KR20050026393A - 질량 유량 검출 장치를 보정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

유체 유량을 검출하는 시스템 및 방법으로서, 도관(310)을 통과하는 유체가 센서 전자장치 제어 수단(350)에서 유체 유량을 나타내는 신호를 발생시키는 검출 전자장치(330, 320, 340)를 통과한다.

Description

질량 유량 검출 장치를 보정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MASS FLOW DETECTION DEVICE CALIBRATION}

본 발명은 측정 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면 유사한 측정 장치간의 물리적인 차이를 보정함으로써 질량 유량 측정치의 정밀도를 개선하고 유체를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

열식 질량 유량 제어기(MFC)는 가스가 통과하는 모세관 배관의 가열 부분의 상류측과 하류측간의 온도차를 검출하여 가스의 유량을 측정한다. 상류측 센서와 하류측 센서간의 온도차는 가스의 비열이나 열 용량 및 가스 유동과 (1차 계수로) 정비례한다.

열식 MFC는 하나의 가스로 보정되며, 다른 상이한 가스를 사용하는 것이 일반적이다. 반도체 산업에서 약 200개의 순수 가스와 300개의 혼합물을 사용하기 때문에, 상이한 보정 가스를 사용한다. 여러 가지 이유로 이러한 가스 모두로 MFC를 보정하는 것은 실제로 불가능하다. 한가지를 예로 들면, 가스의 개수가 매우 많은 것이다. 이러한 문제는 제작자가 다수의 상이한 유형의 MFC(그 각각은 각각의 가스에 의하여 보정되어야 한다)를 보유할 수도 있다는 사실에 의하여 더욱 악화된다. 또 다른 문제점은 몇몇 가스가 부식성이라서 그 가스를 사용하여 MFC를 보정하는 것이 바람직하지 않다는 것이다. 그러므로, MFC는 처리 가스를 모방하는 가스(바람직하게는, 불활성)로 보정되는 것이 일반적이다. 예를 들면, HCl3과 같은 무거운 처리 가스에 대한 보정은 SF6과 같은 무거운 보정 가스로 수행될 수도 있다.

또한, 가스의 특성이 상이하므로, 상류측 센서와 하류측 센서 간의 동일한 온도차가 가스의 상이한 유량에 대응할 수 있는 것에 주목하여야 한다. 가스 보정 계수를 사용하여 이러한 상이한 가스간의 유량 차이를 추정한다. 가스 보정 계수는 유체 동력학의 효과를 무시하고 장치의 기본 선형성에 의존하여 계산하는 것이 일반적이다. 가스 보정 계수는 통상적으로 처리 가스와 보정 가스의 열 용량 비이다. 종래에는, MFC의 모든 모델에 대하여 단일의 가스 보정 계수(단일의 상수값)를 사용하는 것이 보편적이며, 특정 처리 가스에 대해서는 전체 유동 범위를 사용하였다. 어떤 제작자는 ±5%의 특정 정밀도로 20년 이상 동안 동일한 가스 보정 계수를 사용하였다.

수년 동안, 특정 가스 보정 계수의 정밀도는 경우에 따라서 이의가 제기되었다. 이것은 이러한 특정 보정 계수에 대한 적정 값의 재결정을 촉진하게 되었다. 가스 보정 계수의 정밀도를 주기적으로 재확인하는 것에 불구하고, 측정 장치의 전체 정밀도는 선형성의 가정에 의하여 여전히 제한받고 있다.

반도체 업계는 발전하고 있고 또한 처리 제어 요구가 증가하고 있기 때문에, 질량 유량 제어기를 포함하여 처리 제어 기구의 정밀도에 특히 중점을 두고 있다. 가스의 열 용량에 기초하여 가스 보정 계수를 추정하기 위한 단순한 모델이 대부분의 반도체 가스에 대하여 잘 동작하지만, 실험된 몇몇 가스는 5%를 초과하여 (질소에 대하여) 비선형성을 갖는다. 비선형성을 5% 미만으로 제한하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 어느 한 공구가 전체 규모가 200sccm(standard centimeter cube per minute)인 BCl3 MFC를 사용할 수 있다. 상기 200sccm의 BCl3 장치는 489sccm의 질소 당량 유동을 포함한다. 즉, BCl3의 200sccm 유동은 질소의 489sccm 유동과 동일한 센서 출력을 발생시킨다. 200sccm BCl3의 비선형성을 도 1에 도시하였다. 본 도면은 질소 가스에 대하여 일정한 가스 보정 계수를 사용하는 경우에 유량 함수로서 유동 측정치에 존재하는 오차를 나타낸다.

