气体质量流量控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种气体质量流量控制方法及装置，包括：设定目标流量值；控制进气流量控制单元接通进气管路，同时控制出气流量控制单元断开出气管路，以使进气管路能够向流量控制腔室内输送气体，直至流量控制腔室的内部气体压力达到第一预设压力值；控制进气流量控制单元断开进气管路，同时控制出气流量控制单元接通出气管路；实时检测流量控制腔室的内部气体压力，并根据流量控制腔室的内部气体压力变化，实时计算流量控制腔室的当前出气流量值；控制出气流量控制单元调节流量控制腔室的当前内部气体压力，以使当前出气流量值等于目标流量值。本发明专利技术提出的气体质量流量控制方法及装置具有对信号响应快和调节速度快等优点。装置具有对信号响应快和调节速度快等优点。装置具有对信号响应快和调节速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
气体质量流量控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及气体质量流量控制
，特别涉及一种气体质量流量控制方法及装置。

技术介绍

[0002]气体质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)用于对气体质量流量进行精密测量及控制。它们在半导体和集成电路工艺、特种材料学科、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生产中有着重要的应用。其典型的应用场合包括:微电子工艺设备的工艺过程,如扩散、氧化、外延、CVD、等离子刻蚀、溅射、离子注入等。相关应用设备还包括镀膜设备、光纤熔炼、微反应装置、混气配气系统、气体取样、毛细管测量、气相色谱仪及其它分析仪器等。
[0003]在常规的工业应用、半导体设备中常采用热式气体质量流量控制器来对制备的半导体元器件的气体进行流量质量的控制，由于热式气体质量流量控制器的流量检测原理为热式的，即通过检测流过温度传感器的气体热量变化来检测气体的流量，但是流过温度传感器的气体温度变化比较缓慢，从而导致热式传感器检测信号变化也比较缓慢，最终导致热式气体质量流量控制器响应时间长，不能够及时控制气体流量的输入输出。此外热式气体质量流量控制器还存在温度漂移大、压力敏感等一系列问题，从而导致不能在一些控制要求比较严格微电子工艺设备中使用，进而一些半导体元器件只能够通过增加工艺过程来实现半导体元器件的制备，造成了工艺成本以及工艺时间的增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体质量流量控制方法及装置，其具有对信号响应快和调节速度快等优点。
[0005]为解决上述问题之一，本专利技术实施例提供了一种气体质量流量控制方法，应用于气体质量流量控制装置，其特征在于，所述气体质量流量控制装置包括流量控制腔室、分别与所述流量控制腔室的进气口和出气口连接的进气管路和出气管路，以及分别设置在所述进气管路和出气管路上的进气流量控制单元和出气流量控制单元；
[0006]所述气体质量流量控制方法包括以下步骤：
[0007]设定目标流量值；
[0008]控制所述进气流量控制单元接通所述进气管路，同时控制所述出气流量控制单元断开所述出气管路，以使所述进气管路能够向所述流量控制腔室内输送气体，直至所述流量控制腔室的内部气体压力达到第一预设压力值；
[0009]控制所述进气流量控制单元断开所述进气管路，同时控制所述出气流量控制单元接通所述出气管路；
[0010]实时检测所述流量控制腔室的内部气体压力，并根据所述流量控制腔室的内部气体压力变化，实时计算所述流量控制腔室的当前出气流量值；控制所述出气流量控制单元
调节所述流量控制腔室的当前内部气体压力，以使所述当前出气流量值等于所述目标流量值。
[0011]可选的，根据第一公式计算获得所述当前出气流量值，所述第一公式为：
[0012][0013]其中，Q为所述当前出气流量值；Δt为所述流量控制腔室的内部气体压力达到所述第一预设压力值时刻到当前时刻的时长；Δm为所述流量控制腔室内的在Δt中的气体的质量变化值；V为所述流量控制腔室的体积；R为通用气体常数；P1为所述第一预设压力值；P2为所述当前内部气体压力值；T1为所述流量控制腔室的压力达到所述第一预设压力值时，所述流量控制腔室气体的温度；T2为所述当前压力时所述流量控制腔室气体的温度；M为所述流量控制腔室中气体的摩尔质量。
[0014]可选的，所述第一公式中参数满足T1＝T2；所述第一公式简化为第二公式，所述第二公式为：
[0015][0016]其中，T为所述流量控制腔室中气体的温度，ΔP为所述流量控制腔室的内部气体压力变化值，且T＝T1＝T2，Q2＝Q。
[0017]可选的，气体质量流量控制方法还包括：
[0018]实时检测所述流量控制腔室的内部气体压力，并判断所述流量控制腔室的内部气体压力是否低于第二预设压力值，其中，所述第二预设压力值小于所述第一预设压力值；若是，则控制所述进气流量控制单元接通所述进气管路，直至所述流量控制腔室的内部气体压力达到第一预设压力值，控制所述进气流量控制单元断开所述进气管路。
[0019]可选的，所述控制所述出气流量控制单元调节所述流量控制腔室的当前内部气体压力，以使所述当前出气流量值等于所述目标流量值，包括：
[0020]基于所述目标流量值和经计算获得的所述当前出气流量值，通过PID控制方法对所述出气流量控制单元进行控制，以使所述当前出气流量值等于所述目标流量值。
[0021]作为另一种技术方案，本专利技术实施例还提供一种气体质量流量控制装置，其包括：温度传感器、压力传感器、流量控制腔室、分别与所述流量控制腔室的进气口和出气口连接的进气管路和出气管路、分别设置在所述进气管路和出气管路上的进气流量控制单元和出气流量控制单元以及控制单元；
[0022]所述温度传感器和所述压力传感器用于分别实时检测所述流量控制腔室中的温度和压力，并发送至所述控制单元；
[0023]所述控制单元用于根据所述温度传感器和所述压力传感器实时检测到的所述流量控制腔室中气体的温度和压力，采用上述任意一个实施例所述的气体质量流量控制方法，对所述进气流量控制单元和出气流量控制单元进行控制。
[0024]可选的，所述进气流量控制单元包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀设置在所述进气管路上，用于接通或断开所述进气管路，以及调节所述进气管路中的气体流量；和/或，
[0025]所述出气流量控制单元包括第二流量控制阀，所述第二流量控制阀设置在所述出气管路上，用于接通或断开所述出气管路，以及调节所述出气管路中的气体流量。
[0026]可选的，所述进气流量控制单元包括第一通断阀和第一流量调节阀，所述第一通断阀和所述第一流量调节阀均设置在所述进气管路上，其中，所述第一通断阀用于接通或断开所述进气管路；所述第一流量调节阀用于调节所述进气管路中的气体流量；和/或，
[0027]所述出气流量控制单元包括第二通断阀和第二流量调节阀，所述第二通断阀和所述第二流量调节阀均设置在所述出气管路上，其中，所述第二通断阀用于接通或断开所述出气管路；所述第二流量调节阀用于调节所述出气管路中的气体流量。
[0028]可选的，所述控制单元还用于控制所述进气流量控制单元和所述出气流量控制单元的功能互换，以使一者用于进气，另一者用于排气。
[0029]可选的，所述流量控制腔室内部具有一个或多个相互连通的流量控制子空腔，所述流量控制子空腔为圆柱体和/或立方体。
[0030]本专利技术实施例具有以下有益效果：
[0031]本专利技术实施例提供的气体质量流量控制方法，通过实时监测流量控制腔室内的压力变化，并根据该压力变化，实时计算流量控制腔室的当前出气流量值，并利用出气流量控制单元调节流量控制腔室内部的当前压力，直至流量控制腔室的当前出气流量值达到目标流量值；而由于压力检测元件普遍对压力信号响应速度较快，因此本专利技术实施例提供的气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体质量流量控制方法，应用于气体质量流量控制装置，其特征在于，所述气体质量流量控制装置包括流量控制腔室、分别与所述流量控制腔室的进气口和出气口连接的进气管路和出气管路，以及分别设置在所述进气管路和出气管路上的进气流量控制单元和出气流量控制单元；所述气体质量流量控制方法包括以下步骤：设定目标流量值；控制所述进气流量控制单元接通所述进气管路，同时控制所述出气流量控制单元断开所述出气管路，以使所述进气管路能够向所述流量控制腔室内输送气体，直至所述流量控制腔室的内部气体压力达到第一预设压力值；控制所述进气流量控制单元断开所述进气管路，同时控制所述出气流量控制单元接通所述出气管路；实时检测所述流量控制腔室的内部气体压力，并根据所述流量控制腔室的内部气体压力变化，实时计算所述流量控制腔室的当前出气流量值；控制所述出气流量控制单元调节所述流量控制腔室的当前内部气体压力，以使所述当前出气流量值等于所述目标流量值。2.根据权利要求1所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，根据第一公式计算获得所述当前出气流量值，所述第一公式为：其中，Q为所述当前出气流量值；Δt为所述流量控制腔室的内部气体压力达到所述第一预设压力值时刻到当前时刻的时长；Δm为所述流量控制腔室内的在Δt中的气体的质量变化值；V为所述流量控制腔室的体积；R为通用气体常数；P1为所述第一预设压力值；P2为所述当前内部气体压力值；T1为所述流量控制腔室的压力达到所述第一预设压力值时，所述流量控制腔室气体的温度；T2为所述当前压力时所述流量控制腔室气体的温度；M为所述流量控制腔室中气体的摩尔质量。3.根据权利要求2所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，所述第一公式中参数满足T1＝T2；所述第一公式简化为第二公式，所述第二公式为：其中，T为所述流量控制腔室中气体的温度，ΔP为所述流量控制腔室的内部气体压力变化值，且T＝T1＝T2，Q2＝Q。4.根据权利要求1所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，还包括：实时检测所述流量控制腔室的内部气体压力，并判断所述流量控制腔室的内部气体压力是否低于第二预设压力值，其中，所述第二预设压力值小于所述第一预设压力值；若是，则控制所述进气流量控制单元接通所述进气管路，直至所述流量控制腔室的内部气体压力达到第一预设压力值，控制所述进气流量控制单元断开所述进气管路。5.根据权利要求1所述的气体质量流量控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜井庆，王瑞，苏乾益，
申请(专利权)人：北京七星华创流量计有限公司，
类型：发明
国别省市：