JP6426474B2 - 自己確認型質量流量制御器および自己確認型質量流量計を提供するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、流体の質量流量を求めるための方法およびシステムに関し、より詳細には、質量流量制御器および質量流量計の動作に関する。

多くの産業プロセスは、様々なプロセス流体の精密な制御を必要とする。例えば、半導体産業では、プロセスチャンバーに導入されるプロセス流体の量を精密に測定するのに質量流量計（ＭＦＭ）が用いられる。質量流量を測定することに加えて、質量流量制御器（ＭＦＣ）は、プロセスチャンバーに導入されるプロセス流体の量を正確に測定および制御するのに用いられる。流体という用語は、本明細書において用いられるとき、制御された流量が対象となり得る任意のタイプの気体または蒸気に適用されることが理解されるべきである。

質量流量制御器および質量流量計は、ＭＦＣ供給者によって保証される明確に規定された性能基準を有する。顧客プロセスは、初期設置後およびプロセスチューンアップ後のデバイスからの再現可能な性能に基づいている。ドリフト（例えば、経時変化に起因する）または閉塞（例えば、汚れに起因する）する質量流量制御器および質量流量計は、プロセス特性を変化させる再現性喪失を引き起こし、歩留まりの低下をもたらすかまたは製造されている製品の全損さえももたらすことになる。

この性能の損失を検出する１つの一般的な実施態様は、質量流量制御器が所与の設定点において動作している間に減衰速度（ＲＯＤ）測定を行い、デバイス特性が変化していないことを検証することである。減衰速度測定の開始は、圧力センサーの上流で気体供給を中断して圧力を減衰させることによって行われる。実際の流量は、圧力減衰の勾配に正比例する。このプロセスはオフラインで実行され、これは、このプロセスが、ツール（すなわち、ＭＦＣまたはＭＦＭを利用しているデバイス）に、試験が行われている間、ウェハーの処理を停止するように要求することを意味する。これは、顧客の利益に影響を与えるので、あまり頻繁には行われず、これによって、長期間の間、低い歩留まりでプロセスが実行される可能性がある。

これらの問題のうちの１または複数に対処するために、開示の実施形態は、自己確認型質量流量制御器または自己確認型質量流量計を提供するためのシステムおよび方法を含む。これによって、質量流量制御器または質量流量計は、測定を行うためのダウンタイムを必要とすることなくリアルタイム情報を提供することが可能になる。

開示の実施形態は、自己確認型質量流量制御器または自己確認型質量流量計を、それらの質量流量制御器または質量流量計が利用されているツール／ツールコントローラーにソフトウェア変更を何ら必要とすることなく提供するための方法、装置およびコンピュータープログラム製品を含む。これは、コストおよび複雑さを顧客に追加することを要しない。なぜならば、ツールソフトウェアは変更されていないので、デバイスに対する開示した変更は、既存のツール設備と後方互換性を有するからである。開示の実施形態の他の利点は、バルブの漏れを判断するために減衰速度測定を実行するのに、別個のデバイスをツールに設置している必要性をなくす自己確認型質量流量制御器および自己確認型質量流量計を提供することを含むが、これに限定されるものではない。

一例として、開示の実施形態は、流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が前記質量流量制御器を通過する通路と、前記通路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、ツールパイロットバルブに結合された内部バルブであって、第１の空気圧ラインを受け取るとともに、該内部バルブからの第２の空気圧ラインを前記流入口の上流の外部隔離バルブに結合する内部バルブと、前記内部バルブを用いて前記第１の空気圧ラインを通って受け取られている空気流を阻止することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後、元の位置（in situ）での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する装置を含む。

また、開示の実施形態は、流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が前記質量流量制御器を通過する通路と、前記通路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、ツールコントローラーからの第１の電気ラインとツールパイロットバルブへの第２の電気ラインとの間に結合されるように構成された継電器と、バルブ閉鎖信号を前記第２の電気ラインを介して前記ツールパイロットバルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、元の位置での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する装置も含む。

更に、開示の実施形態は、装置であって、
流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が前記質量流量制御器を通過する通路と、前記通路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、前記質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、外部隔離バルブに結合されるように構成された継電器と、バルブ閉鎖信号を前記外部隔離バルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、元の位置での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する装置も含む。

上記に説明した質量流量制御器の実施形態のそれぞれは、質量流量計（すなわち、質量流量を測定するが、流量率を制御するコントローラーを備えていないデバイス）においても同様に構成することができる。

