CN100422896C - 质量流控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在质量流控制器的上游侧及下游侧任一方产生压力变动，也能经常稳定流过目标流量的质量流控制器。本发明是具有流量控制阀和流量传感器的质量流控制器，其具有：配置在流量控制阀上游侧的压力控制阀；配置在该压力控制阀和流量控制阀之间的压力传感器；配置在所述压力控制阀和所述流量控制阀之间的流量传感器；以及通过反馈该压力传感器的输出来控制压力控制阀、并且通过反馈该流量传感器的输出来控制流量控制阀的控制部。

Description

质量流控制器
技术领域
本发明涉及一种质量流控制器，具体涉及不受压力影响的质量流控制器。
背景技术
图4表示使用现有的质量流控制器的半导体生产线10的示例图。在图4中，11、12表示构成双***的半导体生产线的容器，13a～13d表示向容器11、12供给不同气体G1、G2的气体供给线路，14、15表示分别供给各气体G1、G2的储气瓶。
各气体供给线路13a～13d均设有机械式调压器16a～16d、该调压器16a～16d的下游侧的仪表17a～17d、质量流控制器18a～18d。另外，19a～19d表示过滤器。气体供给线路13a、13c分别向容器11、12供给气体G1，气体供给线路13b、13d分别向容器11、12供给气体G2。即，向多个线路13a～13d供给多种气体G1、G2。
从所述储气瓶14、15供给的气体G1、G2的压力在其出口侧通常被减压到约98kPa，然后，该压力通过所述调压器16a～16d被减压到例如约30kPa后供给质量流控制器18a～18d，由此防止质量流控制器18a～18d的破损。并且，半导体生产线的管理者控制质量流控制器18a～18d，使规定流量的气体G1、G2流过容器11、12，通过一面确认仪表17a～17d，一面调节调压器16a～16d，适当地调整供给质量流控制器18a～18d的气体G1、G2的压力。
如图4所示，由于使质量流控制器18a～18d与调压器16a～16d进行组合，即使气体G1、G2的供给侧产生某种程度的压力变动，也能进行稳定的控制。但是，为了形成所述现有的质量流控制器18a～18d与调压器16a～16d的组合，需要连通连接多个部件16a～16d、17a～17d、18a～18d、19a～19d，所以在设置气体供给线路13a～13d时将花费时间和成本，这是不可避免的。并且，连接各部件16a～16d、17a～17d、18a～18d、19a～19d之间的配管的数量越多，在连接部产生漏气等问题的风险性就越高，而且也会由于配管产生的阻力致使流量受到限制或不稳定因素的影响。
并且，如果仅进行由前述的质量流控制器18a～18d与调压器16a～16d的组合的流量控制，伴随流量的大幅度变化，质量流控制器18a～18d内的流量控制装置的入口侧的压力和出口侧的压力发生变动，从而有时不能进行稳定的流量控制。
即，机械式调压器16a～16d在某种程度的流量稳定时能够适当调整压力，但在流量急剧变化时有时不能相应的调整，由于质量流控制器18a～18d的流量急剧控制所产生的入口侧的压力变动，有时将给质量流控制器18a～18d的流量的稳定控制带来不良影响。
并且，通过气体供给线路13a供给的气体流量的急剧变化有时会影响调压器16a的上游侧压力，并使由与其分支连接的其他气体供给线路13c供给的气体流量也产生紊乱。
另外，如图5所示，以降低成本为目的，从一台调压器16a、16b分支连接配管，控制多台质量流控制器18a～18d，但该情况时，存在因所述压力变动而造成的影响变大的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种即使在质量流控制器的上游侧及下游侧的任一方产生压力变动，也能经常稳定流过目标流量的质量流控制器。
为了达到上述目的，本发明第一方面的质量流控制器具有流量控制阀和流量传感器，其特征在于，具有：配置在流量控制阀上游侧的压力控制阀；配置在该压力控制阀和流量控制阀之间的压力传感器；配置在所述压力控制阀和所述流量控制阀之间的流量传感器；以及通过反馈该压力传感器的输出来控制压力控制阀、并且通过反馈该流量传感器的输出来控制流量控制阀的控制部。
因此，通过使用该质量流控制器，即使在其上游侧产生压力变动时，也可以利用根据压力传感器的输出进行反馈控制的压力控制阀可靠地去除该影响，同时，在质量流控制器的下游侧产生的压力变动，可以利用根据流量传感器的输出进行反馈控制的流量控制阀可靠地去除。
即，即使在质量流控制器的上游侧及下游侧的任一方产生压力变动，也能经常进行稳定的流量控制。换言之，质量流控制器内具有压力调整功能，所以能够使流量控制阀的入口侧压力经常保持一定，可以最大限度地发挥其性能。因此，提高了流量精度和稳定性。
并且，为了供给流量稳定的气体，不需要使用现有的机械式调压器，所以能够简化气体供给线路的结构，相应地可以削减气体供给线路的制造成本。此外，不需要连通连接多个部件，所以能够消除伴随不必要的配管流路或形成连接部而产生的漏气等顾虑及因流路阻力产生的减压。
在使所述压力传感器面对流量传感器前面的流路的情况下，由于使压力传感器在质量流控制器内面对必要的流路，所以能够使质量流控制器紧凑化，同时，由于在流量传感器前面的流路设置压力传感器，所以通过使用该流量传感器的反馈控制能够进行更稳定的流量控制。
在根据本发明第一方面的第二方面中，所述质量流控制器还包括形成用于流体流过的流路的流路单元，所述流量传感器与所述压力控制阀并列配置在流路单元的一侧面。
在根据本发明第二方面的第三方面中，所述压力传感器配置在所述压力控制阀和所述流量传感器之间。
在根据本发明第一至第三方面之一的第四方面中，所述质量流控制器内置有过滤器。
在根据本发明第一至第三方面之一的第五方面中，所述质量流控制器具有两个所述压力传感器。
在根据本发明第一至第三方面之一的第六方面中，所述压力控制阀、流量传感器以及流量控制阀并列配置在流路单元的一侧面。
在根据本发明第一至第三方面之一的第七方面中，所述压力传感器设置在流路单元的与安装所述压力控制阀、所述流量传感器以及所述流量控制阀的一侧面不同的面。
在根据本发明第六方面的第八方面中，所述流路单元整体一体形成。
附图说明
图1是表示本发明的质量流控制器的一例的方框图。
图2是表示使用所述质量流控制器的流量控制的实测示例图。
图3是表示使用所述质量流控制器的半导体生产线的示例图。
图4是表示使用现有的质量流控制器的半导体生产线的示例图。
图5是表示使用所述现有的质量流控制器的半导体生产线的另一个示例图。
具体实施方式
图1是表示本发明的质量流控制器1的一例的方框图。本示例的质量流控制器1具有：形成用于流体(在以下示例中流体示例为气体，但该流体不限于气体)流过的流路2的流路单元3；连接该流路单元3的压力控制阀4；流量传感器5；流量控制阀6；两个压力传感器7；控制各部分4～6的控制部8；过滤器9。
所述流路2例如，形成为将通道单元3内挖通，由第1～第3流路2a～2c构成。并且，在第1流路2a的上游端和第3流路2c的下游端分别设置配管安装部3a、3b。另外，流路2的形成方法可以是挖通，也可以使用铸模，还可以是其他方法，在通过挖通等形成第2流路2b的情况下，流路单元3至少需要在一处形成可分离状态，但无论怎样，通过使流路单元3、3a、3b形成为一个整体，可以防止漏气。
压力控制阀4例如，由接触形成于流路单元3的一侧面的阀座3c的流量孔板4a及其驱动器4b构成，并且构成为根据控制信号Cp可以控制连通连接所述流路2a、2b的开度。
流量传感器5例如，具有：***第2流路2b内的整流体5a；从该第2流路2b仅分支规定的比率1/A的流量的分支流路5b；设在该分支流路5b的传感器主体5c，输出表示总流量F的流路信号Sf。
并且，流量控制阀6例如，由接触形成于流路单元3的一侧面的阀座3d的流量孔板6a及其驱动器6b构成，并且构成为可以根据控制信号Cf控制连通连接所述流路2b、2c的开度。
所述压力控制阀4、流量传感器5、流量控制阀6并列配置在流路单元3的一侧面(上面)，由此，可以将质量流控制器1的整体大小控制为较小。
所述压力传感器7由面对第1流路2a配置在侧面的第1传感器7a、和面对第2流路2b配置在侧面的第2传感器7b构成，两个压力传感器7a、7b分别埋设在与安装所述各部分4～5的侧面不同的面(在本示例的图1中为第1流路2a的近前侧及位于构成所述流量传感器5的整流体5a前面的第2流路的深处)。由此，可以在不改变质量流控制器1的整体大小的情况下设置压力传感器7。并且，所述传感器7a、7b分别输出表示第1流路2a、第2流路2b内的压力P1、Pc的压力信号Spa、Spb。
另外，在本示例中，表示设在传感器7a、7b侧面的示例，但如果压力传感器7被安装成面对流路2，则不限定该安装面。即，可以埋设在流路单元3的下面，也可以在上面埋设在不妨碍所述控制阀4、流量传感器5、流量控制阀6的位置。
所述控制部8例如，由控制部8a、控制部8b和与外部的接口8c构成，其中，控制部8a通过反馈来自所述压力传感器7的压力信号Spa、Spb并输出压力控制信号Cp，对压力控制阀4进行反馈控制，控制部8b通过反馈来自流量传感器5的流量信号Sf并输出流量控制信号Cf，对流量控制阀6进行反馈控制。并且，控制部8a根据来自外部的信号对流量控制阀6进行反馈控制，同时，向控制部8a输出控制信号，把整流体5a前面的压力Pc控制为规定压力。
并且，虽然省略图示，但控制部8具有显示流量F及临时压力Pc的设定值、通过各传感器5、7a、7b测定的值P1、Pc、F的显示部。另外，通过传感器5、7a、7b测定的值P1、Pc、F均可以通过接口8c输出到外部。并且，接口8c可以是进行数字通信的接口，也可以是模拟值的输入输出部。
另外，在本示例中为了明确表示控制关系，划分为控制部8a、8b进行表示，但本发明不限于此，也可以利用一个控制部8进行整体控制，从而降低制造成本。
并且，通过控制部8b进行的压力控制阀4的控制，不限于只使用压力传感器7b的输出信号Spb进行反馈控制，也可以使用压力传感器7a的输出信号Spa进行控制。另外，如本示例所示，通过设置压力传感器7a，可以监视输入到质量流控制器1的气体压力，但也可以省略该压力传感器7a。
所述本发明的质量流控制器1的控制部8b使用来自压力传感器7b的输出信号Spb进行反馈控制，使压力控制阀4达到指定压力Pc，所以，即使质量流控制器1的入口侧压力P1由于某种影响而变动，质量流控制器1也能进行稳定的控制。并且，控制部8a使用来自流量传感器5的流量信号Sf对流量控制阀6进行反馈控制，使所测定的流量F达到设定流量Fs，所以，即使质量流控制器1的出口侧压力P2变动，也不会受到其影响。
因此，本发明的质量流控制器1的前面完全不需要设置类似现有的调压器16a～16d。并且，本示例的质量流控制器1内置有过滤器9，所以也不必象以往那样另外连通连接过滤器19a～19d。即，相应地可以实现气体供给线路的简化，可以减少设置面积。另外，在本示例中，表示把过滤器9设在流路2的再上游端的示例，但本发明不限定过滤器9的位置。并且，也可以根据情况省略过滤器9。
特别是如本示例所示，在一体化的流路单元3内，构成为使压力传感器7b面对流量传感器5前面的流路2b，使用该压力传感器7b的压力信号Spb来保持规定的压力Pc，所以，流量传感器5可以更准确地测定在该压力Pc处于一定状态时的流量F。
并且，如本示例所示，并列配置压力控制阀4和流量传感器5，尽可能缩短位于其间的第2流路2b，所以能够尽可能地减小相对压力控制阀4的开度控制信号Cp输出的压力Pc的时间延迟，尽可能地减小在流量传感器5部分的压力Pc的变动。
另外，在位于压力控制阀4和流量传感器5之间的第2流路2b中，尽可能地把所述压力传感器7b配置在接近流量传感器5的位置(构成前面的流路)，由此可以预测紊乱等的影响小的压力Pc。即，可以相应地提高质量流控制器1的流量的控制精度和稳定性。
并且，通过从位于所述压力控制阀4和流量传感器5之间的第2流路2b中去除接头和配管，可以消除因流路的阻力造成的压力降低和漏气风险。
图2表示实测本发明的质量流控制器1的上游侧的压力P1、使下游侧的压力P2变动时的流量设定值F、根据流量传感器5的输出信号Sf求出的流量F、各控制信号Cp、Cf的示例。
在图2中，横轴表示时间(秒)，约每隔5秒就使压力P1、P2随机变动，在本示例中，例如使上游侧的压力P1在200±50kPa的范围内急剧变动，使下游侧的压力P2在0～3.8kPa的范围内急剧变动。
如图2所示可知，所述控制信号Cp跟随质量流控制器1的上游侧的压力P1的变动而变化，由此使设有所述压力传感器7b的第2流路2b的压力Fc保持一定。并且，控制信号Cf跟随质量流控制器1的下游侧的压力P2的变动而变化，由此使流过流量传感器5的流量F保持一定。
此处，将实际流过的流量F和流量的设定值Fs进行比较可知，在所述压力P1、P2产生急剧变化的时间点，实际流过的流量F分别出现微小变动，但其变动幅度极其微小，而且在极短的时间内马上达到设定值Fs。
即，通过使用本发明的质量流控制器1，即使上游侧的压力P1及下游侧的压力P2任一方产生急剧的压力变动，也可以在极其稳定的控制下经常连续流过规定流量。
图3表示使用所述质量流控制器1，形成图4所示的与以往结构相同的半导体生产线的示例。在图3中，对与图4相同的部分赋予相同符号，所以省略其详细说明。
在图3中，1a～1d分别表示本发明的质量流控制器1。即，通过使用本发明的质量流控制器1，所述气体供给线路13a～13d均可以形成极其简单的结构，相应地可以削减气体供给线路13a～13d的制造时间。并且，气体供给线路13a～13d的设置面积变小。
并且，在各气体供给线路13a～13d形成的配管的连通连接部极少，所以相应地可以减小漏气等风险。
如上所述，本发明可以在不受上游侧和下游侧的压力变动的影响的情况下，以可靠的动作进行高精度的流量控制。并且，不需要在质量流控制器的前面设置其他调压器，所以相应地可以提高性价比。

Claims (8)

1. 一种具有流量控制阀和流量传感器的质量流控制器，其特征在于，具有：
配置在流量控制阀上游侧的压力控制阀；
配置在该压力控制阀和流量控制阀之间的压力传感器；
配置在所述压力控制阀和所述流量控制阀之间的流量传感器；以及
通过反馈该压力传感器的输出来控制压力控制阀、并且通过反馈该流量传感器的输出来控制流量控制阀的控制部。
2. 根据权利要求1所述的质量流控制器，其特征在于，所述质量流控制器还包括形成用于流体流过的流路的流路单元，所述流量传感器与所述压力控制阀并列配置在该流路单元的一侧面。
3. 根据权利要求2所述的质量流控制器，其特征在于，所述压力传感器配置在所述压力控制阀和所述流量传感器之间。
4. 根据权利要求1～3中任一项所述的质量流控制器，其特征在于，所述质量流控制器内置有过滤器。
5. 根据权利要求1～3中任一项所述的质量流控制器，其特征在于，所述质量流控制器具有2个所述压力传感器。
6. 根据权利要求1～3中任一项所述的质量流控制器，其特征在于，所述压力控制阀、流量传感器以及流量控制阀并列配置在流路单元的一侧面。
7. 根据权利要求1～3中任一项所述的质量流控制器，其特征在于，所述压力传感器设置在流路单元的与安装所述压力控制阀、所述流量传感器以及所述流量控制阀的一侧面不同的面。
8. 根据权利要求6所述的质量流控制器，其特征在于，所述流路单元整体一体形成。
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