KR20220047806A - 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 - Google Patents
유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220047806A KR20220047806A KR1020227007936A KR20227007936A KR20220047806A KR 20220047806 A KR20220047806 A KR 20220047806A KR 1020227007936 A KR1020227007936 A KR 1020227007936A KR 20227007936 A KR20227007936 A KR 20227007936A KR 20220047806 A KR20220047806 A KR 20220047806A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- flow control
- valve
- flow rate
- flow
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 32
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
- G05D7/0641—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means
- G05D7/0647—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged in series
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/4485—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Flow Control (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Abstract
유량 제어 장치(100)는 밸브체(8a)와, 밸브체를 이동시키기 위한 압전 소자(8b)를 갖는 유량 제어 밸브(8)와, 유량 제어 밸브(8)의 동작을 제어하는 제어 회로(9)를 구비하고, 제어 회로(9)는 펄스적인 유체 공급을 행하기 위해서 펄스적인 유량 설정 신호가 주어졌을 때, 압전 소자의 목표 변위에 대응하는 목표 전압(V0)을 초과하는 전압(V1)을 일단 인가하고 나서 목표 전압에 가까워지도록 해서 압전 소자에의 인가 전압을 오픈 루프 제어하도록 구성되어 있다.
Description
본 발명은 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법에 관한 것이고, 특히 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 등에 있어서 이용되는 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치나 화학 플랜트에 있어서, 재료 가스나 에칭 가스의 유량을 제어하기 위해서 여러가지의 타입의 유량계나 유량 제어 장치가 사용되고 있다. 이 중에서 압력식 유량 제어 장치는 컨트롤 밸브와 스로틀부(예를 들면 오리피스 플레이트나 임계 노즐)를 조합한 비교적 간단한 기구에 의해 각종 유체의 질량 유량을 고정밀도로 제어할 수 있으므로 널리 이용되고 있다.
압력식 유량 제어 장치에는 스로틀부의 상류측의 유체 압력(이하, 상류 압력(P1)이라고 부르는 경우가 있음)을 제어함으로써, 스로틀부의 하류측에 흐르는 유체의 유량을 제어하는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 및 2). 상류 압력(P1)은 스로틀부의 상류측에 배치된 컨트롤 밸브를 압력 센서를 사용하여 피드백 제어함으로써 제어된다.
압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브로서는 피에조 액추에이터에 의해 다이어프램 밸브체를 개폐시키도록 구성된 피에조 소자 구동식 밸브(이하, 피에조 밸브라고 부르는 경우가 있음)가 사용되고 있다. 피에조 밸브는, 예를 들면 특허문헌 3에 상세가 개시되어 있으며, 비교적 고속의 동작이 가능하다.
피에조 밸브는 피에조 소자를 사용하여 구성되어 있지만, 피에조 소자를 구동할 때에는 크리프 현상이 발생하는 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 4). 크리프 현상이란, 피에조 소자에 인가되는 구동 전압이 인가 후에 일정하게 유지되어 있을 때에도 피에조 소자의 쌍극자의 재배향에 의해 시간과 함께 변위가 조금씩 증가 또는 계속 감소하는 현상이다.
피에조 밸브를 구비한 유량 제어 장치에서는 크리프 현상의 발생에 의해 설정 밸브 개방도로의 이행의 지연에 의한 유량 응답성의 저하나, 완전 폐쇄될 때까지의 지연에 의한 리크의 발생 등의 문제가 생길 수 있다. 또한, 리크의 발생을 방지하기 위해서 탄성 부재의 바이어싱력을 강화하여 밸브체의 밸브 시트에의 압박력을 증가시키는 등의 조치를 취하는 것도 고려된다. 그러나, 이 경우에는 밸브의 최대 리프트량이 저하하고, 제어할 수 있는 유량 범위가 좁아질 우려나, 강한 압박력에 의해 밸브 시트나 밸브체에 큰 부하가 가해져 장기간 개폐를 반복했을 시에 파손될 우려가 있다.
크리프 현상은 피에조 소자의 변위를 측정하는 변위 센서를 설치하여 변위 센서의 출력에 의거하여 구동 전압을 피드백 제어함으로써 용이하게 보정할 수 있다. 본원 출원인은 특허문헌 5 및 특허문헌 6에 있어서, 피에조 소자에 고정한 변형 게이지를 변위 센서로서 사용하여 피에조 액추에이터의 변위를 측정하도록 구성한 유량 제어 장치를 개시하고 있다.
변형 게이지를 사용하여 피에조 소자의 변위를 직접적으로 측정하도록 하면 구동 전압을 참조하는 경우에 비해 보다 정확하게 밸브 개방도를 알 수 있고, 또한 밸브 개방도를 보다 정밀하게 조정할 수 있다. 따라서, 구동 전압의 계속적인 조정에 의해 크리프 현상을 억제하고, 밸브 개방도를 일정 개방도로 유지하는 것이 가능하다.
또한, 변위 센서를 갖는 피에조 밸브는 높은 응답성을 갖고 있으며, 특허문헌 5에 기재되어 있는 바와 같이 고속 서보식의 제어 밸브로서 이용할 수 있다. 또한, 특허문헌 6에 기재되어 있는 바와 같이 변위 센서를 갖는 유량 제어용의 피에조 밸브의 상류측에 압력 제어용의 다른 피에조 밸브를 설치함으로써 유량 제어 장치를 구성할 수도 있다. 이 구성에 있어서는 압력 제어용 밸브를 사용하여 상류 압력을 제어함과 아울러 변위 센서의 출력에 의거하여 유량 제어용 밸브를 피드백 제어함으로써 넓은 유량 범위에 걸쳐 응답성 높게 유량 제어를 행할 수 있다.
