JP5688026B2 - 二重モードマスフロー確証及びマスフロー送給のシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は二重モードマスフロー確証及びマスフロー送給のシステム及び方法に関する。

マスフロー確証器(verifier)（ＭＦＶ）はマスフローコントローラ（ＭＦＣ）やマスフロー比コントローラ（ＦＲＣ）のような高精度流体送給システムの精度を確証するために使用することができる。典型的には、マスフロー確証器は室と、圧力トランスデューサと、温度センサと、上流側の隔離弁と、下流側の隔離弁とを含むことができる。これらの弁はアイドリング中には閉じることができ、作動開始時には開いて、ＭＦＣやＦＲＣのような試験中の装置（ＤＵＴ）からの流体がマスフロー確証器を通るのを許容する。流体流れが安定した後、下流側の弁を閉じることができ、その結果、圧力が室内で上昇することができ、圧力の上昇はガスの温度と共に測定することができる。このような測定値は流量を計算し、それによって、ＤＵＴの性能を確証するために使用することができる。

モル送給装置（ＭＤＤ）のようなマスフロー送給装置は所望量のガスを半導体処理室内へ精確に送給するために使用することができる。このようなマスフロー送給装置は、例えば原子層蒸着（ＡＬＤ）工程のような半導体製造工程において使用するために、高度に反復可能で精確な量のガス質量（マス）を提供することができる。

ここ数年において、半導体処理工具のためのコスト削減イニシアチブは、デザインを流線型化し、足跡（設置面積）を減少させることにより、流体送給システムのデザインに対してかなり影響を与えるようになってきた。流体送給システムの寸法及び複雑さは減少したが、送給の確証及び精度のための要求が増大している。

両方の特徴、即ちマスフロー送給及びマスフロー確証は、流れ精度及び処理室内への臨界流体（単数又は複数）の送給の増大した要求のために、必要である。しかし、ＭＦＶ及びＭＤＤの双方を所有するための顧客にとってのコストは高く、重荷である。また、ＭＤＤは大きな設置面積を有する傾向がある。

したがって、マスフロー確証及びマスフロー送給の双方の要求に対する費用効果のある解決策を顧客に提供できるシステム及び方法の要求がある。

システムは流体のマスフロー送給及び流体のマスフロー確証を遂行する。システムは室内への流体の流れを制御するように形状づけられた入口弁と、室から出る流体の流れを制御するように形状づけられた出口弁と、室内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、コントローラとを含む。ある実施の形態においては、システムはまた室内の温度を測定するように形状づけられた温度センサを含むことができる。

コントローラは、第１のモードにある場合に、室内の圧力及び温度変化の測定値を使用して、試験中の装置による流体の流量の測定を確証するために、入口及び出口弁の開閉を制御するように形状づけられる。コントローラはさらに、第２のモードにある場合に、室内の圧力及び温度変化の測定値を使用して、室から処理施設へ所望量の流体を送給するために、入口及び出口弁の開閉を制御するように形状づけられる。

図１はマスフロー確証器のブロック線図を示す。 図２はマスフロー送給システムを概略的に示す。 図３はマスフロー送給方法の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。 図４はこの開示の１つの実施の形態に係る、二重モードマスフロー確証及びマスフロー送給システムの概略図である。 図５はこの開示の１つの実施の形態に係る、マスフロー確証及びマスフロー送給を遂行する方法の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。

これらの及び他の、素子、工程、特徴、目的、利益及び利点は、例示的な実施の形態の以下の詳細な説明、添付図面及び特許請求の範囲の吟味からここで明らかとなろう。
図面は例示的な実施の形態を示す。図面はすべての実施の形態を示すものではない。これらに加えて又はこれらの代わりに、他の実施の形態を使用することができる。異なる図面に同じ符号がある場合、符号は同一又は類似の素子又は工程を示すことを意図するものである。

この開示において、単一のシステムがマスフロー確証及びマスフロー送給の遂行を許容し、顧客に対するコスト節約及び製造者に対する空間節約をもたらすような、システム及び方法を開示する。

