对气体流动控制器进行现场测试的方法和设备的制作方法

专利名称：对气体流动控制器进行现场测试的方法和设备的制作方法
对气体流动控制器进行现场测试的方法和设备
背景技术：
一些工业处理工艺依赖于良好受控的气体流动。一个示例是在半导体器件制造的 领域，其使用广泛各种的气体来将硅晶片加工成集成电路(IC)。等离子体蚀刻是尤其重要的半导体工艺，该半导体工艺依赖于许多不同种类的气 体的精细受控流动。在等离子体蚀刻中，各种气体被引入到真空腔中。电功率(通常以射 频激励的形式)被用来激发用于产生反应气体物质的等离子体。反应气体物质将图案蚀刻 在硅晶片上，以限定IC的不同器件。由于现代IC的器件的尺寸极小，有效或高效的制造就需要使用具有十分稳定且 恒定的质量流量属性的气体流动。常规地，这种质量流量按照标准毫升每分(seem)来计量。然而，通常用于控制气体流量的机电质量流控制器(MFC)趋向于随着时间而发生 偏移。半导体制造工艺对这种偏移尤其敏感，因为小至数个百分比的偏差可严重降低集成 电路的性能。因此，保持稳定的气体流量可能需要对质量流控制器进行经常测试和标定。常规地，对MFC的测试是通过将气体引入到已知容积的真空腔中、并同时监测该 腔内的压力来实现的。基于所引入气体(其限定了气体分子的数量)的压力、体积和质量 之间的已知相关性，可监测到在气体流入真空腔内时的压力升高(“升高率”)。然后，有关 于腔内的压力变化的该信息可被使用来确定通过质量流控制器的气体的实际流率。基于便利性的原因，通常用于测量气体流量的真空腔是处理腔自身。处理腔的容 积例如可通过监测在气体流过MFC时的压力升高来测量，该MFC已知是准确的。接着，可容 易地完成对通过连接到处理腔的任何质量流控制器的气体流量的测量。该常规方法的一个潜在缺陷是处理腔生产量的损失。具体地说，气体流量测试程 序耗费十分昂贵的时间，而在此时间内在设备不进行生产。该常规方法的另一潜在不利后果在于，来自于先前处理过程的位于腔壁上的沉积 物可能在测试期间吸收或解吸气体。在沉积物吸收气体时，测得的压力升高率将太低。在 腔沉积物解吸气体时，压力升高将会太高。任一情形都将导致不准确。此外，即使在腔中不存在沉积物，但是在一些条件下位于腔壁上的物质会不利地 影响测量的准确性。在一个示例中，腔壁上的水气会与正在流动的气体(例如，硅烷)反 应，从而产生其它气体(例如，氢)，该其它气体会使压力变化以及因此的流率计算变得不 准确。在另一示例中，受约束于腔壁的氨可能与流入腔中的TiCl4反应，从而引发流率计算 的不准确。用于测量气体流量的常规方法的再一潜在缺陷在于，处理腔容积的任何变化将需 要进行腔容积的另一次测量。例如，添加或去除一个部件(例如，压力仪)可改变腔的容积， 从而导致从压力升高率所计算的流率不正确。过去已经提议出一些方法来解决这种问题中的一些问题。例如，单独的容积可布 置在处理腔的上游，其中在此处可进行升高率的测量。因为该容积不会具有位于处理腔中 的那类沉积物，并且因为该容积不会由于从其去除部件或添加部件到其上而变化，上述的缺陷中的一些缺陷不会存在。然而，该方法仍需要这样一个不进行生产过程的单独步骤，且 存在气体与来自于先前气体的、在容积壁上的吸附物质发生反应的可能性。这种方法的改 进之处包括在该容积内侧的热传导组件，用于在气体流入或流出该容积时保持恒定温度。 在一种方法中，已经存在于质量流控制器中的容积被用作已知容积，而不是单独的容器。另一种方法允许在气体作为其工艺的正常部分持续流动时测量气体流量。在该方 法中，已知的容积和阀布置在气体流动控制器的上游，该气体流动控制器维持恒定的气体 流量。当气体流动控制器维持恒定的气体流量时关闭阀会产生容积中的压降，其中压降率 与气体流量速率成比例。虽然这允许在气体流动控制器开始其正常生产使用的同时进行测量，但是其被局 限于压力变化不影响气体流动控制器的操作的那些应用场合中。为了避免这个问题，压力 调节器可被安装在气体流动控制器的上游(或者，如下文所述在流动限制器的上游)且在 已知容积和阀的下游，以中断气体流量。这种方案的一个缺陷在于，对该压力调节器的要求 如此严格，以致标准压力调节器将不足以承担这种工作。虽然压力调节器的功能是保持下 游压力恒定而上游压力可采用比下游压力更高的任何值，但下游压力在实际中受到上游压 力的影响。此外，大多数调节器具有一些滞后量。压力调节器下游的任何压力变化将在气 体流量的测量中产生误差；因此，这些系统需要高度复杂的压力调节器来有效地工作。复杂的压力调节器事实上可以是质量流控制器的一部分，所述质量流控制器包括 压力调节器、压力传感器和用作关键孔口的流动限制器。在该情形中，使用已知容积和阀结 构来测试气体流率是有意义的，因为压力调节器已经位于适当位置。然而，在生产使用中的 大多数气体流动控制器(例如，用于生产硅晶片的许多质量流控制器)不包含作为其设计 一部分的压力调节器。因此，测试这些质量流控制器，将需要添加这种复杂的压力调节器。毫无疑问，这些明显缺陷的后果例如是，对测试其质量流控制器具有极大需求的 半导体领域只能是严格受限地使用这些方法。图1示出了表示现有技术的设备100的实施例(见美国专利No. 4，285，245和 No. 6，363，958)。所述设备包括气体管路101，气体管路101具有与气体源104流体连通的 入口 103、以及与流动限制器或质量流控制器流体连通的出口 105。压力调节器102用于产 生流向流动限制器或质量流控制器的气体的恒定压力。在标准处理条件下，阀106将打开， 且气体将流经压力调节器到达流动限制器或质量流控制器，并接着最终到达处理腔中。在图1中，容积VI10表示在阀106与气体流动控制器(GFC)之间存在的管道和其 它部件内侧的总固定容积，其中GFC可以例如是流动限制器或质量流控制器(MFC)。压力传 感器112被配置成测量容积VI10中直接位于压力调节器102上游的压力。压力调节器102的功能是保持在调节器下游的恒定压力，而不管调节器上游的压 力(只要上游压力等于或大于下游压力即可)。在这种条件下，不存在压力调节器与流动限 制器或MFC之间的气体摩尔数量的减少或增加。所以，流出MFC或流动限制器的气体流量 等于流过压力调节器的气体流量。如果阀106关闭，那么由于没有气体从左侧进入或离开容积110，离开该容积的任 何气体必须流经压力调节器102，但是由于流过压力调节器的流量等于通过MFC或流动限 制器的流量，所以流出容积的流量等于流过MFC或流动限制器的流量。由于离开容积110的 气体的量可从容积中的压降率来计算，这种计算允许确定通过流动限制器或MFC的流率。
