JPH04238227A - Flow control device with piezoelectric valve - Google Patents

Flow control device with piezoelectric valve

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JPH04238227A
JPH04238227A JP516491A JP516491A JPH04238227A JP H04238227 A JPH04238227 A JP H04238227A JP 516491 A JP516491 A JP 516491A JP 516491 A JP516491 A JP 516491A JP H04238227 A JPH04238227 A JP H04238227A
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piezo valve
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piezo
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Tatsuya Tomono
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Abstract

PURPOSE:To improve the reproducibility, precision and response speed by opening or closing valves with pulse width-modulated signals. CONSTITUTION:Piezoelectric valves 5, 6 with piezoelectric elements generating mechanical distortion in response to the applied voltage control the flow. The pressure in a reaction container 1 is detected by a pressure gauge 2 and converted into the electric signal by a converter 3, and a pulse width modulation valve controller 4 controls the valves 5, 6 based on the difference between the detected pressure and the preset pressure. The flow is determined by the length of the period when the valves 5, 6 are opened, the nonlinear area of a piezoelectric element is not used, only completely opened/closed states are used, and the reproducibility, precision and sensitivity can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はピエゾバルブを用いて流
量制御する技術に関するものであり、特に薄膜半導体を
反応性ガス(電離気体を含む)を用いて作製する場合、
又は酸化物超伝導体をMOCVD法やオゾンを用いて作
製する場合、触媒反応や表面吸着脱離反応を研究する場
合などで、反応容器に毎秒何分子の気体を導入している
かを定量的に測定し、それによって生成された膜の物性
を制御したいというような微量なガス流量制御に適した
制御装置に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a technology for controlling flow rate using a piezo valve, and particularly when manufacturing thin film semiconductors using reactive gases (including ionized gases),
Or, when producing oxide superconductors using the MOCVD method or ozone, or when researching catalytic reactions or surface adsorption/desorption reactions, it is possible to quantitatively measure how many molecules of gas are introduced into the reaction vessel per second. The present invention relates to a control device suitable for controlling the flow rate of a very small amount of gas, which is desired to be measured and thereby to control the physical properties of the produced film.

