JP2014224307A - 材料ガス濃度制御システム、材料ガス濃度制御装置、及び、制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアガス又は混合ガスのいずれか一方を選択的に発生させる材料ガス濃度制御装置において、コストを増加させずに、混合ガス中に含まれる材料ガス濃度のオーバーシュートを防止できる制御装置を提供する。【解決手段】液体または固体の材料を貯留するとともに、キャリアガスを導入し、気化した材料ガスとキャリアガスとの混合ガスを導出する貯留槽３と、貯留槽の下流側に配置される第１流路４と、混合ガス又はキャリアガスを第１流路に選択的に流すための切替バルブ５と、第１流路を流れるガスの濃度を調整する流体調整バルブ６と、材料ガスの濃度を測定する濃度センサ７と、測定濃度を設定濃度に近づけるべく流体調整バルブの開度をフィードバック制御する制御部８とを具備するものであって、制御部は、第１流路に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前での流体調整バルブの開度を初期開度として、フィードバック制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、材料ガス濃度制御システム、材料ガス濃度制御装置、及び、制御プログラムに関する。

材料の気化方式の一つとして、タンクに収容された液体材料をキャリアガスで気化するバブリング方式がある。このバブリング方式を用いた材料ガス濃度制御装置としては、例えば特許文献１記載の装置が挙げられる。

特許文献１記載の装置は、材料を収容するタンクと、タンクにキャリアガスを導入する導入管と、気化した材料である材料ガスとキャリアガスとの混合ガスをタンクから導出する導出管と、導出管に接続され内部流路が設けられた基体と、内部流路を流れる材料ガス濃度を測定する濃度測定部と、濃度測定部よりも下流において濃度測定部によって測定された測定濃度を予め定めた設定濃度に調整する第１バルブとを備える。

特開２０１０−１０９３０３号公報

ここで、特許文献１記載の材料ガス濃度制御装置がキャリアガス又は混合ガスのいずれか一方を選択的に発生させる場合であって、該発生するガスがキャリアガスである場合、キャリアガスには材料ガスが含まれないので濃度測定部の測定濃度はゼロになる。
すると、測定濃度を設定濃度まで上げるように第１バルブの開度は大きくなる。しかし、キャリアガスが発生している間、測定濃度はゼロのまま変わらないので、第１バルブの開度は除々に大きくなって最後は全開状態となる。
この状態で発生するガスをキャリアガスから混合ガスに切り替えると、材料ガス濃度が急激に上昇して測定濃度が設定濃度とかけ離れたものとなり、測定濃度を設定濃度に近づけるように第１バルブの開度を調整する間、測定濃度の上昇を抑えきれず、オーバーシュートが発生するという問題が生じる。

このオーバーシュートを防止する方法として、例えばキャリアガスを流すラインと混合ガスを流すラインとを別々に構成し、キャリアガス発生中も混合ガスを発生させて排気することで、混合ガス中に含まれる材料ガスの測定濃度を設定濃度に近づけるように常に調整し、キャリアガスから混合ガスに切り替えたときのオーバーシュートを防止する方法が挙げられる。
しかし、この方法では、キャリアガスを流すラインと混合ガスを流すラインを別々に構成するので構成物品が増加するとともに、ガスや材料を必要以上に消費し、ランニングコストが増加するという新たな問題が生じる。

本発明は上記問題に鑑み、キャリアガス又は混合ガスのいずれか一方を選択的に発生させる材料ガス濃度制御装置において、コストを増加させずに、混合ガス中に含まれる材料ガスの測定濃度が予め定めた設定濃度以上となるオーバーシュートを防止できる材料ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。

