(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象の質量流量計を測定する際の実用基準流量計として用いる基準熱式質量流量計と、
この基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された音速ノズル式質量流量コントローラと、
前記基準熱式質量流量計の下流側に試験対象の質量流量計を直列接続させるための接続口と、
前記音速ノズル式質量流量コントローラにおける上流側圧力と下流側の圧力の比を所定の値に保持するための真空ポンプと、
前記基準熱式質量流量計の校正を前記音速ノズル式質量流量コントローラを用いて実行する基準流量計校正手段、および、当該校正結果に基づき、当該基準熱式質量流量計を用いて、前記接続口に接続された試験対象の質量流量計の測定を実行する試験流量計測定手段を備えた制御部とを有していることを特徴とする流量計校正装置。
【請求項２】
請求項１において、
ガス供給口と、
このガス供給口に並列接続された測定レンジの異なるｎ個（ｎ：正の整数）の前記基準熱式質量流量計と、
各基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された対応する測定レンジの前記音速ノズル式質量流量コントローラとを有していることを特徴とする流量計校正装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記基準流量計校正手段は、校正対象の前記基準熱式質量流量計を選択する選択手段と、選択された前記基準熱式質量流量計の校正に使用する前記音速ノズル式質量流量コントローラ、校正ガスを含むパラメータを設定する設定手段と、前記音速ノズル式質量流量コントローラの流量設定を段階的に変化させ、校正対象の前記基準熱式質量流量計の出力電圧を記録する記録手段と、記録された出力電圧に流量の値付けを行い、当該基準熱式質量流量計の流量校正式を作成する校正式作成手段とを備えていることを特徴とする流量計校正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体の質量流量測定用として広く使用されている熱式質量流量計を国の標準とトレーサブルとなるように校正でき、校正された熱式質量流量計を用いて試験対象の質量流量計あるいは質量流量コントローラの測定を行なうことのできる流量計校正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱式質量流量コントローラあるいは熱式質量流量計の製造者やユーザーがこれらを校正する場合には、一般に、各社が保有している基準流量計を用いている。この基準流量計は国の標準とはトレーサブルなものでなく、基準流量計で校正した熱式質量流量計を実用基準器（ワーキングスタンダード）として用いているのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、熱式質量流量計は、そのセンサ部の特性上、零点あるいは指示値の経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等が大きいので、信頼性に欠けていることは周知である。従って、このような熱式質量流量計を用いて、試験対象の質量流量計を精度良く校正あるいは測定することが困難である。
【０００４】
また、熱式質量流量計の校正は、そのフルスケールを１００％としたときに、一般的には０％、５０％および１００％の３点校正であり、保証値はフルスケールに対する誤差で表現されている。このことは、フルスケールに対して１％の精度が保証されていても、フルスケールの１０％の流量に対しては読み値に対して１０％もの誤差を許容していることになる。従って、この点においても精度のよい校正あるいは測定を期待出来ない場合がある。
【０００５】
