JP2023550129A

JP2023550129A - 圧力制御を有するパルスガス供給のための方法及び装置

Info

Publication number: JP2023550129A
Application number: JP2023530684A
Authority: JP
Inventors: ディング・ジュンファ; ラバッシ・マイケル
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2022109547A1; KR20230108292A; TW202235669A; US20220161288A1

Abstract

【課題】圧力制御を有するパルスガス供給のための方法及び装置を提供する。【解決手段】熱質量流量センサ及び制御弁を使用することにより、質量流量制御を有するパルス化ガス供給が得られる。コントローラは、下流圧力センサによる圧力制御のために増強される。別個の制御動作モードにおいて、制御弁は、パルスガス供給モードにおいては流量センサに応答して制御され、圧力制御動作モードにおいては下流圧力センサに応答して制御される。【選択図】図７

Description

関連出願
本出願は、２０２０年１１月２０日付で出願された米国仮特許出願第６３／１１６，５９９号の利益を主張するものである。この出願の教示内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスなどの半導体製造プロセスは、いくつかの処理ステップにわたる様々な量のいくつかの異なるガス及びガス混合物の供給を必要とし得る。一般に、ガスは、処理施設においてタンク内において保存されており、及び、タンクから化学気相蒸着リアクタ、真空スパッタリング装置、プラズマエッチャなどのような処理ツールまで計量された量のガスを供給するために、ガス計量システムが使用される。

パルス化されたガスのフローを半導体プロセスツールに供給するように、パルスガス供給装置が開発されている。以下、いくつかのこのような装置について説明する。

図１に、パルスガス供給の１つの基本的形態を示す。入力１０１からチャネル１０３を通じて流れるガスが、遮断弁１０２によってパルス化される。遮断弁は、ホストコントローラ１０４からの制御下において完全に開放又は完全に閉鎖される従来のオン／オフタイプの隔離弁である。ホストコントローラからの制御は、電気接続１０６を通じたものであってもよく、或いは、電気入力は、遮断弁を開放又は閉鎖するために加圧された空気を遮断弁に弁供給するパイロット弁に対するものであってもよい。圧力コントローラ１０８を遮断弁の上流においてインラインに位置決めすることができる。

図２には、単純な形態の圧力コントローラが示される。圧力センサ２０２が、チャネル１０３内のガス圧力を検知し、及び、検知された圧力をマイクロプロセッサ制御ユニット２０４に提供する。このマイクロプロセッサは、検知された圧力を圧力設定点と比較し、２つの間の誤差に基づいて、調節可能な制御弁２０６の開放状態を制御する。チャネル１０３内の制御弁の開放性は、マイクロプロセッサ２０４からの制御信号に応答して制御することができる。

圧力コントローラは、プロセスチャンバに遮断弁１０２を通じて供給されるガス圧力を望ましい設定点に維持する。また、遮断弁１０２が閉鎖されると、副次漏洩ラインに対する漏洩ライン１１０を通じて漏洩させることにより、チャネル１０３内の圧力が制御され得る。漏洩ラインは、ニードル弁又はオリフィス１１２を含み得る。ライン１１０を通じた漏洩によりチャネル１０３内の圧力を維持するために、制御弁２０６を通じたフローを圧力センサ２０２に応答して制御することができる。これに加えて、いくつかの圧力コントローラは、圧力制御において有用であり得る流量センサを含んでいる。また、フローのピーク及び谷も、有用な診断情報となり得る。

図３は、図１の圧力コントローラが質量流量コントローラ（ＭＦＣ）３１０によって置換されるパルス供給システムの別の形態を示す。図２の圧力コントローラと同様に、質量流量コントローラも、ＭＦＣ内のマイクロプロセッサ制御ユニットからの制御信号に応答してフローを制御するために制御弁を含む。但し、ＭＦＣは、圧力センサではなく、流量センサに依存する。流量センサは、通常、制御弁の上流の熱流量センサであるか又は制御弁の下流の圧力に基づいた流量センサである。図１の二方遮断弁及び漏洩ラインが使用されてもよく、或いは、これらは、ホストコントローラ３２０の制御下においてプロセスチャンバに対するガスをパルス化する又はガスを分流ライン３４０に分流する３３０における三方隔離弁によって置換することもできる。また、ホストコントローラ３２０は、ＭＦＣ３１０がパルスガス供給プロセスにおいて一定のフローを維持するように、フロー設定点を設定するためにＭＦＣ３１０内のプロセッサと通信する。ホストコントローラ３２０は、ガスパルスをチャンバに供給するために、ガスフローがプロセスチャンバに又は分流ラインに導かれるように、下流隔離弁３３０を制御し及び切り替える。

