KR101625966B1 - 다중 채널 유량비 제어기 시스템의 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

다중 채널 유량비 제어기 시스템의 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

4 채널 가스 전달 시스템으로서, 입구 채널; 4 개의 출구 채널; 4 개의 유량 센서, 4 개의 제어 밸브로서, 각각의 밸브는 입구 채널로부터 출구 채널의 대응하는 하나를 통과하는 흐름을 제어하도록 구현되는, 제어 밸브; 및 유량비 제어 시스템으로서, 입구 채널로부터 대응하는 출구 채널을 통과하는 상기 흐름을 제어하도록 구성되어 다음 비율들: (a) 제 1 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 1 비율; (b) 제 2 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 2 비율; 및 (c) 출구 채널의 제 2 쌍에 상대적인 출구 채널의 제 1 쌍 사이의 흐름의 제 3 비율이 제어되도록 하는, 유량비 제어 시스템을 포함하고, 상기 제 3 비율은 상기 밸브 중 적어도 하나의 쌍에 각각 인가되는 적어도 하나의 바이어스 신호를 생성함으로써 제어되고, 상기 바이어스 신호는 상기 제 3 비율의 선결정된 세트 포인트 및 상기 제 3 비율의 측정된 값의 함수인, 4 채널 가스 전달 시스템.

Description

다중 채널 유량비 제어기 시스템의 방법 및 이를 위한 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR MULTIPLE CHANNEL FLOW RATIO CONTROLLER SYSTEM}
관련 출원들에의 상호-참조
본 출원은 2011 년 10 월 4 일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/252,363 호에 대한 우선권을 주장하는데, 이것은 2002 년 1 월 4 일에 출원된 미국 특허 번호 제 6,766,260 호; 2004 년 3 월 9 일에 출원된 제 7,072,743 호; 2005 년 4 월 21 일에 출원된 제 7,621,290 호; 및 2007 년 2 월 20 일에 출원된 제 7,673,645 호에 관련되고, 이들 개시물은 그 전체로서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 개시물은 일반적으로 반도체 처리 장비에 관련되고, 좀 더 자세하게 설명하면 오염물이 없고 공정 가스를 프로세스 툴 또는 툴의 적어도 두 개의 위치로 선결정된 비율로 공급하기 위한 유량비 제어기에 관련된다. 좀 더 자세하게 설명하면, 본 개시물은 단일 가스 박스로부터의 흐름을 선결정된 비율로 반대칭 최적 성능을 가진 프로세스 툴 또는 툴의 4 개의 위치로 분할하기 위한 시스템 및 그 방법에 관련된다.
본 명세서에서 사용될 때 용어 "가스"는 두 용어가 다르게 고려되어야 한다면 용어 "증기"를 포함한다.
반도체 디바이스의 제작은 흔히 조심스런 동기화 및 12 개 만큼의 가스의 진공 챔버와 같은 프로세스 툴로의 정밀하게 측정된 전달을 요구한다. 다양한 레시피가 제작 프로세스에서 사용되고 많은 이산 프로세스 단계가 요구될 수 있는데, 예를 들어 여기에서 반도체 디바이스는 세척되고, 연마되며, 산화되고, 마스킹되며, 에칭되고, 도핑되며, 또는 금속화된다. 사용되는 단계, 그들의 특정 시퀀스, 및 수반된 물질 모두가 특정 디바이스의 제작에 기여한다.
이에 상응하여, 웨이퍼 제작 설비는 공통적으로 화학물질 기상 증착, 플라즈마 침착, 플라즈마 에칭, 스퍼터링 및 다른 유사한 가스 제작 프로세스가 수행되는 영역들을 포함하도록 조직화된다. 화학물질 기상 증착 반응기일 수 있는 프로세스 툴, 진공 스퍼터링 머신, 플라즈마 식각기 또는 플라즈마 향상 화학적 기상 증착 챔버, 또는 임의의 다른 디바이스, 장치 또는 시스템에는 다양한 공정 가스가 공급되어야 한다. 순수 가스는 오염물이 없는, 정밀하게 측정된 양으로 툴에 공급되어야 한다.
통상적 웨이퍼 제작 설비에서 가스는 가스 전달 시스템으로 배관(piping) 또는 도관(conduit)을 통하여 연결되는 탱크 내에 저장된다. 가스 전달 시스템은 순수 불활성 또는 반응성 가스의 오염물이 없는 정밀하게 측정된 양을 제작 설비의 탱크로부터 프로세스 툴 및/또는 챔버로 전달하기 위한 가스 박스를 포함한다. 가스 박스는 통상적으로 각각 흐름 측정 유닛을 가지는 복수 개의 가스 흐름 라인을 포함하는데, 이것은 이제 밸브, 압력 레귤레이터 및 트랜스듀서, 질량 흐름 제어기(mass flow controller), 필터/정화기 및 기타 등등을 포함할 수 있다. 각각의 가스 라인은 가스의 별개의 소스로의 연결을 위한 자기 자신의 입구를 가지는데, 하지만 가스 경로들 모두는 프로세스 툴로 연결되기 위하여 가스 박스의 단일 출구로 수렴한다.
가끔 가스 박스의 출구에 제공된 결합된 공정 가스를 나누거나 분할함으로써, 이들이 단일 프로세스 툴의 다중 위치 또는 다중 프로세스 툴들 사이로 전달될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우들에서, 가스 박스의 단일 출구는 이차 흐름 라인 또는 채널을 통하여 다중 위치에 연결된다. 예를 들어, 업스트림 압력이 안전성 또는 다른 이유 때문에 대기압보다 낮게 유지될 필요가 있는(예를 들어, 15 PSIA 아래로 유지됨) 일부 애플리케이션에서, 가스 박스의 출구의 일차 흐름이 이차 흐름 경로 또는 채널들 사이에서 미리선택된 비율에 따라 나누어지는 것을 보장하기 위하여 유량비 제어기가 사용된다.
미국 특허 번호 제 6766260 호에 도시된 타입의 유량비 제어기 시스템은 최초에 설정된 이후에 바람직한 비율 분할로 안정화할 것인데, 하지만 흐름들은 안정화하기에 시간이 걸리며 일부 애플리케이션에서는 이것은 만족스럽지 못할 수 있다. 더 나아가, 유량비 제어기 시스템의 밸브 양단의 압력 강하가 상당히 높을 수 있다. 또한, 제어기 시스템은 이차 흐름 경로들 중 하나의 하류 차단(blocking)을 관리하는데 대한 열악한 제어 성능을 제공한다. 추가적으로, 시스템은 이차 흐름 라인 내의 밸브의 고정된 밸브 포지션을 최초에 결정하는 곤란성 때문에 셋업하기가 어려울 수 있다. 그리고 두 개의 이차 흐름 라인을 사용하는 현재의 실시예에 대해서, 고흐름 밸브를 고정된 밸브로서 지정하고 저흐름 밸브를 유량비 제어를 위한 제어된 밸브로서 지정하는 것이 필요하다.
