KR20110074459A

KR20110074459A - 재료 가스 농도 제어 시스템

Info

Publication number: KR20110074459A
Application number: KR1020100132410A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 미나미; 마사키 이노우에
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 세이샤쿠쇼; 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-06-30
Also published as: DE102010056004A1; TW201126575A; JP2011134916A; US20110155264A1; CN102156489A; CN102156489B; US8459291B2; KR101685711B1; TWI518745B; JP5419276B2

Abstract

재료 가스의 농도를 어느 설정 농도에서 일정하게 유지하고 있을 때에 있어서, 재료 가스의 분압이 매우 낮아지고, 밸브의 가동 범위 내에서는 재료 가스의 분압에 대응한 전압을 달성하지 못하여, 재료 가스의 농도를 설정 농도에서 일정하게 유지할 수 없게 되는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있도록, 재료 기화 시스템(100)에 이용되는 것으로서, 상기 도출관(12) 상에 마련되는 제1 밸브(23)와, 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부(CS)와, 상기 농도 측정부(CS)에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브(23)의 개도를 제어하는 농도 제어부(CC)와, 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기(41)와, 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부(42)를 구비한다.

Description

재료 가스 농도 제어 시스템{SOURCE GAS CONCENTRATION CONTROL SYSTEM}

본 발명은 탱크 내에 수용되어 있는 고체 또는 액체의 재료에 캐리어 가스를 도입하여, 재료를 기화(氣化)시키는 재료 기화 시스템에 있어서, 그 기화한 재료 가스의 농도를 제어하는 시스템에 관한 것이다.

이런 종류의 재료 기화 시스템에 이용되고, 재료 가스의 농도를 일정하게 유지하기 위한 농도 제어 시스템을 본 출원인은 현재 출원 중이다. 이 농도 제어 시스템은 캐리어 가스와 재료 가스의 혼합 가스가 탱크 내로부터 도출되는 도출관에, 제1 밸브와, 상기 재료 가스의 분압(分壓)을 측정하는 분압 측정 센서와, 상기 혼합 가스의 압력인 전압(全壓)을 측정하는 전압 측정 센서를 구비하고, 측정된 분압을 전압으로 나누는 것에 의해 혼합 가스에 있어서 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와, 상기 농도 측정부에 의해 측정된 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도(開度)를 제어하는 농도 제어부를 구비한 것이다.

이와 같이 구성된 농도 제어 시스템에 의하면, 탱크 내의 재료가 포화 증기압에서 기화하고 있지 않으며, 기화 상태가 변동하여 재료 가스의 분압이 변동하고 있다고 해도, 그 변동에 맞추어 혼합 가스의 전압이 상기 제1 밸브에 의해 제어된다. 따라서 탱크 내 재료 가스의 발생 상황에 관계없이, 재료 가스의 농도를 설정 농도에서 일정하게 유지할 수 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1] 일본 특원 2008－282622

그런데 농도 제어를 계속하고 있으면 탱크 내의 재료는 재료량이 감소함으로써 기화하는 재료 가스의 분압이 저하한다. 이것은 재료가 고체인 경우에는 그 표면적이 감소하여 캐리어 가스와 접촉하는 면적이 작아지는 것이지만, 액체인 경우에는 액면(液面)이 저하하는 것에 의해 캐리어 가스의 버블이 액체와 접촉할 수 있는 시간이 감소하는 것, 증발 시에 빼앗기는 기화열에 의해 탱크 내의 온도가 저하하는 것 등에 의해, 재료 가스의 발생량이 감소해 버리는 것에 기인한다.

이와 같이 재료 가스의 발생량이 감소하여 재료 가스의 분압이 작아지면, 상술한 농도 제어 시스템은 재료 가스의 농도를 일정하게 유지하기 위해, 전압을 작게 하도록 제1 밸브를 제어한다. 이 경우, 전압을 작게 하기 위해, 상기 제1 밸브의 개도를 보다 크게 하도록 제어된다.

그렇지만 상기 제1 밸브에는 가동 범위가 존재하므로, 제1 밸브가 전개(全開)로 되어 버리면 그 이상 혼합 가스의 전압을 작게 할 수 없게 되어 버린다. 따라서 재료 가스의 분압이 너무 작아지면, 그에 추종하여 전압을 작게 할 수 없기 때문에, 재료 가스의 농도를 설정 농도로 유지할 수 없게 되어 버린다.

또, 농도를 일정하게 유지하는 경우뿐만 아니라, 캐리어 가스의 유량을 제어함으로써 재료 가스의 유량을 일정하게 유지하고 싶은 경우에도 동일하게 재료 가스의 발생량의 저하에 기인하여, 캐리어 가스의 유량 제어용 밸브의 개도가 개방 한계 개도로 되어서, 재료 가스의 유량 제어가 불가능하게 되어 버리는 경우가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 예를 들어, 재료 가스의 농도를 어느 설정 농도에서 일정하게 유지하고 있을 때에 있어서, 재료 가스의 분압이 매우 낮아지고, 밸브의 가동 범위 내에서는 재료 가스의 분압에 대응한 전압을 달성하지 못하여, 재료 가스의 농도를 설정 농도에서 일정하게 유지할 수 없게 되는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있는 재료 가스 농도 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 재료 가스의 발생량이 적게 되어 재료 가스의 유량을 일정하게 유지할 수 없게 되는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있는 재료 가스 유량 제어 시스템을 제공하는 것도 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 재료 가스 농도 제어 시스템은, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와; 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와; 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와; 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와; 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고, 상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 재료 가스 농도 제어 시스템에 이용되는 프로그램은, 상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와, 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와, 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와, 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와, 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비한 재료 가스 농도 제어 시스템에 이용되는 프로그램으로서, 상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 것이면, 재료 가스의 농도를 설정 농도로 되도록 농도 제어를 계속하고 있는 동안에, 재료 가스의 발생량이 감소하고, 그 분압이 저하한 경우에 있어서, 재료 가스의 농도를 설정 농도로 유지하기 위해 전압을 계속 저하시키고 있는 중에 제1 밸브의 개도가 개방 한계 개도에 가까워진 상태로 되었다고 해도, 그 시점에서 상기 온도 설정부가 설정 온도를 개방측 문턱값 개도로 된 시점의 온도보다 높게 설정하여, 재료 가스의 포화 증기압을 상승시키는 것에 의해 재료 가스의 발생량을 증가시켜서, 재료 가스의 분압을 상승시킬 수 있다. 따라서 재료 가스의 분압이 상승하면 농도를 일정하게 하는데, 전압도 상승시킬 필요가 있으므로, 밸브의 개도는 개방측 문턱값 개도를 넘은 시점의 개도보다 폐색측의 개도로 제어되게 된다. 즉, 재료 가스의 분압이 어느 한도의 값보다 저하한 경우에는, 온도 설정부가 설정 온도를 보다 높은 온도로 변경하여, 재료 가스의 분압을 상승시키므로, 제1 밸브의 개도를 개방 한계 개도의 근방에서 농도 제어를 행하게 하는 것이 아니라, 가동 범위의 중앙측에 있어서 충분히 여유를 가지고 농도 제어를 행하게 할 수 있다.

