質量流控制器的製作方法
2023-10-18 05:23:29
專利名稱：質量流控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種質量流控制器，具體涉及不受壓力影響的質量流控制器。
背景技術：
圖4表示使用現有的質量流控制器的半導體生產線10的示例圖。在圖4中，11、12表示構成雙系統的半導體生產線的容器，13a～13d表示向容器11、12供給不同氣體G1、G2的氣體供給線路，14、15表示分別供給各氣體G1、G2的儲氣瓶。
各氣體供給線路13a～13d均設有機械式調壓器16a～16d、該調壓器16a～16d的下遊側的儀表17a～17d、質量流控制器18a～18d。另外，19a～19d表示過濾器。氣體供給線路13a、13c分別向容器11、12供給氣體G1，氣體供給線路13b、13d分別向容器11、12供給氣體G2。即，向多個線路13a～13d供給多種氣體G1、G2。
從所述儲氣瓶14、15供給的氣體G1、G2的壓力在其出口側通常被減壓到約98kPa，然後，該壓力通過所述調壓器16a～16d被減壓到例如約30kPa後供給質量流控制器18a～18d，由此防止質量流控制器18a～18d的破損。並且，半導體生產線的管理者控制質量流控制器18a～18d，使規定流量的氣體G1、G2流過容器11、12，通過一面確認儀表17a～17d，一面調節調壓器16a～16d，適當地調整供給質量流控制器18a～18d的氣體G1、G2的壓力。
如圖4所示，由於使質量流控制器18a～18d與調壓器16a～16d進行組合，即使氣體G1、G2的供給側產生某種程度的壓力變動，也能進行穩定的控制。但是，為了形成所述現有的質量流控制器18a～18d與調壓器16a～16d的組合，需要連通連接多個部件16a～16d、17a～17d、18a～18d、19a～19d，所以在設置氣體供給線路13a～13d時將花費時間和成本，這是不可避免的。並且，連接各部件16a～16d、17a～17d、18a～18d、19a～19d之間的配管的數量越多，在連接部產生漏氣等問題的風險性就越高，而且也會由於配管產生的阻力致使流量受到限制或不穩定因素的影響。
並且，如果僅進行由前述的質量流控制器18a～18d與調壓器16a～16d的組合的流量控制，伴隨流量的大幅度變化，質量流控制器18a～18d內的流量控制裝置的入口側的壓力和出口側的壓力發生變動，從而有時不能進行穩定的流量控制。
即，機械式調壓器16a～16d在某種程度的流量穩定時能夠適當調整壓力，但在流量急劇變化時有時不能相應的調整，由於質量流控制器18a～18d的流量急劇控制所產生的入口側的壓力變動，有時將給質量流控制器18a～18d的流量的穩定控制帶來不良影響。
並且，通過氣體供給線路13a供給的氣體流量的急劇變化有時會影響調壓器16a的上遊側壓力，並使由與其分支連接的其他氣體供給線路13c供給的氣體流量也產生紊亂。
另外，如圖5所示，以降低成本為目的，從一臺調壓器16a、16b分支連接配管，控制多臺質量流控制器18a～18d，但該情況時，存在因所述壓力變動而造成的影響變大的問題。
發明內容
本發明就是鑑於上述情況而提出的，其目的在於，提供一種即使在質量流控制器的上遊側及下遊側的任一方產生壓力變動，也能經常穩定流過目標流量的質量流控制器。
為了達到上述目的，本發明的質量流控制器具有流量控制閥和流量傳感器，其特徵在於，具有配置在流量控制閥上遊側的壓力控制閥；配置在該壓力控制閥和流量控制閥之間的壓力傳感器；通過反饋該壓力傳感器的輸出來控制壓力控制閥的控制部。
因此，通過使用該質量流控制器，即使在其上遊側產生壓力變動時，也可以利用根據壓力傳感器的輸出進行反饋控制的壓力控制閥可靠地去除該影響，同時，在質量流控制器的下遊側產生的壓力變動，可以利用根據流量傳感器的輸出進行反饋控制的流量控制閥可靠地去除。
即，即使在質量流控制器的上遊側及下遊側的任一方產生壓力變動，也能經常進行穩定的流量控制。換言之，質量流控制器內具有壓力調整功能，所以能夠使流量控制閥的入口側壓力經常保持一定，可以最大限度地發揮其性能。因此，提高了流量精度和穩定性。
並且，為了供給流量穩定的氣體，不需要使用現有的機械式調壓器，所以能夠簡化氣體供給線路的結構，相應地可以削減氣體供給線路的製造成本。此外，不需要連通連接多個部件，所以能夠消除伴隨不必要的配管流路或形成連接部而產生的漏氣等顧慮及因流路阻力產生的減壓。
