(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上流側の圧力とその下流側の圧力との比が臨界圧力比以下である時に、その上流側に供給されるガス圧力に応じた流量のガスをその下流側へ流出させる音速ノズルと、
前記音速ノズルの上流側に供給されるガス圧力を調整するための圧力調整手段と、
前記音速ノズルの上流側に供給されるガス圧力を所定値に調整することにより前記音速ノズルの下流側へ流出するガス流量を目標値に制御するために、前記圧力調整手段を制御するための圧力制御手段と、
測定データを記憶するための記憶手段と
を備えた流量コントローラにおいて、
前記圧力調整手段と前記音速ノズルとの間のガス流を遮断するためのガス流遮断手段と、
前記ガス流遮断手段により前記圧力調整手段と前記音速ノズルとの間のガス流が遮断されたときに、前記ガス流遮断手段と前記音速ノズルとの間のガス圧力の降下を検出するための圧力降下検出手段と、
前記圧力降下検出手段により、前記音速ノズルの上流側の圧力と前記音速ノズルの下流側の圧力との比が前記臨界圧力比以下である時に測定されるガス圧力に基づき前記音速ノズルの有効断面積を計算する有効断面積算出手段と、
前記測定データが、予め前記有効断面積算出手段により計算され記憶された前記音速ノズルの初期有効断面積である前記記憶手段と、
前記検出されるガス圧力の降下の状態に基づいて、前記記憶手段に予め記憶される前記初期有効断面積と、前記圧力降下検出手段によって測定されたガス圧力に基づき算出された算出有効断面積とを比較し、該比較に基づき目づまり補正値を算出し、該目づまり補正値が規定された限界値以内であるかを判定することで、前記音速ノズルの目づまり状態を判定するための目づまり判定手段と、
前記音速ノズルの下流側へ流出するガス流量が前記目標値となるように、前記圧力調整手段によるガス圧力の調整を、前記判定される目づまり状態に基づいて補正するための圧力補正手段と、
を含むことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量コントローラにおいて、
前記圧力補正手段は、
前記判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差を算出し、その算出される誤差に基づいて前記圧力調整手段による前記ガス圧力の調整を自動補正するための自動補正手段を含むことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項３】
請求項１に記載の流量コントローラにおいて、
前記圧力補正手段は、
前記判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差を算出するための誤差算出手段と、
前記算出されるガス流量の誤差を表示するための表示手段と、
前記表示されるガス流量の誤差に基づいて前記圧力調整手段による前記ガス圧力の調整を作業者が人為補正するための人為補正手段と
を含むことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流量コントローラにおいて、
前記圧力降下検出手段によって、前記ガス流遮断手段と前記音速ノズルとの間のガス圧力のガス圧降下波形を検出する検出過程と、
前記有効断面積算出手段によって、前記圧力降下検出手段により測定されるガス圧力に基づき前記音速ノズルの有効断面積を算出する有効断面積算出過程と、
を複数回繰り返し、有効断面積に係る複数の値から、前記音速ノズルの目づまりの程度を示す前記目づまり補正値を算出することを特徴とする流量コントローラ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流量コントローラにおいて、
前記判定される目づまり状態が所定の許容状態を超えたときに、前記音速ノズルが異常であるものとしてその異常を報知するための異常報知手段を備えたことを特徴とする流量コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、半導体製造工程においてプロセスガス、パージガス等のガス流量を制御するために使用される流量コントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば半導体製造工程では、プロセスガス、パージガスの流量を制御するのにマスフローコントローラ（以下［ＭＦＣ］という）が一般に使用されてきた。ここで、ＭＦＣは、ガス流量を測定する熱式センサを備え、そのセンサが８０〜１２０℃に加熱されてガスに直接晒されるセンサ部を有する。従って、ＭＦＣの場合、熱分解し易いオゾン等のガスを制御対象にすることができない。一方、イオン・インプランテーション（注入器）等においてガス流量を制御するには、２ＣＣＭ程度の微少流量で制御する必要があるが、ＭＦＣでは、このような微少流量の制御が困難であった。
【０００３】
そこで、上記のような流量制御を行うには、加熱部がなく、微少流量に対応可能なデバイスを使用する必要があり、それに好適な音速ノズルを使用した流量コントローラが近年提案されている。
【０００４】
図１６に示すように、この音速ノズル式の流量コントローラは、音速ノズル３１と呼ばれ、校正された細孔を有するノズルと、ガス圧力を制御するための電子レギュレータ３２と、ガス圧力を測定するための圧力センサ３３と、ガス温度を測定するための温度センサ３４と、各センサ３３，３４の測定結果に基づいて電子レギュレータ３２を制御するためのコントローラ３５とを備える。音速ノズル３１は、例えば、５０〜２００ＣＣＭ、直径約０．１ミリ、２０ＬＭで約１．２ミリ、５０ＬＭで約２．４ミリの細孔を有するものである。ここで、音速ノズル３１と同様の機能を有する可変ノズルを代用することもできる。この流量コントローラは、ガス圧力を電子レギュレータ３２を使用して所定値に設定することにより、音速ノズル３１から噴出されるガス流量を所定値に制御するようにしたものである。この流量コントローラは、電子レギュレータ３２及び音速ノズル３１というシンプルな基本構成を有するものであることから、信頼性が高く、ガス系の配管をシンプルなものにすることができ、装置全体のコスト低減を図る上でメリットが大きいものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の音速ノズル式の流量コントローラでは、音速ノズル３１の細孔が極めて細いことから、目づまりを起こすおそれがあり、目づまりが起きた場合には、制御されるガス流量に誤差が生じるおそれがある。特に、プロセスガスラインでは、酸化物等のパーティクル（微少なゴミ）が発生するおそれがあり、そのパーティクルが音速ノズル３１に詰まるというおそれがある。又、この流量コントローラでは、ガス圧力を制御することによりガス流量を制御するというオープンループ制御が採用されており、ガス流量を直接測定してその流量を制御するといったフィードバック制御は採用されていない。従って、音速ノズル３１のの目づまりによりガス流量に誤差が生じても、それを検出することができず、作業者が誤差の発生を知って直ちに対策を講じることができない。更に、オープンループ制御では、流量コントローラ自体でガス流量を自己補正することも困難である。このため、流量コントローラの信頼性を上げるために、その外部にマスフローメータや流量モニタリングシステム等の流量検定手段を別途に設けてガス流量を検定する必要が生じる。この結果、装置の全体構成が複雑化したり、そのメンテナンス性が悪化したり、コストアップしたりするという問題があった。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ノズルを用いた流量コントローラにおいて、簡単な構成でノズルの目づまりを検出可能にすることにある。この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、ノズルの目づまり状態に応じてガス流量を適正に制御可能にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、その上流側に供給されるガス圧力に応じた流量のガスをその下流側へ流出させるノズルと、ノズルの上流側に供給されるガス圧力を調整するための圧力調整手段と、ノズルの上流側に供給されるガス圧力を所定値に調整することによりノズルの下流側へ流出するガス流量を目標値に制御するために、圧力調整手段を制御するための圧力制御手段とを備えた流量コントローラにおいて、圧力調整手段とノズルとの間のガス流を遮断するためのガス流遮断手段と、そのガス流遮断手段により圧力調整手段とノズルとの間のガス流が遮断されたときに、ガス流遮断手段とノズルとの間のガス圧力の降下を検出するための圧力降下検出手段と、その検出されるガス圧力の降下の状態に基づいてノズルの目づまり状態を判定するための目づまり判定手段とを備えたことを趣旨とする。
【０００８】
上記の発明の構成によれば、通常の使用時には、圧力制御手段が圧力調整手段を制御する。これにより、ノズルの上流側に供給されるガス圧力が所定値に調整され、ノズルの下流側に流出するガス流量が目標値に制御される。ここで、ノズルに目づまりがなければ、ノズルからのガス流量がノズルの上流側に供給されるガス圧力に応じた目標値に適正に制御されることになる。しかし、ノズルに目づまりがあると、ノズルからのガス流量がノズルの上流側に供給されるガス圧力に応じた目標値に制御されなくなり、ガス流量に誤差を生じることになる。
そこで、通常の使用時に先立ってノズルの目づまりを検出するために、ガス流量遮断手段を動作させ、圧力調整手段とズルとの間のガス流を遮断する。このとき、圧力調整手段とズルとの間に残留するガス圧力は、そのガスがノズルから徐々に流出することにより、経時的に降下することになる。