유량비 제어기 시스템을 위한 하나의 애플리케이션은 "샤워 헤드"로의 가스의 흐름을 제어하는 것인데, 이것은 미국 특허 번호 제 7072743 호에서 설명된 바와 같은, 반도체 디바이스를 제작하기 위한 프로세스 툴의 프로세스 챔버에서 사용되는 설비 이다. 샤워 헤드 설비는 각각, 하나는 설비의 중심(또는 내부 부분)으로부터의, 그리고 다른 하나는 설비의 주위(또는 외부 부분) 주위에서 제공되는 개구(들)로부터의 두 개의 가스 출구를 포함한다. 샤워 헤드 설비의 외부 부분에서 개구(들)를 통과하는 흐름은 챔버에서 생성되는 중인 웨이퍼의 외부 부분 또는 존에 영향을 주는 반면에, 내부 부분에서 개구(들)를 통과하는 흐름은 생성되는 중인 웨이퍼의 내부 부분 또는 존에 영향을 준다. 내부 존 보다 외부 존으로의 더 큰 흐름이 처리되는 중인 웨이퍼에 가스를 균일하게 적용하기에 바람직하다. 따라서, 외부 부분으로의 가스 흐름에 상대적으로 내부 부분으로부터 제공되는 가스 흐름의 비율을 조심스럽게 제어하는 것은 웨이퍼로의 가스의 균일한 적용을 초래한다.
2 채널 또는 DAO 유량비 제어기 시스템이라고 지칭되는 개선된 유량비 제어기 시스템이 본 양수인에게 양도된 미국 특허 번호 제 7621290 호에서 설명된다. 이 특허에서 설명되는 실시예는 단일 질량을 두 개의 흐름 라인으로 나누기 위하여 듀얼 반대칭 최적(dual antisymmetric optimal; DAO) 제어 알고리즘을 이용한다. 각각의 흐름 라인은 유량계 및 밸브를 포함한다. 유량비 제어기 시스템의 양자의 밸브는 DAO 제어기에 의한 비율 피드백 루프를 통하여 제어된다. 후자는 단일 입력, 단일 출력(single input, single output; SISO) 제어기, 인버터 및 두 개의 선형 포화기를 포함한다. SISO 제어기의 출력은 두 개의 밸브로 인가되기 이전에 분할되고 변경된다. 두 개의 밸브 제어 커맨드는 두 개의 포화 극한들 중 하나로서의 최대 허용가능 밸브 전도도 포지션에 대해 가상적으로 반대칭(antisymmetric)이다. 이것은 밸브 중 하나가 임의의 순간에 자신의 최대 허용가능 밸브 전도도(개방된) 포지션에서 유지되는 반면에 다른 것은 능동적으로 제어되어 유량비를 유지한다는 것을 의미한다. 이것은 가스 흐름에 최소 압력 강하를 기여하는 DAO 유량비 제어기를 초래한다. DAO 유량비 제어기 시스템의 하나의 애플리케이션은 양자를 통과하는 총 흐름에 상대적인, 샤워 헤드 설비의 내부 및 외부 개구의 각각으로의 유량비를 제어하는 것이다.
웨이퍼의 현재의 생산은 별개의 챔버에서 동시에 제조되는 중인 동일한 웨이퍼를 포함할 수 있는데, 각각의 챔버에 대한 프로세스는 동일하다. 그러므로 각각의 챔버 내로 흘러가는 가스의 시퀀스 및 유속은 동일할 것이며, 따라서 챔버의 각각으로의 가스의 동일한 비율을 프로세스의 각각의 단계로써 제어하는, 단일 가스 박스를 포함하는 집적된 제어 시스템을 사용하는 것에는 절약이 있을 것이다. 가스를 두 개의 챔버로 제공하기 위하여 사용되는 단일 가스 박스가 있으면, 큰 절약 및 더 작은 풋프린트가 그 장비에 대하여 필요하다. 더 나아가, 진보와 함께, 웨이퍼의 사이즈는 더욱 커져서 전체 웨이퍼 상의 가스 흐름이 적합하게 제어된다는 것을 보장하기 위하여 두 개 이상의 샤워 헤드 설비가 사용되도록 요구한다. 그러나, 적합한 유량비가 프로세스의 각각의 단계 동안에 유지되는 것을 보장하는 데에는 시험대가 존재한다.
세 개 이상의 흐름 라인을 통과하는 가스의 흐름의 비율을 제어하기 위한 하나의 유량비 제어기 시스템이 미국 특허 번호 제 7673645 호에서 설명된다. 유량비 제어기는 단일 질량 흐름을 다중(세 개 이상의) 흐름 라인으로 나누기 위한 다중 반대칭 최적(MAO) 알고리즘을 이용한다. 각각의 흐름 라인에는 표적화된 유량비 세트 포인트를 획득하기 위한 선형 포화기와 통합된 SISO 피드백 제어기가 제공된다. 각각의 밸브 제어 커맨드는 다른 밸브 제어 커맨드들 모두의 합산에 대해 반대칭임으로써, MAO 제어 알고리즘이 적어도 하나의 밸브가 임의의 순간에 허용가능 최대 개방된 포지션에 존재함으로써 유량비 세트 포인트의 주어진 세트에 대한 최대 총 밸브 전도도의 관점에서 최적 솔루션이 달성되도록 보장하게 한다. 이러한 접근법은 각각의 흐름 라인을 통한 최소 압력 강하와 함께 훌륭한 제어를 제공하며, 거의 모든 애플리케이션에 대하여 만족스럽게 사용될 수 있다. 그러나, 모두 설비로의 흐름의 총 레이트에 대하여, 두 개의 샤워 헤드 설비의 내부 개구로의 흐름의 레이트의 비율이 실질적으로 동일하고 두 개의 설비의 외부 개구로의 흐름의 레이트의 비율이 실질적으로 동일한 것이 바람직한 예에서는, 흐름 라인에 대한 제어 함수들은 흐름 라인을 통해서 발생하는 흐름에서의 각각의 변화에 대해 정확히 동일한 응답 시간으로 반드시 안정화할 필요가 없으며, 이것이 부정확한 제어를 초래한다.
