KR101842718B1 - 재료가스 제어시스템 - Google Patents

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KR101842718B1
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마사카즈 미나미
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

<과제> 조정밸브가 전개 또는 전폐인 경우의 재료가스의 농도값이나 유량값이 설정값과 대략 일치하는 경우라도, 농도나 유량의 제어상태가 비정상인가를 진단할 수 있는 재료가스 제어시스템(100)을 제공한다.
<해결수단> 수용실(10)과, 캐리어가스를 도입하는 도입관(20)과, 재료가스 및 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관(30)과, 제1 조정밸브(45)와, 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와, 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 제1 조정밸브(45)에 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부(46)와, 수용실(10) 내의 압력을 측정하는 압력계(44)와, 개도제어신호의 값의 시간변화량 및 압력계(44)에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부(47)를 구비하도록 했다.

Description

재료가스 제어시스템 {CONTROL SYSTEM FOR MATERIAL GAS}
본 발명은, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에 있어서, 재료가스를 공급하는 재료가스 제어시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 액체 또는 고체의 재료에 대해서 캐리어가스를 도입하고, 당해 재료를 기화시켜 재료가스로 하며, 상기 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 공급하는 재료가스 제어시스템에 관한 것이다.
이런 종류의 재료가스 제어시스템에는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 상기 혼합가스 중의 재료가스의 농도를 측정하고, 그 측정농도값이 미리 정해진 설정농도값이 되도록, 재료를 수용하는 수용실 내의 압력을 제어하도록 한 것이 있다. 구체적으로는, 상기 수용실로부터 상기 혼합가스를 도출하는 도출관에 조정밸브를 마련하고, 예를 들면, 측정농도값이 설정농도값보다도 낮은 경우에는, 상기 조정밸브를 열어, 상기 수용실 내의 압력을 내리고, 재료가스의 농도를 상승시켜, 측정농도값과 설정농도값과의 차분(差分)을 작게 하도록 하고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특개2010-109305호 공보
재료가스의 공급을 개시하면, 재료는 기화하여 점차 감소해 가므로, 상기 조정밸브의 개도가 그대로 있으면, 재료가스의 농도가 저하해 버린다. 따라서, 재료가스의 농도를 설정농도값으로 유지하기 위해서는, 조정밸브를 열어 갈 필요가 있다.
그렇지만, 조정밸브를 열어 가면, 조정밸브가 가장 열린 상태(풀 오픈)가 되어 버려, 그 이상 열 수 없기 때문에, 재료가스의 농도가 상승하지 않게 되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 재료가스의 농도가 설정농도값보다도 약간 낮은 채가 되어 버려, 정상적으로 제어되지 않게 되어 버린다.
또, 종래의 재료가스 제어시스템에서는, 측정농도값과 설정농도값과의 차분을 감시하여, 그 차분이 소정 범위 내이면, 재료가스농도가 정상적으로 제어되고 있다고 판단하고 있다. 그렇지만, 상술한 비정상인 제어상태에서, 측정농도값과 설정농도값과의 차분은 비교적 작은 값이므로, 상기 소정 범위 내에 들어가 버려, 제어상태가 정상적인 것처럼 보여 버려, 제어상태가 비정상인 것을 간파할 수 없다고 하는 우려가 있다.
또, 조정밸브를 닫아 갈 때에도, 동일한 문제가 일어날 수 있다. 예를 들면, 수용실의 온도가 상승한 경우, 조정밸브를 닫아 감으로써, 재료가스의 농도를 제어하는 것이지만, 조정밸브가 가장 닫힌 상태(풀 클로우즈)가 되어 버려, 상술한 같은 비정상인 제어상태에 빠져 버린다. 또한, 재료가스의 유량을 제어하는 시스템에서도 동일한 문제가 생길 수 있다.
그래서, 본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위하여 도모한 것으로, 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈인 경우에서의 재료가스의 측정농도값이나 측정유량값이 설정값과 대략 일치하는 경우라도, 재료가스의 농도나 유량의 제어상태가 비정상인지 여부를 진단할 수 있는 재료가스 제어시스템을 제공하는 것을 그 주된 소기 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 관한 재료가스 제어시스템은, 재료를 수용하는 수용실과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과, 상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브와, 상기 도출관을 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와, 상기 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부를 구비하는 재료가스 제어시스템으로서, 상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력계에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 「상기 개도제어신호의 값」에는 제1 밸브제어부가 생성한 신호의 값만이 아니고, 그 신호를 증폭한 신호의 값이나, 제1 조정밸브에 인가된 전압 또는 전류를 측정한 측정전압값 또는 측정전류값과 같이, 개도제어신호에 직접적으로 대응시킬 수 있는 값을 포함한다.
이와 같은 것으로 하면, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 측정압력값의 시간변화량이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 제어상태가 비정상이라고 상기 진단부가 진단하므로, 예를 들면 상기 제1 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈가 되어 버려, 상기 수용실 내의 압력을 제어할 수 없게 되어, 상기 재료가스의 농도나 유량을 제어할 수 없게 되고 있음에도 관계없이, 상기 제1 밸브제어부가 상기 제1 조정밸브를 더욱 개폐시키려고 하고 있는 경우에, 제어상태가 비정상이라고 진단할 수 있다. 게다가, 종래에서는 제어상태의 가부의 판단이 곤란한, 밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈인 경우에서의 재료가스의 측정농도값이나 측정유량값이 설정값과 대략 일치하는 경우라도, 재료가스의 농도나 유량의 제어상태가 비정상인지 여부를 진단할 수 있다. 결과적으로, 재료가스의 농도나 유량을 설정값으로 유지할 수 있어, 예를 들면 재료가스를 이용하여 제조되는 반도체 웨이퍼의 수율을 향상할 수 있다.
상기 제어상태가 비정상이라고 진단하는 구체적인 상기 소정 조건의 예로서는, 상기 진단부가, 상기 개도제어신호의 값이 단위시간당 실질적으로 변화하고 있고, 또한, 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우를 들 수 있다.
상기 제어상태가 비정상인 경우에, 그 제어상태를 정상적으로 하기 위해서는, 상기 진단부가 상기 제어상태가 비정상이라고 진단한 경우에, 상기 수용실 내를 가열 또는 냉각하는 온도제어부를 구비하는 것이나, 상기 도입관에 마련된 제2 조정밸브와, 상기 진단부가 상기 제어상태가 비정상이라고 판단한 경우에, 제2 조정밸브의 개도를 제어하여, 상기 수용실 내에 도입되는 캐리어가스의 유량을 증가 또는 감소시키는 제2 밸브제어부를 구비하도록 한 것이 바람직하다.
이 재료가스 제어시스템의 제어방법도 또, 본 발명의 하나이다. 즉, 본 발명에 관한 재료가스 제어방법은, 재료를 수용하는 수용실과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과, 상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브를 구비하는 재료가스 제어시스템의 제어방법으로서, 상기 도출관에 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 재료가스 측정 스텝과, 상기 재료가스 측정 스텝에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어 스텝과, 상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력측정 스텝과, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력측정 스텝에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 재료가스 제어시스템에 이용되는 프로그램도 또, 본 발명의 하나이다. 구체적으로 이 프로그램은, 재료를 수용하는 수용실과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과, 상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과, 상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브와, 상기 도출관을 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와, 상기 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부와, 상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력계를 구비하는 재료가스 제어시스템에 이용되는 프로그램을 기록한 기록매체로서, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력계에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈인 경우에서의 재료가스의 측정농도값이나 측정유량값이, 설정값과 대략 일치하는 경우라도, 재료가스의 농도나 유량의 제어상태가 비정상인지 여부를 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 재료가스 제어시스템의 모식적 기기 구성도.
도 2는 같은 실시형태에서의 재료가스농도의 제어순서를 나타내는 플로우차트.
도 3은 같은 실시형태에서의 재료가스농도의 제어상태의 진단 순서를 나타내는 플로우차트.
도 4는 같은 실시형태에서의 재료가스 제어시스템의 제어상태를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에서의 재료가스 제어시스템의 모식적 기기 구성도.
다음으로, 본 발명의 실시형태에 관한 재료가스 제어시스템(100)에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 재료가스 제어시스템(100)은, 예를 들면 반도체 제조장치의 일부를 구성하여, MOCVD 장치(유기금속 기상성장장치)의 성막실에 재료가스를 공급하는 것으로, 보다 상세하게는, 고체의 재료(M)인 TMIn(트리메틸인듐(trimethylindium))에 대해서 캐리어가스인 N2를 도입하고, 당해 재료(M)를 기화시켜 재료가스로 하며, 상기 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 공급하는 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 재료가스 제어시스템(100)은 재료(M)를 수용하는 수용실(10)과, 상기 수용실(10)에 일단이 개구하여, 상기 수용실(10)에 캐리어가스를 도입하는 도입관(20)과, 상기 수용실(10)에 일단이 개구하여, 상기 수용실(10)로부터 상기 재료(M)가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관(30)과, 상기 수용실(10) 내의 온도를 측정하는 온도계(60)와, 상기 수용실(10)을 소정 온도로 유지하는 항온조(恒溫槽)(61)를 구비하고 있다. 상기 도입관(20)의 타단은 캐리어가스 공급기구(도시생략)에 접속되어 있고, 상기 도출관(30)의 타단은 상기 MOCVD 장치의 성막실(도시생략)에 접속되어 있다. 또한, 상기 도출관(30)에는 농도제어기(40)(청구항에서 말하는 재료가스 제어기에 상당함)가 마련되고, 상기 도입관(20)에는 유량제어기(50)가 마련되어 있다.
상기 농도제어기(40)는 상기 수용실(10)로부터 도출되는 혼합가스 중의 재료가스의 농도를 제어하는 것으로, 크게는 기기부(41) 및 그 기기부(41)에 관한 연산처리를 행하는 연산부(42)로 이루어진다. 기기부(41)는 상기 수용실(10) 내의 재료가스의 분압을 측정하는 분압계(43)와, 상기 수용실(10) 내의 압력(전체 압력)을 측정하는 압력계(44)와, 상기 도출관(30)에서의 상기 분압계(43) 및 상기 압력계(44)보다도 하류 측에 마련되고, 개도를 조정하여 상기 수용실(10)의 압력을 조정하며, 상기 수용실(10)로부터 도출되는 혼합가스의 농도를 조정하는 제1 조정밸브(45)를 구비하고 있다.
또, 상기 분압계(43) 및 상기 압력계(44)는 도출관(30)을 유통하는 혼합가스 중의 재료가스의 농도를 측정하는 농도계(49)(청구항에서 말하는 측정계에 상당함)로서도 기능한다. 상기 농도계(49)는 상기 분압계(43)에서 측정한 측정분압값과, 상기 압력계(44)에서 측정한 측정압력값을 이용하여, 재료가스의 농도를 식 (1)에 의해서 산출한다.
C = Pz/Pt … (1)
단, C는 재료가스의 농도, Pz는 재료가스의 분압, Pt는 수용실(10)의 전체 압력이다.
연산부(42)는 범용 또는 전용의 컴퓨터이며, 메모리에 소정의 프로그램을 격납하고, 당해 프로그램에 따라서 CPU나 그 주변기기를 협동 동작시키는 것에 의해서, 제1 밸브제어부(46) 및 진단부(47)로서의 기능을 발휘한다.
제1 밸브제어부(46)는 상기 농도계(49)에서 측정한 측정농도값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브(45)에 개도제어신호(여기에서는 제1 조정밸브(45)에 인가되는 전압신호)를 출력하는 것이다.
진단부(47)는 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량(이하, 제1 시간변화량이라고도 함)과, 상기 압력계(44)에서 측정한 측정압력값의 시간변화량(이하, 제2 시간변화량이라고도 함)이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 재료가스의 농도의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 것으로, 보다 구체적으로는, 상기 진단부(47)는 상기 개도제어신호의 값이 단위시간당 실질적으로 변화하고 있고, 또한, 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우에, 상기 제어상태가 비정상이라고 진단하는 것이다.
또한, 이 실시형태에서는, 연산부(42)가 온도제어부(48)를 구비하고 있다. 상기 온도제어부(48)는 상기 진단부(47)가 상기 제어상태가 비정상이라고 진단한 경우에, 상기 수용실(10) 내를 가열 또는 냉각하는 온도제어신호를 상기 항온조(61)에 출력하는 것이다.
상기 유량제어기(50)는 상기 수용실(10)에 도입되는 캐리어가스의 유량을 제어하는 것으로, 여기에서는 MFC(매스플로우 컨트롤러)이다. 유량제어기(50)는 상기 도입관(20)을 유통하는 캐리어가스의 유량을 측정하는 유량계(51)와, 개도를 조정하여 상기 수용실(10)에 도입되는 캐리어가스의 유량을 조정하는 제2 조정밸브(52)를 구비하고 있다.
다음으로, 상기 재료가스 제어시스템(100)의 동작순서에 대해서 설명한다. 우선, 도 2의 플로우차트를 참조하여, 재료가스의 농도를 제어하는 순서에 대해서 설명한다. 처음으로, 제1 밸브제어부(46)는 설정농도값을 받아들임과 아울러, 온도계(60)에서 측정된 측정온도값으로부터 재료가스의 포화증기압을 산출하고, 그 포화증기압을 재료가스의 측정분압값으로서 격납한다. 또한, 분압계(43)에서 직접 분압값을 측정해도 된다. 또한, 식 (2)에 의해서, 설정농도값 및 측정분압값으로부터 목표압력값을 산출한다(스텝 S1).
Pt = Pz/C … (2)
단, C는 재료가스의 농도, Pz는 재료가스의 분압(分壓), Pt는 수용실(10)의 전체 압력이다.
다음으로, 제1 밸브제어부(46)는 상기 압력계(44)에서 측정된 측정압력값을 받아들이고, 그 측정압력값과 상기 목표압력값을 비교한다(스텝 S2). 측정압력값이 목표압력값보다도 크면, 상기 제1 조정밸브(45)를 여는 개도제어신호를 출력하고(스텝 S3), 수용실(10)의 압력을 내려 재료가스의 농도값을 올린다. 측정압력값이 목표압력값보다도 작으면, 상기 제1 조정밸브(45)를 닫는 개도제어신호를 출력하고(스텝 S4), 수용실(10)의 압력을 올려 재료가스의 농도값을 내린다.
다음으로, 제1 밸브제어부(46)는 분압계(43)에서 측정한 측정분압값을 받아들이고, 식 (2)에 의해서 목표압력값을 산출한다(스텝 S5). 스텝 S2 ~ S4와 마찬가지로, 측정압력값 및 목표압력값을 비교하고(스텝 S6), 비교결과에 따라서, 제1 조정밸브(45)를 개폐하는 개도제어신호를 출력하여(스텝 S7, S8), 재료가스의 농도값을 설정농도값에 가깝게 한다.
상술한 재료가스농도제어 플로우와 병행하여, 재료가스 농도제어상태 진단 플로우가 진행한다. 도 3의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 우선, 상기 진단부(47)는 상기 제1 제어밸브에 출력되는 개도제어신호의 값으로부터 제1 시간변화량을 산출함과 아울러, 압력계(44)에서 측정한 측정압력값으로부터 제2 시간변화량을 산출한다(스텝 S9). 또한, 여기에서는, 개도제어신호의 값과 측정압력값을 1초 간격으로 취득하고, 직전의 10개의 값을 직선 근사하여, 상기 각 시간변화량을 산출하고 있다.
다음으로, 진단부(47)는 상기 개도제어신호의 값이 단위시간당 실질적으로 변화하고 있고, 또한, 제2 시간변화량이 실질적으로 0이라고 하는 조건을 만족하는지 여부를 판정하며(스텝 S10), 상기 조건을 만족하는 경우에, 재료가스농도의 제어상태가 비정상이라고 판단하고, 알람신호를 온도제어부(48)에 출력한다(스텝 S11).
온도제어부(48)는 제1 시간변화량이 정부(正負) 중 어느 쪽인지 판정한다(스텝 S12). 정이면, 상기 제1 조정밸브(45)가 풀 오픈 상태라고 판정하고, 상기 수용실(10) 내를 소정 온도 가열하는 온도제어신호를 상기 항온조(61)에 출력하여(스텝 S13), 재료가스의 분압을 올려 재료가스의 농도를 올린다. 부이면, 상기 제1 조정밸브(45)가 풀 클로우즈 상태라고 판정하고, 상기 수용실(10) 내를 소정 온도 냉각하는 온도제어신호를 상기 항온조(61)에 출력하여(스텝 S14), 재료가스의 분압을 내려 재료가스의 농도를 내린다.
본 실시형태에 관한 재료가스 제어시스템(100)을 이용하여 재료가스농도를 제어한 일례를 나타내는 그래프를 도 4에 나타낸다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 수용실(10)이 28도로 유지되고 있는 동안은, 측정농도값은 설정농도값에 대략 일치하고 있다. 그렇지만, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 그 사이, 개도제어신호에 상당하는 밸브전압값은 계속 상승하고 있고, 제1 조정밸브(45)를 열어 압력을 내리려 하고 있지만, 측정압력값은 거의 내리지 않고, 재료가스농도의 제어상태가 비정상이라고 하는 것을 알 수 있다.
따라서, 진단부(47)가 제어상태는 비정상이라고 판단하고, 온도제어부(48)가 수용실(10)의 온도를 상승시킨다. 그 결과, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 수용실(10)이 28도로 유지되고 있는 경우보다도 수용실이 32도로 유지되고 있는 경우가 보다 정확하게 측정압력값이 설정농도값에 대략 일치하고 있다. 또, 도 4의 (d)에 나타내는 바와 같이, 측정압력값의 시간변화량은 밸브전압값의 시간변화량에 대응하고 있으며, 제어상태가 정상적이라고 하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 것으로 하면, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 측정압력값의 시간변화량이 미리 정해진 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 제어상태가 비정상이라고 상기 진단부(47)가 진단하므로, 예를 들면 상기 제1 조정밸브(45)가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈가 되어 있고, 상기 수용실(10) 내의 압력을 제어할 수 없게 되어, 상기 재료가스의 농도를 제어할 수 없게 되고 있음에도 관계없이, 상기 제1 밸브제어부(46)가 상기 제1 조정밸브(45)를 더욱 개폐시키려고 하고 있는 경우에, 제어상태가 비정상이라고 진단할 수 있다. 게다가, 종래에서는 제어상태의 가부의 판단이 곤란한, 제1 조정밸브(45)가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈인 경우에서의 재료가스의 측정농도값이나 측정유량값이 설정값과 대략 일치하는 경우라도, 재료가스의 농도나 유량의 제어상태가 비정상인지 여부를 진단할 수 있다. 결과적으로, 재료가스의 농도나 유량을 설정값에 유지할 수 있어, 예를 들면 재료가스를 이용하여 제조되는 반도체 웨이퍼의 수율을 향상할 수 있다.
또, 상기 진단부(47)는 상기 농도제어기(40)의 제1 조정밸브(45)에 출력되는 개도제어신호의 값과, 상기 농도제어기(40)의 압력계(44)에서 측정한 측정압력값을 이용하여, 상기 제어상태를 진단함과 아울러, 상기 진단부(47)는 상기 농도제어기(40)의 일부를 구성하므로, 상기 농도제어기(40) 단체로 재료가스농도의 제어상태를 자기 진단할 수 있다. 따라서, 시스템 전체를 교환하지 않고, 종래의 재료가스 제어시스템(100)의 도출관(30)에 상기 농도제어기(40)를 장착하는 것만으로, 상기 제어상태를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시형태에서는, 재료가스 제어기는 재료가스의 농도를 제어하는 농도제어기로 했지만, 재료가스의 유량을 제어하는 것으로 해도 된다. 구체적으로 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 재료가스 제어기(40)의 제1 밸브제어부(46)가 유량제어기(50)의 유량계(51)에서 측정한 캐리어가스의 측정유량값을 받아들임과 아울러, 본 실시형태와 동일하게 재료가스의 농도를 산출한다.
여기서, 재료가스의 유량에는 식 (3) 및 식 (3)을 변형한 식 (4)에서 나타내는 관계가 성립된다.
C = Pz/Pt = Qz/(Qc + Qz) … (3)
Qz = QcC/(1 - C) … (4)
단, C는 재료가스의 농도, Pz는 재료가스의 분압, Pt는 수용실의 전체 압력, Qz는 재료가스의 유량, Qc는 캐리어가스의 유량이다.
제1 밸브제어부(46)는, 식 (4)에 의해서, 캐리어가스의 측정유량값 및 재료가스의 측정농도값으로부터 재료가스의 측정유량값을 산출하고, 그 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브(45)에 개도제어신호를 출력한다.
또, 캐리어가스의 측정유량값 및 측정농도값을 이용하여 재료가스의 유량을 산출하는 것이 아니라, 상기 재료가스 제어기에 상기 도출관에 유통하는 혼합가스의 유량을 측정하고, 혼합가스의 측정유량값 및 캐리어가스의 측정유량값의 차분으로부터 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 유량을 측정하는 측정계를 마련해도 된다.
덧붙여 말하면, 재료가스의 농도 또는 유량 중 어느 한쪽이 아니라, 재료가스의 농도 및 유량의 양쪽을 제어하도록 해도 된다. 예를 들면, 도출관에 마련된 재료가스 제어기는 본 실시형태와 마찬가지로 재료가스의 농도를 제어하는 농도제어기로 하고, 도입관에 마련된 유량제어기는 재료가스의 유량을 제어하는 것으로 하면 된다.
구체적으로는, 유량제어기가 제2 밸브제어부를 구비하고, 그 제2 밸브제어부가, 식 (4)에 의해서, 캐리어가스의 측정유량값 및 재료가스의 측정농도값으로부터 재료가스의 측정유량값을 산출함과 아울러, 재료가스의 설정유량값을 받아들인다. 또한, 제2 밸브제어부는 재료가스의 측정유량값이 설정유량값이 되도록, 상기 제2 조정밸브에 개도제어신호를 출력한다.
또한, 본 실시형태에서는, 상기 진단부가, 상기 제어상태가 비정상이라고 진단한 경우에, 상기 수용실의 온도를 변화시키는 온도제어부를 마련하도록 했지만, 상기 수용실 내에 도입되는 캐리어가스의 유량을 증가 또는 감소시키는 제2 밸브제어부를 마련해도 되고, 진단부가 출력한 알람신호를 받아들여 소리나 광 등을 발하여 오퍼레이터에게 알리는 알림부를 마련해도 된다.
상기 진단부가 제1 시간변화량 및 제2 시간변화량의 차분이 미리 정해진 소정값를 넘은 경우에, 상기 제어상태가 비정상이라고 진단하도록 해도 된다.
상기 온도제어부는, 소정 온도에 이를 때까지, 단계적으로 온도를 변화시키는 것으로 했지만, 연속적으로 온도를 변화시키는 것으로 해도 된다. 또, 상기 온도제어부가 수용실을 소정 온도 가열 또는 냉각하는 것이 아니라, 상기 각 시간변화량이 상기 소정 조건을 만족하지 않게 되어, 상기 제어상태가 정상적이라고 진단될 때까지, 수용실을 가열 또는 냉각하도록 해도 되고, 정상이라고 진단된 시점에서의 온도로부터 소정값 높거나 낮은 온도까지 수용실을 가열 또는 냉각하도록 해도 된다. 제1 시간변화량 및 제2 시간변화량, 또는 각 시간변화량의 차분에 근거하여, 가열 또는 냉각하는 온도의 값을 산출하도록 해도 된다.
또, 캐리어가스는 N2인 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, H2 등의 불활성화 가스를 이용해도 된다. 또, 상기 재료는 고체로 했지만, 액체(재료 액)로 해도 된다. 그 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 도입관(20)의 일단이 수용실(10) 내의 액상공간(M)으로 개구하고, 상기 도출관(30)의 일단이 수용실(10) 내의 기상공간(A)으로 개구하는 것이 바람직하다.
또, 압력계 및 측정계(농도계)는 도출관에 마련되는 것으로 했지만, 수용실에 마련하는 것으로 해도 된다. 또, 본 발명은 반도체의 제조 프로세스만이 아니라, 반도체의 세정 프로세스에서 이용해도 되고, FPD(플랫패널 디스플레이), 광디바이스, MEMS(미소 전기기계소자) 등의 제조 프로세스에 대해 이용해도 된다. 그 외, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
100 … 재료가스 제어시스템 10 … 수용실
20 … 도입관 30 … 도출관
40 … 재료가스 제어기(농도제어기) 44 … 압력계
45 … 제1 조정밸브 46 … 제1 밸브제어부
47 … 진단부 49 … 측정계(농도계)
M … 재료

Claims (7)

  1. 재료를 수용하는 수용실과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과,
    상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브와,
    상기 도출관을 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와,
    상기 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 상기 측정계에서 측정되는 측정값과 상기 설정값에 근거하여 결정되는 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부를 구비하는 재료가스 제어시스템으로서,
    상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력계와,
    상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어 중에 있어서, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력계에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이, 상기 개도제어신호의 값이 단위 시간당으로 실질적으로 변화하고 있고 또한 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우에, 상기 제1 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈라고 판단하여 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 재료가스 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부가 상기 제어상태가 비정상이라고 진단한 경우에, 상기 수용실 내를 가열 또는 냉각하는 온도제어부를 구비하는 재료가스 제어시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 도입관에 마련된 제2 조정밸브와,
    상기 진단부가, 상기 제어상태가 비정상이라고 진단한 경우에, 제2 조정밸브의 개도를 제어하여, 상기 수용실 내에 도입되는 캐리어가스의 유량을 증가 또는 감소시키는 제2 밸브제어부를 구비하는 재료가스 제어시스템.
  5. 재료를 수용하는 수용실과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관을 구비하는 재료가스 제어시스템에 이용되어, 재료가스의 농도 또는 유량을 제어하는 재료가스 제어기로서,
    상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브와,
    상기 도출관을 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와,
    상기 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 상기 측정계에서 측정되는 측정값과 상기 설정값에 근거하여 결정되는 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부와,
    상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력계와,
    상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어 중에 있어서, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력계에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이, 상기 개도제어신호의 값이 단위 시간당으로 실질적으로 변화하고 있고 또한 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우에, 상기 제1 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈라고 판단하여 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 재료가스 제어기.
  6. 재료를 수용하는 수용실과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과,
    상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브를 구비하는 재료가스 제어시스템의 제어방법으로서,
    상기 도출관에 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 재료가스 측정 스텝과,
    상기 재료가스 측정 스텝에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 상기 재료가스 측정 스텝에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값과 상기 설정값에 근거하여 결정되는 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어 스텝과,
    상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력측정 스텝과,
    상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어 중에 있어서, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력측정 스텝에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이, 상기 개도제어신호의 값이 단위 시간당으로 실질적으로 변화하고 있고 또한 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우에, 상기 제1 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈라고 판단하여 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 재료가스 제어방법.
  7. 재료를 수용하는 수용실과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실에 캐리어가스를 도입하는 도입관과,
    상기 수용실에 일단이 개구하여, 상기 수용실로부터 상기 재료가 기화한 재료가스 및 상기 캐리어가스로 이루어진 혼합가스를 도출하는 도출관과,
    상기 도출관에 마련된 제1 조정밸브와,
    상기 도출관을 유통하는 상기 혼합가스 중의 상기 재료가스의 농도 또는 유량을 측정하는 측정계와,
    상기 측정계에서 측정한 측정농도값 또는 측정유량값이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 제1 조정밸브에 상기 측정계에서 측정되는 측정값과 상기 설정값에 근거하여 결정되는 개도제어신호를 출력하는 제1 밸브제어부와,
    상기 수용실 내의 압력을 측정하는 압력계를 구비하는 재료가스 제어시스템에 이용되는 프로그램을 기록한 기록매체로서,
    상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어 중에 있어서, 상기 개도제어신호의 값의 시간변화량과, 상기 압력계에서 측정한 측정압력값의 시간변화량이, 상기 개도제어신호의 값이 단위 시간당으로 실질적으로 변화하고 있고 또한 상기 측정압력값의 시간변화량이 실질적으로 0인 경우에, 상기 제1 조정밸브가 풀 오픈 또는 풀 클로우즈라고 판단하여, 상기 재료가스의 농도 또는 유량의 제어상태가 비정상이라고 진단하는 진단부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.
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