従って、このときにガス流遮断手段とノズルとの間のガス圧力の降下を圧力降下検出手段により検出し、その検出されるガス圧力の降下の状態に基づいて目づまり判定手段が判定を行うことにより、外部に流量検定手段を別途に設けることなく、ノズルの目づまり状態が判定される。
【０００９】
上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明の構成において、ノズルの下流側へ流出するガス流量が目標値となるように、圧力調整手段によるガス圧力の調整を、判定される目づまり状態に基づいて補正するための圧力補正手段を備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記の発明の構成によれば、請求項１の発明の作用に加え、圧力補正手段を動作させることにより、上記判定される目づまり状態に基づいて圧力調整手段によるガス圧力の調整が補正され、ノズルの下流側へ流出するガス流量が補正される。
【００１１】
上記第２の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２の発明の構成において、圧力補正手段は、判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差を算出し、その算出される誤差に基づいて圧力調整手段によるガス圧力の調整を自動補正するための自動補正手段を含むことを趣旨とする。
【００１２】
上記の発明の構成によれば、請求項２の発明の圧力補正手段の動作が、自動補正手段の動作により具体化される。即ち、判定される目づまり状態に基づいて自動補正手段によりガス流量の誤差が算出される。更に、その算出される誤差に基づいて圧力調整手段によるガス圧力の調整が自動補正手段により補正されることにより、ガス流量の誤差が自動的に補正される。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２の発明の構成において、圧力補正手段は、判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差を算出するための誤差算出手段と、その算出されるガス流量の誤差を表示するための表示手段と、表示されるガス流量の誤差に基づいて圧力調整手段によるガス圧力の調整を作業者が人為補正するための人為補正手段とを含むことを趣旨とする。
【００１４】
上記の発明の構成によれば、請求項２の発明の圧力補正手段の動作が、誤差算出手段、表示手段及び人為補正手段の動作により具体化される。即ち、判定される目づまり状態に基づいて誤差算出手段によりガス流量の誤差が算出される。更に、その算出されるガス流量の誤差が表示手段に表示される。そして、その表示されるガス流量の誤差に基づいて作業者が人為補正手段を操作して圧力調整手段によるガス圧力の調整を人為補正することにより、ガス流量の誤差が適宜に補正される。
【００１５】
上記第２の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１の発明の構成において、ノズルを、その開度を変更可能にした可変ノズルとし、可変ノズルの下流側へ流出するガス流量が目標値となるように、判定される目づまり状態に基づいて可変ノズルの開度を補正するための開度補正手段を備えたことを趣旨とする。
【００１６】
上記の発明の構成によれば、請求項１の発明の作用に加え、開度補正手段を動作させることにより、上記判定される目づまり状態に基づいて可変ノズルの開度が補正される。これにより、可変ノズルの下流側へ流出するガス流量が、目づまりの状態に応じて目標値に補正される。
【００１７】
上記第２の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項５の発明の構成において、開度補正手段は、判定される目づまり状態を所定の基準値と比較することにより可変ノズルの開度を自動補正するための自動補正手段を含むことを趣旨とする。
【００１８】
上記の構成によれば、請求項５の発明の開度補正手段の動作が、自動補正手段の動作により具体化される。即ち、自動補正手段が、判定される目づまり状態を所定の基準値と比較することにより、可変ノズルの開度が自動補正される。これにより、ガス流量の誤差が自動的に補正される。
【００１９】
上記第２の目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項５の発明の構成において、開度補正手段は、判定される目づまり状態及びそれと比較されるべき所定の基準値を表示するための表示手段と、それら表示される目づまり状態及び所定の基準値に基づいて可変ノズルの開度を作業者が人為補正するための人為補正手段とを含むことを趣旨とする。
【００２０】
上記の発明の構成によれば、請求項５の発明の開度補正手段の動作が、表示手段及び人為補正手段の動作により具体化される。即ち、判定される目づまり状態及び所定の基準値が表示手段に表示される。そして、その表示される目づまり状態及び所定の基準値に基づいて作業者が人為補正手段を操作して可変ノズルの開度を人為補正することにより、ガス流量の誤差が適宜に補正される。
【００２１】
上記第２の目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７の何れか一つの発明の構成において、判定される目づまり状態が所定の許容状態を超えたときに、ノズルが異常であるものとしてその異常を報知するための異常報知手段を備えたことを趣旨とする。
【００２２】
上記の発明の構成によれば、請求項１乃至請求項７の何れか一つの発明の作用に加え、判定される目づまり状態が所定の許容状態を超えてノズルが異常となったときに、異常報知手段によりそのことが報知される。従って、作業者はこの報知を受けてノズルの異常を認識し、ノズルを正常なものと交換することができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の流量コントローラを具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１に本実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラの概略構成図を示す。この流量コントローラは、半導体製造装置において、プロセスガスの流量を制御するために使用される。この流量コントローラは、音速ノズル１、エアオペレート式のバルブ２、圧力センサ３、温度センサ４及びコントローラ５を備える。音速ノズル１は、校正された細孔を有するものであり、その上流側に供給されるガス圧力に応じた流量のガスをその下流側へ流出させるものである。バルブ２は、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力を調整（制御）する機能を有するものであり、本発明の圧力調整手段に相当する。圧力センサ３は、音速ノズル１に供給されるガス圧力を測定する機能を有するものである。温度センサ４は、音速ノズル１に供給されるガス温度を測定する機能を有するものである。コントローラ５は、圧力センサ３及び温度センサ４の測定結果に基づいてバルブ２を制御する機能を有するものである。コントローラ５は、本発明の圧力制御手段、目づまり判定手段及び圧力補正手段を構成する。このコントローラ５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ及び入出力回路等の周知の構成を備えたものである。ＲＯＭは流量制御を含む各種制御に係る制御プログラムを予め記憶している。コントローラ（そのＣＰＵ）５は、これらの制御プログラムに従って各種制御を実行する。
【００２５】
コントローラ５は、圧力制御システムを含む。このシステムは、音速ノズル１に供給されるガス圧力を、所定の設定圧力に調整するために、圧力センサ３からの圧力信号に基づいてバルブ２に圧力設定信号を出力することにより、バルブ２の開度を連続的変化をもって制御するものである。このシステムは、圧力センサ３とバルブ２との間の入出力回路、ＣＰＵ及び各種メモリ等よりなるハード構成と、バルブ２を制御するためのＲＯＭに格納された制御プログラムとを含むものである。このシステムは、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力を所定値に調整することにより、音速ノズル１の下流側へ流出するガス流量を所定の目標値に制御するために、バルブ２の開度を制御するものである。
【００２６】
コントローラ５は、更に、温度チェックシステムを含む。このシステムは、音速ノズル１に供給されるガス温度を測定し、チェックするためのものである。このシステムは、温度センサ４との間の入出力回路、ＣＰＵ及び各種メモリ等よりなるハード構成と、温度の測定結果を圧力制御システム及び後述する流量変化チェックシステムの制御へ反映させるためのＲＯＭに格納された制御プログラムを含むものである。
【００２７】
これらの構成は、流量コントローラの基本構成であり、従来の流量コントローラのそれと同等である。但し、従来の流量コントローラでは、バルブ２の代わりに電子レギュレータ３２が使用されている。流量コントローラは、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力を所定値に設定することにより、音速ノズル１の下流側へ流出するガス流量を所定の目標値に制御するようにしたものである。この音速ノズル１は、「ノズル下流側を真空に近い低圧状態にし、ノズル１を通して、ノズル上流側のガスを流出させた場合、ノズル下流側の気体の温度、圧力が一定で、ノズル前後の圧力差がある限界圧力差以上のときは、ノズル下流側の圧力が変わっても常に臨界流量として一定流量が保たれる。」という基本原理を利用したものである。
