(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスフローコントローラ３を通してキャリアガスＧＫをソースタンク５内へ供給し、ソースタンク５内よりキャリアガスＧＫを放出すると共に、ソースタンク５を恒温部６により一定温度に保持して発生せしめた原料４の飽和蒸気Ｇと前記キャリアガスＧＫとの混合ガスＧＳをプロセスチャンバへ供給するようにした原料気化供給装置において、前記ソースタンク５からの混合ガスＧＳの流出通路に自動圧力調整装置８およびマスフローメータ９を設け、前記自動圧力調整装置８のコントロールバルブ８ａを開閉制御することによりソースタンク５の内部圧力Ｐｏを所定値に制御し、前記マスフローコントローラ３によるキャリアガスＧＫの流量Ｑ１と前記タンク内圧Ｐｏと前記マスフローメータ９の混合ガスＧｓの流量ＱＳの各検出値を原料濃度演算部１０へ入力し、当該原料濃度演算部１０に於いて原料流量Ｑ２をＱ２＝ＱＳ×ＰＭＯ／ＰＯとして演算し（但し、ＰＭＯはソースタンク内の温度ｔ℃に於ける原料ガスＧの飽和蒸気圧）、当該原料流量Ｑ２を用いて前記プロセスチャンバへ供給する混合ガスＧＳの原料濃度ＫをＫ＝Ｑ２／ＱＳとして演算、表示する構成としたことを特徴とする原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項２】
原料濃度演算部１０にソースタンク５内の原料の飽和蒸気圧データの記憶装置を設けると共に、自動圧力制御装置８からソースタンク５の内圧ＰＯ及び温度ｔの検出信号を原料濃度演算部１０へ入力する構成とした請求項１に記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項３】
マスフローコントローラ３を通してキャリアガスＧＫをソースタンク５内へ供給し、ソースタンク５内よりキャリアガスＧＫを放出すると共に、ソースタンク５を恒温部６により一定温度に保持して発生せしめた原料４の飽和蒸気Ｇと前記キャリアガスＧＫとの混合ガスＧＳをプロセスチャンバへ供給するようにした原料気化供給装置において、前記ソースタンク５からの混合ガスＧＳの流出通路に自動圧力調整装置８およびマスフローメータ９を設け、前記自動圧力調整装置８のコントロールバルブ８ａを開閉制御することによりソースタンク５の内部圧力ＰＯを所定値に制御し、前記マスフローコントローラ３によるキャリアガスＧＫの流量Ｑ１と前記タンク内圧ＰＯと前記マスフローメータ９の混合ガスＧＳの流量検出値ＱＳ’とを原料濃度演算部１０へ入力し、当該原料濃度演算部１０に於いて原料流量Ｑ２をＱ２＝ＣＦ×ＱＳ’−Ｑ１（但し、ＣＦは混合ガスＧＳのコンバージョンファクター、ＱＳ’ はマスフローメータ９による混合ガスＧＳの流量検出値（N2換算））として求め、当該原料流量Ｑ２を用いてプロセスチャンバへ供給する混合ガスＧＳの原料濃度ＫをＫ＝Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）として演算、表示する構成としたことを特徴とする原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項４】
混合ガスＧＳのコンバージョンファクターＣＦを、
１／ＣＦ＝Ｃ／ＣＦＡ＋（１−Ｃ）／ＣＦＢ（但し、ＣＦＡはキャリアガスＧＫのコンバージョンファクター、ＣＦＢは原料ガスＧのコンバージョンファクター、Ｃはキャリアガスの容積比率（Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）である）とするようにした請求項３に記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項５】
原料濃度検出部１０とマスフローコントローラ３の流量演算制御部３ｂと自動制御装置の圧力演算制御部８ｂとマスフローメータ９の流量演算制御部９ｂとを一体的に集合化する構成とした請求項１又は請求項３に記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項６】
原料濃度演算部１０にソースタンク内の原料ガスＧのコンバージョンファクター及びキャリアガスＧＫのコンバージョンファクターの各データの記憶装置を設けるようにした請求項３に記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項７】
自動圧力調整装置８の下流側にマスフローメータ９が設けられるようにした請求項１から請求項６の何れかに記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項８】
