本發(fā)明涉及一種氣體控制系統(tǒng)，其用于以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定濃度及流量供給含有材料被汽化了的材料氣體的混合氣體。

背景技術(shù)：

例如，在生產(chǎn)半導(dǎo)體時，要求以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定濃度及流量向成膜裝置內(nèi)供給含有使液體或固體材料被汽化了的材料氣體的混合氣體。

向存積在罐內(nèi)的材料導(dǎo)入載氣，并通過例如起泡使之發(fā)生汽化而生成所述材料氣體。在所述罐內(nèi)汽化了的所述材料氣體與所述載氣共同形成混合氣體，在從所述罐連接到所述成膜裝置的供氣管線中流動。以往，通過具有設(shè)于該供氣管線上的濃度傳感器及質(zhì)量流量控制器的氣體控制系統(tǒng)，控制所述混合氣體的濃度及流量使其達(dá)到規(guī)定值(參考專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2004-363271號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

然而，如果在所述供氣管線上設(shè)置有所述質(zhì)量流量控制器，則在為使所述材料容易汽化所述罐附近的所述供氣管線處于高溫環(huán)境時或者材料氣體的反應(yīng)性較高時，利用設(shè)于所述供氣管線上的所述質(zhì)量流量控制器的流量傳感器很難準(zhǔn)確地測定混合氣體的流量。這是由于在高溫環(huán)境中形成用于利用例如熱式流量傳感器測定流量的溫度差較為困難，或者流量傳感器的傳感器機(jī)構(gòu)會受到反應(yīng)性較高的材料氣體的侵蝕。其結(jié)果，預(yù)先設(shè)定的濃度及流量的混合氣體無法供給到所述成膜裝置，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而測定混合氣體中的材料氣體的濃度的濃度傳感器設(shè)于所述供氣管線上時也會發(fā)生同樣的問題。

本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種氣體控制系統(tǒng)及用于氣體控制系統(tǒng)的方法，在汽化了的材料氣體為高溫或為反應(yīng)性較高的氣體時也能夠以預(yù)先設(shè)定的濃度及流量供給混合氣體。

技術(shù)方案

即，本發(fā)明為一種氣體控制系統(tǒng)，其用于汽化裝置，該汽化裝置具備：罐，其能容納材料；載氣管線，其向所述罐內(nèi)導(dǎo)入載氣；供氣管線，其供所述材料汽化而從所述罐中導(dǎo)出的材料氣體以及所述載氣流動；稀釋氣體管線，其與供氣管線合流，并向該供氣管線導(dǎo)入稀釋氣體；其特征在于，具備：第一閥，其設(shè)置在所述載氣管線上，或者在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)置在上游側(cè)；流量控制機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在所述稀釋氣體管線上，具有流量傳感器及第二閥；第一濃度傳感器，其在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)于下游側(cè)，測定含有所述材料氣體、所述載氣以及所述稀釋氣體在內(nèi)的稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的濃度；第一閥控制部，其以使預(yù)先設(shè)定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的設(shè)定濃度與所述第一濃度傳感器所測定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的稀釋后測定濃度的偏差減小的方式控制所述第一閥的開度；稀釋氣體設(shè)定流量計算部，其基于預(yù)先設(shè)定的所述稀釋后混合氣體的總設(shè)定流量、所述稀釋后測定濃度以及所述稀釋前混合氣體中的所述材料氣體的預(yù)測或?qū)崪y的濃度，計算應(yīng)該在所述稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設(shè)定流量；第二閥控制部，其以使所述稀釋氣體設(shè)定流量與所述流量傳感器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制所述第二閥的開度。

這樣一來，可以在所述供氣管線上不設(shè)置用于與材料氣體直接接觸而測定流量或濃度的傳感器。因此，即使材料氣體處于高溫或反應(yīng)性較高，傳感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(chǎn)生的微粒，在原則上也不會附著在傳感器上。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，由于所述第一濃度傳感器在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)于下游側(cè)，因此即使所述稀釋前混合氣體處于高溫或反應(yīng)性較高，也能夠通過所述稀釋氣體進(jìn)行充分冷卻或稀釋。因此，在所述第一濃度傳感器中，很難發(fā)生因受熱影響使測定精度下降或傳感器機(jī)構(gòu)劣化的現(xiàn)象。另外，由于設(shè)于所述稀釋氣體管線上的流量傳感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(zhǔn)確的測定。

此外，所述稀釋后混合氣體的濃度通過所述第一閥被控制，以所述稀釋后混合氣體的流量滿足總設(shè)定流量的方式通過所述第二閥來控制稀釋氣體的流量，由此進(jìn)行獨立地控制。也就是說，能夠同時獨立地控制所述稀釋后混合氣體的流量及濃度。

這樣一來，所述第一濃度傳感器所測定的所述稀釋后測定濃度、所述流量傳感器所測定的所述測定流量始終是準(zhǔn)確的値，可以基于其準(zhǔn)確的測定値獨立地控制稀釋后混合氣體的流量及濃度，因此可以長期穩(wěn)定地獲得所期望流量或濃度的稀釋后混合氣體。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(chǎn)出相同質(zhì)量的半導(dǎo)體。

為了能夠不與所述稀釋后混合氣體接觸而高精度地測定材料氣體的稀釋后測定濃度，且簡單地設(shè)置在所述供氣管線上，所述第一濃度傳感器可以是紅外線吸收式濃度傳感器。

為了能夠高精度地控制所述稀釋后混合氣體的總流量與材料氣體的濃度二者，還具備在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)于上游側(cè)，測定包含所述材料氣體及所述載氣在內(nèi)的的稀釋前混合氣體中的所述材料氣體的濃度的非接觸式的第二濃度傳感器，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部可以構(gòu)成為基于所述總設(shè)定流量、所述稀釋后測定濃度以及所述第二濃度傳感器所測定的所述稀釋前混合氣體中的所述材料氣體的稀釋前測定濃度而計算所述稀釋氣體設(shè)定流量。

為了以設(shè)定濃度持續(xù)保持所述稀釋后混合氣體中的材料氣體的濃度，所述第一閥控制部可以構(gòu)成為，在所述稀釋后測定濃度比所述設(shè)定濃度大時，向閉合所述第一閥的方向改變開度，在所述稀釋后測定濃度比所述設(shè)定濃度小時，向開啟所述第一閥的方向改變開度。

若要對在所述罐中產(chǎn)生的材料氣體的量也設(shè)置成可以獨立地控制，并且一邊以總設(shè)定流量保持所述稀釋后混合氣體的總流量一邊能夠響應(yīng)良好地控制所述稀釋后混合氣體中的材料氣體的濃度，為此還可以具備：第三閥，其設(shè)于所述載氣管線上；壓力傳感器，其設(shè)于所述罐中，測定所述罐內(nèi)的壓力；以及第三閥控制部，其以使預(yù)先設(shè)定的設(shè)定壓力與所述壓力傳感器所測定的測定壓力的偏差減小的方式控制所述第三閥的開度。

為使能夠向例如成膜裝置等半導(dǎo)體生產(chǎn)裝置的腔室內(nèi)均勻地導(dǎo)入稀釋后混合氣體，能夠從多處導(dǎo)入口導(dǎo)入相同流量或濃度的稀釋后混合氣體的具體結(jié)構(gòu)，可以列舉出，多個所述供氣管線從所述罐并聯(lián)地分支設(shè)置，并且在各供氣管線上分別獨立地與所述稀釋氣體管線合流，在各供氣管線上分別獨立地設(shè)有所述第一閥、所述第一濃度傳感器，在各稀釋氣體管線上獨立地設(shè)有所述流量控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。

在現(xiàn)有的氣體控制系統(tǒng)中為了得到與本發(fā)明同樣的效果，在現(xiàn)有的氣體控制系統(tǒng)中可以采用以下控制方法。即，所述方法為用于氣體控制系統(tǒng)的控制方法，其用于汽化裝置，該汽化裝置具備：罐，其容納材料；載氣管線，其向所述罐內(nèi)導(dǎo)入載氣；供氣管線，其供使所述材料汽化并從所述罐中導(dǎo)出的材料氣體以及所述載氣流動；稀釋氣體管線，其與供氣管線合流，并向該供氣管線導(dǎo)入稀釋氣體；所述氣體控制系統(tǒng)具備：第一閥，其在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)于上游側(cè)；流量控制機(jī)構(gòu)，其設(shè)于所述稀釋氣體管線上，具有流量傳感器及第二閥；以及第一濃度傳感器，其在所述供氣管線上且與所述稀釋氣體管線的合流點相比設(shè)于下游側(cè)，測定由所述材料氣體、所述載氣以及所述稀釋氣體構(gòu)成的稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的濃度；所述控制方法可以具備：第一閥控制工序，其以使預(yù)先設(shè)定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的設(shè)定濃度與所述第一濃度傳感器所測定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的稀釋后測定濃度的偏差減小的方式控制所述第一閥的開度；稀釋氣體設(shè)定流量計算工序，其基于預(yù)先設(shè)定的所述稀釋后混合氣體的總設(shè)定流量、所述稀釋后測定濃度以及所述稀釋前混合氣體中的所述材料氣體的預(yù)測或?qū)崪y的濃度，計算應(yīng)該在所述稀釋氣體管線中流動的稀釋氣體的流量即稀釋氣體設(shè)定流量；以及第二閥控制工序，其以使所述稀釋氣體設(shè)定流量與所述流量傳感器所測定的測定流量的偏差減小的方式控制所述第二閥的開度。