변위 센서를 갖는 피에조 밸브는 압력 센서의 출력에 의거하여 피드백 제어되는 종래의 압력식 유량 제어 장치의 컨트롤 밸브에 비해서도 개폐의 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 훨씬 높은 응답성을 갖고 있으므로 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스나 ALE(Atomic Layer Etching) 프로세스 등의 고속의(주기가 매우 짧은) 펄스 제어 신호가 주어지는 용도에 있어서 소망의 유량으로 가스를 펄스적으로 공급하기 위해서 적합하게 사용된다.
그러나, 요즘의 대유량화가 진행되는 유량 제어 장치에서는 ALD 프로세스 등에 있어서도 요구되는 밸브체의 이동량 또는 피에조 소자의 변위량이 커지고 있으며, 이 경우에 피에조 소자에 고정한 변형 게이지로는 변위가 정확하게 측정할 수 없을 우려가 있었다. 또한, 변위량의 측정을 위해 피에조 밸브에 변위 센서를 장착하려고 하면 장치의 비대화나 비용의 증가를 초래한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 피에조 소자의 변위 센서를 설치하는 일 없이 소망의 유량으로의 고속의 펄스적인 가스 공급을 적절히 행할 수 있는 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법을 제공하는 것을 그 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 장치는 밸브체 및 상기 밸브체를 이동시키기 위한 압전 소자를 갖는 유량 제어 밸브와, 상기 유량 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 제어 회로는 펄스적인 유체 공급을 행하기 위해서, 펄스적인 유량 설정 신호가 주어졌을 때, 상기 압전 소자의 목표 변위에 대응하는 목표 전압을 초과하는 전압을 일단 인가하고 나서 상기 목표 전압에 가까워지도록 해서 상기 압전 소자에의 인가 전압을 오픈 루프 제어하도록 구성되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 유량 설정 신호가 나타내는 목표 유량에 따라 상기 압전 소자에의 인가 전압의 제어 함수를 변경하도록 구성되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 펄스적인 유량 설정 신호가 1Hz 이상 100Hz 이하의 주파수를 갖는 연속 주기 신호이다.
어느 실시형태에 있어서, 유량 제어 장치는 상기 유량 제어 밸브의 상류측에 설치된 압력 제어 밸브와, 상기 압력 제어 밸브의 하류측 또한 상기 유량 제어 밸브의 상류측의 압력을 측정하는 압력 센서와, 개방도가 고정된 스로틀부를 더 구비하고, 연속적인 흐름의 제어를 행할 때에는 상기 개방도가 고정된 스로틀부를 사용해서 상기 압력 센서의 출력에 의거하여 유량 제어를 행하고, 펄스적인 흐름의 제어를 행할 때에는 상기 유량 제어 밸브를 개방도 변경가능한 스로틀부로서 사용해서 유량 제어를 행하도록 구성되어 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 방법은 밸브체와 상기 밸브체를 이동시키기 위한 압전 소자를 갖는 유량 제어 밸브를 구비하는 유량 제어 장치에 있어서 행해지고, 펄스적인 유체 공급을 행하기 위한 펄스적인 유량 설정 신호를 받는 스텝과, 상기 펄스적인 유량 설정 신호를 받았을 때에 상기 압전 소자에 인가하는 전압을 결정하는 내부 지령 신호를 상기 유량 설정 신호에 의거하여 생성하는 스텝과, 상기 생성된 내부 지령 신호에 의거하여 상기 압전 소자에 전압을 인가하는 스텝을 포함하고, 상기 내부 지령 신호는 상기 압전 소자의 목표 변위에 대응하는 목표 전압을 초과하는 전압을 일단 인가하고 나서 상기 목표 전압에 가까워지는 신호로서 생성되고, 상기 압전 소자에의 인가 전압은 오픈 루프 제어된다.
본 발명의 실시형태에 의하면 펄스 유량 제어를 적절하게 행할 수 있는 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법이 제공된다.
도 1은 펄스 유량 제어에 있어서의 유량 설정 신호와 실제의 피에조 변위를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 예시적인 유량 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 보정 없는 설정 신호를 사용했을 경우의 피에조 변위의 출력, (b)는 보정한 설정 신호를 사용했을 경우의 피에조 변위의 출력을 나타낸다.
도 4는 외부 입력 신호와, 외부 입력 신호에 의거하여 생성된 크리프 현상 억제를 위한 내부 지령 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5는 설정 신호, 피에조 소자에 인가되는 피에조 구동 전압, 및 밸브 변위를 나타내는 그래프이며, (a)는 보정 처리한 내부 지령 신호를 생성하지 않고 밸브 구동했을 경우, (b)는 보정 처리한 내부 지령 신호를 사용하여 밸브 구동했을 경우를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 예시적인 유량 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 보정 없는 설정 신호를 사용했을 경우의 피에조 변위의 출력, (b)는 보정한 설정 신호를 사용했을 경우의 피에조 변위의 출력을 나타낸다.
도 4는 외부 입력 신호와, 외부 입력 신호에 의거하여 생성된 크리프 현상 억제를 위한 내부 지령 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5는 설정 신호, 피에조 소자에 인가되는 피에조 구동 전압, 및 밸브 변위를 나타내는 그래프이며, (a)는 보정 처리한 내부 지령 신호를 생성하지 않고 밸브 구동했을 경우, (b)는 보정 처리한 내부 지령 신호를 사용하여 밸브 구동했을 경우를 나타낸다.
우선, 본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 장치의 개요에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이 종래, 변위 센서의 출력에 의거하여 개방도를 조절하도록 구성된 피에조 밸브가 알려져 있고, 이러한 피에조 밸브는 응답성이 매우 높으므로 펄스 유량 제어를 행하기 위해서 적합하게 사용되고 있다. 단, 대유량화에의 대응 등을 위해서는 변위 센서를 사용하는 일 없이 피에조 밸브에 의해 펄스 유량 제어를 행할 수 있으면 유리하다.
