JPH1090033A - ガス流又は液流を瞬時に識別する方法及び該方法を実施するための装置 - Google Patents

ガス流又は液流を瞬時に識別する方法及び該方法を実施するための装置

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JPH1090033A
JPH1090033A JP9256251A JP25625197A JPH1090033A JP H1090033 A JPH1090033 A JP H1090033A JP 9256251 A JP9256251 A JP 9256251A JP 25625197 A JP25625197 A JP 25625197A JP H1090033 A JPH1090033 A JP H1090033A
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JP
Japan
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fluid
orifice
gas
conduit
composition
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JP9256251A
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Hendrik Jan Boer
ジャン ボワール ヘンドリック
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Berkin BV
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Berkin BV
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6847Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct
    • GPHYSICS
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス又は流体流の組成を瞬時に識別する方法
と、該方法を実施するための装置とを提供する。 【解決手段】 流体流は、導管内のオリフィスを通過す
る。該オリフィスと平行に且つその上方に、質量流量計
を含む毛細導管が設けられる。物理的性質の組み合わせ
が測定される。該組み合わせを特定のガス組成に係る表
の値と比較することにより、現在の組成を決定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、質量流量センサを
介してガス又は流体又はその組成を瞬時に識別する方法
及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ここで、「組成」とは、特性、特に当該
濃度において特定の成分がガス(混合物)内に静的に或
いは「経時的に」動的に存在する量を指す。濃度は、当
該物質の付加量を変えることにより、変更し得る。かく
して、当該組成の推移即ち組成の変化の程度に関するデ
ータが「オンライン」で得られる。かかるデータは、種
々の工程、例えば半導体産業において材料膜を基板上に
堆積させる反応ガスの濃度をできるだけ一定に保持する
ことが必要な化学蒸着(CVD)等の工程では重要であ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなオンライン
測定(即ち工程中の測定)は今までのところは実施され
ておらず、例えば濃度に関するデータは、結果から「逆
算」されて、CVD法等において前記濃度を調節する装
置及び反応ガスをキャリヤガスに供給する「バブラ」に
帰還される。
【0004】
【課題を解決するための手段】しかしながら、本発明に
係る方法を用いることにより、上述したようなオンライ
ン測定を実施することができる。この目的で、本方法
は、ガス又は流体の流通時に、大きさが調節可能なオリ
フィス即ち小孔を有する導管に流体を通し、オリフィス
に対して平行にオリフィス上を通過するように取り付け
られた毛細導管に上記流体の枝流を通すことにより、流
体の組成の特性を表す流体の物理的性質の各組み合わせ
を連続的に決定し、上記導管が、毛細管を通る流れの温
度分布の変化から質量流量を測定して物理的性質の上記
各組み合わせを決定しこれを当該類型の流体に対して予
め作成された当該各組み合わせの表と比較する、熱質量
流量計を備えている、ことを特徴とする。
【0005】上記物理的性質とは、密度ρ、粘度μ及び
熱容量Cpである。ここにいう流体の例としては、キャ
リヤガスH2及びN2にTEOS(オルト珪酸トリエチ
ル)、SiCl4、TiCl4、及びH2O等の蒸発性物
質を加えた混合物があるが、純物質でもよい。
【0006】オリフィスに沿って、圧力降下Δpが生じ
るが、圧力降下Δpの大きさは、当該流体の密度ρ及び
オリフィスを通る体積流量Φvoによって決まる。今、
Δpが決定されていて体積流量が既知であるとすると、
密度ρは、 Δp=C0・ρ・Φ2 vo …(1) により決定することができる。ここで、C0は、オリフ
ィスの寸法により決まる定数である。
【0007】上記圧力降下Δpは、測定毛細管を用いて
測定され、毛細管を通る流量Φvcは層流であるので、
該流量は上記Δpに比例する。
【0008】また、 Δp=Cc・μ・Φvc…(2) が成り立つ。ここで、 Cc = 毛細管の寸法により決まる定数 μ = 流体粘度 Φvc= 毛細管を通る体積流量 オリフィスと毛細管とは、互いに平行に取り付けられて
いるので、 Δp毛細管 = Δpオリフィス…(3) が成り立ち、Φ2 voに比例することが分かる。更に、
毛細管とオリフィスの寸法は、ΦvcがΦvoよりずっ
と小さくなるように選定される。その時、このシステム
を通る全流量は、Φvoに略等しくなる。
【0009】Φvcは、例えば米国特許第503670
1号公報に記載されているような、毛細管上に設けられ
た所謂熱センサを用いて測定される。流体流の場合には
毛細管の周りの加熱コイルを用いて実現される温度分布
の被測定移動量ΔTは、現時の質量流量を前記センサに
より測定して求める。即ち、 ΔT = C′・ρ・Cp・Φvc…(4) が成り立つ。ここで、 C′= 定数 μ = 流体密度 Cp= 流体の熱容量 Φvc = 前記毛細管を通る体積流量 等式(1)、(2)、(3)及び(4)から以下の等式 ΔT = C″・ρ2 ・Cp・Φ2 vtotal・1/μ が成り立つ。ここで、 C″ = 定数 ρ = 流体密度 Cp = 流体の熱容量 Φvtotal= オリフィスを通る流体の体積流量 μ = 流体粘度 全流量を既知としてΦvcがΦvoよりずっと小さいと
いう条件下でΔTを測定することにより、項ρ2 Cp/
μを決定することができる。
【0010】得られたρ2 Cp/μの値を、同じ(各)
成分の組み合わせから成る表に分類されたある流体のや
はりρ2 Cp/μの値と比較することにより、流体内の
(各)成分の濃度に関するデータを得ることができる。
測定値は、流体のあるがままの諸特徴を表す。
【0011】殆どの場合、ここにいう流体の組成は、当
該目的に適した装置を用いて該流体にある成分を添加す
ることにより得られる。
【0012】本発明に係る方法の一実施形態によれば、
そのとき前記組成は一定に維持され、或いは、熱質量流
量計から得た信号を供給装置に帰還させることにより特
定の時間依存パターンに調節する。
【0013】次に、キャリヤガスへの反応ガスの供給
を、例えば所謂「バブラ(bubbler)」内で行
う。例えばCVD法で使用される混合物は、キャリヤガ
スとしてH2を含み、固体物質を蒸発させることにより
バブラ内でキャリヤガスに添加される反応ガスとして
(CH33In(トリメチルインジウム、TMIと略
称)を含む。キャリヤガスとしてH2以外のガスを選定
してもよく、また、反応ガスとして、TMI以外のガス
即ち蒸気を選定してもよい。
【0014】本発明は、また、本発明に係る方法を実施
するための装置も含む。
【0015】本装置は、流体が流れる導管部を備え、該
導管部内に流体が流通する「オリフィス」(ある種の隔
膜)を設け、米国特許第5036701号公報に記載さ
れた熱流量センサを備えた毛細管でありオリフィス上方
を通過する分流導管を用いてオリフィスに沿った圧力降
下を測定する、ことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本装置の概略を示した図面
に基づき、本装置を更に説明する。
【0017】導管1を通って、体積流量Φtotを有す
る流体が矢印5により示された方向に流れる。導管1内
には、矢印で示された方向に体積流量Φvoを流通させ
るオリフィス4が設けられている。体積流量Φtotか
ら枝分かれした体積流量Φvcが流れる「分流管」即ち
毛細管2を用いて、上記オリフィス4に沿った圧力降下
Δpが測定される。毛細管2は、熱源3から成る熱質量
流量計を備え、熱源3の両側で毛細管を流れる流体の温
度T1及びT2がそれぞれ測定される。上述したよう
に、測定された温度分布の変化量(T2−T1)は、オ
リフィス4に沿った圧力降下Δpの測定値に一致する。
【0018】センサにより生成された信号は、一つ以上
の成分の付加を制御する装置、例えばキャリヤガスを付
加(反応)ガスと混合するバブラに、帰還してもよい。
【0019】流体密度の変化は、Cp、μ及び全流量が
不変であるという条件下で本発明の装置を二重に実施す
ることにより、直接測定してもよい。この場合、第一の
装置を純粋な(キャリヤ)ガスが流れ、第二の装置を同
じ(キャリヤ)ガスが一種類以上の成分を付加されて流
れる。二つの装置のセンサ(流量計)の抵抗は、ホイー
トストンブリッジ内に配置される。このとき、出力信号
は、密度変化の直接的な測定値となる。
【0020】
【発明の効果】本発明は、以上のように、質量流量セン
サを用いて、ガス又は流体、又はその組成を瞬時に識別
する方法であって、ガス又は流体の流通時に、大きさが
調節可能なオリフィス即ち小孔を有する導管に流体を通
し、オリフィスに対して平行にオリフィス上を通過する
ように取り付けられた毛細導管に上記流体の枝流を通す
ことにより、流体の組成の特性を表す流体の物理的性質
の各組み合わせを連続的に決定し、上記導管が、毛細管
を通る流れの温度分布の変化から質量流量を測定して物
理的性質の上記各組み合わせを決定しこれを当該類型の
流体に対して予め作成された当該各組み合わせの表と比
較する、熱質量流量計を備えている、こととしたので、
オンライン測定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための装置の概略図で
ある。
【符号の説明】
1 導管 2 毛細管 3 熱源 4 オリフィス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量流量センサを用いて、ガス又は流
    体、又はその組成を瞬時に識別する方法であって、ガス
    又は流体の流通時に、大きさが調節可能なオリフィス即
    ち小孔を有する導管に流体を通し、オリフィスに対して
    平行にオリフィス上を通過するように取り付けられた毛
    細導管に上記流体の枝流を通すことにより、流体の組成
    の特性を表す流体の物理的性質の各組み合わせを連続的
    に決定し、上記導管が、毛細管を通る流れの温度分布の
    変化から質量流量を測定して物理的性質の上記各組み合
    わせを決定しこれを当該類型の流体に対して予め作成さ
    れた当該各組み合わせの表と比較する、熱質量流量計を
    備えている、ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 熱質量流量計から得た信号を、媒体の組
    成を決定する装置に、該組成が一定に維持され或いは必
    要なパターンに経時的に調節されるように、帰還させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 流体が、キャリヤガスと、例えば所謂バ
    ブラ内で上記キャリヤガスに付加される反応ガスとから
    成り、熱センサから得た信号をバブラに帰還させること
    を特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 キャリヤガスが水素ガスであり、反応ガ
    スがTMIと略称されるトリメチルインジウム(C
    33Inであることを特徴とする請求項3に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の
    方法を実施するための装置であって、流体が流れる導管
    部を備え、該導管部内に流体が流通する「オリフィス」
    (隔膜)を設け、米国特許第5036701号公報に記
    載された熱流量センサを備えた毛細管でありオリフィス
    上方を通過する分流導管を用いてオリフィスに沿った圧
    力降下を測定することを特徴とする装置。
JP9256251A 1996-09-06 1997-09-05 ガス流又は液流を瞬時に識別する方法及び該方法を実施するための装置 Pending JPH1090033A (ja)

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