이와 같이 재료 가스의 분압 저하에 기인하여, 제1 밸브의 가동 범위를 넘은 영역에서의 농도 제어가 필요하게 되고, 제1 밸브가 개방 한계 개도에서 멈추어져 제어가 불가능하게 되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

추가로 이와 같은 구성의 재료 가스 농도 제어 시스템에 의하면, 제1 밸브를 이용하여 전압을 제어하는 것에 의해, 재료 가스의 분압 변동을 허용할 수 있는 농도 제어를 실현할 수 있으므로, 온도 제어에 의해 엄밀하게 재료 가스의 발생량을 제어할 필요는 없다. 따라서 농도 제어를 행하는데에는, 제1 밸브의 가동 범위를 넘어 버리는 특수한 상황에만 대응할 수 있는 온도 조절기 및 온도 설정부이면 되기 때문에, 그다지 정밀한 온도 제어 장치를 이용하지 않아도 좋다. 따라서 고성능인 것을 이용할 필요는 없기 때문에 간단하고 쉬우며 염가인 온도 조절기 및 온도 설정부를 이용하는 것만으로도, 상술한 바와 같은 제1 밸브의 가동 범위를 넘는 것에 의해 농도 제어를 행할 수 없게 되는 문제를 방지할 수 있다.

제1 밸브의 개도가 개방측 문턱값 개도로 되거나 또는 그 개도에 가까워지고 있는 것을 검출하고 나서 온도 제어를 개시한 경우, 온도 제어의 지연에 의해서는 재료 가스의 분압이 저하하는 방향으로 관성이 작용하여, 제1 밸브가 개방 한계 개도에 도달해 버릴 우려가 있다. 그러한 문제를 방지하는데에는, 상기 문턱값이 상기 제1 밸브 개도의 변화율에 따라 변경되는 것이면 좋다. 이와 같은 것이면, 변화율이 큰 경우에는 여유를 두고 개방측 문턱값 개도와 개방 한계 개도의 차가 커지도록 하고, 변화율이 작은 경우에 개도의 차가 작아지도록 설정 등을 하면, 제어 불능으로 되는 상태를 보다 회피하기 쉬운 안전한 농도 제어를 행할 수 있다.

재료 가스의 분압을 모니터링하여 분압이 저하한 경우에는, 어느 정도 분압을 상승시켜 제1 밸브 개도의 가동 범위 내에서 농도 제어를 행할 수 있도록 해도 좋다. 구체적으로, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와; 상기 재료 가스의 분압을 측정하는 분압 측정 센서와, 상기 혼합 가스의 전압을 측정하는 전압 측정 센서를 구비하고, 상기 분압과 상기 전압에 기초하여 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와; 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정한 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와; 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와; 상기 온도 조절기에 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고, 상기 분압 측정 센서에 의해 측정되는 분압이, 상기 제1 밸브의 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 하한 문턱값 분압보다 낮은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템이면 좋다.

제1 밸브의 개도가 개방 한계 개도로 되는 것에 의해, 농도 제어가 불가능하게 되는 것을 방지하는데에는 온도 제어를 이용하여 재료 가스의 분압을 조정하는 방법 이외의 것을 이용해도 상관없다. 구체적으로, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와; 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와; 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정한 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와; 상기 제1 밸브의 상류 또는 하류에 설치된 보조 밸브와, 상기 보조 밸브의 개도를 제어하는 보조 밸브 제어부와를 구비하고, 상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 보조 밸브 제어부가 상기 보조 밸브의 개도를 그 시점에서 설정되어 있는 개도보다 개방측의 개도로 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템이면 좋다. 이와 같은 것이면, 제1 밸브가 개방측 한계 개도에 가까워진 경우에는, 보조 밸브의 개도가 개방되는 것에 의해 보조적으로 전압을 추가로 저하시키는 것에 의해, 재료 가스의 분압 저하에 대응하여 농도를 설정 농도에서 일정하게 유지할 수 있다.

재료 가스의 분압이 너무 저하하여 제1 밸브가 개방 한계 개도로 되어도 설정 농도로 할 수 없는 상황이 발생하는 것을 방지하는 것과 동일하게, 재료 가스의 분압이 너무 상승하여 그에 맞추어 전압을 상승시키기 위해 제1 밸브가 폐색 한계 개도로 되어도 설정 농도로 할 수 없는 불편을 회피할 수 있도록 해도 상관없다. 구체적으로, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와; 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와; 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와; 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와; 상기 온도 조절기에 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고, 상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 폐색 한계 개도에 기초하여 정해지는 폐색측 문턱값 개도보다 작은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 낮은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템이면 좋다.

혼합 가스에 있어서 재료 가스의 농도가 아니라, 상기 재료 가스의 유량을 거의 일정하게 유지하고 싶은 경우에도, 재료의 감소 등에 의해 재료 가스의 발생량이 감소하는 것에 기인하여, 유량 제어용의 밸브가 개방 한계 개도로 되어도 설정 유량으로 할 수 없는 경우가 있다. 그러한 불편을 방지하려면, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도입관 상에 마련되는 제2 밸브와; 상기 재료 가스의 유량을 측정하는 재료 가스 유량 측정부와; 상기 재료 가스 유량 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 유량이 미리 정해진 설정 유량으로 되도록 상기 제2 밸브의 개도를 제어하는 재료 가스 유량 제어부와; 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와; 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고, 상기 제2 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 유량 제어 시스템이면 좋다. 이와 같은 것이면, 제2 밸브가 개방 한계 개도에 가까워진 경우에는, 탱크 내의 온도를 상승시켜 상기 재료 가스의 발생량을 증가시키고, 상기 제2 밸브의 개도를 가동 범위의 중앙측에서 제어시킬 수 있게 되므로, 재료 가스의 유량이 제어 불능으로 되는 사태를 회피할 수 있어, 항상 일정 유량으로 재료 가스를 흘릴 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 재료 가스 농도 제어 시스템에 의하면, 농도 제어 중에 있어서 재료 가스의 분압 저하가 발생함에 따라, 제1 밸브의 개도가 개방 한계 개도에 가까워져, 그 이상 농도 제어를 계속할 수 없게 되어 버리기 전에, 상기 온도 설정부가 설정 온도를 상승시켜서, 재료 가스의 분압을 어느 정도 상승시키도록 하므로, 달성해야 할 전압도 상승하고, 상기 제1 밸브의 가동 범위 내에서 확실하게 농도 제어를 행할 수 있어, 상기 제1 밸브가 개방 한계 개도 이상으로 작동하지 않게 되는 것에 의해 농도 제어가 불가능하게 된다고 하는 불편을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 재료 가스 농도 제어 시스템의 모식적 구조.
도 2는 동 실시 형태에 있어서 재료 가스 농도 제어 시스템의 기능 블록도.
도 3은 동 실시 형태에 있어서 재료 가스 농도 제어 시스템의 농도 제어의 동작을 나타내는 플로차트.
도 4는 동 실시 형태에 있어서 재료 가스 농도 제어 시스템의 유량 제어의 동작을 나타내는 플로차트.
도 5는 동 실시 형태에 있어서 재료 가스 농도 제어 시스템의 설정 온도 변경에 의해 제1 밸브의 가동 범위 내에서 농도 제어를 행할 수 있는 것을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 재료 가스 농도 제어 시스템의 모식적 구조.
도 7은 본 발명의 또다른 실시 형태에 관한 재료 가스 농도 제어 시스템의 모식적 구조.
도 8은 본 발명이 또다른 실시 형태에 관한 재료 가스 농도 제어 시스템의 모식적 구조.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태의 재료 가스 농도 제어 시스템(100)은 예를 들어, 반도체 제조 장치의 일종인 MOCVD 성막 장치에 TMIn(트리메틸인듐)을 일정한 농도로 공급하기 위해 이용되는 것이다. 보다 구체적으로, TMIn의 고체 재료를 기화시켜 성막실(成膜室)인 챔버에 공급하는 버블링 시스템(1)에 이용되는 것이다. 또한, TMIn가 청구항에서의 재료에 대응하고, 버블링 시스템(1)이 청구항에서의 재료 기화 시스템에 대응한다. 여기서, 재료는 액체 재료이어도 본 발명은 동일한 효과를 달성할 수 있다. 또, 본 발명의 재료 농도 제어 시스템은 TMIn의 고체 재료가 기화한 재료 가스의 농도 제어로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, CVD 성막 장치 등이나, 반도체 제조 프로세스에 이용되는 웨이퍼 세정 장치의 건조 처리조 내의 IPA(이소프로필 알코올) 농도를 안정하게 공급하기 위해 이용할 수도 있다. 또한, 반도체, FPD, 광 디바이스, MEMS 등의 제조 프로세스로 한정하지 않으며, 버블링 시스템(1)을 이용한 가스 공급 장치에 이용할 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이 상기 버블링 시스템(1)은 재료(L)를 저장하는 탱크(13)와, 상기 탱크(13)에 저장된 재료(L) 중에 캐리어 가스를 도입하여 버블링 시키는 도입관(11)과, 상기 탱크(13)에 저장된 재료(L)의 위쪽 공간(N)으로부터 재료(L)가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 도출하는 도출관(12)을 구비한 것이다. 상기 탱크(13)에는 탱크(13) 내의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(T)가 달려 있다.

재료 가스 농도 제어 시스템(100)은 상기 도입관(11)에 마련하고 있고, 캐리어 가스의 유량 제어를 행하기 위한 매스플로우 컨트롤러(3; 유량 제어기)와, 상기 도출관(12)에 마련하고 있고, 혼합 가스 중 재료 가스의 농도 제어를 행하기 위한 농도 컨트롤러(concentration controller, 2; 농도 제어기)로 구성되어 있는 것이다. 본 실시 형태의 농도 컨트롤러(2)는 혼합 가스의 전압을 제어하는 것에 의해 농도 제어를 행하는 것이다. 또한 이와 같은 구성에 더하여, 본 재료 가스 농도 제어 시스템(100)은 추가로, 탱크(13) 내의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도 조절 기구를 구비하고 있다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하면서 각 기기에 대해, 농도 컨트롤러(2), 매스플로우 컨트롤러(3), 온도 조절 기구의 순서로 각 부마다 상술한다.

＜농도 컨트롤러의 구성＞

상기 농도 컨트롤러(2)는 상기 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부(CS)와, 상기 탱크(13) 내의 압력인 혼합 가스의 압력(전압)을 측정하는 압력 측정부인 압력계(22)와, 밸브 본체의 개도에 의해 혼합 가스의 전압을 제어하기 위한 제 1 밸브(23)를 이 순서로 상류로부터 마련하고 있는 것이고, 추가로 농도 컨트롤러 제어부(24)를 구비한 것이다. 여기서, 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 제어하기 위해, 압력계(22)는 제1 밸브(23)보다 상류에 마련해 둘 필요가 있다. 이것은 탱크(13) 내의 전압을 정확하게 측정하여, 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 정확하게 산출하고, 재료(L)의 기화 상태의 변화에 맞출 수 있도록 하기 위함이다.

상기 농도 측정부(CS)는 비분산식 적외선 흡수 방식에 의해 재료 가스의 분압을 측정하는 분압 측정 센서(21), 및 상기 분압 측정 센서(21)에 의해 측정되는 재료 가스의 분압과, 상기 압력계(22)에 의해 측정되는 측정 압력인 전압에 기초하여 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 산출하는 농도 산출부(241)를 구비한 것이다. 여기서, 혼합 가스 중 재료 가스의 농도는 재료 가스의 분압을 혼합 가스의 전압에 의해 나누어서 산출한다. 이와 같은 농도의 산출 방법은 기체의 상태방정식에 기초하여 유도되는 것이다.

상기 농도 컨트롤러 제어부(24)는 상술한 농도 산출부(241), 및 농도 제어부(CC)로 구성되어 있다. 농도 제어부(CC)는 상기 농도 측정부(CS)에 의해 측정된 측정 농도가 미리 정한 설정 농도에 결과적으로 되도록 제1 밸브(23)를 제어하는 것이고, 제1 밸브 제어부(242), 및 상기 제1 밸브 제어부(242)에 설정 압력을 설정하는 설정 압력 설정부(243)로 구성되어 있는 것이다.

제1 밸브 제어부(242)는 상기 압력계(22)에서 측정된 압력(전압)이 설정 압력 설정부(243)에 의해 설정된 압력인 설정 압력으로 되도록 상기 제1 밸브(23)의 개도를 제어하는 것이다.

설정 압력 설정부(243)는 설정 농도가 변경된 후의 일정 기간에 있어서, 설정 압력을 후술하는 전압 산출부(244)에서 산출된 탱크 내 압력인 가설정 압력으로 하는 한편, 그 외의 기간에 있어서는 미리 정한 설정 압력을, 농도 측정부(CS)에 의해 측정된 측정 농도와 설정 농도의 편차가 작아지는 방향으로 변경하는 것이다.