遗憾的是，如Ollivier在美国专利No. 6，363，958中所解释的，大多数压力调节器 不能将下游压力控制到用于有效实施该流量测量系统所需的精确水平。如果下游压力不能 充分地被控制，那么可能引入两个明显的误差(1)离开容积110的气体流量将不等于通过 MFC或流动限制器的气体流量；和⑵与流动限制器上游的压力成比例的、通过流动限制器 的气体流量将不会是所需的值。关于进一步的信息请参考授予Hinkle的美国专利No. 5，684，245 ；授予 Laragione等人的美国专利No. 5，925，829 ；授予Shajii等人的美国专利No. 6，948，508和 美国专利No. 7，136，767 ；授予Kennedy的美国专利No. 4，285，245 ；以及授予Ollivier的美 国专利 No. 6，363，958。通过上述文献可以看出，需要有用于测试通过气体流动控制器的气体流量的改良 技术。最初，由于本文所讨论的多种配置结构，有帮助的是在指代各种管道(plumbing) 元件时进行约定。如在本文中所使用的，阀是用于关闭或接通流体流动的管道元件。接通/ 关闭(on/off)动作可使用一些控制方案来手动或自动实现。计量阀是用于关闭和全部或 部分地接通流体流动的管道元件。这是类似于用于家用水管道中的计量阀，其中用户可将 流量调至所需的水平值。接通/关闭以及部分的接通动作可使用一些控制方案来手动或自 动实现。压力调节器是在一定压力下在其输出处自动切断流体流动的管道元件。压力调节 器对其输出侧上的压力起作用，且在管道中的压力达到指定水平值时关闭。如果压力降下 来(例如，如果有人要打开龙头，即打开调节器下游的计量阀)，那么调节器将打开并允许 流动，直到压力返回到其所需水平值为止，该所需水平值通常称为设定点。典型的压力调节 器使用外部空气(即，大气)作为参考，以将输出(即，下游)压力处于所需设定点。它不 调节入口与出口之间的压力差，而是调节出口与大气之间的压力差。

发明内容
下述发明内容被用来提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该发明内容不 是本发明的全面性概述，且因而并不旨在具体指定本发明的关键或重要元件或界定本发明 的范围。其唯一目的是在将在下文阐述的更详细说明之前，以简化形式来呈现本发明的一 些构思。本发明的实施例采用GFC上游的压降率来准确地测量通过GFC的流量速率；然而， 与现有技术相反，这些实施例允许测量通过在目前生产使用中的许多气体流动控制器的气 体流量，而不需要任何特定或复杂的压力调节器或其它特定部件。根据一个实施例，阀关闭 的定时被选择成使得没有在测量期间或之后发生的压力变化来干扰通过测试下的GFC的 恒定气体流量。在另一实施例中，阀被再次打开之后的压力升高被控制成使得通过气体流动控制 器的恒定气体流量不被干扰，或被干扰不超过设定水平值(例如，10%、5%或)。根据另一实施例，该实施例允许直接插入到现存半导体和相关处理工具的气体面 板中并允许在不再对任何容积再次充气的情况下连续操作GFC ；在测量通过GFC的气体流 动之前，位于容积和GFC上游的标准压力调节器的设定点立即升高。于是，压降揭示了通过 GFC的气体的准确流率。
在另一实施例中，在测试下的气体流动控制器被控制阀所替换，该控制阀在测量 压降时处于闭环控制，使得压降以及因此流量被保持在所需水平值。


附图被包括在该申请文件中且构成申请文件的一部分，附图示例出本发明的实施 例且连同说明书一起用于解释和描述本发明的原理。附图旨在以示意性的方式来描述示例 性实施例的主要特征。附图既不旨在描绘实际实施例的每个特征也不旨在描绘所描述元件 的相对尺寸，该尺寸不是按比例绘制的。图1是现有技术的简化示意图。图2是根据用于测试气体流动控制器的本发明的设备的实施例的简化示意图。图2A是描述了根据图2的实施例实施的步骤流程的简化图。图2B描述了根据本发明实施例的用于阀关闭和打开进行定时的一种可能方法的 流程图。图2C描述了当用于中断气体流量的阀打开时通过气体流动控制器的气流中的压 升以及扰动。图3描述了用于在图2中示出的实施例的一种实施方式的压力降低和升高的定 时，而图3A示出了用于在图2中示出的实施例的另一实施方式的压力降低和升高的定时。图4是根据用于测试气体流动控制器的本发明的设备实施例的简化示意图，其中 压力升高率被控制到某个值。图4A是根据用于测试气体流动控制器的本发明的设备另一实施例的的简化示意 图，其中压力升高率被控制到某个值。图4B示出了根据本发明当进入到容积中的气体流量被控制时的压力控制和通过 气体流动控制器的气体流动没有扰动。图5是用于半导体和相关领域的典型气体输送系统的简化示意图。图6是根据用于测试气体流动控制器的本发明的设备实施例的简化示意图，该设 备允许直接插入到现存半导体和相关气体输送系统中。图6A是描述根据图6的实施例实施的步骤流程的简化示意图。图7是图6种的替代性实施例的简化示意图，且图7A描述以其通常形式的工艺。图8是根据本发明的设备实施例的简化示意图，该设备允许控制通过控制阀的气 体流率。图8A是描绘了根据图8的实施例实施的步骤流程的简化视图。图9描述了根据本发明的另一实施例，其允许在不必要改变任何现存部件的情况 下确定容积。图9A提供了根据本发明实施例的用于图9中的设备的步骤流程950的简化视图。图9B描述了根据本发明实施例的构想或可变容积的变型。图9C描述了根据本发明实施例的构想或可变容积的普遍形式。
具体实施例方式图2示出了根据本发明所使用的设备200的实施例。设备包括气体管路201，管路
11201包括与气体源204流体连通的入口 203和与处理腔(未示出)流体连通的出口 205。在 标准处理条件下，阀206会打开且气体会流动通过容积210到达气体流动控制器(GFC) 208， 并接着最终到达处理腔中。GFC产生流向处理腔的所需气体流率，该GFC可以是通常用于半导体领域或其它 领域中的几种流量控制器中的任一种。最常见地，GFC是质量流控制器(MFC)。可替代地， GFC可以是容积式流量控制器。在图2中，容积V 210表示在阀206与GFC 208之间存在的管道和其它部件内侧 的总固定容积。压力传感器212被配置成测量容积V210中直接位于GFC上游的压力。温度传感器214布置成测量各个部件附近的温度。在一些实施例中，传感器214 可以是与一个或多个部件直接热连通的专用传感器。然而，由于典型半导体制造设施是温 度控制的，因此不期待的是，温度在各个位置之间或者在各个时段之间变化极大。因此，在 其它实施例中，布置在气体输送系统附近的温度计将提供关于相关温度的足够信息。用于测试通过GFC的气体流量的工序可总结成图2A中的工艺流程250，如下所示。1.在步骤252，GFC被设定至所需流率，且产生气体流动。2.在步骤254，阀206关闭。3.在步骤256，在限定的时间段内(通常在从数秒至数分的范围内)通过压力传 感器212在限定的时段(通常为每秒或几分之一秒)上来测量压力。4.在压力已经下降一些量(通常在起始值的5-30% )之后，在步骤258将阀206 打开，且测试工序结束。5.在步骤260，记录在图2中示出的各个部件附近的温度。在这些步骤的顺序方面存在一些灵活性；例如，步骤1和2可互换。步骤5可在测 试工序期间的任何时候进行。通常而言，对于该工序和将在下文描述的其它工序，可存在这 类灵活性。根据理想气体等式，容积V 210中的气体量由下述等式给出n = PV/RT等式(1)其中，n =气体量(以摩尔计量)P =由压力传感器测得的压力V =气体的体积R =理想气体常数=1. 987卡每摩尔每开T =绝对温度(单位K)。在一定程度上，所有的实际气体都是非理想气体。对于这些非理想气体，等式(1) 可改写为n = PV/ZRT等式(2)其中，Z=压缩因数。对于任何具体气体而言，压缩因数可从试验性测量来确定，且是温度和压力的函 数。气体的流率可写成每单位时间中气体量的变化；即流率=An/At等式⑶其中，t=时间。
