FR2890167A1 - Mass measurement device for e.g. ion implanter, has microprocessor receiving gaseous flow delivered by flow-meter and storing flux value of gaseous flow present at time in working memory if gaseous flow exceeds preset threshold - Google Patents
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Abstract
Description
n m=Em1 i=1n m = Em1 i = 1
Dispositif de mesure de masse par sommation La présente invention concerne un dispositif de mesure de masse par sommation. The present invention relates to a mass measurement device by summation.
Le domaine de l'invention est celui de la gestion des bouteilles de gaz raccordées à un équipement industriel. Plus particulièrement, il convient de connaître la qualité de gaz résiduelle dans une bouteille en cours d'utilisation afin d'anticiper son remplacement. The field of the invention is that of the management of gas cylinders connected to an industrial equipment. More particularly, it is necessary to know the quality of residual gas in a bottle in use in order to anticipate its replacement.
Lorsqu'un gaz est stocké dans une bouteille sous haute pression, il est ainsi courant de disposer un manomètre à la sortie de la bouteille, en amont d'un détendeur qui fournit le gaz à la pression de service. L'indication du manomètre donne une idée de la quantité de gaz restant dans la bouteille. Cette indication est peu précise et elle impose l'adjonction d'un manomètre et de ses raccords dans la ligne de distribution de gaz. When a gas is stored in a bottle under high pressure, it is thus common to have a pressure gauge at the outlet of the bottle, upstream of a pressure reducer that supplies the gas to the operating pressure. The indication of the manometer gives an idea of the amount of gas remaining in the bottle. This indication is not precise and it requires the addition of a pressure gauge and its connections in the gas distribution line.
Par ailleurs, certaines industries, celle du semi-conducteur notamment, emploient des gaz extrêmement toxiques tels que le trifluorure de bore (BF3), le trihydrure d'arsenic (AsH3) ou le trihydrure de phosphore (PH3). Sont directement concernés les équipements d'implantation ionique. Pour des raisons de sécurité, les fournisseurs de gaz toxiques ont mis au point des bouteilles qui délivrent des flux gazeux à des pressions subatmosphériques. II est donc très difficile voire impossible de déterminer combien de gaz a été consommé ou, ce qui est équivalent, la quantité de gaz restant dans la bouteille. In addition, some industries, particularly the semiconductor industry, use extremely toxic gases such as boron trifluoride (BF3), arsenic trihydride (AsH3) or phosphorus trihydride (PH3). Are directly concerned ion implantation equipment. For safety reasons, suppliers of toxic gases have developed cylinders that deliver gas streams at subatmospheric pressures. It is therefore very difficult or impossible to determine how much gas has been consumed or, what is equivalent, the quantity of gas remaining in the bottle.
La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure de la quantité de gaz consommée ne nécessitant pas l'ajout d'un composant 25 supplémentaire dans la ligne de distribution. The present invention thus relates to a device for measuring the amount of gas consumed does not require the addition of an additional component in the distribution line.
Selon l'invention, le dispositif de mesure de masse effectue la somme d'une succession de n masses élémentaires m; pour délivrer une masse consommée m: n m= Eml i=1 De plus, ce dispositif accède à une succession respective de n valeurs de débits massiques qm chacun associé à une durée D; et il comprend des moyens pour produire la ième masse élémentaire m; en faisant le produit de la valeur de débit massique correspondante g; et de la durée D; qui lui est associée. According to the invention, the mass measuring device performs the sum of a succession of n elementary masses m; to deliver a consumed mass m: n m = Eml i = 1 Furthermore, this device accesses a respective succession of n mass flow values qm each associated with a duration D; and it comprises means for producing the ith elementary mass m; by making the product of the corresponding mass flow value g; and the duration D; associated with it.
En effet, les équipements concernés comportent couramment un débitmètre sur chaque ligne de distribution de gaz. Les débitmètres mesurent généralement le flux gazeux qui les traversent. Indeed, the equipment concerned commonly include a flow meter on each gas distribution line. Flow meters generally measure the flow of gas through them.
Ainsi, de préférence, le dispositif accède à une succession respective de n valeurs de flux g; et comprend des moyens pour convertir une valeur de flux en valeur de débit massique par multiplication avec un coefficient de conversion K. Ce coefficient de conversion est égal au rapport d'une masse molaire M au produit d'une constante R et de la température: Thus, preferably, the device accesses a respective succession of n flux values g; and comprises means for converting a flux value to a mass flow value by multiplication with a conversion coefficient K. This conversion coefficient is equal to the ratio of a molar mass M to the product of a constant R and the temperature:
K_ M R.TK_ M R.T
D'autre part, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la masse molaire M. De plus, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la température T. Avantageusement, les durées D; sont toutes égales à une valeur 15 prédéterminée. On the other hand, the device comprises means for acquiring the molar mass M. Moreover, the device comprises means for acquiring the temperature T. Advantageously, the durations D; are all equal to a predetermined value.
De préférence, le dispositif recevant un flux gazeux FI, il comprend des moyens pour produire une valeur de flux g; valant ce flux gazeux seulement si celui-ci excède un seuil prédéterminé. Preferably, the device receiving a gas flow FI, it comprises means for producing a flux value g; worth this gas flow only if it exceeds a predetermined threshold.
En outre, le dispositif est intégré dans un équipement de fabrication 20 microélectronique. In addition, the device is integrated in microelectronic manufacturing equipment.
En particulier, l'équipement est un implanteur ionique. In particular, the equipment is an ion implanter.
La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant à l'unique figure annexée qui représente en vue de face un 25 synoptique du dispositif de mesure de masse par sommation. The present invention will now appear in more detail in the context of the following description of exemplary embodiments given by way of illustration with reference to the single appended figure which represents a front view of a block diagram of the mass measuring device. by summation.
Pour mémoire, on rappelle l'équation des gaz parfaits: PÉV=nÉRÉT m n= For the record, we recall the perfect gas equation: PÉV = nÉRÉT m n =
MM
équation dans laquelle les différents symboles dont les unités sont exprimées dans le Système International sont les suivants: - n: nombre de moles (moles), - m: masse de la quantité de gaz (g), - M: masse molaire (g/mole), - R: constante des gaz parfaits = 83,14 mbar. I. K "'. mole -1, - P: pression (mbar), - V: volume (I), - T: température ("K). equation in which the different symbols whose units are expressed in the International System are the following: - n: number of moles (moles), - m: mass of the quantity of gas (g), - M: molar mass (g / mole), - R: perfect gas constant = 83.14 mbar. I. K "mole -1, - P: pressure (mbar), - V: volume (I), - T: temperature (" K).
II s'ensuit que: m= MÉPÉV R.T Par définition, le débit massique qm est la variation de la masse de gaz par unité de temps t: m M PÉV qm t RT t En notant, q9 le flux gazeux mesuré par unité de temps: PÉV t Le débit massique s'écrit alors: M qui R.T. qe On obtient la qualité de gaz en intégrant le flux gazeux par rapport au temps: t Qg = ffggdt On en déduit la masse gazeuse consommée m(t) au temps (t) : m(t) = É fqg dt (1) It follows that: m = MÉPÉV RT By definition, the mass flow rate qm is the variation of the mass of gas per unit of time t: m M PÉV qm t RT t By noting, q9 the gaseous flow measured per unit of time The mass flow is then written: M which RT qe The gas quality is obtained by integrating the gaseous flow with respect to time: t Qg = ffggdt We deduce the gaseous mass consumed m (t) at the time (t ): m (t) = E fqg dt (1)
RR
En référence à la figure, le dispositif de l'invention est couplé à une ligne 20 de distribution de gaz 10 pourvue d'un débitmètre 11 qui délivre un flux gazeux FI. With reference to the figure, the device of the invention is coupled to a gas distribution line 10 provided with a flow meter 11 which delivers a gas flow FI.
Ce dispositif comporte un microprocesseur 20 qui reçoit le flux gazeux FL Du fait des dérives électroniques, le débitmètre 11 délivre rarement un signal de sortie nul lorsque le flux gazeux qui le traverse est nul. Ainsi, de préférence, le microprocesseur enregistre dans une mémoire de travail 21 en tant que valeur de flux g; le flux gazeux FI présent au temps t; seulement s'il excède un seuil prédéterminé. This device comprises a microprocessor 20 which receives the gas flow FL Due to the electronic drifts, the flowmeter 11 seldom delivers a zero output signal when the gaseous flow therethrough is zero. Thus, preferably, the microprocessor records in a working memory 21 as a flux value g; the gas flow FI present at time t; only if it exceeds a predetermined threshold.
Les débitmètres sont généralement prévus pour délivrer un signal dont la valeur est exprimée dans le système d'unités des Etats-Unis d'Amérique, l'unité de flux gazeux étant le sccm (< Standard Cubic Centimeter per Minute en qg = anglais). Cette valeur est rapportée aux conditions normales de pression et de température, à savoir une pression de 1 atmosphère et une température de 0 Celsius. The flowmeters are generally intended to deliver a signal whose value is expressed in the unit system of the United States of America, the gas flow unit being the sccm (<Standard Cubic Centimeter per Minute in qg = English). This value is related to the normal conditions of pressure and temperature, namely a pressure of 1 atmosphere and a temperature of 0 Celsius.
La conversion dans le Système International s'effectue compte tenu du 5 fait que: 1 sccm = . 10.2 mbar.l.s"1 60.103 Ainsi, en reprenant l'équation (1), la masse de gaz consommée mi pendant une durée Di à compter du temps ti vaut: mi= 1013 M 1ti+DI q dt 60.103. 83,14 T ti g Pendant une durée Di suffisamment courte pour que le débit puisse être considéré comme constant et égal à gi, cette nouvelle équation peut s'écrire: 1013 M mi = É É giÉDi 60.103. 83,14 T Les temps t; et durée Di peuvent être fixés librement. The conversion in the International System takes into account the fact that: 1 sccm =. 10.2 mbar.ls "1 60.103 Thus, taking up equation (1), the mass of gas consumed mi for a duration Di from the time ti is: mi = 1013 M iti + DI q dt 60.103 83.14 T For a duration Di sufficiently short for the flow rate to be considered constant and equal to gi, this new equation can be written as follows: 1013 M mi = Equal 60.103 83.14 T Time t and duration Di can be set freely.
A titre d'exemple on adopte ici quelle que soit la valeur de i: ti = Di = 0,1 seconde Il s'ensuit que: mi =2,03.10-5. M. gi En échantillonnant le débitmètre à la périodicité Di: ti+1 = ti + Di Lors de la mise en service du dispositif, au temps ti, le microprocesseur 20 lit la valeur gi dans la mémoire de travail 21, calcule mi et enregistre le résultat dans une mémoire permanente 22 qui est sauvegardée en cas de coupure d'alimentation. By way of example, we adopt here whatever the value of i: ti = Di = 0.1 second It follows that: mi = 2.03.10-5. M. gi By sampling the flowmeter at the period Di: ti + 1 = ti + Di During the commissioning of the device, at time ti, the microprocessor 20 reads the value gi in the working memory 21, calculates half and records the result in a permanent memory 22 which is saved in case of power failure.
Au temps t2, le microprocesseur 20 lit la valeur g2 dans la mémoire de travail 21, calcule m2 et l'additionne au contenu de la mémoire permanente 22 pour stocker le résultat de l'addition dans cette mémoire permanente. At time t2, the microprocessor 20 reads the value g2 in the working memory 21, calculates m2 and adds it to the contents of the permanent memory 22 to store the result of the addition in this permanent memory.
On réalise ainsi la même opération toutes les 0,1 seconde si bien qu'au temps t,,, le microprocesseur stocke dans la mémoire permanente: n m= m; 2890167 5 On remarque qu'il suffit d'initialiser la mémoire permanente 22 à zéro pour obtenir une procédure de calcul commune aux différents temps t. The same operation is thus performed every 0.1 second so that, at time t i, the microprocessor stores in the permanent memory: n m = m; 2890167 5 Note that it is sufficient to initialize the permanent memory 22 to zero to obtain a calculation procedure common to different times t.
Le dispositif cornporte également un afficheur 23 et un clavier de saisie 24 comportant un nombre de touches réduit. The device also carries a display 23 and an input keyboard 24 having a reduced number of keys.
Le clavier permet d'effectuer les opérations suivantes: - saisie de la constante des gaz parfaits: 83,14 mbar. I. K "'. mole "', -enregistrement de la nature du gaz, - enregistrement de la masse molaire du gaz, enregistrement de la température du gaz, - remise à zéro de la mémoire permanente 22 lors du changement de la bouteille. The keypad is used to perform the following operations: - entering the constant of the perfect gases: 83.14 mbar. I. - "mole", - recording of the nature of the gas, - recording of the molar mass of the gas, recording of the temperature of the gas, - resetting of the permanent memory 22 during the change of the bottle.
On remarque que la température T du gaz pourrait être directement acquise par le microprocesseur 20 au moyen d'un capteur. It is noted that the temperature T of the gas could be directly acquired by the microprocessor 20 by means of a sensor.
L'afficheur 23 permet d'obtenir les informations suivantes: - masse initiale du gaz dans la bouteille - masse de gaz consommée - masse de gaz restante - valeur instantanée du débitmètre - échelle du débitmètre (0, 1, 3, 5, 10...sccm) - nature du gaz utilisé. The display 23 makes it possible to obtain the following information: - initial mass of the gas in the bottle - mass of gas consumed - mass of gas remaining - instantaneous value of the flow meter - scale of the flow meter (0, 1, 3, 5, 10. ..sccm) - nature of the gas used.
Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. II ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. The embodiments of the invention presented above have been chosen in view of their concrete nature. It would not be possible, however, to exhaustively list all the embodiments covered by this invention. In particular, any means described may be replaced by equivalent means without departing from the scope of the present invention.
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