流體分析裝置、熱式流量計、質量流量控制器、流體性質確定裝置和流體分析裝置用程序的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種流體分析裝置，在測量對象的流體流動的流道中設置兩個電阻元件，根據為了對上述電阻元件進行加熱而施加的電壓，分析所述測量對象的流體的流量、種類和物性等。
【背景技術】
[0002]例如在半導體工序中使用的氣體中，大多存在腐蝕性氣體(BC12、Cl2、HC1、C1F3等)和反應性氣體(SiH4、B2H6等)，在測量上述氣體的流量時，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行流量測量的熱式流量計。
[0003]所述熱式流量計包括:流體阻力構件，配置在氣體流動的主流道內；細管，使所述層流元件的上游側和下游側分路，形成相對于主流道氣體以規定比率的流量流動的傳感器流道；以及兩個電阻元件，在該細管的外表面上設置在上游側和下游側。而且，控制上述上游側電阻元件和下游側電阻元件的施加電壓，分別使其溫度固定、或分別使流動的電流固定。并且，根據上述恒定溫度控制或恒定電流控制施加的電壓，計算傳感器輸出計算值，并根據該傳感器輸出計算值和表示所述傳感器輸出計算值和流量的關系的流量校準曲線數據，輸出與傳感器輸出計算值對應的流量。
[0004]并且，在出廠時，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性氣體、而使惰性氣體(隊等)在流道內流動，并根據上述惰性氣體的實際流量和所述傳感器輸出計算值，對所述流量校準曲線數據進行校準。因此，如果利用存儲有由惰性氣體進行校準的流量校準曲線數據的熱式流量計，不進行任何修正就測量腐蝕性氣體和反應性氣體的流量，則不能準確地輸出實際流量。因此，當測量與用于校準的氣體不同種類的氣體的流量時，利用轉換因子對輸出的流量進行修正，該轉換因子是用于各傳感器輸出計算值的校準的氣體的流量和當前流動的氣體的流量的比。
[0005]公知的是，上述轉換因子相對于流量不是固定值，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1中將轉換因子近似為流量的三次函數，按照每種氣體種類預先存儲上述轉換因子的流量函數。并且，根據用于校準的流量校準曲線數據和各氣體種類的轉換因子的流量函數，計算各氣體種類的流量校準曲線數據，對于任何氣體種類都能夠輸出適當的流量。
[0006]但是，在專利文獻1的熱式流量計的結構中，為了能夠對各氣體種類計算流量校準曲線數據，需要預先通過實驗確定各氣體種類的轉換因子的流量函數。由于在半導體制造工序中使用的氣體種類非常多，所以對全部可能使用的氣體種類都確定轉換因子的流量函數，非常花費時間。
[0007]此外，由于以往的專利文獻1中記載的熱式流量計不能自動判斷在流道內流動的氣體種類，所以每次改變在流道內流動的氣體種類時，用戶需要手動改變設定，以便使用對應的氣體種類的轉換因子的流量函數。在半導體制造工序中，在多個流道上分別設置有熱式流量計，有時在各流道內流動的氣體種類不同，所以用戶對各熱式流量計進行上述設定變更非常麻煩。因此，即使熱式流量計能夠對每種氣體種類修正流量校準曲線數據，也難以在實際的使用環境中運用。
[0008]專利文獻1:日本專利公開公報特表2005-527819號
【發明內容】
[0009]鑒于如上所述的熱式流量計的問題，本發明的目的在于提供一種熱式流量計，僅利用熱式流量計就能夠確定在流道內流動的流體種類，或者能夠自動計算轉換因子和流量校準曲線數據這樣的流體種類固有的參數，進而根據流體種類自動改變各種設定，從而能夠與氣體種類無關而以高流量精度輸出流量。
[0010]此外，本發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程中，本申請的發明者們利用首次發現的、流體種類和根據向各電阻元件施加的電壓計算出的流體固有值的關系性，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，本發明提供一種流體分析裝置，其特征在于包括:流道，測量對象的流體在所述流道中流動；上游側電阻元件，設置在所述流道的上游側；下游側電阻元件，設置在所述流道的下游側；以及流體固有值計算部，根據上游側參數和下游側參數計算表示與流體的熱導率對應的固有的值的流體固有值，所述上游側參數是與所述測量對象的流體的流量變化時的上游側電壓的變化率相關的值，所述上游側電壓是為了使所述上游側電阻元件發熱而施加的電壓，所述下游側參數是與所述測量對象的流體的流量變化時的下游側電壓的變化率相關的值，所述下游側電壓是為了使所述下游側電阻元件發熱而施加的電壓。
[0012]在此，“所述上游側參數是與所述測量對象的流體的流量變化時的上游側電壓的變化率相關的值，所述上游側電壓是為了使所述上游側電阻元件發熱而施加的電壓”、“所述下游側參數是與所述測量對象的流體的流量變化時的下游側電壓的變化率相關的值，所述下游側電壓是為了使所述下游側電阻元件發熱而施加的電壓”是指至少包括如下概念:作為上游側電壓、下游側電壓相對于流量的變化率的斜率、與該斜率對應的正切、僅變化某些流量時的上游側電壓和下游側電壓的變化量、以及流體流動的狀態下的施加電壓和流體未流動的狀態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分為是一種流體的種類。
[0013]此外，上述的本發明基于本申請的發明者們經過認真研究的結果而首次發現的如下事項:根據上游側參數和下游側參數計算出的值的流體固有值按照流體的熱導率取固有的值，上述上游側參數和下游側參數是根據在所述結構的流體分析裝置中施加的上游側電壓和下游側電壓計算出的。
[0014]S卩，利用由本申請的發明者們發現的根據上游側參數和下游側參數計算出的流體固有值，能夠根據測量數據確定在流道內流動的所述測量對象的流體的熱導率。
[0015]因此，例如，如果流體分析裝置是測量所述測量對象的流體的流量的熱式流量計，則在根據所述上游側電壓、所述下游側電壓和所述流體固有值來計算所述測量對象的流體的流量時，能夠利用熱式流量計單體根據所述流體固有值來實現:根據流體的熱導率自動改變流量校準曲線數據、或者自動改變與流體的熱導率對應的轉換因子。由此，即使在適當改變所述測量對象的流體的種類的用途中，如果使用本發明的熱式流量計，則不會使用戶感到麻煩，能夠適當且自動改變用于流量計算的設定，從而能夠始終以高流量精度計算流量。
[0016]此外，由于所述流體固有值與流體的熱導率一對一對應，所以可以認為計算所述流體固有值與計算流體的熱導率是大體相同的意思。因此，如果利用轉換因子相對于流量的變化率依存于作為熱導率的倒數的熱電阻率的特點，則在知道了流體的某流量下的一個轉換因子時，能夠根據所述流體固有值，推測并計算出與全部流量區域中的轉換因子相關的流量函數。因此，對于以往有可能使用的全部流體的種類，即使不通過實際測量對整個設定流量區域預先確定并準備流量校準曲線數據和轉換因子，也能夠以高流量精度計算流量。
[0017]此外，流體分析裝置構成確定測量對象的流體的物性和性質等的流體性質確定裝置時，根據由所述流體固有值計算部計算出的流體固有值，可以確定流體的種類的名稱和熱導率等物性。
[0018]為了能夠與流體的種類無關而準確地計算流量，所述熱式流量計的特征在于可以包括流量計算部，所述熱式流量計包括流量計算部，所述流量計算部根據所述上游側電壓、所述下游側電壓、以及由所述流體固有值計算部計算出的所述流體固有值，計算所述測量對象的流體的流量。
[0019]為了由簡單的一次式表示所述流體固有值和所述測量對象的流體的熱導率或熱電阻率之間的關系，并對任何測量對象的流體都能夠利用簡單的計算，高精度地計算出適合的流量校準曲線數據和轉換因子，從而提高流量精度，優選以使所述上游側電阻元件的溫度固定的方式施加所述上游側電壓，以使所述下游側電阻元件的溫度固定的方式施加所述下游側電壓，所述流體固有值是所述上游側參數和所述下游側參數的比。
[0020]為了例如將一種惰性氣體作為基準氣體并預先確定流量校準曲線數據，即使未確定該惰性氣體以外的流量校準曲線數據也能夠對惰性氣體以外的流體以高流量精度輸出流量，優選所述流量計算部包括:所述流體固有值計算部；傳感器輸出計算值計算部，根據所述上游側電壓、所述下游側電壓、以及規定的傳感器輸出計算值計算式，計算傳感器輸出計算值；流量校準曲線數據存儲部，對一個基準的流體存儲表示所述傳感器輸出計算值和流量的關系的流量校準曲線數據；轉換因子計算部，根據所述流體固有值，計算所述測量對象的流體的轉換因子；以及流量換算部，根據所述基準的流體的流量校準曲線數據和所述測量對象的流體的轉換因子，將在所述傳感器輸出計算值計算部中計算出的傳感器輸出計算值換算為所述測量對象的流體的流量。
[0021]按照這種方式，由于預先確定的流量校準曲線數據只有一種，所以不需要在用于進行上述確定的實驗上花費大量時間。此外，只要所述測量對象的流體的某一流量的轉換因子已知，就能夠根據所述流體固有值計算各流量區域的轉換因子，所以在改變測量對象的流體的種類時，也能夠利用轉換因子自動修正基準的流體的流量校準曲線數據，從而能夠始終以高流量精度輸出測量對象的流體的流量。
[0022]為了能夠利用轉換因子相對于流量的變化比率依存于作為熱導率的倒數的熱電阻率的特點，高精度地計算出測量對象的流體的轉換因子的流量函數，優選所述轉換因子計算部根據所述流體固有值計算轉換因子變化比率，并且根據將所述轉換因子變化比率作為斜率的流量的一次式，對所述測量對象的流體的各流量計算所述轉換因子，所述轉換因子變化比率是轉換因子相對于所述測量對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和質量流量控制器的計算裝置的計算負擔，并且在改變測量對象的流體的種類時自動使用與測量對象的流體的種類對應的流量校準曲線數據，從而實現高流量精度，優選所述流量計算部包括:所述流體固有值計算部；傳感器輸出計算值計算部，根據所述上游側電壓、所述下游側電壓、以及規定的傳感器輸出計算值計算式，計算傳感器輸出計算值；流量校準曲線數據存儲部，按照多個流體的熱導率存儲表示所述傳感器輸出計算值和流量的關系的流量校準曲線數據；流量校準曲線數據取得部，從所述流量校準曲線存儲部取得與由所述流體固有值計算部計算出的流體固有值對應的種類的流體的流量校準曲線數據；以及流量換算部，根據由所述流量校準曲線取得部取得的流量校準曲線數據和