JP3023897B2 - ガス流量制御装置 - Google Patents
ガス流量制御装置Info
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- JP3023897B2 JP3023897B2 JP27138391A JP27138391A JP3023897B2 JP 3023897 B2 JP3023897 B2 JP 3023897B2 JP 27138391 A JP27138391 A JP 27138391A JP 27138391 A JP27138391 A JP 27138391A JP 3023897 B2 JP3023897 B2 JP 3023897B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス流量制御装置に関
し、特に、ＣＶＤ装置などの原料をガスで供給する堆積
装置に好適なガス流量制御装置に関する。
し、特に、ＣＶＤ装置などの原料をガスで供給する堆積
装置に好適なガス流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学気相成長法（ＣＶＤ法）は薄膜成長
技術の一つとして数多くの検討がなされており、そのな
かでも、有機金属を原料に用いる有機金属化学気相法
（以下、「ＭＯＣＶＤ法」と称する。）が盛んに検討さ
れてきている。ＭＯＣＶＤ法は、原料をガスで供給して
化学反応によって基板上に薄膜を堆積する手法であり、
主として化学半導体や高温超電導体の薄膜の成長に用い
られている。
技術の一つとして数多くの検討がなされており、そのな
かでも、有機金属を原料に用いる有機金属化学気相法
（以下、「ＭＯＣＶＤ法」と称する。）が盛んに検討さ
れてきている。ＭＯＣＶＤ法は、原料をガスで供給して
化学反応によって基板上に薄膜を堆積する手法であり、
主として化学半導体や高温超電導体の薄膜の成長に用い
られている。
【０００３】ＭＯＣＶＤ法は、広範囲の混晶化合物成長
が可能でありかつ基板上の温度領域制御と原料ガスの供
給量制御だけで成長膜の制御が行えるという特徴を有
し、分子線結晶成長法に比べて、量産性が高くかつ大面
積化にも容易に対応できるという利点がある。また、Ｍ
ＯＣＶＤ法は良好な急峻性を有しているので、超格子構
造をもった薄膜、および量子細線と呼ばれるような微細
な制御を必要とする結晶成長（Ｔ．ＦＵＫＵＩ，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙ．Ｌｅｔ．，５７，ｐ．１２０９，１９９
０）にまで応用の範囲が広がっている。
が可能でありかつ基板上の温度領域制御と原料ガスの供
給量制御だけで成長膜の制御が行えるという特徴を有
し、分子線結晶成長法に比べて、量産性が高くかつ大面
積化にも容易に対応できるという利点がある。また、Ｍ
ＯＣＶＤ法は良好な急峻性を有しているので、超格子構
造をもった薄膜、および量子細線と呼ばれるような微細
な制御を必要とする結晶成長（Ｔ．ＦＵＫＵＩ，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙ．Ｌｅｔ．，５７，ｐ．１２０９，１９９
０）にまで応用の範囲が広がっている。
【０００４】しかし、ＭＯＣＶＤ法では、超格子や量子
細線などを再現性よくかつ大面積にわたって均一に形成
するのは非常に困難であり、このような微妙な結晶成長
を行うのに一番重要なポイントは、供給する原料ガスの
流れを精度よく制御することである。すなわち、如何に
均一に基板表面に原料ガスが供給されたかによって、結
晶内の構造が大きく影響される。
細線などを再現性よくかつ大面積にわたって均一に形成
するのは非常に困難であり、このような微妙な結晶成長
を行うのに一番重要なポイントは、供給する原料ガスの
流れを精度よく制御することである。すなわち、如何に
均一に基板表面に原料ガスが供給されたかによって、結
晶内の構造が大きく影響される。
【０００５】そこで、従来のＭＯＣＶＤ法では、原料ガ
スの流れの均一化を図るために、以下に示すガス流量制
御方法を用いている。
スの流れの均一化を図るために、以下に示すガス流量制
御方法を用いている。
【０００６】（１）反応室内のガス吹出口に多数の微細
な穴を設けることにより、原料ガスの流れの均一化を図
る。
な穴を設けることにより、原料ガスの流れの均一化を図
る。
【０００７】（２）複数のガス吹出口にそれぞれニード
ルバルブなどのコンダクタンス調整機構を付けることに
より、原料ガスの流束のコントロールを行う。
ルバルブなどのコンダクタンス調整機構を付けることに
より、原料ガスの流束のコントロールを行う。
【０００８】（３）基板を高速回転させて表面に薄いガ
ス境界層を形成させることにより、その部分での原料ガ
スの拡散を利用して均一性の高い膜を成長させる。
ス境界層を形成させることにより、その部分での原料ガ
スの拡散を利用して均一性の高い膜を成長させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のガス流量制御方法では、制御機構の経時変化に
