流体分析装置、热式流量计、质量流量控制器、流体性质确定装置和流体分析装置用程序的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流体分析装置，在测量对象的流体流动的流道中设置两个电阻元件，根据为了对上述电阻元件进行加热而施加的电压，分析所述测量对象的流体的流量、种类和物性等。
【背景技术】
[0002]例如在半导体工序中使用的气体中，大多存在腐蚀性气体(BC12、Cl2、HC1、C1F3等)和反应性气体(SiH4、B2H6等)，在测量上述气体的流量时，使用一种不需要使传感器端子等与气体直接接触就能够间接进行流量测量的热式流量计。
[0003]所述热式流量计包括:流体阻力构件，配置在气体流动的主流道内；细管，使所述层流元件的上游侧和下游侧分路，形成相对于主流道气体以规定比率的流量流动的传感器流道；以及两个电阻元件，在该细管的外表面上设置在上游侧和下游侧。而且，控制上述上游侧电阻元件和下游侧电阻元件的施加电压，分别使其温度固定、或分别使流动的电流固定。并且，根据上述恒定温度控制或恒定电流控制施加的电压，计算传感器输出计算值，并根据该传感器输出计算值和表示所述传感器输出计算值和流量的关系的流量校准曲线数据，输出与传感器输出计算值对应的流量。
[0004]并且，在出厂时，在使用的气体的种类不确定的情况下，不使所述腐蚀性气体和反应性气体、而使惰性气体(队等)在流道内流动，并根据上述惰性气体的实际流量和所述传感器输出计算值，对所述流量校准曲线数据进行校准。因此，如果利用存储有由惰性气体进行校准的流量校准曲线数据的热式流量计，不进行任何修正就测量腐蚀性气体和反应性气体的流量，则不能准确地输出实际流量。因此，当测量与用于校准的气体不同种类的气体的流量时，利用转换因子对输出的流量进行修正，该转换因子是用于各传感器输出计算值的校准的气体的流量和当前流动的气体的流量的比。
[0005]公知的是，上述转换因子相对于流量不是固定值，伴随流量的增加，以按照每种气体种类确定的增加率变化。例如，专利文献1中将转换因子近似为流量的三次函数，按照每种气体种类预先存储上述转换因子的流量函数。并且，根据用于校准的流量校准曲线数据和各气体种类的转换因子的流量函数，计算各气体种类的流量校准曲线数据，对于任何气体种类都能够输出适当的流量。
[0006]但是，在专利文献1的热式流量计的结构中，为了能够对各气体种类计算流量校准曲线数据，需要预先通过实验确定各气体种类的转换因子的流量函数。由于在半导体制造工序中使用的气体种类非常多，所以对全部可能使用的气体种类都确定转换因子的流量函数，非常花费时间。
[0007]此外，由于以往的专利文献1中记载的热式流量计不能自动判断在流道内流动的气体种类，所以每次改变在流道内流动的气体种类时，用户需要手动改变设定，以便使用对应的气体种类的转换因子的流量函数。在半导体制造工序中，在多个流道上分别设置有热式流量计，有时在各流道内流动的气体种类不同，所以用户对各热式流量计进行上述设定变更非常麻烦。因此，即使热式流量计能够对每种气体种类修正流量校准曲线数据，也难以在实际的使用环境中运用。
[0008]专利文献1:日本专利公开公报特表2005-527819号
【发明内容】
[0009]鉴于如上所述的热式流量计的问题，本发明的目的在于提供一种热式流量计，仅利用热式流量计就能够确定在流道内流动的流体种类，或者能够自动计算转换因子和流量校准曲线数据这样的流体种类固有的参数，进而根据流体种类自动改变各种设定，从而能够与气体种类无关而以高流量精度输出流量。
[0010]此外，本发明的目的在于提供一种流体分析装置，在研究上述课题的过程中，本申请的发明者们利用首次发现的、流体种类和根据向各电阻元件施加的电压计算出的流体固有值的关系性，不仅能够确定流量，还能够确定流体种类和流体的物性。
[0011]S卩，本发明提供一种流体分析装置，其特征在于包括:流道，测量对象的流体在所述流道中流动；上游侧电阻元件，设置在所述流道的上游侧；下游侧电阻元件，设置在所述流道的下游侧；以及流体固有值计算部，根据上游侧参数和下游侧参数计算表示与流体的热导率对应的固有的值的流体固有值，所述上游侧参数是与所述测量对象的流体的流量变化时的上游侧电压的变化率相关的值，所述上游侧电压是为了使所述上游侧电阻元件发热而施加的电压，所述下游侧参数是与所述测量对象的流体的流量变化时的下游侧电压的变化率相关的值，所述下游侧电压是为了使所述下游侧电阻元件发热而施加的电压。
[0012]在此，“所述上游侧参数是与所述测量对象的流体的流量变化时的上游侧电压的变化率相关的值，所述上游侧电压是为了使所述上游侧电阻元件发热而施加的电压”、“所述下游侧参数是与所述测量对象的流体的流量变化时的下游侧电压的变化率相关的值，所述下游侧电压是为了使所述下游侧电阻元件发热而施加的电压”是指至少包括如下概念:作为上游侧电压、下游侧电压相对于流量的变化率的斜率、与该斜率对应的正切、仅变化某些流量时的上游侧电压和下游侧电压的变化量、以及流体流动的状态下的施加电压和流体未流动的状态下的施加电压的差等。此外，“流体的种类”是指如下概念:不仅是流体的分子的组成是单一种类的情况，多种分子混合的流体也被区分为是一种流体的种类。
[0013]此外，上述的本发明基于本申请的发明者们经过认真研究的结果而首次发现的如下事项:根据上游侧参数和下游侧参数计算出的值的流体固有值按照流体的热导率取固有的值，上述上游侧参数和下游侧参数是根据在所述结构的流体分析装置中施加的上游侧电压和下游侧电压计算出的。
[0014]S卩，利用由本申请的发明者们发现的根据上游侧参数和下游侧参数计算出的流体固有值，能够根据测量数据确定在流道内流动的所述测量对象的流体的热导率。
[0015]因此，例如，如果流体分析装置是测量所述测量对象的流体的流量的热式流量计，则在根据所述上游侧电压、所述下游侧电压和所述流体固有值来计算所述测量对象的流体的流量时，能够利用热式流量计单体根据所述流体固有值来实现:根据流体的热导率自动改变流量校准曲线数据、或者自动改变与流体的热导率对应的转换因子。由此，即使在适当改变所述测量对象的流体的种类的用途中，如果使用本发明的热式流量计，则不会使用户感到麻烦，能够适当且自动改变用于流量计算的设定，从而能够始终以高流量精度计算流量。
[0016]此外，由于所述流体固有值与流体的热导率一对一对应，所以可以认为计算所述流体固有值与计算流体的热导率是大体相同的意思。因此，如果利用转换因子相对于流量的变化率依存于作为热导率的倒数的热电阻率的特点，则在知道了流体的某流量下的一个转换因子时，能够根据所述流体固有值，推测并计算出与全部流量区域中的转换因子相关的流量函数。因此，对于以往有可能使用的全部流体的种类，即使不通过实际测量对整个设定流量区域预先确定并准备流量校准曲线数据和转换因子，也能够以高流量精度计算流量。
[0017]此外，流体分析装置构成确定测量对象的流体的物性和性质等的流体性质确定装置时，根据由所述流体固有值计算部计算出的流体固有值，可以确定流体的种类的名称和热导率等物性。
[0018]为了能够与流体的种类无关而准确地计算流量，所述热式流量计的特征在于可以包括流量计算部，所述热式流量计包括流量计算部，所述流量计算部根据所述上游侧电压、所述下游侧电压、以及由所述流体固有值计算部计算出的所述流体固有值，计算所述测量对象的流体的流量。
[0019]为了由简单的一次式表示所述流体固有值和所述测量对象的流体的热导率或热电阻率之间的关系，并对任何测量对象的流体都能够利用简单的计算，高精度地计算出适合的流量校准曲线数据和转换因子，从而提高流量精度，优选以使所述上游侧电阻元件的温度固定的方式施加所述上游侧电压，以使所述下游侧电阻元件的温度固定的方式施加所述下游侧电压，所述流体固有值是所述上游侧参数和所述下游侧参数的比。
[0020]为了例如将一种惰性气体作为基准气体并预先确定流量校准曲线数据，即使未确定该惰性气体以外的流量校准曲线数据也能够对惰性气体以外的流体以高流量精度输出流量，优选所述流量计算部包括:所述流体固有值计算部；传感器输出计算值计算部，根据所述上游侧电压、所述下游侧电压、以及规定的传感器输出计算值计算式，计算传感器输出计算值；流量校准曲线数据存储部，对一个基准的流体存储表示所述传感器输出计算值和流量的关系的流量校准曲线数据；转换因子计算部，根据所述流体固有值，计算所述测量对象的流体的转换因子；以及流量换算部，根据所述基准的流体的流量校准曲线数据和所述测量对象的流体的转换因子，将在所述传感器输出计算值计算部中计算出的传感器输出计算值换算为所述测量对象的流体的流量。
[0021]按照这种方式，由于预先确定的流量校准曲线数据只有一种，所以不需要在用于进行上述确定的实验上花费大量时间。此外，只要所述测量对象的流体的某一流量的转换因子已知，就能够根据所述流体固有值计算各流量区域的转换因子，所以在改变测量对象的流体的种类时，也能够利用转换因子自动修正基准的流体的流量校准曲线数据，从而能够始终以高流量精度输出测量对象的流体的流量。
[0022]为了能够利用转换因子相对于流量的变化比率依存于作为热导率的倒数的热电阻率的特点，高精度地计算出测量对象的流体的转换因子的流量函数，优选所述转换因子计算部根据所述流体固有值计算转换因子变化比率，并且根据将所述转换因子变化比率作为斜率的流量的一次式，对所述测量对象的流体的各流量计算所述转换因子，所述转换因子变化比率是转换因子相对于所述测量对象的流体的流量的变化比率。
[0023]为了例如降低具有热式流量计和质量流量控制器的计算装置的计算负担，并且在改变测量对象的流体的种类时自动使用与测量对象的流体的种类对应的流量校准曲线数据，从而实现高流量精度，优选所述流量计算部包括:所述流体固有值计算部；传感器输出计算值计算部，根据所述上游侧电压、所述下游侧电压、以及规定的传感器输出计算值计算式，计算传感器输出计算值；流量校准曲线数据存储部，按照多个流体的热导率存储表示所述传感器输出计算值和流量的关系的流量校准曲线数据；流量校准曲线数据取得部，从所述流量校准曲线存储部取得与由所述流体固有值计算部计算出的流体固有值对应的种类的流体的流量校准曲线数据；以及流量换算部，根据由所述流量校准曲线取得部取得的流量校准曲线数据和