DE102009051284A1 - Vorrichtung zum Steuern der Konzentration eines Materialgases - Google Patents

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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein schnell ansprechendes Materialgaskonzentrationssteuersystem (2) zu schaffen, welches an ein Blasen bildendes oder Perlsystem angebracht werden kann und welches die Konzentration eines Materialgases in einem Mischgas auf einen konstanten Wert hin steuern kann, und zwar selbst dann, wenn ein Partialdruck des Materialgases fluktuiert. Das Materialgaskonzentrationssteuersystem (2) wird bei einem Materialgasverdampfungssystem (1) verwendet. Dieses weist einen Behälter (13) auf, um ein Material aufzunehmen. Des Weiteren ist eine einführende oder zuführende Leitung (11) vorgesehen, um ein Trägergas zum Verdunsten oder Verdampfen des im Behälter aufgenommenen Materials zu bewirken. Ferner ist eine Auslassleitung (12) vorgesehen, um ein gemischtes Gas auszulassen, welches aus einem Materialgas besteht, welches das verdampfte Material ist, sowie aus einem Trägergas, und zwar aus dem Tank. Die Anordnung weist ein Gehäuse (B) auf, welches mit der Auslassleitung (12) verbunden ist und welches einen internen Flusskanal (B1) aufweist zum Strömenlassen des Mischgases. Des Weiteren ist ein Konzentrationsmessabschnitt (CS) vorgesehen, welcher die Konzentration des Materialgases und Mischgas, welches durch den internen Flusskanal (B1) strömt, misst. Darüber hinaus ist ein erstes Ventil (23) vorgesehen, welches dem Konzentrationsmessabschnitt (CS) nachgeschaltet ist und welches die der vom Konzentrationsmessabschnitt (CS) ...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung oder ein System zum Steuern der Konzentration eines Materialgases, welches ein Trägergas in ein festes oder flüssiges Material, welches in einem Behälter aufgenommen ist, einbringt und welches eine Konzentration des verdampften Materialgases in einem Materialverdunstungs- oder -verdampfungssystem zum Verdampfen oder Verdunsten des Materials steuert oder regelt. Ein derartiges System kann auch als Materialgaskonzentrationssteuersystem bezeichnet werden.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein typisches Materialgaskonzentrationssteuersystem für diese Art von Materialverdampfungssystem ist ein Materialgaskonzentrationssteuersystem mit einer Massenflusssteuerung oder Massenstromsteuerung, welche in einer Einlassleitung angeordnet ist, die ein Trägergas einführt, einem Konstanttemperaturbad, um einen Behälter, in dem eine Materialflüssigkeit aufgenommen ist, auf einer konstanten Temperatur zu halten, und mit einem Drucksensor, der in einer Ablassleitung oder Auslassleitung angeordnet ist, um ein gemischtes Gas mit dem Materialgas und dem Trägergas auszugeben, und der den Druck misst, nämlich den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases.
  • Dieses Materialgaskonzentrationssteuersystem verdampft oder verdunstet die Materialflüssigkeit in konstanter Art und Weise bei einem gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck, wobei die Temperatur der Materialflüssigkeit konstant gehalten wird, um den Partialdruck des Materialgases bei konstanter Temperatur einzustellen und den Fluss oder Strom des Trägergases zu steuern, um den Gesamtdruck, der vom Drucksensor gemessen wird, bei einer konstanten Temperatur unter Verwendung der Massenflusssteuerung einzustellen. Da die Konzentration der Gas- oder Dampfkomponente ausgedrückt wird durch den Partialdruck der Gas- oder Dampfkomponente dividiert durch den Gesamtdruck des Systems, wird bei dieser Anordnung auf die Konzentration der Gas- oder Dampfkomponente, nämlich die Konzentration des Materialgases, als konstant angenommen, weil der Partialdruck und der Gesamtdruck konstant sind.
  • Selbst dann, wenn der Behälter auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, und zwar durch Verwendung eines Konstanttemperaturbades, weicht die Konzentration des Materialgases von der gewünschten Konzentration dennoch ab, weil der gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck sich aufgrund des Abfalls der Temperatur wegen der Verdampfungswärme zum Zeitpunkt des Verdampfens oder Verdunstens der Materialflüssigkeit ändert. Wenn sich die Menge der Materialflüssigkeit ändert, ändert sich zusätzlich eine Kontaktzeitspanne, während der das Trägergas in Kontakt tritt mit der Materialflüssigkeit, oder ein Zustand des Trägergases, welches in Kontakt tritt mit der Materialflüssigkeit, und zwar durch Blasenbildung, so dass das Materialgas scheitert, ein Gas- oder Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht zu erreichen und den Dampf oder das Gas zu sättigen. Im Ergebnis davon ändert sich der Partialdruck des Materialgases, so dass die Konzentration des Materialgases von der gewünschten Konzentration abweicht.
  • Selbst dann, wenn die Materialflüssigkeit bei einem gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck auf Grundlage einer konstanten Basis verdampft wird, ist es in dem Fall, dass versucht wird, die Konzentration des Materialgases zu ändern, notwendig, den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck durch Ändern der Temperatur im Behälter zu ändern. Da es gewöhnlich einer langen Zeit bedarf, die Temperatur im Behälter zu ändern, verschlechtert sich das Ansprech- oder Antwortverhalten beim Steuern der Konzentration des Materialgases.
  • Da es notwendig ist, eine Komponente oder ein Bauteil sowohl in der Einlassleitung als auch in der Auslassleitung anzuordnen, um die Konzentration des Materialgases zu steuern, wird, wie oben bereits erwähnt wurde, die Arbeitszeit beim Anbringen der Komponenten gesteigert und das Anbringen der Komponenten gestaltet sich als solches schwierig.
    • Patentdokument 1: Veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2007/0254093
    • Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-257871
  • Offenbarung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Aufgaben
  • Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. In erster Linie beruht die vorliegende Erfindung nicht auf der Voraussetzung, dass der Partialdruck des Materialgases konstant gehalten wird, indem die Temperatur des Behälters konstant gehalten wird. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gut oder schnell ansprechendes Materialgaskonzentrationssteuersystem zu schaffen, das auf einfache Art und Weise im Zusammenhang mit einem Blasen bildenden System oder Perlsystem angebracht werden kann und das eine Steuerung ermöglicht, um eine Konzentration eines Materialgases in einem gemischten Gas oder Mischgas selbst dann konstant zu halten, wenn ein Partialdruck des Materialgases im Blasen bildenden System oder Perlsystem fluktuiert.
