KR20190087644A - 넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190087644A
KR20190087644A KR1020197020387A KR20197020387A KR20190087644A KR 20190087644 A KR20190087644 A KR 20190087644A KR 1020197020387 A KR1020197020387 A KR 1020197020387A KR 20197020387 A KR20197020387 A KR 20197020387A KR 20190087644 A KR20190087644 A KR 20190087644A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow
fluid
pressure
flow rate
chamber
Prior art date
Application number
KR1020197020387A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102281930B1 (ko
Inventor
준후아 딩
마이클 엘'바시
웨인 콜
Original Assignee
엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드 filed Critical 엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Publication of KR20190087644A publication Critical patent/KR20190087644A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102281930B1 publication Critical patent/KR102281930B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/15—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters specially adapted for gas meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/17—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using calibrated reservoirs
    • G01F25/0038—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/005—Valves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Abstract

공간 효율적이고, 넓은 범위의 유속에 걸쳐 알려지지 않은 유체에 대한 유속을 검증할 수 있는 질량 유동 검증기(MFV)는 유체를 수용하도록 구성된 챔버, 챔버에 연결된 임계 유동 노즐 및 각각, 챔버 및 임계 유동 노즐의 상류에서 유체 압력을 검출하는 제1 및 제2 압력 센서를 포함한다. MFV의 컨트롤러는 (i) 제1 유동 범위에서, 제1 압력 센서에 의해 검출된 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 측정하고, 제1 및 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 유체의 기체 특성 함수를 결정하며, (ii) 제2 유동 범위에서, 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력 및 결정된 기체 특성 함수를 기초로 제2 유속을 측정함으로써, 유체의 유속을 검증하도록 구성된다.

Description

넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치
본 출원은 2016년 12월 15일에 출원된 미국출원 제15/380,682호의 계속출원이다. 위 출원의 전체 교시는 본원에 참조로 통합된다.
질량 유동 검증기(mass flow verifiers, MFVs)는 유체 전달 및 측정 시스템의 정확도를 검증하는데 사용된다. 이러한 시스템은 예를 들어, 반도체 제작 시스템 및 다른 재료 가공 시스템에서 질량 유동 컨트롤러(mass flow controllers, MFCs), 질량 유속 컨트롤러(mass flow ratio controllers, FRCs), 및 질량 유량계(mass flow meters, MFMs)를 포함한다.
반도체 제작 공정은 수개의 가공 단계에 걸쳐 수개의 상이한 기체 및 기체 혼합물을 다양한 양으로 전달하는 것을 수반할 수 있다. 일반적으로, 기체는 가공 설비에서 탱크 내에 저장되며, 기체 계측(gas metering) 시스템은 계측된 양의 기체를 탱크로부터 화학적 증기 증착 반응기(chemical vapor deposition reactors), 진공 스퍼터링 머신(vacuum sputtering machines), 플라즈마 에칭기(plasma etchers) 등과 같은 가공 툴로 전달하는 데 사용된다. 밸브, 압력 조정기, MFCs, FRCs, MFMs, MFVs 등과 같은 다른 구성요소는 기체 계측 시스템 내에 또는 기체 계측 시스템으로부터 가공 툴로의 유동 경로 내에 포함될 수 있다. MFCs, FRCs, MFMs 및 MFVs와 같은 구성요소는 가공 기체의 정밀한 전달을 보장하도록 제공된다. 이러한 가공 시스템에서는 공간이 귀하므로(at a premium), 구성요소를 가능한 작게 또는 가능한 공간 효울적이게 하는 것이 바람직하다.
가공 시스템에서 넓은 풋프린트(footprint)를 요구하지 않으면서, 넓은 유속의 범위에 걸쳐 유체 전달 시스템의 정확도를 검증할 수 있는 질량 유동 검증기가 바람직하다.
질량 유동 검증기는 유체를 수용하도록 구성된 챔버, 챔버와 유체 연결되는 임계 유동 노즐(critical flow nozzle), 제1 및 제2 압력 센서 및 컨트롤러를 포함한다. 제1 압력 센서는 챔버 내의 유체 압력을 검출하고, 제2 압력 센서는 임계 유동 노즐의 상류에서(upstream) 유체 압력을 검출한다. 컨트롤러는 제1 유동 범위에서, 제1 압력 센서에 의해 검출된 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 측정함으로써 유체의 유속을 검증하도록 구성된다. 컨트롤러는 제2 유동 범위에서, 제2 압력 센서에 의해 결정된 압력을 기초로 제2 유속을 측정함으로써, 유체의 유속을 검증하도록 더 구성된다. 임계 유동 노즐은 챔버와 직렬 유체 연결(serial fluid connection)되고, 챔버의 상류(upstream)에 위치될 수 있다.
유속 검증 방법은 제1 유동 범위 내의 유속에 대해, 질량 유동 검증기의 챔버 내로 유체를 유입시키는 것, 및 시간에 걸쳐 챔버 내에서 유체의 압력을 검출하는 것을 포함한다. 제1 유속은 챔버 내에서 유체의 압력의 상승률을 기초로 계산된다. 방법은 제2 유동 범위 내의 유속에 대해, 질량 유동 검증기의 임계 유동 노즐의 상류에서 유체의 압력을 검출하는 것, 및 검출된 상류 측 압력을 기초로 제2 유속을 계산하는 것을 더 포함한다.
일부 경우에서, 시험되는 기체 또는 기체 혼합물이 알려지지 않을 수 있다. 알려지지 않은 기체 또는 기체 혼합물(또는 다른 유체 또는 유체 혼합물)에 대한 유속을 검증할 수 있는 질량 유동 검증기도 바람직할 수 있다. 이러한 경우에서, 임계 유동 노즐을 통한 유속은 기체 또는 기체 혼합물의 기체 특성 함수를 획득하기 위해 질량 유동 검증기의 챔버에서 검출된 유속으로 동일시될 수 있다. 기체 또는 기체 혼합물이 알려진 경우에도, 기체 특성 함수를 결정할 수 있는 질량 유동 검증기는 임계 유동 노즐 방법을 사용하여 수행되는 질량 유체 검증의 정확도를 개선할 수 있다.
질량 유동 검증기의 컨트롤러는 제1 유동 범위에서 유속의 검증 동안 제1 및 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 유체의 기체 특성 함수를 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제2 유동 범위에서, 컨트롤러는 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력 및 결정된 기체 특성 함수를 기초로 제2 유속을 측정하도록 구성될 수 있다.
유속 검증 방법은 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 유체의 기체 특성 함수를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은 검출된 상류 측 압력 및 결정된 기체 특성 함수를 기초로 제2 유속을 계산하는 것을 더 포함할 수 있다.
질량 유동 검증기의 가동상의(operational) 유동 범위를 증가시키는 방법은 낮은 유속에 대해, 유체의 유속을 결정하기 위해 상승률 방법(a rate of rise method)을 이용하는 것을 포함한다. 방법은 중간 유속에 대해, 유체의 유속을 결정하기 위해 상승률 방법을 이용하고 유체의 기체 특성 함수를 결정하는 것을 더 포함한다. 방법은 높은 유속에 대해, 유체의 유속을 결정하기 위해 결정된 기체 특성 함수를 통한 임계 유동 노즐 방법을 이용하는 것을 포함한다.
