气体供应装置用流量控制器的流量测定方法 |
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| 申请号 | CN201180064390.3 | 申请日 | 2011-11-28 | 公开(公告)号 | CN103282748B | 公开(公告)日 | 2016-08-10 |
| 申请人 | 株式会社富士金; | 发明人 | 泽田洋平; 永濑正明; 池田信一; 西野功二; 土肥亮介; | ||||
| 摘要 | 本 发明 能够更迅速且高 精度 地进行气体供应装置用流量 控制器 的流量测定，并且谋求用于测定的流量测定装置的构造的简化及小型化。本发明由以下部分构成：分支管路(Lb)，其成分支状且分离自如地将其入口侧端部向设于气体供应管路(L)的出口端部的开闭 阀 (V0)的上游部连结，并且将其出口侧端部向气体流出侧连结；开闭阀(V)，其设于分支管路(Lb)的出口侧；压 力 检测器(Pd)及 温度 检测器(Td)，其检测开闭阀(V)的上游侧的气体压力及气体温度；以及运算控制装置(CP)，其被输入来自压力检测器(Pd)及温度检测器(Td)的检测 信号 ，且运算流通于分支管路(Lb)的气体流量，该流量测定装置成分支状且分离自如地向设于气体供应装置(GF)的气体供应管路(L)的出口端部的开闭阀(V0)的上游部连结。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种气体供应装置用流量控制器的流量测定装置，其特征在于，包括以下部分：分支管路(Lb)，其成分支状且分离自如地将其入口侧端部向设于气体供应管路(L)的出口端部的开闭阀(V0)的上游部连结，并且将其出口侧端部向气体流出侧连结；开闭阀(V)，其设于分支管路(Lb)的出口侧；压力检测器(Pd)及温度检测器(Td)，其检测开闭阀(V)所流动的气体压力及气体温度；以及运算控制装置(CP)，其被输入来自压力检测器(Pd)及温度检测器(Td)的检测信号，且运算流通于分支管路(Lb)的气体流量，该流量测定装置成分支状且分离自如地向设于气体供应装置(GF)的气体供应管路(L)的出口端部的开闭阀(V0)的上游部连结。 |
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| 说明书全文 | 气体供应装置用流量控制器的流量测定方法技术领域[0001] 本发明涉及在半导体制造装置、药品制造装置等使用的气体供应装置的流量控制器的流量测定装置及流量测定方法的改良，涉及使装置的小型化、构造的简单化、测定精度的提高及流量测定的迅速化成为可能的气体供应装置用流量控制器的流量测定装置及使用该流量测定装置的流量测定方法。 背景技术[0002] 半导体制造装置等的气体供应装置一般以能够将多种类的气体切换并供应至处理室等气体使用对象的方式构成，且所需的处理用气体，可利用为每一供应气体种类设置的流量控制器来进行流量控制，并向气体使用对象供应。 [0003] 另外，上述各流量控制器的流量测定，一般利用增量法(build up)法(或压力上升率(ROR)法)隔开适当的时间间隔而进行，通过对比流量控制器的设定流量与利用增量法等测量到的现实的控制流量，从而进行流量测定。 [0004] 图5和图6示出现有的气体供应装置用流量控制器的流量测定方法的一例。即，在图5的测定方法中，首先，将由内容积已知的增量槽BT、入口开关阀V1、出口开关阀V2、压力检测器Pd以及气体温度检测器Td构成的流量测定单元U0以分支状的方式向气体供应路L连结。接着，例如在测定气体供应装置GF的流量控制器MFC1的情况下，首先关闭开闭阀V02、V0n、V0，开启开闭阀V01、V1以及V2，使气体向槽BT内流通，测量将开闭阀V1以及V2开放的状态下的时刻t1、或将开闭阀V1以及V2开放后闭合开闭阀V2的状态下的时刻t1的压力检测值P1、温度检测值T1。