図示の実施の形態をここで説明する。これらに加えて又はこれらの代わりに、他の実施の形態を使用することができる。
図１はマスフロー確証器１００のブロック線図である。ＭＦＶ１００は試験中の装置（ＤＵＴ）１１０からの流体の流れを受け取るように形状づけられた（既知の容積Ｖ_ｃを有する）囲われた容積即ち室１３０を含む。図示の実施の形態に示すＤＵＴ１１０は所望の流量の流体を送給するＭＦＣである。ＭＦＣは典型的には、マスフローセンサと、制御弁と、制御及び信号処理電子機器とを含む自己充足型の装置であり、所望の流体流量を反復的に送給するために使用できる。ＤＵＴ１１０の例は、これらに限定されないが、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）及びマスフロー比コントローラ（ＦＲＣ）を含むことができる。

入口弁１２０はＤＵＴ１１０から室１３０内への流体の流れを遮断及び遮断解除する。出口弁１５０は室１３０からの流体の流れを遮断及び遮断解除する。ＭＦＶ１００はさらに、室１３０内の流体の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサ１７０と、室１３０内の流体の温度を測定するように形状づけられた温度センサ１８０とを含む。典型的には、マスフロー量を確証しようとしている流体はガスであるが、他の形式の流体の流量もＭＦＶ１００により確証することができる。

図１に示す実施の形態においては、ＭＦＶ１００により試験している装置は単一のＤＵＴ（ＭＦＣ）１１０として示してあるが、他の実施の形態においては、複数のＤＵＴをＭＦＶ１００に接続し、ＭＦＶによりこれらを試験できることに留意すべきである。たとえば、複数のＤＵＴはガスマニホルドを介してＭＦＶ１００に接続することができる。

コントローラ１６０はＭＦＶ１００に接続される。コントローラ１６０はＤＵＴ１１０の性能の現場での確証を制御し、入口弁１２０及び出口弁１５０の作動を制御する。ＭＦＶ１００の１つの実施の形態においては、コントローラ１６０はマスフロー確証を遂行するために「上昇率(rate-of-rise)」（ＲＯＲ）技術流れ確証技術を履行することができる。ＲＯＲ技術を履行するとき、流体の流量は、既知の容積内へ流体を流入させ、一定の時間期間中に生じる圧力上昇を測定することにより、決定される。

ＲＯＲ ＭＦＶの基本的な原理は、室１３０にわたる質量バランスである。質量バランス等式を使用し、室内のガスに理想的なガス法則を適用すると、次の数式に従ってＭＦＶ１００の室１３０内のガス（又は他の流体）の圧力及び温度を測定することにより、入口流体の流量を得ることができる。

ここに、Ｐは室内のガス圧力；Ｔはガス温度；Ｖ_ｃは室容器の容積；ｋ_０は変換定数であって、ｓｃｃｍ（規格立法センチメートル／分）単位においては６×１０^７、ｓｌｍ（規格リットル／分）単位においては６×１０^４；Ｐ_ｓｔｐは規格圧力（＝１．０１３２５ｅ５Ｐａ）、Ｔ_ｓｔｐは規格温度（＝２７３．１５Ｋ）である。

コントローラ１６０は圧力センサ１７０及び温度センサ１８０から出力信号を受け取り、受け取った出力信号に基づいて、入口弁１２０及び出口弁１５０の作動を制御する。コントローラ１６０は出口弁１５０の閉鎖後の室１３０内の流体の圧力上昇率を測定し、上数式（１）に従って、ＤＵＴ１１０から室１３０内への流体の流量Ｑ_ｉｎを計算するために、測定した経時的な圧力上昇率及び温度を使用する。

例示的な実施の形態においては、試験しているＭＦＣ１１０はＭＦＶ１００に接続することができる。アイドリング中は、ＭＦＣ１１０からＭＦＶ１００への流体の流れは遮断される。ＭＦＶ１００の確証運転が開始されたとき、入口弁１２０及び出口弁１５０が開き、その結果、流体はＭＦＣ１１０からＭＦＶ１００へ流れる。ＭＦＣ１１０は流れ設定点を備えることができる。初期期間中、ＭＦＣ１１０からの流体の流量及び室１３０内の流体の圧力は定常状態に達するのを許される。

定常状態に達した後、出口弁１５０が閉じられ、その結果、流体の圧力が室１３０内で増大し始める。コントローラ１６０は、室１３０内の圧力センサ１７０からの圧力測定値及び温度センサ１８０からの温度測定値を受け取ることにより、時間期間中の圧力上昇率（即ち、圧力の変化率又は時間微分）を決定する。