また、開示される実施形態は、空気圧ラインに結合する第１のバルブであって、前記空気圧ラインからの空気流を受け取ったことに応答して開放する第１のバルブと、電気信号を受信する第２のバルブであって、前記空気圧ラインからの前記空気流を阻止して前記第１のバルブを閉鎖させるように動作可能な第２のバルブとを具備する隔離バルブも含む。

追加の実施形態、利点および新規な特徴は、詳細な説明に述べられている。
本発明の例示の実施形態は、添付図面の図を参照して以下で詳細に説明される。これらの図は、引用することによって本明細書の一部をなす。

開示の実施形態による質量流量制御器の一般的な構成要素を示す図である。 質量流量制御器または質量流量計が処理ツールに設置される一般的な環境を示すブロック図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための一実施形態を示すブロック図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための第２の実施形態を示すブロック図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための第３の実施形態を示すブロック図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。 開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。

開示の実施形態は、質量流量制御器が利用されているツール／ツールコントローラーに対するソフトウェア変更を必要とすることがない自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含む。

開示の実施形態およびそれらの利点は、図１〜図８を参照することによって最もよく理解される。同様の参照符号は、様々な図面の同様の対応する部分に用いられている。開示の実施形態の他の特徴および利点は、以下の図および詳細な説明を検討すると、当業者には明らかであろう。全てのそのような追加の特徴および利点は、開示の実施形態の範囲内に含まれることが意図されている。更に、示した図は、例示にすぎず、種々の実施形態を実施することができる環境、アーキテクチャ、設計、またはプロセスに関する限定を主張することも意味することも何ら意図していない。

図１は、ＭＦＣの構成要素が取り付けられたプラットフォームであるステップ１１０を備える一般的な質量流量制御器１００を概略的に示している。熱式質量流量計１４０と、バルブ１７０を収容したバルブ組立体１５０とが、流体流入口１２０と流体流出口１３０との間においてステップ１１０上に取り付けられている。熱式質量流量計１４０は、通常は流体の大部分が通流するバイパス１４２と、流体のそれよりも少ない一部分が通流する熱式流量センサー１４６とを備える。

熱式流量センサー１４６は、取り付け板、すなわち基部１０８上に取り付けられたセンサーハウジング１０２（センサー１４６を示すために取り外されて示された部分）内に収容されている。センサー１４６は、通常は毛細管と呼ばれる小径の管であり、センサー流入口部分１４６Ａと、センサー流出口部分１４６Ｂと、２つの抵抗コイル、すなわち抵抗巻き線１４７、１４８が周囲に配置されているセンサー測定部分１４６Ｃとを有する。動作中、電流が２つの抵抗巻き線１４７、１４８に提供され、これらの巻き線は、センサー測定部分１４６Ｃと熱接触している。これらの抵抗巻き線１４７、１４８内の電流は、測定部分１４６内を流れる流体を、バイパス１４２を通流する流体の温度よりも高い温度に加熱する。巻き線１４７、１４８の抵抗は、温度とともに変化する。流体がセンサー導管を通流する際、熱が、上流の抵抗器１４７から下流の抵抗器１４８に向けて運ばれ、この温度差は、センサーを通る質量流量に比例する。

センサーを通る流体流量に関係した電気信号は、２つの抵抗巻き線１４７、１４８から導出される。この電気信号は、抵抗巻き線の抵抗の差からまたは各巻き線を特定の温度に維持するために各抵抗巻き線に提供されるエネルギーの量の差から等の複数の異なる方法で導出することができる。熱式質量流量計内の流体の流量率と相関する電気信号を求めることができる様々な方法の例は、例えば、同一出願人の米国特許第6,845,659号に記載されている。この米国特許は、引用することによって本明細書の一部をなす。信号処理後における抵抗巻き線１４７、１４８から導出された電気信号は、センサー出力信号を含む。

このセンサー出力信号は、電気信号が測定されたときに流体流量を求めることができるように質量流量計内の質量流量と相関している。センサー出力信号は、通常は、第１にセンサー１４６内の流量と相関し、次いで、この流量は、バイパス１４２内の質量流量と相関し、そのため、流量計を通る総流量を求めることができ、制御バルブ１７０をそれに応じて制御することができる。センサー出力信号と流体流量との間の相関は複雑であり、流体種、流量率、流入口圧力および／または流出口圧力、温度等を含む複数の動作条件に依存する。

未処理のセンサー出力を流体流量と相関させるプロセスは、質量流量制御器のチューニングおよび／または較正を伴い、多くの場合に１人または複数人の熟練オペレーターおよび特殊機器を必要とする、費用を要する労働集約的な手順である。例えば、質量流量センサーは、既知の流体の既知の量をセンサー部分に通し、或る特定の信号処理パラメーターを調整することによって、流体流量を正確に表す応答を提供するようにチューニングすることができる。例えば、この出力は、センサー出力の０Ｖ〜５Ｖ等の指定電圧範囲が、ゼロからセンサーの範囲の最高値までの流量率範囲に対応するように正規化することができる。この出力は、センサー出力の変化が流量率の変化に線形に対応するように線形化することもできる。出力が線形化された場合、例えば、流体出力を２倍にすると、電気出力が２倍になる。センサーの動的な応答、すなわち、流量または圧力の変化が求められるときに生じる圧力または流量率の変化の不正確な影響が求められ、そのような影響を補償することができるようにされる。

バイパスをセンサーに更に取り付けることができ、このバイパスは、流量計を通る総流量をセンサー出力信号から求めることができるように、質量流量センサー内を流れる流体と当該バイパス内を様々な既知の流量率で流れる流体との間の適切な関係を定める既知の流体を用いてチューニングされる。幾つかの質量流量制御器では、バイパスは用いられず、全流量がセンサーを通過する。質量流量センサー部分およびバイパスは、制御バルブおよび制御電子機器部分に更に結合することができ、更に既知の条件下で再度チューニングすることができる。制御電子機器および制御バルブの応答は、この場合、設定点または入力圧力の変化に対するシステムの全体応答が既知であるように特徴付けられ、この応答は、所望の応答を提供するようにシステムを制御するのに用いることができる。

エンドユーザーによって用いられる流体のタイプが、チューニングおよび／または較正において用いられるものと異なるとき、またはエンドユーザーによって用いられる流入口圧力および流出口圧力、温度、流量率の範囲等の動作条件が、チューニングおよび／または較正において用いられるものと異なるとき、質量流量制御器の動作は一般に劣化する。この理由によって、流量計は、追加の流体（「代用流体」と呼ばれる）および／または満足な応答を提供するのに必要なあらゆる変化がルックアップテーブルに記憶されている動作条件を用いてチューニングまたは較正することができる。Wang他に付与された米国特許第7,272,512号「Flow Sensor Signal Conversion」は、用いられる異なるプロセス流体ごとにデバイスを較正するのに代用流体を必要とするのではなく、異なる気体の特性が応答を調整するのに用いられるシステムを記載している。この米国特許は、本発明の譲受人によって所有され、引用することによって本明細書の一部をなす。

加えて、質量流量制御器１００は、通路内の圧力を測定するために、これに限定されるものではないが通常はバイパス１４２の上流の或る箇所で通路に結合された圧力トランスデューサー１１２を備えることができる。圧力トランスデューサー１１２は、圧力を示す圧力信号を提供する。開示の実施形態によれば、圧力トランスデューサー１１２は、減衰速度測定中に圧力を測定するのに用いられる。

制御電子機器１６０は、所望の質量流量を示す設定点と、センサー導管内を流れる流体の実際の質量流量を示す質量流量センサーからの電気流量信号とに従って制御バルブ１７０の位置を制御する。比例制御、積分制御、比例積分（ＰＩ）制御、微分制御、比例微分（ＰＤ）制御、積分微分（ＩＤ）制御および比例積分微分（ＰＩＤ）制御等の従来のフィードバック制御方法が、質量流量制御器において流体の流量を制御するのに用いられ得る。制御信号（例えば、制御バルブ駆動信号）は、流体の所望の質量流量を示す設定点信号と、質量流量センサーによって感知された実際の質量流量に関係したフィードバック信号との間の差である誤差信号に基づいて生成される。制御バルブは、主要流体通路（通常、バイパスおよび質量流量センサーの下流）に位置決めされ、主要流体通路を通流する流体の質量流量を変化させるように制御（例えば、開放または閉鎖）を受けることができ、この制御は、質量流量制御器によって提供される。

図示した例では、流量率は、電気導体１５８によって閉ループシステムコントローラー１６０に電圧信号として供給される。この信号は、電気導体１５９によって、増幅され、処理され、制御バルブ組立体１５０に供給されて、流量が変更される。この目的のために、コントローラー１６０は、質量流量センサー１４０からの信号を所定の値と比較し、それに応じて比例バルブ１７０を調整して所望の流量を達成する。

図１は、質量流量制御器１００が熱式質量流量センサーを備えることを示しているが、質量流量制御器１００は、開示される実施形態によれば、コリオリ型センサーを含む他のタイプの質量流量センサーを利用することができる。コリオリベースのセンサーを用いることの利点は、このセンサーが、温度、流量プロファイル、密度、粘性および同質性から独立して質量流量を求めることが可能であるということである。

図２は、気体供給ライン２０６を介した質量流量制御器１００への気体の供給を制御するツールコントローラー２００を備えるツールに質量流量制御器１００が設置されている一般的な環境を示すブロック図である。隔離バルブ２１０は、気体供給ライン２０６における質量流量制御器１００の上流に位置する。隔離バルブ２１０は、ツールパイロットバルブ２０４に連通結合されている。このツールパイロットバルブは、ツールコントローラー２００によって制御される。隔離バルブ２１０は、一般に、通常閉鎖バルブである。ツールコントローラー２００が、ツールパイロットバルブ２０４を開放すると、空気圧供給ライン２１２からの圧縮空気が隔離バルブ２１０を開放するように作動させる。ツールコントローラー２００がツールパイロットバルブ２０４を閉鎖すると、空気は供給されず、隔離バルブ２１０は閉鎖し、それによって、質量流量制御器１００への気体の供給は遮断される。このように、この環境では、質量流量制御器１００ではなく、ツールコントローラー２００のみが、隔離バルブの開放および閉鎖を制御することができる。したがって、質量流量制御器１００は、隔離バルブ２１０を閉鎖して質量流量制御器１００への気体の流れを停止することができないので、任意の特性変化（すなわち、性能損失）を特定する減衰速度測定をそれ自体で開始することができない。

それゆえに、図３は、開示の実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための第１の実施形態を開示している。この実施形態では、気体供給ライン２０６からの気体供給を中断するために、空気圧供給ライン２１２は、ツールパイロットバルブ２０４を通って、デバイスに供給される接続部を用いて質量流量制御器２５０に経路変更される。質量流量制御器２５０は、図１に示す質量流量制御器１００を変更したものである。質量流量制御器２５０は、ツールパイロットバルブ２０４と直列になるように構成された内部バルブ２０２を備えるように変更されている。図示した実施形態では、隔離バルブ２１０は、外部にあり、気体供給ライン２０６における質量流量制御器２５０の上流に位置する。ただし、幾つかの実施形態では、隔離バルブ２１０は、質量流量制御器２５０の内部に組み込むことができる。この場合も、隔離バルブ２１０は、一般に、圧縮空気が提供されて隔離バルブ２１０を開放するように作動させたときにのみ開放する通常閉鎖バルブである。

図３に開示した構成を利用すると、内部バルブ２０２を用いた質量流量制御器２５０は、ツールコントローラー２００が圧縮空気を供給したとき（すなわち、ツールコントローラーがパイロットバルブ２０４を開放したとき）、この圧縮空気の中断のみを行うことができることを見て取ることができる。このように、この実施形態では、質量流量制御器２５０は、ツールコントローラー２００が圧縮空気を供給しない場合、隔離バルブ２１０を開放することができない。しかしながら、この構成を利用すると、質量流量制御器２５０は、内部バルブ２０２を閉鎖することができるように構成され、それによって、圧縮空気供給が阻止され、その結果として、隔離バルブ２１０が閉鎖されて、質量流量制御器２５０への気体供給が遮断される。閉鎖されると、質量流量制御器２５０は、減衰速度測定を開始し実行するように構成されている。減衰速度測定を実行し、結果を検証した後、質量流量制御器２５０は、内部バルブ２０２を再び開放することができ、それによって、隔離バルブ２１０が開放され、質量流量制御器２００への気体供給が可能になる。

図６〜図８は、図３において説明したような質量流量制御器２５０を実施するための異なる実施形態を示している。例えば、図６は、ツールパイロットバルブ２０４と直列になるように構成された内部バルブ２０２を備える質量流量制御器２５０を示している。内部バルブ２０２は、ツールパイロットバルブ２０４からの第１の空気圧ライン２１２ｉを受け取り、第２の空気圧ライン２１２ｏを隔離バルブ２１０に経路設定している。この説明図に見て取ることができるように、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインは、質量流量制御器の上面にある開口を通る経路に設定されている。一方、図７は、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインが、質量流量制御器の側部に位置する開口を通って質量流量制御器に出入りする経路に設定されている異なる実施形態を示している。更に、図８は、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインが、変更された流入口ブロック２８０およびピエゾバルブ２８２を有する質量流量制御器を通る経路に設定されている別の実施形態を示している。

図６〜図８に示す実施形態は、単に説明例として提供されているにすぎず、質量流量制御器２５０を実施する非常に多くの方法を限定することを意図するものではない。例えば、内部バルブ２０２は、図示した実施形態のそれぞれにおいて特定のロケーションに存在するように示されているが、内部バルブ２０２は、質量流量制御器２５０内の他の場所に組み込むことができる。加えて、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインを経路設定する質量流量制御器における開口は、質量流量制御器上の任意の数のロケーションに位置することができる。

