流體分析裝置、熱式流量計(jì)、質(zhì)量流量控制器、流體性質(zhì)確定裝置和流體分析裝置用程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體分析裝置，在測(cè)量對(duì)象的流體流動(dòng)的流道中設(shè)置兩個(gè)電阻元件，根據(jù)為了對(duì)上述電阻元件進(jìn)行加熱而施加的電壓，分析所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量、種類和物性等。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在半導(dǎo)體工序中使用的氣體中，大多存在腐蝕性氣體(BC12、Cl2、HC1、C1F3等)和反應(yīng)性氣體(SiH4、B2H6等)，在測(cè)量上述氣體的流量時(shí)，使用一種不需要使傳感器端子等與氣體直接接觸就能夠間接進(jìn)行流量測(cè)量的熱式流量計(jì)。
[0003]所述熱式流量計(jì)包括:流體阻力構(gòu)件，配置在氣體流動(dòng)的主流道內(nèi)；細(xì)管，使所述層流元件的上游側(cè)和下游側(cè)分路，形成相對(duì)于主流道氣體以規(guī)定比率的流量流動(dòng)的傳感器流道；以及兩個(gè)電阻元件，在該細(xì)管的外表面上設(shè)置在上游側(cè)和下游側(cè)。而且，控制上述上游側(cè)電阻元件和下游側(cè)電阻元件的施加電壓，分別使其溫度固定、或分別使流動(dòng)的電流固定。并且，根據(jù)上述恒定溫度控制或恒定電流控制施加的電壓，計(jì)算傳感器輸出計(jì)算值，并根據(jù)該傳感器輸出計(jì)算值和表示所述傳感器輸出計(jì)算值和流量的關(guān)系的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，輸出與傳感器輸出計(jì)算值對(duì)應(yīng)的流量。
[0004]并且，在出廠時(shí)，在使用的氣體的種類不確定的情況下，不使所述腐蝕性氣體和反應(yīng)性氣體、而使惰性氣體(隊(duì)等)在流道內(nèi)流動(dòng)，并根據(jù)上述惰性氣體的實(shí)際流量和所述傳感器輸出計(jì)算值，對(duì)所述流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，如果利用存儲(chǔ)有由惰性氣體進(jìn)行校準(zhǔn)的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)的熱式流量計(jì)，不進(jìn)行任何修正就測(cè)量腐蝕性氣體和反應(yīng)性氣體的流量，則不能準(zhǔn)確地輸出實(shí)際流量。因此，當(dāng)測(cè)量與用于校準(zhǔn)的氣體不同種類的氣體的流量時(shí)，利用轉(zhuǎn)換因子對(duì)輸出的流量進(jìn)行修正，該轉(zhuǎn)換因子是用于各傳感器輸出計(jì)算值的校準(zhǔn)的氣體的流量和當(dāng)前流動(dòng)的氣體的流量的比。
[0005]公知的是，上述轉(zhuǎn)換因子相對(duì)于流量不是固定值，伴隨流量的增加，以按照每種氣體種類確定的增加率變化。例如，專利文獻(xiàn)1中將轉(zhuǎn)換因子近似為流量的三次函數(shù)，按照每種氣體種類預(yù)先存儲(chǔ)上述轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)。并且，根據(jù)用于校準(zhǔn)的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和各氣體種類的轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)，計(jì)算各氣體種類的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，對(duì)于任何氣體種類都能夠輸出適當(dāng)?shù)牧髁俊?br>[0006]但是，在專利文獻(xiàn)1的熱式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)中，為了能夠?qū)Ω鳉怏w種類計(jì)算流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，需要預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定各氣體種類的轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)。由于在半導(dǎo)體制造工序中使用的氣體種類非常多，所以對(duì)全部可能使用的氣體種類都確定轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)，非?；ㄙM(fèi)時(shí)間。