  • Mittel zum Lösen der Aufgaben
  • Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden bei einem Materialgaskonzentrationssteuersystem erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das Materialgaskonzentrationssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem verwendet, welches einen Behälter zum Aufnehmen eines Materials, eine Einlassleitung zum Zuführen oder Einleiten eines Trägergases in den Behälter zum Verdampfen oder Verdunsten des aufgenommenen Materials und eine Auslassleitung zum Aus- oder Ablassen, Aus- oder Abgeben eines gemischten Gases oder Mischgases aus einem Materialgas, welches gebildet wird von dem verdampften Material, und dem Trägergas, aus dem Behälter aufweist. Das System ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse oder einen Grundkörper, welches oder welcher mit der Auslassleitung verbunden ist und welches einen inneren oder internen Flusskanal aufweist zum Fließen- oder Strömenlassen des gemischten Gases oder Mischgases, durch einen Konzentrationsmessabschnitt, welcher die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas misst, welches durch den inneren oder internen Flusskanal fließt oder strömt, und durch ein erstes Ventil, welches in Bezug auf den Konzentrationsmessabschnitt nachgeschaltet oder stromabwärts angeordnet ist und die gemessene Konzentration, die gemessen wird durch den Konzentrationsmessabschnitt, auf eine vorher bestimmte Einstellkonzentration anpasst, wobei der Konzentrationsmessabschnitt und das erste Ventil am Gehäuse oder am Grundkörper angebracht sind.
  • Unter einem System kann immer auch eine Vorrichtung verstanden werden. Ferner kann unter einem Abschnitt immer auch eine entsprechende Einheit oder eine entsprechende Einrichtung verstanden werden.
  • Da die Konzentration des Materialgases selbst durch den Konzentrationssteuerabschnitt im Mischgas gemessen wird und die gemessene Konzentration durch das erste Ventil auf die vorher bestimmte Einstellkonzentration angepasst werden kann, ist es bei dieser Anordnung möglich, die Konzentration unabhängig von der Verdunstungsfluktuation oder Verdampfungsfluktuation auf einem konstanten Wert zu halten, auch wenn die erzeugte Menge an Materialgas in dem Fall fluktuiert, bei welchem die Materialflüssigkeit wegen einer niedrigen Verdampfungsrate oder Verdunstungsrate oder wegen einer Änderung in einem Zustand der Blasenbildung, des Perlens oder des Siedens nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht zu erreichen.
  • Dies bedeutet mit anderen Worten, dass es möglich ist, die Konzentration des gemischten Gases oder Mischgases konstant zu halten, ohne dass das erzeugte Materialgas durch Steuern oder Regeln der Temperatur im Behälter auf einer konstanten Menge gehalten werden muss.
  • Zusätzlich wird bei dieser Anordnung die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas durch das erste Ventil angepasst. Da es nicht nötig ist, auf eine Temperaturänderung zu warten, ist es möglich, eine Steuerung oder Regelung der Konzentration des Materialgases mit hohem Ansprechverhalten zu erreichen, und zwar mit einer geringeren zeitlichen Verzögerung im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Menge des Materialgases durch Steuern oder Regeln der Temperatur im Behälter gesteuert oder geregelt wird.
  • Da das erste Ventil in Bezug auf den Konzentrationsmessabschnitt stromabwärts oder nachgeschaltet angeordnet ist, ist es dem Konzentrationsmessabschnitt ferner möglich, die Konzentration in genauer Art und Weise zu messen, das heißt die Konzentration im Behälter, und zwar vor einer Beeinflussung durch die Anpassung mittels des ersten Ventils. Im Ergebnis davon ist es ebenso möglich, die Konzentration des Materialgases mit Genauigkeit zu steuern, weil es möglich ist zu wissen, wie das erste Ventil in richtiger und geeigneter Weise betätigt werden muss, um die Konzentration auf die vorher bestimmte Einstellkonzentration anzupassen.
  • Da das Materialgaskonzentrationssteuersystem als eine Einheit ausgebildet ist, wobei der Konzentrationsmessabschnitt und das erste Ventil am Gehäuse angebracht sind, ist es zusätzlich möglich, die Konzentration des Materialgases einfach dadurch zu messen, dass eine Verbindung hergestellt wird mit dem internen oder inneren Flusskanal, um dadurch einen Teil oder die vollständige Auslassleitung oder Ablassleitung des Blasen bildenden Systems oder Perlsystems zu bilden. Da zum Rückkoppeln oder Steuern der gemessenen Konzentration zur Einlassleitung ein Verdrahtungsvorgang notwendig ist, sind herkömmlicherweise die Installation und der Aufbau problematisch. Da diese Aspekte und Vorgänge hier nicht notwendig sind, ist es jedoch bei dieser Anordnung möglich, die Anzahl von Vorgängen beim Aufbauen und Installieren des Systems merklich zu reduzieren.
  • In dem Fall, dass der Konzentrationsmessabschnitt aus mehreren Messkomponenten besteht, ist es, da das Materialgaskonzentrationssteuersystem als eine Einheit aufgebaut ist, möglich, jede Position der Messkomponente näher heranzuführen, so dass die Messung an einer im Wesentlichen selben Messstelle ausgeführt werden kann, und zwar verglichen mit dem Fall, dass die mehrfachen Messkomponenten individuell an der Auslassleitung oder Ausgabeleitung angebracht sind. Im Ergebnis davon ist es möglich, die Konzentration in genauer Art und Weise zu messen, so dass die Konzentration des Materialgases mit einer hohen Genauigkeit gesteuert oder geregelt werden kann.
  • Da die Messkomponenten in einer oder als eine Einheit untergebracht sind, besteht des Weiteren nicht die Notwendigkeit, die Temperatur der Messkomponente jeweils anzupassen, z. B. in dem Fall, dass die Messgenauigkeit durch Anpassen der Temperatur aufrechterhalten werden soll. Im Ergebnis davon ist es möglich, die Anzahl vorzusehender und zu installierender Heizeinrichtungen zu reduzieren oder die Heizeinrichtungen als eine Einheit auszubilden, dadurch werden Kosten reduziert.
  • Da das Materialgaskonzentrationssteuersystem als eine Einheit ausgebildet ist, ist es zusätzlich möglich, dieses System in der Nähe eines stromabwärts oder nachgeschaltet angesiedelten Prozesses anzuordnen, wobei jedoch die Genauigkeit aufrechterhalten wird. Wie bereits erwähnt wurde, ändert sich die Konzentration bei dem erfindungsgemäßen Materialgaskonzentrationssteuersystem, sofern sie einmal geregelt oder gesteuert ist, nicht ohne Weiteres, so dass es auf einfache Art und Weise möglich ist, das Materialgas dem nachgeschalteten oder stromabwärts angesiedelten Prozess zuzuführen, während die notwendige Genauigkeit der Konzentration des Materialgases aufrechterhalten wird.
