JP6672160B2 - 質量流量制御装置、システムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般的に、モルまたはガス給送装置に関し、具体的にはパルスガス給送方法およびシステムに関する。ここで用いる「ガス」という用語と「蒸気」という２つの用語が異なると考えられる場合、「ガス」は「蒸気」を含むものとする。

（関連出願の相互参照）
本願は、米国出願第１４／２０９，２１６、同時係属中の米国特許出願第１３／３４４，３８７号、同時係属中の米国特許出願第１３／０３５，５３４号、および米国仮特許出願第６１／５２５，４５２号に対し、米国特許法第１１９条の優先権を主張するとともに、これらの出願の各々の内容全てをここに参照して援用する。米国出願第１４／２０９，２１６号は、「高速パルスガス給送システムおよび方法」と題し、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｌ’Ｂａｓｓｉ、およびＴｓｅｎｇ−Ｃｈｕｎｇ Ｌｅｅ名義で２０１４年３月１３日に出願され、本譲受人に譲渡された、（代理人整理番号０８６４００−０２０２（（ＭＫＳ−２３９）（「親出願」））、「高速パルスガス給送システムおよび方法」と題し（代理人整理番号０８６４００−００８７（ＭＫＳ−２２４）（親出願））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｌ’Ｂａｓｓｉ、およびＴｓｅｎｇ−Ｃｈｕｎｇ Ｌｅｅ名義で２０１２年１月５日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／３４４，３８７号の一部継続出願である。米国特許出願第１３／３４４，３８７号は、「多チャンネルパルスガス給送システムの方法および装置」と題し（代理人整理番号０８６４００−００２７（ＭＫＳ−２１９））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ名義で２０１１年２月２５日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／０３５，５３４号の一部継続出願である。米国仮特許出願第６１／５２５，４５２号は、「高速パルスガス給送のシステムおよび方法」と題し（代理人整理番号０８６４００−００７８（ＭＫＳ−２２４ＰＲ））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｌ’Ｂａｓｓｉ、およびＴｓｅｎｇ−Ｃｈｕｎｇ Ｌｅｅ名義で２０１１年８月１９日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国仮特許出願である。

「高速パルスガス給送システムおよび方法」と題し（代理人整理番号０８６４００−００８７（ＭＫＳ−２２４））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｌ’Ｂａｓｓｉ、およびＴｓｅｎｇ−Ｃｈｕｎｇ Ｌｅｅ名義で２０１２年１月５日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／３４４，３８７号、「高速パルスガス給送システムおよび方法」と題し（代理人整理番号０８６４００−００１５（ＭＫＳ−２１８））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ名義で２０１０年９月２９日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１２／８９３，５５４号、「多チャンネルパルスガス給送システムの方法および装置」と題し（代理人整理番号０８６４００−００２７（ＭＫＳ−２１９））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ名義で２０１１年２月２５日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／０３５，５３４号、および「時分割深溝反応性イオンエッチング処理制御のシステムおよび方法」と題し（代理人整理番号０８６４００−００５９（ＭＫＳ−２２０））、Ｖｌａｄｉｓｌａｖ Ｄａｖｉｄｋｏｖｉｃｈ等名義で２０１１年７月２８日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／１９３３９３号を参照し、これらの出願の各々の内容全てをここに参照して援用する。ここではこれらの出願全てを「同時係属出願」と称する。

多くの場合、半導体装置の製造または製作は、処理ツールの慎重な同期、および正確に測定した十数種ものガスの供給を要する。ここでの目的のための「処理ツール」という用語は、処理チャンバを含むこともあれば含まないこともある。多くの個別の処理工程を含む製造工程では、多用な製法が用いられ、半導体装置は一般的に、浄化、研磨、酸化、マスクの被覆、エッチング、添加、金属化等がなされる。用いる工程、その特定の手順、および関連する原料は、すべて特定の装置の製造に寄与する。

装置サイズが９０ｎｍ未満にまで縮小すると、銅相互接続のためのバリアの成長、タングステン核形成層の生成、および高導電性誘電体の製造などの多様な用途に、原子層成長法またはＡＬＤとして知られる一手法が継続して必要とされている。このＡＬＤ処理では、２つまたはそれよりも多い前駆体ガスがパルスで給送され、真空下に維持された処理ツール内のウェハ表面上を流れる。これらの２つまたはそれよりも多い前駆体ガスが交互または順次に流れ、ガスはウェハ表面上の部位または反応基と反応可能となる。利用可能な部位の全てが、前駆体ガス（（例えばガスＡ）の１つで飽和すると、反応が停止し、処理ツールから過剰な前駆体分子をパージするためにパージガスが用いられる。この処理が繰り返され、次の前駆体ガス（すなわちガスＢ）がウェハ表面上を流れる。２つの前駆体ガスを含む１サイクルの処理は、前駆体Ａを１パルス、パージ、前駆体Ｂを１パルス、パージ、と規定できる。サイクルは、前駆体ガスの繰り返しと同様に、前駆体ガスの連続的パルスのあい間にパージガスを用いて追加の前駆体ガスのパルスを含むことができる。この手順は、最終的な幾何特性（厚さなど）に達するまで繰り返される。これらの連続的な自己制限式の表面反応の結果、サイクルごとに成長する単層膜となる。

処理ツールに導入される前駆体ガスのパルスの給送は、パルスガス給送（ＰＧＤ）装置（入力および出力開閉型弁を用いて、所定の時間出力遮断弁の開閉タイミングを操作し、給送チャンバへおよび給送チャンバからのガスの流量を、処理ツールの処理チャンバへ流入する前駆体ガスをパルス形態で、単純に所望量（質量）へ調整する制御）を用いることによって、制御できる。これに替えて、変換器と制御弁と制御及び信号処理の電子機器とを備える自己充足型装置である質量流量制御装置（「ＭＦＣ」）が、短い時間間隔で、所定の反復可能な流量である量のガスを給送するのに用いられている。

パルスガス給送（ＰＧＤ）装置は通常は圧力式であり、再現可能かつ精密な量（質量）のＡＬＤ処理のような半導体製造工程用のガス供給に最適化されている。一般的に、図１に示すように、最近のＰＧＤ装置は、給送ガスチャンバ１２と、ガス供給５２からチャンバ１２へのガスの流量を制御するための入力遮断弁１４と、給送チャンバ１２から処理ツール５４へのガスの流量を制御するための出力遮断弁１６とを備える。ホストコントローラまたはコンピュータ５０は、ガス給送処理を実行するとともに、例えば安全監視及び制御、高周波電力信号、および他の共通タスクを含む、処理ツールの制御および診断機能の全てを行う。給送チャンバ１２の容量は確定かつ既知であるので、モルで測定した、各パルスで給送チャンバへ導入されるガスの量は、ガスの種類、チャンバ内のガスの温度、およびチャンバ１２から給送されるパルスの持続時間の間におけるガスの圧力降下の関数となる。したがって、圧力センサ１８および温度センサ２０は、圧力および温度の測定結果を制御部２４へ供給し、各パルスの間にチャンバから給送されたガスが測定されることができる。従来、一般的には、ＰＧＤ装置を操作する制御論理は、処理ツールに関連付けられたホストコントローラ５０上にある。入力および出力弁１４および１６の操作によるパルス給送処理を別々に制御する専用制御装置２４を備えたことによる改善内容は、同時係属出願に記載されている。

