量特性曲線）と当該流量特性決定関数に対応して定められる試料流体のフルスケール流量ＦＰ（ＦＳｇａｓ）とを含んで構成される。流量特性曲線はたとえば、基準となる一又は複数のマスフローメータを用意し、それぞれの実ガスなどの実流体（測定対象となるべき流体）を実際に流して取得され、センサ出力と流量値との関係を示す近似式に相当する。そして、流量特性曲線が決まれば、それに応じて所定の許容誤差範囲内で測定可能な、たとえば最大流量がフルスケール流量値として規定される。流量特性関数Ｋ（流量特性曲線及びフルスケール流量も含む）は、試料流体が異なれば異なるものになりうるが、流量センサ部２や分流路１ａ、１ｂ及び層流素子などのマスフローメータのハードウェア構成が実質同一のものであれば共通して使用されうるものである。すなわち、この流量特性関数Ｋは、同一構成（同一種）のマスフローメータに対して汎用性のある関数として規定される。
【００３７】
器差補正係数αは、たとえば出荷前に、マスフローコントローラＡ１ごとに、以下に示す手順でその値を設定し、各マスフローコントローラＡ１のＭＦＣ側記憶部４ｂにそれぞれ記憶するようにしている。
【００３８】
手順１：まず、設定部４ｃが、ＭＦＣ側記憶部４ｂから、測定すべき試料流体としてＮ２などの不活性ガスを用い、対応する流量特性関数Ｋを読み出して設定する。
【００３９】
手順２：そして、読み出した流量特性関数Ｋを用いて、マスフローコントローラＡ１にＮ２を実際に流し、図５に示すフルスケールポイントＦＰ（●印）におけるガス流量を測定する。
【００４０】
手順３：手順１、２を、複数（そのうちの一台は基準となるマスフローコントローラを含む）マスフローコントローラＡ１について行い、各マスフローコントローラＡ１間での器差（流量誤差）を求め、それを補償する器差補正パラメータを設定する。
【００４１】
このように、前記試料ガスＧとして不活性ガスなどの基準流体を採用し、特にフルスケールポイントの一点でのみ校正して、比重・粘性・比熱等の物理的性質が近似する複数種の試料ガスＧにも適用しうる器差補正パラメータを規定するだけでよいので、実際の半導体プロセスの現場で容易に試料ガスＧを別のものに変更することができる。
【００４２】
次に上記構成のマスフローコントローラＡ１の作動について制御部４を中心に図６のフローチャートを参照して説明する。図６に示すように、試料ガスＧに変更があると（ステップＳ１０１）、設定部４ｃは、試料ガスＧの変更を受信し、当該試料ガスＧと対応する流量特性関数Ｋと変更前の器差補正パラメータαと同じものとで構成される流量算出式（Ｐ２）を設定する（ステップＳ１０２）。すなわち設定部４ｃは、流量特性関数のみを、ＭＦＣ側記憶部４ｂから読み込出した、変更後の試料ガスＧに対応する新たな流量特性関数Ｋに置き換える。
【００４３】
そして、流量センサ部２から流量測定信号が出力されると（ステップＳ１０３）、流量算出部４ｄが、流量算出式（Ｐ２）に基づいて、ガス流路１を流れる試料ガスＧの流量を算出する（ステップＳ１０４）。なお、試料ガスＧに変更がなければ、流量算出部４ｄは、既に設定されている流量算出式に基づいて流量算出を行いうる。これらの算出された流量は、流量値として外部出力（表示）に供される。
【００４４】
上述したところまでがマスフローセンサーによる作動になるが、マスフローコントローラＡ１及びそれを含んだマスフローコントローラシステムＡではさらに、制御部４ａでの偏差算出部４ａ１が、流量算出部４ｄで算出された試料ガスＧの流量を示す実流量信号と、制御装置Ａ２から出力されている流量設定信号とを受信すると（ステップＳ１０５）、受信した実流量信号の値（流量測定値）と前記流量設定信号の値である流量設定値との差、すなわち偏差εを算出する（ステップＳ１０６）。
【００４５】
そして制御値算出部４ａ２が、その偏差にたとえばＰＩＤ演算を施して流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する（ステップＳ１０７）。
【００４６】
次に、開度制御信号出力部４ｅが、そのフィードバック制御値に基づいて開度制御信号を生成し（ステップＳ１０８）、その開度制御信号を流量制御バルブ３に出力し、その弁開度を変えて流量制御を行う（ステップＳ１０９）。
【００４７】
したがって、このようなマスフローメータやマスフローコントローラＡ１を用いたマスフローコントローラシステムＡによれば、器差補正パラメータαが、流量特性関数Ｋ（ガス特性曲線決定係数とフルスケール係数）に対して独立して取り扱いできるため、制御対象となるガス種の設定変更があった場合でも、流量特性関数Ｋの変更によってオペレータの煩雑さなく容易に、精度の良い流体制御を実現することができる。
【００４８】
また、流量特性関数を構成する流量特性曲線として、５次の多項式のような高次の多項式を採用しているため、好適に近似させながら、フルスケールレンジを大きくとることができ、センサ出力のレンジをその最大側でワイドにして精度良く流量測定を行うことができる。その結果、高精度で流体制御を実現しうる優れたマスフローコントローラＡ１及びマスフローコントローラシステムＡを提供することができる。
