(57)【要約】  質量流量制御装置である第１装置と、第１装置の外部に配設された装置である第２装置を構成する少なくとも１つの検出手段である外部センサと、第１装置及び第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられた少なくとも１つの制御部とを有し、流路を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムにおいて、少なくとも外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流量制御弁の開度を制御することができるように制御部を構成する。これにより、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を別個の制御装置等を追加すること無く達成する。
2019065611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる流路と、
前記流路に介装され且つ制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁を備える質量流量制御装置である第１装置と、
前記第１装置の外部に配設された装置である第２装置と、
前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられた少なくとも１つの制御部と、
を有し、
前記第２装置は、少なくとも１つの検出手段である外部センサを含んでなり、
前記流路を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムであって、
前記制御部は、少なくとも前記外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて前記制御信号の性状を特定することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサから前記制御部へ前記外部信号を伝達するように構成された通信手段を有する、
質量流量制御システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは流量センサである、
質量流量制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、
前記第１装置は、前記外部センサとは別個の流量センサである内部センサを備え、
前記制御部は、前記内部センサから出力される検出信号である内部信号と前記外部信号との差の大きさに基づいて前記制御信号の性状を特定することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、
前記第１装置は、前記外部センサとは別個の流量センサである内部センサを備え、
前記制御部は、前記内部センサ及び前記外部センサのうちの何れか一方のセンサである第１センサを基準として前記内部センサ及び前記外部センサのうちの前記第１センサではないセンサである第２センサの流量較正を実行することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載された質量流量制御システムであって、
前記制御部は、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第１流量と前記第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記第２センサから出力される検出信号から前記流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整するように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項７】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、
前記第１装置は、前記外部センサとは別個の流量センサである内部センサを備え、
前記制御部は、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記内部センサから出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である内部流量と前記外部信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、前記内部センサ及び前記外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載された質量流量制御システムであって、
前記流体が流入する流入口及び前記流体が流出する流出口を有し且つ前記流路に介装された密閉容器であるタンクを更に有する、
質量流量制御システム。
【請求項９】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体の圧力を検出するように構成された圧力センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１０】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体の温度を検出するように構成された温度センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１１】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体における特定の成分の濃度を検出するように構成された濃度センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載された質量流量制御システムを含む、半導体製造装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載された質量流量制御システムを含む、気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量制御システム並びに当該システムを含む半導体製造装置及び気化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスにおいては、真空（又は低圧若しくは減圧）状態に保たれたチャンバー内において、例えば薄膜形成及び微細加工等の工程が実行される。このチャンバーには、例えば製造しようとする半導体デバイスの構成等に応じて、種々の半導体材料ガス（以降、単に「材料ガス」と称呼される場合がある。）が導入される。必要な場合には、例えばアルゴン、ヘリウム及び窒素等の不活性ガスと材料ガスとの混合ガス等が用いられる場合もある。【０００３】
図１は、従来技術に係る一般的な半導体製造装置の構造を例示する模式図である。図１に示されている半導体製造装置においては、材料ガス１、材料ガス２、及び材料ガス３を、必要に応じて切り替えて、チャンバー内へ供給することができる。また、それぞれの場合において、各材料ガスの流量は、各材料ガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ−１乃至ＭＦＣ−３）により測定及び制御することができる。【０００４】
また、常温において液相状態又は固体状態にある材料を材料ガスとして使用する場合、「気化器」と称される装置を用いて当該材料を加熱して気化ガスを発生させて、発生した気化ガスを半導体製造装置（の反応炉としてのチャンバー）へと供給することができる。気化器において気化ガスを発生させる手法としては、様々な方式のものが知られている。例えば、プラズマＣＶＤ法において使用される液体材料から気化ガスを発生させる方式としては、所謂「バブリング方式」が従来から広く使用されている。このバブリング方式とは、気化器が備えるタンク（気化タンク）内に貯蔵された液体材料の温度及び気化ガスの圧力を一定に保ちつつ、流量が制御されたキャリアガスを気化タンク内の液面下へと導入し、キャリアガスと気化ガスとの混合ガスを気化タンクの排気口から取り出す方式である（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。【０００５】
図２は、従来技術に係る一般的な気化器の構造を例示する模式図である。気化器は、キャリアガス用質量流量制御装置と、気化タンクと、混合ガス用質量流量計と、によって構成される。キャリアガスの流量Ｑ１はキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）により測定及び制御され、キャリアガスと気化ガス（材料ガス）との混合ガスの流量Ｑ２は混合ガス用質量流量計（ＭＦＭ）によって測定される。気化ガスの流量Ｑｓは、混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことによって求めることができる。【０００６】
以上のように、チャンバーに供給される材料ガス、気化ガス及び不活性ガス等のガス（以降、「プロセスガス」と称呼される場合がある。）の流量は、質量流量制御装置によって制御することができる。質量流量制御装置は、少なくとも、対象となるプロセスガスの流量を測定する流量センサと、プロセスガスの流量を制御する流量制御弁と、流量センサの出力信号に基づいて決定される性状（例えば、電圧又は電流の大きさ等）を有する制御信号を発生する制御回路と、を備える。流量制御弁の開度は制御信号の性状に基づいて制御される。従って、質量流量制御装置は、流量制御弁を用いて、予め設定された目標値にプロセスガスの流量が近付くように、プロセスガスの流量を制御することができる。一方、プロセスガスの流量を測定する質量流量計は、対象となるプロセスガスの流量を測定する流量センサを備える。【０００７】
上記のように、従来技術に係る質量流量制御装置においては、当該装置の内部に流量センサを備え、流量センサの出力信号に基づいて流量制御弁に与える制御信号の性状が決定される。即ち、このような質量流量制御装置においては、流量センサ、流量制御弁及び制御回路の全てが内部に組み込まれており、装置全体として自己完結型の独立した質量流量制御システムが構築されている。従って、例えば装置の故障及び点検等を目的として質量流量制御装置を交換する必要が生じた場合等においては、質量流量制御装置を丸ごと交換することができるので便利である。【０００８】
しかしながら、使用の態様によっては、従来技術に係る自己完結型の独立した質量流量制御システムには以下に列挙するような様々な課題がある。例えば、図１に示した半導体製造装置において、材料ガス１から材料ガス２へとプロセスガスを切り替える場合、先ず材料ガス１の供給を停止し、材料ガス１の流路及びチャンバー内をパージガスによってパージした後に、材料ガス２の供給を開始する。上記パージを迅速に完了するためには、材料ガス１の流路を経由するパージガスの流量をできるだけ大きくすることが望ましい。【０００９】
しかしながら、一般に、半導体製造プロセスにおいて個々の材料ガスに求められる流量は非常に小さい。このため、材料ガス１の流路に介装される質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）の流量レンジ（ＢＩＮサイズ）もまた非常に小さい値となるように設計されている。換言すれば、質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）が備える流量センサの検出可能な流量の最大値（以降、「最大検出値」と称呼される場合がある。）は、パージガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ−０）が備える流量センサの最大検出値に比べて非常に小さい。従って、従来技術に係る質量流量制御システムと同様に自己完結型の独立した流量制御を実行するように質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）が構成されている場合、パージガスの最大流量は質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）の最大検出値を超えることができないため、パージを迅速に完了することは困難である。【００１０】
また、例えば、図２に示した気化器においては、上述したように、混合ガス用質量流量計（ＭＦＭ）によって測定される混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）によって測定されるキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことによって気化ガスの流量Ｑｓを求めることができる。しかしながら、キャリアガスの流量Ｑ１はあくまでもキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）によって測定され、自己完結型の独立した流量制御が行われる。即ち、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づくキャリアガスの流量Ｑ１の制御は行われない。従って、従来技術に係る質量流量制御装置のみによっては、気化器によって供給される気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づく制御を実行することはできない。【００１１】
更に、質量流量制御装置の流量較正においては、較正しようとする質量流量制御装置と較正済みの質量流量計とを流体（ガス）の流路に直列に介装し、両者が備える流量センサによって測定される流量が一致するように質量流量制御装置が調整される。具体的には、質量流量制御装置が備える通信手段を介して、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の別個の制御装置を用いて、例えば質量流量制御装置が備える制御回路のアンプのゲイン等が調整される。このように、質量流量制御装置の流量較正においては別個の流量センサ及び制御装置の追加が必要であるため、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【００１２】
加えて、半導体製造装置のチャンバー及び気化器の気化タンク（以降、これらは単に「タンク」と総称される場合がある。）の内部の圧力を一定に保つことは、半導体製造装置又は気化器における流体の流量をより正確に制御するために重要であることが知られている。このため、タンク内の圧力を測定する圧力センサ及び当該圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等が設けられたり、或いは圧力制御弁等の圧力制御のための機構が設けられたりする場合がある。この場合もまた、半導体製造装置及び気化器の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【００１３】
また、半導体製造プロセスには、所定の降温速度にてタンク内の温度を下げる工程が含まれる場合がある。当該工程は、例えば、所定の流量にてパージガスをタンク内に導入することにより実行することができる。しかしながら、降温速度をより厳密に制御する必要がある場合、タンクに配設された温度センサによって測定されるタンク内の温度が所定の降温速度にて下がるようにパージガスの流量をより正確に制御する必要がある。従来技術に係る質量流量制御装置を使用する半導体製造装置において当該制御を実行する場合もまた、ＰＣ等の別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【００１４】
更に、例えば混合ガスにおける材料ガスの濃度及び気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度等に応じた流量制御が求められる場合もある。この場合もまた、濃度センサによって測定される濃度に応じた制御を実行するための別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置及び気化器の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【００１５】
以上のように、従来技術に係る質量流量制御装置は自己完結型の独立した流量制御を実行するように構成されている。従って、例えば半導体製造装置及び気化器等において質量流量制御装置の外部に配設された検出手段からの検出信号に基づく流量制御を実行するには、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加する必要があり、構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。また、質量流量制御装置の外部において検出信号に基づく演算処理等を実行する必要があるため、例えば応答速度の低下及び誤作動の増大等の問題を招く虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平０８−６４５４１号公報
【特許文献２】特開２０１７−７６８００号公報
【特許文献３】特許第６２６４１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、従来技術に係る質量流量制御装置は自己完結型の独立した流量制御を実行するように構成されている。このため、従来技術に係る質量流量制御装置においては、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力及び／又は温度に基づく流量制御、並びに流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を別個の制御装置等を追加すること無く達成することが困難であった。即ち、当該技術分野においては、別個の制御装置等を追加すること無く、上記諸課題を解決することができる技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、外部の検出手段からの検出信号に基づいて流量制御弁の開度を制御することができるように質量流量制御装置を構成することにより、別個の制御装置等を追加すること無く上記諸課題を解決することができることを見出した。【００１９】
即ち、本発明に係る質量流量制御システム（以降、「本発明システム」と称呼される場合がある。）は、内部に流体が流れる流路と、第１装置と、第２装置と、少なくとも１つの制御部とを有し、前記流路を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムである。第１装置は、前記流路に介装され且つ制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁を備える質量流量制御装置である。第２装置は、前記第１装置の外部に配設された装置であり、少なくとも１つの検出手段である外部センサを含んでなる。制御部は、前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられている。【００２０】
更に、本発明システムにおいて、前記制御部は、少なくとも前記外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて前記制御信号の性状を特定することができるように構成されている。【００２１】
また、本発明に係る半導体製造装置は、上述したような本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。更に、本発明に係る気化器は、上述したような本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。【００２３】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】従来技術に係る気化器の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る質量流量制御システム（第１システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図４】第１システムの１つの変形例の構成の一例を示す模式図である。
【図５】第１システムのもう１つの変形例の構成の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る質量流量制御システム（第３システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る質量流量制御システム（第４システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図８】第４システムを構成する制御部によって実行される流量較正ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５実施形態に係る質量流量制御システム（第５システム）を構成する制御部によって実行される自己診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る質量流量制御システム（第６システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る質量流量制御システム（第７システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る質量流量制御システム（第８システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る質量流量制御システム（第９システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る半導体製造装置（実施例装置１）の構成の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る気化器（実施例装置２）の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図を参照しながら、以下に詳細に説明する。尚、以下に記載される本発明の実施形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の実施形態は以下に記載されたものに限定されない。
【００２６】
《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第１システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００２７】
〈構成〉
例えば、図３に示すように、第１システム１０は、内部に流体が流れる流路１１と、第１装置１と、第２装置２と、少なくとも１つの制御部１２とを有し、流路１１を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムである。
【００２８】
第１装置１は、流路１１に介装され且つ制御信号Ｓｃの性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁（図示せず）を備える質量流量制御装置である。第２装置２は、第１装置１の外部に配設された装置であり、少なくとも１つの検出手段である外部センサ２ｓを含んでなる。尚、図３においては図示されていないが、第１システム１０は、例えばチャンバー及び気化タンク、他の流路との合流部及び分岐部、並びに開閉弁及び流量調整弁等の他の構成要素を、第１装置１と第２装置２との間及び／又は他の領域に更に有していてもよい。
【００２９】
