(57)【要約】【課題】  材料ガスの分圧が変動したとしても、混合ガスにおける材料ガスの濃度を一定に保つことができ、応答性が良く、バブリングシステムに容易に取り付けて濃度制御を行うことができる材料ガス濃度制御装置を提供する【解決手段】  材料Ｌを収容するタンク１３と、収容された材料を気化させるキャリアガスを前記タンクに導入する導入管１１と、材料が気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを前記タンク１３から導出する導出管１２とを具備した材料気化システム１に用いられるものであって、前記導出管１２に接続され、前記混合ガスを流すための内部流路Ｂ１を有した基体Ｂと、前記内部流路Ｂ１を流れる混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部ＣＳと、前記内部流路Ｂ１において前記濃度測定部ＣＳよりも下流に設けられ、前記濃度測定部ＣＳによって測定された測定濃度を調節する第１バルブ２３とを具備しており、前記濃度測定部ＣＳと前記第１バルブ２３は前記基体Ｂに取り付けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を収容するタンクと、収容された材料を気化させるキャリアガスを前記タンクに導入する導入管と、材料が気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを前記タンクから導出する導出管とを具備した材料気化システムに用いられるものであって、
前記導出管に接続され、前記混合ガスを流すための内部流路を有した基体と、
前記内部流路を流れる混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部と、
前記濃度測定部よりも下流において、前記濃度測定部によって測定された測定濃度を予め定めた設定濃度に調節する第１バルブとを具備しており、
前記濃度測定部と前記第１バルブは前記基体に取り付けられていることを特徴とする材料ガス濃度制御装置。
【請求項２】
前記濃度測定部が、
材料ガスの分圧を測定する分圧測定部と、
前記混合ガスの圧力を測定する圧力測定部とを備えたものであり、
前記分圧測定部が測定した測定分圧と前記圧力測定部が測定した測定圧力とに基づいて、混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定するものである請求項１記載の材料ガス濃度制御装置。
【請求項３】
前記内部流路が、その表面に鏡面加工が施されたものである請求項１又は２記載の材料ガス濃度制御装置。
【請求項４】
前記内部流路を流れる混合ガスの温度を測定するための温度測定部を更に備えたものである請求項１、２又は３記載の材料ガス濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タンク内に収容されている材料にキャリアガスを導入し、材料を気化させる材料気化システムにおいて、その気化した材料ガスの濃度を制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の材料気化システムにおける材料ガスの濃度制御システムとしては、キャリアガスを導入する導入管に設けられたマスフローコントローラと、材料液が貯留されているタンクを恒温に保つための恒温槽と、材料ガス及びキャリアガスの混合ガスを導出する導出管に設けられ、混合ガスの圧力、すなわち、全圧を測定するための圧力計とを備えたものが挙げられる。
【０００３】
このものは、材料液を一定の温度に保つことによって常に材料液が飽和蒸気圧で気化するようにして、材料ガスの分圧が一定になるようにし、圧力計によって測定される全圧が一定になるようにマスフローコントローラによってキャリアガスの流量を制御するようにしている。このようにすれば、気体の濃度は分圧／全圧で表されることから、分圧及び全圧が一定であるのだから、気体の濃度すなわち材料ガスの濃度も当然一定になると考えられている。
【０００４】