たとえば、室１３０内の温度及び圧力測定値は時間期間にわたって所定の時間間隔で記録することができる。１つの例示的な実施の形態においては、所定の時間間隔はおのおの約０．０００２５秒とすることができ、時間期間は約０．１秒から約３０秒までの範囲とすることができる。もちろん、ＭＦＶ１００の他の実施の形態において、異なる時間間隔及び時間期間を使用することができる。時間期間の終了時に、出口弁１５０が開き、室１３０から（例えば真空ポンプのような）排出部又は他の形式の出力設備への流体の流れを許容する。

（流体温度Ｔにより除算された）流体圧力の上昇率即ち時間微分、即ちΔ（Ｐ／Ｔ）／Δｔは、既知の容積の室１３０内の温度及び圧力の測定値に基づいて、計算することができる。次いで、計算した上昇率Δ（Ｐ／Ｔ）／Δｔに基づき、ＭＦＣ１１０により生じた流量を決定し、確証することができ、その結果、ＭＦＣ１１０は適正に較正することができる。流量Ｑは、上数式（１）を使用して、コントローラ１６０により計算される。

典型的なマスフロー確証は次のように行うことができる：
１． 上流側の弁１２０及び下流側の弁１５０を開く；
２． ＤＵＴのための流れ設定点を与える；
３． 室の圧力が定常状態になるまで待つ；
４． 流れ計算のために室のガス圧力及び室のガス温度の記録を開始する；
５． 室の圧力が上昇するように下流側の弁１５０を閉じる；
６． 流れ確証のための期間だけ待つ；
７． 下流側の弁１５０を開く；
８． 上数式（１）に基づき、確証された流れを計算し、報告する。

圧力センサ１７０及び温度センサ１８０からの出力に基づいて、上流側の弁１２０及び下流側の弁１５０の作動を制御し、上数式（１）に従ってＤＵＴ１１０から室１３０内への流体の流量を計算するために測定した経時的な圧力上昇率を使用することにより、コントローラ１６０はＤＵＴ１１０により遂行された流量の測定を確証する。

図２はこの開示の１つの実施の形態に係るマスフロー送給システム２００の例示的な実施の形態の概略図である。マスフロー送給システム２００は室２３０と、室２３０内へのマスフローを制御する入口弁２２０と、室２３０からのマスフローを制御する出口弁２５０とを含む。この開示の１つの例示的な実施の形態に従えば、入口弁２２０及び出口弁２５０はオン／オフ形式の弁であり、少なくとも出口弁２５０は、例えば約１ないし５ミリ秒のような、極めて速い応答時間を有する。

マスフロー送給システム２００はまた、室２３０内の圧力の測定値を提供するための圧力トランスデューサ２７０と、室２３０上又は室２３０内の温度の測定値を提供するための温度センサ２８０とを有する。圧力トランスデューサ２７０はまた、例えば約１ないし２０ミリ秒のような、極めて速い応答時間を有する。この開示の１つの例示的な実施の形態に従えば、温度センサ２８０は室２３０の壁に接触し、室の壁の温度の測定値を提供する。

送給システム２００と一緒に使用するのに適した圧力トランスデューサ２７０の例はマサチューセッツ州アンドーバー(Andover)のこの開示の譲受者でもあるＭＫＳインストラメンツ社(MKS Instruments)から入手できるＢａｒａｔｒｏｎ（登録商標名）ブランドの圧力トランスデューサである。適当な弁２２０、２５０もまた上記譲受者から入手できる。

コントローラ２６０は、ガスの精確な既知のモル数を送給室２３０から出力処理設備へ送給するように、入口弁２２０及び出口弁２５０の開閉を制御するようにプログラムされる。

１つの実施の形態においては、送給システム２００は一連の送給パルスとしてガスを送給するように形状づけられたパルス化送給システムとすることができる。大要において、送給システム２００は次のサイクルに従って別個のパルスとしてガスを送給する：
１． チャージ：
入口弁２２０を開いて、送給室２３０内へのガスの流れを許容し、目標圧力又は目標量のガスモルに室をチャージする。
２． 圧力が安定するまで待機。
３． 送給：
処理設備に接続された出口弁２５０を開き、送給されたガスの量を測定し、正確な量のガスが送給室２３０を去ったときに出口弁２５０を閉じる。
４． 上述の工程１、２、３が繰り返されるような次のサイクルに進む。

