TWI521190B - 質流控制器 - Google Patents

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TWI521190B TW104106156A TW104106156A TWI521190B TW I521190 B TWI521190 B TW I521190B TW 104106156 A TW104106156 A TW 104106156A TW 104106156 A TW104106156 A TW 104106156A TW I521190 B TWI521190 B TW I521190B
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軍華 丁
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Description

質流控制器 【相關申請案的交互參照】
本申請案依據並且主張美國專利申請號14/205,030的優先權，其為2014年3月11日所提出，標題為「即時監控經過質流控制器之流量的系統及方法」，代理人案號086400-0191(MKS-236US)，其為2012年1月20日所提出，代理人案號086400-0191(MKS-236US)，標題為「即時監控經過質流控制器之流量的系統及方法」之美國專利申請案13/354,988的部份連續案，其全部內容以引用的方式併入本文中。
本揭露一般係關於質流控制器(MFCs)，而且更特別地係關於一種即時監控經過MFC之流量的系統與方法。正如在本文中所使用的，用語「氣體」包括用語「蒸汽」(假如該兩用語被視為不同)。
質流控制器(MFCs)係為用於測量與控制氣流的裝置。它們通常被使用來控制在半導體製造製程期間內的氣流，其中到半導體設備內(譬如真空室)的氣流，必須予以謹慎控制，以便產生高產率的半導體產品。MFC通常被設計與校正以控制在特定範圍之流率的具體類型氣體。該裝置依據一已知的設定點來控制該流率，其係通常由使用者或外部裝置(譬如半導體設備本身)所預定。MFC可為類比式或數位式。它們基本上被設計成使用以進入氣體的壓力範圍，低壓與高壓的MFC是有效的。全部MFC具有一入口埠與出口埠、包括一質流感應器的一質流量計以及一比例控制閥。一系統控制器係被使用作為一部份的反饋控制系統，該反饋控制系統 提供一控制訊號到控制閥，該訊號為由設定點所決定之流率與由質流感應器所感應之所測量流率之比較的函數。該反饋控制系統因此操作該閥，以使得該所測量的流量能夠被維持在由該設定點所決定的流率。
這些控制系統係假設MFC仍然維持校正在特定公差內。為了測試MFC是否在校正公差內，MFC基本上是以這些裝置，如質流驗證器，來進行離線測試。後者被使用來測試流率。雖然離線測試非常準確，但是總是會產生在製程運行期間內MFC變得超出校正範圍(即時)且直到該製程完成為止也無法被驗證的一種問題。通常，這可導致半導體產品的產率變低，甚至完全失敗，而造成整個產品產率的損耗。這是昂貴且明顯令人不希望的。需要的是一種即時連續測試MFC之校正設定同時能夠使製程運行的一種裝置與方法。
【相關技術之說明】
參考日本公開專利2004-246826A(2004.9.2)，以及美國專利申請案公開號2006/0278276。
根據一項實施例，一質流控制器係提供用於控制從一來源至一目標的氣流。該質流控制器包含：第一與第二流量計、以及上游與下游比例控制閥。該第一流量計被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體質量的該流率，以作為熱感應質流的一函數。第二流量計包括一壓力感應器與一結構，其定義用於接收流經該質流控制器之氣體的一預定體積。第二流量計係被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體(當被允許從一預定體積流動時)之流量，以作為該氣體壓力之所測量衰減率的函數。該上游比例控制閥係被架構與安排，以選擇性地控制到該質流控制器之氣體的流率。該下游比例控制閥被架構與安排以便能夠控制來自質流控制器之氣體之流量，以回應一控制訊號，該控制訊號以一設定點與由該等流量計其中一個所測量之該流率的一函數而來產生。一系統處理器/控制器被架構與組態以產生該控制訊號，並且當由第一流量計所測量之氣體之流量與由第二流量計所測量之氣體之流量之間的差超過一臨界值的時候提供一指 示。該壓力感應器、上游流量比例控制閥以及系統處理器/控制器則被進一步架構與安排，以便形成被組態以調整在該預定體積內部之壓力的一密閉迴路壓力控制器。
