[发明专利]流量控制阀和使用该流量控制阀的质量流量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量控制阀，但并不限定于此，本发明涉及为了能够在高温的流体中使用而进行了改良的流量控制阀的构造和使用该流量控制阀的质量流量控制装置。

背景技术

质量流量控制装置(mass flow controller)是以在半导体的制造工艺中对向腔室内供给的工艺气体的供给量进行控制为目的而广泛使用的。质量流量控制装置包括对工艺气体的质量流量进行监测的质量流量计、对质量流量进行控制的流量控制阀以及控制电路等。并且，流量控制阀还包括供工艺气体流动的流路、以规定的开度将流路打开或阻断的阀体以及驱动阀体的驱动器。

在半导体的技术领域中，例如，对于最新的个人计算机中所使用的微处理器而言，会将配线电路的宽度细微化到20nm左右，或在一个微芯片上安装有多个芯等，从而将细微化、高集成化进行到了极限。为了高精度地进行具有这样的致密复杂构造的半导体的成膜工艺、加工工艺，开始使用以往未使用过的各种种类的工艺气体。

例如，尝试了如下做法：虽然某种液体材料的气化气体、固体材料的升华气体因其蒸气压极低而有可能在常温的配管内凝结，但通过将包括腔室在内的所有配管系统加热并使其保持在临界温度以上的高温(例如300℃以上)，从而在不使这样的凝结性气体凝结的前提下将其导入半导体制造装置，从而将其应用于半导体的制造工艺。

然而，广泛地用于驱动流量控制阀的阀体的驱动器的层叠压电驱动器的耐热温度通常为120℃，在高温使用的情况下为150℃。若超过该耐热温度，则会在短时间内产生内部电极的绝缘破坏，从而不能再驱动阀体。

因此，提出了用于在质量流量控制装置中处理高温的凝结性气体的情况下，也不使层叠压电驱动器的温度上升从而将其保持在耐热温度以下的几个方案。例如，在专利文献1中，公开了一种流量控制阀的结构，该流量控制阀通过位于层叠压电驱动器与阀体之间，从而将层叠压电驱动器的操作传递至阀体，并且该流量控制阀设有将自阀体侧传递过来的热量散出的隔离件。在该流量控制阀中，自作为控制对象的流体传递过来的热量的大部分通过设于隔离件的外周的冷却片释放到外部空气中，因此能够抑制层叠压电驱动器的升温。

另外，例如，在专利文献2中，公开了一种流量控制阀的结构，该流量控制阀将层叠压电驱动器以自流体的流路远离的方式托起从而支承该层叠压电驱动器，并且该流量控制阀设有用于将自流体向层叠压电驱动器传递的热量散出的隔离件。在该流量控制阀中，自流体受到的热量在自隔离件的下端部向上端部传递的期间散出，且隔离件的长度(高度尺寸)设定得较长，使得隔离件与层叠压电驱动器接触的部位的温度为层叠压电驱动器的耐热温度以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－162733号公报

专利文献2：日本特开2011－117499号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述现有技术的流量控制阀均是通过构成为使自高温的流体传递至阀体的热量还以隔离件为传递路径向层叠压电驱动器传递，在此过程中使热量向隔离件的外周方向散出，由此在欲抑制向层叠压电驱动器传递的热量这点上发挥一定的效果。

然而，在上述现有技术的流量控制阀中，关于阻断热量自作为热源的流体向隔离件的传递这点没有特别考虑，因此存在各种应解决的问题。具体而言，第1，为了获得充分的冷却效果而不得不使隔离件的长度较长，因此，必然要在高度方向上增大质量流量控制装置的尺寸，或者为了使质量流量控制装置与以往的装置为相同高度而不得不减少层叠压电驱动器的层叠数量以缩短长度。若增大质量流量控制装置的尺寸，则因与设置空间之间的关系而难以与以往的设备进行更换。另外，若减少层叠压电驱动器的层叠数量，则会使最大位移量减少而使阀打开时的流量的容量变小。

第2，由于在现有技术的流量控制阀中，层叠压电驱动器的防止升温主要依赖于自隔离件的散热，因此，会自流路经由隔离件向质量流量控制装置之外释放出无法忽视的量的热量。这样的话，为了防止流体的温度降低而需要增加设于流路的加热器的发热量以弥补失去的热量，从而使整个质量流量控制装置的耗电量增大。

第3，由于在现有技术的流量控制阀中，不得不在流体流路与层叠压电驱动器之间组装具有较长形状的隔离件，因此会出现隔离件本身的热膨胀的问题。为了缓和隔离件的热膨胀所造成的影响，例如，不得不使用价格高于一般材料的因瓦合金来构成隔离件等，导致无法避免制造成本的增加。