将等式(2)替代到等式(3)中，得到流率=(AP/At)V/ZRT等式(4)第一因数(AP/At)仅是作为在上述工序的步骤3中所花费的时间的函数的压力 测量值的斜率。因此，将这些压力测量值组合容积、温度和压缩因数(其可在各种手册中找 到)，根据本发明的实施例可确定通过GFC的实际气体流率。虽然上述说明涉及压降的流率的实际大小的准确计算，但是这不是本发明所需 的。根据可替代的实施例，流率的相对变化可基于不同压降测量值的比较来确定。例如，在一些实施例中，可采集两组压降测量值，以提供变化流率的相对测量。在 一个实施例中，第一测量值可从要测试的GFC采集，而第二测量值从已知性能的GFC采集。 两个压降读数之间的差值在不确定实际流率的前提下可利用被测试装置来揭示流率偏差。在替代性实施例中，第一压降测量值可在第一时间由要测试的GFC来采集，而第 二压降测量值在第二时间从该GFC采集。再次，在两个压降测量值读数之间的差值可揭示 随着时间的被测试装置的流率变化(偏移)的大小。本发明各个实施例的一个或多个步骤可通过手动或自动操作来执行。例如，打开/ 关闭阀以及采集压力读数的步骤可根据计算机控制来自动操作。替代性地，各个阀中的一 个或多个可手动致动，同时最终得到的流率从监测到的压降来自动计算。一个或多个步骤 的自动操作可基于存储在计算机可读存储介质中的指令、使用通过如图1和2中所指示的 控制线路的通讯来完成。该测量系统的另一优点在于，如果发现在所需流率与测量流率之间存在差异时， GFC的设置可被改变，以校正该差异并提供所需的流率。这种校正可在同一处理步骤中完成 或者在后续处理步骤中完成。如果该系统处于计算机控制下，那么这类校正极大地简单化。许多气体流动控制器，尤其是用于半导体领域中的MFC，可适应上游压力的缓慢变 化，同时仍保持恒定的流率；然而，如果压力变化太迅速，那么气体流动控制器将表现出与 所需流率的偏离。在图2的实施例中，在阀206关闭的时间期间的压力变化率足够小，以避 免扰乱通过典型MFC的流动。在另一方面，当阀206打开时，压力的快速升高将不可避免 地对通过MFC的流率产生明显干扰。这种干扰的示例在图2C中示出，其中阀打开约57秒 时会产生从50sCCm到超过70sCCm的流率升高，之后下降至40sCCm，最后平稳回到所需的 50sCCm。因此，在图2的实施例的一个实施方式中，阀206的关闭和打开的定时被选择使得 在实际处理步骤期间不发生打开。图2B描述了用于对阀的关闭和打开进行定时的一种可能方法的流程图，而图3示 出了用于阀206的关闭和打开的定时图表。用迹线350示出压力。在时间tQ，将GFC接通 (步骤272)；然而，此时常常存在稳定步骤，其中在所述稳定步骤的期间，GFC以及处理工具 上的其它部件具有其所需值。在时间t”开始在制造腔或处理腔中进行处理(步骤274)。 例如，在此时在等离子体蚀刻或沉积处理期间的RF电源将被接通。如上所述，在处理期间 不存在与发生阀206关闭相关的问题，且这种关闭在时间、发生(步骤276)。在步骤278， 以规则间隔测量压力，以能够计算流率。在时间t3，制造腔的处理结束(步骤280)，并且之 后在时间t4，阀206打开(步骤282)。可选地，在步骤284记录温度。重要的是要注意到，在步骤276处的阀关闭被定时，使得在时间t4(步骤282)发 生的阀打开出现在时间t3(步骤280，处理步骤结束)之后。由此，GFC不受压力快速升高的干扰。这可通过首先记录处理所需的总时间以及压降测量所需的总时间来实现。例如， 如果处理过程花费30秒且测量花费10秒，那么阀可在处理过程开始之后关闭21秒并且在 处理过程开始之后再打开31秒，从而确保在过程完成之后阀再打开。当然，这种确定可以 预先地完成一次且用于所有的运行过程。替代性地，在稳定步骤期间可实施流率测量，其中阀206的打开在开始处理步骤 之前发生。在该情形中，阀的关闭实际上可在稳定步骤开始之前发生。这在图3A中进行了 描述。在时间tQ，阀关闭；然而，由于GFC同样关闭，所以压力不降低。在时间t”GFC打开 用于稳定步骤，且压力开始下降，因此在该时段期间可进行测量。在仍处于稳定步骤期间的 时间t2，阀打开以便压力返回到设定点。在时间t3，制造腔的处理开始，且在时间t4处理结 束。在时间t3与时间t4之间的时间段中不进行测量。如果如图3A所示在稳定步骤期间实施测量，那么对于当前处理步骤可实施任何 流率校正；而如果如图3所示在处理步骤结束时实施测量，那么仅后续步骤可校正。然而， 这不是明显的缺陷，因为在气体流动控制器(尤其是在半导体领域中使用的MFC)中的大多 数偏移出现在包括许多处理步骤的时间段中。图4示出了类似于图2的另一实施例；然而，截流阀206用计量阀406替换，计量 阀406是设计成在设定范围内提供变化的气体流率的阀。也就是说，尽管截流阀206是简 易的接通/断开阀，计量阀406的打开和关闭的量可被控制以产生通过阀的不同流率。艮口， 在该实施例中，当计量阀406在测量阶段的结束处打开时，控制器对阀的开度进行控制，使 得由压力传感器412确定的压力升高维持在某个速率，该速率足够的低以致通过GFC的流 量不受干扰。换句话说，计量阀406的打开是逐渐进行而不是迅速进行的，从而GFC不受干 扰。替代性地，根本不是在处理步骤期间升高压力，压力可在测量阶段的结束时保持恒定且 然后一旦处理步骤终止就升高。这种方法可对GFC流率的任何干扰具有最小的影响。一个 示例在图4B中示出，其中可以看出，在压力降低或者过渡至恒定压力期间的流率不存在可 察觉的偏差。在图4A所示的又另一实施例中，阀406’仍是截流阀，但是流动限制器422与阀 406’串联地放置，使得当阀打开时，进入容积410的流量被限制到某个值，该值使得压力升 高的速率保持在足够低的值。因此，即使阀406，迅速打开，由于流动限制器422，压力升高 也是逐渐进行的。在该情形中，重要的是确保限制器所允许的流率大于GFC的最大流率。虽然上述实施例在不添加复杂压力调节器的前提下对于实现标准工业处理(例 如半导体制造)中测量气体流率的所需目标是完全有效的，但是这些实施例仍需要在容积 的上游添加受控阀，且需要对在当阀打开时的定时或者在阀打开时压力升高的速率进行一 定水平的控制。图5示出了用于半导体和相关领域中的几乎全气体输送系统的典型配置。很可能 具有一些附加部件，例如在压力调节器左侧的手动安全截流阀和/或在MFC之前和/或之 后的截流阀；然而，图5示出了与本发明相关的主要部件。在该图中，压力调节器502是标 准压力调节器，其对下游压力控制具有一定量的滞后和上游压力的一定量影响。尤其在半导体和相关领域中，气体纯度(净化)是关键的，存在极大阻力来改变气 体输送系统中的任何管道(plumbing)。当然这对于已经安装的系统而言是正确的，但是这 对于要构建的新系统而言同样是正确的。几乎所有要设计和构建的新系统都与图5相同。尽管这不是说部件都从不更换。当然，气体输送系统被设计成允许阀、压力调节器和MFC等 的置换，其而仅仅不允许添加任何部件。因此，在半导体和相关领域中，要实施图1、2或4 所示出的实施例是困难的。图6示出了允许直接插入到现存半导体和相关气体输送系统中的本发明的实施 例。该实施例利用下述优势当前使用中的许多调节器具有极少采用的配置，该配置通过增 加压力调节器的隔膜上方的压力而允许出现设定点的升高。通常而言，隔膜上方的容积暴 露于大气；然而，通过将该容积中的压力增加至高于大气压力的水平值，所调节的压力同样 升高。在图6的实施例中，该压力的增加通过添加阀606来实现，阀606被控制成将规定量 的压缩空气或其它压缩气体(例如，氮气)输送到调节器602的顶侧，藉此控制调节器602 的设定点。