図１及び図３のパルスガス供給システムのそれぞれの欠点は、パルス精度及び反復可能性が、経年劣化し得る遮断弁１０２又は３３０の速度及び信頼性に依存するという点にある。更には、それぞれのシステムにおいてガスが常に流れており、これにより、プロセスガスが漏洩ライン又は分流ラインを通じて浪費される。

図４は、圧力に基づいたパルスガス供給を使用する従来のパルスガス供給装置４００を示す。圧力に基づいたモル計測技法は、既知の容積内に導入されるガスの圧力（Ｐ）対時間（ｔ）応答を利用する。装置４００は、既知の容積を提供するチャンバ４５０、チャンバ４５０の上流（「Ｖ_ｉｎ」）において配置された弁４４０、及びチャンバ４５０の下流（「Ｖ_ｏｕｔ」）において配置された弁４４５を含む。また、チャンバ４５０において位置決めされた圧力センサ４６５及び温度センサ４６０も提供される。

まず、装置４００は、下流弁４４５が閉鎖されている間に上流弁４４０を開放することによって充填され、これにより、所定の時間期間（「充填」期間Δｔ＝ｔ_１－ｔ_０）にわたってチャンバ４５０を充填するように、ガスのフロー（Ｑ_ｉ）が装置に進入し及び圧力の変化が発生することを許容することができる。時点ｔ_１及び圧力Ｐ_２において、上流弁４４０が閉鎖される（「ＶｉｎＣＬＯＳＥ」）。次いで、プロセスは、チャンバ４５０内のガスが設定点に安定化することが許容される期間（ｔ_２－ｔ_１）を含む。この期間においては、圧力及び温度計測値は、圧力センサ４６５及び温度センサ４６０によって取得される。下流弁４４５の開放の際（時点ｔ_２における「ＶｏｕｔＯＰＥＮ」）に、ガスのフロー（Ｑ_ｏ）は、弁３４５が再度閉鎖される時点（時点ｔ_３における「ＶｏｕｔＣＬＯＳＥ」）まで装置４００を離脱し、これにより、所定の時間の期間（「供給」期間Δｔ＝ｔ_３－ｔ_２）にわたる装置から処理ツールへのガスのパルス及び圧力の変化（ΔＰ＝Ｐ_２－Ｐ_１）を供給する。望ましいモル数のガスの供給を得るためにパルスが終了される時点ｔ_３は、落下速度計算を通じて、ガスの既知の容積、圧力Ｐ_２、及び温度から判定される。

図４に示される方式は、いくつかの制限を有する。パルス供給の精度及び反復可能性が下流遮断弁４４５の速度及び信頼性に依存する。高速応答時間を有する遮断弁が望ましい。但し、弁の年数が経過した場合には、適合型の調節を実装する必要があり得るが、この結果、複雑さが追加され、或いは、弁を置換する必要があり得るが、これは、通常、プロセスの中断を必要とする。しばしば、パルス形状（例えば、パルス幅）が望ましいものではなく、或いは、パルスが、望ましい方形波に十分にマッチングしない。更には、ガスの所定の容積によってチャンバ３５０を充填する必要性が時間を必要とする。それぞれのパルスの前のガス充填時間及び安定化時間が、迅速なガス供給サイクル時間を制限する。

但し、圧力に基づいたモル計測技法の利点は、これらが、計測される特定のガス又はガス混合物の知識を伴うことなしに適用され得るという点にある。チャンバ容積にわたる質量バランス及び理想的なガス法則の適用から導出されるガスフローレートは、計測されるガスの振る舞いを特徴付けるために、ガスには依存しておらず、圧力（Ｐ）、温度（Ｔ）、及び容積（Ｖ）の３つの状態変数に依存する。

