TW505837B - Fluid flow controller and method of operation - Google Patents

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TW505837B TW090123230A TW90123230A TW505837B TW 505837 B TW505837 B TW 505837B TW 090123230 A TW090123230 A TW 090123230A TW 90123230 A TW90123230 A TW 90123230A TW 505837 B TW505837 B TW 505837B
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William W White
William H White
Christopher B Davis
Nelson D Smith
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 B7 五、發明説明（1) 發明領域 本發明係關於一種流體流量控制器，特別地適用於控 制使用於半導體裝置及類似物的製造之毒性或高度反應氣 體的流量，及包含控制器的操作方法，基於控制器操作與 通過此控制器的流量限制器部件之流體差動壓力及下游流 體壓力相關之資料。 發明槪述 某些努力已被提出以發展精密的流體流量控制器，尤 其是流量控制器，用於控制例如使用於半導體裝置的製造 之此類型的諸如毒性及高反應氣體之流體的質量流量率。 於半導體製造的領域，各種氣體被使用於鈾刻與蒸汽澱積 處理，此氣體對人體是有毒性的，且當例如曝露至周圍大 氣狀態時亦是高度反應的。質量流量控制器以被發展，其 量測且控制上述類型的流體的流量率，其中量測是基於流 體的熱特性。其它流體質量流量控制器已發展，尤其是基 於量測通過流量限制器或孔口之壓差。在此所討論的類型 之習知質量流量控制器的準確性是不適於流量控制器的許 多應用。 半導體製造過程可要求非常精確量的流體（主要爲氣 體）排入處理室。例如，自每分鐘二十公升至每分鐘數個 十分之一立方公升的範圍之流量率可被請求。尤其，用來 控制半導體製造中之反應氣體之流量控制器的回應時間與 穩定率可要求，此控制器能夠對開'' ο η 〃信號作出反應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A 7 B7 五、發明説明（2) 且穩定於0 . 5至1 . 0秒於其中之所需流體流量率。過 程本身可延續幾秒至幾小時，且流體流量控制器的關閉回 應時間通常是需要小於一秒。反應且穩定在此種流量率的 熱基流體質量流量率之能力是難以達成。 與在此討論之通用型的習知流體質量流量控制器相關 之另一問題，係有關校準各種處理流體的控制器之需要。 習知流體質量流量控制器一般是使用惰性或毒性校準流體 而校準，此流體需要轉換因子或轉換資料集的形成。因爲 用於校準各控制器儀器之毒性或高反應處理流體的使用對 操作人員是成本過高且危險的，習知質量流量控制器一般 是校準在惰性流體上，諸如氮或氬，或其特性是類似於由 質量流量控制器所控制的處理流體的特性。使用校準流體 .與轉換因子的此過程將引入質量流量控制器的操作，是費 時且因此昂貴。習知質量流量控制器的不準確度及校準控 制器於最初設立所需的費用與時間以及更換過程中實質地 增加許多製造過程的成本，包含半導體裝置的製造，扼要 地說，流體質量流量控制器中之冇些改善已是非常需要。 因此，數種需求已被確認用於流體質量流量控制器， 特別使用於如上述之製造的過程之類型。需求包括控制器 定點（至少一個百分點是需要的）的幾個百分點內的控制 器準確度，在*正常*溫度的上或下的操作及各種位置或 姿勢（亦即右側上、向側邊或上側下），不會有準確度的 損失，諸如熱基質量流量控制器的經驗、準確地量測及於 流量率的大範圍的控制，自開啓至達到穩定流量狀態之快 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格（210 X 297公釐)— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-5- 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 505837 A7 B7 五、發明説明（3) 速回應時間，製造的節省及簡單模組機械結構有助於維護 此流量控制器，且有助於自製造的過程之流體流量分佈系 統而改變流量控制器。流體質量流量控制器所需的其它特 性包括無需在製造的時間校準各整個控制器儀器，或在維 護後重新校準此儀器，可靠的容易互換流量限制器或孔口 部件，此流量控制器在流量限制器的服務或轉換後之操作 能力與準確性的容易查核，準確地控制各種毒性及/或反 應流體的流量率之能力，特別地使用於半導體製造過程的 氣態形式之數百種流體，以及改變不同氣體或流態形式的 流體之流量率的控制作用資料的容易。