專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)氣體流動(dòng)控制器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法和設(shè)備的制作方法
對(duì)氣體流動(dòng)控制器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法和設(shè)備
背景技術(shù)：
一些工業(yè)處理工藝依賴(lài)于良好受控的氣體流動(dòng)。一個(gè)示例是在半導(dǎo)體器件制造的 領(lǐng)域，其使用廣泛各種的氣體來(lái)將硅晶片加工成集成電路(IC)。等離子體蝕刻是尤其重要的半導(dǎo)體工藝，該半導(dǎo)體工藝依賴(lài)于許多不同種類(lèi)的氣 體的精細(xì)受控流動(dòng)。在等離子體蝕刻中，各種氣體被引入到真空腔中。電功率(通常以射 頻激勵(lì)的形式)被用來(lái)激發(fā)用于產(chǎn)生反應(yīng)氣體物質(zhì)的等離子體。反應(yīng)氣體物質(zhì)將圖案蝕刻 在硅晶片上，以限定IC的不同器件。由于現(xiàn)代IC的器件的尺寸極小，有效或高效的制造就需要使用具有十分穩(wěn)定且 恒定的質(zhì)量流量屬性的氣體流動(dòng)。常規(guī)地，這種質(zhì)量流量按照標(biāo)準(zhǔn)毫升每分(seem)來(lái)計(jì)量。然而，通常用于控制氣體流量的機(jī)電質(zhì)量流控制器(MFC)趨向于隨著時(shí)間而發(fā)生 偏移。半導(dǎo)體制造工藝對(duì)這種偏移尤其敏感，因?yàn)樾≈翑?shù)個(gè)百分比的偏差可嚴(yán)重降低集成 電路的性能。因此，保持穩(wěn)定的氣體流量可能需要對(duì)質(zhì)量流控制器進(jìn)行經(jīng)常測(cè)試和標(biāo)定。常規(guī)地，對(duì)MFC的測(cè)試是通過(guò)將氣體引入到已知容積的真空腔中、并同時(shí)監(jiān)測(cè)該 腔內(nèi)的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；谒霘怏w(其限定了氣體分子的數(shù)量)的壓力、體積和質(zhì)量 之間的已知相關(guān)性，可監(jiān)測(cè)到在氣體流入真空腔內(nèi)時(shí)的壓力升高(“升高率”)。然后，有關(guān) 于腔內(nèi)的壓力變化的該信息可被使用來(lái)確定通過(guò)質(zhì)量流控制器的氣體的實(shí)際流率?；诒憷缘脑?，通常用于測(cè)量氣體流量的真空腔是處理腔自身。處理腔的容 積例如可通過(guò)監(jiān)測(cè)在氣體流過(guò)MFC時(shí)的壓力升高來(lái)測(cè)量，該MFC已知是準(zhǔn)確的。接著，可容 易地完成對(duì)通過(guò)連接到處理腔的任何質(zhì)量流控制器的氣體流量的測(cè)量。該常規(guī)方法的一個(gè)潛在缺陷是處理腔生產(chǎn)量的損失。具體地說(shuō)，氣體流量測(cè)試程 序耗費(fèi)十分昂貴的時(shí)間，而在此時(shí)間內(nèi)在設(shè)備不進(jìn)行生產(chǎn)。該常規(guī)方法的另一潛在不利后果在于，來(lái)自于先前處理過(guò)程的位于腔壁上的沉積 物可能在測(cè)試期間吸收或解吸氣體。在沉積物吸收氣體時(shí)，測(cè)得的壓力升高率將太低。在 腔沉積物解吸氣體時(shí)，壓力升高將會(huì)太高。任一情形都將導(dǎo)致不準(zhǔn)確。此外，即使在腔中不存在沉積物，但是在一些條件下位于腔壁上的物質(zhì)會(huì)不利地 影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在一個(gè)示例中，腔壁上的水氣會(huì)與正在流動(dòng)的氣體(例如，硅烷)反 應(yīng)，從而產(chǎn)生其它氣體(例如，氫)，該其它氣體會(huì)使壓力變化以及因此的流率計(jì)算變得不 準(zhǔn)確。在另一示例中，受約束于腔壁的氨可能與流入腔中的TiCl4反應(yīng)，從而引發(fā)流率計(jì)算 的不準(zhǔn)確。用于測(cè)量氣體流量的常規(guī)方法的再一潛在缺陷在于，處理腔容積的任何變化將需 要進(jìn)行腔容積的另一次測(cè)量。例如，添加或去除一個(gè)部件(例如，壓力儀)可改變腔的容積， 從而導(dǎo)致從壓力升高率所計(jì)算的流率不正確。過(guò)去已經(jīng)提議出一些方法來(lái)解決這種問(wèn)題中的一些問(wèn)題。例如，單獨(dú)的容積可布 置在處理腔的上游，其中在此處可進(jìn)行升高率的測(cè)量。因?yàn)樵撊莘e不會(huì)具有位于處理腔中 的那類(lèi)沉積物，并且因?yàn)樵撊莘e不會(huì)由于從其去除部件或添加部件到其上而變化，上述的缺陷中的一些缺陷不會(huì)存在。然而，該方法仍需要這樣一個(gè)不進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的單獨(dú)步驟，且 存在氣體與來(lái)自于先前氣體的、在容積壁上的吸附物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的可能性。這種方法的改 進(jìn)之處包括在該容積內(nèi)側(cè)的熱傳導(dǎo)組件，用于在氣體流入或流出該容積時(shí)保持恒定溫度。 在一種方法中，已經(jīng)存在于質(zhì)量流控制器中的容積被用作已知容積，而不是單獨(dú)的容器。另一種方法允許在氣體作為其工藝的正常部分持續(xù)流動(dòng)時(shí)測(cè)量氣體流量。在該方 法中，已知的容積和閥布置在氣體流動(dòng)控制器的上游，該氣體流動(dòng)控制器維持恒定的氣體 流量。當(dāng)氣體流動(dòng)控制器維持恒定的氣體流量時(shí)關(guān)閉閥會(huì)產(chǎn)生容積中的壓降，其中壓降率 與氣體流量速率成比例。雖然這允許在氣體流動(dòng)控制器開(kāi)始其正常生產(chǎn)使用的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，但是其被局 限于壓力變化不影響氣體流動(dòng)控制器的操作的那些應(yīng)用場(chǎng)合中。為了避免這個(gè)問(wèn)題，壓力 調(diào)節(jié)器可被安裝在氣體流動(dòng)控制器的上游(或者，如下文所述在流動(dòng)限制器的上游)且在 已知容積和閥的下游，以中斷氣體流量。這種方案的一個(gè)缺陷在于，對(duì)該壓力調(diào)節(jié)器的要求 如此嚴(yán)格，以致標(biāo)準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)器將不足以承擔(dān)這種工作。雖然壓力調(diào)節(jié)器的功能是保持下 游壓力恒定而上游壓力可采用比下游壓力更高的任何值，但下游壓力在實(shí)際中受到上游壓 力的影響。此外，大多數(shù)調(diào)節(jié)器具有一些滯后量。壓力調(diào)節(jié)器下游的任何壓力變化將在氣 體流量的測(cè)量中產(chǎn)生誤差；因此，這些系統(tǒng)需要高度復(fù)雜的壓力調(diào)節(jié)器來(lái)有效地工作。復(fù)雜的壓力調(diào)節(jié)器事實(shí)上可以是質(zhì)量流控制器的一部分，所述質(zhì)量流控制器包括 壓力調(diào)節(jié)器、壓力傳感器和用作關(guān)鍵孔口的流動(dòng)限制器。在該情形中，使用已知容積和閥結(jié) 構(gòu)來(lái)測(cè)試氣體流率是有意義的，因?yàn)閴毫φ{(diào)節(jié)器已經(jīng)位于適當(dāng)位置。然而，在生產(chǎn)使用中的 大多數(shù)氣體流動(dòng)控制器(例如，用于生產(chǎn)硅晶片的許多質(zhì)量流控制器)不包含作為其設(shè)計(jì) 一部分的壓力調(diào)節(jié)器。因此，測(cè)試這些質(zhì)量流控制器，將需要添加這種復(fù)雜的壓力調(diào)節(jié)器。毫無(wú)疑問(wèn)，這些明顯缺陷的后果例如是，對(duì)測(cè)試其質(zhì)量流控制器具有極大需求的 半導(dǎo)體領(lǐng)域只能是嚴(yán)格受限地使用這些方法。圖1示出了表示現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備100的實(shí)施例(見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利No. 4，285，245和 No. 6，363，958)。所述設(shè)備包括氣體管路101，氣體管路101具有與氣體源104流體連通的 入口 103、以及與流動(dòng)限制器或質(zhì)量流控制器流體連通的出口 105。壓力調(diào)節(jié)器102用于產(chǎn) 生流向流動(dòng)限制器或質(zhì)量流控制器的氣體的恒定壓力。在標(biāo)準(zhǔn)處理?xiàng)l件下，閥106將打開(kāi)， 且氣體將流經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器到達(dá)流動(dòng)限制器或質(zhì)量流控制器，并接著最終到達(dá)處理腔中。在圖1中，容積VI10表示在閥106與氣體流動(dòng)控制器(GFC)之間存在的管道和其 它部件內(nèi)側(cè)的總固定容積，其中GFC可以例如是流動(dòng)限制器或質(zhì)量流控制器(MFC)。壓力傳 感器112被配置成測(cè)量容積VI10中直接位于壓力調(diào)節(jié)器102上游的壓力。壓力調(diào)節(jié)器102的功能是保持在調(diào)節(jié)器下游的恒定壓力，而不管調(diào)節(jié)器上游的壓 力(只要上游壓力等于或大于下游壓力即可)。在這種條件下，不存在壓力調(diào)節(jié)器與流動(dòng)限 制器或MFC之間的氣體摩爾數(shù)量的減少或增加。所以，流出MFC或流動(dòng)限制器的氣體流量 等于流過(guò)壓力調(diào)節(jié)器的氣體流量。如果閥106關(guān)閉，那么由于沒(méi)有氣體從左側(cè)進(jìn)入或離開(kāi)容積110，離開(kāi)該容積的任 何氣體必須流經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器102，但是由于流過(guò)壓力調(diào)節(jié)器的流量等于通過(guò)MFC或流動(dòng)限 制器的流量，所以流出容積的流量等于流過(guò)MFC或流動(dòng)限制器的流量。由于離開(kāi)容積110的 氣體的量可從容積中的壓降率來(lái)計(jì)算，這種計(jì)算允許確定通過(guò)流動(dòng)限制器或MFC的流率。
