用于多通道质量流量和比率控制系统的方法和装置制造方法及图纸

提供了流体控制系统以及用于流体控制的对应方法，该流体控制系统包括质量流量控制系统、质量流量比率控制系统以及质量流量和比率控制系统。这些系统允许一个共享的压力传感器被用于多个流道，以及控制器，该控制器可以基于由该共享的压力传感器检测到的流体压力来准确地确定质量流量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多通道质量流量和比率控制系统的方法和装置相关申请本申请是2018年5月7日提交的美国申请No.15/973,190的继续申请。上述申请的全部教导通过引用并入本文。
技术介绍
多通道质量流量控制系统用于控制通过多个通道的流体的流量，从而允许以期望的比例将来自多个通道的流体组合到共享的流道(flowchannel)中。多通道质量流量比率控制系统用于控制来自共享的流道的流体以期望的质量流量比率流到多个通道(channel)中。这样的系统例如用于半导体制造系统和其它材料处理系统。半导体制造工艺可以涉及在多个处理步骤中输送各种数量的多种不同气体和气体混合物。通常，将气体存储在处理设施的储罐(tank)中，并且使用气体计量系统将计量数量的气体从储罐输送到处理工具(诸如，化学气相沉积反应器、真空溅射机器、等离子刻蚀机等)。通常，部件(诸如，阀、压力调节器、质量流量控制系统(MFCS)、质量流量比率控制系统(FRCS))被包括在气体计量系统中或从气体计量系统到处理工具的流路中。在特定应用(诸如，半导体制造应用)中，空间通常非常有限，需要系统是灵活的(例如，期望可以轻松地将附加流道添加到现有MFCS或FRCS中、从现有MFCS或FRCS中移除或在现有MFCS或FRCS内交换)，并且需要高精度。此外，通常期望低成本且不太复杂的系统。
技术实现思路
提供了流体控制系统以及对应的流体控制方法，所述流体控制系统包括多通道质量流量控制系统、多通道质量流量比率控制系统以及多通道质量流量和比率控制系统。与现有的对应系统相比，这些系统和方法允许空间高效、灵活、具有成本效益并且更简单的流体控制。流体控制系统的一实施方式包括：多个流道，各个流道包括流量限制器、流量调节阀以及位于所述流量限制器与所述流量调节阀之间的通道压力传感器；共享的流道，所述共享的流道将流体输送到所述多个流道，或者从所述多个流道输送流体，针对各个流道，所述流量限制器位于通道压力传感器与所述共享的流道之间；共享的压力传感器，所述共享的压力传感器位于所述共享的流道中，所述共享的压力传感器被配置为对共享的流道的压力进行检测；以及控制器，所述控制器基于通道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述流道中的各个流道的质量流量，并且对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。所述多个流道中的各个流道可以包括温度传感器。所述控制器可以基于流过各个流道的所述流体的特性、所述流量限制器的特性以及所述流量限制器与所述共享的压力传感器之间的流道特性来确定通过所述各个流道的质量流量。所述流道特性可以是所述流道的从所述流量限制器到所述共享的压力传感器的容积和长度。所述控制器可以递归地确定(1)通过各个流道的质量流量，(2)与所述流量限制器相邻并且与所述多个流道的所述通道压力传感器相反(opposite)的位置的通道压力，以及(3)通过所述共享的通道的总质量流量。所述控制器可以通过以下方式确定通过所述多个流道中的流道的质量流量：(i)假定与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的流道压力，所述通道压力传感器提供检测到的流道压力，(ii)基于与所述流量限制器相邻并且与所述通道压力传感器相反的所述流道压力以及所述流道的所述检测到的流道压力来确定通过所述流道的所述质量流量；(iii)基于通过所述多个流道中的各个流道的质量流量来确定总质量流量，(iv)使用在步骤(iii)中确定的所述总质量流量来计算与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的所述流道压力，以及重复步骤(ii)至步骤(iv)。所述共享的流道可以在所述多个流道的下游。所述共享的流道还可以在所述多个流道的上游。在另外的实施方式中，所述流体控制系统还包括：第二多个流道，所述第二多个流道中的各个流道包括流量限制器、流量调节阀以及位于所述流量限制器与所述流量调节阀之间的通道压力传感器；所述共享的流道将流体从所述多个流道输送到所述第二多个流道；针对所述第二多个流道中的各个流道，所述流量限制器位于所述通道压力传感器与所述共享的流道之间；其中，所述控制器还基于通道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述第二多个流道中的各个流道的质量流量，并且对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。