질량 유동 검증기의 컨트롤러는 유체의 후속하는 유속을 검증하기 위해 상승률 측정 및 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것 중에 선택하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 낮은 유속에 대해 상승률 측정을 획득하는 것을 선택하도록, 및/또는 높은 유속에 대해 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것을 선택하도록 구성될 수 있다. 낮은 유속은 약 1 sccm 내지 약 1000 sccm의 유속의 범위를 포함하고, 높은 유속은 약 1,000 sccm 내지 약 50,000 sccm의 유속의 범위를 포함할 수 있다.
질량 유동 검증기의 컨트롤러는 상승률 측정에 따라 제1 유속(Q v )을 계산하도록 더 구성될 수 있다. 상승률 측정은:
[수학식 1]
Figure pct00001
로 표현될 수 있으며, V는 챔버의 체적이고, P d 는 챔버 내에서 유체의 검출된 압력이며, T는 유체의 검출된 온도이다. 컨트롤러는 임계 유동 노즐의 기하학적 구조 및 유체의 온도를 기초로 기체 특성 함수를 계산하도록 더 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러는:
[수학식 2]
Figure pct00002
에 따라, 유체의 분자량(M) 및 특정 열의 비율(γ)을 기초로, 기체 특성 함수 f(M, γ)를 결정하도록 구성될 수 있으며, P u 는 임계 유동 노즐의 상류에서 유체의 검출된 압력이고, C'는 임계 유동 노즐의 유량계수(discharge coefficient)이고, A는 임계 유동 노즐의 스로트(throat)의 단면적이다. 제2 유속(Q c )은 임계 유동 노즐 측정에 따라 계산될 수 있다. 임계 유동 노즐 측정은:
[수학식 3]
Figure pct00003
으로 표현될 수 있다.
제1 유동 범위 및 제2 유동 범위는 중첩되는 유속을 포함할 수 있다.
질량 유동 검증기는 챔버의 배출구에 위치된 하류 밸브(downstream valve)를 또한 포함할 수 있고, 컨트롤러는 챔버 내의 유체 압력이 상승하게 하는 하류 밸브를 닫도록 구성될 수 있다. 온도 센서는 질량 유동 검증기 내에 더 포함될 수 있고, 제1 및 제2 유속은 유체의 검출된 온도를 더 기초로 할 수 있다. 질량 유동 검증기 내의 챔버는 약 3 L 이하 또는 약 1 L 이하의 체적을 가질 수 있다. 복수의 병렬 임계 유동 노즐은 챔버와 유체 연결될 수 있으며, 적어도 두 개의 임계 유동 노즐은 상이한 단면 스로트 면적을 갖는다. 컨트롤러는 선택된 임계 유동 노즐과 연관된 상류 밸브를 개방하고 다른 임계 유동 노즐과 연관된 상류 밸브를 닫음으로써 복수의 임계 유동 노즐 중 하나를 선택적으로 활성화하도록 더 구성될 수 있다. 임계 유동 노즐은 예를 들어, 제1 유속과 같은 상승률 측정 동안 외부 체적 둔감성(insensitivity)을 제공하도록 또한 구성될 수 있다. 컨트롤러는 임계 유동 노즐을 통한 유체의 유속이 실질적으로 일정하고 챔버 내의 압력의 변화에 대해 실질적으로 둔감한 어느 시간인 임계 유동 기간 내에 제1 유속을 측정하도록 구성될 수 있다.
유속 검증 방법은 유체의 후속하는 유속을 측정하기 위해 상승률 측정 및 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것 중에 선택하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상승률 측정은 상대적으로 낮은 유속에 대해 선택되고, 임계 유동 노즐 측정은 상대적으로 높은 유속에 대해 선택될 수 있다. 방법은 유체의 후속하는 유속을 측정하기 위해 복수의 임계 유동 노즐 중에 선택하는 것을 더 포함할 수 있다. 유체는 알려지지 않은 기체 또는 기체의 혼합물일 수 있다. 챔버 내의 유체의 압력의 검출은 외부 체적에 실질적으로 둔감한 상승률 측정이 획득되도록, 임계 유동 기간 내에서 발생할 수 있다.
전술한 것은 참조 부호가 상이한 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예의 다음의 더욱 특정한 서술로부터 명백해질 것이다. 도면은 축적일 필요는 없으며, 본 발명의 실시예를 예시할 때 배치되는 대신에 강조한다.
도 1a는 상승률(rate-of-rise) 유동 검증 방법 동안 압력 대 시간 응답을 도시하는 그래프이다.
도 1b는 종래 기술의 질량 유동 검증기의 개략도이다.
도 2는 임계 유동 노즐 및 챔버의 체적을 포함하는 질량 유동 검증기의 개략도이다.
도 3은 두 개의 임계 유동 노즐 및 챔버의 체적을 포함하는 질량 유동 검증기의 개략도이다.
도 4는 임계 유동 노즐이 없는 채널, 임계 유동 노즐을 가진 두 개의 채널 및 챔버의 체적을 포함하는 질량 유동 검증기의 개략도이다.
도 5는 상승률 및 임계 유동 노즐 측정 방법을 포함하는 유동 검증 방법을 도시하는 도면이다.
도 6은 기체 특성 함수를 결정하는 것을 포함하는 유동 검증 방법을 도시하는 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시예의 서술이 뒤따른다.
상승률(rate-of-rise, ROR) 측정 기법 및 임계 유동 노즐(critical flow nozzle, CFN) 측정 기법 양자를 이용하는 질량 유동 검증기(MFV)가 제공된다. 아래에서 더욱 서술되는 바와 같이, MFV는 ROR 측정에서 사용하기 위한 챔버의 체적과 CFN 방법을 통해 사용하기 위한 임계 유동 노즐을 포함할 수 있다. 압력 센서는 ROR 및 CFN 측정 방법 양자에 대해 공통일 수 있는 MFV에 포함된다.
ROR 측정 기법은 이 기술분야에 알려지며, 도 1a에 도시된 바와 같이, 알려진 체적으로 유입된(introduced) 기체의 압력(P) 대 시간(t) 응답(100)을 사용한다. 예시적인 종래기술의 MFV(110)가 도 1b에 도시된다. 예를 들어, 질량 유동 컨트롤러(MFC)와 같은 피시험 디바이스(device under test, DUT)(150)로부터 기체의 유속을 검증하기 위해, 종래기술의 MFVs는 알려진 체적을 제공하는 챔버(140), 챔버(140)의 상류에 위치된 밸브(160) 및 챔버(140)의 하류에 위치된 밸브(180)를 포함한다. 초기에, 디바이스(110)는 상류 밸브(160)를 닫고, 하류 밸브(180)를 개방하며, 진공 펌프를 적용함으로써, 퍼지될(purged) 수 있다(단계 102, 도 1a). 디바이스(110)가 퍼지된 후에, 상류 및 하류 밸브(160 및 180)가 개방될 수 있으며, 기체(Qi)의 유동이 디바이스(110)에 들어가는 것을 허용한다. 공정은 DUT(150)로부터의 기체의 유동이 설정치(setpoint)로 안정화되도록 허용되는 초기화 기간을 더 포함한다(단계 104, 도 1a). 그 후, 하류 밸브(180)는 닫히며(단계 106, 도 1a), 기간(△t)에 걸쳐 기체가 챔버(140)에 채워지고, 압력에서의 변화(△P)가 발생하게 한다. 이 기간 동안, 압력 및 온도 측정치가 압력 센서(120) 및 온도 센서(130)에 의해 획득된다. 하류 밸브(180)의 개방 시(단계 108, 도 1a), 기체(Qo)의 유동은 디바이스(110)를 빠져나가며, DUT로부터 가공 툴로의 기체의 정상적인 전달이 다시 시작하도록 허용된다.