自動圧力調整装置８の上流側にマスフローメータ９が設けられるようにした請求項１から請求項６の何れかに記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項９】
自動圧力調整装置８が、温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、圧力検出器Ｐより下流側に設けられたコントロールバルブ８a、圧力演算部８bを備えた圧力調整装置である、請求項１から請求項６の何れかに記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【請求項１０】
圧力検出器Ｐとコントロールバルブ８aとの間にマスフローメータ９が設けられるようにした請求項９に記載の原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂有機金属気相成長方法（以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）による半導体製造装置用の原料気化供給装置の改良に関するものであり、プロセスチャンバへ供給する原料混合ガス内の原料濃度を高精度で迅速に制御することができると共に、原料ガス濃度をリアルタイムで表示できるようにした原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従前からこの種の半導体製造装置用原料気化供給装置としては、所謂バブリング方式を利用した原料気化供給装置が多く利用されているが、このバブリング方式の原料気化供給に於いては、原料気化供給装置の大幅な小型化、原料供給量の増大、キャリアガスと原料ガスとの混合比の迅速且つ高精度制御及びチャンバへ供給する混合ガス内の原料ガス濃度の直接表示等の実現が、強く要請されている。
【０００３】
そのため、このバブリング型原料気化供給装置に付いては各種の研究開発が進められており、例えばプロセスチャンバへ供給する混合ガスの供給流量や混合ガス内の原料ガス濃度制御の技術分野に於いては、特開平７−１１８８６２号や特許第４６０５７９０号等が公開されている。
【０００４】
図６は前記特開平７−１１８８６２号に係る反応ガス制御方法の構成説明図を示すものであり、図６に於いて３１は密閉タンク、３２は加熱ヒータ、３３はマスフローコントローラ、３４は吹込みパイプ、３５は取出しパイプ、３６はマスフローメータ、Ｌ0は液体原料（ＴＥＯＳ）、ＧＫはキャリアガス（Ｎ２）、Ｇｍは混合ガス（Ｇ＋Ｎ２）、Ｑ１はキャリアガス流量、Ｑ２は原料ガス流量、ＱＳは混合ガス流量、３７は流量設定回路、３８ａは濃度算出回路、３８ｂは濃度設定回路、３８ｃは電流制御回路、ＱS0は設定流量、ＫSOは設定濃度である。
【０００５】
本件発明は、液体原料Ｌ0の濃度制御により原料ガスGの発生流量Ｑ２を調整し、混合ガスＧｍ内の原料ガスＧの濃度を一定に保持せんとするのであるが、具体的には、マスフローメータ３６からの混合ガス流量ＱＳ及びマスフローコントローラ３３からのキャリアガス流量Ｑ１から原料ガスの発生流量Ｑ２を演算する。
また、この演算したＱ２（原料ガスの発生流量）から、Ｑ２／ＱＳを求めることにより、混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度ＫＳが演算される。
【０００６】
この演算した原料ガス濃度ＫＳを濃度設定回路３８ｂへ入力し、設定濃度ＫSOと対比して、両者の差分（ＫＳＯ−ＫＳ）を電流制御回路３８ｃへフィードバックしてＫSO＞ＫＳの場合にはヒータ３２の温度を上昇させて原料ガスＧの発生流量Ｑ２を増し、また、ＫＳＯ＜ＫＳの場合にはヒータ温度を下降させて、発生流量Ｑ２を低下させる。
また、マスフローメータ３６からの混合ガス流量ＱＳは流量設定回路３７において設定混合ガス流量ＱＳＯと比較され、両者の差分が０となるようにマスフローコントローラの流量Ｑ１が調整される。
【０００７】
しかし、上記図６に示した原料ガス濃度調整方法は、液体原料ＬＯの加熱によって原料ガス発生流量Ｑ２を増加（又は、液体原料ＬＯの温度低下によって原料ガス発生流量Ｑ２を減少）させるものであるため、濃度調整の応答性が極めて低く、特に、原料ガス濃度を低下させる場合にはその応答性が極端に低いと云う難点がある。
【０００８】
また、マスフローメータ（熱式流量計）３６は、混合ガスＧｍの混合ガス種や混合比が変ると流量測定値が大きく変動するため、図６の方法にあっては、混合ガスＧｍのガス種が変った場合やガス種が同一であっても混合比（原料ガス濃度）が大きく変化した場合には、流量ＱＳの測定精度が著しく低下するという問題がある。
【０００９】
