流量控制用的多孔型孔板及使用該孔板的流量控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種流量控制用的孔板及使用該孔板的壓力控制式流量控制裝置的改良；尤其是，在半導體制造裝置用氣體供給裝置等中使用的壓力控制式流量控制裝置中，涉及如下的流量控制用的多孔型孔板及使用該孔板的流量控制裝置:通過使流經孔口的流體的臨界膨脹條件成立的孔口上游側壓力P1與孔口下游側壓力P 2的壓力比P 2/Pi的范圍保持在寬范圍內并且穩定，從而能夠在寬流量范圍內進行高精度的流量控制。
【背景技術】
[0002]如果孔口上游側壓力P1與孔口下游側壓力P 2的壓力比P 2/Pi為氣體的臨界膨脹條件成立的壓力比以下時，則流經孔口的氣體的流速變為音速，孔口下游側的壓力P2的變動就不再向上游側傳布。
[0003]其結果，流經孔板的氣體流量，如果孔口的直徑為定值，則不拘泥于氣體的種類，與孔口上游側的氣體壓力？:成正比例變化。
[0004]另一方面，利用孔口具有的如上所述的特性，現已多數開發使用孔口的流體的流量控制裝置。
[0005]圖13表示本發明人在先公開的使用孔口的壓力控制式流量控制裝置的結構的一個示例，該流量控制裝置21由控制閥22、壓力檢測器23、溫度檢測器24、孔口 25、計算控制裝置26、放大器27a、27b、A/D變換28a、28b等構成(日本專利特開平8-338546號公報)。
[0006]然后，通過壓力檢測器23檢測出孔口 25的上游側的壓力P1并輸入至計算控制裝置26，在計算控制裝置26中利用計算式Qc = KPJf算流量Qc，并進行流量指令值Qs和Qc的比較，然后將與兩者的差值Qc-Qs相當的控制信號Qy輸入至控制閥22的驅動部30。
[0007]此外，控制閥22根據控制信號Qy向兩者的差Qc-Qs變為零的方向進行開閉控制，通過這樣孔口 25的下游側的流量總會保持為設定流量(流量指令值)Qs。
[0008]進一步地，通過在厚度0.02?0.20mm的金屬板上利用沖壓加工、放電加工或蝕刻加工穿設一個內徑0.01?0.20mm的小孔形成上述孔口 25，根據氣體的所需控制流量來適當地選定孔口直徑。
[0009]另外，孔口 25的形成一般是通過放電加工或蝕刻加工來完成，但為了實現加工成本的降低，也有通過使用鉆錘的所謂切削加工形成孔口的情形(日本專利特開平11-117915 號公報)。
[0010]圖14表示在圖13的壓力控制式流量控制裝置中，氣體為氮氣的情況時的流量控制特性，表示孔口 25的下游側為大氣壓時的情況。
[0011]從該圖14也可明確得知，在上游側壓力P1超過下游側壓力P2的約2倍的范圍內，流量Qc和匕保持線性關系，Qc與孔口上游側的壓力P 1成正比例，通過自動控制孔口上游側壓力P1，能夠進行流經孔口的流量的反饋控制。另外，在圖14中，A表示孔口的直徑為0.37mm Φ時的流量控制特性，B表示0.20 Φ時的流量控制特性。
[0012]從圖14也可明確得知，在P2SCXSP1(即，P2A31S 0.5)的范圍內，A、B兩線均保持良好的直線性，可通過調節P1進行高精度的流量控制。
[0013]然而，判明氣體的臨界膨脹條件(P2A31S 0.5或者P /P2> 2)成立的P 4勺下限值(即，保持直線性的下限值)實際上會根據孔口的內徑而有所變化，存在孔口的直徑越大，臨界膨脹條件成立的P2/Pi的范圍會越小的傾向。即，P2=定值時，P ?的控制范圍的下限值變大。
[0014]具體地，使孔口的直徑變大并使臨界壓比P2A31S 0.5降低至P ^P1 < 0.45的程度，P2=定值時，P工的控制范圍的下限值變大，P i的控制范圍減少。
[0015]換言之，如果增加流量控制裝置的控制流量而加大孔口的直徑，就會減少臨界壓比P2ZiP1的控制范圍，在向半導體制造裝置的真空腔進行氣體供給時，會產生各種問題。
[0016]如上所述，在使用現有的設置有一個孔口的孔板的壓力式流量控制裝置中，由于存在孔口的直徑越大，臨界膨脹條件成立的壓力比匕/^就越會變動，進而導致流量(壓力)控制范圍也變動這樣的難點，所以在適用于半導體制造用裝置的壓力控制式流量控制裝置的技術領域，強烈要求出現一種即使孔口的直徑變化，實際的臨界膨脹條件成立的壓力比P2ZiP1也不會發生變化的這樣的流量控制用孔板，及使用該孔板的壓力控制式流量控制裝置。
[0017]現有技術文獻
[0018]專利文獻1:日本專利特開平8-338546號公報
[0019]專利文獻2:日本專利特開平11-117915號公報
【發明內容】
[0020]本發明要解決現有的流量控制用孔板及使用該孔板的壓力控制式流量控制裝置中的如上所述的問題，即，隨著孔口內徑的變大，實際的臨界膨脹條件成立的壓力比P2A31會變動(減少)，壓力比P2A31的控制范圍會變窄，且壓力控制式流量控制裝置的流量控制精度降低等問題；本發明的主要目的是提供一種流量控制用孔板及使用該孔板的壓力控制式流量控制裝置，即使增加流體流量而使孔口內徑變大，也總能保持實際流量控制下的壓力比P2A31S定值，并且能夠實現孔板制造成本的降低。
