TW201816534A

TW201816534A - 壓力式流量控制裝置

Info

Publication number: TW201816534A
Application number: TW106125221A
Authority: TW
Inventors: 平田薰; 杉田勝幸; 池田信一; 西野功二
Original assignee: 日商富士金股份有限公司
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-05-01
Also published as: TWI654508B; JP2018018351A; WO2018021327A1; KR102104805B1; US20190250648A1; US10838435B2; CN109478074A; CN109478074B; KR20180111895A; JP6786096B2

Abstract

壓力式流量控制裝置（100），係具備：控制閥（12）；壓力感應器（P1），係設置於控制閥的下游側；節流孔內置閥（16），係設置於壓力感應器的下游側；以及控制部（5），係連接至控制閥及壓力感應器；節流孔內置閥，係具有：閥機構（15），係具有用以進行流路的開閉的閥座體及閥體；驅動機構（18），係驅動閥機構；以及節流孔構件（14），係接近於閥機構而設置；並具備：開閉檢測機構（20），係用以檢測閥機構的開閉狀態；控制部，係構成為接收來自開閉檢測機構的檢測訊號。

Description

壓力式流量控制裝置

[0001] 本發明係關於壓力式流量控制裝置，特別是關於具備節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置。

[0002] 於半導體製造裝置或化學廠中，係運用為了控制原料氣體或蝕刻氣體等流體之各種類型的流量計或流量控制裝置。其中，壓力式流量控制裝置，係例如藉由組合壓電元件驅動型的控制閥與節流部（節流孔板或臨界噴嘴）之相對簡單的機構，能夠以高精度控制各種流體的流量，故受到廣泛利用。　　[0003] 於壓力式流量控制裝置中，係有利用當臨界膨脹條件滿足P1/P2≧約2（P1：節流部上游側的氣體壓力，P2：節流部下游側的氣體壓力）時，流量不依下游側氣體壓力P2，而是由上游側氣體壓力P1所決定的原理，而進行流量控制者。以該種壓力式流量控制裝置而言，僅藉由使用壓力感應器及控制閥控制上游壓力P1，便能夠以高精度控制流動於節流部下游側的氣體的流量。　　[0004] 於專利文獻1中，揭示有具備了內建有節流孔構件作為節流部的開閉閥（節流孔內置閥）的壓力式流量控制裝置。以具備了節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置而言，因藉由控制閥而控制節流孔上游側的壓力，並且藉由節流孔內置閥控制氣體的流出，故能夠供給上升及下降特性良好地受到流量控制的氣體。　　[0005] 另外，近年來，係期望於ALD（原子層沉積）流程或是ALE（原子層蝕刻）流程中，僅以短時間（脈衝狀）對於處理室供給氣體，並期望活用設置有節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0006] 　　[專利文獻1] 日本專利第4137267號公報　　[專利文獻2] 日本特開2003-316442號公報　　[專利文獻3] 日本特開2011-154433號公報

