KR102106825B1 - 질량 유량 컨트롤러 및 유체 유형에 걸쳐 개선된 성능을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

다양한 유체 유형의 유량의 제어를 개선하기 위한 시스템 및 방법이 기술된다. 이 방법은 제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 유형을 선택하는 단계와 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량 정보를 얻는 단계를 포함한다. 복수의 유량 및 압력 값 쌍 각각에 대해, 대응하는 제어 신호 값을 포함하는 일반 특성화 데이터가 얻어지고, 수학식 F_adj = F_cal * (M_cal/M_pr)^k에 따라 일반 특성화 데이터 내의 유량 값들을 수정함으로써 작동 특성화 데이터가 생성되며, 여기서 F_adj는 조절된 유량 값이고, F_cal은 보정된 유량 값이며, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이고, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량이다. 작동 특성화 데이터는 이어서 질량 유량 컨트롤러의 밸브를 개루프 제어 모드로 작동시키기 위해 사용된다.

Description

질량 유량 컨트롤러 및 유체 유형에 걸쳐 개선된 성능을 위한 방법{MASS FLOW CONTROLLER AND METHOD FOR IMPROVED PERFORMANCE ACROSS FLUID TYPES}

본 발명은 제어 시스템에 관한 것이며, 특히, 비제한적으로, 본 발명은 유체의 유량을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전형적인 질량 유량 컨트롤러(mass flow controller; MFC)는, 특히, 열 및 건식 에칭과 같은 산업 공정에서 가스의 유량을 설정, 측정 및 제어하는 폐루프 장치이다. MFC의 중요 부분은 장치를 통해 유동하는 가스의 질량 유량율을 측정하는 센서이다. 전형적으로, MFC의 폐루프 제어 시스템은 센서로부터의 출력 신호를 사전결정된 설정치(set point)와 비교하고, 가스의 질량 유량율을 사전결정된 설정치로 유지시키기 위해 제어 밸브를 조절한다.

폐루프 제어 알고리즘은, 정확하게 조정되면, 지정된 유체 유량 설정치로부터의 편차를 유발하는 유체 유동 상태의 변화에 응하여 유체의 유량을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 유체 유동 상태의 변화는 흔히 예를 들어 압력, 온도 등의 변화에 의해 유발된다. 이들 변화에 의해 유발되는 지정된 유체 유량 설정치로부터의 편차가 검출되어, 폐루프 제어 알고리즘의 피드백 루프 내의 감지 장치에 의해 생성되는 측정치(예컨대, 피드백 신호)(예컨대, 유량 센서로부터의 유량 센서 측정치)에 기초하여 보정된다.

그러나, 유체 유동 상태가 예를 들어 급격한 압력 변화로 인해 급격히 변할 때, 피드백 루프에 의해 사용되는 감지 장치가 포화되거나 신뢰할 수 없는 피드백 신호를 생성할 수 있다. 유량 컨트롤러가 예를 들어 폐루프 제어 알고리즘 내에서 이들 포화된 및/또는 신뢰할 수 없는 피드백 신호를 사용하면, 유량 컨트롤러는 지정된 유체 유량 설정치에 따라 유체를 전달하지 않을 수 있다. 유량 컨트롤러는 예를 들어 상기 신뢰할 수 없는 피드백 신호에 기초하여 유체 유동 상태의 변화를 과보상(over-compensate) 또는 저보상(under-compensate)할 수 있다.

폐루프 시스템이 양호하게 수행되지 않는 다른 작동 모드는 밸브가 요구되는 위치로부터 비교적 멀리 떨어져 있을 때이다. 예를 들어, MFC가 제로 설정치(제로 밸브 위치)에 있고, 이어서 그것에 비-제로 설정치가 주어질 때, 밸브가 제로 위치로부터 뚜렷한 유동이 나타나고 폐루프 알고리즘이 정확하게 작동을 시작하는 위치로 이동하는 데 비교적 긴 시간이 소요된다. 이는 긴 응답 지연과 MFC의 좋지 못한 성능을 유발한다.

폐루프 시스템이 양호하게 수행되지 않을 때 공정 가스에 대한 제어를 개선하기 위해 MFC 내에 개루프 시스템이 사용되었다. 이들 시스템에서, 보정 가스(예컨대, 질소)와 관련하여 얻어진 밸브 특성화 데이터가 개루프 작동 모드에서 MFC의 밸브의 위치를 제어하기 위해 사용되었다. 그러나, 상이한 공정 가스에 대한 밸브 특성이 보정 가스와 매우 상이할 수 있으며; 따라서 이들 전형적인 MFC가 보정 가스와 상이한 공정을 실행 중이면, MFC의 성능이 상당히 열화될 수 있다.

따라서, 현재의 폐루프 및 개루프 방법의 부족한 점을 해소하는 새로운 획기적인 특징을 제공하는 방법 및/또는 장치가 필요하다.

도면에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예가 아래에 요약된다. 이들 및 다른 실시예는 상세한 설명 섹션에 더욱 상세히 기술된다. 그러나, 본 발명을 이러한 발명의 개요 또는 상세한 설명에 기술된 형태로 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는 특허청구범위에 표현된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 많은 수정, 등가물 및 대안적인 구성이 존재한다는 것을 인식할 수 있다.

본 발명의 태양은 공정 가스의 질량 유량을 질량 유량 컨트롤러로 제어하기 위한 방법으로서, 제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 유형을 선택하는 단계, 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량 정보를 얻는 단계, 원하는 질량 유량에 대응하는 설정치 신호를 수신하는 단계, 및 압력 센서에 의해 생성되는 공정 가스의 압력 측정치를 수신하는 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 이 방법은 임계 조건을 만족시키는 유체의 압력 변화율에 응하여, 측정된 유량율과 원하는 질량 유량율 사이의 차이에 기초하여 질량 유량 컨트롤러의 밸브를 제어하는 피드백 제어 루프를 해제시키는 단계와 F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값을 사용하여 원하는 유량 값 및 압력에 대한 공정 제어 신호 값을 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 F_pr은 원하는 공정 가스 유량 값이고, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이며, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량이다. 이어서 공정 가스를 원하는 유량율로 제공하기 위해 공정 제어 신호는 공정 제어 신호 값에서 밸브에 적용된다.

다른 태양은 제어 신호에 응하여 유체의 유량율을 제어하도록 조절가능한 밸브와 유체의 압력을 나타내는 압력 신호를 제공하는 압력 변환기를 포함하는 질량 유량 컨트롤러로서 특징지어질 수 있다. 또한, 메모리가 보정 가스와 관련하여 질량 유량 컨트롤러를 특성화시키는 일반 특성화 데이터를 저장하고, 질량 유량 센서가 유체의 측정된 유량율을 제공한다. 다중 가스 제어 구성요소가 F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값을 사용하여 원하는 유량 값 및 압력에 대한 개루프 공정 제어 신호 값을 생성하며, 여기서 F_pr은 원하는 공정 가스 유량 값이고, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이며, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량이다. 다중 모드 제어 구성요소가 유체의 압력 변화율이 임계 조건을 만족시킬 때 피드백 제어 루프를 해제시키고, 개루프 공정 제어 신호를 사용하여 밸브를 제어한다.

본 발명의 다양한 목적 및 이점과 더욱 완전한 이해가 첨부 도면과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명과 첨부 특허청구범위를 참조하여 명백하고 더욱 쉽게 인식된다.
도 1은 다중-모드 제어 접근법을 사용하는 그리고 제어되는 공정 가스의 유형에 기초하여 공정 제어 신호를 적용하는 예시적인 질량 유량 컨트롤러를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 일반 특성화 데이터를 도시한 표이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예와 관련하여 수행될 수 있는 예시적인 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 질량 유량 컨트롤러의 다른 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예와 관련하여 수행될 수 있는 예시적인 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 질량 유량 컨트롤러의 또 다른 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 7은 도 6에 도시된 작동 특성화 데이터의 조절을 유발하는 예시적인 일련의 이벤트를 도시한 그래프이다.
도 8은 질량 유량 컨트롤러의 또 다른 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 9는 실행 시간 중 도 8에 도시된 질량 유량 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 공정을 도시한 순서도이다.
도 10a는 개시 제어 신호에 대한 과도 유량 조건을 도시한 그래프이다.
도 10b는 다른 개시 제어 신호에 대한 과도 유량 조건을 도시한 그래프이다.
도 10c는 또 다른 개시 제어 신호에 대한 과도 유량 조건을 도시한 그래프이다.
도 11은 4개의 상이한 온도에 대한 유량 대 제어 신호 곡선을 도시한 그래프이다.
도 12는 제어 신호 대 유량 곡선을 도시한 그래프이다.
도 13은 상이한 온도에서 도 8에 도시된 질량 유량 컨트롤러에 대한 2개의 제어 신호 대 유량 곡선을 도시한 그래프이다.
도 14는 도 1, 4, 6 및 8에 도시된 질량 유량 컨트롤러를 실현하기 위해 사용될 수 있는 물리적 구성요소들을 도시한 블록 다이어그램이다.

이제, 동일하거나 유사한 요소들이 여러 도면 전반에 걸쳐 적절한 곳에서 동일 도면 부호로 표기되는 도면을 참조하면, 특히 도 1을 참조하면, 그것은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 MFC(100)의 기능 블록 다이어그램이다. 본 명세서에서 추가로 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 태양은 다양한 유체 유형(예컨대, 가스 유형)에 대한 질량 유량 컨트롤러(100)의 개선된 특성화와 MFC(100)의 성능을 개선하기 위한 개선된 특성화의 적용을 포함한다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서, MFC(100)의 기부(base; 105)는 가스가 통과하여 유동하는 바이패스(110)를 포함한다. 바이패스(110)는 일정한 비율의 가스를 주 경로(main path; 115) 및 센서 관(sensor tube; 120)을 통해 지향시킨다. 그 결과, 센서 관(120)을 통한 유체의 유량율이 MFC(100)의 주 경로(115)를 통해 유동하는 유체의 유량율을 나타낸다.

몇몇 실시예에서, MFC(100)에 의해 제어되는 유체는 가스(예컨대, 질소)이지만, 본 개시의 이익을 향수하는 당업자는 MFC(100)에 의해 전달되는 유체가 예를 들어 가스 또는 액체와 같은, 임의의 상(phase)의 화합물 및/또는 원소의 혼합물을 비롯한 임의의 종류의 유체일 수 있는 것을 인식할 것이다. 응용에 따라, MFC(100)는 가스 상태의 유체(예컨대, 질소) 및/또는 액체 상태의 유체(예컨대, 염산)를 예를 들어 반도체 설비 내의 공구에 전달할 수 있다. MFC(100)는 많은 실시예에서 유체를 고압 저온 하에서 상이한 유형의 컨테이너 또는 용기에 전달하도록 구성된다.

센서 관(120)은 MFC(100)의 열 질량 유량 센서(125)의 일부인 작은 보어 관(bore tube)일 수 있다. 일반적으로, 질량 유량 센서(125)는 MFC(100)의 주 경로(115)를 통한 유체의 질량 유량율을 나타내는 출력 신호(130)를 제공한다. 당업자가 인식할 바와 같이, 질량 유량 센서(125)는 센서 관(120)의 외측에 결합되는(예컨대, 그 주위로 권취되는) 감지 요소를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 감지 요소는 저항 온도계 요소(예컨대, 전도성 와이어의 코일)이지만, 다른 유형의 센서(예컨대, 저항 온도 검출기(RTD 및 열전대))도 또한 사용될 수 있다. 또한, 다른 실시예는 분명히 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상이한 개수의 센서와 센서로부터의 신호를 처리하기 위한 상이한 아키텍처를 사용할 수 있다.

당업자는 또한 질량 유량 센서(125)가 또한 센서 관(120)을 통한 유량율을 나타내는, 따라서 MFC(100)의 주 경로(115)를 통한 유속을 나타내는 출력을 제공하는 감지 요소 회로(예컨대, 브리지 회로)를 포함할 수 있는 것을 인식할 것이다. 또한, 출력은 결과적으로 생성된 출력 신호(130)가 MFC(100)의 주 유동 경로(115)를 통한 유체의 질량 유량율의 디지털 표현이도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 질량 유량 센서는 출력 신호(130)를 생성하기 위해 증폭 및 아날로그-디지털 변환 구성요소를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 열 질량 유량 센서(125)는 층류 센서(laminar flow sensor), 코리올리 유량 센서, 초음파 유량 센서 또는 차압 센서에 의해 실현될 수 있다. 압력 측정치는 게이지 압력 센서, 차동 센서, 절대 압력 센서 또는 압전 저항 압력 센서에 의해 제공될 수 있다. 변형예에서, 질량 유량 센서(125) 및/또는 압력 측정치는 유체의 유량을 정확하게 측정하기 위해 다른 센서(예컨대, 온도 센서)의 임의의 조합과 조합되어 사용된다. 이들 조합은 예를 들어 유체 유량을 제어하고/제어하거나 다중 모드 제어 알고리즘을 하나의 모드로부터 다른 모드로 변경할지를 결정하기 위해 폐루프 모드 또는 개루프 모드의 피드백 루프에 사용된다.

이 실시예의 제어 구성요소(140)는 일반적으로 설정치 신호(155)에 기초하여 제어 밸브(150)의 위치를 제어하기 위해 제어 신호(145)를 생성하도록 구성된다. 제어 밸브(150)는 피에조 밸브 또는 솔레노이드 밸브에 의해 실현될 수 있고, 제어 신호(145)는 전압(피에조 밸브의 경우에) 또는 전류(솔레노이드 밸브의 경우에)일 수 있다. 또한 당업자가 인식할 바와 같이, MFC(100)는 제어 구성요소(140)에 압력 및 온도 입력을 제공하는 압력 및 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서는 센서 관(120)의 상류에서 또는 바이패스(110)의 하류에서 주 경로 내의 압력을 감지하도록 배치될 수 있다.

이 실시예에서, 제어 구성요소(140)는 다양한 작동 가스와 관련하여 (예컨대, 압력 스윙에 걸쳐) 다양한 작동 조건에 대해 개선된 제어를 제공하기 위해 폐루프 모드 및 개루프 모드 둘 모두로 작동한다. 보다 구체적으로, 이 실시예의 제어 구성요소(140)는 다중 모드 제어 구성요소(160)와 다중 가스 제어 구성요소(162)를 포함한다. 본 개시를 고려하여 당업자가 인식할 바와 같이, 제어 구성요소(140)의 이들 및 다른 구성요소들이 소프트웨어(예컨대, 유형의 비-휘발성 메모리 내에 저장됨), 하드웨어 및/또는 펌웨어 또는 이들의 조합을 비롯한 다양한 구성요소에 의해 실현될 수 있고, 이러한 구성요소들은 본 명세서에 추가로 기술되는 방법을 실시하는 비-일시적 프로세서 판독가능 명령을 저장하고 실행할 수 있다.

일반적으로, 다중 모드 제어 구성요소(160)는 질량 유량 컨트롤러(100)의 작동을 질량 유량 센서(125)의 출력(130)에 영향을 미치는 조건에 따라 폐루프 모드와 개루프 모드 사이에서 교번시키도록 작동한다. 몇몇 경우에, 작동 조건이 질량 유량 센서(125)의 출력(130)이 합리적으로 신뢰될 수 없을 정도로 질량 유량 컨트롤러(100)에 영향을 미치며, 그 결과, 다중 모드 제어 구성요소(160)가 개루프 모드로 작동한다.

보다 구체적으로, 다중 모드 제어 구성요소(160)는 압력 센서(178)로부터 유체 압력의 표시를 수신하도록 배치되고, 다중 모드 제어 구성요소(160)는 열 유량 센서(125)가 신뢰할 수 없는 출력(130)을 생성하도록 하는 급격한 압력 변화가 발생할 때 폐루프 모드로부터 개루프 모드로 변하도록 구성된다.

다중 모드 제어 구성요소(160)는 예를 들어 폐루프 제어 알고리즘을 해제(disengage)시키고 개루프 제어 알고리즘을 채용(engage)함으로써 폐루프 모드로부터 개루프 모드로 변한다. 외란(들)(disturbance(s))이 진정되었을 때 또는 정의된 시간 기간 후에, 다중 모드 제어 구성요소(160)는 개루프 모드로부터 다시 폐루프 모드로 변하도록 구성된다. 많은 구현예에서, 개루프 제어 모드를 트리거하는 압력 변화 임계 조건은 다중 모드 제어 구성요소(160)가 유량 센서(125)의 작동 범위의 상한(upper boundary)에서 또는 그것 부근에서 폐루프 모드로부터 개루프 모드로 변하도록 정의된다. 몇몇 실시예에서, 유량 컨트롤러(100)는 다중 모드 변화를 결정하기 위해 그리고/또는 유체의 유량을 제어하기 위해 온도 센서(미도시)와 같은 다른 장치 또는 센서로부터 지표를 수신하고 사용한다.

몇몇 실시예에서, 개루프 모드로부터 폐루프 모드로 변할 때, 질량 유량 컨트롤러(100)는 개루프 모드로부터 다시 폐루프 모드로의 매끄러운 전이를 생성하기 위해 폐루프 제어를 위한 피드백 신호로서 유체 유량 설정치(155)와 유량 센서 측정치(130)를 지정된 비율로 사용한다. 이러한 전이 기술(또한 "범프리스(bumpless)" 전이로도 지칭됨)은 개루프 모드로 일정 시간 기간 동안 작동한 후 유체 유량율이 유체 유량 설정치에 있지 않거나, 또는 대체로 그것에 있지 않을 때 적절하다. 몇몇 구현예에서, 범프리스 전이 기술은 개루프 모드를 폐루프 모드로 그리고 그 반대로 변화시키기 위해 사용된다.

그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "다중 모드 제어 알고리즘(Multi-mode Control Algorithm)"인 미국 특허 제7,640,078호는, 본 개시의 실시예가 향상시키는 MFC의 다중 제어 모드에 관한 추가의 세부 사항을 개시한다.

본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 개루프 제어 모드로 작동하는 동안, 제어 밸브(150)의 위치를 제어하기 위해 유체 압력 정보와 관련하여 특성화 데이터가 사용된다. 도시된 실시예에서, 다중 가스 제어 구성요소(162)는 제어 밸브(150)의 위치를 제어하기 위해 개루프 모드에서 가스 특성 데이터(166)와 관련하여 일반 특성화 데이터(164)를 사용한다.

비휘발성 메모리 내에 상주할 수 있는 일반 특성화 데이터(164)는 하나 이상의 압력 판독치를 설정치(155)에 대응하는 유체 유량 레벨에 충분히 근사하거나 그것과 동일한 유체 유량율을 제공하는 밸브 위치로 변환시키기 위해서 개루프 모드 중 제어 벨브(150)의 위치를 제어하기 위해 다중 모드 제어 구성요소(160)에 의해 사용된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 일반 특성화 데이터(164)를 생성하기 위한 특성화 공정은 질량 유량 컨트롤러(100)가 처리 환경에서 사용되기 전에 제조 공정(예컨대, MFC(100)의 제조자 또는 공급자에 의해 수행됨)의 일부로서 수행된다.