이렇게 변위 센서를 사용하지 않는 경우, 피드백 제어에 의한 개방도 조정은 할 수 없으므로 설정 신호에 의거하여 오픈 루프 제어(피드포워드 제어)로 밸브 개방도 제어를 행하는 것이 상정된다. 그리고, 이 경우에는 실제의 피에조 변위를 측정하는 수단이 없으므로 크리프 현상을 억제하는 것은 곤란하다고 생각된다. 그래서, 본원 발명자는, 예를 들면 10Hz 정도의 연속 주기 신호에 의한 펄스 유량 제어를 행하는 경우에도 유의한 크리프 현상이 생겨서 유량 제어에 악영향을 미치는지의 여부에 대해 예의 검토를 행했다.
또한, 펄스 유량 제어가 아니라 연속적인 흐름의 유량 제어를 행할 때에는 종래의 압력식 유량 제어 장치와 같이 스로틀부 상류측의 상류 압력(P1)의 측정 결과에 의거하는 컨트롤 밸브의 피드백 제어를 행하면 좋다. 컨트롤 밸브의 개방도 조정에 의한 상류 압력(P1)의 제어에 의해 유량 제어를 행하는 경우, 변위 센서를 사용하여 실제의 밸브 개방도를 측정할 필요는 없고, 또한 크리프 현상에 대해서도 고려할 필요는 없다.
도 1은 본 발명자의 실험에 의해 얻어진 12.5Hz에서 펄스적으로 유량 설정 신호(SF)가 주어졌을 때의 밸브 변위(SV)를 나타내는 그래프이다. 피에조 구동 전압은 0V와 140V를 번갈아 반복하고 있다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 12.5Hz라는 고주파 구동을 행했을 때에도 크리프 현상 때문에 실제의 밸브 변위는 상승 시에는 일단 급상승한 후에 완만하게 계속 증가하고, 하강 시에는 급강하한 후에 완만하게 계속 감소한다. 특히, 하강 직후에 있어서 개방도는 2∼3%로까지밖에 저하하지 않고, 그 후 서서히 0%에 가까워지고 있으며, 리크가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이러한 크리프 현상이 생기는 경우, 특히 ALD 프로세스에서 요구되는 펄스 유량 제어에 있어서는 유량 제어가 부적절한 것이 될 수 있다. 이것은 ALD 프로세스에서는 가스 유량뿐만 아니라 공급되는 가스의 체적(적분 유량)도 중요하며, 크리프 현상을 남긴 채로의 가스 공급에서는 가스 유량 및 가스 체적의 쌍방에 있어서 오차가 증대하여 프로세스에 문제가 발생할 우려가 있기 때문이다.
이상의 고찰에 의거하여 본원 발명자는 고주파의 펄스적인 설정 신호에 의거하여 유량 제어를 행할 때에도 피에조 밸브의 크리프 현상을 억제하는 것이 매우 중요한 것을 인식했다. 그리고, 고정밀도의 유량 제어 장치에 필요로 생각되고 있었던 피드백 제어를 사용하지 않아도 피에조 소자에 인가하는 전압을 적절히 제어하면 크리프 현상을 억제하면서 펄스 유량 제어를 적절히 실행할 수 있는 것을 발견했다. 또한, 크리프 현상의 특성 자체는 다수회의 개폐 동작을 행해도 그다지 변화되지 않는 것을 알 수 있고, 따라서 오픈 루프 제어에 의한 구동이어도 장기에 걸쳐 크리프 현상을 억제할 수 있고, 펄스 유량 제어를 장기간에 걸쳐 적절히 실행할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 장치(100)의 구성을 나타낸다. 유량 제어 장치(100)는 가스(G0)의 유입측의 유로(1)에 설치된 압력 제어 밸브(6)와, 압력 제어 밸브(6)의 하류측에 설치된 유량 제어 밸브(8)와, 압력 제어 밸브(6)의 하류측 또한 유량 제어 밸브(8)의 상류측의 압력(P1)을 검출하는 제 1(또는 상류) 압력 센서(3)와, 압력 제어 밸브(6)의 하류측에 배치된 스로틀부(2)를 구비하고 있다. 유량 제어 장치(100)에 공급되는 가스(G0)는 재료 가스, 에칭 가스 또는 캐리어 가스 등 반도체 제조 프로세스에 사용되는 여러가지의 가스이어도 좋다.
본 실시형태에서는 스로틀부(2)는 유량 제어 밸브(8)의 상류측에 배치된 오리피스 플레이트에 의해 구성되어 있다. 오리피스 플레이트는 오리피스의 면적이 고정되어 있으므로, 개방도가 고정된 스로틀부로서 기능한다. 다른 양태에 있어서, 스로틀부(2)는 유량 제어 밸브(8)의 근방이면 유량 제어 밸브(8)의 하류측에 배치되어 있어도 좋다.
본 명세서에 있어서, 「스로틀부」란, 유로의 단면적을 전후의 유로 단면적보다 작게 제한한 부분이며, 예를 들면 오리피스 플레이트나 임계 노즐, 음속 노즐등을 사용하여 구성되지만, 다른 것을 사용하여 구성할 수도 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 스로틀부에는 밸브의 밸브 시트와 밸브체의 거리를 개방도로 하는 가변 오리피스로 본 밸브 구조도 포함된다. 이러한 밸브 구조는 개방도가 가변인 스로틀부로서 기능한다.