[發明所欲解決的技術課題] 　　[0007] 作為開閉閥的閥機構，已知有使用中介於流量控制裝置的氣體流路的空氣動作閥（AOV：Air Operated Valve），並且設置控制對於該空氣動作閥的壓縮空氣的供給之電磁閥的構成（例如專利文獻2）。能夠於節流孔內置閥採用該構成，此時，節流孔內置閥的開閉動作，係受到對於電磁閥的開關訊號所控制，而能夠藉由該開閉訊號判斷閥的開閉狀態。　　[0008] 然而，有對於電磁閥輸出的開閉訊號與節流孔內置閥的實際的開閉動作相異之情形。例如，當對於AOV的壓縮空氣的供給系統發生問題時，有即使電磁閥為開狀態但AOV不動作之情事。另外，AOV係藉由壓縮空氣的供給而動作，故有對應於空氣供給系統的設計（例如空氣管的徑或長度）而AOV的開閉晚於電磁閥的開閉之情事。因此，輸入至電磁閥的開閉訊號與AOV的實際的開閉動作不同步之情事亦甚多。　　[0009] 以使用節流孔內置閥之近年來的用途（例如前述之ALD流程）而言，雖切換複數種類的氣體進行供給，然而該氣體切換的時機被設定為極為快速。故而，能夠上升及下降特性良好地控制流量，並且能夠即時正確地確認實際的氣體流量，係益發重要。因此，在如前述般無法檢測出AOV的實際的開閉動作時，有難以運用於近年來之用途的情形。　　[0010] 另外，於具備節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置當中，雖有藉由運算自節流孔上游的氣體壓力而求取流量之情事，然而在關閉節流孔內置閥後，一般而言，節流孔上游的氣體壓力會上升。因此，雖然實際上處於閥關閉且氣體未流動的狀態，然而亦有對應於上升的氣體壓力而流量作為運算流量受到輸出之情事。　　[0011] 對於該問題，於專利文獻2中，係記載有在關閉開閉閥的期間，無論壓力感應器的輸出皆顯示流量值為0之事項。然而，在無法確認實際的閥開閉狀態時，結果仍會導致顯示錯誤的流量，或是時機偏差而顯示不正確的流量之情事。　　[0012] 本發明係有鑑於前述課題，而以提供一種能夠適當地控制及檢測氣體的流量之具備節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置為主要目的。 [用以解決課題的技術方案] 　　[0013] 本發明之實施形態所致之壓力式流量控制裝置，係具備：控制閥；壓力感應器，係設置於前述控制閥的下游側；節流孔內置閥，係設置於前述壓力感應器的下游側；以及控制部，係連接至前述控制閥及前述壓力感應器；並構成為根據前述壓力感應器的輸出而控制前述控制閥，前述節流孔內置閥，係具有：閥機構，係具有用以進行前述流路的開閉的閥座體及閥體；驅動機構，係驅動前述閥機構；以及節流孔構件，係接近於前述閥機構而設置；並具備：開閉檢測機構，係用以檢測前述閥機構的開閉狀態；前述控制部，係構成為接收來自前述開閉檢測機構的檢測訊號。　　[0014] 於其他實施形態中，前述閥機構係包含流體動作閥，前述驅動機構係包含控制對於前述流體動作閥的流體的供給的電磁閥。　　[0015] 於其他實施形態中，前述開閉檢測機構，係包含限制開關，前述限制開關，係設置為連動於前述閥體的動作而產生開關訊號。　　[0016] 於其他實施形態中，前述控制部，係根據來自前述壓力感應器的輸出訊號，以及來自前述開閉檢測機構的前述檢測訊號，檢測通過前述節流孔內置閥的氣體的流量。　　[0017] 於其他實施形態中，在來自前述開閉檢測機構的前述檢測訊號顯示前述節流孔內置閥的閉狀態時，前述控制部係無論前述壓力感應器的輸出值，皆判斷流量為零。 [發明之效果] 　　[0018] 依據本發明之實施形態，能夠於具備節流孔內置閥的壓力式流量控制裝置中，適當地控制及檢測氣體的流量。

