特許 7149444 圧力減衰速度に基づく質量流量点検の方法、システム、及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-28

(45)【発行日】2022-10-06

(54)【発明の名称】圧力減衰速度に基づく質量流量点検の方法、システム、及び装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

【請求項の数】 16

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022111502

(22)【出願日】2022-07-12

(62)【分割の表示】P 2020551281の分割

【原出願日】2019-02-20

【審査請求日】2022-08-12

(31)【優先権主張番号】15/936,428

(32)【優先日】2018-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】イェー， ジーユエン

(72)【発明者】

【氏名】ハウ， ジャスティン

(72)【発明者】

【氏名】ジョゼフソン， マーセル イー．

【審査官】牧 初

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１１－５１５６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７０４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／００８４２０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ ７／００－ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量流量制御点検システムであって、
テストされるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を連結させるための位置を備え、且つガス供給源からガス流を受け入れるためのラインと、
前記ガス流を受け入れるための前記ラインに直列に連結された制御領域と、
前記制御領域に直列に連結された流れ制限器と、
前記ＭＦＣのための位置と前記制御領域の間に連結されたバルブと、
コントローラと
を備え、前記コントローラが、
前記ガス供給源に前記ラインを介してガスを流れさせ、
前記制御領域内の安定した圧力を検出し、
前記安定した圧力の検出に応じて前記バルブを閉じることによって、前記ガス供給源からの前記ガス流を停止し、
前記制御領域の経時的な圧力減衰速度を測定し、
測定された経時的な前記圧力減衰速度における減衰圧力変曲点を検出し、
前記減衰圧力変曲点の後の前記圧力減衰の曲線に適合する方程式を決定し、且つ
後方補外によって前記方程式を用いて、前記バルブが閉じられた時の前記圧力減衰速度の補正値を計算する
ように適合されている、質量流量制御点検システム。

【請求項2】

前記減衰圧力変曲点が、前記ＭＦＣの質量流量が安定した後の前記曲線の点を示す、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項3】

前記コントローラが、
前記バルブが閉じられた時の前記圧力減衰速度の前記補正値を用いて、前記ＭＦＣを通る実際の質量流量を決定し、且つ
前記ＭＦＣの設定値を前記ＭＦＣの前記実際の質量流量と比較することによって、前記ＭＦＣの測定の誤差を決定する
ように構成されている、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項4】

前記流れ制限器が、穿孔オリフィス流れ制限器及び多孔質媒体流れ制限器のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項5】

前記制御領域と前記流れ制限器との間に連結され、前記制御領域の圧力を高めるように前記コントローラによって操作可能な第２のバルブを更に備える、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項6】

前記制御領域に連結可能であり、前記制御領域に加圧ガスを供給することによって前記制御領域の圧力を高めるように前記コントローラによって操作可能な第２の領域を更に備える、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項7】

前記第２の領域を前記ガス供給源に連結させるための第１のバルブと、前記第２の領域を前記制御領域に連結させるための第２のバルブとを更に備える、請求項６に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項8】

前記流れ制限器に直列に連結されたポンプを更に備える、請求項６に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項9】

前記ＭＦＣが、前記圧力減衰速度の前記補正値に基づいて較正される、請求項１に記載の質量流量制御点検システム。

【請求項10】

方法であって、
コントローラによって、ガス供給源にラインを介してガスを流れさせ、ここで前記ラインはテストされるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を連結させるための位置を備え、
前記コントローラによって、前記ラインに連結された制御領域内の安定した圧力を検出し、
前記コントローラによって、前記検出に応じてバルブを閉じることによって、前記ガス供給源からのガス流を停止し、ここで前記バルブは前記ＭＦＣのための前記位置と前記制御領域の間に連結されており、
前記コントローラによって、測定された圧力減衰速度を決定するために前記制御領域の経時的な圧力減衰速度を測定し、
前記コントローラによって、測定された経時的な前記圧力減衰速度における減衰圧力変曲点を検出し、
前記コントローラによって、前記減衰圧力変曲点の後の前記圧力減衰の曲線に適合する方程式を決定し、且つ
前記コントローラによって、後方補外によって前記方程式を用いて、前記バルブが閉じられた時の前記圧力減衰速度の補正値を計算する
ことを含む、方法。

【請求項11】

前記減衰圧力変曲点が、前記ＭＦＣの質量流量が安定した後の前記曲線の点を示す、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記圧力減衰速度の前記補正値に基づいて前記ＭＦＣを較正することを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記バルブが閉じられた時の前記圧力減衰速度の前記補正値を用いて、前記ＭＦＣを通る実際の質量流量を決定し、且つ
前記ＭＦＣの設定値を前記ＭＦＣの前記実際の質量流量と比較することによって、前記ＭＦＣの測定の誤差を決定する
ことを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記制御領域に直列に連結された流れ制限器を用いてガス流を制限することを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記制御領域と前記流れ制限器との間に連結された第２のバルブを制御することによって、前記制御領域の圧力を高めることを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記制御領域に連結可能である第２の領域から加圧ガスを流すことによって、前記コントローラによって前記制御領域の圧力を高めることを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
［００１］本出願は、２０１８年３月２６日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ，ＳＹＳＴＥＭＳ，ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＡＳＳ ＦＬＯＷ ＶＥＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＲＡＴＥ ＯＦ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＥＣＡＹ」（代理人整理番号第４４０１４９１５ＵＳ０１号）と題する米国特許出願第１５／９３６４２８号から優先権を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。

【0002】

［００２］本開示は、電子デバイスの製造に関し、より具体的には、圧力減衰速度に基づいてマスフローコントローラの質量流量速度を点検することに関する。

【背景技術】

【0003】

［００３］電子デバイス製造システムは、１又は複数のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を含み得る。ＭＦＣは、電子デバイスの製造に使用されるプロセス化学物質の質量流量を制御する。プロセス化学物質は、電子デバイスが半導体ウエハ、ガラス板上等に製造され得る１又は複数のプロセスチャンバに送られる様々なプロセスガス（例えば、洗浄、堆積、及びエッチャントガス）を含み得る。プロセスガスの正確な質量流量制御は、電子デバイスの製造プロセスの１又は複数のステップで使用され得る。ＭＦＣによって提供される正確な質量流量制御は、微視的に小さい寸法を有する電子デバイスの高歩留生産に貢献し得る。

【0004】

［００４］プロセス化学物質が正確に送られるようにするために、ＭＦＣの点検と較正が定期的に実施され得る。ただし、ＭＦＣを点検及び較正する従来の方法では、かなりかさばる高価な付加機器が必要になる場合があり、使用に時間がかかって非効率的であり得、低質量流量範囲（例えば、最大３０００ｓｃｃｍのみの（標準立方センチメートル／分）窒素当量）に限定され得、著しいプロセスダウンタイムが発生し得る、及び／又はプロセス化学物質の正確な質量流量制御を保証するのに十分な精度がない可能性がある。

【発明の概要】

【0005】

［００５］幾つかの実施形態では、質量流量制御点検システムが提供される。質量流量点検システムは、ガス供給源からガス流を受け入れるためのラインにおいて、テストされる較正されたガス流標準器又はＭＦＣを連結させる位置と、ガス流を受け入れるためのラインの位置に直列に連結された制御領域と、制御領域に直列に連結された流れ制限器と、流れ制限器に直列に連結されたポンプと、ガス供給源に質量流量制御点検システムを介してガスを流させて制御領域の圧力を安定させ、ガス供給源からのガス流を停止させ、制御領域の経時的な圧力減衰速度を測定するように適合されたコントローラとを含む。

【0006】

［００６］幾つかの他の実施形態では、電子デバイス製造システムが提供される。電子デバイス製造システムは、ガス供給源と、ガス供給源に連結されたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）と、入口及び出口を有する質量流量制御点検システムであって、入口はＭＦＣに連結されており、ガス流を受け入れるために入口に直列に連結された制御領域と、制御領域と出口に直列に連結された流れ制限器と、ガス供給源に質量流量制御点検システムを介してガスを流させて制御領域の圧力を安定させ、ガス供給源からのガス流を停止させ、制御領域の経時的な圧力減衰速度を測定するように適合されたコントローラとを含む質量流量制御点検システムと、マスフローコントローラに連結された流路に連結され、マスフローコントローラを介して１又は複数のプロセス化学物質を受け入れるように構成されたプロセスチャンバとを含む。

【0007】

［００７］更に他の実施形態では、マスフローコントローラを点検する方法が提供される。本方法は、ガス供給源からガスを、較正された流量標準器、制御領域、及び流れ制限器を介して制御領域で測定された一定の圧力で流すことと、ガス供給源からのガス流を停止することと、制御領域の第１のガス圧減衰速度を測定することと、較正された流量標準器をマスフローコントローラに置き換えることと、ガス供給源からガスを、マスフローコントローラ、制御領域、及び流れ制限器を介して制御領域で測定された一定の圧力で流すことと、ガス供給源からのガス流を停止することと、制御領域の第２のガス圧減衰速度を測定することとを含む。

【0008】

［００８］本開示のこれら及び他の実施形態による更に他の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面から容易に明らかになり得る。したがって、本明細書の図面及び説明は、本質的に例示的なものと見なされるべきであり、限定的なものとして見なされるべきではない。

【0009】

［００９］以下に説明する図面は、例示のみを目的としており、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。図面は、いかなる方法でも本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態に係る第１の質量流量制御点検システムを示す図である。

【図2】本開示の実施形態に係る第２の質量流量制御点検システムを示す図である。

【図3】本開示の実施形態に係る第３の質量流量制御点検システムを示す図である。

【図4】本開示の実施形態に係る質量流量点検中に測定された幾つかの圧力のグラフを示す図である。

【図5】本開示の実施形態に係る電子デバイス製造システムを示す図である。

【図6】本開示の実施形態に係る質量流量制御点検の方法のフロー図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［００１６］次に、添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を詳細に参照する。可能な限り、同じ又は同様の部品を参照するために、図面全体で同じ参照番号が使用される。

【0012】

［００１７］微視的に小さい寸法を有する電子デバイスは、最大＋／－１％の質量流量精度を有するプロセスガス化学物質で製造され得る。多くのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）はそのように指定され、新品の場合はそれらの仕様を満たし得るが、ごく一部のＭＦＣはそのように指定される場合があっても、新品又はその他の場合は実際には満たし得ない。更に、最初は正確なＭＦＣでさえ、時間の経過とともに質量流量の精度ドリフトが発生し、指定された精度の範囲外になる可能性がある。したがって、半導体製造機器において使用されるようなＭＦＣの点検と較正を定期的に実施して、プロセスガス化学物質が正確に送られるようにすることができる。

【0013】

［００１８］質量流量点検のための既存の方法及び関連するハードウェアは、通常、既知の領域の圧力上昇速度（ＲＯＲ）の測定に基づいて動作する。ＲＯＲの原理は、質量流量を測定された既知の密閉領域の圧力上昇速度と相関させるために使用される理想気体の法則に基づく。質量流量が高いほど、精度を確保するために密閉領域を大きくする必要がある。ＲＯＲの原理には、密閉領域にガスを充填し、密閉領域のＲＯＲを測定するという長いプロセス（例えば、場合によっては１０時間以上）が伴い得る。密閉領域は、製造システムのプロセスチャンバ又は外部領域であり得る。プロセスチャンバ又は外部領域の正確な体積の不確実性は、結果の精度に悪影響を及ぼし得る。ＲＯＲの原理を使用するプロセスには、圧力、温度、体積、及び時間の測定が伴い得る。従来のＲＯＲベースの方法の重要な課題の１つは、既知の領域には通常、リザーバと、テスト対象のＭＦＣユニット（ＵＵＴ）からリザーバにつながる流路が含まれることである。圧力変化の速度は、ほぼ停留した状態でリザーバ内で測定され、リザーバにつながる流路内の動圧は測定されない。既知の領域の２つの部分のうちの１つにおいて圧力変化の速度の測定が欠けていると、計算を誤り、ＵＵＴからの流れを誤って特徴づけてしまう可能性がある。このような従来の方法とは対照的に、本明細書に開示される実施形態は、流路の体積によって導入される誤差を排除する。本発明の方法及び装置は、既知の領域における圧力減衰速度の測定に基づいて動作し、したがって、測定されていない流路を含まない。

【0014】

［００１９］より具体的には、本開示の１又は複数の実施形態に係る質量流量点検方法、システム、及び装置は、「ｓｃｃｍ」（標準立方センチメートル／分）又は「ｓｌｍ」（標準リットル／分）の単位であり得るガス質量流量を決定するための圧力減衰の原理に基づく。本開示の１又は複数の実施形態に係る圧力減衰の原理に基づく質量流量点検方法、システム、及び装置は、質量流量を計算するために必要な変数の数を減らし、点検装置の設置面積を縮小し、従来のＲＯＲベースの原理に基づく質量流量点検方法、システム、及び装置よりも時間効率が高く、より正確であり得る。ＲＯＲベースの方法とは対照的に、非ＲＯＲ圧力減衰測定はほぼ瞬時に行われ得、圧力減衰速度（ＲＯＰＤ）の原理に基づいて質量流量を計算するには、圧力と温度の２つの測定のみが伴い得る。

【0015】

［００２０］一般気体方程式とも呼ばれる理想気体の法則は、仮想の理想気体の状態方程式である。これは、多くの条件下での多くのガスの挙動の近似値である。理想気体の法則は、多くの場合、次のように表される：

上記式において、Ｐはガスの圧力、Ｖはガスの体積、ｎはガスの物質量（モル単位）、Ｒは理想的な、又は普遍的なガス定数であり、ボルツマン定数とアボガドロ定数との積に等しく、Ｔはガスの絶対温度である。

【0016】

［００２１］図１に、ＭＦＣを点検するための例示的な配置を示す。図１の質量流量点検システム１００は、好適なガス（例えば、窒素、酸素、クリーンドライエア（ＣＤＡ）等）の加圧された流れを設置位置（location）１０４に提供するガス供給源１０２を含む。ガスの流量は、適切な監視領域１１０及び流れ制限器１１６のサイズを指定することにより、無制限に増減可能である。ガスを受け入れるために、設置位置１０４に基準器（例えば、較正された流量標準器）又はＵＵＴのいずれかを位置づけし得る。設置位置１０４における基準器又はＵＵＴのアウトプットは、監視領域１１０に連結されたバルブ１０８（例えば絶縁バルブ）につながるライン１０６に連結され得る。監視領域１１０は、接続された熱電対１１２及び接続されたマノメータ１１４又は他の適切な圧力測定装置を使用して監視される。監視領域１１０のアウトプットは、真空ポンプ１１８に連結された流れ制限器１１６に連結される。幾つかの実施形態では、流れ制限器１１６は、流れ制限器１１６の下流の圧力及び温度が測定される場合、穿孔オリフィス制限器、又は多孔質媒体流れ制限器であり得る。質量流量点検システム１００は、各操作可能構成要素及び各センサ構成要素に連結され得るコントローラ１２０の制御下で操作される（注：例示を明確にするために接続部は図示せず）。

【0017】

［００２２］図１に示す配置を使用し、設置位置１０４において較正された流量標準器を使用することによって、制御領域（Ｖ）（すなわち、監視領域１１０を含むバルブ１０８と流れ制限器１１６との間の表示された領域）が最初に決定される。設置位置１０４の較正された流量標準器には設定値が付与され、監視領域１１０内の圧力及び温度が定常状態に安定するための十分な時間が与えられる。圧力が測定された且つＰ_ｏと表示された時間ｔ_ｏにおいて、バルブ１０８は、コントローラ１２０によって閉じるように命令される。時間ｔ_ｏの後、ガスが流れ制限器１１６を通って流れ続けるにつれ、制御領域内の圧力が減衰し始める。制御領域は、以下に基づいて計算される：

圧力がＰ_ｏである時間ｔ_ｏにおいてｄＰ／ｄｔを評価し、設置位置１０４における較正された流量標準器の設定値を上記式ｔ_ｏにおけるｄｎ／ｄｔとして使用すると、制御領域の値が得られる。制御領域の体積が決定すると、設置位置１０４における較正された流量標準器がＵＵＴ ＭＦＣに置き換えられる。ＵＵＴ ＭＦＣには、点検対象の設定値が付与される。ｄｎ／ｄｔについて上記式を解けば、次の式を使用し、付与された設定値を計算された質量流量と比較することによって、ＵＵＴ ＭＦＣの精度が決定され得る。

【0018】

［００２３］上記の方法は、バルブ１０８が瞬時に閉じることを前提としている。実際には、コントローラ１２０からの通信の待ち時間及びハードウェアアクチュエータの応答のためにバルブ１０８が完全に閉じるのにかかる実際の時間は、わずかではあるが、ｔ_ｏを超えるかなりの量Δｔである。Δｔの間、制御領域内の圧力が待機時間の結果として上記の計算で示すよりも遅い速度で減衰している間、較正されたガス流はまだ制御領域に流れている。バルブ１０８が完全に閉じられると、較正されたガス流はもはや制御領域に流れず、制御領域内の圧力は減衰し続けるが、より速い速度である。本開示の実施形態は、バルブ１０８が完全に閉じるのにかかる時間Δｔを補うための方法及び装置を提供する。具体的には、本開示の実施形態は、Δｔが経過した後でないと質量流量は安定しないが、ｔ_ｏにおいてｄＰ／ｄｔを評価するための方法を提供する。

【0019】

［００２４］ｔ_ｏにおいてｄＰ／ｄｔを評価する第１の例示的な方法では、既知の設定値で設置位置１０４に取り付けられた較正された流量標準器を備えた図１に示す質量流量点検システム１００を使用して、バルブ１０８を開き、制御領域を通る流れを確立させ、マノメータ１１４を介して監視領域１１０の圧力を測定する。バルブ１０８は、作動するまで通常は閉じていることに留意されたい。定常状態を確立するのに十分な時間がたつと、安定した流れがＰ_ｏの基線測定が行われるまで通過することが可能になる。図４のグラフ４００、具体的には時間の経過に伴う圧力の変化ｄＰ／ｄｔプロット４０２を参照すると、Ｐ_ｏは、ｔ_ｏの前の時間の間安定している。ｔ_ｏにおいてバルブ１０８は閉じている。次に、時間ｔ_ｏ＋Δｔは、ｄＰ／ｄｔプロット４０２上に減衰圧力変曲点４０４を位置決めすることによって決定される。次に、時間ｔ_ｏ＋Δｔを超えて測定されたデータ点を使用して、減衰圧力の方程式が決定される。任意の数の曲線適合アルゴリズム又は方法を使用して、曲線の方程式が決定され得る。次に、決定された式に基づいて、Ｐ_ｏ（すなわち、点４０６）におけるｄＰ／ｄｔの補正値が、測定されたデータ点から再び外挿される。次に、上述したように、較正された流量標準器のＰ_ｏにおけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用して、以下に基づいてＶが計算される：

次に、ＭＦＣ ＵＵＴが、テスト設定値に設定された設置位置１０４に取り付けられ、次に、バルブ１０８が開かれて、制御領域を通る流れが再び確立され、マノメータ１１４を介して監視領域１１０の圧力が測定される。定常状態を確立するのに十分な時間がたつと、ＵＵＴにおけるＰ_ｏの測定が行われるまで安定した流れが通過することが可能になる。ｔ_ｏの前の時間の間にＰ_ｏが安定すると、バルブ１０８が閉じられ、ＵＵＴのｔ_ｏの時間が確立される。次に、時間ｔ_ｏ＋Δｔは、減衰圧力変曲点４０４をｄＰ／ｄｔプロット４０２と同等の位置に位置決めすることによって決定される。次に、時間ｔ_ｏ＋Δｔを超えて測定されたデータ点を使用して、減衰圧力の方程式が決定される。任意の数の曲線適合アルゴリズム又は方法を使用して、曲線の方程式が決定され得る。次に、決定された式に基づいて、ＵＵＴのＰ_ｏにおけるｄＰ／ｄｔの補正値（つまり、点４０６）が、測定されたデータ点から外挿される。実際の質量流量の式は次の通りである：

最後に、上記の式を使用して、ＵＵＴのＰ_ｏにおけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用して、実際の質量流量（ｄｎ／ｄｔ）が計算され、テスト設定値と比較してすべての誤差が決定される。幾つかの実施形態では、誤差に基づいて、ＵＵＴ ＭＦＣを較正して誤差を補正し得る。

【0020】

［００２５］ＭＦＣ点検の第２の例示的な代替方法を使用して、点検の精度を更に高めることができる。第２の方法は、図２に示すＭＦＣ点検システム２００を使用する。質量流量点検システム２００は、好適なガス（例えば、窒素、酸素、クリーンドライエア（ＣＤＡ）等）の加圧された流れを設置位置２０４に提供するガス供給源２０２を含む。ガスの流量は、適切な監視領域２１０及び流れ制限器２１６のサイズを指定することにより、無制限に増減可能である。ガスを受け入れるために、設置位置２０４に基準器（例えば、較正された流量標準器）又はＵＵＴのいずれかを位置づけし得る。設置位置２０４における基準器又はＵＵＴのアウトプットは、監視領域２１０に連結されたバルブ２０８（例えば絶縁バルブ）につながるライン２０６に連結され得る。監視領域２１０は、接続された熱電対２１２及び接続されたマノメータ２１４を使用して監視される。監視領域２１０のアウトプットは、流れ制限器２１６に連結されたバルブ２２２に連結される。幾つかの実施形態では、流れ制限器２１６は、流れ制限器２１６の下流の圧力及び温度が測定される場合、穿孔オリフィス制限器リストリクタ、又は多孔質媒体流れ制限器であり得る。流れ制限器２１６のアウトプットは真空ポンプ２１８に連結される。質量流量点検システム２００は、各操作可能構成要素及び各センサ構成要素に連結され得るコントローラ２２０の制御下で操作される（注：例示を明確にするために接続部は図示せず）。

【0021】

［００２６］ＭＦＣ点検システム２００は、コントローラ２２０によって操作される第２のバルブ２２２が監視領域２１０と流れ制限器２１６との間のラインに配置されることを除いて、図１のＭＦＣ点検システム１００と構造的に同一であることに留意されたい。第２のバルブ２２２の使用により、第１の例示的な方法で使用される初期圧力と比較して、制御領域の初期圧力が初期安定化圧力を超えて高められ得る。減衰期間が始まる前に初期圧力を高めることにより、長期間の減衰期間にわたってより多くの圧力測定を行うことができ、これにより、結果としてより正確な曲線に適合するより多くのデータ点をもって、より正確な特性方程式を決定することが可能になる。高められた初期圧力は、図４のグラフ４００のｄＰ／ｄｔプロット４０８の経時的に変化する圧力のＰ_ｏ´として表される。

【0022】

［００２７］ＭＦＣ点検の第２の例示的な代替方法は、以下のものを含む。最初に、バルブ２０８とバルブ２２２の両方が、定常状態の安定した流れを確立して圧力を測定するのに十分な時間開かれる。次に、バルブ２２２が、Ｐ_ｏ´までの制御領域の圧力上昇を引き起こすのに十分な時間閉じられる。Ｐ_ｏ´に達すると、バルブ２０８が閉じられると同時にバルブ２２２が開かれる。次に、時間ｔ_ｏ´＋Δｔ´が、ｄＰ／ｄｔプロット４０８上の減衰圧力変曲点４１０を見つけることによって決定される。次に、時間ｔ_ｏ´＋Δｔ´を超えて測定されたデータ点を使用して、減衰圧力の方程式が決定される。任意の数の異なる曲線適合アルゴリズム又は方法を使用して、曲線の方程式が決定され得る。次に、決定された式に基づいて、Ｐ_ｏ´（つまり、点４１２）におけるｄＰ／ｄｔの補正値が、測定されたデータ点から外挿される。次に、上述したように、較正された流量標準器のＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用し、以下に基づいてＶが計算される：

次に、ＭＦＣ ＵＵＴが基準器の代わりに設置位置２０４に取り付けられ、テスト設定値に設定され、上記の方法を繰り返してＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔが決定される。実際の質量流量の式は次の通りである：

最後に、上記式を使用して、ＵＵＴのＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用して、実際の質量流量（ｄｎ／ｄｔ）が計算され、テスト設定値と比較してすべての誤差が決定される。幾つかの実施形態では、誤差に基づいて、ＵＵＴ ＭＦＣを較正して誤差を補正し得る。

【0023】

［００２８］ＭＦＣ点検の第３の例示的な代替方法を使用して、点検の精度を更に高めることができる。第３の方法は、図３に示すＭＦＣ点検システム３００を使用する。質量流量点検システム３００は、好適なガス（例えば、窒素、酸素、クリーンドライエア（ＣＤＡ）等）の加圧された流れを設置位置３０４に提供するガス供給源３０２を含む。ガスの流量は、適切な監視領域３１０及び流れ制限器３１６のサイズを指定することにより、無制限に増減可能である。ガスを受け入れるために、設置位置３０４に基準器（例えば、較正された流量標準器）又はＵＵＴのいずれかを位置づけし得る。設置位置３０４における基準器又はＵＵＴのアウトプットは、監視領域３１０に連結されたバルブ３０８（例えば絶縁バルブ）につながるライン３０６に連結され得る。監視領域３１０は、接続された熱電対３１２及び接続されたマノメータ３１４又は他の適切な圧力センサを使用して監視される。監視領域３１０のアウトプットは、流れ制限器３１６に連結される。幾つかの実施形態では、流れ制限器３１６は、流れ制限器３１６の下流の圧力及び温度が測定される場合、穿孔オリフィス制限器、又は多孔質媒体流れ制限器であり得る。流れ制限器３１６のアウトプットは真空ポンプ３１８に連結される。質量流量点検システム３００は、各操作可能構成要素及び各センサ構成要素に連結され得るコントローラ３２０の制御下で操作される（注：例示を明確にするために接続部は図示せず）。また、ライン３０６に（バルブ３０８と並列に）接続されているのは、第２の領域３２６に連結された第２のバルブ３２４である。第２の領域３２６は、そのアウトプットが監視領域３１０に連結された第３のバルブ３２８に連結されたアウトプットを含む。

【0024】

［００２９］第２のバルブ３２４、第２の領域３２６、及び第３のバルブ３２８を使用することにより、第１の例示的な方法で使用される初期圧力と比較して、制御領域の初期圧力を初期安定化圧力より上に高めることが可能になる。貯蔵された加圧ガスは第２の領域３２６に含有され、監視領域３１０に注入されて、減衰期間が始まる前に監視領域３１０の初期圧力を高める。第２の例示的な方法と同様に、これにより（例えば、第１の例示的な方法に対して）長期間の減衰期間の間により多くの圧力測定を行うことができ、結果としてより正確な曲線に適合するより多くのデータ点をもって、より正確な特性方程式を決定することが可能になる。第２の例示的な方法と同様に、高められた初期圧力は、図４のグラフ４００のｄＰ／ｄｔプロット４０８の経時的に変化する圧力のＰ_ｏ´として表される。

【0025】

［００３０］ＭＦＣ点検の第３の例示的な代替方法は、以下のものを含む。最初に、第２のバルブ３２４を開いて流れを確立させ、第２の領域３２６を加圧する。第２の領域３２６は、ガス供給源３０２の圧力レベルまで加圧され得る。幾つかの実施形態では、追加の機器（例えば、ポンプ）を使用して、第２の領域３２６をより高いレベルに加圧し得る。次に、第２のバルブ３２４が閉じられて定常状態の安定した流れを確立され、監視領域３１０の圧力を測定するのに十分長く第１のバルブ３０８が開かれる。基線Ｐ_ｏ安定化圧力に達すると、第３のバルブ３２８が開かれると同時に第１のバルブ３０８が閉じられる。第３のバルブ３２８は、Ｐ_ｏ´までの制御領域の圧力上昇を引き起こすのに十分な時間開いたままである。Ｐ_ｏ´に達すると、第３のバルブ３２８が閉じられる。次に、時間ｔ_ｏ´＋Δｔ´が、ｄＰ／ｄｔプロット４０８上の減衰圧力変曲点４１０を見つけることによって決定される。次に、時間ｔ_ｏ´＋Δｔ´を超えて測定されたデータ点を使用して、減衰圧力の方程式が決定される。任意の数の異なる曲線適合アルゴリズム又は方法を使用して、曲線の方程式を決定し得る。次に、決定された式に基づいて、Ｐ_ｏ´（つまり、点４１２）におけるｄＰ／ｄｔの補正値が、測定されたデータ点から再び外挿される。次に、上述したように、較正された流量標準器のＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用し、以下に基づいてＶが計算される：

次に、ＭＦＣ ＵＵＴが基準器の代わりに設置位置２０４に取り付けられ、テスト設定値に設定され、上記の方法を繰り返してＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔが決定される。実際の質量流量の式は次の通りである：

最後に、上記式を使用して、ＵＵＴのＰ_ｏ´におけるｄＰ／ｄｔの補正値を使用して、実際の質量流量（ｄｎ／ｄｔ）が計算され、テスト設定値と比較してすべての誤差が決定される。幾つかの実施形態では、誤差に基づいて、ＵＵＴ ＭＦＣを較正して誤差を補正し得る。

【0026】

［００３１］特に小径のドリルオリフィスを備えた流れ制限器は、厳密な再現性仕様で製造するのが困難である。本実施例の方法及び装置は、方程式から流れ制限器の変動性を除去する。幾つかの実施形態では、本実施例の方法及び装置を使用して、穿孔オリフィスの流出係数を決定し、理論的に計算された質量流量に対する実際の質量流量の比を計算することによって多孔質媒体流れ制限器を特徴付けすることができる。

【0027】

［００３２］減圧（つまり、真空ベース）用途において上記の理想気体方程式を使用すると、減圧ＭＦＣの点検に十分な精度が得られる。大気用途（例えば、真空ポンプなし）に適合した実施形態では、非理想気体方程式（以下のファンデルワールス方程式等）を、質量流量点検のための本発明の方法及び装置に適用することができる。ファンデルワールスの方程式は以下の通りである：

分子間力（パラメータａ）及び有限分子サイズ（パラメータｂ）の気体固有の補正を上記の式に適用することにより、大気用途の理想気体の法則の代わりに使用することができる。より広い範囲の質量流量点検要件では、複数の領域サイズが使用可能である。上記の場合、適切なパーティションを有する単一の最適化された領域が使用され得る。パーティションにより、領域は小さなセグメントに分割され、パーティションを選択的に除去することで、大きな領域の複数の組み合わせが作られ得る。

【0028】

［００３３］図５に、１又は複数の実施形態に係る電子デバイス製造システム５００を示す。電子デバイス製造システム５００は、ＭＦＣ５０２、質量流量点検システム５０４、及びプロセスチャンバ５０６を含み得る。幾つかの実施形態では、ＭＦＣ５０２は、共通のマニホルド又はヘッダを介して共通の出口に連結された複数のＭＦＣを表し得、以下に記載されるＭＦＣ５０２は、点検対象の複数のＭＦＣのうちの１つのＭＦＣ（すなわち、点検中にガスを流す、複数のＭＦＣのうちの唯一のＭＦＣ）を表し得る。

【0029】

［００３４］プロセスチャンバ５０６は、絶縁バルブ５１０を介してマスフローコントローラ５０２に連結された流路５０８に連結され得る。プロセスチャンバ５０６は、ＭＦＣ５０２を介して１又は複数のプロセス化学物質を受け入れ、減圧化学気相堆積プロセス、又は減圧エピタキシプロセス、又はその中で実施される１又は複数の堆積、酸化、窒化、エッチング、研磨、洗浄、及び／又はリソグラフィプロセスを有するように構成され得る。

【0030】

［００３５］質量流量点検システム５０４は、入口５１２及び出口５１４を有し得る。入口５１２は、絶縁バルブ５１０を介してＭＦＣ５０２に連結され得る。質量流量点検システム５０４は、上記の質量流量点検システム１００、２００、又は３００のうちのいずれか１つであり得る。

【0031】

［００３６］電子デバイス製造システム５００が減圧用途の下で動作するこれらの実施形態では、質量流量点検システム５０４は、質量流量点検システム１００、２００、又は３００のうちのいずれか１つであり得る。質量流量点検システム５０４は、出口５１４を介して、絶縁バルブ５１８を介して電子デバイス製造システム５００のシステム真空ポンプ５１６に連結され得る。システム真空ポンプ５１６はまた、絶縁バルブ５１８を介してプロセスチャンバ５０６に結合され得る。

【0032】

［００３７］電子デバイス製造システム５００が大気用途の下で動作するこれらの実施形態では、質量流量点検システム５０４は、質量流量点検システム１００、２００、又は３００であり得、システム真空ポンプ５１６は、電子デバイス製造システム５００から除外され得る。

【0033】

［００３８］電子デバイス製造システム５００及び／又は質量流量点検システム５０４の動作は、例えば、コントローラ１２０、２２０、又は３２０のうちの１つ等のコントローラによって制御され得る。

【0034】

［００３９］図６に、１又は複数の実施形態に係るＭＦＣ流量を点検する方法６００のフロー図を示す。最初に、ガスは較正された流量標準器に供給され、直列に接続された制御領域と流れ制限器を介して流される（６０２）。ガスは、制御領域に定常状態の安定した圧力が達成されるまで流される。オプションとして、制御領域の圧力を高めて（６０４）、減衰圧力が測定され得る、より広い範囲を得ることが可能である。次に、制御領域の流れ制限器の上流で、圧力が測定される（６０６）。ガス供給源からの流れが停止され、制御領域のガス圧力の経時的な減衰が測定され（６０８）、このデータは、較正された流量標準器の設定値とともに、制御領域の実際の体積を計算するために使用される（６０８）。較正された制御標準器はテスト対象のＭＦＣ（ＵＵＴ）に置き換えられ、制御領域に定常状態の安定した圧力が達成されるまでガスが流される（６１０）。オプションとして、制御領域の圧力を高めて（６１２）、減衰圧力が測定され得る、より広い範囲を得ることが可能である。制御領域の圧力が測定され（６１４）、ガス供給源からの流れが停止され、制御領域のガス圧力減衰が、計算された実際の制御領域に基づいて経時的に測定される（６１６）。テスト対象のＭＦＣの設定値は、テスト対象のＭＦＣの設定値を、テスト済みのＭＦＣを取り付けた状態で圧力減衰を測定することにより決定された実際の計算された質量流量と比較することによって点検され、すべての誤差はＭＦＣの誤差である（６１８）。ＭＦＣは、ＭＦＣで決定された誤差を補正するように較正される（６２０）。

【0035】

［００４０］方法６００の上記のプロセスブロックは、図示し、説明した順序及びシーケンスに限定されない順序又はシーケンスで実行又は実施され得る。例えば、幾つかの実施形態では、１つのプロセスブロックは、別のプロセスブロックと同時に、又は別のプロセスブロックの後に実行され得る。幾つかの実施形態では、例えば、リムーバブル記憶ディスク、メモリ又はデバイス等の非一過性のコンピュータ可読媒体は、方法６００のプロセスブロック６０２～６２０を実行する、例えば、コントローラ１２０、２２０、３２０等のプロセッサによって実行され得る、その上に格納されたコンピュータ可読命令を含み得る。

【0036】

［００４１］前述の説明は、本開示の例示的な実施形態のみを開示している。上記で開示されたアセンブリ、装置、システム、及び方法の変更は、本開示の範囲内に含まれ得る。したがって、本開示の例示的な実施形態が開示されているが、特許請求の範囲によって定義されるように、他の実施形態が本開示の範囲内に含まれ得ることを理解されたい。

【要約】

質量流量点検システム及び装置は、圧力減衰の原理に基づいてマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の質量流量を点検する。実施形態は、ガス供給源からガス流を受け入れるためのラインにおいて、テストされる較正されたガス流標準器又はマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を連結させる位置と、ガス流を受け入れるためのラインの位置に直列に連結された制御領域と、制御領域に直列に連結された流れ制限器と、流れ制限器に直列に連結されたポンプと、ガス供給源に質量流量制御点検システムを介してガスを流させて制御領域の圧力を安定させ、ガス供給源からのガス流を停止させ、制御領域の経時的な圧力減衰速度を測定するように適合されたコントローラとを含む。多数の追加の態様が開示されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】