KR20100047236A - 상이한 체적을 제공할 수 있는 질량 유동 검증기 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시형태는, 상이한 그리고 선택된 크기를 각각 가지는 복수의 체적들을 이용함으로써 넓은 유동 범위에 걸친 질량 유량의 고정밀 측정을 위하여 유용한 시스템, 방법, 및 장치에 관한 것이다. 단일 마노미터의 이용은 비용 절감을 가능하게 하며, 관련 DUT(device under test) 또는 질량 유동 검증기의 전체 범위 내의 하위-유동 범위에 따른 크기를 가지는 복수의 챔버 체적의 이용은 고정밀도를 제공하는 동시에 유동 측정에 있어서의 노이즈의 유해한 영향을 감소시킨다.
Description
(관련 출원)
본 출원은, 2005년 3월 25일자 미국출원번호 제 11/090,120 호의 일부계속출원인 2006년 6월 30일자 미국출원번호 제 11/479,092 호와 관련된 것이며, 이들 2개의 출원의 내용은 참조로서 여기에 전체적으로 편입되어 있다.
고정밀 유체 전달 시스템(high-precision fluid delivery systems)은, 예컨대 웨이퍼 및 칩 제작을 위한 반도체 산업과 같은 많은 산업 분야에서 매우 중요해지고 있다. 전형적으로, 그러한 유체 전달 시스템은, 유체 유동을 조절하거나 감시하기 위해 질량 유동 컨트롤러(mass flow controllers)(MFCs) 및 질량 유동 검증기(mass flow verifiers)(MFVs)와 같은 구성요소들을 포함한다.
단일 반도체 장치의 제작은 처리실을 통상 포함하는 처리 도구에 대한 무려 십여종 이상이나 되는 가스들의 주의깊은 동기화 및 정확하게 측정된 전달을 요구할 수 있다. 다양한 방안들이 제작 공정에 있어서 사용되며, 예컨대 반도체 장치에 대한 세정, 연마, 산화, 마스킹, 에칭, 도핑, 메탈라이징 등의 많은 개별 처리 단계들이 요구될 수 있다. 이용되는 단계들, 그 특정 시퀀스, 그리고 포함된 재료들은 모두 반도체 장치의 제조에 기여한다.
일반적으로, 웨이퍼 제작 설비는 화학 증착, 플라즈마 증착, 플라즈마 에칭, 및 스퍼터링과 같은 가스 제조 공정(gas manufacturing processes)들이 수행되는 영역들을 포함하도록 준비된다. 처리 도구, 화학 증착 리액터(reactors), 진공 스퍼터링 기계, 플라즈마 에처(etchers) 또는 플라즈마 화학 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)이나 다른 타입의 시스템, 기계 또는 장치는 다양한 처리 가스들을 공급받는다. 이 처리 가스들은 정확하게 계량된 양으로 도구들에 공급된다.
전형적인 웨이퍼 제작 설비에 있어서 이 가스들은, 가스 박스에 배관 또는 도관을 경유하여 연결되는 탱크 내에 저장되어 있다. 그러한 가스 박스들은 정확하게 계량된 양의 순수한 비활성 가스 또는 반응 가스를 제작 설비의 탱크들로부터 처리 도구에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로 가스 박스, 즉 가스 계량 시스템은, 가스 유닛(gas units)을 갖는 복수의 가스 통로(gas paths)들을 포함한다. 전형적으로 그러한 유닛들은, 밸브, 압력 조절기(pressure regulators), 압력 변환기(pressure transducers), 질량 유동 컨트롤러(mass flow controllers)(MFCs) 및 질량 유동 계량기(mass flow meters)(MFMs)와 같은 하나 이상의 구성요소들뿐만 아니라 질량 유동 검증기(mass flow verifiers)(MFVs)와 같은 다른 유닛들을 차례로 포함할 수 있는 가스 스틱(gas sticks)을 포함한다.