【0002】0002

【従来の技術】流量制御としてガス流量の例について述
べると、従来はニードルバルブと呼ばれるバルブが主流
で、これはテーパを付けた細いニードルバルブを小孔に
抜き挿し可能に設けて小孔をふさぎ、多くの場合圧力が
一定になるように人手またはステップモータ等でフィー
ドバックしてニードルと小孔との隙間を制御して流量を
制御する方法が広く用いられている。また、電圧を印加
することにより歪みを生ずるピエゾ素子を直流電圧で駆
動し、小孔の隙間の開き具合を調節することにより流量
制御するようにしたガス導入系も知られている。また、
ガス流量測定技術としては、チューブの一部を毛細管に
バイパスして毛細管部分をヒータで加熱し、ガス流量に
応じて毛細管部分の温度分布がどれだけ変位するかを測
定することにより流量を求めるものが知られている。
[Prior Art] Taking the example of gas flow rate control as a flow rate control, conventionally, a valve called a needle valve has been mainstream, and this is a thin, tapered needle valve that can be inserted into and removed from a small hole to block the small hole. In many cases, a widely used method is to control the flow rate by controlling the gap between the needle and the small hole by feeding back manually or using a step motor or the like so that the pressure remains constant. Further, a gas introduction system is also known in which a piezo element that generates distortion by applying a voltage is driven by a DC voltage, and the flow rate is controlled by adjusting the degree of opening of the small hole gap. Also,
Gas flow rate measurement technology involves bypassing part of the tube into a capillary tube, heating the capillary tube section with a heater, and determining the flow rate by measuring how much the temperature distribution in the capillary tube section changes depending on the gas flow rate. It has been known.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ニード
ルバルブによる流量制御方法では、ニードルと小孔との
隙間を調節するハンドルの位置は目安でしかないため精
度が低く微妙な調整は不可能であり、経時変化が大きい
とともに、機械的振動にも弱いという問題がある。また
、ピエゾ素子を直流電圧で駆動して弁開度を調節するも
のでは、ピエゾ素子とバルブ機構そのものの非線形性に
より駆動電圧にはしきい値(30V)があり、正確に流
量に比例しない上、流量と電圧の関係には履歴(ヒステ
リシス)があるという問題がある。また、ヒータ加熱す
る流量測定方法は、最高感度は0.1sccm(4.5
×1016分子/sec)程度であり、また温度分布が
一定になるのに時間がかかるために応答速度が遅く、速
いものでも0.5秒以上かかり、ガスの種類によって感
度が異なってしまう。さらに、半導体薄膜の製造におい
て、原料ガスをボンベから真空装置に供給する際、従来
は数μm以上の比較的厚い膜を作製することが多く、ガ
ス流量の精密な計測制御は行われておらず、近年、1原
子層の単位で薄膜成長を行って電子の量子効果等を利用
しようとする試みが活発となり、微量のガスを精度良く
供給する装置が求められている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the flow rate control method using a needle valve, the position of the handle that adjusts the gap between the needle and the small hole is only a guide, so the accuracy is low and delicate adjustment is impossible. There are problems in that it undergoes large changes over time and is also susceptible to mechanical vibrations. In addition, in devices that drive the piezo element with DC voltage to adjust the valve opening, the drive voltage has a threshold value (30V) due to the nonlinearity of the piezo element and the valve mechanism itself, and is not exactly proportional to the flow rate. However, there is a problem in that there is a history (hysteresis) in the relationship between flow rate and voltage. In addition, the maximum sensitivity of the flow measurement method using heater heating is 0.1 sccm (4.5 sccm).
×1016 molecules/sec), and since it takes time for the temperature distribution to become constant, the response speed is slow; even a fast one takes 0.5 seconds or more, and the sensitivity varies depending on the type of gas. Furthermore, in the production of semiconductor thin films, when supplying raw material gas from a cylinder to a vacuum device, conventionally relatively thick films of several μm or more are often produced, and precise measurement and control of the gas flow rate is not performed. In recent years, attempts have been made to grow thin films in units of one atomic layer and utilize the quantum effect of electrons, and there is a need for an apparatus that can accurately supply a small amount of gas.

【0004】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、再現性や精度、感度、応答速度を大幅に向
上させることができるピエゾバルブを用いた流量制御装
置を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flow control device using a piezo valve that can significantly improve reproducibility, precision, sensitivity, and response speed. do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、印加電圧に応
じて機械的歪みを生ずるピエゾ素子を用いたピエゾバル
ブにより流量制御する装置であって、流量制御信号をパ
ルス幅に変換するパルス幅変調手段を備え、パルス幅変
調した信号によりピエゾバルブを開閉制御することを特
徴とする。また、パルス幅変調手段は、流体を連続的に
排気されている容器へガスを供給したときの容器内圧力
と設定圧力値との差が零になるように変調電圧を作り、
パルス幅変調することを特徴とし、さらにバッファタン
クを備え、ガス供給源からのガスをバッファタンクを介
してピエゾバルブへ供給すること、さらに2つのバッフ
ァタンクを備えるとともに、両バッファタンク内圧力の
差圧を測定する手段を設け、一方のバッファタンクを通
してピエゾバルブへガス供給するようにしたことを特徴
とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention is a device for controlling a flow rate using a piezo valve using a piezo element that generates mechanical distortion according to an applied voltage, and the present invention provides a device for controlling a flow rate using a piezo valve that uses a piezo element that generates mechanical distortion according to an applied voltage. The piezo valve is characterized in that the piezo valve is controlled to open and close by means of a pulse width modulated signal. Further, the pulse width modulation means generates a modulation voltage so that the difference between the pressure inside the container and the set pressure value becomes zero when gas is supplied to the container from which fluid is continuously evacuated.
It is characterized by pulse width modulation, further includes a buffer tank, supplies gas from a gas supply source to the piezo valve via the buffer tank, further includes two buffer tanks, and has a differential pressure between the internal pressures of both buffer tanks. The present invention is characterized in that a means for measuring is provided, and gas is supplied to the piezo valve through one buffer tank.

