流量控制用的多孔型孔板及使用该孔板的流量控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流量控制用的孔板及使用该孔板的压力控制式流量控制装置的改良；尤其是，在半导体制造装置用气体供给装置等中使用的压力控制式流量控制装置中，涉及如下的流量控制用的多孔型孔板及使用该孔板的流量控制装置:通过使流经孔口的流体的临界膨胀条件成立的孔口上游侧压力P1与孔口下游侧压力P 2的压力比P 2/Pi的范围保持在宽范围内并且稳定，从而能够在宽流量范围内进行高精度的流量控制。
【背景技术】
[0002]如果孔口上游侧压力P1与孔口下游侧压力P 2的压力比P 2/Pi为气体的临界膨胀条件成立的压力比以下时，则流经孔口的气体的流速变为音速，孔口下游侧的压力P2的变动就不再向上游侧传布。
[0003]其结果，流经孔板的气体流量，如果孔口的直径为定值，则不拘泥于气体的种类，与孔口上游侧的气体压力？:成正比例变化。
[0004]另一方面，利用孔口具有的如上所述的特性，现已多数开发使用孔口的流体的流量控制装置。
[0005]图13表示本发明人在先公开的使用孔口的压力控制式流量控制装置的结构的一个示例，该流量控制装置21由控制阀22、压力检测器23、温度检测器24、孔口 25、计算控制装置26、放大器27a、27b、A/D变换28a、28b等构成(日本专利特开平8-338546号公报)。
[0006]然后，通过压力检测器23检测出孔口 25的上游侧的压力P1并输入至计算控制装置26，在计算控制装置26中利用计算式Qc = KPJf算流量Qc，并进行流量指令值Qs和Qc的比较，然后将与两者的差值Qc-Qs相当的控制信号Qy输入至控制阀22的驱动部30。
[0007]此外，控制阀22根据控制信号Qy向两者的差Qc-Qs变为零的方向进行开闭控制，通过这样孔口 25的下游侧的流量总会保持为设定流量(流量指令值)Qs。
[0008]进一步地，通过在厚度0.02?0.20mm的金属板上利用冲压加工、放电加工或蚀刻加工穿设一个内径0.01?0.20mm的小孔形成上述孔口 25，根据气体的所需控制流量来适当地选定孔口直径。
[0009]另外，孔口 25的形成一般是通过放电加工或蚀刻加工来完成，但为了实现加工成本的降低，也有通过使用钻锤的所谓切削加工形成孔口的情形(日本专利特开平11-117915 号公报)。
[0010]图14表示在图13的压力控制式流量控制装置中，气体为氮气的情况时的流量控制特性，表示孔口 25的下游侧为大气压时的情况。
[0011]从该图14也可明确得知，在上游侧压力P1超过下游侧压力P2的约2倍的范围内，流量Qc和匕保持线性关系，Qc与孔口上游侧的压力P 1成正比例，通过自动控制孔口上游侧压力P1，能够进行流经孔口的流量的反馈控制。另外，在图14中，A表示孔口的直径为0.37mm Φ时的流量控制特性，B表示0.20 Φ时的流量控制特性。
[0012]从图14也可明确得知，在P2SCXSP1(即，P2A31S 0.5)的范围内，A、B两线均保持良好的直线性，可通过调节P1进行高精度的流量控制。
[0013]然而，判明气体的临界膨胀条件(P2A31S 0.5或者P /P2> 2)成立的P 4勺下限值(即，保持直线性的下限值)实际上会根据孔口的内径而有所变化，存在孔口的直径越大，临界膨胀条件成立的P2/Pi的范围会越小的倾向。即，P2=定值时，P ?的控制范围的下限值变大。
[0014]具体地，使孔口的直径变大并使临界压比P2A31S 0.5降低至P ^P1 < 0.45的程度，P2=定值时，P工的控制范围的下限值变大，P i的控制范围减少。
[0015]换言之，如果增加流量控制装置的控制流量而加大孔口的直径，就会减少临界压比P2ZiP1的控制范围，在向半导体制造装置的真空腔进行气体供给时，会产生各种问题。
[0016]如上所述，在使用现有的设置有一个孔口的孔板的压力式流量控制装置中，由于存在孔口的直径越大，临界膨胀条件成立的压力比匕/^就越会变动，进而导致流量(压力)控制范围也变动这样的难点，所以在适用于半导体制造用装置的压力控制式流量控制装置的技术领域，强烈要求出现一种即使孔口的直径变化，实际的临界膨胀条件成立的压力比P2ZiP1也不会发生变化的这样的流量控制用孔板，及使用该孔板的压力控制式流量控制装置。
[0017]现有技术文献
[0018]专利文献1:日本专利特开平8-338546号公报
[0019]专利文献2:日本专利特开平11-117915号公报
【发明内容】
[0020]本发明要解决现有的流量控制用孔板及使用该孔板的压力控制式流量控制装置中的如上所述的问题，即，随着孔口内径的变大，实际的临界膨胀条件成立的压力比P2A31会变动(减少)，压力比P2A31的控制范围会变窄，且压力控制式流量控制装置的流量控制精度降低等问题；本发明的主要目的是提供一种流量控制用孔板及使用该孔板的压力控制式流量控制装置，即使增加流体流量而使孔口内径变大，也总能保持实际流量控制下的压力比P2A31S定值，并且能够实现孔板制造成本的降低。