두 개의 샤워 헤드 설비의 내부 및 외부 개구에 동일한 비율을 제공하는 하나의 접근법이 도 1 에 도시된다. 이 하드웨어 시스템은 이 타입의 각각이 두 개의 스테이지로 구현되며 미국 특허 번호 제 7621290 호에서 설명되는 3 개의 두 개의 채널 유량비 제어기 유닛(10A, 10B 및 10C)을 포함한다. 제 1 스테이지는 총 흐름을 Qt의 레이트로 가스 박스 또는 다른 소스로부터 수용하고, 처음에 레이트 Qt에서의 총 흐름을 호스트 제어기(12)에 의하여 설정된 비율에 따라서 레이트 Qa 및 Qb에서의 두 개의 흐름으로 나누는(여기에서 Qt = Qa + Qb) 하나의 유닛(10A)을 포함한다. 제 2 스테이지는 두 개의 제어기 유닛(10B 및 10C)을 포함한다. 유닛(10B)은 총 흐름을 Qa의 레이트에서 제어기 유닛(10A)으로부터 수용하고 레이트 Qa에서의 총 흐름을 호스트 제어기(12)에 의하여 설정된 비율에 따라서 레이트 Q1 및 Q2에서의 두 개의 흐름으로 나눈다(여기에서 Qa = Q1 + Q2). 이와 유사하게, 유닛(10C)은 총 흐름을 Qb의 레이트에서 제어기 유닛(10A)으로부터 수용하고 레이트 Qb에서의 총 흐름을 호스트 제어기(12)에 의하여 설정된 비율에 따라서 레이트 Q3 및 Q4에서의 두 개의 흐름으로 나눈다(여기에서 Qb = Q3 + Q4). 두 개의 스테이지 제어는 두 개의 샤워 헤드 설비(미도시) 모두로의 가스의 흐름을 동일한 비율에서 제어하여 Qa = Qb, Q1 + Q2 = Q3 + Q4, 및 비율 Q1/(Q1 + Q2) = Q3/(Q3 + Q4)이 되도록 사용된다. 이것은 결과적으로 각각의 샤워 헤드 설비의 내부 및 외부 부분으로의 흐름의 비율이 동일하도록 한다. 각각의 제어기 유닛(10)은 밸브(16)를 호스트 제어기(12)에 의하여 제공된 프로그래밍된 비율을 유지하기 위하여 유량 센서(18)에 의하여 생성된 대응하는 센서 신호에 응답하여 제어하기 위한 자기 자신의 제어기(14)를 포함한다. 따라서 호스트 제어기(12)는 3 개의 하드웨어 유닛(10)을 조율하기 위하여 사용되어야 한다. 비록 이 장치가 동작하지만, 두 개의 스테이지 접근법 때문에 압력 강하 및 각각의 흐름 경로를 따른 최적 밸브 전도도에서의 감소가 존재한다.
이에 상응하여, 4 개의 흐름 라인을 통과하는 상대적인 유속에게 각 흐름 라인을 통한 최소 압력 강하, 반대칭 최적 제어, 및 흐름 라인 모두에 대해 실질적으로 동일한 응답 시간을 제공하는 유량비 제어기 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
특히 미국 특허 번호 제 4369031 호; 제 5453124 호; 제 6333272 호; 제 6418954 호; 제 6418994 호; 제 6766260 호; 제 6792166 호; 제 6941965 호; 제 7007707 호; 제 7072743 호; 제 7143774 호; 제 7360551 호; (미국 공개 번호 제 2006/0272703 호); 제 7360551 호; 제 7424894 호; 제 7621290 호; 제 7673645 호; 미국 출원 공개 번호 제 2002/0038669 호; 제 2006/0272703 호; 및 제 2007/0240778 호를 참조한다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 일 측면에 따르면, 4 채널 가스 전달 시스템은 입구 채널; 4 개의 출구 채널; 4 개의 유량 센서, 4 개의 제어 밸브로서, 각각의 밸브는 입구 채널로부터 출구 채널의 대응하는 하나를 통과하는 흐름을 제어하도록 구현되는, 제어 밸브를 포함한다. 가스 전달 시스템은 또한 유량비 제어 시스템으로서, 입구 채널로부터 대응하는 출구 채널을 통과하는 상기 흐름을 제어하도록 구성되어 다음 비율들: (a) 제 1 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 1 비율; (b) 제 2 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 2 비율; 및 (c) 출구 채널의 제 2 쌍에 상대적인 출구 채널의 제 1 쌍 사이의 흐름의 제 3 비율이 제어되도록 하는, 유량비 제어 시스템을 포함하는데, 상기 제 3 비율은 상기 밸브 중 적어도 하나의 쌍에 각각 인가되는 적어도 하나의 바이어스 신호를 생성함으로써 제어되고, 상기 바이어스 신호는 상기 제 3 비율의 선결정된 세트 포인트 및 상기 제 3 비율의 측정된 값의 함수이다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 다른 양태에 따르면, 4 채널 가스 전달 시스템은, 입구 채널; 4 개의 출구 채널; 및 4 개의 제어 밸브를 포함한다. 각각의 밸브는 입구 채널로부터 출구 채널 중 대응하는 하나를 통과하는 흐름을 제어하도록 구현된다. 가스 전달 시스템은 또한 유량비 제어 시스템으로서, 제어 밸브; 및 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하기 위하여 개별적인 제어 밸브를 제어하도록 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈 및 상기 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율을 제어하도록 구성 및 구현되는 가상 DAO 제어 모듈을 포함하는, 유량비 제어 시스템을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 또 다른 양태에 따르면, 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름을 제어하기 위한 4 채널 가스 전달 시스템은 유량비 제어 시스템으로서, 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하도록 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈, 및 상기 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 제어 신호를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하도록 구성 및 구현되는 바이어스 제어 신호 발생기를 포함하는, 유량비 제어 시스템을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 또 다른 양태에 따르면, 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름을 제어하기 위한 멀티-채널 가스 전달 시스템은 유량비 제어 시스템으로서, 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하도록 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈, 및 상기 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 제어 신호를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하도록 구성 및 구현되는 신호 발생기를 포함하는, 유량비 제어 시스템을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 또 다른 양태에 따르면, 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 두 개의 듀얼 비대칭 최적(dual asymmetric optimal; DAO) 제어 모듈을 사용하여 제어하기 위하여 4 개의 제어 밸브를 제어하는 방법은, 상기 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 제어 신호를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 교시의 또 다른 양태에 따르면, 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈을 사용하여 제어하기 위하여 4 개의 제어 밸브를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 제어 신호를 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하는 단계를 포함한다.
이러한 그리고 다른 컴포넌트, 단계, 피쳐, 오브젝트, 이점, 및 장점이 이제 후속하는 예시적인 실시예의 상세한 설명, 첨부 도면, 및 청구항의 검토로부터 명백해 질 것이다.
도면은 예시적인 실시예를 개시한다. 그들은 모든 실시예를 발표하는 것은 아니다. 다른 실시예가 추가적으로 또는 대신에 사용될 수도 있다. 공간을 절약하거나 더 효과적인 예시를 위하여 피상적이거나 불필요한 것일 수도 있는 세부사항은 생략될 수도 있다. 반대로, 몇몇 실시예는 개시된 세부사항 모두가 없어도 실시될 수도 있다. 도면에서:
도 1 은 4 개의 이차 흐름 라인에 대한 비율 제어를 제공하기 위한 비율 흐름 제어기 시스템의 선행 기술 접근법의 블록도이다;
도 2 는 본 명세서에서 설명되는 교시를 포함하는 가스 전달 시스템의 일 실시예의 블록도이다;
도 3 은 도 2 에 도시되는 타입의 가스 전달 시스템의 일 실시예의 더 상세한 개략도이다;
도 4 는 도 3 의 이차 흐름 라인 중 두 개를 통과하는 흐름의 비율을 제어하기 위한 바람직한 듀얼 반대칭 최적 제어 알고리즘의 기능성 블록도인데, 여기에서 두 개의 밸브는 동일한 바이어스 전류로써 제어되고, 도시된 두 개의 밸브의 두 개의 밸브 제어 커맨드는 최대 허용가능 밸브 전도도에 대해 가상적으로 반대칭이다;
도 5 는 도 4 실시예의 기능성 블록도이며, 도 6 및 도 7 에서 예시되고 이에 대하여 설명된 실시예와 연계하여 설명되는 바와 같은 도 3 의 실시예를 구현하기 위하여 사용되는 DAO 제어 모듈의 입력 및 출력을 예시한다;
도 6 은 4 개의 이차 흐름 채널에 대한 결과적인 유량비 제어 방법의 일 실시예를 예시하는 도 3 의 시스템의 기능성 블록도이다; 그리고
도 7 은 4 개의 이차 흐름 채널에 대한 결과적인 유량비 제어 방법의 제 2 실시예를 예시하는 도 3 의 시스템의 기능성 블록도이다.
예시적인 실시예들이 이제 논의된다. 다른 실시예가 추가적으로 또는 대신에 사용될 수도 있다. 공간을 절약하거나 더 효과적인 표현을 위하여 피상적이거나 불필요한 것일 수도 있는 세부사항은 생략될 수도 있다. 반대로, 몇몇 실시예는 개시된 세부사항 모두가 없어도 실시될 수도 있다.
도 2 를 참조하면, 유량비 제어기(flow ratio controller; FRC) 시스템(22)은 하나 이상의 소스(20)로부터 이용가능한 총 흐름이며 4 개의 이차 흐름 채널(24a, 24b, 24c 및 24d)사이에서 나누어져야 하는 흐름 Qt를 수용한다. 두 개의 채널(22a 및 22b)은 샤워 헤드 설비(26a)(또는 설비의 쌍)와 같은 제 1 설비로 커플링되는 반면에 다른 두 개의 채널(22c 및 22d)은 샤워 헤드 설비(26b)(또는 설비의 쌍)와 같은 제 2 설비로 커플링된다. 두 개의 설비(26a 및 26b)는 단일 챔버 내에 배치되거나, 또는 별개의 챔버 내에 배치될 수 있다. FRC 시스템(22)은 유량비 Q3/(Q3+Q4)와 같은 동일한 유량비 Q1/(Q1 + Q2), 및 유량비 Q4/(Q3+Q4)와 같은 동일한 유량비 Q2/(Q1+Q2)를 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다. 더 나아가, 하나의 바람직한 애플리케이션에서, 밸브의 응답 시간에서의 차분, 채널을 통과하는 흐름 상태, 등과 같은 몇몇 시스템 변수를 수용하기 위하여 유속 Q1 및 Q3는 실질적으로 동일하고, 유속 Q2 및 Q4는 실질적으로 동일하다. 중요하게도, 흐름 라인에 대한 제어 함수는, 예를 들어 FRC 시스템(22)을 통과하는 초기 흐름에서 발생되는 천이와 같이, 흐름 라인을 통과하는 흐름에서의 각각의 변화에 대해 실질적으로 동일한 응답 시간으로써 안정화한다.
도 3 을 참조하면, 유량비 제어기(32)는 4 개의 흐름 경로 또는 라인(35-1, 35-2, 35-3, 및 35-4)을 포함한다. 각각의 흐름 경로는 센서(37) 및 밸브(38)를 포함한다. 센서(37)는 대응하는 흐름 경로를 통과하는 질량 흐름을 제어하기 위하여 개별적인 밸브(38)를 제어하는 데에 사용되기 위한 유속 신호를 생성한다. 따라서 각각의 흐름 경로의 센서 및 밸브는 흐름 경로의 개별적인 출력 질량 흐름 Q1, Q2, Q3, Q4 , 및 이에 따라서 다음 수학식과 같이 정의되는 유량비를 제어하기 위하여 함께 사용된다:
Figure 112014041004772-pct00001
여기에서 r mi 는 총 흐름에 상대적인 라인(35-i)의 유량비이고, Qi는 라인(35-i)을 통과하는 흐름이며, 그리고 Q t 는 다음 수학식과 같이 정의되는 모든 흐름 라인(35)의 총 흐름이다:
Figure 112014041004772-pct00002
수학식 1 및 수학식 2 에 따르면, 모든 유량비의 합산은 1과 같으며, 이것은 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다
Figure 112014041004772-pct00003
흐름 채널 i의 유량비 세트포인트를 r i 라고 정의하면, 우리는 모든 유량비 세트포인트들의 합산이 역시 1 이 되는 것을 안다, 즉,
Figure 112014041004772-pct00004
이다.
도 3 은 4 채널 FRC 시스템(32)을 포함하는 가스 전달 시스템의 일 실시예를 도시한다. 시스템(32)은 가스 또는 가스의 혼합물을 30 으로 표시된 하나 이상의 소스로부터 수용하며, 시스템(32)으로의 입구에서 총 흐름 Qt를 정의한다. 시스템(32)은 모든 4 개의 밸브(38)를 대응하는 유량 센서(37)에 의하여 감지된 흐름의 함수로서 제어하도록 구성되는 전용 FRC 제어기(36)를 가진다. 시스템(32)은 도 1 에서 획득된 흐름의 비율을 제공하도록 구성되는데, 하지만 하나의 스테이지에서는 흐름 라인에 대한 제어 함수는 흐름 라인에서 발생하는 흐름에서의 각각의 변화에 대해 실질적으로 동일한 응답 시간으로써 안정화한다. 이것은 밸브의 하나의 쌍을 제어하기 위하여 제 1 DAO 제어 모듈을, 유닛(32)의 밸브의 다른 쌍을 제어하기 위하여 제 2 DAO 제어 모듈을, 그리고 제 1 및 제 2 DAO 제어 모듈로의 바이어스된 전류를 제공하기 위하여 제 3 DAO 제어 모듈을 채용함으로써 달성된다. 제어기(36)는 밸브의 두 개의 쌍을 제어하기 위한 제공 DAO 제어를 제어하기 위하여 필요한 기능성을 제공하기 위하여(바람직하게는 소프트웨어로) 구성된다.
도 4 는 DAO 제어 모듈에 의하여 제어되는 밸브의 각각의 쌍에 대한 반대칭 피드백 제어 장치의 일 실시예의 기능성 블록도를 도시한다. 40 으로 도시되는 피드백 제어 장치는 시스템(32)의 밸브의 대응하는 쌍을 r1=Q1/(Q1+Q2)의 비율이 실질적으로 r3=Q3/(Q3+Q4)와 동일하고 r2=Q2/(Q1+Q2)가 실질적으로 r4=Q4/(Q3+Q4)와 동일하도록 하는 방식으로 제어하기 위하여 사용된다. 피드백 제어 시스템은, 비록 시스템이 다른 형태로 구현될 수 있지만, 바람직하게는 전용 FRC 제어기(36)(도 3 의)에서 실행되는 소프트웨어에서 달성된다. 피드백 제어 장치는 DAO 제어 모듈(42)을 포함한다. 모듈(42)은 유량비 r sp 에 대한 신호 세트 포인트를 나타내는 신호를 수신하기 위한 합산 정션(44)으로의 입력, 및 피드백 장치의 측정된 유량비 r m 을 나타내는 신호를 수신하기 위한 다른 입력을 포함한다. 각각의 유닛의 합산 정션(44)은 세트포인트 비율 및 측정된 비율 입력 r sp 및 r m 사이의 에러 신호를 계산하고, 이러한 에러 신호를 SISO(단일 입력, 단일 출력) 제어기(46)로 공급하는데, 이것은 예를 들어 PID 제어기일 수 있다(하지만 제어기의 다른 타입이 사용될 수 있음). 제어기(46)의 출력은 제 1 합산 정션(48)에 그리고 인버터(50)를 통하여 제 2 합산 정션(52)에 연결된다. 제어기(46)의 출력은 제어 전류 I c 이다. 제어 전류 I c 는 합산 정션(48)으로 인가되고, 그리고 합산 정션(52)으로 인가되기 이전에 인버터(50)에 의하여 반전된다. 고정된 바이어스 전류 입력 Io는 합산 정션(48)에서 신호 I c 에 가산되고, 합산 정션(52)에서 반전된 신호(-I c )에 가산된다. 그러면 합산 정션(48 및 52) 으로부터의 합산된 신호들은 각각 선형 포화기(LSAT)(54 및 56)의 대응하는 입력으로 인가되는데, 이것은 이제 밸브 제어 전류(I1 및 I2)를 제공하도록 각각 연결된다. 밸브 제어 전류(I1 및 I2)는 제어되는 중인 밸브의 쌍의 대응하는 밸브(58 및 60)로 인가된다. 밸브(58)를 통과하는 흐름은 대응하는 유량 센서(62)에 의하여 측정된다. 센서(62)의 출력은 밸브(58)를 통과하는 유속 Q1을 나타낸다. 이와 유사하게, 밸브(60)를 통과하는 흐름은 대응하는 유량 센서(64)에 의하여 측정된다. 센서(64)의 출력은 밸브(60)를 통과하는 유속 Q2를 나타낸다. 두 개의 출력이 비율 Q 2 /( Q 1 + Q 2 ) 의 측정을 제공하기 위하여 비율 측정 블록(66)으로 제공된다. 이러한 비율은 합산 정션(44)으로의 피드백 경로에서 제공되는 측정된 비율 r m 을 나타낸다. 출력 신호 r m 은 제어 피드백 장치로서의 합산 정션(44)에서 세트 포인트 r sp 로부터 감산된다.
4 채널 유량비 제어 시스템(32)의 적어도 두 개의 실시예의 다른 설명과 연계하여, 듀얼 반대칭 제어 모듈은 3 개의 입력 및 두 개의 출력을 가지는 도 5 에 도시되는 타입의 블록인 것으로 간주되어야 한다. 3 개의 입력은 사용자에 의하여 선결정되는 원하는 흐름의 비율로서의 유량비 세트포인트 r sp , 유량 센서로부터의 감지된 출력 흐름(들)에 의하여 측정된 바와 같은 측정된 유량비 r m , 및 최적 바이어스 전류를 설정하기 위한 최적 바이어스 전류 I o 인데, 이것은 일반적으로 개방된 밸브에 대해서는 최소 허용가능 밸브 전류이고, 일반적으로 닫힌 밸브에 대해서는 밸브를 완전히 개방된 상태로 유지하기 위한 최대 허용가능 밸브 전류이다. 출력 전류 I 1 및 I 2 는 대응하는 밸브로 인가되는 밸브 구동 전류이다.
도 6 및 도 7 은 본 명세서에서 제공된 교시에 따라서 구성되는 4 채널 유량비 제어기 시스템의 두 개의 실시예를 도시한다. 유량비 제어를 하나의 스테이지에서 달성하기 위하여, 도 6 및 도 7 의 실시예는 듀얼 반대칭 최적 제어의 장점을 통합하기 위하여 도 4 및 도 5 와 연계하여 설명된 타입의 3 개의 DAO 모듈을 이용한다. 유닛 제어기(36)는 실제 하드웨어가 필요하지 않다는 의미에서 가상인 듀얼 반대칭 최적 제어 알고리즘(도 6 에서 가상 DAO 모듈(100)에 의하여 그리고 도 7 에서는 110 에 의하여 표시됨)을 포함하도록 고유하게 구성된다. 대신에, 가상 DAO 모듈의 두 개의 출력 전류 I o1 및 I o2 는 유닛 제어기(36)에 의하여 (1) 세트포인트 비에 대한 사용자 설정율 r sp ,0 (2) 총 흐름 Qt (이것은 센서(37-1, 37-2, 37-3 및 37-4)의 출력 모두의 합의 함수임)에 상대적인, 채널 중 두 개의 측정된 유속, 예를 들어 설비 중 하나로 제공되는 센서(37-1 및 37-2)(도 3 의)의 출력; 및 (3) 설명된 바와 같이, 일반적으로 개방된 밸브를 사용할 때는 최소 허용가능 밸브 전류로서 그리고 일반적으로 닫힌 밸브를 사용할 때는 최대 값인 최적 바이어스 전류I o0 의 함수로서 생성된다. I o1 및 I o2 의 값은 바람직하게는 유닛 제어기(36)에서 동작하는 소프트웨어에서 결정된다. 이러한 장치에서 두 개의 전류 I o1 및 I o2 는 바이어스 전류를 도 6 에서 102 및 104 로 표시되고 도 7 에서 112 및 114 로 표시되는 실제 흐름 분할기로 제공한다. 이러한 전류 중 하나는 위에서 제공된 고려사항에 따라 결정된 최적 바이어스 전류이다. 최적 바이어스 전류는 밸브가 완전히 개방될 때 최저 최대 흐름을 가지는 밸브(58 또는 60)를 가지는 도 6 의 실제 흐름 분할기(102 또는 104)로, 그리고 도 7 의 실제 흐름 분할기(112 또는 114)로 인가된다. 만일 이러한 밸브가 일반적으로 개방된 밸브라면, 이러한 최적 바이어스 전류는 제로이고, 만일 밸브가 일반적으로 닫힌다면, 최적 바이어스 전류는 그 밸브에 대한 최대 밸브 제어 전류이다. 도 4 에 도시된 바와 같이 바이어스 전류 I o1 및 I o2 는 개별적인 DAO 제어 모듈(42)의 합산 정션(48 및 52)으로 인가된다.
도 6 의 실시예에서, 4 채널 유량비 제어기 시스템(도 3 에서 32 로 예시됨)은 흐름을 두 개의 챔버(들) 및/또는 설비(들) 사이에서 균일하게 분할함으로써, 흐름의 공칭적으로 50%가 각각의 챔버/설비로 흘러가고 가상 흐름 분할기에 대한 비율 세트포인트는 그러므로 r sp,0 = 50%가 되게 하고, 그리고 이들 각각을 분할하여 그 설비로의 총 흐름에 상대적인 각각의 설비(예를 들어, 샤워 헤드 설비의 외부 부분)의 일부로의 흐름의 비율이 각각의 설비에 대하여 동일하도록 한다. 일반적으로, 가상 흐름 분할기에 대한 비율 세트포인트는 제 1 챔버/설비로 흘러가는 제 1 쌍을 이룬 채널의 유량비 세트포인트의 합이며, 즉
r sp ,0 = r 1 + r 2
이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 흐름은 흐름 분할기(102)에 의하여 (1) r 1 /( r 1 + r 2 )와 동일한 세트 포인트 비율 r sp,11 ; (2) Q 1 /( Q 1 + Q 2 )와 같은 (유량 센서(62 및 64)로부터의) 측정된 유량비 r m ,11 ; 및 (3) 가상 흐름 분할기(100)로부터의 바이어스 전류 I o1 의 함수로서 분할된다. 이와 유사하게, 흐름은 흐름 분할기(104)에 의하여(1) r 4 /( r 3 + r 4 )와 동일한 세트 포인트 비율 r sp,12 ; (2) Q 4 /( Q 3 + Q 4 )와 동일한 (그 분할기의 유량 센서(62 및 64)로부터의) 측정된 유량비 r m,12 ; 및 (3) 가상 흐름 분할기(100)로부터의 바이어스 전류 I o2 의 함수로서 분할된다. 실제 흐름 분할기 각각의 출력은 밸브의 개별 쌍의 밸브(58 및 60)를 제어하기 위한 적합한 구동 전류 I 1 , I 2 , I 3 및 I 4 를 제공한다.
도 7 에서 예시된 제 2 실시예는 흐름을 수신하는 설비 또는 챔버 사이에서 흐름을 사용자에 의하여 설정된 비율 세트 포인트 r sp,0 에 따라 분할하는 가상 분할기(110)를 포함하는 4 채널 유량비 제어기 유닛(도 3 에서 32 로 예시됨)이다. 예를 들어, 만일 흐름이 (a) 예를 들어 분할기(112)에 의하여 제어되는 두 개의 샤워 헤드의 외부 부분 및 (b) 분할기(114)에 의하여 제어되는 두 개의 샤워 헤드의 내부 부분 사이에서 분할되어야 한다면, 두 개의 바이어스 전류 출력 I o1 및 I o2 는 (1) 입력 최적 바이어스 전류 I o0 , (2) 두 개의 비율 r 1 및 r 4 의 합산의 비율과 동일한 세트 포인트 r sp,0 및 (3) 측정된 유량비(Q 1 + Q 4 )/Q t 와 동일한 측정된 비율 r m0 의 함수이다. 흐름 분할기(112)가 동일한 유속을 두 개의 설비 또는 챔버의 동일한 부분으로 제공하여야 하기 때문에, 출력 제어 전류 I 1 및 I 4 는 (1) 세트 포인트 비율 r sp,11 (50%에 대해 설정됨), (2) Q 1 /(Q 1 + Q 4 의 측정된 유량비와 동일한 측정된 비율 r m,11 및 (3) 가상 흐름 분할기(110)로부터의 바이어스 전류 출력 I o1 의 함수이다. 이와 유사하게, 흐름 분할기(114)가 동일한 유속을 두 개의 설비 또는 챔버의 동일한 부분으로 제공하여야 하기 때문에, 출력 제어 전류 I 2 및 I 3 는 (1) 세트 포인트 비율 r sp,12 (50%에 대해 설정됨), (2) Q 2 /(Q 2 + Q 3 의 측정된 유량비와 동일한 측정된 비율 r m,12 및 (3) 가상 흐름 분할기(110)로부터의 바이어스 전류 출력 I o2 의 함수이다. 실제 흐름 분할기 각각의 출력은 밸브의 개별 쌍의 밸브(58 및 60)를 제어하기 위한 적합한 구동 전류 I 1 , I 2 , I 3 및 I 4 를 제공한다.
다시 말하건대, 각각의 설비의 각각의 부분으로의 실제 흐름이 흐름 조건의 변화 및 각각의 흐름 경로에 걸친 컴포넌트 부분들을 고려하여 조절되어야 한다는 것에 주의한다. 따라서, 위에서 설명된 예에서, 흐름은 다른 설비의 외부 부분으로의 흐름과 비교할 때 하나의 설비의 외부 부분으로의 전체 흐름의 50%보다 실제로 더 클 수 있고, 각각의 설비에 대한 두 개의 흐름 분할기에 의해 나누어진 흐름은 이러한 변화를 고려하면 상이할 수도 있다. 일반적으로, 도 7 의 흐름 분할기(112)로의 유량비 세트포인트는 제 1 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율이며, 즉
Figure 112014041004772-pct00005
이고,
흐름 분할기(114 로의 유량비 세트포인트는 제 2쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율이며, 즉
Figure 112014041004772-pct00006
이다.
다시 말하건대, 도 6 및 도 7 의 장치들은 유닛 제어기(36)가 3 개의 듀얼 반대칭 최적 제어 모듈(도 6 의 하나의 가상 흐름 분할기(100) 또는 도 7 의 110, 및 도 6 의 두 개의 실제 흐름 분할기(102 및 104) 또는 도 7 의 112 및 114 로 표시됨)을 실행시키도록 구성되는 듀얼 반대칭 최적 제어의 장점을 이용한다. 가상 흐름 분할기(100 또는 110)는 도 1 의 업스트림 흐름 분할기(10A)와 유사한 기능을 가지는데, 하지만 도 1 의 10A와 비교할 때 실제 하드웨어에 대한 필요성이 없다는 의미에서 이것은 가상적이다. 대신에, 가상 DAO 모듈(100 또는 110)의 두 개의 출력 전류 I o1 및 I o2 는 유닛 제어기(36)에 의하여 (1) 세트포인트 비율에 대한 사용자 설정 r sp,0 ; (2) 대응하는 채널의 측정된 유량비; 및 (3) 설명된 바와 같이 일반적으로 개방된 밸브를 이용할 때에는 제로이고 일반적으로 닫힌 밸브를 이용할 때에는 최대 값인 최적 바이어스 전류 I o0 의 함수로서 생성된다. 따라서 I o1 및 I o2 의 값은 유닛 제어기(36)에서 DAO 알고리즘에 의하여 결정될 수 있다. 이러한 장치에서, 가상 DAO 모듈로부터의 두 개의 출력 전류 I o1 및 I o2 는 도 6 의 실제 흐름 분할기(102 및 104) 또는 도 7 의 도 112 및 114 로 바이어스 전류를 제공한다. 이러한 전류 중 하나는 위에서 제공된 고려사항에 따라 결정된 최적 바이어스 전류이다. 최적 바이어스 전류는 밸브가 완전히 개방될 때 최대 허용 전도도를 가지는 밸브(58 또는 60)를 가지고 도 6 에서 흐름 분할기(102 또는 104)로, 또는 도 7 에서 112 또는 114 로 인가된다. 만일 이러한 밸브가 일반적으로 개방된 밸브라면, 이러한 최적 바이어스 전류는 제로이고, 만일 밸브가 일반적으로 닫힌다면, 최적 바이어스 전류는 최대 밸브 제어 전류이다. 도 4 에 도시된 바와 같이 바이어스 전류 I o1 및 I o2 는 개별적인 DAO 제어 모듈(42)의 합산 정션(48 및 52)으로 인가된다. 따라서, 도 6 및 도 7 각각에서, DAO 장치 내의 모든 SISO제어기의 출력은 각 유닛의 밸브로 인가되기 이전에 분할되고 변경된다. 하나의 흐름 분할기(도 6 에서 흐름 분할기(102 또는 104), 그리고 도 7 에서 흐름 분할기(112 또는 114))로 인가되는 밸브 제어 커맨드는 다른 것에 인가되는 밸브 제어 커맨드에 대하여 가상적으로 반대칭이다. 이러한 두 개의 밸브 커맨드가 두 개의 포화 한계 중 하나로서의 최대 허용가능 밸브 전도도 포지션을 가지는 개별적인 선형 포화기를 통해 지나간다는 사실 때문에, 알짜 효과는 유닛들 중 하나의 두 개의 밸브가 시간의 임의의 시점에서 최대 허용가능 밸브 통전 포지션에 있는 반면에, 다른 것은 가상 유량비를 유지하기 위하여 능동적으로 제어된다는 것이다. 그러므로, 반대칭 최적 제어 알고리즘은 임의의 시점에서 최대 허용가능 총 밸브 전도도를 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 최대 총 밸브 전도도는 비율, 흐름 및 업스트림 압력에 대한 고속 안정화 시간, 및 유량비 제어기 양단의 낮은 압력 강하를 제공할 것이다. 따라서, 반대칭 최적 제어 알고리즘은 유량비 제어기의 제어 성능을 크게 개선한다.
실시예들이 4 채널 가스 전달 시스템으로서 설명되었지만, 본 명세서에서 설명되는 원리는 적어도 두 개의 DAO 제어 모듈을 채용하는 임의의 멀티-채널 가스 전달 시스템에 적용된다는 것에 주의한다.
논의된 컴포넌트, 단계, 피쳐, 오브젝트, 이점 및 장점은 단지 예시일 뿐이다. 이들 중 어느 것도 또한 이들에 관련된 어떤 논의도 어떠한 방법으로도 보호 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 다수의 다른 실시예도 역시 고찰된다. 이것은 더 적은, 추가적인, 및/또는 상이한 컴포넌트, 단계, 피쳐, 오브젝트, 이점 및 장점을 가지는 실시예를 포함한다. 또한 이것은 컴포넌트 및/또는 단계가 상이하게 구현 및/또는 순서결정되는 실시예를 포함한다.
그렇지 않다고 진술되지 않는 한, 후속하는 청구항 내에 있는 것을 포함하여 본 명세서에서 진술되는 모든 측정치, 값, 등급(ratings), 포지션, 크기, 사이즈, 및 다른 사양은 정확한 것이 아니고 근사치이다. 이들은 그들이 관련되며 당업계에서 통상적인 기능과 일관적인 타당한 범위를 가지도록 의도된다.
본 개시물에서 인용된 바 있는 모든 문헌, 특허, 특허 출원, 및 다른 공개 문서는 여기에서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
청구항에서 사용될 경우 어구 "~하기 위한 수단"은 설명된 바와 같은 대응하는 구조 및 물질 및 그들의 균등물을 포함하는 것으로 의도되고 해석되어야 한다. 이와 유사하게, 청구항에서 사용될 경우 어구 "~하기 위한 단계"는 설명된 바와 같은 대응하는 동작 및 그들의 균등물을 포함하는 것으로 의도되고 해석되어야 한다. 청구항에 이러한 어구가 없다는 것은 대응하는 구조, 물질, 또는 동작으로 또는 그들의 균등물로 제한될 것으로 의도되지 않으며 그렇게 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 의미한다.
청구항에 인용되는 지와 무관하게, 언급되거나 예시된 바 있는 어느 것도 임의의 컴포넌트, 단계, 피쳐, 오브젝트, 이점, 장점, 또는 균등물을 공중의 재산으로 바치는 것을 야기하는 것으로 의도되거나 해석되어서는 안 된다.
보호 범위는 오직 이제 후속하는 청구항에 의해서만 한정된다. 그 범위는, 본 명세서 및 후속하는 심사 이력에 비추어 해석될 때의 청구항에서 사용된 언어의 의미와 일관되는 정도로 넓게 그리고 모든 구조적 및 기능성 균등물을 망라하는 것으로 의도되며 해석되어야 한다.

Claims (52)

  1. 4 채널 가스 전달 시스템으로서,
    입구 채널;
    4 개의 출구 채널;
    4 개의 제어 밸브로서, 각각의 밸브는 입구 채널로부터 출구 채널 중 대응하는 하나를 통과하는 흐름을 제어하도록 구현되는, 제어 밸브; 및
    유량비 제어 시스템으로서, 입구 채널로부터 대응하는 출구 채널을 통과하는 상기 흐름을 제어하도록 구성되어 다음 비율들:
    (a) 제 1 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 1 비율;
    (b) 제 2 쌍의 출구 채널들 사이의 흐름의 제 2 비율; 및
    (c) 출구 채널의 제 2 쌍에 상대적인 출구 채널의 제 1 쌍 사이의 흐름의 제 3 비율이 제어되도록 하는, 유량비 제어 시스템을 포함하고,
    상기 제 3 비율은 상기 밸브 중 적어도 하나의 쌍에 각각 인가되는 적어도 하나의 바이어스 신호를 생성함으로써 제어되고, 상기 바이어스 신호는 상기 제 3 비율의 선결정된 세트 포인트 및 상기 제 3 비율의 측정된 값의 함수인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    대응하는 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름을 감지하도록 구현되는 4 개의 유량 센서를 더 포함하고,
    모든 3 개의 유량비의 측정된 값은 상기 유량 센서를 통해 감지된 흐름의 함수인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량비 제어 시스템은 상기 출구 채널의 제 2 쌍에 상대적인 상기 출구 채널의 제 1 쌍 사이의 흐름을 제 3 비율 세트 포인트의 함수로서 제어하도록 구성되는 반대칭 피드백 제어 장치(antisymmetric feedback control arrangement)를 포함하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량비 제어 시스템은, 측정된 제 3 비율을 선결정된 세트 포인트와 동일하게 유지하기 위하여 출구 채널의 제 2 쌍에 상대적인 출구 채널의 제 1 쌍 사이의 흐름의 제 3 비율을 제어하기 위한 피드백 제어 장치를 포함하는 듀얼 반대칭 최적 제어 모듈을 포함하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 듀얼 반대칭 최적 제어 모듈은 소프트웨어로 구현되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 비율의 세트 포인트는 상기 제 1 쌍 흐름 채널 상의 유량비 세트포인트들의 합산인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 비율의 각각의 세트 포인트는 쌍을 이룬 흐름 채널들에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름을 측정하도록 구현되고 각각의 출구 채널을 통과하는 측정된 흐름을 나타내는 흐름 측정 신호를 제공하기 위한 4 개의 유량계를 더 포함하고,
    상기 각각의 밸브는 상기 흐름 측정 신호 중 적어도 하나에 응답하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    모든 3 개의 비율의 측정된 값은 상기 4 개의 출구 채널과 연관된 흐름 측정 신호의 함수로서 결정되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량비 제어 시스템은 상기 출구 채널을 통과하는 흐름의 제 1, 제 2 및 제 3 비율을 유지하기 위하여, 상기 출구 채널을 통과하는 질량 흐름(mass flow)의 반대칭 최적(antisymmetric optimal) 제어를 제공하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 밸브 각각에 대한 밸브 제어 신호를 생성하기 위한 3 개의 듀얼 반대칭 최적(dual antisymmetric optimal; DAO) 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 밸브의 각각은 대응하는 밸브 제어 신호에 응답하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 바이어스 신호는 상기 밸브의 적어도 하나의 쌍에 인가되는 밸브 제어 신호에 가산되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 바이어스 신호는 상기 밸브의 다른 쌍에 인가되는 밸브 제어 신호에 가산되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 바이어스 신호 중 하나는 상기 밸브 중 적어도 하나를 최대로 허용가능한 개방 포지션에서 유지하기 위한 바이어스인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브는 일반적으로 개방된 밸브이고 상기 하나의 바이어스 신호는 최소로 허용가능한 밸브 전류인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브는 일반적으로 닫힌 밸브이고, 상기 하나의 바이어스 신호는 상기 밸브를 상기 최대로 허용가능한 개방 포지션에서 유지하기 위하여 요구되는 최대로 허용가능한 밸브 전류인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량비 제어 시스템은 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하기 위하여 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈, 및 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율을 제어하기 위하여 구성 및 구현되는 가상 DAO 제어 모듈을 포함하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈은 상기 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 전류를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율의 함수로서 결정하기 위하여 구성 및 구현되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 50%에서 설정되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 r1/(r1+r2)에 대하여 설정되고,
    r1 및 r2는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 r4/(r3+r4)에 대하여 설정되고,
    r3 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 다른 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 r1+r4에 대하여 설정되고,
    r1 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍 흐름 채널 상의 유량비 세트포인트들의 합산인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 상기 제 2 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  28. 4 채널 가스 전달 시스템으로서,
    입구 채널;
    4 개의 출구 채널;
    4 개의 제어 밸브로서, 각각의 밸브는 입구 채널로부터 출구 채널 중 대응하는 하나를 통과하는 흐름을 제어하도록 구성되는, 제어 밸브; 및
    유량비 제어 시스템으로서, 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하기 위하여 개별적인 제어 밸브를 제어하도록 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈 및 상기 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율을 제어하도록 구성 및 구현되는 가상 DAO 제어 모듈을 포함하는, 유량비 제어 시스템을 포함하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈은 상기 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 전류를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율의 함수로서 결정하기 위하여 구성 및 구현되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈은 상기 DAO 제어 모듈의 각각에 바이어스 전류를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈들 사이의 흐름의 비율의 함수로서 제공하고, DAO 제어 모듈의 각각은 바이어스 전류의 쌍을 두 개의 대응하는 출구 채널들을 통과하는 유속을 제어하기 위하여 사용되는 제어 밸브 중 두 개로 제공하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 50%에서 설정되는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 r1/(r1+r2)에 대하여 설정되고,
    r1 및 r2는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 r4/(r3+r4)에 대하여 설정되고,
    r3 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 다른 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 r1+r4에 대하여 설정되고,
    r1 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 다른 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 4 채널 가스 전달 시스템.
  37. 제 28 항에 있어서,
    상기 가상 DAO 제어 모듈의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍 흐름 채널 상의 유량비 세트포인트들의 합산인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 상기 제 2 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 4 채널 가스 전달 시스템.
  40. 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름을 제어하기 위한 멀티-채널 가스 전달 시스템으로서,
    유량비 제어 시스템으로서, 상기 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 제어하도록 구성 및 구현되는 두 개의 듀얼 비대칭 최적(DAO) 제어 모듈, 및 상기 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 제어 신호를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하도록 구성 및 구현되는 신호 발생기를 포함하는, 유량비 제어 시스템을 포함하는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 제어 신호를 개별적인 DAO 제어 모듈의 상기 두 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율의 비율 세트포인트, 개별적인 DAO 제어 모듈의 상기 두 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 측정된 비율, 및 바이어스 전류의 함수로서 생성하는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    각각의 출구 채널을 통과하는 상기 흐름은 밸브 구동 신호에 응답하여 제어 밸브에 의하여 제어되고, 대응하는 제어 신호는 각각의 DAO 제어 모듈에 의하여 생성된 구동 전류에 가산되는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 신호 발생기의 비율 세트 포인트는 50%에서 설정되는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 r1/(r1+r2)에 대하여 설정되고,
    r1 및 r2는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 r4/(r3+r4)에 대하여 설정되고,
    r3 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 다른 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  46. 제 41 항에 있어서,
    상기 신호 발생기의 비율 세트 포인트는 r1+r4에 대하여 설정되고,
    r1 및 r4는 총 흐름에 상대적인, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 대응하는 출구 채널을 통과하는 흐름의 비율인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율의 세트 포인트는 50%에 대하여 설정됨으로써, 상기 하나의 DAO 제어 모듈의 출구 채널을 통과하는 유속이 동일하게 하는, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  49. 제 41 항에 있어서,
    상기 신호 발생기의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍 흐름 채널 상의 유량비 세트포인트들의 합산인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 하나의 비율 세트 포인트는 상기 제 1 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 DAO 제어 모듈 중 다른 것의 비율 세트 포인트는 상기 제 2 쌍을 이룬 흐름 채널에서의 유량비 세트포인트들 사이의 상대적인 비율인, 멀티-채널 가스 전달 시스템.
  52. 입구 채널로부터 4 개의 출구 채널을 통과하는 흐름의 상대적인 비율을 두 개의 듀얼 비대칭 최적(dual asymmetric optimal; DAO) 제어 모듈을 사용하여 제어하기 위하여 4 개의 제어 밸브를 제어하는 방법으로서,
    상기 두 개의 DAO 제어 모듈의 각각에 대한 바이어스 제어 신호를 상기 두 개의 DAO 제어 모듈을 통과하는 흐름의 비율의 함수로서 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
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