図５は、ガスのモルに基づいたパルス供給のための別の従来のシステム５００を示す。圧力に基づいたＭＦＣ５１０は、パルス供給のために構成される。ホストコントローラ５２０は、パルスモル設定点、パルスオン期間、パルスオフ期間、及び反復されるパルスの数などの望ましいパルス供給情報を提供するために、ＭＦＣ５１０の制御ユニット５０５と通信する。パルス供給サイクルを開始するために、ホストコントローラ５２０は、トリガ信号をＭＦＣ５１０に送信する。ＭＦＣ５１０は、ガスソースからフローチャネル５１５内へのガスのフローを制御するために、制御弁５８０（例えば、比例制御弁）を含む。ＭＦＣ５１０の制御ユニット５０５は、ガスのパルスにおいてプロセスチャンバに供給されるガスを制御するために、制御弁５８０を通じてガスのフローを制御するように構成される。制御ユニット５０５は、フローチャネル内におけるフローレート（Ｑ）を計測するために提供された流量センサ５２５からのフィードバックに基づいて制御弁５８０を通じたガスのフローを制御する。流量センサ５２５は、それぞれ、フローチャネル５１５内のフローリストリクタ５７０と、上流及び下流圧力センサ５５５及び５６５と、を含む。制御弁５８０は、通常、リストリクタ５７０及び圧力センサの上流に位置する。圧力に基づいた流量センサの一代替肢は、通常は制御弁の上流に位置決めされることになる熱に基づいた流量センサである。また、温度センサ５６０は、制御ユニット５０５と通信することができる。

図６は、理想的な方形形状のフロー設定点（Ｑ）及び供給時間（Δｔ）の積によって定義されるガス供給量を利用した図５のシステムにおけるパルス供給を示す。ガス供給サイクル６００は、「パルスオン」期間（ｔ_２－ｔ_１）、「パルスオフ」期間（ｔ_３－ｔ_２）、ガス供給量（例えば、ガスのモル数／パルス）、及びパルスの数／サイクルによって規定することができる。パルス供給を目的として、ガスモル供給量は、理想的フロー設定点（Ｑ）×供給時間（Δｔ＝ｔ_２－ｔ_１）として定義することができる。

図６に示されるフローのステップ関数供給は、理想的ではあるが、実際のセンサ及び弁の時定数に起因して非現実的である。実際的な用途の場合には、必要とされる時間フレームにおける供給量の精度及び反復可能性が重要な目的である。従って、ガスを正確及び反復可能に供給することが望ましい。これを目的として、規定された時間内においてガスの必要とされる量を供給するためにフローを算出及び調節するＭＦＣの演算能力を使用することができる。具体的には、ＭＦＣは、実際の供給されるガス供給量を演算するように、及び、これをターゲットであるパルスガス供給量に調節するように、構成することができる。

図５のパルスＭＦＣコントローラに対する改善が、引用によって本明細書に包含されるＤｉｎｇ他に対する米国特許第１０，６４９，４７１号明細書において提示される。この特許において開示されるように、パルス形状を相対的に方形に或いは理想的にするために、隔離弁をＭＦＣの出力に結合することができる。

米国特許第１０，６４９，４７１号明細書

図１におけるような、ガスパルスを供給するために圧力コントローラ及び遮断弁に依存するシステムは、統合型の圧力制御を有するパルスＭＦＣを使用した最小限のアップグレードにより、圧力制御の機能を維持しつつ、図５のパルスＭＦＣパルス化にアップグレードすることができる。結果的に得られるシステムは、実質的に、精度、反復可能性、及び再現性の観点において、改善されたパルスガス供給を提供しており、及び、更には、モルに基づいたパルス化を可能にしる。圧力制御によるパルス化のための遮断弁のさもなければ厳格な要件が低減されており、その理由は、遮断弁がもはやパルス化に必要とされないからである。