次に図４および図５に移ると、自己確認型質量流量制御器を提供するための代替の実施形態が提供されている。例えば、図４および図５にそれぞれ示す質量流量制御器３００、３５０は、内部バルブ２０２を備えていないが、代わりに、質量流量制御器が隔離バルブ２１０の閉鎖を引き起こす信号を送信することを可能にするための追加のまたは変更された電気構成要素を備える。例えば、図４に関して、質量流量制御器３００は、ツールパイロットバルブ２０４を制御するための電気ライン２１４と直列の継電器１８０を備えるように構成されている。継電器１８０は、質量流量制御器３００の電子機器１６０の電気構成要素とすることもできるし、この電子機器によって制御することもできる。

１つの実施形態では、質量流量制御器３００は、隔離バルブ２１０がツールコントローラー２００によって事前に開放されていたとき、或る期間中に減衰速度測定を実行するために隔離バルブ２１０を閉鎖するパイロットバルブ制御信号を送信することができるように構成されている。減衰速度測定を実行し、結果を検証した後、質量流量制御器３００は、隔離バルブ２２２を再び開放して質量流量制御器３００への気体供給を可能にする第２のパイロットバルブ制御信号を送信することができる。好ましい実施形態では、ツールコントローラー２００が隔離バルブ２１０を閉鎖しているとき、質量流量制御器３００は、この隔離バルブを開放することができないように構成される。図３の実施形態に対する図４に開示の実施形態の利点は、質量流量制御器３００が追加の内部バルブ構成要素を必要としないことに起因して、質量流量制御器３００を作製するコストが質量流量制御器２５０のコストよりも少ないということである。一方、不利な点は、質量流量制御器３００では、ツールの配線に対する要件が増加するということである。

図５は、電気構成要素１９０を備える別の実施形態の質量流量制御器３５０を提示している。この電気構成要素は、質量流量制御器３５０が、隔離バルブ２１０Ｍの閉鎖を引き起こす信号を隔離バルブ２１０Ｍに送信することを可能にするように構成されている。隔離バルブ２１０Ｍは、一般的な隔離バルブを変更したものである。隔離バルブ２１０Ｍは、質量流量制御器３５０から隔離バルブ制御信号を受信するための追加構成要素と、質量流量制御器３５０から隔離バルブ制御信号を受信したことに応答して、空気圧ライン２１２によって受け取られる圧縮空気を阻止することができる追加のバルブ２１１とを備える。この阻止によって、更に、隔離バルブ２１０Ｍは閉鎖し、それによって、質量流量制御器３５０への気体の流れが防止され、質量流量制御器３５０が減衰速度測定を実行することが可能になる。１つの実施形態では、バルブ２１１はソレノイドバルブである。加えて、幾つかの実施形態では、バルブ２１１は、既存の隔離バルブに結合されるように構成可能な別個の構成要素（例えば、キャップ）とすることができる。

上記で説明したように、質量流量制御器２５０、３００、３５０は、この明細書では、プロセスが実行されている間、減衰速度測定を行うためのそれ自体の要件に基づいて、隔離バルブ２１０がいつ閉鎖または開放されるのかを制御することができる。加えて、質量流量制御器２５０、３００、３５０は、減衰速度測定を完了するのに必要な時間を求め、ツールプロセスを妨害することなく（すなわち、ツールがオフラインになる必要なく）、その処理時間におけるパターンを解析して、質量流量制御器が減衰速度測定を完了することを可能にする処理時間セグメントを特定し、減衰速度測定の結果を評価し、質量流量制御器の特性が所与の時間期間で或る量だけ変化したことをその内部減衰速度測定が示している場合にアラームを発生するようにプログラムすることができる。例えば、所与の設定点における精度は、２週間の期間にわたって２％よりも大きく変化している。このように、開示の実施形態は、測定を行うのにダウンタイムを必要とすることなくリアルタイム情報を提供することができる自己確認型質量流量制御器を提供する。

更に、或る特定の実施形態では、質量流量制御器２５０、３００、３５０は、上記で説明した減衰速度測定に基づいてその較正およびオフセットを自己補正するように構成することができる。

測定および結果に対する制限を設定するために複数のパラメーターをプログラムすることができる。例えば、連続的に、または５秒ごとに、５分ごとに、５時間ごとに、若しくは他の任意の時間間隔で自動的に測定を行うようにデバイスをプログラムすることができる。幾つかの設定点においてのみ、または各設定点が変化した後等に１度だけ測定を行うようにデバイスをプログラムすることもできる。質量流量制御器は、測定を完了するのに十分な時間があると判断しない限り、減衰速度測定を開始しないように構成することもできる。デバイスは、複数の異なる測定モードも有することができる。例えば、より低い分解能を有する「クイック」測定を頻繁に実行して、平均することができる一方、ツールに対して定期的に実行される毎日のメンテナンス検査中には、「メンテナンス」高分解能モードを実行することができる。

