CN103838261A - 制造和使用质量流量设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制造质量流量设备(21)的系统和方法，所述设备与一种或多种流体一起使用。所述方法包括，为给定限流器(114)获取要计算的流体的流体特性。获取在设备(21)中使用的部件参数，该部件例如为处理器(130)、限流器(114)和一个或多个传感器(46、48)，以确定用于计算的任何所需校正。用流体特性数据处理限流器(114)和部件参数，以确定用于设备(21)的操作参数。将操作数据下载到设备(21)中，使处理器(130)能够监视和控制流体流量。可以执行验证测试以确保设备(21)正确运行。

Description

制造和使用质量流量设备的系统和方法

交叉引用 

本申请要求2001年10月12日提交的、申请号为No.60／329031的美国临时专利申请和2002年8月28日提交的、申请号为No.60／406511的美国临时专利申请的优先权，并且是2000年9月20日提交的、申请号为No.09／666039的美国专利申请的部分延续。 

技术领域

本公开一般涉及流量系统，更具体地涉及制造和使用质量流量设备的方法。 

背景技术

人们已经努力发展精确流体质量流量控制器，尤其是用于控制诸如半导体器件制造中使用的类型的有毒和高活性气体的流体的质量流速的流量控制器。在半导体制造领域中，在蚀刻和气相沉积工艺中使用各种气体。当暴露到环境大气条件下时，这些气体可能对人体有害，并且可能是高活性的。已经开发了测量和控制上述类型流体的流速的质量流量控制器，其中测量是基于流体热性质。还已经开发了基于测量跨越流量限流器或管口(orifice)的压差的其它流体质量流量控制器。这里所讨论类型的现有技术质量流量控制器的精度不适合于流量控制器的许多应用。 

半导体制造工艺可能要求将非常精确量的流体(主要是气体)排入加工室。例如，可能要求流速范围从高达20升／分钟到低达几十分之一立方厘米／分钟(CCM)。而且，在半导体制造中用来控制活性气体的流量控制器的响应时间和稳定流速，可能要求控制器能够在小于1秒钟内(优选为比1秒小得多)对“ON”信号起反应并且稳定在所需流速，。工艺本身在任何地方可能持续几秒到几小时。目前流体质量流量控制器以这样的速度进行反应和稳定的能力是难以实现的。 

与现有技术压力传感器和使用这种压力传感器的流体质量流量控制器相关 的另一问题是它们设计中固有的死区的量。通常，这种质量流量控制器具有开口在与每个压力变换器相关的中空室中的单个入口／出口。因此，中空室一些区域中的流体流量可能受到严重限制，导致大的未扫掠的内部体积、长的湿气干燥时间和差的清洁能力。 

与现有技术流体质量流量控制器相关的另一问题就是对于各种处理流体需要校准控制器。通常使用惰性或无毒校准流体对现有技术流体质量流量控制器进行校准，这需要推导转换系数或转换数据集。由于为校准每个控制器装置使用有毒或高活性处理流体对于操作人员来说危险并且成本过高，现有技术流体质量流量控制器通常用诸如氮或氩等的惰性流体进行校准，或用性质类似于受质量流量控制器控制的处理流体性质的流体进行校准。使用校准流体和转换系数的该处理将误差带入质量流量控制器操作中，是耗时并昂贵的。现有技术流体质量流量控制器的不准确性、初始安装期间以及更换程序中校准控制器所要求的费用和时间实质上将许多制造工艺(包括半导体器件制作)的成本增加到了已经非常希望流体质量流量控制器中有某些改进的程度。 

因此，已经确认关于压力传感器和包括这样的压力传感器的流体质量流量控制器(尤其是如上所述的制造工艺中使用的类型)的一些迫切需要。这样的迫切需要包括：控制器设定点(setpoint)的百分之几(希望小于百分之一)以内的控制器精度；在“正常”温度之上或之下和各种位置或姿态(也就是，正面朝上、倒向一边或正面朝下)下运行而不丧失精度，例如由基于热的质量流量控制器所经历的；在宽流速范围内精确测量和控制；从打开到实现稳定流量状况的快速响应时间；制造节约；以及简单的模块机械结构来便于维护流量控制器以及便于将流量控制器从用于制造工艺的流体流量分配系统中卸下。流体质量流量控制器中其它所希望的特征包括：制造时无需校准每个完整控制器装置，或维护后无需重新校准该装置；供应可靠的容易交换的流量限流器或管口部件；维护或卸下流量限流器之后，容易验证流量控制器的可操作性和精度；对于多种有毒和／或活性流体，尤其是在半导体制造工艺中使用的数百种气态流体，能够准确控制流速的能力；容易为不同气体或液态流体的流速修改控制器工作数据。 