パルス質量流量給送システムの例は、米国特許第７６１５１２０号、７６１５１２０号、７６２８８６０号、７６２８８６１号、７６６２２３３号、７７３５４５２号、および７７９４５４４号、米国特許公開公報第２００６／００６０１３９号および２００６／０１３０７５５号、「パルス化ガス給送の制御及び方法」と題し（代理人整理番号５６２３１−７５１（ＭＫＳ−１９４））、Ｐａｕｌ Ｍｅｎｅｇｈｉｎｉ名義で２０１０年１月１９日に出願され、本譲受人に譲渡された、係属中の米国出願第１２／６８９，９６１号、「高速パルスガス給送システムおよび方法」と題し（代理人整理番号８６４００−０１５（ＭＫＳ−２１８））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ名義で２０１０年９月２９日に出願され、本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１２／８９３，５５４号、および「多チャンネルパルスガス給送システムの方法および装置」と題し（代理人整理番号８６４００−００２７（ＭＫＳ−２１９））、Ｄｉｎｇ Ｊｕｎｈｕａ名義で２０１１年２月２５日に出願され本譲受人に譲渡された、米国特許出願第１３／０３５，５３４号に見ることができる。

米国特許第７６１５１２０号 米国特許第７６１５１２０号 米国特許第７６２８８６０号 米国特許第７６２８８６１号 米国特許第７６６２２３３号 米国特許第７７３５４５２号 米国特許第７７９４５４４号 米国特許公開公報第２００６／００６０１３９号 米国特許公開公報第２００６／０１３０７５５号

さらに最近になって、高速パルスまたは時分割処理を要するいくつかの処理が開発されている。例えば、半導体産業は、ダイごとおよびウェハごとの積層用の相互接続能力を備える先進的な３次元統合型回路シリコン貫通電極（ＴＳＶ）を開発している。最近では、製造者らは、均等に広範囲のＴＳＶエッチング要件を表す多様な３次元統合型配置を検討している。メモリ装置およびＭＥＭＳ製造において深溝シリコンエッチングに広く用いられてきた、ボッシュプロセスのようなプラズマエッチング技術は、ＴＳＶ生成によく適合するようになっている。高速パルスまたは時分割エッチングとしても知られるボッシュプロセスは、２つのモードを何度も切り替え、ＳＦ_６を用いてほぼ垂直な構造を得るとともに、Ｃ_４Ｆ_８を用いて化学的に不活性な不動態層の成長を達成する。商業的成功に必要なＴＳＶの目標は、適切な機能性、低いコスト、および証明された信頼性である。

これらの高速処理は、処理をより良好に制御するために、パルスの移行時間中の高速な応答時間を必要とし、圧力式パルスガス給送装置の使用は問題となる。最近における、反応時間を向上させる一手法は、ホストコントローラから受信した信号にしたがって処理ツールへ給送される給送パルスガスのガス流の開閉を切り替える高速応答の質量流量制御装置（ＭＦＣ）を用いることである。しかし、反応時間はホストコントローラの作業負荷に依存するので、ホストコントローラを用いた高速応答ＭＦＣを用いるパルス給送の再現性および精度には開発の余地がある。ホストコントローラが注意を要する他の機能を実行中では、制御信号を適時に送信することが阻害されるかもしれない。さらに、短い持続時間の制御信号がホストコントローラから質量流量制御装置へ送信される場合は、通信ジッタが発生し、これがガスのパルスの給送に誤差を生ずる可能性がある。ホストコントローラとガスのパルスを給送する質量流量制御装置との間の高速通信に頼る場合、ホストコントローラの作業負荷と通信ジッタは、パルスガス給送の再現性および精度を低減するエラーにおける２つの原因である。

上述のように、ホストコントローラの作業負荷および通信ジッタは、パルスガス給送の再現性および精度を低減する。それ故、ホストコントローラの作業負荷を低減し、また制御信号をホストからＭＦＣの制御部へ移動させることによって、これらの二つの要因を低減することは、ガスパルス給送の再現性および精度を改善することになる。

一実施形態において、プログラム可能な質量流量制御装置は、入力信号を受信するように構成される入力と、出力信号を供給するように構成される出力とを備える。通信ポートは、質量流量制御装置のプログラム化された構成に関連する指示およびプログラミングデータを含むプログラム指示を受信するように構成される。流量センサは、質量流量制御装置のガスの流量を検知するように構成され、制御弁は、質量流量制御装置のガスの流量を制御するように構成される。メモリは、質量流量制御装置のプログラム化された構成をデジタルまたはアナログ構成として決定するプログラミングデータを受信し、処理装置／制御装置は、プログラム化された構成に従って質量流量制御装置を作動させるように構成および配置される。

一実施形態において、プログラム化されたデジタル構成は、入力に付与されたデジタル信号に、質量流量制御装置が応答することを可能とする。一実施形態において、プログラム化されたアナログ構成は、入力に付与されたアナログ信号に、質量流量制御装置が応答することを可能とする。一実施形態において、通信ポートは、質量流量制御装置の２つの動作モードのうちの少なくとも１つに関する媒介変数に関連付けられたデータを受信するように構成される。一実施形態において、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、典型的な質量流量制御装置の動作モードを含み、入力信号は、典型的な質量流量制御装置の動作モードでＭＦＣを作動させるための流量の設定値を表す。一実施形態において、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、入力信号は、パルスガス給送の動作モードで一連のパルスを給送するように、ＭＦＣを作動させるためのパルストリガ信号を表す。一実施形態において、通信ポートは、パルスガス給送用の媒介変数を受信するように構成される。一実施形態において、前記媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる。一実施形態において、媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む。一実施形態において、デジタル通信ポートを備えるデジタル通信インターフェースをさらに備える。一実施形態において、入力を形成してアナログトリガー信号入力を受信するアナログ入力ピンと、出力を形成してアナログ同期信号出力を供給するアナログ出力ピンと、を有するアナログ通信インターフェースをさらに備える。一実施形態において、デジタル通信インターフェースとアナログ通信インターフェースとの両方をさらに備える。一実施形態において、出力信号は、一連のパルスの給送における他の装置の動作とのタイミングの同期に用いる同期信号を表す。一実施形態において、他の装置は、第２の質量流量制御装置である。一実施形態において、同期信号は、第２の質量流量制御装置へ入力されるトリガー信号である。一実施形態において、他の装置は、高周波電源である。一実施形態において、他の装置は、圧力制御装置である。一実施形態において、同期信号は、一連のパルスの給送の完了前に生成される。一実施形態において、同期信号は、一連のパルスの給送の完了と同時に生成される。一実施形態において、同期信号は、一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で生成される。一実施形態において、パルストリガ信号はデジタル信号である。一実施形態において、パルストリガ信号はアナログ信号である。一実施形態において、出力信号は、他の装置が用いるＴＴＬ同期出力信号である。

一実施形態において、システムは、複数の流れチャンネルを備え、各チャンネルが対応するチャンネルのガスの流量を制御するように構成された質量流量制御装置を有する、多チャンネルガス給送システムを備える。各質量流量制御装置は、入力信号を受信するように構成される入力と、出力信号を供給するように構成される出力と、各質量流量制御装置の動作構成に関する指示を含むプログラム指示を受信するように構成される通信ポートと、対応するチャンネルの質量流量制御装置のガスの流量を検知するように構成される流量センサと、対応するチャンネルの質量流量制御装置のガスの流量を制御ように構成される制御弁と、質量流量制御装置のプログラム化された構成をデジタルまたはアナログ構成として決定するプログラミングデータを受信するように構成および配置されたメモリと、プログラム化された構成に従って質量流量制御装置を作動させるための処理装置／制御装置と、を備える。質量流量制御装置への入力信号は、質量流量制御装置が所定量のガスを給送させる動作を起動し、出力信号は、給送の前記タイミングに応じて生成され、て、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期するのに出力信号を用いられる。

一実施形態において、少なくとも１つの質量流量制御装置の前記出力信号が、多チャンネル高速パルスガス給送システムにおける別の１つの質量流量制御装置の動作を起動する入力信号として用いられ、質量流量制御装置が対応するチャンネルを流れる所定量のガスの給送を順番に供給する直列接続方式の装置を規定する。