【００２８】
図２に音速ノズル１の圧力流量特性のグラフを示す。このグラフにおいて、「圧力」はノズル上流側に供給されるガス圧力であり、「流量」はノズル下流側へのガス流量を意味する。グラフに示す「音速領域」では、流量は圧力に対してほぼ直線性をもって変化し、「音速領域」以外の低圧域では、若干曲線性をもって変化することが分かる。ノズル上流側の圧力とノズル下流側の圧力との比をある値にしたとき、ノズルを通るガスの流速は音速を超える。このとき、ノズル下流側の圧力変化はノズル上流側へ伝わるスピードを超えることができず、ノズル下流側の圧力が変化しても、ノズル上流側の圧力のみでガス流量が決まる。「音速領域」とは、このような関係が得られる圧力領域を意味するものである。
【００２９】
流量コントローラは、上記のように基本構成がシンプルであることから、信頼性が高く、ガス系の配管をシンプルなものにすることができ、装置全体のコスト低減に寄与する。
【００３０】
以上が流量コントローラの通常動作、即ち、音速ノズル１から流出するガス流量を目標値に制御する動作を実現するための基本構成である。この基本構成に加え、この流量コントローラは、音速ノズル１の目づまりを検出するための構成と、その目づまり状態に応じて、同ノズル１に供給されるガス圧力を補正し、同ノズル１からのガス流量を補正・制御するための構成を備える。
【００３１】
即ち、この実施の形態では、バルブ２に対し、音速ノズル１に供給されるガス流れを遮断するための機能を与え、本発明のガス流遮断手段を構成している。つまり、ガス流れを遮断するために、バルブ２を全閉可能な構成としている。この構成自体は、エアーオペレート式のバルブ２が持つ本来の構成により得られるものである。この実施の形態では、圧力制御機能とガス遮断機能を併せ持つバルブとして、エアーオペレート式のバルブ２を使用しているが、その他に、電磁ソレノイド式、ピエゾ式等のバルブを代わりに使用することもできる。
【００３２】
この実施の形態では、更に、圧力センサ３に、バルブ２により同バルブ２と音速ノズル１との間のガス流が遮断されたときに、バルブ２と音速ノズル１との間のガス圧力の降下を検出するための機能を与え、本発明の圧力降下検出手段としている。つまり、音速ノズル１が目づまりすると、その下流側へのガス流量が変化することから、圧力降下によって流量変化を検出するための機能を、圧力センサ３に与えているのである。
【００３３】
上記各機能構成に合わせて、コントローラ５の中の圧力制御システムは、流量変化チェックシステムを兼用している。この流量変化チェックシステムは、音速ノズル１からのガス流量の変化をチェックするために、上記のように検出されるガス圧力の降下状態に基づいて音速ノズル１の目づまり状態を判定するためのものである。このシステムは、圧力制御システムのために兼用されるハード構成と、目づまり状態を判定し、その判定結果を出力するためのＲＯＭに格納された制御プログラム等とを含むものである。
【００３４】
この実施の形態では、図１に示すように音速ノズル１、バルブ２、圧力センサ３、温度センサ４及びコントローラ５等の部材が一つのケーシングに収容されることによりユニット化され、コントロールユニット２９が構成されている。
【００３５】
加えて、この実施の形態では、コントローラ５に接続された制御装置６及びその付属機器としてのキーボード７、ディスプレイ装置８及びアラームランプ９を備える。制御装置６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ及び入出力回路等の周知の構成を備えたものである。ＲＯＭは各種制御に係る制御プログラムを予め記憶している。制御装置（そのＣＰＵ）６は、これらの制御プログラムに従って各種制御を実行する。制御装置６は、音速ノズル１からのガス流量が所定の目標値となるように、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力を、音速ノズル１の目づまり状態に基づいて補正するための機能を有するものである。制御装置６は、コントローラ５と共に本発明の圧力補正手段を構成する。キーボード７は、音速ノズル１のガス流量に係る流量設定値（目標値）を任意に入力したり、その設定流量を補正するための補正値を任意に入力したりするために作業者に操作されるものである。ディスプレイ装置８は、流量コントローラの運転状態に係るデータ、即ち流量設定値及び補正値等に係るデータを表示するためのものである。
【００３６】
この実施の形態では、上記圧力補正のための機能として、自動補正機能と人為補正機能とを兼ね備える。
即ち、自動補正機能は、制御装置６及びコントローラ５によって発揮されるものである。コントローラ５の流量変化チェックシステムは、判定される音速ノズル１の目づまり状態に基づいてガス流量の誤差を算出する。同システムは、更に、その誤差を補正するための目づまり補正値を算出し、その算出結果を目づまり補正値信号として制御装置５へ出力する。制御装置５は、予め設定された流量設定値を、入力された目づまり補正値により補正することにより、補正後の流量設定値を決定し、流量設定値信号としてコントローラ５へ出力する。コントローラ５の圧力制御システムは、流量コントローラを通常の動作で使用する時に、音速ノズル１からのガス流量を補正するために、上記補正後の流量設定値に基づいてバルブ２の開度を制御することにより、同ノズル１の上流側に供給されるガス圧力の調整を自動的に補正する。この実施の形態において、コントローラ５及び制御装置６は、本発明の自動補正手段を構成する。
【００３７】
一方、人為補正機能は、コントローラ５及び制御装置６に加え、キーボード７及びディスプレイ装置８によって発揮される。ここで、コントローラ５の流量変化チェックシステムは、判定される音速ノズル１の目づまり状態に基づいてガス流量の誤差（これに相当する要素を含む。）を算出する。同システムは、その誤差を補正するための目づまり補正値を算出し、その算出結果を目づまり補正値信号として制御装置６へ出力する。制御装置６は、その目づまり補正値をガス流量の誤差としてディスプレイ装置８に表示させる。作業者は、ディスプレイ装置８に表示される目づまり補正値（これに相当する値を含む。）に基づいてバルブ２によるガス圧力の調整を人為により補正するために、キーボード７を任意に操作する。即ち、予め設定された流量設定値に対して必要な補正値をキーボード７で入力することにより、補正後の流量設定値を任意決定して流量設定値信号としてコントローラ５へ出力するのである。コントローラ５の圧力制御システムは、流量コントローラの通常使用時において、音速ノズル１からのガス流量を補正するために、上記補正後の流量設定値に基づいてバルブ２の開度を制御する。このようにして、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力の調整を作業者が人為補正するのである。この実施の形態において、コントローラ５は、本発明の誤差算出手段に相当し、ディスプレイ装置８は、本発明の表示手段に相当する。更に、キーボード７及び制御装置６は、本発明の人為補正手段を構成する。
【００３８】
上記各種機能に加え、この実施の形態の流量コントローラは、音速ノズル１の目づまりが異常である場合に、そのことを報知するための機能を有する。
即ち、アラームランプ９は、音速ノズル１の目づまり状態が異常である場合に、そのことを作業者に報知するために動作するものである。制御装置６は必要に応じてアラームランプ９を動作させる。コントローラ５は目づまり状態を反映した目づまり補正値を所定の限界値と比較し、目づまり補正値がその限界値を超えた許容範囲外のものと判断したときに、音速ノズル１の目づまりが異常であるものとしてアラーム信号を制御装置６へ出力する。制御装置６は、そのアラーム信号を受けて異常を報知するためにアラームランプ９等を動作させる。この実施の形態では、コントローラ５、制御装置６及びアラームランプ９が、本発明の異常報知手段を構成する。
【００３９】
次に、上記各種機能に対応した制御プログラムの内容を詳しく説明する。図３は音速ノズル１の目づまりの測定と、その目づまり補正値の算出を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。コントローラ５は、このプログラムのルーチンを、半導体製造装置の起動時に初期動作の一つとして、所定の期間だけ周期的に実行する。作業者は、キーボード７により「流量チェックモード」を設定入力することにより、このプログラムの実行を任意に選択することができるものとする。
【００４０】
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００において、コントローラ５は流量チェックモードが設定されているか否かを判断する。流量チェックモードでない場合、コントローラ５は、そのまま処理を終了する。流量チェックモードである場合、コントローラ５は、ステップ１１０において、音速ノズル１の上流側に供給されるガス流を一旦遮断するために、バルブ２を全閉に制御する。
【００４１】
ステップ１２０において、コントローラ５は、ガス流が遮断されたときに圧力センサ３により測定される圧力降下信号に基づき、所定時間だけ圧力降下波形を測定する。図４はその圧力降下波形に対応する音速ノズルの圧力降下曲線を示す。このグラフからも分かるように、ガス流が遮断された後、圧力は経時的に徐々に降下する。このグラフにおいて、Ｑ１は、音速ノズル１に目づまりがない正常な場合の圧力降下曲線を示す。Ｑ２は、音速ノズル１に目づまりがある場合の圧力降下曲線を示す。両曲線Ｑ１，Ｑ２の比較からも明らかなように、音速ノズル１に目づまりがある場合には、ノズル１から圧力が抜け難くなることから、圧力降下の様子が若干緩やかになることが分かる。コントローラ５は、本ステップ１２０において、上記のような圧力降下波形を測定するのである。