第１システム１０が有する第１装置１においては、流量制御弁がベース１ｂの内部に配設されており、流量センサ（内部センサ）１ｓ、制御回路１ｃ、及び流量制御弁の開度を変更するアクチュエータ１ａが筐体（ハウジング）１ｈの内部に配設されている。一般に、制御回路１ｃは、第１装置１の通常の作動モードにおいては、流量センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいてアクチュエータ１ａを制御して、予め設定された目標値に流体の流量を近付けるように構成されている。
【００３０】
外部センサ２ｓは、第２装置２を構成する複数の構成要素のうちの１つであってもよく、或いは第２装置２を構成する唯一の構成要素であってもよい（即ち、外部センサ２ｓ自体が第２装置２であってもよい）。また、詳しくは後述するように、外部センサ２ｓは、流量センサ、圧力センサ、温度センサ、又は濃度センサの何れであってもよい。具体的には、外部センサ２ｓは、例えば、第１システム１０が有する第１装置１ではない他の質量流量制御装置又は質量流量計が備える流量センサであってもよい。或いは、外部センサ２ｓは、例えば、第１システム１０が有するチャンバー又は気化タンク（図示せず）に配設された圧力センサ、温度センサ、又は濃度センサであってもよい。第２装置２は、第１装置１が備える流量制御弁と同様な流量制御弁（図示せず）を備えていてもよい。
【００３１】
制御部１２は、前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられる。具体的には、第１システム１０が有する制御部１２は、図３に示すように第１装置１が備える制御回路１ｃのみによって構成されていてもよく、図４に示すように第２装置２が備える制御回路２ｃのみによって構成されていてもよく、或いは図５に示すように制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって構成されていてもよい。尚、図５に示した例においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅが先ず制御回路２ｃに送信された後に制御回路１ｃに送信されているが、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによる外部信号Ｓｅの処理順序等については、必ずしもこの限りではない。典型的には、第１システム１０は、外部センサ２ｓから（制御回路１ｃ及び／又は制御回路２ｃを含む）制御部１２へ外部信号２ｓを伝達するように構成された通信手段（図示せず）を有する。
【００３２】
尚、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。以下の説明においては、特に断らない限り、第１システム１０が有する制御部１２が制御回路１ｃのみによって構成されている場合について説明する。
【００３３】
更に、第１システム１０において、制御部１２（制御回路１ｃ）は、少なくとも外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅに基づいて上記制御信号Ｓｃの性状を特定することができるように構成されている。一方、上述したように、流量制御弁は、その開度が制御信号Ｓｃの性状に基づいて制御されるように構成されている。第１システム１０においては、制御部１２としての制御回路１ｃからアクチュエータ１ａへと送信される制御信号Ｓｃの性状に基づいて流量制御弁の開度が制御される。ここで、制御信号Ｓｃの性状としては、例えば、制御信号Ｓｃの電圧又は電流の大きさ等を挙げることができる。
【００３４】
また、上記のように、第１システム１０においては、制御部１２（制御回路１ｃ）は少なくとも外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定する。従って、外部センサ２ｓから出力される検出信号は、第１装置１において内部センサ１ｓから制御回路１ｃ（制御部１２）へと出力される検出信号と同一のプロトコルに従うことが望ましい。しかしながら、これらの信号が従うプロトコルが異なる場合は、外部センサ２ｓから出力される検出信号を、内部センサ１ｓから出力される検出信号が従うプロトコルに従うように変換するように制御回路１ｃ（制御部１２）を構成してもよい。
【００３５】
更に、第１装置１が備える内部センサ１ｓの検出対象となる流体と第２装置２が備える外部センサ２ｓの検出対象となる流体とが異なるコンバージョンファクター（ＣＦ）を有する場合は、これらのＣＦの違いを制御信号Ｓｃの性状に反映させる必要がある。このような処理もまた、第１システム１０が有する制御部１２（制御回路１ｃ）によって実行することができる。
【００３６】
〈効果〉
以上のように、第１システム１０においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、第１システム１０によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【００３７】
《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第２システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００３８】
〈構成〉
第２システムは、上述した第１システム１０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓが流量センサである、質量流量制御システムである。外部センサ２ｓとしての流量センサの構成は、第２システムが有する流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００３９】
また、外部センサ２ｓとしての流量センサによって流量を測定される流体は、第２システムが有する第１装置１よりも上流側を流れる流体であっても、或いは下流側を流れる流体であってもよい。即ち、第２システムにおいて第１装置１が備える流量制御弁によって流量を制御しようとする流体の流量を検出可能な箇所に外部センサ２ｓを配設することができる。
【００４０】
〈効果〉
以上のように、第２システムにおいては、外部センサ２ｓとしての流量センサから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、内部センサ１ｓと外部センサ２ｓとが異なる最大検出値を有する場合、第１装置１が備える流量制御弁を用いて、内部センサ１ｓから出力される検出信号に基づく通常の作動モードとは異なる範囲の流量レンジ（ＢＩＮサイズ）にて、流体の流量を制御することができる。このような機能によれば、例えば、前述したようなパージガスによるパージを迅速に行うことができる。
【００４１】
また、流体の流路において、第１装置１よりも流体の供給先に近い位置に外部センサ２ｓ（を備える第２装置２）が配設されている場合、流体の供給先に供給される流体の流量に基づいた、より正確な流量制御を実行することができる。更に、質量流量制御装置の流量較正においては、外部センサ２ｓを較正用の質量流量計（が備える流量センサ）として使用することができる。
【００４２】
以上のように、第２システムによれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、又は簡便な流量較正等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く、容易に達成することができる。
【００４３】
《第３実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第３システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００４４】
〈構成〉
例えば、図６に示すように、第３システム３０は、上述した第２システムと同様の構成を有する質量流量制御システムであって、第１装置１は外部センサ２ｓとは別個の流量センサである内部センサ１ｓを備える。内部センサ１ｓとしての流量センサの構成は、第１装置１が介装された流路１１の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００４５】
更に、制御部１２は、内部センサ１ｓから出力される検出信号である内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の大きさに基づいて制御信号Ｓｃの性状（例えば、電圧又は電流の大きさ等）を特定することができるように構成されている。尚、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の演算については、例えば制御部１２を構成する制御回路１ｃ等によって実行することができる。制御部１２は、上記演算以外にも様々な演算を実行するように構成することができる。このような演算の具体例としては、例えば、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの間におけるフルスケールの違い、コンバージョンファクタの違い、及び出力形式の違い等を換算するための演算等を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００４６】
〈効果〉
以上のように、第３システム３０においては、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の大きさに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができるように制御部１２が構成されている。即ち、第３システム３０においては、上記差ΔＳに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、第３システム３０によれば、例えば、第１装置１と外部センサ２ｓ（を備える第２装置２）との間に気化器又は他の材料を供給する流路との合流部等が配設されている場合等において、当該気化器又は合流部において追加された材料の流量を予め設定された目標値に近付けるように、プロセスガスの流量をより正確に制御することができる。
【００４７】
《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第４システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００４８】
上述したように、第１システム及び第２システムを始めとする本発明システムによれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【００４９】
〈構成〉
そこで、第４システムは、別個の制御装置等を追加すること無く、流量較正を簡便に行うことができる質量流量制御システムとして構成されている。具体的には、第４システムは、上述した第２システムであって、上述した第３システムと同様に外部センサとは別個の流量センサである内部センサを第１装置が備える。内部センサとしての流量センサの構成は、上述した第３システムに関して説明したように、第１装置１が介装された流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００５０】
更に、第４システムにおいては、内部センサ及び外部センサのうちの何れか一方のセンサである第１センサを基準として内部センサ及び外部センサのうちの第１センサではないセンサである第２センサの流量較正を実行することができるように制御部が構成されている。流量較正の基準となる第１センサとしては、内部センサ及び外部センサのうち、流路の内部を流れる流体の流量に正しく対応する検出信号を出力する方のセンサが採用される。換言すれば、第１センサは、内部センサ及び外部センサのうち、流路の内部を流れる流体の流量を正確に検出することができるように調整（較正）された所定の制御回路と流量センサとの組み合わせを構成している流量センサである。
【００５１】
流量較正においては、このような第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量と第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも小さくなる（即ち、実質的に一致する）ように、第２センサから出力される検出信号を処理する所定の制御回路が調整（較正）される。但し、流量較正においては、必ずしも第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものと第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものとを実質的に一致させる必要は無い。具体的には、例えば、所定の制御回路に含まれるアンプから出力される「第１センサから出力された検出信号」に基づく信号の強度と所定の制御回路に含まれるアンプから出力される「第２センサから出力された検出信号」に基づく信号の強度とを実質的に一致させてもよい。
【００５２】
図７は、第４システムの構成の１つの例を示す模式図である。図７に例示した第４システム４０においては、第２装置２が備える外部センサ２ｓとは別個の流量センサである内部センサ１ｓを第１装置１が備える。更に、外部センサ２ｓを基準として内部センサ１ｓの流量較正を実行することができるように制御部１２が構成されている。即ち、第４システム４０においては、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓのうち、外部センサ２ｓが（流量較正の基準となる）第１センサであり、内部センサ１ｓが（較正される）第２センサである。
【００５３】
具体的には、第４システム４０においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて制御部１２（制御回路１ｃ）によって流路１１の内部を流れる流体の質量流量が正確に検出されるように制御回路１ｃが予め調整（較正）されている。そして、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量と内部センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路１ｃが調整（較正）される。
【００５４】
尚、例えば図５に示した例のように第１装置１が備える制御回路１ｃ及び第２装置２が備える制御回路２ｃの両方によって外部信号Ｓｅが処理される場合等、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって制御部１２が構成されている場合は、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって検出される流量と内部信号Ｓｉに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路１ｃ及び制御回路２ｃが調整（較正）されるようにしてもよい。
【００５５】
また、例えば図４に示した例のように第２装置２が備える制御回路２ｃのみによって制御部１２が構成されている場合は、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路２ｃによって検出される流量と内部信号Ｓｉに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路２ｃ及び制御回路１ｃがそれぞれ調整（較正）されるようにしてもよい。
【００５６】
流量較正においては、上述したように、第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量と第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、第２センサから出力される検出信号を処理する所定の制御回路が調整（較正）される。この際、当然のことながら、流量較正の対象である第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量が流量較正の基準となる第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量に近付くように制御回路が調整（較正）される。
【００５７】
上記のような「制御回路の調整（較正）」は、具体的には、例えば、第２センサから出力される検出信号から流路の内部を流れる流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整することによって行うことができる。また、当該制御回路において「第２センサから出力された検出信号」を「流路の内部を流れる流体の質量流量に正確に対応する信号」に変換する演算処理において使用される係数の調整（増減）等を併用してもよい。
【００５８】
即ち、第４システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第１流量と前記第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記第２センサから出力される検出信号から前記流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整するように制御部が構成されていてもよい。尚、上記「所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力」は、それぞれ上述した第１センサ及び第２センサの両方の規格に適した質量流量、温度及び圧力とするべきであることは言うまでもない。
【００５９】
図８は、上記のような第４システムを構成する制御部によって実行される流量較正ルーチンの一例を示すフローチャートである。図８に示す例においては、図７に示した例と同様に、外部センサ２ｓが（流量較正の基準となる）第１センサであり、内部センサ１ｓが（較正される）第２センサであるものとする。
【００６０】
流量較正ルーチンが開始されると、ステップＳ１１０において、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において第１センサ（外部センサ２ｓ）から出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）及び第２センサ（内部センサ１ｓ）から出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）を制御部が取得する。次に、ステップＳ１２０において、第１センサから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて検出される流体の質量流量（第１流量）と第２センサから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて検出される流体の質量流量（第２流量）との偏差である流量偏差ΔＦｃが所定の閾値Ｔｃ以上であるか否かを制御部が判定する。
【００６１】
流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満である場合（ΔＦｃ＜Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部は「Ｎｏ」と判定し、当該ルーチンを一旦終了する。一方、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ以上である場合（ΔＦｃ≧Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部は「Ｙｅｓ」と判定する。そして、次のステップＳ１３０において、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満となるように制御部を構成する制御回路が調整（較正）される。具体的には、流量較正の対象である第２センサ（内部センサ１ｓ）から出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて検出される流体の流量（第２流量）が流量較正の基準となる第１センサ（外部センサ２ｓ）から出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて検出される流体の流量（第１流量）に近付くように制御回路が調整（較正）される。
【００６２】
尚、図８に示した例においては制御部を構成する制御回路のアンプのゲインを調整することにより流量較正を行っている。アンプのゲインの調整幅は一定の固定値であってもよく、或いは、流量偏差ΔＦｃの大きさに応じて変化する変動値であってもよい。
【００６３】
上記ステップＳ１３０の後、再びステップＳ１２０において流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ以上であるか否かを制御部が判定する。やがて、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満となり（ΔＦｃ＜Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部が「Ｎｏ」と判定し、当該ルーチンを終了する（流量較正が完了する）。
【００６４】
上述したような流量較正ルーチンは、例えば、制御部を構成する制御回路が有する記録装置（例えば、ＲＯＭ等）にＣＰＵによって実行可能なプログラムとして格納される。そして、制御部を構成する制御回路が有するＣＰＵが当該プログラムに従って各種演算処理等を実行することによって流量較正が達成される。尚、前述したように複数の制御回路によって制御部が構成されている場合等においては、これら複数の制御回路に分散されて流量較正ルーチンが実行されてもよい。
【００６５】
〈効果〉
上述したように、第４システムによれば、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正において必須であった別個の流量センサ及び制御装置等の追加を必要とすること無く、当該システムにおける既存の外部センサを利用して、内部センサの流量較正を簡便に行うことができる。その結果、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を低減することができる。
【００６６】
《第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第５システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００６７】
一般に、質量流量制御システムにおいては、例えば、その製造直後に、他の較正済み質量流量計等を基準として、基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって較正される。また、上述したような第４システムによれば、製造後においても流量較正を簡便に行うことができる。
【００６８】
しかしながら、質量流量制御システムの使用中に、例えば熱式流量センサを構成するセンサチューブの内壁に異物が付着する等の不測の異常事態の発生により質量流量の測定値が異常値を示す等、質量流量を正確に測定することが困難な状況が生ずる場合がある。このような異常事態が発生している場合、実際に流路を流れている流体の質量流量が異常であるのか或いは質量流量の測定値が異常値である（即ち、流量センサに異常が発生している）のかを判断することは困難である。
【００６９】