因此，最後發展出 本發明。 發明槪述 本發明提供一種創新的流體質量流量控制器及操作方 法。尤其，一種改良的質量流量控制器與操作方法是提供 用於與控制使用於半導體裝置與類似物的製造之氣態流體 的流量有關之用途。 依據本發明的一個形式，提供一種流體質量流量控制 器，其利用通過流量限制器之差壓與流量限制器下游之壓 力的量測，以提供特別流體的實際質量流量的更準確讀數 於特別溫度中。此種量測可使用僅兩個壓力感應器或轉換 器，且量測在流體溫度的大範圍而實施。 本發明另提供改良的流體質量流量控制器，特別適於 控制毒性或反應氣體的質量流量率，包括使用於半導體裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-6- 505837 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 置的製造的氣體，其中流量控制器包含快速反應時間以穩 定於所需定點流量率，且是準確於定點狀態內至小於一.個 百分點的誤差。此控制器亦可操作來量測質量流量率，於 此種流量率的大範圍，在最大與最小流量率之比是1 0 0 比1之程度。此質量流量控制器無需處理流體或校準流體 之校準，因此在流量不需要轉換因子，量測過程中。 本發明亦提供改良一種改良的流體質量流量控制器， 其操作以量測通過此流體之流體差壓及流量限制器下游之 壓力，且其利用選擇流體的質量流量之資料於差壓與下游 壓力的範圍內，此控制器將曝露至此些壓力與控制器將操 作於此些壓力。本發明的質量流量控制器與流量計亦可操 作於自以上大氣壓力至所謂的用於毒性或反應氣體之安全 輪送系統的真空狀態之進入壓力的大範圍。再者，本發明 包含流體質量流量控制器，其與控制系統操作，此控制系 統諸如數位信號處理器之適於處理器電路，及用於儲存上 述資料之非液體記憶體，且此流量控制器可達到另外的資 料集當需要時。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明另提供具有機械簡化設備之流體質量流量控制 裝置，是形式模組化且是特別適於可更換流量限制器的快 速轉換，一個或更多壓力變換器與單一流量控制閥與此控 制器結合。 本發明仍提供一種流量限制器，其流量對不同壓力與 下游壓力的資料客利用作爲用於多流體之資料集，依據本 發明特別適於與壓力基流體質量流量控制器或流量計之使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 505837 Α7 Β7 五、發明説明（5) 用’然而可適於其它應用與尤其適於與毒性及反應氣體之 使用。 再者，本發明藉由量測通過流量限制器之差壓及此限 制器下游的流體壓力而實施用以量測及/或控制流體的質 量流量率之方法，尤其，然而不受限於下游壓力是在大氣 壓力以下之操作。本發明另實施流體質量流量控制器的操 作方法，此方法不需以校準流體而校準此控制器，然而利 用各種類型處理流體之控制器的流量限制器部件之預設資 料集，包括可毒性或反應氣體之流體。 本發明亦比較包含微控器或處理器裝置之流體質量流 量控制器，適於達到來自兩個壓力感應器、溫度感應器及 指令信號輸入之信號，當提供適於類比輸出信號用於與流 體質量流量控制器結合之控制閥。再者，微控器可操作以 支援R S 4 8 5通訊與各種網路通訊，用以接收來自遠方 位置之資料，及用以支援並輸入資料至串列的 E E P R〇Μ。因此，本發明實施流體質量流量控制器的 操作方法，其中具有用於不同流體的流量限制器的特色之 資料集可遙遠地經由網路而獲得，用於此控制器操作中在 各種類型流體上之快速變化。 這些習知技術在閱讀接著圖式之詳細說明後，將領會 到此發明的上述優點與特色以及其它重要觀點。 圖式簡單說明 圖1是本發明的流體流量控制器的簡圖； 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 505837 A7 B7 五、發明説明（6) 圖2是顯示圖1中之控制器的縱向中央截面圖，且顯 示一般與其相關的流體流量線路的一些特徵； 圖3是依據本發明使用於圖1及圖2中之流量控制器 的流量限制器的詳細截面圖； 圖4是顯示氣態流體的質量流量比如差壓通過流量限 制器的函數與下游壓之曲線圖，都皆在約零t 〇 r r至約 2 0 0 〇 t o r r的相對低壓範圍； 圖5是依據本發明之流量限制器的另一實施例與組合 支撐配件的縱向截面圖； 圖6是相似於圖4之曲線，其顯示流量限制器的另一 類型的特性，如差壓通過的功能與流量限制器的順壓；及 圖7 A及7 B是實施於顯示於圖1與圖2中之流體質 量流量控制器的操作之某些步驟的流程圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-·α 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要元件對照表 CAN 2 0 2 2 2 4 2 4 a 及 2 6 a 2 5 2 6 2 7 控制器區域網路 質量流量控制器 二段式模組體 矩形塊體部件 