よるコンダクタンスの再調整がしばしば必要であるとい
う問題があり、また、高温における基板の高速回転など
の機構を設ける必要があるため安全性で問題がある。
た従来のガス流量制御方法では、制御機構の経時変化に
よるコンダクタンスの再調整がしばしば必要であるとい
う問題があり、また、高温における基板の高速回転など
の機構を設ける必要があるため安全性で問題がある。
【００１０】本発明の目的は、再調整することなく安全
に原料ガスの流れの均一化が図れるガス流量制御装置を
提供することにある。
に原料ガスの流れの均一化が図れるガス流量制御装置を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のガス流量制御装
置は、ガス流路の吹出口近傍に原料ガスの流れ方向に対
して垂直方向に一列に設けられた、圧電体層と電極層と
が交互に重ねられたカンチレバーをそれぞれ有するカン
チレバー型アクチュエータ群を含む。
置は、ガス流路の吹出口近傍に原料ガスの流れ方向に対
して垂直方向に一列に設けられた、圧電体層と電極層と
が交互に重ねられたカンチレバーをそれぞれ有するカン
チレバー型アクチュエータ群を含む。
【００１２】ここで、前記各カンチレバー型アクチュエ
ータと一対一に対応して該各カンチレバー型アクチュエ
ータよりも前記吹出口側にそれぞれ設けられた流量セン
サ群と、該流量センサ群の各出力信号に応じて、前記カ
ンチレバー型アクチュエータ群を駆動する制御装置とを
含んでもよい。
ータと一対一に対応して該各カンチレバー型アクチュエ
ータよりも前記吹出口側にそれぞれ設けられた流量セン
サ群と、該流量センサ群の各出力信号に応じて、前記カ
ンチレバー型アクチュエータ群を駆動する制御装置とを
含んでもよい。
【００１３】また、前記流量センサが、第２の圧電体層
と第２の電極層とが交互に重ねられた第２のカンチレバ
ーを有するカンチレバー型センサであってもよい。
と第２の電極層とが交互に重ねられた第２のカンチレバ
ーを有するカンチレバー型センサであってもよい。
【００１４】さらに、前記圧電体層および前記第２の圧
電体層が酸化亜鉛からなっていてもよい。
電体層が酸化亜鉛からなっていてもよい。
【００１５】前記流量センサが光センサであってもよ
い。
い。
【００１６】
【作用】本発明のガス流量制御装置は、走査型トンネル
顕微鏡の探針駆動部および繊毛アクチュエータなどへ応
用され始めているマイクロメカニクス技術によるカンチ
レバー型アクチュエータを複数個用いて、ガス流路の吹
出口近傍に原料ガスの流れ方向に対して垂直方向に各カ
ンチレバー型アクチュエータを一列に設けることによ
り、原料ガスの流れを規制する抵抗板として各カンチレ
バーを機能させることができる。
顕微鏡の探針駆動部および繊毛アクチュエータなどへ応
用され始めているマイクロメカニクス技術によるカンチ
レバー型アクチュエータを複数個用いて、ガス流路の吹
出口近傍に原料ガスの流れ方向に対して垂直方向に各カ
ンチレバー型アクチュエータを一列に設けることによ
り、原料ガスの流れを規制する抵抗板として各カンチレ
バーを機能させることができる。
【００１７】また、各カンチレバー型アクチュエータと
一対一に対応して各カンチレバー型アクチュエータより
も前記吹出口側に流量センサ群をそれぞれ設けることに
より、各流量センサで求めた原料ガスの流量に応じて各
カンチレバー型アクチュエータを独立に駆動できるた
め、原料ガスの流量を精密に制御することができる。
一対一に対応して各カンチレバー型アクチュエータより
も前記吹出口側に流量センサ群をそれぞれ設けることに
より、各流量センサで求めた原料ガスの流量に応じて各
カンチレバー型アクチュエータを独立に駆動できるた
め、原料ガスの流量を精密に制御することができる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１９】図１は、本発明のガス流量制御装置の第１
の実施例を示す概略構成図であり、図２は、図１に示し
た各カンチレバー型アクチュエータと各カンチレバー型
センサの構成を示す断面図である。なお、説明の簡単の
ため、図１では第１の基板１０と第２の基板１１とは離
して図示している。
の実施例を示す概略構成図であり、図２は、図１に示し
た各カンチレバー型アクチュエータと各カンチレバー型
センサの構成を示す断面図である。なお、説明の簡単の
ため、図１では第１の基板１０と第２の基板１１とは離
して図示している。
【００２０】本実施例のガス流量制御装置は、平板状の
第１の基板１０と平板状の第２の基板１１とが所定のギ
ャップをもって対向させられて形成されるガス流路の吹
出口１２近傍に、原料ガスの流れ方向（図１図示矢印方
向）に対して垂直方向に一列に設けられた６個のカンチ
レバー型アクチュエータ１３1〜１３6と、各カンチレバ
ー型アクチュエータ１３1〜１３6と一対一に対応して各
カンチレバー型アクチュエータ１３1〜１３6よりも吹出
口１２側にそれぞれ設けられた６個のカンチレバー型セ
ンサ１４1〜１４6と、各カンチレバー型センサ１４1〜
１４6の出力信号に応じて各カンチレバー型アクチュエ
