KR101161635B1 - 다중 채널 플로우 비율 제어기 - Google Patents

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Abstract

단일 매스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하기 위한 시스템은 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구, 마스터 FRC(flow ratio controller) 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC를 포함한다. 각각의 FRC는 입구에 연결되고, 적어도 하나의 플로우 채널을 포함한다. 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 공동으로 총 N개의 플로우 채널을 포함한다. 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결된다. 호스트 제어기로부터 수신된 미리 선택된 비율 세트포인트에 응답하여, 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00068
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00069
)(i = 1, ..., N)을 소정의 비율 세트 포인트로 유지한다.
Figure R1020087025507
마스터 FRC, 슬레이브 FRC, 플로우 분배, 플로우 제어

Description

다중 채널 플로우 비율 제어기{MULTIPLE-CHANNEL FLOW RATIO CONTROLLER}
다수의 어플리케이션에서, 정확한 양의 가스 또는 다른 유체를 공정 챔버 및/또는 다른 공정 설비로 전달하는 것이 필요할 수 있다. 이들 어플리케이션은 반도체 시스템의 제작(fabrication)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 어플리케이션에 있어서, 다중 공정 설비 사이의 복합 공정 가스(combined process gas) 또는 다른 유체를 분배 또는 분할하는 것이 필요할 수 있다. 플로우 분할 어플리케이션의 예는 에칭(etching), 스트리핑(stripping) 및 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 경우, 복합 공정 가스를 포함하는 가스 박스의 단일 출구(single outlet)는 2차 플로우 채널을 통해 다중 챔버 및/또는 공정 설비에 연결될 수 있다.
플로우 비율 제어기(flow ratio controller : FRC)는 미리 선택된 비율에 따라 복수의 2차 플로우 채널들 사이의 1차 플로우를 분배하기 위하여 사용될 수 있다. 듀얼 채널 플로우 비율 제어기(dual channel flow ratio controller : DCFRC)를 위하여 다수의 설계가 구현되고, 이것은 단일 매스 플로우(single mass flow)를 2개의 2차 플로우 채널로 분할한다.
일부 어플리케이션에서는, 단일 매스 플로우를 2개 이상의 2차 플로우로 분할하기 위하여 다중 채널 플로우 비율 제어기(MCRFC)가 필요할 수 있다. 하나의 방법에서, MCFRC는 캐스케이드 구성(cascaded configuration)으로 다수의 DCFRC를 링크함으로써 구현될 수 있다. 그러나, 캐스케이드 구성은 MCFRC와 교차하여 고압 강하(high pressure drop)를 일으킬 수 있다. 또한, DCFRC의 캐스케이드 세트는 큰 풋프린트를 가질 수 있으며, 고가일 수 있다. 또한, DCFRC를 위한 캐스케이드 구성은 플로우 채널의 총수 N이 N=2n 이 되도록 하고, 이것은 유연성(flexibility)을 상당히 감소시킬 수 있다.
따라서, MCFRC를 구현하기 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
단일 매스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하기 위한 시스템은 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구(inlet), 입구에 연결된 마스터 FRC(master FRC) 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC(slave FRC)를 포함한다. 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 적어도 하나의 2차 플로우 채널을 각각 포함하고, 이와 공동으로 2차 플로우 채널의 수 N을 포함한다. 각각의 2차 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중 대응하는 하나를 운반(carry)하도록 연결된다. 마스터 FRC는 호스트 제어기로부터 미리 선택된 비율 세트 포인트(ratio set point)를 수신하고, 개별 플로우 레이트(flow rate)(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00001
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00002
)(i = i, ..., N)이 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지될 수 있도록 하나 또는 그 이상의 명령 신호와 함께 미리 선택된 비율 세트 포인트를 슬레이브 FRC로 전달하도록 구성되며, 여기서 Qi 는 2차 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00003
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00004
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다.
단일 매스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하기 위한 시스템은 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구, 복수 N개의 2차 플로우 채널(i (i = 1, ..., N) 및 제어기를 포함한다. N개의 2차 플로우 채널은 입구에 연결되고, N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결된다. 각각의 2차 플로우 채널(i (i = 1, ..., N)은 플로우 채널(i)을 통해 플로우 레이트(Qi)를 측정하도록 연결된 플로우 센서와, 제어 신호에 응답하여 플로우 채널(i)을 통해 플로우를 조정하도록 연결된 밸브를 포함한다. 제어기는 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00005
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00006
)(i = 1, ..., N)을 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지하도록, N개의 모든 플로우 채널 내의 밸브 및 플로우 센서를 제어하도록 구성되고, 여기서 Qi 는 대응하는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00007
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00008
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다.