실질적으로 모든 처리 가스의 경우에, 센서를 통과하는 유량이 2sccm(질소 당량) 미만으로 제한받으면, 비선형성은 5% 미만이다. 센서를 통과하는 유량이 2sccm(질소 당량) 보다 크면, 상당한 비선형성이 존재할 수도 있다. 도 1에 도시된 예의 경우에, 200sccm의 유량에서 센서의 오차는 3.9sccm(질소 당량)이다.

비선형성의 원인은 가정된 처리 가스에 대한 대리 가스의 관계의 와해에 기인한다. 비선형성이 현저하게 되는 포인트는 두 개의 파라미터[감지기를 통과하는 가스 유동 및 가스 특성(특히 열 용량에 대한 열 전도성의 비)]의 함수이다. 비선형성은 가스가 MFC 센서 내부에서 완전히 열적으로 발달하지 않은 사실에 기인한다. 초등 이론(elementary theory)은 유동이 완전히 열적으로 발달한 것을 가정하고 있다. 열적으로 완전히 발달되는 가스의 성능은 센서를 통과하는 가스 유동과 가스 특성의 상관요소이다. 센서를 통과하는 유량은 조절 가능하지만, 가스 특성은 불변이다. 센서를 통과하는 유량이 일정하면, 큰 비선형성을 갖는 가스는 가스 특성을 검사함으로써 확인될 수 있다. 이러한 평가는 실제로 모든 에칭 및 화학적 기상 증착 가스에 대하여 수행될 수 있다. 이러한 문제를 보인 일부 가스를 확인하였으며, 그것을 표 1에 나타내었다.

표 1. 비선형성이 큰 가스

가스	K/Cp (비, 상대 단위)
WF6	1.97E-01
HBr	2.10E-01
Bcl3	2.26E-01
Cl2	2.66E-01

표 1에 기재된 정보는 실험적으로 확인된 것이다. 열 전도도 대 열 용량 비가 낮은 가스는 완전히 발달한 열적 프로파일을 성취하는 것이 곤란하다. 표 1에서, 가장 비선형성인 가스는 WF6이고 그 다음이 HBr이다. 이것은 실험 데이터와 일치한다.

일부 반도체 처리 가스가 큰 비선형성을 나타내기 때문에, MFC의 전자장치로 비선형성을 보상하는 시도가 있었다. 기존의 MFC 구조에 있어서, 이것은 사용된 가스의 유량 함수인 보정 계수를 사용함으로써 달성되었다. 가스 보정 계수(보정 가스와 처리 가스 간의 관계)는 다음과 같은 함수로 주어지는 것이 일반적이다.

CF=Cf_o(1+aF+bF²+cF³)

여기에서, Cf_o는 유량 독립 가스 보정 계수(종종, "가스 보정 계수"라고 불리움)이고, F는 가스 유량이며, a, b 및 c는 가스 특정 실험 또는 이론 계수이다. 이러한 유형의 방정식은 모든 항목이 가스 비일 수 있기 때문에 상이한 가스에 적용할 수 있다. 또한, 이러한 유형의 함수가 상이한 구조에 채택될 수 있도록 상이한 TMFC 구성에 대하여 일군의 곡선을 개발할 수 있다. 유량 종속 가스 보정 계수를 사용하여 ±1%의 처리 정밀도를 산출하였다.

유량 종속 가스 보정 계수를 사용하면 1%의 정밀도가 통상적이지만, 상이한 MFC의 정밀도에서의 오차는 제조 공차의 결과로서 변화하며, 정밀도 범위는 이상에 입각하여 거의 벨형인 분포를 형성한다. 따라서, 1%의 오차가 통상적일 수도 있지만, 1%를 초과하는 오차를 갖는 다수의 MFC가 존재한다. 이러한 장치의 일부는 상기 통상적인 오차를 실질적으로 초과한다. 현재까지, 반도체 업계는 이러한 문제를 극복할 수 없으며, 처리 가스에 의하여 획득 가능한 정밀도는 판독치의 1% 이상으로 제한된다.

도 2를 참조하면, 구조가 동일한 다수의 MFC에 의하여 이루어진 측정치에서의 차이를 나타내는 표가 도시되어 있다. 각각의 곡선은 단일의 MFC에 의하여 수행된 측정치를 나타낸다. 곡선은 MFC 각각이 상이한 물리적 파라미터를 갖고 있기 때문에 다르며, 모든 파라미터는 MFC 구조의 제조 공차에 속한다. 대부분의 MFC는 서로 매우 밀접한 측정치를 제공한다. 그러나, MFC중 하나는 다른 MFC와 실질적으로 상이하며, 매우 높은 판독치를 생성한다.

상기 및 기타 본 발명의 장점은 하기의 상세한 설명으로부터 그리고 첨부도면을 참조함으로써 보다 명백하게 될 것이다.

도 1은 질소 가스에 대하여 일정한 가스 보정 계수를 사용하는 경우에 유동 함수로서 유동 측정치에 존재하는 오차를 나타내는 그래프이다.

