具有电气背板的气体输送系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月21日提交的美国临时专利申请no.62/963,880的优先权，其通过引用的方式并入本文。

本公开涉及一种具有电气背板的气体输送系统。

背景技术：

气体输送系统用于在诸如半导体制造等工业应用中供给各种类型的气体。在这类系统中，多个气体供给通道可以流动不同的气体，以进行混合并供给到不同的制造工序。典型地，针对各气体供给通道设置质量流量控制器(massflowcontroller)，以调节气体的流量。

在一些气体输送系统中，经由网络将质量流量控制器全部连接到中央工具，该中央工具远程地向质量流量控制器发送命令并且经由网络请求过程数据。各质量流量控制器与中央工具一起维持它们自己的控制回路，与经由网络从中央工具发送的命令同步。在气体供给过程中，通过经由网络将顺序流动命令和设定从中央工具发送到质量流量控制器来完成制造工序。这种方法的缺点是在中央工具和质量流量控制器之间的通信中经常发生网络延迟、带宽限制以及差错。结果，在制造工序的执行过程中，在质量流量控制器和中央工具之间可以交换的数据的速度和量方面存在限制。这些限制已经制约了现有的气体输送系统的功能。

技术实现要素：

为了解决这些问题，根据本公开的一个方面，提供了一种气体输送系统，所述系统包括电气背板、可操作地耦合到所述电气背板的系统控制器和多个质量流量控制器。各个所述的质量流量控制器包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的质量流量控制电路。所述系统控制器和各个所述的质量流量控制电路物理地安装到所述电气背板。

提供此概要是为了以简化的形式介绍将在下面的详细说明中进一步说明的一系列的概念。本概要并非旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用来限定要求保护的主题的范围。此外，要求保护的主题不限于解决本公开的任意部分中记载的任意或者所有缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了根据一个示例实施方案的气体输送系统的基本电气示意图。

图2示出了根据图1的实施方案的第一存储器接口的示意图。

图3示出了根据图1的实施方案的第二存储器接口的示意图。

图4示出了根据图1的实施方案的集中型气体输送系统的立体图。

图5示出了根据图1的实施方案的集中型气体输送系统的流路以及所构成的流量控制部件的示意图。

图6示出了显示图1的气体输送系统的经由电气总线系统的在系统控制器、质量流量控制器和流量比率控制器之间的数据和控制信号的流动的示意图。

图7示出了图1的集中型气体输送系统的电气背板的俯视立体图，其中虚线示出了安装到电气背板的质量流量控制器、流量比率控制器和输入/输出模块的印刷电路板。

图8示出了在图1的气体输送系统中使用的典型的流路的侧视图，其中虚线示出了具有一对上游截止阀、流量控制阀和一对下游截止阀的通过上游流路块的流路。

图9示出了图1的气体输送系统的质量流量控制器的印刷电路板的示意性侧视图，该印刷电路板穿过机械背板延伸以物理地和电气地连接到电气背板。

图10a示出了图1的气体输送系统的上游流路块的立体图，气体输送系统的下游流路块具有类似的构造。

图10b是沿着图10a的a-a′线截取的上游流路块的断面图，其示出了将上游流路块的入口连接到出口和清除口的分支流路以及用于控制穿过分支流路的各分支的气体的流动的一对上游截止阀。

图10c示出了沿着图10a的a-a′线截取的下游流路块的断面图，其示出了将下游流路块的入口连接到出口和清除口的分支流路以及用于控制穿过分支流路的各分支的气体的流动的一对下游截止阀。

图10d示出了沿着图10a的b-b′线截取的上游流路块的断面图，其示出了连接分支流路的清除分支的一对内部水平通道以及分支流路的入口分支的中心孔的倒u形通道。

图11a示出了在印刷电路板被去除的情况下的图1的气体输送系统的质量流量控制器部分的立体图，其示出了质量流量控制器流路块、流量控制阀、压力传感器系统和附接到该压力传感器系统上的上游压力传感器。

图11b示出了在各种部件被去除的情况下的图11a的质量流量控制器流路块的立体图。

图11c示出了在示意性地显示了附接部件的情况下的沿着图11b的c-c′线截取的质量流量控制器流路块的断面图，其示出了根据本公开的一个示例的从入口到出口的气体流路、流量控制阀、带有与其耦合的压力传感器系统的旁通管线以及上游压力传感器。

图12示出了耦合到示意性示出的腔室的图1的气体输送系统的混合歧管的俯视图。

图13示出了可以用于实现图1的气体输送系统的示例计算环境的示意图。

具体实施方式

鉴于上述问题，参照图1，提供了一种集中型气体输送系统10，其包括统一的高速电气背板18，该统一的高速电气背板经由相关的存储器接口22和电气连接器50可操作地耦合到系统控制器12、多个质量流量控制器30、多个流量比率控制器26、多个压力控制器24和输入/输出模块20并且构造成能够在它们之间进行通信。更具体地，电气背板18经由第一存储器接口22a可操作地耦合到系统控制器12、经由第二存储器接口22b可操作地耦合到多个质量流量控制器30a-30p、经由第三存储器接口22c可操作地耦合到输入/输出模块20、经由第四存储器接口22d可操作地耦合到多个压力控制器24a-24d以及经由第五存储器接口22e可操作地耦合到多个流量比率控制器26a-26d。客户端计算装置110可以可操作地耦合到系统控制器12，以向/从系统控制器12发送/接收数据通信和/或指令。例如，这些数据通信可以包括气体输送系统10的流动诊断信息和流动监控信息。气体输送系统10可以构造成可以封闭在壳体11内的气体输送装置。可以将系统控制器12称为控制器模块，并且可以将质量流量控制器30、流量比率控制器26、压力控制器24和输入/输出模块20称为受控模块，原因是它们在系统控制器12的控制下进行操作。

应当理解的是，虽然在图1中示出了作为与第二存储器接口22b相连接的16个质量流量控制器，但是它们的数量不受特别限制，并且可以少于或多于16个。此外，虽然在图1中示出了作为与第五存储器接口22e相连接的四个流量比率控制器26a-26d，但是它们的数量不受特别限制，并且可以少于或多于四个。此外，应当理解的是，虽然在图1中示出了作为与第四存储器接口22d相连接的四个压力控制器24a-24d，但是它们的数量也不受特别限制，并且可以少于或多于四个。

系统控制器12包括处理器12a和诸如随机存取存储器(ram)等易失性存储器12b。在一些实施方式中，系统控制器12可以构造成模块上系统(som)。处理器12a可以是中央处理器(cpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他类型的微处理器，并且例如，可以是多核处理器。系统控制器12可操作地耦合到存储中央数据存储库15的非易失性存储器14，该中央数据存储库15又可以存储数据日志15a和人工智能(ai)模型15b。各质量流量控制器30a-30p包括对应的质量流量控制电路30a1-30p1，各流量比率控制器26a-26d包括对应的流量比率控制电路26a1-26d1，并且各压力控制器24a-24d包括对应的压力控制电路24a1-24d1。与系统控制器12的电路类似，各质量流量控制电路30a1-30p1、流量比率控制电路26a1-26d1和压力控制电路24a1-24d1可以结合处理器以及相关的易失性存储器和非易失性存储器。这些电路30a1-30p1、26a1-26d1和24a1-24d1中的每个的处理器可以是cpu、asic、fpga或其他类型的微处理器的形式，其可以是多核处理器，和/或构造成som。

如图7更完整地示出的，为了缩短气体输送系统10内的各种流路和电气连接的长度，系统控制器12、质量流量控制电路30a1-30p1、流量比率控制电路26a1-26d1以及压力控制电路24a1-24d1通过经由对应的电气连接器50a-50u电气地和物理地安装在电气背板18上而可操作地耦合到电气背板18。

继续图1，电气背板18包括具有通信总线18b和电力总线18c的电气总线系统18a。电气背板18可以电气耦合到电源16，电源16构造成经由电力总线18c供给电力，该电力总线构造成向物理地安装在电气背板18上的所有受控模块和控制器模块供给电力，该受控模块(controlledmodules)和控制器模块包括多个阀、系统控制器12、输入/输出模块20、压力控制器24a-24d、流量比率控制器26a-26d、质量流量控制电路30a1-30p1和质量流量控制器30a-30p。因此，气体输送系统10中所需的电力线的长度大大缩短。在一个具体示例中，电源16可以包括在系统内的全部控制器模块和受控模块之中经由电力总线18c共用的公用(例如，共用)的24伏dc电源。可选择地或另外，应当理解的是，可以使用不同电压、瓦数或类型的电源。例如，在使用24伏电源向控制器模块和受控模块的处理电路供给电力的同时，可以另外提供150伏dc电源，以向阀供给电力。

电气背板18形成气体输送系统10的通信和电力输送主力。由于所有通信和控制信号以及电源16埋入在电气背板18上，因此允许系统控制器12实时访问气体流路内的每个传感器和致动器。另外，由于系统控制器12可操作地耦合到作为存储中央数据存储库15的大型高速数据存储装置的非易失性存储器14，因此能够实时存储用于后期处理分析和长期存储的所有传感器和致动器的数据。即，系统控制器12和中央数据存储库15被集中以共同位于与质量流量控制器30a-30p、流量比率控制器26a-26d和压力控制器24a-24d相同的物理位置，典型地位于壳体11内，以便于经由统一电气背板18上的高速数据连接从这些部件收集数据，而不是经由与远程定位的系统控制器的更长延迟、带宽受限的网络连接。

电气背板18可以包括具有用于串行通信和控制管线的高速低电压差分信号(lvds)接口元件的背板印刷电路板(pcb)。然而，应当理解的是，pcb并未特别限制为lvds元件，并且可选择地，在pcb中可以安装其他规格和接口元件，以实现高速的电气背板18。

电气背板18可以在通信总线18b内包括两个独立的串行通信子系统(serialcommunicationssubsystems)，即，配置总线18b1和控制总线18b2，配置总线18b1构造成在系统控制器12和各受控的质量流量控制器30a-30p之间按特定路线发送配置信号，控制总线18b2构造成在系统控制器12和各受控的质量流量控制器30a-30p之间按特定路线发送控制信号。两者可以一起、完全独立地、同时进行操作。在系统通电、模块配置和系统配置阶段期间，所有配置数据、模块识别数据、校准数据等经由配置总线18b1传输到各单独模块20、24a-24d、26a-26d、30a-30p。在这些系统通电、模块配置和系统配置阶段期间，控制总线18b2可以处于待机模式。一旦使用配置总线18b1完成这些阶段，控制总线18b2就可以转换为操作模式，以允许控制器模块和受控模块之间的控制信号的交换。除了前面说明的配置总线18b1的功能之外，在启动之后，在气体输送系统10的正常操作期间，还经由配置总线18b1将历史数据(即，日志数据)从各受控模块传输到系统控制器12，以存储在数据日志15a中，由此使得能够几乎实时地存储过程记录。另一方面，在正常操作期间，控制总线18b2将控制命令从系统控制器12传输到各受控模块，并且将传感器数据和其他反馈从各模块传输回到系统控制器12，以使得能够执行反馈控制操作。

如上所述，在气体输送系统10中，系统控制器12被指定为控制器模块，而质量流量控制器30a-30p、流量比率控制器26a-26d、压力控制器24a-24d以及输入/输出模块20被指定为受控模块。应当理解的是，如下文更详细说明的，受控模块可以包括其他模块，这些其他模块包括外部总线扩张模块、前驱模块、现场计量系统、热式质量流量控制器以及不包括限流器的无限流器的质量流量控制器(restrictor-lessmassflowcontroller)。作为完全异步系统，控制器模块12、受控模块和电气背板18都独立且异步地进行操作，在本地处理器上没有待机状态或强制中断。电气背板18用作全双工串行总线(fullduplexserialbus)，该全双工串行总线处理控制器模块(即，系统控制器12)和所有受控模块之间的所有通信，同时在各周期中传输读取数据和写入数据。安装到电气背板18并且可操作地耦合到第一存储器接口22a的协处理器13对系统控制器12和受控模块之间的数据的交换进行仲裁或协调。在替代实施方案中，可以将协处理器13结合到第一存储器接口22a中。

参照图2，用于系统控制器12的第一存储器接口22a可以构造成经由串行读寄存器(serialreadregister)22a7接收来自受控模块的串行数据并且经由串行写寄存器(serialwriteregister)22a6将串行数据发送到受控模块的fpga、asic、复杂的可编程逻辑器件(cpld)或其他类型的内存控制处理器。通过执行串行总线逻辑位22a8来执行串行数据的发送和接收。对于各受控模块，在第一存储器接口22a内设有用于在系统控制器12和电气总线系统18a之间交换数据的模块读取数据寄存器22a1和模块写入数据寄存器22a2。控制寄存器22a3可以跟踪各受控模块对所传输的数据的接收状况，如通过从受控模块接收控制信号来核实。第一存储器接口22a的模块活动寄存器(moduleactivityregister)22a4可以向控制器模块(即，系统控制器12)通知在串行数据的发送或接收中的串行总线状况以及任何故障。还设有用于执行第一存储器接口22a的这些存储控制功能的控制逻辑(controllogic)22a5。

协处理器13可以构造成协调从控制器模块(即，系统控制器12)到受控模块以及从受控模块到控制器模块的异步数据通信，包括协调系统控制器12与各质量流量控制电路30a1-30p1之间的异步数据通信。协处理器13可以协调串行数据，并向/从各种数据寄存器传输串行数据。例如，当从受控模块接收串行数据时，协处理器13可以异步地对串行化数据流进行并行化以生成并行化数据流，并将并行化的数据写入到分配成受控模块的模块读取数据寄存器22a1中。然后，协处理器13可以异步地将模块读取数据寄存器22a1内的并行化数据流发送到系统控制器12。当系统控制器12将数据发送到受控模块时，可以将数据写入到分配成受控模块的模块写入数据寄存器22a2；然后，协处理器13可以将模块写入数据寄存器22a2内的数据流串行化以生成串行化数据流，并且经由串行写寄存器22a6将串行化数据流发送到包括各质量流量控制电路30a1-30p1的受控模块。因此，协处理器13可以检查接收到的串行数据的一致性，并且经由控制信号来核实受控模块对所传输的数据的接收，将接收到的数据传输到正确的读寄存器中，从适宜的受控模块的写寄存器构造发送数据流，并且用最新的模块通信状态以及任何故障来不断地更新模块活动寄存器22a4。因此，第一存储器接口22a和协处理器13可以控制控制器模块和受控模块之间的通信。

参照图3，第二存储器接口22b包括用于在受控模块30a-30p和电气总线系统18a之间交换数据的读寄存器22b1-22b3和写寄存器22b4。用于质量流量控制器30a-30p的第二存储器接口22b可以构造成cpld状态机或其他适宜类型的内存控制处理器，其执行控制逻辑以接收和转发从各个质量流量控制器30a-30p的质量流量控制电路30a1-30p1发送到控制器模块(即，系统控制器12)的数据流的读取数据，以及接收和转发由控制器模块发送到各个质量流量控制器30a-30p的数据流的写入数据。第二存储器接口22b构造成在控制逻辑22b5的控制下使用寄存器22b1-22b4来处理质量流量控制电路30a1-30p1的本地处理器与电气背板18之间的逻辑和数据传输。类似于用于控制器模块的第一存储器接口22a，第二存储器接口22b完全独立于各个受控模块的处理器且与各个受控模块的处理器异步(例如，没有待机状态或中断)。应当理解的是，第三存储器接口22c、第四存储器接口22d和第五存储器接口22e可以与cpld状态机类似地构造，以便以类似的方式仲裁控制器模块和相关的受控模块之间的数据通信。当经由电气背板18将数据从系统控制器12发送到受控模块时，使用数据流中编码的各受控模块的地址，分别选择受控模块。例如，各数据流可以包括从其发送数据流的质量流量控制电路30a1-30p1的地址。然后，接收来自系统控制器12的数据流的第二存储器接口22b将该数据流转发到在数据流中编码的地址中所指示的受控模块。当向系统控制器12发送数据流时，受控模块中的每个可以构造成将受控模块的地址编码到数据流中，这使得内部寄存器能够与驱动器输出一起将数据传输回到控制器模块。由于由第一存储器接口22a接收的各数据流具有嵌入式地址，因此能够识别数据流所源自的各个受控模块。因此，系统控制器12获得了数据流发送到其的各受控模块的地址的知识。当地址识别出与受控模块相关联的物理映射或位置时，系统控制器12获得与数据流发送到其的各受控模块相关联的物理映射或位置的知识。

参照图4和图5，示出了气体输送系统10的布局，该布局示出了安装到机械背板19和电气背板18的多个质量流量控制器30a-30p以及多个流量比率控制器26a-26d。质量流量控制器30a-30p和流量比率控制器26a-26d安装到机械背板19的顶面19a并从其向上延伸。电气背板18安装到机械背板19的底面19b且与底面19b隔开一定间隙，并且通过形成在机械背板中的开口部19c进入，质量流量控制器30a-30p和流量比率控制器26a-26d延伸穿过该开口部而到达电气背板18的电气连接器50a-50u(参照图7)。换言之，各质量流量控制器30a-30p的一部分延伸通过多个开口部中的相应开口部19c而到达电气背板18。质量流量控制器30a-30p和流量比率控制器26a-26d安装在安装于电气背板18和机械背板19上的质量流量控制电路30a1-30p1的多个元件的模块列中和流量比率控制电路26a1-26d1的多个元件的模块列中。在各列中，各质量流量控制器包括相关联的上游流路块80和相关联的下游流路块82，它们机械地和流体地连接到质量流量控制器流路块81，其中针对列的相应流路从相应入口延伸到通往混合歧管48的相应出口。气体输送系统10内的列的数量可以是可设定的。

各质量流量控制电路30a1-30p1元件和流量比率控制电路26a1-26d1元件的印刷电路板经由诸如螺钉等紧固件25b机械地紧固到质量流量控制器流路块81上。流路块81又安装到另一流路块39的顶面，另一流路块39然后经由诸如螺钉等紧固件(未示出)安装到机械背板19的顶面19a。印刷电路板从顶面19a延伸、穿过机械背板19中的开口部19c而到达电气背板18上的电气连接器50a-50u。通常，印刷电路板终止于电气背板18的顶面，并且因此未延伸穿过电气背板18。模块列符合标准化尺寸，使得各流量比率控制电路26a1-26d1元件都是彼此可互换和可替换的，并且质量流量控制电路30a1-30p1元件中的每个都是彼此可互换和可替换的。应当理解的是，在所示的实施方案中，质量流量控制器30a-30p以基本上平行的列配置，并且流量比率控制器26a-26d以不同的多个基本平行的列配置，通常从气体输送系统10的入口侧延伸到出口侧。各质量流量控制器30a-30p可以设有流量控制阀36a-36p、上游截止阀32a-32p、上游清除截止阀(upstreampurgeshutoffvalves)34a-34p、下游清除截止阀38a-38p、下游截止阀40a-40p和压力传感器对52a。在以侧视图示出质量流量控制器30a的图8中示出了这些部件。如图所示，质量流量控制器30a包括质量流量控制电路30a1、流量控制阀36a和压力传感器对52a。流量控制阀36a安装在流路内并且构造成控制流过该流路的气体的流量。应当理解的是，在操作期间，质量流量控制电路30a1从压力传感器对52a中读取压力，并且通过控制流量控制阀36a的开度来将通过装置的气体的流动控制为设定值。应当理解的是，质量流量控制器30a并不特别限于压力传感器对52a。在其他实施方案中，例如，可以用单一的压力传感器代替压力传感器对52a。

返回到图4和图5，各流量比率控制电路26a1-26d1元件可以设有流量比率控制阀44a-44d、流量比率截止阀42a-42d和流量比率压力传感器46a-46d、47a-47d。多个气体源28a-28p可以外部连接到气体输送系统10的入口侧的上游截止阀32a-32p。在气体供给过程中，从第一气体源28引入的气体可以流过打开的第一上游截止阀32a、第一流量控制阀36a、第一下游截止阀40a，然后流入到混合歧管48中，以与也已流过它们各自的流路和流量控制阀而流入混合歧管48中的来自其他气体源的其他气体混合。混合歧管48构造成接收来自各质量流量控制器30a-30p的气体并且对这些气体进行混合。然后，混合歧管48内的混合气体由混合歧管48引导到流量比率控制器26a-26d的各个入口，流过流量比率截止阀42a-42d和流量比率控制阀44a-44d，从而在气体输送系统10的出口侧作为气体输出a-d被输出。

上游截止阀32a-32p和流量控制阀36a-36p之间的各流路可以具有通向上游清除截止阀34a-34p的分支流路。当打开上游清除截止阀34a-34p时，上游清除截止阀34a-34p允许流体从上游截止阀32a-32p流入到上游清除歧管35中，以将流体从气体输送系统10中排出。当关闭上游清除截止阀34a-34p时，上游清除截止阀34a-34p允许流体在不分流的情况下从气体源28a-28p流向流量控制阀36a-36p。因此，通过控制各个上游截止阀32a-32p和上游清除截止阀34a-34p，各个模块列内的流路可以旨在以分区的方式将流体从气体输送系统10中清除出来。换言之，系统控制器12构造成控制各截止阀34a-34p，以控制机械背板19上的各模块列内的气体的清除。应当理解的是，当质量流量控制器30a-30p需要更换时，阀32、34、38和40可以用于隔离或分离气体输送系统10的特定部分。

可以由质量流量控制器30a-30p控制上游截止阀32a-32p和上游清除截止阀34a-34p，以在上游截止阀32a-32p和流量控制阀36a-36p之间的流路内产生真空。例如，当在第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a之间期望真空时，可以完全关闭第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a，打开第一上游清除截止阀34a，以允许将第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a之间的流路中的气体清除到上游清除歧管35中并且从气体输送系统10中排出，从而在第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a之间的流路内有效地产生真空。可选择地或另外，可以完全关闭第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a，并且打开第一上游清除截止阀34a，以允许将第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a之间的流路中的气体清除到上游清除歧管35中并且将新的气体引入到气体输送系统10中，从而在第一上游截止阀32a和第一流量控制阀36a之间的流路内有效地产生压力。应当理解的是，清除歧管35和41可以连接到清除系统或真空系统，并且下游截止阀40a-40p可以用于控制或停止清除或抽真空过程。

参照图1和图4，如上面简要讨论的，示出了两个背板：电气背板18和层叠在电气背板18上的机械背板19，并且它们之间形成有间隙。当气体输送系统10构造成气体输送装置时，电气背板18和机械背板19封闭在气体输送装置的壳体11内。系统控制器12和受控模块20、24a-24d、26a-26d、30a-30p经由包含构造成接收受控模块的印刷电路板的插槽的电气连接器50a-50u物理地安装在电气背板18上。在机械背板19上，多个质量流量控制器30a-30p物理地安装在流路块81上。流路穿过质量流量控制器30a-30p的流路块81并且穿过可操作地耦合到多个质量流量控制电路30a1-30p1元件且位于流路内的多个阀(上游截止阀32a-32p、上游清除截止阀34a-34p、流量控制阀36a-36p、下游清除截止阀38a-38p、下游截止阀40a-40p)。相应的流路将多个阀(上游截止阀32a-32p、上游清除截止阀34a-34p、流量控制阀36a-36p、下游清除截止阀38a-38p、下游截止阀40a-40p)流体地连接到多个质量流量控制器30a-30p。还物理地安装在机械背板19上的是多个阀(流量比率截止阀42a-42d和流量比率控制阀44a-44d)，其可操作地耦合到流量比率控制电路26a1-26d1以及将多个阀(流量比率截止阀42a-42d和流量比率控制阀44a-44d)流体地连接到多个流量比率控制器26a-26d的流路。因此，多个阀和流路以模块列状配置在机械背板19上。

虽然在图4和图7中输入/输出模块20示出为安装在气体输送系统10的右下角，但应当理解的是，另外或作为替代，流量变化率测量装置21可以安装在质量流量控制器30和混合歧管48的下游的相同位置或附近。流量变化率测量装置21可以构造成进行质量流量控制器30的上升速率(ror)的测量，以确定质量流量控制器30的流量或流量分布，或者进行流量比率控制器26的下降速率(rof)的测量，以确定流量比率控制器26的流量或流量分布。此外，虽然在图4和图7中这两者都示出为可选择地位于同一位置，但应当理解的是，例如，在靠近流量比率控制器设置的空间内，输入/输出模块20和一个或多个流量变化率测量装置21都可以安装在混合歧管48的下游，作为受控模块。此外，包括外部总线扩张部、前驱模块、现场计量系统、热式质量流量控制器和不包括限流器的无限流器的质量流量控制器的其他部件可以安装在该位置。前驱模块可以是构造成输送前驱气体的气体管线。热式质量流量控制器可以构造有代替压力传感器的温度传感器，以控制通过质量流量控制器的流体的流动。无限流器的质量流量控制器可以构造成经由回归模型或经过训练的机器学习模型对流过质量流量控制器的流体的动力学进行建模，以准确地估计流量。可以基于来自至少两个压力传感器、温度传感器和阀位置传感器的输入来估计流量。无限流器的质量流量控制器可以构造成基于所估计的流量来控制控制阀的位置，并且不包括限流器。在待审的美国专利申请序列no.62/953,803中对可能利用的无限流器的质量流量控制器的示例进行了说明，其全部公开内容通过引用并入本文中。现场计量系统可以接收来自下游过程室的关于在制造的工件上正在进行的计量过程的反馈，并且基于反馈改变通过气体输送系统的气体的流动的特性(例如，温度、压力、流量或流动持续时间)。例如，反馈可以是指示沉积在半导体处理室内的晶圆上的材料厚度的信号，该厚度已在该室中由光发射器和检测器测出。

继续图1和图4，下游截止阀40a-40p和对应的流量控制阀36a-36p之间的各流路可以具有通向下游清除截止阀38a-38p的分支流路。当打开下游清除截止阀38a-38p时，下游清除截止阀38a-38p允许流体从各自的流量控制阀36a-36p流入到下游清除歧管41中，以将流体从气体输送系统10中排出。当关闭下游清除截止阀38a-38p时，下游清除截止阀38a-38p允许流体在不分流的情况下从流量控制阀36a-36p流向混合歧管48。

可以由质量流量控制器30a-30p控制下游截止阀40a-40p和下游清除截止阀38a-38p，以在流量控制阀36a-36p和下游截止阀40a-40p之间的流路内产生真空。例如，当在第一流量控制阀36a和第一下游截止阀40a之间期望真空时，可以完全关闭第一流量控制阀36a和下游截止阀40a，并且打开第一下游清除截止阀38a，以允许将第一流量控制阀36a和第一下游截止阀40a之间的流路中的气体清除到下游清除歧管41中并且从气体输送系统10中排出，从而在第一流量控制阀36a和下游截止阀40a之间的流路内有效地产生真空。可选择地或另外，可以完全关闭第一流量控制阀36a和下游截止阀40a，并且打开第一下游清除截止阀38a，以允许将第一流量控制阀36a和第一下游截止阀40a之间的流路中的气体清除到下游清除歧管41中并且将新的气体引入到气体输送系统10中，从而在第一流量控制阀36a和第一下游截止阀40a之间的流路内有效地产生压力。真空源可以是耦合到清除歧管41的出口的真空泵。可选择地，如本文其他部分所讨论的，可以通过将清除气体(purgegas)(在气体源处的压力下，在清除歧管处的真空下，或它们的组合)流入到上游流路块80的入口并且打开上游截止阀和下游截止阀以及上游清除截止阀和下游清除截止阀以允许清除气体流过流路块80-82并且流出清除歧管35、41来进行清除。因此，通过控制各个下游截止阀40a-40p和下游清除截止阀38a-38p，各个模块列内的流路可以旨在以分区的方式将流体从气体输送系统10中清除出来。换言之，系统控制器12构造成控制各截止阀38a-38p，以便控制机械背板19上的各模块列内的气体的清除。

图6是示出了关于第一质量流量控制电路30a1和第一流量比率控制电路26a1的数据和控制信号的流动的示例性示意图。为了简洁起见，在该示意图中未示出关于其他受控模块的数据和控制信号的流动。

参照图6，对来自压力传感器对52a的数据信号的异步流动的示例进行说明。压力传感器对52a感测与第一质量流量控制器30a相对应的流路内的压力，并且将压力信号发送到第一质量流量控制电路30a1。然后，第一质量流量控制电路30a1将与第一质量流量控制电路30a1和压力传感器对52a相对应的地址嵌入到数据流中，并且将包含嵌入的地址和压力信号的数据流发送到第二存储器接口22b。第二存储器接口22b将数据流导向电气背板18，并且电气背板18将数据流发送到第一存储器接口22a。协处理器13对数据流进行并行化，并且将数据流存储到与第一质量流量控制电路30a1相对应的第一存储器接口22a的读取数据寄存器中。从第一质量流量控制电路30a1到第一存储器接口22a的数据流的传输可以由协处理器13的请求触发。然后，系统控制器12访问与第一质量流量控制电路30a1相对应的第一存储器接口22a的读取数据寄存器，并且系统控制器12将压力信号识别为来源于与第一质量流量控制器30a相对应的压力传感器对52a。然后，例如，可以将该数据存储在非易失性存储器14的中央数据存储库15内的数据日志15a中，使得经由ai模型15b，数据日志15a内的数据可用于后期分析。应当理解的是，来自第一流量比率控制器26a的压力传感器46a和47a的压力信号由流量比率控制电路26a1、第五存储器接口22e、电气背板18、第一存储器接口22a和系统控制器12类似地处理，以将压力传感器46a和47a的压力信号存储到数据日志15a中。因此，在操作过程中，系统控制器12可以从可操作地耦合到多个质量流量控制器30a-30p和流量比率控制器26a-26d的至少多个传感器和阀收集阀位置信息和传感器信息，并且将阀位置信息和传感器信息存储到存储于非易失性存储器14中的数据日志15a中。例如，在操作过程之后，可以将阀位置信息和传感器信息分批地上传至远程计算机。

系统控制器12并不特别限于信息的收集和存储，并且系统控制器12还构造成基于存储的阀位置信息和传感器信息来执行计算。在该示例中，系统控制器12还构造成在控制操作期间基于来自运行中的质量流量控制器和运行中的流量比率控制器的阀位置信息和传感器信息来实时地计算流量和控制值。例如，当系统控制器12从第一质量流量控制器30a获取第一流量控制阀36a的压力信息、温度信息和阀位置信息时，系统控制器12可以计算流量并相应地确定新的适宜的阀位置，然后将新的阀位置存储到第一存储器接口22a中。协处理器13可以将新的阀位置发送回到第一质量流量控制器30a，然后第一质量流量控制器30a将第一流量控制阀36a调整到新的阀位置。换言之，系统控制器12可以在实时操作期间处理用于气体输送系统10的数据并控制计算。

作为ai模型15b的实际应用的示例，系统控制器12还可以构造成执行存储在非易失性存储器14中的ai模型15b，以在最佳制造过程中在训练时间根据来自多个传感器的传感器信息和来自多个阀的阀位置信息来训练ai模型15b。随后，在运行时，系统控制器12可以执行ai模型反馈模块，以监控制造过程相对于最佳制造过程的性能差异，或者基于传感器信息和阀位置信息在ai模型15b上进行反馈训练，并且使用经过训练的ai模型15b确定运行时的制造过程相对于最佳制造过程的性能差异。

如图6所示，在该示例中，第一质量流量控制电路30a1可操作地耦合到截止阀32a、34a、38a和40a以及流量控制阀36a。第一质量流量控制电路30a1可以将控制信号发送到各阀32a、34a、36a、38a、40a，以控制各阀32a、34a、36a、38a、40a的打开位置。反过来，各阀32a、34a、36a、38a、40a可以将指示各阀32a、34a、36a、38a、40a的打开位置的数据信号发送到第一质量流量控制电路30a1。同样地，第一流量比率控制电路26a1可操作地耦合到流量比率截止阀42a和流量比率控制阀44a。第一流量比率控制电路26a1可以将控制信号发送到各阀42a、44a，以控制各阀42a、44a的打开位置。反过来，各阀42a、44a可以将指示各阀42a、44a的打开位置的数据信号发送到第一流量比率控制电路26a1。对于截止阀32a、34a、38a、40a和42a，打开位置可以是打开或关闭的打开状态。对于控制阀36a和44a，打开位置可以是多个可能的打开位置中的选择性可变的打开位置，如打开的百分比或程度，并且可以是线性比例。

