(57)【要約】【課題】液化ガスの再液化を防ぎながら液化ガスの流量を精密に制御可能なマスフローコントローラーを提供する。【解決手段】実施形態のマスフローコントローラー１００は、流入口１１から流入した液化ガスを分流するセンサー用配管１３とバイパス配管１４と、前記センサー用配管を覆うように配置された熱式センサー７と、前記センサー用配管を覆って前記センサー用配管と共に二重配管を形成し、前記センサー用配管および前記バイパス配管に連通する断熱領域１５と、前記連通を遮断して前記断熱領域を閉鎖領域とする閉鎖バルブ１と、を備える。実施形態のマスフローコントローラーは、前記センサー用配管と前記バイパス配管とから合流した前記液化ガスの流出口１２と、前記熱式センサーの検出結果に基づいて前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する制御手段と、前記各部位の全体を下方から加熱するヒーター２と、をさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口から流入した液化ガスを分流するセンサー用配管とバイパス配管と、
前記センサー用配管を覆うように配置された熱式センサーと、
前記センサー用配管を覆って前記センサー用配管と共に二重配管を形成し、前記センサー用配管および前記バイパス配管に連通し、前記センサー用配管の延伸方向に垂直な断面は円環形状である断熱領域と、
前記連通を遮断して前記断熱領域を閉鎖領域とする閉鎖バルブと、
前記センサー用配管と前記バイパス配管とから合流した前記液化ガスの流出口と、
前記センサー用配管の上流側と下流側にそれぞれ配置された前記熱式センサーの温度差を検出するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の信号を増幅する増幅回路と、前記液化ガスの所望の流量の値を保持する流量設定器と、前記増幅回路の出力信号と前記流量設定器に保持された値とに基づいてアクチュエーターを制御する比較制御回路と、前記アクチュエーターにより動かされる流量制御バルブと、を備え、前記流量制御バルブが前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する制御手段と、
前記各部位の全体を下方から加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラー。
【請求項２】
流入口から流入した液化ガスを分流するセンサー用配管とバイパス配管と、
前記センサー用配管を覆うように配置された熱式センサーと、
前記センサー用配管を覆って前記センサー用配管と共に二重配管を形成し、前記センサー用配管および前記バイパス配管に連通する断熱領域と、
前記連通を遮断して前記断熱領域を閉鎖領域とする閉鎖バルブと、
前記センサー用配管と前記バイパス配管とから合流した前記液化ガスの流出口と、
前記熱式センサーの検出結果に基づいて前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する制御手段と、
前記各部位の全体を下方から加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラー。
【請求項３】
前記断熱領域の前記センサー用配管の延伸方向に垂直な断面は円環形状である
ことを特徴とする請求項２に記載のマスフローコントローラー。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記センサー用配管の上流側と下流側にそれぞれ配置された前記熱式センサーの温度差を検出するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の信号を増幅する増幅回路と、
前記液化ガスの所望の流量の値を保持する流量設定器と、
前記増幅回路の出力信号と前記流量設定器に保持された値とに基づいてアクチュエーターを制御する比較制御回路と、
前記アクチュエーターにより動かされる流量制御バルブと、
を備え、
前記流量制御バルブが前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する
ことを特徴とする請求項２または３に記載のマスフローコントローラー。
【請求項５】
流入口から流入した液化ガスを分流するセンサー用配管とバイパス配管と、前記センサー用配管を覆うように配置された熱式センサーと、
前記センサー用配管を覆って前記センサー用配管と共に二重配管を形成し、前記センサー用配管および前記バイパス配管に連通する断熱領域と、前記連通を遮断して前記断熱領域を閉鎖領域とする閉鎖バルブと、前記センサー用配管と前記バイパス配管とから合流した前記液化ガスの流出口と、前記熱式センサーの検出結果に基づいて前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する制御手段と、前記各部位の全体を下方から加熱するヒーターと、を備えたマスフローコントローラーの流量制御方法であって、
前記流入口から空気より熱伝導率が高い熱伝導性ガスを流入して、前記センサー用配管、前記バイパス配管、および前記断熱領域を前記熱伝導性ガスで満たす工程と、
