(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスのバッチ式送出のためになされるフロー、あるいは非フローモードにおいて動作し得る流量制御システムを用いた半導体製造のためのプロセスガスのバッチ式送出を制御するための方法であって、該方法が、
送出期間のあいだ制御された流量で加圧されたプロセスガスのソースから１つのバッチのプロセスガスを前記流量制御システムのフローラインを介して半導体製造装置に送出する送出工程であって、当該流量制御システムのフローラインが当該ライン内のプロセスガスの調節された圧力を確定するための圧力調節器と、送出期間中に前記プロセスガスが当該装置に送出されるフローモードを開始したり、停止したりするための前記圧力調節器の下流のオン／オフバルブと、前記圧力調節器からのラインの上流における、前記送出工程の実際の流量を測定するために用いられる基準キャパシティーとを含んでなる送出工程と、
前記バッチ式のプロセスガスの送出工程の開始後、前記ラインを介する基準キャパシティーへのプロセスガスの流れを妨害し、前記制御された流量で、前記流量制御システムのラインからプロセスガスを前記半導体製造装置への送出を継続しながら、他の前記基準キャパシティーのプロセスガスの圧力降下を測定期間のあいだ測定する測定工程と、
前記測定工程から、測定期間のあいだ基準キャパシティー内の圧力降下の比率と、当該バッチの送出されるプロセスガスの実際の流量とを決定し、前記実際の流量が前記送出工程のために規定された流量と一致しない場合に、他のバッチのプロセスガスが送出されるつぎの送出期間のための実際の流量から規定された流量の方向に制御された流量を調節する工程
とを含み、前記流量制御システムが前記圧力調節器の下流のフローラインに固定されたオリフィスをさらに備え、前記圧力調節器が、ドームで負荷がかけられる圧力調節器であって、当該調節器の圧力設定が当該圧力調節器のドームに印加された流体圧力によって確立され、当該方法が、前記送出期間の終わりに非フローモードで前記圧力調節器の出口におけるクリープを防止するために当該圧力調節器のドームに印加された圧力信号を除去する工程を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記流量制御システムが前記圧力調節器の下流の質量流量制御バルブをさらに備え、前記制御された流量を調節する工程が当該質量流量制御バルブのセットポイントを調節する工程を含んでなる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定期間が２０秒以下の期間である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記測定期間が所定の最大の期間のあいだ継続するか、または測定キャパシティーの圧力が所定の最小圧力に達したときに終了する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記測定期間の終わりに、前記ラインを介する前記基準キャパシティーへのプロセスガスの流れの妨害を停止し、前記基準キャパシティー内の圧力を加圧ガスのソースから供給されるプロセスガスの圧力レベルに戻す請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記圧力調節器が前記加圧されたプロセスガスのソースと連通するように結合された入口と、出口と、前記プロセスガスの流れに対する調節器を閉鎖するか、あるいは当該調節器を介して前記プロセスガスを絞るために作動し得るバルブ要素とを有し、当該バルブ要素が、伝達する力によって結合され、かつ流体圧力に応答してプロセスガスと連通するように設けられるダイアフラムによって作動され、前記調節器が前記ダイアフラムに選択圧力設定力を加えるために調節し得る主圧力設定構造体をさらに含み、前記方法が、
前記プロセスガスの流量が、前記制御された流量でプロセスガスを送出するための所望の出口圧力より低い出口圧力で調節されるように、前記調節器の主圧力設定構造体を調節する工程と、
前記送出期間中のプロセスガスの流量が、ほぼ所望の出口圧力である出口圧力で調節されるように、前記送出期間のほぼ開始時に前記圧力設定力から独立して前記ダイアフラムに差動力を加える工程と、
前記送出期間のほぼ終わりに差動力の印加を終了する工程
とをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
つぎの送出期間のあいだ半導体製造のために他のバッチのプロセスガスを送出するために当該方法を繰り返す工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記流量制御システムが制御された流量の範囲でプロセスガスを送出するために調節可能であり、当該方法が、追加のバッチのプロセスガスを送出するための範囲にわたって当該流量制御システムを較正するために実際の流量を用いる工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
送出されるプロセスガスの温度を測定し、標準状態で決定された実際の流量を表現するために当該測定された温度を用いる工程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
流体回路内で使用するための流体制御システムであって、該流体制御システムによって制御された流量でバッチ式に目的の場所に送出されるべき加圧ガスのソースを有し、１つのバッチのガスを送出するためのフローモード、または非フローモードで動作可能である当該流体制御システムが、
前記加圧ガスのソースからのガスが送出され得るフローラインと、
前記ライン中で調節されたガス圧を確定するための前記フローライン中の圧力調節器と、
前記ガスが送出期間中に前記フローモードを開始したり停止するための前記圧力調節器の下流のラインにおけるオン／オフバルブと、
当該流量制御システムに送出されるガスの実際の流量を測定する際に使用するための前記圧力調節器の上流のラインにおける基準キャパシティーと、
送出期間の開始後に始まる測定期間のあいだ前記基準キャパシティー内の圧力降下を測定するための圧力センサと、
当該流体制御システムによるガスの送出のあいだ、前記加圧ガスのソースから前記基準キャパシティーへのガスの流れを妨害するための前記基準キャパシティーの上流における手段と、
前記測定期間のあいだに測定された圧力降下と基準キャパシティー内の圧力降下の比率から、送出される１つのバッチのプロセスガスの実際の流量を決定し、該実際の流量が送出のために規定された流量と一致しない場合、つぎのバッチのプロセスガスが送出されるつぎの送出期間のために前記実際の流量から規定された流量の方向に制御された流量を調節するためのコントローラ
とを備え、前記圧力調節器の下流のフローラインに固定されたオリフィスを備え、前記圧力調節器が制御された流量を調節するために調節圧力設定を有し、前記圧力調節器が、ドームで負荷がかけられる圧力調節器であり、該圧力調節器の圧力設定が該圧力調節器のドームに印加される流体圧力によって確定され、前記コントローラが送出期間の終わりで圧力調節器のドームに印加される圧力信号を除去し、当該システムの非フローモードで圧力調節器の出口におけるクリープを防止することを特徴とする流量制御システム。
【請求項１１】
前記圧力調節器の下流のラインに質量流量制御システムを備え、前記コントローラが前記制御された流量を調節するための質量流量制御バルブのセットポンイトを調節してなる請求項１０記載の流量制御システム。
【請求項１２】
前記質量流量制御バルブが、有効レンジアビリティ１０：１のフルスケールの１００％まで拡張する制御された可能な流量設定範囲を有する請求項１１記載の流量制御システム。
【請求項１３】
前記圧力調節器が、前記加圧されたプロセスガスのソースと連通するように結合された入口と、出口と、前記プロセスガスの流れに対する調節器を閉鎖するか、あるいは当該調節器を介して前記プロセスガスを絞るために作動し得るバルブ要素とを有し、当該バルブ要素が、伝達する力によって結合され、かつ流体圧力に応答してプロセスガスと連通するように設けられるダイアフラムによって作動され、前記調節器からのガスの流量が前記制御された流量でガスを送出するために所望の出口圧力より低い出口圧力で調節されるように、前記調節器が前記ダイアフラムに選択圧力設定力を加えるために調節し得る主圧力設定構造体と、前記力がともに、ほぼ所望の出口圧力であるガスの調節された出口圧力を与えるように、前記圧力設定力から独立しているダイアフラムに差動力を加えるために動作し得る差動圧力設定構造体とをさらに含み、前記コントローラが、前記送出期間のあいだ差動力を加えるために前記送出期間のほぼ開始時に該差動圧力設定構造体を動作する請求項１０記載の流量制御システム。
【請求項１４】
前記妨害するための手段がオン／オフバルブである請求項１０記載の流量制御システム。
【請求項１５】
製造中に制御された流量のプロセスガスをバッチ式に必要とする半導体を製造するための装置であって、当該装置が、加圧されたプロセスガスのソースと、半導体製造装置と、該加圧されたプロセスガスから半導体製造装置への１つのバッチのプロセスガスの送出のためにフローモードあるいは非フローモードで動作し得る流量制御システムとの組合せを備え、当該流量制御システムが、
加圧されたプロセスガスのソースからのプロセスガスが送出され得るフローラインと、
前記ライン内で調節されたプロセスガス圧力を確定するためのフローライン内の圧力調節器と、
前記ガスが送出期間中に送出される前記フローモードを開始したり、停止するための前記圧力調節器の下流のライン内のオン／オフバルブと、
当該流量制御システムによって送出されるガスの実際の流量維持する際に使用するための前記圧力調節器の上流のフローラインにおける基準キャパシティーと、
送出期間の開始後に始まる測定期間のあいだ前記基準キャパシティー内のガスの圧力降下を測定するための圧力センサと、
当該流量制御システムによるプロセスガスの送出のあいだ基準キャパシティーへの加圧されたプロセスガスのソースからの流れを妨害するための前記ライン内の手段と、
測定された圧力降下から、１つのバッチのプロセスガスが送出される前記測定期間中の基準キャパシティー内における圧力降下の比率を決定するためのコントローラであって、他のバッチのプロセスガスが送出されるつぎの送出期間のための実際の流量から実際の流量が送出するために規定された流量の方向に前記制御された流量を調節するコントローラ
とを備え、前記圧力調節器の下流のフローラインに固定されたオリフィスを備え、前記圧力調節器が制御された流量を調節するために調節圧力設定を有し、前記圧力調節器が、ドームで負荷がかけられる圧力調節器であり、該圧力調節器の圧力設定が該圧力調節器のドームに印加される流体圧力によって確定され、前記コントローラが送出期間の終わりで圧力調節器のドームに印加される圧力信号を除去し、当該システムの非フローモードで圧力調節器の出口におけるクリープを防止することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、プロセス・ガスの半導体製造ツールへのバッチ式送出を制御するための流量制御システムおよび方法に関する。本システムの機能的構成要素は、ガス・マニホールド上に狭い送出「スティツク」の形式で組立てられている。
【０００２】
半導体の製造プロセスは、ある一定時間の流量を特定するプログラムにしたがってプロセス・ガスがツールへと送出される段階を含んでいる。流量は、質量流量コントローラによって確定され、当該コントローラにはプロセス・ガスが調整圧力で供給される。質量流量コントローラの出力は、空圧作動式オン／オフ遮断バルブを介して製造ツールへと送出される。送出は、遮断バルブを起動して開き、かつ質量流量コントローラを加圧して予め設定された値で流量を送出させることにより開始される。送出は、遮断バルブを起動して閉止し、かつ質量流量コントローラのセットポイントの動力源を断つことにより停止される。
【０００３】
考慮すべき重要な点は、プロセス段階のあいだに送出される流量の精度である。そのためには、質量流量コントローラをそのフルスケールの４０乃至１００％の値に設定することが推奨される。換言すれば、所定の質量流量コントローラは、２．５対１のレンジアビリティを有する。また、質量流量コントローラは、供給される特定のガス用に較正されなければならない。これは、毎分５乃至１０００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のレンジをカバーするためには、任意のガスについて６基もの質量流量コントローラが必要とされる可能性のあることを意味する。精度に関する約因もまた、質量流量コントローラがその較正をある程度の時間、好適には可能な限り長く維持することを要求する。
【０００４】
リザーバから半導体プロセス・チャンバへのガスの送出を制御するための動的なガス流量コントローラは、ウィルマーに許与された米国特許第５，８６５，２０５号に開示されている。当該特許において開示された方法および装置は、送出オペレーション以前にリザーバ内に存在するガスの初期質量と、プロセス・チャンバへのガスの流れが終了した時点でリザーバ内に存在するガスの最終質量とを決定することを含んでいる。ガス値の初期質量と最終質量とは比較され、配合工程のあいだにリザーバから放出されたガスの実際の質量が決定される。この値は、後続のガス送出配合工程用にシステムの較正定数を更新するための較正サーボ・ループへの入力として機能する。較正サーボ・ループの実行は動的なサーボ・ループの連続的自己較正として機能し、この場合は、プロセス・チャンバへのガスの流れがオリフィスの上流側の可変流量バルブによって計測される。送出のあいだにオリフィスより前で生成されたガス圧は検出され、ガス流量が測定される。
【０００５】
ウィルマー特許では、流量制御の概念が、ライン内を流れるガスではなくリザーバから流れ出るガスに適用される。可変流量バルブを作動させる制御信号は、所望の容積／質量を限定するために送出工程の持続時間に渡って（所望の流量を表す）入力信号が積算される回路により決定される。この所望の容積は、リザーバから取り出された実際の容積と比較される。制御信号はこの比較の関数として生成され、制御回路のセットポイントとして印加される。動的な制御回路では、セットポイントが流量を検出する圧力信号と比較され、制御信号は可変流量バルブに印加されて所望の圧力／流量が生成される。すなわちウィルマー特許では、フロー信号が経時的に積算されて実際の容積と比較される。制御信号は、オリフィスより前で圧力を生成する可変流量バルブより成る流量制御に印加される。
【０００６】
