JP2003504888A - 非感圧ガス制御システム - Google Patents

非感圧ガス制御システム

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Abstract

(57)【要約】 ガスセンサと、ガスセンサの上流および下流の制流部とを備える非感圧ガスプロセス装置。制流部によって、ガスセンサの上流および下流において圧力が低下するため、ガスセンサは、上流および下流それぞれにおける圧力変動から保護される。その結果、ガスセンサおよびガスプロセス装置全体が圧力変動に対して無感応になる。非感圧性を実現できるガスプロセス装置には、マスフローコントローラだけでなく、その他のタイプの装置も含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、ガスプロセス装置（たとえば、マスフローメータ、マスフローコン
トローラ、ガスアナライザなど）、およびより詳細には、ガス圧力の変動に対し
て無感応なガスプロセス装置に方向付けられている。
【０００２】 ２．関連技術 半導体産業および製薬産業などの多くの産業においては、特定のツールまたは
装置に供給するガスの量を正確に制御するために、マスフローコントローラ（Ｍ
ＦＣ）を用いている。例えば、半導体産業においては通常、プロセスデバイスま
たはツールに供給するガスの量を選択するために、多数のＭＦＣを用いている。
各ＭＦＣの入口は通常、特定の供給ガスに結合されている。各ＭＦＣの出口は通
常、共通の出口に結合され、この共通の出口は、複数のＭＦＣの間で共有される
とともに、プロセスデバイスまたはツールに結合されている。このようなシステ
ムにおいては、ガス流れの安定性が常に問題となっている。
【０００３】 例えば、ＭＦＣへガスを供給する際の圧力が変動するために、ＭＦＣ内部のガ
スの質量が変化する可能性がある。ＭＦＣ内の構成要素が質量変化に反応する際
、通常、圧力の増加または低下を過剰に補償するため、流れが不安定になる。こ
れが特に顕著であるのは、短時間での圧力の一時的な変化（過渡現象として知ら
れる）の場合、および低流量で多量のガスの場合である。例えば、１００ミリセ
カンド（ｍｓｅｃ）において５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）と小さい過渡的圧
力（pressure transient）によっても、劇的な影響が流れに出る可能性がある。
【０００４】 ＭＦＣの入口側における過渡的圧力（これは例えば不十分な圧力調整に起因す
る）に加えて、流れ不安定性が、過渡的圧力が原因でＭＦＣの出口側に起こる可
能性もある。特に、複数のＭＦＣが共通出口と相互に結合する場合があるため、
１つのＭＦＣからの流れの変化が共通出口の圧力に影響を及ぼす結果、共通出口
に結合された他のＭＦＣの特性にも影響を及ぼす場合がある。その代わりに、ま
たは前述した問題に加えて、共通出口が接続されているプロセスデバイスまたは
ツールの圧力変化によって、共通出口に接続された１または複数のＭＦＣの特性
に影響が出る場合もある。このような過渡的圧力は通常、ガスパネル（すなわち
、構成要素、供給ライン、プロセス装置またはツールに接続された導管の集合）
内での過渡的段階、およびガスパネルの種々の構成要素間の相互作用が原因であ
る。この相互作用は、たとえば異なるＭＦＣ間、ＭＦＣと圧力レギュレータ間、
ＭＦＣとバルブ間、またはＭＦＣとプロセス装置もしくはツールそれ自体との間
である。このような過渡的段階の間、プロセス装置（たとえばＭＦＣ）は互いに
補償し合って、事実上互いの作用を強め合う可能性がある。その結果、流れおよ
び圧力が振動する（これは一般に「クロストーク」と言われる）。半導体産業に
おいては、ガス流れを正確に制御できないと、処理されている１または複数の最
初のウェハを廃棄することになることが多い。これは、「ファーストウェハ効果
」または「バッドファーストウェハ効果」と言われる。
【０００５】 圧力変動に起因する問題、特に過渡的圧力に起因する問題を回避するために、
圧力レギュレータを、ガスパネルのそれぞれの流体プロセス装置（たとえばＭＦ
Ｃ、圧力トランスデューサなど）に付加することが多い。こうすることで圧力変
動の影響は緩和され得るが、圧力レギュレータを各ＭＦＣに用いることは著しい
コストおよびメンテナンスを招く。
【０００６】 概要 本発明の１つの実施形態によれば、ガス入口とガス出口とを有するガスプロセ
ス装置が提供される。ガスプロセス装置は、第１の制流部（restriction）と、
第２の制流部と、ガスセンサとを備え、それぞれ入口および出口を有している。
第１の制流部の入口はガスプロセス装置のガス入口に流体を通すように結合され
、ガスセンサの入口は、第１の制流部の出口に流体を通すように結合されている
。第２の制流部の入口はガスセンサの出口に流体を通すように結合され、第２の
制流部の出口はガスプロセス装置のガス出口に流体を通すように結合されている
。この実施形態のさらなる態様においては、第２の制流部は、チョークされたガ
スの流れをもたらすように構成され配置されていても良い。
【０００７】 本発明の他の実施形態によれば、ガス入口とガス出口とを有するガスプロセス
装置が提供される。ガスプロセス装置は、ガス入口とガス出口とに流体を通すよ
うに結合されたガスセンサと、ガス入口とガスセンサとの間およびガスセンサと
ガス出口との間にそれぞれ、流体を通すように結合された、圧力低下を起こすた
めの第１および第２の手段とを備える。この実施形態のさらなる態様においては
、ガスセンサは、サーマルマスフローメータを含んでいても良い。
【０００８】 本発明の別の実施形態によれば、入口および出口を備えるガスプロセス装置内
のガスの特性を非感圧で測定する方法が提供される。本方法は、ガス流れを受け
取る行為と、前記ガスの圧力を低下させて第１の減圧ガスを生成する行為と、第
１の減圧ガスをガスセンサへ供給する行為と、第１の減圧ガスの特性をガスセン
サによって測定する行為と、第１の減圧ガスの圧力をさらに低下させて第２の減
圧ガスを生成する行為と、第２の減圧ガスを出口へ供給する行為とを含む。
【０００９】 本発明のさらなる実施形態によれば、制御バルブを有するガスプロセス装置内
のガス流れを停止する方法が提供される。本方法は、ガスプロセス装置上流の入
口バルブを閉じる行為と、制御バルブに対する所定のドライブを維持する行為と
、ガス流量が所定の値を下回ったときにガスプロセス装置下流の出口バルブを閉
じて、ガス流れを制御された仕方で停止する行為とを含む。
【００１０】 本発明の他の実施形態によれば、制御バルブと、ガスセンサと、制御バルブお
よびガスセンサの下流の制流部とを有するガスプロセス装置内のガス流れを開始
する方法が提供される。本方法は、制御バルブの上流の第１の圧力と、制御バル
ブよりも下流で制流部よりも上流の第２の圧力とを、制流部の下流の第３の圧力
と等しくする行為と、ガスプロセス装置上流の入口バルブと、ガスプロセス装置
下流の出口バルブとを開ける行為と、制御バルブを開け、所望する流量に対応す
る位置にして、ガス流れを制御された仕方で開始する行為とを含む。
【００１１】 本発明の好ましいが限定を何ら意味しない実施形態を、添付図面を参照しなが
ら、実施例として説明する。
【００１２】 発明の詳細な説明 本発明の１つの態様によれば、ガス圧力の変動に対して実質的に無感応なガス
プロセス装置が提供される。１つの実施形態においては、ガスプロセス装置には
、入口および出口の両方の圧力変化に対して実質的に無感応なマスフローコント
ローラ（ＭＦＣ）が含まれる。この実施形態によって、例えば、従来のＭＦＣに
おいてこのような圧力変化に対して無感応にするために必要な局所的で冗長な圧
力調節に対する必要性をなくすことができる。追加の圧力調節装置が必要でない
ため、ガスプロセス装置および関連装置（ガスパネルなど）のサイズ、コスト、