配合平面 流體傳送連接器部份 矩形塊體部件 流體傳送連接器部份 機械扣件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐〉 -9- 505837 A7 B7 五、發明説明（7) 3 4 3 6 3 7 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 6 4 7 4 8 4 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 7 源壓力容器 導管 沖洗導管 導管 洗滌器 半導體製造室 真空‘ 電控流量控制閥 電起動閉合構件 內通道 啓動器 第二內通道 第一壓力轉換器 通道 第二壓力轉換器 通道 縱向通道 可移開蓋 筒形擴孔 流量限制器 管狀套管 管狀接合器 密封環 數位信號處理器 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 B7 、發明説明（8) 7 2 記憶體 7 4 供電器 7 6 閥驅動器電路 7 8 溫度感應器 80 介面 9 0 表面 9 2 表面 9 4 表面 110 表面密封接合配件 112 縱向通路 較佳實施例詳細說明 . 於下說明，類似元件是各別標示以相同參考號碼於整 個說明書與圖式中。此圖可不需按比例’且某些特徵可爲 了淸楚且簡明的目的以一般的簡圖形式而顯不° 參考圖1及圖2 ’依據本發明之改良式流體質量流量 控制器是解說且通常指定以號碼2 0 °質量流量控制器 2 0包含二段式模組體2 2 ’含有大致矩形塊體部件2 4 及2 6，其可分別地藉由習知的機械扣件2 8而相互適當 地接合在配合平面2 4 a及2 6 a。體部件2 4及2 6是 配置有適當的流體傳送連接器部份2 5及2 7以備於連接 流體質量流量控制器至用於供應尤其使用於例如半導體製 造中之氣態形式下的毒性或反應性流體之系統的導管。 經由實例如圖2所示，質量流量控制器2 0可插入包 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) _ ' -11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
505837 A7 B7 五、發明説明（9) 含用於諸如六氟化鎢、氯或六氟化硫的壓力流體之源壓力 容器2 9之製造系統。源壓力容器2 9是經由適當的導管 3 0而連接至流量控制器2 0，且沖洗導管3 2亦是連接 至導管3 0且連接至源沖洗氣體中（未顯示），用於沖洗 連接至適當的接收器或洗滌器3 4之流量控制器，當需要 時’在質量流量控制器2 0的操作期間，然而，精確的被 控制於經由導管3 3進入半導體製造室或容器3 6之流體 流量期間。室3 6通常是利用例如一或數個真空3 7保持 在貫質減壓。圖2所不之插入有流量控制器2 0的系統是 利用簡化形式的實例而顯示以解說流量控制器的一個較佳 應用。 首先參考圖2，體部件2 4支撐電控流量控制閥4 0 ’此控制閥藉由習知機械扣件可拆地安裝在體部件2 4的 面2 4 b上（未顯示）。閥4 0包含電起動閉合構件4 1 ’可操作在自體部件2 4的內通道4 2至體部件2 4的第 二內通道4 4之液體的節流量。閥4 0亦包含閉合構件 4 1用之起動器4 3。起動器4 3較佳地是使用於電起動 閉合構件4 1的控制的快速反應與適應之電磁線圈或壓電 材料之類型。第一壓力轉換器4 6亦是可拆地安裝在體部 件2 4上，且是與體部件2 4中之通道4 7相通，通道 4 7是與通道4 4相通。第二壓力轉換器4 8是可拆地安 裝在體部件2 6上，且是與通道4 9相通，通道4 9開啓 進入體部件2 6中之縱向通道5 0，此通道亦是連接至導 引至製造室3 6之導管3 3。壓力轉換器4 6及4 8可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 -12- 505837 A7 B7 五、發明説明（id 是例如由 Honey well Data lnstruments Divisi〇n 生產的類型。 控制閥4 0與壓力轉換器4 6與4 8可配置在質量流量控 制器2 0用之可移開蓋5 1內，如圖1所示。 亦爹考圖3中’體部件2 4包含形成於其中且與第二 內通道4 4同中心用以容納流量限制器5 6。流量限制器 5 6是支撐於管狀套管5 8，其可安裝在支撐在密封環 6 2之間的筒形擴孔5 4之適合的管狀接合器6 〇。流量 限制器5 6可藉由分開體部件2 4及2 6而容易地移除體 2 2，因此，移除流量限制器以及其支撐套管5 8，且以 相同流量特性或選擇的其它流量特性的適當代替限制器更 換流量限制器。流量限制器5 6較佳地包含具有預設多孔 性之燒結的金屬匪柱塞狀構件’用以藉由提供對流量的限 制致使流體流過其中以充份地產生穿過其中的差壓，此差 壓可藉由壓力轉換器4 6及4 8而出。流量限制器5 6可 例如以不銹鋼或鎳顆粒製造出，其被適當地壓縮並燒結以 提供所需的多孔性及流量限制特性。流量限制器5 6是有 利地配置於流量控制器2 0中控制閥4 0的下游處。 再次參考圖1，流量控制器2 0是適於藉由包括特性 如數位信號處理器7 0的微控制器之控制電路或系統而操 作’此.處理器是可操作地連接至不變性記憶體，諸如 EEPROM7 2、供電器74及適當的閥驅動器電路 7 6。微控器7 0是經由驅動器7 6操坐連接至閥4 0用 以致使閉合構件4 1的移動。微控器7 0亦是操作連接至 壓力轉換器4 6及4 8且連接至溫度感應器7 8，溫度感 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 _B7_ 五、發明説明（1令 應器可配置在預設位置以感應流過控制器2 0的流體溫度 。微控器7 0亦是操作連接至適當的介面8 0 ’用以接收 指令信號、資料集及來自不同來源的程式改變。 微控器7 0較佳地是德州儀器公司製造的TMS 320 LF2407固定點微控器。壓力轉換器46及 4 8操作於具有如對微控器7 〇的類比輸入之1 4至1 6 位元解析度之加/減0 · 5伏特範圍’此微控器包括其本 身的A / D及D / A轉換器。其它類比輸入將是用於 0 7 8及輸入有1 2位元解析度之0至5伏特定點指令信 號。微控器7 0亦是提供類比輸出信號，用以經由驅動器 7 6而控制閥4 0的操作。與微控器7 0的通信可以是經 由R S 4 8 5四線通信鏈及/或C A N (控制器區域網路 )。微控器7 0亦能夠支援模傚與除錯用之J T A G介面 以及程式用之上電啓動載入器功能。記憶體7 2較佳地是 至少4 0 0 0位元組的串列E E P R〇Μ。 微控器7 0需要以每秒一千次的速度執行於壓力轉換 器4 6及4 8用之輸入及控制此閥4 0用之輸出丨言號$目 之閉运控制功能。當控制環正作用時經由介面8 Q的通信 被實施，雖然當控制環更新並未被保持時，新資彳斗_ 對記憶體7 2的轉移可被支援。 本發明的觀點屬於此發現，亦即，於質量流量控制器 2 0的正常操作範圍中，流量率不僅是通過流量限制器 5 6之差壓的函數，而且是實質符合製造室3 6中的壓力 之絕對下游壓力函數。圖4中，例如顯示流量標準的每分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ~ --- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝 訂 -14- 505837 Α7 Β7 五、發明説明（1令 鐘立方公分（S C C Μ )的典型特性如通過流量限制器 5 6的差壓（t 〇 r r )的函數，亦如縱向通道5 〇、導 管3 3及製造室36中的下游（t 〇 r r )的函數。圖4 的曲線中，顯示流過限制器之流體的流量特性，於曲線所 標示之壓力範圍中，可以是依據由數字9 0所代表之三維 表面。流量特性或表面9 0是用以特定溫度。於圖4中， 用於測試的流體之質量流量特性9 0被實施於2 5 °C。如 圖4所示，於較低溫度取得之量測將提供例如由表面9 2 及9 4所標示之流量特性。由表面9 2所標示之流量特性 是用於低於用於由表面9 0所標示之流量特性之溫度的溫 度’且由表面9 4所決定之流量特性是在低於用以形成流 量特性表面9 2.而取得之量測之溫度。 亦將自圖4，注意到，通過流量限制器之質童流量率 ’特別地用於此曲線所標示之壓力範圍，隨著下游壓力的 變化例如，如果下游壓力是約0 · 0 t 〇 r r且通過流量 限制器之差壓是約1 5 7 5 . 0 t 〇 r r，用於測試的特 疋限制器之流量率是約2 8 0 S C CM。然而，如果下 游壓力是7 6 0 · 0 t 〇 r r (標準環境壓力），用於通 過流量限制器之相同差壓是約5 0 0 S C C Μ。因此， 流過流量限制器之流體的性能特別地以氣態的形式不僅是 取決於差壓的溫度，而且亦取決於流量限制器的壓力下游 〇 於圖4所示不同溫度中的流量特性，通過流量限制器 的差壓及下游壓是用於燒結金屬型流量限制器。諸如流量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 B7 五、發明説明（ 限制器。選擇性地，參靠圖6，相似流量特性是標示用於 在2 5 t之銳邊圓形孔，且是由數字9 5所標示。於圖4 及6所示之特別流量特性是用於氮氣中，雖然其它氣體是 標示依據顯示於圖4及6中之一般流量特性而作用於本文 中之流量特性的類型。 因此，依據圖4及6之流量特性可被形成用於使用於 質量流量控制器之流量限制器的特定類型，諸如控制器， 且用於液態與氣態形式之不同流體，包括使用於半導體製 造之處理氣體或蒸氣。 表示三維流量特性之資料點，諸如於圖4中之表面 9 0、9 2及9 4，可以不同方式形成且進入流量控制器 2 0的記憶體7 2。當操作於定點模式之流量控制器微控 .器7 0，可對閥4 0的指令操作作程式規劃以調整通過流 量控制器2 0之流量，由壓力轉換器4 6及4 8感應通過 流量限制器之差壓而接近定點以決定實際流量率，重複地 ，一直到流量率是實質地程式規劃入微控器7 0如定點或 按照輸入至微控器之指令。