遺憾的是，如Ollivier在美國(guó)專(zhuān)利No. 6，363，958中所解釋的，大多數(shù)壓力調(diào)節(jié)器 不能將下游壓力控制到用于有效實(shí)施該流量測(cè)量系統(tǒng)所需的精確水平。如果下游壓力不能 充分地被控制，那么可能引入兩個(gè)明顯的誤差(1)離開(kāi)容積110的氣體流量將不等于通過(guò) MFC或流動(dòng)限制器的氣體流量；和⑵與流動(dòng)限制器上游的壓力成比例的、通過(guò)流動(dòng)限制器 的氣體流量將不會(huì)是所需的值。關(guān)于進(jìn)一步的信息請(qǐng)參考授予Hinkle的美國(guó)專(zhuān)利No. 5，684，245 ；授予 Laragione等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 5，925，829 ；授予Shajii等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，948，508和 美國(guó)專(zhuān)利No. 7，136，767 ；授予Kennedy的美國(guó)專(zhuān)利No. 4，285，245 ；以及授予Ollivier的美 國(guó)專(zhuān)利 No. 6，363，958。通過(guò)上述文獻(xiàn)可以看出，需要有用于測(cè)試通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流量的改良 技術(shù)。最初，由于本文所討論的多種配置結(jié)構(gòu)，有幫助的是在指代各種管道(plumbing) 元件時(shí)進(jìn)行約定。如在本文中所使用的，閥是用于關(guān)閉或接通流體流動(dòng)的管道元件。接通/ 關(guān)閉(on/off)動(dòng)作可使用一些控制方案來(lái)手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。計(jì)量閥是用于關(guān)閉和全部或 部分地接通流體流動(dòng)的管道元件。這是類(lèi)似于用于家用水管道中的計(jì)量閥，其中用戶(hù)可將 流量調(diào)至所需的水平值。接通/關(guān)閉以及部分的接通動(dòng)作可使用一些控制方案來(lái)手動(dòng)或自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)。壓力調(diào)節(jié)器是在一定壓力下在其輸出處自動(dòng)切斷流體流動(dòng)的管道元件。壓力調(diào)節(jié) 器對(duì)其輸出側(cè)上的壓力起作用，且在管道中的壓力達(dá)到指定水平值時(shí)關(guān)閉。如果壓力降下 來(lái)(例如，如果有人要打開(kāi)龍頭，即打開(kāi)調(diào)節(jié)器下游的計(jì)量閥)，那么調(diào)節(jié)器將打開(kāi)并允許 流動(dòng)，直到壓力返回到其所需水平值為止，該所需水平值通常稱(chēng)為設(shè)定點(diǎn)。典型的壓力調(diào)節(jié) 器使用外部空氣(即，大氣)作為參考，以將輸出(即，下游)壓力處于所需設(shè)定點(diǎn)。它不 調(diào)節(jié)入口與出口之間的壓力差，而是調(diào)節(jié)出口與大氣之間的壓力差。

發(fā)明內(nèi)容
下述發(fā)明內(nèi)容被用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。該發(fā)明內(nèi)容不 是本發(fā)明的全面性概述，且因而并不旨在具體指定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元件或界定本發(fā)明 的范圍。其唯一目的是在將在下文闡述的更詳細(xì)說(shuō)明之前，以簡(jiǎn)化形式來(lái)呈現(xiàn)本發(fā)明的一 些構(gòu)思。本發(fā)明的實(shí)施例采用GFC上游的壓降率來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量通過(guò)GFC的流量速率；然而， 與現(xiàn)有技術(shù)相反，這些實(shí)施例允許測(cè)量通過(guò)在目前生產(chǎn)使用中的許多氣體流動(dòng)控制器的氣 體流量，而不需要任何特定或復(fù)雜的壓力調(diào)節(jié)器或其它特定部件。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，閥關(guān)閉 的定時(shí)被選擇成使得沒(méi)有在測(cè)量期間或之后發(fā)生的壓力變化來(lái)干擾通過(guò)測(cè)試下的GFC的 恒定氣體流量。在另一實(shí)施例中，閥被再次打開(kāi)之后的壓力升高被控制成使得通過(guò)氣體流動(dòng)控制 器的恒定氣體流量不被干擾，或被干擾不超過(guò)設(shè)定水平值(例如，10%、5%或)。根據(jù)另一實(shí)施例，該實(shí)施例允許直接插入到現(xiàn)存半導(dǎo)體和相關(guān)處理工具的氣體面 板中并允許在不再對(duì)任何容積再次充氣的情況下連續(xù)操作GFC ；在測(cè)量通過(guò)GFC的氣體流 動(dòng)之前，位于容積和GFC上游的標(biāo)準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)立即升高。于是，壓降揭示了通過(guò) GFC的氣體的準(zhǔn)確流率。
在另一實(shí)施例中，在測(cè)試下的氣體流動(dòng)控制器被控制閥所替換，該控制閥在測(cè)量 壓降時(shí)處于閉環(huán)控制，使得壓降以及因此流量被保持在所需水平值。


附圖被包括在該申請(qǐng)文件中且構(gòu)成申請(qǐng)文件的一部分，附圖示例出本發(fā)明的實(shí)施 例且連同說(shuō)明書(shū)一起用于解釋和描述本發(fā)明的原理。附圖旨在以示意性的方式來(lái)描述示例 性實(shí)施例的主要特征。附圖既不旨在描繪實(shí)際實(shí)施例的每個(gè)特征也不旨在描繪所描述元件 的相對(duì)尺寸，該尺寸不是按比例繪制的。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化示意圖。圖2是根據(jù)用于測(cè)試氣體流動(dòng)控制器的本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。圖2A是描述了根據(jù)圖2的實(shí)施例實(shí)施的步驟流程的簡(jiǎn)化圖。圖2B描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于閥關(guān)閉和打開(kāi)進(jìn)行定時(shí)的一種可能方法的 流程圖。圖2C描述了當(dāng)用于中斷氣體流量的閥打開(kāi)時(shí)通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣流中的壓 升以及擾動(dòng)。圖3描述了用于在圖2中示出的實(shí)施例的一種實(shí)施方式的壓力降低和升高的定 時(shí)，而圖3A示出了用于在圖2中示出的實(shí)施例的另一實(shí)施方式的壓力降低和升高的定時(shí)。圖4是根據(jù)用于測(cè)試氣體流動(dòng)控制器的本發(fā)明的設(shè)備實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，其中 壓力升高率被控制到某個(gè)值。圖4A是根據(jù)用于測(cè)試氣體流動(dòng)控制器的本發(fā)明的設(shè)備另一實(shí)施例的的簡(jiǎn)化示意 圖，其中壓力升高率被控制到某個(gè)值。圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明當(dāng)進(jìn)入到容積中的氣體流量被控制時(shí)的壓力控制和通過(guò) 氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)沒(méi)有擾動(dòng)。圖5是用于半導(dǎo)體和相關(guān)領(lǐng)域的典型氣體輸送系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。圖6是根據(jù)用于測(cè)試氣體流動(dòng)控制器的本發(fā)明的設(shè)備實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，該設(shè) 備允許直接插入到現(xiàn)存半導(dǎo)體和相關(guān)氣體輸送系統(tǒng)中。圖6A是描述根據(jù)圖6的實(shí)施例實(shí)施的步驟流程的簡(jiǎn)化示意圖。圖7是圖6種的替代性實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，且圖7A描述以其通常形式的工藝。圖8是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，該設(shè)備允許控制通過(guò)控制閥的氣 體流率。圖8A是描繪了根據(jù)圖8的實(shí)施例實(shí)施的步驟流程的簡(jiǎn)化視圖。圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其允許在不必要改變?nèi)魏维F(xiàn)存部件的情況 下確定容積。圖9A提供了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于圖9中的設(shè)備的步驟流程950的簡(jiǎn)化視圖。圖9B描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)想或可變?nèi)莘e的變型。圖9C描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)想或可變?nèi)莘e的普遍形式。
具體實(shí)施例方式圖2示出了根據(jù)本發(fā)明所使用的設(shè)備200的實(shí)施例。設(shè)備包括氣體管路201，管路
11201包括與氣體源204流體連通的入口 203和與處理腔(未示出)流體連通的出口 205。在 標(biāo)準(zhǔn)處理?xiàng)l件下，閥206會(huì)打開(kāi)且氣體會(huì)流動(dòng)通過(guò)容積210到達(dá)氣體流動(dòng)控制器(GFC) 208， 并接著最終到達(dá)處理腔中。GFC產(chǎn)生流向處理腔的所需氣體流率，該GFC可以是通常用于半導(dǎo)體領(lǐng)域或其它 領(lǐng)域中的幾種流量控制器中的任一種。最常見(jiàn)地，GFC是質(zhì)量流控制器(MFC)。可替代地， GFC可以是容積式流量控制器。在圖2中，容積V 210表示在閥206與GFC 208之間存在的管道和其它部件內(nèi)側(cè) 的總固定容積。壓力傳感器212被配置成測(cè)量容積V210中直接位于GFC上游的壓力。溫度傳感器214布置成測(cè)量各個(gè)部件附近的溫度。在一些實(shí)施例中，傳感器214 可以是與一個(gè)或多個(gè)部件直接熱連通的專(zhuān)用傳感器。然而，由于典型半導(dǎo)體制造設(shè)施是溫 度控制的，因此不期待的是，溫度在各個(gè)位置之間或者在各個(gè)時(shí)段之間變化極大。因此，在 其它實(shí)施例中，布置在氣體輸送系統(tǒng)附近的溫度計(jì)將提供關(guān)于相關(guān)溫度的足夠信息。用于測(cè)試通過(guò)GFC的氣體流量的工序可總結(jié)成圖2A中的工藝流程250，如下所示。1.在步驟252，GFC被設(shè)定至所需流率，且產(chǎn)生氣體流動(dòng)。2.在步驟254，閥206關(guān)閉。3.在步驟256，在限定的時(shí)間段內(nèi)(通常在從數(shù)秒至數(shù)分的范圍內(nèi))通過(guò)壓力傳 感器212在限定的時(shí)段(通常為每秒或幾分之一秒)上來(lái)測(cè)量壓力。4.在壓力已經(jīng)下降一些量(通常在起始值的5-30% )之后，在步驟258將閥206 打開(kāi)，且測(cè)試工序結(jié)束。5.在步驟260，記錄在圖2中示出的各個(gè)部件附近的溫度。在這些步驟的順序方面存在一些靈活性；例如，步驟1和2可互換。步驟5可在測(cè) 試工序期間的任何時(shí)候進(jìn)行。通常而言，對(duì)于該工序和將在下文描述的其它工序，可存在這 類(lèi)靈活性。根據(jù)理想氣體等式，容積V 210中的氣體量由下述等式給出n = PV/RT等式(1)其中，n =氣體量(以摩爾計(jì)量)P =由壓力傳感器測(cè)得的壓力V =氣體的體積R =理想氣體常數(shù)=1. 987卡每摩爾每開(kāi)T =絕對(duì)溫度(單位K)。在一定程度上，所有的實(shí)際氣體都是非理想氣體。對(duì)于這些非理想氣體，等式(1) 可改寫(xiě)為n = PV/ZRT等式(2)其中，Z=壓縮因數(shù)。對(duì)于任何具體氣體而言，壓縮因數(shù)可從試驗(yàn)性測(cè)量來(lái)確定，且是溫度和壓力的函 數(shù)。氣體的流率可寫(xiě)成每單位時(shí)間中氣體量的變化；即流率=An/At等式⑶其中，t=時(shí)間。
將等式(2)替代到等式(3)中，得到流率=(AP/At)V/ZRT等式(4)第一因數(shù)(AP/At)僅是作為在上述工序的步驟3中所花費(fèi)的時(shí)間的函數(shù)的壓力 測(cè)量值的斜率。因此，將這些壓力測(cè)量值組合容積、溫度和壓縮因數(shù)(其可在各種手冊(cè)中找 到)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可確定通過(guò)GFC的實(shí)際氣體流率。雖然上述說(shuō)明涉及壓降的流率的實(shí)際大小的準(zhǔn)確計(jì)算，但是這不是本發(fā)明所需 的。根據(jù)可替代的實(shí)施例，流率的相對(duì)變化可基于不同壓降測(cè)量值的比較來(lái)確定。例如，在一些實(shí)施例中，可采集兩組壓降測(cè)量值，以提供變化流率的相對(duì)測(cè)量。在 一個(gè)實(shí)施例中，第一測(cè)量值可從要測(cè)試的GFC采集，而第二測(cè)量值從已知性能的GFC采集。 兩個(gè)壓降讀數(shù)之間的差值在不確定實(shí)際流率的前提下可利用被測(cè)試裝置來(lái)揭示流率偏差。在替代性實(shí)施例中，第一壓降測(cè)量值可在第一時(shí)間由要測(cè)試的GFC來(lái)采集，而第 二壓降測(cè)量值在第二時(shí)間從該GFC采集。再次，在兩個(gè)壓降測(cè)量值讀數(shù)之間的差值可揭示 隨著時(shí)間的被測(cè)試裝置的流率變化(偏移)的大小。本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)步驟可通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)操作來(lái)執(zhí)行。例如，打開(kāi)/ 關(guān)閉閥以及采集壓力讀數(shù)的步驟可根據(jù)計(jì)算機(jī)控制來(lái)自動(dòng)操作。替代性地，各個(gè)閥中的一 個(gè)或多個(gè)可手動(dòng)致動(dòng)，同時(shí)最終得到的流率從監(jiān)測(cè)到的壓降來(lái)自動(dòng)計(jì)算。一個(gè)或多個(gè)步驟 的自動(dòng)操作可基于存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的指令、使用通過(guò)如圖1和2中所指示的 控制線路的通訊來(lái)完成。該測(cè)量系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，如果發(fā)現(xiàn)在所需流率與測(cè)量流率之間存在差異時(shí)， GFC的設(shè)置可被改變，以校正該差異并提供所需的流率。這種校正可在同一處理步驟中完成 或者在后續(xù)處理步驟中完成。如果該系統(tǒng)處于計(jì)算機(jī)控制下，那么這類(lèi)校正極大地簡(jiǎn)單化。許多氣體流動(dòng)控制器，尤其是用于半導(dǎo)體領(lǐng)域中的MFC，可適應(yīng)上游壓力的緩慢變 化，同時(shí)仍保持恒定的流率；然而，如果壓力變化太迅速，那么氣體流動(dòng)控制器將表現(xiàn)出與 所需流率的偏離。在圖2的實(shí)施例中，在閥206關(guān)閉的時(shí)間期間的壓力變化率足夠小，以避 免擾亂通過(guò)典型MFC的流動(dòng)。在另一方面，當(dāng)閥206打開(kāi)時(shí)，壓力的快速升高將不可避免 地對(duì)通過(guò)MFC的流率產(chǎn)生明顯干擾。這種干擾的示例在圖2C中示出，其中閥打開(kāi)約57秒 時(shí)會(huì)產(chǎn)生從50sCCm到超過(guò)70sCCm的流率升高，之后下降至40sCCm，最后平穩(wěn)回到所需的 50sCCm。因此，在圖2的實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，閥206的關(guān)閉和打開(kāi)的定時(shí)被選擇使得 在實(shí)際處理步驟期間不發(fā)生打開(kāi)。圖2B描述了用于對(duì)閥的關(guān)閉和打開(kāi)進(jìn)行定時(shí)的一種可能方法的流程圖，而圖3示 出了用于閥206的關(guān)閉和打開(kāi)的定時(shí)圖表。用跡線350示出壓力。在時(shí)間tQ，將GFC接通 (步驟272)；然而，此時(shí)常常存在穩(wěn)定步驟，其中在所述穩(wěn)定步驟的期間，GFC以及處理工具 上的其它部件具有其所需值。在時(shí)間t”開(kāi)始在制造腔或處理腔中進(jìn)行處理(步驟274)。 例如，在此時(shí)在等離子體蝕刻或沉積處理期間的RF電源將被接通。如上所述，在處理期間 不存在與發(fā)生閥206關(guān)閉相關(guān)的問(wèn)題，且這種關(guān)閉在時(shí)間、發(fā)生(步驟276)。在步驟278， 以規(guī)則間隔測(cè)量壓力，以能夠計(jì)算流率。在時(shí)間t3，制造腔的處理結(jié)束(步驟280)，并且之 后在時(shí)間t4，閥206打開(kāi)(步驟282)。可選地，在步驟284記錄溫度。重要的是要注意到，在步驟276處的閥關(guān)閉被定時(shí)，使得在時(shí)間t4(步驟282)發(fā) 生的閥打開(kāi)出現(xiàn)在時(shí)間t3(步驟280，處理步驟結(jié)束)之后。由此，GFC不受壓力快速升高的干擾。這可通過(guò)首先記錄處理所需的總時(shí)間以及壓降測(cè)量所需的總時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如， 如果處理過(guò)程花費(fèi)30秒且測(cè)量花費(fèi)10秒，那么閥可在處理過(guò)程開(kāi)始之后關(guān)閉21秒并且在 處理過(guò)程開(kāi)始之后再打開(kāi)31秒，從而確保在過(guò)程完成之后閥再打開(kāi)。當(dāng)然，這種確定可以 預(yù)先地完成一次且用于所有的運(yùn)行過(guò)程。替代性地，在穩(wěn)定步驟期間可實(shí)施流率測(cè)量，其中閥206的打開(kāi)在開(kāi)始處理步驟 之前發(fā)生。在該情形中，閥的關(guān)閉實(shí)際上可在穩(wěn)定步驟開(kāi)始之前發(fā)生。這在圖3A中進(jìn)行了 描述。在時(shí)間tQ，閥關(guān)閉；然而，由于GFC同樣關(guān)閉，所以壓力不降低。在時(shí)間t”GFC打開(kāi) 用于穩(wěn)定步驟，且壓力開(kāi)始下降，因此在該時(shí)段期間可進(jìn)行測(cè)量。在仍處于穩(wěn)定步驟期間的 時(shí)間t2，閥打開(kāi)以便壓力返回到設(shè)定點(diǎn)。在時(shí)間t3，制造腔的處理開(kāi)始，且在時(shí)間t4處理結(jié) 束。在時(shí)間t3與時(shí)間t4之間的時(shí)間段中不進(jìn)行測(cè)量。如果如圖3A所示在穩(wěn)定步驟期間實(shí)施測(cè)量，那么對(duì)于當(dāng)前處理步驟可實(shí)施任何 流率校正；而如果如圖3所示在處理步驟結(jié)束時(shí)實(shí)施測(cè)量，那么僅后續(xù)步驟可校正。然而， 這不是明顯的缺陷，因?yàn)樵跉怏w流動(dòng)控制器(尤其是在半導(dǎo)體領(lǐng)域中使用的MFC)中的大多 數(shù)偏移出現(xiàn)在包括許多處理步驟的時(shí)間段中。圖4示出了類(lèi)似于圖2的另一實(shí)施例；然而，截流閥206用計(jì)量閥406替換，計(jì)量 閥406是設(shè)計(jì)成在設(shè)定范圍內(nèi)提供變化的氣體流率的閥。也就是說(shuō)，盡管截流閥206是簡(jiǎn) 易的接通/斷開(kāi)閥，計(jì)量閥406的打開(kāi)和關(guān)閉的量可被控制以產(chǎn)生通過(guò)閥的不同流率。艮口， 在該實(shí)施例中，當(dāng)計(jì)量閥406在測(cè)量階段的結(jié)束處打開(kāi)時(shí)，控制器對(duì)閥的開(kāi)度進(jìn)行控制，使 得由壓力傳感器412確定的壓力升高維持在某個(gè)速率，該速率足夠的低以致通過(guò)GFC的流 量不受干擾。換句話說(shuō)，計(jì)量閥406的打開(kāi)是逐漸進(jìn)行而不是迅速進(jìn)行的，從而GFC不受干 擾。替代性地，根本不是在處理步驟期間升高壓力，壓力可在測(cè)量階段的結(jié)束時(shí)保持恒定且 然后一旦處理步驟終止就升高。這種方法可對(duì)GFC流率的任何干擾具有最小的影響。一個(gè) 示例在圖4B中示出，其中可以看出，在壓力降低或者過(guò)渡至恒定壓力期間的流率不存在可 察覺(jué)的偏差。在圖4A所示的又另一實(shí)施例中，閥406’仍是截流閥，但是流動(dòng)限制器422與閥 406’串聯(lián)地放置，使得當(dāng)閥打開(kāi)時(shí)，進(jìn)入容積410的流量被限制到某個(gè)值，該值使得壓力升 高的速率保持在足夠低的值。因此，即使閥406，迅速打開(kāi)，由于流動(dòng)限制器422，壓力升高 也是逐漸進(jìn)行的。在該情形中，重要的是確保限制器所允許的流率大于GFC的最大流率。雖然上述實(shí)施例在不添加復(fù)雜壓力調(diào)節(jié)器的前提下對(duì)于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)處理(例 如半導(dǎo)體制造)中測(cè)量氣體流率的所需目標(biāo)是完全有效的，但是這些實(shí)施例仍需要在容積 的上游添加受控閥，且需要對(duì)在當(dāng)閥打開(kāi)時(shí)的定時(shí)或者在閥打開(kāi)時(shí)壓力升高的速率進(jìn)行一 定水平的控制。圖5示出了用于半導(dǎo)體和相關(guān)領(lǐng)域中的幾乎全氣體輸送系統(tǒng)的典型配置。很可能 具有一些附加部件，例如在壓力調(diào)節(jié)器左側(cè)的手動(dòng)安全截流閥和/或在MFC之前和/或之 后的截流閥；然而，圖5示出了與本發(fā)明相關(guān)的主要部件。在該圖中，壓力調(diào)節(jié)器502是標(biāo) 準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)器，其對(duì)下游壓力控制具有一定量的滯后和上游壓力的一定量影響。尤其在半導(dǎo)體和相關(guān)領(lǐng)域中，氣體純度(凈化)是關(guān)鍵的，存在極大阻力來(lái)改變氣 體輸送系統(tǒng)中的任何管道(plumbing)。當(dāng)然這對(duì)于已經(jīng)安裝的系統(tǒng)而言是正確的，但是這 對(duì)于要構(gòu)建的新系統(tǒng)而言同樣是正確的。幾乎所有要設(shè)計(jì)和構(gòu)建的新系統(tǒng)都與圖5相同。盡管這不是說(shuō)部件都從不更換。當(dāng)然，氣體輸送系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成允許閥、壓力調(diào)節(jié)器和MFC等 的置換，其而僅僅不允許添加任何部件。因此，在半導(dǎo)體和相關(guān)領(lǐng)域中，要實(shí)施圖1、2或4 所示出的實(shí)施例是困難的。圖6示出了允許直接插入到現(xiàn)存半導(dǎo)體和相關(guān)氣體輸送系統(tǒng)中的本發(fā)明的實(shí)施 例。該實(shí)施例利用下述優(yōu)勢(shì)當(dāng)前使用中的許多調(diào)節(jié)器具有極少采用的配置，該配置通過(guò)增 加壓力調(diào)節(jié)器的隔膜上方的壓力而允許出現(xiàn)設(shè)定點(diǎn)的升高。通常而言，隔膜上方的容積暴 露于大氣；然而，通過(guò)將該容積中的壓力增加至高于大氣壓力的水平值，所調(diào)節(jié)的壓力同樣 升高。在圖6的實(shí)施例中，該壓力的增加通過(guò)添加閥606來(lái)實(shí)現(xiàn)，閥606被控制成將規(guī)定量 的壓縮空氣或其它壓縮氣體(例如，氮?dú)?輸送到調(diào)節(jié)器602的頂側(cè)，藉此控制調(diào)節(jié)器602 的設(shè)定點(diǎn)。