パルスガス供給システムにおいて、パルス化質量流量コントローラガス供給システムと圧力コントローラの両方の利点が、単一の統合型コントローラによって得られる。パルスガス供給動作モードにおいては、コントローラは、制御弁を制御するために、流量センサによって計測されるフローレートに依存する。圧力制御モードにおいては、コントローラは、制御弁を制御するために、下流圧力センサによって計測される圧力に依存する。

ガス供給システムは、フローチャネルと、フローチャネル内のフローレートを計測するように構成された流量センサと、フローチャネル内のガスのフローを制御するように構成された制御弁と、フローチャネル内のガス圧力を計測するように構成された流量センサ及び制御弁の下流の下流圧力センサとを有する。制御ユニットは、流量センサから及び圧力センサから信号を受け取るように、並びに、制御信号を制御弁に適用するように、構成される。制御ユニットは、（１）制御ユニットが、制御弁を開放することによってガスフローのパルスを開始するように、制御弁を閉鎖することによってガスフローのパルスを終了するように、並びに、流量センサによって計測されたフローレート及びパルスにおける制御弁の制御に基づいてパルスにおいて供給されるガスの質量を制御するように、構成されるパルスガス供給モードと、（２）制御ユニットが、圧力センサによって計測された圧力及び制御弁の制御に基づいて圧力センサにおける圧力を制御するように構成される圧力制御モードと、を含む別個の動作モードのために構成される。

ガス供給の方法は、フローチャネルにおけるフローレートを計測するための流量センサ、フローチャネル内のガスのフローを制御するための制御弁、並びにフローチャネル内のガス圧力を計測するための流量センサと制御弁との下流の下流圧力センサを提供するステップを有する。制御ユニットは、（１）ガスフローのパルスが、制御弁を開放することによって開始され、及び、制御弁を閉鎖することによって終了され、パルスの間に供給されるガスの質量は、流量センサによって計測されたフローレート及びパルスの間の制御弁の制御に基づいて制御されるパルスガス供給モードと、（２）圧力センサにおける圧力が、圧力センサによって計測された圧力及び制御弁の制御に基づいて制御される圧力制御モードと、を含む別個の動作モードにおいて、制御弁を通じたガスフローを制御する。

パルスガス供給モードにおいては、パルスにおいて供給されるガスのモル数は、計測されたフローレート、ガスフローのパルスが開始される開始時点、及びガスのパルスが終了される停止時点の関数として制御することができる。或いは、この代わりに、制御ユニットは、フロー設定点に対するガスフローの制御を有する時間に基づいた供給のために構成することもできる。

隔離弁が、圧力センサの下流のフローチャネル内に位置し得る。隔離弁は、パルスガス供給モードにおいては、パルス精度及び反復可能性が隔離弁の状態の影響を受けないように、開放することができる。隔離弁の上流のフローチャネルに、或いは、隔離弁における分流ラインとして、漏洩ラインを結合することができる。隔離弁は、圧力制御動作モードにおいては、ガスが漏洩又は分流ラインを通じて漏洩する間、閉鎖することができる。

制御ユニットは、パルスガス供給動作モードと圧力制御動作モードとの間で切り替わるように、ホストコントローラからの信号を受け取るように構成することができる。システムは、パルス供給モードにおけるパルスのシーケンスの完了の後に、圧力制御モードに切り替わることができる。計測されたガス圧力は、パルスガス供給モードにおける診断のために使用されてもよく、計測されたフローレートは、圧力制御モードにおける診断のために使用されてもよい。

流量センサは、制御弁の上流の熱流量センサであってよい。

システムは、ＡＬＤツールに対する特定の用途を有する。

上述の内容については、同一の参照符号が異なる図の全体を通じて同一の部分を参照する添付図面において示される、例としての実施形態に関する以下の更に具体的な説明から明らかとなろう。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、その代わりに、実施形態の例示に重点が置かれる。

