JP2010109302A - Material gas concentration control system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、タンク内に収容されている材料にキャリアガスを導入し、材料を気化させる材料気化システムにおいて、その気化した材料ガスの濃度を制御するシステムに関するものである。 The present invention relates to a system for controlling the concentration of a vaporized material gas in a material vaporization system that introduces a carrier gas into a material accommodated in a tank and vaporizes the material.
この種の材料気化システムにおける材料ガスの濃度制御システムシステムとしては、キャリアガスを導入する導入管に設けられたマスフローコントローラと、材料ガス及びキャリアガスの混合ガスを導出する導出管に設けられ、混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部とを備えたものが挙げられる。 The material gas concentration control system in this type of material vaporization system includes a mass flow controller provided in an introduction pipe for introducing a carrier gas, and an outlet pipe for deriving a mixed gas of the material gas and the carrier gas. Examples include a concentration measuring unit that measures the concentration of the material gas in the gas.
このものは、濃度測定部によって測定された材料ガスの測定濃度をマスフローコントローラにフィードバックし、測定濃度と予め設定されている設定濃度との偏差が小さくなるようにタンク内に流入するキャリアガスの流量を制御することによって濃度を一定に保つように構成されている。 This device feeds back the measured concentration of the material gas measured by the concentration measuring unit to the mass flow controller, and the flow rate of the carrier gas flowing into the tank so that the deviation between the measured concentration and the preset concentration is small. By controlling this, the density is kept constant.
ところで、このようなものでは材料液が減少し、タンク内の気体の体積が大きくなると、設定濃度を変更した場合にタンク内の混合ガスが新しく設定された設定濃度のものに全て入れ替わってしまうまでに時間がかかるようになる。つまり、材料液が少なくなると、設定濃度を新しく変更しても、所望の濃度になるまでにかかる制御時間が長くなってしまうという不具合が生じる。 By the way, in such a case, when the material liquid decreases and the volume of gas in the tank increases, until the set concentration is changed, the mixed gas in the tank is completely replaced with the newly set concentration. Will take longer. That is, when the material liquid is reduced, there arises a problem that even if the set concentration is newly changed, the control time required until the desired concentration is increased.
このような問題に対して、従来はタンク内に液量計を設けておき、予め定めた液量よりも材料液が減少したことを検出し、適宜、材料液の補充を行えるようにして、制御時間が長くなるという問題を防ぐようにしていた。しかしながら、このような解決方法は、タンク内に液量計を取り付ける手間や新たなコストを発生させる原因となってしまっている。
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、液量計などの検出器を用いることなく、タンク内の材料液が減少していることを推定し、新しく設定された設定濃度に安定するまでにかかる時間が長くなるという不具合を防ぐことができる材料ガス濃度制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and estimates that the material liquid in the tank has decreased without using a detector such as a liquid meter, and a newly set concentration set. It is an object of the present invention to provide a material gas concentration control system capable of preventing the problem that the time required for stabilization becomes long.
すなわち、本発明に係る材料ガス濃度制御システムは、材料を収容するタンクと、収容された材料を気化させるキャリアガスを前記タンクに導入する導入管と、材料が気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを前記タンクから導出する導出管とを具備した材料気化システムに用いられるものであって、前記導出管上に設けられた第１バルブと、前記混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部と、前記タンク内の圧力を測定する圧力測定部と、前記濃度測定部で測定された材料ガスの測定濃度が、設定濃度となるように前記第１バルブの開度を制御する濃度制御部と、タンク内に収容されている前記材料の量を推定する材料量推定部とを具備し、前記濃度制御部が、予め定めた設定圧力を、前記測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに変更する設定圧力設定部と、前記圧力測定部で測定された測定圧力が前記設定圧力となるように前記第１バルブの開度を制御する第１バルブ制御部とを具備したものであり、前記材料量推定部が、前記設定圧力に基づいてタンク内に収容されている前記材料の量を推定算出するものであることを特徴とする。 That is, the material gas concentration control system according to the present invention includes a tank that contains a material, an introduction pipe that introduces a carrier gas that vaporizes the contained material into the tank, a material gas that vaporizes the material, and the carrier gas. Used in a material vaporization system including a lead-out pipe for leading a mixed gas from the tank, a first valve provided on the lead-out pipe, and a concentration for measuring the concentration of the material gas in the mixed gas Concentration control for controlling the opening of the first valve so that the measured concentration of the material gas measured by the measuring unit, the pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank, and the concentration measuring unit becomes a set concentration And a material amount estimation unit for estimating the amount of the material accommodated in the tank, wherein the concentration control unit sets a predetermined set pressure to the measured concentration and the set concentration. A set pressure setting unit that changes the direction so that the difference decreases, and a first valve control unit that controls the opening of the first valve so that the measurement pressure measured by the pressure measurement unit becomes the set pressure. The material amount estimation unit estimates and calculates the amount of the material accommodated in the tank based on the set pressure.
このようなものであれば、前記設定圧力設定部が予め定めた設定圧力を測定される測定濃度に応じて変更し、前記圧力測定部によって測定される測定圧力がその設定圧力になるように、前記第１バルブ制御部が前記第１バルブの制御を行うことによって測定濃度が予め定めた設定濃度となるように濃度制御することができる。ここで、例えば、材料が液体の場合には、材料液の減少に伴う液面の低下によってキャリアガスの気泡が材料液と接触している時間が減少すると十分に材料ガスの気化が行われないようになり、材料ガスの分圧は低下することになる。上述したようなガス濃度制御を行うと、材料ガスの分圧の低下に合わせて設定濃度に制御しようとすると全圧を低下させる必要があるので、前記設定圧力設定部は設定圧力を低い値に変更していく。つまり、タンク内に収容されている材料の量と設定圧力の間には相関関係があるので、前記材料量推定部が、前記設定圧力設定部が変更する設定圧力に基づいてタンク内に収容されている材料の量を推定算出することができる。また、材料が固体の場合でもあっても、材料の気化に伴って、キャリアガスと接触する表面積が小さくなるなどの原因によって同様に設定圧量の値が低い値になっていくので、材料の量の推定を行うことができる。なお、タンク内の圧力とは、本明細書ではタンク内の圧力そのものとともに、前記第１バルブよりも上流の導出管における混合ガスの圧力を含む概念である。 If this is the case, the set pressure setting unit changes the set pressure set in advance according to the measured concentration to be measured, and the measured pressure measured by the pressure measuring unit becomes the set pressure, The first valve control unit can control the first valve to control the concentration so that the measured concentration becomes a predetermined set concentration. Here, for example, when the material is a liquid, the material gas is not sufficiently vaporized if the time during which the bubbles of the carrier gas are in contact with the material liquid is reduced due to a decrease in the liquid level accompanying the decrease in the material liquid. As a result, the partial pressure of the material gas decreases. When the gas concentration control as described above is performed, it is necessary to reduce the total pressure when attempting to control the set concentration in accordance with the decrease in the partial pressure of the material gas. Therefore, the set pressure setting unit reduces the set pressure to a low value. Change. That is, since there is a correlation between the amount of material accommodated in the tank and the set pressure, the material amount estimation unit is accommodated in the tank based on the set pressure changed by the set pressure setting unit. It is possible to estimate and calculate the amount of material. Even if the material is a solid, the set pressure value becomes a low value due to the reason that the surface area in contact with the carrier gas decreases as the material vaporizes. A quantity estimate can be made. In the present specification, the pressure in the tank is a concept including the pressure of the mixed gas in the outlet pipe upstream from the first valve together with the pressure in the tank itself.