ータ１３1〜１３6をそれぞれ駆動する制御装置１５（図
２参照）とを含む。なお、ガス流路の側壁として用いる
材料は、ある程度の高温に耐えられてかつ脱ガスの少な
い材料であるステンレス，石英およびモリブデンなどが
望ましい。
第１の基板１０と平板状の第２の基板１１とが所定のギ
ャップをもって対向させられて形成されるガス流路の吹
出口１２近傍に、原料ガスの流れ方向（図１図示矢印方
向）に対して垂直方向に一列に設けられた６個のカンチ
レバー型アクチュエータ１３1〜１３6と、各カンチレバ
ー型アクチュエータ１３1〜１３6と一対一に対応して各
カンチレバー型アクチュエータ１３1〜１３6よりも吹出
口１２側にそれぞれ設けられた６個のカンチレバー型セ
ンサ１４1〜１４6と、各カンチレバー型センサ１４1〜
１４6の出力信号に応じて各カンチレバー型アクチュエ
ータ１３1〜１３6をそれぞれ駆動する制御装置１５（図
２参照）とを含む。なお、ガス流路の側壁として用いる
材料は、ある程度の高温に耐えられてかつ脱ガスの少な
い材料であるステンレス，石英およびモリブデンなどが
望ましい。
【００２１】次に、上述した各構成要素の詳細につい
て、図２を参照して説明する。
て、図２を参照して説明する。
【００２２】（１）第１の基板１０ 第１の基板１０はシリコン単結晶基板からなり、すり鉢
状の穴１６1〜１６6，１７1〜１７6（図１参照）が、各
カンチレバー型アクチュエータ１３1〜１３6と各カンチ
レバー型センサ１４1〜１４6とが設けられる部分にそれ
ぞれ形成されている。なお、各穴１６1〜１６6，１７1
〜１７6は、後述するシリコン単結晶基板の異方性エッ
チングにより形成される。
状の穴１６1〜１６6，１７1〜１７6（図１参照）が、各
カンチレバー型アクチュエータ１３1〜１３6と各カンチ
レバー型センサ１４1〜１４6とが設けられる部分にそれ
ぞれ形成されている。なお、各穴１６1〜１６6，１７1
〜１７6は、後述するシリコン単結晶基板の異方性エッ
チングにより形成される。
【００２３】 （２）各カンチレバー型アクチュエータ１３1〜１３6 カンチレバー型アクチュエータ１３1 は、３つの電極層
２１11〜２１13および２つの圧電体層２２11，２２12が
交互に重ねられた、第１の基板１０との接合部を支点と
するカンチレバー２０1 と、中央部の電極層２１12とア
ースとの間に設けられた、制御装置１５により出力電圧
値が制御される可変電圧源２３1 とからなる。ここで、
カンチレバー２０1 は、第１の基板１０の結晶方位（１
００）面上に絶縁膜（弾性体薄膜）１８を介して設けら
れている。
２１11〜２１13および２つの圧電体層２２11，２２12が
交互に重ねられた、第１の基板１０との接合部を支点と
するカンチレバー２０1 と、中央部の電極層２１12とア
ースとの間に設けられた、制御装置１５により出力電圧
値が制御される可変電圧源２３1 とからなる。ここで、
カンチレバー２０1 は、第１の基板１０の結晶方位（１
００）面上に絶縁膜（弾性体薄膜）１８を介して設けら
れている。
【００２４】絶縁膜１８上に形成された最下部の電極層
２１11と最上部の電極層２１13とはともにアースに接続
されている。したがって、可変電圧源２３1 の出力電圧
を中央部の電極層２１12に印加することにより、中央部
の電極層２１12と最下部の電極層２１11との間に生じる
電位差および中央部の電極層２１12と最上部の電極層２
１13との間に生じる電位差によって２つの圧電体層２２
11，２２12を上方向または下方向に変位させて、カンチ
レバー２０1 の自由先端部を微小に変位させることがで
きるため、図示左側から供給される原料ガスの流れを規
制する抵抗板としてカンチレバー２０1 を機能させるこ
とができる。このときの原料ガスの流れの規制量は、可
変電圧源２３1 の出力電圧値を変えることにより調整す
ることができる。
２１11と最上部の電極層２１13とはともにアースに接続
されている。したがって、可変電圧源２３1 の出力電圧
を中央部の電極層２１12に印加することにより、中央部
の電極層２１12と最下部の電極層２１11との間に生じる
電位差および中央部の電極層２１12と最上部の電極層２
１13との間に生じる電位差によって２つの圧電体層２２
11，２２12を上方向または下方向に変位させて、カンチ
レバー２０1 の自由先端部を微小に変位させることがで
きるため、図示左側から供給される原料ガスの流れを規
制する抵抗板としてカンチレバー２０1 を機能させるこ
とができる。このときの原料ガスの流れの規制量は、可
変電圧源２３1 の出力電圧値を変えることにより調整す
ることができる。
【００２５】なお、残りの５つのカンチレバー型アクチ
ュエータ１３2〜１３6についても同様である。
ュエータ１３2〜１３6についても同様である。
【００２６】 （３）各カンチレバー型センサ１４1〜１４6 カンチレバー型センサ１４1 は、公知のカンチレバー型
センサ(T.MATUNAKA et.al, Japanese Journal of Appli
ed Physics 29, Sopplement 29-1, p.98, 1990)と同様