因此，需要用于制造能够精确测量或控制跨越不同压强和温度范围的一种或多种流体的质量流量设备的系统和方法。 

发明内容

通过制造与至少一种流体一起使用的质量流量设备的新颖的方法和系统，提供技术进步。在一个实施例中，该方法包含选择限流器，其中该限流器与补偿参数相关。用与该流体相关的特性数据处理补偿参数，以产生设备参数。将设备参数下载到设备中，使设备能够在环境条件范围内监控流体流量。在另一个实施例中，一种向质量流量设备提供信息的方法包含，识别与限流器相关的限流器信息和与至少一个传感器相关的传感器信息。该限流器信息和传感器信息分别定义限流器特性和传感器性质。识别与流体相关的特性信息。用特性信息处理所识别的限流器信息和传感器信息，以产生用于该设备的操作数据，使该设备能够控制流体。将操作数据保存到设备可访问的存储器中。 

在又一个实施例中，用于控制至少一种流体流量的设备包含用于限制流体流量的限流器、处理器、用于控制流体流量的该处理器可访问的阀、至少一个用于产生表示流体流量的流量数据的传感器、和该处理器可访问的存储器。该存储器包括：与该限流器、该传感器和该流体相关的设备数据以及用于由处理器处理的指令。该指令用于从传感器中接收流量数据，基于所接收的流量数据和设备数据计算流速，并启动该阀。启动程度与所计算的流速相关。 

附图说明

图1是制造流量控制器的示例方法的流程图。 

图2-6图解示例质量流量控制器和可以使用图1方法装配的各种部件。 

图7是图解制造图2-6质量流量控制器的方法的另一实施例的流程图。 

图8是图解根据图7方法获得流体特性数据的方法的流程图。 

图9是图解可以由图8方法获得的示例流体特性特征的三维图。 

图10是图解根据图7方法用于获得某些部件参数的特定方法的流程图。 

图11是图解根据图7方法用于表征传感器的特定方法的流程图。 

图12是图解根据图7方法用于表征限流器的特定方法的流程图。 

图13是图解可以由图12方法获得的示例数据点的图。 

图14是概括图2-6流量控制器的装配的流程图，其用于特定流体和流速。 

具体实施方式

本公开通常涉及流量系统，尤其涉及制造和使用质量流量设备的方法。然而应该理解，下面的公开中提供了许多不同实施例或示例，以用于实现本发明 的不同特征。在下面描述部件和装置的特定示例以简化本公开。当然，这些只是示例而无意限定。另外，本公开可以在不同示例中重复附图标记和／或字母。这种重复是为了简明和清楚，而本质上不是规定所探讨的不同实施例和／或配置之间的关系。 

参考图1，图解了制造流量控制设备(图2-6)的方法10。应该理解，方法10可以同样适用于在流体流量系统中使用的其它设备或部件，例如流量测量设备。正如稍后更详细地描述的，在可以影响流体特性的环境条件范围内，流量控制设备可操作来控制一种或多种流体流量。例如，流体压强和/或温度变化、以及设备输入和输出压强可以影响通过该设备的流体流量。而且，由于流体性质的差异，一种流体特性可以不同于另一种流体特性而改变。因此，如果设备要保持特定流体的期望流速，该设备应该调节流体流量来响应这些变化。在方法10的步骤12中，通过用实验方法确定不同压强和／或温度下的流体特性，编制流体特性数据。例如，随着压强从真空(例如，0磅/平方英寸(psi)或0托)增加到一个大气压(例如14.7磅／平方英寸或760托)，可以在不同压强点获得数据。可以在不同温度点获得附如数据来进一步确定流体特性。 

在步骤12中编制流体特性数据之后，方法10继续到步骤14，其中可以为流体控制设备的例如传感器和限流器的不同部件获得参数。正如稍后更详细地描述的，传感器使流体流量的某些性质(例如压强或温度)能够得到检测，而限流器用来根据预定义的限流器性质改变流体流量。在本示例中，获得多个传感器和限流器的参数，并将该参数与特定传感器或限流器相关联。例如，可以得到指定限流器的一组参数，然后在数据库中与分配给该限流器的唯一序列号相关联。 

在步骤16中，选择限流器和一个或多个传感器用于流量控制设备中。因为每个传感器和限流器与一组参数相关联，所以所选部件的特性是已知的，当做选择时无需特别关注。继续到步骤18，用流体特性数据处理限流器参数。在其它实施例中，也可以用流体特性数据处理传感器参数。在本示例中，流量控制设备意为用于单一流体，但是应该理解可以处理多个流体的流体特性数据。该处理产生定义关于流体的设备特性的设备参数。在步骤20中可以将设备参数下载到设备(例如下载到该设备可访问的存储器)。因此，使用一个或多个阀，设备可以使用传感器、限流器和流体之间的已知关系来控制流体流量。只要传感 器／限流器参数和流体特性数据是已知的，方法10就能够使用不同传感器／限流器组合来建立设备，并使该设备能够与许多不同流体一起运行。 

现在参考图2，图解了例如可以使用图1方法创建的流体质量流量控制器21。质量流量控制器21包括两部分的模块化机身(body)22，该模块化机身22通常包含矩形块状的第一机身部分24和第二机身部分26，其通过分别位于协作平面24a和26a上的常规机械紧固件(未图示)合适地相互连接在一起。机身部分24和26分别提供有合适的连接器25和27，用于与流体供应系统的合适导管进行连接，该流体供应系统例如尤其用于以气态形式供应例如在半导体制造中使用的有毒或活性流体的半导体制造系统29(图3)。 

作为示例以及如图3中所示，质量流量控制器21可以放入半导体制造系统29，该半导体制造系统29包括源压强容器28，用于在加压时供应例如六氟化钨、氯、六氟化硫或例如可以用在制造工艺中的超过200种流体的任一种的流体。源压强容器28经由合适导管30连接到流量控制器21。清洗导管32也连接到导管30和未图示的清洗气源，以用于在需要时将流量控制器清洗到合适接收器或洗涤器34。然而流量控制器21运行期间，控制流体的精确流量以用于通过导管33进入半导体制造室或容器36。例如依靠一个或多个真空泵37，室36通常保持在充分降低的压强下。通过示例以简化形式图示流量控制器21所放入的如图3中所示的系统29，以便图解流量控制器的一个优选应用。应该理解，流量控制器21可以用在其它系统中。 

同样参考图3-6，第一机身部分24支承电控流量控制阀40，其通过常规机械紧固件40a可拆除地安装在第一机身部分24的表面24b上。流量控制阀40优选为预装配、模块化结构，以便其能够在预定位置上容易地安装在第一机身部分24上，从而一旦安装上就无需调节流量控制阀40。这优于现有技术系统，在现有技术系统中阀40不是模块化，因此必须进行调节，这通常需要相对大量的时间。阀40包括电驱动关闭部件41(图4)，其可操作来节流第一机身部分24的从第一内通道42到第二内通道44的流体流量。第一内通道42与导管30进行流通，用于从源压强容器28中接收流体。阀40还包括执行器43，其用于在全开和全闭位置之间移动关闭部件41。执行器43优选为螺线管或压电型，用于以高度分辨率在全开和全闭位置之间快速和精确地控制关闭部件41的位置。第一压力变换器46也安装在第一机身部分24的表面24b上，并与形成在第一机身部分24中的第二内 通道44和第三内通道47进行流通。第二压力变换器48安装在第二机身部分26的表面26b上，并与形成在第二机身部分26中的第一内通道49和第二内通道50进行流通。第二内通道50还流通地连接到通向制造室36的导管33。可以提供可拆卸的盖(未图示)，用于容纳流体质量流量控制器21的部件。 

如图5中最清楚地图示的，圆柱形低压部(depression)52优选地形成在每个机身部分24和26中。每个低压部52优选地具有底壁54和沿圆周延伸的侧壁56，侧壁56从底壁延伸。杯状隔膜58固定地放在每个低压部中。每个杯状隔膜具有下隔膜壁60和环形侧壁64，下隔膜壁60优选地紧靠并平行于底壁54延伸以形成测量间隙62，环形侧壁64优选地靠近并平行于侧壁56延伸以形成环形流路66。测量间隙62的高度约为0.003-0.020英寸，优选地高度约为0.010英寸，而环形流路66的高度优选地更大。隔膜壁60可以是平的或波状的，优选地形成当受到流体压强时显示出柔性的厚度。隔膜壁60的厚度可以根据隔膜壁所受到的流体压强范围进行改变。对于相对小的压强范围，隔膜壁可以相对薄，而对于相对大的压强范围，隔膜可以相对厚。对于高度腐蚀环境，隔膜58、尤其是隔膜壁60优选地用防腐蚀材料构造，例如不锈钢、蓝宝石、铬镍铁合金、氧化铝、陶瓷等等。压力变换器46和48可以是电阻性应变计(resistive strain gage)或电容型，用于测量隔膜壁60中的弯曲量，并由此测量质量流量控制器21内的流体压强。 

使用上述布置，当穿过测量间隙62的流体流量受到限制时，穿过环形流路66的流体流量实质未受阻，由此抑制了可能出现在环形流路66中的湍流流量，并降低现有技术解决方案中普遍存在的噪声。测量间隙62和环形流路66也保证通过这些容积的流体被清理干净。因此，消除了这些容积内的死区，导致更好的清洁能力和更快的干燥时间。优选地，因为由于第一机身部分中通常较高的流体压强，第一机身部分中的流体流速通常低于第二机身部分中的流体压强，所以第一机身部分24的环形流路66的宽度小于第二机身部分26的环形流路66的宽度。如此，可以减少关闭或启动流体流量的延迟时间。 

机身部分24、26优选地用导热材料构造，例如不锈钢、铝等等，因此用来加热或冷却流经它们的流体。由于隔膜壁60的位置相对靠近其各个机身部分24或26，隔膜壁60的温度较少受到流体温度影响，由此使测量精度高于现有技术系统。 

现在参考图6A，图解了根据本发明又一实施例的压力传感器70，其中前述 实施例中的相同部件用相同附图标记表示。除了主内通道72之外，压力传感器70的结构类似于前述机身部分24和26，主内通道72穿过机身部分74在第一导管连接器76和第二导管连接器78之间延伸。主内通道72流通地连接到第一内通道75和第二内通道77。如前述实施例，第一内通道75和第二内通道77依次与测量间隙62和环形流路66流通。这个实施例特别有利于测量以相对高的流速前进的流体压强，这里一些流体绕过压强测量室，因此减少了可能否则可能出现的湍流。 

应该理解，可以用类似方式改造质量流量控制器21的机身部分24和26，以便包括用于测量和控制相对高流速的主内通道72。 

现在参考图6B，图解了根据本发明再一实施例的压力传感器80，其中与前述实施例中相同的部件用相同附图标记表示。除了用与第二内通道84流通的第一内通道82和与第三内通道88流通的第四内通道86替代主内通道72之外，压力传感器80的结构类似于压力传感器70。如前述实施例，第二内通道84和第三内通道88还与测量间隙62和环形流路66流通。这个实施例优选地用于测量以比前述实施例更低的流速移动的流体的压强。 

再次参考图4、5A和5B，第一机身部分24优选地包括第一圆柱形沉孔(counterbore)110，其与第一机身部分24的第三内通道47同心，而第二机身部分26优选地包括第二圆柱形沉孔112，其面对第一沉孔110并与第二机身部分26的第一内通道49同心。流量限流器114优选地位于第一沉孔110和第二沉孔112中。流量限流器114优选地包含可以支承在管状套筒116中的材料的盘118。套筒116可以安装在合适的管状适配器中，并支承在密封环113a和113b之间的沉孔110、112中。因此，通过分离机身部分24和26，拆除流量限流器114，并用具有相同流量特性或不同流量特性的适当替代限流器取代该限流器，可以容易地从机身22中拆除流量限流器114。盘118优选地包含具有预定孔隙率的烧结金属材料，以通过限制足以产生跨越该材料的压差(可以由压力变换器46和48检测)的流量，允许流体流经其中。例如，流量限流器114可以用适当压缩和烧结的不锈钢或镍颗粒来制造，以便提供期望孔隙率和流量限制性质。流量限流器114最好放置在控制阀40下游的流量控制器21中。应该理解，流量限流器114可以用其它材料构造和／或具体化为螺旋毛细管、管口或其它限流器设备。 

根据本发明，可以布置流量限流器114用作限流器和流体过滤器，以便除去 单独的上游或下游流体过滤器。对于典型限流器，指定受控压降而不考虑过滤性质。对于典型过滤器，指定过滤性质而不考虑受控压降。因此，对于将流经的特殊流体，本发明的流量限流器114可以构造成具有受控压降和指定的过滤性质两者。 

在2002年8月28日提交的、申请号为No.60／406511的美国临时专利申请中，描述了可以与流量控制器21一起使用的流量限流器的其它实施例，因此在此引入其公开全文作为参考。 

槽(未图示)可以位于第一机身部分24中，以允许温度探测器136(图3)插入靠近沉孔110的空间以便检测流量限流器114的温度。从温度探测器136中获取的温度信号可以用在控制电路(图3)中，以便允许根据实际流体温度使用限流器特性信息。 

再次参考图2和3，优选地，流量控制器21还包含安装在一对隔开的印刷电路板(PCB)120、122上的控制电路或系统，它们固定到伸出机身22的安装支架124上。控制电路包括特征为数字信号处理器(DSP)130的微控制器或微处理器和数据输入设备134，该数字信号处理器130可操作地连接到非易失性存储器132，例如EEPROM。处理器130可操作地连接到阀40，用于实现关闭部件41(图3)在关闭和打开位置之间的移动。处理器130还经由信号放大器138和140分别可操作地连接到压力变换器46和48，并且可操作地连接到温度传感器136，可以定位温度传感器136以便在预定位置检测流经控制器21的流体温度。微控制器130还可操作地连接到适当接口，例如插接连接器142(图1)，用于从各种源中接收命令信号、数据集和程序修改。可以提供指示器发光二极管(LED)144，当流量控制器21运行时其用于显示。 

