專利名稱：流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種半導(dǎo)體制造工藝中的氣體系統(tǒng)所使用的流量控 制設(shè)備的絕對流量的檢測方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中的成膜裝置、干式蝕刻裝置等中，例如使用 硅垸、磷化氫等特殊氣體，氯氣等腐蝕性氣體，以及氫氣等可燃性氣 體等。
必須嚴(yán)格管理這些氣體的流量。
原因在于，例如氣體流量直接影響到工藝的優(yōu)劣。即，在成膜工 藝中膜質(zhì)是否良好、在蝕刻工藝中回路加工是否良好因氣體流量的精 度而受到較大影響，半導(dǎo)體產(chǎn)品的成品率取決于此。
其他原因還包括，這種氣體的大多數(shù)對人體、環(huán)境是有害的，或 者具有爆炸性等。因此，使用后的這些氣體不允許直接排放到大氣中，
必須設(shè)置和氣體種類對應(yīng)的去除裝置。但是，這種去除裝置一般情況 下處理能力有限，當(dāng)出現(xiàn)超過允許值的流量時，會使未處理干凈的有 害氣體排放到環(huán)境、并損壞去除裝置。
并且還包括以下原因這些氣體、特別是可用于半導(dǎo)體制造工藝 的高純度且無塵的氣體價格昂貴，且因根據(jù)氣體種類產(chǎn)生的自然衰退 而使使用受限，因此無法大量保存。
另一方面，半導(dǎo)體制造工藝中的設(shè)備要求的上述氣體流量是2-2000sccm左右，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)要求高精度地控制一定流量。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，在半導(dǎo)體制造工藝回路內(nèi)配置作為流量控 制器的公知的質(zhì)量流量控制器，按照各種氣體種類以最適當(dāng)?shù)牧髁苛?動。并且，所述質(zhì)量流量控制器通過改變外加電壓而改變設(shè)定流量， 以便應(yīng)對工藝方法的改變。
但是，半導(dǎo)體制造工藝中使用的這些氣體、即所謂的工藝氣體中， 尤其是成膜用材料氣體在特性上可在氣體管道內(nèi)析出固態(tài)物，會改變 流量體積。
質(zhì)量流量控制器為了高精度地提供一定流量而在內(nèi)部使用細管， 當(dāng)該部分析出少量固態(tài)物時，也會成為導(dǎo)致提供的流量精度惡化的原 因。并且，由于有蝕刻工藝等所使用的腐蝕性強的氣體流動，因此即 使質(zhì)量流量控制器的內(nèi)部使用耐腐蝕性強的材料、例如不銹鋼等，也 無法避免腐蝕，長年使用會劣化，這樣一來也會造成流量精度惡化。
因此，外加電壓和實際流量的關(guān)系改變，實際流量可能改變，因 此需要定期檢測、校正質(zhì)量流量控制器的流量。
該質(zhì)量流量控制器的流量檢測基本使用膜流量計來進行，但該測 量拆除配管的一部分來進行，測量后必須再次將配管組裝為原來的狀 態(tài)并檢查有無泄漏。因此作業(yè)非常耗時。
因此，不拆除配管地進行流量檢測是較為理想的狀態(tài)。
作為在組裝了配管的狀態(tài)下進行流量檢測的方法，例如可考慮使 用處理室具有的真空系統(tǒng)，但采用這種方法時，在所需時間、精度方 面不充分。
例如，作為測量一定容積空間的壓力下降并計算流量的、通過衰 減(build down)方式檢測質(zhì)量流量控制器的流量的系統(tǒng)，包括本申請
人申請并獲得授權(quán)的專利申請文獻1等的方法。
專利文獻1公開了一種質(zhì)量流量控制器的絕對流量檢測系統(tǒng)。圖
14表示其配管圖。
該系統(tǒng)中，作為測量用氣體使用氮氣這樣的惰性氣體，根據(jù)氣體 管道被預(yù)定的測量用氣體充滿的狀態(tài)，測定出通過質(zhì)量流量控制器10 的壓力下降速度。因此，在質(zhì)量流量控制器10的入口和第1開關(guān)閥100 之間的配管110上設(shè)有通過壓力傳感器11、測量用開關(guān)閥101存儲測 量用氣體的測量用氣罐102，在通過第1開關(guān)閥100切斷對質(zhì)量流量控 制器10的工藝氣體的供給后，打開測量用開關(guān)閥101，測量通過壓力 傳感器11下降預(yù)定壓力所需的時間T，從而能夠容易且簡單地檢測出 質(zhì)量流量控制器10的絕對流量。
但在專利文獻1的方法中，測量用氣體需要使用氮氣這樣的惰性 氣體。這是因為，在測量流量時，使溫度保持一定，根據(jù)壓力的變化， 利用理想氣體狀態(tài)方程式計算出回路內(nèi)的體積，并根據(jù)經(jīng)過時間T和 體積計算出流量。
但是，實際上在管道內(nèi)流動的工藝氣體是壓縮流體，雖然是通過 接近理想氣體的氮氣這樣的惰性氣體進行檢測，但實際上無法保證與 使用工藝氣體時的流量相同。
并且，進行這種測量的期間無法使用系統(tǒng)，且在測量結(jié)束后重新 起動系統(tǒng)時，管道內(nèi)的工藝氣體的純度需要時間才能恢復(fù)，因此存在 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率較低的問題。
并且，在專利文獻1的方法中，即使測量之后得知質(zhì)量流量控制
器IO的流量特性偏離初始狀態(tài)，其校正也需要另行由系統(tǒng)使用者進行。
因此，本申請人還公開了專利文獻2所示的方法。
專利文獻2中公開了一種氣體配管系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)。圖15表示該 配管的示意圖。
專利文獻2涉及的發(fā)明是， 一種進行氣體配管系統(tǒng)的檢測的系統(tǒng)， 經(jīng)由具有第1截止閥100、其下游的質(zhì)量流量控制器IO及其下游一側(cè) 的終段截止閥120的氣體管道，從工藝氣體源向處理室121提供工藝 氣體，具有測量終段截止閥120的入口一側(cè)的壓力的壓力傳感器11， 打開第1截止閥100并關(guān)閉終段截止閥120，用壓力傳感器11測量經(jīng) 過質(zhì)量流量控制器IO將工藝氣體導(dǎo)入到終段截止閥120的上游一側(cè)時 的壓力上升，從而測量質(zhì)量流量控制器10的流量。
在該系統(tǒng)中，在檢測質(zhì)量流量控制器10的流量時，首先同時打開 第l截止閥IOO和終段截止閥120。此時，從工藝氣體源提供工藝氣體， 比質(zhì)量流量控制器IO靠近下游的部分與位于處理室121的下游的排氣 泵連通。
在這種氣體配管系統(tǒng)中，通常在處理室121的更下游設(shè)有排氣泵， 這種情況下，該部分的壓力下降得接近真空狀態(tài)。并且，未設(shè)置排氣 泵時下降到大氣壓附近。并且，該壓力由壓力傳感器11測量。
接著，關(guān)閉終段截止閥120，切斷對處理室121 —側(cè)的排氣。這 樣一來，通過質(zhì)量流量控制器10限制氣體流量，因此在質(zhì)量流量控制 器IO和終段截止閥120之間的部分，壓力通過工藝氣體逐漸上升。因 此，壓力傳感器11的測量值逐漸上升，通過該上升而檢測出質(zhì)量流量
具體而言，通過最小二乘法計算出壓力上升的時效變化的斜度， 并與初期的斜度比較，從而進行檢測。
這樣一來，通過工藝氣體可進行質(zhì)量流量控制器io的流量檢測。
并且，流量的檢測結(jié)果是質(zhì)量流量控制器10的流量偏離初期時， 根據(jù)來自未圖示的主體控制器指令，自動進行流量的校正，因此始終 能夠供給設(shè)定流量的氣體。
此外，作為與以上方法不同的方法，還包括專利文獻3這樣的測 定流量控制設(shè)備的絕對流量的方法。
專利文獻3公開了一種氣體質(zhì)量流量測定系統(tǒng)，圖16表示其示意圖。
在圖16中，固定的感溫性電阻元件140電連接在輸出端子142和 地線136之間，上述電阻元件140與輸入端子134及感溫性電阻元件 138連接，上述輸入端子134與壓力變換器130連接，上述感溫性電阻 元件138電連接在輸入端子134和輸出端子142之間。
壓力變換器130是任意的較高精度的壓力計，例如是使用響應(yīng)于 測量的氣體壓力的可動金屬隔膜的類型的電容壓力計。
通過與該壓力變換器130電連接的回路，該電阻元件的電阻值與 溫度同時直接(成正比)變動，隨著溫度上升而增大，隨著溫度下降 而減小。當(dāng)與電阻元件138接觸的氣體的溫度上升時，其電阻值增大。 固定的感性電阻元件140的兩端出現(xiàn)的輸出電壓V的大小隨著減少， 這是因為全部信號電壓的較大部分在感溫性電阻元件138的兩端下降。
因此，通過將該壓力變換器130連接到設(shè)置在與未圖示的氣體源
連接的質(zhì)量流量控制器IO下游的具有已知容積的腔室，可提供質(zhì)量流 量控制器10的、決定并校正氣體平均流量的較簡單的裝置。
根據(jù)專利文獻3的方法，可與腔室內(nèi)部的氣體的摩爾數(shù)成比例地 獲得質(zhì)量流量控制器的流量，被測量流體也可測量出工藝氣體本身。 此外，此時無需數(shù)學(xué)計算，也無需單獨測量壓力和溫度。
專利文獻1:專利第2635929號公報 專利文獻2:專利第3367811號公報 專利文獻3:專利第3022931號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，用戶希望通過質(zhì)量流量控制器的實際流體的絕對流量來進 行檢測的要求越來越強烈，在專利文獻1中，由于通過測量用氣體進 行絕對流量的檢測，因此無法保證使用工藝氣體時是否有適當(dāng)?shù)牧髁浚?而在專利文獻2中，可通過實際使用的工藝氣體進行質(zhì)量流量控制器 的流量檢測，但質(zhì)量流量控制器的流量檢測是通過與壓力上升率的初 始數(shù)據(jù)的比較來進行的，是所謂相對比較的流量檢測，因此無法進行 絕對流量檢測。
在專利文獻3的方法中，雖然可利用工藝氣體進行質(zhì)量流量控制 器的絕對流量檢測，但實際上是使用高精度的壓力計及感溫性電阻元 件進行絕對流量檢測的系統(tǒng)，在可進行高精度的流量檢測這一點上， 雖然進行壓力校正及流路內(nèi)的流體的溫度校正，但并不對氣體種類固 有的系數(shù)進行校正，不能確定是否可高精度地獲得工藝氣體的絕對流 量的值，并且也未對此進行詳細記載。
艮P，在專利文獻1至專利文獻3的方法中，難于通過高精度的絕 對流量進行檢測。
進一步，專利文獻2的方法中，容積保持一定是絕對條件。
在專利文獻2中，需要使和處理室連接的流路的終段截止閥及質(zhì) 量流量控制器之間的空間的容積一定，當(dāng)該空間的容積變化時，應(yīng)作 為基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)消失，改造以后實際上無法進行質(zhì)量流量控制器的校正。
專利文獻3中也存在同樣問題。為了求出流量，使用以壓力傳感
器為觸發(fā)器的電氣回路，記載具有已知的一定體積的腔室內(nèi)的壓力上 升。因此，通過改造，被測定空間的容積變化，無法準(zhǔn)確進行流量檢
并且，這里的腔室是指用于測量連接到具有已知的一定體積的壓 力的容器，雖然可以考慮將腔室的容積足夠大的系統(tǒng)，以不受到流路 改變的影響，但在空間十分受限的半導(dǎo)體制造裝置中，是無法實現(xiàn)的。
但是，氣體集成單元的改造因制造計劃、設(shè)計改變等而頻繁發(fā)生， 用戶對于實現(xiàn)和改造對應(yīng)的絕對流路測量單元的愿望也十分強烈。
因此，本發(fā)明是為了解決上述問題而產(chǎn)生的，其目的在于(1) 可通過工藝氣體進行以質(zhì)量流量控制器為代表的流量控制設(shè)備的高精 度的絕對流量檢測；(2)提供一種在因改造等改變流路容積的情況下 也可求得其容積以進行流量控制設(shè)備的絕對流量的檢測的流量控制設(shè) 備的絕對流量檢測系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng) 具有以下特征。
(1) 一種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單 元中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量 控制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第1截止閥及第2 截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和
所述第2截止閥之間的所述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4 截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在 所述第3截止閥和所述第4截止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用 控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存儲氣體種類固 有的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)以及由所述流量控制設(shè)備的出口、所述第2截止閥 和所述第4截止閥形成的預(yù)定空間的容積值，從所述檢測用控制裝置 的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第1測量時由所述壓力傳感器測定的第1 壓力值及由所述溫度傳感器測定的第1溫度值對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)值， 根據(jù)所述第1壓力值、所述第1溫度值、所述容積值及所述第1壓縮 因數(shù)值求得第1質(zhì)量，從所述檢測用控制裝置的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀 出與第2測量時由所述壓力傳感器測定的第2壓力值及由所述溫度傳 感器測定的第2溫度值所對應(yīng)的第2壓縮因數(shù)值，根據(jù)所述第2壓力 值、所述第2溫度值、所述容積值及所述第2壓縮因數(shù)值求得第2質(zhì) 量，根據(jù)所述第1質(zhì)量與所述第2質(zhì)量的差檢測出所述流量控制設(shè)備 的絕對流量。
這里的流量控制設(shè)備是指以質(zhì)量流量控制器等為代表的、控制流 體的流量的設(shè)備。
并且，這里的壓縮因數(shù)是指，設(shè)壓力P、絕對溫度T下的lmol氣 體的體積為V、氣體常數(shù)為R時，以公式Z:PV/RT表示的變量。其表 示實際氣體和理想氣體的偏差，值隨著氣體種類而不同，在理想氣體 中Z4。并且，Z也稱作壓縮系數(shù)。
該壓縮因數(shù)如公式所示，是溫度和壓力的函數(shù)，在高溫、低壓時 有變化較少的傾向，在適用于半導(dǎo)體制造的工藝氣體時，大多情況下 在常溫下使用，因此Z值隨著溫度及壓力的變化而改變。也可替代壓 縮因數(shù)而使用氣體種類固有的校正系數(shù)這樣的、誤差較少的變量。
并且，這里的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)是指將和提前測量的溫度及壓力成對
的壓縮因數(shù)的數(shù)值數(shù)據(jù)化，因氣體種類不同而具有不同的數(shù)據(jù)。但如 果僅使用限定的氣體種類，則可不利用數(shù)據(jù)而通過計算公式進行計算。
并且，這里的處理室是在其內(nèi)部進行利用工藝氣體的半導(dǎo)體制造 工藝。
(2) 根據(jù)(1)所述的流量控制設(shè)備絕對流量檢測系統(tǒng)，其特征 在于，所述流量控制設(shè)備使預(yù)先設(shè)定的一定流量流過，在測量時，根 據(jù)通過所述流量控制設(shè)備的流體的所述一定流量切換以下方式第1 方式，以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)決定所述第1測量時間和所述第2測量時間； 和第2方式，以預(yù)定壓力為基準(zhǔn)決定所述第1測量時間和所述第2測 量時間。
這里所說的經(jīng)過時間是為了減少流量控制設(shè)備的流量檢測的誤差 而因流量變化的時間，已經(jīng)通過實驗確認(rèn)，流量越低需要的時間越長。
并且，這里所述的預(yù)定壓力是指替代經(jīng)過時間而檢測流量控制設(shè) 備的流量所采用的壓力值，當(dāng)檢測使用的工藝氣體的流量較多時，壓 力瞬間上升，因此以壓力為基準(zhǔn)進行檢測時可高精度地進行檢測，這 一點也己通過實驗確認(rèn)。
(3) —種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單 元中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量 控制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第1截止閥及第2 截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和 所述第2截止閥之間的所述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4 截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在 所述第3截止閥和所述第4截止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用 控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存在如下的密封 空間第1密封空間，通過關(guān)閉所述第1截止閥、所述第2截止閥及
