TWI754728B - 氣體控制系統、成膜裝置、存儲介質和氣體控制方法 - Google Patents

氣體控制系統、成膜裝置、存儲介質和氣體控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及氣體控制系統、成膜裝置、存儲介質和氣體控制方法，容易控制從容器匯出的材料氣體的總量。氣體控制系統向收容有材料的容器(10)導入載氣，並且將材料氣化後的材料氣體與載氣一起從容器(10)匯出，氣體控制系統具有控制部(60)，控制部(60)控制載氣的流量，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，濃度指標值直接或間接表示測量從容器(10)匯出的混合氣體而得到的混合氣體中的材料氣體濃度，控制部(60)在進行控制載氣的流量以規定變化率變化的第一控制後進行第二控制，第二控制基於濃度指標值和目標濃度指標值的偏差來控制載氣的流量。

Description

氣體控制系統、成膜裝置、存儲介質和氣體控制方法
本發明涉及氣體控制系統、具有該氣體控制系統的成膜裝置以及存儲有用於該氣體控制系統的程式的存儲介質和氣體控制方法。
氣體控制系統輸送在半導體製造工序的成膜處理中使用的材料氣體，該氣體控制系統像專利文獻1公開的那樣，向收容有材料的容器導入載氣，並將材料氣化後的材料氣體與載氣一起從容器匯出為混合氣體，測量包含在該混合氣體中的材料氣體濃度，並且對載氣的流量進行PID（比例-積分-微分）控制，以使測量濃度接近預先確定的目標濃度。
但是，在所述以往的氣體控制系統中，由於在運轉前的容器內為填充有預先氣化而生成的高濃度的材料氣體的狀態，所以如果在剛運轉後就將包含該高濃度的材料氣體的混合氣體從容器一下子匯出，則包含在混合氣體中的材料氣體濃度瞬間升高。此外，在利用PID控制使測量濃度接近目標濃度時，因濃度變化有時間延遲，控制開始時有使載氣的流量一下子增加的動作。這直接導致產生大幅度超過目標濃度的超調（overshoot）的問題。此外，運轉前在容器內預先氣化了的材料氣體濃度因如下的多種因素而變化，例如：材料的性質、量等材料因素；各管材的內徑、容器容量等裝置因素；以及氣溫等外部的因素等，因此如果因上述多種因素導致濃度變化的材料氣體，在導入載氣後的初始階段從容器迅速匯出，則存在材料氣體的濃度變化無再現性的問題。並且，上述問題直接導致僅通過所述以往的氣體控制系統中使用的PID控制，難以控制從容器匯出的材料氣體的總量。
專利文獻1：日本專利公開公報特開2006-222133號
因此，本發明的主要目的在於，通過防止在運轉後立刻將預先在容器內材料氣化而生成的高濃度的材料氣體一下子匯出，抑制了超調，並且使運轉後從容器匯出的混合氣體中材料氣體濃度的變化具有一定程度的再現性，由此容易控制從容器匯出的材料氣體的總量。
即，本發明提供一種氣體控制系統，向收容有材料的容器導入載氣，並且將所述材料氣化後的材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，所述氣體控制系統包括控制部，所述控制部對所述載氣的流量進行控制，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的混合氣體而得到的所述混合氣體中的材料氣體濃度，從向所述容器導入載氣至所述濃度指標值到達比所述預先確定的目標濃度指標值低的控制切換濃度指標值為止的期間，所述控制部進行控制所述載氣的流量以固定變化率變化的第一控制，在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，所述控制部進行第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
按照這種結構，通過在開始向容器導入載氣後短暫的期間，以規定變化率控制載氣的流量，在載氣被導入容器之前預先在容器內氣化而生成的高濃度的材料氣體就不會在載氣被導入容器後馬上一下子被匯出，由此可以降低超調的程度。此外，可以使在開始向容器導入載氣之後，從容器匯出的混合氣體中的材料氣體的濃度變化具有再現性。並且，利用上述效果，容易控制從容器匯出的材料氣體的總量。
此外，在所述氣體控制系統中，所述控制部可以在所述濃度指標值達到所述目標濃度指標值之前切換為所述第二控制。
按照這種結構，從第一控制切換為第二控制後，直到濃度指標值達到目標濃度指標值為止都可以具有某種程度餘量，從而能平穩地進行從第一控制向第二控制的轉移，其結果可以進一步降低超調的程度。
