DE112007000926T5

DE112007000926T5 - Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung

Info

Publication number: DE112007000926T5
Application number: DE200711000926
Authority: DE
Inventors: Michael Sterling L'Bassi; Junhua Tewksbury Ding; David Stoneham D'Entremont
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: DE112007000926B4; KR101161635B1; US20070240778A1; GB2449212B; GB2449212A; JP5086336B2; TW200807204A; WO2007120406A1; US8997791B2; KR20080111075A; TWI443487B; GB0817343D0; JP2009533756A

Abstract

System zum Unterteilen eines einzelnen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen, wobei das System umfasst:
einen Einlass, der aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen;
eine Haupt- bzw. Master-FRC (Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) und eine oder mehrere Neben- bzw. Slave-FRCs, wobei jeder der FRCs mit dem Einlass verbunden ist und wenigstens einen sekundären Flusskanal umfasst;
wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs in Kombination eine Anzahl von N sekundären Flusskanälen umfassen, wobei jeder sekundäre Flusskanal i (i = 1, ..., N) angeschlossen ist, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern; und
wobei die Master-FRC aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um vorausgewählte Verhältnissollwerte von einer Hoststeuerung zu empfangen und die vorausgewählten Verhältnissollwerte zusammen mit einem oder mehreren Befehlssignalen an die Slave-FRCs zu liefern, so dass Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussrate...

Description

Hintergrund
In einer Anzahl von Anwendungen kann es notwendig sein, präzise Mengen an Gasen oder anderen Fluiden an Verarbeitungskammern und/oder andere Verarbeitungseinrichtungen zu liefern. Diese Anwendungen können die Herstellung von Halbleitersystemen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Für manche Anwendungen kann es notwendig sein, kombinierte Prozessgase oder andere Fluide zwischen mehreren Verarbeitungseinrichtungen aufzuteilen oder zu trennen. Beispiele für flusstrennende Anwendungen können Ätzen, Austreiben und PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung) umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In diesen Fällen kann ein einziger Auslass einer Gasbox, die die kombinierten Prozessgase enthält, durch sekundäre Flusskanäle mit mehreren Kammern und/oder Verarbeitungseinrichtungen verbunden werden.
Eine FRC (Flow Ratio Controller: Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) kann verwendet werden, um einen primären Durchfluss gemäß vorausgewählten Verhältnissen zwischen einer Vielzahl von sekundären Flusskanälen aufzuteilen. Eine Anzahl von Konstruktionen wurde für Zweikanal-Durchflussverhältnissteuerungen bzw. Regelungen (DCFRCs) implementiert, welche einen einzigen Massenfluss in zwei sekundäre Flusskanäle trennen.
In manchen Anwendungen kann eine Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung (MCFRC) notwendig sein, um einen einzigen Massenfluss in mehr als zwei Massenflüsse zu trennen. In einem Ansatz kann eine MCFRC durch Verbinden einer Anzahl von DCFRCs in einem kaskadierten bzw. stufenförmigen Aufbau implementiert werden. Der kaskadierte Aufbau kann jedoch zu einem hohen Druckabfall an der MCFRC führen. Auch kann der kaskadierte Satz von DCFRCs eine große Grundfläche haben und teuer sein. Ferner kann der kaskadierte Aufbau für DCFRCs die Gesamtzahl N von Flusskanälen auf N = 2ⁿ beschränken, was die Flexibilität beträchtlich verringern kann.
Folglich besteht ein Bedarf an verbesserten Systemen und Verfahren zum Implementieren einer MCFRC.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein System zum Unterteilen eines einzigen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen umfasst einen Einlass, der aufgebaut ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen, und eine Haupt- bzw. Master-FRC und eine oder mehrere Neben- bzw. Slave-FRCs, die mit dem Einlass verbunden sind. Die Master-FRC und die Slave-FRCs umfassen jeweils wenigstens einen sekundären Flusskanal und umfassen in Kombination eine Anzahl von N sekundären Flusskanälen. Jeder sekundäre Flusskanal i (i = 1, ..., N) ist angeschlossen, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern. Die Master-FRC ist aufgebaut, um vorausgewählte Verhältnissollwerte von einer Hoststeuerung zu empfangen und die vorausgewählten Verhältnissollwerte zusammen mit einem oder mehreren Befehlssignalen an die Slave-FRCs zu liefern, so dass Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen einzelnen Durchflussmengen bzw. -raten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussmenge bzw. -rate Q_T auf den vorausgewählten Verhältnissollwerten gehalten werden können, wobei Q_i die einzelne Durchflussmenge in dem sekundären Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N einzelnen Durchflussmengen darstellt.