一実施形態において、質量流量制御装置の各々の出力信号は、高周波電源へ付与する制御信号を供給するのに用いられる。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の出力信号は、圧力制御装置へ付与する制御信号を供給するのに用いられる。一実施形態において、入力および出力信号はアナログ信号である。一実施形態において、質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートは、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを受信するように構成される。一実施形態において、各質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、入力信号は、ＭＦＣを作動させて、一連のパルスをパルスガス給送の動作モードで給送するためのパルストリガ信号を表す。一実施形態において、デジタル通信ポートは、パルスガス給送用の媒介変数を受信するように構成される。一実施形態において、前記媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる。一実施形態において、媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む。一実施形態において、デジタル通信ポートを備えるデジタル通信インターフェースをさらに備える。一実施形態において、デジタル通信インターフェースおよびアナログ通信インターフェースの両方をさらに備える。一実施形態において、入力を形成してアナログトリガー信号入力を受信するためのアナログ入力ピンと、出力を形成してアナログ同期信号出力を供給するためのアナログ出力ピンとを有するアナログ通信インターフェースをさらに備える。一実施形態において、アナログ同期信号は、一連のパルスの給送の完了前に生成される。一実施形態において、アナログ同期信号は、一連のパルスの給送の完了と同時に生成される。一実施形態において、アナログ同期信号は、一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で生成される。一実施形態において、出力信号は、他の装置用のＴＴＬ同期出力信号である。

一実施形態において、少なくとも１つの通信ポートを備えるタイプの質量流量制御装置の作動方法であって、作動方法は、質量流量制御装置の動作構成がデジタルまたはアナログのどちらに応答するかに関連する指示を含むプログラム指示を、通信ポートで受信する工程と、プログラム化された構成に従って前記質量流量制御装置を作動させる工程と、を備える。

一実施形態において、プログラム化されたデジタル作動構成は、質量流量制御装置が、入力に付与されたデジタル信号に応答することを可能にする。一実施形態において、プログラム化されたアナログ作動構成は、質量流量制御装置は、入力に付与されたアナログ信号に応答することを可能にする。一実施形態において、通信ポートでプログラム指示を受信する工程は、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関連付けられた媒介変数に関連するデータを受信する工程を備える。一実施形態において、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、典型的な質量流量制御装置の動作モードを含み、入力信号は、代表的な質量流量制御装置の動作モードにおいてＭＦＣを作動させるための設定をする設定値を表す。一実施形態において、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、前記パルスガス給送の動作モードにおいて、入力信号に応答して一連のパルスをさらに給送する。一実施形態において、通信ポートプログラムで指示を受信する工程は、パルスガス給送用の媒介変数を受信する工程を備える。一実施形態において、パルスガス給送用の前記媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる。一実施形態において、媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む。一実施形態において、アナログ通信インターフェースのアナログ入力ピンへ入力されたアナログトリガー信号を受信する工程と、アナログ通信インターフェースのアナログ出力ピンで出力されるアナログ同期信号を供給する工程とをさらに備える。一実施形態において、一連のパルスの給送のタイミングを他の装置の動作に同期させるための同期信号を表す出力信号を生成する工程をさらに備える。一実施形態において、他の装置は第２の質量流量制御装置である。一実施形態において、同期信号は、第２の質量流量制御装置への入力用のトリガー信号である。一実施形態において、他の装置は、高周波電源である。一実施形態において、他の装置は圧力制御装置である。一実施形態において、一連のパルスの給送の前記完了前に、同期信号を生成する工程をさらに備える。一実施形態において、一連のパルスの給送の完了と同時に、同期信号を生成する工程をさらに備える。一実施形態において、一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で同期信号を生成する工程をさらに備える。一実施形態において、トリガー信号は、デジタル信号として生成される。一実施形態において、トリガー信号は、アナログ信号として生成される。一実施形態において、出力信号は、他の装置が用いるＴＴＬ同期出力信号である。

一実施形態において、複数の流れチャンネルを備える多チャンネルガス給送システムの作動方法を提供する。各チャンネルは、対応するチャンネルのガスの流量を制御するように構成される質量流量制御装置を備える。作動方法は、質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動するように質量流量制御装置の１つへ入力信号を供給する工程と、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期させることに出力信号を用いることができるように、所定量のガスの給送のタイミングに応じて、質量流量制御装置からの出力信号を生成する工程と、各質量流量制御装置の動作構成に関する指示を含むプログラム指示を通信ポートで受信する工程と、質量流量制御装置のプログラム化された構成を、受信した指示に応じてデジタルまたはアナログ構成として決定する工程と、質量流量制御装置をプログラム化された構成に従って作動させる工程とを備える。質量流量制御装置への入力信号は、質量流量制御装置が所定量のガスを給送させる動作を起動させ、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置に同期させることに前記出力信号が用いられることができるように、出力信号は、給送の前記タイミングに応じて生成される。

一実施形態において、方法は、質量流量制御装置は、対応するチャンネルを流れる所定量のガスの給送を順番に供給する直列接続方式の装置を、質量流量制御装置が規定するように、少なくとも１つの質量流量制御装置の出力信号が多チャンネル高速パルスガス給送システムにおける別の１つ記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動するための入力信号として用いられる工程をさらに備える。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の出力信号を、高周波電源への制御信号として付与する工程をさらに備える。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の前力信号を、圧力制御装置への制御信号として付与する工程をさらに備える。一実施形態において、入力および出力信号はアナログ信号である。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、該質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程をさらに備える。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、入力信号はパルスガス給送の動作モードにおいて一連のパルスを給送するようにＭＦＣを作動させるためのパルストリガ信号を表す。一実施形態において、質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、該質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程は、パルスガス給送用の媒介変数を受信する工程を含む。一実施形態において、前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられた媒介変数を受信する工程を含む。一実施形態において、媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の出力信号は、アナログ同期信号であり、質量流量制御装置による一連のパルスの給送の完了前に、アナログ同期信号を生成する工程をさらに備える。一実施形態において、アナログ同期信号は、一連のパルスの給送の完了と同時に生成される。一実施形態において、アナログ同期信号は、一連のパルスの給送の前記完了後、所定の遅延で生成される。一実施形態において、質量流量制御装置の各々の出力信号は、他の装置用のＴＴＬ同期出力信号である。

これらは、他の部品、工程、特徴、目的、利益、および利点同様に、以下の実施形態の詳細な説明、および添付の図面の検討から明確になるだろう。

図１は、高速パルス給送を提供する先行技術のガス給送システムのブロック図である。 図２は、時間の経過に伴う流量を示す試験ガスパルスをグラフで表したものである。 図３は、高性能ＭＦＣを用い、ここに記載の教示にしたがって改変したガス給送システムの実施形態である。 図４は、ホストコントローラと情報をやりとりする必要なくＭＦＣが一連のガスパルスを給送して、その結果ホストコントローラのオーバーヘッド機能を自由に操作できるように、ＭＦＣへダウンロードされる典型的な時間基準パルスガス給送の輪郭を示す。 図５Ａは、ホストコンピュータによってダウンロードされた製法によって決定された手順でパルスを生成するように、ホストコントローラからのトリガー信号に応答して、ＭＦＣ制御部が自身のオンオフを切り替えてＭパルスの輪郭の給送を自動的に制御できるようにする、ＭＦＣ制御部を構成するためのＭパルスの輪郭の一式である。 図５Ｂは、ホストコンピュータによってダウンロードされた製法によって決定された手順でパルスを生成するように、ホストコントローラからのトリガー信号に応答して、ＭＦＣ制御部が自身のオンオフを切り替えてＭパルスの輪郭の給送を自動的に制御できるようにする、ＭＦＣ制御部を構成するためのＭパルスの輪郭の一式である。 図６は、質量流量制御装置の電子システムの一実施形態の簡略化したブロック図である。 図７は、ホストコンピュータと、複数の接続された高性能質量流量制御装置とを備えるシステム配置の一実施形態のブロック図である。 図８は、図７に示す質量流量制御装置の操作の相互関係の一例を示すタイミング線図である。 図９は、図７のシステムに用いられ、図６に示すもののような質量流量制御装置の一実施形態の一般的な流量制御図表である。

