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CN101903840B - 流量比率控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种流量比率控制装置，其无须多个种类的设备，能够减少部件种类的数量，降低成本。本发明的流量比率控制装置具备相同的差压式流量控制装置(MFC1，MFC2)以及把指令赋予所述流量控制装置(MFC1，MFC2)并对其进行控制的控制处理装置(C)，在从主流道(ML)的终端开始分支的分支流道(BL1，BL2)上，以相互反向的方式设置所述流量控制装置(MFC1，MFC2)，让设置在其中一条分支流道(BL1)上的流量控制装置(MFC1)动作，使得其检测压力成为预定的目标压力，另一方面，对设置在另一条分支流道(BL2)上的流量控制装置(MFC2)而言，根据测定流量的总量与预先设定的流量比率，设定应该流过该流量控制装置(MFC2)的目标流量，并让该流量控制装置(MFC2)动作，使得流过该流量控制装置(MFC2)的流量成为所述目标流量。

Description

流量比率控制装置
技术领域
本发明涉及一种流量比率控制装置，该流量比率控制装置能够使半导体制造过程中所使用的原料气体等以所希望的比率分流。
背景技术
近来，在半导体制造过程的技术领域中，伴随晶片(wafer)逐渐大型化，收纳晶片的处理室也跟着大型化。可是，在半导体晶片上形成薄膜时，优选用于形成薄膜的原料气体浓度均匀，但如果仅从一个地方将原料气体导入所述大型化了的处理室，则浓度分布会产生不均匀。
因此，最近的技术以如下方式进行应对，即：在处理室上设置多个气体导入口，从各导入口送入质量流量比经过控制的原料气体，使处理室内的气体浓度均匀。此时，作为使原料气体按照所希望的比率分流的装置，使用流量比率控制装置。
以往，作为该种流量比率控制装置，一般采用利用在各配管内的压力进行分配的方式，由于并非直接控制质量流量的比率，所以实际的质量流量比率并不清楚。
因此，专利文献1提出一种通过测定质量流量来控制比率的装置。图5表示这种流量比率控制装置中的特别是二分流型的一个例子。在图5中，附图标记RXM表示气体流入的主流道。在该主流道RXM中设置有压力传感器4X，且压力传感器4X的终端分成两条流道。分支后的各分支流道RX1、RX2上分别串联设置了流量计21X、22X与控制阀31X、32X。而且，阀控制部5X，监测从各流量计21X、22X输出的流量数据以及从压力传感器输出的压力数据，并且根据各数据值，对控制阀31X、32X进行控制，并控制成使流过各分支流道RX1、RX2的气体的质量流量相对于总流量的比率(称为流量比率)成为给定的设定比率。具体而言，该阀控制部5X，首先，对一方的分支流道RX1的控制阀31X进行反馈控制，使得所述压力数据的值(也称实测压力)成为预先设定的规定的目标压力。然后，在实测压力控制在目标压力附近或是目标压力以上的条件下，对另一方的控制阀32X进行反馈控制，使得流量数据的值(也称实测流量)相对总流量的比率成为所述的设定比率。
专利文献1：日本专利公开公报特开2005-38239号
然而，在这样的装置中需要流量控制装置与压力控制装置这两种设备。
发明内容
本发明是鉴于所述的问题而作出的，目的在于提供一种流量比率控制装置，该流量比率控制装置不需要多个种类的设备，能够减少部件种类的数量，降低成本。
为解决相关问题，本发明采用如下构造。即，本发明的流量比率控制装置，其特征在于包括：差压式流量控制装置，所述差压式流量控制装置包括流量控制阀、第一压力传感器、流体阻抗(fluid resistance)以及第二压力传感器，在流体流通的内部流道上将控制流过所述内部流道的流体流量的所述流量控制阀、所述第一压力传感器、所述流体阻抗以及所述第二压力传感器串联配置，并根据由各压力传感器检测到的检测压力能够测量所述流体的流量；以及控制处理装置，把指令赋予所述差压式流量控制装置，以对所述差压式流量控制装置进行控制，在从主流道的终端开始分支的多个分支流道上分别设置有所述差压式流量控制装置，将设置在其中一条分支流道上的所述差压式流量控制装置配置成：第二压力传感器位于上游的位置，并且让该差压式流量控制装置动作，使得由所述第二压力传感器检测到的检测压力成为预定的目标压力，另一方面，将设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置配置成：使流量控制阀位于上游的位置，并且根据从所有所述差压式流量控制装置输出的测定流量的总量与预先设定的流量比率，让所述控制处理装置计算出应该流过设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置的目标流量，并让设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置动作，使得流过该差压式流量控制装置的流量成为所述目标流量。
如果是如上所述的装置，则在一个分支流道与其他流道上使用相同种类的流量控制装置，并让该流量控制装置动作，使得在一个分支流道中成为预定的目标压力，另一方面，让该流量控制装置动作，使得在其他分支流道中成为目标流量，通过这样能够控制流过各分支流道的流体的质量流量比率。
此外，由于只使用相同种类的流量控制装置，所以能减少构成流量比率控制装置的设备的种类，能够实现降低成本。
此外，由于仅使用差压式流量控制装置，所以即使流出或流入该流量比率控制装置的流体压力变化很大，与使用热式质量流量计的情况相比，能够总是以高精度控制流过各分支流道的流体的质量流量比率。此外，由于仅使用差压式流量控制装置，所以即使在入口侧以及出口侧是负压的情况下，也能够以高精度控制质量流量比率。
作为通过只使用相同种类的流量控制装置，就能够减少部件种类的数量，并能够以高精度控制流过各分支流道的流体的质量流量比率的流量比率控制装置的其他的实施方式，可以举出一种流量比率控制装置，包括：差压式流量控制装置，所述差压式流量控制装置包括初级压力传感器、流量控制阀、第一压力传感器、流体阻抗以及第二压力传感器，在流体流通的内部流道上将各部件按照所述初级压力传感器、控制流过所述内部流道的流体流量的所述流量控制阀、所述第一压力传感器、所述流体阻抗以及所述第二压力传感器的顺序串联配置，并根据所述第一压力传感器、第二压力传感器检测到的检测压力能够测量流体的流量；以及控制处理装置，把指令赋予所述差压式流量控制装置，以对所述差压式流量控制装置进行控制，在从主流道的终端开始分支的多个分支流道上分别设置所述差压式流量控制装置，对于设置在其中一条分支流道上的所述差压式流量控制装置，让该差压式流量控制装置动作，使得由初级压力传感器检测到的检测压力成为预定的目标压力，对于设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置，根据从所有所述差压式流量控制装置输出的测定流量的总量与预先设定的流量比率，让所述控制处理装置计算出应该流过设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置的目标流量，并让设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置动作，使得流过该差压式流量控制装置的流量成为所述目标流量。
按照如上所述构造的本发明，通过只使用相同种类的设备，能够减少部件种类的数量，降低成本，并且能够以高精度控制流过各分支流道的流体的质量流量比率。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的流量比率控制装置的整体示意图。
图2是表示第一实施方式的流量控制装置的内部构造的示意图。
图3是表示本发明第二实施方式的流量比率控制装置的整体示意图。
图4是表示第二实施方式的流量控制装置的内部构造的示意图。
图5是表示以往的流量比率控制装置的整体示意图。
附图标记说明
100：流量比率控制装置
L1、L2：内部流道
V1、V2：流量控制阀
P11、P12：第一压力传感器
R1、R2：流体阻抗
P21、P22：第二压力传感器
MFC1、MFC2：流量控制装置
C：控制处理装置
ML：主流道
BL1、BL2：分支流道
P01、P02：初级压力传感器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的流量比率控制装置100的概略示意图。该流量比率控制装置100，例如，可将半导体制造用的原料气体按照预定比率分流，并供应到半导体处理室，其构成未图示的半导体制造系统的一部分。而且，该流量比率控制装置100，在从主流道ML的终端开始分流的两个分支流道BL1、BL2上，分别设置作为相同的流量控制装置的质量流量控制装置MFC1、MFC2，并具备用来控制所述质量流量控制装置MFC1、MFC2的控制处理装置C。
如图2所示，所述质量流量控制装置MFC1(MFC2)，是将控制流过内部流道L1(L2)的流体流量的流量控制阀V1(V2)、第一压力传感器P11(P12)、流体阻抗R1(R2)以及第二压力传感器P21(P22)，按照该顺序串联配置的装置。在通常的使用方法中，利用第一压力传感器P11(P12)与第二压力传感器P21(P22)检测出在该流体阻抗R1(R2)前后所产生的压力差，并计算出通过该流体阻抗R1(R2)的流体的质量流量，用于控制所述流量控制阀V1(V2)。
如图1所示，在其中一方的分支流道BL1中，以与通常的使用方法相反方向的方式配置所述质量流量控制装置MFC1，使得第二压力传感器P21位于上游；在另一方的分支流道BL2中，以与通常的使用方法相同方向的方式配置所述质量流量控制装置MFC2，使得所述流量控制阀V2位于上游。
所述控制处理装置C，作为硬件构造至少具备CPU、存储器以及各种驱动电路等，根据存储在所述存储器中的程序，通过让所述CPU与外围设备合作，来发挥各种功能。
接着，说明该流量比率控制装置的动作。以下，为了方便说明，分别将两个质量流量控制装置MFC1、MFC2记述为第一质量流量控制装置MFC1、第二质量流量控制装置MFC2，但这两个质量流量控制装置是完全相同的。
对于以第二压力传感器P21位于上游方式配置的第一质量流量控制装置MFC1，所述控制处理装置C使用由该第二压力传感器P21检测到的压力与存储在所述存储器中的目标压力的偏差，对该第一质量流量控制装置MFC1的流量控制阀V1进行反馈控制。同时，所述控制处理装置C，根据通过第二压力传感器P21与第一压力传感器P11检测到的在所述流体阻抗R1产生的压力差，计算出流过该第一质量流量控制装置MFC1的内部流道L1的质量流量。
对于以流量控制阀V2位于上游的方式配置的第二质量流量控制装置MFC2，所述控制处理装置C根据通过第一压力传感器P12与第二压力传感器P22检测到的在所述流体阻抗R2产生的压力差，计算出流过该第二质量流量控制装置MFC2内部的质量流量。然后，所述控制处理装置C，根据流过各分支流道BL1、BL2的流体的质量流量与存储在所述存储器中的各分支流道BL1、BL2的目标流量比率，计算出应该流过该第二质量流量控制装置MFC2的目标质量流量。所述控制处理装置C，使用流过第二质量流量控制装置MFC2内部的流道L2的质量流量与目标质量流量的偏差，对第二质量流量控制装置MFC2的流量控制阀V2进行反馈控制。
如果是如上所述的装置，则只要使用完全相同的质量流量控制装置MFC1、MFC2，就能构成流量比率控制装置100，能够通过减少部件种类的数量，实现降低成本，并能够以高精密度控制流量比率。
此外，只要将完全相同的质量流量控制装置MFC1、MFC2的其中一个安装成跟通常的使用方式的安装方向相反，像这样仅通过非常简单地改变一下安装方法，就能控制流量比率。
而且，由于只对质量流量进行差压式的测量，与使用热式测量方法的情况相比较，即使在流入质量流量控制装置MFC1、MFC2的流体压力变化很大的情况下，也能总是高精度地控制流量比率。
接着，参照图3说明本发明的第二实施方式。对于与第一实施方式对应的构件使用相同的附图标记。
如图4所示，作为本实施方式中的流量控制装置的质量流量控制装置MFC1、MFC2，在内部流道L1、L2上，将初级压力传感器P01、P02，控制流过该内部流道L1、L2的流体流量的流量控制阀V1、V2，第一压力传感器P11、P12，流体阻抗R1、R2以及第二压力传感器P21、P22按照该顺序串联排列。
如图3所示，第二实施方式的流量比率控制装置100，在从主流道ML的终端开始分支的两个分支流道BL1、BL2上使初级压力传感器P01、P02处于上游来分别设置质量流量控制装置MFC1、MFC2，并具备用于控制该质量流量控制装置MFC1、MFC2的控制处理装置C。
接着，对动作进行说明。在此也是为了说明上的方便，分别将两个质量流量控制装置MFC1、MFC2记述为第一质量流量控制装置MFC1、第二质量流量控制装置MFC2，但这两个质量流量控制装置是完全相同的。
对于第一质量流量控制装置MFC1，所述控制处理装置C使用由初级压力传感器P01检测到的压力与存储在所述存储器中的目标压力的偏差，对该第一质量流量控制装置MFC1的流量控制阀V1进行反馈控制。同时，所述控制处理装置C，根据通过第一压力传感器P11与第二压力传感器P21检测到的在所述流体阻抗R1产生的压力差，计算出流过该第一质量流量控制装置MFC1的内部流道L1的质量流量。
对于第二质量流量控制装置MFC2，所述控制处理装置C根据通过第一压力传感器P12与第二压力传感器P22检测到的在所述流体阻抗R2产生的压力差，计算出流过该第二质量流量控制装置MFC2的内部流道L2的质量流量。接着，所述控制处理装置C，根据流过各分支流道BL1、BL2的流体的质量流量与存储在所述存储器中的各分支流道BL1、BL2的目标流量比率，计算出应该流过该第二质量流量控制装置MFC2的目标流量。所述控制处理装置C，使用流过第二质量流量控制装置MFC2内部的质量流量与目标流量的偏差，对第二质量流量控制装置MFC2的流量控制阀V2进行反馈控制。
即使是如上所述的装置，也能通过减少部件种类的数量，实现降低成本，并能以高精度控制各分支流道BL1、BL2的质量流量比率。而且，在该第二实施方式中，连改变质量流量控制装置MFC1、MFC2的方向的工夫都能够省掉，只要在所有的流道上都设置相同的质量流量控制装置MFC1、MFC2即可。
此外，由于只对质量流量进行差压式的测量，即使在质量流量控制装置MFC1、MFC2前后压力变化很大的情况下，也能总是高精度地控制流量比率。
此外，本发明不限于所述的实施方式。
例如，虽然在本实施方式中分支流道的数量是两个，然而也可设置更多的分支流道。此时，在设置于各分支流道上作为流量控制装置的质量流量控制装置中，只要一个以压力作为基准进行控制即可。
在所述实施方式中，控制处理装置设置在各流量控制装置内，即使各控制处理装置协同运作，对流量比率进行控制，也是可以的。
此外，本发明不仅可应用于半导体制造过程，也可应用于其他气体，而且除了气体以外，还可应用于液体，都能达到与所述实施方式相同的作用与效果。
此外，在不超出本发明基本精神的范围内，可以有各种各样的变形。
工业上的利用可能性
按照本发明，在流量比率控制装置中仅通过使用相同种类的设备，能够减少部件种类的数量，实现降低成本，并能够以高精度控制流过各分支流道的流体的质量流量比率。

Claims (2)

1.一种流量比率控制装置，其特征在于包括：
差压式流量控制装置，所述差压式流量控制装置包括流量控制阀、第一压力传感器、流体阻抗以及第二压力传感器，在流体流通的内部流道上将控制流过所述内部流道的流体流量的所述流量控制阀、所述第一压力传感器、所述流体阻抗以及所述第二压力传感器串联配置，并根据由各压力传感器检测到的检测压力能够测量所述流体的流量；以及
控制处理装置，把指令赋予所述差压式流量控制装置，以对所述差压式流量控制装置进行控制，
在从主流道的终端开始分支的多个分支流道上分别设置有所述差压式流量控制装置，
将设置在其中一条分支流道上的所述差压式流量控制装置配置成：第二压力传感器位于比流量控制阀、第一压力传感器以及流体阻抗更靠上游的位置，并且让该差压式流量控制装置动作，使得由所述第二压力传感器检测到的检测压力成为预定的目标压力，
另一方面，将设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置配置成：使流量控制阀位于比第一压力传感器、流体阻抗以及第二压力传感器更靠上游的位置，并且根据从所有所述差压式流量控制装置输出的测定流量的总量与预先设定的流量比率，让所述控制处理装置计算出应该流过设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置的目标流量，并让设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置动作，使得流过该差压式流量控制装置的流量成为所述目标流量。
2.一种流量比率控制装置，其特征在于包括：
差压式流量控制装置，所述差压式流量控制装置包括初级压力传感器、流量控制阀、第一压力传感器、流体阻抗以及第二压力传感器，在流体流通的内部流道上将各部件按照所述初级压力传感器、控制流过所述内部流道的流体流量的所述流量控制阀、所述第一压力传感器、所述流体阻抗以及所述第二压力传感器的顺序串联配置，并根据所述第一压力传感器、第二压力传感器检测到的检测压力能够测量流体的流量；以及
控制处理装置，把指令赋予所述差压式流量控制装置，以对所述差压式流量控制装置进行控制，
在从主流道的终端开始分支的多个分支流道上分别设置有所述差压式流量控制装置，
对于设置在其中一条分支流道上的所述差压式流量控制装置，让该差压式流量控制装置动作，使得由初级压力传感器检测到的检测压力成为预定的目标压力，
对于设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置，根据从所有所述差压式流量控制装置输出的测定流量的总量与预先设定的流量比率，让所述控制处理装置计算出应该流过设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置的目标流量，并让设置在其他分支流道上的所述差压式流量控制装置动作，使得流过该差压式流量控制装置的流量成为所述目标流量。
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