高精度基于压力的流量控制器制造技术

公开了一种质量流量控制器，其包括主体部分，该主体部分具有在其中形成的第一内部通道和至少第二内部通道，流量控制阀，该流量控制阀连接到该主体部分，并且与该第一和第二内部通道连通，至少一个压力变送器，将该压力变送器耦合到该主体部分，并且与该第一内部通道、第二内部通道和流量限制器中的至少一个连通，耦合到第二内部通道的非线性流量限制器，设置该非线性流量限制器以产生通过其中的高度压缩的层流，热传感器，该热传感器与该第一内部通道、第二内部通道和流量限制器中的至少一个连通，以及排气容器，该排气容器与该流量限制器连通。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2002年8月28日申请的美国临时专利申请序列No.60/406511的优先权，因此，将该申请的全部内容在此合并作为参考。
技术介绍
多种制造过程都需要对流体的流速和流量的控制。例如，半导体制造过程需要将非常精确数量的流体(主要是气体)释放到处理室。在该制造过程期间，可能需要高达每分钟二十公升到低至每分钟几十分之一立方厘米(CCM)范围的流速。与此相适应，已经开发出了质量流量控制器，其测量并控制流体的流速，其中，流速测量是基于流体的热特性的。典型地，将这些热质量控制器用于监控在半导体器件的制造中使用的流体，如有毒的和高度活性的气体的流量。而且，在多种制造工序中，将不同的气体用在蚀刻和蒸汽沉积过程中。当暴露于环境大气条件时，这些气体可能对人有害，并且高度活性。此外，已经开发了多种流体质量流量控制器，它们通过测量穿过流量限制器或节流孔的压降操作。虽然已经证实了这些装置在测量和控制流量中有用，但是也认识到许多缺点。例如，现有技术的质量流量控制器在有限的流动范围上精确地控制流速，但是，当在更宽的动态范围上控制流体的流速时，则会引入控制误差。因此，已经认识到迫切需要几种压力变送器以及加入了这种压力变送器的流体质量流量控制器，特别是在如上所述的制造过程中使用的类型的质量流量控制器。这种迫切需求包括在控制器设置点内的百分之几的控制器精度(通常，由现有设备可得到满量程的百分之一)(所希望的是小于百分之一)；在升高的或低于“正常”的温度，以及不同的位置或姿态(即正面朝上，向侧面或倒置)，没有精度损失的操作，如基于热的质量流量控制器所那样；在宽流速范围的精确测量和控制；从开始到得到稳定的流动状态的快速响应时间；制造的经济；以及简单的模块机械结构，以便有利于维修该流量控制器，以及有利于为了该制造过程，使该流量控制器脱离流体流量分配系统。在流体质量流量控制器中需要的其它特征包括在制造时，不需要校准每个全部的控制器设备，或者在维修之后重新校准该设备，可靠的容易互换的流量限制器或孔板部件的供应，在维修或更换流量限制器后，容易确认该流量控制器的操作性和精度，对很宽种类的有毒和/或活性流体，特别是数以百计的在半导体制造工艺中使用的气体形式的流体，精确控制流速的能力，以及对不同气体或液体形式的流体流速，容易改变控制器的工作数据。
技术实现思路
本申请涉及基于压力的流量控制器。更特别地，本申请公开了不同的基于压力的流量控制器，在比现有的流量控制设备更宽的动态范围，其具有更高的精度。在一个实施方式中，公开了一种质量流量控制器，其包括主体部分，该主体部分具有在其中形成的第一内部通道和至少第二内部通道，流量控制阀，该流量控制阀耦合到该主体部分，并且与该第一和第二内部通道连通，至少一个压力变送器，该压力变送器连接到该主体部分，并且与该第一内部通道、第二内部通道和流量限制器中的至少一个连通，耦合到第二内部通道的非线性流量限制器，设置该非线性流量限制器以产生通过其中的高度压缩的层流，热传感器，该热传感器与该第一内部通道、第二内部通道和流量限制器中的至少一个连通，以及排气容器，该排气容器与该流量限制器连通。在另一个实施方式中，公开了一种质量流量控制器，其包括一个或多个压力变送器、上游阀、非线性限制器，该非线性限制器定位在该阀和压力变送器的下游，并且被构造成在低流量时在该限制器的入口处具有更多地增加的流动压力。