在一項實施例中，該密閉迴路的壓力控制器被進一步架構與安排，以使得該上游比例控制閥能夠被調整，以便使該預定體積的內部壓力能夠充分緩慢地升到進入氣體的上游壓力，以便能夠避免氣噴。
在一項實施例中，該密閉迴路壓力控制器被進一步架構與安排，以使得假如當該質流控制器正在控制從一來源到一目標之該氣流時之流量控制期間內有一上游壓力干擾，該密閉迴路壓力控制器則將自動調整該上游比例控制閥的開放性，以便能夠調整在該預定體積內的壓力，以使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果會被最小化，而且質流控制器之該流量控制的壓力不敏感性能則會被改善。
在一項實施例中，該密閉迴路壓力控制器被架構與安排，以使得假如當該質流控制器正在控制從一來源到一目標之該氣流時的流量控制期間內有一上游壓力干擾，該密閉迴路壓力控制器將能夠自動調整該上游比例控制閥的開放性，以便能夠調整在該預定體積內的壓力，以使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果能夠被最小化，而且質流控制器之流量控制的壓力不敏感性能會被改善。
在一項實施例中，定義該預定體積的該結構支撐該第一流量計、該第二流量計、該上游比例控制閥以及該下游比例控制閥的一個或多個。
在一項實施例中，該第一質流量計包含一熱質流量計，而且該下游比例控制閥被安置在該熱質流量計的下游。
在一項實施例中，該第二比例控制閥被安置在該第一比例控制閥的上游，該預定體積則被安置在該第一比例控制閥與該第二比例控制閥之間，而氣體則可流經該預定體積；而且該質流控制器進一步包括一壓力感應器與溫度感應器，其用於各別地產生代表在該預定體積中氣體之溫度與壓力的一壓力訊號與一溫度訊號。
在一項實施例中，該第二流量計包括一壓力感應器、而且該系統處理器/控制器、該壓力感應器以及該第二控制閥形成一密閉迴路壓力 控制器，以調整在該預定體積內部的壓力。
在一項實施例中，該預定體積是在介於第一與第二控制閥之間的質流控制器內，而且該密閉迴路壓力控制器被架構與安排以使得(1)該第二控制閥能夠被控制，以便使該MFC的內部壓力緩慢地升到進入氣體的上游壓力，以便能夠避免氣噴；以及(2)假如在流量控制的期間內有一上游壓力干擾，該密閉迴路壓力控制器則將自動調整該第二控制閥的開放性，以便能夠調整在該預定體積內的壓力，以使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果會被最小化，以便能夠改善質流控制器之流量控制的壓力不敏感性能。
在一項實施例中，該質流控制器與該處理器/控制器被組態與安排以操作如下：(a)當該設定點在零時，該流量控制閥會被關閉，而且在該流量控制閥上游的第二控制閥會被開啟，以允許來自該來源的氣體充填該預定體積。然後，該第二控制閥則被關閉；(b)當一流量設定點從零值改變到非零值時，第二控制閥會維持密閉，而且該流量控制閥會開啟，以將藉由第一流量計所測量的該流量Qt調整到該流量設定點；(c)就一段預定時間而言，該質流控制器根據以下關係、依據該壓力訊號的衰減率來驗證該流率：Qv=-V[d(P/T)]/dt其中QV係為由第二流量計所決定的該驗證流率；V係為預定體積；P係為由壓力訊號所測量的壓力；T係為由溫度訊號所測量的溫度；以及d(P/T)dt係為比率P/T的第一微分；亦即，該比率P/T的變化率。以及(d)在該流量驗證之後，第二控制閥會被開啟，以使質流控制器連續該流量控制。
在一項實施例中，該段預定時間係在大約50ms與1000ms之間。
在一項實施例中，該質流控制器進一步被組態以比較該驗證流率Qv以及由第一流量計Qt所測量的流率，而且其中假如在Qt與Qv之間的偏差超過臨界值則提供一流量錯誤警報訊號。
在一項實施例中，該質流控制器被組態以依據Qv與Qt的該等測量值來施行自我校正。
在一項實施例中，該第一比例控制閥會被控制，以允許氣體流經該質流控制器，以作為經過該質流控制器之質量的流量設定點流率的函數(只要該流量設定點為非零)。
在一項實施例中，在該流量設定點被設定於零以後，該質流控制器被組態以即刻關閉該第二比例流量控制閥。
在一項實施例中，該臨界值係由使用者設定。
