压力式流量控制装置及其流量控制开始时的超量防止方法
【专利摘要】本发明涉及的压力式流量控制装置具备：主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及连通流体通路与排气出口之间的排气通路；压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于主体的流体入口侧，且开闭流体通路的上游侧；第一压力传感器，所述第一压力传感器检测其下游侧的流体通路内压；流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的流体通路内；开闭阀，所述开闭阀开闭所述第一压力传感器的下游侧的流体通路；及排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路。在所述压力式流量控制装置进行的流量控制开始前使排气用阀动作，且对压力控制用控制阀与开闭阀之间的流体通路空间内进行强制排气，由此可以防止流量控制开始时的超量。
【专利说明】
压力式流量控制装置及其流量控制开始时的超量防止方法
技术领域
[0001]本发明涉及压力式流量控制装置的改良，特别涉及通过提升流量控制的随动性及提高流量上升时和流量下降时的响应性，可大幅地提高半导体制造装置用等的原料气体供给装置的动作性能的压力式流量控制装置及防止其流量控制开始时的超量的方法。
【背景技术】
[0002]以往，在半导体制造装置用等的原料气体供给装置中，供给气体流量的控制广泛利用了热式流量控制装置或压力式流量控制装置。特别，如图5所示，后者的压力式流量控制装置FCS包括以下部件而构成:控制阀CV、温度检测器T、压力检测器P、流孔OL及运算控制部CD等，具备即使一次侧供给压力大幅变动时也能进行稳定的流量控制的优良流量特性。
[0003]S卩，在图5的压力式流量控制装置FCS中，其运算控制部⑶包括以下部件而构成:温度校正.流量运算电路⑶a、比较电路⑶b、输入输出电路⑶c与输出电路⑶d等。并且，来自压力检测器P及温度检测器T的检测值输入温度校正.流量运算电路CDa，在此进行检测压力的温度校正与流量运算，将流量运算值Qt输入比较电路CDb。
[0004]并且，对应于设定流量的输入信号Qs从输入端子In被输入，经由输入输出电路⑶c输入至比较电路⑶b，在此与来自所述温度校正.流量运算电路⑶a的流量运算值Qt比较。比较的结果，一旦设定流量输入信号Qs与流量运算值Qt间具有差异，向控制阀CV的驱动部输出控制信号Pd，由此，控制阀CV被驱动，以使设定流量输入信号Qs与运算流量值Qt的差(Qs-Qt)成为零的方式进行自动调整。
[0005]并且，在上述压力式流量控制装置FCS中，在流孔OL的下游侧压力P2与上游侧压力保持Pi/P2多约2的所谓临界膨胀条件时，流过流孔OL的气体流量Q用Q = KPd其中，K是常数)表示，并且，不满足临界膨胀条件时，流过流孔OL的气体流量Q由QzKPAPrPs)"(其中，K、m、n为常数)算出。
[0006]因此，通过控制压力Pjg够以高精度控制流量Q，并且，即使控制阀CV的上游侧气体Go的压力有大的变化，也能够发挥控制流量值几乎没有变化的优良特性。
[0007]并且，上述气体流量Q以Q= KPJ其中，K为常数)运算的方式的压力式流量控制装置，一般称作FCS-N型，并且，气体流量Q以Q = KP2m (P1-P2)rX其中，K、m、n为常数)运算的方式的压力式流量控制装置，称作为FCS-WR型。
[0008]另外，这种压力式流量控制装置，除此之外还存在称为如下型号的压力式流量控制装置:将上述FCS-N型的流孔作为通过切换阀任意选择并列状连接的多个流孔OL的结构的流孔，能够进行流量控制范围变更的类型(FCS-SN型)；同样的流孔机构作为上述FCS-WR型的流孔使用的类型(FCS-SWR型)。
[0009]图6是上述FCS-N型(日本专利特开平8-338546号等)、FCS-SN型(日本专利特开2006-330851号等)、FCS-WR型(日本专利特开2003-195948号等)及FCS-SWR型(日本专利特愿2010-512916号等)的结构系统图，由于其结构及动作原理等为现有的公知技术，在此省略其详细的说明。
[0010]并且，在图6中，P1、P2为压力传感器、CV为控制阀、OL为流孔、OL1S小口径流孔、OL2为大口径流孔、ORV为流孔切换阀。
[0011]在原料气体供给中，使用这种压力式流量控制装置FCS，可规定量供应原料气体，为了进行更精密的原料气体的供给，要求进行对流量的上升或下降特性改良的所谓脉冲控制。
[0012]图7是可进行上述脉冲控制的压力式流量控制装置的结构系统图，通过使流孔OL与开闭阀Vp间的内部容积极小化，可获得良好的上升及下降特性，能够进行高精度的脉冲控制。
[0013]但是，在以往的压力式流量控制装置中，在流孔下游侧设置开闭阀，且对其进行开闭控制而进行脉冲流量控制的情况下，在关闭控制阀CV且中止流量控制的情况下，由于来自该控制阀的原料气体的微小泄漏，流体通路内压会变高。其结果是，开始再度流量控制时，由于流体通路内压变高，在上升时的控制流量值会产生所谓超量(过冲overshoot)的问题。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:日本专利特开平8-338546号
[0017]专利文献2:日本专利特开平10-55218号
[0018]专利文献3:日本专利特开2003-195948号
[0019]专利文献4:日本专利特开2006-330851号
[0020]专利文献5:日本专利特愿2010-512916号
[0021]专利文献6:日本专利特开2000-213667号
【发明内容】
[0022]本发明的主要目的是提供一种可进行脉冲流量控制的压力式流量控制装置及其流量控制开始时的超量防止方法。即，虽然在以往的压力式流量控制装置的流孔下游侧设置有开闭阀，能够通过开闭控制其来进行脉冲流量控制，但是在没有进行流量控制的状态下，由于来自控制阀的原料气体的微小泄漏使流体通路内压变高，因此，流量控制开始时的流体通路内压变得比设定值大时，发生超量。
[0023]为解决流量控制开始的上述超量的问题，本发明的主要课题是提供一种可进行脉冲流量控制的压力式流量控制装置及其流量控制开始时的超量防止方法。
[0024]在以往的压力式流量控制装置的流孔的下游侧设置有开闭阀，对该开闭阀进行开闭控制，由此能够进行脉冲流量控制的压力式流量控制装置中，本发明为了解决在流量控制的开始时产生超量的上述课题，在流孔的上游侧设置通风管道(vent line)，在流量控制的开始前预先从排气通路进行排气，使流孔的下游侧的压力下降，由此防止流量控制开始时的超量。
[0025]S卩，本发明涉及的压力式流量控制装置的基本结构如下，具备:主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及从该流体通路分歧(分支)且连通该流体通路与排气出口之间的排气通路;压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于该主体的所述流体入口侧且开闭所述流体通路的上游侧;第一压力传感器，所述第一压力传感器检测该压力控制用控制阀的下游侧的所述流体通路内压;流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的所述流体通路内；开闭阀，所述开闭阀开闭所述第一压力传感器的下游侧的所述流体通路;及排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路。在该压力式流量控制装置进行的流体流量的控制开始前使压力控制用控制阀与排气用阀动作且对压力控制用控制阀与开闭阀之间的流体通路空间内进行强制排气，由此能够防止流量控制开始时的超量。
[0026]在流量控制时通过开闭所述开闭阀，能够进行流量的脉冲控制。
[0027]所述开闭阀可设置于所述流孔的下游侧。
[0028]所述排气用阀可以是控制阀。
[0029]在所述主体可以设置有检测所述流孔的下游侧的所述流体通路内压的第二压力传感器。
[0030]所述第二压力传感器可以是检测所述流孔与所述开闭阀之间的所述流体通路内压的传感器。
[0031]所述流孔及所述开闭阀可以是将流孔与开闭阀一体组装固定的结构的流孔内装型阀。
[0032]结构可以为:多个所述流孔并列状连接，利用切换阀使流体流过至少一个所述流孔。
[0033]可以是:多个所述流孔并列状连接，利用切换阀使流体流过至少一个所述流孔，并且还具备检测该流孔的下游侧的所述流体通路内压的压力传感器。
[0034]所述压力控制用控制阀及所述排气用阀可以是压电元件驱动型的金属隔膜式控制阀。
[0035]所述开闭阀可以是空气压驱动阀或电磁驱动阀。
[0036]可以为如下结构:通过与所述排气出口连接的真空栗使排气通路内强制排气。
[0037]并且，本发明的方法是压力式流量控制装置的超量防止方法，所述压力式流量控制装置具备:主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及从该流体通路分歧且连通该流体通路与排气出口之间的排气通路;压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于该主体的所述流体入口侧，且开闭所述流体通路的上游侧;第一压力传感器，所述第一压力传感器检测该压力控制用控制阀的下游侧的流体通路内压;流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的所述流体通路内；开闭阀，所述开闭阀开闭所述流孔的下游侧的所述流体通路;及排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路，在该压力式流量控制装置进行的流量控制开始前使所述排气用阀动作，且对所述压力控制用控制阀与所述流孔之间的所述流体通路空间内进行强制排气，由此能够防止流量控制开始时的超量。
[0038]发明效果
[0039]在本发明中，压力式流量控制装置具备:主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及连通所述流体通路与排气出口之间的排气通路;压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于所述主体的流体入口侧且开闭所述流体通路的上游侦L第一压力传感器，所述第一压力传感器检测该压力控制用控制阀的下游侧的流体通路内压;流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的所述流体通路内；开闭阀，所述开闭阀开闭所述第一压力传感器的下游侧的所述流体通路;及排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路。在该压力式流量控制装置进行的流体流量的控制开始时使所述压力控制用控制阀与所述排气用阀动作，且对压力控制用控制阀与所述开闭阀之间的流体通路空间内进行强制排气，由此能够防止流量控制开始时的超量。
[0040]其结果是，在本发明涉及的压力式流量控制装置中，在控制流量变动时的控制响应性提高，不仅能够大幅地缩短流量控制的上升时间和下降时间，也能够容易地进行其时间调整，能够提升压力式流量控制装置的所谓气体置换性及提升其设备运转性、提升半导体广品的品质等。
[0041]并且，设置于流体供给通路的开闭阀为流孔内装型开闭阀，由此可以实现压力式流量控制装置的进一步小型化，并且通过关闭排气用阀，即使作为通常的压力式流量控制装置也能够适用。
[0042]进一步，即使在使用设置于流体通路的开闭阀进行流体流量的所谓脉冲流量控制的情况下，通过对流孔的上游侧的流体通路内压进行减压，也能够大幅度提升控制的随动性。
【附图说明】
[0043]图1为表示本发明涉及的压力式流量控制装置的基本结构的系统图。
[0044]图2为表示本发明涉及的压力式流量控制装置的基本结构的纵截面图。
[0045]图3为表示本发明涉及的压力式流量控制装置的俯视图(a)、主视图(b)及流孔内装型开闭阀的部分放大截面图(C)。
[0046]图4为表示适用本发明涉及的压力式流量控制装置的气体供给盒的结构的系统图。
[0047]图5为以往的压力式流量控制装置(FCS-N型)的基本结构图。
[0048]图6为以往的各种形式的压力式流量控制装置的概略结构图，(a)表示为FCS-N型，b)表示为压力式流量控制装置(FCS-WR型)，(c)表示为FCS-SN型，(d)表示为FCS-SWR型。
[0049]图7为组合有以往的压力式流量控制装置(FCS-N型)与开闭阀的脉冲流量控制的系统的结构图。
[0050]符号说明
[0051]I压力式流量控制装置
[0052]2 主体
[0053]2a 阀座
[0054]3入口侧块体
[0055]4主体块体
[0056]5出口侧块体
[0057]6压力控制用控制阀
[0058]6a压电驱动元件
[0059]7排气用阀
[0060]7a压电驱动元件
[0061]8空气压驱动型的开闭阀
[0062]8a空气压型阀驱动部
[0063]9流体入口
[0064]1a流体通路
[0065]1b排气通路
[0066]1c泄漏检查用通路
[0067]11流体出口
[0068]12排气出口
[0069]13 垫圈
[0070]14 操作控制板(panel control board)
[0071]15 外壳
[0072]16连接用连接器
[0073]17圆筒体
[0074]18弹性体
[0075]19阀体压件
[0076]20 阀体
[0077]21气体供给口
[0078]22供给侧切换阀
[0079]23出口侧开闭阀
[0080]24出口侧开闭阀[0081 ]26混合气体供给管线
[0082]27真空排气管线
[0083]28真空栗
[0084]29处理腔室
[0085]30阀座用环
[0086]31 阀杆(stem)
[0087]32 弹簧
[0088]33压件筒体(按压筒体)
[0089]34 孔部
[0090]P1第一压力传感器
[0091]P2第二压力传感器
[0092]OL 流孔
[0093]Gi?G3实际气体
【具体实施方式】
[0094]以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
[0095]图1为表示本发明的压力式流量控制装置的基本结构的系统图。图2为表示本发明涉及的压力式流量控制装置的基本结构的纵截面图。图3为表示本发明涉及的压力式流量控制装置的俯视图(a)、主视图(b)及流孔内装型开闭阀的部分放大截面图(C)。
[0096]并且，图4为表示使用本发明涉及的压力式流量控制装置的气体供给盒的结构的系统图。
[0097]参照图1?图3，本发明涉及的压力式流量控制装置I由以下构成:主体2、压力控制用控制阀6、排气用阀7、空气压驱动型的开闭阀8、第一压力传感器丹、第二压力传感器P2、流孔OL等。并且，在图2的实施方式中，属于使用了 I个流孔0L、第一压力传感器?:及第二压力传感器P2与空气压驱动型的开闭阀8的FCS-WR型的压力式流量控制装置，为即使流过流孔OL的流体是临界状态或非临界状态中的任一种，通过由压力控制用控制阀6进行的压力调整也能够进行流量控制的结构。
[0098]并且，在图1?图3中，2a阀座、2是入口侧块体、4是主体块体、5是出口侧块体、8是空气压驱动型开闭阀、8a是空气压型阀驱动部、9是流体入口、1a是流体通路、1b是排气通路、11是流体出口、12是排气出口、13是垫圈、14是控制用操作控制板、15是外壳、16是连接用连接器。
[0099]所述主体2由固定螺栓(图示省略)将入口侧块体3、主体块体4及出口侧块体5相互组装一体化，压力控制用控制阀6、排气用阀7、第一压力传感器丹及第二压力传感器内等，分别螺旋拧入主体2而被固定。并且，第二压力传感器P2配置于出口侧块体5的内侧面的下部，避免与排气通路1b的交差且连通至流体通路10a。
[0100]所述压力控制用控制阀6是使用了将公知的金属制隔膜作为阀体20的压电驱动元件6a的开闭阀，通过向压电驱动元件6a的通电使其伸长，通过反抗弹性体18的弹力将圆筒体17压向上方而使阀体压件19向上方移动，通过隔膜阀体20本身的弹性力使阀体20从阀座2a分离，从而阀开放。并且，阀开度通过变动向压电驱动元件6a的施加电压而进行调节。
[0101]并且，排气用阀7的构造及动作能够与压力控制用控制阀6的情况相同，通过压电驱动元件7a的伸长量调节，可进行阀开度控制。
[0102]并且，排气用阀7可以使用公知的空气压驱动式或电磁驱动式的开闭控制阀替代上述压电驱动式金属隔膜型开闭阀，并且，也可以使用不是控制阀的开闭阀。
[0103]并且，所述压力控制用控制阀6、排气用阀7及开闭阀8等的动作控制可经由控制用操作控制板14全部自动地进行，与以往的这种压力式流量控制装置的情况一样。
[0104]在上述图2所示的FCS-WR型的压力式流量控制装置中，为了实现装置的小型化及流体通路容积的削减，使用流孔OL与开闭阀8—体组装的结构的流孔内装型的开闭阀。由于该流孔内装型开闭阀8其本身的构造为公知(专利文献6.日本专利特开2000-213667号等)，在此省略其详细的说明，但如图3所示，其构成为:在出口侧块体5的上面设置有收纳阀机构的孔部34，向其内部配置有流孔0L、阀座环30、阀体(金属隔膜)20、压件筒体33、阀体压件19、阀杆31、弹簧32等的阀机构的构成部件，在构成主体2的出口侧块体5上固定设置有开闭阀8。
[0105]使用流孔内装型开闭阀，可以使流孔与阀体间的内部容积变得极小，可以改良阀开闭时的流量的上升特性及下降特性。
[0106]并且，在流孔内装型开闭阀中，在上游侧设置有流孔，在下游侧设置有阀体，这种情况下，下降特性只是受到开闭阀的动作的影响，并且由于内部容积极小，所以上升特性的内部容积的影响小。通过使流孔内装型开闭阀的安装方向相反，在上游侧设置有阀体，下游侧设置有流孔，这种情况下，上升特性只是受开闭阀的动作的影响，下降特性的内部容积的影响小。
[0107]图4是使用本发明涉及的压力式流量控制装置的气体供给盒的结构的系统图。3种实际气体&?63及&气体分别单独、或者以规定的比例混合适宜的气体种类，供给到处理腔室29。并且，如前所述，经由排气用阀7 (图示省略)，FCS-N的内部空间气体，通过排气管线27的出口侧开闭阀24利用真空栗28被强制排气(真空排气)。
[0108]并且，在图4中，21是气体供给口、22是供给侧切换阀、23是出口侧切换阀、26是混合气体供给管线。
[0109]在上述图1?图3的实施方式中，虽然基于图3(C)所示的使用流孔内装型的开闭阀8的FCS-WR型的压力式流量控制装置进行说明，但是作为压力式流量控制装置，无论是FCS-N型、FCS-SN型、FCS-SWR型都可以，图5所示的以往的各种型式的压力式流量控制装置，其中任一均可适用于本发明的实施。
[0110]并且，本发明涉及的压力式流量控制装置进行脉冲流量控制的情况下，以数10?数10msec的脉冲间隔，进行高精度的脉冲流量控制。
[0111]并且，由于压力式流量控制装置的动作原理及结构为公知技术，在此省略其详细的说明。
[0112]产业上的可利用性
[0113]本发明不限于半导体制造装置用的气体供给设备及气体供给装置，也可以适用于化学工业及食品工业等的所有的气体供给设备的流量控制装置。
【主权项】
1.一种压力式流量控制装置，其特征在于，具备: 主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及从该流体通路分歧且连通该流体通路与排气出口之间的排气通路； 压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于所述主体的所述流体入口侧，且开闭所述流体通路的上游侧； 第一压力传感器，第一压力传感器检测所述压力控制用控制阀的下游侧的流体通路内压； 流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的所述流体通路内； 开闭阀，所述开闭阀开闭所述第一压力传感器的下游侧的所述流体通路;及 排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路。2.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，在流量控制时，通过开闭所述开闭阀进行流量的脉冲控制。3.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述开闭阀设置于所述流孔的下游侧。4.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述排气用阀为控制阀。5.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，在所述主体设置有检测流孔的下游侧的所述流体通路内压的第二压力传感器。6.根据权利要求3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述第二压力传感器是检测所述开闭阀的下游侧的所述流体通路内压的传感器。7.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述流孔与所述开闭阀是流孔与开闭阀一体组装固定的结构的流孔内装型阀。8.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，构成为:多个流孔并列状连接，利用切换阀使流体流过至少一个流孔。9.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，多个流孔并列状地连接，利用切换阀使流体流过至少一个流孔，并且具备检测流孔的下游侧的流体通路内压的压力传感器。10.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述压力控制用控制阀是压电元件驱动型的金属隔膜式控制阀。11.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，所述开闭阀是空气压驱动阀或电磁驱动阀。12.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，构成为:利用与所述排气出口连接的真空栗，对所述排气通路内进行强制排气。13.—种压力式流量控制装置的超量防止方法，其特征在于，所述压力式流量控制装置具备:主体，所述主体设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路，及从该流体通路分歧且连通该流体通路与排气出口之间的排气通路;压力控制用控制阀，所述压力控制用控制阀固定于所述主体的流体入口侧，且开闭所述流体通路的上游侧;第一压力传感器，所述第一压力传感器检测该压力控制用控制阀的下游侧的流体通路内压;流孔，所述流孔设置于比所述排气通路的分歧位置更靠近下游的流体通路内；开闭阀，所述开闭阀开闭所述第一压力传感器的下游侧的所述流体通路;及排气用阀，所述排气用阀开闭所述排气通路，所述方法在所述压力式流量控制装置进行的流量控制开始前使所述排气用阀动作，且对所述压力控制用控制阀与开闭阀之间的流体通路空间内进行强制排气，由此防止流量控制开始时的超量。
【文档编号】G05D7/06GK105940357SQ201580002126
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】平田薰, 池田信, 池田信一, 西野功二, 土肥亮介, 杉田胜幸, 永濑正明
【申请人】株式会社富士金