由于壓縮空氣被輸送到調(diào)節(jié)器602的頂側(cè)，空氣不與輸送到處理腔的氣體混合。盡管在圖2和4中的實(shí)施例使用由封閉的閥(206或406)所限定的固定容積，但 圖6中的實(shí)施例不使用閥。相反，圖6中的實(shí)施例使用壓力調(diào)節(jié)器的流量與壓力關(guān)系來(lái)產(chǎn) 生本發(fā)明所需的條件。顯然地，這些條件僅在壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力大于在正常環(huán)境下由 調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的壓力時(shí)存在。雖然人們不會(huì)考慮到將上游壓力調(diào)節(jié)器來(lái)限定固定容積(即，用作閥)，為了本發(fā) 明的目的，在通過(guò)GFC的氣體流量測(cè)量期間，調(diào)節(jié)器的重要屬性在于，在通過(guò)調(diào)節(jié)器的任一 方向都沒(méi)有氣體流動(dòng)。根據(jù)壓力調(diào)節(jié)器的性能，只要調(diào)節(jié)器下游的氣體壓力不低于其所設(shè) 定的壓力，那么該調(diào)節(jié)器將不允許任何氣體流動(dòng)到調(diào)節(jié)器的下游側(cè)。此外，即使調(diào)節(jié)器下游 的氣體壓力大于要著手產(chǎn)生的壓力，調(diào)節(jié)器也沒(méi)有能力允許其使得氣體從下游側(cè)流動(dòng)到上 游側(cè)。由于在這種條件下在任一方向都沒(méi)有氣體流動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)器，這滿足了通過(guò)根據(jù)本發(fā) 明的GFC的氣體流動(dòng)測(cè)量所需的條件。應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖6中該實(shí)施例的重要優(yōu)勢(shì)在于，僅壓力調(diào)節(jié)器602、容積610、 壓力傳感器612和GFC 608是高凈化氣體輸送系統(tǒng)的一部分。顯然，這些與圖5中所示的 都是相同的常規(guī)部件。閥606在高凈化氣體輸送系統(tǒng)之外，且類(lèi)似于供應(yīng)壓縮氣體或其它 氣體的閥，所述壓縮氣體或其它氣體用于致動(dòng)在制造系統(tǒng)中的各種氣動(dòng)閥。因此，它能容易 地添加到氣體輸送系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，如果不管任何理由本發(fā)明所需的實(shí)際壓力調(diào)節(jié) 器或壓力傳感器不同于系統(tǒng)中已經(jīng)存在的壓力調(diào)節(jié)器或壓力傳感器，那么這些部件都可容 易地更換。此外，如果現(xiàn)存系統(tǒng)的容積沒(méi)有所需的那么大，那么還包括壓力傳感器的特定制 造的容積可插入以置換當(dāng)前存在的壓力傳感器。圖6中所示實(shí)施例的另一重要優(yōu)勢(shì)在于，由于不存在由閥關(guān)閉的固定容積，因此 在例如圖2和4的實(shí)施例中，實(shí)際上氣體的供給未受限制。用于測(cè)試通過(guò)GFC的氣體流動(dòng)的工序可如下總結(jié)在圖6A的工藝流程650中。
0098]1.在步驟652，GFC被設(shè)定至所需流率，且氣體的流量被產(chǎn)生。2.在步驟654，閥606被打開(kāi)。3.在步驟656，在調(diào)節(jié)器602下游產(chǎn)生預(yù)定壓力之后將閥關(guān)閉。該壓力可由壓力傳 感器612來(lái)測(cè)量，且閥606由系統(tǒng)控制器相應(yīng)地控制；或者替代性地，由閥606輸送的氣體 的壓力可保持在某個(gè)壓力，當(dāng)閥606打開(kāi)足夠時(shí)間并接著關(guān)閉時(shí)，該壓力恰好提供容積610 中的壓力的正確升高。在閥606關(guān)閉時(shí)或者馬上在此之后，調(diào)節(jié)器602的設(shè)定點(diǎn)返回到其 正常值(即，其在步驟2之前的值)。這可通過(guò)合適選擇閥606 (例如，使用三通閥)或者通過(guò)添加開(kāi)口至大氣的閥606’(其允許調(diào)節(jié)器的隔膜上方的壓力返回至大氣壓力)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在閥606關(guān)閉且設(shè)定點(diǎn)返回至其正常值時(shí)的點(diǎn)處，由于調(diào)節(jié)器602下游的壓力大 于其設(shè)定點(diǎn)，因此調(diào)節(jié)器602關(guān)閉且調(diào)節(jié)器602下游沒(méi)有流體流動(dòng)。然而，由于腔中的處理 繼續(xù)且消耗來(lái)自于調(diào)節(jié)器602下游的管道的流體，所以容積610中的壓力開(kāi)始下降。4.在步驟658，當(dāng)腔中的處理進(jìn)行時(shí)，由壓力傳感器612以規(guī)則時(shí)段(通常每秒或 幾分之一秒)在限定的時(shí)間段內(nèi)(通常在從數(shù)秒至數(shù)分鐘的范圍內(nèi))測(cè)量壓力。5.在壓力已經(jīng)下降一定量(通常是起始值的5-30%)之后且在壓力下降至壓力 調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)之前，測(cè)試工序結(jié)束。6.在步驟660，記錄在圖6中示出的部件附近的溫度。該實(shí)施例的GFC的流率以與圖2的實(shí)施例類(lèi)似的方式進(jìn)行計(jì)算，且因此以等式⑷給出。并不重要的是，在打開(kāi)和關(guān)閉閥606之前將GFC設(shè)定至所需流率。當(dāng)然，在閥606 打開(kāi)之后、但是在其關(guān)閉之前可將GFC設(shè)定至所需流率，或者在閥已經(jīng)打開(kāi)和關(guān)閉兩者之 后可將GFC設(shè)定至所需流率。雖然圖6示出了由壓力調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的控制壓力升高的一個(gè)具體實(shí)施例，但是任何 立即增加壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力的方法都是合適的。所需要的是，在GFC上游容積中的壓 力已經(jīng)增加到高于正常設(shè)定點(diǎn)之后進(jìn)行測(cè)量，以使得隨著氣體被輸送到腔中，壓力朝向正 常壓力降低，從而避免對(duì)GFC的干擾。同樣，盡管正常設(shè)定點(diǎn)假定為由隔膜上方的大氣壓力 產(chǎn)生，這不是必要的。需要的是，閥606的打開(kāi)會(huì)將調(diào)節(jié)器602的設(shè)定點(diǎn)升高至大于其正常 設(shè)定點(diǎn)的壓力。圖7是圖6的替代性實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。圖7的實(shí)施例使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器702、容 積710、傳感器712和GFC 708，但是添加了與壓力調(diào)節(jié)器702并聯(lián)布置的旁通閥706。如 可以理解的那樣，在正常操作中，調(diào)節(jié)器702上游的管路701中的壓力大于調(diào)節(jié)器下游的壓 力。旁通閥706使得能夠?qū)⒄{(diào)節(jié)器702下游的壓力增加到超過(guò)調(diào)節(jié)器702的設(shè)定點(diǎn)。這產(chǎn) 生了與圖6的實(shí)施例中的相似效果。當(dāng)然，在該情形中，所添加的旁通閥706是高凈化氣體 輸送系統(tǒng)的一部分，且需要滿足系統(tǒng)的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。圖7中的實(shí)施例的操作類(lèi)似于圖6的操作。也就是說(shuō)，步驟可仿效圖6中的步驟， 不同之處在于，不是操作氣體壓力閥，而是在圖7的實(shí)施例中的旁通閥706打開(kāi)以增加調(diào)節(jié) 器702下游的壓力并接著關(guān)閉。在該條件下，直到下游壓力會(huì)降低至低于調(diào)節(jié)器702的設(shè) 定點(diǎn)時(shí)，氣體才會(huì)流動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)器702。這種測(cè)量是在關(guān)閉閥706之后、且在下游壓力達(dá)到 調(diào)節(jié)器702的設(shè)定點(diǎn)之前的時(shí)段期間進(jìn)行的。換句話說(shuō)，在圖6和7兩者的實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器下游的壓力被升高以便進(jìn)行測(cè)量。 在圖6中，壓力“間接地”升高，其在于調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)升高以使得調(diào)節(jié)器允許流動(dòng)并產(chǎn)生 大于正常設(shè)定點(diǎn)的下游壓力。在另一方面，在圖7中，通過(guò)旁通調(diào)節(jié)器來(lái)“直接地”升高壓 力。然而，從測(cè)試的角度看，結(jié)果是相同的。因此，圖7Α描述了以其通常形式的工序。在步驟752，當(dāng)調(diào)節(jié)器被設(shè)定到其標(biāo)準(zhǔn)設(shè) 定點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生GFC的流動(dòng)。在步驟754，調(diào)節(jié)器下游的壓力增加。要注意步驟752和754的順 序可以顛倒。在步驟758，當(dāng)腔中的處理進(jìn)行時(shí)，每隔一定時(shí)段測(cè)量調(diào)節(jié)器下游的壓力。同 樣，在步驟760 (其可在任何時(shí)間進(jìn)行)，測(cè)量溫度。使用在步驟758中采集的壓力測(cè)量值來(lái)計(jì)算流量。使用圖6或7的實(shí)施例的一種最簡(jiǎn)單方法是使用圖6的壓縮空氣(或任何其它壓 縮氣體，例如氮?dú)?或通過(guò)圖7的閥706的處理氣體的旁通流，來(lái)將壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力 增加到某個(gè)值并接著在GFC操作期間允許該壓力下降至調(diào)節(jié)器的正常設(shè)定點(diǎn)。采用這種方 法，對(duì)于除最高值之外的所有GFC流量，壓力在已經(jīng)進(jìn)行流率測(cè)量之后仍將下降。對(duì)于GFC 的優(yōu)化操作，可能所需的是盡可能快地得到GFC上游的穩(wěn)定壓力。在這種情形中，該壓力可 被控制成使得一旦進(jìn)行流量測(cè)量，對(duì)于處理步驟的剩余部分而言壓力保持恒定。如果人們從推理已知GFC被設(shè)定的流率，那么會(huì)將起始?jí)毫ι叩角『谜_值， 以使得在進(jìn)行流率測(cè)量之后壓力就會(huì)處于調(diào)節(jié)器的正常設(shè)定點(diǎn)壓力。然而更可能的是，事 先并不知道GFC的流率。在這種情形中，可能優(yōu)選的是，每次保持起始?jí)毫ο嗤窃跍y(cè) 量結(jié)束時(shí)控制該壓力。這可在圖6的實(shí)施例中通過(guò)控制壓縮空氣或其它氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)，以將 壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)有效地增加至在流率測(cè)量結(jié)束時(shí)存在的壓力，并且對(duì)于整個(gè)處理步驟 保持該有效的設(shè)定點(diǎn)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖6示出了使用其它氣體或壓縮空氣來(lái)實(shí)施調(diào)節(jié)器控制的 實(shí)施例，但是可構(gòu)想出其它機(jī)電裝置，通過(guò)該機(jī)電裝置可控制調(diào)節(jié)器的有效設(shè)定點(diǎn)。