一方、国の標準とトレーサブルな質量流量計としては、本願人等によって提案されている音速ノズルを用いた質量流量コントローラが知られており（特許第２８３７１１２号）、読み値に対して拡張不確かさが保証されている。この音速ノズル式質量流量コントローラを用いて熱式質量流量計の校正を行なえば、極めて精度のよい校正を行なうことができる。この場合には、校正対象となる熱式質量流量計の下流側に音速ノズル式質量流量コントローラを接続し、その音速ノズルの臨界条件を満たすために、当該音速ノズルの下流側を真空ポンプで減圧する構成とすればよい。
【０００６】
ここで、音速ノズル式質量流量コントローラを用いて新品の熱式質量流量計を校正する場合は問題がない。しかし、特に、半導体製造プロセスに使用された熱式質量流量計を再検査する場合等には、熱式質量流量計が使用ガスによって汚染されているので、その下流側に接続した音速ノズル式質量流量コントローラの音速ノズルが汚染されて、その特性が変化してしまう危険性がある。音速ノズルの特性が変化してしまうと、精度の高い校正を行なうことが不可能になってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、新品であるか否かに拘らず常に精度良く質量流量計の校正あるは測定を行なうことの可能な流量計校正装置を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の流量計校正装置は：試験対象の質量流量計を測定する際の実用基準流量計として用いる基準熱式質量流量計と；この基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された音速ノズル式質量流量コントローラと；前記基準熱式質量流量計の下流側に試験対象の質量流量計を直列接続させるための接続口と；前記音速ノズル式質量流量コントローラにおける上流側圧力と下流側の圧力の比を所定の値に保持するための真空ポンプと；前記基準熱式質量流量計の校正を前記音速ノズル式質量流量計を用いて実行する基準流量計校正手段、および、当該校正結果に基づき、当該基準熱式質量流量計を用いて、前記接続口に接続された試験対象の熱式質量流量計の測定を実行する試験流量計測定手段を備えた制御部とを有していることを特徴としている。
【０００９】
一般には、本発明の流量計校正装置は：ガス供給口と；このガス供給口に並列接続された測定レンジの異なるｎ個（ｎ：正の整数）の前記基準熱式質量流量計と；各基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された対応する測定レンジの前記音速ノズル式質量流量コントローラとを有する構成とされる。
【００１０】
また、前記基準流量計校正手段は：校正対象の前記基準熱式質量流量計を選択する選択手段と；選択された前記基準熱式質量流量計の校正に使用する前記音速ノズル式質量流量コントローラ、校正ガスを含むパラメータを設定する設定手段と；前記音速ノズル式質量流量コントローラの流量設定を段階的に変化させ、校正対象の前記基準熱式質量流量計の出力電圧を記録する記録手段と；記録された出力電圧に流量の値付けを行い、当該基準熱式質量流量計の流量校正式を作成する校正式作成手段とを備えた構成とすることができる。
【００１１】
このように構成した本発明の質量流量計校正装置では、ワーキングスタンダードとして使用される基準熱式質量流量計をその都度あるいは適宜時間をおいて音速ノズル式質量流量コントローラにより、読み値に於いて校正を行い、校正式（器差曲線あるいはその近似式）を作成している。実際の試験対象の質量流量計の測定は、当該校正式に基づき校正された基準熱式質量流量計により行われる。
【００１２】