보다 구체적으로, 일반 특성화 데이터(164)는 M개의 상이한 압력 P[1], P[2], ...P(M)에서 질량 유량 컨트롤러(100)에 공급되는 보정 가스(예컨대, 질소)를 사용하여 생성된다. 각각의 압력에 대해, N개의 유량 설정치가 장치에 주어지고(F[1], F[2], ...F[N]), 안정된 유동을 제공하는 밸브 제어 신호가 기록된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 결과적으로 생성된 일반 특성화 데이터(164)는 밸브 제어 신호 성분 V[i,j]를 갖는 크기 N*M의 행렬 V로 표현될 수 있으며, 여기서 i = 1...N이고, j = 1...M이다. 벡터 P, F와 행렬 V는 질량 유량 컨트롤러(100)의 메모리 내에 저장되고, MFC 작동의 개루프 모드 중 제어 구성요소(140)에 의해 사용된다.

밸브 특성화가 하나의 보정 가스로 수행될 때, 일반 특성화 데이터(164)는 이러한 특정 보정 가스에 대해서만 질량 유량 컨트롤러(100)의 허용가능한 성능을 제공한다. 그러나, 당업자가 본 개시를 고려하여 인식할 바와 같이, 공정 가스(즉, 실제 작동 중 제어되는 가스)가 보정 가스와 상이할 때, (작동 압력에서) 원하는 유량 설정치에 대응하는 일반 특성화 데이터(164) 내의 밸브 제어 신호는 원하는 유량을 제공하는 밸브 위치를 유발하지 않을 것이다.

질량 유량 컨트롤러(100)의 매우 정확한 다중 공정 가스 특성화를 제공하는 해법은 특성화 공정 중 실제 공정 가스를 사용하는 것일 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 다중 공정 가스 특성화는 많은 이유로 실행가능하지 않은데: 업계에 사용되는 많은 가스는 유독성 및/또는 가연성이며, 따라서 이들 가스는 제조자에 의해 안전하게 사용될 수 없고; 고 유량 장치에 대한 특성화는 상당량의 가스를 필요로 하는데, 많은 가스는 매우 고가이며; 많은 가스와 관련하여 MFC를 특성화하는 것은 매우 시간 소모적인 과정이며, 그 결과 그것은 경제적으로 실현가능하지 않다.

결과적으로, 다중 가스 제어 구성요소(162)는 MFC(100)를 통한 다양한 공정 가스 중 임의의 공정 가스의 유량이 설정치(155)에 의해 지시되는 바와 같은 원하는 유량율이도록 제어 밸브(150)를 위치시키는 밸브 제어 신호(145)를 생성하기 위해 일반 특성화 데이터(164)와 관련하여 가스 특성 데이터(166)를 사용한다.

보다 구체적으로, 본 출원인은 동일한 압력 및 밸브 위치에서 보정 가스 유량 F_cal에 대한 공정 가스 유량 F_pr의 비율이 대략 다음과 같이 표현될 수 있다는 것을 알아내었다:

여기서, M_cal은 보정 가스의 분자 질량이고, M_pr은 공정 가스의 분자 질량이며, k는 MFC 유량 범위에 따라 0.2 내지 0.5의 값을 갖는다.

그 결과, 이러한 알아낸 관계를 적용하기 위해, 가스 특성 데이터(166)는 몇몇 실시예에서 복수의 가스에 대한 분자 질량 데이터를 포함한다. 도시된 바와 같이, 이러한 데이터는 외부 가스 특성 데이터저장소(172)에 결합되는 외부 처리 도구(170)와의 통신 링크에 의해 업데이트될 수 있다. 또한, 복수의 공정 가스에 대해, 복수의 분자 질량 비율 값((M_cal / M_pr)과 동일함)이 가스 특성 데이터 내에 저장될 수 있다는 것이 고려된다. 저장된 표현에 상관없이, 본 명세서에 추가로 기술되는 몇몇 실시예는 보정 가스로 얻어진 일반 특성화 데이터(164)를 사용하여 공정 가스의 유량을 더욱 정확하게 제어하기 위해 수학식 1에 의해 표현된 관계를 사용한다.

도 1을 참조하면서, 도 1에 도시된 실시예와 관련하여 수행될 수 있는 예시적인 방법을 도시한 순서도인 도 3을 동시에 참조한다. 도시된 바와 같이, 작동 중, 제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 선택(도 1에서 가스 선택 입력(157)으로 도시됨)이 이루어진다(블록 300). 명확함을 위해 도 1에 도시되지 않지만, 당업자는 조작자가 제어될 공정 가스를 선택할 수 있게 하기 위해 질량 유량 컨트롤러가 사용자 인터페이스 구성요소(예컨대, 디스플레이 및 버튼, 터치 패드, 또는 터치스크린)를 포함할 수 있는 것을 인식할 것이다. 대안적으로, 질량 유량 컨트롤러는 공정 가스가 다른 제어 위치로부터 선택될 수 있게 하기 위해(예컨대, 외부 처리 도구(170)를 사용하여) 잘 알려진 와이어라인 또는 무선 네트워크 기술을 통해 제어 네트워크에 결합될 수 있다.

또한, 선택된 공정 가스 유형에 대한 가스 특성 데이터(166)(또는 원격 가스 특성 데이터(172))로부터 분자 질량 정보가 얻어지고(블록 302), 원하는 질량 유량율에 대응하는 설정치 신호(155)가 수신된다(블록 304). 예를 들어, 분자 질량 정보는 공정 가스의 분자 질량 M_pr(또는 M_pr을 나타내거나 M_pr로부터 도출되는 다른 값)을 포함할 수 있거나, 또는 다른 예로서, 분자 질량 정보는 분자 질량 비율 값((M_cal / M_pr)과 동일함) 또는 분자 질량 비율 값을 나타내거나 그것으로부터 도출되는 다른 값을 포함할 수 있다. 원하는 질량 유량율(설정치 신호(155)에 의해 나타냄)에 관하여, 그것은 플라즈마 기반(예컨대, 박막 증착) 처리 시스템과 관련하여 특정 공정에 필요한 유량율일 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 급격한 압력 변화율은 유량 신호(130)를 신뢰할 수 없게 만들 수 있으며, 그 결과, 다중 모드 제어 구성요소(160)가 밸브(150)를 제어하는 피드백 제어 루프를 해제시키고, 제어 밸브(150)를 제어하기 위해서 밸브 위치 값을 얻기 위해 사용되는 압력 판독치가 얻어진다(블록 306). 제어되고 있는 공정 가스가 일반 특성화 데이터(164)를 생성하기 위해 사용되었던 가스와 동일한 유형의 가스이면, 일반 특성화 데이터(164)는 밸브 제어 신호(145)에 대한 밸브 위치 값을 얻기 위해 측정된 압력 값을 사용하여 간단히 액세스될 수 있다. 그러나, 흔히, 질량 유량 컨트롤러(100)의 실제 사용 중 사용되는 공정 가스는 일반 특성화 데이터(164)를 생성하기 위해 사용되는 가스와 상이하다. 그 결과, 공정 가스가 특성화 가스와 상이한 유동 특성을 가짐으로 인해, 일반 특성화 데이터(164)로부터 얻어진 밸브 위치 값은 원하는 질량 유량율과 상당히 상이한 유량율을 제공하는 밸브 위치를 유발할 것이다.

그 결과, 도 1에 도시된 예시적인 질량 유량 컨트롤러(100)는 공정 가스에 특정한 공정 제어 신호 값을 생성하기 위해 수학식 1에 표현된 분자 관계를 사용한다. 보다 구체적으로, 원하는 유량 값 및 압력에 대한 공정 제어 신호 값이 F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값을 사용하여 결정되며, 여기서 F_pr은 원하는 공정 가스 유량 값이고, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이며, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량이다(블록 308).

블록 308에서의 결정이 어떻게 이루어지는지에 대한 더욱 명확한 이해가 도 2에 도시된 예시적인 일반 특성화 데이터를 다시 참조하여 용이해진다. 도 2에 도시된 예시적인 일반 특성화 데이터가 질량 유량 컨트롤러마다 다를 것임이 인식되어야 한다.

원하는 유량 값이 질량 유량 컨트롤러(100)의 정격 유량 용량의 20%이고, 블록 306에서 얻어진 압력 판독치가 30 단위(예컨대, 제곱 인치당 파운드)인 것으로 가정하면, 일반 특성화 가스(예컨대, 질소)에 대한 밸브 제어 신호(145)의 밸브 위치 값은 16.932이다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 공정 가스가 일반 특성화 가스와 상이할 때, 16.932 밸브 위치 값은 원하는 20% 유량율을 제공하지 않을 것이다.

수학식 1과 일관되게, 수정 유량 값이 F_pr * (M_pr/M_cal)^k로 계산되고, 항 (M_pr/M_cal)^k가 2.0인 것으로 가정하면, 수정 유량 값은 (20% * 2.0) 또는 40%이며, 그 결과, 30의 압력에서, 공정 밸브 위치 값은 21.015이다. 따라서, 이 예에서 가정의 공정 가스에 대해 20% 유량을 제공하는 공정 밸브 위치 값(본 명세서에서 또한 공정 제어 신호 값으로도 지칭됨)은 21.015이다. 원하는 유량 값 또는 수정된 유량 값이 일반 특성화 데이터(164)에서 발견되지 않으면, 내삽법이 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 원하는 유량율로 공정 가스를 제공하기 위해, 공정 제어 신호(145)는 공정 제어 신호 값에서 제어 밸브(150)에 적용된다(블록 310). 많은 실시예에서, 압력 변화가 감소되었거나 타이머가 만료된 후, 다중 모드 제어 구성요소(160)는 다시 폐루프 작동 모드로 복귀한다.

이어서, 도 4를 참조하면, 그것은 다른 MFC(400)의 예시적인 실시예의 기능 블록 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예는 도 1을 참조하여 기술된 MFC(100)와 동일한 구성요소 중 많은 구성요소를 포함하지만, MFC(100)와는 달리, 이 실시예에서, MFC(400)는 일반 특성화 데이터(164)를 MFC(400)가 개루프 모드로 작동하고 있을 때 제어 밸브(150)의 위치를 제어하기 위해 사용되는 작동 특성화 데이터(480)로 수정한다.

보다 구체적으로, MFC(400)의 제어 구성요소(440)는 일반 특성화 데이터(164)를 가스 선택 입력(157)에 기초하여 작동 특성화 데이터(480)로 수정하는 기능을 하는 특성화 데이터 수정 구성요소(474)를 포함한다. 제어 구성요소(440)와 그 구성 구성요소들은 소프트웨어(예컨대, 비-휘발성 메모리 내에 저장됨), 하드웨어 및/또는 펌웨어 또는 이들의 조합을 비롯한 다양한 상이한 유형의 메커니즘에 의해 실현될 수 있고, 이러한 구성요소들은 본 명세서에 추가로 기술되는 방법을 실시하는 비-일시적 프로세서 판독가능 명령을 저장하고 실행할 수 있다.

예를 들어, 도 4를 참조하면서, 도 4에 도시된 실시예와 관련하여 수행될 수 있는 예시적인 방법을 도시한 순서도인 도 5를 동시에 참조한다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 유형이 선택되고(블록 500), 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이 가스 특성 데이터(166)(또는 원격 가스 특성 데이터(172))로부터 얻어지며(블록 502), 일반 특성화 데이터(164)가 또한 특성화 데이터 수정 구성요소(474)에 의해 얻어진다(블록 504).

도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 특성화 데이터 수정 구성요소(474)는 다음의 수학식에 따라 일반 특성화 데이터 내의 유량 값을 수정함으로써 작동 특성화 데이터를 생성하며:

여기서, F_adj는 조절된 유량 값이고, F_cal은 보정된 유량 값이며, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이고, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량이다(블록 506).

이어서 작동 특성화 데이터(480)가 MFC(400)를 개루프 제어 모드로 작동시키기 위해 다중 모드 제어 구성요소(460)에 의해 사용된다(블록 508).

위에서 논의된 바와 같이, 작동 특성화 데이터(480)는 다양한 가스 유형에 대해 질량 유량 컨트롤러(400)의 개선된 특성화를 제공하며, 이는 위에서 논의된 바와 같이 MFC가 개루프 작동 모드로 작동하고 있을 때 매우 유리하다. 그러나, 또한, 작동 특성화 데이터(480)는 또한 다른 제어 방법과의 개선된 작동을 제공한다. 예를 들어, 도 6-13은 작동 특성화 데이터(480)가 제공하는 개선된 특성화로부터 이익을 얻는 실시예를 묘사한다.

예를 들어, 도 6은 작동 특성화 데이터가 제공하는 개선된 특성화를 사용하는 또 다른 MFC(600)의 예시적인 실시예의 기능 블록 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예는 도 1을 참조하여 기술된 MFC(100) 및 도 4를 참조하여 기술된 MFC(400)와 동일한 구성요소 중 많은 구성요소를 포함하지만, MFC(100, 400)와는 달리, 이 실시예에서, 적응 특성화 구성요소(676)가 작동 특성화 데이터(480)에 결합된다.

적응 특성화 구성요소(676)는 일반적으로 이 실시예에서 예를 들어 수학식 1의 적용시의 임의의 부정확함 및/또는 작동 중 작동 압력의 변동을 수용하기 위해 MFC(600)의 작동 중 작동 특성화 데이터(480)를 조절하도록 작동한다. 따라서, 작동 특성화 데이터(480)는 다양한 공정 가스에 대해 초기 특성화 데이터를 제공하고, 적응 특성화 구성요소(676)는 작동 중 발생할 수 있는(예컨대, 압력의 변화와 작동 특성화 데이터(480)의 임의의 부정확함으로 인한) 결함(예컨대, 제어 오차)을 감소시키기 위해 개루프 작동 모드 중 MFC(600)의 작동 중에 작동 특성화 데이터(480)를 추가로 조절한다.

많은 구현예에서, 적절한 조절을 결정하기 위해, 일단 질량 유량 컨트롤러(600)가 개루프 모드로 작동하고 있으면(예컨대, 압력 편차가 발생하였기 때문에), 폐루프 모드가 다시 시작되는 순간에 적응 특성화 구성요소(676)가 측정된 유량 판독치를 얻는다. 또한, 폐루프 모드가 다시 시작되는 순간의 유량 오차 및 압력 변화 방향에 따라, 대응하는 특성화 값이 증가되거나 감소된다.

도 7을 참조하면, 그것은 공정 가스(질소 대신에)가 제어될 때 100 퍼센트 유량을 제공하기 위해 작동 특성화 데이터(480)의 조절을 유발하는 예시적인 일련의 이벤트를 예시하도록 사용되는 다음의 3개의 곡선: 즉, 공정 가스에 대한 조절되지 않은 밸브 위치 곡선(702), 공정 가스에 대한 110 퍼센트 유량 곡선(704), 및 공정 가스에 대한 원하는 밸브 위치 곡선(706)(100 퍼센트 유량을 제공하기 위한)을 포함하는 그래프이다. 조절되지 않은 밸브 위치 곡선(702)은 작동 특성화 데이터(480)(조절되지 않은)가 개루프 작동 모드 중 밸브(150)를 제어하기 위해 사용될 때 밸브(150)의 위치 대 압력을 나타낸다. 110 퍼센트 유량 곡선(704)은 공정 가스에 대해 110 퍼센트 유량율을 제공할 밸브 위치 대 압력을 나타내고, 원하는 밸브 위치 곡선(706)은 공정 가스의 원하는 100 퍼센트 유량을 제공할 밸브 위치 대 압력을 나타낸다.

이 예에 도시된 바와 같이, 점(V1, P1)에서, 다중 모드 제어 구성요소(660)는 폐루프 작동 모드로부터 개루프 작동 모드로 전환한다(예컨대, (V1, P1) 직전에 압력이 감소하는 비율이 임계치를 초과하였기 때문에). 또한 도시된 바와 같이, 공정 가스가 조절되지 않은 작동 특성화 데이터(480)를 사용하여 제어될 때, 압력 P2에서 밸브(150)의 밸브 위치는 V2이고, 이는 공정 가스가 제어될 때 110 퍼센트 유량을 제공하는 밸브 위치이다. 반면에, 압력 P2에서 공정 가스에 대해 100 퍼센트 유량을 제공하기 위해, 밸브 위치는 위치 V3에 있을 필요가 있다.

그 결과, 이 예에서, 작동 특성화 데이터(480)가 조절되지 않을 때, 유량율이 너무 높다(즉, 밸브 위치가 약 54 퍼센트 개방되어야 할 때, 밸브의 위치가 약 56 퍼센트로 더욱 많이 개방되기 때문에). 이 예에서, 압력 P2에서, 다중 모드 제어 구성요소(660)는 다시 폐루프 작동 모드로 전환하고, 작동 특성화 데이터(480)에 대한 조절이 측정된 유량율(실제 밸브 위치 V2에 대응함)과 유량 설정치(원하는 밸브 위치 V3에 대응함) 사이의 차이에 대한 관계에 기초하여 계산되어, 다음에 다중 모드 제어 구성요소(660)가 개루프 작동 모드로 전환하고, 밸브(150)의 위치는 조절되지 않은 밸브 위치 곡선(702)보다 원하는 밸브 위치 곡선(706)을 더욱 근사하게 따른다.

적응 특성화 구성요소(676)는 작동 특성화 데이터(480) 내의 기존 밸브 위치 값을 선택적으로 변경함으로써(예컨대, 적응 특성화 구성요소(676)로부터 작동 특성화 데이터(480)로의 선택적 통신에 의해); 추가의 데이터를 작동 특성화 데이터(480)에 추가함으로써 작동 특성화 데이터(480)를 조절할 수 있거나, 또는 작동 특성화 데이터(480)는 동일하게 유지될 수 있고(예컨대, 그것이 도 4 및 5를 참조하여 논의된 바와 같이 생성되었을 때), 적응 특성화 구성요소(676)가 작동 특성화 데이터(480)에 스케일링 팩터(scaling factor)를 적용한다.

작동 특성화 데이터(480)가 동일하게 유지되고 스케일링 팩터가 적용되는 구현예에서, 스케일링 계수 C는 C = (V3-V1)/(V2-V1)과 같이 계산될 수 있지만, 다른 스케일링 팩터가 사용될 수 있는 것이 분명히 고려된다. 또한, 이러한 스칼라 C는 밸브(150)가 개루프 모드에서 작동 특성화 데이터(480)에 의해 어떻게 제어되는지를 조절하기 위해 사용된다. 도 7에서, 예를 들어, C는 대략 (54%-61%)/(56%-61%) 또는 1.4이다. 스칼라 1.4는 개루프 작동 모드가 압력 P2에서 종료된 후, 밸브(150)의 위치가 (P2, V3)에 더욱 근접하도록 밸브(150)가 얼마나 더 많이 이동할 필요가 있는지를 나타낸다. 이 예에서, 조절이 없으면, 작동 특성화 데이터(480)는 스칼라 1.4가 -7%의 조절된 차이를 얻기 위해 5% 차이와 곱해지도록 밸브(150)가 약 61%(V1에서의)로부터 56%(V2에서의)(약 5% 차이)로 이동할 것을 지시한다.

그 결과, 개루프 모드가 다시 채용될 때(동일한 압력 변화 하에서), 개루프 작동 모드 중단시 P2에서 밸브(150)의 위치는 (61%(V1에서의) 빼기 7%) 또는 54%이다. P1과 P2 사이에서 조절된 밸브 위치에 도달하기 위해(밸브 위치가 원하는 밸브 위치 곡선(706)을 더욱 근사하게 따르도록), P1과 P2 사이의 각각의 압력 값에 대한 스케일링 팩터 C의 값이 내삽법에 의해 계산될 수 있다.

대안적으로, 위에서 논의된 바와 같이 새로운 계수를 계산하는 대신에, 다중 모드 제어 구성요소(660)가 개루프 모드로부터 폐루프 모드로 변하는 각각의 반복 중 계수에 증분 조절이 이루어질 수 있다. 이들 증분 조절은 측정된 유량과 유량 설정치 사이의 차이(다중 모드 제어 구성요소(660)가 개루프 모드로부터 폐루프 모드로 전환하는 순간에)가 임계치 아래로 떨어질 때까지 이루어질 수 있다.

작동 특성화 데이터(480)가 증가되거나 변화되는 구현예에서, 작동 특성화 데이터(480)는 각각의 공정 가스에 대해 조절된 특성화 데이터를 저장할 수 있다. 또는, 다른 변형예에서, 복수의 공정 가스에 대한 조절된 특성화 데이터가 외부 처리 도구(185)로 업로드되어(예컨대, 당업자에게 잘 알려진 통신 링크에 의해) MFC(600)의 외부에 저장될 수 있고, 이어서 조절된 특성화 데이터가 필요시 회수될 수 있다.

보정 가스에 대한 보정 데이터의 적응 특성화의 추가의 세부 사항은, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "적응 비감압성 질량 유량 컨트롤러 및 다중 가스 적용을 위한 방법(Adaptive Pressure Insensitive Mass Flow Controller and Method for Multi-Gas Applications)"인 미국 특허 출원 제13/324,175호에서 찾아볼 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하면, 다른 예시적인 MFC(800)의 블록 다이어그램이 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 실시예는 도 1을 참조하여 기술된 MFC(100) 및 도 4를 참조하여 기술된 MFC(400)와 동일한 구성요소 중 많은 구성요소를 포함하지만, MFC(100, 400)와는 달리, 이 실시예에서, 적응 밸브 개시 구성요소(882)가 작동 특성화 데이터(880)에 결합된다.

일반적으로, 적응 밸브 개시 구성요소(882)는 설정치 신호(155)에 더욱 신속하게 응답하기 위해, 제어 밸브(150)가 폐쇄된 때, 작동 특성화 데이터(880) 및 MFC(800)의 실행 시간 데이터에 기초하여, 제어 밸브(150)에 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(145)를 제공하도록 작동한다. 또한, 적응 밸브 개시 구성요소(882)에의 사용자 입력은 사용자가 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(145)를 변경하여 MFC(800)의 응답을 조절할 수 있게 한다. 또한, 적응 밸브 개시 구성요소(882)는 조절 데이터(885)를 생성하고, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(145)를 조절하여 온도 드리프트, 에이징, 및 MFC(800)의 응답에 영향을 미치는 다른 팩터들의 영향을 보상하기 위해 조절 데이터(885)를 사용한다. 따라서, 적응 밸브 개시 구성요소(882)가 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(145)의 값을 설정함으로써 원하는 과도 응답을 확립하기 위해 사용될 수 있고(예컨대, 사용자 입력에 기초하여), 이어서 적응 밸브 개시 구성요소(882)가 환경 및/또는 연식(age)이 과도 응답에 영향을 미칠 때 원하는 과도 응답을 유지시키기 위해 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(145)를 조절한다.

종래의 구현에서, 질량 유량 컨트롤러의 폐루프 제어 루프는, 제어 루프가 유량 응답을 확인하고 즉시 그에 따라 밸브 위치를 조절하도록, 밸브(150)가 요구되는 위치에 비교적 근접하고 그 이동이 유량을 변화시킬 때 비교적 양호하게 수행되었다. 그러나, 이들 종래의 시스템에서, MFC가 제로 위치(제로 밸브 위치)로 설정되었고, MFC에 비-제로 설정치가 주어졌을 때, 밸브가, 제로 위치로부터, 뚜렷한 유동이 나타나고 폐루프 제어 루프가 정확하게 작동을 시작하는 위치로 이동하는 데 긴 시간이 소요되었다. 그 결과, 긴 응답 지연과 대체로 좋지 못한 MFC 성능이 있었다.

따라서, 응답 지연과 좋지 못한 성능을 제거하기 위해, 적응 밸브 개시 구성요소(882)는 제어 밸브(150)가 폐쇄된 동안 제어 신호(145)를 제로 값(예컨대, 제로 전류 또는 전압)으로부터 조절가능 비-제로 개시 제어 신호 값으로 즉시 이동시킴으로써 MFC(800)의 성능을 개선한다.

그 다음, 도 9를 참조하면, 실행 시간 중 MFC(800)에 의해 수행될 수 있는 공정을 도시한 순서도가 도시된다. 도 8을 참조하여 기술된 MFC(800)가 참조되지만, 도 9에 도시된 공정은 도 8의 특정한 예시적인 실시예로 제한되지 않는다는 것이 인식되어야 한다. 도시된 바와 같이, 작동 중, 제어 밸브(150)가 폐쇄된 때, 원하는 유량율에 대응하는 값을 갖는 설정치 신호(155)가 수신된다(블록 902). 플라즈마 처리(예컨대, 박막 증착)의 맥락에서, 유량율은 플라즈마 공정의 일부로서 필요한 특정 가스에 대한 원하는 유량율일 수 있다.

도시된 바와 같이, 특정 유량율에서 특성화된 비-제로 개시 제어 신호의 값과 특성화된 제어 신호의 값을 얻기 위해 작동 특성화 데이터(880)가 액세스되고, 이들 값이 추후에 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 조절하기 위해 사용된다(블록 904). 이어서 제어 신호(145)가 초기 값에서의 조절가능 비-제로 개시 제어 신호로서 제어 밸브(150)에 적용된다(블록 906). 그 결과, 제어 신호가 유동이 시작되는 레벨에 천천히 도달하는(제어 루프를 사용하여) 동안 지연 후까지 개시 제어 신호 값이 제로이고 제어 루프가 채용되지 않는 종래의 접근법과는 대조적으로 MFC(800)의 폐루프 제어 시스템이 상당히 더 빨리(유동이 막 시작되려고 하거나 방금 시작되었을 때) 채용된다.

MFC(800)가 사용을 위해 최초로 배치될 때(예컨대, 사용자가 공급자로부터 MFC(800)를 받을 때), 특성화된 비-제로 개시 제어 신호는 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 초기 값으로서 사용될 수 있지만, 일단 MFC(800)가 사용 중이면, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호는 작동 특성화 데이터(880)와 실행 시간 데이터에 기초한다.

예를 들어, 작동 특성화 데이터(880)가 복수의 압력에 대한 데이터를 포함하는 실시예에서, 제어 신호(145)는 블록(906)에서 보정된 비-제로 개시 제어 신호에 차이 데이터(조절 데이터(885) 내에 저장됨)를 더함으로써 얻어지는 값에서 조절가능 비-제로 개시 제어 신호로서 적용된다. 이들 실시예에서의 차이 데이터는 하나 이상의 이전의 공정 실행 중 이전에 얻어졌던 실행 시간 측정치와 작동 특성화 데이터(880) 사이의 차이에 기초한다. 이러한 차이 데이터를 생성하기 위한 예시적인 접근법을 상술하는 추가의 정보가 아래의 블록(910, 912)을 참조하여 아래에 제공된다.

또한, 작동 특성화 데이터(880)가 단지 하나의 압력에 대한 특성화 데이터를 포함하는 실시예에서, 조절 데이터(885)는 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 값을 포함하고, 제어 신호(145)는 블록(906)에서 조절 데이터(885)로부터 얻어지는 값에서 조절가능 비-제로 개시 제어 신호로서 적용된다. 블록(910, 912)을 참조하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 저장된 값은 각각의 실행 중 조절되고 조절 데이터(885)에서 업데이트될 수 있다.

작동 특성화 데이터(880)가 하나의 압력에 기초하든 다수의 압력에 기초하든 상관없이, 블록(904)에서 얻어지는 제어 신호의 값(특정 유량율에서)은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 후속 실행 중 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 조절하기 위해 사용된다. 블록(904)에서 두 피스의 데이터가 얻어지지만, 이들 두 피스의 데이터가 동시에 얻어질 필요가 없는 것이 인식되어야 한다.

작동 특성화 데이터(880)가 복수의 압력 레벨 각각에 대한 데이터를 포함하는 구현예에서, MFC(800) 내의 압력 변환기가 유체의 압력을 나타내는 신호를 얻기 위해 사용될 수 있고, 작동 특성화 데이터(880)는 측정된 압력에 기초하는 특성화된 비-제로 개시 제어 신호의 값을 선택하기 위해 액세스될 수 있다.

그러나, 복수의 압력에 대한 특성화 데이터를 구비하는 것이 도 9에 도시된 방법과 관련하여 요구되지 않는데, 왜냐하면 적어도 도 9의 방법이 밸브/유량 특성이 일정하지 않고 변할 수 있으며, 그 결과 조절가능 비-제로 개시 제어 신호가 밸브/유량 특성에 영향을 미치는 작동 조건의 변동을 처리하기 위해 조절되는 것을 고려하기 때문이다.

제어 밸브(150)가 폐쇄된 때 MFC(800)에 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 적용하는 것이 대체로 MFC(800)의 응답을 개선할 것이지만, MFC(800)의 사용자가 MFC(800)가 사용되는 특정 처리 응용에 따라 특정 과도 응답을 원할 것이 고려된다. 그 결과, 많은 실시예에서, 적응 밸브 개시 구성요소(882)는 사용자가 조절가능 비-제로 개시 제어 신호로부터 편차(offset)를 더하거나 뺌으로써 MFC(800)의 원하는 과도 응답을 정의할 수 있게 한다(사용자 입력에 의해).

예를 들어 도 10a-10c를 참조하면, 3개의 대응하는 개시 제어 신호에 대한 과도 유량 조건을 도시한 그래프가 도시된다. 예를 들어 도 10a에서, 도 10b 및 10c에서의 개시 제어 신호보다 느린 응답을 생성하는 값을 갖는 개시 제어 신호가 도시된다. 몇몇 응용에서, 도 10a의 보다 느린 응답은 바람직할 수 있지만, 다른 응용에서, 이러한 응답은 보다 빠른 응답 시간을 생성하는 도 10b 및 10c에 도시된 개시 제어 신호에 비해 최적이 아닐 수 있다. 그 결과, 작동 특성화 데이터(880)로부터 얻어진 초기 비-제로 개시 제어 신호가 도 10a에 도시된 응답을 생성하면, 도 10b의 과도 응답을 생성하기 위해 비-제로 개시 제어 신호에 양의 편차가 더해질 수 있거나, 또는 도 10c의 과도 응답을 생성하기 위해 비-제로 개시 제어 신호에 보다 큰 편차가 더해질 수 있다.

유사하게, 비-제로 개시 제어 신호가 실행 시간 처리 중 허용가능하지 않을 수 있는 과도 오버슈트를 유발하는 도 10c에 도시된 응답을 제공하면, 사용자는 도 10b에서의 응답을 생성하기 위해 비-제로 개시 제어 신호에 음의 편차를 더할 수 있거나, 또는 사용자는 도 10a에서의 보다 느린 응답을 생성하기 위해 비-제로 개시 제어 신호에 보다 큰 음의 편차를 더할 수 있다.

조절가능 비-제로 개시 제어 신호가 대체로 응답을 개선하고, 원하는 과도 응답에 도달하도록 구성될 수 있지만, 환경(예컨대, 온도) 및 다른 팩터(예컨대, MFC(800)의 연식)이 과도 응답과 개시 제어 신호 사이의 관계에 영향을 미친다. 바꾸어 말하면, 원하는 과도 응답이 달성되면(예컨대, 개시 제어 신호에 적용되는 편차에 의한 조절에 의해), 온도와 연식이 MFC(800)가 동일한 개시 제어 신호에 대해 상이한 응답을 갖게 할 것이다.

예를 들어 도 11을 참조하면, 4개의 상이한 온도에 대한 유량 대 제어 신호 곡선이 도시된다. 도 11에 화살표로 표시된 바와 같은 (최대 제어 신호 레벨의) 30%의 개시 제어 신호가 사용되었고, 밸브/유량 특성이 도 11에 도시된 바와 같이 온도에 따라 드리프트하면, MFC(800)는 실행 시간 중 공정 가스 온도가 보정 온도와 상이한 경우에 섭씨 30도에서의 오버슈트 또는 섭씨 60도에서의 긴 응답 지연을 초래할 수 있다. 또한, 밸브 재료의 에이징으로 인한 밸브/유동 특성의 장기 드리프트가 또한 있을 수 있으며, 이도 또한 성능 열화를 초래한다.

대부분, 밸브-유량 특성의 온도 및/또는 에이징 관련 변화는 사실상 그 형상이 실질적으로 동일하게 유지되는 상태에서 "제어 신호" 축을 따라 좌측 또는 우측으로 이동하는 곡선에 의해 특징지어질 수 있는 "평행 이동(parallel shift)"이다. 예를 들어 도 12를 참조하면, 작동 특성화 데이터(880)에서 데이터 쌍으로 표현될 수 있는, 섭씨 40도에서 얻어진 보정된 제어 신호 대 유량 곡선이 도시된다. 도시된 바와 같이, 보정 데이터의 이러한 예시적인 집합체는 최적의 개시 제어 신호(도 12에 화살표로 표시됨)가 (최대 제어 신호 레벨의) 30%이고, 제어 신호(145)가 70%의 값에 있을 때, 유량율이 (최대 유량 레벨의) 60%인 것을 나타낸다. 그러나, MFC(800)가 사용 중일 때, MFC(800) 및/또는 MFC(800)가 내부에 배치되는 환경의 작동 특성은 MFC(800)의 특성을 변화시킬 수 있어, 동일한 특정 60% 유량율을 달성하기 위해서는, 측정된 제어 신호 값이 (최대 제어 신호 레벨의) 85%일 필요가 있다. 제어 신호 값에서의 15% 이동이 전체 제어 신호 대 유량 곡선의 전체 "평행" 이동의 일부인 것으로 가정하면, 개시 제어 신호에 대해 30%로부터 45%로의 유사한 이동이 예상될 수 있다.

그 결과, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호에 대한 조절의 일부로서, 작동 중, 설정치 신호(145)가 감소하기 전에, 제어 신호의 측정된 값이 특정 유량율에서 얻어진다(블록 908). 측정된 유량율이 얻어지는 특정 유량율은 위의 블록(904)에서 작동 특성화 데이터(880)로부터 보정된 제어 신호의 값을 얻는 것과 관련하여 사용되었던 것과 동일한 특정 유량율(블록(904)을 참조하여 논의됨)이다. 또한, 측정된 값은 측정된 값이 상승하는 제어 신호 대 유량 곡선으로부터 취해지도록 설정치(155)가 감소하기 전에 얻어진다(특정 유량율에서의 보정된 제어 신호가 보정 중 얻어졌던 것과 마찬가지로).

예를 들어 도 8과 동시에 도 13을 참조하면, 상이한 온도에서 동일한 MFC(800)에 대해 2개의 제어 신호 대 유량 곡선이 도시된다. 보다 구체적으로, 섭씨 40도에서 얻어졌던 도 11에 도시된 동일한 제어 신호 대 유량 보정 곡선이 도시되고, 또한 섭씨 50도에서 MFC(800)에 대해 실행 시간 중 실제 작동 특성을 도시한 다른 제어 신호 대 유량 곡선이 도시된다. 설정치(155)가 예를 들어 60% 유량이면, 제어 신호의 측정된 값은 상승 곡선상의 60% 유량에서 취해질 수 있으며, 이는 85%이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제어 신호의 측정된 값(도 12에 도시된 예에서 85%)이 질량 유량 컨트롤러에 저장된 특정 유량율(예컨대, 60%)에서의 특성화된 제어 신호의 레벨(도 12에 도시된 예에서 70%)과 비교된다(블록 910). 또한, 이러한 비교에 기초하여, 다음에 질량 유량 컨트롤러가 상기 밸브가 폐쇄된 상태에서 다른 설정치 신호를 수신할 때, 조절된 값이 사용되도록, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 값을 조절된 값으로 조절한다(블록 912).

많은 실시예에서, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 값은 다음의 알고리즘, 즉 ASCS = CSCS + MVCS - CVCS에 기초하여 조절되며, 여가에서 ASCS는 원하는 응답을 유지시키기 위해 조절된 조절가능 비-제로 개시 제어 신호이고; CSCS는 보정 데이터로부터 취해진 개시 제어 신호의 값인 보정된 개시 제어 신호이며; MVCS는 특정 유량 레벨에서 측정된 제어 신호의 측정된 값이고; CVCS는 특정 유량 값에서의 보정된 제어 신호의 값인, 제어 신호의 보정된 값이다.

예를 들어 도 12를 참조하면, CSCS는 30%이고, 특정 유량 값은 60%이며, 따라서 MVCS는 85%이고, CVCS는 70%이다. 그 결과, 다음번 실행에 대한 ASCS는 45%이다. 선택되는 특정 유량 값이 특성화 곡선 및 실행 시간 곡선 둘 모두에 존재하는 임의의 유량 값일 수 있는 것이 인식되어야 한다.

작동 특성화 데이터(880)가 복수의 압력에 대한 데이터를 포함하는 실시예에서, 제어 신호의 측정된 값(MVCS)과 제어 신호의 특성화된 값(CVCS) 사이의 차이가 조절 데이터(885) 내에 저장되어, 후속 실행 중, 저장된 차이가 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(ASCS)를 얻기 위해 작동 특성화 데이터(880)(현재 압력에 대한) 내에 저장된 특성화된 비-제로 개시 제어 신호의 값에 더해진다. 또한, 블록(908 내지 912)을 참조하여 전술된 방법은 또 다른 후속 공정 실행에 필요한 만큼 차이를 조절하기 위해 다시 수행된다.

또한, 작동 특성화 데이터(880)가 단지 하나의 압력에 대한 특성화 데이터를 포함하는 실시예에서, 조절 데이터(185)는 후속 공정 실행 중 액세스되는(특성화된 비-제로 개시 제어 신호의 초기 값이 블록(904)을 참조하여 기술된 바와 같이 액세스되는 방식과 동일한 방식) 그리고 블록(906)을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 조절가능 비-제로 개시 제어 신호로서 제어 밸브(150)에 적용되는 조절가능 비-제로 개시 제어 신호(ASCS)의 값을 포함한다. 또한, 블록(908 내지 912)을 참조하여 전술된 방법은 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 필요한 만큼 조절하기 위해 다시 수행된다.

도 9에 도시된 방법의 변형예에서, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 조절은 실행당 얼마간의 사전정의된 조절 제한, 예를 들어 밸브 전압의 1%를 갖고, 많은 실행으로부터의 추정치를 사용하여 천천히 수행될 수 있다. 그것은 또한 특히 낮은 설정치에서의 잡음성 밸브 측정치의 영향을 회피하기 위해 필터링(통합)될 수 있다. 또한, 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 큰 점프가 장치와의 문제를 나타낼 수 있으며; 따라서 임계치를 초과하는 조절가능 비-제로 개시 제어 신호 점프에 응하여 경보/경고가 트리거될 수 있다는 것이 고려된다.

도 9를 참조하여 기술된 방법이, 제어 밸브(150)가 폐쇄 위치로부터 시작할 때 제어 신호(145)의 값을 조절하는 적응 밸브 개시 구성요소(882)의 능력을 더욱 개선하기 위해 온도 변화에 응하여 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 조절하지만, 도 9에 도시된 공정의 양상을 개선하기 위해 실행 시간 중 온도 데이터가 수집되고 사용될 수 있다.

예를 들어, 새로운 조절가능 비-제로 개시 제어 신호 값(또는 차이 데이터)이 조절 데이터(885) 내에 저장될 때, MFC(800) 내의 온도 센서로부터의 온도 값이 또한 저장될 수 있어, 이러한 개시 제어 신호 값 또는 차이 데이터와 관련하여 온도 정보가 저장된다. 저장된 온도 데이터(제어 신호 또는 차이 데이터와 관련하여)는, 가스의 온도가 공정 실행 사이에서 현저히 변한 경우, 즉시 후속 공정 실행에 대한 최적의 조절가능 비-제로 개시 제어 신호 값을 예측하기 위해 사용될 수 있다.

적응 밸브 개시 시스템 및 방법의 추가의 세부 사항(본 명세서에 기술된 작동 특성화 데이터의 맥락 외의)을 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "적응 밸브 개시 위치를 갖는 질량 유량 컨트롤러 알고리즘(Mass Flow Controller Algorithm with Adaptive Valve Start Position)"인 미국 특허 출원 제13/206,022호 내에서 찾아볼 수 있다.

적응 특성화 구성요소(676) 및 적응 밸브 개시 구성요소(882)가 용이한 설명을 위해 도 6 및 8에 별도로 도시되지만, 이들 구성요소가 도 1 및 4를 참조하여 기술된 다중 모드 제어 구성요소(160, 460) 중 하나를 갖춘 단일 질량 유량 컨트롤러 내에 함께 구현될 수 있는 것이 인식되어야 한다.

다음에, 도 14를 참조하면, 도 1, 4, 6 및 8을 참조하여 기술된 MFC(100, 400, 600, 800)를 실현하기 위해 사용될 수 있는 물리적 구성요소를 도시한 블록 다이어그램(1400)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 디스플레이 부분(1412)과 비휘발성 메모리(1420)가 버스(1422)에 결합되며, 이러한 버스는 또한 랜덤 액세스 메모리("RAM")(1424), 처리 부분(N개의 처리 구성요소를 포함함)(1426), 솔레노이드 또는 피에조 타입 밸브(1430)와 연통하는 밸브 구동기 구성요소(1428), 및 인터페이스 구성요소(1432)에 결합된다. 도 14에 도시된 구성요소가 물리적 구성요소를 나타내지만, 도 14는 하드웨어 다이어그램으로 의도되지 않으며; 따라서 도 14에 도시된 구성요소 중 많은 구성요소는 공통 구조체에 의해 실현되거나 추가의 물리적 구성요소에 분배될 수 있다. 또한, 다른 기존의 그리고 아직 개발되지 않은 물리적 구성요소 및 아키텍처가 도 14를 참조하여 기술되는 기능 구성요소를 구현하기 위해 사용될 수 있다는 것이 분명히 고려된다.

이러한 디스플레이 부분(1412)은 일반적으로 사용자에게 콘텐츠를 제시하도록 작동하고, 몇몇 구현예에서, 디스플레이는 LCD 또는 OLED 디스플레이에 의해 실현된다. 일반적으로, 비휘발성 메모리(1420)는 제어 구성요소(140, 440, 640, 840)와 관련되는 코드를 비롯한 비-일시적 프로세서 실행가능 코드와 데이터를 저장(예컨대, 지속적으로 저장)하는 기능을 한다. 또한, 비휘발성 메모리(1420)는 부트로더(bootloader) 코드, 소프트웨어, 운영 체제 코드, 및 파일 시스템 코드를 포함할 수 있다.

많은 구현예에서, 비휘발성 메모리(1420)는 플래시 메모리(예컨대, 낸드(NAND) 또는 원낸드(ONENAND^TM) 메모리)에 의해 실현되지만, 다른 메모리 유형도 또한 사용될 수 있는 것이 분명히 고려된다. 비휘발성 메모리(1420)로부터 코드를 실행하는 것이 가능할 수 있지만, 비휘발성 메모리(1420) 내의 실행가능 코드는 전형적으로 RAM(1424) 내로 로딩되고, 처리 부분(1426) 내의 N개의 처리 구성요소 중 하나 이상에 의해 실행된다. 도시된 바와 같이, 처리 구성요소(1426)는 제어 구성요소(140, 440, 640, 840)에 의해 수행되는 기능에 의해 사용되는 아날로그 온도 및 압력 입력을 수신할 수 있다.

RAM(1424)과 관련하여 N개의 처리 구성요소는 일반적으로 도 1, 4, 6 및 8에 도시된 기능 구성요소를 실시하기 위해 비휘발성 메모리(1420) 내에 저장된 비-일시적 프로세서 판독가능 명령을 실행하도록 작동한다. 예를 들어, 제어 구성요소(140, 440, 640, 840)는 도 3, 5 및 9를 참조하여 기술된 방법을 수행하기 위해 RAM(1424)으로부터 실행되는 비-일시적 프로세서 판독가능 코드와 관련하여 N개의 처리 구성요소 중 하나 이상에 의해 실현될 수 있다.

인터페이스 구성요소(1432)는 일반적으로 사용자가 MFC(100, 400, 600, 800)와 상호작용할 수 있게 하는 하나 이상의 구성요소를 나타낸다. 인터페이스 구성요소(1432)는 예를 들어 키패드, 터치 스크린, 및 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 제어 장치를 포함할 수 있고, 인터페이스 구성요소(1432)는 사용자로부터의 입력을 설정치 신호(155)로 전환하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 통신 구성요소(1434)는 일반적으로 MFC(100, 400, 600, 800)가 외부 처리 도구(170)를 비롯한 외부 네트워크 및 장치와 통신할 수 있게 한다. 당업자는 통신 구성요소(1434)가 다양한 무선(예컨대, 와이파이) 및 유선(예컨대, 이더넷) 통신을 가능하게 하기 위한 구성요소(예컨대, 통합되거나 분산된)를 포함할 수 있는 것을 인식할 것이다.

도 14에 도시된 질량 유량 센서(1436)는 도 1에 도시된 질량 유량 센서(125)를 실현하기 위한 당업자에게 알려진 구성요소의 집합체를 나타낸다. 예를 들어, 이들 구성요소는 감지 요소, 증폭기, 아날로그-디지털 변환 구성요소 및 필터를 포함할 수 있다.

당업자는 본 명세서에서 논의된 정보 및 신호가 다양한 상이한 기술 및 기법 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 위의 설명 전반에 걸쳐 언급될 수 있는 데이터, 지시, 명령 및 정보가 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 자기 입자, 광학 필드 또는 광학 입자, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수 있다.

당업자는 또한 본 명세서에 개시된 실시에와 관련하여 기술된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로 및 알고리즘 단계가 도 14에 도시된 것과 다른 대안적인 구성요소에 의해 구현될 수 있는 것을 인식할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 예시하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소, 블록, 모듈, 회로 및 단계가 전반적으로 그 기능 면에서 전술되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 구현되는지 펌웨어로서 구현되는지 소프트웨어로서 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 설계 구속 조건과 특정 응용에 의존한다. 당업자는 기술된 기능을 각각의 특정 응용에 대해 변화하는 방식으로 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정이 본 발명의 범위로부터의 벗어남을 초래하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

보다 구체적으로, 본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 기술된 다양한 예시적인 논리 블록, 구성요소 및 회로는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 응용 특정 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능 논리 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 구성요소, 또는 본 명세서에 기술된 기능을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안에서, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 상태 기계일 수 있다. 프로세서는 또한 연산 장치의 조합, 예컨대 DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 기술된 방법 또는 알고리즘의 단계는 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈(예컨대, 도 14에 도시된 바와 같은), 또는 이들 둘의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리(1424), 비-휘발성 메모리(1420), ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크(removable disk), CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체와 같은 비-일시적 프로세서 판독가능 매체 내에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는, 프로세서가 그러한 저장 매체로부터 정보를 판독하고 그것에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 결합된다. 대안에서, 저장 매체는 프로세서와 일체일 수 있다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수 있다.