【0006】[0006]

【作用】本発明は、流量制御信号をパルス幅変調してピ
エゾバルブを開閉制御し、ピエゾバルブの開いている時
間の長さにより流量を決定し、ピエゾ素子の非線形な領
域を使用せず、完全に開いた状態と閉じた状態のみを利
用することにより、再現性や精度を大幅に向上させ、流
量最高感度を2.5×1013分子/sec程度と従来
の約3桁向上させ、また応答速度も数ミリ秒と約2桁向
上させることが可能となり、特に1原子層の単位で薄膜
成長を行わせるための微量のガス流量制御等を行うこと
も可能となる。
[Operation] The present invention pulse-width modulates the flow rate control signal to control the opening and closing of the piezo valve, determines the flow rate based on the length of time the piezo valve is open, and completely eliminates the use of the nonlinear region of the piezo element. By using only the open and closed states, reproducibility and accuracy are greatly improved, the maximum flow rate sensitivity is approximately 2.5 x 1013 molecules/sec, which is approximately 3 orders of magnitude higher than conventional models, and the response speed is also improved. It becomes possible to improve the time by about two orders of magnitude to several milliseconds, and in particular, it becomes possible to perform minute gas flow rate control to grow a thin film in units of one atomic layer.

【0007】[0007]

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図1は本発
明の流量制御装置の一実施例を示す図、図2は図1にお
けるパルス幅変調バルブコントローラの構成を説明する
ためのブロック図、図3は本発明で使用するピエゾバル
ブの構造の例を示す図、図4はパルス幅変調した制御信
号を説明するための図である。図中、1は反応容器、2
は圧力計、3は変換器、4はパルス幅変調バルブコント
ローラ、5,6はピエゾバルブ(PV)、7,8はバッ
ファタンク、9,10は圧力ゲージ、11は水素ガスボ
ンベ、12はヘリウムガスボンベ、13はメタンガスボ
ンベ、14はロータリポンプ、15ー1〜15ー3は減
圧弁、16ー1〜16ー10は開閉バルブ、20は差動
増幅器、21は積分器、22は緩衝増幅器、23は基準
周波数発振器、24は三角波発生器、25は電圧比較器
、26はパルス高調節器、27は高電圧増幅器である。
[Examples] Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the flow rate control device of the present invention, FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the pulse width modulation valve controller in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the structure of the piezo valve used in the present invention. A diagram showing an example, FIG. 4 is a diagram for explaining a pulse width modulated control signal. In the figure, 1 is a reaction container, 2
is a pressure gauge, 3 is a converter, 4 is a pulse width modulation valve controller, 5 and 6 are piezo valves (PV), 7 and 8 are buffer tanks, 9 and 10 are pressure gauges, 11 is a hydrogen gas cylinder, 12 is a helium gas cylinder, 13 is a methane gas cylinder, 14 is a rotary pump, 15-1 to 15-3 are pressure reducing valves, 16-1 to 16-10 are on-off valves, 20 is a differential amplifier, 21 is an integrator, 22 is a buffer amplifier, 23 is a A reference frequency oscillator, 24 a triangular wave generator, 25 a voltage comparator, 26 a pulse height adjuster, and 27 a high voltage amplifier.

【0008】図1において、薄膜形成用の反応容器1に
は、ボンベ11〜13より水素ガス、ヘリウムガス、メ
タンガス等の清浄ガス、原料ガスが減圧弁15ー1〜1
5ー3、開閉バルブ16ー1〜16ー10、バッファタ
ンク7,8等を介し、後述するピエゾバルブ5,6を通
して供給されるとともに、連続的に排気されるようにな
っており、また、配管系はロータリポンプ14で排気さ
れるようになっている。
In FIG. 1, a reaction vessel 1 for forming a thin film is supplied with clean gas such as hydrogen gas, helium gas, methane gas, etc. and raw material gas from cylinders 11 to 13 through pressure reducing valves 15-1 to 1.
5-3, through on-off valves 16-1 to 16-10, buffer tanks 7, 8, etc., it is supplied through piezo valves 5, 6, which will be described later, and is continuously exhausted. The system is evacuated by a rotary pump 14.

【0009】ピエゾバルブは、図3に示すように、ハウ
ジング31に流入口取付けナット34により流路L1に
連通する流入口が設けられるとともに、流出口35が設
けられ、その内部中央には流入口と流出口とを結ぶ中心
線に直角に流路形成部材36が設けられて下部を調整用
ハウジング32で覆うとともに、ハウジング31上部を
カバー33で覆う構造になっている。流路形成部材36
には上端に開口している流路L2,流出口35に連通し
た流路L3が形成されており、バネ37に抗して調整ネ
ジ38で上下位置が調整され、その上端はピエゾ素子3
9に取付けられ、シール40が設けられた座41に当接
しており、ピエゾ素子39の下側には空間Sが設けられ
、空間Sを通して流路L1とL2が連通している。ワイ
ヤ46を通して電圧が印加されるピエゾ素子39はネジ
42で保持部材44に固定された予圧バネに取付けられ
たテフロンボール45で下方へ押圧されている。また、
流入口側にはバネ50でOリングに押しつけられたフィ
ルタ49がが設けられている。
As shown in FIG. 3, the piezo valve is provided with an inlet communicating with the flow path L1 through an inlet mounting nut 34 in a housing 31, and an outlet 35, with an inlet and an outlet at the center of the housing 31. A flow path forming member 36 is provided perpendicularly to the center line connecting the outlet and the lower part thereof is covered with an adjustment housing 32, and the upper part of the housing 31 is covered with a cover 33. Channel forming member 36
is formed with a flow path L2 that is open at the upper end and a flow path L3 that communicates with the outflow port 35, and the vertical position is adjusted with an adjustment screw 38 against the force of a spring 37, and the upper end is connected to the piezo element 3.
A space S is provided below the piezo element 39, and the flow paths L1 and L2 communicate with each other through the space S. A piezo element 39 to which a voltage is applied through a wire 46 is pressed downward by a Teflon ball 45 attached to a preload spring fixed to a holding member 44 with a screw 42. Also,
A filter 49 pressed against an O-ring by a spring 50 is provided on the inlet side.

【0010】このような構造のピエゾバルブ30は、ワ
イヤ46を通して後述するようにパルス幅変調された電
圧が印加されるとピエゾ素子39が変位して座41と流
路形成部材36の上端との間が開閉し、開いたときには
流路L2の上端が空間Sに開口し、その結果、流入口→
フィルタ49→流路L1→空間S→流路L2→流路L3
→流出口35のように流路が形成されてガスが流れ、電
圧が印加されないと座41と流路形成部材36の上端と
の間が接して流路L2が閉じてガスが流れない。こうし
てピエゾ素子への電圧印加のON/OFFにより流量が
制御される。
In the piezo valve 30 having such a structure, when a pulse width modulated voltage is applied through the wire 46 as described later, the piezo element 39 is displaced and the gap between the seat 41 and the upper end of the flow path forming member 36 is opens and closes, and when it opens, the upper end of the flow path L2 opens into the space S, and as a result, the inlet →
Filter 49 → flow path L1 → space S → flow path L2 → flow path L3
→A flow path is formed like the outlet 35 and gas flows therein, and if no voltage is applied, the seat 41 and the upper end of the flow path forming member 36 come into contact and the flow path L2 is closed and gas does not flow. In this way, the flow rate is controlled by turning ON/OFF the voltage application to the piezo element.

【0011】このようなピエゾバルブ5,6の制御は、
図1に示すように圧力計2で検出した反応容器1内の圧
力を変換器3で電気信号に変換し、パルス幅変調バルブ
コントローラ4で検出圧力と設定圧力との差に基づいて
行う。
Control of such piezo valves 5 and 6 is as follows:
As shown in FIG. 1, the pressure inside the reaction vessel 1 detected by the pressure gauge 2 is converted into an electrical signal by the converter 3, and the pulse width modulation valve controller 4 converts the pressure into an electrical signal based on the difference between the detected pressure and the set pressure.

【0012】コントローラ4は、図2に示すような構成
になっている。すなわち、差動増幅器20で圧力検出値
と設定値との差信号が求められ、この差信号が積分器2
1で積分されるとともに、緩衝増幅器22で変調用とし
て電圧レベルを変換され、モニター用にアナログモニタ
ーとしても出力される。一方、基準周波数発信器(10
0Hz)23の出力が三角波発生器24へ加えられ、成
形されて得られた三角波と緩衝増幅器の出力とが電圧比
較器25で比較され、緩衝増幅器の出力の大きさに応じ
た幅を有するパルスが得られ、パルス幅変調が行われる
。そして、パルス高調節器26で一定波高値を有するよ
うに成形され、増幅されてピエゾ素子に印加される。
The controller 4 has a configuration as shown in FIG. That is, the difference signal between the detected pressure value and the set value is obtained by the differential amplifier 20, and this difference signal is sent to the integrator 2.
1, the buffer amplifier 22 converts the voltage level for modulation, and outputs it as an analog monitor for monitoring. On the other hand, the reference frequency oscillator (10
0 Hz) 23 is applied to the triangular wave generator 24, the triangular wave obtained by shaping and the output of the buffer amplifier are compared in the voltage comparator 25, and a pulse having a width corresponding to the magnitude of the output of the buffer amplifier is generated. is obtained and pulse width modulation is performed. Then, it is shaped to have a constant pulse height value by a pulse height adjuster 26, amplified, and applied to the piezo element.

【0013】こうして、反応容器1内の圧力が小さく、
設定値との差圧が大きいときには、図4(a)に示され
るような幅のパルスが図4(b)のように幅が広くなっ
てピエゾバルブの開いている時間が長くなって流量が増
大する。その結果、供給流量が大きくなって反応容器1
内の圧力が増大して設定値との差が小さくなり、設定値
に等しくなった状態で積分器21への入力が0となるの
で積分器の出力信号電圧は維持され、所定量の流量が一
定に供給される。この場合の供給量は、図1のバッファ
タンク7と8とを、例えば1000Torrにしておき
、バルブ16ー9を通してガス供給したときに、バッフ
ァタンク7の減圧(例えば1Torr)したことを差圧
ゲージ9で検出すれば、バッファタンク7の容量が決ま
っている(図ではV1)ので、このとき供給されたガス
分子の総数を求めることができる。したがってバッファ
タンク7と8の差圧を用いて較正し、流量の定量化を行
うことができる。
[0013] In this way, the pressure inside the reaction vessel 1 is small;
When the differential pressure from the set value is large, the pulse width shown in Figure 4(a) becomes wider as shown in Figure 4(b), the time the piezo valve is open becomes longer, and the flow rate increases. do. As a result, the supply flow rate increases and the reaction vessel 1
The internal pressure increases and the difference from the set value becomes smaller, and when it becomes equal to the set value, the input to the integrator 21 becomes 0, so the output signal voltage of the integrator is maintained and the predetermined flow rate is increased. Constant supply. In this case, the supply amount is determined by setting the buffer tanks 7 and 8 in FIG. 9, since the capacity of the buffer tank 7 is determined (V1 in the figure), the total number of gas molecules supplied at this time can be determined. Therefore, the flow rate can be quantified by calibrating using the differential pressure between the buffer tanks 7 and 8.

【0014】図5は、100Hz、55Vのパルスを使
用し、横軸に変調電圧、縦軸に流量(mbar・l/s
ec)をとったときの実験結果示している。図から分か
るように極めて直線性がよく、変調電圧によりガス供給
量を正確に設定できることが分かる。したがって、ピエ
ゾバルブの変調電圧をモニタすることにより供給流量を
知ることができるので、ピエゾバルブ自体が流量検出の
機能を有しており、別途流量センサを設ける必要がない
In FIG. 5, a 100Hz, 55V pulse is used, the horizontal axis represents the modulation voltage, and the vertical axis represents the flow rate (mbar·l/s).
ec) is shown. As can be seen from the figure, the linearity is extremely good, and it can be seen that the gas supply amount can be set accurately by the modulation voltage. Therefore, since the supplied flow rate can be determined by monitoring the modulation voltage of the piezo valve, the piezo valve itself has a function of detecting the flow rate, and there is no need to provide a separate flow sensor.

【0015】また、一定流量でガス供給されている状態
で、反応を開始するとガス分子が消費されるので一定圧
力を保持するために自動的に変調電圧が変化する。上述
のように流量に比例している変調電圧またはデューティ
比をモニタすることによりリアクションレートを推定す
ることが可能である。
[0015] Furthermore, when a reaction is started while gas is being supplied at a constant flow rate, gas molecules are consumed, so the modulation voltage is automatically changed in order to maintain a constant pressure. It is possible to estimate the reaction rate by monitoring the modulation voltage or duty ratio, which is proportional to the flow rate as described above.

【0016】なお、上記実施例では薄膜形成等における
微量なガス供給の場合について説明したが、本発明はガ
ス流量制御に限定されるものではなく、例えば血液のp
Hをモニタするシステム、血液、尿、脳脊髄液などの生
体液中の極微量の生体物質を分離分析するシステム等に
おける液流量制御にも適用可能である。
[0016] In the above embodiment, the case of supplying a small amount of gas in thin film formation etc. was explained, but the present invention is not limited to gas flow rate control.
It can also be applied to liquid flow rate control in systems that monitor H, systems that separate and analyze extremely small amounts of biological substances in biological fluids such as blood, urine, and cerebrospinal fluid.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、以下のよ
うな効果が得られる。■ピエゾバルブの変調電圧をモニ
タすることにより供給流量を知ることができるので、ピ
エゾバルブ自体が流量検出の機能を有しており、別途流
量センサを設ける必要がない。■ピエゾ素子の非線形な
領域を使用せず、完全に開いた状態と閉じた状態のみを
利用することにより、リニアリティを向上させることが
できる。■ピエゾバルブ自体は2msec程度の応答性
を有しているので、システムの他の機器の時定数さえ短
くできれば飛躍的に応答性を上げることができる。■分
子の堆積による発振周波数の変化から堆積膜厚をみる従
来の水晶振動子膜厚計では、0.1Å/sec、すなわ
ち10−1原子層/sec程度、即ち表面被覆率の変化
が10%/sec程度までしか検出できないのに対して
、本発明では10−6mbar・l/sec程度の感度
が得られ、これは2.5×1013分子/secに相当
し、これが仮にスパッタリング装置やCVD装置で10
0cm2 の基板やトターゲットで消費された場合、2
.5×1011分子/sec・cm2 となり、1原子
層が約1015原子/cm2 であるので、10−4原
子層/secの反応率に対応することになり、したがっ
て表面被覆率の変化が0.01%/secまで検出でき
、飛躍的に感度を向上させることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. ■Since the supply flow rate can be determined by monitoring the modulation voltage of the piezo valve, the piezo valve itself has a flow rate detection function, and there is no need to provide a separate flow sensor. ■ Linearity can be improved by not using the nonlinear region of the piezo element and only using the completely open and closed states. ■Since the piezo valve itself has a response of about 2 msec, if the time constants of other devices in the system can be shortened, the response can be dramatically increased. ■With a conventional crystal oscillator film thickness meter, which measures the deposited film thickness from changes in oscillation frequency due to molecular deposition, the rate of change in surface coverage is approximately 0.1 Å/sec, or 10-1 atomic layer/sec, or 10% of the change in surface coverage. In contrast, the present invention achieves a sensitivity of about 10-6 mbar·l/sec, which corresponds to 2.5 x 1013 molecules/sec. So 10
If consumed on a substrate or target of 0 cm2, 2
.. 5 x 1011 molecules/sec cm2, and since one atomic layer is about 1015 atoms/cm2, this corresponds to a reaction rate of 10-4 atomic layers/sec, and therefore the change in surface coverage is 0.01. %/sec, and the sensitivity can be dramatically improved.

【0018】■薄膜作製上、一定流量でガス供給されて
いる状態で、反応によってガス分子が利用されると変調
電圧が変化するので、変調電圧またはデューティ比をモ
ニタすることによりリアクションレートを推定すること
ができる。
[0018] During thin film production, when gas is supplied at a constant flow rate, the modulation voltage changes when gas molecules are used in a reaction, so the reaction rate is estimated by monitoring the modulation voltage or duty ratio. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の流量制御装置の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a flow rate control device of the present invention.