处理器130优选为Texas Instruments Incorporated公司现有的TMS320LF2406定点微控制器。然而应该理解，可以使用其它定点或浮点处理器而不脱离本发明的本质和范围。压力传感器46和48优选地运行在正／负0.5V范围内，用14-16位分辨率作为处理器130的模拟输入，处理器130携带自己的A/D和D/A转换器。其它模拟输入将用于温度传感器136，并且将是具有12位分辨率的0到5V设定点命令信号输入(未图示)。处理器130也可以提供模拟输出信号，用于通过阀驱动器(未图示)控制阀40的运行。尽管可以使用其它通信方式，与处理器130的通信可以通过RS485四线制通信链路和／或CAN(控制器区域网)进行。优 选地，处理器130还能够支持用于仿真和调试的联合测试行动小组(JTAG)接口和用于编程的加电引导装入过程功能。优选地，存储器132包含至少32Kb的串行电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。 

优选地，处理器130运行闭环控制函数，以每秒约200次的速度在压力传感器46、48的输入和用于控制阀40的输出信号之间执行此函数。虽然未保持控制环更新时可以提供新数据传递或传递到存储器132，但是当控制环运行时，执行通过接口142的通信。 

流量控制器21的每个部件可以包括诸如序列号的识别码。例如，流量控制器21可以具有唯一序列号，阀40、变换器46、48、限流器114、PCB120、122、DSP130、存储器132和温度传感器136也可以具有唯一序列号。这些序列号可以输入数据库或其它存储设备，以便能够容易识别与具体流量控制器21相关的部件。正如稍后更详细地描述的，数据库还可以包括关于每个部件的信息，例如在2001年10月12日提交的、申请号为No.60／329031的美国临时专利申请中所述，在此引入其公开全文以作参考。 

现在参考图7，图解了制造图2-6流量控制器21的方法200。使用步骤210-228，方法200可操作用来将各种流量控制器部件从未装配状态变为装配状态，步骤210-228分成预装配、装配和后装配阶段。预装配、装配和后装配阶段只是说明性的，并用来阐明一种装配方法。可以理解，下述步骤的顺序可以改变，并且可以自动操作一些步骤。而且，某些步骤可以利用批处理模式来处理多个同类型部件。 

在步骤210-218中，方法200中的预装配包括获取编程流量控制器21所需的各种信息并将该信息保存在一个或多个数据库中。这些步骤包括确定流体特性(步骤210)和用在流量控制器21中(步骤212-216)的物理部件的参数。 

现在参考图7的步骤210并附带参考图8，用实验方法为多种流体确定流体特性数据。通过压强和温度变化可以改变流体特性。一般，在某些质量流速／压差比的情况下，保持在恒温并流经管口(例如限流器)的流体可表现出质量流速和压差(例如下游压强/上游压强)间之间的相对线性关系。该线性区称为“扼流”区，例如，当质量流速与压差之比在1.6∶1之上时，该线性区可以出现。扼流期间，流体速度达到声速(例如音速)，以及进一步增加上游压强不会造成穿过管口的流体速度相应增加。然而，随着上游压强增加，质量流速可以继续线 性增加。这是因为增加的上游压强导致更大的流体密度，而这直接影响质量流速。因为线性关系，与控制非扼流区(例如，当质量流速与压差之比在1.6∶1之下时)流体相比，可以相对容易地设计和使用流量控制器来控制扼流区流体的质量流速。 

在非扼流区，流速和压差之间的关系可能是非线性的，因此更难控制。然而，在某些工业中，例如半导体加工工业中，可能对非扼流区中的流量控制特别感兴趣。而且，在某些应用中，一些流体可能只能用在非扼流区中，因此扼流区中的控制可能很不相关。例如，流体可能从非扼流区中的气态改变为扼流区中的液态，因此使用气态的流体可能需要非扼流区操作。因此，非扼流区流体的精确测量和控制是所希望的，如图8中所示，应该收集数据给各种各样的流体特性建模。在识别压强和温度变化如何影响穿过给定尺寸限流器(以SCCM测量)的流体流量中，该数据是重要的。由于不同流体具有不同性质，所以应该确定可以由流量控制器21使用的每个流体的特性。 

