CN112000138B - 气体质量流量控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种气体质量流量控制器，用于检测流经工艺腔室的气体流量，包括相互独立的流量检测模块和流量调节模块，以及控制模块，其中，流量检测模块设置在工艺腔室的进气端，用于检测该工艺腔室的进气端处的气体流量值，并发送至控制模块；流量调节模块设置在工艺腔室的出气端，用于调节工艺腔室的出气端处的气体流量；控制模块用于根据流量检测模块检测到的气体流量值和流量设定值，控制流量调节模块调节工艺腔室的出气端的气体流量，以使流经工艺腔室的气体流量等于流量设定值。本发明实施例提供的气体质量流量控制器，不仅可以提高控制精度，尤其可以保证温度敏感型气体的流量精度，而且便于拆装和维护。
Description
技术领域
本发明涉及气体质量流量控制技术领域，具体地，涉及一种气体质量流量控制器。
背景技术
质量流量控制器(Mass Flow Controller，以下简称MFC)用于对气体的质量流量进行精密控制，它在半导体和集成电路工业、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。
目前，在一些对温度敏感型气体控制方面，这类对温度敏感型气体在常温下容易分解，或者在温度稍微变化的情况下，气体的分解速率就会产生剧烈变化，该类极不稳定。在使用现有的热式MFC控制上述温度敏感型气体的流量时，由于其流量调节阀自身在工作中会不断地放热，放出的热量往往会对温度敏感型气体的稳定性造成影响；同时，也会对热式MFC自身性能造成干扰。
基于以上原因，目前的热式MFC无法对这些温度敏感气体进行精密测量和控制，使得相关工艺无法实现。
发明内容
本发明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器，其不仅可以提高控制精度，尤其可以保证温度敏感型气体的流量精度，而且便于拆装和维护。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种气体质量流量控制器，用于检测流经工艺腔室的气体流量，包括相互独立的流量检测模块和流量调节模块，以及控制模块，其中，所述流量检测模块设置在所述工艺腔室的进气端，用于检测所述工艺腔室的进气端处的气体流量值，并发送至所述控制模块；
所述流量调节模块设置在所述工艺腔室的出气端，用于调节所述工艺腔室的出气端处的气体流量；
所述控制模块用于根据所述流量检测模块检测到的所述气体流量值和流量设定值，控制所述流量调节模块调节所述工艺腔室的出气端的气体流量，以使流经所述工艺腔室的气体流量等于所述流量设定值。
可选的，所述气体质量流量控制器还包括温度调节模块，所述温度调节模块可拆卸地设置在靠近所述流量调节模块的位置处，用于调节所述流量调节模块的温度。
可选的，所述温度调节模块包括热交换腔室及分别与所述热交换腔室的进气端和出气端连接的进流管路和出流管路，其中，所述热交换腔室设置在靠近所述流量调节模块的位置处，用于与所述流量调节模块进行热量交换；所述进流管路用于向所述热交换腔室中输送热交换媒介；所述出流管路用于输出所述热交换腔室中的所述热交换媒介。
可选的，所述流量调节模块包括第一底座和设置在所述第一底座上的流量调节阀；其中，所述第一底座中设置有第一底座通道，所述第一底座通道与所述工艺腔室的出气端连接；
所述流量调节阀用于调节所述第一底座通道中的气体流量。
可选的，所述气体质量流量控制器还包括连接线缆，所述连接线缆的两端分别与所述控制模块和所述流量调节阀电连接，用以进行数据交互。
可选的，所述流量检测模块包括第二底座和设置在所述第二底座中的通道结构，所述通道结构与所述工艺腔室的进气端连接，且在所述第二底座中设置有热式流量传感器，所述热式流量传感器与所述通道结构连接，用以检测所述工艺腔室的进气端处的气体流量值，并发送至所述控制模块。
可选的，所述通道结构包括沿气体流动方向依次串接的进气通道、检测通道、分流通道和出气通道，其中，所述热式流量传感器与所述分流通道连接；
在所述第二底座中还设置有压力传感器，所述压力传感器与所述检测通道连接，用以检测所述检测通道中的气体压力值。
可选的，在所述第二底座中，且靠近所述热式流量传感器的位置处设置有温度传感器，用以检测所述热式流量传感器周围的环境温度值，并发送至所述控制模块。
