多導管流量率コントローラ
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムは、１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、マスタＦＲＣ（流量比コントローラ）と、１つ以上のスレーブＦＲＣとを含む。各ＦＲＣは、入口に接続されており、少なくとも１つの副次流導管を含む。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、Ｎ個の副次流導管を含む。各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。ホスト・コントローラから事前選択比率設定点に応答して、マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間おける比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持する。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多数の用途において、気体またはその他の流体を正確な量だけ処理チェンバおよび／またはその他の設備に配送することが必要な場合がある。これらの用途には、半導体システムの製作を含むことができるが、これに限定されるのではない。
【０００２】
用途の中には、多数の処理設備間においてプロセス気体またはその他の流体を複合して配送または分割することが必要となる場合もある。流量分割用途の例には、エッチング、剥離(stripping)、およびＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンス化学蒸着）を含むことができるが、これらに限定されるのではない。これらの場合、複合プロセス気体を収容するガスボックスの１つの出口を多数のチェンバおよび／または処理設備に、副流導管を通じて接続することもある。
【０００３】
ＦＲＣ（流量率コントローラ）を用いると、事前選択流量率に応じて主要流を複数の副次流導管に分割することができる。１つの質量流量を２つの副次流導管に分割する二重導管流量率コントローラには、多数の設計が実施されている。
【０００４】
用途の中には、１つの質量流量を２系統よりも多い副次流に分割するために、多導管流量率コントローラ（ＭＣＲＦＣ）が必要となる場合もある。１つの手法では、多数のＤＣＦＲＣをカスケード構成で連結することにより、ＭＣＦＲＣを実現することができる。カスケード構成によって、しかしながら、ＭＣＦＲＣ間に高い圧力降下が生ずる場合がある。またはカスケード接続したＣＶＦＲＣの集合体は、フットプリントが大きくなり、コスト高となる可能性がある。更に、ＤＣＦＲＣのカスケード構成では、流導管の総数ＮがＮ＝２ｎに制限される場合があり、柔軟性が著しく低下する虞れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ＭＣＦＲＣを実現するシステムおよび方法の改良が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムは、１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、入口に接続されているマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣとを含む。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、各々、少なくとも１つの副次流導管を含み、組合せにおいて、Ｎ個の副次流導管を含む。各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、スレーブＦＲＣに事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間において比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００７】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムは、１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、複数Ｎ個の副次流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、コントローラとを含む。複数Ｎ個の副次流導管は、入口に接続されており、更にＮ個の副次流の対応する１つを搬送するように接続されている。各副次流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサと、流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁とを含む。コントローラは、Ｎ個の流導管全てにおける流量センサおよび弁を制御し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持するように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００８】
気体配送システムは、１つの気体流を複数Ｎ個の副次流に分割するように構成されている多導管流量率コントローラ（ＭＣＦＲＣ）を含む。ＭＣＦＲＣは、マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣを含む。各ＦＲＣは、少なくとも１つの流導管を含み、１つの質量流量を受けるように構成されている入口に接続されている。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含む。各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、スレーブＦＲＣに事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間において比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００９】
１つの質量流量から得た複数Ｎ個の副次流における流量を制御する方法は、１つの質量流量を受けるように構成されている入口にマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣを接続することを含む。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、全ての流導管において、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持し、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ディジタル通信ネットワークを通じて１つ以上のスレーブＦＲＣに接続されているマスタＦＲＣを含む多導管流量率コントローラ（ＭＣＦＲＣ）について記載する。マスタＦＲＣは、スレーブＦＲＣと共に、流入する流動体(flow)を、ホスト・コントローラによって設定された事前選択流量率を有する複数の副次流動対に分割する。
【００１１】
図１Ａは、ＭＣＦＲＣ１０６を含む気体配送システム１０２の全体的なブロック図である。ＭＣＦＲＣ１０６は、１系統の気体流ＱＴを、事前選択流量率Ｑｉ／ＱＴを有する複数の副次流Ｑ１、．．．、Ｑｉ、．．．ＱＮに分割するように構成されている。ＭＣＦＲＣ１０６は、個別の気体または多数の気体の混合物を受ける。これらは、気体供給源、例えば、気体タンクから供給すればよい。図１では、参照番号１０４−１、１０４−２、．．．、１０４−ｉ、．．．、１０４−Ｍを用いて、気体供給源を示す。気体混合物は、一例として、多数の異なるプロセス気体および浄化気体を含むことができる。多くの異なる気体混合物を供給することもできる。
【００１２】
ガスボックス１１２は、個々の気体または気体混合物をＭＣＦＲＣ１０６に配送することができ、一方ＭＣＦＲＣ１０６は副次流Ｑ１、．．．、Ｑｉ、．．．ＱＮをそれぞれのプロセス・チェンバ（図示せず）に配送することができる。あるいは、気体を計量して、１つのプロセス・チェンバおよび／または他の処理ツールの異なるインジェクタ(injector)またはエリアに供給することもできる。ガスボックス１１２は、複数の気体スティック(gas stick)１１４−１、．．．１１４−ｉ、．．．、１１４−Ｍを含むことができ、各気体スティック１１４−ｉは対応する気体供給源１０４−ｉと連通している。
【００１３】
