JP6879850B2

JP6879850B2 - 流体測定装置、流体制御システム及び制御プログラム

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Publication number: JP6879850B2
Application number: JP2017138555A
Authority: JP
Inventors: 有平坂口; 雅和南
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
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Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: JP2019020244A

Description

本発明は、流体測定装置、流体制御システム及び制御プログラムに関するものである。

近年、半導体製造プロセスにおいては、成膜室に対し、特定成分（材料成分）を含む流体をパルス的に供給するＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）なる成膜技術が主流となってきている。そして、このＡＬＤにおいては、パルスの間隔を短くすることが、生産性の向上に直結するため、流体制御装置の応答速度の向上が急務となっている。

ところで、現在、ＡＬＤにおいては、流体制御装置として、特許文献１に示すような熱式の流量計や特許文献２に示すような差圧式の流量計を用いた従来型の流体制御装置が用いられているが、これらの従来型の流体制御装置において、ＡＬＤに要求される応答速度を達成するためには、多くの技術的課題を解決しなければならないのが現状である。

また、前記各流量計は、その検出原理から次のような問題を潜在的に有している。すなわち、前記各流量計は、半導体製造プロセスにおいて監視することが望ましい特定成分の流量及び濃度等を測定する場合には、別途吸光度計を設置する必要があった。また、前記各流量計は、いずれも流路に対してリストリクタを設置する必要があり、このリストリクタにおいて、大きな圧損が生じるという問題があった。さらに、前記各流量計は、その検出値が特定成分の種別に依存し、流体に含まれる特定成分が代わるたびに校正を実施する必要があるという問題もあった。

特開２００１−３３６９５８特開２００４−１５７７１９

そこで、本発明は、特定成分を含む流体が変動しながら供給される流路において、その流体に含まれる特定成分の種別に影響を受けずに、その流体に含まれる特定成分の流量だけでなくその他の値を検出でき、かつ、圧損が少ない流体測定装置を提供し、さらに、その流体測定装置を用いて応答性が優れた流体制御システムを提供することを主な課題とするものである。

すなわち、本発明に係る流体測定装置は、特定成分を含む流体が変動して流れる流路に設置される流体測定装置であって、前記流路の上流側及び下流側に設置され、当該流路の上流側及び下流側を通過する前記流体を検出する少なくとも二つの検出器と、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で当該流体が検出されてから前記下流側の検出器で当該流体が検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出する第１流量算出部と、を具備し、前記上流側の検出器又は前記下流側の検出器の少なくとも一方が、前記流体を検出するにあたって前記特定成分の分圧を検出するものであることを特徴とするものである。

このようなものであれば、流体の流量を、流体に含まれる特定成分の種別に依存しない原理に基づき検出することができるため、流体に含まれる特定成分が代わっても校正を実施する必要がない。なお、流体が変動して流れる状態とは、流路に対して流体がパルス状に流れている状態や、流路に対して流体が流量や濃度又はこれらの関連値（例えば、分圧）等を変化させながら流れている状態が含まれる。具体的には、流路に対して流体がパルス状に流れている状態とは、流体が流れている状態と流体が流れていない状態とが、周期的に繰り返される状態のみならず、非周期的に繰り返される状態を含む。なお、この状態を、換言すれば、流路に流体が間欠的に流れている状態ということもできる。また、流路に対して流体が流量や濃度又はこれらの関連値を変化させながら流れている状態とは、流体が流量や濃度又はこれらの関連値等を段階的に増加又は減少させる状態や、流体が流量や濃度又はこれらの関連値等を周期的又は非周期的に増減させる状態等を含む。

また、前記流体測定装置において、前記上流側の検出器及び前記下流側の検出器が、前記流体を検出するにあたって前記特定成分の分圧を検出するものであり、前記体積流量算出部が、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で予め設定された設定分圧値と同値の分圧値が検出されてから前記下流側の検出器で前記設定分圧値と同値の分圧値が最初に検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出するものであってもよい。

このようなものであれば、各検出器に流体が到達するタイミングに基づき経過時間を測定するのではなく、各検出器によって予め定められた分圧値が検出されるタイミングに基づき経過時間を測定することが可能となり、より正確に経過時間を測定することができる。

また、前記いずれかの流体測定装置が、前記流路に設置され、前記流体の圧力を検出する圧力センサと、前記流路に設置され、前記流体の温度を検出する温度センサと、をさらに具備し、前記第１流量算出部が、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記経過時間、前記圧力センサで検出される圧力、及び、前記温度センサで検出される温度に基づき、当該流体の流量を算出するものであってもよい。

また、前記いずれかの流体測定装置が、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記検出器で検出される分圧及び前記圧力センサで検出される圧力に基づき、その流体に含まれる特定成分の濃度を算出する濃度算出部と、をさらに具備するものであってもよく、この場合、前記第１流量算出部で算出された流体の流量、及び、前記濃度算出部で算出された当該流体に含まれる特定成分の濃度に基づき、当該特定成分の流量を算出する第２流量算出部をさらに具備するものであってもよい。

このようなものであれば、流体の流量に加えて、流体に含まれる特定成分の濃度や流量を測定することができるようになり、流路を流れる流体に関してより多くの情報を取得できる。

また、前記特定成分の分圧を検出する機構を備える検出器が、前記流体に光を射出する光源と、前記光源から射出されて前記流体を透過した光を受光する受光器と、前記受光器で受光された光の強度に基づき、前記流体に含まれる特定成分の分圧を算出する分圧算出部と、を備えるものであってもよい。

このようなものであれば、検出器によって、流体に接触することなく、その流体に含まれる特定成分の分圧を測定することができるようになり、これにより、流路に対する圧損の発生を防止することができる。

また、本発明に係る流体制御システムは、前記いずれかの流体測定装置と、前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対して前記特定成分を含む流体を供給する流体供給装置と、前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対して前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、前記流体供給装置から供給される流体又は前記キャリアガス供給装置から供給されるキャリアガが前記流路に対して交互に流れるように切り替える切替機構と、前記流体測定装置によって検出された前記流体の体積流量、当該流体に含まれる特定成分の濃度、又は、当該特定成分の流量のいずれかに基づき、前記切替機構の切替タイミングを制御する流体制御装置と、を具備するものであってもよい。さらに、本発明に係る流体制御システムは、前記いずれかの流体測定装置と、前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対して前記特定成分を含む流体を供給する流体供給装置と、前記流体供給装置から前記流路に対して前記流体がパルス状に流れるように開閉を繰り返す流体制御弁と、前記流体測定装置によって検出された前記流体の流量、当該流体に含まれる特定成分の濃度、又は、当該特定成分の流量のいずれかに基づき、前記流体制御弁の開閉タイミングを制御する流体制御装置と、を具備するものであり、この場合、をさらに具備するものであってもよい。

このようなものであれば、応答速度の速い流体測定装置によって測定された流体の流量、流体に含まれる特定成分の濃度又は流量に基づいて、流体制御弁や切替機構を制御することが可能となり、これにより、応答性が向上し、ＡＬＤによる成膜処理の時間を短縮することができる。また、流体測定装置によって検出される前記各値に基づいて流体を制御できるため、その制御に使用する値を変更することにより、最適な調整を実施することができる。

また、本発明に係る制御プログラムは、特定成分を含む流体が変動して流れる流路の上流側及び下流側の二箇所に設置され、各箇所を通過する前記流体を検出し、少なくとも一つが前記特定成分の分圧を検出する機構を備える複数の検出器を具備する流体測定装置の制御プログラムであって、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で当該流体が検出されてから前記下流側の検出器で当該流体が検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出するものである。

また、本発明に係る流体測定方法は、特定成分を含む流体が変動して流れる流路において、前記流路を流れる前記流体が、前記流路の上流側及び下流側を通過する場合に、前記上流側に設置された検出器によって当該流体に含まれる特定成分の分圧が検出されたタイミングと前記下流側に設置された検出器によって当該流体が検出されたタイミングとの間の経過時間に基づき、当該流体の流量を算出することを特徴とするものである。

このように構成した本発明に係る流体測定装置によれば、特定成分を含む流体がパルス状に供給される流路において、その流体に含まれる特定成分の種別に影響を受けずに、その流体に含まれる特定成分の流量だけでなくその他の値（例えば、流体の流量、流体に含まれる特定成分の濃度）を検出できる。また、検出器として吸光度計を使用すれば、流体測定装置の設置に伴って流路に圧損が発生することもない。

さらに、本発明に係る流体測定装置を用いた流体制御システムによれば、応答速度が向上し、これに伴って、流路に対してパルス的に供給される流体のパルス間隔を短くすることができ、ＡＬＤによる成膜処理のスピードが格段に向上する。

実施形態１に係る流体測定装置を示す模式図である。実施形態１に係る流体測定装置の検出器で検出される分圧の波形の概略を示す模式図である。実施形態１に係る流体測定装置の検出器で検出される分圧の一周期の波形を示す模式図である。実施形態１に係る流体制御システムの構成を示す模式図である。実施形態２に係る流体制御システムの構成を示す模式図である。その他の実施形態に係る流体制御システムの構成を示す模式図である。

以下に、本発明に係る流体測定装置及びその流体測定装置を用いた流体制御システムを図面に基づいて説明する。

本発明に係る流体測定装置は、半導体製造プロセスに使用される成膜室（チャンバ）等の供給先に対し、その成膜の材料になる特定成分を含む流体をパルス状に供給するＡＬＤにおいて、その流体の流量、その流体に含まれる特定成分の濃度、又は、その特定成分の流量を検出するために使用されるものである。そして、本発明に係る流体測定装置において検出された前記各値は、前記供給先へ供給されるガスの流量制御に使用される。なお、本発明に係る流体測定装置は、前記ＡＬＤだけでなく、その他の変動して流れる流体の検出に対しても使用することができる。

＜実施形態１＞
本実施形態に係る流体測定装置１００は、図１に示すように、特定成分を含む流体が流れる流路Ｌに対し、その上流側及び下流側の二箇所に設置される一対の検出器１０ａ，１０ｂ（以下、いずれか一方のみを示す場合には、検出器１０ともいう）と、一対の検出器１０ａ，１０ｂの中間に設置される圧力センサＰ及び温度センサＴと、を具備している。そして、一対の検出器１０ａ，１０ｂ、圧力センサＰ及び温度センサＴは、いずれも情報処理装置２０に接続されている。

なお、前記流路Ｌは、管状のものであり、少なくとも一対の検出器１０ａ，１０ｂ間は、その流方向と直交するように切断した断面積Ｓが一定値に保たれている。そして、前記流路Ｌに流れる流体は、流路Ｌに対して略一定の周期でパルス状に流れる。従って、前記一方の検出器１０によって、流体に含まれる特定成分の分圧変化を測定すると、図２に示すように、分圧が０になった状態、すなわち、流路Ｌに流体が流れていない状態と、分圧が所定値になった状態、すなわち、流路Ｌに流体が流れている状態と、を周期的に交互に繰り返す波形となる。さらに、図２に示す一周期の分圧変化による波形をより正確に示した図３に基づき詳細に説明すると、前記一方の検出器１０に対し、流体が到達してない状態では、分圧値が０に保たれ、流体が到達すると、分圧値が、その直後から所定値になるまで急激に上昇し、その後一定に保たれた後、ゆっくりと下降するような波形となる。

前記一対の検出器１０ａ，１０ｂは、いずれも吸光度計である。詳述すると、検出器１０は、流体に含まれる特定成分が吸収する波長を有する光を射出する光源１１と、光源１１から射出され流体を透過した光を受光する受光器１２と、受光器１２で受光した光の強度に基づいて流体に含まれる特定成分の分圧を算出する分圧算出部１３と、を備えている。従って、光源１１及び受光器１２は、流路Ｌを挟んで互いに対向するように設置される。より具体的には、光源１１は、その射出した光の光路ＯＰが流路Ｌの流方向に対して直交するように配置されており、受光部１２は、流体中を通過した光を受光できるように配置されている。よって、流路Ｌは、光源１１及び受光器１２と対向する部分がそれぞれ光を透過できるような構成になっている。

前記圧力センサＰ及び前記温度センサＴは、両検出器１０ａ，１０ｂから等間隔離れた中間に配置されている。

前記情報処置装置２０は、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータである。そして、内部メモリの所定領域に格納した制御プログラムに従って動作することで、ＣＰＵ及び周辺機器が協働動作し、カウンター部２１、第１流量算出部２２、濃度算出部２３、第２流量算出部２４としての機能を発揮する。

前記カウンター部２１は、流路Ｌを任意のタイミングで流れる流体（以下、「単位流体」ともいう）が二つの検出器１０ａ，１０ｂを通過した場合に、その単位流体が、上流側の検出器１０ａで検出されてから下流側の検出器１０ｂで通過されるまでの経過時間Δｔをカウントして記憶するものである。具体的には、カウンター部２１は、単位流体が、上流側の検出器１０ａで検出され、その検出される分圧値が予め設定された分圧値（以下、「設定分圧値」）になった後、下流側の検出器１０ｂで検出され、その検出される分圧値が設定分圧値になるまでの経過時間Δｔをカウントして記憶する。より具体的には、単位流体が、各検出器１０ａ，１０ｂを順次通過すると、先ず、上流側の検出器１０ａにおいて、図３（ａ）に示す波形を描くような分圧値が随時検出され、少し遅れて、下流側の検出器１０ｂにおいて、同様の波形を描くような分圧値が随時検出される。そこで、事前に検出器１０で検出される波形において、分圧値が一定にならない箇所の分圧値、すなわち、分圧値の変化率が変化している箇所の分圧値を選定して設定分圧値として設定しておく。そして、カウンター部は、上流側の検出器１０ａで検出される分圧値が設定分圧値になった時刻から、下流側の検出器１０ｂで検出される分圧値が最初に設定分圧値になるまでの時刻を経過時間Δｔとしてカウントして記憶する。なお、下流側の検出器１０ｂで検出される分圧値として最初に設定分圧値になる分圧値を参照しているのは、図３（ｂ）に示す波形から分かるように、同一波形中に同一分圧値が二度検出されるからである。

前記第１流量算出部２２は、単位流体の質量流量Ｍ_１を算出するものである。具体的には、第１流量算出部２２は、前記カウンター部２１で検出された経過時間Δｔ、圧力センサＰで検出された圧力Ｐ_ｔ、及び、温度センサＴで検出された温度ｔに基づき、単位流体の質量流量Ｍ_１を算出する。具体的には、第１流量算出部は、次の演算過程を経て単位流体の質量流量Ｍ_１を算出する。なお、本実施形態においては、この質量流量Ｍ_１が、請求項における流体の流量に該当する。

第１流量算出部２２は、先ず、下記式（１）によって流体の流速ｖを演算する。

ｖ＝Δｄ／Δｔ・・・・・（１）

ここで、Δｄは、両検出器１０ａ，１０ｂ間の距離であり、予め測定可能な既知の値である。そして、下記式（２）によって体積流量Ｑを演算する。

Ｑ＝ｖ×Ｓ・・・・・（２）

ここで、Ｓは、流路の断面積であり、予め測定可能な既知の値である。
そして、体積流量Ｑを、圧力センサＰで検出される圧力Ｐ_ｔ及び温度センサＴで検出される温度ｔによって補正することによって流体の質量流量Ｍ_１を算出する。

前記濃度算出部２３は、単位流体に含まれる特定成分の濃度Ｃを算出するものである。具体的には、濃度算出部２３は、いずれか一方の検出器１０で検出された単位流体の分圧Ｐ_ｐと、圧力センサＰで検出された単位流体の圧力Ｐ_ｔと、に基づき、式（３）によって特定成分の濃度Ｃを算出する。

Ｃ＝Ｐ_ｐ／Ｐ_ｔ・・・・・（３）

前記第２流量算出部２４は、単位流体に含まれる特定成分の質量流量Ｍ_２を算出するものである。具体的には、第２流量算出部２４は、第１流量算出部２２で算出された単位流体の質量流量Ｍ_１及び濃度算出部２３で算出された濃度Ｃに基づき、式（４）によって単位流体に含まれる特定成分の質量流量Ｍ_２を算出する。なお、本実施形態においては、この質量流量Ｍ_２が、請求項における特定成分の流量に該当する。

Ｍ_２＝Ｍ_１×Ｃ・・・・・（４）

よって、流体測定装置１００は、流路Ｌに対し、前記所定周期における一周期分の単位流体が流れ、その単位流体が、各検出器１０ａ，１０ｂに順次通過すると、経過時間Δｔに基づき、単位流体の質量流量Ｍ_１、単位流体に含まれる特定成分の濃度Ｃ、及び、単位流体に含まれる特定成分の質量流量Ｍ_２を、この順番で順次算出する。なお、前記各値は、情報処理装置２０に接続される図示しない外部モニタに表示させることもできる。

このような構成の流体測定装置１００によれば、いずれの値も、検出器１０である吸光度計、圧力センサＰ及び温度センサＴによって検出される検出値によって算出できる。そして、これらのセンサとしては、量子型検出器のように極めて応答速度が速いものを使用できる。従って、流体測定装置１００の応答性は、これらのセンサの検出スピードに大きく依存するが、これらのセンサの検出原理は、従来の流量計で用いられる検出原理よりも応答性が速いため、結果として、流体測定装置１００の応答性が向上する。

次に、本実施形態に係る流体測定装置１００を用いた流体制御システム２００を図４に基づいて説明する。

本実施形態に係る流体制御システム２００は、図４に示すように、材料ガスを貯留する貯留タンク２１０と、キャリアガス供給装置２２０から貯留タンク２１０へキャリアガスを供給するキャリアガス供給流路Ｌ１と、キャリアガス供給流路Ｌ１に設置される流体制御弁２３０と、貯留タンク２１０から材料ガスをキャリアガスと共に混合ガスとしてチャンバ２４０へ供給する混合ガス供給流路Ｌ２と、混合ガス供給流路Ｌ２に設置される流体測定装置１００と、を具備している。なお、チャンバ２４０には、排気ポンプが接続されており、混合ガス供給流路Ｌ２内を常時排気している。また、流体測定装置１００及び流体制御弁２３０は、流体測定装置１００の検出値に基づいて流体制御弁２３０の開閉動作を制御するための流体制御装置２６０に接続されている。

前記貯留タンク２１０は、所謂バブラーである。具体的は、貯留タンク２１０には、キャリアガス供給流路Ｌ１の上流側の先端が液相に達するように差し込まれており、混合ガス供給流路Ｌ２の下流側の先端が気相に達するように差し込まれている。そして、貯留タンク２１０は、その内部空間で生成された材料ガスがキャリアガス供給流路Ｌ１から導入されるキャリアガスと共に混合ガスとして混合ガス供給流路Ｌ２から導出するようになっている。よって、混合ガスが、請求項における流体に対応し、材料ガスが、請求項における特定成分に対応し、流体測定装置１００よりも上流側に設置された各機器が、請求項における流体供給装置に対応する。

また、キャリアガス供給流路Ｌ１及び混合ガス供給流路Ｌ２には、それぞれ開閉弁２５０ａ，２５０ｂが設置されている。さらに、キャリアガス供給流路Ｌ１及び混合ガス供給流路Ｌ２を繋ぐバイパス流路Ｌ３には、校正時に使用される開閉弁２５０ｃが設置されている。因みに、各開閉弁２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃも、流体制御装置２６０に接続されている。

次に、本実施形態に係る流体制御システム２００の動作を説明する。

キャリアガス供給装置２２０から貯留タンク２１０に対して所定圧力でキャリアガスが供給され始めると、流体制御装置２６０は、貯留タンク２１０の開閉弁２５０ａ，２５０ｂを開放すると共に、開閉弁２５０ｃを閉鎖する。続いて、流体制御装置２６０は、予め定められた設定周期で流体制御弁２３０の開閉を繰り返す。これにより、貯留タンク２１０へ設定周期でパルス的にキャリアガスが導入され、貯留タンク２１０から材料ガスがキャリアガスと共に混合ガスとして設定周期でパルス状に導出される。これに伴って、チャンバ２４０へ混合ガスが所定周期でパルス的に供給される。

ところで、前記動作中、貯留タンク２１０内で生成される材料ガスの濃度は絶えず変化しており、このことが要因となって、チャンバ２４０へ供給される一周期当たりの混合ガスに含まれる材料ガスの濃度も変化する。そこで、流体制御装置は、流体測定装置１００において検出される一周期当たりの混合ガスに含まれる材料ガスの流量や濃度を絶えず監視し、必要に応じて流体測定装置１００における検出値に基づき、流体制御弁２３０の開閉間隔を制御する。これにより、チャンバ２４０へ供給される一周期当たりの混合ガスに含まれる材料ガスの総量を略一定に保持することができるようになる。

このような構成の流体制御システム２００によれば、応答速度の速い流体測定装置１００によって検出された混合ガスに関する各値に基づいて、流体制御弁２３０の開閉間隔を直接制御することができるようになり、応答性が格段に向上する。これにより、一周期の間隔を短くすることができるようになり、結果として、成膜処理のスピードを向上させることができるようになる。また、流体測定装置１００において吸光度計を使用することにより、流路を流れる流体に接触することなく、流体の流量等を検出することができ、これにより、圧損を防止することができる。

＜実施形態２＞
本実施形態に係る流体制御システム３００は、図５に示すように、キャリアガス供給装置３１０と、キャリアガス供給装置３１０からキャリアガスを導出するキャリアガス導出流路Ｌ１´と、混合ガス供給装置３２０と、混合ガス供給装置３２０から混合ガスを導出する混合ガス導出流路Ｌ２´と、キャリアガス導出流路Ｌ１´及び混合ガス導出流路Ｌ２´が接続される切替機構３３０と、切替機構３３０を介してキャリアガス又は混合ガスを選択的にチャンバ３４０へ供給する供給流路Ｌ３´と、供給流路Ｌ３´に設置される流体測定装置３５０と、を備えている。

なお、流体測定装置１００及び切替機構３３０は、流体制御装置３５０に接続されている。よって、混合ガスが、請求項における流体に対応し、混合ガス供給装置３２０が、請求項における流体供給装置に対応する。

本実施形態に係る切替機構３３０は、三方弁である。また、混合ガス供給装置３２０としては、前記実施形態１に係る流体制御システム２００において用いたバブラーのように、材料ガスをキャリアガスの供給圧によって搬送する方式のものなどを用いることができる。

次に、本実施形態に係る流体制御システム３００の動作を説明する。

キャリアガス供給装置３１０から所定圧力でキャリアガスが供給されると共に、混合ガス供給装置３２０から所定圧力で混合ガスが供給され始めると、流体制御装置３５０は、予め定められた設定周期で切替機構３３０を切り替える。これにより、チャンバ３４０に対し、キャリアガス及び混合ガスが略同一の周期で交互に供給され、結果として、混合ガスがパルス的に供給される。そして、流体制御装置３５０は、流体測定装置１００において検出される一周期当たりの混合ガスに含まれる材料ガスの流量や濃度を絶えず監視し、必要に応じて流体測定装置１００における検出値に基づき、切替機構３３０の切替間隔を制御する。

＜その他の実施形態＞
前記実施形態２に係る流体制御システム３００においては、キャリアガス供給流路Ｌ１´及び混合ガス供給流路Ｌ２´を三方弁に接続し、その切替機構を操作することにより、供給流路Ｌ３´に対してキャリアガス及び混合ガスを交互に供給しているが、図６に示すように、切替機構３３０として、キャリアガス供給流路Ｌ１´及び混合ガス供給流路Ｌ２´にそれぞれ開閉弁３３０ａ，３３０ｂを設置し、この二つの開閉弁３３０ａ，３３０ｂを交互に開閉することにより、供給流路Ｌ３´に対してキャリアガス及び混合ガスを交互に供給することもできる。

また、本発明に係る流体測定装置１００において、流路Ｌを流れる流体が一対の検出器１０ａ，１０ｂを通過する場合に、第１流量算出部２２で算出された流体の質量流量及び濃度算出部２３で算出された濃度に基づき、その流体に含まれるキャリアガスの質量流量を算出するキャリアガス質量流量算出部を設けてもよい。

なお、前記各実施形態においては、一対の検出器１０ａ，１０ｂとして、いずれも吸光度計を使用しているが、流体に含まれる特定成分の分圧を測定できるものであれば、吸光度計以外の計測器を使用してもよい。具体的には、質量分析、磁気式又はジルコニア式の計測器等が使用できる。また、前記実施形態１においては、検出器１０における光源１１の光路ＯＰを流路Ｌに対して直交するように配置しているが、光源１１の光路ＯＰを流路Ｌに対して傾斜するように配置してもよい。但し、この場合、両検出器１０ａ，１０ｂの光源１１の光路ＯＰが交差しないように配置する必要がある。

また、前記各実施形態においては、一対の検出器１０ａ，１０ｂとして、いずれも吸光度計を使用しているが、一方の検出器１０のみを吸光度計とし、他方の検出器１０を吸光度計以外のものを使用してもよい。なお、他方の検出器１０としては、他方の検出器１０が設置された箇所に流体が到達したタイミング又は当該箇所を流体が通過し切ったタイミングを何等かの方法によって検出できるものであればよく、例えば、流体に関する分圧以外の他の値の変化を検出できるようなものであればよい。この場合、一対の検出器１０の検出対象が異なるため、両検出器１０ａ，１０ｂによって特定成分を含む流体に関する値が検出され始めた時刻のずれによって経過時間を算出するか、或いは、両検出器１０ａ，１０ｂによって特定成分を含む流体に関する値が検出されなくなった時刻のずれによって経過時間を算出することになる。

また、前記実施形態１に係る流体測定装置１００は、圧力センサＰ及び温度センサＴを具備しているが、流路に対して圧力センサＰ及び温度センサＴを別途設置してもよい。

また、前記実施形態１においては、本発明に係る流体測定装置１００を、流体がパルス状に流れる流路Ｌに設置した態様を示しているが、本発明に係る流体測定装置１００は、流路Ｌに対し、流体が流量や濃度又はこれらの関連値（例えば、分圧）等を変化させながら流れている場合にも、その流体の流量（流体の質量流量や特定成分の質量流量）や濃度等を検出するために使用することができる。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００流体測定装置
１０ａ，１０ｂ検出器
Ｐ圧力センサ
Ｔ温度センサ
２０情報処置装置
２００流体制御システム
Ｌ１キャリアガス供給流路
Ｌ２混合ガス供給流路
Ｌ３バイパス流路
２１０貯留タンク
２２０キャリアガス供給装置
２３０流体制御弁
２４０チャンバ
２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ開閉弁
３００流体制御システム
Ｌ１´ キャリアガス供給流路
Ｌ２´ 混合ガス供給流路
Ｌ３´ 供給流路
３１０キャリアガス供給装置
３２０混合ガス供給装置
３３０切替機構
３４０チャンバ

Claims

特定成分を含む流体が変動して流れる流路に設置される流体測定装置であって、
前記流路の上流側及び下流側に設置され、当該流路の上流側及び下流側を通過する前記流体を検出する少なくとも二つの検出器と、
前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で当該流体が検出されてから前記下流側の検出器で当該流体が検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出する第１流量算出部と、を具備し、
前記上流側の検出器及び前記下流側の検出器が、前記流体を検出するにあたって前記特定成分の分圧を検出するものであり、
前記第１流量算出部が、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で予め設定された設定分圧値と同値の分圧値が検出されてから前記下流側の検出器で前記設定分圧値と同値の分圧値が最初に検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出するものであることを特徴とする流体測定装置。
前記流路に設置され、前記流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記流路に設置され、前記流体の温度を検出する温度センサと、をさらに具備し、
前記第１流量算出部が、前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記経過時間、前記圧力センサで検出される圧力、及び、前記温度センサで検出される温度に基づき、当該流体の流量を算出するものである請求項１記載の流体測定装置。
前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記検出器で検出される分圧及び前記圧力センサで検出される圧力に基づき、その流体に含まれる特定成分の濃度を算出する濃度算出部をさらに具備する請求項２記載の流体測定装置。
前記第１流量算出部で算出された流体の流量、及び、前記濃度算出部で算出された当該流体に含まれる特定成分の濃度に基づき、当該特定成分の流量を算出する第２流量算出部をさらに具備する請求項３記載の流体測定装置。
前記特定成分の分圧を検出する機構を備える検出器が、
前記流体に光を照射する光源と、
前記光源から射出されて前記流体を透過した光を受光する受光器と、
前記受光器で受光された光の強度に基づき、前記流体に含まれる特定成分の分圧を算出する分圧算出部と、を備えるものである請求項１乃至４のいずれかに記載の流体測定装置。
前記請求項１乃至５のいずれかに記載の流体測定装置と、
前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対して前記特定成分を含む流体を供給する流体供給装置と、
前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対してキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、
前記流体供給装置から供給される流体又は前記キャリアガス供給装置から供給されるキャリアガスが前記流路に対して交互に流れるように切り替える切替機構と、
前記流体測定装置によって検出された前記流体の流量、当該流体に含まれる特定成分の濃度、又は、当該特定成分の流量のいずれかに基づき、前記切替機構の切替タイミングを制御する流体制御装置と、を具備する流体制御システム。
前記請求項１乃至５のいずれかに記載の流体測定装置と、
前記流路の前記流体測定装置よりも上流側に設置され、前記流路に対して前記特定成分を含む流体を供給する流体供給装置と、
前記流体供給装置から前記流路に対して前記流体がパルス状に流れるように開閉を繰り返す流体制御弁と、
前記流体測定装置によって検出された前記流体の流量、当該流体に含まれる特定成分の濃度、又は、当該特定成分の流量のいずれかに基づき、前記流体制御弁の開閉タイミングを制御する流体制御装置と、を具備する流体制御システム。
特定成分を含む流体が変動して流れる流路の上流側及び下流側に設置され、各箇所を通過する前記流体を検出する複数の検出器を具備し、前記複数の検出器が、前記流体を検出するにあたって前記特定成分の分圧を検出するものである流体測定装置の制御プログラムであって、
前記流路を流れる流体が前記各検出器を通過する場合に、前記上流側の検出器で予め設定された設定分圧値と同値の分圧値が検出されてから前記下流側の検出器で前記設定分圧値と同値の分圧値が最初に検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出することを特徴とする制御プログラム。
特定成分を含む流体が変動して流れる流路において、前記流路を流れる前記流体が、前記流路の上流側及び下流側を通過する場合に、前記上流側に設置された前記特定成分の分圧を検出する検出器によって予め設定された設定分圧値と同値の分圧値が検出されてから前記下流側に設置された前記特定成分の分圧を検出する検出器によって前記設定分圧値と同値の分圧値が最初に検出されるまでの経過時間に基づき、当該流体の流量を算出することを特徴とする流体測定方法。