가스 전달 시스템은 단일 가스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하도록 구성된 다중 채널 플로우 비율 제어기(MCFRC)를 포함한다. MCFRC는 마스터 FRC(플로우 비율 제어기) 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC를 포함한다. 각각의 FRC는 적어도 하나의 플로우 채널을 포함하고, 단일 가스 플로우를 수용하도록 구성된 입구에 연결된다. 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 공동으로 총 N개의 플로우 채널을 포함한다. 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결된다. 마스터 FRC는 호스트 제어기로부터 미리 선택된 비율 세트 포인트를 수신하고, 개별 플로우 레이트(Qi (i = 1, ..., N))와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00009
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00010
)(i = i, ..., N)이 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지될 수 있도록 하나 또는 그 이상의 명령 신호와 함께 미리 선택된 비율 세트 포인트를 슬레이브 FRC로 전달하도록 구성되며, 여기서 Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00011
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00012
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다.
단일 매스 플로우로부터 파생된 복수 N개의 2차 플로우 내의 플로우를 제어하는 방법은 마스터 FRC 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC를 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구에 연결시키는 단계를 포함한다. 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 공동으로 총 N개의 플로우 채널을 포함하고, 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결된다. 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 N개의 모든 플로우 채널 내에서, 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00013
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00014
)(i = i, ..., N)을 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지하고, 여기서, Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00015
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00016
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다.
도 1a는 MCFRC를 포함하는 가스 전달 시스템의 일반적인 블럭도이다.
도 1b는 MCFRC를 위한 캐스케이드 구성을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 디지털 통신 네트워크를 통해 병렬 구성으로 링크된 마스터 FRC 및 복수의 슬레이브 FRC를 포함하는 MCFRC의 일반적인 블럭도이다.
도 2b는 도 2a에서 예시되는 MCFRC 내의 FRC 중의 하나를 보다 상세하게 예시한다.
도 3은 도 2a에서 예시되는 MCFRC 내의
호스트 컴퓨터, 마스터 FRC 및 복수의 슬레이브 FRC 사이의 통신 교환을 예시하는 기능 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 모놀리식 모듈(monolithic module) 내에 집적된 다중 플로우 채널 및 다중 제어 밸브를 포함하는 MCFRC의 일반적인 블럭도이다.
디지털 통신 네트워크를 통해 하나 또는 이상의 슬레이브 FRC에 연결된 마스터 FRC를 포함하는 다중 채널 플로우 비율 제어기(MCFRC)를 설명한다. 슬레이브 FRC와 함께 마스터 FRC는 유입되는 플로우를 호스트 제어기에 의해 설정된 미리 선택된 플로우 비율을 가지는 복수의 2차 플로우로 분할한다.
도 1a는 가스(
Figure 112008072449491-pct00017
)의 단일 플로우를 복수의 2차 플로우(Q1, ..., Qi, ..., QN)로 분배하도록 구성된 MCFRC(106)를 포함하는 가스 전달 시스템(102)의 일반적인 블럭도이다. MCFRC(106)는 개별 가스 또는 다중 가스의 혼합물을 수신하고, 이것은 가스 공급장치 예를 들어, 가스 탱크로부터 공급될 수 있다. 가스 공급장치는 참조 번호(104-1, 104-2, ..., 104-i, ..., 104-M)를 사용하여 도 1에 도시된다. 가스 혼합물은 예로서, 다수의 상이한 공정 가스 및 정화 가스(purge gas)를 포함할 수 있다. 다수의 상이한 가스 혼합물이 공급될 수도 있다.
가스 박스(112)는 개별 가스 또는 가스 혼합물을 MCFRC(106)로 전달할 수 있고, MCFRC(106)는 2차 플로우(Q1, ..., Qi, ..., QN)를 각각의 공정 챔버(도면에 도시되지 않음)로 차례로 전달할 수 있다. 이와 달리, 가스는 상이한 인젝 터(injector), 또는 단일 공정 챔버 또는 다른 공정 툴의 영역으로 계량(meter)될 수 있다. 가스 박스(112)는 복수의 가스 스틱(gas stick)(114-1, ..., 114-i, ..., 114-M)을 포함할 수 있고, 각각의 가스 스틱(114-i)은 대응하는 가스 공급장치(104-i)와 유체 통신을 한다.