図面は実施形態の例を開示する。これらは実施形態全てを規定するものではない。これらに加え、またはこれらに代えて、他の実施形態を用いてもよい。スペースの節約または効果的な説明のため、明らかまたは不要な詳細を省略することがある。逆に、実施形態によっては、開示した詳細が全くない状態で実施してもよいものがある。異なる図中に同一の番号が見られる場合は、同一または同様の部品または工程を意味する。

次に実施形態の例を検討する。これらに加え、またはこれらに代えて、他の実施形態を用いてもよい。スペースの節約または効果的な説明のため、明らかまたは不要な詳細を省略することがある。逆に、実施形態によっては、開示した詳細が全くない状態で実施してもよいものもある。

零流量から全開流量および全開流量から零流量へ移るＭＦＣの応答の測定として、ＭＦＣから給送されるガスの各パルスの過渡的な立ち上がりの斜度を説明するために、ホストコンピュータによって制御される高速応答ＭＦＣを用い、高速ガスパルス給送を分析するための試験設定を用いて、実験を行った。ＭＦＣによって給送されたガスの各パルスは、ホストコンピュータで制御され、一般的製法である一連の給送工程を含む。給送局面の間に高速応答ＭＦＣによって生成された１つのパルスを図２に示す。図示のように、ガスパルスの過渡的な立ち上がり（流量対時間）はかなり急峻であり、ＭＦＣの制御弁の速い反応時間を示している。しかし、この実験の結果を分析すると、その性能では装置をボッシュプロセスのような高速処理用として信頼することができないものだった。

より具体的には、当該実験では、質量流量検証器を用いて、ホストコンピュータによって制御された高速応答ＭＦＣから給送されたガスの量を測定し、システムの再現性を判定するためにデータを生成した。ＭＦＣによって給送されたガスのパルスは再現性エラーに見舞われたが、その理由は、前のパルスに応答するタイミングとの相対的な、各パルスに対するＭＦＣの反応のタイミングのばらつきのためである。すなわち、前のパルスのタイミングに基づいて発生すべき時点から実際にそれが発生した時点へ変化したパルスを供給するとのホストコンピュータからの指令に対するＭＦＣの反応に関する再現性エラーである。とりわけ、このエラーの原因は、ホストコントローラのリソースに対する既に高い要求であると判定された。ホストコントローラは、ＭＦＣへ送信するオン／オフ信号を待ち行列に入れかもしれないが、その時点でのホストコントローラの作業負荷しだいでは、直ちに信号が送信されないこともある。同様に、オン／オフ信号が送信された場合であっても、短いおよび／または高速のパルス幅によって生じたホストコントローラとＭＦＣとの間の通信ジッタは、再現可能および高精度の性能を含む、パルスガス給送の性能を悪化させる。パルスの相対的なタイミングは、多くの高速パルス給送用途における成功に重要である。ＴＳＶ生成に用いるボッシュプロセスのような高速パルス給送用途のために、これらの問題を低減または解消する解決策が提供されることが望まれている。

図３を参照し、高速パルス給送用途に有用な高性能ＭＦＣ１６０の一実施形態は、原料ガスの一連のパルスを処理ツール２００へ供給するように、ガス源１４０と処理ツール２００との間に接続され、かつ、ユーザインターフェース／ホストコントローラ１５０からの一連の指示を受信するように構成されている。本譲受人が製造販売するπＭＦＣのような高性能質量流量制御装置（ＭＦＣ）１６０は、流量センサ１７０と可変制御弁１９０とを備える。センサ１７０は、同センサを流れる質量流量を検知して、測定した流量を表す信号を専用ＭＦＣ制御装置１８０へ供給する。専用制御部１８０は、可変制御弁１９０を制御するために用いられる制御信号を供給するために、測定した流量を流量設定値と比較し、処理チャンバのような処理ツール２００に対する弁の出力流量が設定点値に維持される。

本開示の一実施形態において、ＭＦＣ１６０には２つのモードでの動作があり、圧力式パルスガス給送装置に対する、１つの有意な利点となっている。第１のモードは、従来の質量流量制御装置（ＭＦＣ）のモードであり、ここでは、ホストコントローラ１５０は、ＭＦＣ１６０へ流量設定値の信号を送信して、処理ツール２００へ給送された流量を制御する。第２のモードはパルスガス給送（ＰＧＤ）モードである。ＰＧＤ給送処理では、ＭＦＣが、ユーザによって提供された輪郭および時刻設定された一連のパルスを含む製法に従って、ガスを源１４０からチャンバ２００へ給送できるように、パルスの輪郭、必要なパルスの輪郭および順序を受信するようにＭＦＣ１６０が構成される。パルスの輪郭および順序は、ユーザインターフェース／ホストコントローラ１５０から専用ＭＦＣ制御装置１８０へダウンロードされた情報によって事前にプログラムしておくことができる。ダウンロードされた輪郭および順序は、ＭＦＣがインターフェース／制御装置１５０からの単一のトリガー信号に応答して一連の工程の全てを行うことを可能にする。専用ＭＦＣ１６０を用いることで、専用制御部が一連の工程の全てを制御されかつ時宜を得た態様で行うように構成および配置され、パルスガス給送に干渉しないで他の機能全てを実行することからホストコントローラ／インターフェースを解放する。

ＰＧＤモードは、圧力式ガスパルス給送装置に対し優位性のある、パルスガス給送処理の３つの給送タイプ（時間基準給送、モル式給送、および輪郭式給送）のための作動工程を提供する。時間基準のパルス給送処理では、制御すべき処理のために以下の媒介変数で、専用ＭＦＣ制御装置１８０を構成および配置することをユーザは要求される。（１）少なくとも１つの目標とする流量設定値（Ｑ_ｓｐ）、（２）パルスオン期間（Ｔ_ｏｎ）の少なくとも１つの時間長、（３）パルスオフ期間（Ｔ_ｏｆｆ）の少なくとも１つの時間長、および、（４）処理の完了に必要なパルスの全数（Ｎ）。

図４に示すように、媒介変数は、構成されるか、または、ホストコントローラからＭＦＣにおける専用ＭＦＣ制御部へダウンロードされ、これらの媒介変数に応じてＭＦＣ制御部がパルス給送を制御する。パルスガスの給送手順が配送される場合、ホストコンピュータは、単にＭＦＣへトリガー信号を供給し、ＭＦＣが一連のパルスを実行する。図４に示すように、ＭＦＣ１６０が、給送を開始するトリガー信号をホストコントローラ１５０から受信するとすぐに、ＭＦＣ１６０は、各パルス期間の所定のパルスオン期間およびパルスオフ期間に基づいて、ＭＦＣを作動させる（弁の開度を規制することによって流量を目標の流量設定値へ制御する）こと、および、停止させる（閉弁することによって流量を零へ制御する）ことによって、製法に従うＰＧＤ処理を制御する。この結果、パルスの順序、タイミング、及び持続時間を大変良好に制御することができる。

モル式パルス給送では、ユーザは、以下の媒介変数を指定する。（１）モル給送設定値（ｎ_ｓｐ）、（２）パルスオン期間（Ｔ_ｏｎ）の目標時間長、（３）パルスオフ期間（Ｔ_ｏｆｆ）の目標時間長、および、（４）パルスの数（Ｎ）。この情報に基づいて、ＭＦＣ１６０の専用制御部１８０は、流量センサ１７０が行った測定結果に基づいた目標ガスモル量を、目標パルスオン期間内で正確に給送するように、以下の等式にしたがって、流量設定ポイントを自動修正するように構成および配置される。

