KR102201641B1 - 질량 흐름 제어기의 밸브 페데스탈을 자동으로 자가-조정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

질량 흐름 제어기의 밸브 페데스탈을 자동으로 자가-조정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 실시예는 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법을 포함한다. 일실시예에서, 방법은 제로로부터 비 제로로의 설정 지점 변화의 초기 응답 동안 흐름을 모니터링하는 단계와;밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞는 지의 여부를 결정하는 단계와; 밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞지 않는다는 결정에 응답하여 밸브 응답을 정정하기 위해 자가-조정을 자동으로 수행하는 단계를 포함하는 동작을 수행하기 위해, 프로세서를 이용하여 명령을 실행하는 질량 흐름 제어기를 포함한다.

Description

질량 흐름 제어기의 밸브 페데스탈을 자동으로 자가-조정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD TO AUTOMATICALLY SELF-ADJUST A VALVE PEDESTAL OF A MASS FLOW CONTROLLER}
본 발명은 일반적으로 질량 흐름 제어기(MFC)의 동작에 관한 것이다.
많은 산업 프로세스는 다양한 프로세스 유체의 정밀한 제어를 요구한다. 예를 들어, 반도체 산업에서, 질량 흐름 제어기는 프로세스 챔버에 도입되는 프로세스 유체의 양을 정밀하게 측정하고 제어하는데 사용된다. 유체라는 용어는 본 명세서에서 흐를 수 있는 임의의 상태에서의 임의의 유형의 물질을 나타내는데 사용된다. 예를 들어, 유체라는 용어가, 제어된 유체가 흥미를 끌 수 있는 물질 또는 요소의 임의의 조합을 포함하는 액체, 가스, 증기 및 슬러리에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
MFC 고객은 종종 품질 및 성능 측정치{예를 들어, 초과량(overshoot)의 설정 지점 및 양에 도달하는데 걸리는 시간}로서 턴-온 특징을 모니터링한다. 일반적으로 초과량이 허용되지 않는다.
고객은 디바이스간에 반복 능력을 원한다. MFC가 올바르게 행동하는 것을 보장하기 위해, MFC는 튜닝된다. 튜닝은, 각 디바이스가 동일한 입력을 받을 때 동일한 행동을 제공할 수 있도록 특정 MFC 특징이 교정되는 프로세스이다. 예를 들어, 특정 설정 지점이 주어질 때, 모든 MFC는 시간의 특정 양(예를 들어, 300 ms +/- 50 ms) 내에 그러한 설정 지점에 도달하도록 예측된다. 고객이, MFC 중 하나가 150ms 내의 설정 지점에 도달하고 다른 것이 400ms에 도달하는 경우 가능한 한 빨리 MFC를 취하는 것에 흥미가 없다.
MFC의 튜닝은 특수화된 설정 및 숙련된 운영자를 요구하는 어려운 동작이다. 더욱이, 동작 상태에서의 변화와, MFC의 물리적 특징에서의 약간의 변화는 몇 달간의 동작 이후에 디바이스를 재튜닝하기 위해 비용이 많이 드는 현장 서비스(field service)를 요구할 수 있다.
따라서, 개시된 본 발명은 상기 문제에 하나 이상의 해법을 제공하려는 것이다. 예를 들어, 일실시예에서, 개시된 본 발명은 턴-온 응답 특성을 모니터링하기 위한 알고리즘을 실행하고 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하도록 구성되는 MFC를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예는 본 명세서에 참고용으로 병합되는, 첨부된 도면을 참조하여 아래에 구체적으로 설명된다.
본 발명은 턴-온 응답 특성을 모니터링하기 위한 알고리즘을 실행하고 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하도록 구성되는 MFC에 효과적이다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 질량 흐름 제어기의 예시적인 구성요소를 도시한 도면.
도 2는 개시된 실시예에 따른 초기 튜닝 및 스트레스 사이클의 일례를 도시한 그래프.
도 3a는 개시된 실시예에 따라 튜닝 파라미터를 자동적으로 자가-조정하는 프로세스를 도시한 흐름도.
도 3b는 개시된 실시예에 따라 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하는 프로세스의 대안적인 실시예를 도시한 흐름도.
도 4는 개시된 실시예에 따른 질량 흐름 제어기에 실행되는 변형된 제어 알고리즘을 도시한 블록도.
개시된 실시예 및 그 장점은 도면들 중 도 1 내지 도 4를 참조하여 가장 잘 이해되며, 유사한 도면 부호는 다양한 도면의 유사하고 대응하는 부분에 사용된다. 개시된 실시예의 다른 특징 및 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명의 검사시 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 모든 그러한 추가 특성 및 장점이 개시된 실시예의 범주 내에 포함되는 것이 의도된다. 추가로, 도시된 도면은 단지 예시에 불과하고, 상이한 실시예가 구현될 수 있는 환경, 구조, 설계, 또는 프로세스에 관해 임의의 제한을 주장하거나 암시하도록 의도되지 않는다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 질량 흐름 제어기(100)의 구성요소를 도시한다. 일실시에에서, 질량 흐름 제어기(100)는, 질량 흐름 제어기의 구성요소가 그 위에 장착되는 플랫폼인 블록(110)을 포함한다. 열 질량 흐름 계량기(140) 및 밸브 조립체(150)는 유체 입구(120)와 유체 출구(130) 사이에 블록(110) 상에 장착된다. 다른 실시예에서, 열 질량 흐름 계량기(140)는 블록(110)의 이용 없이도 밸브 조립체(150)에 직접 볼트 결합(bolted)될 수 있다. 밸브 조립체(150)는 제어 밸브(170)를 포함한다. 특정 실시예에서, 제어 밸브(170)는 솔레노이드 밸브 또는 피에조 밸브 중 하나일 수 있다. 열 질량 흐름 계량기(140)는, 일반적으로 대다수의 유체가 흐르는 바이패스(bypass)(142)와, 유체의 더 작은 부분이 흐르는 열 흐름 센서(146)를 포함한다.
열 흐름 센서(146)는 장착 플레이트 또는 베이스(108) 상에 장착된 센서 하우징(102){도시된 부분은 센서(146)를 보여주도록 제거된다} 내에 포함된다. 센서(146)는 일반적으로 모세관 튜브로 언급되는 작은 직경의 튜브이고, 센서 입구 부분(146A), 센서 출구 부분(146B), 및 2개의 저항 코일 또는 권선(147, 148)이 그 주위에 배치되는 센서 측정 부분(146C)을 갖는다. 동작시, 전류는 센서 측정 부분(146C)과 열 접촉하는 2개의 저항 권선(147, 148)에 제공된다. 저항 권선(147, 148)에서의 전류는 측정 부분(146)에 흐르는 유체를 바이패스(142)를 통해 흐르는 유체의 온도보다 높은 온도로 가열한다. 권선(147, 148)의 저항은 온도와 함께 변한다. 유체가 센서 도관을 통해 흐를 때, 열은 상류 저항(147)으로부터 하류 저항(148)쪽으로 운반되고, 온도 차이는 센서를 통해 질량 흐름율에 비례한다.
센서를 통과하는 유체 흐름에 관련된 전기 신호는 2개의 저항 권선(147, 148)으로부터 도출된다. 전기 신호는 저항 권선의 저항에서의 차이로부터 또는 각 권선을 특정 온도에 유지하기 위해 각 저항 권선에 제공된 에너지의 양에서의 차이로부터와 같이 다수의 상이한 방식으로 도출될 수 있다. 열 질량 흐름 계량기에서 유체의 흐름율에 상관되는 전기 신호가 결정될 수 있는 다양한 방식들의 예는 예를 들어, 본 명세서에 참고용으로 병합되는 공동 소유된 미국 특허 6,845,659에 기재되어 있다. 신호 프로세싱 이후에 저항 권선(147, 148)으로부터 도출된 전기 신호는 센서 출력 신호를 포함한다.
센서 출력 신호는, 전기 신호가 측정될 때 유체 흐름이 결정될 수 있도록 질량 흐름 계량기에서 질량 흐름에 상관된다. 센서 출력 신호는 일반적으로 이후 바이패스(142)에서의 질량 흐름에 상관되는 센서(146)에서의 흐름에 먼저 상관되어, 흐름 계량기를 통한 총 흐름이 결정될 수 있고, 제어 밸브(170)는 이에 따라 제어될 수 있다. 센서 출력 신호와 유체 흐름 사이의 상관 관계는 복잡하고, 유체 종(species), 흐름율, 입구 및/또는 출구 압력, 온도 등을 포함하는 다수의 동작 상태에 의존한다.
바이패스(142)는 이 후 센서에 장착될 수 있고, 바이패스(142)는 질량 흐름 센서에 흐르는 유체와 다양한 알려진 흐름율로 바이패스에 흐르는 유체 사이의 적절한 관계를 결정하기 위해 알려진 유체로 튜닝되어, 흐름 계량기를 통한 총 흐름은 센서 출력 신호로부터 결정될 수 있다. 몇몇 질량 흐름 제어기에서, 바이패스가 사용되지 않고, 전체 흐름은 센서를 통과한다. 질량 흐름 센서 부분 및 바이패스(142)는 이 후 제어 밸브 및 제어 전자기기 부분에 짝을 이룰 수 있고(mated), 그런 후에 알려진 상태 하에서 다시 튜닝될 수 있다. 제어 전자기기 및 제어 밸브의 응답은 이 후 특징지어져서, 설정 지점 또는 입력 압력에서의 변화에 대한 시스템의 전체 응답은 알려지고, 응답은 원하는 응답을 제공하기 위해 시스템을 제어하는데 사용될 수 있다.
더욱이, 질량 흐름 제어기(100)는 몇몇 지점, 일반적으로 흐름 경로에서 압력을 측정하기 위해 바이패스(142)의 상류에 있지만, 이에 한정되지 않는 지점에서 흐름 경로에 결합된 압력 트랜스듀서(112)를 포함할 수 있다. 압력 트랜스듀서(112)는 압력을 표시하는 압력 신호를 제공한다.
제어 전자기기(160)는 원하는 질량 흐름율을 나타내는 설정 지점과, 센서 도관에 흐르는 유체의 실제 질량 흐름율을 나타내는 질량 흐름 센서로부터의 전기 흐름 신호에 따라 제어 밸브(170)의 위치를 제어하는데 사용된다. 특정 실시예에서, 비례 제어, 적분 제어, 비례-적분(PI) 제어, 미분 제어, 비례-미분(PD) 제어, 적분-미분(ID) 제어, 및 비례-적분-미분(PID) 제어와 같은 전형적인 피드백 제어 방법은 질량 흐름 제어기에서의 유체 흐름을 제어하는데 사용된다. 다른 실시예는 임의의 PID 유형의 제어를 사용하지 않는 제어기에 기초한 모델을 이용할 수 있다. 제어 신호(예를 들어, 제어 밸브 구동 신호)는 유체의 원하는 질량 흐름율을 나타내는 설정 지점 신호와 질량 흐름 센서에 의해 감지된 실제 질량 흐름율에 관련된 피드백 신호 사이의 차이인 에러 신호에 기초하여 생성된다. 제어 밸브는 메인 유체 흐름 경로(일반적으로 바이패스 및 질량 흐름 센서의 하류)에 위치되고, 메인 유체 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 질량 흐름율을 변경하기 위해 제어(예를 들어, 개방 또는 차단)될 수 있고, 제어는 질량 흐름 제어기에 의해 제공된다.
예시된 예에서, 흐름율은 전압 신호로서 전기 전도체(158)에 의해 폐루프 시스템 제어기(160)에 공급된다. 신호는 흐름을 변형하기 위해 증폭되고, 처리되고, 전기 전도체(159)에 의해 밸브 조립체(150)에 공급된다. 이 때문에, 제어기(160)는 질량 흐름 센서(140)로부터의 신호를 미리 결정된 값과 비교하고, 원하는 흐름을 달성하기 위해 이에 따라 제어 밸브(170)를 조정한다.
질량 흐름 제어기(100)가 열 질량 흐름 센서를 포함한다는 것을 도 1이 도시하지만, 개시된 실시예에서 질량 흐름 제어기(100)는 코리올리 유형의 센서 또는 차동 압력 유형의 센서를 포함하는 다른 유형의 질량 흐름 센서를 이용할 수 있다. 코리올리-기반의 센서의 장점은, 온도, 흐름 프로파일(profile), 밀도, 점도, 및 균질성(homogeneity)에 독립적으로 질량 흐름을 결정할 수 있다는 것이다. 추가로, 차동 압력 유형의 센서는 가스 제어를 위해 대중적이 되고 있다.
추가로, 질량 흐름 제어기(100)의 상기 설명이 전압 신호의 이용을 개시하지만, 특정 실시예에서, 질량 흐름 제어기(100)는, 신호가 센서로 그리고 센서로부터와, 밸브로 그리고 밸브로부터의 디지털 명령인 분산형 전자기기를 포함할 수 있다.
도 2는 초기 튜닝 및 스트레스 사이클을 예시하는 그래프의 일례를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스는 튜닝되어, 공장으로부터의 응답(실선)은 허용가능한 한계를 나타내는 수평의 검은색의 선내에 지나간다. 시간이 지남에 따라, 디바이스의 응답은 변하여, 새로운 응답(점선)은 더 이상 한계 내에 있지 않는다. 현재, 이것은 유닛을 공장으로 반환하거나 MFC를 와서 고치도록 현장 서비스 기술자에게 요청할 고객에 의해 모니터링된다. 어느 행위도 시간이 소비되고, 비용이 많이 들고, 고객의 불만을 초래한다.
더욱이, 응답 특징은 가스에 특정적이지만, 튜닝은 일반적으로 공장에서 하나의 가스에 대해서만 이루어지고, 그런 후에, 상이한 가스가 튜닝에 있어서 격렬한 변화를 요구하는 경우 다시 고객의 장소에서 이루어진다. 시간이 지남에 따라 변화에 대해 한 가지 현재 작업은 튜닝 이후에 공장에서 밸브를 비용이 많이 드는 순환을 겪게 하고, 그런 후에 확인하고, 그런 후에 필요시 재튜닝하고, 다시 순환하는 것이다. 하지만, 이것은 시간이 소비되고, 비부가가치(non value added) 프로세스이다.
따라서, 전술한 바와 같이, 개시된 본 발명은 턴-온 응답 특징을 모니터링하고 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하기 위한 알고리즘을 실행하는 MFC를 제공한다.
예를 들어, 도 3a는 시간이 지남에 따라 발생하는 변와로 인해, 및/또는 대안적으로 입구 압력에서의 변화로 인해, MFC의 밸브 응답을 정정하기 위해 밸브 페데스탈(pedestal) 값과 같지만, 여기에 한정되지 않는 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하기 위한 프로세스(300A)를 도시한다. 밸브 페데스탈 값은 비-제로 설정 지점에 도달한 후에 밸브가 먼저 이동하는 변위의 양이다. 이것은 밸브 개방에서의 긴 지연을 피하기 위해 제 1 스텝 이동과 같다. 밸브 페데스탈 값은 일반적으로 초과량 없이 빠른 응답을 제공할 수 있는 가장 높은 가능한 값으로 튜닝할 때 설정된다. 값을 너무 높이 설정하는 것은, 밸브가 "건(gun)을 점핑(jump)"하도록 하고, 밸브가 너무 멀리 너무 빠르게 이동할 때 초과량을 생성하도록 할 것이다. 더욱이, 페데스탈 파라미터는 입구 압력 및 가스 특징에 매우 민감하다. 더욱이, 시간이 지남에 따라, 튜닝 파라미터는 동작 조건에서의 변화와, 제어 밸브의 물리적 특징에서의 약간의 변화로 인해 조정을 요구할 수 있다.
일실시예에 따라, 전술한 MFC는 초기에 튜닝되어, 공장으로부터의 응답은 아래의 수학식 1에 따라 허용가능한 한계 내에 있다:
Figure 112015060817585-pct00001
여기서 Pfactory는 공장에서 결정된 상수이다.
프로세서(300A)는 단계(300)에서, 메모리로부터 적절한 속성을 재로딩하기 위해 전력 공급 동안 또는 가스 변화 동안 MFC를 초기화함으로써 시작한다. 프로세스(300A)는 이 후 제로로부터 비 제로로의 각 설정 지점 변화의 초기 응답 동안 흐름을 모니터링하고(블록 302), 응답이 허용가능한 한계 내에 맞는지의 여부를 측정/결정(블록 304)한다. 예를 들어, 일실시예에서, 하나의 측정된 값은 최종 설정 지점의 X%(X는 일반적으로 10% - 20%, t20)에 도달하는 시간이고, 다른 측정된 값은 최종 설정 지점의 Y%(Y는 일반적으로 75%-95%, t95)에 도달하는 시간이다. 특정 실시예에서, 개시된 실시예는 t20 및 t95에서만 보는 것과 대조적으로 공칭 곡선에 대한 맞춤(fit)을 위한 전체 곡선을 모니터링할 수 있다.
여전히, 몇몇 실시예에서, 제 3 측정된 값은 흐름이 요청된 설정 지점을 지나가는 제 1 시간의 초과량의 값(ovs)이다. 그 값은 최종 설정 지점의 100% 내지 120%일 수 있지만, 튜닝이 실제로 불량할 때 200%를 초과할 수 있다.
응답이 허용가능한 한계 내에 맞다면, 프로세스는 단계(302)로 되돌아간다. 하지만, 응답이 허용가능한 한계 내에 맞지 않으면, 프로세스는 응답을 정정하기 위해 자가-조정을 자동으로 수행한다(블록 306). 예를 들어, 일실시예에서, 프로세스는 제어 루프의 P, I 및 D 파라미터를 조정함으로써 응답을 정정하기 위한 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 프로세스는 페데스탈 정정 값의 조정과 같지만, 여기에 한정되지 않는 페데스탈 파라미터의 조정에 의해 응답을 정정하기 위한 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 응답 특징은, 응답 곡선이 허용가능한 한계 내에 있지 않은 지점으로 시간이 지남에 따라 느리게 전개할 수 있다. 일실시예에서, 알고리즘은 예를 들어, 다음의 수학식에 기초하여 입구 압력의 함수로서 페데스탈을 조정함으로써 이러한 저하(degradation)를 정정할 것이다:
Figure 112015060817585-pct00002
Figure 112015060817585-pct00003
또는
Figure 112015060817585-pct00004
여기서 PrO...Prn은 튜닝 프로세스 동안 결정된 상수이다;
Practual은 압력 트랜스듀서(112)에 의해 측정된 압력이다;
Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 높은 및 낮은 압력에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고;
Pcorrectionfactor는 각 설정 지점 변화 이후에 반복적으로 조정된다. 응답이 너무 빠른 측 상의 외부에 있으면, 정정 인자는 작은 양만큼 감소된다. 응답이 너무 느린 측 상의 외부에 있으면, 정정 인자는 작은 양만큼 증분된다. 정정 인자는 양 또는 음일 수 있다. 정정의 양은 조정가능할 수 있다. 목적이 매 단계에서 조정하는 것이기 때문에, 정정의 양은 일반적으로 매우 작지만, 시간이 지남에 따라 추가되어, 임의의 갑작스런 변화를 프로세스에 도입하지 않는다. 허용가능한 정정의 총 양은 조정가능할 수 있다. 알람은 몇몇 정정 임계치에 기초하여 구현될 수 있다.
유사한 정정은 정정, 한계 및 임계치의 각 양으로, 블록(306)에서의 PID 파라미터에 대해 구현될 수 있다.
모든 정정 인자는 시간의 특정 양 또는 정정의 특정 레벨 이후에 플래쉬 메모리에 저장될 수 있어서, 전력 사이클 이후에, 디바이스는 0에서 시작하는 대신 마지막에 저장된 값으로부터 계속해서 정정한다. 추가로, 모든 정정 인자는 가스 종속 값으로서 저장될 수 있어서, 고객이 프로세스 요건을 수용하기 위해 주기적으로 가스를 변화시키면, 각 가스에 대한 정정은 다른 가스에 대한 정정으로부터 분리된다.
도 3b는 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하기 위한 대안적인 실시예{프로세스(300B)}를 도시한다. 도 3a와 대조적으로, 이 실시예에서, 프로세스는 입구 압력을 판독하고, 메모리로부터 적절한 속성을 재로딩(단계 300)하기 위해 전력 공급시 MFC를 초기화한 후에 또는 가스의 변화 이후에 입구 압력에 기초하여 페데스탈을 정정(단계 301)한다. 프로세스는 이 후 MFC 응답을 모니터링하고(단계 302), 응답이 전술한 허용가능한 한계에서 벗어나면(단계 304) 페데스탈과 같은 튜닝 파라미터를 추가로 조정한다(단계 306).
도 4는 개시된 실시예에 따라 MFC에서 실행되는 변형된 제어 알고리즘을 도시한다. 검은 색의 직선은 MFC의 기존의 제어 알고리즘을 나타낸다. 예를 들어, 기존의 제어 알고리즘에서, PID 제어기(404)는 흐름 설정 지점(402)을 수신하고, 메모리{예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 전기적 소거가능 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(EEPROM)}에 저장된 튜닝 파라미터에 기초하여, PID 제어기(404)는 제어 밸브(406)를 조정한다. 유체 흐름은 이후 흐름 센서(408)를 이용하여 측정된다. 흐름 측정은 PID 제어기(404)에 중계되고, PID 제어기(404)는 유체 흐름을 제어하기 위해 필요시 제어 밸브를 재조정한다.
개시된 실시예에 따라, 도 4에서의 점선은 기존의 제어 알고리즘에 대한 변형을 나타낸다. 흐름 측정에 기초하여, 변형된 제어 알고리즘은 블록(412)에서, 전술한 튜닝 조정 알고리즘을 실행하고, 여기서 압력, 온도, 가스 유형, 또는 다른 파라미터(414)는 밸브 페데스탈을 자동으로 조정하기 위해 튜닝 파라미터(410)를 업데이트하는데 사용된다. 특정 실시예에서, 한계는 특정 시간 기간, 허용된 변화의 총 양, 이루어진 변화의 양의 보고 방식, 다양한 에러의 보고 방식 등에 비해 허용가능한 변화의 양에 대한 새로운 알고리즘 내에 설정될 수 있다.
따라서, 개시된 본 발명은 튜닝 파라미터를 자동으로 자가-조정하도록 구성된 질량 흐름 제어기를 제공하기 위해 다양한 실시예를 제공한다. 상기 실시예에 관한 특정한 세부사항이 설명되었지만, 상기 설명은 단지 실시예의 예로서 의도되고, 개시된 실시예의 구조 또는 구현을 제한하도록 의도되지 않는다.
본 가르침이 다양한 변형 및/또는 개선으로 보정가능하다는 것을 당업자가 인식할 것이다. 이전 설명이 최상의 모드 및/또는 다른 예인 것으로 고려되어 설명되지만, 다양한 변형이 본 명세서에서 이루어질 수 있고, 본 명세서에 개시된 주제가 다양한 형태 및 예로 구현될 수 있고, 가르침이 다수의 응용에 적용될 수 있고, 다수의 응용 중 일부만이 본 명세서에 설명되었다는 것이 이해된다. 그러한 변형은 본 가르침의 진정한 범주 내에 커버되도록 의도된다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 요소의 형태는 문맥에서 명확히 달리 표시되지 않으면, 복수 형태를 포함하도록 의도된다. 용어 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이 본 명세서 및/또는 청구항에 사용될 때, 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 규정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. 아래의 청구항에서 모든 수단 또는 단계를 기능 요소와 더한 것의 대응하는 구조, 물질, 행동 및 등가물은 특별히 청구된 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 물질 또는 행동을 포함하도록 의도된다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었지만, 개시된 형태에서 본 발명에 철저하거나 제한되도록 의도되지 않는다. 많은 변형 및 변동은 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고도 당업자에게 명백할 것이다. 실시예는 본 발명의 원리 및 실제적인 응용을 설명하기 위해 그리고, 당업자가 구상된 특정 이용에 적합한 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해할 수 있기 위해 선택되고 설명되었다. 청구항의 범위는 개시된 실시예 및 임의의 그러한 변형을 광범위하게 커버하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법으로서,
    제로로부터 비 제로로의 설정 지점 변화의 초기 응답 동안 흐름을 모니터링하는 단계와;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞는 지의 여부를 결정하는 단계와;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞지 않는다는 결정에 응답하여 밸브 응답을 정정하기 위해 자가-조정을 자동으로 수행하는 단계를
    포함하는 동작을 수행하기 위해, 프로세서를 이용하여 명령을 실행하는 질량 흐름 제어기를 포함하고,
    밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 입구 압력의 함수로서 페데스탈을 조정하는 단계를 포함하고,
    입구 압력의 함수로서 밸브 페데스탈 값을 조정하는 단계는 다음과 같이 결정되고,
    Pedestal = Practual * (Pedhigh - Pedlow)/(Prhigh - Prlow) + Pr0,
    여기서 Practual은 측정된 압력이고, Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 두 압력들 Prhigh 및 Prlow(단, Prhigh > Prlow)에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고, Pr0은 공장 튜닝 프로세스의 마지막에 결정된 상수인, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 제어 루프의 비례, 적분, 및 미분(PID) 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 시간이 지남에 따라 발생하는 변화를 정정하기 위해 페데스탈 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 있는지의 여부를 결정하는 단계는
    최종 설정 지점의 제 1 백분율에 도달하기 위해 제 1 측정된 값을 결정하는 단계와;
    최종 설정 지점의 제 2 백분율에 도달하기 위해 제 2 측정된 값을 결정하는 단계를
    포함하는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 있는지의 여부를 결정하는 단계는
    흐름이 최종 설정 지점을 지나가는 제 1 시간을 발생하는 초과량(overshoot)의 제 3 측정된 값을 결정하는 단계를
    더 포함하는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  8. 제 3항에 있어서, 페데스탈 파라미터를 조정하는 단계는 Pedcorrected = Pedestal * (1 + Pcorrectionfactor)으로서 수행되고,
    여기서 Pedestal = Practual * (Pedhigh - PEdlow)/(Prhigh - Prlow) + Pr0이고, Practual은 측정된 압력이고, Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 두 압력들 Prhigh 및 Prlow(단, Prhigh > Prlow)에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고, Pr0은 공장 튜닝 프로세스의 마지막에 결정된 상수이고,
    Pcorrectionfactor는, 밸브 응답이 너무 빠른 경우 설정 지점 변화 이후에 반복적으로 조정되고, Pcorrectionfactor는 작은 양만큼 감소되고, 응답이 너무 느린 경우, Pcorrectionfactor는 작은 양만큼 증분되는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 페데스탈 파라미터는 메모리에 저장되는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 질량 흐름 제어기는, 메모리에 저장된 페데스탈 파라미터에 기초하여 전력 사이클 이후에 정정을 계속해서 수행하기 위해 프로세서를 이용하여 명령을 실행하도록 추가로 구성되는, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
  11. 질량 흐름 제어기로서,
    유체를 수용하기 위한 입구와;
    유체가 질량 흐름 제어기를 통과하는 흐름 경로와;
    흐름 경로를 통과하는 유체의 질량 흐름에 대응하는 신호를 제공하기 위한 질량 흐름 센서와;
    질량 흐름 제어기의 출구로부터의 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브와;
    적어도 하나의 처리 구성요소로서,
    제로로부터 비 제로로의 설정 지점 변화의 초기 응답 동안 흐름을 모니터링하는 것과;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞는 지의 여부를 결정하는 것과;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞지 않는다는 결정에 응답하여 밸브 응답을 정정하기 위해 자가-조정을 자동으로 수행하는 것을
    포함하는 동작을 수행하기 위해 명령을 실행하도록 구성되는, 적어도 하나의 처리 구성요소를
    포함하고,
    밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 입구 압력의 함수로서 페데스탈을 조정하는 것을 포함하고,
    입구 압력의 함수로서 밸브 페데스탈 값을 조정하는 것은 다음과 같이 결정되고,
    Pedestal = Practual * (Pedhigh - Pedlow)/(Prhigh - Prlow) + Pr0,
    여기서 Practual은 측정된 압력이고, Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 두 압력들 Prhigh 및 Prlow(단, Prhigh > Prlow)에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고, Pr0은 공장 튜닝 프로세스의 마지막에 결정된 상수인, 질량 흐름 제어기.
  12. 제 11항에 있어서, 밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 제어 루프의 비례, 적분, 및 미분(PID) 파라미터를 조정하는 것을 포함하는, 질량 흐름 제어기.
  13. 제 11항에 있어서, 밸브 응답을 정정하기 위한 자가-조정은 시간이 지남에 따라 발생하는 변화를 정정하기 위해 페데스탈 파라미터를 조정하는 것을 포함하는, 질량 흐름 제어기.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 11항에 있어서, 밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 있는지의 여부를 결정하는 것은
    최종 설정 지점의 제 1 백분율에 도달하기 위해 제 1 측정된 값을 결정하는 것과;
    최종 설정 지점의 제 2 백분율에 도달하기 위해 제 2 측정된 값을 결정하는 것을
    포함하는, 질량 흐름 제어기.
  17. 제 16항에 있어서, 밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 있는지의 여부를 결정하는 것은
    흐름이 최종 설정 지점을 지나가는 제 1 시간을 발생하는 초과량의 제 3 측정된 값을 결정하는 것을
    더 포함하는, 질량 흐름 제어기.
  18. 제 13항에 있어서, 페데스탈 파라미터를 조정하는 것은 Pedcorrected = Pedestal * (1 + Pcorrectionfactor)으로서 수행되고,
    여기서 Pedestal = Practual * (Pedhigh - PEdlow)/(Prhigh - Prlow) + Pr0이고, Practual은 측정된 압력이고, Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 두 압력들 Prhigh 및 Prlow(단, Prhigh > Prlow)에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고, Pr0은 공장 튜닝 프로세스의 마지막에 결정된 상수이고,
    Pcorrectionfactor는, 밸브 응답이 너무 빠른 경우 설정 지점 변화 이후에 반복적으로 조정되고, Pcorrectionfactor는 작은 양만큼 감소되고, 응답이 너무 느린 경우, Pcorrectionfactor는 작은 양만큼 증분되는, 질량 흐름 제어기.
  19. 제 18항에 있어서, 페데스탈 파라미터는 메모리에 저장되는, 질량 흐름 제어기.
  20. 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법으로서,
    입구 압력의 함수로서 페데스탈을 조정하는 단계와;
    제로로부터 비 제로로의 설정 지점 변화의 초기 응답 동안 흐름을 모니터링하는 단계와;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞는 지의 여부를 결정하는 단계와;
    밸브 응답이 허용가능한 한계 내에 맞지 않는다는 결정에 응답하여 밸브 응답을 정정하기 위해 자가-조정을 자동으로 수행하는 단계를
    포함하는 동작을 수행하기 위해, 프로세서를 이용하여 명령을 실행하는 질량 흐름 제어기를 포함하고,
    입구 압력의 함수로서 밸브 페데스탈 값을 조정하는 단계는 다음과 같이 결정되고,
    Pedestal = Practual * (Pedhigh - Pedlow)/(Prhigh - Prlow) + Pr0,
    여기서 Practual은 측정된 압력이고, Pedhigh, Pedlow는 공장 튜닝 프로세스 동안 두 압력들 Prhigh 및 Prlow(단, Prhigh > Prlow)에서 얻어진 각각의 페데스탈 값이고, Pr0은 공장 튜닝 프로세스의 마지막에 결정된 상수인, 질량 흐름 제어기를 개선하기 위한 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7101114B2 (ja) * 2015-09-28 2022-07-14 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 比例流量弁を使用して気体流を制御するための方法及びシステム
US11675374B2 (en) * 2018-10-26 2023-06-13 Illinois Tool Works Inc. Mass flow controller with advanced zero trending diagnostics
JP7262745B2 (ja) * 2018-12-27 2023-04-24 株式会社フジキン マスフローコントローラ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011135826A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 Hitachi Metals, Ltd. Method and system of on-tool and on-site mfc optimization providing consistent response

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877051A (en) * 1988-11-28 1989-10-31 Mks Instruments, Inc. Flow controller
US5062446A (en) * 1991-01-07 1991-11-05 Sematech, Inc. Intelligent mass flow controller
US6445980B1 (en) * 1999-07-10 2002-09-03 Mykrolis Corporation System and method for a variable gain proportional-integral (PI) controller
US6712084B2 (en) * 2002-06-24 2004-03-30 Mks Instruments, Inc. Apparatus and method for pressure fluctuation insensitive mass flow control
CN1688948B (zh) * 2002-07-19 2010-05-26 布鲁克斯器具有限公司 在质量流动控制器中用于压力补偿的方法和装置
KR20050047079A (ko) * 2002-07-19 2005-05-19 셀레리티 그룹 아이엔씨 공용 기준 레그를 갖는 가변 저항기 센서
US8915262B2 (en) * 2011-08-09 2014-12-23 Hitachi Metals, Ltd. Mass flow controller algorithm with adaptive valve start position

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011135826A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 Hitachi Metals, Ltd. Method and system of on-tool and on-site mfc optimization providing consistent response

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