[0007]此外，由于以往的專利文獻(xiàn)1中記載的熱式流量計(jì)不能自動(dòng)判斷在流道內(nèi)流動(dòng)的氣體種類，所以每次改變?cè)诹鞯纼?nèi)流動(dòng)的氣體種類時(shí)，用戶需要手動(dòng)改變?cè)O(shè)定，以便使用對(duì)應(yīng)的氣體種類的轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)。在半導(dǎo)體制造工序中，在多個(gè)流道上分別設(shè)置有熱式流量計(jì)，有時(shí)在各流道內(nèi)流動(dòng)的氣體種類不同，所以用戶對(duì)各熱式流量計(jì)進(jìn)行上述設(shè)定變更非常麻煩。因此，即使熱式流量計(jì)能夠?qū)γ糠N氣體種類修正流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，也難以在實(shí)際的使用環(huán)境中運(yùn)用。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開(kāi)公報(bào)特表2005-527819號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于如上所述的熱式流量計(jì)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種熱式流量計(jì)，僅利用熱式流量計(jì)就能夠確定在流道內(nèi)流動(dòng)的流體種類，或者能夠自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)換因子和流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)這樣的流體種類固有的參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)流體種類自動(dòng)改變各種設(shè)定，從而能夠與氣體種類無(wú)關(guān)而以高流量精度輸出流量。
[0010]此外，本發(fā)明的目的在于提供一種流體分析裝置，在研究上述課題的過(guò)程中，本申請(qǐng)的發(fā)明者們利用首次發(fā)現(xiàn)的、流體種類和根據(jù)向各電阻元件施加的電壓計(jì)算出的流體固有值的關(guān)系性，不僅能夠確定流量，還能夠確定流體種類和流體的物性。
[0011]S卩，本發(fā)明提供一種流體分析裝置，其特征在于包括:流道，測(cè)量對(duì)象的流體在所述流道中流動(dòng)；上游側(cè)電阻元件，設(shè)置在所述流道的上游側(cè)；下游側(cè)電阻元件，設(shè)置在所述流道的下游側(cè)；以及流體固有值計(jì)算部，根據(jù)上游側(cè)參數(shù)和下游側(cè)參數(shù)計(jì)算表示與流體的熱導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的固有的值的流體固有值，所述上游側(cè)參數(shù)是與所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量變化時(shí)的上游側(cè)電壓的變化率相關(guān)的值，所述上游側(cè)電壓是為了使所述上游側(cè)電阻元件發(fā)熱而施加的電壓，所述下游側(cè)參數(shù)是與所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量變化時(shí)的下游側(cè)電壓的變化率相關(guān)的值，所述下游側(cè)電壓是為了使所述下游側(cè)電阻元件發(fā)熱而施加的電壓。
[0012]在此，“所述上游側(cè)參數(shù)是與所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量變化時(shí)的上游側(cè)電壓的變化率相關(guān)的值，所述上游側(cè)電壓是為了使所述上游側(cè)電阻元件發(fā)熱而施加的電壓”、“所述下游側(cè)參數(shù)是與所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量變化時(shí)的下游側(cè)電壓的變化率相關(guān)的值，所述下游側(cè)電壓是為了使所述下游側(cè)電阻元件發(fā)熱而施加的電壓”是指至少包括如下概念:作為上游側(cè)電壓、下游側(cè)電壓相對(duì)于流量的變化率的斜率、與該斜率對(duì)應(yīng)的正切、僅變化某些流量時(shí)的上游側(cè)電壓和下游側(cè)電壓的變化量、以及流體流動(dòng)的狀態(tài)下的施加電壓和流體未流動(dòng)的狀態(tài)下的施加電壓的差等。此外，“流體的種類”是指如下概念:不僅是流體的分子的組成是單一種類的情況，多種分子混合的流體也被區(qū)分為是一種流體的種類。