在使所述壓力傳感器面對流量傳感器前面的流路的情況下，由於使壓力傳感器在質量流控制器內面對必要的流路，所以能夠使質量流控制器緊湊化，同時，由於在流量傳感器前面的流路設置壓力傳感器，所以通過使用該流量傳感器的反饋控制能夠進行更穩定的流量控制。
圖1是表示本發明的質量流控制器的一例的方框圖。
圖2是表示使用所述質量流控制器的流量控制的實測示例圖。
圖3是表示使用所述質量流控制器的半導體生產線的示例圖。
圖4是表示使用現有的質量流控制器的半導體生產線的示例圖。
圖5是表示使用所述現有的質量流控制器的半導體生產線的另一個示例圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的質量流控制器1的一例的方框圖。本示例的質量流控制器1具有形成用於流體(在以下示例中流體示例為氣體，但該流體不限於氣體)流過的流路2的流路單元3；連接該流路單元3的壓力控制閥4；流量傳感器5；流量控制閥6；兩個壓力傳感器7；控制各部分4～6的控制部8；過濾器9。
所述流路2例如，形成為將通道單元3內挖通，由第1～第3流路2a～2c構成。並且，在第1流路2a的上遊端和第3流路2c的下遊端分別設置配管安裝部3a、3b。另外，流路2的形成方法可以是挖通，也可以使用鑄模，還可以是其他方法，在通過挖通等形成第2流路2b的情況下，流路單元3至少需要在一處形成可分離狀態，但無論怎樣，通過使流路單元3、3a、3b形成為一個整體，可以防止漏氣。
壓力控制閥4例如，由接觸形成於流路單元3的一側面的閥座3c的流量孔板4a及其驅動器4b構成，並且構成為根據控制信號Cp可以控制連通連接所述流路2a、2b的開度。
流量傳感器5例如，具有插入第2流路2b內的整流體5a；從該第2流路2b僅分支規定的比率1/A的流量的分支流路5b；設在該分支流路5b的傳感器主體5c，輸出表示總流量F的流路信號Sf。
並且，流量控制閥6例如，由接觸形成於流路單元3的一側面的閥座3d的流量孔板6a及其驅動器6b構成，並且構成為可以根據控制信號Cf控制連通連接所述流路2b、2c的開度。
所述壓力控制閥4、流量傳感器5、流量控制閥6並列配置在流路單元3的一側面(上面)，由此，可以將質量流控制器1的整體大小控制為較小。
所述壓力傳感器7由面對第1流路2a配置在側面的第1傳感器7a、和面對第2流路2b配置在側面的第2傳感器7b構成，兩個壓力傳感器7a、7b分別埋設在與安裝所述各部分4～5的側面不同的一面(在本示例的圖1中為第1流路2a的前面及位於構成所述流量傳感器5的整流體5a前面的第2流路的深處)。由此，可以在不改變質量流控制器1的整體大小的情況下設置壓力傳感器7。並且，所述傳感器7a、7b分別輸出表示第1流路2a、第2流路2b內的壓力P1、Pc的壓力信號Spa、Spb。
另外，在本示例中，表示設在傳感器7a、7b側面的示例，但如果壓力傳感器7被安裝成面對流路2，則不限定該安裝面。即，可以埋設在流路單元3的下面，也可以在上面埋設在不妨礙所述控制閥4、流量傳感器5、流量控制閥6的位置。
所述控制部8例如，由控制部8a、控制部8b和與外部的接口8c構成，其中，控制部8a通過反饋來自所述壓力傳感器7的壓力信號Spa、Spb並輸出壓力控制信號Cp，對壓力控制閥4進行反饋控制，控制部8b通過反饋來自流量傳感器5的流量信號Sf並輸出流量控制信號Cf，對流量控制閥6進行反饋控制。並且，控制部8a根據來自外部的信號對流量控制閥6進行反饋控制，同時，向控制部8a輸出控制信號，把整流體5a前面的壓力Pc控制為規定壓力。
並且，雖然省略圖示，但控制部8具有顯示流量F及臨時壓力Pc的設定值、通過各傳感器5、7a、7b測定的值P1、Pc、F的顯示部。另外，通過傳感器5、7a、7b測定的值P1、Pc、F均可以通過接口8c輸出到外部。並且，接口8c可以是進行數字通信的接口，也可以是模擬值的輸入輸出部。
另外，在本示例中為了明確表示控制關係，劃分為控制部8a、8b進行表示，但本發明不限於此，也可以利用一個控制部8進行整體控制，從而降低製造成本。
並且，通過控制部8b進行的壓力控制閥4的控制，不限於只使用壓力傳感器7b的輸出信號Spb進行反饋控制，也可以使用壓力傳感器7a的輸出信號Spa進行控制。另外，如本示例所示，通過設置壓力傳感器7a，可以監視輸入到質量流控制器1的氣體壓力，但也可以省略該壓力傳感器7a。
所述本發明的質量流控制器1的控制部8b使用來自壓力傳感器7b的輸出信號Spb進行反饋控制，使壓力控制閥4達到指定壓力Pc，所以，即使質量流控制器1的入口側壓力P1由於某種影響而變動，質量流控制器1也能進行穩定的控制。並且，控制部8a使用來自流量傳感器5的流量信號Sf對流量控制閥6進行反饋控制，使所測定的流量F達到設定流量Fs，所以，即使質量流控制器1的出口側壓力P2變動，也不會受到其影響。
