CN101724828A - 材料气体浓度控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种材料气体浓度控制系统，用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统包括设置于所述导出管上的第1阀、测量所述混合气体中的材料气体的浓度的浓度测量部、以及对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度的浓度控制部。

Description

材料气体浓度控制系统
技术领域
本发明涉及一种在向收纳于贮槽内的固体或液体的材料中导入载气而使材料气化的材料气化系统中，对该气化而成的材料气体的浓度进行控制的系统。
背景技术
作为此种材料气化系统中的材料气体的浓度控制系统，可列举如专利文献1、2中揭示一种系统，该系统包括：质量流量控制器(massflowcontroller)，设置于导入载气的导入管内；恒温槽，用来使贮存着材料液体的贮槽保持为恒温；以及压力计(manometer)，设置于导出材料气体及载气的混合气体的导出管内，用来测量混合气体的压力，即，测量总压。
所述系统是通过将材料液体保持为固定的温度而始终使材料液体以饱和蒸气压而气化，并且使压力计所测量的总压达到固定，并且利用质量流量控制器对载气的流量进行控制以使材料气体的分压达到固定。这样一来，由于气体的浓度是以分压/总压来表示的，所以因为分压及总压是固定的，因此一般认为气体的浓度即材料气体的浓度也当然达到固定。
[现有技术文献]
[专利文献1]美国公开专利公报2007/0254093号
[专利文献2]日本专利特开2003-257871号公报
然而，当使用如上所述的浓度控制系统时，由于以下所示的各种主要因素，而难以高精度地控制成所需要的材料气体浓度，或者难以使所述浓度控制实现高速且响应性好。
《贮槽内的温度变化对浓度控制的影响》
第一，即使利用恒温槽来使贮槽保持为恒温，也会因为材料液体气化时的气化热而导致温度下降，饱和蒸气压发生变化，所以材料气体的分压会发生变化而偏离预期浓度。并且，因为材料液体的量的变化等，也会导致鼓泡(bubbling)所形成的载气与材料液体相接触的时间或状态发生变化，材料气体无法气化至达到饱和蒸气压为止，从而导致材料气体的分压仍会发生变化而而偏离预期浓度。除此以外，即便使用有恒温槽，但实际上通过将温度保持为固定来将材料气体的分压保持为固定也非常困难。
进而，即便能够始终利用饱和蒸气压来使材料液体气化，但当要从某浓度变化为其他浓度时，必须改变贮槽内的温度而使饱和蒸气压发生变化。为了改变贮槽内的温度，通常会耗费非常长的时间，因此材料气体的浓度控制的响应性较差。
《贮槽内的气体体积的增加对浓度控制的影响》
第二，如图8的图表所示，如果贮槽内的材料液体减少而气体的体积增大，则在改变设定浓度时，待测量浓度达到相同值为止所要耗费的控制时间(安定时间(permanent time))会变长。其原因可认为，由于因贮槽内的气体体积增大而导致贮槽内的总压发生变化，导致使浓度达到所需值所必需的载气的流量会变大等的原因，贮槽内的气体置换成所需的气体浓度为止的气体置换时间变长。
换言之，当材料液体减少时，会从在此之前一直作为控制对象的系统发生变化，而变为浪费时间较多的系统，所以当被输入变更设定浓度等的步骤时，作为输出的测量浓度将大大超限(overshoot)，从而引起乱调(hunting)，导致安定时间变长。
并且，由于浓度测量部的响应速度会随着各种测量环境的变化而降低，因此也会因为浪费时间增大而产生如上所述的安定时间变长的问题。
对于此类问题，虽然也可以考虑增大载气的流量而缩短气体置换时间，来缩短安定时间，但是材料气体的流量或总流量也会发生变化，所以无法保持为固定流量。
《贮槽内的气体体积的增加所引起的浪费时间的增加》
第三，在此类控制系统中，当材料液体减少而贮槽内的气体的体积增大时，在改变设定浓度时，待贮槽内的混合气体被全部更换成新设定的设定浓度的气体为止较为耗费时间。也就是说，当材料液体变少时，即使重新变更设定浓度，也会产生达到预期浓度为止所要耗费的控制时间变长的问题。
对于此类问题，以往是在贮槽内预先设置液量计，以检测材料液体比预定的液量减少的情况，并适当地补充材料液体，从而防止控制时间变长的问题。然而，此种解决方法成为使在贮槽内安装液量计的工时或新成本产生的主要原因。
发明内容
本发明是鉴于上述问题开发而成，第一目的在于提供一种材料气体浓度控制系统，并非通过控制载气的流量来控制材料气体的浓度，即使材料气化的状态发生变动，也可以将混合气体中的材料气体的浓度保持为固定，并且响应性良好。
另外，本发明的第二目的在于提供一种材料气体浓度控制系统，在贮槽内的材料液体减少的情况或者浓度测量部的响应速度较慢等的情况下，即使变更设定浓度，也可以在短时间内使测量浓度稳定为设定浓度。
另外，本发明的第三目的在于提供一种材料气体浓度控制系统，不使用液量计等的检测器，便可推测贮槽内的材料液体的减少，从而防止到稳定为新设定的设定浓度为止所要耗费的时间变长的问题。
即，用来达成本发明的第一目的之材料气体浓度控制系统是用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：第1阀，设置于所述导出管上；浓度测量部，对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量；以及浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量出的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度，所述浓度测量部包括对所述贮槽内的压力进行测量的压力测量部，所述浓度控制部包括：设定压力设定部，将设定压力朝向所述测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向变更；以及第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量出的测量压力达到所述设定压力，且，将所测量的材料气体的测量浓度控制为达到预定的设定浓度。
此处，所谓贮槽内的压力，在本说明书中是包括贮槽内的压力本身以及比所述第1阀更上游的导出管中的混合气体的压力的概念。
若为这种系统，则利用浓度测量部来对混合气体中的材料气体的浓度本身进行测量，并利用浓度控制部来对第1阀的开度进行控制以达到预定的设定浓度，所以在贮槽内材料液体没有利用饱和蒸气压而气化的情况或鼓泡的状态发生变化等的情况下，即使材料气体的产生量发生变动，也可以与所述变动无关地将浓度保持为固定。
换言之，通过对贮槽内的温度进行控制，即使未使材料液体所气化的量保持为固定，也可以使混合气体的浓度保持为固定。
另外，与通过控制贮槽内的温度来控制材料气体的量相比，由于是通过控制第1阀的开度来控制混合气体中的材料气体的浓度，所以不需要等待温度变化的时间，相应地可进行时间延迟小、响应性好的材料气体浓度的控制。
进而，浓度测量部及第1阀是设置于导出管上，并且设置在靠近后续工序(process)的位置上，所以受到一次控制的浓度难以发生变化，从而容易保持所需的材料气体浓度的精度而供给到后续的工序中。
而且，如果为如上所述构成的材料气体浓度控制系统，那么即便材料的气化的状态随着载气的流量的变化而变化，也可以使材料气体浓度固定保持在预先设定的浓度，所以混合气体的流量也能够自由设定。
此外，所述浓度测量部包括对所述贮槽内的压力进行测量的压力测量部，所述浓度控制部包括将预先设定的设定压力朝向所述测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向变更的设定压力设定部、以及对所述第1阀的开度进行控制以使所述压力测量部所测量出的测量压力达到所述设定压力的第1阀控制部，且，将所测量的材料气体的测量浓度控制为达到预定的设定浓度，所以能够利用第1阀来控制响应性良好且可容易控制的混合气体的总压，从而能够高精度地控制混合气体中的材料气体的浓度。并且，若为这种系统，则并非通过利用质量流量控制器等控制流量来控制浓度，而是通过控制压力来控制浓度，所以响应性良好。