図３はマスフロー送給方法の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。開示の１つの実施の形態に従えば、図２のマスフロー送給システム２００のコントローラ２６０は図３の方法を実行するように形状づけることができる。図２、３を参照すると、コントローラ２６０は、図３の（ステップ）３０２に示すように、例えば入力装置を介して、所望のマスフロー送給設定点を受け取り、図３の３０４に示すように、出口弁２５０を閉じ、図３の３０６に示すように、室２３０への入口弁２２０を開くようにプログラムされる。

コントローラ２６０はさらに、図３の３０８に示すように、室２３０内のガスの圧力及び温度をそれぞれ測定する圧力トランスデューサ２７０及び温度センサ２８０からの測定信号を受け取るようにプログラムされる。コントローラ２６０はさらに、図３の３１０に示すように、室２３０内の圧力が所定のレベルに達したときに、入口弁２２０を閉じるようにプログラムされる。圧力の所定のレベルはユーザーが決めることができ、この場合、そのレベルは入力装置を介して提供することができる。代わりに、レベルは所望のマスフロー送給設定点に基づきコントローラ２６０により計算することができる。

室２３０の内部のガスが平衡状態に近づくことのできるような期間である所定の待機期間の後、コントローラ２６０は、図３の３１２に示すように、送給室２３０から出力処理設備へガスの質量を排出するために出口弁２５０を開く。所定の待機期間はユーザーが決めることができ、この場合、待機期間は入力装置を介して提供することができる。代わりに、所定の待機期間は送給室の内部のガスの平衡状態に基づきコントローラ２６０により決定することができる。コントローラ２６０はさらに、図３の３１３に示すように、出力処理装置へ送給されるマスフローの量を監視するために圧力トランスデューサ２７０及び温度センサ２８０からの測定信号を受け取るようにプログラムされる。次いで、図３の３１４に示すように、排出されたガスの質量がユーザーにより決められた所望のマスフロー設定点に等しくなったときに、出口弁２５０を閉じることができる。典型的には、出口弁２５０はほんの短い期間（例えば１００ないし１０００ミリ秒）だけ開くことができる。次に、コントローラ２６０は出力装置へ排出されたガスの質量を表示することができる。

１つの実施の形態においては、送給システム２００は、ガス（又は他の流体）のモル数を精確に測定し、制御するように形状づけられたモル送給装置（ＭＤＤ）とすることができ、これは、例えば半導体ウエファー処理室のような出力処理設備へ送給する。この実施の形態においては、コントローラ２６０は、処理設備へ排出している間に送給室２３０を去るガスのモル数を計数するように形状づけられる。

ガス送給システム２００のコントローラ２６０は送給室２３０の保持容積内へ流れるガスのモル数を測定し、制御するためにモデル基礎のアルゴリズムを履行することができる。コントローラ２６０により履行されるアルゴリズムは、室２３０に対して流入及び流出するガスのモル数を計数するのを可能にすることができる。それゆえ、上述のガス送給システム２００においては、送給室２３０を去るガスのモル数は、送給室２３０が処理設備内へ排出を行うときに、知ることができる。

１つの実施の形態においては、コントローラ２６０は、コントローラ２６０に、圧力センサ２７０による圧力測定値及び温度センサ２８０による温度測定値を監視させ、所望のモル数を導き出すために理想的なガス法則を使用させるようなモデル基礎のアルゴリズムを履行することができる。

この実施の形態においては、コントローラ２６０は送給室２３０内へガスを導入するように入口弁２２０を開く。次いで、ガスは目標圧力にチャージされる。次いで、コントローラ２６０は送給室２３０の保持容積内に至るガスの量を測定し、保持容積内で目標のモル数が得られたときに、入口弁２２０を閉じる。このステージ中に送給室２３０内にチャージされるガスのモル数は次の数式により与えられる：

上記の数式（２）において、Δｎは送給室２３０内へ送給されたモル数を示し、Ｖ_ｃは送給室２３０の容積を示し、Ｒは（８．３１４４ジュール／モル／Ｋの値を有する）普遍的なガス定数を示し、Δ（Ｐ／Ｔ）はステップ３０６の開始からステップ３１０の終了までの、ガス温度により除算されたガス圧力の変化である。数式（２）は、所望の時点で圧力センサ２７０及び温度センサ２８０により測定されるようなＰ及びＴの値を監視することにより、任意の与えられた時間期間中に送給室２３０内へチャージされているモル数を、監視できることを示す。