接着，测量从开闭阀V1以及V2的开放状态闭合开闭阀V1之后经过△t秒后、或者从将所述开闭阀V1以及V2开放后闭合开闭阀V2的状态下的时刻t1起经过△t秒后的压力检测值P2、温度检测值T2。 [0005] 然后，根据上述各测量值求压力上升率△P/△t，将流量Q作为Q=(△P/△t)×(V/RT)而算出，确认流量控制器MFC1的流量控制值。此外，所述流量计算式将气体假定为理想气体而运算通向槽BT内的增量流量，V为增量槽BT及其上游侧管路的合计内容积，R为气体常数，T为槽BT内的气体温度。 [0006] 另一方面，在图6的测定方法中，将不使用增量槽的流量测定单元U1以分支状的方式向气体供应管线L连结。然后，例如在测定气体供应装置GF的流量控制器MFC1的情况下，首先，关闭开闭阀V0、V00、V02、V0n，开启开闭阀V01、V1、V2，使设定流量的气体从流量控制器MFC1向流量测定单元U1流动，接着关闭开闭阀V2。在开闭阀V2的闭合后，在压力检测器Pd的压力检测值成为P1时进行第1测量，测定压力P1、温度T1。随后，在压力检测器Pd的压力检测值成为P2时(或者经过设定时间t秒时)进行第2测量，测定压力P2、温度T2。 [0007] 另外，预先将从流量测定单元U1的上游侧的开闭阀V00、开闭阀V01、开闭阀V02、开闭阀V0n至开闭阀V1为止的气体供应管线L、Ls部分的管路内容积Ve、和流量测定单元U1的开闭阀V1与开闭阀V2之间的流路内容积Vt之和V，使用通过与上述图5情况相同的测定方法求出的压力上升率△P/△t、和当时的流量控制器MFC1的流量值Q，并根据流量式Q=(△P/△t)×(V/RT)进行运算，从而求出总内容积V。 [0008] 然后，根据上述各测定值，使用气体的流入质量dG与经过(流入)时间dt的关系，求出来自流量控制器MFC1的温度0℃、1atm下的气体的绝对流量Qo。即，流入质量dG能够由dG=ro·Qo·dt(其中，dt为经过(流入)时间、ro为比重量)表示。另外，根据第1测量时及第2测量时的压力P、温度T，对于理想气体，PV=nRT的关系成立，因而如果使用质量G取代摩尔数n，则PV=GRT的关系成立。 [0009] 所以，现在如果设第1测量时所测量的气体压力P1、气体温度T1、气体质量G1和第2测量时的气体压力P2、气体温度T2、气体质量G2，则根据质量G的差分(流入质量dG)成为dG=G2－G1=P1/T1·V/R－P2/T2·V/R=(P1/T1－P2/T2)·V/R····(1)式，根据上述dG=ro·Qo·dt的算式，气体的绝对流量Qo能够作为Qo=(P1/T1－P2/T2)·V/R·1/(ro·t)而算出，以该算出值Qo作为基准而判定流量控制器MFC1的流量控制能的适否。 [0010] 上述图6的方法以如下内容作为发明的主要内容：(1)由于有的气体种类难以适用理想气体方程式，故将成为压缩因子的系数代入上述(1)式而减少算出的基准流量的误差，以及(2)在控制流量为1000~2000SCCM的范围中以压力上升值为基准而决定第1测量后开始第2测量的时机，另外，在控制流量为2~1000SCCM的范围中以经过时间为基准而决定第1测量后开始第2测量的时机。 [0011] 此外，在上述图6的方法中，当然也能够根据上述各测量值求出压力上升率△P/△t，将流量Q作为Q=(△P/△t)×(V/RT)而算出，并且，以该算出值作为基准而判断流量控制器MFC1的流量控制值的适否。 [0012] 上述图5所示的使用增量槽BT的方法在以下方面存在问题，即：(1)由于使用增量槽BT，故流量测定装置大型化，且不能谋求气体供应装置的小型化；(2)槽BT内的气体温度的测量值因温度检测器Td的安装位置而大幅地变动；(3)槽内的气体压力上升中的气体温度T大幅地变动，不成为恒定温度T；(4)在外气的温度变化大的情况下，因压力检测中的气体温度产生变化而温度检测值T的变动变大等方面，且存在即使气体种类接近理想气体也不能获得高的流量测定精度的问题 [0013] 另一方面，在图6的方法中，在流量测定单元U1的流入侧设置阀V1，且经由该阀V1而向分支连接管路Ls的端部连结。