개시된 실시예의 이전의 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 수행하거나 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정이 당업자에게 명백할 것이고, 본 명세서에 한정된 일반 원리가 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 보인 실시예로 제한되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일관되는 가장 넓은 범위가 부여되어야 한다.

Claims (10)

1. 공정 가스(process gas)의 질량 유량(mass flow)을 질량 유량 컨트롤러로 제어하기 위한 방법으로서,
   제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 유형을 선택하는 단계;
   선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량 정보를 얻는 단계;
   원하는 질량 유량율(mass flow rate)에 대응하는 설정치 신호(set point signal)를 수신하는 단계;
   압력 센서에 의해 생성되는 상기 공정 가스의 압력 측정치를 수신하는 단계;
   임계 조건을 만족시키는 상기 공정 가스의 압력 변화율에 응하여, 측정된 유량율과 원하는 질량 유량율 사이의 차이에 기초하여 상기 질량 유량 컨트롤러의 밸브를 제어하는 피드백 제어 루프를 해제시키는 단계;
   F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값(modified-flow-value)을 사용하여 원하는 유량 값 및 압력에 대한 공정 제어 신호 값을 결정하는 단계 - k는 상기 질량 유량 컨트롤러의 유량 범위에 따라 0.2 내지 0.5의 값을 갖고, F_pr은 원하는 공정 가스 유량 값이며, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이고, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량임 - ; 및
   상기 공정 가스를 원하는 유량율로 제공하기 위해 상기 공정 제어 신호 값에서의 공정 제어 신호를 밸브에 적용하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 공정 가스의 질량 유량을 질량 유량 컨트롤러로 제어하기 위한 방법으로서,
   제어될 공정 가스에 대한 공정 가스 유형을 선택하는 단계;
   선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량 정보를 얻는 단계;
   복수의 유량 및 압력 값 쌍 각각에 대해, 대응하는 제어 신호 값을 포함하는 일반 특성화 데이터를 얻는 단계;
   수학식 F_adj = F_cal * (M_cal/M_pr)^k에 따라 상기 일반 특성화 데이터 내의 유량 값을 수정함으로써 작동 특성화 데이터를 생성하는 단계 - k는 상기 질량 유량 컨트롤러의 유량 범위에 따라 0.2 내지 0.5의 값을 갖고, F_adj는 조절된 유량 값이며, F_cal은 보정된 유량 값이고, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이며, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량임 - ; 및
   상기 작동 특성화 데이터를 사용하여 상기 질량 유량 컨트롤러의 밸브를 개루프 제어 모드로 작동시키는 단계
   를 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   임계 조건을 만족시키는 상기 공정 가스의 압력 변화율에 응하여, 측정된 유량율과 원하는 질량 유량율 사이의 차이에 기초하여 상기 질량 유량 컨트롤러의 밸브를 제어하는 피드백 제어 루프를 해제시키는 단계;
   상기 피드백 제어 루프가 해제되었을 때의 압력 측정치와 상기 질량 유량 컨트롤러를 특성화시키는 상기 작동 특성화 데이터에 기초하여 상기 밸브의 밸브 위치를 계산하는 단계;
   시간 기간 또는 임계 조건 중 하나가 충족된 후 유량 측정치가 정확할 때 상기 피드백 제어 루프를 재채용하는 단계;
   상기 피드백 제어 루프가 최초로 재채용될 때, 측정된 유량율과 유량 설정치 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
   상기 피드백 제어 루프가 다시 해제될 때 상기 밸브 위치의 계산의 정확도를 향상시키기 위해 상기 차이에 기초하여 상기 작동 특성화 데이터에 대한 조절을 적용하는 단계
   를 포함하는 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 질량 유량 컨트롤러의 상기 밸브가 폐쇄되었을 때, 원하는 유량율에 대응하는 설정치 신호를 수신하는 단계;
   비-제로 개시 제어 신호의 값을 얻기 위해 그리고 특정 유량율에서 특성화된 제어 신호의 값을 얻기 위해 상기 질량 유량 컨트롤러에 저장된 상기 일반 특성화 데이터에 액세스하는 단계;
   상기 값에서의 조절가능 비-제로 개시 제어 신호를 상기 질량 유량 컨트롤러의 상기 밸브에 적용하는 단계;
   작동 중, 상기 설정치 신호가 감소하기 전에, 상기 특정 유량율에서 상기 제어 신호의 측정된 값을 얻는 단계;
   상기 제어 신호의 측정된 값을 상기 질량 유량 컨트롤러에 저장되는 상기 특정 유량율에서의 특성화된 제어 신호의 레벨과 비교하는 단계; 및
   상기 비교에 기초하여, 다음에 상기 질량 유량 컨트롤러가 상기 밸브가 폐쇄된 상태에서 다른 설정치 신호를 수신할 때, 조절된 값이 사용되도록, 상기 조절가능 비-제로 개시 제어 신호의 값을 상기 조절된 값으로 조절하는 단계
   를 포함하는 방법.
5. 질량 유량 컨트롤러로서,
   제어 신호에 응하여 유체의 유량율을 제어하도록 조절가능한 밸브;
   상기 유체의 압력을 나타내는 압력 신호를 제공하는 압력 변환기;
   보정 가스와 관련하여 상기 질량 유량 컨트롤러를 특성화시키는 일반 특성화 데이터를 저장하기 위한 메모리;
   상기 유체의 측정된 유량율을 제공하는 질량 유량 센서;
   F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값을 사용하여 원하는 유량 값 및 압력에 대한 개루프 공정 제어 신호 값을 생성하는 다중 가스 제어 구성요소 - k는 상기 질량 유량 컨트롤러의 유량 범위에 따라 0.2 내지 0.5의 값을 갖고, F_pr은 원하는 공정 가스 유량 값이며, M_pr은 선택된 공정 가스 유형에 대한 분자 질량이고, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량임 - ; 및
   상기 유체의 압력 변화율이 임계 조건을 만족시킬 때 피드백 제어 루프를 해제시키고, 개루프 공정 제어 신호를 사용하여 상기 밸브를 제어하는 다중 모드 제어 구성요소
   를 포함하는 질량 유량 컨트롤러.
6. 제5항에 있어서,
   제어 시스템은 피드백 제어 루프가 재채용될 때마다 얻어지는 설정치 신호와 대응하는 측정된 유량 신호 사이의 임의의 차이에 응하여 특성화 데이터를 변화시키는 질량 유량 컨트롤러.
7. 제5항에 있어서,
   제어 시스템은 상기 메모리 내의 특성화 데이터를 변화시키지 않고, 상기 피드백 제어 루프가 재채용될 때마다 얻어지는 설정치 신호와 대응하는 측정된 유량 신호 사이의 임의의 차이에 응하여 특성화 데이터에 스케일링 팩터를 적용하는 질량 유량 컨트롤러.
8. 제5항에 있어서,
   제어 시스템은 타이머가 만료되었을 때 상기 피드백 제어 루프를 재채용하는 질량 유량 컨트롤러.
9. 제5항에 있어서,
   제어 시스템은 상기 유체의 압력 변화율이 임계 조건 아래로 떨어질 때 상기 피드백 제어 루프를 재채용하는 질량 유량 컨트롤러.
10. 질량 유량 컨트롤러로서,
    제어 신호에 응하여 가스의 유량율을 제어하도록 조절가능한 밸브;
    상기 가스의 압력을 나타내는 압력 신호를 제공하는 압력 변환기;
    상기 가스의 측정된 유량율을 제공하는 질량 유량 센서;
    설정치 신호, 가스 유형 및 압력 신호에 응하여 상기 밸브를 제어하기 위한 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 밸브를 제어하기 위한 프로세서 판독가능 명령으로 인코딩되는, 상기 프로세서에 결합되는 비-일시적 유형 프로세서 판독가능 저장 매체
    를 포함하고, 상기 명령은,
    제어될 가스의 유형을 선택하기 위한 명령;
    선택된 가스 유형에 대한 분자 질량 정보를 얻기 위한 명령;
    원하는 유량율에 대응하는 설정치 신호를 수신하기 위한 명령;
    상기 압력 변환기에 의해 생성되는 압력 신호를 수신하기 위한 명령;
    임계 조건을 만족시키는 상기 가스의 압력 변화율에 응하여, 측정된 유량율과 원하는 유량율 사이의 차이에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 피드백 제어 루프를 해제시키기 위한 명령;
    F_pr * (M_pr/M_cal)^k와 동일한 수정 유량 값을 사용하여 원하는 유량율 및 압력에 대한 제어 신호 값을 결정하기 위한 명령 - k는 상기 질량 유량 컨트롤러의 유량 범위에 따라 0.2 내지 0.5의 값을 갖고, F_pr은 원하는 유량율이며, M_pr은 선택된 가스 유형에 대한 분자 질량이고, M_cal은 보정 가스에 대한 분자 질량임 - ; 및
    상기 가스를 상기 원하는 유량율로 제공하기 위해 제어 신호를 상기 제어 신호 값으로 밸브에 적용하기 위한 명령을 포함하는 질량 유량 컨트롤러.

Images