在一項實施例中，該臨界值係由工廠設定。
在一項實施例中，該臨界值係以用於該製程之質流中之可允許公差的函數來設定，以該製程，該控制器則被使用來傳送氣體。
根據一項實施例，一壓力不敏感質流控制器被架構與安排以控制從一來源至一目標的氣流。該質流控制器包含一第一流量計、一第一比例控制閥、一系統處理器/控制器、一第二流量計、一第二、以及一上游比例控制閥。該第一流量計被架構與安排以提供一質流訊號，以作為一設定點以及經過該質流控制器之氣體之該所測量流量的函數。該第一比例控制閥被架構與安排以控制經過該質流控制器的該氣流，以回應一閥控制訊號。該系統處理器/控制器被架構與安排以產生該閥控制訊號，以作為一設定點訊號與質流訊號的函數。第二流量計包括一壓力感應器，其被架構與安排以提供一壓力測量訊號，其代表經過該質流控制器之氣流的所測量壓力。第二流量計被架構與安排以提供一第二質流訊號，以作為該氣體之所測量壓力的函數。該第二、上游比例控制閥在該壓力感應器上游被架構與安排，以選擇性地控制到該質流控制器內之氣體的流率，以作為第二質流訊號的函數。該壓力感應器、第二上游流量比例控制閥與系統處理器/控制器被進一步架構與安排，以便形成被組態以調整到該質流控制器內之該壓力流的一密閉迴路壓力控制器。
根據另一項實施例，一質流控制器被架構與安排以控制從一 來源至一目標之氣體的流率。該質流控制器包含：一第一流量計、一第二流量計、一上游比例控制閥、一下游比例控制閥、以及一系統處理器/控制器。該第一流量計被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體之流量，以作為感應質流的函數。第二流量計包括一壓力感應器與一結構，其定義一預定體積以用於接收流經該質流控制器的氣體。該第二流量計被架構與安排以測量與驗證經過該質流控制器之氣體之流量，以作為該氣體(當被允許自該預定體積流動時)之所測量壓力衰減率的函數。該上游比例控制閥被架構與安排以選擇性地控制到該質流控制器內之氣體的流率。該下游比例控制閥被架構與安排，以便能夠控制來自質流控制器之氣體之流量，以回應一控制訊號，該控制訊號以一設定點與由該第一流量計所測量之流率的一函數而來產生。該系統處理器/控制器被架構與安排以產生該控制訊號並且驗證該質流控制器之質流控制的準確性，其係為被允許以從該預定體積流動之氣體之該所測量壓力衰減率的函數。定義該預定體積的結構係為一安裝方塊，其用於支撐至少該第二流量計以及該上游比例控制閥。這些，以及其他組件、步驟、特徵、目的、好處、以及優點，其現將從觀察說明性實施例的以下詳細說明與附圖而變得清楚。
10‧‧‧質流控制器
12‧‧‧流量計
14‧‧‧流量計
16‧‧‧系統控制器
18‧‧‧比例控制閥
20‧‧‧質流控制器
28‧‧‧方塊
30‧‧‧第一流量計
32‧‧‧輸入埠
34‧‧‧主要流動路徑
36‧‧‧熱質流感應器
38‧‧‧旁路元件
40‧‧‧毛細管
42‧‧‧電阻元件
50‧‧‧第二流量計
52‧‧‧流量限制器
54‧‧‧溫度感應器
56‧‧‧上游壓力感應器
58‧‧‧下游壓力感應器
60‧‧‧出口埠
70‧‧‧第一流量計
72‧‧‧第二流量計
74‧‧‧流量控制單元
76‧‧‧比較器
78‧‧‧臨界值偵測器
80‧‧‧臨界值設定
90‧‧‧質流控制器
92‧‧‧輸入埠
94‧‧‧方塊
96‧‧‧主要流動路徑
98‧‧‧出口埠
100‧‧‧第一流量計
102‧‧‧熱質流感應器
104‧‧‧旁路元件
106‧‧‧毛細管
110‧‧‧系統控制器
112‧‧‧下游控制閥
120‧‧‧第二流量計
122‧‧‧預定體積
124‧‧‧壓力感應器
126‧‧‧溫度感應器
128‧‧‧上游控制閥
這些圖式揭示說明性實施例。它們沒有陳述全部的實施例。其他實施例可被另外或替代地使用。明顯可見或非必要的細節可被省略，以節省空間或者用於更有效率的說明。相反地，一些實施例可在不具有被揭示的全部該等細節之下被實行。當相同數字出現在不同圖式中時，它意指相同或相似的組件或步驟。
圖1係為MFC的簡化方塊圖，其被架構與安排以即時控制經過MFC的流量並且監測MFC的準確性；圖2係為使用在此所說明之學說的MFC之實施例的方塊圖；圖3係為用於產生一訊號之組件的方塊圖，該訊號指示一MFC，譬如結合圖1與2所說明的該些個，何時超出校正公差；以及圖4係為使用於在本文中所說明之學說的MFC之另一項實施例的方塊圖。
現在討論說明性實施例。其他實施例可被另外或替代地使用。明顯可見或非必要的細節可被省略，以節省空間或者用於更有效率的說明。相反地，一些實施例可在沒有全部被揭示的該等細節之下被實行。
參考圖1，說明性、例示性質流控制器10被架構與排列以即時控制經過MFC的流量以及監控MFC的準確性。如所示，控制器10包括兩個流量計12與14，各自獨立地產生代表所測量到之經過MFC之氣體的流率的一訊號。兩流量計的該等輸出係被提供到系統控制器16。控制器16處理所收到來自兩流量計12與14的兩訊號，並且依據該等流量計之其中一者所測量到的流量與一設定點，來提供一控制訊號到比例控制閥18，並於由兩流量計所測量到之該等流率的差超過預定臨界值時，決定提供一指示(「警報」)訊號。
在圖2中顯示一MFC之更詳細的例示性實施例，其通常以20來表示。MFC20被架構與安排以即時控制經過MFC的流量以及監控MFC的準確性。如所示，氣體在方塊28的輸入埠32上被接收，方塊28包括一導管，其定義經由MFC而至出口埠60的主要流動路徑34。第一流量計30係以一熱質量流量計來顯示。熱質量流量計基本上包括一熱質流感應器36。後者通常包括一旁路元件38，其配置在經過方塊28之氣流的主要流動路徑34的旁路中。U形毛細管40具有相反端點，其各別地連接到在旁路元件38之上游與下游端點上的主要路徑。在此範例中，一或多個電阻元件42(兩個為最常見)被用來基於溫度測量而測量經過毛細管的流量，以作為兩個電阻元件之電阻差的函數，然後其為流體之感應溫度差以及流量量測的函數。旁路元件38被設計以確保經過毛細管40兩端之間之旁路元件38的氣流為層流。藉由維持層流，所測量到經過毛細管40之氣體的流率將是經過主要流動路徑34之流量的準確百分比。因此，經過該毛細管40的感應流率將是經過MFC20以及離開出口埠60之流率的準確測量。代表感應流率的資料則被傳遞到系統控制器16。
第二流量計50係以一差壓流量計來加以顯示。就阻流(choked flow)之情形而言，流量計50包括一流量限制器52(例如，主要的流 量噴嘴或孔口)，而且溫度感應器54與上游壓力感應器56被安排以測量流經流量限制器52上游之主要流動路徑34之氣體的各別溫度與壓力。代表感應溫度與壓力之資料則被傳輸到系統控制器16，以用來決定經過第二流量計50的質流為這些感應測量的函數。就非阻流情形而言，第二或下游的壓力感應器58則被提供在流量限制器52的下游側上。代表感應溫度、上游壓力與下游壓力的資料會被傳輸到系統控制器16，以用來決定經過第二計50的質流為該等感應測量的函數。(在該阻流與非阻流實施例兩者中)由第二流量計50所提供的第二測量不依賴由第一流量計30所提供的測量。
參考圖3，系統控制器16係處理流量計70與72的輸出，以提供經過MFC之相同流量的兩流量測量。正如所示，流量計70被提供到一流量控制單元74，該流量控制單元接下來施加一控制訊號到比例控制閥18。一比較器76係被提供以將代表由兩流量計70與72所提供之該等感應流量測量的資料加以比較，以提供一輸出訊號，該輸出訊號為兩測量之間之任何差的函數，且代表兩測量之間的任何差。藉由一臨界值偵測器78將本輸出訊號與(由臨界值設定80所提供的)某臨界值相比較。如果比較器76的輸出訊號超過該臨界值(其中兩流量計提供不同的流量測量，使得在兩者之間的差超過一預定臨界值)，則臨界值偵測器會提供一警報或指示訊號，以警告使用者該等流量計的至少其中一者不準確，而且MFC應離線並進一步測試。應該注意的，設定在80的臨界值係提供成許多方式的任一者，其包括在MFC之最初工廠設置或使用者程式化期間內設定該數值。該臨界值可被設定為特定製程之質流中之可允許公差的函數，其中控制器被使用來傳送氣體。因此，於流率中，一些製程可比其他製程允許更大的公差。
雖然第一與第二流量計已經各別地以在圖2中的熱質量流量計與差壓流量計來說明，但是它們亦可為其他類型的流量計，譬如柯氏(coriolis)流量計、磁流量計或超音波流量計，其取決於MFC20打算用的應用。另一項範例係顯示於圖4中，並且更詳細地在以下討論。雖然第一流量計的類型較佳是與第二流量計的類型不同，但是兩流量計亦可為相同類型。例如，兩流量計可以是熱質量流量計或差壓流量計。進一步地，雖然第一流量計30放置在控制閥18上游而且第二流量計放置在控制閥18下游，但是這兩流量計的位置均可以是沿著MFC之主要流動路徑34的任何地方。 例如，兩流量計可以在控制閥18的上游或下游。
如圖3所示，雖然來自第一流量計70的測量被使用於流量控制單元74中以控制MFC流量輸出，以及來自第二流量計72的測量被使用來即時驗證MFC的準確性，但是來自第二流量計72的測量則可被使用於流量控制單元74中，以控制MFC20的流量輸出，而且來自第一流量計70的測量可被使用於流量驗證。
在圖4中所說明之MFC90的另一項更詳細例示性實施例，包括系統控制器以及處理器110以及兩流量計100與120，其係以在本文中所說明的方式被組態與安排與操作。顯示於圖4中的實施例利用用於測量流量的熱質量流量計，以及用於回應由該熱質量流量計所進行之該等測量的下游控制閥，以控制經過MFC90的流量。另外地，MFC90包括整合壓力與溫度感應器、一預定內部體積以及一整合上游控制閥(連同下游控制閥)，以提供利用一種壓力衰減率方法的流量驗證。
如圖4所示，氣體在方塊94之輸入埠92上被接收。後者包括定義經由MFC到出口埠98之主要流動路徑96的一通道。第一流量計100係以熱質量流量計顯示。如上文所說明地，熱質量流量計基本上包括一熱質流感應器，譬如在102所示。後者通常包括一旁路元件104，其配置在經過方塊94之氣流之主要流動路徑96的旁路中。U形的毛細管106具有相反端點，其各別地連接到在旁路元件104之上游與下游端點的主要路徑。一或多個電阻元件(未顯示)(兩個為最常見)被用來基於溫度測量而測量經過毛細管的流量。在本範例中，溫度係以兩電阻元件之電阻差的函數來測量，然後其為流體之感應溫度之差的函數。然後，所測量的溫度差為質量流率的一測量。旁路元件104被設計以確保經過在毛細管106兩端之間之旁路元件104的氣流為層流。藉由維持層流，所測量到之經過毛細管106之氣體的流率將是經過主要流動路徑34之流量的準確百分比。因此，經過毛細管106的感應流率將是經過MFC90以及離開出口埠98之流率的準確測量。代表感應流率的資料則被傳遞到該系統控制器110。流率係以下游控制閥112來控制。更具體地，一訊號藉由流量計100被提供到系統控制器110，該訊號係為由熱質流感應器102所感應之所測量到的流率的函數。系統控制器110亦接收為代表希望流量之一設定點之一代表訊號。該設定點為正在運行之製程的函 數。兩訊號會被比較，而且一反饋訊號被提供到下游控制閥112。系統控制器被組態與安排，以按需要調整控制閥，以確保實際流率儘可能接近而等於該設定點。
為了驗證熱質量流量計100以及控制閥112準確地控制經過該質流控制器90的氣流，質流控制器90亦包括一第二流量計120，第二流量計120被組態與安排以利用一種壓力衰減率方法來驗證經過質流控制器的流率(其由熱質量流量計所測量)。第二流量計120包括預定體積122，其用於接收流經質流控制器的氣體。在說明性實施例中，預定體積122係由呈方塊94之形式之結構中的腔室所形成與定義。於方塊94中形成預定體積可消除對定義預定體積122之分開器皿容器的需求，以便減少MFC的複雜度與成本。雖然該等組件的全部被顯示固定在方塊94，但是並非全部的該等組件需要如此地安裝。例如，可只有第二流量計120與上游比例控制閥128被安裝在方塊94上，其他的組件則被分開地安裝在其他結構上。第二流量計120亦包括壓力感應器124與溫度感應器126，其各別地將代表在預定體積122內之氣體之壓力與溫度的訊號提供到系統控制器110。第二流量計120亦包括使用上游控制閥128以及下游控制閥112，兩流量計能夠共享相同的下游閥。第二控制閥128係為一隔離閥或一比例控制閥。假如第二控制閥128為一比例控制閥，壓力感應器124與第二控制閥128則連同系統控制器或處理器110而形成一密閉迴路壓力控制器，以使得(1)當進行流量驗證時，在MFC預定體積122內部的壓力上升會受到妥當的控制，而且第二控制閥128被開啟使得氣體進入到MFC內，亦即，控制第二控制閥，以便緩慢地使MFC的內部壓力能夠上升到進入氣體之上游壓力，以避免噴氣；以及(2)假如在流量控制期間內(任何非零流量設定點)有一上游進入壓力干擾，本壓力控制器則將自動地調整第二控制閥128的開放性，以調整在兩控制閥128與112之間的內部壓力，使得在MFC輸出流量控制上的進入壓力干擾效果能最小化。這改善MFC90之流量控制的壓力不敏感性。
控制器110被組態與安排以操作如下：
(a)當設定點為零時，下游閥會被關閉，而且上游閥會被開啟，使得在控制閥128與控制閥112之間的體積能夠被允許充填以來自被連結到輸入埠92之來源的氣體。當內部壓力(由壓力感應器124所測量)穩定時，上游控制閥 128則被關閉。
(b)當設定點從零值改變到非零值時，上游控制閥128則會維持關閉，而且該下游流量控制閥112則會開啟，以依據第一流量計100的測量將流量Qt調整到被提供到控制器110的流量設定點。
(c)就一段預定時間而言，質流控制器根據以下關係、依據壓力訊號的衰減率(如在體積122內的壓降)來驗證該流率：Qv=-V[d(P/T)]/dt (1)其中QV係為由第二流量計所決定的該驗證流率；V係為體積122的預定體積；P係為由壓力感應器124所測量以及由感應器124所提供到控制器110之訊號所代表的壓力；T係為由溫度感應器126所測量以及由溫度感應器126所提供到控制器110之訊號所代表的溫度；以及d(P/T)dt係為比率P/T的第一微分；亦即，該比率P/T的變化率。雖然這可依據使用質流控制器的具體應用來變化，但在一項實施例中，用於以流量計120來測量流量的該段預定時間係在大約50ms與大約1000ms之間。
(d)在該驗證測量之後，流率驗證值Qv係藉由控制器110得到而且被儲存在記憶體中(未顯示)。上游控制閥128隨後可被開啟，以便使質流控制器90能夠連續利用第一流量計100的流量控制。
系統控制器110、壓力感應器124以及上游控制閥128可形成一密閉迴路壓力控制器，來調整在預定體積122內部的壓力。密閉迴路壓力控制器被架構與安排以使得(1)第二控制閥能夠被控制，以便使MFC的內部壓力緩慢地上升到進入氣體的上游壓力，以避免氣噴；以及(2)假如在流量控制期間內有一上游壓力干擾，密閉迴路壓力控制器則將自動地調整第二控制閥的開放性，以調整在預定體積內的壓力，使得在質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果會被最小化，而改善質流控制器之流量控制的壓力不敏感性。
系統控制器110以與在圖3所示之排列的相似方式被組態，以便能夠使用來自該第二流量計之流量的測量來驗證由該第一流量計所提供 之測量的準確性。因此，在該說明性實施例中，質流控制器90進一步被組態以比較第二流量計(120)的驗證流率Qv以及由第一流量計(100)所測量的流率Qt，而且假如在Qt與Qv之間的偏差超過一臨界值，則提供一流量錯誤警報訊號。
在一項實施例中，質流控制器90被組態以依據Qv與Qt的等測量值來施行自我校正。控制閥112會被控制，以允許氣體流經質流控制器90，以作為經過質流控制器之流量設定點的函數(只要流量設定點為非零)。在設定流量設定點於零以後，質流控制器被組態以即刻關閉下游流量控制閥112。
已經被討論的組件、步驟、特徵、目的、好處以及優點僅僅為說明性。它們之中以及與它們有關的討論均不打算以任何方式來限制該保護範圍。許多其他實施例亦可被考慮。這些包括具有較少、另外、及/或不同組件、步驟、特徵、目的、好處與優點的實施例。這些亦包括其中該等組件及/或步驟被不同排列及/或定序的實施例。
除非另外被陳述，否則在本說明書中所陳述的(包括在以下申請專利範圍中的)全部測量、數值、等級、位置、量值、尺寸、以及其他規格均為近似，而非精確。它們打算具有一合理的範圍，該合理範圍與它們相關的功能以及與它們所屬於之技術中的慣例一致。
在本揭露中已經被引用的全部文章、專利、專利申請、以及其他公開皆以引用的方式併入於本文中。
用語「所用之構件」當在申請專利範圍中被使用時打算並且應該被詮釋為包含已經被說明的該等對應結構與材料以及它們的同等物。相似地，用語「所用之步驟」當在申請專利範圍中被使用時打算並且應該被詮釋為包含已經被說明的該等對應動作以及它們的同等物。在一項申請專利範圍中不存在這些用語意味著該申請專利範圍不打算而且不應該被詮釋為限制於該等對應結構、材料、或動作的任一個或者它們的同等物。
沒有任何已經被陳述或說明者打算或應該被詮釋為造成任何組件、步驟、特徵、目的、好處、優點、或同等物貢獻給大眾，不管在申請專利範圍中是否有被敘述。
該保護範圍僅僅受限於現在緊接著的申請專利範圍。當按照 本說明書以及接著的申請歷史來詮釋時，那範圍打算並應該被詮釋為與在申請專利範圍中所使用語言的一般意義一致地同樣寬，其係並且包含全部結構性與功能性的同等物。
10‧‧‧質流控制器
12‧‧‧流量計
14‧‧‧流量計
16‧‧‧系統控制器
18‧‧‧比例控制閥

Claims (19)

  1. 一種質流控制器，用於控制從一來源至一目標之氣流，該質流控制器包含：一第一流量計，其被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體的流量，以作為熱感應質流的函數；一第二流量計，其包括一壓力感應器以及定義用於接收流經該質流控制器之氣體的一預定體積的一結構，該第二流量計係被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體的流量，以作為當允許從一預定體積而流動時，所測量到之氣體壓力之衰減率的函數；一上游比例控制閥，其被架構與安排以選擇性地控制到該質流控制器內之氣體的流率；一下游比例控制閥，其被架構與安排來回應一控制訊號，以控制來自該質流控制器之氣體的流量，該控制訊號係由一設定點以及由該等流量計之其中之一所測量到的流率之函數所產生；一系統處理器/控制器，其被架構與安排以產生該控制訊號，並且當該第一流量計所測量到之氣體的流量與該第二流量計所測量之氣體的流量之間的差超過一臨界值時，會提供一指示；其中該壓力感應器、上游流量比例控制閥以及系統處理器/控制器被進一步架構與安排以形成一密閉迴路的壓力控制器，該密閉迴路的壓力控制器被組態以調整在該預定體積之內部壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該密閉迴路壓力控制器被進一步架構與安排以使得該上游比例控制閥能夠被調整，以使得該預定體積的內部壓力充分緩慢地上升到進入氣體之上游壓力，以避免氣噴。
  3. 如申請專利範圍第2項之質流控制器，其中該密閉迴路壓力控制器被進一步架構與安排以使得假如當該質流控制器正在控制從一來源到一目標之氣流的流量控制期間內有上游壓力干擾，則該密閉迴路壓力控制器將自動調整該上游比例控制閥的開放性，以調整在該預定體積內的壓力，使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果被最小化，且改善該質流控制器之流量控制的壓力不敏感性。
  4. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該密閉迴路壓力控制器被架構與安排使得假如當該質流控制器正在控制從一來源到一目標之氣流的流量控制期間內有上游壓力干擾，則該密閉迴路壓力控制器將自動地調整該上游比例控制閥的開放性，以調整在該預定體積內的壓力，使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果被最小化，且改善該質流控制器之流量控制的壓力不敏感性。
  5. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中定義該預定體積的該結構支撐該第一流量計、該第二流量計、該上游比例控制閥以及該下游比例控制閥中的一或多者。
  6. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該第一流量計包含一熱質量流量計，且該下游比例控制閥被安置在該熱質量流量計的下游。
  7. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該上游比例控制閥被安置在該下游比例控制閥的上游，該預定體積則被安置在該下游比例控制閥與該上游比例控制閥之間，而氣體則可流經該預定體積；且該質流控制器進一步包括用於各別地產生代表該預定體積中之氣體之溫度與壓力之一壓力訊號與溫度訊號的一壓力感應器與溫度感應器。
  8. 如申請專利範圍第7項之質流控制器，其中在該質流控制器內，該預定體積是在該下游與上游比例控制閥之間，且該密閉迴路壓力控制器被架構與安排以使得(1)該上游比例控制閥能被控制，使該質流控制器的內部壓力緩慢地上升到進入氣體之上游壓力，以避免氣噴；以及(2)假如在流量控制期間內有上游壓力干擾，則該密閉迴路壓力控制器將會自動調整該上游比例控制閥的開放性，以調整在該預定體積內的壓力，使得在該質流控制器之輸出流量控制上的進入壓力干擾效果被最小化，以改善該質流控制器之流量控制的壓力不敏感性。