ここで、Δｎは、パルスオン期間中（時刻ｔｌとｔ２の間）に給送されるガスのモル数であり、Ｑは、パルスオン期間中にＭＦＣ１６０のセンサ１７０が測定した流量である。

こうして、モル式パルス給送モードを用いて、ＭＦＣは、各パルスで給送されるモル数を制御するために、流量設定値を制御、および必要に応じて修正する。これらの媒介変数に基づいて、ＭＦＣ１６０は、各パルスにおいて、ＭＦＣがオンである各パルスオン期間（Ｔ_ｏｎ）の部分の間にΔモルを給送し、パルスオフ期間（Ｔ_ｏｆｆ）でＭＦＣを停止し、自動的に正確なタイミングの順序でＮパルスの流量を給送する。モル式パルス給送動作で作動中、ＭＦＣ１６０は、各パルスの目標パルスオン期間（Ｔ_ｏｎ）内で所望のモル数を正確に給送するために、流量センサの測定結果（Ｑ）を用いて等式（１）から算出したガスの給送モル数に基づいて、流量設定値（Ｑ_ｓｐ）を自動修正することになる。

多数の処理ツールが用いられる場合や、処理ツールの異なる部品や装置への流れを一致させる必要がある場合には、モル式給送が好ましい（が必須ではない）。そのような場合は、対応する多数の給送チャンネルに流れを供給するために多数の高性能ＭＦＣが用いられる。モル給送が正確であることを確実にするために、各ＭＦＣ１６０は、各弁１９０を制御するために、各流量センサ１７０からのフィードバック制御ループを用いる。このように、多数の給送チャンネルを用いる場合は、反応時間や弁コンダクタンスなどが多様となることがある。そのような場合、モル給送はこれらの要因の影響を受けないので、モル式パルス給送は、これらの要因にかかわらず、各給送チャンネルにおいて各パルスで給送されたガスの量（モル）を同一にすることを確実にすることができる。一実施形態において、弁反応時間によって引き起こされる、給送ガスの量の誤差を修正するために、フィードバックが用いられる。

他の媒介変数または媒介変数の他の組み合わせを用いてガス給送を制御することが考えられる。例えば、時間基準給送として、設定を零へ初期化する代わりに、オフ流量設定値を入力することで、Ｔ_ｏｆｆ期間中のガス給送を行うことができる。

ＰＧＤ制御の負荷がホストコントローラ１５０から取り除かれる（作業負荷による遅延を低減する）とともに、信号送信がＭＦＣ１６０に近く（実際は内）になる（通信ジッタを低減する）ので、ＭＦＣの専用制御部を用いる時間基準法およびモル式給送法の両方で再現性および精度が改善され、ＭＦＣ自身がパルスガス給送用に最適化される。

最後に、第３の動作モードは輪郭パルスモードとなる。輪郭パルスタイプの給送の一実施形態において、ユーザは、１つ以上のパルスを特徴づける輪郭を生成する。その輪郭の各パルスについて、ユーザは、流量設定値および対応するオンおよびオフパルス期間を特定する。すなわち、（１）流量設定値Ｑ_ｓｐ１および対応する第１のパルスオンおよびオフ期間（Ｔ_ｏｎ１ Ｔ_ｏｆｆ１）、（２）流量設定値Ｑ_ｓｐ２および対応する第２のパルスオンおよびオフ期間（Ｔ_ｏｎ２ Ｔ_ｏｆｆ２）、・・・、（ｍ）流量設定値Ｑ_ｓｐｍ、および対応するｍ番目のパルスオンおよびオフ期間（Ｔ_ｏｎｍ Ｔ_ｏｆｆｍ）など。こうして、パルスの全セットの各パルスに対して媒介変数の一式が提供され、実行中の処理のタイプによってパルスを変化させることが可能となる。図５Ａおよび５Ｂは、パルスの輪郭一式の２つの例を示す。ある実施形態では、（図５Ａに示すように）ユーザは通常のオン／オフパルスをＴ_ｏｎ中に変化する設定値で規定することができ、他の実施形態では、ユーザは、図５Ｂに示すような階段型の輪郭を生成できるように、オン期間とオフ期間の両方について、１つ以上の流量設定値を入力してもよい。ＭＦＣは比例制御弁を採用しているので、後者は可能である。開閉弁とは異なり、比例制御弁は全開位置と全閉位置との間の任意の位置に設定可能であるため、図１に示すもののような圧力式ＰＧＤ装置に対し優位性を発揮する。輪郭パルス給送モードでは、ユーザは、流量設定値Ｑ_ｓｐｉのかわりに、輪郭の製法中の各パルスに対応するパルスオンおよびオフ期間（Ｔ_ｏｎｉ，Ｔ_ｏｆｆｉ）でモル給送設定値（ｎ_ｓｐｉ）を特定することもできる。

こうして、ホストコントローラ１５０でなく、ＭＦＣ１６０は、制御弁１９０の開閉動作を連係し、ひいてはガス給送する。歴史的に、ＭＦＣは、このような相対的に短いパルスにおいてＰＤＧ制御の信頼性を正確に果たすことができないアナログ装置であった。しかし、最近のデジタルＭＦＣは、ＭＦＣの比例制御弁を制御するという信頼性を引き受けることが可能である。より高速のＰＧＤ処理に対する前述の必要性に対し、ＰＧＤ給送処理を実行するのに専用ＭＦＣ制御装置１８０を用いることにより、他を用いて達成できたであろうよりも、高い再現性および精度が達成される。つまり、ＭＦＣのオンオフを切り替える信号を送信しなければならないホストコントローラの代わりに、図３のＭＦＣ１６０のみによって処理機能を実行して、相当量のハードウェアを削減しながら、より精度の高い給送を確実に行う。以下に詳細を記載するように、必要な制御製法媒介変数は、用いられるＰＧＤモードのタイプによって変化する。ホストコントローラ１５０は、パルスガス給送を中断する中断信号を任意の時点でＭＦＣ制御部１８０へ送信するとしてもよい。例えば、安全点検に不備がある場合、ホストコントローラ１５０はＭＦＣ１６０に対して処理中の開始済ガス給送手順を直ちに停止するように要求してもよい。同様に、不正確なガス給送が行われていることをホストコントローラ１５０が検知した場合は、ホストコントローラ１５０は中断信号を送信してもよい。このようにして、ガス給送工程はＭＦＣ１６０の専用制御部１８０に専念させておきながら、ホストコンピュータ１５０は、他の処理の監視を継続することができる。

本開示の多様な実施形態では、上述のような対応する数の給送チャンネルとともに用いた複数のＭＦＣ１６０と連携してホストコントローラ１５０を使用することができる。ホストコントローラ１５０は、適時、各ＭＦＣ１６０へトリガー信号を送信する。よって、ホストコントローラ１５０は、トリガー信号をオフセットして、複数のＭＦＣ１６０を順番にまたは同時に動作させることができる。この構成では、ホストコントローラ１５０は、給送チャンネルがガスを同時に給送しないようにトリガー信号をずらしてもよい。例えば、制御媒介変数が、２つのＭＦＣ１６０の各々においてＴ_ｏｎを０．２５ｓと規定しＴ_ｏｆｆを０．７５ｓと規定すると考える。ホストコントローラ１５０が第１のＭＦＣを始動した０．５ｓ後に第２のＭＦＣへトリガー信号を送信すると、処理ツール２００は、０．２５ｓのＴ_ｏｎおよび０．２５ｓのＴ_ｏｆｆに相当するガスの給送を受けることになる（２つのガスチャンバが同じガスで満たされる場合）。

開示した手法を用いた試験結果は、ホストコンピュータを用いて処理を制御する実験的手法に対し、再現性の誤差が２桁改善することを示している。

さらなる改善を具現化する実施形態を図６から９に示す。図６に示すように、高性能ＭＦＣ２２０は、通信ポートを備えるように構成可能な１つ以上のインターフェース２３０を備えることができ、この通信ポートは、２４０で示す少なくとも１つのデジタル信号入力（および少なくとも１つのアナログ信号入力２５０）ならびに３１０で示す少なくとも１つのデジタル信号出力（および少なくとも１つのアナログ信号出力３００）の双方を受信可能なものである。このような配置では、例えば、インターフェースのデジタル入力２４０を通じてＭＦＣメモリ２６０へ製法をダウンロードすることができるとともに、記憶した製法に従ってＭＦＣ給送ガスを開始するためのトリガー信号をインターフェースのアナログ入力２５０を通じて供給されることができる。処理装置／制御装置２７０は、ＭＦＣの流量センサ２８０から信号を受信して、製法および検知した流量にしたがって制御弁２９０を制御する。１つ以上のインターフェース２３０を、少なくとも１つのアナログ信号出力３００およびデジタル信号出力３１０を備えるように構成することもできる。これらの出力を、例えば他の装置またはツールへ供給する信号として用いることができる。