従って、本発明によれば、ワーキングスタンダードとして使用されている基準熱式質量流量計の経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等の変動要因を考慮することなく、常に、当該基準熱式質量流量計を、音速ノズル式質量流量コントローラの持つ不確かさ以内で校正できる。この結果、校正された基準熱式質量流量計による測定値は国の標準とトレーサブルとなり、しかも、読み値で保証できる。よって、常に精度の高い測定を行なうことが可能になる。また、音速ノズル式質量流量コントローラが直接に試験対象の質量流量計に接続されることがないので、当該音速ノズルの特性変化等のおそれもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した熱式質量流量計校正装置の実施例を説明する。本例の熱式質量流量計校正装置は、音速ノズル式質量流量コントローラ（以下、ＳＮＣと略す。）と基準熱式質量流量計（以下、Ｓｔｄ．ＭＦＭと略す。）を用いて、熱式質量流量コントローラ（以下、ＭＦＣと略す。）の流量を高精度に測定可能なガスシステムである。内蔵のＳＮＣは国家標準とトレーサブルな質量流量計であり、Ｓｔｄ．ＭＦＭは内蔵のＳＮＣの値を用いて校正され、測定対象のＭＦＣは内蔵のＳｔｄ．ＭＦＭを用いて自動測定される。
【００１４】
図１は、本例の熱式質量流量計校正装置１の正面図、側面図および平面図である。これらの図に示すように、本例の熱式質量流量計校正装置１は、装置フレーム２に取り付けられた電気系部３と、ガスコントロール部４とを有し、ガスコントロール部４には排気管５を介して排気系部６が接続されている。電気系部３は、表示器３２およびキーボード３１が接続されていると共に各種データの表示、入力、制御処理を行なうためのデスクトップパソコン３３、電圧計３４、ＳＮＣコントローラ部３５および制御ユニット３６を備えている。ガスコントロール部４は、流量とガス別に、６種類のＳＮＣ１ないし６と、Ｓｔｄ．ＭＦＭ１ないし６と、各バルブおよび継ぎ手等によって構成されている（図２参照）。
【００１５】
排気系部６には真空ポンプ６１が含まれており、ＳＮＣを用いて、Ｓｔｄ．ＭＦＭの校正を行なう際に、音速ノズルに対して上下流の圧力比を、計測に有効な状態にするために使用するものである。
【００１６】
ここで、ガスコントロール部４の上面には、Ｎ２ガスの導入口１１、Ｈｅガスの導入口１２、および空気の導入口１３が配置され、その前面には、各ガスの排出口１４、１５、１６と、試験対象のＭＦＣの下流側接続口１７が配置されている。試験対象の質量流量計（ＴＥＳＴ  ＭＦＣ）は、その上流側がガスの排出口１４あるいは１５に接続され、その下流側が接続口１７に接続された状態で取り付けられる。
【００１７】
図２は、本例の熱式質量流量計校正装置１のガスコントロール部４等に設置されているガスフロー系のブロック図である。本例では、校正ガスとして精製Ｎ２ガスと精製Ｈｅガスが使用され、Ｎ２ガスの校正流量範囲は１００（ＳＣＣＭ）から５０（ＳＬＭ）の範囲であり、Ｈｅガスの校正流量範囲は２００（ＳＣＣＭ）から２０（ＳＬＭ）までの範囲とされている。
【００１８】
Ｎ２ガスの導入口１１には、マニュアルバルブＭＶ−１、フィルタＦ１、レギュレータＲＧ−１、ノーマリクローズドタイプのエアオペレートバルブＡＶ−１を介して、４個の基準ＭＦＭ１ないしＭＦＭ４が並列接続されている。各基準ＭＦＭ１ないし６のレンジは、それぞれ、１００ＳＣＣＭ、１ＳＬＭ、１０ＳＬＭ、５０ＳＬＭである。
【００１９】
基準ＭＦＭ１の下流側には、バルブＡＶ−３を介してＳＮＣ１が直列接続され、このＳＮＣ１の下流側にはバルブＡＶ−１５を介して共通排気管２１に接続されている。この共通排気管２１は、バルブＡＶ−２２が介挿された排気管５を経由して真空ホンプ６１の吸引ポート６２に接続されている。また、基準ＭＦＭ１の下流側には、バルブＡＶ−４を介してＮ２ガス排出口１４に接続されている。
【００２０】
基準ＭＦＭ２、３、４の下流側も同様な接続状態が形成されており、それぞれ、バルブＡＶ−５，７，９を介してＳＮＣ２、３、４が接続され、その下流側はバルブＡＶ−１６，１７，１８を介して共通排気管２１に接続されている。また、各ＭＦＭ２、３、４の下流側には、それぞれ、バルブＡＶ―６、８、１０を経由した後に共通のバルブＡＶ−２１を介してＮ２ガス排気口１４に接続されている。ここで、各ＳＮＣ１ないし４のレンジは、フルスケールが、それぞれ、１００ＳＣＣＭ、１ＳＬＭ、１０ＳＬＭ、および５０ＳＬＭである。
【００２１】