如上所述，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓降的良好受控定時(shí)的另一方法是使用圖4中示出的實(shí)施例， 其中利用壓力傳感器412使得計(jì)量閥406處于閉環(huán)控制。為了實(shí)現(xiàn)該流率測(cè)量，計(jì)量閥406 會(huì)關(guān)閉；然而，不是在測(cè)量結(jié)束之后使用計(jì)量閥將壓力帶回到起始點(diǎn)，可對(duì)閥的打開(kāi)進(jìn)行控 制以使得閥下游的壓力保持在恒定值，例如就在進(jìn)行流率測(cè)量之后的壓力值。如果以這種 方式來(lái)使用計(jì)量閥，該計(jì)量閥可替代圖6中的壓力調(diào)節(jié)器602，且會(huì)容易地改進(jìn)到現(xiàn)存氣體 輸送系統(tǒng)中。雖然在圖4、6和7中的實(shí)施例的益處是當(dāng)前存在的半導(dǎo)體和相關(guān)氣體輸送系統(tǒng)中 進(jìn)行使用，但是有理由相信，在附圖中所示的GFC可以是特定調(diào)節(jié)器連同在Ollivier的美 國(guó)專(zhuān)利No. 6，363，958所描述的壓力傳感器和重要節(jié)流孔的組合。例如，參見(jiàn)在圖2中的虛 線所示的光學(xué)壓力調(diào)節(jié)器202。雖然上述說(shuō)明涉及來(lái)自于壓降的流率實(shí)際大小的準(zhǔn)確計(jì)算，但是這不是本發(fā)明所 需要的。根據(jù)替代性實(shí)施例，流率的相對(duì)變化可基于不同壓降測(cè)量值的比較來(lái)確定。例如，在一些實(shí)施例中可采集兩組壓降測(cè)量值，以提供變化流率的相對(duì)測(cè)量。在一 個(gè)實(shí)施例中，從要測(cè)試的GFC中可采集第一測(cè)量值，而從已知性能的GFC中采集第二測(cè)量 值。兩個(gè)壓降讀數(shù)之間的差值在不確定實(shí)際流率的前提下可揭示被測(cè)試裝置的流率偏差。在替代性實(shí)施例中，在第一時(shí)間可用要測(cè)試的GFC來(lái)采集第一壓降測(cè)量值，而在 第二時(shí)間從相同GFC來(lái)采集第二壓降測(cè)量值。再次，兩個(gè)壓降測(cè)量值讀數(shù)之間的差值可揭 示來(lái)自于被測(cè)試裝置的流率隨著時(shí)間的變化(偏移)大小。由于本發(fā)明可通過(guò)自動(dòng)操作來(lái)實(shí)施且由于在氣體流入到處理腔時(shí)實(shí)時(shí)地實(shí)施這 種測(cè)量，本發(fā)明使得可能在實(shí)施處理過(guò)程時(shí)校正實(shí)際氣體流量的任何偏差。例如，如果氣 體流動(dòng)控制器被設(shè)定其氣體質(zhì)量流量為100標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘(sccm)，并且如果測(cè)量結(jié)果是 98SCCm，那么設(shè)定點(diǎn)會(huì)增加到102SCCm，因此使得實(shí)際流量為所需的lOOsccm。將該概念實(shí)施到其邏輯結(jié)論，圖8示出了測(cè)試下的氣體控制器由控制閥所置換的 實(shí)施例。不是使用本發(fā)明來(lái)校正氣體流動(dòng)控制器的設(shè)定點(diǎn)以獲得所需流量，相反地在該情
17形中本發(fā)明被用來(lái)直接控制輸出控制閥以提供所需流量。在常規(guī)的質(zhì)量流控制器中，如果設(shè)定點(diǎn)改變，那么控制器記錄測(cè)量流率與所需設(shè) 定點(diǎn)之間的差值，并改變閥的開(kāi)度以使得該差值最小化。在一至數(shù)秒內(nèi)，實(shí)際流率十分接近 所需流率。然而，在圖8的實(shí)施例中，這種方法會(huì)花去長(zhǎng)得多的時(shí)間。由于在控制閥808的 位置改變時(shí)需要進(jìn)行許多數(shù)量的測(cè)量，并且每次測(cè)量花費(fèi)大約半秒至數(shù)秒，所以得到所需 流率的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)得多。幸運(yùn)的是，本發(fā)明允許控制器具有針對(duì)所需流率關(guān)于在所需閥位置 上的先驗(yàn)信息的能力，該控制器進(jìn)行測(cè)量且控制控制閥808。在操作方法中，參考圖8，在系統(tǒng)用于控制流入處理的氣體之前，可進(jìn)行初始標(biāo)定， 其中在初始標(biāo)定中可產(chǎn)生關(guān)于壓力、溫度、用于控制閥808的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和流率的表格。這可 通過(guò)實(shí)施一系列測(cè)量來(lái)完成，其中由驅(qū)動(dòng)信號(hào)記錄的閥位置被控制成使得每次運(yùn)行時(shí)壓降 率保持恒定。該壓降結(jié)合溫度以及使用等式(4)會(huì)提供該次運(yùn)行的流率。對(duì)于每次運(yùn)行，壓 降率會(huì)保持在不同水平，因而允許產(chǎn)生對(duì)于在不同壓力(和溫度)下不同流率的閥位置的 表格。替代性地，可僅使用單獨(dú)的測(cè)量技術(shù)(例如在控制閥808下游布置的容積上升速率) 來(lái)記錄在某壓力和溫度下給定流率的閥位置，其中壓力由壓力調(diào)節(jié)器設(shè)定并保持恒定。由 于該初始標(biāo)定僅會(huì)進(jìn)行一次，所以這對(duì)于使用測(cè)量流量的單獨(dú)技術(shù)來(lái)說(shuō)不是太麻煩。一旦建立表格，用于控制通過(guò)控制閥808的氣體流量的工序可如下總結(jié)在圖8A的 工藝流程850中。1.在步驟852，測(cè)量溫度。這用于查詢(xún)表以及實(shí)際流率的標(biāo)定中。2.在步驟854，在流量開(kāi)始的時(shí)間之前以規(guī)則間隔(通常每幾分之一秒)測(cè)量壓 力。查詢(xún)表使用在步驟852中測(cè)量的溫度和在該步驟中測(cè)量的壓力，該查詢(xún)表被用來(lái)確定 控制閥808所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確提供所需流率。3.在步驟856，在流量開(kāi)始的時(shí)間時(shí)，在步驟854確定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到控制閥 808 上。4.在步驟857，以規(guī)則時(shí)段繼續(xù)測(cè)量壓力，且該壓力被用于查詢(xún)表中，以確定控制 閥808的所需位置，該所需位置將隨著壓力變化而變化。5.在步驟858，在壓力已經(jīng)下降一些量(通常是起始值的5_30% )但是在壓力下 降至壓力調(diào)節(jié)器802的設(shè)定點(diǎn)之前，從測(cè)量壓降來(lái)計(jì)算(根據(jù)等式4)流率。6.在步驟860，作為壓力、溫度和控制閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)的函數(shù)的計(jì)算流率與查詢(xún)表中 的值進(jìn)行比較。7.在步驟862，如果差異太大(通常大于1%)，那么發(fā)送警告以通知合適的人員， 以便核查該差異的可能原因。8.在步驟864，如果差異足夠小，那么查詢(xún)表僅僅用新值來(lái)更新。9.在步驟866，當(dāng)壓力繼續(xù)下降且最終到達(dá)由壓力調(diào)節(jié)器802產(chǎn)生的值(S卩，正常 調(diào)節(jié)器設(shè)定點(diǎn))，那么控制器基于新查詢(xún)表來(lái)控制控制閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。10.在步驟868，在處理的結(jié)束時(shí)或者在一定其它合適時(shí)間，控制閥808關(guān)閉。在替代性方法中，在步驟866，不是等待壓力下降至調(diào)節(jié)器802的設(shè)定點(diǎn)，相反地 人們可按照關(guān)于圖6所描述的方式來(lái)控制有效設(shè)定點(diǎn)，使得一旦測(cè)量流率之后就將壓力帶 到穩(wěn)定值。在又另一實(shí)施例中，圖4中的計(jì)量閥或圖4A中的截流閥和限制器可替換為圖8中
18的調(diào)節(jié)器802和閥806。在完成流率測(cè)量之后，圖4A中的截流閥和限制器可用于將壓力帶 到起始點(diǎn)，或者圖4的計(jì)量閥可用于保持壓力恒定或者將壓力緩慢升高。在這些可替代方法中，由于存在經(jīng)歷進(jìn)一步壓降的能力，在相同處理步驟期間可 采用多種測(cè)量。這在處理步驟具有長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間時(shí)尤其有用。圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其允許在不必要改變?nèi)魏维F(xiàn)有部件的前提 下確定容積。雖然該特征相對(duì)于模仿圖2配置的結(jié)構(gòu)來(lái)描述，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解的是，該 特征可使用上述討論的任何實(shí)施例來(lái)實(shí)施。在圖9中，設(shè)備900允許現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量容積V，其中 V = GFC與截流閥906 (或當(dāng)使用圖4的實(shí)施例時(shí)的計(jì)量閥，或當(dāng)使用圖6和7的實(shí)施例時(shí) 的調(diào)節(jié)器)之間的氣體輸送系統(tǒng)的總?cè)莘e。在圖9的具體實(shí)施例中，容積V等于義+^，其 中V2是具有已知容積的腔911的容積，且V1是在GFC 908與閥906之間的氣體輸送系統(tǒng)中 所有其它部件的固定容積(用框910表示)。在圖9中，已知容積V2是當(dāng)閥912關(guān)閉時(shí)腔911的容積。在將腔911并入到氣體 輸送系統(tǒng)中之前，可通過(guò)許多方式中的任何一種來(lái)確定該已知容積V2。一種直接方法是 (1)將腔用流體填充至超出閥912的點(diǎn)；(2)關(guān)閉閥912 ； (3)傾倒出在閥912之外的任何流 體；然后(4)打開(kāi)閥912并將流體傾倒到測(cè)量容器(例如，燒杯或量管)中。在將已知容積的腔911并入到氣體輸送系統(tǒng)中后，可進(jìn)行V的測(cè)量。具體地說(shuō)，通 過(guò)流經(jīng)氣體流動(dòng)控制器908來(lái)排空固定容積910、接著打開(kāi)第二閥912以將固定容積910與 腔911聯(lián)合，可產(chǎn)生允許準(zhǔn)確計(jì)算固定容積910的壓降。圖9A提供對(duì)該方法的步驟流程950的簡(jiǎn)化視圖，其可由計(jì)算機(jī)920執(zhí)行。1.在步驟952，閥912打開(kāi)(如果其關(guān)閉的話)。閥906假定已經(jīng)打開(kāi)。2.在步驟954，調(diào)節(jié)器902被設(shè)定到其標(biāo)準(zhǔn)值(或任何其它合適值)。3.在步驟956，GFC被設(shè)定為零流量。4.在步驟957，閥912關(guān)閉。5.在步驟958，閥906關(guān)閉。6.在步驟960，在壓力傳感器913上記錄在這些條件下的壓力P^7.在步驟962，GFC被設(shè)定為允許壓力在合理時(shí)間量?jī)?nèi)下降至大致為零，從而排空 固定容積V1的流量。8.在步驟964，在壓力達(dá)到零之后，將GFC設(shè)定為零流量。9.在步驟966，閥912打開(kāi)，將固定容積V1與腔911的已知容積聯(lián)合或合并。10.在步驟968，在壓力傳感器913上記錄在這些條件下的壓力P2。在系統(tǒng)中的氣體量在步驟964由以下等式給出η = P1V2ZZlRT等式(5)其中，Z =在壓力P1下的壓縮因數(shù)。在等式(5)中用V2替換V的原因在于，在步驟964中，該系統(tǒng)中除了容積％的腔 911之外的每個(gè)部件都清空任何氣體。在步驟966，系統(tǒng)中的氣體總量仍是η，因?yàn)樵诓襟E964與966之間沒(méi)有氣體進(jìn)入 或排出系統(tǒng)。然而在步驟966中，氣體遍布總?cè)莘eV。因此，可以寫(xiě)成η = P2V/Z2RT等式(6)其中，V= V1+V2
