WO2021199849A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2021199849A1
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gas
shutoff valve
filling
pulse shot
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宏樹 角谷
康典 西村
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    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a pulse shot type flow rate adjusting device for adjusting the volumetric flow rate of gas, a pulse shot type flow rate adjusting method, and a program.
  • a thermal mass flow controller has been used in order to accurately control the gas flow rate.
  • a high temperature gas having a temperature of 100 ° C. or higher may be a control target. It has been difficult for the thermal mass flow controller to control such a high temperature gas.
  • Patent Document 1 discloses a pulse shot type flow rate adjusting device capable of controlling the flow rate of high temperature gas.
  • the pulse shot type flow rate regulator is provided between the first shutoff valve connected to the gas source, the second shutoff valve connected to the first shutoff valve, and the first shutoff valve and the second shutoff valve. It includes a gas filling volume, a pressure sensor for measuring the pressure of the gas filling volume, and a controller.
  • the controller of the pulse shot type flow rate adjusting device repeats a pulse shot in which the first shutoff valve is made to open / close and then the second shutoff valve is made to open / close.
  • the controller uses a pressure sensor to open / close the first shutoff valve and then the pressure (post-filling pressure) P1 of the gas-filled volume filled with gas and the second shutoff valve.
  • the opening operation of the first shutoff valve is maintained at the next pulse shot to fill the gas.
  • the mode of the pulse shot is changed and the gas flow rate is adjusted to the target flow rate.
  • the conventional pulse shot type flow rate adjusting device for example, when the process of supplying gas by repeating pulse shot is repeated, the gas usage conditions may differ for each process.
  • the mode of the first pulse shot in each process is the same, and as shown in FIG. 10, the mode of the pulse shot is gradually changed according to the differential pressure D1 in the pulse shot. I was letting you. Therefore, in the conventional pulse shot type flow rate adjusting device, the response time from the start of the process to the adjustment of the gas flow rate to the target flow rate may be long.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides a technique capable of improving the responsiveness of a pulse shot type flow rate adjusting device that controls a gas flow rate to a target flow rate by repeating pulse shots. With the goal.
  • One aspect of the present invention has the following configuration. (1) The first shutoff valve connected to the gas source, the second shutoff valve connected to the first shutoff valve, the gas filling volume between the first shutoff valve and the second shutoff valve, and the above.
  • a pulse shot type flow rate adjusting device having a pressure sensor for measuring the pressure of the gas filling volume
  • the process of controlling the gas to the target flow rate is performed a plurality of times, and the first shutoff valve, the second shutoff valve, and the pressure sensor are performed.
  • the pulse shot that causes the valve to perform the opening / closing operation is repeated, the first shutoff valve is made to perform the opening / closing operation, the gas filling volume is filled with gas, and then the post-filling pressure measured using the pressure sensor and the post-filling pressure.
  • the second shutoff valve is operated to open and close and gas is discharged from the gas filling volume, the gas discharged from the gas filling volume is based on the post-discharge pressure measured by the pressure sensor.
  • the flow rate control process for adjusting the volumetric flow rate to the target flow rate is executed by changing the mode in which the pulse shot is repeated, and further, the controller performs the flow rate control process.
  • the first shutoff valve When a pulse shot is performed in which the volumetric flow rate is adjusted to the target flow rate, the first shutoff valve is operated to open and close, and the filling time in which the gas is filled in the gas filling volume is stored as the optimum filling time.
  • the first pulse shot is performed in the filling time storage process and the flow rate control process in the process performed after the process in which the optimum filling time storage process is executed, the optimum filling stored in the optimum filling time storage process is performed. It is characterized by executing a filling time control process of causing the first shutoff valve to perform an opening / closing operation using time.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration causes the first shutoff valve to open and close using the optimum filling time stored in the previous process at the first pulse shot when the process is executed.
  • the gas filling volume is filled with a gas suitable for adjusting the volumetric flow rate of the gas discharged from the second shutoff valve 13 to the target flow rate, and the gas discharged from the second shutoff valve is charged.
  • the volumetric flow rate will be adjusted to the target flow rate or a value close to the target flow rate. Therefore, according to the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration, the response time from the start of the process until the gas is stabilized at the target flow rate is shortened, and the responsiveness can be improved.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration stores the filling time measured at the last pulse shot, which is likely to adjust the volume flow rate to the target flow rate, as the optimum filling time, thereby storing the optimum filling time.
  • the processing load and memory load when storing can be reduced.
  • the controller adjusts the gas filling volume by causing the first shutoff valve and the second shutoff valve to open at the same time. It is preferable to carry out a replacement process for replacing the remaining gas.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration, when gas replacement is performed, the gas supplied from the gas source flows to the gas filling volume by opening the first shutoff valve and the second shutoff valve at the same time. , It becomes easy to be replaced with the gas remaining in the gas filling volume. According to this, the gas can be replaced faster than the case where the first shutoff valve and the second shutoff valve are alternately opened and closed to replace the gas.
  • the controller applies the pressure of the gas filling volume after the gas replacement process to the pressure of the gas filling volume when the flow rate control process is executed. It is preferable to execute a pressure adjusting process for causing the first shutoff valve and the shutoff valve to close the open operation so as to adjust to the target pressure.
  • the first shutoff valve and the second shutoff valve are opened at the same time, the gas in the gas filling volume is replaced, and then the first shutoff valve and the second shutoff valve are closed.
  • the pressure of the gas filling volume is adjusted to the target pressure of the gas filling volume when the flow rate control process is executed according to the timing of performing the operation.
  • the pressure of the gas filling volume is controlled to the target pressure from the first pulse shot, so that the delay in the response time due to the pressure variation of the gas filling volume can be suppressed.
  • the controller opens and closes the second shutoff valve to discharge the gas from the gas filling volume.
  • the first shutoff valve is operated to open and close, the filling time for filling the gas with the gas is varied, and pulse shots are repeated, and the second shutoff is performed.
  • the volumetric flow rate of the gas discharged from the valve is calculated for each filling time, a learning process for learning the relationship between the filling time and the volume flow rate is executed, and in the flow rate control process, the target flow rate is immediately preceding.
  • the relationship between the filling time learned in the learning process and the volume flow rate Based on this, it is preferable to execute the correction process for correcting the optimum filling time according to the difference between the target flow rate and the changed target flow rate.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration has a filling time learned in advance when the target flow rate is changed from the target flow rate used in the immediately preceding process or is changed in the middle of the flow rate control process. By correcting the optimum filling time according to the difference between the target flow rate and the changed target flow rate based on the relationship with the volume flow rate, it is possible to quickly adjust the gas flow rate to the changed target flow rate. Become.