종래의 질량 유동 검증기(MFVs)는 유체 전달 시스템 및/또는 관련 반도체 공정 도구를 위한 질량 유동 컨트롤러 성능의 현장 검증(in situ verification)을 제공하도록 사용되고 있다. 도 1은, 질량 유동 컨트롤러(MFC)(104)와 같은 DUT(device under test)로부터의 유동을 검증하기 위해 사용되는 종래의 질량 유동 검증기(MFV)(100)의 일례를 도시한다. MFV(100)는, 소정의 체적을 갖는 용기 즉 챔버(102), 가스 매니폴드(도시 생략)와 챔버(102) 사이의 유동을 제어하는 상류측 즉 제1 밸브(108), 챔버(102)로부터 출구, 예컨대 진공 펌프로의 유동을 제어하는 하류측 즉 제2 밸브(110), 챔버(102) 내의 압력을 감지하도록 구성되는, 전형적으로 용량 마노미터(capacitive manometer)인 압력 센서(112), 및 온도 센서(114)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전형적인 MFV(110)는 압력 센서(112) 및 온도 센서(114)의 출력 신호들을 수신하여 상류측 밸브(108) 및 하류측 밸브(110)의 동작을 제어하는 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.
도 1을 계속해서 참조하면, 작동시, 일반적으로 컨트롤러(120)는, 작동 동안에 컨트롤러(120)가 상류측 및 하류측 밸브(108 및 110)들을 우선 개방시키도록 프로그래밍되어 있어 상류측 밸브(108)를 통하여, 용기(102) 내로 그리고 하류측 밸브(110) 밖으로 유동이 발생한다. 또한 컨트롤러(120)는, 유동이 안정되기에 충분한 초기 기간 이후에, 하류측 밸브(110)가 챔버(102)로부터의 유동을 멈추기 위해 폐쇄되도록 프로그래밍되어 있다. 챔버(102)가 MFC(104)로부터의 유체로 충전되기 때문에, 컨트롤러(120)는 마노미터(112)로부터의 용기 압력의 측정 신호를 수신하고, 시계로부터의 시간 측정값을 수신하고, 가스 유동으로 인한 용기 압력에 있어서의 변화율을 결정한다. 그 다음 컨트롤러(120)는, MFC의 정확도가 결정될 수 있도록, 이들 측정값들로부터 MFC(104)에 의해 제공되는 실제 유량을 결정한다.
유동 측정이 이루어진 후, 전형적으로 상류측 밸브(108)는 폐쇄되고 하류측 밸브(110)는 개방되어, 예컨대 진공 펌프(도시 생략)에 연결됨으로써 용기(102)를 퍼지(purge)시킨다. 따라서, 압력 측정의 샘플 값들을 활용함에 의해, 컨트롤러(120)는 측정된 변화로부터의 가스 유량을 용기(102)의 알려진 체적 내에서의 시간 분의 압력(ΔP/Δt)으로 계산할 수 있다. 이하에 설명된 수학식 1로 표현되는 수학 모델에 의해 표시되는 도 2에는 작동의 일례가 그래프로 도시되어 있다.
도 2는 ROR(rate-of-rise) 측정 기법을 활용하는 전형적인 마노미터 내에서의 압력의 압력(P) 대 시간(t) 관계를 도시하는 그래프(200)이다. 전형적인 질량 유량 검증을 위하여, 컨트롤러, 예컨대 도 1의 컨트롤러(120) 또는 유사한 연산 기능을 갖는 다른 장치/구성은 일반적으로 다음의 수학식에 따라 유동 검증의 ROR 방법을 활용한다:
여기에서, Q i 는 Δt의 기간동안 질량 유동 검증기 내로의 평균 가스 유동(average gas flow)이고, k o 는 변환 상수(conversion constant)(= 6 × 107 sccm(standard cubic centimeters per minute)), P stp 는 표준 압력(= 1.01325 × 105 Pa), T stp 는 표준 온도(273.15°K), V c 는 측정 챔버 체적, P 는 측정된 챔버 가스 압력, 그리고 T 는 측정된 가스 온도이다.
도 1에 도시되고 설명된 바와 같은 종래의 질량 유동 검증기(MFVs)가 그 본연의 목적을 위하여는 유용한 것으로 판명될 수 있지만, 고정밀 유체 전달 시스템 내에서 사용되는 작은 체적의 유량에서 높은 정밀도로 작동할 수 있는 질량 유동 검증기에 대한 요구가 점차 대두되고 있다. 도 1에서와 같은 종래의 질량 유동 검증기는, 약 10 sccm(standard cubic centimeters per minute) 이하의 적은 유량에서, 예컨대 0.5%의 표시 유동 판독 에러(indicated flow reading error) 내의 저체적 유량에서의 소정 정밀도 사양(accuracy specifications)을 만족시킬 수 없다는 것이 판명되어 있다.