Z2 =在壓力P2下的壓縮因數(shù)。結(jié)合等式(5)和(6)，得出P1V2ZZ1RT = P2V/Z2RT等式(7)簡(jiǎn)化等式(7)，得到V = P1V2Z2A32Ziq于是，從以下等式可得到V1 V1 = V-V20以這種方式確定卩和V1不需要單獨(dú)步驟，在該單獨(dú)步驟期間不利用處理腔。然而， 該容積測(cè)量被所需成僅相對(duì)不常用地實(shí)施。雖然可在日?；A(chǔ)上或甚至更頻繁地進(jìn)行結(jié)合 其它實(shí)施例的上述氣體流率測(cè)量，但是結(jié)合圖9-9A所描述的容積V和V1的測(cè)量可在設(shè)備 的首次安裝時(shí)進(jìn)行，并然后可能僅在系統(tǒng)部件的更換時(shí)進(jìn)行。圖9的實(shí)施例還提供又另一優(yōu)勢(shì)。具體地說(shuō)，取決于流率或其它因數(shù)的大小，可能 有利的是使用更小容積或更大容積來(lái)測(cè)試流率。例如，在流率相對(duì)于組合容積V較小時(shí)，會(huì) 需要過(guò)長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)段來(lái)產(chǎn)生足夠大小的壓降，以產(chǎn)生流率的準(zhǔn)確測(cè)量值。因此，在確定容積 V1之后，閥912會(huì)關(guān)閉，使得僅容積V1用于替代V進(jìn)行氣體流量測(cè)量。相反地，在流率相對(duì) 于固定容積V1大時(shí)，可能合適的是保持第二閥打開(kāi)以提供更大的組合容積(VJV2)并藉此 提供足夠的時(shí)間用于實(shí)現(xiàn)壓降。當(dāng)在處理腔中進(jìn)行的過(guò)程需要在過(guò)程期間氣體流率的變化 時(shí)，主機(jī)或主計(jì)算機(jī)可控制閥912以將容積與氣體流量匹配。當(dāng)腔以低速率消耗氣體時(shí)，主 計(jì)算機(jī)關(guān)閉閥912，使得僅使用容積義。相反地，當(dāng)氣體流量增加時(shí)，主計(jì)算機(jī)將打開(kāi)閥912， 從而使用容積V。圖9B描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?nèi)莘e的構(gòu)思的變型。在圖9B中，系統(tǒng)900B 包括兩個(gè)附加容積911和931，它們可使用閥912和932來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉至系統(tǒng)。容積911和 931可以是相同或不同的值。因此，取決于GFC 908的流量，所使用的容積可能是義、、+^、 V^V3或Vi+VfVy當(dāng)然，可根據(jù)需要增加具有相應(yīng)閥的附加容積。圖9C描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?nèi)莘e構(gòu)思的概念上的普遍形式。在圖9C中， 容積V1，是可變的，如由膜911和雙頭箭頭概念上描述的那樣。該容積可手動(dòng)改變或者使用 主計(jì)算機(jī)來(lái)改變，如虛線所描述的那樣。容積V1,的尺寸在所有處理過(guò)程中可設(shè)定一次，或 者在處理期間流率變化時(shí)在該處理期間可進(jìn)行變化。在圖9的實(shí)施例中可使用又另一方法，以確定未知容積V115 GFC被設(shè)定為這樣一個(gè) 流率，其允許在單獨(dú)使用容積V1或者使用時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量(△ P/ △ t)。對(duì)于該測(cè)量的起始 部分，閥912打開(kāi)。在這些條件下進(jìn)行(Δ P/At)'的測(cè)量。雖然GFC仍流動(dòng)，但是閥912 關(guān)閉。在測(cè)量之后，得到(Δ P/At)"。如下述等式所示，(ΔΡ/At)這兩個(gè)值的比值允許 確定未知容積。重復(fù)等式(4)流率=(ΔP/ Δ t) V/ZRT等式(4)由于流率在測(cè)量的兩個(gè)部分中都未變化，( Δ P/ Δ t) ‘ V/ZRT = ( Δ P/ Δ t) 〃 V1ART 等式(8)這簡(jiǎn)化成V1 = V2/((AP/At) “ /(ΔΡ/At) ‘ _1) 等式(9)
可通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)操作來(lái)實(shí)施本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)步驟。例如，打開(kāi)/ 關(guān)閉閥以及采集壓力讀數(shù)的步驟可根據(jù)計(jì)算機(jī)控制來(lái)自動(dòng)進(jìn)行，同時(shí)實(shí)際容積的確定可手 動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)?？商娲?，各個(gè)閥中的一個(gè)或多個(gè)可手動(dòng)致動(dòng)，同時(shí)從所監(jiān)測(cè)的壓降自動(dòng)計(jì) 算得到最終的流率。基于存儲(chǔ)在主計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的指令可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多 個(gè)步驟的自動(dòng)操作，所述主計(jì)算機(jī)包括處理器，通過(guò)在附圖中的虛線所示的控制線路進(jìn)行 通訊。本發(fā)明的實(shí)施例可提供優(yōu)于常規(guī)方法的許多優(yōu)勢(shì)。一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，在質(zhì)量流控制 器進(jìn)行其正常操作時(shí)可執(zhí)行流率的測(cè)試。具體地說(shuō)，因?yàn)橛砷y打開(kāi)和關(guān)閉縮引起的壓力偏 差被控制以防止對(duì)GFC的干擾，從而GFC能夠保持其特定流率，而不管故意引入的入口壓力變化。當(dāng)氣體流動(dòng)控制器正常操作以在生產(chǎn)期間將氣體輸送到處理腔時(shí)，可進(jìn)行氣體流 量測(cè)試。而且，測(cè)試設(shè)備是氣體輸送系統(tǒng)的集成部分，且氣體流量測(cè)試的所有步驟都可自動(dòng) 化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例有助于完全自動(dòng)操作，包括測(cè)試工序的啟動(dòng)。例如，使用與氣體 流動(dòng)控制器、處理工具和/或設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的合適連通，可將流率測(cè)試編程為發(fā)生在每個(gè)處理 步驟中、或者在特定事件(例如，在流率控制器被設(shè)定為具體流率時(shí)具體處理過(guò)程的具體 步驟期間)時(shí)?？商娲?，可將測(cè)試編程為在每天的某個(gè)時(shí)間或多個(gè)時(shí)間發(fā)生。本發(fā)明的實(shí)施例還可提供警告，其包括位于處理工具上的聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)警告。替代 性地或結(jié)合聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)警告，在測(cè)量流率在一定限定值之外時(shí)，以電子郵件形式的警告可 被發(fā)送給一個(gè)或多個(gè)指定人員。這種方法在結(jié)合上述的完全自動(dòng)啟動(dòng)和操作時(shí)運(yùn)行良好。本發(fā)明的實(shí)施例還可用于測(cè)量MFC的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)MFC被干擾時(shí)(例如通過(guò)將 MFC接通或者改變其設(shè)定點(diǎn)或者突然增加MFC上游的壓力)，將會(huì)花費(fèi)數(shù)秒以獲得其穩(wěn)定狀 態(tài)流動(dòng)。在該數(shù)秒期間，MFC的流率將偏離設(shè)定點(diǎn)，通常振蕩或波動(dòng)成高于或低于設(shè)定點(diǎn)。 流率偏離的方式可由本發(fā)明通過(guò)在MFC被干擾之后立刻就采集在相對(duì)高采樣速率(例如， 10-100個(gè)讀數(shù)每秒)下的多個(gè)壓力讀數(shù)來(lái)測(cè)量。該瞬態(tài)響應(yīng)的測(cè)量具有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)?？梢员O(jiān) 視具體MFC隨著時(shí)間的瞬態(tài)響應(yīng)；如果觀察到變化，其可以表示在MFC內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)部件 或分量的變差。還可以將相同MFC的瞬態(tài)響應(yīng)在各個(gè)腔之間進(jìn)行比較，因而使得能夠進(jìn)行 有效的腔匹配。還可以將瞬態(tài)響應(yīng)用作具體MFC的質(zhì)量或MFC的具體型號(hào)或商標(biāo)的測(cè)量， 以便選擇對(duì)于該應(yīng)用最優(yōu)的MFC。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例還考慮到環(huán)境大致不發(fā)生變化，以提供給將要測(cè)量的氣體。 這種未變化的條件主要防止與系統(tǒng)內(nèi)側(cè)的沉積物或所吸附的氣體反應(yīng)相關(guān)的任何誤差來(lái)
影響結(jié)果。如果與系統(tǒng)相關(guān)的任何事項(xiàng)變化，本發(fā)明的實(shí)施例還允許系統(tǒng)容積的快速確定 (由系統(tǒng)自身測(cè)量)。這避免了勞動(dòng)密集的耗時(shí)測(cè)量的需要，例如這種測(cè)量需要用來(lái)確定處 理腔的容積的測(cè)量。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所描述的過(guò)程和技術(shù)并不固有地涉及任何特定設(shè)備，且可通 過(guò)部件的任何合適組合來(lái)實(shí)施。此外，可根據(jù)本文所描述的教導(dǎo)來(lái)使用各種類(lèi)型的通用裝 置。還可以證實(shí)有利的是，構(gòu)造專(zhuān)用或特定的設(shè)備來(lái)實(shí)施本文所描述的方法步驟。本發(fā)明已 經(jīng)相對(duì)于具體示例進(jìn)行描述，這些示例在所有方面旨在是描述性的而不是限制性的。本領(lǐng) 域熟知技術(shù)人員將理解的是，硬件、軟件和固件的許多不同組合將適于實(shí)踐本發(fā)明。此外，對(duì)于考慮本文所公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明和實(shí)踐之后的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的其它實(shí) 施方式將是顯而易見(jiàn)。所描述實(shí)施例的各個(gè)方面和/或部件可單獨(dú)使用或以服務(wù)器技術(shù)的 任何組合使用。說(shuō)明書(shū)和示例旨在被認(rèn)為僅是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由下述 權(quán)利要求書(shū)表示。