しかしながら、恒温槽によってタンクを恒温に保っていたとしても、材料液が気化する際の気化熱によって温度が低下し、飽和蒸気圧が変化してしまうため、材料ガスの分圧が変化して所望の濃度から変化してしまう。また、材料液の量の変化などによっても、バブリングよるキャリアガスが材料液に接する時間や状態が変化してしまい、材料ガスが飽和蒸気圧に達するまで気化せず、やはり、材料ガスの分圧が変化して所望の濃度から変化してしまう。
【０００５】
さらに、常に飽和蒸気圧で材料液を気化させることができたとしても、ある濃度から別の濃度に変化させたい場合には、タンク内の温度を変化させて飽和蒸気圧を変化させる必要がある。タンク内の温度を変化させるには通常、非常に長い時間がかかってしまうため、材料ガスの濃度制御は応答性の悪いものとなってしまう。
【０００６】
また、材料ガスの濃度制御を行うために上述したように導入管と導出管の両方に機器を設けておかなくてはならないので、装置の取り付け工数が多くなったり、非常に手間がかかったりすることになる。
【特許文献１】米国公開特許公報２００７／０２５４０９３号
【特許文献２】特開２００３−２５７８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、そもそも、タンクを恒温に保つことなどによって材料ガスの分圧を一定に保つことができるという前提から出発するのではなく、材料ガスの分圧が変動したとしても、混合ガスにおける材料ガスの濃度を一定に保つことができ、応答性が良く、材料気化システムに容易に取り付けて濃度制御を行うことができる材料ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る材料ガス濃度制御装置は、材料を収容するタンクと、収容された材料を気化させるキャリアガスを前記タンクに導入する導入管と、材料が気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを前記タンクから導出する導出管とを具備した材料気化システムに用いられるものであって、前記導出管に接続され、前記混合ガスを流すための内部流路を有した基体と、前記内部流路を流れる混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定する濃度測定部と、前記濃度測定部よりも下流において、前記濃度測定部によって測定された測定濃度を予め定めた設定濃度に調節する第１バルブとを具備しており、前記濃度測定部と前記第１バルブは前記基体に取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、濃度測定部によって混合ガスにおける材料ガスの濃度そのものを測定して、予め定めた設定濃度となるように測定濃度を第１バルブによって調節することができるので、タンク内で材料液が飽和蒸気圧で気化していない場合や、バブリングの状態が変化する場合などにおいて材料ガスの発生する量が変動したとしても、その変動とは関係なく濃度を一定に保つことができる。
【００１０】
言い換えると、タンク内の温度などを制御することによって材料液が気化する量を一定に保つようにしなくても、混合ガスの濃度を一定に保つことができる。
【００１１】
また、タンク内の温度を制御することによって材料ガスの量を制御するのに比べて、第１バルブによって混合ガスにおける材料ガスの濃度を調節するので、温度変化を待つ時間がない分、時間遅れが小さく、応答性の良い材料ガス濃度の制御を行うことができる。
【００１２】
さらに、前記第１バルブは、前記濃度測定部よりも下流に設けられているので、前記濃度測定部は第１バルブの調節の影響を受ける前の濃度、すなわち、タンク内の濃度を正確に測定することができる。従って、予め定められた設定濃度に調節するには、どのように第１バルブを操作すればよいのかも正確にわかるので材料ガス濃度の制御も精度よく行うことができるようになる。
【００１３】