チャージステージ中に送給室２３０内でガスの目標モル量が達成された後、コントローラ２６０により、システム２００は、ガスの圧力及び温度が安定する間だけ、待機させられる。次いで、システム２００は送給ステージへ移動し、そのステージの間、ガスのモル数が出力処理設備に精確に送給される。コントローラ２６０は出力処理設備に通じる出口弁２５０を開く。コントローラ２６０は、圧力トランスデューサ２７０及び温度センサ２８０の測定信号を使用して、数式（２）に従って、送給室２３０を去るガスのモル数を測定する。コントローラ２６０は、ガスの正しい所望のモル数が送給室２３０を去り、出力処理設備へ送給されたときに、出口弁２５０を閉じる。

全体の送給サイクルが完了した後、コントローラ２６０はシステム２００を初期のステージへ帰還させ、次のマスフロー送給設定点のために、全体の送給サイクルを繰り返す。各送給サイクルに対して、システム２００は、上述の技術を使用して、出力処理設備内へガスの特定のモル数を送給するように、直接測定を行い、精確に制御を行う。

図４は、この開示の１つの実施の形態に係る、二重モードマスフロー確証及びモル送給システム４００の概略図である。システム４００は室４３０と；室内への流体の流れを制御するように形状づけられた入口弁４２０と；室４３０からの流体の流れを制御するように形状づけられた出口弁４５０とを含む。システム４００はさらに、室４３０内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサ４７０を含む。システムはさらに、室４３０内の温度を測定するように形状づけられた温度センサ４８０を含むことができる。

システム４００はさらに、コントローラ４６０を含む。コントローラ４６０は、第１のモードにある場合に、装置４１０による流体の流量の測定を確証するために、入口弁及び出口弁の開閉を制御するように、構成されている。換言すれば、コントローラ４６０が第１のモードにあるとき、システム４００は試験中のユニット４１０の流量を確証するためのマスフロー確証器として作動する。装置４１０はＭＦＣとして図４に示す。マスフロー確証を遂行できる他の装置は、これに限定されないが、ＦＲＣを含む。コントローラ４６０はさらに、第２のモードにある場合に、室４３０から例えば半導体ウエファー処理室のような出力処理設備内へ所望の量の流体を送給するために、入口弁及び出口弁の開閉を制御するように、構成されている。換言すれば、コントローラ４６０が第２のモードにあるとき、システム４００はマスフロー送給システムとして作動する。

コントローラ４６０は、第１のモードと第２のモードとの間の選択のために、ユーザーからの入力に応答できる。コントローラ４６０は第１のモードと第２のモードとの間の選択を表示する（例えば、ユーザーから直接的に又は出力処理設備でのコンピュータシステムから間接的に得られる）入力信号を受け取るように、また、受け取った入力信号に応答して、第１のモードか第２のモードのいずれかで作動するように、形状づけることができる。システム４００は第１のモードと第２のモードとの間の選択を表示する入力信号を伝達する入力装置（図示せず）を含むことができ、コントローラ４６０は入力装置を介して入力信号を受け取るように形状づけることができる。

コントローラ４６０は、第１のモード（即ちマスフロー確証モード）にある場合に、マスフロー確証のためのＲＯＲ技術を履行するように、形状づけることができる。換言すれば、コントローラ４６０は、出口弁の閉鎖後の時間期間中の室内の流体の圧力の上昇率を測定するように、また、図１に関連して上述したように、測定した上昇率を使用して、装置からの流体の流量を計算するように、形状づけることができる。

コントローラ４６０は、第２のモード（即ちマスフロー送給モード）にある場合に、時間期間中に室４３０内へ流れる流体の質量を測定し、次いで、入口弁４２０及び出口弁４５０の開閉を制御することにより、流体の所望の質量を出力処理設備へ送給するように、形状づけることができる。

