JP4623806B2 - 流量計校正装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体の質量流量測定用として広く使用されている熱式質量流量計を国の標準とトレーサブルとなるように校正でき、校正された熱式質量流量計を用いて試験対象の質量流量計あるいは質量流量コントローラの測定を行なうことのできる流量計校正装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱式質量流量コントローラあるいは熱式質量流量計の製造者やユーザーがこれらを校正する場合には、一般に、各社が保有している基準流量計を用いている。この基準流量計は国の標準とはトレーサブルなものでなく、基準流量計で校正した熱式質量流量計を実用基準器(ワーキングスタンダード)として用いているのが実状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、熱式質量流量計は、そのセンサ部の特性上、零点あるいは指示値の経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等が大きいので、信頼性に欠けていることは周知である。従って、このような熱式質量流量計を用いて、試験対象の質量流量計を精度良く校正あるいは測定することが困難である。
【0004】
また、熱式質量流量計の校正は、そのフルスケールを100%としたときに、一般的には0%、50%および100%の3点校正であり、保証値はフルスケールに対する誤差で表現されている。このことは、フルスケールに対して1%の精度が保証されていても、フルスケールの10%の流量に対しては読み値に対して10%もの誤差を許容していることになる。従って、この点においても精度のよい校正あるいは測定を期待出来ない場合がある。
【0005】
一方、国の標準とトレーサブルな質量流量計としては、本願人等によって提案されている音速ノズルを用いた質量流量コントローラが知られており(特許第2837112号)、読み値に対して拡張不確かさが保証されている。この音速ノズル式質量流量コントローラを用いて熱式質量流量計の校正を行なえば、極めて精度のよい校正を行なうことができる。この場合には、校正対象となる熱式質量流量計の下流側に音速ノズル式質量流量コントローラを接続し、その音速ノズルの臨界条件を満たすために、当該音速ノズルの下流側を真空ポンプで減圧する構成とすればよい。
【0006】
ここで、音速ノズル式質量流量コントローラを用いて新品の熱式質量流量計を校正する場合は問題がない。しかし、特に、半導体製造プロセスに使用された熱式質量流量計を再検査する場合等には、熱式質量流量計が使用ガスによって汚染されているので、その下流側に接続した音速ノズル式質量流量コントローラの音速ノズルが汚染されて、その特性が変化してしまう危険性がある。音速ノズルの特性が変化してしまうと、精度の高い校正を行なうことが不可能になってしまう。
【0007】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、新品であるか否かに拘らず常に精度良く質量流量計の校正あるは測定を行なうことの可能な流量計校正装置を提案することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の流量計校正装置は:試験対象の質量流量計を測定する際の実用基準流量計として用いる基準熱式質量流量計と;この基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された音速ノズル式質量流量コントローラと;前記基準熱式質量流量計の下流側に試験対象の質量流量計を直列接続させるための接続口と;前記音速ノズル式質量流量コントローラにおける上流側圧力と下流側の圧力の比を所定の値に保持するための真空ポンプと;前記基準熱式質量流量計の校正を前記音速ノズル式質量流量計を用いて実行する基準流量計校正手段、および、当該校正結果に基づき、当該基準熱式質量流量計を用いて、前記接続口に接続された試験対象の熱式質量流量計の測定を実行する試験流量計測定手段を備えた制御部とを有していることを特徴としている。
【0009】
一般には、本発明の流量計校正装置は:ガス供給口と;このガス供給口に並列接続された測定レンジの異なるn個(n:正の整数)の前記基準熱式質量流量計と;各基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された対応する測定レンジの前記音速ノズル式質量流量コントローラとを有する構成とされる。
【0010】
また、前記基準流量計校正手段は:校正対象の前記基準熱式質量流量計を選択する選択手段と;選択された前記基準熱式質量流量計の校正に使用する前記音速ノズル式質量流量コントローラ、校正ガスを含むパラメータを設定する設定手段と;前記音速ノズル式質量流量コントローラの流量設定を段階的に変化させ、校正対象の前記基準熱式質量流量計の出力電圧を記録する記録手段と;記録された出力電圧に流量の値付けを行い、当該基準熱式質量流量計の流量校正式を作成する校正式作成手段とを備えた構成とすることができる。
【0011】
このように構成した本発明の質量流量計校正装置では、ワーキングスタンダードとして使用される基準熱式質量流量計をその都度あるいは適宜時間をおいて音速ノズル式質量流量コントローラにより、読み値に於いて校正を行い、校正式(器差曲線あるいはその近似式)を作成している。実際の試験対象の質量流量計の測定は、当該校正式に基づき校正された基準熱式質量流量計により行われる。
【0012】
従って、本発明によれば、ワーキングスタンダードとして使用されている基準熱式質量流量計の経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等の変動要因を考慮することなく、常に、当該基準熱式質量流量計を、音速ノズル式質量流量コントローラの持つ不確かさ以内で校正できる。この結果、校正された基準熱式質量流量計による測定値は国の標準とトレーサブルとなり、しかも、読み値で保証できる。よって、常に精度の高い測定を行なうことが可能になる。また、音速ノズル式質量流量コントローラが直接に試験対象の質量流量計に接続されることがないので、当該音速ノズルの特性変化等のおそれもない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した熱式質量流量計校正装置の実施例を説明する。本例の熱式質量流量計校正装置は、音速ノズル式質量流量コントローラ(以下、SNCと略す。)と基準熱式質量流量計(以下、Std.MFMと略す。)を用いて、熱式質量流量コントローラ(以下、MFCと略す。)の流量を高精度に測定可能なガスシステムである。内蔵のSNCは国家標準とトレーサブルな質量流量計であり、Std.MFMは内蔵のSNCの値を用いて校正され、測定対象のMFCは内蔵のStd.MFMを用いて自動測定される。
【0014】
図1は、本例の熱式質量流量計校正装置1の正面図、側面図および平面図である。これらの図に示すように、本例の熱式質量流量計校正装置1は、装置フレーム2に取り付けられた電気系部3と、ガスコントロール部4とを有し、ガスコントロール部4には排気管5を介して排気系部6が接続されている。電気系部3は、表示器32およびキーボード31が接続されていると共に各種データの表示、入力、制御処理を行なうためのデスクトップパソコン33、電圧計34、SNCコントローラ部35および制御ユニット36を備えている。ガスコントロール部4は、流量とガス別に、6種類のSNC1ないし6と、Std.MFM1ないし6と、各バルブおよび継ぎ手等によって構成されている(図2参照)。
【0015】
排気系部6には真空ポンプ61が含まれており、SNCを用いて、Std.MFMの校正を行なう際に、音速ノズルに対して上下流の圧力比を、計測に有効な状態にするために使用するものである。
【0016】
ここで、ガスコントロール部4の上面には、N2ガスの導入口11、Heガスの導入口12、および空気の導入口13が配置され、その前面には、各ガスの排出口14、15、16と、試験対象のMFCの下流側接続口17が配置されている。試験対象の質量流量計(TEST MFC)は、その上流側がガスの排出口14あるいは15に接続され、その下流側が接続口17に接続された状態で取り付けられる。
【0017】
図2は、本例の熱式質量流量計校正装置1のガスコントロール部4等に設置されているガスフロー系のブロック図である。本例では、校正ガスとして精製N2ガスと精製Heガスが使用され、N2ガスの校正流量範囲は100(SCCM)から50(SLM)の範囲であり、Heガスの校正流量範囲は200(SCCM)から20(SLM)までの範囲とされている。
【0018】
N2ガスの導入口11には、マニュアルバルブMV−1、フィルタF1、レギュレータRG−1、ノーマリクローズドタイプのエアオペレートバルブAV−1を介して、4個の基準MFM1ないしMFM4が並列接続されている。各基準MFM1ないし6のレンジは、それぞれ、100SCCM、1SLM、10SLM、50SLMである。
【0019】
基準MFM1の下流側には、バルブAV−3を介してSNC1が直列接続され、このSNC1の下流側にはバルブAV−15を介して共通排気管21に接続されている。この共通排気管21は、バルブAV−22が介挿された排気管5を経由して真空ホンプ61の吸引ポート62に接続されている。また、基準MFM1の下流側には、バルブAV−4を介してN2ガス排出口14に接続されている。
【0020】
基準MFM2、3、4の下流側も同様な接続状態が形成されており、それぞれ、バルブAV−5,7,9を介してSNC2、3、4が接続され、その下流側はバルブAV−16,17,18を介して共通排気管21に接続されている。また、各MFM2、3、4の下流側には、それぞれ、バルブAV―6、8、10を経由した後に共通のバルブAV−21を介してN2ガス排気口14に接続されている。ここで、各SNC1ないし4のレンジは、フルスケールが、それぞれ、100SCCM、1SLM、10SLM、および50SLMである。
【0021】
次に、Heガスの導入口12には、マニュアルバルブMV−2、フィルタF―2、レギュレータRG−2、ノーマリクローズドタイプのエアペレートバルブAV−2を介して、2個の基準MFM5およびMFM6が並列接続されている。各基準MFM5、6のレンジは、フルスケールが、それぞれ、2SLM、20SLMである。
【0022】
基準MFM5の下流側には、バルブAV−11を介してSNC5が直列接続され、このSNC5の下流側にはバルブAV−19を介して共通排気管21に接続されている。また、基準MFM5の下流側には、バルブAV−12を介してHeガス排出口15に接続されている。
【0023】
基準MFM6の下流側も同様な接続状態が形成されており、バルブAV−13を介してSNC6が接続され、その下流側はバルブAV−20を介して共通排気管21に接続されている。また、この基準MFM6の下流側には、バルブAV―14を経由した後にHeガス排気口15に接続されている。各SNC1、2のレンジは、フルスケールが、それぞれ、2SLM、20SLMである。
【0024】
次に、空気導入口13には、バルブMV−3およびレギュレータRG−3を介して電磁弁SV1ないしSV24に接続されている。各電磁弁SV1ないしSV24は、それぞれ、エアーオペレートバルブAV−1ないしAV―24に接続されており、各エアーオペレートバルブAV−1ないしAV―24を駆動する。また、空気導入口13は、レギュレータRG−4を介して空気排出口16に接続されている。
【0025】
ここで、接続口17はバルブAV−23を介して排出口18に接続されており、また、バルブAV−24を介してN2ガス排出口14に接続されている。
【0026】
次に、図3は電気系部3の概略ブロック図である。制御ユニット36はマイクロコンピュータを中心に構成されており、デスクトップパソコン33から入力される各種パラーメータに基づき、電磁弁SV1ないしSV24により各バルブAV−1ないし24を駆動して使用ガスライン、使用SNCを選択し、対象となる基準MFMの校正動作を行なう。校正時には、圧力センサ22の検出結果に基づき、真空ポンプ61を駆動制御して、使用SNCにおける各音速ノズルの上下流の圧力差を所定の状態に保持する。また、制御ユニット36は、デスクトップパソコン33からの指示に基づき、接続されたTEST MFCの自動測定動作を行なう。
【0027】
次に、本例の熱式質量流量計校正装置1による動作を説明する。まず、デスクトップパソコン33に内蔵される本例の制御ソフトはStd.MFM校正プログラム、テストプログラム、およびメンテナンスプログラムを含み、操作者は、パソコン起動後に、使用するプログラムをスタート画面上において選択する。各プログラムの作業画面に入る前には、パラメータ入力画面があり、当該画面上において作業に必要な情報を入力可能である。
【0028】
Std.MFM校正プログラムは、Std.MFMをSNC1ないし6のいずれか一つあるいは複数個用いて校正するプログラムであり、テストプログラムは、TEST MFCの各種自動測定を行なうプログラムであり、メンテナンスプログラムは装置1の保守、点検等に使用するプログラムである。
【0029】
まず、図4の概略フローチャートに従って、Std.MFM校正プログラムの実行により行われる校正動作を説明する。パソコン33のスタート画面上においてStd.MFM校正プログラムを選択し、Std.MFM校正のパラメータ入力画面に切り換え、校正するStd.MFMを、Std.MFM1ないし6のうちから選択する(ステップST1)。この選択によって、使用するSNC、使用ガスライン、校正ガス等の条件が自動検索される(ステップST2)。自動検索が終了すると、作業画面に切り換わる。この作業画面の一例を図5に示してある。
【0030】
この作業画面においては、校正対象のStd.MFM、使用するSNCの番号、流量、単位、出力電圧、安定度を示すインジケータ、流量の経時変化グラフ、圧力比等が表示される。
【0031】
本例では、使用するSNCの流量設定を10%毎に変化させ、その時に校正対象のStd.MFMの出力する電圧をデータ取込表に記録する(図4のステップST3)。操作者は、SNCの流量設定を選択後に、流量の経時変化グラフと安定度インジケータ等を用いて、データの取込を行なう。このようにしてStd.MFMの出力電圧を測定した後に、各出力電圧に対して直接に値付けが行われる。すなわち、校正式作成画面において、次の校正式が自動作成される(図4のステップST4)。
【0032】
Std.MFMの流量=f(Std.MFMの出力電圧)
但し、f(x)=aXn+bXn-1+・・・+C(n=最大4次)
作成された校正式は装置1のメモリに記憶保持され、以後のStd.MFMを用いた自動測定時には、当該Std.MFMの出力電圧は、当該校正式に代入されて校正される。校正された値に基づき、TEST MFCの自動測定等が行われることになる。
【0033】
次に、テストプログラムによる動作を説明する。この場合にもスタート画面上においてテストプログラムを選択し、テストプログラムのパラメータ入力画面に切り換えて、試験対象のTEST MFCのデータ入力を行なう。テストプログラムによる測定内容としては、試験MFCの0点測定、試験MFCの100%設定時の実流量測定、試験MFCの50%設定時の実流量測定、試験MFCの制御性の確認等がある。
【0034】
(その他の実施の形態)
上記の例は、6個のSNC、MFMを使用しているが、これらの個数は、5個以下であってもよいし、7個以上であってもよい。また、校正ガスとしては上記の例とは異なるものを使用することも可能である。さらに、試験対象の質量流量計は熱式質量流量計に限定されるものではなく、それ以外の形式の質量流量計であってもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の質量流量計校正装置は、直列接続された基準熱式質量流量計および音速ノズル式質量流量計を備え、定期的に、あるいは必要に応じて、国家標準とトレーサブルな音速ノズル式質量流量計を用いて基準熱式質量流量計を校正し、実際の質量流量計の計測は、校正された基準熱式質量流量計を用いて行なうようにしている。
【0036】
従って、本発明によれば、基準熱式質量流量計の特性が、経時変化、周囲温度変化、使用圧力依存性等の変動要因によって変化しても、当該基準熱式質量流量計の測定値を、音速ノズル式質量流量計の持つ不確かさ以内の精度で校正できる。よって、本発明によれば常に精度良く校正あるいは測定を行なうことのできる熱式質量流量計校正装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した熱式質量流用計校正装置を示す正面図、側面図および平面図である。
【図2】図1の装置のガスフロー系の概略ブロック図である。
【図3】図1の装置の電気系部の概略ブロック図である。
【図4】図1の装置における基準熱式質量流量計の校正動作を示す概略フローチャートである。
【図5】図1の装置における校正動作時の作業画面の例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 熱式質量流量計校正装置
2 装置フレーム
3 電気系部
4 ガスコントロール部
5 排気管
6 排気系部
11、12、13 導入口
14、15、16 排出口
17 接続口
61 真空ポンプ
33 デスクトップハソコン
35 SNCコントロール部
36 制御ユニット
AV−1ないしAV−24 エアーオペレートバルブ
Std.MFM1ないし6 基準熱式質量流量計
TEST MFC 試験対象の熱式質量流量コントローラ
SNC1ないし6 音速ノズル式質量流量計
SV1ないし24 電磁弁

Claims (3)

  1. 試験対象の質量流量計を測定する際の実用基準流量計として用いる基準熱式質量流量計と、
    この基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された音速ノズル式質量流量コントローラと、
    前記基準熱式質量流量計の下流側に試験対象の質量流量計を直列接続させるための接続口と、
    前記音速ノズル式質量流量コントローラにおける上流側圧力と下流側の圧力の比を所定の値に保持するための真空ポンプと、
    前記基準熱式質量流量計の校正を前記音速ノズル式質量流量コントローラを用いて実行する基準流量計校正手段、および、当該校正結果に基づき、当該基準熱式質量流量計を用いて、前記接続口に接続された試験対象の質量流量計の測定を実行する試験流量計測定手段を備えた制御部とを有していることを特徴とする流量計校正装置。
  2. 請求項1において、
    ガス供給口と、
    このガス供給口に並列接続された測定レンジの異なるn個(n:正の整数)の前記基準熱式質量流量計と、
    各基準熱式質量流量計の下流側に直列接続された対応する測定レンジの前記音速ノズル式質量流量コントローラとを有していることを特徴とする流量計校正装置。
  3. 請求項2において、
    前記基準流量計校正手段は、校正対象の前記基準熱式質量流量計を選択する選択手段と、選択された前記基準熱式質量流量計の校正に使用する前記音速ノズル式質量流量コントローラ、校正ガスを含むパラメータを設定する設定手段と、前記音速ノズル式質量流量コントローラの流量設定を段階的に変化させ、校正対象の前記基準熱式質量流量計の出力電圧を記録する記録手段と、記録された出力電圧に流量の値付けを行い、当該基準熱式質量流量計の流量校正式を作成する校正式作成手段とを備えていることを特徴とする流量計校正装置。
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