加えて、材料ガス濃度制御装置は、前記基体に前記濃度測定部及び前記第１バルブは取り付けられており、一つのユニットとして構成されているので、バブリングシステムの導出管の一部又は全部を構成するように内部流路を接続するだけで、材料ガス濃度の制御を容易に行うことができるようになる。しかも、濃度を制御するには、従来であれば導入管側へ測定濃度をフィードバックするための配線を施すなど、設置に非常に手間がかかったものが、導入管側だけに設定を行うだけでもよいので設置の工数を大幅に減らすことができる。
【００１４】
また、濃度測定部が複数の測定器で構成される場合でも、１つのユニットとして材料ガス濃度制御装置は構成されているので、複数の測定器が別のユニットとして導出管などに設けられる場合に比べて、測定器同士の設置位置を近くすることができ、略同じ測定点を測定することができる。従って、正確な濃度測定を行えることから材料ガス濃度の制御も精度よく行うことができるようになる。
【００１５】
さらに、測定器同士が１ユニットにまとめられているので、例えば、温調することによって測定精度を保つ場合でもそれぞれを別々に温調する必要がなく、ヒーターの設置する数を減らしたり、まとめたりすることができ、コストダウンを図ることができる。
【００１６】
さらに、材料ガス濃度制御装置は１ユニットであるので、精度を保ったまま後に続くプロセスに近い位置に設けることができる。このように本発明の材料ガス濃度制御装置によれば、一度制御された濃度に変化が生じにくく、必要とされる材料ガス濃度の精度を保ったまま後に続くプロセスに供給することが容易になる。
【００１７】
簡単な構成で材料ガス濃度を測定できるようにする前記濃度測定部の具体的な実施の態様としては、前記濃度測定部が、材料ガスの分圧を測定する分圧測定部と、前記混合ガスの圧力を測定する圧力測定部とを備えたものであり、前記分圧測定部が測定した測定分圧と前記圧力測定部が測定した測定圧力とに基づいて、混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定するものが挙げられる。
【００１８】
材料ガスの成分によっては、流路中の管壁にこびりつきやすいものもあり、流路抵抗が大きくなってしまったり、管径が小さくなることによって流すことができる流量に変化が出てしまったりすることによって、材料ガス濃度の制御に悪影響を及ぼすことがある。このような問題が生じるのを防ぐためには、前記内部流路が、その表面に鏡面加工が施されたものとして、材料ガスが液化、固化するなどして付着するのを防ぐようにすればよい。
【００１９】
濃度測定部によっては、内部流路を流れる混合ガスの温度変化によって測定誤差が発生することがある。このような測定誤差を小さくし、より材料ガス濃度制御の精度を向上させるには、前記内部流路を流れる混合ガスの温度を測定するための温度測定部を更に備えたものであればよい。このようなものであれば、測定温度に応じて補正曲線などを用いて測定値の補償を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように本発明の材料ガス濃度制御装置によれば、濃度測定部によって混合ガスにおける材料ガスの濃度を測定し、第１バルブによってその測定濃度が所望の値になるように調節するので、タンクの材料液から気化する材料ガスの量が変動するとしても、その変動と関係なく濃度制御を行うことができる。また、濃度を変化させたい場合にも、時間の係る温度変化によって材料ガスを増減させるのでなく、第１バルブによって濃度制御を行うようにしているので、応答性の良い濃度制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明に係る材料ガス濃度制御システム１００は、例えば、半導体製造プロセスに使用されるウエハ洗浄装置の乾燥処理槽内のＩＰＡ濃度を安定供給するために用いられる。より具体的には、ＩＰＡ材料液Ｌを気化させて乾燥処理槽内に供給するバブリングシステム１に用いられるものである。なお、ＩＰＡ材料液Ｌが請求項での材料に対応し、バブリングシステム１が請求項での材料気化システムに対応する。ここで、材料は固体材料であっても本発明は同様の効果を奏し得る。また、本発明は、ＩＰＡ材料液Ｌが気化した材料ガスの濃度制御に限られるものではない。例えば、ＣＶＤ製膜装置やＭＯＣＶＤ製膜装置などにおいて、濃度制御を行うために用いることもできる。
【００２３】
図１に示すように、前記バブリングシステム１は、材料液Ｌを貯留するタンク１３と、前記タンク１３に貯留された材料液Ｌ中にキャリアガスを導入してバブリングさせる導入管１１と、前記タンク１３に貯留された材料液Ｌの上方空間Ｎから材料液Ｌが気化した材料ガス及び前記キャリアガスの混合ガスを導出する導出管１２とを具備したものである。さらに、前記導入管１１と導出管１２との間を接続するパージラインＰがタンク１３の外側に設けてある。パージラインＰには開閉バルブＶが設けられており、前記開閉バルブＶは材料ガスを気化させ、濃度制御を行う場合である通常時には閉止してある。後述する濃度測定部ＣＳのゼロ点調整を行う場合には、開閉バルブＶは開放され、キャリアガスがタンク１３内を通過しないようにして、材料ガスを含まないようにされる。
【００２４】
さらに、このバブリングシステム１には、前記タンク１３にはタンク１３内の温度を測定するための温度センサＴと、前記導出管１２に材料ガス濃度制御装置２が設けてある。
【００２５】
次に、図１、図２、図３を参照しながら前記材料ガス濃度制御装置２について詳述する。
【００２６】
ハードウェアの構成について説明すると、図２の斜視図及び図３の断面図に示すように、前記材料ガス濃度制御装置２は、前記バブリングシステム１の導出管１２に接続されてその一部を構成する内部流路Ｂ１を有する概略直方体形状の基体Ｂに対して、前記混合ガス中の材料ガスの分圧を測定する分圧測定部たる分圧測定センサ２１と、前記内部流路Ｂ１を流れる混合ガスの圧力（全圧）を測定する圧力測定部たる圧力計２２と、弁体の開度によって混合ガスの圧力を調節する第１バルブ２３とをこの順に上流から設けてあるものである。さらに、図１の模式図に示すように、前記第１バルブ２３の制御を行うための制御機構２４を具備している。
【００２７】
ここで、混合ガス中の材料ガスの濃度を制御するためには、分圧測定センサ２１及び圧力計２２は第１バルブ２３よりも上流に設けておく必要がある。これは、前記第１バルブ２３の影響を受ける前のタンク１３内の全圧及び混合ガス中における材料ガスの濃度を正確に測定し、材料液の気化状態の変化に合わせて濃度制御を行えるようにするためである。
【００２８】
なお、前記分圧測定センサ２１と、前記圧力計２２と、後述する濃度算出部２４１が請求項での濃度測定部ＣＳに対応するものである。
【００２９】
前記基体Ｂの内部流路Ｂ１は、概略円筒形状の貫通孔によって形成されているものである。その内部表面には鏡面加工が施されているものであり、材料ガスが液化や固化するなどして、管の表面に付着することを防ぐようにしてある。このようにしておくことによって、内部流路Ｂ１が材料ガスなどによって狭窄し、想定している流量が得られなくなる、又は、測定精度や濃度制御の精度に悪影響が出るなどするのを防ぐことができる。また、後述する分圧測定センサ２１や圧力計２２が材料ガスと接する部分にも鏡面加工が施されていることが望ましい。また、基体Ｂの材質はステンレス等が考えられるが、混合ガスにフッ化水素ガス等の腐食性のガスを用いる場合はテフロン（登録商標）等の腐食されない樹脂を内部流路などに用いるようにしたものが望ましい。
【００３０】
前記分圧測定センサ２１は、非分散式赤外線吸収方式のものであり、前記内部流路Ｂ１を半径方向に挟むように基体Ｂに取り付けてある。図３の断面図において下部に設けられた光源部と、上部に設けられた受光部とから構成されるものであり、それらの間を通過する材料ガスの分圧を測定するように構成してある。
【００３１】
前記圧力計２２は、前記分圧測定センサ２１の測定を行っている領域から所定距離下流側へ離間して、前記内部流路Ｂ１の半径方向の上部から測定を行うように基体Ｂに取り付けてある。この圧力計２２は内部流路Ｂ１を流れる混合ガスの圧力を測定することによって、タンク１３内の圧力を測定するものである。ここで、本明細書でのタンク内の圧力とは、タンク１３内の圧力そのものや第１バルブ２３よりも上流の導出管１２における圧力を含む概念である。
【００３２】
前記第１バルブ２３は、前記圧力計２２から所定距離下流側へ離間して設けてあり、其体Ｂに取り付けてある。この第１バルブ２３は、後述する濃度制御部ＣＣによってその開度を制御されて、材料ガス濃度を制御するものである。
【００３３】
また、基体Ｂには内部流路Ｂ１と並行に延びるようにヒーター（図示しない）が設けてある。このヒーターＨは前記分圧測定センサ２１及び前記圧力計２２を温調するためのものであり、それらを所定温度に保つようにしている。このようにすることにで、材料ガス濃度制御装置の周囲の温度変化や内部流路Ｂ１を流れる混合ガスによる温度変化などの影響をそれらの測定器が影響を受けないようにすることができる。さらに、前記分圧測定センサ２１の内部流路Ｂ１へ光を透過させるための窓などに混合ガス中の物質が付着するのを防止したり、結露が生じたりするのを防ぐことができる。特に分圧測定センサ２１は温度変化に起因する現象に影響を受けやすいので、分圧測定線センサのみを温調するように構成しても構わない。
【００３４】
次にソフトウェアである制御機構２４について図１の模式図及び図４の機能ブロック図に基づいて説明する。
【００３５】
前記制御部２４はコンピュータを利用したものであり、内部バス、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えている。そして、メモリに予め記憶させた所定プログラムにしたがって前記ＣＰＵや周辺機器が動作することにより、第１バルブ制御部２４２、前記濃度算出部２４１、前記設定圧力設定部２４３、前記全圧算出部２４４、前記材料液量推定部２４５としての機能を発揮するようにしてある。ここで、第１バルブ制御部２４２のみが独立した１チップマイコン等の制御回路により構成されて、設定圧力を受け付けるようにしてあり、前記圧力計２２及び前記第１バルブ２３を１ユニットとして設定圧力を入力するだけで容易に圧力制御を行うことができるように構成してある。このような制御部の構成であれば、従来から圧力制御用に開発された制御回路やソフトウェアを濃度制御のために使うことができるので、設計や開発コストの増大を防ぐことができる。
【００３６】
そして、前記第１バルブ制御部２４２、前記設定圧力設定部２４３、前記全圧算出部２４４が協業することによって請求項でいう濃度制御部ＣＣとしての機能を発揮するものである。
【００３７】
各部について説明する。
【００３８】
前記濃度算出部２４１は、前記分圧測定センサ２１によって測定される材料ガスの分圧と、前記圧力計２２によって測定される測定圧力たる全圧に基づいて、混合ガス中の材料ガスの濃度を算出するものである。ここで、混合ガス中の材料ガスの濃度は、気体の状態方程式から導出される分圧／全圧によって算出することができる。
【００３９】
第１バルブ制御部２４２は、前記圧力計２２で測定された圧力（全圧）が設定圧力設定部２４３によって設定された圧力である設定圧力になるように前記第１バルブ２３の開度を制御するものである。
【００４０】
設定圧力設定部２４３は、設定濃度が変更された後の一定期間においては、設定圧力を後述する全圧算出部２４４で算出されたタンク内圧力である仮設定圧力とする一方、その他の期間においては、予め定めた設定圧力を、濃度測定部ＣＳによって測定された測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに変更するものである。
【００４１】
より具体的には、設定濃度が変更された後の一定期間においては、測定される材料ガスの分圧や混合ガスの全圧が変動しているとしても、第１バルブ制御部２４２に対して設定圧力を変更せずに、全圧算出部２４４で算出されたである仮設定圧力を設定圧力として設定した状態を維持する。ここで、一定期間とは測定される濃度が所望の濃度に達する、あるいは、その偏差が十分に小さくなるために必要な時間であって、実験的に求めておいても良いし、適宜その時間を設定するようにしてもよい。
【００４２】
前述した一定期間が経過した後のその他の期間、つまり通常運転時には、設定圧力設定部２４３は、測定される材料ガスの分圧や混合ガスの全圧が変動に応じて前記第１バルブ制御部２４２に対して測定濃度と設定濃度との偏差が小さくなる向きに設定圧力の変更を行う。具体的には、測定された測定濃度が設定濃度よりも高い場合には、濃度は分圧／全圧で表されることから、全圧を大きくすることによって濃度を下げることができる。従って、設定圧力設定部２４３は、測定濃度が設定濃度よりも高い場合には、前記第１バルブ制御部２４２に対して全圧を大きくするように設定圧力を変更する。その結果、前記第１バルブ制御部２４２は、第１バルブ２３の開度を小さくするように制御することになる。測定された測定濃度が設定濃度よりも低い場合には、この逆を行うことになる。
【００４３】
このように測定濃度と設定濃度の偏差が小さくなる向きに設定圧力の変更を行うとは、測定濃度が設定濃度が高い場合には、設定圧力をより高く変更し、測定濃度が設定濃度よりも低い場合には、設定圧力をより低く変更することを言う。
【００４４】
前記全圧算出部２４４は、前記温度センサＴによって測定された測定温度において、材料ガスが設定濃度となるためのタンク内圧力を算出して仮設定圧力とするものである。ここで、算出されたタンク内圧力は前記設定圧力設定部２４３に伝達され、起動時や設定濃度変更時の後の一定期間において、前記設定圧力設定部２４３が前記第１バルブ制御部２４２に対して設定する設定圧力として用いられるものである。
【００４５】
前記全圧算出部２４４のタンク内圧力の算出について具体的に説明すると、全圧算出部２４４は、タンク１３内の温度からその温度における材料ガスの飽和蒸気圧を算出し、その飽和蒸気圧が分圧である場合において、材料ガスが新しく設定された設定濃度となるためのタンク内圧力すなわち全圧を算出する。ここで、濃度は分圧／全圧で表されるので、前記タンク内圧力は（測定された温度における材料ガスの飽和蒸気圧）／（新しく設定された設定濃度）で求められる。
【００４６】
前記材料液量推定部２４５は、前記温度センサＴによって測定された測定温度におけるタンク１３内の材料ガスの飽和蒸気圧を算出し、その飽和蒸気圧と、前記分圧測定センサ２１によって測定される材料ガスの測定分圧とを比較することによってタンク１３内の材料液Ｌの量を推定するものである。具体的には、材料液Ｌが少なくなると、キャリアガスの気泡が材料液Ｌに接する時間が短くなるなどの状態の変化によって十分に気化しないようになり、材料ガスの分圧は飽和蒸気圧に比べて小さい圧力にしか達しないようになる。材料液量推定部２４５は、例えば、測定される材料ガスの分圧が飽和蒸気圧に対して所定の割合よりも小さい場合には材料液Ｌの貯留量が規定量に対して少なくなっていると推定する。そして、この材料推定部によって材料液Ｌの貯留量が少なくなっていると推定されると、その旨が表示され、材料液Ｌの補充が促されるようにしてある。
【００４７】
このように構成されたハードウェア及びソフトウェアによって、材料ガス濃度制御装置２は、それぞれの機器が１ユニットとして構成されて、材料ガス濃度制御装置２単体で、混合ガスにおける材料ガスの濃度を制御するように構成してあるものである。
【００４８】
次に、混合ガス中の材料ガス濃度の制御動作及について図５、フローチャートを参照しながら説明する。
【００４９】
前記分圧測定センサ２１によって測定された材料ガスの分圧と、前記圧力計２２によって測定される混合ガスの全圧とによって、濃度算出部２４１は、混合ガスにおける材料ガスの濃度を式（１）によって算出する。
【００５０】
Ｃ＝Ｐｚ／Ｐｔ                                                    （１）
【００５１】
ここで、Ｃは濃度、Ｐｚは材料ガスの分圧、Ｐｔは混合ガスの全圧。
【００５２】
設定濃度が初めて設定される起動時や変更された時には、まず前記全圧算出部２４４は、温度センサＴによって測定された温度に基づいて材料ガスの飽和蒸気圧を算出する。そして、材料ガスの分圧がその飽和蒸気圧である時に、設定濃度になるようなタンク１３内の圧力すなわち混合ガスの全圧Ｐｔｓ（仮設定圧力）を設定濃度と算出された分圧を用いて式（１）により算出する（ステップＳ１）。
【００５３】
前記設定圧力設定部２４３は、前記全圧Ｐｔｓ（仮設定圧力）を設定圧力として前記第１バルブ制御部２４２に設定し、設定濃度変更後から所定時間の間は材料ガスの分圧などが変動したとしても変更を行わない（ステップＳ２）。第１バルブ制御部２４２は、所定時間の間は、設定圧力Ｐｔｓによって第１バルブ２３の開度を制御しており、結果として前記濃度測定部ＣＳによって測定される濃度は設定された設定濃度又はそれに近い値に制御される（ステップＳ３）。
【００５４】
設定濃度を変更した時から所定時間経過した後の通常運転時においては、濃度測定部によって測定された濃度が、設定圧力設定部２４３に設定された設定濃度と異なっている場合には、前記分圧測定センサ２１によって測定された材料ガスの分圧Ｐｚと設定濃度Ｃ０に基づいて式（２）によって、設定圧力設定部２４３は次のように設定圧力Ｐｔ０を変更する（Ｓ４）。
【００５５】
Ｐｔ０＝Ｐｚ／Ｃ０                                                （２）
【００５６】
ここで、Ｐｚは前記分圧測定センサ２１によって常に測定されている値であり、Ｃ０は設定されている濃度であるので既知である。
【００５７】
前記第１バルブ制御部２４２は、設定圧力がＰｔ０に変更されると、前記圧力計２２が測定する圧力（全圧）Ｐｔと設定圧力Ｐｔ０の偏差が小さくなるように第１バルブ２３の開度を制御する（ステップＳ５）。
【００５８】
前記測定圧力Ｐｔを設定圧力Ｐｔ０に追従させている間に材料ガスの分圧Ｐｚが変動しなければ最終的に測定される混合ガス中の材料ガスの濃度は設定濃度Ｃ０となる。
【００５９】
追従中に、材料ガスの分圧Ｐｚが変動した場合には設定圧力設定部２４３は、式（２）によって再び設定圧力Ｐｔ０を変更しなおし、設定濃度Ｃ０となるようにする。
【００６０】
以上のようにして、前記材料ガス濃度制御装置は、測定される測定濃度を予め設定される設定濃度と同じ値にして、材料ガスの気化状態が変化し、分圧が変動するようなことがあったとしても、安定して維持し続けることができる。
【００６１】
このように本実施形態に係る材料ガス濃度制御装置２によれば、応答性の悪い分圧又は分圧を含んだ濃度を直接の制御変数とするのではなく、第１バルブ２３によって容易に制御することのできる全圧を制御変数として濃度制御を行うように構成してあるので、材料ガスが飽和蒸気圧まで十分に気化しなかったり、気化に変動があったりしたとしても、精度良く応答性の良い材料ガス濃度の制御を行うことができる。
【００６２】
また、濃度制御を行っている材料ガス濃度制御装置２は導出管１２に設けてあるので、濃度が一定の値に制御されてから、後に続くプロセスに混合ガスが導出されるまでの距離が短いので、ほとんど濃度を変動させずに次のプロセスに混合ガスを導出さえることができる。
【００６３】
さらに、前記第１バルブ２３は、前記分圧測定センサ２１と前記圧力計２２のいずれよりも下流に設けてあるので、それぞれの測定器は第１バルブ２３の操作の影響を受ける前の分圧や全圧を測定することができる。従って、実際の材料ガスの気化が起こっているタンク１３内の分圧や全圧を精度よく測定できるので、材料ガスの気化の変化に合った制御動作を前記第１バルブ２３に行わせることができる。つまり、材料ガス濃度の制御を精度よく行うことができる。
【００６４】
加えて、前記分圧測定センサ２１、前記圧力計２２、前記第１バルブ２３は、それぞれ前記基体Ｂに取り付けられており、材料ガス濃度制御装置２は１ユニットとしてパッケージ化して構成してあるので、この材料ガス濃度制御装置２を導出管１２に取り付けるだけで、濃度制御を行うことができる。言い換えると、従来のように導出管１２に設けられたセンサ類の信号を前記導入管１１側へとフィードバックするための配線を設けるなどする手間をかけることもなく、しかも、精度の良い濃度制御を行うことができる。
【００６５】
その他の実施形態について説明する。以下の説明では前記実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととしている。
【００６６】
前記実施形態では、混合ガスの全圧が設定圧力になるように第１バルブ２３を制御することによって混合ガス中の材料ガスの濃度を制御していたが、濃度測定部ＣＳによって測定された濃度を制御変数として、設定濃度となるように第１バルブ２３を制御してもかまわない。
【００６７】
前記実施形態では、材料ガスの濃度のみを制御していたが、その流出流量も併せて制御するようにするのであれば、導入管１１にマスフローコントローラなどを設けてもかまわない。マスフローコントローラは、前記導入管１１に流入するキャリアガスの体積流量質量流量を測定する流量測定手段部たる差圧式サーマル式流量計と、弁体の開度によってキャリアガスの流量を調節する第２バルブとをこの順に上流から設けてあるものであり、さらに、キャリアガスの流量を制御するマスフローコントローラ制御部を具備したものであればよい。
【００６８】
前記濃度測定部ＣＳは、分圧と全圧によって濃度を算出するものであったが、例えば超音波濃度計などの直接濃度を測定するようなものであってもかまわない。また、分圧測定センサ２１としては非分散式赤外線吸収方式に限られず、ＦＴＩＲ分光式や、レーザ吸収分光方式などであってもかまわない。
【００６９】
材料ガスの流量制御を行うのは、設定された設定流量と、測定される濃度と測定されるキャリアガス流量に基づいて算出される材料ガスの算出流量との偏差が小さくなるように第２バルブ３２を制御するようにしてもかまわない。
【００７０】
コンクコントローラ２に温度センサを設けておき、温度変化による圧力や分圧の測定結果の変化を補償するようにしても構わない。このようにすれば、より精度よく濃度制御をおこなうことができるようになる。また、分圧測定部からの光源の劣化状態を示す信号を取得するようにしておいても構わない。例えば、光源に流れる電流の経時変化によって、光源の寿命を把握するようにしておき、測定結果に重大な影響が出るようになる前に交換するように促す旨の表示を行うように制御部を構成すればよい。
【００７１】
圧力計と分圧測定センサの位置はどちらが上流に設けられるものであっても構わない。分圧測定センサの取り付ける方向は鉛直方向ではなく、水平方向に設けるように基体の側面に設けるようにしてもよい。この場合、分圧測定センサの光を透過させる窓などに、ガスの成分が重力によって滞留したり、たまったりするのを防ぐことができる。また結露による液適が貯まることをふせぐこともできる。
【００７２】
また、本発明の材料ガス濃度制御装置を、設置面積を小さくするために用いられるガスパネル等に接続することができるようにするには、内部流路の導入口又は導出口が鉛直方向下向きに設けられていればよい。もしくは、内部流路の導入口又は導出口が変換接手によって鉛直方向下向きに変化されているものであってもよい。
【００７３】
その他、本発明の趣旨に反しない範囲において、種々の変形を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態に係る材料ガス濃度制御装置を含む模式的機器構成図。
【図２】同実施形態における材料ガス濃度制御装置の模式的斜視図。
【図３】同実施形態における材料ガス濃度制御装置の模式的断面図。
【図４】同実施形態における機能ブロック図。
【図５】同実施形態における材料ガス濃度制御の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７５】
２・・・材料ガス濃度制御装置
１・・・バブリングシステム
１１・・・導入管
１２・・・導出管
１３・・・タンク
ＣＳ・・・濃度測定部
２１・・・分圧測定センサ
２２・・・圧力測定部
２３・・・第１バルブ
ＣＣ・・・濃度制御部
２４２・・・第１バルブ制御部
２４３・・・設定圧力設定部
ＦＳ・・・流量測定部
ＦＣ・・・流量制御部
３２・・・第２バルブ
３３２・・・第２バルブ制御部
３３３・・・設定キャリアガス流量設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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