由于压缩空气被输送到调节器602的顶侧，空气不与输送到处理腔的气体混合。尽管在图2和4中的实施例使用由封闭的阀(206或406)所限定的固定容积，但 图6中的实施例不使用阀。相反，图6中的实施例使用压力调节器的流量与压力关系来产 生本发明所需的条件。显然地，这些条件仅在压力调节器下游的压力大于在正常环境下由 调节器产生的压力时存在。虽然人们不会考虑到将上游压力调节器来限定固定容积(即，用作阀)，为了本发 明的目的，在通过GFC的气体流量测量期间，调节器的重要属性在于，在通过调节器的任一 方向都没有气体流动。根据压力调节器的性能，只要调节器下游的气体压力不低于其所设 定的压力，那么该调节器将不允许任何气体流动到调节器的下游侧。此外，即使调节器下游 的气体压力大于要着手产生的压力，调节器也没有能力允许其使得气体从下游侧流动到上 游侧。由于在这种条件下在任一方向都没有气体流动通过调节器，这满足了通过根据本发 明的GFC的气体流动测量所需的条件。应当注意的是，在图6中该实施例的重要优势在于，仅压力调节器602、容积610、 压力传感器612和GFC 608是高净化气体输送系统的一部分。显然，这些与图5中所示的 都是相同的常规部件。阀606在高净化气体输送系统之外，且类似于供应压缩气体或其它 气体的阀，所述压缩气体或其它气体用于致动在制造系统中的各种气动阀。因此，它能容易 地添加到气体输送系统。还应当理解的是，如果不管任何理由本发明所需的实际压力调节 器或压力传感器不同于系统中已经存在的压力调节器或压力传感器，那么这些部件都可容 易地更换。此外，如果现存系统的容积没有所需的那么大，那么还包括压力传感器的特定制 造的容积可插入以置换当前存在的压力传感器。图6中所示实施例的另一重要优势在于，由于不存在由阀关闭的固定容积，因此 在例如图2和4的实施例中，实际上气体的供给未受限制。用于测试通过GFC的气体流动的工序可如下总结在图6A的工艺流程650中。
0098]1.在步骤652，GFC被设定至所需流率，且气体的流量被产生。2.在步骤654，阀606被打开。3.在步骤656，在调节器602下游产生预定压力之后将阀关闭。该压力可由压力传 感器612来测量，且阀606由系统控制器相应地控制；或者替代性地，由阀606输送的气体 的压力可保持在某个压力，当阀606打开足够时间并接着关闭时，该压力恰好提供容积610 中的压力的正确升高。在阀606关闭时或者马上在此之后，调节器602的设定点返回到其 正常值(即，其在步骤2之前的值)。这可通过合适选择阀606 (例如，使用三通阀)或者通过添加开口至大气的阀606’(其允许调节器的隔膜上方的压力返回至大气压力)来实现。在阀606关闭且设定点返回至其正常值时的点处，由于调节器602下游的压力大 于其设定点，因此调节器602关闭且调节器602下游没有流体流动。然而，由于腔中的处理 继续且消耗来自于调节器602下游的管道的流体，所以容积610中的压力开始下降。4.在步骤658，当腔中的处理进行时，由压力传感器612以规则时段(通常每秒或 几分之一秒)在限定的时间段内(通常在从数秒至数分钟的范围内)测量压力。5.在压力已经下降一定量(通常是起始值的5-30%)之后且在压力下降至压力 调节器的设定点之前，测试工序结束。6.在步骤660，记录在图6中示出的部件附近的温度。该实施例的GFC的流率以与图2的实施例类似的方式进行计算，且因此以等式⑷给出。并不重要的是，在打开和关闭阀606之前将GFC设定至所需流率。当然，在阀606 打开之后、但是在其关闭之前可将GFC设定至所需流率，或者在阀已经打开和关闭两者之 后可将GFC设定至所需流率。虽然图6示出了由压力调节器实现的控制压力升高的一个具体实施例，但是任何 立即增加压力调节器下游的压力的方法都是合适的。所需要的是，在GFC上游容积中的压 力已经增加到高于正常设定点之后进行测量，以使得随着气体被输送到腔中，压力朝向正 常压力降低，从而避免对GFC的干扰。同样，尽管正常设定点假定为由隔膜上方的大气压力 产生，这不是必要的。需要的是，阀606的打开会将调节器602的设定点升高至大于其正常 设定点的压力。图7是图6的替代性实施例的简化示意图。图7的实施例使用标准调节器702、容 积710、传感器712和GFC 708，但是添加了与压力调节器702并联布置的旁通阀706。如 可以理解的那样，在正常操作中，调节器702上游的管路701中的压力大于调节器下游的压 力。旁通阀706使得能够将调节器702下游的压力增加到超过调节器702的设定点。这产 生了与图6的实施例中的相似效果。当然，在该情形中，所添加的旁通阀706是高净化气体 输送系统的一部分，且需要满足系统的清洁度标准。图7中的实施例的操作类似于图6的操作。也就是说，步骤可仿效图6中的步骤， 不同之处在于，不是操作气体压力阀，而是在图7的实施例中的旁通阀706打开以增加调节 器702下游的压力并接着关闭。在该条件下，直到下游压力会降低至低于调节器702的设 定点时，气体才会流动通过调节器702。这种测量是在关闭阀706之后、且在下游压力达到 调节器702的设定点之前的时段期间进行的。换句话说，在图6和7两者的实施例中，调节器下游的压力被升高以便进行测量。 在图6中，压力“间接地”升高，其在于调节器的设定点升高以使得调节器允许流动并产生 大于正常设定点的下游压力。在另一方面，在图7中，通过旁通调节器来“直接地”升高压 力。然而，从测试的角度看，结果是相同的。因此，图7Α描述了以其通常形式的工序。在步骤752，当调节器被设定到其标准设 定点时产生GFC的流动。在步骤754，调节器下游的压力增加。要注意步骤752和754的顺 序可以颠倒。在步骤758，当腔中的处理进行时，每隔一定时段测量调节器下游的压力。同 样，在步骤760 (其可在任何时间进行)，测量温度。使用在步骤758中采集的压力测量值来计算流量。使用图6或7的实施例的一种最简单方法是使用图6的压缩空气(或任何其它压 缩气体，例如氮气)或通过图7的阀706的处理气体的旁通流，来将压力调节器下游的压力 增加到某个值并接着在GFC操作期间允许该压力下降至调节器的正常设定点。采用这种方 法，对于除最高值之外的所有GFC流量，压力在已经进行流率测量之后仍将下降。对于GFC 的优化操作，可能所需的是尽可能快地得到GFC上游的稳定压力。在这种情形中，该压力可 被控制成使得一旦进行流量测量，对于处理步骤的剩余部分而言压力保持恒定。如果人们从推理已知GFC被设定的流率，那么会将起始压力升高到恰好正确值， 以使得在进行流率测量之后压力就会处于调节器的正常设定点压力。然而更可能的是，事 先并不知道GFC的流率。在这种情形中，可能优选的是，每次保持起始压力相同，但是在测 量结束时控制该压力。这可在图6的实施例中通过控制压缩空气或其它气体来实现，以将 压力调节器的设定点有效地增加至在流率测量结束时存在的压力，并且对于整个处理步骤 保持该有效的设定点。还应当注意的是，虽然图6示出了使用其它气体或压缩空气来实施调节器控制的 实施例，但是可构想出其它机电装置，通过该机电装置可控制调节器的有效设定点。如上所述，实现对压降的良好受控定时的另一方法是使用图4中示出的实施例， 其中利用压力传感器412使得计量阀406处于闭环控制。