本発明の材料ガス濃度制御システムは、液体または固体の材料を貯留するとともに、キャリアガスを導入し、気化した材料である材料ガスと前記キャリアガスとの混合ガスを導出する貯留槽と、前記貯留槽の下流側に配置される第１流路と、前記混合ガス、又は、前記キャリアガスを前記第１流路に選択的に流すための切替バルブと、前記第１流路を流れるガスの濃度を調整する流体調整バルブと、前記第１流路を流れるガス中における前記材料ガスの濃度を測定する濃度センサと、前記第１流路に前記混合ガスが流れている場合は、前記濃度センサによる測定濃度又はその関連値を予め定められた設定濃度又はその関連値に近づけるべく前記流体調整バルブの開度をフィードバック制御する制御部とを具備するものであって、前記制御部は、前記第１流路に流れるガスを前記混合ガスから前記キャリアガスに切り替える直前での前記流体調整バルブの開度を、その後、前記第１流路に流れるガスを再度前記混合ガスに切り替えたときの流体調整バルブの初期開度として、前記フィードバック制御を開始することを特徴とする。

これにより、第１流路をキャリアガスが流れることで流体調整バルブの開度が大きくなっても、制御部が、第１流路に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の流体調整バルブの開度を初期開度としてフィードバック制御を開始するので、前回のフィードバック制御部の設定濃度と今回のフィードバック制御部の設定濃度とが大幅に違わない限り、第１流路に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の流体調整バルブの開度における測定濃度は設定濃度に近似した値となり、流体調整バルブのフィードバック制御が間に合わないことによるオーバーシュートの発生を防止することができる。

また、本発明の材料ガス濃度制御システムでは、第１流路をキャリアガスが流れている間は混合ガスを発生させないので、ガスや材料を必要以上に消費することなくオーバーシュートを防ぎ、コストの増加を抑えることができる。

本発明の材料ガス濃度制御システムは、前記第１流路に前記キャリアガスが流れている場合は、前記流体調整バルブの開度を前記初期開度に固定することが好ましい。

これにより、第１流路にキャリアガスが流れている間も、流体調整バルブの開度が初期開度に固定されているので、制御部が流体調整バルブのフィードバック制御を開始するときに、前回のフィードバック制御部の設定濃度と今回のフィードバック制御部の設定濃度とが大幅に違わない限り、オーバーシュートが発生することを確実に防ぐことができる。

また、第１流路にキャリアガスが流れている間も流体調整バルブの開度が初期開度に固定されているので、フィードバック制御部が第１流路を流れるガスをキャリアガスから混合ガスに切り替えたときに、流体調整バルブの開度を初期開度に設定する必要がなく、より早く濃度センサの測定濃度を設定濃度に近づけることができる。

本発明の材料ガス濃度制御システムは、上流側の一端から前記キャリアガスが流れるとともに下流側の一端は前記第１流路に接続されて、前記貯留槽に前記キャリアガスを導入する導入管が連結された第１分岐路と、前記貯留槽から前記混合ガスを導出する導出管が連結された第２分岐路とを有する第２流路をさらに備えることが好ましい。

これにより、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインが、第１流路及び第２流路で共通して構成されるので、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインを別々に構成する場合と比べて、材料ガス濃度制御システムの部品点数を大幅に減らすことができる。

本発明の材料ガス濃度制御システムは、前記導入管から前記収容槽に導入される前記キャリアガス、又は、前記導出管から前記第１流路に導出される前記混合ガスの少なくともいずれか一方の流量を測定する流量計をさらに備えることが好ましい。

流体調整バルブの開度が急激に変動すると、第１流路内の圧力が急激に上昇又は下降する。そうすると、流量計の流量制御が間に合わず、その間の流量を所望の値に保てないという不具合が生じる。しかし、本発明の材料ガス濃度制御システムは、第１流路を混合ガスが流れる場合、制御部が流体調整バルブの開度を初期開度にしてから制御を開始するので、流体調整バルブの開度が急に変動することを防いで、上記不具合を防ぐことができる。

また、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインが、第１流路及び第２流路で共通して構成されるので、流量計を第１流路又は第２流路の少なくともいずれか一方に配置すれば足り、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインを別々に構成する場合と比べて流量計の部品点数を減らすことができる。

