专利名称：材料气体控制装置、控制方法、控制程序及控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料气体控制装置，在向收容在收容体内的材料导入载气并使材料气化的材料气化装置中，所述材料气体控制装置控制所述材料气化后的材料气体。
背景技术：
例如，在半导体的成膜过程中，要求以规定的浓度或流量向进行成膜的室 (chamber)内，输送通过材料气化装置气化后的材料气体。
例如，作为用于将材料气体的流量控制为一定的材料气体控制装置，如专利文献 1和图9所示，公开有一种材料气体控制装置，该材料气体控制装置包括质量流量控制器(以下也记载为MFC)，设置在导入管上，该导入管用于将载气导入收容有材料的收容体内；以及气体浓度监测器，设置在导出管上，该导出管用于从所述收容体导出气化后的材料气体和载气的混合气体，该材料气体控制装置基于由所述气体浓度监测器测量出的测量浓度，来控制所述载气的流量。
更具体地说，如果设混合气体中的材料气体的浓度为C、材料气体的流量为Qv、载气的流量为仏，则根据材料气体的浓度C = Qv/ (Qv+Qc)这种关系，材料气体的流量可以表示为Qv = C · 0/(1-0，从而可以根据测量浓度计算材料气体的实际流量。利用这种关系，所述材料气体控制装置监测气化后的材料气体的浓度，将根据该测量浓度计算出的材料气体的实际流量反馈给所述MFC，并且通过MFC进行载气的流量控制，以使材料气体的流量1大体固定为预先设定的设定流量。
在此，所述材料气体的流量Qv取决于材料气化的量，并且材料气化的量基于载气的流量A而变化。通常，为了使材料气体的流量Qv增加，可以通过使所述载气的流量A增加，从而在材料为液体时使鼓泡量增加、在材料为固体时使与材料表面接触的载气量增加， 来使材料气化的量增加。因此，当材料气体的流量减少时，MFC进行将更多的载气导入到收容体内的动作，从而可以始终保持一定的材料气体的流量Qv。
然而，在以上述方式通过载气的流量A来控制材料气体的流量Qv的材料气体控制装置中，如下所述，存在当材料减少时材料气体的气化效率降低的问题。
具体地说，由于如果液体材料变少，则收容体内的液位变低，在鼓泡过程中载气与材料液接触的时间变短，所以每单位流量的载气使材料气化的量变少。即，如果材料减少， 则材料的气化效率降低。即使是固体材料，由于如果材料被气化而变少，则与载气接触的面积变小，所以也会导致气化效率降低。
如果即使在这种气化效率降低的状态下，还想要将材料气体的流量Qv保持为设定流量，则需要向收容体内导入更多的载气。这样，材料与载气的接触时间越来越短，气化效率进一步降低。其结果，如果在材料减少的状态下想要保持材料气体的流量Qv，则导致载气的流量A加速增加，最终MFC内的阀完全打开，从而不能在此基础上再增加载气的流量I。 当MFC内的阀完全打开时，由于即使材料残留在收容体内，也不能在此基础上再增加材料气化的量，所以不能将材料气体的流量Qv保持为设定流量，导致成为不能控制材料气体流量的状态。换句话说，即使按照设定流量在收容体内剩余有很多材料，也不能以规定的流量向室内等中输送材料气体，为了防止发生这种状况，必须频繁地追加材料。
此外，当成为不能控制的状态时，虽然可以考虑降低材料气体的流量Qv的设定值来再次进行浓度控制，但是在这种情况下，由于需要进行将半导体的成膜工序中的处理时间设定得较长等大幅度的处理方法变更，所以造成使用困难。此外，即使改变了设定值，也会产生与上述相同的现象，很快就导致不能将材料气体的流量保持为一定。
此外，不仅在将材料气体的流量保持为一定的情况下产生如上所述的问题，在如专利文献2所述的材料气体浓度控制装置中，在进行控制以将材料气体的在混合气体中的浓度或流量保持为一定的情况下，也会产生如上所述的问题。
[现有技术文献]
专利文献1 日本专利公开公报特开平08-153685号
专利文献2 日本专利公开公报特开2010-109304号发明内容
鉴于所述问题，本发明的目的是提供一种材料气体控制装置，该材料气体控制装置可以防止成为不能控制的状态，当材料减少时，随气化效率的降低而使载气的流量加速增加，造成即使剩余大量材料，阀也会过早地成为完全打开的状态，从而导致成为所述的不能控制的状态。
即，本发明提供一种材料气体控制装置，该材料气体控制装置用于材料气化装置， 所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
此外，本发明还提供一种材料气体控制系统，其特征在于包括收容体，收容材料； 导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出；第一阀，设置在所述导出管上；浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀控制部，控制所述第一阀的开度，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为预先设定的设定浓度；第二阀，设置在所述导入管上；以及第二阀控制部，对所述第二阀的开度进行控制， 使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
此外，本发明还提供一种材料气体控制方法，该材料气体控制方法使用材料气体控制装置，所述材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于， 所述材料气体控制装置至少包括浓度测量机构，所述浓度测量机构测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度，所述材料气体控制方法包括第一阀控制步骤，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制步骤，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
此外，本发明还提供一种材料气体控制程序，用于控制材料气体控制装置，所述材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料 ’导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置至少包括浓度测量机构，所述浓度测量机构测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度，所述材料气体控制程序作为控制部起作用，所述控制部包括第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
按照所述的控制装置、控制系统、控制方法及控制程序，通过设置在所述导出管上的第一阀来持续控制混合气体中的材料气体的浓度，并且进行控制，使得当由于所述收容体内的材料减少、材料的气化效率下降而使所述第一阀成为完全打开或接近完全打开时， 使设置在所述导入管上的第二阀的开度变大。因此，当第一阀接近控制极限时，由于载气的流量增加，材料气化的量也增加，所以第一阀的开度从完全打开或接近完全打开返回到可动范围的中间侧。这样，由于每当所述第一阀成为作为完全打开或接近完全打开的开度的阈值开度时，都使载气的流量阶段性地增加，所以可以防止伴随材料的气化效率下降，载气的流量加速增加，即使材料大量剩余，也成为不能控制的状态。即，直到收容体内的材料被充分使用为止，能够将测量浓度固定保持为设定浓度。
为了利用现有的材料气化装置的设备，例如把预先设置在所述导入管上的阀作为第二阀，并且仅追加最低限度的新结构就可以实现所述效果，本发明还提供一种材料气体控制装置，用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀，设置在所述导出管上；第一阀控制部，控制所述第一阀的开度，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
为了即使改变所述第二阀的开度，也不会使载气的流量急剧变化，并且在变化期间内也将测量浓度固定为设定浓度，优选的是，所述第二阀控制部控制所述第二阀，使得从所述变更前开度到成为所述变更后开度为止，使所述第二阀的开度与时间基本成比例地变大。
为了与伴随材料的减少而产生的气化效率的下降量相配合，通过增加导入收容体内的载气的量，使所述第一阀从阈值开度返回到能够充分可动的开度，并且在较长期间内不追加材料就可以将浓度保持为一定，优选的是，所述第二规定值根据所述第一阀成为所述阈值开度的次数而改变。
作为用于根据载气的流量来设定所述第二阀的开度，更严密地进行与气化效率下降相配合的浓度控制的具体结构，可以举出的是还包括流量测量传感器，该流量测量传感器用于测量在所述导入管中流动的载气的流量，所述第二阀控制部包括开度控制部，控制所述第二阀的开度，使得基于所述流量测量传感器测量出的所述载气的测量流量成为设定流量；以及流量设定部，将所述设定流量设定在所述开度控制部中，当所述第一阀的开度成为所述阈值开度时，所述流量设定部将变更后设定流量作为所述设定流量设定在所述开度控制部中，所述变更后设定流量是所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前设定流量的α倍，其中，α > 1。
当通过逐步控制载气的流量来控制混合气体中的材料气体的浓度时，为了即使收容体内的材料减少、气化效率下降，也可以防止载气的流量加速变大而导致在短期间内就变成不能控制，本发明还提供一种材料气体控制装置，该材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括流量测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的流量；第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得由所述流量测量机构测量出的所述材料气体的测量流量成为预先设定的设定流量；以及第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得当所述第二阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第一阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第二阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。按照所述的材料气体控制装置，由于即使收容体内的材料减少、气化效率下降，也可以与之配合，通过第二阀将收容体内的全压设定为较低，从而再次使第一阀返回到可动范围内，所以可以防止即使材料大量剩余也不能进行浓度控制的状态。
此外，作为所述材料气体控制装置的其他方式，本发明还提供一种材料气体控制装置，该材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出；流量测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的流量；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得由所述流量测量机构测量出的所述材料气体的测量流量成为预先设定的设定流量，其特征在于，所述材料气体控制装置包括第一阀控制部，所述第一阀控制部控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得当所述第二阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第一阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度， 所述变更后开度比所述第二阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
按照本发明的材料气体控制装置，即使由于收容体内的材料减少而导致气化效率下降，也可以通过使第二阀的开度阶段性地变大，从而使进行浓度控制的第一阀的开度在较长期间内保持在可动范围内。因此，可以防止气化效率加速下降、即使材料大量剩余也变成不能进行浓度控制的状态。
图1是简要表示本发明第一实施方式的材料气体控制系统的示意图。
图2是示意性表示第一实施方式的材料气体控制系统的流体回路图和功能框图。
图3是表示第一实施方式的材料气体控制系统的动作的流程图。
图4是表示第一实施方式的材料气体控制系统的各阀的开度变化的图。
图5是简要表示本发明第二实施方式的材料气体控制系统的示意图。
图6是示意性表示第二实施方式的材料气体控制系统的流体回路图和功能框图。
图7是示意性表示第三实施方式的材料气体控制系统的流体回路图和功能框图。
图8是表示本发明其他实施方式的第二阀的动作的图。
图9是简要表示以往的材料气体控制系统的示意图。
附图标记说明
300…材料气体控制系统
200…材料气化装置
Ll…导入管
L2…导出管
T…瓶(收容体)
100…材料气体控制装置
1…压电阀(第一阀)
CS…浓度测量机构
24···压电阀控制部(第一阀控制部或第二阀控制部)
25…载气流量设定部(流量设定部)
31…流量测量传感器
32…流量控制阀(第二阀)
33…流量控制阀开度控制部(开度控制部)
S…材料具体实施方式
下面参照附图，对本发明的第一实施方式进行说明。
本实施方式的材料气体控制装置100例如用于以一定的浓度和流量向作为半导体制造装置一种的MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)成膜装置提供TMh(三甲基铟)。更具体地说，材料气体控制装置100用于材料气化装置200，该材料气化装置200使 TMh的固体材料气化并提供到作为成膜室的室内。另外，TMh与材料对应。此外，通过组合所述材料气体控制装置100和所述材料气化装置200，来形成材料气体控制系统300。
如图1的简要图所示，所述材料气化装置200包括瓶T，在其内部收容用于气化的材料，并且其周围被恒温槽包围；导入管Li，用于向所述瓶T内导入载气；以及导出管 L2，用于将气化后的材料气体和载气的混合气体从所述瓶T导出。通过对该材料气化装置 200设置各种结构部件和控制机构，来构成所述材料气体控制装置100。
更具体地说，如图1所示，所述材料气体控制装置100包括质量流量控制器3，设置在所述导入管Ll上；压电阀1，设置在所述导出管L2上；以及气体浓度监测器2，通过测量从所述瓶T导出的混合气体中的材料气体的浓度，并且以将材料气体的浓度保持为一定的方式控制所述质量流量控制器3和所述压电阀1，从而作为结果将所述材料气体的流量保持为一定。
对各部分进行说明，如图2的详细图所示，所述质量流量控制器3例如在块状的基础件中形成有作为所述导入管Ll的一部分的内部流道，在该内部流道上设置有流量测量传感器31，用于测量在所述导入管Ll中流动的载气的流量；以及流量控制阀32 (相当于第二阀)，用于控制通过内部流道的流体的流量，并且所述质量流量控制器3还包括流量控制阀开度控制部33，该流量控制阀开度控制部33控制所述流量控制阀32的开度，以使由所述流量测量传感器31测量出的载气的测量流量成为设定流量。另外，所述流量控制阀开度控制部33的功能是通过设置在质量流量控制器3内的微型计算机等来实现的。
所述压电阀1通过压电元件能够进行微小的开度调整，并且其开度通过后述的压电阀控制部M来控制。
所述气体浓度监测器2包括浓度测量机构CS，用于测量所述导出管L2中的混合气体中的材料气体的浓度；以及流量控制部CC，通过控制所述质量流量控制器3和所述压电阀1，来控制所述材料气体的流量。
所述浓度测量机构CS包括分压传感器21，设置在所述导出管L2上，测量混合气体中的材料气体的分压；压力计22，测量作为所述瓶T内的混合气体压力的全压；以及浓度计算部23，基于材料气体的分压Pv和混合气体的全压Pt计算材料气体的浓度。作为所述分压传感器21可以采用NWR(非分散型红外分析方式)、FTIR(傅立叶变换红外光谱方式)或激光吸收光谱方式等。此外，所述浓度计算部23基于浓度C为C = Pv/Pt的算式，来计算材料气体的测量浓度。另外，所述浓度测量机构CS也可以通过超声波式气体浓度传感器等，单独测量材料气体的浓度。
所述流量控制部CC包括压电阀控制部24 (相当于第一阀控制部)，控制所述压电阀1的开度，以使由所述浓度测量机构CS测量出的材料气体的测量浓度成为设定浓度； 以及载气流量设定部25，将载气设定流量设定在所述质量流量控制器3内的流量控制阀开度控制部33中。另外，所述流量控制部CC的功能也是通过例如气体浓度监测器2内的微型计算机等来实现的。此外，所述质量流量控制器3内的流量控制阀开度控制部33和流量控制部CC内的所述载气流量设定部25相当于第二阀控制部。
所述压电阀控制部M控制所述压电阀1的开度，以使材料气体的测量浓度和设定浓度之间的偏差趋于变小。更具体地说，从C = Pv/Pt的算式可以明确如果将设定浓度设定为一定，则当材料气体的产生量下降、分压Pv的值变小时，需要与之配合使全压Pt的值也变小。即，当测量浓度低于设定浓度(分压&低)时，所述压电阀控制部M进行使压电阀 1的开度变大的控制，以使瓶T内的全压Pt下降，反之，当测量浓度高于设定浓度时，所述压电阀控制部M使压电阀1的开度变小。此外，虽然可以通过直接进行浓度设定来设定所述设定浓度，但是在本实施方式中采用下述方式，即如果使用者输入想要在导出管L2内流动的材料气体的流量，则根据该材料气体设定流量来换算出设定浓度。具体地说，当使设定浓度为Ctl、材料气体设定流量为Qvtl、载气设定流量为Qcfl时，根据Ctl = Qv0/(Qco+Qvo)来进行换算。另外，在后述的载气流量设定部25中，每次改变载气设定流量时，也与之配合对设定在所述压电阀控制部M中的设定浓度Ctl进行重新设定。
当所述压电阀1的开度成为阈值开度时，所述载气流量设定部25将所述流量控制阀开度控制部33的设定流量设定为变更后设定流量，该变更后设定流量是所述压电阀1的开度成为阈值开度时的变更前设定流量的α倍(α >1)，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度。另外，第一规定值包含零，在第一实施方式中，所述阈值开度是完全打开的开度。此外，所述载气流量设定部25可以通过检测开度本身来检测所述压电阀1 开度，也可以基于输入到压电阀1的指令值或电流值等来检测所述压电阀1的开度。
参照图3的流程图，对所述结构的材料气体控制装置100的材料气体的流量控制动作进行说明。
首先，在将规定的载气设定流量Qcfl设定在所述质量流量控制器3中之后，开始载气的流量控制，来使载气的测量流量固定为设定流量。而且，通过所述气体浓度监测器2控制所述压电阀1的开度，以使测量浓度成为所述一定值的设定浓度Ctl(步骤Si)。由于载气的流量一定，并且控制所述压电阀1以使混合气体中的材料气体的浓度一定，所以其结果， 根据浓度的关系式(iv = CQ。/(I-C)可以确定，材料气体流量Qv被控制为一定。在此，以使所述流量控制阀32的开度成为与所述流量控制阀32完全打开的开度相距很大的较小开度的方式来设定初始设定时的载气设定流量(^。
接着，伴随瓶T内的材料的减少，并随着气化效率下降，所述压电阀1的开度逐渐变大(步骤S2)。当所述压电阀1的开度成为作为阈值开度的完全打开的开度时(步骤 S3)，所述载气流量设定部25在所述流量控制阀开度控制部33中将载气设定流量重新设定为当前值的α倍(步骤S4)。在此，如果将载气设定流量重新设定为当前值的α倍，则同时也更新设定在所述压电阀控制部M中的设定浓度Q。具体地说，由于使材料气体设定流量从0保持为一定，所以如果设新的设定浓度为CVJjCc/ =Qv0/(Qvo+^ Qc0)成为在重新设定载气设定流量Ao之后在所述压电阀控制部24中使用的设定浓度。
此外，所述载气流量设定部，当在规定时间内测量流量与变更后的设定流量一致了的情况下(步骤S5)，所述流量控制阀32的开度作为结果成为比变更前开度大第二规定值的变更后开度并保持该状态，返回到步骤S2。当即使经过了规定时间，测量流量也没有与11变更后的设定流量一致的情况下(步骤S5)，判断所述流量控制阀32完全打开且为控制极限，因此结束由所述气体浓度监测器2进行的浓度控制(步骤S6)。
因此，如果关注一个循环的浓度控制，则如图4表示流量控制阀32和压电阀1的开度的图所示，控制混合气体中材料气体的浓度的压电阀1的开度从最初的完全打开状态变成大体完全关闭，使所述瓶T内的全压上升，此后，由于与气化效率下降相配合，使全压下降，所以压电阀1的开度逐渐变大并成为完全打开。另一方面，由于载气的流量被保持为一定，所以所述流量控制阀32的开度也保持为大体一定的开度。而且，当所述压电阀1的开度成为完全打开时，所述流量控制阀32的开度成为变大第二规定值的开度。
把上述动作作为一个周期来重复多次，因此如图4所示，所述压电阀1的开度以大体正弦波形变化，所述流量控制阀32的开度呈台阶函数形地进行变化。另外，由于材料的残留量越少材料的气化效率的下降量越大，所以越后续的周期越短。
这样，由于每当所述压电阀1完全打开时，都对流量控制阀32进行控制，以使流入到所述瓶T内的载气的流量阶段性地变大，所以即使材料减少、气化效率下降，也可以防止载气的流量加速地增加。因此，可以防止很快地陷入不能控制的状态，从而能够长期向后续工序提供设定浓度的材料气体，所述不能控制的状态为即使材料大量剩余，也不能使材料气体的浓度或流量成为所希望的浓度或流量。
接着，对第二实施方式的材料气体控制装置100进行说明。另外，与第一实施方式的材料气体控制装置100对应的部件采用相同的附图标记。
如图5的简要图所示，第二实施方式的材料气体控制装置100与所述第一实施方式的不同点是所述质量流量控制器3和压电阀1的动作不是由气体浓度监测器2控制，而是通过另外的控制机构统一进行控制。即，虽然所述第一实施方式的气体浓度监测器2至少具有浓度测量机构CS和流量控制部CC两个结构要素，但是气体浓度监测器2在第二实施方式中仅具有浓度测量机构CS的功能，在控制装置4内实现所述流量控制部CC的功能。
所述控制装置4是所谓的计算机，该计算机例如由I/O设备、CPU、存储器和输入接口等构成，并且所述控制装置4至少作为流量控制部CC发挥功能。
对各部分的协作更具体地进行说明，如图6的详细图所示，所述控制装置4对所述质量流量控制器3发出指令，以使载气以一定的流量流动，并且所述控制装置4从所述气体浓度监测器2取得作为混合气体中的材料气体浓度的测量浓度，并控制所述压电阀1的开度，以使所述测量浓度成为设定浓度。然后，当所述压电阀1的开度成为完全打开时，所述控制装置4对所述质量流量控制器3发出指令，以使载气的流量仅增加规定量。于是，由于材料气化的量增加，所以可以使所述压电阀1的开度返回到可动范围内，再次成为能够进行浓度控制的状态。直到所述质量流量控制器3内的流量控制阀32的开度成为完全打开、 且不能使测量浓度与设定浓度一致为止，重复进行所述动作。
这样，可以像所述第一实施方式那样，在各部分上设置控制部。也可以像第二实施方式那样，通过计算机等统一进行浓度和流量控制。
接着，对第三实施方式的材料气体控制装置100进行说明。在第三实施方式中，与第一实施方式的材料气体控制装置100对应的部件采用相同的附图标记。
第三实施方式与所述第一实施方式和所述第二实施方式的不同点是在第三实施方式中，为了保持材料气体浓度而使其开度逐渐变化的阀及在到一个阀成为阈值开度为止的期间其开度为大体固定的阀，与所述第一实施方式和所述第二实施方式的材料气体控制装置100中的相反。除了上述不同点以外，质量流量控制器3、气体浓度监测器2和压电阀 1的配置相同。
对各部分进行说明，如图7的详细图所示，所述质量流量控制器3从设置在所述导出管L2上的气体浓度监测器2取得材料气体浓度的测量浓度，并且根据当前流动的载气的流量和测量浓度，计算材料气体的流量，来控制载气的流量，以使材料气体的测量流量成为预先设定的设定流量。更具体地说，如果材料气体的测量流量下降，则质量流量控制器3使其内部的流量控制阀32(相当于第二阀)的开度变大，以便增加载气的流量用于使更多的材料气化。
所述气体浓度监测器2取得与所述流量控制阀32的开度相关的信息，并且当该流量控制阀32成为完全打开时，使所述压电阀1(相当于第一阀)的开度改变为变大第二规定量。即，每当所述流量控制阀32的开度成为完全打开时，所述压电阀1都以使所述瓶T 内的全压下降的方式动作。由于如果使混合气体的全压下降，则即使材料气体的产生量变少、材料气体的分压下降，也可以将材料气体的浓度保持为设定浓度，所以所述流量控制阀 32的开度从完全打开返回到可动范围内。因此，可以一边再次将材料气体的浓度保持为设定浓度，一边继续进行浓度控制，从而可以防止过早地发生即使剩余有材料也成为不能控制的状态。此外，本实施方式可以利用设置在现有的材料气化装置上的阀及气体浓度监测器等来实施。具体地说，当在材料气化装置的导入管上设置有第二阀、且已经具有测量材料气体流量的流量测量机构和基于测量出的流量来控制所述第二阀的第二阀控制部时，只要在导出管上新设置第一阀并新设置第一阀控制部即可，所述第一阀控制部取得所述第二阀的开度信息，并且当所述第二阀的开度成为阈值开度时，每次以规定量逐步改变所述第一阀的开度。
对其他实施方式进行说明。在除了将所述质量流量控制器内的流量控制阀的开度控制成以完全的台阶函数形的方式进行变化以外，也可以将所述质量流量控制器内的流量控制阀的开度控制成在规定时间内使变更前开度和变更后开度之间仅产生第二规定值的差。即，也可以在变更前开度和变更后开度之间进行适当的完善(補完)。例如，如图8的 (a)所示，所述第二阀控制部可以对第二阀进行控制使得从所述变更前开度到成为所述变更后开度为止，使所述第二阀的开度与时间基本成比例地变大。此外，为了使开度的变化率平缓，并且迅速地在所希望的设定浓度稳定，也可以如图8的(b)所示，在各开度之间进行S形完善(S字補完)。
此外，在所述实施方式中，对于设置在导出管上的压电阀的开度，把压电阀的阈值开度设定为完全打开的开度，并且把压电阀成为完全打开作为触发，来阶段性地改变流量控制阀的开度，但是阈值开度并不限定于完全打开的开度。例如，也可以把比完全打开的开度小第一规定值的开度作为阈值开度，从而保持裕度。例如只要以如下方式确定第一规定值即可，即使阈值开度是从压电阀的可动范围的中间开度到完全打开的开度之间的某一开度。按照这种方式，由于可以在足够长的时间内一边使材料气体保持某个气化效率的状态，一边进行浓度控制，所以可以防止气化效率的加速恶化。
此外，在所述实施方式中，设定成使流量控制阀的开度每次仅以大体相同的量阶段性地变大，但是例如也可以使作为变更前开度和变更后开度的差的所述第二规定值根据所述第一阀成为阈值开度的次数而改变。更具体地说，也可以如图8的(C)所示，第一阀成为阈值开度的次数越多使第二规定值越大，从而与气化效率下降相配合，得到足够的量的材料气体。
此外，作为所述第一阀的具体的实施方式，并不仅限定于压电阀。例如也可以采用电磁阀等其他阀。
对于各实施方式的材料气体控制装置，在所述导入管上没有设置所述质量流量控制器而仅设置有流量控制阀(第二阀)，只要将第二阀控制部设置在所述气体浓度监测器或控制装置内即可，所述第二阀控制部进行如下控制，即当设置在导出管上的第一阀的开度成为作为比完全打开的开度小第一规定值的开度的阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，该变更后开度比所述第一阀的开度成为阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
即使材料为液体材料，各实施方式的材料气体控制装置也可以得到同样的效果。 此外，本发明的材料气体控制装置并不限定于TMh的固体气化后的材料气体的浓度控制。 例如，也可以用于CVD(化学气相沉积)成膜装置等、或用于向在半导体制造过程中使用的晶片清洗装置的干燥处理槽内以稳定的浓度提供IPA(异丙醇)。此外，本发明的材料气体控制装置并不限定于用在半导体、FPD (平板显示器)、光学装置、MEMS (微机电系统)等的制造过程中，也可以用于使用了材料气化装置的气体供给装置。
此外，也可以利用现有的材料气化装置及在该材料气化装置中使用的阀等来实施本发明。例如，当在材料气化装置中预先设置有第二阀时，可以在所述材料气化装置上追加材料气体控制装置来构成材料气体控制系统，所述材料气体控制装置包括所述第一阀、所述浓度测量机构、所述第一阀控制部和所述第二阀控制部。此外，也可以在气体浓度监测器或控制装置中安装材料气体控制程序，来进行如上所述的浓度或流量控制，所述材料气体控制程序发挥作为所述第一阀控制部和所述第二阀控制部的功能。此外，这种程序既可以通过网络来安装，也可以通过例如存储有材料气体控制程序的CD等记录介质来安装。
在所述各实施方式中，基于浓度进行材料气体的流量控制，但是也可以不采用测量混合气体中的材料气体浓度的浓度测量机构，而采用直接测量材料气体流量的流量测量机构来构成材料气体控制装置和材料气体控制系统。例如，也可以测量所述导入管中的载气流量和所述导出管中的混合气体流量，根据它们之间的差来测量材料气体流量。
另外，只要不违反本发明的宗旨，可以进行各种变形及对实施方式进行组合。
权利要求
1.一种材料气体控制装置，用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体， 收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
2.根据权利要求1所述的材料气体控制装置，其特征在于，所述第二阀控制部控制所述第二阀，使得从所述变更前开度到成为所述变更后开度为止，使所述第二阀的开度与时间基本成比例地变大。
3.根据权利要求1所述的材料气体控制装置，其特征在于，所述第二规定值根据所述第一阀成为所述阈值开度的次数而改变。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的材料气体控制装置，其特征在于，所述第二阀控制部包括开度控制部，控制所述第二阀的开度，使得由流量测量传感器测量出的所述载气的测量流量成为设定流量，所述流量测量传感器用于测量在所述导入管中流动的所述载气的流量；以及流量设定部，将所述设定流量设定在所述开度控制部中，当所述第一阀的开度成为所述阈值开度时，所述流量设定部将变更后设定流量作为所述设定流量设定在所述开度控制部中，所述变更后设定流量是所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前设定流量的α倍，其中，α > 1。
5.一种材料气体控制装置，用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体， 收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀，设置在所述导出管上；第一阀控制部，控制所述第一阀的开度，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
6.一种材料气体控制方法，该材料气体控制方法使用材料气体控制装置，所述材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管， 将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置至少包括浓度测量机构，所述浓度测量机构测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度，所述材料气体控制方法包括第一阀控制步骤，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度； 以及第二阀控制步骤，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
7.—种材料气体控制程序，用于控制材料气体控制装置，所述材料气体控制装置用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置至少包括浓度测量机构，所述浓度测量机构测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度，所述材料气体控制程序作为控制部起作用，所述控制部包括第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为设定浓度；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
8.—种材料气体控制系统，其特征在于包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出；第一阀，设置在所述导出管上；浓度测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的浓度；第一阀控制部，控制所述第一阀的开度，使得由所述浓度测量机构测量出的所述材料气体的测量浓度成为预先设定的设定浓度；第二阀，设置在所述导入管上；以及第二阀控制部，对所述第二阀的开度进行控制，使得当所述第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第二阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第一阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
9.一种材料气体控制装置，用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出，其特征在于，所述材料气体控制装置包括流量测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的流量； 第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得由所述流量测量机构测量出的所述材料气体的测量流量成为预先设定的设定流量；以及第一阀控制部，控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得当所述第二阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第一阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第二阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
10. 一种材料气体控制装置，用于材料气化装置，所述材料气化装置至少包括收容体，收容材料；导入管，将用于使所述材料气化的载气导入所述收容体内；以及导出管，用于将所述载气和所述材料气化后的材料气体的混合气体从所述收容体导出；流量测量机构，测量所述混合气体中的所述材料气体的流量；以及第二阀控制部，控制设置在所述导入管上的第二阀的开度，并且对所述第二阀的开度进行控制，使得由所述流量测量机构测量出的所述材料气体的测量流量成为预先设定的设定流量，其特征在于，所述材料气体控制装置包括第一阀控制部，所述第一阀控制部控制设置在所述导出管上的第一阀的开度，并且对所述第一阀的开度进行控制，使得当所述第二阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使所述第一阀的开度成为变更后开度，所述阈值开度是比完全打开的开度小第一规定值的开度，所述变更后开度比所述第二阀的开度成为所述阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
全文摘要
本发明提供一种材料气体控制装置、控制方法、控制程序及控制系统，可以防止即使材料大量剩余，阀也过早地成为完全打开等而成为不能控制的状态。所述材料气体控制装置包括第一阀，设置在导出管上；浓度测量机构，测量混合气体中的材料气体的浓度；第一阀控制部，控制第一阀的开度，使得由浓度测量机构测量出的材料气体的测量浓度成为预先设定的设定浓度；第二阀，设置在导入管上；以及第二阀控制部，对第二阀的开度进行控制，使得当第一阀的开度成为阈值开度时，在规定时间内使第二阀的开度成为变更后开度，阈值开度比完全打开的开度小第一规定值，变更后开度比第一阀的开度成为阈值开度时的变更前开度大第二规定值。
文档编号G05D11/08GK102541101SQ20111044416
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2010年12月28日
发明者林大介 申请人:株式会社堀场Stec