１つの実施の形態においては、システムは、コントローラ４６０が第２のモードにある場合に、ＭＤＤ（モル送給装置）として作動するように、形状づけることができる。この実施の形態においては、流体の所望の質量は流体の所望のモル数とすることができる。図２及び図３に関連して先に述べたように、コントローラは、第２のモードにある場合に、チャージステージ中に室内へ流れる流体のモル数を測定し、次いで、圧力トランスデューサ４７０の圧力測定値及び温度センサ４８０の温度測定値を監視することにより、かつ、入口弁４２０及び出口弁４５０の開閉を制御することにより、送給ステージ中に出力処理設備内へ送給する流体のモル数を制御するように、形状づけることができる。室をチャージするガスのモル数及び処理設備へ送給するガスのモル数は、上述の数式（２）を使用して計算することができる。

図５はこの開示の１つの実施の形態に係る、マスフロー確証及びマスフロー送給を遂行する方法５００の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。方法５００は、図５の（ステップ）５０２に示すように、システムの作動の第１のモードと第２のモードとの間の選択を表示する入力信号を受け取る工程を含むことができる。

入力信号が、図５の５０２に示すように、第１のモードの選択を表示する場合、システム４００は装置による流体の流量の測定を確証するためにマスフロー確証モードとして作動する。このモードにおいては、方法５００は時間期間中の容器内の流体の圧力の上昇率を測定する行為即ち工程５２０と、流体の流量を計算するために測定した圧力上昇率を使用する工程５２２とを含むことができる。方法５００はさらに、流量を確証するために、計算した流量をＤＵＴの流れ設定点と比較する工程５２４を含むことができる。

入力信号が、図５の５０６に示すように、第２のモードの選択を表示する場合、システム４００はマスフロー送給モードとして作動し、システム４００の室４３０から処理室のような出力処理設備へ所望量の流体を送給する。このモードにおいては、方法５００は室４３０内への流体の流入を許容するようにシステム４００の入口弁４２０を開く工程５０８と、入口弁４２０を通って室４３０内へ流れる流体の量を測定する工程５１０とを含むことができる。方法５００はさらに、所望量の流体が室に入ったときに入口弁４２０を閉じる工程５１２と、室４３０から流体の質量を排出するために出口弁４５０を開く工程５１４と、排出されたガスの質量が流体の所望の質量設定点に等しくなった場合に、出口弁４５０を閉じる工程を含むことができる。

この開示において説明した方法及びシステムは、任意の特定のプログラム用語を参照して説明したものではない。この開示の教示を履行するために種々のプログラム用語を使用できることを認識されたい。コントローラは、１又はそれ以上の処理システムのみからなるか、又は、１又はそれ以上の処理システムを含むことができる。このような処理システムは、その中に記憶されたコンピュータプログラムにより選択的に形状づけられるか及び／又は作動させることができる。このようなコンピュータプログラムは、これらに限定されないが、フロッピーディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び磁気光学ディスク、読出し専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、消去書込み可能な読出し専用メモリー（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去書込み可能な読出し専用メモリー（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気又は光学カード、または、電子インストラクションを記憶するのに適した任意の形式の媒体を含む任意の形式のディスクを含む任意のコンピュータで読取り可能な記憶媒体内に記憶することができる。

ここで提示された方法及びシステムはいかなる特定のコンピュータ、プロセッサ又は他の装置にも本質的に関連するものではない。種々の多目的システムはここでの教示に従って異なるコンピュータプログラムと一緒に使用することができる。この開示において説明したどんな方法及びシステムも、多目的プロセッサ、グラフィックプロセッサをプログラミングすることにより、または、ハードウエア及びソフトウエアの任意の組み合わせにより、ハードウエアにより実現されている(hard-wired)回路において履行することができる。

要約すると、単一の二重モード装置によりマスフロー確証及びマスフロー送給の双方を履行できる方法及びシステムを説明した。それによって、マスフロー確証及びマスフロー送給の双方の要求に対して、コンパクトなデザインで費用効果のある解決策が顧客に提供される。

明細書は本発明の特定の実施の形態を説明したが、当業者なら、発明の概念から逸脱することなく、本発明の変形例を工夫することができる。説明した素子、工程、特徴、目的、利益及び利点は単なる例示である。これら及びこれらに関する説明はいずれも、保護の範囲を限定する意図は全くない。一層少ないか、一層多いか及び／又は異なる素子、工程、特徴、目的、利益及び利点を有するような実施の形態を含む多くの他の実施の形態もまた考えられる。素子及び工程はまた、配列変え及び順番変えすることができる。