另外，由于将第1阀构成为利用设定压力与测量压力的压力的值来控制浓度，所以即使不重新制作特殊的浓度控制用的控制电路等也可以进行浓度控制。因此，可以抑制设计成本或开发成本。
为了在混合气体中的材料气体的浓度为固定的稳定状态下，也能将流经所述导出管的材料气体或混合气体的流量控制为固定，只要包括以下构件即可：第2阀，设置于所述导入管上；流量测量部，对流经所述导入管的载气的流量进行测量；以及流量控制部，对所述第2阀的开度进行控制，以使所述载气的测量流量达到根据流经所述导出管的材料气体或混合气体的预定的设定流量与所述设定浓度而算出的设定载气流量或预定的设定载气流量。若为这种系统，则利用所述浓度控制部来使浓度保持为固定，所以通过使载气流量预先为固定，材料气体或混合气体的流量也达到固定。并且，为了进行第2阀的控制，无需将所述导出管侧中的各气体的相关信息反馈(feed back)给所述流量控制部，可以一方面至少将浓度控制为固定，一方面稳定地供给材料气体或混合气体的流量。
为了不仅能够将混合气体中的材料气体的浓度控制为固定，而且也能将材料气体的质量流量及总流量在过度响应时一并控制为固定，只要包含如下的构件即可：第2阀，设置于所述导入管上；流量测量部，对流经所述导入管的载气的流量进行测量；以及流量控制部，对所述第2阀的开度进行控制，以根据所述材料气体的测量浓度及所述载气的测量流量，计算出流经所述导出管的材料气体或混合气体的流量，并使所述计算流量达到预定的设定流量。若为这种系统，则可以进行对第1阀及第2阀各自的控制对象量进行独立控制的双自由度的控制，以使第1阀主要用于进行浓度的控制，而第2阀主要控制材料气体的质量流量或总流量。
作为控制所述载气的流量的具体的实施形态，可列举所述流量控制部包括将预定的设定载气流量朝向所述计算流量与所述设定流量的偏差变小的方向变更的设定载气流量设定部、以及对所述第2阀的开度进行控制以使所述流量测量部所测量出的测量载气流量达到所述设定载气流量的第2阀控制部。
为了高精度地测量混合气体中的材料气体的浓度，以便能够进行准确的浓度控制，只要所述浓度测量部包含如下构件即可：分压测量传感器，通过非分散式红外线吸收方式来对材料气体的分压进行测量；以及浓度计算部，根据所测量的材料气体分压及所述测量压力来计算材料气体的浓度。
另外，本发明的材料气体浓度控制系统是用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：第1阀，设置在所述导出管上；浓度测量部，对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量；压力测量部，对所述贮槽内的压力进行测量；温度测量部，对所述贮槽内的温度进行测量；以及浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度，且，所述浓度控制部包括：总压计算部，根据所述温度测量部所测量的测量温度，计算用以使材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力；设定压力设定部，在所述设定浓度变更后的一定期间内，将设定压力设为所述总压计算部所计算出的贮槽内压力，另一方面，在其他期间内，使设定压力朝向所述测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向变更；以及第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量的测量压力达到所述设定压力。
此处，所谓贮槽内的压力，在本说明书中是包括贮槽内的压力本身以及比所述第1阀更上游的导出管中的混合气体的压力的概念。
若为这种系统，则所述总压计算部根据所述温度测量部所测量出的测量温度，计算用来使材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力，所述设定压力设定部在设定浓度变更后的一定期间内，将设定压力设为所述总压计算部所算出的贮槽内压力，所以是与所述浓度测量部测量出的测量浓度无关地控制所述第1阀的开度。这样一来，能够防止根据测量浓度的变动来控制第1阀，而所述第1阀的控制结果延迟体现在贮槽内的总压上，导致测量浓度不稳定而引起乱调的现象。另外，由于根据贮槽内的温度来对设定压力进行设定，所以能够将设定压力设定为与测量浓度固定保持为设定浓度时的压力相近的值，从而可以在一定期间结束后使测量浓度达到与设定浓度相近的值。
并且，在其他期间内，设定压力设定部使设定压力趋向测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向，所以能够控制成对一定期间结束后剩下的测量浓度与设定浓度的微小偏差进行修正。
因此，可以防止因材料液体变少等而贮槽内的总压控制延迟所引起的测量浓度的乱调，可以从测量浓度与设定浓度的偏差较小的状态开始进行浓度控制，所以能够缩短测量浓度与设定浓度相一致而达到稳定所要耗费的时间。
为了在一定期间结束后，使测量浓度与设定浓度的偏差尽可能地小，从而缩短随后通过浓度控制使测量浓度稳定至固定为止的时间，只要所述总压计算部根据所述温度测量部所测量的测量温度来计算材料气体的饱和蒸气压，并根据所述饱和蒸气压来计算用来使材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力即可。
进而，本发明的材料气体浓度控制系统是用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：第1阀，设置在所述导出管上；浓度测量部，对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量；压力测量部，对所述贮槽内的压力进行测量；浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到设定浓度；以及材料量推测部，推测收纳于贮槽内的所述材料的量，所述浓度控制部包括：设定压力设定部，将预先设定的设定压力朝向所述测量浓度与设定浓度的偏差缩小的方向变更；以及第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量的测量压力达到所述设定压力，且，所述材料量推测部是根据所述设定压力来推算收纳于贮槽内的所述材料的量。
若为这种系统，则所述设定压力设定部根据所测量出的测量浓度来变更预定的设定压力，所述第1阀控制部进行所述第1阀的控制，以使所述压力测量部所测量出的测量压力达到所述设定压力，借此可以进行浓度控制，以使测量浓度达到预定的设定浓度。此处，例如当材料为液体时，伴随着材料液体的减少，液面会降低，由此当载气的气泡与材料液体接触的时间减少时，将无法充分进行材料气体的气化，材料气体的分压将降低。当进行如上所述的气体浓度控制时，如果要配合材料气体的分压的降低而控制为设定浓度，则必须使总压降低，所以所述设定压力设定部将设定压力逐渐变更为较低值。也就是说，在收纳于贮槽内的材料的量与设定压力之间存在相关关系，所以所述材料量推测部可以根据所述设定压力设定部所变更的设定压力来推算收纳于贮槽内的材料的量。此外，即使在材料为固体的情况下，也会由于伴随着材料的气化，与载气接触的表面积变小等的原因，而同样造成设定压量的值逐渐变为较低值，所以能够进行材料的量的推测。另外，所谓贮槽内的压力，在本说明书中是包括贮槽内的压力本身以及比所述第1阀更上游的导出管中的混合气体的压力的概念。
如上所述，即使不在贮槽内安装液量计等的附加传感器，所述材料量推测部也可以推测收纳于贮槽内的材料的量。因此，可以不会导致新的成本增大地掌握所收纳的材料的量，并适当地补充材料，所以能够防止因材料减少而产生的设定浓度达到稳定为止所要耗费的时间变长的问题。