유량 제어 장치(100)는 또한 유량 제어 밸브(8)의 하류측의 하류 압력(P2)을 측정하는 제 2(또는 하류) 압력 센서(4)와, 압력 제어 밸브(6)의 상류측의 공급 압력(P0)을 검출하는 유입 압력 센서(5)를 구비하고 있다. 공급 압력(P0)은 가스 공급 장치(예를 들면 원료 기화기나 가스 공급원 등)로부터의 가스 공급량이나 가스 공급압을 제어하기 위해서 이용되고, 하류 압력(P2)은 후술하는 비임계 팽창 조건 하에서의 유량 측정을 위해 사용된다. 단, 다른 양태에 있어서, 유량 제어 장치는 제 2 압력 센서(4) 및 유입 압력 센서(5)를 구비하고 있지 않아도 좋다.
유량 제어 밸브(8)의 하류측은 하류 밸브(도시하지 않음)를 통해 반도체 제조 장치의 프로세스 챔버에 접속되어 있다. 프로세스 챔버에는 진공 펌프가 접속되어 있고, 전형적으로는 프로세스 챔버의 내부가 진공 배기된 상태에서 유량 제어 장치(100)에 의해 유량 제어된 가스(G1)가 프로세스 챔버에 공급된다. 하류 밸브로서는, 예를 들면 압축 공기에 의해 개폐 동작이 제어되는 공지의 공기 구동 밸브(Air Operated Valve)나 전자 밸브 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 유량 제어 밸브(8)는 밸브 시트에 접촉 및 이격되도록 배치된 다이어프램의 밸브체(8a)와, 밸브체(8a)를 이동시키기 위한 압전 소자(8b)를 포함하는 피에조 액추에이터를 구비하는 피에조 밸브에 의해 구성되어 있다. 피에조 액추에이터로서는, 예를 들면 NTK CERATEC CO., LTD. 등으로부터 판매되고 있는 것을 이용할 수 있다. 피에조 액추에이터는 통체에 수용되어 스택된 복수의 압전 소자에 의해 구성되어 있어도 좋고, 통체에 수용된 단일의 압전 소자에 의해 구성되어 있어도 좋다. 마찬가지로, 압력 제어 밸브(6)로서도 피에조 밸브가 적합하게 사용된다.
유량 제어 장치(100)는 제 1 압력 센서(3)의 출력에 의거하여 압력 제어 밸브(6)의 개폐 동작을 제어하는 제 1 제어 회로(7)를 구비하고 있다. 제 1 제어 회로(7)는 외부로부터 받은 설정 압력과 제 1 압력 센서(3)의 출력인 상류 압력(P1)의 차가 제로가 되도록 압력 제어 밸브(6)를 피드백 제어하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 압력 제어 밸브(6)의 하류측의 상류 압력(P1)을 설정값으로 유지하는 것이 가능하다.
또한, 유량 제어 장치(100)는 유량 제어 밸브(8)를 제어하는 제 2 제어 회로(9)를 갖고 있다. 또한, 도 2에는 제 1 제어 회로(7)와 제 2 제어 회로(9)가 별개로 설치된 양태가 나타내어져 있지만, 이들은 일체적으로 설치되어 있어도 좋은 것은 말할 것도 없다.
제 1 제어 회로(7) 및 제 2 제어 회로(9)는 유량 제어 장치(100)에 내장된 것이어도 좋고, 유량 제어 장치(100)의 외부에 설치된 것이어도 좋다. 제 1 제어 회로(7) 및 제 2 제어 회로(9)는 전형적으로는 CPU, ROM이나 RAM 등의 메모리(기억장치)(M), A/D 컨버터 등에 의해 구성되고, 후술하는 유량 제어 동작을 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램을 포함하고 있어도 좋다. 제 1 제어 회로(7) 및 제 2 제어 회로(9)는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 실현될 수 있다.
유량 제어 장치(100)는 제 1 제어 회로(7) 및 제 2 제어 회로(9)를 사용하여 제 1 압력 센서(3)가 출력하는 상류 압력(P1)이 설정값이 되도록 압력 제어 밸브(6)를 제어함과 아울러 유량 제어 밸브(8)의 압전 소자(8b)의 구동을 제어함으로써 유량 제어 밸브(8)의 하류측에 흐르는 유체의 유량을 제어하도록 구성되어 있다.
유량 제어 장치(100)에서는 개방도가 고정된 스로틀부(2)를 유량 제어의 주요소로서 사용하여 압력 제어 밸브(6)에 의해 상류 압력(P1)을 제어함으로써 종래의 압력식 유량 제어 장치와 마찬가지로 압력에 의한 유량 제어를 행하는 것이 가능하다. 또한, 압력 제어 밸브(6)를 사용하여 상류 압력(P1)을 일정하게 유지하면서 유량 제어 밸브(8)의 개방도 제어를 행함으로써 보다 응답성 높게 가스 유량을 제어하는 것이 가능하다.
개방도가 고정된 스로틀부(2)를 유량 제어의 주요소로서 사용하는 유량 제어는 비교적 긴 기간에 걸쳐 유량 제어를 설정값으로 유지하는 연속적인 흐름의 제어에 적합하다. 한편, 개방도가 고정된 스로틀부(2)의 최대 설정 유량 미만의 유량으로 유량 제어 밸브(8)의 개방도에 의해 유량이 정해지는 유량 제어, 즉 유량 제어 밸브(8)를 가변 오리피스(개방도가 가변인 스로틀부)로서 사용하는 유량 제어는 단속적인 흐름의 제어에 적합하다.
여기서, 연속적인 흐름의 제어란, 유체의 흐름이 계속될 때의 유체의 제어를 넓게 의미하고 있으며, 예를 들면 100% 유량으로 유체가 흐르고 있는 상태로부터 50% 유량으로 유체가 흐르고 있는 상태로 변경되는 경우 등도 포함할 수 있다. 또한, 개방도가 고정된 스로틀부(2)를 사용하여 연속적인 흐름의 제어를 행할 때에는 유량 제어 밸브(8)는 전개(최대 개방도)로 하거나, 또는 적어도 개방도가 고정된 스로틀부(2)의 개방도보다 큰 개방도로 유지하는 것이 적합하다.
또한, 단속적인 흐름의 제어란, 전형적으로는 펄스 유량 제어이다. 단, 일정 간격으로의 주기적인 개폐 제어에 한정되지 않고, 부정기에 행하는 펄스적인 개폐 제어나, 펄스의 진폭이 일정하지 않게 변동하는 개폐 제어도 포함되고, 또한 펄스폭이 변동하는 개폐 제어도 포함된다.
유량 제어 장치(100)는 연속적인 흐름의 제어를 행할 때, 임계 팽창 조건 P1/P2≥약 2(P1: 상류 압력, P2: 하류 압력, 약 2는 아르곤 가스의 경우)을 만족할 때, 스로틀부(2) 또는 유량 제어 밸브(8)를 통과하는 가스의 유량이 하류 압력(P2)에 의하지 않고 상류 압력(P1)에 의해 정해진다는 원리를 이용하여 유량 제어를 행할 수 있다.
임계 팽창 조건을 만족할 때, 유량 제어 밸브(8)의 하류측의 유량(Q)은 Q=K1·Av·P1(K1은 유체의 종류와 유체 온도 등에 의존하는 정수)에 의해 주어진다. 유량(Q)은 상류 압력(P1) 및 유량 제어 밸브(8)의 밸브 개방도(Av)에 대략 비례하는 것으로 생각된다. 또한, 제 2 압력 센서(4)를 구비하는 경우, 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2)의 차가 작고, 상기의 임계 팽창 조건을 만족하지 않는 경우이어도 유량을 산출할 수 있고, 각 압력 센서에 의해 측정된 상류 압력(P1) 및 하류 압력(P2)에 의거하여 소정의 계산식 Q=K2·Av·P2m(P1-P2)n(여기서 K2는 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 정수, m, n은 실제의 유량을 바탕으로 도출되는 지수)으로부터 유량(Q)을 산출할 수 있다. 또한, 유량 제어 밸브(8)를 전개로 열었을 때 등 유량 제어 밸브(8)의 유로 단면적이 스로틀부(2)의 유로 단면적보다 큰 조건 하에서는 스로틀부(2)의 유로 단면적도 고려한 고정의 비례 계수 K1', K2'를 이용하여 Q=K1'·P1 또는 Q=K2'·P2m(P1-P2)n에 의거하여 유량을 연산에 의해 구할 수 있다. 그리고, 압력 측정 결과로부터 연산한 유량과 설정 유량의 차가 0에 가까워지도록 압력 제어 밸브(6)의 개방도를 피드백 제어함으로써 임의의 설정 유량으로 가스를 흘릴 수 있다.
한편, 펄스 유량 제어를 행하는 경우, 유량 제어 장치(100)는 압력 제어 밸브(6)를 사용하여 상류 압력(P1)을 일정하게 유지한 채 유량 제어 밸브(8)의 펄스적인 개폐 동작을 행한다. 펄스적으로 공급되는 가스의 유량은 상류 압력(P1)의 크기와, 유량 제어 밸브(8)의 개방 시의 설정 개방도에 의해 결정된다. 상류 압력(P1)이 클수록 유량 제어 밸브(8)가 같은 개방도로 열려 있을 때에도 보다 많은 가스가 흐른다. 따라서, 상류 압력(P1)과 유량 제어 밸브(8)의 개방 시의 설정 개방도를 임의로 설정함으로써 넓은 유량 제어 범위에 걸쳐 펄스적인 가스 공급을 행할 수 있다.
여기서, 본 실시형태에 있어서는 유량 제어 밸브(8)의 개방도 제어를 종래와 같이 변위 센서에 의한 피드백 제어로 행하는 것이 아니라, 입력된 설정 유량 신호로부터 압전 소자(8b)에의 인가 전압을 규정하는 내부 지령 신호를 생성하고, 이것 에 의거하여 유량 제어 밸브(8)를 오픈 루프 제어함으로써 행한다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 3(a) 및 (b)는 유량 제어 밸브(피에조 밸브)(8)에의 피에조 전압 설정 신호(SS)와, 변위 센서(구체적으로는 피에조 소자에 고정한 변형 게이지)를 사용하여 측정한 피에조 변위(변형 출력)(SP)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3(a)는 설정 신호를 보정 없이 입력했을 경우를 나타내고, 도 3(b)는 피에조 전압 상승 시 및 하강 시의 초기 기간에 초과의 전압을 인가하도록 보정한 신호를 입력했을 경우를 나타낸다.
도 3(a) 및 (b)에서는 비교적 장기간의 신호(온 기간이 약 2초)가 나타내어져 있다. 여기서, 설정 신호(SS)는, 예를 들면 100msec마다 갱신하도록 설계되어 있다. 도 3(b)에 있어서는 이 제약 아래, 유량의 상승 직후의 100msec의 기간에 있어서 9V를 추가한 149V의 설정 전압으로 하고, 그 후의 기간은 140V의 설정 전압으로 하고, 또한 유량의 하강 직후의 100msec의 기간에 있어서 -9V를 추가한 -9V의 설정 전압으로 하고, 그 후의 기간은 0V의 설정 전압으로 하는 신호로 보정되어 있다.
도 3(a)와 도 3(b)를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 상승 초기 및 하강 초기(즉, 과도 직후)의 소정 기간에 있어서, 소정의 초과 전압을 추가함으로써 피에조 변위(SP)에 변화가 보여지고, 크리프 현상이 억제되어 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 변위 센서를 사용하여 피드백 제어를 행하지 않아도 신호 보정에 의해 크리프 현상을 억제하고, 소망의 개방도 조정을 실행할 수 있는 것을 알 수 있다.
단, 상기와 같이 설정 신호를 보정하여 피에조 소자의 제어 회로에 입력하는 경우, 그 설정에 제약이 부과되는 경우도 있다. 이 때문에, 입력된 설정 신호로부터 이것에 대응하는 내부 지령 신호를 생성하고, 이 신호에 의거하여 피에조 밸브를 구동하는 것이 고려된다.
도 4는 설정 신호에 의거하는 피에조 전압의 외부 입력 신호(SE)로부터 생성된 내부 지령 신호(SI)의 일례를 나타내는 그래프이다. 이 예에서는 미분 동작을 이용한 신호 처리가 이루어져 있고, 이것에 의해, 상승 시에는 목표 전압(피에조의 목표 변위에 대응하는 전압)(V0)을 초과하는 전압(V1)(여기서는 목표 전압(V0)보다 큰 전압(V1))이 일단 인가되고, 그 후 목표 전압(V0)에 가까워지는 전압이 인가되도록 내부 지령 신호(SI)가 생성되어 있다. 마찬가지로, 하강 시에는 목표 전압(V0')을 초과하는 전압(V1')(여기서는 목표 전압(V0')보다 작은 전압(V1'))이 일단 인가되고, 그 후 목표 전압(V0')에 가까워지는 전압이 인가되도록 내부 지령 신호가 생성되어 있다.
미분 동작을 이용한 신호 처리에 있어서, 과도기 직후에 인가하는 초과 전압의 최대값이나 시간 변화는 높이 성분의 정수 및 시간 성분의 정수에 의해 변화되고, 제어 함수에 포함되는 이들의 정수를 적당히 설정함으로써 내부 지령 신호(SI)(또는 피에조 구동 전압)의 신호 파형을 임의로 조정할 수 있다. 따라서, 제어되는 피에조 밸브에서 생기는 크리프 현상에 적합하도록 최초에 적절한 정수를 선택하여 제어 함수를 결정하면 그 후는 오픈 루프 제어이어도 적절히 크리프 현상을 억제할 수 있다. 또한, 미분 동작을 이용함으로써, 급준한 가속도로의 피에조 밸브의 구동이 억제되어 보다 매끄러운 밸브 구동이 행해진다. 이 때문에, 다수회의 고주파에서의 개폐 동작을 반복했을 때의 고장 발생 리스크를 경감할 수 있다.
도 4에 나타내는 신호에 있어서, 주기는 약 50msec이며, 신호 주파수는 약 20Hz이다. 이러한 주파수가 비교적 높은 신호에 있어서도 크리프 현상의 억제에 효과적인 내부 지령 신호를 용이하게 생성할 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 피에조 밸브의 구동 방식은, 예를 들면 펄스 유량 제어를 행하기 위해서, 설정 신호로서 예를 들면 1∼100Hz, 특히는 5∼50Hz의 연속 주기 신호가 주어졌을 때에 적합하게 적용된다. 이러한 방식에 의하면 크리프 현상을 억제하면서 소망의 가스 유량 및 가스 체적에서의 펄스 가스 공급을 행할 수 있다.
도 5(a)는 도 4에 나타낸 바와 같은 보정 처리한 내부 지령 신호를 생성하지 않고 설정 신호에 의거하여 밸브 구동했을 때의 밸브 변위를 나타내는 그래프이며, 도 5(b)는 보정 처리한 내부 지령 신호를 생성하고, 이것을 이용하여 밸브 구동했을 때의 밸브 변위를 나타내는 그래프이다.
도 5(a)와 도 5(b)를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 같은 설정 신호(SS)가 주어졌을 때에도 보정 처리한 내부 지령 신호를 사용하는 경우, 피에조 구동 전압(VP)으로서는 일단 목표 전압을 초과한 전압이 인가되고, 그 후 목표 전압에 가까워지도록 구동 전압이 제어된다. 이러한 구동 전압의 제어에 의해, 밸브 변위 신호(SV)는 수평이 되는, 즉 크리프 현상이 억제되어 있고, 온 기간 및 오프 기간의 쌍방에 있어서 피에조 밸브의 적절한 개방도 유지가 실현되어 있다. 따라서, 변위 센서를 사용한 피드백 제어를 행하는 일 없이 구동 전압의 오픈 루프 제어에 의해 적절한 펄스 가스 공급을 행할 수 있다.
또한, 상기에는 미분 동작을 이용한 신호 보정을 행하는 양태를 설명했지만, 상승 시 및 하강 시에 초과 전압을 인가할 수 있는 한, 여러가지의 신호 보정 처리에 의해 크리프 현상을 억제하기 위한 내부 처리 신호가 생성되어도 좋다. 또한, 신호 보정 처리에 사용하는 제어 함수는 목표 유량(또는 목표 구동 전압)의 크기에 따라 적당히 변경되어도 좋다. 목표 유량의 크기에 의해 크리프 현상의 정도가 다른 경우, 적합한 내부 처리 신호를 생성하는 것이 적합하다. 이 때문에, 목표 유량과 내부 처리 신호의 파라미터의 관계를 나타내는 테이블을 메모리에 격납해 두고 유량 제어 시에는 판독한 적절한 파라미터에 따라 내부 처리 신호를 생성하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 각 유량에 있어서 크리프 현상을 보다 적절히 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 여러가지의 개변이 가능하다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 유량 제어 장치(100)와는 달리 개방도가 고정된 스로틀부(2)를 유량 제어 밸브(8)의 하류측에 설치해도 좋다. 또한, 개방도가 고정된 스로틀부(2)와 유량 제어 밸브(8) 사이에 제 3 압력 센서를 더 설치하여, 연속적인 흐름의 제어를 행할 때에는 제 3 압력 센서의 출력에 의거하여 유량 제어를 행하도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 장치에 있어서 유량 제어 밸브는 노멀 클로즈형에 한정되지 않고 노멀 오픈형의 피에조 밸브이어도 좋고, 이 경우에도 유량 제어 밸브에 인가하는 구동 전압을, 과도기의 초과 전압을 포함하는 내부 지령 신호에 의거하여 제어함으로써 양호한 정밀도 및 응답성으로 유량 제어를 행하는 것이 가능하다. 또한, 개방도가 고정된 스로틀부(2)로서 오리피스 플레이트를 사용하는 경우, 상기의 유량 제어 밸브(8)와 오리피스 플레이트는 공지의 오리피스 내장 밸브의 양태에서 일체적으로 설치하도록 해도 좋다. 오리피스 내장 밸브로서 설치하는 경우, 유량 제어 밸브(8)의 부착용의 구멍부에 오리피스 플레이트 및 밸브 시트체가 배치되고, 그 상방에 유량 제어 밸브(8)의 밸브 본체(밸브체나 액추에이터 등)가 고정된다. 이렇게 하면 오리피스 플레이트와 유량 제어 밸브(8)의 밸브체를 근접하게 배치해서 이들 사이의 용적을 작게 할 수 있고, 유량 제어의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 유량 제어 밸브(8)를 상류의 압력 제어 밸브(6)나 스로틀부(2)와 조합하지 않고 단체로 사용하여 고속 서보형의 유량 제어 장치를 구성할 수도 있다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명의 실시형태에 의한 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법은, 예를 들면 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 등에 있어서 이용되고, ALD 프로세스 등의 펄스 유량 제어가 요구되는 용도에 있어서 적합하게 이용된다.
1
유로
2
스로틀부
3 제 1 압력 센서 4 제 2 압력 센서
5 유입 압력 센서 6 압력 제어 밸브
7 제 1 제어 회로 8 유량 제어 밸브
8a 밸브체 8b 압전 소자(피에조 액추에이터)
9 제 2 제어 회로 100 유량 제어 장치
3 제 1 압력 센서 4 제 2 압력 센서
5 유입 압력 센서 6 압력 제어 밸브
7 제 1 제어 회로 8 유량 제어 밸브
8a 밸브체 8b 압전 소자(피에조 액추에이터)
9 제 2 제어 회로 100 유량 제어 장치
Claims (5)
- 밸브체 및 상기 밸브체를 이동시키기 위한 압전 소자를 갖는 유량 제어 밸브와,
상기 유량 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어 회로를 구비하고,
상기 제어 회로는 펄스적인 유체 공급을 행하기 위해서 펄스적인 유량 설정 신호가 주어졌을 때, 상기 압전 소자의 목표 변위에 대응하는 목표 전압을 초과하는 전압을 일단 인가하고 나서 상기 목표 전압에 가까워지도록 해서 상기 압전 소자에의 인가 전압을 오픈 루프 제어하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 유량 설정 신호가 나타내는 목표 유량에 따라 상기 압전 소자에의 인가 전압의 제어 함수를 변경하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 펄스적인 유량 설정 신호가 1Hz 이상 100Hz 이하의 주파수를 갖는 연속 주기 신호인 유량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유량 제어 밸브의 상류측에 설치된 압력 제어 밸브와,
상기 압력 제어 밸브의 하류측 또한 상기 유량 제어 밸브의 상류측의 압력을 측정하는 압력 센서와,
개방도가 고정된 스로틀부를 더 구비하고,
연속적인 흐름의 제어를 행할 때에는 상기 개방도가 고정된 스로틀부를 사용하여 상기 압력 센서의 출력에 의거하여 유량 제어를 행하고, 펄스적인 흐름의 제어를 행할 때에는 상기 유량 제어 밸브를 개방도 변경가능한 스로틀부로서 사용하여 유량 제어를 행하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치. - 밸브체와 상기 밸브체를 이동시키기 위한 압전 소자를 갖는 유량 제어 밸브를 구비하는 유량 제어 장치에 있어서 행해지는 유량 제어 방법으로서,
펄스적인 유체 공급을 행하기 위한 펄스적인 유량 설정 신호를 받는 스텝과,
상기 펄스적인 유량 설정 신호를 받았을 때에 상기 압전 소자에 인가하는 전압을 결정하는 내부 지령 신호를 상기 유량 설정 신호에 의거하여 생성하는 스텝과,
상기 생성된 내부 지령 신호에 의거하여 상기 압전 소자에 전압을 인가하는 스텝을 포함하고,
상기 내부 지령 신호는 상기 압전 소자의 목표 변위에 대응하는 목표 전압을 초과하는 전압을 일단 인가하고 나서 상기 목표 전압에 가까워지는 신호로서 생성되고, 상기 압전 소자에의 인가 전압은 오픈 루프 제어되는 유량 제어 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2019-238052 | 2019-12-27 | ||
| JP2019238052 | 2019-12-27 | ||
| PCT/JP2020/045117 WO2021131584A1 (ja) | 2019-12-27 | 2020-12-03 | 流量制御装置および流量制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220047806A true KR20220047806A (ko) | 2022-04-19 |
Family
ID=76573913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020227007936A KR20220047806A (ko) | 2019-12-27 | 2020-12-03 | 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230021102A1 (ko) |
| JP (1) | JP7197943B2 (ko) |
| KR (1) | KR20220047806A (ko) |
| TW (1) | TWI765472B (ko) |
| WO (1) | WO2021131584A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7122335B2 (ja) * | 2020-03-30 | 2022-08-19 | Ckd株式会社 | パルスショット式流量調整装置、パルスショット式流量調整方法、及び、プログラム |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08338546A (ja) | 1995-06-12 | 1996-12-24 | Fujikin:Kk | 圧力式流量制御装置 |
| WO2005003694A1 (ja) | 2003-07-03 | 2005-01-13 | Fujikin Incorporated | 差圧式流量計及び差圧式流量制御装置 |
