ガス流量監視システム
【課題】流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行う。
【解決手段】ガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有する。
【解決手段】ガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置におけるプロセスガス等のガス供給システムに使用する流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を監視するガス流量監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス中の成膜装置や乾式エッチング装置等においては、例えばシラン等の特殊ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び水素ガスやホスフィン等の可燃性ガス等を使用する。これらのガス流量は、プロセスの良否に直接影響するので、その流量を厳格に管理しなければならない。特に、近年の半導体基板の積層化、微細化に伴い、プロセスガス供給系における信頼性向上の要求が、従来以上に高まっている。
そこで、例えば、特許文献１に半導体製造プロセスにおける供給ガスの流量制御技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術は、プロセスチャンバへ排出するガス流量を正確に算出するため、マスフローコントローラの下流側に圧力計と最終遮断弁とを備え、最終遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力上昇を所定の時間間隔でサンプリングしてから、サンプリングデータの内、相関係数の高い範囲で圧力傾斜角を求めてマスフローコントローラの流量を算出する技術である。なお、特許文献１には、マスフローコントローラの上流側に遮断弁と圧力計とを備え、遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力降下を所定の時間間隔でサンプリングしてから、サンプリングデータの内、相関係数の高い範囲で圧力傾斜角を求める技術も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４６００号公報
【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、特許文献１に記載された技術には、次のような問題があった。
特許文献１の技術では、マスフローコントローラの上流側又は下流側の遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力降下又は圧力上昇を測定するため、流量検定時には必然的にプロセスチャンバへ排出するガス流量が停止されることになる。 しかし、特許文献１の技術では、流量検定の度に、プロセスチャンバへ排出するガス流量が停止されることになるので、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率が低下するという問題があった。
また、プロセスガスの内、特に成膜用材料ガスは、その特性上ガスライン内でも固形物を析出する可能性があり、マスフローコントローラ内の細管部分に固形物が析出すれば、マスフローコントローラからプロセスチャンバへ排出するガス流量が徐々に変化する。プロセスチャンバへ排出するガス流量が変化すれば、半導体ウェハの歩留率が低下するので、ガス流量の変化を常時監視できるシステムが必要であった。
しかし、特許文献１の技術では、流量検定時にはプロセスチャンバへ排出するガス流量を停止することを前提としているので、システム稼働中にガス流量の変化を常時監視することができないという問題があった。
さらに、マスフローコントローラの上流側に設置する圧力計は、プロセスガス源から供給されるガス圧を計測する必要があるが、プロセスガス源から供給されるガス圧は、通常、０．５ＭＰａ程度と高いので、圧力センサに高精度なものを使用することができない。そのため、流量検定時にズレ量が発生した時、圧力センサの誤差なのか、マスフローコントローラ自体のズレ量なのかを判断することが困難であった。
しかし、特許文献１の技術では、マスフローコントローラの流量検定をすることができても、流量検定ユニット自体の診断をすることができないので、より信頼性の高い流量検定ができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のガス流量監視システムは、次のような構成を有している。
（１）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に前記第２流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
（２）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に前記第１流量監視ユニットと前記第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、前記第１流量監視ユニットの検定ズレ量を前記第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
次に、本発明に係るガス流量監視システムの作用及び効果について説明する。
（１）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とするので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が確認された時には、より高精度な再検定を行うことにより、システム全体の信頼性を高めることができる。
【００１０】
具体的には、第１流量監視ユニットは、複数のプロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニットを備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視して、その異常を素早く発見できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニットは、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備えるので、流量制御機器から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路には吸引ポンプを設けているので、第２流量監視ユニットにおいては、真空状態に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００１１】
また、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部を有するので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が確認された時には、より高精度な再検定を行い、第１流量監視ユニットの誤差なのか、流量制御機器自体の異常なのかを判定することができる。
したがって、第１流量監視ユニットの流量精度を第２流量監視ユニットによって補完することで、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、ガス供給システムを停止することになる第２流量監視ユニットによる流量検定の回数を必要最小限に減らして、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
よって、（１）の発明によれば、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【００１２】
（２）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニットと第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニットの検定ズレ量を第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とするので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、所定回数だけ流量検定した時には、流量監視ユニット自体の自己診断を行うことにより、システム全体の信頼性を高めることができる。
【００１３】
具体的には、第１流量監視ユニットは、複数のプロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニットを備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニットは、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備えるので、流量制御機器から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路には吸引ポンプを設けているので、第２流量監視ユニットにおいては、真空に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００１４】
また、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニットと第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニットの検定ズレ量を第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部を有するので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニットの検定量を高精度な第２流量監視ユニットで校正することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、第２流量監視ユニットによる流量検定を必要最小限に減らして、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
よって、（２）の発明によれば、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るガス流量監視システムの実施形態を構成するガス回路を含む全体図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成するガス回路図であり、（ｂ）は、ガス流量検定時における圧力線図である。
【図３】本実施形態における第１流量監視ユニットを用いて流量制御機器（ＭＦＣ）の流量精度を常時監視するときの圧力線図である。
【図４】本実施形態における第１流量監視ユニットを構成する部品の断面図である。
【図５】（ａ）は、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成するガス回路図であり、（ｂ）は、ガス流量検定時における圧力線図である。
【図６】本実施形態における第２流量監視ユニットを構成する部品の断面図である。
【図７】本実施形態のガス流量監視システムにおける第１の制御フロー図である。
【図８】本実施形態のガス流量監視システムにおける第２の制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係るガス流量監視システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、はじめにシステムの全体構成と第１流量監視ユニット及び第２流量監視ユニットを説明した上で、その制御フロー及び作用効果について説明する。