特許請求の範囲において使用した場合の「ための手段」という語法は説明した対応する構造及び材料及びその等価物を包含する。同様に、特許請求の範囲において使用した場合の「ための工程」という語法は説明した対応する行為及びその等価の行為を含む。このような語法が無い場合は、特許請求の範囲は、対応する構造、材料又は行為又はその等価物のいずれにも限定されないことを意味する。

説明も図示もしなかったことは、特許請求の範囲に列挙されていると否とに拘わらず、いかなる素子、工程、特徴、目的、利益、利点又は等価物をも公共に献呈することを意図する。

要するに、保護の範囲は以下に述べる特許請求の範囲によってのみ限定される。この範囲は、特許請求の範囲に使用された用語と妥当に矛盾しない限りできる限り広義のものとし、すべての構造上及び機能上の等価物を包含することを意図するものである。

１００ マスフロー確証器（ＭＦＶ）
１１０、４１０ 試験中の装置（ＤＵＴ）
１２０、２２０、４２０ 入口弁
１３０、２３０、４３０ 室
１５０、２５０、４５０ 出口弁
１６０、２６０、４６０ コントローラ
１７０、４７０ 圧力センサ
１８０、２８０、４８０ 温度センサ
２００ マスフロー送給システム
２７０ 圧力トランスデューサ
３００ マスフロー送給方法
４００ マスフロー確証及び送給システム
５００ マスフロー確証及びマスフロー送給方法

Claims (16)

1. 流体のマスフロー送給及び流体のマスフロー確証のためのシステムにおいて、
   室と、
   上記室内への流体の流れを制御するように構成された入口弁と、
   上記室からの流体の流れを制御するように構成された出口弁と、
   上記室内の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
   コントローラと、
   を有し、
   上記コントローラが、第１のモードにある場合に、装置の流体の流量の測定を確証するために、マスフロー確証器として、上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御するように構成され、
   上記コントローラがさらに、第２のモードにあるときに、マスフロー供給システムとして、上記室から出力処理設備へ所望量の流体を送給するために上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御するように構成され、
   上記コントローラが、上記第１のモードと上記第２のモードとの間の選択のためにユーザーの入力に応答することができ、これによって、上記コントローラが、上記第１のモードと上記第２のモードとの間のユーザーの選択を表示する入力信号を受け取り、受け取った入力信号に応答して上記第１モード及び上記第２モードのうちの選択されたモードで作動し、
   上記コントローラが、上記第１のモードにある場合に、上記出口弁の閉鎖後の時間期間中の上記室内の流体の圧力の上昇率を測定し、測定した上昇率を使用して、上記装置からの流体の流量を計算するように構成され、
   上記コントローラが、上記第２のモードにある場合に、時間期間中に上記室内へ流れる流体の質量を測定するように、次いで、上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御することにより、上記出力処理設備へ流体の所望の質量を送給するように、構成されていることを特徴とするシステム。
2. 上記第１のモードと上記第２のモードとの間の選択を表示する入力信号を伝達するための入力装置をさらに有し、上記コントローラが上記入力装置を介して入力信号を受け取るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 上記室内の流体の温度を測定するように構成された温度センサをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 上記コントローラがさらに、上記第１のモードにある場合に、次の数式を使用して、上記装置からの流体の流量Ｑを計算するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム：
   

   

   
   ここに、Ｐは上記室内のガス圧力；Ｔはガス温度、Ｖ_ｃは上記室の容器の容積、ｋ_０は変換定数であって、ｓｃｃｍ（規格立法センチメートル／分）単位においては６×１０^７、ｓｌｍ（規格リットル／分）単位においては６×１０^４ 、Ｐ_ｓｔｐは規格圧力（＝１．０１３２５ｅ５Ｐａ）、Ｔ_ｓｔｐは規格温度（＝２７３．１５Ｋ）である。
5. 上記装置がマスフローコントローラ及び流れ比コントローラのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 流体の所望の質量が流体の所望のモル数であり、上記コントローラが、上記第２のモードにある場合に、上記圧力センサの圧力測定値及び温度センサの温度測定値を監視することにより、上記時間期間中に上記室内へ流れる流体のモル数を測定するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 上記時間期間中に上記室内に送給され、上記室の容積Ｖｃを占める先駆のガスのモル数が次の数式により与えられることを特徴とする請求項６に記載のシステム：
   

   

