(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御されたガスが供給される基本配管と、
前記基本配管から分岐した主配管とリーク配管とを具え、
前記主配管に主配管用圧力センサが設けられ、
前記リーク配管に、圧力制御弁とリーク配管用圧力センサとノズルが、流れの方向にこの順序で設けられ、
前記主配管を通過するガスの圧力を前記主配管用圧力センサによって検知しその信号に基づいて前記圧力制御弁により前記主配管のガス圧力を制御するとともに、
前記リーク配管用圧力センサによって検知した圧力に基づいて前記ノズルを通過するガス流量を計測し、
前記基本配管における流量と前記ノズルを通過するガス流量との差から前記主配管におけるガス流量を検知することを特徴とする、
流量計測機能を具えた圧力制御装置。
【請求項２】
前記圧力制御弁、リーク配管用圧力センサ及びノズルが、内部に流路が形成されたベースに取付けられている、請求項１の流量計測機能を具えた圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造ライン等にガスを供給する際に使用される、流量計測機能を具えた圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造ラインの各工程には、各種の流量制御されたガスが、適切に圧力制御された状態で供給されなければならない。そして、このように圧力制御がなされるためには、供給源から供給されるガスの一部をリークさせなければならない。
ここで、半導体製造ラインにガスを供給するための構成について、便宜的に図１を用いて説明する。
ガスを供給するための基本配管Ｈは、主配管Ｍとリーク配管Ｌとに分岐されており、主配管Ｍは半導体プロセス等、ガスを供給すべき工程Ｓに連結され、リーク配管Ｌは真空ポンプＶに連結されている。
従って、ガス供給源Ｏから供給されるガスは、主配管Ｍとリーク配管Ｌとに別れて通過する。
【０００３】
目的の工程に供給されるガス、すなわち、主配管Ｍを通過するガスの流量は正確に知る必要があるとともに、所定の圧力に制御されていなければならない。
所定の圧力が高い場合には、従来では、主配管Ｍの途中にサーマルセンサ（図示せず。）を設けて、主配管Ｍを通過するガスの流量を測定していた。
なお、リーク配管Ｌにはバルブ（図示せず。）が設けられ、ガスの一部をリークさせていた。
【０００４】
サーマルセンサとしては、例えば、特開平３−１５４８２６号公報に記載されたものがあり、これは、ステンレスチューブに発熱抵抗線を巻回させ、チューブ内をガスが通過することによって発生する発熱抵抗線の温度変化を検知し、それを電気信号に変えて、ガスの流量を検知するようにしたものである。
なお、一般に、ステンレスチューブの内径は１ｍｍ以下、センサとして必要な長さは、約１０ｍｍである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、サーマルセンサはステンレスチューブ内を通過するガスの流量を検出するものであるが、チューブ内を流過するガスの圧力損失が大きいため、測定するガスの圧力が小さいと、流量を検知することができない。
例えば、ウエハーのエッチング工程では、ウエハーの温度を管理するため、ウエハーとステージの間に１０〜２０（Ｔｏｒｒ）に減圧された１０（ｓｃｃｍ）程度の微小量のヘリウムガスを供給する必要がある。
しかし、従来のサーマルセンサでは、上記のように減圧された微小量のガスの流量を検知することができなかった。
そして、上記のウエハーのエッチング工程において、供給されるヘリウムガスの流量が正確に検知されないと、ウエハーの温度のばらつきが把握できず、品質管理の点で問題がある。
【０００６】
また、主配管Ｍを通過するガスの圧力を制御するためには、サーマルセンサとは別に、圧力センサや圧力制御弁を設けることが必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流量制御されたガスが供給される基本配管と、
前記基本配管から分岐した主配管とリーク配管とを具え、
前記主配管に主配管用圧力センサが設けられ、
前記リーク配管に、圧力制御弁とリーク配管用圧力センサとノズルが、流れの方向にこの順序で設けられ、
前記主配管を通過するガスの圧力を前記主配管用圧力センサによって検知しその信号に基づいて前記圧力制御弁により前記主配管のガス圧力を制御するとともに、
前記リーク配管用圧力センサによって検知した圧力に基づいて前記ノズルを通過するガス流量を計測し、
前記基本配管における流量と前記ノズルを通過するガス流量との差から前記主配管におけるガス流量を検知することを特徴とする、
流量計測機能を具えた圧力制御装置によって、前記の課題を解決した。
【０００８】
【作用】
本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置によれば、１０〜２０（Ｔｏｒｒ）に減圧されたガスであっても、圧力を制御しながら、同時に流量を計測することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置（以下、単に「装置」という。）１０の概念図である。
既に説明したとおり、この装置１０の基本配管Ｈは、主配管Ｍとリーク配管Ｌとに分岐しており、主配管Ｍは半導体製造プロセス等の工程Ｓに連結され、リーク配管Ｌは真空ポンプＶに連結されている。
リーク配管Ｌの途中に、後述する圧力制御・流量計測部２０が設けられている。
主配管Ｍの途中には主配管用圧力センサＰＭが設けられ、この主配管用圧力センサＰＭからの信号は、上記の圧力制御・流量計測部２０の圧力制御弁４０にフィードバックされるようになっている。
【００１０】
図２は、図１に示す装置１０の要部となる圧力制御・流量計測部２０の一部を破断した正面図である。
この圧力制御・流量計測部２０は、ガスの流過通路３２が設けられたベース３０を有している。
ベース３０には圧力制御弁４０、リーク配管用圧力センサＰＬ、ノズル５０が、流れの方向にこの順序で設けられている。リーク配管用圧力センサＰＬは、ノズル５０の上流側圧力を測定するためのものである。
圧力制御弁４０としては、周知の電磁弁等が使用される。
【００１１】
図２に示す圧力制御・流量計測部２０に使用されるノズル５０は、従来から周知のものであるから、その基本的構成、作用・効果についての説明は省略するが、ノズルの上流側圧力Ｐｕが小さい場合（２０Ｔｏｒｒ以下）、ノズルの上流側圧力Ｐｕとノズルを通過するガス流量Ｑｍとの関係は、図３のようになることが実験により確認されている。
従って、ノズルの上流側圧力Ｐｕを検知し、これを図３の特性に基づいて電気的に直線補正することによって、ノズルを通過するガス流量Ｑｍを知ることができる。
【００１２】
次に、本発明の装置１０の作動について説明する。
図１において、主配管Ｍを通過するガスの圧力とリーク配管Ｌを通過するガスの圧力は等しい。
本発明の装置１０では、主配管用圧力センサＰＭで主配管Ｍを通過するガスの圧力を検知し、その信号をリーク配管Ｌに設けた圧力制御弁４０にフィードバックさせている。そして、フィードバックされた信号に基づいて、圧力制御弁４０が作動し、供給ガスの圧力が制御されるようになっている。
この装置１０において、圧力制御弁４０によって直接制御されるのはリーク配管Ｌを通過するガスの圧力であるが、上記のとおり、リーク配管Ｌを通過するガスの圧力と、主配管Ｍを通過するガスの圧力は等しから、圧力制御弁４０によって、主配管Ｍを通過するガスの圧力が制御されることになる。
【００１３】
なお、主配管Ｍには主配管用圧力センサＰＭが設けられているだけであるから、主配管Ｍを通過するガスの圧力損失はない。
【００１４】
図１において、供給源Ｏから供給されるガスの流量をＱ0、リーク配管Ｌを通 過するガスの流量をＱ2とすると、主配管Ｍを流過するガスの流量Ｑ1は、
Ｑ1＝Ｑ0−Ｑ2
で表される。
ここで、供給源から供給されるガスの流量Ｑ0は制御された既知の値であるか ら、主配管Ｍを通過するガスの流量Ｑ1を求めるためには、リーク配管Ｌを通過 するガスの流量Ｑ2を測定すればよい。
一方、既に述べたとおり、リーク配管Ｌを通過するガスの流量Ｑ2は、リーク 配管用圧力センサＰＬによってノズル５０の上流側圧力を測定することによって知ることができる。
【００１５】
従って、本発明の装置１０によれば、主配管Ｍを通過するガスの圧力を所定の値に制御しながら、同時に、主配管Ｍを通過するガスの流量を計測することができることになる。
また、ノズル５０の作動はガスの圧力に依存しないから、供給するガスが１０〜２０（Ｔｏｒｒ）程度に減圧されていても、ガス流量の計測は可能である。
従って、半導体製造の一工程であるウエハーのエッチング工程において、減圧された微小流量のヘリウムガスを供給する場合、ヘリウムガスの圧力制御をしながら流量を計測することができるので、ウエハーの温度管理が確実に行なわれることになる。
その結果、製品の品質を一定に保持することができ、且つ、品質異常の早期発見も可能となる。
【００１６】
また、圧力制御弁４０、圧力センサＰＬ、ノズル５０は１つのベース３０に取付けることができるので、全体的構成が簡易になり、設置も容易で、場所を取ることもない。
【００１７】
なお、圧力制御弁４０として、電磁弁の代わりにピエゾアクチュエータを使用すると、より微細なガスの圧力制御が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置によれば、小流量で減圧されたガスの供給圧力を制御しながら、その流量を計測することができるという効果を奏する。
また、圧力制御弁、圧力センサＰＬ、ノズルは１つのベースに取付けることができるので、全体的構成を簡易にするとともに、取付けが容易で場所を取ることもない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の流量計測機能を具えた圧力制御装置の概念図。
【図２】  図１の流量計測機能を具えた圧力制御装置の要部をなす圧力制御・流量計測部の一部を破断した正面図。
【図３】  ノズルの上流側圧力とノズルを通過する流量との関係を示す図。
【符号の説明】
１０：流量計測機能を具えた圧力制御装置
２０：圧力制御・流量計測部
３０：ベース
３２：流路
４０：圧力制御弁
５０：ノズル
Ｈ：基本配管
Ｍ：主配管
Ｌ：リーク配管
ＰＭ：主配管用圧力センサ
ＰＬ：リーク配管用圧力センサ
【図１】
0004489275.tif 000002
【図２】
0004489275.tif 000003
【図３】
0004489275.tif 000004