(57)【要約】  開示した実施形態は、自己確認型質量流量制御器または質量流量計を提供するための方法、装置およびコンピュータープログラム製品を含む。例えば、１つの実施形態では、自己確認型質量流量制御器が開示される。この自己確認型質量流量制御器は、当該質量流量制御器が利用されているツール／ツールコントローラーに対してソフトウェア修正を何ら必要としない。他の実施形態では、既存の質量流量制御器に対してハードウェアの変更も機械的な変更も必要としない自己確認型質量流量制御器が開示される。さらに、開示した実施形態は、バルブ漏れが存在する状況において、ゼロオフセットまたはゼロドリフトを得るために質量流量制御器の出力のリアルタイムの元の位置での補正を実行するための、バルブ漏れおよびセンサーオフセットを同時に求めるように構成された自己確認型質量流量制御器を更に含む。
2015514972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記流体を受け取る流入口と、
前記流体が通過する流路と、
前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、
前記流路内の地点における圧力を測定する、前記流路に結合された圧力トランスデューサーと、
ツールコントローラーと通信する通信インターフェースと、
少なくとも１つの処理構成要素であって、
元の位置での減衰速度測定を実行する命令と、
前記減衰速度測定に基づいて第１のバルブ漏れ値を求める命令と、
前記元の位置での減衰速度測定を実行している間、前記流量センサーを用いて流量測定を実行する命令と、
前記流量センサーによって測定された第２のバルブ漏れ値を求める命令と、
前記第１のバルブ漏れ値と前記第２のバルブ漏れ値との差に基づいてセンサーオフセット補正値を求める命令と、
前記流量センサーをゼロ調整する際に前記センサーオフセット補正値を適用する命令と、
を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記センサーオフセット補正値の値を、トラブルシューティング、傾向解析の実行、メンテナンスおよびアラーム適用のための時間の関数としてログ記録する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも１つの処理構成要素は、該装置がゼロ設定点に戻るごとに請求項１に記載の前記命令を再び実行する命令を実行するように更に構成されている装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記傾向解析からのデータを利用して、傾向的なセンサーオフセット補正値を求め、流れが生じている間に、前記求められた傾向化したセンサーオフセット補正値をスパン測定に適用する命令を実行するように更に構成されている請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記ツールコントローラーが前記元の位置での減衰速度測定を実行する前に上流隔離バルブを閉鎖することを要求するために、ツールコントローラーと通信するソフトウェアプロトコルを実施する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記ツールコントローラーからプロセスタイミング情報を受信する命令と、前記プロセスタイミング情報から、前記元の位置での減衰速度測定を中断なしで完了することができる時間間隔を特定する命令とを実行するように更に構成されている請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ツールパイロットバルブに結合された第１の空気圧ラインを受け取るように構成された内部バルブを更に備え、該内部バルブは、該内部バルブからの第２の空気圧ラインを前記流入口の上流の外部隔離バルブに結合するように更に構成され、前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記元の位置での減衰速度測定を実行する前に、前記内部バルブを用いて前記第１の空気圧ラインを通って受け取られる空気流を阻止することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ツールコントローラーからの第１の電気ラインとツールパイロットバルブへの第２の電気ラインとの間に結合されるように構成された継電器を更に備え、前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記元の位置での減衰速度測定を実行する前に、前記第２の電気ラインを介して前記ツールパイロットバルブにバルブ閉鎖信号を送信することによって外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項９】
外部隔離バルブに結合されるように構成された継電器を更に備え、前記少なくとも１つの処理構成要素は、前記元の位置での減衰速度測定を実行する前に、前記外部隔離バルブにバルブ閉鎖信号を送信することによって該外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの処理構成要素は、ツールコントローラーに前記元の位置での減衰速度測定の結果を通知する命令を実行するように更に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、該装置の特性が所与の時間期間に或る特定の量だけ変化したことを前記減衰速度測定が示したとき、前記少なくとも１つの処理構成要素は、アラームを生成する命令を実行するように更に構成されている、装置。
【請求項１２】
元の位置での減衰速度測定を実行することと、
前記減衰速度測定に基づいて第１のバルブ漏れ値をプロセッサを用いて求めることと、
前記元の位置での減衰速度測定を実行している間、流量センサーを用いて流量測定を実行することと、
前記流量センサーによって測定された第２のバルブ漏れ値を求めることと、
前記第１のバルブ漏れ値と前記第２のバルブ漏れ値との差に基づいてセンサーオフセット補正値を求めることと、
前記流量センサーをゼロ調整する際に前記センサーオフセット補正値を適用することと、
を含む、バルブ漏れが存在する状況でゼロドリフトをもたらす感知された流量測定値の前記リアルタイム補正のための装置によって元の位置で実行される自己確認方法。
【請求項１３】
前記センサーオフセット補正値の値を時間の関数としてログ記録することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上流隔離バルブを閉鎖するようにツールコントローラーに要求することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記装置がゼロ設定点に戻るごとに請求項１２に記載の前記ステップを繰り返すことを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサーオフセット補正値の値を時間の関数としてログ記録することと、ログ記録されたデータに対して傾向解析を実行することと、傾向化したセンサーオフセット補正値を求めることと、流れが生じている間に、前記求められた傾向化したセンサーオフセット補正値をスパン測定に適用することとを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
プロセスタイミング情報から、前記元の位置での減衰速度測定を中断なしで完了することができる時間間隔を特定することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
構成パラメーターに基づいて、上流隔離バルブが、前記元の位置での減衰速度測定を実行する前に閉鎖されることを前提とすることを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記装置の内部バルブを用いて上流隔離バルブを閉鎖することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
バルブ閉鎖信号をツールパイロットバルブに送信することによって上流隔離バルブを閉鎖することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、流体の質量流量を求めるための方法およびシステムに関し、より詳細には、質量流量制御器（ＭＦＣ）および質量流量計（ＭＥＭ）の動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業プロセスは、様々なプロセス流体の精密な制御を必要とする。例えば、半導体産業では、プロセスチャンバーに導入されるプロセス流体の量を精密に測定するのに質量流量計（ＭＦＭ）が用いられる。質量流量を測定することに加えて、質量流量制御器（ＭＦＣ）は、プロセスチャンバーに導入されるプロセス流体の量を正確に測定および制御するのに用いられる。流体という用語は、本明細書において用いられるとき、流量制御対象となり得る任意の気体または蒸気に適用されることが理解されるべきである。
【０００３】
質量流量制御器および質量流量計は、ＭＦＣ供給者によって保証される明確に規定された性能基準を有する。顧客プロセスは、初期設置後およびプロセスチューンアップ後のデバイスからの再現可能な性能に基づいている。ドリフト（例えば、経時変化に起因する）または閉塞（例えば、汚れに起因する）する質量流量制御器および質量流量計は、プロセス特性を変化させる再現性喪失を引き起こし、歩留まりの低下をもたらすかまたは製造されている製品の全損さえももたらすことになる。例えば、質量流量制御器が経時変化するにつれて、質量流量制御器内のドリフトの１つの原因は、バルブ漏れの増加に起因している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記問題のうちの１または複数に対処するために、開示した実施形態は、バルブ漏れおよびセンサーオフセットを同時に求めるように構成された自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含む。加えて、開示した実施形態は、バルブ漏れが存在する状態で、ゼロオフセットまたはゼロドリフトを得るために質量流量制御器または質量流量計の出力のリアルタイムの元の位置での補正のための自己確認手順を利用することができる。これによって、ＭＦＣまたはＭＦＭは、測定を行うのにダウンタイムを必要とすることなく、リアルタイムの正確な情報を提供することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示した実施形態は、自己確認型質量流量制御器または質量流量計を提供するための方法、装置およびコンピュータープログラム製品を含む。１つの実施形態では、自己確認型質量流量制御器であって、当該質量流量制御器が利用されているツール／ツールコントローラーに対してソフトウェア修正を何ら必要としない自己確認型質量流量制御器が開示される。他の実施形態では、既存の質量流量制御器に対してハードウェアの変更も機械的な変更も必要としない自己確認型質量流量制御器が開示される。さらに、開示した実施形態は、バルブ漏れが存在する状況において、ゼロオフセットまたはゼロドリフトを得るために質量流量制御器の出力のリアルタイムの元の位置での補正を実行するための、バルブ漏れおよびセンサーオフセットを同時に求めるように構成された自己確認型質量流量制御器を更に含む。
【０００６】
一例として、開示した実施形態は、流体の流量を制御する質量流量制御器であって、前記流体を受け取る流入口と、前記流体が該質量流量制御器を通過する流路と、前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、ツールコントローラーと通信する通信インターフェースと、元の位置での減衰速度測定を実行してバルブ漏れ問題を特定する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素と、を具備する質量流量制御器を含む。
【０００７】
別の例として、開示した実施形態は、質量流量制御器であって、流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が該質量流量制御器を通過する流路と、前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、内部バルブであって、ツールパイロットバルブに結合された第１の空気圧ラインを受け取るとともに、該内部バルブからの第２の空気圧ラインを前記流入口の上流の外部隔離バルブに結合する内部バルブと、前記内部バルブを用いて、前記第１の空気圧ラインを通って受け取られる空気流を阻止することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、元の位置での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する質量流量制御器を含む。
【０００８】
開示した実施形態は、流体の流量を制御する質量流量制御器であって、流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が該質量流量制御器を通過する流路と、前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、ツールコントローラーからの第１の電気ラインとツールパイロットバルブへの第２の電気ラインとの間に結合されるように構成された継電器と、バルブ閉鎖信号を前記第２の電気ラインを介して前記ツールパイロットバルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、元の位置での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する質量流量制御器も含む。
【０００９】
加えて、開示した実施形態は、流体の流量を制御する質量流量制御器であって、流入口であって、該流入口の上流に外部隔離バルブを有する気体供給ラインから前記流体を受け取る流入口と、前記流体が該質量流量制御器を通過する流路と、前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、前記外部隔離バルブを結合する継電器と、バルブ閉鎖信号を前記外部隔離バルブに送信することによって前記外部隔離バルブを閉鎖する命令を実行した後に、元の位置での減衰速度測定を実行する命令を実行する少なくとも１つの処理構成要素とを具備する質量流量制御器も含む。
【００１０】
また、開示される実施形態は、隔離バルブであって、空気圧ラインに結合する第１のバルブであって、前記空気圧ラインからの空気流を受け取ったことに応答して開放する第１のバルブと、電気信号を受信する第２のバルブであって、前記空気圧ラインからの前記空気流を阻止して前記第１のバルブを閉鎖させるように動作可能な第２のバルブとを具備する隔離バルブも含む。
【００１１】
さらに、開示した実施形態は、質量流量制御器であって、前記流体を受け取る流入口と、前記流体が該質量流量制御器を通過する流路と、前記流路を通る前記流体の質量流量に対応する信号を提供する質量流量センサーと、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を調節する調整可能バルブと、前記調整可能バルブを所望のバルブ位置に調整するバルブ制御信号を印加して、該質量流量制御器の流出口から出る前記流体の前記流量を制御するコントローラーと、ツールコントローラーと通信する通信インターフェースと、少なくとも１つの処理構成要素とを具備し、
少なくとも１つの処理構成要素が、元の位置での減衰速度測定を実行する命令と、前記減衰速度測定に基づいて第１のバルブ漏れ値を求める命令と、前記元の位置での減衰速度測定を実行している間、前記流量センサーを用いて流量測定を実行する命令と、前記流量センサーによって測定された第２のバルブ漏れ値を求める命令と、前記第１のバルブ漏れ値と前記第２のバルブ漏れ値との差に基づいてセンサーオフセット補正値を求める命令と、前記流量センサーをゼロ調整する際に前記センサーオフセット補正値を適用する命令とを実行する質量流量制御器も含む。
【００１２】
上記で説明した質量流量制御器の実施形態のそれぞれは、質量流量計（すなわち、質量流量を測定するが、流量率を制御するコントローラーを備えていないデバイス）においても同様に構成することができる。追加の実施形態、利点および新規な特徴は、詳細な説明に述べられている。
【００１３】
本発明の例示の実施形態は、添付図面の図を参照して以下で詳細に説明される。これらの図は、引用することによって本明細書の一部をなす。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開示した実施形態による質量流量制御器の構成要素を示す図である。
【図２】開示した実施形態による、質量流量制御器または質量流量計がツールコントローラーと通信する環境の一例を示す図である。
【図３】１つの実施形態による減衰速度測定を実行するソフトウェアプロトコルを示すシーケンス図の一例を示す図である。
【図４】別の実施形態による減衰速度測定を実行するための第２のソフトウェアプロトコルを示すシーケンス図の一例を示す図である。
【図５】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための一実施形態を示すブロック図である。
【図６】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。
【図７】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。
【図８】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を実施するための異なる実施形態を示す図である。
【図９】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】センサーと実際の流量との間の理想的な状況を示すグラフである。
【図１２】既存の正のオフセットを有するセンサーを示すグラフである。
【図１３】既存の負のゼロオフセットを有するセンサーを示すグラフである。
【図１４】バルブ漏れが存在するときにバルブが閉鎖された後の実際の流量を正確に反映するセンサーを示すグラフである。
【図１５】センサーの部分補正を示すグラフである。
【図１６】質量流量制御器が定流量を実際に漏出している間のゼロ出力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
開示した実施形態は、ゼロオフセットまたはゼロドリフトをもたらすように質量流量制御器の出力のリアルタイムの元の位置での補正を提供するための開示した自己確認手順のうちの少なくとも１つを利用する自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステム、方法および装置を含む。これによって、質量流量制御器は、測定を行うのにツールのダウンタイムを何ら必要とすることなくリアルタイムの正確な情報を提供することが可能になる。
【００１６】
開示した実施形態およびそれらの利点は、図面の図１〜図１６を参照することによって最もよく理解される。同様の参照符号は、様々な図面の同様の対応する部分に用いられている。開示した実施形態の他の特徴および利点は、以下の図および詳細な説明を検討すると、当業者には明らかであろう。全てのそのような追加の特徴および利点は、開示した実施形態の範囲内に含まれることが意図されている。さらに、示した図は、例示にすぎず、種々の実施形態を実施することができる環境、アーキテクチャ、設計、またはプロセスに関する限定を主張することも意味することも何ら意図していない。
【００１７】
図１は、ＭＦＣの構成要素が取り付けられたプラットフォームであるステップ１１０を備える一般的な質量流量制御器１００を概略的に示している。熱式質量流量計１４０と、バルブ１７０を収容したバルブアセンブリ１５０とが、流体流入口１２０と流体流出口１３０との間においてステップ１１０上に取り付けられている。熱式質量流量計１４０は、通常は流体の大部分が通流するバイパス１４２と、流体のそれよりも少ない一部分が通流する熱式流量センサー１４６とを備える。
【００１８】
熱式流量センサー１４６は、取り付け板、すなわち基部１０８上に取り付けられたセンサーハウジング１０２（センサー１４６を示すために取り外されて示された部分）内に収容されている。センサー１４６は、通常は毛細管と呼ばれる小径の管であり、センサー流入口部分１４６Ａと、センサー流出口部分１４６Ｂと、２つの抵抗コイル、すなわち抵抗巻き線１４７、１４８が周囲に配置されているセンサー測定部分１４６Ｃとを有する。動作中、電流が２つの抵抗巻き線１４７、１４８に提供され、これらの巻き線は、センサー測定部分１４６Ｃと熱接触している。これらの抵抗巻き線１４７、１４８内の電流は、測定部分１４６内を流れる流体を、バイパス１４２を通流する流体の温度よりも高い温度に加熱する。巻き線１４７、１４８の抵抗は、温度とともに変化する。流体がセンサー導管を通流する際、熱が、上流の抵抗器１４７から下流の抵抗器１４８に向けて運ばれ、この温度差は、センサーを通る質量流量に比例する。
【００１９】
センサーを通る流体流量に関係した電気信号は、２つの抵抗巻き線１４７、１４８から導出される。この電気信号は、抵抗巻き線の抵抗の差からまたは各巻き線を特定の温度に維持するために各抵抗巻き線に提供されるエネルギーの量の差から等の複数の異なる方法で導出することができる。熱式質量流量計内の流体の流量率と相関する電気信号を求めることができる様々な方法の例は、例えば、同一出願人の米国特許第6,845,659号に記載されている。この米国特許は、引用することによって本明細書の一部をなす。信号処理後における抵抗巻き線１４７、１４８から導出された電気信号は、センサー出力信号を含む。
【００２０】
このセンサー出力信号は、電気信号が測定されたときに流体流量を求めることができるように質量流量計内の質量流量と相関している。センサー出力信号は、通常は、第１にセンサー１４６内の流量と相関し、次いで、この流量は、バイパス１４２内の質量流量と相関し、そのため、流量計を通る総流量を求めることができ、制御バルブ１７０をそれに応じて制御することができる。センサー出力信号と流体流量との間の相関は、複雑であり、流体種、流量率、流入口圧力および／または流出口圧力、温度等を含む複数の動作条件に依存する。
【００２１】
未処理のセンサー出力を流体流量と相関させるプロセスは、質量流量制御器のチューニングおよび／または較正を伴い、多くの場合に１人または複数人の熟練オペレーターおよび特殊機器を必要とする、費用を要する労働集約的な手順である。例えば、質量流量センサーは、既知の流体の既知の量をセンサー部分に通し、或る特定の信号処理パラメーターを調整することによって、流体流量を正確に表す応答を提供するようにチューニングすることができる。例えば、この出力は、センサー出力の０Ｖ〜５Ｖ等の指定電圧範囲が、ゼロからセンサーの範囲の最高値までの流量率範囲に対応するように正規化することができる。この出力は、センサー出力の変化が流量率の変化に線形に対応するように線形化することもできる。出力が線形化された場合、例えば、流体出力を２倍にすると、電気出力が２倍になる。センサーの動的な応答が求められ、すなわち、流量または圧力が変化するときに生じる圧力の変化のまたは流量率の変化の不正確な影響が求められ、そのような影響を補償することができるようにされる。
【００２２】
バイパスをセンサーに更に取り付けることができ、このバイパスは、流量計を通る総流量をセンサー出力信号から求めることができるように、質量流量センサー内を流れる流体と当該バイパス内を様々な既知の流量率で流れる流体との間の適切な関係を定める既知の流体を用いてチューニングされる。幾つかの質量流量制御器では、バイパスは用いられず、全流量がセンサーを通過する。質量流量センサー部分およびバイパスは、制御バルブおよび制御電子機器部分に更に結合することができ、更に既知の条件下で再度チューニングすることができる。制御電子機器および制御バルブの応答は、この場合、設定点または入力圧力の変化に対するシステムの全体応答が既知であるように特徴付けられ、この応答は、所望の応答を提供するようにシステムを制御するのに用いることができる。
【００２３】
エンドユーザーによって用いられる流体のタイプが、チューニングおよび／または較正において用いられるものと異なるとき、またはエンドユーザーによって用いられる流入口圧力および流出口圧力、温度、流量率の範囲等の動作条件が、チューニングおよび／または較正において用いられるものと異なるとき、質量流量制御器の動作は一般に劣化する。この理由によって、流量計は、追加の流体（「代用流体」と呼ばれる）および／または満足な応答を提供するのに必要なあらゆる変化がルックアップテーブルに記憶されている動作条件を用いてチューニングまたは較正することができる。「Flow Sensor Signal Conversion」についてのWang他に対する米国特許第7,272,512号は、用いられる異なるプロセス流体ごとにデバイスを較正するのに代用流体を必要とするのではなく、異なる気体の特性が応答を調整するのに用いられるシステムを記載している。この米国特許は、本発明の譲受人によって所有され、引用することによって本明細書の一部をなす。
【００２４】
加えて、質量流量制御器１００は、流路内の圧力を測定するために、これに限定されるものではないが通常はバイパス１４２の上流の或る箇所で流路に結合された圧力トランスデューサー１１２を備えることができる。圧力トランスデューサー１１２は、圧力を示す圧力信号を提供する。開示した実施形態によれば、圧力トランスデューサー１１２は、減衰速度測定中に圧力を測定するのに用いられる。
【００２５】
制御電子機器１６０は、所望の質量流量を示す設定点と、センサー導管内を流れる流体の実際の質量流量を示す質量流量センサーからの電気流量信号とに従って制御バルブ１７０の位置を制御する。比例制御、積分制御、比例積分（ＰＩ）制御、微分制御、比例微分（ＰＤ）制御、積分微分（ＩＤ）制御および比例積分微分（ＰＩＤ）制御等の従来のフィードバック制御方法が、この場合、質量流量制御器において流体の流量を制御するのに用いられることができる。制御信号（例えば、制御バルブ駆動信号）は、流体の所望の質量流量を示す設定点信号と、質量流量センサーによって感知された実際の質量流量に関係したフィードバック信号との間の差である誤差信号に基づいて生成される。制御バルブは、主要流体流路（通常、バイパスおよび質量流量センサーの下流）に位置決めされ、主要流体流路を通流する流体の質量流量を変化させるように制御（例えば、開放または閉鎖）を受けることができ、この制御は、質量流量制御器によって提供される。
【００２６】
図示した例では、流量率は、電気導体１５８によって閉ループシステムコントローラー１６０に電圧信号として供給される。この信号は、電気導体１５９によって、増幅され、処理され、制御バルブアセンブリ１５０に供給されて、流量が変更される。この目的のために、コントローラー１６０は、質量流量センサー１４０からの信号を所定の値と比較し、それに応じて比例バルブ１７０を調整して所望の流量を達成する。
【００２７】
図１は、質量流量制御器１００が熱式質量流量センサーを備えることを示しているが、質量流量制御器１００は、開示される実施形態によれば、コリオリ型センサーを含む他のタイプの質量流量センサーを利用することができる。コリオリベースのセンサーを用いることの利点は、このセンサーが、温度、流量プロファイル、密度、粘性および同質性から独立して質量流量を求めることが可能であるということである。
【００２８】
図２は、開示した実施形態による自己確認型質量流量制御器を提供するための一実施形態を示すブロック図を示している。図示した実施形態に示すように、質量流量制御器１００は、気体供給ライン２０６を介した質量流量制御器への気体の供給を制御するツールコントローラー２００を備えるツールに設置されている。隔離バルブ２１０が、気体供給ライン２０６において質量流量制御器１００の上流に位置している。隔離バルブ２１０は、パイロットバルブ２０４に連通結合され、このパイロットバルブは、ツールコントローラー２００によって制御される。隔離バルブ２１０は、一般に、通常閉鎖バルブである。ツールパイロットバルブ２０４が開放しているとき、圧縮空気が隔離バルブ２１０を開放するように作動させる。ツールパイロットバルブ２０４が閉鎖されているとき、空気は供給されず、隔離バルブ２１０は閉鎖され、それによって、質量流量制御器１００への気体供給は遮断される。
【００２９】
したがって、開示した実施形態によれば、質量流量制御器１００への気体の供給を中断するために、質量流量制御器１００は、ソフトウェアプロトコルを用いて構成することができる。このソフトウェアプロトコルは、ツールコントローラー２００と通信して、ツールパイロットバルブ２０４を閉鎖するパイロットバルブ制御信号をこのツールコントローラーに発行させ、ツールパイロットバルブを閉鎖することによって、次に、上流隔離バルブ２１０が閉鎖され、それによって、質量流量制御器１００への気体供給が遮断され、質量流量制御器１００が任意の性能損失を自己検出するための元の位置での減衰速度測定を実行することが可能になる。
【００３０】
例えば、図３は、開示した実施形態による減衰速度測定を実行するソフトウェアプロトコル３００を示すシーケンス図３００を示している。ソフトウェアプロトコル３００は、図１に示すような質量流量制御器のコントローラーまたは制御電子機器内に実装することができる。例えば、このソフトウェアプロトコルは、質量流量制御器の１または複数のプロセッサを用いて実行することができる。加えて、ツールコントローラーは、質量流量制御器とデータおよびコマンドを交換するソフトウェアプロトコルに関係した命令を実行するように修正される。
【００３１】
図示した実施形態では、質量流量制御器１００は、プロセスタイミング情報をツールコントローラー２００に要求する（ステップ３０２）。この要求は、所定の時点に実行することができおよび／または所定の時間間隔で繰り返し行うことができる。このプロセスタイミング情報要求に応答して、ツールコントローラー２００は、プロセスタイミング情報データを質量流量制御器１００に返す（ステップ３０４）。代替の実施形態では、ツールコントローラー２００は、最初に要求を受信する必要なく、プロセスタイミング情報データを質量流量制御器１００に自動的にプッシュするように構成することができる。
【００３２】
プロセスタイミング情報を用いると、質量流量制御器１００は、当該質量流量制御器１００が減衰速度測定を完了することができる処理時間間隔を特定する（ステップ３０６）。例えば、質量流量制御器１００は、当該質量流量制御器１００が中断なしで減衰速度測定を完了することができる或る特定のプロセス時間間隔を特定することを可能にする処理時間情報内に或る特定のパターンを認識するパターン認識命令を実行するように構成することができる。質量流量制御器は、質量流量制御器に適用されている気体のタイプおよび設定点のようなファクターを用いて減衰速度測定を完了するのに必要な時間を求めるためのアルゴリズムを実行することができる。
【００３３】
質量流量制御器１００が減衰速度測定を完了することができる処理時間間隔を特定したことに応答して、質量流量制御器１００は、隔離バルブ２１０を閉鎖する要求をツールコントローラー２００に発行する（ステップ３０８）。ツールコントローラー２００は、ツールパイロットバルブ２０４を閉鎖するパイロットバルブ制御信号を発行し、このツールパイロットバルブの閉鎖によって、次に、上流隔離バルブ２１０が閉鎖される（ステップ３１０）。ツールコントローラー２００は、次に、隔離バルブが閉鎖されていることを示すステータス肯定応答を質量流量制御器１００に送信する（ステップ３１４）。質量流量制御器１００は、減衰速度測定を開始し、その結果を評価する（ステップ３１６）。減衰速度測定を実行し、その結果を検証した後、質量流量制御器１００は、隔離バルブを再び開放する要求をツールコントローラー２００に送信する（ステップ３１８）。或る特定の実施形態では、質量流量制御器１００は、結果をツールコントローラー２００に送信することもでき、かつ／または、その内部の減衰速度測定が、デバイスの特性が所与の時間期間に或る特定の量だけ変化したことを示しているとき、アラームを生成するように構成することができる（ステップ３２２）。例えば、所与の設定点における精度は、２週間の期間にわたって２％よりも大きく変化している。代替の実施形態では、これらの結果および／または信号の送信は、バルブ再開放要求（すなわち、ステップ３１８）の送信の要望に置き換えることができる。
【００３４】
図４は、開示した実施形態による、減衰速度測定を行ってバルブ漏れを検査する質量流量制御器１００とツールコントローラー２００との間のソフトウェアプロトコルの別の例を示している。この実施形態では、ツールコントローラー２００は、質量流量制御器１００が減衰速度測定を完了することができる処理時間間隔を特定する命令を実行するように構成することができる（ステップ４０２）。質量流量制御器１００が減衰速度測定を完了することができる処理時間間隔を特定したことに応答して、ツールコントローラー２００は、上流隔離バルブ２１０を閉鎖させる（ステップ４０４）ことによって気体供給中断を簡単に開始することができる。ツールコントローラー２００は、次に、質量流量制御器１００に隔離バルブ２１０のステータスを知らせる（ステップ４０６）。隔離バルブのステータスを受信したことに応答して、質量流量制御器１００は、減衰速度測定を実行し、その結果を評価する（ステップ４０８）。この実施形態では、減衰速度測定の結果を評価した後、質量流量制御器１００は、この結果および／または質量流量制御器１００が減衰速度測定の実行を終了したことを示すアラーム信号をツールコントローラー２００に送信する（ステップ４１０）。受信した結果に基づいて、ツールコントローラー２００は、次に、隔離バルブ２１０を再び開放する信号を発行することができる（ステップ４１２）。
【００３５】
加えて、或る特定の実施形態では、ツールコントローラー２００は、履歴情報を質量流量制御器１００に要求することもできる（ステップ４１４）。質量流量制御器１００は、履歴データをフォーマットし（ステップ４１６）、履歴データをツールコントローラー２００に提供する（ステップ４１８）ことによって応答する。
【００３６】
したがって、上記で説明したように、開示した実施形態の利点は、これらに限定されるものではないが、バルブ漏れを検査するための減衰速度測定を実行するために別個のデバイスをツールに設置するという要件および／または減衰速度測定がオフラインで実行されることを必要とする要件を排除するように、１または複数のプロセッサを用いて、１または複数のソフトウェアプロトコルに関連付けられた命令を実行する自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含む。加えて、開示した実施形態は、既存の質量流量制御器に対するハードウェアの変更も機械的な変更も何ら必要としない。
【００３７】
上記で説明したソフトウェアプロトコルの実施態様の代替形態として、図５〜図１０は、ツールに対するソフトウェアの変更もハードウェアの変更も必要としないが、代わりに、質量流量制御器に対して異なるハードウェアの修正を利用する自己確認型質量流量制御器を実施するための実施形態を示している。
【００３８】
例えば、図５は、質量流量制御器に対するハードウェアの修正を用いて自己確認型質量流量制御器を提供するための第１の実施形態を開示している。図２とは異なり、この実施形態では、気体供給ライン２０６からの気体供給を中断するために、空気圧供給ライン２１２は、ツールパイロットバルブ２０４を通って、デバイスに供給される接続部を用いて質量流量制御器２５０に経路変更される。質量流量制御器２５０は、図１に示す質量流量制御器１００を変更したものである。質量流量制御器２５０は、ツールパイロットバルブ２０４と直列になるように構成された内部バルブ２０２を備えるように変更されている。図示した実施形態では、隔離バルブ２１０は、外部にあり、気体供給ライン２０６における質量流量制御器２５０の上流に位置する。ただし、或る特定の実施形態では、隔離バルブ２１０は、質量流量制御器２５０の内部に組み込むことができる。この場合も、隔離バルブ２１０は、一般に、圧縮空気が提供されて隔離バルブ２１０を開放するように作動させたときにのみ開放する通常閉鎖バルブである。
【００３９】
図５に開示した構成を利用すると、内部バルブ２０２を用いた質量流量制御器２５０は、ツールコントローラー２００が圧縮空気を供給したとき（すなわち、ツールコントローラーがパイロットバルブ２０４を開放したとき）、この圧縮空気の中断のみを行うことができることを見て取ることができる。このように、この実施形態では、質量流量制御器２５０は、ツールコントローラー２００が圧縮空気を供給しない場合、隔離バルブ２１０を開放することができない。しかしながら、この構成を利用すると、質量流量制御器２５０は、内部バルブ２０２を閉鎖することができるように構成され、それによって、圧縮空気供給が阻止され、その結果として、隔離バルブ２１０が閉鎖されて、質量流量制御器２５０への気体供給が遮断される。閉鎖されると、質量流量制御器２５０は、減衰速度測定を開始し実行するように構成されている。減衰速度測定を実行し、結果を検証した後、質量流量制御器２５０は、内部バルブ２１０を再び開放することができ、それによって、隔離バルブ２２２が開放され、質量流量制御器２５０への気体供給が可能になる。
【００４０】
図６〜図８は、図３において説明したような質量流量制御器２５０を実施するための異なる実施形態を示している。例えば、図６は、ツールパイロットバルブ２０４と直列になるように構成された内部バルブ２０２を備える質量流量制御器２５０を示している。内部バルブ２０２は、ツールパイロットバルブ２０４からの第１の空気圧ライン２１２ｉを受け取り、第２の空気圧ライン２１２ｏを隔離バルブ２１０に経路設定している。この説明図に見て取ることができるように、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインは、質量流量制御器の上面にある開口を通る経路に設定されている。一方、図７は、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインが、質量流量制御器の側部に位置する開口を通って質量流量制御器に出入りする経路に設定されている異なる実施形態を示している。さらに、図８は、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインが、変更された流入口ブロック２８０およびピエゾバルブ２８２を有する質量流量制御器を通る経路に設定されている別の実施形態を示している。
【００４１】
図６〜図８に示す実施形態は、単に説明例として提供されているにすぎず、質量流量制御器２５０を実施する非常に多くの方法を限定することを意図するものではない。例えば、内部バルブ２０２は、図示した実施形態のそれぞれにおいて特定のロケーションに存在するように示されているが、内部バルブ２０２は、質量流量制御器２５０内の他の場所に組み込むことができる。加えて、第１の空気圧ラインおよび第２の空気圧ラインを経路設定する質量流量制御器における開口は、質量流量制御器上の任意の数のロケーションに位置することができる。
【００４２】
図５とは異なり、図９および図１０は、内部バルブ２０２を備えていない自己確認型質量流量制御器を提供するための代替の実施形態を示している。代わりに、図９および図１０にそれぞれ示す質量流量制御器３４０および３５０は、これらの質量流量制御器が隔離バルブ２１０の閉鎖を引き起こす信号を送信することを可能にするための追加のまたは修正された電気構成要素を備える。例えば、図９に関して、質量流量制御器３４０は、ツールパイロットバルブ２０４を制御するための電気ライン２１４と直列の継電器１８０を備えるように構成されている。継電器１８０は、質量流量制御器３４０の制御電子機器１６０の電気構成要素とすることもできるし、この制御電子機器によって制御することもできる。
【００４３】
１つの実施形態では、質量流量制御器３４０は、隔離バルブ２１０がツールコントローラー２００によって事前に開放されていたとき、或る期間中に減衰速度測定を実行するために隔離バルブ２１０を閉鎖するパイロットバルブ制御信号を送信することができるように構成されている。減衰速度測定を実行し、結果を検証した後、質量流量制御器３４０は、隔離バルブ２２２を再び開放して質量流量制御器３４０への気体供給を可能にする第２のパイロットバルブ制御信号を送信することができる。好ましい実施形態では、ツールコントローラー２００が隔離バルブ２１０を閉鎖しているとき、質量流量制御器３４０は、この隔離バルブを開放することができないように構成される。図３の実施形態に対する図９に開示した実施形態の利点は、質量流量制御器３４０が追加の内部バルブ構成要素を必要としないことに起因して、質量流量制御器３４０を作製するコストが質量流量制御器２５０のコストよりも少ないということである。一方、不利な点は、質量流量制御器３４０では、ツールの配線に対する要件が増加するということである。
【００４４】
図１０は、電気構成要素１９０を備える別の実施形態の質量流量制御器３５０を提示している。この電気構成要素は、質量流量制御器３５０が、隔離バルブ２１０Ｍの閉鎖を引き起こす信号を隔離バルブ２１０Ｍに送信することを可能にするように構成されている。隔離バルブ２１０Ｍは、一般的な隔離バルブを変更したものである。隔離バルブ２１０Ｍは、質量流量制御器３５０から隔離バルブ制御信号を受信するための追加構成要素と、質量流量制御器３５０から隔離バルブ制御信号を受信したことに応答して、空気圧ライン２１２によって受け取られる圧縮空気を阻止することができる追加のバルブ２１１とを備える。この阻止によって、さらに、隔離バルブ２１０Ｍは閉鎖し、それによって、質量流量制御器３５０への気体の流れが防止され、質量流量制御器３５０が減衰速度測定を実行することが可能になる。１つの実施形態では、バルブ２１１はソレノイドバルブである。加えて、幾つかの実施形態では、バルブ２１１は、既存の隔離バルブに結合されるように構成可能な別個の構成要素（例えば、キャップ）とすることができる。
【００４５】
上記で説明したように、開示した質量流量制御器の実施形態（質量流量制御器１００、２５０、３４０、３５０）は、この明細書では、プロセスが実行されている間、減衰速度測定を行うためのそれ自体の要件に基づいて、隔離バルブ２１０がいつ閉鎖または開放されるのかを制御することができる。加えて、質量流量制御器は、減衰速度測定を完了するのに必要な時間を求め、ツールプロセスを妨害することなく（すなわち、ツールがオフラインになる必要なく）、その処理時間におけるパターンを解析して、質量流量制御器が減衰速度測定を完了することを可能にする処理時間セグメントを特定し、減衰速度測定の結果を評価し、質量流量制御器の特性が所与の時間期間で或る量だけ変化したことをその内部減衰速度測定が示している場合にアラームを生成するようにプログラムすることができる。例えば、所与の設定点における精度は、２週間の期間にわたって２％よりも大きく変化している。このように、開示した実施形態は、測定を行うのにダウンタイムを必要とすることなくリアルタイム情報を提供することができる自己確認型質量流量制御器を提供する。
【００４６】
さらに、或る特定の実施形態では、開示した質量流量制御器は、上記で説明した減衰速度測定に基づいてその較正およびオフセットを自己補正するように構成することができる。例えば、バルブ漏れが減衰速度測定に基づいて確認されると、確認されたバルブ漏れに適応するようにＭＦＣをゼロ調整することができる。
【００４７】
ツール上のＭＦＣをゼロ調整することは、デバイスの動作について正確なゼロ点を提供するように多くのパラメーターを厳密に正しくする必要がある非常にデリケートな操作である。例えば、隔離バルブのステータス、流入口圧力、向きおよび他のパラメーターは全て、ゼロの流量におけるセンサー読み取り値に影響を与える。デバイスを不正確にゼロ調整すると、その結果、デバイス内の実際の流量は不正確となり、必要とされる流量が少なくなるほど、影響が大きくなる。例えば、０．０１％ＦＳのゼロ点誤差は、フルスケール設定点の１％において設定点誤差の１％になる。顧客がますます大きなターンダウン比（すなわち、フルスケールの１０％から２．５％、更に０．５％に向かうより小さな最小設定点）を必要とするにつれて、この影響は大きくなり続ける。
【００４８】
この問題に対する現在の解決策は、ユニットを全くゼロ調整せず、ゼロ点が過度に大きくドリフトしたとき若しくは過度に複雑になったときにデバイスを単に取り替えること、または制御された方法での隔離バルブおよび設定点のパージ、シーケンシング等の手順に従うことである。前者は、ゼロ点補正を適用することができたならばまだ用いることができるユニットの過度の交換とともに、ダウンタイムと、顧客および供給者に対するコストとをもたらす。後者は、依然として誤差を起こしがちであり、デバイスが不正確にゼロ調整され、状況をより悪化させ、より多くのデバイスの交換をもたらす。
【００４９】
したがって、開示した実施形態の目的は、これらに限定されるものではないが上記で説明した自己確認型減衰速度方法および装置等の、バルブ漏れを測定する繰り返し可能な制御された方法を用いて、測定値を流量センサーによって報告された値と比較し、その差を補正して、正確なゼロ値を流量センサーに提供することである。
【００５０】
現在の質量流量制御器では、デバイス内の計算された流量は以下のとおりである。
（計算された流量）＝（固有のセンサーオフセット）＋（最後のゼロ点補正）＋（センサーによって測定されたバルブ漏れ）      （式１）
【００５１】
センサーが適切にゼロ調整されている場合、最後のゼロ点補正は、固有のセンサーオフセットを相殺し、calculated_flowはバルブ漏れになる。問題は、デバイスがゼロ調整されたときにバルブ漏れがゼロであったという保証がないことである。したがって、固有のセンサーオフセットが最後のゼロ点補正によって完全に補正されたという保証はない。なぜならば、calculated_flowは求められるが、式１の右辺の個々の項（すなわち、固有のセンサーオフセット、最後のゼロ点補正およびセンサーによって測定されたバルブ漏れ）は、区別することができないからである。
【００５２】
例えば、センサーと実際の流量との間の理想的な状況を示すグラフを示す図１１を参照する。図示したグラフでは、時刻ｔ０において、デバイスにはゼロ設定点が送信され、制御バルブは閉鎖し、流量出力はゼロになる。デバイスは、時点ｔｌにおいてゼロ調整され、流量読み取り値はゼロであり、センサー出力はゼロである。
【００５３】
図１２は、既存の正のオフセット（経時的なドリフトによるかまたは以前の不正確なゼロによるかのいずれか）を有するセンサーを示すグラフを示している。時点ｔｌにおいて、デバイスはゼロ調整され、オフセットは補正され、デバイスは、この時点で、ゼロ流量においてゼロ出力を示す。同様に、図１３は、既存の負のゼロオフセットを有するセンサーを示すグラフを示している。
【００５４】
図１４は、バルブが閉鎖した後であるが、漏出している場合の実際の流量を正確に反映したセンサーを示すグラフを示している。デバイスが時点ｔｌにおいてゼロ調整されたとき、センサーは、実際の流量に関してゼロ調整される。気体が減少すると、実際の流量が停止するときまでに、センサーは、負のオフセットを有する。図１５は、センサーがオフセットを既に有する場合、時点ｔｌにおけるゼロ調整が、このオフセットを部分的に補正するが、図１４におけるものと同じ問題が依然として存在することを示している。図１６は、漏れが一定である場合に、センサーが時点ｔｌにおいてゼロ調整され、このとき、デバイスが定流量を実際に漏出している間、ゼロ出力を示すことを示している。
【００５５】
したがって、開示した実施形態の１つの態様は、上記で説明した自己確認型減衰速度の実施態様を用い、ゼロ点調整を行う時点において流量測定を行うように質量流量制御器を構成することである。そうすることによって、バルブ漏れを、センサーとは独立に測定することが可能になる。質量流量制御器は、この場合、以下のようにセンサーオフセットを計算することができる。
（固有sensor_offset）＝（計算された流量）−（最後のゼロ点補正）−（ＲＯＤ測定からのバルブ漏れ）（式２）
【００５６】
バルブ漏れ率は、理想気体の法則を介して減衰速度（ＲＯＤ）測定から求めることができる。理想気体の法則（圧縮率が適用される）によって、所与の体積内の質量は、以下の式となる。
n=PV/ZRT      （式３）
【００５７】
ここで、
Ｐは圧力であり、
Ｖは体積であり、
ｎはモル質量（またはモル数）であり、
Ｚは圧縮率であり、
Ｒは一般気体定数であり、
Ｔは絶対温度である。
【００５８】
この式において、圧力、圧縮率（Ｚ）および温度は、経時的に変化する可能性がある。定数項および経時的に変化する項をグルーピングすると、以下の式となる。
n=(P/ZT)×(V/R)      （式４）
【００５９】
時間に関してモル質量ｎの微分を取ると、以下の質量流量が得られる。
dn/dt=d(P/ZT)/dt×(V/R)      （式５）
【００６０】
ここで、
（Ｐ／ＺＴ）＝fmDvMg＝（インベントリー体積内の気体の質量）である（同一出願人による米国特許第7,905,139号「Mass flow controller with Improved Dynamic」の教示を参照。この米国特許は引用することによって本明細書の一部をなす）。
【００６１】
fmDvMgを式５に代入し、両辺の時間微分を取ることによって、以下の式が得られる。
【数１】
2015514972.tif 000003
【００６２】
ここで、
Ｑrod：ＳＥＭＩ仕様E12-96による標準密度（標準温度および標準圧力における等価な理想気体の密度）における気体体積流量率である。Ｑrodは、標準密度を基準としているので、一般的には、標準流量単位、例えば標準cc/minによる質量流量とも呼ばれる。
ConvConst：インベントリー体積内の質量の測定された変化率を質量流量に変換する変換定数（Ｖ／Ｒ）である。
【００６３】
fmDvMg信号は、測定された圧力を測定された温度および計算された圧縮率によって除算することによってＭＦＣの内部圧力トランスデューサーから導出される。ConvConstは、体積が精密に判明しているとき、簡単な計算を通じて取得することができる。体積が十分な精度で判明していないとき、ConvConstは、単純に、既知の一定のＭＦＣ流量率においてＲＯＤ測定を実行し、次いで、式６を用いてこの変換定数について解くことによって取得することができる。
【００６４】
バルブ漏れの測定が開始されると、ＭＦＣは、上流のバルブを制御し、ゼロ設定点においてＭＦＣへの気体ソースを計画的に遮断する。バルブ漏れが存在する場合、インベントリー体積内の気体（上流隔離バルブとＭＦＣ制御バルブとの間の気体）から気体が抜け出す。インベントリー内の気体を枯渇させるプロセスの間、インベントリー内の気体の質量の変化率fmDvMgが、経時的に測定される。インベントリー内の気体の質量の変化率に流量変換定数を乗算することによって、式２において用いられる以下のＲＯＤ測定されたバルブ漏れが得られる。
ROD_Valve_Leak＝(dfmDvMg/dt)×ConvConstｔ    （式７）
【００６５】
加えて、以下の式となるようなsensor_offset_correctionという新たな項を利用することができる。
sensor_offset_correction＝−固有sensor_offset      （式８）
【００６６】
上記項（式８）を用いて式１を修正することによって、以下の式が提供される。
calculated_flow＝（センサーオフセット）＋（最後のゼロ補正）＋（センサーによって測定されたバルブ漏れ）−（sensor_offset_correction）      （式９）
【００６７】
このように、上記計算を用いると、質量流量制御器は、デバイスがゼロ設定点に戻るごとに、固有sensor_offset（式２）およびsensor_offset_correction（式８）を求めるように構成することができる。したがって、センサーオフセットをリアルタイムで補正することができる。デバイスが、ゼロの信頼できる知識を有すると、質量流量制御器は、流れが生じている間、同様の補正をスパン測定に適用することができる。
【００６８】
加えて、質量流量制御器は、sensor_offset_correctionの値を、トラブルシューティング、メンテナンス、またはアラーム適用のための時間の関数としてログ記録するログ記録メカニズムとともに構成することができる。
【００６９】
別の用途では、漏れ測定は、ＭＦＣ制御バルブ以外のツール上の気体経路に沿った漏れを測定するのに用いることができる。例えば、上流隔離バルブおよび下流隔離バルブおよびＭＦＣ制御バルブのシーケンスおよびステータスを単に変更するだけで、上記で説明したのと同じ原理を用いて、これらの隔離バルブの漏れの有無を検査することができる。
【００７０】
更に、或る特定の実施形態では、下流の隔離バルブのステータスが判明している場合、測定を改善することができる。例えば、１つの実施形態では、質量流量制御器は、下流の隔離バルブのステータスをツール／ツールコントローラーに要求する（または下流の隔離バルブのステータスをツール／ツールコントローラーから提供される）ソフトウェアプロトコルの使用を通じて構成することができる。別の実施形態では、質量流量制御器は、他のパラメーターを調べることによってまたは圧力減衰の曲線の形状から下流の隔離バルブのステータスを求めるように構成することができる。他のパラメーターは、バルブ漏れ測定の終了時における流入口圧力の最終値等であるが、これらに限定されるものではない。
【００７１】
さらに、上記で説明したリアルタイムのゼロ点調整は、自己確認型質量流量制御器を提供するための開示した方法および装置の使用を説明しているが、特許請求の範囲の範囲は、上記で説明したようなリアルタイムのゼロ点調整を実行するための減衰速度測定を実行するのに用いることができる他の方法および装置を包含するように意図されている。例えば、代替の実施形態として、質量流量制御器は、ツールコントローラーと通信することも隔離バルブを閉鎖する手段を有することもなく、減衰速度測定を実行するために隔離バルブが閉鎖されることを単純に前提とする構成パラメーターを用いてプログラムすることができる。例えば、これらの構成パラメーターは、ゼロ点設定後の或る特定の時間量の後または非ゼロ点設定を受信する前の或る特定の時間量の後に隔離バルブが閉鎖されることを前提とするパラメーターを含むことができる。
【００７２】
したがって、上記で説明したように、開示した実施形態の利点は、これらに限定されるものではないが、バルブ漏れを検査するための減衰速度測定を実行するために別個のデバイスをツールに設置するという要件を排除した自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含む。加えて、開示した実施形態は、バルブ漏れが存在する状況においてゼロオフセットまたはゼロドリフトを得るために質量流量制御器の出力のリアルタイムの元の位置での補正のために、バルブ漏れおよびセンサーオフセットを同時に求めるように構成された自己確認型質量流量制御器を提供するためのシステムおよび方法を含む。これによって、ＭＦＣは、測定を行うのにダウンタイムを必要とすることなくリアルタイムの正確な情報を提供することが可能になる。
【００７３】
加えて、開示した実施形態は、既存のツールソフトウェアに対する変更を行うことなく、ＭＦＣの内部で減衰速度測定を実行することを可能にする。これは、コストおよび複雑さを顧客に追加することを要しない。なぜならば、デバイスに対する開示した変更は、既存のツール設備と後方互換性を有するからである。さらに、図６〜図８に示すように、開示した実施形態は、既存の質量流量制御器のフットプリント／構造内に適合し、したがって、実施のコストが削減され、現在のツール構成との互換性が維持される。加えて、開示した実施形態は、既存のツールに対する（おそらく追加の配線以外の）ソフトウェア修正もハードウェア修正も何ら必要とすることなく、新たな診断能力を旧式のツールに追加する。その上、開示した実施形態は、気体スティック上の既存の構成要素（すなわち、上流隔離バルブ等であるが、これらに限定されない、気体供給ラインに沿った構成要素）を利用し、それによって、コストが更に減少し、既存のツールとの互換性が維持される。追加の利益として、気体の流れを停止するのに、質量流量制御器に専用の隔離バルブを組み込む代わりに、気体スティック上の上流隔離バルブを用いることによって、コストが削減され、質量流量制御器により多くの内部体積が提供される。
【００７４】
加えて、質量流量制御器に隔離バルブを制御させることの便益は、質量流量制御器制御システムが極めて高速に動作し、ツールコントローラーが必要な時間制約内に行うことができない重要な計算および論理判定を行うことができるということである。加えて、質量流量制御器は、ツールのオペレーターによるのではなく、質量流量制御器のプロバイダーによって構成されるので、これらの質量流量制御器のプロバイダーは、質量流量制御器が制御を失う状況に置かれないことを確実にすることができる。例えば、質量流量制御器は、許容することができる圧力の変化の規模、所与の流量率および流入口圧力について正確な測定を行うには、どれくらいの大きさの圧力降下が必要であるのか、および、正確な測定を行うにはどれくらいの長さの時間が必要であるのかを知るように構成される。加えて、上述したように、質量流量制御器は、いつ測定を行うことができるのかに関して知的な判定を行うように構成することができ、設定点の変更またはツールを遮断するコマンド等のユーザーからのコマンドに基づいて測定を迅速に中止することができる。
【００７５】
測定および結果に対する制限を設定するために複数のパラメーターをプログラムすることができる。例えば、連続的に、または５秒ごとに、５分ごとに、５時間ごとに、若しくは他の任意の時間間隔で自動的に測定を行うようにデバイスをプログラムすることができる。或る特定の設定点においてのみ、または各設定点が変化した後に１度だけ測定を行うよう等にデバイスをプログラムすることもできる。質量流量制御器は、測定を完了するのに十分な時間があると判断しない限り、減衰速度測定を開始しないように構成することもできる。デバイスは、複数の異なる測定モードも有することができる。例えば、より低い分解能を有する「クイック」測定を頻繁に実行して、平均することができる一方、ツールに対して定期的に実行される毎日のメンテナンス検査中には、「メンテナンス」高分解能モードを実行することができる。
【００７６】
他のパラメーターは、減衰速度測定の継続時間、すなわち、上流バルブを閉鎖に設定して圧力減衰を強制的に行う時間の長さを制御するように構成することができる。例えば、これは、測定に対する時間制限または許容される最大圧力降下のいずれかを有することによって制御することができる。一方または双方を制限することは、測定が、数秒間しか続かない設定点等、プロセス時間が制限されているときに実行されることを可能にするか、または圧力が元に戻されているとき、流れに対する潜在的な乱れを制限することを可能にする。
【００７７】
質量流量制御器は、これに限定されるものではないが減衰速度測定等の、タイムスタンプを伴った、当該質量流量制御器の内部で実行された様々な測定、経時的な流量特性の変化、デバイスオフセットの変化およびバルブまたはツールを通る漏れ、デバイスに見られる最大圧力および最大温度、ゼロルーチンの要求等のデータログ記録および傾向化を可能にする追加のフラッシュメモリも装備することができる。
【００７８】
上記で説明した図は、質量流量制御器の様々な実施形態を開示しているが、当業者であれば、質量流量計の出力のリアルタイムの元の位置での補正を提供するための自己確認型質量流量計がゼロオフセットまたはゼロドリフトをもたらすことを可能にするために、質量流量計に対して上記で開示した変更を同様に行うことができることを認識するであろう。開示した質量流量制御器と質量流量計との間の主な相違は、質量流量計が、質量流量制御器であれば備えているような、バルブを調整して所望の流量率を達成するように動作するコントローラーを備えていないということである。添付の特許請求の範囲の範囲は、質量流量制御器だけでなく質量流量計および他の任意の同様の流量測定／制御デバイスも包含するように意図されている。
【００７９】
上記実施形態についての具体的な詳細を説明してきたが、上記ハードウェアおよびソフトウェアの説明は、単なる例示の実施形態として意図されているにすぎず、開示した実施形態の構造も実施態様も限定するように意図されていない。
【００８０】
加えて、開示した実施形態の或る特定の態様は、上記で概説したように、１または複数の処理ユニット／構成要素を用いて実行されるソフトウェアに具現化することができる。この技術のプログラムの態様は、通常は或るタイプの機械可読媒体上に担持されるかまたはその機械可読媒体に具現化される実行可能コードおよび／または関連データの形態の「製品」または「製造物品」と考えることができる。有形の非一時的な「記憶装置」型媒体には、ソフトウェアプログラミング用にいつでも記憶装置を提供することができる、様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ、光ディスクまたは磁気ディスク等の、コンピューター、プロセッサ等、またはそれらの関連モジュールのためのメモリまたは他の記憶装置のうちの任意のものまたはそれらの全てが含まれる。
【００８１】
当業者であれば、本教示が、様々な変更形態および／または強化形態に適用可能であることを認識するであろう。上記内容は最良の形態とみなされるものおよび／または他の例を説明しているが、様々な変更をそれらに行うことができること、本明細書に開示した主題は様々な形態および例で実施することができること、並びにそれらの教示は多数の用途において適用することができ、それらの用途の一部しか本明細書に説明されていないことが理解される。そのような変更は、本教示の真の範囲内に包含されるように意図されている。
【００８２】
加えて、図におけるフローチャート、シーケンス図およびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法およびコンピュータープログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能および動作を示している。幾つかの代替の実施態様では、ブロックに示された機能は、図に示された順序以外で行うことができることにも留意すべきである。例えば、連続して示された２つのブロックは、含まれる機能に応じて、実際には、実質的に同時に実行される場合もあるし、それらのブロックは、時に、逆の順序で実行される場合もある。ブロック図および／またはフローチャート説明図の各ブロック、並びにブロック図および／またはフローチャート説明図におけるブロックの組み合わせは、指定された機能若しくは動作を実行する専用ハードウェアベースのシステム、または専用ハードウェアおよびコンピューター命令の組み合わせによって実施することができることにも留意されるであろう。
【００８３】
本明細書に用いられる術語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明の限定であるように意図されていない。数量が特定されていないもの（the singular forms "a", "an" and "the"）は、本明細書において用いられるとき、文脈が複数形を含まないことを明確に示していない限り、複数形も同様に含むように意図されている。「備える」（"comprise" and/or "comprising"）という用語は、この明細書および／または特許請求の範囲において用いられるとき、明記した特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素が存在することを明示しているが、１または複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群が存在することまたは追加されることを排除していないことが更に理解されるであろう。添付の特許請求の範囲における全ての手段またはステップに機能を加えた要素の対応する構造、材料、動作および均等物は、その機能を、具体的に請求項に記載されている他の請求項に記載の要素と組み合わせて実行するための任意の構造、材料、または動作を含むように意図されている。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、開示した形態の発明に限定されることも意図するものではない。本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの変更形態および変形形態が当業者に明らかであろう。実施形態は、本発明の原理および実用的な用途を説明するとともに、他の当業者が、考慮されている特定の使用に適するように様々な変更を有する様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために選ばれて記載されている。請求項の範囲は、開示した実施形態および任意のそのような変更を広く包含するように意図されている。
【符号の説明】
【００８４】
１００    質量流量制御器
１０２    センサーハウジング
１０８    基部
１１０    ステップ
１１２    圧力トランスデューサー
１２０    流体流入口
１３０    流体流出口
１４０    熱式質量流量計
１４２    バイパス
１４６    熱式流量センサー
１４６Ａ    センサー流入口部分
１４６Ｂ    センサー流出口部分
１４６Ｃ    センサー測定部分
１４７    抵抗器
１４８    抵抗器
１５０    制御バルブアセンブリ
１５８    電気導体
１５９    電気導体
１６０    閉ループシステムコントローラー
１７０    制御バルブ
１８０    継電器
１９０    電気構成要素
２００    ツールコントローラー
２０２    内部バルブ
２０４    ツールパイロットバルブ
２０６    気体供給ライン
２１０    上流隔離バルブ
２１０Ｍ    隔離バルブ
２１１    バルブ
２１２    空気圧ライン
２１２ｉ    第１の空気圧ライン
２１２ｏ    第２の空気圧ライン
２１４    電気ライン
２２２    隔離バルブ
２５０    質量流量制御器
２８０    流入口ブロック
２８２    ピエゾバルブ
３００    ソフトウェアプロトコル
３４０    質量流量制御器
３５０    質量流量制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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