TW201714207A - 氣體控制系統以及氣體控制系統用程式 - Google Patents

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西里洋
瀧尻興太郎
南雅和
寺岡溫子
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堀場Ｓｔｅｃ股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種氣體控制系統，其可以防止出現由材料氣體再液化的液滴或材料的熱分解所產生的微粒對濃度或流量控制的影響，以預先設定的濃度或流量供給混合氣體。氣體控制系統包括：第一閥，其設置在載氣管線上或設置在供氣管線上；流量控制機構，其設於稀釋氣體管線上，具有流量感測器及第二閥；非接觸式的第一濃度感測器；第一閥控制部；稀釋氣體設定流量計算部，其基於預先設定的稀釋後混合氣體的總設定流量以及稀釋後測定濃度，計算應該在稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設定流量；第二閥控制部，其為了使稀釋氣體設定流量與流量感測器所測定的測定流量的偏差減小而控制第二閥的開度。

Description

氣體控制系統以及氣體控制系統用程式
本發明提供一種氣體控制系統，其用於以預先設定的規定濃度及流量供給含有材料被汽化的材料氣體的混合氣體。
舉例來說，在生產半導體時，要求以預先設定的規定濃度及流量向成膜裝置內供給含有使液體或固體材料被汽化的材料氣體的混合氣體。
例如向儲存在罐內的材料導入載氣，並藉由起泡之發生汽化而生成材料氣體。在罐內汽化的材料氣體與載氣共同形成混合氣體，再從罐連接到成膜裝置的供氣管線中流動。以往，藉由設於供氣管線上的濃度感測器及品質流量控制器的氣體控制系統，控制混合氣體的濃度及流量使其達到規定值（參考專利文獻1）。
習知技術文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-363271號公報
技術問題
然而，如果在供氣管線上設置有品質流量控制器，則使材料容易在汽化罐附近的供氣管線處於高溫環境時或者材料氣體的反應性較高時，利用設於供氣管線上的品質流量控制器的流量感測器很難準確地測定混合氣體的流量。這是由於在高溫環境中，形成用於利用例如熱式流量感測器測定流量的溫度差較為困難，或者流量感測器的感測器機構會受到反應性較高的材料氣體的侵蝕。其結果，預先設定的濃度及流量的混合氣體無法供給到成膜裝置，有時引起膜厚度或膜組成的變化。
此外，在直接測定混合氣體的總壓及材料氣體的分壓，以及測定混合氣體中的材料氣體濃度的濃度感測器設於供氣管線上時也會發生同樣的問題。
本發明鑒於上述問題，其目的在於提供一種氣體控制系統及氣體控制系統用程式，在汽化的材料氣體為高溫或為反應性較高的氣體時，也能夠以預先設定的濃度及流量供給混合氣體。
技術手段
即，本發明為一種氣體控制系統，其用於汽化裝置，汽化裝置包含：罐，其能容納材料；載氣管線，其向罐內導入載氣；供氣管線，其供材料汽化而從罐中匯出的材料氣體以及載氣流動；稀釋氣體管線，其與供氣管線合流，並向供氣管線導入稀釋氣體；其包含：第一閥，其設置在載氣管線上，或者在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比，設置在上游側；流量控制機構，其設置在稀釋氣體管線上，具有流量感測器及第二閥；第一濃度感測器，其在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比設於下游側，測定含有材料氣體、載氣以及稀釋氣體在內的稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度；第一閥控制部，其以預先設定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的設定濃度與第一濃度感測器所測定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的稀釋後測定濃度的偏差減小的方式控制第一閥的開度；稀釋氣體設定流量計算部，其基於預先設定的稀釋後混合氣體的總設定流量、稀釋後測定濃度以及稀釋前混合氣體中的材料氣體的預測或實測的濃度，計算應在稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設定流量；第二閥控制部，其以稀釋氣體設定流量與流量感測器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制第二閥的開度。
