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JP2021056737A - Mass flow controller, fluid control device, and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

Mass flow controller, fluid control device, and semiconductor manufacturing apparatus Download PDF

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JP2021056737A
JP2021056737A JP2019178759A JP2019178759A JP2021056737A JP 2021056737 A JP2021056737 A JP 2021056737A JP 2019178759 A JP2019178759 A JP 2019178759A JP 2019178759 A JP2019178759 A JP 2019178759A JP 2021056737 A JP2021056737 A JP 2021056737A
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flow rate
mass flow
fluid
flow controller
resistance value
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Application number
JP2019178759A
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Japanese (ja)
Inventor
卓郎 村田
Takuro Murata
卓郎 村田
雄大 岩下
Takehiro Iwashita
雄大 岩下
野澤 崇浩
Takahiro Nozawa
崇浩 野澤
俊裕 田井
Shunsuke Tai
俊裕 田井
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Fujikin Inc
Original Assignee
Fujikin Inc
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Abstract

To provide a mass flow controller (MFC) that includes a determination mechanism for aging completion and can increase the operation rate by shortening the aging time.SOLUTION: A mass flow controller includes an aging management unit 33 that manages whether a mass flow controller is activated and the state of a heat generation resistor and a flow rate sensor unit, which changes by electrification to each part of the mass flow controller, becomes a flow rate measurement possible state. The aging management unit 33 controls the heat generation quantity from heat generation resistors 23a and 23b just after the activation of the mass flow controller to be larger than the general heat generation quantity for the flow rate measurement, and when a predetermined condition is satisfied, switches the heat generation quantity to the general heat generation quantity for the flow rate measurement.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、マスフローコントローラ、流体制御装置、及び半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a mass flow controller, a fluid control device, and a semiconductor manufacturing device.

従来、半導体製造プロセスに用いられるプロセスガス等の質量流量制御装置として、マスフローコントローラ(MFC)が用いられており、特に精密な流量測定のために熱式MFCが多く用いられている。
この熱式MFCは、熱式の流量センサで測定した流量に基づいて調整弁をフィードバック制御し、一次側から供給された流体(ガス等)を、指示された流量だけ二次側へ送出する装置である。
Conventionally, a mass flow controller (MFC) has been used as a mass flow rate control device for process gas or the like used in a semiconductor manufacturing process, and a thermal MFC is often used for particularly precise flow rate measurement.
This thermal MFC is a device that feedback-controls the regulating valve based on the flow rate measured by the thermal flow sensor and sends the fluid (gas, etc.) supplied from the primary side to the secondary side by the specified flow rate. Is.

熱式流量センサは、流量測定のためにMFCを通過する流体の一部を流すセンサ流路を有し、その途中の上流側と下流側に設けた発熱抵抗体で通電加熱しつつ、両発熱抵抗体の抵抗値差として検出される温度差から、センサ流路を流れる流体の質量流量を測定する。
センサ流路は、他の大部分の流体を流すバイパス流路と並列に接続され、センサ流路とバイパス流路との流量の比率は既知で圧力によらずほぼ一定であるため、センサの検出流量から、MFCを流れる流体の質量流量が算出できる(たとえば特許文献1)。
The thermal flow sensor has a sensor flow path through which a part of the fluid passing through the MFC flows for flow measurement, and both heat is generated while energizing and heating with heat generating resistors provided on the upstream side and the downstream side in the middle. The mass flow rate of the fluid flowing through the sensor flow path is measured from the temperature difference detected as the resistance value difference of the resistor.
The sensor flow path is connected in parallel with the bypass flow path through which most of the other fluids flow, and the flow rate ratio between the sensor flow path and the bypass flow path is known and is almost constant regardless of the pressure. From the flow rate, the mass flow rate of the fluid flowing through the MFC can be calculated (for example, Patent Document 1).

特開2016−162064号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-162064

このようなMFCは、起動直後に、該MFCの各部に通電して待機するエージング(暖機)を行う必要がある。その理由は、起動時に熱式の流量センサや制御部のPCBなどが、通電することにより発熱するため、MFC全体の温度が上昇するが、昇温中はMFCの零点が安定せず、正確な質量流量の制御が行えないためである。 Immediately after the MFC is started, it is necessary to energize each part of the MFC and perform aging (warm-up) to stand by. The reason is that the thermal flow sensor and the PCB of the control unit generate heat when energized at startup, so the temperature of the entire MFC rises, but the zero point of the MFC is not stable during the temperature rise and is accurate. This is because the mass flow rate cannot be controlled.

従来は、温度センサを搭載した一部のMFCにおいて、エージング完了を判定する機構は無く、起動後に数十分間待機することでエージング完了としていた。
さらに、このエージングはMFCを起動する際に毎回行う必要があるため、その間はMFCを使用できないという問題があった。
Conventionally, in some MFCs equipped with a temperature sensor, there is no mechanism for determining the completion of aging, and aging is completed by waiting for several tens of minutes after activation.
Further, since this aging needs to be performed every time the MFC is started, there is a problem that the MFC cannot be used during that time.