【００１７】
＜ガス流量監視システムの全体構成＞
はじめに、本発明に係るガス流量監視システムの全体構成について説明する。図１に、本発明に係るガス流量監視システムの実施形態を構成するガス回路を含む全体図を示す。
図１に示すように、ガス流量監視システム１００は、第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３と制御コントローラ４とを有し、プロセスガスライン１に配設されている。
プロセスガスライン１は、複数設けられ、各ガスライン１１Ａ〜１１Ｄはそれぞれのプロセスガス供給源からのガスＡ〜Ｄを第１ライン遮断弁１２Ａ〜１２Ｄと流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄと第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄとを経由してから所定のプロセスチャンバ５に供給するガスラインである。プロセスガスＡ〜Ｄには、例えば、シラン等の特殊ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び水素ガスやホスフィン等の可燃性ガス等が使用される。供給されるプロセスガスのガス圧は、０．４〜０．５ＭＰａ程度である。
【００１８】
図１に示すように、プロセスガスライン１の内、選択した任意のプロセスガスライン１１Ｂ、１１Ｄには、第1ライン遮断弁１２Ｂ、１２Ｄの上流側流路に第１流量監視ユニット２Ｂ、２Ｄを備えている。第１流量監視ユニット２を備えるプロセスガスライン１を任意に選定する理由は、重要なプロセスガスライン１を選定して、その流量を常時監視できるようにするためである。例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインには、第１流量監視ユニット２を備えることによって、流量の変化を常に監視して、流量異常を素早くまた確実に検定することができるからである。
第１流量監視ユニット２は、流量制御機器１０の前側である上流側流路におけるガス圧の圧力降下を測定することで流量制御機器１０の流量監視を行っている。
【００１９】
第1ライン遮断弁１２Ａ〜１２Ｄ及び第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄは、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄに流れるプロセスガスを供給又は停止するエアオペレイトバルブである。流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄは、例えば、マスフローコントローラであって、マスフローメータとコントロールバルブを組み合わせてフィードバック制御を行い、流量制御を可能にしたものである。したがって、所定の値に設定したガス流量を、安定して排出することができる。
【００２０】
第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄの下流側流路１４は、プロセスチャンバ５の上流側で合流後流路１５によって合流している。合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７には、第２流量監視ユニット３を備えている。排出流路は、第２流量監視ユニット３の上流側に設けた第１排出流路１６と、第２流量監視ユニット３の下流側に設けた第２排出流路１７とからなる。ガス流量検定時には、ガスが第１排出流路１６から第２流量監視ユニット３に供給され、第２排出流路１７から排出口（Ｖｅｎｔ）に排出される。第２流量監視ユニット３は、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄから第１排出流路１６を経由して供給されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄから排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、第２排出流路１７には吸引ポンプ１８を設けているので、第２流量監視ユニット３においては、真空状態に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００２１】
図１に示すように、ガス流量監視システム１００は、第１流量監視ユニット２及び第２流量監視ユニット３、並びに流量制御機器１０と電気的に接続された制御コントローラ４を備えている。制御コントローラ４は、ガス流量監視ユニット１００における制御部であり、例えば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常の有無を再検定するよう指令したり、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニット２の検定ズレ量を第２流量監視ユニット３の流量検定結果に基づいて補正するよう指令する。また、制御コントローラ４は、例えば、第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常が有ると判定され、流量制御機器１０のズレ量を補正できる場合には、制御コントローラ４からの指令により流量制御機器１０の設定値を補正することができる。なお、制御コントローラ４の制御方法については、後述する制御フローにて詳述する。
また、制御コントローラ４は、半導体製造装置６と電気的に接続されている。そのため、例えば、半導体製造装置６は、第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常が有ると判定された制御コントローラ４からの電気信号を受けて、自働的に稼働を停止する等の措置を採ることもできる。
この場合、制御コントローラ４は、シリアル通信又はアナログ通信のどちらにも対応できる。
【００２２】
＜第１流量監視ユニット＞
次に、第１流量監視ユニットの回路構成について説明する。図２（ａ）に、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成するガス回路図を示し、（ｂ）に、ガス流量検定時における圧力線図を示す。図３に、本実施形態における第１流量監視ユニットを用いて流量制御機器（ＭＦＣ）の流量精度を常時監視するときの圧力線図を示す。図４に、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成する部品の断面図を示す。
図２（ａ）に示すように、第１流量監視ユニット２は、プロセスガスライン１における第1ライン遮断弁１２の上流側流路に配設されている。第１流量監視ユニット２は、ガス供給源側から順に、第１開始遮断弁２１と第１測定用タンク２２と第１圧力計２３と第１温度計２４とレギュレータ２５とを備えている。
【００２３】
第１開始遮断弁２１は、ガス供給源からのガスを下流側に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。第１測定用タンク２２は、ガスを一定量貯留する容器である。第１測定用タンク２２の容積は、流量制御機器１０の流量によって最適な容積を選定するが、例えば、５０〜６０ｃｃ程度である。ガス流量検定時には、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスが流出してガス圧が降下する。第１圧力計２３は、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスの圧力降下を計測する圧力計である。第１圧力計２３は、高圧のガスに対応し得るように、例えば、ひずみゲージ式圧力計を用いている。第１温度計２４は、第１測定用タンク２２の容器内のガス温度を計測する温度計である。レギュレータ２５は、流量制御機器１０に供給するガスのガス圧を一定に維持するための制御弁である。例えば、レギュレータ２５の設定圧は、０．２ＭＰａ程度である。
【００２４】
次に、第１流量監視ユニットの流量監視方法について説明する。はじめに、１回の流量検定方法を説明する。
図２（ｂ）に示すように、第１開始遮断弁２１を弁閉するとガス供給源からのガスが停止されるので、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスが流出してガス圧が降下する。ガス圧の単位時間当たりの圧力降下率が略一定に安定した段階（測定開始点Ｐ１）で、第１圧力計２３がガス圧を計測する。その後、一定時間が経過した時点（測定終了点Ｐ２）で、第１圧力計２３が、再度ガス圧を計測する。測定開始点Ｐ１のガス圧と、測定終了点Ｐ２のガス圧との差である圧力降下量ΔＰと、測定開始点Ｐ１から測定終了点Ｐ２までの時間Δｔとを求める。ΔＰ／Δｔは、ガス流量に比例するので、比例係数を乗算して、流量制御機器１０からプロセスチャンバ５に供給されるガス流量を算出する。算出したガス流量と、流量制御機器１０で設定されたガス流量とを比較して、差異が所定の基準値の範囲内であれば流量は正常となる。一方、差異が所定の基準値の範囲外であれば流量は異常となる。
【００２５】
次に、上述した第１流量監視ユニット２を用いて流量制御機器１０の流量精度を常時監視する方法を説明する。
半導体製造装置６の稼働中に、制御コントローラ４からの指令により第１開始遮断弁２１を所定の時間間隔で連続的に開閉すると、図３に示すように、ガス供給圧力は上昇下降を繰り返す。第１流量監視ユニット２は、供給圧力の降下毎に圧力降下量とその時間から流量を検定する。検定結果は、制御コントローラ４から、監視出力として半導体製造装置６に伝達される。
ガス供給圧力が上昇下降を繰り返す時間間隔は、任意に設定できるが、例えば、数秒から数十秒程度である。また、ガス供給圧力が上昇下降を繰り返すときの圧力下限値は、流量制御機器１０の上流側圧力となるレギュレータ２５の設定圧力以上である。レギュレータ２５の入力側圧力がレギュレータ２５の設定圧力以上であれば、レギュレータ２５の出力側圧力は変動することなくガス流量を流量制御機器１０に供給できるからである。その結果、流量制御機器１０の出力側流量も一定に維持できる。
これによって、半導体製造装置６のガス供給系を維持しつつ、第１流量監視ユニット２を用いて流量制御機器１０の流量精度を常時監視することができる。
【００２６】
次に、上述した第１流量監視ユニット２の部品構成を説明する。
図４に示すように、図面左から順に、第１開始遮断弁２１と、第１圧力計２３と、第１温度計２４と、レギュレータ２５とが、第１マニホールド２６の上端に載置されている。第１マニホールド２６は、略矩形状をなして内部に第１測定用タンク２２が穿設されている。第１測定用タンク２２は、矩形断面に形成されている。矩形断面上端の内壁には、第１開始遮断弁２１の二次側流路２１２に連通する流路２６２と、第１圧力計２３に連通する流路２６３、２６４と、レギュレータ２５の一次側流路２５３に連通する流路２６５とが、それぞれ別々に離間して面直に穿設されている。第１圧力計２３とレギュレータ２５との間にあって、第１測定用タンク２２の矩形断面上端の内壁から、第１温度計２４のセンサ部２４１が、下方に突出している。第１マニホールド２６の下端には、第１測定用タンク２２を封止する板状の蓋部材２２１が固着されている。第１マニホールド２６の図面左端には、下端に設けた入力ポート２６７と第１開始遮断弁２１の一次側流路２１１とを連通する流路２６１が形成されている。マニホールド２６の図面右端には、下端に設けた出力ポート２６８とレギュレータ２５の二次側流路２５９とを連通する流路２６６が形成されている。
【００２７】
第１開始遮断弁２１は、駆動部２１３と本体部２１４とを備え、エアー操作による駆動部がダイアフラム２１５を上下させて、ガスを供給、停止する。
第１圧力計２３は、図示しないセンサ部に連通する流路２６３、２６４から、直接に測定用タンク２２内のガス圧を計測している。
第１温度計２４は、第１測定用タンク２２内のガス温度を測定する。センサ部２４１が、第１測定用タンク２２の矩形断面上端の内壁から下方に突出しているので、第１測定用タンク２２内のガス温度を、より正確に測定することができる。ガス温度を測定することによって、ガス流量検定時のガスの温度変化を確認し、流量の算出に反映させることができる。
レギュレータ２５は、調整機構部２５１とボディ部２５０とを備え、レギュレータ２５の設定圧力は、調整機構部２５１の図示しない調整機構によって調整される。調整機構は、図示しない調整スプリングの付勢力を調整してダイアフラム２５４を上下させる。ダイアフラム２５４は、圧力制御室２５５の上端に覆設されている。圧力制御室２５５には、下方からポペット弁体２５６の突出部が突出して、ダイアフラム２５４と当接、離間している。ポペット弁体２５６は、一次側流路２５３と連通する弁室２５８に収容され、圧縮スプリング２５７によって上方に付勢されている。圧力制御室２５５の下端には、二次側流路２５９と連通する帰還流路２５２が穿設されている。したがって、圧力制御室２５５には、帰還流路２５２を経由してレギュレータ２５の二次側圧力をフィードバックしている。
【００２８】
＜第２流量監視ユニット＞
次に、第２流量監視ユニットの回路構成について説明する。図５（ａ）に、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成するガス回路図を示し、（ｂ）に、ガス流量検定時における圧力線図を示す。図６に、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成する部品の断面図を示す。
図１に示すように、第２流量監視ユニット３は、プロセスガスライン１における第２ライン遮断弁１３の下流側流路１４が合流した合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７に配設されている。そして、図５（ａ）に示すように、第２流量監視ユニット２は、流量制御機器１０側から順に、第２開始遮断弁３１と第２測定用タンク３２と第２圧力計３３と第２温度計３４と操作遮断弁３５とを備えている。
【００２９】
第２開始遮断弁３１は、流量制御機器１０からのガスを第２測定用タンク３２に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。第２測定用タンク３２は、ガスを一定量貯留する容器である。第２測定用タンク３２の容積及び流量制御機器１０の２次側から第２開始遮断弁３１の１次側までの流路容積は、流量制御機器１０の流量によって最適な容積を選定するが、例えば、第２測定用タンク３２の容積は１０ｃｃ程度、流量制御機器１０の２次側から第２開始遮断弁３１の１次側までの流路容積は、８０〜１２０ｃｃ程度である。第２圧力計３３は、第２測定用タンク３２の容器内に貯留したガスの圧力上昇を計測する圧力計である。第２圧力計３３は、真空状態のガスに対応し得るように、例えば、隔膜式の真空圧力計を用いている。第２温度計３４は、第２測定用タンク３２の容器内のガス温度を計測する温度計である。操作遮断弁３５は、第２測定用タンク３２に貯留されたガスを吸引ポンプ１７に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。
【００３０】
次に、第２流量監視ユニット３の流量検定方法について説明する。
図５（ｂ）に示すように、ガス流量検定前には、第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄを弁閉するとともに第２開始遮断弁３１及び操作遮断弁３５を弁開して、第２測定用タンク３２等に貯留したガスを、吸引ポンプ１８で吸引することによって排出する。第２測定用タンク３２等に貯留したガスは排出されるので、ガス圧は低下して略真空状態になる。
その後、流量検定の対象となるプロセスガスラインにおける第２ライン遮断弁１３を弁開する。この時、他のプロセスガスラインにおける第２ライン遮断弁１３は、弁閉したままである。ガス流量が安定したら、操作遮断弁３５を弁閉する。そうすると、流量検定の対象となるプロセスガスラインの流量制御機器１０から供給されるガスが、第２測定用タンク３２等に貯留する。第２測定用タンク３２等では、貯留したガスが増加してガス圧が上昇する。
ガス圧の単位時間当たりの圧力上昇率が略一定に安定した段階（測定開始点Ｐ１）で、第２圧力計３３がガス圧を計測する。その後、一定時間が経過した時点（測定終了点Ｐ２）で、第２圧力計３３が、再度ガス圧を計測する。測定開始点Ｐ１のガス圧と、測定終了点Ｐ２のガス圧との差である圧力上昇量ΔＰと、測定開始点Ｐ１から測定終了点Ｐ２までの時間Δｔとを求める。ΔＰ／Δｔは、ガス流量に比例するので、比例係数を乗算して、流量制御機器１０から排出されるガス流量を算出する。
算出したガス流量と、流量制御機器１０で設定されたガス流量とを比較して、差異が所定の基準値の範囲内であれば流量は正常となる。一方、差異が所定の基準値の範囲外であれば流量は異常となる。この場合、第２流量監視ユニット３は、圧力計に隔膜式の真空圧力計を用い、真空圧力計ではダイヤフラム径が大きいこと等の理由から、ひずみゲージ式圧力計を用いる第１流量監視ユニット２より高精度の流量検定ができる。
【００３１】
次に、上述した第２流量監視ユニット３の部品構成を説明する。
図６に示すように、図面左から順に、第２開始遮断弁３１と、第２圧力計３３と、操作遮断弁３５とが、第２マニホールド３６の上端に載置されている。なお、第２マニホールド３６は、３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃに分かれている。図面左右の矩形状ブロック３６Ａ、３６Ｃの上端には、左右のＶ字状流路３６１、３６３が穿設され、図面中央の矩形状ブロック３６Ｂの上端には、半円状流路３６２が穿設されている。
【００３２】
また、第２圧力計の筒状部３３２下端には、略矩形状をなして内部に第２測定用タンク３２が穿設されている台座ブロック３３３が配設され、第２圧力計３３の真空チャンバ３３１と第２測定用タンク３２とが連通されている。第２測定用タンク３２は、下方に膨出した湾曲断面に形成されている。湾曲断面の内壁には、台座ブロック３３３の下端に連通し、図面左側に傾斜する左傾斜流路３２１と図面右側に傾斜する右傾斜流路３２３と両者の中間に垂下する垂直流路３２２とが形成されている。
台座ブロック３３３の下端は、３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃの上端に当接して、左傾斜流路３２１は左Ｖ字状流路３６１と連通し、右傾斜流路３２３は右Ｖ字状流路３６１と連通している。台座ブロック３３３及び３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃの形成された各流路の容積は、流量検定時の測定用タンク容積に含まれるので、流量検定の精度を向上させるよう流路径や流路長を設定することができる。
【００３３】
第２開始遮断弁３１は、駆動部３１１と本体部３１２からなり、本体部３１２には、一次側流路３１３と二次側流路３１５が形成されている。一次側流路３１３には、第１排出流路１６の下流側に連通する入力ポート３１４が形成されて、ガスが供給される。二次側流路３１５は、左Ｖ字状流路３６１と連通している。
操作遮断弁３５は、駆動部３５１と本体部３５２からなり、本体部３５２には一次側流路３５３と二次側流路３５４が形成されている。一次側流路３５３は、右Ｖ字状流路３６３と連通している。二次側流路３５４には、第２排出流路１７の上流側に連通する出力ポート３５５が形成されて、ガスが排出される。
なお、第２温度計３４は、図示しないが、第２圧力計３３内の真空チャンバ内のガス温度を測定するように、第２圧力計３３に付設されている。第２圧力計３３内のガス温度を、より正確に測定することによって、ガス流量検定時のガスの温度変化を確認し、流量の算出に反映させることができる。
【００３４】
＜ガス流量監視システムの制御フロー＞
次に、本実施形態におけるガス流量監視システム１００の制御フローについて説明する。図７に、本実施形態における第１の制御フロー図を示し、図８に、本実施形態における第２の制御フロー図を示す。
まず、本実施形態のガス流量監視システム１００における制御フローの基本的な考え方を説明する。本制御フローは、第１の制御フロー（図７参照）と第２の制御フロー（図８参照）とから構成されている。
第１の制御フローは、半導体製造装置６の稼働中に行い、常時監視を前提として流量制御機器１０の流量異常を確実に発見し、素早く正常に戻す制御である。この制御には、２種類の流量監視ユニット（第１流量監視ユニット２、第２流量監視ユニット３）が必要である。そして、第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを、流量制御機器１０の上流側と下流側に配設して制御コントローラ４にて使い分ける制御を行う。第１流量監視ユニット２は、流量制御機器１０の上流側でプロセスガスを流しながら、常に流量異常がないかを監視する。
しかし、第１流量監視ユニット２は、前述したように流量検定の信頼性が低いので、複数回流量異常と認めたときに、流量異常が本当に生じている可能性が高いと判断して、より流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて、再度流量検定を行う。第２流量監視ユニット３を用いた再検定時には、半導体製造装置６の稼働を停止することになるので、第２流量監視ユニット３は流量異常の可能性の高い時に限定している。
このように、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、第１流量監視ユニット２の常時監視において流量異常が複数回確認された時には、より高精度の第２流量監視ユニット３によって再検定を行うことにより、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００３５】
第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２が流量制御機器１０の上流側でプロセスガスを流しながら、常に流量異常がないか監視する点までは、第１の制御フローと同じである。
第１の制御フローは、第１流量監視ユニット２が発見した流量制御機器１０の流量異常を、より高精度の第２流量監視ユニット３によって確実かつ素早く正常に戻す制御であるのに対して、第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２をより高精度の第２流量監視ユニット３によって定期的に自己診断する制御である点が異なる。つまり、流量検定の信頼性が低い第１流量監視ユニット２を流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて点検し、第１流量監視ユニット２のズレ量補正を行うことによって、第１流量監視ユニット２の流量検定の信頼性を、より向上させる自己診断機能を有する制御である。
このように、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニット２の検定量を高精度な第２流量監視ユニットで校正（自己診断）することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００３６】
次に、第１の制御フローについて詳細に説明する。制御フローは図７を参照しながら、また、ガス回路図は図１、図２（ａ）図５（ａ）を参照しながら、具体的に説明する。
はじめに、Ｓ１において流量制御機器１０の流量制御が開始される。そして、Ｓ２において第１流量監視ユニット２による流量制御機器１０の流量常時監視を行う。具体的には、制御コントローラ４からの指令により、第１流量監視ユニット２の第１開始遮断弁２１が、弁閉、弁開を所定の時間間隔で繰り返し、第１圧力計２３が圧力降下量を計測しながら流量検定を連続的に行う。
Ｓ３において第１流量監視ユニット２の検定回数がＮ回に到達したか否かを判定し、到達していなければ、Ｓ４において流量異常の有無を確認する。ここで、Ｎ回は、過去の点検実績等に基づいて任意に設定すればよいが、例えば、１０００回程度に設定する。なお、検定回数がＮ回に到達したときは、第２の制御フローである定期点検の制御に移行する（Ａ）。
Ｓ４において流量異常が有りと認定したときは、Ｓ５において流量異常の累積回数に加算して累積回数がＫ回に到達したと認定したときは、Ｓ６において流量制御機器１０の点検へ移行する。ここで、流量異常の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±５％程度に設定する。また、Ｋ回は、任意に設定すればよいが、例えば、３回程度に設定する。
【００３７】
Ｓ７において第２流量監視ユニット３による流量制御機器１０の流量検定を開始する。具体的には、制御コントローラ４からの指令により、第２流量監視ユニット３の操作遮断弁３５を弁開して吸引ポンプ１８で第２測定用タンク内のガス圧を真空状態にした後、操作遮断弁３５を弁閉するとともに、第２開始遮断弁３１を弁開して第２測定用タンク内のガス圧の圧力上昇量を測定して流量検定する。第２流量監視ユニット３は、前述したように高精度の流量検定が可能であるので、Ｓ８において流量異常と認定したときは、Ｓ９において流量制御機器１０のズレ量補正が可能か否かを確認する。ここで、流量異常の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±１％程度に設定する。流量制御機器１０のズレ量補正が可能ならば、Ｓ１０において流量制御機器１０のズレ量を補正し、Ｓ１１においてプロセスを開始する。なお、Ｓ９において流量制御機器１０のズレ量補正が不可能と認定したときには、Ｓ１２において流量制御機器１０を交換する点検に移行する。結局、流量制御機器１０の流量異常の最終的な認定、ズレ量の補正、機器交換については、流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３の検定結果に基づいている。
このように、第１の制御フローは、流量制御機器１０の流量異常の最終判断及び措置を信頼性の高い第２流量監視ユニット３の検定結果に基づくこととして、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を実現しつつ、必要以上の稼働率低下を防止している。
【００３８】
次に、第２の制御フローについて詳細に説明する。制御フローは図８を参照しながら、また、ガス回路図は図１、図２（ａ）図５（ａ）を参照しながら、具体的に説明する。
Ｓ３において検定回数がＮ回に到達したときは、Ｓ２０において第２の制御フローである第１流量監視ユニット２の定期点検の制御に移行する。この場合、半導体製造装置６の稼働は停止される。Ｓ２１において第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に用いて流量検定を行う。具体的には、第１圧力計２３の圧力降下量と第２圧力計の圧力上昇量を同時に計測して流量検定を行う。Ｓ２２において両者が検定した流量のズレ量がＸ％以上でないと認定したときは、Ｓ２５において第１流量監視ユニット２のズレ量を補正し、Ｓ２８においてプロセスを開始する。この場合、第２流量監視ユニット３によって算定した流量を正として、第１流量監視ユニット２によって算定する流量が第２流量監視ユニット３の算定値に合致するよう零点又は係数を修正する。なお、第１の制御フローでは、第１流量監視ユニット２は第２流量監視ユニット３の流量検定によって補正された流量で監視しているが、第２制御フローでは、その補正無しの値を基準に補正値を決定する。
【００３９】
一方、Ｓ２２において両者が検定した流量のズレ量がＸ％以上であると認定したときは、Ｓ２３において他の第１流量監視ユニット２Ａと第２流量監視ユニット３とを同時に用いて、もう一度流量検定を行う。Ｓ２４においても両者が検定した流量のズレ量がＹ％以上であると認定したときは、Ｓ２６において第２流量監視ユニット３が故障している疑いが有ると認定して、第２流量監視ユニット３の点検・修理を行う。Ｓ２４において両者が検定した流量のズレ量がＹ％以上でないと認定したときは、Ｓ２７において第１流量監視ユニット２の故障と認定して点検・修理を行う。なお、Ｘ％及びＹ％の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±１％程度に設定する。
このように、第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２を、より信頼性の高い第２流量監視ユニット３によって定期的に自己診断することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を実現しつつ、必要以上の稼働率低下を防止している。
【００４０】
＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態のガス流量監視システム１００によれば、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【００４１】
具体的には、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２は、複数のプロセスガスライン１の内、選択した任意のプロセスガスライン１１Ｂ、１１Ｄに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器１０内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニット２を備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視して、その異常を素早く発見できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニット３は、第２ライン遮断弁１３の下流側流路１４がプロセスチャンバ５の上流側で合流し、合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７に備えるので、流量制御機器１０から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。ガス圧を高精度に計測することができるのは、流量制御機器１０から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路１６、１７には吸引ポンプ１８を設けているので、第２流量監視ユニット３においては、真空に近い低圧となり高精度の隔膜式の真空圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００４２】
また、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御コントローラ４を有するので、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が複数回確認された時には、より高精度な再検定を行い、第１流量監視ユニット２の誤差なのか、流量制御機器１０自体の異常なのかを判定することができる。
したがって、第１流量監視ユニット２の流量精度を第２流量監視ユニット３によって補完することで、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、ガス供給システムを停止することになる第２流量監視ユニット３による流量検定の回数を必要最小限に減らして、半導体製造装置６におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニット２の検定ズレ量を第２流量監視ユニット３の流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御コントローラ４を有するので、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニット２の検定量を高精度な第２流量監視ユニット３で校正（自己診断）することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
上述した実施形態では、第１の制御フローにおいて、第１流量監視ユニット２が、流量検定の信頼性が低いので、複数回流量異常と認めたときに、流量異常が本当に生じている可能性が高いと判断して、より流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて流量検定を行い、流量制御機器１０のズレ量を補正している。このとき、流量制御機器１０のズレ量（補正前の値）の履歴を記憶しておくことによって、流量制御機器１０のズレ量の傾向監視をすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、例えば半導体製造装置におけるプロセスガス等のガス供給システムに使用する流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量を検定するガス流量監視システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１Ａ〜１１Ｄ プロセスガスライン
２、２Ｂ、２Ｄ 第１流量監視ユニット
３ 第２流量監視ユニット
４ 制御コントローラ、制御部
５ プロセスチャンバ
６ 半導体製造装置
１０、１０Ａ〜１０Ｄ 流量制御機器
１２、１２Ａ〜１２Ｄ 第１ライン遮断弁
１３、１３Ａ〜１３Ｄ 第２ライン遮断弁
１４ 下流側流路
１５ 合流後流路
１６ 第１排出流路
１７ 第２排出流路
１８ 吸引ポンプ
２１ 第１開始遮断弁
２２ 第１測定用タンク
２３ 第１圧力計
２４ 第１温度計
２５ レギュレータ
２６ 第１マニホールド
３１ 第２開始遮断弁
３２ 第２測定用タンク
３３ 第２圧力計
３４ 第２温度計
３５ 操作遮断弁
３６ 第２マニホールド
１００ ガス流量監視システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置におけるプロセスガス等のガス供給システムに使用する流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を監視するガス流量監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス中の成膜装置や乾式エッチング装置等においては、例えばシラン等の特殊ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び水素ガスやホスフィン等の可燃性ガス等を使用する。これらのガス流量は、プロセスの良否に直接影響するので、その流量を厳格に管理しなければならない。特に、近年の半導体基板の積層化、微細化に伴い、プロセスガス供給系における信頼性向上の要求が、従来以上に高まっている。