權(quán)利要求
一種用于確定通過(guò)氣體流動(dòng)控制器進(jìn)入到處理腔中的氣體流率的方法，所述方法包括產(chǎn)生以恒定速率通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)；通過(guò)中斷氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)，將氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積進(jìn)行固定；在處理腔中執(zhí)行處理操作，且在所述處理操作期間在第一時(shí)間測(cè)量容積中的第一壓力；在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量容積中的第二壓力；從第一壓力和第二壓力來(lái)確定壓降率；基于壓降率和已知容積來(lái)確定固定的流率；以及以如下方式重建進(jìn)入容積中的氣體流動(dòng)，即通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的流動(dòng)不被干擾超過(guò)一定水平值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定水平值是選自所確定流率的 10%、5%或之中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在處理腔中、在處理過(guò)程之外時(shí)常地實(shí)施 重建進(jìn)入到已知容積中的氣體流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，重建進(jìn)入到已知容積中的氣體流動(dòng)以受 控流率以如下方式來(lái)完成，即已知容積內(nèi)側(cè)的壓力升高率足夠地低，從而氣體流動(dòng)控制器 不被干擾超出一定水平值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，受控流率由計(jì)量閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)容積中的壓力的閉環(huán)控制，計(jì)量閥 被控制以控制容積中的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，容積中的壓力被保持成在流率被確定之 后的時(shí)間、在處理腔中的處理操作期間是恒定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在確定流率之后，容積中的壓力緩慢升尚ο
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，利用與截流閥相串聯(lián)的流動(dòng)限制器來(lái)實(shí) 現(xiàn)受控流率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)的 步驟包括產(chǎn)生通過(guò)質(zhì)量流控制器的流動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用壓力調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)氣體的壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)關(guān)閉被布置在氣體流動(dòng)控制器上游 的閥來(lái)固定已知容積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如果被固定的流率是在設(shè)定范圍之外， 那么致動(dòng)警告或發(fā)送通知。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓力調(diào)節(jié)器以如下方式被設(shè)置在氣體 流動(dòng)控制器的上游，即已知容積是位于壓力調(diào)節(jié)器與氣體流動(dòng)控制器之間，且其中通過(guò)中 斷氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)來(lái)固定氣體流動(dòng)控制器上游的已知容 積的步驟包括在第一次測(cè)量之前將已知容積中的壓力增加到超過(guò)壓力調(diào)節(jié)器的正常設(shè)定
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，增加壓力的步驟包括操作位于壓力調(diào) 節(jié)器附近的旁路。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓力調(diào)節(jié)器以如下方式被設(shè)置在氣體流 動(dòng)控制器的上游，即已知容積是位于壓力調(diào)節(jié)器與氣體流動(dòng)控制器之間，且其中通過(guò)中斷 氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)來(lái)固定氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積 的步驟包括升高壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)，以便增加已知容積中的壓力，且在之后、在第一次 測(cè)量之前使壓力調(diào)節(jié)器返回至正常設(shè)定點(diǎn)。
17.一種用于確定通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流率的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于通過(guò)中斷氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)來(lái)固定氣體流動(dòng)控制 器上游的已知容積的裝置；用于測(cè)量固定容積中的壓降率的裝置；和用于以如下方式重建進(jìn)入到已知容積中的氣體流動(dòng)的裝置，即通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的 氣體流動(dòng)不被干擾超出一定水平值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述一定水平值是10%、5 %或1 %中的一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于確定氣體流動(dòng)控制器上游的 已知容積的裝置包括壓力調(diào)節(jié)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括用于改變壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括與壓力調(diào)節(jié)器并聯(lián)的旁路。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于固定氣體流動(dòng)控制器上游的 已知容積的裝置包括計(jì)量閥。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于固定氣體流動(dòng)控制器上游的 已知容積的裝置包括與流動(dòng)限制器相串聯(lián)的截流閥。
24.一種用于確定氣體流動(dòng)控制器的性能的方法，所述方法包括 在被產(chǎn)生的流動(dòng)設(shè)定下關(guān)閉氣體流動(dòng)控制器上游的閥； 測(cè)量在閥與氣體流動(dòng)控制器之間的固定容積的第一壓降；以如下方式重建進(jìn)入容積中的氣體流動(dòng)，即通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的流動(dòng)不被干擾超出 一定水平值；在一定時(shí)間段之后，再次關(guān)閉閥； 測(cè)量在固定容積中的第二壓降；以如下方式重建進(jìn)入到容積中的氣體流動(dòng)，即通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的流動(dòng)不被干擾超 出一定水平值；以及基于第一壓降與第二壓降之間的差值來(lái)監(jiān)測(cè)氣體流動(dòng)控制器的流率偏移。
25.一種用于確定氣體流動(dòng)控制器的性能的方法，所述方法包括關(guān)閉已知的已標(biāo)定的氣體流動(dòng)控制器上游的閥，以在所產(chǎn)生的流動(dòng)設(shè)定下產(chǎn)生一流率；測(cè)量在閥與已標(biāo)定的氣體流動(dòng)控制器之間的固定容積的第一壓降； 用要測(cè)試的氣體流動(dòng)控制器來(lái)替換已標(biāo)定的氣體流動(dòng)控制器；關(guān)閉要測(cè)試的氣體流動(dòng)控制器上游的閥； 測(cè)量固定容積中的第二壓降；以如下方式重建進(jìn)入到容積中的氣體流動(dòng)，即通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的流動(dòng)不被干擾超 出一定水平值；以及基于第一壓降與第二壓降之間的差值來(lái)監(jiān)測(cè)流率的偏差。
26.一種用于確定通過(guò)位于壓力調(diào)節(jié)器下游的氣體流動(dòng)控制器的氣體流率的方法，該 壓力調(diào)節(jié)器具有設(shè)定點(diǎn)，所述方法包括產(chǎn)生以恒定速率通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)；將位于氣體流動(dòng)控制器上游、且在壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力增加至高于壓 力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值；在第一時(shí)間測(cè)量容積中的第一壓力； 在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量容積中的第二壓力； 從第一壓力和第二壓力確定壓降率；以及 基于壓降率和已知容積來(lái)確定固定流率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，通過(guò)將高于大氣壓力的氣體壓力立刻 引入到壓力調(diào)節(jié)器的主體中來(lái)引起壓力增加，以升高設(shè)定點(diǎn)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，通過(guò)將來(lái)自于壓力調(diào)節(jié)器上游的氣體 立刻流動(dòng)到壓力調(diào)節(jié)器下游來(lái)引起壓力增加。
29.一種用于確定氣體流動(dòng)控制器的性能的方法，所述方法包括 產(chǎn)生以恒定速率通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)；將位于氣體流動(dòng)控制器上游、且在具有設(shè)定點(diǎn)的壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力 增加至高于壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值； 測(cè)量已知容積的第一壓降；在一定時(shí)段之后，將位于氣體流動(dòng)控制器上游、且在壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的 壓力再次增加至高于壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值； 測(cè)量固定容積中的第二壓降；以及基于第一壓降與第二壓降之間的差值，來(lái)監(jiān)測(cè)氣體流動(dòng)控制器的流率偏移量。