パルスがオン／オフ弁を通じて制御される従来技術のパルスガス供給システムの図である。図１のシステムにおいて使用するのに適した圧力コントローラの図である。質量流量コントローラ及び／又はオン／オフ隔離弁に依存する別の従来技術のパルスガス供給システムの図である。従来技術の落下速度パルスガス供給システムの図である。従来技術のパルス化ＭＦＣに基づいたパルスガス供給システムの図である。図５のシステムによって供給されるパルスのシーケンスを示す。本発明による統合型圧力制御を有するパルスガス供給装置（ＰＧＤＰＣ）の図である。パルスガス供給動作モードにおける図７のＰＧＤＰＣの制御図である。圧力制御動作モードにおける図７のＰＧＤＰＣの制御図である。オン／オフ弁を含むシステムにおける図７のＰＧＤＰＣの図である。上流圧力センサを有する変更されたＰＧＤＰＣの図である。

以下、例示のための実施形態について説明する。

図７に、統合型の圧力制御を有するパルスガス供給装置（ＰＧＤＰＣ）を示す。パルスガス供給動作モードの場合には、コントローラの構成要素は、通常のパルス化質量流量コントローラにおいて見出されるものである。フローチャネル７０２は、ガス入口７０４と、ガス出口７０６と、を有する。そのチャネル７０２を通じたフローは、熱流量センサ７０８によって計測されており、これは、チャネル７０２内のフローの一部分を受け取り、残りの部分は、バイパス７１０を通じて流れる。流量センサ７０８によって検知されたフローは、マイクロプロセッサであり得る制御ユニット７１２に提供される。制御ユニット７１２は、制御弁７１４が望ましいフローレートを得るために開放される量を制御するように、検知されたフローをフロー設定点と比較する。

圧力制御動作モードの場合には、コントローラは、チャネル７０２内の下流圧力を計測し検知された圧力をマイクロプロセッサ制御ユニットに提供する圧力センサ７１６を含む。この動作モードにおいては、制御ユニットは、検知された圧力を圧力設定点と比較し、チャネル７０２内の望ましい圧力を維持するために制御弁７１４が開放される量を制御する。制御弁５８０は、オン／オフ隔離弁とは別個に調節可能である。制御弁の開放性の程度は、フローを制限するために及びフローチャネル５１５内におけるフローの制御を可能にするために、制御することができる。

従って、別個の動作モードにおいて、マイクロプロセッサは、共通制御弁７１４を制御する別個のセンサに応答する。１つの統合型の装置により、システムは、パルスガス供給機能と圧力制御機能の両方のものの性能を改善することができる。装置が、モルに基づいた供給及び時間に基づいた供給を含むパルスガス供給モードにある際には、下流圧力センサ７１６は、パルスガス供給のための診断信号を提供することができる。ガスパルスが制御弁７１４を通過するのに伴って、下流圧力センサ７１６は、これらのガスパルスによって生成される圧力上昇及び下降を検知することができる。ユーザーは、パルスガス供給性能を監視するために、この圧力診断信号を使用することができる。装置が圧力制御モードにある際には、上流流量センサ７０８は、圧力制御プロセスのための診断信号を提供することができる。制御弁７１４が弁を通じた流れを制御するのに伴って、上流流量センサは、この圧力制御アクションによって生成されるフローの変化を検知することができる。ユーザーは、圧力制御性能を監視するために、このフロー診断信号を使用することができる。

パルスガス供給及び圧力制御の両方のためのパラメータは、ホストコントローラからライン７２０を通じてダウンロードされる。パルスガス供給シーケンスの供給を要する際には、ホストコントローラは、トリガ信号をマイクロプロセッサに提供し、及び、マイクロプロセッサは、パルスのシーケンスを実行する。トリガ信号が受け取られたら、マイクロプロセッサ７１２は、それぞれのパルスの開始時点において制御弁７１４をターンオンし、制御弁の開放性を調節することによってターゲットであるフロー設定点にフローを制御し、及び、それぞれのパルスを終了させるために弁を閉鎖することによってフローをゼロに制御することにより、予めダウンロードされるレシピに従ってパルスガス供給プロセスを制御する。

パルスガス供給は、引用によって本明細書に包含される先行する米国特許第１０，３５３，４０８号及び第１０，６４９，４７１号明細書において開示されるものであってよい。

モルに基づいたパルス供給の場合には、ユーザーが、（１）モル供給設定点（ＳＰ）、（２）ターゲットであるパルスオン期間の時間長、（３）合計パルスオン及びオフ期間、及び（４）パルスの数（Ｎ）というパラメータを規定する。この情報に基づいて、専用の制御ユニット７１２は、以下の式に従って、流量センサ７０８によって取得された計測値に基づいて、ターゲットであるガスのモル量をターゲットであるパルスオン期間内において正確に供給するために、フロー設定点及び／又はパルスオン期間を自動的に調節するように構成されており、

ここで、Δｎは、パルスオン期間（時点ｔ_０とｔの間）において供給されるガスのモル数であり、Ｑは、パルスオン期間において時間ｔにわたってセンサ７０８によって計測されたフローレートである。

従って、モルに基づいたパルス供給モードを使用することにより、制御ユニット７１２は、必要に応じて、それぞれのパルスによって提供されるモル数を制御するために、フローを制御及び調節する。これらのパラメータに基づいて、装置は、正確なタイミングシーケンスにおいてフローのＮ個のパルスを自動的に供給し、それぞれのパルスは、図６に示されるように、装置がオン状態にあるそれぞれの合計パルス期間の一部分においてΔｎモルを供給し、合計パルスオン及びオフ期間の残りの部分については、装置をターンオフする。

図８Ａは、モルに基づいたパルス供給モードにおける制御ユニット７１２の制御図を示す。誤差Ｅは、モル供給量設定点ＳＰと計測された供給された供給量Δｎの間の差であり、これは、計測されたフローＱの積分である。

コントローラＫの出力は、操作された変数Ｕ、即ち、制御弁７１４に対する弁駆動電流、である。例えば、コントローラがＰＩＤコントローラである場合には、コントローラＫの出力は、次式のとおりであり、

ここで、ｋ_ｐは、比例制御利得であり、ｋ_ｉは、積分制御利得であり、及び、ｋ_ｄは、微分制御利得である。

モルに基づいたパルスガス供給に対する一代替肢として、時間に基づいたパルスガス供給プロセスを踏襲することができる。時間に基づいたパルス供給プロセスにおいては、ホストは、（１）少なくとも１つのターゲットであるフロー設定点（Ｑ_ｓｐ）、（２）パルスオン期間の少なくとも１つの時間長（Ｔ_ｏｎ）、（３）それぞれのパルスオフ期間の少なくとも１つの時間長（Ｔ_ｏｆｆ）、及びプロセスを完了させるために必要とされるパルスの合計数（Ｎ）という制御を要するプロセスのためのパラメータにより、専用の制御ユニット７１２を構成する。

時間に基づいた供給においては、図８Ａの制御に適用される設定点ＳＰは、フロー設定点であり、誤差は、フロー設定点とＱの間の差である。

図８Ｂは、圧力制御動作モードにおける制御ユニット７１２の制御図である。ここでは、誤差は、圧力設定点（ＳＰ）と制御された変数、即ち、計測された圧力Ｐとの間の差である。
Ｅ＝ＳＰ－Ｐ

コントローラＫからの出力は、操作された変数Ｕ、即ち、制御弁７１４に対する弁駆動電流、である。例えば、コントローラがＰＩＤコントローラである場合には、コントローラの出力は、次式のとおりである。

通常動作において、ＰＧＤＰＣは、パルスガス供給モードに進入するようにホストコントローラによってトリガされる時点までは、圧力制御モードにおいて動作する。装置は、パルスガス供給のパルスの間において圧力制御モードに切り替わり得るが、これは一般には必要とされておらず、或いは望ましくない。パルスの全体シーケンスを通じたパルスガス供給モードの完了の後に、装置は圧力制御モードに自動的に切り替わることができる。

図９は、ホストコントローラ９０４によっていずれもが制御される遮断弁９０２を有するシステムにおける図７のＰＧＤＰＣ７００を示す。ニードル弁又はオリフィス９０８を有する漏洩ライン９０６が、遮断弁が閉鎖された際に圧力制御を可能にする。遮断弁（オン／オフ隔離弁）の制御は、直接的な電気信号を通じたものか又は制御ガスパイロット弁を通じたものであり得る。漏洩ラインを有する二方隔離弁に対する一代替肢として、分流ラインを有する三方弁を使用することができる。

