KR20110082087A - 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템, 및 그 실행 방법 - Google Patents

유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템, 및 그 실행 방법 Download PDF

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Abstract

시스템은 유체의 질량 유량 전달을 수행하고, 또한 유체의 질량 유량 검증을 수행한다. 상기 시스템은 챔버 내로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유입구 밸브, 상기 챔버 외부로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유출구 밸브, 상기 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성된 압력 변환기, 상기 챔버 내의 유체의 온도를 측정하는 온도 센서, 및 제어기;를 구비한다. 상기 제어기는 상기 챔버 내의 압력 및 온도 변화에 대한 측정을 이용하여 상기 유입구 및 유출구 밸브의 개폐를 제어함으로써, 제 1 모드에 있는 경우, 장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하고, 제 2 모드에 있는 경우, 상기 챔버로부터 출력 처리 설비 내로의 유체의 소정량을 전달하도록 구성된다.

Description

유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템, 및 그 실행 방법{DUAL-MODE MASS FLOW VERIFICATION AND MASS FLOW DELIVERY SYSTEM AND METHOD}
질량 유량 검증기(mass flow verifier: MFV)는 질량 유량 제어기(mass flow controllers: MFC) 및 질량 유량비 제어기(mass flow ratio controllers: FRC) 등의 고정밀의 유체 전달 시스템의 정확도를 검증하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 질량 유량 검증기에는, 챔버, 압력 변환기, 온도 센서 및 하나가 상류에 있고 다른 하나가 하류에 있는 2개의 격리 밸브가 있다. 밸브는 아이들링 동안에 폐쇄될 수 있고, 작동이 개시되면 개방될 수 있으므로, 유량 검증기를 통해 MFC 또는 FRC 등의 피시험 장치(device under test: DUT)로부터 유체의 흐름을 허용한다. 일단 유체의 흐름이 안정화되면, 하류의 밸브는 폐쇄될 수 있고, 그 결과 압력이 챔버 내에서 상승하며, 압력 상승이 가스 온도로서 측정될 수 있다. 이와 같은 측정은 유량을 연산하는데 사용되어서, DUT의 성능을 검증할 수 있다.
몰 전달 장치(Mole Delivery Device: MDD) 등의 질량 유량 전달 장치는 소정량의 가스를 반도체 처리 챔버 내로 정확하게 전달하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 질량 유량 전달 장치는 반도체 제조 공정, 예컨대 원자층 부착(atomic layer deposition: ALD) 공정에 사용되는 가스상의 질량에 대한 반복가능하고 정확한 양을 제공할 수 있다.
최근, 반도체 처리 수단을 위한 비용 절감 계획은 설계를 간소화하고 풋프린트를 감소시킴으로써 유체 전달 시스템의 설계에 대한 상당한 영향을 미치고 있다. 유체 전달 시스템의 사이즈 및 복잡성이 감소되고 있지만, 전달의 검증 및 정확도에 대한 필요성이 증대되고 있다.
2가지의 특징, 즉 질량 유량 전달 및 질량 유량 검증은 처리 챔버 내로의 임계적인 유체(들)의 전달뿐만 아니라, 흐름 정확성에 대한 증대된 요구조건으로 인해 필요하다. 그러나, MFV 및 MDD 양자를 소유하는 소비자에게는 비용이 많이 들고 부담이 된다. 또한, MDD는 큰 풋프린트를 가지는 경향이 있다.
따라서, 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달 양자의 요구조건에 대한 비용 효율적인 해결책을 소비자에게 제공하는 시스템 및 방법이 필요하다.
시스템은 유체의 질량 유량 검증뿐만 아니라, 유체의 질량 유량 전달을 수행한다. 상기 시스템은 챔버 내로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유입구 밸브, 챔버 외부로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유출구 밸브, 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서, 및 제어기를 구비한다. 몇 가지의 실시예에서, 상기 시스템은 챔버 내의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 구비할 수도 있다.
상기 제어기는, 제 1 모드에 있는 경우, 상기 챔버 내의 압력 및 온도 변화에 대한 측정을 이용하여, 피시험 장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된다. ㅅ상기 제어기는, 제 2 모드에 있는 경우, 상기 챔버 내의 압력 및 온도 변화에 대한 측정을 이용하여, 상기 챔버로부터 출력 처리 설비 내로의 유체의 소정량을 전달하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된다.
예시적인 실시예에 대한 하기의 상세한 설명, 첨부한 도면 및 특허청구범위로부터 상기한 바와 함께 다른 구성요소, 단계, 특징, 목적 및 이점이 명확해질 것이다.
도면은 예시적인 실시예를 기술하지만, 모든 실시예를 기술하지는 않는다. 다른 실시예들이 추가 또는 대체하여 사용될 수 있다. 동일한 참조부호가 상이한 도면에 도시되어 있으면, 동일 또는 유사한 구성요소 또는 단계를 지칭하도록 의도된다.
도 1은 질량 유량 검증기에 대한 블록 다이아그램,
도 2는 질량 유량 전달 시스템에 대한 개략도,
도 3은 질량 유량 전달 방법에 대한 예시적인 실시예를 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달 시스템에 대한 개략도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달을 수행하는 방법에 대한 예시적인 실시예를 도시한 순서도.
본 발명에는, 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달 양자를 수행하기 위한 단일의 시스템 및 방법이 기술되어 있으며, 이에 의해 소비자에게 비용을 절약하게 하고 제조자에게 공간 절약하게 한다.
지금부터 예시적인 실시예에 대해 기술한다. 다른 실시예들이 추가 또는 대체될 수 있다.
도 1은 질량 유량 검증기(100)에 대한 블록 다이아그램이다. MFV(100)는 피시험 장치(DUT)(110)로부터 유체의 흐름을 수용하도록 구성된 봉입형 용적부 또는 챔버(130)(공칭 용적 Vc를 가짐)를 구비한다. 예시적인 실시예에 도시한 DUT(110)는 유체의 소정의 유량을 전달하는 MFC이다. 일반적으로, MFC는 질량 유량 센서, 제어 밸브, 그리고 제어 및 신호 처리 전자 장치를 구비하는 독립형 장치이며, 유체의 소정 유량을 반복적으로 전달하는데 사용될 수 있다. MFV(100)는 챔버 내로의 유체의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서(170), 및 챔버(130) 내로의 유체의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서(180)를 더 구비한다. 일반적으로, 다른 타입의 유체에 대한 유량이 MFV(100)에 의해 검증될 수도 있지만, 질량 유량을 검증하는 유체는 가스이다.
도 1에 도시한 실시예에서 MFV(00)에 의해 시험되는 장치는 단일의 DUT(MFC)(110)인 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 복수의 DUT가 MFV(100)에 의해 연결되어 시험될 수도 있다. 복수의 DUT는, 예컨대 가스 매니폴드를 거쳐 MFV(100)에 연결될 수 있다.
제어기(160)는 MFV(100)에 연결된다. 제어기(160)는 DUT(110)의 성능에 대한 현장 검증을 제어하고, 유입구 밸브(120)와 유출구 밸브(150)의 작동을 제어한다. MFV(100)의 일 실시예에서, 제어기(160)는 질량 유량 검증을 수행하기 위해 상승률("rate-of-rise")(ROR) 기술의 흐름 검증기술을 실시할 수 있다. ROR 기술이 실시되면, 공칭 용적 내에서 유체가 흐르게 하며 소정 시간 간격 동안에 발생하는 압력 상승을 측정함으로써, 유체의 유량이 결정된다.
ROR MFV의 기본적인 원리는 챔버(130)에 대한 질량 균형이다. 질량 균형 수학식을 이용하고, 챔버 내에서 가스에 이상 기체 법칙을 적용하면, 하기의 수학식에 따라 MFV(100)의 챔버(130) 내의 가스(또는 다른 유체)에 대한 압력 및 온도를 측정함으로써 유입구의 유체 유량이 얻어질 수 있다.
Figure pct00001
(1)
P는 챔버 내의 가스압;
T는 가스 온도;
Vc는 챔버 용기의 용적
k0는 변환 상수, 6×107 sccm 및 6×104 slm
Pstp는 표준 압력(= 1.01325e5 Pa); 및
Tstp는 표준 온도(= 273.15K)
제어기(160)는 압력 센서(170) 및 온도 센서(180)로부터 출력 신호를 수신하고, 수신된 출력 신호에 근거하여 유입구 밸브(120) 및 유출구 밸브(150)의 작동을 제어한다. 제어기(160)는, 유출구 밸브(150)가 폐쇄된 후에, 챔버(130) 내의 유체 압력에 대한 상승률을 측정하고, 시간 및 온도에 대한 압력의 측정된 상승률을 이용하여, 수학식 (1)에 따라 DUT(110)로부터 챔버(130) 내로의 유체의 유량(Qin)을 연산한다.
예시적인 실시예에서, 시험되는 MFC(110)는 MFV(100)에 연결될 수 있다. 아이들링 동안에, MFC(110)로부터 MFV(100)로의 유체의 흐름은 차단된다. MFV(100)의 검증 작동이 개시되면, 유입구 밸브(120)와 유출구 밸브(150)가 개방됨으로써, MFC(110)로부터 MFV(100)로 유체가 흐른다. MFC(110)는 흐름 설정점을 가질 수 있다. 초기치 설정 주기 동안에, MFC(110)로부터의 유체의 유량 및 챔버(130) 내의 유체의 압력은 안정 상태에 도달하게 된다.
안정 상태에 도달하면, 유출구 밸브(150)가 폐쇄됨으로써, 유체의 압력이 챔버(130) 내에서 형성되기 시작한다. 제어기(160)는, 챔버(130) 내의 압력 센서(170)로부터의 압력 측정 및 온도 센서(180)로부터의 온도 측정을 수용함으로써 시간 주기 동안에 압력의 상승률(즉, 압력의 변화율 또는 시간 도함수)을 결정한다.
예를 들면, 챔버(130) 내의 온도 및 압력 측정은 시간 주기에 걸쳐 소정의 시간 간격으로 기록될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 소정의 시간 간격은 약 0.00025초일 수 있고, 시간 주기는 약 0.1초 내지 약 30초의 범위에 있을 수 있다. 물론, MFV(100)의 다른 실시예에 다른 시간 간격 및 시간 주기가 사용될 수 있다. 시간 주기의 말기에는, 유출구 밸브(150)가 개방되어, 챔버(130) 외부로의 유체의 흐름이 배출부(예컨대, 진공 펌프) 또는 다른 타입의 출력 설비 상에 흐르게 한다.
(유체 온도 T에 의해 나눠진) 유체 압력의 상승률 또는 시간 도함수, 즉 Δ(P/T)/Δt는, 챔버(130)의 공칭 용적(V) 내의 온도 및 압력에 대한 측정에 근거하여 연산될 수 있다. 연산된 상승률 Δ(P/T)/Δt에 근거하여, MFC(110)에 의해 산출된 유량이 결정 및 검증됨으로써, MFC(110)는 적절하게 교정될 수 있다. 유량(Q)은 상기한 수학식 (1)을 이용하여 제어기(160)에 의해 연산된다.
일반적인 질량 유량 검증은 하기와 같이 진행된다.
1. 상류의 밸브(120) 및 하류의 밸브(150) 양자를 개방;
2. DUT를 위한 흐름 설정점을 제공;
3. 챔버 압력이 안정 상태가 될 때까지 대기;
4. 흐름 연산을 위한 챔버 가스압 및 챔버 가스 온도에 대한 기록을 개시;
5. 챔버 압력이 상승하도록 하류의 밸브(150)를 차단;
6. 흐름 검증을 위한 주기를 대기;
7. 하류의 밸브(150)를 개방;
8. 수학식 (1)에 근거하여 검증된 흐름을 연산 및 기록.
압력 센서(170) 및 온도 센서(180)로부터의 출력에 근거하여 상류의 밸브(120) 및 하류의 밸브(150)에 대한 작동을 제어하고, 수학식 (1)에 따라 DUT(110)로부터 챔버(130) 내로의 유체의 유량을 연산하도록 시간에 대한 압력의 측정된 상승률을 이용함으로써, 제어기(160)는 DUT(110)에 의해 수행되는 유량 측정을 검증한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 유량 전달 시스템(200)의 예시적인 실시예에 대한 개략도이다. 질량 흐름 전달 시스템(200)은 챔버(230), 상기 챔버(230) 내로의 질량 유량을 제어하는 유입구 밸브(220), 및 챔버(230) 외부로의 질량 유량을 제어하는 유출구 밸브(250)를 구비한다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 의하면, 유입구 밸브(220) 및 유출구 밸브(250)는 온/오프 타입의 밸브를 포함하며, 적어도 유출구 밸브(250)는, 예컨대 약 1 내지 5밀리초와 같은 매우 빠른 응답 시간을 갖는다.
또한, 질량 유량 전달 시스템(200)은 챔버(230) 내의 압력을 측정하기 위한 압력 변환기(270), 및 챔버(230) 또는 그 내의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(280)를 갖는다. 또한, 압력 변환기(270)는, 예컨대 약 1 내지 20밀리초와 같은 매우 빠른 응답 시간을 갖는다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 의하면, 온도 센서(280)는 챔버(230)의 벽과 접촉하며, 챔버(230)의 벽에 대한 온도 측정을 제공한다.
전달 시스템(200)에 사용되는 적절한 압력 변환기(270)에 대한 예로서는, 본 발명의 양수인(MKS Instruments of Andover, Mass.) (http://www.mksinst.com)으로부터 입수가능한 Baratron® 브랜드의 압력 변환기가 있다.
제어기(260)는 유입구 밸브(220) 및 유출구 밸브(250)의 개폐를 제어하도록 프로그램되어서, 전달 챔버(230)로부터 출구 처리 설비 내로 가스의 정확하게 공지된 몰수를 전달한다.
일 실시예에서, 전달 시스템(200)은 전달 펄스 순서대로 가스를 전달하도록 구성된 펄스형 전달 시스템일 수 있다. 요약하면, 전달 시스템(200)은 하기의 사이클에 따라 별개의 펄스로 가스를 전달한다.
1. 충진:
유입구 밸브(220)를 개방하여, 전달 챔버(230) 내로 가스를 흐르게 하고, 챔버를 목표 압력 또는 가스 몰의 목표량으로 충진
2. 압력이 안정되게 대기
3. 전달:
처리 설비에 연결되는 유출구 밸브(250)를 개방하여, 전달되는 가스량을 측정하고, 가스의 정확한 양이 전달 챔버(230)에 남아 있다면 유출구 밸브(250)를 폐쇄
4. 상기한 1, 2 및 3 단계를 반복하는 다음의 사이클로의 처리
도 3은 질량 유량 전달의 방법에 대한 예시적인 실시예를 도시한 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2의 질량 유량 전달 시스템(200)의 제어기(260)는 도 3의 방법(300)을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제어기(260)는, 도 3의 302에 도시한 바와 같이, 예컨대 입력 장치를 통해 소정의 질량 유량 전달 설정점을 수용하고, 도 3의 304에 도시한 바와 같이 유출구 밸브(250)를 폐쇄하며, 도 3의 306에 도시한 바와 같이 유입구 밸브(220)를 챔버(230)로 개방하도록 구성될 수 있다.
제어기(260)는, 도 3의 308에 도시한 바와 같이, 챔버(230) 내의 가스의 압력 및 온도를 각각 측정하는 압력 변환기(270) 및 온도 센서(280)로부터의 측정 신호를 수신하도록 프로그램된다. 제어기(260)는, 도 3의 310에 도시한 바와 같이, 챔버(230) 내의 압력이 소정 레벨에 도달하면 유입구 밸브(220)를 폐쇄하도록 프로그램된다. 소정 레벨의 압력이 사용자 지정될 수 있으며, 이 경우 입력 장치를 통해 제공될 수 있다. 변형적으로, 소정의 질량 유량 전달 설정점에 근거하여 제어기(260)에 의해 연산될 수 있다.
챔버(230) 내의 가스가 평형 상태에 도달할 수 있는 소정의 대기 주기 후에, 제어기(260)는, 도 3의 312에 도시한 바와 같이, 전달 챔버(230)로부터 출력 처리 설비로 가스의 질량을 배출하도록 유출구 밸브(250)를 개방한다. 소정의 대기 주기는 사용자 지정될 수 있으며, 이 경우 입력 장치를 통해 제공될 수 있다. 변형적으로, 소정의 대기 주기는 전달 챔버 내의 가스의 평형 상태에 근거하여 제어기(260)에 의해 결정될 수 있다. 제어기(260)는, 도 3의 313에 도시한 바와 같이, 출력 처리 설비에 전달되는 질량 유량의 양을 모니터링하기 위해 압력 변환기(270) 및 온도 센서(280)로부터의 측정 신호를 수신하도록 프로그램된다. 도 3의 314에 도시한 바와 같이, 배출된 가스의 질량이 사용자 지정된 소정의 질량 유량 설정점과 동일하면, 유출구 밸브(250)는 폐쇄될 수 있다. 일반적으로, 유출구 밸브(250)는 매우 짧은 주기(예컨대, 100 내지 1000밀리초) 동안에 개방되기만 할 수 있다. 그 다음, 제어기(260)는 출력 장치로 배출된 가스의 질량을 지시할 수 있다.
일 실시예에서, 전달 시스템(200)은, 예컨대 반도체 웨이퍼 처리 챔버 등의 출력 처리 설비로 전달되는 가스(또는 다른 유체)의 몰수를 정확하게 측정하여 제어하도록 구성된 몰 전달 장치(mole delivery device: MDD)일 수 있다. 본 실시예에서, 제어기(260)는 처리 설비로 배출되는 동안에 전달 챔버(230)에서 나오는 가스의 몰수를 카운트하도록 구성된다.
가스 전달 시스템(200)의 제어기(260)는 전달 챔버(230)의 보유 용적 내로 흐르는 가스의 몰수를 측정 및 제어하도록 모델 기반의 알고리즘을 실시할 수 있다. 제어기(260)에 의해 실시되는 알고리즘은 챔버(230) 내외부로 흐르는 가스의 몰수를 카운트하게 할 수 있다. 따라서, 상기한 가스 전달 시스템(200)에서, 전달 챔버(230)에서 나오는 가스의 몰수는 전달 챔버(230)가 처리 설비 내로 배출될 때 알게 될 것이다.
일 실시예에서, 제어기(260)는 압력 센서(270)에 의한 압력 측정 및 온도 센서(280)에 의한 온도 측정을 모니터링하고, 소정 몰수를 유도하도록 이상 기체 법칙을 이용하는 모델 기반의 알고리즘을 실시할 수 있다.
본 실시예에서, 제어기(260)는 가스를 전달 챔버(230) 내로 도입하도록 유입구 밸브(220)를 개방한다. 그 다음, 가스는 목표 압력으로 충진된다. 그 후, 제어기(260)는 전달 챔버(230)의 보유 용적 내로 나아가는 가스의 양을 측정하고, 목표 몰수가 보유 용적 내에 얻어지면 유입구 밸브(220)를 폐쇄한다. 이와 같은 단계 동안에 전달 챔버(230) 내로 충진되는 가스의 몰수는 하기의 수학식 (2)에 의해 제공된다.
Figure pct00002
(2)
상기한 수학식 (2)에서, Δn은 전달 챔버(230) 내로 전달되는 가스의 몰수를 지칭하고, Vc는 전달 챔버(230)의 용적을 지칭하고, R은 8.3144의 값을 갖는 보편 기체 상수 (Joules)(mol-1)(K-1), 및 Δ(P/T)는 단계(306)의 개시로부터 단계(310)의 말기까지의 가스 온도에 의해 나누어진 가스 압력의 변화이다. 수학식 (2)는 소정의 시간점에서 압력 센서(270) 및 온도 센서(280)에 의해 측정되는 바와 같은 P 및 T의 값을 모니터링함으로써, 임의 소정의 시간 주기 동안에 전달 챔버(230) 내로 충진되는 몰수가 모니터링될 수 있음을 나타낸다.
충진 단계 동안에 전달 챔버(230) 내에 가스의 목표 몰량이 도달된 후에, 제어기(260)는 시스템(200)이 안정화될 가스의 압력 및 온도를 잠시 동안 대기하게 한다. 그 다음, 제어기(260)는 출력 처리 설비에 가스의 몰수가 정확하게 전달되는 전달 단계로 이동한다. 제어기(260)는 유출구 밸브(250)를 개방하여, 출력 처리 설비로 안내한다. 제어기(260)는 압력 변환기(270) 및 온도 센서(280)의 측정 신호를 이용하여 수학식 (2)에 따라 전달 챔버(230)에서 나오는 가스의 몰수를 측정한다. 제어기(260)는 가스의 정확한 소정의 몰수가 전달 챔버(230)에 남아서 출력 처리 설비로 전달되면 유출구 밸브(250)를 폐쇄한다.
전체의 전달 사이클이 완료되면, 제어기(260)는 시스템(200)이 초기 단계로 복귀하게 하고, 다음의 질량 유량 전달 설정점을 위해 전체 전달 사이클을 반복한다. 각각의 전달 사이클에 대해, 시스템(200)은 상술한 기술을 이용하여 가스의 특정 몰수를 출력 처리 설비에 전달하도록 직접 측정하여 정확하게 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 몰 전달 시스템(400)에 대한 개략도이다. 시스템(400)은 챔버(430); 챔버 내로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유입구 밸브(420); 및 챔버(430) 외부로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유출구 밸브(450)를 구비한다. 시스템(400)은 챔버(430) 내의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서(470)를 더 구비한다. 시스템은 챔버(430) 내의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서(480)를 더 구비할 수 있다.
시스템(400)은 제어기(460)를 더 구비한다. 제어기(460)는, 제 1 모드에 있는 경우, 장치(410)에 의해 유체 유량에 대한 측정을 검증하도록 유입구 밸브와 유출구 밸브의 개폐를 제어한다. 다시 말하면, 제어기(460)가 제 1 모드에 있다면, 시스템(400)은 피시험 장치(UDT)(410)의 유량을 검증하기 위한 질량 유량 검증기로서 작동한다. 장치(410)는 MFC로서 도 4에 도시되어 있다. 질량 유량 검증을 수행할 수 있는 다른 장치로는, 이에 한정되지는 않지만, FRC가 있다. 제어기(460)는, 제 2 모드에 있는 경우, 챔버(430)로부터 출력 처리 설비, 예컨대 반도체 웨이퍼 처리 챔버 내로 유체의 소정량을 전달하도록 유입구 및 유출구 밸브들의 개폐를 제어한다. 다시 말하면, 제어기(460)가 제 2 모드에 있다면, 시스템(400)은 질량 유량 전달 시스템으로서 작동한다.
제어기(460)는 제 1 모드와 제 2 모드 사이에서 선택하기 위해 사용자로부터의 입력에 응답할 수 있다. 제어기(460)는 제 1 및 제 2 모드들 사이에서의 선택을 지시하는 입력 신호(예컨대, 사용자로부터의 직접적이거나, 또는 출력 처리 설비에서 컴퓨터 시스템으로부터 간접적으로)를 수신하고, 수신된 입력 신호에 응답하여 제 1 모드 또는 제 2 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 시스템(400)은 제 1 및 제 2 모드들 사이에서의 선택을 지시하는 입력 신호를 전달하는 입력 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있고, 제어기(460)는 입력 장치를 통해 입력 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
제어기(460)는, 제 1 모드(즉, 질량 유량 검증 모드)에 있는 경우, 질량 유량 검증을 위한 ROR 기술을 실시하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 제어기(460)는 유출구 밸브의 폐쇄 후의 시간 주기 동안에 챔버 내의 유체의 압력에 대한 상승률을 측정하고, 상기한 도 1과 함께 기술된 바와 같이 측정된 상승률을 이용하여 장치로부터의 유체의 유량을 연산하도록 구성될 수 있다.
제어기(460)는, 제 2 모드(즉, 질량 유량 전달 모드)에 있는 경우, 시간 주기 동안에 챔버(430) 내로 흐르는 유체의 질량을 측정한 다음, 유입구 밸브 밸브(420) 및 유출구 밸브(450)의 개폐를 제어함으로써 출력 처리 설비 내로의 유체의 소정의 질량을 전달하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은, 제어기(460)가 제 2 모드에 있다면 MDD(몰 전달 장치)로서 작동하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 유체의 소정 질량은 유체의 소정 몰수일 수 있다. 도 2 및 도 3과 함께 전술한 바와 같이, 제어기는, 제 2 모드에 있는 경우, 충진 단계 동안에 챔버 내로 흐르는 유체의 몰수를 측정한 다음, 압력 변환기(470)의 압력 측정 및 온도 센서(480)의 온도 측정을 모니터링하며 유입구 밸브(420) 및 유출구 밸브(450)의 개폐를 제어함으로써 전달 단계 동안에 출력 처리 설비 내로 전달하는 유체의 몰수를 제어하도록 구성될 수 있다. 챔버 내로 충진되는 가스의 몰수 및 처리 설비 내로 전달되는 가수의 몰수는 상기한 수학식 (2)을 이용하여 연산될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달을 수행하는 방법(500)에 대한 예시적인 실시예를 도시한 순서도이다. 상기 방법(500)은, 도 5의 502에 도시한 바와 같이, 시스템의 작동에 대한 제 1 모드와 제 2 모드 사이에서의 선택을 지시하는 입력 신호를 수신하는 단계를 구비할 수 있다.
도 5의 단계(504)에 도시한 바와 같이 입력 신호가 제 1 모드의 선택을 지시하면, 시스템(400)은 장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하도록 질량 유량 검증 모드에서 작동한다. 이러한 모드에서, 방법(500)은 시간 주기 동안에 용기 내의 유체의 압력에 대한 상승률을 측정하는 단계(520), 및 유체의 유량을 연산하도록 압력의 측정된 상승률을 이용하는 단계(522)를 구비할 수 있다. 방법(500)은 유량을 검증하도록 DUT의 유량 설정점과 연산된 유량을 비교하는 단계(524)를 더 구비할 수 있다.
도 5의 506에 도시한 바와 같이 입력 신호가 제 2 모드의 선택을 지시하면, 시스템(400)은, 시스템(400) 내의 챔버(430)로부터 출력 처리 설비, 예컨대 처리 챔버 내로 유체의 소정량을 전달하도록 작동한다. 이러한 모드에서, 방법(500)은 챔버(430) 내로 유체가 흐르도록 시스템(400) 내의 유입구 밸브(420)를 개방하는 단계(508), 및 유입구 밸브(420)를 통해 챔버(430) 내로 흐르는 유체의 양을 측정하는 단계(510)를 구비할 수 있다. 방법(500)은 유체의 소정량이 챔버에 도입되면 유입구 밸브(420)를 폐쇄하는 단계(512), 챔버(430)로부터 유체의 질량을 배출하도록 유출구 밸브(450)를 개방하고 배출된 가스의 질량이 유체의 소정의 질량 설정점과 동일하다면 유출구 밸브(450)를 폐쇄하는 단계(514)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 기술된 방법 및 시스템은 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 기술되지 않는다. 본 발명의 교시를 실시하기 위해 다양한 프로그래밍 언어가 사용될 수 있다. 제어기는 하나 이상의 처리 시스템으로 이루어지거나, 또는 하나 이상의 처리 시스템을 구비할 수 있다. 이러한 처리 시스템은 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 구성 및/또는 작동될 수 있다. 이와 같은 컴퓨터 프로그램은, 이에 한정되지는 않지만, 임의의 컴퓨터 판독가능한 저장 매체, 즉 플로피 디스크, 광학 디스크, CD-ROM 및 자기-광학 디스크를 포함하는 임의 타입의 디스크, ROM, RAM, EPROM, EEPROM, 자기 또는 광학 카드, 혹은 전자 지침서를 저장하기에 적합한 임의 타입의 매체 내에 저장될 수 있다.
본원에 제공된 방법 및 시스템은 임의의 특정 컴퓨터, 프로세서 또는 다은 장치에 관한 것이 아니다. 본 발명의 교시에 따라 상이한 컴퓨터 프로그램과 함께 각정 일반적인 용도의 시스템이 사용될 수 있다. 본 발명에 기술된 임의의 방법 및 시스템은 일반 용도의 프로세서, 그래픽 프로세서 또는 하드웨어와 소프트웨어의 임의 조합을 프로그램함으로써 하드 내장된 회로 내에서 실시될 수 있다.
요약하면, 단일의 듀얼 모드 장치에 의해 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달 양자를 실시하게 하는 방법 및 시스템이 기술되었다. 이에 의해, 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달 양자에 대해 소비자에게 콤팩트한 설계로 비용 효율적인 해결책으로 제공된다.
본 명세서에서 본 발명의 특정 실시예에 대해 기술하지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 당업자라면 본 발명의 변경을 고안할 수 있다. 기술한 구성요소, 단계, 특징, 목적 및 이점은 단지 예시적인 것이다. 이와 같은 기재는 보호 범위를 제한할 의도의 것이 아니다. 상이한 구성요소, 단계, 특징, 목적 및 이점을 갖는 실시예들이 고려될 수 있다. 또한, 구성요소 및 단계는 상이하게 배치될 수도 있다.
특허청구범위에 사용된 "수단"은 대응하는 구조 및 재료 그리고 그 동등물을 포함한다. 마찬가지로, 특허청구범위에 사용된 "단계"는 대응하는 단계 및 그 동등물을 포함한다. 이와 같은 용어의 부재에 대해, 청구범위에서 대응하는 구조, 재료 또는 단계 혹은 그 동등물에 제한하는 것은 아니다. 특허청구범위에서 인용되는지의 여부에 관계없이, 구성요소, 단계, 특징, 목적 및 이점에 제한되지 않는다.
요컨대, 보호 범위는 특허청구범위에 의해서만 제한된다. 그러한 범위는 특허청구범위에 사용된 언어와 합리적으로 일치하며 모든 구조적 및 기능적 동등물을 포함하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증을 위한 시스템에 있어서,
    챔버;
    상기 챔버 내로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유입구 밸브;
    상기 챔버 외부로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 유출구 밸브;
    상기 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서; 및
    제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는, 제 1 모드에 있는 경우, 장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되고,
    상기 제어기는, 제 2 모드에 있는 경우, 상기 챔버로부터 출력 처리 설비 내로의 유체의 소정량을 전달하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 사이에서 선택하는 사용자 입력에 응답하는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 사이에서의 선택을 지시하는 입력 신호를 수신하며, 수신된 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 모드 중 선택된 하나에서 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드 사이에서의 선택을 지시하는 상기 입력 신호를 전송하는 입력 장치를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 입력 장치를 통해 상기 입력 신호를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내의 유체 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 모드에 있는 경우, 상기 유출구 밸브의 폐쇄 후의 시간 주기 동안에 상기 챔버 내의 유체의 압력에 대한 상승률을 측정하며, 측정된 상승률을 이용하여 상기 장치로부터의 유체의 유량을 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 모드에 있는 경우, 하기의 수학식을 이용하여 상기 장치로부터의 유체의 유량(Q)을 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
    Figure pct00003

    여기서, P는 챔버 내의 가스압;
    T는 가스 온도;
    Vc는 챔버 용기의 용적
    k0는 변환 상수, 6×107 sccm 및 6×104 slm
    Pstp는 표준 압력(= 1.01325e5 Pa); 및
    Tstp는 표준 온도(= 273.15K)
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 질량 유량 제어기 및 유량비 제어기 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 2 모드에 있는 경우, 시간 주기 동안에 상기 챔버 내로 흐르는 유체의 질량을 측정한 다음, 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어함으로써 출력 처리 설비 내로의 유체의 소정의 질량을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체의 소정의 질량은 유체의 소정의 몰수(a desired number of moles)를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 제 2 모드에 있는 경우, 압력 변환기의 압력 측정 및 온도 센서의 온도 측정을 모니터링함으로써 상기 시간 주기 동안에 상기 챔버 내로 흐르는 유체의 몰수를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시간 주기 동안에 상기 챔버 내로 전달되며 상기 챔버의 용적(Vc)을 차지하는 전구체 가스(precursor gas)의 몰수는 하기의 수학식에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
    Figure pct00004

    여기서, Δn은 시간 주기 동안에 챔버 내로 전달되는 가스의 몰수,
    R은 8.3144의 값을 갖는 보편 기체 상수 (Joules)(mol-1)(K-1),
    P는 챔버 용적을 차지하는 가스의 압력,
    T는 챔버 용적을 차지하는 가스의 온도, 및
    Δ(P/T)는 시간 주기의 개시와 말기 사이에서의 P와 T의 비율 변화.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 모드에 있는 경우,
    상기 챔버 내로 가스를 흐르게 하도록 상기 유입구 밸브를 개방하고,
    상기 압력 변환기의 압력 측정 및 상기 온도 센서의 온도 측정을 모니터링함으로써 상기 유입구 밸브를 통해 상기 챔버 내로 흐르는 가스의 몰수를 측정하며,
    가스의 소정의 몰수가 전달 챔버에 도달한 경우에 상기 유입구 밸브를 폐쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 2 모드에 있는 경우,
    상기 챔버로부터 상기 출력 처리 설비로 유체의 질량을 배출하도록 상기 유출구 밸브를 개방하고,
    상기 압력 변환기의 압력 측정 및 상기 온도 센서의 온도 측정을 모니터링함으로써 상기 유출구 밸브를 통해 상기 출력 처리 설비 내로 배출되는 가스의 몰수를 측정하며,
    배출된 가스의 질량이 소정의 질량 유동 설정점과 동일한 경우 상기 유출구 밸브를 폐쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 가스의 소정의 몰수는 사용자에 의해 지정되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어기는, 복수의 전달 사이클 동안에 각각, 상기 챔버 내로 가스의 소정의 몰수를 도입하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐에 대한 제어를 반복한 다음, 상기 챔버로부터 출력 처리 설비 내로 가스의 소정의 몰수를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 질량 유량 전달 및 유체의 질량 유량 검증용 시스템.
  16. 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달을 실행하는 방법에 있어서,
    듀얼 모드 시스템의 작동에 대한 제 1 모드와 제 2 모드 사이에서의 선택을 지시하는 입력 신호를 수신하는 단계;
    상기 입력 신호가 상기 제 1 모드의 선택을 지시하면, 장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하도록 상기 듀얼 모드 시스템에서의 유입구 밸브와 유출구 밸브의 개폐를 제어하는 단계; 및
    상기 입력 신호가 상기 제 2 모드의 선택을 지시하면, 상기 듀얼 모드 세스템 내의 챔버로부터 출력 처리 설비 내로 유체의 소정량을 전달하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하는 단계;를 포함하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    장치에 의해 유체의 유량에 대한 측정을 검증하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐를 제어하는 단계는,
    상기 장치로부터 상기 챔버 내로 유체가 흐르게 하는 단계; 및
    상기 유출구 밸브가 폐쇄되면, 상기 챔버 내로의 유체의 압력에 대한 상승률을 측정하고, 유체의 유량을 연산하도록 압력에 대한 측정 상승률을 이용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 유체의 유량을 연산하는 단계는 하기의 수학식을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
    Figure pct00005

    여기서, k0는 변환 상수, 6×107 sccm 및 6×104 slm;
    Pstp는 표준 압력 (= 1 atm);
    Tstp는 표준 온도 (= 273.15 K);
    P는 압력 센서에 의해 측정되는 챔버 내의 가스압;
    Vc는 챔버의 용적; 및
    T는 온도 센서에 의해 측정되는 챔버 내의 가스의 온도
  19. 제16항에 있어서,
    상기 챔버로부터 상기 출력 처리 설비 내로 유체의 소정량을 전달하도록 상기 유입구 밸브와 상기 유출구 밸브의 개폐에 대한 제어하는 단계는,
    상기 챔버 내로 유체가 흐르게 하도록 상기 유입구 밸브를 개방하는 단계;
    상기 유입구 밸브를 통해 상기 챔버 내로 흐르는 유체의 양을 측정하는 단계;
    상기 유체의 소정량이 상기 챔버에 도입되면, 상기 유입구 밸브를 폐쇄하는 단계;
    상기 챔버가 안정화된 상태로 상기 가스의 압력 및 온도를 위한 주기를 대기하는 단계;
    상기 챔버로부터 유체의 질량을 배출하도록 상기 유출구 밸브를 개방하는 단계;
    상기 유출구 밸브를 통해 상기 챔버로부터 상기 출력 처리 설비 내로 배출되는 유체의 양을 측정하는 단계; 및
    배출된 가스의 질량이 유체의 소정의 질량 설정점과 동일하면 상기 유출구 밸브를 폐쇄하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 챔버 내로 흐르는 유체의 양을 측정하며, 상기 챔버로부터 상기 출력 처리 설비로 배출되는 유체의 양을 측정하는 단계는, 압력 변환기의 압력측정 및 온도 센서의 온도 측정을 모니터링함으로써 상기 챔버 내로 그리고 상기 챔버 외부로의 유체의 몰수를 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 유체의 소정량은 상기 유체의 소정의 몰수를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 가스의 소정의 몰수는 소정의 질량 유량 설정점에 근거하여 상기 제어기에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 듀얼 모드 질량 유량 검증 및 질량 유량 전달의 실행 방법.
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