【００４２】
ステップ１３０において、コントローラ５は、音速ノズル１の上流側に供給されるガス流の遮断を解除するために、バルブ２を開放に制御する。
【００４３】
ステップ１４０において、コントローラ５は、上記測定された圧力降下波形から、音速ノズル１の細孔の有効断面積を算出し、メモリに一旦記憶する。この有効断面積の大きさは、ノズル１の目づまりを反映したものであり、ノズル１に目づまりがある場合には、その有効断面積も当然に相対的に小さくなる。従って、この有効断面積を算出することは、ノズル１の目づまりを測定することにもなる。
この有効断面積を算出する方法として、例えば、図４に示すように、圧力が所定値Ｐ１（例えば「３．０  kgf／cm2」）から別の所定値Ｐ２（例えば「２．０  kgf／cm2」）に降下するのに要する時間ｔ１，ｔ２を有効断面積に相当する値として測定するものがある。この値の測定を、音速ノズル１に目づまりがない状態のときに予め行い、その測定結果を初期値としてメモリに格納しておく。そして、その後の測定値を初期値と比較することにより、流量の変化率、つまりは、ノズル１の目づまりの程度を算出することができる。
有効断面積を算出するその他の方法として、上記のように圧力降下に要する時間を測定するのに対して、ある時点から一定時間が経過するまでに降下した圧力降下値を測定する方法、或いは、圧力降下の理論式に最小二乗方等により相関させて行う方法が考えられる。
加えて、温度センサ４からの温度信号に基づいて有効断面積の算出を補正することにより、温度により変わりうるガス圧力の違いを有効断面積の算出に反映させることもできる。
【００４４】
ステップ１５０において、コントローラ５は、ステップ１１０〜１４０の処理を３回繰り返すのを待って、処理をステップ１６０へ移行する。即ち、１回の測定だけでは測定精度が不十分であることを考慮して３回繰り返すこととしたものである。この実施の形態では、上記の繰り返し回数を３回としたが、この回数は３回に限られるものではなく、３回より多くても、３回より少なくてもよい。１回で十分な精度が得られる場合には、１回のみ行うものとすることもできる。
【００４５】
ステップ１６０において、コントローラ５は、上記のように算出された有効断面積に係る複数（３つ）の値から、ノズル１の目づまり補正値を算出する。この補正値の算出方法として、例えば、有効断面積に係る算出値に基づきノズル１の目づまりの程度を評価し、その評価された目づまりの程度に応じてガス流量の減少を補うことのできる目づまり補正値を算出する方法がある。
【００４６】
ステップ１７０において、コントローラ５は、上記算出された目づまり補正値がその限界値よりも大きいか否かを判断する。ここで、限界値とは、ノズル１の目づまりを補正できる許容限界を意味する。補正値が限界値よりも大きくない場合、コントローラ５は、処理をそのままステップ１９０へ移行し、算出された目づまり補正値を制御装置６へ出力し、その後の処理を一旦終了する。補正値が限界値よりも大きい場合、コントローラ５は、ステップ１８０において、ノズル１の目づまりが異常であることを示すアラーム信号を制御装置６へ出力する。次いで、ステップ１９０において、コントローラ５は、算出された目づまり補正値を制御装置６へ出力し、その後の処理を一旦する。
【００４７】
上記のように、コントローラ５は、目づまりの測定と、目づまり補正値の算出とを実行する。
【００４８】
次に、上記目づまり補正値等を受けて制御装置６が実行する制御内容を詳しく説明する。図５は流量設定値の補正等を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。制御装置６は、コントローラ５と同じく、半導体製造装置の起動時に、所定の期間だけ実行する。
【００４９】
ステップ２００において、制御装置６は、コントローラ５からのアラーム信号が有るか否かを判断する。アラーム信号が有った場合、制御装置６は、ステップ２１０において、音速ノズル１に目づまり異常があるものとして、そのことをディスプレイ装置８に表示させる。次いで、ステップ２１５において、制御装置６は、ノズル１の異常を作業者に報知するために、アラームランプ９を点滅させ、その後の処理を一旦終了する。
【００５０】
ステップ２００でアラーム信号が無かった場合、制御装置６は、ステップ２２０において、自動補正モードであるか否かを判断する。ここで、「自動補正モード」とは、制御装置６が流量設定値を自動的に補正するためのモードであり、作業者が任意に流量設定値を人為で補正するための「人為補正モード」とは異なるものである。この実施の形態では、作業者が、キーボード７を使用して、予め自動補正モード又は人為補正モードを任意に選択可能になっている。従って、自動補正モードであるか否かは、作業者の選択によって決定される。
【００５１】
ここで、作業者の設定が自動補正モードである場合、制御装置６はステップ２３０において、予め作業者により入力された流量設定値を読み込む。この値は、音速ノズル１から流出するガス流量として、作業者が要求する目標値であり、キーボード７により予め制御装置６に入力されたものである。
【００５２】
ステップ２３１において、制御装置６は、コントローラ５から送られた目づまり補正値を読み込む。
【００５３】
ステップ２３２において、制御装置６は、その目づまり補正値に基づいて流量設定値を補正し、補正後の流量設定値を算出する。
【００５４】
ステップ２３３において、制御装置６は、算出された補正後の流量設定値をコントローラ５へ出力し、その後の処理を一旦終了する。
【００５５】
一方、ステップ２２０において、自動補正モードの設定ではなく、人為補正モードの設定である場合、制御装置６は、ステップ２４０において、目づまり補正値をディスプレイ装置８に表示させる。作業者はこれを視認することにより、音速ノズル１の目詰まりの程度を知ることができる。経験を積んだ作業者であれば、その目づまりの程度とその他の作業条件から、自身の経験・ノウハウに基づき、流量設定値の補正に必要な補正値を任意に選択することができる。
【００５６】
そこで、ステップ２４１において、制御装置６は、作業者によりキーボード７で入力される補正値等に基づいて流量設定値の補正のための計算を行う。
【００５７】
そして、ステップ２４２において、制御装置６は、作業者によりキーボード７で入力される指令に基づいて、補正後の流量設定値をコントローラ５へ出力し、その後の処理を一旦終了する。上記のように、制御装置６は流量設定値の補正等を実行する。
【００５８】
次に、上記補正後の流量設定値を受けてコントローラ５が実行する制御内容を詳しく説明する。図６はコントローラ５が通常の流量制御を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。コントローラ５は、半導体製造装置の起動完了後に、このルーチンを周期的に実行する。作業者は、キーボード７により「通常モード」を設定入力することにより、このプログラムの実行を任意に選択することができるものとする。
【００５９】
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ３００において、コントローラ５は通常モードが設定されているか否かを判断する。通常モードでない場合、コントローラ５は、そのまま処理を終了する。通常モードである場合、コントローラ５は、ステップ３１０において、流量設定値をメモリから読み込む。この流量設定値は、流量チェックモードにおいて補正により得られたものであり、制御装置６から送られてメモリに一旦格納されたものである。
【００６０】
ステップ３２０において、コントローラ５は、読み込まれた補正後の流量設定値に応じた圧力設定値を算出する。コントローラ５は、この算出を、流量設定値と圧力設定値をパラメータとして予め設定された関数データに基づいて行う。
【００６１】
ステップ３３０において、コントローラ５は、圧力センサ３からの圧力信号を読み込む。そして、ステップ３４０において、コントローラ５は、測定された圧力信号値が、算出された圧力設定値となるように圧力設定信号をバルブ２へ出力することにより、バルブ２の開度を制御し、その後の処理を一旦終了する。このバルブ２の開度制御により、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力が調整され、同ノズル１の下流側へ流出するガス流量が補正後の設定流量値に制御される。このように通常モードの流量制御が実行される。
【００６２】
以上説明したように、この実施の形態の流量コントローラによれば、通常の流量制御を行う通常モードが設定されたときは、コントローラ５がバルブ２の開度を制御する。これにより、音速ノズル１の上流側に供給されるガス圧力が所定の圧力設定値に調整され、同ノズル１の下流側に流出するガス流量が目標の流量設定値に制御される。
【００６３】
ここで、音速ノズル１に目づまりがなければ、同ノズル１からのガス流量は、同ノズル１の上流側に供給されるガス圧力の設定値に応じた流量設定値となるように適正に制御されることになる。しかし、音速ノズル１に目づまりがあると、同ノズル１からのガス流量が同ノズル１の上流側に供給されるガス圧力に応じた目標の流量設定値に制御されなくなり、ガス流量に誤差が生じることになる。
そこで、通常モードの設定に先立って流量変化チェックモードを設定することにより、音速ノズル１の目づまりを検出するために、コントローラ５がバルブ２と音速ズル１との間のガス流を遮断させる。このときバルブ２と音速ノズル１との間に残留するガス圧力は、そのガスが音速ノズル１から徐々に抜けることにより、経時的に降下することになる。
