KR20140136024A - 자가 확증형 질량 유량 제어기 및 질량 유량계를 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

자가 확증형 질량 유량 제어기 및 질량 유량계를 제공하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 실시예는 질량 유량 제어기가 이용되는 툴/툴 제어기에 대해 임의의 소프트웨어 변경을 요구하지 않으면서 자가 확증형 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계를 제공하는 방법, 장치, 및 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 예컨대, 개시된 실시예는 툴 파일럿 밸브에 커플링되는 제1 공압 라인을 수용하고 내부 밸브로부터의 제2 공압 라인을 입구 상류측의 외부 격리 밸브에 커플링하도록 구성되는 내부 밸브를 포함하는 질량 유량 제어기를 포함한다. 질량 유량 제어기는 또한 제1 공압 라인을 통해 수신되는 기류를 차단하도록 내부 밸브를 이용함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 더 포함한다.

Description

자가 확증형 질량 유량 제어기 및 질량 유량계를 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING A SELF VALIDATING MASS FLOW CONTROLLER AND MASS FLOW METER}
본 발명은 전반적으로 유체의 질량 유량을 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 질량 유량 제어기와 질량 유량계의 작동에 관한 것이다.
많은 산업 프로세스들은 다양한 프로세스 유체들의 정확한 제어를 필요로 한다. 예컨대, 반도체 산업에서, 질량 유량계(MFM; mass flow meter)가 프로세스 챔버로 도입되는 프로세스 유체의 양을 정확하게 측정하도록 사용된다. 질량 유량을 측정하는 것 외에, 질량 유량 제어기(MFC; mass flow controller)가 프로세스 챔버로 도입되는 프로세스 유체의 양을 정확하게 측정하고 제어하는 데에 사용된다. 본 명세서에 사용되는 유체라는 용어는 유동 제어가 중요할 수 있는 임의의 타입의 기체 또는 증기에 적용된다는 것을 이해해야 한다.
질량 유량 제어기와 질량 유량계는 MFC 공급업자에 의해 보장되는 널리 정의된 성능 기준을 갖는다. 고객의 프로세스는 초기 설치 및 프로세스 조정 후에 디바이스로부터의 반복 가능한 성능을 기초로 한다. (예컨대, 노후로 인해) 드리프트되거나 (예컨대, 오염물로 인해) 폐색되는 질량 유량 제어기와 질량 유량계는 프로세스 특성이 변화하게 하는 반복성을 상실하게 되어 수율이 저하되거나 심지어는 제조되는 제품 전체가 손실되기도 한다.
이러한 성능 상실을 검출하는 한가지 통상적인 실시는 디바이스 특성이 변화되지 않았다는 것을 확인하도록 질량 유량 제어기가 주어진 설정점에서 유동하는 동안에 감쇠율(ROD; rate of decay)을 측정하는 것이다. 감쇠율 측정의 시작은 압력 센서의 상류측에서의 기체 공급을 중단시키고 압력이 감소하게 함으로써 행해진다. 실제 유량은 압력 감소의 기울기에 정비례한다. 이 프로세스는 오프라인 상태에서 수행되고, 이는 테스트가 실행되는 동안에는 툴(즉, MFC 또는 MFM을 이용하는 디바이스)이 웨이퍼의 처리를 중단할 필요가 있다는 것을 의미한다. 이는 고객의 수익에 영향을 주기 때문에, 매우 빈번하게 수행되지는 않고 연장된 기간 동안에 낮은 수율로 프로세스를 가동하게 할 수 있다.
이들 문제들 중 하나 이상을 방지하기 위하여, 개시된 실시예는 자가 확증형(self-validating) 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계를 제공하는 시스템 및 방법을 포함한다. 이는 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계가 측정을 위한 비가동 시간을 필요로 하지 않으면서 실시간 정보를 제공할 수 있게 한다.
개시된 실시예는 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계가 이용되는 툴/툴 제어기에 대해 임의의 소프트웨어 변경을 요구하지 않으면서 자가 확증형 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계를 제공하는 방법, 장치, 및 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 이는 툴 소프트웨어가 변경되지 않음에 따라 디바이스에 대한 개시된 변경이 기존의 툴 설비와 호환성을 갖기 때문에 고객에게 추가 비용 또는 복잡성을 요구하지 않는다. 개시된 실시예의 다른 이점은, 제한하지 않지만 밸브 누출을 결정하기 위해 감쇠율 측정을 수행하도록 툴에 설치되는 별개의 디바이스를 갖는 요건을 제거하는 자가 확증형 질량 유량 제어기 및 질량 유량계를 제공하는 것을 포함한다.
일례로서, 개시된 실시예는 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구; 유체가 장치를 통과하게 하는 유동로; 유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 조절하는 조절 가능한 밸브; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 제어하기 위하여 밸브 제어 신호를 인가하여 조절 가능한 밸브를 원하는 밸브 위치로 조절하도록 구성되는 제어기; 툴 파일럿 밸브에 커플링되는 제1 공압 라인을 수용하고 내부 밸브로부터의 제2 공압 라인을 입구 상류측의 외부 격리 밸브에 커플링하도록 구성되는 내부 밸브; 및 제1 공압 라인을 통해 받아들여지는 기류를 차단하도록 내부 밸브를 이용함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜(in-situ) 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 포함하는 장치를 포함한다.
개시된 실시예는 또한 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구; 유체가 장치를 통과하게 하는 유동로; 유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 조절하는 조절 가능한 밸브; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 제어하기 위하여 밸브 제어 신호를 인가하여 조절 가능한 밸브를 원하는 밸브 위치로 조절하도록 구성되는 제어기; 툴 제어기로부터의 제1 전기 라인과 툴 파일럿 밸브에 대한 제2 전기 라인 사이에 커플링되도록 구성되는 전기 릴레이; 및 폐쇄 밸브 신호를 제2 전기 라인을 통해 툴 파일럿 밸브로 전송함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 포함하는 장치를 포함한다.
더욱이, 개시된 실시예는 또한 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구; 유체가 장치를 통과하게 하는 유동로; 유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 조절하는 조절 가능한 밸브; 질량 유량 제어기의 출구 밖으로 나가는 유체의 유량을 제어하기 위하여 밸브 제어 신호를 인가하여 조절 가능한 밸브를 원하는 밸브 위치로 조절하도록 구성되는 제어기; 외부 격리 밸브에 커플링되도록 구성되는 전기 릴레이; 및 폐쇄 밸브 신호를 외부 격리 밸브로 전송함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 포함하는 장치를 포함한다.
전술한 질량 유량 제어기 실시예들 각각은 질량 유량계(즉, 질량 유량을 측정하지만, 유량을 제어하는 제어기를 포함하지 않는 디바이스)에서 유사하게 구성될 수 있다.
개시된 실시예는 또한 공압 라인에 커플링되도록 구성되고, 공압 라인으로부터 기류를 받아들이는 것에 응답하여 개방하도록 구성되는 제1 밸브; 및 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 공압 라인으로부터의 기류를 차단하여 제1 밸브가 폐쇄하게 하도록 작동 가능한 제2 밸브를 포함하는 격리 밸브를 포함한다.
추가 실시예, 이점, 및 신규한 특징은 상세한 설명에 기재된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 본 명세서에 참조로 통합되는 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 질량 유량 제어기의 통상적인 구성요소들을 도시하고;
도 2는 질량 유량 제어기 또는 질량 유량계가 처리 툴에 설치되는 통상적인 환경을 도시하는 블럭도이며;
도 3은 개시된 실시예에 따른 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 실시예를 도시하는 블럭도이고;
도 4는 개시된 실시예에 따른 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 제2 실시예를 도시하는 블럭도이며;
도 5는 개시된 실시예에 따른 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 제3 실시예를 도시하는 블럭도이고;
도 6 내지 도 8은 개시된 실시예에 따른 자가 확증형 질량 유량 제어기를 실시하는 여러 실시예를 도시한다.
개시된 실시예는 질량 유량 제어기가 이용되는 툴/툴 제어기에 대해 소프트웨어 변경을 필요로 하지 않으면서 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 시스템 및 방법을 포함한다.
개시된 실시예 및 그 이점은 도면들 중 도 1 내지 도 8을 참조함으로써 가장 잘 이해되고, 동일한 번호는 다양한 도면들의 동일하고 대응하는 부분에 대해 사용된다. 개시된 실시예의 다른 특징 및 이점은 아래의 도면 및 상세한 설명을 검토하면 당업자에 명백하거나 명백해질 것이다. 그러한 모든 추가적인 특징 및 이점은 개시된 실시예의 범위 내에 포함된다. 또한, 도시된 도면은 오직 예시적이고 여러 실시예들이 실시될 수 있는 환경, 아키텍쳐, 디자인 또는 프로세스에 관하여 임의의 제한을 주장하거나 암시하도록 의도되지 않는다.
도 1은 MFC의 구성요소들이 장착되는 플랫폼인 스텝(110)을 포함하는 통상적인 질량 유량 제어기(100)를 개략적으로 도시한다. 열 질량 유량계(140)와, 밸브(170)를 포함하는 밸브 조립체(150)가 유체 입구(120)와 유체 출구(130) 사이에서 스텝(110) 상에 장착된다. 열 질량 유량계(140)는 통상적으로 유체의 대부분이 유동하여 통과하는 바이패스(142)와, 소량의 유체가 유동하여 통과하는 열 유량 센서(146)를 포함한다.
열 유량 센서(146)는 장착판 또는 베이스(108) 상에 장착되는 센서 하우징(102)[센서(146)를 보여주도록 제거된 상태로 도시된 부분] 내에 수용된다. 센서(146)는 센서 입구부(146A), 센서 출구부(146B), 및 2개의 저항 코일 또는 권선(147, 148)이 둘레에 배치되는 센서 측정부(146C)를 갖는 작은 직경의 튜브(통상, 모세관 튜브로 지칭됨)이다. 작동시에, 센서 측정부(146C)와 열 접촉하는 2개의 저항 권선(147, 148)에 전류가 제공된다. 저항 권선(147, 148)의 전류는 측정부(146)에서 유동하는 유체를 바이패스(142)를 통해 유동하는 유체의 온도를 초과하는 온도로 가열한다. 권선(147, 148)의 저항은 온도에 따라 변경된다. 유체가 센서 도관을 통해 유동함에 따라, 열이 상류측 저항기(147)로부터 하류측 저항기(148)를 향해 운반되는데, 온도차는 센서를 통과하는 질량 유량에 비례한다.
센서를 통과하는 유체 유량에 관한 전기 신호는 2개의 저항 권선(147, 148)으로부터 유도된다. 전기 신호는 다수의 상이한 방식으로, 예컨대 저항 권선의 저항차로부터 또는 각 권선을 특정한 온도로 유지하도록 각 저항 권선에 제공되는 에너지량의 차이로부터 유도될 수 있다. 열 질량 유량계에서 유체의 유량에 상관하는 전기 신호가 결정될 수 있는 다양한 방식의 예는, 예컨대 공통으로 소유되고 본 명세서에 참조로 합체되는 미국 특허 제6,845,659호에 설명되어 있다. 신호 처리 후에 저항 권선(147 및 148)으로부터 유도되는 전기 신호는 센서 출력 신호를 포함한다.
센서 출력 신호는 전기 신호가 측정될 때에 유체 유량이 결정될 수 있도록 질량 유량계 내의 질량 유량과 상관된다. 센서 출력 신호는 통상적으로 먼저 센서(146)에서의 유량과 상관된 다음에, 바이패스(142)에서의 질량 유량과 상관되므로, 질량 유량계를 통과하는 총 유량이 결정될 수 있고, 이에 따라 제어 밸브(170)가 제어될 수 있다. 센서 출력 신호와 유체 유량 간의 상관은 복잡하고, 유체종, 유량, 입구 및/또는 출구 압력, 온도 등을 비롯하여 다수의 작동 상태에 따라 좌우된다.
미가공 센서 출력(raw sensor output)을 유체 유량과 상관시키는 프로세스는 질량 유량 제어기를 조정 및/또는 교정하는 것을 수반하고 고가의 노동 집약적 절차이며, 1명 이상의 숙련자 및 전문 장비를 필요로 한다. 예컨대, 질량 유량 센서는 공지된 양의 공지된 유체를 센서부를 통과시키고 특정한 신호 처리 파라미터를 조절하여 유체 유량을 정확하게 나타내는 응답을 제공함으로써 조정될 수 있다. 예컨대, 출력은 센서 출력의 0 V 내지 5 V 등의 특정한 전압 범위가 센서를 위한 범위의 제로에서 상단까지의 유량 범위에 대응하도록 표준화될 수 있다. 출력은 또한 센서 출력에서의 변화가 유량에서의 변화에 선형으로 대응하도록 선형화될 수 있다. 예컨대, 유체 출력을 2배로 하면, 출력이 선형화되는 경우에 전기 출력이 2배로 된다. 센서의 동적 응답이 결정되어, 즉 유량 또는 압력이 변화할 때에 발생하는 압력 또는 유량 변화의 부정확한 효과가 결정되어 그러한 효과가 보상될 수 있다.
이어서, 바이패스가 센서에 장착될 수 있고, 바이패스는 다양한 공지된 유량으로 질량 유량 센서에서 유동하는 유체와 바이패스에서 유동하는 유체 간의 적절한 관계를 결정하도록 공지된 유체에 의해 조정되므로, 유량계를 통과하는 총 유량이 센서 출력 신호로부터 결정될 수 있다. 몇몇의 질량 유량 제어기에서는, 바이패스가 사용되지 않고, 전체 유량이 센서를 통과한다. 이때에, 질량 유량 센서부와 바이패스는 제어 밸브 및 제어 전자기기에 정합된 다음 다시 공지된 조건 하에 조정될 수 있다. 이어서, 제어 전자기기 및 제어 밸브의 응답은 설정점 또는 입력 압력에서의 변화에 대한 시스템의 전체적인 응답이 공지되도록 특징화되어, 응답은 시스템을 제어하여 원하는 응답을 제공하도록 사용될 수 있다.
최종 유저에 의해 사용되는 유체의 종류가 조정 및/또는 교정에 사용된 것과 상이할 때에, 또는 최종 유저에 의해 사용된 입구 및 출구 압력, 온도, 유량 범위 등과 같은 작동 조건이 조정 및/또는 교정에 사용된 것과 상이할 때에, 질량 유량 제어기의 작동은 일반적으로 열화된다. 이 이유로, 유량계는 추가 유체("대리 유체"라 명명됨) 및/또는 작동 조건을 이용하여 조정 또는 교정될 수 있는데, 만족스러운 응답을 제공하는 데에 필요한 임의의 변화는 룩업 테이블에 저장된다. 발명의 명칭이 "유량 센서 신호 변환"이고 본 발명의 양수인의 소유이며 본 명세서에 참조로 합체되는, Wang 등의 미국 특허 제7,272,512호는 사용되는 각각의 상이한 프로세스 유체를 위한 디바이스를 교정하는 데에 대리 유체를 필요로 하기보다는 응답을 조절하는 데에 여러 기체의 특성이 사용되는 시스템을 설명하고 있다.
또한, 질량 유량 제어기(100)는 유동로 내의 압력을 측정하도록 소정 지점에서, 통상적으로 제한하지 않지만 바이패스(142)의 상류측에서 유동로에 커플링되는 압력 변환기(112)를 포함할 수 있다. 압력 변환기(112)는 압력을 나타내는 압력 신호를 제공한다. 개시된 실시예에 따라, 압력 변환기(112)는 감쇠율 측정 중에 압력을 측정하도록 사용된다.
제어 전자기기(160)는 설정점에 따라 제어 밸브(170)의 위치를 제어하여 원하는 질량 유량, 및 센서 도관 내에서 유동하는 유체의 실제 질량 유량을 나타내는 질량 유량 센서로부터의 전류 신호를 나타낸다. 비례 제어, 적분 제어, 비례-적분(PI) 제어, 미분 제어, 비례-미분(PD) 제어, 적분-미분(ID) 제어, 및 비례-적분-미분(PID) 제어 등의 전통적인 피드백 제어 방법이 질량 유량 제어기에서 유체의 유량을 제어하도록 사용될 수 있다. 제어 신호(예컨대, 제어 밸브 구동 신호)는 유체의 원하는 질량 유량을 나타내는 설정점 신호와 질량 유량 센서에 의해 감지되는 실제 질량 유량에 관한 피드백 신호 간의 차이인 에러 신호를 기초로 하여 발생된다. 제어 밸브는 (통상적으로, 바이패스 및 질량 유량 센서의 하류측에서) 메인 유체 유동로에 위치 설정되고 메인 유체 유동로를 통해 유동하는 유체의 질량 유량을 변경하도록 제어(예컨대, 개방 또는 폐쇄)될 수 있고, 제어는 질량 유량 제어기에 의해 제공된다.
도시된 예에서, 유량은 전기 도체(158)에 의해 전압 신호로서 폐루프 시스템 제어기(160)로 공급된다. 신호는 증폭되고, 처리되며 전기 도체(159)를 이용하여 제어 밸브 조립체(159)에 공급되어 유량을 변경시킨다. 이를 위해, 제어기(160)는 질량 유량 센서(140)로부터의 신호를 예정된 값과 비교하여 비례 밸브(170)를 조절하고 이에 따라 원하는 유량을 달성한다.
도 1은 질량 유량 제어기(100)가 열 질량 유량 센서를 포함하는 것을 도시하고 있지만, 질량 유량 제어기(100)는 개시된 실시예에 따라 콜리올리 타입의 센서를 비롯하여 다른 종류의 질량 유량 센서를 이용할 수 있다. 코리올리 기반 센서를 이용하는 이점은 온도, 유량 프로파일, 밀도, 점성, 및 균질성에 상관없이 질량 유량을 결정할 수 있다는 것이다.
도 2는 기체 운반 라인(206)을 통한 질량 유량 제어기(100)로의 기체의 운반을 제어하는 툴 제어기(200)를 포함하는 툴 상에 질량 유량 제어기(100)가 설치되는 통상적인 환경을 도시하는 블럭도이다. 격리 밸브(210)가 질량 유량 제어기(100)의 상류측에서 기체 운반 라인(206) 상에 배치된다. 격리 밸브(210)는 툴 제어기(200)에 의해 제어되는 툴 파일럿 밸브(204)에 연통 커플링된다. 격리 밸브(210)는 통상적으로 상시 폐쇄된 밸브이다. 툴 제어기(200)가 툴 파일럿 밸브(204)를 개방시킬 때에, 공압 공급 라인(212)으로부터의 압축 공기가 격리 밸브(210)를 개방시키도록 작동한다. 툴 제어기(200)가 툴 파일럿 밸브(204)를 폐쇄시킬 때에, 공기가 공급되지 않아 격리 밸브(210)가 폐쇄되게 함으로써 질량 유량 제어기(100)를 향한 기체 공급을 차단한다. 따라서, 이 환경에서는, 질량 유량 제어기(100)가 아니라 툴 제어기(200)만이 격리 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어할 수 있다. 따라서, 질량 유량 제어기(100)는 질량 유량 제어기(100)를 향한 기체의 유동을 중단시키도록 격리 밸브(210)를 폐쇄할 수 없을 때에 임의의 특성 변화(즉, 성능 상실)를 확인하는 감쇠율 측정을 독자적으로 시작할 수 없다.
따라서, 도 3은 개시된 실시예에 따른 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 제1 실시예를 개시한다. 이 실시예에서, 기체 운반 라인(206)으로부터의 기체 공급을 중단시키기 위하여, 장치에 공급되는 연결부를 이용하여 공압 공급 라인(212)은 툴 파일럿 밸브(204)를 통해 질량 유량 제어기(250)로 경로가 재설정된다. 질량 유량 제어기(250)는 도 1에 도시된 질량 유량 제어기(100)의 변경된 버전이다. 질량 유량 제어기(250)는 툴 파일럿 밸브(204)와 직렬로 되도록 구성되는 내부 밸브(202)를 포함하도록 변경된다. 도시된 실시예에서, 격리 밸브(210)는 가스 운반 라인(206)에서 질량 유량 제어기(250)의 상류측에 외부에서 배치된다. 그러나, 특정한 실시예에서, 격리 밸브(210)는 질량 유량 제어기(250) 내에 내부에서 통합될 수 있다. 다시, 격리 밸브(210)는 통상적으로 격리 밸브(210)를 작동시켜 개방시키도록 압축 공기가 제공될 때에만 개방하는 상시 폐쇄된 밸브이다.
도 3에 개시된 구성을 이용하면, 내부 밸브(202)를 이용하는 질량 유량 제어기(250)가 툴 제어기(200)가 압축 공기를 공급할 때[즉, 툴 제어기가 파일럿 밸브(204)를 개방시킬 때]에만 압축 공기를 중단시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 질량 유량 제어기(250)는 툴 제어기(200)가 압축 공기를 공급하지 않으면 격리 밸브(210)를 개방시킬 수 없다. 그러나, 이 구성을 이용하면, 질량 유량 제어기(250)는 내부 밸브(202)를 폐쇄할 수 있도록 구성됨으로써, 질량 유량 제어기(250)를 향한 기체 공급을 중단시키도록 격리 밸브(210)를 다시 폐쇄하는 압축 공기 공급을 차단시킨다. 일단 폐쇄되면, 질량 유량 제어기(250)는 감쇠율 측정을 시작하고 수행하도록 구성된다. 감쇠율 측정을 수행하고 그 결과를 확인한 후에, 질량 유량 제어기(250)는 내부 밸브(202)를 재개방함으로써, 격리 밸브(210)를 개방시켜 질량 유량 제어기(200)를 향한 기체 공급을 가능하게 할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 도 3에 설명된 질량 유량 제어기(250)를 실시하기 위한 여러 실시예를 도시한다. 예컨대, 도 6은 툴 파일럿 밸브(204)와 직렬이 되도록 구성되는 내부 밸브(202)를 포함하는 질량 유량 제어기(250)를 도시한다. 내부 밸브(202)는 툴 파일럿 밸브(204)로부터 제1 공압 라인(212i)을 수용하고 제2 공압 라인의 경로를 격리 밸브(210)를 향해 설정한다. 도시에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 공압 라인들의 경로는 질량 유량 제어기의 상부면 상의 개구를 통해 설정된다. 그러나, 도 7은 제1 및 제2 공압 라인들의 경로가 질량 유량 제어기의 측면에 배치된 개구를 통해 질량 유량 제어기 내외로 설정되는 상이한 실시예를 도시한다. 또한, 도 8은 제1 및 제2 공압 라인들의 경로가 변경된 입구 블럭(280) 및 피에조 밸브(282)를 갖는 질량 유량 제어기를 통해 설정되는 다른 실시예를 도시한다.
도 6 내지 도 8에 도시된 실시예는 단순히 예시적인 예로서 제공되고 질량 유량 제어기(250)를 실시하는 많은 방법을 제한하도록 의도되지 않는다. 예컨대, 내부 밸브(202)는 각각의 예시된 실시에에서 특정한 지점에 있는 것으로서 도시되어 있지만, 내부 밸브(202)는 질량 유량 제어기(250) 내의 다른 곳에 통합될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 공압 라인들의 경로를 설정하기 위한 질량 유량 제어기의 개구는 질량 유량 제어기에서 임의의 갯수의 지점에 배치될 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 변형예가 제공된다. 예컨대, 도 4 및 도 5에 각각 도시된 질량 유량 제어기(300, 350)는 내부 밸브(202)를 포함하지 않고, 대신에 질량 유량 제어기가 격리 밸브(210)의 폐쇄를 유발시키는 신호를 전달하게 할 수 있는 추가적인 또는 변경된 전기 구성요소를 포함한다. 예컨대, 도 4와 관련하여, 질량 유량 제어기(300)는 툴 파일럿 밸브(204)를 제어하도록 전기 라인(214)과 직렬로 되는 전기 릴레이(180)를 포함하도록 구성된다. 전기 릴레이(180)는 질량 유량 제어기(300)의 제어 전자기기(160)의 전기 구성요소이거나 제어 전자기기에 의해 제어될 수 있다
일 실시예에서, 질량 유량 제어기(300)는 격리 밸브(210)가 툴 제어기(200)에 의해 이미 개방된 기간 중에 감쇠율 측정을 수행하기 위해 격리 밸브(210)를 폐쇄하는 파일럿 밸브 제어 신호를 전송할 수 있도록 구성된다. 감쇠율 측정을 수행하고 그 결과를 확인한 후에, 질량 유량 제어기(300)는 격리 밸브(222)를 재개방하여 질량 유량 제어기(300)에 대한 기체 공급을 가능하도록 제2 파일럿 밸브 제어 신호를 전송할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 질량 유량 제어기(300)는 툴 제어기(200)가 격리 밸브를 폐쇄할 대에 격리 밸브(210)를 개방할 수 없도록 구성된다. 도 3의 실시예에 비한 도 4에 개시된 실시예의 이점은 질량 유량 제어기(300)가 추가의 내부 밸브 구성요소를 필요로 하지 않기 때문에 질량 유량 제어기(300)를 제조하는 비용이 질량 유량 제어기(250)보다 작다는 것이다. 그러나, 툴 배선에 관한 요건을 증가시킨다는 단점이 있다.
도 5는 격리 밸브(210M)의 폐쇄를 유발하는 신호를 질량 유량 제어기(350)가 격리 밸브(210M)에 전달할 수 있도록 구성되는 전기 구성요소(190)를 포함하는 질량 유량 제어기(350)의 다른 실시예를 제공한다. 격리 밸브(210M)는 통상적인 격리 밸브의 변경된 버전이다. 격리 밸브(210M)는 질량 유량 제어기(350)로부터 격리 밸브 제어 신호를 수신하기 위한 추가 구성요소와, 질량 유량 제어기(350)로부터의 격리 밸브 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여 공압 라인(212)에 의해 받아들여지는 압축 공기를 차단할 수 있는 추가 밸브(211)를 포함하는데, 추가 밸브는 격리 밸브(210M)가 폐쇄하게 함으로써, 질량 유량 제어기(350)를 향한 기체의 유동을 방지하여 질량 유량 제어기(350)가 감쇠율 측정을 수행하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 밸브(211)는 솔레노이드 밸브이다. 또한, 특정한 실시예에서, 밸브(211)는 기존의 격리 밸브에 커플링되도록 구성될 수 있는 별개의 구성요소(예컨대, 캡)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 질량 유량 제어기(250, 300 및 350)는 프로세스가 감쇠율을 측정하기 위한 그 자신의 요건을 기초로 하여 가동되는 동안에 격리 밸브(210)가 폐쇄 또는 개방될 때를 제어할 수 있다. 또한, 질량 유량 제어기(250, 300, 350)는 감쇠율 측정을 완료하는 데에 필요한 시간을 결정하고, 질량 유량 제어기가 툴 프로세스를 방해하는 일 없이(즉, 툴은 오프라인이 되어서는 안됨) 감쇠율 측정을 완료하게 하는 처리 시간 세그먼트를 확인하도록 처리 시간의 패턴을 분석하며, 감쇠율 측정의 결과를 평가하고, 질량 유량 제어기의 특성이 소정 시간 내에 특정량 만큼 변화되었다는 것을 그 내부 감쇠율 측정이 나타내면 알람을 발생시키도록 프로그래밍될 수 있다. 예컨대, 소정의 설정점에서의 정확도는 2주 기간에 걸쳐 2% 이상 만큼 시프트된다. 따라서, 개시된 실시예는 측정하는 데에 비가동 시간을 필요로 하는 일 없이 실시간 정보를 제공할 수 있는 자기 유효과 질량 유량 제어기를 제공한다.
또한, 특정한 실시예에서, 질량 유량 제어기(250, 300, 350)는 전술한 감쇠율 측정을 기초로 하여 그 교정 및 오프셋을 자가 정정하도록 구성될 수 있다.
측정 및 결과에 관한 한계를 설정하도록 다수의 파라미터가 프로그래밍될 수 있다. 예컨대, 디바이스는 연속적으로 또는 매 5초, 또는 5분, 또는 5시간, 또는 임의의 다른 시간 간격으로 자동적으로 측정하도록 프로그래밍될 수 있다. 또한, 특정한 설정점에서만, 또는 각 설정점 변화 후에 한번씩만 측정하도록 프로그래밍될 수 있다. 질량 유량 제어기는 또한 측정을 완료하기에 충분한 시간이 있다고 결정하지 않으면 감쇠율 측정을 시작하지 않도록 구성될 수 있다. 장치는 또한 다수의 상이한 측정 모드를 가질 수 있다. 예컨대, 낮은 해상도의 "신속" 측정이 흔히 수행되어 평균화될 수 있고, 높은 해상도의 "유지" 모드가 일상적으로 툴에 수행되는 일간 유지 점검 중에 수행될 수 있다.
다른 파라미터가 감쇠율 측정 기간을 제어하도록, 즉 압력 강하를 강제하기 위해 얼마나 오래 상류측 밸브가 폐쇄하도록 설정되는지를 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 이는 측정에 대한 시간 한계를 갖게 하거나 허용되는 최대 압력 강하를 갖게 함으로써 제어될 수 있다. 한쪽 또는 양쪽을 제한하는 것은 수 초 동안만 지속되는 설정점과 같이 프로세스 시간이 제한될 때에 측정이 수행되게 하거나, 압력이 회복될 때에 잠재적인 섭동을 유동에 대해 제한하게 한다.
질량 유량 제어기에는 또한 제한하지 않지만, 감쇠율 측정, 시간 경과에 따른 유동 특성의 변화, 밸브 또는 툴을 통한 디바이스 오프셋 및 누출의 변화, 디바이스에서 보이는 최대 압력 및 온도, 제로 루틴에 대한 요청 등과 같이 타임 스탬프와 함께 질량 유량 제어기 내에서 수행되는 다양한 측정들의 데이터 로깅 및 트렌딩을 허용하는 여분의 플래시 메모리가 설치될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이, 개시된 실시예의 이점은, 제한하지 않지만, 밸브 누출을 점검하기 위해 감쇠율 측정을 수행하도록 툴에 설치되는 별개의 디바이스를 갖는 요건을 제거하는 자가 확증형 질량 유량 제어기를 제공하는 시스템 및 방법을 포함한다. 또한, 개시된 실시예는 기존의 툴 소프트웨어에 대한 변화없이 MFC의 내측에서 감쇠율 측정이 수행되게 할 수 있다. 이는 디바이스에 대해 개시된 변경이 기존의 툴 설비와 호환이 되기 때문에 고객에게 추가의 비용 또는 복잡성을 요구하지 않는다. 또한, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 개시된 실시예는 기존의 질량 유량 제어기의 풋프린트/구조 내에 설치되므로, 실시 비용을 저감시키고 현재의 툴 구성과의 호환성을 유지한다. 또한, 개시된 실시예는 (아마도 추가의 배선 외에는) 기존의 툴에 대해 임의의 소프트웨어 또는 하드웨어 변경을 어떠하든 요구하지 않으면서 이전의 툴에 새로운 진단 능력을 추가한다. 더욱이, 개시된 실시예는 기체 스틱 상의 기존의 구성요소들(즉, 가스 운반 라인을 따라, 예컨대 제한하지 않지만 상류측 격리 밸브까지의 구성요소들)을 이용함으로써, 비용을 더욱 저감시키고 기존의 툴과의 호환성을 유지한다. 추가 이점으로서, 전용 격리 밸브를 질량 유량 제어기 내에 매입하는 대신에 기체 유동을 중단시키도록 가스 스틱 상의 상류측 격리 밸브를 이용하는 것은 비용을 저감시키고 질량 유량 제어기에 더 큰 내부 용적을 제공한다.
또한, 격리 밸브를 제어하는 질량 유량 제어기를 갖는 이점은, 질량 유량 제거이가 매우 빠르게 작동하고, 툴 제어기가 필요한 시간 제약 내에 할 수 없는 중요한 연산 및 논리 결정을 할 수 있다는 점이다. 또한, 질량 유량 제어기는 툴의 조작자 대신에 질량 유량 제어기 공급업자에 의해 구성되기 때문에, 질량 유량 제어기 공급업자는 질량 유량 제어기가 제어를 상실하는 상태에 놓이지 않는 것을 보장할 수 있다. 예컨대, 질량 유량 제어기는 견딜 수 있는 압력 변화의 크기, 소정의 유량 및 입구 압력 동안에 정확한 측정을 하기 위해 얼마나 큰 압력 강하가 요구되는지, 그리고 정확한 측정을 하기 위해 얼마나 오래 요구되는지를 알도록 구성된다. 또한, 전술한 바와 같이, 질량 유량 제어기는, 설정점 변화 등의 유저로부터의 명령 또는 툴을 중지시키는 명령을 기초로 하여 측정을 빠르게 중단시킬 수 있는 시기에 관한 지능적인 결정을 하도록 구성될 수 있다.
상기 실시예에 관한 특정한 상세를 설명하였지만, 상기 하드웨어 및 소프트웨어 설명은 단순히 예시적인 실시예로서 의도되고 개시된 실시예의 구조 또는 실시를 제한하도록 의도되지 않는다.
또한, 전술한 바와 같이, 개시된 실시예의 특정한 양태는 하나 이상의 처리 유닛/구성요소를 이용하여 수행되는 소프트웨어에서 실현될 수 있다. 기술의 프로그램 양태는 통상적으로 기계 판독 가능한 매체의 타입에서 수행되거나 실현되는 실행 가능한 코드 및/또는 관련 데이터의 형태인 "제품" 또는 "제조 물품"으로서 생각될 수 있다. 유형의 비일시적인 "스토리지" 타입의 매체는 임의의 또는 모든 메모리 또는 컴퓨터, 프로세서 등을 위한 다른 스토리지, 또는 그 관련 모듈, 예컨대 소프트웨어 프로그래밍을 위해 임의의 시간에 스토리지를 제공할 수 있는, 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브, 광 또는 자기 디스크를 포함한다.
당업자라면, 본 교시가 광범위한 변경 및/또는 향상을 잘 받아들일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 전술이 최상의 모드 및/또는 다른 예가 되도록 고려되는 것을 설명하였지만, 다양한 변경이 그 안에서 이루어질 수 있고 본 명세서에 개시된 주제는 다양한 형태 및 예로 실시될 수 있으며, 교시는 다수의 용례에서 적용될 수 있고, 그 일부만이 본 명세서에 설명되었다는 것이 이해된다. 그러한 변경이 본 교시의 진정한 범위 내에 커버되도록 의도된다.
예컨대, 상기 도면 및 기술된 설명은 질량 유량 제어기의 다양한 실시예를 개시하지만, 개시된 변경은 유량을 결정하기 위해 및/또는 밸브 누출을 결정하기 위해 감쇠율 측정을 시작하도록 작동 가능한 자가 확증형 질량 유량계를 가능하게 하는 질량 유량계에 대해 유사하게 이루어질 수 있다. 주요한 차이는 질량 유량계가 밸브를 조절하여 원하는 유량을 달성하도록 작동하는 제어기를 포함하지 않는다는 것이다. 첨부된 청구범위의 범주는 질량 유량 제어기 뿐만 아니라 질량 유량계 및 다른 유사한 유량 측정/제어 디바이스를 포함하도록 의도된다.
본 명세서에 사용되는 기술은 단지 특별한 실시예를 설명하기 위한 것이고 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수의 형태는 문맥에서 달리 명백하게 지시하지 않는 한 복수의 형태를 물론 포함하도록 의도된다. 본 명세서 및/또는 청구범위에 사용될 때에, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 언급한 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 아래의 청구범위에서 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 대응하는 구조, 재료, 작용 및 균등물은 특정하게 청구된 바와 같이 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 작용을 포함하도록 의도된다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되었지만, 포괄적이 되거나 본 발명을 개시된 형태로 제한하도록 의도되지 않는다.
많은 변경 및 변동이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 실시예의 설명은 본 발명의 원리 및 실제 용례를 설명하도록, 그리고 당업자가 예상되는 특별한 용도에 적합한 다양한 변경을 갖는 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해할 수 있도록 선택 및 설명되었다. 청구범위의 범주는 개시된 실시예 및 임의의 그러한 변경을 폭넓게 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구;
    유체가 장치를 통과하게 하는 유동로;
    유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서;
    유동로에 커플링되어 유동로의 소정 지점에서의 압력을 측정하도록 구성되는 압력 변환기; 및
    툴 파일럿 밸브에 커플링되는 제1 공압 라인을 수용하는 내부 밸브로서, 이 내부 밸브로부터의 제2 공압 라인을 입구 상류측의 외부 격리 밸브에 커플링하도록 구성되는 것인 내부 밸브
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 공압 라인을 통해 받아들여지는 기류를 차단하도록 내부 밸브를 이용함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 더 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 공압 라인과 제2 공압 라인은 장치의 상부면 상의 개구를 통해 경로가 설정되는 것인 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    제1 공압 라인과 제2 공압 라인은 장치의 측면 상의 개구를 통해 경로가 설정되는 것인 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는, 감쇠율 측정을 완료하기 위한 시간 길이를 확인하고, 툴의 프로세스를 방해하는 일 없이 장치가 감쇠율 측정을 완료하게 하는 처리 시간 세그먼트를 확인하도록 장치를 이용하는 툴의 처리 시간 패턴을 분석하며, 확인된 처리 시간 세그먼트 동안에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 장치의 특성이 소정의 시간 내에 특정량 만큼 변화된 것을 인시튜 감쇠율 측정이 나타내면 알람을 발생시키는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 2개의 상이한 측정 모드들 중 하나의 모드에서 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    장치의 내부에서 수행되는 다양한 측정을 내부에서 로깅 및 트렌딩하기 위한 메모리를 더 포함하는 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 인시튜 감쇠율 측정의 결과를 기초로 하여 그 교정 및 오프셋을 자가 정정(self-correct)하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  10. 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구;
    유체가 장치를 통과하게 하는 유동로;
    유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서;
    유동로에 커플링되어 유동로의 소정 지점에서의 압력을 측정하도록 구성되는 압력 변환기; 및
    툴 제어기로부터의 제1 전기 라인과 툴 파일럿 밸브에 대한 제2 전기 라인 사이에 커플링되도록 구성되는 전기 릴레이
    를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    폐쇄 밸브 신호를 제2 전기 라인을 통해 툴 파일럿 밸브로 전송함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 더 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는, 감쇠율 측정을 완료하기 위한 시간 길이를 확인하고, 툴의 프로세스를 방해하는 일 없이 장치가 감쇠율 측정을 완료하게 하는 처리 시간 세그먼트를 확인하도록 장치를 이용하는 툴의 처리 시간 패턴을 분석하며, 확인된 처리 시간 세그먼트 동안에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 2개의 상이한 측정 모드들 중 하나의 모드에서 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 인시튜 감쇠율 측정의 결과를 기초로 하여 그 교정 및 오프셋을 자가 정정하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  15. 외부 격리 밸브를 갖는 상류측의 기체 운반 라인으로부터 유체를 받아들이는 입구;
    유체가 장치를 통과하게 하는 유동로;
    유동로를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하는 질량 유량 센서;
    유동로에 커플링되어 유동로의 소정 지점에서의 압력을 측정하도록 구성되는 압력 변환기; 및
    외부 격리 밸브에 커플링되도록 구성되는 전기 릴레이
    를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    폐쇄 밸브 신호를 외부 격리 밸브로 전송함으로써 외부 격리 밸브를 폐쇄하는 명령을 수행한 후에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 구성요소를 더 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는, 감쇠율 측정을 완료하기 위한 시간 길이를 확인하고, 툴의 프로세스를 방해하는 일 없이 장치가 감쇠율 측정을 완료하게 하는 처리 시간 세그먼트를 확인하도록 장치를 이용하는 툴의 처리 시간 패턴을 분석하며, 확인된 처리 시간 세그먼트 동안에 인시튜 감쇠율 측정을 수행하고, 장치의 특성이 소정의 시간 내에 특정량 만큼 변화된 것을 인시튜 감쇠율 측정이 나타내면 알람을 발생시키는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 2개의 상이한 측정 모드들 중 하나의 모드에서 인시튜 감쇠율 측정을 수행하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 구성요소는 인시튜 감쇠율 측정의 결과를 기초로 하여 그 교정 및 오프셋을 자가 정정하는 명령을 실행하도록 또한 구성되는 것인 장치.
  20. 격리 밸브로서,
    공압 라인에 커플링되도록 구성되고, 공압 라인으로부터 기류를 받아들이는 것에 응답하여 개방하도록 구성되는 제1 밸브; 및
    전기 신호를 수신하도록 구성되고, 공압 라인으로부터의 기류를 차단하여 제1 밸브가 폐쇄하게 하도록 작동 가능한 제2 밸브
    를 포함하는 격리 밸브.
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