为了实现该流率测量，计量阀406 会关闭；然而，不是在测量结束之后使用计量阀将压力带回到起始点，可对阀的打开进行控 制以使得阀下游的压力保持在恒定值，例如就在进行流率测量之后的压力值。如果以这种 方式来使用计量阀，该计量阀可替代图6中的压力调节器602，且会容易地改进到现存气体 输送系统中。虽然在图4、6和7中的实施例的益处是当前存在的半导体和相关气体输送系统中 进行使用，但是有理由相信，在附图中所示的GFC可以是特定调节器连同在Ollivier的美 国专利No. 6，363，958所描述的压力传感器和重要节流孔的组合。例如，参见在图2中的虚 线所示的光学压力调节器202。虽然上述说明涉及来自于压降的流率实际大小的准确计算，但是这不是本发明所 需要的。根据替代性实施例，流率的相对变化可基于不同压降测量值的比较来确定。例如，在一些实施例中可采集两组压降测量值，以提供变化流率的相对测量。在一 个实施例中，从要测试的GFC中可采集第一测量值，而从已知性能的GFC中采集第二测量 值。两个压降读数之间的差值在不确定实际流率的前提下可揭示被测试装置的流率偏差。在替代性实施例中，在第一时间可用要测试的GFC来采集第一压降测量值，而在 第二时间从相同GFC来采集第二压降测量值。再次，两个压降测量值读数之间的差值可揭 示来自于被测试装置的流率随着时间的变化(偏移)大小。由于本发明可通过自动操作来实施且由于在气体流入到处理腔时实时地实施这 种测量，本发明使得可能在实施处理过程时校正实际气体流量的任何偏差。例如，如果气 体流动控制器被设定其气体质量流量为100标准毫升每分钟(sccm)，并且如果测量结果是 98SCCm，那么设定点会增加到102SCCm，因此使得实际流量为所需的lOOsccm。将该概念实施到其逻辑结论，图8示出了测试下的气体控制器由控制阀所置换的 实施例。不是使用本发明来校正气体流动控制器的设定点以获得所需流量，相反地在该情
17形中本发明被用来直接控制输出控制阀以提供所需流量。在常规的质量流控制器中，如果设定点改变，那么控制器记录测量流率与所需设 定点之间的差值，并改变阀的开度以使得该差值最小化。在一至数秒内，实际流率十分接近 所需流率。然而，在图8的实施例中，这种方法会花去长得多的时间。由于在控制阀808的 位置改变时需要进行许多数量的测量，并且每次测量花费大约半秒至数秒，所以得到所需 流率的时间会长得多。幸运的是，本发明允许控制器具有针对所需流率关于在所需阀位置 上的先验信息的能力，该控制器进行测量且控制控制阀808。在操作方法中，参考图8，在系统用于控制流入处理的气体之前，可进行初始标定， 其中在初始标定中可产生关于压力、温度、用于控制阀808的驱动信号和流率的表格。这可 通过实施一系列测量来完成，其中由驱动信号记录的阀位置被控制成使得每次运行时压降 率保持恒定。该压降结合温度以及使用等式(4)会提供该次运行的流率。对于每次运行，压 降率会保持在不同水平，因而允许产生对于在不同压力(和温度)下不同流率的阀位置的 表格。替代性地，可仅使用单独的测量技术(例如在控制阀808下游布置的容积上升速率) 来记录在某压力和温度下给定流率的阀位置，其中压力由压力调节器设定并保持恒定。由 于该初始标定仅会进行一次，所以这对于使用测量流量的单独技术来说不是太麻烦。一旦建立表格，用于控制通过控制阀808的气体流量的工序可如下总结在图8A的 工艺流程850中。1.在步骤852，测量温度。这用于查询表以及实际流率的标定中。2.在步骤854，在流量开始的时间之前以规则间隔(通常每几分之一秒)测量压 力。查询表使用在步骤852中测量的温度和在该步骤中测量的压力，该查询表被用来确定 控制阀808所需的驱动信号来准确提供所需流率。3.在步骤856，在流量开始的时间时，在步骤854确定的驱动信号被施加到控制阀 808 上。4.在步骤857，以规则时段继续测量压力，且该压力被用于查询表中，以确定控制 阀808的所需位置，该所需位置将随着压力变化而变化。5.在步骤858，在压力已经下降一些量(通常是起始值的5_30% )但是在压力下 降至压力调节器802的设定点之前，从测量压降来计算(根据等式4)流率。6.在步骤860，作为压力、温度和控制阀驱动信号的函数的计算流率与查询表中 的值进行比较。7.在步骤862，如果差异太大(通常大于1%)，那么发送警告以通知合适的人员， 以便核查该差异的可能原因。8.在步骤864，如果差异足够小，那么查询表仅仅用新值来更新。9.在步骤866，当压力继续下降且最终到达由压力调节器802产生的值(S卩，正常 调节器设定点)，那么控制器基于新查询表来控制控制阀的驱动信号。10.在步骤868，在处理的结束时或者在一定其它合适时间，控制阀808关闭。在替代性方法中，在步骤866，不是等待压力下降至调节器802的设定点，相反地 人们可按照关于图6所描述的方式来控制有效设定点，使得一旦测量流率之后就将压力带 到稳定值。在又另一实施例中，图4中的计量阀或图4A中的截流阀和限制器可替换为图8中
18的调节器802和阀806。在完成流率测量之后，图4A中的截流阀和限制器可用于将压力带 到起始点，或者图4的计量阀可用于保持压力恒定或者将压力缓慢升高。在这些可替代方法中，由于存在经历进一步压降的能力，在相同处理步骤期间可 采用多种测量。这在处理步骤具有长持续时间时尤其有用。图9描述了根据本发明的另一实施例，其允许在不必要改变任何现有部件的前提 下确定容积。虽然该特征相对于模仿图2配置的结构来描述，但是应当容易地理解的是，该 特征可使用上述讨论的任何实施例来实施。在图9中，设备900允许现场测量容积V，其中 V = GFC与截流阀906 (或当使用图4的实施例时的计量阀，或当使用图6和7的实施例时 的调节器)之间的气体输送系统的总容积。在图9的具体实施例中，容积V等于义+^，其 中V2是具有已知容积的腔911的容积，且V1是在GFC 908与阀906之间的气体输送系统中 所有其它部件的固定容积(用框910表示)。在图9中，已知容积V2是当阀912关闭时腔911的容积。在将腔911并入到气体 输送系统中之前，可通过许多方式中的任何一种来确定该已知容积V2。一种直接方法是 (1)将腔用流体填充至超出阀912的点；(2)关闭阀912 ； (3)倾倒出在阀912之外的任何流 体；然后(4)打开阀912并将流体倾倒到测量容器(例如，烧杯或量管)中。在将已知容积的腔911并入到气体输送系统中后，可进行V的测量。具体地说，通 过流经气体流动控制器908来排空固定容积910、接着打开第二阀912以将固定容积910与 腔911联合，可产生允许准确计算固定容积910的压降。图9A提供对该方法的步骤流程950的简化视图，其可由计算机920执行。1.在步骤952，阀912打开(如果其关闭的话)。阀906假定已经打开。2.在步骤954，调节器902被设定到其标准值(或任何其它合适值)。3.在步骤956，GFC被设定为零流量。4.在步骤957，阀912关闭。5.在步骤958，阀906关闭。6.在步骤960，在压力传感器913上记录在这些条件下的压力P^7.在步骤962，GFC被设定为允许压力在合理时间量内下降至大致为零，从而排空 固定容积V1的流量。8.在步骤964，在压力达到零之后，将GFC设定为零流量。9.在步骤966，阀912打开，将固定容积V1与腔911的已知容积联合或合并。10.在步骤968，在压力传感器913上记录在这些条件下的压力P2。在系统中的气体量在步骤964由以下等式给出η = P1V2ZZlRT等式(5)其中，Z =在压力P1下的压缩因数。在等式(5)中用V2替换V的原因在于，在步骤964中，该系统中除了容积％的腔 911之外的每个部件都清空任何气体。在步骤966，系统中的气体总量仍是η，因为在步骤964与966之间没有气体进入 或排出系统。然而在步骤966中，气体遍布总容积V。因此，可以写成η = P2V/Z2RT等式(6)其中，V= V1+V2