の構成のものであり、３つの第２の電極層３１11〜３１
13および２つの第２の圧電体層３２11，３２12が交互に
重ねられた、第１の基板１０との接合部を支点とする第
２のカンチレバー３０1 と、中央部の第２の電極層３１
12とアースとの間に設けられた直流電圧源３３1 と、マ
イナス入力端子が中央部の第２の電極層３１12に、プラ
ス入力端子が最上部の第２の電極層３１13に、出力端子
が制御装置１５にそれぞれ接続された差動アンプ３４1
とからなる。ここで、第２のカンチレバー３０1 は、第
１の基板１０の結晶方位（１００）面上に絶縁膜１８を
介して設けられている。
センサ(T.MATUNAKA et.al, Japanese Journal of Appli
ed Physics 29, Sopplement 29-1, p.98, 1990)と同様
の構成のものであり、３つの第２の電極層３１11〜３１
13および２つの第２の圧電体層３２11，３２12が交互に
重ねられた、第１の基板１０との接合部を支点とする第
２のカンチレバー３０1 と、中央部の第２の電極層３１
12とアースとの間に設けられた直流電圧源３３1 と、マ
イナス入力端子が中央部の第２の電極層３１12に、プラ
ス入力端子が最上部の第２の電極層３１13に、出力端子
が制御装置１５にそれぞれ接続された差動アンプ３４1
とからなる。ここで、第２のカンチレバー３０1 は、第
１の基板１０の結晶方位（１００）面上に絶縁膜１８を
介して設けられている。
【００２７】絶縁膜１８上に形成された最下部の第２の
電極層３１11はアースに接続されている。また、直流電
圧源３３1 より所定の直流電圧を中央部の第２の電極層
３１ 12に印加して、中央部の第２の電極層３１12と最下
部の第２の電極層３１11との間に生じる電位差によって
下方の第２の圧電体層３２11を上方向に変位させること
により、第２のカンチレバー３０1 の自由先端部を上方
向に微小に変位させている。その結果、図示左側から供
給される原料ガスの流量に応じて上方の第２の圧電体層
３２12が変位するため、最上部の第２の電極層３１13と
中央部の第２の電極層３１12との間に生じる電位差の変
化を調べることによって、原料ガスの流量を測定するこ
とができる。本実施例では、最上部の第２の電極層３１
13と中央部の第２の電極層３１12との間に生じる電位差
を差動アンプ３４1 で増幅したのち制御装置１５に入力
している。
電極層３１11はアースに接続されている。また、直流電
圧源３３1 より所定の直流電圧を中央部の第２の電極層
３１ 12に印加して、中央部の第２の電極層３１12と最下
部の第２の電極層３１11との間に生じる電位差によって
下方の第２の圧電体層３２11を上方向に変位させること
により、第２のカンチレバー３０1 の自由先端部を上方
向に微小に変位させている。その結果、図示左側から供
給される原料ガスの流量に応じて上方の第２の圧電体層
３２12が変位するため、最上部の第２の電極層３１13と
中央部の第２の電極層３１12との間に生じる電位差の変
化を調べることによって、原料ガスの流量を測定するこ
とができる。本実施例では、最上部の第２の電極層３１
13と中央部の第２の電極層３１12との間に生じる電位差
を差動アンプ３４1 で増幅したのち制御装置１５に入力
している。
【００２８】なお、残りの５つのカンチレバー型センサ
１４2〜１４6についても同様である。
１４2〜１４6についても同様である。
【００２９】本実施例のガス流量制御装置は、以上示し
た各構成要素により構成されているため、各カンチレバ
ー型センサ１４1〜１４6の各差動アンプ３４1〜３４
6（５つの差動アンプ３４2〜３４6は不図示）の出力信
号に応じて、各カンチレバー型アクチュエータ１３1〜
１３6の各可変電圧源２４1〜２４6（５つの可変電圧源
２４ 2〜２４6は不図示）の出力電圧値をそれぞれ制御装
置１５により独立に変えて、各カンチレバー型アクチュ
エータ１３1〜１３6のカンチレバー２０1〜２０6（５つ
のカンチレバー２０2〜２０6は不図示）の変位量をそれ
ぞれ調整することにより、吹出口１２から吹き出される
原料ガスの流量を吹出口１２全面で一定にすることがで
きる。また、半導体製造技術を用いて形成した各カンチ
レバー型アクチュエータ１３1〜１３6および各カンチレ
バー型センサ１４1〜１４6で原料ガスの流れの均一化を
図っているため、再調整の必要がなく、かつ安全性につ
いても特に問題が生じることはない。さらに、原料ガス
の流れを規制する抵抗板として、各電極層２１11〜２１
13と各圧電体層２２11，２２12とが交互に重ねられたカ
ンチレバー２０1 を用いているので、原料ガスの流れの
高速な制御（たとえば１０ｋＨｚ程度まで）も可能とな
る。
た各構成要素により構成されているため、各カンチレバ
ー型センサ１４1〜１４6の各差動アンプ３４1〜３４
6（５つの差動アンプ３４2〜３４6は不図示）の出力信
号に応じて、各カンチレバー型アクチュエータ１３1〜
１３6の各可変電圧源２４1〜２４6（５つの可変電圧源
２４ 2〜２４6は不図示）の出力電圧値をそれぞれ制御装