此外，作為所述第一控制的具體構成可以例舉的是，所述控制部參照開始導入所述載氣之後，從所述容器匯出的混合氣體的所述濃度指標值的初始變化率，設定所述規定變化率。此外可以例舉的是，所述氣體控制系統還具有初始變化率資料存儲部，所述初始變化率資料存儲部預先存儲有在各種條件下測量所述初始變化率的初始變化率資料，所述控制部參照所述初始變化率資料來設定所述規定變化率。
按照這種結構，可以防止規定變化率設定為極低的值而使回應過慢，也可以防止規定變化率設定為極高的值而助長產生超調。
此外，作為所述第二控制的具體結構可以例舉的是，當所述濃度指標值從處於包含所述目標濃度指標值的預先確定的目標濃度指標值範圍內的第一狀態或不在所述目標指標值範圍內的第二狀態中的任意一方向另一方轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的變化率偏移規定值。作為更具體的結構可以例舉的是，在所述第二控制中，當從所述第一狀態向所述第二狀態轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的變化率以規定值變大的方式偏移，當從所述第二狀態向所述第一狀態轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的變化率以規定值變小的方式偏移。另外，在這種情況下可以例舉的是，在所述第二控制的所述第一狀態或所述第二狀態中的任意一方或雙方中，所述控制部控制所述載氣的流量以固定變化率變化。或者是所述第二控制是PID控制，在所述第二控制的PID控制中，與所述第一狀態相比，所述控制部將所述第二狀態的比例增益設定為較大的值。在上述具體的結構中，此外，在所述第二控制中，所述控制部還可以將所述第一狀態的所述載氣的流量的變化率控制為0。
按照這種結構，當使濃度指標值在目標濃度指標值附近變化時，如果濃度指標值大幅度偏離目標濃度指標值，則進行控制使濃度指標值大幅度變化而接近目標濃度指標值，此外，如果濃度指標值並未大幅度偏離目標濃度指標值，則抑制濃度指標值的變化，由此，可以使濃度指標值相對於目標濃度指標值的變化穩定。
此外，在上述任意一種氣體控制系統中，在所述第一控制和所述第二控制之間，所述控制部可以進行將所述載氣的流量的變化率控制為0的第三控制。此外，在所述第一控制和所述第二控制之間，所述控制部可以進行第四控制，所述第四控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差對所述載氣的流量進行PID控制，在這種情況下，與所述第四控制的PID控制相比，所述控制部可以將所述第二控制的PID控制的比例增益設定為較小的值。
按照這種結構，在第一控制和第二控制之間具有第三控制，通過上述第三控制，伴隨接近目標濃度指標值而使濃度指標值的上升率下降，從而抑制了濃度指標值大幅度超過目標濃度指標值的超調，能夠平穩地進行從第一控制向第二控制的轉移。
此外，本發明還提供一種氣體控制系統，通過向收容有材料的容器導入載氣，並且將所述材料氣化後的材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，從所述容器間歇匯出規定量的材料氣體，所述氣體控制系統包括：控制部，對所述載氣的流量進行PID控制，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的混合氣體而得到的所述混合氣體中的材料氣體濃度；以及校準資料存儲部，將利用所述控制部對從所述容器最初匯出的規定量的材料氣體進行PID控制而得到的所述濃度指標值隨時間的變化存儲為校準資料，當對第二次以後從所述容器匯出的規定量的材料氣體進行PID控制時，所述控制部參照所述校準資料，在所述PID控制中，對基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差確定的所述載氣的流量的操作量，設定確定其上限和下限的可控範圍。
按照這種結構，由最初的匯出工序取得校準資料，通過在第二次以後的匯出工序的控制中利用上述校準資料，可以大幅度降低第二次以後的匯出工序的超調，由此，在第二次以後的匯出工序中容易控制從容器匯出的材料氣體的總量。