【図2】パルス幅変調バルブコントローラの構成を説明
するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of a pulse width modulation valve controller.

【図3】ピエゾバルブの構造を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of a piezo valve.

【図4】本発明の流量制御を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating flow rate control of the present invention.

【図5】変調電圧と流量の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between modulation voltage and flow rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応容器、2…圧力計、3…変換器、4…パルス幅
変調バルブコントローラ、5,6…ピエゾバルブ(PV
)、7,8…バッファタンク、9,10…圧力ゲージ、
11…水素ガスボンベ、12…ヘリウムガスボンベ、1
3…メタンガスボンベ、20…差動増幅器、21…積分
器、22…緩衝増幅器、23…基準周波数発振器、24
…三角波発生器、25…電圧比較器、26…パルス高調
節器、27…高電圧増幅器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction vessel, 2... Pressure gauge, 3... Transducer, 4... Pulse width modulation valve controller, 5, 6... Piezo valve (PV
), 7, 8... buffer tank, 9, 10... pressure gauge,
11...Hydrogen gas cylinder, 12...Helium gas cylinder, 1
3... Methane gas cylinder, 20... Differential amplifier, 21... Integrator, 22... Buffer amplifier, 23... Reference frequency oscillator, 24
... triangular wave generator, 25 ... voltage comparator, 26 ... pulse height regulator, 27 ... high voltage amplifier.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  印加電圧に応じて機械的歪みを生ずる
ピエゾ素子を用いたピエゾバルブにより流量制御する装
置であって、流量制御信号をパルス幅に変換するパルス
幅変調手段を備え、パルス幅変調した信号によりピエゾ
バルブを開閉制御することを特徴とするピエゾバルブを
用いた流量制御装置。
Claim 1: A device for controlling a flow rate using a piezo valve using a piezo element that generates mechanical distortion according to an applied voltage, comprising a pulse width modulation means for converting a flow control signal into a pulse width, A flow control device using a piezo valve, which controls the opening and closing of the piezo valve using signals.
【請求項2】  請求項1記載の装置において、前記パ
ルス幅変調手段は、流体を容器へ供給したときの容器内
圧力あるいは容器への流体流入量の設定値に対する差信
号に基づいて変調信号を作り出し、この差信号が零にな
るようにパルス幅変調するピエゾバルブを用いた流量制
御装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the pulse width modulation means generates a modulation signal based on a difference signal with respect to a set value of the pressure inside the container or the amount of fluid flowing into the container when fluid is supplied to the container. A flow control device using a piezo valve that generates pulse width and modulates the pulse width so that this difference signal becomes zero.
【請求項3】  請求項1記載の装置において、前記パ
ルス幅変調手段は、連続的に排気されている容器へガス
を供給したときの容器内圧力と設定値との差に基づいて
パルス幅変調するピエゾバルブを用いた流量制御装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the pulse width modulation means modulates the pulse width based on the difference between the internal pressure of the container and a set value when gas is supplied to the container that is continuously evacuated. A flow control device using a piezo valve.
【請求項4】  請求項3記載の装置において、さらに
バッファタンクを備え、ガス供給源からのガスをバッフ
ァタンクを介してピエゾバルブへ供給するようにしたこ
とを特徴とするピエゾバルブを用いた流量制御装置。
4. A flow rate control device using a piezo valve according to claim 3, further comprising a buffer tank, and gas from the gas supply source is supplied to the piezo valve via the buffer tank. .
【請求項5】  請求項4記載の装置において、2つの
バッファタンクを備えるとともに、両バッファタンク内
圧力の差圧を測定する手段を設け、一方のバッファタン
クを通してピエゾバルブへガス供給するようにしたこと
を特徴とするピエゾバルブを用いた流量制御装置。
5. The apparatus according to claim 4, comprising two buffer tanks, and means for measuring the differential pressure between the internal pressures of both buffer tanks, so that gas is supplied to the piezo valve through one of the buffer tanks. A flow control device using a piezo valve featuring the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001513922A (en) * 1997-02-11 2001-09-04 エンジニアリング メジャメンツ カンパニー Micromass flow control device and method

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