従って、このときにバルブ２と音速ノズル１との間のガス圧力の降下を圧力センサ３により測定し、その測定される圧力降下波形に基づいて、コントローラ５が音速ノズル１の目づまり程度を判定する。これにより、流量コントローラの信頼性を上げるために、その外部にマスフローメータや流量モニタリングシステム等の特別な流量検定手段を別途に設けることなく、音速ノズル１の目づまり状態が判定される。特に、音速ノズル１の目づまり程度を判定するのに、圧力降下波形をガス温度に応じて補正することにより、更に正確な判定を行うことができるようになる。このため、音速ノズル１を用いた流量コントローラにおいて、比較的簡単な構成で音速ノズル１の目づまりを検出することができる。この意味で、半導体製造装置の全体構成が複雑化したり、そのメンテナンス性が悪化したり、装置がコストアップしたりすることがない。
【００６４】
この実施の形態の流量コントローラによれば、上記のように音速ノズル１につき検出される目づまり状態に基づいて、バルブ２によるガス圧力の調整が補正され、音速ノズル１の下流側へ流出するガス流量が補正される。このため、音速ノズル１に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に制御することができる。
【００６５】
特に、この実施の形態の流量コントローラでは、ガス流量を自動補正するための自動補正モードのための構成と、人為補正するための人為補正モードのための構成とを備える。
【００６６】
ここで、自動補正モードにおいては、上記検出される目づまり状態に基づき、コントローラ５によりガス流量の誤差に相当する目づまり補正値が算出される。そして、算出される目づまり補正値に基づき、制御装置６により流量設定値が補正される。更に、その補正後の流量設定値に基づき、コントローラ５によりバルブ２の開度が制御されて、音速ノズル１に供給されるガス圧力の調整が補正され、同ノズル１からのガス流量の誤差が自動的に補正される。このため、音速ノズル１に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に自動的に制御することができる。
【００６７】
一方、人為補正モードにおいては、上記検出される目づまり状態に基づいき、コントローラ５によりガス流量の誤差に相当する目づまり補正値が算出される。更に、算出される目づまり補正値がディスプレイ装置８に表示される。そして、表示される目づまり補正値に基づいて作業者がキーボード７を操作することにより、制御装置６により流量設定値の補正演算を任意に行わせる。そして、その補正後の流量設定値に基づいてコントローラ５にガス圧力の調整を人為補正することにより、音速ノズル１からのガス流量の誤差が、作業者の経験を反映して適宜に補正される。このため、音速ノズル１に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を人為的に適正に制御することができる。
【００６８】
この実施の形態の流量コントローラによれば、検出される目づまり状態が所定の限界値を超えるほどに音速ノズル１が異常であるとコントローラ５が判断したとき、その異常がディスプレイ装置８に表示され、アラームランプ９の点滅により作業者に報知される。従って、作業者はこの報知を受けて音速ノズル１の異常を認識し、その異常なノズル１を正常なものと交換する等の処置をとることができる。この際、交換後の音速ノズル１の流量特性につき、上記流量チェックモードにより検定及び補正を行い、交換後の音速ノズル１の流量特性値を、交換前のそれに合わせ込むことにより、ノズル１の交換の前後で流量特性の再現性を確保することができる。この意味で、流量コントローラの信頼性を更に高めることができる。しかも、上記再現性の確保を、外部の流量検定手段を何ら用いることなく、比較的簡単に行うことができるようになる。
【００６９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第２の実施の形態を図面に従って説明する。尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態においては、第１の実施の形態に係る流量コントローラの構成と同じ部材等については同一符号を付して説明を省略し、他と異なる点を中心に説明するものとする。
【００７０】
図７に本実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラの概略構成図を示す。第１の実施の形態では、ガス圧力を制御する機能と、ガス流を遮断する機能とを一つのバルブ２に兼用させたのを、この実施の形態では、二つの部材に機能分担させた点で異なる。即ち、前者の機能を電子レギュレータ１０に分担させ、後者の機能を、電子レギュレータ１０と音速ノズル１との間に設けられたバルブ２に分担させる。更に、上記の機能分担に合わせて、コントローラ５の中の流量変化チェックシステムと、圧力制御システムとを個別に設けている。
【００７１】
従って、この実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００７２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第３の実施の形態を図面に従って説明する。
【００７３】
図８に本実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラの概略構成図を示す。第２の実施の形態では、通常の圧力を測定する機能と、流量チェックモードにおいて降下圧力を測定する機能とを一つの圧力センサ３に兼用させたのを、この実施形態では、二つの圧力センサに機能分担させた点で異なる。即ち、前者の機能をレギュレータ１０とバルブ２との間に配置された新たな圧力センサ１１に分担させ、後者の機能を、バルブ２と音速ノズル１との間に設けられた圧力センサ３に分担させる。
【００７４】
従って、この実施の形態においても、前記第１及び第２の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００７５】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第４の実施の形態を図面に従って説明する。
【００７６】
図９に本実施の形態に係る可変ノズル式の流量コントローラの概略構成図を示す。前記第１の実施の形態では、音速ノズル１を使用し、同ノズル１に供給されるガス圧力を補正することにより、同ノズル１からのガス流量を補正するようにした。これに対し、この実施の形態では、音速ノズル１に代わって可変ノズル１２を使用し、同ノズル１２からのガス流量を補正するために、同ノズル１２の開度を補正するようにした点で異なる。更に、可変ノズル１２にしたことに合わせて、コントローラ５に、ノズル開度制御システムを追加して設けている。
【００７７】
ここで、第１の実施の形態の流量コントローラでは、開度が固定された音速ノズル１に目づまりが発生すると、同ノズル１の有効断面積が目づまり程度を示す値として算出される。そして、その目づまり程度の分だけ同ノズル１に供給されるガス圧力の設定値を補正して、初期のガス流量を維持するようにしていた。
これに対し、本実施の形態の流量コントローラでは、開度を変更可能にした可変ノズル１２に目づまりが発生すると、同ノズル１２の有効断面積が目づまり程度を示す値として算出される。そして、その目づまり程度の分だけ、同ノズル１２自体の開度を増大させることにより、結果的にそのノズル１２に供給されるガス圧力の設定値を補正し、所望のガス流量を維持するようにしている。
この可変ノズル式の流量コントローラでは、一定のノズル開度における初期流量とノズル有効断面積等の特性値とを、製品出荷段階で予め校正しておく。そして、その後の流量検定で、ノズル１２に目づまりが検出されたとき、計算から求められる所定の開度まで可変ノズル１２を開けて初期の特性値が得られるように補正する。その処理後に、再び流量検定を行い、初期の特性値からのズレがあれば、上記と同様にして特性値を初期の値に補正する。これを適宜に繰り返すことにより、流量コントローラの特性値を、出荷段階の状態に合わせ込み、その調整が完了した後に、通常の流量制御のために使用するのである。
ここで、可変ノズル１２としては開度可変なバルブが想定される。そのバルブとしては、止め弁、ボールバルブ及びニードルバルブ等の流量調節できるバルブであれば種類は問わない。そのアクチュエータとしては、電磁ソレノイド、ピエゾアクチュエータ及びびモータ等、電気的に弁体の変移を調整できるものであればよい。
【００７８】
この実施の形態で、コントローラ５は、温度チェックシステム、圧力制御システム及び流量変化チェックシステムに加えて「ノズル開度制御システム」を含む。このシステムは、可変ノズル１２の開度を制御するために、同ノズル１２へ開度設定信号を出力することにより、ノズル１２の開度を連続的変化をもって制御するものである。このシステムは、可変ノズル１２等との間の入出力回路、ＣＰＵ及び各種メモリ等よりなるハード構成と、ノズル１２を制御するためのＲＯＭに格納された制御プログラムとを含むものである。このシステムは、可変ノズル１２の下流側へ流出するガス流量が所定の設定流量（目標値）となるように、流量変化チェックシステムにより判定される同ノズル１２の目づまり状態に基づいて、可変ノズル１２の開度を補正するものである。この実施の形態において、コントローラ５及び制御装置６は、本発明の開度補正手段を構成する。
【００７９】
この実施の形態では、上記開度補正のための機能として、自動補正機能と人為補正機能とを兼ね備える。