這樣一來，在供氣管線上可以不設置用於與材料氣體直接接觸而測定流量或濃度的感測器。因此，即使材料氣體處於高溫或反應性較高，感測器也不會受到這些不良影響。此外，由材料氣體再液化的液滴或材料的熱分解產生的微粒，在原則上也不會附著在感測器上。即，液滴或微粒不會妨礙對流量或濃度的控制動作。
另一方面，由於第一濃度感測器在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比設於下游側，因此即使稀釋前混合氣體處於高溫或反應性較高，也能夠藉由稀釋氣體進行充分冷卻或稀釋。因此，在第一濃度感測器中，很難發生因受熱影響使測定精度下降或感測器機構劣化的現象。另外，由於設於稀釋氣體管線上的流量感測器也只測定稀釋氣體，因此不會受到材料氣體的影響，能夠保證長期準確的測定。
此外，稀釋後混合氣體的濃度藉由第一閥被控制，以稀釋後混合氣體的流量滿足總設定流量的方式藉由第二閥來控制稀釋氣體的流量，由此進行獨立地控制。也就是說，能夠同時獨立地控制稀釋後混合氣體的流量及濃度。
這樣一來，第一濃度感測器所測定的稀釋後測定濃度、流量感測器所測定的測定流量始終是準確的値，可以基於其準確的測定値獨立地控制稀釋後混合氣體的流量及濃度，因此可以長期穩定地獲得所期望流量或濃度的稀釋後混合氣體。因此，在例如成膜裝置中可以不改變膜壓或膜組成而始終生產出相同品質的半導體。
為了能夠不與稀釋後混合氣體接觸而高精度地測定材料氣體的稀釋後測定濃度，且簡單地設置在供氣管線上，第一濃度感測器可以是紅外線吸收式濃度感測器。
為了能夠高精度地控制稀釋後混合氣體的總流量與材料氣體的濃度二者，更包含在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比設於上游側，測定包含材料氣體及載氣在內的的稀釋前混合氣體中的材料氣體的濃度的非接觸式的第二濃度感測器，稀釋氣體設定流量計算部可以構成為基於總設定流量、稀釋後測定濃度以及第二濃度感測器所測定的稀釋前混合氣體中的材料氣體的稀釋前測定濃度而計算稀釋氣體設定流量。
為了以設定濃度持續保持稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度，第一閥控制部可以構成為在稀釋後測定濃度比設定濃度大時，向第一閥的方向閉合改變開度，在稀釋後測定濃度比設定濃度小時，向第一閥的方向開啟改變開度。
若要對在罐中產生的材料氣體的量也設置成可以獨立地控制，並且一邊以總設定流量保持稀釋後混合氣體的總流量一邊能夠回應良好地控制稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度，為此還可以包含：第三閥，其設於載氣管線上；壓力感測器，其設於罐中，測定罐內的壓力；以及第三閥控制部，其以預先設定的設定壓力與壓力感測器所測定的測定壓力的偏差減小的方式控制第三閥的開度。
為了使成膜裝置等半導體生產裝置的腔室內均勻地導入稀釋後混合氣體，能夠從多處導入口導入相同流量或濃度的稀釋後混合氣體的具體結構，可以列舉出，複數個供氣管線從罐並聯地分支設置，並且在各供氣管線上分別獨立地與稀釋氣體管線合流，在各供氣管線上分別獨立地設有第一閥、第一濃度感測器，在各稀釋氣體管線上獨立地設有流量控制機構的結構。
在習知的氣體控制系統中，為了得到與本發明同樣的效果，在習知的氣體控制系統中可以採用以下程式。即，氣體控制系統用程式為用於氣體控制系統的程式，其用於汽化裝置，汽化裝置包含：罐，其容納材料；載氣管線，其向罐內導入載氣；供氣管線，其供使材料汽化並從罐中匯出的材料氣體以及載氣流動；稀釋氣體管線，其與供氣管線合流，並向供氣管線導入稀釋氣體；氣體控制系統包含：第一閥，其在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比，設於上游側；流量控制機構，其設於稀釋氣體管線上，具有流量感測器及第二閥；以及第一濃度感測器，其在供氣管線上且與稀釋氣體管線的合流點相比，設於下游側，測定由材料氣體、載氣以及稀釋氣體構成的稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度；程式在電腦中作為以下功能部發揮功能：第一閥控制部，其以預先設定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的設定濃度與第一濃度感測器所測定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的稀釋後測定濃度的偏差減小的方式控制第一閥的開度；稀釋氣體設定流量計算部，其基於預先設定的稀釋後混合氣體的總設定流量、稀釋後測定濃度以及稀釋前混合氣體中的材料氣體的預測或實測的濃度，計算應在稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設定流量；以及第二閥控制部，其使稀釋氣體設定流量與流量感測器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制第二閥的開度。
這種氣體控制系統用程式，可以藉由電子形式傳送，也可以儲存在CD、DVD、快閃記憶體等儲存裝置中。
這樣一來，本發明的氣體控制系統，由於在供氣管線上不存在用於測定流量或濃度的測定機構，因此在原則上不會因感測器受到高溫影響或材料氣體侵蝕的影響而產生測定誤差。此外，也不會因材料氣體再液化的液滴或微粒附著在測定機構上而產生測定誤差。因此，本發明的氣體控制系統很難隨時間而變化，能夠長期持續地供給高精度保證總設定流量或設定濃度的稀釋後混合氣體。
以下，參照各圖對本發明的第一實施方式的氣體控制系統200進行說明。
第1圖所示的氣體控制系統200用於以預先設定的總設定流量及設定濃度向例如成膜裝置等半導體生產裝置的腔室C內供給。更具體地說，氣體控制系統200是用於通超載氣使液體材料M起泡並產生材料氣體的汽化裝置100。
汽化裝置100由罐T、向罐T內插入的載氣管線L1、從罐T內匯出的供氣管線L2、以及向供氣管線L2合流的稀釋氣體管線L3構成。
罐T容納液體材料M。材料M是例如三甲基鎵（Ga(CH3 )3 ）等半導體材料。材料M在汽化成為材料氣體後，如果溫度下降或壓力上升可能再次液化。在罐T的周圍設有加熱器，藉由利用加熱器適當地控制材料M的溫度，在所期望的飽和蒸氣壓下產生材料氣體。
載氣管線L1是用於向罐T內導入由氦氣、氮氣等惰性氣體等構成的載氣，並使材料M起泡的導入管。載氣管線L1的前端部，使罐T內的底面附近開口，從液體材料M的底側開始到液面為止，使載氣的泡沫上升。
供氣管線L2是連接從罐T內到腔室C的匯出管。在供氣管線L2中流動著至少包括材料氣體和載氣在內的混合氣體。
稀釋氣體管線L3是用於向供氣管線L2導入稀釋氣體的管道。在第一實施方式中，稀釋氣體與載氣為相同的成分，但也可以為不同的成分。在稀釋氣體管線L3相對於供氣管線L2的合流點J的前後，混合氣體的濃度或成分發生變化。即，在供氣管線L2中合流點J的上游側流動著，僅由載氣和材料氣體構成的稀釋前混合氣體。另一方面，在供氣管線L2中合流點J的下游側流動著由載氣、材料氣體以及稀釋氣體構成的稀釋後混合氣體。
此外，氣體控制系統200由設於此構成的汽化裝置100的各部分的流體設備以及對各流體設備進行監視或控制的控制裝置4構成。流體設備為各種感測器、閥門，控制裝置4為具有CPU、記憶體、A/D及D/A轉換器、輸入輸出裝置等的所謂的電腦。控制裝置4執行記憶體中儲存的用於氣體控制系統200的程式，藉由藉由與各設備的協作實現氣體控制系統200的部分功能。
更具體地說，氣體控制系統200包含控制罐T內的材料氣體的產生狀態的材料氣體控制機構1、控制流過供氣管線L2的混合氣體中的材料氣體濃度的濃度控制機構2以及控制流過供氣管線L2的混合氣體的稀釋狀態的稀釋控制機構3。
以下，對各部分進行說明。
如第2圖的控制框圖所示，材料氣體控制機構1藉由控制罐T內的壓力及溫度，控制從罐T內產生的材料氣體的量。即，材料氣體控制機構1包括壓力感測器11、壓力控制閥12、壓力控制部13以及溫度控制器14。在這裡，壓力控制閥12相當於申請專利範圍中的第三閥，壓力控制部13相當於申請專利範圍中的第三閥控制部。
壓力感測器11設置為與罐T內的中空部分連通，測定罐T內氣體的壓力。
壓力控制閥12設於載氣管線L1上。藉由改變壓力控制閥12的開度，調節流入罐T內的載氣的流入量，保持罐T內的壓力恒定。
壓力控制部13，以減小預先設定的設定壓力與壓力感測器11所測定的測定壓力的偏差的方式控制壓力控制閥12的開度。壓力控制部13藉由在控制裝置4中執行程式來實現其功能。例如，如第2圖的控制框圖所示，壓力控制部13構成為用於壓力的回饋控制的控制器。
溫度控制器14是為了使罐T內的材料M的溫度以預先設定的設定溫度保持恒定而進行加熱的加熱器。
這樣一來，藉由材料氣體控制機構1，罐T內的壓力及溫度保持恒定，因此材料氣體的產生量能夠保持在規定的允許範圍內。
濃度控制機構2包括第一濃度感測器21、濃度控制閥22以及濃度控制部23。濃度控制機構2與後述的稀釋控制機構3相互影響，但濃度控制機構2，如第3圖的控制框圖所示，構成將輸入作為設定濃度、將輸出作為稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度的一個輸入一個輸出的濃度控制系統。在這裡，濃度控制閥22相當於申請專利範圍中的第一閥，濃度控制部23相當於第一閥控制部。
第一濃度感測器21，在供氣管線L2上，與稀釋氣體管線L3的合流點J相比設於下游側，測定由材料氣體、載氣以及稀釋氣體構成的稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度。第一濃度感測器21為非接觸式，感測器機構不直接接觸稀釋後混合氣體而測定材料氣體的濃度。例如，第一濃度感測器21為NDI（Non-Dispersive InfraRed）方式，藉由形成在供氣管線L2的管道上的透射窗使紅外光射入，測定藉由稀釋後混合氣體的紅外線的吸收率，並換算成材料氣體的濃度。這樣一來，第一濃度感測器21可以不與稀釋後混合氣體接觸，因此測定精度不會因材料氣體再液化的液滴或材料M熱分解而產生的微粒附著而容易下降。此外，非接觸式濃度感測器還可以有其他表現形式，例如，對材料氣體照射光、聲波、電波等的照射器、或者檢測光、聲波、電波等的檢測器不與材料氣體直接接觸。
濃度控制閥22，在供氣管線L2上，與稀釋氣體管線L3的合流點J相比設於上游側，並且與後述的第二濃度感測器31相比設於下游側。即，濃度控制閥22在從罐T起到合流點J為止的流路中，配置於下游側。在這裡，濃度控制閥22的開度與藉由濃度控制閥22的稀釋前混合氣體的流量之間存在比例關係或者正相關關係。
濃度控制部23為了使預先設定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的設定濃度與第一濃度感測器21所測定的稀釋後混合氣體中的材料氣體的稀釋後測定濃度的偏差減小，藉由控制裝置4的輸入輸出機構控制濃度控制閥22的開度。即，濃度控制部23將設定濃度與稀釋後測定濃度的偏差乘以預先設定的增益的值作為回饋值，控制濃度控制閥22的開度。更具體地說，濃度控制部23，在稀釋後測定濃度比設定濃度大時，向濃度控制閥22的方向閉合改變開度，在稀釋後測定濃度比設定濃度小時，向濃度控制閥22的方向開啟改變開度。
如此構成的濃度控制機構2，如第3圖的控制框圖所示，在將其視為濃度控制系統的情況下，一邊將稀釋氣體的流量作為雜訊（disturbance）輸入，一邊將稀釋後測定濃度保持為設定濃度地動作。
稀釋控制機構3由設於供氣管線L2上的第二濃度感測器31、設於稀釋氣體管線L3上的品質流量控制器MFC，以及在品質流量控制器MFC上設定稀釋氣體設定流量的稀釋氣體設定流量計算部35構成。稀釋控制機構3，為了使稀釋後的混合氣體中的總流量達到預先設定的總設定流量，對稀釋前混合氣體進行稀釋。稀釋控制機構3，如第3圖的控制框圖所示，構成輸入總設定流量、輸出稀釋後混合氣體的總流量的一個輸入一個輸出的流量控制系統，或者構成輸入稀釋氣體設定流量、輸出稀釋氣體的測定流量的一個輸入一個輸出的流量控制系統。
第二濃度感測器31在供氣管線L2上設於罐T的附近。即，第二濃度感測器31在供氣管線L2上且與濃度控制閥22相比配置在上游側。第二濃度感測器31與第一濃度感測器21同樣不與稀釋前混合氣體直接接觸，測定稀釋前混合氣體中的材料氣體的濃度。第二濃度感測器31也不容易受到材料氣體再液化的液滴或微粒的影響。
品質流量控制器MFC包括流量感測器32、流量控制閥33以及流量控制部34，是將其封裝成一個單元的流量控制機構。品質流量控制器MFC直接控制流過稀釋氣體管線L3的稀釋氣體的流量。並且，品質流量控制器MFC藉由控制稀釋氣體的流量來間接控制稀釋後混合氣體的流量。在這裡，流量控制閥33相當於申請專利範圍中的第二閥，流量控制部34相當於申請專利範圍中的第二閥控制部。
由於在稀釋氣體管線L3中沒有材料氣體流動，因此材料氣體液化的液滴或材料氣體熱分解而產生的微粒不會附著在流量感測器32中。因此，即使長期使用流量感測器32，其測定精度也不容易降低。
流量控制部34，為了使從品質流量控制器MFC的外部設定的稀釋氣體設定流量與流量感測器32所測定的稀釋氣體的測定流量的偏差減小，控制流量控制閥33的開度。即，如第3圖的控制框圖所示，在稀釋氣體流量的回饋控制系統中，流量控制部34作為稀釋氣體的流量控制器發揮功能。例如，將稀釋氣體流量的偏差乘以規定的增益的值作為回饋值控制流量控制閥33的開度。
稀釋氣體設定流量計算部35，相對於品質流量控制器MFC的流量控制部34設定目標值即稀釋氣體設定流量。更具體地說，稀釋氣體設定流量計算部35基於預先設定的總設定流量、第一濃度感測器21所測定的稀釋後測定濃度以及第二濃度感測器31所測定的稀釋前測定濃度，計算稀釋氣體設定流量。
即，稀釋氣體設定流量計算部35根據當前的稀釋後測定濃度、稀釋前測定濃度計算實現總設定流量所需的稀釋氣體的流量。並且，稀釋氣體設定流量計算部35將所計算的流量作為稀釋氣體設定流量設定在流量控制部34中。在這裡，稀釋氣體設定流量基於以下說明的公式進行計算。
首先，第一濃度感測器21所測定的稀釋後測定濃度，可根據濃度的定義表示為數學公式（1）。
【數學公式1】
在這裡，IROUT：稀釋後測定濃度；QVAP：材料氣體的流量；QTOTAL：稀釋後混合氣體的流量。
此外，第二濃度感測器31所測定的稀釋前測定濃度也可表示為數學公式（2）。
【數學公式2】
在這裡，IRIN：稀釋前測定濃度；QCAR：載氣的流量。因此，QVAP+QCAR為稀釋前的混合氣體的流量。
此外，稀釋後混合氣體的流量可表示為數學公式（3）。
【數學公式3】
在這裡，QDIL：稀釋氣體的流量。
根據數學公式（1）至（3），可以藉由稀釋後測定濃度IROUT、稀釋前測定濃度IRIN、以及稀釋後混合氣體的流量QTOTAL將稀釋氣體的流量QDIL表述為數學公式（4）。
【數學公式4】
因此，由此可知，若要使稀釋後混合氣體的流量QTOTAL與總設定流量一致，必須將數學公式（4）所計算的稀釋氣體的流量QDIL設定為稀釋氣體設定流量。這樣一來，稀釋氣體設定流量計算部35基於數學公式（4）計算稀釋氣體設定流量，並將其設定在流量控制部34中。若採用其他表述方式，稀釋氣體設定流量計算部35構成為，如數學公式（4）所示，根據稀釋前混合氣體的濃度與稀釋後混合氣體的濃度計算出在稀釋後混合氣體中稀釋氣體所占的比例，將在總設定流量中稀釋氣體應佔有的流量作為設定稀釋氣體流量。
如果是此構成的氣體控制系統200，如第3圖的控制框圖所示，濃度控制機構2控制稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度保持為設定濃度，另一方面，稀釋控制機構3能夠進行稀釋以稀釋後混合氣體的總流量保持為總設定流量。因此，在稀釋後混合氣體中可以實現總設定流量與設定濃度二者，在理想的狀態下向腔室C供給。
此外，氣體控制系統200，在供氣管線L2上沒有設置流量感測器32，濃度感測器不與材料氣體接觸，因此即使從罐T匯出的稀釋前混合氣體為高溫或者反應性較高，在原則上也不會對感測器的光源或者光接收器等重要部件產生影響。此外，監控混合氣體狀態的感測器上不會附著材料氣體再液化的液滴或熱分解所產生的微粒。因此，即使長期持續控制稀釋後混合氣體的流量或濃度，也可以防止各感測器的測定精度下降，能夠將稀釋後混合氣體的流量與濃度持續保持在預先設定的期望值。
另外，如數學公式1至數學公式4所示，只要知道稀釋前混合氣體的濃度IRIN和稀釋後混合氣體的濃度IROUT，即可計算出實現總設定流量QTOTAL所需的設定稀釋氣體流量。因此，即使在供氣管線L2上不設置流量感測器且不直接回饋控制稀釋後混合氣體的流量，也可以藉由利用設於稀釋氣體管線L3上的品質流量控制器MFC將稀釋氣體的流量控制為設定稀釋氣體流量，間接地使流過供氣管線L2的稀釋後混合氣體的總流量與目標值即總設定流量持續保持一致。
此外，稀釋後混合氣體的濃度用第一濃度感測器21測定，為了使其達到設定濃度而回饋控制第一閥22。第一閥22與合流點J相比配置在上游，僅對稀釋後混合氣體的量能夠與稀釋氣體無關地進行控制，因此在保持稀釋後混合氣體的總流量達到總設定流量的狀態下，可以使稀釋後混合氣體的濃度達到設定濃度。
由此可知，能夠向腔室C長期穩定地供給高品質的流量及濃度適合半導體生產的理想的狀態的稀釋後混合氣體。因此，在腔室C內生產的半導體產品的品質也可以保持恒定。
其次，對本發明的第二實施方式的氣體控制系統200進行說明。
第4圖所示的第二實施方式的氣體控制系統200用於從一個罐T並聯地分支多條供氣管線L2並在各供氣管線L2上設置有稀釋氣體管線L3的汽化裝置100。
更具體地說，對於每個n條供氣管線L2都設有稀釋氣體管線L3。並且，在各供氣管線L2上分別設有在第一實施方式中說明的濃度控制機構2。此外，在各稀釋氣體管線L3上也分別設有在第一實施方式中說明的稀釋控制機構3。此外，為控制1組濃度控制機構2和稀釋控制機構3，分別設有控制裝置4。另外，控制裝置4可以藉由一台電腦實現其功能，也可以利用多台計算機構成。
此外，關於罐T內的壓力及溫度，藉由與第一實施方式相同利用材料氣體控制機構1使壓力及溫度保持恒定，從而藉由所期望的飽和蒸氣壓產生材料氣體。
各供氣管線L2的出口，在腔室C內分別與形成在不同處的導入口連接，能夠向腔室C內均勻地導入稀釋後混合氣體。此外，由各供氣管線L2供給的稀釋後混合氣體的流量及濃度，可以分別獨立地控制。
另外，由各供氣管線L2供給的稀釋後混合氣體的流量及濃度的控制構成，與第一實施方式中說明的內容相同。
這樣一來，第二實施方式的氣體控制系統200，從各供氣管線L2可以將具有分別獨立控制的流量與濃度的稀釋後混合氣體從多處導入腔室C內。從各供氣管線L2供給的稀釋後混合氣體的流量及濃度，能夠使其達到在每個供氣管線L2上預先設定的總設定流量及設定濃度，因此可以使腔室C內的稀釋後混合氣體的分佈狀態對於例如半導體的成膜而言達到最佳狀態。這是因為，由於可以從多處導入稀釋後混合氣體，因此可以防止在腔室C內稀釋後混合氣體的偏差，實現均勻的分佈。
其次，對本發明的第三實施方式進行說明。
第三實施方式的氣體控制系統200，如第5及6圖所示，與第一實施方式的氣體控制系統200相比，省略了第二濃度感測器31，稀釋氣體設定流量計算部35不同。另外，隨著省略第二濃度感測器31，對於使用方法而言也與各實施方式不同。
具體而言，第三實施方式的稀釋氣體設定流量計算部35也與第一實施方式相同，基於數學公式（5）計算出在當前應設定的稀釋氣體設定流量。
【數學公式5】
在這裡，在第三實施方式中沒有設置第二濃度感測器31，無法得到稀釋前測定濃度IRIN。因此，第三實施方式的稀釋氣體設定流量計算部35，利用根據藉由材料氣體控制機構1所實現的罐T內的壓力及溫度匯出的材料氣體的飽和蒸氣壓PS、所設定的載氣的供給壓PC計算出稀釋前混合氣體中的材料氣體的濃度PS/(PS+PC)，用於代替稀釋前測定濃度IRIN。
即使這樣，第一濃度感測器21所測定的稀釋後測定濃度IROUT得到回饋，逐漸向適合於總設定流量的稀釋氣體設定氣體流量更新。因此，能夠以期望的值持續保持稀釋後混合氣體的流量及濃度。
接下來對第三實施方式的氣體控制系統200的使用方法進行說明。在第三實施方式的氣體控制系統200中，在供氣管線L2上且與稀釋氣體管線L3的合流點J相比位於上游側設置第二濃度感測器31，因此從罐T匯出的稀釋前材料氣體濃度基於第一濃度感測器和來自於稀釋氣體管線L3的稀釋氣體的流入量進行推定。因此需要確認稀釋前材料氣體的濃度值是否正確和/或確認是否是溫度控制器14或起泡引起的材料氣體的汽化狀態不產生異常，按照設想進行動作。因此，在第三實施方式中，在執行稀釋前材料氣體的濃度控制之前，將設置在稀釋氣體管線L3上的品質流量控制器MFC的閥設為全閉狀態並且不進行稀釋，材料不被稀釋地到達第一濃度感測器21，直接測定稀釋前材料氣體濃度。這樣基於由第一濃度感測器21實際測量的稀釋前材料氣體濃度是否達到期望的濃度，確認控制器14或起泡的狀態是否發生異常。作為確認的結果，若沒有異常則基於上述控制原則開始稀釋後材料氣體的濃度和流量的控制。
以下，對第四實施方式進行說明。
第四實施方式的氣體控制系統200，如第7圖所示，與第三實施方式的氣體控制系統200相比，不同之處在於相當於申請專利範圍的第一閥的濃度控制閥22不設在供氣管線L2上而設在稀釋氣體管線L3上。也就是說，在供氣管線L2上不存在閥，並且第一濃度感測器21也是NDIR式的非接觸式的濃度感測器，因此在供氣管線L2的配管內不存在感測器、閥的構成物。因此，供氣管線L2為中空的且只供材料氣體或稀釋氣體流通，因此即使例如氣體材料為腐蝕性的或具有容易凝縮的性質，材料氣體附著在構成物而引起的不良情況在原則上不會發生。
另外，在第四實施方式中，濃度控制閥22設置在載氣管線L1上，因此，利用第一濃度感測器21上的測定濃度使載氣管線L1上的濃度控制閥22的開度受到回饋控制。因此，濃度控制閥22調節被導入到罐內的載氣的量，並且控制載氣對罐內的材料M的起泡狀態。其結果是，控制匯出到材料氣體管線的材料氣體量達到稀釋後材料氣體的目標濃度所需要的量，最終來自於稀釋氣體管線L3的稀釋氣體的流量被控制而導入，由此使稀釋後材料氣體的濃度和流量控制為期望的值。
以下，對其他實施方式進行說明。
在汽化裝置中汽化的材料並不僅限於三甲基鎵，還可以為其他的半導體材料。此外，材料並不僅限於液體，還可以為固體。
第一濃度感測器、第二濃度感測器只要是非接觸式即可，並不限定於紅外線吸收式。例如，還可以採用超聲波式的濃度感測器。此外，與合流點相比設於下游側的第一濃度感測器，可以為接觸式的濃度感測器。這是因為，藉由稀釋氣體，稀釋後混合氣體得到充分地冷卻或稀釋，即使是接觸式的濃度感測器也難以受到熱影響或材料氣體的反應性的影響，可以長期確保精度。此外，作為接觸式的濃度感測器，可以包括測定稀釋後混合氣體的總壓的總壓感測器、測定材料氣體的分壓的分壓感測器以及根據所測定的總壓與分壓的比例計算出稀釋後混合氣體中的材料氣體的濃度的濃度計算部。即，作為總壓感測器及分壓感測器的感測器機構即膜片等可以與稀釋後混合氣體直接接觸。
為了在稀釋氣體管線上控制稀釋氣體的流量，可以不使用品質流量控制器而使用包括閥和流量感測器的未被封裝的流量控制機構。
材料氣體控制機構，可以僅控制壓力，也可以僅控制溫度。此外，在構成本發明的氣體控制系統時，可以省略材料氣體控制機構。
流經載氣管線的載氣與流經稀釋氣體管線的稀釋氣體可以為相同成分，也可以為不同成分。此外，稀釋氣體管線也可以從載氣管線分支、與供氣管線合流，部分載氣作為稀釋氣體分流。
為了對習知的氣體控制系統追加本發明的氣體控制系統的功能，可以採用在各實施方式中說明的用於氣體控制系統的程式或儲存該程式的儲存裝置。
此外，只要不違背本發明的宗旨，還可以進行各種實施方式的組合或變形。
200‧‧‧氣體控制系統
100‧‧‧汽化裝置
L1‧‧‧載氣管線
L2‧‧‧供氣管線
L3‧‧‧稀釋氣體管線
T‧‧‧罐
M‧‧‧材料
C‧‧‧腔室
J‧‧‧合流點
1‧‧‧材料氣體控制機構
11‧‧‧壓力感測器
12‧‧‧壓力控制閥
13‧‧‧壓力控制部
14‧‧‧溫度控制器
2‧‧‧濃度控制機構
21‧‧‧第一濃度感測器
22‧‧‧濃度控制閥
23‧‧‧濃度控制部)
3‧‧‧稀釋控制機構
31‧‧‧第二濃度感測器
32‧‧‧流量感測器
MFC‧‧‧品質流量控制器
33‧‧‧流量控制閥
34‧‧‧流量控制部
35‧‧‧稀釋氣體設定流量計算部
4‧‧‧控制裝置
第1圖是表示本發明的第一實施方式的氣體控制系統的示意圖。
第2圖是表示第一實施方式的氣體控制系統中的材料氣體控制機構的構成的示意性控制框圖。
第3圖是表示第一實施方式的氣體控制系統中的濃度控制機構以及稀釋控制機構的構成的示意性控制框圖。
第4圖是表示本發明的第二實施方式的氣體控制系統的示意圖。
第5圖是表示本發明的第三實施方式的氣體控制系統的示意圖。
第6圖是表示第三實施方式的氣體控制系統中的濃度控制機構以及稀釋控制機構的構成的示意性控制框圖。
第7圖是表示本發明的第四實施方式的氣體控制系統的示意圖。
200‧‧‧氣體控制系統
100‧‧‧汽化裝置
L1‧‧‧載氣管線
L2‧‧‧供氣管線
L3‧‧‧稀釋氣體管線
T‧‧‧罐
M‧‧‧材料
C‧‧‧腔室
J‧‧‧合流點
1‧‧‧材料氣體控制機構
11‧‧‧壓力感測器
12‧‧‧壓力控制閥
14‧‧‧溫度控制器
2‧‧‧濃度控制機構
21‧‧‧第一濃度感測器
22‧‧‧濃度控制閥
3‧‧‧稀釋控制機構
31‧‧‧第二濃度感測器
32‧‧‧流量感測器
MFC‧‧‧品質流量控制器
33‧‧‧流量控制閥(第二閥)
4‧‧‧控制裝置

Claims (7)

  1. 一種氣體控制系統，其用於一汽化裝置，該汽化裝置包含：一罐，其能容納一材料； 一載氣管線，其向該罐內導入一載氣； 一供氣管線，其供該材料汽化而從該罐中匯出的該材料氣體以及該載氣流動； 一稀釋氣體管線，其與一供氣管線合流，並向該供氣管線導入一稀釋氣體，其中，該氣體控制系統包含： 一第一閥，其設置在該載氣管線上，或者在該供氣管線上且與該稀釋氣體管線的一合流點相比，設置在上游側； 一流量控制機構，其設置在該稀釋氣體管線上，具有一流量感測器和一第二閥； 一第一濃度感測器，其在該供氣管線上且與該稀釋氣體管線的該合流點相比，設置在下游側，測定含有該材料氣體、該載氣以及該稀釋氣體在內的一稀釋後混合氣體中的該材料氣體的濃度； 一第一閥控制部，其使預先設定的該稀釋後混合氣體中的該材料氣體的一設定濃度與該第一濃度感測器所測定的該稀釋後混合氣體中的該材料氣體的稀釋後測定濃度的偏差減小的方式控制該第一閥的開度； 一稀釋氣體設定流量計算部，其基於預先設定的該稀釋後混合氣體的一總設定流量、該稀釋後測定濃度以及該稀釋前混合氣體中的該材料氣體的預測或實測濃度，來計算在該稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設定流量；以及 一第二閥控制部，其使該稀釋氣體設定流量與該流量感測器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制該第二閥的開度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體控制系統，其中該第一濃度感測器為紅外線吸收式濃度感測器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體控制系統，其更包含： 一非接觸式的第二濃度感測器，其在該供氣管線上且與該稀釋氣體管線的該合流點相比，設置在上游側，測定含有該材料氣體及該載氣在內的稀釋前混合氣體中的該材料氣體的濃度，該稀釋氣體設定流量計算部基於該總設定流量、該稀釋後測定濃度以及該第二濃度感測器所測定的該稀釋前混合氣體中的該材料氣體的稀釋前測定濃度，來計算該稀釋氣體設定流量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體控制系統，其中該第一閥控制部在該稀釋後測定濃度比該設定濃度大時，向該第一閥的方向閉合改變開度，在該稀釋後測定濃度比該設定濃度小時，向該第一閥的方向開啟改變開度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體控制系統，其更包含： 一第三閥，其設於該載氣管線上； 一壓力感測器，其設於該罐中，測定該罐內的壓力；以及 一第三閥控制部，其以預先設定的設定壓力與該壓力感測器所測定的測定壓力的偏差減小的方式控制該第三閥的開度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體控制系統，其中該複數個供氣管線從該罐並聯地分支而設置，並且在各供氣管線上分別獨立地與該稀釋氣體管線合流，在各供氣管線上分別獨立地設有該第一閥、該第一濃度感測器，在各稀釋氣體管線上獨立地設有該流量控制機構。
  7. 一種用於儲存氣體控制系統用程式的儲存裝置，其用於汽化裝置，其中，該汽化裝置包含： 一罐，其能容納一材料； 一載氣管線，其向該罐內導入一載氣； 一供氣管線，其供該材料汽化而從該罐中匯出的該材料氣體以及該載氣流動； 一稀釋氣體管線，其與一供氣管線合流，並向該供氣管線導入稀釋氣體， 其中，該氣體控制系統包含： 一第一閥，其設置在該載氣管線上，或者在該供氣管線上且與該稀釋氣體管線的一合流點相比，設置在上游側； 一流量控制機構，其設於該稀釋氣體管線上，具有一流量感測器及一第二閥； 一第一濃度感測器，其在該供氣管線上且與該稀釋氣體管線的該合流點相比，設置在下游側，測定含有該材料氣體、該載氣以及該稀釋氣體在內的稀釋後混合氣體中的該材料氣體的濃度， 其中，該程式在電腦中作為以下功能部發揮功能： 一第一閥控制部，其以預先設定的該稀釋後混合氣體中的該材料氣體的設定濃度與該第一濃度感測器所測定的該稀釋後混合氣體中的該材料氣體的稀釋後測定濃度的偏差減小的方式控制該第一閥的開度； 一稀釋氣體設定流量計算部，其基於預先設定的該稀釋後混合氣體的總設定流量、該稀釋後測定濃度以及一稀釋前混合氣體中的該材料氣體的預測或實測濃度，來計算在該稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設定流量；以及 一第二閥控制部，其以該稀釋氣體設定流量與該流量感測器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制該第二閥的開度。
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