所述第二多个流道中的各个流道还可以包括温度传感器。所述多个流道可以是集成系统的一部分。所述多个流道和所述第二多个流道可以是集成系统的一部分。所述共享的压力传感器不必是所述集成系统的一部分(即，所述共享的压力传感器可以在外部)。所述流体可以是液体或气体；然而，所述流体通常是气体。另一实施方式是一种流体控制方法。所述流体控制方法包括：使流体流过多个流道，各个流道包括流量限制器和流量调节阀；使流体通过共享的流道流到所述多个流道或从所述多个流道流出；对所述共享的流道中的共享的流道的压力进行检测；对各个流道的在其流量调节阀与其流量限制器之间的流道压力进行检测；基于所述流道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述流道中的各个流道的质量流量；以及对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。所述流体控制方法还可以包括：对各个流道的在其流量调节阀与其流量限制器之间的流道温度进行检测。通过各个流道的所述质量流量可以是基于流过所述各个流道的所述流体的特性、所述流量限制器的特性以及所述流量限制器与检测所述共享的流道的压力的位置之间的流道特性来确定的。可以递归地确定通过各个流道的质量流量、与所述流量限制器相邻并且与所述多个流道的所述通道压力传感器相反的位置的通道压力、以及通过所述共享的通道的总质量流量。确定通过所述多个流道中的流道的质量流量可以包括：(i)假定与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的流道压力，(ii)基于与所述流量限制器相邻并且与所述通道压力传感器相反的所述流道压力以及所述流道的所述检测到的流道压力来确定通过所述流道的所述质量流量；(iii)基于通过所述多个流道中的各个流道的质量流量来确定总质量流量，(iv)使用在步骤(iii)中确定的所述总质量流量来计算与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的所述流道压力，以及重复步骤(ii)至步骤(iv)。所述流体控制方法还可以包括：使来自所述多个流道的流体流过共享的通道并且进入第二多个流道，所述第二多个流道中的各个流道包括流量限制器和流量调节阀；对所述第二多个流道中的各个流道的在其流量调节阀与其流量限制器之间的流道压力和流道温度进行检测；以及基于所述流道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述第二多个流道中的各个流道的质量流量。所述流体控制方法还可以包括：对所述第二多个流道中的各个流道的在其流量调节阀与其流量限制器之间的流道温度进行检测。利用所述流体控制方法控制的所述流体可以是液体或气体，并且通常是气体。附图说明如附图中所例示的，根据下面对示例实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体控制系统，所述流体控制系统包括：/n多个流道，各个流道包括流量限制器、流量调节阀以及位于所述流量限制器与所述流量调节阀之间的通道压力传感器；/n共享的流道，所述共享的流道将流体输送到所述多个流道，或者从所述多个流道输送流体，针对各个流道，所述流量限制器位于所述通道压力传感器与所述共享的流道之间；/n共享的压力传感器，所述共享的压力传感器位于所述共享的流道中，所述共享的压力传感器被配置为对共享的流道的压力进行检测；以及/n控制器，所述控制器基于通道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述流道中的各个流道的质量流量，并且对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180507 US 15/973,1901.一种流体控制系统，所述流体控制系统包括：
多个流道，各个流道包括流量限制器、流量调节阀以及位于所述流量限制器与所述流量调节阀之间的通道压力传感器；
共享的流道，所述共享的流道将流体输送到所述多个流道，或者从所述多个流道输送流体，针对各个流道，所述流量限制器位于所述通道压力传感器与所述共享的流道之间；
共享的压力传感器，所述共享的压力传感器位于所述共享的流道中，所述共享的压力传感器被配置为对共享的流道的压力进行检测；以及
控制器，所述控制器基于通道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述流道中的各个流道的质量流量，并且对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。


2.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述多个流道中的各个流道还包括温度传感器。


3.根据权利要求1或2所述的流体控制系统，其中，所述控制器基于流过各个流道的所述流体的特性、所述流量限制器的特性以及所述流量限制器与所述共享的压力传感器之间的流道特性来确定通过所述各个流道的质量流量。


4.根据权利要求3所述的流体控制系统，其中，所述流道特性是所述流道的从所述流量限制器到所述共享的压力传感器的容积和长度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的流体控制系统，其中，所述控制器递归地确定(1)与所述流量限制器相邻并且与所述多个流道的所述通道压力传感器相反的位置的通道压力，(2)通过各个流道的质量流量，以及(3)通过所述共享的通道的总质量流量。


6.根据前述权利要求中任一项所述的流体控制系统，其中，所述控制器通过以下方式确定通过所述多个流道中的流道的质量流量：(i)假定与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的流道压力，所述通道压力传感器提供检测到的流道压力，(ii)基于与所述流量限制器相邻并且与所述通道压力传感器相反的所述流道压力以及所述流道的所述检测到的流道压力来确定通过所述流道的所述质量流量，(iii)基于通过所述多个流道中的各个流道的质量流量来确定总质量流量，(iv)使用在步骤(iii)中确定的所述总质量流量来计算与所述流量限制器相邻并且与所述流道的所述通道压力传感器相反的所述流道压力，以及重复步骤(ii)至步骤(iv)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的流体控制系统，其中，所述共享的流道在所述多个流道的下游。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的流体控制系统，其中，所述共享的流道在所述多个流道的上游。


9.根据权利要求1至6中任一项所述的流体控制系统，所述流体控制系统还包括：
第二多个流道，所述第二多个流道中的各个流道包括流量限制器、流量调节阀以及位于所述流量限制器与所述流量调节阀之间的通道压力传感器；
所述共享的流道将流体从所述多个流道输送到所述第二多个流道；
针对所述第二多个流道中的各个流道，所述流量限制器位于所述通道压力传感器与所述共享的流道之间；其中，所述控制器还基于通道压力和所述共享的流道的压力来确定通过所述第二多个流道中的各个流道的质量流量，并且对所述流道的所述流量调节阀进行控制，以控制通过各个流道的质量流量。


10.根据权利要求1至6和9中任一项所述的流体控制系统，其中，所述控制器使用式(1)：Pd，i＝fPd(Pd，Qt，Vi，Li)(1)来计算与流量限制器相邻并且与第i流道的通道压力传感器相反的流道压力，所述第i流道在所述共享的流道的上游；其中，fPd是以下项的函数：由所述共享的压力传感器检测到的下游压力Pd，通过所述共享的流道的总流量Qt，以及所述第i流道的从其限制器到所述共享的压力传感器的容积Vi和长度Li。


11.根据权利要求10所述的流体控制系统，其中，fPd是通过经验数据和/或实验获得的。


12.根据权利要求10或11所述的流体控制系统，其中，fPd是由式(2)：fPd(Pd，Qt，Vi，Li)＝ki，1·Pd+ki，2·Qt+ki，3·Vi+ki，4·Li(2)提供的；其中，ki，1、ki，2、ki，3和ki，4是根据经验或实验获得的线性系数。


13.根据权利要求1至6以及9至12中任一项所述的流体控制系统，其中，所述控制器使用式(6)：Pu，j＝fPu(Pu，Qt，Vj，Lj)(6)来计算与流量限制器相邻并且与第j流道的通道压力传感器相反的流道压力；其中，fPu是以下项的函数：由所述共享的压力传感器检测到的上游压力Pu，通过所述共享的流道的总流量Qt，以及所述第j流道的从其限制器到所述共享的压力传感器的容积Vj和长度Lj。


14.根据权利要求13所述的流体控制系统，其中，fPu是通过经验数据和/或实验获得的。


15.根据权利要求13或14所述的流体控制系统，其中，fPu是由式fPu(Pu，Qt，Vj，Lj)＝kj，1·Pu+kj，2·Qt+kj，3·Vj+kj，4·Lj(7)提供的；其中，kj，1、kj，2、kj，3和kj，4是根据经验或实验获得的线性系数。


16.根据权利要求9至15中任一项所述的流体控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁军华，M·勒巴塞伊，W·科勒，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US