更に、液体原料ＬＯの加熱温度が変化すると密閉タンク３１内の圧力が上昇し、必然的にマスフローメータ３６の一次側圧力も変動する。その結果、マスフローメータ３６の流量計値に誤差を生ずることになり、流量制御精度や原料ガス濃度の制御精度が低下するという問題がある。
【００１０】
一方、図７は前記特許第４６０５７９０号に係る原料ガス供給装置の構成図であり、所定の原料ガス濃度の混合ガスを高い応答性でもって高精度で流量制御しつつプロセスチャンバへ供給出来るようにしたものである。
【００１１】
図７において、２１は密閉タンク、２２は恒温装置、２３はマスフローコントローラ、２４は吹込みパイプ、２５は取出しパイプ、２６は密閉タンク用自動圧力調整器、２６ａは演算制御部、２６ｂは制御弁、ＬＯは液体原料、ＧＫはキャリアガス、Ｑ１はキャリアガス流量、Ｇは原料ガス、Ｇｍは混合ガス（Ｇ＋ＧＫ）、ＱＳは混合ガス流量である。
【００１２】
当該原料ガス供給装置に於いては、先ず恒温装置２２によって密閉タンク２１や密閉タンク用自動圧力調整器２６の本体部及び配管ラインＬが所定の温度に加熱され、これによって密閉タンク２１の内部空間は原料の飽和蒸気（原料ガス）Ｇにより充満される。
また、マスフローコントローラ２３により流量制御された流量Ｑ１のキャリアガスＧＫが密閉タンク２１の底部より放出され、このキャリアガスＧＫと前記原料の飽和蒸気Ｇとの混合ガスＧｍが、自動圧力調整装置２６の制御弁２６ｂを通して外部（プロセスチャンバ）へ供給されて行く。
【００１３】
上記混合ガスＧｍの流量ＱＳは、自動圧力調整器２６によって密閉タンク２１内の混合ガス圧力を制御することにより調整されており、自動圧力調整器２６の演算制御部２６ａに於いて、設定流量ＱＳＯと圧力計ＰＯ及び温度計ＴＯの計測値から演算した演算流量ＱＳとを比較し、両者の差分（ＱＳＯ−ＱＳ）が零になるように制御弁２６ｂを開閉制御することにより、混合ガスＧｍの供給流量ＱＳを設定流量ＱＳ０に制御するものである。
【００１４】
上記図７の原料ガス供給装置は、密閉タンク内圧を調整することにより、液体原料ＬＯの加熱温度に対応して定まる一定原料ガス濃度の混合ガスＧｍを、高精度、高応答性の下に流量制御しつつ供給することができ、予め定めた一定の原料ガス濃度の混合ガスの流量制御に於いては、優れた効用を奏するものである。
【００１５】
しかし、当該原料ガス供給装置では、混合ガスＧｍの流量ＱＳを高精度、高応答性で持って計測することが出来るものの、混合ガスＧｍの原料ガス濃度を、高精度で計測し且つこれを表示することが出来ないと云う基本的な難点がある。勿論、密閉タンク２１の加熱温度及びキャリアガスＧＫの流量並びに原料液体ＬＯの液面高さ等が判ると、混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度ＫＳはある程度予測可能であるが、プロセスチャンバへ供給する混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度を連続して自動的に、しかも複雑且つ高価な濃度計等を用いることなくより安価な機構でもって、経済的に計測、表示できるようにした技術は未だ未開発の状態にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１−１１８８６２号公報
【特許文献２】特許第４６０５７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願発明は特開平１−１１８８６２号や特許第４６０５７９０号の原料気化供給装置に於ける上述の如き問題、即ち、前者に於いては、（イ）液体原料ＬＯの加熱又は冷却によって原料ガス発生流量Ｑを増加（又は減少）させて混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度ＫＳを調整するものであるため、原料ガス濃度の制御応答性が相対的に低いうえ、これを高めるためには高価な附帯設備が必要となり、原料ガス供給装置の製造コストの高騰や大型化を招くこと、（ロ）混合ガスＧｍの混合ガス種や混合比が変化すると、マスフローメータの流量測定値が大きく変動し、混合ガス流量ＱＳの計測精度の低下や原料濃度ＫＳの演算精度が大幅に低下すること、（ハ）加熱温度の変化による密閉タンク３１内の圧力変動により、マスフローメータ３５の測定精度が低下し、流量ＱＳの計測値や原料濃度ＫＳの演算精度が低下すること等の問題を、また、後者に於いては、（イ）混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度を高精度で計測し、これをリアルタイムで表示することが出来ないこと等の問題を