[0021]解决课题用的手段
[0022]首先，在孔口为I个的孔板(以下，称为单孔孔板)中，本发明人通过改变孔口的直径Φ，验证了流体的临界膨胀条件成立的孔口上游侧压力P1与孔口下游侧压力P 2的比P2A31 (以下，称为压力比P2A31)实际是如何变动。
[0023]图1是表示用于进行现有的流量控制用单孔孔板以及本发明涉及的流量控制用多孔型孔板的压力比匕/^等的流量特性试验的试验装置(流量测定装置)的系统图。I为气体入口，2为压力调节器(调压阀)，3为压力计，4为摩尔块(mol block)流量检测器，5为压力控制式流量控制装置，6为控制阀，7为孔板，8为孔口上游侧压力检测器，9为孔口下游侧压力检测器，10为孔口下游侧压力P2的调节阀，11为真空排气栗，P 孔口上游侧压力，P2为孔口下游侧压力，其中，最大流量范围F.S.以N2气体为基准。
[0024]试验用的孔板为在厚度为50 μ m的钢板上设置有Φ = 67 μ m、Φ = 179 μ m、Φ =250 μπι的孔口的三种类型的孔板，Φ = 67 μπι的孔口使用在最大流量范围(满量程fullscale)F.S.= 130sccm的压力控制式流量控制装置5上，还有，Φ = 250 μπι的孔口使用在最大流量范围F.S.850sccm的压力控制式流量控制装置5上，另外，Φ = 250 μπι的孔板使用在最大流量范围F.S.= 1600sccm的压力式流量控制装置5上。
[0025]在试验过程中，首先通过压力调节器2调节压力计3的压力P。为300kPa abs。其次，设定压力控制式流量控制装置5的设定流量为100% F.S.(额定流量)，运转真空排气栗11。之后，边调节真空排气栗11的上游侧的调节阀10以调整孔口下游侧压力P2，边测量摩尔块流量检测器4以及压力式流量控制装置5中各自的气体流量。其中，试验用的气体为N2气体。
[0026]再者，以摩尔块流量检测器4的测定流量Qs为基准值计算了压力控制式流量控制装置5的各测定流量Qc的误差(设置点误差(S.P.%，也称为设定值误差))为(Qc-Qs) X100/Qs(S.P.% ) 0
[0027]其中，流量测定分别在压力控制式流量控制装置5的设定流量的100%、50%、20%以及10%下进行。
[0028]图2、图3以及图4是表示孔口直径不同的三种压力控制式流量控制装置5 (F.S.130sccm、F.S.850sccm、F.S.1600sccm)的压力比(P2A31)与设置点误差(S.P.% )的关系的图，以向压力控制式流量控制装置5的设定输入(设定流量)为参量。从图2?图4的对比，能够证实:流量范围(额定流量S.P.)越大且孔口的直径越大，则设置点误差(S.P.% )为零，即临界膨胀条件成立的匕/^的范围反而变得越小。
[0029]此外，从利用上述图1的试验装置得出的流量调整结果来看，图5、图6以及图7是表示设置点误差(S.P.% )为±1.0%以内的压力比P2A31时的设定流量(％ )与以100%设定时的控制流量为基准的流量直线性误差(F.S.% )的关系的图，即表示设定流量)与直线性误差(F.S.%)的关系的图。判明在临界膨胀条件成立的压力比P2A31的范围内，单孔孔板的流量直线性误差F.S.%收敛在± I % F.S.以内。
[0030]本发明是基于如上述图2至图7的流量特性试验的结果而创造出来的，本发明人着眼于单孔孔板的孔口直径越小，临界膨胀条件成立的压力比P2A31的范围变得越大的这一事实，考虑到增大控制流量时，没有像现有的应对流量范围而加大单孔孔板的孔口直径，而是改变小直径的多孔型孔板的孔口数量，通过以此应对控制流量的增大，能够在孔口流通流体的临界膨胀条件成立的压力比P2A31的范围保持为最大且稳定的状态下应对流量增加。
[0031]作为发明的基本结构，本发明的第一方面构成为:在流量控制用孔板上，将规定流量的流体的流通所需的一个孔口的开口面积加以分割，设置成具有与上述开口面积相等的总开口面积的多个较小孔口。
[0032]本发明的第二方面是:在上述第一方面中，上述多个孔口通过冲压加工形成。
[0033]本发明的第三方面是:在上述第一方面中，孔板的厚度为20?200 μ m，并且上述孔板为压力控制式流量控制装置用的孔板。
[0034]本发明的第四方面是:在上述第一方面中，孔板的厚度为20?200 μπι，上述多个孔口各自的口径为0.010?0.200 μ m，上述多个孔口的数量为2?100个。
[0035]本发明的第五方面是:在上述第一方面中，上述多个孔口的纵截面的平面形状为由矩形部分和梯形部分构成的形状。
[0036]本发明的第六方面是:在上述第五方面中，通过研磨对上述孔板的穿设有所述多个孔口的部分的背面进行精加工。
[0037]本发明的第七方面是:在上述第一方面中，在孔口上游侧压力(P1)与孔口下游侧压力(P2)的比P2Zi