KR20190051802A - 기화 시스템 및 기화 시스템용 프로그램 - Google Patents

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KR20190051802A
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아키히로 다구치
료이치 교야마
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

압력 센서를 이용하는 일 없이, 액체 재료의 공급을 적절히 제어할 수 있게 하도록, 액체 재료를 기화시키는 기화기(21)와, 기화기(21)로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기(22)와, 기화기(21)에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(32)와, 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와, 유량 센서에 의해 측정된 측정 유량이 미리 설정된 설정 유량이 되도록 유량 조정 밸브(32)에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도를 제어하는 밸브 제어부(43)를 구비하는 기화 시스템(100)으로서, 구동 신호가 나타내는 값인 구동 신호치를 취득하는 구동 신호치 취득부(44)와, 구동 신호치에 기초하여 공급량 제어 기기(22)에 제어 신호를 출력하여, 액체 재료의 공급을 제어하는 공급 제어부(45)를 구비하도록 했다.

Description

기화 시스템 및 기화 시스템용 프로그램{VAPORIZATION SYSTEM AND VAPORIZATION SYSTEM PROGRAM}
본 발명은 액체 재료를 기화시키는 기화 시스템 및 기화 시스템에 이용되는 기화 시스템용 프로그램에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 성막 프로세스 등의 반도체 제조 프로세스에 이용되는 가스를 생성하는 것으로서, 특허 문헌 1에 제시하는 것 같이, 액체 재료를 기화시키는 기화 시스템이 이용되고 있다.
이런 종류의 기화 시스템으로서는, 기화기에 의해 생성된 기화 가스의 유로상에 압력 센서를 마련하고, 기화기 내의 압력을 감시하도록 한 것이 있다. 이것에 의해, 기화기 내의 액체 재료의 감소에 따라서 기화기 내의 압력이 저하되어 임계치를 하회한 경우에, 기화기에 액체 재료를 공급함으로써, 기화기 내의 액체 재료가 고갈되는 것을 막거나, 기화기로의 액체 재료의 공급에 따라서 기화기 내의 압력이 상승하여 임계치를 상회한 경우에, 액체 재료의 공급을 정지하여, 액체 재료가 기화기로부터 넘쳐 나오는 것을 방지하거나 하고 있다.
그렇지만, 기화 가스의 유로상에 압력 센서를 마련하는 경우, 압력 센서를 고온에 견딜 수 있는 것으로 할 필요가 있고, 이런 것은 고가이거나 크거나 하므로, 저비용화나 컴팩트화의 방해가 된다.
또한, 압력 센서의 예를 들면 제로점 보정 등의 교정을 행하는 경우는, 기화기를 비울 필요가 있어, 메인터넌스성이 나쁘다고 하는 문제도 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2016－211021호 공보
이에 본 발명은 상기 문제점을 한꺼번에 해결할 수 있도록 이루어진 것으로서, 압력 센서를 이용하는 일 없이, 액체 재료의 공급을 적절히 제어할 수 있도록 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 기화 시스템은 액체 재료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기와, 상기 기화기에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와, 상기 유량 센서에 의해 측정된 측정 유량이 미리 설정된 설정 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도(開度)를 제어하는 밸브 제어부를 구비하는 기화 시스템으로서, 상기 구동 신호가 나타내는 값인 구동 신호치를 취득하는 구동 신호치 취득부와, 상기 구동 신호치에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여, 상기 액체 재료의 공급을 제어하는 공급 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 기화기 내의 압력과 구동 신호치의 관계에 대해 설명한다.
기화기 내의 액체 재료의 감소에 따라서 기화기 내의 압력이 저하하면, 유량 조정 밸브에 유입되는 기화 가스의 압력이 저하하는 것으로부터, 측정 유량이 설정 유량이 되도록 하기 위해서는, 밸브 개도를 크게 할 필요가 있다. 따라서, 기화기 내의 압력이 저하하면, 밸브 제어부는, 예를 들면 노멀 오픈 타입의 유량 조정 밸브에 대해서는, 인가 전압이나 인가 전류 등의 구동 신호치를 작게 하여 밸브 개도를 크게 하고, 노멀 클로우즈 타입의 유량 조정 밸브에 대해서는, 인가 전압이나 인가 전류 등의 구동 신호치를 크게 하여 밸브 개도를 크게 한다.
한편, 기화기로의 액체 재료의 공급에 따라서 기화기 내의 압력이 상승하면, 유량 조정 밸브에 유입되는 기화 가스의 압력이 상승하는 것으로부터, 측정 유량이 설정 유량이 되도록 하기 위해서는, 밸브 개도를 작게 할 필요가 있다. 따라서, 기화기 내의 압력이 상승하면, 밸브 제어부는, 예를 들면 노멀 오픈 타입의 유량 조정 밸브에 대해서는, 인가 전압이나 인가 전류 등의 구동 신호치를 크게 하여 밸브 개도를 작게 하고, 노멀 클로우즈 타입의 유량 조정 밸브에 대해서는, 인가 전압이나 인가 전류 등의 구동 신호치를 작게 하여 밸브 개도를 작게 한다.
