[发明专利]用于大范围质量流量检验的方法和设备

说明书

节省空间并且可以在大流速范围内检验未知流体的流速的质量流量检验器(MFV)包括：腔室，该腔室被配置为接纳流体；临界流喷嘴，该临界流喷嘴与所述腔室连接；以及第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别检测所述腔室中的流体压力和所述临界流喷嘴的上游的流体压力。所述MFV的控制器被配置为通过以下步骤检验所述流体的流速：(i)在第一流量范围中，基于由所述第一压力传感器检测到的所述流体的压力上升速率来测量第一流速，并且基于由所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的压力来确定所述流体的气体性质函数；以及(ii)在第二流量范围中，基于由所述第二压力传感器检测到的压力和所确定的所述气体性质函数来测量第二流速。

相关申请

本申请是2016年12月15日提交的美国申请No.15/380,682的延续案。以上申请的全部教导以引用方式被并入本文中。

背景技术

质量流量检验器(MFV)用于检验流体输送和测量系统的准确性。这些系统包括例如半导体制造系统和其他材料处理系统中的质量流量控制器(MFC)、质量流量比率控制器(FRC)和质量流量计(MFM)。

半导体制造工艺可以涉及在若干处理步骤中以各种量输送几种不同的气体和气体混合物。通常，气体被储存在处理设施处的储罐中，并且使用气体计量系统将所计量的量的气体从储罐输送到诸如化学气相沉积反应器、真空溅射机、等离子蚀刻机等这样的处理工具。在气体计量系统中或者在从气体计量系统到处理工具的流动路径中可以包括诸如阀、压力调节器、MFC、FRC、MFM、MFV等这样的其他组件。提供诸如MFC、FRC、MFM和MFV这样的组件是为了确保处理气体的精确输送。由于在这种处理系统中空间通常是宝贵的，因此期望的是组件尽可能小或节省空间。

发明内容

所期望的是在处理系统不需要占用大的占用面积的情况下能够在大的流速范围内检验流体输送系统的精度的质量流量检验器。

一种质量流量检验器包括：腔室，该腔室被配置为接纳流体；临界流喷嘴，该临界流喷嘴与所述腔室流体连接；第一压力传感器和第二压力传感器；以及控制器。所述第一压力传感器检测所述腔室中的流体压力，并且所述第二压力传感器检测所述临界流喷嘴的上游的流体压力。所述控制器被配置为通过以下方式检验流体的流速：在第一流量范围中，基于由所述第一压力传感器检测到的所述流体的压力上升速率来测量第一流速。所述控制器还被配置为通过以下方式检验流体的流速：在第二流量范围中，基于由所述第二压力传感器检测到的压力来测量第二流速。所述临界流喷嘴可以与所述腔室串联地流体连接并且可以位于所述腔室的上游。

一种检验流速的方法包括以下步骤：对于第一流量范围中的流速，将流体引入质量流量检验器的腔室中并且检测所述腔室中的流体随时间推移的压力。基于所述腔室中的所述流体的压力上升速率来计算所述第一流速。所述方法还包括以下步骤：对于第二流量范围中的流速，检测所述质量流量检验器的临界流喷嘴的上游的流体的压力并且基于检测到的上游压力来计算所述第二流速。

在某些情形下，被测试的气体或气体混合物可能是未知的。还期望能够检验未知的气体或气体混合物(或其他流体和流体混合物)的流速的质量流量检验器。在这些情形下，可以使通过临界流喷嘴的流速等于在质量流量检验器的腔室中检测到的流速，以获得气体或气体混合物的气体性质函数。即使气体或气体混合物是已知的，能够确定气体性质函数的质量流量检验器也可以提高使用临界流喷嘴方法进行的质量流量检验的精度。

质量流量检验器的控制器可以被进一步配置为在检验第一流量范围中的流速期间基于由第一压力传感器和第二压力传感器检测到的压力来确定流体的气体性质函数。在第二流量范围中，所述控制器可以被配置为基于由所述第二压力传感器检测到的压力和所确定的所述气体性质函数来测量第二流速。

检验流速的方法还可以包括基于由所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的压力来确定所述流体的气体性质函数。所述方法还可以包括基于检测到的上游压力和所确定的气体性质函数来计算第二流速。