材料气体的分压之所以降低，除了因液面的降低而导致载气的气泡与材料液体接触的时间减少、固体材料因气化而导致表面积发生变化以外，还有其他原因。例如，因贮槽内的温度变化而导致饱和蒸气压发生变化，使得材料液体的气化的容易度发生变化，而且对设定压力的变更也会造成影响。为了能够对这种因贮槽内的温度变化而可能引起的收纳材料量的推测误差进行补偿，只要为如下系统即可：更包括对所述贮槽内的温度进行测量的温度测量部，所述材料液体量推测部根据所述温度测量部所测量的测量温度，计算在保持为所述设定浓度的状态下应由所述压力测量部测量出的压力即计算压力，并根据所述设定压力及所述计算压力来推算所收纳的材料的量。
[发明效果]
如上所述，根据本发明，利用浓度测量部对混合气体中的材料气体的浓度进行测量，利用第1阀进行控制以使所述测量浓度达到所需的值，所以即使由贮槽内的材料液体气化而成的材料气体的量发生变动，也可以与该变动无关地进行浓度控制。并且，在想要使浓度发生变化的情况下，也并非通过时间相关的温度变化来使材料气体增减，而是通过第1阀来进行浓度控制，因此能够进行响应性良好的浓度控制。
并且，根据本发明的材料气体浓度控制系统，在设定浓度变更后的一定期间内，以总压计算部根据贮槽内的温度而算出的设定压力进行第1阀的控制，所以能够防止贮槽内的材料液体减少等而发生控制延迟，从而在变更设定浓度时产生乱调等，由此导致稳定为固定值为止的时间变长的情况，从而可以改善工序的处理量(throughput)。
除此以外，根据本发明的材料气体浓度控制系统，不在贮槽内设置液量计等的测量传感器便可推测收纳于贮槽内的材料的量。因此，可以根据推测出的材料的量来适当补充材料，从而防止因材料的减少而导致稳定为设定浓度为止所要耗费的控制时间变长的问题。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的材料气体浓度控制系统的设备结构示意图。
图2是第一实施方式中的功能框图。
图3是表示第一实施方式中的材料气体浓度控制的动作的流程图。
图4是表示第一实施方式中的载气流量的控制动作的流程图。
图5是本发明的第一实施方式的另一实施方式的材料气体浓度控制系统的设备结构示意图。
图6是本发明的第一实施方式的又一实施方式的材料气体浓度控制系统的设备结构示意图。
图7是表示第二实施方式中的浓度控制结果的一例的示意图表。
图8是表示现有的材料气体浓度控制系统的设定浓度变更时的浓度控制结果的示意图表。
图9是本发明的第三实施方式的材料气体浓度控制系统的设备结构示意图。
图10是第三实施方式中的功能框图。
图11是表示第三实施方式中的材料气体浓度控制的动作的流程图。
图12是表示第三实施方式中的载气流量的控制动作的流程图。
图13是本发明的第三实施方式的另一实施方式的材料气体浓度控制系统的设备结构示意图。
[符号的说明]
1   鼓泡系统              2   浓度控制器
3   质量流量控制器        11  导入管
12  导出管                13  贮槽
14  汇流导出管            21  分压测量传感器
22  压力测量部            23  第1阀
24  浓度控制器控制部      31  热量式流量计
32  第2阀                 33  质量流量控制器控制部
100 材料气体浓度控制系统  241 浓度计算部
242 第1阀控制部           243 设定压力设定部
244 总压计算部            245 材料液体量推测部
331 载气流量计算部        332 第2阀控制部
333 设定载气流量设定部    BF  控制电路
CC  浓度控制部            CS  浓度测量部
FS  流量测量部            FC  流量控制部
L   材料液体              MCS 多成分浓度测量部
N   上方空间              T   温度传感器
具体实施方式
[实施例]
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
《第一实施方式》
本发明的材料气体浓度控制系统100例如是用来稳定供给半导体制造工艺中所使用的晶片清洗装置的干燥处理贮槽13内的IPA(IsopropylAlcohol，异丙醇)浓度。更具体而言，本发明的材料气体浓度控制系统100是用于使IPA材料液体L气化而供给到干燥处理贮槽13内的鼓泡系统1中。另外，IPA材料液体L对应于权利要求中的材料，鼓泡系统1对应于权利要求中的材料气化系统。此处，即使材料为固体材料，本发明也可以获得同样的效果。并且，本发明并不限于IPA材料液体L气化而成的材料气体的浓度控制。例如，也可以在CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)成膜装置等或MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition，有机金属化学气相沉积)成膜装置中用来进行浓度控制。
如图1所示，所述鼓泡系统1包括：贮槽13，贮存材料液体L；导入管11，向贮存于所述贮槽13内的材料液体L中导入载气而使其鼓泡；以及导出管12，从贮存于所述贮槽13内的材料液体L的上方空间N导出材料液体L气化而成的材料气体及所述载气的混合气体。在所述贮槽13内安装着用来对贮槽13内的温度进行测量的温度传感器T。
材料气体浓度控制系统100包括：质量流量控制器(mass flowcontroller)3(流量控制器)，设置于所述导入管11上，用来进行载气的流量控制；以及浓度控制器2，设置于所述导出管12上，用来进行混合气体中的材料气体的浓度控制。本实施方式的浓度控制器2是通过控制混合气体的总压来进行浓度控制。
首先，一方面参照图1及图2，一方面对各设备进行详细说明。
所述浓度控制器2从上游起依序设置着对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量的浓度测量部CS、对所述贮槽13内的压力即混合气体的压力(总压)进行测量的压力测量部即压力计22、以及用于根据阀体的开度来控制混合气体的总压的第1阀23，此外还包括浓度控制器控制部24。此处，为了对混合气体中的材料气体的浓度进行控制，压力计22必须预先设置于较第1阀23更上游处。其原因在于为了能够准确测量贮槽13内的总压，准确计算出混合气体中的材料气体的浓度，以配合材料液体L的气化状态的变化。
所述浓度测量部CS包括：分压测量传感器21，通过非分散式红外线吸收方式来对材料气体的分压进行测量；以及浓度计算部241，根据所述分压测量传感器21所测量出的材料气体的分压以及所述压力计22所测量出的测量压力即总压，来计算混合气体中的材料气体的浓度。此处，混合气体中的材料气体的浓度是根据由气体的状态方程式导出的分压/总压来计算。
所述浓度控制器控制部24包括上述浓度计算部241、浓度控制部CC以及用来推测所述贮槽13内的材料液体L的量的材料液体量推测部245。浓度控制部CC是对第1阀23进行控制，以使所述浓度测量部CS所测量的测量浓度最终达到预定的设定浓度，所述浓度控制部CC包括：第1阀控制部242；设定压力设定部243，对所述第1阀控制部242进行设定压力的设定；以及总压计算部244，用来计算在设定浓度变更后的一定期间内，所述设定压力设定部243对所述第1阀控制部242设定的暂时设定压力。
第1阀控制部242对所述第1阀23的开度进行控制，以使所述压力计22所测量出的压力(总压)达到设定压力设定部243所设定的压力即设定压力。
设定压力设定部243在设定浓度变更后的一定期间内，将设定压力设为后述总压计算部244中算出的贮槽内压力即暂时设定压力，另一方面，在其他期间内，将预先设定的设定压力朝向浓度测量部CS所测量的测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向变更。