本発明の目的は、このような課題を解決し、エージング完了の判定機構を備え、このエージング時間を短縮することで、稼働率を高めることができるマスフローコントローラ(MFC)を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a mass flow controller (MFC) capable of solving such a problem, providing a mechanism for determining the completion of aging, and shortening the aging time to increase the operating rate.

本発明のマスフローコントローラは、流体が通過する流体流路を通過する流体の質量流量を測定するための発熱抵抗体を内蔵する熱式の流量センサユニットを有し、前記流量センサユニットで測定された流体の質量流量が所定値になるように調整バルブの開度を制御して前記流体流路を通過する流体の流量を調整するマスフローコントローラであって、
前記マスフローコントローラが起動されて前記発熱抵抗体および当該マスフローコントローラの各部への通電によって変化する前記流量センサユニットの熱状態が流量測定可能状態になったかを管理するエージング管理部を有し、
前記エージング管理部は、前記マスフローコントローラの起動直後から前記発熱抵抗体の発熱量を、流量測定用の通常発熱量よりも大きい発熱量に制御し、所定の条件を満たしたところで、前記流量測定用の通常発熱量に切り替える。
The mass flow controller of the present invention has a thermal flow rate sensor unit having a built-in heat generating resistor for measuring the mass flow rate of the fluid passing through the fluid flow path through which the fluid passes, and the measurement was performed by the flow rate sensor unit. A mass flow controller that controls the opening degree of the adjusting valve so that the mass flow rate of the fluid becomes a predetermined value and adjusts the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path.
It has an aging management unit that manages whether or not the thermal state of the flow rate sensor unit, which changes when the mass flow controller is activated and energizes the heat generating resistor and each part of the mass flow controller, becomes a flow rate measurable state.
Immediately after the mass flow controller is started, the aging control unit controls the calorific value of the heat generating resistor to a calorific value larger than the normal calorific value for flow rate measurement, and when a predetermined condition is satisfied, the heat generation control unit is used for the flow rate measurement. Switch to the normal calorific value of.

好適には、前記発熱抵抗体の抵抗値を検出する抵抗値検出回路をさらに有し、
前記エージング管理部は、前記抵抗値検出回路の検出する抵抗値が所定値に達したところで、前記発熱抵抗体の発熱量を前記流量測定用の通常発熱量に切り替える。
Preferably, it further has a resistance value detecting circuit for detecting the resistance value of the heat generating resistor.
When the resistance value detected by the resistance value detection circuit reaches a predetermined value, the aging management unit switches the heat generation amount of the heat generation resistor to the normal heat generation amount for the flow rate measurement.

さらに好適には、前記エージング管理部は、前記発熱抵抗体の発熱量を前記流量測定用の通常発熱量に切り替えたのち、前記抵抗値が所定範囲内に収まったと判断したところで、前記流量センサユニットの熱状態が流量測定可能状態になったと判断する。 More preferably, the aging control unit switches the heat generation amount of the heat generation resistor to the normal heat generation amount for measuring the flow rate, and then determines that the resistance value is within a predetermined range, and then determines that the resistance value is within a predetermined range. It is judged that the thermal state of is in the state where the flow rate can be measured.

本発明の流体制御装置は、複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、上記のマスフローコントローラを含む、流体制御装置。
The fluid control device of the present invention is a fluid control device in which a plurality of fluid devices are arranged.
The plurality of fluid devices are fluid control devices including the above-mentioned mass flow controller.

本発明の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記のマスフローコントローラを用いる。 The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention uses the above-mentioned mass flow controller to control the process gas in a semiconductor manufacturing process that requires a processing step with a process gas in a closed chamber.

本発明によれば、流量センサに内蔵された抵抗発熱体を利用して、マスフローコントローラの起動直後の所定時間、抵抗発熱体からの発熱量を増大させるので、エージング(暖機)の時間を短縮でき、稼働率が向上したマスフローコントローラを提供することができる。 According to the present invention, the resistance heating element built in the flow sensor is used to increase the amount of heat generated from the resistance heating element for a predetermined time immediately after the start of the mass flow controller, so that the aging (warm-up) time is shortened. It is possible to provide a mass flow controller with an improved operating rate.

本発明の実施形態に係るMFCを概念的に示す縦断面図。The vertical sectional view which conceptually shows the MFC which concerns on embodiment of this invention. 流量センサのブリッジ回路、抵抗値検出回路およびエージング回路部の一例を示す説明図。The explanatory view which shows an example of the bridge circuit, the resistance value detection circuit, and the aging circuit part of a flow rate sensor. エージング管理処理の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the aging management process. エージング管理時の抵抗値変化の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of resistance value change at the time of aging management. 本発明の実施形態に係る流体制御装置を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the fluid control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体製造装置を示すブロック図。The block diagram which shows the semiconductor manufacturing apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態のMFCについて図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態のMFCを概念的に示す縦断面図である。
Hereinafter, the MFC according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view conceptually showing the MFC of the present embodiment.

MFC1は、ボディ10と、流量センサユニット20と、制御部30と、流量調整バルブ40とを主に備える。 The MFC 1 mainly includes a body 10, a flow rate sensor unit 20, a control unit 30, and a flow rate adjusting valve 40.