他のパラメーターは、減衰速度測定の継続時間、すなわち、上流バルブを閉鎖に設定して圧力減衰を強制的に行う時間の長さを制御するように構成することができる。例えば、これは、測定に対する時間制限または許容される最大圧力降下のいずれかを有することによって制御することができる。一方または双方を制限することは、測定が、数秒間しか続かない設定点等、プロセス時間が制限されているときに実行されることを可能にするか、または圧力が元に戻されているとき、流れに対する潜在的な乱れを制限することを可能にする。

質量流量制御器は、これに限定されるものではないが減衰速度測定等の、タイムスタンプを伴った、当該質量流量制御器の内部で実行された様々な測定、経時的な流量特性の変化、デバイスオフセットの変化およびバルブまたはツールを通る漏れ、デバイスに見られる最大圧力および最大温度、ゼロルーチンの要求等のデータログ記録および傾向化を可能にする追加のフラッシュメモリも装備することができる。

それゆえに、上記で説明したように、開示の実施形態の利点は、バルブの漏れを検査するための減衰速度測定を実行するのに、別個のデバイスをツールに設置している必要性をなくす自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含むが、これに限定されるものではない。加えて、開示の実施形態は、既存のツールソフトウェアに対する変更を行うことなく、ＭＦＣの内部で減衰速度測定を実行することを可能にする。これは、コストおよび複雑さを顧客に追加することを要しない。なぜならば、デバイスに対する開示した変更は、既存のツール設備と後方互換性を有するからである。更に、図６〜図８に示すように、開示の実施形態は、既存の質量流量制御器のフットプリント／構造内に適合し、したがって、実施のコストが削減され、現在のツール構成との互換性が維持される。加えて、開示の実施形態は、既存のツールに対する（おそらく追加の配線以外の）ソフトウェア変更もハードウェア変更も何ら必要とすることなく、新たな診断能力を旧式のツールに追加する。その上、開示の実施形態は、気体スティック上の既存の構成要素（すなわち、上流隔離バルブ等であるが、これらに限定されない、気体供給ラインに沿った構成要素）を利用し、それによって、コストが更に減少し、既存のツールとの互換性が維持される。追加の利益として、気体の流れを停止するのに、質量流量制御器に専用の隔離バルブを組み込む代わりに、気体スティック上の上流隔離バルブを用いることによって、コストが削減され、質量流量制御器により多くの内部体積が提供される。

加えて、質量流量制御器に隔離バルブを制御させることの便益は、質量流量制御器制御システムが極めて高速に動作し、ツールコントローラーが必要な時間制約内に行うことができない重要な計算および論理判定を行うことができるということである。加えて、質量流量制御器は、ツールのオペレーターによるのではなく、質量流量制御器のプロバイダーによって構成されるので、これらの質量流量制御器のプロバイダーは、質量流量制御器が制御を失う状況にならないことを確実にすることができる。例えば、質量流量制御器は、許容することができる圧力の変化の規模、所与の流量率および流入口圧力について正確な測定を行うには、どれくらいの大きさの圧力降下が必要であるのか、および、正確な測定を行うにはどれくらいの長さの時間が必要であるのかを知るように構成される。加えて、上述したように、質量流量制御器は、いつ測定を行うことができるのかに関して知的な判定を行うように構成することができ、設定点の変更またはツールを遮断するコマンド等のユーザーからのコマンドに基づいて測定を迅速に中止することができる。

上記実施形態についての具体的な詳細を説明してきたが、上記ハードウェアおよびソフトウェアの説明は、単なる例示の実施形態として意図されているにすぎず、開示の実施形態の構造も実施態様も限定するように意図されていない。

加えて、開示の実施形態の或る特定の態様は、上記で概説したように、１または複数の処理ユニット／構成要素を用いて実行されるソフトウェアに具現化することができる。この技術のプログラムの態様は、通常は或るタイプの機械可読媒体上に担持されるかまたはその機械可読媒体に具現化される実行可能コードおよび／または関連データの形態の「製品」または「製造物品」と考えることができる。有形の非一時的な「記憶装置」型媒体には、ソフトウェアプログラミング用にいつでも記憶装置を提供することができる、様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ、光ディスクまたは磁気ディスク等の、コンピューター、プロセッサ等、またはそれらの関連モジュールのためのメモリまたは他の記憶装置のうちの任意のものまたはそれらの全てが含まれる。

