[发明专利]用于压力式质量流控制器自我校验的方法和设备

说明书

一种质量流控制系统，当对到过程的流体流控制时可针对其精确度自我校验。所述系统包括：用于作为控制信号的函数来控制通过系统的流体流的控制阀；用于作为通过系统的流体的测得流量和目标流量设定值的函数来产生控制信号的控制器；压力传感器，用于测量和控制在测量和校验流率中使用的流体压力；以及流体源，其用于提供用于在控制过程的步骤之间的任何时候校验系统精确度的已知体积的流体。

技术领域

本公开通常涉及质量流控制器，以及更具体地涉及压力式质量流控制器的自我校验。如本文所用的术语“气体”被认为包括气体或蒸气。

背景技术

通常情况下，质量流控制器(MFC)实时地控制和监测流体(即，气体或蒸气)流的速率，使得流动通过装置的气体质量的流率可被计量和控制。质量流控制器(MFC)通常用于在半导体制造过程期间控制气体的流动，其中流入到半导体工具诸如真空腔室内的气体流必须被小心地加以控制以产生高产率的半导体产品。MFC通常设计和校准成在特定的流率范围内控制特定类型气体的流率。所述装置基于给定设定值来控制流率，所述给定设定值通常由用户或诸如半导体工具本身的外部装置预先确定。设定值可取决于针对每一步骤所需的流率来随着过程的每一步骤来改变。MFC可以是模拟或数字的。它们通常设计成与入口气体的压力范围配合使用，MFC通常可适用于低压和高压。所有的MFC具有入口端口，和出口端口，包括质量流传感器和比例控制阀的质量流计。系统控制器用作反馈控制系统的一部分，其根据如由设定值所确定的流率与由质量流传感器所感测的测得的流率的比较(或作为所述比较的函数)来给控制阀提供控制信号。反馈控制系统从而操作该阀，以使得所测得的流量保持在由设定值所确定的流率下。

这种控制系统假设MFC保持在特定公差范围内的校准状态。为了测试MFC是否在校准的公差范围内，通常利用这种装置作为质量流校验器来对MFC进行离线测试。后者即质量流校验器用于测试流率。虽然离线测试是非常精确的，但是总有一个问题，即MFC会在过程运行期间(实时地)变得未进行校准，并且直到过程完成才被检测。这通常会导致半导体产品的更低产率，并甚至是完全失败导致整体产品产率损失。这可能是昂贵的，而且显然是不希望的。所需要的是在过程正在运行的同时用于持续实时地测试MFC精确度的系统和方法。

质量流控制器包括两种类型，热式和压力式质量流控制器。序列号为13/354,988美国专利申请描述了一种用于测试热式质量流控制器使得质量流控制器的精确度可以无需离线作业的方式进行校验的系统和方法，该美国专利申请于2012年1月20日以JunhuaDing的名义提交，其标题为“实时监测通过质量流控制器的流动的系统和方法(System andMethod of Monitoring Flow Through Mass Flow Controllers in Real Time)”；并转让给本受让人。

发明内容

本发明的某些实施例涉及到质量流控制系统，当对到过程的流体流控制时其精确度可实时地自我校验，所述系统包括：

用于根据控制信号(或作为所述控制信号的函数)来控制通过系统的流体流的控制阀；

用于根据通过系统的流体的测得流量和设定值(或作为其函数)来产生控制信号的控制器；以及

流体源，其用于提供用于在流控制过程的步骤之间的任何时候校验系统精确度的已知体积的流体。在一个实施方式中，该系统还包括流限制装置以针对流量测量产生阻塞流动状态；压力传感器，其用于提供代表系统中流限制装置上游的流体的所测得压力的压力测量信号；以及温度传感器，其用于提供代表系统中流体的所测得温度的温度测量信号。

在另一实施方式中，该系统进一步包括第二压力传感器，其用于提供代表所述流限制装置下游流体的所测得压力的压力测量信号，使得可针对非阻塞流动状态测量流率。