压力式流量控制装置制造方法及图纸

一种在半导体制造装置的气体供给系统中使用的压力式流量控制装置，节流孔口径为可变型，可简单地改变流体的流量控制范围，同时可使压力式流量控制装置小型化和提高气体置换性，并提高防止产生尘埃的性能以及降低制造成本等。具体地说，作为一种由节流孔；设置于节流孔上游侧的控制阀；设置于控制阀与节流孔之间的压力检测器；根据压力检测器的检测压力Ｐ＃－［１］以Ｑ＝ＫＰ＃－［１］（其中Ｋ为常数）计算流体的流量Ｑ并以流量指令信号Ｑｓ与上述计算出的流量信号Ｑ二者之差作为控制信号Ｑｙ向上述控制阀的驱动部输出的控制装置所构成，并在将节流孔的上游侧压力Ｐ＃－［１］与下游侧压力Ｐ＃－［２］之比保持在被控制流体的临界压比以下的状态下，通过上述控制阀的开闭来调整节流孔上游侧的压力Ｐ＃－［１］，对节流孔下游侧的流体流量Ｑ进行控制的压力式流量控制装置，是以直接接触型金属隔膜阀作为上述节流孔，以阀座与膜片之间的环形间隙作为可变节流孔，并且可通过节流孔驱动装置调整上述间隙的大小。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Pressure type flow control device

Pressure flow control device using a semiconductor manufacturing device in gas supply system, throttle bore variable, can simply change the fluid flow rate control range, and can make the pressure flow control device miniaturization and improve gas exchange, and improve the performance of preventing dust and reduce manufacturing cost. Specifically, as a throttle control valve; arranged on the upstream side of the orifice; the pressure detector is arranged between the control valve and throttle; pressure detector according to the test pressure P - 1 to Q = KP - 1 (where K is a constant) computational fluid flow the amount of Q and Qs with the command signal flow to calculate the flow signal Q the difference between the two as a control signal to the control device to drive a Qy output of the control valve, and the throttle hole pressure upstream of P - 1 and the downstream side of the pressure P - 2. Keep in control fluid than the critical pressure ratio below the condition, through the control valve to adjust the throttle opening and closing pressure side Kong Shangyou P - 1, the pressure control of fluid flow on the downstream side of the Q orifice flow Volume control device is in direct contact with metal diaphragm valve as the orifice, the annular gap between the valve seat and diaphragm as a variable orifice, and the gap can be adjusted through the orifice size of the drive device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体等流体的压力式流量控制装置的改进，该装置主要用于半导体制造设备中的气体供给系统的流量控制。
技术介绍
作为半导体制造设备中的气体供给系统的流量控制装置，过去一直广泛使用质量流控制装置，近年来，作为替代装置，开发出压力式流量控制装置(特开平8-335117号，特开平8-338546号等)。附图说明图11是本申请的专利技术人先行公开的上述特开平8-338546号的压力式流量控制装置，在节流孔5的上游侧压力P1与下游侧压力P2之比P2/P1保持在临界压力比以下的状态下，对节流孔下游侧的流体的流量以Qc=KP1(其中K为常数)进行计算，将该计算流量Qc与设定流量Qs之差作为控制信号Qy向控制阀2的阀驱动部3输入，从而对控制阀2的开度进行调整，以此调节节流孔5的上游侧压力P1而使计算流量Qc=设定流量Qs(即控制信号Qy=0)，从而将节流孔5的下游侧的流量控制为等于上述设定流量Qs。另外，在图11中，1是压力式流量控制装置，2是控制阀，3是阀驱动部，4是压力检测器，5是节流孔，7是控制装置，7a是温度补偿电路，7b是流量计算电路，7c是比较电路，7d是放大电路，21a和21b是放大电路，22a和22b是A/D转换电路，24是反相放大器，25是阀，Qc是计算流量的信号，Qs是设定流量的信号，Qy是控制信号(Qc-Qs)。上述压力式流量控制装置通过对控制阀(2)进行开闭控制来调整节流孔上游侧压力P1，从而能够高精度地将节流孔下游侧流量Q控制为任意流量，具有优异的实用效果。但是，该压力式流量控制装置由于节流孔5的直径一定，故存在着只能适用于特定的流量范围而不能进行流量范围的切换等问题。此外，为了改变流量范围，需要更换自如地插装节流孔5，同时需要预先准备多个不同口径的节流孔5。但是，在这种情况下，节流孔5的加工精度的分散性将直接导致流量的控制误差。而且，要准备多个不同口径的节流孔，在经济性和控制精度方面也存在问题。另一方面，对于使用所谓音速喷嘴(或节流孔)的恒流量的流量控制装置，为了改变流量范围而开发出了可变截面型喷嘴(或节流孔)(实开昭56-41210号，实公昭60-42332号等)。但是，这些可变截面型节流孔均为机理类似于针阀的节流孔，在结构上将使流体流路内的盲区增加。其结果，气体的置换性变坏而将导致尘埃增加，难以应用在半导体制造装置用的气体供给系统中。专利技术的公开本专利技术是为了解决现有的压力式流量控制装置中存在的上述问题而提出的，即(甲)节流孔为固定直径而不能进行流量范围的切换，(乙)由于节流孔的加工困难，加工精度的分散性直接导致流量的控制误差，不能实现高精度且稳定的流量控制，以及(丙)现有的可变截面型节流孔因气体的置换性差而产生的尘埃较多，难以用在半导体制造装置用的气体供给系统中等，并且提供这样一种压力式流量控制装置，即能够简单地调整节流孔的截面积，不仅能够在宽的流量范围内实现高精度的流量控制，而且在气体的置换性和防止尘埃产生方面也具有优异性能，还可应用在半导体制造装置用的气体供给系统中。为此，本申请的专利技术人首先想到，将具有适用于半导体制造装置用的气体供给系统的设备所不可或缺的高清洁性与高气体置换性这两种特性的直接接触型金属隔膜阀作为可变截面型节流孔使用。其次，对该直接接触型金属隔膜阀的流体通路是否具有与所谓超音速节流孔(或喷嘴)大体等价的流量控制功能进行了调查。图1是将上述直接接触型金属隔膜阀作为可变节流孔使用的流量控制实验装置的结构，图1中，2是压力控制阀，3是控制阀的驱动部，4是压力检测器，5是可变节流孔(直接接触型金属隔膜阀)，6是节流孔驱动部，7’是控制电路，8a是气体入口，8b是气体出口，9是质量流量计(质量流计)，10是真空室，10a是真空计，11是真空泵。上述控制阀2中使用与特开平8-338546号所公开的同样的直接接触型金属隔膜阀，并且，其驱动部3中使用压电器件型驱动装置。而作为控制阀2的驱动部3，除此之外还可以使用磁致伸缩器件型驱动装置或螺线管型驱动装置、电动机型驱动装置、空气气压型驱动装置、热膨胀型驱动装置等。此外，上述压力检测器4中使用半导体应变检测器，具体地说，就是与特开平8-338546号的场合同样，压力检测器4一体地组装在压力控制阀2的阀本体中。并且，上述可变节流孔5中如后所述地使用直接接触型金属隔膜阀，其驱动部6中设置有采用脉冲电机和滚珠丝杠机构的线性执行元件(以下称作脉冲电机型驱动部)。上述控制电路7’将来自压力检测器4的节流孔上游侧的压力检测信号QP1与设定压力QPs进行比较，并且向控制阀驱动部3输入控制信号Qy以使二者之差向零的方向变化，对控制阀2进行开闭控制。形成上述可变节流孔5的直接接触型金属隔膜阀如图2所示，由具有流体入口12a、阀座12b、阀室12c和流体出口12e等的不锈钢制作的阀本体12、不锈钢或镍钴合金制作的膜片13以及向下方推压膜片13的脉冲电机型驱动部6等形成。即，当脉冲电机14处于初始位置时，通过滚珠丝杠机构19经导向滑块18和膜片压块16克服弹簧17、15的弹力而向下推压上述膜片13，使其处于与阀座12b接触的状态(闭阀状态)。其次，当向脉冲电机14输入节流孔控制信号Qz时，脉冲电机14沿通过滚珠丝杠机构19将导向滑块18向上拉起的方向旋转，靠弹簧15的弹力将膜片压块16向上推压。其结果，由于膜片13向上方进行弹性复位而自阀座12b上离开，在阀座12b与膜片13之间形成环形的流体通路(节流孔)。另外，本实施形式如图2所示，使用50000脉冲/转的步进电机作为脉冲电机14。而所使用的滚珠丝杠机构19其螺距为0.5mm/转。其结果，每向脉冲电机14输入一个脉冲可使膜片位移10nm，能够以极高的精度控制节流孔的开度。另外，图2中，20是联轴器，21是轴承，22是滚珠丝杠机构的主轴。上述质量流计9是用来测量可变节流孔5的下游侧的气体流量Q的，并且输出流量检测信号Qx。此外，上述真空室10、真空压力计10a以及真空泵11等是构成半导体制造装置的部分，上述真空室10内的压力通常保持数torr程度的真空。进行可变节流孔5的流量特性试验时，首先输入适当的节流孔控制信号Qz，将可变节流孔5的开度设定为既定值，然后向气体入口8a供给压力为6.0kg/cm2G的氮气N2。之后，将压力设定信号Qps设定为0～3(kgf/cm2abs)之间的适当值以控制压力控制阀2开闭，同时用质量流计9测量可变节流孔5的下游侧的N2的流量。另外，真空室10与前述相同，具有9.26l的容积，通过真空泵11保持在约1torr的真空度。图3表示在通过节流孔控制信号Qz使可变节流孔5的环形间隙(流体通路)面积与φ=0.14mm的圆孔形节流孔的截面积等价的情况下，上游侧压力(即压力设定值Qps)与节流孔下游侧的气体流量Q(sccm)之间的关系。这里的sccm表示换算为标准状态时的流量cc/min。图4表示在改变节流孔控制信号Qz而使可变节流孔5的环形间隙的面积与φ=0.25mm的圆孔形节流孔的截面积等价的情况下，节流孔5上游侧的压力(即压力设定值Qps)与节流孔下游侧的气体流量(sccm)之间的关系。由图3和图4可知，当可变节流孔5下游侧压力P2为1torr≈133.3P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力式流量控制装置，由节流孔；设于节流孔上游侧的控制阀；设置于控制阀与节流孔之间的压力检测器；根据压力检测器的检测压力Ｐ↓［１］以Ｑｃ＝ＫＰ↓［１］（其中Ｋ为常数）计算流体的流量，同时以流量指令信号Ｑｓ与上述计算出的流量信号Ｑｃ二者之差作为控制信号Ｑｙ向上述控制阀的驱动部输出的控制装置所构成，在将节流孔的上游侧压力Ｐ↓［１］与下游侧压力Ｐ↓［２］之比Ｐ↓［２］／Ｐ↓［１］保持在控制流体的临界压比以下的状态下，通过上述控制阀的开闭来调整节流孔上游侧的压力Ｐ↓［１］并对节流孔下游侧的流量Ｑ进行控制，其特征是：上述节流孔为直接接触型金属隔膜阀，以其阀座与膜片之间的环形间隙作为可变节流孔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大见忠弘，加贺爪哲，杉山一彦，土肥亮介，宇野富雄，西野功二，福田浩幸，池田信一，山路道雄，
申请(专利权)人：株式会社富士金，大见忠弘，东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]