図示の構成では、質量流量制御装置（ＭＦＣ）２２０の図示の実施形態は、プログラム可能なＭＦＣであり、入力信号を受信するように構成された（２５０に示すアナログ信号入力のような）少なくとも１つの入力と、出力信号を供給するように構成された（アナログ信号出力３００またはデジタル信号出力３１０のような）１つの出力と、ＭＦＣ２２０のプログラム化されたまたは動作構成のための指示およびＭＦＣが用いるプログラミングデータを含むプログラム指示を受信するように構成された（デジタル信号入力２４０のような）通信ポートと、を備える。ＭＦＣ２２０は、質量流量制御装置を流れるガスの流量を検知するように構成された流量センサ２８０と、質量流量制御装置を流れるガスの流量を制御するように構成された制御弁２９０と、質量流量制御装置のプログラム化された構成を、ガス給送を始動するためのデジタルまたはアナログ構成のどちらかに決定するデータを含むプログラムデータを受信するように構成および配置されたメモリ２６０をも備える。処理装置／制御装置２７０は、プログラム化された構成に従って質量流量制御装置２２０を作動する。システム構成がデジタル構成としてプログラム化される場合、プログラム化されたデジタル構成は、質量流量制御装置が、入力２４０に付与されたデジタル信号に応答することを可能にする。あるいは、システム構成がアナログ構成としてプログラム化される場合、プログラム化されたアナログ構成は、質量流量制御装置が、入力２５０に付与されたアナログ信号に応答することを可能にする。

図示の実施形態中で通信ポートとして構成される入力は、質量流量制御装置の２つの動作モードのうちの少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを受信するようにも構成される。質量流量制御装置の動作モードには、典型的な質量流量制御装置の動作モードを含めることができ、ここで入力信号は、典型的な質量流量制御装置の動作モードにおいてＭＦＣを作動するために設定する設定値を表す。別の動作モードには、パルスガス給送の動作モードを含めることができ、ここで入力信号は、パルスガス給送の動作モードで一連のパルスを給送するようにＭＦＣを動作するための、パルストリガ信号を表す。こうして、通信ポートは、パルスガス給送用の媒介変数を受信するように構成される。媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられることができる。パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定点、およびパルスの数を、媒介変数に含めることもできる。

このように、図示の実施形態の通信インターフェース２３０は、デジタル通信ポートと、アナログトリガー信号入力を受信するように配置されたアナログ入力または入力を形成するためのピンと、アナログ信号出力を供給するためのアナログ出力または出力を形成するように構成されたピンと、を備える。アナログ信号出力は、他の装置やツールの動作にＭＦＣの動作を同期させるのに用いられることができる。これは、２つの装置の各々が互いに同期することが必要な一連のパルス（同一または異なる手順であってよい）を供給する場合、または２つの装置の各々が他の装置のパルスと同期したパルスを供給する場合に、特に有用である。例えば、図７に示すように、他の装置は、例えば、別の高性能ＭＦＣ、および／または高周波電源、および／または圧力制御装置とすることができる。これにより、共通の処理または異なる処理のための並列工程を同時に行うことに種々のツール装置が用いられる場合に、これらのツール装置の同期が可能となる。

図７に示すように、３５０のホストコンピュータは、デジタル通信バス３７０を通じてＭＦＣ３６０の各々へパルス手順をダウンロードすることができる。図示の実施形態では、ＭＦＣの出力は、連続的な直列接続方式の配置で接続され、また、各出力信号３８０は、高周波電源、プラズマ生成装置、または圧力制御装置のような処理ツール上の他の装置へ、および／または、他の実施形態の異なる処理ツール上のツール装置へ、分岐しかつ再経路化して供給され得る。例示の実施形態では、処理が始まると、トリガー信号が第１のＭＦＣ３６０ａへ送信される。第１のＭＦＣ３６０ａは、そのメモリ内にプログラム化された手順に従って一連のパルスを給送する。ある所定の時点で、第１のＭＦＣ３６０ａの同期出力は、トリガー信号入力として、第２のＭＦＣ３６０ｂへ供給され、例えばＲＦ発生装置のツール装置へも同様に供給される。この手順は、連続するＭＦＣ３６０の各々に対して進行する。こうして、各トリガー信号は、任意の数（図７では一般化してＮとした）のＭＦＣの直列接続方式の配置において、１つのＭＦＣの動作を次のＭＦＣに同期させる。１つのＭＦＣの同期信号は、一連のパルスの給送の完了前に、ＭＦＣによって生成されることができる。あるいは、同期信号は、一連のパルスの給送の完了と同時に生成されることができ、または、同期信号は、一連のパルスの給送の完了後に所定の遅延で生成されることができる。なお、パルストリガ信号はデジタルまたはアナログ信号とすることができる。一実施形態において、出力信号は、他の装置用のＴＴＬ同期出力信号である。

なおも図７を参照し、図示のシステムの実施形態は、流れチャンネル３８０をＮ個備える多チャンネルガス給送システムとして動作することができ、各チャンネルが対応するチャンネのガスの流量を制御するように構成された質量流量制御装置３６０を備える。図示の配置において、ＭＦＣは直列に接続され（直列接続方式配置）、各ＭＦＣが少なくとも１つのガスのパルスを供給できるように配置される。このようにして、各ＭＦＣは、同一または異なるガスを、図８に最もわかりやすく示されるような各々が所定持続時間のパルスとして、ツールへ供給することができる。さらに、給送される各パルスのガスの量（例えば質量）は、チャンネルごとに異なってもよい。

図８に示すように、この実施形態では、ＭＦＣ３６０は、前のパルスが完了するのと同時に各パルスを給送するよう同期され得る。上述のように、各連続的パルスは、前のパルスに対して遅延されること、または前のパルスの完了前に開始させることができ、または、同期の配置の任意の２つまたは３つすべての組み合わせとすることができる。

上述のように、質量流量制御装置の２つの動作モードのうちの少なくとも１つに関連付けられた媒介変数に関連するデータを受信するように、各質量流量制御装置のデジタル通信ポートを構成することができる。ＭＦＣは、典型的なガス給送の動作モード、または、ガス給送動作のパルスモードで動作するように構成され得る。図９に示すように、工程４００で入力トリガーが受信された時に、４０２で、ＭＦＣが典型的な質量流量制御装置モードで動作されるように構成されている場合、工程４０４へ進んで、センサで実際の流量を検知して所定量のガスを給送するとともに、検知した流量と受信した流量設定値とに基づいて制御弁を制御する。そして、ＭＦＣは、工程４０６へ進んで、次のＭＦＣ用の出力信号を供給するか、さもなければ、単体で機能しているか、列における最後のＭＦＣである場合には、処理を終了する。同様に、パルスモードで動作している場合は、処理は工程４０２から４０８へ進んで、所定量のガスをパルスで給送する。そして処理は工程４０６へ進む。

パルスモード給送で動作している場合は、媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードと関連付けられ得る。このような構成では、媒介変数には、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定点、およびパルスの数が含まれる。

説明のように、ガス給送システムは、半導体ツールに流入する原料の量（質量）を確実に測定するとともに、確実かつ再現可能な状態で、相対的に短い持続時間のパルスでガスの質量の正確な給送を提供する。さらに、このシステムは、より簡略化された動作を採用しながら、正確、確実、かつ再現可能な結果を得られるようにガスを迂回させる必要なく、広範囲の値にわたり所望モル数のガスの給送を提供する。