置１５により独立に変えて、各カンチレバー型アクチュ
エータ１３1〜１３6のカンチレバー２０1〜２０6（５つ
のカンチレバー２０2〜２０6は不図示）の変位量をそれ
ぞれ調整することにより、吹出口１２から吹き出される
原料ガスの流量を吹出口１２全面で一定にすることがで
きる。また、半導体製造技術を用いて形成した各カンチ
レバー型アクチュエータ１３1〜１３6および各カンチレ
バー型センサ１４1〜１４6で原料ガスの流れの均一化を
図っているため、再調整の必要がなく、かつ安全性につ
いても特に問題が生じることはない。さらに、原料ガス
の流れを規制する抵抗板として、各電極層２１11〜２１
13と各圧電体層２２11，２２12とが交互に重ねられたカ
ンチレバー２０1 を用いているので、原料ガスの流れの
高速な制御（たとえば１０ｋＨｚ程度まで）も可能とな
る。
【００３０】なお、図１に示したガス流量制御装置で
は、カンチレバー型アクチュエータおよびカンチレバー
型センサの数をそれぞれ６個としたが、必ずしも６個で
ある必要はなく、ガス流路の大きさおよび原料ガスの流
量の調整精度に応じて数を増減してもよい。また、各カ
ンチレバーを構成する電極層と圧電体層との数もそれぞ
れ増減してもよい。
は、カンチレバー型アクチュエータおよびカンチレバー
型センサの数をそれぞれ６個としたが、必ずしも６個で
ある必要はなく、ガス流路の大きさおよび原料ガスの流
量の調整精度に応じて数を増減してもよい。また、各カ
ンチレバーを構成する電極層と圧電体層との数もそれぞ
れ増減してもよい。
【００３１】次に、図１に示したガス流量制御装置の一
試作例について説明する。
試作例について説明する。
【００３２】第１の基板１０として、２０×５０ｍｍの
シリコン単結晶基板を使用し、シリコン単結晶基板の結
晶方位（１００）面上に、絶縁膜１８としてＳｉ3Ｎ4膜
（ヤング率＝２×１０11Ｎ／ｍ2 ）をＣＶＤ法により１
５００Å堆積した。なお、このとき使用したガスはＳｉ
Ｈ2Ｃｌ2：ＮＨ3 ＝１：９であり、堆積温度は８００℃
である。その後、フォトリソグラフィー技術を用いてパ
ターニングし、ＣＦ4でドライエッチングを行うことに
より、Ｓｉ3Ｎ4膜を所望の形状にパターニングした。続
いて、シリコン単結晶基板の表面全体にＡｕを１０００
Å蒸着したのちフォトリソグラフィー技術を用いてＡｕ
をパターニングする工程と、Ｏ2 雰囲気中でＺｎＯ（酸
化亜鉛）ターゲットのスパッタリングを行ってＺｎＯ膜
を３０００Å堆積する工程とを繰り返すことにより、８
個のカンチレバー型アクチュエータと８個のカンチレバ
ー型センサを形成した。最後に、ＫＯＨを用いてシリコ
ン単結晶基板を公知の異方性エッチング（たとえば、原
島など，「マイクロ知能化運動システム」，日刊工業新
聞社，ｐ．２５）することにより、シリコン単結晶基板
の各カンチレバー型アクチュエータと各カンチレバー型
センサとを形成した各部分に、すり鉢状の穴をそれぞれ
形成した。
シリコン単結晶基板を使用し、シリコン単結晶基板の結
晶方位（１００）面上に、絶縁膜１８としてＳｉ3Ｎ4膜
（ヤング率＝２×１０11Ｎ／ｍ2 ）をＣＶＤ法により１
５００Å堆積した。なお、このとき使用したガスはＳｉ
Ｈ2Ｃｌ2：ＮＨ3 ＝１：９であり、堆積温度は８００℃
である。その後、フォトリソグラフィー技術を用いてパ
ターニングし、ＣＦ4でドライエッチングを行うことに
より、Ｓｉ3Ｎ4膜を所望の形状にパターニングした。続
いて、シリコン単結晶基板の表面全体にＡｕを１０００
Å蒸着したのちフォトリソグラフィー技術を用いてＡｕ
をパターニングする工程と、Ｏ2 雰囲気中でＺｎＯ（酸
化亜鉛）ターゲットのスパッタリングを行ってＺｎＯ膜
を３０００Å堆積する工程とを繰り返すことにより、８
個のカンチレバー型アクチュエータと８個のカンチレバ
ー型センサを形成した。最後に、ＫＯＨを用いてシリコ
ン単結晶基板を公知の異方性エッチング（たとえば、原
島など，「マイクロ知能化運動システム」，日刊工業新
聞社，ｐ．２５）することにより、シリコン単結晶基板
の各カンチレバー型アクチュエータと各カンチレバー型
センサとを形成した各部分に、すり鉢状の穴をそれぞれ
形成した。
【００３３】このときに形成した各カンチレバー型アク
チュエータのカンチレバーの大きさは幅４ｍｍ×長さ１
０ｍｍであり、各カンチレバー型センサのカンチレバー
の大きさは幅１ｍｍ×長さ３ｍｍである。また、各カン
チレバー型アクチュエータの各電極層および各カンチレ
バー型センサの各電極層を形成する際に、同時に配線の
取出し部を設けて、図２に示した電気回路を構成した。
チュエータのカンチレバーの大きさは幅４ｍｍ×長さ１
０ｍｍであり、各カンチレバー型センサのカンチレバー
の大きさは幅１ｍｍ×長さ３ｍｍである。また、各カン
チレバー型アクチュエータの各電極層および各カンチレ
バー型センサの各電極層を形成する際に、同時に配線の
取出し部を設けて、図２に示した電気回路を構成した。
【００３４】以上のようにして各カンチレバー型アクチ
ュエータおよび各カンチレバー型センサが形成されたシ
リコン単結晶基板と第２の基板１１（図１参照）として
用いた２０×５０ｍｍの第２のシリコン単結晶基板とが
２ｍｍのギャップをもって対向するように、ステンレス
の治具で各シリコン単結晶基板を固定することにより、
ガス流路を形成した。このガス流路をＭＯＣＶＤ装置に
組み込んで、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を行い、堆
積されたＧａＡｓ膜の膜厚分布を測定したところ膜厚分
布は±３％であり、従来のガス流路を用いたときの膜厚
分布±１０％に対して大幅に改善されることが確認でき
た。
ュエータおよび各カンチレバー型センサが形成されたシ
リコン単結晶基板と第２の基板１１（図１参照）として
用いた２０×５０ｍｍの第２のシリコン単結晶基板とが
２ｍｍのギャップをもって対向するように、ステンレス
の治具で各シリコン単結晶基板を固定することにより、
ガス流路を形成した。このガス流路をＭＯＣＶＤ装置に
組み込んで、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を行い、堆
積されたＧａＡｓ膜の膜厚分布を測定したところ膜厚分
布は±３％であり、従来のガス流路を用いたときの膜厚
分布±１０％に対して大幅に改善されることが確認でき
た。
【００３５】図１に示したガス流量制御装置では、第１
の基板１０にのみ各カンチレバー型アクチュエータ１３
1〜１３6を形成したが、各カンチレバー型アクチュエー
タ１３1〜１３6と互いに対向するように第２の基板１１
にも同様にして各カンチレバー型アクチュエータを設け
てもよい。この場合には、図１に示した各カンチレバー
型アクチュエータ１３1〜１３6よりも変位量を２倍にす
ることができるので、ガス流量をより広範囲に制御する
ことができる。
の基板１０にのみ各カンチレバー型アクチュエータ１３
1〜１３6を形成したが、各カンチレバー型アクチュエー
タ１３1〜１３6と互いに対向するように第２の基板１１
にも同様にして各カンチレバー型アクチュエータを設け
てもよい。この場合には、図１に示した各カンチレバー
型アクチュエータ１３1〜１３6よりも変位量を２倍にす
ることができるので、ガス流量をより広範囲に制御する
ことができる。
【００３６】図３は、本発明のガス流量制御装置の第２
の実施例を示す断面図である。
の実施例を示す断面図である。
【００３７】本実施例のガス流量制御装置が図１に示し
たガス流量制御装置と異なる点は、各カンチレバー型セ
ンサ１４1〜１４6の代わりに各光センサを流量センサ群
として使用していることである。ここで、各光センサ
は、第２の基板５１上に設けられた６個のＧａＡｓ半導
体レーザ５４1〜５４6（５つのＧａＡｓ半導体レーザ５
４2〜５４6は不図示）と、ＧａＡｓ半導体レーザ５４1
〜５４6と互いに対向するように第１の基板５０上にそ
れぞれ設けられた６個のフォトダイオード５５1〜５５6
（５つのフォトダイオード５５2〜５５6は不図示）と、
各ＧａＡｓ半導体レーザ５４1〜５４6に交流電圧を供給
する交流電圧源５６とからなる。なお、フォトダイオー
ド５５1 の出力信号は制御装置５５に供給され、制御装
置５５はフォトダイオード５５1 の出力信号に応じて可
変電圧源６３1 を制御する。他の各フォトダイオード５
５2〜５５6についても同様である。
たガス流量制御装置と異なる点は、各カンチレバー型セ
ンサ１４1〜１４6の代わりに各光センサを流量センサ群
として使用していることである。ここで、各光センサ
は、第２の基板５１上に設けられた６個のＧａＡｓ半導
体レーザ５４1〜５４6（５つのＧａＡｓ半導体レーザ５
４2〜５４6は不図示）と、ＧａＡｓ半導体レーザ５４1
〜５４6と互いに対向するように第１の基板５０上にそ
れぞれ設けられた６個のフォトダイオード５５1〜５５6
（５つのフォトダイオード５５2〜５５6は不図示）と、
各ＧａＡｓ半導体レーザ５４1〜５４6に交流電圧を供給
する交流電圧源５６とからなる。なお、フォトダイオー
ド５５1 の出力信号は制御装置５５に供給され、制御装
置５５はフォトダイオード５５1 の出力信号に応じて可
変電圧源６３1 を制御する。他の各フォトダイオード５
５2〜５５6についても同様である。
【００３８】次に、図３に示したガス流量制御装置の一
試作例について説明する。
試作例について説明する。
【００３９】第１の基板５０として３０×６０ｍｍのシ
リコン単結晶基板を使用し、シリコン単結晶基板の結晶
方位（１００）面上に、上述した図１に示したガス流量
制御装置の試作例と同様にして１０個のカンチレバー型
アクチュエータを形成した。その後、シリコン単結晶基
板上に、各カンチレバー型アクチュエータと互いに対向
させて１０個のフォトダイオードを形成した。また、第
２の基板５１として３０×６０ｍｍの第２のシリコン単
結晶基板を使用し、第２のシリコン単結晶基板上に１０
個のＧａＡｓ半導体レーザを形成した。
リコン単結晶基板を使用し、シリコン単結晶基板の結晶
方位（１００）面上に、上述した図１に示したガス流量
制御装置の試作例と同様にして１０個のカンチレバー型
アクチュエータを形成した。その後、シリコン単結晶基
板上に、各カンチレバー型アクチュエータと互いに対向
させて１０個のフォトダイオードを形成した。また、第
２の基板５１として３０×６０ｍｍの第２のシリコン単
結晶基板を使用し、第２のシリコン単結晶基板上に１０
個のＧａＡｓ半導体レーザを形成した。
【００４０】続いて、各カンチレバー型アクチュエータ
および各フォトダイオードが形成されたシリコン単結晶
基板と各ＧａＡｓ半導体レーザが形成された第２のシリ
コン単結晶基板とが３ｍｍのギャップをもって対向する
ように、ステンレスの治具で各シリコン単結晶基板を固
定することにより、ガス流路を形成した。このガス流路
をＭＯＣＶＤ装置に組み込んで、ＺｎＳｅのエピタキシ
ャル成長を行い、堆積されたＺｎＳｅ膜の膜厚分布を測
定したところ膜厚分布は±４％であり、従来のガス流路
を用いたときの膜厚分布±１２％に対して大幅に改善さ
れることが確認できた。
および各フォトダイオードが形成されたシリコン単結晶
基板と各ＧａＡｓ半導体レーザが形成された第２のシリ
コン単結晶基板とが３ｍｍのギャップをもって対向する
ように、ステンレスの治具で各シリコン単結晶基板を固
定することにより、ガス流路を形成した。このガス流路
をＭＯＣＶＤ装置に組み込んで、ＺｎＳｅのエピタキシ
ャル成長を行い、堆積されたＺｎＳｅ膜の膜厚分布を測
定したところ膜厚分布は±４％であり、従来のガス流路
を用いたときの膜厚分布±１２％に対して大幅に改善さ
れることが確認できた。
【００４１】流量センサとして光センサを用いた図３に
示したガス流量制御装置は、II-VI族のＭＯＣＶＤ成長
のように原料ガス同士が出会うと気相中で反応して光を
散乱させるような場合には、ガス流量制御装置として特
に有効である。
示したガス流量制御装置は、II-VI族のＭＯＣＶＤ成長
のように原料ガス同士が出会うと気相中で反応して光を
散乱させるような場合には、ガス流量制御装置として特
に有効である。
【００４２】以上の説明においては、流量センサによっ
て検出した原料ガスの流量に応じて、各カンチレバー型
アクチュエータを制御したが、原料ガスの流量の経時変
化が無視できる程度である場合には、流量センサは特に
必要ではない。また、流量センサとしては、カンチレバ
ー型センサおよび光センサ以外のもの、たとえばマスフ
ローコントローラに用いられている、ガスの流れによる
ヒーターの熱放出の程度を検出するようなものでもよ
い。さらに、本発明のガス流量制御装置は、上述したＭ
ＯＣＶＤ装置のほかに、有機金属分子線エピタキシー装
置（ＭＯＭＢＥ装置）などにも有効である。
て検出した原料ガスの流量に応じて、各カンチレバー型
アクチュエータを制御したが、原料ガスの流量の経時変
化が無視できる程度である場合には、流量センサは特に
必要ではない。また、流量センサとしては、カンチレバ
ー型センサおよび光センサ以外のもの、たとえばマスフ
ローコントローラに用いられている、ガスの流れによる
ヒーターの熱放出の程度を検出するようなものでもよ
い。さらに、本発明のガス流量制御装置は、上述したＭ
ＯＣＶＤ装置のほかに、有機金属分子線エピタキシー装
置（ＭＯＭＢＥ装置）などにも有効である。
【００４３】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。
ので、次に記載する効果を奏する。
【００４４】請求項１記載の発明は、マイクロメカニク
ス技術によるカンチレバー型アクチュエータを複数個用
いて、ガス流路の吹出口近傍に原料ガスの流れ方向に対
して垂直方向に各カンチレバー型アクチュエータを一列
に設けることにより、原料ガスの流れを規制する抵抗板
として各カンチレバーを機能させることができるため、
再調整することなく安全に原料ガスの流れの均一化を図
ることができる。
ス技術によるカンチレバー型アクチュエータを複数個用
いて、ガス流路の吹出口近傍に原料ガスの流れ方向に対
して垂直方向に各カンチレバー型アクチュエータを一列
に設けることにより、原料ガスの流れを規制する抵抗板
として各カンチレバーを機能させることができるため、
再調整することなく安全に原料ガスの流れの均一化を図
ることができる。
【００４５】請求項２乃至請求項５記載の発明は、各カ
ンチレバー型アクチュエータと一対一に対応して各カン
チレバー型アクチュエータよりも吹出口側に流量センサ
群をそれぞれ設けることにより、各流量センサで求めた
原料ガスの流量に応じて各カンチレバー型アクチュエー
タを独立に駆動できるため、原料ガスの流れの均一化を
より精密に図ることができる。
ンチレバー型アクチュエータと一対一に対応して各カン
チレバー型アクチュエータよりも吹出口側に流量センサ
群をそれぞれ設けることにより、各流量センサで求めた
原料ガスの流量に応じて各カンチレバー型アクチュエー
タを独立に駆動できるため、原料ガスの流れの均一化を
より精密に図ることができる。
【図１】本発明のガス流量制御装置の第１の実施例を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】図１に示した各カンチレバー型アクチュエータ
と各カンチレバー型センサの構成を示す断面図である。
と各カンチレバー型センサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明のガス流量制御装置の第２の実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
１０，５０ 第１の基板 １１，５１ 第２の基板 １２，５２ 吹出口 １３1〜１３6 カンチレバー型アクチュエータ １４1〜１４6 カンチレバー型センサ １５，５５ 制御装置 １６1〜１６6，１７1〜１７6 穴 １８ 絶縁膜 ２０1，６０1 カンチレバー ２１11〜２１13 電極層 ２２11，２２12 圧電体層 ２３1，６３1 可変電圧源 ３０1 第２のカンチレバー ３１11〜３１13 第２の電極層 ３２11，３２12 第２の圧電体層 ３３1 直流電圧源 ３４1 差動アンプ ５４1 ＧａＡｓ半導体レーザ ５５1 フォトダイオード ５６ 交流電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 G05D 7/06
Claims (5)
- 【請求項１】 ガス流路の吹出口近傍に原料ガスの流れ
方向に対して垂直方向に一列に設けられた、圧電体層と
電極層とが交互に重ねられたカンチレバーをそれぞれ有
するカンチレバー型アクチュエータ群を含むガス流量制
御装置。 - 【請求項２】 前記各カンチレバー型アクチュエータと
一対一に対応して該各カンチレバー型アクチュエータよ
りも前記吹出口側にそれぞれ設けられた流量センサ群
と、 該流量センサ群の各出力信号に応じて、前記カンチレバ
ー型アクチュエータ群を駆動する制御装置とを含む請求
項１記載のガス流量制御装置。 - 【請求項３】 前記流量センサが、第２の圧電体層と第
２の電極層とが交互に重ねられた第２のカンチレバーを
有するカンチレバー型センサである請求項２記載のガス
流量制御装置。 - 【請求項４】 前記圧電体層および前記第２の圧電体層
が酸化亜鉛からなる請求項３記載のガス流量制御装置。 - 【請求項５】 前記流量センサが光センサである請求項
２記載のガス流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27138391A JP3023897B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガス流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27138391A JP3023897B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガス流量制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05109632A JPH05109632A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3023897B2 true JP3023897B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=17499308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27138391A Expired - Fee Related JP3023897B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ガス流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3023897B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5329965A (en) * | 1993-07-30 | 1994-07-19 | The Perkin-Elmer Corporation | Hybrid valving system for varying fluid flow rate |
| US5941501A (en) * | 1996-09-06 | 1999-08-24 | Xerox Corporation | Passively addressable cantilever valves |
| JP4726419B2 (ja) * | 2004-02-24 | 2011-07-20 | 京セラ株式会社 | 流路部材及び流路装置 |
| JP2006216855A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 成膜装置及び測定方法 |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP27138391A patent/JP3023897B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05109632A (ja) | 1993-04-30 |
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