そこで、例えば、特許文献１に半導体製造プロセスにおける供給ガスの流量制御技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術は、プロセスチャンバへ排出するガス流量を正確に算出するため、マスフローコントローラの下流側に圧力計と最終遮断弁とを備え、最終遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力上昇を所定の時間間隔でサンプリングしてから、サンプリングデータの内、相関係数の高い範囲で圧力傾斜角を求めてマスフローコントローラの流量を算出する技術である。なお、特許文献１には、マスフローコントローラの上流側に遮断弁と圧力計とを備え、遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力降下を所定の時間間隔でサンプリングしてから、サンプリングデータの内、相関係数の高い範囲で圧力傾斜角を求める技術も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４６００号公報
【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、特許文献１に記載された技術には、次のような問題があった。
特許文献１の技術では、マスフローコントローラの上流側又は下流側の遮断弁を閉じた後に圧力計の圧力降下又は圧力上昇を測定するため、流量検定時には必然的にプロセスチャンバへ排出するガス流量が停止されることになる。 しかし、特許文献１の技術では、流量検定の度に、プロセスチャンバへ排出するガス流量が停止されることになるので、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率が低下するという問題があった。
また、プロセスガスの内、特に成膜用材料ガスは、その特性上ガスライン内でも固形物を析出する可能性があり、マスフローコントローラ内の細管部分に固形物が析出すれば、マスフローコントローラからプロセスチャンバへ排出するガス流量が徐々に変化する。プロセスチャンバへ排出するガス流量が変化すれば、半導体ウェハの歩留率が低下するので、ガス流量の変化を常時監視できるシステムが必要であった。
しかし、特許文献１の技術では、流量検定時にはプロセスチャンバへ排出するガス流量を停止することを前提としているので、システム稼働中にガス流量の変化を常時監視することができないという問題があった。
さらに、マスフローコントローラの上流側に設置する圧力計は、プロセスガス源から供給されるガス圧を計測する必要があるが、プロセスガス源から供給されるガス圧は、通常、０．５ＭＰａ程度と高いので、圧力センサに高精度なものを使用することができない。そのため、流量検定時にズレ量が発生した時、圧力センサの誤差なのか、マスフローコントローラ自体のズレ量なのかを判断することが困難であった。
しかし、特許文献１の技術では、マスフローコントローラの流量検定をすることができても、流量検定ユニット自体の診断をすることができないので、より信頼性の高い流量検定ができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のガス流量監視システムは、次のような構成を有している。
（１）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に前記第２流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
（２）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に前記第１流量監視ユニットと前記第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、前記第１流量監視ユニットの検定ズレ量を前記第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
次に、本発明に係るガス流量監視システムの作用及び効果について説明する。
（１）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とするので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が確認された時には、より高精度な再検定を行うことにより、システム全体の信頼性を高めることができる。
【００１０】
具体的には、第１流量監視ユニットは、複数のプロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニットを備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視して、その異常を素早く発見できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニットは、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備えるので、流量制御機器から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路には吸引ポンプを設けているので、第２流量監視ユニットにおいては、真空状態に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００１１】
また、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニットによって流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部を有するので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が確認された時には、より高精度な再検定を行い、第１流量監視ユニットの誤差なのか、流量制御機器自体の異常なのかを判定することができる。
したがって、第１流量監視ユニットの流量精度を第２流量監視ユニットによって補完することで、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、ガス供給システムを停止することになる第２流量監視ユニットによる流量検定の回数を必要最小限に減らして、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
よって、（１）の発明によれば、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【００１２】
（２）プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニットと第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニットの検定ズレ量を第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とするので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、所定回数だけ流量検定した時には、流量監視ユニット自体の自己診断を行うことにより、システム全体の信頼性を高めることができる。
【００１３】
具体的には、第１流量監視ユニットは、複数のプロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニットを備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニットは、プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備えるので、流量制御機器から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路には吸引ポンプを設けているので、第２流量監視ユニットにおいては、真空に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００１４】
また、第１流量監視ユニットによって流量制御機器の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニットと第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニットの検定ズレ量を第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部を有するので、流量制御機器の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニットの検定量を高精度な第２流量監視ユニットで校正することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、第２流量監視ユニットによる流量検定を必要最小限に減らして、半導体製造装置におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
よって、（２）の発明によれば、流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るガス流量監視システムの実施形態を構成するガス回路を含む全体図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成するガス回路図であり、（ｂ）は、ガス流量検定時における圧力線図である。
【図３】本実施形態における第１流量監視ユニットを用いて流量制御機器（ＭＦＣ）の流量精度を常時監視するときの圧力線図である。
【図４】本実施形態における第１流量監視ユニットを構成する部品の断面図である。
【図５】（ａ）は、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成するガス回路図であり、（ｂ）は、ガス流量検定時における圧力線図である。
【図６】本実施形態における第２流量監視ユニットを構成する部品の断面図である。
【図７】本実施形態のガス流量監視システムにおける第１の制御フロー図である。
【図８】本実施形態のガス流量監視システムにおける第２の制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係るガス流量監視システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、はじめにシステムの全体構成と第１流量監視ユニット及び第２流量監視ユニットを説明した上で、その制御フロー及び作用効果について説明する。
【００１７】
＜ガス流量監視システムの全体構成＞
はじめに、本発明に係るガス流量監視システムの全体構成について説明する。図１に、本発明に係るガス流量監視システムの実施形態を構成するガス回路を含む全体図を示す。
図１に示すように、ガス流量監視システム１００は、第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３と制御コントローラ４とを有し、プロセスガスライン１に配設されている。
プロセスガスライン１は、複数設けられ、各ガスライン１１Ａ〜１１Ｄはそれぞれのプロセスガス供給源からのガスＡ〜Ｄを第１ライン遮断弁１２Ａ〜１２Ｄと流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄと第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄとを経由してから所定のプロセスチャンバ５に供給するガスラインである。プロセスガスＡ〜Ｄには、例えば、シラン等の特殊ガスや、塩素ガス等の腐食性ガス、及び水素ガスやホスフィン等の可燃性ガス等が使用される。供給されるプロセスガスのガス圧は、０．４〜０．５ＭＰａ程度である。
【００１８】
図１に示すように、プロセスガスライン１の内、選択した任意のプロセスガスライン１１Ｂ、１１Ｄには、第1ライン遮断弁１２Ｂ、１２Ｄの上流側流路に第１流量監視ユニット２Ｂ、２Ｄを備えている。第１流量監視ユニット２を備えるプロセスガスライン１を任意に選定する理由は、重要なプロセスガスライン１を選定して、その流量を常時監視できるようにするためである。例えば、流量制御機器内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインには、第１流量監視ユニット２を備えることによって、流量の変化を常に監視して、流量異常を素早くまた確実に検定することができるからである。
第１流量監視ユニット２は、流量制御機器１０の前側である上流側流路におけるガス圧の圧力降下を測定することで流量制御機器１０の流量監視を行っている。
【００１９】
第1ライン遮断弁１２Ａ〜１２Ｄ及び第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄは、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄに流れるプロセスガスを供給又は停止するエアオペレイトバルブである。流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄは、例えば、マスフローコントローラであって、マスフローメータとコントロールバルブを組み合わせてフィードバック制御を行い、流量制御を可能にしたものである。したがって、所定の値に設定したガス流量を、安定して排出することができる。
【００２０】
第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄの下流側流路１４は、プロセスチャンバ５の上流側で合流後流路１５によって合流している。合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７には、第２流量監視ユニット３を備えている。排出流路は、第２流量監視ユニット３の上流側に設けた第１排出流路１６と、第２流量監視ユニット３の下流側に設けた第２排出流路１７とからなる。ガス流量検定時には、ガスが第１排出流路１６から第２流量監視ユニット３に供給され、第２排出流路１７から排出口（Ｖｅｎｔ）に排出される。第２流量監視ユニット３は、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄから第１排出流路１６を経由して供給されるガス圧を高精度に計測することができる。これは、流量制御機器１０Ａ〜１０Ｄから排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、第２排出流路１７には吸引ポンプ１８を設けているので、第２流量監視ユニット３においては、真空状態に近い低圧となり高精度の隔膜式圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００２１】
図１に示すように、ガス流量監視システム１００は、第１流量監視ユニット２及び第２流量監視ユニット３、並びに流量制御機器１０と電気的に接続された制御コントローラ４を備えている。制御コントローラ４は、ガス流量監視ユニット１００における制御部であり、例えば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常の有無を再検定するよう指令したり、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニット２の検定ズレ量を第２流量監視ユニット３の流量検定結果に基づいて補正するよう指令する。また、制御コントローラ４は、例えば、第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常が有ると判定され、流量制御機器１０のズレ量を補正できる場合には、制御コントローラ４からの指令により流量制御機器１０の設定値を補正することができる。なお、制御コントローラ４の制御方法については、後述する制御フローにて詳述する。
また、制御コントローラ４は、半導体製造装置６と電気的に接続されている。そのため、例えば、半導体製造装置６は、第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常が有ると判定された制御コントローラ４からの電気信号を受けて、自働的に稼働を停止する等の措置を採ることもできる。
この場合、制御コントローラ４は、シリアル通信又はアナログ通信のどちらにも対応できる。
【００２２】
＜第１流量監視ユニット＞
次に、第１流量監視ユニットの回路構成について説明する。図２（ａ）に、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成するガス回路図を示し、（ｂ）に、ガス流量検定時における圧力線図を示す。図３に、本実施形態における第１流量監視ユニットを用いて流量制御機器（ＭＦＣ）の流量精度を常時監視するときの圧力線図を示す。図４に、本実施形態における第１流量監視ユニットを構成する部品の断面図を示す。
図２（ａ）に示すように、第１流量監視ユニット２は、プロセスガスライン１における第1ライン遮断弁１２の上流側流路に配設されている。第１流量監視ユニット２は、ガス供給源側から順に、第１開始遮断弁２１と第１測定用タンク２２と第１圧力計２３と第１温度計２４とレギュレータ２５とを備えている。
【００２３】
第１開始遮断弁２１は、ガス供給源からのガスを下流側に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。第１測定用タンク２２は、ガスを一定量貯留する容器である。第１測定用タンク２２の容積は、流量制御機器１０の流量によって最適な容積を選定するが、例えば、５０〜６０ｃｃ程度である。ガス流量検定時には、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスが流出してガス圧が降下する。第１圧力計２３は、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスの圧力降下を計測する圧力計である。第１圧力計２３は、高圧のガスに対応し得るように、例えば、ひずみゲージ式圧力計を用いている。第１温度計２４は、第１測定用タンク２２の容器内のガス温度を計測する温度計である。レギュレータ２５は、流量制御機器１０に供給するガスのガス圧を一定に維持するための制御弁である。例えば、レギュレータ２５の設定圧は、０．２ＭＰａ程度である。
【００２４】
次に、第１流量監視ユニットの流量監視方法について説明する。はじめに、１回の流量検定方法を説明する。
図２（ｂ）に示すように、第１開始遮断弁２１を弁閉するとガス供給源からのガスが停止されるので、第１測定用タンク２２の容器内に貯留したガスが流出してガス圧が降下する。ガス圧の単位時間当たりの圧力降下率が略一定に安定した段階（測定開始点Ｐ１）で、第１圧力計２３がガス圧を計測する。その後、一定時間が経過した時点（測定終了点Ｐ２）で、第１圧力計２３が、再度ガス圧を計測する。測定開始点Ｐ１のガス圧と、測定終了点Ｐ２のガス圧との差である圧力降下量ΔＰと、測定開始点Ｐ１から測定終了点Ｐ２までの時間Δｔとを求める。ΔＰ／Δｔは、ガス流量に比例するので、比例係数を乗算して、流量制御機器１０からプロセスチャンバ５に供給されるガス流量を算出する。算出したガス流量と、流量制御機器１０で設定されたガス流量とを比較して、差異が所定の基準値の範囲内であれば流量は正常となる。一方、差異が所定の基準値の範囲外であれば流量は異常となる。
【００２５】
次に、上述した第１流量監視ユニット２を用いて流量制御機器１０の流量精度を常時監視する方法を説明する。
半導体製造装置６の稼働中に、制御コントローラ４からの指令により第１開始遮断弁２１を所定の時間間隔で連続的に開閉すると、図３に示すように、ガス供給圧力は上昇下降を繰り返す。第１流量監視ユニット２は、供給圧力の降下毎に圧力降下量とその時間から流量を検定する。検定結果は、制御コントローラ４から、監視出力として半導体製造装置６に伝達される。
ガス供給圧力が上昇下降を繰り返す時間間隔は、任意に設定できるが、例えば、数秒から数十秒程度である。また、ガス供給圧力が上昇下降を繰り返すときの圧力下限値は、流量制御機器１０の上流側圧力となるレギュレータ２５の設定圧力以上である。レギュレータ２５の入力側圧力がレギュレータ２５の設定圧力以上であれば、レギュレータ２５の出力側圧力は変動することなくガス流量を流量制御機器１０に供給できるからである。その結果、流量制御機器１０の出力側流量も一定に維持できる。
これによって、半導体製造装置６のガス供給系を維持しつつ、第１流量監視ユニット２を用いて流量制御機器１０の流量精度を常時監視することができる。
【００２６】
次に、上述した第１流量監視ユニット２の部品構成を説明する。
図４に示すように、図面左から順に、第１開始遮断弁２１と、第１圧力計２３と、第１温度計２４と、レギュレータ２５とが、第１マニホールド２６の上端に載置されている。第１マニホールド２６は、略矩形状をなして内部に第１測定用タンク２２が穿設されている。第１測定用タンク２２は、矩形断面に形成されている。矩形断面上端の内壁には、第１開始遮断弁２１の二次側流路２１２に連通する流路２６２と、第１圧力計２３に連通する流路２６３、２６４と、レギュレータ２５の一次側流路２５３に連通する流路２６５とが、それぞれ別々に離間して面直に穿設されている。第１圧力計２３とレギュレータ２５との間にあって、第１測定用タンク２２の矩形断面上端の内壁から、第１温度計２４のセンサ部２４１が、下方に突出している。第１マニホールド２６の下端には、第１測定用タンク２２を封止する板状の蓋部材２２１が固着されている。第１マニホールド２６の図面左端には、下端に設けた入力ポート２６７と第１開始遮断弁２１の一次側流路２１１とを連通する流路２６１が形成されている。マニホールド２６の図面右端には、下端に設けた出力ポート２６８とレギュレータ２５の二次側流路２５９とを連通する流路２６６が形成されている。
【００２７】
第１開始遮断弁２１は、駆動部２１３と本体部２１４とを備え、エアー操作による駆動部がダイアフラム２１５を上下させて、ガスを供給、停止する。
第１圧力計２３は、図示しないセンサ部に連通する流路２６３、２６４から、直接に測定用タンク２２内のガス圧を計測している。
第１温度計２４は、第１測定用タンク２２内のガス温度を測定する。センサ部２４１が、第１測定用タンク２２の矩形断面上端の内壁から下方に突出しているので、第１測定用タンク２２内のガス温度を、より正確に測定することができる。ガス温度を測定することによって、ガス流量検定時のガスの温度変化を確認し、流量の算出に反映させることができる。
レギュレータ２５は、調整機構部２５１とボディ部２５０とを備え、レギュレータ２５の設定圧力は、調整機構部２５１の図示しない調整機構によって調整される。調整機構は、図示しない調整スプリングの付勢力を調整してダイアフラム２５４を上下させる。ダイアフラム２５４は、圧力制御室２５５の上端に覆設されている。圧力制御室２５５には、下方からポペット弁体２５６の突出部が突出して、ダイアフラム２５４と当接、離間している。ポペット弁体２５６は、一次側流路２５３と連通する弁室２５８に収容され、圧縮スプリング２５７によって上方に付勢されている。圧力制御室２５５の下端には、二次側流路２５９と連通する帰還流路２５２が穿設されている。したがって、圧力制御室２５５には、帰還流路２５２を経由してレギュレータ２５の二次側圧力をフィードバックしている。
【００２８】
＜第２流量監視ユニット＞
次に、第２流量監視ユニットの回路構成について説明する。図５（ａ）に、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成するガス回路図を示し、（ｂ）に、ガス流量検定時における圧力線図を示す。図６に、本実施形態における第２流量監視ユニットを構成する部品の断面図を示す。
図１に示すように、第２流量監視ユニット３は、プロセスガスライン１における第２ライン遮断弁１３の下流側流路１４が合流した合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７に配設されている。そして、図５（ａ）に示すように、第２流量監視ユニット２は、流量制御機器１０側から順に、第２開始遮断弁３１と第２測定用タンク３２と第２圧力計３３と第２温度計３４と操作遮断弁３５とを備えている。
【００２９】
第２開始遮断弁３１は、流量制御機器１０からのガスを第２測定用タンク３２に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。第２測定用タンク３２は、ガスを一定量貯留する容器である。第２測定用タンク３２の容積及び流量制御機器１０の２次側から第２開始遮断弁３１の１次側までの流路容積は、流量制御機器１０の流量によって最適な容積を選定するが、例えば、第２測定用タンク３２の容積は１０ｃｃ程度、流量制御機器１０の２次側から第２開始遮断弁３１の１次側までの流路容積は、８０〜１２０ｃｃ程度である。第２圧力計３３は、第２測定用タンク３２の容器内に貯留したガスの圧力上昇を計測する圧力計である。第２圧力計３３は、真空状態のガスに対応し得るように、例えば、隔膜式の真空圧力計を用いている。第２温度計３４は、第２測定用タンク３２の容器内のガス温度を計測する温度計である。操作遮断弁３５は、第２測定用タンク３２に貯留されたガスを吸引ポンプ１７に供給又は停止するエアオペレイトバルブである。
【００３０】
次に、第２流量監視ユニット３の流量検定方法について説明する。
図５（ｂ）に示すように、ガス流量検定前には、第２ライン遮断弁１３Ａ〜１３Ｄを弁閉するとともに第２開始遮断弁３１及び操作遮断弁３５を弁開して、第２測定用タンク３２等に貯留したガスを、吸引ポンプ１８で吸引することによって排出する。第２測定用タンク３２等に貯留したガスは排出されるので、ガス圧は低下して略真空状態になる。
その後、流量検定の対象となるプロセスガスラインにおける第２ライン遮断弁１３を弁開する。この時、他のプロセスガスラインにおける第２ライン遮断弁１３は、弁閉したままである。ガス流量が安定したら、操作遮断弁３５を弁閉する。そうすると、流量検定の対象となるプロセスガスラインの流量制御機器１０から供給されるガスが、第２測定用タンク３２等に貯留する。第２測定用タンク３２等では、貯留したガスが増加してガス圧が上昇する。
ガス圧の単位時間当たりの圧力上昇率が略一定に安定した段階（測定開始点Ｐ１）で、第２圧力計３３がガス圧を計測する。その後、一定時間が経過した時点（測定終了点Ｐ２）で、第２圧力計３３が、再度ガス圧を計測する。測定開始点Ｐ１のガス圧と、測定終了点Ｐ２のガス圧との差である圧力上昇量ΔＰと、測定開始点Ｐ１から測定終了点Ｐ２までの時間Δｔとを求める。ΔＰ／Δｔは、ガス流量に比例するので、比例係数を乗算して、流量制御機器１０から排出されるガス流量を算出する。
算出したガス流量と、流量制御機器１０で設定されたガス流量とを比較して、差異が所定の基準値の範囲内であれば流量は正常となる。一方、差異が所定の基準値の範囲外であれば流量は異常となる。この場合、第２流量監視ユニット３は、圧力計に隔膜式の真空圧力計を用い、真空圧力計ではダイヤフラム径が大きいこと等の理由から、ひずみゲージ式圧力計を用いる第１流量監視ユニット２より高精度の流量検定ができる。
【００３１】
次に、上述した第２流量監視ユニット３の部品構成を説明する。
図６に示すように、図面左から順に、第２開始遮断弁３１と、第２圧力計３３と、操作遮断弁３５とが、第２マニホールド３６の上端に載置されている。なお、第２マニホールド３６は、３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃに分かれている。図面左右の矩形状ブロック３６Ａ、３６Ｃの上端には、左右のＶ字状流路３６１、３６３が穿設され、図面中央の矩形状ブロック３６Ｂの上端には、半円状流路３６２が穿設されている。
【００３２】
また、第２圧力計の筒状部３３２下端には、略矩形状をなして内部に第２測定用タンク３２が穿設されている台座ブロック３３３が配設され、第２圧力計３３の真空チャンバ３３１と第２測定用タンク３２とが連通されている。第２測定用タンク３２は、下方に膨出した湾曲断面に形成されている。湾曲断面の内壁には、台座ブロック３３３の下端に連通し、図面左側に傾斜する左傾斜流路３２１と図面右側に傾斜する右傾斜流路３２３と両者の中間に垂下する垂直流路３２２とが形成されている。
台座ブロック３３３の下端は、３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃの上端に当接して、左傾斜流路３２１は左Ｖ字状流路３６１と連通し、右傾斜流路３２３は右Ｖ字状流路３６１と連通している。台座ブロック３３３及び３個の矩形状ブロック３６Ａ〜３６Ｃの形成された各流路の容積は、流量検定時の測定用タンク容積に含まれるので、流量検定の精度を向上させるよう流路径や流路長を設定することができる。
【００３３】
第２開始遮断弁３１は、駆動部３１１と本体部３１２からなり、本体部３１２には、一次側流路３１３と二次側流路３１５が形成されている。一次側流路３１３には、第１排出流路１６の下流側に連通する入力ポート３１４が形成されて、ガスが供給される。二次側流路３１５は、左Ｖ字状流路３６１と連通している。
操作遮断弁３５は、駆動部３５１と本体部３５２からなり、本体部３５２には一次側流路３５３と二次側流路３５４が形成されている。一次側流路３５３は、右Ｖ字状流路３６３と連通している。二次側流路３５４には、第２排出流路１７の上流側に連通する出力ポート３５５が形成されて、ガスが排出される。
なお、第２温度計３４は、図示しないが、第２圧力計３３内の真空チャンバ内のガス温度を測定するように、第２圧力計３３に付設されている。第２圧力計３３内のガス温度を、より正確に測定することによって、ガス流量検定時のガスの温度変化を確認し、流量の算出に反映させることができる。
【００３４】
＜ガス流量監視システムの制御フロー＞
次に、本実施形態におけるガス流量監視システム１００の制御フローについて説明する。図７に、本実施形態における第１の制御フロー図を示し、図８に、本実施形態における第２の制御フロー図を示す。
まず、本実施形態のガス流量監視システム１００における制御フローの基本的な考え方を説明する。本制御フローは、第１の制御フロー（図７参照）と第２の制御フロー（図８参照）とから構成されている。
第１の制御フローは、半導体製造装置６の稼働中に行い、常時監視を前提として流量制御機器１０の流量異常を確実に発見し、素早く正常に戻す制御である。この制御には、２種類の流量監視ユニット（第１流量監視ユニット２、第２流量監視ユニット３）が必要である。そして、第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを、流量制御機器１０の上流側と下流側に配設して制御コントローラ４にて使い分ける制御を行う。第１流量監視ユニット２は、流量制御機器１０の上流側でプロセスガスを流しながら、常に流量異常がないかを監視する。
しかし、第１流量監視ユニット２は、前述したように流量検定の信頼性が低いので、複数回流量異常と認めたときに、流量異常が本当に生じている可能性が高いと判断して、より流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて、再度流量検定を行う。第２流量監視ユニット３を用いた再検定時には、半導体製造装置６の稼働を停止することになるので、第２流量監視ユニット３は流量異常の可能性の高い時に限定している。
このように、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、第１流量監視ユニット２の常時監視において流量異常が複数回確認された時には、より高精度の第２流量監視ユニット３によって再検定を行うことにより、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００３５】
第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２が流量制御機器１０の上流側でプロセスガスを流しながら、常に流量異常がないか監視する点までは、第１の制御フローと同じである。
第１の制御フローは、第１流量監視ユニット２が発見した流量制御機器１０の流量異常を、より高精度の第２流量監視ユニット３によって確実かつ素早く正常に戻す制御であるのに対して、第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２をより高精度の第２流量監視ユニット３によって定期的に自己診断する制御である点が異なる。つまり、流量検定の信頼性が低い第１流量監視ユニット２を流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて点検し、第１流量監視ユニット２のズレ量補正を行うことによって、第１流量監視ユニット２の流量検定の信頼性を、より向上させる自己診断機能を有する制御である。
このように、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニット２の検定量を高精度な第２流量監視ユニットで校正（自己診断）することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００３６】
次に、第１の制御フローについて詳細に説明する。制御フローは図７を参照しながら、また、ガス回路図は図１、図２（ａ）図５（ａ）を参照しながら、具体的に説明する。
はじめに、Ｓ１において流量制御機器１０の流量制御が開始される。そして、Ｓ２において第１流量監視ユニット２による流量制御機器１０の流量常時監視を行う。具体的には、制御コントローラ４からの指令により、第１流量監視ユニット２の第１開始遮断弁２１が、弁閉、弁開を所定の時間間隔で繰り返し、第１圧力計２３が圧力降下量を計測しながら流量検定を連続的に行う。
Ｓ３において第１流量監視ユニット２の検定回数がＮ回に到達したか否かを判定し、到達していなければ、Ｓ４において流量異常の有無を確認する。ここで、Ｎ回は、過去の点検実績等に基づいて任意に設定すればよいが、例えば、１０００回程度に設定する。なお、検定回数がＮ回に到達したときは、第２の制御フローである定期点検の制御に移行する（Ａ）。
Ｓ４において流量異常が有りと認定したときは、Ｓ５において流量異常の累積回数に加算して累積回数がＫ回に到達したと認定したときは、Ｓ６において流量制御機器１０の点検へ移行する。ここで、流量異常の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±５％程度に設定する。また、Ｋ回は、任意に設定すればよいが、例えば、３回程度に設定する。
【００３７】
Ｓ７において第２流量監視ユニット３による流量制御機器１０の流量検定を開始する。具体的には、制御コントローラ４からの指令により、第２流量監視ユニット３の操作遮断弁３５を弁開して吸引ポンプ１８で第２測定用タンク内のガス圧を真空状態にした後、操作遮断弁３５を弁閉するとともに、第２開始遮断弁３１を弁開して第２測定用タンク内のガス圧の圧力上昇量を測定して流量検定する。第２流量監視ユニット３は、前述したように高精度の流量検定が可能であるので、Ｓ８において流量異常と認定したときは、Ｓ９において流量制御機器１０のズレ量補正が可能か否かを確認する。ここで、流量異常の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±１％程度に設定する。流量制御機器１０のズレ量補正が可能ならば、Ｓ１０において流量制御機器１０のズレ量を補正し、Ｓ１１においてプロセスを開始する。なお、Ｓ９において流量制御機器１０のズレ量補正が不可能と認定したときには、Ｓ１２において流量制御機器１０を交換する点検に移行する。結局、流量制御機器１０の流量異常の最終的な認定、ズレ量の補正、機器交換については、流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３の検定結果に基づいている。
このように、第１の制御フローは、流量制御機器１０の流量異常の最終判断及び措置を信頼性の高い第２流量監視ユニット３の検定結果に基づくこととして、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を実現しつつ、必要以上の稼働率低下を防止している。
【００３８】
次に、第２の制御フローについて詳細に説明する。制御フローは図８を参照しながら、また、ガス回路図は図１、図２（ａ）図５（ａ）を参照しながら、具体的に説明する。
Ｓ３において検定回数がＮ回に到達したときは、Ｓ２０において第２の制御フローである第１流量監視ユニット２の定期点検の制御に移行する。この場合、半導体製造装置６の稼働は停止される。Ｓ２１において第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に用いて流量検定を行う。具体的には、第１圧力計２３の圧力降下量と第２圧力計の圧力上昇量を同時に計測して流量検定を行う。Ｓ２２において両者が検定した流量のズレ量がＸ％以上でないと認定したときは、Ｓ２５において第１流量監視ユニット２のズレ量を補正し、Ｓ２８においてプロセスを開始する。この場合、第２流量監視ユニット３によって算定した流量を正として、第１流量監視ユニット２によって算定する流量が第２流量監視ユニット３の算定値に合致するよう零点又は係数を修正する。なお、第１の制御フローでは、第１流量監視ユニット２は第２流量監視ユニット３の流量検定によって補正された流量で監視しているが、第２制御フローでは、その補正無しの値を基準に補正値を決定する。
【００３９】
一方、Ｓ２２において両者が検定した流量のズレ量がＸ％以上であると認定したときは、Ｓ２３において他の第１流量監視ユニット２Ａと第２流量監視ユニット３とを同時に用いて、もう一度流量検定を行う。Ｓ２４においても両者が検定した流量のズレ量がＹ％以上であると認定したときは、Ｓ２６において第２流量監視ユニット３が故障している疑いが有ると認定して、第２流量監視ユニット３の点検・修理を行う。Ｓ２４において両者が検定した流量のズレ量がＹ％以上でないと認定したときは、Ｓ２７において第１流量監視ユニット２の故障と認定して点検・修理を行う。なお、Ｘ％及びＹ％の判定値は、任意に設定できるが、例えば、±１％程度に設定する。
このように、第２の制御フローは、第１流量監視ユニット２を、より信頼性の高い第２流量監視ユニット３によって定期的に自己診断することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を実現しつつ、必要以上の稼働率低下を防止している。
【００４０】
＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態のガス流量監視システム１００によれば、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、必要な場合には、再検定又は流量監視ユニット自体の自己診断を含む、より信頼性の高い流量検定を行うガス流量監視システムを提供することができる。
【００４１】
具体的には、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２は、複数のプロセスガスライン１の内、選択した任意のプロセスガスライン１１Ｂ、１１Ｄに備えるので、重要なプロセスガスラインを選定して、流量の常時監視ができる。そのため、例えば、流量制御機器１０内の細管部分に固形物が析出しやすい成膜用材料ガスを使用するガスラインに第１流量監視ユニット２を備えることによって、流量異常が生じやすいプロセスガスラインの流量精度を常時監視して、その異常を素早く発見できる。その結果、半導体ウェハの歩留率の向上を効果的に実現できる。
また、第２流量監視ユニット３は、第２ライン遮断弁１３の下流側流路１４がプロセスチャンバ５の上流側で合流し、合流後流路１５から分岐する排出流路１６、１７に備えるので、流量制御機器１０から排出されるガス圧を高精度に計測することができる。ガス圧を高精度に計測することができるのは、流量制御機器１０から排出されるガス圧は、プロセスガス供給源からの高いガス圧に比べて低く、通常、排出流路１６、１７には吸引ポンプ１８を設けているので、第２流量監視ユニット３においては、真空に近い低圧となり高精度の隔膜式の真空圧力計を用いることができること等の理由からである。
【００４２】
また、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が複数回流量異常と検知した時に第２流量監視ユニット３によって流量制御機器１０の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御コントローラ４を有するので、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視において流量異常が複数回確認された時には、より高精度な再検定を行い、第１流量監視ユニット２の誤差なのか、流量制御機器１０自体の異常なのかを判定することができる。
したがって、第１流量監視ユニット２の流量精度を第２流量監視ユニット３によって補完することで、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。また、ガス供給システムを停止することになる第２流量監視ユニット３による流量検定の回数を必要最小限に減らして、半導体製造装置６におけるガス供給システムの稼働率向上にも寄与できる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、第１流量監視ユニット２によって流量制御機器１０の流量を常時監視するとともに、第１流量監視ユニット２が所定回数だけ流量検定した時に第１流量監視ユニット２と第２流量監視ユニット３とを同時に流量検定することによって、第１流量監視ユニット２の検定ズレ量を第２流量監視ユニット３の流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御コントローラ４を有するので、流量制御機器１０の流量精度を常時監視しつつ、常時監視する第１流量監視ユニット２の検定量を高精度な第２流量監視ユニット３で校正（自己診断）することによって、システム全体として、より信頼性の高い流量監視を行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
上述した実施形態では、第１の制御フローにおいて、第１流量監視ユニット２が、流量検定の信頼性が低いので、複数回流量異常と認めたときに、流量異常が本当に生じている可能性が高いと判断して、より流量検定の信頼性が高い第２流量監視ユニット３を用いて流量検定を行い、流量制御機器１０のズレ量を補正している。このとき、流量制御機器１０のズレ量（補正前の値）の履歴を記憶しておくことによって、流量制御機器１０のズレ量の傾向監視をすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、例えば半導体製造装置におけるプロセスガス等のガス供給システムに使用する流量制御機器（マスフローコントローラ等）の流量を検定するガス流量監視システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１Ａ〜１１Ｄ プロセスガスライン
２、２Ｂ、２Ｄ 第１流量監視ユニット
３ 第２流量監視ユニット
４ 制御コントローラ、制御部
５ プロセスチャンバ
６ 半導体製造装置
１０、１０Ａ〜１０Ｄ 流量制御機器
１２、１２Ａ〜１２Ｄ 第１ライン遮断弁
１３、１３Ａ〜１３Ｄ 第２ライン遮断弁
１４ 下流側流路
１５ 合流後流路
１６ 第１排出流路
１７ 第２排出流路
１８ 吸引ポンプ
２１ 第１開始遮断弁
２２ 第１測定用タンク
２３ 第１圧力計
２４ 第１温度計
２５ レギュレータ
２６ 第１マニホールド
３１ 第２開始遮断弁
３２ 第２測定用タンク
３３ 第２圧力計
３４ 第２温度計
３５ 操作遮断弁
３６ 第２マニホールド
１００ ガス流量監視システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に前記第２流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とするガス流量監視システム。
【請求項２】
プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に前記第１流量監視ユニットと前記第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、前記第１流量監視ユニットの検定ズレ量を前記第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とするガス流量監視システム。
【請求項１】
プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが複数回流量異常と検知した時に前記第２流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量異常の有無を再検定するよう指令する制御部とを有することを特徴とするガス流量監視システム。
【請求項２】
プロセスガス供給源からのガスを流量制御機器を経由してから所定のプロセスチャンバに供給する複数のプロセスガスラインに配設し、前記流量制御機器の前後におけるガス圧の下降又は上昇を測定することで前記流量制御機器の流量監視を行うガス流量監視システムにおいて、
前記プロセスガスラインの内、選択した任意のプロセスガスラインの前記流量制御機器の上流側流路に備える第１流量監視ユニットと、
前記プロセスチャンバの上流側流路から分岐する排出流路に備える第２流量監視ユニットと、
前記第１流量監視ユニットによって前記流量制御機器の流量を常時監視するとともに、前記第１流量監視ユニットが所定回数だけ流量検定した時に前記第１流量監視ユニットと前記第２流量監視ユニットとを同時に流量検定することによって、前記第１流量監視ユニットの検定ズレ量を前記第２流量監視ユニットの流量検定結果に基づいて補正するよう指令する制御部とを有することを特徴とするガス流量監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８４８５７（Ｐ２０１３−８４８５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５１８０（Ｐ２０１１−２２５１８０）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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