代表用於特定氣體的表面9 0 、9 2及9 4可使用習知流量量測設備而獲得。 '質量流量量測裝置的變化率亦可使用來獲得資料點。 此外，此種流量量測裝置可使用來查核流量控制器的操作 ，諸如其設計規格內之流量控制器2 0查核特殊流量限制 器是否在其設計規格內，一但設計規格已被建立用於上述 類型的流量限制器及流量控制器，其各功能可藉由質量流 量量測裝置或其它質量流量量測裝置或設備之變化率及惰 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X 297公釐）~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 B7 五、發明説明（14 性氣體的使用予以查核，使得毒性與高度反應氣體不需要 被使用於完整的流量控制器或流量限制器上之查核測試。 例如，資料點的選擇數目可被查核在5 0、1 0 0、 500及3000 SCCM的流量率於30ps ig進 入壓力，而排出壓力是大氣壓力，用於流量控制器，諸如 控制器2 0或用於流量限制器，諸如流量限制器5 6。代 表流量控制器2 0的設計規格之資料點亦可進入記憶體 7 2以查核流量控制器的操作能力，當測試以前述的流量 量測裝置之變化率時。流量量測裝置之適當變化率或所謂 的提升率是市場上可取得的。 此外，流體質量流量控制器亦可經由其介面8 0與適 於連接至資料源之網路連接，用於已與如流量控制器2 0 .之相同類型的控制器測試之任何流體。以此方式，‘由流量 控制器2 0所控制的任何氣體可具有由只要查詢儲存於適 當處理器的資料庫進入記憶體7 2之流量特性。例如，流 量控制器2 0的賣主可具有儲存在適當處理器上的選擇資 料集及與其相關的記億體用於各種氣體，各資料集實質地 符合分別提供顯示於圖4及6中用於任一類型的流量限制 器之流量特性之資料集的類型。使用諸如流量控制器2 0 的流量控制器，且想要開始使用具有特別氣體的控制器之 授權顧客，將僅作對賣主來源的查詢並經由諸如網際網路 的網路直接地下載所需的資料集至微控器7 0及記憶體 7 2。 微控器7 0的操作通常是依據圖7 A及7 B的流量曲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-17- 505837 A7 B7 五、發明説明（1$ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 線，現將更詳細的說明。微控器或處理器7 0可操作用來 執行閉環控制及通信功能。閉環控制是較佳地執行於每秒 1 0 0次的速度，且需要對照表或多項式運算的執行。所 有碼可以* C *寫入。此微控器或處理器7 0的功能是槪 述於圖7 A的流程圖中。於圖7 A中的步驟1 0 0顯示以 1 0毫秒中斷驅動處理器7 0的主要功能。在步驟1 0 2 中，此處理器獲得6 4個下游壓力XD 1的樣本，且平均 這些樣本。在步驟1 0 4中，處理器7 0獲得6 4個上游 壓力X D 2的樣本，且平均這些樣本。步驟1 0 6是類比 輸出信號的3 2個樣本的平均，用於由軟體標籤 C Y 1 S N所識別之閥4 0的控制。步驟1 0 8顯示信號 模式中之處理器7 0的操作以獲得輸入於步驟1 0 8的零 至五伏特定點指令信號的3 2個樣本，以及零至五伏特的 類比輸出信號的3 2個樣本於步驟1 1 2中。步驟1 1 4 顯示當類比輸入是接地短路時。步驟1 1 6顯示獲得來自 溫度感應器7 8之信號的3 2個樣本之處理器，標示如 T E 1，且平均此種樣本。步驟1 1 8提供甩於轉換信號 輸入成壓力、流量及溫度的英制單位。於圖7 A的步驟 1 2 0是使用例如圖4的表面9 0、9 2及9 4之流程路 線的運算的執行。新處理器前進至控制模式於步驟1 2 2 中 〇 圖7 B解說流程路線的運算如何使用諸如表面9 0、 9 2及9 4之數組所謂的三維圖而實施，例如，用於各別 操作溫度，且藉此流量運算如通過流量限制器5 6之差壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A7 _B7____ 五、發明説明（1弓 變數的函數，於流量通道5 0中之下游壓力及由感應器 了 8所感應的溫度。一組流量越過下游壓力的範圍且流量 率被獲得用於流量限制器5 6。此資料集被套入三維曲線 的陣列中。所謂的圖可被認爲如Z軸上的流量，其繪製成 X軸上之差壓，XD 2 — XD 1及Y軸上之排放或下游壓 力 X D 1。 最佳配合方法產生曲線於Y的不同値。X對Z的代表 性曲線可被產生，當X D 1是等於例如1、5 0、1 0 0 、300、500及700 t 〇 r r時。然後此方法被重 複於另一操作溫度。此校準資料然後是自浮點數字繪圖至 使用於此處理器之固定點數量。這些表被下載至處理器， 且被請求於流量運算。圖7 B中之步驟1 2 4的校準資料 .是藉由獲得校準圖或表面於由感應器7 8所感應的溫度上 下之最接近溫度而實施。