ケネディに許与された米国特許第４，２８５，２４５号は、ライン内のガスの流量容積を測定しかつ制御するための方法および装置を開示している。当該特許の関心は、ライン内の流量測定チャンバより下流側の１ポイントにおいて均一な流量を課し、当該チャンバより上流側の１ポイントにおいて一時的に流量を制限し、かつ制限された流量の持続時間の一部における上流側ポイントと下流側ポイントのあいだのチャンバ内の圧力低下を測定することによってライン内を流れるガスの流量を決定する方法を開示することにあり、圧力の低下率は実質的に流量容積に比例している。ケネディ特許は、半導体製造のためのプロセス・ガスのバッチ式送出、または精確なプロセス・ガスのバッチ送出のためのフロー・モードおよび非フロー・モードで交互に作動可能なそのための流量制御システムに関連するものではない。
【０００７】
少数の構成要素を追加するだけで従来の送出スティツクを補足することが可能であり、かつアクティブ段階で送出される流量の精確な検証を可能にする、半導体製造用プロセス・ガスのバッチ式送出を制御するための改良された方法および流量制御システムが必要とされている。また、質量流量コントローラの有効レンジを拡大し、較正の長期安定性を保証し、かつ特定ガスに合わせた事前較正を不要にする、半導体製造用プロセス・ガスのバッチ式送出を制御するための改良された方法および流量制御システムが必要とされている。
【０００８】
［発明の開示］
プロセス・ガスのバッチ送出のためのフロー・モードと非フロー・モードとで交互に作動可能な本発明の流量制御システムを使用する半導体製造用プロセス・ガスのバッチ式送出を制御するための本発明方法は、プロセス・ガスのバッチを送出時間帯に渡り制御された流量で、加圧されたプロセス・ガス・ソースから流量制御システムのフロー・ラインを介して半導体製造装置へと送出することを含んでいる。本流量制御システムのラインは、ライン内におけるプロセス・ガスの調圧を確定するための圧力調整器と、送出時間帯に渡ってプロセス・ガスが装置へ送出されるフロー・モードを開始および停止させるための、圧力調整器の下流側にあるオン／オフ・バルブと、ライン内の圧力調整器の上流側にある、実際の送出流量の測定に使用される基準キャパシティとを含んでいる。
【０００９】
本方法はさらに、プロセス・ガスのバッチ送出の開始後に、測定時間帯に渡って基準キャパシティ内のプロセス・ガスの圧力低下を測定することと、同時にラインを介する基準キャパシティへのプロセス・ガスの流れを中断させることと、流量制御システムのラインから半導体製造装置へのプロセス・ガスの送出を制御された流量で継続することを含んでいる。測定期間中の基準キャパシティの圧力低下率、および送出されるプロセス・ガス・バッチの実際流量は、測定によって決定される。実際流量が送出用に指定された流量に一致しない場合には、制御流量は、他のプロセス・ガス・バッチが送出される後続の送出時間帯に渡って実質流量から指定流量へと調節される。
【００１０】
本発明による流量制御システムは、流量制御システムにより送出先へと制御された流量でバッチ式に送出される加圧されたガス・ソースを有する流体回路内で使用するためのものである。本流量制御システムは、ガス・バッチを送出するためのフロー・モードと、非フロー・モードとで交互に作動可能である。本流量制御システムは、加圧されたガス・ソースからガスが通って送出されることが可能なフローラインと、ライン内に調整されたガス圧を確立するためのフロー・ライン内の圧力調整器と、送出時間帯に渡ってガスが送出されるフロー・モードを開始かつ停止させる、ライン内の圧力調整器の下流側にあるオン／オフ・バルブと、本流量制御システムによって送出される実際のガス流量の測定に使用される、フロー・ライン内の圧力調整器の上流側にある基準キャパシティと、送出時間帯の開始後に始まる測定時間帯のあいだに基準キャパシティ内のガス圧の低下を測定する圧力センサと、本流量制御システムによるガス送出のあいだに加圧されたガス・ソースから基準キャパシティへのガスの流れを中断させるための、ライン内の基準キャパシティの上流にある手段と、測定された圧力低下から、測定期間中の基準キャパシティ内の圧力低下率と、送出中のプロセス・ガス・バッチの実際流量とを決定し、かつ実際流量が送出用の指定流量に一致しない場合は、他のプロセス・ガス・バッチが送出される後続の送出時間帯に渡って制御流量を実際流量から指定流量へと調節するためのコントローラとを備えている。
【００１１】
本発明の一実施形態では、本システムの流量制御装置は、ライン内の圧力調整器の下流側に質量流量バルブを備えている。本システムのコントローラは、質量流量制御バルブのセットポイント値を調節して制御流量を調節する。効果的には、質量流量制御バルブは、１０：１の有効レンジアビリティによりそのフルスケールの１００％まで拡張する制御流量設定値の可能レンジを有している。
【００１２】
本発明の他の形態によれば、本システムの流量制御装置は、ライン内の圧力調整器の下流側に固定オリフィスを備えている。本圧力調整器は、制御流量を調節するための調節可能な圧力設定値を有している。
【００１３】
本発明の流量制御システムは、１  １／８インチ幅のマニホールドに適合する機能構成要素を使用している。この構造体は、モジュラー・ベースの表面実装を特徴としている。重要な利点は、送出ステイックの長さを短縮し、かつ現行の１．６インチではなく１．２インチの心間距離で複数の平行なマニホールドの並行配置を可能にすることである。質量流量制御バルブを採用する本流量制御システムでは、コントローラの有効レンジアビリティを２．５：１から１０：１に増大させることにより、１０００、２００および５０ｓｃｃｍの３レンジのみによる５０乃至１０００ｓｃｃｍ流量のカバーを可能にする。較正の長期安定性もまた、各アクティブ段階における自動較正を通じて確保され、かつ指定されたガス毎の較正は不要である。
【００１４】
本発明のこれらの特徴および優位点、および他の特徴および優位点は、添付の図面に関して行われる本発明の幾つかの実施形態に関する以下の詳細な説明によってさらに明白となるであろう。
【００１５】
［発明を実行する最善の態様］
半導体業界は、集積回路（ＩＣ）チップまたはダイの製造に際してプロセス・ガスのバッチ式送出を利用している。一般に、半導体デバイスを大量生産する場合には、何百もの同一の「集積された」回路（ＩＣ）のトレース・パターンが単一の半導体ウェーハ上の数層に渡って写真製版式に画像化され、ついでこれが何百もの同一のダイまたはチップにカットされる。各ダイ層の内部では、複数の回路トレースが六フッ化タングステン（ＷＦ6）のような金属化プロセス・ガスから蒸着され、他のプロセス・ガスから蒸着された絶縁物質によってつぎの層から分離される。プロセス・ガスは、典型的には加圧された供給物から離散的なフロー・サイクルまたは「バッチ」で送出されるため、フローおよび非フローのいずれかのモードで作動可能なタイプの送出システムが必要となる。
【００１６】
図１には、この目的に沿った本発明による改良された流量制御システム１０の略図が示されている。図１を参照すると、システム１０は、加圧された供給用プロセス・ガス１２から半導体製造ツール２へと送出されるガスがバッチ式に通過するフロー・ライン１を備えることが分かる。システム１０は、ガス・バッチを送出するためのフロー・モードと、たとえば適正にプログラムされたコンピュータであるコントローラ３による非フロー・モードとのいずれかで作動可能である。
【００１７】
流量制御システム１０はさらに、ライン内に調整されたガス圧を確立するためのフロー・ライン１における圧力調整器１６を備えている。ライン１内の圧力調整器１６の下流にあるオン／オフ・バルブ２４はコントローラ３によって起動され、送出時間帯に渡ってガスが送出されるフロー・モードを開始し、かつ停止する。開示された本実施形態では、バルブ２４は空圧作動式バルブである。図８の空圧−電気図を参照されたい。
【００１８】
フロー・ライン１における圧力調整器１６の上流側には、後述の流量制御システムによって送出されるガスの実際の流量の測定に使用される基準キャパシティ５が供給されている。ライン１の基準キャパシティ５の隣には、送出時間帯の開始によって始まる測定期間のあいだに基準キャパシティにおけるガスの圧力降下を測定するための圧力センサ６が圧力変換器の形式で配置されている。
【００１９】
基準キャパシティ５は、当該キャパシティ内部のガスの温度を測定するための温度検出エレメントを組み込んでいる。温度値は圧力低下率と共にコントローラによって使用され、標準状態［１４．７絶対ｐｓｉａ、２０゜Ｃ（２９３゜Ｋ）］で表示される実際の流量が決定される。標準状態における流量は、次式の通りである。
【数１】
0004564223.tif 000002
【００２０】
ライン１における基準キャパシティ５の上流側には、流量制御システムによるツール２へのガスの送出のあいだにソース１２から基準キャパシティ５へのプロセス・ガスの流れを中断するために、コントローラ３により、例示された実施形態では空圧作動式バルブである手段１４がオフ・ポジションで設定されることが可能である。
【００２１】
本発明の流量制御システム１０を使用する半導体製造のためのプロセス・ガス・バッチ式送出の制御方法によれば、プロセス・ガスのバッチは、送出時間帯のあいだに、制御された流量で、加圧されたプロセス・ガス・ソースから流量制御システム１０のフロー・ライン１を通って半導体製造装置２へと供給される。プロセス・ガスのバッチ送出が開始されると、一定の測定時間に渡って基準キャパシティにおけるプロセス・ガスの圧力降下が測定され、そのあいだはバルブ１４によりラインを介する基準キャパシティへのプロセス・ガスの流れが中断され、流量制御システムのラインから半導体製造装置２へはプロセス・ガスの送出が制御された流量で継続される。
【００２２】
測定時間帯に渡って測定された基準キャパシティにおけるプロセス・ガスの圧力降下から、基準キャパシティ内の圧力降下率、ひいては送出されているプロセス・ガス・バッチの実際の流量が決定される。実際の流量が指定された所望の送出流量に一致していない場合には、システムにより制御された送出流量が、他のプロセス・ガス・バッチが送出される後続の送出時間帯に渡って実際の流量から指定された流量に向けて調節される。開示された図１Ａおよび１Ｂの実施形態では、この決定および調節はプログラムされたコンピュータであるコントローラ３によって実行される。コントローラ３は、他のプロセス・ガス・バッチが送出される後続の送出時間帯のあいだに、コントローラから送信された信号により質量流量制御バルブ２２のセットポイント値を調節して制御された流量を調節する。この目的のために、コントローラ３は、後続の送出時間帯には２つの値の差がゼロに短縮されるように、制御される流量の調整サイズを決定する際の基準として実際の流量と質量流量制御バルブの流量設定値との数理的関係性を記憶するための基準メモリ２８を含んでいる。
【００２３】
流量制御システム１０はさらに、１．５インチ未満の幅を有する伸長された送出しスティックの形式であるガス・マニホールド７を備えている。本流量制御システムの構成要素はガス・マニホールドに沿って配置され、マニホールドを介して伸長しかつマニホールドの上面に設置された各構成要素に至るフロー・ライン１に繋がっている。したがって、ガス・マニホールド７は、これらの構成要素の取付け基板として機能している。開示された本実施形態では、取付け基板は１．１２５インチの幅を有している。これは、１．２０インチの平行する中心線間間隔で複数の流量制御システムを配置することを可能にし、これにより合計２０ユニットまでで構成される可能性のあるグループにおいてかなりのスペースが節約される。空圧作動式バルブ８は、パージガスを流量制御システムのフロー・ライン１を通過させるべく選択的に開放されることが可能である。
【００２４】
従来型の質量流量制御バルブ２２と結合して使用される流量制御システム１０は、質量流量制御バルブの有効レンジアビリティ(rangeability)を２．５対１から１０対１にまで上げることにより大幅な改良をもたらし、１０００、２００および５０ｓｃｃｍの僅か３種のレンジで５乃至１０００ｓｃｃｍの流量をカバーすることを可能にしている。本流量制御システムはまた、特定のガス毎のシステム較正の必要を排除し、つぎの各送出段階のあいだの自動再較正を通じて長期的な較正の安定を保証している。
【００２５】
流量制御システムを使用する半導体製造のためのプロセス・ガスのバッチ式送出を制御する本方法は、プロセス・ガスを送出させるための流量コントローラ３の所望の流量設定値を設定することにより、フルスケールに対するパーセントで所望流量値を設定することを含んでいる。送出段階のあいだは実際の流量が測定され、つぎの（１つまたは複数の）送出段階で実際の流量がセットポイント値と同一に維持されるように質量流量制御バルブへのコマンドが調節される。この操作は、各送出段階で、または所望の送出段階回数の後に反復されることが可能である。基準キャパシティ５における圧力変化を測定して決定された実際の流量は、標準単位で表示され、かつ本質的にどんなガスにも適用される。実際の値は、所望のセットポイント値と比較される。２つの値に何らかの差があれば、流量制御システムは、その差（エラー信号）がゼロに縮まるように質量流量制御バルブ２２から送信されるコマンド信号を修正する。
【００２６】
図７Ａおよび８におけるコントローラ３上のデジタル・ディスプレイ４０は、オペレータがスイッチ４１を切換してセットポイント流量値と実際の流量値とを交互に読み取ることを可能にする。セットポイント値は、押しボタン４２および４３を上下に起動して調節することができる。第２のスイッチ４４は、プロセス・ガスの送出を開始させ、かつ停止させる。典型的には、圧力調整器１６は、質量流量制御バルブ２２に１０−１５ｐｓｉの調整圧力で供給するように設定されている。本圧力調整器のすぐ上流側には、実際流量の測定に使用される小規模な基準キャパシティ５が設置されている。圧力変換器６は、キャパシティ内の圧力を測定する。キャパシティの上流には、空圧作動式オン／オフ・バルブ１４が設置されている。バルブ１４が開放状態のとき、本バルブはキャパシティに供給ライン１２からのプロセス・ガスを４０−５０ｐｓｉの典型圧力で供給する。システム１０への供給圧力を精密に調整する必要はない。これはたとえば、４５−６０ｐｓｉ間の何れかであればよい。
【００２７】
送出段階以前には、供給オン／オフ・バルブ１４は開放され、基準キャパシティ５は供給圧力で充填されている。圧力調整器１６は、質量流量制御バルブ２２の入口における定圧を維持する。典型的には２０−４０秒間継続する所定の送出オペレーションが開始されると、質量流量制御バルブ２２の下流側のオン／オフ・バルブ２４が起動されて開き、質量流量制御バルブが電圧を印加されてセットポイント値でフローを送る。測定期間は、送出開始後、たとえば送出開始から１秒後に始まる。プロセス・ガスの送出が継続されるにつれて、基準キャパシティ５内の圧力は漸次低下する。測定期間は、最大２０秒の持続時間で継続するか、測定キャパシティ内の圧力が２０ｐｓｉ等の予め決められた値に到達した時点で終了する。測定期間の終了時には、コントローラ３上のディスプレイ４０に表示される流量指示が測定された正確な値に合わせて更新され、必要であれば、つぎの送出段階に適用される任意の補正係数が決定される。測定期間の終わりに発生する圧力調整器の入口における圧力の変化は、調整される出口圧力に影響しない。これは、上述のように典型的には１０−１５ｐｓｉに設定されている。したがって、基準キャパシティ５内の圧力は、公称値である５０ｐｓｉから限界値である２０ｐｓｉまで低下することが可能である。測定期間は、低流量値で最大２０秒間が限度である。より高い流量値では、限定値２０ｐｓｉは制限である２０秒までに発生する可能性がある。
【００２８】
送出段階の開始時には、コントローラ上の流量指示器４０は先行送出の流量値を表示する。ついでこれは、測定期間が完了すると現行流量の表示に変わる。測定期間は終了しているので、供給側のオン／オフ・バルブ１４が起動されて開き、基準キャパシティ５内の圧力が供給レベルに戻る。これは、質量流量制御バルブの入口に印加される調整圧力には影響しない。
【００２９】
図２Ａおよび２Ｂが示す実施形態の流量制御システム１０’は、質量流量制御バルブ２２とこれに付随する遮断バルブの必要性を排除している。流量制御は、圧力調整器１６’とオン／オフ・バルブ２０のシートに組み込まれたオリフィス３６とによって行われる。所定のオリフィスの場合、流量は圧力調整器１６’によって当該オリフィス加えられる絶対圧力に比例する。このアプリケーションでは、圧力調整器のセットポイントは、圧力調整器のドームに印加される圧力信号によって確立される。この圧力信号は、コントローラ３からの入力電圧に比例する圧力を発生させる電気／空圧変換器３８、図２Ａおよび９参照、によって生成される（質量流量制御バルブに印加される信号に類似している）。セットポイントと測定流量との差（エラー信号）は何れも、図１Ａおよび１Ｂが示す流量制御システムのオペレーションの場合と同様に圧力調整器のドームに印加される圧力信号の補正に使用される。送出段階の終わりでは、オリフィス３６の下流側のオン／オフ・バルブ２０が起動されて閉止し、圧力信号が圧力調整器１６’のドームから除去される。これにより、オリフィス３６の上流側の圧力がセットポイント値に維持され、かつ非フロー状態では通常圧力調整器の出口で発生するクリープが防止される。この所定のオリフィスは１０：１のレンジアビリティでの流量送出に使用されることが可能であり、１０００、２００および５０ｓｃｃｍに対応する僅か３種のオリフィス・サイズで５−１０００ｓｃｃｍの流量をカバーすることを可能にする。
【００３０】
図３のフローチャートには、本発明による流量制御システム、特に図１Ａおよび１Ｂが示す流量制御システム１０のためのプログラムの作動シーケンスが示されている。本制御システムの機能の実証に関して言えば、開示された実施形態における本システムの質量流量制御バルブ２２は２００ｓｃｃｍのレンジを有することが表記されている。圧力調整器は、１０ｐｓｉ（２５絶対ｐｓｉ）の公称値に設定されている。基準キャパシティの公称容積は、２０ｃｃである。圧力変換器６は、０−１００絶対ｐｓｉのレンジを有している。基準キャパシティ５への供給装置１２は、５０ｐｓｉ（６５絶対ｐｓｉ）の公称値におかれている。先にも述べたように、これはさほど精密でなくてもよい（±２ｐｓｉ）。
【００３１】
図３を参照すると、第１のオペレーションは、質量流量制御バルブの設定が１００％での流量制御システムの較正係数を確定することである。これを達成するためには、コントローラ上の流量点検スイッチ４５が「はい」に設定され、プロセス・ガスの送出ランがコントローラ３を１００％に設定して実行され、送出中の実際流量が較正された流量計で読み取られる。これにより、コントローラ３上のデジタル・ディスプレイ４０が指示する流量（単位％）と実際の流量との関係が確定される。ついで、所望のフルスケールである２００ｓｃｃｍに相当する１００％を指示させるような較正係数がコントローラにおいて生成される。例：較正ランは２２０ｓｃｃｍを送出し、流量表示は１２０％である。１００％かつ２００ｓｃｃｍを取得するための較正係数は、１００／１２０×２００／２２０＝０．７５になる。コントローラのスイッチ４４を「停止」に、かつ表示スイッチ４１を「設定」にしてデジタル・ディスプレイ４０上に較正係数を表示させるようにした状態で、コントローラ３上の上下ボタン４２および４３を使用することにより新たな係数が設定される。ついで、他の送出ランが実行され、流量が２００ｓｃｃｍでありかつ表示が１００％であることが実証される。必要であれば、この手順が反復される場合もある。
【００３２】
本プロセスにおけるつぎの工程は、実際の流量と質量流量制御バルブの流量設定値の範囲に渡る流量設定値とのあいだの数理的関係性を確立することである。これは、送出ランを設定値の１００％で実行し、ついで送出ランを設定値の１０％で実行して（コントローラが測定した）各ランにおける実際の流量を決定することにより取得される。この伝達関数はコントローラ内部で確定され、流量を設定値と同一に維持するためにコントローラにおいて質量流量制御バルブへ送信される制御信号の計算に使用される。較正ランは、つぎのようなシーケンスで行われる。すなわち、表示スイッチ４１を「設定」に、かつ流量操作スイッチ４４を「停止」にセットし、２つのボタン４２および４３を押してその状態を維持し、較正係数が表示されると表示スイッチ４１を「流量」にセットする。これにより、２つの連続する送出ランが開始される。
【００３３】
つぎの工程は、プロセス・ガスを送出させるための流量コントローラ２２の所望される流量設定値、たとえば８０％を設定することである。これは、表示スイッチ４１が「設定」にセットされた状態でコントローラ３上の上下押しボタン４２および４３を調節して行われる。コントローラ上の流量点検スイッチ４５は、「はい」にセットされる。流量スイッチ４４を「始動」に切り替えると、送出が開始される。表示スイッチ４１は「流量」にセットされ、送出中はデジタル・ディスプレイ４０上で流量指示が監視される。ディスプレイ上の流量指示は、測定期間の終わりで更新される。更新された値の開始は、閃光を放つ（１−２秒間）。流量スイッチ４４を「停止」に切換すると、送出が停止される。コントローラ３上の流量点検スイッチ４５が「いいえ」に設定されている場合、ディスプレイ４０上の流量指示は送出時間に渡って変化しないままである。この作動モードは、流量コントローラ３が較正の検証を必要としていることが感じられる場合に周期的に限定して選択することができる。
【００３４】
ついで、設定値が５０％に変更され、流量点検が「はい」にセットされて他の送出が開始され、ディスプレイ上の流量指示が監視される。流量指示は、まず最初に５０％に近づく。実際の流量値は、測定期間の終わりに示される。これが５０％でなければ、補正値が計算されてつぎの送出に適用される。２つまたは３つのランで、５０±０．１％の流量値を達成することができる。つぎに設定値は２０％に変更されることが可能であり、手順が反復される。同様にして設定値が１０％に変更され、手順が反復される。
【００３５】
図２Ａおよび２Ｂが示す実施形態の流量制御装置１０’の機能の実証は、シート部で０．００４インチの直径を有するオリフィス３６を組み込んだオン／オフ・バルブ２０の使用を含むものであった。これは、調整圧力が２．５−２５絶対ｐｓｉに制御された状態で１０乃至１５０ｓｃｃｍの流量を供給する。較正係数を確定するためには、前述の手順を使用して１００％指示における１５０ｓｃｃｍの作動条件が取得される。つぎに、較正ランが実行されて伝達関数または数理的関係性が確定される。続いて、先の機能の実証の場合と同様に、送出演習ランを８０、５０、２０および１０％で実行することができる。
【００３６】
これら双方の機能の実証においては、流量制御システム１０’は、流量設定値の供給、送出される実際の流量値の読取り、送出段階の開始と停止および希望に沿う各送出毎の、または周期的な流量検証の選択に使用される。極限の構成においては、流量制御システム内に表示されかつ組み込まれた機能は、出願人による開示内容を読めば当業者には理解されるように、マシンの中央コンピュータで実施される。
【００３７】
本発明のさらなる特徴によれば、図１Ａ、１Ｂおよび２Ａ、２Ｂが示す実施形態の従来型圧力調整器１６および１６’を図４および５が示す圧力調整器５０に置換して、圧力クリープの影響を緩和させ、かつ流量制御システムがフローおよび非フローの交互モードで作動している場合には、より速い圧力応答および安定状態作動を可能にしてプロセス・ガスの利用および他のシステム経済を改善することができる。この圧力調整器は、１９９９年５月１０日出願の共同所有暫定特許出願第６０／１３３，２９５号に開示されている。
【００３８】
基本構造では、調整器５０は、概して環状である上側の蓋部分５４と下側の本体部分５６とを備えることが可能な、５２で示されたハウジングを含んでいる。付属のナット５８は、蓋５４のフランジ式下端６０上に受容されることが可能であり、本体５６の外側をねじ切りされた上端６２とねじ式に接続される。これにより、蓋および本体部分５４および５６は嵌合されることが可能であり、ハウジング５２内に内部チャンバ６３が画定される。上側および下側の支持プレート６４および６５は各々、蓋および本体部分５４および５６のあいだにクランプされて調整器の他の構成要素を支持している。プレート６４および６５は、個々に中央の開口６６および６７を保有して形成されている。プレート６５はさらに、その１つが６８で参照されている軸方向に伸長する複数の通し穴または通し溝を保有して形成され、かつ本体５６の隆起した環状表面６９と圧縮式に嵌合して調整器５０を通って流れるガスまたは他の流体の漏出に対する予備シールとなるように製造されている。
【００３９】
ハウジング５２の本体部分５６自体は、内部に、各々が本体５６の軸面７２からその半径方向の上面７３へと伸長する概してＬ字形である上流および下流部分７１ａおよび７１ｂに分割されることが可能な流体通路７０を保有して形成されている。流体通路７０自体は、流体が矢印７６で参照される方向へと通過して流れるように、調整器の入口７４と出口７５とのあいだを伸長している。図１Ａ、１Ｂおよび２Ａ、２Ｂが示す制御システム１０および１０’における流体回路内では、供給装置１２から調整器の入口７４へは高圧のガスの流れが供給され、調整器の出口７５から質量流量制御バルブ２２へは調整された、より低い圧力の流れが送出される。この点に関しては、バルブ１４を介して調整器の入口７４を供給装置１２に流体が連絡する形式で結合し、バルブ２０を介して出口７５を質量流量制御バルブ２２に流体が連絡する形式で結合することができる。したがって、入口７４および出口７５は、図が示すように、本体部分５６に結合されることが可能なフランジ式の管状延長部７６ａ−ｂとして個々に構成されることが可能である。流体システム１０内部の接続のために、延長部７６ａは付属の雌取付けコネクタ７８を保有して示され、伸長部７６ｂは付属の雄コネクタ８０を保有して示されている。
【００４０】
流体通路７０を介する流体の流れを制御するため、チャンバ６３は、通路７０の上側部分７１ａ上で支持されかつ下側の支持プレート５６の中央開口６７と通路の部分７１ａの開口とのあいだを本体部分５６の半径方向の上面７３へと型締めされたディスク等によって通路７０内部に画定された、ポペット８２と付属のバルブシート８４とを含むバルブ・構造体を収容している。バルブシート８４は、上流側の側面８６と下流側の側面８８とを保有して流れの方向７６へ向けて配向され、かつ流体圧力のチャンバ６３の下側のプレナム９２への進入を許容するための開口９０を含み、当該プレナムは、下側の支持プレート６５によって部分的に画定されている。プレナム９２から通路７０の下側部分７１ｂへ入る流れは、プレート・チャネル６８を介して収容される。バルブシート８４のためのディスクは、好適にはプラスチックまたは他の高分子材料で形成され、最も好適にはＫｅｌ−Ｆ（登録商標）（ミネソタ州セントポール、３Ｍ社製）等のフルオロポリマーで形成される。
【００４１】
ポペット８２は、調整器５０の中央の縦軸９４に沿って、流体システム１０（図１Ａ）をその非フロー・モードで作動させるために流体の流れに対して通路７０を閉じる第１の（図４が示す）位置と、システム１０をそのフロー・モードで作動させるために通路７０を介して流体の流れを絞り込む可変性の第２の位置とのあいだを移動可能である。バルブシート８４と共働するため、ポペット８２は、バルブシート８４の上流側の側面８６の反対側に配置された下側のヘッド部分９６から上側の伸長されたステム部分９８へと軸９４に沿って伸長するように設置され、ステム部分９８は、間隙９０および下側のプレート開口６７を介して、ヘッド部分９６に接続された下側の近位端１００から上側の遠位端１０２へと軸９４に沿って伸長する。ポペットのヘッド部分９６は、図が示す一般的な円錐形状のように、可変性の第２のポペット位置においてバルブシート８４の方向へ、またはバルブシート８４から遠くへと移動すると、開口９０の相対サイズを、延ては調整器を通過する流量を環状に変化させるように構成されている。
【００４２】
軸９４に沿ったポペット８２の移動を制御するために、ダイアフラム１１０は、通路７０と流体が連絡してプレナム９２のフレキシブルな上壁を画定するように配置され、かつポペット８２に力を伝達する形式で接触するように結合されて、チャンバ６３内に受容されている。ダイアフラム１１０は従来型の単一構造または多重構造であり、外周を伸長する概してフレキシブルな「隔膜」部分１１２を含んでいる。隔膜部分１１２は、ダイアフラム１１０の外周を画定しかつチャンバ６３内にダイアフラム１１０を取り付けるために上側および下側のプレート６４および６５のあいだに型締めされた外縁まで半径方向の外側へと伸長している。二部構造のダイアフラム１１０では、隔膜部分１１０は、隔膜部分１１２を支持しかつここからプレート６４の開口６６を介して軸方向に伸長して内側の中央通路１１６と外側のショルダ１１８とを含む円筒形の伸長部１１５を画定している後備部分１１４に溶接、結合またはその他の方法で付着されている。通路１１６は、ポペットのステム９８の遠位端１０２を受容するように構成され、かつステム９８の外側がねじ切りされた部分１２０と嵌合するように内側をねじ切りされている可能性がある。このようにチャンバ６３内に受容されたダイアフラム１１０は、調整器５０に対する流体の流れの入口圧力（Ｐi）および出口流体圧力（Ｐo）に比例しかつ、ポペット８２を流体の流れに対して通路７０を閉じるその第１の位置へと推進するために１２２で参照される方向へと印加される流体圧力による力に応答するように供給されている。チャンバ６３への大気圧（Ｐa）の進入は、ダイアフラム１１０の上側で蓋５４を貫通するポート１２４を介して許容される。
【００４３】