但是，该阀V1在流量测定时全部未被利用，反而因该阀V1的存在，产生流体阻力增加，或需要阀V1的驱动用机构例如电磁阀、驱动流体用配管等，零件费、组装费增加，以及因阀V1的驱动特性而引起的动作延迟、需要时机调整等多个问题。 [0014] 另外，在图6的方法中，在测量流体供应管路L与分支连接管路Ls的流路内容积Ve、和流量测定单元U1的流路内容积Vt之和的容积V时，由于对阀V1进行两次开闭且在此期间对流量测定单元U1内进行真空处理，故存在流量测定过于麻烦的问题。 [0015] 先行技术文献 [0017] 专利文献1：日本特开2006-337346号公报； [0018] 专利文献2：国际公开WO2007/102319号公报。 发明内容[0019] 本发明的发明主要目的在于提供一种气体供应装置用流量控制器的流量测定装置及使用该流量测定装置的流量测定方法，该流量测定装置解决使用现有的流量测定单元U1的流量控制器的流量测定中的如上所述的问题，即以下问题：在流量测定单元U1的流体入口侧和流体出口侧分别设置有阀V1、V2，但是因设置该入口侧阀V1而产生的流体阻力增加，或在入口侧阀V1需要由电磁阀、驱动流体用配管构成的驱动用机构，其组装费增加，以及需要因驱动特性而引起的动作延迟、时机调整等，并且解决流量测定所需的流体供应管路L、分支连接管路Ls的内容积Ve和流量测定单元U1的内部容积Vt的合计内容积V的算定麻烦的问题，能够小型且简单地附设于气体供应装置，而且能够以简单的操作进行高精度的流量测定。 [0020] 本申请权利要求1的发明将以下内容作为发明的基本构成，即由以下部分构成：分支管路Lb，其成分支状且分离自如地将其入口侧端部向设于气体供应管路L的出口端部的开闭阀V0的上游部连结，并且将其出口侧端部向气体流出侧连结；开闭阀V，其设于分支管路Lb的出口侧；压力检测器Pd及温度检测器Td，其检测开闭阀V所流动的气体压力及气体温度；以及运算控制装置CP，其被输入来自压力检测器Pd及温度检测器Td的检测信号，且运算流通于分支管路Lb的气体流量，该流量测定装置成分支状且分离自如地向设于气体供应装置GF的气体供应管路L的出口端部的开闭阀V0的上游部连结。 [0021] 本申请权利要求2的发明将以下内容作为发明的基本构成，即在通过各流量控制器而以能够切换的方式向气体使用部位供应多种气体的气体供应装置中，将流量测定装置U分支状地连结于所述气体供应装置的气体供应路L，该流量测定装置U由分支管路Lb、设于该分支管路Lb的出口侧的开闭阀V、分支管路Lb的气体压力检测器Pd及气体温度检测器Td以及运算控制装置CP构成，并且将该流量测定装置U的开闭阀V连接于气体流出侧，首先，闭合所述流量控制装置的各流量控制器的出口侧开闭阀V01~V0n及气体供应管路L的出口端部的开闭阀V0，并且开放流量测定装置U的开闭阀V，接着，仅开放被测定流量控制器的出口侧开闭阀并使设定流量的气体向所述流量测定装置U流入，且在气体压力及气体温度稳定之后闭合开闭阀V，在气体压力到达设定压力P1的时刻t1测量第1次的气体温度T1及气体压力P1，随后在所述气体压力到达设定压力P2的时刻t2测量第2次的气体温度T2及气体压力P2，且根据所述各测量值将流量Q作为Q=(22.4V/R·△t)×(P2/T2－P1/T1)(其中，V为分支管路Lb及气体供应管路L的合计内容积，R为气体常数，△t为t2－t1)而进行运算。 [0022] 本申请权利要求3的发明将以下内容作为发明的基本构成，即在通过各流量控制器而以能够切换的方式向气体使用部位供应多种气体的气体供应装置中，将流量测定装置U分支状地连结于所述气体供应装置的气体供应路L，该流量测定装置U由分支管路Lb、设于该分支管路Lb的出口侧的开闭阀V、分支管路Lb的气体压力检测器Pd及气体温度检测器Td以及运算控制装置CP构成，并且将该流量测定装置U的开闭阀V连接于气体流出侧，首先，闭合所述流量控制装置的各流量控制器的出口侧开闭阀V01~V0n及气体供应管路L的出口端部的开闭阀V0，并且开放流量测定装置U的开闭阀V，接着，仅开放被测定流量控制器的出口侧开闭阀并使设定流量的气体向所述流量测定装置U流入，且在气体压力及气体温度稳定之后闭合开闭阀V，测量气体压力的上升率△P/△t，并且将流量Q作为Q=△P/△t×V/R·T(其中，V为分支管路Lb及气体供应管路L的合计内容积，R为气体常数，△t为测定时间，T为气体温度)而进行运算。 [0023] 本申请权利要求4的发明将以下内容作为发明的基本构成，即在权利要求2或权利要求3的发明中，由以下部分构成流量测定装置U：分支管路Lb，其分别将入口侧端部向气体供应管路L连结，另外将出口侧端部向气体流出侧连结；开闭阀V，其设于分支管路Lb的出口侧；压力检测器Pd及温度检测器Td，其检测开闭阀V所流动的气体压力及气体温度；运算控制装置CP，其被输入来自压力检测器Pd及温度检测器Td的检测信号，且运算流通于分支管路Lb的气体流量；电磁阀EV，其向开闭阀V供应驱动用流体；驱动用流体源DGS，其向电磁阀EV供应驱动用流体；输入输出板IO，其通向运算控制装置CP；以及电源装置ES。 [0024] 在本发明中，通过使用氮气等来测定气体流量Q时的压力上升率，从而能够利用V=△t×Q×R×T/△P(其中，Q为流量，P为流体压力，T为温度，R为气体常数，△P/△t为压力上升率)而容易地求出上述容积V。即，即使不设置开闭阀V1，仍能够简单地算定流量测定所需的分支管路Lb及气体供应管路L的合计内容积V，所以流量控制器的流量测定操作变得更简单。 [0025] 另外，在本发明中，由于构成为将设于流量测定装置U的分支管路Lb的开闭阀V仅设于其出口侧端，所以不仅能够谋求流量测定装置U的小型化及构造的简化，还能够降低气体流路阻力。另外，在气体供应装置GF的运转中能够通过压力检测器Pd而始终监视二次侧的气体供应管路L的气体压，且能够事前立即确认是否为能够进行流量测量的压力状态。 [0026] 另外，即使在流量测定操作时，若处于相对于测定开始的信号而压力异常的状态，则由于不仅能够立即进行警报的发送，还能够始终监视二次侧的气体供应管路L的压力状态，故能够将压力检测器Pd作为气体供应管路L的气体压监视器而活用。 [0028] 图1是本发明所涉及的气体供应装置用流量控制器的流量测定装置的构成图。 [0029] 图2是具备流量测定装置的气体供应装置的说明图。 [0030] 图3是管路内部容积的测量方法的说明图。 [0031] 图4是示出图3的测量方法中的气体压力、气体温度的变化状况的线图。 [0032] 图5是现有的基于增量法的流量测定方法的说明图。 [0033] 图6是现有的其他基于增量法的流量测定方法的说明图。 具体实施方式[0034] 图1是示出本发明所涉及的气体供应装置用流量控制器的流量测定装置的构成的说明图，另外，图2是示出流量控制器的测定方法的实施方式的说明图，示出进行设于气体供应装置GF的压力式流量控制器FCS的流量测定的情况。 [0035] 在图1及图2中，GF为气体供应装置，FCS1~FCSn为流量控制器，G0~Gn为供应气体种类，L1~Ln、L为气体供应管路，Ls为分支连接管路，Lb为分支管路，V00~V0n为开闭阀，V0为开闭阀，V为开闭阀，CH为处理室，VP为真空泵，Td为温度检测器，Pd为压力检测器，B为分支点，F为连接用凸缘，EV为电磁阀，DGS为驱动用流体源，Tu为驱动用流体供应管，IO为输入输出板，ES为DC电源，1为压力调整器，2为压力计，3、4为开闭阀，U为流量测定装置，CP为运算控制装置，从气体供应装置GF通过气体供应管路L、开闭阀V0而向处理室CH切换供应既定的气体种类。 [0036] 流量测定装置U由以下部分构成：直管状的适当内径的分支管路Lb，其成分支状且分离自如地向设于气体供应管路L的出口端部的开闭阀V0的上游部连结，且具有向气体供应管路L连结的入口侧端部及向气体流出侧连结的出口侧端部；流体压力驱动式的金属隔膜型开闭阀V，其设于分支管路Lb的出口侧；压力检测器Pd及温度检测器Td，其检测开闭阀V的上游侧的气体压力及气体温度；运算控制装置CP，其被输入来自压力检测器Pd及温度检测器Td的检测信号，运算流通于分支管路Lb的气体流量；电磁阀EV，其向开闭阀V供应驱动用流体；驱动用流体源DGS，其向电磁阀EV供应驱动用流体；输入输出板IO，通向运算控制装置CP；以及电源装置ES。 [0037] 另外，流量测定装置U的压力检测器Pd及温度检测器Td的各检测输出、开闭阀V的控制信号等对运算控制装置CP输入输出，并如后所述地进行气体流量值的运算及表示等。 [0038] 首先，本申请发明人制作如图3的流量测定单元U'，且使用该流量测定单元U'，通过增量而使气体压力上升，调查单元U'(内容积1.0996L)的内部的气体温度、气体压力的变化。 [0039] 即，在图1的实施方式中，安装标准流量控制器而取代流量控制器FCS，并且连接图3的流量测定单元U'而取代流量测定装置U，首先关闭开闭阀V02、V0n、V0，开启开闭阀V，使N2气体以500sccm的流量流通一定时间，在确认N2气体的流量、压力、温度稳定之后，关闭开闭阀V并进行10秒的增量，观察该期间的单元U'内的气体温度、压力等的变化状态。 [0040] 此外，在标准流量控制器中，使用富士金(FUJIKIN)制的流量范围1SLM的压力式流量控制器，单元U'的内容积V设定为1.0996L(已知)。另外，气体流量(N2)设定为500sccm，增量时间设定为10sec。再者，外气温度(室内温度)为21.7℃。 [0041] 图4示出上述增量中的流量测定单元U'内的气体温度、气体压力等的变化状态，曲线A1示出流量控制器的流量输出，A2示出气体压力检测值，A3示出气体温度检测值，A4示出外气温度(室内温度)，A5显示出口侧开闭阀V的控制信号。 [0042] 此外，在压力检测器Pd中使用MKS制的(Baratron)电容式压力计A(capacitance manometer)TYPE627D(F.S.1000Torr)，另外，在温度检测器Td中使用2.5mm直径热电耦(裸线型)，在测定机器中使用基恩士(KEYENCE)制的数据记录器(data logger)NR500。 [0043] 即，在图4中，当在t1点关闭出口侧开闭阀V而开始增量时，槽内的气体压力在t2点从30.6Torr上升至94.1Torr。另外，槽内的气体温度缓慢地上升。 [0044] 现在，在流量测定单元U'的出口侧开闭阀V的闭合(增量开始)时(时刻t1、第1次测量)和增量完成后的时刻t2，如果通过进行第2次测量并运算气体流入质量从而将流入增量中的气体的摩尔数 [0045] [数学式1] [0046] [0047] 换算成标准状态(0℃、1atm)下的气体体积VG，则成为 [0048] [数学式2] [0049] [0050] ，通向流量测定单元U'内的气体流量Q能够作为 [0051] [数学式3] [0052] [0053] 而运算。其中△t为增量时间，△t=t2－t1。 [0054] 另外，如后所述，根据上述各测量值求出压力上升率△P/△t，使用该压力上升率，将总内容积V作为V=△t×Q×R×T/△P(其中，Q为流量，T为温度，R为气体常数，△P/△t为压力上升率)而运算。 [0055] [第1实施方式] [0056] 参照图1及图2，在进行气体供应装置GF的流量控制器FCS的流量测定时，首先将流量测定装置U以分支状的方式向气体供应管路L连接。接着，在测定流量控制器FCS1的情况下，闭合开闭阀V00、V02、V0n、V0，开启开闭阀V01、V，并将设定流量Qs的气体流从流量控制器FCS1向流量测定装置U供应，由真空泵VP排气。 [0057] 接着，当流量测定装置U的分支管路Lb内的气体温度To及气体压力Po稳定时，在时刻t1闭合出口侧开闭阀V而开始气体的增量，并且检测分支管路Lb内的气体温度T1及气体压力P1，且将其向运算控制装置CP输入。 [0058] 进行气体向分支管路Lb内的增量，如果气体压力达到设定值P2(或设定时刻t2)，则检测分支管路Lb内的压力P2及温度T2，将该检测值向运算控制装置CP输入。 [0059] 此外，当时刻t2的第2次的压力及温度的检测结束时，随后开放出口侧开闭阀V，排出分支管路Lb内的气体。 [0060] 另一方面，在运算控制装置CP中，可使用所述检测值P1、T1、P2、T2及增量时间△t(△t=t2－t1)并利用上述数学式3来运算流量Q，且比对所述流量控制器FCS1的设定流量Qs与运算流量Q，基于既定的基准而进行流量控制器FCS1的流量控制性能的判定、测定。 [0061] 对于各流量控制器FCS1~FCSn进行如上所述的测定操作，从而进行气体供应装置GF的流量控制器的测定。 [0062] 此外，在本实施方式中，使用上述数学式3而进行流量Q的运算，但是当然能够根据上述第1次测量及第2次测量的测量值来算定压力上升率，将流量Q作为Q=(△P/△t)×(V/RT)而算出，并且，以该算出值作为基准而判断流量控制器FCS的流量控制值的适否。 [0063] 在本发明中，虽然上述流量Q的运算式中的内容积V、即比通向处理室CH的气体供应用开闭阀V0靠近上游侧的气体供应管路L的内容积、和分支连接管Ls及分支管路Lb的内容积的合计值为已知，但是在上述内容积因如气体供应装置GF的整修等而变化的情况下，需要测定变化后的内容积V。 [0064] 在该情况下，例如将图2的气体种类G0作为氮气等接近理想气体的气体，首先关闭开闭阀V01~V0n、V0，开启开闭阀V00、V，使气体向分支管路Lb流通，如果其压力及温度稳定于设定值，则闭合开闭阀V，并测量时刻t1的压力检测值P1、温度检测值T1。接着，在经过适当时间后的时刻t2测量压力检测值P2、温度检测值T2。 [0065] 然后，根据上述各测量值求出压力上升率△P/△t，使用该压力上升率，将总内容积V作为V=△t×Q×R×T/△P(其中，Q为流量，P为流体压力，T为温度，R为气体常数，△P/△t为压力上升率)而进行运算。 [0066] 此外，在上述实施方式中，使用压力式流量制装置作为流量控制器，但是其当然也可为热式流量控制器。另外，关于连接用凸缘，当然也可为利用管接头等的连接、使用块状的接头部件等的连接。开闭阀V等使用了AOV(空气动作式阀)，但是也能够通过使用电磁阀而省略驱动用流体源DGS、驱动用流体供应管Tu以及控制驱动用流体的电磁阀EV。 [0067] 产业上的利用可能性 [0068] 本发明不仅能够利用于半导体制造装置用的气体供应装置(气体箱)，还能够利用于所有用途所使用的气体供应装置的流量控制器、气体供应系统的流量控制器的测定试验。 [0069] 符号说明 [0070] GF 气体供应装置 [0071] FCS1~FCSn 流量控制器 [0072] Go~Gn 供应气体种类 [0073] L、L1~Ln 气体供应管路 [0074] Ls 分支连接管 [0075] Lb 分支管路 [0076] F 连接用凸缘 [0077] B 分支点、 [0078] V00~V0n 开闭阀 [0079] V0 开闭阀 [0080] U 流量测定装置 [0081] V 开闭阀 [0082] CH 处理室 [0083] VP 真空装置(真空泵) [0084] Td 温度检测器 [0085] Pd 压力检测器 [0086] 1 压力调整器 [0087] 2 压力计 [0088] 3、4 开闭阀 [0089] CP 运算控制装置 [0090] EV 电磁阀 [0091] DGS 驱动用流体源 [0092] Tu 驱动用流体供应管 [0093] IO 输入输出板 [0094] ES DC电源。 |
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