각각의 가스 스틱(114-i)(i = 1, ..., M)은 대응하는 가스 공급장치(104-i)(i = 1, ..., M)로부터 가스의 플로우를 개별적으로 제어할 수 있다. 각각의 가스 스틱(114-i)은 매스 플로우 제어기(MFC)를 포함할 수 있다. 가스 스틱을 위한 MFC는 각각의 가스 스틱 내의 MFC1, MFC2, ..., MFCi, ..., MFCM으로서 도 1에서 예시된다. 각각의 가스 스틱은 예를 들어, 미국특허 제6418954호에서 설명된 바와 같이, MFC 이전 및 이후에 위치하는 밸브(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 가스 스틱(114-i)은 정확히 계량된 양의 가스(또는 가스 화합물)가 MCFRC(106)로 공급될 수 있도록 제어 가능한 가스 통로(gas passageway)를 각각 제공할 수 있다. 그 후, MCFRC(106)는 가스 또는 가스 화합물을 2차 플로우(Qi)로 정확하게 분할/분배할 수 있고, 미리 선택된 플로우 비율(
Figure 112008072449491-pct00018
)을 각각 가진다. 가스 스틱(114-i)은 필터, 정화기, 압력 트랜스듀서 및 밸브 제어기와 같이, 가스를 모니터링하거나 제어하기 위한 다른 구성요소(도면에 도시되지 않음)를 각각 구비할 수 있다.
가스 박스(112)를 출발하기 전에 희망한다면, 가스 스틱들(114-i)은 각각의 스틱으로부터의 가스 플로우가 혼합되도록 하기 위하여 예를 들어, 출구 매니폴 드(outlet manifold)(116)에 함께 연결할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 출구 매니폴드(116)는 MCFRC(106)에 연결된다.
MCFRC(106)는 복수의 2차 플로우 채널(122-1, ..., 122-i, ..., 122-N)을 포함한다. 각각의 2차 플로우 채널(122-i)은 플로우 센서(124-i) 및 밸브(126-i)를 포함한다. 센서(124-i)는 2차 플로우 채널(122-i)을 통해 플로우 레이트를 측정하고, 밸브(126-i)를 제어하는데 사용하기 위한 플로우 레이트 신호를 발생시키고, 이것은 2차 플로우 채널(122-i)을 통해 매스 플로우를 조정한다. 따라서, 센서(124-i) 및 밸브(126-i)는 2차 플로우 채널 내의 출력 매스 플로우(Qi)를 제어하기 위해 함께 사용되고, 그에 따라 플로우 비율(
Figure 112008072449491-pct00019
)은
Figure 112008072449491-pct00020
이며, 여기서,
Figure 112008072449491-pct00021
는 N개의 모든 2차 플로우 채널 내의 플로우의 합계 즉,
Figure 112008072449491-pct00022
= Q1 + ... + Qi + ... QN이다. 각각의 2차 플로우 채널의 출구(130-1, ..., 130-i, ..., 130-N)는 하나 또는 이상의 대응하는 공정 챔버 또는 다른 설비(도면에 도시되지 않음)에 연결될 수 있다.
MCFRC(106)에 대한 제어기(136)는 미리 선택된 값을 나타내는 입력(
Figure 112008072449491-pct00023
) 또는 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00024
)에 대하여 각각의 플로우 채널(122-i)을 통해 플로우 레이트(Qi)의 비율의 세트 포인트를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기(136)는 다른 것들 사이에서, 미리 선택된 비율(
Figure 112008072449491-pct00025
)을 미리 선택된 세트 포인트에서 제어 및 유지하도록 구성될 수 있다.
MCFRC는 빌딩 블럭(building block)으로서 DCFRC를 사용함으로써 구현될 수 있으며, 이러한 경우에 DCFRC 내의 기존의 하드웨어 및 소프트웨어에 상에 구축하는 것이 가능할 수 있다. 도 1b는 캐스케이드 구성으로 복수의 DCFRC(160)를 링크함으로써, DCFRC 상에 구축하는 MCFRC(150)를 예시한다. 캐스케이드 구성을 가지는 MCFRC(150)는 기존의 하드웨어 또는 소프트웨어에 대해 거의 변경없이 또는 변경없이 용이하게 구현될 수 있다. 따라서, MCFRC(150)는 예를 들어, MKS Instruments, Inc에 의해 제조된 Delta Ⅱ FRC를 포함한, 상업적으로 입수 가능한 기존의 DCFRC를 사용하여 고객에게 손쉽게 이용 가능하도록 만들어질 수 있다. 그러나, DCFRC의 캐스케이드 세트는 MCFRC와 교차하여 희망하지 않는 고압 하강을 일으킬 수 있다. 캐스케이드 구성 상에 추가되는 각각의 추가적인 DCFRC는 MCFRC와 교차하여 압력 하강의 대응하는 증가에 기여할 것이다. DCFRC의 수가 다음 문단에서 논의되는 병렬 구성의 것보다 더 크므로, DCFRC의 캐스케이드 세트는 고객에게 고가 및 유연성의 결여를 일으킬 수도 있다.
도 2a에서 예시되는 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 마스터 FRC(210) 및 복수의 슬레이브 FRC(220)는 디지털 통신 네트워크를 통해 병렬 구성으로 링크된다. 도 2a는 MCFRC(200)의 일반적인 블럭도이고, MCFRC(200)에서 마스터 FRC(210) 및 슬레이브 FRC(220)는 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구(205)에 모두 연결된다. 마스터 FRC(210) 및 슬레이브 FRC(220)는 적어도 하나의 2차 플로우 채널을 각각 포함한다. 이와 공동으로, 마스터 FRC 및 슬레이브 FRC는 총 N개의 2차 플로우 채널(222-i)(i = 1, ..., N)을 포함한다. 각각의 2차 플로우 채널(222-i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결된다.
도 2a에서 예시되는 대표적인 실시예에서, 모든 슬레이브 FRC(220) 뿐만 아니라 마스터 FRC(210)도 2개의 2차 플로우 채널을 각각 가지는 듀얼 채널 FRC로서 도시된다. 마스터 FRC(210)는 2차 플로우 채널(222-1 및 222-2)을 포함하고, 2차 플로우(Q1 및 Q2)를 각각 운반하는 것으로서 예시된다. 슬레이브 FRC(220)는 2개의 2차 플로우 채널(222-(j-1) 및 222-j)을 각각 포함하는 것으로서 예시된다(여기서, 마스터 FRC는 2개의 1차 플로우 채널(222-1 및 222-2)을 포함하므로, 예시되는 예에서 j = 3, ..., N이다).
대표적인 실시예는 마스터 및 슬레이브 FRC가 2개의 2차 플로우 채널을 각각 가지는 것으로서 예시하지만, 본 발명의 다른 실시예에서 (1을 포함한) 임의의 갯수의 2차 플로우 채널이 마스터 FRC(210) 또는 2차 FRC(220) 중의 임의의 하나 중 어느 하나에 의해 포함될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 마스터 FRC(210)는 2개의 1차 플로우 채널(222-1 및 222-2)을 포함하는 것으로 예시되지만, 본 발명의 다른 실시예에서 마스터 FRC(210)는 플로우 채널(222-(j-1) 및 222-j) 및 플로우 채널(222-(N-1) 및 222-N)에 한정하지 않고, 플로우 채널 중 임의의 상이한 채널을 포함할 수 있다.
예를 들어, 호스트 컴퓨터일 수 있는 호스트 제어기(270)는 미리 선택된 플로우 비율 세트포인트를 마스터 FRC(210)로 송신하도록 구성된다. 마스터 FRC(210)는 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00026
) 사이의 비 율(
Figure 112008072449491-pct00027
)(i = 1, ..., N)을 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지하도록, 다른 제어 명령과 함께 플로우 비율 세트포인트를 슬레이브 FRC(220)로 전달하고, 여기서 Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00028
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00029
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다. 호스트 제어기(270)는 마스터 FRC 및/또는 슬레이브 FRC의 상태와 각각의 플로우 채널(i) 내의 실제 플로우 비율을 질의할 수 있다.
하나의 실시예에서, 마스터 FRC(210) 및 슬레이브 FRC(220)는 서로 통신하고, 디지털 통신 네트워크를 통해 호스트 제어기(270)와 통신하도록 구성될 수 있다. 네트워크는 하나 또는 그 이상의 이더넷 TCP/IP(Ethernet TCP/IP), UDP/IP, DeviceNet, 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network : CAN), RS-232 및 RS-485 를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도 2a에 도시되는 디지털 통신 버스(230)는 마스터 FRC(210) 및 슬레이브 FRC(220), 또는 마스터 FRC(210) 및 호스트 제어기(270) 사이의 통신을 가능하게 한다.
도 2b는 도 2a에서 예시되는 MCFRC(200)를 구성하는 FRC 중 대표적인 하나를 보다 상세하게 예시한다. (2개와는 상이한 다수의 채널을 가지는 FRC가 사용될 수도 있지만) 도 2b에 도시되는 FRC(300)는 듀얼 채널 FRC(300)이다. FRC(300)는 도 2a에 도시되는 MCFRC(200) 내의 마스터 FRC 또는 슬레이브 FRC 중의 하나 중 어느 하나일 수 있고, 2차 플로우 채널(322-i 및 322-(i-1))을 포함한다. 각각의 2차 플로우 채널(322-i)은 도 1a에서 예시되는 플로우 센서(124-i)와 유사하게, 대응하는 플로우 채널(322-i)을 통해 플로우를 측정하도록 연결된 플로우 센서(324-i)를 포함한다. 각각의 2차 플로우 채널(322-i)은 도 1에서 예시되는 밸브(126-i)와 유사하게, 대응하는 플로우 채널(322-i)을 통해 플로우를 조정하도록 연결된 밸브(326-i)를 더 포함한다.
듀얼 채널 FRC(300)은 듀얼 채널 FRC(300) 내의 밸브 및 플로우 센서에 연결된 밸브 제어기(350)를 더 포함하고, 밸브 제어기(350)는 개별 플로우 레이트와
Figure 112008072449491-pct00030
사이의 비율이 대응하는 플로우 채널에 대한 비율 세트 포인트를 만족시킬 때까지 대응하는 플로우 채널 내의 매스 플로우를 제어하기 위해, 호스트 제어기로부터의 비율 세트 포인트에 응답하여, 듀얼 채널 FRC(300) 내의 각각의 밸브로 제어 신호를 제공하도록 구성된다.
도 3은 도 2a에서 예시되는 MCFRC(300) 내의 호스트 제어기(270), 마스터 FRC(210) 및 복수의 슬레이브 FRC(220) 사이에서 발생할 수 있는 통신 교환을 보다 상세하게 예시하는 기능 블럭도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 슬레이브 FRC(220)는 그 플로우 채널을 통해 플로우 레이트를 측정하고, 측정된 플로우 레이트를 마스터 FRC로 전달하도록 구성된다. 각각의 슬레이브 FRC(220)는 그 플로우 채널을 통해 측정된 플로우 레이트와 마스터 FRC(210)로부터 수신하는 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00031
) 사이의 실제 비율을 계산하도록 더 구성된다. 또한, 각각의 슬레이브 FRC(220)는 그것이 계산한 실제 비율을 마스터 FRC로 보고한다.
또한, 마스터 FRC(210)는 그 플로우 채널을 통해 플로우 레이트를 측정한다. 마스터 FRC(210)는, 모든 슬레이브 FRC(220)에 의해 측정되어 수신되는 모든 플로 우 레이트 뿐만 아니라, 그 자신의 플로우 채널을 통해 측정된 플로우 레이트도 합산함으로써 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00032
)를 계산한다.
마스터 FRC(210)는 미리 선택된 비율 세트 포인트가 무엇인지를 지시하는 호스트 제어기(270) 명령 신호로부터 수신되도록 더 구성된다. 그 후, 마스터 FRC(210)는 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00033
) 및 미리 선택된 비율 세트 포인트를 모든 슬레이브 FRC(220)로 전달한다.
마스터 FRC(210) 및 슬레이브 FRC(220)의 각각은 호스트 제어기(270)로부터의 명령 신호 내에 포함된 바와 같은 미리 선택된 비율 세트 포인트에 응답하여, 모든 비율(
Figure 112008072449491-pct00034
)(i = 1, ..., N)이 미리 선택된 비율 세트 포인트를 만족시킬 때까지 그 각각의 플로우 채널을 통해 매스 플로우를 제어한다.
마스터 FRC(210)는 측정된 플로우 레이트 및 마스터 FRC(210)가 각각의 슬레이브 FRC로부터 수신하는 실제 비율을 호스트 제어기(270)로 보고하도록 더 구성될 수 있다.
도 4는 유입되는 단일 매스 플로우(
Figure 112008072449491-pct00035
)를 복수 N개의 2차 플로우(Qi)(i = 1, ..., N)로 분배하도록 구성된 MCFRC(400)의 또 다른 실시예의 일반적인 블럭도이다. 이 실시예에서, MCFRC(400)는 도 2a, 2b 및 3과 관련하여 상기 설명되는 마스터-슬레이브 구성 없이, 단일 모놀리식 모듈 내에 모두 집적된 다중 플로우 채널 및 다중 제어 밸브를 포함한다. MCFRC(400)는 유입되는 단일 매스 플로우(
Figure 112008072449491-pct00036
)를 수용하도록 구성된 입구(405) 및 입구(405)에 연결된 복수 N개의 2차 플로우 채 널(422-i)(i = 1, ..., N)을 포함한다.