そこで、当該技術分野においては、例えば、全く同一の仕様を有する２つの流量センサが直列に配設された質量流量計が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。このような質量流量計においては、それぞれの流量センサを他の較正済み質量流量計を基準として基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって較正しておく。その後、当該質量流量計の使用中に、これら２つの流量センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量の偏差（流量偏差）の絶対値が所定の閾値を超えた場合は、これら２つの流量センサの何れかに異常が発生していると判定される。このように質量流量計における異常の発生の有無を検知する機能は「自己診断機能」と呼称される。
【００７０】
しかしながら、上記のように２つの流量センサを１つの質量流量計に組み込むことは、例えば質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。また、所定の規格に合致した大きさ及び構造を有する筐体内に２つの流量センサを組み込むためには、予め定められた容積の中により多くの構成部材を組み込む必要があるため、質量流量計の集成がより困難となり、やはり製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。
【００７１】
ところが、上述した第２システムを始めとする外部センサ及び内部センサを備える本発明システムによれば、上記のように特別な構成を必要とすること無く、これらの既存のセンサを利用して、流量センサにおける異常の有無を判定することができる。
【００７２】
〈構成〉
そこで、第５システムは、上述した第２システムであって、上述した第３システムと同様に外部センサとは別個の流量センサである内部センサを第１装置が備える。内部センサとしての流量センサの構成は、上述した第３システムに関して説明したように、第１装置１が介装された流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００７３】
更に、第５システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、内部センサから出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と外部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部が構成されている。尚、上記「所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力」は、それぞれ上述した内部センサ及び外部センサの両方の規格に適した質量流量、温度及び圧力とするべきであることは言うまでもない。
【００７４】
上記判定においては、内部信号に基づいて検出される流量と外部信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。但し、上記判定においては、必ずしも内部センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものと外部センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものとの偏差を特定する必要は無い。具体的には、例えば、内部信号に基づいて所定の制御回路に含まれるアンプから出力される信号の強度と外部信号に基づいて所定の制御回路に含まれるアンプから出力される信号の強度との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部信号に基づいて検出される流量と外部信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定されるようにしてもよい。
【００７５】
第５システムのハードウェア構成は、例えば、図７に例示した第４システム４０と同様の構成とすることができる。但し、第５システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、内部信号Ｓｉに基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部１２（制御回路１ｃ）が構成されている。尚、前述したように、制御部１２は、上記のように制御回路１ｃのみによって構成されていてもよく、制御回路２ｃのみによって構成されていてもよく、或いは制御回路１ｃ及び制御回路２ｃの両方によって構成されていてもよい。
【００７６】
図９は、第５システムを構成する制御部によって実行される自己診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。自己診断ルーチンが開始されると、ステップＳ２１０において、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において内部センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）及び外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）を制御部が取得する。次に、ステップＳ２２０において、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量との偏差である流量偏差ΔＦａが所定の閾値Ｔａ以上であるか否かを制御部が判定する。
【００７７】
内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が正常である場合、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量とは同じであるか又は極めて近い値となり、流量偏差ΔＦａは０（ゼロ）又は極めて小さい値となる。一方、内部センサ１ｓ又は外部センサ２ｓの少なくとも何れかが異常である場合、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量とはある程度離れた値となり、流量偏差ΔＦａはある程度大きい値となる。尚、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が同時に異常となり且つ両者から出力される検出信号の強度が同じ程度に変化する可能性は極めて低いと考えられる。
【００７８】
そこで、流量偏差ΔＦａが閾値Ｔａ未満である場合（ΔＦａ＜Ｔａ）、上記ステップＳ２２０において制御部は「Ｙｅｓ」と判定する。そして、次のステップＳ２３０において、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が正常であると判定する。何等かの出力装置（例えば、表示灯、ディスプレイ及びブザー等）により当該判定結果を報知するように制御部が構成されていてもよい。そして、制御部は当該ルーチンを一旦終了する（自己診断が完了する）。
【００７９】
一方、流量偏差ΔＦａが閾値Ｔａ以上である場合（ΔＦａ≧Ｔａ）、上記ステップＳ２２０において制御部は「Ｎｏ」と判定する。そして、次のステップＳ２４０において、内部センサ１ｓ又は外部センサ２ｓの少なくとも何れかが異常であると判定する。何等かの出力装置（例えば、表示灯、ディスプレイ及びブザー等）により当該判定結果を報知するように制御部が構成されていてもよい。そして、制御部は当該ルーチンを一旦終了する（自己診断が完了する）。
【００８０】
上述したような自己診断ルーチンは、例えば、制御部を構成する制御回路が有する記録装置（例えば、ＲＯＭ等）にＣＰＵによって実行可能なプログラムとして格納される。そして、制御部を構成する制御回路が有するＣＰＵが当該プログラムに従って各種演算処理等を実行することによって上記のような判定を実行することができる。
【００８１】
〈効果〉
第５システムによれば、上述した従来技術に係る質量流量計のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該システムにおける既存の外部センサ及び内部センサを利用して、内部センサ及び外部センサにおける異常の発生の有無を検知する機能（自己診断機能）を達成することができる。従って、自己診断機能の達成に伴う質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。
【００８２】
《第６実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第６システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００８３】
〈構成〉
例えば、図１０に示すように、第６システム６０は、上述した第１システムと同様の構成を有する質量流量制御システムであって、流体が流入する流入口及び流体が流出する流出口を有し且つ流路１１に介装された密閉容器であるタンク１３を更に有する。タンク１３は特に限定されず、その具体例としては、例えば半導体の製造プロセスにおける反応炉としてのチャンバー及び気化器における気化タンク等を挙げることができる。
【００８４】
〈効果〉
以上のように、第６システム６０は、上述した第１システムと同様の構成に加えて、流体が流入する流入口及び流体が流出する流出口を有し且つ流路１１に介装された密閉容器であるタンク１３を更に有する。これにより、第６システム６０は、反応炉としてのチャンバー及び気化タンク等を備える半導体製造装置を構成することができる。
【００８５】
《第７実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第７実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第７システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００８６】
〈構成〉
例えば、図１１に示すように、第７システム７０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐを検出するように構成された圧力センサである。当該圧力センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐを検出することが可能である限り、特に限定されない。圧力センサの具体例としては、例えばピエゾ抵抗型圧力センサ及び静電容量式圧力センサ等を挙げることができる。また、当該圧力センサは、例えば半導体製造装置における反応炉としてのチャンバーの内部の圧力又は気化器における気化タンクの内部に存在するキャリアガスと気化ガスとの混合ガスからなる気体部分の圧力等を検出するように構成され得る。
【００８７】
〈効果〉
以上のように、第７システム７０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体の圧力を検出するように構成された圧力センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第７システム７０においては、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第７システム７０においては、上記圧力Ｐに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００８８】
従って、第７システム７０によれば、外部センサ２ｓとしての圧力センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、チャンバー又は気化タンクの内部に存在するプロセスガスの圧力が一定に保たれるように、プロセスガスの流量をより正確に制御することができる。或いは、第７システム７０によれば、外部信号Ｓｅに基づいて流量制御弁の開閉を制御してチャンバー又は気化タンクの内部の圧力を任意の圧力に調圧することもできる。このように、第７システム７０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部の圧力に基づくプロセスガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００８９】
《第８実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第８実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第８システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００９０】
〈構成〉
例えば、図１２に示すように、第８システム８０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体の温度を検出するように構成された温度センサである。当該温度センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体の温度Ｔを検出することが可能である限り、特に限定されない。温度センサの具体例としては、例えば熱電対、測温抵抗体及びサーミスタ等の温度センサを挙げることができる。また、当該温度センサは、例えば半導体製造装置における反応炉としてのチャンバーの内部の温度等を検出するように構成され得る。
【００９１】
〈効果〉
以上のように、第８システム８０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体の温度を検出するように構成された温度センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第８システム８０においては、タンク１３の内部に存在する流体の温度Ｔに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第８システム８０においては、上記温度Ｔに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００９２】
従って、第８システム８０によれば、外部センサ２ｓとしての温度センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、半導体製造プロセスにおける所定の流量にてパージガスをタンク内に導入することにより所定の降温速度にてタンク内の温度を下げる工程において、パージガスの流量をより正確に制御することができる。即ち、第８システム８０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部の温度に基づくパージガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００９３】
《第９実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第９実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第９システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００９４】
〈構成〉
例えば、図１３に示すように、第９システム９０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃを検出するように構成された濃度センサである。当該濃度センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃを検出することが可能である限り、特に限定されない。具体的には、濃度センサは、濃度を検出しようとする成分の化学的性質及び／又は物理的性質等に応じて、当該技術分野において周知の種々の濃度センサの中から適宜選択することができる。
【００９５】
〈効果〉
以上のように、第９システム９０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度を検出するように構成された濃度センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第９システム９０においては、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第９システム９０においては、上記濃度Ｃに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００９６】
従って、第９システム９０によれば、外部センサ２ｓとしての濃度センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、半導体製造プロセスにおいてチャンバー内に供給されるプロセスガスにおける特定の成分の濃度Ｃを所望の濃度に維持するように、例えばキャリアガス及び／又は材料ガスの流量をより正確に制御することができる。即ち、第９システム９０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度に基づくプロセスガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００９７】
《第１０実施形態》
以下、本発明の第１０実施形態に係る半導体製造装置（以降、「第１０装置」と称呼される場合がある。）について説明する。本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、質量流量制御システムのみならず、当該システムを含む半導体製造装置にも関する。
【００９８】
〈構成〉
第１０装置は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。第１０装置は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる半導体製造装置である。第１０装置の具体的な構成は、上記要件を満たす限りにおいて、特に限定されない。また、第１０装置に含まれる本発明システムの詳細については、第１システム１０乃至第９システム９０に関する上記説明において既に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【００９９】
〈効果〉
本発明システムを含む第１０装置によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。
【０１００】
《第１１実施形態》
以下、本発明の第１１実施形態に係る気化器（以降、「第１１装置」と称呼される場合がある。）について説明する。本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、質量流量制御システムのみならず、当該システムを含む気化器にも関する。
【０１０１】
〈構成〉
第１１装置は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。第１１装置は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる気化器である。第１１装置の具体的な構成は、上記要件を満たす限りにおいて、特に限定されない。また、第１１装置に含まれる本発明システムの詳細については、第１システム１０乃至第９システム９０に関する上記説明において既に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１０２】
〈効果〉
本発明システムを含む第９装置によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。
【０１０３】
本発明の幾つかの実施形態に対応する実施例につき、以下に詳細に説明する。
【実施例１】
【０１０４】
以下、本発明の実施例１に係る半導体製造装置（以下、「実施例装置１」と称される場合がある。）について説明する。【０１０５】
〈構成〉
実施例装置１は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。従って、実施例装置１は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された（例えば、他の質量流量制御装置を構成する）外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる半導体製造装置である。【０１０６】
図１４に示すように、実施例装置１においては、制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁及び流量センサを備える質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃが、パージガス（Ｎ２）及び材料ガスＡ乃至Ｃの流路にそれぞれ介装されている。これらの質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。【０１０７】
パージガスの流路は、ＭＦＣ−ＸとＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃのそれぞれとの間において、材料ガスＡ乃至Ｃの流路にそれぞれ合流している。また、ＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃの下流側において各プロセスガスの流路が合流し、更に下流側に配設されたチャンバーとしてのタンクの流入口へと連通している。更に、チャンバーの流出口にはチャンバーから排出されるプロセスガスの流路が連通している。【０１０８】
加えて、チャンバーには、チャンバー内部に存在するプロセスガスの圧力Ｐ、温度Ｔ及び特定成分の濃度Ｃを検出する圧力センサ、温度センサ及び濃度センサがそれぞれ配設されている。尚、パージガス及び材料ガスＡ乃至Ｃの流路には、それぞれのガスの流路を開閉することができるように構成された開閉弁がそれぞれ介装されている（何れも図示せず）。【０１０９】
〈効果〉
実施例装置１において、材料ガスＡから材料ガスＢへとプロセスガスを切り替える場合、先ず混合ガスＡの供給を停止し、材料ガスＡの流路及びチャンバー内をパージガスによってパージした後に、材料ガスＢの供給を開始する。上記パージを迅速に完了するためには、材料ガスＡの流路を経由するパージガスの流量をできるだけ大きくすることが望ましい。【０１１０】
しかしながら、材料ガスＡの流路に介装されているＭＦＣ−Ａの流量レンジ（ＢＩＮサイズ）は１００ｓｃｃｍと小さい。このため、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、最大で１００ｓｃｃｍという小さい流量でしかパージを実行することができない。即ち、材料ガスＡの流路を経由して供給可能なパージガスの最大流量が小さく、パージを迅速に完了することは困難である。【０１１１】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ａは、より大きい流量レンジ（ＢＩＮサイズ）（２０００ｓｃｃｍ）を有するＭＦＣ−Ｘが備える流量センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ａが備える制御回路によって流体の流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１においては、ＰＣ等の別個の制御装置を追加すること無く、最大で２０００ｓｃｃｍもの大きい流量レンジにて流量を制御し、パージを迅速に完了することができる。【０１１２】
また、ＭＦＣ−Ｃの流量較正を行う場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、ＭＦＣ−Ｃと別途用意された較正済みの質量流量計とを流体（ガス）の流路に直列に介装し、両者が備える流量センサによって測定される流量が一致するようにＭＦＣ−Ｃの流量センサのゲイン等が調整される。具体的には、ＭＦＣ−Ｃが備える通信手段を介して、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の別個の制御装置を用いて、例えばＭＦＣ−Ｃが備える制御回路のアンプのゲイン等が調整される。このように、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正においては別個の流量センサ及び制御装置の追加が必要であるため、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【０１１３】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ｃは、他の質量流量制御装置（例えば、ＭＦＣ−Ｘ）が備える流量センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｃが備える制御回路自身が、アンプのゲイン等を調整することができる。即ち、実施例装置１においては、較正用の質量流量計及びＰＣ等の別個の制御装置を追加すること無く、質量流量制御装置の流量較正を実行することができる。【０１１４】
より具体的には、上述した第４システム４０における第１装置１及び第２装置２がＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ｃに該当し、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサが流量較正の基準となる第１センサに該当し、且つＭＦＣ−Ｃが備える流量センサが流量較正の対象となる第２センサに該当する場合、所定の質量流量（例えば、２０００ｓｃｃｍ以下の任意の質量流量）、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（第１センサ）から出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量である第１流量とＭＦＣ−Ｃが備える流量センサ（第２センサ）から出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも（第２センサから出力される検出信号から流体の質量流量を特定するための）ＭＦＣ−Ｃが備える制御部を構成する制御回路のアンプのゲインを調整するように、ＭＦＣ−Ｃの制御部が構成されている。【０１１５】
従って、実施例装置１によれば、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正において必須であった別個の流量センサ及び制御装置等の追加を必要とすること無く、実施例装置１における既存の（ＭＦＣ−Ｘの）外部センサを利用して（ＭＦＣ−Ｃの）内部センサの流量較正を簡便に行うことができる。その結果、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を低減することができる。【０１１６】
更に、例えばＭＦＣ−Ｂが備える流量センサにおける異常の発生の有無を検知する自己診断を行う場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、ＭＦＣ−Ｂにおいて全く同一の仕様を有する２つの流量センサを直列に配設しておく必要がある。そして、これら２つの流量センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量の偏差（流量偏差）の絶対値が所定の閾値を超えた場合、これら２つの流量センサの何れかに異常が発生していると判定される。このように、従来技術に係る質量流量制御装置が備える流量センサの自己診断においては２つの流量センサを１つの質量流量制御装置に組み込む必要があるため、質量流量制御装置の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。【０１１７】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、上記のように直列に廃せ得された２つの流量センサをＭＦＣ−Ｂが備えていなくても、他の質量流量制御装置（例えば、ＭＦＣ−Ｘ）が備える流量センサから出力される外部信号を利用して、これら２つの流量センサにおける異常の発生の有無をＭＦＣ−Ｂが備える制御部によって判定することができる。即ち、実施例装置１においては、上述した従来技術に係る質量流量制御装置のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該装置における既存の外部センサ及び内部センサを利用して、これらのセンサにおける異常の発生の有無を検知する機能（自己診断機能）を達成することができる。【０１１８】
より具体的には、上述した第５システム５０における第１装置１及び第２装置２がＭＦＣ−Ｂ及びＭＦＣ−Ｘにそれぞれ該当し且つＭＦＣ−Ｘが備える流量センサが外部センサ２ｓに該当する場合、所定の質量流量（例えば、１０００ｓｃｃｍ以下の任意の質量流量）、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサ（内部センサ）から出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（外部センサ）から出力される検出信号である外部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部が構成されている。【０１１９】
従って、実施例装置１によれば、上述した従来技術に係る質量流量制御装置のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該装置における既存の質量流量制御装置（ＭＦＣ−Ｂ及びＭＦＣ−Ｘ）がそれぞれ備える流量センサにおける異常の発生の有無を判定することができる。その結果、自己診断機能の達成に伴う質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。【０１２０】
ところで、上述した自己診断機能においては、内部信号に基づいて検出される内部流量と外部信号に基づいて検出される外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。つまり、流量偏差が所定の閾値以下である場合は内部センサ及び外部センサの両方が正常であると判定され、流量偏差が所定の閾値よりも大きい場合は内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。後者の場合、内部センサ（ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサ）及び外部センサ（ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ）のどちらに異常があるのかは特定することができない。【０１２１】
しかしながら、実施例装置１においては、ＭＦＣ−Ｂの他にもＭＦＣ−Ａ及びＭＦＣ−ＣがＭＦＣ−Ｘに対して直列に配置されている。従って、例えばＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及び／又はＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて上記と同様の自己診断を行うことができる。例えば、ＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及びＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせの何れか一方若しくは両方について異常の発生が無い（正常である）と判定された場合、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（外部センサ）については異常の発生は無い（正常である）と推定される。従って、この場合においてＭＦＣ−ＢとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて異常の発生が有ると判定されている場合は、ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサにおいて異常の発生が有ると特定することができる。【０１２２】
一方、ＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及びＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせの両方について異常の発生が有ると判定された場合、これらの組み合わせに共通するＭＦＣ−Ｘにおいて異常の発生が有るのか或いはＭＦＣ−Ａ及びＭＦＣ−Ｃの両方において異常の発生が有るのかは特定することができない。この場合においてＭＦＣ−ＢとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて異常の発生が無い（正常である）と判定されている場合は、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサにおいて異常の発生が無い（正常である）と判定されるので、ＭＦＣ−Ａが備える流量センサ及びＭＦＣ−Ｃが備える流量センサの両方において異常の発生が有ると推定することができる。このように、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が組み込まれる装置等の構成によっては、複数の質量流量制御装置の異なる組み合わせを利用することにより、異常が発生している流量センサを特定することが可能である場合がある。【０１２３】
尚、上記説明においては、特定の質量流量制御装置が備える制御回路を使用して、他の質量流量制御装置が備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、当該質量流量制御装置が備える流量制御弁を制御したり、当該質量流量制御装置が備える流量センサ（内部センサ）の流量較正をしたり、これらの質量流量制御装置が備える流量センサにおける異常の発生の有無を検知する自己診断を実行したりする態様について説明した。この場合、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が有する制御部は特定の質量流量制御装置が備える制御回路によって構成されている。【０１２４】
しかしながら、本発明システムが有する制御部を他の質量流量制御装置が備える制御回路によって構成することもできる。この場合、他の質量流量制御装置が備える制御回路を使用して、他の質量流量制御装置が備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、特定の質量流量制御装置が備える流量制御弁の制御等を実行することができる。このように、本発明システムが有する制御部は、流量制御弁を備える装置が備える制御回路及び外部センサを備える装置が備える制御回路の何れによって構成されていてもよく、或いは、これら両方の制御回路によって構成されていてもよい。【０１２５】
更に、半導体製造装置のチャンバー内の圧力を一定に保つ場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、チャンバー内の圧力を測定する圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等を別途設けるか、或いは圧力制御弁等の圧力制御のための機構を別途設ける必要がある。一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ｂは、チャンバーに配設された圧力センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｂが備える制御回路自身によって流体の流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、チャンバー内の圧力を一定に保つことができる。【０１２６】
加えて、前述したように、半導体製造プロセスにおいてパージガスをチャンバー内に所定の流量にて導入することにより所定の降温速度にてチャンバー内の温度を下げる降温処理を実行する場合がある。この場合、チャンバーに配設された温度センサによって測定されるチャンバー内の温度が所定の降温速度にて下がるように、パージガスの流量を正確に制御する必要がある。従来技術に係る質量流量制御装置を使用する半導体製造装置において当該制御を実行する場合もまた、ＰＣ等の別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。【０１２７】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、例えばＭＦＣ−Ａが介装された流路を介してパージガスを流すことにより上記降温処理を行う場合、チャンバーに配設された温度センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｘ又はＭＦＣ−Ａが備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することにより、パージガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、所定の降温速度にてチャンバー内の温度を下げる降温処理を実行することができる。【０１２８】
また、前述したように、例えばチャンバー内に供給された混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を所定の濃度に維持する場合もある。この場合もまた、実施例装置１によれば、上記と同様にして、チャンバーに配設された濃度センサから出力される外部信号に基づき、該当する材料ガスの流路に介装された質量流量制御装置が備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することにより、混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を制御することができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を所定の濃度に維持することができる。【０１２９】
〈結論〉
以上のように、実施例装置１によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【実施例２】
【０１３０】
以下、本発明の実施例２に係る気化器（以下、「実施例装置２」と称される場合がある。）について説明する。【０１３１】
〈構成〉
実施例装置２は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。従って、実施例装置２は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された（例えば、他の質量流量制御装置を構成する）外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる気化器である。【０１３２】
図１５に示すように、実施例装置２は、気化タンク内に貯蔵された液体材料の温度及び気化ガスの圧力を一定に保ちつつ、流量が制御されたキャリアガスを気化タンク内の液面下へと導入し、キャリアガスと気化ガスとの混合ガスを気化タンクの排気口から取り出すバブリング方式の気化器である。【０１３３】
気化タンクの上流側のキャリアガスの流路には、制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁及び流量センサを備える質量流量制御装置（キャリアガス用ＭＦＣ）が介装されている。一方、気化タンクの下流側の混合ガスの流路には、混合ガスの流量を測定する質量流量計（混合ガス用ＭＦＭ）が介装されている。キャリアガス用ＭＦＣは、本発明に係る質量流量制御装置であり、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）から出力される外部信号に基づき、混合ガス用ＭＦＣが備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することができるように構成されている。【０１３４】
〈効果〉
上記のような構成を有する気化器においては、前述したように、混合ガス用ＭＦＭによって測定される混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガス用ＭＦＣによって測定されるキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことにより、気化ガスの流量Ｑｓを求めることができる。【０１３５】
しかしながら、従来技術に係る気化器においては、前述したように、キャリアガスの流量Ｑ１はあくまでもキャリアガス用ＭＦＣによって測定され、自己完結型の独立した流量制御が行われる。即ち、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づくキャリアガスの流量Ｑ１の制御は行われない。従って、従来技術に係る気化器においては、気化器によって供給される気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づく流量制御を実行することはできない。【０１３６】
一方、実施例装置２においては、上述したように、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）から出力される外部信号に基づいて流量制御弁の開度を調整することができるようにキャリアガス用ＭＦＣが構成されている。従って、実施例装置２によれば、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づいてキャリアガスの流量Ｑ１を制御することにより、気化ガスの流量Ｑｓをより正確に制御することができる。【０１３７】
尚、上記説明においては、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路を使用して、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁を制御する態様について説明した。この場合、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が有する制御部はキャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路によって構成されている。【０１３８】
しかしながら、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁の開度を制御することができる性状を有する制御信号を出力することができる制御回路を混合ガス用ＭＦＭが備える場合は、本発明システムが有する制御部を混合ガス用ＭＦＭが備える制御回路によって構成することもできる。この場合、混合ガス用ＭＦＭが備える制御回路を使用して、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁を制御する。このように、本発明システムが有する制御部は、流量制御弁を備える装置が備える制御回路及び外部センサを備える装置が備える制御回路の何れによって構成されていてもよく、或いはこれら両方の制御回路によって構成されていてもよい。【０１３９】
更に、気化器の気化タンク内の圧力を一定に保つ場合、従来技術に係る気化器においては、前述したように、気化タンク内の圧力を測定する圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等を別途設ける必要がある。一方、実施例装置２においては、上述したように、キャリアガス用ＭＦＣは本発明に係る質量流量制御装置である。従って、キャリアガス用ＭＦＣは、気化タンクに配設された圧力センサから出力される外部信号に基づき、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路自身によってキャリアガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置２によれば、別個の制御装置を追加すること無く、気化タンク内の圧力を一定に保つことができる。【０１４０】
加えて、前述したように、例えば気化タンク内に存在する混合ガスにおける材料ガスの濃度及び／又は気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度に応じた流量制御が求められる場合もある。この場合もまた、実施例装置２によれば、上記と同様にして、気化タンクに配設された濃度センサから出力される外部信号に基づき、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路自身によってキャリアガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置２によれば、別個の制御装置を追加すること無く、例えば気化タンク内に存在する混合ガスにおける材料ガスの濃度及び／又は気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度に応じた流量制御を実行することができる。【０１４１】
〈結論〉
以上のように、実施例装置２によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。【０１４２】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。また、本発明に係る質量流量制御システムは、流体の流量の制御に関し、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である出力信号に基づいて流体の流量の制御を行うことが必要とされる用途であれば、上記以外の用途にも応用可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  第１装置（質量流量制御装置）
１ａ  アクチュエータ
１ｂ  ベース
１ｃ  制御回路
１ｈ  筐体（ハウジング）
１ｓ  流量センサ（内部センサ）
２  第２装置
２ｃ  制御回路
２ｓ  外部センサ
１０  第１システム（質量流量制御システム）
１１  流路
１２  制御部
１３  タンク
Ｐ    圧力
Ｔ    温度
Ｃ    濃度
３０  第３システム（質量流量制御システム）
４０  第４システム（質量流量制御システム）
５０  第５システム（質量流量制御システム）
６０  第６システム（質量流量制御システム）
７０  第７システム（質量流量制御システム）
Ｓｉ  内部信号
Ｓｅ  外部信号
Ｓｃ  制御信号
Ｑ１  キャリアガスの流量
Ｑ２  混合ガスの流量
【図１】
2019065611.tif 000003
【図２】
2019065611.tif 000004
【図３】
2019065611.tif 000005
【図４】
2019065611.tif 000006
【図５】
2019065611.tif 000007
【図６】
2019065611.tif 000008
【図７】
2019065611.tif 000009
【図８】
2019065611.tif 000010
【図９】
2019065611.tif 000011
【図１０】
2019065611.tif 000012
【図１１】
2019065611.tif 000013
【図１２】
2019065611.tif 000014
【図１３】
2019065611.tif 000015
【図１４】
2019065611.tif 000016
【図１５】
2019065611.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月18日(2019.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる流路と、
前記流路に介装され且つ制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁を備える質量流量制御装置である第１装置と、
前記第１装置の外部に配設された装置である第２装置と、
前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられた少なくとも１つの制御部と、
を有し、
前記第１装置は、流量センサである内部センサを備え、
前記制御部は、前記内部センサから出力される検出信号である内部信号に基づいて前記制御信号の性状を特定する作動モードである第１モードを実行することができるように構成されており、
前記流路を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムであって、
前記第２装置は、少なくとも１つの検出手段である外部センサを含んでなり、
前記制御部は、少なくとも前記外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて前記制御信号の性状を特定する作動モードである第２モードと前記第１モードとを切り替えて実行することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサから前記制御部へ前記外部信号を伝達するように構成された通信手段を有する、
質量流量制御システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは流量センサである、
質量流量制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、前記制御部は、前記第２モードにおいて、前記内部センサから出力される検出信号である内部信号と前記外部信号との差の大きさに基づいて前記制御信号の性状を特定することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、
前記制御部は、前記内部センサ及び前記外部センサのうちの何れか一方のセンサである第１センサを基準として前記内部センサ及び前記外部センサのうちの前記第１センサではないセンサである第２センサの流量較正を実行する作動モードである第３モードを実行することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載された質量流量制御システムであって、
前記制御部は、前記第３モードにおいて、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第１流量と前記第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記第２センサから出力される検出信号から前記流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整するように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項７】
請求項３に記載された質量流量制御システムであって、
前記制御部は、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記内部センサから出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である内部流量と前記外部信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、前記内部センサ及び前記外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する作動モードである第４モードを実行することができるように構成されている、
質量流量制御システム。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載された質量流量制御システムであって、
前記流体が流入する流入口及び前記流体が流出する流出口を有し且つ前記流路に介装された密閉容器であるタンクを更に有する、
質量流量制御システム。
【請求項９】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体の圧力を検出するように構成された圧力センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１０】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体の温度を検出するように構成された温度センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１１】
請求項８に記載された質量流量制御システムであって、
前記外部センサは、前記タンクの内部に存在する前記流体における特定の成分の濃度を検出するように構成された濃度センサである、
質量流量制御システム。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載された質量流量制御システムを含む、半導体製造装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載された質量流量制御システムを含む、気化器。
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月11日(2020.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量制御システム並びに当該システムを含む半導体製造装置及び気化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスにおいては、真空（又は低圧若しくは減圧）状態に保たれたチャンバー内において、例えば薄膜形成及び微細加工等の工程が実行される。このチャンバーには、例えば製造しようとする半導体デバイスの構成等に応じて、種々の半導体材料ガス（以降、単に「材料ガス」と称呼される場合がある。）が導入される。必要な場合には、例えばアルゴン、ヘリウム及び窒素等の不活性ガスと材料ガスとの混合ガス等が用いられる場合もある。
【０００３】
図１は、従来技術に係る一般的な半導体製造装置の構造を例示する模式図である。図１に示されている半導体製造装置においては、材料ガス１、材料ガス２、及び材料ガス３を、必要に応じて切り替えて、チャンバー内へ供給することができる。また、それぞれの場合において、各材料ガスの流量は、各材料ガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ−１乃至ＭＦＣ−３）により測定及び制御することができる。
【０００４】
また、常温において液相状態又は固体状態にある材料を材料ガスとして使用する場合、「気化器」と称される装置を用いて当該材料を加熱して気化ガスを発生させて、発生した気化ガスを半導体製造装置（の反応炉としてのチャンバー）へと供給することができる。気化器において気化ガスを発生させる手法としては、様々な方式のものが知られている。例えば、プラズマＣＶＤ法において使用される液体材料から気化ガスを発生させる方式としては、所謂「バブリング方式」が従来から広く使用されている。このバブリング方式とは、気化器が備えるタンク（気化タンク）内に貯蔵された液体材料の温度及び気化ガスの圧力を一定に保ちつつ、流量が制御されたキャリアガスを気化タンク内の液面下へと導入し、キャリアガスと気化ガスとの混合ガスを気化タンクの排気口から取り出す方式である（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。
【０００５】
図２は、従来技術に係る一般的な気化器の構造を例示する模式図である。気化器は、キャリアガス用質量流量制御装置と、気化タンクと、混合ガス用質量流量計と、によって構成される。キャリアガスの流量Ｑ１はキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）により測定及び制御され、キャリアガスと気化ガス（材料ガス）との混合ガスの流量Ｑ２は混合ガス用質量流量計（ＭＦＭ）によって測定される。気化ガスの流量Ｑｓは、混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことによって求めることができる。
【０００６】
以上のように、チャンバーに供給される材料ガス、気化ガス及び不活性ガス等のガス（以降、「プロセスガス」と称呼される場合がある。）の流量は、質量流量制御装置によって制御することができる。質量流量制御装置は、少なくとも、対象となるプロセスガスの流量を測定する流量センサと、プロセスガスの流量を制御する流量制御弁と、流量センサの出力信号に基づいて決定される性状（例えば、電圧又は電流の大きさ等）を有する制御信号を発生する制御回路と、を備える。流量制御弁の開度は制御信号の性状に基づいて制御される。従って、質量流量制御装置は、流量制御弁を用いて、予め設定された目標値にプロセスガスの流量が近付くように、キャリアガスの流量を制御することができる。一方、プロセスガスの流量を測定する質量流量計は、対象となるプロセスガスの流量を測定する流量センサを備える。
【０００７】
上記のように、従来技術に係る質量流量制御装置においては、当該装置の内部に流量センサを備え、流量センサの出力信号に基づいて流量制御弁に与える制御信号の性状が決定される。即ち、このような質量流量制御装置においては、流量センサ、流量制御弁及び制御回路の全てが内部に組み込まれており、装置全体として自己完結型の独立した質量流量制御システムが構築されている。従って、例えば装置の故障及び点検等を目的として質量流量制御装置を交換する必要が生じた場合等においては、質量流量制御装置を丸ごと交換することができるので便利である。
【０００８】
しかしながら、使用の態様によっては、従来技術に係る自己完結型の独立した質量流量制御システムには以下に列挙するような様々な課題がある。例えば、図１に示した半導体製造装置において、材料ガス１から材料ガス２へとプロセスガスを切り替える場合、先ず材料ガス１の供給を停止し、材料ガス１の流路及びチャンバー内をパージガスによってパージした後に、材料ガス２の供給を開始する。上記パージを迅速に完了するためには、材料ガス１の流路を経由するパージガスの流量をできるだけ大きくすることが望ましい。
【０００９】
しかしながら、一般に、半導体製造プロセスにおいて個々の材料ガスに求められる流量は非常に小さい。このため、材料ガス１の流路に介装される質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）の流量レンジ（ＢＩＮサイズ）もまた非常に小さい値となるように設計されている。換言すれば、質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）が備える流量センサの検出可能な流量の最大値（以降、「最大検出値」と称呼される場合がある。）は、パージガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ−０）が備える流量センサの最大検出値に比べて非常に小さい。従って、従来技術に係る質量流量制御システムと同様に自己完結型の独立した流量制御を実行するように質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）が構成されている場合、パージガスの最大流量は質量流量制御装置（ＭＦＣ−１）の最大検出値を超えることができないため、パージを迅速に完了することは困難である。
【００１０】
また、例えば、図２に示した気化器においては、上述したように、混合ガス用質量流量計（ＭＦＭ）によって測定される混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）によって測定されるキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことによって気化ガスの流量Ｑｓを求めることができる。しかしながら、キャリアガスの流量Ｑ１はあくまでもキャリアガス用質量流量制御装置（ＭＦＣ）によって測定され、自己完結型の独立した流量制御が行われる。即ち、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づくキャリアガスの流量Ｑ１の制御は行われない。従って、従来技術に係る質量流量制御装置のみによっては、気化器によって供給される気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づく制御を実行することはできない。
【００１１】
更に、質量流量制御装置の流量較正においては、較正しようとする質量流量制御装置と較正済みの質量流量計とを流体（ガス）の流路に直列に介装し、両者が備える流量センサによって測定される流量が一致するように質量流量制御装置が調整される。具体的には、質量流量制御装置が備える通信手段を介して、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の別個の制御装置を用いて、例えば質量流量制御装置が備える制御回路のアンプのゲイン等が調整される。このように、質量流量制御装置の流量較正においては別個の流量センサ及び制御装置の追加が必要であるため、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【００１２】
加えて、半導体製造装置のチャンバー及び気化器の気化タンク（以降、これらは単に「タンク」と総称される場合がある。）の内部の圧力を一定に保つことは、半導体製造装置又は気化器における流体の流量をより正確に制御するために重要であることが知られている。このため、タンク内の圧力を測定する圧力センサ及び当該圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等が設けられたり、或いは圧力制御弁等の圧力制御のための機構が設けられたりする場合がある。この場合もまた、半導体製造装置及び気化器の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【００１３】
また、半導体製造プロセスには、所定の降温速度にてタンク内の温度を下げる工程が含まれる場合がある。当該工程は、例えば、所定の流量にてパージガスをタンク内に導入することにより実行することができる。しかしながら、降温速度をより厳密に制御する必要がある場合、タンクに配設された温度センサによって測定されるタンク内の温度が所定の降温速度にて下がるようにパージガスの流量をより正確に制御する必要がある。従来技術に係る質量流量制御装置を使用する半導体製造装置において当該制御を実行する場合もまた、ＰＣ等の別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【００１４】
更に、例えば混合ガスにおける材料ガスの濃度及び気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度等に応じた流量制御が求められる場合もある。この場合もまた、濃度センサによって測定される濃度に応じた制御を実行するための別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置及び気化器の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【００１５】
以上のように、従来技術に係る質量流量制御装置は自己完結型の独立した流量制御を実行するように構成されている。従って、例えば半導体製造装置及び気化器等において質量流量制御装置の外部に配設された検出手段からの検出信号に基づく流量制御を実行するには、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加する必要があり、構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。また、質量流量制御装置の外部において検出信号に基づく演算処理等を実行する必要があるため、例えば応答速度の低下及び誤作動の増大等の問題を招く虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平０８−６４５４１号公報
【特許文献２】特開２０１７−７６８００号公報
【特許文献３】特許第６２６４１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、従来技術に係る質量流量制御装置は自己完結型の独立した流量制御を実行するように構成されている。このため、従来技術に係る質量流量制御装置においては、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力及び／又は温度に基づく流量制御、並びに流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を別個の制御装置等を追加すること無く達成することが困難であった。即ち、当該技術分野においては、別個の制御装置等を追加すること無く、上記諸課題を解決することができる技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、外部の検出手段からの検出信号に基づいて流量制御弁の開度を制御することができるように質量流量制御装置を構成することにより、別個の制御装置等を追加すること無く上記諸課題を解決することができることを見出した。
【００１９】
即ち、本発明に係る質量流量制御システム（以降、「本発明システム」と称呼される場合がある。）は、内部に流体が流れる流路と、第１装置と、第２装置と、少なくとも１つの制御部とを有し、前記流路を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムである。第１装置は、前記流路に介装され且つ制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁を備える質量流量制御装置である。第２装置は、前記第１装置の外部に配設された装置であり、少なくとも１つの検出手段である外部センサを含んでなる。制御部は、前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられている。
【００２０】
更に、本発明システムにおいて、前記制御部は、少なくとも前記外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて前記制御信号の性状を特定することができるように構成されている。
【００２１】
また、本発明に係る半導体製造装置は、上述したような本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。更に、本発明に係る気化器は、上述したような本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。
【００２３】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】従来技術に係る気化器の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る質量流量制御システム（第１システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図４】第１システムの１つの変形例の構成の一例を示す模式図である。
【図５】第１システムのもう１つの変形例の構成の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る質量流量制御システム（第３システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る質量流量制御システム（第４システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図８】第４システムを構成する制御部によって実行される流量較正ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５実施形態に係る質量流量制御システム（第５システム）を構成する制御部によって実行される自己診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る質量流量制御システム（第６システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る質量流量制御システム（第７システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る質量流量制御システム（第８システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る質量流量制御システム（第９システム）の構成の一例を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る半導体製造装置（実施例装置１）の構成の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る気化器（実施例装置２）の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図を参照しながら、以下に詳細に説明する。尚、以下に記載される本発明の実施形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の実施形態は以下に記載されたものに限定されない。
【００２６】
《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第１システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００２７】
〈構成〉
例えば、図３に示すように、第１システム１０は、内部に流体が流れる流路１１と、第１装置１と、第２装置２と、少なくとも１つの制御部１２とを有し、流路１１を流れる流体の流量を制御するように構成された質量流量制御システムである。
【００２８】
第１装置１は、流路１１に介装され且つ制御信号Ｓｃの性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁（図示せず）を備える質量流量制御装置である。第２装置２は、第１装置１の外部に配設された装置であり、少なくとも１つの検出手段である外部センサ２ｓを含んでなる。尚、図３においては図示されていないが、第１システム１０は、例えばチャンバー及び気化タンク、他の流路との合流部及び分岐部、並びに開閉弁及び流量調整弁等の他の構成要素を、第１装置１と第２装置２との間及び／又は他の領域に更に有していてもよい。
【００２９】
第１システム１０が有する第１装置１においては、流量制御弁がベース１ｂの内部に配設されており、流量センサ（内部センサ）１ｓ、制御回路１ｃ、及び流量制御弁の開度を変更するアクチュエータ１ａが筐体（ハウジング）１ｈの内部に配設されている。一般に、制御回路１ｃは、第１装置１の通常の作動モードにおいては、流量センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいてアクチュエータ１ａを制御して、予め設定された目標値に流体の流量を近付けるように構成されている。
【００３０】
外部センサ２ｓは、第２装置２を構成する複数の構成要素のうちの１つであってもよく、或いは第２装置２を構成する唯一の構成要素であってもよい（即ち、外部センサ２ｓ自体が第２装置２であってもよい）。また、詳しくは後述するように、外部センサ２ｓは、流量センサ、圧力センサ、温度センサ、又は濃度センサの何れであってもよい。具体的には、外部センサ２ｓは、例えば、第１システム１０が有する第１装置１ではない他の質量流量制御装置又は質量流量計が備える流量センサであってもよい。或いは、外部センサ２ｓは、例えば、第１システム１０が有するチャンバー又は気化タンク（図示せず）に配設された圧力センサ、温度センサ、又は濃度センサであってもよい。第２装置２は、第１装置１が備える流量制御弁と同様な流量制御弁（図示せず）を備えていてもよい。
【００３１】
制御部１２は、前記第１装置及び前記第２装置の何れか一方又は両方の筐体内に設けられる。具体的には、第１システム１０が有する制御部１２は、図３に示すように第１装置１が備える制御回路１ｃのみによって構成されていてもよく、図４に示すように第２装置２が備える制御回路２ｃのみによって構成されていてもよく、或いは図５に示すように制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって構成されていてもよい。尚、図５に示した例においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅが先ず制御回路２ｃに送信された後に制御回路１ｃに送信されているが、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによる外部信号Ｓｅの処理順序等については、必ずしもこの限りではない。典型的には、第１システム１０は、外部センサ２ｓから（制御回路１ｃ及び／又は制御回路２ｃを含む）制御部１２へ外部信号２ｓを伝達するように構成された通信手段（図示せず）を有する。
【００３２】
尚、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。以下の説明においては、特に断らない限り、第１システム１０が有する制御部１２が制御回路１ｃのみによって構成されている場合について説明する。
【００３３】
更に、第１システム１０において、制御部１２（制御回路１ｃ）は、少なくとも外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅに基づいて上記制御信号Ｓｃの性状を特定することができるように構成されている。一方、上述したように、流量制御弁は、その開度が制御信号Ｓｃの性状に基づいて制御されるように構成されている。第１システム１０においては、制御部１２としての制御回路１ｃからアクチュエータ１ａへと送信される制御信号Ｓｃの性状に基づいて流量制御弁の開度が制御される。ここで、制御信号Ｓｃの性状としては、例えば、制御信号Ｓｃの電圧又は電流の大きさ等を挙げることができる。
【００３４】
また、上記のように、第１システム１０においては、制御部１２（制御回路１ｃ）は少なくとも外部センサ２ｓから出力される検出信号である外部信号Ｓｅに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定する。従って、外部センサ２ｓから出力される検出信号は、第１装置１において内部センサ１ｓから制御回路１ｃ（制御部１２）へと出力される検出信号と同一のプロトコルに従うことが望ましい。しかしながら、これらの信号が従うプロトコルが異なる場合は、外部センサ２ｓから出力される検出信号を、内部センサ１ｓから出力される検出信号が従うプロトコルに従うように変換するように制御回路１ｃ（制御部１２）を構成してもよい。
【００３５】
更に、第１装置１が備える内部センサ１ｓの検出対象となる流体と第２装置２が備える外部センサ２ｓの検出対象となる流体とが異なるコンバージョンファクター（ＣＦ）を有する場合は、これらのＣＦの違いを制御信号Ｓｃの性状に反映させる必要がある。このような処理もまた、第１システム１０が有する制御部１２（制御回路１ｃ）によって実行することができる。
【００３６】
〈効果〉
以上のように、第１システム１０においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、第１システム１０によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【００３７】
《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第２システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００３８】
〈構成〉
第２システムは、上述した第１システム１０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓが流量センサである、質量流量制御システムである。外部センサ２ｓとしての流量センサの構成は、第２システムが有する流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００３９】
また、外部センサ２ｓとしての流量センサによって流量を測定される流体は、第２システムが有する第１装置１よりも上流側を流れる流体であっても、或いは下流側を流れる流体であってもよい。即ち、第２システムにおいて第１装置１が備える流量制御弁によって流量を制御しようとする流体の流量を検出可能な箇所に外部センサ２ｓを配設することができる。
【００４０】
〈効果〉
以上のように、第２システムにおいては、外部センサ２ｓとしての流量センサから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、内部センサ１ｓと外部センサ２ｓとが異なる最大検出値を有する場合、第１装置１が備える流量制御弁を用いて、内部センサ１ｓから出力される検出信号に基づく通常の作動モードとは異なる範囲の流量レンジ（ＢＩＮサイズ）にて、流体の流量を制御することができる。このような機能によれば、例えば、前述したようなパージガスによるパージを迅速に行うことができる。
【００４１】
また、流体の流路において、第１装置１よりも流体の供給先に近い位置に外部センサ２ｓ（を備える第２装置２）が配設されている場合、流体の供給先に供給される流体の流量に基づいた、より正確な流量制御を実行することができる。更に、質量流量制御装置の流量較正においては、外部センサ２ｓを較正用の質量流量計（が備える流量センサ）として使用することができる。
【００４２】
以上のように、第２システムによれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、又は簡便な流量較正等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く、容易に達成することができる。
【００４３】
《第３実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第３システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００４４】
〈構成〉
例えば、図６に示すように、第３システム３０は、上述した第２システムと同様の構成を有する質量流量制御システムであって、第１装置１は外部センサ２ｓとは別個の流量センサである内部センサ１ｓを備える。内部センサ１ｓとしての流量センサの構成は、第１装置１が介装された流路１１の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００４５】
更に、制御部１２は、内部センサ１ｓから出力される検出信号である内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の大きさに基づいて制御信号Ｓｃの性状（例えば、電圧又は電流の大きさ等）を特定することができるように構成されている。尚、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の演算については、例えば制御部１２を構成する制御回路１ｃ等によって実行することができる。制御部１２は、上記演算以外にも様々な演算を実行するように構成することができる。このような演算の具体例としては、例えば、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの間におけるフルスケールの違い、コンバージョンファクタの違い、及び出力形式の違い等を換算するための演算等を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００４６】
〈効果〉
以上のように、第３システム３０においては、内部信号Ｓｉと外部信号Ｓｅとの差ΔＳ（＝Ｓｅ−Ｓｉ）の大きさに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができるように制御部１２が構成されている。即ち、第３システム３０においては、上記差ΔＳに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。従って、第３システム３０によれば、例えば、第１装置１と外部センサ２ｓ（を備える第２装置２）との間に気化器又は他の材料を供給する流路との合流部等が配設されている場合等において、当該気化器又は合流部において追加された材料の流量を予め設定された目標値に近付けるように、プロセスガスの流量をより正確に制御することができる。
【００４７】
《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第４システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００４８】
上述したように、第１システム及び第２システムを始めとする本発明システムによれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【００４９】
〈構成〉
そこで、第４システムは、別個の制御装置等を追加すること無く、流量較正を簡便に行うことができる質量流量制御システムとして構成されている。具体的には、第４システムは、上述した第２システムであって、上述した第３システムと同様に外部センサとは別個の流量センサである内部センサを第１装置が備える。内部センサとしての流量センサの構成は、上述した第３システムに関して説明したように、第１装置１が介装された流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００５０】
更に、第４システムにおいては、内部センサ及び外部センサのうちの何れか一方のセンサである第１センサを基準として内部センサ及び外部センサのうちの第１センサではないセンサである第２センサの流量較正を実行することができるように制御部が構成されている。流量較正の基準となる第１センサとしては、内部センサ及び外部センサのうち、流路の内部を流れる流体の流量に正しく対応する検出信号を出力する方のセンサが採用される。換言すれば、第１センサは、内部センサ及び外部センサのうち、流路の内部を流れる流体の流量を正確に検出することができるように調整（較正）された所定の制御回路と流量センサとの組み合わせを構成している流量センサである。
【００５１】
流量較正においては、このような第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量と第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも小さくなる（即ち、実質的に一致する）ように、第２センサから出力される検出信号を処理する所定の制御回路が調整（較正）される。但し、流量較正においては、必ずしも第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものと第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものとを実質的に一致させる必要は無い。具体的には、例えば、所定の制御回路に含まれるアンプから出力される「第１センサから出力された検出信号」に基づく信号の強度と所定の制御回路に含まれるアンプから出力される「第２センサから出力された検出信号」に基づく信号の強度とを実質的に一致させてもよい。
【００５２】
図７は、第４システムの構成の１つの例を示す模式図である。図７に例示した第４システム４０においては、第２装置２が備える外部センサ２ｓとは別個の流量センサである内部センサ１ｓを第１装置１が備える。更に、外部センサ２ｓを基準として内部センサ１ｓの流量較正を実行することができるように制御部１２が構成されている。即ち、第４システム４０においては、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓのうち、外部センサ２ｓが（流量較正の基準となる）第１センサであり、内部センサ１ｓが（較正される）第２センサである。
【００５３】
具体的には、第４システム４０においては、外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて制御部１２（制御回路１ｃ）によって流路１１の内部を流れる流体の質量流量が正確に検出されるように制御回路１ｃが予め調整（較正）されている。そして、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量と内部センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路１ｃが調整（較正）される。
【００５４】
尚、例えば図５に示した例のように第１装置１が備える制御回路１ｃ及び第２装置２が備える制御回路２ｃの両方によって外部信号Ｓｅが処理される場合等、制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって制御部１２が構成されている場合は、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路１ｃ及び制御回路２ｃによって検出される流量と内部信号Ｓｉに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路１ｃ及び制御回路２ｃが調整（較正）されるようにしてもよい。
【００５５】
また、例えば図４に示した例のように第２装置２が備える制御回路２ｃのみによって制御部１２が構成されている場合は、外部信号Ｓｅに基づいて制御回路２ｃによって検出される流量と内部信号Ｓｉに基づいて制御回路１ｃによって検出される流量とが実質的に一致するように制御回路２ｃ及び制御回路１ｃがそれぞれ調整（較正）されるようにしてもよい。
【００５６】
流量較正においては、上述したように、第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量と第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、第２センサから出力される検出信号を処理する所定の制御回路が調整（較正）される。この際、当然のことながら、流量較正の対象である第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量が流量較正の基準となる第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量に近付くように制御回路が調整（較正）される。
【００５７】
上記のような「制御回路の調整（較正）」は、具体的には、例えば、第２センサから出力される検出信号から流路の内部を流れる流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整することによって行うことができる。また、当該制御回路において「第２センサから出力された検出信号」を「流路の内部を流れる流体の質量流量に正確に対応する信号」に変換する演算処理において使用される係数の調整（増減）等を併用してもよい。
【００５８】
即ち、第４システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において、前記第１センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第１流量と前記第２センサから出力される検出信号に基づいて検出される前記流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記第２センサから出力される検出信号から前記流体の質量流量を特定するための制御回路のアンプのゲインを調整するように制御部が構成されていてもよい。尚、上記「所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力」は、それぞれ上述した第１センサ及び第２センサの両方の規格に適した質量流量、温度及び圧力とするべきであることは言うまでもない。
【００５９】
図８は、上記のような第４システムを構成する制御部によって実行される流量較正ルーチンの一例を示すフローチャートである。図８に示す例においては、図７に示した例と同様に、外部センサ２ｓが（流量較正の基準となる）第１センサであり、内部センサ１ｓが（較正される）第２センサであるものとする。
【００６０】
流量較正ルーチンが開始されると、ステップＳ１１０において、所定の温度及び所定の圧力にて前記流体が前記流路に流れている状態において第１センサ（外部センサ２ｓ）から出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）及び第２センサ（内部センサ１ｓ）から出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）を制御部が取得する。次に、ステップＳ１２０において、第１センサから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて検出される流体の質量流量（第１流量）と第２センサから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて検出される流体の質量流量（第２流量）との偏差である流量偏差ΔＦｃが所定の閾値Ｔｃ以上であるか否かを制御部が判定する。
【００６１】
流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満である場合（ΔＦｃ＜Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部は「Ｎｏ」と判定し、当該ルーチンを一旦終了する。一方、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ以上である場合（ΔＦｃ≧Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部は「Ｙｅｓ」と判定する。そして、次のステップＳ１３０において、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満となるように制御部を構成する制御回路が調整（較正）される。具体的には、流量較正の対象である第２センサ（内部センサ１ｓ）から出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）に基づいて検出される流体の流量（第２流量）が流量較正の基準となる第１センサ（外部センサ２ｓ）から出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）に基づいて検出される流体の流量（第１流量）に近付くように制御回路が調整（較正）される。
【００６２】
尚、図８に示した例においては制御部を構成する制御回路のアンプのゲインを調整することにより流量較正を行っている。アンプのゲインの調整幅は一定の固定値であってもよく、或いは、流量偏差ΔＦｃの大きさに応じて変化する変動値であってもよい。
【００６３】
上記ステップＳ１３０の後、再びステップＳ１２０において流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ以上であるか否かを制御部が判定する。やがて、流量偏差ΔＦｃが閾値Ｔｃ未満となり（ΔＦｃ＜Ｔｃ）、上記ステップＳ１２０において制御部が「Ｎｏ」と判定し、当該ルーチンを終了する（流量較正が完了する）。
【００６４】
上述したような流量較正ルーチンは、例えば、制御部を構成する制御回路が有する記録装置（例えば、ＲＯＭ等）にＣＰＵによって実行可能なプログラムとして格納される。そして、制御部を構成する制御回路が有するＣＰＵが当該プログラムに従って各種演算処理等を実行することによって流量較正が達成される。尚、前述したように複数の制御回路によって制御部が構成されている場合等においては、これら複数の制御回路に分散されて流量較正ルーチンが実行されてもよい。
【００６５】
〈効果〉
上述したように、第４システムによれば、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正において必須であった別個の流量センサ及び制御装置等の追加を必要とすること無く、当該システムにおける既存の外部センサを利用して、内部センサの流量較正を簡便に行うことができる。その結果、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を低減することができる。
【００６６】
《第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第５システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００６７】
一般に、質量流量制御システムにおいては、例えば、その製造直後に、他の較正済み質量流量計等を基準として、基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって較正される。また、上述したような第４システムによれば、製造後においても流量較正を簡便に行うことができる。
【００６８】
しかしながら、質量流量制御システムの使用中に、例えば熱式流量センサを構成するセンサチューブの内壁に異物が付着する等の不測の異常事態の発生により質量流量の測定値が異常値を示す等、質量流量を正確に測定することが困難な状況が生ずる場合がある。このような異常事態が発生している場合、実際に流路を流れている流体の質量流量が異常であるのか或いは質量流量の測定値が異常値である（即ち、流量センサに異常が発生している）のかを判断することは困難である。
【００６９】
そこで、当該技術分野においては、例えば、全く同一の仕様を有する２つの流量センサが直列に配設された質量流量計が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。このような質量流量計においては、それぞれの流量センサを他の較正済み質量流量計を基準として基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって較正しておく。その後、当該質量流量計の使用中に、これら２つの流量センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量の偏差（流量偏差）の絶対値が所定の閾値を超えた場合は、これら２つの流量センサの何れかに異常が発生していると判定される。このように質量流量計における異常の発生の有無を検知する機能は「自己診断機能」と呼称される。
【００７０】
しかしながら、上記のように２つの流量センサを１つの質量流量計に組み込むことは、例えば質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。また、所定の規格に合致した大きさ及び構造を有する筐体内に２つの流量センサを組み込むためには、予め定められた容積の中により多くの構成部材を組み込む必要があるため、質量流量計の集成がより困難となり、やはり製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。
【００７１】
ところが、上述した第２システムを始めとする外部センサ及び内部センサを備える本発明システムによれば、上記のように特別な構成を必要とすること無く、これらの既存のセンサを利用して、流量センサにおける異常の有無を判定することができる。
【００７２】
〈構成〉
そこで、第５システムは、上述した第２システムであって、上述した第３システムと同様に外部センサとは別個の流量センサである内部センサを第１装置が備える。内部センサとしての流量センサの構成は、上述した第３システムに関して説明したように、第１装置１が介装された流路の内部を流れる流体の流量を測定することが可能である限り、特に限定されない。このような流量センサの具体例としては、例えば熱式流量センサ、圧力式流量センサ及び差圧式流量センサ等を挙げることができる。
【００７３】
更に、第５システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、内部センサから出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と外部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部が構成されている。尚、上記「所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力」は、それぞれ上述した内部センサ及び外部センサの両方の規格に適した質量流量、温度及び圧力とするべきであることは言うまでもない。
【００７４】
上記判定においては、内部信号に基づいて検出される流量と外部信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。但し、上記判定においては、必ずしも内部センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものと外部センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の流量そのものとの偏差を特定する必要は無い。具体的には、例えば、内部信号に基づいて所定の制御回路に含まれるアンプから出力される信号の強度と外部信号に基づいて所定の制御回路に含まれるアンプから出力される信号の強度との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部信号に基づいて検出される流量と外部信号に基づいて検出される流量との偏差が所定の閾値よりも大きいと判定されるようにしてもよい。
【００７５】
第５システムのハードウェア構成は、例えば、図７に例示した第４システム４０と同様の構成とすることができる。但し、第５システムにおいては、所定の質量流量、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、内部信号Ｓｉに基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部１２（制御回路１ｃ）が構成されている。尚、前述したように、制御部１２は、上記のように制御回路１ｃのみによって構成されていてもよく、制御回路２ｃのみによって構成されていてもよく、或いは制御回路１ｃ及び制御回路２ｃの両方によって構成されていてもよい。
【００７６】
図９は、第５システムを構成する制御部によって実行される自己診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。自己診断ルーチンが開始されると、ステップＳ２１０において、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において内部センサ１ｓから出力される検出信号（内部信号Ｓｉ）及び外部センサ２ｓから出力される検出信号（外部信号Ｓｅ）を制御部が取得する。次に、ステップＳ２２０において、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量との偏差である流量偏差ΔＦａが所定の閾値Ｔａ以上であるか否かを制御部が判定する。
【００７７】
内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が正常である場合、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量とは同じであるか又は極めて近い値となり、流量偏差ΔＦａは０（ゼロ）又は極めて小さい値となる。一方、内部センサ１ｓ又は外部センサ２ｓの少なくとも何れかが異常である場合、内部信号Ｓｉに基づいて検出される流体の質量流量と外部信号Ｓｅに基づいて検出される流体の質量流量とはある程度離れた値となり、流量偏差ΔＦａはある程度大きい値となる。尚、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が同時に異常となり且つ両者から出力される検出信号の強度が同じ程度に変化する可能性は極めて低いと考えられる。
【００７８】
そこで、流量偏差ΔＦａが閾値Ｔａ未満である場合（ΔＦａ＜Ｔａ）、上記ステップＳ２２０において制御部は「Ｙｅｓ」と判定する。そして、次のステップＳ２３０において、内部センサ１ｓ及び外部センサ２ｓの両方が正常であると判定する。何等かの出力装置（例えば、表示灯、ディスプレイ及びブザー等）により当該判定結果を報知するように制御部が構成されていてもよい。そして、制御部は当該ルーチンを一旦終了する（自己診断が完了する）。
【００７９】
一方、流量偏差ΔＦａが閾値Ｔａ以上である場合（ΔＦａ≧Ｔａ）、上記ステップＳ２２０において制御部は「Ｎｏ」と判定する。そして、次のステップＳ２４０において、内部センサ１ｓ又は外部センサ２ｓの少なくとも何れかが異常であると判定する。何等かの出力装置（例えば、表示灯、ディスプレイ及びブザー等）により当該判定結果を報知するように制御部が構成されていてもよい。そして、制御部は当該ルーチンを一旦終了する（自己診断が完了する）。
【００８０】
上述したような自己診断ルーチンは、例えば、制御部を構成する制御回路が有する記録装置（例えば、ＲＯＭ等）にＣＰＵによって実行可能なプログラムとして格納される。そして、制御部を構成する制御回路が有するＣＰＵが当該プログラムに従って各種演算処理等を実行することによって上記のような判定を実行することができる。
【００８１】
〈効果〉
第５システムによれば、上述した従来技術に係る質量流量計のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該システムにおける既存の外部センサ及び内部センサを利用して、内部センサ及び外部センサにおける異常の発生の有無を検知する機能（自己診断機能）を達成することができる。従って、自己診断機能の達成に伴う質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。
【００８２】
《第６実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第６システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００８３】
〈構成〉
例えば、図１０に示すように、第６システム６０は、上述した第１システムと同様の構成を有する質量流量制御システムであって、流体が流入する流入口及び流体が流出する流出口を有し且つ流路１１に介装された密閉容器であるタンク１３を更に有する。タンク１３は特に限定されず、その具体例としては、例えば半導体の製造プロセスにおける反応炉としてのチャンバー及び気化器における気化タンク等を挙げることができる。
【００８４】
〈効果〉
以上のように、第６システム６０は、上述した第１システムと同様の構成に加えて、流体が流入する流入口及び流体が流出する流出口を有し且つ流路１１に介装された密閉容器であるタンク１３を更に有する。これにより、第６システム６０は、反応炉としてのチャンバー及び気化タンク等を備える半導体製造装置を構成することができる。
【００８５】
《第７実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第７実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第７システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００８６】
〈構成〉
例えば、図１１に示すように、第７システム７０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐを検出するように構成された圧力センサである。当該圧力センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐを検出することが可能である限り、特に限定されない。圧力センサの具体例としては、例えばピエゾ抵抗型圧力センサ及び静電容量式圧力センサ等を挙げることができる。また、当該圧力センサは、例えば半導体製造装置における反応炉としてのチャンバーの内部の圧力又は気化器における気化タンクの内部に存在するキャリアガスと気化ガスとの混合ガスからなる気体部分の圧力等を検出するように構成され得る。
【００８７】
〈効果〉
以上のように、第７システム７０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体の圧力を検出するように構成された圧力センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第７システム７０においては、タンク１３の内部に存在する流体の圧力Ｐに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第７システム７０においては、上記圧力Ｐに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００８８】
従って、第７システム７０によれば、外部センサ２ｓとしての圧力センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、チャンバー又は気化タンクの内部に存在するプロセスガスの圧力が一定に保たれるように、プロセスガスの流量をより正確に制御することができる。或いは、第７システム７０によれば、外部信号Ｓｅに基づいて流量制御弁の開閉を制御してチャンバー又は気化タンクの内部の圧力を任意の圧力に調圧することもできる。このように、第７システム７０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部の圧力に基づくプロセスガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００８９】
《第８実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第８実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第８システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００９０】
〈構成〉
例えば、図１２に示すように、第８システム８０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体の温度を検出するように構成された温度センサである。当該温度センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体の温度Ｔを検出することが可能である限り、特に限定されない。温度センサの具体例としては、例えば熱電対、測温抵抗体及びサーミスタ等の温度センサを挙げることができる。また、当該温度センサは、例えば半導体製造装置における反応炉としてのチャンバーの内部の温度等を検出するように構成され得る。
【００９１】
〈効果〉
以上のように、第８システム８０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体の温度を検出するように構成された温度センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第８システム８０においては、タンク１３の内部に存在する流体の温度Ｔに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第８システム８０においては、上記温度Ｔに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００９２】
従って、第８システム８０によれば、外部センサ２ｓとしての温度センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、半導体製造プロセスにおける所定の流量にてパージガスをタンク内に導入することにより所定の降温速度にてタンク内の温度を下げる工程において、パージガスの流量をより正確に制御することができる。即ち、第８システム８０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部の温度に基づくパージガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００９３】
《第９実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第９実施形態に係る質量流量制御システム（以降、「第９システム」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００９４】
〈構成〉
例えば、図１３に示すように、第９システム９０は、上述した第６システム６０と同様の構成を有する質量流量制御システムであって、外部センサ２ｓは、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃを検出するように構成された濃度センサである。当該濃度センサの構成は、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃを検出することが可能である限り、特に限定されない。具体的には、濃度センサは、濃度を検出しようとする成分の化学的性質及び／又は物理的性質等に応じて、当該技術分野において周知の種々の濃度センサの中から適宜選択することができる。
【００９５】
〈効果〉
以上のように、第９システム９０は、上述した第６システム６０と同様の構成に加えて、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度を検出するように構成された濃度センサを外部センサ２ｓとして備える。これにより、第９システム９０においては、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度Ｃに基づいて制御信号Ｓｃの性状を特定することができる。即ち、第９システム９０においては、上記濃度Ｃに基づいて流量制御弁の開度を制御することができる。
【００９６】
従って、第９システム９０によれば、外部センサ２ｓとしての濃度センサから出力される外部信号Ｓｅに基づき、例えば、半導体製造プロセスにおいてチャンバー内に供給されるプロセスガスにおける特定の成分の濃度Ｃを所望の濃度に維持するように、例えばキャリアガス及び／又は材料ガスの流量をより正確に制御することができる。即ち、第９システム９０によれば、例えばＰＣ等の別個の制御装置を含む別系統の制御ループを追加すること無く、タンク１３の内部に存在する流体における特定の成分の濃度に基づくプロセスガスの正確な流量制御を容易に達成することができる。
【００９７】
《第１０実施形態》
以下、本発明の第１０実施形態に係る半導体製造装置（以降、「第１０装置」と称呼される場合がある。）について説明する。本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、質量流量制御システムのみならず、当該システムを含む半導体製造装置にも関する。
【００９８】
〈構成〉
第１０装置は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。第１０装置は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる半導体製造装置である。第１０装置の具体的な構成は、上記要件を満たす限りにおいて、特に限定されない。また、第１０装置に含まれる本発明システムの詳細については、第１システム１０乃至第９システム９０に関する上記説明において既に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【００９９】
〈効果〉
本発明システムを含む第１０装置によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。
【０１００】
《第１１実施形態》
以下、本発明の第１１実施形態に係る気化器（以降、「第１１装置」と称呼される場合がある。）について説明する。本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、質量流量制御システムのみならず、当該システムを含む気化器にも関する。
【０１０１】
〈構成〉
第１１装置は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。第１１装置は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる気化器である。第１１装置の具体的な構成は、上記要件を満たす限りにおいて、特に限定されない。また、第１１装置に含まれる本発明システムの詳細については、第１システム１０乃至第９システム９０に関する上記説明において既に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１０２】
〈効果〉
本発明システムを含む第１１装置によれば、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のハードウェアを始めとする別個の制御装置等を追加すること無く、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を達成することができる。
【０１０３】
本発明の幾つかの実施形態に対応する実施例につき、以下に詳細に説明する。
【実施例１】
【０１０４】
以下、本発明の実施例１に係る半導体製造装置（以下、「実施例装置１」と称される場合がある。）について説明する。
【０１０５】
〈構成〉
実施例装置１は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、半導体製造装置である。従って、実施例装置１は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された（例えば、他の質量流量制御装置を構成する）外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる半導体製造装置である。
【０１０６】
図１４に示すように、実施例装置１においては、制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁及び流量センサを備える質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃが、パージガス（Ｎ２）及び材料ガスＡ乃至Ｃの流路にそれぞれ介装されている。これらの質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。
【０１０７】
パージガスの流路は、ＭＦＣ−ＸとＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃのそれぞれとの間において、材料ガスＡ乃至Ｃの流路にそれぞれ合流している。また、ＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃの下流側において各プロセスガスの流路が合流し、更に下流側に配設されたチャンバーとしてのタンクの流入口へと連通している。更に、チャンバーの流出口にはチャンバーから排出されるプロセスガスの流路が連通している。
【０１０８】
加えて、チャンバーには、チャンバー内部に存在するプロセスガスの圧力Ｐ、温度Ｔ及び特定成分の濃度Ｃを検出する圧力センサ、温度センサ及び濃度センサがそれぞれ配設されている。尚、パージガス及び材料ガスＡ乃至Ｃの流路には、それぞれのガスの流路を開閉することができるように構成された開閉弁がそれぞれ介装されている（何れも図示せず）。
【０１０９】
〈効果〉
実施例装置１において、材料ガスＡから材料ガスＢへとプロセスガスを切り替える場合、先ず混合ガスＡの供給を停止し、材料ガスＡの流路及びチャンバー内をパージガスによってパージした後に、材料ガスＢの供給を開始する。上記パージを迅速に完了するためには、材料ガスＡの流路を経由するパージガスの流量をできるだけ大きくすることが望ましい。
【０１１０】
しかしながら、材料ガスＡの流路に介装されているＭＦＣ−Ａの流量レンジ（ＢＩＮサイズ）は１００ｓｃｃｍと小さい。このため、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、最大で１００ｓｃｃｍという小さい流量でしかパージを実行することができない。即ち、材料ガスＡの流路を経由して供給可能なパージガスの最大流量が小さく、パージを迅速に完了することは困難である。
【０１１１】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ａは、より大きい流量レンジ（ＢＩＮサイズ）（２０００ｓｃｃｍ）を有するＭＦＣ−Ｘが備える流量センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ａが備える制御回路によって流体の流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１においては、ＰＣ等の別個の制御装置を追加すること無く、最大で２０００ｓｃｃｍもの大きい流量レンジにて流量を制御し、パージを迅速に完了することができる。