このように、タンク内に液量計などの付加センサを取り付けなくても、前記材料量推定部は、タンク内に収容されている材料の量を推定することができる。従って、新たなコスト増大を招くことなく、収容されている材料の量を把握して、適宜材料を補充することが可能となるので、材料が減少することによって生じる設定濃度に安定するまでにかかる時間が長くなってしまうという問題を防ぐことができる。 As described above, the material amount estimation unit can estimate the amount of material stored in the tank without attaching an additional sensor such as a liquid meter in the tank. Therefore, it is possible to grasp the amount of the contained material and replenish the material as appropriate without incurring a new cost increase, and it takes time to stabilize the set concentration caused by the decrease in the material. It can prevent the problem that the time is long.
材料ガスの分圧が低下するのは、液面の低下によるキャリアガスの気泡が材料液に接触している時間が減少することや、固体材料における気化による表面積の変化以外にも原因がある。例えば、タンク内の温度変化による飽和蒸気圧が変化は、材料液の気化のしやすさを変化させ、設定圧力の変更にも影響を与える。このようなタンク内の温度変化によって生じ得る収容されている材料の量の推定誤差を補償できるようにするには、前記タンク内の温度を測定する温度測定部を更に備えたものであり、前記材料液量推定部が、前記温度測定部によって測定された測定温度に基づいて、前記設定濃度に保たれている状態において前記圧力測定部で測定されるべき圧力である算出圧力を算出し、前記設定圧力と前記算出圧力に基づいて収容されている材料の量を推定算出するものであればよい。 The partial pressure of the material gas is decreased due to a decrease in the time during which the bubbles of the carrier gas are in contact with the material liquid due to the decrease in the liquid level and the change in the surface area due to vaporization in the solid material. For example, the change of the saturated vapor pressure due to the temperature change in the tank changes the easiness of vaporization of the material liquid, and also affects the change of the set pressure. In order to be able to compensate for the estimation error of the amount of the material accommodated that may be caused by such a temperature change in the tank, it further includes a temperature measurement unit that measures the temperature in the tank, Based on the measured temperature measured by the temperature measuring unit, the material liquid amount estimating unit calculates a calculated pressure that is a pressure to be measured by the pressure measuring unit in a state where the material concentration is maintained, What is necessary is just to estimate and calculate the amount of the material accommodated based on the set pressure and the calculated pressure.
このように本発明の材料ガス濃度制御システムによれば、タンク内に液量計などの測定センサを設けることなく、タンク内に収容されている材料の量を推定することができる。従って、推定された材料の量に基づいて、材料を適宜補充することが可能となり、材料の減少によって設定濃度に安定するまでにかかる制御時間が長くなるという問題を防ぐことができる。 As described above, according to the material gas concentration control system of the present invention, the amount of the material accommodated in the tank can be estimated without providing a measurement sensor such as a liquid meter in the tank. Therefore, it is possible to appropriately replenish the material based on the estimated amount of the material, and it is possible to prevent the problem that the control time required until the concentration is stabilized due to the decrease of the material becomes long.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る材料ガス濃度制御システム１００は、例えば、半導体製造プロセスに使用されるウエハ洗浄装置の乾燥処理槽内のＩＰＡ濃度を安定供給するために用いられる。より具体的には、ＩＰＡ材料液Ｌを気化させて乾燥処理槽内に供給するバブリングシステム１に用いられるものである。なお、ＩＰＡ材料液Ｌが請求項での材料に対応し、バブリングシステム１が請求項での材料気化システムに対応する。ここで、材料は固体材料であっても本発明は同様の効果を奏し得る。また、本発明は、ＩＰＡ材料液Ｌが気化した材料ガスの濃度制御に限られるものではない。例えば、ＣＶＤ製膜装置やＭＯＣＶＤ製膜装置などにおいて、濃度制御を行うために用いることもできる。 The material gas concentration control system 100 according to the present invention is used, for example, to stably supply the IPA concentration in the drying treatment tank of a wafer cleaning apparatus used in a semiconductor manufacturing process. More specifically, it is used for the bubbling system 1 that vaporizes the IPA material liquid L and supplies it to the drying treatment tank. The IPA material liquid L corresponds to the material in the claims, and the bubbling system 1 corresponds to the material vaporization system in the claims. Here, even if the material is a solid material, the present invention can achieve the same effect. Further, the present invention is not limited to the concentration control of the material gas vaporized from the IPA material liquid L. For example, it can also be used for concentration control in a CVD film forming apparatus, an MOCVD film forming apparatus, or the like.
図１に示すように、前記バブリングシステム１は、材料液Ｌを貯留するタンク１３と、前記タンク１３に貯留された材料液Ｌ中にキャリアガスを導入してバブリングさせる導入管１１と、前記タンク１３に貯留された材料液Ｌの上方空間Ｎから材料液Ｌが気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを導出する導出管１２とを具備したものである。前記タンク１３にはタンク１３内の温度を測定するための温度センサＴが取り付けてある。 As shown in FIG. 1, the bubbling system 1 includes a tank 13 for storing a material liquid L, an introduction pipe 11 for introducing a carrier gas into the material liquid L stored in the tank 13 and bubbling, and the tank 13 and a lead-out pipe 12 for deriving a mixed gas of the material gas vaporized from the material liquid L and the carrier gas from the upper space N of the material liquid L stored in 13. A temperature sensor T for measuring the temperature in the tank 13 is attached to the tank 13.
材料ガス濃度制御システム１００は、前記導入管１１に設けてあり、キャリアガスの流量制御を行うためのマスフローコントローラ３（流量制御器）と、前記導出管１２に設けてあり、混合ガス中の材料ガスの濃度制御を行うためのコンクコントローラ２（濃度制御器）と、から構成してあるものである。本実施形態のコンクコントローラ２は、混合ガスの全圧を制御することによって濃度制御を行うものである。 The material gas concentration control system 100 is provided in the introduction pipe 11, and is provided in the mass flow controller 3 (flow rate controller) for controlling the flow rate of the carrier gas and the outlet pipe 12, and the material in the mixed gas. It is comprised from the concrete controller 2 (concentration controller) for performing density | concentration control of gas. The concrete controller 2 of the present embodiment performs concentration control by controlling the total pressure of the mixed gas.
まず、図１及び図２を参照しながら各機器について詳述する。 First, each device will be described in detail with reference to FIGS.
前記コンクコントローラ２は、前記混合ガス中の材料ガスの濃度を測定する濃度測定部２１（ＣＳ）と、前記タンク１３内の圧力である混合ガスの圧力（全圧）を測定する圧力測定部たる圧力計２２と、弁体の開度によって混合ガスの全圧を制御するための第１バルブ２３とをこの順に上流から設けてあるものであり、さらに、コンクコントローラ制御部２４を具備したものである。ここで、混合ガス中の材料ガスの濃度を制御するためには、圧力計２２は第１バルブ２３よりも上流に設けておく必要がある。これは、タンク１３内の全圧及び混合ガス中における材料ガスの濃度を正確に測定し、材料液の気化状態の変化に合わせることができるようにするためである。 The concrete controller 2 is a concentration measuring unit 21 (CS) that measures the concentration of the material gas in the mixed gas, and a pressure measuring unit that measures the pressure (total pressure) of the mixed gas, which is the pressure in the tank 13. A pressure gauge 22 and a first valve 23 for controlling the total pressure of the mixed gas according to the opening degree of the valve body are provided in this order from the upstream side, and further provided with a concrete controller control unit 24. is there. Here, in order to control the concentration of the material gas in the mixed gas, the pressure gauge 22 needs to be provided upstream of the first valve 23. This is to make it possible to accurately measure the total pressure in the tank 13 and the concentration of the material gas in the mixed gas to match the change in the vaporized state of the material liquid.