本発明によれば、キャリアガス又は混合ガスのいずれか一方を選択的に発生させる材料ガス濃度制御システムにおいて、混合ガス中に含まれる材料ガスの測定濃度が予め定めた設定濃度以上に上昇することを防ぎ、オーバーシュートの発生を防止することができる。

第１実施形態における材料ガス濃度制御システムを示す概略図。 第１実施形態における制御部を示すブロック図。 第２実施形態における材料ガス濃度制御システムを示す概略図。

本発明の材料ガス濃度制御システムの第１実施形態について、以下図面を参照しながら説明する。

第１実施形態における材料ガス濃度制御システム１は、図１に示すように、第２流路２と、貯留槽３と、第１流路４と、切替バルブ５と、材料ガス濃度制御装置１０とを備える。

第２流路２は、上流側の一端からキャリアガスが流入されるとともに、下流側の一端が第１流路４に接続されて、第１分岐路２ａと第１分岐路２ａよりも下流側に配置される第２分岐路２ｂとを有するものである。

また、第２流路２の第１分岐路２ａよりも上流側には、第２流路２を流れるキャリアガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ９が設けられている。
このマスフローコントローラ９は、流体抵抗素子（図示しない）を有し、この流体抵抗素子の上流側及び下流側の圧力差を計測して流量を測定する差圧式のものである。

貯留槽３は、液体又は固体の材料が貯留されるタンク３ａと、タンク３ａにキャリアガスを導入する導入管３ｂと、キャリアガスによって気化された材料である材料ガスとキャリアガスとの混合ガスをタンク３ａから導出する導出管３ｃとを備える。そして、導入管３ｂは第２流路２の第１分岐路２ａに接続され、導出管３ｃは第２流路２の第２分岐路２ｂに接続される。

第１流路４は、上流側の一端が第２流路２に接続されるとともに、下流側の一端からキャリアガス又は混合ガスのいずれか一方が導出する。

切替バルブ５は、混合ガス又はキャリアガスのいずれか一方を第１流路４に選択的に流すためのものであって、第１バルブ５ａと、第２バルブ５ｂと、第３バルブ５ｃとを備える。

第１バルブ５ａは、第２流路２の第１分岐路２ａに接続された導入管３ｂに設けられており、第１バルブ５ａを開閉することで、第２流路２を流れるキャリアガスの貯留槽３への流入を制御する。

第２バルブ５ｂは、第２流路２の第２分岐路２ｂに接続された導出管３ｃに設けられており、第２バルブ５ｂを開閉することで、貯留槽３内で生成された混合ガスの第２流路２への流入を制御する。

第３バルブ５ｃは、第２流路２の第１分岐路２ａと第２分岐路２ｂとの間に設けられており、第３バルブ５ｃを開閉することでキャリアガスの第１流路４への流入を制御する。

そして、切替バルブ５は、第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを開けるとともに第３バルブ５ｃを閉めることで第１流路４に混合ガスを流し、一方、第３バルブ５ｃを開けるとともに第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを閉めることで第１流路４にキャリアガスを流す。

しかして、材料ガス濃度制御装置１０は、第１流路４を流れるガスの濃度を制御するものであって、流体調整バルブ６と、濃度センサ７と、制御部８とを備える。

濃度センサ７は、第１流路４に設けられるとともに、第１流路４を流れる混合ガス中の材料ガスの濃度を測定する。
ここで、本実施形態の濃度センサ７は、材料ガスの濃度（ｖｏｌ％）が、混合ガス中に含まれる材料ガスの圧力（分圧）／混合ガスの圧力（全圧）×１００で表されることを利用したものである。
つまり、濃度センサ７は、貯留槽３内の混合ガスの圧力（全圧）を測定する圧力計（図示しない）と、第１流路４を流れる混合ガス中に含まれる材料ガスの圧力（分圧）を測定する例えば非分散型赤外線吸収法を用いた分圧計（図示しない）とが計測した混合ガスの圧力（全圧）と材料ガスの圧力（分圧）とから材料ガス濃度を求めるものである。