구체적으로, 측정된 측정 농도가 설정 농도보다 높은 경우에, 농도는 분압／전압으로 표현되기 때문에, 전압을 크게 함으로써 농도를 낮출 수 있다. 따라서 측정 농도가 설정 농도보다 높은 경우에, 설정 압력 설정부(243)는 상기 제1 밸브 제어부(242)에 대해 전압을 크게 하도록 설정 압력을 변경한다. 그 결과, 상기 제1 밸브 제어부(242)는 제1 밸브(23)의 개도를 작게 하도록 제어하게 된다. 측정된 측정 농도가 설정 농도보다 낮은 경우에는, 그 반대를 행하게 된다.

이와 같이 측정 농도와 설정 농도의 편차가 작아지는 방향으로 설정 압력의 변경을 행하는 것은, 측정 농도가 설정 농도보다 높은 경우에 설정 압력을 보다 높게 변경하고, 측정 농도가 설정 농도보다 낮은 경우에 설정 압력을 보다 낮게 변경하는 것을 말한다.

또한, 농도 컨트롤러 제어부(24)는 컴퓨터를 이용한 것이며, 내부 버스, CPU, 메모리, I／O 채널, A／D 컨버터, D／A 컨버터 등을 구비하고 있다. 그리고 메모리에 미리 기억시킨 소정 프로그램에 따라서 상기 CPU나 주변 기기가 동작하는 것에 의해, 제1 밸브 제어부(242), 상기 농도 산출부(241), 상기 설정 압력 설정부(243)로서의 기능을 발휘하도록 되어 있다. 여기서, 제1 밸브 제어부(242)만이 독립한 원 칩(one chip) 마이크로컴퓨터 등의 제어 회로에 의해 구성되고, 설정 압력을 접수하도록 되어 있고, 상기 압력계(22) 및 상기 제1 밸브(23)를 1개 유닛으로서 설정 압력을 입력하는 것만으로 용이하게 압력 제어를 행할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같은 제어부의 구성이면, 종래부터 압력 제어용으로 개발된 제어 회로나 소프트웨어를 농도 제어를 위해 이용할 수 있으므로, 설계나 개발비의 증대를 방지할 수 있다.

이와 같이 농도 컨트롤러(2)는 혼합 가스의 농도 제어를 단체(單體)로 행하고 있는 것이다.

＜매스플로우 컨트롤러의 구성＞

다음에, 매스플로우 컨트롤러(3)에 대해 각 부에 대해 설명한다. 상기 매스플로우 컨트롤러(3)는 상기 도입관(11)에 유입하는 캐리어 가스의 질량 유량을 측정하는 유량 측정부인 서멀식 유량계(31)와, 밸브 본체의 개도에 의해 캐리어 가스의 유량을 조절하는 제2 밸브(32)를 이 순서로 상류로부터 마련하고 있는 것이고, 추가로 매스플로우 컨트롤러 제어부(33)를 구비한 것이다. 유량 측정부는 차압식의 것을 이용해도 좋다.

상기 매스플로우 컨트롤러 제어부(33)는 상기 서멀식 유량계(31)로부터의 신호에 기초하여 캐리어 가스의 유량을 산출하는 캐리어 가스 유량 산출부(331)와, 상기 재료 가스의 측정 농도 및 상기 캐리어 가스의 측정 유량에 기초하여, 상기 도출관(12)을 흐르는 재료 가스 또는 혼합 가스의 유량을 산출하고, 그 산출 유량이 미리 정한 설정 유량으로 되도록 제2 밸브(32)의 개도를 제어하는 유량 제어부(FC)로 구성되어 있다.

상기 유량 제어부(FC)는 제2 밸브 제어부(332), 및 상기 제2 밸브 제어부(332)에 설정 유량을 설정하는 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)를 구비한 것이다.

상기 제2 밸브 제어부(332)는 측정된 측정 캐리어 가스 유량이 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)에 의해 설정된 설정 캐리어 가스 유량으로 되도록 상기 제2 밸브(32)의 개도를 제어하는 것이다.

상기 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)는 상기 산출 유량과 설정된 설정 유량의 편차가 작아지는 방향으로 미리 정한 설정 캐리어 가스 유량을 변경하는 것이다. 상기 산출 유량과 설정된 설정 유량의 편차를 작게 하는 것에 대해, 구체적으로 설명하면, 재료 가스 또는 혼합 가스의 산출 유량이 재료 가스 또는 혼합 가스의 설정 유량보다 많은 경우에는, 상기 농도 제어부(CC)에 의해 농도가 일정하게 유지되고 있다고 가정하고, 유입하는 캐리어 가스의 유량을 줄이도록 상기 제2 밸브 제어부(332)에 대해 설정 캐리어 가스 유량을 변경하게 된다. 산출된 산출 유량이 설정 유량보다 적은 경우에는, 그 반대를 행하게 된다. 이것은 농도가 분압／전압으로 표현되기 때문에, (재료 가스의 질량 유량)／(전체 질량 유량=재료 가스의 질량 유량＋캐리어 가스의 질량 유량)으로도 표현되므로, 농도가 일정하게 유지되고 있다면, 캐리어 가스의 질량 유량의 증감이 그대로 재료 가스의 질량 유량 및 전체 유량을 증감시킬 수 있기 때문이다. 또한, 산출 유량이 설정 유량보다 적은 경우에는, 많은 경우와 반대인 동작을 행하게 된다.

또한, 캐리어 가스 유량 산출부(331) 및 제2 밸브 제어부(332)는 CPU, 메모리, I／O 채널, A／D 컨버터, D／A 컨버터 등을 구비한 제어 회로(BF) 등에 의해 기능하는 것이다. 이 제어 회로(BF)는 유량 제어용으로 특화한 것이고, 매스플로우 컨트롤러(3)가 제어해야 할 유량의 값인 유량 설정값의 신호나 상기 서멀식 유량계(31)로부터의 신호를 접수하도록 구성되어 있는 것이다. 또, 상기 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)는 범용의 원 칩 마이크로컴퓨터 등에 의해 그 기능이 실현되는 것이다.

이와 같이 매스플로우 컨트롤러(3)는 도입관(11)에 있어서 캐리어 가스의 유량 제어만을 행하고, 결과적으로 재료 가스 또는 혼합 가스의 유량 제어를 행하고 있는 것이다.

＜농도 컨트롤러, 매스플로우 컨트롤러의 동작＞

다음에, 혼합 가스 중의 재료 가스 농도의 제어 동작, 및 혼합 가스 및 재료 가스의 유량의 제어 동작에 대해 도 3, 도 4의 플로차트를 참조하면서 설명한다.