所述第3截止閥而形成；以及第2密封空間，通過關(guān)閉所述第3截止
閥及所述第4截止閥而形成，由所述第3截止閥與所述第1密封空間 隔開，且容積V2為已知，使氣體充滿所述第l密封空間及所述第2密 封空間，測量壓力P,、溫度Tp對所述第l密封空間或所述第2密封 空間真空抽吸，測量真空抽吸后的壓力P2、溫度T2，打開所述第3截 止閥，連通所述第1密封空間和所述第2密封空間， 一定時間后測量 壓力P3、溫度T3，根據(jù)所述壓力Pt、所述溫度T!、所述壓力P2、所述 溫度T2、所述壓力P3、所述溫度T3及所述容積V2，求出所述第1密 封空間的容積V,。
通過具有上述特征的本發(fā)明的流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系 統(tǒng)，可獲得以下作用、效果。
(1) 一種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單 元中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量 控制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第l截止閥及第2
截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和
所述第2截止閥之間的所述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4 截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在 所述第3截止閥和所述第4截止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用
控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存儲氣體種類固
有的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)以及由所述流量控制設(shè)備的出口、所述第2截止閥 和所述第4截止閥形成的預(yù)定空間的容積值，從所述檢測用控制裝置 的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第1測量時由所述壓力傳感器測定的第1 壓力值及由所述溫度傳感器測定的第1溫度值對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)值， 根據(jù)所述第1壓力值、所述第1溫度值、所述容積值及所述第1壓縮 因數(shù)值求得第1質(zhì)量，從所述檢測用控制裝置的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀 出與第2測量時由所述壓力傳感器測定的第2壓力值及由所述溫度傳 感器測定的第2溫度值對應(yīng)的第2壓縮因數(shù)值，根據(jù)所述第2壓力值、 所述第2溫度值、所述容積值及所述第2壓縮因數(shù)值求得第2質(zhì)量， 根據(jù)所述第1質(zhì)量與所述第2質(zhì)量的差檢測出所述流量控制設(shè)備的絕
對流量。因此，不利用接近理想氣體的氮氣之類的測量用氣體，而實 際上使用流入到質(zhì)量流量控制器的工藝氣體進行流量控制設(shè)備的絕對 流量的檢測，可通過各時刻的壓力值和溫度值分別對應(yīng)的壓縮因數(shù)校 正、計算出理想氣體的狀態(tài)方程式，因此可獲得高精度的絕對流量， 從而進行流量控制設(shè)備的絕對流量檢測。
利用理想氣體狀態(tài)方程式計算絕對流量時，不產(chǎn)生與實際氣體的 絕對流量的偏差，因此為了校正實際氣體的非理想狀態(tài)，進行利用專 利文獻3所示的簡單的校正系數(shù)的校正。
但是，由于表示非理想狀態(tài)的壓縮因數(shù)是壓力和溫度的函數(shù)，因 此壓縮因數(shù)的值隨著測量時的壓力和溫度而變化。因此，在第1測量 時和第2測量時，通過使用和各自的壓力和溫度對應(yīng)的第1壓縮因數(shù) 和第2壓縮因數(shù)，可計算出各測量時的適當(dāng)?shù)慕^對流量。
并且，由于可使用實際氣體求得高精度的絕對流量，可象利用測 量用氣體進行校正時一樣，不會與實際的使用狀態(tài)不同，可通過絕對 流量進行檢測，并進行校正，因此可掌握提供到半導(dǎo)體設(shè)備的氣體的
絕對流量。
(2)根據(jù)(1)所述的流量控制設(shè)備絕對流量檢測系統(tǒng)，其特征
在于，所述流量控制設(shè)備使預(yù)先設(shè)定的一定流量流過，在測量時，根
據(jù)通過所述流量控制設(shè)備的流體的所述一定流量切換以下方式第1 方式，以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)決定所述第l測量時間和所述第2測量時間；
和第2方式，以預(yù)定壓力為基準(zhǔn)決定所述第1測量時間和所述第2測
量時間。因此，具有可進行與通過流量控制設(shè)備的氣體的流量相適的、 高精度的檢測的良好效果。
流入到氣體集成單元具有的流量控制設(shè)備的、例如質(zhì)量流量控制 器的工藝氣體的流量一般情況下在通過質(zhì)量流量控制器的流量下具有
2sccm 2000sccm的寬度，在進行質(zhì)量流量控制器的絕對流量檢測時， 也通過以和使用狀態(tài)相同的設(shè)定流量進行檢測。
但是，壓力和時間成比例關(guān)系，當(dāng)流量較少時，壓力很難上升， 因此需要時間來觀察變化，當(dāng)流量較多時，短時間內(nèi)壓力改變。
這種情況下，因設(shè)備的響應(yīng)性問題，在過短時間內(nèi)壓力上升時， 如果以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)進行壓力測定，則精度可能惡化。
并且，由于在接近最大范圍的部分進行測定，因此也有可能因響
應(yīng)精度而超出壓力傳感器的量程范圍。雖然可分別設(shè)置壓力傳感器，
但高精度的壓力傳感器價格昂貴，且在要求空間效率更加集成化的氣 體集成單元中也會成為問題。
因此，在流量較少時以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)，在流量較多時以預(yù)定壓 力為進行進行測量，來檢測絕對流量，通過采用這種系統(tǒng)，可低成本、 高空間效率、高精度地進行流量檢測。
(3) —種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單 元中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量 控制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第1截止閥及第2 截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和 所述第2截止閥之間的所述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4 截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在 所述第3截止閥和所述第4截止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用 控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存在如下的密封 空間第1密封空間，通過關(guān)閉所述第1截止閥、所述第2截止閥及 所述第3截止閥而形成；以及第2密封空間，通過關(guān)閉所述第3截止 閥及所述第4截止閥而形成，由所述第3截止閥與所述第1密封空間 隔開，且容積V2為已知，使氣體充滿所述第l密封空間及所述第2密
封空間，測量壓力P，、溫度T,，對所述第1密封空間或所述第2密封
空間真空抽吸，測量真空抽吸后的壓力P2、溫度T2，打開所述第3截 止闊，連通所述第1密封空間和所述第2密封空間， 一定時間后測量 壓力P3、溫度T3，根據(jù)所述壓力P,、所述溫度TV所述壓力P2、所述 溫度T2、所述壓力P3、所述溫度丁3及所述容積V2，求出所述第1密 封空間的容積Vp因此具有以下效果不使用特殊的測量設(shè)備，并且 不使用會降低氣體集成回路的空間效率的測量罐，而開閉流路上設(shè)置 的截止閥，將流路內(nèi)的空間作為罐體，通過測量壓力和溫度來求得未 知體積，即使因改造等流路體積變化時，也可檢測流量控制設(shè)備的絕 對流量。
為了檢測流量控制設(shè)備的絕對流量，需要準(zhǔn)確掌握設(shè)備及配管的 內(nèi)部容積。這是因為，利用通過壓縮因數(shù)校正的理想氣體狀態(tài)方程式 計算流入到流量控制設(shè)備的流量，因此如果無法準(zhǔn)確知道容積，就無 法計算。
因此，如果存在求得容積的方法，則即使進行改造，也可確定組 裝狀態(tài)下的容積，除了可縮短時間外，也可消除分解組裝時產(chǎn)生的容 積誤差問題。


圖1表示本發(fā)明涉及的第1實施例的檢測流量控制設(shè)備的絕對流 量所需的最小構(gòu)造的流路構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明涉及的第1實施例的適用于實際管道時的部分配管圖。
圖3是本發(fā)明涉及的第1實施例的氣體集成單元的構(gòu)造圖的一個 示例。
圖4是本發(fā)明涉及的第1實施例的圖3所示的氣體集成單元的側(cè) 視圖。
圖5是表示300kPa、 300K的環(huán)境下的各物質(zhì)的壓縮因數(shù)Z的值
的表。
圖6是表示本發(fā)明涉及的第1實施例的在氣體集成單元流動的工
藝氣體的一個示例的SF6的壓縮因數(shù)Z的溫度和壓力的影響的圖表。 圖7是表示本發(fā)明涉及的第1實施例的在氣體集成單元流動的作
為掃氣用氣體N2的壓縮因數(shù)Z的溫度和壓力的影響的圖表。
圖8是表示利用本發(fā)明涉及的第1實施例的壓縮因數(shù)Z檢測絕對
流量時、及不使用壓縮因數(shù)Z進行絕對流量檢測時的精度的一個示例
的圖表。
圖9是表示本發(fā)明涉及的第1實施例的壓力和測量時間的關(guān)系的 圖表。
圖IO是表示本發(fā)明涉及的第1實施例的流體為氮時的、某一容積 下的壓力和測量時間的關(guān)系的表。
圖11是表示本發(fā)明涉及的第1實施例的圖1所示回路的絕對流量 的檢測步驟的流程圖。
圖12是在本發(fā)明涉及的第2實施例的圖1的構(gòu)造中測量未知的容 積V,的一個單元的流程圖。
圖13是在本發(fā)明涉及的第2實施例的圖1的構(gòu)造中測量未知的容 積Vi的其他單元的流程圖。
圖14表示專利文獻1的、質(zhì)量流量控制器的絕對流量檢測系統(tǒng)的 配管圖。
圖15表示專利文獻2的、氣體配管系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)的配管的示意圖。
圖16表示專利文獻3的、氣體質(zhì)量流測量系統(tǒng)的示意圖。 附圖標(biāo)記
10質(zhì)量流量控制器 11壓力傳感器 12溫度傳感器 13 處理室 14真空泵15壓力計
16調(diào)節(jié)器
20檢測單元
21第1截止閥
22第2截止閥
23第3截止閥
24第4截止閥
25、26、 27 掃氣閥
28第5截止閥
30氣體流路
31排氣流路
32掃氣管道
33第1氣體供給路徑
34第2氣體供給路徑
35第3氣體供給路徑
dG流入質(zhì)量
Gi、G2質(zhì)量
dP設(shè)定壓力范圍
P、、P2、 P3 壓力
Qo絕對流量
T,、T2、 T3 溫度
v,、v2、 V3容積
z！第1壓縮因數(shù)
z2第2壓縮因數(shù)
r0比重
dt經(jīng)過時間
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施例。首先，說明第1實施例的構(gòu)成。
(第1實施例)
圖1表示檢測半導(dǎo)體制造工藝中使用的流量控制設(shè)備的絕對流量 所需的最小構(gòu)造的流路構(gòu)造圖。
作為流體控制設(shè)備的質(zhì)量流量控制器10連接到氣體流路30，該
氣體流路30連接到處理室13的入口，該處理室13在內(nèi)部利用工藝氣 體實施半導(dǎo)體制造工藝。并且，第1截止閥21和第2截止閥22設(shè)置 在氣體流路30上，該氣體流路30連通質(zhì)量流量控制器IO的出口和處 理室13的入口。
進一步，在第1截止閥21和第2截止閥22之間，連接有與真空 泵14連接的排氣流路31 。并且在該排氣流路31上設(shè)有第3截止閥23 及第4截止閥24，在第3截止閥23和第4截止閥24之間設(shè)有壓力傳 感器11、溫度傳感器12。
此外，為了便于說明，將第3截止閥23、壓力傳感器ll、溫度傳 感器12及第4截止閥24設(shè)置在排氣流路31的部分稱為檢測單元20。
該第1截止閥21、第2截止閥22、第3截止閥23及第4截止閥 24是與未圖示的流體接觸單元連接的氣動式的隔膜閥。該截止閥不一 定是氣動式的，但在半導(dǎo)體制造工藝中，如上所述，有時候使用可燃 性氣體，因此需要防爆形式，采用氣動式的較多。
檢測單元20實際上安裝在圖2所示的回路上。
圖2是表示實際的管道的一部分的配管圖。
艮卩，多個氣體管道、在圖2中是第1氣體供給路徑33、第2氣體 供給路徑34、第3氣體供給路徑35這三個流路，通過質(zhì)量流量控制器
1 9
10連接到氣體流路30，排氣流路31連接到第1截止閥21和第2截止 閥22之間的氣體流路30。
并且，在第1氣體供給路徑33、第2氣體供給路徑34和第3氣 體供給路徑35上設(shè)有壓力計15、第5截止閥28，連接有通過第1掃 氣閥25及第2掃氣閥26連接的掃氣管道32，用于以&進行掃氣時。
并且，掃氣管道32除了具有壓力計15、調(diào)節(jié)器16外，通過第3 掃氣閥27與氣體流路30合流。
并且，排氣流路31中設(shè)有作為檢測單元20的第3截止閥23、第 4截止閥24、壓力傳感器11及溫度傳感器12，并連接到真空泵14， 氣體流路30連接到處理室13。
作為其實際的使用例，圖3表示作為實際管道的一個例子的氣體 集成單元的構(gòu)造圖，圖4表示其側(cè)視圖。
如圖3所示，檢測單元20設(shè)置在氣體集成單元的一端，可對設(shè)置 在各個塊上的質(zhì)量流量控制器IO進行檢測。此外，在圖3中，對應(yīng)于 圖2，只描繪了三個氣體供給路徑，但實際的氣體集成單元中可連接更 多的氣體供給路徑。并且，E們作為一個單元收容在氣體盒中。
本發(fā)明中，上述構(gòu)造的氣體集成單元上設(shè)置的檢測單元20連接到 檢測用控制裝置上并被控制，從而可進行質(zhì)量流量控制器10的絕對流
接著說明其步驟。 首先表示求得流量Q的計算步驟。
流量Q可通過流入質(zhì)量dG和經(jīng)過時間dt的關(guān)系求得，質(zhì)量流量 控制器10的檢測以溫度0'C下的絕對流量Q。來計算。
可用公式<formula>formula see original document page 21</formula>來表示。其中，比重r。是物質(zhì)的固有值。
可根據(jù)在第1測量時和第2測量時的各時刻測量的壓力和溫度， 通過理想氣體狀態(tài)方程式求得dG。
艮<formula>formula see original document page 21</formula>表示，此時的氣體常數(shù)R取決于氣體種類，壓力 P由壓力傳感器ll測出，溫度T由溫度傳感器12測出，體積V是已 知的。此外，如果狀態(tài)方程式不用摩爾數(shù)n而用質(zhì)量G，則可用PV=GRT 表示。
因此，可使用第1測量時測量的壓力P,及溫度T,、和第2測量時 測量的壓力P2及溫度T2，寫成二個公式，以公式表示該時刻的質(zhì)量G、 在第1測量時為質(zhì)量Gn在第2測量時為質(zhì)量G2的差分dG。
即，表示為<formula>formula see original document page 21</formula>
根據(jù)該公式，通過代入到上述絕對流量Qo的公式，表示為<formula>formula see original document page 21</formula>
但是，理想氣體狀態(tài)方程式終究適用于理想氣體，在實際的氣體 中，各氣體分子在分子引力、分子大小、聚合狀態(tài)等方面不同，需要 校正理想氣體狀態(tài)方程式來使用。
用于該校正的是作為表示實際氣體的非理想狀態(tài)的無量綱量的壓 縮因數(shù)Z。
壓縮因數(shù)Z以公式<formula>formula see original document page 21</formula>表示，并且，也可表示為Z=Z(P，T)。 即，壓縮因數(shù)Z是壓力P和溫度T的函數(shù)。
該壓縮因數(shù)Z是氣體固有的變量，因此如圖5所示，隨著氣體不 同而顯示出不同的值。并且，壓縮因數(shù)Z是壓力P和溫度T的函數(shù)，
因此還隨著壓力P、溫度T而變化，在圖6及圖7中表示。
圖5是記載了壓力300kPa、溫度300K條件下的代表性的工藝氣 體的壓縮因數(shù)Z的值的表。壓縮因數(shù)Z在高壓低溫下受到影響較大， 實際上如圖5所示，可知分子量越大，越背離Z-1的理想氣體的條件。
H2、 He、 N2等分子量少的接近Z4，特別是作為惰性氣體的氮氣 基本與理想氣體相同。但NH3、 SF6中，其影響較大，無法忽略。SF6 中，壓縮因數(shù)Z為0.961，偏差接近0.04。
圖6及圖7表示實際上通過氣體壓縮因數(shù)Z因溫度和壓力變化而 如何變化的圖，圖6是表示SF6壓縮因數(shù)Z的溫度產(chǎn)生的變化的圖表， 圖7是表示H2的壓縮因數(shù)Z的溫度產(chǎn)生的變化的圖表。
各圖表中，縱軸表示壓縮因數(shù)Z，橫軸表示溫度pc]，分別表示 20kPa、 50kPa、 75kPa、 101.3kPa時的曲線。
在圖6所示的SF6的曲線和圖7所示的H2的曲線中，因溫度不同 壓縮因數(shù)Z的值接近1，壓力越高，壓縮因數(shù)Z的值越偏離1，溫度的 變化率也變得激烈?？芍绕涫荢F6的壓縮因數(shù)Z受溫度及壓力的影 響較大。
因此，為了使用上述理想氣體狀態(tài)方程式，如PV:ZnRT所示，需 要通過壓縮因數(shù)Z進行校正，這樣一來，可計算出準(zhǔn)確的值。
因此，絕對流量Qo表示為Q『(PJZJ廣P2/ (Z2T2) ) (V/R) / (r。t)
這樣一來，可計算出質(zhì)量流量控制器io的流量。
在各測量時刻通過與之對應(yīng)的壓縮因數(shù)Z進行校正，即在第1測 量時通過和測量的壓力P,、溫度T,對應(yīng)的第l壓縮因數(shù)Zi進行校正， 在第2測量時通過和測量的壓力P2、溫度丁2對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)Z2
進行校正，因此可獲得接近真實流量的值，即可進行質(zhì)量流量控制器
IO的絕對流量的檢測。
圖8表示質(zhì)量流量控制器IO的絕對流量檢測中使用壓縮因數(shù)Z和 不使用壓縮因數(shù)Z時的流量檢測的精度。
該流量檢測的精度表示距流量真實值的誤差率，縱軸表示檢測精 度[%]，橫軸表示流量[sccm]。
因此，和質(zhì)量流量控制器IO的絕對流量檢測中不使用壓縮因數(shù)Z 時相比，在使用壓縮因數(shù)Z檢測絕對流量時，可知其精度出現(xiàn)差別。 并且，利用壓縮因數(shù)Z檢測絕對流量時，可知接近作為目標(biāo)的精度。
而實際的氣體集成單元具有的質(zhì)量流量控制器10的流量范圍寬 達2sccm 2000sccm。這是因為，根據(jù)使用的氣體種類不同，所需的氣 體的量不同。
但是，如圖2所示，需要用一個檢測單元20進行多個質(zhì)量流量控 制器10的絕對流量的檢測，因此當(dāng)流量范圍過大時效果不佳。
這是因為，要在同一個壓力傳感器ll中進行測量，作為基準(zhǔn)的容 積在測量每個質(zhì)量流量控制器IO時均相同，以流路作為測量用空間， 因此通常例如為100cc左右的容積。
因此，以2sccm的流量提供氣體時，為了測量必要的壓力變化需 要時間，以2000sccm的流量提供氣體時，壓力在瞬間猛地超出壓力傳 感器11的量程地發(fā)生變化。
另一方面，流量為2sccm時，當(dāng)選擇可高精度檢測出壓力的壓力 傳感器11時，必然決定了其范圍，當(dāng)流量為2000sccm時，瞬間到達 壓力傳感器的臨界范圍。
圖9、圖10的表中表示了這種情況。
圖9是表示壓力和測量時間的關(guān)系的圖表。圖10是表示流體為氮 時的、某一容積下的壓力和測量時間的關(guān)系的表。
圖9的縱軸表示壓力[kPa]，橫軸表示測量時間[sec]，如其所示， 壓力和測量時間成正比，測量流量為20sccm時、50sccm時、100sccm 時的變化不同，流量越大，斜度越大。
在圖10所示的表中，可知測量流量為2000sccm時，需要0.7秒
到達所需壓力。
因此，為了與之對應(yīng)，需要根據(jù)設(shè)定的供給流量的量切換基準(zhǔn)。 即，例如設(shè)定流量2sccm以上、且不足1000sccm時，以經(jīng)過時間dt 為基準(zhǔn)測量壓力和溫度，設(shè)定流量為1000sccm 2000sccm時，為壓力
為基準(zhǔn)測量溫度和時間。通過采用該方法可保持測量精度。
此外，在圖IO的表中，粗體字的數(shù)字是設(shè)定值。例如當(dāng)氣體流量 為10sccm時，設(shè)定為dt=10，進行測量后，其結(jié)果是dP=3kPa。當(dāng)氣 體流量為1000sccm時，設(shè)定為dP=23kPa，壓力從P！變成P2的dP達 到23kPa所需的時間為1.3sec。
接著根據(jù)這些步驟，參照圖11所示的流程圖說明實際的測量步驟。
圖11是表示圖1所示的回路的絕對流量的檢測步驟的流程圖，實 際的管道中也通過同樣的步驟進行絕對流量檢測。
當(dāng)選擇流量測量模式后，在S1中進行各截止閥的狀態(tài)設(shè)定。
設(shè)定為將圖1所示的第1截止閥21、第3截止閥23、第4截止閥 24完全打開、將第2截止閥22關(guān)閉的狀態(tài)，氣體流入到排氣流路31 一側(cè)。此時，需要關(guān)閉檢測絕對流量的質(zhì)量流量控制器10以外的第1 截止閥21。
艮P，在連接了多個管道的圖2中，例如進行第l氣體供給路徑33 上設(shè)置的質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢測時，需要關(guān)閉設(shè)置在第2 氣體供給路徑34及第3氣體供給路徑35上的第1截止閥21 。
這是因為， 一次只能進行一個質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢 測，因此如果不這樣做就無法進行第1氣體供給路徑33上設(shè)置的質(zhì)量 流量控制器10的絕對流量檢測。此外，進行其他質(zhì)量流量控制器10 的絕對流量檢測也一樣。
接著在S2中，在設(shè)定流量狀態(tài)下使工藝氣體流入到測量絕對流量 的質(zhì)量流量控制器IO。并且，流入工藝氣體，直至質(zhì)量流量控制器IO 的流量穩(wěn)定，然后關(guān)閉第4截止閥24，視作罐體的流路內(nèi)的壓力增加。
這樣一來，第4截止閥24和第2截止閥22及質(zhì)量流量控制器10 的出口構(gòu)成的空間變?yōu)槿莘eV的袋狀小路徑，而從質(zhì)量流量控制器10 始終流入一定流量的氣體，因此容積V的空間內(nèi)部的體積逐漸上升。
在S4中，確認(rèn)設(shè)定的壓力傳感器11的壓力達到壓力P!，由溫度 傳感器12測量溫度Tp開始測量。
在S5中，確認(rèn)壓力傳感器11的壓力是否達到設(shè)定壓力，當(dāng)達到 設(shè)定壓力時(S5: Yes)，在S8中測量壓力到達作為設(shè)定壓力的壓力 P2時的經(jīng)過時間。另一方面，當(dāng)未達到設(shè)定壓力(S5: No)、達到S6 中檢查的設(shè)定時間時(S6: Yes)，在S7中測量該時刻的壓力P2、溫 度丁2。在S6中如未達到設(shè)定時間(S6: No) ， S5中再次檢查是否達 到設(shè)定壓力。
艮P，先達到設(shè)定壓力或設(shè)定時間時，測量基準(zhǔn)不同。參照圖IO， 如果先達到作為設(shè)定壓力的設(shè)定壓力范圍dP的23kPa與壓力P,之和的 值，則將時刻作為第2測量時間，測量出經(jīng)過時間及溫度T2。此時的
壓力P2等于設(shè)定壓力。
并且，當(dāng)測量時間dt先達到10sec時，將該時間作為第2測量時 間，進行壓力P2及溫度T2的測量。例如質(zhì)量流量控制器10的設(shè)定流 量為50sccm、使用的流體為氮，根據(jù)圖10所示的表格，測量時間dt 為10sec，因此在測量壓力P,后經(jīng)過IO秒后，測量壓力P2和溫度T2。
此時的設(shè)定壓力范圍dP為10kPa，因此壓力P2等于壓力P一dP的值。
例如，質(zhì)量流量控制器10的設(shè)定流量為2000sccm、使用的流體 為氮，根據(jù)圖10所示的表格，設(shè)定壓力范圍dP為23kPa，因此可知壓 力上升23kPa耗時0.7sec。
此外，該判斷根據(jù)質(zhì)量流量控制器10中設(shè)定的設(shè)定流量并以壓力 為基準(zhǔn)進行判斷，或者也可以以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)決定判斷。參照圖10， 當(dāng)設(shè)定流量為2sccm 1000sccm時，以經(jīng)過時間dt為基準(zhǔn)，測量壓力和
溫度，當(dāng)設(shè)定流量為1000sccm 2000sccm時，以壓力為基準(zhǔn)測量溫度 和時間。
并且，在S9中，根據(jù)該第1測量時的壓力Pp溫度Tp從檢測 用控制設(shè)備中存儲的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出第1壓縮因數(shù)Zp根據(jù)第2測 量時的壓力P2、溫度T2，從檢測用控制設(shè)備中存儲的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀 出第2壓縮因數(shù)Z2。在S10中，根據(jù)氣體狀態(tài)方程式，通過上述步驟 計算出絕對流量Qo。
通過以上步驟，可進行質(zhì)量流量控制器IO的絕對流量檢測，通過 該值可進行質(zhì)量流量控制器10的校正。
而質(zhì)量流量控制器10的校正通過外加電壓的改變來進行，校正后 可獲得適當(dāng)?shù)牧髁?，但偏離制造質(zhì)量流量控制器10的初始的外加電壓 和實際流量的關(guān)系。
根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)使用時，腔室內(nèi)的氣體濃度偏離設(shè)計值，結(jié)果使工 藝的成品率惡化，因此優(yōu)選在超過偏差臨界值時發(fā)出某種警告。
接著說明本發(fā)明的第2實施例。
(第2實施例)
半導(dǎo)體制造工藝所使用的氣體集成單元因生產(chǎn)計劃的改變、產(chǎn)品 的改變而被改造的情況并不少見。
但是，在用壓縮因數(shù)Z校正理想氣體狀態(tài)方程式、并計算出絕對 流量的第1實施例中，因改造導(dǎo)致流路構(gòu)造變化，計算所使用的容積V 改變時，無法再計算出流量。
因此，著眼于該問題，第2實施例公開了求得在第1實施例的流
路構(gòu)造中因改造而改變的體積V的方法。
第2實施例的構(gòu)造如上所述和第1實施例相同，因此省略其構(gòu)造 說明。
在此為了簡潔，采用圖l進行說明。
利用第l密封空間的容積Vi和第2密封空間的容積V2，求得第1 實施例的理想氣體狀態(tài)方程式中使用的容積V的值，其中，上述第1 密封空間是通過關(guān)閉圖1的第1截止閥21、第2截止閥22和第3截止 閥23而由氣體流路30及排氣流路31的一部分形成的；上述第2密封 空間是通過關(guān)閉第3截止閥23和第4截止閥24而由排氣流路的一部 分形成的。即，V-V,+V2。
但嚴(yán)格來講，由于存在從質(zhì)量流量控制器IO的出口到第l截止閥 21為止的流路的容積V3，因此V二V卄V2+V3，但質(zhì)量流量控制器10 和第1截止閩21設(shè)置得非常近，與容積V2相比，容積V3和容積V, 非常小，并且該部分被改造的情況幾乎沒有，因此在此認(rèn)為其為已知 的。
因管道的擴張、設(shè)備的追加等改變流路時，容積Vi可能改變。但 是，構(gòu)成容積Vi的部分組裝在構(gòu)成氣體集成單元主體的配件上，很難 從氣體集成單元拆下并測量容積。
另一方面，容積V2被改造的可能性非常低，應(yīng)該在組裝到氣體集 成單元之前例如用膜流量計等測量設(shè)備檢測容積V2，之后組裝到氣體 集成單元主體上。即，容積V2可始終作為已知的值處理。
因此，優(yōu)選在組裝的狀態(tài)下測量容積Vp
圖12及圖13中，以流程圖表示在圖1的構(gòu)造中測量未知的容積 V,的單元。此外，圖12及圖13實質(zhì)上根據(jù)相同的方法進行計算。
首先，從圖12開始進行說明。
當(dāng)選擇了容積測量模式后，在Sll中進行各截止閥的狀態(tài)設(shè)定。 設(shè)定為將圖1所示的第1截止閥21、第3截止閥23、第4截止閥24 全部打開、而將第2截止閥22關(guān)閉的狀態(tài)，使氣體流入到排氣流路31
此時，作為容積測量對象的質(zhì)量流量控制器10以外的第1截止閥 21需要關(guān)閉。即，在連接了多個管道的圖2中，例如使用設(shè)置在第1 氣體供給路徑33上的質(zhì)量流量控制器10進行容積測量的情況下，需 要關(guān)閉第2氣體供給路徑34及第3氣體供給路徑35具有的第1截止 閥21。這是因為，無法同時使用二個以上的質(zhì)量流量控制器IO進行容 積測量，因此如果不這樣就無法進行第1氣體供給路徑33具有的質(zhì)量 流量控制器IO的容積測量。
此外，進行其他質(zhì)量流量控制器10的容積測量時也同樣。
另外，由于進行一次容積測量即可高精度地求得容積，因此利用 其他質(zhì)量流量控制器進行容積測量僅具有確認(rèn)意義，但可切實地進行 容積測量。
接著，在S12中，在質(zhì)量流量控制器10的設(shè)定流量狀態(tài)下流入氮 氣。此時和第l實施例不同，由于不清楚流路的容積Vp因此需要使 用接近理想氣體的氣體進行測定。
如果通過質(zhì)量流量控制器10的氮氣的供給流量穩(wěn)定，則在S13中 關(guān)閉第4截止閥24。
這樣一來，流路被第2截止閥22及第4截止閥24關(guān)閉，成為袋 狀小路徑，因此由質(zhì)量流量控制器10的出口、第2截止閥22及第4 截止閥24形成的空間的壓力開始上升。當(dāng)流路內(nèi)的壓力達到壓力P！ 時，在S14中，關(guān)閉第1截止閥21，從而形成容積V,+容積V2的密封 空間。接著，在S15中測量壓力Pi、溫度Tj。
當(dāng)測量結(jié)束后，在S16中關(guān)閉第3截止閥23，打開第4截止閥24。 這樣一來，容積V,的第l密封空間保持原來的壓力狀態(tài)，容積V2的第 2密封空間開放。
之后，在S17中通過真空泵14進行真空抽吸，再次關(guān)閉第4截止 閥24。半導(dǎo)體制造工藝中使用的真空泵14較多地安裝有渦輪分子泵或 干式真空泵之類的產(chǎn)生高真空的泵，因此基本可制造出真空狀態(tài)，通 過在該時刻關(guān)閉第4截止閥24，容積V2的第2密封空間可保持真空度 較高的狀態(tài)。
S18中，測量該狀態(tài)下的壓力P2和溫度T2。
并且，在S19中，打開第3截止閥23，連通第1密封空間和第2
密封空間，測量出壓力P3和溫度T3。
這樣一來，可獲得未知容積V!的第1密封空間的、壓力為壓力 Pp溫度為溫度Ti的狀態(tài)；已知容積V2的第2密封空間的壓力為壓力 P2、溫度為溫度丁2的狀態(tài)；連通第1密封空間和第2密封空間的狀態(tài) 下的空間的容積為容積V一容積V2、壓力為壓力P3、溫度為溫度T3的 狀態(tài)。
在S20中，通過理想氣體狀態(tài)方程式求得未知的容積Vla這樣一 來，可得出改造后的第1密封空間的容積Vj。
此外，該理想氣體狀態(tài)方程式的計算步驟如下。
以公式表達上述狀態(tài)則獲得以下三個公式<formula>formula see original document page 31</formula>其中，R是氣體常數(shù)，nx是摩爾數(shù)。如果空間密封度高，則摩爾
數(shù)應(yīng)被保存，<formula>formula see original document page 31</formula>
對上述公式就氣體常數(shù)R進行整理，以摩爾數(shù)的關(guān)系表示時，則 表示為V產(chǎn)<formula>formula see original document page 31</formula>上述公式的右項全部已知，因此可通過計算求得容積V,。
接著進行圖13的說明。
當(dāng)選擇了容積測量模式后，在S21中進行各截止閥的狀態(tài)設(shè)定。
設(shè)定為將圖1所示的第1截止閥21、第3截止閥23、第3截止閥 24全部打開、而將第2截止閥22關(guān)閉的狀態(tài)，使氣體流入到排氣流路 31 —側(cè)。
此時，需要關(guān)閉作為容積測量對象的質(zhì)量流量控制器10以外的第 l截止閥21。其原因和圖12時的情況相同。
接著，在S22中，在質(zhì)量流量控制器10的設(shè)定流量狀態(tài)下，流入 氮氣。此時和第l實施例不同，由于不知道流路的容積VP因此需要 使用接近理想氣體的氣體來進行測量。
如果通過質(zhì)量流量控制器10的氮氣的供給流量穩(wěn)定，則在S23中關(guān)閉第4截止閥24。這樣一來，流路被第2截止閥22及第4截止閥 24關(guān)閉，成為袋狀小路徑，因此由質(zhì)量流量控制器10的出口、第2截 止閥22及第4截止閥24形成的空間的壓力開始上升。
當(dāng)流路內(nèi)的壓力達到壓力PJ寸，在S24中關(guān)閉第3截止閥23，從 而實現(xiàn)容積V2的第2密封空間。接著，在S15中測量壓力溫度 T"
測量結(jié)束后，在S26中關(guān)閉第l截止閥21，打開第2截止閥22。 從而使容積V2的第2密封空間保持原來的壓力狀態(tài)。
之后，在S27中將處理室13進行真空抽吸，并再次關(guān)閉第2截止 閥22。
半導(dǎo)體制造工藝中配備的處理室13中，大多具有產(chǎn)生高真空的真 空泵等，和圖12—樣可基本制成真空狀態(tài)，通過在此時關(guān)閉第2截止 閥22，容積Vt的第1密封空間可保持高真空度的狀態(tài)。
并且，在S28中打開第3截止閥23，使第1密封空間和第2密封
空間連通，測量壓力P2、溫度T2。
這樣一來，可獲得已知容積V2的第2密封空間的、壓力為壓力 Pj、溫度為溫度1\的狀態(tài)；連通未知容積Vi的第1密封空間和容積 V2的第2密封空間時的壓力為壓力P2、溫度為溫度T2的狀態(tài)。
在S20中，通過理想氣體狀態(tài)方程式求得未知的容積Vt。這樣一 來，可得出改造后的第1密封空間的容積V,。
此外，該理想氣體狀態(tài)方程式的計算步驟如下。
以公式表達上述狀態(tài)則獲得以下二個公式PAV^:RTi、 P2
(V!+V2) =n2RT2。
其中，R是氣體常數(shù)，nx是摩爾數(shù)。如果空間密封度高，則摩爾 數(shù)應(yīng)被保存，且以較高水平實現(xiàn)真空狀態(tài)，因此n尸n2。
對上述公式就氣體常數(shù)R進行整理，以摩爾數(shù)的關(guān)系表示時，則 表示為V， (PiT廣P2T2) ) / (P2T2) V2。
上述公式的右項全部已知，因此可通過計算求得容積V,。
圖12及圖13所示的二個步驟實質(zhì)上是基于同一思路的方法，具 體是以下方法將氮氣充滿到第1密封空間及第2密封空間，測量壓 力Pn溫度TV對第1密封空間或第2密封空間進行真空抽吸，測量 進行真空抽吸后的壓力P2、溫度T2，打開第3截止閥，連通第l密封 空間和第2密封空間，在經(jīng)過一定時間后測量壓力P3、溫度丁3，根據(jù) 壓力P"溫度TV壓力P2、溫度T2、壓力P"溫度T"及容積V2， 計算出容積Vl。
因用戶的裝置不同，會產(chǎn)生以下情況，因此提出了上述二種方法 氣體流路30配備的處理室13所具有的真空發(fā)生裝置的能力不強，無 法產(chǎn)生高真空；具有產(chǎn)生高真空能力的真空泵14未連接到排氣流路31 上。
根據(jù)該方法，可以達到以下的優(yōu)異效果只要通過處理室13或真 空泵14的任意一個可制造出真空，即可計算出容積Vp即使在真空泵 14一側(cè)的真空度不高時，只要是圖12的方法，就可計算出誤差小的容 積Vt 。
并且，通過提供這樣求得半導(dǎo)體制造工藝的氣體集成單元改造后
產(chǎn)生的未知容積的方法，在氣體集成單元改造后也可利用第1實施例 的方法進行質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢測。
根據(jù)以上說明的本發(fā)明的質(zhì)量流量控制器的絕對流量檢測系統(tǒng)， 可獲得以下作用、效果。
(1) 一種質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量 控制單元中的質(zhì)量流量控制器10的絕對流量，上述質(zhì)量流量控制器10 具有設(shè)置在連通作為流量控制設(shè)備的質(zhì)量流量控制器10的出口和處理
室13的入口的氣體流路30上的第1截止閥21及第2截止閥22，該系 統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路31，將上述第1截止閥21和上述第2 截止閥22之間的氣體流路30與真空泵14的入口連通；第3截止閥23 及第4截止閥24，設(shè)置在上述排氣流路31上；壓力傳感器11和溫度 傳感器12，設(shè)置在上述第3截止閥23和上述第4截止閥24之間的上 述排氣流路31上；檢測用控制裝置，連接壓力傳感器11和溫度傳感 器12，存儲氣體種類固有的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)以及由質(zhì)量流量控制器10的 出口、第2截止閥22和第4截止閥24形成的預(yù)定空間的容積值，從 檢測用控制裝置的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第1測量時由壓力傳感器11測 定的壓力P,及由溫度傳感器12測定的溫度L對應(yīng)的第l壓縮因數(shù)Zp 根據(jù)壓力Pt、溫度T"容積V及第1壓縮因數(shù)Z!求得質(zhì)量Gp從檢 測用控制裝置的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第2測量時由壓力傳感器測定的 壓力P2及由溫度傳感器12測定的溫度T2對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)Z2，根
據(jù)壓力P2、溫度T2、容積V及第2壓縮因數(shù)Z2求得質(zhì)量G2，根據(jù)質(zhì)
量G!和質(zhì)量G2之差可檢測出質(zhì)量流量控制器10的絕對流量。
因此，不利用接近理想氣體的氮氣這樣的測量用氣體，而實際上 使用與流入到質(zhì)量流量控制器10的氣體種類相同的工藝氣體進行質(zhì)量 流量控制器IO的絕對流量的檢測，可通過各時刻下的壓力值和溫度值 分別對應(yīng)的壓縮因數(shù)Z校正、計算出理想氣體狀態(tài)方程式，因此可獲 得高精度的絕對流量，從而進行質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢測。
利用理想氣體狀態(tài)方程式計算絕對流量時，產(chǎn)生與實際氣體的絕 對流量的偏差，因此為了校正實際氣體的非理想狀態(tài)而加入校正系數(shù)， 但表示非理想狀態(tài)的壓縮因數(shù)是壓力和溫度的函數(shù)，因此其值隨著測 量時的壓力和溫度而發(fā)生變化。
因此，如果僅加入校正系數(shù)，則通過密封空間內(nèi)的壓力下降、壓 力上升計算絕對流量時，在壓力低時和壓力變高時，應(yīng)校正的壓縮因 數(shù)Z的值不同，所計算出的絕對流量的值產(chǎn)生偏差，但在第1測量時 和第2測量時，通過使用與各自的壓力和溫度對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)Z, 和第2壓縮因數(shù)Z2，可計算出各測量時的適當(dāng)?shù)慕^對流量。
并且，由于可使用實際氣體求得高精度的絕對流量，可象利用測 量用氣體進行校正時一樣，不會與實際的使用狀態(tài)不同，可通過絕對 流量進行檢測，并進行校正，因此可掌握提供到半導(dǎo)體設(shè)備的氣體的 絕對流量。
(2)根據(jù)(1)所述的流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，其特 征在于，質(zhì)量流量控制器IO使預(yù)先設(shè)定的一定流量流過，在測量時，
根據(jù)通過質(zhì)量流量控制器10的流體的一定流量切換以下方式第1方 式，以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)決定第1測量時間、第2測量時間；和第2方
式，以預(yù)定壓力為基準(zhǔn)決定第1測量時間、第2測量時間。因此具有 可進行與通過質(zhì)量流量控制器10的氣體的流量相適的、高精度檢測的
良好效果。
流入到氣體集成單元所具有的流量控制設(shè)備的、例如質(zhì)量流量控
制器10的工藝氣體的流量在通過質(zhì)量流量控制器10的流量下具有 2sccm 2000sccm的寬度，在進行質(zhì)量流量控制器10的絕對流量檢測 時，也需要以和使用狀態(tài)相同的設(shè)定流量進行檢測。
但是，壓力和時間成比例關(guān)系，當(dāng)流量較少時，壓力很難上升，
因此需要時間來觀察變化，當(dāng)流量較多時，短時間內(nèi)壓力改變。
這種情況下，因設(shè)備的響應(yīng)性問題，在過短時間內(nèi)壓力上升時， 以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)進行壓力測定時，則精度可能惡化。并且，由于在 接近最大范圍的部分進行測定，因此因響應(yīng)精度不同，壓力傳感器11 可能超出量程范圍。
因此，在流量較少時以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)，在流量較多時以預(yù)定壓 力為進行進行測量，來檢測絕對流量，從而可高精度地進行流量檢測。
(3) —種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單
元中的質(zhì)量流量控制器10的絕對流量，質(zhì)量流量控制器10具有設(shè)置 在連通作為流量控制設(shè)備的質(zhì)量流量控制器10的出口和處理室13的 入口的氣體流路30上的第1截止閥21及第2截止閥22，該系統(tǒng)的特 征在于，具有排氣流路31，將第1截止閥21和第2截止闊22之間 的氣體流路30與真空泵14的入口連通；第3截止閥23及第4截止閥 24，設(shè)置在排氣流路31上；壓力傳感器11和溫度傳感器12，設(shè)置在 第3截止閥23和第4截止閥24之間的排氣流路31上；檢測用控制裝 置，連接壓力傳感器11和溫度傳感器12，在通過關(guān)閉第l截止閥21、 第2截止閥22及第3截止閥23而形成的第1密封空間、以及通過關(guān) 閉第3截止閥23及第4截止閥24而形成的、被第3截止閥23與第1 密封空間隔開的、容積V2已知的第2密封空間中，使氣體充滿第l密 封空間及第2密封空間，測量壓力Pi、溫度Tp對第l密封空間或第 2密封空間進行真空抽吸，測量進行真空抽吸后的壓力P2、溫度T2， 打開第3截止閥23，連通第1密封空間和第2密封空間， 一定時間后 測量壓力P3、溫度T3，根據(jù)壓力P!、溫度T!、壓力P2、溫度T2、壓 力P3、溫度T3及容積V2，求出第1密封空間的容積Vlt;因此具有以 下效果不使用特殊的測量設(shè)備，并且不使用會降低氣體集成回路的 空間效率的測量罐等，而開關(guān)設(shè)置在流路上的截止閥，將流路內(nèi)的空 間作為罐體，通過測量壓力和溫度來求得未知體積，即使因改造等導(dǎo)
致流路體積變化時，也可檢測流量控制設(shè)備的絕對流量。
為了檢測質(zhì)量流量控制器IO的絕對流量，需要準(zhǔn)確掌握設(shè)備及配 管的內(nèi)部容積。
這是因為，由于利用理想氣體狀態(tài)方程式計算流入到質(zhì)量流量控 制器10的流量，因此如果無法知道準(zhǔn)確的容積，就無法計算。
因此，如果存在求得容積的方法，則即使進行改造，也可確定組 裝狀態(tài)下的容積，除了可縮短時間外，也可消除分解組裝時產(chǎn)生的容 積誤差問題。
權(quán)利要求
1.一種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單元中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量控制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第1截止閥及第2截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和所述第2截止閥之間的所述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在所述第3截止閥和所述第4截止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存儲氣體種類固有的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)以及由所述流量控制設(shè)備的出口、所述第2截止閥和所述第4截止閥形成的預(yù)定空間的容積值，從所述檢測用控制裝置的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第1測量時由所述壓力傳感器測定的第1壓力值及由所述溫度傳感器測定的第1溫度值對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)值，根據(jù)所述第1壓力值、所述第1溫度值、所述容積值及所述第1壓縮因數(shù)值求得第1質(zhì)量，從所述檢測用控制裝置的所述壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)讀出與第2測量時由所述壓力傳感器測定的第2壓力值及由所述溫度傳感器測定的第2溫度值所對應(yīng)的第2壓縮因數(shù)值，根據(jù)所述第2壓力值、所述第2溫度值、所述容積值及所述第2壓縮因數(shù)值求得第2質(zhì)量，根據(jù)所述第1質(zhì)量與所述第2質(zhì)量的差檢測出所述流量控制設(shè)備的絕對流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的流量控制設(shè)備絕對流量檢測系統(tǒng)，其特 征在于，所述流量控制設(shè)備使預(yù)先設(shè)定的一定流量流過， 在測量時，根據(jù)通過所述流量控制設(shè)備的流體的所述一定流量切 換以下方式 第1方式，以經(jīng)過時間為基準(zhǔn)決定所述第1測量時間和所述第2 測量時間；和第2方式，以預(yù)定壓力為基準(zhǔn)決定所述第1測量時間和所述第2 測量時間。
3. —種流量控制設(shè)備的絕對流量檢測系統(tǒng)，檢測出流量控制單元 中的流量控制設(shè)備的絕對流量，所述流量控制設(shè)備具有在連通流量控 制設(shè)備的出口和處理室的入口的氣體流路上設(shè)置的第1截止閥及第2 截止閥，該系統(tǒng)的特征在于，具有排氣流路，將所述第1截止閥和所述第2截止閥之間的所 述氣體流路與真空泵的入口連通；第3及第4截止閥，設(shè)置在所述排氣流路上；壓力傳感器和溫度傳感器，設(shè)置在所述第3截止閥和所述第4截 止閥之間的所述排氣流路上；和檢測用控制裝置，連接所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，存在如下的密封空間第1密封空間，通過關(guān)閉所述第l截止閥、 所述第2截止閥及所述第3截止閥而形成；以及第2密封空間，通過 關(guān)閉所述第3截止閥及所述第4截止閥而形成，由所述第3截止閥與 所述第l密封空間隔開，且容積V2為已知，使氣體充滿所述第1密封空間及所述第2密封空間，測量壓力P,、 溫度T"對所述第1密封空間或所述第2密封空間進行真空抽吸，測量真空抽吸后的壓力P2、溫度T2，打開所述第3截止閥，連通所述第1密封空間和所述第2密封空間， 一定時間后測量壓力P3、溫度T3，根據(jù)所述壓力Pi、所述溫度T,、所述壓力P2、所述溫度T2、所述 壓力P3、所述溫度Ts及所述容積V2，求出所述第1密封空間的容積 V1o
全文摘要
為了可通過工藝氣體進行流量控制設(shè)備的高精度的絕對流量檢測，具有排氣流路(31)，將第1截止閥(21)和第2截止閥(22)之間的氣體流路(30)與真空泵(14)的入口連通；設(shè)置在排氣流路(31)上的第3截止閥(23)、壓力傳感器(11)、溫度傳感器(12)及第3截止閥(24)；檢測用控制裝置，與它們連接，存儲氣體種類固有的壓縮因數(shù)數(shù)據(jù)以及由質(zhì)量流量控制器(10)的出口、第2截止閥(22)、第3截止閥(23)形成的預(yù)定空間的容積值，其中，根據(jù)第1測量時及第2測量時的壓力P₁、溫度T₁、與它們對應(yīng)的第1壓縮因數(shù)Z₁、容積V求得質(zhì)量G1，根據(jù)第2測量時的壓力P₂、溫度T₂、與它們對應(yīng)的第2壓縮因數(shù)Z₂、容積V求得質(zhì)量G2，通過質(zhì)量G₁和質(zhì)量G₂的差檢測出質(zhì)量流量控制器(10)的絕對流量。
文檔編號G05D7/06GK101194215SQ200680020108
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日
發(fā)明者中田明子, 伊藤稔, 土居廣樹, 森洋司 申請人:喜開理株式會社