特許 7122334 パルスショット式流量調整装置、パルスショット式流量調整方法、及び、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-10

(45)【発行日】2022-08-19

(54)【発明の名称】パルスショット式流量調整装置、パルスショット式流量調整方法、及び、プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20220812BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020061099

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021162906

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2021-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】角谷 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】西村 康典

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特許第４１９７６４８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１１－６４７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－５４０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有するパルスショット式流量調整装置において、
ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行い、
前記第１遮断弁と前記第２遮断弁と前記圧力センサとが、前記パルスショット式流量調整装置の動作を制御するコントローラに通信可能に接続され、
前記コントローラは、各プロセスにて、
前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御処理を実行し、
さらに、前記コントローラは、
前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶処理と、
前記最適充填時間記億処理を実行したプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御処理にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶処理にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御処理と、
を実行すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項2】

請求項１に記載するパルスショット式流量調整装置において、
前記最適充填時間記憶処理では、最後のパルスショットの前記充填時間を前記最適充填時間として記憶すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載するパルスショット式流量調整装置において、
前記コントローラは、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁に開動作を同時に行わせることにより前記ガス充填容積に残存するガスを置換する置換処理を実行すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項4】

請求項２に記載するパルスショット式流量調整装置において、
前記コントローラは、前記置換処理の後、前記ガス充填容積の圧力を前記流量制御処理を実行する場合の前記ガス充填容積の目標圧力に調整するように、開動作をしている前記第１遮断弁と前記遮断弁に閉動作を行わせる圧力調整処理を実行すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４の何れか１つに記載するパルスショット式流量調整装置において、
前記コントローラは、
前記第２遮断弁の開閉動作を行って前記ガス充填容積から前記ガスを吐出する吐出時間を一定にした状態で、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせて前記ガス充填容積に前記ガスを充填する前記充填時間を可変させてパルスショットを繰り返し行うとともに、前記第２遮断弁から排出されるガスの体積流量を前記充填時間毎に算出し、前記充填時間と前記体積流量との関係を学習するラーニング処理を実行し、
前記流量制御処理にて、
前記目標流量が直前のプロセスで使用した目標流量から変更された場合、あるいは、前記流量制御処理の実行途中で前記目標流量が変更された場合に、前記ラーニング処理にて学習した前記充填時間と前記体積流量との関係に基づいて、目標流量と変更後の目標流量との差分に応じて前記最適充填時間を補正する補正処理を実行すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項6】

請求項５に記載するパルスショット式流量調整装置において、
前記コントローラは、
前記流量制御処理を実行する流量制御モードと、前記ガス置換処理を実行するガス置換モードと、前記ラーニング処理を実行するラーニングモードと、を設定するモード設定処理を実行し、
前記モード設定処理にて設定されたモードに応じた処理を実行すること、
を特徴とするパルスショット式流量調整装置。

【請求項7】

ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有し、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁と前記圧力センサとに通信可能に接続されたコントローラを用いて動作を制御されるパルスショット式流量調整装置に、
ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行わせ、
各プロセスにて、
前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御工程を行わせ、
さらに、
前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶工程と、
前記最適充填時間記億工程を行ったプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御工程にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶工程にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御工程と、
を行わせること、
を特徴とするパルスショット式流量調整方法。

【請求項8】

ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有するパルスショット式流量調整装置の動作を制御するコントローラに組み込まれるプログラムであって、
前記流量調整装置が、ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行う場合、前記コントローラに、各プロセスにて、
前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御処理を実行させ、
さらに、前記コントローラに、
前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶処理と、
前記最適充填時間記億処理を実行したプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御処理にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶処理にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御処理と、
を実行させること、
を特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスの体積流量を調整するためのパルスショット式流量調整装置、パルスショット式流量調整方法、及び、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体製造装置等のガス供給システムにおいては、ガスの流量を正確に制御するために、例えば、熱式マスフローコントローラを使用していた。しかし、近年、１００℃以上の高温ガスが制御対象になることがある。熱式マスフローコントローラは、このような高温ガスの制御が困難であった。

【0003】

例えば特許文献１には、高温ガスの流量を制御できるパルスショット式流量調整装置が開示されている。パルスショット式流量調整装置は、ガス源に接続される第１遮断弁と、第１遮断弁に接続される第２遮断弁と、第１遮断弁と第２遮断弁との間に設けられたガス充填容積と、ガス充填容積の圧力を測定する圧力センサと、コントローラと、を備える。

【0004】

パルスショット式流量調整装置のコントローラは、図９に示すように、第１遮断弁に開閉動作を行わせた後、第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返す。これとともに、コントローラは、圧力センサを用いて、第１遮断弁に開閉動作を行わせた後にガスが充填されたガス充填容積の圧力（充填後圧力）Ｐ１と、第２遮断弁に開閉動作を行わせた後にガスが吐出された後のガス充填容積の圧力（吐出後圧力）Ｐ２との差圧Ｄ１に基づいて、次のパルスショットで第１遮断弁の開動作を維持してガスの充填を行う充填時間を変更することで、パルスショットの態様を変化させ、ガスの流量を目標流量に調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４１９７６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来技術には問題があった。すなわち、従来のパルスショット式流量調整装置は、例えば、パルスショットを繰り返してガスを供給するプロセスを繰り返す場合、ガスの使用条件がプロセス毎に異なることがあった。一方、従来のパルスショット式流量調整装置は、各プロセスにおける最初のパルスショットの態様を同じにして、図１０に示すように、パルスショットにおける差圧Ｄ１に応じて徐々にパルスショットの態様を変化させていた。そのため、従来のパルスショット式流量調整装置は、プロセスを開始してから、ガスの流量を目標流量に調整するまでの応答時間が長くなることがあった。

【0007】

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、パルスショットを繰り返してガスの流量を目標流量に制御するパルスショット式流量調整装置について、応答性を改善できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、次のような構成を有している。（１）ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有するパルスショット式流量調整装置において、ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行い、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁と前記圧力センサとが、前記パルスショット式流量調整装置の動作を制御するコントローラに通信可能に接続され、前記コントローラは、各プロセスにて、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御処理を実行し、さらに、前記コントローラは、前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶処理と、前記最適充填時間記億処理を実行したプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御処理にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶処理にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御処理と、を実行すること、を特徴とする。

【0009】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、プロセスを実行する場合の最初のパルスショットで、前回のプロセスで記憶した最適充填時間を用いて第１遮断弁に開閉動作を行わせる。これにより、最初のパルスショットでは、第２遮断弁１３から排出するガスの体積流量を目標流量に調整するのに適したガスがガス充填容積に充填され、第２遮断弁から吐出されるガスの体積流量が目標流量、あるいは、目標流量に近い値に調整される可能性が高くなる。よって、上記構成を有するパルスショット式流量調整装置によれば、プロセスを開始してからガスを目標流量に安定させるまでの応答時間が短くなり、応答性を改善することができる。

【0010】

（２）（１）に記載するパルスショット式流量調整装置において、前記最適充填時間記憶処理では、最後のパルスショットの前記充填時間を前記最適充填時間として記憶すること、が好ましい。

【0011】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、体積流量を目標流量に調整している可能性が高い最後のパルスショットで計測した充填時間を、最適充填時間として記憶することで、最適充填時間を記憶する際の処理負荷やメモリ負荷を軽減できる。

【0012】

（３）（１）または（２）に記載するパルスショット式流量調整装置において、前記コントローラは、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁に開動作を同時に行わせることにより前記ガス充填容積に残存するガスを置換する置換処理を実行すること、が好ましい。

【0013】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、ガス置換を行う場合、第１遮断弁と第２遮断弁とを同時に開動作させることで、ガス源から供給されるガスがガス充填容積に流通し、ガス充填容積に残存するガスと置換されやすくなる。これによれば、第１遮断弁と第２遮断弁を交互に開閉してガス置換を行う場合より、ガスを早く置換することができる。

【0014】

（４）（３）に記載するパルスショット式流量調整装置において、前記コントローラは、前記置換処理の後、前記ガス充填容積の圧力を前記流量制御処理を実行する場合の前記ガス充填容積の目標圧力に調整するように、開動作をしている前記第１遮断弁と前記遮断弁に閉動作を行わせる圧力調整処理を実行すること、が好ましい。

【0015】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、第１遮断弁と第２遮断弁に開動作を同時に行わせ、ガス充填容積のガスを置換した後、第１遮断弁と第２遮断弁に閉動作を行わせるタイミングによってガス充填容積の圧力を、流量制御処理を実行する場合のガス充填容積の目標圧力に調整する。これにより、ガスを置換した後のプロセスでは、最初のパルスショットからガス充填容積の圧力が目標圧力に制御されているので、ガス充填容積の圧力のばらつきによる応答時間の遅れを抑制できる。

【0016】

（５）（１）から（４）の何れか１つに記載するパルスショット式流量調整装置において、前記コントローラは、前記第２遮断弁の開閉動作を行って前記ガス充填容積から前記ガスを吐出する吐出時間を一定にした状態で、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせて前記ガス充填容積に前記ガスを充填する前記充填時間を可変させてパルスショットを繰り返し行うとともに、前記第２遮断弁から排出されるガスの体積流量を前記充填時間毎に算出し、前記充填時間と前記体積流量との関係を学習するラーニング処理を実行し、前記流量制御処理にて、前記目標流量が直前のプロセスで使用した目標流量から変更された場合、あるいは、前記流量制御処理の実行途中で前記目標流量が変更された場合に、前記ラーニング処理にて学習した前記充填時間と前記体積流量との関係に基づいて、目標流量と変更後の目標流量との差分に応じて前記最適充填時間を補正する補正処理を実行すること、が好ましい。

【0017】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、目標流量が直前のプロセスで使用した目標流量から変更されたり、流量制御処理の途中で変更された場合に、予め学習しておいた充填時間と体積流量との関係に基づいて、目標流量と変更後の目標流量との差分に応じて最適充填時間を補正することで、ガスの流量を変更後の目標流量に迅速に調整することが可能になる。

【0018】

（６）（５）に記載するパルスショット式流量調整装置において、前記コントローラは、前記流量制御処理を実行する流量制御モードと、前記ガス置換処理を実行するガス置換モードと、前記ラーニング処理を実行するラーニングモードと、を設定するモード設定処理を実行し、前記モード設定処理にて設定されたモードに応じた処理を実行すること、が好ましい。

【0019】

上記構成を有するパルスショット式流量調整装置は、流量制御モードとガス置換モードとラーニングモードの設定に応じて流量制御処理、ガス置換処理、ラーニング処理を実行することで、任意のタイミングで各処理を実行でき、使い勝手が良い。

【0020】

本発明の別態様は、（７）ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有し、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁と前記圧力センサとに通信可能に接続されたコントローラを用いて動作を制御されるパルスショット式流量調整装置に、ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行わせ、各プロセスにて、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御工程を行わせ、さらに、前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶工程と、前記最適充填時間記億工程を行ったプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御工程にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶工程にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御工程と、を行わせること、を特徴とするパルスショット式流量調整方法である。

【0021】

さらに、本発明の別態様は、（８）ガス源に接続された第１遮断弁と、前記第１遮断弁に接続された第２遮断弁と、前記第１遮断弁と前記第２遮断弁の間のガス充填容積と、前記ガス充填容積の圧力を計測する圧力センサと、を有するパルスショット式流量調整装置の動作を制御するコントローラに組み込まれるプログラムであって、前記流量調整装置が、ガスを目標流量に制御するプロセスを複数回行う場合、前記コントローラに、各プロセスにて、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせた後に、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積にガスを充填した後に、前記圧力センサを用いて計測された充填後圧力と、前記第２遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積からガスを吐出した後に、前記圧力センサを用いて計測された吐出後圧力とに基づいて、前記ガス充填容積から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記体積流量を目標流量に調整する流量制御処理を実行させ、さらに、前記コントローラに、前記流量制御処理にて、前記体積流量を前記目標流量に調整したパルスショットを行ったときに、前記第１遮断弁に開閉動作を行わせ、前記ガス充填容積に前記ガスを充填した充填時間を最適充填時間として記憶する最適充填時間記憶処理と、前記最適充填時間記億処理を実行したプロセスの次に行うプロセスにおける前記流量制御処理にて、最初のパルスショットを行う場合、前記最適充填時間記憶処理にて記憶した前記最適充填時間を用いて前記第１遮断弁に開閉動作を行わせる充填時間制御処理と、を実行させること、を特徴とするプログラムである。

【発明の効果】

【0022】

よって、本発明によれば、パルスショットを繰り返してガスの流量を目標流量に制御するパルスショット式流量調整装置について、応答性を改善できる技術を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係るパルスショット式流量調整装置の概略構成図である。

【図2】制御処理の手順を説明するフローチャートである。

【図3】ガス置換処理の手順を説明するフローチャートである。

【図4】制御モードの一例である。

【図5】流量制御処理の手順を説明するフローチャートである。

【図6】コントローラの機能ブロック図である。

【図7】補正の手順を説明するイメージ図である。

【図8】ラーニング処理の手順を説明するフローチャートである。

【図9】従来のパルスショット式流量調整装置のシーケンス図である。

【図10】従来のパルスショット式流量調整装置の流量制御例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明に係るパルスショット式流量調整装置、パルスショット式流量調整方法、および、プログラムの実施形態について図面に基づいて説明する。

【0025】

＜パルスショット制御装置の概略構成＞
図１に示すように、本形態では、チャンバ２３０に供給するガスの流量を制御するパルスショット式流量調整装置（以下「流量調整装置」と略す）に、本発明を適用している。

【0026】

チャンバ２３０は、例えば、真空ポンプ２４０により真空雰囲気とされ、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition、以下「ＡＬＤ」と略す）を用いてウエハに所定の膜を成膜する。ＡＬＤでは、（ａ）原料ガスの投入、（ｂ）不活性ガスによるパージ、（ｃ）反応ガスの投入、（ｄ）不活性ガスによるパージを行うサイクルを繰り返すことにより、ウエハに成膜する膜の膜厚を０．１μｍ単位で調整できる。

【0027】

ＡＬＤでは、種類が異なるガスが混じると固まることがある。そのため、原料ガスのガス源２１１に接続する配管２００と、反応ガスのガス源３１１に接続する配管３００と、不活性ガスのガス源４１１に接続する配管４００とが、別々にチャンバ２３０に接続されている。

【0028】

なお、原料ガスは、例えばＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）である。反応ガスは、例えばＨ₂Ｏ（水蒸気）である。不活性ガスは、例えばＮ₂ガスである。ＴＭＡは、常温では固形の材料であり、チャンバ２３０に供給される場合に気化されて１２０℃以上の高温ガスとなる。

【0029】

ＡＬＤを用いて成膜する場合、各種ガスは供給時間により供給量を管理される。また、ＡＬＤでは、上述した（ａ）～（ｄ）を行うサイクルを、ウエハ１枚あたり数百回繰り返す。この場合、例えば、（ａ）（ｃ）においてＴＭＡとＨ₂Ｏをチャンバ２３０に供給する供給時間はそれぞれ数十ｍｓｅｃであり、（ｂ）（ｄ）においてＮ₂ガスをチャンバ２３０に供給する供給時間（パージ時間）はそれぞれ数ｓｅｃ～数十ｓｅｃである。よって、チャンバ２３０に供給するガスは、高精度、高頻度、高速で制御する必要がある。そこで、配管２００，３００，４００には、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３を交互に開閉して流量を制御する流量調整装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃが配設されている。

【0030】

流量調整装置１の構成を図１を参照しつつ具体的に説明する。流量調整装置１Ａ～１Ｃは同様に構成されているので、以下の説明では、配管２００に配設された流量調整装置１Ａについて説明する。また、特に区別する必要がない場合、「流量調整装置１」と総称する。

【0031】

流量調整装置１は、第１遮断弁１１と、タンク１２と、第２遮断弁１３と、圧力センサ１４と、を備える。第１遮断弁１１は、タンク１２の上流側に配設され、加圧されたガス源２１１に接続されている。第２遮断弁１３は、タンク１２の下流側に配設され、真空雰囲気とされたチャンバ２３０に接続されている。タンク１２は、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３とが閉鎖されることにより密閉空間となる。本形態のタンク１２は、例えば、５～１０００ｃｃの容積を有する。タンク１２は「ガス充填容積」の一例である。なお、タンク１２の代わりに、配管によりガス充填容積を構成してもよい。圧力センサ１４は、高温用の真空圧力計である。フィルタ１６は、第１遮断弁１１の上流側に配設され、流量調整装置１に流入するガスから異物を除去する。

【0032】

第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、エアオペレイト式の開閉弁である。そして、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、１２０℃以上の高温ガスでも制御可能な弁である。また、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３には、数ｍｓｅｃ周期で開閉動作することができる高速弁が使用されている。さらに、配管に使用するバルブの口径は、一般的に配管径の４分の１インチである。しかし、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、例えば口径が配管径の８分の３インチであるものが選定され、Ｃｖ値が大きくされている。第１遮断弁１１と第２遮断弁１３のＣｖ値は例えば０．６である。このように、Ｃｖ値が大きく、高速かつ高頻度で動作できる第１遮断弁１１と第２遮断弁１３とを、タンク１２の上流側と下流側に配置することで、流量調整装置１は、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３の開閉動作に伴う脈動が抑制される。また、流量調整装置１は、絞り部を有する熱式マスフローコントローラよりガスが流れやすく、ガスをチャンバ２３０に迅速に供給することが可能になる。

【0033】

流量調整装置１は、プロセス中、第１遮断弁１１に開閉動作を行わせた後、第２遮断弁１３に開閉動作を行わせるパルスショットを高速で繰り返しながら、ガスを目標流量に制御する。本明細書において、「目標流量」は、単位時間あたりの、第２遮断弁１３から排出されるガスの体積流量と定義する。そのため、流量調整装置１は、チャンバ２３０の近傍に配設されている。例えば、第２遮断弁１３とチャンバ２３０は、直接、あるいは、２ｍ以下の配管を介して接続されている。なお、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、エアオペレイト式の開閉弁に限らず、例えば電磁式開閉弁でもよい。

【0034】

本形態の流量調整装置１は、コントローラ１５により動作を制御される。コントローラ１５は、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３と圧力センサ１４とに通信可能に接続されている。コントローラ１５は「コントローラ」の一例である。

【0035】

コントローラ１５は、周知のマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、を備える。メモリ２２は、不揮発性メモリと揮発性メモリを含む。メモリ２２は、各種のプログラムやデータを記憶している。ＣＰＵ２１は、メモリ２２にデータを一時的に記憶させながら、メモリ２２に記憶されているプログラムを実行し、各種処理を実行する。

【0036】

例えば、メモリ２２には、流量調整装置１の動作を制御するための制御プログラム３１が記憶されている。制御プログラム３１は、例えば、タンク１２に残留するガスをガス源２１１から供給されるガスに置換するガス置換処理を行う。また、制御プログラム３１は、ガスの流量を制御する流量制御処理を行う。また、制御プログラム３１は、ガスをタンク１２に充填する充填時間と第２遮断弁１３から吐出されるガスの体積流量との関係を学習するラーニング処理を行う。ガス置換処理、流量制御処理、ラーニング処理については後述する。なお、制御プログラム３１は「プログラム」の一例である。

【0037】

また、メモリ２２の不揮発性メモリには、制御プログラム３１に用いられるデータが記憶されている。例えば、メモリ２２は、流量制御処理における最初のパルスショットで使用される最適充填時間が記憶されている。最適充填時間は、例えば、制御プログラム３１をインストールした時に初期値が記憶され、流量制御処理が繰り返されることで随時更新される。また例えば、メモリ２２には、過去のプロセスの流量制御処理で用いた目標流量が記憶されている。また例えば、メモリ２２には、ラーニング処理にて学習した充填時間と体積流量との関係を示す補正グラフが記憶されている。

【0038】

コントローラ１５は、さらに、時間を計測する計時部２３と、外部との通信を制御する通信インタフェース２４（以下「通信ＩＦ２４」と略す）とを備える。コントローラ１５は、通信ＩＦ２４を介して、半導体製造装置の動作を制御する上位コントローラ５００に通信可能に接続されている。コントローラ１５は上位コントローラ５００に有線で接続されてもよいし、無線通信可能に接続されてもよい。

【0039】

このような流量調整装置１では、フィルタ１６と第１遮断弁１１と第２遮断弁１３と圧力センサ１４とコントローラ１５とが互いに接続された状態で図示しないケースに内設されることで、ユニット化することもできる。その場合、流量調整装置１は、取り扱い易く、通信ＩＦ２４を上位コントローラ５００に接続する以外の配線作業を行う必要がない。

【0040】

ただし、コントローラ１５は、例えば上位コントローラ５００などの外部コントローラに組み込まれ、図示しないケースの外部にあってもよい。また、例えば制御プログラム３１を上位コントローラ５００に組み込むことで、上位コントローラ５００にコントローラ１５の機能を持たせ、上位コントローラ５００を「流量調整装置の動作を制御するコントローラ」としてもよい。

【0041】

＜パルスショット制御装置の動作説明：制御処理＞
続いて、流量調整装置１の動作について説明する。図２は、制御処理の手順を示すフローチャートである。流量調整装置１は、電源が投入されたことを契機に、ＣＰＵ２１が制御プログラム３１を起動させ、図２に示す制御処理を実行する。本形態では、流量調整装置１は、上位コントローラ５００からの指示に応じてモードを受け付け、モードに対応する処理を実行する。なお、流量調整装置１が情報を入力するための操作部を有する場合には、操作部を用いてモードを受け付けてもよい。

【0042】

ＣＰＵ２１は、まず、指示を受け付けたか否かを判断する（Ｓ１０）。例えば、制御プログラム３１は、起動後、流量調整装置１の制御が可能になったことを示す制御可通知を上位コントローラ５００に送信する。制御可通知には、流量調整装置１を識別する識別情報が付されている。制御可通知を受信した上位コントローラ５００は、通知可通知に付された識別番号に対応する流量調整装置１に、ガスの流量制御に必要な指示を適宜送信する。ＣＰＵ２１は、上位コントローラ５００から送信された指示を通信ＩＦ２４を用いて受信しない場合、指示を受け付けていないと判断して（Ｓ１０：ＮＯ）、待機する。

【0043】

これに対して、ＣＰＵ２１は、上位コントローラ５００から送信された指示を通信ＩＦ２４を用いて受信した場合、指示を受け付けたと判断する（Ｓ１０：ＹＥＳ）。この場合、ＣＰＵ２１は、受け付けた指示を解析して、モードを判断する（Ｓ２０）。Ｓ２０の処理は「モード設定処理」の一例である。本形態のモードには、ガス置換モードと、流量制御モードと、ラーニングモードと、がある。なお、モードは、これら全てを含む必要がなく、例えば、流量制御モードのみを有していてもよい。また、これらのモードと別のモードがあってもよい。

【0044】

ガス置換モードは、ガス置換処理を実行するモードである。例えば、電源投入された流量調整装置１は、タンク１２に空気が混入している可能性がある。空気が混入したガスは、正常時とガス成分の分子量が異なり、成膜品質を低下させる虞がある。そこで、上位コントローラ５００は、制御可通知を送信した流量調整装置１にガス置換処理の実行を指示するガス置換指示を送信する。

【0045】

ＣＰＵ２１は、通信ＩＦ２４を用いて、上位コントローラ５００から送信されたガス置換指示を受信すると、ガス置換モードが設定されたと判断し（Ｓ２０：ガス置換モード）、ガス置換処理を実行する（Ｓ３０）。ＣＰＵ２１は、ガス置換処理が終了すると、Ｓ１０の処理に戻る。ガス置換処理については後述する。

【0046】

流量制御モードは、流量制御処理を実行するモードである。例えば、上位コントローラ５００は、ＴＭＡをチャンバ２３０に所定時間（例えば数十ｍｓｅｃ）供給するプロセスを実行する場合、流量制御の開始を指示する流量制御開始指示を流量調整装置１に送信する。なお、上位コントローラ５００は、１枚のウエハの１層分の成膜が完了すると、流量制御の終了を指示する流量制御終了指示を流量調整装置１に送信し、当該プロセスを終了する。

【0047】

ＣＰＵ２１は、通信ＩＦ２４を用いて、上位コントローラ５００から送信された流量制御開始指示を受信すると、流量制御モードが設定されたと判断し（Ｓ２０：流量制御モード）、流量制御処理を実行する（Ｓ５０）。ＣＰＵ２１は、流量制御処理が終了すると、Ｓ１０の処理に戻る。流量制御処理については後述する。

【0048】

ラーニングモードは、ラーニング処理を実行するモードである。例えば、ＡＬＤで使用するＴＭＡは、固形材料を気化させたものであるが、固形材料が減ると、蒸発量が減る。つまり、固形材料の残量によって、ガスの使用条件が変わることがある。そのため、上位コントローラ５００は、ガスの使用条件によって、目標流量を変えることがある。このような場合、目標流量の変化に追従してパルスショットの態様を応答性良く変化させることが望ましい。

【0049】

そこで、上位コントローラ５００は、ラーニング処理の実行を指示するラーニング指示を、制御可通知を送信した流量調整装置１に送信する。ＣＰＵ２１は、通信ＩＦ２４を用いて、上位コントローラ５００から送信されラーニング指示を受信すると、ラーニングモードが設定されたと判断し（Ｓ２０：ラーニングモード）、ラーニング処理を実行する（Ｓ４０）。ＣＰＵ２１は、ラーニング処理が終了すると、Ｓ１０の処理に戻る。ラーニング処理については後述する。

【0050】

なお、上位コントローラ５００は、例えば、制御可信号を受信した後にラーニング指示を１回だけ送信してもよいし、ガスの流量を制御するプロセスの前に、毎回、ラーニング指示を送信してもよい。また例えば、上位コントローラ５００は、プロセスを所定回数（例えば２０回）行う毎に、ラーニング指示を送信してもよい。

【0051】

ＣＰＵ２１は、流量調整装置１の電源が切られると、制御プログラム３１を終了させる。制御プログラム３１は、終了する前に、流量調整装置１の制御が不可能であることを示す制御不可通知を上位コントローラ５００に送信する。制御不可通知には、流量調整装置１の識別情報が付されている。制御不可通知を受信した上位コントローラ５００は、制御不可通知に付された識別情報に対応する流量調整装置１へ指示を送信しなくなり、無駄な通信を行わなくなる。

【0052】

なお、流量調整装置１は、上位コントローラ５００からの指示、あるいは、上位コントローラ５００の電源の投入または切断に応じて、電源が投入されたり、切断されたりしてもよい。この場合、ＣＰＵ２１は制御可通知や制御不可通知の送信を省略してもよい。

【0053】

＜ガス置換処理＞
次に、上述したガス置換処理について説明する。図３は、ガス置換処理の手順を説明するフローチャートである。ガス置換処理を実行するＣＰＵ２１は、まず、制御モードを判断する（Ｓ３０１）。上位コントローラ５００は、ガス置換指示に、流量制御時の制御モードを付している。また、ガス置換指示には、流量制御時におけるタンク１２の目標圧力が付されている。

【0054】

図４は、制御モードの一例である。制御モードには、例えば、第１～第３制御モードがある。図４（ａ）に示す第１制御モードは、プロセスの最初（１回目）のパルスショットからガスの流量を目標流量Ｑに到達させるモードである。図４（ｂ）に示す第２制御モードは、Ｎ１回目のパルスショットまでガスの流量を徐々に増加させ、目標流量Ｑに到達させるモードである。図４（ｃ）に示す第２制御モードは、Ｎ２回目のパルスショットまでガスの流量を徐々に減少させ、目標流量Ｑに到達させるモードである。Ｎ１、Ｎ２は、２以上の自然数である。Ｎ１，Ｎ２は、予め固定された固定値でもよいし、任意に設定可能な変動値でもよいし、任意に変更可能な可変値でもよい。

【0055】

図３に戻り、ＣＰＵ２１は、制御モードが第１制御モードであると判断した場合（Ｓ３０１：第１制御モード）、弁を閉じている第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に開動作を同時に行わせる（Ｓ３０３）。上位コントローラ５００は、ガス置換指示を流量調整装置１に送信する場合、真空ポンプ２４０を駆動している。そのため、ガス源２１１側とチャンバ２３０側とで差圧が生じ、配管２００、タンク１２、チャンバ２３０に残存するガスが真空ポンプ２４０へ流れ、排出される。これにより、例えば、配管２００やタンク１２やチャンバ２３０に残留する空気の混入したガスが、ガス源２１１から供給されたガスに置換される。このとき、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３のＣｖ値が大きいので、ガスの置換時間が短くて済む。

【0056】

その後、ＣＰＵ２１は、第２遮断弁１３の開動作を維持したまま、第１遮断弁１１に閉動作を行わせる（Ｓ３０５）。これにより、タンク１２の圧力が徐々に低下する。第１遮断弁１１を閉じたＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いてタンク１２の圧力を測定する（Ｓ３０７）。ＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いて測定する圧力が、ガス置換指示に付された第１制御モードの目標圧力Ｐ１０１に到達したか否かを判断する（Ｓ３０９）。

【0057】

ＣＰＵ２１は、到達しないと判断する場合（Ｓ３０９：ＮＯ）、目標圧力Ｐ１０１に到達するのを待つ。一方、ＣＰＵ２１は、到達したと判断する場合（Ｓ３０９：ＹＥＳ）、第１遮断弁１１の閉動作を維持したまま、第２遮断弁１３に閉動作を行わせる（Ｓ３１１）。その後、ＣＰＵ２１は、処理を終了する。

【0058】

これに対して、ＣＰＵ２１は、制御モードが第２制御モードであると判断した場合（Ｓ３０１：第２制御モード）、Ｓ３１３～Ｓ３２１の処理を実行する。Ｓ３１３～Ｓ３２１の処理は、上述のＳ３０３～Ｓ３１１と同様なので、説明を省略する。なお、目標圧力Ｐ１０２は、ガス置換指示に付された第２制御モードの目標圧力であり、第１制御モードの目標圧力Ｐ１０１と同じ値でも、異なる値でもよい。

【0059】

一方、ＣＰＵ２１は、制御モードが第３制御モードであると判断した場合（Ｓ３０１：第３制御モード）、上述したＳ３０３と同様に、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に開動作を同時に行わせる（Ｓ３２３）。その後、ＣＰＵ２１は、第１遮断弁１１の開動作を維持したまま、第２遮断弁１３に閉動作を行わせる（Ｓ３２５）。これにより、タンク１２の圧力が徐々に上昇する。第２遮断弁１３を閉じたＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いてタンク１２の圧力を測定する（Ｓ３２７）。ＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いて測定する圧力が、ガス置換指示に付された第３制御モードの目標圧力Ｐ１０３に到達したか否かを判断する（Ｓ３２９）。

【0060】

ＣＰＵ２１は、到達しないと判断する場合（Ｓ３２９：ＮＯ）、目標圧力Ｐ１０３に到達するのを待つ。一方、ＣＰＵ２１は、到達したと判断する場合（Ｓ３２９：ＹＥＳ）、第２遮断弁１３の閉動作を維持したまま、第１遮断弁１１に閉動作を行わせる（Ｓ３３１）。その後、ＣＰＵ２１は、処理を終了する。

【0061】

従来、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３との何れか一方を常時閉状態する方法でガス置換を行っていた。しかし、この方法では、、ガスの置換に要する時間であるガス置換時間が長くかかる。これに対して、本形態の流量調整装置１は、ガス置換を行う場合、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３とに開動作を同時に行わせることで、配管２００やタンク１２のガスを置換する。すなわち、本形態の流量調整装置１は、ガス源２１１に接続された第１遮断弁１１と、前記第１遮断弁１１に接続された第２遮断弁１３と、前記第１遮断弁１１と前記第２遮断弁１３の間のタンク１２（ガス充填容積）と、前記タンク１２の圧力を計測する圧力センサ１４と、ＣＰＵ２１（コントローラ）と、を備え、前記ＣＰＵ１２は、前記第１遮断弁１１と前記第２遮断弁１３に開閉動作を行わせるパルスショットを繰り返すとともに、前記圧力センサ１４で計測された前記タンク１２の充填後圧力と排出後圧力に基づいて、前記タンク１２から排出されるガスの体積流量を算出する一方、前記パルスショットを繰り返して行う態様を変化させることにより、前記第２遮断弁１３から排出される前記ガスの前記体積流量を目標流量に調整するパルスショット式流量調整装置において、前記ＣＰＵ２１は、前記第１遮断弁１１と前記第２遮断弁１３とに弁開動作を同時に行わせ、前記タンク１２内のガスを前記ガス源２１１から供給される前記ガスに置換するガス置換処理を実行する。このような流量調整装置１では、ガス置換時に流量制御時のようにガス充填容積の内圧を設定圧力に調整する必要がない。そのため、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３を同時に開動作を行わせ、ガス源２１１から供給されるガスをガス充填容積に流し続けてガス置換を行うことで、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３の何れか一方を常時閉状態する方法でガス置換を行う場合より、ガス置換時間を短縮できる。特に、流量調整装置１の第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、配管に使用する通常の弁よりＣｖ値が大きくされている。そのため、タンク１２のガス置換時間を短くできる。

【0062】

また、流量調整装置１は、ガス源２１１の元圧が変化しても、ガスを置換した後、タンク１２の圧力を、第１～第３制御モードに対応する目標圧力Ｐ１０１～Ｐ１０３に調整する。そのため、第１～第３制御モードでプロセスを行う際にタンク１２の圧力のバラツキが低減し、流量制御の応答性を向上させることが期待できる。

【0063】

なお、Ｓ３０３，Ｓ３１３，Ｓ３２３の処理は「置換処理」の一例である。また、Ｓ３０９～Ｓ３１１、Ｓ３１９～Ｓ３２１、Ｓ３２９～Ｓ３３１の処理は「圧力調整処理」の一例である。第１～第３制御モードの目標圧力Ｐ１０１～Ｐ１０３は、ガス置換指示に付されるものに限らない。例えば、流量調整装置１が操作部を備える場合には、操作部を介して目標圧力Ｐ１０１～Ｐ１０３を受け付けてもよい。

【0064】

＜流量制御処理＞
次に、上述した流量制御処理について説明する。図５は、流量制御処理の手順を説明するフローチャートである。なお、図５は、第１制御モードにおける応答性を改善する手順を示す。

【0065】

ＣＰＵ２１は、上位コントローラ５００から流量制御開始指示を受信し、流量制御処理を開始すると、先ず図５に示すように、目標流量Ｑを受け付ける（Ｓ５０１）。上位コントローラ５００は、流量制御開始指示と共に、チャンバ２３０にガスを供給する際の目標流量Ｑを付している。ＣＰＵ２１は、上位コントローラ５００が送信した流量制御開始指示を通信ＩＦ２４を用いて受信すると、その流量制御開始指示に付された目標流量Ｑをメモリ２２に記憶する。なお、流量調整装置１が操作部を備える場合、ＣＰＵ２１は、操作部を用いて入力された目標流量Ｑをメモリ２２に記憶してもよい。

【0066】

目標流量Ｑを受け付けたＣＰＵ２１は、最初のパルスショットか否かを判断する（Ｓ５０３）。本明細書において、「最初のパルスショット」は、流量制御開始指示を受け付けた後、最初に行うパルスショットと定義する。

【0067】

ＣＰＵ２１は、最初のパルスショットであると判断する場合（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、メモリ２２に記憶されている最適充填時間ｔｘを、充填時間ｔ１に代入する（Ｓ５０５）。充填時間ｔ１は、現在のパルスショットにて、第１遮断弁１１の開動作を維持し、タンク１２にガスを充填する時間である。それから、ＣＰＵ２１は、メモリ２２に記憶されている前回の目標時間Ｑｏｌｄを取得する（Ｓ５０７）。なお、Ｓ５０５、Ｓ５０７の処理は逆順でもよい。

【0068】

その後、ＣＰＵ２１は、Ｓ５０１にて受け付けた目標流量Ｑと、Ｓ５０７にて取得した前回の目標流量Ｑｏｌｄとが、同じか否かを判断する（Ｓ５０９）。ＣＰＵ２１は、同じであると判断する場合（Ｓ５０９：ＹＥＳ）、充填時間ｔ１の間、タンク１２にガスを充填する（Ｓ５１１）。すなわち、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３は、流量制御処理を開始するとき、閉じている。そこで、ＣＰＵ２１は、第１遮断弁１１に開動作を行わせ、タンク１２にガスを充填し始める。ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて、第１遮断弁１１の開動作を維持する時間である第１開動作維持時間を計測する。ＣＰＵ２１は、第１開動作維持時間がＳ５０３にて取得した充填時間ｔ１になるまで、第１遮断弁１１の開動作を維持する。ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて充填時間ｔ１が経過したことを検知すると、第１遮断弁１１に閉動作を行わせ、ガスの充填を終了する。ガスの充填終了と同時に、ＣＰＵ２１は計時部２３をリセットする。

【0069】

ガスの充填を完了したＣＰＵ２１は、第１制定時間ｔ２が経過したか否かを判断する（Ｓ５１３）。ガスを充填した直後のタンク１２の圧力は、断熱圧縮により不安定である。また、第１遮断弁１１の応答遅れも考えられる。そこで、第１遮断弁１１に閉動作を行わせた後、第２遮断弁１３に開動作を行わせるまでの間に、第１制定時間ｔ２を設けている。本形態では、第２遮断弁１３からガスを吐出する吐出時間と、第２遮断弁１３に閉動作を行わせてから、第１遮断弁１１に開動作を行わせるまでの時間と、を一定にしている。また、第１遮断弁１１に開動作を行わせてから、次に第１遮断弁１１に開動作を行わせる周期を一定にしている。よって、充填時間ｔ１が決められることにより、第１制定時間ｔ２が自動的に決められる。ＣＰＵ２１は、第１遮断弁１１に閉動作を行わせた後、計時部２３を用いて、時間を計測し始める。ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて計測する時間が第１制定時間ｔ２に達しない場合、第１制定時間ｔ２が経過していないと判断し（Ｓ５１３：ＮＯ）、待機する。

【0070】

一方、ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて計測する時間が第１制定時間ｔ２に達すると、第１制定時間ｔ２が経過したと判断する（Ｓ５１３：ＹＥＳ）。すると、ＣＰＵ２１は、充填後圧力Ｐ１を取得する（Ｓ５１５）。すなわち、ＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いて第１制定時間ｔ２が経過したときのタンク１２の圧力を計測し、計測した圧力を充填後圧力Ｐ１としてメモリ２２に一時的に記憶する。

【0071】

充填後圧力Ｐ１を取得したＣＰＵ２１は、吐出時間ｔ３の間、ガスを第２遮断弁１３から吐出する（Ｓ５１７）。吐出時間ｔ３は、上述したように予め定められている。ＣＰＵ２１は、第１遮断弁１１に閉動作を行わせた後、充填後圧力Ｐ１を取得すると直ぐに、第２遮断弁１３に開動作を行わせる。ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて、第２遮断弁１３の開動作を維持する時間である第２開動作維持時間を計測する。ＣＰＵ２１は、第２開動作維持時間が吐出時間ｔ３になるまで、第２遮断弁１３の開動作を維持する。ＣＰＵ２１は、吐出時間ｔ３が経過すると、第２遮断弁１３に閉動作を行わせ、ガスの吐出を終了する。ガスの吐出終了と同時に、ＣＰＵ２１は計時部２３をリセットする。

【0072】

ガスの吐出を終了したＣＰＵ２１は、第２制定時間ｔ４が経過したか否かを判断する（Ｓ５１９）。ガスを吐出した直後のタンク１２の圧力は、断熱膨張により不安定である。また、第２遮断弁１３の閉動作に応答遅れがあるとも考えられる。そこで、第２遮断弁に閉動作を行わせた後、第１遮断弁１１に開動作を行わせるまでの間に、第２制定時間ｔ４を設けている。第２制定時間ｔ４は上述したように予め定められている。ＣＰＵ２１は、第２遮断弁１３を閉じた後、計時部２３を用いて、時間を計測し始める。ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて計測する時間が第２制定時間ｔ４に達しない場合、第２制定時間ｔ４が経過していないと判断し、待機する（Ｓ５１９：ＮＯ）。

【0073】

一方、ＣＰＵ２１は、計時部２３を用いて計測する時間が第２制定時間ｔ４に達すると、第２制定時間ｔ４が経過したと判断する（Ｓ５１９：ＹＥＳ）。すると、ＣＰＵ２１は、吐出後圧力Ｐ２を取得する（Ｓ５２１）。すなわち、ＣＰＵ２１は、圧力センサ１４を用いて第２制定時間ｔ４が経過したときのタンク１２の圧力を計測し、計測した圧力を吐出後圧力Ｐ２としてメモリ２２に一時的に記憶する。

【0074】

ＣＰＵ２１は、当該パルスショットにより第２遮断弁１３から吐出される体積流量ＱＡを算出する（Ｓ５２３）。すなわち、流量調整装置１は、下記数式１を用いて、現在の、単位時間あたりの、第２遮断弁１３から吐出されるガスの体積流量ＱＡを求める。

【0075】

【数1】

【0076】

パルスショットの回数は、プロセスの時間とパルスショットの周期とにより決定される。吐出量は、下記数式２により求められる。ΔＰは、差圧である。Ｐは、大気圧（１０１．３ｋＰａ）である。Ｖは、タンク１２の容積（ｃｃ）ある。Ｔは、流体温度（℃）である。Ｔは、チャンバ２３０に供給するガスの温度である。

【0077】

【数2】

【0078】

流体制御装置１において、Ｐ，Ｖは既定値である。また、例えばＴを２０℃とした場合、吐出量を２０℃換算で求めるものとする。差圧ΔＰは、Ｓ５１５にて取得した充填後圧力Ｐ１と。Ｓ５２１にて取得した吐出後圧力Ｐ２との差である。よって、吐出量は、充填後圧力Ｐ１と吐出後圧力Ｐ２との差圧に応じて変動する。

【0079】

ＣＰＵ２１は、Ｓ５１５，Ｓ５２１にてメモリ２２に一時的に記憶した充填後圧力Ｐ１と吐出後圧力Ｐ２を、上述した数式２に代入し、吐出量を求める。ＣＰＵ２１は、数式１のパルスショットの回数に、当該プロセスにおけるパルスショットの回数を代入し、数式２で求めた吐出量に掛け合わせることで、体積流量ＱＡを算出する。

【0080】

その後、ＣＰＵ２１は、Ｓ５２１にて算出した体積流量ＱＡを用いて、ＰＩＤ演算にて次の充填時間ｔ１ｎｅｗを算出する（Ｓ５２５）。

【0081】

ＰＩＤ演算処理について図６を参照して説明する。図６は、コントローラ１５の機能ブロック図である。コントローラ１５は、充填後圧力Ｐ１と吐出後圧力Ｐ２とを用いて体積流量ＱＡを算出する体積流量算出回路５３を備える。体積流量算出回路５３は、算出した体積流量ＱＡを偏差算出部５１に出力する。偏差算出部５１は、Ｓ５０１にて受け付けた目標流量Ｑを入力して、体積流量算出回路５３から入力した体積流量ＱＡと比較し、目標流量Ｑと体積流量ＱＡとの差からなる制御偏差を求める。偏差算出部５１は、求めた制御偏差をＰＩＤ演算回路５２に出力する。ＰＩＤ演算回路５２は、偏差算出部５１から入力した制御偏差を用いて、下記の数式３にて次の充填時間ｔ１ｎｅｗを算出する。Ｋｐは比例乗数である。Ｋｉは積分乗数である。Ｋｄは微分乗数である。ｅ（ｔ）は今回の偏差である。ｅ（ｔ－１）は前回の偏差である。

【0082】

【数3】

【0083】

タンク１２は、第１遮断弁１１の開閉動作により、タンク１２にガスを充填する充填量が調整される。そのため、吐出時間ｔ３と第２制定時間ｔ４を一定とした場合、充填時間ｔ１を変化させることで、第２遮断弁１３から排出するガスの体積流量ＱＡを調整できる。よって、次の充填時間ｔ１ｎｅｗを算出することで、次のパルスショットの態様が現在のパルスショットの態様と変えられ、体積流量ＱＡを目標流量Ｑにより近づけることが可能になる。

【0084】

図５に戻り、Ｓ５２５にて次の充填時間ｔ１ｎｅｗを算出したＣＰＵ２１は、パルスショットで使用した目標流量Ｑを、前回の目標流量Ｑｏｌｄに上書きし、メモリ２２に記憶する（Ｓ５２７）。そして、ＣＰＵ２１は、目標流量Ｑが変更されたか否かを判断する（Ｓ５２９）。ＣＰＵ２１は、目標流量Ｑが変更されていないと判断する場合（Ｓ５２９：ＮＯ）、流量制御終了指示を受け付けたか否かを判断する（Ｓ５３１）。すなわち、ＣＰＵ２１は、上位コントローラ５００が送信した流量制御終了指示を通信ＩＦ２４を用いて受信した場合、流量制御終了指示を受け付けたと判断し、受信しない場合、流量制御終了指示を受け付けないと判断する。なお、流量調整装置１が操作部を備える場合、ＣＰＵ２１は、操作部を介して流量制御終了指示を受け付けてもよい。また、制御プログラム３１は、プロセス時間の登録を受け付け、流量制御開始指示を受け付けた後、プロセス時間が経過したときに、自動的に流量制御終了指示を受け付けたと判断してもよい。

【0085】

ＣＰＵ２１は、流量制御指示を受け付けないと判断する場合（Ｓ５３１：ＮＯ）、Ｓ５０３の処理に戻り、最初のパルスショットか否かを判断する。この時点では、最初のパルスショットではないので（Ｓ５０３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、Ｓ５２５で算出した次の充填時間ｔ１ｎｅｗを充填時間ｔ１に代入する（Ｓ５３７）。これにより、今回のパルスショットでの充填時間ｔ１が、前回のパルスショットの充填時間ｔ１から変更され、パルスショットの態様が変更される。その後、ＣＰＵ２１は、Ｓ５０７に進む。Ｓ５０７以降の処理は上記と同様なので説明を省略する。

【0086】

ＣＰＵ２１は、Ｓ５０３～Ｓ５３１、Ｓ５３７の処理を実行するパルスショットを繰り返すことで、体積流量を目標流量に調整する精度が向上する。

【0087】

ＣＰＵ２１は、流量制御終了指示を受け付けたと判断した場合（Ｓ５３１：ＹＥＳ）、最後のパルスショットで使用した充填時間ｔ１を、メモリ２２の不揮発性メモリに最適充填時間ｔｘとして記憶する（Ｓ５３３）。つまり、前回のプロセスで記憶した最適充填時間ｔｘを、今回のプロセスでの最後のパルスショットで使用した充填時間ｔ１に書き換える。そして、ＣＰＵ２１は、処理を終了する。

【0088】

これにより、ＣＰＵ２１は、次回のプロセスについて流量制御指示を受け付け、流量制御処理を実行する場合に、前回のプロセスにて最後のパルスショットで使用した充填時間ｔ１を用いて、次回のプロセスの最初のパルスショットを行う。そのため、次回のパルスショットでは、最初のパルスショットから第２遮断弁１３から排出されるガスの流量を目標流量Ｑに調整する可能性が高くなる。よって、流量調整装置１は、流量制御開始指示を受信してから、ガスの流量を目標流量Ｑに調整するまでの応答時間を短くできる。

【0089】

なお、図２のＳ５００に示す流量制御処理、図５に示す処理は、「流量制御処理」の一例である。図５のＳ５３３の処理は「最適充填時間記憶処理」の一例である。Ｓ５０５の処理は「充填時間制御処理」の一例である。

【0090】

ところで、上述したように、ＴＭＡのような固形材料を気化させて使用するガスの場合、固形材料の減り具合によって、固形材料の蒸発量が変化することがある。また、ガス源２１１の元圧が変化することがある。つまり、ガスの使用条件がプロセス毎に変わったり、プロセスの途中で変わったりすることがある。この場合、上位コントローラ５００は、チャンバ２３０に供給するガスの分子量を安定させるため、ガスの使用条件の変化に応じて目標流量Ｑを変更する。

【0091】

ＣＰＵ２１は、目標流量Ｑが変更された場合に、変更前に行ったパルスショットで算出した充填時間ｔ１を使用すると、ガスを変更後の目標流量に調整できない虞がある。そこで、ＣＰＵ２１は、目標流量Ｑの変更に応じて、充填時間ｔ１を変更する補正を行う。この場合、ＣＰＵ２１は、後述するラーニング処理にてメモリ２２に記憶した補正グラフを用いて充填時間ｔ１を調整し、補正時間を短くしている。

【0092】

すなわち、ＣＰＵ２１は、例えば、流量制御指示を受け付けた場合に、今回のプロセスにおける目標流量Ｑが前回のプロセスにおける目標流量Ｑｏｌｄと異なるとき（Ｓ５０９：ＮＯ）、充填時間ｔ１を補正する（Ｓ５３９）。

【0093】

また例えば、ＣＰＵ２１は、今回のプロセスの途中で目標流量Ｑが目標流量Ｑｎｅｗに変更された場合（Ｓ５２９：ＹＥＳ）、目標流量Ｑに変更後の目標流量Ｑｎｅｗを代入する（Ｓ５３５）。その後、ＣＰＵ２１は、上述したＳ５０３～Ｓ５０９、Ｓ５３７の処理を行う。ＣＰＵ２１は、Ｓ５０５の処理にて、目標流量Ｑが前回の目標流量Ｑｏｌｄと異なると判断するので（Ｓ５０５：ＮＯ）、充填時間ｔ１を補正する（Ｓ５３９）。

【0094】

充填時間ｔ１の補正について図７を参照して説明する。メモリ２２には、後述するラーニング処理にて生成した補正グラフが記憶されている。ＣＰＵ２１は、充填時間ｔ１を補正する場合、例えば図７（ａ）に示すような補正グラフＧ１をメモリ２２から読み出す。補正グラフＧ１は、体積流量と充填時間との関係を示すグラフである。ＣＰＵ２１は、読み出した補正グラフＧ１にて、目標流量Ｑに対応する体積流量に関連付けられた充填時間を求め、充填時間ｔ１を求めた充填時間に変更する。これにより、目標流量Ｑが前回の目標流量Ｑｏｌｄより少ない場合には、充填時間ｔ１がその偏差に応じて短くされる。一方、目標流量Ｑが前回の目標流量Ｑｏｌｄより多い場合には、充填時間ｔ１がその偏差に応じて長くされる。

【0095】

このように充填時間ｔ１を補正することで、ガスの流量を変更前の目標流量Ｑから変更後の目標流量Ｑｎｅｗに変更するのに要するパルスショットの回数が、図７（ｂ）に示すように補正しない場合より、図７（ｃ）に示すように補正した方が、少なくなる。つまり、ＣＰＵ２１は、目標流量Ｑの変更に応じて、第２遮断弁１３から排出するガスの体積流量を応答性良く変更できる。なお、Ｓ５３９の処理は「補正処理」の一例である。

【0096】

＜ラーニング処理＞
次に、上述したラーニング処理について説明する。図８は、ラーニング処理の手順を説明するフローチャートである。なお、図８に示す処理は「ラーニング処理」の一例である。

【0097】

ＣＰＵ２１は、まず、仮の充填時間ｔｙを充填時間ｔ１に代入する（Ｓ４０１）。仮の充填時間ｔｙは、例えば、メモリ２２に記憶されている最適充填時間ｔｘでもよい。また、仮の充填時間ｔｙは、上位コントローラ５００が送信するラーニング指示に付されたものでもよい。あるいは、仮の充填時間ｔｙは、制御プログラム３１にて規定されていてもよい。

【0098】

ＣＰＵ２１は、Ｓ４０１にて取得した充填時間ｔ１に基づいて、Ｓ４０３～Ｓ４１５の処理を、上述した図５の流量制御処理に示すＳ５１１～Ｓ５２３の処理と同様にして実行する。Ｓ４０３～Ｓ４１５の処理の説明は割愛する。

【0099】

図８に示すＳ４１５の処理にて体積流量ＱＡを算出したＣＰＵ２１は、体積流量ＱＡが安定したか否かを判断する（Ｓ４１７）。すなわち、ＣＰＵ２１は、Ｓ４１５の処理にて算出した体積流量ＱＡと、当該ラーニング処理にて先に算出した体積流量ＱＡとから、体積流量が安定したか否かを判断する。ＣＰＵ２１は、例えば、今回算出した体積流量ＱＡが先に算出した体積流量ＱＡに対して変化した変化率が所定の閾値を超える場合、体積流量ＱＡが安定していないと判断する（Ｓ４１７：ＮＯ）。この場合、ＣＰＵ２１は、Ｓ４０３以降の処理を繰り返す。これにより、当該ラーニング処理にて、充填時間ｔ１に対応する体積流量ＱＡがメモリ２２に蓄積して記憶される。

【0100】

ＣＰＵ２１は、例えば、今回算出した体積流量ＱＡが先に算出した体積流量ＱＡに対して変化した変化率が所定の閾値以下である場合、体積流量ＱＡが安定したと判断する（Ｓ４１７：ＹＥＳ）。この場合、ＣＰＵ２１は、完了信号を出力する（Ｓ４１９）。すなわち、ＣＰＵ２１は、パターンの取得が完了したことを示す完了信号をメモリ２２に出力する。メモリ２２には、当該ラーニング処理にて取得すべきパターンの数（本形態では「３」）が記憶されている。完了信号を入力したメモリ２２は、パターンの数を１つ減らす。これにより、ＣＰＵ２１は、あと何回、上記処理を繰り返せばよいか、判断できるようになる。なお、パターンの数は複数であれば、「３」に限定されない。

【0101】

ＣＰＵ２１は、充填時間ｔ１と体積流量ＱＡとを、メモリ２２に記憶する（Ｓ４２１）。つまり、ＣＰＵ２１は、当該パターンの取得時に使用した充填時間ｔ１と、完了信号を送信する直前に算出した体積流量ＱＡとを関連付け、例えば、図７（ａ）に示すようにパターンＡ１としてメモリ２２に記憶する。

【0102】

図８に戻り、ＣＰＵ２１は、３パターンを所定数記憶したか否かを判断する（Ｓ４２３）。すなわち、ＣＰＵ２１は、メモリ２２に記憶している、当該ラーニング処理にて取得すべきパターンの数が、「０」になったか否かを判断する。

【0103】

ＣＰＵ２１は、当該ラーニング処理にて取得すべきパターンの数が「０」でない場合、３パターンを記憶していないと判断する（Ｓ４２３：ＮＯ）。この場合、ＣＰＵ２１は、充填時間ｔ１の変更を受け付ける（Ｓ４２７）。充填時間ｔ１の変更は、制御プログラム３１に予め定められた変更条件に応じて行ってもよいし、上位コントローラ５００からの指示に応じて行ってもよい。流量調整装置１が操作部を備えるのであれば、利用者が操作部を介して入力した変更指示に応じて充填時間ｔ１を変更してもよい。

【0104】

その後、ＣＰＵ２１は、Ｓ４０３の処理に戻る。ＣＰＵ２１は、変更後の充填時間ｔ１に従い、上述したＳ４０３の以降の処理を行う。これにより、ＣＰＵ２１は、例えば図７（ｂ）に示すように、パターンＡ１と異なるパターンＡ２がメモリ２２に記憶される。

【0105】

図８に戻り、上記処理を繰り返し、当該ラーニング処理にて取得すべきパターンの数が「０」になった場合、ＣＰＵ２１は、３パターンを記憶したと判断する（Ｓ４２３：ＹＥＳ）。この場合、ＣＰＵ２１は、補正グラフを生成してメモリ２２に記憶する（Ｓ４２５）。すなわち、ＣＰＵ２１は、図７（ａ）に示すように、メモリ２２に記憶した３つのパターンＡ１～Ａ３に基づいて、充填時間と体積流量との関係を示す補正グラフＧ１を作成し、メモリ２２に記憶する。その後、ＣＰＵ２１は、ラーニング処理を終了する。

【0106】

これにより、流量調整装置１は、自装置の特性に適した補正グラフＧ１を取得し、図５に示す流量制御処理のＳ５３９にて利用できるようになる。

【0107】

以上説明したように、本形態の流量調整装置１は、プロセスを実行する場合の最初のパルスショットで、前回のプロセスで記憶した最適充填時間ｔｘを用いて第１遮断弁１１に開閉動作を行わせる。これにより、最初のパルスショットでは、第２遮断弁１３から排出するガスの体積流量ＱＡを目標流量Ｑに調整するのに適したガスがタンク１２に充填され、第２遮断弁１３から吐出されるガスの体積流量ＱＡが目標流量Ｑ、あるいは、目標流量Ｑに近い値に調整される可能性が高くなる。よって、本形態の流量調整装置１によれば、プロセスを開始してからガスを目標流量に安定させるまでの応答時間が短くなり、応答性を改善することができる。

【0108】

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。チャンバ２３０では、ＡＬＤ以外の方法でウエハに膜を成膜してもよい。また、流量調整装置１は、半導体製造装置に限らず、他の装置に適用してもよい。

【0109】

例えば、図５のＳ５３３にて記憶する最適充填時間ｔｘは、前回のプロセスでの最後のパルスショットにおける充填時間ｔ１でなくてもよい。例えば、前回のプロセスでパルスショット毎に、充填時間ｔ１と体積流量とタンク１２の圧力とを関連付けて記憶し、次のプロセスの目標圧力に最も近いタンク１２の圧力に関連付けられた充填時間ｔ１を最適充填時間ｔｘとしてもよい。ただし、最後のパルスショットは、次のプロセスでの最初のパルスショットとガスの使用条件が最も近いと考えられる。そこで、上記形態のように、体積流量ＱＡを目標流量Ｑに調整している可能性が高い最後のパルスショットで計測した充填時間ｔ１を、最適充填時間ｔｘとして記憶することで、最適充填時間ｔｘを記憶する際の処理負荷やメモリ負荷を軽減できる。

【0110】

例えば、図８に示すラーニング処理と図５のＳ５３９に示す処理を省略してもよい。但し、上記形態のように、目標流量Ｑが直前のプロセスで使用した目標流量Ｑｏｌｄから変更されたり、流量制御処理の途中で変更された場合に、予め学習しておいた充填時間と体積流量との関係を示す補正グラフＧ１に基づいて、目標流量と変更後の目標流量との差分に応じて最適充填時間を補正することで、ガスの流量を変更後の目標流量に迅速に調整することが可能になる。

【0111】

例えば、図３のＳ３０３，Ｓ３１３，Ｓ３２３の処理に代えて、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に開閉動作を交互に行わせてガスを置換してもよい。ただし、本形態のように、ガス置換を行う場合、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３とを同時に開動作させることで、ガス源２１１から供給されるガスがタンク１２に流通し、タンク１２に残存するガスと置換されやすくなる。これによれば、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３とを交互に開閉してガス置換を行う場合より、ガスを早く置換することができる。

【0112】

例えば、図３のＳ３０５～Ｓ３１１，Ｓ３１５～Ｓ３２１，Ｓ３２５～Ｓ３３１の処理を省略してもよい。例えば、開動作している第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に閉動作を同時に行わせ、圧力調整せずにガス置換を終了させてもよい。ただし、上記形態のように、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に開動作を同時に行わせ、タンク１２のガスを置換した後、第１遮断弁１１と第２遮断弁１３に閉動作を行わせるタイミングによってタンク１２の圧力を、流量制御処理を実行する場合のタンク１２の目標圧力に調整することで、ガスを置換した後のプロセスでは、最初のパルスショットからタンク１２の圧力が目標圧力に制御されているので、タンク１２の圧力のばらつきによる応答時間の遅れを抑制できる。

【0113】

例えば、図２に示すように、モードの設定に応じて処理を実行しなくてもよい。例えば、コントローラ１５は、ガス置換処理と、流量制御処理と、ラーニング処理とを個別に行ってもよい。ただし、上記形態のように、流量制御モードとガス置換モードとラーニングモードの設定に応じて流量制御処理、ガス置換処理、ラーニング処理を実行することで、任意のタイミングで各処理を実行でき、使い勝手が良い。

【0114】

なお、上記形態で説明した各フローチャートの処理は、矛盾のない範囲で処理の順番を変更してもよい。なお、制御プログラム３１を記憶する記憶媒体も、新規で有用な発明である。

【符号の説明】

【0115】

１ パルスショット式流量調整装置
１１ 第１遮断弁
１２ タンク
１３ 第２遮断弁
１４ 圧力センサ
１５ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】