30.一種用于確定氣體流動(dòng)控制器的性能的方法，所述方法包括 產(chǎn)生以恒定速率通過(guò)已標(biāo)定的氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)；將位于氣體流動(dòng)控制器上游、且在具有設(shè)定點(diǎn)的壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力 增加至高于壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值； 測(cè)量已知容積的第一壓降；用要測(cè)試的氣體流動(dòng)控制器來(lái)替換已標(biāo)定的氣體流動(dòng)控制器； 將位于氣體流動(dòng)控制器上游、且在壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力增加至高于壓 力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值；測(cè)量固定容積中的第二壓降；以及基于第一壓降與第二壓降之間的差值，來(lái)監(jiān)測(cè)流率的偏差。
31.一種用于控制氣體流率的方法，所述方法包括將位于氣體流動(dòng)控制閥上游、且在具有設(shè)定點(diǎn)的壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力4增加至高于壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值； 將氣體流動(dòng)控制閥打開(kāi)到一定位置； 在第一時(shí)間測(cè)量容積中的第一壓力； 在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量容積中的第二壓力； 通過(guò)第一壓力和第二壓力來(lái)確定壓降率； 基于壓降率和已知容積來(lái)確定氣體的流率；基于所需流率與測(cè)量流率之間的差異，增加或減少氣體流動(dòng)控制閥的開(kāi)度； 繼續(xù)測(cè)量容積中的壓力、確定實(shí)際流率、以及調(diào)節(jié)氣體流動(dòng)控制閥，直到實(shí)現(xiàn)所需流量 為止。
32.一種用于控制氣體的流率的方法，所述方法包括基于閥上游的壓力、溫度和閥的開(kāi)度，產(chǎn)生用于通過(guò)氣體流動(dòng)控制閥的多個(gè)打開(kāi)位置 的流率的標(biāo)定表；將位于氣體流動(dòng)控制閥上游、且在具有設(shè)定點(diǎn)的壓力調(diào)節(jié)器下游的已知容積中的壓力 增加至高于壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)的水平值；將氣體流動(dòng)控制閥打開(kāi)至由標(biāo)定表所指示的選定位置，以提供所需流率；在壓力下降時(shí)，繼續(xù)保持氣體流動(dòng)控制閥打開(kāi)至由標(biāo)定表所指示的合適選定位置；在第一時(shí)間測(cè)量容積中的第一壓力；在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量容積中的第二壓力；通過(guò)第一壓力和第二壓力來(lái)確定壓降率；基于壓降率和已知容積來(lái)確定氣體的流率；基于所需流率與測(cè)量流率之間的差異，來(lái)執(zhí)行下述之一更新標(biāo)定表且繼續(xù)測(cè)量容積中的壓力并調(diào)節(jié)氣體流動(dòng)控制閥以實(shí)現(xiàn)所需流率；在差異高于預(yù)定值時(shí)發(fā)送警告或通知。
33.一種用于控制氣體流率的方法，所述方法包括基于氣體流動(dòng)控制閥上游的壓力、溫度和閥的開(kāi)度，確定通過(guò)某個(gè)氣體流動(dòng)控制閥的 流率；通過(guò)中斷氣體流動(dòng)控制閥上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)來(lái)固定氣體流動(dòng)控制閥上 游的已知容積；基于測(cè)量壓力和溫度將氣體流動(dòng)控制閥打開(kāi)至某一位置，在該位置將提供所需的流率；在壓力下降時(shí)，繼續(xù)將氣體流動(dòng)控制閥保持在閥的開(kāi)度下，所述閥的開(kāi)度被確定成提 供所需的流率；在第一時(shí)間測(cè)量容積中的第一壓力；在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量容積中的第二壓力；從第一壓力和第二壓力來(lái)確定壓降率；基于壓降率和已知容積來(lái)確定氣體的流率；基于所需流率與測(cè)量流率之間的差異來(lái)執(zhí)行下述中的一種對(duì)標(biāo)定表進(jìn)行更新并繼續(xù)測(cè)量容積中的壓力以及調(diào)節(jié)氣體流動(dòng)控制閥以實(shí)現(xiàn)所需的 流率；在差異高于預(yù)定值時(shí)發(fā)送警告或通知。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述固定氣體流動(dòng)控制閥上游的已知 容積的步驟包括關(guān)閉已知容積上游的計(jì)量閥。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括在基于壓降率和已知容積來(lái)確定氣體流率之后，以進(jìn)入到容積中的流率受控的方式來(lái) 重建進(jìn)入到容積中的氣體流動(dòng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，進(jìn)入到容積中的受控流率是由與截流 閥串聯(lián)的流動(dòng)限制器來(lái)產(chǎn)生。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，進(jìn)入到容積中的受控流率是由計(jì)量閥 來(lái)產(chǎn)生。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括通過(guò)已知容積中的壓力經(jīng)閉環(huán)控制來(lái)控制計(jì) 量閥，以便控制已知容積中的壓力。
39.一種用于確定氣體流動(dòng)控制器的性能的方法，所述方法包括通過(guò)中斷氣體流動(dòng)控制器上游的已知容積上游的氣體流動(dòng)來(lái)固定氣體流動(dòng)控制器上 游的已知容積；當(dāng)氣體流動(dòng)被中斷時(shí)，在固定設(shè)定點(diǎn)處啟動(dòng)通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)，或者改 變從一個(gè)設(shè)定點(diǎn)到另一個(gè)設(shè)定點(diǎn)的氣體流動(dòng)； 對(duì)固定容積中的壓力進(jìn)行多次測(cè)量；以及基于作為時(shí)間函數(shù)的壓降率的變化，確定氣體流動(dòng)控制器的瞬態(tài)響應(yīng)。
40.一種用于確定氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分的容積的方法，所述方法包括 在氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分中產(chǎn)生第一壓力；將所述一部分與其容積已知的氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的另一部分相隔離開(kāi)；在其容積已知的氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的所述另一部分產(chǎn)生第二壓力；在所述一部分與其容積已知的氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的所述另一部分之間實(shí)現(xiàn)流體連通；在實(shí)現(xiàn)流體連通之后測(cè)量氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)中的第三壓力；以及 使用第一壓力、第二壓力和第三壓力來(lái)確定所述一部分的總?cè)莘e。
41.一種用于確定氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分的容積的方法，其中所述容積的下游側(cè) 由氣體流動(dòng)控制器限定，且所述容積的上游側(cè)由用于中斷氣體流動(dòng)的裝置限定，所述方法 包括實(shí)現(xiàn)所述一部分與其容積已知的氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的另一部分之間的流體連通；產(chǎn)生以恒定速率通過(guò)氣體流動(dòng)控制器的氣體流動(dòng)；中斷所述一部分的上游的氣體流動(dòng)；在第一時(shí)間測(cè)量所述一部分中的第一壓力；在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間測(cè)量所述一部分中的第二壓力；從第一壓力和第二壓力來(lái)確定第一壓降率；將所述一部分與氣體流動(dòng)控制系統(tǒng)的所述另一部分隔離開(kāi)；在第三時(shí)間測(cè)量所述一部分中的第三壓力；在第三時(shí)間之后的第四時(shí)間測(cè)量所述一部分中的第四壓力；從第三壓力和第四壓力來(lái)確定第二壓降率；以及 使用第一壓降率和第二壓降率來(lái)確定所述一部分的總?cè)莘e。
42.一種氣體輸送系統(tǒng)，包括 聯(lián)接到氣體源的壓力調(diào)節(jié)器；布置在壓力調(diào)節(jié)器下游的氣體流動(dòng)控制器；壓力傳感器，所述壓力傳感器測(cè)量壓力調(diào)節(jié)器與氣體流動(dòng)控制器之間的容積中的壓力；用于增加所述容積中的壓力的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于增加壓力的裝置包括閥，所述 閥具有聯(lián)接到次級(jí)氣體供應(yīng)裝置的輸入部和聯(lián)接到壓力調(diào)節(jié)器的輸出部。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于增加壓力的裝置包括在壓力 調(diào)節(jié)器附近的旁路。
45.根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的系統(tǒng)，其特征在于，氣體流動(dòng)控制器包括質(zhì)量流控制o
46.根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的系統(tǒng)，其特征在于，氣體流動(dòng)控制器包括控制閥。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括已知尺寸的輔助容積和閥，所述閥布置在所 述容積與所述輔助容積之間以控制所述容積與所述輔助容積之間的流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明的方法和裝置使用氣體流動(dòng)控制器(GFC)上游的壓降率，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量通過(guò)GFC的流率。在不需要任何特定或復(fù)雜的壓力調(diào)節(jié)器或其它特定部件的前提下，使得能夠測(cè)量通過(guò)目前生產(chǎn)使用中的許多氣體流動(dòng)控制器的氣體流量。各種措施確保在測(cè)量期間或測(cè)量之后發(fā)生的壓力變化不會(huì)在測(cè)試中干擾通過(guò)GFC的氣體恒定流量。
文檔編號(hào)E21B43/12GK101978132SQ200980109390
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者J·M·查默斯, J·R.·蒙科夫斯基, 丁韜, 陳嘉陵 申請(qǐng)人:關(guān)鍵系統(tǒng)公司