【００４９】
前記器差補正パラメータαは、窒素ガスなどの利便性の高い不活性ガスを基準ガスにして、その基準ガスによってフルスケールポイントＦＰを測定して求められるものであり、かつ他の試料ガスＧに対しても汎用的に適用しうるものであるため、試料ガス（プロセスガス）の設定変更があっても、使用現場でガス変更に起因する校正作業を行う必要もない。
【００５０】
制御装置Ａ２などのマスフローコントローラＡ１より上位のコンピュータに、多種の流量特性関数を含んだデータベースを設けているので、試料ガスの設定変更を行う場合、そこから対応する流量特性関数を送信し、試料ガスに対する汎用性の高い当該前記器差補正パラメータαと組み合わせることで、使用現場でも容易に測定対象ガスの変更を行うことができる。結果、それぞれのマスフローコントローラ等の試料流体に対する汎用性を極めて高めることができる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、制御装置Ａ２に、試料流体受付部としての受付部Ａ２２及び流量特性関数Ｋをデータベース化した記憶部Ａ２１を設けた例を示しているが、それらをマスフローコントローラＡ１に設けるなどして、該マスフローコントローラＡ１をスタンドアローンで用いることができるようにすることもできる。
【００５２】
流量特性曲線を５次の多項式としているが、流量特性を決める関数は、４次以下又は６次以上の多項式であってもよいし、また多項式で構成されるものに限られるものではない。
【００５３】
また、基準流体としての基準ガスは窒素ガスに限られない。例えば、基準ガスとして他の不活性ガスなどを用いることもできる。流体としては、液体なども想定しうる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・・・・・・ガス流路（流路）
２・・・・・・・・・流量センサ部（センサ部）
３・・・・・・・・・流量制御バルブ（コントロールバルブ）
４a・・・・・・・・・制御部
４ｃ・・・・・・・・・設定部
４ｄ・・・・・・・・流量算出部
Ａ・・・・・・・・・マスフローコントローラシステム
Ａ１・・・・・・・・マスフローコントローラ
Ａ２１・・・・・・・記憶部
Ａ２２・・・・・・・受付部（試料流体受付部）
Ｇ・・・・・・・・・試料ガス（試料流体）
Ｋ・・・・・・・・・流量特性関数
α・・・・・・・・・器差補正パラメータ
【技術分野】
【０００１】
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マスフローメータ、それを含むマスフローコントローラ、さらにはそれらを含むマスフローメータシステムおよびマスフローコントローラシステム（以下、これらをマスフローメータ等と称することがある。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１台の半導体製造装置に対して複数のプロセスチャンバを搭載して複数のプロセスを行うことが多くなるなど、半導体製造プロセスでは、使用するガスや液体といった流体の種類が大幅に増加し、これに応じて数多くのマスフローメータ等が必要とされている。
【０００３】
このような中、１台のマスフローメータ等であってもこれを配管等から取り外すことなく、ユーザサイドで、試料流体としてのガス種などの変更やフルスケール流量（最大測定または制御流量）の変更に対応して使用できるようにしたものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９４６０４号公報（１２頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者の鋭意研究の結果から、まず次のことがわかってきた。すなわち、ガス種の変更に応じ、そのガス種に対応した流量値を算出するためのものであって、流量を算出するための関数に掛け合わされる係数、いわゆるコンバージョンファクタであっても、それを複数のマスフローメータ等で共通化して高精度な測定を行うためには、それを取得した基準器としてのマスフローメータ等と、実際に使用されるそれぞれのマスフローメータ等との間の器差を補ったものに変更する必要がある。
【０００６】
一方マスフローメータ等の器差は、ガス種などの試料流体の種類にも関係すると考えられてきたため、その器差を補うパラメータは、結局それぞれの試料流体を実際に各マスフローメータ等へ流して求められる必要があるのではないかと考えていた。
【０００７】
しかしながら、発明者の鋭意研究の結果から、さらに次のこともわかってきた。すなわち、マスフローメータ等の器差は、できるだけハードウェアの各構成を標準化することによって、ハードウェア面から抑制することができる。そして、その器差を抑制したハードウェアにおいては、器差は、複数の試料流体で共通のものとして取り扱っても精度良く流量を測定できる。
【０００８】
これらの知見から、ガス種等の試料流体の変更にも特別な手間を必要とせずに好適に対応することができる優れたマスフローメータ等を提供することができるのではないかという発想からなされたのが本発明である。すなわち、本発明の目的は、ガス種等の試料流体の変更にも柔軟に対応することができ、しかも、精度良く流量を測定することができるといった、優れたマスフローメータ等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる技術的課題を解決するため、本発明に係るマスフローメータは、流路を流れる試料流体の流量を検知するセンサ部と、流体ごとに定められ、前記センサ部からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数と、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータとを設定する設定部と、前記流量特性関数と前記器差補正パラメータとに基づいて、前記試料流体の流量を算出する流量算出部とを具備する。
【００１０】
このようなものによれば、器差補正パラメータは、流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであるので、そのマスフローメータ等で計測する試料流体を変更する場合であっても、計測する試料流体に応じた流量特性関数を設定するだけで、変更した試料流体の流量を精度よく測定することができる。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、同じマスフローメータ等である限り複数の試料流体に対して共通の器差補正パラメータを設定することができる。したがって、当該マスフローメータ等によって測定される試料流体が変更される場合であっても、変更される個々の試料流体を流して当該マスフローメータ等を実際に校正し、試料流体または流量特性関数ごとに固有の器差補正パラメータを求めておかなくとも、たとえば変更される試料流体とは異なる他の試料流体で校正して得られた、当該マスフローメータ等において共通の器差補正パラメータを設定するなどし、さらに、センサ部やバイパスなどのハードウェア構成が実質的に同一のもので共通化された汎用的な流量特性関数をデータベースなどから読み込んできて設定等するだけで、変更された試料流体の流量を容易に精度よく測定することができる。
【００１２】
また、前記流量特性関数が、５次の多項式で表されるものであれば、広いレンジにわたって精度よく近似させながら、マスフローメータ等で測定可能な最大流量であるフルスケール流量をさらに広げることができ、よって、そのマスフローメータで測定可能なレンジを所定に可変しても誤差を抑えて、多様なレンジで高精度な測定を実現しうる。
【００１３】
前記器差補正パラメータが、試料流体としての基準流体をフルスケール流量で測定する場合に、基準流体に固有の流量特性関数を設定して算出した流量値と、基準となるマスフローメータで前記フルスケール流量を測定したときの流量値との誤差を解消するための係数であれば、当該パラメータは、たとえば、不活性ガスなどの利便性の高い基準流体でフルスケール流量を一点だけ測定して求めることも可能になり、マスフローメータ等の校正作業の煩雑さを軽減しうる。ここで、フルスケール流量とは、流量特性関数よって所定誤差の範囲内で測定可能な最大流量値が好適ではあるが、その最大限測定可能な流量値を所定まで小さく制限した場合の流量値（最大限測定可能な流量値より小さい流量値）であってもよい。
【００１４】
前記器差補正パラメータが、窒素ガスを試料流体とし、その試料流体としての基準ガスを実際に測定し求められる係数で、その係数は他の異なる複数の試料ガスに対しても共通のものであれば、毒性や腐食性の強いガスや液体などの試料流体による、個々のマスフローメータ等の校正をできるだけ避け、安全かつ容易に器差補正パラメータたる係数を求めうる。
【００１５】
さらに、前記マスフローメータと、前記流路に設けたコントロールバルブと、算出された流量値と流量設定値とを比較演算し、この演算結果に基づいて前記コントロールバルブを制御する制御部と、を含むマスフローコントローラであれば、高精度な流体制御を実現しつつ、半導体成膜プロセスの変更等に応じて、制御対象となる試料流体を容易に変更しうる、汎用性の高いマスフローコントローラを提供しうる。
【００１６】
複数のマスフローメータまたは複数のマスフローコントローラと通信するとともに、試料流体と紐付けられた流量特性関数を複数記憶した記憶部と、前記流路に流れる試料流体の指定を受け付ける試料流体受付部と、をさらに備え、前記設定部は、前記受付部によって指定された試料流体に固有の流量特性関数を前記記憶部から受信し、指定された試料流体に固有の流量特性関数を設定するマスフローメータシステムまたはマスフローコントローラシステムのようなものであれば、複数のマスフローメータ等が接続された半導体製造装置や上位のホストコンピュータを設け、試料流体ごとに紐付けて記憶され、ハードウェアが実質的に同一のマスフローメータ等に共通の汎用性の高い流量特性関数を、試料流体の指定に応じて各マスフローメータ等へ電気通信回線を通じて送信することで、各マスフローメータ等の汎用性を向上させつつ、流量特性関数を集中的に管理し、その追加変更等の管理を簡易化しうる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、ガス種等の試料流体の変更にも柔軟に対応することができ、しかも、精度良く流量を測定することができるといった、優れたマスフローメータ等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るマスフローコントローラシステムを示す全体概略図。
【図２】同実施形態におけるマスフローコントローラの機器構成を示す模式図。
【図３】同実施形態におけるマスフローコントローラシステムを示す機能構成図。
【図４】同実施形態に制御装置の機器構成図。
【図５】同実施形態におけるセンサ出力レンジを説明するための図。
【図６】同実施形態におけるマスフローコントローラの動作を示すフロー図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態のマスフローコントローラシステムＡは、マスフローコントローラＡ１と、このマスフローコントローラＡ１を制御・管理する別体の制御装置Ａ２とを具備して成るもので、例えば図１に示すように、半導体製造装置におけるチャンバへのガス供給システムに用いられる。以下、具体的に各装置を説明する。
【００２１】
マスフローコントローラＡ１は、図２に模式図を示すように、ガス流路１（本発明の「流路」の一例）と、そのガス流路１内を流れる試料ガスＧ（本発明の「試料流体」の一例）の流量を測定する流量センサ部２（本発明の「センサ部」の一例）と、その流量センサ部２の例えば下流側に設けた流量制御バルブ３（本発明の「コントロールバルブ」の一例）と、流量設定信号に基づく流量設定値および前記流量センサ部２からの流量測定信号に基づいて算出された流量値（流量測定値）を比較演算し、この演算結果に基づいて流量制御バルブ３を制御する制御部４ａ（図３参照）を備えた処理部４と、を具備して成るものである。以下、各部を具体的に説明する。なお、マスフローコントローラは、マスフローメータにさらに制御機構を付加したものであるので、マスフローコントローラで両者をあわせて説明し、マスフローメータ単独での説明は省略する。
【００２２】
図２に示すようにガス流路１は、上流端を導入ポート１１、下流端を導出ポート１２としてそれぞれ開口するもので、図１に示すように例えば導入ポート１１には、外部配管を介して空圧弁ＦＶ、圧力レギュレータＰＲおよびガスボンベＢが接続され、導出ポート１２には、外部配管を介して、半導体製造等のためのチャンバ（図示しない）が接続されている。そして、本実施形態では図２に示すように、このガス流路１が、導入ポート１１と導出ポート１２との間で、２つに分流した後合流するガス分流路１ａ、１ｂを有するように構成している。このうち、ガス分流路１ａには後述する感熱センサ２１を取り付ける一方、ガス分流路１ｂは層流素子１ｂ１を配置したバイパスとして利用するようにしている。
【００２３】
流量センサ部２は、詳細は図示しないが、例えば、ガス流路１に設けられた一対の感熱センサ２１（サーマルセンサ）を備えたものである。この流量センサ部２では、試料ガスＧの瞬時流量がこの感熱センサ２１によって電気信号として検出され、内部電気回路（ブリッジ回路２２、増幅回路２３、補正回路２４）によってその電気信号が増幅等されて、検出流量に応じた流量測定信号（以下、センサ出力ともいうことがある。）として出力される。
【００２４】
流量制御バルブ３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等よりなるアクチュエータによって変化させうるように構成したものであって、外部からの電気信号である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試料ガスＧの流量を制御するものである。
【００２５】
処理部４は、図示しないＣＰＵやメモリ、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、制御装置Ａ２と通信するための通信インタフェース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前記各部としての機能を果たすように構成してもよいし、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。また、ハードウェアは制御装置Ａ２と共通のものであってもよい。
【００２６】