、夫々解決することを発明の主目的とするものであり、プロセスチャンバへ供給するキャリアガスＧＫと原料ガスＧとの混合ガスＧｍ内の原料ガス濃度ＫＳを連続して自動的に計測、表示することができ、しかも複雑高価な濃度計測装置等を用いることなく簡単な構成の安価な機構を用いることにより、極めて経済的に混合ガスＧｍ内の原料ガスの濃度制御及び濃度表示を行えるようにした、原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、マスフローコントローラ３を通してキャリアガスＧＫをソースタンク５内へ供給し、ソースタンク５内よりキャリアガスＧＫを放出すると共に、ソースタンク５を恒温部６により一定温度に保持して発生せしめた原料４の飽和蒸気Ｇと前記キャリアガスＧＫとの混合ガスＧＳをプロセスチャンバへ供給するようにした原料気化供給装置において、前記ソースタンク５からの混合ガスＧＳの流出通路に自動圧力調整装置８およびマスフローメータ９を設け、前記自動圧力調整装置８のコントロールバルブ８ａを開閉制御することによりソースタンク５の内部圧力Ｐｏを所定値に制御し、前記マスフローコントローラ３によるキャリアガスＧＫの流量Ｑ１と前記タンク内圧Ｐｏと前記マスフローメータ９の混合ガスＧＳの流量ＱSの各検出値を原料濃度演算部１０へ入力し、当該原料濃度演算部１０に於いて原料の流量Ｑ2をＱ2＝ＱＳ×ＰＭＯ／ＰＯとして演算し（但し、ＰＭＯはソースタンク内の温度ｔ℃に於ける原料蒸気Ｇの飽和蒸気圧）、当該原料流量Ｑ2を用いて前記プロセスチャンバへ供給する混合ガスＧＳの原料濃度ＫをＫ＝Ｑ２／ＱSとして演算、表示する構成としたものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において原料濃度演算部１０にソースタンク５内の原料の飽和蒸気圧データの記憶装置を設けると共に、自動圧力制御装置８からソースタンク５の内圧ＰＯ及び温度ｔの検出信号を原料濃度演算部１０へ入力する構成としたものである。
【００２０】
請求項３の発明は、マスフローコントローラ３を通してキャリアガスＧＫをソースタンク５内へ供給し、ソースタンク５内よりキャリアガスＧＫを放出すると共に、ソースタンク５を恒温部６により一定温度に保持して発生せしめた原料４の飽和蒸気Ｇと前記キャリアガスＧＫとの混合ガスＧＳをプロセスチャンバへ供給するようにした原料気化供給装置において、前記ソースタンク５からの混合ガスＧＳの流出通路に自動圧力調整装置８およびマスフローメータ９を設け、前記自動圧力調整装置８のコントロールバルブ８ａを開閉制御することによりソースタンク５の内部圧力ＰＯを所定値に制御し、前記マスフローコントローラ３によるキャリアガスＧＫの流量Ｑ１と前記タンク内圧ＰＯと前記マスフローメータ９の混合ガスＧＳの流量検出値ＱＳ’とを原料濃度演算部１０へ入力し、当該原料濃度演算部１０に於いて原料流量Ｑ２をＱ２＝ＣＦ×ＱＳ’−Ｑ１（但し、ＣＦは混合ガスＧＳのコンバージョンファクター、ＱＳ’ はマスフローメータ９による混合ガスＧＳの流量検出値（N2換算））として求め、当該原料流量Ｑ２を用いてプロセスチャンバへ供給する混合ガスＧＳの原料濃度ＫをＫ＝Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）として演算、表示する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、  混合ガスＧＳのコンバージョンファクターＣＦを、
１／ＣＦ＝Ｃ／ＣＦＡ＋（１−Ｃ）／ＣＦＢ（但し、ＣＦＡはキャリアガスＧＫのコンバージョンファクター、ＣＦＢは原料ガスＧのコンバージョンファクター、Ｃはキャリアガスの容積比率（Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）である）とするようにしたものである。
【００２２】
請求項５の発明、請求項１又は請求項３の発明において、原料濃度検出部１０とマスフローコントローラ３の流量演算制御部３ｂと自動制御装置の圧力演算制御部８ｂとマスフローメータ９の流量演算制御部９ｂとを一体的に集合化する構成としたものである。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項３の発明において、原料濃度演算部１０にソースタンク内の原料ガスＧのコンバージョンファクター及びキャリアガスＧＫのコンバージョンファクターの各データの記憶装置を設けるようにしたものである。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の何れかの発明において、自動圧力調整装置８の下流側にマスフローメータ９が設けられるようにしたものである。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１から請求項６の何れかの発明において、自動圧力調整装置８の上流側にマスフローメータ９が設けられるようにしたものである。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１から請求項６の何れかの発明において、自動圧力調整装置８を、温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、圧力検出器Ｐより下流側に設けられたコントロールバルブ８a、圧力演算部８bを備えた圧力調整装置としたものである。
【００２７】
請求項１０の発明は、圧力検出器Ｐとコントロールバルブ８aとの間にマスフローメータ９が設けられるようにしたものである。
【００２８】
本発明に於いては、原料気化供給装置に於いて、マスフローコントローラ３からのキャリアガスＧＫの供給流量Ｑ１、マスフローメータ９からの混合ガスＧＳの供給流量ＱＳ及びソースタンク内自動圧力調整装置８からタンク内圧等を原料濃度演算部１０へ入力し、当該原料濃度演算部１０に於いて、一定圧力でチャンバへ混合ガスＧＳを供給し乍ら供給する混合ガスＧＳ内の原料ガス濃度Ｋをリアルタイムで演算表示する構成としているため、より安定した原料濃度Ｋの混合ガスＧＳを供給することができると共に、混合ガスＧＳ内の原料濃度Ｋをディジタル表示することができ、高品質の安定したプロセス処理を行うことが可能となる。
【００２９】
また、原料濃度演算部１０を単に付加するだけでよいため、従前の所謂高価なガス濃度計を用いる場合に比較して、安価に且つ確実に混合ガスＧＳ内の原料ガス濃度Ｋを検出、表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置の構成を示す系統図である。
【図２】原料ガス流量Ｑ２と混合ガス流量ＱＳとキャリアガス流量Ｑ１とソースタンク圧力ＰＯ及びソースタンク温度ｔとの関係を調査した試験装置の説明図である。
【図３】図２の試験装置を用いて測定したタンク内圧ＰＯと混合ガス流量ＱＳ及び原料ガス流量Ｑ２とタンク温度ｔの関係を示すものであり、（ａ）は混合ガス流量ＱＳの変化状態、（ｂ）は原料ガス流量Ｑ２の変化状態を示すものである。
【図４】キャリアガス流量Ｑ１を一定とした場合の測定値（混合ガス流量ＱＳ−キャリアガス流量Ｑ１）と式（２）により計算した原料ガス流量Ｑ２の関係を示す線図である。
【図５】原料ガス供給系の簡略図である。
【図６】従前のバブリング方式の原料気化供給装置の一例を示す説明図である。（特開平１−１１８８６２号公報）。
【図７】従前のバブリング方式による原料気化供給装置の他の例を示す説明図である（特許第４６０５７９０号公報）。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る原料濃度検出機構を備えた原料気化供給装置の機構を示す系統図である。
【００３２】
図１に於いて、１はキャリアガス供給源、２は減圧装置、３は熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラ）、４は原料（有機金属化合物（ＭＯ材料）等）、５はソースタンク、６は恒温部、７は導入管、８はソースタンク内の自動圧力調整装置、９はマスフローメータ、１０は原料濃度演算部、Ｑ１はＡｒ等のキャリアガス流量、Ｑ２は原料飽和蒸気の流量（原料ガス流量）、ＱＳはキャリアガス流量Ｑ１と原料蒸気流量Ｑ２との混合ガス流量、Ｐは混合ガスＧＳの圧力検出器、Ｔは混合ガスＧＳの温度検出器、３ａはマスフローコントローラのセンサ部、８ａはピエゾ素子駆動型のコントロールバルブ、９ａはマスフローメータのセンサ部であり、９ｂはその演算制御部である。前記マスフローコントローラ３はセンサ部３ａと流量演算制御部３ｂとから、また、前記ソースタンクの自動圧力調整器８はコントロールバルブ８ａと圧力演算制御部８ｂと圧力検出器Ｐと温度検出器Ｔとから夫々形成されている。
【００３３】
尚、キャリアガスとしては一般的にＮ２が用いられるがＮ２に限られることはなく、Ｈ２  Ａｒ等様々なガスが用いられる。また、原料としては有機金属化合物（ＭＯ材料）が用いられるが有機金属材料に限られることはなく、ソースタンク内において所定の飽和蒸気圧を得ることが可能な液体材料又は固体材料であれば良い。
【００３４】
尚、上記マスフローコントローラ３は、公知のものであるから、ここではその詳細な説明は省略する。同様にソースタンクの自動圧力調整装置８も特許４６０５７９０号等に於いて公知のものであるから、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３５】
また、図１に於いて、ＧＫはキャリアガス、Ｇは原料蒸気（原料ガス）、ＧＳは混合ガス、ＰＯはソースタンク内圧（kPa abs.）、ＰＭＯはソースタンク内の原料蒸気圧（kPa abs.）、３ｅは流量表示信号、８ｄはコントロールバルブ制御信号、８ｃは圧力検出信号、８ｆは温度検出信号、８ｅは圧力表示信号、９ｃは混合ガス流量検出信号、９ｅは混合ガス流量表示信号であり、前記キャリアガスＧＫの流量Ｑ１の表示信号３ｅとマスフローメータ９の混合ガスＧＳの流量ＱＳの表示信号９ｅが、原料濃度演算部１０へ入力されここで混合ガスＧＳ内の原料ガス濃度Kが演算され、表示される。尚、１０Ｋは原料濃度表示信号である。
【００３６】
尚、図１の実施形態では、マスフローコントローラ３の流量演算制御部３ｂ、自動圧力調整装置８の圧力演算制御８ｂ、マスフローメータ９の流量演算制御部９ｂ及び原料濃度演算部１０を夫々一体として一つの基板に形成するようにしているが、各制御部３ｂ、８ｂ、９ｂ及び原料濃度演算部１０を個別に設けるようにしても良いことは勿論である。
【００３７】
次に、上記原料気化供給装置の作動について説明する。
当該原料の気化供給装置では、先ずソースタンク５内へ供給するキャリアガスＧＫの圧力ＰＧ１が減圧装置２により所定圧力値に設定されると共に、その供給流量Ｑ１が熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラ）３により所定値に設定される。
また、恒温部６の作動により、ソースタンク５や自動圧力調整装置９の演算制御部８ｂ等を除いた部分が一定温度に保持される。
【００３８】
このように、キャリアガスＧＫの供給量Ｑ１が熱式質量流量制御装置３により設定値に、また、ソースタンク５の温度が設定値に、更にソースタンク５の内部圧力ＰＯが自動圧力調整装置８により設定値に夫々保持されることにより、コントロール弁８ａを通して定混合比で一定流量の混合ガスＧＳが、マスフローメータ９へ流入し、ここで混合ガスＧＳの流量ＱＳが高精度で測定される。
【００３９】
更に、ソースタンク５や自動圧力調整装置８のコントロール弁８ａ等が一定温度に保持されているため、ソースタンク５内の原料飽和蒸気Ｇの圧力ＰＭＯが安定し、自動圧力調整装置８によってソースタンク５の内圧ＰＯを設定値に制御することにより、混合ガスＧＳ内の原料ガスＧの濃度Ｋを安定させながら、後述するように原料濃度演算部１０において混合ガスＧＳ内の原料ガス濃度Ｋを測定、表示することができる。
【００４０】
而して、上記図１に示した原料気化供給装置に於いて、ソースタンク内圧ＰＯ（kPa abs.）、原料蒸気圧ＰＭＯ、キャリアガスＧＫの流量Ｑ１（ｓｃｃｍ）、チャンバへ供給する混合ガスＧＳの流量Ｑ２（ｓｃｃｍ）、原料蒸気Ｇの流量Ｑ２（ｓｃｃｍ）とすると、チャンバへの混合ガスＧＳの供給ＱＳ＝は、ＱＳ＝Ｑ１＋Ｑ２（ｓｃｃｍ）となる。
【００４１】
即ち、原料の流量Ｑ２はソースタンク内の原料蒸気圧ＰＭＯに、また、混合ガスＧＳの供給流量ＱＳ＝Ｑ１＋Ｑ２はソースタンク内の内圧ＰＯに比例するため、下記の関係が成立する。原料の流量Ｑ２：混合ガス供給流量ＱＳ＝原料蒸気圧ＰＭＯ：ソースタンク内圧ＰＯ
即ち、Ｑ２×ＰＯ＝ＱＳ×ＰＭＯ・・・（１）
（１）式より、原料の流量Ｑ２は、Ｑ２＝ＱＳ×ＰＭＯ／ＰＯ・・・（２）
となる。
【００４２】
上記（２）式からも明らかなように、原料の流量Ｑ２は混合ガス流量ＱＳ、ソースタンクの圧力ＰＯ、原料の蒸気圧（分圧）ＰＭＯにより決まり、またソースタンクの内圧ＰＯはソースタンク内の温度ｔにより決まることとなる。
【００４３】
換言すれば、混合ガスＧＳ内の原料濃度Ｋは、キャリアガス流量Ｑ１、ソースタンクの内圧ＰＯ、ソースタンク内の温度ｔ等をパラメータとして決まることになる。
【００４４】
尚、図１に於いては、自動圧力調整装置８の下流側にマスフローメータ９を設けているが、両者の位置を入れ換えしてマスフローメータ９の下流側に自動圧力調整装置８を設けるようにしても良い。また、圧力検出器Ｐとコントロールバルブ８ａとの間にマスフローメータ９を設けるようにしても良い。
【００４５】
図１のように自動圧力調整装置８をマスフローメータ９の上流側に設けた場合には、自動圧力調整装置８の制御圧とソースタンク内圧とが一致するため、タンク内圧を正確に制御することができるが、マスフローメータ９の供給圧が２次側（プロセスチャンバ側）の影響を受けると云う問題がある。
【００４６】
これに対して、マスフローメータ９を自動圧力調整装置８の上流側に設けた場合には、マスフローメータ９が自動圧力調整装置８の圧力制御範囲内に属することになり、マスフローメータ９への供給圧が安定して高精度な流量測定が可能となるものの、マスフローメータ９に圧力損失が生ずるため、自動圧力調整装置８の制御圧とソースタンク内圧との間に差異が生じることになる。
【００４７】
また、圧力検出器Ｐとコントロールバルブ８aとの間にマスフローメータ９が設けた場合には、自動圧力調整装置８の制御圧とソースタンク内圧とが一致し、且つマスフローメータ９が自動圧力調整装置８の圧力制御範囲内に属することになり、マスフローメータ９への供給圧が安定して高精度な流量測定が可能となるが、マスフローメータ９により、圧力検出器Ｐとコントロールバルブ８aとの間に圧力損失が生ずるため、圧力制御の応答性に影響を与えるという問題がある。
【００４８】
図２は、上記（１）式及び（２）式の関係の成立を確認するために行った実験装置の説明図であり、原料４としてアセトン（蒸気圧曲線がＴＭＧａに近い）恒温部６としてウォータバス、キャリアガスＧＫとしてＮ２を使用し、タンク温度ｔをパラメータ（−１０℃、０℃、１０℃、２０℃）として、タンク内圧力ＰＯと混合ガスＧＳの流量ＱＳとの関係を調整した。
【００４９】
図３は、図２の試験装置により実施したテストの結果を示すものであり、また、下記の表１は前記式（２）を用いて原料アセトンとした場合の原料ガス流量Ｑ２を演算した結果である。
【表１】
0005647083.tif 000002
【００５０】
表２は原料としたアセトンの蒸気圧と、一般的なＭＯ材料であるＴＭＧａの蒸気圧との比較を示すものであり、両者の蒸気圧は極く近似しているため、アセトンを用いた前記表１の計算値はＴＭＧａを原料としたものを表すということができる。
【００５１】
【表２】
0005647083.tif 000003
【００５２】
図４は、図２のテスト装置に於いて、キャリアガス流量（Ｑ１）を一定とし、タンク温度ｔ（−１０℃〜２０℃）をパラメータとして測定した混合ガスの検出流量ＱＳ’とキャリアガス流量Ｑ１との差ＱＳ’−Ｑ１（即ち、Ｎ2換算の原料ガス流量Ｑ２’＝ＱＳ’−Ｑ１）と、前記式（２）により計算したアセトン流量（Ｑ２  ｓｃｃｍ）との関係を図示したものであり、（ａ）はキャリアガス流量Ｑ１＝５０ｓｃｃｍの場合、（ｂ）はＱ１＝１００ｓｃｃｍの場合（ｃ）はＱ１＝１０ｓｃｃｍの場合を示すものである。
【００５３】
図４の（ａ）〜（ｃ）からも明らかなように、マスフローメータによる測定値（混合ガス流量ＱＳ’−キャリアガス流量Ｑ１）と計算したアセトン流量Ｑ２との間には正比例関係が認められる。その結果、キャリアガス流量Ｑ１をマスフローコントローラ３により、また、マスフローメータ９により混合ガス流量ＱＳを夫々測定し、ＱＳ−Ｑ１を求めることにより、原料ガス流量Ｑ２を算出することが可能となる。
【００５４】
次に、原料ガス流量Ｑ２並びに混合ガスＧｓ内の原料ガスＧの濃度Ｋの算定について説明する。
いま、原料ガス供給系を図５のように表現すると、濃度Ｋに相当する流量Ｑ２の原料ガスＧと流量Ｑ１のキャリアガスＧＫ（Ｎ２）（即ち、Ｑ２＋Ｑ１ｓｃｃｍ）をマスフローメータ９へ供給した際の混合ガスＧｓの検出流量（Ｎ２換算）をＱＳ’（ｓｃｃｍ）とすると、原料ガス流量Ｑ２及び混合ガス内の原料ガス濃度Ｋは下式より求められる。
【００５５】
【数１】
0005647083.tif 000004
【数２】
0005647083.tif 000005
【００５６】
上記式（３）に於けるＣＦは、熱式質量流量計に於ける所謂混合ガスＧｓのコンバージョンファクターであり、下記の式（５）により求められる。
１／ＣＦ＝Ｃ／ＣＦＡ＋（１−Ｃ）／ＣＦＢ・・・（５）
但し、式（５）に於いてＣＦＡはガスＡのコンバージョンファクター、ＣＦＢはガスＢのコンバージョンファクター、ＣはガスＡの容積比率（濃度）、（１−Ｃ）はガスＢの容積比率（濃度）である（流量計測ＡｔｏＺ、日本計量機器工業連合会編、工業技術社発光（１７６〜１７８頁）。
【００５７】
今、図５に於いて、キャリアガスＧＫ（Ｎ２）のＣＦＡを１、原料ガスＧのＣＦＢをαとすると、原料ガス濃度はＱ２／（Ｑ１＋Ｑ２）、キャリアガス濃度はＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）となり、混合ガスＱ２のＣＦは、（５）式より
【数３】
0005647083.tif 000006
となり、
【数４】
0005647083.tif 000007
となる。
従って、マスフローメータ９で検出された混合ガスＧＳのＮ２換算検出流量ＱＳ’は、
【数５】
0005647083.tif 000008
となる。
これにより、原料ガスＧの流量Ｑ２はＱ２＝α（ＱS’−Ｑ１）として求められる。但し、ここでαは上記原料ガスＧのコンバージョンファクターである。
【００５８】
下記の表３は、前記（５）式で求めたコンバージョンファクターＣＦを用いて計算した原料ガス流量Ｑ２と、前記（１）及び（２）式を用いて演算した原料ガス流量Ｑ２との対比をした結果を示すものであり、（１）・（２）式で算出した値と、（５）式で算出した値とは、よく合致するものであることが判る。
尚、表１では原料ガスＧとしてアセトンを、キャリアガスＧＫとしてＮ２を流量Ｑ１＝５００ｓｃｃｍで供給し、温度ｔをパラメータにして計算をしており、（１）・（２）式の圧力比から求めた原料ガス流量Ｑ2と（５）式のコンバージョンファクターＣＦより求めた原料ガス流量Ｑ２は近似した流量値となっている。
【００５９】
【表３】
0005647083.tif 000009
【００６０】
下記の表４、表５、表６は、圧力比（式（１）・（２））を用いて求めたアセトン流量と、コンバージョンファクターＣＦ（式５）を用いて求めたアセトン流量の対比を示すものであり、キャリアガスＧＫとしてのＮ２流量Ｑ１を変えた場合を夫々示している。
【００６１】
【表４】
0005647083.tif 000010
【００６２】
【表５】
0005647083.tif 000011
【００６３】
【表６】
0005647083.tif 000012
【００６４】
上記の説明からも明らかなように、式（１）、（２）をベースにした分圧法により原料ガス蒸気流量Ｑ２及び原料ガス蒸気濃度Ｋを求める場合には、図１に示したマスフローコントローラ３からの流量計測値Ｑ１、自動圧力調整装置８からのタンク内圧力ＰＯの計測値及びマスフローメータ９からの流量測定値ＱＳ’の他に原料材料の蒸気圧曲線（温度ｔと蒸気圧ＰＭＯの関係）を必要とすることは勿論であり、図１の原料濃度演算部１０に原料４の温度ｔと蒸気ＰＭＯの曲線を予め記憶させて置く必要があることは勿論である。
【００６５】
また、式（５）のＣＦ法を用いて原料ガス流量Ｑ２及び原料ガス蒸気濃度Ｋを求める場合に於いても、予め各種原料ガス各種混合ガスＧＳに対するコンバージョンファクターＣＦをテーブル化しておくのが望ましい。
【００６６】
尚、前述した原料ガス蒸気流量Ｑ２や原料ガス蒸気濃度Ｋの演算並びに表示等は、全て図１の原料濃度演算部１０でＣＰＵ等を用いて行われることは勿論である。
又、原料ガス蒸気濃度Ｋそのもの上昇又は下降がタンク圧力ＰＯ及び又はタンク温度ｔの制御により可能なことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ＭＯＣＶＤ法やＣＶＤ法に用いる原料気化供給装置としてだけでなく、半導体や化学品製造装置等において、加圧貯留源からプロセスチャンバへ気体を供給する構成の全ての気体供給装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１はキャリアガス供給源
２は減圧装置
３は質量流量制御装置
３ａはマスフローコントローラのセンサ部
３ｂはマスフローコントローラの流量演算制御部
３ｅは流量表示信号
４は原料（有機金属化合物等のＭＯ材料）
５はソースタンク（容器）
６は恒温部
７は導入管
８はソースタンク内の自動圧力調整装置
８ａはコントロールバルブ
８ｂは圧力演算制御部
８ｃは圧力検出信号
８ｄはコントロールバルブ制御信号
８ｅは圧力表示信号
８ｆは温度検出信号
９はマスフローメータ
９ａはマスフローメータのセンサ部
９ｂはマスフローメータの演算制御部
９ｃは混合ガス流量検出信号
９ｅは混合ガス流量の表示信号
１０は原料濃度演算部
１０Ｋは濃度検出信号
ＣＦは混合ガスのコンバージョンファクター
ＣＦＡはガスＡのコンバージョンファクター
ＣＦＢはガスＢのコンバージョンファクター
ＣはガスＡの容積比率
ＧＫはキャリアガス
Ｇは原料ガス
ＧＳは混合ガス
Ｐ０はソースタンク内圧
ＰＭ０はソースタンク内の原料蒸気分圧力
Ｑ１はキャリアガス流量
ＱＳは混合ガス流量
ＱＳ’はマスフローメータの検出流量（Ｎ２換算）
Ｑ２は原料ガス流量
Ｑ２’は原料ガス流量（Ｎ２換算）
Ｋは原料ガス蒸気濃度
Ｐは圧力計
Ｔは温度計
ｔはタンク温度（原料温度）
【図１】
0005647083.tif 000013
【図２】
0005647083.tif 000014
【図３】
0005647083.tif 000015
【図４】
0005647083.tif 000016
【図５】
0005647083.tif 000017
【図６】
0005647083.tif 000018
【図７】
0005647083.tif 000019