现在只参考图8，收集流体特性数据的工艺229从选择和安装一定数量(例如12个)限流器的步骤230开始。在步骤232中，一种或多种流体流经限流器，以便得到表示对于压差、下游压强和温度的某些组合的流体特性的数据点。为了说明的目的，测试流体可以包括使流体经受从真空变化到一个大气压的压强，并在指定压强点收集数据(例如，本示例中的14个点)。应该注意，因为在扼流区可以使用较少的数据点预测流体特性，这些数据点大部分可位于非扼流区。通过改变流体温度可以得到附加数据。可以在各种限流器上执行这些改变，以便确定关于特定限流器设计的流体特性。因此，如果3个温度和12个限流器用于14次压强测量，可以采样总共14x3x12=504个数据点，以确定单种流体特性。然后可以类似方式确定另外流体的特性。在本示例中，用数千个数据点如此确定总共32种流体。这些数据点可以用来确定穿过给定限流器的流体在扼流区和非扼流区的流量。 

继续图8的方法，在步骤234中，记录用测试方法获取的数据。然后在步骤236中分析所记录数据，以产生最佳拟合和插值方程，以便在三维图(图9)上确定附加点。这些分析为每种流体产生多项式系数，多项式系数可以插值来给特定气体特性提供特定限流器。在步骤238中，多项式系数保存在数据库中。 

本发明一方面在于，在质量流量控制器21的正常操作范围内，发现流体流 速不但是跨越流量限流器114的压差的函数，而且是实质与制造室36中压强对应的绝对下游压强的函数。在2000年9月20日提交的、申请号为No.09／666039的美国专利申请中详细讨论了该关系，其公开全文在此引入以作参考。 

现在参考图9，通过曲线图239图解了流速和绝对下游压强之间的关系，表示流速(用z轴242表示，以SCCM为单位)与下游压强(用y轴244表示，以托为单位)和压差(用x轴240表示，以托为单位)之间的相关性。曲线图239还包括三个曲面246、248、250，每个曲面表示不同流体温度。 

当跨越流量限流器的质量流速随着压差、绝对下游压强和温度改变时，应该注意，上游压强、下游压强和流速之间的关系不是线性关系。例如，如果下游压强约为0.0托并且跨越流量限流器的压差约为1575.0托，则测试的特定限流器的流速约为280SCCM(由数据点252表示)。然而，如果下游压强为760.0托，那么对于跨越流量限流器的相同压差(例如1575.0托)，流速约为500SCCM(由数据点254表示)。 

现在参考图7的步骤212并附带参考图10A和10B，获得了用于PCB120、122和DSP130的参数。例如，可以使用“钉床”(bed of nails)(BON)测试来确定与DSP相关的放大器增益值SP1、SP2。类似地，BON测试可以用来确定PCB120、122的电压，例如与+5伏(V)、+3.3V和／或+3.0V(它们是DSP参考电压)的理想值的偏差。该偏差影响流量控制器21的性能，因此为了实现所希望的程度的流体控制应该考虑该偏差。正如下文中所述，这些参数使得能够进行对于理想部件值和实际部件值之间的变化的校正。 

现在专门参考图10A，使用下述方法259可以测试模拟或数字输入/输出(I/O)板。在步骤260中，选择和安装板进行测试。在步骤262中使用通过／故障标准来测量与该板相关的电压，并记录结果。在步骤264中，使用通过/故障标准来测试数字通信通道，并记录结果。在步骤266中同样测试阀驱动信号(例如，用来驱动图2阀40的信号)作为通过/故障。然后在步骤268中将每个测试结果和与测试板相关的序列号一起保存在数据库中。 

现在专门参考图10B，使用下述方法269可以测试DSP板。在步骤270中，选择和安装板进行测试。在步骤272中测量3V模拟-数字参考电压并记录。在步骤274中，测量并记录与每个放大器A1、A2(图3)相关的增益SP1、SP2作为与温度传感器136(图3)相关的增益。然后在步骤276中给DSP编程，在步骤278中 测试模拟输入电路。在步骤280中测试与DSP板相关的流量电路。然后在步骤282中将每个测试结果和与测试板相关的序列号一起保存在数据库中。现在参考图7步骤214，并具体参考图11方法283，下面表征这些变换器46、48的特征。在步骤284中，选择变换器和相关块，并将其安装在固定设备上。然后分别在步骤286和在步骤288中使每个变换器以25％增量逐步承受从0％到100％的范围的压强以及接着逐步承受从100％降回0％的压强，以便获得响应曲线和滞后值。例如，每个变换器可以受到从0到50磅／平方英寸绝对值(psia)范围内的压强(使用12.5磅／平方英寸绝对值增量)，然后从50降回0磅／平方英寸绝对值。然后在步骤290中，该响应可以曲线拟合为多项式系数A₀、A₁和A₂，可以将与有关变换器相关的序列号和该多项式系数一起保存。然后DSP130可以使用该系数计算由每个变换器46、48检测的绝对压强。如上所述该，这个方法有助于识别变换器偏差，并且使流量控制器21在确定绝对压强时能够说明(account for)该偏差。 

