DE112009003602T5

DE112009003602T5 - Dualmodus-Massenflussverifizierung und Massenflussliefersystem und Verfahren

Info

Publication number: DE112009003602T5
Application number: DE112009003602T
Authority: DE
Inventors: Junhua Ding; Kaveh Zarkar
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: CN102301208B; GB2477247B; JP5688026B2; TWI472721B; WO2010059696A1; GB2477247A; KR101316075B1; TW201037283A; US20100125424A1; CN102301208A; DE112009003602B4; KR20110082087A; JP2012509528A; GB201107926D0; US7891228B2

Abstract

Ein System führt eine Massenflusslieferung eines Fluids durch und führt zudem eine Massenflussverifizierung des Fluids durch. Das System enthält ein Einlassventil, das den Fluss des Fluids in eine Kammer steuert bzw. regelt, ein Auslassventil, das den Fluss des Fluids aus der Kammer steuert bzw. regelt, einen Druckwandler, der den Druck des Fluids innerhalb der Kammer misst, einen Temperatursensor, der die Temperatur des Fluids innerhalb der Kammer misst, und einen Regler. Der Regler ist konfiguriert, das Öffnen und Schließen des Einlass- und des Auslassventils unter Verwendung der Messungen des Drucks und der Temperaturänderung innerhalb der Kammer zu regeln, um in einem ersten Modus eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung zu verifizieren und um in einem zweiten Modus eine gewünschte Fluidmenge aus der Kammer in eine Verarbeitungseinrichtung zu liefern.