Z2 =在压力P2下的压缩因数。结合等式(5)和(6)，得出P1V2ZZ1RT = P2V/Z2RT等式(7)简化等式(7)，得到V = P1V2Z2A32Ziq于是，从以下等式可得到V1 V1 = V-V20以这种方式确定卩和V1不需要单独步骤，在该单独步骤期间不利用处理腔。然而， 该容积测量被所需成仅相对不常用地实施。虽然可在日常基础上或甚至更频繁地进行结合 其它实施例的上述气体流率测量，但是结合图9-9A所描述的容积V和V1的测量可在设备 的首次安装时进行，并然后可能仅在系统部件的更换时进行。图9的实施例还提供又另一优势。具体地说，取决于流率或其它因数的大小，可能 有利的是使用更小容积或更大容积来测试流率。例如，在流率相对于组合容积V较小时，会 需要过长的测试时段来产生足够大小的压降，以产生流率的准确测量值。因此，在确定容积 V1之后，阀912会关闭，使得仅容积V1用于替代V进行气体流量测量。相反地，在流率相对 于固定容积V1大时，可能合适的是保持第二阀打开以提供更大的组合容积(VJV2)并藉此 提供足够的时间用于实现压降。当在处理腔中进行的过程需要在过程期间气体流率的变化 时，主机或主计算机可控制阀912以将容积与气体流量匹配。当腔以低速率消耗气体时，主 计算机关闭阀912，使得仅使用容积义。相反地，当气体流量增加时，主计算机将打开阀912， 从而使用容积V。图9B描述了根据本发明实施例的可变容积的构思的变型。在图9B中，系统900B 包括两个附加容积911和931，它们可使用阀912和932来打开或关闭至系统。容积911和 931可以是相同或不同的值。因此，取决于GFC 908的流量，所使用的容积可能是义、、+^、 V^V3或Vi+VfVy当然，可根据需要增加具有相应阀的附加容积。图9C描述了根据本发明实施例的可变容积构思的概念上的普遍形式。在图9C中， 容积V1，是可变的，如由膜911和双头箭头概念上描述的那样。该容积可手动改变或者使用 主计算机来改变，如虚线所描述的那样。容积V1,的尺寸在所有处理过程中可设定一次，或 者在处理期间流率变化时在该处理期间可进行变化。在图9的实施例中可使用又另一方法，以确定未知容积V115 GFC被设定为这样一个 流率，其允许在单独使用容积V1或者使用时准确测量(△ P/ △ t)。对于该测量的起始 部分，阀912打开。在这些条件下进行(Δ P/At)'的测量。虽然GFC仍流动，但是阀912 关闭。在测量之后，得到(Δ P/At)"。如下述等式所示，(ΔΡ/At)这两个值的比值允许 确定未知容积。重复等式(4)流率=(ΔP/ Δ t) V/ZRT等式(4)由于流率在测量的两个部分中都未变化，( Δ P/ Δ t) ‘ V/ZRT = ( Δ P/ Δ t) 〃 V1ART 等式(8)这简化成V1 = V2/((AP/At) “ /(ΔΡ/At) ‘ _1) 等式(9)
可通过手动或自动操作来实施本发明各个实施例的一个或多个步骤。例如，打开/ 关闭阀以及采集压力读数的步骤可根据计算机控制来自动进行，同时实际容积的确定可手 动或自动实现。可替代地，各个阀中的一个或多个可手动致动，同时从所监测的压降自动计 算得到最终的流率。基于存储在主计算机的计算机可读存储介质中的指令可实现一个或多 个步骤的自动操作，所述主计算机包括处理器，通过在附图中的虚线所示的控制线路进行 通讯。本发明的实施例可提供优于常规方法的许多优势。一个优势在于，在质量流控制 器进行其正常操作时可执行流率的测试。具体地说，因为由阀打开和关闭缩引起的压力偏 差被控制以防止对GFC的干扰，从而GFC能够保持其特定流率，而不管故意引入的入口压力变化。当气体流动控制器正常操作以在生产期间将气体输送到处理腔时，可进行气体流 量测试。而且，测试设备是气体输送系统的集成部分，且气体流量测试的所有步骤都可自动 化。因此，本发明的实施例有助于完全自动操作，包括测试工序的启动。例如，使用与气体 流动控制器、处理工具和/或设施网络的合适连通，可将流率测试编程为发生在每个处理 步骤中、或者在特定事件(例如，在流率控制器被设定为具体流率时具体处理过程的具体 步骤期间)时。可替代地，可将测试编程为在每天的某个时间或多个时间发生。本发明的实施例还可提供警告，其包括位于处理工具上的听觉或视觉警告。替代 性地或结合听觉或视觉警告，在测量流率在一定限定值之外时，以电子邮件形式的警告可 被发送给一个或多个指定人员。这种方法在结合上述的完全自动启动和操作时运行良好。本发明的实施例还可用于测量MFC的瞬态响应。当MFC被干扰时(例如通过将 MFC接通或者改变其设定点或者突然增加MFC上游的压力)，将会花费数秒以获得其稳定状 态流动。在该数秒期间，MFC的流率将偏离设定点，通常振荡或波动成高于或低于设定点。 流率偏离的方式可由本发明通过在MFC被干扰之后立刻就采集在相对高采样速率(例如， 10-100个读数每秒)下的多个压力读数来测量。该瞬态响应的测量具有几个优势。可以监 视具体MFC随着时间的瞬态响应；如果观察到变化，其可以表示在MFC内的一个或多个部件 或分量的变差。还可以将相同MFC的瞬态响应在各个腔之间进行比较，因而使得能够进行 有效的腔匹配。还可以将瞬态响应用作具体MFC的质量或MFC的具体型号或商标的测量， 以便选择对于该应用最优的MFC。根据本发明的实施例还考虑到环境大致不发生变化，以提供给将要测量的气体。 这种未变化的条件主要防止与系统内侧的沉积物或所吸附的气体反应相关的任何误差来
影响结果。如果与系统相关的任何事项变化，本发明的实施例还允许系统容积的快速确定 (由系统自身测量)。这避免了劳动密集的耗时测量的需要，例如这种测量需要用来确定处 理腔的容积的测量。应当理解的是，本文所描述的过程和技术并不固有地涉及任何特定设备，且可通 过部件的任何合适组合来实施。此外，可根据本文所描述的教导来使用各种类型的通用装 置。还可以证实有利的是，构造专用或特定的设备来实施本文所描述的方法步骤。本发明已 经相对于具体示例进行描述，这些示例在所有方面旨在是描述性的而不是限制性的。本领 域熟知技术人员将理解的是，硬件、软件和固件的许多不同组合将适于实践本发明。此外，对于考虑本文所公开的本发明的说明和实践之后的本领域技术人员来说，本发明的其它实 施方式将是显而易见。所描述实施例的各个方面和/或部件可单独使用或以服务器技术的 任何组合使用。说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围和精神由下述 权利要求书表示。
权利要求
一种用于确定通过气体流动控制器进入到处理腔中的气体流率的方法，所述方法包括产生以恒定速率通过气体流动控制器的气体流动；通过中断气体流动控制器上游的已知容积上游的气体流动，将气体流动控制器上游的已知容积进行固定；在处理腔中执行处理操作，且在所述处理操作期间在第一时间测量容积中的第一压力；在第一时间之后的第二时间测量容积中的第二压力；从第一压力和第二压力来确定压降率；基于压降率和已知容积来确定固定的流率；以及以如下方式重建进入容积中的气体流动，即通过气体流动控制器的流动不被干扰超过一定水平值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定水平值是选自所确定流率的 10%、5%或之中的一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在处理腔中、在处理过程之外时常地实施 重建进入到已知容积中的气体流动。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重建进入到已知容积中的气体流动以受 控流率以如下方式来完成，即已知容积内侧的压力升高率足够地低，从而气体流动控制器 不被干扰超出一定水平值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，受控流率由计量阀来实现。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过对容积中的压力的闭环控制，计量阀 被控制以控制容积中的压力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，容积中的压力被保持成在流率被确定之 后的时间、在处理腔中的处理操作期间是恒定的。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定流率之后，容积中的压力缓慢升尚ο
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用与截流阀相串联的流动限制器来实 现受控流率。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生通过气体流动控制器的气体流动的 步骤包括产生通过质量流控制器的流动。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括使用压力调节器来调节气体的压力。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过关闭被布置在气体流动控制器上游 的阀来固定已知容积。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果被固定的流率是在设定范围之外， 那么致动警告或发送通知。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压力调节器以如下方式被设置在气体 流动控制器的上游，即已知容积是位于压力调节器与气体流动控制器之间，且其中通过中 断气体流动控制器上游的已知容积上游的气体流动来固定气体流动控制器上游的已知容 积的步骤包括在第一次测量之前将已知容积中的压力增加到超过压力调节器的正常设定
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，增加压力的步骤包括操作位于压力调 节器附近的旁路。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压力调节器以如下方式被设置在气体流 动控制器的上游，即已知容积是位于压力调节器与气体流动控制器之间，且其中通过中断 气体流动控制器上游的已知容积上游的气体流动来固定气体流动控制器上游的已知容积 的步骤包括升高压力调节器的设定点，以便增加已知容积中的压力，且在之后、在第一次 测量之前使压力调节器返回至正常设定点。
17.一种用于确定通过气体流动控制器的气体流率的设备，所述设备包括用于通过中断气体流动控制器上游的已知容积上游的气体流动来固定气体流动控制 器上游的已知容积的装置；用于测量固定容积中的压降率的装置；和用于以如下方式重建进入到已知容积中的气体流动的装置，即通过气体流动控制器的 气体流动不被干扰超出一定水平值。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述一定水平值是10%、5 %或1 %中的一个。
19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述用于确定气体流动控制器上游的 已知容积的装置包括压力调节器。
20.根据权利要求19所述的设备，还包括用于改变压力调节器的设定点的装置。
21.根据权利要求19所述的设备，还包括与压力调节器并联的旁路。
22.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述用于固定气体流动控制器上游的 已知容积的装置包括计量阀。
23.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述用于固定气体流动控制器上游的 已知容积的装置包括与流动限制器相串联的截流阀。
24.一种用于确定气体流动控制器的性能的方法，所述方法包括 在被产生的流动设定下关闭气体流动控制器上游的阀； 测量在阀与气体流动控制器之间的固定容积的第一压降；以如下方式重建进入容积中的气体流动，即通过气体流动控制器的流动不被干扰超出 一定水平值；在一定时间段之后，再次关闭阀； 测量在固定容积中的第二压降；以如下方式重建进入到容积中的气体流动，即通过气体流动控制器的流动不被干扰超 出一定水平值；以及基于第一压降与第二压降之间的差值来监测气体流动控制器的流率偏移。
25.一种用于确定气体流动控制器的性能的方法，所述方法包括关闭已知的已标定的气体流动控制器上游的阀，以在所产生的流动设定下产生一流率；测量在阀与已标定的气体流动控制器之间的固定容积的第一压降； 用要测试的气体流动控制器来替换已标定的气体流动控制器；关闭要测试的气体流动控制器上游的阀； 测量固定容积中的第二压降；以如下方式重建进入到容积中的气体流动，即通过气体流动控制器的流动不被干扰超 出一定水平值；以及基于第一压降与第二压降之间的差值来监测流率的偏差。
26.一种用于确定通过位于压力调节器下游的气体流动控制器的气体流率的方法，该 压力调节器具有设定点，所述方法包括产生以恒定速率通过气体流动控制器的气体流动；将位于气体流动控制器上游、且在压力调节器下游的已知容积中的压力增加至高于压 力调节器的设定点的水平值；在第一时间测量容积中的第一压力； 在第一时间之后的第二时间测量容积中的第二压力； 从第一压力和第二压力确定压降率；以及 基于压降率和已知容积来确定固定流率。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过将高于大气压力的气体压力立刻 引入到压力调节器的主体中来引起压力增加，以升高设定点。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过将来自于压力调节器上游的气体 立刻流动到压力调节器下游来引起压力增加。
29.一种用于确定气体流动控制器的性能的方法，所述方法包括 产生以恒定速率通过气体流动控制器的气体流动；将位于气体流动控制器上游、且在具有设定点的压力调节器下游的已知容积中的压力 增加至高于压力调节器的设定点的水平值； 测量已知容积的第一压降；在一定时段之后，将位于气体流动控制器上游、且在压力调节器下游的已知容积中的 压力再次增加至高于压力调节器的设定点的水平值； 测量固定容积中的第二压降；以及基于第一压降与第二压降之间的差值，来监测气体流动控制器的流率偏移量。