   
   ここに、Δｎは上記時間期間中に上記室内へ送給されたモル数を示し、Ｒは８．３１４４（ジュール）（モル^−１）（Ｋ^−１）の値を有する普遍的なガス定数を示し、Ｐは上記室の容積を占めるガスの圧力を示し、Ｔは上記室の容積を占めるガスの温度を示し、Δ（Ｐ／Ｔ）は上記時間期間の開始と終了との間での、上記Ｐ及びＴ間の比の変化を示す。
8. 上記コントローラがさらに、上記第２のモードにあるときに、上記室内へのガスの流入を許容するために上記入口弁を開き、上記圧力センサの圧力測定値及び上記温度センサの温度測定値を監視することにより、上記入口弁を通って上記室内へ流れるガスのモル数を測定し、ガスの所望のモル数が当該送給室に入ったときに、上記入口弁を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 上記コントローラがさらに、上記第２のモードにあるときに、上記室から上記出力処理設備へ流体の質量を排出するために上記出口弁を開き、上記圧力センサの圧力測定値及び上記温度センサの温度測定値を監視することにより、上記出口弁を通って上記出力処理設備へ排出されるガスのモル数を測定し、排出されたガスの質量が所望のマスフロー設定点に等しくなったときに、上記出口弁を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. ガスの所望のモル数がユーザーにより特定されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 上記コントローラがさらに、複数の送給サイクルの各々中に、上記室内にガスの所望のモル数を導入し、次いで、上記室から上記出力処理設備へガスの所望モル数を送給するように、上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御する行為を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
12. マスフローの確証又はマスフローの送給のいずれかを実行する流体のマスフロー送給及び流体のマスフロー確証のためのシステムを履行するための方法において、
    コントローラが、第１のモードと第２のモードとの間の選択を表示するユーザーからの入力信号を受け取る工程と、
    上記入力信号がユーザーの上記第１のモードの選択を表示する場合に、上記コントローラが、装置の流体の流量の測定を確証するように入口弁及び出口弁の開閉を制御する工程と、
    上記入力信号がユーザーの上記第２のモードの選択を表示する場合に、上記コントローラが、室から出力処理設備へ所望量の流体を送給するように上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御する工程と、
    を有し、
    上記装置の流体の流量の測定を確証するように上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御する上記工程が、
    上記装置から上記室内へ流体を流れさせる工程と、
    上記出口弁が閉じているときに上記室内の流体の圧力の上昇率を測定し、測定した圧力の上昇率を使用して流体の流量を計算する工程と、
    を有することを特徴とする方法。
13. 流体の流量を計算する上記工程が次の数式により与えられる数式を使用する工程を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法：
    

    

    
    ここに、ｋ_０は変換定数であって、ｓｃｃｍ（規格立法センチメートル／分）単位においては６×１０^７、ｓｌｍ（規格リットル／分）単位においては６×１０^４ 、Ｐ_ｓｔｐは規格圧力（＝１気圧）、Ｔ_ｓｔｐは規格温度（＝２７３．１５Ｋ）、Ｐは圧力センサにより測定されるような上記室内のガス圧力、Ｖ_ｃは上記室の容器の容積、Ｔは温度センサにより測定されるような上記室内のガス温度である。
14. 上記室から上記出力処理設備へ所望量の流体を送給するように上記入口弁及び上記出口弁の開閉を制御する上記工程が、
    上記室内への流体の流入を許容するために上記入口弁を開く工程と、
    上記入口弁を通って上記室内へ流入する流体の量を測定する工程と、
    所望量の流体が上記室内に入ったときに上記入口弁を閉じる工程と、
    上記室内の上記流体の圧力及び温度が安定するまでの期間を待機する工程と、
    上記室から流体の質量を排出するために上記出口弁を開く工程と、
    上記出口弁を通して上記室から上記出力処理設備へ排出される流体の量を測定する工程と、
    排出された上記流体の質量が流体の所望の質量設定点に等しくなったときに、上記出口弁を閉じる工程と、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 上記室内へ流れる流体の量を測定し、上記室から上記出力処理設備へ排出される流体の量を測定する上記工程が、圧力センサの圧力測定値及び温度センサの温度測定値を監視することにより、上記室に対して出入りする流体のモル数を測定する工程を有し、流体の所望の量が流体の所望のモル数であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. ガスの所望のモル数が、所望のマスフロー設定点に基づき、コントローラにより計算されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。

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