次に、Ｈｅガスの導入口１２には、マニュアルバルブＭＶ−２、フィルタＦ―２、レギュレータＲＧ−２、ノーマリクローズドタイプのエアペレートバルブＡＶ−２を介して、２個の基準ＭＦＭ５およびＭＦＭ６が並列接続されている。各基準ＭＦＭ５、６のレンジは、フルスケールが、それぞれ、２ＳＬＭ、２０ＳＬＭである。
【００２２】
基準ＭＦＭ５の下流側には、バルブＡＶ−１１を介してＳＮＣ５が直列接続され、このＳＮＣ５の下流側にはバルブＡＶ−１９を介して共通排気管２１に接続されている。また、基準ＭＦＭ５の下流側には、バルブＡＶ−１２を介してＨｅガス排出口１５に接続されている。
【００２３】
基準ＭＦＭ６の下流側も同様な接続状態が形成されており、バルブＡＶ−１３を介してＳＮＣ６が接続され、その下流側はバルブＡＶ−２０を介して共通排気管２１に接続されている。また、この基準ＭＦＭ６の下流側には、バルブＡＶ―１４を経由した後にＨｅガス排気口１５に接続されている。各ＳＮＣ１、２のレンジは、フルスケールが、それぞれ、２ＳＬＭ、２０ＳＬＭである。
【００２４】
次に、空気導入口１３には、バルブＭＶ−３およびレギュレータＲＧ−３を介して電磁弁ＳＶ１ないしＳＶ２４に接続されている。各電磁弁ＳＶ１ないしＳＶ２４は、それぞれ、エアーオペレートバルブＡＶ−１ないしＡＶ―２４に接続されており、各エアーオペレートバルブＡＶ−１ないしＡＶ―２４を駆動する。また、空気導入口１３は、レギュレータＲＧ−４を介して空気排出口１６に接続されている。
【００２５】
ここで、接続口１７はバルブＡＶ−２３を介して排出口１８に接続されており、また、バルブＡＶ−２４を介してＮ２ガス排出口１４に接続されている。
【００２６】
次に、図３は電気系部３の概略ブロック図である。制御ユニット３６はマイクロコンピュータを中心に構成されており、デスクトップパソコン３３から入力される各種パラーメータに基づき、電磁弁ＳＶ１ないしＳＶ２４により各バルブＡＶ−１ないし２４を駆動して使用ガスライン、使用ＳＮＣを選択し、対象となる基準ＭＦＭの校正動作を行なう。校正時には、圧力センサ２２の検出結果に基づき、真空ポンプ６１を駆動制御して、使用ＳＮＣにおける各音速ノズルの上下流の圧力差を所定の状態に保持する。また、制御ユニット３６は、デスクトップパソコン３３からの指示に基づき、接続されたＴＥＳＴ  ＭＦＣの自動測定動作を行なう。
【００２７】
次に、本例の熱式質量流量計校正装置１による動作を説明する。まず、デスクトップパソコン３３に内蔵される本例の制御ソフトはＳｔｄ．ＭＦＭ校正プログラム、テストプログラム、およびメンテナンスプログラムを含み、操作者は、パソコン起動後に、使用するプログラムをスタート画面上において選択する。各プログラムの作業画面に入る前には、パラメータ入力画面があり、当該画面上において作業に必要な情報を入力可能である。
【００２８】
Ｓｔｄ．ＭＦＭ校正プログラムは、Ｓｔｄ．ＭＦＭをＳＮＣ１ないし６のいずれか一つあるいは複数個用いて校正するプログラムであり、テストプログラムは、ＴＥＳＴ  ＭＦＣの各種自動測定を行なうプログラムであり、メンテナンスプログラムは装置１の保守、点検等に使用するプログラムである。
【００２９】
まず、図４の概略フローチャートに従って、Ｓｔｄ．ＭＦＭ校正プログラムの実行により行われる校正動作を説明する。パソコン３３のスタート画面上においてＳｔｄ．ＭＦＭ校正プログラムを選択し、Ｓｔｄ．ＭＦＭ校正のパラメータ入力画面に切り換え、校正するＳｔｄ．ＭＦＭを、Ｓｔｄ．ＭＦＭ１ないし６のうちから選択する（ステップＳＴ１）。この選択によって、使用するＳＮＣ、使用ガスライン、校正ガス等の条件が自動検索される（ステップＳＴ２）。自動検索が終了すると、作業画面に切り換わる。この作業画面の一例を図５に示してある。
【００３０】
この作業画面においては、校正対象のＳｔｄ．ＭＦＭ、使用するＳＮＣの番号、流量、単位、出力電圧、安定度を示すインジケータ、流量の経時変化グラフ、圧力比等が表示される。
【００３１】