此外，本發明還提供一種氣體控制系統，向收容有材料的容器導入載氣，並且將所述材料氣化後的材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，所述氣體控制系統包括控制部，所述控制部基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差對所述載氣的流量進行回饋控制，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的混合氣體而得到的所述混合氣體中的材料氣體濃度，所述控制部進行控制，使從開始向所述容器導入載氣後到停止導入載氣的匯出時間內所匯出的材料氣體的總量成為預先確定的目標總量。此外，在所述氣體控制系統中，從開始向所述容器導入載氣後，所述控制部基於混合氣體中的材料氣體濃度和載氣的流量，逐次計算材料氣體的流量，並且參照對所述材料氣體的流量進行累計而得到的、從所述容器匯出的材料氣體的經過總量，重新逐次設定所述匯出時間。
按照這種結構，能夠進一步精確地控制從容器匯出的材料氣體的總量。
此外，在上述任意一種氣體控制系統中，可以向從所述容器匯出的材料氣體和載氣中進一步加入稀釋氣體，並將所得氣體作為混合氣體，所述控制部控制所述載氣和所述稀釋氣體的流量，使所述混合氣體中的載氣和稀釋氣體的總量保持一定。
此外，本發明還提供一種成膜裝置，利用上述任意一種氣體控制系統向成膜室供給混合氣體。
此外，本發明還提供一種存儲介質，存儲用於氣體控制系統的程式，所述氣體控制系統向收容有材料的容器導入載氣，並且將所述材料氣化後的材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，所述存儲介質利用所存儲的程 式，使電腦發揮如下功能：對所述載氣的流量進行控制，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的混合氣體而得到的所述混合氣體中的材料氣體濃度；從向所述容器導入載氣至所述濃度指標值到達比所述預先確定的目標濃度指標值低的控制切換濃度指標值為止的期間，進行控制所述載氣的流量以固定變化率變化的第一控制；在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，進行第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
此外，本發明還提供一種氣體控制方法，對氣體控制系統中的、從所述容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度進行控制，所述氣體控制系統向收容有材料的容器導入載氣，並且將所述材料氣化後的材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，所述氣體控制方法是控制所述載氣的流量，使濃度指標值接近預先確定的目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的混合氣體而得到的所述混合氣體中的材料氣體濃度，從向所述容器導入載氣至所述濃度指標值到達比所述預先確定的目標濃度指標值低的控制切換濃度指標值為止的期間，進行控制所述載氣的流量以固定變化率變化的第一控制，在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，進行第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
按照這種結構的本發明，通過防止在運轉後、預先在容器內材料氣化而生成的高濃度的材料氣體立刻一下子被匯出，抑制了超調，並且使在運轉後從容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度的變化具有一定程度的再現性，由此，容易控制從容器匯出的材料氣體的總量。
10:容器
11:加熱器
12:溫度計
20:載氣導入通道
20a、25a、30a:閥
21:載氣流量調節部
21a:流量計
21b:閥
25:連接通道
30:匯出通道
40:稀釋氣體導入通道
41:稀釋氣體流量調節部
41a:流量計
41b:閥
50:測量部
51:壓力測量裝置
52:分壓測量裝置
52a:流動池
52b:光源
52c:受光部
60:控制部
61:輸入部
100:氣體控制系統
圖1是表示實施方式1的氣體控制系統的示意圖。
圖2是表示實施方式1的氣體控制系統的動作步驟的流程圖。
圖3是表示實施方式1的氣體控制系統動作時的測量濃度和時間的關係的曲線圖。
圖4是表示實施方式1的氣體控制系統的第二控制中的、測量濃度和目標濃度的偏差與載氣流量的變化率的關係的曲線圖。
圖5是表示實施方式3的氣體控制系統的第二控制中的、測量濃度和目標濃度的偏差與載氣流量的操作量的關係的曲線圖。
下面，參照附圖對本發明的氣體控制系統進行說明。