於步驟1 2 6及1 2 8中，流量 是藉由插入兩取線的差壓X D 2 - X D 1於校準資料（ CAL DATA)。在目前校準溫度之流量是藉由插入 校準流量資料點間之運算。於步驟1 3 0及1 3 2中，在 目前C A L資料溫度之流量中是藉由插入流量（〇 )及流 量（1 ) X D 1値與Y軸値之間的流量（〇 )及流量（1 )而運算。流量是藉由插入Τ E 1値及所選擇的兩個 CAL DATA集之溫度於Flow@Temp(〇) 及F 1 ow⑬Temp ( 1 )之間而運算的。 簡要地參考圖5，如前所述，流量限制器5 6可適於 與其它流量控制器及相關裝置之操作。流量限制器5 6例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-19- 505837 A7 B7 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如可拆地安裝於習知配件’諸如表面密封接合配件1 1 〇 。配件1 1 0包含縱向通路1 1 2，其鑽有柱坑於一端以 提供內徑1 1 4，用以容納柱狀塞流量限制器5 6及其管 狀支撐套管5 8。套管5 8可以是輕微壓入配合於內徑 1. 1 4。利用例子，與流量控制器2 0連接於使用之流量 限制器可描繪成具有約〇 · 1 8英吋的直徑及約〇 · 1 8 英吋的長度之柱狀塞，且可以多孔燒結的不銹鋼、鎳或耐 酸合金C 一 2 2形成。此實心鋼套管58可以3 16L不 錄鋼而形成。其考慮到，流量限制器5 6的製造公差可致 使僅需限制器的性能特性而查核，其藉由查核例如5 0、 100、500及3000 SCCM的質量流量率於具 有排放至周圍3 0 p s i g的限制器下游之壓力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，校準或校準轉換因子不是流量限制器5 6或流 量控制器2 0所必需的。當一但安裝使用時，流量控制器 2 0及/或流量限制器5 6可被查核其相關的操作能力， 其藉由使用大氣的流量量測裝置或相似裝置之變化率將預 設量的惰性氣體流過此些設備以查核性能。流量限制器及 /或流量控制器然後可安置在或送修以確保各別設備將依 據諸如圖4所示之流量特性而運轉。 質量流量控制器2 0及流量限制器5 6的架構及操作 以及如上述所提出之流量控制器的操作方法，被相信對於 熟習此項技藝者而言是隨時可暸解的。此外，流量控制器 2 0作用如流量計，且可使用作爲流量計以及用於控制流 量率至定點狀態。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 505837 A7 ______ B7 __ 五、發明説明（1今 雖然本發明的較佳實施例已在此詳細的說明，熟習此 項技藝者將認知到，各種的取代與修改可應用在本發明而 不會超過附加的申請專利範圍之領域及精神。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公潑） -21 -

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種流體質量流量控制器，用於控制流體至一過 程的流量，該質量流量控制器，包含： 機體，包括流體流量通道於其中； 流量限制器，插入該機體中之該流量通道； 壓力感應器，用於感應該流量限制器上游的該流量通 道中之流體壓力，以及另一壓力感應器，用於感應該流量 限制器下游的該流量通道中之流體壓力； 控制閥，用於控制穿過該流量通道之流體的流量；及 控制電路，可操作地連接至該控制閥及該壓力感應器 ，用於控制穿過流量控制器之流體的質量流量，基於通過 該流量限制器之差壓及該流量限制器下游的該流量通道中 之流體壓力。 2 .如申請專利範圍第1項之質量流量控制器，其中 該控制電路包括微控器，可操作地連接至該壓力感應 器及該控制閥且連接至含有資料之記憶體，該資料指定經 由該流量限制器之質量流量率，用於該流體及用於通過該 流量限制器之差壓，及流過該流量限制器之流體與該流量 限制器下游的壓力，該微控器是可操作地提供一個輸出信 號，該輸出信號顯示於壓力差、下游壓力及溫度的特定狀 態下經由該流量控制器之該流體的流量率，且基於傳輸至 該微控器之定點流體流量率，操作該控制閥以限制穿過該 流量控制器之該流體的流量在一預定量。 ‘ 3 .如申請專利範圍第2項之質量流量控制器，包含 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -22- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 連接至該微控器且可操作地連接至信號源之介面，用 以接收流體質量流量率對通過該流量限制器之差壓的資料 集及至少預定流體合成物之該流量控制器中之該流量限制 器下游之壓力。 4 .如申請專利範圍第.2項之質量流量控制器，其中 該微控器包含留在該記憶體中之查核流體用之資料集 ，用以查核在預定溫度通過該流量限制器之差動流體壓力 ，及該流量限制器下游之流體壓力之查核流體的流量控制 率。 5 .如申請專利範圍第1項之質量流量控制器，其中 該流量限制器包含多孔塞。 6 .如申請專利範圍第5項之質量流量控制器，其中 該流量限制器包含具有預定多孔性之燒結金屬塞。 7 .如申請專利範圍第6項之質量流量控制器，其中 該流量限制器的多孔性符合在相對於該流量限制器之 預定上游壓力，及預定下游壓力之預定流體的數個預定質 量流量率。 8 .如申請專利範圍第1項之質量流量控制器，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -23- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該機體包含第一體部件及可鬆開地連接至該第一體部 件之第二體部件於該第一體部件及該第二體部件的配合表 面，以及該流量限制器是安裝在該體部件中的一個形成於 其中的柱坑，且可在該體部件相互分開後自該流量限制器 移開。 9 .如申請專利範圍第.8項之質量流量控制器，其中 該壓力感應器中的一個是安裝在該第一體部件上，及 該壓力感應器的另一個是安裝在該第二體部件上，各該壓 力感應器是與貫穿該機體中的該流量通道之通路連接。 i 〇 .如申請專利範圍第9項之質量流量控制器，其 中： 該控制閥是安裝在該第一體部件上，且包含插入於該 流量通道之閉合構件。 1 1 .如申請專利範圍第1項之質量流量控制器，其 中： 該控制電路包含：微控器，含有數位信號處理器；記 憶體，連接至該數位信號處理器；閥驅動電路，插於該控 制閥及該微控器之間；及介面，連接至一或數個網路，用 以將至少一個資料與指令傳達至該微控器。 . 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之質量流量控制器， 其中： 該記憶體包含資料集，該資料集代表在通過該流量限 制器之差壓的範圍，及給定溫度的該流量限制器下游之該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ： -24 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 流量通道中之壓力範圍之特定流體的質量流量率。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之質量流量控制器， 包含= 用於預定流體質量流量率之該記億體中之數個資料集 ，基於通過流量限制器之壓力差及流過該質量流量控制器 之該流體的數個溫度之該流量限制器的該流體下游壓力。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項之質量流量控制器， 包含= 用於預定流體質量流量率之該記億體中之數個資料集 ，分別地基於通過流量限制器之壓力差及不同合成物的數 個流體之該流量限制器的該流體下游的壓力。 1 5 . —種流體流量計，用以量測已知流體合成物的 質量流量，該流量計包含z 機體，包含穿過其中之流體流量通道； 流量限制器，插入於該機體中之該流量通道； 壓力感應器，用於感應該流量限制器上游的該流量通 道中之流體壓力，以及另一壓力感應器，用於感應該流量 限制器下游的該流量通道中之流體壓力；及 控制電路，可操作地連接至該壓力感應器，用於量測 通過該流量計的質量流量，基於感應通過該流曩限制器之 差動流體壓力及該流量限制器下游的該流量通道中之流體 壓力。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之流量計，其中： 該控制電路包含有信號處理器之微控器及連接至該信 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格( 210X297公釐） ： -25- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    505837 8 8 8 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 號處理器之記憶體，該記憶體包含資料集，該資料集代表 在通過該流量限制器之差壓的範圍，及給定溫度的該流量 限制器下游之該流量通道中之壓力範圍之特定流體的質量 流量率。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之流量計，包含： 用於預定流體質量流量率之該記憶體中之數個資料集 ，基於通過流量限制器之壓力差及流過該流量計之數個溫 度之該流量隈制器的該流體下游壓力。 1 8 .如申請專利範圍第1 6項之流量計，包含： 用於預定流體質量流量率之該記憶體中之數個資料集 ，分別地基於通過流量限制器之壓力差及不同合成物的數 個流體之該流量限制器的該流體下游的壓力。 1 9 . 一種流量限制器，使用於流量計與流體質量流 量控制器中的一個，用以控制使用於半導體裝置的製造之 氣態材料的相對低流量率，該流量限制器之特徵在於，該 氣態材料中的至少一個的資料集用於通過該流量限制器之 差壓的範圍，及該流量限制器下游的流體壓力的範圍，當 該一個氣態材料流過具有插入於其中之該流量限制器之通 路時。