  • the controller operates the opening / closing operation of the second shutoff valve to keep the discharge time for discharging the gas from the gas filling volume constant.
  • the first shutoff valve is opened and closed to fill the gas filling volume with the gas, the filling time is changed, pulse shots are repeated, and the gas is discharged from the second shutoff valve.
  • the volumetric flow rate of the gas is calculated for each filling time, a learning process for learning the relationship between the filling time and the volume flow rate is executed, and in the flow rate control process, the target flow rate is the target used in the immediately preceding process.
  • the target flow rate is based on the relationship between the filling time and the volume flow rate learned in the learning process.
  • the correction process for correcting the optimum filling time according to the difference between the change and the changed target flow rate is executed, and the controller executes the flow rate control mode for executing the flow rate control process and the gas replacement process. It is preferable to execute the mode setting process for setting the gas replacement mode to be performed and the learning mode for executing the learning process, and to execute the process according to the mode set in the mode setting process.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device having the above configuration executes each process at an arbitrary timing by executing the flow rate control process, the gas replacement process, and the learning process according to the settings of the flow rate control mode, the gas replacement mode, and the learning mode. It can be executed and is easy to use.
  • Another aspect of the present invention is (7) a first shutoff valve connected to a gas source, a second shutoff valve connected to the first shutoff valve, and the first shutoff valve and the second shutoff valve.
  • a controller having a gas filling volume between them and a pressure sensor for measuring the pressure of the gas filling volume, and communicably connected to the first shutoff valve, the second shutoff valve, and the pressure sensor is used.
  • the pulse shot type flow rate adjusting device whose operation is controlled is made to perform the process of controlling the gas to the target flow rate a plurality of times, and in each process, the first shutoff valve is opened and closed, and then the second shutoff valve is operated.
  • the pulse shot that causes the shutoff valve to perform the opening / closing operation is repeated, the first shutoff valve is made to perform the opening / closing operation, the gas filling volume is filled with gas, and then the post-filling pressure measured using the pressure sensor is obtained. , The second shutoff valve is opened and closed, gas is discharged from the gas filling volume, and then the gas discharged from the gas filling volume is based on the post-discharge pressure measured by the pressure sensor.
  • the flow rate control step of adjusting the volumetric flow rate to the target flow rate is performed by changing the mode in which the pulse shot is repeated, and further, the volumetric flow rate is performed in the flow rate control step.
  • the first shutoff valve When the pulse shot adjusted to the target flow rate is performed, the first shutoff valve is operated to open and close, and the filling time in which the gas is filled in the gas filling volume is stored as the optimum filling time.
  • the first pulse shot is performed in the step and the flow rate control step in the process performed after the process in which the optimum filling time storage step is performed, the optimum filling time stored in the optimum filling time storage step is used.
  • This is a pulse shot type flow rate adjusting method, characterized in that the first shutoff valve is made to perform an opening / closing operation and a filling time control step.
  • another aspect of the present invention is (8) a first shutoff valve connected to a gas source, a second shutoff valve connected to the first shutoff valve, the first shutoff valve and the second shutoff valve.
  • a program incorporated in a controller that controls the operation of a pulse shot type flow rate adjusting device having a gas filling volume between valves and a pressure sensor for measuring the pressure of the gas filling volume.
  • the first shutoff valve is made to perform the opening / closing operation, the gas filling volume is filled with gas, and then the post-filling pressure measured by the pressure sensor and the second shutoff valve are opened / closed. After discharging the gas from the gas filling volume, the volumetric flow rate of the gas discharged from the gas filling volume is calculated based on the post-discharge pressure measured using the pressure sensor, while the pulse. By changing the mode in which the shot is repeated, a flow rate control process for adjusting the volumetric flow rate to the target flow rate is executed, and further, the controller adjusts the volumetric flow rate to the target flow rate in the flow rate control process.
  • the first shutoff valve When the pulse shot is performed, the first shutoff valve is made to open and close, and the filling time for filling the gas filling volume with the gas is stored as the optimum filling time.
  • the first shutoff valve uses the optimum filling time stored in the optimum filling time storage process. It is a program characterized by executing a filling time control process for causing an opening / closing operation to be performed.
  • the present invention it is possible to realize a technique capable of improving the responsiveness of the pulse shot type flow rate adjusting device that controls the gas flow rate to the target flow rate by repeating the pulse shot.
  • ⁇ Outline configuration of pulse shot control device> As shown in FIG. 1, in this embodiment, the present invention is applied to a pulse shot type flow rate adjusting device (hereinafter abbreviated as “flow rate adjusting device”) that controls the flow rate of gas supplied to the chamber 230.
  • flow rate adjusting device a pulse shot type flow rate adjusting device that controls the flow rate of gas supplied to the chamber 230.
  • the chamber 230 is created in a vacuum atmosphere by, for example, a vacuum pump 240, and a predetermined film is formed on the wafer by using an atomic layer deposition method (Atomic Layer Deposition, hereinafter abbreviated as "ALD").
  • ALD atomic layer deposition
  • a film formed on a wafer is formed by repeating a cycle of (a) charging a raw material gas, (b) purging with an inert gas, (c) charging a reaction gas, and (d) purging with an inert gas.
  • the film thickness can be adjusted in units of 0.1 ⁇ m.
  • the pipe 200 connected to the gas source 211 of the raw material gas, the pipe 300 connected to the gas source 311 of the reaction gas, and the pipe 400 connected to the gas source 411 of the inert gas are separately connected to the chamber 230. ing.
  • the raw material gas is, for example, TMA (trimethylaluminum).
  • the reaction gas is, for example, H 2 O (water vapor).
  • the inert gas is, for example, N 2 gas.
  • TMA is a solid material at room temperature and is vaporized to a high temperature gas of 120 ° C. or higher when supplied to the chamber 230.
  • the supply amount of various gases is controlled by the supply time. Further, in ALD, the cycle of performing the above-mentioned (a) to (d) is repeated several hundred times per wafer.
  • the supply time for supplying TMA and H 2 O to the chamber 230 in (a) and (c) is several tens of msec, respectively, and the supply time for supplying N 2 gas to the chamber 230 in (b) and (d).
  • the time (purge time) is several seconds to several tens of seconds, respectively. Therefore, the gas supplied to the chamber 230 needs to be controlled with high accuracy, high frequency, and high speed. Therefore, the pipes 200, 300, and 400 are provided with flow rate adjusting devices 1A, 1B, and 1C that alternately open and close the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 to control the flow rate.
  • flow rate adjusting device 1 The configuration of the flow rate adjusting device 1 will be specifically described with reference to FIG. Since the flow rate adjusting devices 1A to 1C are configured in the same manner, the flow rate adjusting devices 1A arranged in the pipe 200 will be described below. Further, when it is not necessary to distinguish them, they are collectively referred to as "flow rate adjusting device 1".
  • the flow rate adjusting device 1 includes a first shutoff valve 11, a tank 12, a second shutoff valve 13, and a pressure sensor 14.
  • the first shutoff valve 11 is arranged on the upstream side of the tank 12 and is connected to the pressurized gas source 211.
  • the second shutoff valve 13 is arranged on the downstream side of the tank 12 and is connected to the chamber 230 having a vacuum atmosphere.
  • the tank 12 becomes a closed space when the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are closed.
  • the tank 12 of this embodiment has a volume of, for example, 5 to 1000 cc.
  • the tank 12 is an example of a “gas filling volume”. Instead of the tank 12, the gas filling volume may be configured by piping.
  • the pressure sensor 14 is a vacuum pressure gauge for high temperature.
  • the filter 16 is arranged on the upstream side of the first shutoff valve 11 and removes foreign matter from the gas flowing into the flow rate adjusting device 1.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are air-operated on-off valves.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are valves that can be controlled even with a high temperature gas of 120 ° C. or higher.
  • a high-speed valve capable of opening and closing at a cycle of several msec is used for the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13.
  • the diameter of the valve used for piping is generally one quarter inch of the piping diameter.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 for example, those having a diameter of 3/4 inch of the pipe diameter are selected, and the Cv value is increased.
  • the Cv values of the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are, for example, 0.6.
  • the flow rate adjusting device 1 can be operated.
  • the pulsation associated with the opening / closing operation of the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 is suppressed.
  • the flow rate adjusting device 1 makes it easier for the gas to flow than the thermal mass flow controller having the throttle portion, and the gas can be quickly supplied to the chamber 230.
  • the flow rate adjusting device 1 controls the gas to the target flow rate while repeating a pulse shot of causing the first shutoff valve 11 to open and close and then the second shutoff valve 13 to open and close during the process at high speed.
  • the "target flow rate” is defined as the volumetric flow rate of the gas discharged from the second shutoff valve 13 per unit time. Therefore, the flow rate adjusting device 1 is arranged in the vicinity of the chamber 230.
  • the second shutoff valve 13 and the chamber 230 are connected directly or via a pipe of 2 m or less.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are not limited to the air-operated on-off valve, and may be, for example, an electromagnetic on-off valve.
  • the operation of the flow rate adjusting device 1 of this embodiment is controlled by the controller 15.
  • the controller 15 is communicably connected to the first shutoff valve 11, the second shutoff valve 13, and the pressure sensor 14.
  • the controller 15 is an example of a “controller”.
  • the controller 15 is a well-known microcomputer, and includes a CPU 21 and a memory 22.
  • the memory 22 includes a non-volatile memory and a volatile memory.
  • the memory 22 stores various programs and data.
  • the CPU 21 executes the program stored in the memory 22 and executes various processes while temporarily storing the data in the memory 22.
  • the memory 22 stores a control program 31 for controlling the operation of the flow rate adjusting device 1.
  • the control program 31 performs gas replacement processing for replacing the gas remaining in the tank 12 with the gas supplied from the gas source 211, for example. Further, the control program 31 performs a flow rate control process for controlling the flow rate of the gas. Further, the control program 31 performs a learning process for learning the relationship between the filling time for filling the tank 12 with gas and the volumetric flow rate of the gas discharged from the second shutoff valve 13. Gas replacement processing, flow rate control processing, and learning processing will be described later.
  • the control program 31 is an example of a “program”.
  • the non-volatile memory of the memory 22 stores the data used for the control program 31.
  • the memory 22 stores the optimum filling time used in the first pulse shot in the flow control process.
  • the optimum filling time is stored as an initial value when the control program 31 is installed, and is updated as needed by repeating the flow rate control process.
  • the memory 22 stores the target flow rate used in the flow rate control process of the past process.
  • the memory 22 stores a correction graph showing the relationship between the filling time learned in the learning process and the volumetric flow rate.
  • the controller 15 further includes a time measuring unit 23 for measuring time and a communication interface 24 (hereinafter abbreviated as "communication IF 24") for controlling communication with the outside.
  • the controller 15 is communicably connected to the host controller 500 that controls the operation of the semiconductor manufacturing apparatus via the communication IF 24.
  • the controller 15 may be connected to the host controller 500 by wire, or may be connected to enable wireless communication.
  • the filter 16, the first shutoff valve 11, the second shutoff valve 13, the pressure sensor 14, and the controller 15 are internally installed in a case (not shown) in a state where they are connected to each other. It can also be transformed into. In that case, the flow rate adjusting device 1 is easy to handle, and there is no need to perform wiring work other than connecting the communication IF 24 to the host controller 500.
  • the controller 15 may be incorporated in an external controller such as the host controller 500 and may be outside a case (not shown). Further, for example, by incorporating the control program 31 into the upper controller 500, the upper controller 500 may have the function of the controller 15, and the upper controller 500 may be a “controller that controls the operation of the flow rate adjusting device”.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the control process.
  • the CPU 21 activates the control program 31 when the power is turned on, and executes the control process shown in FIG.
  • the flow rate adjusting device 1 accepts a mode in response to an instruction from the host controller 500, and executes a process corresponding to the mode. If the flow rate adjusting device 1 has an operation unit for inputting information, the operation unit may be used to accept the mode.
  • the CPU 21 first determines whether or not the instruction has been accepted (S10). For example, the control program 31 transmits a controllability notification indicating that the flow rate adjusting device 1 can be controlled to the host controller 500 after the start-up.
  • the controllable notification is accompanied by identification information that identifies the flow rate adjusting device 1.
  • the host controller 500 appropriately transmits an instruction necessary for gas flow rate control to the flow rate adjusting device 1 corresponding to the identification number attached to the notification enable notification.
  • the CPU 21 does not receive the instruction transmitted from the host controller 500 using the communication IF 24, the CPU 21 determines that the instruction is not accepted (S10: NO) and stands by.
  • the CPU 21 when the CPU 21 receives the instruction transmitted from the host controller 500 using the communication IF24, it determines that the instruction has been accepted (S10: YES). In this case, the CPU 21 analyzes the received instruction and determines the mode (S20).
  • the process of S20 is an example of "mode setting process".
  • the mode of this embodiment includes a gas replacement mode, a flow rate control mode, and a learning mode. It should be noted that the mode does not have to include all of these, and may have, for example, only the flow rate control mode. Moreover, there may be a mode different from these modes.
  • the gas replacement mode is a mode for executing the gas replacement process.
  • the host controller 500 transmits a gas replacement instruction instructing the execution of the gas replacement process to the flow rate adjusting device 1 that has transmitted the controllability notification.
  • the CPU 21 When the CPU 21 receives the gas replacement instruction transmitted from the host controller 500 using the communication IF 24, it determines that the gas replacement mode has been set (S20: gas replacement mode), and executes the gas replacement process (S30). When the gas replacement process is completed, the CPU 21 returns to the process of S10. The gas replacement treatment will be described later.
  • the flow rate control mode is a mode for executing the flow rate control process. For example, when the host controller 500 executes a process of supplying the TMA to the chamber 230 for a predetermined time (for example, several tens of msec), the host controller 500 transmits a flow rate control start instruction instructing the start of the flow rate control to the flow rate adjusting device 1. When the film formation for one layer of one wafer is completed, the host controller 500 transmits a flow rate control end instruction for instructing the end of the flow rate control to the flow rate adjusting device 1 to end the process.
  • a predetermined time for example, several tens of msec
  • the CPU 21 When the CPU 21 receives the flow rate control start instruction transmitted from the host controller 500 using the communication IF24, it determines that the flow rate control mode has been set (S20: flow rate control mode), and executes the flow rate control process (S50). .. When the flow rate control process is completed, the CPU 21 returns to the process of S10. The flow rate control process will be described later.
  • the learning mode is a mode for executing the learning process.
  • the TMA used in ALD is a vaporized solid material, but when the solid material is reduced, the amount of evaporation is reduced. That is, the gas usage conditions may change depending on the remaining amount of the solid material. Therefore, the host controller 500 may change the target flow rate depending on the gas usage conditions. In such a case, it is desirable to change the mode of the pulse shot with good responsiveness in accordance with the change in the target flow rate.
  • the host controller 500 transmits a learning instruction instructing the execution of the learning process to the flow rate adjusting device 1 that has transmitted the controllability notification.
  • the CPU 21 receives the learning instruction transmitted from the host controller 500 using the communication IF 24, it determines that the learning mode has been set (S20: learning mode), and executes the learning process (S40). When the learning process is completed, the CPU 21 returns to the process of S10. The learning process will be described later.
  • the host controller 500 may, for example, transmit the learning instruction only once after receiving the controllable signal, or may transmit the learning instruction each time before the process of controlling the gas flow rate. .. Further, for example, the host controller 500 may transmit a learning instruction every time the process is performed a predetermined number of times (for example, 20 times).
  • the CPU 21 terminates the control program 31 when the power of the flow rate adjusting device 1 is turned off. Before the end of the control program 31, the control program 31 transmits an uncontrollable notification indicating that the flow rate adjusting device 1 cannot be controlled to the host controller 500. The identification information of the flow rate adjusting device 1 is attached to the uncontrollable notification. The host controller 500 that has received the uncontrollable notification does not transmit an instruction to the flow rate adjusting device 1 corresponding to the identification information attached to the uncontrollable notification, and does not perform unnecessary communication.
  • the flow rate adjusting device 1 may be turned on or off in response to an instruction from the host controller 500 or a power on or off of the host controller 500.
  • the CPU 21 may omit the transmission of the controllable notification and the uncontrollable notification.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of gas replacement processing.
  • the CPU 21 that executes the gas replacement process first determines the control mode (S301).
  • the host controller 500 adds a control mode at the time of flow rate control to the gas replacement instruction. Further, the target pressure of the tank 12 at the time of flow rate control is attached to the gas replacement instruction.
  • the control mode includes, for example, first to third control modes.
  • the first control mode shown in FIG. 4A is a mode in which the flow rate of the gas reaches the target flow rate Q from the first pulse shot of the process.
  • the second control mode shown in FIG. 4B is a mode in which the gas flow rate is gradually increased until the N1st pulse shot to reach the target flow rate Q.
  • the second control mode shown in FIG. 4C is a mode in which the gas flow rate is gradually reduced until the N2th pulse shot to reach the target flow rate Q.
  • N1 and N2 are natural numbers of 2 or more.
  • N1 and N2 may be fixed values fixed in advance, variable values that can be set arbitrarily, or variable values that can be changed arbitrarily.
  • the CPU 21 determines that the control mode is the first control mode (S301: first control mode)
  • the CPU 21 opens the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 with the valves closed. Have them do it at the same time (S303).
  • the host controller 500 drives the vacuum pump 240 when transmitting the gas replacement instruction to the flow rate adjusting device 1. Therefore, a differential pressure is generated between the gas source 211 side and the chamber 230 side, and the gas remaining in the pipe 200, the tank 12, and the chamber 230 flows to the vacuum pump 240 and is discharged. As a result, for example, the gas mixed with air remaining in the pipe 200, the tank 12, or the chamber 230 is replaced with the gas supplied from the gas source 211. At this time, since the Cv values of the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are large, the gas replacement time can be shortened.
  • the CPU 21 causes the first shutoff valve 11 to perform the closing operation while maintaining the open operation of the second shutoff valve 13 (S305). As a result, the pressure in the tank 12 gradually decreases.
  • the CPU 21 with the first shutoff valve 11 closed measures the pressure in the tank 12 using the pressure sensor 14 (S307).
  • the CPU 21 determines whether or not the pressure measured by the pressure sensor 14 has reached the target pressure P101 of the first control mode attached to the gas replacement instruction (S309).
  • the CPU 21 determines that the pressure does not reach (S309: NO)
  • the CPU 21 waits for the target pressure P101 to be reached.
  • the CPU 21 causes the second shutoff valve 13 to perform the closing operation while maintaining the closing operation of the first shutoff valve 11 (S311). After that, the CPU 21 ends the process.
  • the CPU 21 determines that the control mode is the second control mode (S301: second control mode)
  • the CPU 21 executes the processes S313 to S321. Since the processing of S313 to S321 is the same as that of S303 to S311 described above, the description thereof will be omitted.
  • the target pressure P102 is the target pressure in the second control mode attached to the gas replacement instruction, and may be the same value as or different from the target pressure P101 in the first control mode.
  • the CPU 21 determines that the control mode is the third control mode (S301: third control mode)
  • the CPU 21 simultaneously opens the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 in the same manner as the above-mentioned S303. Let it do (S323).
  • the CPU 21 causes the second shutoff valve 13 to perform the closing operation while maintaining the open operation of the first shutoff valve 11 (S325).
  • the pressure in the tank 12 gradually increases.
  • the CPU 21 with the second shutoff valve 13 closed measures the pressure in the tank 12 using the pressure sensor 14 (S327).
  • the CPU 21 determines whether or not the pressure measured using the pressure sensor 14 has reached the target pressure P103 of the third control mode attached to the gas replacement instruction (S329).
  • the CPU 21 determines that the pressure does not reach (S329: NO)
  • the CPU 21 waits for the target pressure P103 to be reached.
  • the CPU 21 causes the first shutoff valve 11 to perform the closing operation while maintaining the closing operation of the second shutoff valve 13 (S331). After that, the CPU 21 ends the process.
  • the flow rate adjusting device 1 of the present embodiment when gas replacement is performed, the gas in the pipe 200 and the tank 12 is released by causing the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 to open at the same time. Replace. That is, the flow rate adjusting device 1 of the present embodiment includes the first shutoff valve 11 connected to the gas source 211, the second shutoff valve 13 connected to the first shutoff valve 11, the first shutoff valve 11 and the above.
  • a tank 12 gas filling volume between the second shutoff valves 13, a pressure sensor 14 for measuring the pressure of the tank 12, and a CPU 21 (controller) are provided, and the CPU 21 is the first shutoff valve 11.
  • the pulse shot of causing the second shutoff valve 13 to open and close is repeated, and the gas discharged from the tank 12 is discharged based on the post-filling pressure and the post-discharge pressure of the tank 12 measured by the pressure sensor 14.
  • a pulse shot type flow rate adjusting device that adjusts the volume flow rate of the gas discharged from the second shutoff valve 13 to a target flow rate by changing the mode in which the pulse shot is repeatedly performed while calculating the volume flow rate.
  • the CPU 21 causes the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 to simultaneously perform a valve opening operation to replace the gas in the tank 12 with the gas supplied from the gas source 211. Execute the process.
  • a flow rate adjusting device 1 it is not necessary to adjust the internal pressure of the gas filling volume to the set pressure at the time of gas replacement as in the case of flow rate control. Therefore, the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are simultaneously opened, and the gas supplied from the gas source 211 is continuously flowed to the gas filling volume to perform gas replacement.
  • the gas replacement time can be shortened as compared with the case where gas replacement is performed by a method in which any one of the second shutoff valves 13 is always closed.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 of the flow rate adjusting device 1 have larger Cv values than ordinary valves used for piping. Therefore, the gas replacement time of the tank 12 can be shortened.
  • the flow rate adjusting device 1 adjusts the pressure of the tank 12 to the target pressures P101 to P103 corresponding to the first to third control modes after replacing the gas even if the original pressure of the gas source 211 changes. .. Therefore, it can be expected that the pressure variation of the tank 12 will be reduced and the responsiveness of the flow rate control will be improved when the process is performed in the first to third control modes.
  • the processing of S303, S313, and S323 is an example of "replacement processing”.
  • the processing of S309 to S311, S319 to S321, and S329 to S331 is an example of "pressure adjustment processing”.
  • the target pressures P101 to P103 in the first to third control modes are not limited to those attached to the gas replacement instruction.
  • the flow rate adjusting device 1 includes an operation unit, the target pressures P101 to P103 may be received via the operation unit.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the procedure of the flow rate control process. Note that FIG. 5 shows a procedure for improving the responsiveness in the first control mode.
  • the CPU 21 When the CPU 21 receives the flow rate control start instruction from the host controller 500 and starts the flow rate control process, it first receives the target flow rate Q as shown in FIG. 5 (S501).
  • the host controller 500 attaches a target flow rate Q when supplying gas to the chamber 230 together with a flow rate control start instruction.
  • the CPU 21 receives the flow rate control start instruction transmitted by the host controller 500 using the communication IF 24, the CPU 21 stores the target flow rate Q attached to the flow rate control start instruction in the memory 22.
  • the flow rate adjusting device 1 includes an operation unit, the CPU 21 may store the target flow rate Q input using the operation unit in the memory 22.
  • the CPU 21 that has received the target flow rate Q determines whether or not it is the first pulse shot (S503).
  • the "first pulse shot” is defined as the first pulse shot performed after receiving the flow rate control start instruction.
  • the CPU 21 determines that it is the first pulse shot (S503: YES)
  • the CPU 21 substitutes the optimum filling time tx stored in the memory 22 into the filling time t1 (S505).
  • the filling time t1 is a time for maintaining the opening operation of the first shutoff valve 11 and filling the tank 12 with gas in the current pulse shot.
  • the CPU 21 acquires the previous target flow rate Qold stored in the memory 22 (S507).
  • the processes of S505 and S507 may be performed in the reverse order.
  • the CPU 21 determines whether or not the target flow rate Q received in S501 and the previous target flow rate Qold acquired in S507 are the same (S509).
  • the CPU 21 determines that they are the same (S509: YES)
  • the CPU 21 fills the tank 12 with gas during the filling time t1 (S511). That is, the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are closed when the flow rate control process is started. Therefore, the CPU 21 causes the first shutoff valve 11 to open, and starts filling the tank 12 with gas.
  • the CPU 21 uses the time measuring unit 23 to measure the first open operation maintenance time, which is the time for maintaining the open operation of the first shutoff valve 11.
  • the CPU 21 maintains the opening operation of the first shutoff valve 11 until the filling time t1 acquired in S503 is reached.
  • the CPU 21 detects that the filling time t1 has elapsed by using the time measuring unit 23, the CPU 21 causes the first shutoff valve 11 to close the valve 11 and finish filling the gas.
  • the CPU 21 resets the time measuring unit 23.
  • the CPU 21 that has completed filling with gas determines whether or not the first enactment time t2 has elapsed (S513).
  • the pressure in the tank 12 immediately after filling with gas is unstable due to adiabatic compression. It is also possible that the response of the first shutoff valve 11 is delayed. Therefore, a first enactment time t2 is provided between the time when the first shutoff valve 11 is closed and the time when the second shutoff valve 13 is opened.
  • the discharge time for discharging gas from the second shutoff valve 13 and the time from when the second shutoff valve 13 is closed to when the first shutoff valve 11 is opened are constant. I have to.
  • the cycle in which the first shutoff valve 11 is made to open is made constant. Therefore, by determining the filling time t1, the first establishment time t2 is automatically determined. After the first shutoff valve 11 is closed, the CPU 21 starts measuring the time using the time measuring unit 23. If the time measured by the time measuring unit 23 does not reach the first enactment time t2, the CPU 21 determines that the first enactment time t2 has not elapsed (S513: NO), and waits.
  • the CPU 21 determines that the first enactment time t2 has elapsed (S513: YES). Then, the CPU 21 acquires the pressure P1 after filling (S515). That is, the CPU 21 measures the pressure of the tank 12 when the first establishment time t2 elapses using the pressure sensor 14, and temporarily stores the measured pressure as the pressure P1 after filling in the memory 22.
  • the CPU 21 that has acquired the pressure P1 after filling discharges gas from the second shutoff valve 13 during the discharge time t3 (S517).
  • the discharge time t3 is predetermined as described above.
  • the CPU 21 causes the second shutoff valve 13 to open the first shutoff valve 11 as soon as the pressure P1 is acquired after filling.
  • the CPU 21 uses the time measuring unit 23 to measure the second open operation maintenance time, which is the time for maintaining the open operation of the second shutoff valve 13.
  • the CPU 21 maintains the open operation of the second shutoff valve 13 until the second open operation maintenance time reaches the discharge time t3.
  • the discharge time t3 elapses, the CPU 21 causes the second shutoff valve 13 to close, and ends the gas discharge.
  • the CPU 21 resets the time measuring unit 23.
  • the CPU 21 that has finished discharging the gas determines whether or not the second enactment time t4 has elapsed (S519).
  • the pressure in the tank 12 immediately after discharging the gas is unstable due to adiabatic expansion. It is also considered that there is a response delay in the closing operation of the second shutoff valve 13. Therefore, a second enactment time t4 is provided between the time when the second shutoff valve is closed and the time when the first shutoff valve 11 is opened.
  • the second enactment time t4 is predetermined as described above. After closing the second shutoff valve 13, the CPU 21 starts measuring the time using the time measuring unit 23. If the time measured by the time measuring unit 23 does not reach the second enactment time t4, the CPU 21 determines that the second enactment time t4 has not elapsed, and waits (S519: NO).
  • the CPU 21 determines that the second enactment time t4 has elapsed (S519: YES). Then, the CPU 21 acquires the post-discharge pressure P2 (S521). That is, the CPU 21 measures the pressure of the tank 12 when the second establishment time t4 elapses using the pressure sensor 14, and temporarily stores the measured pressure as the post-discharge pressure P2 in the memory 22.
  • the CPU 21 calculates the volumetric flow rate QA discharged from the second shutoff valve 13 based on the pulse shot (S523). That is, the flow rate adjusting device 1 uses the following mathematical formula 1 to obtain the current volumetric flow rate QA of the gas discharged from the second shutoff valve 13 per unit time.
  • the number of pulse shots is determined by the process time and the pulse shot cycle.
  • the discharge amount is calculated by the following mathematical formula 2.
  • ⁇ P is the differential pressure.
  • P is atmospheric pressure (101.3 kPa).
  • V is the volume (cc) of the tank 12.
  • T is the fluid temperature (° C.).
  • T is the temperature of the gas supplied to the chamber 230.
  • P and V are default values. Further, for example, when T is set to 20 ° C., the discharge amount is calculated in terms of 20 ° C.
  • the differential pressure ⁇ P is the difference between the post-filling pressure P1 acquired in S515 and the post-discharge pressure P2 acquired in S521. Therefore, the discharge amount fluctuates according to the differential pressure ⁇ P between the post-filling pressure P1 and the post-discharge pressure P2.
  • the CPU 21 substitutes the post-filling pressure P1 and the post-discharge pressure P2 temporarily stored in the memory 22 in S515 and S521 into the above-mentioned equation 2 to obtain the discharge amount.
  • the CPU 21 calculates the volumetric flow rate QA by substituting the number of pulse shots in the process into the number of pulse shots in the formula 1 and multiplying it by the discharge amount obtained in the formula 2.
  • the CPU 21 calculates the next filling time t1new by PID calculation using the volume flow rate QA calculated in S521 (S525).
  • FIG. 6 is a functional block diagram of the controller 15.
  • the controller 15 includes a volume flow rate calculation circuit 53 that calculates a volume flow rate QA using the post-filling pressure P1 and the post-discharge pressure P2.
  • the volume flow rate calculation circuit 53 outputs the calculated volume flow rate QA to the deviation calculation unit 51.
  • the deviation calculation unit 51 inputs the target flow rate Q received in S501, compares it with the volume flow rate QA input from the volume flow rate calculation circuit 53, and obtains a control deviation consisting of the difference between the target flow rate Q and the volume flow rate QA. ..
  • the deviation calculation unit 51 outputs the obtained control deviation to the PID calculation circuit 52.
  • the PID calculation circuit 52 calculates the next filling time t1new by the following mathematical formula 3 using the control deviation input from the deviation calculation unit 51.
  • Kp is a proportional multiplier.
  • Ki is an integral multiplier.
  • Kd is a derivative multiplier.
  • e (t) is the deviation this time.
  • e (t-1) is the previous deviation.
  • the filling amount for filling the tank 12 with gas is adjusted by the opening / closing operation of the first shutoff valve 11. Therefore, when the discharge time t3 and the second established time t4 are constant, the volumetric flow rate QA of the gas discharged from the second shutoff valve 13 can be adjusted by changing the filling time t1. Therefore, by calculating the next filling time t1new, the mode of the next pulse shot can be changed from the mode of the current pulse shot, and the volume flow rate QA can be brought closer to the target flow rate Q.
  • the CPU 21 that calculated the next filling time t1new in S525 overwrites the target flow rate Q used in the pulse shot with the previous target flow rate Qold and stores it in the memory 22 (S527). Then, the CPU 21 determines whether or not the target flow rate Q has been changed (S529). When the CPU 21 determines that the target flow rate Q has not been changed (S529: NO), the CPU 21 determines whether or not the flow rate control end instruction has been accepted (S531). That is, when the CPU 21 receives the flow rate control end instruction transmitted by the host controller 500 using the communication IF 24, it determines that the flow rate control end instruction has been accepted, and if it does not receive it, it determines that the flow rate control end instruction is not accepted.
  • the CPU 21 may accept a flow rate control end instruction via the operation unit. Further, the control program 31 may determine that the process time registration has been received, the flow rate control start instruction has been received, and then the flow rate control end instruction has been automatically received when the process time has elapsed.
  • the CPU 21 determines that the flow rate control instruction is not accepted (S531: NO), it returns to the process of S503 and determines whether or not it is the first pulse shot. At this point, since it is not the first pulse shot (S503: NO), the CPU 21 substitutes the next filling time t1new calculated in S525 into the filling time t1 (S537). As a result, the filling time t1 in the current pulse shot is changed from the filling time t1 in the previous pulse shot, and the mode of the pulse shot is changed. After that, the CPU 21 proceeds to S507. Since the processing after S507 is the same as the above, the description thereof will be omitted.
  • the CPU 21 repeats the pulse shot that executes the processes of S503 to S531 and S537, so that the accuracy of adjusting the volume flow rate to the target flow rate is improved.
  • the CPU 21 determines that the flow rate control end instruction has been received (S531: YES)
  • the CPU 21 stores the filling time t1 used in the last pulse shot as the optimum filling time tx in the non-volatile memory of the memory 22 (S533). That is, the optimum filling time tx stored in the previous process is rewritten to the filling time t1 used in the last pulse shot in this process. Then, the CPU 21 ends the process.
  • the CPU 21 when the CPU 21 receives the flow rate control instruction for the next process and executes the flow rate control process, the CPU 21 uses the filling time t1 used in the last pulse shot in the previous process to start the next process. Make a pulse shot. Therefore, in the next pulse shot, there is a high possibility that the flow rate of the gas discharged from the second shutoff valve 13 from the first pulse shot is adjusted to the target flow rate Q. Therefore, the flow rate adjusting device 1 can shorten the response time from receiving the flow rate control start instruction to adjusting the gas flow rate to the target flow rate Q.
  • the flow rate control process shown in S500 of FIG. 2 and the process shown in FIG. 5 are examples of the “flow rate control process”.
  • the process of S533 in FIG. 5 is an example of the “optimal filling time storage process”.
  • the process of S505 is an example of "filling time control process”.
  • the amount of evaporation of the solid material may change depending on how much the solid material is reduced.
  • the original pressure of the gas source 211 may change. That is, the gas usage conditions may change from process to process or may change during the process.
  • the host controller 500 changes the target flow rate Q according to the change in the gas usage conditions in order to stabilize the molecular weight of the gas supplied to the chamber 230.
  • the CPU 21 may not be able to adjust the gas to the changed target flow rate if the filling time t1 calculated by the pulse shot performed before the change is used. Therefore, the CPU 21 makes a correction to change the filling time t1 according to the change of the target flow rate Q. In this case, the CPU 21 adjusts the filling time t1 by using the correction graph stored in the memory 22 in the learning process described later, and shortens the correction time.
  • the CPU 21 corrects the filling time t1 (S539).
  • the CPU 21 substitutes the changed target flow rate Qnew into the target flow rate Q (S535). After that, the CPU 21 performs the processes of S503 to S509 and S537 described above. Since the CPU 21 determines in the process of S505 that the target flow rate Q is different from the previous target flow rate Qold (S505: NO), the filling time t1 is corrected (S539).
  • the correction of the filling time t1 will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, and 7C.
  • the memory 22 stores a correction graph generated by a learning process described later.
  • the CPU 21 reads, for example, the correction graph G1 as shown in FIG. 7A from the memory 22.
  • the correction graph G1 is a graph showing the relationship between the volume flow rate and the filling time.
  • the CPU 21 obtains the filling time associated with the volume flow rate corresponding to the target flow rate Q in the read correction graph G1, and changes the filling time t1 to the obtained filling time.
  • the filling time t1 is shortened according to the deviation.
  • the filling time t1 is lengthened according to the deviation.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating the procedure of the learning process.
  • the process shown in FIG. 8 is an example of “learning process”.
  • the CPU 21 substitutes the temporary filling time ty for the filling time t1 (S401).
  • the temporary filling time ty may be, for example, the optimum filling time tx stored in the memory 22. Further, the temporary filling time ty may be attached to the learning instruction transmitted by the host controller 500. Alternatively, the temporary filling time ty may be specified in the control program 31.
  • the CPU 21 executes the processes of S403 to S415 in the same manner as the processes of S511 to S523 shown in the flow rate control process of FIG. 5 described above, based on the filling time t1 acquired in S401.
  • the description of the processing of S403 to S415 is omitted.
  • the CPU 21 that calculated the volume flow rate QA by the process of S415 shown in FIG. 8 determines whether or not the volume flow rate QA is stable (S417). That is, the CPU 21 determines whether or not the volume flow rate is stable from the volume flow rate QA calculated in the process of S415 and the volume flow rate QA calculated earlier in the learning process. For example, when the rate of change of the volume flow rate QA calculated this time with respect to the previously calculated volume flow rate QA exceeds a predetermined threshold value, the CPU 21 determines that the volume flow rate QA is not stable (S417: NO). .. In this case, the CPU 21 repeats the processes after S403. As a result, in the learning process, the volumetric flow rate QA corresponding to the filling time t1 is accumulated and stored in the memory 22.
  • the CPU 21 determines that the volume flow rate QA is stable, for example, when the rate of change of the volume flow rate QA calculated this time with respect to the previously calculated volume flow rate QA is equal to or less than a predetermined threshold value (S417: YES). In this case, the CPU 21 outputs a completion signal (S419). That is, the CPU 21 outputs a completion signal indicating that the acquisition of the pattern is completed to the memory 22.
  • the memory 22 stores the number of patterns to be acquired in the learning process (“3” in this embodiment). The memory 22 that has input the completion signal reduces the number of patterns by one. As a result, the CPU 21 can determine how many more times the above process should be repeated. If the number of patterns is plural, the number is not limited to "3".
  • the CPU 21 stores the filling time t1 and the volume flow rate QA in the memory 22 (S421). That is, the CPU 21 associates the filling time t1 used at the time of acquiring the pattern with the volume flow rate QA calculated immediately before transmitting the completion signal, and stores the pattern A1 in the memory 22 as shown in FIG. 7A, for example.
  • the CPU 21 determines whether or not a predetermined number of the three patterns have been stored (S423). That is, the CPU 21 determines whether or not the number of patterns stored in the memory 22 to be acquired in the learning process has become “0”.
  • the CPU 21 determines that the three patterns are not stored (S423: NO). In this case, the CPU 21 accepts a change in the filling time t1 (S427).
  • the filling time t1 may be changed according to a change condition predetermined in the control program 31, or may be changed according to an instruction from the host controller 500. If the flow rate adjusting device 1 includes an operation unit, the filling time t1 may be changed according to a change instruction input by the user via the operation unit.
  • the CPU 21 After that, the CPU 21 returns to the processing of S403.
  • the CPU 21 performs the subsequent processing of S403 described above according to the changed filling time t1.
  • the CPU 21 stores the pattern A2 different from the pattern A1 in the memory 22, as shown in FIG. 7A, for example.
  • the CPU 21 determines that the three patterns have been stored (S423: YES). In this case, the CPU 21 generates a correction graph and stores it in the memory 22 (S425). That is, as shown in FIG. 7A, the CPU 21 creates a correction graph G1 showing the relationship between the filling time and the volume flow rate based on the three patterns A1 to A3 stored in the memory 22, and stores the correction graph G1 in the memory 22. After that, the CPU 21 ends the learning process.
  • the flow rate adjusting device 1 acquires the correction graph G1 suitable for the characteristics of its own device and can be used in S539 of the flow rate control process shown in FIG.
  • the flow rate adjusting device 1 of the present embodiment opens and closes the first shutoff valve 11 using the optimum filling time tx stored in the previous process in the first pulse shot when the process is executed. Let me. As a result, in the first pulse shot, the tank 12 is filled with gas suitable for adjusting the volumetric flow rate QA of the gas discharged from the second shutoff valve 13 to the target flow rate Q, and is discharged from the second shutoff valve 13. There is a high possibility that the volumetric flow rate QA of the gas will be adjusted to the target flow rate Q or a value close to the target flow rate Q. Therefore, according to the flow rate adjusting device 1 of the present embodiment, the response time from the start of the process until the gas is stabilized at the target flow rate is shortened, and the responsiveness can be improved.
  • a film may be formed on the wafer by a method other than ALD.
  • the flow rate adjusting device 1 is not limited to the semiconductor manufacturing device, and may be applied to other devices.
  • the optimum filling time tx stored in S533 of FIG. 5 does not have to be the filling time t1 in the last pulse shot in the previous process.
  • the filling time t1 and the volumetric flow rate are stored in association with the pressure of the tank 12, and the filling time t1 associated with the pressure of the tank 12 closest to the target pressure of the next process is stored.
  • the optimum filling time tx may be set.
  • the last pulse shot is considered to have the closest gas usage conditions to the first pulse shot in the next process.
  • the filling time t1 measured at the last pulse shot which is likely to adjust the volume flow rate QA to the target flow rate Q, is stored as the optimum filling time tx, so that the optimum filling time tx It is possible to reduce the processing load and memory load when storing.
  • the learning process shown in FIG. 8 and the process shown in S539 of FIG. 5 may be omitted.
  • the filling time and volume flow rate learned in advance By correcting the optimum filling time according to the difference between the target flow rate and the changed target flow rate based on the correction graph G1 showing the relationship with, the gas flow rate can be quickly adjusted to the changed target flow rate. Becomes possible.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 may be alternately opened and closed to replace the gas.
  • the gas supplied from the gas source 211 flows to the tank 12, and the tank It becomes easy to be replaced with the gas remaining in 12. According to this, the gas can be replaced faster than the case where the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are alternately opened and closed to replace the gas.
  • the processes of S305 to S311 and S315 to S321 and S325 to S331 in FIG. 3 may be omitted.
  • the opening operation of the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 may be performed at the same time, and the gas replacement may be completed without adjusting the pressure.
  • the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are simultaneously opened, the gas in the tank 12 is replaced, and then the first shutoff valve 11 and the second shutoff valve 13 are closed.
  • the pressure of the tank 12 is the target from the first pulse shot in the process after the gas is replaced. Since it is controlled by the pressure, it is possible to suppress a delay in the response time due to the variation in the pressure of the tank 12.
  • the controller 15 may separately perform the gas replacement process, the flow rate control process, and the learning process.
  • the controller 15 may separately perform the gas replacement process, the flow rate control process, and the learning process.
  • each process can be executed at any timing, which is convenient. Is good.
  • the storage medium for storing the control program 31 is also a novel and useful invention.

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Abstract

第１及び第２遮断弁（１１，１３）とタンク（１２）と圧力センサ（１４）とコントローラ（１５）を備えるパルスショット式流量調整装置（１）に、プロセスを複数回行わせる。コントローラ（１５）は、各プロセスにて、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るパルスショットを繰り返し、充填後圧力（Ｐ１）と吐出後圧力（Ｐ２）との差圧（ΔＰ）に基づいてパルスショットの態様を変化させ、体積流量（ＱＡ）を調整する（Ｓ５０３～Ｓ５３１、Ｓ５３７）。コントローラ（１５）は、各プロセスにて、体積流量（ＱＡ）を目標流量（Ｑ）に調整したときに充填時間（ｔ１）を最適充填時間（ｔｘ）として記憶し（Ｓ５３３）、次のプロセスの最初のパルスショットで最適充填時間（ｔｘ）を用いて第１遮断弁１１を開閉する（Ｓ５０５）。

Description

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
　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。
　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。
　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。
　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。
特許第４１９７６４８号公報
　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。
　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。
　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憶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。
　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。
（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。
　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。
（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。
　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。
（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、前記ガス置換処理の後、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。
　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。
（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。
　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りした場合に、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。
（６）（３）または（４）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、さらに、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。
　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。
　本発明の他の態様は、（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、前記流量制御工程にて、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憶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。
　さらに、本発明の他の態様は、（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憶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。
　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。
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。 制御処理の手順を説明するフローチャートである。 ガス置換処理の手順を説明するフローチャートである。 制御モードの一例である。 制御モードの一例である。 制御モードの一例である。 流量制御処理の手順を説明するフローチャートである。 コントローラの機能ブロック図である。 補正の手順を説明するイメージ図である。 補正の手順を説明するイメージ図である。 補正の手順を説明するイメージ図である。 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。 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。 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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ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４Ａ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４Ｂ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４Ｃ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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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ＣＰＵ２１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に開動作を同時に行わせ、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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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流量Ｑｏｌｄを取得する（Ｓ５０７）。なお、Ｓ５０５、Ｓ５０７の処理は逆順でもよい。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　流量調整装置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ΔＰに応じて変動する。
　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。
　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）。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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）。
　充填時間ｔ１の補正について図７Ａ，図７Ｂ,図７Ｃ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７Ａ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。
　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７Ｂに示すように補正しない場合より、図７Ｃ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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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７Ａに示すようにパターンＡ１としてメモリ２２に記憶する。
　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。
　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。
　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７Ａ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。
　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７Ａ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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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りした場合に、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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
 

Claims (8)

  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憶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。
  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。
  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ガス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。
  4. 請求項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、前記ガス置換処理の後、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。
  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。
  6. 請求項３又は請求項４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、
    　さらに、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。
  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、
    　　前記流量制御工程にて、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憶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。
  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憶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。
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