[0013]此外，上述的本發(fā)明基于本申請(qǐng)的發(fā)明者們經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究的結(jié)果而首次發(fā)現(xiàn)的如下事項(xiàng):根據(jù)上游側(cè)參數(shù)和下游側(cè)參數(shù)計(jì)算出的值的流體固有值按照流體的熱導(dǎo)率取固有的值，上述上游側(cè)參數(shù)和下游側(cè)參數(shù)是根據(jù)在所述結(jié)構(gòu)的流體分析裝置中施加的上游側(cè)電壓和下游側(cè)電壓計(jì)算出的。
[0014]S卩，利用由本申請(qǐng)的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)的根據(jù)上游側(cè)參數(shù)和下游側(cè)參數(shù)計(jì)算出的流體固有值，能夠根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定在流道內(nèi)流動(dòng)的所述測(cè)量對(duì)象的流體的熱導(dǎo)率。
[0015]因此，例如，如果流體分析裝置是測(cè)量所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量的熱式流量計(jì)，則在根據(jù)所述上游側(cè)電壓、所述下游側(cè)電壓和所述流體固有值來(lái)計(jì)算所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量時(shí)，能夠利用熱式流量計(jì)單體根據(jù)所述流體固有值來(lái)實(shí)現(xiàn):根據(jù)流體的熱導(dǎo)率自動(dòng)改變流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)、或者自動(dòng)改變與流體的熱導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子。由此，即使在適當(dāng)改變所述測(cè)量對(duì)象的流體的種類的用途中，如果使用本發(fā)明的熱式流量計(jì)，則不會(huì)使用戶感到麻煩，能夠適當(dāng)且自動(dòng)改變用于流量計(jì)算的設(shè)定，從而能夠始終以高流量精度計(jì)算流量。
[0016]此外，由于所述流體固有值與流體的熱導(dǎo)率一對(duì)一對(duì)應(yīng)，所以可以認(rèn)為計(jì)算所述流體固有值與計(jì)算流體的熱導(dǎo)率是大體相同的意思。因此，如果利用轉(zhuǎn)換因子相對(duì)于流量的變化率依存于作為熱導(dǎo)率的倒數(shù)的熱電阻率的特點(diǎn)，則在知道了流體的某流量下的一個(gè)轉(zhuǎn)換因子時(shí)，能夠根據(jù)所述流體固有值，推測(cè)并計(jì)算出與全部流量區(qū)域中的轉(zhuǎn)換因子相關(guān)的流量函數(shù)。因此，對(duì)于以往有可能使用的全部流體的種類，即使不通過(guò)實(shí)際測(cè)量對(duì)整個(gè)設(shè)定流量區(qū)域預(yù)先確定并準(zhǔn)備流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換因子，也能夠以高流量精度計(jì)算流量。
[0017]此外，流體分析裝置構(gòu)成確定測(cè)量對(duì)象的流體的物性和性質(zhì)等的流體性質(zhì)確定裝置時(shí)，根據(jù)由所述流體固有值計(jì)算部計(jì)算出的流體固有值，可以確定流體的種類的名稱和熱導(dǎo)率等物性。
[0018]為了能夠與流體的種類無(wú)關(guān)而準(zhǔn)確地計(jì)算流量，所述熱式流量計(jì)的特征在于可以包括流量計(jì)算部，所述熱式流量計(jì)包括流量計(jì)算部，所述流量計(jì)算部根據(jù)所述上游側(cè)電壓、所述下游側(cè)電壓、以及由所述流體固有值計(jì)算部計(jì)算出的所述流體固有值，計(jì)算所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量。
[0019]為了由簡(jiǎn)單的一次式表示所述流體固有值和所述測(cè)量對(duì)象的流體的熱導(dǎo)率或熱電阻率之間的關(guān)系，并對(duì)任何測(cè)量對(duì)象的流體都能夠利用簡(jiǎn)單的計(jì)算，高精度地計(jì)算出適合的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換因子，從而提高流量精度，優(yōu)選以使所述上游側(cè)電阻元件的溫度固定的方式施加所述上游側(cè)電壓，以使所述下游側(cè)電阻元件的溫度固定的方式施加所述下游側(cè)電壓，所述流體固有值是所述上游側(cè)參數(shù)和所述下游側(cè)參數(shù)的比。
[0020]為了例如將一種惰性氣體作為基準(zhǔn)氣體并預(yù)先確定流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，即使未確定該惰性氣體以外的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)也能夠?qū)Χ栊詺怏w以外的流體以高流量精度輸出流量，優(yōu)選所述流量計(jì)算部包括:所述流體固有值計(jì)算部；傳感器輸出計(jì)算值計(jì)算部，根據(jù)所述上游側(cè)電壓、所述下游側(cè)電壓、以及規(guī)定的傳感器輸出計(jì)算值計(jì)算式，計(jì)算傳感器輸出計(jì)算值；流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，對(duì)一個(gè)基準(zhǔn)的流體存儲(chǔ)表示所述傳感器輸出計(jì)算值和流量的關(guān)系的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換因子計(jì)算部，根據(jù)所述流體固有值，計(jì)算所述測(cè)量對(duì)象的流體的轉(zhuǎn)換因子；以及流量換算部，根據(jù)所述基準(zhǔn)的流體的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和所述測(cè)量對(duì)象的流體的轉(zhuǎn)換因子，將在所述傳感器輸出計(jì)算值計(jì)算部中計(jì)算出的傳感器輸出計(jì)算值換算為所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量。
[0021]按照這種方式，由于預(yù)先確定的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)只有一種，所以不需要在用于進(jìn)行上述確定的實(shí)驗(yàn)上花費(fèi)大量時(shí)間。此外，只要所述測(cè)量對(duì)象的流體的某一流量的轉(zhuǎn)換因子已知，就能夠根據(jù)所述流體固有值計(jì)算各流量區(qū)域的轉(zhuǎn)換因子，所以在改變測(cè)量對(duì)象的流體的種類時(shí)，也能夠利用轉(zhuǎn)換因子自動(dòng)修正基準(zhǔn)的流體的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，從而能夠始終以高流量精度輸出測(cè)量對(duì)象的流體的流量。
[0022]為了能夠利用轉(zhuǎn)換因子相對(duì)于流量的變化比率依存于作為熱導(dǎo)率的倒數(shù)的熱電阻率的特點(diǎn)，高精度地計(jì)算出測(cè)量對(duì)象的流體的轉(zhuǎn)換因子的流量函數(shù)，優(yōu)選所述轉(zhuǎn)換因子計(jì)算部根據(jù)所述流體固有值計(jì)算轉(zhuǎn)換因子變化比率，并且根據(jù)將所述轉(zhuǎn)換因子變化比率作為斜率的流量的一次式，對(duì)所述測(cè)量對(duì)象的流體的各流量計(jì)算所述轉(zhuǎn)換因子，所述轉(zhuǎn)換因子變化比率是轉(zhuǎn)換因子相對(duì)于所述測(cè)量對(duì)象的流體的流量的變化比率。
[0023]為了例如降低具有熱式流量計(jì)和質(zhì)量流量控制器的計(jì)算裝置的計(jì)算負(fù)擔(dān)，并且在改變測(cè)量對(duì)象的流體的種類時(shí)自動(dòng)使用與測(cè)量對(duì)象的流體的種類對(duì)應(yīng)的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)高流量精度，優(yōu)選所述流量計(jì)算部包括:所述流體固有值計(jì)算部；傳感器輸出計(jì)算值計(jì)算部，根據(jù)所述上游側(cè)電壓、所述下游側(cè)電壓、以及規(guī)定的傳感器輸出計(jì)算值計(jì)算式，計(jì)算傳感器輸出計(jì)算值；流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，按照多個(gè)流體的熱導(dǎo)率存儲(chǔ)表示所述傳感器輸出計(jì)算值和流量的關(guān)系的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)；流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)取得部，從所述流量校準(zhǔn)曲線存儲(chǔ)部取得與由所述流體固有值計(jì)算部計(jì)算出的流體固有值對(duì)應(yīng)的種類的流體的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)；以及流量換算部，根據(jù)由所述流量校準(zhǔn)曲線取得部取得的流量校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和