JPH07310841A - Flow rate control method for fluid - Google Patents

Flow rate control method for fluid

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JPH07310841A
JPH07310841A JP10553594A JP10553594A JPH07310841A JP H07310841 A JPH07310841 A JP H07310841A JP 10553594 A JP10553594 A JP 10553594A JP 10553594 A JP10553594 A JP 10553594A JP H07310841 A JPH07310841 A JP H07310841A
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JP
Japan
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flow rate
pulse
fluid
signal
valve
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JP10553594A
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Japanese (ja)
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Ryosuke Doi
亮介 土肥
Yukio Minami
幸男 皆見
Kanetsugu Yamamoto
兼嗣 山本
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Fujikin Inc
Original Assignee
Fujikin Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve precision on control of a flow rate and to simplify control of the flow rate by a method wherein a flow rate of feeding fluid is controlled by regulating a pulse input signal applied on the piezoelectric element of a high speed opening and closing type valve from a control device and changing the duty ratio of pulse-form fluid flowing out from a high speed opening closing type valve. CONSTITUTION:In a control device 1, when a flow rate signal S1 is inputted or a set flow rate signal S2 is transmitted from a setter 1b, a pulse signal P1 corresponding to input signals S1 and S2 is inputted to a source device 1c from an oscillator 1a. Meanwhile, a pulse signal O1 corresponding to the pulse signal P1 or a puff signal O2 is inputted to the piezoelectric element drive part of a high speed opening closing type valve 3 from the source device 1c. When a high speed opening and closing type valve 3 is operated, a pulse-form gas flow A1 or a puff-form gas flow A2 is fed to a process chamber 2. In this case, when the pulse signal P1 is changed, a duty ratio (a) between the gas flows A1 and A2 is regulated and in this way, a flow of gas fed to the process chamber 2 is controlled.

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、主として半導体製造装
置等の高精度な流体流量制御を必要とする装置・設備に
利用されるものであり、パルス状の流体流れのパルス幅
やその周波数を調整することにより、所謂ヒステリシス
特性の無い高精度な流体流量の自動制御を可能とした高
速開閉型バルブを用いた流体の流量制御方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is mainly used for a device / equipment such as a semiconductor manufacturing device that requires highly accurate fluid flow rate control, and determines the pulse width and frequency of a pulsed fluid flow. The present invention relates to a fluid flow rate control method using a high-speed on-off type valve that enables automatic control of fluid flow rate with high accuracy without so-called hysteresis characteristics by adjustment.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造装置の拡散炉等に於いては、
図7に示す如く、複数の異なるガスA,B,Cを小流量
つづ同時に若しくは順次切換え乍ら、プロセスチャンバ
ー(拡散炉)Dへ供給する必要があり、前記各ガスA,
B,Cの供給流量は、高速開閉型バルブE1 〜E3 の開
度を調整することにより制御されている。尚、図7に於
いて、F1 〜F3 はボリュームタンク、G1 〜G3 は圧
力調整バルブ、Hは真空ポンプである。
2. Description of the Related Art In a diffusion furnace of semiconductor manufacturing equipment,
As shown in FIG. 7, it is necessary to supply a plurality of different gases A, B, and C to the process chamber (diffusion furnace) D at the same time or sequentially with small flow rates.
The supply flow rates of B and C are controlled by adjusting the opening degrees of the high speed opening / closing valves E 1 to E 3 . In FIG. 7, F 1 to F 3 are volume tanks, G 1 to G 3 are pressure adjusting valves, and H is a vacuum pump.

【0003】ところで、前記図7のガス供給システムに
於いて、より高精度な流量制御を行なうためには、高速
開閉バルブEの作動速度を高めて、パルス状の微小ガス
流A,B,Cの流通制御を可能とする必要がある。即
ち、より高精度な流量制御の達成には、パルス幅が約
20〜100msec、パルス周期が約100〜100
0msec程度のパルス状ガス流が容易に得られ、しか
も前記パルス状ガス流による流量制御特性が所謂ヒス
テリシス現象を呈さないこと、が必要不可欠の条件とな
る。
In the gas supply system shown in FIG. 7, in order to control the flow rate with higher accuracy, the operating speed of the high-speed on-off valve E is increased so that the pulsed minute gas flows A, B, C are generated. It is necessary to enable distribution control of That is, in order to achieve more accurate flow rate control, the pulse width is about 20 to 100 msec and the pulse period is about 100 to 100.
It is an indispensable condition that a pulsed gas flow of about 0 msec can be easily obtained and that the flow rate control characteristic by the pulsed gas flow does not exhibit a so-called hysteresis phenomenon.

【0004】しかし、従前の半導体製造装置等に於いて
は、前記高速開閉型バルブEとして、ダイヤフラム型バ
ルブにエアーシリンダー型アクチエータを組み付けた形
式のエアーシリンダー駆動式ダイヤフラム型流量制御弁
が使用されているため、パルス状作動に追従できる周波
数は、後述する如く1Hz程度までであり、ガス流のパ
ルス幅Wを500msec以下にすることは不可能であ
る。その結果、より高精度な流量制御が達成出来ないと
云う難点がある。
However, in the conventional semiconductor manufacturing apparatus and the like, as the high speed opening / closing type valve E, an air cylinder driven diaphragm type flow control valve of a type in which an air cylinder type actuator is assembled to a diaphragm type valve is used. Therefore, the frequency that can follow the pulsed operation is up to about 1 Hz as described later, and it is impossible to set the pulse width W of the gas flow to 500 msec or less. As a result, there is a drawback in that more accurate flow rate control cannot be achieved.

【0005】また、従前のエアーシリンダ駆動式ダイヤ
フラム型高速開閉型バルブでは、図8に示す如くバルブ
の流量特性にヒステリシス現象が表われることになり、
且つこのヒステリシス現象の発生を避けることは不可能
である。その結果、入力信号の印加方向により、同じ入
力信号値であってもガス流量V 1 ,V2 に差異を生ずる
ことになり、高精度な流量制御が基本的に出来ないと云
う問題がある。
The conventional air cylinder drive type diamond
In the flam type high speed opening / closing type valve, as shown in FIG.
The hysteresis phenomenon will appear in the flow rate characteristics of
And it is impossible to avoid the occurrence of this hysteresis phenomenon.
Is. As a result, the same input is applied depending on the input signal application direction.
Gas flow rate V even with force signal value 1, V2Makes a difference to
Therefore, it cannot be said that highly accurate flow rate control is basically possible.
I have a problem.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前の高速
開閉型バルブを用いた流体の流量制御方法に於ける上述
の如き問題、即ちパルス幅の短かいパルス状の流れを
形成することが不可能であり、より高精度な流量制御が
出来ないこと、及びバルブの流量制御特性にヒステリ
シス現象が表われ、制御精度の向上に限界があること等
の問題を解決せんとするものであり、パルス状ガス流の
デューティ比α(α=パルス状ガス流が流れる時間/パ
ルス状ガス流の周期)を変えることにより、極めて高精
度な制御を可能とした流体の流量制御方法を提供するも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is capable of forming the above-mentioned problem in the conventional flow rate control method using a high-speed on-off type valve, that is, forming a pulsed flow having a short pulse width. It is impossible, and it is not possible to control the flow rate with higher accuracy, and there is a problem that the flow rate control characteristic of the valve shows a hysteresis phenomenon and there is a limit to the improvement of control accuracy. By providing a fluid flow rate control method that enables extremely highly accurate control by changing the duty ratio α of the pulsed gas flow (α = time during which the pulsed gas flow flows / cycle of the pulsed gas flow). is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願発明は、高速開閉型
バルブを通し、流体をパルス状の流れとして供給する流
体供給システムに於いて、前記高速開閉型バルブを圧電
素子によりダイヤフラム弁体を駆動する圧電素子駆動式
ダイヤフラム型バルブとするとと共に、制御装置から前
記高速開閉型バルブの圧電素子駆動部へ加えるパルス入
力信号を調整し、前記高速開閉型バルブより流出するパ
ルス状流体のデューティー比αを変えることにより、供
給する流体の流量を制御することを発明の基本構成とす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a fluid supply system for supplying a fluid as a pulsed flow through a high-speed on-off type valve, wherein the high-speed on-off type valve drives a diaphragm valve body by a piezoelectric element. With the piezoelectric element driving type diaphragm valve, the pulse input signal applied from the control device to the piezoelectric element driving section of the high speed opening / closing valve is adjusted to adjust the duty ratio α of the pulsed fluid flowing out from the high speed opening / closing valve. The basic configuration of the invention is to control the flow rate of the supplied fluid by changing the flow rate.

【0008】[0008]

【作用】制御装置から、所要流量に対応するパルス入力
信号Oが高速開閉型バルブの圧電素子駆動部へ入力され
ることにより、高速開閉型バルブを通して前記パルス入
力信号Oに対応したパルス状ガス流がガス供給対象へ供
給される。制御装置からの前記パルス入力信号Oの周波
数やパルス幅を調整することにより、パルス状ガス流の
周波数やパルス幅が変わり、所謂パルス状ガス流のデユ
ーティー比αが調整される。前記デューティー比αとガ
ス流量との関係は、各パルス状ガス流の形状が同一であ
るためヒステリシスの無い直線状特性となる。また、前
記デューティー比αは、パルス状ガス流の周波数を50
Hz程度まで高めることができるため、細かい範囲に亘
って調整することができる。その結果、より高速度な流
量制御が可能となる。
The pulse input gas O corresponding to the required flow rate is input from the control device to the piezoelectric element driving section of the high speed opening / closing type valve, so that the pulsed gas flow corresponding to the pulse input signal O is passed through the high speed opening / closing type valve. Is supplied to the gas supply target. By adjusting the frequency and pulse width of the pulse input signal O from the controller, the frequency and pulse width of the pulsed gas flow are changed, and the so-called duty ratio α of the pulsed gas flow is adjusted. The relationship between the duty ratio α and the gas flow rate has a linear characteristic without hysteresis because the shape of each pulsed gas flow is the same. The duty ratio α is set so that the frequency of the pulsed gas flow is 50
Since it can be increased up to about Hz, it is possible to adjust in a fine range. As a result, it becomes possible to control the flow rate at a higher speed.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図1は、半導体製造装置のプロセスチャンバー2
へのガス供給システムに本発明の流量制御方法を適用し
た場合を示すものであり、ガス供給対象であるプロセス
チャンバーへ供給するガスAの流れをパルス状A1 (又
はパフA2 )の形状とし、そのデューティー比αを調整
することにより、供給ガスの流量制御を行なうものであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a process chamber 2 of a semiconductor manufacturing apparatus.
FIG. 2 shows a case where the flow rate control method of the present invention is applied to a gas supply system for a gas, and the flow of the gas A to be supplied to the process chamber, which is a gas supply target, is in the form of pulse A 1 (or puff A 2 ). The flow rate of the supply gas is controlled by adjusting the duty ratio α.

【0010】図1に於いて、1は制御装置、2はガス供
給対象であるプロセスチャンバー、3は高速開閉型バル
ブ、4は真空ポンプ、Aは供給ガスである。前記制御装
置1は発振器1a、設定器1b、電源装置1c等より形
成されており、プロセスチャンバー2側から所望の流量
制御信号S1 が入力される。即ち、流量制御信号S1
入力されるか、若しくは設定器1bから設定流量信号S
2 が発信されると、発振器1aから前記入力信号S1
は入力信号S2 に対応するパルス信号P1 (又はパフ信
号P2 )が電源装置1cへ入力され、電源装置1cから
は、前記パルス信号P1 (又はパフ信号P2 )に対応し
たパルス入力信号O1 又はパフ入力信号O2 が、後述す
る高速開閉型バルブ3の圧電素子駆動部へ入力される。
In FIG. 1, 1 is a control device, 2 is a process chamber to which a gas is to be supplied, 3 is a high-speed open / close type valve, 4 is a vacuum pump, and A is a supply gas. The control device 1 includes an oscillator 1a, a setting device 1b, a power supply device 1c, etc., and a desired flow control signal S 1 is input from the process chamber 2 side. That is, the flow rate control signal S 1 is input, or the set flow rate signal S is input from the setter 1b.
2 is transmitted, the pulse signal P 1 (or the puff signal P 2 ) corresponding to the input signal S 1 or the input signal S 2 is input to the power supply device 1c from the oscillator 1a, and the pulse signal is output from the power supply device 1c. The pulse input signal O 1 or the puff input signal O 2 corresponding to the signal P 1 (or the puff signal P 2 ) is input to the piezoelectric element drive unit of the high-speed opening / closing valve 3 described later.

【0011】電源装置1cからパルス入力信号O1 又は
パフ入力信号O2 が高速開閉型バルブ3へ供給され、こ
れによって高速開閉型バルブ3が作動すると、プロセス
チャンバー2へはパルス状のガス流A1 (又はパフ状の
ガス流A2 )が供給される。この時、後述する如く、発
振器1aからのパルス信号P1 (又はパフ信号P2 )を
変えると、パルス状ガス流A1 又はパフ状ガス流A2
デューティー比αが調整され、これによってプロセスチ
ャンバー2への供給ガス流量が制御される。
When the pulse input signal O 1 or the puff input signal O 2 is supplied from the power supply device 1c to the high speed opening / closing type valve 3 and the high speed opening / closing type valve 3 is operated by this, a pulsed gas flow A to the process chamber 2 is generated. 1 (or puffed gas stream A 2 ) is supplied. At this time, as will be described later, when the pulse signal P 1 (or the puff signal P 2 ) from the oscillator 1a is changed, the duty ratio α of the pulsed gas flow A 1 or the puffed gas flow A 2 is adjusted. The supply gas flow rate to the chamber 2 is controlled.

【0012】尚、本発明に於いては、図1のパルス信号
1 やパルス状ガス流A1 のように、一定の幅Wと一定
の高さHを有する信号又はガス流が連続的に繰り返し発
生する場合をパルス状と称呼し、また、図1の信号P2
やガス流A2 のように、一定の幅Wと一定の高さHを有
する信号又はガス流が間欠的に発生する場合を、パフ状
と称呼している。
In the present invention, a signal or gas flow having a constant width W and a constant height H, such as the pulse signal P 1 and the pulsed gas flow A 1 in FIG. 1, is continuously generated. The case of repeated generation is called a pulse shape, and the signal P 2 of FIG.
A case where a signal or a gas flow having a constant width W and a constant height H, such as the gas flow A 2 or the gas flow A 2 , is intermittently generated is called a puff shape.

【0013】また、本発明では、前記パルス状ガス流A
1 のデューティ比αを、α=流体が流れる時間TO /周
期T×100%で定義している。即ち、図1のパルス状
ガス流A1 に於いて、流体が流れる時間TO はパルス状
ガス流A1 のパルス幅Wであり、周期Tは繰り返し周波
数fの逆数である。
In the present invention, the pulsed gas flow A
The duty ratio α of 1 is defined by α = time T O of flowing fluid / period T × 100%. That is, in the pulsed gas flow A 1 of FIG. 1, the time T o during which the fluid flows is the pulse width W of the pulsed gas flow A 1 , and the period T is the reciprocal of the repetition frequency f.

【0014】図2は、本発明の実施に使用する高速開閉
型バルブの一例を示すものである。図2に於いて、5は
弁座を有するバルブボディ、6はダイヤフラム弁体、7
は押えアダプター、8はダイヤフラム押え、9は押えガ
イド、10はボンネットナットである。また、11はダ
イヤフラム押えの上方に配設したピエゾ受け台、12は
ボール、13は圧電素子の保持ケース、14は圧電素子
(ピエゾ素子)、15はロックナット、16は位置決め
ナット、17はボール、18はボール受け、19はケー
ス、20はコネクター、21はケーブルである。
FIG. 2 shows an example of a high-speed on-off type valve used for implementing the present invention. In FIG. 2, 5 is a valve body having a valve seat, 6 is a diaphragm valve body, and 7 is a diaphragm valve body.
Is a presser adapter, 8 is a diaphragm presser, 9 is a presser guide, and 10 is a bonnet nut. Further, 11 is a piezo pedestal disposed above the diaphragm retainer, 12 is a ball, 13 is a piezoelectric element holding case, 14 is a piezoelectric element (piezo element), 15 is a lock nut, 16 is a positioning nut, and 17 is a ball. , 18 is a ball receiver, 19 is a case, 20 is a connector, and 21 is a cable.

【0015】即ち、当該高速開閉型バルブ3は、所謂ダ
イヤフラム弁体6を弁座へ直接に接当させ且つダイヤフ
ラム弁体6の弾性力により複帰させる形式のダイヤフラ
ム弁と、圧電素子型のアクチエータを組み合せた圧電素
子駆動式ダイヤフラム型バルブに構成されており、前記
位置決めナット16の締込み量を変えることにより、ダ
イヤフラム弁体6の作動ストロークが微調整されるよう
になっている。また、当該高速開閉型バルブ3では、圧
電素子14の伸長によりダイヤフラム押え8にかかる下
向きの弁体作動力が、正確に軸芯と一致した方向となる
ように、圧電素子14の上端面とボール受け18及びピ
ェゾ受け台11とダイヤフレム押え8との間に夫々ボー
ル17、ボール18を介挿しており、これによって、ダ
イヤフラム弁体6の作動の安定化が計られている。更
に、当該高速開閉型バルブ3では、温度変化による流量
特性の変動を避けるため、圧電素子の保持ケース13、
位置決めナット16及びロックナット15等の総合的な
熱膨張係数が、ボール受け18、圧電素子14及びピェ
ゾ受け11等の総合熱膨張係数と等しくなるように、前
者の各部材の材料が選定されており、これによって、周
囲温度の変化による流量誤差の発生を防止している。
That is, the high-speed on-off valve 3 has a diaphragm valve of a type in which a so-called diaphragm valve element 6 is directly brought into contact with a valve seat and is caused by elastic force of the diaphragm valve element 6, and a piezoelectric element type actuator. A piezoelectric element drive type diaphragm type valve in which the above is combined, and the operating stroke of the diaphragm valve body 6 is finely adjusted by changing the tightening amount of the positioning nut 16. Further, in the high-speed open / close type valve 3, the downward valve body actuating force exerted on the diaphragm retainer 8 due to the expansion of the piezoelectric element 14 is accurately aligned with the upper axis of the piezoelectric element 14 and the ball. Balls 17 and 18 are inserted between the receiver 18 and the piezo base 11 and the diamond frame retainer 8, respectively, whereby the operation of the diaphragm valve body 6 is stabilized. Further, in the high-speed open / close type valve 3, in order to avoid the fluctuation of the flow rate characteristic due to the temperature change, the holding case 13 of the piezoelectric element,
The materials of the former members are selected so that the overall thermal expansion coefficient of the positioning nut 16, the lock nut 15, etc. becomes equal to the overall thermal expansion coefficient of the ball receiver 18, the piezoelectric element 14, the piezoelectric receiver 11, etc. This prevents the occurrence of a flow rate error due to a change in ambient temperature.

【0016】次に、本発明によるプロセスチャンバー2
への供給ガス流量の制御について説明する。図3は、前
記図1のガス供給システムに於けるパルス入力信号O1
(又はパルス信号P1 )とパルス状ガス流A1 の関係を
示す線図であり、所謂入力ー流量応答特性を示すもので
ある。即ち、当該図3はノーマルオープン型の図2に示
す高速開閉型バルブを用いて、温度20℃、流体N2
ス、一次側圧力0.4kgf/cm2 、二次側圧力0k
gf/cm2 (大気開放)、パルス入力信号O1 の周波
数5Hzの条件下で測定されたものであり、各パルス入
力信号O1 に対して、実質的に同形状のパルス状ガス流
1 が発生していることが判る。
Next, the process chamber 2 according to the present invention
The control of the flow rate of the supply gas to the will be described. FIG. 3 is a pulse input signal O 1 in the gas supply system of FIG.
It is a diagram showing the relationship between (or pulse signal P 1 ) and pulsed gas flow A 1 , and shows so-called input-flow rate response characteristics. That is, FIG. 3 is a normal-open type high-speed on-off type valve shown in FIG. 2, using a temperature of 20 ° C., a fluid N 2 gas, a primary pressure of 0.4 kgf / cm 2 , and a secondary pressure of 0 k.
gf / cm 2 (open to the atmosphere), the pulse input signal O 1 was measured at a frequency of 5 Hz, and the pulsed gas flow A 1 having substantially the same shape for each pulse input signal O 1 . It can be seen that is occurring.

【0017】また、図4は、前記図3の試験に供した高
速開閉型バルブ3の全開→全閉及び全閉→全開の過程に
於ける入力電圧と流量の関係を示す線図であり、パルス
入力信号O1 の周波数10Hz、一次側流体圧力1.0
kgf/cm2 、二次側大気開放、流体N2 ガス、周囲
温度20℃の条件下で測定をしたものである。即ち、図
4の曲線イは、図3に於けるA11に相当する部分の電圧
ー流量特性を、また、曲線ロは、図3に於けるA10に相
当する部分の電圧ー流量特性を夫々示すものである。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the flow rate in the process of fully opening → fully closing and fully closing → fully opening the high speed on-off type valve 3 used in the test of FIG. Pulse input signal O 1 frequency 10 Hz, primary side fluid pressure 1.0
It is measured under the conditions of kgf / cm 2 , opening to the atmosphere on the secondary side, fluid N 2 gas, and ambient temperature of 20 ° C. That is, the curve a in FIG. 4 shows the voltage-flow rate characteristic of the portion corresponding to A 11 in FIG. 3, and the curve b shows the voltage-flow rate characteristic of the portion corresponding to A 10 in FIG. They are shown respectively.

【0018】ところで、本発明の高速開閉型バルブ3に
於いては、図3に示す如くパルス入力信号O1 又はパル
ス信号P1 の形状が同一であれば、常に同一形状のパル
ス状ガス流A1 が得られる。また、一個のパルス状ガス
流A1 には、図4の曲線イ及び曲線ロに示すように流量
特性の異なる部分が夫々含まれるが、これらイ及びロで
表わされる1対の異なる流量特性部分は、夫々のパルス
状ガス流A1 の中に常に等しく含まれている。従って、
各パルス入力信号O1 又は入力信号P1 のパルス幅Wを
変化するか、若しくは各パルス入力信号O1 又は入力信
号P1 の周波数を変えることによって前記デューティー
比αを変えた場合のαー流量特性は、図5の様な形状と
なり、所謂直線状特性となる。
By the way, in the high-speed on-off valve 3 of the present invention, if the pulse input signal O 1 or the pulse signal P 1 has the same shape as shown in FIG. You get 1 . Further, one pulse-shaped gas flow A 1 includes portions having different flow rate characteristics as shown by curves a and b in FIG. 4, respectively. However, a pair of different flow rate characteristic portions represented by a and b are included. Are always equally included in each pulsed gas stream A 1 . Therefore,
Α over the flow rate when changing the duty ratio α by varying the pulse input signal O 1 or varying the pulse width W of the input signals P 1, or the frequency of the pulse input signal O 1 or the input signal P 1 The characteristic has a shape as shown in FIG. 5, which is a so-called linear characteristic.

【0019】即ち、図5に於いて、実線部分はデューテ
ィー比αを0→100%とした場合を、また点線部分は
前記αを100→0%とした場合を表わしており、両者
は実質的に重なった状態となる。換言すれば、デューテ
ィー比αと流量との関係は、直線状で且つヒステリシス
の無い曲線となり、その結果、αを調整することにより
極めて高精度な流量制御が可能となる。尚、図5のα−
流量特性曲線は、前記図4と同じ条件下で試験した場合
のものである。
That is, in FIG. 5, the solid line portion shows the case where the duty ratio α is 0 → 100%, and the dotted line portion shows the case where the above α is 100 → 0%. It will be in a state of overlapping. In other words, the relationship between the duty ratio α and the flow rate is a linear curve without hysteresis, and as a result, the flow rate can be controlled with extremely high accuracy by adjusting α. In addition, α- in FIG.
The flow rate characteristic curve is the one when tested under the same conditions as in FIG.

【0020】図6は、従来のエアーシリンダー駆動式ダ
イヤフラム型の高速開閉型バルブと、本発明で使用する
圧電素子駆動式ダイヤフラム型の高速開閉バルブの周波
数と流量比の関係を示すものであり、曲線Rは前者の、
また、曲線Jは後者の特性を夫々示すものである。即
ち、高速開閉型弁を作動せしめてパルス状流体A1 を流
通せしめた場合、パルス入力信号O1 の周波数が増加す
るとアクチエータの作動やダイヤフラム弁体の作動が信
号周波数に追従し得なくなり、流量比(実測流量値/理
論計算流量値)が増大して行く。例えば、前者では、パ
ルス入力信号O1 の周波数が1Hzを越えれば、流量比
が増大して弁のパルス状作動が追従しなくなるのに対
し、後者では、周波数が50Hz程度まで流量比が一定
値を示し、弁がパルス状作動に追従していることが判
る。
FIG. 6 shows the relationship between the frequency and the flow rate ratio of the conventional air cylinder drive type diaphragm type high speed opening / closing valve and the piezoelectric element drive type diaphragm type high speed opening / closing valve used in the present invention. Curve R is the former,
Curves J respectively show the latter characteristics. That is, when the pulse fluid A 1 is circulated by operating the high-speed on-off valve, when the frequency of the pulse input signal O 1 increases, the actuation of the actuator and the operation of the diaphragm valve body cannot follow the signal frequency, and the flow rate is increased. The ratio (measured flow rate value / theoretical calculated flow rate value) increases. For example, in the former case, if the frequency of the pulse input signal O 1 exceeds 1 Hz, the flow rate ratio increases and the pulse-like operation of the valve does not follow, whereas in the latter case, the flow rate ratio reaches a constant value up to about 50 Hz. It can be seen that the valve follows pulsed actuation.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明に於いては、高速開閉型バルブと
して圧電素子駆動式ダイヤフラム型バルブを使用し、制
御装置からパルス状の入力信号を圧電素子へ印加するこ
とにより、圧電素子の高速で且つ大きな駆動力を利用し
てダイヤフラム弁体を開閉駆動する構成としている。そ
のため、高速開閉型バルブの作動性能が高まり、約50
Hz程度までの高速作動に追従することが可能となり、
パルス状ガス流の周波数を高めることにより、パルス幅
が小さくしかも波形に乱れのないパルス状ガス流を容易
に得ることができる。また、高速開閉型バルブを通して
流れる各パルス状ガス流は常に一定の形状を保ってお
り、且つ一つのパルス状ガス流には、ガス流の立上り部
と立下り部とが常に対として含まれている。そのため、
パルス状ガス流のデューティー比とガス流量との関係は
ヒステリシスの無い直線状の関係となる。その結果、高
速開閉型バルブの圧電式駆動部へのパルス入力信号のパ
ルス幅や周期を変えてパルス状ガス流のデューティー比
αを調整することにより、パルス状ガス流の総合である
ガス流量を極めて高精度で制御することが可能となる。
また、従前のエアー駆動式高速開閉型弁を使用した場合
に比較して、開閉作動時の振動音等が皆無になると共
に、空気配管も不要になり、前記流量制御性以外の部分
に於いても優れた実用的効用を有している。上述の如
く、本発明は、パルス状ガス流の供給や短時間のパフ状
ガス流の供給を必要とする半導体製造装置のガス供給シ
ステム等に於いても、特に優れた効用を奏するものであ
る。
According to the present invention, a piezoelectric element driving type diaphragm type valve is used as a high speed opening / closing type valve, and a pulse-shaped input signal is applied to the piezoelectric element from the control device so that the piezoelectric element can operate at high speed. Moreover, the diaphragm valve element is opened and closed by using a large driving force. Therefore, the operating performance of the high-speed on-off type valve is improved,
It becomes possible to follow high-speed operation up to about Hz,
By increasing the frequency of the pulsed gas flow, it is possible to easily obtain a pulsed gas flow having a small pulse width and no disturbance in the waveform. Further, each pulsed gas flow flowing through the high-speed on-off type valve always maintains a constant shape, and one pulsed gas flow always includes a rising part and a falling part of the gas flow as a pair. There is. for that reason,
The relationship between the duty ratio of the pulsed gas flow and the gas flow rate is a linear relationship without hysteresis. As a result, by adjusting the duty ratio α of the pulsed gas flow by changing the pulse width and period of the pulse input signal to the piezoelectric drive unit of the high-speed on-off valve, the gas flow rate, which is the total of the pulsed gas flow, can be adjusted. It becomes possible to control with extremely high precision.
Further, compared to the case of using a conventional air-driven high-speed opening / closing type valve, vibration noise during opening / closing operation is completely eliminated, and air piping is not required. Also has excellent practical utility. As described above, the present invention exerts a particularly excellent effect even in a gas supply system of a semiconductor manufacturing apparatus that requires the supply of a pulsed gas flow or the supply of a puffed gas flow for a short time. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る流体の流量制御方法を適用したガ
ス供給システムの系統図を示すものである。
FIG. 1 is a system diagram of a gas supply system to which a fluid flow rate control method according to the present invention is applied.

【図2】本発明で使用する高速開閉型バルブの縦断面図
である。
FIG. 2 is a vertical sectional view of a high-speed on-off type valve used in the present invention.

【図3】パルス入力信号とパルス状ガス流の関係を示す
線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a pulse input signal and a pulsed gas flow.

【図4】本発明で使用する高速開閉型バルブの入力電圧
と流量の関係を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the flow rate of the high-speed on-off type valve used in the present invention.

【図5】本発明で使用する高速開閉型バルブのデューテ
ィー比αと流量との関係線図である。
FIG. 5 is a relationship diagram of the duty ratio α and the flow rate of the high-speed on-off type valve used in the present invention.

【図6】従前のエアーシリンダー駆動式ダイヤフラム型
高速開閉弁と本発明の圧電素子駆動式ダイヤフラム型高
速開閉型との周波数ー流量比特性を示すものである。
FIG. 6 shows a frequency-flow rate ratio characteristic of a conventional air cylinder drive type diaphragm type high speed opening / closing valve and a piezoelectric element drive type diaphragm type high speed opening / closing type of the present invention.

【図7】従前のエアーシリンダー駆動式ダイヤフラム型
高速開閉弁を用いたガス供給システムの一例を示すもの
である。
FIG. 7 shows an example of a gas supply system using a conventional air cylinder drive type diaphragm type high speed on-off valve.

【図8】従前のエアーシリンダー駆動式ダイヤフラム型
高速開閉弁の流量特性を示すものである。
FIG. 8 shows flow rate characteristics of a conventional air cylinder drive type diaphragm type high speed on-off valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Aはガス、A1 はパルス状ガス流、A2 はパフ状ガス
流、αはデューティー比、S1 は流量制御信号、S2
設定流量信号、P1 はパルス信号、O1 はパルス入力信
号、P2 はパフ信号、O2 はパフ入力信号、1は制御装
置、1aは発振器、1bは設定器、1cは電源装置、2
はガス供給対象(プロセスチャンバー)、3は高速開閉
型バルブ、4は真空ポンプ、5はバルブボディー、6は
ダイヤフラム弁体、7は押えアダプター、8はダイヤフ
ラム押え、9は押えガイド、10はボンネットナット、
11はピエゾ受台、12はボール、13は圧電素子の保
持ケース、14は圧電素子、15はロックナット、16
は位置決めナット、17はボール、18はボール受け、
19はケース、20はコネクター、21はケーブル。
A is gas, A 1 is pulsed gas flow, A 2 is puffed gas flow, α is duty ratio, S 1 is flow control signal, S 2 is set flow signal, P 1 is pulse signal, O 1 is pulse input Signal, P 2 is a puff signal, O 2 is a puff input signal, 1 is a control device, 1 a is an oscillator, 1 b is a setting device, 1 c is a power supply device, 2
Is a gas supply target (process chamber), 3 is a high-speed open / close type valve, 4 is a vacuum pump, 5 is a valve body, 6 is a diaphragm valve body, 7 is a presser adapter, 8 is a diaphragm presser, 9 is a presser guide, and 10 is a bonnet. nut,
11 is a piezo pedestal, 12 is a ball, 13 is a piezoelectric element holding case, 14 is a piezoelectric element, 15 is a lock nut, 16
Is a positioning nut, 17 is a ball, 18 is a ball receiver,
19 is a case, 20 is a connector, and 21 is a cable.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高速開閉型バルブを通し、流体をパルス
状の流れとして供給する流体供給システムに於いて、前
記高速開閉型バルブを圧電素子によりダイヤフラム弁体
を駆動する圧電素子駆動式ダイヤフラム型バルブとする
と共に、制御装置から前記高速開閉型バルブの圧電素子
駆動部へ加えるパルス入力信号を調整し、前記高速開閉
型バルブより流出するパルス状流体のデューティー比α
を変えることにより、供給する流体の流量を制御するこ
とを特徴とする流体の流量制御方法。
1. A fluid supply system for supplying a fluid as a pulsed flow through a high-speed on-off type valve, wherein the high-speed on-off type valve drives a diaphragm valve body by a piezoelectric element. In addition, the pulse input signal applied from the control device to the piezoelectric element driving unit of the high-speed opening / closing valve is adjusted, and the duty ratio α of the pulsed fluid flowing out from the high-speed opening / closing valve is adjusted.
A flow rate control method for a fluid, wherein the flow rate of the fluid to be supplied is controlled by changing the flow rate.
【請求項2】 パルス入力信号の周期Tを変えることに
より、パルス状流体のデューティー比αを変えるように
した請求項1に記載の流体の流量制御方法。
2. The fluid flow control method according to claim 1, wherein the duty ratio α of the pulsed fluid is changed by changing the period T of the pulse input signal.
【請求項3】 パルス入力信号のパルス幅Wを変えるこ
とにより、パルス状流体のデューティー比αを変えるよ
うにした請求項1に記載の流体の流量制御方法。
3. The fluid flow rate control method according to claim 1, wherein the duty ratio α of the pulsed fluid is changed by changing the pulse width W of the pulse input signal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11280932A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Taiheiyo Cement Corp Drive device
JP2013134166A (en) * 2011-12-27 2013-07-08 Horiba Ltd Simulation gas supply apparatus
WO2019230029A1 (en) * 2018-05-28 2019-12-05 株式会社島津製作所 Pulsed gas valve inspection device

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