ボディ10は、ステンレス等の鋼材により構成され、外形が直方体形状をなし、その両端面には継手が取り付けられている。ボディ10には、流入路11aと、センサ流入路13aと、バイパス流路12と、センサ流出路13bと、弁室14と、流出路11bとが形成されている。 The body 10 is made of a steel material such as stainless steel, has a rectangular parallelepiped outer shape, and has joints attached to both end faces thereof. The body 10 is formed with an inflow path 11a, a sensor inflow path 13a, a bypass flow path 12, a sensor outflow path 13b, a valve chamber 14, and an outflow path 11b.

バイパス流路12へは、流入路11aを通過した流体が流入する。センサ流入路13aは、バイパス流路12の上流から分岐し、流量センサユニット20へ流体を流す。センサ流出路13bは、流量センサユニット20を通過した流体を流出させ、バイパス流路12の下流で合流する。 The fluid that has passed through the inflow path 11a flows into the bypass flow path 12. The sensor inflow path 13a branches from the upstream of the bypass flow path 12 and allows fluid to flow to the flow rate sensor unit 20. The sensor outflow path 13b allows the fluid that has passed through the flow rate sensor unit 20 to flow out and joins downstream of the bypass flow path 12.

バイパス流路12およびセンサ流入路13aは、所定の流量比(例えば、1:2〜1:1000)で流体が流れるように構成されている。バイパス流路12内には、複数枚のバイパスシートが設けられている。弁室14内には、流量調整バルブ40のバルブ本体が配置されている。 The bypass flow path 12 and the sensor inflow path 13a are configured to allow fluid to flow at a predetermined flow rate ratio (for example, 1: 2 to 1: 1000). A plurality of bypass sheets are provided in the bypass flow path 12. The valve body of the flow rate adjusting valve 40 is arranged in the valve chamber 14.

流量センサユニット20は、熱式の流量センサユニットであり、センサベース本体21と、細管からなるセンサ流路22と、該センサ流路22の途中の上流側及び下流側に巻き付けられた発熱コイルからなる一対の発熱抵抗体23a,23bと、出力部であるブリッジ回路28を主に備える。 The flow rate sensor unit 20 is a thermal type flow rate sensor unit, and is composed of a sensor base main body 21, a sensor flow path 22 composed of a thin tube, and heat generating coils wound on the upstream side and the downstream side in the middle of the sensor flow path 22. A pair of heat generating resistors 23a and 23b and a bridge circuit 28 which is an output unit are mainly provided.

ブリッジ回路28は、図2に示すように、発熱抵抗体23a,23bと基準抵抗R1,R2とをこの順にダイヤモンド状に接続した回路であり、接続点P1〜P2間に入力電圧を加え、接続点P3〜P4間から出力電圧を得るようになっている。なお、ブリッジ回路28は、物理的には、制御部30のボードに設けられているが、機能的には流量センサユニット20の出力部と考えられるので、本明細書では、流量センサユニット20の構成要素として取り扱う。また、エージング管理部33は、制御部30のボードに設けられている。
ブリッジ回路28の接続点P1へ入力電圧を加える電源として、通常の流量測定用(流量測定用の通常発熱量)の電源電圧Vnと、MFC1の起動時の加熱用(流量測定用の通常発熱量よりも大きい発熱量)の電源電圧Veが存在し、これらの電源電圧Vn,Veとブリッジ回路28の接続状態は、スイッチSWで切り替わる。スイッチSWはエージング管理部33からの切替信号SG1によって接続状態が切り替わる。
なお、本実施形態では、接続点P1の上流に抵抗値検出回路25を設けている。これらの機能は後述する。
As shown in FIG. 2, the bridge circuit 28 is a circuit in which the heating resistors 23a and 23b and the reference resistors R1 and R2 are connected in this order in a diamond shape, and an input voltage is applied between the connection points P1 and P2 to connect them. The output voltage is obtained from between points P3 and P4. Although the bridge circuit 28 is physically provided on the board of the control unit 30, it is functionally considered to be the output unit of the flow rate sensor unit 20. Therefore, in the present specification, the flow rate sensor unit 20 is used. Treat as a component. Further, the aging management unit 33 is provided on the board of the control unit 30.
As a power source for applying an input voltage to the connection point P1 of the bridge circuit 28, a power supply voltage Vn for normal flow rate measurement (normal heat generation amount for flow rate measurement) and heating at startup of MFC1 (normal heat generation amount for flow rate measurement). There is a power supply voltage Ve (with a larger calorific value), and the connection state between these power supply voltages Vn, Ve and the bridge circuit 28 is switched by the switch SW. The connection state of the switch SW is switched by the switching signal SG1 from the aging management unit 33.
In this embodiment, the resistance value detection circuit 25 is provided upstream of the connection point P1. These functions will be described later.

制御部30は、流量センサユニット20からの信号に基づいて流体の流量を算出し、バイパス流路12を流れる流体が所定の流量となるように流量調整バルブ40へ制御信号を出力するフィードバック制御を行う。制御部30は、増幅器31,AD変換器(図示省略),比較制御部32,DA変換器(図示省略)、増幅器(図示省略)、エージング管理部33を含む。なお、比較制御部32は、マイコンCPUにより実行されるプログラムであり、物理的なユニットではない。 The control unit 30 calculates the flow rate of the fluid based on the signal from the flow rate sensor unit 20, and performs feedback control to output a control signal to the flow rate adjusting valve 40 so that the fluid flowing through the bypass flow path 12 has a predetermined flow rate. Do. The control unit 30 includes an amplifier 31, an AD converter (not shown), a comparison control unit 32, a DA converter (not shown), an amplifier (not shown), and an aging management unit 33. The comparison control unit 32 is a program executed by the microcomputer CPU, not a physical unit.

流量調整バルブ40は、制御部30からの制御信号に基づいて流体の流路を開閉するバルブであり、バルブ本体と駆動アクチュエータとからなる。 The flow rate adjusting valve 40 is a valve that opens and closes a fluid flow path based on a control signal from the control unit 30, and includes a valve body and a drive actuator.

本実施形態では、流量センサユニット20の各発熱抵抗体23a,23bの抵抗値Ra,Rbを測定する抵抗値検出回路25が設けられている。
具体的には、図2に示すように、ブリッジ回路28の接続点P1の上流に、抵抗値検出回路25が設けられ、ブリッジ回路28全体を流れる電流を検出している。この抵抗値検出回路25は、例えば、被測定回路に挿入されたシャント抵抗に加わる電圧を測定する方式のものでもよい。
ブリッジ回路28に電圧を供給する定電圧電源(図示省略)の電圧がV0で抵抗値検出回路25による検出電流がIのとき、抵抗値検出回路25の電圧降下が無視できるとすると、ブリッジ回路全体(接続点P1〜P2間)の抵抗値Rは以下の式で与えられる。
In the present embodiment, a resistance value detection circuit 25 for measuring the resistance values Ra and Rb of the heat generating resistors 23a and 23b of the flow rate sensor unit 20 is provided.
Specifically, as shown in FIG. 2, a resistance value detection circuit 25 is provided upstream of the connection point P1 of the bridge circuit 28 to detect the current flowing through the entire bridge circuit 28. The resistance value detection circuit 25 may be, for example, a type that measures the voltage applied to the shunt resistance inserted in the circuit to be measured.
When the voltage of the constant voltage power supply (not shown) that supplies voltage to the bridge circuit 28 is V0 and the current detected by the resistance value detection circuit 25 is I, assuming that the voltage drop of the resistance value detection circuit 25 can be ignored, the entire bridge circuit The resistance value R (between the connection points P1 and P2) is given by the following equation.

Figure 2021056737
Figure 2021056737

ブリッジ回路28の出力端子である接続点P3〜P4間を通過する電流は無視できると考えられるので、ブリッジ回路全体の抵抗値Rは、発熱抵抗体23a,23b(抵抗値Ra,Rb)を直列に繋いだ抵抗と、基準抵抗R1,R2を直列に繋いだ抵抗とを並列に接続した場合の抵抗値になり、以下の関係が成立つと考えられる。 Since the current passing between the connection points P3 to P4, which is the output terminal of the bridge circuit 28, is considered to be negligible, the resistance value R of the entire bridge circuit is such that the heating resistors 23a, 23b (resistance values Ra, Rb) are connected in series. It is the resistance value when the resistance connected to and the resistance connected in series with the reference resistors R1 and R2 are connected in parallel, and it is considered that the following relationship is established.

Figure 2021056737
Figure 2021056737

したがって、発熱抵抗体23a,23bの抵抗値Ra,Rbの合計は、算出された抵抗値Rと公知の抵抗R1,R2から以下の式で求められる。 Therefore, the total of the resistance values Ra and Rb of the heat generating resistors 23a and 23b can be obtained from the calculated resistance value R and the known resistances R1 and R2 by the following formula.

Figure 2021056737
Figure 2021056737

この合計値Ra+Rbの変化を、エージング完了の指標として用いる。
尚、基準抵抗R1,R2が、抵抗値Ra,Rbより十分大きい場合、上記式(3)から、Ra+RbはRに略等しくなるので、ブリッジ回路全体の抵抗値Rの変化を、エージング完了の指標として用いてもよい。
抵抗値検出回路25は、上記のものに限らず、発熱抵抗体23a,23bの抵抗値Ra,Rbを測定できる公知の様々な回路を用いてもよい。
The change in the total value Ra + Rb is used as an index of the completion of aging.
When the reference resistors R1 and R2 are sufficiently larger than the resistance values Ra and Rb, Ra + Rb is substantially equal to R from the above equation (3). Therefore, the change in the resistance value R of the entire bridge circuit is used as an index of aging completion. May be used as.
The resistance value detection circuit 25 is not limited to the above, and various known circuits capable of measuring the resistance values Ra and Rb of the heat generating resistors 23a and 23b may be used.

次に、このように構成された本実施形態のMFC1の動作について、図3及び図4を参照して説明する。
MFC1が起動されて電源がオンされると(ステップS1)、エージング管理部33は、加熱モードを選択し(ステップS2)、電源電圧Veをブリッジ回路28に接続させる切替信号SG1をスイッチSWに出力する。電源電圧Veは、発熱抵抗体23a,23bの発熱量を通常流量測定時より増加させるため、通常の流量測定用の電源電圧Vnよりも値が大きい。その大きさは特に限定されないが、プリント基板から供給可能な電圧、電流の大きさや、発熱抵抗体23a,23bの樹脂製の被膜が解けない温度範囲等を考慮して決定される。
Next, the operation of the MFC 1 of the present embodiment configured in this way will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
When the MFC1 is activated and the power is turned on (step S1), the aging management unit 33 selects the heating mode (step S2) and outputs a switching signal SG1 for connecting the power supply voltage Ve to the bridge circuit 28 to the switch SW. To do. The power supply voltage Ve is larger than the power supply voltage Vn for normal flow rate measurement because the amount of heat generated by the heat generating resistors 23a and 23b is increased from the time of normal flow rate measurement. The size is not particularly limited, but is determined in consideration of the magnitudes of the voltage and current that can be supplied from the printed circuit board, the temperature range in which the resin coatings of the heat generating resistors 23a and 23b cannot be melted, and the like.

電源電圧Veが供給されると、発熱抵抗体23a,23bが発熱し、流量センサユニット20を加熱する。これにより、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値も、図4のグラフBに示すように増加していく。
エージング管理部33は、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値と所定の抵抗閾値Rtを比較する(ステップS3)。この抵抗閾値Rtは、オーバーシュートの発生により高温になりすぎるのを防ぐ等のため、熱平衡状態となったときの抵抗値Rsよりも低い値としている。抵抗値検出回路25の検出する抵抗値が抵抗閾値Rtを超えるまでは、ステップS3の処理を繰り返す。
抵抗値検出回路25の検出する抵抗値が抵抗閾値Rtを超えた場合には、エージング管理部33は、通常モードを選択し(ステップS4)を選択し、電源電圧Vnをブリッジ回路28に接続させる切替信号SG1をスイッチSWに出力する。これにより、図4に示すように、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値の増加の割合が減少するが、熱平衡状態の抵抗値Rsに近づいていく。
エージング管理部33は、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値の変化が所定範囲に収まったか、すなわち、一定になったかを判断する(ステップS5)。電源電圧Veから電源電圧Vnに切り替えた直後では、熱平衡状態となっておらず、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値の変化をモニターする必要がある。抵抗値検出回路25の検出する抵抗値の変化が大きい場合は、ステップS5の処理を繰り返す。
When the power supply voltage Ve is supplied, the heat generating resistors 23a and 23b generate heat and heat the flow rate sensor unit 20. As a result, the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 also increases as shown in Graph B of FIG.
The aging management unit 33 compares the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 with the predetermined resistance threshold value Rt (step S3). This resistance threshold value Rt is set to a value lower than the resistance value Rs when the thermal equilibrium state is reached, in order to prevent the temperature from becoming too high due to the occurrence of overshoot. The process of step S3 is repeated until the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 exceeds the resistance threshold value Rt.
When the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 exceeds the resistance threshold value Rt, the aging management unit 33 selects the normal mode (step S4) and connects the power supply voltage Vn to the bridge circuit 28. The switching signal SG1 is output to the switch SW. As a result, as shown in FIG. 4, the rate of increase in the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 decreases, but the resistance value Rs in the thermal equilibrium state is approached.
The aging management unit 33 determines whether the change in the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 is within a predetermined range, that is, is constant (step S5). Immediately after switching from the power supply voltage Ve to the power supply voltage Vn, the thermal equilibrium state is not reached, and it is necessary to monitor the change in the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25. If the change in the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 is large, the process of step S5 is repeated.

エージング管理部33は、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値の変化が所定範囲に収まったと判断した場合には(EP1時点)、エージング処理の完了信号SG2(図2参照)を出力し、制御部30は流量測定可能な状態と判断して、エージング処理を終了する(ステップS7)。 When the aging management unit 33 determines that the change in the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 is within a predetermined range (at the time of EP1), the aging management unit 33 outputs a completion signal SG2 (see FIG. 2) of the aging process and controls it. Unit 30 determines that the flow rate can be measured, and ends the aging process (step S7).

図4にグラフAで示すように、上記のような加熱モードを採用しない場合には、抵抗値検出回路25の検出する抵抗値が熱平衡状態の抵抗値Rsに到達するまで(EP0時点)に相対的に長時間かかるのが分かる。 As shown in Graph A in FIG. 4, when the heating mode as described above is not adopted, it is relative until the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25 reaches the resistance value Rs in the thermal equilibrium state (at the time of EP0). You can see that it takes a long time.

エージングが完了すると、制御部30は、MFCに流体を流さない状態での流量センサユニット20の出力を読み込んで記憶するゼロ点調整を行う。
上流側と下流側の発熱抵抗体23a、23bに通電して発熱させるとともに、これらの発熱抵抗体23a、23bの抵抗値Ra,Rb(温度に比例する)を検出する。センサ流路22内に流体が流れると、上流側の発熱抵抗体23aは、流れてくる流体で冷やされて温度の上昇が抑えられ、下流側の発熱抵抗体23bは、上流側の発熱抵抗体23aで加熱された流体が流れてくるので、温度の上昇が大きく、その結果、両発熱抵抗体23a、23bの間で温度差が生ずる。この温度差は、ある流量の範囲では流体の質量流量に比例すると見なせる。ブリッジ回路28は、この温度差の指標となる発熱抵抗体23a、23bの抵抗値差Ra−Rbを、接続点P3〜P4間の出力電圧Voutに変換して出力している。
(基準抵抗R1とR2が等しい場合、Vout=Vin×(Rb−Ra)/(Ra+Rb)となり、VoutはRb−Raにほぼ比例する。)
When the aging is completed, the control unit 30 adjusts the zero point by reading and storing the output of the flow rate sensor unit 20 in a state where no fluid flows through the MFC.
The heat generating resistors 23a and 23b on the upstream side and the downstream side are energized to generate heat, and the resistance values Ra and Rb (proportional to the temperature) of these heat generating resistors 23a and 23b are detected. When a fluid flows in the sensor flow path 22, the heat generating resistor 23a on the upstream side is cooled by the flowing fluid to suppress the temperature rise, and the heat generating resistor 23b on the downstream side is a heat generating resistor on the upstream side. Since the fluid heated in 23a flows, the temperature rises significantly, and as a result, a temperature difference occurs between the two heating resistors 23a and 23b. This temperature difference can be regarded as proportional to the mass flow rate of the fluid in a certain flow rate range. The bridge circuit 28 converts the resistance value difference Ra-Rb of the heat generating resistors 23a and 23b, which is an index of the temperature difference, into an output voltage V out between the connection points P3 and P4 and outputs the voltage.
(If the reference resistors R1 and R2 equal, V out = V in × ( Rb-Ra) / (Ra + Rb) becomes, V out is approximately proportional to the Rb-Ra.)

流量センサユニット20のブリッジ回路28からの出力側信号線は、図3及び図1のように、オペアンプからなる増幅器31に入力される。増幅された出力信号は、AD変換器(図示省略)でデジタル化される。デジタル化された信号は、さらに処理されて流量値が算出される。算出された流量値は、比較制御部32に入力される。
比較制御部32は、算出された流量値と外部のコントローラ(図示省略)から入力された流量設定値とを比較し、制御信号を出力する。この制御信号は、算出された流量値と流量設定値との単なる差分信号でもよいが、差分とその積分と微分に基づくPID制御信号であることが好ましい。
この制御信号は、DA変換器(図示省略)でアナログ電圧に変換され、さらにオペアンプからなる増幅器(図示省略)で増幅されて、流量調整バルブ40を駆動する。
このような、フィードバック制御を行うことにより、MFC1を流れる流体の質量流量が所定値になるように調整する。
The output side signal line from the bridge circuit 28 of the flow rate sensor unit 20 is input to the amplifier 31 composed of an operational amplifier as shown in FIGS. 3 and 1. The amplified output signal is digitized by an AD converter (not shown). The digitized signal is further processed to calculate the flow rate value. The calculated flow rate value is input to the comparison control unit 32.
The comparison control unit 32 compares the calculated flow rate value with the flow rate set value input from an external controller (not shown), and outputs a control signal. This control signal may be a simple difference signal between the calculated flow rate value and the flow rate set value, but is preferably a PID control signal based on the difference and its integral and derivative.
This control signal is converted into an analog voltage by a DA converter (not shown) and further amplified by an amplifier (not shown) composed of an operational amplifier to drive the flow rate adjusting valve 40.
By performing such feedback control, the mass flow rate of the fluid flowing through the MFC 1 is adjusted to a predetermined value.

本実施形態では、MFC1の起動時に加熱モードにおいて発熱抵抗体23a、23bの発熱量を増大させ、途中で、通常モードにおいて、通常の流量測定用の発熱量に切り替えるので、流量センサユニット20の外部から加熱する場合等と比較して、熱平衡状態にスムーズに移行させやすい。 In the present embodiment, the heat generation amount of the heat generation resistors 23a and 23b is increased in the heating mode when the MFC1 is started, and the heat generation amount is switched to the normal flow rate measurement in the normal mode on the way. It is easier to smoothly shift to the thermal equilibrium state as compared with the case of heating from.

本実施形態では、加熱モードから通常モードの切替を抵抗値検出回路25の検出する抵抗値に基づいて行ったが、これに限定されるわけではなく、予め決められた時間加熱モードを実施したのち、通常モードに切り替えることも可能である。また、流量センサユニット20の温度を温度センサでモニターし、所定温度に達したところで通常モードに切り替えることも可能である。 In the present embodiment, switching from the heating mode to the normal mode is performed based on the resistance value detected by the resistance value detection circuit 25, but the present invention is not limited to this, and the heating mode is performed for a predetermined time. , It is also possible to switch to normal mode. It is also possible to monitor the temperature of the flow rate sensor unit 20 with a temperature sensor and switch to the normal mode when a predetermined temperature is reached.

次に、本発明の流体制御装置について説明する。
図5は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
図5に示す流体制御装置には、幅方向W1、W2に沿って配列され長手方向G1、G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側、G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992には、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
Next, the fluid control device of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic perspective view of the fluid control device according to the embodiment of the present invention.
The fluid control device shown in FIG. 5 is provided with a metal base plate BS arranged along the width directions W1 and W2 and extending in the longitudinal directions G1 and G2. W1 indicates the front side, W2 indicates the back side, G1 indicates the upstream side, and G2 indicates the downstream side. Various fluid devices 991A to 991E are installed in the base plate BS via a plurality of flow path blocks 992, and a flow (not shown) in which a fluid flows from the upstream side G1 to the downstream side G2 in the plurality of flow path blocks 992. Each road is formed.

ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの表面で開口する少なくとも2つの流路ロを有する機器である。具体的には、開閉弁(2方弁)991A、レギュレータ991B、プレッシャーゲージ991C、開閉弁(3方弁)991D、マスフローコントローラ991E等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管993は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。
本発明は、上記したマスフローコントローラ991Eに適用可能である。
Here, the "fluid device" is a device used for a fluid control device that controls the flow of a fluid, includes a body that defines a fluid flow path, and at least two flow paths that open on the surface of the body. It is a device that has a b. Specific examples include, but are not limited to, an on-off valve (two-way valve) 991A, a regulator 991B, a pressure gauge 991C, an on-off valve (three-way valve) 991D, and a mass flow controller 991E. The introduction pipe 993 is connected to a flow path port on the upstream side of the above-mentioned flow path (not shown).
The present invention is applicable to the above-mentioned mass flow controller 991E.

次に、本発明の半導体製造装置について説明する。
図6は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図6に示す半導体製造装置1000は、ALD法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、300はプロセスガス供給源、400は本実施形態に係るMFC1を収容したガスボックス、500はタンク、600は開閉バルブ、610は制御部、700は処理チャンバ、800は排気ポンプを示している。
Next, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention will be described.
FIG. 6 is a block diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
The semiconductor manufacturing apparatus 1000 shown in FIG. 6 is an apparatus for executing a semiconductor manufacturing process by the ALD method (ALD: Atomic Layer Deposition Method), 300 is a process gas supply source, and 400 is an MFC 1 according to the present embodiment. A gas box, 500 is a tank, 600 is an on-off valve, 610 is a control unit, 700 is a processing chamber, and 800 is an exhaust pump.

ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
ガスボックス400は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ700に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、本実施形態のMFC1等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容している。
タンク500は、ガスボックス400から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
開閉バルブ600は、ガスボックス400で計量されたガスの流量を制御する。
制御部610は、開閉バルブ600を制御して流量制御を実行する。
処理チャンバ700は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ800は、処理チャンバ700内を真空引きする。
In the semiconductor manufacturing process by the ALD method, it is necessary to precisely adjust the flow rate of the processing gas, and it is also necessary to secure the flow rate of the processing gas to some extent by increasing the diameter of the substrate.
In the gas box 400, various fluid devices such as an on-off valve, a regulator, and the MFC1 of the present embodiment are integrated and housed in the box in order to supply the accurately weighed process gas to the processing chamber 700.
The tank 500 functions as a buffer for temporarily storing the processing gas supplied from the gas box 400.
The on-off valve 600 controls the flow rate of the gas measured by the gas box 400.
The control unit 610 controls the on-off valve 600 to execute the flow rate control.
The processing chamber 700 provides a closed processing space for film formation on the substrate by the ALD method.
The exhaust pump 800 evacuates the inside of the processing chamber 700.

上記適用例では、本発明の流量制御装置をALD法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法(ALE:Atomic Layer Etching 法)等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。 In the above application example, the case where the flow rate control device of the present invention is used in the semiconductor manufacturing process by the ALD method has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the present invention is, for example, an atomic layer etching method (ALE: Atomic Layer Etching). It can be applied to all objects that require precise flow rate adjustment, such as the law).

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. A person skilled in the art can make various additions and changes within the scope of the present invention.

1 :マスフローコントローラ(MFC)
10 :ボディ
11a :流入路
11b :流出路
12 :バイパス流路
13a :センサ流入路
13b :センサ流出路
14 :弁室
20 :流量センサユニット
21 :センサベース本体
22 :センサ流路
23a,23b :発熱抵抗体
25 :抵抗値検出回路
28 :ブリッジ回路
30 :制御部
31 :増幅器
32 :比較制御部
33 :エージング管理部
40 :流量調整バルブ
300 :プロセスガス供給源
400 :ガスボックス
500 :タンク
600 :開閉バルブ
610 :制御部
700 :処理チャンバ
800 :排気ポンプ
991A〜991E :流体機器
992 :流路ブロック
993 :導入管
1000 :半導体製造装置
BS :ベースプレート
G1 :長手方向(上流側)
G2 :長手方向(下流側)
P1〜P4 :接続点
R :抵抗値
R1,R2 :基準抵抗
Ra,Rb :抵抗値
Ra−Rb :抵抗値差
Rs :熱平衡状態の抵抗値
Rt :抵抗閾値
SG1 :切替信号
SG2 :完了信号
SW :スイッチ
Ve,Vn :電源電圧
Vout :出力電圧
W1,W2 :幅方向
1: Mass flow controller (MFC)
10: Body 11a: Inflow path 11b: Outflow path 12: Bypass flow path 13a: Sensor inflow path 13b: Sensor outflow path 14: Valve chamber 20: Flow sensor unit 21: Sensor base body 22: Sensor flow paths 23a, 23b: Heat generation Resistor 25: Resistance value detection circuit 28: Bridge circuit 30: Control unit 31: Amplifier 32: Comparison control unit 33: Aging control unit 40: Flow control valve 300: Process gas supply source 400: Gas box 500: Tank 600: Opening and closing Valve 610: Control unit 700: Processing chamber 800: Exhaust pumps 991A to 991E: Fluid equipment 992: Flow path block 993: Introduction pipe 1000: Semiconductor manufacturing equipment BS: Base plate G1: Longitudinal direction (upstream side)
G2: Longitudinal direction (downstream side)
P1 to P4: Connection point R: Resistance value R1, R2: Reference resistance Ra, Rb: Resistance value Ra-Rb: Resistance value difference Rs: Resistance value in thermal equilibrium state Rt: Resistance threshold SG1: Switching signal SG2: Completion signal SW: Switch Ve, Vn: Power supply voltage Vout: Output voltage W1, W2: Width direction

Claims (5)

流体が通過する流体流路を通過する流体の質量流量を測定するための発熱抵抗体を内蔵する熱式の流量センサユニットを有し、前記流量センサユニットで測定された流体の質量流量が所定値になるように調整バルブの開度を制御して前記流体流路を通過する流体の流量を調整するマスフローコントローラであって、
前記マスフローコントローラが起動されて前記発熱抵抗体および当該マスフローコントローラの各部への通電によって変化する前記流量センサユニットの状態が流量測定可能状態になったかを管理するエージング管理部を有し、
前記エージング管理部は、前記マスフローコントローラの起動直後から前記発熱抵抗体の発熱量を、流量測定用の通常発熱量よりも大きい発熱量に制御し、所定の条件を満たしたところで、前記流量測定用の通常発熱量に切り替える、マスフローコントローラ。
It has a thermal flow rate sensor unit with a built-in heat generating resistor for measuring the mass flow rate of the fluid passing through the fluid flow path through which the fluid passes, and the mass flow rate of the fluid measured by the flow rate sensor unit is a predetermined value. It is a mass flow controller that controls the opening degree of the adjusting valve so as to adjust the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path.
It has an aging management unit that manages whether or not the state of the flow rate sensor unit, which changes when the mass flow controller is activated and energizes the heat generating resistor and each part of the mass flow controller, becomes a flow rate measurable state.
Immediately after the mass flow controller is started, the aging control unit controls the calorific value of the heat generating resistor to a calorific value larger than the normal calorific value for flow rate measurement, and when a predetermined condition is satisfied, the heat generation control unit is used for the flow rate measurement. Mass flow controller that switches to the normal calorific value of.
前記発熱抵抗体の抵抗値を検出する抵抗値検出回路をさらに有し、
前記エージング管理部は、前記抵抗値検出回路の検出する抵抗値が所定値に達したところで、前記発熱抵抗体の発熱量を前記流量測定用の通常発熱量に切り替える、請求項1に記載のマスフローコントローラ。
It further has a resistance value detection circuit for detecting the resistance value of the heat generating resistor.
The mass flow according to claim 1, wherein the aging management unit switches the heat generation amount of the heat generation resistor to the normal heat generation amount for measuring the flow rate when the resistance value detected by the resistance value detection circuit reaches a predetermined value. controller.
前記エージング管理部は、前記発熱抵抗体の発熱量を前記流量測定用の通常発熱量に切り替えたのち、前記抵抗値の変動が所定範囲内に収まったと判断したところで、前記流量センサユニットの熱状態が流量測定可能状態になったと判断する、請求項2に記載のマスフローコントローラ。 After switching the calorific value of the heat generating resistor to the normal calorific value for measuring the flow rate, the aging management unit determines that the fluctuation of the resistance value is within a predetermined range, and then determines that the thermal state of the flow sensor unit is within a predetermined range. The mass flow controller according to claim 2, wherein the mass flow controller determines that the flow rate can be measured. 複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1〜3のいずれかに記載のマスフローコントローラを含む、流体制御装置。
It is a fluid control device in which multiple fluid devices are arranged.
The plurality of fluid devices are fluid control devices including the mass flow controller according to any one of claims 1 to 3.
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項1〜3のいずれかに記載のマスフローコントローラを用いる、半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus using the mass flow controller according to any one of claims 1 to 3 for controlling the process gas in a semiconductor manufacturing process that requires a processing step with a process gas in a closed chamber.
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