[发明专利]流量控制用的多孔型孔板及使用该孔板的流量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量控制用的孔板及使用该孔板的压力控制式流量控制装置的改良；尤其是，在半导体制造装置用气体供给装置等中使用的压力控制式流量控制装置中，涉及如下的流量控制用的多孔型孔板及使用该孔板的流量控制装置：通过使流经孔口的流体的临界膨胀条件成立的孔口上游侧压力P₁与孔口下游侧压力P₂的压力比P₂/P₁的范围保持在宽范围内并且稳定，从而能够在宽流量范围内进行高精度的流量控制。

背景技术

如果孔口上游侧压力P₁与孔口下游侧压力P₂的压力比P₂/P₁为气体的临界膨胀条件成立的压力比以下时，则流经孔口的气体的流速变为音速，孔口下游侧的压力P₂的变动就不再向上游侧传布。

其结果，流经孔板的气体流量，如果孔口的直径为定值，则不拘泥于气体的种类，与孔口上游侧的气体压力P₁成正比例变化。

另一方面，利用孔口具有的如上所述的特性，现已多数开发使用孔口的流体的流量控制装置。

图13表示本发明人在先公开的使用孔口的压力控制式流量控制装置的结构的一个示例，该流量控制装置21由控制阀22、压力检测器23、温度检测器24、孔口25、计算控制装置26、放大器27a、27b、A/D变换28a、28b等构成(日本专利特开平8-338546号公报)。

然后，通过压力检测器23检测出孔口25的上游侧的压力P₁并输入至计算控制装置26，在计算控制装置26中利用计算式Qc＝KP₁计算流量Qc，并进行流量指令值Qs和Qc的比较，然后将与两者的差值Qc-Qs相当的控制信号Qy输入至控制阀22的驱动部30。

此外，控制阀22根据控制信号Qy向两者的差Qc-Qs变为零的方向进行开闭控制，通过这样孔口25的下游侧的流量总会保持为设定流量(流量指令值)Qs。

进一步地，通过在厚度0.02～0.20mm的金属板上利用冲压加工、放电加工或蚀刻加工穿设一个内径0.01～0.20mm的小孔形成上述孔口25，根据气体的所需控制流量来适当地选定孔口直径。

另外，孔口25的形成一般是通过放电加工或蚀刻加工来完成，但为了实现加工成本的降低，也有通过使用钻锤的所谓切削加工形成孔口的情形(日本专利特开平11-117915号公报)。

图14表示在图13的压力控制式流量控制装置中，气体为氮气的情况时的流量控制特性，表示孔口25的下游侧为大气压时的情况。

从该图14也可明确得知，在上游侧压力P₁超过下游侧压力P₂的约2倍的范围内，流量Qc和P₁保持线性关系，Qc与孔口上游侧的压力P₁成正比例，通过自动控制孔口上游侧压力P₁，能够进行流经孔口的流量的反馈控制。另外，在图14中，A表示孔口的直径为0.37mmφ时的流量控制特性，B表示0.20φ时的流量控制特性。

从图14也可明确得知，在P₂＜0.5P₁(即，P₂/P₁＜0.5)的范围内，A、B两线均保持良好的直线性，可通过调节P₁进行高精度的流量控制。

然而，判明气体的临界膨胀条件(P₂/P₁＜0.5或者P₁/P₂＞2)成立的P₁的下限值(即，保持直线性的P₁的下限值)实际上会根据孔口的内径而有所变化，存在孔口的直径越大，临界膨胀条件成立的P₂/P₁的范围会越小的倾向。即，P₂＝定值时，P₁的控制范围的下限值变大。

具体地，使孔口的直径变大并使临界压比P₂/P₁＜0.5降低至P₂/P₁＜0.45的程度，P₂＝定值时，P₁的控制范围的下限值变大，P₁的控制范围减少。