即ち、自動補正機能は、コントローラ５により発揮されるものである。コントローラ５の流量変化チェックシステムは、判定される可変ノズル１２の目づまり状態を所定の基準値と比較することにより、可変ノズル１２の開度を自動補正する。これにより、同ノズル１２の下流側に流出するガス流量が自動的に補正される。この実施の形態において、コントローラ５６は、本発明の自動補正手段を構成する。
【００８０】
一方、人為補正機能は、コントローラ５及び制御装置６に加え、キーボード７及びディスプレイ装置８によって発揮される。ここで、コントローラ５の流量変化チェックシステムは、判定される可変ノズル１２の目づまり状態及びそれと比較されるべき所定の基準値を信号として制御装置６へ出力する。制御装置６は、その目づまり状態及び所定の基準値をそれぞれディスプレイ装置８に表示させる。作業者は、ディスプレイ装置８に表示される目づまり状態及び所定の基準値に基づいて可変ノズル１２の開度を人為的に補正するために、キーボード７を任意に操作する。即ち、予め設定された開度設定値に対して必要な補正値をキーボード７で入力することにより、補正後の開度設定値を任意に決定して開度設定値信号としてコントローラ５へ出力するのである。コントローラ５のノズル開度制御システムは、可変ノズル１２からのガス流量を補正するために、上記補正後の開度設定値に基づいてノズル１２の開度を制御する。このようにして、可変ノズル１２の上流側に供給されるガス圧力の調整を作業者が人為的に補正するのである。この実施の形態において、ディスプレイ装置８は、本発明の表示手段に相当する。更に、キーボード７及び制御装置６は、本発明の人為補正手段を構成する。
【００８１】
上記各種機能に加え、この実施の形態の流量コントローラは、可変ノズル１２の目づまりが異常である場合に、そのことを報知するための機能を有する。この実施の形態では、コントローラ５、制御装置６及びアラームランプ９が、本発明の異常報知手段を構成する。
【００８２】
次に、上記各種機能に対応した制御プログラムの内容を詳しく説明する。図１０は可変ノズル１２の目づまりの測定と、同ノズル１２の開度設定値等を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。コントローラ５は、このプログラムのルーチンを、半導体製造装置の起動時に初期動作の一つとして、所定の期間だけ周期的に実行する。作業者は、キーボード７により「流量チェックモード」を設定入力することにより、このプログラムの実行を任意に選択することができるものとする。
【００８３】
処理がこのルーチンへ移行すると、コントローラ５は、ステップ４００から処理を開始する。ここでは、ステップ４００〜ステップ４５０の処理内容は、前記第１の実施の形態における図３に示すステップ１００〜ステップ１５０の処理内容と同じであることから、その説明を省略する。
【００８４】
そして、ステップ４５０から移行してテップ４６０において、コントローラ５は、算出されたノズル有効断面積の値が、メモリに記憶された前回又は初期のノズル有効断面積の値（検定基準値）よりも小さいか否か、即ち、可変ノズル１２が目づまり状態にあるか否かを判断する。ここで、可変ノズル１２に目づまりが起きていると判断した場合、コントローラ５は処理をテップ４６５へ移行する。
【００８５】
ステップ４６５において、コントローラ５は算出されたノズル有効断面積の値とその初期値とに基づき、可変ノズル１２の開度設定値を算出する。コントローラ５は、初期の開度設定値を所定値だけ増大させる補正を行うことにより、この開度設定値の算出を行う。
【００８６】
ステップ４６６において、コントローラ５は、可変ノズル１２の開度を前回よりも所定量だけ大きくするために、算出された開度設定値を可変ノズル１２へ出力する。その後、コントローラ５は、処理をステップ４１０へ戻し、同ステップ４１０からの処理を繰り返す。そして、ステップ４６０において、可変ノズル１２が目づまり状態にないと判断した場合、コントローラ５は処理をステップ４６９へ移行する。ステップ４６９において、コントローラ５は、今回算出された開度設定値を補正後の開度設定値としてメモリに記憶させる。
【００８７】
その後、ステップ４７０において、コントローラ５は、上記補正後の開度設定値がその限界値よりも大きいか否かを判断する。ここで、限界値とは、ノズル１の目づまりを補正することのできる許容限界を意味する。補正後の開度設定値が限界値よりも大きくない場合、コントローラ５は、処理をそのままステップ４９０へ移行し、補正後の開度設定値を制御装置６へ出力し、その後の処理を一旦終了する。補正後の開度設定値が限界値よりも大きい場合、コントローラ５は、ステップ４８０において、可変ノズル１２の目づまりが異常であることを示すアラーム信号を制御装置６へ出力する。次いで、ステップ４９０において、コントローラ５は、上記算出されたノズル有効断面積の値及び初期のノズル有効断面積の値をそれぞれ制御装置６へ出力し、その後の処理を一旦する。
【００８８】
上記のように、コントローラ５は、目づまりの測定及び開度設定値の算出等を実行する。
【００８９】
次に、上記ノズル有効断面積値等を受けて制御装置６が実行する制御内容を詳しく説明する。図１１は開度設定値の補正等を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。制御装置６は、コントローラ５と同じく、半導体製造装置の起動時に、所定の期間だけ実行する。
【００９０】
ステップ５００において、制御装置６は、コントローラ５からのアラーム信号が有るか否かを判断する。アラーム信号が有った場合、制御装置６は、ステップ５１０において、可変ノズル１２に目づまり異常があるものとして、そのことをディスプレイ装置８に表示させる。次いで、ステップ５１５において、制御装置６は、ノズル１２の異常を作業者に報知するために、アラームランプ９を点滅させ、その後の処理を一旦終了する。
【００９１】
ステップ５００でアラーム信号が無かった場合、制御装置６は、ステップ５２０において、人為補正モードであるか否かを判断する。この実施の形態でも、作業者が、キーボード７を使用して、予め人為補正モード又は自動補正モードを任意に選択するようになっている。
【００９２】
ここで、作業者の設定が自動補正モードである場合、制御装置６はステップ５３０において、作業者により入力された流量設定値を読み込む。この値は、可変ノズル１から流出するガス流量として、作業者が要求する目標値であり、キーボード７により予め制御装置６に入力されたものである。
【００９３】
ステップ５３５において、制御装置６は、読み込まれた流量設定値をコントローラ５へ出力し、その後の処理を一旦終了する。
【００９４】
一方、ステップ５２０において、自動補正モードの設定ではなく、人為補正モードの設定である場合、制御装置６は、ステップ５４０において、コントローラ５から出力されたノズル有効断面積値及び初期のノズル有効断面積値をディスプレイ装置８に表示させる。作業者はこれらの値を視認することにより、可変ノズル１の目づまりの程度を知ることができる。経験を積んだ作業者であれば、その目づまりの程度とその他の作業条件から、自身の経験・ノウハウに基づき、可変ノズル１２の開度設定値の補正に必要な補正値を任意に選択することができる。
【００９５】
そこで、ステップ５４１において、制御装置６は、作業者によりキーボード７で入力される補正値等に基づいて開度設定値の補正のための計算を行う。
【００９６】
そして、ステップ５４２において、制御装置６は、作業者によりキーボード７で入力される指令に基づいて、補正後の開度設定値をコントローラ５へ出力し、その後の処理を一旦終了する。上記のように、制御装置６は開度設定値の補正等を実行する。
【００９７】
次に、上記補正後の開度設定値等を受けてコントローラ５が実行する制御内容を詳しく説明する。図１２はコントローラ５が通常の流量制御を行うためのプログラムの内容を示すフローチャートである。コントローラ５は、半導体製造装置の起動完了後に、このルーチンを周期的に実行する。作業者は、キーボード７により「通常モード」を設定入力することにより、このプログラムの実行を任意に選択することができる。
【００９８】
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ６００において、コントローラ５は通常モードが設定されているか否かを判断する。通常モードでない場合、コントローラ５は、そのまま処理を終了する。通常モードである場合、コントローラ５は、ステップ６１０において、流量設定値及び開度設定値をメモリから読み込む。ここで、流量設定値は、前述したように作業者により任意に入力され、メモリに一旦格納されたものである。開度設定値は、流量チェックモードにおいて自動補正又は人為補正により得られたものであり、メモリに一旦格納されたものである。
【００９９】
ステップ６１５において、コントローラ５は、補正後の開度設定値に係る開度設定信号を可変ノズル１２へ出力することにより、同ノズル１２の開度を制御する。
【０１００】
その後、コントローラ５は、ステップ６２０〜ステップ６４０の処理を実行する。ここでは、ステップ６２０〜ステップ６４０における処理内容が、第１の実施の形態の図６のフローチャートに示すステップ３２０〜ステップ３４０の処理内容と同じであることから、説明を省略する。
【０１０１】
上記のようなバルブ２の開度制御と、可変ノズル１２の開度制御により、可変ノズル１２の上流側に供給されるガス圧力が調整され、同ノズル１２の下流側へ流出するガス流量が初期の設定流量値に制御される。このように通常モードの流量制御が実行される。
【０１０２】
以上説明したように、この実施の形態の流量コントローラによれば、通常の流量制御を行う通常モードが設定されたときは、コントローラ５がバルブ２及び可変ノズル１２の開度を制御する。これにより、可変ノズル１２の下流側に流出するガス流量が目標の流量設定値に制御される。