도 2는 구조가 동일한 다수의 MFC에 의하여 이루어진 측정치에서 차이를 나타내는 그래프이다.

도 3은 일 실시예에서 MFC의 기본 구조를 나타내는 블록도이다.

도 4는 일 실시예에 따른 층류 제한기의 구조를 도시하는 다이어그램이다.

도 5는 일 실시예에 따른 열식 MFC의 센서 부분을 도시하는 다이어그램이다.

도 6은 일 실시예에 따른 MFC 전자장치의 기본 구조를 도시하는 기능적인 블록도이다.

도 7은 일 실시예에 따른 MFC가 작동하는 간단한 방법을 도시하는 흐름도이다.

본 발명을 다양한 변경 및 변형예로 이루어지기 쉽지만, 도면과 그 도면과 관련된 설명에서 특정 실시예만을 예로서 도시 및 기술하였다. 그러나, 도면 및 상세한 설명은 본 발명을 기술된 특정 실시예로 제한하고자 하는 의도가 아니라는 점을 이해하여야 한다. 본원은 청구범위에 의하여 한정된 것과 같은 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 수정, 균등물 및 변형을 포함하는 것을 의도하고 있다.

다수의 공업 공정의 처리 능력을 최적화하기 위하여 처리 가스에 의한 판독치의 1% 이상의 정밀도를 얻을 수 있는 성능이 중요하다. 종래 기술란에서 설명된 기술은 또 다른 상이한 유체(예를 들면, 처리 유체)에 의한 성능에 대하여 하나의 유체에 의한 유량계의 성능을 보정하도록 개발되는 모델을 고려한다. 본 기술은 유체 특성에서의 기본적인 차이를 보상할 수 있으며, 보다 간단한 모델(예를 들면, 상이한 열 용량에 대한 간단한 보정) 보다 높은 정밀도를 달성할 수 있지만, 그것은 대부분의 유량 기기가 직면하고 있는 기본적인 제한중 하나(최종 완성품에서 동일한 성능을 성취하기 위하여 부품 공차나 제조 공정과 관련된 장치별 차이점에 대하여 조정하는 방법)를 해결하지 못한다.

전술한 문제점 하나 이상은 본 발명의 여러 가지 실시예에 의하여 해결될 수 있다. 광의의 표현으로, 구조가 동일한 장치 각각의 차이점을 보정하기 위하여 장치 특정 정보를 사용하여 유체 유량의 측정치를 보정하는 시스템 및 방법을 포함한다. 종래 기술은 구조의 공차 내에서 장치 구조 및 변형을 보상하기 위한 수단을 제공하지 못한다. 실제로, 종래 장치는 통상 아날로그 방식이었기 때문에, 장치 정보를 저장하는 수단이나 이러한 정보를 보정 계수로 전환하여 최종 측정 차이를 보상하는 수단을 제공하지 못하였다.

일 실시예에서, 장치 특정 보정(device-specific calibration) 데이터를 제공하는 단계와, 유체 유량을 검출하는 단계와, 상기 검출된 유체 유량에 기초하여 측정된 유체 유량을 계산하는 단계와, 상기 측정된 유체 유량을 장치 특정 보정 데이터에 기초하여 보정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 보다 구체적으로 설명하면, 유체 유량 측정치는 다수의 보정 계수를 사용하여 보정된다. 상기 보정 계수 중 하나는 보정 가스와 상이한 가스의 사용에 대하여 보상하고, 다른 하나는 센서 감지도에서의 장치 편차를 보상하며, 또 다른 하나는 유량계를 통과하는 분류에서의 편차를 보상한다. 가스 보상 계수는 유량에 종속하며, CF=Cf_o(1+aF+bF²+cF³) 형태를 취한다. 센서 보정 계수는 1+αΔR 형태를 취한다. 상기 분류 보정 계수는 1-βΔADC(Sp/100)² 형태를 취한다. 센서 및 분류 보정 계수는 몇몇 실시예에서 상호 독립적으로 사용될 수 있다.

일실시예에서, 유체 유량 센서와; 장치 특정 보정 데이터를 저장하도록 구성된 메모리와; 상기 유체 유량 센서 및 메모리에 접속된 제어 전자장치를 포함하며, 상기 제어 전자장치는 상기 센서 및 장치 특정 보정 데이터에 의하여 검출된 유체 유량에 기초하여 측정된 유체 유량을 계산하도록 구성된 시스템이 제공된다. 보정 데이터는 보정 유체 및 처리 유체에서의 차이, 장치간의 센서 감지도에서의 차이 및 장치간의 분류비에서의 차이에 대한 보정 계수를 한정한다. 일실시예에서, 제어 전자장치는 CF=Cf_o(1+aF+bF²+cF³)(1+αΔR)(1-βΔADC(Sp/100)² 형태의 3개의 보정 계수를 적용하며, 제1, 제2 및 제3 항목은 각각 가스, 센서 및 분류 보정 계수에 대응한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 소프트웨어 용례를 포함한다. 이러한 소프트웨어 용례는 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, CD-ROM, DVD-ROM, RAM, ROM, DASD 어레이, 자기 테이프, 광 저장 장치 등과 같은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 채용된다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터가 전술한 방법을 실행할 수 있도록 구성된 명령을 포함한다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터 시스템의 일부를 형성하는 RAM 또는 메모리를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 본원에 따른 방법을 수행할 수 있으며, 청구범위의 범위에 속하는 것을 믿는다.