ここに記載の部品、工程、特徴、目的、利益、および利点は、単なる例として示したものである。これらにも、またこれらに関する検討内容にも、保護範囲を限定する意図はなにもない。多くの他の実施形態も熟考される。これらは少数の、付加的な、および／または異なる部品、工程、特徴、目的、利益、および利点を有する実施形態を含む。これらは、部品および／または工程の配置が異なる、および／または、部品および／または工程の順序が異なる、実施形態も含む。

記述されていない限り、これに続く請求項を含む本明細書に記載の、全ての測定、値、割合、位置、強さ、大きさ、および他の仕様は概略であり、正確ではない。これらは、その関連する機能と整合するとともに、その関連する当該分野での通例と整合する、合理的範囲を有するように意図されている。

開示中に引用した記事、特許、特許出願、および他の公開公報をすべて、ここに参照して援用する。

請求項中で「手段」という語句を用いる場合は、説明してきた対応構造および材料、ならびにその均等物を包含する意図であるとともに、そのように解釈されるべきである。同様に、請求項中で「工程」という語句を用いる場合は、説明してきた対応動作およびその均等物を抱合する意図であるとともに、そのように解釈されるべきである。請求項中にこれらの語句がない場合は、請求項は、これらの対応する構造、材料、または動作、またはこれらの均等物に限定されることを意図せず、またそのように解釈されるべきではないことを意味する。

請求項に記載されているかどうかにかかわらず、記述または図示した内容は、部品、工程、特徴、目的、利益、利点、または均等物のいずれも、公益に対し貢献することを意図せず、またそのように貢献すると解釈されるべきでもない。

保護範囲は、以下に続く請求項によってのみ限定される。特定の意味が記載されている場合を除き、その範囲は、本明細書とこれに続く審査経過を考慮して解釈する場合、請求項内で用いられる言語の通常の意味と同じくらい広く整合することを意図し、またそのように解釈されるとともに、すべての構造的および機能的均等物を抱合すると解釈されるべきである。

Claims (75)