概して１２７で参照される主圧力設定構造体は、平衡力をダイアフラム１１０上に１２８で参照される方向へ加えて流体圧力の力１２２に対抗しかつポペット８２を流体の流れに対して通路７０を開くその第２の位置へと推進させるように起動することができる。こうした力１２８の少なくとも一部は、１３０にシルエットで示されている主コイルばねまたはチャンバ６３内に受容された他の弾性部材の調整可能な圧縮によって生み出される。例示された図４の実施形態では、ばね１３０は、中間のダイアフラム１１０および軸９４に沿って平行移動することが可能な手動調整式ノブ１３２を圧縮するために軸９４と同軸式に配置されている。調整器５０の設計を小型化するために、ノブ１３２は１３４におけるように外側がねじ切りされ、蓋の内側のねじ切りされた部分１３６とねじ式に回転して嵌合するにつれて蓋５４内に収容される。図５が示す主圧力設定構造体１２７の拡大正面図を見ればすぐに分かるように、蓋５４は、窓１４０（図４にもシルエットで示されている）を保有して供給され、ノブ１３２の刻み付き部分は窓１４２を通じて手でアクセスできるように供給されている。
【００４４】
図４の断面図に戻ると、ばね１３０は、チャンバ６３内に上側のリテーナ１５０と下側のリテーナ１５２との中間に配置されて受容されていることが分かる。上側のばね式リテーナ１５０は概してディスク形状であり、ノブ１３２のスラスト部分１５４に力が伝わる形式で接触して隣接配置されている。下側のばね式リテーナ１５２は概して円筒形状であり、後備伸長部１１５の外側のねじ切りされた部分１５６とねじ式に嵌合して力を伝達する形式で接触するにつれてダイアフラムの後備伸長部１１５上に同軸的に受容される。リテーナ１５２は伸長部１１５上にナット１６０で締め付けられ、ナット１６０は付属のＯリング１６２を有する可能性があり、ばね１３０の下端はその上に摩擦式に嵌ってばねと軸９４との同軸的整合を補助することができる。圧縮リング１６４または他のスペーサはリテーナ１５２によって伸長部１１５の上に受容されることが可能であり、伸長部を超えるリテーナの移動が区切られる。
【００４５】
ダイアフラム１１０上へ矢印１２２の方向に追加力を加えるために、１７０にシルエットで示された波形ばねまたは他の圧縮可能部材はリテーナ１５２上に同軸的に受容される。ばね１７０は、上側の支持プレート６４上で支持されて両者間、および半径方向の外向きに伸長するリテーナ１５２のフランジ部分１７２を圧縮する。ばね１７０によるこうした圧縮は偏向力を供給し、圧力設定力１２８の不在で流体通路７０が正常に閉止されるようにポペット８２がその第１の位置へとさらに推進される。ポペット８２によるその第１および第２の位置間の移動は、ダイアフラムの伸長部１１５上に同軸的に受容されて中間のリテーナ１５２とプレート６４とを圧縮する圧縮可能なフォーム・ワッシャ１７４によって減衰される。圧力設定力１２８の印加によるポペット８２のその第２の位置における変位は、リテーナ１５２の下側の停止面１７６とプレート６４との突合せ嵌合によって区切られる。
【００４６】
調整器５０はさらに、概して１８０で参照される差動圧力設定構造体を含んでいる。本発明の指針によると、差動圧力設定構造体１８０は、ダイアフラム１１０上へ矢印１２８の方向に第２のコイルばね部材１８１の圧縮等による差動力を加えてポペット８２を流体の流れに対して通路７０を開く第２の位置へとさらに推進するために、主圧力設定構造体１２７に関わりなく起動できるように供給されている。図４が示す実施形態では、差動圧力設定構造体１８０は、好適には約５０−６０ゲージｐｓｉであることが可能な所定の入力圧力の空圧オン／オフ制御信号（Ｐs）に応答して、図１が示す流体システム１０の空圧バルブ１４および２４の作動に従来的に使用される同一レベルとなるように起動することができる。システム１０の構造体１８０並びにバルブ１４および２４への信号は、たとえば空圧式の三方バルブ（図示されていない）による共通制御の下で供給されることが可能である。
【００４７】
調整器５０への圧力制御信号の進入は、たとえば上述の三方バルブまたは他の制御信号ソースへの管状または他の接続用に構成された雌端部１８４と、調整器のハウジング５２のアダプタ１９０とのねじ式接続用に構成された雄端部１８６とを有する管状または他の嵌め込み接続部１８２を介して許容されることが可能である。つぎにアダプタ１９０は、蓋５４の内側にねじ切りされた上端１９４とのねじ式接続用に構成された雄端部１９２と、嵌め込み端部１８６のサイジングに依存してブッシングまたは他のレデューサ１９８を介してこれに結合されることが可能な雌端部１９６とを有している。アダプタ１９０の雌端部１９６はさらに、ハウジング５２内に第２のチャンバ２０２を画定する内側の端壁２００へと伸長するリセスを保有して構成されている。アダプタの雄端部１９２はさらに、軸９４に沿ったノブの案内を補助するためにノブ１３２の概して円筒形である座ぐり２０６内に嵌め込まれる伸長された案内部分２０４を保有して構成されている。
【００４８】
第２のばね部材１８１の圧縮を制御するために、付属のＯリングまたは他のシールまたはパッキン・リング２１１を有するピストン２１０は、チャンバ２０２内にチャンバ２０２の変位可能な中間の下端壁２００および上端壁２１２として受容される。上端壁２１２は、レデューサ１９８の半径方向の内側へと伸長する内部ショルダ部分等によってアダプタ１９０およびレデューサ１９８の共通の開口２１４の周囲に画定され、この開口２１４は、信号流体圧力のチャンバ２０２への進入を許容するためのポートとして機能する。
【００４９】
ピストン２１０は、伸長する力の伝達部材２２０を介してばね１８１に機能的に結合されている。このような部材２２０は、アダプタ１９０、ノブ１３２およびばね式リテーナ１５０の各々を介してピストン２２０と突合せ式に接触して配置された上端２２４から、ばね１８１と突合せ式に接触して配置された下端２２６まで形成された中央の穴２２２を介して同軸的に受容され、軸９４に沿って伸長している。ばね１８１自体は、ダイアフラムの伸長部１１５上に取り付けられて主圧力設定ばね１３０内に同軸的に配置され、伸長部１１５のショルダ部分１１８と、ばね１８１と伸長する部材２２０の下端２２６とのあいだに挿入された逆転Ｕ字形のリテーナ２２８とのあいだを圧縮する。
【００５０】
チャンバ２０２の内部では、ピストン２１０が、開口２１４を介して進入を許容されかつピストンの上面２３０に印加される制御圧力信号に応答して起動することができる。すなわち、ピストン２１０は、軸９４に沿って通常は偏向されている上部位置から図４が示す下部位置へと変位することができる。その上部位置におけるピストンを偏向させるために、圧縮可能なばねコイル２３２は、ピストンの下面２３６内に形成されたリセス２３４内に受容され、アダプタの下端壁２００を圧縮することが可能である。その下部位置において、ピストン２１０は伸長部材２２０を抑制し、伸長部材２２０はばね１８１の圧縮を実行してダイアフラム１１０上に約３−４ゲージｐｓｉである可能性のある差動力を加える。こうして、差動力の制御された印加は、主圧力設定力の印加とは独立して達成されることが可能である。
【００５１】
ばね１８１によって加えられる力は、これが主圧力設定値を変更することなく、たとえば調整器５０の主圧力設定構造体１２７が約０−３０ｐｓｉ間のレンジ内で調節されることによって調整器の出口圧力の比例変化を実行するために階段関数として印加され得るという点で「差動的」であり、差動圧力設定構造体１８０は、有効な調整器設定値を公称３ｐｓｉ上昇させるように制御信号によって起動可能である。所望されれば、制御信号の圧力は、差動力の概して比例増加または低下を実行するように調節されることが可能である。
【００５２】
図１のバッチ式ガス送出回路１０の流体回路において使用されるような本発明による調整器５０のつぎのオペレーションについて考慮すると（この場合の調整器１６は本発明による調整器５０に置換されている）、こうした回路における調整器５０の典型的な応答が出口圧力（Ｐo）と時間（ｔ）とのプロットとして２５０でグラフ表示されている図６をさらに参照しなければならないと思われる。約５０−６０ｐｓｉである可能性のある任意の入口流体圧力と、約１５ｐｓｉの指定された出口圧力セットポイントの場合、システムは時刻ｔ0に先立ってフロー・モードで作動される。こうしたモードでは、ガスは、たとえば２００ｓｃｃｍの定常状態流量かつ調整された約１４．８ｐｓｉの出口圧力で調整器５０を通過して送出される。こうした圧力は、１２ｐｓｉの公称圧力に調節された調整器５０の主圧力設定値の制御下で、調整器に信号圧力が供給され、通常は３ｐｓｉである差動圧力が印加されることによって実行される。主および差動圧力設定値は共に、たとえば５０ｓｃｃｍであるより低い流量に設定されることが可能である。この点に関しては、安定したフローでの調整器の実際の出口圧力は、流量の低流量からその定常状態値への上昇に伴う「ドループ」効果に起因して、セットポイント値より約０．２ｐｓｉ少ないことが注目される。
【００５３】
フロー・モードの終了に相当するほぼ時刻ｔ0において、質量流量制御バルブ２２（図１）は「オフ」を命令される。その直後、すなわち０．５秒以内には、空圧オン／オフ・バルブ２４が起動されて閉止し、流体の流れは定常状態からゼロに低下する。概してこのバルブ２４の起動と同時に、調整器５０への信号圧力が中断され、差動圧力設定値が取り消される。この点に関しては、バルブ２４および調整器５０のオペレーションは、効果的には共通の信号圧力制御の下で同期されることが可能である。
【００５４】
差動圧力設定値が取り消されると、調整器５０の有効設定値は１２ｐｓｉに低減される。出口圧力が作動圧力１４．８ｐｓｉであり続ける限り、調整器は出口圧力が実質上１４．８ｐｓｉに保持されるように閉止する。非フロー期間および／または典型的には約０．５秒である非フロー・モードが開始される時点から制御圧力信号が除去されて調整器の閉止が実行される時点までの中身に依存して、出口圧力は僅かに上昇し、Δｔ0のあいだにおそらくは１５ｐｓｉになることが可能である。ただし、差動圧力設定値が制御されているため、システムが極めて長い中身、すなわち１時間以上のフロー・モード間隔で作動されるとしても、認識可能なクリープ効果は全く発現しないことは認識されるであろう。
【００５５】
つぎに引き続きトレース２５０に沿って、つぎのフロー・モードの開始に相当する時刻ｔ1に至ると、圧力信号が回復されてバルブ２４を開き、かつ調整器に再度差動力を掛ける。その直後、質量流量制御バルブ２２は再度流量を制御するように命令される。こうしたオペレーションでは、１２ｐｓｉから１５ｐｓｉへの調整器設定値の有効変化から誘導されるクリープの結果として出口圧力が幾分かでも目に見えて増大する前に、流量はゼロから定常状態値へと増大されることが可能である。このように、流量が増大すると、出口圧力は僅か約０．２ｐｓｉだけ下がり、Δｔ1が約０．５秒という極めて短期間のうちに迅速に作動圧力で安定する。オーバーシュートまたは他の振動効果は一切観測されないため、ゼロから定常状態流量への移行が１秒以内に確立され得ることは重要な点である。
【００５６】
比較を目的として、定圧設定値１５ｐｓｉで従来的に作動された場合の調整器の圧力トレースが２５０’で示されている。時刻ｔ0において、かつこれに続く１００秒以上である可能性のある期間Δｔ0’に渡って、出口圧力のトレース２５０’は作動圧力から約２ｐｓｉだけ増大していることが分かる。本発明のバルブ５０の場合の増加である０．２ｐｓｉに比較すると、このような増大は重大であり、幾つかのオーバーシュートまたは他の振動効果が明白である１．５秒以上の可能性のある期間Δｔ1’の場合も同様である。
【００５７】
したがって、開示された流量制御の本システムおよび方法においては、この固有かつ効率的な流体圧力調整構造と作動方法とは圧力クリープの結果を緩和し、かつ流量制御システムがフローおよび非フローの交互モードで作動される際にはより迅速な圧力応答および定常状態作動を可能にしてプロセス・ガスの利用または他のシステム経済を改善する。
【００５８】
他に別段の指定がなければ、構成材料は関連用途にとって従来的であるとされるべきものである。こうした材料は、概して耐食性であり、そうでなければ移動される流体との相溶性または所望の機械特性を考慮して選択される。
【００５９】
本発明においては、本明細書に包含された指針から逸脱することなく任意の変更を実行可能であることが予見されるが、同様に、これまでの説明に含まれる全ての事柄は、限定的ではなく例示的な意味合いで解釈されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明の一実施形態による半導体製造におけるプロセス・ガスのバッチ式送出の流量制御システムを示す略図である。
【図１Ｂ】  上にマウントされたシステム・コンポーネントを有するシステムの伸長された狭いマニホールドまたは送出し「スティック」に沿った、図１Ａが示す流量制御システムの一部の拡大略図である。
【図２Ａ】  本発明の第２の実施形態による半導体製造におけるプロセス・ガスのバッチ式送出の流量制御システムを示す略図である。
【図２Ｂ】  システムのコンポーネントを支持する伸長された狭いマニホールドまたは送出しスティックに沿った、図１Ｂが示す流量制御システムの一部の拡大略図である。
【図３】  本発明の一実施形態のフローチャートを示したものである。
【図４】  本発明の流量制御システムにおいて使用可能なダイヤフラム型圧力調整器の断面図であり、本調整器は、手動による調整が可能な主圧力設定構造体と、主圧力設定構造体に関わりなく調整器のダイアフラム上に差動力を加えるべく起動可能な空圧による制御が可能な差動圧力設定構造体とを含んでいる。
【図５】  図４の調整器の拡大図であり、その手動主圧力設定調節を特に詳細に示している。
【図６】  差動圧力設定が制御された図４および５の調整器の圧力応答を呈示したものであり、本応答は、時間のサイクリック関数として追跡された調整器の吐出し圧力として示され、かつ定圧で従来的に作動される調整器の応答と比較して示されている。
【図７】  図７Ａおよび７Ｂは各々、図１Ａ、１Ｂおよび図２Ａ、２Ｂが示す流量制御システムのコントローラ３の正面図と背面図である。
【図８】  図１Ａおよび１Ｂが示す流量制御システムの電気−空圧線図である。
【図９】  図２Ａおよび２Ｂが示す流量制御システムの電気−空圧線図である。
【図１Ａ】
0004564223.tif 000003
【図１Ｂ】
0004564223.tif 000004
【図２Ａ】
0004564223.tif 000005
【図２Ｂ】
0004564223.tif 000006
【図３】
0004564223.tif 000007
【図４】
0004564223.tif 000008
【図５】
0004564223.tif 000009
【図６】
0004564223.tif 000010
【図７】
0004564223.tif 000011
【図８】
0004564223.tif 000012
【図９】
0004564223.tif 000013