Description

HINTERGRUND
Ein Massenflussverifizierer (MFV = mass flow verifier) kann zum Verifizieren der Genauigkeit von hochpräzisen Fluidliefersystemen, wie Massenflussreglern bzw. -controllern (MFCs = mass flow controllers) und Massenflussverhältnisreglern bzw. -controllern (FRCs = mass flow ratio controllers) verwendet werden. Ein Massenflussverifizierer kann typischerweise eine Kammer, einen Druckwandler, einen Temperatursensor und zwei Isolierventile, eines vorgelagert und eines nachgelagert enthalten. Die Ventile können im Leerlauf geschlossen sein und beim Initiieren eines Laufs geöffnet werden, was einen Fluss von Fluid von der zu testenden Vorrichtung (DUT = device under test), wie einem MFC oder einem FRC durch den Flussverifizierer erlaubt. Sobald sich der Fluidfluss stabilisiert hat, kann das nachgelagerte Ventil geschlossen werden, und im Ergebnis kann der Druck in der Kammer ansteigen und der Druckanstieg sowie die Gastemperatur können gemessen werden. Diese Messungen können zum Berechnen der Flussrate verwendet werden und die Leistung der DUT kann dadurch verifiziert werden.
Eine Massenflussliefervorrichtung, wie eine Molliefervorrichtung (MDD = mole delivery device) kann zum genauen Liefern gewünschter Gasmengen in Halbleiterverarbeitungskammern verwendet werden. Solche Massenflussliefervorrichtungen können in hohem Maße wiederholbare und präzise Mengen gasförmiger Masse zur Verwendung in Halbleiterfertigungsprozessen, beispielsweise Prozessen der Atomlagenabscheidung (ALD = atomic layer deposition) bereitstellen.
In den letzten Jahren hatten Kostensenkungsmaßnahmen für Halbleiterverarbeitungswerkezeuge einen erheblichen Einfluss auf das Design der Fluidliefersysteme, da das Design verschlankt und Stellfläche gespart wurde. Während die Größe und Komplexität der Fluidliefersysteme verringert wurde, ist der Bedarf an Verifizierung und Präzision der Lieferung bzw. Zufuhr gestiegen.
Beide Merkmale, d. h. Massenflusslieferung und Massenflussverifizierung, sind auf Grund der gestiegenen Anforderung an Flussgenauigkeit sowie die Lieferung kritischer Fluide bzw. kritischen Fluids in die Prozesskammern erforderlich. Die Kosten für Kunden für den Besitz sowohl eines MFV als auch eines MDD sind jedoch hoch und unzumutbar. Zudem erfordern MDDs auch häufig eine große Stellfläche.
Folglich besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren, die Kunden eine kostengünstige Lösung für Anforderungen an sowohl Massenflussverifizierung als auch Massenflusslieferung bieten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System führt eine Massenflusslieferung eines Fluids sowie eine Massenflussverifizierung des Fluids durch. Das System enthält ein Einlassventil, das konfiguriert ist, den Fluss des Fluids in eine Kammer zu steuern bzw. zu regeln, ein Auslassventil, das konfiguriert ist, den Fluss des Fluids aus der Kammer zu steuern bzw. zu regeln, einen Drucksensor, der konfiguriert ist, einen Druck innerhalb der Kammer zu messen, und einen Controller bzw. Regler. Bei einigen Ausführungsformen kann das System auch einen Temperatursensor enthalten, der konfiguriert ist, eine Temperatur innerhalb der Kammer zu messen.
Der Regler ist konfiguriert, in einem ersten Modus das Öffnen und Schließen des Einlass- und des Auslassventils zu regeln, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine zu testende Vorrichtung zu verifizieren, und zwar unter Verwendung der Messungen des Drucks und der Temperaturänderung innerhalb der Kammer. Der Regler ist ferner konfiguriert, in einem zweiten Modus das Öffnen und Schließen des Einlass- und des Auslassventils zu regeln, um eine gewünschte Fluidmenge aus der Kammer in eine Verarbeitungseinrichtung zu liefern, und zwar unter Verwendung der Messungen des Drucks und der Temperaturänderung innerhalb der Kammer.
Diese sowie andere Bauteile, Schritte, Merkmale, Aufgaben, Nutzen und Vorteile werden aus der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung illustrativer Ausführungsformen, der beiliegenden Zeichnungen und der Ansprüche deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen offenbaren illustrative Ausführungsformen. Sie geben nicht alle Ausführungsformen an. Andere Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ angewandt werden. Wenn das gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen verwendet wird, so soll es sich auf die gleichen oder ähnliche Bauteile oder Schritte beziehen.
1 stellt ein Blockdiagramm eines Massenflussverifizierers dar.
2 stellt schematisch ein Massenflussliefersystem dar.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens zur Massenflusslieferung darstellt.
4 ist eine schematische Darstellung einer Dualmodus-Massenflussverifizierung und eines Massenflussliefersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Flussdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform eines Verfahrens zum Durchführen einer Massenflussverifizierung und einer Massenflusslieferung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Offenbarung werden Systeme und Verfahren offenbart, die einem einzelnen System erlauben, sowohl eine Massenflussverifizierung als auch eine Massenflusslieferung durchzuführen, was in einer Kostenersparnis für Kunden und Platzeinsparung für Hersteller resultiert.
Es werden nun illustrative Ausführungsformen erörtert. Andere Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ angewandt werden.
1 ist ein Blockdiagramm eines Massenflussverifizierers 100. Der MFV 100 enthält eine eingeschlossenes Volumen oder eine eingeschlossene Kammer 130 (mit einem bekannten Volumen V_c), das bzw. die konfiguriert ist, einen Fluss eines Fluids von einer zu testenden Vorrichtung (DUT = device under test) 110 aufzunehmen bzw. zu empfangen. Die in der dargestellten Ausführungsform gezeigte DUT 110 ist ein MFC, der eine gewünschte Flussrate des Fluids liefert. Ein MFC ist typischerweise eine geschlossene bzw. selbständige Vorrichtung, die einen Massenflusssensor, Steuer- bzw. Regelventile und eine Steuer- bzw. Regel- und Signalverarbeitungselektronik enthält, und die zum wiederholten Liefern von gewünschten Fluidflussraten verwendet werden kann. Beispiele für die DUT 110 sind, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Massenflussregler bzw. -controller MFC = mass flow controller) und ein Massenflussverhältnisregler bzw. -controller (FRC = mass flow ratio controller).
Ein Einlassventil 120 schaltet den Fluidfluss von der DUT 110 in die Kammer 130 ein und ab. Ein Auslassventil 150 schaltet den Fluss des Fluids aus der Kammer 130 ein und ab. DER MFV 100 enthält ferner einen Drucksensor 170, der konfiguriert ist, einen Fluiddruck innerhalb der Kammer 130 zu messen, und einen Temperatursensor 180, der konfiguriert ist, die Temperatur des Fluids innerhalb der Kammer 130 zu messen. Typischerweise ist das Fluid, dessen Massenflussrate verifiziert wird, ein Gas, obwohl auch Flussraten von anderen Arten von Fluiden durch den MFV 100 verifiziert werden können.
Während bei der in 1 dargestellten Ausführungsform die durch den MFV 100 getestete Vorrichtung als eine einzelne DUT (MFC) 110 dargestellt ist, ist anzumerken, dass bei anderen Ausführungsformen eine Mehrzahl von DUTs mit dem MFV 100 verbunden sein kann und durch diesen getestet werden kann. Die Mehrzahl von DUTs kann beispielsweise über eine Gasverteiler mit dem MFV 100 verbunden sein.
Ein Regler bzw. Controller 160 ist mit dem MFV 100 verbunden. Der Regler 160 regelt die In-Situ-Verifizierung der Leistung der DUT 110 und regelt den Betrieb des Einlassventils 120 und des Auslassventils 150. Bei einer Ausführungsform des MFV 100 kann der Regler 160 eine „Rate-of-Rise”- bzw. Anstiegsratenmethode (ROR-Methode) als Flussverifizierungsmethode implementieren, um eine Massenflussverifizierung durchzuführen. Wenn die ROR-Methode implementiert wird, wird die Flussrate des Fluids bestimmt, indem das Fluid veranlasst wird, in ein bekanntes Volumen zu fließen, und der Druckanstieg, der innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auftritt, gemessen wird.
Das Grundprinzip eines ROR MFV ist ein Massengleichgewicht über der Kammer 130. Unter Verwendung der Massengleichgewichtgleichungen und Anwenden des idealen bzw. allgemeinen Gasgesetzes bzw. -gleichung auf das Gas in der Kammer kann die Einlassfluidflussrate erhalten werden, indem der Druck und die Temperatur des Gases (oder anderen Fluids) in der Kammer 130 des MFV 100 gemäß der folgenden Gleichung gemessen wird:
worin

P: der Gasdruck innerhalb der Kammer ist;
T: die Gastemperatur ist;
V_c: das Volumen des Kammerbehälters ist;
k₀: eine Umrechnungskonstante, 6 × 10⁷ in sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) Einheiten und 6 × 10⁴ in slm (Standardliter pro Minute) Einheiten ist;
P_stp: der Standarddruck (= 1,01325e5 Pa) ist; und
T_stp: die Standardtemperatur (273,15 K) ist.

Der Regler 160 empfängt die Ausgangssignale von dem Drucksensor 170 und dem Temperatursensor 180 und regelt den Betrieb des Einlassventils 120 und des Auslassventils 150 basierend auf den empfangenen Ausgangssignalen. Der Regler 160 misst eine Anstiegsrate des Fluiddrucks innerhalb der Kammer 130, nachdem das Auslassventil 150 geschlossen ist, und verwendet die gemessene Anstiegsrate des Drucks über Zeit und Temperatur, um die Flussrate Q_in des Fluids von der DUT 110 in die Kammer 130 gemäß Gleichung (1) zu berechnen.
Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann der MFC 110, der getestet wird, mit dem MFV 100 verbunden sein. Während des Leerlaufs ist der Fluidfluss von dem MFC 110 zu dem MFV 100 abgeschaltet. Wenn ein Verifizierungslauf des MFV 100 initiiert wird, werden das Einlassventil 120 und das Auslassventil 150 geöffnet, so dass Fluid von dem MFC 110 zu dem MFV 100 fließt. Der MFC 110 kann mit einem Flusssollwert versehen sein. Während eines Initialisierungszeitraums dürfen die Fluidflussrate von dem MFC 110 und der Druck des Fluids innerhalb der Kammer 130 einen stabilen bzw. konstanten Zustand erreichen.
Sobald ein stabiler Zustand erreicht ist, wird das Auslassventil 150 geschlossen, so dass sich der Fluiddruck innerhalb der Kammer 130 aufzubauen beginnt. Der Regler 160 bestimmt die Anstiegsrate des Drucks (d. h. die Änderungsrate oder Zeitableitung des Drucks) während eines Zeitraums, indem er Druckmessungen von dem Drucksensor 170 innerhalb der Kammer 130 und Temperaturmessungen von dem Temperatur 180 empfängt.
Beispielsweise können Temperatur- und Druckmessungen innerhalb der Kammer 130 in vorbestimmten Zeitintervallen während des Zeitraums aufgezeichnet werden. Bei einer exemplarischen Ausführungsform können die vorbestimmten Zeitintervalle jeweils ca. 0,00025 Sekunden betragen und der Zeitraum kann zwischen ca. 0,1 Sekunden und ca. 30 Sekunden liegen. Natürlich können bei anderen Ausführungsformen des MFV 100 unterschiedliche Zeitintervalle und Zeiträumen verwendet werden. Am Ende des Zeitraums wird das Auslassventil 150 geöffnet, um einen Fluidfluss aus der Kammer 130 heraus zu einer Abgaseinrichtung (wie beispielsweise einer Vakuumpumpe) oder einer anderen Art von Ausgangseinrichtung zu erlauben.
Die Anstiegsrate oder Zeitableitung des Fluiddrucks (geteilt durch die Fluidtemperatur T), nämlich Δ(P/T)/Δt, kann basierend auf den Messungen der Temperatur und des Drucks innerhalb des bekannten Volumens V der Kammer 130 berechnet werden. Basierend auf der berechneten Anstiegsrate Δ(P/T)/Δt kann die von dem MFC 110 erzeugte Flussrate bestimmt und verifiziert werden, so dass der MFC 110 ordnungsgemäß bzw. geeignet kalibriert werden kann. Die Flussrate Q wird von dem Regler 160 unter Anwendung von oben stehender Gleichung (1) berechnet.
Eine typische Massenflussverifizierung kann wie folgt ablaufen:

1. Öffnen sowohl des vorgelagerten Ventils 120 als auch des nachgelagerten Ventils 150;
2. Vorgeben eines Flusssollwerts für die DUT;
3. Warten, bis der Kammerdruck in einem stabilen Zustand ist;
4. Beginnen der Aufzeichnung des Kammergasdrucks und der Kammergastemperatur zur Flussberechnung;
5. Schalten bzw. Abschalten des nachgelagerten Ventils 150, so dass der Kammerdruck ansteigt;
6. Warten auf einen Zeitraum zur Flussverifizierung;
7. Öffnen des nachgelagerten Ventils 150;
8. Berechnen und Berichten des verifizierten Flusses basierend auf Gleichung (1).

Durch Regeln des Betriebs des vorgelagerten Ventils 120 und des nachgelagerten Ventils 150 basierend auf den Ausgaben von dem Drucksensor 170 und dem Temperatursensor 180 unter Verwendung einer gemessenen Anstiegsrate des Drucks über Zeit zum Berechnen der Flussrate des Fluids von der DUT 110 in die Kammer 130 gemäß Gleichung (1), verifiziert der Regler 160 die Messung der Flussrate, die von der DUT 110 durchgeführt bzw. geleistet wird.
2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausführungsform eines Massenflussliefersystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Massenflussliefersystem 200 enthält eine Kammer 230, ein Einlassventil 220, das einen Massenfluss in die Kammer 230 steuert bzw. regelt, und ein Auslassventil 250, das einen Massenfluss aus der Kammer 230 heraus steuert bzw. regelt. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfassen das Einlassventil 220 und die Auslassventile 250 Ventile des EIN/AUS-Typs, und zumindest ein Auslassventil 250 weist eine sehr schnelle Ansprechzeit auf, beispielsweise ca. 1 bis 5 Millisekunden.
Das Massenflussliefersystem 200 weist zudem einen Druckwandler 270 zum Bereitstellen von Messungen des Drucks innerhalb der Kammer 230 und einen Temperatursensor 280 zum Bereitstellen von Messungen der Temperatur an oder innerhalb der Kammer 230 auf. Der Druckwandler 270 weist ebenfalls eine sehr schnelle Ansprechzeit auf, beispielsweise ca. 1 bis 20 Millisekunden. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Temperatursensor 280 mit einer Wand der Kammer 230 in Kontakt und stellt Messungen der Temperatur derselben bereit.
Beispiele eines geeigneten Druckwandlers 270 zur Verwendung mit dem Liefersystem 200 sind Druckwandler der Marke Baratron^®, die von dem Abtretungsempfänger der vorliegenden Offenbarung, MKS Instruments aus Andover, Mass. (http://www.mksinst.com) erhältlich sind. Geeignete Ventile 220, 250 sind ebenfalls von diesem Abtretungsempfänger erhältlich.
Der Regler 260 ist programmiert, das Öffnen und Schließen des Einlassventils 220 und des Auslassventils 250 zu regeln, um eine präzise, bekannte Molzahl von Gas von der Lieferkammer 230 in die Ausgangsprozesseinrichtung zu liefern.
Bei einer Ausführungsform kann das Liefersystem 200 ein gepulstes bzw. getaktetes Liefersystem sein, das konfiguriert ist, das Gas in einer Abfolge von Lieferpulsen bzw. -takten zu liefern bzw. zuzuführen. Zusammengefasst liefert das Liefersystem 200 das Gas in diskreten Pulsen gemäß dem folgenden Zyklus:

1. Laden: Öffnen des Einlassventils 220, was den Fluss von Gas in die Lieferkammer 230 erlaubt, und Laden der Kammer bis zu einem Zieldruck oder einer Zielmenge an Gasmolen.
2. Warten, bis sich der Druck stabilisiert hat.
3. Liefern: Öffnen des Auslassventils 250, das mit der Prozesseinrichtung verbunden ist, Messen der Menge an geliefertem Gas und Schließen des Auslassventils 250, wenn die richtige Menge an Gas die Lieferkammer 230 verlassen hat.
4. Übergehen zum nächsten Zyklus, in dem die vorstehenden Schritte 1, 2, und 3 wiederholt werden.

3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens zur Massenflusslieferung darstellt. Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung kann der Regler 260 des Massenflussliefersystems 200 von 2 konfiguriert sein, das Verfahren 300 von 3 auszuführen. Mit Bezug auf 2 und 3 ist der Regler 260 programmiert, den gewünschten Massenflussliefersollwert beispielsweise durch eine Eingabevorrichtung zu empfangen, wie es bei 302 von
3 gezeigt ist, das Auslassventil 250 zu schließen, wie es bei 304 von 3 gezeigt ist, und das Einlassventil 220 zu der Kammer 230 zu öffnen, wie es bei 306 von 3 gezeigt ist.
Der Regler 260 ist ferner programmiert, Messsignale von dem Druckwandler 270 und dem Temperatursensor 280 zu empfangen, die den Druck bzw. die Temperatur des Gases innerhalb der Kammer 230 messen, wie es bei 308 von 3 gezeigt ist. Der Regler 260 ist ferner programmiert, das Einlassventil 220 zu schließen, wenn der Druck innerhalb der Kammer 230 einen vorbestimmten Pegel erreicht, wie es bei 310 von 3 gezeigt ist. Der vorbestimmte Druckpegel kann vom Benutzer definiert sein, wobei er in diesem Fall durch die Eingabevorrichtung bereitgestellt wird. Alternativ kann er von dem Regler 260 basierend auf dem gewünschten Massenflussliefersollwert berechnet werden.
Nach einer vorbestimmten Wartezeit, während der das Gas im Inneren der Kammer 230 fast einen Gleichgewichtszustand erreichen kann, öffnet der Regler 260 das Auslassventil 250, um eine Gasmasse aus der Lieferkammer 230 in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung auszustoßen bzw. einzubringen, wie es bei 312 von 3 gezeigt ist. Die vorbestimmte Wartezeit kann vom Benutzer definiert sein, wobei sie in diesem Fall durch die Eingabevorrichtung bereitgestellt wird. Alternativ kann die vorbestimmte Wartezeit von dem Regler 260 basierend auf dem Gleichgewichtszustand des Gases im Inneren der Lieferkammer bestimmt werden. Der Regler 260 ist ferner programmiert, Messsignale von dem Druckwandler 270 und dem Temperatursensor 280 zu empfangen, um die Massenflussmenge, die an eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung geliefert wird, zu überwachen, wie es bei 313 von 3 gezeigt ist. Das Ausgangsventil 250 kann dann geschlossen werden, wenn die Masse an ausgestoßenem Gas dem vom Benutzer definierten Massenflussliefersollwert entspricht, wie es bei 314 von 3 gezeigt ist. Typischerweise kann der Auslassventil 250 nur für eine sehr kurze Zeit (z. B. 100 bis 1000 Millisekunden) geöffnet werden. Der Regler 260 kann dann die Masse an Gas angeben bzw. anzeigen, die an die Ausgangsvorrichtung ausgestoßen wurde.
Bei einer Ausführungsform kann das Liefersystem 200 ein Molliefersystem (MDD = mole delivery system) sein, das konfiguriert ist, die Molzahl von Gas (oder einem anderen Fluid), das es an eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise eine Halbleiterwaferverarbeitungskammer liefert, genau zu messen und zu steuern bzw. regeln. Bei dieser Ausführungsform ist der Regler 260 konfiguriert, die Molzahl von Gas, das die Lieferkammer 230 verlässt, während des Ausstoßes an die Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu zählen.
Der Regler 260 des Gasliefersystems 200 kann modellbasierte Algorithmen implementieren, um die Molzahl von Gas zu messen und zu regeln, das in das Haltevolumen der Lieferkammer 230 fließt. Die von dem Regler 260 implementierten Algorithmen erlauben, dass die Molzahl von Gas gezählt wird, das In die und aus der Kammer 230 heraus fließt. Daher wird bei dem vorstehenden Gasliefersystem 200 die Molzahl von Gas, das die Lieferkammer 230 verlässt, bekannt, wenn die Lieferkammer 230 in die Verarbeitungseinrichtung ausstößt.
Bei einer Ausführungsform kann der Regler 260 einen modellbasierten Algorithmus implementieren, der den Regler 260 veranlasst, die Druckmessungen von dem Drucksensor 270 und die Temperaturmessungen von dem Temperatursensor 280 zu überwachen und das ideale Gasgesetz zu verwenden, um die gewünschte Molzahl abzuleiten.
Bei dieser Ausführungsform öffnet der Regler 260 das Einlassventil 220, um das Gas in die Lieferkammer 230 einzuleiten. Das Gas wird dann auf einen Zieldruck geladen bzw. gebracht. Der Regler 260 misst dann die Gasmenge, die in das Haltevolumen der Lieferkammer 230 gelangt und schließt das Einlassventil 220, wenn eine Zielmolzahl in dem Haltevolumen erreicht ist. Die während dieser Stufe in die Lieferkammer 230 ausgestoßene Gasmolzahl ist gegeben durch:
In der vorstehenden Gleichung (2) bezeichnet Δn die in die Lieferkammer 230 gelieferte Molzahl, V_c bezeichnet das Volumen der Lieferkammer 230, R bezeichnet die universelle Gaskonstante (mit einem Wert von 8,3144 Joules/mol/K), und Δ(P/T) ist die Änderung des Gasdrucks geteilt durch die Gastemperatur, und zwar vom Anfang des Schritts 306 bis zu dem Ende des Schritts 310. Gleichung (2) zeigt, dass durch Überwachen der Werte P und T, wie sie durch den Drucksensor 270 und den Temperatursensor 280 zu gewünschten Zeitpunkten gemessen werden, die während eines vorgegebenen Zeitraums in die Lieferkammer 230 ausgestoßene Molzahl überwacht werden kann.
Nachdem die Zielmenge an Gasmolen innerhalb der Lieferkammer 230 während dieser Ladestufe erreicht ist, veranlasst der Regler 260 das System 200, eine Weile zu warten, bis sich der Druck und die Temperatur des Gases stabilisiert haben. Dann schreitet das System 200 zu der Lieferstufe fort, während der die Molzahl des Gases präzise an eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung geliefert wird. Der Regler 260 öffnet das Auslassventil 250, das zu der Ausgangsverarbeitungseinrichtung führt. Der Regler 260 misst die Molzahl des Gases, das die Lieferkammer 230 verlässt, gemäß Gleichung (2) unter Verwendung der Messsignale von dem Druckwandler 270 und dem Temperatursensor 280. Der Regler 260 schließt das Auslassventil 250, wenn die richtige, gewünschte Gasmolzahl die Lieferkammer 230 verlassen hat und an die Ausgangsverarbeitungseinrichtung geliefert wurde.
Sobald ein vollständiger Lieferzyklus beendet ist, veranlasst der Regler 260 das System 200, zu der Anfangsstufe zurückzukehren und den gesamten Lieferzyklus für den nächsten Massenflussliefersollwert zu wiederholen. Für jeden Lieferzyklus misst das System 200 direkt und regelt präzise dahingehend, eine spezifische Molzahl des Gases in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern, und zwar unter Verwendung der oben beschriebenen Methode.
4 ist eine schematische Darstellung einer Dualmodus-Massenflussverifizierung und eines Molliefersystems 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System 400 enthält eine Kammer 430; ein Einlassventil 420, das konfiguriert ist, den Fluss eines Fluids in die Kammer zu steuern bzw. zu regeln, und ein Auslassventil 450, das konfiguriert ist, den Fluss des Fluids aus der Kammer 430 zu steuern bzw. zu regeln. Das System 400 enthält ferner einen Drucksensor 470, der konfiguriert ist, den Druck innerhalb der Kammer 430 zu messen. Das System kann ferner einen Temperatursensor 480 enthalten, der konfiguriert ist, die Temperatur innerhalb der Kammer 430 zu messen.
Das System 400 enthält ferner einen Regler bzw. Controller 460. Der Regler 460 ist konfiguriert, in einem ersten Modus das Öffnen und Schließen des Einlassventils und des Auslassventils zu regeln, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung 410 zu verifizieren. Mit anderen Worten, wenn der Regler 460 in dem ersten Modus ist, arbeitet das System 400 als ein Massenflussverifizierer zum Verifizieren der Flussrate der zu testenden Einheit (UDT = unit under test) 410. Die Vorrichtung 410 ist in 4 als ein MFC gezeigt. Zu anderen Vorrichtungen, für die eine Massenflussverifizierung durchgeführt werden kann, gehört, ohne darauf beschränkt zu sein, ein FRC. Der Regler 460 ist ferner konfiguriert, in einem zweiten Modus das Öffnen und Schließen des Einlass- und des Auslassventils zu regeln, um eine gewünschte Fluidmenge aus der Kammer 430 in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung, beispielsweise eine Halbleiterwaferverarbeitungskammer zu liefern. Mit anderen Worten, wenn der Regler 460 in dem zweiten Modus ist, arbeitet das System 400 als ein Massenflussliefersystem.
Der Regler 460 kann auf die Eingabe eines Benutzer ansprechen, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus zu wählen. Der Regler 460 kann konfiguriert sein, ein Eingangssignal (beispielsweise direkt von einem Benutzer oder indirekt von einem Computersystem an der Ausgangsverarbeitungseinrichtung) zu empfangen, das eine Wahl zwischen dem ersten und dem zweiten Modus angibt bzw. anzeigt, und ansprechend auf das empfangende Eingangssignal entweder in dem ersten Modus oder dem zweiten Modus zu arbeiten. Das System 400 kann eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt) enthalten, die das Eingangssignal überträgt, das die Wahl zwischen dem ersten und dem zweiten Modus angibt, und der Regler 460 kann konfiguriert sein, das Eingangssignal durch die Eingabevorrichtung zu empfangen.
Der Regler 460 kann konfiguriert sein, in dem ersten Modus (d. h. in dem Massenflussverifizierungsmodus) die ROR-Methode zur Massenflussverifizierung zu implementieren. Mit anderen Worten kann der Regler 460 konfiguriert sein, eine Anstiegsrate des Fluiddrucks innerhalb der Kammer während eines Zeitraums nach einem Schließen des Auslassventils zu messen und die Flussrate des Fluids aus der Vorrichtung unter Verwendung der gemessenen Anstiegsrate zu berechnen, wie es in Zusammenhang mit 1 vorstehend beschrieben wurde.
Der Regler 460 kann konfiguriert sein, in dem zweiten Modus (d. h. in dem Massenflussliefermodus) eine Masse des Fluids zu messen, dass während eines Zeitraums in die Kammer 430 fließt, und dann eine gewünschte Masse des Fluids in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern, indem er das Öffnen und Schließen des Einlassventils 420 und des Auslassventils 450 regelt.
Bei einer Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, als eine MDD (mole delivery device = Molliefervorrichtung) zu arbeiten, wenn der Regler 460 in dem zweiten Modus ist. Bei dieser Ausführungsform kann die gewünschte Masse des Fluids die gewünschte Molzahl des Fluids sein. Wie es weiter oben in Verbindung mit 2 und 3 erläutert wurde, kann der Regler konfiguriert sein, in dem zweiten Modus eine Molzahl des Fluids zu messen, das während der Ladestufe in die Kammer fließt, und dann die Molzahl des Fluids zu regeln, das während der Lieferstufe in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung geliefert wird, und zwar durch Überwachen von Druckmessungen des Druckwandlers 470 und Temperaturmessungen des Temperatursensors 480 und durch Steuern bzw. Regeln des Öffnen und Schließens des Einlassventils 420 und des Auslassventils 450. Die Molzahl des Gases, das in die Kammer ausgestoßen bzw. eingebracht wird, und die Molzahl des Gases, in die Verarbeitungseinrichtung geliefert wird, können unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (2) berechnet werden.
5 ist ein Flussdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform eines Verfahrens 500 zum Durchführen einer Massenflussverifizierung und einer Massenflusslieferung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 500 kann das Empfangen eines Eingangssignals umfassen, das eine Wahl zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus eines Systems angibt bzw. anzeigt, wie es bei 502 von 5 gezeigt ist.
Wenn das Eingangssignal die Wahl des ersten Modus angibt, wie es bei 504 von 5 gezeigt ist, arbeitet das System 400 in einem Massenflussverifizierungsmodus, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung zu verifizieren. in diesem Modus kann das Verfahren 500 einen Akt 520 des Messens einer Anstiegsrate des Fluiddrucks innerhalb des Behälters während eines Zeitraums und einen Akt 522 des Verwendens der gemessenen Anstiegsrate des Drucks umfassen, um die Flussrate des Fluids zu berechnen. Das Verfahren 500 kann ferner einen Akt 524 des Vergleichens der berechneten Flussrate mit einem Flusssollwert der DUT umfassen, um die Flussrate zu verifizieren.
Wenn das Eingangssignal die Wahl des zweiten Modus angibt, wie es bei 506 von 5 gezeigt ist, arbeitet das System 400 in einem Massenflussliefermodus, um eine gewünschte Fluidmenge aus einer Kammer 430 in dem System 400 in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung, wie eine Verarbeitungskammer zu liefern. in diesem Modus kann das Verfahren 500 einen Akt 508 des Öffnens des Einlassventils 420 in dem System 400, um den Fluidfluss in die Kammer 430 zu erlauben, und einen Akt 510 des Messens einer Fluidmenge umfassen, die durch das Einlassventil 420 in die Kammer 430 fließt. Das Verfahren 500 kann ferner den Akt 512 des Schließens des Einlassventils 420, wenn eine gewünschte Fluidmenge in die Kammer gelangt ist, den Akt 514 des Öffnens des Auslassventils 450, um die Masse Fluid aus der Kammer 430 auszustoßen, und des Schließens des Auslassventils 450 umfassen, wenn die ausgestoßene Masse Gas dem gewünschten Massensollwert des Fluids entspricht.
Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren und System werden nicht mit Bezug auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es ist zu bemerken, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. Der Regler kann aus einem oder mehreren Verarbeitungssystemen bestehen oder diese enthalten. Diese Verarbeitungssysteme können selektiv durch ein darin gespeichertes Computerprogramm konfiguriert sein und/oder aktiviert werden. Solch ein Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, einschließlich, ohne darauf begrenzt zu sein, jeder Art von Speicherplatte bzw. Disk, einschließlich Disketten, optischer Speicherplatten, CD-ROMs und magnetischer Speicherplatten, Nur-Lese-Speicher (ROMs), Direktzugriffsspeicher (RAMs), löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROMs), elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROMs), Magnetkarten oder optischer Karten, oder jeder Art von Medium, das zum Speichern elektronischer Anweisungen geeignet ist.
Die hierin vorgestellten Verfahren und Systeme sind nicht von Natur aus mit einem bestimmten Computer, Prozessor oder einer anderen bestimmten Vorrichtung verbunden. Verschiedene Mehrzweck- bzw. Universalsysteme können mit unterschiedlichen Computerprogrammen gemäß der hierin genannten Lehren verwendet werden. Jades der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren und Systeme kann in einer fest verdrahteten Schaltungsanordnung durch Programmieren eines Mehrzweck- bzw. Universalprozessors, einer Graphikkarte, oder durch eine Kombination von Hardware und Software implementiert werden.
Insgesamt wurden Verfahren und Systeme beschrieben, welche die Implementierung sowohl einer Massenflussverifizierung als auch einer Massenflusslieferung durch eine einzelne Dualmodus-Einrichtung erlauben. Die erörterten Bauteile, Schritte, Merkmale, Aufgaben, Nutzen und Vorteile sind rein illustrativ. Keiner bzw. keine von ihnen, auch nicht diese betreffende Erörterungen, sollen den Schutzumfang in irgendeiner Weise einschränken. Zahlreiche andere Ausführungsformen werden ebenfalls betrachtet bzw. vorgesehen, einschließlich Ausführungsformen mit weniger, zusätzlichen und/oder unterschiedlichen bzw. anderen Bauteilen, Schritten, Merkmalen, Aufgaben, Nutzen und Vorteilen. Die Bauteile und Schritte können auch unterschiedlich angeordnet und geordnet werden.
Wenn der Ausdruck „Mittel zum” in einem Anspruch verwendet wird, so schließt dieser entsprechende Strukturen und Materialien, die beschrieben wurden, und ihre Äquivalente ein. Gleichermaßen schließt der Ausdruck „Schritt zum”, wenn er in einem Anspruch verwendet wird, die entsprechenden Akte, die beschrieben wurden, und ihre Äquivalente ein. Das Nichtvorhandensein dieser Ausdrücke bedeutet, dass der Anspruch nicht auf eine der entsprechenden Strukturen, Materialien oder Akte oder deren Äquivalente beschränkt ist.
Nichts von dem, was genannt oder erläutert wurde, soll eine spezielle Widmung bzw. Auslegung eines Bauteils, Schritts, Merkmals, einer Aufgabe, eines Nutzens, Vorteils oder Äquivalents bewirken, und zwar ungeachtet dessen, ob es bzw. sie in den Ansprüchen genannt ist.
Kurz gesagt ist der Schutzumfang nur durch die nun folgenden Ansprüche beschränkt. Der Umfang soll so breit sein, wie es in vernünftiger Weise mit der in den Ansprüchen verwendeten Sprache vereinbar ist, und soll alle strukturellen und funktionellen Äquivalente einschließen.