本發明的氣體控制系統例如用於向在半導體製造工序中使用的成膜裝置穩定地供給材料氣體。更具體地說，將在容器內使低蒸氣壓材料(例如氯化鋁、氯化鎢等鹵素材料)氣化而生成的材料氣體與載氣(氬氣等非活性氣體)一起匯出，並且提供在從該容器匯出的材料氣體和載氣中加入了稀釋氣體(氬氣等非活性氣體)的混合氣體。另外，低蒸氣壓材料可以是固體材料，也可以是液體材料。另外，本發明的氣體控制系統也能用於半導體製造工序以外的氣體控制。此外，材料也能夠應用於使用半導體製造工序以外的材料的情況。
<實施方式1>
如圖1所示，本實施方式的氣體控制系統100包括：收容材料的容器10；載氣導入通道20，向容器10的材料空間導入載氣；匯出通道30，從容器10的氣相空間匯出材料氣體和載氣；以及稀釋氣體導入通道40，嚮導匯出通道30導入稀釋氣體。此外，由連接通道25連接載氣導入通道20和匯出通道30，在載氣導入通道20、連接通道25和匯出通道30上分別設置有閥20a、25a、30a。並且，在載氣導入通道20上、且在閥20a的上游設置有載氣流量調節部21，在稀釋氣體導入通道40上設置有稀釋氣體流量調節部41，在匯出通道30、 且在閥30a的下游設置有測量部50。另外，雖然未圖示，但是載氣導入通道20的始端與載氣供給機構連接，稀釋氣體導入通道40的始端與稀釋氣體供給機構連接，匯出通道30的末端與供給混合氣體的成膜室連接。
容器10包括能夠加熱被收容的材料的加熱器11和測量容器10內的溫度的溫度計12。並且，利用溫度計12監測容器10內的溫度，從而將容器10內的溫度控制成預先確定的設定溫度。另外，也可以使加熱器11和溫度計12與控制部60連接來控制容器10內的溫度。
載氣流量調節部21是所謂MFC(質量流量控制器)，調節導入容器10的載氣的流量。載氣流量調節部21大體包括：流量計21a，測量在載氣導入通道20內流動的載氣的流量；以及閥21b，設置在該流量計21a的下游。另外，調節閥21b的開度來調節導入容器10的載氣的流量。
稀釋氣體流量調節部41是所謂質量流量控制器(MFC)，調節導入匯出通道30的稀釋氣體的流量。稀釋氣體流量調節部41大體包括：流量計41a，測量在稀釋氣體導入通道40內流動的稀釋氣體的流量；以及閥41b，比該流量計41a更靠下游設置。另外，調節閥41b的開度來調節導入匯出通道30的稀釋氣體的流量。
測量部50包括與匯出通道30的連接稀釋氣體導入通道40的位置相比設置在下游的壓力測量裝置51和分壓測量裝置52。另外，分壓測量裝置52設置在壓力測量裝置51的下游。
壓力測量裝置51是壓力感測器，測量在匯出通道30內流動的混合氣體的壓力。此外，分壓測量裝置52是吸光方式的分壓感測器，測量在匯出通道30內的混合氣體中的材料氣體的分壓。具體地說，分壓測量裝置52使在匯出通道30內流動的混合氣體通過流動池52a，隔著該流動池52a在一側設置有光源52b，並在另一側設置有受光部52c。並且，在使從光源52b照射的光通過在流動池52a內流動的混合氣體後，由受光部52c接收，基於由受光部52c接收的光的強度，測量混合氣體中的材料氣體的分壓。
控制部60是通用或專用的電腦，在記憶體中存儲有規定的程式，通過使CPU及其週邊設備按照該程式來協同動作，發揮控制混合氣體中的材料氣體濃度的功能。具體地說，控制部60基於由壓力測量裝置51測量的混合氣體的壓力和由分壓測量裝置52測量的混合氣體中的材料氣體的分壓，計算出混合氣體中的材料氣體的測量濃度(濃度指標值)，並且控制載氣和稀釋氣體的流量，以使其測量濃度接近預先確定的目標濃度(目標濃度指標值)。另外，控制部60包括能夠輸入各種資訊的觸摸面板等輸入部61。
接著，基於圖2所示的流程圖，說明本實施方式的氣體控制系統的動作步驟。另外，圖3所示的曲線圖表示圖2所示的流程圖中的步驟S2~S12的測量濃度隨時間的變化。
首先，控制部60利用輸入部61分別輸入最適於成膜處理的混合氣體中的材料氣體的目標濃度、包含該目標濃度的目標濃度範圍(目標濃度指標值範圍)的上限值和下限值、以及載氣和稀釋氣體的初始流量(步驟S1)。
接著，控制部60向載氣流量調節部21發送載氣的初始流量，並進行控制，由此使初始流量的載氣向載氣導入通道20流動，並且向稀釋氣體流量調節部41發送稀釋氣體的初始流量，並進行控制，由此使初始流量的稀釋氣體向稀釋氣體導入通道40流動。其結果，各氣體開始在氣體控制系統100內流通(步驟S2)。此後，控制部60控制載氣的流量和稀釋氣體的流量，以使包含在混合氣體中的載氣和稀釋氣體的總量始終保持為固定。
並且，如果從容器10匯出的混合氣體通過測量部50，則利用壓力測量裝置51測量在匯出通道30內流動的混合氣體的壓力，並且利用分壓測量裝置52測量在匯出通道30內流動的混合氣體中的材料氣體的分壓，隨時向控制部60發送測量壓力和測量分壓。
接著，控制部60基於從開始向容器10導入載氣後在規定時間內測量的測量壓力和測量分壓來計算測量濃度，並且基於上述規定時間內的測量濃度的初始變化率來設定載氣流量的變化率(即、每單位時間的變化量。以下 也稱為「規定變化率」)(步驟S3)。此後，控制部60開始第一控制，將載氣的流量控制成以規定變化率變化(步驟S4)。另外，該規定變化率可以是固定的變化率，也可以是以特定的增減率變化的變化率。
接著，控制部60判斷測量濃度是否到達目標濃度範圍的下限值或比該下限值低的值即控制切換濃度(步驟S5)。並且，當測量濃度到達控制切換濃度時，控制部60開始第二控制，基於測量濃度和目標濃度的偏差來控制載氣的流量，以使測量濃度接近目標濃度(步驟S6)。
另外，在第二控制中，當測量濃度成為目標濃度範圍內的第一狀態時、以及測量濃度成為不在目標濃度範圍內的第二狀態時，控制部60改變向容器10導入的載氣的流量的變化率。具體地說，如果判斷成為第一狀態(步驟S7)，則控制部60使載氣的流量不變化，換句話說，控制部60進行變化率控制，使載氣的流量的變化率為0(步驟S8)。另一方面，如果判斷成為第二狀態(步驟S7)，則控制部60以固定變化率來控制載氣的流量(步驟S9)。另外，作為以固定變化率控制載氣的流量的具體控制，使載氣流量調節部21和稀釋氣體流量調節部41的閥21b、41b的開度伴隨電壓的變化而變化，由此來調節流量，使該電壓以固定時間間隔變化。由於上述控制部60根據測量濃度和目標濃度的偏差是否在目標濃度範圍內來切換控制，所以可以說是基於偏差來進行控制。
接著，如果從開始向容器10導入載氣、換句話說從材料氣體開始從容器10匯出起經過規定匯出時間(步驟S10)，則控制部60使向容器的載氣導入停止(步驟S11)。接著，如果從使向容器10的載氣導入停止開始經過規定停止時間(步驟S12)，則控制部60再次使向容器10的載氣導入開始(步驟S2)。並且，控制部60通過反復進行從容器10匯出材料氣體的匯出工序和不從容器10匯出材料氣體的停止工序，間歇式(脈衝式)向成膜室匯出規定量的材料氣體。
在本實施方式的氣體控制系統的匯出工序中，在第二控制中， 如圖4所示，使第一狀態的載氣流量的變化率為0，使第二狀態的載氣流量的變化率固定，但是當從第一狀態向第二狀態轉移時，載氣流量的變化率可以偏移比規定值大的值，當從第二狀態向第一狀態轉移時，載氣流量的變化率可以偏移比規定值小的值，並且在第一狀態下也未必使變化率為0。另外，從第一狀態向第二狀態轉移時的所述規定值和從第二狀態向第一狀態轉移時的所述規定值可以相同，也可以不同。此外，第一控制和第二控制的切換時機是測量濃度達到控制切換濃度的時機，但是也可以是從開始向容器導入載氣起經過了控制切換時間的時機。另外，在這種情況下，控制切換時間需要設定為測量濃度未到達目標濃度的時機。
<實施方式2>
本實施方式是所述實施方式1的第一控制(特別是圖2的步驟S3)的變形例。即，在本實施方式的第一控制中，在改變了材料的性質或量等材料條件、各管材的內徑或容器容量等裝置條件、以及氣溫等外部條件等各種條件下，對測量濃度的初始變化率進行測量，並將上述各初始變化率作為預先初始變化率資料存儲在初始變化率資料存儲部中。並且，控制部參照存儲在該初始變化率資料存儲部中的初始變化率資料來設定規定變化率。
<實施方式3>
本實施方式是所述實施方式1的第二控制(圖2的步驟S6~步驟S11)的變形例。即，本實施方式的第二控制是PID控制，當成為第一狀態時將PID控制的比例增益設定為規定值，進行PID控制，由此使載氣的流量不變化。另一方面，當成為第二狀態時將PID控制的比例增益設定為比所述規定值大的值，進行PID控制，使載氣的流量接近目標濃度(參照圖5)。
另外，在本實施方式的第二控制中，當成為第一狀態時將比例增益設定為規定值，但是也可以將該規定值設為0而使載氣的流量不變化。
並且，在所述實施方式1的第二控制中，可以將第一狀態或第二狀態中的任意一方的控制設為所述實施方式2的PID控制，此外，在所述實 施方式2的第二控制中，也可以將第一狀態或第二狀態中的任意一方的控制設為使所述實施方式1的載氣流量的變化率為0以上的規定值的控制。
此外，在所述實施方式1~3的第一控制和第二控制之間可以具有將載氣的流量控制為變化率0的第三控制。按照這種結構，可以利用第一控制的測量濃度的上升慣性，使測量濃度逐漸接近目標濃度，由此，可以降低超調。此外，在所述實施方式1~3的第一控制和第二控制之間具有基於濃度指標值和目標濃度指標值的偏差而對載氣的流量進行PID控制的第四控制，特別是在存在於所述實施方式3的第一控制和第二控制之間的第四控制中，第二控制的PID控制的比例增益設定為比第四控制的PID控制的比例增益小的值。按照這種結構，可以使測量濃度迅速接近目標濃度，並且可以降低超調。另外，在第一控制和第二控制之間具有第三控制或第四控制時，只要在測量濃度達到目標濃度範圍的下限值或該下限值之前，從第三控制或第四控制切換為第二控制即可。
另外，在所述各實施方式中，是基於混合氣體中的材料氣體濃度來控制載氣的流量，但是也可以基於間接表示混合氣體中的材料氣體濃度的濃度指標值來控制載氣的流量。作為上述濃度指標值可以例舉的是材料氣體的分壓等。
<其他實施方式>
為了容易控制從容器匯出的材料氣體的總量，可以通過如下方式進行控制。例如，當基於測量濃度和目標濃度的偏差來對載氣的流量進行PID控制、由此控制從容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度時，不是基於在規定時機測量的測量濃度和目標濃度的偏差來控制載氣的流量，而是基於從在規定時機測量的測量濃度預想的△t後的預想濃度和目標濃度的偏差來控制載氣的流量。
在這種情況下，預想濃度參照在所述規定時機前測量的測量濃度的變化來設定。更具體地說，可以參照在所述規定時機測量的測量濃度和該 規定時機之前的規定時間內測量的測量濃度的變化率來設定預想濃度。
此外，當基於測量濃度和目標濃度的偏差來對載氣的流量進行PID控制、並且由此控制從容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度時，預先對載氣的流量的操作量(與載氣的流量的變化率相當的量)設定可控範圍，當基於測量濃度和目標濃度的偏差計算出的載氣流量的操作量在可控範圍外時，可以控制載氣的流量，使可控範圍的上限值或下限值固定，直到該操作量返回可控範圍內。另外，上述可控範圍可以預先設定任意的值，也可以參照在載氣剛導入容器內後測量的測量濃度的初始變化率來進行設定。此外，當像上述實施方式那樣由氣體控制系統間歇供給規定量的材料氣體時，將對最初匯出的規定量的材料氣體進行PID控制而得到的測量濃度隨時間的變化作為校準資料並預先存儲在校準資料存儲部中，在第二次以後匯出的規定量的材料氣體的PID控制中，可以參照校準資料來設定可控範圍。
此外，當基於測量濃度和目標濃度的偏差來對載氣的流量進行PID控制、並由此控制從容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度時，如果容器內的材料的剩餘量減少，則在容器內生成的材料氣體濃度減少，所以伴隨於此，控制載氣的流量相對增加。因此，在PID控制中，可以通過如下方式進行控制，即，參照載氣流量的相對變化來設定作為上述PID控制的控制參數的各增益。此外，在容器內生成的材料氣體濃度很大程度受到由加熱器加熱的容器內的溫度的影響，所以在PID控制中，可以參照載氣的流量的相對變化和容器內的溫度來設定作為上述PID控制的控制參數的各增益。上述控制不僅可以用於PID控制，也可以用於基於測量濃度和目標濃度的偏差對載氣的流量進行的其他回饋控制。
另外，上述PID控制可以用作所述實施方式1~3的第二控制中的PID控制，但即使用於氣體控制系統的運轉後的控制也有效。
此外，當基於測量濃度和目標濃度的偏差來對載氣的流量進行回饋控制、並由此控制從容器匯出的混合氣體中的材料氣體濃度時，可以通過 使從向容器開始導入載氣後到停止導入載氣的匯出時間內，所匯出的材料氣體的總量成為預先確定的目標總量的方式進行控制。即，從向容器開始導入載氣後，基於混合氣體中的材料氣體濃度和載氣的流量來逐次計算材料氣體的流量，並參照對上述材料氣體的流量進行累計而得到的從所述容器匯出的經過總量，重新逐次設定目標濃度。此外，也可以通過參照所述經過總量來重新逐次設定匯出時間的方式進行控制。
10‧‧‧容器
11‧‧‧加熱器
12‧‧‧溫度計
20‧‧‧載氣導入通道
20a、25a、30a‧‧‧閥
21‧‧‧載氣流量調節部
21a‧‧‧流量計
21b‧‧‧閥
25‧‧‧連接通道
30‧‧‧匯出通道
40‧‧‧稀釋氣體導入通道
41‧‧‧稀釋氣體流量調節部
41a‧‧‧流量計
41b‧‧‧閥
50‧‧‧測量部
51‧‧‧壓力測量裝置
52‧‧‧分壓測量裝置
52a‧‧‧流動池
52b‧‧‧光源
52c‧‧‧受光部
60‧‧‧控制部
61‧‧‧輸入部
100‧‧‧氣體控制系統

Claims (19)

  1. 一種氣體控制系統，向收容有一材料的一容器導入一載氣，並且將所述材料氣化後的一材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出；所述氣體控制系統的特徵在於：其包括一控制部，所述控制部對所述載氣的流量進行控制，使一濃度指標值接近預先確定的一目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的一混合氣體而得到的所述混合氣體中的一材料氣體濃度；從向所述容器導入所述載氣至所述濃度指標值到達比預先確定的所述目標濃度指標值低的一控制切換濃度指標值為止的期間，所述控制部進行控制所述載氣的流量以一固定變化率變化的一第一控制；以及在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，所述控制部進行一第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
  2. 如請求項1所述的氣體控制系統，其特徵在於：所述控制部在所述濃度指標值達到所述目標濃度指標值之前切換為所述第二控制。
  3. 如請求項1或2所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第一控制中，所述控制部參照開始導入所述載氣之後從所述容器匯 出的所述混合氣體的所述濃度指標值的一初始變化率，設定所述固定變化率。
  4. 如請求項1或2所述的氣體控制系統，其特徵在於：所述氣體控制系統還具有一初始變化率資料存儲部，所述初始變化率資料存儲部預先存儲有在各種條件下測量所述初始變化率的一初始變化率資料；在所述第一控制中，所述控制部參照所述初始變化率資料來設定所述固定變化率。
  5. 如請求項1或2所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第二控制中，當所述濃度指標值從處於包含所述目標濃度指標值的預先確定的所述目標濃度指標值範圍內的一第一狀態或不在所述目標指標值範圍內的一第二狀態中的任意一方向另一方轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的一變化率偏移一規定值。
  6. 如請求項5所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第二控制中，當從所述第一狀態向所述第二狀態轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的所述變化率以所述規定值變大的方式偏移，當從所述第二狀態向所述第一狀態轉移時，所述控制部使所述載氣的流量的所述變化率以所述規定值變小的方式偏移。
  7. 如請求項6所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第二控制的所述第一狀態或所述第二狀態中的任意一方或雙方中，所述控制部控制所述載氣的流量以一固定變化率變化。
  8. 如請求項6所述的氣體控制系統，其特徵在於：所述第二控制是一比例-積分-微分(PID)控制；在所述第二控制的所述PID控制中，與所述第一狀態相比，所述控制部將所述第二狀態的比例增益設定為較大的值。
  9. 如請求項6所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第二控制中，所述控制部將所述第一狀態的所述載氣的流量的所述變化率控制為0。
  10. 如請求項1或2所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第一控制和所述第二控制之間，所述控制部進行將所述載氣的流量的所述變化率控制為0的一第三控制。
  11. 如請求項1或2所述的氣體控制系統，其特徵在於：在所述第一控制和所述第二控制之間，所述控制部進行一第四控制，所述第四控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差對所述載氣的流量進行一比例-積分-微分(PID)控制。
  12. 如請求項11所述的氣體控制系統，其特徵在於：與所述第四控制的所述PID控制相比，所述控制部將所述第二控制的所述PID控制的比例增益設定為較小的值。
  13. 如請求項1所述的氣體控制系統，其特徵在於：向從所述容器導出的所述材料氣體和所述載氣中進一步加入一稀釋氣體，並將所得氣體作為所述混合氣體；以及 所述控制部控制所述載氣和所述稀釋氣體的流量，使所述混合氣體中的所述載氣和所述稀釋氣體的總量保持一定。
  14. 一種成膜裝置，其特徵在於：利用如請求項1或2所述的氣體控制系統向一成膜室供給所述混合氣體。
  15. 一種氣體控制系統，通過向收容有一材料的一容器導入一載氣，並且將所述材料氣化後的一材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出，從所述容器間歇匯出一規定量的所述材料氣體；所述氣體控制系統的特徵在於，包括：一控制部，對所述載氣的流量進行一比例-積分-微分(PID)控制，使一濃度指標值接近預先確定的一目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的一混合氣體而得到的所述混合氣體中的一材料氣體濃度；以及一校準資料存儲部，將利用所述控制部對從所述容器最初匯出的所述規定量的所述材料氣體進行所述PID控制而得到的所述濃度指標值隨時間的變化存儲為一校準資料；其中當對第二次以後從所述容器匯出的所述規定量的所述材料氣體進行所述PID控制時，所述控制部參照所述校準資料，在所述PID控制中，對基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差確定的所述載氣的流量的一操作量，設定確定其一上限和一下限的一可控範圍。
  16. 一種氣體控制系統，向收容有一材料的一容器導入一載氣，並且將所述材料氣化後的一材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出；所述氣體控制系統的特徵在於：其包括一控制部，所述控制部基於一濃度指標值和一目標濃度指標值的偏差對所述載氣的流量進行一回饋控制，使所述濃度指標值接近預先確定的所述目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的一混合氣體而得到的所述混合氣體中的一材料氣體濃度；以及所述控制部進行控制，使從開始向所述容器導入所述載氣後到停止導入所述載氣的一匯出時間內所匯出的所述材料氣體的總量成為預先確定的一目標總量。
  17. 如請求項16所述的氣體控制系統，其特徵在於：從開始向所述容器導入所述載氣後，所述控制部基於所述混合氣體中的所述材料氣體濃度和所述載氣的流量，逐次計算所述材料氣體的流量，並且參照對所述材料氣體的流量進行累計而得到的、從所述容器匯出的所述材料氣體的經過總量，重新逐次設定所述匯出時間。
  18. 一種存儲介質，存儲一用於氣體控制系統的程式，一氣體控制系統向收容有一材料的一容器導入一載氣，並且將所述材料氣化後的一材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出； 所述存儲介質的特徵在於：利用所存儲的所述用於氣體控制系統的程式，使一電腦發揮如下功能：對所述載氣的流量進行控制，使一濃度指標值接近預先確定的一目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的一混合氣體而得到的所述混合氣體中的一材料氣體濃度；從向所述容器導入所述載氣至所述濃度指標值到達比預先確定的所述目標濃度指標值低的一控制切換濃度指標值為止的期間，進行控制所述載氣的流量以一固定變化率變化的一第一控制；以及在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，進行一第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
  19. 一種氣體控制方法，對一氣體控制系統中的、從一容器匯出的一混合氣體中的一材料氣體濃度進行控制，所述氣體控制系統向收容有一材料的一容器導入一載氣，並且將所述材料氣化後的一材料氣體與所述載氣一起從所述容器匯出；所述氣體控制方法的特徵在於：控制所述載氣的流量，使一濃度指標值接近預先確定的一目標濃度指標值，所述濃度指標值直接或間接表示測量從所述容器匯出的所述混合氣體而得到的所述混合氣體中的所述材料氣體濃度； 從向所述容器導入所述載氣至所述濃度指標值到達比預先確定的所述目標濃度指標值低的一控制切換濃度指標值為止的期間，進行控制所述載氣的流量以一固定變化率變化的一第一控制；以及在所述濃度指標值成為所述控制切換濃度指標值之後，進行一第二控制，所述第二控制基於所述濃度指標值和所述目標濃度指標值的偏差來控制所述載氣的流量。
TW107108102A 2017-03-10 2018-03-09 氣體控制系統、成膜裝置、存儲介質和氣體控制方法 TWI754728B (zh)

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