现在参考图7的步骤216并附带参考图12的方法291，对于多个不同尺寸限流器(例如步骤210中使用的12个限流器)中的每一个可以进行“短路测试(short test)”。短路测试至少用于两个目的，即对“标准”限流器确定特性和建立基准，依照该基准可以测量其它限流器(例如，各个制造商在不同时期生产的成批限流器)。 

在本示例中，为了确定限流器特性，可以识别限流器的12个不同尺寸(用SCCM)。对于每个尺寸，可以选择一定数量的限流器(例如100个)并进行测试，以确定平均流速。在本示例中，收集两个数据点用于三种流体的集合，该三种流体的集合是在步骤210中进行特性表征的流体的子集。例如，第一测试可以测量限流器在额定流量时的压降。这确定了系数Q1，它的值为0-99(理想值为50)。然后进行第二测试来测量限流器在部分额定流量(例如一半)时的压降。使用Q1、零截距和第二测试结果可以确定系数Q2，该系数Q2值也为0-99(理想值为50)。因此，Q1和Q2表征了限流器特性。一旦已经确定限流器特性，则可以识别容许范围，例如+10％或-10％。该容许范围可以识别可由装配的流量控制器校正的流量范围。装配流量控制器21中使用的任何限流器将进行短路测试，并且将或者落入可接受范围(例如具有0-99范围内的Q1和Q2值)或者被否决。 

现在专门参考图12，在步骤292中选择并安装限流器进行测试。在步骤294中，流体(例如氮)以额定流量(例如100SCCM)流经该限流器。在步骤296 中测量并记录上游压强和下游压强。在步骤298中，将压强降低到部分上游压强(例如一半)，再次测量并记录上游压强和下游压强。使用前面获取(图7的步骤210)的流体特性数据，在步骤300中为该限流器确立Q1和Q2值。应该注意，如果Q1和Q2值位于容许范围之外，则该限流器被否决。在限流器上进行短路测试之后，限流器可以表示为二维阵列中的数据点，该阵列具有压强和线性的坐标轴(图13)。 

现在参考图13，曲线图302包括图解信息的106个数据点304，在测量一组典型的100SCCM限流器的压强和非线性特性的过程中可以标绘这些点。曲线图302包括表示压降的x轴306(其范围为1140-1380托)和表示非线性的y轴308(其范围为10.5-13.5)。因此，每个数据点表示具有压降和非线性特殊组合的限流器。该数据可以用来为每个限流器确定Q1和Q2值。例如，在图302中，具有值Q1=50、Q2=50的限流器的压强值将为1273托，非线性将为满刻度的12.1％。 

现在单独参考图7并继续到步骤218，在步骤210-216中获取的数据可以被输入到一个或多个数据库中。应该理解，一些数据可能只获得一次。例如，用于给定流体的流体特性数据只需要获得一次，并保存在数据库中。然后流体特性数据可用于未来的使用。类似地，虽然可能在给定的测试循环期间测试多个部件，但每个部件(例如，PCB、DSP、变换器、限流器等)可能只测试一次。表示部件的数据可以通过诸如序列号的唯一标识符与具体部件相关联。应该注意，制造期间或之后可以标识一些部件参数，然后与该部件装载在一起。这使得能够获取具有预定参数的部件，因此在装配流量控制器21期间消除了确定参数的必要性。 

在步骤220中，为流量控制器21选择PCB、DSP、变换器、限流器、阀等。因为每个部件和预定参数相关联，所以不必要选择满足非常特殊的标准的部件。例如，如果使用特定流体，只要每个选定部件的参数落入预定容许值范围内，就不必要选择满足窄限制的部件。这使得能够通过尺寸来选择限流器，而不是试图找到具有特定Q1和Q2值的限流器。 

在步骤222中，用流体特性数据处理限流器和变换器参数，以产生设备参数。该处理编译在前述步骤中获取的信息，使得处理器能够说明(account for）电压偏差、限流器特性、变换器参数和特定流体的流态类型(behavior pattern)。使用A₀、A₁、A₂、B_backpressure、截距(Intercept)和类似信息，产生最佳拟合。由于对 于具体流量控制器来说，该信息依照流体可能不同，因此可以对每种受到流量控制器控制的流体进行该处理。 