当業者であれば、本教示が、様々な変更形態および／または強化形態に適用可能であることを認識するであろう。上記内容は最良の形態とみなされるものおよび／または他の例を説明しているが、様々な変更をそれらに行うことができること、本明細書に開示した主題は様々な形態および例で実施することができること、並びにそれらの教示は多数の用途において適用することができ、それらの用途の一部しか本明細書に説明されていないことが理解される。そのような変更は、本教示の真の範囲内に包含されるように意図されている。

例えば、上記図および記載された説明は、質量流量制御器の様々な実施形態を開示しているが、開示した変更は、流量率を求めるためにおよび／またはバルブの漏れを判断するために減衰速度測定を開始するように動作可能な自己確認型質量流量計を可能にする質量流量計にも同様に行うことができる。主な相違は、質量流量計が、バルブを調整して所望の流量率を達成するように動作するコントローラーを備えていないということである。添付の特許請求の範囲の範囲は、質量流量制御器だけでなく質量流量計および他の同様の流量測定／制御デバイスも包含するように意図されている。

本明細書に用いられる術語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明の限定であるように意図されていない。数量が特定されていないもの（the singular forms "a", "an" and "the"）は、本明細書において用いられるとき、文脈が複数形を含まないことを明確に示していない限り、複数形も同様に含むように意図されている。「備える」（"comprise" and/or "comprising"）という用語は、この明細書および／または特許請求の範囲において用いられるとき、明記した特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素が存在することを明示しているが、１または複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／または、それらの群が存在することまたは追加されることを排除していないことが更に理解されるであろう。添付の特許請求の範囲における全ての手段またはステップに機能を加えた要素の対応する構造、材料、動作および均等物は、その機能を、具体的に請求項に記載されている他の請求項に記載の要素と組み合わせて実行するための任意の構造、材料、または動作を含むように意図されている。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、開示した形態の発明に限定されることも意図するものではない。

本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの変更形態および変形形態が当業者に明らかであろう。実施形態の記述は、本発明の原理および実用的な用途を説明するとともに、他の当業者が、考慮されている特定の使用に適するように様々な変更を有する様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために選ばれて記載されている。請求項の範囲は、開示の実施形態および任意のそのような変更を広く包含するように意図されている。

１００ 質量流量制御器
１０２ センサーハウジング
１０８ 基部
１１０ ステップ
１１２ 圧力トランスデューサー
１２０ 流体流入口
１３０ 流体流出口
１４０ 熱式質量流量計
１４０ 質量流量センサー
１４２ バイパス
１４６ 熱式流量センサー
１４６Ａ センサー流入口部分
１４６Ｂ センサー流出口部分
１４６Ｃ センサー測定部分
１４７ 抵抗器
１４８ 抵抗器
１５０ 制御バルブ組立体
１５８ 電気導体
１５９ 電気導体
１６０ 閉ループシステムコントローラー
１７０ 制御バルブ
１８０ 継電器
１９０ 電気構成要素
２００ ツールコントローラー
２０２ 内部バルブ
２０４ ツールパイロットバルブ
２０６ 気体供給ライン
２１０ 隔離バルブ
２１０Ｍ 隔離バルブ
２１１ バルブ
２１２ 空気圧供給ライン
２１２ｉ 第１の空気圧ライン
２１２ｏ 第２の空気圧ライン
２１４ 電気ライン
２２２ 隔離バルブ
２５０ 質量流量制御器
２８０ 流入口ブロック
２８２ ピエゾバルブ
３００ 質量流量制御器
３５０ 質量流量制御器

Claims (17)

1. 装置であって、
   上流側に外部隔離バルブを設けた気体供給ラインから流体を受け取る流入口と、
   前記流体が該装置を通過する通路と、
   前記通路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、
   前記通路に結合され該通路内の所定部位で圧力を測定する圧力トランスデューサーと、
   該装置内に配設され、外部ツールパイロットバルブに結合された第１の空気圧ラインを受容する内部バルブであって、該内部バルブからの第２の空気圧ラインを前記流入口の上流の外部隔離バルブに結合する内部バルブと、
   前記内部バルブを用いて前記第１の空気圧ラインを通って受け取られる空気流を阻止することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後、原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように構成された少なくとも１つの処理構成要素と、を具備する装置。
2. 前記第１の空気圧ラインおよび前記第２の空気圧ラインは、該装置の上面上の開口を通る経路に設定されている請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の空気圧ラインおよび前記第２の空気圧ラインは、該装置の側面上の開口を通る経路に設定されている請求項１に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、減衰速度測定を完了するための時間の長さを特定する命令と、該装置を利用しているツールのプロセスを妨害することなく、該ツールの処理時間におけるパターンを解析して、該装置が前記減衰速度測定を完了することを可能にする処理時間セグメントを特定する命令と、特定された処理時間セグメント中に前記原位置減衰速度測定を実行する命令とを実行するように更に構成されている請求項２に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、該装置の特性が所与の時間期間に或る量だけ変化したことを前記原位置減衰速度測定が示している場合、アラームを発生する命令を実行するように更に構成されている請求項２に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、２つの異なる測定モードのうちの一方で前記原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように更に構成されている請求項２に記載の装置。
7. 該装置の内部で実行された様々な測定の内部でのログ記録および傾向化のためのメモリを更に備える請求項２に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記原位置減衰速度測定の結果に基づいて該処理構成要素の較正およびオフセットを自己補正する命令を実行するように更に構成されている請求項２に記載の装置。
9. 装置であって、
   外部隔離バルブを有した上流側の気体供給ラインから流体を受け取る流入口と、
   該装置を通過させて前記流体を流通させる通路と、
   前記通路を流通する前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、
   前記通路に結合され該通路内の所定部位で圧力を測定する圧力トランスデューサーと、
   該装置内に配設された継電器であって、ツールコントローラーからの第１の電気ラインと外部ツールパイロットバルブへの第２の電気ラインとの間に結合されるように構成された継電器と、
   バルブ閉鎖信号を前記第２の電気ラインを介して前記外部ツールパイロットバルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように構成された少なくとも１つの処理構成要素と、を具備する装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記少なくとも１つの処理構成要素は、減衰速度測定を完了するための時間の長さを特定する命令と、該装置を利用しているツールのプロセスを妨害することなく、該ツールの処理時間におけるパターンを解析して、該装置が前記減衰速度測定を完了することを可能にする処理時間セグメントを特定する命令と、特定された処理時間セグメント中に前記原位置減衰速度測定を実行する命令とを実行するように更に構成されている、装置。
11. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、２つの異なる測定モードのうちの一方で前記原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように更に構成されている請求項９に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記原位置減衰速度測定の結果に基づいて該処理構成要素の較正およびオフセットを自己補正する命令を実行するように更に構成されている請求項９に記載の装置。
13. 装置であって、
    外部隔離バルブを有した上流側の気体供給ラインから流体を受け取る流入口と、
    該装置を通過させて前記流体を流通させる通路と、
    前記通路を流通する前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、
    前記通路に結合され該通路内の所定部位で圧力を測定する圧力トランスデューサーと、
    該装置内に配設された継電器であって、前記外部隔離バルブに結合されるように構成された継電器と、
    バルブ閉鎖信号を前記外部隔離バルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように構成された少なくとも１つの処理構成要素と、を具備する装置。
14. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、減衰速度測定を完了するための時間の長さを特定する命令と、該装置を利用しているツールのプロセスを妨害することなく、該ツールの処理時間におけるパターンを解析して、該装置が前記減衰速度測定を完了することを可能にする処理時間セグメントを特定する命令と、特定された処理時間セグメント中に前記原位置減衰速度測定を実行する命令と、前記装置の特性が所与の時間期間で或る量だけ変化したことを前記原位置減衰速度測定が示している場合、アラームを発生する命令とを実行するように更に構成されている請求項１３に記載の装置。
15. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、２つの異なる測定モードのうちの一方で前記原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように更に構成されている請求項１３に記載の装置。
16. 前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記原位置減衰速度測定の結果に基づいて該処理構成要素の較正およびオフセットを自己補正する命令を実行するように更に構成されている請求項１３に記載の装置。
17. 装置であって、
    外部隔離バルブを有した上流側の気体供給ラインから流体を受け取る流入口と、
    該装置を通過させて前記流体を流通させる通路と、
    前記通路を流通する前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、
    前記通路に結合され該通路内の所定部位で圧力を測定する圧力トランスデューサーと、
    該装置内に配設された電気的構成要素であって、前記外部隔離バルブに結合されるように構成された電気的構成要素と、
    バルブ閉鎖信号を前記外部隔離バルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、原位置減衰速度測定を実行する命令を実行するように構成された少なくとも１つの処理構成要素と、を具備する装置であって、
    前記外部隔離バルブが、
    空気圧ラインに結合され、該空気圧ラインからの空気流を受け取ったことに応答して開放する第１のバルブと、
    電気信号を前記電気的構成要素から受信する第２のバルブであって、前記空気圧ラインからの前記空気流を阻止して前記第１のバルブを閉鎖させるように動作可能な第２のバルブと、を具備する、装置。

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