そして前記メモリに所定のプログラムを格納し、その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、この処理部４が、図３に示すように、制御部４ａ、器差補正パラメータ及び流量特性関数を記憶するＭＦＣ側記憶部４ｂ、設定部４ｃ、流量算出部４ｄ及び開度制御信号出力部４ｅなど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。
【００２７】
設定部４ｃは、ＣＰＵ及び通信インタフェースを含んで構成され、制御装置Ａ２から送信されてくる試料流体ごとに決定される流量特性関数Ｋ（流量特性決定関数（流量特性曲線）の各係数（ａｇａｓ〜ｆｇａｓ）と当該流量特性決定関数に対応して定められる試料流体のフルスケール流量（ＦＳｇａｓ）とを含んで構成される）を受信し、前記メモリの所定領域に設定されたＭＦＣ側記憶部４ｂへ格納する。また、設定部４ｃは、同記憶部４ｂに記憶されている器差補正パラメータα（詳細は後述する）を読み出すとともに、制御装置Ａ２において指定を受け付けた測定（流量制御）すべき試料流体に応じて、同記憶部４ｂから流量特性関数Ｋを読み出す。そして、設定部４ｃは、それらから流量算出部４ｄにおいて使用する流量算出式を設定する。すなわち、基準流体としての基準ガスＮ２の流量を算出するための流量算出式（下式Ｐ１）が既に設定されている場合は、設定部４ｃは、測定対象として指定された試料流体（試料ガスＧ）に応じた流量特性関数Ｋの部分のみを変更し、試料ガスＧの流量を算出するための流量算出式（下式Ｐ２）を生成する。
Ｆｌｏｗ＝ｆＮ２（ｘ）×ＦＳＮ２×α ・・・（Ｐ１）
ここで、ｆＮ２（ｘ）は、ｆＮ２（ｘ）＝ａＮ２×ｘ５＋ｂＮ２×ｘ４＋ｃＮ２×ｘ３＋ｄＮ２×ｘ２＋ｅＮ２×ｘ＋ｆＮ２で与えられ、ａＮ２はＮ２の流量特性曲線の５次の項の係数、ｂＮ２はＮ２の流量特性曲線の４次の項の係数、ｃＮ２はＮ２の流量特性曲線の３次の項の係数、ｄＮ２はＮ２の流量特性曲線の２次の項の係数、ｅＮ２はＮ２の流量特性曲線の１次の項の係数、ｆＮ２はＮ２の流量特性曲線の０次の項の係数、ＦＳＮ２はＮ２のＦＳ（基準ガスＮ２の流量特性曲線におけるフルスケール流量）、αは器差補正パラメータたる係数（複数の試料ガスに対して共通の係数）、ｘはセンサ出力を示す。
Ｆｌｏｗ＝ｆｇａｓ（ｘ）×ＦＳｇａｓ×α ・・・（Ｐ２）
ここで、ｆｇａｓ（ｘ）は、ｆｇａｓ（ｘ）＝ａｇａｓ×ｘ５＋ｂｇａｓ×ｘ４＋ｃｇａｓ×ｘ３＋ｄｇａｓ×ｘ２＋ｅｇａｓ×ｘ＋ｆｇａｓで与えられ、ａｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの５次の項の係数、ｂｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの４次の項の係数、ｃｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの３次の項の係数、ｄｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの２次の項の係数、ｅｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの１次の項の係数、ｆｇａｓは試料ガスＧの流量特性曲線ＧＣの０次の項の係数、ＦＳｇａｓは試料ガスＧのＦＳ（試料ガスＧの流量特性曲線におけるフルスケール流量）、αは器差補正パラメータたる係数、ｘはセンサ出力を示す。
【００２８】
ＭＦＣ側記憶部４ｂは後述のようにして、たとえば工場出荷前に設定した器差補正係数αを記憶するものであって、前記メモリの所定領域に形成されている。また、ＭＦＣ側記憶部４ｂは、前記設定部４ｃで適時に受け付けた種々の試料ガスＧの流量特性関数Ｋを追加的に記憶していくこともできる。
【００２９】
流量算出部４ｄは、流量測定信号（センサ出力）と前記設定部で生成された流量算出式（Ｐ２）を受信する。そして、そのセンサ出力と流量算出式（Ｐ２）とに基づいて、ガス流路１を流れる試料ガスＧの流量を算出する。流量算出部４ｄは、この算出した実流量値を、制御部４ａ及び制御装置Ａ２の表示装置１０５（図４参照）又はマスフローコントローラに設けられた表示部（図示省略）へ送信する。
【００３０】
制御部４ａは、前記流量算出部４ｄから受信した実流量値たる流量測定値と流量設定信号が示す流量設定値とを取得してその流量測定値と流量設定値との偏差εを算出する偏差算出部４ａ１と、その偏差εに少なくとも比例演算（好適にはＰＩＤ演算）を施して流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する制御値算出部４ａ２と、を備えたものである。
【００３１】
開度制御信号出力部４ｅは、前記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３に対して出力するものである。
【００３２】
制御装置Ａ２は、例えば、半導体製造装置に設けられ、パソコンなどのように一般的な情報処理機能を有するものであって、図４に示すように、ＣＰＵ１０１、内部メモリ１０２、ＨＤＤなどの外部記憶装置１０３、マウスやキーボードなどの入力装置１０４、液晶ディスプレイなどの表示装置１０５、マスフローコントローラＡ１と通信するための通信インタフェース１０６等を具備している。そして図３に示すように、この制御装置Ａ２が、例えば内部メモリ１０２に記憶しているプログラムにしたがって、ＣＰＵ１０１やその周辺機器を協働動作させることにより、記憶部Ａ２１（流量特性関数記憶部の一例）、受付部Ａ２２（流量特性関数受付部の一例）、及び送信部Ａ２３としての機能を少なくとも発揮するように構成されている。なお、図３では制御装置Ａ２とマスフローコントローラＡ１とが１対１で対応するようになっているが、通信インタフェース１０６を含んで構成される送信部を介して、一つの制御装置Ａ２に対して、複数のマスフローコントローラＡ１が相互通信可能に設けられうる。
【００３３】
記憶部Ａ２１は、試料流体の種類ごとに規定される複数の流量特性関数Ｋをデータベース化して記憶するものであって、例えば内部メモリ１０２や外部記憶装置１０３の所定領域に形成されている。なお、この制御装置Ａ２における記憶部Ａ２１には一つの流量特性関数Ｋを記憶し、さらにそれと通信可能なホストコンピュータ（図示しない）を設けて複数の流量特性関数Ｋを記憶したデータベースを構築することもできる。
【００３４】
受付部Ａ２２は、入力装置１０４を介して、測定すべき流体の指定や、流量設定値や、測定すべき試料流体の種類を新たに追加する場合にあっては当該試料流体に対応する固有の流量特性関数Ｋなどを受け付ける。そして、それらパラメータを前記記憶部Ａ２１へ格納する。
【００３５】
送信部Ａ２３は、前記受付部Ａ２２で受信し、記憶部Ａ２１に格納した流量特性関数Ｋなどの種々のパラメータを読み出して、マスフローコントローラＡ１に対して所定のタイミングで送信する。これは、通信インタフェース１０６を含んで構成されている。
【００３６】
ここで、図５に基づいて流量特性関数Ｋについて補足説明する。流量特性関数Ｋは、上述の各係数（ａｇａｓ〜ｆｇａｓ）を有する流量特性決定関数ＧＣ（流量特性曲線）と当該流量特性決定関数に対応して定められる試料流体のフルスケール流量ＦＰ（ＦＳｇａｓ）とを含んで構成される。流量特性曲線はたとえば、基準となる一又は複数のマスフローメータを用意し、それぞれの実ガスなどの実流体（測定対象となるべき流体）を実際に流して取得され、センサ出力と流量値との関係を示す近似式に相当する。そして、流量特性曲線が決まれば、それに応じて所定の許容誤差範囲内で測定可能な、たとえば最大流量がフルスケール流量値として規定される。流量特性関数Ｋ（流量特性曲線及びフルスケール流量も含む）は、試料流体が異なれば異なるものになりうるが、流量センサ部２や分流路１ａ、１ｂ及び層流素子などのマスフローメータのハードウェア構成が実質同一のものであれば共通して使用されうるものである。すなわち、この流量特性関数Ｋは、同一構成（同一種）のマスフローメータに対して汎用性のある関数として規定される。
【００３７】
器差補正係数αは、たとえば出荷前に、マスフローコントローラＡ１ごとに、以下に示す手順でその値を設定し、各マスフローコントローラＡ１のＭＦＣ側記憶部４ｂにそれぞれ記憶するようにしている。
【００３８】
手順１：まず、設定部４ｃが、ＭＦＣ側記憶部４ｂから、測定すべき試料流体としてＮ２などの不活性ガスを用い、対応する流量特性関数Ｋを読み出して設定する。
【００３９】
手順２：そして、読み出した流量特性関数Ｋを用いて、マスフローコントローラＡ１にＮ２を実際に流し、図５に示すフルスケールポイントＦＰ（●印）におけるガス流量を測定する。
【００４０】
手順３：手順１、２を、複数（そのうちの一台は基準となるマスフローコントローラを含む）マスフローコントローラＡ１について行い、各マスフローコントローラＡ１間での器差（流量誤差）を求め、それを補償する器差補正パラメータを設定する。
【００４１】
このように、前記試料ガスＧとして不活性ガスなどの基準流体を採用し、特にフルスケールポイントの一点でのみ校正して、比重・粘性・比熱等の物理的性質が近似する複数種の試料ガスＧにも適用しうる器差補正パラメータを規定するだけでよいので、実際の半導体プロセスの現場で容易に試料ガスＧを別のものに変更することができる。
【００４２】
次に上記構成のマスフローコントローラＡ１の作動について制御部４を中心に図６のフローチャートを参照して説明する。図６に示すように、試料ガスＧに変更があると（ステップＳ１０１）、設定部４ｃは、試料ガスＧの変更を受信し、当該試料ガスＧと対応する流量特性関数Ｋと変更前の器差補正パラメータαと同じものとで構成される流量算出式（Ｐ２）を設定する（ステップＳ１０２）。すなわち設定部４ｃは、流量特性関数のみを、ＭＦＣ側記憶部４ｂから読み込出した、変更後の試料ガスＧに対応する新たな流量特性関数Ｋに置き換える。
【００４３】
そして、流量センサ部２から流量測定信号が出力されると（ステップＳ１０３）、流量算出部４ｄが、流量算出式（Ｐ２）に基づいて、ガス流路１を流れる試料ガスＧの流量を算出する（ステップＳ１０４）。なお、試料ガスＧに変更がなければ、流量算出部４ｄは、既に設定されている流量算出式に基づいて流量算出を行いうる。これらの算出された流量は、流量値として外部出力（表示）に供される。
【００４４】
上述したところまでがマスフローセンサーによる作動になるが、マスフローコントローラＡ１及びそれを含んだマスフローコントローラシステムＡではさらに、制御部４ａでの偏差算出部４ａ１が、流量算出部４ｄで算出された試料ガスＧの流量を示す実流量信号と、制御装置Ａ２から出力されている流量設定信号とを受信すると（ステップＳ１０５）、受信した実流量信号の値（流量測定値）と前記流量設定信号の値である流量設定値との差、すなわち偏差εを算出する（ステップＳ１０６）。
【００４５】
そして制御値算出部４ａ２が、その偏差にたとえばＰＩＤ演算を施して流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する（ステップＳ１０７）。
【００４６】
次に、開度制御信号出力部４ｅが、そのフィードバック制御値に基づいて開度制御信号を生成し（ステップＳ１０８）、その開度制御信号を流量制御バルブ３に出力し、その弁開度を変えて流量制御を行う（ステップＳ１０９）。
【００４７】
したがって、このようなマスフローメータやマスフローコントローラＡ１を用いたマスフローコントローラシステムＡによれば、器差補正パラメータαが、流量特性関数Ｋ（ガス特性曲線決定係数とフルスケール係数）に対して独立して取り扱いできるため、制御対象となるガス種の設定変更があった場合でも、流量特性関数Ｋの変更によってオペレータの煩雑さなく容易に、精度の良い流体制御を実現することができる。
【００４８】
また、流量特性関数を構成する流量特性曲線として、５次の多項式のような高次の多項式を採用しているため、好適に近似させながら、フルスケールレンジを大きくとることができ、センサ出力のレンジをその最大側でワイドにして精度良く流量測定を行うことができる。その結果、高精度で流体制御を実現しうる優れたマスフローコントローラＡ１及びマスフローコントローラシステムＡを提供することができる。
【００４９】
前記器差補正パラメータαは、窒素ガスなどの利便性の高い不活性ガスを基準ガスにして、その基準ガスによってフルスケールポイントＦＰを測定して求められるものであり、かつ他の試料ガスＧに対しても汎用的に適用しうるものであるため、試料ガス（プロセスガス）の設定変更があっても、使用現場でガス変更に起因する校正作業を行う必要もない。
【００５０】
制御装置Ａ２などのマスフローコントローラＡ１より上位のコンピュータに、多種の流量特性関数を含んだデータベースを設けているので、試料ガスの設定変更を行う場合、そこから対応する流量特性関数を送信し、試料ガスに対する汎用性の高い当該前記器差補正パラメータαと組み合わせることで、使用現場でも容易に測定対象ガスの変更を行うことができる。結果、それぞれのマスフローコントローラ等の試料流体に対する汎用性を極めて高めることができる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、制御装置Ａ２に、試料流体受付部としての受付部Ａ２２及び流量特性関数Ｋをデータベース化した記憶部Ａ２１を設けた例を示しているが、それらをマスフローコントローラＡ１に設けるなどして、該マスフローコントローラＡ１をスタンドアローンで用いることができるようにすることもできる。
【００５２】
流量特性曲線を５次の多項式としているが、流量特性を決める関数は、４次以下又は６次以上の多項式であってもよいし、また多項式で構成されるものに限られるものではない。
【００５３】
また、基準流体としての基準ガスは窒素ガスに限られない。例えば、基準ガスとして他の不活性ガスなどを用いることもできる。流体としては、液体なども想定しうる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・・・・・・ガス流路（流路）
２・・・・・・・・・流量センサ部（センサ部）
３・・・・・・・・・流量制御バルブ（コントロールバルブ）
４a・・・・・・・・・制御部
４ｃ・・・・・・・・・設定部
４ｄ・・・・・・・・流量算出部
Ａ・・・・・・・・・マスフローコントローラシステム
Ａ１・・・・・・・・マスフローコントローラ
Ａ２１・・・・・・・記憶部
Ａ２２・・・・・・・受付部（試料流体受付部）
Ｇ・・・・・・・・・試料ガス（試料流体）
Ｋ・・・・・・・・・流量特性関数
α・・・・・・・・・器差補正パラメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる試料流体の流量を検知するセンサ部と、
流体ごとに定められ、前記センサ部からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数と、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータとを設定する設定部と、