各気体スティック１１４−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｍ）は、対応する気体供給源１０４ｉ（ｉ＝１、．．．Ｍ）からの気体の流量を個々に制御することができる。各気体スティック１１４−ｉは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）を含むことができる。気体スティック毎のＭＦＣは、図１では、各気体スティック内において、ＭＦＣ１、ＭＦＣ２、．．．、ＭＦＣｉ、．．．、ＭＦＣＭで示されている。また、各気体スティックは、例えば、米国特許第６４１８９５４号に記載されているように、ＭＦＣの前後に位置する弁（図示せず）も含むことができる。気体スティック１１４−ｉは、各々、制御可能な気体通路を設けることができるので、正確に計量した量の気体（または気体の組み合わせ）をＭＣＦＲＣ１０６に供給することができる。次いで、ＭＣＦＲＣ１０６は気体または気体の組み合わせを高精度に副次流Ｑｉに分割(split/divide)することができ、各副次流は、事前選択流量率Ｑｉ／ＱＴを有する。気体スティック１１４−ｉには、各々は、フィルタ、浄化器、圧力変換器、および弁コントローラのような気体を監視または制御するために、別の構成機器を設けることもできる。
【００１４】
気体スティック１１４−ｉは、例えば、出口マニフォルド１１６に互いに接続し、ガスボックス１１２を離れる前に、所望であれば、各スティックからの気体流を混合させることができる。出口マニフォルド１１６は、図１に示すように、ＭＣＦＲＣ１０６に接続されている。
【００１５】
ＭＣＦＲＣ１０６は、複数の副次流導管１２２−１、．．．１２２−ｉ、．．．、１２２−Ｎを含む。各副次流導管１２２−ｉは、流量センサ１２４−ｉおよび弁１２６−ｉを含む。センサ１２４−ｉは、副次流導管１２２−ｉを通過する流量を測定し、弁１２６−ｉを制御するために用いる流量信号を発生する。弁１２６−ｉは、副次流導管１２２−ｉを通過する質量流量を規制する。センサ１２４−ｉおよび弁１２６−ｉは、このように、一緒に用いて副次流導管における出力質量流量Ｑｉを制御する。つまり、流量率αｉ＝Ｑｉ／ＱＴを制御する。ここで、ＱＴはＮ本の副次流導管全てにおける流量の合計である。即ち、ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮである。副次流導管の各々の出口１３０−１、．．．１３０−ｉ、．．．、１３０−Ｎは、１つ以上の対応する処理チェンバまたはその他の設備（図示せず）に接続することができる。
【００１６】
ＭＣＦＲＣ１０６のコントローラ１３６は、流導管１２２−ｉの各々を通過する流量Ｑｉの全流量ＱＴに対する、予め選択した値即ち設定点を表す入力αｉを受信するように構成することができる。コントローラ１３６は、とりわけ、予め設定した点における予め設定した比率αｉを制御し維持するように構成することができる。
【００１７】
ＭＣＦＲＣは、ブロックを構築するようにＤＣＦＲＣを用いることによって実現することができ、この場合、ＤＣＦＲＣの中にある既存のハードウェアおよびソフトウェアの上に組み上げることも可能であるとよい。図１Ｂは、複数のＤＣＦＲＣ１６０をカスケード状に連結することによって、ＤＣＦＲＣを組み上げたＭＣＦＲＣ１５０を示す。カスケード情勢を有するＭＣＦＲＣ１５０は、既存のハードウェアまたはソフトウェアに対して殆どまたは全く修正を加えることなく、容易に実現することができる。ＭＣＦＲＣ１５０は、したがって、例えば、MKS Instruments, Inc.が製造するDelta II FRCを含む、市販されている既存のＤＣＦＲＣを用いて、顧客に容易に入手可能にすることができる。カスケード接続したＤＣＦＲＣの集合体では、しかしながら、ＭＣＦＲＣ間に望ましくない程高い圧力降下が発生する可能性がある。カスケード構成に加入する追加の各ＤＣＦＲＣは、ＭＣＦＲＣ間の圧力降下に寄与して、対応する増大が生ずる。また、カスケード接続したＤＣＦＲＣの集合体では、顧客にとってコストが高くなりしかも柔軟性が欠ける場合もある。何故なら、ＤＣＦＲＣの数が、次のパラグラフで論ずる並列構成よりも多いからである。
【００１８】
図２Ａに示す本開示の一実施形態によれば、マスタＦＲＣ２１０および複数のスレーブＦＲＣ２２０を並列構成で、ディジタル通信ネットワークを通じて連結する。図２Ａは、ＭＣＦＲＣ２００の全体的なブロック図であり、マスタＦＣＲ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は全て、１つの質量流量を受けるように構成されている入口２０５に接続されている。マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は、各々、少なくとも１本の副次流導管を含む。組み合わせると、マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、合計でＮ本の副次流導管２２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を含む。各副次流導管２２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。
【００１９】
図２Ａに示す実施形態例では、マスタＦＣＲ２１０および全てのスレーブＦＲＣ２２０が、各々２つの副次流導管を有する二重導管ＦＲＣとして示されている。マスタＦＲＣ２１０は、副次流導管２２２−１および２２２−２を含むように示されており、これらの副次流導管は、副次流量Ｑ１およびＱ２をそれぞれ搬送する。スレーブＦＲＣ２２０は、各々、２本の副次流導管２２２−（ｊ−１）および２２２−ｊを含むように示されている（図示の例では、ｊ＝３、．．．、Ｎとなる。何故なら、マスタＦＲＣが２本の第１流導管２２２−１および２２２−２を含むからである）。
【００２０】
実施形態例は、各々２本の流導管を有するように、マスタおよびスレーブＦＲＣを図示するが、本開示の他の実施形態では、マスタＦＲＣ２１０または副次ＦＲＣ２２０のいずれの１つであっても、いずれの数（１本を含む）副次流導管を含んでもよいことは言うまでもない。更に、マスタＦＲＣ２１０は、２本の第１流導管２２２−１および２２２−２を含むように示されているが、本開示の別の実施形態では、マスタＦＲＣ２１０はいずれの異なる流導管でも含むことができ、限定ではないが、流導管２２２−（ｊ−１）および２２２−ｊ、ならびに流導管２２２−（Ｎ−１）および２２２−Ｎを含む。
【００２１】
ホスト・コントローラ２７０は、例えば、ホスト・コンピュータとすればよく、事前選択流量率設定点をマスタＦＲＣ２１０に送るように構成されている。マスタＦＲＣ２１０は、流量率設定点を他の制御コマンドと共にスレーブＦＲＣ２２０に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択流量率設定点に維持する。ここでＱｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。ホスト・コントローラ２７０は、マスタＦＲＣおよび／またはスレーブＦＲＣのステータス、ならびに各流導管ｉにおける実際の流量率(flow ratio)を問い合わせることができる。
【００２２】
一実施形態では、マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は、ディジタル通信ネットワークを通じて、互いに通信し、更にホスト・コントローラ２７０と通信するように構成することができる。ネットワークは、限定ではなく、以下の内の１つ以上を含むことができる。イーサネット（登録商標）ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）、ＲＳ−２３２、およびＲＳ−４８５。図２Ａに示すディジタル通信バス２３０によって、マスタＲＦＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０間、またはマスタＦＲＣ２１０およびホスト・コントローラ２７０間の通信が可能となる。
【００２３】
図２Ｂは、図２Ａに示すＭＣＲＦＣ２００を構成するＦＲＣの一例を更に詳しく示す。図２Ｂに示すＦＲＣ３００は、二重導管ＦＲＣ３００である（しかし、２本以外の数の導管を有するＦＲＣも用いてもよい）。ＦＲＣ３００は、マスタＦＲＣまたは図２Ａに示すＭＣＦＲＣ２００におけるスレーブＦＲＣの１つでもよく、副次流導管３２２−ｉおよび３２２−（ｉ−１）を含む。各副次流導管３２２−ｉは、図１Ａに示す流量センサ１２４−ｉと類似の流量センサ３２４−ｉを含み、流量センサ３２４−ｉは対応する流導管３２２ｉを通過する流動体を測定するために接続されている。各副次流導管３２２−ｉは、更に、図１Ａに示した弁１２６−ｉと類似の弁３２６−ｉも含み、弁３２６−ｉは、対応する流導管３２２−ｉを通過する流動体を規制するために接続されている。
【００２４】
二重導管ＦＲＣ３００は、更に、当該二重導管ＦＲＣ３００内にある流量センサおよび弁に接続されている弁コントローラ３５０を含む。弁コントローラ３５０は、ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、二重導管ＦＲＣ３００における各弁に制御信号を供給するように構成されており、個々の流量とＱＴとの間の比率が、対応する流導管に対する比率設定点を満たすまで、対応する流導管における質量流量を制御する。
【００２５】
図３は、図２Ａに示したＭＣＦＲＣ３００において、ホスト・コントローラ２７０、マスタＦＲＣ２１０、および複数のスレーブＦＲＣ２２０の間で行われる可能性がある通信の交換を更に詳細に示す機能ブロック図である。図３に見られるように、各スレーブＦＲＣ２２０は、その流導管を通過する流量を測定し、測定した流量をマスタＦＲＣに伝達するように構成されている。各スレーブＦＲＣは、更に、その流導管を通過する測定流量とスレーブＦＲＣ２２０がマスタＦＲＣ２１０から受信する総流量ＱＴとの間における実際の比率を計算するように構成されている。また、各スレーブＦＲＣ２２０はマスタＦＲＣに、それが計算した実際の比率を報告する。
【００２６】
また、マスタＦＲＣ２１０は、その流導管を通過する流量も測定する。マスタＦＲＣ２１０は、それ自体の流導管を通過する測定流量、および全てのスレーブＦＲＣ２２０が測定しこれらから受信した全ての流量を加算することによって、総流量ＱＴを計算する。
【００２７】
更に、マスタＦＲＣ２１０は、事前選択比率設定点がどこであるかを示すコマンド信号を、ホスト・コントローラ２７０から受信するように構成されている。次いで、マスタＦＲＣ２１０は、全てのＦＲＣ２２０に、総流量ＱＴおよび事前選択流量率設定点を伝達する。
【００２８】
マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０の各々は、コントローラ２７０からのコマンド信号に収容されている、事前選択比率設定点に応答して、比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の全てが事前選択比率設定点を満たすまで、それぞれの流導管を通過する質量流量を制御する。
【００２９】
更に、マスタＦＲＣ２１０は、ホスト・コントローラ２７０に、測定した流量、およびマスタＦＲＣ２１０が各スレーブＦＲＣから受信した実際の比率を報告するように構成することができる。
【００３０】
図４は、ＭＣＦＲＣ４００の別の実施形態の全体的な実施形態である。ＭＣＦＲＣ４００は、１つの流入する質量流量ＱＴを複数Ｎ個の副次流Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）に分割するように構成されている。この実施形態では、ＭＣＦＲＣ４００は、多数の流導管および多数の制御弁を含み、これらは全て１つの一体式モジュールに一体化されており、図２Ａ、図２Ｂ、および図３に関連付けて先に説明したマスタ・スレーブ構成ではない。ＭＣＦＲＣ４００は、流入する１つの質量流量ＱＴを受けるように構成されている入口４０５、および入口４０５に接続されている複数Ｎ個の副次流導管４２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を含む。
【００３１】
ＭＣＦＲＣ４００における各副次流導管４２２−ｉは、Ｎ個の副次流Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の内対応する１つを搬送するように接続されている。各流導管４２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサ４２４−ｉ、およびコントローラ４７０からの１つ以上の制御信号に応答して、流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁４２６−ｉを含む。
【００３２】
コントローラ４７０は、Ｎ本の流導管４２２−ｉの全てにおける流量センサ４２４−ｉおよび弁４２６−ｉを制御し、各流導管における個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、事前選択比率設定点αｉにおける総流量ＱＴとの間における比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を維持するように構成されている。既に説明したＭＣＦＲＣの実施形態におけると同様、Ｑｉは対応する流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。また、前述のように、事前選択比率設定点αｉは、顧客あるいはその他のユーザまたは操作者がコンピュータに入力してもよい。
【００３３】
要約すると、多導管流量制御システムおよび方法について記載した、前述のシステムおよび方法は、限定ではなく、エッチング、ストリッピング、およびＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンス化学蒸着）を含む多数の用途で用いることができる。図２Ａ、図２Ｂ、および図３と関連付けて先に説明した、ＭＣＦＲＣ用マスタ−スレーブ構成は、多導管流量比制御のために、価格効率的で柔軟な方法およびシステムを提供する。この構成を用いると、総数Ｎ個の副次流導管を固定することも可変とすることもできる。カスケード構成と比較すると、マスタ−スレーブ構成はフットプリントを大幅に縮小することができる。
【００３４】
以上、多導管流量率制御システムおよび方法のある種の実施形態について説明したが、これらの実施形態において暗示される概念は、他の実施形態においても同様に用いられることは言うまでもない。本願の保護は、特許請求の範囲のみに限定されるものとする。
【００３５】
これらの特許請求の範囲において、単数とした要素に言及する場合、具体的にそのように述べられていない限り、「１つのみ」を意味することを意図しているのではなく、「１つ以上」を意味するものとする。本開示全体を通じて記載されている種々の実施形態の要素と構造的および機能的に等価であり、当業者には周知であるまたは今後周知になる要素は、ここで引用したことにより、明示的に本願にも含まれるものとし、特許請求の範囲に包含されることを意図する。更に、ここに開示したいずれもが、かかる開示が明示的に特許請求の範囲に明記されているか否かには係わらず、公衆(the public)に献呈されることは意図していない。いずれの特許請求の範囲の要素も、当該要素が「するための手段」という句を用いて明示的に明記されていなければ、または方法の請求項の場合、当該要素が「するためのステップ」という句を用いて明記されていなければ、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６節の既定にしたがって解釈しないこととする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは、ＭＣＦＲＣを含む気体配送システムの全体的なブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ＭＣＦＲＣのカスケード構成を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の一実施形態による、マスタＦＣＲと、ディジタル通信ネットワークを通じて並列構成にリンクした複数のスレーブＦＲＣとを含むＭＣＦＲＣの全体的なブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示すＭＣＦＲＣにおけるＦＲＣの１つを詳細に示す。
【図３】図３は、図２Ａに示すＭＣＦＲＣにおける、ホスト・コンピュータ、マスタＦＲＣ、および複数のスレーブＦＲＣ間における通信の交換を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本開示の別の実施形態による、多数の流導管および多数の制御弁を１つの一体式モジュールの中に一体化して含むＭＣＦＲＣの全体的なブロック図である。
【背景技術】
【０００１】
多数の用途において、気体またはその他の流体を正確な量だけ処理チェンバおよび／またはその他の設備に配送することが必要な場合がある。これらの用途には、半導体システムの製作を含むことができるが、これに限定されるのではない。
【０００２】
用途の中には、多数の処理設備間においてプロセス気体またはその他の流体を複合して配送または分割することが必要となる場合もある。流量分割用途の例には、エッチング、剥離(stripping)、およびＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンス化学蒸着）を含むことができるが、これらに限定されるのではない。これらの場合、複合プロセス気体を収容するガスボックスの１つの出口を多数のチェンバおよび／または処理設備に、副流導管を通じて接続することもある。
【０００３】
ＦＲＣ（流量率コントローラ）を用いると、事前選択流量率に応じて主要流を複数の副次流導管に分割することができる。１つの質量流量を２つの副次流導管に分割する二重導管流量率コントローラには、多数の設計が実施されている。
【０００４】
用途の中には、１つの質量流量を２系統よりも多い副次流に分割するために、多導管流量率コントローラ（ＭＣＲＦＣ）が必要となる場合もある。１つの手法では、多数のＤＣＦＲＣをカスケード構成で連結することにより、ＭＣＦＲＣを実現することができる。カスケード構成によって、しかしながら、ＭＣＦＲＣ間に高い圧力降下が生ずる場合がある。またはカスケード接続したＣＶＦＲＣの集合体は、フットプリントが大きくなり、コスト高となる可能性がある。更に、ＤＣＦＲＣのカスケード構成では、流導管の総数ＮがＮ＝２ｎに制限される場合があり、柔軟性が著しく低下する虞れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ＭＣＦＲＣを実現するシステムおよび方法の改良が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムは、１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、入口に接続されているマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣとを含む。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、各々、少なくとも１つの副次流導管を含み、組合せにおいて、Ｎ個の副次流導管を含む。各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、スレーブＦＲＣに事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間において比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００７】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムは、１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、複数Ｎ個の副次流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、コントローラとを含む。複数Ｎ個の副次流導管は、入口に接続されており、更にＮ個の副次流の対応する１つを搬送するように接続されている。各副次流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサと、流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁とを含む。コントローラは、Ｎ個の流導管全てにおける流量センサおよび弁を制御し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持するように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００８】
気体配送システムは、１つの気体流を複数Ｎ個の副次流に分割するように構成されている多導管流量率コントローラ（ＭＣＦＲＣ）を含む。ＭＣＦＲＣは、マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣを含む。各ＦＲＣは、少なくとも１つの流導管を含み、１つの質量流量を受けるように構成されている入口に接続されている。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含む。各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、スレーブＦＲＣに事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間において比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【０００９】
１つの質量流量から得た複数Ｎ個の副次流における流量を制御する方法は、１つの質量流量を受けるように構成されている入口にマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣを接続することを含む。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、全ての流導管において、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持し、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ディジタル通信ネットワークを通じて１つ以上のスレーブＦＲＣに接続されているマスタＦＲＣを含む多導管流量率コントローラ（ＭＣＦＲＣ）について記載する。マスタＦＲＣは、スレーブＦＲＣと共に、流入する流動体(flow)を、ホスト・コントローラによって設定された事前選択流量率を有する複数の副次流動対に分割する。
【００１１】
図１Ａは、ＭＣＦＲＣ１０６を含む気体配送システム１０２の全体的なブロック図である。ＭＣＦＲＣ１０６は、１系統の気体流ＱＴを、事前選択流量率Ｑｉ／ＱＴを有する複数の副次流Ｑ１、．．．、Ｑｉ、．．．ＱＮに分割するように構成されている。ＭＣＦＲＣ１０６は、個別の気体または多数の気体の混合物を受ける。これらは、気体供給源、例えば、気体タンクから供給すればよい。図１では、参照番号１０４−１、１０４−２、．．．、１０４−ｉ、．．．、１０４−Ｍを用いて、気体供給源を示す。気体混合物は、一例として、多数の異なるプロセス気体および浄化気体を含むことができる。多くの異なる気体混合物を供給することもできる。
【００１２】
ガスボックス１１２は、個々の気体または気体混合物をＭＣＦＲＣ１０６に配送することができ、一方ＭＣＦＲＣ１０６は副次流Ｑ１、．．．、Ｑｉ、．．．ＱＮをそれぞれのプロセス・チェンバ（図示せず）に配送することができる。あるいは、気体を計量して、１つのプロセス・チェンバおよび／または他の処理ツールの異なるインジェクタ(injector)またはエリアに供給することもできる。ガスボックス１１２は、複数の気体スティック(gas stick)１１４−１、．．．１１４−ｉ、．．．、１１４−Ｍを含むことができ、各気体スティック１１４−ｉは対応する気体供給源１０４−ｉと連通している。
【００１３】
各気体スティック１１４−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｍ）は、対応する気体供給源１０４ｉ（ｉ＝１、．．．Ｍ）からの気体の流量を個々に制御することができる。各気体スティック１１４−ｉは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）を含むことができる。気体スティック毎のＭＦＣは、図１では、各気体スティック内において、ＭＦＣ１、ＭＦＣ２、．．．、ＭＦＣｉ、．．．、ＭＦＣＭで示されている。また、各気体スティックは、例えば、米国特許第６４１８９５４号に記載されているように、ＭＦＣの前後に位置する弁（図示せず）も含むことができる。気体スティック１１４−ｉは、各々、制御可能な気体通路を設けることができるので、正確に計量した量の気体（または気体の組み合わせ）をＭＣＦＲＣ１０６に供給することができる。次いで、ＭＣＦＲＣ１０６は気体または気体の組み合わせを高精度に副次流Ｑｉに分割(split/divide)することができ、各副次流は、事前選択流量率Ｑｉ／ＱＴを有する。気体スティック１１４−ｉには、各々は、フィルタ、浄化器、圧力変換器、および弁コントローラのような気体を監視または制御するために、別の構成機器を設けることもできる。
【００１４】
気体スティック１１４−ｉは、例えば、出口マニフォルド１１６に互いに接続し、ガスボックス１１２を離れる前に、所望であれば、各スティックからの気体流を混合させることができる。出口マニフォルド１１６は、図１に示すように、ＭＣＦＲＣ１０６に接続されている。
【００１５】
ＭＣＦＲＣ１０６は、複数の副次流導管１２２−１、．．．１２２−ｉ、．．．、１２２−Ｎを含む。各副次流導管１２２−ｉは、流量センサ１２４−ｉおよび弁１２６−ｉを含む。センサ１２４−ｉは、副次流導管１２２−ｉを通過する流量を測定し、弁１２６−ｉを制御するために用いる流量信号を発生する。弁１２６−ｉは、副次流導管１２２−ｉを通過する質量流量を規制する。センサ１２４−ｉおよび弁１２６−ｉは、このように、一緒に用いて副次流導管における出力質量流量Ｑｉを制御する。つまり、流量率αｉ＝Ｑｉ／ＱＴを制御する。ここで、ＱＴはＮ本の副次流導管全てにおける流量の合計である。即ち、ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮである。副次流導管の各々の出口１３０−１、．．．１３０−ｉ、．．．、１３０−Ｎは、１つ以上の対応する処理チェンバまたはその他の設備（図示せず）に接続することができる。
【００１６】
ＭＣＦＲＣ１０６のコントローラ１３６は、流導管１２２−ｉの各々を通過する流量Ｑｉの全流量ＱＴに対する、予め選択した値即ち設定点を表す入力αｉを受信するように構成することができる。コントローラ１３６は、とりわけ、予め設定した点における予め設定した比率αｉを制御し維持するように構成することができる。
【００１７】
ＭＣＦＲＣは、ブロックを構築するようにＤＣＦＲＣを用いることによって実現することができ、この場合、ＤＣＦＲＣの中にある既存のハードウェアおよびソフトウェアの上に組み上げることも可能であるとよい。図１Ｂは、複数のＤＣＦＲＣ１６０をカスケード状に連結することによって、ＤＣＦＲＣを組み上げたＭＣＦＲＣ１５０を示す。カスケード情勢を有するＭＣＦＲＣ１５０は、既存のハードウェアまたはソフトウェアに対して殆どまたは全く修正を加えることなく、容易に実現することができる。ＭＣＦＲＣ１５０は、したがって、例えば、MKS Instruments, Inc.が製造するDelta II FRCを含む、市販されている既存のＤＣＦＲＣを用いて、顧客に容易に入手可能にすることができる。カスケード接続したＤＣＦＲＣの集合体では、しかしながら、ＭＣＦＲＣ間に望ましくない程高い圧力降下が発生する可能性がある。カスケード構成に加入する追加の各ＤＣＦＲＣは、ＭＣＦＲＣ間の圧力降下に寄与して、対応する増大が生ずる。また、カスケード接続したＤＣＦＲＣの集合体では、顧客にとってコストが高くなりしかも柔軟性が欠ける場合もある。何故なら、ＤＣＦＲＣの数が、次のパラグラフで論ずる並列構成よりも多いからである。
【００１８】
図２Ａに示す本開示の一実施形態によれば、マスタＦＲＣ２１０および複数のスレーブＦＲＣ２２０を並列構成で、ディジタル通信ネットワークを通じて連結する。図２Ａは、ＭＣＦＲＣ２００の全体的なブロック図であり、マスタＦＣＲ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は全て、１つの質量流量を受けるように構成されている入口２０５に接続されている。マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は、各々、少なくとも１本の副次流導管を含む。組み合わせると、マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、合計でＮ本の副次流導管２２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を含む。各副次流導管２２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている。
【００１９】
図２Ａに示す実施形態例では、マスタＦＣＲ２１０および全てのスレーブＦＲＣ２２０が、各々２つの副次流導管を有する二重導管ＦＲＣとして示されている。マスタＦＲＣ２１０は、副次流導管２２２−１および２２２−２を含むように示されており、これらの副次流導管は、副次流量Ｑ１およびＱ２をそれぞれ搬送する。スレーブＦＲＣ２２０は、各々、２本の副次流導管２２２−（ｊ−１）および２２２−ｊを含むように示されている（図示の例では、ｊ＝３、．．．、Ｎとなる。何故なら、マスタＦＲＣが２本の第１流導管２２２−１および２２２−２を含むからである）。
【００２０】
実施形態例は、各々２本の流導管を有するように、マスタおよびスレーブＦＲＣを図示するが、本開示の他の実施形態では、マスタＦＲＣ２１０または副次ＦＲＣ２２０のいずれの１つであっても、いずれの数（１本を含む）副次流導管を含んでもよいことは言うまでもない。更に、マスタＦＲＣ２１０は、２本の第１流導管２２２−１および２２２−２を含むように示されているが、本開示の別の実施形態では、マスタＦＲＣ２１０はいずれの異なる流導管でも含むことができ、限定ではないが、流導管２２２−（ｊ−１）および２２２−ｊ、ならびに流導管２２２−（Ｎ−１）および２２２−Ｎを含む。
【００２１】
ホスト・コントローラ２７０は、例えば、ホスト・コンピュータとすればよく、事前選択流量率設定点をマスタＦＲＣ２１０に送るように構成されている。マスタＦＲＣ２１０は、流量率設定点を他の制御コマンドと共にスレーブＦＲＣ２２０に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択流量率設定点に維持する。ここでＱｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。ホスト・コントローラ２７０は、マスタＦＲＣおよび／またはスレーブＦＲＣのステータス、ならびに各流導管ｉにおける実際の流量率(flow ratio)を問い合わせることができる。
【００２２】
一実施形態では、マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０は、ディジタル通信ネットワークを通じて、互いに通信し、更にホスト・コントローラ２７０と通信するように構成することができる。ネットワークは、限定ではなく、以下の内の１つ以上を含むことができる。イーサネット（登録商標）ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）、ＲＳ−２３２、およびＲＳ−４８５。図２Ａに示すディジタル通信バス２３０によって、マスタＲＦＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０間、またはマスタＦＲＣ２１０およびホスト・コントローラ２７０間の通信が可能となる。
【００２３】
図２Ｂは、図２Ａに示すＭＣＲＦＣ２００を構成するＦＲＣの一例を更に詳しく示す。図２Ｂに示すＦＲＣ３００は、二重導管ＦＲＣ３００である（しかし、２本以外の数の導管を有するＦＲＣも用いてもよい）。ＦＲＣ３００は、マスタＦＲＣまたは図２Ａに示すＭＣＦＲＣ２００におけるスレーブＦＲＣの１つでもよく、副次流導管３２２−ｉおよび３２２−（ｉ−１）を含む。各副次流導管３２２−ｉは、図１Ａに示す流量センサ１２４−ｉと類似の流量センサ３２４−ｉを含み、流量センサ３２４−ｉは対応する流導管３２２ｉを通過する流動体を測定するために接続されている。各副次流導管３２２−ｉは、更に、図１Ａに示した弁１２６−ｉと類似の弁３２６−ｉも含み、弁３２６−ｉは、対応する流導管３２２−ｉを通過する流動体を規制するために接続されている。
【００２４】
二重導管ＦＲＣ３００は、更に、当該二重導管ＦＲＣ３００内にある流量センサおよび弁に接続されている弁コントローラ３５０を含む。弁コントローラ３５０は、ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、二重導管ＦＲＣ３００における各弁に制御信号を供給するように構成されており、個々の流量とＱＴとの間の比率が、対応する流導管に対する比率設定点を満たすまで、対応する流導管における質量流量を制御する。
【００２５】
図３は、図２Ａに示したＭＣＦＲＣ３００において、ホスト・コントローラ２７０、マスタＦＲＣ２１０、および複数のスレーブＦＲＣ２２０の間で行われる可能性がある通信の交換を更に詳細に示す機能ブロック図である。図３に見られるように、各スレーブＦＲＣ２２０は、その流導管を通過する流量を測定し、測定した流量をマスタＦＲＣに伝達するように構成されている。各スレーブＦＲＣは、更に、その流導管を通過する測定流量とスレーブＦＲＣ２２０がマスタＦＲＣ２１０から受信する総流量ＱＴとの間における実際の比率を計算するように構成されている。また、各スレーブＦＲＣ２２０はマスタＦＲＣに、それが計算した実際の比率を報告する。
【００２６】
また、マスタＦＲＣ２１０は、その流導管を通過する流量も測定する。マスタＦＲＣ２１０は、それ自体の流導管を通過する測定流量、および全てのスレーブＦＲＣ２２０が測定しこれらから受信した全ての流量を加算することによって、総流量ＱＴを計算する。
【００２７】
更に、マスタＦＲＣ２１０は、事前選択比率設定点がどこであるかを示すコマンド信号を、ホスト・コントローラ２７０から受信するように構成されている。次いで、マスタＦＲＣ２１０は、全てのＦＲＣ２２０に、総流量ＱＴおよび事前選択流量率設定点を伝達する。
【００２８】
マスタＦＲＣ２１０およびスレーブＦＲＣ２２０の各々は、コントローラ２７０からのコマンド信号に収容されている、事前選択比率設定点に応答して、比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の全てが事前選択比率設定点を満たすまで、それぞれの流導管を通過する質量流量を制御する。
【００２９】
更に、マスタＦＲＣ２１０は、ホスト・コントローラ２７０に、測定した流量、およびマスタＦＲＣ２１０が各スレーブＦＲＣから受信した実際の比率を報告するように構成することができる。
【００３０】
図４は、ＭＣＦＲＣ４００の別の実施形態の全体的な実施形態である。ＭＣＦＲＣ４００は、１つの流入する質量流量ＱＴを複数Ｎ個の副次流Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）に分割するように構成されている。この実施形態では、ＭＣＦＲＣ４００は、多数の流導管および多数の制御弁を含み、これらは全て１つの一体式モジュールに一体化されており、図２Ａ、図２Ｂ、および図３に関連付けて先に説明したマスタ・スレーブ構成ではない。ＭＣＦＲＣ４００は、流入する１つの質量流量ＱＴを受けるように構成されている入口４０５、および入口４０５に接続されている複数Ｎ個の副次流導管４２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を含む。
【００３１】
ＭＣＦＲＣ４００における各副次流導管４２２−ｉは、Ｎ個の副次流Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の内対応する１つを搬送するように接続されている。各流導管４２２−ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサ４２４−ｉ、およびコントローラ４７０からの１つ以上の制御信号に応答して、流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁４２６−ｉを含む。
【００３２】
コントローラ４７０は、Ｎ本の流導管４２２−ｉの全てにおける流量センサ４２４−ｉおよび弁４２６−ｉを制御し、各流導管における個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、事前選択比率設定点αｉにおける総流量ＱＴとの間における比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を維持するように構成されている。既に説明したＭＣＦＲＣの実施形態におけると同様、Ｑｉは対応する流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す。また、前述のように、事前選択比率設定点αｉは、顧客あるいはその他のユーザまたは操作者がコンピュータに入力してもよい。
【００３３】
要約すると、多導管流量制御システムおよび方法について記載した、前述のシステムおよび方法は、限定ではなく、エッチング、ストリッピング、およびＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンス化学蒸着）を含む多数の用途で用いることができる。図２Ａ、図２Ｂ、および図３と関連付けて先に説明した、ＭＣＦＲＣ用マスタ−スレーブ構成は、多導管流量比制御のために、価格効率的で柔軟な方法およびシステムを提供する。この構成を用いると、総数Ｎ個の副次流導管を固定することも可変とすることもできる。カスケード構成と比較すると、マスタ−スレーブ構成はフットプリントを大幅に縮小することができる。
【００３４】
以上、多導管流量率制御システムおよび方法のある種の実施形態について説明したが、これらの実施形態において暗示される概念は、他の実施形態においても同様に用いられることは言うまでもない。本願の保護は、特許請求の範囲のみに限定されるものとする。
【００３５】
これらの特許請求の範囲において、単数とした要素に言及する場合、具体的にそのように述べられていない限り、「１つのみ」を意味することを意図しているのではなく、「１つ以上」を意味するものとする。本開示全体を通じて記載されている種々の実施形態の要素と構造的および機能的に等価であり、当業者には周知であるまたは今後周知になる要素は、ここで引用したことにより、明示的に本願にも含まれるものとし、特許請求の範囲に包含されることを意図する。更に、ここに開示したいずれもが、かかる開示が明示的に特許請求の範囲に明記されているか否かには係わらず、公衆(the public)に献呈されることは意図していない。いずれの特許請求の範囲の要素も、当該要素が「するための手段」という句を用いて明示的に明記されていなければ、または方法の請求項の場合、当該要素が「するためのステップ」という句を用いて明記されていなければ、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６節の既定にしたがって解釈しないこととする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは、ＭＣＦＲＣを含む気体配送システムの全体的なブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ＭＣＦＲＣのカスケード構成を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の一実施形態による、マスタＦＣＲと、ディジタル通信ネットワークを通じて並列構成にリンクした複数のスレーブＦＲＣとを含むＭＣＦＲＣの全体的なブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示すＭＣＦＲＣにおけるＦＲＣの１つを詳細に示す。
【図３】図３は、図２Ａに示すＭＣＦＲＣにおける、ホスト・コンピュータ、マスタＦＲＣ、および複数のスレーブＦＲＣ間における通信の交換を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本開示の別の実施形態による、多数の流導管および多数の制御弁を１つの一体式モジュールの中に一体化して含むＭＣＦＲＣの全体的なブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムであって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、
マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣであって、各々、前記入口に接続されており、少なくとも１つの副次流導管を含む、ＦＲＣと、
を備えており、
前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、Ｎ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されており、
前記マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、前記スレーブＦＲＣに前記事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、前記事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記マスタＦＲＣは、対応する流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を通過するＮ個の個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を加算することによって前記総流量ＱＴを計算し、前記スレーブＦＲＣの全てに、前記総流量ＱＴおよび比率設定点を伝達するように構成されており、
前記マスタＦＲＣおよび各スレーブＦＲＣは、前記ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の全てが前記比率設定点を満たすまで、それぞれの流導管を通過する質量流量を制御する、システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
各スレーブＦＲＣは、その流導管を通過する流量を測定し、測定した流量を前記マスタＦＲＣに伝達するように構成されており、
各スレーブＦＲＣは、更に、その流導管を通過する前記測定流量と、前記マスタＦＲＣから受信した総流量ＱＴとの間における実際の比率を計算し、該実際の比率を前記マスタＦＲＣに報告するように構成されている、システム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記マスタＦＲＣは、更に、前記ホスト・コントローラに、前記測定流速と、各スレーブＦＲＣからの実際の比率とを報告するように構成されている、システム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣは、更に、当該マスタＦＲＣにおける流導管を通過する流量を測定し、前記マスタＦＲＣ内の流導管を通過する前記測定流量を、前記スレーブＦＲＣの全てによって測定しこれらから受信した流量と加算することによって、総流量ＱＴを計算するように構成されている、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは二重導管ＦＲＣであり、各二重導管ＦＲＣは、それぞれ、前記Ｎ個の流導管の内２つを含む、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、
各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、
当該流導管ｉを通過する流量を測定するように接続されている流量センサと、
前記流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁と、
を含む、システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、各ＦＲＣは、当該ＦＲＣ内にある流量センサおよび弁に接続されている弁コントローラを含み、該弁コントローラは、前記ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、当該ＦＲＣ内にある各弁に制御信号を供給し、前記個々の流量およびＱＴ間の比率が、対応する流導管に対する比率設定点を満たすまで、対応する流導管における質量流量を制御するように構成されている、システム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムであって、更に、ディジタル通信バスを備えており、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、更に、前記ディジタル通信バスを通じて、互いにおよび前記ホスト・コントローラと通信するように構成されている、システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、前記ディジタル通信バスは、イーサネット（登録商標）ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）、ＲＳ−２３２、およびＲＳ−４８５の内少なくとも１つを備えているネットワークに接続されている、システム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記流導管の数Ｎは固定である、システム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記流導管の数Ｎは可変である、システム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、互いに並列構成に接続されている、システム。
【請求項１４】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムであって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、
前記入口に接続されており、更に前記Ｎ個の副次流の対応する１つを搬送するように接続されている複数Ｎ個の副次流導管（ｉ＝１、．．．Ｎ）であって、各々、前記流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサと、前記流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁とを含む、副次流導管（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、
前記Ｎ個の流導管全てにおける流量センサおよび弁を制御し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持するように構成されているコントローラであって、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、コントローラと、
を備えている、システム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記入口、前記複数Ｎ個の副次流導管、および前記コントローラは、１つの一体式モジュール内に一体化されている、システム。
【請求項１６】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記複数Ｎ個の副次流導管は、並列構成で互いに接続されている、システム。
【請求項１７】
１つの気体流を複数Ｎ個の副次流に分割するように構成されている多導管流量率コントローラを含む気体配送システムであって、前記多導管流量比コントローラが、
マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣであって、各々、少なくとも１つの流導管を含み、前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口に接続されており、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている、ＦＲＣを含み、
前記マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、前記スレーブＦＲＣに前記事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、前記事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、ガス配送システム。
【請求項１８】
１つの質量流量から得た複数Ｎ個の副次流における流量を制御する方法であって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口にマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣを接続する動作であって、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている、動作と、
前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣが、全ての流導管において、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間で比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持する動作であって、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、動作と、
を備えている、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣが前記比率を前記事前選択比率設定点に維持する動作は、更に、
前記マスタＦＲＣの流導管を通過する個々の流量とＱＴとの間の比率が、これらの流導管に対する比率設定点を満たすまで、前記マスタＦＲＣがその流導管を通過する流量を制御する動作と、
前記マスタＦＲＣが１つ以上のコマンド信号を前記スレーブＦＲＣに送信し、前記スレーブＦＲＣの流導管を通過する個々の流量とＱＴとの間の比率が、これらの流導管に対する比率設定点を満たすまで、前記スレーブＦＲＣがそれぞれの流導管を通過する流量を制御する、動作と、
を備えている、方法。
【請求項１】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムであって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、
マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣであって、各々、前記入口に接続されており、少なくとも１つの副次流導管を含む、ＦＲＣと、
を備えており、
前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、Ｎ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されており、
前記マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、前記スレーブＦＲＣに前記事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、前記事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記マスタＦＲＣは、対応する流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を通過するＮ個の個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を加算することによって前記総流量ＱＴを計算し、前記スレーブＦＲＣの全てに、前記総流量ＱＴおよび比率設定点を伝達するように構成されており、
前記マスタＦＲＣおよび各スレーブＦＲＣは、前記ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）の全てが前記比率設定点を満たすまで、それぞれの流導管を通過する質量流量を制御する、システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
各スレーブＦＲＣは、その流導管を通過する流量を測定し、測定した流量を前記マスタＦＲＣに伝達するように構成されており、
各スレーブＦＲＣは、更に、その流導管を通過する前記測定流量と、前記マスタＦＲＣから受信した総流量ＱＴとの間における実際の比率を計算し、該実際の比率を前記マスタＦＲＣに報告するように構成されている、システム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記マスタＦＲＣは、更に、前記ホスト・コントローラに、前記測定流速と、各スレーブＦＲＣからの実際の比率とを報告するように構成されている、システム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣは、更に、当該マスタＦＲＣにおける流導管を通過する流量を測定し、前記マスタＦＲＣ内の流導管を通過する前記測定流量を、前記スレーブＦＲＣの全てによって測定しこれらから受信した流量と加算することによって、総流量ＱＴを計算するように構成されている、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは二重導管ＦＲＣであり、各二重導管ＦＲＣは、それぞれ、前記Ｎ個の流導管の内２つを含む、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、
各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、
当該流導管ｉを通過する流量を測定するように接続されている流量センサと、
前記流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁と、
を含む、システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、各ＦＲＣは、当該ＦＲＣ内にある流量センサおよび弁に接続されている弁コントローラを含み、該弁コントローラは、前記ホスト・コントローラからの比率設定点に応答して、当該ＦＲＣ内にある各弁に制御信号を供給し、前記個々の流量およびＱＴ間の比率が、対応する流導管に対する比率設定点を満たすまで、対応する流導管における質量流量を制御するように構成されている、システム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムであって、更に、ディジタル通信バスを備えており、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、更に、前記ディジタル通信バスを通じて、互いにおよび前記ホスト・コントローラと通信するように構成されている、システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、前記ディジタル通信バスは、イーサネット（登録商標）ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）、ＲＳ−２３２、およびＲＳ−４８５の内少なくとも１つを備えているネットワークに接続されている、システム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記流導管の数Ｎは固定である、システム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記流導管の数Ｎは可変である、システム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、互いに並列構成に接続されている、システム。
【請求項１４】
１つの質量流量を複数Ｎ個の副次流に分割するシステムであって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口と、
前記入口に接続されており、更に前記Ｎ個の副次流の対応する１つを搬送するように接続されている複数Ｎ個の副次流導管（ｉ＝１、．．．Ｎ）であって、各々、前記流導管ｉを通過する流量Ｑｉを測定するように接続されている流量センサと、前記流導管ｉを通過する流量を規制するように接続されている弁とを含む、副次流導管（ｉ＝１、．．．Ｎ）と、
前記Ｎ個の流導管全てにおける流量センサおよび弁を制御し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持するように構成されているコントローラであって、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、コントローラと、
を備えている、システム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記入口、前記複数Ｎ個の副次流導管、および前記コントローラは、１つの一体式モジュール内に一体化されている、システム。
【請求項１６】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記複数Ｎ個の副次流導管は、並列構成で互いに接続されている、システム。
【請求項１７】
１つの気体流を複数Ｎ個の副次流に分割するように構成されている多導管流量率コントローラを含む気体配送システムであって、前記多導管流量比コントローラが、
マスタＦＲＣ（流量率コントローラ）および１つ以上のスレーブＦＲＣであって、各々、少なくとも１つの流導管を含み、前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口に接続されており、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている、ＦＲＣを含み、
前記マスタＦＲＣは、ホスト・コントローラから事前選択比率設定点を受信し、前記スレーブＦＲＣに前記事前選択比率設定点を１つ以上のコマンド信号と共に配信し、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間の比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、前記事前選択比率設定点に維持できるように構成されており、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、ガス配送システム。
【請求項１８】
１つの質量流量から得た複数Ｎ個の副次流における流量を制御する方法であって、
前記１つの質量流量を受けるように構成されている入口にマスタＦＲＣおよび１つ以上のスレーブＦＲＣを接続する動作であって、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣは、組合せにおいて、合計でＮ個の副次流導管を含み、各流導管ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）は、前記Ｎ個の副次流の内対応する１つを搬送するように接続されている、動作と、
前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣが、全ての流導管において、個々の流量Ｑｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ）と総流量ＱＴとの間で比率Ｑｉ／ＱＴ（ｉ＝１、．．．Ｎ）を、事前選択比率設定点に維持する動作であって、Ｑｉは流導管ｉにおける個々の流量を表し、ＱＴはＮ個の個々の流量全ての和ＱＴ＝Ｑ１＋．．．＋Ｑｉ＋．．．ＱＮを表す、動作と、
を備えている、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記マスタＦＲＣおよびスレーブＦＲＣが前記比率を前記事前選択比率設定点に維持する動作は、更に、
前記マスタＦＲＣの流導管を通過する個々の流量とＱＴとの間の比率が、これらの流導管に対する比率設定点を満たすまで、前記マスタＦＲＣがその流導管を通過する流量を制御する動作と、
前記マスタＦＲＣが１つ以上のコマンド信号を前記スレーブＦＲＣに送信し、前記スレーブＦＲＣの流導管を通過する個々の流量とＱＴとの間の比率が、これらの流導管に対する比率設定点を満たすまで、前記スレーブＦＲＣがそれぞれの流導管を通過する流量を制御する、動作と、
を備えている、方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００９−５３３７５６（Ｐ２００９−５３３７５６Ａ）
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０５３６４（Ｐ２００９−５０５３６４）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００５４２９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１２０４０６
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（５９２０５３９６３）エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００５４２９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１２０４０６
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（５９２０５３９６３）エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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