【０１１２】
また、ＭＦＣ−Ｃの流量較正を行う場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、ＭＦＣ−Ｃと別途用意された較正済みの質量流量計とを流体（ガス）の流路に直列に介装し、両者が備える流量センサによって測定される流量が一致するようにＭＦＣ−Ｃの流量センサのゲイン等が調整される。具体的には、ＭＦＣ−Ｃが備える通信手段を介して、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の別個の制御装置を用いて、例えばＭＦＣ−Ｃが備える制御回路のアンプのゲイン等が調整される。このように、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正においては別個の流量センサ及び制御装置の追加が必要であるため、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【０１１３】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ｃは、他の質量流量制御装置（例えば、ＭＦＣ−Ｘ）が備える流量センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｃが備える制御回路自身が、アンプのゲイン等を調整することができる。即ち、実施例装置１においては、較正用の質量流量計及びＰＣ等の別個の制御装置を追加すること無く、質量流量制御装置の流量較正を実行することができる。
【０１１４】
より具体的には、上述した第４システム４０における第１装置１及び第２装置２がＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ｃに該当し、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサが流量較正の基準となる第１センサに該当し、且つＭＦＣ−Ｃが備える流量センサが流量較正の対象となる第２センサに該当する場合、所定の質量流量（例えば、２０００ｓｃｃｍ以下の任意の質量流量）、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（第１センサ）から出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量である第１流量とＭＦＣ−Ｃが備える流量センサ（第２センサ）から出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量である第２流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも（第２センサから出力される検出信号から流体の質量流量を特定するための）ＭＦＣ−Ｃが備える制御部を構成する制御回路のアンプのゲインを調整するように、ＭＦＣ−Ｃの制御部が構成されている。
【０１１５】
従って、実施例装置１によれば、従来技術に係る質量流量制御装置の流量較正において必須であった別個の流量センサ及び制御装置等の追加を必要とすること無く、実施例装置１における既存の（ＭＦＣ−Ｘの）外部センサを利用して（ＭＦＣ−Ｃの）内部センサの流量較正を簡便に行うことができる。その結果、流量較正に要する設備の複雑化、作業の繁雑化、及びコストの増大等の問題を低減することができる。
【０１１６】
更に、例えばＭＦＣ−Ｂが備える流量センサにおける異常の発生の有無を検知する自己診断を行う場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、ＭＦＣ−Ｂにおいて全く同一の仕様を有する２つの流量センサを直列に配設しておく必要がある。そして、これら２つの流量センサから出力される検出信号に基づいて検出される流体の質量流量の偏差（流量偏差）の絶対値が所定の閾値を超えた場合、これら２つの流量センサの何れかに異常が発生していると判定される。このように、従来技術に係る質量流量制御装置が備える流量センサの自己診断においては２つの流量センサを１つの質量流量制御装置に組み込む必要があるため、質量流量制御装置の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。
【０１１７】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、上記のように直列に配設された２つの流量センサをＭＦＣ−Ｂが備えていなくても、他の質量流量制御装置（例えば、ＭＦＣ−Ｘ）が備える流量センサから出力される外部信号を利用して、これら２つの流量センサにおける異常の発生の有無をＭＦＣ−Ｂが備える制御部によって判定することができる。即ち、実施例装置１においては、上述した従来技術に係る質量流量制御装置のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該装置における既存の外部センサ及び内部センサを利用して、これらのセンサにおける異常の発生の有無を検知する機能（自己診断機能）を達成することができる。
【０１１８】
より具体的には、上述した第５システム５０における第１装置１及び第２装置２がＭＦＣ−Ｂ及びＭＦＣ−Ｘにそれぞれ該当し且つＭＦＣ−Ｘが備える流量センサが外部センサ２ｓに該当する場合、所定の質量流量（例えば、１０００ｓｃｃｍ以下の任意の質量流量）、所定の温度及び所定の圧力にて流体が流路に流れている状態において、ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサ（内部センサ）から出力される検出信号である内部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である内部流量と、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（外部センサ）から出力される検出信号である外部信号に基づいて検出される当該流体の質量流量である外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に、内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定するように制御部が構成されている。
【０１１９】
従って、実施例装置１によれば、上述した従来技術に係る質量流量制御装置のように２つの流量センサが直列に配設された構成を必要とすること無く、当該装置における既存の質量流量制御装置（ＭＦＣ−Ｂ及びＭＦＣ−Ｘ）がそれぞれ備える流量センサにおける異常の発生の有無を判定することができる。その結果、自己診断機能の達成に伴う質量流量計の構成の複雑化、大型化及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。
【０１２０】
ところで、上述した自己診断機能においては、内部信号に基づいて検出される内部流量と外部信号に基づいて検出される外部流量との偏差である流量偏差が所定の閾値よりも大きいと判定される場合に内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。つまり、流量偏差が所定の閾値以下である場合は内部センサ及び外部センサの両方が正常であると判定され、流量偏差が所定の閾値よりも大きい場合は内部センサ及び外部センサの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定される。後者の場合、内部センサ（ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサ）及び外部センサ（ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ）のどちらに異常があるのかは特定することができない。
【０１２１】
しかしながら、実施例装置１においては、ＭＦＣ−Ｂの他にもＭＦＣ−Ａ及びＭＦＣ−ＣがＭＦＣ−Ｘに対して直列に配置されている。従って、例えばＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及び／又はＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて上記と同様の自己診断を行うことができる。例えば、ＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及びＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせの何れか一方若しくは両方について異常の発生が無い（正常である）と判定された場合、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサ（外部センサ）については異常の発生は無い（正常である）と推定される。従って、この場合においてＭＦＣ−ＢとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて異常の発生が有ると判定されている場合は、ＭＦＣ−Ｂが備える流量センサにおいて異常の発生が有ると特定することができる。
【０１２２】
一方、ＭＦＣ−ＡとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせ及びＭＦＣ−ＣとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせの両方について異常の発生が有ると判定された場合、これらの組み合わせに共通するＭＦＣ−Ｘにおいて異常の発生が有るのか或いはＭＦＣ−Ａ及びＭＦＣ−Ｃの両方において異常の発生が有るのかは特定することができない。この場合においてＭＦＣ−ＢとＭＦＣ−Ｘとの組み合わせについて異常の発生が無い（正常である）と判定されている場合は、ＭＦＣ−Ｘが備える流量センサにおいて異常の発生が無い（正常である）と判定されるので、ＭＦＣ−Ａが備える流量センサ及びＭＦＣ−Ｃが備える流量センサの両方において異常の発生が有ると推定することができる。このように、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が組み込まれる装置等の構成によっては、複数の質量流量制御装置の異なる組み合わせを利用することにより、異常が発生している流量センサを特定することが可能である場合がある。
【０１２３】
尚、上記説明においては、特定の質量流量制御装置が備える制御回路を使用して、他の質量流量制御装置が備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、当該質量流量制御装置が備える流量制御弁を制御したり、当該質量流量制御装置が備える流量センサ（内部センサ）の流量較正をしたり、これらの質量流量制御装置が備える流量センサにおける異常の発生の有無を検知する自己診断を実行したりする態様について説明した。この場合、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が有する制御部は特定の質量流量制御装置が備える制御回路によって構成されている。
【０１２４】
しかしながら、本発明システムが有する制御部を他の質量流量制御装置が備える制御回路によって構成することもできる。この場合、他の質量流量制御装置が備える制御回路を使用して、他の質量流量制御装置が備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、特定の質量流量制御装置が備える流量制御弁の制御等を実行することができる。このように、本発明システムが有する制御部は、流量制御弁を備える装置が備える制御回路及び外部センサを備える装置が備える制御回路の何れによって構成されていてもよく、或いは、これら両方の制御回路によって構成されていてもよい。
【０１２５】
更に、半導体製造装置のチャンバー内の圧力を一定に保つ場合、従来技術に係る半導体製造装置においては、前述したように、チャンバー内の圧力を測定する圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等を別途設けるか、或いは圧力制御弁等の圧力制御のための機構を別途設ける必要がある。一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、ＭＦＣ−Ｂは、チャンバーに配設された圧力センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｂが備える制御回路自身によって流体の流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、チャンバー内の圧力を一定に保つことができる。
【０１２６】
加えて、前述したように、半導体製造プロセスにおいてパージガスをチャンバー内に所定の流量にて導入することにより所定の降温速度にてチャンバー内の温度を下げる降温処理を実行する場合がある。この場合、チャンバーに配設された温度センサによって測定されるチャンバー内の温度が所定の降温速度にて下がるように、パージガスの流量を正確に制御する必要がある。従来技術に係る質量流量制御装置を使用する半導体製造装置において当該制御を実行する場合もまた、ＰＣ等の別個の制御装置を追加する必要があり、半導体製造装置の構成の複雑化及びコストの増大等の問題を招く虞がある。
【０１２７】
一方、実施例装置１においては、上述したように、質量流量制御装置ＭＦＣ−Ｘ及びＭＦＣ−Ａ乃至ＭＦＣ−Ｃは何れも本発明に係る質量流量制御装置である。従って、例えばＭＦＣ−Ａが介装された流路を介してパージガスを流すことにより上記降温処理を行う場合、チャンバーに配設された温度センサから出力される外部信号に基づき、ＭＦＣ−Ｘ又はＭＦＣ−Ａが備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することにより、パージガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、所定の降温速度にてチャンバー内の温度を下げる降温処理を実行することができる。
【０１２８】
また、前述したように、例えばチャンバー内に供給された混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を所定の濃度に維持する場合もある。この場合もまた、実施例装置１によれば、上記と同様にして、チャンバーに配設された濃度センサから出力される外部信号に基づき、該当する材料ガスの流路に介装された質量流量制御装置が備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することにより、混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を制御することができる。即ち、実施例装置１によれば、別個の制御装置を追加すること無く、混合ガスにおける特定の材料ガスの濃度を所定の濃度に維持することができる。
【０１２９】
〈結論〉
以上のように、実施例装置１によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、質量流量計における異常の発生の有無を検知する自己診断、タンク内の圧力若しくは温度に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【実施例２】
【０１３０】
以下、本発明の実施例２に係る気化器（以下、「実施例装置２」と称される場合がある。）について説明する。
【０１３１】
〈構成〉
実施例装置２は、上述した第１システム１０乃至第９システム９０を始めとする本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）を含む、気化器である。従って、実施例装置２は、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された（例えば、他の質量流量制御装置を構成する）外部センサから出力される検出信号である外部信号に基づいて流体の流量の制御を行うことができる気化器である。
【０１３２】
図１５に示すように、実施例装置２は、気化タンク内に貯蔵された液体材料の温度及び気化ガスの圧力を一定に保ちつつ、流量が制御されたキャリアガスを気化タンク内の液面下へと導入し、キャリアガスと気化ガスとの混合ガスを気化タンクの排気口から取り出すバブリング方式の気化器である。
【０１３３】
気化タンクの上流側のキャリアガスの流路には、制御信号の性状に基づいて開度が制御されるように構成された流量制御弁及び流量センサを備える質量流量制御装置（キャリアガス用ＭＦＣ）が介装されている。一方、気化タンクの下流側の混合ガスの流路には、混合ガスの流量を測定する質量流量計（混合ガス用ＭＦＭ）が介装されている。キャリアガス用ＭＦＣは、本発明に係る質量流量制御装置であり、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）から出力される外部信号に基づき、混合ガス用ＭＦＣが備える制御回路によって流量制御弁の開度を調整することができるように構成されている。
【０１３４】
〈効果〉
上記のような構成を有する気化器においては、前述したように、混合ガス用ＭＦＭによって測定される混合ガスの流量Ｑ２からキャリアガス用ＭＦＣによって測定されるキャリアガスの流量Ｑ１を差し引くことにより、気化ガスの流量Ｑｓを求めることができる。
【０１３５】
しかしながら、従来技術に係る気化器においては、前述したように、キャリアガスの流量Ｑ１はあくまでもキャリアガス用ＭＦＣによって測定され、自己完結型の独立した流量制御が行われる。即ち、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づくキャリアガスの流量Ｑ１の制御は行われない。従って、従来技術に係る気化器においては、気化器によって供給される気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づく流量制御を実行することはできない。
【０１３６】
一方、実施例装置２においては、上述したように、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）から出力される外部信号に基づいて流量制御弁の開度を調整することができるようにキャリアガス用ＭＦＣが構成されている。従って、実施例装置２によれば、本来の制御対象である気化ガスの流量Ｑｓ及び／又は混合ガスの流量Ｑ２に基づいてキャリアガスの流量Ｑ１を制御することにより、気化ガスの流量Ｑｓをより正確に制御することができる。
【０１３７】
尚、上記説明においては、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路を使用して、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁を制御する態様について説明した。この場合、本発明に係る質量流量制御システム（本発明システム）が有する制御部はキャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路によって構成されている。
【０１３８】
しかしながら、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁の開度を制御することができる性状を有する制御信号を出力することができる制御回路を混合ガス用ＭＦＭが備える場合は、本発明システムが有する制御部を混合ガス用ＭＦＭが備える制御回路によって構成することもできる。この場合、混合ガス用ＭＦＭが備える制御回路を使用して、混合ガス用ＭＦＭが備える流量センサ（外部センサ）からの出力信号（外部信号）に基づいて、キャリアガス用ＭＦＣが備える流量制御弁を制御する。このように、本発明システムが有する制御部は、流量制御弁を備える装置が備える制御回路及び外部センサを備える装置が備える制御回路の何れによって構成されていてもよく、或いはこれら両方の制御回路によって構成されていてもよい。
【０１３９】
更に、気化器の気化タンク内の圧力を一定に保つ場合、従来技術に係る気化器においては、前述したように、気化タンク内の圧力を測定する圧力センサによって測定される圧力に基づいて流体の流量（供給量）を制御するための制御装置としてのＰＣ等を別途設ける必要がある。一方、実施例装置２においては、上述したように、キャリアガス用ＭＦＣは本発明に係る質量流量制御装置である。従って、キャリアガス用ＭＦＣは、気化タンクに配設された圧力センサから出力される外部信号に基づき、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路自身によってキャリアガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置２によれば、別個の制御装置を追加すること無く、気化タンク内の圧力を一定に保つことができる。
【０１４０】
加えて、前述したように、例えば気化タンク内に存在する混合ガスにおける材料ガスの濃度及び／又は気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度に応じた流量制御が求められる場合もある。この場合もまた、実施例装置２によれば、上記と同様にして、気化タンクに配設された濃度センサから出力される外部信号に基づき、キャリアガス用ＭＦＣが備える制御回路自身によってキャリアガスの流量の制御を行うことができる。即ち、実施例装置２によれば、別個の制御装置を追加すること無く、例えば気化タンク内に存在する混合ガスにおける材料ガスの濃度及び／又は気化タンク内に貯蔵された液体材料における特定成分の濃度に応じた流量制御を実行することができる。
【０１４１】
〈結論〉
以上のように、実施例装置２によれば、迅速なパージ処理、より正確な流量制御、簡便な流量較正、タンク内の圧力に基づく流量制御、又は流体における材料の濃度等に基づく流量制御等の効果を、別個の制御装置等を追加すること無く達成することができる。
【０１４２】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。また、本発明に係る質量流量制御システムは、流体の流量の制御に関し、質量流量制御装置とは離れた位置に配設された外部センサから出力される検出信号である出力信号に基づいて流体の流量の制御を行うことが必要とされる用途であれば、上記以外の用途にも応用可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  第１装置（質量流量制御装置）
１ａ  アクチュエータ
１ｂ  ベース
１ｃ  制御回路
１ｈ  筐体（ハウジング）
１ｓ  流量センサ（内部センサ）
２  第２装置
２ｃ  制御回路
２ｓ  外部センサ
１０  第１システム（質量流量制御システム）
１１  流路
１２  制御部
１３  タンク
Ｐ    圧力
Ｔ    温度
Ｃ    濃度
３０  第３システム（質量流量制御システム）
４０  第４システム（質量流量制御システム）
５０  第５システム（質量流量制御システム）
６０  第６システム（質量流量制御システム）
７０  第７システム（質量流量制御システム）
Ｓｉ  内部信号
Ｓｅ  外部信号
Ｓｃ  制御信号
Ｑ１  キャリアガスの流量
Ｑ２  混合ガスの流量
【国際調査報告】
2019065611.tif 000018
2019065611.tif 000019
2019065611.tif 000020