前記流量特性関数と前記器差補正パラメータとに基づいて、前記試料流体の流量を算出する流量算出部と、を具備するマスフローメータ。
【請求項２】
前記流量特性関数が、５次の多項式で表されるものである請求項１記載のマスフローメータ。
【請求項３】
前記器差補正パラメータが、試料流体としての基準流体をフルスケール流量で測定する場合に、基準流体に固有の流量特性関数を設定して算出した流量値と、基準となるマスフローメータで前記フルスケール流量を測定したときの流量値との誤差を解消するための係数である請求項１又は２記載のマスフローメータ。
【請求項４】
前記器差補正パラメータが、窒素ガスを試料流体とし、その試料流体としての基準ガスを実際に測定し求められる係数で、その係数は他の異なる複数の試料ガスに対しても共通のものである請求項１乃至３いずれか記載のマスフローメータ。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載のマスフローメータと、
前記流路に設けたコントロールバルブと、
算出された流量値と流量設定値とを比較演算し、この演算結果に基づいて前記コントロールバルブを制御する制御部と、を具備するマスフローコントローラ。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の複数のマスフローメータまたは複数のマスフローコントローラと通信するとともに、試料流体と紐付けられた流量特性関数を複数記憶した記憶部と、
前記流路に流れる試料流体の指定を受け付ける試料流体受付部と、をさらに備え、
前記設定部は、前記受付部によって指定された試料流体に固有の流量特性関数を前記記憶部から受信し、指定された試料流体に固有の流量特性関数を設定するマスフローメータシステムまたはマスフローコントローラシステム。
【請求項１】
流路を流れる試料流体の流量を検知するセンサ部と、
流体ごとに定められ、前記センサ部からの出力値に基づいて流量を定めるための流量特性関数であって、指定された試料流体に固有の流量特性関数と、その流量特性関数とは独立した、複数の試料流体に対して共通のパラメータであり、マスフローメータごとの器差を補正するための器差補正パラメータとを設定する設定部と、
前記流量特性関数と前記器差補正パラメータとに基づいて、前記試料流体の流量を算出する流量算出部と、を具備するマスフローメータ。
【請求項２】
前記流量特性関数が、５次の多項式で表されるものである請求項１記載のマスフローメータ。
【請求項３】
前記器差補正パラメータが、試料流体としての基準流体をフルスケール流量で測定する場合に、基準流体に固有の流量特性関数を設定して算出した流量値と、基準となるマスフローメータで前記フルスケール流量を測定したときの流量値との誤差を解消するための係数である請求項１又は２記載のマスフローメータ。
【請求項４】
前記器差補正パラメータが、窒素ガスを試料流体とし、その試料流体としての基準ガスを実際に測定し求められる係数で、その係数は他の異なる複数の試料ガスに対しても共通のものである請求項１乃至３いずれか記載のマスフローメータ。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載のマスフローメータと、
前記流路に設けたコントロールバルブと、
算出された流量値と流量設定値とを比較演算し、この演算結果に基づいて前記コントロールバルブを制御する制御部と、を具備するマスフローコントローラ。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の複数のマスフローメータまたは複数のマスフローコントローラと通信するとともに、試料流体と紐付けられた流量特性関数を複数記憶した記憶部と、
前記流路に流れる試料流体の指定を受け付ける試料流体受付部と、をさらに備え、
前記設定部は、前記受付部によって指定された試料流体に固有の流量特性関数を前記記憶部から受信し、指定された試料流体に固有の流量特性関数を設定するマスフローメータシステムまたはマスフローコントローラシステム。
【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２０１０−２１６８０７（Ｐ２０１０−２１６８０７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０３１９（Ｐ２００９−６０３１９）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００１２７９６１）株式会社堀場エステック (88)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００１２７９６１）株式会社堀場エステック (88)
【Ｆターム（参考）】
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