附图说明附图1是流体质量流量控制器的等比例视图；附图2是当抽真空时，在附图1的质量流量控制器的一个实施方式中的三个不同流量区域的图解；附图3是说明流量特性的曲线图，其中，将附图1的质量流量控制器抽真空；附图4是说明附图1的质量流量控制器的流量灵敏度作为流速的函数变化的曲线图；附图5是说明附图1的质量流量控制器中基于附图6所示的预期变送器校准漂移的预期流量测量误差的曲线图；附图6是说明相对于参考压力，附图1中的质量流量控制器的变送器稳定性的曲线图；附图7A是说明流量为172.0sccm左右时，附图1的质量流量控制器的稳定性等级的曲线图，并且说明了温度对它的影响；附图7B是说明流量为46.0sccm左右时，附图1的质量流量控制器的稳定性等级的曲线图，并且说明了温度对它的影响；附图7C是说明流量为10.75sccm左右时，附图1的质量流量控制器的稳定性等级，并且说明了温度对它的影响；以及附图7D是说明流过附图1的质量流量控制器的流体的实际温度读数以及错误的温度读数的曲线图。具体实施例方式本公开的内容涉及流量控制器，更特别地，涉及高精度基于压力的流量控制器。然而，应当理解，下面公开的内容提供了许多不同的实施方式，或例子，以便实现该流量控制器的不同特征。在下面描述构件和排列的特殊例子，以便简化本公开。当然，这些仅仅是例子，而不是为了进行限制。此外，本公开的内容会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，并且就其本身来说，不是为了指定所述的不同实施方式和/或结构之间的关系。参照附图1，说明了典型的质量流量控制器(MFC)。在2001年10月12日申请的美国临时专利申请序列No.60/329031和2000年9月20日申请的美国专利申请序列No.09/666039中，介绍并更全面地描述了该流量控制器10的不同实施方式，因此，将它们合并作为参考，如同整体上再现它们。本实施方式所示的MFC10具有单个主体部分12。应当理解，可以随意地将一个或更多个模体部件(未示出)添加到该主体部分12。例如，该主体部分12可以具有连接流体供应系统的管道的适当的连接器(未示出)，如供应气体形式的特别是有毒的或活性流体的半导体制造系统，以便用于半导体制造。MFC10支持电控制流量控制阀14，通过传统的机械固定器(未示出)将该流量控制阀14可拆卸地安装在主体部分12的表面16。典型的机械固定器非限制地包括螺丝钉配合件、螺丝钉、销、锁定元件、搭扣配合以及锁定元件。该流量控制阀14优选地是预先安装的模块结构，这样，可以容易地将其安装在主体部分12上的预定位置，以便一旦安装，就不需要该流量控制阀14的调整。这优于现有技术的系统，在现有技术的系统中，阀14不是模块的，因此必须安装，这一般需要相当大量的时间。阀14包括电动的关闭元件18，操作该关闭元件以节流从第一内部通道20到第二内部通道22的流体流动。第一内部通道20与源压力容器流体连通。阀14还包括执行器24，以便在全开和全闭位置之间移动该关闭元件18。执行器24优选地是螺线管或压电型的，以便在全开和全闭位置之间，高分辨度地、快速且精确地控制关闭元件18的位置。一些实施方式不利用阀14，因此，其可以用作流量计而不是流量控制器。将压力变送器26安装在主体部分12的表面16，并且与在该主体部分12中形成的第二内部通道22流体连接。在说明的实施方式中，压力变送器26通过第三内部通道28连接第二内部通道22。在可替换的实施方式中，可以将该压力变送器连接到第二内部通道，并且设置成测量通过该第二内部通道的压力，从而消除了对第三内部通道28的需要。本领域的技术人员可以理解，通过将压力变送器26直接连接到第二内部通道22，可以最小化MFC10内的“死区”。大多数压力变送器，如附图1的变送器26本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质量流量控制器，包括：主体部分，该主体部分具有在其中形成的第一内部通道和至少第二内部通道；流量控制阀，该流量控制阀耦合到该主体部分，并且与该第一和第二内部通道连通；至少一个压力变送器，该压力变送器耦合到该主体部分 ，并且与该第一内部通道和第二内部通道中的至少一个连通；耦合到第二内部通道的非线性流量限制器，设置该非线性流量限制器以产生通过其中的高度压缩的层流；热传感器，该热传感器与该第一内部通道、该第二内部通道和该流量限制器中的至少一个 连通；以及排气容器，该排气容器与该流量限制器连通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DT穆德，WW怀特，
申请(专利权)人：霍里巴斯特克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]