즉, 유량 조정 밸브가 노멀 오픈 타입인 경우, 구동 신호치가 작아지면, 그것은 기화기 내의 액체 재료가 감소하여, 기화기 내의 압력이 저하되어 있는 것을 나타내고 있고, 구동 신호치가 커지면, 그것은 기화기 내의 액체 재료가 증가하여, 기화기 내의 압력이 상승되어 있는 것을 나타내고 있다.
한편, 유량 조정 밸브가 노멀 클로우즈 타입인 경우는, 구동 신호치가 커지면, 그것은 기화기 내의 액체 재료가 감소하여, 기화기 내의 압력이 저하되어 있는 것을 나타내고 있고, 구동 신호치가 작아지면, 그것은 기화기 내의 액체 재료가 증가하여, 기화기 내의 압력이 상승되어 있는 것을 나타내고 있다.
이것에 의해, 상술한 기화 시스템이면, 유량 조정 밸브로의 구동 신호의 값에 기초하여 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여 액체 재료의 공급을 제어함으로써, 액체 재료가 고갈되기 전에 기화기로 액체 재료를 공급하거나, 기화기로부터 액체 재료가 넘쳐 나오기 전에 액체 재료의 공급을 정지하거나 할 수 있으므로, 압력 센서를 이용하는 일 없이 액체 재료의 공급을 적절히 제어하는 것이 가능해진다.
그런데, 설정 유량이 작은 경우, 도 5에 도시하는 것 같이, 기화기 내의 액체 재료의 감소에 따른 압력의 저하는, 액체 재료가 거의 없어질 때까지 그다지 볼 수 없다. 이것은, 설정 유량이 작은 경우, 기화기로부터 도출되는 기화 가스를, 기화기 내에서 액체 재료가 기화한 기화 가스에 의해 보충할 수 있으므로, 기화기 내에 액체 재료가 존재하고 있으면, 기화기 내의 압력은 액체 재료의 온도에 따른 증기압과 같아지기 때문이다.
이것으로부터, 밸브 제어부는, 액체 재료가 거의 없어질 때까지는 밸브 개도를 크게 하려고 하지 않으므로, 설정 유량이 작은 경우에 구동 신호치에 기초하여 액체 재료의 공급을 제어하면, 액체 재료가 고갈될 우려가 있다.
이에, 상기 기화기에 마련된 액면 센서를 추가로 구비하고, 상기 공급 제어부가 상기 구동 신호치에 더하여 액면 센서로부터의 검출치에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 액면 센서의 검출치에 기초하여 액체 재료의 공급을 제어할 수 있으므로, 설정 유량이 작은 경우에도 액체 재료의 공급을 적절히 제어할 수 있다.
상기 공급 제어부가, 상기 구동 신호치가 감소하여 미리 설정된 임계치를 하회한 경우, 또는 상기 구동 신호치가 증가하여 미리 설정된 임계치를 상회한 경우에, 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여 상기 액체 재료의 공급을 개시하거나 또는 상기 액체 재료의 공급을 정지하는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 액체 재료가 고갈되기 전에 기화기로 액체 재료를 공급하거나, 기화기로부터 액체 재료가 넘쳐 나오기 전에 액체 재료의 공급을 정지하거나 할 수 있다.
상기 임계치가 소정의 하나의 값으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 예를 들면 설정 유량이 최대치로 설정되어 있는 경우 등, 액체 재료의 고갈이 생길 우려가 높은 조건에 따라 임계치를 설정해 둠으로써, 서로 다른 설정 유량에 대한 임계치의 조정이나, 서로 다른 설정 유량에 대한 임계치를 공급 제어부에 읽어들이게 하는 동작 등을 불필요하게 할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 기화 시스템용 프로그램은, 액체 재료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기와, 상기 기화기에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서를 구비하는 기화 시스템에 이용되는 프로그램으로서, 상기 유량 센서에 의해 측정된 측정 유량이 미리 설정된 설정 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도를 제어하는 밸브 제어부와, 상기 구동 신호가 나타내는 값인 구동 신호치를 취득하는 구동 신호치 취득부와, 상기 구동 신호에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하고, 상기 액체 재료의 공급을 제어하는 공급 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 프로그램이다.
이러한 프로그램을 이용하면, 상술한 기화 시스템과 마찬가지의 작용 효과를 달성할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 압력 센서를 이용하는 일 없이, 액체 재료의 공급을 적절히 제어할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 기화 시스템의 전체 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 동 실시 형태의 제어 장치의 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
도 3은 동 실시 형태의 제어 장치의 제어 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 동 실시 형태의 제어 장치의 제1 제어 태양과 제2 제어 태양을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 기화기 내의 액체 재료의 저장량과 기화기 내의 압력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 동 실시 형태의 제어 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
이하에, 본 발명에 따른 기화 시스템의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 기화 시스템(100)은, 예를 들면 반도체 제조 라인 등에 조립되어 반도체 제조 프로세스를 행하는 챔버에 소정 유량의 가스를 공급하기 위한 것으로, 도 1에 도시하는 것 같이, 액체 원료를 기화시키는 기화부(2)와, 기화부(2)에 의해 기화된 가스의 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(3)와, 기화부(2)나 매스 플로우 컨트롤러(3)의 동작을 제어하는 제어 장치(4)를 구비하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 기화부(2)를 구성하는 각 부가 제1 케이스(C1)에 수용되어 있고, 매스 플로우 컨트롤러(3)를 구성하는 각 부가 제1 케이스(C1)와는 별체인 제2 케이스(C2)에 수용되어 있지만, 기화부(2)를 구성하는 각 부 및 매스 플로우 컨트롤러(3)를 구성하는 각 부를 동일한 케이스에 수용시켜도 상관없다.
기화부(2)는 액체 재료를 예를 들면 베이킹 방식에 의해 기화시키는 기화기(21)와, 기화기(21)로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기(22)와, 기화기(21)에 공급되는 액체 재료를 소정의 온도로 예열하는 예열기(23)를 구비하고 있다.
이들 기화기(21), 공급량 제어 기기(22) 및 예열기(23)는, 내부에 유로가 형성된 매니폴드 블록인 보디 블록(B1)(이하, 제1 보디 블록(B1)이라고 함)의 일면에 설정된 기기 장착면(B1x)에 장착되어 있다. 여기서 제1 보디 블록(B1)은, 예를 들면 스텐레스강 등의 금속제이고, 길이 방향을 가지는 개략 직육면체 형상을 이루는 것이고, 상기 기기 장착면(B1x)은 길이 방향을 가지는 사각형 모양을 이루는 면이다. 또한, 본 실시 형태의 제1 보디 블록(B1)은, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향)을 향하도록 반도체 제조 라인 등에 설치된다.
기화기(21)는 내부에 액체 재료를 저장하는 공간을 가지는 기화 탱크인 저장 용기(211)와, 당해 저장 용기(211)에 마련되어 액체 재료를 기화시키기 위한 기화 히터(212)를 가진다. 저장 용기(211)에는 저장된 액체 재료의 저장량을 검지하기 위한 액면(液面) 센서(213)가 마련되어 있다. 본 실시 형태의 액면 센서(213)는 저장 용기(211) 상벽에서 내부로 꽂아져 마련되어 있고, 구체적으로는 당해 액면 센서(213) 주위의 열저항을 측정하는 소위 자기(自己) 발열식의 것이다. 또한, 액면 센서(213)로서는, 액온(液溫) 측정식, 자기(磁氣)식, 정전 용량식, 초음파식 등, 다양한 타입의 것을 이용할 수 있다.
공급량 제어 기기(22)는 기화기(21)로의 액체 재료의 공급 유량을 제어하는 제어 밸브이며, 본 실시 형태에서는, 전자 개폐 밸브이다. 구체적으로는, 전자 개폐 밸브(22)의 도시하지 않은 밸브 몸체가, 제1 보디 블록(B1)에 형성된 내부 유로의 개구를 개방 또는 폐색하여, 액체 재료를 기화기(21)로 공급하거나 또는 그 공급을 정지하도록 구성되어 있다.
이와 같이, 공급량 제어 기기(22)로서 개폐 밸브를 이용함으로써, 공급량 제어 기기(22)로서 매스 플로우 컨트롤러를 이용하는 경우에 비해, 기화부(2)를 소형화할 수 있다. 또한, 공급량 제어 기기(22)로서 전자 개폐 밸브(22)를 이용하고 있으므로, 개폐시의 동작을 완만하게 함으로써 기화기(21) 내의 급격한 압력 변동을 경감시킬 수 있다.
다만, 공급량 제어 기기(22)는 반드시 개폐 밸브일 필요는 없다. 그 일례로서, 공급량 제어 기기(22)는, 예를 들면 피에조 밸브 등의 제어 밸브나, 이 제어 밸브를 구비한 매스 플로우 컨트롤러 등이어도 된다. 이 경우, 상술한 액면 센서(213)의 검출치나, 후술하는 유량 조정 밸브(32)로의 구동 신호치를 이용하여 제어 밸브의 밸브 개도를 제어함으로써, 기화기(21)로 공급되는 액체 재료의 공급량을 제어할 수 있다.
예열기(23)는 내부에 액체 재료가 흐르는 유로가 형성된 예열 블록(231)과, 당해 예열 블록(231)에 마련되어 액체 재료를 예열하기 위한 예열 히터(232)를 가진다. 이 예열기(23)에 의해서, 액체 재료는 기화 직전의 온도(비점(沸點) 미만)까지 가열된다.
이상과 같이 구성한 기화부(2)에 의해, 액체 재료 도입 포트(P1)로부터 도입된 액체 재료는, 예열기(23)의 예열 블록(231)의 유로를 흐름으로써, 소정 온도까지 예열된다. 이 예열기(23)에 의해 예열된 액체 재료는, 공급량 제어 기기인 전자 개폐 밸브(22)를 제어함으로써, 기화기(21)에 도입된다. 그리고, 기화기(21)에서는 액체 재료가 상시 저장된 상태로 되고, 당해 액체 재료가 기화되어 그 기화 가스가 연속적으로 생성되어, 매스 플로우 컨트롤러(3)에 연속적으로 도출된다.
다음에, 매스 플로우 컨트롤러(3)에 대해 설명한다.
매스 플로우 컨트롤러(3)는 유로를 흐르는 기화 가스를 검지하는 유체 검지 기기(31)와, 유로를 흐르는 기화 가스의 유량을 제어하는 유량 조정 밸브(32)를 구비하고 있다. 또한, 유체 검지 기기(31)는 유로의 상류측에 마련된 제1 발열 저항체(311) 및 유로의 하류측에 마련된 제2 발열 저항체(312)이다. 또, 유량 조정 밸브(32)는 상술한 기화기(21)에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 제어하는 제어 밸브이며, 본 실시 형태에서는, 소위 노멀 오픈 타입의 피에조 밸브이다.
이들 유체 검지 기기(31) 및 유량 조정 밸브(32)는, 내부에 유로가 형성된 매니폴드 블록인 보디 블록(B2)(이하, 제2 보디 블록(B2)이라고 함.)의 일면에 설정된 기기 장착면(B2x)에 장착되어 있다. 여기서 제2 보디 블록(B2)은, 예를 들면 스텐레스강 등의 금속제로서, 길이 방향을 가지는 개략 직육면체 형상을 이루는 것이며, 상기 기기 장착면(B2x)은, 길이 방향을 가지는 사각형 모양을 이루는 면이다. 또한, 제2 보디 블록(B2)의 기기 장착면(B2x)의 폭 치수는, 상기 제1 보디 블록(B1)의 기기 장착면(B1x)의 폭 치수와 동일하다.
그리고, 매스 플로우 컨트롤러(3)의 제2 보디 블록(B2)은, 상기 기화부(2)의 제1 보디 블록(B1)과 나사 등에 의해 연결되어 본체 블록(B)이 형성된다. 이 본체 블록(B)은 액체 재료 도입 포트(P1)가 하측에 위치하고, 기화 가스 도출 포트(P2)가 상측에 위치하도록, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향)을 향하도록 반도체 제조 라인 등에 설치된다. 또한, 제2 보디 블록(B2)은 반드시 제1 보디 블록(B1)과 직접 연결되어 있을 필요는 없고, 예를 들면 배관 커플링 등을 통해서 유체(流體)적으로 접속되어 있으면 된다. 이와 같이 제2 보디 블록(B2)을 제1 보디 블록(B1)과 간접적으로 접속함으로써, 매스 플로우 컨트롤러(3)를 기화부(2)로부터 분리시켜 별개의 구성으로 할 수 있다. 이것에 의해, 매스 플로우 컨트롤러(3)가 기화부(2)의 온도의 영향을 받지 않고 안정된다.
다음에, 제어 장치(4)에 대해 설명한다.
제어 장치(4)는 상술한 전자 개폐 밸브(22)를 제어함으로써, 기화 운전시에 있어서, 액체 재료를 기화기(21)에 공급하도록 구성된 것이다.
구체적으로 제어 장치(4)는 CPU, 메모리, AC/DC 컨버터, 입력 수단 등을 가진 소위 컴퓨터이고, 상기 메모리에 격납된 프로그램을 CPU에 의해서 실행함으로써, 도 2에 도시하는 것 같이, 설정 유량 접수부(41), 유량 산출부(42), 밸브 제어부(43), 구동 신호치 취득부(44), 및 공급 제어부(45)로서의 기능을 가지는 것이다.
이하, 각 부에 대해서 설명한다.
설정 유량 접수부(41)는, 예를 들면 키보드 등의 입력 수단에 의한 유저의 입력 조작이나 타 기기로부터 송신된 설정 유량을 나타내는 설정 유량 신호를 접수하는 것이다.
유량 산출부(42)는 유체 검지 기기(31)로부터의 출력 신호를 취득하여, 제2 보디 블록(B2)의 내부 유로에 흐르는 기화 가스의 유량을 산출하는 것이다. 여기에서는, 이 유량 산출부(42)와 상술한 유체 검지 기기(31)가, 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서를 구성하고 있고, 본 실시 형태의 유량 센서는 열식의 것이다. 또한, 유량 센서는 압력식의 것이어도 된다.
밸브 제어부(43)는 설정 유량과 유량 산출부(42)에 의해 산출된 측정 유량에 기초하여 유량 조정 밸브(32)를 제어하는 것이며, 여기에서는 측정 유량이 설정 유량이 되도록 유량 조정 밸브(32)에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도를 제어한다. 구동 신호는 유량 조정 밸브(32)에 인가하는 인가 전압이나 인가 전류(이하, 구동 신호치라고도 함)를 나타내는 신호이며, 이 구동 신호를 유량 조정 밸브(32)에 출력함으로써, 여기에서는 밸브 개도를 피드백 제어하고 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 예를 들면 기화기(21) 내의 액체 재료의 감소에 따라서 기화기(21) 내의 압력이 저하하면, 유량 조정 밸브(32)에 유입되는 기화 가스의 압력이 저하하는 것으로부터, 측정 유량이 설정 유량이 되도록 하기 위해서는, 유량 조정 밸브(32)의 밸브 개도를 크게 할 필요가 있다. 이때 밸브 제어부(43)는 밸브 개도가 커지도록, 유량 조정 밸브(32)에 출력하는 구동 신호치를 변동시킨다.
한편, 예를 들면 기화기(21) 내에 액체 재료를 공급하여 기화기(21) 내의 압력이 상승하면, 유량 조정 밸브(32)에 유입되는 기화 가스의 압력이 상승하는 것으로부터, 측정 유량이 설정 유량이 되도록 하기 위해서는, 유량 조정 밸브(32)의 밸브 개도를 작게 할 필요가 있다. 이때 밸브 제어부(43)는 밸브 개도가 작아지도록, 유량 조정 밸브(32)에 출력하는 구동 신호치를 변동시킨다.
본 실시 형태에서는, 상술한 것처럼 유량 조정 밸브(32)가 노멀 오픈 타입의 것이므로, 도 3에 도시하는 것 같이, 기화기(21) 내의 압력이 저하했을 경우(즉, 기화기(21) 내의 액체 재료가 감소하여, 액면 레벨이 저하했을 경우), 밸브 제어부(43)는 구동 신호치를 작게 하여 밸브 개도를 크게 한다. 한편, 기화기(21) 내의 압력이 상승했을 경우(즉, 기화기 내의 액체 재료가 증가하여, 액면 레벨이 상승했을 경우)는, 밸브 제어부(43)는 구동 신호치를 크게 하여 밸브 개도를 작게 한다.
또한, 유량 조정 밸브(32)가 노멀 클로우즈 타입의 것이면, 밸브 제어부(43)는 기화기(21) 내의 압력이 저하했을 경우, 밸브 제어부(43)는 구동 신호치를 크게 하여 밸브 개도를 크게 하고, 기화기(21) 내의 압력이 상승했을 경우, 밸브 제어부(43)는 구동 신호치를 작게 하여 밸브 개도를 작게 하게 된다.
구동 신호치 취득부(44)는 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치를 취득하는 것으로, 그 구동 신호치를 후술하는 공급 제어부(45)에 송신한다.
공급 제어부(45)는 구동 신호치 취득부(44)에 의해 취득된 구동 신호치에 기초하여 상술한 전자 개폐 밸브(22)를 제어하는 것이다.
구체적으로 공급 제어부(45)는, 도 3에 도시하는 것 같이, 구동 신호치와 미리 설정된 임계치를 비교하여, 전자 개폐 밸브(22)를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 상술한 것처럼, 기화기(21) 내의 액체 재료의 감소에 따라서 기화기(21) 내의 압력이 저하하면, 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치도 작아지는 것으로부터, 구동 신호치가 감소하여 임계치를 하회한 경우에, 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 액체 재료의 공급을 개시한다.
그 후, 공급 제어부(45)는 액체 재료의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후에 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 액체 재료의 공급을 정지한다.
한편, 상술한 것처럼, 기화기(21) 내로의 액체 재료의 공급에 따라서 기화기(21) 내의 압력이 상승하면, 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치도 커지는 것으로부터, 구동 신호치가 증가하여 임계치를 상회한 경우에, 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 액체 재료의 공급을 정지한다. 또한, 구동 신호치가 감소한 경우에 대해서 설정한 임계치와, 구동 신호치가 증가한 경우에 대해서 설정한 임계치는, 여기에서는 같은 값이지만, 서로 다른 값이어도 된다.
본 실시 형태에서는, 도 4에 도시하는 것 같이, 설정 유량이 바뀌었을 경우에, 그 변화 전후의 서로 다른 설정 유량에 대해서, 구동 신호치의 임계치는 변함없이 같은 값인 채이다. 다만, 구동 신호치의 임계치는 설정 유량에 따라서 상이한 값으로 설정해도 된다.
그런데, 설정 유량이 작은 경우, 도 5에 도시하는 것 같이, 기화기(21) 내의 액체 재료의 감소에 따른 압력의 저하는, 액체 재료가 거의 없어질 때까지 그다지 볼 수 없다. 이것은, 설정 유량이 작은 경우, 기화기(21)로부터 도출되는 기화 가스를, 기화기(21) 내에서 액체 재료가 기화한 기화 가스에 의해 보충할 수 있으므로, 기화기(21) 내의 압력은, 액체 재료가 존재하고 있으면, 그 온도에 따른 증기압과 같아지기 때문이다. 이것에 의해, 밸브 제어부(43)는 액체 재료가 거의 없어질 때까지는 밸브 개도를 크게 하려고 작용하지 않는다. 즉, 설정 유량이 작은 경우는, 액체 재료가 거의 없어질 때까지는 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치가 그다지 변동하지 않으므로, 구동 신호치에 기초하여 액체 재료의 공급을 제어하려고 하면, 액체 재료가 고갈될 우려가 있다.
이것에 대해서, 본 실시 형태의 제어 장치(4)는 액면 취득부(46)로서의 기능을 추가로 구비하고 있고, 밸브 제어부(43)가 상술한 구동 신호치에 더하여 액면 센서(213)에 의해 검출된 검출치에 기초하여 액체 재료의 공급을 제어하도록 구성되어 있다.
액면 취득부(46)는 상술한 액면 센서(213)로부터 출력된 검출치 신호를 취득하는 것으로, 그 검출치 신호가 나타내는 검출치(여기에서는 액면 레벨)를 상술한 공급 제어부(45)에 송신한다.
그리고, 본 실시 형태의 공급 제어부(45)는, 도 4에 도시하는 것 같이, 액면 센서(213)에 의해 검출된 액면 레벨이, 소정의 최저 레벨을 하회한 경우, 또는 소정의 최고 레벨을 상회한 경우, 그것을 나타내는 이상 신호가 액면 취득부(46)로부터 공급 제어부(45)에 출력되고, 공급 제어부(45)는 구동 신호치에 상관없이 전자 개폐 밸브(22)를 강제적으로 ON 또는 OFF 한다.
구체적으로는, 예를 들면 액면 센서(213)에 의해 검출된 액면 레벨이 최저 레벨을 하회한 경우에, 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여, 기화기(21)로의 액체 재료의 공급을 개시하고, 액면 센서(213)에 의해 검출된 액면 레벨이 최고 레벨을 상회한 경우에, 액체 재료의 공급을 정지한다.
다음에, 본 실시 형태의 기화 시스템(100)의 동작에 대해서, 도 6의 순서도를 참조하면서 설명한다.
먼저, 기화 시스템(100)의 동작이 개시되면, 액면 취득부(46)가 액면 센서에 의해 검출된 액면 레벨을 취득하고, 액면 레벨이 최고 레벨을 상회하고 있는지, 최저 레벨을 하회하고 있는지, 최고 레벨과 최저 레벨의 사이에 위치하고 있는지를 판단한다(S1).
액면 레벨이 최저 레벨을 하회하고 있는 경우, 그것을 나타내는 이상 신호가 액면 취득부(46)로부터 공급 제어부(45)에 출력되고, 공급 제어부(45)는 전자 개폐 밸브(22)를 연다(S2). 또, 액면 레벨이 최고 레벨을 상회하고 있는 경우, 그것을 나타내는 이상 신호가 액면 취득부(46)로부터 공급 제어부(45)에 출력되어, 공급 제어부(45)는 전자 개폐 밸브(22)를 닫는다(S3).
한편, 액면 레벨이 최고 레벨과 최저 레벨의 사이에 위치하고 있는 경우, 구동 신호치 취득부(44)가 밸브 제어부(43)로부터 구동 신호치를 취득함과 아울러, 그 구동 신호에 기초하여 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력한다.
구체적으로는, 공급 제어부(45)가 구동 신호치와 소정의 임계치를 비교하여, 구동 신호치가 임계치를 하회했는지, 혹은, 구동 신호치가 임계치를 상회했는지를 판단한다(S4).
그리고, 구동 신호치가 감소하여 임계치를 하회한 경우, 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 전자 개폐 밸브(22)를 열어(S2), 액체 재료의 공급을 개시한다.
한편, 구동 신호치가 임계치를 상회한 경우, 공급 제어부(45)가 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 전자 개폐 밸브를 닫아(S3), 액체 재료의 공급을 정지한다.
그 후, S1로 돌아가, 기화 시스템(100)의 동작을 종료시키기 위한 동작 종료 신호가 제어 장치(4)에 입력될 때까지 상술한 동작을 반복한다.