Ein System zum Unterteilen eines einzigen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen umfasst einen Einlass, der aufgebaut ist, um den einzigen Massenfluss aufzunehmen, eine Vielzahl N von sekundären Flusskanälen i (i = 1, ..., N) und eine Steuerung bzw. Regelung. Die N sekundären Flusskanäle sind mit dem Einlass verbunden und sind angeschlossen, um entsprechende der N sekundären Flüsse zu befördern. Jeder sekundäre Flusskanal i (i = 1, ..., N) umfasst einen Durchflusssensor, der angeschlossen ist, um eine Durchflussmenge Q_i durch den Flusskanal i zu messen, und ein Ventil, das angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den Flusskanal i ansprechend auf ein Steuer- bzw. Regelungssignal zu regulieren. Die Steuerung bzw. Regelung ist aufgebaut, um die Durchflusssensoren und die Ventile in allen der N Flusskanäle zu steuern bzw. zu regeln, um Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen einzelnen Durchflussmengen Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussmenge Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten aufrechtzuerhalten, wobei Q_i einzelne Durchflussmengen in entsprechenden Flusskanälen i darstellen und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N einzelnen Durchflussmengen darstellt.
Ein Gaszuführungssystem umfasst eine Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung (MCFRC), die aufgebaut ist, um einen einzigen Gasfluss in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen aufzuteilen. Die MCFRC umfasst eine Master-FRC (Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) und eine oder mehrere Slave-FRCs. Jede FRC umfasst wenigstens einen Flusskanal und ist mit einem Einlass verbunden, der aufgebaut ist, um den einzigen Gasfluss aufzunehmen. Die Master-FRC und die Slave-FRCs umfassen zusammen insgesamt N Flusskanäle. Jeder Flusskanal i (i = 1, ..., N) ist angeschlossen, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern. Die Master-FRC ist aufgebaut, um vorausgewählte Verhältnissollwerte von einer Hoststeuerung bzw. Regelung zu empfangen und die vorausgewählten Verhältnissollwerte zusammen mit einem oder mehreren Befehlssignalen an die Slave-FRCs zu liefern, so dass die Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen einzelnen Durchflussmengen Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussmenge Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten aufrechterhalten werden können, wobei Q_i die einzelne Durchflussmenge dem Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N einzelnen Durchflussmengen darstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist ein allgemeines Blockdiagramm eines Gaszuführungssystems, das eine MCFRC umfasst.
1B zeigt einen kaskadierten Aufbau für eine MCFRC.
2A ist ein allgemeines Blockdiagramm einer MCFRC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Master-FRC und eine Vielzahl von Slave-FRCs umfasst, die in einem parallelen Aufbau durch ein digitales Kommunikationsnetzwerk verbunden sind.
2B stellt eine der FRCs in der in 2A dargestellten MCFRC detaillierter dar.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das den Kommunikationsaustausch zwischen einem Hostcomputer, der Master-FRC und der Vielzahl von Slave-FRCs in der in 2A dargestellten MCFRC darstellt.
4 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer MCFRC, die mehrere Flusskanäle und mehrere Steuer- bzw. Regelungsventile umfasst, die in ein einziges monolithisches Modul integriert sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Eine Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung (MCFRC) wird beschrieben, die eine Master-FRC umfasst, die durch ein digitales Kommunikationsnetzwerk mit einer oder mehreren Slave-FRCs verbunden ist. Die Master-FRC trennt zusammen mit den Slave-FRCs einen ankommenden Durchfluss in eine Vielzahl von sekundären Flüssen, die von einer Hoststeuerung bzw. Regelung vorausgewählte Durchflussmengen haben.
1A ist ein allgemeines Blockdiagramm eines Gaszuführungssystems 102, das eine MCFRC 106 umfasst, die aufgebaut ist, um einen einzigen Durchfluss von Gas Q_T in eine Vielzahl von sekundären Flüssen Q₁, Q_i, ..., Q_T mit vorausgewählten Verhältnissen Q_i/Q_T zu unterteilen. Die MCFRC 106 empfängt einzelne Gase oder Mischungen von mehreren Gasen, die von Gaslieferanten, zum Beispiel Gasbehältern, zugeführt werden können. Die Gaslieferanten sind in 1 unter Verwendung von Bezugsnummern 104-1, 104-2, ..., 104-i, ..., 104-M gezeigt. Eine Gasmischung kann beispielhaft eine Anzahl von verschiedenen Prozessgasen und ein Spül- bzw. Reinigungsgas umfassen. Viele verschiedene Gasmischungen können ebenfalls geliefert werden.
Eine Gasbox 112 kann die einzelnen Gase oder Gasmischungen an die MCFRC 106, zuführen, welche ihrerseits die sekundären Flüsse Q₁, ..., Q_i, ..., Q_N an jeweilige (nicht gezeigte) Prozesskammern zuführen kann. Alternativ können die Gase in verschiedene Injektoren oder Bereiche einer einzigen Prozesskammer oder andere Verarbeitungswerkzeuge dosiert werden. Die Gasbox 112 kann eine Vielzahl von Gassticks 114-1, ..., 114-i, ..., 114-M umfassen, wobei jeder Gasstick 114-i in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Gaslieferanten 104-i steht.
Jeder Gasstick 114-i (i = 1, ..., M) kann einzeln den Gasfluss von dem entsprechenden Gaslieferanten 104-i (i = 1, ..., M) steuern bzw. regeln. Jeder Gasstick 114-i kann eine Massendurchflusssteuerung bzw. Regelung (MFC) umfassen. Die MFCs für die Gassticks sind in 1 als MFC₁, MFC₂, ..., MFC_i, ..., MFC_M innerhalb jedes Gassticks dargestellt. Jeder Gasstick kann auch ein (nicht gezeigtes) Ventil umfassen, das, wie zum Beispiel in US-A-6 418 954 beschrieben, vor und nach der MFC positioniert ist. Die Gassticks 114-i können jeweils einen steuer- bzw. regelbaren Gasdurchgang bereitstellen, so dass eine präzise dosierte Menge eines Gases (oder einer Kombination von Gasen) an die MCFRC 106 zugeführt werden kann. Die MCFRC 106 kann dann das Gas oder die Kombination von Gasen genau in sekundäre Flüsse Q_i trennen/unterteilen, von denen jeder vorausgewählte Durchflussverhältnisse Q_i/Q_T hat. Die Gassticks 114-i können jeweils mit anderen (nicht gezeigten) Bestandteilen zum Überwachen oder Steuern bzw. Regeln von Gasen, wie etwa Filtern, Reinigern, Druckwandlern bzw. Druckaufnehmern und Ventilsteuerungen bzw. Regelungen, versehen sein.
Die Gassticks 114-i können zusammen zum Beispiel an einen Auslassverteiler 116 angeschlossen sein, um zuzulassen, dass die Gasflüsse von jedem Stick, falls gewünscht, vermischt werden, bevor sie die Gasbox 112 verlassen. Der Auslassverteiler 116 ist, wie in 1 gezeigt, mit der MCFRC 106 verbunden.
Die MCFRC 106 umfasst eine Vielzahl von sekundären Flusskanälen 122-1, ..., 122-i, ..., 122-N. Jeder sekundäre Flusskanal 122-i umfasst einen Durchflusssensor 124-i und ein Ventil 126-i. Der Sensor 124-i misst die Durchflussmenge durch den sekundären Flusskanal 122-i und erzeugt ein Durchflussmengensignal für die Verwendung in der Steuerung bzw. Regelung des Ventils 126-i, welches den Massenfluss durch den sekundären Flusskanal 122-i reguliert. Die Sensoren 124-i und Ventile 126-i werden auf diese Weise gemeinsam verwendet, um die Ausgangsmassenflüsse Q_i in den sekundären Flusskanälen und folglich die Durchflussverhältnisse α_i = Q_i/Q_T zu steuern bzw. zu regeln, wobei Q_T die Summe der Flüsse in allen N der sekundären Flusskanäle ist, d. h. Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N. Die Auslässe 130-1, ..., 130-i, ..., 130-N jedes der sekundären Flusskanäle können mit einer oder mehreren entsprechenden Verarbeitungskammern oder anderen Einrichtungen (nicht gezeigt) verbunden sein.
Eine Steuerung bzw. Regelung 136 für die MCFRC 106 kann aufgebaut sein, um Eingaben α_i zu empfangen, welche die vorausgewählten Werte oder Sollwerte der Verhältnisse α_i der Durchflussmengen Q_i durch jeden der Flusskanäle 122-i in Bezug auf die gesamte Durchflussmenge Q_T darstellen.
Die Steuerung bzw. Regelung 136 kann unter anderem aufgebaut sein, um die vorausgewählten Verhältnisse auf die vorausgewählten Sollwerte zu steuern bzw. zu regeln und dort zu halten.
MCFRCs können unter Verwendung von DCFRCs als Bausteine implementiert werden, in welchem Fall es möglich sein kann, auf der vorhandenen Hardware und Software in den DCFRCs aufzubauen. 1B stellt eine MCFRC 150 dar, die auf DCFRCs aufbaut, indem eine Vielzahl von DCFRCs 160 in einem Kaskadenaufbau verbunden wird. Die MCFRC 150 mit dem kaskadierten Aufbau kann leicht mit wenig oder keiner Modifikation der vorhandenen Hardware oder Software implementiert werden. Die MCFRC 150 kann daher ohne weiteres unter Verwendung vorhandener DCFRCs, die kommerziell verfügbar sind, einschließlich zum Beispiel der Delta II FRCs, hergestellt von MKS Instruments, Inc., für Kunden verfügbar gemacht werden. Ein kaskadierter Satz von DCFRCs kann jedoch zu einem unerwünscht hohen Druckabfall an der MCFRC führen. Jede zusätzliche DCFRC, die zu dem Kaskadenaufbau hinzugefügt wird, würde zu einer entsprechenden Zunahme des Druckabfalls an der MCFRC beitragen. Ein kaskadierter Satz von DCFRCs kann auch zu hohen Kosten und einem Mangel an Flexibilität für den Verbraucher führen, da die Anzahl von DCFRCs größer als die des parallelen Aufbaus ist, der in dem nächsten Absatz diskutiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 2A dargestellt ist, sind eine Master-FRC 210 und eine Vielzahl von Slave-FRCs 220 in einem parallelen Aufbau durch ein digitales Kommunikationsnetzwerk verbunden. 2A ist ein allgemeines Blockdiagramm einer MCFRC 200, in der die Master-FRC 210 und die Slave-FRCs alle mit einem Einlass 205 verbunden sind, der aufgebaut ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen. Die Master-FRC 210 und die Slave-FRCs 220 umfassen jeweils wenigstens einen sekundären Flusskanal. In Kombination umfassen die Master-FRC und die Slave-FRCs insgesamt N sekundäre Flusskanäle 222-i (i = 1, ..., N). Jeder sekundäre Flusskanal 222-i (i = 1, ..., N) ist angeschlossen, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern.
In der in 2A dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Master-FRC 210 ebenso wie alle Slave-FRCs als Zweikanal-FRCs gezeigt, die jeweils zwei sekundäre Flusskanäle haben. Die Master-FRC 210 ist als sekundäre Flusskanäle 222-1 und 222-2 umfassend dargestellt, die jeweils sekundäre Flüsse Q₁ und Q₂ befördern. Die Slave-FRCs 220 sind jeweils als zwei sekundäre Flusskanäle 222-(j-1) und 222-j umfassend dargestellt (wobei in dem dargestellten Beispiel j = 3, ..., N, da die Master-FRC die ersten zwei Flusskanäle 222-1 und 222-2 umfasst).
Wenngleich die beispielhafte Ausführungsform die Master- und die Slave-FRCs jeweils als zwei sekundäre Flusskanäle umfassend darstellt, sollte sich verstehen, dass in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Master-FRC 210 oder jede der sekundären FRCs 220 jede Anzahl (einschließlich eins) von sekundären Flusskanälen umfassen kann. Obwohl die Master-FRC 210 als die ersten zwei Flusskanäle 222-1 und 222-2 umfassend gezeigt ist, kann die Master-FRC 210 ferner in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beliebige unterschiedliche der Flusskanäle, einschließlich der Flusskanäle 222-(j-1) und 222-j und der Flusskanäle 222-(N-1) und 222-N, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Hoststeuerung bzw. Regelung 270, die zum Beispiel ein Hostcomputer sein kann, ist aufgebaut, um die vorausgewählten Durchflussverhältnissollwerte an die Master-FRC 210 zu senden. Die Master-FRC 210 liefert die Durchflussverhältnissollwerte zusammen mit anderen Steuer- bzw. Regelungsbefehlen an die Slave-FRCs 220, um die Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen einzelnen Durchflussmengen Q_i (i = 1, ..., N) und der Gesamtdurchflussmenge Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten zu halten, wobei Q_1i die einzelne Durchflussmenge in dem Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N einzelnen Durchflussmengen darstellt. Die Hoststeuerung bzw. Regelung 270 kann den Stauts bzw. Zustand der Master-FRC und/oder der Slave-FRCs und das tatsächliche Durchflussmengenverhältnis in jedem Flusskanal i abfragen.
In einer Ausführungsform können die Master-FRC 210 und die Slave-FRCs 220 aufgebaut sein, um miteinander und mit der Hoststeuerung bzw. Regelung 270 durch ein digitales Kommunikationsnetzwerk zu kommunizieren. Das Netzwerk kann eines oder mehrere der folgenden umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt: Ethernet TCP/IP; UDP/IP; DeviceNet; CAN (Controller Area Network); RS-232 und RS-485. Ein in 2A gezeigter digitaler Kommunikationsbus 230 ermöglicht Kommunikationen zwischen der Master-FRC 210 und den Slave-FRCs 220 oder der Master-FRC 210 und der Hoststeuerung bzw. Regelung 270.
2B stellt eine beispielhafte der FRCs, welche die in 2A dargestellte MCFRC 200 bilden, detaillierter dar. Die in 2B gezeigte FRC 300 ist eine Zweikanal-FRC 300 (wenngleich FRCs mit einer von zwei verschiedenen Anzahl von Kanälen ebenfalls verwendet werden können). Die FRC 300 kann entweder eine Master-FRC oder eine der Slave-FRCs in der in 2A gezeigten MCFRC 200 sein und umfasst sekundäre Flusskanäle 322-i und 322-(i-1). Jeder sekundäre Flusskanal 322-i umfasst einen Durchflusssensor 324-i, der angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den entsprechenden Flusskanal 322-i analog zu den in 1A dargestellten Durchflusssensoren 124-i zu messen. Jeder sekundäre Flusskanal 322-i umfasst ferner ein Ventil 326-i, das angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den entsprechenden Flusskanal 322-i analog zu den in 1A dargestellten Ventilen 126-i zu messen.
Die Zweikanal-FRC 300 umfasst ferner eine Ventilsteuerung bzw. Regelung 350, die mit den Durchflusssensoren und den Ventilen in der Zweikanal-FRC 300 verbunden ist und die aufgebaut ist, um ansprechend auf die Verhältnissollwerte von der Hoststeuerung bzw. Regelung Steuersignale an jedes Ventil in der Zweikanal-FRC 300 bereitzustellen, um den Massendurchfluss in den entsprechenden Flusskanälen zu steuern bzw. zu regeln, bis die Verhältnisse zwischen den einzelnen Durchflussmengen und Q_T die Verhältnissollwerte für die entsprechenden Flusskanäle erfüllen.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das den Kommunikationsaustausch, der zwischen der Hoststeuerung 270, der Master-FRC 210 und der Vielzahl von Slave-FRCs 220 in der in 2A dargestellten MCFRC 300 stattfinden kann, detaillierter darstellt. Wie in 3 zu sehen, ist jede Slave-FRC 220 aufgebaut, um Durchflussmengen durch ihre Flusskanäle zu messen und die gemessenen Durchflussmengen an die Master-FRC zu kommunizieren. Jede Slave-FRC 220 ist ferner aufgebaut, um tatsächliche Verhältnisse zwischen den gemessenen Durchflussmengen durch ihre Flusskanäle und der gesamten Durchflussmenge Q_T, welche die Slave-FRC 220 von der Master-FRC 210 empfängt, zu berechnen. Jede Slave-FRC 220 meldet an die Master-FRC auch die tatsächlichen Verhältnisse, die sie berechnet hat.
Die Master-FRC 210 misst auch Durchflussmengen durch ihre Flusskanäle. Die Master-FRC 210 berechnet die gesamte Durchflussmenge Q_T durch Summieren der gemessenen Durchflussmengen durch ihre eigenen Flusskanäle ebenso wie aller Durchflussmengen, die von allen Slave-FRCs 220 gemessen und empfangen werden.
Die Master-FRC 210 ist ferner aufgebaut, um von der Hoststeuerung bzw. Regelung 270 Befehlssignale zu empfangen, die anzeigen, was die vorausgewählten Verhältnissollwerte sind. Die Master-FRC 210 kommuniziert dann die gesamte Durchflussmenge Q_T und die vorausgewählten Verhältnissollwerte an alle Slave-FRCs 220.
Die Master-FRC 210 und jede der Slave-FRCs 220 sprechen auf die vorausgewählten Verhältnissollwerte an, wie sie in den Befehlssignalen von der Hoststeuerung bzw. Regelung 270 enthalten sind, um den Massendurchfluss durch ihre jeweiligen Flusskanäle zu steuern bzw. zu regeln, bis alle der Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) die vorausgewählten Verhältnissollwerte erfüllen.
Die Master-FRC 210 kann ferner aufgebaut sein, um die gemessenen Durchflussmengen und die tatsächlichen Verhältnisse, welche die Master-FRC 210 von jeder Slave-FRC empfangen hat, an die Hoststeuerung bzw. Regelung 270 zu melden.
4 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform einer MCFRC 400, die aufgebaut ist, um einen einzigen ankommenden Massendurchfluss Q_T in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen Q_i (i = 1, ..., N) aufzuteilen. In dieser Ausführungsform umfasst die MCFRC 400 mehrere Flusskanäle und mehrere Steuer- bzw. Regelungsventile, die alle ohne einen Master-Slave-Aufbau, der vorstehend in Verbindung mit 2A, 2B und 3 beschrieben ist, innerhalb einer einzigen monolithischen Struktur integriert sind. Die MCFRC 400 umfasst einen Einlass 405, der aufgebaut ist, um einen ankommenden einzelnen Massenfluss Q_T aufzunehmen, und eine Vielzahl von N sekundären Flusskanälen 422-i (i = 1, ..., N), die mit dem Einlass 405 verbunden sind.
Jeder sekundäre Flusskanal 422-i in der MCFRC 400 ist angeschlossen, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse Q_i (i = 1, ..., N) zu befördern. Jeder Flusskanal 422-i (i = 1, ..., N) umfasst einen Durchflusssensor 424-i, der angeschlossen Ist, um eine Durchflussmenge Q_i durch den Flusskanal i zu messen, und ein Ventil 426-i, das angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den Flusskanal i ansprechend auf ein oder mehrere Steuer- bzw. Regelungssignale von einer Steuerung bzw. Regelung 470 zu regulieren.
Die Steuerung bzw. Regelung 470 ist aufgebaut, um die Durchflusssensoren 424-i und die Ventile 426-i in allen der N Flusskanäle 422-i zu steuern bzw. zu regeln, um Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen den einzelnen Durchflussmengen Q_i (i = 1, ..., N) in jedem Flusskanal und der gesamten Durchflussmenge Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten α_i zu halten. Wie in vorher beschriebenen Ausführungsformen einer MCFRC stellt Q_i einzelne Durchflussmengen in entsprechenden Flusskanälen i dar, und Q_T stellt eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N einzelnen Durchflussmengen dar. Wie ebenfalls vorher beschrieben, können die vorausgewählten Verhältnissollwerte α_i von einem Kunden oder einem anderen Benutzer oder Bediener in den Rechner eingegeben werden.
Insgesamt wurden Systeme und Verfahren für die Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren können in zahlreichen Anwendungen verwendet werden, die Ätzen, Austreiben und PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung) umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Der Master-Slave-Aufbau für eine MCFRC, der vorstehend in Verbindung mit 2A, 2B und 3 beschrieben wurde, stellt ein kostengünstiges und flexibles Verfahren und System für die Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung bereit. Mit diesem Aufbau kann die Gesamtzahl N von sekundären Flusskanälen entweder fest oder variabel sein. Im Vergleich zu einem kaskadierten Aufbau kann der Master-Slave-Aufbau auch die Grundfläche wesentlich verringern.
Während gewisse Ausführungsformen von Systemen und Verfahren für die Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung beschrieben wurden, sollte sich verstehen, dass die in diesen Ausführungsformen eingeschlossenen Konzepte ebenso in anderen Ausführungsformen verwendet werden können. Der Schutz dieser Anmeldung ist einzig auf die Patentansprüche beschränkt, die nun folgen.
In diesen Patentansprüchen soll der Bezug auf ein Element, wenn nicht spezifisch so erklärt, im Singular nicht „eins und nur eins" bedeuten, sondern eher „eins oder mehrere". Alle strukturellen und funktionalen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen über diese Offenbarung hinweg beschriebenen Ausführungsformen, die Leuten mit gewöhnlichen Kenntnissen der Technik bekannt sind oder später bekannt werden, sind hier ausdrücklich per Referenz einbezogen und sollen von den Patentansprüchen umspannt werden. Außerdem soll nichts, was hier offenbart ist, für die Öffentlichkeit bestimmt sein, ungeachtet dessen, ob die derartige Offenbarung in den Patentansprüchen explizit rezitiert ist oder nicht. Kein Element der Patentansprüche soll unter den Bestimmungen von 35 U.S.C. §112, sechster Absatz, ausgelegt werden, es sei denn, das Element wird ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks „Mittel für" oder das Element wird im Fall eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung des Ausdrucks „Schritt zum/für" rezitiert.
Zusammenfassung
Ein System zum Unterteilen eines einzigen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen umfasst einen Einlass, der aufgebaut ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen, eine Haupt- bzw. Master-FRC (Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) und eine oder mehrere Neben- bzw. Slave-FRCs. Jede FRC ist mit dem Einlass verbunden und umfasst wenigstens einen Flusskanal. Die Master-FRC und die Slave-FRCs umfassen in Kombination insgesamt von N Flusskanäle. Jeder Flusskanal i (i = 1, ..., N) ist angeschlossen, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern. Ansprechend auf vorausgewählte Verhältnissollwerte, die von einer Hoststeuerung bzw. Regelung empfangen werden, halten die Master-FRC und die Slave-FRCs Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen einzelnen Durchflussmengen Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussmenge Q_T auf den vorausgewählten Verhältnissollwerten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6418954 A [0018]

Claims

System zum Unterteilen eines einzelnen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen, wobei das System umfasst: einen Einlass, der aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen; eine Haupt- bzw. Master-FRC (Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) und eine oder mehrere Neben- bzw. Slave-FRCs, wobei jeder der FRCs mit dem Einlass verbunden ist und wenigstens einen sekundären Flusskanal umfasst; wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs in Kombination eine Anzahl von N sekundären Flusskanälen umfassen, wobei jeder sekundäre Flusskanal i (i = 1, ..., N) angeschlossen ist, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern; und wobei die Master-FRC aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um vorausgewählte Verhältnissollwerte von einer Hoststeuerung zu empfangen und die vorausgewählten Verhältnissollwerte zusammen mit einem oder mehreren Befehlssignalen an die Slave-FRCs zu liefern, so dass Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussrate Q_T auf den vorausgewählten Verhältnissollwerten gehalten werden können, wobei Q_i eine individuelle Durchflussrate in dem Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N individuellen Durchflussraten darstellt.
System nach Anspruch 1, wobei die Master-FRC aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um die Gesamtdurchflussrate Q_T durch Summieren der N individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) durch entsprechende Flusskanäle i (i = 1, ..., N) zu berechnen und die gesamte Durchflussrate Q_T und die Verhältnissollwerte an alle Slave-FRCs zu kommunizieren; und wobei die Master-FRC und jede Slave-FRC auf die Verhältnissollwerte von der Hoststeuerung bzw. -regelung ansprechen, um den Massendurchfluss durch ihre jeweiligen Flusskanäle zu steuern bzw. zu regeln, bis alle Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) die Verhältnissollwerte erfüllen.
System nach Anspruch 2, wobei jede Slave-FRC aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um Durchflussraten durch ihre Flusskanäle zu messen und die gemessenen Durchflussraten an die Master-FRC zu kommunizieren; und wobei jede Slave-FRC ferner aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um tatsächliche Verhältnisse zwischen den gemessenen Durchflussraten durch ihre Flusskanäle und der gesamten Durchflussrate Q_T, die von der Master-FRC empfangen wird, zu berechnen und die tatsächlichen Verhältnisse an die Master-FRC zu melden.
System nach Anspruch 3, wobei die Master-FRC ferner aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um die gemessenen Durchflussraten und die tatsächlichen Verhältnisse von jeder Slave-FRC an die Hoststeuerung bzw. -regelung zu melden.
System nach Anspruch 2, wobei die Master-FRC ferner aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um Durchflussraten durch die Flusskanäle in der Master-FRC zu messen und die gesamte Durchflussrate Q_T durch Summieren der gemessenen Durchflussraten durch die Flusskanäle in der Master-FRC mit den Durchflussraten, die von allen Slave-FRCs gemessen und empfangen werden, zu berechnen.
System nach Anspruch 1, wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs Zweikanal-FRCs sind, wobei jede Zweikanal-FRC jeweils zwei der N Flusskanäle umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei jeder Flusskanal i (i = 1, ..., N) umfasst: einen Durchflusssensor, der angeschlossen ist, um eine Durchflussrate durch den Flusskanal i zu messen; und ein Ventil, das angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den Flusskanal i zu regulieren.
System nach Anspruch 7, wobei jede FRC eine Ventilsteuerung bzw. Regelung umfasst, die mit den Durchflusssensoren und den Ventilen in dieser FRC verbunden ist, wobei die Ventilsteuerung bzw. Regelung aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um ansprechend auf die Verhältnissollwerte von der Hoststeuerung bzw. -regelung ein Steuer- bzw. Regelungssignal an jedes Ventil in dieser FRC bereitzustellen, um den Massendurchfluss in den entsprechenden Flusskanälen zu steuern bzw. zu regeln, bis die Verhältnisse zwischen den individuellen Durchflussraten und Q_T die Verhältnissollwerte für die entsprechenden Flusskanäle erfüllen.
System nach Anspruch 1, das ferner einen digitalen Kommunikationsbus umfasst, und wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs ferner aufgebaut bzw. konfiguriert sind, um untereinander und mit der Hoststeuerung bzw. -regelung durch den digitalen Kommunikationsbus zu kommunizieren.
System nach Anspruch 9, wobei der digitale Kommunikationsbus mit einem Netzwerk verbunden ist, das wenigstens eines der folgenden umfasst: Ethernet TCP/IP; UDP/IP; DeviceNet; CAN (Controller Area Network); RS-232 und RS-485.
System nach Anspruch 1, wobei die Anzahl N von Flusskanälen fest ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Anzahl N von Flusskanälen variabel ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs in einem parallelen Aufbau miteinander verbunden sind.
System zum Unterteilen eines einzelnen Massenflusses in eine Vielzahl N von sekundären Flüssen, wobei das System umfasst: einen Einlass, der aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen; eine Vielzahl N von sekundären Flusskanälen i (i = 1, ..., N), die mit dem Einlass verbunden und angeschlossen sind, um entsprechende der N sekundären Flüsse zu befördern, wobei jeder Flusskanal (i = 1, ..., N) einen Durchflusssensor, der angeschlossen ist, um eine Durchflussrate Q_i durch den Flusskanal i zu messen, und ein Ventil umfasst, das angeschlossen ist, um den Durchfluss durch den Flusskanal i zu regulieren; und eine Steuerung bzw. Regelung bzw. ein Controller, die aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um die Durchflusssensoren und die Ventile in allen der N Flusskanäle zu steuern bzw. zu regeln, um Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussrate Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten aufrechtzuerhalten, wobei Q_i individuelle Durchflussraten in entsprechenden Flusskanälen i darstellen und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N individuellen Durchflussraten darstellt.
System nach Anspruch 14, wobei der Einlass, die Vielzahl N sekundärer Flusskanäle und die Steuerung bzw. Regelung in einem einzigen monolithischen Modul integriert sind.
System nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl N von sekundären Flusskanälen in einem parallelen Aufbau miteinander verbunden ist.
Gaszuführungssystem mit einer Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung, die aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um einen einzigen Gasfluss in eine Vielzahl von N sekundären Flüssen zu unterteilen, wobei die Mehrkanal-Durchflussverhältnissteuerung umfasst: eine Master-FRC (Durchflussverhältnissteuerung bzw. Regelung) und eine oder mehrere Slave-FRCs, wobei jede FRC wenigstens einen Flusskanal umfasst und mit einem Einlass verbunden ist, der aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um den einzigen Gasfluss aufzunehmen, wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs in Kombination insgesamt N Flusskanäle umfassen und wobei jeder Flusskanal i (i = 1, ..., N) angeschlossen ist, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern; und wobei die Master-FRC aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um vorausgewählte Verhältnissoliwerte von einer Hoststeuerung zu empfangen und die vorausgewählten Verhältnissoliwerte zusammen mit einem oder mehreren Befehlssignalen an die Slave-FRCs zu liefern, so dass die Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussrate Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten gehalten werden können, wobei Q_i die individuelle Durchflussrate in dem Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N individuellen Durchflussraten darstellt.
Verfahren zum Steuern bzw. Regeln des Durchflusses in einer Vielzahl N von sekundären Flüssen, die sich von einem einzelnen Massenfluss ableiten, wobei das Verfahren umfasst: Verbinden einer Master-FRC und einer oder mehrerer Slave-FRCs mit einem Einlass, der aufgebaut bzw. konfiguriert ist, um den einzelnen Massenfluss aufzunehmen, wobei die Master-FRC und die Slave-FRCs in Kombination insgesamt N Flusskanäle umfassen, wobei jeder Flusskanal i (i = 1, ..., N) angeschlossen ist, um einen entsprechenden der N sekundären Flüsse zu befördern; und die Master-FRC und die Slave-FRCs in allen Flusskanälen Verhältnisse Q_i/Q_T (i = 1, ..., N) zwischen individuellen Durchflussraten Q_i (i = 1, ..., N) und einer Gesamtdurchflussrate Q_T auf vorausgewählten Verhältnissollwerten halten, wobei Q_i eine individuelle Durchflussrate in dem Flusskanal i darstellt und Q_T eine Summe Q_T = Q₁ + ... + Q_i + ... + Q_N aller N individuellen Durchflussraten darstellt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Tätigkeit der Master-FRC und der Slave-FRC des Aufrechterhaltens der Verhältnisse auf den vorausgewählten Verhältnissollwerten ferner umfasst, dass: die Master-FRC den Durchfluss durch ihre Flusskanäle steuert bzw. regelt, bis die Verhältnisse zwischen den individuellen Durchflussraten durch die Flusskanäle der Master-FRC und Q_T die Verhältnissoliwerte für diese Flusskanäle erfüllen; und die Master-FRC ein oder mehrere Befehlssignale an die Slave-FRCs sendet, so dass die Slave-FRCs den Durchfluss durch ihre jeweiligen Flusskanäle steuern bzw. regeln, bis die Verhältnisse zwischen den individuellen Durchflussraten durch die Flusskanäle der Slave-FRCs und Q_T die vorausgewählten Verhältnissollwerte für diese Flusskanäle erfüllen.