なお、非分散型赤外線吸収法を用いた分圧計とは、第１流路４の半径方向に対向するように配置される光源部（図示しない）及び受光部（図示しない）とを備え、材料ガス分子が赤外光を吸収する現象を利用して、光源部と受光部との間を通過する材料ガスの分圧を測定するものである。
なお、濃度センサ７は、例えば超音波等によって材料ガスの濃度を直接測定するものを用いることもできる。

流体調整バルブ６は、第１流路４を流れるガスの圧力（全圧）を変動させることで材料ガスの濃度を調整するものであって、濃度センサ７よりも下流側の第１流路４に設けられるものである。
この流体調整バルブ６は、例えば第１流路４の路内を塞ぐように配置される調整弁本体（図示しない）と、第１流路４に外付けされて後述する制御信号に応じて調整弁本体を駆動して第１流路４の通路を開閉する駆動部（図示しない）とを備える。

そして、流体調整バルブ６は、材料ガスの濃度が、混合ガス中に含まれる材料ガスの圧力（分圧）／混合ガスの圧力（全圧）×１００であることから、材料ガスの濃度を小さくしたい場合には、混合ガスの圧力（全圧）を大きくするために、その開度が小さくなるように調整されるとともに、材料ガスの濃度を大きくしたい場合には、混合ガスの圧力（全圧）を小さくするために、その開度が大きくなるように調整される。

制御部８は、構造的には、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。そして、内部メモリの所定領域に格納したプログラムに従って動作することで情報処理を行い、後述するフィードバック制御部１１、固定部１２、スイッチ部１３、切替制御部１４、受信部２０等としての機能を発揮するものである。

以下では、図２に示した制御部８のブロック図を用いて、フィードバック制御部１１、固定部１２、スイッチ部１３、切替制御部１４、受信部２０について説明する。

フィードバック制御部１１は、第１流路４を混合ガスが流れている場合に、濃度センサ７が測定した測定濃度又はその関連値を予め定められた設定濃度又はその関連値に近づけるように制御信号を生成し、この制御信号を流体調整バルブ６の駆動部へと入力するものである。

具体的には、段落［００３３］で記載した式を変形すると、混合ガスの圧力（全圧）は、混合ガス中に含まれる材料ガスの圧力（分圧）／材料ガスの濃度×１００で表される。
そこで、フィードバック制御部１１は、材料ガス濃度の目標値が定まっている場合、分圧計が測定した材料ガスの圧力（分圧）を上記式に当て嵌めて、目標とする混合ガスの圧力（全圧）を算出し、この目標全圧（設定濃度関連値）と、圧力計の測定全圧（測定濃度関連値）との偏差に比例演算、微分演算、積分演算等の演算処理を施して制御信号を生成して、この制御信号を流体調整バルブ６の駆動部へと入力する。

または、濃度センサ７が材料ガス濃度を測定する場合、フィードバック制御部１１は、濃度センサ７によって測定された材料ガスの測定濃度と、目標とする設定濃度との偏差に比例演算、微分演算、積分演算等の演算処理を施して制御信号を生成して、この制御信号を流体調整バルブ６の駆動部へと入力してもよい。

固定部１２は、後述する切替制御部１４から送信される制御信号を記憶し、この制御信号を流体調整バルブ６の駆動部へ入力するものである。

スイッチ部１３は、後述する切替制御部１４によって、流体調整バルブ６の制御をフィードバック制御部１１又は固定部１２のいずれか一方から他方へと切り替えるものである。

受信部２０は、切替バルブ５（５ａ、５ｂ、５ｃ）の状態を示す状態信号を受信するとともに、第３バルブ５ｃが開いて第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂが閉まり、切替バルブ５（５ａ、５ｂ、５ｃ）の状態が切り替わると、切り替え信号を後述する切替制御部１４に送信するものである。