30.一种用于确定气体流动控制器的性能的方法，所述方法包括 产生以恒定速率通过已标定的气体流动控制器的气体流动；将位于气体流动控制器上游、且在具有设定点的压力调节器下游的已知容积中的压力 增加至高于压力调节器的设定点的水平值； 测量已知容积的第一压降；用要测试的气体流动控制器来替换已标定的气体流动控制器； 将位于气体流动控制器上游、且在压力调节器下游的已知容积中的压力增加至高于压 力调节器的设定点的水平值；测量固定容积中的第二压降；以及基于第一压降与第二压降之间的差值，来监测流率的偏差。
31.一种用于控制气体流率的方法，所述方法包括将位于气体流动控制阀上游、且在具有设定点的压力调节器下游的已知容积中的压力4增加至高于压力调节器的设定点的水平值； 将气体流动控制阀打开到一定位置； 在第一时间测量容积中的第一压力； 在第一时间之后的第二时间测量容积中的第二压力； 通过第一压力和第二压力来确定压降率； 基于压降率和已知容积来确定气体的流率；基于所需流率与测量流率之间的差异，增加或减少气体流动控制阀的开度； 继续测量容积中的压力、确定实际流率、以及调节气体流动控制阀，直到实现所需流量 为止。
32.一种用于控制气体的流率的方法，所述方法包括基于阀上游的压力、温度和阀的开度，产生用于通过气体流动控制阀的多个打开位置 的流率的标定表；将位于气体流动控制阀上游、且在具有设定点的压力调节器下游的已知容积中的压力 增加至高于压力调节器的设定点的水平值；将气体流动控制阀打开至由标定表所指示的选定位置，以提供所需流率；在压力下降时，继续保持气体流动控制阀打开至由标定表所指示的合适选定位置；在第一时间测量容积中的第一压力；在第一时间之后的第二时间测量容积中的第二压力；通过第一压力和第二压力来确定压降率；基于压降率和已知容积来确定气体的流率；基于所需流率与测量流率之间的差异，来执行下述之一更新标定表且继续测量容积中的压力并调节气体流动控制阀以实现所需流率；在差异高于预定值时发送警告或通知。
33.一种用于控制气体流率的方法，所述方法包括基于气体流动控制阀上游的压力、温度和阀的开度，确定通过某个气体流动控制阀的 流率；通过中断气体流动控制阀上游的已知容积上游的气体流动来固定气体流动控制阀上 游的已知容积；基于测量压力和温度将气体流动控制阀打开至某一位置，在该位置将提供所需的流率；在压力下降时，继续将气体流动控制阀保持在阀的开度下，所述阀的开度被确定成提 供所需的流率；在第一时间测量容积中的第一压力；在第一时间之后的第二时间测量容积中的第二压力；从第一压力和第二压力来确定压降率；基于压降率和已知容积来确定气体的流率；基于所需流率与测量流率之间的差异来执行下述中的一种对标定表进行更新并继续测量容积中的压力以及调节气体流动控制阀以实现所需的 流率；在差异高于预定值时发送警告或通知。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述固定气体流动控制阀上游的已知 容积的步骤包括关闭已知容积上游的计量阀。
35.根据权利要求33所述的方法，还包括在基于压降率和已知容积来确定气体流率之后，以进入到容积中的流率受控的方式来 重建进入到容积中的气体流动。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，进入到容积中的受控流率是由与截流 阀串联的流动限制器来产生。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，进入到容积中的受控流率是由计量阀 来产生。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括通过已知容积中的压力经闭环控制来控制计 量阀，以便控制已知容积中的压力。
39.一种用于确定气体流动控制器的性能的方法，所述方法包括通过中断气体流动控制器上游的已知容积上游的气体流动来固定气体流动控制器上 游的已知容积；当气体流动被中断时，在固定设定点处启动通过气体流动控制器的气体流动，或者改 变从一个设定点到另一个设定点的气体流动； 对固定容积中的压力进行多次测量；以及基于作为时间函数的压降率的变化，确定气体流动控制器的瞬态响应。
40.一种用于确定气体流动控制系统的一部分的容积的方法，所述方法包括 在气体流动控制系统的一部分中产生第一压力；将所述一部分与其容积已知的气体流动控制系统的另一部分相隔离开；在其容积已知的气体流动控制系统的所述另一部分产生第二压力；在所述一部分与其容积已知的气体流动控制系统的所述另一部分之间实现流体连通；在实现流体连通之后测量气体流动控制系统中的第三压力；以及 使用第一压力、第二压力和第三压力来确定所述一部分的总容积。
41.一种用于确定气体流动控制系统的一部分的容积的方法，其中所述容积的下游侧 由气体流动控制器限定，且所述容积的上游侧由用于中断气体流动的装置限定，所述方法 包括实现所述一部分与其容积已知的气体流动控制系统的另一部分之间的流体连通；产生以恒定速率通过气体流动控制器的气体流动；中断所述一部分的上游的气体流动；在第一时间测量所述一部分中的第一压力；在第一时间之后的第二时间测量所述一部分中的第二压力；从第一压力和第二压力来确定第一压降率；将所述一部分与气体流动控制系统的所述另一部分隔离开；在第三时间测量所述一部分中的第三压力；在第三时间之后的第四时间测量所述一部分中的第四压力；从第三压力和第四压力来确定第二压降率；以及 使用第一压降率和第二压降率来确定所述一部分的总容积。
42.一种气体输送系统，包括 联接到气体源的压力调节器；布置在压力调节器下游的气体流动控制器；压力传感器，所述压力传感器测量压力调节器与气体流动控制器之间的容积中的压力；用于增加所述容积中的压力的装置。
43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于，所述用于增加压力的装置包括阀，所述 阀具有联接到次级气体供应装置的输入部和联接到压力调节器的输出部。
44.根据权利要求42所述的系统，其特征在于，所述用于增加压力的装置包括在压力 调节器附近的旁路。
45.根据权利要求43或44所述的系统，其特征在于，气体流动控制器包括质量流控制o
46.根据权利要求43或44所述的系统，其特征在于，气体流动控制器包括控制阀。
47.根据权利要求42所述的系统，还包括已知尺寸的辅助容积和阀，所述阀布置在所 述容积与所述辅助容积之间以控制所述容积与所述辅助容积之间的流动。
全文摘要
本发明的方法和装置使用气体流动控制器(GFC)上游的压降率，来准确地测量通过GFC的流率。在不需要任何特定或复杂的压力调节器或其它特定部件的前提下，使得能够测量通过目前生产使用中的许多气体流动控制器的气体流量。各种措施确保在测量期间或测量之后发生的压力变化不会在测试中干扰通过GFC的气体恒定流量。
文档编号E21B43/12GK101978132SQ200980109390
公开日2011年2月16日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月18日
发明者J·M·查默斯, J·R.·蒙科夫斯基, 丁韬, 陈嘉陵 申请人:关键系统公司