複雑さを低減することができる。さらに、ガスプロセス装置および関連装置のサ
イズおよび複雑さを低減できるため、これらの装置の運転に付随する保守コスト
も低減できる。本発明の実施形態は、大気プロセスだけでなく真空プロセスに対
しても使用することができる。
【００１３】 本発明の実施形態は、主にマスフローコントローラについて説明するが、本発
明はそれには限定されないことを理解されたい。この点について、本発明の態様
は、種々のガスセンサとともに使用することができる。ガスセンサの精度は、ガ
スセンサの上流、ガスセンサの下流または両方の圧力の一時的な変化の影響を受
ける。例えば、本発明の実施形態は、マスフローメータ、ガス組成アナライザ、
およびその他の種々のタイプのガスセンサとともに使用することができる。
【００１４】 図１に、本発明の１つの実施形態によるガスプロセス装置を示す。ここでは、
装置はガススティックまたはガスパネル１００の一部に配置されている。ガスプ
ロセス装置５５は、ガスセンサ５０を備えている。ガスセンサ５０は、第１の制
流部４０と第２の制流部６０とに流体を通すように結合されている。これらの制
流部は、ガスプロセス装置５５のガス入口１１０とガス出口１２０との間にある
。ここで用いる場合、用語「制流部」は、どんな構造もしくは装置または構造も
しくは装置の集合であれ、圧力低下を、構造、装置、または構造もしくは装置の
集合の入口から出口にかけて起こすことができるものを指す。図１に示した実施
形態においては、第１の制流部４０の入口は、ガスプロセス装置５５のガス入口
１１０に流体を通すように結合され、第１の制流部の出口はガスセンサ５０の入
口に流体を通すように結合されている。ガスセンサ５０の出口は、第２の制流部
６０の入口に流体を通すように結合され、第２の制流部６０の出口は、ガスプロ
セス装置５５のガス出口１２０に流体を通すように結合されている。
【００１５】 本発明の１つの態様において、出願人は、制流部４０、６０を用いることで、
ガスプロセス装置５５を、上流および／または下流の圧力変動に対して不感圧に
できることを確認した。具体的には、出願人は、制流部４０、６０においてわず
かでも圧力低下があれば、圧力変動に対するガスプロセス装置５５の感度を下げ
るのに十分であることを見出した。例えば、制流部６０を通るガス流れをチョー
クすれば、ガスプロセス装置５５は、ガスプロセス装置５５の下流における圧力
変動に対して実質的に無感応になる。また、制流部４０を通るガス流れも制限ま
たはチョークすれば、ガスプロセス装置５５の、ガスプロセス装置５５の上流に
おける圧力変動に対する感度も下がる。チョークされた流れを起こすのに必要な
圧力低下の正確な値は、ガスによって異なる。しかし、半導体製造工業で使用さ
れる大部分のガスに対して、チョークされた流れが実現するのは通常、制流部４
０、６０の上流の圧力が制流部の下流の圧力の約２倍であるときである。
【００１６】 １つの実施形態においては、制流部４０、６０における圧力低下をチョークさ
れた流れを起こすのに必要な値よりも大きくして、非感圧を確実にしても良い。
しかし本発明は、チョークされた流れを起こす制流部に限定されず、それほど大
きくない圧力低下を代わりに用いても良いことを理解されたい。例えば、出願人
が見出したところによれば、制流部４０、６０における圧力低下が約１．２５以
上（制流部４０、６０の上流対下流の圧力の比で表わす）であれば、ガスプロセ
ス装置５５の上流および下流における圧力変動に対する装置５５の感度が大きく
低下する。好適な圧力低下は、ガスプロセス装置５５を通るガスの特性だけでな
く、制流部４０、６０の空気抵抗によっても異なる。例えば、制流部４０がもた
らすわずかな空気抵抗の作用によって、ガスプロセス装置５５上流における短時
間の過渡的圧力の急な立ち上がりが取り除かれる。１つの実施形態においては、
制流部４０、６０の作用は、流れ対圧力の挙動が非線形な領域で行われる。その
結果、上流の圧力変動に対する制流部４０の緩衝効果が高まるため、ガスプロセ
ス装置５５は下流におけるわずかな圧力変動からも効果的に隔離される。
【００１７】 図１ａに示した実施形態においては、制流部４０には、制御バルブ４１が含ま
れていても良いが、その他のタイプの制流部を用いても良い。これについては後
述する。またガスセンサ５０には、マスフローメータ、圧力トランスデューサ、
ガス成分アナライザ、または当該技術分野において周知のその他のどんなタイプ
のガスセンサが含まれていても良い。１つの実施形態においては、制流部４０に
は制御バルブ４１が含まれ、ガスセンサ５０はマスフローメータであり、制御バ
ルブ４１とマスフローメータと制流部６０とが組み合わさって単一の装置（たと
えばマスフローコントローラ（ＭＦＣ））となっていても良い。このＭＦＣもま
た、ガスパネル１００の一部であり得る。本発明の種々の態様を、図１ａに示し
た実施形態を参照して主に説明しているが、本発明はそれに限らないことを理解
されたい。具体的には、本発明は、図１ｂおよび１ｃに示したような他の構成で
具体化しても良い。例えば、図１ｂに示した実施形態では、制流部６０には制御
バルブ６１が含まれていても良く、図１ｃに示した実施形態では、制流部４０お
よび制流部６０の両方がバルブ４１、６１であっても良く、これらのバルブの何
れかまたは両方が制御バルブであっても良い。さらに、ガスセンサ５０はマスフ
ローメータ以外であっても良く、ガスセンサ５０にはガス成分アナライザ、圧力
トランスデューサ、またはこのようなセンサの組み合わせが含まれていても良い
ことを理解されたい。
【００１８】 図１ａに示した実施形態においては、ガスパネル１００は、入口バルブ２０（
プロセスガスを受け取る）、ガスプロセス装置５５（ＭＦＣとして構成されてい
る）、出口バルブ８０を備えている。プロセスガスは、単一のプロセスガスであ
っても良いし、複数のプロセスガスの混合物であっても良い。ガス出口バルブ８
０は、例えば、プロセス装置もしくはツールまたはその他の何らかの共通出口に
結合されていても良い。図１ａの実施形態においては、ガスプロセス装置５５は
入口バルブ２０および出口バルブ８０に直接結合されている。しかし、その他の
フローモニタリングまたは制御装置を、その間に設けても良いことを理解された
い。ガスパネル１００は、図１ａに示すように、パージバルブ１０を備えていて
も良い。例えば、パージバルブ１０を作動させて、ガスプロセス装置５５をパー
ジガスでフラッシュすることができる。通常、このようなパージングプロセスの
間は、入口バルブ２０を閉じ、制御バルブ４０および出口バルブ８０を開けて、
流路をパージする。通常動作の間は、パージバルブ１０は典型的に閉位置にセッ
トされる。
【００１９】 １つの実施形態においては、プロセスガスを、ガスプロセス装置５５に入口バ
ルブ２０を通して工場分配の圧力で直接供給しても良く、圧力レギュレータをそ
の間に設ける必要はない。例えば、ガスを種々の圧力で供給しても良く、典型的
な圧力は、約５ｐｓｉから１００ｐｓｉ、または約２５ｐｓｉから４０ｐｓｉで
ある。入口バルブ２０は、使用ガスに適合すればどんなフロー制御装置であって
も良い。例えば、入口バルブ２０は、メンテナンスを安全にするためにマニュア
ルロックアウトオーバーライドが設けられた、従来のプロセスガスニューマチッ
クシャットオフバルブであっても良い。同様に、ガス出口バルブ８０およびパー
ジバルブ１０は、使用ガスに適合すればどんなガスフロー制御装置であっても良
い。これはたとえば、従来のプロセスガス出口アイソレーションニューマチック
シャットオフバルブである。バルブ１０、２０、８０は、腐食性で、爆発性で、
または従来の方法では有害となる可能性があるガスを取り扱うように作製しても
良いことを理解されたい。
【００２０】 制御バルブ４１は、ガス流れを所望の精度で制御できれば、どんなバルブであ
っても良い。例えば、制御バルブ４１はプロポーショナルメータリングバルブで
あっても良い。その代わりに、制御バルブ４１を所望の程度まで開けて、一定の
