专利名称：流量检定系统和流量检定方法
技术领域：
本发明涉及检査安装在气体管道系统中的流量控制器的流量特性 的流量检定系统和流量检定方法，该气体管道系统例如用在半导体制 造设备中。
背景技术：
例如，半导体制造设备的薄膜沉积和干法蚀刻装置使用诸如硅烷 和磷化氢的所谓的特殊材料气体、诸如氯气的腐蚀性气体和诸如氢气 的高可燃性气体。这些气体的流量由于下列理由而受到非常严格的控 制它们的流量对工艺是否成功、是否涉及用于移除安装在排气系统 中的装置的成本和气体本身是否昂贵等等具有直接影响。由于在工艺 中实际使用的气体量至多是500 sccm左右，所以在管道中安装已知的质量流量控制器以便根据气体类型和工艺诀窍使流量最优化。在质量 流量控制器中，通过调节外加电压来设定流量。在工艺气体(process gas)中，由于它们的性质，沉积材料气体可 以引起固体物质的沉淀，导致流量容量的改变。特别地，与其他组件 相比，质量流量控制器更可能在其内部小管道中引起固体物质的沉淀， 并且如果这种沉淀发生，流量容量将受到严重影响。流量能力的改变 将不可避免地改变外加电压和实际流量之间的关系，并且在那种情况 下，即使当流量的设定保持不变时，实际的流量也将改变，导致工艺稳定性的恶化。如果流量容量已经实际上改变了，则必须改变待施加 电压的预设值，以便使气体流量保持适当。为此，必须检定质量流量 控制器的流量。
基本上使用膜式流量计来检定质量流量控制器的流量。然而，在 该方法中，必须移除管道的某一部分并且在测量工作之后，将其恢复 成原来的样子并检查渗漏。这个过程很麻烦。作为它的一个解决方案，
日本专利No.3367811提出了一种方法，其中在不移除任何管道的情况
下检定流量。
图5示出气体系统IOO的构形，如日本专利No.3367811中所述的 流量检定系统110被应用于气体系统100。
在气体系统100中，气体管路101A和101B会聚到与处理槽 (processing tank) 103相连的气体供应管路102中，基于压力传感器 108测量的压力，流量检定系统IIO检定处于质量流量控制器105A和 105B的控制下的工艺气体A和B的流量。
在气体管路101A和101B中，第一截止阀104A和104B、质量流 量控制器105A和105B、以及第二截止阀106A和106B分别从上游按 顺序设置。终段截止阀107设置在气体供应管路102中并且压力传感 器108和排气管路109位于终段截止阀107的上游，压力传感器108 与流量检定系统110相连以输出压力检测信号。终段的截止阀107的 打开和关闭由流量检定系统110或与流量检定系统110相连的主机装 置111控制。
在装配管道系统或替换质量流量控制器之后，流量检定系统110 立即为每个质量流量控制器105A和105B指定压力变化的初始速率， 如下所述。例如，在为质量流量控制器105A指定压力变化的初始速率时，在
气体管路101B的第二截止阀106B关闭的情况下，流量检定系统110 首先打开气体管路101A的第一截止阀104A和第二截止阀106A以及 气体供应管路102的终段截止阀107。使用与处理槽103相连的真空泵 或类似装置(未示出)来减小质量流量控制器105A下游的压力。
之后，将终段截止阀107关闭以切断排气向处理槽103的流量。 这时，第一和第二截止阔104A和106A打开，从而通过质量流量控制 器105A控制工艺气体A的流量并将气体A引入质量流量控制器105A 和终段截止阀107之间的管路部分。因此，由压力传感器108测量的 压力逐渐增加。流量检定系统110以有规律的时间间隔对由压力传感 器108测量的压力进行采样，并通过最小二乘法计算具有良好线性度 的压力变化范围中的梯度。流量检定系统IIO将该梯度存储为初始值。
如果工艺气体A用于流量检定，则流量检定系统IIO用与上面相 同的程序以有规律的时间间隔对由压力传感器108测量的压力进行釆 样，并通过最小二乘法计算具有良好线性度的压力变化范围中的梯度。 将算出的梯度与初始值进行比较。如果算出的梯度没有表明相对于初 始值的变化，则流量检定系统IIO确定质量流量控制器105A的流量特 性没有改变(正常)。相反，如果算出的梯度表明了相对于初始值的 变化，则它确定质量流量控制器105A的流量特性已经改变并且质量流 量控制器105A出故障了。
然而，在传统的流量检定系统IIO中，刚在质量流量控制器105A 开始工艺气体A的流量控制之后，压力依据流量不稳定地改变。因此， 在质量流量控制器105A开始流量控制之后，传统的流量检定系统110 要等待几秒，并且仅仅在流量稳定之后流量检定系统110才能计算用 于流量检定的具有良好线性度的压力变化范围中的梯度。
在实际的薄膜沉积过程中，第一截止阀104A —打开和工艺气体A一被引入处理槽103中，薄膜沉积循环就开始。如果一个沉积循环需
要5至6秒，则供应到晶片的工艺气体A最初(例如，在质量流量控 制器105A的流量控制开始之后一秒)很大程度地影响沉积膜的质量。 为此，存在对下述系统的强烈需求，其刚在质量流量控制器105A开始 流量控制之后就开始流量检定，但传统的流量检定系统没有满足该需 求。
发明内容
考虑到上面的情况做出本发明，并且本发明的目的是克服上面的 问题以提供一种流量检定系统和一种流量检定方法，来刚在流量控制 器开始流量控制之后就检定流量控制器的流量特性。
为了实现本发明的目的，提供了一种用于检定气体管道系统中的 流量的流量检定系统，包括第一截止阀、安装在第一截止阀下游的流 量控制装置和用于测量流量控制装置下游的压力的压力传感器，该流 量检定系统适合基于由压力传感器测量的压力来检定流量(流量)， 流量检定系统包括用于存储基准值的基准值存储装置，该基准值通过 对在流量控制装置的正常操作期间由压力传感器测量的压力值进行积 分来计算，以及异常检测装置，其用于当工艺气体通过第一截止阀被 供应到流量控制装置、在流量上被流量控制装置控制并且被供应到压 力传感器时，通过对由压力传感器测量的压力值进行积分来计算压力 积分值，并将压力积分值与基准值进行比较来检测工艺气体的异常流
根据本发明的另一方面， 一种检定气体管道系统中的流量的流量 检定方法包括第一截止阀、安装在第一截止阀下游的流量控制装置和 用于测量流量控制装置下游的压力的压力传感器，该流量检定方法被 布置成基于由压力传感器测量的压力来检定流量，该流量检定方法包 括当工艺气体通过第一截止阀被供应到流量控制装置并且在流量上被 流量控制装置控制时，对由压力传感器测量的压力值进行积分来计算压力积分值的积分压力值计算步骤，将在积分压力值计算步骤中计算 的积分压力值与基准值进行比较的比较步骤，所述基准值通过对在流 量控制装置的正常操作期间由压力传感器测量的压力值进行积分来计 算，和基于比较步骤中的比较结果来检测流量中的异常的异常检测步 骤。
图1示出根据本发明实施例的气体供应系统的构形； 图2是图l所示的控制器的电气框图；图3示出刚在图1的质量流量控制器的流量控制开始之后的输出 流量和刚在质量流量控制器的流量控制开始之后由图1的压力传感器 测量的压力随着时间的变化，横轴代表时间，左纵轴代表压力变化(A P)的量，右纵轴代表流量(Q)。图4示出图3中的流量(Q)和通过图3所示的测量压力计算的积 分压力值(Ep)之间的关系，横轴代表时间，左纵轴代表积分压力值 (Ep)，右纵轴代表流量(Q)。图5示出流量检定系统应用于其上的传统气体系统的构形。
具体实施方式
现在将参考附图给出体现本发明的流量检定系统和流量检定方法 的优选实施例的详细说明。<气体供应系统的一般构形〉图1示出根据本发明的实施例的气体供应系统1的构形。在气体供应系统1中，气体管路2A和2B会聚到与处理室4相连 的气体供应管路3中，工艺气体A和B分别供应给该气体管路2A和 2B。刚在质量流量控制器8A和8B开始流量控制之后，应用于气体供 应系统1的流量检定系统16就使用通过对由压力传感器12测量的压 力进行积分所计算的积分压力值，开始检定作为工艺气体A的流量控制装置的质量流量控制器8A的流量和作为工艺气体B的流量控制装置
的质量流量控制器8B的流量。
处理室4是用于在半导体晶片上产生沉积的CVD装置、用于蚀刻 半导体晶片的蚀刻装置或类似装置。用于CVD的工艺气体包括硅垸 (SiH)、磷化氢(PH3)和六氟化钨(WF6),用于蚀刻的工艺气体 包括氯气(Cl2)和溴化氢气体(HBr)。由真空泵5使处理室4降压 并且由压力传感器6检测其内部压力。
在气体管路2A和2B中，第一截止阀7A和7B、质量流量控制器 8A和8B和第二截止阀9A和9B分别从上游按顺序设置。排气管路11A (11B)在质量流量控制器8A (8B)和第二截止阀9A (9B)之间从气 体管路2A分叉并且第三截止阀10A (10B)位于排出管路11A (11B) 中，使得过量的工艺气体A (B)被排出而不通过处理室4。
第一至第三截止阀7A、 7B、 9A、 9B、 IOA、 10B是通过供应操作 气体而打开和关闭的气动阀。质量流量控制器8A和8B根据外加电压 分别控制工艺气体A和B的流量，在第二截止阀9A和9B的下游，气 体管路2A和2B会聚到与处理室4相连的气体供应管路3中，压力传 感器12和终段截止阀13从上游按顺序位于气体供应管路3中。
在该实施例中，流量检定系统16包括第一截止阀7A和7B、质量 流量控制器8A和犯、第二截止阀9A和9B、压力传感器12、终段截 止阀13和控制器14,其中控制器14控制基准值设定操作和流量检定 操作。控制器14以某种方式与主机装置15相连以允许它们之间的通 讯。在流量检定系统16中，用于压力传感器12进行压力检测的检测 槽路T设置在通过连接第二截止阀9A和9B和终段截止阔13所限定 的内部通道中。
主机装置15是微型计算机，其控制整个气体供应系统1并且包括公共领域中的装置，例如CPU、 ROM禾BRAM。第一至第三截止阀7A、 7B、 9A、 9B、 10A和10B和终段截止阀13根据来自主机装置15的指 令打开和关闭。质量流量控制器8A (8B)从主机装置15供应有外加 电压并且当处理在进行中时，依据电压来控制工艺气体A (B)。压力 传感器6将处理室4的压力测量值发送到主机装置15。真空泵5与主 机装置15相连，使得其真空操作受到控制。
<控制器的电气框图>
图2是图1所示的控制器14的电气框图。
控制器14是微型计算机，其控制流量检定并且包括处于公共领域 中的CPU21、 ROM 22、 RAM 23、 HDD 24、 1/0接口25和通信接口 26。
HDD 24具有基准值存储装置27以存储基准值。这里，"基准值" 是当在质量流量控制器8A和8B的流量特性的检定中作出关于异常的 判定时用作标准的值。当控制器14被设定成稍后将描述的"基准值设 定模式"时，"基准值"被存储在基准值存储装置27中。
I/O接口 25与第一截止阀7A和7B、质量流量控制器8A和8B、 第二截止阀9A和9B、第三截止阀IOA和IOB、压力传感器12、终段 截止阔13和真空泵5相连，使得控制器14在流量检定的过程中控制 这些流量控制装置的操作。I/O接口 25还与基准值设定模式设定装置 31、流量检定模式设定装置32、显示装置33和测量时间调节装置35 相连。
基准值设定模式设定装置31设定"基准值设定模式"。
流量检定模式设定装置32设定"流量检定模式"，其中检定了质 量流量控制器8A (8B)的流量特性。显示装置33显示控制器14的操作状态。例如，显示装置33可以是显示信息的液晶板或闪烁以通知基准值设定模式或流量检定模式是开还是关并发出异常流量警告的LED。测量时间调节装置35为每个气体管路2A和2B调节压力测量时 间，在该压力测量时间期间，由压力传感器12测量流量检定所需的压 力值。通信接口 26与主机装置15相连，通信接口 26控制向主机装置 15的数据传输和从主机装置15的数据接收。控制器14接收并监视来 自主机装置15的将通过通信接口 26发送给第一至第三截止阀7A、7B、 9A、 9B、 IOA和10B以及终段截止阀13的指令信号。<积分压力值和流量之间的关系>图3示出刚在质量流量控制器8A (图1)的流量控制开始之后输 出流量和刚在质量流量控制器8A的流量控制开始之后压力传感器12 (图1)测量的压力随着时间的变化。横轴代表时间，左纵轴代表压力 变化(AP)的量，右纵轴代表流量(Q)。图4示出图3中的流量(Q) 和图3中的积分压力值(￡p)之间的关系，横轴代表时间，左纵轴代 表积分压力值(Ep)，右纵轴代表流量(Q)。图3和4都表明在一部分压力测量时间(例如，与薄膜沉积时间 相等的5至6秒)内的流量(Q)、压力变化(厶P)和积分压力值(2 p)，即刚在向质量流量控制器8A供应电压和质量流量控制器8A开始 流量控制之后的一秒内。流量检定系统16使用通过对由压力传感器12测量的压力进行积 分所计算的积分压力值来检定质量流量控制器8A和8B的流量。更具 体地说，在流量检定中，流量检定系统16计算积分压力值，并将算出的积分压力值与存储在基准值存储装置27中的基准值进行比较，如果 差值处于容许的范围内，则判定质量流量控制器的流量特性相对于正 常的流量特性尚未改变(正常)，如果差值不处于容许的范围内，则 判定质量流量控制器的流量特性相对于初始的流量特性已经改变(异 常)。这里，容许的范围意味着容许的相对于基准值的偏差范围。能 依据所需的流量检定精度自由地指定容许的范围。换句话说，对于较 低的流量检定精度，应该允许相对于基准值的较大偏差或应该增大容 许的范围，而对于较高的流量检定精度，应该允许相对于基准值的较 小偏差或应该减小容许的范围。
如图3中的压力变化X1至X5所表明的，依据相应的流量(i)至
(V)，压力不稳定地改变。不稳定的压力变化持续直到达到流量(i) 至(V)为止；因而，当流量不稳定时，即刚在质量流量控制器8A开
始流量控制之后，不可能基于压力梯度进行流量检定。
另一方面，通过对如压力变化X1至X5所表明的以有规律的时间 间隔采样的压力值进行积分并将它们绘制出来来获得与压力变化XI 至X5相应的在图4中示出的积分压力值Yl至Y5,积分压力值Yl至 Y5随着流量容量(积分流量值)的变化而增加并且不随着流量(i)至 (v)不稳定地改变而是几乎稳定地改变。
因而，通过将流量检定中的积分压力值与正常的积分压力值(基 准值)进行比较，就能确定质量流量控制器8A和8B的流量特性相对 于正常的流量特性如何改变了。
<常规操作的描述>
当不选择基准值设定模式或流量检定模式时，流量检定系统16允 许气体供应系统1的常规操作。常规操作在这里是指在处理室4中在 晶片上执行薄膜沉积或蚀刻晶片的处理或类似处理。接下来，将通过把气体供应系统1以给定的流量向处理室4供应 工艺气体A以在晶片上执行薄膜沉积的情况作为例子来描述常规操 作。即使当工艺气体B用于薄膜沉积时，顺序也是相同的。
在气体供应系统1中，关闭气体管路2B中的第一和第二截止阀 7B和9B以防止工艺气体A进入气体管路2B。然后，关闭气体管路2A 中的第三截止阀IOA以关闭排气管路IIA，防止工艺气体A的排出。
然后，在气体供应系统1中，打开气体管路2A中的第一和第二截 止阀7A和9A以及气体供应管路3中的终段截止阀13，并将流量受到 质量流量控制器8A控制的工艺气体A供应到处理室4。由于工艺气体 A从质量流量控制器8A流到处理室4的时间非常短或是几个毫秒，所 以质量流量控制器8A的流量控制的开始时间和向处理室4供应工艺气 体A的时间之间的滞后是可忽略的，因此， 一向质量流量控制器8A供 应电压和质量流量控制器8A的流量控制一开始，薄膜沉积或蚀刻处理 就开始。
<流量检定方法>
在该实施例中，如下地进行流量检定当通过第一截止阀7A(7B) 已供应给质量流量控制器8A(8B)且其流量已受到质量流量控制器8A (8B)控制的工艺气体A (B)被发送到压力传感器12时，对由压力 传感器12测量的压力进行积分来计算积分压力值(计算积分压力值的 步骤)，然后将积分压力值与"基准值"进行比较(比较步骤)，然 后基于比较结果来判定是否有任何流量异常(检查异常的步骤)。
<流量检定操作>
例如在启动半导体制造设备之前，使用者使用流量检定模式设定 装置32来选择"流量检定模式"。通过这么做，控制器14相继地对 安装在气体供应系统1中的质量流量控制器8A和8B进行流量检定。 接下来，将描述检定质量流量控制器8A的流量的过程。检定质量流量控制器8B的流量的过程是相同的。
控制器14首先关闭气体管路2B中的第二截止阀9B，以防止工艺 气体A进入气体管路2B，然后，控制器14打开气体管路2A中的第一 截止阀7A和气体供应管路3中的终段截止阀13并关闭气体管路2A中 的第二截止岡9A，因此，第二截止阀9A和9B下游的流路与处理室4 相连并且通过启动真空泵5来对其抽真空并使其降压。
由压力传感器12检测第二截止阀9A和9B下游上的压力，当控 制器14基于由压力传感器12获得的测量结果确认第二截止阀9A和 9B下游的流路被降压到规定的压力水平时，它关闭终段截止闽13。在 这种情况下，如图1中由虚线表明的检测槽路T被降压到规定的压力 水平。
之后，控制器14将与执行处理时相同的电压供应给质量流量控制 器8A，然后，控制器14打开第二截止阀9A，以将其流量受到质量流 量控制器8A控制的工艺气体A引入到检测槽路T中。在作为参考时 间(0秒)的向质量流量控制器8A的电压供应时间之后，当规定的压 力测量时间(例如，3秒)已经过去时，关闭第二截止阀9A以结束测 量操作。
控制器14以规律的时间间隔获得由压力传感器12测量的压力直 到规定的压力测量时间过去为止。控制器14对从压力传感器12获得 的压力值进行积分来计算积分压力值并将其存储在RAM 23中，控制 器14可以在每次它从压力传感器12获得压力值时计算积分压力值并 将其存储在RAM 23中，或可以对于在压力测量时间过去之后的获得 压力值的每个时间(釆样时间)计算积分压力值并将其存储在RAM23 中。
控制器14从基准值存储装置27读取用于质量流量控制器SA的"基准值"并将其拷贝到RAM23中。然后，控制器14对于每个采样 时间将算出的积分压力值与从基准值存储装置27读取的"基准值"进 行比较并计算差值。可以在每次算出积分压力值时进行算出的积分压 力值与从基准值存储装置27读取的"基准值"的比较或在算出压力测 量时间内的所有积分压力值之后通过列成表格或绘图来进行上述比 较。
如果算出的差值处于容许的范围内，则控制器14判定质量流量控 制器8A的流量特性尚未改变，S卩，质量流量控制器8A正常。在这种 情况下，控制器14向主机装置15发送OK信号。同时，控制器14在 显示装置33上显示质量流量控制器8A正常，以便通知使用者不需要 替换或修理质量流量控制器8A。
当从控制器14收到OK信号时，主机装置15不改变地向质量流 量控制器8A供应外加电压，并执行常规操作。
另一方面，如果差值不处于容许的范围内，则控制器14判定质量 流量控制器8A的流量特性已经改变或质量流量控制器8A出故障了。 在这种情况下，控制器14向主机装置15发送异常检测信号。异常检 测信号包括调节质量流量控制器8A的流量特性所需的信息，例如所算 出的用于流量检定的积分压力值与"基准值"的比较结果和异常的流 量数据。
同时，控制器14在显示装置33上显示质量流量控制器8A出故障 了，以便通知使用者存在异常。
主机装置15分析从控制器14接收的异常检测信号并调节施加到 质量流量控制器8A的电压，以便使质量流量控制器8A的流量特性与 初始流量特性一致。在常规操作中，主机装置15向质量流量控制器8A 供应调节后的电压以执行处理，例如薄膜沉积。在从"流量检定模式"开始直到流量检定结束为止的时段内，控 制器14在显示装置33上显示流量检定在进行中，这防止使用者在流 量检定的过程中选择"基准值设定模式"或启动气体供应系统1的常 规操作。在上述过程中，压力测量时间被设定成3秒。然而，在质量流量 控制器8A和8B之间或取决于气体管路长度、工艺气体(A,B)的比 重和流量，由压力传感器12测量的压力的变化率可能不同。如果情况 是这样，则希望使用测量时间调节装置35来依据气体管道结构和工艺 气体(A，B)的性质来调节用于质量流量控制器8A和8B中的每一个 的压力测量时间。由此，刚在质量流量控制器(8A,8B)开始流量控制 之后直到压力上升梯度变得恒定为止，控制器14就能可靠地监视由压 力传感器12检测的检测槽路T中的压力。例如，由于气体管路2B比气体管路2A长，所以在质量流量控制 器8B的流量捡定中的压力变化率低于质量流量控制器8A的流量检定 中的压力变化率。在这种情况下，用于质量流量控制器8B的流量检定 的压力测量时间应该比质量流量控制器8A的流量检定的压力测量时 间长，以使得压力变化监视时间较长。此外，如果工艺气体A的比重大于工艺气体B的比重，则与工艺 气体B相比，工艺气体A较不容易流动。在这种情况下，关于质量流 量控制器8A的流量检定的压力测量时间应该比关于质量流量控制器 8B的流量检定的压力测量时间长，以使得压力变化监视时间较长。如果工艺气体A的流量低于工艺气体B的流量，则与工艺气体B 的压力变化相比，工艺气体A的压力变化较低。在这种情况下，用于 质量流量控制器8A的流量检定的压力测量时间应该比质量流量控制 器8B的流量检定的压力测量时间长，以使得压力变化监视时间较长。<基准值设定操作>
对于质量流量控制器8A和8B中的每一个，都在流量检定操作开 始之前由控制器14计算用于流量检定的基准值并将其存储在基准值存 储装置27中。下面描述计算并存储用于质量流量控制器8A的"基准 值"的过程。计算并存储用于质量流量控制器8B的"基准值"的过程 与用于质量流量控制器8A的相同。
在气体管道系统装配工作或质量流量控制器8A (8B)的替换的过 程中，当将质量流量控制器8A (8B)安装在气体管路2A (2B)中时， 使用者操作控制器14的基准值设定模式设定装置31，以将控制器14 设定成"基准值设定模式"。
如在上面的流量检定操作中那样，当质量流量控制器8A控制工艺 气体A的流量时，被设定成"基准值设定模式"的控制器14让压力传 感器12测量检测槽路T中的压力，并通过对从压力传感器12获得的 压力值进行积分来计算积分压力值。然后，控制器14将积分压力值存 储在基准值存储装置27中，作为用于质量流量控制器8A的"基准值"。
这里，备选的方法是每次控制器14从压力传感器12获得压力值 时，它就计算积分压力值并将这些积分压力值相继存储在基准值存储 装置27中。
也可能是，在压力测量时间期间，控制器14将从压力传感器12 获得的压力值暂时存储在RAM 23中，并在压力测量时间过去之后， 对于每个采样时间计算积分压力值并将这些积分压力值以列表或绘图 的形式存储在基准值存储装置27中。
在从选择"基准值设定模式"时开始直到基准值设定完成为止的 时段内，控制器14在显示装置33上显示基准值设定操作在进行中。观察显示装置33，使用者能了解控制器14没有准备好流量检定或气体 供应系统1不能进行常规操作。
对于质量流量控制器8A和8B中的每一个，计算"基准值"并将 "基准值"存储在基准值存储装置27中。这是因为取决于气体管路 (2A， 2B)的长度、工艺气体(A，B)的比重和流量，在质量流量控 制器8A和8B之间，由压力传感器12测量的压力不同，并且在质量流 量控制器8A和8B之间，积分压力值(基准值)也不同。
<具体例子>
让我们假定，当管道系统装配好时质量流量控制器8A展示了如图 3中的流量(iv)所示的流量特性(正常操作)。当使用者将正常的质 量流量控制器8A安装在气体管路2A中并选择"基准值设定模式"时， 控制器14进行流量检定。在从控制器14向质量流量控制器8A供应外 加电压并让质量流量控制器8A开始流量控制时直到压力测量时间(在 这种情况下3秒)过去为止的时段内，它以规律的时间间隔从压力传 感器12获得压力值。在这种情况下，压力波形由图3中的压力变化 X4表示。
控制器14对于每个采样时间对如图3中的压力变化X4所示的压 力值进行积分，并将算出的积分压力值存储在基准值存储装置27中作 为基准值。基准值的一个例子是图4中的积分压力值Y4。
之后，当使用者选择控制器14的"流量检定模式"时，控制器 14进行流量检定。在从控制器14向质量流量控制器8A供应外加电压 并让质量流量控制器8A开始流量控制时直到压力测量时间(在这种情 况下3秒)过去为止的时段内，它从压力传感器12获得压力值。在这 种情况下，压力波形的一个例子是图3中的压力变化X5。
控制器14对于每个采样时间对如图3中的压力变化X5所示的压力值进行积分并计算积分压力值，算出的积分压力值以绘图的形式由
图4中的积分压力值Y5表示。控制器14从基准值存储装置27读取图 4中的积分压力值Y4作为基准值，并将算出的用于流量检定的积分压 力值Y5与其进行比较。
图4中的积分压力值Y4和Y5之间的比较表明差值在由图中的A' 所标记的区域中逐渐增加，其中差值增加的区域与流量检定中的流量 (v)相对于正常流量(iv)的超调量相对应。
因而，通过积分压力值Y4和Y5之间的比较，即使从刚在质量流 量控制器8A开始流量控制之后直到流量变得稳定为止的几秒内，也可 能确定流量检定中的流量是否表明相对于正常流量水平的改变。
<效果>
如迄今为止所说明的，根据本实施例中的流量检定系统16和流量 检定方法，在检定质量流量控制器8A的流量特性时，关闭气体管路 2B中的第二截止阀9B和终段截止阀13并打开气体管路2A中的第一 和第二截止阀7A和9A，以供应质量流量控制器8A上游的工艺气体A， 并且将其流量受到质量流量控制器8A控制的工艺气体A供应给压力传 感器12，压力传感器12测量质量流量控制器8A下游的压力。由于由 压力传感器12测量的压力根据流量而改变(参见图3)，所以对从压 力传感器12获得的压力值进行积分以使压力波动平滑化(参见图4)。 积分压力值的变化表明积分流量值的变化，然后，积分流量值的变化 表明流量的变化(参见图4)，这意味着能基于积分压力值来检定流量。
基准值存储装置27存储积分压力值作为基准值，其中通过在用于 流量控制的质量流量控制器8A正常起作用时对由压力传感器12测量 的压力进行积分来计算积分压力值。在检定质量流量控制器8A的流量 时，将通过由压力传感器12测量的压力的积分计算出的积分压力值与 存储在基准值存储装置27中的基准值进行比较，以调査积分压力值如何表明相对于基准的改变，换句话说，调査质量流量控制器8A的流量 相对于正常的流量水平已经怎样地改变了 ，以检查质量流量控制器8A 的流量特性中的任何异常。
因此，根据本实施例中的流量检定系统16和流量检定方法，可以 在流量和压力不稳定的流量控制的初始阶段或刚在质量流量控制器8A 开始流量控制之后检定质量流量控制器8A的流量特性。
在本实施例的流量检定系统16和流量检定方法中，小容量的检测 槽路T设置在第二截止阀9A和9B与终段截止阀13之间并且通过由 压力传感器12测量检测槽路T中的压力来进行流量检定，以使得由压 力传感器12测量的压力在短时间内稳定，并从而縮短流量检定时间。
在本实施例的流量检定系统16中，当将质量流量控制器8A安装 在气体管道系统中时，当使用基准值设定模式设定装置31选择"基准 值设定模式"时，向安装在气体管道系统中的质量流量控制器8A供应 工艺气体A并且通过对由压力传感器12测量的压力进行积分来计算基 准值，并且将基准值存储在基准值存储装置27中。因此，根据本实施 例的流量检定系统16，可以依据安装在气体管道系统中的质量流量控 制器8A (8B)的使用情况来确定基准值，并可以改善流量检定精度。
在本实施例的流量检定系统16中，包括第一截止阀7A和7B和 质量流量控制器8A和8B的两个气体管路2A和2B与压力传感器12 相连。在流量检定中，压力传感器12为气体管路2A和2B中的每一个 测量压力。取决于从气体管路(2A，2B)中的质量流量控制器(8A,8B) 到压力传感器12的距离、流入气体管路(2A，2B)中的工艺气体(A,B) 的比重和流量，由压力传感器12测量的压力在气体管路2A和2B之间 可能不同。即使情况是这样，根据本实施例中的流量检定系统16，也 可以通过使用测量时间调节装置35根据气体管道结构和工艺气体的性 质为每个气体管路调节压力测量时间来适当地地监视气体管路2A和2B的每一个中的压力。在不背离本发明的精神或其本质特性的情况下，本发明可以用其 他的特定形式实施。(1) 在上面的实施例中，质量流量控制器8A和8B用作流量控 制装置。可选地，可以使用能控制流量的任何物件，如质量流量压力 计，而不是质量流量控制器8A和8B。(2) 在上面的实施例中，通过将第二截止阀9A和9B与终段截 止阀13相连而限定的内部通道构成检测槽路T。可选地，可以将检测 槽路T设置在第二截止阀9A和9B与终段截止阀13之间作为与管线 分开的元件，并且将压力传感器12安装在检测槽路中。(3) 在上面的实施例中，终段截止阀13位于压力传感器12下游； 然而，压力传感器12和终段截止阀13可以省略。如果它们被省略， 则处理室4执行与检测槽路T相同的功能。在这种情况下，应该对由 压力传感器6测量的处理室4中的压力进行积分，用于流量检定。(4) 在上面的实施例中，提供了两个气体管路2A和2B;然而， 流量检定系统16可以应用于具有一个气体管路或三个或更多气体管路 的气体供应系统。(5) 在上面的实施例中，当将质量流量控制器(8A,8B)安装在 气体管路(2A,2B)中时，通过跟踪流量检定过程来计算积分压力值并 将算出的积分压力值存储在基准值存储装置27中。可选地，可以预先 将基准值存储在基准值存储装置27中。(6) 在上面的实施例中，在流量检定中，控制器14控制第一至 第三截止阀7A、 7B、 9A、 9B、 IOA、 IOB、质量流量控制器8A和8B 和真空泵5的操作。可选地，主机装置15可以控制它们的操作。(7) 在上面的实施例中，使用者选择"基准值设定模式"和"流 量检定模式"。 一种备选的方法是当传感器检测到质量流量控制器(8A，8B)在气体管路(2A,2B)中或在类似场合上的安装时，自动启 动"基准值设定模式"。同样，可以在启动半导体制造设备时自动启 动"流量检定模式"。(8)在上面的实施例中，在流量检定中，关闭终段截止阀13， 使用压力传感器12来检测检测槽路T中的压力变化并计算积分压力 值。 一种备选的方法是，自流量控制开始之后在不关闭终段截止阔13 的情况下，对已经由压力传感器12测量出的压力值进行积分并且将算 出的积分压力值用于流量检定。在这种情况下，压力测量时间应该是 检测槽路T中的压力变得稳定所需的时间。在这种情况下，同样希望 使用测量时间调节装置35根据气体管路长度、工艺气体的比重和流量 对每个气体管路确定压力测量时间。
尽管已经示出和描述了本发明的目前优选的实施例，但应该理解， 本公开是为了说明性的目的，在不背离如所附的权利要求中阐明的本 发明的范围的情况下，可以做出各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于检定气体管道系统中的流量的流量检定系统，所述气体管道系统包括第一截止阀；安装在所述第一截止阀下游的流量控制装置；和用于测量所述流量控制装置下游的压力的压力传感器，所述流量检定系统适合基于由所述压力传感器测量的压力来检定流量，所述流量检定系统包括用于存储基准值的基准值存储装置，所述基准值通过对在所述流量控制装置的正常操作期间由所述压力传感器测量的压力值进行积分来计算；以及异常检测装置，其用于当工艺气体通过所述第一截止阀被供应到所述流量控制装置、在流量上被所述流量控制装置控制并且被供应到所述压力传感器时，通过对由所述压力传感器测量的压力值进行积分来计算压力积分值，并将所述压力积分值与所述基准值进行比较来检测工艺气体的异常流量。
2. 如权利要求l所述的流量检定系统，还包括 安装在所述流量控制装置和所述压力传感器之间的第二截止阀；以及安装在所述压力传感器下游的终段截止阀；其中刚好在所述流量控制装置开始流量控制之后，通过对由在所 述第二截止阀和所述终段截止阀之间的所述压力传感器测量的压力值 进行积分来计算所述积分压力值。
3. 如权利要求1所述的流量检定系统，还包括基准值设定模式设 定装置，其布置成当所述流量控制装置安装在所述气体管道系统中时， 在所述流量控制装置控制所述工艺气体的流量时使所述压力传感器测 量所述压力，并且使所述基准值存储装置将通过所测量的压力值的积 分而算出的压力积分值存储为基准值。
4. 如权利要求2所述的流量检定系统，还包括基准值设定模式设 定装置，其布置成当所述流量控制装置安装在所述气体管道系统中时， 在所述流量控制装置控制所述工艺气体的流量时使所述压力传感器测 量所述压力，并且使所述基准值存储装置将通过所测量的压力值的积 分而算出的压力积分值存储为基准值。
5. 如权利要求l所述的流量检定系统，还包括-多个气体管路，每个所述气体管路都包括所述第一截止阀和所述流量控制装置并且连接到所述压力传感器；以及测量时间调节装置，用于在每个气体管路中调节压力测量时间， 在所述压力测量时间期间，由所述压力传感器测量检定所述流量所需 的压力测量值。
6. 如权利要求2所述的流量检定系统，还包括多个气体管路，每个所述气体管路都包括所述第一截止阀和所述流量控制装置并且连接到所述压力传感器；以及测量时间调节装置，用于在每个气体管路中调节压力测量时间， 在所述压力测量时间期间，由所述压力传感器测量检定所述流量所需 的压力测量值。
7. 如权利要求3所述的流量检定系统，还包括 多个气体管路，每个所述气体管路都包括所述第一截止阀和所述流量控制装置并且连接到所述压力传感器；以及测量时间调节装置，用于在每个气体管路中调节压力测量时间， 在所述压力测量时间期间，由所述压力传感器测量检定所述流量所需 的压力测量值。
8. 如权利要求4所述的流量检定系统，还包括 多个气体管路，每个所述气体管路都包括所述第一截止阀和所述流量控制装置并且连接到所述压力传感器；以及测量时间调节装置，用于在每个气体管路中调节压力测量时间， 在所述压力测量时间期间，由所述压力传感器测量检定所述流量所需 的压力测量值。
9. 一种检定气体管道系统中的流量的流量检定方法， 所述气体管道系统包括第一截止阀；安装在所述第一截止阀下游的流量控制装置；和用于测量所述流量控制装置下游的压力的压力 传感器，所述流量检定方法布置成基于由所述压力传感器测量的压力 来检定所述流量，所述流量检定方法包括-当所述工艺气体通过所述第一截止阀被供应到所述流量控制装置 并且在流量上被所述流量控制装置控制时，对由所述压力传感器测量 的压力值进行积分来计算压力积分值的积分压力值计算步骤；将在所述积分压力值计算步骤中计算的积分压力值与基准值进行 比较的比较步骤，所述基准值通过对在所述流量控制装置的正常操作 期间由所述压力传感器测量的压力值进行积分来计算；以及基于所述比较步骤中的比较结果来检测所述流量中的异常的异常 检测步骤。
10. 如权利要求9所述的流量检定方法，还包括在所述流量控制 装置开始流量控制之后使所述压力传感器测量第二截止阀和终段截止 阀之间的压力的压力测量步骤，其中所述第二截止阀安装在所述流量 控制装置和所述压力传感器之间，所述终段截止阀安装在所述压力传 感器的下游。
全文摘要
流量检定系统和流量检定方法。该系统，适合刚在流量控制装置开始流量控制之后就通过检定气体管道系统中的流量检定流量特性，包括第一截止阀、安装在第一截止阀下游的流量控制装置和用于测量流量控制装置下游的压力的压力传感器，基于由压力传感器测量的压力进行流量检定。该系统还包括用于存储基准值的基准值存储装置，基准值通过对在正常的流量控制操作期间由压力传感器测量的压力值进行积分来计算，和异常检测装置，用于当工艺气体通过第一截止阀被供应到流量控制装置、在流量上被流量控制装置控制并被供应到压力传感器时，通过对由压力传感器测量的压力值进行积分计算压力积分值并将压力积分值与基准值进行比较来检测工艺气体的异常流量。
文档编号G01F1/34GK101408276SQ20081021492
公开日2009年4月15日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者中田明子, 伊藤一寿, 杉野彰仁 申请人:喜开理株式会社
专业数控铣床产品供应商
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