前記コンクコントローラ制御部２４は、濃度制御部ＣＣと、前記タンク１３内の材料液Ｌの量を推定するための材料液量推定部２４５から構成してある。濃度制御部ＣＣは、前記濃度測定部ＣＳによって測定された測定濃度が予め定めた設定濃度と結果としてなるように第１バルブ２３を制御するものであり、第１バルブ制御部２４２と、前記第１バルブ制御部２４２に設定圧力を設定する設定圧力設定部２４３と、設定濃度が変更された後の一定期間において、前記設定圧力設定部２４３が前記第１バルブ制御部２４２に対して設定する設定圧力を算出するための全圧算出部２４４から構成してあるものである。 The concrete controller control unit 24 includes a concentration control unit CC and a material liquid amount estimation unit 245 for estimating the amount of the material liquid L in the tank 13. The concentration controller CC controls the first valve 23 such that the measured concentration measured by the concentration measuring unit CS is a predetermined set concentration and the result, and the first valve controller 242 and the first valve A setting pressure setting unit 243 that sets a setting pressure in one valve control unit 242, and a setting that the setting pressure setting unit 243 sets for the first valve control unit 242 in a certain period after the setting concentration is changed. The total pressure calculating unit 244 for calculating the pressure is configured.
第１バルブ制御部２４２は、前記圧力計２２で測定された圧力（全圧）が設定圧力設定部２４３によって設定された圧力である設定圧力になるように前記第１バルブ２３の開度を制御するものである。 The first valve control unit 242 controls the opening degree of the first valve 23 so that the pressure (total pressure) measured by the pressure gauge 22 becomes a set pressure that is set by the set pressure setting unit 243. To do.
設定圧力設定部２４３は、設定濃度が変更された後の一定期間においては、設定圧力を後述する全圧算出部２４４で算出されたタンク内圧力である仮設定圧力とする一方、その他の期間においては、予め定めた設定圧力を、濃度測定部２１（ＣＳ）によって測定された測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに変更するものである。 The set pressure setting unit 243 sets the set pressure as a temporary set pressure that is a tank internal pressure calculated by a total pressure calculation unit 244 described later in a certain period after the set concentration is changed, and in other periods. Is to change the predetermined set pressure in such a direction that the deviation between the measured concentration measured by the concentration measuring unit 21 (CS) and the set concentration becomes smaller.
より具体的には、設定濃度が変更された後の一定期間においては、測定される材料ガスの分圧や混合ガスの全圧が変動しているとしても、第１バルブ制御部２４２に対して設定圧力を変更せずに、全圧算出部２４４で算出された値である仮設定圧力を設定圧力として設定した状態を維持する。ここで、一定期間とは測定される濃度が所望の濃度に達する、あるいは、その偏差が十分に小さくなるために必要な時間であって、実験的に求めておいても良いし、適宜その時間を設定するようにしてもよい。 More specifically, even if the partial pressure of the measured material gas or the total pressure of the mixed gas fluctuates in a certain period after the set concentration is changed, the first valve control unit 242 is controlled. Without changing the set pressure, the temporarily set pressure that is the value calculated by the total pressure calculating unit 244 is maintained as the set pressure. Here, the fixed period is a time required for the measured concentration to reach a desired concentration or the deviation becomes sufficiently small, and may be obtained experimentally, or the time may be appropriately determined. May be set.
前述した一定期間が経過した後のその他の期間、つまり通常運転時には、設定圧力設定部２４３は、測定される材料ガスの分圧や混合ガスの全圧が変動に応じて前記第１バルブ制御部２４２に対して測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに設定圧力の変更を行う。具体的には、測定された測定濃度が設定濃度よりも高い場合には、濃度は分圧／全圧で表されることから、全圧を大きくすることによって濃度を下げることができる。従って、設定圧力設定部２４３は、測定濃度が設定濃度よりも高い場合には、前記第１バルブ制御部２４２に対して全圧を大きくするように設定圧力を変更する。その結果、前記第１バルブ制御部２４２は、第１バルブ２３の開度を小さくするように制御することになる。測定された測定濃度が設定濃度よりも低い場合には、この逆を行うことになる。 In the other period after the above-described fixed period has elapsed, that is, in the normal operation, the set pressure setting unit 243 is configured so that the first valve control unit is responsive to variations in the measured partial pressure of the material gas and the total pressure of the mixed gas. The set pressure is changed so that the deviation between the measured concentration and the set concentration becomes smaller with respect to 242. Specifically, when the measured concentration is higher than the set concentration, the concentration is expressed by partial pressure / total pressure, and therefore the concentration can be lowered by increasing the total pressure. Accordingly, when the measured concentration is higher than the set concentration, the set pressure setting unit 243 changes the set pressure to increase the total pressure with respect to the first valve control unit 242. As a result, the first valve control unit 242 performs control to reduce the opening degree of the first valve 23. If the measured concentration is lower than the set concentration, the reverse is performed.
このように測定濃度と設定濃度の偏差が小さくなる向きに設定圧力の変更を行うとは、測定濃度が設定濃度が高い場合には、設定圧力をより高く変更し、測定濃度が設定濃度よりも低い場合には、設定圧力をより低く変更することを言う。 When the set pressure is changed in such a direction that the deviation between the measured concentration and the set concentration becomes smaller, if the measured concentration is high, the set pressure is changed higher, and the measured concentration is set higher than the set concentration. If it is lower, it means changing the set pressure lower.
前記全圧算出部２４４は、前記温度センサＴによって測定された測定温度において、材料ガスが設定濃度となるためのタンク内圧力を算出して仮設定圧力とするものである。ここで、算出されたタンク内圧力は前記設定圧力設定部２４３に伝達され、起動時や設定濃度変更時の後の一定期間において、前記設定圧力設定部２４３が前記第１バルブ制御部２４２に対して設定する設定圧力として用いられるものである。 The total pressure calculation unit 244 calculates a pressure in the tank at which the material gas has a set concentration at the measured temperature measured by the temperature sensor T and sets it as a temporarily set pressure. Here, the calculated tank internal pressure is transmitted to the set pressure setting unit 243, and the set pressure setting unit 243 controls the first valve control unit 242 in a certain period after starting or changing the set concentration. It is used as a set pressure to be set.
前記全圧算出部２４４のタンク内圧力の算出について具体的に説明すると、全圧算出部２４４は、タンク１３内の温度からその温度における材料ガスの飽和蒸気圧を算出する。そして、タンク１３内では飽和蒸気圧で材料液Ｌの気化が生じているとの仮定のもとに材料ガスが新しく設定された設定濃度となるためのタンク内圧力すなわち全圧を算出する。ここで、濃度は分圧／全圧で表されるので、前記タンク内圧力は（測定された温度における材料ガスの飽和蒸気圧）／（新しく設定された設定濃度）で求められる。 The calculation of the internal pressure of the tank by the total pressure calculation unit 244 will be specifically described. The total pressure calculation unit 244 calculates the saturated vapor pressure of the material gas at the temperature from the temperature in the tank 13. Then, based on the assumption that the vaporization of the material liquid L occurs at the saturated vapor pressure in the tank 13, the tank internal pressure, that is, the total pressure for the material gas to have a newly set concentration is calculated. Here, since the concentration is represented by partial pressure / total pressure, the pressure in the tank is obtained by (saturated vapor pressure of the material gas at the measured temperature) / (new set concentration).