[0020] 以下，一邊參照圖式一邊說明本發明之實施形態，然而本發明係不限於以下之實施形態。　　[0021] 第1圖，係表示本發明之實施形態所致之壓力式流量控制裝置100的整體構成的圖。壓力式流量控制裝置100，係具備：控制閥12，係中介於氣體流路11；節流孔內置閥16，係設置於控制閥12的下游側；第1壓力感應器（上游壓力感應器）P1及溫度感應器T，係設置於控制閥12與節流孔內置閥16之間；以及第2壓力感應器（下游壓力感應器）P2，係設置於節流孔內置閥16的下游側）。第1壓力感應器P1，係能夠測定控制閥12與節流孔內置閥16之間的流路的壓力，第2壓力感應器P2，係能夠測定節流孔內置閥16的下游側（例如節流孔內置閥16與未圖示之下游遮斷閥之間的流路）的壓力。另外，本實施形態之壓力式流量控制裝置100，係在控制閥12的上游側具備第3壓力感應器P3，並測定來自未圖示氣體供給裝置（例如原料氣化器）所供給的氣體的壓力，而能夠利用於原料供給量的控制。　　[0022] 節流孔內置閥16，係具有節流孔構件14，以及設置在節流孔構件14的上游側之作為開閉閥的流體動作閥15，於流體動作閥15係連接有作為驅動機構的電磁閥18。於節流孔內置閥16，係藉由使用電磁閥18從空氣源2（空器缸或壓縮機等）控制對於節流孔內置閥16的流體的供給，而進行開閉動作。又，節流孔構件14，係設置在流體動作閥15的上游側亦可，重點係在於使形成於節流孔構件14與流體動作閥15之間的流路容積盡量地小。如此，若使用在節流孔附近設置有閥機構的節流孔內置閥16，則能夠適當地進行對於處理室之短時間的氣體供給，或是高速的氣體遮蔽動作。　　[0023] 於本實施形態中，節流孔構件14，係使用被保持於夾具的不鏽鋼製的節流孔板所構成（參照第2圖），例如在具有20～500μm的厚度的節流孔板，形成口徑為10～500μm的節流孔。然而不限於此，節流孔構件14，係例如節流孔一體形成於閥座體亦可，作為節流孔形成有單數或複數個細微開口或是噴嘴狀的開口部之任意形態的構件亦可。　　[0024] 流體動作閥15，典型而言係使用壓縮空氣進行閥的開閉動作的AOV。作為AOV，係例如能夠使用各種習知者。然而，於其他形態中，流體動作閥15，為使用空氣以外的流體動作的開閉閥亦可，另外，取代流體動作閥15，使用電磁閥等開閉閥（開關閥）亦可。　　[0025] 於節流孔內置閥16，係進而設置有作為閥開閉檢測機構的限制開關20。限制開關20，係連動於流體動作閥15的閥體16a（參照第2圖）的動作而產生開關訊號的開關，並構成為能夠檢測流體動作閥15的開閉動作。作為限制開關20，係能夠使用例如專利文獻3（日本特開 2011-154433號公報）所記載的限制開關。　　[0026] 另外，於壓力式流量控制裝置100設置有控制部5，控制部5係例如連接至第1壓力感應器P1、溫度感應器T、節流孔內置閥16的限制開關20、第2壓力感應器P2、第3壓力感應器P3。於本實施形態中，控制部5係構成為根據第1壓力感應器P1的輸出、溫度感應器T的輸出以及第2壓力感應器P2的輸出（任意）而對控制閥12進行控制，在自前述各感測器的輸出藉由運算所求得的流量，與從外部裝置輸入的設定流量不同時，為消除其差而控制控制閥12的開閉度。另外，控制部5，係構成為從開閉檢測機構（限制開關20）接收檢測訊號，並能夠即時偵測節流孔內置閥16的實際的開閉。控制部5，係構成為對於節流孔內置閥16的驅動機構（電磁閥18）傳送開閉訊號亦可。然而，不限於此，藉由外部裝置對於電磁閥18輸入開閉訊號亦可。　　[0027] 第2圖，係表示具有對應於第1圖所示之壓力式流量控制裝置100的構成之壓力式流量控制裝置200。就第2圖所示之壓力式流量控制裝置200而言，係對於形成有流路11的塊體構件10，以使控制閥12、節流孔內置閥16、第1～第3壓力感應器P1～P3與流路11連通的方式進行固定。　　[0028] 又，於壓力式流量控制裝置200，係經由節流孔內置閥16所具有的節流孔構件14從底面側的流路流入有氣體，且經由設置在其上方的流體動作閥15從節流孔構件14的外側側方流出有氣體。流體動作閥15，係具備閥體16a（例如金屬隔膜）及閥座體16b，閥座體16b係亦可藉由在周緣部設置有複數個氣體連通孔的內盤受到保持亦可。當閥體16a從閥座體16b分離時，流入至流體動作閥15的氣體，係能夠通過設置於內盤的前述複數個氣體連通孔朝向外側流出。於該構成中，與第1圖所示之壓力式流量控制裝置100不同，在節流孔構件14的下游側配置有流體動作閥15。另外，於流體動作閥15，雖經由電磁閥18供給有壓縮空氣，於第2圖中，流體動作閥15與電磁閥18之間的流體供給構件（空氣管等）係未圖示而省略。　　[0029] 壓力式流量控制裝置200，係具有電路基板19，且於電路基板19設置有第1圖所示之控制部5。控制部5，係例如由設置於電路基板19上的未圖示之處理器或記憶體等所構成，亦可包含執行預定動作的電腦程式，並能夠藉由硬體及軟體的組合而實現。　　