旨在實現(xiàn)這種氣體控制方法的用于氣體控制系統(tǒng)的程序，可以通過電子形式傳送，也可以存儲在cd、dvd、閃存等存儲介質(zhì)中。

這樣一來，本發(fā)明的氣體控制系統(tǒng)，由于在所述供氣管線上不存在用于測定流量或濃度的測定機(jī)構(gòu)，因此在原則上不會因傳感器受到高溫影響或材料氣體侵蝕的影響而產(chǎn)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(jī)構(gòu)上而產(chǎn)生測定誤差。因此，本發(fā)明的氣體控制系統(tǒng)很難隨時間而變化，能夠長期持續(xù)地供給高精度保證總設(shè)定流量或設(shè)定濃度的稀釋后混合氣體。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的氣體控制系統(tǒng)的示意圖；

圖2是表示第一實施方式的氣體控制系統(tǒng)中的材料氣體控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的示意性控制框圖；

圖3是表示第一實施方式的氣體控制系統(tǒng)中的濃度控制機(jī)構(gòu)以及稀釋控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的示意性控制框圖；

圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的氣體控制系統(tǒng)的示意圖；

圖5是表示本發(fā)明的第三實施方式的氣體控制系統(tǒng)的示意圖；

圖6是表示第三實施方式的氣體控制系統(tǒng)中的濃度控制機(jī)構(gòu)以及稀釋控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的示意性控制框圖；

圖7是表示本發(fā)明的第四實施方式的氣體控制系統(tǒng)的示意圖。

符號說明

200氣體控制系統(tǒng)

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

1材料氣體控制機(jī)構(gòu)

11壓力傳感器

12壓力控制閥(第三閥)

13壓力控制部(第三閥控制部)

14溫度控制器

2濃度控制機(jī)構(gòu)

21第1濃度傳感器

22濃度控制閥(第一閥)

23濃度控制部(第一閥控制部)

3稀釋控制機(jī)構(gòu)

31第二濃度傳感器

32流量傳感器

mfc質(zhì)量流量控制器

33流量控制閥(第二閥)

34流量控制部(第二閥控制部)

35稀釋氣體設(shè)定流量計算部

具體實施方式

以下，參照各圖對本發(fā)明的第一實施方式的氣體控制系統(tǒng)200進(jìn)行說明。

圖1所示的所述氣體控制系統(tǒng)200用于以預(yù)先設(shè)定的總設(shè)定流量及設(shè)定濃度向例如成膜裝置等半導(dǎo)體生產(chǎn)裝置的腔室內(nèi)供給。更具體地說，所述氣體控制系統(tǒng)200是用于通過載氣使液體材料m起泡并產(chǎn)生材料氣體的汽化裝置100。

所述汽化裝置100由罐t、向所述罐t內(nèi)插入的載氣管線l1、從所述罐t內(nèi)導(dǎo)出的供氣管線l2、以及向所述供氣管線l2合流的稀釋氣體管線l3構(gòu)成。

所述罐t容納液體材料m。所述材料m是例如三甲基鎵(ga(ch3)3)等半導(dǎo)體材料。該材料m在汽化成為材料氣體后，如果溫度下降或壓力上升可能再次液化。在所述罐t的周圍設(shè)有加熱器，通過利用該加熱器適當(dāng)?shù)乜刂撇牧蟤的溫度，在所期望的飽和蒸氣壓下產(chǎn)生材料氣體。

所述載氣管線l1是用于向所述罐t內(nèi)導(dǎo)入由氦氣、氮氣等惰性氣體等構(gòu)成的載氣并使所述材料m起泡的導(dǎo)入管。所述載氣管線的前端部使所述罐t內(nèi)的底面附近開口，從液體材料m的底側(cè)起到液面為止使載氣的泡沫上升。

所述供氣管線l2是連接從所述罐t內(nèi)到所述腔室的導(dǎo)出管。在該供氣管線l2中流動著至少包括材料氣體和載氣在內(nèi)的混合氣體。

所述稀釋氣體管線l3是用于向所述供氣管線l2導(dǎo)入稀釋氣體的管道。在第一實施方式中，所述稀釋氣體與所述載氣為相同的成分，但也可以為不同的成分。在所述稀釋氣體管線l3相對于所述供氣管線l2的合流點j的前后，混合氣體的濃度或成分發(fā)生變化。即，在所述供氣管線l2中所述合流點j的上游側(cè)流動著僅由載氣和材料氣體構(gòu)成的稀釋前混合氣體。另一方面，在所述供氣管線l2中所述合流點j的下游側(cè)流動著由載氣、材料氣體以及稀釋氣體構(gòu)成的稀釋后混合氣體。

此外，所述氣體控制系統(tǒng)200由設(shè)于如此構(gòu)成的汽化裝置100的各部分的流體設(shè)備以及對各流體設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視或控制的控制裝置4構(gòu)成。所述流體設(shè)備為各種傳感器、閥門，所述控制裝置4為具有cpu、存儲器、a/d及d/a轉(zhuǎn)換器、輸入輸出裝置等的所謂的計算機(jī)。所述控制裝置4執(zhí)行所述存儲器中存儲的用于氣體控制系統(tǒng)的程序，通過與各設(shè)備的協(xié)作實現(xiàn)氣體控制系統(tǒng)200的部分功能。

更具體地說，所述氣體控制系統(tǒng)200具備：控制所述罐t內(nèi)的材料氣體的產(chǎn)生狀態(tài)的材料氣體控制機(jī)構(gòu)1、控制流過所述供氣管線l2的混合氣體中的材料氣體的濃度的濃度控制機(jī)構(gòu)2以及控制流過所述供氣管線l2的混合氣體的稀釋狀態(tài)的稀釋控制機(jī)構(gòu)3。

以下，對各部分進(jìn)行說明。

如圖2的控制框圖所示，所述材料氣體控制機(jī)構(gòu)1通過控制所述罐t內(nèi)的壓力及溫度，控制從所述罐t內(nèi)產(chǎn)生的材料氣體的量。即，所述材料氣體控制機(jī)構(gòu)1包括壓力傳感器11、壓力控制閥12、壓力控制部13以及溫度控制器14。在這里，壓力控制閥12相當(dāng)于權(quán)利要求中的第三閥，壓力控制部13相當(dāng)于權(quán)利要求中的第三閥控制部。

所述壓力傳感器11設(shè)置為與所述罐t內(nèi)的中空部分連通，測定罐t內(nèi)氣體的壓力。

所述壓力控制閥12設(shè)于所述載氣管線l1上。通過改變該壓力控制閥12的開度，調(diào)節(jié)流入所述罐t內(nèi)的載氣的流入量，保持所述罐t內(nèi)的壓力恒定。

所述壓力控制部13，以減小預(yù)先設(shè)定的設(shè)定壓力與所述壓力傳感器11所測定的測定壓力的偏差的方式控制所述壓力控制閥12的開度。該壓力控制部13通過在控制裝置4中執(zhí)行程序來實現(xiàn)其功能。例如，如圖2的控制框圖所示，所述壓力控制部13構(gòu)成為用于壓力的反饋控制的控制器。

所述溫度控制器14是為使罐t內(nèi)的材料m的溫度以預(yù)先設(shè)定的設(shè)定溫度保持恒定而進(jìn)行加熱的加熱器。

這樣一來，通過材料氣體控制機(jī)構(gòu)1，罐t內(nèi)的壓力及溫度保持恒定，因此材料氣體的產(chǎn)生量能夠保持在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

所述濃度控制機(jī)構(gòu)2包括第一濃度傳感器21、濃度控制閥22以及濃度控制部23。所述濃度控制機(jī)構(gòu)2與后述的稀釋控制機(jī)構(gòu)3相互影響，但所述濃度控制機(jī)構(gòu)2，如圖3的控制框圖所示，構(gòu)成將輸入作為設(shè)定濃度、將輸出作為稀釋后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(tǒng)。在這里，濃度控制閥22相當(dāng)于權(quán)利要求中的第一閥，濃度控制部23相當(dāng)于第一閥控制部。

所述第一濃度傳感器21，在所述供氣管線l2上，與所述稀釋氣體管線l3的合流點j相比設(shè)于下游側(cè)，測定由所述材料氣體、所述載氣以及所述稀釋氣體構(gòu)成的稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的濃度。所述第一濃度傳感器21為非接觸式，傳感器機(jī)構(gòu)不直接接觸所述稀釋后混合氣體而測定材料氣體的濃度。例如，所述第一濃度傳感器21為ndi(non-dispersiveinfrared)方式，通過形成在所述供氣管線l2的管道上的透射窗使紅外光射入，測定通過稀釋后混合氣體的紅外線的吸收率，并換算成材料氣體的濃度。這樣一來，第一濃度傳感器21可以不與稀釋后混合氣體接觸，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(chǎn)生的微粒附著而容易下降。此外，非接觸式濃度傳感器還可以有其他表現(xiàn)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。

所述濃度控制閥22，在所述供氣管線l2上，與所述稀釋氣體管線l3的合流點j相比設(shè)于上游側(cè)，并且與后述的第二濃度傳感器31相比設(shè)于下游側(cè)。即，該濃度控制閥22在從所述罐t起到所述合流點j為止的流路中配置于下游側(cè)。在這里，濃度控制閥22的開度與通過該濃度控制閥22的稀釋前混合氣體的流量之間存在比例關(guān)系或者正相關(guān)關(guān)系。

所述濃度控制部23為使預(yù)先設(shè)定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的設(shè)定濃度與所述第一濃度傳感器21所測定的所述稀釋后混合氣體中的所述材料氣體的稀釋后測定濃度的偏差減小，通過所述控制裝置4的輸入輸出機(jī)構(gòu)控制所述濃度控制閥22的開度。即，濃度控制部23將所述設(shè)定濃度與所述稀釋后測定濃度的偏差乘以預(yù)先設(shè)定的增益的值作為反饋值，控制所述濃度控制閥22的開度。更具體地說，所述濃度控制部23，在所述稀釋后測定濃度比所述設(shè)定濃度大時，向閉合所述濃度控制閥22的方向改變開度，在所述稀釋后測定濃度比所述設(shè)定濃度小時，向開啟所述濃度控制閥22的方向改變開度。

如此構(gòu)成的濃度控制機(jī)構(gòu)2，如圖3的控制框圖所示，在將其視為濃度控制系統(tǒng)的情況下，一邊將稀釋氣體的流量作為噪聲(disturbance)輸入一邊將稀釋后測定濃度保持為設(shè)定濃度地動作。

所述稀釋控制機(jī)構(gòu)3由設(shè)于所述供氣管線l2上的第二濃度傳感器31、設(shè)于所述稀釋氣體管線l3上的質(zhì)量流量控制器mfc以及在所述質(zhì)量流量控制器mfc上設(shè)定稀釋氣體設(shè)定流量的稀釋氣體設(shè)定流量計算部35構(gòu)成。該稀釋控制機(jī)構(gòu)3，為使稀釋后的混合氣體中的總流量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的總設(shè)定流量，對稀釋前混合氣體進(jìn)行稀釋。所述稀釋控制機(jī)構(gòu)3，如圖3的控制框圖所示，構(gòu)成輸入所述總設(shè)定流量、輸出所述稀釋后混合氣體的總流量的一個輸入一個輸出的流量控制系統(tǒng)，或者構(gòu)成輸入稀釋氣體設(shè)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(tǒng)。

所述第二濃度傳感器31在所述供氣管線l2上設(shè)于所述罐t的附近。即，所述第二濃度傳感器31在所述供氣管線l2上且與所述濃度控制閥22相比配置在上游側(cè)。所述第二濃度傳感器31與所述第一濃度傳感器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。所述第二濃度傳感器31也不容易受到材料氣體再液化的液滴或微粒的影響。

所述質(zhì)量流量控制器mfc包括流量傳感器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(jī)構(gòu)。該質(zhì)量流量控制器mfc直接控制流過稀釋氣體管線l3的稀釋氣體的流量。并且，所述質(zhì)量流量控制器mfc通過控制稀釋氣體的流量來間接控制所述稀釋后混合氣體的流量。在這里，流量控制閥33相當(dāng)于權(quán)利要求中的第二閥，流量控制部34相當(dāng)于權(quán)利要求中的第二閥控制部。

由于在該稀釋氣體管線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(chǎn)生的微粒不會附著在所述流量傳感器32中。因此，即使長期使用所述流量傳感器32，其測定精度也不容易降低。

所述流量控制部34，為使從質(zhì)量流量控制器mfc的外部設(shè)定的稀釋氣體設(shè)定流量與所述流量傳感器32所測定的稀釋氣體的測定流量的偏差減小，控制所述流量控制閥33的開度。即，如圖3的控制框圖所示，在稀釋氣體流量的反饋控制系統(tǒng)中，所述流量控制部34作為稀釋氣體的流量控制器發(fā)揮功能。例如，將稀釋氣體流量的偏差乘以規(guī)定的增益的值作為反饋值控制所述流量控制閥33的開度。

所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35，相對于所述質(zhì)量流量控制器mfc的所述流量控制部34設(shè)定目標(biāo)值即稀釋氣體設(shè)定流量。更具體地說，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35基于預(yù)先設(shè)定的所述總設(shè)定流量、所述第一濃度傳感器21所測定的所述稀釋后測定濃度以及所述第二濃度傳感器31所測定的稀釋前測定濃度，計算稀釋氣體設(shè)定流量。

即，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35根據(jù)當(dāng)前的所述稀釋后測定濃度、所述稀釋前測定濃度計算實現(xiàn)總設(shè)定流量所需的稀釋氣體的流量。并且，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35將所計算的流量作為所述稀釋氣體設(shè)定流量設(shè)定在所述流量控制部34中。在這里，所述稀釋氣體設(shè)定流量基于以下說明的公式進(jìn)行計算。

首先，第一濃度傳感器21所測定的所述稀釋后測定濃度，可根據(jù)濃度的定義表示為數(shù)學(xué)公式(1)。

【數(shù)學(xué)公式1】

irout＝qvap/qtotal(1)

在這里，irout：稀釋后測定濃度；qvap：材料氣體的流量；qtotal：稀釋后混合氣體的流量。

此外，第二濃度傳感器31所測定的所述稀釋前測定濃度也可表示為數(shù)學(xué)公式(2)。

【數(shù)學(xué)公式2】

irin＝qvap/qvap+qcar(2)

在這里，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，所述稀釋后混合氣體的流量可表示為數(shù)學(xué)公式(3)。

【數(shù)學(xué)公式3】

qtotal＝qvap+qcar+qdil(3)

在這里，qdil：稀釋氣體的流量。

根據(jù)數(shù)學(xué)公式(1)至(3)，可以通過稀釋后測定濃度irout、稀釋前測定濃度irin、以及稀釋后混合氣體的流量qtotal將稀釋氣體的流量qdil表述為數(shù)學(xué)公式(4)。

【數(shù)學(xué)公式4】

qdil＝(1-irout/irin)qtotal(4)

因此，由此可知，若要使稀釋后混合氣體的流量qtotal與總設(shè)定流量一致，必須將數(shù)學(xué)公式(4)所計算的稀釋氣體的流量qdil設(shè)定為稀釋氣體設(shè)定流量。這樣一來，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35基于數(shù)學(xué)公式(4)計算稀釋氣體設(shè)定流量，并將其設(shè)定在所述流量控制部34中。若采用其他表述方式，所述稀釋氣體設(shè)定流量計算部35構(gòu)成為，如數(shù)學(xué)公式(4)所示，根據(jù)稀釋前混合氣體的濃度與稀釋后混合氣體的濃度計算出在稀釋后混合氣體中稀釋氣體所占的比例，將在總設(shè)定流量中稀釋氣體應(yīng)該占有的流量作為設(shè)定稀釋氣體流量。

如果是如此構(gòu)成的氣體控制系統(tǒng)200，如圖3的控制框圖所示，所述濃度控制機(jī)構(gòu)2控制稀釋后混合氣體中的材料氣體的濃度保持為所述設(shè)定濃度，另一方面，所述稀釋控制機(jī)構(gòu)3能夠進(jìn)行稀釋以使稀釋后混合氣體的總流量保持為所述總設(shè)定流量。因此，在稀釋后混合氣體中可以實現(xiàn)所述總設(shè)定流量與所述設(shè)定濃度二者，在理想的狀態(tài)下向所述腔室供給。

此外，所述氣體控制系統(tǒng)200，在所述供氣管線l2上沒有設(shè)置流量傳感器32，濃度傳感器不與材料氣體接觸，因此即使從所述罐t導(dǎo)出的稀釋前混合氣體為高溫或者反應(yīng)性較高，在原則上也不會對傳感器的光源或者光接收器等重要部件產(chǎn)生影響。此外，監(jiān)控混合氣體狀態(tài)的傳感器上不會附著材料氣體再液化的液滴或熱分解所產(chǎn)生的微粒。因此，即使長期持續(xù)控制稀釋后混合氣體的流量或濃度，也可以防止各傳感器的測定精度下降，能夠?qū)⑾♂尯蠡旌蠚怏w的流量與濃度持續(xù)保持在預(yù)先設(shè)定的期望值。

另外，如數(shù)學(xué)公式1至數(shù)學(xué)公式4所示，只要知道稀釋前混合氣體的濃度irin和稀釋后混合氣體的濃度irout，即可計算出實現(xiàn)總設(shè)定流量qtotal所需的設(shè)定稀釋氣體流量。因此，即使在所述供氣管線l2上不設(shè)置流量傳感器且不直接反饋控制稀釋后混合氣體的流量，也可以通過利用設(shè)于稀釋氣體管線l3上的質(zhì)量流量控制器mfc將稀釋氣體的流量控制為設(shè)定稀釋氣體流量，間接地使流過所述供氣管線l2的稀釋后混合氣體的總流量與目標(biāo)值即總設(shè)定流量持續(xù)保持一致。

此外，稀釋后混合氣體的濃度用所述第一濃度傳感器21測定，為使其達(dá)到設(shè)定濃度而反饋控制所述第一閥22。所述第一閥22與所述合流點j相比配置在上游，僅對稀釋后混合氣體的量能夠與稀釋氣體無關(guān)地進(jìn)行控制，因此在保持稀釋后混合氣體的總流量達(dá)到總設(shè)定流量的狀態(tài)下，可以使稀釋后混合氣體的濃度達(dá)到設(shè)定濃度。

由此可知，能夠向所述腔室長期穩(wěn)定地供給高質(zhì)量的流量及濃度適合半導(dǎo)體生產(chǎn)的理想的狀態(tài)的稀釋后混合氣體。因此，在所述腔室內(nèi)生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量也可以保持恒定。

其次，對本發(fā)明的第二實施方式的氣體控制系統(tǒng)200進(jìn)行說明。

圖4所示的第二實施方式的氣體控制系統(tǒng)200用于從一個罐t并聯(lián)地分支多條供氣管線l2并在各供氣管線l2上設(shè)置有稀釋氣體管線l3的汽化裝置100。

更具體地說，對于每個n條供氣管線l2都設(shè)有稀釋氣體管線l3。并且，在各供氣管線l2上分別設(shè)有在第一實施方式中說明的濃度控制機(jī)構(gòu)2。此外，在各稀釋氣體管線l3上也分別設(shè)有在第一實施方式中說明的稀釋控制機(jī)構(gòu)3。此外，為控制1組濃度控制機(jī)構(gòu)2和稀釋控制機(jī)構(gòu)3，分別設(shè)有控制裝置4。另外，該控制裝置4可以通過一臺計算機(jī)實現(xiàn)其功能，也可以利用多臺計算機(jī)構(gòu)成。

此外，關(guān)于罐t內(nèi)的壓力及溫度，通過與第一實施方式相同利用材料氣體控制機(jī)構(gòu)1使壓力及溫度保持恒定，從而通過所期望的飽和蒸氣壓產(chǎn)生材料氣體。

各供氣管線l2的出口，在腔室內(nèi)分別與形成在不同處的導(dǎo)入口連接，能夠向腔室內(nèi)均勻地導(dǎo)入稀釋后混合氣體。此外，由各供氣管線l2供給的稀釋后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供給的稀釋后混合氣體的流量及濃度的控制構(gòu)成，與第一實施方式中說明的內(nèi)容相同。

這樣一來，第二實施方式的氣體控制系統(tǒng)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后混合氣體從多處導(dǎo)入腔室內(nèi)。從各供氣管線l2供給的稀釋后混合氣體的流量及濃度，能夠使其達(dá)到在每個供氣管線l2上預(yù)先設(shè)定的總設(shè)定流量及設(shè)定濃度，因此可以使腔室內(nèi)的稀釋后混合氣體的分布狀態(tài)對于例如半導(dǎo)體的成膜而言達(dá)到最佳狀態(tài)。這是因為，由于可以從多處導(dǎo)入稀釋后混合氣體，因此可以防止在腔室內(nèi)稀釋后混合氣體的偏差，實現(xiàn)均勻的分布。

其次，對本發(fā)明的第三實施方式進(jìn)行說明。

第三實施方式的氣體控制系統(tǒng)200，如圖5及圖6所示，與第一實施方式的氣體控制系統(tǒng)200相比，省略了所述第二濃度傳感器31，稀釋氣體設(shè)定流量計算部35不同。另外，隨著省略所述第二濃度傳感器31，對于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(shè)定流量計算部35也與第一實施方式相同，基于數(shù)學(xué)公式(5)計算出在當(dāng)前應(yīng)該設(shè)定的稀釋氣體設(shè)定流量。

【數(shù)學(xué)公式5】

qdil＝(1-irout/irin)qtotal(5)

在這里，在第三實施方式中沒有設(shè)置第二濃度傳感器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(shè)定流量計算部35，利用根據(jù)通過所述材料氣體控制機(jī)構(gòu)1所實現(xiàn)的罐t內(nèi)的壓力及溫度導(dǎo)出的材料氣體的飽和蒸氣壓ps、所設(shè)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)，用于代替稀釋前測定濃度irin。

即使這樣，第一濃度傳感器21所測定的稀釋后測定濃度irout得到反饋，逐漸向適合于總設(shè)定流量的稀釋氣體設(shè)定氣體流量更新。因此，能夠以期望的值持續(xù)保持稀釋后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(tǒng)200的使用方法進(jìn)行說明。在第三實施方式的氣體控制系統(tǒng)200中，在供氣管線l2上且與稀釋氣體管線l3的合流點j相比位于上游側(cè)設(shè)置第二濃度傳感器31，因此從罐t導(dǎo)出的稀釋前材料氣體濃度基于第一濃度傳感器和來自于稀釋氣體管線l3的稀釋氣體的流入量進(jìn)行推定。因此需要確認(rèn)稀釋前材料氣體的濃度值是否正確和/或確認(rèn)是否是溫度控制器14或起泡引起的材料氣體的汽化狀態(tài)不產(chǎn)生異常，按照設(shè)想進(jìn)行動作。因此，在第三實施方式中，在執(zhí)行稀釋前材料氣體的濃度控制之前，將設(shè)置在稀釋氣體管線l3上的質(zhì)量流量控制器mfc的閥設(shè)為全閉狀態(tài)并且不進(jìn)行稀釋，材料不被稀釋地到達(dá)所述第一濃度傳感器21，直接測定稀釋前材料氣體濃度。這樣基于由所述第一濃度傳感器21實際測量的稀釋前材料氣體濃度是否達(dá)到期望的濃度，確認(rèn)控制器14或起泡的狀態(tài)是否發(fā)生異常。作為該確認(rèn)的結(jié)果，若沒有異常則基于上述控制原則開始稀釋后材料氣體的濃度和流量的控制。

以下，對第四實施方式進(jìn)行說明。

第四實施方式的氣體控制系統(tǒng)200，如圖7所示，與第三實施方式的氣體控制系統(tǒng)200相比，不同之處在于相當(dāng)于權(quán)利要求的第一閥的濃度控制閥22不設(shè)在供氣管線l2上而設(shè)在稀釋氣體管線l3上。也就是說，在供氣管線l2上不存在閥，并且第一濃度傳感器21也是ndir式的非接觸式的濃度傳感器，因此在供氣管線l2的配管內(nèi)不存在傳感器、閥的構(gòu)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(zhì)，材料氣體附著在構(gòu)成物而引起的不良情況在原則上不會發(fā)生。

另外，在第四實施方式中，濃度控制閥22設(shè)置在載氣管線l1上，因此，利用第一濃度傳感器21上的測定濃度使載氣管線l1上的濃度控制閥22的開度受到反饋控制。因此，濃度控制閥22調(diào)節(jié)被導(dǎo)入到罐內(nèi)的載氣的量，并且控制載氣對罐內(nèi)的材料m的起泡狀態(tài)。其結(jié)果是，控制導(dǎo)出到材料氣體管線的材料氣體量達(dá)到稀釋后材料氣體的目標(biāo)濃度所需要的量，最終來自于稀釋氣體管線l3的稀釋氣體的流量被控制而導(dǎo)入，由此使稀釋后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(jìn)行說明。

在所述汽化裝置中汽化的材料并不僅限于三甲基鎵，還可以為其他的半導(dǎo)體材料。此外，材料并不僅限于液體，還可以為固體。

所述第一濃度傳感器、所述第二濃度傳感器只要是非接觸式即可，并不限定于紅外線吸收式。例如，還可以采用超聲波式的濃度傳感器。此外，與所述合流點相比設(shè)于下游側(cè)的所述第一濃度傳感器，可以為接觸式的濃度傳感器。這是因為，通過稀釋氣體，稀釋后混合氣體得到充分地冷卻或稀釋，即使是接觸式的濃度傳感器也難以受到熱影響或材料氣體的反應(yīng)性的影響，可以長期確保精度。此外，作為接觸式的濃度傳感器，可以包括測定所述稀釋后混合氣體的總壓的總壓傳感器、測定所述材料氣體的分壓的分壓傳感器以及根據(jù)所測定的總壓與分壓的比例計算出稀釋后混合氣體中的材料氣體的濃度的濃度計算部。即，作為總壓傳感器及分壓傳感器的傳感器機(jī)構(gòu)即膜片等可以與稀釋后混合氣體直接接觸。

為了在所述稀釋氣體管線上控制稀釋氣體的流量，可以不使用質(zhì)量流量控制器而使用包括閥和流量傳感器的未被封裝的流量控制機(jī)構(gòu)。

所述材料氣體控制機(jī)構(gòu)，可以僅控制壓力，也可以僅控制溫度。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的氣體控制系統(tǒng)時，可以省略所述材料氣體控制機(jī)構(gòu)。

流經(jīng)載氣管線的載氣與流經(jīng)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。

為了對現(xiàn)有的氣體控制系統(tǒng)追加本發(fā)明的氣體控制系統(tǒng)的功能，可以采用在各實施方式中說明的用于氣體控制系統(tǒng)的程序或存儲該程序的程序存儲介質(zhì)。

此外，只要不違背本發(fā)明的宗旨，還可以進(jìn)行各種實施方式的組合或變形。