請求項での材料量推定部に対応する前記材料液量推定部２４５は、前記温度センサＴによって測定された測定温度に基づいて、前記設定濃度に保たれている状態において前記圧力測定部において測定されるべき圧力である算出圧力を算出し、前記設定圧力と前記算出圧力に基づいて材料液の貯留量を推定算出するものである。 The material liquid amount estimation unit 245 corresponding to the material amount estimation unit in the claims is measured in the pressure measurement unit in a state where the material liquid amount estimation unit 245 is maintained at the set concentration based on the measurement temperature measured by the temperature sensor T. A calculated pressure which is a pressure to be calculated is calculated, and a storage amount of the material liquid is estimated and calculated based on the set pressure and the calculated pressure.
まず、前記材料液量推定部２４５は、前記温度センサＴによって測定された測定温度におけるタンク１３内の材料ガスの飽和蒸気圧を算出し、その飽和蒸気圧と、設定濃度とによって、設定濃度に保たれており、かつ、飽和蒸気圧で材料ガスが気化している場合において前記圧力計２２で測定されるべき圧力である算出圧力を算出する。次に、前記設定圧力と前記算出圧力を比較することによってタンク１３内の材料液Ｌの量を推定するものである。 First, the material liquid amount estimation unit 245 calculates the saturated vapor pressure of the material gas in the tank 13 at the measurement temperature measured by the temperature sensor T, and sets the set concentration based on the saturated vapor pressure and the set concentration. A calculated pressure, which is a pressure to be measured by the pressure gauge 22 when the material gas is vaporized at a saturated vapor pressure, is calculated. Next, the amount of the material liquid L in the tank 13 is estimated by comparing the set pressure with the calculated pressure.
具体的には、材料液Ｌが少なくなると、キャリアガスの気泡が材料液Ｌに接する時間が短くなるなどの状態の変化によって十分に気化しないようになり、材料ガスの分圧は飽和蒸気圧に比べて小さい圧力にしか達しないようになる。設定濃度を保つために、前記設定圧力設定部は全圧を小さくするように設定圧力を変更するので、前記算出圧力に比べて、前記設定圧力は小さくなることになる。 Specifically, when the material liquid L decreases, the carrier gas bubbles do not sufficiently vaporize due to a change in state such as the time for which the bubbles of the carrier gas are in contact with the material liquid L, and the partial pressure of the material gas becomes the saturated vapor pressure. Only a small pressure is reached. In order to maintain the set concentration, the set pressure setting unit changes the set pressure so as to reduce the total pressure, so that the set pressure becomes smaller than the calculated pressure.
従って、材料液量推定部２４５は、例えば、設定圧力が前記算出圧力に対して所定の割合よりも小さい場合には材料液Ｌの貯留量が規定量に対して少なくなっていると推定する。そして、この材料推定部によって材料液Ｌの貯留量が少なくなっていると推定されると、その旨が表示され、材料液Ｌの補充が促されるようにしてある。 Therefore, for example, when the set pressure is smaller than a predetermined ratio with respect to the calculated pressure, the material liquid amount estimation unit 245 estimates that the storage amount of the material liquid L is smaller than the specified amount. When the material estimation unit estimates that the storage amount of the material liquid L is small, a message to that effect is displayed and replenishment of the material liquid L is prompted.
なお、コンクコントローラ制御部２４はコンピュータを利用したものであり、内部バス、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えている。そして、メモリに予め記憶させた所定プログラムにしたがって前記ＣＰＵや周辺機器が動作することにより、第１バルブ制御部２４２、前記設定圧力設定部２４３、前記全圧算出部２４４、前記材料液量推定部２４５としての機能を発揮するようにしてある。ここで、第１バルブ制御部２４２のみが独立した１チップマイコン等の制御回路により構成されて、設定圧力のみを受け付けるようにしてあり、前記圧力計２２及び前記第１バルブ２３を１ユニットとして設定圧力を入力するだけで容易に圧力制御を行うことができるように構成してある。このような制御部の構成であれば、従来から圧力制御用に開発された制御回路やソフトウェアを濃度制御のために使うことができるので、設計や開発コストの増大を防ぐことができる。 The controller controller 24 uses a computer and includes an internal bus, a CPU, a memory, an I / O channel, an A / D converter, a D / A converter, and the like. Then, when the CPU and peripheral devices operate according to a predetermined program stored in advance in the memory, the first valve control unit 242, the set pressure setting unit 243, the total pressure calculation unit 244, and the material liquid amount estimation unit The function as H.245 is demonstrated. Here, only the first valve control unit 242 is configured by an independent control circuit such as a one-chip microcomputer so as to accept only the set pressure, and the pressure gauge 22 and the first valve 23 are set as one unit. The pressure control can be easily performed only by inputting the pressure. With such a configuration of the control unit, it is possible to use a control circuit or software that has been developed for pressure control in the past for concentration control, and thus it is possible to prevent an increase in design and development costs.
このように、コンクコントローラ２は、混合ガスの濃度制御を単体で行っているものである。 Thus, the concrete controller 2 performs the concentration control of the mixed gas as a single unit.
前記マスフローコントローラ３は、前記導入管１１に流入するキャリアガスの質量流量を測定する流量測定部たるサーマル式流量計３１と、弁体の開度によってキャリアガスの流量を調節する第２バルブ３２とをこの順に上流から設けてあるものであり、さらに、マスフローコントローラ制御部３３を具備したものである。流量測定部は差圧式のものを用いてもよい。 The mass flow controller 3 includes a thermal flow meter 31 that is a flow rate measuring unit that measures the mass flow rate of the carrier gas flowing into the introduction pipe 11, and a second valve 32 that adjusts the flow rate of the carrier gas according to the opening of the valve body. Are provided from the upstream in this order, and further, a mass flow controller control unit 33 is provided. As the flow rate measuring unit, a differential pressure type may be used.
前記マスフローコントローラ制御部３３は、前記サーマル式流量計３１からの信号に基づいてキャリアガスの流量を算出するキャリアガス流量算出部３３１と、前記材料ガスの測定濃度及び前記キャリアガスの測定流量に基づいて、前記導出管１２を流れる材料ガス又は混合ガスの流量を算出し、その算出流量が予め定めた設定流量となるように第２バルブ３２の開度を制御する流量制御部ＦＣとから構成してある。 The mass flow controller control unit 33 is based on a carrier gas flow rate calculation unit 331 that calculates the flow rate of a carrier gas based on a signal from the thermal type flow meter 31, and based on the measured concentration of the material gas and the measured flow rate of the carrier gas. And a flow rate control unit FC that calculates the flow rate of the material gas or mixed gas flowing through the outlet pipe 12 and controls the opening degree of the second valve 32 so that the calculated flow rate becomes a predetermined set flow rate. It is.
前記流量制御部ＦＣは、第２バルブ制御部３３２と、前記第２バルブ制御部３３２に設定流量を設定する設定キャリアガス流量設定部３３３とを具備したものである。 The flow rate control unit FC includes a second valve control unit 332 and a set carrier gas flow rate setting unit 333 that sets a set flow rate in the second valve control unit 332.
前記第２バルブ制御部３３２は、測定された測定キャリアガス流量を設定キャリアガス流量設定部３３３によって設定された設定キャリアガス流量となるように前記第２バルブ３２の開度を制御するものである。 The second valve control unit 332 controls the opening degree of the second valve 32 so that the measured carrier gas flow rate becomes the set carrier gas flow rate set by the set carrier gas flow rate setting unit 333. .
前記設定キャリアガス流量設定部３３３は、前記算出流量と設定された設定流量との偏差が小さくなる向きに予め定めた設定キャリアガス流量を変更するものである。前記算出流量と設定された設定流量との偏差を小さくすることについて、具体的に説明すると、材料ガス又は混合ガスの算出流量が材料ガス又は混合ガスの設定流量よりも多い場合には、前記濃度制御部ＣＣによって濃度が一定に保たれていると仮定して、流入するキャリアガスの流量を少なくするように前記第２バルブ制御部３３２に対して設定キャリアガス流量を変更することになる。算出された算出流量が設定流量よりも少ない場合にはこの逆を行うこととなる。これは、濃度が分圧／全圧で表されることから、（材料ガスの質量流量）／（全質量流量＝材料ガスの質量流量＋キャリアガスの質量流量）でも表せるので、濃度が一定に保たれているならば、キャリアガスの質量流量の増減がそのまま材料ガスの質量流量及び全流量の増減させることができるからである。なお、算出流量が設定流量よりも少ない場合には、多い場合とは逆の動作を行うことになる。 The set carrier gas flow rate setting unit 333 changes the preset set carrier gas flow rate in a direction in which the deviation between the calculated flow rate and the set set flow rate becomes smaller. More specifically, reducing the deviation between the calculated flow rate and the set flow rate that has been set, when the calculated flow rate of the material gas or mixed gas is greater than the set flow rate of the material gas or mixed gas, the concentration Assuming that the concentration is kept constant by the control unit CC, the set carrier gas flow rate is changed for the second valve control unit 332 so as to reduce the flow rate of the inflowing carrier gas. If the calculated flow rate is smaller than the set flow rate, the reverse is performed. Since the concentration is expressed by partial pressure / total pressure, it can also be expressed as (mass flow rate of material gas) / (total mass flow rate = mass flow rate of material gas + mass flow rate of carrier gas). This is because, if maintained, the increase and decrease in the mass flow rate of the carrier gas can directly increase and decrease the mass flow rate and the total flow rate of the material gas. In addition, when the calculated flow rate is smaller than the set flow rate, an operation opposite to that when the calculated flow rate is large is performed.
なお、キャリアガス流量算出部３３１及び第２バルブ制御部３３２は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えた制御回路ＢＦなどによって機能するものである。この制御回路ＢＦは、流量制御用に特化したものであり、マスフローコントローラ３が制御すべき流量の値である流量設定値の信号や前記サーマル式流量計３１からの信号を受け付けるように構成されているものである。また、前記設定キャリアガス流量設定部３３３は、汎用の１チップマイコンなどによってその機能を実現されるものである。 The carrier gas flow rate calculation unit 331 and the second valve control unit 332 function by a control circuit BF including a CPU, a memory, an I / O channel, an A / D converter, a D / A converter, and the like. This control circuit BF is specialized for flow rate control, and is configured to receive a flow rate setting value signal that is a flow rate value to be controlled by the mass flow controller 3 and a signal from the thermal type flow meter 31. It is what. The set carrier gas flow rate setting unit 333 is realized by a general-purpose one-chip microcomputer or the like.
このように、マスフローコントローラ３は、導入管１１におけるキャリアガスの流量制御のみを行い、結果として材料ガス又は混合ガスの流量制御をおこなっているものである。 As described above, the mass flow controller 3 only controls the flow rate of the carrier gas in the introduction pipe 11, and as a result, controls the flow rate of the material gas or the mixed gas.
次に、混合ガス中の材料ガス濃度の制御動作及び混合ガス及び材料ガスの流量の制御動作について図３、図４のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the control operation of the material gas concentration in the mixed gas and the control operation of the flow rate of the mixed gas and the material gas will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
まず、設定された設定濃度になるように第１バルブ２３の開度を制御することによって濃度制御を行うときの動作について図３を参照しながら説明する。 First, the operation when the concentration control is performed by controlling the opening degree of the first valve 23 so that the set concentration is set will be described with reference to FIG.
設定濃度が初めて設定される起動時や変更された時には、まず前記全圧算出部２４４は、温度センサＴによって測定された温度に基づいて材料ガスの飽和蒸気圧を算出する。そして、材料ガスの分圧がその飽和蒸気圧である時に、設定濃度になるようなタンク１３内の圧力すなわち混合ガスの全圧Ｐｔｓ（仮設定圧力）を設定濃度と算出された分圧を用いて式（１）により算出する（ステップＳ１）。 When the set concentration is initially set or changed, the total pressure calculation unit 244 first calculates the saturated vapor pressure of the material gas based on the temperature measured by the temperature sensor T. Then, when the partial pressure of the material gas is the saturated vapor pressure, the pressure in the tank 13 that gives a set concentration, that is, the total pressure P ts (temporary set pressure) of the mixed gas is calculated as the set concentration. And is calculated by equation (1) (step S1).
Ｐｔ＝Ｐｚ／Ｃ （１） P t = P z / C (1)
ここで、Ｃは濃度、Ｐｚは材料ガスの分圧、Ｐｔは混合ガスの全圧である。 Here, C is the concentration, Pz is the partial pressure of the material gas, and Pt is the total pressure of the mixed gas.
前記設定圧力設定部２４３は、前記全圧Ｐｔｓ（仮設定圧力）を設定圧力として前記第１バルブ制御部２４２に設定し、設定濃度変更後から所定時間の間は材料ガスの分圧などが変動したとしても変更を行わない（ステップＳ２）。第１バルブ制御部２４２は、所定時間の間は、設定圧力Ｐｔｓによって第１バルブ２３の開度を制御しており、結果として前記濃度測定部２１（ＣＳ）によって測定される濃度は設定された設定濃度又はそれに近い値に制御される（ステップＳ３）。 The set pressure setting unit 243 sets the total pressure P ts (temporary set pressure) as a set pressure in the first valve control unit 242, and the partial pressure of the material gas is set for a predetermined time after the set concentration is changed. Even if it fluctuates, no change is made (step S2). The first valve control unit 242 controls the opening degree of the first valve 23 by the set pressure P ts for a predetermined time, and as a result, the concentration measured by the concentration measuring unit 21 (CS) is set. It is controlled to a set density or a value close to it (step S3).
設定濃度を変更した時から所定時間経過した後の通常運転時においては、濃度測定部によって測定された濃度が、設定圧力設定部２４３に設定された設定濃度と異なっている場合には、前記濃度測定部２１（ＣＳ）によって測定された測定濃度Ｃと、設定濃度Ｃ０と、前記圧力計２２によって測定されたＰｔ基づいて式（２）によって、設定圧力設定部２４３は次のように設定圧力Ｐｔ０を変更する（Ｓ４）。 In normal operation after a predetermined time has elapsed since the set concentration was changed, if the concentration measured by the concentration measuring unit is different from the set concentration set in the set pressure setting unit 243, the concentration Based on the measured concentration C measured by the measuring unit 21 (CS), the set concentration C 0, and the P t measured by the pressure gauge 22, the set pressure setting unit 243 is set as follows: The pressure Pt0 is changed (S4).
Ｐｔ０＝（Ｃ／Ｃ０）Ｐｔ （２） P t0 = (C / C 0 ) P t (2)
ここで、Ｃは常に測定されている値であり、Ｃ０及びＰｔは設定されている濃度であるので既知である。 Here, C is a value that is always measured, and C 0 and P t are known because they are set concentrations.
前記第１バルブ制御部２４２は、設定圧力がＰｔ０に変更されると、前記圧力計２２が測定する圧力（全圧）Ｐｔと設定圧力Ｐｔ０の偏差が小さくなるように第１バルブ２３の開度を制御する（ステップＳ５）。 When the set pressure is changed to P t0 , the first valve control unit 242 causes the first valve 23 to reduce the difference between the pressure (total pressure) P t measured by the pressure gauge 22 and the set pressure P t0. Is controlled (step S5).
前記測定圧力Ｐｔを設定圧力Ｐｔ０に追従させている間に材料ガスの分圧Ｐｚが変動しなければ最終的に測定される混合ガス中の材料ガスの濃度は設定濃度Ｃ０となる。 The concentration of the material gas in the mixed gas partial pressure P z is finally determined to be variations in the material gas becomes the set concentration C 0 while to follow the measured pressure P t to the set pressure P t0 .
追従中に、測定されている測定濃度Ｃが変動した場合には設定圧力設定部２４３は、式（２）によって再び設定圧力Ｐｔ０を変更しなおし、設定濃度Ｃ０となるようにする。 If the measured concentration C being measured fluctuates during the follow-up, the set pressure setting unit 243 changes the set pressure P t0 again according to the equation (2) so that the set concentration C 0 is obtained.
次に導出管１２における材料ガス又は全流量の流量制御について図４を参照しながら説明する。なお、前述したコンクコントーラの濃度制御の態様に関わりなく、マスフローコントローラ３は独立して材料ガスの流量の制御をおこなっている。 Next, the flow control of the material gas or the total flow rate in the outlet pipe 12 will be described with reference to FIG. The mass flow controller 3 independently controls the flow rate of the material gas regardless of the above-described concentration control mode of the controller.
材料ガスの設定流量Ｑｚ０が設定キャリアガス流量設定部３３３に設定されているとする。まず、流量と濃度との間には以下の式（３）のような関係がある。 It is assumed that the material gas set flow rate Q z0 is set in the set carrier gas flow rate setting unit 333. First, there is a relationship such as the following formula (3) between the flow rate and the concentration.
Ｃ＝Ｐｚ／Ｐｔ＝Ｑｚ／Ｑｔ＝Ｑｚ／（Ｑｃ＋Ｑｚ） （３） C = Pz / Pt = Qz / Qt = Qz / ( Qc + Qz ) (3)
ここでＱｚは材料の質量流量、Ｑｔは全質量流量、Ｑｃはキャリアガスの質量流量。 Where Q z is the mass flow rate of the material, Q t is the total mass flow rate, and Q c is the mass flow rate of the carrier gas.
前記設定キャリアガス流量設定部３３３は、式（３）を変形した以下の式（４）により設定キャリアガス流量Ｑｃ０を設定する（ステップＳＴ１）。 The set carrier gas flow rate setting unit 333 sets the set carrier gas flow rate Q c0 by the following equation (4) obtained by modifying the equation (3) (step ST1).
Ｑｃ０＝Ｑｚ０（１−Ｃ）／Ｃ （４） Q c0 = Q z0 (1-C) / C (4)
ここで、濃度Ｃは濃度測定部２１（ＣＳ）によって常に測定されている値であり、Ｑｚ０も設定されている値であるので既知である。 Here, the concentration C is a value that is always measured by the concentration measuring unit 21 (CS), and is known because Qz0 is also a set value.
前記第２バルブ制御部３３２は、設定キャリアガス流量がＱｃ０に変更されると、前記流量測定部で測定されたキャリアガス流量Ｑｃと設定キャリアガス流量Ｑｃ０の偏差が小さくなるように第２バルブ３２の開度を制御する（ＳＴ２）。 When the set carrier gas flow rate is changed to Q c0 , the second valve control unit 332 reduces the deviation between the carrier gas flow rate Q c measured by the flow rate measuring unit and the set carrier gas flow rate Q c0 . The opening degree of the two valve 32 is controlled (ST2).
前記測定キャリアガス流量Ｑｃを設定キャリアガス流量Ｑｃ０に追従させている間に濃度Ｃが変動しなければ最終的に測定される測定キャリアガスの流量は設定キャリアガス流量Ｑｃ０となる。 The flow rate of the measurement carrier gas concentration C is finally determined to be varied while to follow the measured carrier gas flow rate Q c of the setting flow rate of the carrier gas Q c0 is the set carrier gas flow Q c0.
追従中に、濃度Ｃが変動した場合には式（４）により、設定キャリアガス流量設定部３３３は再び設定キャリアガス流量Ｑｃ０を設定しなおし、所定の材料ガス流量Ｑｚ０となるようにする。 When the concentration C changes during the follow-up, the set carrier gas flow rate setting unit 333 resets the set carrier gas flow rate Q c0 again according to the equation (4) so that the predetermined material gas flow rate Q z0 is obtained. .
このように本実施形態に係る材料ガス濃度制御システム１００によれば、応答性の悪い分圧又は分圧を含んだ濃度を直接の制御変数とするのではなく、第１バルブ２３によって容易に制御することのできる全圧を制御変数として濃度制御を行うように構成してあるので、材料ガスが飽和蒸気圧まで十分に気化しなかったり、気化に変動があったりしたとしても、精度良く応答性の良い材料ガス濃度の制御を行うことができる。 As described above, according to the material gas concentration control system 100 according to the present embodiment, the partial pressure having poor responsiveness or the concentration including the partial pressure is not directly set as the control variable, but is easily controlled by the first valve 23. Concentration control is performed using the total pressure that can be controlled as a control variable, so even if the material gas does not sufficiently vaporize to the saturated vapor pressure or the vaporization fluctuates, the response is accurate. It is possible to control the material gas concentration with good quality.
従って、材料液面の低下によって材料ガスの気化が十分に行われなくなることによって混合ガスにおける材料ガスの分圧が低下してくると、前記設定圧力設定部は設定圧力を低下させていくことによって、設定濃度を保つように働く。 Accordingly, when the partial pressure of the material gas in the mixed gas decreases due to insufficient vaporization of the material gas due to a decrease in the material liquid level, the set pressure setting unit reduces the set pressure by reducing the set pressure. Work to keep the set concentration.
この設定圧力設定部の挙動を前記材料液量推定部がモニタリングしているので、その設定圧力に基づいて材料液Ｌの貯留量を推定算出することができる。 Since the material liquid amount estimation unit monitors the behavior of the set pressure setting unit, the storage amount of the material liquid L can be estimated and calculated based on the set pressure.
しかも、温度変化による材料ガスの分圧の低下と、液量が低下することによる材料ガスの分圧の低下とを切り分けて、貯留量の推定算出を行うことができるように、タンク１３に温度センサＴを設けてあるので、より正確に材料液Ｌの貯留量を推定算出することができる。 Moreover, the temperature in the tank 13 can be estimated so that the decrease in the partial pressure of the material gas due to the temperature change and the decrease in the partial pressure of the material gas due to the decrease in the liquid amount can be separated. Since the sensor T is provided, the storage amount of the material liquid L can be estimated and calculated more accurately.
従って、タンク１３内に液量センサなどを設けることなく、材料液Ｌの貯留量を把握することができるので、コストの増大を防ぐことができる。また、正確な材料液Ｌの貯留量を推定算出することができるので、適宜材料液Ｌの補充を行うことができ、材料液Ｌの減少に起因して設定濃度に安定するまでにかかる時間が長くなるのを防ぐことができる。 Therefore, since the storage amount of the material liquid L can be grasped without providing a liquid amount sensor or the like in the tank 13, an increase in cost can be prevented. In addition, since the accurate storage amount of the material liquid L can be estimated and calculated, the material liquid L can be appropriately replenished, and the time taken to stabilize to the set concentration due to the decrease in the material liquid L. It can be prevented from becoming longer.