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之流量限制器，其中 該流量限制器包含多孔塞。 2 1 .如申請專利範圍第2 0項之流量限制器，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -26- 505837 8 8 8 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 該塞以燒結金屬而形成。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之流量限制器，其中 該流量限制器是可操作以提供流過該流量限制器之確 認氣體的數個預定質量流量率於該流量限制器上游之預定 進入壓力及該流量限制器下游之預定排出壓力。 2 3 . —種控制流體至一過程的流量率之方法，包含 以下步驟： 配置流體質量流量控制器，該流體質量流量控制器具 有機體、穿過該機體之流量通道、插入該流量通道之流量 限制器、用於辨識該流體通路中之該流量限制器上游的流 體壓力之第一壓力感應器、用於辨識該流量限制器下游的 該流量通道中的壓力之第二壓力感應器、以及用於控制流 體穿過該流量通道與該流量限制器的流量之控制閥，該方 法另包含以下步驟： 以該第一及第二壓力感應器量測流體流過該流量通道 的壓力； 基於通過該流量限制器的差壓，及該流量限制器下游 的該流量通道中之壓力，決定流體流過該控制器的質量流 量率·，及 · 操作該控制閥以改變流體穿過該流量通道的流量，一 直到流體流過該流量通道之質量流量率是實質地在該流體 的質量流量率的預設定點。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項之方法，其中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505837 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該過程被實施在760 t 〇 r r至〇 t 〇 r r的範圍 中之相對低壓力。 2 5 .如申請專利範圍第2 3項之方法，其中： 流體流過該流量通道的質量流量率是藉由比較流體流 過該流量限制器的壓差而決定，及該流量通道中的該下游 壓力，以流體的質量流量率的資料集流過該流量通道至該 過程，用於通過流量限制器之各種差動壓力及該流量限制 器的該流體下游之各種壓力。 2 6 .如申請專利範圍第2 3項之方法，包含以下步 驟： 量測流體流過該質量流量控制器的溫度，且比較通過 該流量限制器之差動壓力及該流量限制器的下游之該流量 通道中之壓力於該量測溫度。 2 7 .如申請專利範圍第2 3項之方法，包含以下步 驟： 獲得由該控制器所控制的選擇流體的流量率的資料集 ，其藉由使該選擇流體流過該限制器，且量測上游與下游 壓力於多個下游壓力中。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之方法，包含以下步 驟： . . 使用量測裝置之變化率量測該流體的流量率。 2 9 . —種量測流體的質量流量率之方法，包含以下 步驟： 配置包括流量通道與流量限制器插入於其中之機體； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） ： -28- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    505837 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 使該流體流過該流量通道與量測流體流過該流量限制 器的上游及下游之該流量通道的壓力；及 比較流體流通過該流量限制器的壓差，與該流量限制 器下游的壓力，以資料集的質量流量率的流體流過該流量 通道，用於通過流量限制器之各種差動壓力及該流量限制 器的該流體下游之各種壓力。 3 〇 .如申請專利範圍第2 9項之方法，其中： 該流量限制器下游之該壓力是於0 t 〇 r I*至7 6 0 t 〇 r r的範圍。 3 1 .如申請專利範圍第2 9項之方法，包含以下步 驟： 配置包括該機體之流體質量流量計，用於辨識該流量 通道中之該流量限制器上游的流體壓力之第一壓力感應器 ，以及用於辨識該流量限制器下游之該流量通道中的壓力 之第二壓力感應器。 3 2 .如申請專利範圍第2 9項之方法，包含以下步 驟： 量測流體流過該流量通道的溫度，且比較通過該流量 限制器之差動壓力與該流量限制器下游之該流量通道中之 壓力，以質量流量率的資料集用於該量測溫度上下之選擇 溫度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 29-
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