[发明专利]流量传感器及应用此流量传感器的质量流量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及对气体等较小流量的流体的质量流量进行计测的流量传 感器及应用它的质量流量控制装置。

背景技术

一般说来，为了制造半导体集成电路等半导体制品等，需对于半导 体晶片等反复在各种半导体制造装置上进行例如CVD膜形成及腐蚀操作 等，此时，因为需要对微量的处理气体的供给量进行高精度的控制，所 以，应用了例如质量流量控制器等质量流量控制装置。

这里，参照图6及图7说明一般的质量流量控制装置的构成。图6 为在气体管线上设置的现行的质量流量控制装置之一例的概略构成图， 图7为质量流量控制装置的流量传感器的电路图。

如图所示，该质量流量控制装置2设置在使液体及气体等流体流通 的流体通路例如气体管4的途中，对该质量流量进行控制。另外，该气 体管4的一端所连接的半导体制造装置内，例如已被抽真空。该质量流 量控制装置2具有例如由不锈钢等成形的流路6，其两端与上述气体管4 相连接。该质量流量控制装置2由位于流路6的前段一侧的流量传感器 部8和位于后段一侧流量控制阀机构10构成。

首先，上述流量传感器部8具有旁通管组12，其设置在上述流路6 的气体流体的流动方向的上游一侧，将多条旁通管捆绑在一起。在上述 旁通管组12的两端，迂回地连接着传感器管14，在此与旁通管组12比 较，使少量的气体流体能够以一定的比例流过。即，在该传感器管14上， 随时使对于全部气体流量而言的一定比例的一部分气体流过。在该传感 器管14上，卷绕着串联的一对控制用电阻丝R1、R4，通过与之连接的 传感器电路16输出表示质量流量值的流量信号S1。

该流量信号S1被导入例如由微电脑等构成的质量流量控制手段18， 基于上述流量信号S1求出目前所流动的气体的质量流量，且控制上述流 量控制阀机构10，以使该质量流量与自外部输入的流量设定信号Sin所 表示的质量流量相一致。该流量控制阀机构10具有设在上述流路6的下 游的流量控制阀20，作为直接控制气体流体的质量流量的阀体，该流量 控制阀20具有例如由金属板制成的可以弯曲的隔膜22。

并且，通过将该隔膜22向阀口24适当弯曲变形、移动，即可任意 控制上述阀口24的开度。并且，该隔膜22的上面与例如由多层压电元 件(压电元件)构成的执行器26的下端连接，由此可如上所述地调整其 阀口开度。该执行器26接收来自上述质量流量控制手段18的驱动信号， 根据阀驱动电路28输出的阀驱动电压S2来动作。

上述电阻丝R1、R4与传感器电路16的关系如图7所示。即，与上 述电阻丝R1、R4的串联相反，将2个基准电阻R2、R3的串联电路并联， 形成所谓的桥式电路。并且，在该桥式电路上，连接着用于使一定的电 流通过的恒流源30。并且，将上述电阻丝R1、R4之间的连接点和上述 基准电阻R2、R3之间的连接点与输入端连接，设置差动电路32，求出 上述两个连接点的电位差，将该电位差作为流量信号S1输出。

这里，上述电阻丝R1、R4由根据温度改变其电阻值的材料构成， 电阻丝R1卷绕至气体流动方向的上游，电阻丝R4卷绕至下游。并且， 基准电阻R2、R3保持在大体一定的温度。

在如此构成的质量流量控制装置2上，当传感器管14中没有气体流 体流过时，两电阻丝R1、R4的温度是相同的，因此，桥式电路是平衡的， 差动电路32的检测值即电位差例如为零。

这里，假设气体流体以质量流量Q流经传感器管14，则该气体流体 被位于上游的电阻丝R1的发热所加温，在此状态下流至下游的卷绕着电 阻丝R4位置，其结果，产生热移动，在电阻丝R1、R4之间产生温差， 即两电阻丝R1、R4之间的电阻值产生差异，此时产生的电位差与气体的 质量流量大体成比例。因此，通过对该流量信号S1加入特定的增益，可 求得当时流过的气体的质量流量。并且，为使该检测到的气体的质量流 量与流量设定信号Sin(实际上是电压值)所表示的质量流量相一致，例 如通过PID控制法控制上述流量控制阀20的开度。

不过，上述的流量传感器部8具有由多条细管构成的旁通管组12和 迂回于旁通管组12的传感器管14，并将旁通管组12与传感器管14的分 流比设置为一定，由在传感器管14检测到的流量测定全体的流量，所以， 通过增减旁通管的数量，可改变与传感器管的分流比，构成覆盖小流量 区域至大流量区域的流量传感器。因而会增加构成大流量用流量传感器 的细管的数量(例如数百只)，导致大型化，且存在着制造旁通管组的成 本增加的问题。