前記熱伝導性ガスで満たした状態で、前記マスフローコントローラー全体を前記ヒーターにより加熱する工程と、
前記加熱する工程の後に、前記センサー用配管、前記バイパス配管、および前記断熱領域を真空引きする工程と、
前記真空引きする工程の後に、前記閉鎖バルブを閉じて前記断熱領域を閉鎖領域とする工程と、
前記閉鎖バルブを閉じた後に、前記流入口を介して前記マスフローコントローラーに前記液化ガスを流入させて、前記液化ガスの流量制御を行う
ことを特徴とするマスフローコントローラの流量制御方法。
【請求項６】
前記液化ガスは、ＳｉＣｌ4、ＷＦ6、またはＴＥＯＳである
ことを特徴とする請求項５に記載のマスフローコントローラーの流量制御方法。
【請求項７】
前記熱伝導性ガスは、ＨｅまたはＮ2である
ことを特徴とする請求項５または６に記載のマスフローコントローラーの流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マスフローコントローラーおよびマスフローコントローラーの流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスでは、常温、常圧で液体となる液化ガスをしばしば使用する。ドライエッチングプロセスでは６０℃以下で液化するＳｉＣｌ4などが用いられ、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)プロセスではＷＦ6、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）等も液化ガスとして用いられる。これら液化ガス用のマスフローコントローラーでは、再液化を防ぐために装置自体を加熱する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１４６５８号公報
【特許文献２】特開平９−２３２２９５号公報
【特許文献３】特開平１０−２７５０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の局所的なラバーヒーターやリボンヒーターによる加熱方法では局所的に温度の低いコールドスポットが発生してしまい、液化ガスが再液化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、液化ガスの再液化を防ぎながら液化ガスの流量を精密に制御可能なマスフローコントローラーおよびその流量制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態のマスフローコントローラーは、流入口から流入した液化ガスを分流するセンサー用配管とバイパス配管と、前記センサー用配管を覆うように配置された熱式センサーと、前記センサー用配管を覆って前記センサー用配管と共に二重配管を形成し、前記センサー用配管および前記バイパス配管に連通する断熱領域と、前記連通を遮断して前記断熱領域を閉鎖領域とする閉鎖バルブと、を備える。実施形態のマスフローコントローラーは、前記センサー用配管と前記バイパス配管とから合流した前記液化ガスの流出口と、前記熱式センサーの検出結果に基づいて前記流出口から流出する前記液化ガスの流量を制御する制御手段と、前記各部位の全体を下方から加熱するヒーターと、をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態にかかるマスフローコントローラーの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる二重配管部分の拡大断面図である。
【図３】図３は、実施形態にかかるマスフローコントローラーの流量制御方法の一工程を示す図である。
【図４】図４は、実施形態にかかるマスフローコントローラーの流量制御方法の一工程を示す図である。
【図５】図５は、実施形態にかかるマスフローコントローラーの流量制御方法の一工程を示す図である。
【図６】図６は、実施形態にかかるマスフローコントローラーの流量制御方法の一工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるマスフローコントローラーおよびその流量制御方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかるマスフローコントローラー１００の構成を示す概略図である。マスフローコントローラー１００は例えば、ＳｉＣｌ4、ＷＦ6、またはＴＥＯＳ等の常温常圧で液体となる液化ガスに使用されるものである。流入口１１から流入した液化ガスは、センサー用配管１３およびバイパス配管１４に分流して流れる。センサー用配管１３には上流側と下流側にそれぞれ熱感知コイル７１および７２が設置されており、熱感知コイル７１および７２はセンサー用配管１３を覆っている。熱感知コイル７１および７２が熱式（サーマル式）センサー７を構成している。熱式センサー７（熱感知コイル７１および７２）にはブリッジ回路６が接続されており、熱式センサー７の温度差を検出する。ブリッジ回路６には熱式センサー７の温度差に相当する信号を増幅する増幅回路５が接続されている。
【００１０】
さらに、マスフローコントローラー１００には液化ガスの所望の流量の値を保持する流量設定器８が備えられており、流量設定器８が出力する所望の流量の値に相当する信号値と増幅回路５が出力する信号値とが比較制御回路９にて比較され、その結果に基づいて比較制御回路９はアクチュエーター１０を制御する。アクチュエーター１０は流量制御バルブ１６を動かす。これによりセンサー用配管１３およびバイパス配管１４を経て合流した液化ガスが流出口１２から流出する流出量が所望の流量となるように制御される。さらに、本実施形態のマスフローコントローラー１００は、センサー用配管１３を覆ってセンサー用配管１３と共に二重配管を形成する断熱領域１５を備える。断熱領域１５の内部は中空であり、センサー用配管１３およびバイパス配管１４と連通した構造になっているが、センサー用配管１３およびバイパス配管１４への連通を遮断する開閉式の閉鎖バルブ１が備えられている。閉鎖バルブ１を閉じることにより断熱領域１５は、センサー用配管１３およびバイパス配管１４から遮断された閉鎖領域になる。
【００１１】
図２は、図１の点線で囲んだセンサー用配管１３および断熱領域１５が構成する二重配管部分の拡大断面図である。図２に示されるように、断熱領域１５のセンサー用配管１３の延伸方向（液化ガスが流れる方向）に垂直な断面は円環形状である。ここでは、断熱領域１５として入り口に閉鎖バルブ１が存在するのみで先は袋小路の形状の構成例を示してあるが、断熱領域１５の両端にバルブがあって両側からセンサー用配管１３およびバイパス配管１４と連通した構成にしてもかまわない。
【００１２】
そしてさらに、マスフローコントローラー１００の上記各部位を含む装置全体を加熱することが可能なヒーター２が装置下部に設置されている。
【００１３】
マスフローコントローラー１００を用いたマスフローコントローラーの流量制御方法の一例を以下に説明する。
【００１４】
まず、図３に示すように、空気より熱伝導率の高い、例えば、Ｈｅ、Ｎ2などの熱伝導性ガスを流入口１１から導入して、マスフローコントローラー１００の配管内部を全て熱伝導性ガスで満たす。このとき閉鎖バルブ１は開いているので、断熱領域１５はセンサー用配管１３およびバイパス配管１４と連通している。さらに流量制御バルブ１６も開いているので、流出口１２から熱伝導性ガスは流出可能である。これにより、センサー用配管１３、バイパス配管１４、および断熱領域１５を含んだマスフローコントローラー１００の内部は全て熱伝導性ガスで満たされる。
【００１５】
上記の状態で、ヒーター２によりマスフローコントローラー１００の各部位の全体を加熱する。マスフローコントローラー１００の内部は熱伝導性ガスで満たされているのでマスフローコントローラー１００全体のより均一な加熱が可能である。特に上流側と下流側にそれぞれ熱感知コイル７１および７２が設置されたセンサー用配管１３において上流側と下流側で温度勾配が生じないように均一に加熱することが可能である。
【００１６】
上記加熱によりマスフローコントローラー１００全体が均一に加熱された状態になった後、図４に示すように、流入口１１側のバルブ（図示せず）を閉じることにより流入口１１からの熱伝導性ガスの導入を止める。そして流出口１２側からマスフローコントローラー１００内部の真空引きを開始する。このとき閉鎖バルブ１は開いたままなので、断熱領域１５もその他の領域とともに真空引きされる。
【００１７】
その後、図５に示すように閉鎖バルブ１を閉じて断熱領域１５を閉鎖領域にする。これにより断熱領域１５の真空状態は保たれる。そしてこの状態で、図６に示すように、流入口１１からＳｉＣｌ4、ＷＦ6、またはＴＥＯＳなどの液化ガスを導入する。ヒーター２によりマスフローコントローラー１００全体は加熱された状態のままであるが、断熱領域１５は真空状態となっているので真空断熱状態となり、従来に比べてセンサー用配管１３の周りに温度不均一が発生し難い状態となっている。これにより熱式センサー７が流量に起因した熱式コイル７１および７２の間の温度差を高い精度で検知することができ、高精度な液化ガスの流量制御が可能になる。
【００１８】
熱式センサー７近傍は不均一に加熱してしまうと高精度な流量制御ができなくなるので直接加熱できない。従って本実施形態のように下方のヒーター２から加熱するのが望ましいが、その場合コールドスポットが発生しやすく液化ガスの再液化を招いてしまう。本実施形態においては、熱伝導性ガスを導入して十分均一に加熱した後、熱式センサー７近傍に真空領域を形成して周囲を真空断熱し、周囲からの熱の影響を遮断する。これにより、熱式センサー７近傍の温度を均一に保つことができるので、液化ガスの高精度な流量制御が可能となる。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２０】
１  閉鎖バルブ、２  ヒーター、７  熱式センサー、１３  センサー用配管、１４  バイパス配管、１５  断熱領域、１００  マスフローコントローラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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