MFV에 대한 상대적으로 낮은 흡입 압력, 예컨대 75 Torr 보다 작거나 대략 같은 압력에서, 보다 넓은 유동 범위, 예컨대 1 sccm 내지 10,000 sccm 에 걸쳐 유량을 검증하는 것에 대한 요구가 대두되고 있다. 또, 유동 노이즈가 챔버 체적에 의해 증폭된다는 사실로 인하여, 다수의 압력 센서를 갖춘 단일 체적은 1 sccm 내지 10,000 sccm 과 같은 넓은 유동 범위를 다룰 수 없다.
그러므로, 낮은 체적 유량에서 넓은 유동 범위에 걸쳐 고정밀도로 작동할 수 있는 질량 유동 검증기를 제공함으로써 상술한 문제점들을 해소할 수 있는 시스템, 방법, 및 장치를 제공할 필요가 있다.
본 발명의 실시형태들은, 종래의 MFV 기술에 대한 상술한 결점을 해소할 수 있으며, 낮은 흡입 압력으로 증가된 유동 범위를 검증한다는 현재의 요구를 만족할 수 있는, 소프트웨어 구현을 포함하는 시스템, 방법, 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 복수의 사전 선택된 상이한 체적들을 한정하도록 구성되는 배열(arrangement)을 제공함으로써 넓은 유동 범위에 걸친 질량 유량의 고정밀 측정을 제공하여, 결합시 전체 유동 검증 범위를 한정하는, 개별 유동 검증 하위범위들을 개별적으로 한정한다. 그러한 배열의 사용은, 질량 유동 검증을 위하여 수행되는 압력 측정에 있어서의 유해 압력-관련 노이즈의 최소화를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 실시형태들은 단일 마노미터를 활용할 수 있어 비용 절감을 가능하게 할 수 있다.
여기에 특정 실시형태들이 설명되고 있지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자들이라면 본 발명의 또 다른 실시형태들과 측면들이 본 명세서의 상세한 설명 및 첨부 도면들 내에 내재되어 있으며 뒷받침되고 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
본 발명은, 예시일 뿐이며 한정하고자 하는 것이 아닌 첨부 도면들과 함께 이어지는 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 도면들은 반드시 축적에 맞지는 않으며, 대신에 본 발명의 원리에 따라 강조되어 도시된다.
도 1은 종래의 질량 유동 검증기를 나타내는 도식적인 도면;
도 2는 "ROR"(rate-of-rise) 측정 기법을 이용하여 마노미터의 압력 대 시간 응답을 나타내는 그래프;
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른, 상이한 체적들을 제공할 수 있는 단일-마노미터 질량 유동 검증기(MFV)의 개략도;
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른, 유동을 측정하고 유동 검증을 제공하는 방법을 나타내는 도면; 그리고
도 5는 상이한 체적들을 제공할 수 있는 단일-마노미터 질량 유동 검증기의 또 다른 실시형태의 개략도이다.
몇몇 도면들이 여기에 제시되어 있지만, 본 발명이 속하는 분야의 기술자들이라면, 이 도면들에서 나타낸 실시형태들은 예시일 뿐이며, 본 발명의 범주 내에서 여기에 설명된 다른 실시형태들뿐만 아니라 개시된 것들의 변형예들을 생각해 내고 실시할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 질량 유동 검증기를 나타내는 도식적인 도면;
도 2는 "ROR"(rate-of-rise) 측정 기법을 이용하여 마노미터의 압력 대 시간 응답을 나타내는 그래프;
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른, 상이한 체적들을 제공할 수 있는 단일-마노미터 질량 유동 검증기(MFV)의 개략도;
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른, 유동을 측정하고 유동 검증을 제공하는 방법을 나타내는 도면; 그리고
도 5는 상이한 체적들을 제공할 수 있는 단일-마노미터 질량 유동 검증기의 또 다른 실시형태의 개략도이다.
몇몇 도면들이 여기에 제시되어 있지만, 본 발명이 속하는 분야의 기술자들이라면, 이 도면들에서 나타낸 실시형태들은 예시일 뿐이며, 본 발명의 범주 내에서 여기에 설명된 다른 실시형태들뿐만 아니라 개시된 것들의 변형예들을 생각해 내고 실시할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
질량 유동 검증을 위하여 대하여 수행된 압력 측정에 있어서 관련 노이즈가 측정 정밀도, 특히 적은 유량 및 낮은 압력에 대하여 제한을 가져올 수 있다는 것을 본 발명자들은 인식하고 있었다.
본 발명에 따른 유동 측정 노이즈 최소화 기술은, 다음 식과 같이, 질량 유동 검증에 대하여, 압력 측정 노이즈 σ p 에 의해 야기되는 유동 측정 노이즈 Q n 이 MFV의 챔버 체적 V c 에 비례한다는 사실을 이용하여 이루어질 수 있다.
MFV의 챔버 체적을 최소화함으로써, 유동 측정 노이즈를 최소화할 수 있다. 그렇지만, MFV의 챔버 체적 내에서 상승하는 압력의 비율 ΔP/Δt 는, 주어진 유량에 대하여 챔버 체적이 감소함에 따라 증가할 것이며, 이것은 수학식 1로부터 알 수 있다. 챔버 체적이 지나치게 작으면, 많은 유량에 대한 상승 압력은 압력 변환기(pressure transducer)의 최대 측정 범위를 초과할 수 있으며, 이것은 유동 측정 오차를 야기한다. MFV에 대한 유동 측정 범위와 (유동 측정 노이즈에 의해 제한되는) 유동 측정 정밀도와의 사이에서 균형을 유지할 필요가 있다.
종래의 MFVs는 넓은 유동 측정 범위를 달성하기 위해 복수의 압력 변환기들을 갖는 단일의 큰 체적을 가진다. 예를 들어, Lucas Tester는 0.1, 1, 및 10 Torr의 풀 스케일(full scale)의 3개의 압력 변환기들을 갖는 20 리터의 챔버 체적을 가진다. 유동 측정 범위는 1 sccm 내지 2,000 sccm 이다. 그렇지만, 적은 유량(< 10 sccm)의 측정 정밀도는, 수학식 2에 따른, 큰 챔버 체적에 의해 증폭되는 압력 측정 노이즈에 의해 제한된다.
적은 유량 및 낮은 압력에서의 측정을 포함하는, 압력 측정시 노이즈의 유해한 영향을 최소화하기 위해서, 본 발명에 따른 실시형태는 특정 유동 DUT(device under test)의 유동 범위에 근거하여 선택되는 상이한 크기의 측정 챔버 체적을 활용한다. 상이한 체적을 구비한 MFV는 많은 유량을 검증하기 위해 큰 챔버 체적을 선택하는 동시에 낮은 유동 범위를 검증하기 위해 작은 챔버 체적을 선택한다. 그러므로, 조절가능한 체적의 MFV는 (측정 노이즈에 의해 제한되는) 측정 정밀도와 (최대 압력 상승율에 의해 제한되는) 측정 범위와의 사이에서 균형을 유지할 수 있다.
본 발명의 이러한 측면들은, 사전에 선택된 크기의, 복수의 측정 체적들을 활용함으로써 넓은 범위의 유동에 걸친 질량 유량의 고정밀 측정을 제공한다. 그러한 상이한 크기의 측정 체적들의 이용은, 질량 유동 연산 및 검증을 위하여 수행되는 압력 측정시 야기되는 유해한 압력-관련 노이즈의 최소화를 가능하게 한다. 본 발명의 또 다른 측면들은 그러한 유동 검증을 위한 단일 마노미터의 사용을 제공할 수 있으며, 이것은 비용을 절감시킨다. 본 발명에 따른 실시형태는, 유체 제어 장치와 같은, 체적 유량의 고정밀 측정 및/또는 검증을 위하여 유용한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실시형태는, 하위 범위의 유량을 각각 바람직하게 한정하며 결합시 넓은 범위의 유량을 제공하는, 복수의 측정 체적들을 활용하는 그러한 질량 유동 검증의 수행 및 제어에 적합한, 컴퓨터로 수행될 수 있는 코드, 예컨대 적절한 알고리즘(들)을 갖는 소프트웨어 또는 펌웨어를 포함할 수 있다.
특정 DUT의 유동 측정 또는 검증에 대하여, 본 발명에 따른 복수의 측정 체적들은 DUT의 작동 유동 범위에 근거하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 측정 체적의 개수 선택은, 체적들이 대략 한 자릿수의 크기(log10)만큼 상이하도록 선택될 수 있다. DUT로부터, 이 DUT로부터 수신된 유동과 관련하여 크기가 정해지는 특정 측정 체적으로 전환시킴으로써, DUT 유동 검증 측정의 통계적 변화량은 효과적으로 감소 또는 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시형태는, 첨부 도면과 관련하여 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 특정 질량 유동 DUT의 유동 범위를 넘어서는 하위 범위에 대한 압력 측정에서의 노이즈 영향을 최소화시킴으로써, MFV의 정밀도를, 특히 적은 유량, 예컨대 0.5 sccm 이하 정도에서 제공 및/또는 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라서 배열된, 조절가능한 체적을 갖는 MFV(300)의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, MFV(300)는 상이한 체적의 복수의 챔버(302(1) - 302(3))들을 포함(도면에는 3개가 도시되어 있지만, 그 개수는 2개일 수도 있고 전체 관심 범위를 다루기 위해 필요한 만큼의 개수일 수 있음)하며, MFC(310)와 같은 DUT로부터의 질량 유동(Q i )(308)을 입력으로서 수용하도록 구성 및 배열될 수 있다. 하나 이상의 상류측 밸브(304(1) - 304(3)) 및 하류측 밸브(312(1) - 312(3))가 복수의 챔버(302(1) - 302(3))들의 내외측으로의 유동을 각각 선택적으로 제어하기 위하여 제공된다. 마노미터(306)는 각각의 챔버(302(1) - 302(3))들 내에서 압력을 선택적으로 측정하기 위해서 구성 및 배열된다. 챔버(302(1) - 302(3))들로부터의 유동은, 도시된 바와 같이, 밸브(318(1) - 318(3))들을 선택적으로 작동시킴으로써 마노미터(306)에 의해 선택적으로 측정될 수 있다. 온도 센서(316(1) - 316(3))들은, 예를 들어 하나 이상의 위치, 바람직하게는 해당 챔버의 벽에서의 온도를 검출하도록 각각의 챔버(302(1) - 302(3))에 해당하는 온도를 검출하기 위해서 구성 및 배열된다. MFV로부터 배출되는 질량 유동은 Q o (309)로 표시되어 있다.
컨트롤러, 프로세서 또는 다른 유사한 장치(303)는 시스템(300)의 소정 동작(들)을 제어한다.(도 3에서는 명확성을 위하여 컨트롤러(303)로부터의 접속이 누락되어 있지만, 어떠한 적절한 접속이라도 제공될 수 있다.) 예를 들어, 컨트롤러(303)는, 하나 이상의 상류측 밸브, 예컨대 밸브(304(1) - 304(3))들, 그리고 하나 이상의 하류측 밸브, 예컨대 밸브(312(1) - 312(3))들의 작동을 제어 또는 가능하게 할 수 있다. 컨트롤러(303)는 시스템의 작동을 제어하고 소정 단계들의 시퀀스를 수행하도록, 예를 들어 소프트웨어 또는 펌웨어로 적절하게 구성된다. 이와 관련하여, 컨트롤러는, 그러한 작동을 위하여 필요한 명령들 중 일부 또는 전부를 수용하고 소정 스텝들의 시퀀스를 수행하기 위해서, 적절한 통신 링크, 예컨대 이더넷 접속 등이나 다른 적절한 컴퓨터-판독 가능한 매체를 통하여 적절하게 접속될 수도 있다.
시스템(300)의 각각의 측정 챔버, 예컨대 챔버(302(1) - 302(3))들 중 어느 하나는 소정의 체적을 가지며, 질량 유동 컨트롤러(MFC)(310)와 같은 DUT(device under test)로부터의 유체를 수용하기 위해 연결된 입구(308)로부터의 유체 유동(예컨대 소정의 반도체 공정 가스)을 수용하도록 구성 및 배열될 수 있다. 입구는 해당 입구 즉 상류측 밸브(304(1) - 304(3))들에 연결되며, 이 밸브들은 어느 챔버가 입구(308)로부터의 유체를 수용할지를 선택하도록 작동된다. 입구 밸브(304(1) - 304(3))들은 해당 챔버(302(1) - 302(3))들에 연결된다. 예시된 실시형태는, 예컨대 각각 10 리터, 1 리터, 그리고 0.1 리터의 대수(logarithm)적인 크기를 갖는 개별적이고 상이한 체적의 3개의 챔버들을 포함한다. 또한 이들 3개의 챔버들의 유동 검증 범위는, 예컨대 각각 1,000 - 10,000 sccm, 100 - 1,000 sccm, 그리고 1 - 100 sccm의 대수적인 크기를 가질 수 있다. 도 3에는 3개의 측정 챔버들이 도시되어 있지만, 어떠한 적절한 개수의 챔버들이라도 사용될 수 있으며, 그 크기에서의 차이 역시 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 실시형태는 어떠한 범위의 유량이라도 측정할 수 있도록 작동될 수 있으며, 특히 낮은 질량 유량(< 10 sccm)에서도 높은 정밀도(판독 오차 0.5% 이내)로 사용될 수 있다. 각각의 챔버는 해당 출구 즉 하류측 밸브(312(1) - 312(3))에 연결되는 출구를 포함한다. 각각의 하류측 밸브는 해당 챔버를 시스템(300)의 출구(309)에 선택적으로 연결한다. 또한 각각의 챔버는, 각각의 밸브(318(1) - 318(3))를 선택적으로 작동함으로써 특정 챔버 내부의 압력을 소정의 기간에 걸쳐 측정할 수 있도록, 테스트 밸브(318(1) - 318(3))를 통하여 압력 센서(306)에 연결되는 것이 바람직하다. 또한 각각의 챔버(302(1) - 302(3))는 각각의 챔버(302(1) - 302(3)) 내의 온도를 측정하기 위하여 온도 센서(316(1) - 316(3))를 포함한다. 해당 온도 센서(316(1) - 316(3))에 의해 취해진 각 챔버 내부의 유체 온도의 측정값들은 컨트롤러(303)에 제공되며, 마찬가지로 압력 센서(306)로부터의 압력 측정값들은 컨트롤러에 제공된다. 상류측 및 하류측 밸브(304(1) - 304(3) 및 312(1) - 312(3))의 제어 역시 컨트롤러에 의해 선택적으로 제어될 수 있다.
챔버들에 의해 제공되는 하위 범위들은, MFV(300)의 시스템에 대하여 하나의 연속적인 전체 범위를 제공하도록, 연속하여(in seriatim) 중첩되거나 인접되는 것이 바람직하다. 다수의 챔버들을 이용함으로써, MFV의 범위는 챔버 및 해당 부품들의 개수의 함수(function)로서 확장될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, MFV(300)의 선택된 챔버(302(1) - 302(3))와 관련된 상류측 밸브(304(1) - 304(3)) 및 해당 하류측 밸브(312(1) - 312(3)) 양쪽 모두가 개방된다면, 이 선택된 챔버를 통한 유동은 정상류(steady state flow) 상태에 있거나 이 정상류를 결국에는 성취할 것이다. 그 후 해당 하류측 밸브(312(1) - 312(3))는 유동 검증을 위하여 폐쇄되며, 선택된 챔버 내에서 챔버 압력은 상승한다. 이러한 방식으로, 선택 체적의 챔버(301)가 선택될 수 있으며, 공동의 마노미터(306) 및 해당 온도 센서(316)를 이용하여 ROR 측정이 이루어질 수 있다.
도 4는, 예컨대 도 3의 MFV(300)를 활용하여, 본 발명에 따라 유동을 측정하는 방법(400)의 일 실시형태를 나타낸다. 단계 402에 설명된 바와 같이, 공지 또는 선택된 체적, 예컨대 체적(312(1) - 312(3))의 복수의 챔버 또는 용기는, 각 챔버의 체적이 질량 유동 컨트롤러와 같은 DUT(device under test) 또는 질량 유동 검증기의 작동 범위의 유동 하위-범위에 상응하도록 제공될 수 있다.
단계 404에 설명된 바와 같이, 유체 유동은, 선택된 챔버에 상응하는 유동 하위-범위 내에 있는 질량 유동 장치의 실제 유동에 근거하여, 선택된 챔버에 제공될 수 있다. 단계 404 이전에, 측정을 위하여 사용될 필요가 있는 특정 챔버(302(1) - 302(3))를 결정하도록, 특정 유동 범위가 자동적으로 혹은 사용자에 의해 결정된다. 그 후 컨트롤러(303)는, 나머지 선택되지 않은 챔버들과 관련된 상류측, 하류측 및 테스트 밸브들을 모두 폐쇄하고, 단계 404에서 적절한 유동 하위 범위 내에서의 측정을 시작할 선택된 챔버와 관련된 상류측, 하류측 및 테스트 밸브들만을 작동시키도록 하는 것이 바람직하다. 단계 406에서 설명된 바와 같이, 유체 유동을 수용하는 선택된 챔버와 관련된 온도는, 예를 들어 해당 온도 센서(316)를 이용하여 측정될 수 있다. 단계 408에 설명된 바와 같이, 선택된 챔버의 해당 테스트 밸브(318)는, 하류측 밸브(312)가 폐쇄되었을 때 선택된 챔버 내의 압력을 단일의 마노미터로 측정할 수 있도록 개방된다. 단계 410에 설명된 바와 같이, 유동은, 이 유동을 수용하는 챔버의 측정된 온도, 압력, 시간 및 체적에 근거하여 연산될 수 있다.
몇몇 실시형태들이 여기에 설명되어 있지만, 본 발명이 속하는 분야의 기술자들이라면, 본 발명의 방법, 시스템, 및 장치가 본 발명의 정신을 벗어남 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 일반적으로 여기에서는 시스템 및 방법이 적어도 2개의 상이한 챔버들을 포함하는 것으로 설명되어 있으며, 예시된 실시형태에서는 3개의 상이한 챔버들을 포함하는 것으로 설명되어 있으나, 어떠한 적절한 개수의 챔버라도 본 발명에 따라서 사용될 수 있다. 설명된 실시형태에 있어서 각각의 챔버는 고정된 체적을 구비한다. 챔버의 체적이 시스템의 작동 범위의 하위 범위에 상응하는 2개 이상의 사전에 선택된 체적들 중 어느 하나로 조절될 수 있는 경우에는, 단지 하나의 챔버가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(500)는, 사전에 선택된 수준으로 체적을 확장 또는 감소시키도록 조절할 수 있는, 적절한 밀봉부(들)를 갖춘 단부 벽(502)을 가질 수 있다. 단부 벽(502)은 예를 들어 이동 가능한 피스톤(504)의 부분일 수 있다. DUT(510)로부터 챔버 내로, 그리고 챔버 밖으로의 유동을 제어하기 위하여 입구 밸브(506) 및 출구 밸브(508)가 제공된다. 챔버 내부 압력의 ROR 동안에 적절한 압력 및 온도 측정이 이루어질 수 있도록 마노미터(512) 및 온도 센서(514)가 제공된다. 따라서, 도 3의 실시형태에서 제공된 모두 3개의 체적들은 조절 가능한 체적을 가지는 단일 챔버에 의해 제공될 수 있다. 피스톤이 완전히 후퇴되었을 때 최대 체적이 제공되며 피스톤이 마노미터 입구 및 온도 센서에 인접한 위치에 있을 때 최소 체적이 제공되는 상태로, 사실상 도시된 배열은 어떠한 개수의 체적이라도 제공할 수 있다. 나아가서, 하나 이상의 챔버는 고정된 체적을 제공하는 동시에, 다른 챔버는 조절 가능한 체적을 제공할 수도 있다. 추가적으로, 여기에 설명된 실시형태는 단일의 마노미터를 사용하는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명에 따라서 다수의 마노미터들이 복수의 측정 체적들과 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 또는 백업 마노미터들이 주 마노미터와 함께 병렬로 또는 병렬로 구성될 수 있다.
따라서, 여기에 설명된 실시형태는 모든 사항에 있어서 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라 본 발명의 예시로서 간주되어야 한다.
Claims (18)
- 작동 유동 범위에 걸쳐 작동하는 질량 유동 장치로부터의 유체의 유동을 검증하기 위한 질량 유동 검증기로서,
상기 작동 유동 범위 내의 하위 범위에 상당하도록 사전에 정해진 상이한 체적들을 한정하도록 구성 및 배열되는 시스템으로서, 각각의 체적은 상기 질량 유동 장치로부터의 유동을 수용하기 위한 입구, 및 상기 질량 유동 장치로부터 체적 내로의 유동으로 야기되는 압력 변화가 출구 밸브가 폐쇄되었을 때 측정될 수 있도록 하는 상기 출구 밸브를 포함하는 상기 시스템과;
상기 압력 변화가 상기 체적 내에서 측정되었을 때 체적 내의 유체의 온도를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성 및 배열되는 온도 센서와;
상기 압력 변화가 상기 체적 내에서 측정되었을 때 체적 내의 상기 압력 변화를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성 및 배열되는 압력 센서와;
선택된 체적의 마노미터 압력 신호, 온도 신호, 및 크기의 함수로서 질량 유동 컨트롤러로부터 상기 체적들 중 선택된 어느 하나 내로의 유동을 측정하도록 구성 및 배열되는 컨트롤러;
를 포함하는 질량 유동 검증기. - 청구항 1에 있어서,
상기 시스템은 상이한 체적을 한정하기 위한 복수의 챔버들을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 1에 있어서,
상기 시스템은 사전에 정해진 상이한 체적들을 한정하도록 조절 가능한 체적을 갖는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 3에 있어서,
상기 챔버는 상기 조절 가능한 체적을 제공하도록 이동 가능한 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 4에 있어서,
상기 벽은 이동 가능한 피스톤의 부분인 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 1에 있어서,
복수의 상기 체적들은 3개의 별개의 챔버들에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 6에 있어서,
3개의 상기 챔버들은 10.0 리터의 체적을 갖는 제1 챔버, 1.0 리터의 체적을 갖는 제2 챔버, 그리고 0.1 리터의 체적을 갖는 제3 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 7에 있어서,
10.0 리터의 체적을 갖는 상기 제1 챔버는 10,000 내지 1,000 sccm의 유량 범위 내에서 측정하도록 작동되기 위해 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 7에 있어서,
1.0 리터의 체적을 갖는 상기 제2 챔버는 1,000 내지 100 sccm의 유량 범위 내에서 측정하도록 작동되기 위해 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 7에 있어서,
0.1 리터의 체적을 갖는 상기 제3 챔버는 100 내지 1 sccm의 유량 범위를 측정하도록 작동되기 위해 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 7에 있어서,
복수의 상기 챔버들은 10,000 내지 1 sccm의 유량 범위에 대하여 압력을 측정하도록 작동되기 위해 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 1에 있어서,
상기 압력 센서는 용량 마노미터인 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 12에 있어서,
상기 검증기는 각각의 체적과 함께 사용되기 위한 단일의 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 청구항 13에 있어서,
상기 검증기는 선택된 체적으로부터 상기 단일의 압력 센서로의 유동을 제어하도록 각각의 체적의 출구와 상기 단일의 압력 센서와의 사이에 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증기. - 작동 유동 범위에 걸쳐 작동하는 질량 유동 장치로부터의 유체의 유동을 검증하는 방법으로서,
상기 작동 유동 범위 내에서 하위 범위들에 상당하도록 사전에 정해진 상이한 체적들을 한정하는 단계와;
상기 질량 유동 장치로부터 각각의 체적의 입구를 통과하는 유동을 선택적으로 제어하며, 출구 밸브가 폐쇄되었을 때 상기 질량 유동 장치로부터 체적 내로의 유동으로 야기되는 압력 변화가 측정될 수 있도록 각각의 체적으로부터 상기 출구 밸브를 통과하는 유동을 선택적으로 제어하는 단계와;
상기 압력 변화가 상기 체적 내에서 측정되었을 때 체적 내의 유체의 온도를 나타내는 신호를 온도 센서에 의해 발생시키는 단계와;
상기 압력 변화가 상기 체적 내에서 측정되었을 때 체적 내의 상기 압력 변화를 나타내는 신호를 압력 센서에 의해 발생시키는 단계와;
복수의 상기 체적들 중 하나의 마노미터 압력 신호, 온도 신호, 및 알려진 체적의 함수로서 상기 질량 유동 컨트롤러로부터의 유동을 측정하는 단계;
를 포함하는 질량 유동 검증 방법. - 청구항 15에 있어서,
체적에 상응하는 상기 유동 하위-범위 내에 있는 유동에 근거하여 상기 질량 유동 장치로부터의 유체 유동을 수용하기 위한 체적을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 질량 유동 장치의 상기 유동 범위는 10,000 sccm 내지 1 sccm인 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 작동 유동 범위 내의 하위 범위에 상당하도록 사전에 정해진 상이한 체적들을 한정하는 단계는, 챔버의 상기 체적을 상기 사전에 정해진 체적들 중 선택된 하나로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유동 검증 방법.
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