또한 다수의 실시예가 가능하다.

본 발명의 다양한 실시예는 종래 기술에 비하여 다수의 장점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 보정 유체 및 처리 유체간의 관계에서 유닛 또는 기기 일련번호 특정 보정치(serial number specific correction)를 구비할 수 있는 능력을 설정할 수 있다. 또한, 일실시예는 일련번호 특정 특성을 보상할 수 있는 능력을 제공하며 따라서 유량계 또는 제어기가 실제 처리 가스에 대하여 보다 정밀하도록 할 수 있다. 또한, 장치 또는 일련번호 특정 보정치를 구비함으로써 제조 공차는 폭넓은 허용 가능한 값의 범위를 갖게 하여, 비용을 낮추고 수율을 향상시킨다. 또한, 본원에 기술된 기술은 여러 가지 유형의 유체 유량계에서 가스 유량계까지 폭넓은 범위의 유량 기기에 적용할 수 있다(압력식 및 열식 모두).

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 본 실시예 및 하기의 다른 실시예는 예제적인 것으로, 본 발명을 예시하고자하는 것이지 제한하고자 하는 것이 아니라는 점에 주목하여야 한다.

광의의 개념으로, 본 발명은 장치 특정 정보(device-specific information)를 이용하여 질량 유량 제어기(MFC)의 정밀도를 개선하는 시스템 및 방법을 포함한다. 일 실시예에서, 제2 (처리) 가스를 사용하기 위하여 제1 (보정) 가스로 열식 MFC를 보정한다. MFC에 의하여 검출된 처리 가스의 유량은 보정 가스와 처리 가스간의 차이점을 차지하는 가스 보정 계수를 사용하여 보정된다. 또한, 검출된 유량은 하나 이상의 장치 특정 보정 계수를 사용하여 보정된다. 장치 특정 계수중 하나는 유동 센서의 저항에 기초하며, 상기 계수 중 다른 것은 MFC의 분류비(split flow ratio)에 기초한다. 보정 계수에 대응하는 데이터는 MFC 내부의 메모리에 저장되며, 유량 측정치를 조정하기 위하여 MFC 전자장치에 의하여 사용된다. 장치 특정 보정 계수를 사용하여 검출된 유량을 보정하면, 이들 MFC간의 제조상의 차이점에 기인하는 MFC간의 차이점 편차를 감소시키기 위한 수단이 제공된다.

도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 MFC의 기본 구조를 도시하는 블록도가 도시되어 있다. MFC(100)는 가스 공급원으로부터 처리 챔버까지의 처리 가스의 유동로에 배치된다. 처리 가스는 가스 공급원으로부터 센서(11)를 통과하고 다시 밸브(120)를 통해 처리 챔버까지 유동한다. 상기 센서(110)와 밸브(120)에는 제어 전자장치(130)가 접속되어 있다. 처리 가스가 센서(110)를 통과하여 유동할 때, 유량이 검출된다. 검출된 유량을 나타내는 신호가 제어 전자장치(130)에 공급된다. 제어 전자장치(130)는 수신된 신호를 처리하여 측정된 유량을 판단한다. 그리고, 측정된 유량을 유량 셋포인트(setpoint)와 비교하면, 처리 챔버에 대한 필요한 처리 가스의 유량이 나타나며, 밸브(120)에 전송되는 제어 신호를 발생시킨다. 측정된 유량을 유량 셋포인트까지 드라이브시킬 필요성이 있는 것과 관계없이, 제어 신호에 의하여 밸브(120)는 현재 유량을 증가, 감소 또는 유지하도록 조정한다.

본 발명의 일실시예는 열식 MFC에서 수행된다. 열식 MFC는 가스의 일부를 센서 튜브로 전환하고, 그 가스를 가열하며 가스 하류측의 온도 변화를 측정함으로써 처리 가스의 유량을 검출한다. 일반적으로, 온도 변화는 가스의 열 용량 (기지의 것)과 센서 튜브를 통과하는 유량에 종속한다. 그러므로, 센서 튜브를 통과하는 가스 유량은 계산될 수 있다. 따라서, 총 유량에 대하여 센서 튜브를 통과하는 유량의 비가 기지(旣知)이므로, 총 유량은 계산될 수 있다.

앞에서 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이, 총 유량의 계산은 실질적으로 모든 처리 가스에 대한 가스 보정 계수가 선형이기 때무에 낮은 유량으로 상당한 직선성을 갖는다. 따라서, 상이한 보정 가스에 대하여 MFC를 보정할 때, 일정한 보정 계수를 사용하여 처리 가스에 대하여 계산된 총 유량을 조정할 수 있다. 높은 유량에서 상이한 가스를 보정하기 위하여, 유량의 함수인 보정 계수를 사용하는 것이 필요하다. 전술한 바와 같이, 통상 본 경우에 사용되는 보정 계수는 다음과 같은 형태를 갖는다.

CF=Cf_o(1+aF+bF²+cF³)

여기에서, Cf_o는 유량 독립 가스 보정 계수(종종, "가스 보정 계수"라고 불리움)이고, F는 가스 유량이며, a, b 및 c는 가스 특정 실험 또는 이론 계수이다.

유량 종속 가스 보정 계수는 낮은 유량과 높은 유량에서 상이한 보정 가스 및 처리 가스를 보정하기 위한 수단을 제공하지만, 보정되지 않고 남아 있는 오차 발생원이 여전히 존재한다. 예를 들면, 구조가 동일한 다른 MFC(즉, 동일함이 의도된 MFC)는 사소한의 제조상의 차이점으로 인하여 상이한 유량 측정치를 제공할 수도 있다. 열식 MFC에 있어서, 제조 상의 차이점은 두가지 방식(즉, 센서의 저항에서의 차이점은 센서에 의하여 발생된 신호에서의 편차를 변화시키고, 센서 튜브를 통과하는 유량과 센서를 통과하는 총 유량의 비에서의 편차는 총 유량의 계산에서 오차를 야기할 수 있다)으로 활동하기 시작하는 것이 일반적이다. 이러한 오차 발생원은 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 층류 제한기의 구조를 도시하는 다이어그램이 도시되어 있다. 층류 제한기(200)는 유입구(210)[가스가 이것을 통과하여 장치로 진입한다)와, 배출구(220)[가스가 이것을 통과하여 배출한다)를 구비한다. 유입구(210)는 도관(240)에 의하여 배출구(220)에 연결되어 있다. 도관을 통과하는 가스 유량을 제한하기 위하여 제한기 플러그(230)가 도관(240) 내부에 배치되어 있다. 층류 제한기(220)의 측면에 형성된 두 개의 개구(250, 260)는 도관(240)에 대한 외부 출입부를 제공한다. 센서 튜브(도면에는 도시 생략)는 이러한 개구에 연결되어, 도관(240)과 평행한 또 다른 유동로를 형성한다. 따라서, 층류 제한기(200)를 통과하는 가스의 일부는 도관(240)[또는 도관(240)의 벽과 제한기 플러그(230)의 사이)을 통과하며, 가스의 또 다른 부분은 센서 튜브를 통과한다. 총 유량에 대하여 센서 튜브를 통과하는 유량의 비는 분류비이다.

본 특정 구조에서, 제한기 플러그(230)는 조정 가능하다. 도관(240)의 벽과 제한기 플러그(230)의 측면은 약간 테이퍼진다. 제한기 플러그(230)를 도관(240) 내부에서 이동시키면, 플러그와 도관 사이의 간극이 변경될 수 있으므로, 분류비를 변경시킬 수 있다.[제한기 플러그(230)를 도관(240) 내부로 우측에서 좌측으로 밀면 상기 간극이 감소하고 분류비가 증가하며, 다른 방향으로 이동시키면 간극이 증가하고 분류비가 감소한다]

분류비의 유체 역학은 층류 제한기의 정확한 기하학적 형상 뿐만 아니라 가스 특성(예를 들면, 레이놀즈 수)에 의존한다. 해당 유량을 달성하는데 필요한 도관 벽과 제한기 플러그 사이의 간극은 종종 수백 인치로 측정된다. 필요한 재현성을 얻기 위하여, 이러한 간극에 관한 공차는 100 미만의 계수이다(±0.00001 인치 정도). 이러한 공차는 비용효율이 높은 제품을 제조하는 목적에는 실용적이지 않다. 그 결과, 제조 공차는 최적치보다도 높을 수 있으므로, 하나의 MFC와 다른 MFC(구조는 동일)마다 성능 편차를 일으킨다.

전술한 바와 같이, 종래 MFC는 장치의 제조 공차 내에서 이러한 물리적인 편차로 인하여 성취할 수 있는 정밀도에 제한을 받는다. 이러한 문제는 제조 편차를 설명하기 위항 장치 특정 가스 보정 계수를 전개함으로써 본 발명의 실시예에서 해결될 수 있다. 이러한 보정 계수는 개별 MFC의 물리적 특성에 기초하며, 실험적 또는 이론적으로 결정될 수 있다.

일실시예에서, 보정 계수는 유량 독립 가스 보정 계수, 비선형성 보정 계수 및 센서 보정 계수를 포함한다. 비선형성 보정 계수 및 센서 보정 계수는 장치 특정 특징을 보상한다. 환언하면, 이것은 구조가 동일한 다른 장치간의 제조 차이를 보상한다. 이러한 모든 계수를 곱하여 합성 보정 계수를 형성한다.

전술한 실시예에서 비선형성 보정 계수 및 센서 보정 계수를 채용하였지만, 다른 실시예는 이러한 두가지 보정 계수를 포함하지 않을 수 있음에 주목하여야 한다. 예를 들면, 특정 구조가 센서에서 상당한 편차를 갖고 있지 않으면, 센서 보정 계수를 사용하는 것이 불필요할 수도 있다. 또한, 다른 실시예는 하기에 도시된 특정 형상과 다소 상이한 형상을 갖는 보정 계수를 사용할 수도 있는 것에 주목하여야 한다. 상이한 방식(예를 들면, 비열식 MFC)으로 작동하는 실시예에서, 제조 차이에 대한 보정 계수는 완전히 다른 형태를 취할 수도 있다. 예를 들면, 비열식 MFC의 경우에, 센서 보정 계수는 저항 항목을 포함하지 않지만, 그 대신 상이한 파라미터에 종속한 항목을 포함할 수 있다. 이러한 모든 변형예는 본원의 범위에 속한다.

일실시예에서, 층류 제한기에서의 편차에 대한 보정 계수는 분류비가 일정하지 않다는 것에 기초하며, 유량 및 가스 종속성을 갖는 비선형이다. 본 실시예에서, MFC 분류비 및 상기 분류비의 유량 종속성을 보상하는 보정 계수는 다음과 같다.

1-βΔADC(Sp/100)²

여기서, β는 가스 특정 장치 독립 계수이고, ΔADC는 보정 가스(질소)에 대한 장치의 비선형성이며, Sp는 특정 MFC에 대하여 허용가능한 최대 백분율의 비선형이다. β 계수는 실험적으로 또는 이론적으로 결정될 수 있다. 그것은 가스 비이지만, 장치 독립성이다. ΔADC 항목은 대리 가스 보정으로 결정되며, 모든 MFC에 대하여 상이할 수 있다. MFC에 대한 ADC는 두 개의 예정된 최대 유량의 백분율에서 센서 출력의 비율이다. 예를 들면, 센서 출력은 최대 유량의 50% 및 100%에서 측정될 수 있다. 각각의 MFC에 대하여 동일한 백분율을 사용한다. ΔADC는 특정 MFC에 대한 ADC 및 동일한 구조의 MFC에 대한 평균 ADC간의 차이이다.

도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 열식 MFC의 센서 부분을 도시하는 다이어그램이 도시되어 있다. 센서(300)는 전술한 바와 같은 층류 제한기에 연결된 센서 튜브(310)를 구비한다. 층류 제한기에 센서 튜브(310)를 연결하는 개구 사이에 압력 강하가 존재하기 때문에, 가스는 센서 튜브를 통해 끌어 당겨진다. 가스가 가열 부재(320)를 통과할 때, 가스는 가열된다. 가열시키는 양은 단지 가스의 열 용량 및 유량에만 의존하지 않을 뿐만 아니라, 가열 부재(320)에 의하여 발생된 열(가열 부재의 저항 R에 종속한다)에도 의존한다. 가열 부재(320)를 통과하기 전에 가스의 온도는 온도 센서(330)에 의하여 측정되며, 가열 부재(320)를 통과한 이후의 가스 온도는 온도 센서(340)에 의하여 측정된다. 두 개의 온도 센서간의 온도차는 센서 튜브(310)를 통과하는 가스 유량을 계산하는데 사용될 수 있다.

가열 부재(320)의 저항 R이 특정 구조의 MFC 각각에 대하여 동일하다고 고려하지만, 제조 공차에 기이하여 어느 정도의 편차가 존재하는 것이 통상적이다. 그러므로, 상이한 장치의 센서의 저항에서 편차에서 평차를 보정하기 위하여 보정 계수를 전개할 수 있다. 본 경우에, 다음과 같은 보정 계수를 사용한다.

1+αΔR

여기서, ΔR은 특정 MFC의 저항과 동일한 구조의 모든 MFC의 평균 저항(실제로, MFC의 샘플링의 저항을 평균화하여 결정된다)간의 차이이다. 저항 자체 또는 ΔR 중 어느 하나는 저장되고 및/또는 MFC 진단으로부터 판독될 수 있다.

α 항목은 실험적으로 또는 이론적으로 결정될 수 있는 가스 특정 값이다. 예를 들면, α 값은 실험적 데이터의 최소 자승 피트(least-squares fit)를 수행함으로써 결정될 수 있다(분류 선형성 보정 계수를 무시). α 항목은 또한 이론적으로 결정될 수 있다. 온도 함수로서 가스의 열 용량(Cp)은 선형으로서, Cp=Cp_o(1+α₁ΔT)이며, 여기서 Cp_o는 기준 온도에서 열 용량이며, α₁은 가스에 대하여 쉽게 찾을 수 있는 열 용량의 온도 종속성이다. 상기 Cp_o는 처리 가스의 열 용량으로 나눈 기준 가스(질소)의 열 용량이다(Cp_o(기준)/Cp_o(처리)). 따라서, α=(1+α₁ΔT)/(1+α ₂ΔT). 질소가 기준 가스이면, 온도 종속성은 영이며, α=1/α₂(=1/처리 가스의 열 용량의 온도 상수)이다.

측정된 유량의 계산 및 보정 계수를 이용한 상기 값의 조정은 MFC의 제어 전자장치에 의하여 수행된다. 도 6을 참조하면, 일실시예에 따른 MFC 전자장치의 기본 구조를 나타내는 기능적인 블록도가 도시되어 있다. 본 도면에 도시된 바와 같이, 제어 전자장치(400)가 데이터 프로세서(410) 주변에 장착되어 있다. 본 실시예에서, 센서로부터 발생된 아날로그 신호는 아날로그 대 디지털 컨버터(420)에 의하여 처리되어, 디지털화 처리된 센서 신호가 프로세서(410)에 전달된다. 프로세서(410)는 메모리(430)로부터 이러한 데이터를 검색하고, 디지털화 처리된 센서 신호 뿐만 아니라 상기 데이터를 사용하여 측정된 유량을 계산한다. 프로세서(410)는 측정된 유량을 셋포인트와 비교하여, 셋포인트에 대한 측정된 유량의 관례를 나타내는 신호를 생성한다. 상기 신호는 밸브 구동 회로(440)로 전송되어, 처리 가스의 유량을 제어하는 밸브를 구동시키기 위하여 대응하는 아날로그 신호를 생성한다.

전술한 바와 같이, 일실시예에서 전술한 보정 계수 중 3가지 모두(가스 보정 계수, 센서 보정 계수 및 분류 또는 선형성 보정 계수)를 채용한다. 따라서, 처리 가스에 대하여 측정된 유량은 보정 가스 유량 곱하기 전체 보정 계수(CF)로서 계산되는 것으로, 3개의 개별 보정 계수의 곱이다.

CF=Cf_o(1+aF+bF²+cF³)(1+αΔR)(1-βΔADC(Sp/100)²

MFC의 작동을 도 7에 흐름도로 도시된 바와 같이 간단한 방법으로 나타낼 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 우선 센서 튜브를 통과하는 처리 가스의 유량을 검출하고, 상기 유량을 검출된 가스 유량에 대한 총 처리 가스 유량의 비로 곱하며, 그 결과를 가스 보정 계수, 센서 보정 계수 및 선형성 보정 계수로 곱한다.

본 발명의 다른 실시예에서는 두 개의 장치 종속 보정 계수(센서 보정 계수 및 선형성 보정 계수) 중 하나만 채용할 수 있음에 주목하여야 한다. 이것은 다수의 기존 장치에서 사용되는 가스 보정 계수에 부가되는 것이 일반적이다. 상기 및 기타 실시예에서 센서 보정 계수 및/또는 선형성 보정 계수에 대하여 다른 형태를 사용할 수 있다.

보정 계수에 대한 데이터는 특정 수행에 따라 다양한 형태로 메모리(430)에 저장될 수 있다. 보정 계수의 장치 종속 성분을 결정하고 보정 계수의 추후 계산을 위해 메모리에 저장될 수 있거나, 보정 계수를 계산(사용된 형태에 따라 전체 또는 일부)하고, 추후 사용을 위해 자체적으로 저장될 수 있다. 프로세서(410)는 측정 보정이 필요할 때 데이터에 억세스할 수 있다.

전술한 바는 열식 MFC에서의 본 발명의 적용에 초점을 맞춘 것이지만, 다른 실시예에서 다른 유형의 유량계에서도 수행될 수 있음에 주목하여야 한다. 또한, 본원에 개시된 방법론은 소프트웨어(펌웨어를 포함) 및 하드웨어의 다양한 조합으로 수행될 수 있는 것에 주목하여야 한다. 그러므로, 본 발명은 데이터 프로세서로 본원에 기술된 방법을 수행하기 위한 명령을 포함하는 소프트웨어 용례를 포함하는 것을 의도한다. 이러한 소프트웨어 용례는 RAM, ROM, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD-ROM 등을 포함하는 데이터 프로세서와 같은 것에 의하여 판독 가능한 매체에 채용될 수 있다. 한편, 이러한 소프트웨어 용례를 실행하도록 구성된 데이터 프로세서 또는 본원에 기술된 방법을 수행하도록 프로그램된 데이터 프로세서는 본 발명에 포함된다.

본 발명에 의하여 제공될 수 있는 효과 및 장점은 특정 실시예와 관련하여 설명되었다. 이러한 효과 및 장점, 그리고 그러한 것을 발생시킬 수 있는 부재나 제한은 일부 또는 모든 청구항의 중요하고, 필수적인 특징으로 해석되지 않는다. 본원에서 사용된, '포함하다', '포함하는' 또는 그와 유사한 용어는 부재나 제한을 포함하는 비독점적으로 해석되는 것으로 의도한다. 따라서, 요소 목록을 포함하는 공정, 방법, 제품 또는 장치는 그러한 요소를 포함하지 않으며, 청구된 공정, 방법, 제품 또는 장치에 고유하거나 기재되지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다.

본 발명을 단일 형태로 본원에 기술하였지만, 수정 또는 변경이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 당업자에게 자명하다.

Claims (22)

1. 장치 특정 보정(device-specific calibration) 데이터를 제공하는 단계와,

   유체 유량을 검출하는 단계와,

   상기 검출된 유체 유량에 기초하여 측정된 유체 유량을 계산하는 단계와,

   상기 측정된 유체 유량을 장치 특정 보정 데이터에 기초하여 보정하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 유체 유량을 가스 보정 계수에 기초하여 보정하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 유체 유량을 장치 특정 보정 데이터에 기초하여 보정하는 단계는 장치 특정 센서 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 센서 저항의 상관요소인 것인 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 (1+αΔR) 형태를 가지며, 여기서 R은 센서 저항이며, α는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 유체 유량을 장치 특정 보정 데이터에 기초하여 보정하는 단계는 장치 특정 선형성 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 감지기 분류비(split flow ratio)의 상관요소인 것인 방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 (1-βΔADC(Sp/100)²) 형태를 가지며, 여기서, ΔADC는 센서의 비선형성, Sp는 센서의 분류비, 및 β는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 방법.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 유체 유량을 장치 특정 보정 데이터에 기초하여 보정하는 단계는 장치 특정 센서 보정 계수 및 장치 특정 선형성 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 방법.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 센서 저항의 상관요소이며, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 센서 분류비의 상관요소인 것인 방법.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 (1+αΔR) 형태를 가지며, 여기서 R은 센서 저항이며, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 (1-βΔADC(Sp/100)²) 형태를 가지며, 여기서, ΔADC는 센서의 비선형성, Sp는 센서의 분류비, 및 α 및 β는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 방법.
12. 유체 유량 센서와;

    장치 특정 보정 데이터를 저장하도록 구성된 메모리와;

    상기 유체 유량 센서 및 메모리에 접속된 제어 전자장치

    를 포함하며,

    상기 제어 전자장치는 상기 센서 및 장치 특정 보정 데이터에 의하여 검출된 유체 유량에 기초하여 측정된 유체 유량을 계산하도록 구성된 시스템.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 제어 전자장치는 가스 보정 계수를 사용하여 측정된 유체 유량을 보정하도록 구성된 것인 시스템.
14. 청구항 12에 있어서, 상기 제어 전자장치는 장치 특정 센서 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 시스템.
15. 청구항 14에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 센서 저항의 상관요소인 것인 시스템.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 (1+αΔR) 형태를 가지며, 여기서 R은 센서 저항이며, α는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 시스템.
17. 청구항 12에 있어서, 상기 제어 전자장치는 장치 특정 선형성 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 시스템.
18. 청구항 17에 있어서, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 감지기 분류비(split flow ratio)의 상관요소인 것인 시스템.
19. 청구항 18에 있어서, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 (1-βΔADC(Sp/100)²) 형태를 가지며, 여기서, ΔADC는 센서의 비선형성, Sp는 센서의 분류비, 및 β는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 시스템.
20. 청구항 12에 있어서, 상기 제어 전자장치는 장치 특정 센서 보정 계수 및 장치 특정 선형성 보정 계수를 사용하여 측정된 유량 값을 조정하는 것인 시스템.
21. 청구항 20에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 센서 저항의 상관요소이며, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 센서 분류비의 상관요소인 것인 시스템.
22. 청구항 21에 있어서, 상기 장치 특정 센서 보정 계수는 (1+αΔR) 형태를 가지며, 여기서 R은 센서 저항이며, 상기 장치 특정 선형성 보정 계수는 (1-βΔADC(Sp/100)²) 형태를 가지며, 여기서, ΔADC는 센서의 비선형성, Sp는 센서의 분류비, 및 α 및 β는 실험적으로 또는 이론적으로 결정된 상수인 것인 시스템.