우선, 설정된 설정 농도로 되도록 제1 밸브(23)의 개도를 제어하는 것에 의해 농도 제어를 행할 때의 동작에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다.

상기 분압 측정 센서(21)에 의해 측정된 재료 가스의 분압과, 상기 압력계(22)에 의해 측정되는 혼합 가스의 전압에 의해, 농도 산출부(241)는 혼합 가스에 있어서 재료 가스의 농도를 식 (1)에 의해 산출한다.

C=Pz／Pt　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

여기서, C는 농도, Pz는 재료 가스의 분압, Pt는 혼합 가스의 전압.

통상 운전 시에 있어서, 농도 측정부에 의해 측정된 농도가 설정 압력 설정부(243)에 설정된 설정 농도와 다른 경우에는, 상기 분압 측정 센서(21)에 의해 측정된 재료 가스의 분압(Pz)과 설정 농도(C0)에 기초하여 식 (2)에 의해, 설정 압력 설정부(243)는 다음과 같이 설정 압력(Pt0)을 변경한다(단계 S1).

Pt0=Pz／C0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

여기서, Pz는 상기 분압 측정 센서(21)에 의해 항상 측정되어 있는 값이고, C0은 설정되어 있는 농도이므로 이미 알고 있다.

상기 제1 밸브 제어부(242)는 설정 압력이 Pt0로 변경되면, 상기 압력계(22)가 측정하는 압력(전압; Pt)과 설정 압력(Pt0)의 편차가 작아지도록 제1 밸브(23)의 개도를 제어한다(단계 S2).

상기 측정 압력(Pt)을 설정 압력(Pt0)에 추종시키고 있는 동안에 재료 가스의 분압(Pz)이 변동하지 않으면 최종적으로 측정되는 혼합 가스 중 재료 가스의 농도는 설정 농도(C0)로 된다.

추종 중에, 재료 가스의 분압(Pz)이 변동한 경우에, 설정 압력 설정부(243)는 식 (2)에 의해 다시 설정 압력(Pt0)을 재변경하여, 설정 농도(C0)로 되도록 한다.

다음에 도출관(12)에 있어서 재료 가스 또는 전체 유량의 유량 제어에 대해 도 4를 참조하면서 설명한다. 또한, 상술한 컨트롤러(2)의 농도 제어에 관계없이, 매스플로우 컨트롤러(3)는 캐리어 가스의 유량의 제어를 행하고 있다.

재료 가스의 설정 유량(Qz0)이 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)에 설정되어 있는 것으로 한다. 우선, 유량과 농도 사이에는 이하의 식 (3)과 같은 관계가 있다.

C=Pz／Pt=Qz／Qt=Qz／(Qc＋Qz)　　　　　　　　　　(3)

여기서 Qz는 재료의 질량 유량, Qt는 혼합 가스의 질량 유량, Qc는 캐리어 가스의 질량 유량이다.

상기 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)는 식 (3)을 변형한 이하의 식 (4)에 의해 설정 캐리어 가스 유량(Qc0)을 설정한다(단계 ST1).

Qc0=Qz0(1－C)／C　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)

여기서, 농도(C)는 농도 측정부(CS)에 의해 항상 측정되어 있는 값이고, Qz0도 설정되어 있는 값이므로 이미 알고 있다.

상기 제2 밸브 제어부(332)는 설정 캐리어 가스 유량이 Qc0로 변경되면, 상기 유량 측정부에서 측정된 캐리어 가스 유량(Qc)과 설정 캐리어 가스 유량(Qc0)의 편차가 작아지도록 제2 밸브(32)의 개도를 제어한다(단계 ST2).

상기 측정 캐리어 가스 유량(Qc)을 설정 캐리어 가스 유량(Qc0)에 추종시키고 있는 동안에 농도(C)가 변동하지 않으면 최종적으로 측정되는 측정 캐리어 가스의 유량은 설정 캐리어 가스 유량(Qc0)으로 된다.

추종 중에, 농도(C)가 변동한 경우에는, 식 (4)에 의해, 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)는 다시 설정 캐리어 가스 유량(Qc0)을 재설정하고, 소정의 재료 가스 유량(Qz0)으로 되도록 한다.

이와 같이 상기 농도 컨트롤러(2) 및 상기 매스플로우 컨트롤러(3)가 협업함으로써, 제1 밸브(23)에 의해 용이하게 제어할 수 있는 전압을 제어 변수로 하여 농도 제어를 행하도록 구성되어 있으므로, 재료 가스가 포화 증기압까지 충분히 기화하지 않거나, 기화에 변동이 있다고 해도, 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 설정 농도에서 일정하게 유지할 수 있다.

＜온도 조절 기구의 구성＞

다음에 온도 조절 기구(4)의 구성 및 그 동작에 대해 설명한다. 상기 온도 조절 기구(4)는 상기 버블링 시스템(1)의 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기(41)와, 상기 온도 조절기(41)의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부(42)로 구성되어 있다.

상기 온도 조절기(41)는 히터이며, 상기 온도 센서(T)로부터 탱크 내의 온도를 취득하고, 그 측정 온도가 설정 온도로 되도록 온 오프 제어를 행하는 것이다. 또, 온도 조절기(41) 및 탱크의 주위는 단열조로 둘러싸여 있다. 상기 온도 조절기(41)는 PID 제어에 의해 탱크 내의 온도를 일정하게 유지하는 것이어도 상관없다.

상기 온도 설정부(42)는 상기 제1 밸브(23)의 개도가 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하도록 구성되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 온도 설정부(42)는 컴퓨터 등에 의해 그 기능이 실현되는 것으로서, 상기 제1 밸브(23)의 개도를 취득하고, 그 측정된 개도가 상기 개방측 문턱값 개도를 넘고 있는지의 여부에 대해 비교를 행하는 개도 비교부(421)와, 상기 개도 비교부(421)에 있어서 측정 개도가 상기 개방측 문턱값 개도를 넘고 있는 경우에는, 설정 온도를 현상보다 높은 온도로 변경하는 온도 변경부(422)로 구성되는 것이다.

상기 개도 비교부(421)는 설정하는 개방측 문턱값 개도를, 재료의 특성이나 시간 경과에 있어서 개도의 변화율에 기초하여 변경하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 상기 개도 비교부(421)는 제1 밸브(23) 개도의 변화율이 클수록, 그에 상관하여 상기 개방 한계 개도와 상기 개방측 문턱값 개도의 차의 절대값이 커지도록 상기 개방측 문턱값 개도를 설정하는 것이다. 그리고 상기 제1 밸브(23)의 개도가 상기 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 변경부(422)에 그 취지를 전달하는 신호를 송신한다.

상기 온도 변경부(422)는 상기 제1 밸브(23)의 개도가 상기 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에, 현재 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 설정 온도로 변경하는 것이다. 현상보다 높은 온도에 설정 온도를 설정한다는 것은 본 실시 형태의 경우, 미리 정한 온도분만큼 상승시키도록 되어 있다. 예를 들어, 상기 제1 밸브(23) 개도의 가동 범위에 대해 거의 중앙값 근방에서 농도 제어가 행해지게 설정 온도를 상승시키도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 재료 가스 농도 제어 시스템(100)에 있어서, 탱크(3)로부터 발생하는 재료 가스의 분압이 저하한 경우 상기 온도 조절 기구(4)의 동작에 대해 설명한다.

상기 농도 컨트롤러(2)에 의해 재료 가스의 농도가 설정 농도에서 일정하게 유지되고 있으면, 시간이 경과함에 따라, 재료량의 감소 등에 기인하여 재료로부터 기화하는 가스의 양이 감소하게 된다. 재료 가스의 발생량이 감소하면, 탱크(13) 내에서 재료 가스의 분압이 저하한다. 상기 농도 컨트롤러(2)는 농도를 일정하게 유지하기 위해, 재료 가스의 분압 감소에 맞추어 혼합 가스의 전압을 저하시키도록 상기 제1 밸브(23)의 개도를 개방측으로 크게 하도록 제어한다.

상기 개도 비교부(421)는 설정 농도로 재료 가스의 농도가 일정하게 유지되고 있고, 상기 제1 밸브(23)의 개도가 개방측 문턱값 개도에 도달하고 있지 않는 동안은 상기 제1 밸브(23) 개도의 변화율을 모니터링하고 있고, 그 샘플링 주기 또는 일정 주기마다 변화율에 기초하여 상기 개방측 문턱값 개도를 변경한다. 그리고 상기 개도 비교부(421)가 상기 제1 밸브(23)의 개도와 개방측 문턱값 개도와 비교하여, 개방측 문턱값 개도를 넘었다고 판단하면 그 취지를 상기 온도 변경부(422)에 송신한다.

상기 온도 변경부(422)는 현재 설정되어 있는 설정 온도로부터 미리 정해진 소정값만큼 설정 온도를 상승시켜 새로운 설정 온도로 변경한다.

이와 같이 설정 온도가 변경되는 것에 의해, 상기 제1 밸브(23)가 항상 가동 범위 내에서 농도 제어를 행할 수 있는 이유에 대해 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는 횡축에 설정 농도, 종축에 혼합 가스의 전압을 취하는 것과 아울러, 파선으로 제1 밸브(23)의 개방 한계 개도에 있어서 전압을, 1점 쇄선으로 제1 밸브(23)의 폐색 한계 개도에 있어서 전압을 나타내고 있고, 그 파선과 1점 쇄선으로 둘러싸인 영역에 의해 제1 밸브(23)의 가동 범위에서 달성할 수 있는 전압의 범위를 나타내는 것이다. 또, 실선에 의해 그려지는 곡선은 어느 온도에 있어서 재료 가스의 분압(Pz)이 일정한 경우의 곡선이며, 식 Pt=Pz／C에 기초하여 그려지는 것이다. 또한, 하측에 그려지는 곡선은 재료 가스의 온도가 15℃일 때의 것이고, 상측에 그려지는 곡선은 재료 가스의 온도가 25℃일 때의 것이다.

도 5에 나타내는 바와 같이 만일 설정 농도가 0.25％일 때에는 15℃의 곡선의 경우 개방 한계 개도를 넘어 버리기 때문에, 제1 밸브(23)에서는 달성할 수 없는 전압으로 되어 농도 제어가 불가능하게 되어 버린다. 그렇지만 도 5에 나타나는 개방측 문턱값 개도에 있어서, 설정 온도를 변경하여 25℃로 하면, 설정 농도가 0.25％일 때에는 도 5에 나타나는 바와 같이 가동 범위 내에서 달성할 수 있는 전압이므로, 설정 농도로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태의 재료 가스 농도 제어 시스템(100)에 의하면, 재료 가스의 농도 및 유량을 일정하게 유지하도록 제어를 계속 하고 있는 동안에 재료 가스의 분압이 저하하더라도, 상기 온도 조절 기구(4)는 상기 제1 밸브(23)의 개도가 개방측 문턱값 개도를 넘은 시점에서, 설정 온도를 보다 높은 온도로 변경하여, 재료 가스의 분압을 상승시켜 제1 밸브(23)의 가동 범위 내에서 농도 제어를 행할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 개방 한계 개도에 도달함으로써, 농도 제어가 불가능하게 된다고 하는 불편을 방지할 수 있고, 항상 재료 가스 농도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

또, 재료 가스의 발생 상황이나, 그 잔량 등 다양한 요인에 의해 변화하는 탱크(13) 내의 온도를 항상 극히 짧은 시간에 일정값으로 제어하는 것은 어렵지만, 본 실시 형태의 상기 온도 조절 기구(4)는 상기 제1 밸브(23)의 개도가 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에 설정 온도를 변경하여 대략적으로 탱크 내의 온도를 상승시키는 구성으로 되어 있으므로, 매우 단순한 온도 제어를 행하는 것만으로 충분하고, 목적으로 하는 제어를 달성하기 쉽다. 즉, 염가의 온도 조절 장치이어도 충분히 본 실시 형태의 목적인 제1 제어 밸브(23)의 가동 범위를 넘는 제어 지령이 나와서, 멈추어 버리는 것을 방지할 수 있다.

그 외의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서 상기 실시 형태에 대응하는 부재에는 동일한 부호를 첨부하는 것으로 하고 있다.

상기 실시 형태에서는 혼합 가스의 전압이 설정 압력으로 되도록 제1 밸브(23)를 제어하는 것에 의해 혼합 가스 중 재료 가스의 농도를 제어하고 있었지만, 농도 측정부(CS)에 의해 측정된 농도를 제어 변수로 하여, 설정 농도로 되도록 제1 밸브(23)를 제어해도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 재료 가스의 농도뿐만 아니라, 그 유출 유량도 아울러 제어하도록 하고 있지만, 농도만을 제어해도 되는 것이며, 매스플로우 컨트롤러(3)를 마련하지 않고, 농도 컨트롤러(2)에 의해서만 제어를 행하도록 해도 상관없다. 즉, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도출관 상에 설치된 제1 밸브와, 상기 혼합 가스에 있어서 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와, 상기 농도 측정부에서 측정된 재료 가스의 측정 농도가 미리 정한 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템이어도 상관없다.

이와 같은 것으로도, 농도 측정부에 의해 혼합 가스에 있어서 재료 가스의 농도 그 자체를 측정하고, 농도 제어부에 의해 미리 정한 설정 농도로 되도록 제1 밸브의 개도를 제어하므로, 탱크 내에서 재료가 포화 증기압에서 기화하고 있지 않는 경우나, 버블링 상태가 변화하는 경우 등에 있어서 재료 가스의 발생양이 변동해도, 그 변동과는 관계없이 농도를 일정하게 유지할 수 있다.

상기 농도 측정부(CS)는 분압과 전압에 의해 농도를 산출하는 것이었지만, 직접 농도를 측정하는 것이어도 상관없다. 또, 분압 측정 센서(21)로서는 비분산식 적외선 흡수 방식으로 한정되지 않으며, FTIR 분광 방식이나 레이저 흡수 분광 방식 등이어도 상관없다.

재료 가스의 유량 제어를 행하는 것은 설정된 설정 유량과, 측정되는 농도 및 측정되는 캐리어 가스 유량에 기초하여 산출되는 재료 가스의 산출 유량의 편차가 작아지도록 제2 밸브(32)를 제어하도록 해도 상관없다.

혼합 가스 중 재료 가스의 농도만을 정밀도 좋게 제어하면 되며, 유량은 어느 정해진 값은 아니어도 안정적으로 흐르는 것만으로 좋은 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이 농도 컨트롤러(2)로부터 매스플로우 컨트롤러(3)로 측정 농도를 피드백하지 않고, 유량 제어를 행하도록 해도 상관없다. 이 경우, 설정 캐리어 가스 유량은 설정 농도 및 설정 유량으로부터 식 (3)에 기초하여 산출하도록 하면 좋다. 또, 설정 캐리어 가스 유량을 미리 정해 두고, 그 유량으로 캐리어 가스가 흐르도록 해도, 농도 컨트롤러(2)에 의해 농도가 일정하게 유지되고 있다면, 결과적으로 재료 가스 또는 혼합 가스의 유량도 일정하게 된다. 설정 캐리어 가스 유량을 미리 정한 경우에는, 상기 설정 캐리어 가스 유량 설정부(333)를 생략한 구성으로 하고, 상기 제2 밸브 제어부(332)에 직접 설정 캐리어 가스 유량을 입력하는 구성으로 하면 된다.

또, 상기 실시 형태에서는 농도 측정부가 혼합 가스의 전압을 측정하는 압력계와 분압 측정 센서를 구비한 것이었지만, 농도 측정부가 초음파 농도계 등과 같이 단체로 농도를 측정하는 것이어도 상관없다. 또, 농도를 측정하기 위한 압력계와 제1 밸브를 제어하기 위해 이용하는 압력계를 공통으로 이용하고 있었지만, 각각이 별개로 마련하고 있는 것이어도 상관없고, 농도 측정부가 전술과 같이 전압을 이용하지 않는 것이어도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 상기 제1 밸브(23)의 개도를 상기 온도 조절 기구(4)가 모니터링하는 것에 의해, 설정 온도를 변경하는 것이었지만, 상기 재료 가스의 분압을 모니터링하는 것에 의해 설정 온도를 적절히 변경하는 것이어도 좋다. 구체적으로, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 분압 측정 센서(21)에 의해 측정되는 분압이, 상기 제1 밸브(23)의 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 하한 문턱값 분압보다 낮은 경우에는, 상기 온도 설정부(42)가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것이어도 좋다. 이와 같은 구성에서는 상기 제1 밸브(23) 개도의 모니터링을 행할 필요없이, 분압 측정 센서(21)의 값을 그대로 이용함으로써, 제1 밸브(23)가 멈추어 버리는 불편을 방지할 수 있다.

또 재료 가스의 분압을 모니터링하여 설정 온도를 변경하는 것 외에도, 예를 들어, 압력계로부터 출력되는 혼합 가스의 전압을 모니터링하여, 개방 한계 개도에 기초하여 정한 하한 문턱값 전압보다 측정 전압이 낮은 경우에는, 설정 온도를 변경하도록 구성해도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 상기 탱크(13) 내의 온도를 변경하는 것에 의해 재료 가스의 분압을 상승시키고, 상기 제1 밸브(23)의 가동 범위 내에서 제어할 수 있도록 하고 있었지만, 재료 가스의 분압을 변화시키는 것 외의 방법을 취해도 상관없다. 즉, 도 8에 나타내는 바와 같이 상기 제1 밸브(23)의 상류 또는 하류에 마련된 보조 밸브(5)와, 상기 보조 밸브(5)의 개도를 제어하는 보조 밸브 제어부(6)를 구비하고, 상기 제1 밸브(5)의 개도가 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 보조 밸브 제어부(6)가 상기 보조 밸브(5)의 개도를 그 시점에서 설정되어 있는 개도보다 개방측의 개도로 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템(100)이어도 상관없다.

보다 구체적으로, 상기 도출관(12)에 접속되는 반응실 등의 챔버(C)에 마련하고 있는 보조 밸브(5)를 이용하여, 제1 밸브(23)의 개도가 개방측 문턱값 개도로 된 경우에는, 상기 보조 밸브(5)를 개방하여 보다 전압을 저하할 수 있도록 구성되어 있으면 좋다. 또, 상기 제1 밸브(23)의 개도를 모니터링하는 것이 아니라, 재료 가스의 분압을 모니터링하도록 해도 상관없다. 또한, 보조 밸브(5)는 도출관(12)에 마련하고 있는 것이어도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 제1 밸브가 개방 한계 개도로 되어 버리는 것을 방지하는 것을 의도한 구성으로 하고 있지만, 반대로 폐색 한계 개도로 되어 버리는 것을 방지하는 것이어도 상관없다. 구체적으로, 상기 제1 밸브의 개도가 가동 범위의 폐색 한계 개도에 기초하여 정해지는 폐색측 문턱값 개도보다 작은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 낮은 온도로 설정 온도를 변경하도록 구성되어 있으면 좋다. 이와 같은 것이면, 예를 들어, 재료 가스의 분압이 너무 높아져 버려, 상기 제1 밸브의 가동 범위에서는 분압에 대응한 전압을 달성할 수 없다고 하는 불편을 방지할 수 있다.

개방측 문턱값 개도는 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 것이면 좋다. 예를 들어, 개방 한계 개도와 가동 범위의 중앙값 사이에 있는 개도 등이어도 좋다. 또, 기존의 재료 가스 농도 제어 시스템 등에, 상기 온도 설정부 및 상기 농도 제어부로서의 기능을 발휘시키는 프로그램을 인스톨해도 좋다. 또, 상기 실시 형태에서는 개도 자체를 모니터링해 두고, 그 개도에 대해 문턱값을 마련하고 있었지만, 예를 들어, 측정되는 개도의 변화율 자체에 상한 문턱값 변화율을 설정해 두고, 그 상한 문턱값 변화율을 넘은 경우에는, 설정 온도를 상승시키도록 구성되어 있는 것이어도 상관없다. 이 경우, 변화율은 절대값만을 보는 것이어도 좋고, 부호도 고려하는 것이어도 상관없다. 또, 상기 개방측 문턱값 개도는 상기 제1 밸브 개도의 변화율에 따라 변경되는 것이 아니라, 항상 고정되어 있는 것이어도 상관없다. 예를 들어, 상기 개방 한계 개도의 95％를 상기 개방측 문턱값 개도로 하는 등과 같이, 상기 개방측 문턱값 개도가 상기 개방 한계 개도의 소정 비율의 개도로 고정되어 있는 것이어도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 재료 가스의 농도를 일정하게 유지할 때에 있어서 재료 가스의 발생량이 감소하여, 상기 제1 밸브의 개도가 개방 한계 개도로 되어 농도 제어가 불가능하게 되는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고 있었지만, 예를 들어, 재료 가스의 유량이 일정하게 되도록 유량 제어를 행하고 있을 때와 동일하게 유량 제어용 밸브의 개도가 개방 한계 개도로 되어 유량을 일정하게 유지할 수 없게 되는 것을 방지하도록 해도 좋다. 구체적으로, 재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서, 상기 도입관 상에 마련되는 제2 밸브와, 상기 재료 가스의 유량을 측정하는 재료 가스 유량 측정부와, 상기 재료 가스 유량 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 유량이 미리 정해진 설정 유량으로 되도록 상기 제2 밸브의 개도를 제어하는 재료 가스 유량 제어부와, 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와, 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고, 상기 제2 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 유량 제어 시스템이면 좋다. 이와 같은 것이면, 탱크의 온도를 상승시키는 것에 의해 큰 재료 가스의 유량을 확보할 수 있도록 하여, 상기 제2 밸브의 개도가 개방 한계 개도로 되는 것을 방지하는 것과 아울러, 상기 제2 밸브의 개도가 중앙값측에 있어서, 작동되어 미세한 유량의 제어를 행할 수 있도록 하는 것에 의해 재료 가스의 유량을 항상 일정하게 할 수 있다. 상기 재료 가스 유량 측정부로서는 예를 들어, 캐리어 가스 유량 측정부, 및 상기 농도 측정부로 구성되고, 상기 식 (3)에 기초하여 재료 가스의 유량을 측정하는 것이면 좋다.

재료는 상기 실시 형태에서는 고체의 재료였지만, 액체의 재료이어도 상관없다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지의 변형이나 실시 형태의 조합을 행해도 상관없다.

본 발명의 재료 가스 농도 제어 시스템에 의하면, 농도 제어 중에 있어서 재료 가스의 분압 저하가 발생하는 것에 의해, 제1 밸브의 개도가 개방 한계 개도에 가까워져, 그 이상 농도 제어를 계속할 수 없게 되어 버리기 전에, 상기 온도 설정부가 설정 온도를 상승시켜서, 재료 가스의 분압을 어느 정도 상승시키도록 하기 때문에, 달성해야 할 전압도 상승하고, 상기 제1 밸브의 가동 범위 내에서 확실하게 농도 제어를 행할 수 있어, 상기 제1 밸브가 개방 한계 개도 이상으로 되어 작동하지 않게 되는 것에 의해 농도 제어가 불가능하게 된다고 하는 불편을 방지할 수 있다.

Lㆍㆍㆍ재료
1ㆍㆍㆍ재료 기화 시스템(버블링 시스템)
11ㆍㆍㆍ도입관
12ㆍㆍㆍ도출관
13ㆍㆍㆍ탱크
23ㆍㆍㆍ제1 밸브
CSㆍㆍㆍ농도 측정부
CCㆍㆍㆍ농도 제어부
41ㆍㆍㆍ온도 조절기
42ㆍㆍㆍ온도 설정부
5ㆍㆍㆍ보조 밸브

Claims

재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화(氣化)시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서,
상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와,
상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와,
상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도(開度)를 제어하는 농도 제어부와,
상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와,
상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고,
상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 문턱값이 상기 제1 밸브 개도의 변화율에 따라 변경되는 재료 가스 농도 제어 시스템.
재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서,
상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와,
상기 재료 가스의 분압(分壓)을 측정하는 분압 측정 센서와, 상기 혼합 가스의 전압(全壓)을 측정하는 전압 측정 센서를 구비하고, 상기 분압과 상기 전압에 기초하여 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와,
상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정한 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와,
상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와,
상기 온도 조절기에 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고,
상기 분압 측정 센서에 의해 측정되는 분압이, 상기 제1 밸브의 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 하한 문턱값 분압보다 낮은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템.
재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것으로서,
상기 도입관 상에 마련되는 제2 밸브와,
상기 재료 가스의 유량을 측정하는 재료 가스 유량 측정부와,
상기 재료 가스 유량 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 유량이 미리 정해진 설정 유량으로 되도록 상기 제2 밸브의 개도를 제어하는 재료 가스 유량 제어부와,
상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와,
상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비하고,
상기 제2 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 유량 제어 시스템.
재료를 수용하는 탱크와, 수용된 상기 재료를 기화시키는 캐리어 가스를 상기 탱크에 도입하는 도입관과, 상기 재료가 기화한 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 혼합 가스를 상기 탱크로부터 도출하는 도출관을 구비한 재료 기화 시스템에 이용되는 것이고,
상기 도출관 상에 마련되는 제1 밸브와, 상기 혼합 가스에 있어서 상기 재료 가스의 농도를 측정하는 농도 측정부와, 상기 농도 측정부에서 측정된 상기 재료 가스의 측정 농도가 미리 정해진 설정 농도로 되도록 상기 제1 밸브의 개도를 제어하는 농도 제어부와, 상기 탱크 내의 온도를 설정 온도로 되도록 온도 조절하는 온도 조절기와, 상기 온도 조절기의 설정 온도를 설정하는 온도 설정부를 구비한 재료 가스 농도 제어 시스템에 이용되는 프로그램으로서,
상기 제1 밸브의 개도가, 가동 범위의 개방 한계 개도에 기초하여 정해지는 개방측 문턱값 개도를 넘은 경우에는, 상기 온도 설정부가 그 시점에서 설정되어 있는 설정 온도보다 높은 온도로 설정 온도를 변경하는 것을 특징으로 하는 재료 가스 농도 제어 시스템용 프로그램.