[发明专利]基于压力检测的质量流量控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于压力检测的质量流量控制方法及装置。该方法包括：检测气体通道中的喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力；计算所述喉口后端流道的压力和所述喉口前端流道的压力的比值；判断所述比值是否小于设定临界值，如是，则计算气体通道输出的气体流量值，根据所计算的气体流量值与预期流量值的偏差值调整气体通道的气体入口处的控制阀的开度，使气体通道输出的流量值达到所述预期流量值；如否，则气体通道不输出流量。本发明基于喉口两端流道的压力判断气体的流动状态，以准确计算在不同压力状态下的气体流量；并针对不同的流动状态设置相应的控制方式，实现了对气体质量流量的精确控制。

技术领域

本发明涉及气体流量控制领域，具体地，涉及一种基于压力检测的质量流量控制方法及装置。

背景技术

质量流量控制器(Mass flow controller，MFC)是一种用于提供高精度、快速响应的气体流量控制装置，在半导体和集成电路工艺、特种材料学科、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生产中有着重要的应用。

在半导体领域，尤其在半导体制程的关键工序，如刻蚀等，对气体质量流量控制器在精度、零点漂移、响应时间和气体洁净度等方面具有很高的要求。

质量流量控制器的主要性能指标包括控制精度、响应速度、稳定性、重复性和一致性等。

世界范围内，广泛使用的气体质量流量控制器产品的工作原理主要有热式(thermal type)和压差式。

热式MFC是最早的质量流量控制器，使用最广泛。这种原理的MFC受温度的影响较明显，主要体现在以下两方面等：(1)使用前需要通电预热几分钟甚至几十分钟，以使其零点达到稳定状态；零点不稳定导致控制器精度和重复性降低；(2)由于气体温度变化相对较慢,热式MFC响应时间较长。压差式MFC基于低雷诺数层流流动来获得通过流量控制器的流量，流量与压差成正比。这种原理的MFC控制精度高，响应速度快，层流结构相对复杂，但加工制造困难，一致性受加工精度影响明显。因此，期待开发一种高精度、快速响应且结构简单可靠的气体质量流量控制方法及装置。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提出了一种基于压力检测的质量流量控制方法及装置，通过对气体流动状态进行判断，保证了各压力状态下的流量精度。

根据本发明的一方面，提出一种基于压力检测的质量流量控制方法。该方法包括：

检测气体通道中的喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力；

计算所述喉口后端流道的压力和所述喉口前端流道的压力的比值；

判断所述比值是否小于设定临界值，如是，则计算气体通道输出的气体流量值，根据所计算的气体流量值与预期流量值的偏差值调整气体通道的气体入口处的控制阀的开度，使气体通道输出的流量值达到所述预期流量值；如否，则气体通道不输出流量。

优选地，根据公式(1)计算所述设定临界值R：

R＝(2/(r+1))^r/(r-1) (1)

其中，r为气体的比热比。

优选地，当所述比值小于所述设定临界值时，根据公式(2)计算气体流量值Qc：

其中，p1为喉口前端流道的压力，r为气体的比热比，Mw为气体的摩尔质量，T1为喉口前端流道进口处温度，A为喉口横截面积，C为常数。

优选地，所述喉口前端流道的进气处横截面积与喉口横截面积满足关系式(3)：