이와 같이 구성된 본 실시 형태에 따른 기화 시스템(100)에 의하면, 공급 제어부(45)가 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치에 기초하여, 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하고 있으므로, 기화기(21) 내의 압력을 검출하기 위한 압력 센서를 마련하는 일 없이, 기화기(21) 내의 액체 재료가 고갈되기 전의 적절한 타이밍에 액체 재료를 기화기(21)로 공급하거나, 기화기(21)로부터 액체 재료가 넘쳐 나오기 전에 액체 재료의 공급을 정지하거나 할 수 있다.
그 결과, 압력 센서를 불필요하게 된 만큼, 코스트 삭감이나 시스템의 소형화를 도모할 수 있는 것에 대하여, 압력 센서의 교정시에 필요로 했던 기화기(21)를 비우는 작업이 불필요해져, 메인터넌스성의 향상도 도모할 수 있다.
또한, 구동 신호치 외에 예를 들면 온도 등의 다양한 파라미터를 이용하여 밸브 제어부(43)의 밸브 개도를 산출하고, 이 밸브 개도를 이용하여 전자 개폐 밸브(22)를 제어하는 태양도 생각할 수 있지만, 다양한 파라미터를 포함하기 위해 제어가 복잡하게 되어 이용하는 것은 어렵다.
또, 종래와 같이 압력 센서에 의해 검출되는 기화 탱크(211) 내의 압력과 임계치를 비교하여 액체 재료의 공급을 제어하는 경우, 매스 플로우 컨트롤러(3)의 설정 유량에 따라 필요한 기화 탱크(211) 내의 압력이 상이한 것으로부터, 각 설정 유량에 따라 압력의 임계치를 설정할 필요가 생긴다. 또한, 설정 유량이 큰 경우는, 기화 탱크(211) 내에서 기화하는 기화 가스의 유량이, 기화 탱크(211)로부터 도출되는 기화 가스의 유량에 미치지 못하는 경우가 있고, 그러면 기화 탱크(211) 내의 압력이 변동(저하)되어 버리므로, 임계치의 적절한 설정이 매우 곤란하다. 이에 더하여, 압력 센서에 의해 검출되는 압력은 매스 플로우 컨트롤러(3)의 2차측(하류측)의 압력의 영향을 받기 때문에, 매스 플로우 컨트롤러의 2차측에 별도로 압력 센서를 마련하는 등으로, 2차측 압력에 대응시킨 임계치의 설정이나 2차측 압력을 고려한 보정 등이 필요하다.
이것에 대해서, 본 실시 형태에 따른 기화 시스템(100)은 상술한 것처럼 압력 센서를 불필요하게 할 수 있으므로, 압력 센서를 이용한 제어에 따른 상술한 다양한 문제를 해결할 수 있다.
여기서, 예를 들면 기화 가스가 흐르는 유로나 유량 조정 밸브(32)의 막힘 등에 의해서 압력 손실이 생겼을 경우, 매스 플로우 컨트롤러(3)는 기화 가스의 유량을 확보할 수 있도록, 유량 조정 밸브(32)의 밸브 개도를 올리도록 동작한다.
이때, 본 실시 형태에 따른 기화 시스템(100)에 의하면, 상술한 밸브 개도를 올리는 동작에 있어서의 구동 신호치를 취득하여, 이 구동 신호치와 임계치를 비교하면서, 탱크에 액체 재료를 공급하여, 탱크 내의 압력을 높이도록 동작한다. 따라서, 상술한 압력 손실이 생겼을 경우에도, 특별한 보정이나 임계치를 마련하는 일 없이, 장기적으로 운용할 수 있어, 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또, 구동 신호치의 임계치가, 서로 다른 설정 유량에 대해서 같은 값으로 설정되어 있으므로, 서로 다른 설정 유량에 대한 임계치의 조정이나, 서로 다른 설정 유량에 대한 임계치를 공급 제어부(45)에 읽어들이게 하는 동작 등을 불필요하게 할 수 있다.
또한, 공급 제어부(45)가 구동 신호치에 더하여 액면 센서(213)로부터의 검출치에 기초하여 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하도록 구성되어 있으므로, 설정 유량이 작은 경우에도, 액면 센서의 검출치에 기초하여 액체 재료의 공급을 제어할 수 있어, 다양한 설정 유량에 대해서 액체 재료의 공급을 적절히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 유량 조정 밸브(32)가 노멀 오픈 타입의 것인 경우에 대해 설명했지만, 유량 조정 밸브(32)가 노멀 클로우즈 타입의 것인 경우, 기화기(21) 내의 액체 재료의 감소에 따라서 기화기(21) 내의 압력이 저하하면, 밸브 제어부(43)로부터 유량 조정 밸브(32)에 출력되는 구동 신호치는 커진다. 이 경우, 공급 제어부(45)의 기능으로서는, 구동 신호치가 증가하여 임계치를 상회한 경우에, 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하여 액체 재료의 공급을 개시하는 태양을 들 수 있다.