【０１０３】
ここで、可変ノズル１２に目づまりがあると、同ノズル１２からのガス流量が同ノズル１２の上流側に供給されるガス圧力に応じた目標の流量設定値に制御されなくなり、ガス流量に誤差が生じることになる。
【０１０４】
そこで、この実施の形態においても、通常モードの設定に先立って流量変化チェックモードを設定することにより、可変ノズル１２の目づまりを検出するために、コントローラ５がバルブ２と可変ノズル１２との間のガス流を遮断させる。このとき、バルブ２と可変ノズル１２との間で圧力センサ３により測定される圧力降下波形に基づいて、コントローラ５が可変ノズル１の目づまり程度を判定する。これにより、外部に特別な流量検定手段を別途に設けることなく、可変ノズル１２の目づまり状態が判定される。その圧力降下波形をガス温度に応じて補正すれば、更に正確な判定を行うことができるようになる。このため、可変ノズル１２を用いた流量コントローラにおいて、比較的簡単な構成で可変ノズル１２の目づまりを検出することができる。この意味で、半導体製造装置の全体構成が複雑化したり、そのメンテナンス性が悪化したり、装置がコストアップしたりすることがない。
【０１０５】
この実施の形態の流量コントローラによれば、上記のように可変ノズル１２について検出（算出）されるノズル有効断面積値に基づき、同ノズル１２の開度を制御することにより、同ノズル１２の開度が適正値に補正され、同ノズル１２の下流側へ流出するガス流量が補正される。このため、可変ノズル１２に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に制御することができる。
【０１０６】
この実施の形態において、自動補正モードでは、コントローラ５により、上記検出（算出）されるノズル有効断面積値が所定の検定基準値と比較されることにより、可変ノズル１２の開度が補正される。更に、その補正の繰り返し動作により、適正なノズル有効断面積の確認が行われる。このため、可変ノズル１２に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に自動的に制御することができる。
【０１０７】
この実施の形態において、人為補正モードでは、上記検出（算出）されるノズル有効断面積値及びそれに比較されるべき検定基準値等がディスプレイ装置８に表示される。そして、その表示されるノズル有効断面積値及び検定基準値に基づいて作業者がキーボード７を操作することにより、制御装置６により開度設定値の補正演算を任意に行わせる。そして、その補正後の開度設定値に基づいて可変ノズル１２の開度を補正することにより、可変ノズル１２からのガス流量の誤差が、作業者の経験を反映して適宜に補正される。このため、可変ノズル１２に多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を人為的に適正に制御することができる。
【０１０８】
この実施の形態においても、補正後の開度設定値が所定の限界値を超えるほどに可変ノズル１２が異常であるとコントローラ５が判断したとき、その異常がディスプレイ装置８に表示され、アラームランプ９の点滅により作業者に報知される。
従って、作業者はこの報知を受けて可変ノズル１２の異常を認識し、その異常なノズル１２を正常なものと交換する等の処置をとることができる。この際、第１の実施の形態と同様、流量チェックモードにより、交換後の可変ノズル１２の流量特性値を交換前のそれに合わせ込むことができ、同ノズル１２の交換の前後で流量特性の再現性を確保することができる。この意味で、流量コントローラの信頼性を更に高めることができ、上記再現性の確保を、外部の流量検定手段を用いることなく、比較的簡単に行うことができるようになる。
【０１０９】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第５の実施の形態を図面に従って説明する。
【０１１０】
図１３に本実施の形態に係るオリフィス式の流量コントローラの概略構成図を示す。第１の実施の形態では、前述した「音速領域」に適した音速ノズル１を使用した。これに対し、本実施の形態では、音速ノズル１に代わり、ノズルの一種でもあり、「亜音速領域」に適したオリフィス１３を使用し、そのオリフィス１３の下流側に設けられた別の圧力センサ１４に２次側（下流側）の圧力測定を行わせる。そして、コントローラ５の中の圧力制御システムに、圧力センサ３からの圧力信号及び別の圧力センサ１４からの２次側圧力信号に基づいて、通常モードにおける流量制御を行わせる。
【０１１１】
従って、この実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。そして、通常モードにおいては、「亜音速領域」を使用してガス流量を好適に制御することができる。
【０１１２】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第６の実施の形態を図面に従って説明する。
【０１１３】
図１４に本実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラを半導体製造装置に適用した概略構成図を示す。この構成では、チャンバ１５に対して複数のプロセスガスを供給するための複数のガスライン１６，１７，１８に対応して二つの音速ノズル１と一つのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１９を設ける。各ガスライン１６〜１８の上流に、各プロセスガスの圧力を調整するための電子レギュレータ２０をそれぞれ設ける。各音速ノズル１及びＭＦＣ１９の上流側及び下流側に、開閉用バルブ２１，２２をそれぞれ設ける。各音速ノズル１及びＭＦＣ１９の上流側に、パージガス（窒素ガス）を供給するためのパージライン２３を、対応する分岐ライン２４を介して接続する。各分岐ライン２４に、開閉用バルブ２５をそれぞれ設ける。パージライン２３の上流に、本発明の圧力調整手段及びガス流遮断手段を構成する一つのバルブ２と、本発明の圧力降下検出手段を構成する一つの圧力センサ３を設ける。バルブ２及び圧力センサ３に対応するコントローラ５及び制御装置６を設ける。コントローラ５及び制御装置６は、本発明の圧力制御手段、目づまり判定手段及び圧力補正手段を構成する。
【０１１４】
この実施の形態では、各電子レギュレータ２０を閉じ、そのガスライン１６〜１８に対応して設けられた開閉用バルブ２５を選択的に開くことにより、各音速ノズル１又はＭＦＣ１９にパージガスを供給することができる。ここで、例えば、一つの音速ノズル１にパージガスを供給する状態から、バルブ２を一旦閉じてその音速ノズル２に供給されるパージガスの供給を遮断することにより、圧力センサ３により同ノズル１に供給されるガス圧力の降下を測定することができる。
そして、コントローラ５は、そのガス圧力の降下状態に基づき、音速ノズル１の目づまり状態を判定することができる。
【０１１５】
この実施の形態では、音速ノズル１とバルブ２との間にパージライン２３を設けることから、目づまり状態の判定時に圧力降下に関わる配管容積が増え、圧力降下に要する時間が他の実施の形態のそれに比べて長くなる。この結果、圧力降下波形を、より正確に測定することができるようになる。
【０１１６】
この実施の形態では、音速ノズル１を使用した複数のガスライン１６，１７と、ＭＦＣ１９を設けたガスライン１８の両方に対し、目づまり状態を判定するための一組の構成、即ちバルブ２、圧力センサ３、コントローラ５及び制御装置６を共用することができる。
【０１１７】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の流量コントローラを具体化した第７の実施の形態を図面に従って説明する。
【０１１８】
図１５に本実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラを半導体製造装置に適用した概略構成図を示す。この構成では、前記第６の実施の形態とは異なり、チャンバ１５に対して複数のプロセスガスを供給するための各ガスライン１６〜１８に対応して、コントロールユニット２９がそれぞれ設けられる。各コントロールユニット２９は、音速ノズル１と、本発明の圧力調整手段及びガス流遮断手段を構成するバルブ２と、本発明の圧力降下検出手段を構成する圧力センサ３と、本発明の圧力制御手段、目づまり判定手段及び圧力補正手段を構成するコントローラ５とを備える。各ガスライン１６〜１８の上流に、各プロセスガスの流量を調整するためのバルブ２６をそれぞれ設ける。各コントロールユニット２９の上流側における開閉用バルブ２１を省略し、それら下流側にのみ開閉用バルブ２２を設ける。各コントロールユニット２９の上流側に、パージガス（窒素ガス）を供給するためのパージライン２３を、対応する分岐ライン２４を介して接続する。各分岐ライン２４に、開閉用バルブ２５をそれぞれ設ける。パージライン２３の上流に、バルブ２７及び電子レギュレータ２０を設ける。
【０１１９】
この実施の形態では、各バルブ２６を閉じ、それらガスライン１６〜１８に対応して設けられた開閉用バルブ２５を選択的に開くと共に、パージライン２３に設けられたバルブ２７及びレギュレータ２０を開くことにより、各コントロールユニット２９に対してパージガスを供給することができる。ここで、パージガスが供給されるコントロールユニット２９において、バルブ２を一旦閉じてその音速ノズル１に供給されるパージガスの供給を遮断することにより、圧力センサ３により同ノズル１に供給されるガス圧力の降下を測定することができる。そして、コントローラ５は、そのガス圧力の降下状態に基づき、音速ノズル１の目づまり状態を判定することができる。
【０１２０】