MCFRC(400) 내의 각각의 2차 플로우 채널(422-i)은 N개의 2차 플로우(Qi)(i = 1, ..., N) 중 대응하는 하나를 운반하도록 연결된다. 각각의 플로우 채널(422-i)(i = 1, ..., N)은 플로우 채널(i)을 통해 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00037
)를 측정하도록 연결된 플로우 센서(424-i) 및 제어기(470)로부터의 하나 또는 그 이상의 제어 신호에 응답하여 플로우 채널(i)을 통해 플로우를 조정하도록 연결된 밸브(426-i)를 포함한다.
제어기(470)는 각각의 플로우 채널 내의 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
Figure 112008072449491-pct00038
) 사이의 비율(
Figure 112008072449491-pct00039
)(i = 1, ..., N)을 미리 선택된 비율 세트 포인트(
Figure 112008072449491-pct00040
)에서 유지하도록, 모든 N개의 플로우 채널(422-i) 내의 플로우 센서(424-i) 및 밸브(426-i)를 제어하도록 구성된다. 이전에 설명된 MCFRC의 실시예에서와 같이, Qi 는 대응하는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
Figure 112008072449491-pct00041
는 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
Figure 112008072449491-pct00042
= Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타낸다. 또한, 이전에 설명된 바와 같이, 미리 선택된 비율 세트 포인트(
Figure 112008072449491-pct00043
)는 고객, 또는 다른 사용자 또는 오퍼레이터(operator)에 의한 컴퓨터로의 입력일 수 있다.
요컨대, 다중 채널 플로우 비율 제어를 위한 시스템 및 방법이 설명되었다. 상기에서 설명된 시스템 및 방법은 다수의 어플리케이션에서 사용될 수 있으며, 에 칭, 스트리핑 및 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 도 2a, 2b 및 3과 관련하여 상기 설명된 MCFRC를 위한 마스터-슬레이브 구성은 다중 채널 플로우 비율 제어를 위한 비용 효율적이고, 유연한 방법 및 시스템을 제공한다. 이 구성에 있어서, 총수 N개의 2차 플로우 채널은 고정적 또는 가변적 중의 어느 하나일 수 있다. 캐스케이드 구성과 비교하여, 마스터-슬레이브 구성은 실질적으로 풋프린트를 감소시킬 수도 있다.
특정 실시예는 다중 채널 플로우 비율 제어를 위한 시스템 및 방법을 설명하였지만, 이들 실시예에서의 함축적인 개념은 다른 실시예에서도 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서의 보호는 후술되는 청구범위로만 한정된다.
이들 청구범위에서, 단수형의 구성요소에 대한 관계는 특별히 "하나 및 하나만"으로 서술하지 않는 한, "하나 및 하나만"을 의미하는 것은 아니며, "하나 또는 그 이상"을 의미한다. 해당 기술분야의 당업자에게 자명하거나 이후 자명하게 될 본 발명에 걸쳐 설명되는 다양한 실시예의 구성요소에 대한 모든 구성적 기능적 등가물은 참조로서 본 명세서에 명백히 통합되는 것이고, 청구범위에 의해 포함되는 것이다. 또한, 이러한 설명이 청구범위에 명확히 인용되었는지 여부에 관계없이, 본 명세서에서 설명되지 않은 것은 공공연한 것이다. 구성요소들이 "하기 위한 수단" 문구를 사용하여 명확히 인용되지 않거나, 방법 청구범위인 경우, 구성요소들이 "하기 위한 단계" 문구를 사용하여 인용되지 않으면, 청구범위에 없는 구성요소는 U.S.C.§112 여섯 번째 단락의 규정으로 해석되는 것이다.

Claims (19)

  1. 단일 매스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구; 및
    마스터 FRC(flow ratio controller) 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC - 각각의 FRC는 상기 입구에 연결되고 적어도 두개의 2차 플로우 채널을 포함하고, 여기서 상기 단일 매스 플로우는 상기 시스템에 의해 직접 측정되는 것이 아니고, 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 듀얼 채널 FRC이고, 각각의 듀얼 채널 FRC는 상기 N개의 플로우 채널 중 2개를 각각 포함함 -
    를 포함하고,
    여기서, 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 공동으로 다수 N개의 2차 플로우 채널을 포함하고, 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 N개의 2차 플로우 중의 대응하는 플로우를 운반하도록 연결되고, N은 4보다 크고,
    상기 마스터 FRC는 호스트 제어기로부터 미리 선택된 비율 세트 포인트를 수신하고, 각각의 2차 플로우 채널의 각각의 2차 플로우의 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
    Figure 112011047650266-pct00044
    ) 사이의 비율(
    Figure 112011047650266-pct00045
    )(i = i, ..., N)이 상기 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지될 수 있도록 하나 또는 그 이상의 명령 신호와 함께 상기 미리 선택된 비율 세트 포인트를 상기 슬레이브 FRC로 전달하도록 구성되며, 여기서 Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
    Figure 112011047650266-pct00046
    는 상기 2차 플로우 채널의 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
    Figure 112011047650266-pct00047
    = Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타내는
    매스 플로우 분배 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 FRC는 대응하는 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)을 통해 상기 N개의 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)를 합산함으로써 총 플로우 레이트(
    Figure 112008072449491-pct00048
    )를 계산하고, 상기 총 플로우 레이트(
    Figure 112008072449491-pct00049
    ) 및 상기 비율 세트 포인트를 상기 모든 슬레이브 FRC로 전달하도록 구성되며,
    상기 마스터 FRC 및 각각의 슬레이브 FRC는 상기 호스트 제어기로부터의 상기 비율 세트 포인트에 응답하여, 상기 모든 비율(
    Figure 112008072449491-pct00050
    )(i = i, ..., N)이 상기 비율 세트 포인트를 만족시킬 때까지 그 각각의 플로우 채널을 통해 매스 플로우를 제어하는
    매스 플로우 분배 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 슬레이브 FRC는 그 플로우 채널을 통해 플로우 레이트를 측정하고, 상기 측정된 플로우 레이트를 상기 마스터 FRC로 전달하도록 구성되고,
    각각의 슬레이브 FRC는 그 플로우 채널을 통해 측정된 플로우 레이트와 상기 마스터 FRC로부터 수신된 상기 총 플로우 레이트(
    Figure 112008072449491-pct00051
    ) 사이의 실제 비율을 계산하고, 상기 실제 비율을 상기 마스터 FRC로 보고하도록 더 구성되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마스터 FRC는 상기 측정된 플로우 레이트 및 각각의 슬레이브 FRC로부터의 상기 실제 비율을 상기 호스트 제어기로 보고하도록 더 구성되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스터 FRC는 상기 마스터 FRC 내의 상기 플로우 채널을 통해 플로우 레이트를 측정하고, 상기 모든 슬레이브 FRC에 의해 측정되어 수신되는 상기 플로우 레이트와 상기 마스터 FRC 내의 상기 플로우 채널을 통해 측정된 플로우 레이트를 합산함으로써, 상기 총 플로우 레이트(
    Figure 112008072449491-pct00052
    )를 계산하도록 더 구성되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은,
    상기 플로우 채널(i)을 통해 플로우를 측정하도록 연결된 플로우 센서; 및
    상기 플로우 채널(i)을 통해 플로우를 조정하도록 연결된 밸브를 포함하는
    매스 플로우 분배 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각각의 FRC는 그 FRC 내의 상기 밸브 및 상기 플로우 센서에 연결된 밸브 제어기를 포함하고,
    상기 밸브 제어기는, 상기 개별 플로우 레이트와
    Figure 112008072449491-pct00053
    사이의 비율이 상기 대응하는 플로우 채널에 대한 상기 비율 세트 포인트를 만족시킬 때까지 상기 대응하는 플로우 채널 내의 매스 플로우를 제어하기 위해, 상기 호스트 제어기로부터의 상기 비율 세트 포인트에 응답하여, 그 FRC 내의 각각의 밸브로 제어 신호를 제공 하도록 구성되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    디지털 통신 버스를 더 포함하고,
    상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 상기 디지털 통신 버스를 통해 서로 통신하고, 상기 호스트 제어기와 통신하도록 더 구성되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디지털 통신 버스는 이더넷 TCP/IP(Ethernet TCP/IP), UDP/IP, DeviceNet, CAN(Controller Area Network), RS-232 및 RS-485 중의 적어도 하나를 포함하는 네트워크에 연결되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 채널의 수 N은 고정적인
    매스 플로우 분배 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 채널의 수 N은 가변적인
    매스 플로우 분배 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 병렬 구성으로 서로 연결되는
    매스 플로우 분배 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 단일 가스 플로우를 복수 N개의 2차 플로우로 분배하도록 구성된 다중 채널 플로우 비율 제어기를 포함하는 가스 전달 시스템에 있어서,
    상기 다중 채널 플로우 비율 제어기는,
    마스터 FRC(flow ratio controller) 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC - 각각의 FRC는 적어도 두개의 2차 플로우 채널을 포함하고, 상기 단일 가스 플로우를 수용하도록 구성된 입구에 연결되며, 여기서 상기 단일 매스 플로우는 상기 시스템에 의해 직접 측정되는 것이 아니고, 여기서 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 공동으로 총 N개의 플로우 채널을 포함하고, 여기서 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 상기 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결되고, 여기서 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 듀얼 채널 FRC이고, 각각의 듀얼 채널 FRC는 상기 N개의 플로우 채널 중 2개를 각각 포함함 -
    를 포함하고,
    여기서, 상기 마스터 FRC는 호스트 제어기로부터 미리 선택된 비율 세트 포인트를 수신하고, 각각의 2차 플로우 채널의 각각의 2차 플로우의 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
    Figure 112012020155202-pct00058
    ) 사이의 비율(
    Figure 112012020155202-pct00059
    )(i = i, ..., N)이 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지될 수 있도록 하나 또는 그 이상의 명령 신호와 함께 상기 미리 선택된 비율 세트 포인트를 상기 슬레이브 FRC로 전달하도록 구성되며, 여기서 Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
    Figure 112012020155202-pct00060
    는 상기 2차 플로우 채널의 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
    Figure 112012020155202-pct00061
    = Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타내는
    가스 전달 시스템.
  18. 단일 매스 플로우로부터 파생된 복수 N개의 2차 플로우 내의 플로우를 제어하는 방법에 있어서,
    마스터 FRC 및 하나 또는 그 이상의 슬레이브 FRC를 단일 매스 플로우를 수용하도록 구성된 입구에 연결시키는 단계 - 여기서 상기 단일 매스 플로우는 가스 전달 시스템에 의해 직접 측정되는 것이 아니고, 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 각각 적어도 두개의 2차 플로우 채널을 포함하면서 공동으로 총 N개의 플로우 채널을 포함하고, 각각의 플로우 채널(i)(i = 1, ..., N)은 상기 N개의 2차 플로우 중 대응하는 플로우를 운반하도록 연결되고, 여기서 상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC는 듀얼 채널 FRC이고, 각각의 듀얼 채널 FRC는 상기 N개의 플로우 채널 중 2개를 각각 포함함 - ; 및
    상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC가 상기 모든 플로우 채널 내에서, 각각의 2차 플로우 채널의 각각의 2차 플로우의 개별 플로우 레이트(Qi)(i = 1, ..., N)와 총 플로우 레이트(
    Figure 112012020155202-pct00062
    ) 사이의 비율(
    Figure 112012020155202-pct00063
    )(i = i, ..., N)을 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지하는 단계 - 여기서, Qi 는 플로우 채널(i) 내의 개별 플로우 레이트를 나타내고,
    Figure 112012020155202-pct00064
    는 상기 2차 플로우 채널의 N개의 모든 개별 플로우 레이트의 합계(
    Figure 112012020155202-pct00065
    = Q1 + ... + Qi + ... QN)를 나타냄 -
    를 포함하는 플로우 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 마스터 FRC 및 상기 슬레이브 FRC가 상기 비율을 상기 미리 선택된 비율 세트 포인트에서 유지하는 단계는,
    상기 마스터 FRC가 상기 마스터 FRC의 상기 플로우 채널을 통한 상기 개별 플로우 레이트와
    Figure 112008072449491-pct00066
    사이의 비율이 이들 플로우 채널에 대한 상기 비율 세트 포인트를 만족시킬 때까지 그 플로우 채널을 통해 플로우를 제어하는 단계; 및
    상기 슬레이브 FRC의 상기 플로우 채널을 통한 상기 개별 플로우 레이트와
    Figure 112008072449491-pct00067
    사이의 비율이 이들 플로우 채널에 대한 상기 레이트 세트 포인트를 만족시킬 때까지 상기 슬레이브 FRC가 그 각각의 플로우 채널을 통해 플로우를 제어하기 위해, 상기 마스터 FRC가 하나 또는 그 이상의 명령 신호를 상기 슬레이브 FRC로 송신하는 단계를 더 포함하는
    플로우 제어 방법.
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