1. 入力信号を受信するように構成された入力と、
   出力信号を供給するように構成された出力と、
   質量流量制御装置のプログラム化された構成に関連する指示およびプログラミングデータを含むプログラム指示を受信するように構成された通信ポートと、
   前記質量流量制御装置のガスの流量を検知するように構成された流量センサと、
   前記質量流量制御装置のガスの流量を制御するように構成された制御弁と、
   前記質量流量制御装置の前記プログラム化された構成を、前記入力に付与されたデジタル信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするデジタル構成、または前記入力に付与されたアナログ信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするアナログ構成として決定するプログラミングデータを受信するように構成および配置されたメモリと、
   前記プログラム化された構成に従って前記質量流量制御装置を作動させるように構成および配置された処理装置／制御装置と、
   を備え、前記質量流量制御装置への前記入力信号は、前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動し、前記出力信号は、前記給送のタイミングに応じて生成され、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期するのに前記出力信号が用いられる、プログラム可能な質量流量制御装置。
2. 前記プログラム化されたデジタル構成は、前記入力に付与されたデジタル信号に、前記質量流量制御装置が応答することを可能とする、請求項１に記載の質量流量制御装置。
3. 前記プログラム化されたアナログ構成は、前記入力に付与されたアナログ信号に、前記質量流量制御装置が応答することを可能とする、請求項１に記載の質量流量制御装置。
4. 前記通信ポートは、前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうちの少なくとも１つに関する媒介変数に関連付けられたデータをも受信するように構成される、請求項１に記載の質量流量制御装置。
5. 前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、典型的な質量流量制御装置の動作モードを含み、前記入力信号は、前記典型的な質量流量制御装置の動作モードで前記質量流量制御装置を作動させるための流量の設定値を表す、請求項４に記載の質量流量制御装置。
6. 前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、前記入力信号は、前記パルスガス給送の動作モードにおいて、一連のパルスを給送するように前記質量流量制御装置を作動させるためのパルストリガ信号を表す、請求項４に記載の質量流量制御装置。
7. 前記通信ポートは、パルスガス給送用の媒介変数を受信するように構成される、請求項６に記載の質量流量制御装置。
8. 前記媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる、請求項７に記載の質量流量制御装置。
9. 前記媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む、請求項８に記載の質量流量制御装置。
10. デジタル通信ポートを備えるデジタル通信インターフェースをさらに備える、請求項６に記載の質量流量制御装置。
11. 前記入力を形成してアナログトリガー信号入力を受信するアナログ入力ピンと、前記出力を形成してアナログ同期信号出力を供給するアナログ出力ピンと、を有するアナログ通信インターフェースをさらに備える、請求項６に記載の質量流量制御装置。
12. デジタル通信インターフェースとアナログ通信インターフェースとの両方をさらに備える、請求項６に記載の質量流量制御装置。
13. 前記出力信号は、前記一連のパルスの給送のタイミングを他の装置の動作に同期させるのに用いるための同期信号を表す、請求項６に記載の質量流量制御装置。
14. 前記他の装置は、第２の質量流量制御装置である、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
15. 前記同期信号は、前記第２の質量流量制御装置へ入力されるトリガー信号である、請求項１４に記載の質量流量制御装置。
16. 前記他の装置は、高周波電源である、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
17. 前記他の装置は、圧力制御装置である、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
18. 前記同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了前に生成される、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
19. 前記同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了と同時に生成される、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
20. 前記同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で生成される、請求項１３に記載の質量流量制御装置。
21. 前記パルストリガ信号は、デジタル信号である、請求項６に記載の質量流量制御装置。
22. 前記パルストリガ信号は、アナログ信号である、請求項６に記載の質量流量制御装置。
23. 前記出力信号は、他の装置が用いるＴＴＬ同期出力信号である、請求項６に記載の質量流量制御装置。
24. 複数の流れチャンネルを備え、各チャンネルが対応するチャンネルのガスの流量を制御するように構成された質量流量制御装置を有する、多チャンネルガス給送システムを備えるシステムであって、
    入力信号を受信するように構成された入力と、
    出力信号を供給するように構成された出力と、
    各質量流量制御装置の動作構成に関する指示を含むプログラム指示を受信するように構成された通信ポートと、
    前記対応するチャンネルの前記質量流量制御装置のガスの流量を検知するように構成された流量センサと、
    前記対応するチャンネルの前記質量流量制御装置のガスの流量を制御するように構成された制御弁と、
    前記質量流量制御装置のプログラム化された構成を、前記入力に付与されたデジタル信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするデジタル構成、または前記入力に付与されたアナログ信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするアナログ構成として決定するプログラミングデータを受信するように構成および配置されたメモリと、
    前記プログラム化された構成に従って前記質量流量制御装置を作動させるための処理装置／制御装置と、を備え、
    前記質量流量制御装置への前記入力信号は、前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動し、前記出力信号は、前記給送のタイミングに応じて生成され、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期するのに前記出力信号が用いられる、システム。
25. 少なくとも１つの前記質量流量制御装置の出力信号が、多チャンネル高速パルスガス給送システムにおける別の１つの質量流量制御装置の動作を起動する入力信号として用いられ、前記質量流量制御装置が、前記対応するチャンネルを流れる所定量のガスの給送を順番に供給する直列接続方式の装置を規定する、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記質量流量制御装置の各々の前記出力信号は、高周波電源へ付与する制御信号を供給するのに用いられる、請求項２４に記載のシステム。
27. 前記質量流量制御装置の各々の前記出力信号は、圧力制御装置へ付与する制御信号を供給するのに用いられる、請求項２４に記載のシステム。
28. 前記入力および出力信号はアナログ信号である、請求項２４に記載のシステム。
29. 前記質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートは、前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを受信するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
30. 前記質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、前記入力信号は、前記パルスガス給送の動作モードで一連のパルスを給送するたように前記質量流量制御装置を作動させるパルストリガ信号を表す、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記デジタル通信ポートは、パルスガス給送用の媒介変数を受信するように構成された、請求項２９に記載のシステム。
32. 前記媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む、請求項３２に記載のシステム。
34. デジタル通信ポートを備えるデジタル通信インターフェースをさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
35. デジタル通信インターフェースおよびアナログ通信インターフェースの両方をさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
36. 前記入力を形成してアナログトリガー信号入力を受信するためのアナログ入力ピンと、前記出力を形成してアナログ同期信号出力を供給するためのアナログ出力ピンとを有するアナログ通信インターフェースをさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
37. 前記アナログ同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了前に生成される、請求項３６に記載のシステム。
38. 前記アナログ同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了と同時に生成される、請求項３６に記載のシステム。
39. 前記アナログ同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で生成される、請求項３６に記載のシステム。
40. 前記出力信号は、他の装置用のＴＴＬ同期出力信号である、請求項２９に記載のシステム。
41. 少なくとも１つの通信ポートを備えるタイプの質量流量制御装置の作動方法であって、
    前記作動方法は、
    前記質量流量制御装置の動作構成に関連する指示を含むプログラム指示を、入力に付与されたデジタル信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするデジタル構成または入力に付与されたアナログ信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするアナログ構成のどちらかとして、前記通信ポートで受信する工程と、
    前記動作構成に従って前記質量流量制御装置を作動させる工程と、
    前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動するように前記質量流量制御装置の１つへ入力信号を供給する工程と、
    各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期させることに出力信号を用いることができるように、前記所定量のガスの給送のタイミングに応じて、前記質量流量制御装置からの出力信号を生成する工程と、
    を備え、前記質量流量制御装置への前記入力信号は、前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動し、前記出力信号は、前記給送のタイミングに応じて生成され、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期するのに前記出力信号が用いられる質量流量制御装置の作動方法。
42. プログラム化されたデジタル作動構成は、前記質量流量制御装置が、前記入力に付与されたデジタル信号に応答することを可能にする、請求項４１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
43. プログラム化されたアナログ作動構成は、前記質量流量制御装置が、前記入力に付与されたアナログ信号に応答することを可能にする、請求項４１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
44. 前記通信ポートでプログラム指示を受信する工程は、前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関連付けられた媒介変数に関連するデータを受信する工程を含む、請求項４１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
45. 前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、典型的な質量流量制御装置の動作モードを含み、前記入力信号は、前記典型的な質量流量制御装置の動作モードで前記質量流量制御装置を作動させるための設定をする設定値を表す、請求項４４に記載の質量流量制御装置の作動方法。
46. 前記質量流量制御装置の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、前記パルスガス給送の動作モードにおいて、入力信号に応答して一連のパルスをさらに給送する、請求項４４に記載の質量流量制御装置の作動方法。
47. 前記通信ポートでプログラム指示を受信する工程は、パルスガス給送用の媒介変数を受信する工程を備える、請求項４６に記載の質量流量制御装置の作動方法。
48. 前記パルスガス給送用の媒介変数は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられる、請求項４７に記載の質量流量制御装置の作動方法。
49. 前記媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む、請求項４８に記載の質量流量制御装置の作動方法。
50. アナログ通信インターフェースのアナログ入力ピンへ入力されたアナログトリガー信号を受信する工程と、前記アナログ通信インターフェースのアナログ出力ピンで出力されるアナログ同期信号を供給する工程とをさらに備える、請求項４６に記載の質量流量制御装置の作動方法。
51. 一連のパルスの給送のタイミングを他の装置の動作に同期させるための同期信号を表す出力信号を生成する工程をさらに備える、請求項４６に記載の質量流量制御装置の作動方法。
52. 前記他の装置は、第２の質量流量制御装置である、請求項５１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
53. 前記同期信号は、前記第２の質量流量制御装置への入力用のトリガー信号である、請求項５２に記載の質量流量制御装置の作動方法。
54. 前記他の装置は、高周波電源である、請求項５１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
55. 前記他の装置は、圧力制御装置である、請求項５１に記載の質量流量制御装置の作動方法。
56. 前記一連のパルスの給送の完了前に、前記同期信号を生成する工程をさらに備える、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
57. 前記一連のパルスの給送の完了と同時に、前記同期信号を生成する工程をさらに備える、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
58. 前記一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で前記同期信号を生成する工程をさらに備える、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
59. 前記トリガー信号は、デジタル信号として生成される、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
60. 前記トリガー信号は、アナログ信号として生成される、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
61. 前記出力信号は、他の装置が用いるＴＴＬ同期出力信号である、請求項５３に記載の質量流量制御装置の作動方法。
62. 複数の流れチャンネルを備える多チャンネルガス給送システムの作動方法であって、各チャンネルは、対応するチャンネルのガスの流量を制御するように構成された質量流量制御装置を備え、前記作動方法は、
    前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動するように前記質量流量制御装置の１つへ入力信号を供給する工程と、
    各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置と同期させることに出力信号を用いることができるように、前記所定量のガスの給送のタイミングに応じて、前記質量流量制御装置からの出力信号を生成する工程と、
    各質量流量制御装置の動作構成に関する指示を含むプログラム指示を通信ポートで受信する工程と、
    前記質量流量制御装置の前記動作構成を、前記受信した指示に応じて、入力に付与されたデジタル信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするデジタル構成または入力に付与されたアナログ信号に前記質量流量制御装置が応答することを可能とするアナログ構成として決定する工程と、
    前記動作構成に従って前記質量流量制御装置を作動させる工程と、を備え、
    前記質量流量制御装置への前記入力信号は、前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動させ、各質量流量制御装置を少なくとも１つの他の装置に同期させることに前記出力信号が用いられることができるように、前記出力信号は、前記給送の前記タイミングに応じて生成される、
    多チャンネルガス給送システムの作動方法。
63. 前記質量流量制御装置は、前記対応するチャンネルを流れる所定量のガスの給送を順番に供給する直列接続方式の装置を、前記質量流量制御装置が規定するように、少なくとも１つの質量流量制御装置の前記出力信号が前記多チャンネルガス給送システムにおける別の１つの前記質量流量制御装置が所定量のガスを給送する動作を起動するための入力信号として用いられる工程をさらに備える、請求項６２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
64. 前記質量流量制御装置の各々の前記出力信号を、高周波電源への制御信号として付与する工程をさらに備える、請求項６２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
65. 前記質量流量制御装置の各々の前記出力信号を、圧力制御装置への制御信号として付与する工程をさらに備える、請求項６２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
66. 前記入力および出力信号はアナログ信号である、請求項６２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
67. 質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、該質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程をさらに備える、請求項６２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
68. 前記質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つは、パルスガス給送の動作モードを含み、前記入力信号は前記パルスガス給送の動作モードにおいて一連のパルスを給送するように前記質量流量制御装置を作動さるためのパルストリガ信号を表す、請求項６７に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
69. 前記質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、該質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程は、パルスガス給送用の媒介変数を受信する工程を含む、請求項６７に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
70. 前記質量流量制御装置の各々の２つの動作モードのうち少なくとも１つに関する媒介変数に関連するデータを、該質量流量制御装置の各々のデジタル通信ポートで受信する工程は、ガスパルス給送動作のモル給送モードに関連付けられた媒介変数を受信する工程を含む、請求項６９に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
71. 前記媒介変数は、パルスオン期間、パルスオフ期間、モル給送設定値、およびパルス数を含む、請求項７０に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
72. 前記質量流量制御装置の各々の出力信号は、アナログ同期信号であり、前記質量流量制御装置による一連のパルスの給送の完了前に、前記アナログ同期信号を生成する工程をさらに備える、請求項７１に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
73. 前記アナログ同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了と同時に生成される、請求項７２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
74. 前記アナログ同期信号は、前記一連のパルスの給送の完了後、所定の遅延で生成される、請求項７２に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。
75. 前記質量流量制御装置の各々の出力信号は、他の装置用のＴＴＬ同期出力信号である、請求項７１に記載の多チャンネルガス給送システムの作動方法。

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