[发明专利]制造和使用质量流量设备的系统和方法

说明书

交叉引用

本申请要求2001年10月12日提交的、申请号为No.60／329031的美国临时专利申请和2002年8月28日提交的、申请号为No.60／406511的美国临时专利申请的优先权，并且是2000年9月20日提交的、申请号为No.09／666039的美国专利申请的部分延续。

技术领域

本公开一般涉及流量系统，更具体地涉及制造和使用质量流量设备的方法。

背景技术

人们已经努力发展精确流体质量流量控制器，尤其是用于控制诸如半导体器件制造中使用的类型的有毒和高活性气体的流体的质量流速的流量控制器。在半导体制造领域中，在蚀刻和气相沉积工艺中使用各种气体。当暴露到环境大气条件下时，这些气体可能对人体有害，并且可能是高活性的。已经开发了测量和控制上述类型流体的流速的质量流量控制器，其中测量是基于流体热性质。还已经开发了基于测量跨越流量限流器或管口(orifice)的压差的其它流体质量流量控制器。这里所讨论类型的现有技术质量流量控制器的精度不适合于流量控制器的许多应用。

半导体制造工艺可能要求将非常精确量的流体(主要是气体)排入加工室。例如，可能要求流速范围从高达20升／分钟到低达几十分之一立方厘米／分钟(CCM)。而且，在半导体制造中用来控制活性气体的流量控制器的响应时间和稳定流速，可能要求控制器能够在小于1秒钟内(优选为比1秒小得多)对“ON”信号起反应并且稳定在所需流速，。工艺本身在任何地方可能持续几秒到几小时。目前流体质量流量控制器以这样的速度进行反应和稳定的能力是难以实现的。

与现有技术压力传感器和使用这种压力传感器的流体质量流量控制器相关 的另一问题是它们设计中固有的死区的量。通常，这种质量流量控制器具有开口在与每个压力变换器相关的中空室中的单个入口／出口。因此，中空室一些区域中的流体流量可能受到严重限制，导致大的未扫掠的内部体积、长的湿气干燥时间和差的清洁能力。

与现有技术流体质量流量控制器相关的另一问题就是对于各种处理流体需要校准控制器。通常使用惰性或无毒校准流体对现有技术流体质量流量控制器进行校准，这需要推导转换系数或转换数据集。由于为校准每个控制器装置使用有毒或高活性处理流体对于操作人员来说危险并且成本过高，现有技术流体质量流量控制器通常用诸如氮或氩等的惰性流体进行校准，或用性质类似于受质量流量控制器控制的处理流体性质的流体进行校准。使用校准流体和转换系数的该处理将误差带入质量流量控制器操作中，是耗时并昂贵的。现有技术流体质量流量控制器的不准确性、初始安装期间以及更换程序中校准控制器所要求的费用和时间实质上将许多制造工艺(包括半导体器件制作)的成本增加到了已经非常希望流体质量流量控制器中有某些改进的程度。

因此，已经确认关于压力传感器和包括这样的压力传感器的流体质量流量控制器(尤其是如上所述的制造工艺中使用的类型)的一些迫切需要。这样的迫切需要包括：控制器设定点(setpoint)的百分之几(希望小于百分之一)以内的控制器精度；在“正常”温度之上或之下和各种位置或姿态(也就是，正面朝上、倒向一边或正面朝下)下运行而不丧失精度，例如由基于热的质量流量控制器所经历的；在宽流速范围内精确测量和控制；从打开到实现稳定流量状况的快速响应时间；制造节约；以及简单的模块机械结构来便于维护流量控制器以及便于将流量控制器从用于制造工艺的流体流量分配系统中卸下。流体质量流量控制器中其它所希望的特征包括：制造时无需校准每个完整控制器装置，或维护后无需重新校准该装置；供应可靠的容易交换的流量限流器或管口部件；维护或卸下流量限流器之后，容易验证流量控制器的可操作性和精度；对于多种有毒和／或活性流体，尤其是在半导体制造工艺中使用的数百种气态流体，能够准确控制流速的能力；容易为不同气体或液态流体的流速修改控制器工作数据。

因此，需要用于制造能够精确测量或控制跨越不同压强和温度范围的一种或多种流体的质量流量设备的系统和方法。

发明内容