可选的，所述控制模块包括微控制器。
可选的，所述流量调节模块设置在相邻的两个所述工艺腔室的出气端和进气端之间，用于调节流经相邻的两个所述工艺腔室的气体流量。
本发明实施例的有益效果：
本发明实施例提供的气体质量流量控制器，其流量检测模块和流量调节模块相互独立，且分别设置在工艺腔室的进气端和出气端，即，流量检测模块和流量调节模块采用分离式设计，这样，不仅可以避免因流量调节模块自身在工作中放热而对温度敏感型气体的稳定性造成影响，以及对热式MFC自身性能造成干扰，从而可以提高控制精度，尤其可以保证温度敏感型气体的流量精度；同时，分离式的流量检测模块和流量调节模块给拆装和维护提供了方便。
附图说明
图1为现有的气体质量流量控制器的结构图；
图2为本发明实施例提供的气体质量流量控制器的原理框图；
图3为本发明实施例提供的气体质量流量控制器的结构图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例提供的气体质量流量控制器进行详细描述。
图1示出了现有的一种气体质量流量控制器(Mass Flow Controller，以下简称MFC)的结构图。如图1所示，现有的MFC是一种热式MFC，其包括底座1、流量传感器2、电路板3和流量控制阀4。其中，流量传感器2、电路板3和流量控制阀4均安装在底座1上，即，采用一体式结构。在使用这种热式MFC控制上述温度敏感型气体的流量时，由于流量控制阀4安装在底座1上，导致流量控制阀4自身在工作中不断地放出的热量将直接作用于温度敏感型气体，这往往会对温度敏感型气体的稳定性造成影响；同时，由于流量传感器2和流量控制阀4的距离较近，流量控制阀4自身在工作中不断地放出的热量也会影响流量传感器2(热式流量传感器)的测量精度，从而对热式MFC自身性能造成干扰，不能满足工艺要求，在需要高精度气体测量的工艺设备中，更加无法应用。
为了解决上述问题，请参阅图2，本发明实施例提供一种气体质量流量控制器6，用于检测流经工艺腔室5的气体流量。由于工艺腔室5的内部通常为密闭的，且具有背压的密封空间，当工艺腔室5的工作状态达到稳定时，工艺腔室5相当于一段可使气体流动的气体管路，由于相同条件下，管路中任意位置处的气体流量均是相同的，故而工艺腔室5及其进气管路和出气管路(图中未示出)中的气体流量始终相同。
基于上述原理，气体质量流量控制器6包括相互独立的流量检测模块61和流量调节模块62，以及控制模块63。流量检测模块61和流量调节模块62相互独立，具体是指二者相互分离构成分体式结构。其中，流量检测模块61设置在工艺腔室5的进气端，例如设置在工艺腔室5的进气管路上，用于检测工艺腔室5的进气端处的气体流量值，并发送至控制模块63；流量调节模块62设置在工艺腔室5的出气端，例如设置在工艺腔室5的出气管路上，用于调节工艺腔室5的出气端处的气体流量；控制模块63用于根据流量检测模块61检测到的气体流量值和流量设定值，控制流量调节模块62调节工艺腔室5的出气端的气体流量，以使流经工艺腔室5的气体流量等于上述流量设定值。
由于工艺腔室5是封闭的，工艺腔室5及其进气管路和出气管路中的气体流量始终保持相同，在这种情况下，当控制模块63控制流量调节模块62调节出气管路(即，工艺腔室5的出气端)中的气体流量时，流经进气管路以及工艺腔室5内部的气体流量将随之发生改变，相当于调节了进气管路以及工艺腔室5内部的气体流量，从而达到了调节流经工艺腔室5的气体流量的目的。同时，在工艺腔室5及其进气管路和出气管路中的气体流量始终保持相同的前提下，可以通过检测进气管路(即，工艺腔室5的进气端)中的气体流量值，将检测到的进气管路中的气体流量值作为调节出气管路中的气体流量的依据，从而即使流量检测模块61和流量调节模块62相互独立，且设置在距离彼此较远的位置处，仍然可以保证流量控制精度。而且，通过将流量检测模块61和流量调节模块62采用分离式设计，不仅可以避免因流量调节模块62自身在工作中放热而对温度敏感型气体的稳定性造成影响，以及对热式MFC自身性能造成干扰，从而可以提高控制精度，尤其可以保证温度敏感型气体的流量精度；同时，分离式的流量检测模块61和流量调节模块62给拆装和维护提供了方便。