| JP2005293570A (ja) | 2004-03-12 | 2005-10-20 | Bondotekku:Kk | 圧電素子を用いた駆動機構におけるクリープ補正方法及び装置 |
| JP2007192269A (ja) | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Fujikin Inc | 圧電素子駆動式金属ダイヤフラム型制御弁 |
| WO2018123852A1 (ja) | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 株式会社フジキン | 圧電素子駆動式バルブおよび流量制御装置 |
| WO2019107215A1 (ja) | 2017-11-30 | 2019-06-06 | 株式会社フジキン | 流量制御装置 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4204155B2 (ja) | 1999-11-30 | 2009-01-07 | 株式会社エー・シー・イー | 比例ソレノイドバルブの制御方法 |
| JP2003269635A (ja) | 2002-03-13 | 2003-09-25 | Hitachi Metals Ltd | ガス流量制御機器用バルブ |
| US20040145273A1 (en) * | 2002-10-31 | 2004-07-29 | Khoury James M. | Electronic driver circuit for high-speed actuation of high-capacitance actuators |
| WO2005007283A2 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-27 | Sundew Technologies, Llc | Apparatus and method for downstream pressure control and sub-atmospheric reactive gas abatement |
| US9146563B2 (en) * | 2013-03-01 | 2015-09-29 | Hitachi Metals, Ltd. | Mass flow controller and method for improved performance across fluid types |
| KR102166360B1 (ko) | 2013-08-28 | 2020-10-16 | 가부시키가이샤 호리바 에스텍 | 유량 제어 장치 및 유량 제어 프로그램 |
| JP6135475B2 (ja) * | 2013-11-20 | 2017-05-31 | 東京エレクトロン株式会社 | ガス供給装置、成膜装置、ガス供給方法及び記憶媒体 |
| CN103866248A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-06-18 | 广州市光机电技术研究院 | 一种反应溅射等离子体控制系统及方法 |
| US9678050B2 (en) * | 2014-07-30 | 2017-06-13 | Li-Cor, Inc. | Multi-functional piezo actuated flow controller |
| JP7036752B6 (ja) * | 2016-06-29 | 2022-05-30 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Ｅａｐアクチュエータ及び駆動方法 |
| CN106438303B (zh) * | 2016-10-25 | 2018-08-17 | 吉林大学 | 一种压电泵输出压强恒压控制系统及恒压控制方法 |
| JP6978865B2 (ja) * | 2017-07-05 | 2021-12-08 | 株式会社堀場エステック | 流体制御装置、流体制御方法、及び、流体制御装置用プログラム |
| WO2019163676A1 (ja) * | 2018-02-26 | 2019-08-29 | 株式会社フジキン | 流量制御装置および流量制御方法 |
| EP3544070A1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-09-25 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device and actuation method |
| WO2019208417A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 株式会社フジキン | 流量制御方法および流量制御装置 |
-
2020
- 2020-12-03 JP JP2021567141A patent/JP7197943B2/ja active Active
- 2020-12-03 WO PCT/JP2020/045117 patent/WO2021131584A1/ja active Application Filing
- 2020-12-03 US US17/784,011 patent/US20230021102A1/en active Pending
- 2020-12-03 KR KR1020227007936A patent/KR20220047806A/ko active IP Right Grant
- 2020-12-16 TW TW109144410A patent/TWI765472B/zh active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08338546A (ja) | 1995-06-12 | 1996-12-24 | Fujikin:Kk | 圧力式流量制御装置 |
| WO2005003694A1 (ja) | 2003-07-03 | 2005-01-13 | Fujikin Incorporated | 差圧式流量計及び差圧式流量制御装置 |
| JP2005293570A (ja) | 2004-03-12 | 2005-10-20 | Bondotekku:Kk | 圧電素子を用いた駆動機構におけるクリープ補正方法及び装置 |
| JP2007192269A (ja) | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Fujikin Inc | 圧電素子駆動式金属ダイヤフラム型制御弁 |
| WO2018123852A1 (ja) | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 株式会社フジキン | 圧電素子駆動式バルブおよび流量制御装置 |
| WO2019107215A1 (ja) | 2017-11-30 | 2019-06-06 | 株式会社フジキン | 流量制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021131584A1 (ja) | 2021-07-01 |
| TW202132933A (zh) | 2021-09-01 |
| US20230021102A1 (en) | 2023-01-19 |
| TWI765472B (zh) | 2022-05-21 |
| JP7197943B2 (ja) | 2022-12-28 |
| JPWO2021131584A1 (ko) | 2021-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102314330B1 (ko) | 유량 제어 장치 | |
| KR102250967B1 (ko) | 압력식 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 | |
| CN101454735B (zh) | 自适应响应时间闭环控制算法 | |
| KR102412788B1 (ko) | 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 | |
| KR102421587B1 (ko) | 유량 제어 방법 및 유량 제어 장치 | |
| KR102343611B1 (ko) | 유량 제어 장치의 자기 진단 방법 | |
| JP7157476B2 (ja) | 流量制御方法および流量制御装置 | |
| KR20220047806A (ko) | 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 | |
| KR20220085799A (ko) | 유량 제어 장치 및 유량 제어 방법 | |
| JP7495732B2 (ja) | 流量制御装置 | |
| JP2022115176A (ja) | 流量制御装置および流量制御方法 | |
| KR20230005977A (ko) | 유체 제어 장치, 유체 공급 시스템 및 유체 공급 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |