TWI463287B - 流量比率控制裝置 - Google Patents

Description

流量比率控制裝置

本發明係關於一種流量比率控制裝置，其可讓半導體製造過程中所使用的原料氣體等物質按照我們想要的比率分流。

至今為止，在半導體製造過程的技術領域中，晶圓逐漸大型化，收納晶圓的處理室也跟著大型化。另外，半導體晶圓成膜時，其成膜用原料氣體濃度宜均勻分佈，惟若僅從1個地方將原料氣體導入該等大型化處理室，則分佈濃度會不均勻。

於是，近期技術以如下方式因應：在處理室設置複數氣體導入口，從各導入口送入質量流量比經過控制的原料氣體，使處理室內的氣體濃度均勻分佈。此時，可使用流量比率控制裝置，讓原料氣體按照我們想要的比率分流。

習知的流量比率控制裝置，一般係利用壓力將流體分配到各配管，並非直接控制質量流量的比率，故實際的質量流量比率並不明確。

於是，專利文獻1揭示一種量測質量流量以控制比率的裝置。圖5是這種流量比率控制裝置的2分流型的實施例。在圖5中，符號RXM係氣體流進裝置的主要流路。該主要流路RXM設置有壓力感測器4X，且其終端分成2條流路。各分岐流路RX1、RX2上分別串聯設置了流量計21X、22X與控制閥31X、32X。然後，閥控制部5X，把各流量計21X、22X所輸出的流量資料以及壓力感測器所輸出的壓力資料，顯示到螢幕上，並根據各資料值，對控制閥31X、32X進行控制，使流過各分岐流路RX1、RX2的氣體的質量流量相對於總流量的比率(稱為流量比率)符合吾人設定的比率。具體而言，該閥控制部5X，首先，對一方分岐流路RX1的控制閥31X進行回饋控制，使該壓力資料值(亦稱實測壓力)符合預先設定的目標壓力值。然後，在實測壓力控制在目標壓力附近或是以上的條件下，對另一方控制閥32X進行回饋控制，使流量資料值(亦稱實測流量)相對總流量的比率符合該設定比率。

專利文獻1：日本特開2005-38239號公報

然而，該等裝置需要流量控制裝置與壓力控制裝置這2種機構。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種流量比率控制裝置，其無須複數種類的機構，可減少零件種類數量，降低成本。

為解決相關問題本發明採用如下構造。亦即，本發明之流量比率控制裝置具備：差壓式流量控制裝置，其在流體流通的內部流路上按照順序串聯配置控制流過該內部流路的流體流量的流量控制閥、第1壓力感測器、流體阻抗以及第2壓力感測器，並具備根據各壓力感測器所檢測到的檢測壓力量測出該流體流量；以及控制處理機構，其給予該流量控制裝置指令，以對該流量控制裝置進行控制；該流量比率控制裝置的特徵為：在從主流路的終端開始分岐的複數分岐流路上分別設置該流量控制裝置；就設置在其中一個分岐流路上的流量控制裝置而言，第2壓力感測器配置在其上游側，同時讓該流量控制裝置運作，使該第2壓力感測器所檢測到的檢測壓力符合預定目標壓力；另一方面，就設置在其他分岐流路上的流量控制裝置而言，流量控制閥配置在其上游側，同時根據從所有流量控制裝置輸出的測定流量的總量與預先設定好的流量比率，讓該控制處理機構計算出應該流過設置在其他分岐流路上的流量控制裝置的目標流量，並讓流量控制裝置運作，以符合該目標流量。

若像這樣，在一個分岐流路與其他流路上使用相同種類的流量控制裝置，並讓該流量控制裝置運作，使一個分岐流路符合預定目標壓力，另一方面，讓該流量控制裝置運作，使其他分岐流路符合目標流量，以控制流過各分岐流路的流體的質量流量比率。

再者，由於只使用相同種類的流量控制裝置，故能減少構成流量比率控制裝置的機構種類，達到降低成本的目的。

又，由於只用差壓式流量控制裝置，故即使流出或流入該流量比率控制裝置的流體壓力變化很大，比起使用熱式質量流量計的情況而言，更能精準地控制流過各分岐流路的流體的質量流量比率。又由於只使用差壓式流量控制裝置，故即使入口側以及出口側是負壓，還是能以很高的精確度控制質量流量比率。

只用相同種類的流量控制裝置以減少零件種類，並以高精確度控制流過各分岐流路的流體的質量流量比率的流量比率控制裝置，可設置成其他實施態樣，例如具備：差壓式流量控制裝置，其在流體流通的內部流路上按照順序串聯配置初段壓力感測器、控制流過該內部流路之流體流量的流量控制閥、第1壓力感測器、流體阻抗以及第2壓力感測器，並根據該第1、第2壓力感測器所檢測到的檢測壓力量測出流體流量；以及控制處理機構，其給予該流量控制裝置指令，以對該流量控制裝置進行控制；在從主流路的終端開始分岐的複數分岐流路上分別設置該流量控制裝置；就設置在一個分岐流路上的流量控制裝置而言，讓該流量控制裝置運作，使初段壓力感測器所檢測到的檢測壓力符合預定目標壓力；另一方面，就設置在其他分岐流路上的流量控制裝置而言，根據從所有流量控制裝置輸出的測定流量的總量與預先設定好的流量比率，讓該控制處理機構計算出應該流過設置在其他分岐流路上的流量控制裝置的目標流量，並讓該流量控制裝置運作，以符合該目標流量。

本發明採用上述構造，由於只使用相同種類的機構，故能減少零件種類，降低成本，同時以高精確度控制流過各分岐流路的流體的質量流量比率。

以下，參照圖面說明本發明第一實施態樣。

圖1係本實施態樣之流量比率控制裝置100的概略示意圖。該流量比率控制裝置100，例如，可將半導體製造用的原料氣體按照既定比率分流，並供應到半導體處理室，其構成未經圖示的半導體製造系統的一部分。惟該裝置，在從主流路ML終端開始分流的2個分岐流路BL1、BL2上，分別設置了相同的流量控制裝置，亦即質量流量控制器MFC1、MFC2，並具備用來控制該等質量流量控制器MFC1、MFC2的控制處理機構C。

該質量流量控制器MFC1(MFC2)，如圖2所示的，係將控制流過內部流路L1(L2)的流體流量的流量控制閥V1(V2)、第1壓力感測器P11(P12)、流體電阻R1(R2)、第2壓力感測器P21(P22)，按照順序串聯配置的構件。通常使用方法，係第1壓力感測器P11(P12)與第2壓力感測器P21(P22)檢測出在該流體阻抗R1(R2)前後所產生的壓力差，並計算出通過該流體阻抗R1(R2)的流體的質量流量，以控制該流量控制閥V1(V2)。

在其中一方的分岐流路BL1中，如圖1所示的，該質量流量控制器MFC1與通常使用方法相反方向，第2壓力感測器P21係配置在上游側；在另一方的分岐流路BL2中，該質量流量控制器MFC2與通常使用方法相同方向，該流量控制閥V2係配置在上游。

該控制處理機構C其硬體構造至少具備CPU、記憶體、各種驅動電路等構件，依照該記憶體所記錄的程式，讓該CPU與周邊機器協同發揮各種功能。

接著，說明該流量比率控制裝置的動作。以下，為了方便說明，分別將2個質量流量控制器MFC1、MFC2記述為第1質量流量控制器MFC1、第2質量流量控制器MFC2，惟這二個質量流量控制器是完全相同的構件。

該控制處理機構C，對於第2壓力感測器P21配置在其上游側的第1質量流量控制器MFC1，用該第2壓力感測器P21所檢測到的壓力與該記憶體所記錄的目標壓力的偏差，對該第1質量流量控制器MFC1的流量控制閥V1進行回饋控制。同時，該控制處理機構C，根據第2壓力感測器P21與第1壓力感測器P11所檢測到在該流體阻抗R1產生的壓力差，計算出流過該第1質量流量控制器MFC1其內部流路L1的質量流量。

該控制處理機構C，對於流量控制閥V2配置在上游側的第2質量流量控制器MFC2，根據第1壓力感測器P12與第2壓力感測器P22所檢測到在該流體阻抗R2產生的壓力差，計算出流過該第2質量流量控制器MFC2內部的質量流量。然後，該控制處理機構C，根據流過各分岐流路BL1、BL2的流體的質量流量與該記憶體所記錄的各分岐流路BL1、BL2的目標流量比率，計算出應該流過該第2質量流量控制器MFC2的目標質量流量。該控制處理機構C，用流過第2質量流量控制器MFC2其內部流路L2的質量流量與目標質量流量的偏差，對第2質量流量控制器MFC2的流量控制閥V2進行回饋控制。

這樣的話，只要使用完全相同的質量流量控制器MFC1、MFC2，就能構成流量比率控制裝置100，減少零件種類，降低成本，並以高精密度控制流量比率。

再者，只要將完全相同的質量流量控制器MFC1、MFC2的其中一個安裝成跟通常使用方式相反方向，像這樣非常簡單地改變一下安裝方法，就能控制流量比率。

而且，由於只對質量流量進行差壓式的量測，比起使用熱式量測方法的情況而言，即使在流入質量流量控制器MFC1、MFC2的流體壓力變化很大的情況下，也能經常很精確地控制流量比率。

其次參照圖3說明本發明第2實施態樣。對應第1實施態樣的構件會編附相同符號。

本實施態樣的流量控制裝置係質量流量控制器MFC1、MFC2，如圖4所示的，在內部流路L1、L2上，初段壓力感測器P01、P02，控制流過該內部流路L1、L2的流體流量的流量控制閥V1、V2，第1壓力感測器P11、P12，流體阻抗R1、R2以及第2壓力感測器P21、P22等構件依照順序串聯排列。

第二實施態樣的流量比率控制裝置100，如圖3所示的，在從主流路ML的終端開始分岐的2個分岐流路BL1、BL2上以初段壓力感測器P01、P02作為上游分別設置質量流量控制器MFC1、MFC2，並具備用來控制該等質量流量控制器MFC1、MFC2的控制處理機構C。

接著，就動作進行說明。在此也是為了說明上的方便，分別將2個質量流量控制器MFC1、MFC2記述為第1質量流量控制器MFC1、第2質量流量控制器MFC2，惟這二個質量流量控制器是完全相同的構件。

該控制處理機構C，就第1質量流量控制器MFC1，用初段壓力感測器P01所檢測到的壓力與該記憶體所記錄的目標壓力的偏差，對該第1質量流量控制器MFC1的流量控制閥V1進行回饋控制。同時，該控制處理機構C，根據第1壓力感測器P11與第2壓力感測器P21所檢測到在該流體阻抗R1產生的壓力差，計算出流過該第1質量流量控制器MFC1其內部流路L1的質量流量。

該控制處理機構C，就第2質量流量控制器MFC2，根據第1壓力感測器P12與第2壓力感測器P22所檢測到在該流體阻抗R2產生的壓力差，計算出流過該第2質量流量控制器MFC2其內部流路L2的質量流量。接著，該控制處理機構C，根據流過各分岐流路BL1、BL2的流體的質量流量與該記憶體所記錄的各分岐流路BL1、BL2的目標流量比率，計算出應該流過該第2質量流量控制器MFC2的目標流量。該控制處理機構C，用流過第2質量流量控制器MFC1、MFC2內部的質量流量與目標流量的偏差，對第2質量流量控制器MFC2的流量控制閥V2進行回饋控制。

這樣的話，也能減少零件種類，降低成本，並很精確地控制各分岐流路BL1、BL2的質量流量比率。而且，在第2實施態樣中，連改變質量流量控制器MFC1、MFC2方向的工夫都省了，只要在所有的流路上都設置相同的質量流量控制器MFC1、MFC2就可以了。

又，由於只對質量流量進行差壓式的量測，即使在質量流量控制器MFC1、MFC2前後壓力變化很大的情況下，也能經常很精確地控制流量比率。

又，本發明並非僅以該實施態樣為限。

例如，雖然在本實施態樣中分岐流路的數量是2個，然而亦可設置更多分岐流路。此時，在設置於各分岐流路上作為流量控制裝置的質量流量控制器之中，只要1個以壓力作為基準進行控制即可。

在該實施態樣中，控制處理機構是分別設置在各流量控制裝置內的構件，惟若各控制處理機構協同運作，而對流量比率進行控制，這樣也是可以。

再者，本發明不僅可應用於半導體製造過程而已，亦可應用於其他氣體，除了氣體之外，還可應用於液體，而達到與該實施態樣相同的作用與效果。

除此之外，在不超出本發明基本精神的範圍內，可以有各種變化態樣。

【產業利用性】

本發明之流量比率控制裝置僅使用同種類的機構，故能減少零件種類，降地成本，並能很精確地控制流過各分岐流路的流體的質量流量比率。

100．．．流量比率控制裝置

L1、L2．．．內部流路

V1、V2．．．流量控制閥

P11、P12．．．第1壓力感測器

R1、R2．．．流體阻抗

P21、P22．．．第2壓力感測器

MFC1、MFC2．．．流量控制裝置

C．．．控制處理機構

ML．．．主流路

BL1、BL2．．．分岐流路

P01、P02．．．初段壓力感測器

100X．．．習知流量比率控制裝置

RXM．．．主要流路

4X．．．壓力感測器

RX1、RX2．．．分岐流路

21X、22X．．．流量計

31X、32X．．．控制閥

5X．．．閥控制部

21X、22X．．．流量計

圖1係顯示本發明第一實施態樣的流量比率控制裝置之整體示意圖。

圖2係顯示第一實施態樣之流量控制裝置的內部構造之示意圖。

圖3係顯示本發明第二實施態樣的流量比率控制裝置之整體示意圖。

圖4係顯示第二實施態樣的流量控制裝置的內部構造之示意圖。

圖5係顯示習知流量比率控制裝置之整體示意圖。

100．．．流量比率控制裝置

V1、V2．．．流量控制閥

P11、P12．．．第1壓力感測器

P21、P22．．．第2壓力感測器

MFC1、MFC2．．．流量控制裝置

C．．．控制處理機構

ML．．．主流路

BL1、BL2．．．分岐流路

Claims (2)

1. 一種流量比率控制裝置，包含：流量控制裝置，其在流體流通的內部流路上按照用以控制流過該內部流路之流體流量的流量控制閥、第1壓力感測器、流體阻抗以及第2壓力感測器的順序串聯配置，並根據各壓力感測器所檢測到的檢測壓力量測該流體流量；以及控制處理機構，其給予該流量控制裝置指令，以對該流量控制裝置進行控制；該流量比率控制裝置的特徵為：在從主流路的終端開始分岐的複數分岐流路上分別設置該流量控制裝置；對設置在其中一條分岐流路上的流量控制裝置而言，第2壓力感測器配置在比流體阻抗、第1壓力感測器以及流量控制閥更靠上游側的位置，且讓該設置在其中一條分岐流路上的流量控制裝置運作，以使該第2壓力感測器所檢測到的檢測壓力符合預定目標壓力；另一方面，對設置在其他分岐流路上的流量控制裝置而言，流量控制閥配置在比第1壓力感測器、流體阻抗以及第2壓力感測器更靠上游側的位置；且根據從所有流量控制裝置輸出的測定流量的總量與預先設定好的流量比率，讓該控制處理機構計算出應該流過該設置在其他分岐流路上的流量控制裝置的目標流量，並讓該設置在其他分岐流路上的流量控制裝置運作，以使其符合該目標流量。
2. 一種流量比率控制裝置，包含：流量控制裝置，其在流體流通的內部流路上按照初段壓力感測器、控制流過該內部流路之流體流量的流量控制閥、第1壓力感測器、流體阻抗以及第2壓力感測器的順序串聯配置，並根據該第1、第2壓力感測器所檢測到的檢測壓力量測流體流量；以及控制處理機構，其給予該流量控制裝置指令，以對該流量控 制裝置進行控制；該流量比率控制裝置的特徵為：在從主流路的終端開始分岐的複數分岐流路上分別設置該流量控制裝置；對設置在其中一條分岐流路上的流量控制裝置而言，讓該設置在其中一條分岐流路上的流量控制裝置運作，以使初段壓力感測器所檢測到的檢測壓力符合預定目標壓力；另一方面，對設置在其他分岐流路上的流量控制裝置而言，根據從所有流量控制裝置輸出的測定流量的總量與預先設定好的流量比率，讓該控制處理機構計算出應該流過該設置在其他分岐流路上的流量控制裝置的目標流量，並讓該設置在其他分岐流路上的流量控制裝置運作，以使其符合該目標流量。