一方、パージライン２３に関わる各バルブ２５，２７及びレギュレータ２０を閉じ、個々のガスライン１６〜１８に対応して設けられた開閉用バルブ２６を開くことにより、各コントロールユニット２９に対してプロセスガスを供給することができる。ここで、プロセスガスが供給されるコントロールユニット２９を上記と同様に動作させることにより、音速ノズル１の目づまり状態を判定することができる。
【０１２１】
この実施の形態の構成によれば、個々のコントロールユニット２９において音速ノズル１における目づまりを自己補正できることから、ＭＦＣ等のモニタリングシステムを設ける必要がないことは言うまでもない。
【０１２２】
この実施の形態では、従来とは異なり、図中の矢印Ａで示される部分に設けられたバルブを省略することができるようになる。更には、前記第６の実施の形態とは異なり、パージガスを使用する場合及びプロセスガスを使用する場合のそれぞれの場合において、音速ノズル１の目づまり状態の判定を行うことができる。
【０１２３】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。以下の各実施の形態においても、前記各実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【０１２４】
（１）前記各実施の形態では、本発明を自動補正機能と人為補正機能を両方兼ね備えた流量コントローラに具体化したが、自動補正機能又は人為補正機能のいずれか一方を備えた流量コントローラに具体化することもできる。
【０１２５】
（２）前記各実施の形態では、音速ノズル１又は可変ノズル１２が目づまり異常であることを報知するための構成を備えた流量コントローラに具体化したが、その報知のための構成を省略することもできる。
【０１２６】
（３）前記第４の実施の形態では、第１の実施の形態に係る音速ノズル式の流量コントローラに対する変形例のひとつとして、可変ノズル式の流量コントローラを構成した。これに対し、前記第２及び第３の実施の形態に係る音速ノズル式流量コントローラに対する変形例としての可変ノズル式の流量コントローラを構成することもできる。
【０１２７】
（４）前記第４の実施の形態では、可変ノズル１２の下流側に流出するガス流量を補正するために、可変ノズル１２の開度を補正するようにした。これに対して、可変ノズル１２の下流側に流出するガス流量を補正するために、可変ノズル１２の開度を補正すると共に、同ノズル１２の上流側に供給されるガス圧をバルブ２により調整するようにしてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ノズルを用いた流量コントローラにおいて、ノズル上流側のガス圧力の降下を検出し、そのガス圧力の降下の状態に基づいて目づまりの判定を行うことにより、外部に流量検定手段を別途に設けることなく、ノズルの目づまり状態が判定される。このため、比較的簡単な構成でノズルの目づまりを検出することができるという効果を発揮する。
【０１２９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の作用及び効果に加え、判定される目づまり状態に基づいてガス圧力の調整が補正され、ノズル下流側へ流出するガス流量が補正される。このため、ノズルに目づまりが生じても、その目づまり状態に応じて、ガス流量を適正に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の発明の構成において、判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差が算出され、その算出される誤差に基づいてガス圧力の調整が補正されることにより、ガス流量の誤差が自動的に補正される。このため、ノズルに多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に自動的に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２の発明の構成において、判定される目づまり状態に基づいてガス流量の誤差が算出され、そのガス流量の誤差が表示される。その表示される誤差に基づいて作業者がガス圧力の調整を人為補正することにより、ガス流量の誤差が適宜に補正される。このため、ノズルに多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に人為的に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１の発明の作用に加え、判定される目づまり状態に基づいて可変ノズルの開度が補正され、可変ノズルの下流側へ流出するガス流量が、目づまりの状態に応じて目標値に補正される。このため、可変ノズルに目づまりが生じても、その目づまり状態に応じて、ガス流量を適正に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５の発明の構成において、判定される目づまり状態を所定の基準値と比較することにより、可変ノズルの開度が自動補正され、ガス流量の誤差が自動的に補正される。このため、可変ノズルに多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に自動的に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３４】
請求項７の発明の構成によれば、請求項５の発明の構成において、判定される目づまり状態及び所定の基準値が表示手段に表示される。その表示される目づまり状態及び所定の基準値に基づいて作業者が人為補正手段を操作して可変ノズルの開度を人為補正することにより、ガス流量の誤差が適宜に補正される。このため、可変ノズルに多少の目づまりが生じても、その目づまりの状態に応じて、ガス流量を適正に人為的に制御することができるという効果を発揮する。
【０１３５】
請求項８の発明の構成によれば、請求項１乃至請求項７の何れか一つの発明の作用及び効果に加え、判定される目づまり状態が所定の許容状態を超えてノズルが異常となったときに、そのことが報知される。従って、作業者はこの報知を受けてノズルの異常を認識し、ノズルを正常なものと交換することができるようになる。この意味で、流量コントローラの信頼性を更に高めることができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【図２】同じく、音速ノズルの圧力流量特性を示すグラフである。
【図３】同じく、音速ノズルの目づまりの測定等を行うためのフローチャートである。
【図４】同じく、音速ノズルの圧力降下曲線を示すグラフである。
【図５】同じく、流量設定値の補正等を行うためのフローチャートである。
【図６】同じく、通常の流量制御を行うためのフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【図８】第３の実施の形態に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【図９】第４の実施の形態に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【図１０】同じく、可変ノズルの目づまりの測定等を行うためのフローチャートである。
【図１１】同じく、流量設定値の補正等を行うためのフローチャートである。
【図１２】同じく、通常の流量制御を行うためのフローチャートである。
【図１３】第５の実施の形態に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【図１４】第６の実施の形態に係り、流量コントローラを適用した製造装置を示す概略構成図である。
【図１５】第７の実施の形態に係り、流量コントローラを適用した製造装置を示す概略構成図である。
【図１６】従来技術に係り、流量コントローラを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    音速ノズル
２    バルブ（圧力調整手段、ガス流遮断手段）
３    圧力センサ（圧力降下検出手段）
５    コントローラ（圧力制御手段、目づまり判定手段、開度補正手段、誤差算出手段）
６    制御装置（５，６：圧力補正手段、自動補正手段及び人為補正手段）
７    キーボード（６，７：人為補正手段）
８    ディスプレイ装置（６，８：表示手段）
９    アラーム（５，６，９：異常報知手段）
１０  電子レギュレータ（圧力調整手段）
１１  圧力センサ（圧力降下検出手段）
１２  可変ノズル
１３  オリフィス（ノズル）
【図１】
0003890138.tif 000002
【図２】
0003890138.tif 000003
【図３】
0003890138.tif 000004
【図４】
0003890138.tif 000005
【図５】
0003890138.tif 000006
【図６】
0003890138.tif 000007
【図７】
0003890138.tif 000008
【図８】
0003890138.tif 000009
【図９】
0003890138.tif 000010
【図１０】
0003890138.tif 000011
【図１１】
0003890138.tif 000012
【図１２】
0003890138.tif 000013
【図１３】
0003890138.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003890138.tif 000016
【図１６】
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