  9. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該質流控制器與該處理器/控制器被組態與安排以操作如下：(a)當該設定點為零時，該下游比例控制閥會被關閉，且在該下游比例控制閥上游的該上游比例控制閥會被開啟，以允許來自該來源的氣體充填該預定體積，然後，該下游比例控制閥則關閉；(b)當該設定點從零改變成非零時，該下游比例控制閥會維持關閉，且該上游比例控制閥會開啟，以將由該第一流量計所測量到的流量Qt調整到該設定點；(c)就一段預定時間而言，該質流控制器係根據以下關係、依據壓力訊號的衰減率來驗證流量：Qv=-V[d(P/T)]/dt其中QV係由該第二流量計所決定之一驗證流量；V係該預定體積；P係藉由壓力訊號所測量到的壓力；T係藉由溫度訊號所測量到的溫度；以及d(P/T)dt係比率P/T的第一微分，亦即，該比率P/T的變化率；以及(d)在流量驗證之後，該下游比例控制閥會被開啟，使得該質流控制器繼續進行流量控制。
  10. 如申請專利範圍第9項之質流控制器，其中該段預定時間係在大約50ms與1000ms之間。
  11. 如申請專利範圍第9項之質流控制器，其中該質流控制器進一步被組態以比較該驗證流量Qv以及由該第一流量計所測量的流量Qt，而且其中假如在Qt與Qv之間的偏差超過該臨界值，則提供一流量錯誤警報訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項之質流控制器，其中該質流控制器被組態以依據Qv與Qt的測量值來施行自我校正。
  13. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該下游比例控制閥被控制來允許氣體流經該質流控制器，以作為經過該質流控制器之流量的設定點的函數，只要該設定點為非零。
  14. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中在設定該設定點為零以後，該質流控制器被組態以即刻關閉該上游比例流量控制閥。
  15. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該臨界值係由使用者設定。
  16. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該臨界值係由工廠設定。
  17. 如申請專利範圍第1項之質流控制器，其中該臨界值係被設定為製程之質流中可允許公差的函數，其中該質流控制器被用來傳送氣體。
  18. 一種對壓力不敏感的質流控制器，其用來控制從一來源至一目標的氣流，該質流控制器包含：一第一流量計，其被架構與安排以提供一質流訊號，以作為一設定點以及經過該質流控制器之所測量氣流的函數；一第一比例控制閥，其被架構與安排來回應一閥控制訊號而控制經過該質流控制器的氣流；一系統處理器/控制器，其被架構與安排以產生該閥控制訊號，以作為該設定點訊號與該質流訊號的函數；一第二流量計，其包括一壓力感應器，其被架構與安排以提供一壓力測量訊號，該壓力測量訊號代表所測量到之經過該質流控制器之氣流的壓力，而該第二流量計被架構與安排以提供一第二質流訊號，以作為所測量到之氣體的壓力的函數；一第二比例控制閥，其在該壓力感應器的上游，且被架構與安排來選擇性地控制到該質流控制器內之氣體的流率，以作為該第二質流訊號的函數；其中該壓力感應器、第二流量比例控制閥與系統處理器/控制器被進一步架構與安排，以形成一密閉迴路的壓力控制器，該密閉迴路的壓力控制器 係被組態以調整到該質流控制器內的壓力流。
  19. 一種質流控制器，其用於控制從一來源至一目標之氣體的流率，該質流控制器包含：一第一流量計，其被架構與安排以測量經過該質流控制器之氣體的流量，以作為感應質流的函數；一第二流量計，其包括一壓力感應器及定義一預定體積以用於接收經過該質流控制器之氣流的一結構，該第二流量計被架構與安排以測量並驗證經過該質流控制器之氣體之的流量，以作為被允許自該預定體積流動之氣體所測量到之壓力衰減率的函數；一上游比例控制閥，其被架構與安排以選擇性地控制到該質流控制器內之氣體的流率；一下游比例控制閥，其被架構與安排來回應一控制訊號而控制來自該質流控制器之氣體的流量，該控制訊號由一設定點與該第一流量計所測量到之流率的函數所產生；以及一系統處理器/控制器，其被架構與安排以產生該控制訊號並且驗證該質流控制器之質流控制的準確性，以作為允許從該預定體積流動之氣體所測量到之壓力衰減率的函數；其中定義該預定體積的該結構係為一安裝方塊，該安裝方塊用於支撐至少該第二流量計以及該上游比例控制閥。
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