ROR 시험 동안 획득된 압력 및 온도 측정치는 다음의 수학식에 따라 기체 유속을 계산하는데 사용될 수 있다:
[수학식 4]
Figure pct00004
Qv는 MFV로의 기체 유속이고, Vc는 MFV의 챔버의 체적이고, Tstp는 표준 온도(273.15° K)이고, Pstp는 표준 압력(1.01325x105 Pa)이며, Pd는 챔버 내에서 측정된 압력이며, T는 측정된 온도이다. ROR 측정 방법 및 디바이스는 U.S. 7,461,549 및 U.S. 7,757,554에 더 서술되며, 이들의 전체 내용은 본원에 참조로 통합된다.
ROR 측정 방법 및 디바이스가 일 기간에 걸쳐 기체의 유입을 수용하는데 충분한 큰 체적을 갖는 챔버의 사용을 수반하기 때문에, 이러한 방법 및 디바이스의 이용은 종종, 상대적으로 낮은 유속(예를 들어, N2 등가물(equivalent)의 약 1000 sccm(standard cubic centimeters per minute) 이하의 유속)을 수반하는 응용에 제한된다. 더욱 높은 유속은 더욱 큰 챔버의 체적을 필요로 하며, 이는 공간적인 제약에 기인하여 다수의 가공 시스템에서 실행 불가능할 수 있다. 가공 시스템이 MFV를 수용하기 위한 공간에 더욱 큰 챔버의 체적을 제공할 수 있는 곳에서도, 더욱 큰 챔버의 사용은 상대적으로 낮은 유속에 대해 비정밀함을 초래할 수 있다. 가령, ROR 기법을 이용하는 MFV는 종종 상대적으로 좁은 범위 내에서 유속을 검증하기 위해 종종 맞춤화(tailored)된다.
추가적으로, MFV가 통상적인 그 자리의(in situ) 유동 검증을 제공하도록 사용될 때, 가공 툴로의 기체 유동은 일 기간 동안 방해된다(interrupted). 가공 툴로의 기체 유동이 방해되는 기간은 도 1a에 도시된 바와 같이, 초기에 비어있는 챔버의 체적을 제공하기 위해 라인을 퍼지하는데 요구되는 시간, 기체 유동이 안정화되도록 허용되는 시간, 및 측정치가 획득되는 시간(즉, △t)을 포함한다. 더욱 큰 챔버의 체적은 또한, 그것이 가공 시간에 대해 더욱 큰 방해를 초래할 수 있기 때문에, 상대적으로 낮은 유속에 대해서는 바람직하지 않을 수 있다.
하지만, ROR 측정 기법의 장점은 측정되는 특정 기체 또는 기체 혼합물의 지식 없이도 적용될 수 있다는 것이다. 챔버의 체적에 걸친 질량 밸런스(mass balance) 및 이상적인 기체 법칙(ideal gas law)의 적용으로부터 유도된 수학식 4는 기체에 독립적이며, 측정되는 기체의 성질(behavior)을 특징짓기 위해, 압력(P), 온도(T) 및 체적(V)의 세 개의 상태 변수에 의존한다.
유량 제한기(flow restrictors) 및 음속 노즐(sonic nozzles)로도 알려진 임계 유동 노즐이 이 기술분야에 알려지고, 기체 스트림에 초크 유동(choked flow)을 제공하는데 사용되며, 기체의 질량 유동은 노즐로부터 하류의 압력에서 추가적인 감소 시, 증가되지 않는다.
초크 유동 조건이 적용되도록, 상류 측 압력(Pu)에 대한 하류 압력(Pd)의 비는:
[수학식 5]
Figure pct00005
에 의해 제공되는, 임계 유동 노즐을 통해 흐르는 기체의 특성에 의해 결정되는 임계 압력 비의 미만이어야 하며, γ는 기체의 특정 열의 비율이다. 특정 열의 비율은 γ=Cp/Cv로 정의되며, Cp는 일정한 압력에서 기체의 열 용량이고, Cv는 일정한 체적에서 기체의 열 용량이다.
임계 유동 노즐은 유동 검증 기법에서 사용된다. 예를 들어, 임계 유동 노즐은 U.S. 7,474,968 및 U.S. 7,757,554에 서술된 바와 같이, MFV 챔버로의 일정한 유동을 유지시키고 DUT로의 하류 압력 외란(downstream pressure disturbances)을 최소화시킴으로써 ROR 측정의 정확도를 개선하는데 사용된다.
CFN 방법 및 디바이스는 기체 및 기체 혼합물의 특성이 알려진 유속을 검증하기 위해 ROR 기반의 방법 및 디바이스에 독립적으로 사용될 수 있다. 초크 유동 노즐을 통한 유속(Qc)은:
[수학식 6]
Figure pct00006
로 표현될 수 있으며, C'는 CFN의 유량계수이고, A는 CFN의 단면적이고, R은 보편 기체 상수(universal gas constant)이고, M은 기체의 분자량이며, T는 기체의 온도이다.
수학식 6은 대안적으로, 여기서 재현된 수학식 3으로 표현될 수 있으며:
[수학식 3]
Figure pct00007
f(M, γ)은 분자량(M) 및 비열비(specific heat ratio)(γ)의 기체 특정 파라미터를 기초로 하는 기체 특성 함수이다. 수학식 3으로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, 임계 유동 노즐을 통한 기체의 유속(Qc)은 임계 유동 노즐의 기하학적 구조(geometry) 및 기체 특성이 알려지는 경우, 기체의 측정된 상류 측 압력(Pu) 및 측정된 온도(T)를 기초로 결정될 수 있다.
CFN 측정 기법의 장점은 가공 툴로의 기체 유동의 방해 없이, 측정치가 빠르게 획득될 수 있다는 것이다. 추가적으로, 임계 유동 노즐은 일반적으로 크기가 작고, 그러므로 가공 시스템에서 큰 공간량을 필요로 하지 않는다. 하지만, CFN 방법은 점점 작아지는 단면적을 갖는 임계 유동 노즐을 통해서도, 상대적으로 좁은 유동 범위 내의 기체 유동의 측정에 대해 이상적이지 않다. 기체 유속이 느려질 때 초크 유동 조건을 유지하는 것은 어렵다. 가령, CFN 방법은 기체 또는 기체 혼합물이 알려진 상대적으로 높은 유동 범위 내의 기체 유동의 측정을 위해 통상적으로 사용된다.
도 2는 CFN 측정 방법을 통해 사용하기 위한 임계 유동 노즐(202) 및 ROR 측정 방법을 통해 사용하기 위한 챔버(204) 양자를 포함하여, 낮은 유동 범위 내지 높은 유동 범위를 통해 사용하기 위한 적합성(adaptability)을 제공하는 MFV(200)를 도시한다. MFV(200)는 각각이 컨트롤러(230)에 연결되는, 밸브(206, 208), 압력 센서(210, 212), 및 온도 센서(214)를 더 포함한다. 상류 밸브(206)는 챔버(204)의 유입구(216)와 유체 연결되고, 하류 밸브(208)는 챔버(204)의 배출구(218)와 유체 연결된다.
제1 범위 내의 유속에 대해, 유속(Qv)은 도 1a에 도시된 ROR 방법을 사용하여 여기서 재현되는 수학식 1에 따라, MFV(200)을 통해 획득될 수 있다:
[수학식 1]
Figure pct00008
V는 챔버(204)의 알려진 체적이고, Pd는 압력 센서(212)를 통해 획득된 압력 측정치이며, T는 온도 센서(214)를 통해 획득된 온도 측정치이다.
제2 범위 내의 유속에 대해, 임계 유동 노즐(202)을 통한 유속(Qc)은 CFN 방법을 사용하여 여기서 재현되는 수학식 3에 따라 MFV(200)를 통해 획득될 수 있다:
[수학식 3]
Figure pct00009
Pu는 압력 센서(210)를 통해 획득된 압력 측정치이고, T는 온도 센서(214)를 통해 획득된 온도 측정치이며, f(M, γ)는 시험되는 기체 또는 기체 혼합물을 기초로 하는 알려진 기체 특성 함수이다.
동작 시, 컨트롤러(230)에 의해, 필요한 경우, ROR 또는 CFN 방법을 통한 측정 이전에, 상류 밸브(206)가 닫히게 하고 하류 펌프 또는 다른 수단에 의해 유체가 MFV(200)로부터 제거되게 하는 초기 배출 절차가 수행될 수 있다. 그 후, 상류 밸브(206) 및 하류 밸브(208)는 컨트롤러(230)에 의해 개방될 수 있으며, 피시험 디바이스(DUT, 250)(예를 들어, 시험 MFC)로부터 흐르는 기체가 챔버(204)의 유입구(216) 및 배출구(218)를 통해 이동하는 것을 허용한다. ROR 방법에 의해 유속을 검증하기 위해, 그 후 하류 밸브(208)는 닫힐 수 있으며, 온도(T) 및 압력(Pd) 측정치가 획득될 때, 챔버(204) 내의 압력이 일정 시간의 기간동안에 걸쳐 상승하게 한다. 유동 검증이 발생하는 데 충분한 시간 이후에, 컨트롤러(230)에 의해 하류 밸브(208)가 개방될 수 있으며, 챔버(204)로부터 기체를 배출하고, DUT(250)로부터 기체의 정상적인 유동이 다시 시작하는 것을 허용한다. 대안적으로, CFN 방법이 적용되는 경우, 압력 측정치(Pu) 및 온도(T) 측정치가 획득된다. 압력 및 온도 측정치는 컨트롤러(230)에 보고되며, 검증된 유속이 계산될 수 있다.
제1 유동 범위는 상대적으로 낮은 유속을 포함할 수 있으며, 여기서, 기체 특성 함수가 알려지지 않기 때문에, 예를 들어, ROR 방법이 더욱 정확할 수 있거나 및/또는 CFN 방법은 수행될 수 없다. 제2 유동 범위는 상대적으로 높은 유속을 포함할 수 있으며, 여기서 예를 들어, CFN 방법이 더욱 정확할 수 있거나 및/또는 기체 특성 함수가 알려진다. 제1 및 제2 유동 범위는 중첩되는 유속을 포함할 수 있고, MFV는 유속 검증 절차에서 ROR 측정 및 CFN 측정 중에 선택할 수 있다. 예를 들어, 기체 특성 함수가 알려지는 경우, CFN 측정이 기체 전달에 대한 방해 없이, ROR 측정보다 더욱 빠르게 획득될 수 있기 때문에, MFV는 ROR 측정보다 CFN 측정을 선택할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 호스트 컨트롤러로부터 유동 검증 명령의 발행(issuance) 시(단계 510), 예를 들어, 낮은(예를 들어, ROR 방법이 적합함), 중간(예를 들어, ROR 또는 CFN 방법이 적합함), 또는 높은(예를 들어, CFN 방법이 적합함) 것 중 하나로서 카테고리화 될 수 있다(단계 520). 추가적으로, 다수의 유입구 디바이스(도 3 - 4)에 대해, 적합한 유입구 및/또는 적합한 크기를 갖는 임계 유동 노즐은 목표 유속을 기초로 선택될 수 있다(단계 525). 유동이 안정화하도록 허용된 후에(단계 530), 유동 검증 공정은 ROR 방법 또는 CFN 방법에 의해 처리될 수 있다(단계 540). ROR 방법이 선택된 경우, MFV에서 하류 밸브가 닫히고, MFV 챔버 내에서 유체의 압력 및 온도 측정치가 획득될 수 있으며, 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 유속이 계산될 수 있다(단계 550). 측정치가 획득된 후에, MFV로부터 유체를 배출하기 위해 하류 밸브가 개방될 수 있다(단계 570). CFN 방법이 선택된 경우, MFV 내의 임계 유동 노즐로부터 상류의 유체의 압력 측정치가 획득되고, 유속이 계산될 수 있다(단계 560). 그 후, ROR 또는 CFN 방법에 의해 검증되는 유속은 호스트 컨트롤러에 보고될 수 있다(단계 580).
상술한 바와 같이, CFN 방법에 의한 유속의 검증은 알려지지 않을 수 있거나 또는 알려진 경우 정확하지 않을 수 있는, 시험되는 기체 또는 기체 혼합물의 특성에 의존한다. CFN 측정 동안 제공된 기체 특성 정보가 부정확한 경우, 유동 검증 측정도 마찬가지로 부정확할 것이다.
MFV(200)는 임계 유동 노즐(202)을 통한 유동과, 챔버(204) 내에서 ROR 측정에 의해 획득된 유동을 동일시함으로써, 시험되는 기체의 기체 특성 정보를 이롭게 획득할 수 있다. 특히, 임계 유동 노즐(202)의 알려진 기하학적 구조, 및 노즐(202)을 통한 유속(Qc)과 챔버(204)를 통한 유속(Qv)을 동일시하면, 시험되는 기체의 기체 특성 함수는 여기서 재현되는 수학식 2로 결정될 수 있다:
[수학식 2]
Figure pct00010
제1 유속의 질량 유동 검증 동안, 임계 유동 노즐(202)의 상류에서 압력(Pu)은 ROR 측정 동안 획득된 압력(Pd) 및 온도(T)와 함께 획득될 수 있다. 따라서, 기체 특성 함수 f(M, γ)는 제1 유속에 대한 초기 유동 검증으로부터 결정되고, 그 후에 동일한 또는 제2 유동 범위 내의 유속의 후속하는 유동 검증을 위해 (예를 들어, 수학식 3에 따른) CFN 방법과 함께 사용될 수 있다. 그 후, 후속하는 질량 유동 검증 절차가 더욱 빠르게 수행될 수 있으며, CFN 방법은 시험되는 기체 또는 기체 혼합물의 독립적인 지식 없이 적용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기체 특성 함수가 아직 알려지지 않았거나, 또는 검증된 기체 특성 함수를 획득하는 것이 바람직한 경우, 호스트 컨트롤러로부터 초기 흐름 검증 명령 시에(단계 610), 목표 유속이 ROR 측정에 대해 적합한 제1 유동 범위 내에 있는지에 대한 결정이 이루어질 수 있다(단계 620). 목표 유속이 제1 유동 범위를 벗어나고, 제공된 MFV를 통한 ROR 방법을 사용하여 승인(validated)될 수 없는 경우, 호스트 컨트롤러로의 보고가 이루어진다(단계 630). 그렇지 않은 경우, 유동이 MFV의 챔버를 통해 안정화되는 것을 허용함으로써 검증 공정이 진행될 수 있다(단계 640). 유동이 안정화된 후에, MFV 내의 하류 밸브가 닫힐 수 있고, 온도 및 압력 측정치가 획득된다(단계 650). 획득된 온도 및 압력 측정치는 그 후에, 시험되는 기체의 보편 기체 특성 함수(단계 660), 및 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 유속(단계 670) 양자를 계산하는데 사용될 수 있다.
유속이 계산된 후에, 하류 밸브는 MFV로부터 기체를 배출하도록 개방될 수 있고(단계 680), 검증된 유속은 호스트 컨트롤러에 보고될 수 있다(단계 690).
도 6에 대해 상술한 공정을 겪는 기체 또는 기체 혼합물에 대해, 후속하는 검증 절차는 도 5에 서술된 바와 같이, ROR과 CFN 방법 중의 선택을 수반할 수 있다.
임계 유동 노즐이 유동 범위에 대해, 그 범위 내의 유속에 대한 초크 유속 조건을 제공하도록 적합한 크기를 가져야 하기 때문에, 다수의 임계 유동 노즐은 MFV의 전체 유동 검증 범위를 연장시키기 위해 하나의 MFV에 포함될 수 있다. 예를 들어, 각각 상이한 단면적을 갖는 다수의 임계 유동 노즐이 하나의 MFV에 포함될 수 있다. 목표 유속을 기초로 검증 절차에서 사용하기 위해 MFV의 적합한 임계 유동 노즐이 선택될 수 있다.
도 3은 다수의 임계 유동 노즐(202, 302) 및 상류 밸브(206, 306)를 포함하는 MFV(300)를 도시한다. 각 상류 밸브(206, 306)는 챔버(204)의 유입구(216, 316)와 연관된다. 도 3이 두 개의 임계 유동 노즐(202, 302)을 갖는 MFV를 도시하였지만, 두 개를 초과하는 노즐이 포함될 수 있다. 예를 들어, 세 개, 네 개, 다섯 개 이상의 임계 유동 노즐이 하나의 MFV에 포함될 수 있다. 또한, 도 3이 각 밸브(206, 306)가 그 각각의 유동 노즐(202, 302)의 상류에 위치된 것으로 도시하였지만, 밸브(206, 306)는 챔버(204)로의 유동 경로에서 유동 노즐(202, 302) 다음에 위치될 수도 있다.
온도 센서(214), 압력 센서(210, 212), 밸브(206, 208, 306) 및 임계 유동 노즐(202, 302)은 컨트롤러(330)에 연결될 수 있다. 유동 검증 절차 동안, 컨트롤러(330)는 목표 유속, 및 가능한 경우 알려진 기체 타입을 기초로 개방될 적합한 상류 밸브(예를 들어, 상류 밸브(306))를 선택할 수 있다. 다른 모든 상류 밸브(예를 들어, 상류 밸브(206))는 유동 검증 절차 동안 닫힐 수 있어서, DUT(250)로부터 선택된 임계 유동 노즐(예를 들어, 노즐(302))을 통해 챔버(204)로 기체를 흐르게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압력 센서(210, 212) 및 온도 센서(214)는 각 센서가 CFN 및 ROR 방법 둘 다에서의 사용을 위한 측정을 제공하는데 사용될 수 있도록, 임계 유동 노즐(202, 302) 및 챔버(204)의 체적 양자에 공통일 수 있다. 대안적으로, 별도의 압력 및 온도 센서가 각 구성요소와 연관될 수 있다.
또한, 적합한 임계 유동 노즐을 선택하도록 및/또는 압력 및 온도 데이터를 수신하도록 구성된 컨트롤러는 도 2 - 4에 도시된 바와 같이, MFV 내에 내부적으로 위치될 수 있다. 컨트롤러(230, 330)는 MFV에 위치된 임의의 개수의 압력 및 온도 센서로부터 압력 및 온도 신호를 수신하고 임의의 개수의 밸브의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(230, 330)는 기체 계측 및 모니터링 시스템과 연관된 호스트 컨트롤러와 더 통신될 수 있다.
CFN 방법이 요구되지 않는 유동 검증(예를 들어, 과도 분석(transient analysis))에 대해, MFV(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 임계 유동 노즐이 없는 채널을 포함할 수 있다. 상류 밸브(406)를 갖는 채널은 챔버(204)의 유입구(416)에 연결될 수 있으며, 상류 밸브(406)가 개방될 때 DUT(250)로부터 챔버(204)로 기체가 직접적으로 흐르는 것을 허용한다. 상류 밸브(206 및 306)와 같이, 상류 밸브(406)는 컨트롤러(330)에 연결되고, 이에 의해 동작될 수 있다.
일반적으로, MFV는 ROR 방법을 사용하여 유속을 검증하도록, 그리고, 예를 들어, 약 1 sccm 내지 약 1000 sccm의 유속을 포함하는 제1 유동 범위 내에서 유속에 대한 기체 특성 함수를 획득하도록 구성될 수 있다. MFV는 예를 들어, 약 1000 sccm 내지 약 50,000 sccm의 유속을 포함하는 제2 유동 범위 내에서 유속에 대한 CFN 방법을 사용하여 유속을 검증하도록 또한 구성될 수 있다.
하지만, ROR 또는 CFN 방법이 적용되는 유동 범위는 MFV 내의 챔버의 체적, 및 MFV에 포함된 임계 유동 노즐의 개수 및 크기(들)와 같은 인자에 의존하여 변할 수 있다. MFVs는 약 1 L, 약 2 L, 약 3 L 또는 약 4 L의 체적을 갖는 챔버를 포함할 수 있다. MFV는 약 0.25 mm, 0.50 mm 또는 0.75 mm의 크기를 갖는 임계 유동 노즐을 포함할 수 있다. 추가적으로, ROR 또는 CFN 방법이 적합한 중첩된 중간 유동 범위가 정의될 수 있다. 예를 들어, 약 3 L의 챔버의 체적 및 단일의 임계 유동 노즐을 갖는 MFV에 대해, 낮은 유동 범위는 약 1 sccm 내지 약 500 sccm의 유속을 포함하도록 정의되고, 중간 유동 범위는 약 100 sccm 내지 약 2000 sccm의 유속을 포함하도록 정의되며, 높은 유동 범위는 약 1000 sccm 내지 약 50,000 sccm의 유속을 포함하도록 정의될 수 있다. 이러한 MFV에 대해, ROR 방법은 낮은 또는 중간 유동 범위 내에서 목표 유속에 대해 초기에 선택될 수 있다. MFV의 임계 유동 노즐은 낮은 유동 범위 내의 유속을 통한 사용을 위해 적합한 크기를 갖지 않을 수 있고, 가령 낮은 유속의 유동 검증 절차 동안 기체의 기체 특성 함수를 획득하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 하지만, 목표 유속이 중간 유동 범위 내에 속하는 경우, 기체 특성 함수가 획득될 수 있다. 기체 특성 함수가 획득되면, CFN 방법은 목표 유속이 중간 및/또는 높은 유동 범위 내에 있는 후속하는 검증을 위해 선택될 수 있다. CFN 방법이 더욱 빠른 측정을 제공할 수 있고, 기체 유동의 중단을 필요로 하지 않기 때문에, CFN 방법은 기체 특성이 알려지면, ROR 방법 보다 바람직할 수 있다.
연장된 유동 검증 범위(예를 들어, 1 sccm 내지 50,000 sccm)를 제공하는 것에 부가하여, MFVs(200, 300, 400)는 또한, 이의 전체 내용이 본원에 참조로 통합되는 U.S. 7,474,968 및 U.S. 7,757,554에 더욱 서술되는 바와 같이, 외부 체적 둔감성을 제공할 수 있다.
특히, ROR 측정 동안, 임계 유동 노즐(예를 들어, 임계 유동 노즐(202, 302))은 노즐을 통한 기체의 유속을 일정하게 유지하도록 구성될 수 있어서, DUT로의 하류 압력 외란을 최소화하고, MFV를 MFV와 DUT 사이의 외부 체적에 실질적으로 둔감하게 한다. 챔버 압력(Pd)과 임계 유동 노즐의 상류 측 압력(Pu) 사이의 비가 임계 유동 압력 비보다 적으면(수학식 5), DUT의 하류 압력은 ROR 측정 동안 챔버에서 상승하는 압력에 의해 영향을 받지 않을 것이다. 이러한 조건 하에, ROR 측정의 정확도가 개선되고, 시스템은 외부 체적의 결정 및 이에 대한 교정을 필요로 하지 않으며, 이는 시간 집약적인(time-intensive) 공정일 수 있다.
기체가 알려지고, 다수의 유입구 MFV(예를 들어, MFV(200, 300))가 제공되는 상황에서, 컨트롤러(230, 330)는 챔버 압력(Pd)과 상류 측 압력(Pu) 사이의 비가 ROR 측정의 지속기간에 걸쳐 임계 유동 압력을 초과하지 않도록, ROR 측정 동안 사용하기 위해 적합한 크기를 갖는 임계 유량 노즐을 선택할 수 있다.
대안적으로, 기체가 초기에 알려지지 않거나 및/또는 단일 유입구 MFV(예를 들어, MFV(100))가 제공되는 상황에서, 임계 유동 노즐은 적어도 짧은 임계 유동 기간에 걸쳐 대부분의 기체에 대한 임계 유동을 제공하도록 크기를 가질 수 있다. 그 후에, 짧은 임계 유동 기간 내에서 알려지지 않은 기체의 초기 ROR 측정이 이루어질 수 있다. U.S. 7,474,968에 더 서술되는 바와 같이, 임계 유동 기간은 하류 밸브가 완전히 닫힐(shut) 때의 순간과 상승하는 챔버 압력이 임계 유동 압력 비를 초과하는 순간 사이의 기간으로 정의된다. 가령, ROR 측정의 검증 시간이 임계 유동 기간 내인 경우, 상승하는 챔버 압력은 DUT의 하류 압력에 영향을 미치지 않고, 노즐을 통한 유속은 일정하며, 외부 체적 둔감성을 제공한다. SF6과 같은 큰 분자량의 기체가 He 및 H2와 같은 작은 분자량의 기체의 것보다 더욱 긴 임계 유동 기간을 갖는 것이 알려진다. 따라서, MFV는 작은 크기를 갖는 임계 유동 노즐과, 더욱 작은 분자량의 기체에 대한 임계 유동 기간 내에 속하는 짧은 검증 시간에 걸쳐 초기 ROR 측정치를 획득하도록 구성되는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
기체 특성 함수가 결정되면, 더욱 긴 임계 유동 기간 동안 제공하기 위해 상이한 크기의 임계 유동 노즐의 사용을 통해 다수의 유입구 MFV에서 후속하는 ROR 측정이 수행될 수 있어서, 유동 검증 정확도를 더욱 개선한다.
본원에서 언급된 모든 특허, 공개된 출원 및 참조문헌의 교시는 그 전체가 참조로 통합된다.
본 발명이 본원의 예시적 실시예를 참조로 특히 도시되고 서술되었지만, 통상의 기술자는 첨부된 청구항에 의해 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 형태 및 세부사항에서의 다양한 변경이 그 안에서 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (28)

  1. 유체를 수용하도록 구성된 챔버;
    상기 챔버의 상류에서 상기 챔버와 직렬로 유체 연결되는 임계 유동 노즐(critical flow nozzle);
    상기 챔버에서 유체 압력을 검출하는 제1 압력 센서;
    상기 임계 유동 노즐의 상류에서 유체 압력을 검출하는 제2 압력 센서; 및
    (i) 제1 유동 범위에서, 상기 제1 압력 센서에 의해 검출된 상기 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 측정하고, 상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 상기 유체의 기체 특성 함수를 결정하며,
    (ii) 제2 유동 범위에서, 상기 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력 및 상기 결정된 기체 특성 함수를 기초로 제2 유속을 측정함으로써,
    상기 유체의 유속을 검증(verify)하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는, 질량 유동 검증기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 유체의 후속하는 유속을 검증하기 위해 상승률(rate of rise) 측정 및 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것 중에 선택하도록 더 구성되는, 질량 유동 검증기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는 낮은 유속에 대해 상승률 측정을 획득하는 것을 선택하도록 구성되는, 질량 유동 검증기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 낮은 유속은 약 1 sccm 내지 약 1000 sccm의 유속의 범위를 포함하는, 질량 유동 검증기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는 높은 유속에 대해 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것을 선택하도록 구성되는, 질량 유동 검증기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 높은 유속은 약 1,000 sccm 내지 약 50,000 sccm의 유속의 범위를 포함하는, 질량 유동 검증기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유동 범위 및 제2 유동 범위는 중첩된 유속을 포함하는, 질량 유동 검증기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 유체의 온도 및 상기 임계 유동 노즐의 알려진 기하학적 구조를 기초로 상기 기체 특성 함수를 계산하도록 더 구성되는, 질량 유동 검증기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 다음:
    Figure pct00011

    에 의해 주어진 상승률 측정에 따라 상기 제1 유속(Q v )을 계산하도록 구성되고,
    V는 상기 챔버의 체적이고, P d 는 상기 챔버 내의 상기 유체의 상기 검출된 압력이며, T는 상기 유체의 검출된 온도인, 질량 유동 검증기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는 다음:
    Figure pct00012

    에 따라 상기 유체의 분자량(M) 및 비열비(specific heat ratio)(γ)를 기초로 상기 기체 특성 함수 f(M, γ)를 결정하도록 더 구성되고,
    P u 는 상기 임계 유동 노즐의 상류에서 상기 유체의 상기 검출된 압력이고, C'는 상기 임계 유동 노즐의 유량계수(discharge coefficient)이며, A는 상기 임계 유동 노즐의 스로트(throat)의 단면적인, 질량 유동 검증기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는 다음:
    Figure pct00013
    .
    에 의해 주어진 임계 유동 노즐 측정에 따라 상기 제2 유속(Q c )을 계산하도록 구성되는, 질량 유동 검증기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 배출구에 위치된 하류 밸브를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 챔버 내의 유체 압력을 상승시키도록 상기 하류 밸브를 닫도록 더 구성되는, 질량 유동 검증기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 유속은 상기 유체의 검출된 온도를 더 기초로 하는, 질량 유동 검증기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 체적은 약 3 L 이하인, 질량 유동 검증기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 체적은 약 1 L 이하인, 질량 유동 검증기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버와 유체 연결되는 복수의 병렬 임계 유동 노즐을 더 포함하고, 적어도 두 개의 임계 유동 노즐은 상이한 단면의 스로트 면적을 가지는, 질량 유동 검증기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 컨트롤러는 선택된 임계 유동 노즐과 연관된 상류 밸브를 개방하고, 다른 임계 유동 노즐과 연관된 상류 밸브를 닫음으로써, 상기 복수의 임계 유동 노즐 중 하나를 선택적으로 활성화하도록 더 구성되는, 질량 유동 검증기.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계 유동 노즐은 상기 제1 유속의 측정 동안 외부 체적 둔감성(insensitivity)을 제공하도록 구성되는, 질량 유동 검증기.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 임계 유동 기간 내에 상기 제1 유속을 측정하도록 구성되는, 질량 유동 검증기.
  20. 제1 유동 범위 내의 유속에 대해, 질량 유동 검증기의 챔버 내로 유체를 유입시키는 것, 시간에 걸쳐 상기 챔버 내에서 상기 유체의 압력을 검출하는 것, 및 상기 챔버 내에서 상기 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 계산하는 것;
    제1 압력 센서 및 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 상기 유체의 기체 특성 함수를 결정하는 것; 및
    제2 유동 범위 내의 유속에 대해, 상기 질량 유동 검증기의 임계 유동 노즐의 상류에서 상기 유체의 압력을 검출하는 것 및 상기 검출된 상류 측 압력 및 상기 결정된 기체 특성 함수를 기초로 제2 유속을 계산하는 것을 포함하는, 유속 검증 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 유체는 알려지지 않은 기체 또는 기체의 혼합물인, 유속 검증 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 유체의 후속하는 유속을 측정하기 위해 상승률 측정 및 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것 중에 선택하는 것을 더 포함하는, 유속 검증 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상승률 측정을 획득하는 것은 낮은 유속에 대해 선택되고, 임계 유동 노즐 측정을 획득하는 것은 상대적으로 높은 유속에 대해 선택되는, 유속 검증 방법.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체의 후속하는 유속을 측정하기 위해 복수의 임계 유동 노즐 중에 선택하는 것을 더 포함하는, 유속 검증 방법.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내에서 상기 유체의 압력을 검출하는 것은 임계 유동 기간 내에서 발생하는, 유속 검증 방법.
  26. 낮은 유속에 대해, 유체의 유속을 결정하기 위해 상승률 방법(a rate of rise method)을 이용하는 것;
    중간 유속에 대해, 상기 유체의 유속을 결정하기 위해 상승률 방법을 이용하고 상기 유체의 기체 특성 함수를 결정하는 것; 및
    높은 유속에 대해, 상기 유체의 유속을 결정하기 위해 상기 결정된 기체 특성 함수를 통한 임계 유동 노즐 방법을 이용하는 것을 포함하는, 질량 유동 검증기의 가동상의(operational) 유동 범위를 증가시키는 방법.
  27. 유체를 수용하도록 구성된 챔버;
    상기 챔버와 유체 연결되는 임계 유동 노즐;
    상기 챔버 내의 유체 압력을 검출하는 제1 압력 센서;
    상기 임계 유동 노즐의 상류에서 유체 압력을 검출하는 제2 압력 센서; 및(i) 제1 유동 범위에서, 상기 제1 압력 센서에 의해 검출된 상기 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 측정하고,(ii) 제2 유동 범위에서, 상기 제2 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기초로 제2 유속을 측정함으로써, 상기 유체의 유속을 검증하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는, 질량 유동 검증기.
  28. 제1 유동 범위 내의 유속에 대해, 질량 유동 검증기의 챔버로 유체를 유입시키는 것, 시간에 걸쳐 상기 챔버 내에서 상기 유체의 압력을 검출하는 것, 및 상기 챔버 내에서 상기 유체의 압력에서의 상승률을 기초로 제1 유속을 계산하는 것; 및
    제2 유동 범위 내의 유속에 대해, 상기 질량 유동 검증기의 임계 유동 노즐의 상류에서 상기 유체의 압력을 검출하는 것 및 상기 검출된 상류 측 압력을 기초로 제2 유속을 계산하는 것을 포함하는, 유속 검증 방법.
KR1020197020387A 2016-12-15 2017-12-08 넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치 KR102281930B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/380,682 US10031004B2 (en) 2016-12-15 2016-12-15 Methods and apparatus for wide range mass flow verification
US15/380,682 2016-12-15
PCT/US2017/065405 WO2018111725A1 (en) 2016-12-15 2017-12-08 Methods and apparatus for wide range mass flow verification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190087644A true KR20190087644A (ko) 2019-07-24
KR102281930B1 KR102281930B1 (ko) 2021-07-28

Family

ID=62556993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197020387A KR102281930B1 (ko) 2016-12-15 2017-12-08 넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10031004B2 (ko)
EP (1) EP3555576B1 (ko)
JP (1) JP6821027B2 (ko)
KR (1) KR102281930B1 (ko)
CN (1) CN110073181B (ko)
TW (1) TWI758366B (ko)
WO (1) WO2018111725A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020004183A1 (ja) * 2018-06-26 2020-01-02 株式会社フジキン 流量制御方法および流量制御装置
CN110726459A (zh) * 2019-09-11 2020-01-24 张家港氢云新能源研究院有限公司 加氢机现场检定装置及现场检定方法
US11585272B2 (en) 2020-06-25 2023-02-21 Pratt & Whitney Canada Corp. System and method for detection of excessive flow in a fluid system
WO2022004349A1 (ja) * 2020-06-29 2022-01-06 株式会社フジキン 流体制御装置、流体供給システムおよび流体供給方法
US11860018B2 (en) * 2020-08-14 2024-01-02 Horiba Stec, Co., Ltd. Rate-of-change flow measurement device
US11772958B2 (en) * 2020-09-17 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Mass flow control based on micro-electromechanical devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123920A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Tison Stuart A System and method for measuring flow
US20090112504A1 (en) * 2005-03-25 2009-04-30 Mks Instruments, Inc. High Accuracy Mass Flow Verifier with Multiple Inlets

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3606756A1 (de) 1986-03-01 1987-09-03 Degussa Verfahren und vorrichtung zur eichung von durchflussmessgeraeten fuer gase
US5564306A (en) 1994-05-25 1996-10-15 Marcum Fuel Systems, Inc. Density compensated gas flow meter
US6907383B2 (en) * 1996-03-28 2005-06-14 Rosemount Inc. Flow diagnostic system
US5865205A (en) 1997-04-17 1999-02-02 Applied Materials, Inc. Dynamic gas flow controller
EP1095243A2 (en) * 1998-07-03 2001-05-02 Neles Field Controls Oy Method and arrangement for measuring fluid
DE19857329B4 (de) 1998-12-11 2005-10-20 Siemens Ag Fließbank und Verfahren zum Prüfen und Kalibrieren eines Massenstrommessers
US6119710A (en) 1999-05-26 2000-09-19 Cyber Instrument Technologies Llc Method for wide range gas flow system with real time flow measurement and correction
US6553844B2 (en) 1999-10-29 2003-04-29 Metasensors, Inc. Property-independent volumetric flowmeter and sonic velocimeter
US6712084B2 (en) 2002-06-24 2004-03-30 Mks Instruments, Inc. Apparatus and method for pressure fluctuation insensitive mass flow control
US6955072B2 (en) * 2003-06-25 2005-10-18 Mks Instruments, Inc. System and method for in-situ flow verification and calibration
US7412986B2 (en) * 2004-07-09 2008-08-19 Celerity, Inc. Method and system for flow measurement and validation of a mass flow controller
US7174263B2 (en) * 2005-03-25 2007-02-06 Mks Instruments, Inc. External volume insensitive flow verification
US7474968B2 (en) * 2005-03-25 2009-01-06 Mks Instruments, Inc. Critical flow based mass flow verifier
US7461549B1 (en) 2007-06-27 2008-12-09 Mks Instruments, Inc. Mass flow verifiers capable of providing different volumes, and related methods
US20070021935A1 (en) * 2005-07-12 2007-01-25 Larson Dean J Methods for verifying gas flow rates from a gas supply system into a plasma processing chamber
US7743670B2 (en) 2006-08-14 2010-06-29 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for gas flow measurement
JP4598044B2 (ja) 2007-10-29 2010-12-15 シーケーディ株式会社 流量検定故障診断装置、流量検定故障診断方法及び流量検定故障診断プログラム
US8639464B2 (en) * 2008-01-18 2014-01-28 Dresser, Inc. Flow meter diagnostic processing
US7891228B2 (en) 2008-11-18 2011-02-22 Mks Instruments, Inc. Dual-mode mass flow verification and mass flow delivery system and method
JP5346628B2 (ja) * 2009-03-11 2013-11-20 株式会社堀場エステック マスフローコントローラの検定システム、検定方法、検定用プログラム
US8793082B2 (en) 2009-07-24 2014-07-29 Mks Instruments, Inc. Upstream volume mass flow verification systems and methods
KR101174124B1 (ko) 2010-08-27 2012-08-20 한국표준과학연구원 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치 및 방법
US8997686B2 (en) * 2010-09-29 2015-04-07 Mks Instruments, Inc. System for and method of fast pulse gas delivery
JP5433660B2 (ja) 2011-10-12 2014-03-05 Ｃｋｄ株式会社 ガス流量監視システム
CN202255571U (zh) * 2011-10-24 2012-05-30 重庆市计量质量检测研究院 临界流文丘里喷嘴式高低温燃气表示值误差检测装置
US9846074B2 (en) * 2012-01-20 2017-12-19 Mks Instruments, Inc. System for and method of monitoring flow through mass flow controllers in real time
FR2994455B1 (fr) * 2012-08-10 2014-09-05 Faurecia Sys Echappement Ensemble de fourniture d'un flux dose de gaz, procede associe, ligne d'echappement de vehicule equipee d'un tel ensemble
US9057636B2 (en) 2012-09-21 2015-06-16 Horiba Stec, Co. Ltd. Self-calibrating mechanism and self-calibrating method for flow rate sensor, and diagnostic mechanism and diagnostic method for fluid sensor
US10031005B2 (en) 2012-09-25 2018-07-24 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for self verification of pressure-based mass flow controllers
CN103471686B (zh) * 2013-09-17 2015-12-30 陕西天仪智能仪表有限公司 一种气体流量标准装置及其应用方法
CN103647027B (zh) 2013-12-10 2016-01-06 京东方科技集团股份有限公司 一种多功能封装膜及显示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123920A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Tison Stuart A System and method for measuring flow
US7150201B2 (en) * 2004-12-15 2006-12-19 Celerity, Inc. System and method for measuring flow
US20090112504A1 (en) * 2005-03-25 2009-04-30 Mks Instruments, Inc. High Accuracy Mass Flow Verifier with Multiple Inlets

Also Published As

Publication number Publication date
KR102281930B1 (ko) 2021-07-28
EP3555576A1 (en) 2019-10-23
US10031004B2 (en) 2018-07-24
TW201829986A (zh) 2018-08-16
CN110073181A (zh) 2019-07-30
EP3555576A4 (en) 2020-08-12
TWI758366B (zh) 2022-03-21
JP2020502516A (ja) 2020-01-23
EP3555576B1 (en) 2022-03-23
JP6821027B2 (ja) 2021-01-27
US20180172491A1 (en) 2018-06-21
CN110073181B (zh) 2021-12-21
WO2018111725A1 (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102281930B1 (ko) 넓은 범위의 질량 유동 검증을 위한 방법 및 장치
JP6702923B2 (ja) 質量流量コントローラ
KR101423062B1 (ko) 상류의 질량 유량 검증 시스템 및 질량 유량 측정 장치의 성능 검증 방법
KR101572407B1 (ko) 차압식 매스 플로우 컨트롤러에 있어서 진단 기구
KR101425007B1 (ko) 상이한 체적을 제공할 수 있는 질량 유동 검증기 및 그 방법
KR101264652B1 (ko) 질량 유량 검증기, 및 질량 유량 검증기 정밀도 및 동작 유량 레인지를 증가시키는 방법
US7174263B2 (en) External volume insensitive flow verification
JP6093019B2 (ja) 質量流量制御システム
KR102303943B1 (ko) 질량 유량 컨트롤러를 통해 유동을 모니터링하는 시스템 및 방법
TWI568993B (zh) 流量檢驗器、用於檢驗流體輸送裝置的測量之方法及用以減少一用以檢驗一流體測量裝置對流體流量的測量之質流檢驗器所計算出來的流體流量變化之方法
US10048105B2 (en) System and method for providing a self validating mass flow controller and mass flow meter
US20100125424A1 (en) Dual-Mode Mass Flow Verification and Mass Flow Delivery System and Method
US10698426B2 (en) Methods and apparatus for multiple channel mass flow and ratio control systems
KR102187959B1 (ko) 과도 가스 흐름의 계측 방법
CN117760509A (zh) 一种质量流量检验设备及检验方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant