KR20020000867A - 실시간 유동 측정 및 수정용 광범위 가스 유동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량 유동율을 실시간으로 정확히 측정하고 선택적으로 조절하는 가스 전달 시스템에 대한 것이다. 이 시스템은 흡입구 밸브, 교정 체적, 유동 제한기 및 배출구 밸브를 직렬로 연결하는 유체 도관을 포함한다. 압력 및 온도 센서가 교정 체적에 커플링된다. 차압 센서 또는 한 쌍의 차압, 절대 압력 또는 게이지 압력 센서가 유동 제한기에 걸쳐 부착될 수 있다. 다르게는, 절대 압력 센서가 유동 제한기의 상류측에 부착될 수 있다.

Description

실시간 유동 측정 및 수정용 광범위 가스 유동 시스템{Wide range gas flow system with real time flow measurement and correction}

반도체 제조 공정과 같은 많은 공업용 공정(industrial process)들은 "반응 용기(reaction vessel)"이라고도 불리는 처리실에 가스를 정확히 전달하는 것에 의존한다. 이러한 처리실은 몇몇 경우에서의 매우 고압으로부터 다른 경우의 매우 낮은 압력에 걸친 다양한 압력에서 작동한다. 가스 전달 시스템의 정확도와 안정성은 전체 제조 공정에 있어 매우 중요하다. 이러한 시스템의 주 목적은 규정된 질량의 가스를 정확히 전달하는 것이다. 질량과 체적 간의 관계가 일정하지 않고 다른 인자들에 의존하므로, 순전히 체적 유동 제어만을 하는 장치는 별로 유용하지 않다.

역사적으로, 공학자들은 처리용 가스의 유동을 제어하기 위해 열적 질량 유동 제어기(thermal mass flow controller)를 사용하였다. 전체 가스 전달 시스템에서, 이들 열적 질량 유동 제어기는 다양한 필터, 압력 변환기, 제어 밸브와 연계하여 제공된다. 이들 구성요소들은 일반적으로 강철 튜브(steel tubing) 및 다양한 기계적인 커플링(mechanical coupling)에 연결된다. 일반적인 연결 구성(connection scheme)은 용접, 경납땜(brazing), 다양한 재사용가능한 부착물(fittings)을 포함한다. 이러한 부착물에는 진공 밀폐식 미캐니컬 시일(vacuum-tight mechanical seal)을 형성하기 위해 압축하에 유지되는 탄성체 또는 금속으로 이루어진 시일을 사용한다.

도 1은 예시적인 열적 질량 유동 제어기(100)를 도시한다. 가스는 먼저 가스 흡입구(102)를 들어간 후, 유동(103) 경로를 따라 나아간다. 흡입구(102) 다음에는, 가스는 바이패스 제한기(104; bypass restrictor) 주위로 흐른다. 바이패스 제한기(104)에 걸쳐 형성되는 압력 강하(pressure drop)로 인해, 정해진 분량의 가스가 유동(107) 경로의 모세관(106; capillary tube)으로 전환된다. 다단계 가열기 권선(105; multi-stage heater winding)은 모세관(106) 둘레에 감겨 있다. 권선(105)은 여러 단자(105a 내지 150c)를 포함하며, 본 예에서는 개수가 3개이다. 가스가 모세관(106)을 나감에 따라, 주요 가스 유동(108; main gas stream)과 재결합하여 제어 밸브(112)로 계속 나아가는 결합된 유동(111)을 형성한다. 제어 밸브(112)는 밸브 권선과 자석(114)과 플런져(116; plunger)를 포함한다. 플런져(116)의 위치는 질량 유동 제어기를 지나가는 가스 유동의 량을 조절한다. 보다 넓게 플런져를 설정하면 보다 많이 가스가 유동하게 하는 반면, 플런져를 보다 좁게 설정하면 가스가 보다 적게 유동한다. 제어 전자장치(112)는 후술하는 바와 같이, 원하는 가스 유동을 이루기 위해 플런져 위치를 조절한다. 제어 밸브(112) 다음에는, 가스는 경로(118)로 유동하여 최종적으로 가스 배출구(120)에서 질량 유동 제어기(100)를 나간다. 가스 배출구(120)는 다른 "하류측(downstream)" 배관(plumbing; 도시되지 않음)을 통해 처리실로 통할 수 있다.

질량 유동 제어기(100)는 하기의 원리로 작동한다. 모세관(106; 유동(107))을 지나 흐르는 유체의 질량은 바이패스 제한기(104) 주위의 유동량에 직접적으로 비례한다. 그러므로 장치를 지나는 전체 유동을 나타내는 측정량을 제공한다. 그러므로, 유동(107)의 가스의 질량과 정해진 수를 곱하면 주요 가스 유동(108)의 가스의 질량과 같다. 가스 유동(107, 108)량의 합은 가스 유동(103)량과 같다. 질량 유동 제어기(100)는 모세관, 바이패스 유동 경로 및 제어 밸브의 상대적인 사이즈 및 형상을 고려하여 특정 유동 범위에 대해 제조될 수 있다.

질량 유동 측정 방법의 한 방법에 따르면, 전류가 단자(105a) 내지 단자(105c) 사이의 가열기 권선(105)을 통해 지나간다. 가열기 권선(105)의 저항은 공지된 방식으로 온도와 함께 변화한다. 그러므로, 권선(105)이 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)로 작동하면, 단자(105b)는 측정점으로서 사용될 수 있다. 가스가 모세관(106)을 통해 유동함에 따라, 가스의 열적 질량(thermal mass)은 권선의 제 1 부분(단자(105a)와 단자(105b) 사이)으로부터 권선의 제 2 부분(단자(105b)와 단자(105c) 사이)으로 열을 전달한다. 질량 유동의 량은 열 전달량을 결정하며, 이는 권선(105a 내지 105b)과 권선(105b 내지 105c) 사이의 전압불균형에 직접적으로 비례한다. 이러한 전압 불균형은 모세관(106)에서 유동하는 질량의 량을 나타낸다. 모세관(106)을 지나는 질량의 량을 안다면, 유동(103)의 질량의 전체 량을 상술한 바와 같이 쉽게 계산될 수 있다.

이러한 측정 원리의 다른 변형이 또한 사용되어 왔다. 예를 들어, 단일 가열기 권선과 두 개의 온도 측정 장치가 유동으로 인한 열전달을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 변형으로서, 유동으로 인해 모세관을 따라 정해진 온도 하강을 유지하기 위해 가열기 권선의 하나 또는 모두를 통해 가변량(variable amount)의 전류가 흐를 수 있다.

작동시에, 제어 전자장치(122)가 폐루프 피드백 시스템(closed loop feedback system) 하에서 플런져의 위치조정을 조절한다. 즉, 전자장치(122)는 (모세관(106)에 의해 측정된)검출된 질량 유동과, (입력값으로 제공되는)원하는 질량 유동을 비교한다. 그 다음, 이러한 비교에 근거하여, 전자장치(122)는 이에 응답하여 플런져(116)의 위치를 좁히거나 개방한다.

질량 유동 제어기는 가스 전달 시스템의 가장 중요한 부분 중의 하나이다. 불행히도, 공지된 질량 유동 제어기는 이러한 시스템에서 가장 신뢰성이 낮은 부분 중의 하나일수도 있다. 질량 유동 제어기는 모세관, 권선, 바이패스 제한기 및 제어 밸브의 설정이 매우 상이하게 제조되어 왔다. 그럼에도 불구하고, 몇몇 상이한 인자(factor)들은 질량 유동 교정에 바람직하지 않은 편차를 일으키며 바람직하지 않은 성능을 일으킨다. 어떤 액상 또는 다른 오염물질이 바이패스 제한기 주위의 영역에 형성되면, 유동(107)과 유동(103) 간의 관계가 변하며, 장치의 전체교정(calibration)이 변화된다. 유동 경로 내에서 바이패스 유동 경로 등에서 형성되는 응축 현상은 교정 오차의 또다른 원인이다. 권선의 노화와, 이 권선과 모세관 외측 사이의 열적 접촉 성질은 장기간의 교정 드리프트(calibration drift)를 일으킨다. 권선의 열을 받음으로 인한 처리용 가스의 화학 조성 변화는 공정 상태에 영향을 미칠 수도 있다.

다른 유동율 제한기 시스템이 케네디(Kennedy)의 미국 특허 제 4,285,245호에 있다. 케네디의 특허는 고정된 체적의 측정실에서의 압력 감소를 측정하고, 측정된 압력 손실값(pressure drop)을 압력 강하 시간으로 나누어 압력 감소율을 계산한다. 이러한 계산된 감소율은 체적 유동율에 직접적으로 관련이 있다. 비록 케네디의 시스템은 그 의도한 목적에는 유용할 수 있지만, 질량 유동율을 정밀하게 제어하고자 하는 용도에는 부적절할 수 있다. 특히, 가스의 질량은 체적에 항상 비례하지는 않으며, 그 이유는 이러한 관계가 절대 압력과 온도와 같은 인자들의 영향하에서 변할 수 있기 때문이다. 또한, 케네디의 시스템에서는 질량 유동율이 작게 증가하는 변화를 검출하지 못할 수 있는데, 왜냐하면 본 발명자들이 인식하는 바에 따르면 케네디의 시스템은 어떠한 연속적 또는 실시간 측정 및 유동 제어 수단도 구비하지 않기 때문이다. 그러므로, 케네디의 접근 방법은 질량 유동을 정확하게 제어하고자 하는 용도에는 만족스럽지 않을 수 있다. 반도체 제조 라인에서, 처리용 가스가 잘못 전달되면 매우 많은 비용이 소요될 수 있다. 몇몇 경우에, 처리용 가스가 처리실 내의 실리콘 웨이퍼에 부정확하게 전달되면, 그 웨이퍼는 못쓰게 된다. 그리고, 더 큰 실리콘 잉곳(ingot)을 사용할수록 경제성이 보장되므로,이러한 넓은 실리콘 웨이퍼는 손상되어 폐기처분시, 보다 많은 비용이 소모된다. 또한, 이러한 오류가 발생하는 경우에, 질량 유동 제어기를 수리 또는 교환하고 다시 생산라인을 재개하는 것 또한 많은 비용이 소요된다. 많은 경우에, 가동 휴지시간(manufacturing downtime)은 시간당 125,000달러 이상의 수입을 잃을 수 있다.

이러한 제한을 고려할 때, 공지된 질량 유동 제어기는 특정한 해결되지 않은 문제점으로 인해 몇몇 용도에는 완전하게 적합하지는 않다.

본 발명은 처리실(processing chamber)로 매우 정확한 양의 가스를 전달하는 것을 요구하는 제조 공정에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 처리실에 가스를 전달하는 동안 가스 유동을 정확하게 측정하는 개선된 가스 유동 시스템에 관련한 것이다. 이러한 측정에 따라 가스 유동을 조절하기 위해 부가적인 작업이 수행될 수 있다.

도 1은 공지된 질량 유동 제어기의 블록 선도.

도 2는 본 발명에 따라 부동 기준 차압 변환기를 사용하여 실시간으로 유동을 측정, 조절 및 수정하는 광범위 가스를 전달하는 질량 유동 제어 시스템의 하드웨어 구성요소 및 상호 접속부를 도시하는 블록 선도.

도 3은 본 발명에 따라 부동 기준 차압 변환기가 유동 제한기와 병렬로 장착되는, 다른 실시예의 가스 전달 질량 유동 제어 시스템의 하드웨어 구성요소 및 상호 접속부를 도시하는 블록 선도.

도 4는 본 발명에 따라, 상이한 처리용 가스를 갖는 공유된 기준 체적과 다중 경로(multiple path)를 갖는 가스 유동 제어기의 하드웨어 구성요소 및 상호 접속부를 도시하는 블록 선도.

도 5는 본 발명에 따르는 디지털 데이터 처리 장치의 블록 선도.

도 6은 본 발명에 따르는 예시적인 신호전달매체의 도면

도 7a 및 도 7b는 하류측 질량 유동을 제어하여 가스 전달 질량 유동 제어 시스템을 작동하기 위한 작동 순서의 순서도.

넓게는, 본 발명은 처리실에 가스를 전달하는 동안 가스를 정확하게 측정하는 개선된 가스 유동 시스템에 대한 것이다. 이러한 유동 측정에 따라 가스 유동을 정확하게 조절하는 부가적인 단계가 수행될 수 있다. 질량 유동 시스템은 흡입구 밸브, 교정 체적(calibration volume), 유동 제한기 및 배출구 밸브를 직렬로 연결하는 유체 도관을 포함한다. 압력 및 온도를 감지하는 장치가 교정 체적에 커플링된다. 일 실시예에서, 하류측 질량 유동 센서는 두 개의 압력 변환기를 포함하는 부동 기준 차압 센서(floating reference differential pressure sensor)를 포함한다. 제 1 변환기가 유동 제한기의 도관 상류측에 부착되고, 제 2 변환기가 유동 제한기의 도관 하류측에 부착된다. 각각의 변환기는 기준 압력원(reference source)으로부터 기준 압력을 받고, 이 기준 압력에 대한 압력을 측정한다.

작동에 있어서, 질량 유동 시스템은 표준의 분당 입방 센티미터(sccm)와 같은 적절한 단위로 원하는 질량 유동율을 규정하는 "목표 질량 유동율" 또는 "설정점(set point)"의 고객의 시방서(specification)를 수신한다. 설정점을 수신하기전 또는 수신한 후에, 교정 체적은 방출되고 기준 압력이 부동 기준 차압 변환기(floating reference differential pressure transducer)를 교정하도록 조정된다. 다음에, 가스 유동이 시작된다. 이 가스 유동 중에, 교정 체적에서의 절대 압력 측정과, 유동 제한기에 걸친 차압 측정을 포함하는 측정이 반복적으로 수행된다; 이러한 측정은 "측정된 질량 유동율"을 정하기 위해 사용된다. 가스 유동을 제어할 필요가 있으면, 가스 유동은 측정된 유동율이 목표 질량 유동율에 도달할 때까지 적절한 제어값을 사용하여 무한반복식으로 조정된다. 교정 체적에 온도/압력 감지 장치를 사용하여, 실제 질량 유동율의 반복 계산이 실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율사이의 차이점을 밝히기 위해 이루어진다. 불일치함이 밝혀졌을 때에는, 측정된 유동율을 계산하는 방법이 상기 불일치를 나타내기 위해 "급히(on the fly)" 수정된다. 가스 유동 제어가 필요하면, 그 다음에, (수정된)측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동율이 조정된다.

유동 제한기의 상류측에 장착된 단일 압력 감지 장치 또는 유동 제한기와 병렬로 장착된 단일 다이어프램(diaphragm) 타입 압력 변환기, 열적 질량 유동 센서와 같은, 하류측 질량 유동 센서의 다른 실시예가 또한 공개되어 있다.

따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 가스 전달 질량 유동 측정 시스템의 작동 방법을 제공하도록 실시될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명은 가스 전달 질량 유동 측정 시스템과 같은 장치를 제공하도록 실시될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 가스 전달 질량 유동 측정 시스템을 작동시키는 작업을 수행하기 위해 디지털 데이터 처리 장치에 의해 수행가능한 장치가 판독가능한 지령(machine-readable instruction)으로 이루어진 프로그램을 포함하는 신호전달매체(signal-bearing medium)를 제공하도록 실시될 수 있다. 다른 실시예는 가스 전달 질량 유동 시스템을 작동시키는 작업을 수행하도록 설정된 다중 상호접속된 전기전도성 소자를 갖는 논리 회로에 관한 것이다.

본 발명은 사용자에게 다수의 별개의 장점을 제공한다. 주로, 본 발명은 가스 전달 중에 개별적인 질량 유동 측정하고 보다 정확하게 가스 유동을 측정(선택적으로 조절)하기 위해 측정값을 비교하여 정확한 처리용 가스 전달을 보장한다. 본 발명의 질량 유동은, 본 발명이 "실시간"으로 실제 가스 전달 중에 가스 유동을 반복적으로 측정하며 이러한 측정을 보정하므로 보다 정확하다. 본 발명은 일 실시예에서 부동 기준 차압 변환기를 사용하여 가스 유동율을 보다 정확하게 측정할 수 있다. 종래 기술과는 대조적으로, 이러한 부동 기준 차압 변환기는 보다 넓은 측정 범위 및 보다 높은 분해능을 제공한다. 다른 장점으로서, 부동 기준 차압 변환기는 부식성 가스와 함께 사용될 수 있다. 왜냐하면 변환기의 상하기 쉬운 배면측(back side)이 주의깊게 조절되는 압력의 안전한 가스(safe gas)를 포함하고 있는 기준 도관(reference conduit)에 커플링되어 격리되어 있기 때문이다.

또한, 본 발명은 그 용도가 다양하여 유익하다. 또한, 반도체 제조 용도 외에도, 본 발명은 창(window), 금속 등을 코팅하기 위해 가스를 정학히 전달하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 하기의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해지는 바와 같이 다수의 다른 장점을 제공한다.

본 발명의 목적, 장점 및 특징은 첨부한 도면과 연계하여 하기의 상세한 설명을 읽으면 보다 용이하게 이해될 수 있다.

본 발명의 특질, 목적 및 장점은 첨부한 도면과 연계하여 하기의 상세한 설명을 숙고한 후에는 당업자에게 명확히 이해될 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 처리용 가스를 처리실에 전달하는 중에 질량 유동을 정확히 측정하고, 이러한측정을 보정하고, 선택적으로 가스 유동을 조정하는 개선된 가스 전달 질량 유동 시스템에 대한 것이다. 이러한 측정은 교정 체적에서의 상류측 센서와, 하류측의 유동 제한기에서의 하나 이상의 센서를 함께 사용하여 이루어진다.

2단 가스 유동 기술의 해석

상술한 바와 같이 모세관을 사용하는 열적 가스 유동 제어기와는 대조적으로, 1999년, 2월 2일 공개된 윌머(Wilmer)의 미국 특허 제 5,865,205호에는 다른 타입의 전달 시스템이 나타나 있다. 윌머의 시스템은 알려진 체적의 레저버(reservoir)를 사용하며, 이 레저버는 처리(process) "방식(recipe)" 단계가 시작될 때 가스로 채워진다. 레저버 내의 가스의 온도 및 압력이 측정되어 레저버 내에 있는 가스의 초기 질량을 측정한다. 레저버로부터 처리실로의 가스 유동은 자가교정식(self-calibrating) 동적 유동 회로의 제어하에 가변 유동 제어 밸브에 의해 계량된다. 처리실로의 가스 유동이 종료된 후, 레저버에 잔류하는 가스의 온도 및 압력이 다시 측정되어 레저버에 잔류하는 가스의 최종 질량이 측정된다. 가스의 초기 질량값과 최종 질량값이 비교되어 상기 방식(recipe) 단계 중의 레저버로부터 방출된 가스의 실제 질량이 측정된다. 이러한 값은 시스템 교정 상수를 갱신하기 위해 교정 서보 루프(calibration servo loop)로의 입력값으로서 작용한다.

그러므로, 윌머의 시스템은 2단 가스 전달 과정을 사용하며, 이 과정은 (1) 먼저, 가스가 레저버로부터 처리실로 전달되고, (2) 가스 유동이 종료된 후, 레저버 내의 전달 후의 가스 온도 및 압력이 측정되는 것이다. 전달 후의 측정은 시스템을 "오프라인(off-line)" 즉, "실시간"이 아니게 교정하는 것을 돕는데 사용된다.

윌머의 시스템은 모세관 및 이에 연관된 제약을 성공적으로 생략하였지만, 본 발명자들은 윌머의 접근 방법에 대해 다른 개선점이 있지 않을까하는 관점에서 분석하였다. 이러한 노력의 일환으로, 본 발명자들은 유동 측정 자체를 수정하는 것이 아니라 설정점을 수정하는 윌머의 접근 방법이 실제 유동 신호 또는 값을 수신하는 제 2 감시 장치 또는 시스템을 사용할 수 없다는 인식되지 않은 제약이 있음을 주목하게 되었다.

다른 제약으로서, 윌머의 유동 제어 방법은 가스 유동이 음속으로 오리피스를 지나가는 것을 요구하므로, 이러한 노출로부터 용액 변질(solution alteration), 화학적 해리, 또는 재료 특성에 바람직하지 않은 다른 효과로 인해 악영향을 받고 있는 처리 물질(process material)의 전달에 대해 어떤 작용을 가할 가능성이 제거된다.

윌머의 접근 방법의 다른 제약으로서, 가스 유동 제어기 교정이 자주 수행되지 않으며, 이는 윌머의 가스 유동 제어기 교정은 처리가 수행된 후에 오프라인 상태에서만 수행될 수 있기 때문이다. 즉, 윌머의 접근 방법은 공정 수행 중에 얼마나 많은 전체 가스가 실제로 유동하였는가를 측정하기 위해 공정이 수행된 후에 레저버에 잔류하는 가스의 압력 및 온도를 측정한다. 비록 최종 수행 후의 유동 측정의 정밀도를 확인하는데는 유동하지만, 이 기술은 사실상, 처리 수행시마다 한번밖에 재교정(recalibration)하는 것이 제한된다. 보다 자주 교정하는 것이 유익한 응용예에 대해, 윌머의 접근 방법은 부적절하다. 또한, 윌머의 접근 방법은 전달 후의 교정이 사실상 의미가 없는, 일회 수행 가스 전달 공정(single run gas delivery process)에 대해서는 전적으로 부적절하다.

하드웨어 구성요소 및 상호접속부

시스템 구조

서론

본 발명의 한 특징은 가스 유동 시스템에 대한 것이며, 이는 도 2의 시스템(200)에 도시된 바와 같이 다양한 하드웨어 구성요소와 상호접속부에 의해 실시된다. 상기 시스템(200)은 유동 경로(214), 전자장치 모듈(213), 처리실(215) 및 폐기물 배출구(252)를 포함한다. 대체로, 유동 경로(214)는 반도체 제조 공정, 코팅 공정 또는 처리실(215)에서 일어나는 다른 공정에 사용하기 위해 처리 가스를 사용자가 선택한 질량 유동율로 처리실(215)에 정확히 안내한다. 이를 제외한 시간에는, 유동 경로(214)는 이 경로(214)의 구성요소로부터 가스를 제거(purging)하기 위해 폐기물 배출구(252)로 가스를 안내한다.

전자장치 모듈(213)은 유동 경로(214) 내의 다양한 전기적으로 조작되는 구성요소들을 제어하며, 다른 구성요소로부터 전기적으로 표현된 측정값을 수신한다. 하기의 설명에서, 전자장치 모듈(213)은 전기 전도성 와이어 또는 버스(bus)에 의해 이러한 구성요소에 결합(coupling)된다. 그러나, 광, 전파, 음파 등을 이용하는 무선 전송, 광섬유 라인과 같은 다른 적절한 접속 수단이 사용될 수 있다.

처리실 및 폐기물 배출구

공정 진행 중에, 처리실(215)은 유동 경로(214)로부터의 처리용 가스의 목적지이다. 처리실(215)에서, 처리용 가스는 가스와 상호작용하도록 처리실(215)에 위치된 재료와 상호작용한다. 이러한 상호작용은 코팅, 반응, 에칭, 적층(deposition), 화학 결합(chemical bonding) 등을 포함한다. 일례로서, 유동 경로(214)로부터의 처리용 가스는 집적 회로, 플랫 패널 디스플레이 등의 제조 공정 중에 반도체 재료에 적용될 수 있다. 다른 예로서, 유동 경로(214)로부터의 처리용 가스는 윈도우(window), 금속, 플라스틱 또는 다른 완전히 상이한 재료를 코팅하기 위해 사용될 수 있다.

처리실(215)은 처리될 재료를 유지하기 위해 충분한 사이즈의 용기를 포함한다. 반도체 제조에 사용되는 것과 같은, 처리실의 구조는 당업계에 공지되어 있으므로 더 이상 설명하지 않는다.

폐기물 배출구(252)는 유동 경로(214)로부터의 처리용 가스를 안내할 위치를 제공한다. 일례로, 경로(214)는 유틸리티 가스(utility gas)를 경로(214)로 내려보내 최종적으로 폐기물 배출구(252)로 배출하여 제거될 수 있다. 또한, 폐기물 배출구(252)는 다른 용도를 갖는다. 제조 공정이 진행 중에, 유틸리티 가스가 "기준 도관"을 지나, 최종적으로 폐기물 배출구(252)를 나가도록 안내될 수 있다. 이는 교정 중에 유용하며, 특정한 부동 기준 압력 변환기를 사용하는 것은 후술한다.

몇몇 경우에, 유동 경로(214)로부터의 처리용 가스가 유동성이 아니면, 폐기물 배출구(252)는 대기중으로 통하는 배기 포트(vent or exhaust port)일 수 있다. 다른 경우에, 폐기물 배출구(252)는 적절한 저장 시설, 진공 펌프 또는 다른 적절한 진공화(evacuation) 및 방출 수단으로의 배관을 포함할 수 있다. 반도체 제조에 사용되는 것과 같은 폐기물 배출구의 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 더 이상 설명하지 않는다.

비록, 유동 경로(214) 및 전자장치 모듈(213)이 본 발명의 다양한 특징을 실시하지만, 본 발명의 용도를 예시하고자 하는 목적을 위해서만, 처리실(215)과 같은 다른 구성요소가 예시되어 있다.

유동 경로

유동 경로(214)는 처리용 가스 및 유틸리티 가스를 안내하고, 처리용 가스 경로(214a) 및 유틸리티 가스 경로(214b)를 포함한다. 처리용 가스는 처리실(215)로 안내되며, 여기에 위치된 재료에 처리용 가스가 적용된다. 다소의 예를 제공하면, 처리용 가스는 질소, 산소, 오존, 실란(silane), 아르곤, 염화탄화수소(chlorinated hydrocarbon) 등일 수 있다. 유틸리티 가스는 처리실(215)의 재료에 적용하는 것 외의 목적을 위해 사용된다. 예를 들어, 유틸리티 가스는 유동 경로(214a)를 지나 폐기물 배출구(252)로 보내져, 유동 경로(214a)를 세척할 수 있다.

다른 응용예에서, 처리용 가스가 유동 경로(214a)를 지나가는 동안, 유틸리티 가스는 후술하는 바와 같이, 유동 경로(214a) 내의 부동 기준 차압 변환기를 교정하기 위해 유동 경로(214b) 내에서 가압하에 적용될 수 있다. 이러한 목적을 위해 사용될 때, 유틸리티 가스는 양호하게는 질소와 같은 비부식성이고 순수하며 수분을 포함하지 않은 물질을 포함한다. 이러한 특성은 후술하는 바와 같이, 유틸리티 가스가 부동 기준 차압 변환기의 화학적으로 민감한 배면측을 손상하지 않음을 보장하는 것을 돕는다.

유동 경로(214)에 대해 보다 상세하게 설명하면, 경로(214)는 "기준 가스" 유동 경로(214b)로 통하는 유틸리티 가스 입구(258)를 포함한다. 경로(214b)는 조정가능한 유동 제어 밸브(211), 기준 도관(261), 유동 제한기(212)를 포함한다. 선택적으로, 유동 경로(214b)의 구성요소의 순서는 유동 제어 밸브(211)와 유동 제한기(212)의 위치가 바뀌어 제어 밸브(211)가 기준 도관(261)의 하류측에 위치되고 유동 제한기(212)가 상류측에 위치되도록 재배치될 수 있다. 이들 구성요소와 그 작동은 하기에 상술한다.

입구(258)와 유동 경로(214b)에 부가하여, 유동 경로(214)는 "처리용 가스" 유동 경로(214a)에 연결된 처리용 가스 입구(256)를 포함한다. 입구(256, 258)는 유동 경로(214)의 "상류측" 끝을 이루는 반면, 처리실(215)과 폐기물 배출구(252)는 "하류측" 끝을 이룬다. 3방향 밸브(201; three-way valve)는 유틸리티 가스 입구(258) 또는 처리용 가스 입구(256)로부터 가스가 처리용 가스 유동 경로(214a)로 가는 것을 선택적으로 허용한다. 밸브(201)는 전자장치 모듈(213)로부터 라인(201a)을 거쳐 수신된 전기 신호에 응답하여, 입구(256), 입구(258) 또는 이들 입구중 어느 것도 아닌("off") 위치 사이에서 전환(switching)된다. 상업적으로 입수할 수 있는 적절한 3방향 밸브의 예는 파커 코포레이션(Parker Corporation)의 울트라시일 밸브(Ultraseal Valves)와, 베리플로 코포레이션(Veriflo Corporation)의 퀀텀 라인(Quantum line)의 밸브를 포함한다.

유동 경로(214a)에서 밸브(201)로부터 하류측으로 계속가면, 금속 튜브 또는 다른 적절한 배관과 같은 밀봉된 도관에 의해 직렬 방식으로 상호 연결된 게이지, 밸브 등과 같은 다양한 하위-구성요소(subcomponent)가 있다. 보다 상세하게는, 밸브(201)는 습기 또는 분진(particulate)과 같은 타깃에 대한 오염물질(target contaminant)을 여과하기 위한 선택성 필터(202; optional filter)에 연결된다. 상업적으로 입수가능한 필터(202)의 예는 파커 코포레이션이 제조한 소결 스테인리스 강 필터이다. 필터(202)는 교정 체적(203)으로 통하며, 이 체적은 후술하는 바와 같이, 견고한 금속 블록 조립체(solid metal block assembly) 내에 형성된 공동(cavity)을 포함할 수 있다.

선택적으로, 온도 센서(210)가 교정 체적(203) 내의 가스 온도를 측정하기 위해 교정 체적(203)에 커플링될 수 있다. 온도 센서(210)는 라인(210a)을 거쳐 전자장치 모듈(213)에 판독한 온도를 나타내는 전기적 신호(electrical representation)를 전송한다. 교정 체적(203)에 직접적으로 연결된 것으로 도시되었지만, 온도 센서(210)는 그 위치의 온도를 측정하기 위해 체적(203)에 충분히 근접하고 열적으로 관련이 있는 위치 또는 부근의 유체 도관과 같은 위치에 간접적으로 연결될 수 있다. 온도 측정은 교정 중의 가스의 열팽창, 처리용 가스 온도의 편차 및 다른 특성과 같은 다양한 다양한 열적 효과를 측정 및 설명하는 것을 돕는다. 실시가능하고(feasible) 간단한 대안으로서, 온도 센서(210)는 시스템(200)으로부터 생략될 수 있다. 이 경우에는, 온도가 대기 온도와 같은 일정한 값이라는 가정이 성립할 수 있다.

절대 압력 센서(204)는 교정 체적(203) 내측의 가스의 절대 압력을 측정하기 위해 교정 체적(203) 또는 (예시된 바와 같이)교정 체적(203)으로부터 나오는 도관, 또는 다른 적절하게 인접한 위치에 작동가능하게 커플링된다. 센서(204)는 라인(204a)을 거쳐 전자장치 모듈(213)에 그 압력 판독값을 나타내는 전기 신호를 전송한다. 절대 압력 센서(204)는 절대 진공에 대한 압력을 측정하여 작동하므로 "절대" 압력을 측정한다. 따라서, 센서(204)는 다이어프램(diaphragm) 타입의 장치를 포함한다. 이 장치의 다른 목적은 층류 유동을 포함하는 응용예에서 평균 압력을 측정할 수 있도록 유동 제한기(206)에 따라 절대 압력을 측정하는 것이다. 그러므로, 예시된 실시예에서, 절대 압력 센서(204)는 교정 체적(203)과 유동 제한기(206) 모두에 인접하게 위치되어 이 둘 모두에 작동가능하게 커플링되며, 일반적으로 교정 체적(203)과 유동 제한기(206) 사이의 이러한 경로를 비교적 짧은 길이로 유지하고 도관을 높은 유체전도성(fluid conductance)에 대해 최적화되게 유지하여 이루어진다. 상업적으로 입수가능한 절대 압력 센서의 일례로는 세트라 코포레이션(Setra Corporation)의 모델-204가 있다.

교정 체적(203)의 하류측에서, 처리용 가스 유동 경로(214a)는 유동 제한기(206)를 지나간다. 유동 제한기(206)는 층류 유동 소자, 분자 유동 소자, 음속 노즐, 소결된 필터 소자, 하나 이상의 오리피스, 핀치 관(pinched tube), 하나이상의 모세관 또는 본원의 유동 형태(flow regime) 및 측정 기술에 적합하게 유동을 제한하는 다른 메커니즘을 포함한다.

층류 또는 분자 유동 형태의 가스 유동의 응용예의 일례로 도시된 본 실시예에서, 차압 센서가 유동 제한기(206) 주위에 장착된다. 즉, 차압 센서는 유동 제한기(206) 상류측의 제 1 부동 기준 압력 변환기(205; first floating-reference pressure transducer), 유동 제한기(206) 하류측의 제 2 부동 기준 압력 변환기(207)를 포함한다. 절대 압력 센서(204)와는 대조적으로, 부동 기준 압력 변환기(205, 207)는 유동 경로(214b)의 기준 도관(261)에 제공되는 제어된 기준 압력에 대한 압력을 측정한다. 이와 관련하여, 압력 변환기(205, 207)는 도관(205a, 207a)에 의해 기준 도관(261)에 커플링된다. 또한, 압력 변환기(205, 207)는 전자장치 모듈(213)에 그 각각의 압력 판독값을 나타내는 전기신호를 전송하기 위해, 전선(205b, 207b)에 의해 전자장치 모듈(213)에 커플링된다.

각각의 변환기는 용량 액주 압력계(capacitance manometer)와 같은 다이어프램 타입 액주 압력계를 포함한다. 다이어프램 액주 압력계는 하나의 포트(port)가 다이어프램의 각각의 측면에 커플링된 하우징 내에 내장된 두 개의 대향 측면을 갖는 다이어프램을 사용한다. 하우징의 한 반쪽("뒤쪽" 측면)은 기준 도관(216)으로 통기되며(vent), 다른 반쪽("앞쪽" 측면)은 유동 경로(214a)로 통기된다. 그러므로, 각각의 차압 변환기는 기준 도관의 압력과 유동 경로(214a)의 압력 사이의 차압을 측정한다. 변환기의 배면측에서, 전극과 같은 감지 장치가 다이어프램에 커플링되어 다이어프램의 위치(그러므로, 두 측면 상의 압력의 상대적인 차이)를 감지한다. 이 감지 장치는 커패시턴스, 변형율, 광, 자기 입력 또는 다른 특성의 변화를 검출할 수 있다. 전극이 오염물질, 부식성 화학물질, 습기에 민감하기 때문에, 각각의 변환기의 배면측은 (도관(205a, 257a)을 통해) 기준 도관(261)의 깨끗하고 건조한 가스만을 마주한다.

각각의 변환기가 측정하는 차압에 부가하여, 변환기(205, 207)의 판독값 사이의 차이도 다른 차압 판독값을 이룬다; 이는 유동 제한기(206)에 걸친 압력 손실을 나타낸다. 차압 변환기(205, 207)를 제공하는 상업적으로 입수가능한 제품의 예는 세트라 코포레이션의 압력 변환기 모델-228 또는 모델-230, 데이터 인스트루먼트사의 델타메이트 라인(DeltaMate line), 엠케이에스(MKS), 밀리포어(Millipore), 에드워드(Edwards)와 같은 다른 제조업체의 압력 변환기가 있다.

기준 도관(216)은 입구(258)로부터 기준 도관(261)으로 원하는 양의 유틸리티 가스를 허용하기 위해 유동 제어 밸브(211)를 조절하여 선택된 압력으로 설정된다. 유동 제어 밸브(211), 그러므로 기준 도관(261)의 압력은 라인(211a)을 거쳐 전자장치 모듈(213)에 의해 수신된 전기 신호에 의해 제어된다. 기준 도관(261)의 높아진 압력은 유동 제한기(212)가 있음으로 가능하며, 이 제한기는 기준 도관(261; 고압측)과 폐기물 배출구(252) 사이에 압력차가 존재할 수 있게 한다. 다르게는, 유동 제한기(212)는 기준 도관(261)의 상류측에 위치되어 기준 도관(261)과 가스 입구(258) 사이에 압력차가 존재할 수 있게 하며, 기준 도관(261)의 하류측에 위치한 유동 제어 밸브(211)는 라인(211a)을 거쳐 전자장치 모듈(213)에 의해 수신된 전기 신호에 응답하여 기준 도관(261)의 압력을 제어한다.

처리용 가스 유동 경로(214a)는 조정가능한 유동 제어 밸브(208)를 또한 포함하며, 이 밸브의 설정은 경로(214a) 내에 흐르는 가스의 질량을 결정한다. 제어 밸브(208)의 설정은 라인(208a)을 거쳐 밸브(208)와 상호작용(communication)하여 전자장치 모듈(213)에 의해 조절된다. 유동 제어 밸브(211) 및 유동 제어 밸브(208)와 여기서 논의하는 다른 유동 제어 밸브는 솔레노이드 액츄에이터 제어 밸브, 압전 타입 제어 밸브, 열구동(thermally actuated) 제어 밸브 등과 같은 임의의 적절한 타입의 제어 밸브를 포함할 수 있다. 상업적으로 입수가능한 유동 제어 밸브의 일례로는 엠케이에스 인스트루먼트사의 모델-248이 있다.

3방향 밸브(209)는 가스를 처리용 가스 유동 경로(214a)로부터 처리실(215)로 또는 폐기물 배출구(252)로 선택적으로 배출한다. 밸브(209)는 라인(209a)을 거쳐 전자장치 모듈(213)로부터 수신된 전기 신호에 응답하여 처리실(215) 또는 폐기물 배출구(252) 또는 이들 어느 배출 경로도 아닌 위치("off") 사이에서 전환된다.

전자 장치 모듈

전자장치 모듈(213)은 유동 경로(214)의 전기적으로 구동되는 구성요소를 제어하며, 또한 측정 및 상태(status) 정보를 전기적으로 보고할 수 있는 구성요소로부터 데이터를 수신한다. 전자장치 모듈(213)은 인터페이스(260)를 통해 데이터 입력/출력원(도시되지 않음)과 정보를 교환한다. 데이터 입력/출력원은 인간 사용자, 제어 시스템, 호스트 컴퓨터 시스템, 통신 네트워크 등일 수 있다. 비용, 사용자의소양(sophistication), 다른 응용예의 요구사항에 따라, 인터페이스(260)는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 인간이 사용자인 경우에는, 이러한 구성요소는 키보드, 키패드(keypad), 비디오 스크린, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터 마우스, 트랙볼, 디지타이저 패드, 음성인식 및 구동 소프트웨어, 풋 페달(foot pedal), 다이얼, 손잡이(knob), 스위치 등일 수 있다. 전자장치 또는 기계가 사용자인 경우, 인터페이스(260)의 구성요소는 와이어, 버스(bus), 전화 모뎀, 전파 주파수, 초단파 또는 적외선 링크, 컴퓨터 네트워크, 또는 다른 장치를 포함할 수 있다.

전자장치 모듈(213) 자체는 상이한 방식으로 실시될 수 있다. 일 실시예에서, 전자장치 모듈(213)은 디지털 데이터 처리 장치를 사용하여 실시될 수 있다. 이 장치는 다양한 하드웨어 구성요소 및 상호접속부에 의해 실시될 수 있다; 일례는 디지털 데이터 처리 장치(500; 도 5)이다. 장치(500)는 저장 장치(504)에 커플링된 마이크로프로세서 또는 다른 처리 장치와 같은 프로세서(502)를 포함한다. 본 예에서, 저장장치(504)는 고속 액세스 저장장치(506) 및 비휘발성 저장장치(508)를 포함한다. 고속 액세스 저장장치(506)는 임의 액세스 기억장치(RAM)를 포함할 수 있고, 프로세서(502)에 의해 실행되는 프로그램 명령(programming instruction)을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 비휘발성 저장장치(508)는 예를 들어, 읽기전용 기억장치(ROM), 재프로그램 가능한 롬(reprogrammable ROM), 컴팩트 디스크, 또는 "하드 드라이브", 플로피 디스크 또는 테이프 드라이브와 같은 하나 이상의 자기 데이터 저장 매체, 또는 임의의 다른 적절한 저장 장치를 포함할 수 있다. 장치(500)는 이 장치(500) 외부의 다른 하드웨어와 데이터를 교환하기 위해, 프로세서(502)를 위한 라인, 버스, 케이블, 전자기 링크(electromagnetic link) 또는 다른 수단과 같은 입력/출력부(510)를 포함한다.

시스템(200)의 아날로그 장치와의 통신을 지원하기 위해, 전자장치 모듈(213)은 하나 이상의 아날로그-대-디지털 변환기 및 디지털-대-아날로그 변환기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 변환기는 시스템(200)의 밸브 및 감지 장치가 디지털 입력/출력부를 가지면 불필요하다.

한정적인 상술한 설명에도 불구하고, (본 발명을 읽은)당업자는 상술한 디지털 데이터 처리 장치가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상이한 구성의 장치로 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 특정한 예로서, 저장장치(506, 508) 중의 하나가 제거될 수 있고, 또한, 저장장치(504)가 프로세서(502)에 탑재되거나, 또는 장치(500) 외부에 구비될 수 있다.

또한, 디지털 데이터 처리 장치(500; 도 5)와는 대조적으로, 전자장치 모듈(213)은 컴퓨터에 의해 수행되는 명령 대신에 논리 회로에 의해 실시될 수 있다. 속도, 비용, 장비 비용 등의 관점에서 그 응용예의 특정한 요구사항에 따라, 이러한 논리 회로는 수천 개의 아주 작은 집적된 트랜지스터를 갖는 응용 주문형 집적회로(ASIC; application specific integrated circuit)를 구성하여 실시될 수 있다. 이러한 ASIC은 CMOS, TTL, VLSI 또는 다른 적절한 구조를 사용하여 실시될 수 있다. 다른 대체물로는 디지털 신호 처리기(DSP; digital signal processor), (저항, 컨덴서, 다이오드, 유도자(inductor) 및 트랜지스터와 같은)별개의 회로, 현장 프로그램가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array), 프로그램 가능한 논리 배열(programmable logic array) 등이 포함된다.

예시적인 구성

한 예시적인 구성에서, 유동 경로(214)는 블록으로 기계가공된 내부 공동과 유동 경로를 갖는 단일 블록 조립체(도시되지 않음)를 형성하여 구성될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 상기 특징이 블록 조립체에 용접된 커버 판(cover plate) 아래에 내장된 공동과 채널을 기계가공하여 형성될 수 있다. 이러한 일체화된 유동 경로는 비용 효율의 관점에서 바람직할 수 있다. 필요하다면, 블록 조립체는 누설(leakage) 및 비용의 감소를 위해 금속 시일(metal seal)의 사용을 회피할 수 있다. 블록 조립체는 부식에 대한 충분한 면역성, 강도, 경도, 표면 특성 등을 갖는 스테인리스 강, 인코넬(Inconel), 하스텔로이(Hasteloy), VIM/VAR, 알루미늄 또는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 구조를 간단히 하기 위해, 유동 경로(214b) 및 관련 구성요소는 블록 조립체로부터 개별적으로 구성되어, 유동 경로(214a) 및 그 구성요소에 나란히(side-by-side) 부착될 수 있다.

이러한 실시예에서, 블록 조립체는 입구(258), 입구(256), 처리실(215)로의 포트, 폐기물 배출구(252)로의 포트를 제공하는 4개의 배관 부품(plumbing fittings)을 포함할 수 있다. 블록 조립체에 일체화된 배관 부품은 예를 들어 산업계에 통상적으로 사용되며 공지된 표준의 금속 시일 밸브 연결장치(metal seal valve connection)와 호환될 수 있다.

블록 조립체는 서비스 및 교환 등을 위해 탈착가능한 임의의 구성요소를 위한 적절한 장착용 하드웨어를 구비할 수 있다. 서비스를 위해 이들 장치를 교환할 수 있도록 예를 들어, 임의의 하나 또는 모든 구성요소(201 내지 212)를 장착하기 위한 설비가 제공될 수 있다. 유동 제한기(206)는 특정 용도에 따라, 제거가능하게 장착되거나, 블록 조립체 내에 영구적으로 장착되도록 기계가공될 수 있다.

다른 실시예

도 3은 두 개의 변환기(205, 207) 대신에 한 개의 센서(316)가 사용되는, 시스템(200)에 대한 한 대안적인 실시예를 도시한다. 그 응용예의 필요에 따라, 이렇게 실시하는 것이 시스템(200)에 바람직할 수 있는데, 왜냐하면 이는 기준 도관(261)을 생략하고 보다 덜 복잡한 압력 변환기를 사용하여 비용을 감소하며 디자인을 단순화하기 때문이다.

시스템(200; 도 2)에 대해, 시스템(300; 도 3)의 센서(316)가 유동 제한기(306)에 걸쳐 연결되어 있다. 그러나, 센서(316)는 어떠한 기준 압력도 사용하지 않는다. 따라서, 도 2의 유틸리티 가스 유동 경로의 대부분이 없다. 일례로서, 변환기(316)는 다이어프램 타입 장치와 같은 단일 차압 변환기를 포함할 수 있다.

이러한 배치에서, 유틸리티 가스 입구(302)는 3방향 밸브(301)로 향해지며, 이 밸브는 선택적으로 (입구(302)로부터의)유틸리티 가스 또는 (입구(304)로부터의)처리용 가스를 처리용 가스 경로(314a)로 보내거나, 또는 두 입구의 가스 모두를 차단한다. 하류측 단부(end)에서, 3방향 밸브(319)는 가스를 선택적으로 처리용가스 유동 경로(314a)로부터 처리실로, 또는 폐기물 배출구로 보내거나, 또는 두 배출구 경로 모두를 차단한다.

또 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 유동 제한기(306)와 압력 센서(316)는 상술한 바와 같은 모세관을 사용하는, 열적 질량 유동 센서로 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 모세관은 유동 제한기를 구성한다. 또 다른 변형예에서는 유닛(306, 308, 316)을 열적 질량 유동 제어기로 대체한다.

개별적인 교정 체적을 갖는 다중 경로 가스 유동 시스템

대안적인 디자인으로서, 각각의 시스템(200, 300; 도 2 및 도 3)은 다중의 가스 유동 경로와 병렬로 구성될 수 있다. 시스템(200)의 경우에, 예를 들어 구성요소(201 내지 210)와 상호연결 도관의 등가물(duplicate)이 등가의 처리용 가스 유동 경로를 형성하기 위해 구성될 수 있다. 이러한 등가의 경로(도시되지 않음)는 유틸리티 가스 입구(258), 처리실 배출구(254) 및 폐기물 배출구(252)를 공유하며, 각각 자신만의 유일한 처리용 가스 입구(256)를 가질 수 있다. 이러한 실시예는 개별적으로 또는 조합하여, 처리실(215)에 한가지 가스 타입 이상의 질량 유동율을 선택적으로 정확히 제어된 양으로 공급하는 수단을 제공한다. 유사한 수정이 시스템(300; 도 3)에 대해 이루어질 수 있다.

공유된 교정 체적을 갖는 다중 경로 가스 유동 시스템

도 2 및 도 3의 시스템에 대한 대안으로서, 도 4는 두 처리용 가스 중에서하나의 교정 체적을 공유하는 시스템(400)을 도시한다. 비록 본 예가 두 처리용 가스를 사용하지만, (본 발명을 읽은)당업자는 본 발명이 시스템(400)이 하나 이상의 처리실과 같은 여러 위치에 공급되는 단일 처리용 가스 또는 보다 다수의 처리용 가스를 포함하도록 적용하는 것을 또한 포함함을 인식할 것이다.

시스템(400)은 제 1 및 제 2 처리용 가스 경로(450, 460)를 포함한다. 교정 체적(403), 온도 센서(470), 절대 압력 센서(420)는 두 경로(450, 460) 사이에서 공유된다. 이러한 구성요소는 상술한 바와 같은 유사한 장치를 포함할 수 있다.

제 1 경로(450)는 제 1 처리용 가스를 받아들이기 위한 입구(402)와, 유틸리티 가스를 받아들이기 위한 입구(402)를 포함한다. 3방향 밸브(408)는 선택적으로 입구(402, 404) 중의 하나 아니면 다른 하나로부터 필터(412)로 가스를 보내거나 또는 이들 중 어느 것으로부터도 보내지 않는다. 필터의 하류측은 다른 3방향 밸브(417)이며, 이는 (1) 가스를 좌측으로(도시된 바와 같이) 안내하여 흡입된 가스(inlet gas)를 교정 체적(403) 및 다른 관련된 하드웨어로 안내하거나, 또는 (2) 가스를 우측으로(도시된 바와 같이) 안내하여 교정 체적(403)을 바이패스할 수 있다.

교정 체적(403) 및 관련 하드웨어의 하류측에는 3방향 밸브(419)가 있다. 밸브(419)는 선택적으로 교정 체적(403)으로부터 경로(450, 460) 중의 하나로 되돌린다. 제 1 경로(450)의 나머지 구성요소는 유동 제한기(424)를 포함하며, 이 제한기는 (1) 병렬로 장착된 차압 센서(422), (2) 유동 제한기(424)의 상류측에 장착된 절대 압력 센서(423), (3) 하류측에 장착된 조정가능한 유동 제어 밸브(430)를 구비한다. 이러한 구성요소는 상술한 다른 실시예와 유사한 구조 및 기능을 갖는다. 경로(450)는 3방향 밸브(434)를 또한 포함하며, 이 밸브는 가스를 처리실(438) 또는 폐기물 배출구(440)로 선택적으로 보낸다.

시스템(400)은 층류 유동 응용예에 적용가능한 일례를 예시하기 위해 구성요소(422, 423, 424, 430)를 예시한다. 그럼에도 불구하고, (1) 절대 압력 센서(423)는 분자 유동 응용예에 적용시에는 생략될 수 있고, (2) 차압 센서(422)는 음속 유동 응용예에 대해 생략가능하거나 또는 (3) 구성요소(422, 423, 424, 430)는 열적 질량 유동 제어기와 대체될 수 있다.

제 2 경로(460)는 유사항 구성요소를 포함하며, 공유된 교정 체적(403)으로 가스를 안내하거나 하지 않을 수 있다. 경로(450)와 같이, 경로(460)는 가스를 처리실 배출구(438) 또는 폐기물 배출구(440)로 선택적으로 보낼 수 있다.

비록 제 1 및 제 2 경로(450, 460)가 유사한 구성요소로 동일한 배치되는 것으로 도시되었지만, 경로(450, 460)는 상이할 수 있다. 응용예를 최적화화기 위해, 한 경로는 상이한 순서로 배치되고, 다른 경로보다 많거나 적은 구성요소를 가질 수 있다.

다른 작업 모드에서, 시스템(400)은 가스가 교정 체적(403)을 바이패스하고 경로(450)의 유동 제한기(424)를 지나 유동하도록 설정될 수 있다. 시스템(400)은 유사하게 가스가 교정 체적(403)을 바이패스하고 경로(460)의 유동 제한기를 지나 유동하도록 설정될 수 있다.

다른 배치

분자 유동

실시예의 시스템(200; 도 2)을 참조하면, 처리용 가스가 유동 제한기(206) 내에서 분자 유동을 나타도록 조정될 수 있을 때, 유동 제어 밸브(208)와 유닛(205, 206, 207)의 위치가 바뀔 수 있다. 이러한 실시예는 유동 제한기(206)가 분자 유동 소자를 포함하는 경우인, 저압에 대해 유용하다.

유사하게, 시스템(300; 도 3)을 참조하면, 유사한 분자 유동 응용예에 대해 유동 제어 밸브(308)와 유닛(306, 316)의 위치가 바뀔 수 있다.

음속 유동

시스템(300; 도 3)을 참조하면, 유동 제어 밸브(308) 및 유닛(306, 316)은 처리용 가스가 점성인 질식 유동(choked viscous flow; "음속 유동")을 나타내도록 조절될 수 있는 경우의 응용예에 대해 위치가 바뀔 수 있으며, 유동 제한기(306)의 상류측의 압력은 하류측의 압력의 두 배 이상이다. 이 실시예에서, 제어 밸브(308)는 유동 제한기(306)의 상류측에 위치되고, 차압 센서(316)는 제어 밸브(308)와 유동 제한기(306) 사이에서 유동 경로(314a)에 연결된 절대 압력 센서(도시되지 않음)와 대체된다. 이 설정에서, 유동 제한기(306)는 음속 노즐로 작용하도록 설계되며, 실시간 유동 측정은 응용예에서 유동 제한기의 상류측의 절대 압력을 측정하는 것에 영향을 받으며, 이 압력은 유동 제한기의 하류측의 압력보다 두 배 이상이다. 질량 유동은 음속 유동에서 유동 제한기(306)의 전도도(conductance)와 상류측 압력에 직접 비례하는 질량 유동율을 나타내는, 적절한 음속 또는 질식 유동 공식을 적용하여 측정된다.

작동

상술한 다양한 하드웨어 실시예에 부가하여, 본 발명의 상이한 특징은 실시간 유동 측정 및 수정 그리고 선택적으로 유동을 조절하는 광범위 질량 유동 제어기를 작동하는 방법에 대한 것이다.

신호전달매체

일례로, 본 방법은 장치-판독가능한(machine-readable) 일련의 명령을 수행하기 위해, 디지털 데이터 처리 장치(500; 도 5)에 의해 실시된 바와 같이, 전자장치 모듈(213; 도 2)을 작동하여 실시될 수 있다. 이러한 명령은 다양한 타입의 신호전달 매체에 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 한 특징은 실시간 유동 측정 및 수정을 하는 다용도 질량 유동 제어기 작동 방법을 수행하기 위해, 디지털 데이터 처리기에 의해 수행가능한 장치-판독가능한 명령 프로그램을 포함하는 신호전달 매체로 구성되는, 프로그램된 제품에 대한 것이다.

이러한 신호전달 매체는 예를 들어 도시된 전자장치 모듈(213; 도 2)의 고속 액세스 저장장치(506; 도 5) 내에 내장된 RAM(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 다르게는, 명령은 데이터 프로세서(502)에 의해 직접 또는 간접적으로 액세스할 수 있는, 자기 데이터 저장 디스켓(600; 도 6)과 같은 다른 신호전달 매체에 기록될 수 있다. 장치(500), 전자장치 모듈(213) 등의 어느 곳에 저장되더라도, 명령은

직접 액세스 저장장치(예를 들어, 종래의 "하드 드라이브", 값싼 디스크의 중복 배열(RAID; Redundant Arrays of Inexpensive Disks), 또는 다른 직접 액세스 저장장치(DASD; direct access storage device)), 자기 테이프, 전자식 읽기전용 메모리(예를 들어, ROM, EPROM, 또는 EEPROM), 광학 저장장치(예를 들어, CD-ROM, WORM, DVD, 디지털 광 테이프), 종이 "천공(punch)" 카드, 또는 디지털 및 아날로그와 같은 전송 매체와 같은 다양한 장치-판독가능한 데이터 저장 매체, 통신 링크 및 무선통신을 포함하는 다른 적절한 신호전달 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 장치-판독가능한 명령은 "C" 등과 같은 언어로부터 컴파일(compile)된 소프트웨어 목적 코드(software object code)를 포함할 수 있다.

논리회로

상술한 신호전달 매체와는 대조적으로, 본 발명의 방법의 특징은 명령을 수행하는 프로세서를 사용하지 않고 논리 회로를 사용하여 실시될 수 있다. 이러한 실시예에서, 논리 회로는 전자장치 모듈(213)로 실시되고, 본 발명의 방법을 실시하는 작업을 수행하도록 설정된다. 논리 회로는 상술한 바와 같이, 다양하고 상이한 타입의 회로를 사용하여 실시될 수 있다.

작동순서: 서론

대체로, 본 발명은 질량 유동을 정확히 측정하는 가스 전달 시스템을 작동하는 방법에 대한 것이며, 정확히 조절된 가스 유동을 공급하는 것을 또하 실시할 수 있다. 먼저, 교정 체적이 미리 정해진 레벨로 채워진다. 채워진 교정 체적은 전달할 가스의 초기 공급량을 제공한다. 그 다음, 다양한 밸브가 개방되어 가스를 교정 체적으로부터 유동 라인으로 최종적으로 하류측의 처리실(215)로 방출한다. 초기에, 목표 질량 유동율이 입력, 연산 또는 설정된다.

그 다음, 가스가 시스템을 통해 유동되는 동안, 질량 유동율이 하기와 같이 주의깊게 감시(및 선택적으로 조정)된다. 교정 체적의 하류측에서 다양한 유체 특성값이 빈번히 측정된다. 이러한 특성값은 절대 압력, 가스의 차압, 질량 유동율을 나타내는 이들 또는 다른 측정의 조합일 수 있다. 가스 질량 유동율은 이러한 유체 특성값을 사용하여 측정되고, 그 다음 (선택적으로)목표 질량 유동율을 유지하도록 조정된다.

또한 빈번하게, 교정 체적으로부터 나오는 실제 질량 유동율이 측정된다. 이러한 측정은 예를 들어, 교정 체적에 직접 또는 작동가능하게 연결되도록 근접하게 장착된 온도 및 압력 센서를 사용하여 이루어질 수 있다. 실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율이 미리 정해진 량 이상으로 차이가 나면, 질량 유동율(예를 들어, 관련한 유체 측정값)을 측정하는 방법이 이러한 불일치를 보정하도록 조정된다. 따라서, 다음 번에 하류측의 유체 특성값이 측정되고, (이제 보정된)하류측의 질량 유동율 측정이 목표 질량 유동율을 만족하도록 질량 유동율을 조정하기 위해 사용되어, 앞서의 불일치를 보상하기 위해 사용된다.

가스 유동을 측정 및 조절하는 것에 부가하여, 본 발명은 가스 유동을 조정함 없이, 본원에 예시한 기술을 사용하여 가스 유동을 측정하는 단계를 감축하는 것을 고려한다. 그러나, 보다 완전히 예시하기 위해, 하기의 설명은 가스 유동을 측정 및 조절하는 실시예를 도시하기 위해 도 7a 및 도 7b를 사용한다.

작동순서

도 7a 및 도 7b는 앞서의 방법의 일례를 예시하는 작동 순서(700)를 도시한다. 이러한 기술은 교정 체적 하류측의 "측정된" 질량 유동율을 측정하여 가스 유동을 조절하고, 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치하도록 유지하기 위해 반복적으로 수정한다. 특정 시간에, 실제 질량 유동을 측정하기 위해 교정 체적에서의 측정이 이루어지고, 이 실제 질량 유동은 "수정된" 측정된 질량 유동율을 도출하기 위해 측정된 질량 유동율의 계산에 대한 "진행중의(on the fly)" 조정을 수행하는데 사용된다.

보다 설명을 용이하게 하기 위한, 그러나 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아닌, 도 7a 및 도 7b의 예가 상술한 도 2의 시스템(200)의 특정한 내용에 설명되어 있다.

도 7a 및 도 7b에 예시된 선형 무한반복 과정(linear iterative process)이 전자장치 모듈(213)에 의해 일어나는 과정의 논리적 구성요소를 예시하기 위해서만 사용되며, 선점형 인터럽트 구동 운영 시스템(preemptive interrupt driven operation system), 다중작업 운영 시스템, 객체 지향형 실시간 커널 응용프로그램(object-oriented real-time kernel application) 또는 본 예에 예시된 바와 같은 유사한 유동 거동을 이루기 위한 작업을 처리하는 작용을 하는 다른 방법과 같은 다른 실시 방법을 제외하고자 하는 것은 아니다.

작동 순서(700)가 단계 702에서 시작된 후, 단계 704는 특정한 유동 수정값을 설정하며, 이 수정값은 유동 제한기(206)에서의 측정된 질량 유동율을 연산하는데 사용된다. 이러한 값 및 이들의 용도는 후술한다. 유익하게는, 이러한 값은 교정 체적에서 측정된 "실제" 질량 유동에 의해 나타난 바와 같은 오차를 수정하기 위해, 하류측의 질량 유동을 다르게 측정하도록 변화될 수 있다. 단계 704 후에, 전자장치 모듈(213)은 원하는 또는 "목표" 질량 유동의 내역(specification)을 수신한다(단계 706). 이러한 값은 조작자, 제어 시스템, 컴퓨터 네트워크 등으로부터 인터페이스(260)를 경유해 수신되거나, 또는 전자장치 모듈(213) 내에 내장된 휘발성 또는 비휘발성 메모리로부터 불러들여질 수 있다. 목표 질량 유동율은 예를 들어, 표준의 분당 입방 센티미터(sccm) 또는 표준의 분당 리터(slm)의 단위일 수 있다.

단계 706 후에, 단계 708은 목표 압력으로 교정 체적(203)을 채운다. 이는 아직 안닫혀 있으면 차단 밸브(209)를 닫고 처리용 가스를 입구(256)로부터 교정 체적(203)으로 보내도록 3방향 밸브(201)를 설정하기 위해, 적절한 지령을 송신하는 전자장치 모듈(213)에 의해 이루어진다. 교정 체적의 목표 압력은 요구되는 처리 압력, 교정 체적 사이즈, 원하는 가스 유동 기간, 원하는 유동율 등에 따라 선택된다. 다르게는, 단계 708은 이러한 공정에 실질적으로 영향을 주지않고 단계 706에 앞서 수행될 수 있다.

예시된 실시예에서, 단계 708은 부동 기준 차압 변환기(205, 207)를 또한 교정한다. 즉, 전자장치 모듈(213)은 적절한 명령을 발생시켜 유동 제어 밸브(211)를 개방하여 전방측 압력에 저항하고 있는 각각의 변환기의 다이어프램 상의 배면측 압력의 균형을 맞추기 위해 충분한 압력의 유틸리티 가스를 허용하여, 변환기(205, 207)를 "조정(zero out)"한다. 각각의 변환기(205, 207)가 기준 도관(261) 내의 가스 압력에 대한 압력의 출력값을 제공하므로, 단계 708은 변환기(205, 207)가 모두 거의 0의 값을 판독할 때까지 기준 도관(261) 내의 압력을 변화시키는 것을 포함한다. 제조시의 결함 등의 이유로 인해 한 변환기가 다른 변환기보다 약간 높거나 또는 낮은 값을 판독하면, 유틸리티 가스 압력은 변환기(205, 207) 중에서 0의 평균압력을 내도록 조정될 수 있다. 이러한 기준 압력이 설명된 바와 같이 설정되거나, 또는 선택적으로, 이러한 기준 압력이 변환기(205, 207) 중에서 0의 평균압력을 내도록 전체 공정에 걸쳐 제어될 수 있다.

단계 708 후에, 단계 710은 가스 유동을 개시한다. 이는 3방향 밸브를 처리실(215)로 개방하고 유동 제어 밸브(208)로 약간 개방하는 전자장치 모듈(213)에 의해 이루어질 수 있다. 단계 712는 처리 루프(processing loop)의 개시점(entry point)을 나타내며, 매번 반복시마다 전자장치 모듈(213)이 가스 유동을 정지하라는 신호에 대해 확인하는 것으로 시작한다. 일례로, 가스 유동을 정지하라는 신호는, 유동이 더 이상 필요없을 때 인터페이스(260)로부터 발생될 수 있다. 이러한 신호가 단계 712에서 검출되면, 단계 714는 3방향 밸브(209)를 닫아 가스 유동을 정지한다. 단계 714 후에, 전자장치 모듈(213)은 단계 706으로 변화되고 가스 유동이 시작하라는 다음 신호를 대기한다.

단계 712가 가스 유동을 종료할 것을 지시하는 신호가 없다고 판정하면, 단계 716에서 변환기(205, 207)는 유동 제한기(206)에 걸친 차압을 측정하고 변환기(204)는 유동 제한기(206) 상류측에서의 절대 압력을 측정한다. 그 다음, 단계 716은 이러한 압력에 근거하여 질량 유동율을 측정한다. 이러한 연산은 하기의 수학식 1에 도시된, 층류 유동에 대한 하겐-포아젤(hagen-poiseuille) 방정식에 따라 수행된다.

여기서, Q는 질량유동율,

K₁은 상수,

C는 컨덕턴스,

P₁은 평균 압력,

P₃은 변환기(205)로부터의 입구 압력,

P₂는 변환기(207)로부터의 출구 압력이다.

예시를 위해, 층류 유동 형태에서의 응용이 본 예에 대해 가정되어 있다. 분자 유동 형태에서의 응용에 대해, 수학식 1의 P₁이 생략되고 K₁은 다른 값을 갖는다. 또한, 음속 유동 형태에서의 응용에 대해, P₁, P₂, P₃이 생략되고, K₁은 다른 값을 갖는다. 이 경우에, 음속 조건을 보장하기 위해 절대 압력 센서(204)에 의해 P₃이 측정된다.

또한, 단계 716은 교정 체적에서의 임의의 앞서의 "실제" 질량 유동 측정에 따라 수정된 질량 유동의 최종 측정값을 얻기 위해 유동 수정값을 적용한다. 일례로, 이러한 연산은 하기의 수학식 2로 나타낸 공식에 유동 수정값을 대입하여 이루어질 수 있다. 대안적으로, 불연속 선형, 2차, 다항, 보간 참조표 등과 같은 다른 공식, 이들 및 다른 수치 측정 오차를 수정하는 통상적으로 사용되는 방법의 다양한 조합이 사용될 수 있다.

여기서, Q는 수정된 질량 유동율,

Q₁은 측정된 질량 유동율,

m은 축척 수정(scale correction),

b는 오프셋 수정이다.

유동 수정값의 조정에 대해서는 하기에 보다 상세히 설명한다. 단계 718에서, 전자장치 모듈(213)은 수정된 측정 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치하는지를 판정한다. 일치하지 않으면, 단계 720은 가스 유동을 증가 또는 감소시키고, 단계 712로 복귀한다. 일례로, 가스 유동은 제어 밸브(208)에 대한 제어 신호를 작은 예정된 증분만큼 변화시켜 증가 또는 감소될 수 있다. 다르게는, 단계716, 718, 720은 아날로그 서보 루프 또는 디지털 서보 루프를 사용하여 비증분적으로(non-incrementally) 실시될 수 있다.

목표 질량 유동율에 도달하면, 단계 718은 단계 722로 나아가며, 이 단계는 교정 체적(203)이 3방향 밸브(201)를 통해 처리용 가스 입구(256)로부터 격리되었는지 여부를 판정한다. 교정 체적(203)이 처리용 가스 입구(256)로부터 격리되지 않았으면, 이는 재충전된다. 이 경우에, 단계 724는 압력 센서(204)의 값을 판독하여 교정 체적(203)의 압력을 측정한다. 그 다음, 단계 726은 교정 체적(203)이 원하는 압력에 도달하였는지를 판정하기 위해 단계 724에서 측정된 압력과 (단계 708에서 상술한)목표 압력을 비교하며, 이 경우에, 전자장치 모듈(213)은 단계 728에서 3방향 밸브(201)를 닫는다. 어느 경우에도, 처리 루프는 단계 712로 돌아간다.

그러나, 단계 722는 교정 체적(203)이 처리용 가스 입구(256)로부터 격리되어있는지를 판정하고 따라서 가스가 이로부터 흘러나갈 때 압력이 사실상 저하되며, 그 다음에 압력 센서(204)는 단계 730)에서 교정 체적(203) 내의 압력을 측정한다. 그 다음에는 단계 732로 진행하며, 이 단계는 상기 압력이 하류측 유동 측정의 수행 및 제어에 적합하다고 고려되는 값 이하인지 여부를 판정하여 평가한다. 이러한 판정은 유동 경로(214a) 및 관련 구성요소의 디자인과 하류측 압력, 질량 유동율 및 다른 인자(factor)를 다양하게 고려한 것에 근거한다. 단계 732가 교정 체적(203)의 압력이 한계치 이하라고 판정하면, 단계 734는 3방향 밸브(201)를 처리용 가스 입구(256)로 개방하고 교정 체적 압력을 재충전하기 시작한다. 상술한 반복(iterative)에 대한 설명의 대안으로서, 단계 722 내지 734는 아날로그 서보루프 또는 디지털 서보 루프를 사용하여 비증분적으로 실시될 수 있다.

한편, 단계 732가 교정 체적(203) 내의 압력이 허용가능한 한계 내에 있다고 판정하면, 단계 736은 교정 체적(203)으로부터 질량 유동율을 측정한다. "실제 유동율"로 불리는, 교정 체적(203)으로부터의 질량 유동율이 이상기체 법칙에 근거한 하기의 수학식 3에 따라 연산된다.

여기서, Q는 질량 유동율,

K₂는 상수(음의 값을 가짐),

V는 교정 체적(203)의 체적,

T는 교정 체적(203)의 온도,

dP/dt= 교정 체적(203)에서의 압력의 시간에 대한 변화율이다.

교정 체적(203)에서의 압력의 시간에 대한 변화율은 변환기(204)의 측정값을 연속적으로 차분하고, 전자장치 모듈(213)에 의해 액세스할 수 있는 클럭(clock) 또는 다른 시간 참조용 구성요소(도시되지 않음)에 의해 정해진 시간에서의 연속적인 측정 시점 사이의 시간 구간으로 나누어 얻어진다. 선택적으로, 몇몇 측정의 평균값이 구해진다. 교정 체적(203) 내의 가스의 온도는 온도 센서(210)로부터의 측정값을 판독하거나, 또는 대기 온도와 같은 예정된 또는 가정된 온도를 사용하여 측정된다.

단계 736 후에, 단계 738은 절대 압력 센서와 차압 센서에 의해 지시된 바에 따라 (1) 교정 체적으로부터의 "실제" 질량 유동율의 측정값과, (2) 유동 제한기(206)를 지나는 "측정된" 질량 유동율 사이에 어떠한 불일치가 있는지 여부를 판정한다. 응용예의 요구사항에 따라, 실제 가스 유동율과 측정된 가스 유동율이 어떠한 양만큼, 예를 들어 실제 유동의 1퍼센트, 0.01sccm과 같은 정해진 수 등만큼 차이가 있을 때 "불일치"가 발생할 수 있다. 불일치가 없을 경우에는, 단계 738은 단계 712로 복귀한다.

불일치가 있는 경우에는, 단계 740은 유동 수정값에 대한 갱신값(update)을 계산한다. 이는 수학식 2를 역으로 사용하여 또는 다르게는 단계 716에서 측정된 질량 유동을 수정하기 위해 사용된 어떠한 방정식이든 역으로 사용하여 이루어진다. 일 실시예에서, 단계 742의 평가는 오염, 변환기 드리프트(transducer drift), 처리용 가스에서 발견되는 불순물, 유지 보수가 요구됨 등으로 인한 임박한 신뢰성 문제를 앞서 검출하기 위해 지난 데이터에 대해 현재의 유동 교정(flow calibration)을 평가한다. 예를 들어, 하류측의 차압이 더 높을 것을 요구하는 것은 유동 제한기(206)가 막혔음을 나타내는 것일 수 있고, 또는 크게 변하는 유동 수정값은 압력 측정에 문제점이 있거나 또는 다른 시스템적인 문제점이 있음을 나타내는 것일 수 있다. 상기 평가는 사용자가 선택한 유지보수 스케쥴 하에 어떠한 조치가 취해질 예정인지를 또한 결정할 수 있다. 단계 742의 평가가 문제점이 있음을 밝혀내면, 예를 들어 일시적으로 시스템(200)을 가동 정지시키거나, 인터페이스(260)를 통해 조작자 또는 제어 시스템에 경고를 보내거나, 예정되거나예정되지 않은 유지보수를 수행하거나, 원하는 질량 유동을 유지하기에 처리용 가스 입구(256)로부터의 가스 공급량이 너무 적으면 작동 순서(700)를 종료하는 등의 적절한 조치를 취한다. 단계 742가 어떠한 문제점도 없음을 밝혀내면, 제어는 상술한 단계 712로 복귀한다.

다른 실시예

상술한 설명은 다수 개의 본 발명의 실시예를 나타내지만, 당업자에게는 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이에 대한 다양한 변화 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 구성 요소가 단수로 설명 또는 청구되었을 수 있으나, 단수로 명시적으로 정해지지 않은 한은 복수로도 고려될 수 있다.

Claims (46)

1. 가스 전달 시스템의 질량 유동을 측정하는 방법에 있어서,

   교정 체적(calibration volume)을 처리용 가스로 채우는 단계와;

   교정 체적으로부터 유동 경로로의 처리용 가스 유동을 개시하는 단계와;

   가스 유동중에,

   압력 측정을 하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하고 경로에서 유동 제한기를 지나는 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 포함하는 데이터를 사용하여 연산처리를 반복적으로 수행하는 단계와;

   압력을 측정하고, 교정 체적 내의 가스 온도를 측정하고, 교정 체적으로부터 흐르는 가스의 실제 질량 유동율을 계산하기 위해 이 측정된 압력과 측정된 온도의 시간에 대한 변화율을 사용하고, 실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떠한 불일치가 있는지를 판정하는 것을 포함하는 작업을 반복적으로 수행하는 단계와;

   불일치를 발견할 때마다, 계산 과정을 수정하여 측정된 질량 유동율이 실제 질량 유동율과 일치시킴으로써 이 불일치를 제거하는 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 차압(differential pressure)을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된하나 이상의 압력 센서를 사용하는 것을 포함하는 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 차압을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된 하나 이상의 압력 센서를 사용하는 것과, 유동 제한기에서의 평균 절대 압력을 부가적으로 측정하는 것을 포함하는 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 절대 압력을 측정하기 위해 경로 내의 유동 제한기의 상류측에 장착된 절대 압력 센서를 사용하는 것을 포함하는 측정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 모세관식 열적 질량 유동 센서(capillary thermal mass flow sensor)를 포함하는 질량 유동 센서로 수행되는 것을 포함하는 측정 방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   압력 센서는 유동 제한기의 상류측의 유동 경로에 부착된 제 1 변환기(firsttransducer)와 유동 제한기의 하류측의 유동 경로에 부착된 제 2 변환기를 포함하는 부동 기준 차압 센서(floating reference differential pressure sensor)를 포함하며, 각각의 변환기는 기준 도관으로부터 배면측의 기준 압력을 부가적으로 받으며, 상기 작업은,

   가스 유동을 개시하기 전에, 기준 도관을 통해 변환기에 충분한 압력을 가하여 각각의 변환기가 거의 0의 압력 출력값을 내도록 차압 센서를 교정하는 것을 더 포함하는 측정 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   측정된 질량 유동율이 예정된 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 반복적으로 조정하는 단계를 더 포함하는 측정 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 측정된 가스 유동율이 목표 질량 유동율에 도달할 때까지 가스 유동을 조정하는 아날로그 서보 루프(analog servo loop)를 사용하는 것을 포함하는 측정 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 가스 유동을 점차 증가시켜 조정한 다음에 목표 가스 유동율에 도달할 때까지 측정된 질량 유동율을 재연산하는 것을 포함하는 측정 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떤 불일치라도 있는지 판정하는 작업은,

    실제 질량 유동율과 목표 질량 유동율 사이의 차이를 측정하고, 이 차이가 예정된 임계값을 초과하면 불일치가 존재한다고 간주하는 측정 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    센서는 교정 체적의 하류측에 하나 이상의 압력 센서를 포함하고,

    연산 과정은 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 예정된 수학 방정식에 적용하는 것을 포함하는 측정 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    계산 과정을 수정하는 작업은 수학 방정식을 바꾸어 수행되는 측정 방법.
13. 가스 전달 시스템을 작동시키기 위해 질량 유동을 측정하는 작업을 수행하기 위해 디지털 처리 장치에 의해 실행가능한 장치-판독가능한 명령으로 이루어지는 프로그램을 포함하는 신호전달매체에 있어서,

    상기 작업은

    교정 체적을 처리용 가스로 채우는 것과;

    교정 체적으로부터 유동 경로로의 처리용 가스 유동을 개시하는 것과;

    가스 유동중에,

    압력 측정을 하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하고 경로에서 유동 제한기를 지나는 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 포함하는 데이터를 사용하여 연산처리를 반복적으로 수행하는 것과;

    압력을 측정하고, 교정 체적 내의 가스 온도를 측정하고, 교정 체적으로부터 흐르는 가스의 실제 질량 유동율을 계산하기 위해 이 측정된 압력과 측정된 온도의 시간에 대한 변화율을 사용하고, 실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떠한 불일치가 있는지를 판정하는 것을 포함하는 작업을 반복적으로 수행하는 것과;

    불일치를 발견할 때마다, 계산 과정을 수정하여 측정된 질량 유동율이 실제 질량 유동율과 일치시킴으로써 이 불일치를 제거하는 것을 포함하는 신호전달매체.
14. 제 13 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측에 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 차압을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된 하나 이상의 압력 센서를 사용하는 것을 포함하는 신호전달매체.
15. 제 13 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 차압을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된 하나 이상의 압력 센서를 사용하는 것과, 유동 제한기에서의 평균 절대 압력을 부가적으로 측정하는 것을 포함하는 신호전달매체.
16. 제 13 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 절대 압력을 측정하기 위해 경로 내의 유동 제한기의 상류측에 장착된 절대 압력 센서를 사용하는 것과 측정된 절대 압력을 포함하는 데이터를 사용하여 질량 유동율을 계산하는 것을 포함하는 신호전달매체.
17. 제 13 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 모세관식 열적 질량 유동 센서를 포함하는 질량 유동 센서로 수행되는 것을 포함하는 신호전달매체.
18. 제 15 항에 있어서,

    압력 센서는 유동 제한기의 상류측의 유동 경로에 부착된 제 1 변환기와 유동 제한기의 하류측의 유동 경로에 부착된 제 2 변환기를 포함하는 부동 기준 차압센서를 포함하며, 각각의 변환기는 기준 도관으로부터 배면측의 기준 압력을 부가적으로 받으며, 상기 작업은,

    가스 유동을 개시하기 전에, 기준 도관을 통해 변환기에 충분한 압력을 가하여 각각의 변환기가 거의 0의 압력 출력값을 내도록 차압 센서를 교정하는 것을 더 포함하는 신호전달매체.
19. 제 13 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 예정된 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 반복적으로 조정하는 것을 더 포함하는 신호전달매체.
20. 제 13 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 측정된 가스 유동율이 목표 질량 유동율에 도달할 때까지 가스 유동을 조정하는 아날로그 서보 루프를 사용하는 것을 포함하는 신호전달매체.
21. 제 13 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 가스 유동을 점차 증가시켜 조정한 다음에 목표 가스 유동율에 도달할 때까지 측정된 질량 유동율을 재연산하는 것을 포함하는 신호전달매체.
22. 제 13 항에 있어서,

    실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떤 불일치라도 있는지 판정하는 작업은,

    실제 질량 유동율과 목표 질량 유동율 사이의 차이를 측정하고, 이 차이가 예정된 임계값을 초과하면 불일치가 존재한다고 간주하는 신호전달매체.
23. 제 13 항에 있어서,

    센서는 교정 체적의 하류측에 하나 이상의 압력 센서를 포함하고,

    연산 과정은 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 예정된 수학 방정식에 적용하는 것을 포함하는 신호전달매체.
24. 제 13 항에 있어서,

    계산 과정을 수정하는 작업은 수학 방정식을 바꾸어 수행되는 신호전달매체.
25. 가스 전달 시스템을 제어하는 작업을 수행하도록 설정된 다중 상호접속된 전기전도성 소자로 이루어지는 논리 회로에 있어서,

    상기 작업은

    교정 체적을 처리용 가스로 채우는 것과;

    교정 체적으로부터 유동 경로로의 처리용 가스 유동을 개시하는 것과;

    가스 유동중에,

    압력 측정을 하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하고 경로에서 유동 제한기를 지나는 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 포함하는 데이터를 사용하여 연산처리를 반복적으로 수행하는 것과;

    압력을 측정하고, 교정 체적 내의 가스 온도를 측정하고, 교정 체적으로부터 흐르는 가스의 실제 질량 유동율을 계산하기 위해 이 측정된 압력과 측정된 온도의 시간에 대한 변화율을 사용하고, 실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떠한 불일치가 있는지를 판정하는 것을 포함하는 작업을 반복적으로 수행하는 것과;

    불일치를 발견할 때마다, 계산 과정을 수정하여 측정된 질량 유동율이 실제 질량 유동율과 일치시킴으로써 이 불일치를 제거하는 것을 포함하는 논리 회로.
26. 제 25 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 차압을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된 하나 이상의 압력 센서를 사용하는 것을 포함하는 논리 회로.
27. 제 25 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측에 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은,

    차압을 측정하기 위해 유동 제한기 주위에 장착된 하나 이상의 압력 센서를사용하는 것을 포함하는 논리 회로.
28. 제 25 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 절대 압력을 측정하기 위해 경로 내의 유동 제한기의 상류측에 장착된 절대 압력 센서를 사용하는 것과 측정된 절대 압력을 포함하는 데이터를 사용하여 질량 유동율을 계산하는 것을 포함하는 논리 회로.
29. 제 25 항에 있어서,

    압력을 측정하기 위해 교정 체적의 하류측의 하나 이상의 센서를 사용하는 작업은, 모세관식 열적 질량 유동 센서를 포함하는 질량 유동 센서로 수행되는 것을 포함하는 논리 회로.
30. 제 26 항에 있어서,

    압력 센서는 유동 제한기의 상류측의 유동 경로에 부착된 제 1 변환기와 유동 제한기의 하류측의 유동 경로에 부착된 제 2 변환기를 포함하는 부동 기준 차압 센서를 포함하며, 각각의 변환기는 기준 도관으로부터 배면측의 기준 압력을 부가적으로 받으며, 상기 작업은,

    가스 유동을 개시하기 전에, 기준 도관을 통해 변환기에 충분한 압력을 가하여 각각의 변환기가 거의 0의 압력 출력값을 내도록 차압 센서를 교정하는 것을 더포함하는 논리 회로.
31. 제 25 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 예정된 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 반복적으로 조정하는 것을 더 포함하는 논리 회로.
32. 제 25 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 측정된 가스 유동율이 목표 질량 유동율에 도달할 때까지 가스 유동을 조정하는 아날로그 서보 루프를 사용하는 것을 포함하는 논리 회로.
33. 제 25 항에 있어서,

    측정된 질량 유동율이 목표 질량 유동율과 일치할 때까지 가스 유동을 조정하는 작업은, 가스 유동을 점차 증가시켜 조정한 다음에 목표 가스 유동율에 도달할 때까지 측정된 질량 유동율을 재연산하는 것을 포함하는 논리 회로.
34. 제 25 항에 있어서,

    실제 질량 유동율과 측정된 질량 유동율 사이에 어떤 불일치라도 있는지 판정하는 작업은,

    실제 질량 유동율과 목표 질량 유동율 사이의 차이를 측정하고, 이 차이가예정된 임계값을 초과하면 불일치가 존재한다고 간주하는 논리 회로.
35. 제 25 항에 있어서,

    센서는 교정 체적의 하류측에 하나 이상의 압력 센서를 포함하고,

    연산 과정은 측정된 질량 유동율을 계산하기 위해 압력 측정값을 예정된 수학 방정식에 적용하는 것을 포함하는 논리 회로.
36. 제 35 항에 있어서,

    불일치를 없애기 위해 하류측의 센서에 의한 측정값을 조절하는 작업은 수학 방정식을 바꾸어 수행되는 논리 회로.
37. 제 25 항에 있어서,

    집적 회로를 포함하는 논리 회로.
38. 가스 전달 시스템에 있어서,

    상류측 단부와 하류측 단부를 갖는 제 1 도관과,

    제 1 도관과 직렬로 위치된 교정 체적과,

    교정 체적 내의 가스의 압력을 측정하기 위해 적합한 위치에서 교정 체적과 제 1 도관 중의 적어도 하나에 연결된 제 1 압력 센서와,

    교정 체적의 하류측의 제 1 도관과 직렬로 위치된 유동 제한기와,

    제 1 도관으로부터 분리되어 있는 기준 도관과,

    유동 제한기의 상류측의 제 1 도관에 부착된 제 1 변환기와 유동 제한기의 하류측의 제 1 도관에 부착된 제 2 변환기를 포함하며, 이들 각각의 변환기는 기준 도관의 압력에 대한 상대 압력을 측정하는, 부동 기준 차압 센서를 포함하는 가스 전달 시스템.
39. 제 38 항에 있어서,

    각각의 변환기는 다이어프램의 위치에 따른 압력 출력값을 제공하도록 감지 장치와 함께 다이어프램을 포함하는 하우징을 포함하는 가스 전달 시스템.
40. 제 39 항에 있어서,

    각각의 변환기는 용량 액주 압력계(capacitance manometer)를 포함하는 가스 전달 시스템.
41. 제 39 항에 있어서,

    하나 이상의 부가적인 도관과,

    처리실로의 도관 중의 하나를 선택적으로 커플링하는 배출구 밸브(output valve)를 포함하며,

    각각의 부가적인 도관은 개개의 교정 체적, 절대 압력 센서, 온도 센서, 유동 제한기 및 차압 센서를 포함하는 가스 전달 시스템.
42. 제 39 항에 있어서,

    각각 개개의 유동 제한기 및 차압 센서를 구비하는 하나 이상의 부가적인 도관과,

    교정 체적으로 들어가는 상이한 처리용 가스 중의 하나를 선택하기 위해 각각의 가스 입구와 교정 체적에 커플링되는 다중 포트 밸브(multi-port valve)를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
43. 제 39 항에 있어서,

    하나 이상의 가스 입구와,

    교정 체적으로 들어가는 상이한 처리용 가스 중의 하나를 선택하기 위해 각각의 가스 입구와 교정 체적에 커플링되는 다중 포트 밸브를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
44. 제 39 항에 있어서,

    제 1 도관을 지나는 가스 유동을 안내 및 조절하기 위해 제 1 도관과 직렬로 위치된 여러 개의 밸브를 더 포함하며, 밸브 각각은 가변 조정 유동 제어 밸브 또는 다중-방향(multi-way) 밸브 중의 하나를 포함하는 가스 전달 시스템.
45. 제 39 항에 있어서,

    교정 체적 내의 가스의 온도를 측정하기 위해 적합한 위치에서 교정 체적과 제 1 도관 중의 적어도 하나에 연결된 온도 센서를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
46. 가스 전달 질량 유동 제어 시스템에 있어서,

    상류측 단부와 하류측 단부를 갖는 도관과,

    상기 도관과 직렬로 위치된 교정 체적과,

    상기 교정 체적 내의 가스의 압력을 측정하는 수단과,

    교정 체적의 하류측의 도관의 가스 유동을 제한하는 수단과,

    기준 도관 및 이 기준 도관의 압력을 선택적으로 조정하는 수단과,

    가스 유동을 제한하는 수단에 걸쳐 압력을 미분적으로(differentially) 측정하는 수단을 포함하며, 상기 압력 측정은 기준 도관의 압력에 대응하여 이루어지는 가스 전달 질량 유동 제어 시스템.