本例では、使用するＳＮＣの流量設定を１０％毎に変化させ、その時に校正対象のＳｔｄ．ＭＦＭの出力する電圧をデータ取込表に記録する（図４のステップＳＴ３）。操作者は、ＳＮＣの流量設定を選択後に、流量の経時変化グラフと安定度インジケータ等を用いて、データの取込を行なう。このようにしてＳｔｄ．ＭＦＭの出力電圧を測定した後に、各出力電圧に対して直接に値付けが行われる。すなわち、校正式作成画面において、次の校正式が自動作成される（図４のステップＳＴ４）。
【００３２】
Ｓｔｄ．ＭＦＭの流量＝ｆ（Ｓｔｄ．ＭＦＭの出力電圧）
但し、ｆ（ｘ）＝ａＸn＋ｂＸn-1＋・・・＋Ｃ（ｎ＝最大４次）
作成された校正式は装置１のメモリに記憶保持され、以後のＳｔｄ．ＭＦＭを用いた自動測定時には、当該Ｓｔｄ．ＭＦＭの出力電圧は、当該校正式に代入されて校正される。校正された値に基づき、ＴＥＳＴ  ＭＦＣの自動測定等が行われることになる。
【００３３】
次に、テストプログラムによる動作を説明する。この場合にもスタート画面上においてテストプログラムを選択し、テストプログラムのパラメータ入力画面に切り換えて、試験対象のＴＥＳＴ  ＭＦＣのデータ入力を行なう。テストプログラムによる測定内容としては、試験ＭＦＣの０点測定、試験ＭＦＣの１００％設定時の実流量測定、試験ＭＦＣの５０％設定時の実流量測定、試験ＭＦＣの制御性の確認等がある。
【００３４】
（その他の実施の形態）
上記の例は、６個のＳＮＣ、ＭＦＭを使用しているが、これらの個数は、５個以下であってもよいし、７個以上であってもよい。また、校正ガスとしては上記の例とは異なるものを使用することも可能である。さらに、試験対象の質量流量計は熱式質量流量計に限定されるものではなく、それ以外の形式の質量流量計であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の質量流量計校正装置は、直列接続された基準熱式質量流量計および音速ノズル式質量流量計を備え、定期的に、あるいは必要に応じて、国家標準とトレーサブルな音速ノズル式質量流量計を用いて基準熱式質量流量計を校正し、実際の質量流量計の計測は、校正された基準熱式質量流量計を用いて行なうようにしている。
【００３６】
従って、本発明によれば、基準熱式質量流量計の特性が、経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等の変動要因によって変化しても、当該基準熱式質量流量計の測定値を、音速ノズル式質量流量計の持つ不確かさ以内の精度で校正できる。よって、本発明によれば常に精度良く校正あるいは測定を行なうことのできる熱式質量流量計校正装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した熱式質量流用計校正装置を示す正面図、側面図および平面図である。
【図２】図１の装置のガスフロー系の概略ブロック図である。
【図３】図１の装置の電気系部の概略ブロック図である。
【図４】図１の装置における基準熱式質量流量計の校正動作を示す概略フローチャートである。
【図５】図１の装置における校正動作時の作業画面の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    熱式質量流量計校正装置
２    装置フレーム
３    電気系部
４    ガスコントロール部
５    排気管
６    排気系部
１１、１２、１３  導入口
１４、１５、１６  排出口
１７  接続口
６１  真空ポンプ
３３  デスクトップハソコン
３５  ＳＮＣコントロール部
３６  制御ユニット
ＡＶ−１ないしＡＶ−２４  エアーオペレートバルブ
Ｓｔｄ．ＭＦＭ１ないし６  基準熱式質量流量計
ＴＥＳＴ  ＭＦＣ  試験対象の熱式質量流量コントローラ
ＳＮＣ１ないし６  音速ノズル式質量流量計
ＳＶ１ないし２４  電磁弁
【図１】
0004623806.tif 000002
【図２】
0004623806.tif 000003
【図３】
0004623806.tif 000004
【図４】
0004623806.tif 000005
【図５】
0004623806.tif 000006