切替制御部１４は、受信部２０からの切り替え信号を受信すると、その受信する直前にフィードバック制御部１１が生成した制御信号を固定部１２に送信するものである。

また、切替制御部１４は、濃度センサ７が測定した測定濃度が所定濃度未満となったときに、流体調整バルブ６の制御をフィードバック制御部１１から固定部１２へと切り替え、濃度センサ７が測定した測定濃度が所定濃度を超えたときに、流体調整バルブ６の制御を固定部１２からフィードバック制御部１１へと切り替えるものである。

本発明の材料ガス濃度制御システムの動作及び制御について以下説明する。

切替バルブ５の第３バルブ５ｃを閉めるとともに、第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを開けた状態で、第２流路２の上流からキャリアガスを流すと、このキャリアガスは第１分岐路２ａから導入管３ｂを通って貯留槽３に導入される。
貯留槽３に導入されたキャリアガスは、貯留槽３内に貯留された材料を気化して、気化された材料である材料ガスとキャリアガスとが混合した混合ガスが生成される。この混合ガスは、貯留槽３から導出管３ｃを通って第２分岐路２ｂを経て第２流路２に流れ、第２流路２に接続された第１流路４を流れる。

このとき、フィードバック制御部１１は、分圧計が測定した第１流路４を流れる混合ガス中に含まれる材料ガスの圧力（分圧）と、予め定めた設定濃度とから目標全圧（設定濃度関連値）を算出し、この目標全圧（設定濃度関連値）と圧力計の測定全圧（測定濃度関連値）との偏差に演算処理を施して制御信号を生成して、この制御信号を流体調整バルブ６の駆動部に入力する。そして、流体調整バルブ６は、駆動部に入力された制御信号を受けて前記調整弁本体を駆動して、流体調整バルブ６の開度を変動させる。

ここで、段落［００３６］等で述べたように、材料ガス濃度を小さくしたい場合、フィードバック制御部１１は、混合ガスの圧力（全圧）を大きくするために流体調整バルブ６の開度が小さくなるような制御信号を入力する。一方、材料ガス濃度を大きくしたい場合、フィードバック制御部１１は、混合ガスの圧力（全圧）を小さくするために流体調整バルブ６の開度が大きくなるような制御信号を入力する。
このようにして、フィードバック制御部１１は、流体調整バルブ６の開度を調整して、測定全圧（測定濃度関連値）を目標全圧（設定濃度関連値）に近づける。

次に、切替バルブ５の第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを閉めるとともに第３バルブ５ｃを開けた状態で、第２流路２の上流側からキャリアガスを流すと、第１流路４を流れるガスは混合ガスからキャリアガスに切り替わる。

このとき、受信部２０は、切替バルブ５の状態が切り替わったことを感知して、切り替え信号を切替制御部１４へ送信する。

切替制御部１４は、受信部２０からの切り替え信号を受信して、該受信する直前にフィードバック制御部１１が生成した制御信号を固定部１２に送信する。

第１流路４を流れるキャリアガスには材料ガスが含まれていないので、濃度センサ７が測定する測定濃度は低下していき、測定濃度が所定濃度未満になると、切替制御部１４は、流体調整バルブ６の制御をフィードバック制御部１１から固定部１２へと切り替える。固定部１２は、送信された制御信号を流体調整バルブ６の駆動部へ入力して、流体調整バルブ６の調整弁本体を駆動する。

そのため、固定部１２が流体調整バルブ６を制御する間、流体調整バルブ６の開度は、切替制御部１４が切り替え信号を受信する直前にフィードバック制御部１１が生成した制御信号による開度、つまり、第１流路４を流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の開度に固定される。

そして、再度切替バルブ５の第３バルブ５ｃを閉めるとともに、第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを開けた状態で第２流路２の上流側からキャリアガスを流すと、第１流路４を流れる流体はキャリアガスから混合ガスに切り替わる。すると、濃度センサ７が測定する測定濃度は上昇し、測定濃度が所定濃度を超えると切替制御部１４は、流体調整バルブ６の制御を固定部１２からフィードバック制御部１１へと切り替える。

このとき、切替制御部１４が流体調整バルブ６の制御を固定部１２からフィードバック制御部１１に切り替える直前まで、流体調整バルブ６の開度は、第１流路４を流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の開度に固定されている。

そのため、フィードバック制御部１１は、第１流路４に流れるガスを再度混合ガスに切り替えたときに、第１流路４を流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の流体調整バルブ６の開度を初期開度として、流体調整バルブ６のフィードバック制御を開始する。

なお、上記実施形態では、測定濃度が所定濃度を超えるか又は所定濃度未満になった場合に、フィードバック制御部１１または固定部１２のいずれか一方から他方に切り替える構成であったが、例えば、以下に示す所定の条件を満たす場合に、フィードバック制御部１１または固定部１２のいずれか一方から他方に切り替えてもよい。
所定の条件とは、測定濃度が所定濃度を超えるか又は所定濃度未満になるとともに所定時間が経過した場合、測定濃度が所定濃度を超えて所定濃度＋αの値となった場合、切替バルブ５の状態が切り替わり切替制御部１４がその切り替え信号を受信した時か又は受信した時から所定時間が経過した場合等が挙げられる。

本実施形態の材料ガス濃度制御システム１は、フィードバック制御部１１が、第１流路４に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の流体調整バルブ６の開度を初期開度としてフィードバック制御を開始するので、流体調整バルブ６の開度によって測定濃度が急激に上昇することを抑えて、オーバーシュートを防ぐことができる。

また、本実施形態の材料ガス濃度制御システム１では、第１流路４をキャリアガスが流れている間は混合ガスを発生させないので、ガスや材料を必要以上に消費することなくオーバーシュートを防止して、コストの増加を抑えることができる。

本実施形態の材料ガス濃度制御システム１は、第１流路４にキャリアガスが流れている間も、固定部１２が流体調整バルブ６の開度を、第１流路４に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の開度に固定するので、制御部８が、流体調整バルブ６のフィードバック制御を開始するときに、測定濃度が急激に上昇することを確実に防ぐことができる。

本実施形態の材料ガス濃度制御システム１は、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインとを第１流路４及び第２流路２で共通して構成すると、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインを別々に構成する場合と比べて、材料ガス濃度制御システムの部品点数を大幅に減らすことができる。

また、流体調整バルブ６の開度が急激に変動すると、第１流路４内の圧力が急激に上昇又は下降する。そうすると、マスフローコントローラ９の流量制御が間に合わず、その間の流量を所望の値に保てないという不具合が生じる。

しかし、本実施形態の材料ガス濃度制御システム１は、フィードバック制御部１１が流体調整バルブ６の開度を初期開度にしてから制御を開始するので、流体調整バルブ６の開度が急に変動することを防いで、上記不具合を防ぐことができる。

また、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインが、第１流路４及び第２流路２で共通して構成すれば、流量計を第１流路４又は第２流路２の少なくともいずれか一方に配置すれば足り、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインを別々に構成する場合と比べて流量計の部品点数を減らすことができる。

本実施形態の材料ガス濃度制御システム１は、フィードバック制御部１１が、測定濃度関連値と設定濃度関連値を用いて制御を行うものであるので、フィードバック制御部１１が、濃度センサが混合ガスの全圧と材料ガスの分圧とから間接的に測定した材料ガス測定濃度と設定濃度を用いる場合に比べて、精度よく制御を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態における材料ガス濃度制御システム１´について図面を用いて説明する。
なお、第２実施形態における材料ガス濃度制御システム１´において、第１実施形態における材料ガス濃度制御システム１と同様の点については同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態における材料ガス濃度制御システム１´は、図３に示すように、上流側の一端からキャリアガスが流れるとともに、下流側の一端が第１流路４に接続される第３流路１５と、上流側の一端からキャリアガスが流れるとともに、下流側の一端が貯留槽３にキャリアがガスを導入する導入管３ｂに接続される第４流路１６と、上流側の一端が貯留槽３から混合ガスを導出する導出管３ｃに接続されるとともに、下流側の一端が第１流路４に接続される第５流路１７とを備える。

第３流路１５は、第１流路４へキャリアガスが流入することを制御する第３バルブ５ｃ、及び、第１流路４に流入するキャリアガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ１８を備える。

第４流路１６は、貯留槽３へキャリアガスが流入することを制御する第１バルブ５ａ、及び、貯留槽３に導入されるキャリアガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ１９を備える。

第５流路１７は、第１流路４へ混合ガスが流入することを制御する第２バルブ５ｂを備える。

第２実施形態における材料ガス濃度制御システム１´において、第３バルブ５ｃを開くとともに第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを閉まり、バルブの状態が切り替わると、受信部２０が切替制御部１４に切り替え信号を送信する。

切替制御部１４は切り替え信号を受信すると、受信する直前にフィードバック制御部１１が生成した制御信号を固定部１２へ送信する。その後、スイッチ部１３が流体調整バルブ６の制御を、フィードバック制御部１１から固定部１２に切り替えると、固定部１２が該制御信号を記憶して流体調整バルブ６の駆動部へ入力する。

そして、第３バルブ５ｃを閉じるとともに第１バルブ５ａ及び第２バルブ５ｂを開けると、第１流路４を流れるガスがキャリアガスから混合ガスに切り替わる。
第１流路４を流れる混合ガス中に含まれる材料ガスの測定濃度が所定濃度を超えると、切替制御部１４が、流体調整バルブ６の制御を固定部１２からフィードバック制御部１１に切り替える。

このとき、切替制御部１４が流体調整バルブ６の制御を固定部１２からフィードバック制御部１１に切り替える直前まで、流体調整バルブ６の開度は、固定部１２によって第１流路４を流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の開度に固定されている。

そのため、キャリアガスが流れるラインと混合ガスが流れるラインが別々に構成されている第２実施形態の材料ガス濃度制御システム１´においても、フィードバック制御部１１が、第１流路４に流れるガスを混合ガスからキャリアガスに切り替える直前の流体調整バルブ６の開度を初期開度としてフィードバック制御を開始するので、流体調整バルブ６の開度によって測定濃度が急激に上昇することを抑えて、オーバーシュートを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではない。

第１実施形態の材料ガス濃度制御システムでは、切替制御部が流体調整バルブの制御をフィードバック制御部又は固定部のいずれか一方から他方へ切り替える閾値として所定濃度を用いているが、例えば、切替バルブの第１バルブ及び第２バルブと第３バルブの開閉が切り替えられたときを閾値としてもよいし、該切替バルブを切り替えてから所定時間が経過したときを閾値としてもよい。

また、マスフローコントローラには、例えば、２対の発熱抵抗線を第１流路又は第２流路に巻いてブリッジ回路を形成し、この発熱抵抗線に電流を流して加熱した状態で第１流路又は第２流路に流体を流すと、２対の発熱抵抗線の間に温度差が生じるので、この温度差を用いて流体の流量を計測する熱式のものであっても構わない。

また、マスフローコントローラは、材料ガス濃度制御システムの設計に合わせて適宜所望の位置に設けることができる。

本発明の材料ガス濃度制御システムにおいて、第１流路、第２流路、第３流路、第４流路、第５流路に鏡面加工が施されていてもよい。このようにしておくことで、材料ガスが第１流路、第２流路、第３流路、第４流路、第５流路で液化や固化して流路を狭窄することを防ぐことができる。また、第１流路、第２流路、第３流路、第４流路、第５流路の材質としてはステンレス等が考えられるが、腐食性のガスを用いる場合にはテフロン（登録商標）等の腐食されない樹脂を用いることが望ましい。

本発明は、その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。

１・・・材料ガス濃度制御システム
３・・・貯留槽
４・・・第１流路
５・・・切替バルブ
６・・・流体調整バルブ
７・・・濃度センサ
８・・・制御部
１０・・材料ガス濃度制御装置

Claims (6)

1. 液体または固体の材料を貯留するとともに、キャリアガスを導入し、気化した材料である材料ガスと前記キャリアガスとの混合ガスを導出する貯留槽と、
   前記貯留槽の下流側に配置される第１流路と、
   前記混合ガス、又は、前記キャリアガスを前記第１流路に選択的に流すための切替バルブと、
   前記第１流路を流れるガスの濃度を調整する流体調整バルブと、
   前記第１流路を流れるガス中における前記材料ガスの濃度を測定する濃度センサと、
   前記第１流路に前記混合ガスが流れている場合は、前記濃度センサによる測定濃度又はその関連値を予め定められた設定濃度又はその関連値に近づけるべく前記流体調整バルブの開度をフィードバック制御する制御部とを具備するものであって、
   前記制御部は、前記第１流路に流れるガスを前記混合ガスから前記キャリアガスに切り替える直前での前記流体調整バルブの開度を、その後、前記第１流路に流れるガスを再度前記混合ガスに切り替えたときの前記流体調整バルブの初期開度として、前記フィードバック制御を開始することを特徴とする材料ガス濃度制御システム。
2. 前記制御部が、前記第１流路に前記キャリアガスが流れている場合は、前記流体調整バルブの開度を前記初期開度に固定することを特徴とする請求項１記載の材料ガス濃度制御システム。
3. 上流側の一端から前記キャリアガスが流れるとともに下流側の一端は前記第１流路に接続されて、前記貯留槽に前記キャリアガスを導入する導入管が連結された第１分岐路と、前記貯留槽から前記混合ガスを導出する導出管が連結された第２分岐路とを有する第２流路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の材料ガス濃度制御システム。
4. 前記導入管から前記収容槽に導入される前記キャリアガス、又は、前記導出管から前記第１流路に導出される前記混合ガスの少なくともいずれか一方の流量を測定する流量計をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の材料ガス濃度制御システム。
5. キャリアガス、又は、気化した材料である材料ガスとキャリアガスとの混合ガスを選択的に流す流路に取り付けられて、この流路を流れる材料ガスの濃度を調整する流体調整バルブと、
   前記流路に取り付けられるとともに、前記流路を流れる材料ガス中における材料ガスの濃度を測定する濃度センサと、
   前記流路に流れるガスを前記混合ガスから前記キャリアガスに切り替える直前での前記流体調整バルブの開度を、その後、前記流路に流れるガスを再度前記混合ガスに切り替えたときの前記流体調整バルブの初期開度として、前記濃度センサによる測定濃度又はその関連値を予め定められた設定濃度又はその関連値に近づけるべく前記流体調整バルブの開度をフィードバック制御する制御部とを備えた材料ガス濃度制御装置。
6. キャリアガス、又は、気化した材料である材料ガスとキャリアガスとの混合ガスを選択的に流す流路に取り付けられて、この流路を流れる材料ガスの濃度を調整する流体調整バルブと、前記流路に取り付けられるとともに、前記流路を流れる材料ガス中における材料ガスの濃度を測定する濃度センサと、前記濃度センサが測定した測定濃度又はその関連値を用いて前記流量調整バルブの開度を制御する制御部とを備える材料ガス濃度制御装置の制御プログラムであって、
   前記制御部が、前記流路に流れるガスを前記混合ガスから前記キャリアガスに切り替える直前での前記流体調整バルブの開度を、その後、前記流路に流れるガスを再度前記混合ガスに切り替えたときの前記流体調整バルブの初期開度として、前記濃度センサによる測定濃度又はその関連値を予め定められた設定濃度又はその関連値に近づけるフィードバック制御部としての機能を発揮できるようにする制御プログラム。