  • Als konkrete Ausführungsform eines typischen Konzentrationsmessabschnitts, der es ermöglicht, die Konzentration des Materialgases auf der Grundlage einer einfachen Anordnung zu messen, wird ein Konzentrationsmessabschnitt beschrieben, der einen Partialdruckmessabschnitt aufweist, der den Partialdruck des Materialgases misst. Ferner ist ein Druckmessabschnitt vorgesehen, welcher den Druck des gemischten Gases oder Mischgases misst, wobei die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas gemessen wird auf der Grundlage des vom Partialdruckmessabschnitt gemessenen Partialdrucks sowie auf der Grundlage des vom Druckmessabschnitt gemessenen Drucks.
  • In Abhängigkeit eines Bestandteils oder einer Komponente des Materialgases kann der Fall eines nachteiligen Einflusses vorliegen, bei welchem sich dieser auf das Steuern oder Regeln der Konzentration des Materialgases auswirkt, weil bestimmte Komponenten oder Anteile an der Röhrenwand des Flusskanals oder Strömungskanals anhaften können, so dass der Kanalwiderstand anwächst oder groß wird und der Durchmesser des Kanals absinkt oder klein wird und somit die Flussrate oder Strömungsrate fluktuiert. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die Oberfläche des internen oder inneren Flusskanals oder Strömungskanals einem Hochglanzprozess (mirror finished process) unterworfen wird, um zu verhindern, dass das Materialgas in einem kondensierten Zustand an der Oberfläche des internen oder inneren Flusskanals oder Strömungskanals anhaftet. Bei einigen Konzentrationsmessabschnitten kann der Fall eintreten, dass Messfehler aufgrund von Temperaturänderungen des gemischten Gases oder Mischgases, welches durch den inneren oder internen Flusskanal oder Strömungskanal strömt, auftreten. Um diese Messfehler zu verringern und um dadurch die Genauigkeit bei der Steuerung oder Regelung der Materialgaskonzentration zu verbessern, kann des Weiteren ein Temperaturmessabschnitt vorgesehen sein zum Messen einer Temperatur des gemischten Gases oder Mischgases, welches durch den inneren oder internen Strömungskanal oder Flusskanal strömt. Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, den gemessenen Wert oder die gemessenen Werte durch die Verwendung einer Korrekturkurve gemäß der gemessenen Temperatur zu kompensieren.
  • Wirkung der Erfindung
  • Da die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas gemessen wird durch den Konzentrationsmessabschnitt und da die gemessene Konzentration durch das erste Ventil angepasst wird, um einen gewünschten Wert einzu nehmen, und zwar auch dann, wenn die Menge des von der Materialflüssigkeit im Behälter verdunsteten oder verdampften Materialgases fluktuiert, ist es nach dem erfindungsgemäßen Materialgaskonzentrationssteuersystem möglich, die Konzentration unabhängig von dieser Fluktuation zu steuern oder zu regeln. Im Fall des Änderns der Konzentration ist es, da die Konzentration gesteuert oder geregelt wird durch Ändern der Menge des Materialgases, und zwar nicht mittels einer Temperaturänderung, welche Zeit benötigen würde, sondern durch die Verwendung des ersten Ventils, möglich, die Konzentration mit einem hohen Ansprechverhalten zu steuern oder zu regeln.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein das Materialgaskonzentrationssteuersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht des eines Materialgaskonzentrationssteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 ist eine schematische und geschnittene Ansicht des Materialgaskonzentrationssteuersystems gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform.
  • 4 ist ein Funktionsblockdiagramm gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform eines Betriebsverfahrens zum Steuern oder Regeln der Materialgaskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Beste Formen zum Ausführen der Erfindung
  • Ausführungsform
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • Ein Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 gemäß der vorliegenden Erfindung wird z. B. zum Bereitstellen einer stabilen Konzentration an Isopropylalkohol (IPA) in einem trockenen Verarbeitungsbehälter einer Waferreinigungseinheit innerhalb eines Halbleiterherstellungsverfahrens verwendet. Dies bedeutet insbesondere, dass das System 2 verwendet wird für ein Blasen bildendes System 1 (bubbling system) oder Perlsystem, welches eine verdampfte oder verdunstete IPA-Materialflüssigkeit L in dem trockenen Verarbeitungsbehälter zuführt oder bereitstellt. Die IPA-Materialflüssigkeit L korrespondiert zu dem Material in den Ansprüchen. Das Blasen bildende System 1 (bubbling system) oder Perlsystem korrespondiert zu dem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem in den Ansprüchen. Falls das Material ein Festkörper ist, erzielt die vorliegende Erfindung dieselben Wirkungen und Effekte. Zusätzlich ist festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf das Steuern oder Regeln der Konzentration einer verdampften oder zu verdampfenden IPA-Materialflüssigkeit L beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden zum Steuern oder Regeln der Konzentration z. B. von Systemen zur Schichtabscheidung mittels chemischer Gas- oder Dampfabscheidung (CVD) oder mittels metallorganischer Dampfabscheidung (MOCVD).
  • Wie in 1 dargestellt ist, weist das Blasen bildende System 1 oder Perlsystem einen Behälter 13 auf, um die Materialflüssigkeit L aufzunehmen. Es ist eine Einlassleitung 11 vorgesehen, um ein Trägergas in die im Behälter 13 gespeicherte Materialflüssigkeit L einzuführen, um dadurch eine Blasenbildung oder ein Perlen zu bewirken. Des Weiteren ist eine Auslassleitung oder Ablassleitung 12 vorgesehen, um ein gemischtes Gas oder Mischgas auszugeben, das aus dem Materialgas, welches die verdampfte oder verdunstete Materialflüssigkeit L enthält, und dem Trägergas gebildet wird, und zwar aus einem Raum oder Bereich N oberhalb der im Behälter 13 enthaltenen Materialflüssigkeit L. Ferner ist eine Spülleitung P vorgesehen, welche die Einlassleitung 11 und die Auslassleitung 12 verbindet und welche außerhalb des Behälters 13 angeordnet ist. Ein Ventil V zum Öffnen/Schließen ist in der Spülleitung P angeordnet. Das Ventil V zum Öffnen/Schließen ist normalerweise, d. h. zu normalen Zeiten geschlossen, nämlich während das Materialgas verdunstet oder verdampft und die Konzentration des Materialgases gesteuert oder geregelt wird. Zum Zeitpunkt einer Nullpunktanpassung des Konzentrationsmessabschnitts CS, welcher später beschrieben werden wird, wird das Ventil V zum Öffnen/Schließen geöffnet, damit das Trägergas nicht in den Behälter 13 gelangt.
  • Des Weiteren ist das Blasen bildende System 1 oder Perlsystem 1 mit einem Temperatursensor T ausgebildet, der im Behälter 13 zum Messen der Temperatur des Inneren des Behälters 13 angeordnet ist. Ferner ist das Materialgaskonzentrationssteuer- oder -regelsystem in der Einlassleitung 12 angeordnet.
  • Nachfolgend wird das Materialgaskonzentrationssteuer- oder -regelsystem 2 im Detail unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert.
  • Die hardwaremäßige Anordnung des Materialgaskonzentrationssteuer- oder -regelsystems 2 wird nachfolgend erläutert. Das Materialgaskonzentrationssteuer- oder -regelsystem 2 weist, wie das in der perspektivischen Ansicht der 2 und der Querschnittsansicht der 3 dargestellt ist, ein Gehäuse B auf, welches im Allgemeinen die Form eines Quaders besitzt. Dabei ist ein interner oder innerer Flusskanal oder Strömungskanal B1 vorgesehen, der mit der Auslassleitung oder Ablassleitung 12 des Blasen bildenden Systems 1 oder des Perlsystems 1 verbunden ist und der einen Teil des Blasen bildenden Systems 1 oder Perlsystems 1 bildet. Ferner ist ein Partialdruckmesssensor 21 vorgesehen, welcher einen Partialdruckmessabschnitt bildet, um den Partialdruck des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu messen. Darüber hinaus ist ein Drucksensor 22 vorgesehen, welcher einen Druckmessabschnitt bildet, um den Druck (Gesamtdruck) des gemischten Gases oder Mischgases, welches im internen oder inneren Flusskanal oder Strömungskanal B1 strömt, zu messen. Es ist ein erstes Ventil 23 vorgesehen, um den Druck des gemischten Gases oder Mischgases mittels eines Öffnungsgrades des Ventilkörpers (Ventilposition) anzupassen, wobei der Partialdruckmesssensor 21, der Drucksensor 22 und das erste Ventil 23 im oder am Gehäuse B in dieser Reihenfolge, von einer stromaufwärts oder vorgeschaltet vorgesehen Position ausgehend, angeordnet sind. Wie im Überblicksdiagramm der 1 dargestellt ist, weist das Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 des Weiteren einen Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 24 auf, um das erste Ventil 23 zu steuern oder zu regeln. Vorangehend und nachfolgend werden die Begriffe Steuern und Regeln synonym verwendet, wobei sich aus dem technischen Zusammenhang Näheres ergibt.
  • Um die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu steuern oder zu regeln, ist es notwendig, den Partialdruckmesssensor 21 und den Drucksensor 22 in Bezug auf das erste Ventil 23 stromaufwärts oder vorgeschaltet anzuordnen. Dies soll eine Steuerung oder Regelung der Konzentration ermöglichen, und zwar gemäß einer Änderung des verdampften oder verdunsteten Zustands der Materialflüssigkeit durch Messen des Gesamtdrucks im Behälter 13 und der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas vor einer Beeinflussung durch das erste Ventil 23.
  • Der Partialdruckmesssensor 21, der Drucksensor 22 und der Konzentrationsberechnungsabschnitt 241, der später zu beschreiben ist, korrespondieren zum Konzentrationsmessabschnitt CS in den Ansprüchen.
  • Der innere oder interne Flusskanal oder Strömungskanal B1 des Gehäuses B wird von einer im Allgemeinen zylindrischen Durchgangsbohrung oder von einem im Allgemeinen zylindrischen Durchgangsloch gebildet. Die innere Fläche oder Oberfläche des inneren oder internen Flusskanals oder Strömungskanals B1 ist, wird oder wurde einem Hochglanzprozess (mirror finishing process) unterworfen, um zu verhindern, dass kondensierte Phasen des Materialgases an der inneren Fläche oder Oberfläche adsorbieren. Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich zu verhindern, dass ein Fall eintritt, bei dem es fehlschlägt, einen gewünschten oder anzunehmenden Fluss oder Strom zu erhalten oder zu verhindern, dass ein gefährlicher oder negativer Einfluss auf die Messgenauigkeit oder auf die Genauigkeit der Konzentrationsregelung oder -steuerung eintritt, nämlich aufgrund eines wegen des Materialgases verengten internen oder inneren Flusskanals oder Strömungskanals B1. Es wird zusätzlich bevorzugt, dass der Hochglanzprozess auch auf Bereiche angewandt wird, die im Zusammenhang stehen mit dem Partialdruckmesssensor 21 und dem Drucksensor 22, die mit dem Materialgas in Kontakt treten. Es ist ferner denkbar, dass das Material des Gehäuses B Edelstahl ist. Jedoch wird in einem Fall, bei welchem als Mischgas oder gemischtes Gas ein korrosives oder korrodierendes Gas, z. B. Fluorwasserstoffgas, verwendet wird, bevorzugt, dass für den internen oder inneren Flusskanal oder Strömungskanal B1 ein korrosionsbeständiges Harz verwendet wird, z. B. TEFLON (eingetragene Marke).
  • Das vom Partialdruckmesssensor 21 verwendete Messverfahren ist ein nichtdispersives Infrarotverfahren (NDIR: non-dispersive infrared method). Der Partialdruckmesssensor 21 ist am Gehäuse B angebracht, wobei er den internen oder internen Flusskanal oder Strömungskanal B1 radial umgibt. Der Partialdruckmesssensor 21 weist einen Lichtquellenabschnitt auf, der an einem tiefer gelegenen Teil angeordnet ist, und zwar in der Querschnittsansicht der 3. Des Weiteren ist ein optischer Empfangsabschnitt vorgesehen, der an einem oberen Bereich oder Abschnitt in der Querschnittsansicht angeordnet ist, um den Partialdruck des Materialgases zu messen, welches zwischen dem Lichtquellenabschnitt und dem optischen Empfangsabschnitt passiert.
  • Der Drucksensor 22 ist am Gehäuse B an einer Stelle angebracht, die einem Bereich oder einer Fläche beabstandet nachgeschaltet ist, wo der Partialdruckmesssensor 21 seine Messungen durchführt, wobei ein vorbestimmter Abstand eingehalten wird, um die Messung an einer Stelle durchzuführen, die radial oberhalb des inneren oder internen Flusskanals oder Strömungskanals B1 liegt. Der Messsensor 22 misst den Druck im Behälter 13 durch Messen des Drucks des gemischten Gases oder Mischgases, welches durch den inneren oder internen Flusskanal oder Strömungskanal B1 strömt. Im Zusammenhang mit dieser Darstellung umfasst das Konzept oder Prinzip des Drucks im Behälter den Druck im Behälter als solchen und den Druck in der Auslassleitung oder Ablassleitung 12, die dem ersten Ventil 23 vorgeschaltet ist.
  • Das erste Ventil 23 ist am Gehäuse B um einen vorbestimmten Abstand beabstandet und dem Drucksensor 22 nachgeschaltet oder stromabwärts gelegen angeordnet. Ein Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 wird gesteuert oder geregelt vom Konzentrationssteuerabschnitt CC, welcher später beschrieben werden wird, um die Konzentration des Materialgases zu steuern oder zu regeln.
  • Zusätzlich ist eine Heizeinrichtung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) am Gehäuse B angeordnet, um sich parallel zum internen oder inneren Flusskanal oder Strömungskanal B1 hin zu erstrecken. Die Heizeinrichtung wird verwendet, um die Temperatur des Partialdruckmesssensors 21 und des Drucksensors 22 auf eine vorbestimmte Temperatur einzustellen und dort zu halten. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, einen Einfluss der Umgebungs- oder Raumtemperaturänderung des Materialgaskonzentrationssteuersystems 2 oder der Temperaturänderung aufgrund des gemischten Gases oder Mischgases, welches im Inneren oder internen Flusskanal oder Strömungskanal B1 strömt, auf den Partialdruckmesssensor 21 und den Drucksensor 22 zu vermeiden. Des Weiteren ist es möglich zu verhindern, dass das Material im gemischten Gas oder Mischgas an einem Fenster des Partialdruckmesssensors 21 adsorbiert, welches dafür vorgesehen ist, Licht zum internen oder inneren Fluss- oder Strömungskanal B1 zu übertragen. Auch wird dadurch verhindert, dass das Materialgas am Fenster kondensiert. Dies bedeutet insbesondere, dass, da der Partialdruckmesssensor 21 empfindlich ist gegen Einflüsse, die aus einer Temperaturänderung resultieren, die Temperatur des Partialdruckmesssensors allein eingestellt werden kann.
  • Nachfolgend wird nun der Steuerabschnitt 24 auf der Grundlage eines schematischen Diagramms gemäß 1 und des Funktionsblockdiagramms in 4 er läutert, welcher Software im Zusammenhang mit dem Materialkonzentrationssteuer- oder -regelsystem 2 aufweist.
  • Der Steuerabschnitt 24 verwendet einen Computer und weist einen internen Bus, eine CPU, einen Speicher, einen I/O-Kanal, einen A/D-Wandler und eine D/A-Wandler oder dergleichen auf. Die Funktionen des Steuerabschnitts 242 für das erste Ventil, des Konzentrationsberechnungsabschnitts 241, des Einstelldruckeinstellabschnitts 243, des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244 und des Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitts 245 können erreicht werden durch entsprechendes Betreiben der CPU und ihrer peripheren Einrichtungen gemäß vorbestimmten Programmen, die zuvor im Speicher abgelegt wurden. Der Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil allein wird gebildet von einem Steuerschaltkreis, z. B. einem unabhängigen 1-Chip-Mikrocomputer, um den Einstelldruck zu empfangen oder aufzunehmen. Der Druck kann auf einfache Art und Weise gesteuert oder geregelt werden durch Eingeben des Einstelldrucks. Mit einer derartigen Anordnung kann ein Kostenanstieg beim Auslegen und Entwickeln des Steuerabschnitts verhindert werden, da es möglich ist, den Steuerschaltkreis oder die Software, die herkömmlicherweise zum Steuern des Drucks entwickelt wurden, zu verwenden, um die Konzentration zu steuern oder zu regeln.
  • Der Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil, der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 und der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 wirken zusammen, um die in den Ansprüchen definierte Funktionalität des Konzentrationssteuerabschnitts CC zu realisieren.
  • Es wird nunmehr jede einzelne Komponente beschrieben.
  • Der Konzentrationsberechnungsabschnitt 241 berechnet die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas auf der Grundlage des Partialdrucks des Materialgases, der gemessen wird vom Partialdruckmesssensor 21, und auf der Grundlage des Gesamtdrucks, der gemessen wird vom Drucksensor 22. Die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas kann berechnet werden aus dem Partialdruck/dem Gesamtdruck oder deren Verhältnis aus der Gaszustandsgleichung.
  • Der Speicherabschnitt 242 für das erste Ventil steuert oder regelt einen Öffnungsgrad des ersten Ventils 23, um zu bewirken, dass der Druck (der Gesamtdruck), der gemessen wird vom Drucksensor 22, den Wert eines Einstelldrucks annimmt, der einen Druck darstellt, der vom Einstelldruckeinstellabschnitt 243 eingestellt wird.
  • Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 stellt den Einstelldruck als einen temporären oder zeitweiligen Einstelldruck ein, der derjenige Druck im Behälter 13 ist, der berechnet wird vom Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244, der später beschrieben werden wird, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, und ändert den vorher bestimmten Einstelldruck derart, dass eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration, die gemessen wird vom Konzentrationsmessabschnitt CS, und der Einstellkonzentration während einer anderen Zeitspanne verringert wird.
  • Dies bedeutet konkreter, dass während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, ein Zustand gehalten wird, bei welchem der zeitweilige Einstelldruck, der vom Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet wird oder wurde, als Einstelldruck eingestellt wird oder wurde, gehalten wird, ohne dass der Einstelldruck für den Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil geändert wird, auch wenn der zu messende Partialdruck des Materialgases oder der Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases fluktuiert. Die vorbestimmte Zeitspanne ist eine Zeitspanne, die benötigt wird, damit die gemessene Konzentration eine gewünschte Konzentration erreicht, oder eine Zeitspanne, die benötigt wird, dass die Abweichung vollständig reduziert wird. Diese Zeitspanne kann experimentell ermittelt oder beliebig eingestellt werden.
  • Während der anderen Zeitspanne nach der vorbestimmten Zeitspanne, nämlich während einer gewöhnlichen Betriebszeitspanne, ändert der Druckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck derart, dass die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration für den Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil gemäß der Fluktuation des Partialdrucks des gemessenen Materialgases oder des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases verringert wird. Dies bedeutet insbesondere, dass es in dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration größer ist als die Einstellkonzentration, möglich ist, die Konzentration durch Anheben des Gesamtdrucks zu verringern, weil der Druck erhalten wird durch Dividieren des Partialdrucks durch den Gesamtdruck. Dies bedeutet entsprechend, dass in dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration höher ist als die Einstellkonzentration, der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck derart ändert, dass der Gesamtdruck für den Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil gesteigert wird. Dies bedeutet im Ergebnis, dass der Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 so steuert, dass dieser klein ist. In dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration niedriger ist als die Einstellkonzentration, wird das umgekehrte Vorgehen durchgeführt.
  • Den Einstelldruck zu ändern, so dass die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration verringert wird, bedeutet, wie oben dargestellt wurde, dass der Einstelldruck so geändert wird, dass er größer ist in dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration höher ist als die Einstellkonzentration, wogegen der Einstelldruck so geändert wird, dass er geringer ist in dem Fall, dass die Konzentration niedriger ist als die Einstellkonzentration.
  • Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet einen Druck im Behälter, damit die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration bei einer gemessenen Temperatur annimmt, die vom Temperatursensor T gemessen wurde, und stellt den Druck als temporären Einstelldruck ein. Der berechnete Druck im Behälter 13 wird an den Einstelldruckeinstellabschnitt 243 übertragen. Der berechnete Druck wird als der Einstelldruck verwendet, der für den Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil eingestellt wird, und zwar durch den Einstelldruckeinstellabschnitt 243, und zwar zu einem Zeitpunkt des Beginnens oder Anfahrens oder während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde.
  • Die Berechnung des Drucks im Behälter 13 durch den Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 wird nun im Detail beschrieben. Auf der Grundlage der Temperatur im Behälter 13 berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 einen gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases bei der gegebenen Temperatur. Dann berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 den Druck, nämlich den Gesamtdruck im Behälter 13, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der neuen Einstelltemperatur annimmt, und zwar in dem Fall, dass der gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck der Partialdruck ist. Da die Konzentration über den Partialdruck, dividiert durch den Gesamtdruck, ausgedrückt wird, kann der Druck im Behälter 13 erhalten werden durch Dividieren des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks des Materialgases bei der gemessenen Temperatur durch die neu eingestellte Konzentration oder neue Einstellkonzentration.
  • Der Bestimmungsbereich 245 für die Materialflüssigkeitsmenge berechnet den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases im Behälter 13 bei der Temperatur, die vom Temperatursensor T gemessen wird oder wurde, und be stimmt die Menge an Materialflüssigkeit L im Behälter 13 durch Vergleichen des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks mit dem gemessenen Partialdruck des Materialgases, welcher gemessen wird oder wurde vom Partialdruckmesssensor 21. Dies bedeutet konkreter, dass, wenn die Menge an Materialflüssigkeit L abnimmt oder sich verringert, die Materialflüssigkeit L nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht zu erreichen, weil die Kontaktzeitspanne, wenn Blasen des Trägergases in Kontakt treten mit der Materialflüssigkeit L, verkürzt ist. Im Ergebnis davon stellt sich der Partialdruck des Materialgases auf einen kleinen oder kleineren Wert ein, und zwar verglichen mit dem gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck. In dem Fall, dass z. B. das Verhältnis des Partialdrucks des gemessenen Materialgases zum gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck geringer ist als ein vorbestimmter Wert, bestimmt der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 oder der Bestimmungsabschnitt 245 für die Materialflüssigkeitsmengen, dass die Menge an gespeicherter Materialflüssigkeit L geringer ist als eine vorbestimmte Menge oder gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L. Falls der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 ermittelt, dass die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L gering ist, wird dieser Zustand angezeigt, um zu bewirken, dass Materialflüssigkeit L zugeführt wird.
  • Das Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 steuert oder regelt die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas von selbst, wobei jede Komponente dabei als eine Einheit oder in einer Einheit ausgebildet ist, und zwar durch Verwenden der Hardware und der Software.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Steuerns oder Regelns der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 5 erläutert.
  • Der Konzentrationsberechnungsabschnitt 241 berechnet die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas auf der Grundlage des Ausdrucks (1) unter Verwendung des Partialdrucks des Materialgases, welcher gemessen wird oder wurde durch den Partialdruckmesssensor 21, und auf der Grundlage des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases, der gemessen wird oder wurde durch den Drucksensor 22. C = Pz/Pt (1)
  • Dabei bezeichnen C die Konzentration, Pz den Partialdruck des Materialgases und Pt den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases.
  • Zum Zeitpunkt des Beginns oder des Anfahrens, wenn die Einstellkonzentration das erste Mal eingestellt wird oder zu einem Zeitpunkt, wenn die Einstellkonzentration geändert wird, berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 zunächst den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases auf der Grundlage der vom Temperatursensor T gemessenen Temperatur. In dem Fall, dass der Partialdruck des Materialgases der berechnete gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck ist, wird der Druck im Behälter 13, nämlich der Gesamtdruck Pts (der zeitweilige Einstelldruck) des gemischten Gases oder Mischgases, welches in der Einstellkonzentration vorliegt, gemäß dem Ausdruck (1) berechnet, und zwar unter Verwendung der Einstellkonzentration und des berechneten Partialdrucks (Schritt S1).
  • Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 stellt den Gesamtdruck Pts (den temporären Einstelldruck) als Einstelldruck für den Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil ein und ändert den Einstelldruck während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, nicht, auch wenn der Partialdruck das Materialgases fluktuiert (Schritt S2). Der Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil steuert oder regelt den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 mittels des Einstelldrucks Pts während der vorbestimmten Zeitspanne, was in einem Steuern oder Regeln der Konzentration resultiert, die vom Konzentrationsmessabschnitt CS gemessen wird oder wurde, und zwar auf die Einstellkonzentration hin oder auf einen Wert in der Nähe der Einstellkonzentration hin (Schritt S3).
  • Zum Zeitpunkt eines gewöhnlichen Betriebs nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne vom Zeitpunkt des Änderns der Einstellkonzentration an, nämlich in dem Fall, dass die Konzentration, die vom Konzentrationsmessabschnitt CS gemessen wurde, unterschiedlich ist von der Einstellkonzentration, die vom Einstelldruckeinstellabschnitt 243 eingestellt wurde, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck Pt0 wie nachfolgend beschrieben wird, und zwar auf der Grundlage des Partialdrucks Pz des Materialgases, der im Partialdruckmesssensor 21 gemessen wird oder wurde, und auf der Grundlage der Einstellkonzentration C0, und zwar auf der Grundlage des Ausdrucks (2) (Schritt S4). Pt0 = Pz/C0 (2)
  • Dabei bezeichnen Pz einen vom Partialdruckmesssensor 21 konstant gemessenen Wert und C0 einen bekannten Wert, weil dies die Einstellkonzentration ist.
  • Zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Einstelldruck auf den Wert P0 geändert wird, steuert oder regelt der Steuerabschnitt 242 für das erste Ventil den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23, um die Abweichung zwischen dem Druck (dem Gesamtdruck) Pt, der vom Drucksensor 22 gemessen wird oder wurde, und dem Einstelldruck Pt0 zu reduzieren (Schritt S5).
  • Die schließlich gemessene Konzentration des Materialgases im Mischgas oder gemischten Gas wird die Einstellkonzentration C0 oder nimmt den Wert der Einstellkonzentration C0 an, falls der Partialdruck Pz des Materialgases nicht fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt.
  • In dem Fall, dass der Partialdruck Pz des Materialgases fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck Pt0 erneut gemäß dem Ausdruck (2), um die Einstellkonzentration C0 zu sein oder deren Wert anzunehmen.
  • Wie erwähnt wurde, ist es dem Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 möglich, die gemessene Konzentration auf den Wert einer vorbestimmten Einstellkonzentration konstant zu halten, selbst dann, wenn sich der verdampfte oder verdunstete Zustand des Materialgases ändert, so dass der Partialdruck fluktuiert.
  • Es ist bei dem Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 gemäß dieser Ausführungsform möglich, die Konzentration des Materialgases mit hoher Genauigkeit und mit hohem Ansprechverhalten zu steuern, und zwar selbst dann, wenn die Verdunstungsrate oder Verdampfungsrate des Materialgases gering ist oder die Verdunstungsrate oder Verdampfungsrate des Materialgases fluktuiert, weil die Konzentration nicht mittels eines schlecht ansprechenden Partialdrucks oder mittels der den schlecht ansprechenden Partialdruck enthaltenen Konzentration als direkter Steuervariable oder Regelvariable gesteuert oder geregelt wird, sondern mittels des Gesamtdrucks als Steuervariable oder Regelvariable, der auf einfache Art und Weise mittels des ersten Ventils 23 gesteuert oder geregelt werden kann.
  • Da das Materialgaskonzentrationssteuersystem 2, welches die Konzentration steuert oder regelt, in einer Auslassleitung oder Ablassleitung 12 angeordnet ist, wird zusätzlich ein Abstand oder eine Distanz von einer Position, wo die Konzentration auf einen bestimmten Wert gesteuert oder geregelt wird, zu einer Position, wo das gemischte Gas oder Mischgas in einen nachgeschalteten oder stromabwärts gelegenen Prozess eingeführt oder ausgegeben wird, kurz oder gering ausgebildet. Es ist somit möglich, das gemischte Gas oder Mischgas an den nachgeschalteten oder stromabwärts gelegenen Prozess auszugeben, und zwar nahezu ohne jegliche Fluktuation der Konzentration.
  • Da das erste Ventil 23 nachgeschaltet oder stromabwärts gelegen ausgebildet ist in Bezug auf den Partialdruckmesssensor 21 und den Drucksensor 22, ist es dem Partialdruckmesssensor 21 und dem Drucksensor 22 des Weiteren möglich, den Partialdruck bzw. den Gesamtdruck des Systems zu messen, bevor eine Beeinflussung durch den Betrieb des ersten Ventils 23 erfolgt. Da der Partialdruck oder der Gesamtdruck im Behälter 13, wo das Materialgas tatsächlich verdampft oder verdunstet wird, mit hoher Genauigkeit gemessen werden können, ist es im Ergebnis möglich, das erste Ventil 23 in Antwort auf Änderungen der Verdunstungsrate oder Verdampfungsrate des Materialgases zu steuern oder zu regeln. Das bedeutet nämlich, dass es möglich ist, die Konzentration des Materialgases mit hoher Genauigkeit zu steuern oder zu regeln.
  • Da der Partialdruckmesssensor 21, der Drucksensor 22 und das erste Ventil 23 am oder im Gehäuse B angebracht sind und das Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 als eine Einheit ausgebildet und untergebracht ist, ist es zusätzlich möglich, die Konzentration nur durch Anbringen des Materialgaskonzentrationssteuersystems 2 an der Auslassleitung oder Ablassleitung 12 zu steuern oder zu regeln. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass keine Notwendigkeit für das herkömmliche Vorgehen des Anordnens einer Verdrahtung besteht, um ein Signal von den Sensoren an die Einlassleitung 11 zurückzukoppeln, die an der Auslassleitung 12 angebracht sind. Folglich ist es möglich, die Konzentration mit hoher Genauigkeit zu steuern oder zu regeln.
  • Es wird nunmehr eine andere Ausführungsform erläutert. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen Komponenten, die mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel korrespondieren.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas geregelt oder gesteuert durch Regeln oder Steuern des ersten Ventils 23, so das der Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases den Wert des Einstelldrucks annimmt. Jedoch kann das erste Ventil 23 geregelt oder gesteuert werden auf der Grundlage der Konzentration als Steuervariable oder Regelvariable, die von dem Konzentrationsmessabschnitt CS gemessen wird oder wurde.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ausschließlich die Konzentration des Materialgases geregelt oder gesteuert. Jedoch kann im Fall des Steuerns oder Regelns des Flusses oder Stroms eine Massenfluss- oder -stromsteuerung in der Einlassleitung 11 vorgesehen sein. Die Massenfluss- oder -stromsteuerung weist eine Flussmesseinrichtung oder Strommesseinrichtung vom Differenzdrucktyp oder vom thermischen Typ auf, die dann eine Flussmesseinrichtung oder Strommesseinrichtung bildet und den Volumenstrom oder Massenstrom des Trägergases misst, welches in die Einlassleitung 11 strömt oder fließt. Es ist des Weiteren ein zweites Ventil vorgesehen, um den Fluss oder Strom des Trägergases mittels eines Öffnungsgrads des Ventilkörpers anzupassen. Beide sind in dieser Reihenfolge stromaufwärts oder vorgeschaltet vorgesehen und können einen Massenflusssteuerungssteuerabschnitt oder -regelabschnitt aufweisen, um den Fluss oder Strom des Trägergases zu steuern oder zu regeln.
  • Der Konzentrationsmessabschnitt CS berechnet die Konzentration unter Verwendung des Partialdrucks und des Gesamtdrucks. Jedoch kann die Konzentration auch direkt gemessen werden, z. B. mittels einer Ultraschallkonzentrationsmesseinrichtung. Zusätzlich ist der Partialdruckmesssensor 21 nicht auf die Verwendung eines nicht-dispersiven Infrarotverfahrens (NDIR) beschränkt. Es kann stattdessen auch ein infrarotspektroskopisches Verfahren auf der Grundlage von Fouriertransformationen (FTIR) oder ein Verfahren der Laserabsorptionsspektroskopie (LAS) Verwendung finden.
  • Der Fluss oder Strom des Materialgases kann gesteuert werden durch ein zweites Ventil 32, um die Abweichung zwischen dem Einstellfluss oder Einstellstrom und dem berechneten Fluss des Materialgases, der berechnet wurde auf der Grundlage der gemessenen Konzentration und des gemessenen Trägergasflusses oder -stroms zu vermindern.
  • Im Materialgaskonzentrationssteuersystem 2 kann ein Temperatursensor angeordnet sein, um eine Änderung des Messergebnisses des Drucks oder des Partialdrucks aufgrund einer Temperaturänderung zu kompensieren. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Konzentration mit höherer Genauigkeit zu steuern oder zuregeln. Des Weiteren kann aus dem Partialdruckmessabschnitt ein Signal abgeleitet werden, welches einen verschlechterten Zustand der Lichtquelle anzeigt. Zum Beispiel kann der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt eine Anord nung derart aufweisen, dass die Lebensdauer der Lichtquelle erfasst wird mittels einer momentanen Änderung eines Stroms der Lichtquelle, wobei eine Mitteilung angezeigt wird, die einen Hinweis darauf gibt, dass die Lichtquelle ersetzt werden sollte, bevor sich ein kritischer Einfluss auf das Messergebnis bemerkbar macht.
  • Entweder die Position des Drucksensors oder die Position des Partialdruckmesssensors können an einer vorgeschalteten oder stromaufwärts gelegenen Stelle angeordnet sein. Die Richtung des Anbringens des Partialdruckmesssensors ist nicht auf eine vertikale Richtung oder Ausrichtung beschränkt, sondern kann sich auch in eine horizontale Richtung erstrecken, um den entsprechenden Sensor an einer Seitenfläche des Gehäuses B anzubringen. In diesem Fall ist es möglich, eine Akkumulation oder Ansammlung einer Komponente des Gases aufgrund der Schwerkraft im Hinblick auf das Fenster zu verhindern, durch welches Licht des Partialdruckmesssensors passiert. Zusätzlich ist es auch möglich, die Akkumulation oder Ansammlung von Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Kondensation eines Nebels oder Dampfes zu vermeiden.
  • Um das Materialgaskonzentrationssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gastafel oder Gaspaneele (gas Panel) oder dergleichen zu verbinden, die verwendet wird zum Verringern des Bereichs oder der Fläche, wo dieses System aufgebaut oder installiert ist, können ein Einlass oder ein Auslass des inneren oder internen Flusskanals oder Strömungskanals so angeordnet sein, dass sie nach unten oder abwärts zeigen. Es können der Einlass oder der Auslass auch abgeändert werden, um vertikal abwärts oder nach unten zu zeigen, und zwar unter Verwendung einer Verbindung zur Änderung der Richtung.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf vielfältige Art und Weise modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
    • 2
    Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem
    1
    Blasen bildendes System, Perlsystem
    11
    Einlassleitung
    12
    Auslassleitung, Ausgabeleitung
    13
    Behälter
    CS
    Konzentrationsmessabschnitt
    21
    Partialdruckmesssensor, Partialdruckmessabschnitt
    22
    Druckmesssensor, Druckmessabschnitt
    23
    erstes Ventil
    CC
    Konzentrationssteuer- oder -regelabschnitt
    242
    Steuer- oder Regelabschnitt für das erste Ventil
    243
    Einstelldruckeinstellabschnitt
    FS
    Fluss- oder Strommessabschnitt
    FC
    Flusssteuer- oder -regelabschnitt
    32
    zweites Ventil
    332
    Steuer- oder Regelabschnitt für das zweite Ventil
    333
    Einstellabschnitt für den Einstellfluss oder Einstellstrom des Trägergases
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-257871 [0006]

Claims (4)

  1. Vorrichtung (2) zum Steuern der Konzentration eines Materialgases, welche verwendet wird bei einem Materialverdampfungssystem mit einem Behälter (13), um ein Material aufzunehmen, mit einer Einlassleitung (11), um ein Trägergas zum Verdampfen aufgenommenen Materials in den Behälter (13) einzuleiten, und mit einer Auslassleitung (12) zum Ausleiten eines Mischgases, bestehend aus einem Materialgas, welches von dem verdampften Material gebildet wird, und dem Trägergas, aus dem Behälter (13), gekennzeichnet durch einen Grundkörper (B), welcher mit der Auslassleitung (12) verbunden ist und welcher einen internen Flusskanal (B1) zum Strömen des Mischgases aufweist, eine Konzentrationsmesseinheit (CS), welche die Konzentration des Materialgases im Mischgas misst, welches im internen Flusskanal (B1) strömt, und ein erstes Ventil (23), welches dem Konzentrationsmessabschnitt (CS) nachgeschaltet ist und welches die gemessene Konzentration, welche durch die Konzentrationsmesseinheit (CS) gemessen wird, auf eine vorher bestimmte Einstellkonzentration anpasst, wobei die Konzentrationsmesseinheit (CS) und das erste Ventil (23) am Grundkörper (B) angebracht sind.
  2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Konzentrationsmesseinheit (CS) aufweist: eine Partialdruckmesseinheit (21), welche einen Partialdruck des Materialgases misst, und eine Druckmesseinheit (22), welche einen Druck des Mischgases misst, wobei die Konzentration des Materialgases im Mischgas gemessen wird auf der Grundlage des durch die Partialdruckmesseinheit (21) gemessenen Partialdrucks und des durch die Druckmesseinheit (22) gemessenen Drucks.
  3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Oberfläche des internen Flusskanals (B) einem Hochglanzprozess unterworfen wurde.
  4. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche des Weiteren eine Temperaturmesseinheit (T) aufweist zum Messen einer Temperatur des Mischgases, welches im internen Flusskanal (B1) strömt.
DE200910051284 2008-10-31 2009-10-29 Vorrichtung zum Steuern der Konzentration eines Materialgases Withdrawn DE102009051284A1 (de)

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DE102013020899A1 (de) 2013-12-11 2015-06-11 Centrotherm Photovoltaics Ag Verfahren zum Einbringen eines Prozessgases in einen Prozessraum für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung und Vorrichtung für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung

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