Claims

System zur Massenflusslieferung eines Fluids und zur Massenflussverifizierung des Fluids, wobei das System umfasst: eine Kammer; ein Einlassventil, das konfiguriert ist, den Fluss des Fluids in die Kammer zu steuern bzw. zu regeln; ein Auslassventil, das konfiguriert ist, den Fluss des Fluids aus der Kammer zu steuern bzw. zu regeln; einen Drucksensor, der konfiguriert ist, einen Druck innerhalb der Kammer zu messen; und einen Controller bzw. Regler; wobei der Regler konfiguriert ist, in einem ersten Modus das Öffnen und Schließen des Einlassventils und des Auslassventils zu regeln, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung zu verifizieren; und wobei der Regler ferner konfiguriert ist, in einem zweiten Modus das Öffnen und Schließen des Einlass- und des Auslassventils zu regeln, um eine gewünschte Menge des Fluids aus der Kammer in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern.
System nach Anspruch 1, wobei der Regler auf eine Benutzereingabe zum Wählen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus anspricht.
System nach Anspruch 1, wobei der Regler ferner konfiguriert ist, ein Eingangssignal zu empfangen, das eine Wahl zwischen dem ersten und dem zweiten Modus angibt, und ansprechend auf das empfangende Eingangssignal in einem gewählten des ersten und des zweiten Modus zu arbeiten.
System nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Eingabevorrichtung zum Übertragen des Eingangssignals, das die Wahl zwischen dem ersten und dem zweiten Modus angibt, und wobei der Regler konfiguriert ist, das Eingangssignal durch die Eingabevorrichtung zu empfangen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Temperatursensor, der konfiguriert ist, das Temperatur des Fluids innerhalb der Kammer zu messen.
System nach Anspruch 1, wobei der Regler konfiguriert ist, in dem ersten Modus eine Anstiegsrate des Fluiddrucks innerhalb der Kammer während eines Zeitraums nach einem Schließen des Auslassventils zu messen und die Flussrate des Fluids aus der Vorrichtung unter Verwendung der gemessenen Anstiegsrate zu berechnen.
System nach Anspruch 6, wobei der Regler ferner konfiguriert ist, in dem ersten Modus a Flussrate Q des Fluids aus der Vorrichtung unter Verwendung einer Formel zu berechnen, die gegeben ist durch:
worin P der Gasdruck innerhalb der Kammer ist; T die Gastemperatur ist; V_c das Volumen des Kammerbehälters ist; k₀ eine Umrechungskonstante, 6 × 10⁷ in sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) Einheiten und 6 × 10⁴ in slm (Standardliter pro Minute) Einheiten ist; P_stp der Standarddruck (= 1,01325e5 Pa) ist; und T_stp die Standardtemperatur (273,15 K) ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zumindest eines umfasst: einen Massenflussregler bzw. -controller und einen Flussverhältnisregler bzw. -controller.
System nach Anspruch 1, wobei der Regler konfiguriert ist, in dem zweiten Modus eine Masse des Fluids zu messen, dass während eines Zeitraums in die Kammer fließt, und dann eine gewünschte Masse des Fluids in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern, indem er das Öffnen und Schließen des Einlassventils und des Auslassventils regelt.
System nach Anspruch 9, wobei die gewünschte Masse des Fluids eine gewünschte Molzahl des Fluids umfasst und wobei der Regler konfiguriert ist, in dem zweiten Modus eine Molzahl des Fluids zu messen, das während des Zeitraums in die Kammer fließt, indem er Druckmessungen des Druckwandlers und Temperaturmessungen des Temperatursensors überwacht.
System nach Anspruch 10, wobei die Molzahl des Vorläufergases, das während des Zeitraums in die Kammer geliefert wird und ein Volumen V_c der Kammer einnimmt, gegeben ist durch:
worein Δn die Molzahl des Gases bezeichnet, das während des Zeitraums in die Kammer geliefert wird, R eine universelle Gaskonstante mit einem Wert von 8,3144 (Joules)(mol^–1)(K^–1) bezeichnet, P den Druck des Gases bezeichnet, welches das Kammervolumen einnimmt, T die Temperatur des Gases bezeichnet, welches das Kammervolumen einnimmt, und Δ(P/T) eine Änderung des Verhältnisses zwischen P und T zwischen dem Anfang und dem Ende des Zeitraums bezeichnet.
System nach Anspruch 11, wobei der Regler ferner konfiguriert ist, in dem zweiten Modus: das Einlassventil zu öffnen, um dem Gas zu erlauben, in die Kammer zu fließen; eine Molzahl des Gases zu messen, das durch das Einlassventil in die Kammer fließt, indem er Druckmessungen des Druckwandlers und Temperaturmessungen des Temperatursensors überwacht; und das Einlassventil zu schließen, wenn eine gewünschte Molzahl des Gases in die Lieferkammer gelangt ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Regler ferner konfiguriert ist, in dem zweiten Modus: das Auslassventil zu öffnen, um die Masse Fluid aus der Kammer zu der Ausgangsverarbeitungseinrichtung auszustoßen; eine Molzahl des Gases zu messen, das durch das Auslassventil in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung ausgestoßen wird, indem er Druckmessungen des Druckwandlers und Temperaturmessungen des Temperatursensors überwacht; und das Auslassventil zu schließen, wenn die Masse an ausgestoßenem Gas dem gewünschten Massenflusssollwert entspricht.
System nach Anspruch 12, wobei die gewünschte Molzahl des Gases benutzerspezifiziert ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Regler ferner konfiguriert ist, während jedes einer Mehrzahl von Lieferzyklen die Akte des Regelns des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Auslassventils zu wiederholen, um eine gewünschte Molzahl des Gases in die Kammer einzubringen, und dann eine gewünschte Molzahl des Gases aus der Kammer in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern.
Verfahren zum Implementieren einer Dualmodus-Massenflussverifizierung und einer Massenflusslieferung, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Eingangssignals, das eine Wahl zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus eines Dualmodus-Systems angibt; wenn das Eingangssignal die Wahl des ersten Modus angibt, Steuern bzw. Regeln des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Auslassventils in dem Dualmodus-System, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung zu verifizieren; und wenn das Eingangssignal die Wahl des zweiten Modus angibt, Steuern bzw. Regeln des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Auslassventils, um eine gewünschte Menge des Fluids aus einer Kammer in dem Dualmodus-System in eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei des Akt des Regelns des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Auslassventils, um eine Messung der Flussrate des Fluids durch eine Vorrichtung zu verifizieren, umfasst: Bewirken, dass das Fluid aus der Vorrichtung in die Kammer fließt; und Messen einer Anstiegsrate des Fluiddrucks innerhalb der Kammer, wenn das Auslassventil geschlossen ist, und Verwenden der gemessenen Anstiegsrate des Drucks, um die Flussrate des Fluids zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Akt des Berechnens der Flussrate des Fluids das Verwenden der Formel umfasst, die gegeben ist durch:
worin k₀ eine Umrechungskonstante, 6 × 10⁷ in sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) Einheiten und 6 × 10⁴ in slm (Standardliter pro Minute) Einheiten bezeichnet; P_stp den Standarddruck (= 1 atm) bezeichnet; T_stp die Standardtemperatur (273,15 K) bezeichnet; P den Druck des Gases innerhalb der Kammer bezeichnet, der durch einen Drucksensor gemessen wird; V_c das Volumen des Kammerbehälters bezeichnet; und T die Temperatur des Gases innerhalb der Kammer bezeichnet, die durch einen Temperatursensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Akt des Regelns des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Auslassventils, um eine gewünschte Menge des Fluids aus der Kammer in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung zu liefern, umfasst: Öffnen des Einlassventils, um dem Fluid zu erlauben, in die Kammer zu fließen; Messen einer Menge des Fluids, das durch das Einlassventil in die Kammer fließt; Schließen des Einlassventils, wenn eine gewünschte Menge des Fluids in die Kammer gelangt ist; Warten für einen Zeitraum, bis sich der Druck und die Temperatur des Gases mit bzw. innerhalb der Kammer stabilisiert haben; Öffnen des Auslassventils, um die Masse Fluid aus der Kammer auszustoßen; Messen einer Menge des Fluids, das durch das Auslassventil aus der Kammer in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung ausgestoßen wird; und Schließen des Auslassventils, wenn die ausgestoßene Masse Gas dem gewünschten Massensollwert des Fluids entspricht.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Akte des Messens der Menge des Fluids, das in die Kammer fließt, und des Messens der Menge des Fluids, das aus der Kammer in die Ausgangsverarbeitungseinrichtung ausgestoßen wird, das Messen der Molzahl des Fluids umfasst, das in die und aus der Kammer fließt, indem Druckmessungen des Druckwandlers und Temperaturmessungen des Temperatursensors überwacht werden; und wobei die gewünschte Menge des Fluids eine gewünschte Molzahl des Fluids umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei die gewünschte Molzahl des Gases von dem Regler basierend auf dem gewünschten Massenflusssollwert berechnet wird.