[0030] 另外，如第2圖所示般，於壓力式流量控制裝置200中，限制開關20係設置於節流孔內置閥16的正上方。限制開關20，係具有在與閥體16a連動而移動的閥棒部（桿或活塞）16s的上端相接時流通有電的電接點22。若使用如此般之電接點22，能夠及時檢測閥的開閉。限制開關20的定位，如日本特開2011-154433號公報（專利文獻3）所記載般，例如藉由用以固定限制開關20的螺絲構件之旋轉調整來進行亦可。作為參考，係將日本特開2011-154433號公報之所有揭示內容援用於本說明書中。　　[0031] 然而，作為開閉檢測機構，係不限於前述形態之限制開關20，而能夠使用各種周知之檢測機構。例如，作為開閉檢測機構，設置能夠監測AOV的操作壓的壓力感應器，並根據操作壓的監測值判斷AOV的開閉亦可。另外，於本實施形態中，限制開關20雖設置於節流孔內置閥16的正上方，然不在正上方，而是從正上方偏離的位置亦可。開閉檢測機構，只要是能夠檢測閥體16a的移動者，其構造（種類）或位置等則無限定。　　[0032] 於以上所說明之壓力式流量控制裝置100、200，係利用藉由上游壓力感應器P1所檢測的上游壓力（P₁ ）、藉由下游壓力感應器P2所檢測的下游壓力（P₂ ）與通過節流部（節流孔）的流量之間會成立預定的關係之處，根據所檢測的上游壓力（P₁ ），或是上游壓力（P₁ ）及下游壓力（P₂ ），藉由使控制部5對於控制閥12進行控制而將流量控制為預定流量。例如，在臨界膨脹條件下，亦即P₁ ≧約2×P₂ 的條件下，會成立流量Qc=K₁ P₁ （K₁ 為一定）的關係。另外，在非臨界膨脹條件下，會成立流量Qc=KP₂ ^m (P₁ -P₂ )ⁿ （K係依存於流體的種類及流體溫度的比例係數，指數m、n係從實際的流量所導出的值）的關係。因此，能夠使用該等流量計算式而藉由運算求取流量Qc。前述流量Qc，係亦可根據藉由溫度感應器所檢測的氣體溫度受到較正。　　[0033] 在從外部裝置所輸入的設定流量Qs與藉由前述運算所求得的流量Qc不同時，以使其差接近0的方式，使控制部5控制控制閥12的開閉度。藉此，能夠將流動於節流孔內置閥16的氣體的流量調整為設定流量Qs。又，從外部裝置所輸入的設定流量訊號，係例如為遵照週知之斜坡函數（ramp function）控制所生成者（亦即，目標值隨時間變化的設定訊號）亦可，控制部5構成為從外部裝置與設定流量一起接收升降率亦可。　　[0034] 如以上般之對於控制閥12進行控制而控制氣體流量，並且切換氣體供給/停止，係藉由流體動作閥15的開閉而進行。於壓力式流量控制裝置100、200中，對於流體動作閥15之壓縮空氣的供給，係藉由電磁閥18的開閉受到控制。電磁閥18，係例如為常開（normally open）型的開閉閥，能夠在未給予閉訊號的期間對於流體動作閥15供給空氣。若對於電磁閥18給予閉訊號，則對於流體動作閥15之壓縮空氣的供給受到停止，流體動作閥15係進行關閉動作。　　[0035] 然而，流體動作閥15，係經由電磁閥18或未圖示之調節器連接至空氣源，故有因壓縮空氣系統的反應性低而導致無法瞬間閉閥。亦即，對於電磁閥18的開閉訊號，不與流體動作閥15的實際的開閉動作同步的情形甚多，故若根據對於電磁閥18的開閉訊號判斷氣體的流量，則會有實際上為有氣體流動的狀態但判斷流量為0之虞。　　[0036] 相對於此，於壓力式流量控制裝置100、200中，控制部5係接收限制開關20所致之閥開閉檢測訊號，故能夠檢測實際的閥開閉狀態。藉此，即使在對於電磁閥18的開閉訊號與實際的閥開閉動作不同，或是時機上有偏差的情形下，亦能夠判斷氣體的流動，而能夠正確求取包含遮閉期間（氣體流量為0的期間）之實際的氣體流量。　　[0037] 以下，參照第3圖，說明壓力式流量控制裝置100、200的控制部5所致之流量測定步驟之一例。　　[0038] 首先，在步驟S1開始流量測定，並在步驟S2中檢測限制開關20之ON/OFF。　　[0039] 於步驟S3中在確認限制開關20係ON，且節流孔內置閥16為開狀態的情形下，於步驟S4及S5中，根據上游壓力感應器P1的輸出等（亦有包含溫度感應器T的輸出或下游壓力感應器P2的情形），使用預定的運算式（例如前述之Qc=K₁ P₁ ）算出流量Qc。　　[0040] 另一方面，於步驟S3中在確認限制開關20係OFF，且節流孔內置閥16為閉狀態的情形下，不論壓力感應器的輸出值，皆判斷流量為0，於步驟S6中設定流量Qc為0。　　[0041] 並且，於步驟S7中，作為測定流量，係將步驟S5或是步驟S6所設定的流量Qc作為現在流量輸出。如此，則在對於流體動作閥的壓縮空氣的供給系統產生問題時，亦能夠將實際的流量正確輸出，並且，因確認了實際的閥的閉狀態再將流量設定為0，故能夠即時輸出正確的流量。 [產業上之利用可能性] 　　[0042] 本發明之實施形態之壓力式流量控制裝置，係例如適合用於連接至半導體製造的氣體供給線以進行流量控制及流量測定。