その他の実施形態について説明する。以下の説明では前記実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととしている。 Other embodiments will be described. In the following description, the same reference numerals are given to members corresponding to the above-described embodiment.
前記実施形態では、材料ガスの濃度だけでなく、その流出流量も併せて制御するようにしていたが、濃度だけを制御すればよいのであれば、マスフローコントローラ３を設けずに、コンクコントローラ２のみによって制御を行うようにしてもかまわない。 In the above-described embodiment, not only the concentration of the material gas but also the outflow rate thereof is controlled together. However, if only the concentration needs to be controlled, the mass controller 3 is not provided and only the conch controller 2 is provided. The control may be performed according to the above.
前記濃度測定部ＣＳは、直接濃度を測定するようなものであったが、分圧と全圧によって濃度を算出するものであってもかまわない。また、濃度測定部２１（ＣＳ）としては非分散式赤外線吸収方式のものや、ＦＴＩＲ分光式や、レーザ吸収分光方式などの分圧測定センサと、混合ガスの圧力（全圧）を測る圧力計とを備えたものであっても構わない。また、この圧力計は請求項でいうタンク内の圧力を測定するための圧力測定部と共通で使用されるものであっても構わないし、別体で設けられるものであっても構わない。このようなもの場合には、材料液量推定部は、材料ガスの分圧と測定温度から算出されたタンク内の飽和蒸気圧を比較することによって材料の量を推定するものであっても構わない。すなわち、飽和蒸気圧に対して、測定される分圧が低い値しか得られないということは、気化が十分に行われていないということなので、材料液量が少なくなっていることが分かる。 Although the concentration measuring unit CS directly measures the concentration, the concentration measuring unit CS may calculate the concentration using partial pressure and total pressure. Further, as the concentration measuring unit 21 (CS), a non-dispersive infrared absorption type, a partial pressure measurement sensor such as an FTIR spectroscopic type or a laser absorption spectroscopic type, and a pressure gauge for measuring the pressure (total pressure) of the mixed gas. May be provided. The pressure gauge may be used in common with the pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank described in the claims, or may be provided separately. In such a case, the material liquid amount estimation unit may estimate the amount of material by comparing the partial vapor pressure of the material gas and the saturated vapor pressure in the tank calculated from the measured temperature. Absent. That is, only a low value of the measured partial pressure with respect to the saturated vapor pressure can be obtained, which means that the amount of material liquid is small because vaporization is not sufficiently performed.
また、恒温槽などによってタンク内をある一定温度に保つようにしておき、温度変化が生じないような対策が十分に施されている場合には、材料液量推定部は、その一定温度における飽和蒸気圧だけを保持しており、その飽和蒸気圧と、測定される分圧とを比較することによって材料液量を推定するものであっても構わない。 In addition, if the temperature inside the tank is kept at a certain temperature using a thermostatic bath, etc., and sufficient measures are taken to prevent temperature changes, the material liquid amount estimation unit will saturate at that constant temperature. Only the vapor pressure is maintained, and the material liquid amount may be estimated by comparing the saturated vapor pressure with the measured partial pressure.
材料ガスの流量制御を行うのは、設定された設定流量と、測定される濃度と測定されるキャリアガス流量に基づいて算出される材料ガスの算出流量との偏差が小さくなるように第２バルブ３２を制御するようにしてもかまわない。 The flow control of the material gas is performed by controlling the second valve so that the deviation between the set flow rate set and the calculated flow rate of the material gas calculated based on the measured concentration and the measured carrier gas flow rate becomes small. 32 may be controlled.
混合ガス中の材料ガスの濃度のみを精度よく制御すればよく、流量はあるきまった値ではなくとも安定して流れるだけでよい場合には、図５に示すようにコンクコントローラ２からマスフローコントローラ３へ測定濃度をフィードバックせずに、流量制御を行うようにしてもかまわない。この場合、設定キャリアガス流量は、設定濃度及び設定流量から式（３）に基づいて算出するようにすればよい。また、設定キャリアガス流量を予め定めておき、その流量でキャリアガスが流れるようにしておいても、コンクコントローラ２によって濃度が一定に保たれているならば、結果として、材料ガス又は混合ガスの流量も一定となる。 If only the concentration of the material gas in the mixed gas needs to be accurately controlled, and the flow rate is not limited to a certain value but only needs to flow stably, the concrete controller 2 to the mass flow controller 3 as shown in FIG. The flow rate may be controlled without feeding back the measured concentration. In this case, the set carrier gas flow rate may be calculated based on the formula (3) from the set concentration and the set flow rate. Even if the carrier gas flow rate is set in advance and the carrier gas flows at that flow rate, if the concentration is kept constant by the concrete controller 2, as a result, the material gas or the mixed gas The flow rate is also constant.
コンクコントローラ２に温度センサを設けておき、温度変化による圧力などの測定結果の変化を補償するようにしても構わない。このようにすれば、より精度よく濃度制御をおこなうことができるようになる。また、濃度測定部からの光源の劣化状態を示す信号を取得するようにしておいても構わない。例えば、光源に流れる電流の経時変化によって、光源の寿命を把握するようにしておき、測定結果に重大な影響が出るようになる前に交換するように促す旨の表示を行うようにコンクコントローラ制御部を構成すればよい。 A temperature sensor may be provided in the concrete controller 2 to compensate for changes in measurement results such as pressure due to temperature changes. In this way, the density control can be performed with higher accuracy. Further, a signal indicating the deterioration state of the light source from the density measuring unit may be acquired. For example, the controller controls the controller so that the lifetime of the light source is ascertained by changes over time in the current flowing through the light source, and that a prompt is given to replace it before the measurement results are seriously affected. What is necessary is just to comprise a part.
前記実施形態では、材料液量推定部は温度センサＴからの信号を受信するものであったが、タンク１３内の温度変化が小さくなるように恒温槽などが設けてある場合や、温度変化があったとしても無視できる程度に小さい場合には、温度センサＴを設けなくてもよい。 In the above-described embodiment, the material liquid amount estimation unit receives a signal from the temperature sensor T. However, when the thermostatic bath is provided so that the temperature change in the tank 13 is small, or the temperature change occurs. If it is small enough to be ignored, the temperature sensor T may not be provided.
温度センサを設けない場合には、例えば、材料液が十分に貯留された状態でのある設定濃度における標準的な設定圧力を予め実験的に求めておく、あるいは算出するなどして基準圧力を設けておき、その基準圧力に対して設定圧力がどれだけ低下しているかによって材料液の貯留量を推定算出するようにすればよい。このようなものであれば、外部センサを用いることなく、制御用に用いられる内部センサだけで材料液量を推定することができ、さらなるコストダウンを図ることができる。 When the temperature sensor is not provided, for example, a standard set pressure at a set concentration in a state where the material liquid is sufficiently stored is experimentally obtained in advance, or a reference pressure is provided by calculation or the like. The material liquid storage amount may be estimated and calculated according to how much the set pressure is reduced with respect to the reference pressure. If it is such, the amount of material liquid can be estimated only by the internal sensor used for control, without using an external sensor, and the further cost reduction can be aimed at.
前記実施形態では材料は液体であったが、固体であっても材料量推定部によって外部センサを用いることなくタンク内に収容されている量を推定することができる。 In the above embodiment, the material is a liquid, but even if it is a solid, the amount contained in the tank can be estimated by the material amount estimation unit without using an external sensor.
前記実施形態では、第１バルブ制御部は設定圧力と測定圧力によってその開度が制御されるものであったが、設定濃度と測定濃度の偏差とによって直接制御されるものであっても構わない。 In the embodiment, the opening degree of the first valve control unit is controlled by the set pressure and the measured pressure. However, the first valve control unit may be directly controlled by the set concentration and the deviation of the measured concentration. .
すなわち、材料ガス濃度制御システムが、材料を収容するタンクと、収容された材料を気化させるキャリアガスを前記タンクに導入する導入管と、材料が気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを前記タンクから導出する導出管とを具備した材料気化システムに用いられるものであって、前記導出管上に設けられた第１バルブと、前記混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部と、前記タンク内の圧力を測定する圧力測定部と、前記濃度測定部で測定された材料ガスの測定濃度が、予め定めた設定濃度となるように前記第１バルブの開度を制御する濃度制御部と、タンク内に収容されている前記材料の量を推定する材料量推定部とを具備し、前記濃度制御部が、前記測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなるように制御する第１バルブ制御部を具備したものであり、前記材料量推定部が、前記測定圧力に基づいて、材料の量を推定算出するものであることを特徴とするものであっても構わない。 That is, the material gas concentration control system includes: a tank that contains a material; an introduction pipe that introduces a carrier gas that vaporizes the contained material into the tank; and a mixed gas of the material gas that vaporizes the material and the carrier gas. A material vaporization system including a lead-out pipe led out from a tank, the first valve provided on the lead-out pipe, a concentration measuring unit for measuring the concentration of the material gas in the mixed gas, A pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank, and a concentration control unit for controlling the opening degree of the first valve so that the measured concentration of the material gas measured by the concentration measuring unit becomes a predetermined set concentration. And a material amount estimating unit for estimating the amount of the material contained in the tank, and the concentration control unit controls the deviation between the measured concentration and the set concentration to be small. The first are those equipped with a valve control unit for the material amount estimating unit, based on the measured pressure, but may be characterized in that it is intended to estimate calculating the amount of material.
このようなものであれば、前述したように濃度が一定に保たれた状態で材料の量が減少するとそれに伴って、全圧が低下するので、前記材料量推定部は測定圧力から全圧の低下を検知するなどしてタンク内に収容されている材料の量を推定することができる。従って、タンク内に収容されている材料の量を推定し、材料の補充を促すことができるようになる。 In such a case, as described above, when the amount of the material is decreased in a state where the concentration is kept constant, the total pressure is reduced accordingly. The amount of the material accommodated in the tank can be estimated by detecting the decrease. Accordingly, it is possible to estimate the amount of the material stored in the tank and prompt the replenishment of the material.
また、濃度測定部が超音波濃度計などのように単体で混合ガスの全圧を測定するものであり、さらに材料ガスの分圧を測定する分圧測定センサを備えたものであっても構わない。このような物の場合、混合ガスの全圧を測定することなく、前記材料量推定部が測定濃度と測定分圧から混合ガスの全圧を算出して、タンク内に収容されている材料の量を推定するものであっても構わない。さらに、タンク内の温度を測定する温度測定部を備えたものであれば、温度低下による材料の気化する量の減少や、材料量の減少による気化する量の減少の影響を補正して材料量の推定を行うことができるようになる。 Further, the concentration measuring unit may measure the total pressure of the mixed gas by itself, such as an ultrasonic densitometer, and may further include a partial pressure measuring sensor for measuring the partial pressure of the material gas. Absent. In the case of such a thing, without measuring the total pressure of the mixed gas, the material amount estimation unit calculates the total pressure of the mixed gas from the measured concentration and the measured partial pressure, and the material stored in the tank. The amount may be estimated. In addition, if a temperature measurement unit that measures the temperature in the tank is provided, the amount of material can be corrected by correcting the effects of a decrease in the amount of vaporized material due to a temperature drop and a decrease in the amount of vaporized due to a decrease in the amount of material. Can be estimated.
その他、本発明の趣旨に反しない範囲において、種々の変形を行うことが可能である。 In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００・・・材料ガス濃度制御システム
１・・・バブリングシステム
１１・・・導入管
１２・・・導出管
１３・・・タンク
ＣＳ・・・濃度測定部
２１・・・分圧測定センサ
２２・・・圧力測定部
２３・・・第１バルブ
ＣＣ・・・濃度制御部
２４２・・・第１バルブ制御部
２４３・・・設定圧力設定部
ＦＳ・・・流量測定部
ＦＣ・・・流量制御部
３２・・・第２バルブ
３３２・・・第２バルブ制御部
３３３・・・設定キャリアガス流量設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Material gas concentration control system 1 ... Bubbling system 11 ... Introducing pipe 12 ... Outlet pipe 13 ... Tank CS ... Concentration measuring part 21 ... Partial pressure measuring sensor 22 ... Pressure measurement unit 23 ... first valve CC ... concentration control unit 242 ... first valve control unit 243 ... set pressure setting unit FS ... flow rate measurement unit FC ... flow rate control unit 32 ... Second valve 332 ... Second valve control unit 333 ... Set carrier gas flow rate setting unit
Claims (2)
前記導出管上に設けられた第１バルブと、
前記混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部と、
前記タンク内の圧力を測定する圧力測定部と、
前記濃度測定部で測定された材料ガスの測定濃度が、予め定めた設定濃度となるように前記第１バルブの開度を制御する濃度制御部と、
タンク内に収容されている前記材料の量を推定する材料量推定部とを具備し、
前記濃度制御部が、
設定圧力を、前記測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに変更する設定圧力設定部と、
前記圧力測定部で測定された測定圧力が前記設定圧力となるように前記第１バルブの開度を制御する第１バルブ制御部とを具備したものであり、
前記材料量推定部が、前記設定圧力に基づいてタンク内に収容されている材料の量を推定算出するものであることを特徴とする材料ガス濃度制御システム。 A tank for storing the material; an introduction pipe for introducing a carrier gas for vaporizing the contained material into the tank; and a lead-out pipe for deriving a mixed gas of the material gas vaporized from the material and the carrier gas from the tank. Used in the material vaporization system,
A first valve provided on the outlet pipe;
A concentration measuring unit for measuring the concentration of the material gas in the mixed gas;
A pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank;
A concentration control unit that controls the opening of the first valve so that the measured concentration of the material gas measured by the concentration measuring unit becomes a predetermined set concentration;
A material amount estimating unit for estimating the amount of the material accommodated in the tank,
The concentration controller
A set pressure setting unit for changing the set pressure in a direction in which a deviation between the measured concentration and the set concentration is reduced;
A first valve control unit that controls the opening of the first valve so that the measurement pressure measured by the pressure measurement unit becomes the set pressure,
The material gas concentration control system, wherein the material amount estimation unit estimates and calculates the amount of material stored in the tank based on the set pressure.
前記材料量推定部が、前記温度測定部によって測定された測定温度に基づいて、前記設定濃度に保たれている状態において前記圧力測定部で測定されるべき圧力である算出圧力を算出し、
前記設定圧力と前記算出圧力に基づいてタンク内に収容されている材料の量を推定算出するものである請求項１記載の材料ガス濃度制御システム。 A temperature measuring unit for measuring the temperature in the tank;
Based on the measured temperature measured by the temperature measurement unit, the material amount estimation unit calculates a calculated pressure that is a pressure to be measured by the pressure measurement unit in a state where the set concentration is maintained,
The material gas concentration control system according to claim 1, wherein the material gas concentration control system estimates and calculates the amount of material stored in the tank based on the set pressure and the calculated pressure.
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