更具体而言，在设定浓度变更后的一定期间内，即使所测量的材料气体的分压或混合气体的总压发生变动，也不对第1阀控制部242变更设定压力，而维持将总压计算部244所算出的暂时设定压力设定为设定压力的状态。此处，所谓一定期间，是指为使测量的浓度达到所需浓度或者其偏差变得足够小所需的时间，既可以通过实验预先求出，也可以适当设定该时间。
在上述一定期间经过后的其他期间、即、通常运转时，设定压力设定部243根据所测量的材料气体的分压或混合气体的总压的变动，对所述第1阀控制部242朝向测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向进行设定压力的变更。具体而言，当测量出的测量浓度高于设定浓度时，由于浓度是以分压/总压来表示，因此可以通过增大总压来降低浓度。因此，当测量浓度高于设定浓度时，设定压力设定部243对所述第1阀控制部242以增大总压的方式来变更设定压力。其结果为，所述第1阀控制部242以缩小第1阀23的开度的方式来进行控制。当测量出的测量浓度低于设定浓度时，则进行与之相反的动作。
如上所述，所谓朝向测量浓度与设定浓度的偏差变小的方向进行设定压力的变更，是指当测量浓度高于设定浓度时，将设定压力变更为更高，而当测量浓度低于设定浓度时，将设定压力变更为更低。
所述总压计算部244是计算在所述温度传感器T所测量的测量温度中用来使材料气体达到设定浓度的贮槽内压力，并将该贮槽内压力设为暂时设定压力。此处，算出的暂时设定压力被传达给所述设定压力设定部243，用作在启动时或设定浓度变更时之后的一定期间内所述设定压力设定部243对所述第1阀控制部242设定的设定压力。
如果具体说明所述总压计算部244的贮槽内压力的计算，则总压计算部244根据贮槽13内的温度而计算该温度下的材料气体的饱和蒸气压。接着，在贮槽13内，基于以饱和蒸气压产生材料液体L的气化的假设，计算用以使材料气体达到新设定的设定浓度的贮槽内压力即总压。此处，由于浓度是以分压/总压来表示，所以所述贮槽内压力是以(所测量出的温度下的材料气体的饱和蒸气压)/(新设定的设定浓度)而求出。
所述材料液体量推测部245计算出在所述温度传感器T所测量的测量温度下的贮槽13内的材料气体的饱和蒸气压，通过对比所述饱和蒸气压与所述分压测量传感器21所测量的材料气体的测量分压而推测贮槽13内的材料液体L的量。具体而言，当材料液体L变少时，由于载气的气泡与材料液体L相接触的时间变短等的状态的变化而变得不会充分气化，材料气体的分压只会达到小于饱和蒸气压的压力。材料液体量推测部245例如在所测量的材料气体的分压相对于饱和蒸气压而小于规定比例时，推测材料液体L的贮存量变得少于规定量。并且，当所述材料推测部推测为材料液体L的贮存量变少时，显示出该情况，以促使材料液体L的补充。
另外，浓度控制器控制部24利用计算机，包括内部总线、CPU(Centralprocessing unit，中央处理器)、存储器(memory)、I/O(Input/Output，输入/输出)通道、A/D(Analog-to-Digital，模拟/数字)转换器、D/A(Digital-to-Analog，数字/模拟)转换器等。并且，依据预先存储于存储器中的规定程序，所述CPU或周边设备进行动作，由此发挥作为第1阀控制部242、所述浓度计算部241、所述设定压力设定部243、所述总压计算部244、所述材料液体量推测部245的功能。此处，只有第1阀控制部242由独立的单片微型计算机(one-chip microcomputer)等的控制电路BF构成，以接受设定压力，并且构成为只要将所述压力计22及所述第1阀23作为一个单元而输入设定压力便可容易地进行压力控制。若为上述控制部的构成，则可以将一直以来为了压力控制用而开发的控制电路或软件(software)用于浓度控制，因而可以防止设计或开发成本的增大。
如上所述，浓度控制器2是以单体进行混合气体的浓度控制。
所述质量流量控制器3从上游起依序设置着对流入至所述导入管11内的载气的体积流量进行测量的流量测量部FS即热量(thermal)式流量计31、以及根据阀体的开度来调节载气的流量的第2阀32，此外还包括质量流量控制器控制部33。流量测量部FS还可以使用差压式流量计。
所述质量流量控制器控制部33包括：载气流量计算部331，根据来自所述热量式流量计31的信号而计算载气的流量；以及流量控制部FC，以根据所述材料气体的测量浓度及所述载气的测量流量，计算流经所述导出管12的材料气体或混合气体的流量，并使所述计算流量达到预定的设定流量的方式，对第2阀32的开度进行控制。
所述流量控制部FC包括第2阀控制部332、以及对所述第2阀控制部332进行设定流量的设定的设定载气流量设定部333。
所述第2阀控制部332对所述第2阀32的开度进行控制，以使所测量出的测量载气流量达到设定载气流量设定部333所设定的设定载气流量。
所述设定载气流量设定部333朝向所述计算流量与所设定的设定流量的偏差变小的方向变更预定的设定载气流量。若就缩小所述计算流量与所设定的设定流量的偏差进行具体说明，则当材料气体或混合气体的计算流量多于材料气体或混合气体的设定流量时，假设通过所述浓度控制部CC将浓度保持为固定，对所述第2阀控制部332变更设定载气流量以减少流入的载气的流量。当所算出的计算流量少于设定流量时则进行与之相反的动作。其原因在于，浓度是以分压/总压来表示，所以也能以(材料气体的质量流量)/(总质量流量＝材料气体的质量流量+载气的质量流量)来表示，因此如果浓度保持为固定，那么载气的质量流量的增减可以直接使材料气体的体积流量及总流量增减。另外，当计算流量少于设定流量时，进行与计算流量多于设定流量时相反的动作。
另外，载气流量计算部331及第2阀控制部332通过包括CPU、存储器、I/O通道、A/D转换器、D/A转换器等的控制电路BF等而发挥作用。该控制电路BF为了用于流量控制而经过特殊化处理，构成为接收质量流量控制器3应控制的流量值即流量设定值的信号或者来自所述热量式流量计31的信号。并且，所述设定载气流量设定部333是通过通用的单片微型计算机等来实现其功能。
如上所述，质量流量控制器3只进行导入管11中的载气的流量控制，最终进行材料气体或混合气体的流量控制。
其次，一方面参照图3、图4的流程图，一方面对混合气体中的材料气体浓度的控制动作及混合气体及材料气体的流量的控制动作进行说明。
首先，一方面参照图3，一方面对通过控制第1阀23的开度以达到所设定的设定浓度而进行浓度控制时的动作进行说明。
根据所述分压测量传感器21所测量的材料气体的分压、以及所述压力计22所测量的混合气体的总压，浓度计算部241通过式(1)计算出混合气体中的材料气体的浓度。
C＝Pz/Pt    (1)
此处，C表示浓度，Pz表示材料气体的分压，Pt表示混合气体的总压。
在设定浓度初次设定的启动时或变更时，首先，所述总压计算部244根据温度传感器T所测量出的温度来计算材料气体的饱和蒸气压。接着，在材料气体的分压为所述饱和蒸气压时，利用设定浓度和所算出的分压，根据式(1)而计算出达到设定浓度的贮槽13内的压力即混合气体的总压Pts(暂时设定压力)(步骤S1)。
所述设定压力设定部243将所述总压Pts(暂时设定压力)作为设定压力而设定于所述第1阀控制部242中，在从设定浓度变更后算起的规定时间的期间内，即使材料气体的分压等发生变动也不进行变更(步骤S2)。第1阀控制部242在规定时间的期间内，根据设定压力Pts对第1阀23的开度进行控制，作为结果，所述浓度测量部CS所测量的浓度被控制为所设定的设定浓度或与该设定浓度相近的值(步骤S3)。
在变更设定浓度时开始经过规定时间后的通常运转时，当浓度测量部CS所测量的浓度与设定压力设定部243所设定的设定浓度不同时，设定压力设定部243根据所述分压测量传感器21所测量的材料气体的分压Pz与设定浓度C0，通过式(2)而以如下方式来变更设定压力Pt0(步骤S4)。
Pt0＝Pz/C0    (2)
此处，Pz表示所述分压测量传感器21始终测量的值，C0表示所设定的浓度所以为已知。
所述第1阀控制部242在设定压力变更为Pt0时，对第1阀23的开度进行控制，以使所述压力计22所测量的压力(总压)Pt与设定压力Pt0的偏差变小(步骤S5)。
如果在使所述测量压力Pt追随于设定压力Pt0期间内材料气体的分压Pz未发生变动，那么最终测量的混合气体中的材料气体的浓度将达到设定浓度C0。
在追随过程中，当材料气体的分压Pz发生变动时，设定压力设定部243根据式(2)再次重新变更设定压力Pt0，以达到设定浓度C0。
其次，一方面参照图4，一方面对导出管12中的材料气体或总流量的流量控制进行说明。此外，质量流量控制器3与上述浓度控制器2的浓度控制无关地进行材料气体的流量的控制。
设材料气体的设定流量Qz0由设定载气流量设定部333所设定。首先，在流量与浓度之间存在如下述式(3)的关系。
C＝Pz/Pt＝Qz/Qt＝Qz/(Qc+Qz)    (3)
此处，Qz表示材料的质量流量，Qt表示质量积流量，Qc表示载气的质量流量。
所述设定载气流量设定部333根据将式(3)变形而成的下述式(4)来对设定载气流量Qc0进行设定(步骤ST1)。
Qc0＝Qz0(1-C)/C    (4)
此处，浓度C是浓度测量部CS始终测量的值，Qz0也是所设定的值所以为已知。
所述第2阀控制部332在设定载气流量被变更为Qc0时，对第2阀32的开度进行控制，以使所述流量测量部FS所测量的载气流量Qc与设定载气流量Qc0的偏差变小(步骤ST2)。
如果在使所述测量载气流量Qc追随于设定载气流量Qc0的期间内浓度C未发生变动，那么最终所测量的测量载气的流量将达到设定载气流量Qc0。
在追随过程中，当浓度C发生变动时，设定载气流量设定部333根据式(4)再次对设定载气流量Qc0进行重新设定，以达到预定的材料气体流量Qz0。
如上所述，根据本实施方式的材料气体浓度控制系统100，将可由第1阀23容易地控制的总压作为控制变量来进行浓度控制，所以即使材料气体未充分气化至饱和蒸气压或者气化发生了变动，也能够进行高精度且响应性良好的材料气体浓度的控制。
并且，进行浓度控制的浓度控制器2是设置于导出管12上，所以从浓度被控制为固定值开始、到后续的工序中导出混合气体为止的距离较短，因此可以几乎不使浓度发生变动地向下一工序导出混合气体。
此外，通过使用浓度控制器2以及质量流量控制器3，可以控制混合气体中的材料气体的浓度，并且材料气体的流量及总流量也可以保持为固定地进行控制。
对另一实施方式加以说明。
在上述实施方式中，是通过以使混合气体的总压达到设定压力的方式而对第1阀23进行控制来控制混合气体中的材料气体的浓度，但是也可以将浓度测量部CS所测量的浓度作为控制变量，以使浓度变为设定浓度的方式来对第1阀23进行控制。
在上述实施方式中，不仅控制材料气体的浓度，而且还一并控制材料气体的流出流量，但是如果只控制浓度即可，则可以不设置质量流量控制器3而只利用浓度控制器2来进行控制。即，也可以为如下的材料气体浓度控制系统：该系统是用于包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽导出的导出管的材料气化系统中，该系统的特征在于包括设置于所述导出管上的第1阀、对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量的浓度测量部、以及对所述第1阀的开度进行控制以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度的浓度控制部。
即使为上述系统，也是利用浓度测量部对混合气体中的材料气体的浓度本身进行测量，并利用浓度控制部对第1阀的开度进行控制以达到预定的设定浓度，所以在贮槽内材料液体未以饱和蒸气压而气化的情况或者鼓泡的状态发生变化等的情况下，即使材料气体的产生量发生变动，也能够与所述变动无关地将浓度保持为固定。
所述浓度测量部CS是根据分压和总压来计算浓度，但是也可以直接测量浓度。另外，作为分压测量传感器21，并不限于非分散式红外线吸收方式，还可以是FTIR(Fourier Transform Infrared，傅里叶变换红外)光谱方式、激光吸收光谱方式等。
材料气体的流量控制的进行也可以通过如下方式：对第2阀32进行控制，以使所设定的设定流量与根据所测量的浓度和所测量的载气流量而算出的材料气体的计算流量的偏差变小。
如只要对混合气体中的材料气体的浓度进行高精度的控制即可，即使流量并非为某确定值而只要稳定地流动即可，则如图5所示，也可以不将测量浓度从浓度控制器2反馈给质量流量控制器3而进行流量控制。这时，设定载气流量只要根据设定浓度及设定流量并通过式(3)来计算即可。而且，即使预定好设定载气流量，并使载气以该流量流动，如果通过浓度控制器2将浓度保持为固定，那么材料气体或混合气体的流量最终也会达到固定。在对设定载气流量进行预定时，作为省略所述设定载气流量设定部333的构成，只要设为将设定载气流量直接输入到所述第2阀控制部332的构成即可。
也可以在浓度控制器2中预先设置温度传感器T，以补偿因温度变化而产生的压力或分压的测量结果的变化。这样一来，可以更高精度地进行浓度控制。另外，也可以预先获取来自分压测量部的表示光源的劣化状态的信号。例如，只要以如下的方式来构成浓度控制器控制部即可：预先根据流入到光源中的电流的随时间的变化来掌握光源的寿命，在对测量结果造成重大影响之前，进行显示以促使更换。
如图6所示，为了制作多成分的混合气体，有时并列设置多个使种类各不相同的材料气体产生的鼓泡系统1，使各导出管12汇流而形成汇流导出管14。在这种情况下，为了一方面高精度地控制各材料气体的浓度，一方面尽可能地减少所设置的浓度测量部CS的数量，以谋求成本降低的方式构成材料气体浓度控制系统100，只要在各导出管12上预先设置第1阀23，在汇流导出管14上具备多成分浓度测量部MCS和浓度控制部CC即可，所述多成分浓度测量部MCS能够对多成分的气体的浓度进行测量，所述浓度控制部CC对各第1阀23的开度进行控制，以使得所述多成分浓度测量部MCS所测量出的各材料气体的测量浓度达到针对每种材料气体预定的设定浓度。
若为这种系统，则只要预先在汇流导出管14上只设置一个多成分浓度测量部MCS，便可对所有的鼓泡系统1中的第1阀23的开度进行控制。所述浓度控制部CC只要以如下的方式来构成即可：预先针对每种测量的材料气体而存储对哪个第1阀23发出开度的指令，并进行各第1阀23的控制，以使所测量出的各材料气体的测量浓度与预定的各材料气体的设定浓度的偏差变小。
而且，更普遍而言，作为对材料气化而成的气体的浓度进行控制的材料气体浓度控制系统，只要为如下的系统即可：该系统是用于包含收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管的材料气化系统中，且并列设置着多个使种类各不相同的材料气体产生的材料气化系统，使各导出管汇流而形成汇流导出管，并且该系统包括：第1阀，设置于各导出管上；多成分浓度测量部，设置于所述汇流导出管上，对流经所述汇流导出管的混合气体中的各材料气体的浓度进行测量；以及浓度控制部，对各第1阀的开度进行控制，以使所述多成分浓度测量部所测量的各材料气体的测量浓度达到对每种材料气体预定的设定浓度。
此外，如果在进行浓度控制的同时，预先在各导入管11上设置质量流量控制器3，那么由于浓度被控制为固定，所以也能一并将流量控制成保持固定。
而且，在上述实施方式中，浓度测量部是包括对混合气体的总压进行测量的压力计和分压测量传感器，然而浓度测量部还可以如超声波浓度计等那样以单体进行浓度测量。并且，虽然是将用来测量浓度的压力计和用来控制第1阀的压力计加以共用，但也可以分别单独地设置，或者浓度测量部不像上述那样使用总压。
此外，在不违反本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。
《第二实施方式》
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。第二实施方式的构成与所述第一实施方式相同，如图1及图2所示。而且，浓度控制的相关动作也与所述第一实施方式相同，如图3及图4所示。
在第二实施方式中，对材料液体L减少的状态下的材料气体的浓度控制的动作及其效果进行详细说明。图7表示在材料液体L减少的状态下，进行如上所述材料气体的浓度控制时的结果的一例。在设定浓度变更后的一定期间内，将总压计算部244根据贮槽13内的温度而算出的材料气体的饱和蒸气压下达到设定浓度的贮槽内压力作为设定压力而予以保持着。所述一定期间，可以为例如10秒左右的期间，或者结合贮槽的容量等根据实验来确定即可。例如，可列举设定测量浓度的超限相对于设定浓度为数个百分比等的基准来决定保持时间的方法等。在该测量结果中，将设定压力保持了一定期间，因此测量压力也被控制为大致与设定压力相近的值。
因此，测量浓度也未相对于设定浓度而大大超限。并且可知，在一定期间结束后的其他期间内，一方面再次使用测量浓度来变更设定压力，一方面进行浓度控制，借此将设定浓度与测量浓度之间剩余的偏差也控制为消除。结果已知，待测量浓度达到与设定浓度大致相同的值而变得稳定为止所要耗费的时间得到大幅缩短。
如上所述，根据本实施方式的材料气体浓度控制系统100，所述设定压力设定部243在设定压力变更后一定期间内，将总压计算部244根据贮槽13内的温度而算出的贮槽内压力作为设定压力而予以保持，在其他期间内，通过根据测量浓度来变更设定压力而进行浓度控制，所以当材料液体L减少时，即使设定浓度变更时，也能够在短时间内使测量浓度与设定浓度的值相一致而达到稳定。
因此，可以在短时间内供给所需浓度的混合气体，所以能够提高工序的处理量。
对另一实施方式加以说明。
在上述实施方式中，所述总压计算部244是根据材料气体的饱和蒸气压来计算设定浓度中的贮槽内压力，但是例如也可以使用饱和蒸气压附近的值来进行计算。这样一来，对于因设定压力的变更而导致的材料液体L的急剧的气化状态的变化，可以考虑到一定程度的余裕而进行设定。
材料气体浓度控制系统也可以为如下的系统，所述系统的特征在于包括：第1阀，设置于所述导出管上；浓度测量部，对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量；压力测量部，对所述贮槽内的压力进行测量；温度测量部，对所述贮槽内的温度进行测量；以及浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度，所述浓度控制部包括：总压计算部，根据所述温度测量部所测量的测量温度，计算用来使材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力；以及第1阀控制部，在所述设定浓度变更后的一定期间内对所述第1阀的开度进行控制，以使所述贮槽内压力与所述压力测量部所测量的测量压力的偏差变小，另一方面，在其他期间内对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的测量浓度与设定浓度的偏差变小。
若为这种系统，则所述总压计算部可以在设定浓度变更后的一定期间内根据所测量出的贮槽内的温度，计算用来使材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力，所述第1阀控制部在设定浓度变更后的一定期间内，可与浓度测量部所测量的测量浓度无关地进行以压力值为基准的浓度控制，以使所算出的贮槽内压力与压力测量部所测量的压力的偏差变小。因此，与上述实施方式同样地，可以在从设定浓度变更时算起的一定期间内，控制为与贮槽内的材料的气化的状态相对应的阀的开度，可缩短建立时间或者可使得不会大大超限。并且，在一定期间后，从测量浓度接近设定浓度的状态开始，所述第1阀控制部可再次以浓度值为基准而进行浓度控制，以使得设定浓度与测量浓度的偏差变小，所以能够不会引起乱调地缩短其安定时间。
因此，可以防止因材料液体的减少等而导致设定浓度变更时产生的乱调或安定时间变长的问题。
另外，在上述实施方式中，浓度测量部是包括对混合气体的总压进行测量的压力计和分压测量传感器，但是浓度测量部也可以如超声波浓度计等那样以单体来测量浓度。另外，虽然是将用来测量浓度的压力计与用来控制第1阀的压力计加以共用，但也可以分别单独地设置，或者浓度测量部不像上述那样使用总压。
此外，也可以使用第一实施方式中所揭示的变形实施方式，在不违反本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。
《第三实施方式》
实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
第三实施方式是具有与所述第一实施方式及第二实施方式大致相同构成的材料气体浓度控制系统，在所述浓度控制器2中存在构成上的差异。
首先，一方面参照图9及图10，一方面进行详细说明。
如图9所示，所述浓度控制器2从上游开始依序设置着对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量的浓度测量部21(CS)、对所述贮槽13内的压力即混合气体的压力(总压)进行测量的压力测量部即压力计22、以及通过阀体的开度来控制混合气体的总压的第1阀23，进而还包含浓度控制器控制部24。此处，为了控制混合气体中的材料气体的浓度，压力计22必须预先设置于比第1阀23更上游处。其原因在于，为了能够准确地测量贮槽13内的总压及混合气体中的材料气体的浓度，以配合材料液体L的气化状态的变化。
如图9及图10所示，所述浓度控制器控制部24包括浓度控制部CC、以及用来推测所述贮槽13内的材料液体L的量的材料液体量推测部245。浓度控制部CC是对第1阀23进行控制，以使所述浓度测量部21(CS)所测量的测量浓度最终达到预定的设定浓度，所述浓度控制部CC包括：第1阀控制部242；设定压力设定部243，对所述第1阀控制部242进行设定压力的设定；以及总压计算部244，计算在设定浓度变更后的一定期间内，所述设定压力设定部243对所述第1阀控制部242设定的设定压力。
在第三实施方式中，与所述第一实施方式和第二实施方式不同，所述浓度测量部CS是以单体输出浓度，并且如图9及图10所示，省略了根据总压和分压来计算混合气体中的材料气体的浓度的浓度计算部241。
所述总压计算部244是计算在所述温度传感器T所测量的测量温度中用来使材料气体达到设定浓度的贮槽内压力，并将该贮槽内压力设为暂时设定压力。此处，算出的贮槽内压力被传达给所述设定压力设定部243，用作在启动时或设定浓度变更时之后的一定期间内所述设定压力设定部243对所述第1阀控制部242设定的设定压力。
如果具体说明所述总压计算部244的贮槽内压力的计算，则总压计算部244根据贮槽13内的温度计算该温度下的材料气体的饱和蒸气压。并且，在贮槽13内，基于以饱和蒸气压产生材料液体L的气化的假设，计算用以使材料气体达到新设定的设定浓度的贮槽内压力即总压。此处，由于浓度是以分压/总压来表示，所以所述贮槽内压力是以(所测量出的温度下的材料气体的饱和蒸气压)/(新设定的设定浓度)而求出。
对应于权利要求中的材料量推测部的所述材料液体量推测部245是根据所述温度传感器T所测量的测量温度，计算出在保持为所述设定浓度的状态下所述压力测量部22应测量出的压力即计算压力，并根据所述设定压力和所述计算压力来推算材料液体L的贮存量。
首先，所述材料液体量推测部245计算出在所述温度传感器T所测量的测量温度下的贮槽13内的材料气体的饱和蒸气压，根据所述饱和蒸气压和设定浓度，计算出在保持为设定浓度且材料气体以饱和蒸气压而气化时所述压力计22应测量出的压力即计算压力。继而，通过对比所述设定压力与所述计算压力来推测贮槽13内的材料液体L的量。
具体而言，当材料液体L变少时，由于载气的气泡与材料液体L接触的时间变短等的状态的变化而变得不会充分气化，材料气体的分压只会达到小于饱和蒸气压的压力。为了保持设定浓度，所述设定压力设定部以使总压减少的方式而变更设定压力，因此与所述计算压力相比，所述设定压力变小。
因此，材料液体量推测部245例如在设定压力相对于所述计算压力而小于规定比例时，推测为材料液体L的贮存量变得少于规定量。并且，当所述材料推测部推测为材料液体L的贮存量变少时，显示出该情况，以促使材料液体L的补充。
其次，一方面参照图11和图12的流程图，一方面说明混合气体中的材料气体浓度的控制动作及混合气体及材料气体的流量的控制动作。
首先，一方面参照图11，一方面说明通过对第1阀23的开度进行控制以达到所设定的设定浓度而进行浓度控制时的动作。
在设定浓度初次设定的启动时或变更时，首先，所述总压计算部244根据温度传感器T所测量出的温度来计算材料气体的饱和蒸气压。接着，在材料气体的分压为所述饱和蒸气压时，利用设定浓度和所算出的分压，根据式(1)而计算出达到设定浓度的贮槽13内的压力即混合气体的总压Pts(暂时设定压力)(步骤S1)。
Pt＝Pz/C    (1)
此处，C表示浓度，Pz表示材料气体的分压，Pt表示混合气体的总压。
所述设定压力设定部243将所述总压Pts(暂时设定压力)作为设定压力而设定于所述第1阀控制部242中，在从设定浓度变更后算起的规定时间的期间内，即使材料气体的分压等发生变动也不进行变更(步骤S2)。第1阀控制部242在规定时间的期间内，根据设定压力Pts对第1阀23的开度进行控制，作为结果，所述浓度测量部21(CS)所测量的浓度被控制为所设定的设定浓度或与该设定浓度相近的值(步骤S3)。
在从变更设定浓度时开始经过规定时间后的通常运转时，当浓度测量部CS所测量的浓度与设定压力设定部243所设定的设定浓度不同时，设定压力设定部243根据所述浓度测量部21(CS)所测量的测量浓度C、设定浓度C0、所述压力计22所测量的Pt，通过式(2)而以下述方式来变更设定压力Pt0(步骤S4)。
Pt0＝(C/C0)Pt    (2)
此处，C表示始终测量的值，C0及Pt表示所设定的浓度所以为已知。
所述第1阀控制部242在设定压力变更为Pt0时，对第1阀23的开度进行控制，以使所述压力计22所测量的压力(总压)Pt与设定压力Pt0的偏差变小(步骤S5)。
如果在使所述测量压力Pt追随于设定压力Pt0的期间内材料气体的分压Pz未发生变动，那么最终测量的混合气体中的材料气体的浓度将达到设定浓度C0。
在追随过程中，当所测量的测量浓度C发生变动时，设定压力设定部243根据式(2)再次重新变更设定压力Pt0，以达到设定浓度C0。
其次，一方面参照图12，一方面说明导出管12中的材料气体或总流量的流量控制。此外，质量流量控制器3与上述浓度控制器2的浓度控制无关地独立进行材料气体的流量的控制。
设材料气体的设定流量Qz0由设定载气流量设定部333所设定。首先，在流量与浓度之间存在如下述式(3)的关系。
C＝Pz/Pt＝Qz/Qt＝Qz/(Qc+Qz)    (3)
此处，Qz表示材料的质量流量，Qt表示总质量流量，Qc表示载气的质量流量。
所述设定载气流量设定部333根据将式(3)变形而成的下述式(4)来对设定载气流量Qc0进行设定(步骤ST1)。
Qc0＝Qz0(1-C)/C    (4)
此处，浓度C表示浓度测量部21(CS)始终测量的值，Qz0也是所设定的值所以为已知。
所述第2阀控制部332在设定载气流量被变更为Qc0时，对第2阀32的开度进行控制，以使所述流量测量部FS所测量的载气流量Qc与设定载气流量Qc0的偏差变小(步骤ST2)。
如果在使所述测量载气流量Qc追随于设定载气流量Qc0的期间内浓度C未发生变动，那么最终所测量的测量载气的流量将达到设定载气流量Qc0。
在追随过程中，当浓度C发生变动时，设定载气流量设定部333根据式(4)再次对设定载气流量Qc0进行重新设定，以达到预定的材料气体流量Qz0。
如上所述，根据本实施方式的材料气体浓度控制系统100，并非将响应性欠佳的分压或包含分压的浓度作为直接的控制变量，而是将可由第1阀23容易地控制的总压作为控制变量来进行浓度控制，所以即使材料气体未充分气化至饱和蒸气压或者气化发生了变动，也可以进行高精度且响应性良好的材料气体浓度的控制。
因此，当由于材料液面的降低而使得材料气体的气化无法充分进行，从而导致混合气体中的材料气体的分压降低时，所述设定压力设定部以通过使设定压力逐渐降低以保持设定浓度的方式而发挥作用。
所述材料液体量推测部245对所述设定压力设定部的举动进行监控，所以能够根据设定压力来推算材料液体L的贮存量。
而且，在贮槽13内设置着温度传感器T，以能够区分因温度变化导致的材料气体的分压的降低与因液量降低导致的材料气体的分压的降低而进行贮存量的推算，所以能够更准确地推算材料液体L的贮存量。
因此，由于不在贮槽13内设置液量传感器等便可掌握材料液体L的贮存量，所以能够防止成本的增大。并且，能够推算准确的材料液体L的贮存量，所以能够适当进行材料液体L的补充，从而能够防止因材料液体L的减少造成稳定至设定浓度为止所要耗费的时间变长的情况。
对另一实施方式加以说明。
在上述实施方式中，不仅控制材料气体的浓度，而且还一并控制材料气体的流出流量，但是如果只控制浓度即可，那么也可以不设置质量流量控制器3而只利用浓度控制器2来进行控制。
所述浓度测量部CS是直接测量浓度，但是也可以根据分压和总压来计算浓度。并且，作为浓度测量部21(CS)，也可以包括非分散式红外线吸收方式、FTIR光谱式或激光吸收光谱方式等的分压测量传感器21、以及对混合气体的压力(总压)进行测量的压力计。另外，所述压力计既可以与权利要求中所述的用来对贮槽内的压力进行测量的压力测量部共用，也可以分开单独设置。在此种压力计的情况时，材料液体量推测部可以通过对比材料气体的分压与根据测量温度所算出的贮槽内的饱和蒸气压来推测材料的量。即，相对于饱和蒸气压所测量的分压只获得低的值，表明气化未得到充分进行，所以可知材料液体量变少。
并且，当预先通过恒温槽等来将贮槽内保持为某固定温度，而充分采取不会发生温度变化的对策时，材料液体量推测部也可以只保持该固定温度时的饱和蒸气压，并通过对比该饱和蒸气压和所测量的分压来推测材料液体量。
如果只要对混合气体中的材料气体的浓度进行高精度的控制即可，即使流量并非为某确定值而只要稳定地流动即可，则如图18所示，也可以不将测量浓度从浓度控制器2反馈给质量流量控制器3而进行流量控制。这时，设定载气流量只要根据设定浓度及设定流量并通过式(3)来计算即可。而且，即使预定好载气流量，并使载气以该流量流动，如果通过浓度控制器2将浓度保持为固定，那么材料气体或混合气体的流量最终也会达到固定。
也可以在浓度控制器2中预先设置温度传感器T，以补偿因温度变化而产生的压力等的测量结果的变化。这样一来，可以更高精度地进行浓度控制。另外，也可以预先获取来自浓度测量部的表示光源的劣化状态的信号。例如，只要以如下的方式来构成浓度控制器控制部即可：预先根据流入到光源中的电流的随时间的变化来掌握光源的寿命，在对测量结果造成重大影响之前，进行显示以促使更换。
在上述实施方式中，材料液体量推测部245接收来自温度传感器T的信号，但当设置着恒温槽等以使贮槽13内的温度变化变小时、或者即使有温度变化但也小到可以忽视的程度时，也可以不设置温度传感器T。
当未设置温度传感器时，例如可以预先通过实验而求出或者计算出在充分贮存着材料液体的状态下的某设定浓度时的标准设定压力，从而预先设定基准压力，根据设定压力相对于所述基准压力降低了多少来推算材料液体的贮存量。若为这种系统，则可以不使用外部传感器，而只利用用于控制的内部传感器来推测材料液体量，从而可以进一步降低成本。
在上述实施方式中，材料为液体，但即使材料为固体，也可以通过材料量推测部而不使用外部传感器来推测收纳于贮槽内的量。
在上述实施方式中，第1阀控制部根据设定压力和测量压力来控制阀的开度，但是也可以根据设定浓度与测量浓度的偏差来直接控制。
即，材料气体浓度控制系统也可以为如下的系统：该系统是用于包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管的材料气化系统中，该系统的特征在于包括设置于所述导出管上的第1阀、对所述混合气体中的材料气体的浓度进行测量的浓度测量部、对所述贮槽内的压力进行测量的压力测量部、对所述第1阀的开度进行控制以使所述浓度测量部所测量的材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度的浓度控制部、以及推测收纳于贮槽内的所述材料的量的材料量推测部，所述浓度控制部包括以使所述测量浓度与设定浓度的偏差减小的方式来进行控制的第1阀控制部，所述材料量推测部根据所述测量压力来推算材料的量。
若为这种系统，则当在如上所述般浓度被保持为固定的状态下材料的量减少时，伴随于此总压降低，因此所述材料量推测部可以由测量压力检测到总压的降低等，从而推测收纳于贮槽内的材料的量。因此，可以推测收纳于贮槽内的材料的量，以促使材料的补充。
而且，浓度测量部也可以如超声波浓度计等那样以单体测量混合气体的总压，也可以更包括对材料气体的分压进行测量的分压测量传感器。在这种系统的情况下，也可以不对混合气体的总压进行测量，而由所述材料量推测部根据测量浓度和测量分压来计算混合气体的总压，从而推测收纳于贮槽内的材料的量。另外，若为包括对贮槽内的温度进行测量的温度测量部的系统，则可以对因温度降低导致的材料的气化量的减少、或因材料量的减少导致的气化量的减少的影响进行修正而进行材料量的推测。
此外，在不违反本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。

Claims (9)

1.一种材料气体浓度控制系统，用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入所述贮槽内的导入管、以及将所述材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：
第1阀，设置于所述导出管上；
浓度测量部，对所述混合气体中的所述材料气体的浓度进行测量；以及
浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量出的所述材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度，
所述浓度测量部包括对所述贮槽内的压力进行测量的压力测量部，
所述浓度控制部包括：
设定压力设定部，将设定压力朝向所述测量浓度与所述设定浓度的偏差变小的方向变更；以及
第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量出的测量压力达到所述设定压力，且
将所测量的材料气体的所述测量浓度控制为达到预定的所述设定浓度。
2.根据权利要求1所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于包括：
第2阀，设置于所述导入管上；
流量测量部，对流经所述导入管的所述载气的流量进行测量；以及
流量控制部，对所述第2阀的开度进行控制，以使所述载气的测量流量达到根据流经所述导出管的所述材料气体或所述混合气体的预定的设定流量与所述设定浓度而计算的设定载气流量或预定的设定载气流量。
3.根据权利要求1所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于包括：
第2阀，设置于所述导入管上；
流量测量部，对流经所述导入管的所述载气的流量进行测量；以及
流量控制部，对所述第2阀的开度进行控制，以根据所述材料气体的所述测量浓度及所述载气的测量流量，计算流经所述导出管的所述材料气体或所述混合气体的流量，并使所述计算流量达到预定的设定流量。
4.根据权利要求3所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于，
所述流量控制部包括：
设定载气流量设定部，将预定的设定载气流量朝向所述计算流量与所述设定流量的偏差变小的方向变更；以及
第2阀控制部，对所述第2阀的开度进行控制，以使所述流量测量部所测量出的测量载气流量达到所述设定载气流量。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于，
所述浓度测量部包括：分压测量传感器，通过非分散式红外线吸收方式对所述材料气体的分压进行测量；以及浓度计算部，根据所测量的材料气体分压及所述测量压力来计算所述材料气体的浓度。
6.一种材料气体浓度控制系统，用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将所述材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：
第1阀，设置在所述导出管上；
浓度测量部，包括对所述贮槽内的压力进行测量的压力测量部，对所述混合气体中的所述材料气体的浓度进行测量；
温度测量部，对所述贮槽内的温度进行测量；以及
浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量的所述材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度，
所述浓度控制部包括：
总压计算部，根据所述温度测量部所测量的测量温度，计算用以使所述材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力；
设定压力设定部，在所述设定浓度变更后的一定期间内，将设定压力设为所述总压计算部所算出的贮槽内压力，另一方面，在其他期间内，将设定压力朝向所述测量浓度与所述设定浓度的偏差变小的方向变更；以及
第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量的测量压力达到所述设定压力。
7.根据权利要求6所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于，
所述总压计算部是根据所述温度测量部所测量的测量温度来计算所述材料气体的饱和蒸气压，并根据所述饱和蒸气压来计算用以使所述材料气体达到所述设定浓度的贮槽内压力。
8.一种材料气体浓度控制系统，用于材料气化系统中，所述材料气化系统包括收纳材料的贮槽、将使所收纳的材料气化的载气导入至所述贮槽内的导入管、以及将所述材料气化而成的材料气体及所述载气的混合气体从所述贮槽内导出的导出管，所述材料气体浓度控制系统的特征在于包括：
第1阀，设置在所述导出管上；
浓度测量部，对所述混合气体中的所述材料气体的浓度进行测量；
压力测量部，对所述贮槽内的压力进行测量；
浓度控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述浓度测量部所测量出的所述材料气体的测量浓度达到预定的设定浓度；以及
材料量推测部，推测收纳于所述贮槽内的所述材料的量，
所述浓度控制部包括：
设定压力设定部，将设定压力朝向所述测量浓度与所述设定浓度的偏差变小的方向变更；以及
第1阀控制部，对所述第1阀的开度进行控制，以使所述压力测量部所测量出的测量压力达到所述设定压力，且
所述材料量推测部是根据所述设定压力来推算收纳于所述贮槽内的所述材料的量。
9.根据权利要求8所述的材料气体浓度控制系统，其特征在于还包括对所述贮槽内的温度进行测量的温度测量部，
所述材料量推测部是根据所述温度测量部所测量出的测量温度，来计算在保持为所述设定浓度的状态下所述压力测量部所应测量出的压力即计算压力，
根据所述设定压力及所述计算压力来推算收纳于所述贮槽内的所述材料的量。
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