带有降落方式流量监测器的流量控制装置制造方法

带有降落方式流量监测器的流量控制装置制造方法
【专利摘要】具备：上游侧阀（AV），将来自具有希望的气体供给压的气体供给源的气体的流通开闭；流量控制装置，连接在上游侧阀（AV）的下游侧，具备耐供给压力变动性；温度传感器（T），以将上游侧阀（AV）的出口侧与流量控制装置的入口侧连通的通路的内容积为降落容量（BC），并检测在形成该降落容量（BC）的通路内流通的气体的温度；压力传感器（P），检测在形成降落容量（BC）的通路内流通的气体的压力；监测流量运算控制部（CPb），进行上游侧阀（AV）的开闭控制，并且在通过上游侧开闭阀（AV）的开放使降落容量（BC）内的气体压力成为设定上限压力值后，通过上游侧阀（AV）的封闭在规定时间t秒后使气体压力下降到设定下限压力值，由此通过降落方式运算并输出监测流量（Q）；将上述监测流量（Q）运算为Q=1000/760×60×273/（273+T）×V×ΔP/Δt并输出。
【专利说明】带有降落方式流量监测器的流量控制装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及关于带有流量监测器的流量控制装置的改良，特别涉及通过对具备耐 压变动特性的热式流量控制装置或使用节流孔的压力式流量控制装置有机地组合降落方 式的流量监测器、能够将动作中的流量控制装置的控制流量实时地监测的带有降落方式流 量监测器的流量控制装置。

【背景技术】
[0002] W往，在半导体控制装置用气体供给装置中，广泛地使用热式流量控制装置MFC 或压力式流量控制装置FCS，此外，近年来开始使用提高了耐供给压力变动特性的热式流量 控制装置。
[0003] 图33是表示上述压力式流量控制装置FCS的结构的图，该压力式流量控制装置 FCS由控制阀CV、温度检测器T、压力检测器P、节流孔化及运算控制部CD等构成。此外， 该运算控制部CD由温度修正/流量运算电路CDa、比较电路C抓、输入输出电路CDc及输出 电路CDd等构成，具备对于一次侧供给压的变动具有稳定的流量控制特性的优良的特性。
[0004] 参照图33,来自压力检测器P及温度检测器T的检测值被变换为数字信号并向温 度修正/流量运算电路CDa输入，在该里进行检测压力的温度修正及流量运算后，将流量运 算值Qt向比较电路C抓输入。此外，设定流量的输入信号Qs被从端子In输入，由输入输 出电路CDc变换为数字值后向比较电路C抓输入，在该里被与来自上述温度修正/流量运 算电路CDa的流量运算值Qt比较。在比较的结果是设定流量输入信号Qs比流量运算值Qt 大的情况下，向控制阀CV的驱动部输出控制信号PcL由此，控制阀CV被向封闭方向驱动， 被向闭阀方向驱动，直到设定流量输入信号Qs与运算流量值Qt的差（Qs - Qt)成为零。
[0005] 在该压力式流量控制装置FCS中，在节流孔化的下游侧压力P2(即，处理腔室侧的 压力P2)与节流孔化的上游侧压力Pi (即，控制阀CV的出口侧的压力Pi)之间保持着Pi/ P2 >约2的关系(所谓临界膨胀条件）的情况下，流通过节流孔化的气体Go的流量Q成为 Q=KPi (其中K是常数)，通过控制压力Pi,能够高精度地控制流量Q，并且具备即使控制阀CV 的上游侧的气体Go的压力较大地变化、控制流量值也几乎不变化的优良的特性。
[0006] 另外，由于压力式流量控制装置FCS及具备耐压力变动特性的热式流量控制装置 本身是周知的，所W该里省略其详细的说明。
[0007] 但是，例如在压力式流量控制装置FCS中，由于使用微小的孔径的节流孔化，所W 通过由团素类气体带来的腐蚀、反应活性气体的析出等，引起节流孔化的孔径老化。结果， 在压力式流量控制装置FCS的控制流量值与现实流通的气体Go的实际流量值之间产生差 异，为了检测该差异，需要频繁进行所谓流量监测，有给半导体制造装置的开动性及制造出 的半导体的品质等带来较大影响的问题。
[0008] 因此，在压力式流量控制装置的领域中，W往较多采用通过尽可能早地检测节流 孔化的孔径的变化、来防止在压力式流量控制装置FCS的控制流量值与现实流通的气体Go 的实际流量值之间发生差异的对策，此外，在节流孔化的孔径变化的检测中，较多采用使 用所谓增进方式或降落方式的气体流量测量方法。
[0009] 但是，W往的使用所谓增进方式或降落方式的气体流量测量必须将实际气体的供 给暂时停止，结果有造成半导体制造装置的开动率的下降或给制造出的半导体的品质等带 来较大影响的问题。
[0010] 因此，近年来，在热式质量流量控制装置或压力式流量控制装置的领域中，不将实 际气体的供给暂时停止、而能够实时地简单监测供给气体的流量控制是否被适当地进行的 带有流量监测器的流量控制装置的开发正在被推进。
[0011] 例如，图34是表示其一例的图，作为该热式质量流量控制装置(质量流量控制器） 的带有流量监测器的流量控制装置20由流路23、上游侧压力的第1压力传感器27a、开闭 控制阀24、设在其下游侧的热式质量流量传感器25、设在其下游侧的第2压力传感器27b、 设在第2压力传感器27b的下游侧的节流部(声速喷嘴）26、运算控制部28a和输入输出电 路28b等构成。
[0012] 上述热式质量流量传感器25具有插入在流路23内的整流体25a、从该流路23分 支规定的比例F/A的流量的分支流路2化和设在分支流路2化中的传感器主体25c，输出表 示总流量F的流量信号Sf。
[0013] 此外，节流部26是当其一次侧与二次侧的压力差为规定值W上时使与一次侧的 压力对应的流量的流体流过的声速喷嘴。另外，在图34中，Spa、S化是压力信号，Pa、化是 压力，F是总流量，Sf是流量信号，Cp是阀开度控制信号。
[0014] 上述运算控制部28a通过将来自压力传感器27a、2化的压力信号Spa、Spb及来自 流量传感器25的流量控制信号Sf反馈而输出阀开度控制信号Cp,来反馈控制开闭阀24。 目P，经由输入输出电路28b向运算控制部28a输入流量设定信号Fs,调整向质量流量控制装 置20流动的流体的流量F，W使其与流量设定信号Fs相符。
[0015] 具体而言，运算控制部28a使用第2压力传感器27b的输出（压力信号Spb)反馈 控制开闭控制阀24而控制其开闭，由此控制流过声速喷嘴26的流体的流量F，并且使用此 时的热式流量传感器25的输出（流量信号Sf )进行实际流动的流量F的测量，通过将该流 量F的测量值与流量F的控制值对比，来确认质量流量控制装置20的动作。
[0016] 该样，在图34所示的带有流量监测器的流量控制装置20中，由于在运算控制部8a 中装入了使用用来进行流量控制的第2压力传感器27b的压力式流量测量、和使用用来进 行流量的监视的热式流量传感器25的流量测量该两种测量方式，所W能够简单且可靠地 实时监测是否实际流动了控制流量(设定流量Fs)的流体、即在控制流量与实际流量之间是 否有差异，发挥较高的实用效用。
[0017] 但是，在该图34所示的带有流量监测器的流量控制装置20中，也留有许多要解决 的问题。
[0018] 第1个问题是，由于装入了使用用来进行流量控制的第2压力传感器27b的压力 式流量测量、和使用用来进行流量的监视的热式流量传感器25的流量测量该两种不同的 流量测量方式，所W带有流量监测器的流量控制装置20的构造变复杂，不能实现装置的小 型化及制造成本的降低。
[0019] 此外，第2个问题是，运算控制部28a为使用第2压力传感器27b的输出S化和热 式流量传感器25的流量输出Sf的两信号将开闭控制阀24开闭控制、并使用第1压力传感 器27a的输出Spa将热式流量传感器25的流量输出Sf修正的结构，要使用第I压力传感 器27a及第2压力传感器27b的两个压力信号Spa、S化和来自热式流量传感器25的流量 信号Sf的H个信号进行开闭控制阀24的开闭控制。因此，不仅运算控制部28a的结构变 复杂，而且有作为压力式流量控制装置FCS的稳定的流量控制特性及优良的高响应性相反 被降低的问题。
[0020] 专利文献1 ;特许第2635929号 专利文献2 ;特许第2982003号 专利文献3 ;特许第4308350号 专利文献4 ;特许第4137666号。


【发明内容】

[0021] 本申请发明的主要目的是解决W下等的问题；a在使用W往的降落方式或增进方 式的流量测量方法的带有流量监测器的流量控制装置的情况下，在流量监测时必须将实际 气体的供给暂时停止，所W发生半导体制造装置的开动率的下降及制造的半导体的品质变 动等；W及b在W往的图34那样的将热式流量计与压力式流量控制装置组合构造的带有 流量监测器的流量控制装置中，不能实现流量控制装置自身的构造的简洁化及装置的小型 化，而且压力式流量控制装置具有的优良的响应特性及稳定的流量控制特性被削弱；本申 请发明将压力式流量控制装置FCS或耐压力变动式热式流量控制装置MFC与设在其上游侧 的降落方式的流量测量部一体地组合，并且在被流量控制装置的上游侧压力（输入侧压力） 许容的压力变动范围内使上述降落方式流量测量部动作，W至少1砂W内1次(优选的是在 1砂间多次)从降落方式流量测量部发出流量监测信号，由此使得能够与流量控制装置的流 量控制同时并行地进行通过降落方式流量测量部的实质上接近于实际监测的流量监测。
[0022] 通过做成上述那样的结构，能够完全有效利用流量控制特性几乎不受输入侧的压 力变动影响的压力式流量控制装置或耐压力变动型热式流量控制装置的流量特性，提供一 种能够在大致接近于实时(至少1次/1砂）的状况下进行通过降落方式流量监测部的流量 监测、并且能够实现运算控制部的简洁化、设备主体部的大幅的小型化及气体置换性的提 高等的带有降落方式流量监测器的流量控制装置。
[0023] 本申请
【发明者】等首先用使用节流孔的压力式流量控制装置FCS构成图1所示那样 的试验装置，进行根据压力式流量控制装置FCS与上游侧(一次侧)阀AV间的压力下降的斜 率进行流量计算的与降落方式的流量测量有关的基础性的各种试验。
[0024] 目P，在图1中，馬是气体供给源，RG是压力调整器，ECV是电磁驱动部，AV是上游侧 阀，FCS是压力式流量控制装置，VP是真空粟，BC是降落容量，T是温度传感器，P。是来自设 在压力式流量控制装置FCS内的压力传感器的压力传感器输出，E是电源部，Ei是压力式流 量控制装置用电源，Es是运算控制部用电源，Es是上游侧阀用电源，S是信号发生器，CP是 运算控制部，CPa是压力式流量运算控制部，CPb是降落监测流量运算控制部，PC是运算显 示部，NR是数据记录器。
[00巧]上述降落容量BC是与上游侧阀AV的出口侧和压力式流量控制装置FCS的控制阀 (图示省略）的入口侧之间的管路空间容积对应的量，构成为，通过调整配管路的长度内内 径等、或调整夹设在该配管路中的降落用腔室（图示省略）的内容积，能够将降落容量BC切 换调整为I. 78cc和9. 91cc、4. 6?11. 6cc及I. 58cc?15. 31cc的各容量。
[0026] 另外，在使用降落用腔室的情况下，如在实施例中后述那样，将上游侧阀AV的出 口与控制阀CV的入口间的流路的内径设为1.8mm，并且将降落容量BC选定为1.58CC? 15. 31cc〇
[0027] 此外，在上述运算控制部CP内的降落监测流量运算控制CPb中，如后述那样使用 降落容量BC部分的压力下降率进行需要的监测流量的运算，进而，在压力式流量运算控制 部CPa中，与W往的压力式流量控制装置FCS的控制运算部同样地进行流通过节流孔（图示 省略）的流量的运算及控制阀（图示省略）的开闭控制等。
[0028] 另外，压力式流量控制装置FCS、上游侧开闭阀AV、压力调整器RG及其他设备类全 部是周知的，所W该里省略其说明。
[0029] 此外，压力式流量运算控制部CPa -般装入在运算控制部CP内，但在图1中为了 便于说明，显示为从运算控制部CP分离的状态。进而，上述上游侧阀AV由于需要将开闭在 短时间内进行，所W-般希望直动型电磁阀的使用，但当然也可W是设有先导电磁阀的空 气动作阀。
[0030] 降落方式的流量测量部由于是不易受到气体供给压变动的影响的流量控制装置、 特别是使用节流孔的压力式流量控制装置FCS，所W能够配设到其上游侧。另外，周知的是 通过降落方式的流量测量能够进行高精度的流量测量。
[0031] 目P，在降落方式中，在降落容量BC内流通的流量Q可W通过下述的（1)式计算。
[0032] 「敬式 11

【权利要求】
1. 一种带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 具备：上游侧阀（AV)，将来自具有希望的气体供给压的气体供给源的气体的流通开 闭；流量控制装置，连接在上游侧（AV)的下游侧，具备耐供给压力变动性；温度传感器（T)， 以将上述上游侧阀（AV)的出口侧与上述流量控制装置的入口侧连通的通路的内容积为 降落容量（BC)，并检测在形成该降落容量（BC)的通路内流通的气体的温度；压力传感器 (P)，检测在形成上述降落容量（BC)的通路内流通的气体的压力；和监测流量运算控制部 (CPb)，进行上述上游侧阀（AV)的开闭控制，并且在通过上游侧阀（AV)的开放使降落容量 (BC)内的气体压力成为设定上限压力值后，通过上游侧阀（AV)的封闭在规定时间t秒后使 上述气体压力下降到设定下限压力值，由此通过降落方式运算并输出监测流量Q ; 将上述监测流量Q运算为 [数式3]
(其中，T是气体温度（°C)，V是降落容量（BC) (1)，AP是压力下降范围(设定上限压力 值一设定下限压力值）（Torr)，At是从上游侧阀（AV)的封闭到开放的时间（sec))。
2. 如权利要求1所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，使具备耐压力变动性的流量控制装置为压力式流量控制装置（FCS)，所述压力 式流量控制装置（FCS)具备控制阀（CV)、节流孔（0L)或临界喷嘴、压力计（P1)及/或压力 计（P2)和流量运算控制装置（CPa);并且使降落容量（BC)为将上游侧阀（AV)的出口侧与 压力式流量控制装置的控制阀（CV)的入口侧连通的通路的内容积。
3. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使降落容量（BC)为1. 0?20cc，并使设定上限压力值为400?200kPa abs、以及使设 定下限压力值为350kPa abs?150kPa abs，此外，使规定时间t为1秒以内。
4. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使降落容量（BC)为1. 78cc，使设定上限压力值为370kPa abs，使设定下限压力值为 350kPa abs,使压力下降范围A P为20kPa abs,以及使规定时间t为1秒以内。
5. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使上游侧阀（AV)为流体压动作式的电磁直接安装型电动阀或电磁直动型的电动阀，并 且，通过阀的高速开闭，使由上游侧阀（AV)的打开带来的从设定下限压力值向设定上限压 力值的气体压力的恢复时间比由上游侧阀（AV)的关闭带来的从设定上限压力值到设定下 限压力值的气体压力下降时间大幅变短。
6. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，向上游侧阀（AV)的出口侧与流量控制器之间的气体流通路的内部插装棒片， 改变气体流通路的通路截面积，由此实现上述降落容量（BC)的调整及气体压力下降特性的 直线化。
7. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，在上游侧阀（AV)的出口侧与流量控制器之间的气体通路中夹设适当的内容量 的腔室，改变该腔室的内容积，由此调整降落容量（BC)的值。
8. 如权利要求1或2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，将流量控制装置的流量运算控制装置（CPa)和降落监测流量的运算控制装置 (CPb) -体地形成。
9. 如权利要求7所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，将腔室做成将内筒和外筒以同心状配设固定的构造，并将形成腔室的内、外筒 间的间隙作为气体流通路，在该腔室中设置压力传感器（P3)。
10. 如权利要求2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，向上游侧（AV)的出口侧与压力式流量控制装置（FCS)的控制阀之间的气体通 路的内部插装棒片，改变气体流通路的通路截面积。
11. 如权利要求2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，在上游侧（AV)的出口侧与压力式流量控制装置（FCS)的控制阀之间的气体通 路中夹设适当的内容积的腔室。
12. 如权利要求2所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，将压力式流量控制装置的流量运算控制装置（CPa)和降落监测流量的运算控 制装置（CPb)-体地形成。
13. 如权利要求9所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 构成为，在内筒的内部设置气体从下方朝向上方流通的气体通路，使气体从内筒的上 端面向内筒与外筒的间隙内流入。
14. 如权利要求13所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使设在内筒的内部的气体通路为纵长孔与向纵长孔内部插入的圆柱状销的间隙（h )， 所述纵长孔设在内筒的中央部。
15. 如权利要求9所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使内筒为在外周面上形成有螺纹的内筒。
16. 如权利要求9所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使内筒为在内部设有气体流通的狭缝的结构的内筒。
17. 如权利要求9所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使内筒为在内部设有气体流通的过滤介质的结构。
18. 如权利要求9所述的带有降落方式流量监测器的流量控制装置，其特征在于， 使内筒为由过滤介质或多孔质陶瓷材料形成的结构。
【文档编号】G05D7/06GK104350443SQ201380028183
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】永濑正明, 日高敦志, 西野功二, 池田信一 申请人:株式会社富士金