在步骤224(其可以与图7中图解的步骤222并行)中，如上所述在物理上装配该设备，在步骤226中，将设备参数下载到该设备中。在步骤228的后装配阶段中，在该设备上进行验证测试以确保正确操作。现在参考图14，方法309概述了图7步骤220-228中所述的关于图2-6流量控制器21的装配过程。在步骤310中，确定流量控制器21的必要条件(例如BC13满刻度流量为500SCCM，其中入口压强为25磅／平方英寸，进入处理室的出口工作在100毫托)。在步骤312中，为限流器114确定限流器尺寸(例如1000SCCM氮)。应该注意，一旦记录了Q1和Q2参数，就可以使用任何1000SCCM单元。选择具有能够流动流体的管口的阀40，但是除了该参数以外不需要再表征该阀。在步骤314中，选择要使用的变换器46、48和基块。如果所需流速低于250SCCM氮当量，还为低流量模型选择入口块。对于高于3SLM氮当量的流速，入口和出口模块都应该具有高流量改造。这些选择不影响焊接到这些模块的变换器特性。应该为流量控制器21记录每个变换器的曲线拟合系数。 

在步骤316中，选择PCB(例如I/O板和DSP板)，并记录电压和增益值用于流量控制器21。在步骤318中，将记录数据保存在与流量控制器21相关联的设备数据库文件中。在步骤320中，从限流器数据库中获取多项式数据用于所选气体和限流器尺寸。在步骤322中，处理程序取出记录在设备数据库文件中的收集数据，并从限流器数据库中取出多项式数据，产生数据文件以便设定用于操作流量控制器21的参数。然后将数据文件下载到存储器132中，以允许DSP控制流量控制器21的流量。在步骤324中，用于氮流量控制的参数也可以下载到流量控制器21的气体表(gas table)中。在步骤326中，使用最终的流量控制器21来流动氮以检验流量控制器21的操作，从而保证设备的响应和精度。 

虽然已经参考本发明优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员能够理解，可以在本发明中进行各种形式和细节的修改而不脱离其本质和范围。因此，应该以符合本发明的较宽方式来解释权利要求书。 

Claims (13)

1. 一种构造与至少一种流体一起使用的质量流量设备的方法，所述方法包括：

获得所述至少一种流体的流体特性数据；

获得限流器参数；

选择与所获限流器参数对应的限流器；

通过用所述流体特性数据处理所述限流器参数来生成设备参数，所述设备参数定义所述质量流量设备关于所述至少一种流体的特性；和

将所述设备参数下载到所述质量流量设备中，其中所述设备参数使所述质量流量设备能够在环境条件范围内监控所述至少一种流体的流量。

2. 如权利要求1所述的方法进一步包括：通过用实验方法确定在多个绝对下游压力、压差和温度下的流体特性来获取特性数据。

3. 如权利要求1所述的方法，其中从多个限流器中依照尺寸选择所述限流器。

4. 如权利要求1所述的方法，进一步包括：执行限流器测试以确定所选限流器的限流器特性。

5. 如权利要求4所述的方法，其中执行限流器测试包括：

通过在额定流量下测试限流器获得第一值；以及

通过在部分额定流量下测试限流器获得第二值，

其中该第一值和第二值能够表征限流器特性。

6. 如权利要求1所述的方法，其中进行流体特性数据的最佳拟合以产生插值方程的多项式系数。

7. 如权利要求1所述的方法，其中环境条件范围包括多个绝对下游压力。

8. 如权利要求1所述的方法，其中环境条件范围包括多个压差。

9. 如权利要求1所述的方法，其中环境条件范围包括多个温度。

10. 一种把用于控制流体的信息提供给质量流量设备的方法，所述方法包括：

获得所述流体的流体特性数据；

获得限流器参数；

选择与所获限流器参数对应的限流器；

识别与至少一个传感器相关联的传感器参数，其中所述限流器参数和传感器参数分别定义限流器特性和传感器特性；

识别与所述流体相关联的特性信息；

用所述特性信息处理所述限流器参数和所述传感器参数，以产生所述质量流量设备的设备参数，其中所述设备参数与所述流体和待测试的限流器关联并且使所述质量流量设备能够控制所述流体；并且

将所述设备参数保存到所述质量流量设备可访问的存储器中。

11. 如权利要求10所述的方法，进一步包括：从至少一个数据库中检索所述限流器、传感器和特性信息。

12. 如权利要求10所述的方法，其中所述特性信息包括在绝对下游压力、压差和温度范围内表示流体特性的数据。

13. 如权利要求12所述的方法，其中所述流体的质量流速和所述设备的压差之间的关系是非线性的。

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