[0043]

2‧‧‧空氣源

5‧‧‧控制部

10‧‧‧塊體構件

11‧‧‧流路

12‧‧‧控制閥

14‧‧‧節流孔構件

15‧‧‧流體動作閥

16‧‧‧節流孔內置閥

16a‧‧‧閥體

16b‧‧‧閥座體

18‧‧‧電磁閥

20‧‧‧限制開關

100、200‧‧‧壓力式流量控制裝置

P1‧‧‧第1壓力感應器（上游壓力感應器）

P2‧‧‧第2壓力感應器（下游壓力感應器）

P3‧‧‧第3壓力感應器

T‧‧‧溫度感應器

[0019] 　　[第1圖] 係表示本發明之實施形態所致之壓力式流量控制裝置的構成的示意性的圖。　　[第2圖] 係表示本發明之實施形態所致之壓力式流量控制裝置的更為具體的構成的側視圖。　　[第3圖] 係表示本發明之實施形態所致之壓力式流量控制裝置當中，控制部檢測氣體流量的步驟之一例的流程圖。

Claims

一種壓力式流量控制裝置，係具備：控制閥；壓力感應器，係設置於前述控制閥的下游側；節流孔內置閥，係設置於前述壓力感應器的下游側；以及控制部，係連接至前述控制閥及前述壓力感應器；並構成為根據前述壓力感應器的輸出而控制前述控制閥，其特徵為：　　前述節流孔內置閥，係具有：閥機構，係具有用以進行前述流路的開閉的閥座體及閥體；驅動機構，係驅動前述閥機構；以及節流孔構件，係接近於前述閥機構而設置；並具備：　　開閉檢測機構，係用以檢測前述閥機構的開閉狀態；　　前述控制部，係構成為接收來自前述開閉檢測機構的檢測訊號。
如請求項1所述之壓力式流量控制裝置，其中，　　前述閥機構係包含流體動作閥，前述驅動機構係包含控制對於前述流體動作閥的流體的供給的電磁閥。
如請求項1或2所述之壓力式流量控制裝置，其中，　　前述開閉檢測機構，係包含限制開關，前述限制開關，係設置為連動於前述閥體的動作而產生開關訊號。
如請求項1或2所述之壓力式流量控制裝置，其中，　　前述控制部，係根據來自前述壓力感應器的輸出訊號，以及來自前述開閉檢測機構的前述檢測訊號，檢測通過前述節流孔內置閥的氣體的流量。
如請求項1或2所述之壓力式流量控制裝置，其中，　　在來自前述開閉檢測機構的前述檢測訊號顯示前述節流孔內置閥的閉狀態時，前述控制部係無論前述壓力感應器的輸出值，皆判斷流量為零。