利用外部压力触发进行脉冲气体输送的方法和设备技术

一种用于流体的脉冲输送的流体控制系统以及关联方法，包括截止阀以及位于该截止阀上游的质量流量控制器(MFC)。该MFC包括：流道、对流道中的流体流量进行控制的控制阀、对流道中的流率进行测量的流量传感器，以及控制器，该控制器具有来自截止阀的指示该截止阀的打开的阀输入。该控制器被配置成，响应于阀输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从流道到截止阀的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。该阀输入可以是压力信号，并且该MFC可以包括对压力信号进行感测的压力传感器。感测的压力传感器。感测的压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用外部压力触发进行脉冲气体输送的方法和设备
[0001]相关申请
[0002]本申请是2018年9月7日提交的美国申请No.16/124,669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

[0003]质量流量控制器(mass flow controller(MFC))是一种用于测量和控制液体和气体的流量的装置。一般而言，MFC包括入口、出口、质量流量传感器以及比例控制阀，该比例控制阀可进行调节以实现期望的质量流量。
[0004]诸如原子层淀积(ALD)工艺的半导体制造工艺可以涉及在几个处理步骤期间以各种量输送几种不同的气体和气体混合物。通常，将气体贮存在处理设施处的储罐中，并且使用气体计量系统来将定量的气体从储罐输送至处理工具，诸如化学气相淀积反应器、真空溅射机、等离子蚀刻机等。典型地，将诸如阀、压力调节器、MFC、质量流量比控制系统等的组件包括在气体计量系统中或者包括在从气体计量系统到处理工具的流径中。
[0005]已经开发出脉冲气体输送装置，以将气体的脉冲化质量流量输送至半导体工艺工具。

技术实现思路

[0006]一种用于流体的脉冲输送的流体控制系统包括：截止阀以及位于该截止阀上游的质量流量控制器(MFC)。该MFC包括：流道、对流道中的流体流量进行控制的控制阀、对流道中的流率(flow rate)进行测量的流量传感器、以及控制器，该控制器具有来自截止阀的阀输入，该阀输入指示截止阀的打开。该控制器被配置成，响应于阀输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从流道到截止阀的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。
[0007]MFC可以是基于压力的MFC或热MFC。控制阀优选为比例阀，该比例阀产生与控制输入(例如，来自主机控制器的电子控制输入)成比例的流量输出。可以将比例控制阀用于对穿过阀孔的流体流量进行控制。在MFC中使用的典型比例阀包括但不限于电磁阀和压电阀。MFC的控制器可以在流体脉冲期间基于来自流量传感器的反馈，对通过控制阀的流体流量进行控制。
[0008]位于MFC下游的截止阀可以是快速响应的气动控制阀。该阀可以是联接至工艺腔和转移管线(divert line)的三通阀。截止阀可以通过主机控制器进行控制。
[0009]MFC的阀输入可以是压力信号，并且该MFC可以包括对压力信号进行感测的压力传感器。压力传感器可以经由接进气动管线的分接头接收压力信号，该管线中的压力使截止阀打开和关闭。通常，压力传感器可以经由通过主机控制器控制的气动管线来接收压力信号。
[0010]在阀输入是压力信号的情况下，可以将MFC的控制器配置成，将压力信号的上升沿转换成开始脉冲气体输送的触发信号。
[0011]可以将MFC的控制器配置成，根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启(pulse
‑
on)时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
。摩尔设定点n
SP
是要在流体脉冲期间输送的流体质量的目标量。脉冲开启时段Δt可以是在MFC中存储的默认值，并且流量设定点Q
SP
可以是从主机控制器接收的。MFC可以是可编程的，以从所存储的默认值改变脉冲开启时段Δt。
[0012]可以将MFC的控制器配置成，按照下式，根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
：
[0013]n
SP
＝0.744*Q
SP
*Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)。
[0014]可以将控制器配置成，基于对流体脉冲期间输送的流体质量和/或脉冲开启时段Δt的持续时间的计算，将控制阀关闭。
[0015]例如，可以将控制器配置成，根据以下项来确定所输送的流体的估计摩尔数：i)测量出的流率，ii)流体脉冲的开始时间，以及iii)流体脉冲的停止时间。控制器可以基于在脉冲期间输送的流体的估计摩尔数来控制通过控制阀的流量。
[0016]可以将控制器配置成，根据下式来确定所输送的流体的实际摩尔数：
[0017][0018]其中，Δn是在脉冲时段期间输送的实际摩尔数，Q是通过流量传感器测量出的流率，t1是脉冲的开始时间，t2是脉冲的停止时间。
[0019]一种输送流体脉冲的方法包括以下步骤：利用控制阀来控制流体流量进入流道；利用流量传感器对流道中的流率进行测量；从控制阀下游的截止阀接收阀输入，该阀输入指示截止阀的打开；以及响应于阀输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从流道到截止阀的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。
[0020]对通过控制阀的流体流量进行控制的步骤可以基于在流体脉冲期间来自流量传感器的反馈。
[0021]接收阀输入的步骤可以包括：感测经由接进气动管线的分接头接收到的压力信号，该管线中的压力使截止阀打开和关闭。
[0022]输送流体脉冲的方法可以包括以下步骤：接收流量设定点Q
SP
；以及根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
，该摩尔设定点n
SP
是要在流体脉冲期间输送的流体质量的目标量。输送流体脉冲的方法还可以包括以下步骤：控制截止阀的打开和关闭。
[0023]在实施方式中，一种用于流体的脉冲输送的质量流量控制器(MFC)包括：流道、对流道中的流体流量进行控制的控制阀、对流道中的流率进行测量的流量传感器、以及控制器，该控制器具有来自控制阀下游的截止阀的阀输入，该阀输入指示截止阀的打开。该控制器被配置成，响应于阀输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从流道到截止阀的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。
[0024]在实施方式中，一种用于流体的脉冲输送的质量流量控制器(MFC)包括：流道、对流道中的流体流量进行控制的控制阀、对流道中的流率进行测量的流量传感器、以及控制器，该控制器具有输入并且被配置成，根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
。将控制器被配置成，响应于输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止来自流道的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制，该流体脉冲响应
于所计算出的摩尔设定点n
SP
而终止。
[0025]在实施方式中，一种输送流体脉冲的方法包括以下步骤：接收流量设定点Q
SP
；根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
；利用控制阀来控制流体流量进入流道；利用流量传感器对流道中的流率进行测量；以及响应于输入来对通过控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止来自流道的流体脉冲，从而对流体脉冲期间输送的流体质量进行控制，该流体脉冲响应于所计算出的摩尔设定点n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于流体的脉冲输送的流体控制系统，所述系统包括：截止阀；以及位于所述截止阀上游的质量流量控制器(MFC)，所述MFC包括：流道，控制阀，所述控制阀对所述流道中的流体流量进行控制，流量传感器，所述流量传感器对所述流道中的流率进行测量，以及控制器，所述控制器具有来自所述截止阀的指示所述截止阀的打开的阀输入，所述控制器被配置成，响应于所述阀输入来对通过所述控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从所述流道到所述截止阀的流体脉冲，从而对所述流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器基于在所述流体脉冲期间来自所述流量传感器的反馈，来对通过所述控制阀的所述流体流量进行控制。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述阀输入是压力信号，并且其中，所述MFC包括对所述压力信号进行感测的压力传感器。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述压力传感器经由接进气动管线的分接头接收所述压力信号，所述管线中的压力使所述截止阀打开和关闭。5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述压力传感器经由通过主机控制器控制的气动管线来接收所述压力信号。6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置成，将所述压力信号的上升沿转换成开始脉冲气体输送的触发信号。7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述截止阀由主机控制器控制。8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置成，根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
，所述摩尔设定点n
SP
是要在所述流体脉冲期间输送的所述流体质量的目标量。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述脉冲开启时段Δt是在所述MFC中存储的默认值，并且所述流量设定点Q
SP
是从主机控制器接收的。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述MFC可编程为从所存储的默认值改变所述脉冲开启时段Δt。11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被配置成，基于对所述流体脉冲期间输送的所述流体质量和/或所述脉冲开启时段Δt的持续时间的计算，将所述控制阀关闭。12.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述截止阀是联接至工艺腔和转移管线的三通阀。13.一种输送流体脉冲的方法，所述方法包括以下步骤：利用控制阀来控制流体流量进入流道；利用流量传感器对所述流道中的流率进行测量；从所述控制阀下游的截止阀接收阀输入，所述阀输入指示所述截止阀的打开；以及响应于所述阀输入来对通过所述控制阀的流体流量进行控制，以发起和终止从所述流道到所述截止阀的流体脉冲，从而对所述流体脉冲期间输送的流体质量进行控制。14.根据权利要求13所述的方法，其中，对通过所述控制阀的流体流量进行控制的步骤
是基于在所述流体脉冲期间来自所述流量传感器的反馈的。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，接收阀输入的步骤包括：感测经由接进气动管线的分接头接收到的压力信号，所述管线中的压力使所述截止阀打开和关闭。16.根据权利要求13或14所述的方法，所述方法还包括：接收流量设定点Q
SP
；以及根据流量设定点Q
SP
和脉冲开启时段Δt来计算摩尔设定点n
SP
，所述摩尔设定点n
SP
是要在所述流体脉冲期间输送的所述流体质量的目标量。17.根据权利要求13或14所述的方法，所述方法还包括：控制所述截止阀的打开和关闭。18.一种用于流体的脉冲输送的质量流量控制器(MFC)，所述MFC包括：流道；控制阀，所述控制阀对所述流道中的流体流量进行控制；流量传感器，所述流量传感器对所述流道中的流率进行测量；以及控制器，所述控制器具有来自所述控制阀下游的截止阀的阀输入，所述阀输入指示所述截止阀的打开，所述控制器被配置成，响应于所述阀输入来对通过所述控制阀的流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：