流量を流しても良い。制御バルブ４１をフローメータ（たとえばガスセンサ５０
）の前に配置して動作させることによって、フローメータが下流の圧力変動に対
して実質的に無感応となるようにしても良い。すなわち、制御バルブ４１を通る
ガス流れを調節して、制御バルブ４１の入口側の圧力が制御バルブ４１の出口側
の圧力よりも十分に大きくなるようにする。その結果、制御バルブ４１を通るガ
ス流れは、下流における圧力変動に対して実質的に無感応になる。例えば、制御
バルブ４１の上流の圧力は、制御バルブ４１の下流の圧力よりも約２倍大きい。
また制御バルブ４１を、制御バルブ４１の下流の圧力が上流の圧力変動に対して
無感応となるように動作させても良い。例えば、制御バルブ４１における圧力低
下は、上流の圧力変動を減衰させるのに十分であるか、またはガスプロセス装置
５５を上流の圧力変動に対して実質的に無感応にするのに十分であるようにして
も良い。バルブを、このバルブの下流の圧力変動に対して実質的に無感応となる
ように動作させるとき、このバルブはチョークされた状態にあると言う。
【００２１】 図１ａに示したガスプロセス装置５５の構成は、従来のＭＦＣとは対照的であ
る。従来のＭＦＣでは、制御バルブ（たとえば制御バルブ４１）は通常、ＭＦＣ
の出口側のフローメータ（たとえばガスセンサ５０）よりも後（すなわち下流）
に配置されている。このような従来の配置では、制御バルブによって、上流の圧
力変動に対するフローメータの感度を下げることはできない。
【００２２】 制御バルブ４１を完全に閉じる必要はないことを理解されたい。この点に関し
て、本発明は、完全に閉じるバルブだけでなく完全には閉じないバルブとともに
使用することができる。例えば、制御バルブ４１が閉位置でリークしても、容積
３０（バルブ１０、２０、および４１の間で相互連絡する経路の内部容積を表す
）と容積７０（バルブ４１と８０との間で相互連絡する経路の内部容積を表わし
、フローメータおよび制流部６０の内部容積も含む）との異なる圧力は、短時間
の間に等しくなる。これについては、後述する。制御バルブ４１を、ガスプロセ
ス装置５５の他のバルブ１０、２０、８０と同様に、特定のタイプの使用ガス（
たとえば腐食性で、爆発性で、有毒であるなど）に対して特に適合させても良い
。
【００２３】 図１ａに示した実施形態においては、ガスセンサ５０にはマスフローメータが
含まれる。フローメータは、ガスのマスフローレートを所望の精度まで測定する
のであれば、どんなマスフロー測定装置であっても良い。例えば、フローメータ
は、サーマルマスフローメータ（従来のバイパス型サーマルマスフローメータな
ど）であっても良い。ガスセンサ５０がサーマルバイパスマスフローメータであ
る場合には、サーマルバイパス型フローメータの種々のタイプのプロセスガスに
対する較正における業界での多くの経験を、本発明の実施形態とともに使用する
ことができる。サーマルマスフローメータは、マスフローレートを、ガスの熱容
量に基づいて測定するため、変動要因としてのガス圧力および温度を排除してい
る。しかし、ガス圧力がマスフローレート測定とは関係がなくても、圧力が変化
すると、過渡的段階においてマスフローレートが変化する。ガスセンサ５０には
サーマルマスフローメータが含まれ得るが、本発明はこれには限定されないこと
を理解されたい。従って、ガスセンサ５０を上流および下流の圧力変動から保護
する能力を、その他のタイプのマスフローメータとともに用いても良い。例えば
、圧力ベースのフローメータ、ベンチュリーフローメータ、「コリオリ（Corrio
lus）」効果フローメータ、ボリュームフローメータ（ドップラーおよびポジテ
ィブディスプレースメントピストンフローメータなど）である。
【００２４】 上述したように、制流部４０、６０は、ガス流れを制限し、そうでなければ限
定して、制流部の入口側の圧力が制流部の出口側の圧力よりも大きいのであれば
、どんな装置または構造であっても良い。例えば、制流部４０、６０は、フィル
タ、フリット、バルブ、バッフル、制限オリフィス、またはその他のどんな装置
であっても良い。これらの装置においては、制流部４０、６０から出る流量は、
制流部４０、６０の出口の圧力に実質的に関係しない。例えば、本発明の１つの
態様において、このことを幅広い様々なガスに対して実現するためには、制流部
４０、６０での圧力低下が、上流のガス圧力の半分をほぼ上回ることを保障すれ
ば良い。制流部４０、６０には、フィルタ（圧力低下をもたらす以外に、プロセ
スガス流れからの粒子状汚染物質をろ過できる）が含まれていても良い。また制
流部４０、６０には、フリット（焼結された金属板など）が含まれていても良い
。また制流部４０、６０には、オリフィスが含まれていても良い。オリフィスは
、たとえばソニックオリフィス（オリフィスを通過する流れが遷音速）である。
その代わりに、制流部４０、６０には１または複数のバッフルが含まれていても
良い。本発明は、特定のタイプの制流部に限定されず、その他のタイプのガス流
れ限定装置（所望する圧力低下を生じるように構成されたバルブなど）を代わり
に用いても良いことを理解されたい。
【００２５】 制流部４０、６０を選択して圧力低下を起こすことによって、フローメータに
おいて十分な出口圧力が測定され、使用可能な最小の流れおよび公称の出口圧力
において較正の移動が起きることが回避されなければならない。従って、制流部
４０、６０の圧力低下はフルスケールの流れにおいて非常に大きなものとなるが
、それにも拘わらずこの圧力低下は許容できるものであり得る。例えば、圧力低
下が流れとともに線形に変化すると仮定した場合、５Ｔｏｒｒの圧力低下が装置
のフルスケール流れの１％で生じれば、５００Ｔｏｒｒの低下が装置のフルスケ
ール流れの１００％で生じる。容積７０を満たすガスが原因で、フローメータの
過渡的な応答において変化が生じるが、当業者であれば、この影響は定常状態で
は消え、ガスプロセス装置５５のパラメータを最適化することによってこの影響
を調整できることを理解するであろう。
【００２６】 入口圧力が急速に変化する間、コントローラバルブ４１を通る流量は、絶対圧
力の変化に比例して変化する。例えば、２ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力
低下が急速に起こり、圧力が５０ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）のライ
ンで復帰した場合、２／６５または約３％の流れの変化が過渡状態のピークにお
いて生じる。ガスプロセス装置５５がＭＦＣとして構成されている場合、このよ
うな圧力変化によって、同じ大きさの過渡的な流れ変化が生じ得るが、ＭＦＣ制
御回路によって、ＭＦＣのターンオン修正時間の一部において補正され得る。圧
力変化に応答したこれらの流れ変化は、従来の下流の制御バルブのＭＦＣの場合
よりも、数桁小さい。
【００２７】 本発明の１つの態様によれば、入口および出口を有するガスプロセス装置内の
ガス流れを非感圧で制御する方法が提供される。ガスの特性を非感圧で測定する
方法には、ガス流れを入口で受け取ることと、このガスの圧力を低下させて第１
の減圧ガスを生成することと、第１の減圧ガスをガスセンサへ供給することとが
含まれる。本方法にはさらに、ガスの特性をガスセンサによって測定することと
、ガスの圧力をさらに低下させて第２の減圧ガスを生成することと、第２の減圧
ガスをガスプロセス装置の出口へ供給することとが含まれる。圧力を低下させる
行為には、ガス圧力を低下させてガス流れをチョークさせることが含まれていて
も良い。
【００２８】 本発明の他の態様によれば、ガスプロセス装置においてガス流れを制御された
仕方で停止させる方法が提供される。本方法には、ガスプロセス装置上流の入口
バルブを閉じる行為と、制御バルブに対する所定のドライブを維持する行為と、
ガス流量が所定の値を下回ったときにガスプロセス装置下流の出口バルブを閉じ
る行為とが含まれる。この方法の実施は、例えば、フロー制御回路（例えば、入
口バルブ（たとえば入口バルブ２０）、制御バルブ（たとえば制御バルブ４１）
、フローメータ（たとえばガスセンサ５０）、出口バルブ（たとえば出口バルブ
８０）に作用的に結合した、マイクロプロセッサに基づくコントローラ）を用い
て行うことができる。例えば、マスフローコントローラ回路の構成は、入口バル
ブ２０に供給されるバルブ駆動電圧が最大電圧に到達して流れがある閾値を下回
ったことがこの回路によって検出されたときに、出口バルブ８０を閉じるような
ものであっても良い。閾値およびタイミングは、容積３０および７０の圧力が実
質的にプロセス出口圧力と等しくなったらすぐにバルブ８０を閉じるように選択
しても良い。バルブ８０を閉じた後に、設定点をゼロにして、システム（たとえ
ば、フロー制御回路、バルブ２０および８０、ガスプロセス装置５５）が流れを
何時でも再開始できるようにする。流れの実際の停止は、命令によって容積３０
および７０内の残量が放出される時間だけ、命令に遅れる可能性がある。これら
の容積を流量と比べて小さくすることで、十分な放出に必要なのはほんの一瞬だ
けとすることができる。この効果は、流量が低いほど顕著になるが、内部容積３
０および７０を小さくして、この効果を最小限にしても良い。しかし、流量が非
常に低い場合、たとえば５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の場合には
、遅れは依然として著しい。これは特に入口圧力が高いときにそうである。ガス
流れを制御された仕方で停止するこの方法とともに使用できるフロー制御回路は
、当該技術分野において周知である。そのため、フロー制御トロール回路のこれ
以上の詳細はここでは省略する。
【００２９】 本発明の他の態様によれば、ガス流れを制御された方法で開始するための方法
が提供される。ガスプロセス装置においてガス流れを制御された仕方で開始する
ための方法には、制御バルブの上流の第１の圧力と、制御バルブの下流の第２の
圧力とを、制流部の下流の第３の圧力と等しくする行為、ガスプロセス装置上流
の入口バルブと、ガスプロセス装置下流の出口バルブとを開ける行為、制御バル
ブを開けて所望の流量に対応する位置にする行為が含まれる。この方法を実施可
能なガスプロセス装置の１つの実施形態を、図１ａに示す。図１ａに示したガス
プロセス装置５５に対してこの方法を実施すると、容積３０および７０の圧力が
プロセス出口圧力に実質的に等しいため、出口バルブ８０を開けたときに、容積
７０内に残存し得るガスの放出に起因する出口圧力のサージは全く起こらない。
制御バルブ４１の両側の圧力をバルブを締めた状態で等しくすることで、制御バ
ルブ４１の漏れは重要なことではなくなる。このような圧力の均一化がないと、
容積３０は、バルブ２０、４１、８０が閉じたときに供給圧力になる。容積７０
の圧力は、最初はプロセス出口圧力に近いが、容積３０の圧力が制御バルブ４１
を通ってリークするにつれて上昇する。出口バルブ８０をこのような状況の下で
開けたときの圧力「破裂（pop）」の大きさは、制御バルブ４１の漏れ、および
流れが最後に起きてからの時間によって変わり得る。この突然の圧力変化のため
に、従来の設備を備えたプロセスツールにおいて「バッドファーストウェハ」効
果が起こり得る。
【００３０】 実施例 実施例１ 本発明の実施形態によって、上流圧力が変化する間のガスプロセス装置の流れ
安定性がどのように改善されるかを示すために、従来のＭＦＣと本発明の実施形
態によるＭＦＣとに対する上流圧力の影響を比較する実験を行った。
【００３１】 これらの実験で用いる従来のＭＦＣは、入口バルブ（例えば図１ａの入口バル
ブ２０）と、このバルブが結合されるバイパス型サーマルマスフローメータ（例
えば図１ａのガスセンサ５０）とを備え、サーマルマスフローメータは入口バル
ブの下流に配置されている。サーマルマスフローメータも、プロポーショナルメ
ータリングバルブ（例えば図１ｂの制御バルブ６１）に結合されており、メータ
リングバルブはサーマルマスフローメータの下流に配置されている。
【００３２】 本発明の実施形態によるＭＦＣにおいては、ガスパネルとして、図１ａに示し
たガスパネル１００と同様のものを使用した。このガスパネルでは、入口バルブ
１０および２０が、プロポーショナルメータリングバルブ４１の入口に結合され
ていた。プロポーショナルメータリングバルブ４１の出口は、サーマルマスフロ
ーメータ（例えばガスセンサ５０）の入口に結合されていた。サーマルマスフロ
ーメータの出口は、制流部６０に結合されていた。入口バルブ１０は、常時閉の
ソレノイドバルブであった。入口バルブ２０は、標準的なバルブであった。制流
部６０は、装置のフルスケール流れの１０％を真空へ通すときに２０Ｔｏｒｒの
圧力低下を維持するように選ばれており、遷音速（オリフィス。０．００６イン
チの２つの孔が０．００２インチ厚みの金属箔に設けられている）として設けら
れた。これらのテストにおいて、バルブ４１の圧力低下は約４０から４５ｐｓｉ
であった。
【００３３】 定常状態の流れである１００ｓｃｃｍの窒素ガスを、バルブ２０を通して２５
ｐｓｉｇで各ＭＦＣへ供給した。各バルブ４１の表示流量（電圧）をモニタした
。バルブ１０への供給圧力を３０ｐｓｉにセットした後、バルブ１０を開けて、
約５ｐｓｉの圧力サージを約１００ミリセコンド（ｍｓｅｃ）に渡って、各ＭＦ
Ｃのガス供給において発生させた。バルブ４１の表示流量の変化を、圧力サージ
の前、サージの間、サージの後においてモニタした。
【００３４】 図２ａおよび２ｂはそれぞれ、従来のＭＦＣにおける供給圧力（ｐｓｉｇ）対
時間（秒）と、制御バルブ４１を通る表示流量（ボルト。５ボルトが装置のフル
スケール流れの１００％に対応する）対時間（秒）とのグラフである。これらの
グラフから分かるように、従来のＭＦＣは、圧力変化に対して、最初に表示流量
を劇的に増加させてフルスケール流れを超えさせた後に、急激に下げている。こ
の劇的な変化によって、同様の変化がＭＦＣから出る流量にも起きるため、流れ
が不安定になる。
【００３５】 図３ａおよび３ｂはそれぞれ、本発明の実施形態によるＭＦＣにおける供給圧
力（ｐｓｉｇ）対時間（秒）と、制御バルブ４１を通る表示流量（ボルト。５ボ
ルトが装置フルスケール流れの１００％に対応する）対時間（秒）とのグラフで
ある。これらのグラフが示すように、本発明の態様に係るＭＦＣは、制御バルブ
４１を通る表示流量において実質的において何の変化も受けない。そのため、実
質的に流れ不安定は全くない。このことは、本発明によって、上流の圧力変化に
対するＭＦＣの流れ安定性が、従来のデザインに対して劇的に改善されたことを
示す。
【００３６】 実施例２ 本発明の実施形態によるＭＦＣにおいて下流圧力が変化する間の流れ安定性を
測定するために、流れ安定性実験を行った。本発明の実施形態によるＭＦＣにお
いては、ガスパネルとして、図１ａに示すガスパネル１００と同様で実施例１で
用いたガスパネルを使用した。ただし実施例２のガスパネルにおいては、出口バ
ルブ８０を制流部６０の出口に結合し、また出口バルブ８０を真空ポンプと圧力
貯蔵タンクとに結合した。真空ポンプと圧力貯蔵タンクは、出口バルブ８０下流
の同じ地点に接続した。圧力貯蔵タンクには、ニューマチックバルブ（ソレノイ
ドによって間接的に作動する）を取り付けた。圧力貯蔵タンクには、最初に空気
を、下流におけるサージ実験に適した圧力で充填した。例えば、実験として結果
が図４ａに示されるようなものを行う場合、圧力貯蔵タンク内の圧力は約１８Ｔ
ｏｒｒとした。
【００３７】 定常状態の流れである１００ｓｃｃｍの窒素ガスを約７ｐｓｉｇで、バルブ２
０を通して供給した。ＭＦＣを通る流れを装置のフルスケール流れの１０％にセ
ットした。定常状態の排気圧力を約１Ｔｏｒｒに維持した。次に、圧力貯蔵タン
クのバルブを約２秒間開けて、排気圧力を約１８Ｔｏｒｒまで上げた。次にその
バルブを閉じて、下流の圧力を約１Ｔｏｒｒに戻した。排気圧力の変化が、装置
のフルスケール流れのパーセンテージに及ぼす影響をモニタした。図４ａおよび
４ｂはそれぞれ、排気圧力（Ｔｏｒｒ）対時間（秒）と、装置のフルスケール流
れのパーセンテージ対時間（秒）である。これらのグラフが示すように、本発明
の態様に係るＭＦＣは、装置のフルスケール流れのパーセンテージにおいて実質
的に何の変化も受けない。そのため、流れ不安定は全くない。
【００３８】 この実験の繰り返しを、装置のフルスケール流れの２５％（図５ａおよび５ｂ
）、装置のフルスケール流れの５０％（図６ａおよび６ｂ）、装置のフルスケー
ル流れの７５％（図７ａおよび７ｂ）、および装置のフルスケール流れの１００
％（図８ａおよび８ｂ）で行った。装置のフルスケール流れの５０％、７５％、
１００％においては、定常状態の排気圧力は約２．５Ｔｏｒｒであり、圧力サー
ジは約４０Ｔｏｒｒであった。図５ａから８ｂで示すように、本発明の態様に従
って構成されたＭＦＣは、装置のフルスケール流れの複数のパーセンテージにお
いて実質的に何の変化も受けない。従って、装置のフルスケール流れのこれらの
パーセンテージの何れにおいても実質的に流れ不安定性が全くない。これは、本
発明の態様に係るＭＦＣが、下流における圧力変化に対して実質的に無感応であ
ることを示す。
【００３９】 本発明の実施形態を、主に半導体プロセシング装置に関して説明してきたが、
本発明はそれに限らないことを理解されたい。この点について、本発明の実施形
態は、ガスなどの流体の正確な制御が必要とされるどんな場合においても使用で
きる。
【００４０】 ガスセンサ５０にはフローメータ以外の装置が含まれること、および複数のガ
スセンサ５０を用いても良いことを理解されたい。例えば、フローメータの代わ
りにまたはこれに加えて、過渡的な圧力の影響を受け得るその他のガスセンサを
、制流部４０と制流部６０との間に配置しても良い。その他のガスセンサとして
は、例えばガス流れ中の水蒸気を測定するためのセンサ、およびその他の成分分
析を行うセンサであっても良い。
【００４１】 ここで説明した要素のそれぞれまたは２以上を一緒にしたものに対して、修正
を施しても良いし、上述した用途とは異なる他の用途において有用性を見出して
も良いことを理解されたい。本発明の特定の実施形態について説明し記述してき
たが、本発明は、示した詳細に限定されることを意図しておらず、添付の特許請
求の範囲によって規定される本発明の趣旨からどのようにであれ逸脱することな
く、種々の修正および置き換えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ａは本発明の１つの実施形態によるガスプロセス装置を示す概略図であり、ｂ
は本発明の他の実施形態によるガスプロセス装置を示す概略図であり、ｃは本発
明の他の実施形態によるガスプロセス装置を示す概略図である。
【図２】 ａは従来のマスフローコントローラにおける供給圧力対時間のグラフを示す図
であり、ｂは従来のマスフローコントローラにおける表示流量対時間のグラフを
示す図である。
【図３】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける供給圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における表示流量対時間のグラフを示す図である。
【図４】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける排気圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における、デバイスのフルスケール流れのパーセンテージ対時間のグラフを示す
図である。
【図５】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける排気圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における、デバイスのフルスケール流れのパーセンテージ対時間のグラフを示す
図である。
【図６】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける排気圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における、デバイスのフルスケール流れのパーセンテージ対時間のグラフを示す
図である。
【図７】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける排気圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における、デバイスのフルスケール流れのパーセンテージ対時間のグラフを示す
図である。
【図８】 ａは本発明の実施形態によるマスフローコントローラにおける排気圧力対時間
のグラフを示す図であり、ｂは本発明の実施形態によるマスフローコントローラ
における、デバイスのフルスケール流れのパーセンテージ対時間のグラフを示す
図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年２月１４日（２００２．２．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１８】 第２の制流部（６０）が、チョークされたガスの流れをも
たらすように構成され配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスプ
ロセス装置（５５）。
【請求項１９】 ガス入口（１１０）と、 ガス出口（１２０）と、 前記ガス入口（１１０）とガス出口（１２０）とに流体を通すように結合され
たガスセンサ（５０）と、 ガス入口（１１０）とガスセンサ（５０）との間およびガスセンサ（５０）と
ガス出口（１２０）との間にそれぞれ、流体を通すように結合された、圧力低下
を起こすための第１および第２の手段（４０、６０）とを備え、 圧力低下を起こすための第１および第２の手段（４０、６０）の少なくとも一 方がバルブを含む ことを特徴とするガスプロセス装置（５５）。
【請求項２０】 ガスセンサ（５０）がサーマルマスフローメータを含むこ
とを特徴とする請求項１９に記載のガスプロセス装置（５５）。
【請求項２１】 第１および第２の手段（４０、６０）の少なくとも一方が
、第１および第２の手段（４０、６０）の少なくとも一方を通って流れるガスを
加速して遷音速にする手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載のガスプロ
セス装置（５５）。
【請求項２２】 第１の手段（４０）とガスセンサ（５０）との間およびガ
スセンサ（５０）と第２の手段（６０）との間の何れか一方に、流体を通すよう
に結合された、ガスプロセス装置（５５）を通って流れるガスの組成物を分析す
るための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のガスプロセス
装置（５５）。
【請求項２３】 第１の手段（４０）は、第１の手段（４０）の入口から第
１の手段の出口までの圧力低下が１．２５を超えることを特徴とする請求項１９ に記載のガスプロセス装置（５５）。
【請求項２４】 第１の手段（４０）が、チョークされたガスの流れをもた
らす手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載のガスプロセス装置（５５） 。
【請求項２５】 第２の手段（６０）は、第２の手段（６０）の入口から第
２の手段の出口までの圧力低下が１．２５を超えることを特徴とする請求項１９ に記載のガスプロセス装置（５５）。
【請求項２６】 第２の手段（６０）が、チョークされたガスの流れをもた
らす手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載のガスプロセス装置（５５） 。
【請求項２７】 入口および出口を備えるガスプロセス装置（５５）内のガ
スの特性を非感圧で測定する方法であって、 ａ）ガス流れを入口で受け取る工程と、 ｂ）前記ガスの圧力を低下させて、第１の減圧ガスを生成する工程と、 ｃ）第１の減圧ガスをガスセンサ（５０）へ供給する工程と、 ｄ）第１の減圧ガスの特性をガスセンサ（５０）によって測定する工程と、 ｅ）第１の減圧ガスの圧力をさらに低下させて、第２の減圧ガスを生成する工
程と、 ｆ）第２の減圧ガスを出口へ供給する工程とを含み、 工程ｂおよび工程ｅの一方がさらに、ガスをバルブに通すことを含むことを特
徴とする方法。
【請求項２８】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガス圧力を低下
させてガス流れをチョークすることを含むことを特徴とする請求項２７に記載の
方法。
【請求項２９】 バルブを調節することによって工程ｄ）に基づいてガス流
れを調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】 前記調整工程を工程ｂ）の間に行うことを特徴とする請求
項２９に記載の方法。
【請求項３１】 工程ｄ）を前記調整工程の前に行うことを特徴とする請求
項２９に記載の方法。
【請求項３２】 前記調整工程が、プロポーショナルメータリングバルブに
よってガス流れを調整する工程を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法
。
【請求項３３】 工程ｄ）が、ガスのマスフローを測定する工程を含むこと
を特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、オリフィスによ
ってガス圧力を低下させる工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法
。
【請求項３５】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスを加速して
遷音速にすることを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスを複数の小
孔に通すことを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスをフィルタ
に通すことを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスをバッフル
中を通すことおよびバッフルの周りを通すことの何れかの工程を含むことを特徴
とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３９】 工程ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガス圧力を約半
分に下げることを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】 制御バルブを有するガスプロセス装置（５５）内のガス流
れを停止する方法であって、 ガスプロセス装置（５５）上流の入口バルブを閉じる工程と、 制御バルブに対する所定のドライブを維持する工程と、 ガス流量が所定の値を下回ったときにガスプロセス装置（５５）下流の出口バ
ルブを閉じて、ガス流れを制御された仕方で停止する工程と、を含むことを特徴
とする方法。
【請求項４１】 制御バルブと、ガスセンサ（５０）と、制御バルブおよび
ガスセンサ（５０）の下流の制流部とを有するガスプロセス装置（５５）内のガ
ス流れを開始する方法であって、 制御バルブの上流の第１の圧力と、制御バルブよりも下流で制流部よりも上流
の第２の圧力とを、制流部の下流の第３の圧力と等しくする工程と、 ガスプロセス装置（５５）上流の入口バルブと、ガスプロセス装置（５５）下
流の出口バルブとを開ける工程と、 制御バルブを開け、所望の流量に対応する位置にして、ガス流れを制御された
仕方で開始する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】 例えば、ＭＦＣへガスを供給する際の圧力が変動するために、ＭＦＣ内部のガ
スの質量が変化する可能性がある。ＭＦＣ内の構成要素が質量変化に反応する際
、通常、圧力の増加または低下を過剰に補償するため、流れが不安定になる。こ
れが特に顕著であるのは、短時間での圧力の一時的な変化（過渡現象として知ら
れる）の場合、および低流量で多量のガスの場合である。例えば、１００ミリセ
カンド（ｍｓｅｃ）において５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）または約３４パス カル（Ｐａ） と小さい過渡的圧力（pressure transient）によっても、劇的な影
響が流れに出る可能性がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】 １つの実施形態においては、プロセスガスを、ガスプロセス装置５５に入口バ
ルブ２０を通して工場分配の圧力で直接供給しても良く、圧力レギュレータをそ
の間に設ける必要はない。例えば、ガスを種々の圧力で供給しても良く、典型的
な圧力は、約５ｐｓｉ（約３４Ｐａ）から１００ｐｓｉ（約６９０Ｐａ）、また
は約２５ｐｓｉ（約１７０Ｐａ）から４０ｐｓｉ（約２７５Ｐａ）である。入口
バルブ２０は、使用ガスに適合すればどんなフロー制御装置であっても良い。例
えば、入口バルブ２０は、メンテナンスを安全にするためにマニュアルロックア
ウトオーバーライドが設けられた、従来のプロセスガスニューマチックシャット
オフバルブであっても良い。同様に、ガス出口バルブ８０およびパージバルブ１
０は、使用ガスに適合すればどんなガスフロー制御装置であっても良い。これは
たとえば、従来のプロセスガス出口アイソレーションニューマチックシャットオ
フバルブである。バルブ１０、２０、８０は、腐食性で、爆発性で、または従来
の方法では有害となる可能性があるガスを取り扱うように作製しても良いことを
理解されたい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】 制流部４０、６０を選択して圧力低下を起こすことによって、フローメータに
おいて十分な出口圧力が測定され、使用可能な最小の流れおよび公称の出口圧力
において較正の移動が起きることが回避されなければならない。従って、制流部
４０、６０の圧力低下はフルスケールの流れにおいて非常に大きなものとなるが
、それにも拘わらずこの圧力低下は許容できるものであり得る。例えば、圧力低
下が流れとともに線形に変化すると仮定した場合、５Ｔｏｒｒ（約７００Ｐａ） の圧力低下が装置のフルスケール流れの１％で生じれば、５００Ｔｏｒｒ（約７ ００００Ｐａ） の低下が装置のフルスケール流れの１００％で生じる。容積７０
を満たすガスが原因で、フローメータの過渡的な応答において変化が生じるが、
当業者であれば、この影響は定常状態では消え、ガスプロセス装置５５のパラメ
ータを最適化することによってこの影響を調整できることを理解するであろう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】 入口圧力が急速に変化する間、コントローラバルブ４１を通る流量は、絶対圧
力の変化に比例して変化する。例えば、２ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（約１ ４Ｐａ） の圧力低下が急速に起こり、圧力が５０ポンド／平方インチゲージ（ｐ
ｓｉｇ）（約４０Ｐａ）のラインで復帰した場合、２／６５または約３％の流れ
の変化が過渡状態のピークにおいて生じる。ガスプロセス装置５５がＭＦＣとし
て構成されている場合、このような圧力変化によって、同じ大きさの過渡的な流
れ変化が生じ得るが、ＭＦＣ制御回路によって、ＭＦＣのターンオン修正時間の
一部において補正され得る。圧力変化に応答したこれらの流れ変化は、従来の下
流の制御バルブのＭＦＣの場合よりも、数桁小さい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】 本発明の実施形態によるＭＦＣにおいては、ガスパネルとして、図１ａに示し
たガスパネル１００と同様のものを使用した。このガスパネルでは、入口バルブ
１０および２０が、プロポーショナルメータリングバルブ４１の入口に結合され
ていた。プロポーショナルメータリングバルブ４１の出口は、サーマルマスフロ
ーメータ（例えばガスセンサ５０）の入口に結合されていた。サーマルマスフロ
ーメータの出口は、制流部６０に結合されていた。入口バルブ１０は、常時閉の
ソレノイドバルブであった。入口バルブ２０は、標準的なバルブであった。制流
部６０は、装置のフルスケール流れの１０％を真空へ通すときに２０Ｔｏｒｒ（ 約２６００Ｐａ） の圧力低下を維持するように選ばれており、遷音速オリフィス
（０．００６インチの２つの孔が０．００２インチ厚みの金属箔に設けられてい
る）として設けられた。これらのテストにおいて、バルブ４１の圧力低下は約４
０ｐｓｉ（約２７５Ｐａ）から４５ｐｓｉ（約３１０Ｐａ）であった。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】 定常状態の流れである１００ｓｃｃｍの窒素ガスを、バルブ２０を通して２５
ｐｓｉｇ（約１７０Ｐａ）で各ＭＦＣへ供給した。各バルブ４１の表示流量（電
圧）をモニタした。バルブ１０への供給圧力を３０ｐｓｉ（約２０５Ｐａ）にセ
ットした後、バルブ１０を開けて、約５ｐｓｉ（約３４Ｐａ）の圧力サージを約
１００ミリセコンド（ｍｓｅｃ）に渡って、各ＭＦＣのガス供給において発生さ
せた。バルブ４１の表示流量の変化を、圧力サージの前、サージの間、サージの
後においてモニタした。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】 実施例２ 本発明の実施形態によるＭＦＣにおいて下流圧力が変化する間の流れ安定性を
測定するために、流れ安定性実験を行った。本発明の実施形態によるＭＦＣにお
いては、ガスパネルとして、図１ａに示すガスパネル１００と同様で実施例１で
用いたガスパネルを使用した。ただし実施例２のガスパネルにおいては、出口バ
ルブ８０を制流部６０の出口に結合し、また出口バルブ８０を真空ポンプと圧力
貯蔵タンクとに結合した。真空ポンプと圧力貯蔵タンクは、出口バルブ８０下流
の同じ地点に接続した。圧力貯蔵タンクには、ニューマチックバルブ（ソレノイ
ドによって間接的に作動する）を取り付けた。圧力貯蔵タンクには、最初に空気
を、下流におけるサージ実験に適した圧力で充填した。例えば、実験として結果
が図４ａに示されるようなものを行う場合、圧力貯蔵タンク内の圧力は約１８Ｔ
ｏｒｒ（約２４００Ｐａ）とした。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】 定常状態の流れである１００ｓｃｃｍの窒素ガスを約７ｐｓｉｇ（約４８Ｐａ ） で、バルブ２０を通して供給した。ＭＦＣを通る流れを装置のフルスケール流
れの１０％にセットした。定常状態の排気圧力を約１Ｔｏｒｒ（約１３３Ｐａ） に維持した。次に、圧力貯蔵タンクのバルブを約２秒間開けて、排気圧力を約１
８Ｔｏｒｒ（約２４００Ｐａ）まで上げた。次にそのバルブを閉じて、下流の圧
力を約１Ｔｏｒｒ（約１３３Ｐａ）に戻した。排気圧力の変化が、装置のフルス
ケール流れのパーセンテージに及ぼす影響をモニタした。図４ａおよび４ｂはそ
れぞれ、排気圧力（Ｔｏｒｒ）対時間（秒）と、装置のフルスケール流れのパー
センテージ対時間（秒）である。これらのグラフが示すように、本発明の態様に
係るＭＦＣは、装置のフルスケール流れのパーセンテージにおいて実質的に何の
変化も受けない。そのため、流れ不安定は全くない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】 この実験の繰り返しを、装置のフルスケール流れの２５％（図５ａおよび５ｂ
）、装置のフルスケール流れの５０％（図６ａおよび６ｂ）、装置のフルスケー
ル流れの７５％（図７ａおよび７ｂ）、および装置のフルスケール流れの１００
％（図８ａおよび８ｂ）で行った。装置のフルスケール流れの５０％、７５％、
１００％においては、定常状態の排気圧力は約２．５Ｔｏｒｒ（約３３０Ｐａ） であり、圧力サージは約４０Ｔｏｒｒ（約５３００Ｐａ）であった。図５ａから
８ｂで示すように、本発明の態様に従って構成されたＭＦＣは、装置のフルスケ
ール流れの複数のパーセンテージにおいて実質的に何の変化も受けない。従って
、装置のフルスケール流れのこれらのパーセンテージの何れにおいても実質的に
流れ不安定性が全くない。これは、本発明の態様に係るＭＦＣが、下流における
圧力変化に対して実質的に無感応であることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F035 AA06 4G068 AA02 AB01 AC05 AD40 AD49 AE01 AF06 AF17 AF40 5F045 EE04

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスプロセス装置であって、 ガス入口と、 ガス出口と、 入口および出口を有し、前記入口はガスプロセス装置のガス入口に流体を通す
    ように結合された第１の制流部と、 入口および出口を有し、前記入口は第１の制流部の出口に流体を通すように結
    合されたガスセンサと、 入口および出口を有し、前記入口はガスセンサの出口に流体を通すように結合
    され、前記出口はガスプロセス装置のガス出口に流体を通すように結合された第
    ２の制流部と、を備えることを特徴とするガスプロセス装置。
  2. 【請求項２】 ガスセンサがサーマルマスフローメータを含むことを特徴と
    する請求項１に記載のガスプロセス装置。
  3. 【請求項３】 第１の制流部が、フリット、フィルタ、ソニックオリフィス
    、バッフル、およびバルブの何れか１つを含むことを特徴とする請求項２に記載
    のガスプロセス装置。
  4. 【請求項４】 第２の制流部が、フリット、フィルタ、ソニックオリフィス
    、バッフル、およびバルブの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に
    記載のガスプロセス装置。
  5. 【請求項５】 第１の制流部が、フリット、フィルタ、ソニックオリフィス
    、バッフル、およびバルブの何れか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載
    のガスプロセス装置。
  6. 【請求項６】 第１の制流部は、焼結粒子で形成されるフリットであること
    を特徴とする請求項５に記載のガスプロセス装置。
  7. 【請求項７】 焼結粒子が金属であることを特徴とする請求項６に記載のガ
    スプロセス装置。
  8. 【請求項８】 第２の制流部が、フリット、フィルタ、ソニックオリフィス
    、バッフル、およびバルブの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に
    記載のガスプロセス装置。
  9. 【請求項９】 第２の制流部が、フリット、フィルタ、ソニックオリフィス
    、バッフル、およびバルブの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に
    記載のガスプロセス装置。
  10. 【請求項１０】 第２の制流部は、焼結粒子で形成されるフリットであるこ
    とを特徴とする請求項９に記載のガスプロセス装置。
  11. 【請求項１１】 焼結粒子が金属であることを特徴とする請求項１０に記載
    のガスプロセス装置。
  12. 【請求項１２】 ガスセンサがサーマルマスフローメータを含むことを特徴
    とする請求項９に記載のガスプロセス装置。
  13. 【請求項１３】 ガスセンサがガスアナライザを含むことを特徴とする請求
    項１に記載のガスプロセス装置。
  14. 【請求項１４】 第１の制流部が、第１の制流部の入口から第１の制流部の
    出口までの圧力比が約１．２５から１を超えるように構成され配置されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のガスプロセス装置。
  15. 【請求項１５】 第１の制流部が、チョークされたガスの流れをもたらすよ
    うに構成され配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスプロセス装
    置。
  16. 【請求項１６】 第２の制流部が、第２の制流部の入口から第２の制流部の
    出口までの圧力比が約１．２５から１を超えるように構成され配置されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のガスプロセス装置。
  17. 【請求項１７】 第２の制流部が、チョークされたガスの流れをもたらすよ
    うに構成され配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスプロセス装
    置。
  18. 【請求項１８】 ガス入口と、 ガス出口と、 前記ガス入口とガス出口とに流体を通すように結合されたガスセンサと、 ガス入口とガスセンサとの間およびガスセンサとガス出口との間にそれぞれ、
    流体を通すように結合された、圧力低下を起こすための第１および第２の手段と
    、を備えることを特徴とするガスプロセス装置。
  19. 【請求項１９】 ガスセンサがサーマルマスフローメータを含むことを特徴
    とする請求項１８に記載のガスプロセス装置。
  20. 【請求項２０】 第１および第２の手段の少なくとも一方が、第１および第
    ２の手段の少なくとも一方を通って流れるガスを加速して遷音速にする手段を含
    むことを特徴とする請求項１８に記載のガスプロセス装置。
  21. 【請求項２１】 第１の手段とガスセンサとの間およびガスセンサと第２の
    手段との間の何れか一方に、流体を通すように結合された、ガスプロセス装置を
    通って流れるガスの組成物を分析するための手段をさらに備えることを特徴とす
    る請求項１８に記載のガスプロセス装置。
  22. 【請求項２２】 第１の手段は、第１の手段の入口から第１の手段の出口ま
    での圧力比が約１．２５から１を超えることを特徴とする請求項１８に記載のガ
    スプロセス装置。
  23. 【請求項２３】 第１の手段が、チョークされたガスの流れをもたらす手段
    を含むことを特徴とする請求項１８に記載のガスプロセス装置。
  24. 【請求項２４】 第２の手段は、第２の手段の入口から第２の手段の出口ま
    での圧力比が約１．２５から１を超えることを特徴とする請求項１８に記載のガ
    スプロセス装置。
  25. 【請求項２５】 第２の手段が、チョークされたガスの流れをもたらす手段
    を含むことを特徴とする請求項１８に記載のガスプロセス装置。
  26. 【請求項２６】 入口および出口を備えるガスプロセス装置内のガスの特性
    を非感圧で測定する方法であって、 ａ）ガス流れを入口で受け取る行為と、 ｂ）前記ガスの圧力を低下させて、第１の減圧ガスを生成する行為と、 ｃ）第１の減圧ガスをガスセンサへ供給する行為と、 ｄ）第１の減圧ガスの特性をガスセンサによって測定する行為と、 ｅ）第１の減圧ガスの圧力をさらに低下させて、第２の減圧ガスを生成する行
    為と、 ｆ）第２の減圧ガスを出口へ供給する行為と、を含むことを特徴とする方法。
  27. 【請求項２７】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガス圧力を低下
    させてガス流れをチョークすることを含むことを特徴とする請求項２６に記載の
    方法。
  28. 【請求項２８】 行為ｄ）に基づいてガス流れを調整する行為をさらに含む
    ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記調整行為を行為ｄ）の前に行うことを特徴とする請求
    項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 行為ｄ）を前記調整行為の前に行うことを特徴とする請求
    項２８に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記調整行為が、プロポーショナルメータリングバルブに
    よってガス流れを調整する行為を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法
    。
  32. 【請求項３２】 行為ｄ）が、ガスのマスフローを測定する行為を含むこと
    を特徴とする請求項２６に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、オリフィスによ
    ってガス圧力を低下させる行為を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法
    。
  34. 【請求項３４】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスを加速して
    遷音速にすることを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスを複数の小
    孔に通すことを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスをフィルタ
    に通すことを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガスをバッフル
    中を通すことおよびバッフル上へ通すことの何れかの行為を含むことを特徴とす
    る請求項２６に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 行為ｂ）およびｅ）の少なくとも一方が、ガス圧力を約半
    分に下げることを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 制御バルブを有するガスプロセス装置内のガス流れを停止
    する方法であって、 ガスプロセス装置上流の入口バルブを閉じる行為と、 制御バルブに対する所定のドライブを維持する行為と、 ガス流量が所定の値を下回ったときにガスプロセス装置下流の出口バルブを閉
    じて、ガス流れを制御された仕方で停止する行為と、を含むことを特徴とする方
    法。
  40. 【請求項４０】 制御バルブと、ガスセンサと、制御バルブおよびガスセン
    サの下流の制流部とを有するガスプロセス装置内のガス流れを開始する方法であ
    って、 制御バルブの上流の第１の圧力と、制御バルブよりも下流で制流部よりも上流
    の第２の圧力とを、制流部の下流の第３の圧力と等しくする行為と、 ガスプロセス装置上流の入口バルブと、ガスプロセス装置下流の出口バルブと
    を開ける行為と、 制御バルブを開け、所望の流量に対応する位置にして、ガス流れを制御された
    仕方で開始する行為と、を含むことを特徴とする方法。
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