또, 제어 장치(4)는 설정 유량에 기초하여, 공급 제어부(45)에 의한 전자 개폐 밸브(22)의 제어 태양을, 구동 신호에 기초하여 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하는 제1 제어 태양과, 액면 센서(213)로부터의 검출치에 기초하여 전자 개폐 밸브(22)에 제어 신호를 출력하는 제2 제어 태양으로 전환하는 제어 태양 전환부를 구비하고 있어도 된다. 또한, 설정 유량 대신에 유량 산출부(42)에 의해 산출된 측정 유량을 이용해도 된다.
구체적으로 이 제어 태양 전환부는, 설정 유량과 미리 설정된 제1 유량을 비교하여, 설정 유량이 제1 유량보다도 큰 경우에는, 공급 제어부(45)를 제1 제어 태양으로 함과 아울러, 설정 유량이 제1 유량보다도 작은 경우에는, 공급 제어부(45)의 제어 태양을 제1 제어 태양에서 제2 제어 태양으로 하도록 구성된 것을 들 수 있다.
또한, 제어 태양 전환부로서는, 제1 유량보다도 큰 소정의 제2 유량보다도, 설정 유량이 더 큰 경우는, 공급 제어부(45)의 제어 태양을 제1 제어 태양에서 제2 제어 태양으로 전환하도록 구성되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 매스 플로우 컨트롤러(3)의 동작을 제어하기 위한 설정 유량 접수부(41), 유량 산출부(42), 및 밸브 제어부(43)로서의 기능과, 기화기(21)로의 액체 재료의 공급을 제어하기 위한 구동 신호치 취득부(44), 공급 제어부(45), 및 액면 취득부(46)로서의 기능을 공통의 제어 장치(4)가 구비하고 있었지만, 이들을 서로 다른 2 또는 그 이상의 제어 장치가 구비하고 있어도 된다.
이에 더하여, 제1 보디 블록(B1)이나 제2 보디 블록(B2)을, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향)을 향하도록 배치하고 있었지만, 제1 보디 블록(B1)이나 제2 보디 블록(B2)을, 그 길이 방향이 수평 방향을 향하도록 배치해도 상관없다. 또한 이에 더하여, 제1 보디 블록(B1)과 제2 보디 블록(B2)은 일체의 블록이어도 된다.
또, 유량 조정 밸브로의 인가 전압이나 인가 전류 등의 구동 신호치에 기초하여 유량 조정 밸브의 상류측에 있어서의 유체의 유량이나 압력을 제어하는 방법은, 기화 시스템으로 한정하지 않고 다양한 유체 제어 시스템에 적용 가능하며, 이것에 의해 압력 센서를 이용하는 일 없이 유체를 제어할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시 형태의 기화 시스템은 액체 재료를 기화시키기 위해서 이용되고 있었지만, 고체 재료를 예를 들면 녹여 액체로 한 것을 기화시키기 위해서 이용해도 된다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
100···기화 시스템
21···기화기
22···공급량 제어 기기
32···유량 조정 밸브
43···밸브 제어부
44···구동 신호치 취득부
45···공급 제어부

Claims (5)

  1. 액체 재료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기와, 상기 기화기에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와, 상기 유량 센서에 의해 측정된 측정 유량이 미리 설정된 설정 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도(開度)를 제어하는 밸브 제어부를 구비하는 기화 시스템으로서,
    상기 구동 신호가 나타내는 값인 구동 신호치를 취득하는 구동 신호치 취득부와,
    상기 구동 신호치에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여, 상기 액체 재료의 공급을 제어하는 공급 제어부를 구비하는 기화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화기에 마련된 액면(液面) 센서를 추가로 구비하고,
    상기 공급 제어부가 상기 구동 신호치에 더하여 액면 센서로부터의 검출치에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하는 기화 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 제어부가, 상기 구동 신호치가 감소하여 미리 설정된 임계치를 하회한 경우, 또는 상기 구동 신호치가 증가하여 미리 설정된 임계치를 상회한 경우에, 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여 상기 액체 재료의 공급을 개시하거나 또는 상기 액체 재료의 공급을 정지하는 기화 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 임계치가 소정의 하나의 값으로 설정되어 있는 기화 시스템.
  5. 액체 재료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기와, 상기 기화기에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 기화 가스의 유량을 측정하는 유량 센서를 구비하는 기화 시스템에 이용되는 프로그램으로서,
    상기 유량 센서에 의해 측정된 측정 유량이 미리 설정된 설정 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브에 구동 신호를 출력하여 밸브 개도를 제어하는 밸브 제어부와,
    상기 구동 신호가 나타내는 값인 구동 신호치를 취득하는 구동 신호치 취득부와,
    상기 구동 신호에 기초하여 상기 공급량 제어 기기에 제어 신호를 출력하여, 상기 액체 재료의 공급을 제어하는 공급 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 기록 매체에 저장된 기화 시스템용 프로그램.
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