KR20100114079A

KR20100114079A - 가스 유동 제어기의 인 시투 시험을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100114079A
Application number: KR1020107018060A
Authority: KR
Inventors: 조셉 알 몬코브스키; 지아링 천; 타오 딩; 제임스 맥컬렌 찰머스
Original assignee: 피포탈 시스템즈 코포레이션
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2010-10-22
Also published as: JP2015064893A; TW200938978A; JP5971636B2; US20110011183A1; US20120304781A1; WO2009091935A1; JP5654099B2; CN101978132B; US7823436B2; US20090183549A1; US8667830B2; EP2247819B1; EP2247819A4; EP2247819A1; US8857456B2; TWI399627B; CN101978132A; US20090183548A1; JP2011510404A; KR101840047B1

Abstract

방법 및 장치는 GFC 를 통한 유량을 정확하게 측정하기 위해서 가스 유동 제어기 (GFC) 의 상류의 압력의 강하율을 이용한다. 오늘날 생산 용도에서의 많은 가스 유동 제어기를 통한 가스 유동의 측정은 어떤 특별한 또는 정교한 압력 조절기 또는 다른 특별한 요소의 필요 없이 가능하다. 다양한 준비가, 측정 동안 또는 측정 후에 나타나는 압력의 변화가 시험하의 GFC 를 통한 일정한 가스 유동을 교란시키지 않는 것을 보장한다.

Description

가스 유동 제어기의 인 시투 시험을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IN SITU TESTING OF GAS FLOW CONTROLLERS}

어떤 산업적인 공정은 가스의 잘 제어된 유동에 의존한다. 일 예는 실리콘 웨이퍼를 집적 회로 (IC) 로 처리하기 위해 다양한 가스를 사용하는 반도체 장치 제조 분야이다.

플라즈마 식각은 많은 상이한 가스의 신중히 제어된 유동에 의존하는 특히 중요한 반도체 공정이다. 플라즈마 식각에 있어서, 다양한 가스가 진공 챔버 안에 도입된다. 반응 가스 종을 생성하는 플라즈마를 형성하기 위해 전기적인 동력 (전형적으로는 라디오 주파수 여기의 형태) 이 사용된다. 반응 가스 종은 실리콘 웨이퍼에 패턴을 식각하여 IC 의 상이한 요소를 형성한다.

현대의 IC 요소는 치수가 극도로 작기 때문에, 효과적인 제조를 위해서는 매우 안정적이고 일관된 질량 유동 특성을 보이는 가스 유동을 사용할 필요가 있다. 전통적으로, 이러한 질량 유동은 분당 표준 입방 센티미터 (sccm) 로 측정된다.

그러나, 전형적으로는 가스의 유동을 제어하기 위해 사용된 전기-기계적 질량 유동 제어기 (MFC) 는 시간이 지남에 따라 드리프트 (drift) 되는 경향이 있다. 몇 % 의 작은 변동이 집적 회로의 성능을 심하게 저하시킬 수 있기 때문에, 반도체 제조 공정은 이런 드리프트에 특히 민감하다. 따라서, 안정적인 가스 유동을 유지하기 위해서는 질량 유동 제어기를 수시로 시험 및 조정할 필요가 있을 수도 있다.

전통적으로는, MFC 의 시험은 알려진 볼륨의 진공 챔버에 가스를 도입하고 그 챔버 내부의 압력을 감시함으로써 달성된다. 도입된 가스의 압력, 볼륨, 및 질량 (가스의 몰의 수를 규정함) 사이의 알려진 상호관계에 기초하여, 가스가 진공 챔버 안으로 흐를 때의 압력 상승 ("상승률") 이 감시될 수 있다. 그 후, 챔버 내부의 압력 변화에 관한 이런 정보가 질량 유동 제어기를 통과하는 가스의 실제 유량을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

편의를 위해, 가스 유동의 측정을 위해 주로 사용되는 진공 챔버는 공정 챔버 그 자체이다. 공정 챔버의 볼륨은 예컨대 가스가 정확하게 알려져 있는 MFC 를 통해 유동할 때의 압력 상승을 감시함으로써 측정될 수 있다. 공정 챔버에 연결된 어떤 질량 유동 제어기를 통한 가스 유동의 측정이 용이하게 달성될 수 있다.

이런 전통적인 접근법의 한가지 잠재적인 결점은 공정 챔버의 산출량의 감소이다. 구체적으로는, 가스 유동 시험 절차는 매우 가치있는 시간을 소비하여, 이 시간 동안은 장비에 의한 생산 처리가 실행될 수 없다.

이런 전통적인 접근법의 다른 잠재적인 불리한 결과는, 이전의 처리로부터의 챔버 벽의 퇴적물이 시험 동안 가스를 흡수 또는 방출하는 역할을 할 수 있다는 것이다. 이런 퇴적물이 가스를 흡수하는 경우, 압력의 측정된 상승률은 과도하게 낮을 것이다. 챔버 퇴적물이 가스를 방출하는 경우, 압력의 상승은 과도하게 높을 것이다. 어떤 경우든 부정확을 초래할 것이다.

또한, 챔버에 퇴적물이 존재하지 않는 경우에도, 어떤 조건하에서는 챔버의 벽에 존재하는 재료가 측정의 정확도에 불리한 영향을 줄 수 있다. 일 예에서, 챔버의 벽의 수분은 유동하고 있는 가스 (실란 같은 것) 와 반응할 수 있어, 압력 변화 및 그에 따른 유량 계산을 방해하는 다른 가스 (수소 같은 것) 를 생성한다. 다른 예에서, 챔버 벽에 결합된 암모니아가 챔버 안으로 유동하는 TiCl₄ 과 반응할 수도 있어, 유량 계산을 방해한다.

가스 유동을 측정하기 위한 전통적인 접근법에 대한 또 다른 잠재적인 단점은 공정 챔버의 볼륨에 대한 어떤 변화가 챔버 볼륨의 다른 측정을 필요로 할 것이라는 것이다. 예컨대, 압력 게이지와 같은 요소의 추가 또는 제거는 챔버의 볼륨을 변화시킬 수 있어, 압력의 상승률로부터 계산된 유량이 부정확해지게 한다.

이런 문제의 일부를 다루기 위해 과거에 어떤 접근법이 제안되었다. 예컨대, 공정 챔버의 상류에 별도의 볼륨이 위치될 수 있고, 이 볼륨에서 상승률 측정을 할 수 있다. 이 볼륨은 공정 챔버에 존재하는 퇴적물의 종류를 가지지 않고, 이 볼륨은 그것으로부터 제거되거나 그것에 추가되는 요소가 없어 변화되지 않기 때문에, 상기 단점 중 일부가 존재하지 않는다. 그러나, 이 방법은 생성 처리가 실행될 수 없는 별도의 단계를 여전히 필요로 하고, 가스가 이전의 가스로부터 존재하는 볼륨 벽의 흡수된 종과 반응할 가능성이 있다. 이런 접근법의 개선은 가스가 볼륨 안으로 또는 그 밖으로 유동할 때 일정한 온도를 유지하기 위해 볼륨 내측에 열 전도 조립체를 포함한다. 일 접근법에서, 질량 유동 제어기 내부에 이미 존재하는 볼륨이 별도의 용기 대신 알려진 볼륨으로서 사용된다.

또 다른 접근법은 가스가 그 공정의 통상적인 부분으로서 계속 유동하고 있는 상태에서 가스 유동을 측정할 수 있게 한다. 이런 접근법에서, 일정한 가스 유동을 유지시키고 있는 가스 유동 제어기의 상류에 알려진 볼륨 및 밸브가 위치된다. 가스 유동 제어기가 일정한 가스 유동을 유지시키고 있는 상태에서의 밸브의 밀폐는 볼륨에서 압력 강하를 일으키고, 여기서 압력 강하율은 가스 유량에 비례한다.

이는 가스 유동 제어기가 그 통상적인 생성 용도로 사용되는 것과 동시에 측정을 허용하지만, 이는 압력 변화가 가스 유동 제어기에 영향을 주지 않는 적용으로 제한된다. 이런 문제를 회피하기 위해서, 압력 조절기가 가스 유동을 가로막기 위해 가스 유동 제어기의 상류 (또는, 하기와 같이 유동 제약부의 상류) 및 알려진 볼륨 및 밸브의 하류에 설치될 수도 있다. 이러한 해결책의 단점 중 한가지는, 이런 압력 조절기에 대한 요건이 너무 엄격해서 표준 압력 조절기는 이런 역할에 충분하지 않을 것이라는 것이다. 압력 조절기의 기능은 하류 압력을 일정하게 유지시키면서 상류 압력을 하류 압력보다 더 높은 어떤 값에 있게 하는 것이지만, 실제로 하류 압력은 상류 압력의 영향을 받는다. 또한, 대부분의 조절기는 약간의 이력현상을 가진다. 압력 조절기의 하류의 압력의 변화는 가스 유동의 측정에 오류를 발생시킬 것이고, 결과적으로 이런 시스템은 효과적인 작동을 위해 고도로 정교한 압력 조절기를 요구한다.

정교한 압력 조절기는 실제로, 임계 오리피스 (critical orifice) 로서 사용되는 유동 억제기, 압력 변환기 (pressure transducer), 및 압력 조절기를 포함하는 질량 유동 제어기의 일부일 수도 있다. 이 경우, 압력 조절기는 이미 적소에 있기 때문에, 알려진 볼륨 및 밸브 배치를 이용하여 가스 유량을 시험하는 것이 타당하다. 그러나, 실리콘 웨이퍼의 처리에서 사용되는 많은 질량 유동 제어기와 같은 생산 용도에 있어서의 대부분의 가스 유동 제어기는 그 구성의 부분으로서 압력 조절기를 포함하지 않는다. 결과적으로, 질량 유동 제어기를 시험하기 위해서는, 질량 유동 제어기는 이런 정교한 압력 조절기를 필요로 한다.

예컨대, 질량 유동 제어기의 시험에 대하여 큰 필요성을 가지는 반도체 산업이 이런 접근법의 이용을 결국 극도로 제한했다는 것은 의심할 여지없이 이런 큰 단점의 결과이다.

도 1 은 종래기술을 대표하는 장치 (100) 의 실시형태를 나타낸다 (예컨대, U.S. Pat. No. 4,285,245 및 U.S. Pat. No. 6,363,958 참조). 장치는, 가스 공급원 (104) 과 유체 연통하는 입구 (103) 및 유동 억제기 또는 질량 유동 제어기와 유체 연통하는 출구 (105) 를 가지는 가스 라인 (101) 을 포함한다. 압력 조절기 (102) 는 유동 억제기 또는 질량 유동 제어기로 유동하는 가스의 일정한 압력을 성립시키기 위해 사용된다. 표준 공정 조건하에서, 밸브 (106) 가 개방되고, 가스가 압력 조절기를 통해 유동 억제기 또는 질량 유동 제어기로 유동하여 결국 공정 챔버로 간다.

도 1 에 있어서, 볼륨 (V) (110) 은 파이프, 및 밸브 (106) 와 가스 유동 제어기 (GFC) 사이에 존재하는 다른 요소 내부의 총 고정 볼륨을 나타내고, 여기서 GFC 는 예컨대 유동 억제기 또는 질량 유동 제어기 (MFC) 일 수 있다. 압력 변환기 (112) 는 압력 조절기 (102) 의 바로 상류에 있는 볼륨 (V) (110) 의 압력을 측정하도록 구성된다.

압력 조절기 (102) 의 기능은, (상류 압력이 하류 압력과 같거나 그보다 더 큰 한은) 조절기의 상류의 압력에 무관하게 조절기의 하류의 압력을 일정하게 유지시키는 것이다. 이런 조건하에서는, 압력 조절기와 유동 억제기 또는 MFC 사이에 가스의 몰의 수의 감소의 증가가 없다. 결과적으로, MFC 또는 유동 억제기 외의 가스의 유동은 압력 조절기를 통한 가스의 유동과 같다.

밸브 (106) 가 밀폐되는 경우, 좌측으로부터 볼륨 (110) 으로 들어가거나 또는 볼륨 (110) 을 떠나는 가스는 없기 때문에, 볼륨을 떠나는 어떤 가스는 압력 조절기 (102) 를 통해 유동해야 하지만, 압력 조절기를 통한 유동은 MFC 또는 유동 억제기를 통한 유동과 같기 때문에, 볼륨 외의 유동은 MFC 또는 유동 억제기를 통한 유동과 같다. 볼륨 (110) 을 떠나는 가스의 양은 볼륨의 압력의 강하율로부터 계산될 수 있기 때문에, 이러한 계산은 유동 억제기 또는 MFC 를 통한 유량의 결정을 가능하게 한다.

불행하게도, Ollivier 가 U.S. Pat. No. 6,363,958 호에서 설명하는 바와 같이, 대부분의 압력 조절기는 이런 유동 측정 시스템의 효과적인 실행을 위해 요구되는 정확도의 레벨로 하류 압력을 제어할 수 없다. 하류 압력이 충분히 제어되지 않는 경우, 이하와 같이 2 가지 중요한 오류가 도입될 수 있다: (1) 볼륨 (110) 을 떠나는 가스의 유동은 MFC 또는 유동 억제기를 통한 가스의 유동과 같지 않을 것이고, (2) 유동 억제기의 상류의 압력에 비례하는 유동 억제기를 통한 가스의 유동은 원하는 값이 되지 않을 것이다.

추가의 정보에 대해서는, Hinkle 에게 허여된 U.S. Pat. No. 5,684,245; Laragione 등에게 허여된 U.S. Pat. No. 5,925,829; Shajii 등에게 허여된 U.S. Pat. No. 6,948,508 및 U.S. Pat. No. 7,136,767; Kennedy 에게 허여된 U.S. Pat. No. 4,285,245; 및 Ollivier 에게 허여된 U.S. Pat. No. 6,363,958 을 참조하도록 한다.

상기로부터, 가스 유동 제어기를 통한 가스 유동에 대해 시험하기 위한 향상된 기술이 요구된다는 것을 알 수 있다.

먼저, 여기에서 논의되는 장치가 많기 때문에, 다양한 배관 요소를 말할 때 규정을 정하는 것이 도움이 된다. 여기서 사용될 때, 밸브는 유체의 유동을 잠그거나 틀기 위해 사용되는 배관 요소이다. 온 (on)/오프 (off) 작용은 어떤 제어 방안의 수동적 또는 자동적 이용일 수도 있다. 계량 밸브는 유체의 유동을 잠그며 완전히 또는 부분적으로 틀기 위해 사용되는 배관 요소이다. 이 계량 밸브는, 사용자가 유동을 원하는 레벨로 소통시킬 수도 있는 가정용 수도 배관에서 사용되는 것과 유사한 계량 밸브이다. 온/오프 및 부분적인 온 작용은 어떤 제어 방안의 수동적 또는 자동적 이용일 수도 있다. 압력 조절기는 그 출구에서의 어떤 압력에서 유체의 유동을 자동으로 차단하는 배관 요소이다. 압력 조절기는, 그 출구 측에서의 압력에 반응하며, 배관의 압력이 설계된 레벨에 도달할 때 닫힌다. 압력이 떨어지는 경우 (예컨대, 누군가가 급수전 (faucet) 을 개방하는 경우, 즉 조절기의 하류의 계량 밸브를 개방하는 경우), 조절기는 개방되고 압력이 전형적으로 설정 지점이라고 하는 원하는 레벨로 복귀될 때까지 유동을 허용한다. 전형적인 압력 조절기는 출구 (즉, 하류) 압력을 원하는 설정 지점으로 가져오기 위해 기준으로서 외부 공기, 즉 대기를 이용한다. 압력 조절기는 입구와 출구 사이의 압력 차에 대해서가 아닌 출구와 대기 사이의 압력 차에 대해 조절한다.

이하의 요약은 본 발명의 어떤 양태 및 특징의 기본적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니며, 본 발명의 주요한 또는 결정적인 요소를 특별히 확인하거나 본 발명의 범위를 서술하려는 그런 것이 아니다. 이 요약의 유일한 목적은 이하에 나타나는 더 상세한 설명에 대한 서두로서 개략된 형태로 본 발명의 어떤 개념을 나타내는 것이다.

본 발명의 실시형태는 GFC 를 통한 유량을 정확하게 측정하기 위해 GFC 의 상류의 압력 강하율을 이용하지만, 종래기술과는 달리 이 실시형태는 어떤 특별한 또는 정교한 압력 조절기 또는 다른 특별한 구성요소를 필요로 하지 않고 오늘날 생성 용도에서의 많은 가스 유동 제어기를 통한 가스 유동의 측정을 가능하게 한다. 일 실시형태에 따르면, 밸브의 밀폐의 시기는, 측정이 시험하의 GFC 를 통한 가스의 일정한 유동을 교란하는 동안 또는 그 교란 후에 압력의 변화가 나타나지 않도록 선택된다.

다른 실시형태에서, 밸브가 재개방된 후의 압력의 상승은, 가스 유동 제어기를 통한 가스의 일정한 유동이 교란되지 않거나 설정된 레벨, 예컨대 10 %, 5 % 또는 1 % 을 넘어 교란되지 않도록 제어된다.

GFC 를 통한 가스의 유동을 측정하기 전에, 어떤 볼륨의 재충전 없이 GFC 의 연속적인 작동을 허용하며 기존의 반도체의 가스 패널 및 관련된 공정 공구로의 직접적인 삽입을 허용하는 또 다른 실시형태에 따르면, 볼륨 및 GFC 의 상류의 표준 압력 조절기의 설정 지점은 순간적으로 증가된다. 압력의 강하는 GFC 를 통한 가스의 정확한 유량을 알려준다.

또 다른 실시형태에 따르면, 시험하의 가스 유동 제어기는, 압력 강하 및 결과적으로는 유동이 원하는 레벨로 유지되도록 압력 강하의 측정을 이용하는 폐 루프 제어에 있는 제어 밸브로 대체된다.

명세서에 통합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부의 도면은 본 발명의 실시형태를 예시하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 나타낸다. 도면은 예시적인 실시형태의 주요 특징을 도식적인 방식으로 나타내기 위한 것이다. 도면은 실제 실시형태의 모든 특징 및 나타낸 요소의 상대적인 치수를 나타내려는 것이 아니며, 크기대로 그려지지 않았다.

도 1 은 종래기술의 간략화된 개략도이다.
도 2 는 가스 유동 제어기를 시험하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시형태의 간략화된 개략도이다.
도 2a 는 도 2 의 실시형태에 따라 실행되는 단계의 순서를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 2b 는 본 발명의 실시형태에 따른 밸브의 밀폐 및 개방의 시기를 정하기 위한 일 가능한 방법의 순서도이다.
도 2c 는 가스 유동을 막기 위해 사용되는 밸브가 개방될 때 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동의 교란 및 압력 상승을 나타낸다.
도 3 은 도 2 에 도시된 실시형태의 일 실행에 대한 압력 강하 및 상승의 시기를 나타내며, 도 3a 는 도 2 에 도시된 실시형태의 다른 실행에 대한 압력 강하 및 상승의 시기를 나타낸다.
도 4 는 가스 유동 제어기를 시험하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시형태의 간략화된 개략도이며, 여기서 압력의 상승률은 어떤 값으로 제어된다.
도 4a 는 가스 유동 제어기를 시험하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태의 간략화된 개략도이며, 여기서 압력의 상승률은 어떤 값으로 제어된다.
도 4b 는 볼륨으로의 가스 유동이 본 발명에 따라 제어될 때 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동의 교란의 부재 및 압력의 제어를 나타낸다.
도 5 는 반도체 및 관련 산업에서 사용되는 전형적인 가스 전달 시스템의 간략화된 개략도이다.
도 6 은 기존의 반도체 및 관련된 가스 전달 시스템으로의 직접적인 삽입을 허용하는 가스 유동 제어기를 시험하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시형태의 간략화된 개략도이다.
도 6a 는 도 6 의 실시형태에 따라 실행된 단계의 순서를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 7 은 도 6 의 실시형태에 대한 대안적인 실시형태의 간략화된 개략도이며, 도 7a 는 그 일반적인 형태의 공정을 나타낸다.
도 8 은 제어 밸브를 통한 가스 유량의 제어를 허용하는 본 발명에 따른 장치의 실시형태의 간략화된 개략도이다.
도 8a 는 도 8 의 실시형태에 따라 실행된 단계의 순서를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 9 는 기존의 구성요소의 어떤 것을 교체할 필요없이 용적을 결정할 수 있게 하는 본 발명에 따른 다른 실시형태를 나타낸다.
도 9a 는 본 발명의 실시형태에 따른 도 9 의 장치를 이용한 단계의 간략화된 순서도 (950) 이다.
도 9b 는 본 발명의 실시형태에 따른 아이디어 또는 가용한 볼륨의 변형을 나타낸다.
도 9c 는 본 발명의 실시형태에 따른 아이디어 또는 가용한 볼륨의 일반화를 나타낸다.

도 2 는 본 발명에 따라 사용되는 장치 (200) 의 실시형태를 나타낸다. 장치는 가스 공급원 (204) 과 유체 연통되는 입구 (203) 및 공정 챔버 (도시 생략) 와 유체 연통되는 출구 (205) 를 구비하는 가스 라인 (201) 을 포함한다. 표준 공정 조건 하에서, 밸브 (206) 는 개방되고, 가스가 볼륨 (210) 을 통해 가스 유동 제어기 (GFC) (208) 로 흐르며 그 후 최종적으로 공정 챔버로 간다.

공정 챔버로의 가스의 원하는 유량을 성립시키는 GFC 는 반도체 산업 또는 다른 분야에서 전형적으로 사용되는 수가지 유형의 유동 제어기 중 어느 한가지일 수 있다. 가장 일반적으로는, GFC 는 질량 유동 제어기 (MFC) 이다. 대안적으로는, GFC 는 용적 유동 제어기일 수 있다.

도 2 에서, 볼륨 (V) (210) 은 밸브 (206) 와 GFC (208) 사이에 존재하는 관 및 다른 요소 내측의 총 고정 볼륨을 나타낸다. 압력 변환기 (212) 가 GFC 의 바로 상류에 있는 볼륨 (V) (210) 의 압력을 측정하도록 구성된다.

요소 부근의 온도를 측정하기 위해 온도 센서 (214) 가 위치된다. 어떤 실시형태에서, 센서 (214) 는 하나 이상의 요소와 직접적인 열적 소통을 하는 특화된 센서일 수도 있다. 그러나, 전형적인 반도체 제조 설비는 온도가 제어되기 때문에, 온도가 장소별로 또는 시간별로 크게 다를 것으로 예상되지는 않는다. 결과적으로, 다른 실시형태에서, 가스 전달 시스템 가까이에 위치된 온도계는 관심 온도에 관한 충분한 정보를 제공할 것이다.

GFC 를 통한 가스의 유동을 시험하기 위한 절차가 이하와 같이 도 2a 의 공정 순서 (250) 에서 요약될 수도 있다.

1. 단계 252 에서, GFC 는 원하는 유량으로 설정되고, 가스의 유동이 성립된다.

2. 단계 254 에서, 밸브 (206) 가 밀폐된다.

3. 단계 256 에서, 규정된 시간, 전형적으로는 수 초에서 수 분에 걸쳐 압력 변환기 (212) 에 의해 규칙적인 기간마다, 전형적으로는 매 초 또는 수분의 1 초 (fraction of a second) 마다 압력이 측정된다.

4. 압력이 어느 정도 (전형적으로는, 시작값의 5 % ~ 30 %) 하강된 후, 단계 258 에서, 밸브 (206) 가 개방되고 시험 절차가 끝난다.

5. 단계 260 에서, 도 2 에 도시된 요소 부근의 온도가 기록된다.

이런 단계의 순서에는 어느 정도의 유연성이 있다. 예컨대, 단계 1 및 2는 서로 바뀔 수 있다. 단계 5 는 시험 절차 동안의 어느 시기에도 실행될 수 있다. 일반적으로, 이 절차 및 하기 다른 절차의 양자에 대해, 이런 유형의 유연성이 존재할 수도 있다.

이상기체방정식에 따라, 볼륨 (V) (210) 의 가스의 양은 이하에 의해 주어진다:

n = PV/RT, 방정식 (1)

n = 가스의 양 (몰로 측정됨)

P = 압력 변환기에 의해 측정된 압력

V = 가스의 용적

R = 이상기체상수 = 1.987 칼로리/몰/K

T = K 단위 절대 온도.

어느 정도까지는, 모든 실제 가스는 비이상적이다. 이런 비이상적인 가스에 대해서, 방정식 (1) 은 이하와 같이 다시 기재될 수 있다:

n = PV/ZRT, 방정식 (2)

Z = 압축성 계수.

압축성 계수는 어떤 특정 가스에 대한 실험적인 측정으로부터 계산될 수도 있고 온도 및 압력의 함수이다.

가스의 유량은 단위 시간당 가스의 양의 변화로 기재될 수 있다. 즉:

유량 = Δn/Δt, 방정식 (3)

t = 시간.

방정식 (2) 로부터 방정식 (3) 으로 치환하면 이하를 얻는다:

유량 = (ΔP/Δt)V/ZRT. 방정식 (4)

제 1 계수 (ΔP/Δt) 는 단지 상기 절차의 단계 3 에서 구한 시간의 함수로서의 압력 측정치의 기울기이다. 따라서, 이런 압력 측정치를 (다양한 핸드북에서 찾을 수 있는) 압축성 계수, 온도 및 용적과 연관시키면, GFC 를 통한 가스의 실제 유량이 본 발명의 실시형태에 따라 결정될 수 있다.

상기 설명은 압력 강하로부터 유량의 실제 크기를 정확하게 계산하는 것에 관한 것이지만, 이는 본 발명에 의해 요구되지는 않는다. 대안적인 실시형태에 따르면, 유량의 상대적인 변화가 상이한 압력 강하 측정치의 비교에 기초하여 결정될 수도 있다.

예컨대, 어떤 실시형태에서, 변화된 유량의 상대적인 척도를 제공하기 위해 2 세트의 압력 강하 측정치를 구할 수도 있다. 일 실시형태에서, 제 1 측정치는 시험될 GFC 로부터 구할 수도 있고, 제 2 측정치는 알려진 성능의 GFC 로부터 구할 수도 있다. 두 압력 강하 측정값 사이의 차가 실제 유량의 결정 없이 시험된 장치에 의한 유량의 편차를 알려 줄 수 있다.

대안적인 실시형태에서, 제 1 압력 강하 측정치를 시험될 GFC 로 제 1 시간에 구할 수도 있고, 제 2 압력 하강 측정치를 그 GFC 로부터 제 2 시간에 구할 수도 있다. 다시, 두 압력 강하 측정치 측정값 사이의 차가, 시간에 따른, 시험된 장치로부터의 유량에 있어서의 변화 (드리프트) 의 크기를 알려줄 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태의 하나 이상의 단계가 수동적 또는 자동적 작동에 의해 실행될 수 있다. 예컨대, 밸브를 개방/밀폐하는 단계 및 압력 측정값을 구하는 단계는 컴퓨터 제어에 의해 자동으로 처리될 수 있다. 대안적으로는, 다양한 밸브 중 하나 이상이 수동으로 구동될 수 있고, 결과적인 유량은 검출된 압력 강하로부터 자동으로 계산된다. 하나 이상의 단계의 자동적인 작동이, 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같은 제어 라인을 통한 통신을 이용하여 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 지령에 기초하여 달성될 수 있다.

이런 측정 시스템의 다른 이점은, 원하는 유량과 측정된 유량 사이에 불일치가 발견되는 경우, GFC 의 설정이 변화되어 불일치를 정정할 수 있고 원하는 유량을 제공할 수 있다는 점이다. 이런 정정은 동일한 공정 단계에서 또는 후속하는 공정 단계에서 실행될 수 있다. 이런 유형의 정정은 시스템이 컴퓨터 제어하에 있는 경우에 매우 간단해진다.

반도체 산업에서 사용되는 많은 가스 유동 제어기, 특히 MFC 는 상류 압력의 느린 변화를 수용할 수 있는 한편 일정한 유량을 유지시키지만, 압력이 과도하게 급격히 변하는 경우 이 가스 유동 제어기는 원하는 유량으로부터 편차를 보일 것이다. 도 2 의 실시형태에 있어서, 밸브 (206) 가 밀폐되어 있는 시간 동안의 압력의 변화율은 전형적인 MFC 를 통한 유동의 혼란을 억제할 만큼 충분히 작다. 한편, 밸브 (206) 가 개방될 때, 압력의 급격한 상승은 MFC 를 통한 유량의 큰 혼란을 늘 일으킬 것이다. 이 혼란의 예가 도 2c 에 도시되어 있으며, 이 실시예에서 대략 57 초에서의 밸브의 개방이 유량을 50 sccm 으로부터 70 sccm 이상으로 상승시키고, 그 후 40 sccm 으로 하강시켰다가 원하는 50 sccm 으로 다시 안정시킨다. 결과적으로, 도 2 의 실시형태의 실행 중 하나에서, 밸브 (206) 의 밀폐 및 개방의 타이밍은 개방이 실제 공정 단계 동안 나타나지 않도록 선택된다.

도 2b 는 밸브의 밀폐 및 개방 시기를 정하기 위한 일 가능한 방법의 순서도를 나타내며, 도 3 은 밸브 (206) 의 밀폐 및 개방에 대한 타이밍 차트를 나타낸다. 압력이 선 (350) 으로 도시되어 있다. 시간 t₀, 단계 272 에서, GFC 가 켜지지만, 흔히 안정화 단계가 있으며, 이 안정화 단계의 시간 동안 공정 공구의 GFC 및 다른 요소는 그것의 원하는 값에 있게 된다. 시간 t₁, 단계 274 에서, 제조 또는 처리 챔버에서의 처리가 시작된다. 이때, 예컨대 플라즈마 식각 또는 퇴적 공정 동안 RF 전력이 켜진다. 상기와 같이, 처리 동안의 밸브 (206) 의 밀폐로 인한 문제는 없으며, 이러한 밀폐는 시간 t₂, 단계 276 에서 일어난다. 단계 278 에서, 유량을 계산할 수 있도록 규칙적인 간격으로 압력이 측정된다. 시간 t₃, 단계 280 에서, 제조 챔버에서의 처리가 종료되고, 그 후 시간 t₄, 단계 282 에서, 밸브 (206) 가 개방된다. 선택적으로는, 단계 284 에서, 온도가 기록된다.

단계 276 에서의 밸브의 밀폐는, 시간 t₄, 단계 282 에서 나타나는 밸브의 개방이 공정 단계의 끝인 시간 t₃, 단계 280 후에 나타나도록 시기가 정해진다는 점을 유념하는 것이 중요하다. 이와 같이, GFC 는 압력의 급격한 상승에 의해 교란되지 않는다. 이는 공정에 필요한 총 시간 및 압력 하강 측정에 필요한 총 시간을 우선 기록 (recording) 함으로써 달성될 수도 있다. 예컨대, 처리가 30 초 걸리고 측정이 10 초 걸리는 경우, 밸브는 공정의 시작으로부터 21 초 후에 밀폐될 수도 있고 공정의 시작으로부터 31 초 후에 재개방될 수도 있으며, 이는 밸브가 공정이 완료된 후에 재개방되는 것을 보장한다. 물론, 이런 결정은 미리 실행될 수 있고 공정의 모든 절차를 위해 이용된다.

대안적으로는, 유량의 측정은 안정화 단계 동안 실행될 수 있고, 밸브 (206) 의 개방은 공정 단계의 시작 전에 발생한다. 이 경우, 밸브의 밀폐는 실제로 안정화단계 시작 전에 실행될 수 있다. 이는 도 3a 에 도시되어 있다. 시간 t₀ 에서, 밸브가 밀폐되지만, GFC 또한 밀폐되기 때문에, 압력은 하강되지 않고 있다. 시간 t₁ 에서, 안정화 단계를 위해 GFC 가 개방되고, 압력이 하강되기 시작하며, 따라서 이 기간 동안 측정이 실행될 수도 있다. 아직 안정화 단계인 시간 t₂ 에서, 밸브가 개방되어 압력이 설정 지점으로 복귀된다. 시간 t₃ 에서 제조 챔버에서의 처리가 시작되고, 시간 t₄ 에서 처리가 끝난다. 시간 t₃ 와 시간 t₄ 사이의 기간 동안에는 측정이 실행되지 않는다.

도 3a 에 도시된 바와 같이 안정화 단계 동안 측정이 실행되는 경우, 유량의 어떤 정정이 현재의 공정 단계 동안 실행될 수 있는 반면, 도 3 에 도시된 바와 같이 공정 단계의 끝에 측정이 실행되는 경우, 후속하는 단계만이 정정될 수 있다. 이는 중요한 결점은 아니지만, 가스 유동 제어기, 특히 반도체 산업에서 사용되는 MFC 에서의 대부분의 드리프트는 많은 공정 단계를 포함하는 기간에 걸쳐 일어난다.

도 4 는 도 2 의 실시형태와 유사한 다른 실시형태를 나타내지만, 차단 밸브 (206) 는 설정 범위에 걸쳐 변하는 가스 유량을 제공하도록 구성된 밸브인 계량 밸브 (406) 로 대체된다. 즉, 차단 밸브 (206) 는 간단한 온/오프 밸브이지만, 계량 밸브 (406) 의 개방 및 밀폐의 양은 밸브를 통과하는 상이한 유량을 발생시키도록 제어될 수 있다. 즉, 이 실시형태에 있어서, 계량 밸브 (406) 가 측정 기간의 끝에 개방되는 경우, 제어기는 밸브 개방량을 제어하여, 압력 변환기 (412) 에 의해 결정되는 바와 같은 압력의 상승이 GFC 를 통과하는 유동이 교란되지 않도록 충분히 낮은 어떤 비율로 유지되도록 한다. 즉, 계량 밸브 (406) 의 개방은 급격하지 않고 점진적으로 실행되고, 따라서 GFC 는 교란되지 않는다. 대안적으로는, 공정 단계 동안에는 압력을 전혀 상승시키지 않고, 압력을 측정 기간의 끝에 일정하게 유지시킬 수 있고 공정 단계가 종료되면 상승시킬 수 있다. 이 접근법은 GFC 유량의 어떤 교란에 최소한의 영향을 준다. 실시예가 도 4b 에 도시되어 있으며, 압력의 하강 또는 일정한 압력으로의 천이 동안 유량의 편차를 관찰할 수 없음을 알 수 있다.

도 4a 에 도시된 또 다른 실시형태에 있어서, 밸브 (406') 는 차단 밸브로 남아있지만, 유동 억제기 (422) 가 밸브 (406') 와 직렬로 배치되어 밸브가 개방될 때 볼륨 (410) 으로의 유동은 압력의 상승률을 충분히 낮은 값으로 유지시키는 값으로 억제된다. 결과적으로, 밸브 (406') 가 급격하게 개방되는 경우에도, 유동 억제기 (422) 로 인해 압력 증가는 점진적이다. 이 경우, 억제기가 허용하는 유량이 GFC 의 최고 유량보다 더 높도록 하는 것이 중요하다.

상기 실시형태는 정교한 압력 조절기의 추가 없이 반도체 제조와 같은 표준 산업 공정에서의 가스 유량 측정의 원하는 목적을 달성하는데 있어서 완전히 효과적이지만, 상기 실시형태는 볼륨의 상류에 제어된 밸브를 추가하는 것을 여전히 필요로 하며 밸브가 개방되는 시기를 정하는 일 또는 밸브가 개방될 때의 압력 상승률에 대하여 어느 정도 레벨의 제어를 필요로 한다.

도 5 는 반도체 및 관련된 산업에서 사용되는 거의 모든 가스 전달 시스템의 전형적인 구성을 나타낸다. 여기서는, 압력 조절기의 좌측에 수동적인 안전 차단 밸브 그리고/또는 MFC 전 및/또는 후에 차단 밸브와 같은 어떤 추가적인 요소가 있기가 매우 쉽지만, 도 5 는 본 논의에 관련된 주요 요소를 나타낸다. 이 도면에서, 압력 조절기 (502) 는 어느 정도의 이력 현상을 가지며 상류 압력이 하류 압력 제어에 어느 정도 영향을 주는 표준 압력 조절기이다.

특히, 가스 순도가 중요한 반도체 및 관련 산업에서는, 가스 전달 시스템의 어떤 배관을 변화시키기가 많이 어렵다. 분명히 이는 이미 설치된 시스템에 대해서 사실이지만, 또한 설치되고 있는 새로운 시스템에 대해서도 사실이다. 구성 및 설치되고 있는 거의 모든 새로운 시스템은 도 5 와 동일하다. 그렇지만, 이는 요소가 전혀 변경되지 않는다는 것을 말하는 것은 아니다. 사실, 가스 전달 시스템은 밸브, 압력 조절기, MFC 등의 대체를 허용하도록 구성되며, 가스 전달 시스템은 단지 어떤 요소의 추가를 허용하지 않는다. 결과적으로, 도 1, 도 2 또는 도 4 에 도시된 실시형태의 실행은 반도체 및 관련된 산업에서는 어려울 것이다.

도 6 은 기존의 반도체 및 관련된 가스 전달 시스템으로의 직접적인 삽입을 허용하는 본 발명의 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태는, 현재의 사용 중인 많은 조절기가 압력 조절기의 격판 (diaphragm) 위의 압력을 상승시킴으로써 설정 지점에서의 증가가 발생할 수 있게 하는 드물게 사용되는 구성을 가진다는 사실의 이점을 이용한다. 통상적으로는, 격판 위의 볼륨은 대기로 노출되지만, 이 볼륨의 압력을 대기 압력 위의 레벨로 증가시킴으로써 조절된 압력 또한 상승된다. 도 6 의 실시형태에 있어서, 압력의 이런 증가는 규정된 양의 압축 공기 또는 질소와 같은 다른 압축 가스를 조절기 (602) 의 상부측으로 전달하여 조절기 (602) 의 설정 지점을 제어하도록 제어될 수도 있는 밸브 (606) 의 추가에 의해 달성된다. 압축 공기는 조절기 (602) 의 상부측으로 전달되기 때문에, 공기는 공정 챔버에 전달되는 가스와 혼합되지 않는다.

도 2 및 도 4 의 실시형태는 밸브 (206 또는 406) 의 밀폐에 의해 규정되는 고정된 볼륨을 이용하는 반면, 도 6 의 실시형태는 밸브를 사용하지 않는다. 그보다는, 도 6 의 실시형태는 본 발명에 요구되는 조건을 형성하기 위해 압력 조절기의 압력 대 유동 관계를 이용한다. 중요하게는, 이런 조건은 압력 조절기의 하류의 압력이 통상적인 환경하에 조절기에 의해 성립되는 압력보다 더 큰 동안에만 나타난다.

상류 압력 조절기를 고정된 볼륨을 형성하는 것으로, 즉 밸브로서 작용하는 것으로 여기지는 않지만, 본 발명의 목적을 위해서, 조절기의 중요한 특성은 GFC 를 통한 가스의 유동을 측정하는 동안 조절기를 통한 어떤 방향으로의 가스의 유동도 없다는 점이다. 압력 조절기의 거동에 따라, 조절기의 하류의 가스의 압력이 조절기가 설정된 압력보다 더 낮지 않은 한, 조절기는 조절기의 하류 측으로의 어떤 가스의 유동도 허용하지 않을 것이다. 또한, 조절기의 하류의 가스의 압력이 조절기가 성립시키도록 설정되는 압력보다 더 높은 경우에도, 조절기가 가스를 하류측으로부터 상류측으로 유동시킬 수 있는 능력은 조절기에 없다. 이런 조건하에서 조절기를 통해 어떤 방향으로든 유동하는 가스는 없기 때문에, 조절기는 본 발명에 따른 GFC 를 통한 가스 유동의 측정에 요구되는 조건을 충족시킨다.

도 6 에서 이 실시형태의 주요 이점은, 단지 압력 조절기 (602), 볼륨 (610), 압력 변환기 (612) 및 GFC (608) 만이 고 순도 가스 전달 시스템의 부분이라는 점을 유념해야 한다. 밸브 (606) 는 고 순도 가스 전달 시스템의 외측에 있고 제조 시스템의 다양한 공압 밸브의 구동을 위해 압축 공기 또는 다른 가스를 공급하는 밸브와 유사하다. 예컨대, 밸브 (606) 는 가스 전달 시스템에 용이하게 추가된다. 또한, 어떤 이유로 본 발명에 요구되는 실제 압력 조절기 또는 압력 변환기가 시스템에 이미 존재하는 것과 상이한 경우, 이 요소는 용이하게 교체될 수 있다는 점을 유념해야 한다. 또한, 기존의 시스템의 볼륨이 원하는 만큼 크지 않은 경우, 압력 변환기를 또한 포함하는 특별히 제작된 볼륨이 현재 존재하는 압력 변환기 대신에 삽입될 수 있다.

도 6 에 도시된 실시형태의 다른 주요 이점은, 밸브에 의해 밀폐되는 고정된 볼륨이 없기 때문에, 가스의 공급은 예컨대 도 2 및 도 4 에서 처럼 제한되지 않는다는 점이다.

GFC 를 통한 가스의 유동을 시험하기 위한 절차가 이하와 같이 도 6a 공정 순서 (650) 에서 요약될 수도 있다:

1. 단계 652 에서, GFC 는 원하는 유량으로 설정되고, 가스의 유동이 성립된다.

2. 단계 654 에서, 밸브 (606) 는 개방된다.

3. 단계 656 에서, 밸브는 조절기 (602) 의 하류에 미리결정된 압력이 성립된 후에 밀폐된다. 이 압력은 압력 변환기 (612) 에 의해 측정될 수 있고, 밸브 (606) 가 그에 따라 시스템 제어기에 의해 제어되거나, 대안적으로는 밸브 (606) 에 의해 전달되고 있는 가스의 압력은 밸브 (606) 가 충분한 시간 동안 개방되고 그 후 밀폐될 때 볼륨 (610) 에 적당한 압력 상승을 정확하게 제공하는 어떤 압력으로 유지될 수 있다. 밸브 (606) 가 밀폐되는 시점에 또는 그 직후에, 조절기 (602) 의 설정 지점이 그 통상적인 값 (즉, 단계 2 이전의 값) 으로 복귀된다. 이는 밸브 (606) (예컨대, 3-웨이 밸브 (3-way valve)) 의 적절한 선택에 의해 또는 대기로 개방되고 이에 의해 조절기의 격판 위의 압력을 대기로 복귀시킬 수 있는 밸브 (606') 의 추가에 의해 실행될 수 있다.

밸브 (606) 가 밀폐되고 설정 지점이 그 통상적인 값으로 복귀될 때의 지점에서, 조절기 (602) 의 하류의 압력은 그 설정 지점보다 더 높기 때문에, 조절기 (602) 는 차단되고 유체는 조절기 (602) 의 하류로 유동하지 않는다. 그러나, 챔버에서의 처리는 연속되고 조절기 (602) 의 하류의 배관으로부터 유체를 소비하기 때문에, 볼륨 (610) 의 압력은 감소하기 시작한다.

4. 단계 658 에서, 챔버에서의 처리가 진행되는 동안, 규정된 시간, 전형적으로는 수 초에서 수 분에 걸쳐 압력 변환기 (612) 에 의해 규칙적인 기간에, 전형적으로는 매초 또는 수분의 1초 마다 압력이 측정된다.

5. 압력이 어느 정도 (전형적으로는, 시작 값의 5 ~ 30 %) 하강된 후에 그리고 압력이 압력 조절기의 설정 지점으로 감소되기 전에, 시험 절차가 끝난다.

6. 단계 660 에서, 도 6 에 도시된 요소 부근의 온도가 기록된다.

이 실시형태를 위한 GFC 의 유량은 도 2 의 실시형태의 유량과 동일한 방식으로 계산되고 결론적으로 방정식 (4) 에 의해 주어진다.

GFC 가 밸브 (606) 의 개방 및 밀폐 전의 원하는 유량으로 설정되는 것이 중대하지는 않다. 사실, GFC 는 밸브 (606) 가 개방된 후에 하지만 밸브 (606) 가 밀폐되기 전에 원하는 유량으로 설정될 수 있거나, 또는 GFC 는 밸브가 개방된 후에 그리고 밀폐된 후에 모두 원하는 유량으로 설정될 수 있다.

도 6 은 압력 조절기에 의해 달성되는 것과 같은 압력의 상승을 제어하기 위한 일 특정 실시형태를 나타내지만, 압력 조절기의 하류의 압력을 순간적으로 증가시키는 어떤 접근법이 충분할 것이다. 요구되는 것은, 가스가 챔버로 전달될 때 압력이 통상적인 압력으로 감소되어 GFC 에서의 교란이 회피되도록, GFC 의 상류의 볼륨의 압력이 통상적인 설정 지점 위로 증가된 후에 측정이 일어나는 것이다. 또한, 통상적인 설정 지점은 격판 위의 대기 압력에 의해 생성되는 것으로 가정되지만, 이것이 필요하지는 않다. 요구되는 것은, 밸브 (606) 의 개방이 조절기 (602) 의 설정 지점을 그것의 통상적인 설정 지점보다 더 높은 압력으로 상승시키는 것이다.

도 7 은 도 6 의 실시형태의 대안적인 실시형태의 간략화된 개략도이다. 도 7 의 실시형태는 표준 조절기 (702), 볼륨 (710), 변환기 (712) 및 GFC (708) 을 이용하지만, 압력 조절기 (702) 와 병렬인 바이패스 밸브 (706) 를 추가한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 통상적인 작동에서, 조절기 (702) 의 상류의 라인 (701) 의 압력은 조절기의 하류의 압력보다 더 높다. 바이패스 밸브 (706) 는 조절기 (702) 의 하류의 압력을 조절기 (702) 의 설정 지점을 넘어서 상승시키는 것을 가능하게 한다. 이는 도 6 의 실시형태의 효과와 유사한 효과를 만들어낸다. 물론, 이 경우, 추가적인 바이패스 밸브 (706) 는 고 순도 가스 전달 시스템의 부분이며 시스템의 청결 표준에 부합될 필요가 있다.

도 7 의 실시형태의 작동은 도 6 의 실시형태와 유사하다. 즉, 도 7 의 실시형태에서는 공기 압력 밸브를 작동시키지 않고 바이패스 밸브 (706) 가 개방되어 조절기 (702) 하류의 압력을 증가시키고 그 후 밀폐된다는 점을 제외하고, 단계는 도 6 의 것을 모방한다. 이런 조건에서, 하류의 압력이 조절기 (702) 의 설정 지점 미만으로 감소될 때까지 가스는 조절기 (702) 를 통해 유동하지 않을 것이다. 측정은 밸브 (706) 의 밀폐 후와 하류 압력이 조절기 (702) 의 설정 지점에 도달하기 전의 기간 동안 실행된다.

도 6 의 실시형태 및 도 7 의 실시형태의 양자에서 다른 방식을 설명하였지만, 조절기의 하류의 압력은 측정을 실행하기 위해 상승된다. 도 6 에 있어서, 조절기의 설정 지점이 상승되어 조절기가 유동을 허용하게 하고 통상적인 설정 지점보다 더 높은 하류 압력을 성립시키게 한다는 점에서 압력은 "간접적으로" 상승된다. 한편, 도 7 에 있어서 압력은 조절기를 우회함으로써 "직접적으로" 상승된다. 그러나, 시험의 관점에서 결과는 동일하다.

따라서, 도 7a 는 일반적인 형태의 공정을 나타낸다. 단계 752 에서, GFC 의 유동이 성립되는 한편 조절기가 그 표준 설정 지점으로 설정된다. 단계 754 에서, 조절기의 하류의 압력은 상승된다. 단계 752 및 단계 754 의 순서는 역전될 수 있다는 점을 유의하라. 단계 758 에서, 챔버에서의 처리가 진행되는 동안, 조절기의 하류의 압력이 간격을 두고 측정된다. 또한, 어느 때나 실행될 수 있는 단계 760 에서, 온도가 측정된다. 단계 758 에서 구한 압력 측정치를 이용하여 유동을 계산한다.

도 6 또는 도 7 의 실시형태를 이용하기 위한 가장 간단한 방법 중 한가지는, 도 6 의 압축 공기 (또는 질소와 같은 어떤 다른 압축 가스) 또는 도 7 의 밸브 (706) 를 통한 공정 가스의 바이패스 유동을 이용하여, 압력 조절기의 하류의 압력을 어떤 값으로 증가시키고 그 후 GFC 의 작동 동안 압력이 조절기의 통상적인 설정 지점으로 감소하게 하는 것이다. 이런 접근법에 있어서, 가장 높은 GFC 유동에 대해서는, 유량 측정이 이루어진 후에도 압력은 계속 감소하고 있을 것이다. GFC 의 최적의 작동을 위해서, GFC 의 상류의 안정적인 압력을 가능한 신속하게 달성하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 이 압력은, 유동 측정이 이루어지자마자 압력이 공정 단계의 나머지 부분에 대해 일정하게 유지되도록 제어될 수 있다.

연역적으로 (a priori) GFC 가 설정된 유량을 알고 있는 경우, 유량 측정이 이루어진 직후에 압력이 조절기의 통상적인 설정 지점 압력이 되도록, 시작 압력을 적당한 값으로 상승시킬 수 있다. 그러나, GFC 의 유량은 미리 알려지지 않기가 더 쉽다. 이 경우, 시작 압력은 매번 동일하게 유지시키고 측정의 끝에 압력을 제어하는 것이 바람직하다. 이는, 압력 조절기의 설정 지점을 유량 측정의 끝에 존재하는 압력으로 효과적으로 증가시키도록 압축 공기 또는 다른 가스를 제어하고 전체 공정 단계를 위한 그 효과적인 설정 압력을 유지시킴으로써 도 6 의 실시형태에 의해 실행될 수 있다.

또한, 도 6 은 조절기의 제어가 다른 가스의 압축 공기의 이용에 의해 실행되고 있는 실시형태를 나타내는 반면, 조절기의 효과적인 설정 지점을 제어할 수 있는 다른 전기기계적 수단을 생각해볼 수 있다는 점을 유념해야 한다.

상기와 같은 압력 강하를 위한 잘 제어된 타이밍을 달성하기 위한 또 다른 접근법은 압력 변환기 (412) 를 이용하는 폐-루프 제어에 있는 계량 밸브 (406) 를 가지는 도 4 에 도시된 실시형태를 이용하는 것이다. 유량 측정을 실행하기 위해서, 계량 밸브 (406) 가 밀폐되지만, 측정의 종료 후에 압력을 다시 시작 지점으로 되돌리기 위해 계량 밸브를 이용하기보다는, 밸브의 하류의 압력이 일정한 값, 예컨대 유량 측정이 이루어진 직후의 값으로 유지되도록 밸브의 개방을 제어할 수 있다. 계량 밸브가 이런 방식으로 이용되는 경우, 계량 밸브는 도 6 의 압력 조절기 (602) 를 대체할 수 있고 또한 기존의 가스 전달 시스템에 용이하게 제공될 수 있다.

도 4, 도 6 및 도 7 의 실시형태의 이점은 현재 존재하는 반도체 및 관련된 가스 전달 시스템에서의 사용이지만, 도면에 도시된 GFC 가 Ollivier 에 의해 U.S. Pat. No. 6,363,958 에 기재된 임계 오리피스 및 압력 변환기와 특별한 조절기의 조합일 수 없는 이유가 없다. 예컨대, 도 2 에 파선으로 도시된 선택적인 압력 조절기 (202) 를 참조하라.

상기 설명은 압력 강하로부터 유량의 실제 크기를 정확하게 계산하는 것에 관한 것이지만, 이는 본 발명에 의해 요구되지 않는다. 대안적인 실시형태에 따르면, 유량의 상대적인 변화가 상이한 압력 강하 측정치의 비교에 기초하여 결정될 수도 있다.

예컨대, 어떤 실시형태에서 변화된 유량의 상대적인 척도를 제공하기 위해 2 세트의 압력 강하 측정치가 구해질 수도 있다. 일 실시형태에서, 제 1 측정치는 시험될 GFC 로부터 구해질 수도 있고, 제 2 측정치는 알려진 성능의 GFC 로부터 구해질 수도 있다. 두 압력 강하 측정량 사이의 차가 실제 유량의 결정 없이 시험된 장치에 의한 유량의 편차를 알려줄 수 있다.

대안적인 실시형태에서, 제 1 압력 강하 측정치는 시험될 GFC 로 제 1 시간에 구해질 수도 있고, 제 2 압력 강하 측정치는 제 2 시간에 동일한 GFC 로부터 구해질 수도 있다. 다시, 두 압력 강하 측정치 측정량 사이의 차가 시간에 따른 시험된 장치로부터의 유량의 변화 (드리프트) 의 크기를 알려줄 수 있다.

본 발명은 자동적인 작동에 의해 실행될 수 있고 측정은 가스가 공정 챔버로 유동하고 있을 때 실시간으로 실행될 수 있기 때문에, 본 발명은 공정이 실행되고 있는 동안 가스의 실제 유동의 어떤 편차를 정정하는 것을 가능하게 한다. 예컨대, 가스 유동 제어기가 100 의 분당 표준 입방 센티미터 (sccm) 으로 설정되는 경우, 그리고 측정된 결과가 98 sccm 인 경우, 설정 지점은 102 sccm 으로 증가될 수 있어 실제 유동이 원하는 100 sccm 이 되게 한다.

이런 개념을 그 논리적인 결론으로 이끌면, 도 8 은 시험하의 가스 유동 제어기가 제어 밸브로 대체되는 실시형태를 나타낸다. 본 발명이 원하는 유동을 얻도록 가스 유동 제어기의 설정 지점을 정정하기 위해 사용되는 대신에, 이 경우에는 본 발명은 원하는 유동을 제공하기 위해 출구 제어 밸브를 직접적으로 제어하기 위해 사용된다.

전통적인 질량 유동 제어기에서는, 설정 지점이 변화되는 경우, 제어기는 측정된 유량과 원하는 설정 지점 사이의 차를 기록하고, 이런 차를 최소화하도록 밸브 개방을 변화시킨다. 약 1 내지 수 초 내에, 실제 유량은 원하는 유량에 매우 가까워진다. 그러나, 도 8 의 실시형태에 있어서, 이러한 접근법은 훨씬 더 오래 걸린다. 제어 밸브 (808) 의 위치가 변함에 따라 많은 측정이 이루어질 필요가 있고 각각의 측정은 대략 0.5 초 내지 몇 초가 걸리고, 원하는 유량을 얻기 위한 시간은 너무 오래 걸린다. 다행히도, 본 발명은, 측정을 하고 제어 밸브 (808) 를 제어하는 제어기에 대해 원하는 유량을 위해 요구되는 밸브 위치에 대해여 연역적으로 정보를 얻는 능력을 허용한다.

도 8 과 관련된 작동의 방법에서, 시스템이 공정으로 유동하는 가스의 제어를 위해 사용되기 전에, 압력, 온도, 제어 밸브 (808) 를 위한 구동 신호, 및 유량을 관련시키는 표가 만들어지는 초기 교정 (calibration) 이 실행된다. 이는, 각각의 진행 (run) 에 대한 압력 강하율이 일정하게 유지되도록 구동 신호에 의해 알 수 있는 밸브 위치를 제어하는 일련의 측정을 실행함으로써 달성될 수 있다. 이런 압력 강하는 온도 및 방정식 (4) 의 이용과 함께 그 진행에 대한 유량을 제공한다. 각각의 진행에 대해서, 압력 강하율은 상이한 레벨에서 유지되고, 따라서 상이한 압력 (및 온도) 에서의 상이한 유량에 대한 밸브 위치의 표를 형성할 수 있게 한다. 대안적으로는, 어떤 압력 및 온도에서의 주어진 유량에 대한 밸브 위치를 기록하기 위해서, 제어 밸브 (808) 의 하류에 위치된 볼륨 상승률과 같은 별도의 측정 기법을 이용할 수 있고, 여기서 압력은 설정되어 압력 조절기에 의해 일정하게 유지된다. 이런 초기 교정은 한 번만 실행되기 때문에, 유동 측정을 위해 별도의 기법을 이용하는 데는 큰 불편이 없다.

표가 완성되었으면, 제어 밸브 (808) 를 통한 가스의 유동을 제어하기 위한 절차가 이하와 같이 도 8a 의 공정 순서 (850) 에서 요약될 수도 있다.

1. 단계 852 에서, 온도가 측정된다. 이는 룩업 테이블 (lookup table) 와 실제 유량의 계산에서 이용될 것이다.

2. 단계 854 에서, 유동이 시작되는 시간 전에 시작해서, 규칙적인 간격으로, 전형적으로는 수분의 1 초마다 압력이 측정된다. 단계 852 에서 측정된 온도 및 이 단계에서 측정된 압력을 이용하여, 원하는 유량을 정확하게 제공하도록 제어 밸브 (808) 에 대한 요구 구동 신호를 결정하기 위해 룩업 테이블을 사용한다.

3. 단계 856 에서, 유동이 시작될 시간에, 단계 854 에서 결정된 구동 신호가 제어 밸브 (808) 에 인가된다.

4. 단계 857 에서, 압력은 규칙적인 간격으로 계속 측정되고, 이 압력을 룩업 테이블에서 사용하여 압력 변화에 따라 변화되는 제어 밸브 (808) 의 요구 위치를 결정한다.

5. 단계 858 에서, 압력이 어느 정도까지 (전형적으로는, 시작 값의 5 % ~ 30 %) 강하된 후에 그리고 압력이 압력 조절기 (802) 의 설정 지점으로 감소되기 전에, 측정된 압력 강하로부터 유량을 계산한다 (방정식 4 를 통해).

6. 단계 860 에서, 압력, 온도, 및 제어 밸브 구동 신호의 함수로서 계산된 유량이 룩업 테이블의 값과 비교된다.

7. 단계 862 에서, 불일치가 과도하게 큰, 전형적으로는 1 % 초과인 경우, 적절한 사람에게 불일치에 대한 가능한 이유를 점검할 것을 알리기 위해 경보를 보낸다.

8. 단계 864 에서, 불일치가 충분히 작은 경우, 룩업 테이블은 새로운 값으로 단순히 갱신된다.

9. 단계 866 에서, 압력이 계속 감소하고 결국 압력 조절기 (802) 에 의해 성립된 값, 즉 통상적인 조절기 설정 지점에 도달하면, 제어기가 새로운 룩업 테이블에 기초하여 제어 밸브로의 구동 신호를 제어한다.

10. 단계 868 에서, 공정의 끝에, 또는 어떤 다른 적절한 시간에, 제어 밸브 (808) 는 밀폐된다.

대안적인 접근법에서는, 단계 866 에서, 압력이 조절기 (802) 의 설정 지점으로 강하되기를 기다리기보다는, 유량이 측정된 직후에 압력이 안정적인 값이 되도록, 도 6 과 관련하여 기재한 것과 같은 방식으로 효과적인 설정 지점을 제어할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 도 8 의 조절기 (802) 및 밸브 (806) 를 도 4 의 계량 밸브 또는 도 4a 의 차단 밸브 및 억제기로 대체할 수 있다. 유량 측정이 완료된 후, 도 4a 의 차단 밸브 및 억제기를 압력을 시작 지점으로 가져오기 위해 사용할 수 있거나, 또는 도 4 의 계량 밸브를 압력을 일정하게 유지시키거나 압력을 느리게 상승시키기 위해 사용할 수 있다.

이런 대안적인 접근법에서는, 또 다른 압력 강하를 받을 능력이 있기 때문에, 동일한 공정 단계 동안 다수의 측정을 할 수 있다. 이는 공정 단계가 긴 경우에 특히 유용할 수 있다.

도 9 는, 기존의 요소의 어떤 것을 교체할 필요 없이 볼륨의 결정을 가능하게 하는 본 발명에 따른 다른 실시형태를 나타낸다. 이런 특징이 도 2 의 배치를 모방하는 배치와 관련하여 도시되지만, 이런 특징은 상기 실시형태의 어떤 것을 이용하여 실행될 수도 있다는 것을 쉽게 이식해야 한다. 도 9 에서, 장치 (900) 는 볼륨 (V) 의 인시투 (in situ) 측정을 가능하게 하며, V 는 GFC 및 차단 밸브 (906) (또는, 도 4 의 실시형태가 이용될 때는 계량 밸브, 또는 도 6 및 도 7 의 실시형태가 이용될 때는 조절기) 사이의 가스 전달 시스템의 총 볼륨이다. 도 9 의 특정 실시형태에서, 볼륨 (V) 은 V₁ + V₂ 와 같으며, V₂ 는 알려진 볼륨을 가지는 챔버 (911) 의 볼륨이고, V₁ 는 GFC (908) 와 밸브 (906) 사이의 가스 전달 시스템의 모든 다른 요소의 고정된 볼륨 (박스 (910) 로 나타냈음) 이다.

도 9 에서, 알려진 볼륨 (V₂) 은 밸브 (912) 가 밀폐될 때의 챔버 (911) 의 볼륨이다. 이 알려진 볼륨 (V₂) 은 많은 방식 중 한 방식으로 가스 전달 시스템에 챔버 (911) 를 통합하기 전에 결정될 수 있다. 한가지 직접적인 방법은, (1) 챔버를 밸브 (912) 위의 지점까지 액체로 채우고, (2) 밸브 (912) 를 밀폐하고, (3) 밸브 (912) 외부에 있는 어떤 액체를 따라 내며, (4) 밸브 (912) 를 개방하고 액체를 비커 또는 뷰렛 (burette) 과 같은 측정 용기에 붓는 것이다.

가스 전달 시스템에 통합된 알려진 볼륨의 챔버 (911) 로, V 의 측정을 진행할 수도 있다. 구체적으로는, 가스 유동 제어기 (908) 를 통한 유동으로 고정된 볼륨 (910) 을 비우고, 그 후 제 2 밸브 (912) 를 개방하여 고정된 볼륨 (910) 을 챔버 (911) 와 통합하면, 고정된 볼륨 (910) 의 정확한 계산을 가능하게 하는 압력 강하를 일으킬 수 있다.

도 9a 는 컴퓨터 (920) 에 의해 실행될 수도 있는 이런 접근법의 단계의 순서 (950) 의 간략화된 도면을 제공한다.

1. 단계 952 에서, 밸브 (912) 가 개방된다 (밸브가 밀폐되었던 경우). 밸브 (906) 는 이미 개방된 것으로 가정한다.

2. 단계 954 에서, 조절기 (902) 는 그 표준 값 (또는 어떤 다른 적절한 값) 으로 설정된다.

3. 단계 956 에서, GFC 는 0 유동으로 설정된다.

4. 단계 957 에서, 밸브 (912) 는 밀폐된다.

5. 단계 958 에서, 밸브 (906) 는 밀폐된다.

6. 단계 960 에서, 이런 조건 하의 압력 P₁ 을 압력 변환기 (913) 에 기록한다.

7. 단계 962 에서, GFC 는 압력이 적당한 시간에 본질적으로 0 으로 감소될 수 있게 하는 유동으로 설정되고, 고정 볼륨 (V₁) 은 비워진다.

8. 단계 964 에서, 압력이 0 에 도달한 후에, GFC 는 0 유동으로 설정된다.

9. 단계 966 에서, 밸브 (912) 를 개방하여 고정 볼륨 (V₁) 을 알려진 용적의 챔버 (911) 와 통합시킨다.

10. 단계 968 에서, 이런 조건하의 압력 P₂ 을 압력 변환기 (913) 에 기록한다.

단계 964 에서의 시스템의 가스의 양은 이하로 주어진다:

n = P₁V₂/Z₁RT, 방정식 (5)

Z = 압력 P₁ 에서의 압축성 계수

V 대신 V₂ 가 방정식 (5) 에 존재하는 이유는, 단계 964 에서 볼륨 (V₂) 의 챔버 (911) 를 제외한 시스템의 모든 것에 어떤 가스도 없기 때문이다.

단계 966 에서, 단계 964 와 단계 966 사이에 시스템에 들어오거나 시스템에서 나간 가스는 없기 때문에, 시스템의 가스의 총 양은 여전히 n 이다. 그러나, 단계 966 에서, 가스는 총 볼륨 (V) 에 분포된다. 결과적으로, 이하로 기재할 수 있다:

n = P₂V/Z₂RT, 방정식 (6)

V = V₁ + V₂

Z₂ = 압력 P₂ 에서의 압축성 계수.

방정식 (5) 와 방정식 (6) 을 조합하여 이하를 얻는다:

P₁V₂/Z₁RT = P₂V/Z₂RT 방정식 (7)

방정식 (7) 을 간략화하면 이하가 된다:

V = P₁V₂Z₂/P₂Z₁

그 후, 이하의 방정식으로부터 V₁ 을 얻을 수 있다:

V₁ = V - V₂

이런 방식의 V 및 V₁ 의 결정은, 처리 챔버를 생산적으로 사용할 수 없는 별도의 단계를 필요로 한다. 그러나, 이런 볼륨 측정은 단지 비교적 드물게만 실행될 것으로 예상된다. 다른 실시형태와 관련되는 상기 가스 유량의 측정은 매일 또는 훨씬 더 자주 실행될 수도 있는 반면, 도 9 ~ 도 9a 와 관련하여 기재된 것과 같은 볼륨 V 및 V₁ 의 측정은 장치의 첫 번째 설치시에 그리고 아마도 시스템의 요소가 변화될 때만 실행된다.

도 9 의 실시형태는 또한 또 다른 이점을 제공한다. 구체적으로는, 유량 또는 다른 계수의 크기에 따라, 유량을 시험하기 위해 더 작은 볼륨 또는 더 큰 볼륨을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 예컨대, 유량이 조합된 볼륨 (V) 에 비해 작으면, 유량의 정확한 측정을 얻도록 충분한 크기의 압력 강하를 일으키기 위해 과도하게 긴 시험 시간이 요구된다. 따라서, 볼륨 V₁ 의 결정 후에, 가스 유동 측정을 위해 V 대신에 볼륨 V₁ 만이 사용되도록 밸브 (912) 는 밀폐될 수 있다. 반대로, 유량이 고정 볼륨 V₁ 에 비해 크면, 더 큰 조합된 볼륨 (V₁ + V₂) 을 제공하여 압력 강하가 일어날 충분한 시간을 제공하기 위해 제 2 밸브를 개방해 두는 것이 적절할 수도 있다. 공정 챔버에서 실행된 공정이 공정 동안 가스 유량의 변화를 요구하는 경우, 호스트 컴퓨터가 볼륨을 가스 유동에 조화시키도록 밸브 (912) 를 제어할 수도 있다. 챔버가 가스를 낮은 유량으로 소비하는 경우, 호스트 컴퓨터는 밸브 (912) 를 밀폐하고, 따라서 단지 볼륨 V₁ 만이 이용된다. 반대로, 가스 유동이 증가되는 경우, 호스트 컴퓨터는 밸브 (912) 를 개방하고, 따라서 볼륨 V 이 이용된다.

도 9b 는 본 발명의 실시형태에 따른 가변 볼륨의 아이디어에 대한 변형을 나타낸다. 도 9b 에서, 시스템 (900B) 은 밸브 (912) 및 밸브 (932) 를 이용하여 시스템으로 개방 또는 밀폐될 수도 있는 2 개의 추가적인 볼륨 (911) 및 볼륨 (931) 을 포함한다. 볼륨 (911) 및 볼륨 (931) 은 동일하거나 상이한 값을 가질 수도 있다. 따라서, GFC (908) 의 유동에 따라, 이용된 볼륨은 V₁, V₁ + V₂, V₁ + V₃, 또는 V₁ + V₂ + V₃ 일 수도 있다. 물론, 필요한 경우, 대응하는 값을 가지는 추가적인 볼륨이 추가될 수도 있다.

도 9c 는 본 발명의 실시형태에 따른 가변 볼륨의 아이디어에 대한 개념적인 일반화를 나타낸다. 도 9c 에서, 볼륨 (V_1') 은 막 (911) 및 양방향 화살표로 개념적으로 나타내는 바와 같이 가변적으로 이루어진다. 볼륨은 파선으로 나타낸 바와 같이 수동적으로 또는 호스트 컴퓨터를 이용하여 변할 수 있다. 볼륨 (V_1') 의 크기는 모든 공정 동안 한번 설정될 수도 있거나, 또는 유량이 처리 동안 변하는 경우에는 공정 동안 변할 수도 있다.

알려지지 않은 볼륨 (V₁) 을 결정하기 위해 도 9 의 실시형태로 또 다른 방법을 사용할 수 있다. GFC 는 볼륨 V₁ 을 단독으로 또는 V₁ + V₂ 를 이용하는 동안 (ΔP/Δt) 의 정확한 측정을 가능하게 하는 유량으로 설정된다. 측정의 초기 부분을 위해, 밸브 (912) 가 개방된다. 이런 조건하에서 측정, (ΔP/Δt)' 이 이루어진다. GFC 는 계속 유동하고 있는 동안, 밸브 (912) 는 밀폐된다. 다른 측정, (ΔP/Δt)'' 이 이루어진다. 이하의 방정식에서 나타나는 바와 같이, (ΔP/Δt) 의 이런 두 값의 비는 알려지지 않은 볼륨의 결정을 가능하게 한다.

방정식 (4) 를 반복한다:

유량 = (ΔP/Δt)V/ZRT 방정식 (4)

유량은 측정의 양 부분 동안 변하지 않는다:

(ΔP/Δt)'V/ZRT = (ΔP/Δt)''V₁/ZRT 방정식 (8)

이는 이하로 간략화된다:

V₁ = V₂/((ΔP/Δt)''/(ΔP/Δt)' - 1) 방정식 (9)

본 발명의 다양한 실시형태의 하나 이상의 단계는 수동적 또는 자동적 작동으로 실행될 수 있다. 예컨대, 밸브를 개방/밀폐하고 압력 측정량을 구하는 단계는 컴퓨터 제어에 따라 자동적으로 실행될 수 있고, 볼륨의 실제 결정은 수동적으로 또는 자동적으로 일어난다. 대안적으로는, 다양한 밸브 중 하나 이상이 수동으로 구동될 수 있고, 결과적인 유량은 검출된 압력 강하로부터 자동적으로 계산된다. 하나 이상의 단계의 자동적인 작동은 도면에서 파선으로 나타낸 바와 같이 제어 라인을 통한 통신을 이용하여 프로세서를 포함하는 호스트 컴퓨터의 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 지시에 기초하여 달성될 수 있다.

본 발명의 실시형태는 전통적인 접근법 이상의 많은 이점을 제공할 수도 있다. 일 이점은 질량 유동 제어기가 그 통상적인 작동을 계속 하고 있는 동안 유량의 시험을 실행할 수 있다는 점이다. 구체적으로는, 밸브의 개방 및 밀폐에 의해 일어나는 압력 변동이 GFC 의 혼란을 방지하도록 제어되기 때문에, 입구 압력의 의도적으로 도입된 변화에도 불구하고 GFC 가 그 특정된 유량을 유지할 수 있다는 점이다.

가스 유동 시험은, 가스 유동 제어기가 생산 동안 가스를 처리 챔버로 전달하도록 통상적으로 작동되고 있는 동안 발생할 수 있다. 또한, 시험 장치는 가스 전달 시스템의 통합 부분이고, 가스 유동 시험의 모든 단계는 자동화된다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 그 자체를 시험 절차의 개시를 포함하는 완전히 자동화된 작동에 둔다. 예컨대, 가스 유동 제어기, 공정 공구, 및/또는 시설 네트워크와의 적절한 통신을 이용하여, 유량 시험은 공정 단계마다, 또는 가스 유동 제어기가 특별한 유량으로 설정될 때의 특별한 공정의 특별한 단계 동안과 같은 특별한 경우에 일어나도록 프로그램화될 수 있다. 대안적으로는, 시험은 매일 매일의 어떤 시간 또는 시간들에 일어나도록 프로그램화될 수도 있다.

본 발명의 실시형태는 또한 공정 공구에 위치된 청각적 또는 시각적 경보를 포함할 수 있는 경보를 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 청각 또는 시각적 경보와 함께, 측정된 유량이 어떤 한계 밖에 있는 경우에는, 이메일 형태의 경보를 한명 이상의 지정된 사람에게 보낼 수 있다. 이러한 접근법은 상기 완전히 자동화된 개시 및 작동과 함께 잘 작동한다.

본 발명의 실시형태는 또한 MFC 의 순간적인 응답성을 측정하기 위해 사용될 수 있다. MFC 를 갑자기 켜거나 또는 MFC 의 설정 지점을 변화시키거나 또는 MFC의 상류의 압력을 갑자기 상승시킴으로써 MFC 가 교란되는 경우, MFC 의 안정 상태 유동에 도달하는 데는 몇 초가 걸릴 것이다. 그 몇 초 동안, MFC 의 유량은 설정 지점으로부터 벗어나고, 종종 설정 지점 위아래로 변동한다. MFC 가 교란된 직후에 비교적 높은 샘플링 율로 다수의 압력 측정량을 구함으로써 유량이 벗어나는 방식을 본 발명으로 측정할 수 있다. 순간 응답성의 이런 측정은 수가지의 이점을 가진다. 한가지는 시간에 따른 특별한 MFC 의 순간 응답성을 감시할 수 있고, 변화가 보이는 경우, 이는 MFC 내부의 하나 이상의 요소의 저하의 징조일 수 있다. 또한, 한가지는 동일한 MFC 의 한 챔버와 다른 챔버와의 순간 응답성을 비교할 수 있고, 따라서 효과적인 챔버 조화를 가능하게 한다. 또한, 한가지는 적용을 위해 최적의 MFC 를 선택하기 위해서 특별한 MFC 또는 MFC 의 특별한 모델 또는 브랜드의 품질의 척도로서 순간 응답성을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 실시형태는 또한 본질적으로 측정되고 있는 가스에 대하여 변화되지 않는 환경이 나타날 수 있게 한다. 이러한 변화되지 않는 조건은 본질적으로 시스템 내측의 흡수된 가스 또는 퇴적물과의 반응과 관련된 어떤 오류가 결과에 혼란을 주는 것을 방지한다.

본 발명의 실시형태는 또한 시스템과 관련된 어떤 것이 변화되는 경우에 시스템 자체에 의해 측정된 시스템 볼륨의 신속한 결정을 가능하게 한다. 이는 공정 챔버의 볼륨을 결정하기 위해 필요한 것과 같은 손이 많이 가는 시간소모적인 측정에 대한 필요성을 제거한다.

여기 기재된 공정 및 기법은 본래 어떤 특별한 장치에 관련되지 않으며 요소의 어떤 적절한 조합에 의해 실행될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 다양한 유형의 일반적인 목적의 장치가 여기 기재된 교시에 따라 사용될 수도 있다. 또한, 여기 기재된 방법 단계를 실행하기 위해 특화된 장치를 구성하는 것이 바람직한 경향일 수도 있다. 모든 양태에서 제한이 아닌 설명을 위한 특별한 실시예와 관련하여 본 발명을 기재하였다. 당업자는, 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 상이한 조합이 본 발명을 실행하는데 적합할 것이라는 점을 인식할 것이다. 또한, 여기 개시된 본 발명의 설명 및 실시를 고려하면 본 발명의 다른 실행이 당업자에게는 명확할 것이다. 기재된 실시형태의 다양한 양태 및/또는 요소는 해당 분야에서 단독으로 또는 조합되어 사용될 수도 있다. 설명 및 실시예는 단지 예시로서 고려되고, 본 발명의 실질적인 범위 및 사상은 이하의 청구항에 나타난다.

Claims

처리 챔버로의 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유량의 결정 방법으로서,
가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 일정한 비율로 성립시키는 단계;
알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 단계;
처리 챔버에서 공정을 실행하고 이 공정 동안:
제 1 시간에 볼륨의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 이후의 제 2 시간에 볼륨의 제 2 압력을 측정하는 단계를 실행하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계;
압력의 강하율 및 알려진 볼륨에 기초하여 고정 유량을 결정하는 단계; 및
가스 유동 제어기를 통한 유동이 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법
제 1 항에 있어서, 상기 어떤 레벨은 결정된 유량의 10 %, 5 % 또는 1 % 중 하나로부터 선택되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 알려진 볼륨으로의 가스 유동의 재성립은 처리 챔버에서의 공정 외의 시간에 실행되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 알려진 볼륨으로의 가스 유동의 재성립은, 알려진 볼륨 내부의 압력의 상승률이 충분히 낮아서 가스 유동 제어기가 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록, 제어된 유량으로 실행되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제어된 유량은 계량 밸브에 의해 성립되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 계량 밸브는 볼륨의 압력을 이용한 폐 루프 제어를 통해 볼륨의 압력을 제어하도록 제어되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 볼륨의 압력은 유량이 결정된 후의 시점에서 처리 챔버에서의 공정 동안 일정하게 유지되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 볼륨의 압력은 유량이 결정된 후에 느리게 상승되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제어된 유량은 차단 밸브와 직렬인 유동 억제기에 의해 성립되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 성립시키는 단계는 질량 유동 제어기를 통한 유동을 성립시키는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 압력 조절기를 이용하여 가스의 압력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 알려진 볼륨은 가스 유동 제어기의 상류에 위치된 밸브를 밀폐함으로써 고정되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고정된 유량이 설정 범위 밖에 있는 경우, 경보가 가동되거나 통지가 보내지는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 알려진 볼륨이 압력 조절기와 가스 유동 제어기 사이에 있도록 압력 조절기가 가스 유동 제어기의 상류에 제공되고, 알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 용적을 고정시키는 단계는 제 1 시간에서의 측정 전에 압력 조절기의 통상적인 설정 지점보다 높게 알려진 볼륨의 압력을 증가시키는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 압력을 증가시키는 단계는 압력 조절기 주위의 바이패스를 작동시키는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 1 항에 있어서, 알려진 볼륨이 압력 조절기와 가스 유동 제어기 사이에 있도록 압력 조절기가 가스 유동 제어기의 상류에 제공되고, 알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 단계는, 알려진 볼륨의 압력을 증가시키도록 압력 조절기의 설정 지점을 증가시키는 단계 및 그 후 제 1 시간에서의 측정 전에 압력 조절기의 설정 지점을 통상적인 설정 지점으로 복귀시키는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
가스 유동 제어기를 통한 가스의 유량을 결정하기 위한 장치로서,
알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 수단;
고정된 볼륨의 압력의 강하율을 측정하는 수단; 및
가스 유동 제어기를 통한 가스 유동이 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록 알려진 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 수단을 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 어떤 레벨은 10 %, 5 %, 또는 1 % 중 하나인, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 수단은 압력 조절기를 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 압력 조절기의 설정 지점을 변화시키는 수단을 더 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 압력 조절기와 병렬인 바이패스를 더 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 수단은 계량 밸브를 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 수단은 유동 억제기와 직렬인 차단 밸브를 포함하는, 가스의 유량을 결정하기 위한 장치.
가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법으로서,
성립된 유동 설정에서 가스 유동 제어기의 상류의 밸브를 밀폐하는 단계;
밸브와 가스 유동 제어기 사이의 고정된 볼륨의 제 1 압력 강하를 측정하는 단계;
가스 유동 제어기를 통한 유동이 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 단계;
시간이 지난 후, 다시 밸브를 밀폐하는 단계;
고정된 볼륨에서의 제 2 압력 강하를 측정하는 단계;
가스 유동 제어기를 통한 유동이 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 단계; 및
제 1 압력 강하와 제 2 압력 강하 사이의 차에 기초하여 가스 유동 제어기의 유량의 드리프트를 검출하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법.
가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법으로서,
성립된 유동 설정에서 유량을 일으키는 것으로 알려진 교정된 가스 유동 제어기의 상류의 밸브를 밀폐하는 단계;
밸브와 교정된 가스 유동 제어기 사이의 고정된 볼륨의 제 1 압력 강하를 측정하는 단계;
교정된 가스 유동 제어기를 시험될 가스 유동 제어기로 교체하는 단계;
시험될 가스 유동 제어기의 상류의 밸브를 밀폐하는 단계;
고정된 볼륨의 제 2 압력 강하를 측정하는 단계;
가스 유동 제어기를 통한 유동이 어떤 레벨을 넘어 교란되지 않도록 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 단계; 및
제 1 압력 강하와 제 2 압력 강하 사이의 차에 기초하여 유량의 편차를 검출하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법.
설정 지점을 가지는 압력 조절기의 하류에 위치된 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유량의 결정 방법으로서,
가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 일정한 비율로 성립시키는 단계;
가스 유동 제어기의 상류에 있으며 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
제 1 시간에 볼륨의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 후의 제 2 시간에 볼륨의 제 2 압력을 측정하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계; 및
압력 강하율과 알려진 볼륨에 기초하여 고정된 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 압력의 증가는 대기 압력보다 높은 가스 압력을 압력 조절기의 본체에 순간적으로 도입시켜 설정 지점을 증가시킴으로써 달성되는, 가스의 유량의 결정 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 압력의 증가는 압력 조절기의 상류로부터 압력 조절기의 하류로 가스를 순간적으로 유동시킴으로써 달성되는, 가스의 유량의 결정 방법.
가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법으로서,
가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 일정한 비율로 성립시키는 단계;
가스 유동 제어기의 상류에 있으며 설정 지점을 가지는 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
알려진 볼륨의 제 1 압력 강하를 측정하는 단계;
시간이 지난 후, 가스 유동 제어기의 상류에 있으며 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 다시 증가시키는 단계;
고정된 볼륨에서의 제 2 압력 강하를 측정하는 단계; 및
제 1 압력 강하와 제 2 압력 강하 사이의 차에 기초하여 가스 유동 제어기의 유량의 드리프트를 검출하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법.
가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법으로서,
교정된 가스 유동 제어기를 통과하는 가스의 유동을 일정한 비율로 성립시키는 단계;
가스 유동 제어기의 상류에 있으며 설정 지점을 가지는 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
알려진 볼륨의 제 1 압력 강하를 측정하는 단계;
교정된 가스 유동 제어기를 시험될 가스 유동 제어기로 교체하는 단계;
가스 유동 제어기의 상류에 있으며 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
고정된 볼륨에서의 제 2 압력 강하를 측정하는 단계; 및
제 1 압력 강하와 제 2 압력 강하 사이의 차에 기초하여 유량의 편차를 검출하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법.
가스의 유량의 제어 방법으로서,
가스 유동 제어 밸브의 상류에 있으며 설정 지점을 가지는 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정 지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
가스 유동 제어 밸브를 어떤 위치로 개방하는 단계;
제 1 시간에, 볼륨의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 후의 제 2 시간에 볼륨의 제 2 압력을 측정하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계;
압력 강하율 및 알려진 볼륨에 기초하여 가스 유량을 결정하는 단계;
원하는 유량과 측정된 유량 사이의 불일치에 기초하여, 가스 유동 제어 밸브의 개방의 양을 증가 또는 감소시키는 단계; 및
원하는 유량이 달성될 때까지, 계속해서 볼륨의 압력을 측정하고, 실제 유량을 결정하며, 가스 유동 제어 밸브를 조정하는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
가스의 유량의 제어 방법으로서,
밸브의 상류의 압력, 온도, 및 밸브 개방의 양에 기초하여 가스 유동 제어 밸브의 복수의 개방 위치를 통한 유량에 대한 교정 표를 성립시키는 단계;
가스 유동 제어 밸브의 상류에 있으며 설정 지점을 가지는 압력 조절기의 하류에 있는 알려진 볼륨의 압력을 압력 조절기의 설정지점보다 높은 레벨로 증가시키는 단계;
원하는 유량을 제공하기 위해 표에 나타나는 선택된 위치로 가스 유동 제어 밸브를 개방하는 단계;
압력이 감소함에 따라 표에 의해 나타나는 적절한 선택된 위치로 가스 유동 제어 밸브가 계속 개방되게 하는 단계;
제 1 시간에, 볼륨의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 후의 제 2 시간에, 볼륨의 제 2 압력을 측정하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계;
압력 강하율 및 알려진 볼륨에 기초하여 가스 유량을 결정하는 단계; 및
원하는 유량과 측정된 유량 사이의 불일치에 기초하여:
표를 갱신하고, 계속해서 볼륨의 압력을 측정하고 원하는 유량을 달성하도록 가스 유동 제어 밸브를 조정하는 단계; 그리고
불일치가 소정의 값보다 높은 경우 경보 또는 통지를 보내는 단계 중 하나를 실행하는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
가스의 유량의 제어 방법으로서,
가스 유동 제어 밸브의 상류의 압력, 온도, 및 밸브 개방의 양에 기초하여 어떤 가스 유동 제어 밸브를 통한 유량을 결정하는 단계;
알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어 밸브의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 단계;
측정된 압력 및 온도에 기초하여 원하는 유량을 제공하는 위치로 가스 유동 제어 밸브를 개방하는 단계;
압력이 감소함에 따라 원하는 유량을 제공하도록 결정된 밸브 개방의 양으로 가스 유동 제어 밸브를 계속 유지시키는 단계;
제 1 시간에, 볼륨의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 후의 제 2 시간에, 볼륨의 제 2 압력을 측정하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계;
압력 강하율 및 알려진 볼륨에 기초하여 가스 유량을 결정하는 단계; 및
원하는 유량 및 측정된 유량 사이의 불일치에 기초하여:
표를 갱신하고, 계속해서 볼륨의 압력을 측정하고 원하는 유량을 달성하도록 가스 유동 제어 밸브를 조정하는 단계; 그리고
불일치가 미리결정된 값보다 큰 경우 경보 또는 통지를 보내는 단계 중 하나를 실행하는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어 밸브의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 단계는 알려진 볼륨의 상류의 계량 밸브를 밀폐하는 단계를 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
제 33 항에 있어서, 압력 강하율 및 알려진 볼륨에 기초하여 가스 유량을 결정한 후에, 볼륨으로의 제어된 유량으로 볼륨으로의 가스 유동을 재성립시키는 단계를 더 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 볼륨으로의 제어된 유량은 차단 밸브와 직렬인 유동 억제기에 의해 성립되는, 가스의 유량의 제어 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 볼륨으로의 제어된 유량은 계량 밸브에 의해 성립되는, 가스의 유량의 제어 방법.
제 37 항에 있어서, 알려진 볼륨의 압력을 제어하도록, 알려진 볼륨의 압력을 이용한 폐루프 제어를 통해 계량 밸브를 제어하는 단계를 더 포함하는, 가스의 유량의 제어 방법.
가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법으로서,
알려진 볼륨의 상류의 가스 유동을 막음으로써 가스 유동 제어기의 상류의 알려진 볼륨을 고정시키는 단계;
가스 유동이 막혀있는 동안, 고정된 설정 지점에서 가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 개시시키거나 일 설정 지점으로부터 다른 설정 지점으로 가스의 유동을 변화시키는 단계;
고정된 볼륨의 압력을 여러 번 측정하는 단계; 및
시간의 함수로서의 압력 강하율의 변화에 기초하여 가스 유동 제어기의 순간 응답성을 결정하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어기의 성능의 결정 방법.
가스 유동 제어 시스템의 일부의 볼륨을 결정하기 위한 방법으로서,
가스 유동 제어 시스템의 일부에 제 1 압력을 성립시키는 단계;
상기 일부를 볼륨이 알려져 있는 가스 유동 제어 시스템의 다른 부분으로부터 격리시키는 단계;
볼륨이 알려져 있는 가스 유동 제어 시스템의 상기 다른 부분에서 제 2 압력을 성립시키는 단계;
상기 일부와, 볼륨이 알려져 있는 가스 유동 제어 시스템의 상기 다른 부분 사이에 유체 소통을 달성시키는 단계;
유체 소통이 달성된 후에 가스 유동 제어 시스템에서 제 3 압력을 측정하는 단계; 및
제 1 압력, 제 2 압력, 및 제 3 압력을 이용하여 상기 일부의 총 압력을 결정하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어 시스템의 일부의 볼륨을 결정하기 위한 방법.
가스 유동 제어 시스템의 일부의 볼륨을 결정하기 위한 방법으로서,
볼륨의 하류측은 가스 유동 제어기에 의해 규정되고 볼륨의 상류측은 가스 유동을 막기 위한 수단에 의해 규정되며,
상기 일부와, 볼륨이 알려져 있는 가스 유동 제어 시스템의 다른 부분 사이에 유체 소통을 달성하는 단계;
가스 유동 제어기를 통한 가스의 유동을 일정한 비율로 성립시키는 단계;
상기 일부의 상류의 가스 유동을 막는 단계;
제 1 시간에, 상기 일부의 제 1 압력을 측정하는 단계;
제 1 시간 후 제 2 시간에, 상기 일부의 제 2 압력을 측정하는 단계;
제 1 압력 및 제 2 압력으로부터 압력의 강하율을 결정하는 단계;
상기 일부를 가스 유동 제어 시스템의 상기 다른 부분으로부터 격리시키는 단계;
제 3 시간에, 상기 일부의 제 3 압력을 측정하는 단계;
제 3 시간 후 제 4 시간에, 상기 일부의 제 4 압력을 측정하는 단계;
제 3 압력 및 제 4 압력으로부터 압력의 제 2 강하율을 결정하는 단계; 및
압력의 제 1 강하율 및 압력의 제 2 강하율을 이용하여 상기 일부의 총 볼륨을 결정하는 단계를 포함하는, 가스 유동 제어 시스템의 일부의 볼륨을 결정하기 위한 방법.
가스 공급원에 연결된 압력 조절기;
압력 조절기의 하류에 위치된 가스 유동 제어기;
압력 조절기와 가스 유동 제어기 사이의 볼륨의 압력을 측정하는 압력 변환기; 및
볼륨의 압력을 증가시키기 위한 수단을 포함하는, 가스 전달 시스템.
제 42 항에 있어서, 상기 압력을 증가시키기 위한 수단은 2 차 가스 공급원에 연결된 입구 및 압력 조절기에 연결된 출구를 구비하는 밸브를 포함하는, 가스 전달 시스템.
제 42 항에 있어서, 상기 압력을 증가시키기 위한 수단은 압력 조절기 주위의 바이패스를 포함하는, 가스 전달 시스템.
제 43 항 또는 제 44 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어기는 질량 유동 제어기를 포함하는, 가스 전달 시스템.
제 43 항 또는 제 44 항에 있어서, 상기 가스 유동 제어기는 제어 밸브를 포함하는, 가스 전달 시스템.
제 42 항에 있어서, 알려진 크기의 2 차 볼륨, 및 볼륨과 2 차 볼륨 사이의 유동을 제어하기 위해 볼륨과 2 차 볼륨 사이에 위치된 밸브를 더 포함하는, 가스 전달 시스템.