在本实施例中，气体质量流量控制器6还包括温度调节模块7，该温度调节模块7可拆卸地设置在靠近流量调节模块62的位置处，用于调节流量调节模块62的温度。这样，可以进一步减小流量调节模块62自身在工作中放热而对温度敏感型气体的稳定性造成影响。
温度调节模块7的具体结构可以有多种，例如，在本实施例中，温度调节模块7包括热交换腔室71及分别与该热交换腔室71的进气端和出气端连接的进流管路和出流管路(图中未示出)，其中，热交换腔室71设置在靠近流量调节模块62的位置处，用于与流量调节模块62进行热量交换；进流管路用于向热交换腔室71中输送热交换媒介；出流管路用于输出热交换腔室71中的热交换媒介。热交换媒介例如为冷却液体或者冷却气体，其中冷却液体例如为冷却水或者冷却液。
当热交换媒介在热交换腔室71中循环流动时，其会通过与流量调节模块62进行热量交换来冷却流量调节模块62，以减少流量调节模块62自身在工作中放出的热量，从而可以保证温度敏感型气体的稳定性不受影响。
流量调节模块62的具体结构可以有多种，例如，在本实施例中，如图3所示，该流量调节模块62包括第一底座621和设置在该第一底座621上的流量调节阀622；其中，第一底座621中设置有第一底座通道621a，该第一底座通道621a与工艺腔室5的出气端连接，例如，第一底座通道621a可以串接在工艺腔室5的出气管路上；流量调节阀622用于调节第一底座通道621a中的气体流量，以调节工艺腔室5的出气端的气体流量，例如调节工艺腔室5的出气管路中的气体流量。
基于上述流量调节模块62的结构，控制模块63用于通过控制流量控制阀62的开度来调节工艺腔室5的出气端的气体流量。
另外，气体质量流量控制器6还包括连接线缆8，该连接线缆8的两端分别与控制模块63和流量调节阀62电连接，用以进行数据交互。当然，在实际应用中，还可以采用其他有线通信方式，或者采用无线通信方式。
流量检测模块61的结构可以有多种，例如，在本实施例中，如如图2和图3所示，流量检测模块61包括第二底座611和设置在该第二底座611中的通道结构，该通道结构与工艺腔室5的进气端连接，例如串接在工艺腔室5的进气管路上，且在第二底座611中设置有热式流量传感器612，该热式流量传感器612与上述通道结构连接，用以检测流经通道结构的气体流量值，并发送至控制模块63。
进一步地，如图3所示，上述通道结构包括沿气体流动方向依次串接的进气通道615a、检测通道615b、分流通道615c和出气通道615d，其中，热式流量传感器612与分流通道615c连接。当气体流经分流通道615c时，大部分气体从分流通道615c流过，少部分气体经过热式流量传感器612的毛细管，以使该热式流量传感器612能够检测获得与气体流量有关的电信号，并发送至控制模块63。
在一些实施例中，为了增加气体质量流量控制器的功能，满足不用的工艺要求，在第二底座611中还设置有压力传感器613，该压力传感器613与检测通道615b连接，用以检测该检测通道615b中的气体压力值。
在一些实施例中，为了增加气体质量流量控制器的功能，满足不用的工艺要求，在第二底座611中，且靠近热式流量传感器612的位置处设置有温度传感器614，用以检测热式流量传感器612周围的环境温度值，并发送至控制模块63。
控制模块63可以根据热式流量传感器612检测的气体流量值，并参考上述气体压力值和/或环境温度值进行计算和校准，以获得流量校正值，并将其输出至流量调节模块2，以控制流量调节模块62调节工艺腔室5的出气端的气体流量，以使流经工艺腔室5的气体流量等于上述流量设定值。
在实际应用中，控制模块62包括微控制器，如图3所示，该微控制器例如以芯片的形式集成在电路板631上。在本实施例中，电路板631安装在上述第二底座611上，但是，本实施例并不局限于此，在实际应用中，电路板631也可以独立设置。
另外，在实际应用中，上述流量调节模块62还可以设置在相邻的两个工艺腔室5的出气端和进气端之间，用于调节流经相邻的两个工艺腔室5的气体流量。也就是说，当气体质量流量控制器6应用于串接的两个工艺腔室5的情况时，两个工艺腔室5相当于两段管路串接，此时流量调节模块62设置在这两个工艺腔室5的出气端和进气端之间，以达到同时调节两个工艺腔室5的出气端和进气端的气体流量的目的，从而在控制上游的工艺腔室5中的气体流量值等于流量设定值的同时，还可以使气体流量以同样的气体流量值流入下游的工艺腔室5中，以满足后续工艺的要求。
综上所述，本发明实施例提供的气体质量流量控制器，其流量检测模块和流量调节模块相互独立，且分别设置在封闭的工艺腔室的进气端和出气端，即，流量检测模块和流量调节模块采用分离式设计，这样，不仅可以避免因流量调节模块自身在工作中放热而对温度敏感型气体的稳定性造成影响，以及对热式MFC自身性能造成干扰，从而可以提高控制精度，尤其可以保证温度敏感型气体的流量精度；同时，分离式的流量检测模块和流量调节模块给拆装和维护提供了方便。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种气体质量流量控制器，用于检测流经工艺腔室的气体流量，其特征在于，包括相互独立的流量检测模块和流量调节模块，以及控制模块，其中，所述流量检测模块设置在所述工艺腔室的进气端，用于检测所述工艺腔室的进气端处的气体流量值，并发送至所述控制模块；所述工艺腔室是封闭的，以使所述工艺腔室的进气端和出气端处的气体流量始终保持相同；
所述流量调节模块设置在所述工艺腔室的出气端，用于调节所述工艺腔室的出气端处的气体流量；
所述控制模块用于根据所述流量检测模块检测到的所述气体流量值和流量设定值，控制所述流量调节模块调节所述工艺腔室的出气端的气体流量，以使流经所述工艺腔室的气体流量等于所述流量设定值。
2.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述气体质量流量控制器还包括温度调节模块，所述温度调节模块可拆卸地设置在靠近所述流量调节模块的位置处，用于调节所述流量调节模块的温度。
3.根据权利要求2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述温度调节模块包括热交换腔室及分别与所述热交换腔室的进气端和出气端连接的进流管路和出流管路，其中，所述热交换腔室设置在靠近所述流量调节模块的位置处，用于与所述流量调节模块进行热量交换；所述进流管路用于向所述热交换腔室中输送热交换媒介；所述出流管路用于输出所述热交换腔室中的所述热交换媒介。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量调节模块包括第一底座和设置在所述第一底座上的流量调节阀；其中，所述第一底座中设置有第一底座通道，所述第一底座通道与所述工艺腔室的出气端连接；
所述流量调节阀用于调节所述第一底座通道中的气体流量。
5.根据权利要求4所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述气体质量流量控制器还包括连接线缆，所述连接线缆的两端分别与所述控制模块和所述流量调节阀电连接，用以进行数据交互。
6.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量检测模块包括第二底座和设置在所述第二底座中的通道结构，所述通道结构与所述工艺腔室的进气端连接，且在所述第二底座中设置有热式流量传感器，所述热式流量传感器与所述通道结构连接，用以检测所述工艺腔室的进气端处的气体流量值，并发送至所述控制模块。
7.根据权利要求6所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述通道结构包括沿气体流动方向依次串接的进气通道、检测通道、分流通道和出气通道，其中，所述热式流量传感器与所述分流通道连接；
在所述第二底座中还设置有压力传感器，所述压力传感器与所述检测通道连接，用以检测所述检测通道中的气体压力值。
8.根据权利要求7所述的气体质量流量控制器，其特征在于，在所述第二底座中，且靠近所述热式流量传感器的位置处设置有温度传感器，用以检测所述热式流量传感器周围的环境温度值，并发送至所述控制模块。
9.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述控制模块包括微控制器。
10.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量调节模块设置在相邻的两个所述工艺腔室的出气端和进气端之间，用于调节流经相邻的两个所述工艺腔室的气体流量。
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