一般に、パルスガス供給動作モードの場合には、ホストコントローラ９０４は、開放するように遮断弁９０２にシグナリングし、次いで、ＰＧＤＰＣ７００のパルスガス供給シーケンスをトリガする。遮断弁は、通常、ＰＧＤＰＣがパルスガス供給モードにない際には閉鎖されるが、遮断弁は診断又はその他の目的のために開放され得る。この時間において、ＰＧＤＰＣ７００は、一定フロー制御モードにおいて動作するように構成され得る。

図１０は、上流ライン圧力を提供するために、及び、パルスガス供給のための圧力不感フロー制御を許容するために、上流圧力センサ１３０２を更に含む、図７のＰＧＤＰＣの変更を示す。

好適な流量センサは、熱流量センサであるが、この代わりに、上流及び下流圧力センサを有するフロー制限を有する圧力に基づいた流量センサを使用することもできる。圧力に基づいた流量センサの場合には、流量センサは通常、制御弁の下流に位置する。流量センサが圧力制御動作モードにおいて下流圧力センサから制御弁を隔離することになるので、この構成はあまり好ましいものではない。また、圧力に基づいた流量センサが使用される場合には、圧力センサの下流圧力センサは圧力制御のための下流圧力センサとして機能するであろう。

本明細書において引用されるすべての特許、公開された出願、及び参考文献の教示内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

以上、例示のための実施形態について具体的に図示及び記述してきたが、当業者は、添付の請求項によって包含される実施形態の範囲を逸脱することなしに、形態及び詳細における様々な変更がこれらにおいて実施され得ることを理解するであろう。

Claims

ガス供給システムであって、
フローチャネルと、
前記フローチャネル内のフローレートを計測するように構成された流量センサと、
前記フローチャネル内のガスのフローを制御するように構成された制御弁と、
前記フローチャネル内のガス圧力を計測するように構成された前記流量センサ及び前記制御弁の下流の下流圧力センサと、
前記流量センサから及び前記圧力センサから信号を受け取るように、並びに、前記制御弁に制御信号を適用するように構成された制御ユニットと、
を含み、
前記制御ユニットは、
前記制御ユニットが、前記制御弁を開放することによってガスフローのパルスを開始するように、前記制御弁を閉鎖することによってガスフローの前記パルスを終了させるように、並びに、前記流量センサによって計測されたフローレート及び前記パルスの間の前記制御弁の制御に基づいて、前記パルスの間に供給されるガスの質量を制御するように構成されるパルスガス供給モードと、
前記制御ユニットが、前記圧力センサによって計測された圧力及び前記制御弁の制御に基づいて前記圧力センサにおける圧力を制御するように構成される圧力制御モードと、
を含む別個の動作モードのために構成される、システム。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記パルスの間に供給されるガスのモル数が、計測されたフローレートの関数として制御される、請求項１に記載のガス供給システム。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記制御ユニットは、フロー設定点に対するガスフローの制御を有する時間に基づいた供給のために構成される、請求項１に記載のガス供給システム。
前記圧力センサの下流の隔離弁を更に含む、請求項１に記載のガス供給システム。
前記隔離弁の上流の漏洩ラインを更に含む、請求項４に記載のガス供給システム。
前記制御弁の上流の上流圧力センサを更に含む、請求項１に記載のガス供給システム。
前記制御ユニットは、パルスガス供給動作モードと圧力制御動作モードとの間で切り替わるためにホストコントローラから信号を受け取るように構成される、請求項１に記載のガス供給システム。
前記流量センサは、前記制御弁の上流の熱流量センサである、請求項１に記載のガス供給システム。
前記制御ユニットは、前記パルスガス供給モードにおける診断のために前記下流圧力センサによって計測された圧力を使用するように、及び、前記圧力制御モードにおける診断のために前記計測されたフローレートを使用するように構成される、請求項１に記載のガス供給システム。
ガス供給の方法であって、
フローチャネル内におけるフローレートを計測するための流量センサ、前記フローチャネル内におけるガスのフローを制御するための制御弁、並びに前記フローチャネル内におけるガス圧力を計測するための前記流量センサと前記制御弁との下流の下流圧力センサを提供するステップと、
制御ユニットにより、別個の動作モードにおいて前記制御弁を通じたガスフローを制御するステップと、
を含み、
前記別個の動作モードは、
ガスフローのパルスが、前記制御弁を開放することによって開始され、及び、前記制御弁を閉鎖することによって終了され、前記パルスの間に供給される前記ガスの質量は、前記流量センサによって計測されたフローレート及び前記パルスの間の前記制御弁の制御に基づいて制御されるパルスガス供給モードと、
前記圧力センサにおける圧力が、前記圧力センサによって計測された圧力及び前記制御弁の制御に基づいて制御される圧力制御モードと、
を含む、方法。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記パルスの間に供給されるガスのモル数が、計測されたフローレートの関数として制御される、請求項１０に記載の方法。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記制御ユニットは、フロー設定点に対するガスフローの制御を有する時間に基づいた供給のために構成される、請求項１０に記載の方法。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記圧力センサの下流の隔離弁を開放するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
前記圧力制御動作モードにおいて、前記隔離弁を閉鎖し、前記隔離弁の上流の漏洩ラインを通じてガスを漏洩させるステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記制御弁の上流の上流圧力センサによって上流圧力を計測し、前記計測された上流圧力に基づいて圧力感知フロー制御を提供するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
ホストコントローラからの信号に応答して、前記パルスガス供給モードと前記圧力モードとの間で切り替わるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
前記パルス供給モードにおけるパルスのシーケンスの完了の後に、前記圧力制御モードに切り替わるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
前記ガスをＡＬＤツールに供給するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
計測されたガス圧力が前記パルスガス供給モードにおける診断のために使用され、計測されたフローレートが前記圧力制御モードにおける診断のために使用される、請求項１０に記載の方法。
質量流量コントローラであって、
一体的な組立体として、
フローチャネルと、
前記フローチャネル内におけるフローレートを計測するように構成された流量センサと、
前記フローチャネル内におけるガスのフローを制御するように構成された制御弁と、
前記フローチャネル内におけるガス圧力を計測するように構成された前記流量センサ及び前記制御弁の下流の下流圧力センサと、
前記流量センサから及び前記圧力センサから信号を受け取るように、並びに、前記制御弁に制御信号を適用するように、構成された制御ユニットと、
を含み、
前記制御ユニットは、
前記制御ユニットが、前記制御弁を開放することによってガスフローのパルスを開始するように、前記制御弁を閉鎖することによってガスフローの前記パルスを終了させるように、及び、前記流量センサによって計測されたフローレート及び前記パルスの間の前記制御弁の制御に基づいて前記パルスの間に供給されるガスの質量を制御するように構成されるパルスガス供給モードと、
前記制御ユニットが、前記圧力センサによって計測された圧力及び前記制御弁の制御に基づいて前記圧力センサにおける圧力を制御するように構成される圧力制御モードと、
を含む別個の動作モードのために構成される、質量流量コントローラ。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記パルスの間に供給されるガスのモル数が、計測されたフローレートの関数として制御される、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。
前記パルスガス供給モードにおいて、前記コントローラは、フロー設定点に対するガスフローの制御を有する時間に基づいた供給のために構成される、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。
前記制御弁の上流の上流圧力センサを更に含む、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。
前記コントローラは、パルスガス供給動作モードと圧力制御動作モードとの間で切り替わるために、ホストコントローラからの信号を受け取るように構成される、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。
前記流量センサは、前記制御弁の上流の熱流量センサである、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。
前記制御ユニットは、前記パルスガス供給モードにおける診断のために前記下流圧力センサによって計測された圧力を使用するように、及び、前記圧力制御モードにおける診断のために前記計測されたフローレートを使用するように構成される、請求項２０に記載の質量流量コントローラ。