[0021]解決課題用的手段
[0022]首先，在孔口為I個的孔板(以下，稱為單孔孔板)中，本發明人通過改變孔口的直徑Φ，驗證了流體的臨界膨脹條件成立的孔口上游側壓力P1與孔口下游側壓力P 2的比P2A31 (以下，稱為壓力比P2A31)實際是如何變動。
[0023]圖1是表示用于進行現有的流量控制用單孔孔板以及本發明涉及的流量控制用多孔型孔板的壓力比匕/^等的流量特性試驗的試驗裝置(流量測定裝置)的系統圖。I為氣體入口，2為壓力調節器(調壓閥)，3為壓力計，4為摩爾塊(mol block)流量檢測器，5為壓力控制式流量控制裝置，6為控制閥，7為孔板，8為孔口上游側壓力檢測器，9為孔口下游側壓力檢測器，10為孔口下游側壓力P2的調節閥，11為真空排氣栗，P 孔口上游側壓力，P2為孔口下游側壓力，其中，最大流量范圍F.S.以N2氣體為基準。
[0024]試驗用的孔板為在厚度為50 μ m的鋼板上設置有Φ = 67 μ m、Φ = 179 μ m、Φ =250 μπι的孔口的三種類型的孔板，Φ = 67 μπι的孔口使用在最大流量范圍(滿量程fullscale)F.S.= 130sccm的壓力控制式流量控制裝置5上，還有，Φ = 250 μπι的孔口使用在最大流量范圍F.S.850sccm的壓力控制式流量控制裝置5上，另外，Φ = 250 μπι的孔板使用在最大流量范圍F.S.= 1600sccm的壓力式流量控制裝置5上。
[0025]在試驗過程中，首先通過壓力調節器2調節壓力計3的壓力P。為300kPa abs。其次，設定壓力控制式流量控制裝置5的設定流量為100% F.S.(額定流量)，運轉真空排氣栗11。之后，邊調節真空排氣栗11的上游側的調節閥10以調整孔口下游側壓力P2，邊測量摩爾塊流量檢測器4以及壓力式流量控制裝置5中各自的氣體流量。其中，試驗用的氣體為N2氣體。
[0026]再者，以摩爾塊流量檢測器4的測定流量Qs為基準值計算了壓力控制式流量控制裝置5的各測定流量Qc的誤差(設置點誤差(S.P.%，也稱為設定值誤差))為(Qc-Qs) X100/Qs(S.P.% ) 0
[0027]其中，流量測定分別在壓力控制式流量控制裝置5的設定流量的100%、50%、20%以及10%下進行。
[0028]圖2、圖3以及圖4是表示孔口直徑不同的三種壓力控制式流量控制裝置5 (F.S.130sccm、F.S.850sccm、F.S.1600sccm)的壓力比(P2A31)與設置點誤差(S.P.% )的關系的圖，以向壓力控制式流量控制裝置5的設定輸入(設定流量)為參量。從圖2?圖4的對比，能夠證實:流量范圍(額定流量S.P.)越大且孔口的直徑越大，則設置點誤差(S.P.% )為零，即臨界膨脹條件成立的匕/^的范圍反而變得越小。
[0029]此外，從利用上述圖1的試驗裝置得出的流量調整結果來看，圖5、圖6以及圖7是表示設置點誤差(S.P.% )為±1.0%以內的壓力比P2A31時的設定流量(％ )與以100%設定時的控制流量為基準的流量直線性誤差(F.S.% )的關系的圖，即表示設定流量)與直線性誤差(F.S.%)的關系的圖。判明在臨界膨脹條件成立的壓力比P2A31的范圍內，單孔孔板的流量直線性誤差F.S.%收斂在± I % F.S.以內。
[0030]本發明是基于如上述圖2至圖7的流量特性試驗的結果而創造出來的，本發明人著眼于單孔孔板的孔口直徑越小，臨界膨脹條件成立的壓力比P2A31的范圍變得越大的這一事實，考慮到增大控制流量時，沒有像現有的應對流量范圍而加大單孔孔板的孔口直徑，而是改變小直徑的多孔型孔板的孔口數量，通過以此應對控制流量的增大，能夠在孔口流通流體的臨界膨脹條件成立的壓力比P2A31的范圍保持為最大且穩定的狀態下應對流量增加。
[0031]作為發明的基本結構，本發明的第一方面構成為:在流量控制用孔板上，將規定流量的流體的流通所需的一個孔口的開口面積加以分割，設置成具有與上述開口面積相等的總開口面積的多個較小孔口。
[0032]本發明的第二方面是:在上述第一方面中，上述多個孔口通過沖壓加工形成。
[0033]本發明的第三方面是:在上述第一方面中，孔板的厚度為20?200 μ m，并且上述孔板為壓力控制式流量控制裝置用的孔板。
[0034]本發明的第四方面是:在上述第一方面中，孔板的厚度為20?200 μπι，上述多個孔口各自的口徑為0.010?0.200 μ m，上述多個孔口的數量為2?100個。
[0035]本發明的第五方面是:在上述第一方面中，上述多個孔口的縱截面的平面形狀為由矩形部分和梯形部分構成的形狀。
[0036]本發明的第六方面是:在上述第五方面中，通過研磨對上述孔板的穿設有所述多個孔口的部分的背面進行精加工。
[0037]本發明的第七方面是:在上述第一方面中，在孔口上游側壓力(P1)與孔口下游側壓力(P2)的比P2Zi