因此，本發明的質量流控制器1的前面完全不需要設置類似現有的調壓器16a～16d。並且，本示例的質量流控制器1內置有過濾器9，所以也不必象以往那樣另外連通連接過濾器19a～19d。即，相應地可以實現氣體供給線路的簡化，可以減少設置面積。另外，在本示例中，表示把過濾器9設在流路2的再上遊端的示例，但本發明不限定過濾器9的位置。並且，也可以根據情況省略過濾器9。
特別是如本示例所示，在一體化的流路單元3內，構成為使壓力傳感器7b面對流量傳感器5前面的流路2b，使用該壓力傳感器7b的壓力信號Spb來保持規定的壓力Pc，所以，流量傳感器5可以更準確地測定在該壓力Pc處於一定狀態時的流量F。
並且，如本示例所示，並列配置壓力控制閥4和流量傳感器5，儘可能縮短位於其間的第2流路2b，所以能夠儘可能地減小相對壓力控制閥4的開度控制信號Cp輸出的壓力Pc的時間延遲，儘可能地減小在流量傳感器5部分的壓力Pc的變動。
另外，在位於壓力控制閥4和流量傳感器5之間的第2流路2b中，儘可能地把所述壓力傳感器7b配置在接近流量傳感器5的位置(構成前面的流路)，由此可以預測紊亂等的影響小的壓力Pc。即，可以相應地提高質量流控制器1的流量的控制精度和穩定性。
並且，通過從位於所述壓力控制閥4和流量傳感器5之間的第2流路2b中去除接頭和配管，可以消除因流路的阻力造成的壓力降低和漏氣風險。
圖2表示實測本發明的質量流控制器1的上遊側的壓力P1、使下遊側的壓力P2變動時的流量設定值F、根據流量傳感器5的輸出信號Sf求出的流量F、各控制信號Cp、Cf的示例。
在圖2中，橫軸表示時間(秒)，約每隔5秒就使壓力P1、P2隨機變動，在本示例中，例如使上遊側的壓力P1在200±50kPa的範圍內急劇變動，使下遊側的壓力P2在0～3.8kPa的範圍內急劇變動。
如圖2所示可知，所述控制信號Cp跟隨質量流控制器1的上遊側的壓力P1的變動而變化，由此使設有所述壓力傳感器7b的第2流路2b的壓力Fc保持一定。並且，控制信號Cf跟隨質量流控制器1的下遊側的壓力P2的變動而變化，由此使流過流量傳感器5的流量F保持一定。
此處，將實際流過的流量F和流量的設定值Fs進行比較可知，在所述壓力P1、P2產生急劇變化的時間點，實際流過的流量F分別出現微小變動，但其變動幅度極其微小，而且在極短的時間內馬上達到設定值Fs。
即，通過使用本發明的質量流控制器1，即使上遊側的壓力P1及下遊側的壓力P2任一方產生急劇的壓力變動，也可以在極其穩定的控制下經常連續流過規定流量。
圖3表示使用所述質量流控制器1，形成圖4所示的與以往結構相同的半導體生產線的示例。在圖3中，對與圖4相同的部分賦予相同符號，所以省略其詳細說明。
在圖3中，1a～1d分別表示本發明的質量流控制器1。即，通過使用本發明的質量流控制器1，所述氣體供給線路13a～13d均可以形成極其簡單的結構，相應地可以削減氣體供給線路13a～13d的製造時間。並且，氣體供給線路13a～13d的設置面積變小。
並且，在各氣體供給線路13a～13d形成的配管的連通連接部極少，所以相應地可以減小漏氣等風險。
如上所述，本發明可以在不受上遊側和下遊側的壓力變動的影響的情況下，以可靠的動作進行高精度的流量控制。並且，不需要在質量流控制器的前面設置其他調壓器，所以相應地可以提高性價比。
權利要求
1.一種具有流量控制閥和流量傳感器的質量流控制器，其特徵在於，具有配置在流量控制閥上遊側的壓力控制閥；配置在該壓力控制閥和流量控制閥之間的壓力傳感器；通過反饋該壓力傳感器的輸出來控制壓力控制閥的控制部。
2.根據權利要求1所述的質量流控制器，其特徵在於，使所述壓力傳感器面對流量傳感器前面的流路。
全文摘要
本發明提供一種即使在質量流控制器的上遊側及下遊側任一方產生壓力變動，也能經常穩定流過目標流量的質量流控制器。本發明是具有流量控制閥和流量傳感器的質量流控制器，其具有配置在流量控制閥上遊側的壓力控制閥；配置在該壓力控制閥和流量控制閥之間的壓力傳感器；通過反饋該壓力傳感器的輸出來控制壓力控制閥的控制部。
文檔編號G05D7/06GK1643466SQ03806930
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月20日 優先權日2002年3月25日
發明者西川正巳, 山口正男 申請人:Stec株式會社