例如，在异步过程中，当系统控制器12关闭第一上游截止阀32a时，系统控制器12发送嵌入有第一上游截止阀32a和第一质量流量控制电路30a1的地址的数据流。该数据流进入第一存储器接口22a而到达对应于第一质量流量控制电路30a1的写入数据寄存器。然后，协处理器13将数据流串行化并且将其发送到电气背板18中，在电气背板18中，数据流被导向第二存储器接口22b。第二存储器接口22b读取嵌入在数据流中的地址，并将数据流转发到第一质量流量控制电路30a1。然后，第一质量流量控制电路30a1根据数据流内的来自系统控制器12的指令将控制信号发送到第一上游截止阀32a，并且控制第一上游截止阀32a的开度。应当理解的是，系统控制器12可以以类似的异步方式控制气体输送系统10内的其他阀。

转向图7，示出了电气背板18的立体图。电气背板18包括设有多个背板接口的印刷电路板，各背板接口构造成安装受控模块20、24a-24d、26a-26d、30a-30p。背板接口是电气连接器50a-50u的形式。在一个示例中，电气连接是构造成接收受控模块的印刷电路板的诸如pcie插槽等板对板直角印刷电路板插座。在本示例中，各质量流量控制电路30a1-30p1包括各自的局部印刷电路板，其经由局部印刷电路板和背板印刷电路板之间的板对板电气连接而物理地安装在电气背板18上。系统控制器12、协处理器13、非易失性存储器14和存储器接口22a-22e示出为直接安装到电气背板18的顶部、通过配置总线18b1和控制总线18b2的电迹线(electrictraces)连接的芯片组，并且连接到电源总线16a。然而，可选择地，系统控制器12、协处理器13和非易失性存储器14可以安装到电气背板18的背面，或者可以安装到单独的印刷电路板并且经由诸如pcie插槽等插槽式插座(slotreceptacle)连接到电气背板。将电气背板18构造为单一的电路板实现了系统控制器对硬件的数据处理和控制的集中化，减少了与控制器(这些控制器与它们通过计算机网络控制和通信的硬件隔开一定距离)相关联的带宽限制和延迟。将元件安装到电气连接器50a-50u可能涉及将元件插入到电气连接器50a-50u内的诸如如上所述的pcie插座等插槽中。电源总线16a可以构造成向多个质量流量控制器30a-30p、流量比率控制器26a-26d、系统控制器12和多个阀(上游截止阀32a-32p、上游清除截止阀34a-34p、流量控制阀36a-36p、下游清除截止阀38a-38p、下游截止阀40a-40p、流量比率截止阀42a-42d和流量比率控制阀44a-44d)供给电力。

图8示出了根据图1的实施方案的第一质量流量控制器30a及其对应的第一上游截止阀32a、第一上游清除截止阀34a、下游清除截止阀38a、下游截止阀40a和第一流量控制阀36a的侧视图。应当理解的是，质量流量控制电路的这种标准化的阀配置和构成代表与根据图1的实施方案的质量流量控制电路30b-30p的其余部分相对应的硬件的配置。硬件配置的标准化允许根据用户的偏好而将质量流量控制电路容易地安装到电气背板上或从电气背板上卸载。阀和控制器以模块化、有序排列的方式设置，增加了气体输送系统10的管理和维护的便利性。在各列中，各质量流量控制器30a-30p具有相关联的上游流路块80和相关联的下游流路块82。第一上游截止阀32a和第一上游清除截止阀34a设置为邻近上游流路块80内的上游清除歧管35，而下游清除截止阀38a和下游截止阀40a设置为邻近下游流路块82内的下游清除歧管41。质量流量控制器30a设置成非常接近第一流量控制阀36a、压力传感器对52a以及截止阀32a、34a、38a和40a。这些近距离和相邻配置实现了气体输送系统10的流动元件和电路的紧凑配置。此外，上游流路块80和下游流路块82具有模块化的、标准化的形状、底座和连接器，以便在机械背板19上可兼容和可交互操作。因此，只要流路块符合允许其与机械背板19相连接并且与气体输送系统10的其余部件交互操作的标准，流路块就可以自由交换并且替换为容纳在不同流路块中的不同阀、流路和传感器。

图9示出了气体输送系统10的示例性质量流量控制器30a的质量流量控制电路30a1。质量流量控制电路30a1包括印刷电路板，该印刷电路板具有延伸到机械背板19的顶面19a上方的上部分、延伸穿过机械背板19中的开口部19c的中间部分以及从机械背板19的底面19b下方延伸进入电气背板18上的电气连接器50a的下部分。例如，在非易失性存储器内包括螺线管驱动器58，螺线管驱动器58可以包括电气螺线管驱动器或气动螺线管驱动器。设有阀控制电路68，其可以读取驱动器并且读取由压力传感器对52a检测到的压力信号，并且将驱动信号输出到流量控制阀36a以及上游截止阀32a、上游清除截止阀34a、下游清除截止阀38a和下游截止阀40a。设有cpld电路62，其可以构造成存储器接口，以使阀控制电路68能够经由质量流量控制器的pcb上的本地总线和引脚、电气连接器50a以及电气背板18的通信总线18b与系统控制器12进行通信。应当理解的是，流量比率控制器26a-26d和压力控制器24a-24d可以与质量流量控制器30a类似地构造。

应当理解的是，电气背板18不特别限于可操作地耦合到图4所示的流路块和受控模块的特定配置，并且可选择地，可以可操作地耦合到流路块和受控模块的其他配置，以实现集中化的数据采集和控制的类似潜在优点。

在附图中，尽管第二存储器接口22b示出为连接到多个质量流量控制器30a-30p的单一接口，但应当理解的是，可选择地，第二存储器接口22b可以实施为连接到多个质量流量控制器30a-30p的多个接口。在一个替代实施方案中，第二存储器接口22b可以包括多个接口，每个接口连接到一个质量流量控制器。在附图中，尽管第四存储器接口22d示出为连接到多个压力控制器的单一接口，但应当理解的是，可选择地，第四存储器接口22d可以实施为连接到多个压力控制器的多个接口。在一个替代实施方案中，第四存储器接口22d可以包括多个接口，每个接口连接到一个压力控制器。在附图中，尽管第五存储器接口22e示出为连接到多个流量比率控制器的单一接口，但应当理解的是，可选择地，第五存储器接口22e可以实施为连接到多个流量比率控制器的多个接口。在一个替代实施方案中，第五存储器接口22e可以包括多个接口，每个接口连接到一个流量比率控制器。

图10a示出了图1的气体输送系统的上游流路块80的立体图。应当理解的是，气体输送系统10的下游流路块82具有类似的结构，并且因此将使用图10a和图10d来说明这两个流路块。在类似的情况下，为了简洁起见，仅说明上游流路块80。如图10a所示，上游流路块80和下游流路块82之间的结构上的一个差异在于，下游流路块82的入口和出口都形成在流路块的底面上，而上游流路块80的入口形成在流路块的侧面。图10a中的虚线示出了入口在底面上的下游流路块82的结构。应当理解的是，上游流路块80和下游流路块82分别安装在随后将安装至机械背板19的顶面19a的两用安装及流路块(dual-purposemountingandflowpathblocks)37和39上。

如图10a所示，第一安装件80a设置在上游流路块80上，以容纳和固定上游截止阀32a，并且第二安装件80b设置在上游流路块80上，以容纳和固定第一上游清除截止阀34a。第一安装件82a设置在下游流路块82上，以容纳和固定下游截止阀40a，并且第二安装件82b设置在下游流路块82上，以容纳和固定下游清除截止阀38a。第一安装件80a和第二安装件80b设有螺纹80a2、80b2，从而可以将阀32a、34a拧到上游流路块80上。另外，在各安装件80a和80b内形成有对应的阀座面80a1、80b1，阀座面80a1、80b1内形成有两个口，即，形成在阀座面80a1、80b1的中央的第一口80a3、80b3以及以部分径向弧形的形状形成在从第一口80a3、80b3径向向外的位置处的第二口80a4、80b4。上游流路块80的顶面的中央区域中的膨出部80c容纳将在下文说明的流路块内的横向延伸的流路。

图10b示出了沿着图10a的a-a′截取的上游流路块80的断面图。各上游流路块80包括入口72a、出口72b和清除口72c。各上游流路块80包括分支流路70，分支流路70流过从流动通道72的入口72a到出口72b的流动通道72，并且流过从流动通道的分支点70b通向清除口72c的清除分支70c。分支流路70的至少一部分可以包括加热管线，该加热管线构造成将进入的液体汽化成供给到质量流量控制器30的气体。可以将配备有这种加热汽化管线的上游流路块80称为汽化模块。应当理解的是，气体输送系统10的列的子集可以设有这样的汽化模块作为上游流路块，并且流路块37和39中的一个或两个和/或混合歧管48可以配备有通道，该通道将来自汽化模块的汽化气体与已经流过未配备加热管线的上游流路块37的气体混合。分支流路70沿着流路的入口分支70a从入口72a延伸到分支点70b，其中流路分为出口分支70d和清除分支70c。从分支点70b开始，流路沿着从分支点70b通向出口72b的出口分支70d流动，并且沿着清除分支70c从分支点70b流向流动通道72的清除口72c。第一上游清除截止阀34a位于清除分支70c内，并且构造成控制从入口72a到清除口72c的气体的流动，并且第一上游截止阀32a位于入口分支70a内，并且构造成控制沿着出口分支70d通过内部出口通道72b1的从入口72a到出口72b的气体的流动。打开第一上游截止阀32a允许气体从入口72a流向分支点70b。因此，应当理解的是，在清除操作期间，截止阀32a和34a都打开，使得清除气体从入口72a流向清除口72c，并最终从上游清除歧管35流出。上游流路块80的出口72b连接到引导气体进入各质量流量控制器的入口的流路块37。在非清除操作期间，第一上游清除截止阀34a关闭，并且上游截止阀32a打开，允许气体从气体源28a通过分支流路70的入口分支70a和出口分支70d流向质量流量控制器30a。配置有另一流路块39，以将气体从质量流量控制器30a的出口引导到下游流路块82的入口。

参照图10c，第一安装件82a设置在下游流路块82上，以容纳和固定下游截止阀40a，并且第二安装件82b设置在下游流路块82上，以容纳和固定下游清除截止阀38a。第一安装件82a和第二安装件82b设有螺纹，从而可以将阀38a、40a拧到下游流路块82上。另外，在各安装件82a和82b内形成有对应的阀座面82a1、82b1。在下游流路块82的顶面的中央区域中的膨出部82c容纳流路块内的横向延伸的流路，类似于上游流路块80的膨出部80c。

进一步参照图10c，应当理解的是，各下游流路块82包括入口72a′、出口72b′和清除口72c。如图10c所示，与上游流路块80不同的是，下游流路块82的入口72a′位于流路块的底面上。各下游流路块82包括分支流路70，分支流路70流过流动通道72，流动通道72沿着分支流路70的入口分支70a从入口72a′延伸到分支点70b，其中分支流路70分成从分支点70b通向出口72b′的出口分支70d以及从分支点70b通向清除口72c的清除分支70c。下游流路块82还包括第一下游清除截止阀38a和第二下游截止阀40a，第一下游清除截止阀38a位于清除分支70c内并且构造成控制从入口72a′到清除口72c的气体的流动，第二下游截止阀40a位于出口分支70d内并且构造成控制沿着出口分支70d从入口72a′到出口72b′的气体的流动。各下游流路块82的出口72b′流体地连接到混合歧管48的相应入口。下游流路块82的出口72b′连接到混合歧管48，混合歧管48将气体引导到各流量比率控制器的入口。应当理解的是，在清除操作期间，下游清除截止阀38a和下游截止阀40a都打开，使得清除气体从入口72a流向清除口72c，并且最终从下游清除歧管41流出。在对腔室进行受控流量操作的期间，第一下游清除截止阀38a关闭，从而防止气体流向清除歧管41，并且第二下游截止阀40a打开。

参照图10b和图10c，上游流路块80和下游流路块82中的至少一个包括内部通道72c1，内部通道72c1水平和纵向延伸并且位于流路块80、82的顶面80d、82d和底面80e、82e之间。内部通道72c1形成分支流路70的清除分支70c的一部分，将图10a所示的径向形状的第二口80b4与图10c的u形通道连接。对于上游流路块80，内部通道72c1经由从第二口80b4向下延伸的第一垂直通道72c2流体地连接到第一上游清除截止阀34a。对于下游流路块82，内部通道72c1经由第一垂直通道72c2流体地连接到下游清除截止阀38a。虽然在图10b中这样的内部通道72c1和垂直通道72c2中的仅一个是可见的，但是如图10a中虚线所示，设有左右内部通道72c1和72c1′以及左右第一垂直通道72c2和72c2′，并且他们流体地连接到第二口80b4的各端部。

继续图10b，内部通道72c1经由第二垂直通道72c3流体地连接到清除口72c，并且图10a中所示的内部通道72c1′经由图10a和图10d所示的第二垂直通道72c3′也连接到清除口72c。如下所述，左右第二垂直通道72c3和72c3′通过横向延伸的通道72c3a流体地连接。继续图10b和图10c，可以看到，相比于入口，第一上游清除截止阀34a和第二下游截止阀40a中的每个位于更靠近出口的位置。由于内部通道72c1因其位于流路块的内部而不能容易地通过诸如铣削或钻孔等常规制造工序来形成，所以可以使用替代的制造工序。例如，包括内部通道72c1和72c1′的上游流路块80可以通过诸如三维打印等增材制造工序(additivemanufacturingprocess)来形成。通常，增材制造指的是基于三维的计算机辅助设计/计算机辅助制造(cad/cam)模型、将材料接合在一起以逐层叠加地创造工件的最终形状的制造工序，并且可以与诸如去除材料的机械加工等还原工序(reductiveprocesses)形成对比。例如，可以利用诸如三维打印、粉末床熔合(powderbedfusion)、薄片层压、定向能量沉积或直接金属激光烧结等增材制造工序。通过叠加地制造流路块，可以在材料的一体化块内创建具有复杂内部形状的流动通道，从而减少用螺栓、焊接、机械加工或其他方法(这些方法可能导致泄漏)将流路块的各部分组合在一起的必要。此外，增材制造实现了常规的机械加工工序无法提供的内部轮廓和流路的形成。

图10b还示出了上游截止阀32a、34a的操作。这些阀中的每个都包括致动器，该致动器上下驱动阀表面32a1、34a1，以选择性地与阀座面80a1、80b1接触或分离。该运动控制阀的打开和关闭，并且如图所示，允许气体选择性地沿着分支流路70的相应的入口分支70a或清除分支70c流过阀。图10c类似地示出了下游清除截止阀38a和下游截止阀40a的操作。这些阀中的每个都包括致动器，该致动器上下驱动阀表面38a1、40a1，以选择性地与阀座面82a1、82b1接触或分离。该运动控制阀的打开和关闭，并且如图所示，允许气体选择性地沿着分支流路70的相应的入口分支70a或清除分支70c流过阀。典型地，截止阀32a、34a、38a、40a中的每个都是气动控制的截止阀，但是也可以是其他类型的阀。

图10d示出了沿着图10a的b-b′截取的上游流路块80的断面图，下游流路块82在该断面中是相同的。在上游流路块80内，由右侧的第二垂直通道72c3、左侧的第二垂直通道72c3′以及横向延伸的通道72c3a形成倒置的u形通道，通道72c3a流体地连接一对左右第二垂直通道72c3、72c3′。如图10a中可以看到的，u形通道流体地连接到一对内部水平通道72c1、72c1′，这一对内部水平通道72c1、72c1′在上游流路块80的左右两侧沿着分支流路的清除分支的纵向从第一垂直通道72c2延伸到第二垂直通道72c3，并且从第一垂直通道72c2′延伸到第二垂直通道72c3′。继续图10d，分支流路70的入口分支70a的入口通道72a1的中心孔形成在上游流路块80的横向和垂直的中央区域中，其上侧、右侧和左侧被u形通道包围。以这种方式，流路的入口分支携运到入口通道72a1中，在该视图中入口通道72a1与u型通道和内部水平通道72c1、72c1′中携运的流路的清除分支70c流体地分离。在一些示例中，清除分支70c可以构造成清除/真空分支，并且连接到清除/真空分支的清除歧管35、41可以连接到真空泵，以从系统中清除气体，而在其他示例中，清除气体可以流过系统并且从清除歧管35、41中流出，以完成清除操作。

在操作期间，激活气体源28a，并且气体从气体源28a流向上游流路块80的入口。上游截止阀32a被打开以允许气体流过上游流路块，并且控制到清除歧管的分支流动的第一上游清除截止阀34a关闭。因此，允许进入入口的所有气体通过上游流路块80流向出口。然后，气体通过流路块37以进入质量流量控制器流路块81的入口，下文将详细说明。质量流量控制器流路块81包括从质量流量控制器流路块81的入口到出口的流路。第一流量控制阀36a控制流过质量流量控制器流路块81的气体的流量。气体离开质量流量控制器流路块81，经过流路块39而进入下游流路块82。下游流路块82的下游截止阀40a被打开，以允许气体流过下游流路块82，同时关闭下游清除截止阀38a，以防止气体从清除歧管41中逸出。气体离开下游流路块82的出口而进入混合歧管48，在混合歧管48中其在被引导到多个流量比率控制器26a-26d中的一个之前与来自气体输送系统10的其他列的气体混合。各流量比率控制器26a-26d对离开混合歧管48的气体进行流量比率控制，由此从其各自的出口输送预定比率的总流量。

现在参照图11a，在立体图中示出了质量流量控制器30a的质量流量控制器流路块81、流量控制阀36a、收容有限流器53a的限流器壳体53、包括定位成测量限流器53a的第一侧的流体通道中的压力的第一压力传感器52a1和定位成测量限流器53a的第二侧的流体通道中的压力的第二压力传感器52a2的压力传感器对52a以及安装在限流器53a的上游并且构造成测量邻近流量控制阀36a的流路内的压力的上游压力传感器51。应当理解的是，第一压力传感器52a1和第二压力传感器52a2分别位于限流器53a的相对侧上。一对螺纹孔25a位于质量流量控制器流路块81的侧面，紧固件25b(参照图4)可以插入到该螺纹孔中，由此紧固质量流量控制电路30a1的印刷电路板。

在图11b的视图中，为了示出流量控制阀的阀紧靠着其以密封阀的阀座面83a，省略了上游压力传感器51、压力传感器对52a和流量控制阀36a。示出了用于将流量控制阀36a紧固到流路块上的螺纹83c。安装面83b示出在质量流量控制器流路块81上并且构造成容纳和紧固压力传感器对52a的第一压力传感器52a1和第二压力传感器52a2。

参照图11c，其示出了质量流量控制器流路块81的断面图。在该图中，上游压力传感器51、限流器53a、压力传感器对52a的第一压力传感器52a1和第二压力传感器52a2以及流量控制阀36a示意性地示出在它们的一般连接位置处，该位置在图11a中更精确地示出。该断面图示出了流路84，流路84流过从入口86a延伸到出口86b的流动通道86。流路84的入口分支84a从入口86a延伸，经过上游压力传感器51，并且流过流量控制阀36a。流量控制阀36a安装在流路84内的入口分支84a上，并且构造成控制流过流路84的气体的流量。上游压力传感器51安装在控制阀36a的上游并且构造成检测沿着控制阀36a的上游的入口分支84a内的流路84流动的气体的压力。压力传感器对52a的第一压力传感器52a1和第二压力传感器52a2安装在流量控制阀36a的下游。当气体从图11c中的入口流向出口时，第一压力传感器52a1位于限流器53a的上游，而第二压力传感器52a2位于限流器53a的下游。限流器53a设置在内部通道86c内，以阻塞内部通道86c内的气体的流动。第一压力传感器52a1位于从限流器53a的上游侧的内部通道86c分支的第一分支通道86d的端部，并且构造成检测沿着限流器53a的上游的主内部分支84c流动的气体的压力。流路84的主内部分支84c流过内部通道86c，其中主内部分支84c首先通常沿横向水平流动，然后向下流向限流器53a，之后向上转回到出口86b。应当理解的是，涉及具有多个90度弯曲的内部通道86c的这种结构不可能使用诸如钻孔或铣削等常规方法在一体化的流路块内制造。因此，具有这种内部水平通道的质量流量控制器流路块81可以像本文所述的其他流路块一样，通过增材制造工序来制造。

在限流器53a的下游侧的内部通道86c中设有从流路84的出口分支84b分支的第二分支通道84d。压力传感器对52a的第二压力传感器52a2位于第二分支通道84d的端部，并且构造成检测沿着限流器53a的下游的出口分支84b流动的气体的压力。限流器53a的上游和下游的压力分别由第一压力传感器52a1和第二压力传感器52a2测量，并且可以根据这些检测到的压力之间的差来计算流动的气体的流量。例如，在反馈控制回路中，质量流量控制器30a的质量流量控制电路30a1可以连续使用该信息来控制通过流量控制阀36a的流量，以趋向于流量设定点，即，期望的流量。以这种方式，可以以稳定的流量从质量流量控制器30a的出口86b输送气体。上游压力传感器51检测在流量控制阀36a附近的限流器53a的上游的压力，并且质量流量控制器30a的处理电路进行检查，以确保检测到的压力在操作期间在可接受的操作范围内。

应当理解的是，在其他实施方案中，压力传感器对52a可以替换为单一压力传感器或单一热式质量流量传感器54。例如，如图11c所示，当质量流量控制器30a构造成热式质量流量控制器时，压力传感器对52a可以构造成测量与向流动流体添加已知热量相关联的温度变化或者测量将热式质量流量传感器54维持在恒定温度所需要的热量的单一热式质量流量传感器54。这里，代替在两个压力传感器52a1、52a2的各自的端部处设置的两个分支通道86d、84d，向热式质量流量传感器54提供一条旁通管线54a。应当理解的是，与压力质量流量控制器不同，热式质量流量控制器具有通过从限流器的一侧到另一侧的旁通管线54a的流路，即，该流路流体地连接两个分支通道86d、84d。

参照图12，示出了根据本公开的一个示例的安装在机械背板19上的混合歧管48的局部俯视图。在该图中，打开的下游截止阀40a-40d正在使气体流入混合歧管48的流入口41a-41d。流入到流入口41a-41d中的气体在混合室48a内混合，混合室48a构造成在混合室48a内引起湍流以促进进入混合歧管48的气体的混合。例如，有助于混合气体的混合室48a内的结构元件可以包括螺旋槽和/或蛇形流路。在混合室48a内混合的气体经过流出口43a-43c从混合歧管48中流出，并且离开混合歧管48而进入流量比率截止阀42a-42d。在图12的示例中，气体流过流量比率截止阀42a-42d，并到达腔室90a、90b。

根据本公开，通过减少气体输送系统内的冗余，实现了更严密的气体控制和输送。材料成本由于冗余部件的减少而降低，使得整体尺寸和重量更小。集中化的数据采集、数据通信和控制改善了长期可重复性。本地数据存储装置维护来自各运行进程(processrun)的所有数据，使得终端用户可以检查产量与气体输送性能的关系。综合的实时中央控制可以在一个位置处理所有传感器数据、控制整个气体输送并且将所有数据实时记录到中央数据存储库中。另外，在所有实时传感器数据都存储在一个位置的情况下，可以通过机器学习和流量参数的过程内实时调整来进行复杂的性能分析，从而改善气体输送系统的性能和可重复性。

以下段落为本申请的权利要求提供了额外的支持。一个方面提供了一种气体输送系统，所述气体输送系统包括：电气背板；可操作地耦合到所述电气背板的系统控制器；和多个质量流量控制器，各个所述的质量流量控制器包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的质量流量控制电路，所述系统控制器和各个所述的质量流量控制电路物理地安装到所述电气背板。在这方面，另外或可选择地，各个所述的质量流量控制器可以经由各自的电气连接器物理地安装在所述电气背板上。在这方面，另外或可选择地，所述电气背板可以包括背板印刷电路板；各个所述的质量流量控制电路可以包括各自的局部印刷电路板，所述局部印刷电路板经由所述局部印刷电路板和所述背板印刷电路板之间的板对板电气连接而物理地安装在所述电气背板上。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括机械背板，所述多个质量流量控制器物理地安装在所述机械背板上。在这方面，另外或可选择地，所述机械背板可以包括顶面、底面和从所述顶面延伸到所述底面的多个开口部；所述电气背板可以安装到所述机械背板的所述底面并且可以与所述底面隔开一定间隙；各个所述的质量流量控制器可以安装到所述机械背板的所述顶面；并且各个所述的质量流量控制器的一部分可以延伸通过所述多个开口部中的相应开口部而到达所述电气背板。在这方面，另外或可选择地，所述多个质量流量控制器可以以列状安装，各列包括从各自的入口延伸到混合歧管的相关联的流路。在这方面，另外或可选择地，所述多个质量流量控制器选自由压力质量流量控制器、热式质量流量控制器以及无限流器的质量流量控制器构成的组。在这方面，另外或可选择地，各个所述的质量流量控制器可以包括：质量流量控制器流路块，所述质量流量控制器流路块包括从所述质量流量控制器流路块的入口到出口的流路；流量控制阀，所述流量控制阀安装在所述流路中并且构造成控制流过所述流路的气体的流量；压力传感器对，所述压力传感器对包括位于所述流路内的限流器的相对侧的第一压力传感器和第二压力传感器；和上游压力传感器，所述上游压力传感器安装在所述限流器的上游并且构造成测量邻近所述流量控制阀的流路内的压力。在这方面，另外或可选择地，在各列中，各个所述的质量流量控制器可以具有相关联的上游流路块；各个所述的上游流路块可以包括入口、出口和清除口，各个所述的上游流路块可以包括分支流路，所述分支流路包括从所述入口到分支点的入口分支、从所述分支点通向所述出口的出口分支以及从所述分支点通向所述清除口的清除分支；上游截止阀，所述上游截止阀位于所述入口分支内并且构造成控制沿着所述出口分支从所述入口到所述出口的气体的流动；和上游清除截止阀，所述上游清除截止阀位于所述清除分支内并且构造成控制从所述入口到所述清除口的气体的流动。在这方面，另外或可选择地，在各列中，各个所述的质量流量控制器可以具有相关联的下游流路块；各个所述的下游流路块可以包括入口、出口和清除口，各个所述的下游流路块可以包括：分支流路，所述分支流路包括从所述入口到分支点的入口分支、从所述分支点通向所述出口的出口分支以及从所述分支点通向所述清除口的清除分支；下游清除截止阀，所述下游清除截止阀位于所述清除分支内并且构造成控制从所述入口到所述清除口的气体的流动；和下游截止阀，所述下游截止阀位于所述入口分支内并且构造成控制沿着所述出口分支从所述入口到所述出口的气体的流动。在这方面，另外或可选择地，所述上游流路块和所述下游流路块中的至少一个可以包括：水平地延伸并且位于所述上游流路块或所述下游流路块的顶面和底面之间的内部通道，所述内部通道形成所述流路的所述清除分支的一部分。在这方面，另外或可选择地，所述内部通道可以经由第一垂直通道流体地连接到所述上游清除截止阀和所述下游清除截止阀中的一个；所述内部通道可以经由第二垂直通道流体地连接到所述清除口；和相比于所述入口，所述上游清除截止阀和所述下游清除截止阀中的一个可以位于更靠近所述出口的位置。在这方面，另外或可选择地，所述内部通道可以通过增材制造工序形成。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括多个流量比率控制器，各个所述的流量比率控制器包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的流量比率控制电路，各个所述的流量比率控制电路物理地安装到所述电气背板。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括混合歧管，所述混合歧管构造成接收来自各个所述的质量流量控制器的气体，对所述气体进行混合，并将所述气体引导到各个所述的流量比率控制器的各自的入口。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括多个压力控制器，各个所述的压力控制器包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的压力控制电路，各个所述的压力控制电路物理地安装到所述电气背板。在这方面，另外或可选择地，所述电气背板可以包括电气总线系统，所述电气总线系统包括构造成在所述系统控制器和各受控的质量流量控制器之间按特定路线发送控制信号的控制总线。在这方面，另外或可选择地，所述电气背板还可以包括电气总线系统，所述电气总线系统包括构造成在所述系统控制器和各受控的质量流量控制器之间按特定路线发送配置信号的配置总线。在这方面，另外或可选择地，所述电气背板可以包括电力总线，所述电力总线构造成向各个所述的质量流量控制电路、所述系统控制器和多个阀供给电力。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括可操作地耦合到所述系统控制器的非易失性存储器。所述系统控制器还可以构造成收集来自可操作地耦合到各质量流量控制电路的至少多个传感器和阀的阀位置信息和传感器信息，并将所述阀位置信息和所述传感器信息存储到存储于所述非易失性存储器中的数据日志中。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括安装到所述电气背板的协处理器。所述协处理器可以协调所述系统控制器和各个所述的质量流量控制电路之间的异步数据通信。在这方面，另外或可选择地，所述协处理器可以对来自各个所述的质量流量控制电路的串行化数据流进行并行化，以生成并行化数据流，并将所述并行化数据流发送到所述系统控制器；并且所述协处理器还可以对来自所述系统控制器的数据流进行串行化，以生成串行化数据流，并将所述串行化数据流发送到各个所述的质量流量控制电路。在这方面，另外或可选择地，各数据流可以包括发送所述数据流的所述质量流量控制电路的地址。

另一方面提供了一种气体输送系统，所述气体输送系统包括：电气背板；可操作地耦合到并且物理地安装到所述电气背板的系统控制器；和多个受控模块，各个所述的受控模块包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的印刷电路板，各个所述的受控模块的所述印刷电路板经由板对板电气连接器而电气连接到并且物理地安装到所述电气背板。所述多个受控模块选自由质量流量控制器、流量比率控制器、压力控制器、外部总线扩张部、前驱模块、现场计量系统、热式质量流量控制器以及无限流器的质量流量控制器构成的组。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括安装到所述电气背板并且可操作地耦合到所述系统控制器的非易失性存储器。所述系统控制器还可以构造成收集来自可操作地耦合到各个所述的受控模块的各印刷电路板的至少多个传感器和阀的阀位置信息和传感器信息，并将所述阀位置信息和所述传感器信息存储到存储于所述非易失性存储器中的数据日志中。在这方面，另外或可选择地，所述气体输送系统还可以包括机械背板，所述多个受控模块物理地安装在所述机械背板上，所述机械背板包括顶面、底面以及从所述顶面延伸到所述底面的多个开口部。所述电气背板可以安装到所述机械背板的所述底面并且可以与所述底面隔开一定间隙；各个所述的受控模块可以安装到所述机械背板的所述顶面；和各个所述的受控模块的所述印刷电路板的一部分可以延伸通过所述多个开口部中的相应开口部，以到达所述电气背板上的所述板对板电气连接器中的相应一个。

另一方面提供了一种气体输送系统，所述气体输送系统包括：电气背板；可操作地耦合到并且物理地安装到所述电气背板的系统控制器；多个受控模块，各个所述的受控模块包括可操作地耦合到所述电气背板的各自的电路，所述系统控制器和各个所述的受控模块物理地安装到所述电气背板。所述受控模块选自由质量流量控制器、流量比率控制器以及压力控制器构成的组。所述电气背板包括：电气总线系统，所述电气总线系统具有控制总线，所述控制总线构造成在所述系统控制器和各受控的质量流量控制器之间按特定路线发送控制信号；第一存储器接口，所述第一存储器接口具有用于在所述系统控制器和所述电气总线系统之间交换数据的读寄存器和写寄存器；和第二存储器接口，所述第二存储器接口具有用于在所述受控模块和所述电气总线系统之间交换数据的读寄存器和写寄存器。在这方面，另外或可选择地，系统控制器还可以构造成收集来自可操作地耦合到各个所述的受控模块的各印刷电路板的至少多个传感器和阀的阀位置信息和传感器信息，并将所述阀位置信息和所述传感器信息存储到存储于所述电气背板上的非易失性存储器中的数据日志中。在这方面，另外或可选择地，所述系统控制器还可以构造成执行存储在所述非易失性存储器中的人工智能模型，以在最佳制造过程中在训练时间根据来自所述多个传感器的所述传感器信息和来自多个阀的所述阀位置信息来训练所述人工智能模型，并且在运行时，使用所述经过训练的人工智能模型确定运行时的制造过程相对于所述最佳制造过程的性能差异。在这方面，另外或可选择地，所述电气总线系统还可以包括配置总线，所述配置总线构造成在所述系统控制器和各受控的质量流量控制器之间按特定路线发送配置信号。在这方面，另外或可选择地，所述电气总线系统还可以包括电力总线，所述电力总线构造成向各质量流量控制电路、所述系统控制器和多个阀供给电力。

在一些实施方案中，本文所述的方法和过程可以与一个或多个计算装置的计算系统相关联。特别地，这种方法和过程可以实现为计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(api)、库和/或其他计算机程序产品。

图13示意性示出了可以实现上述一个或多个过程的计算系统300的非限制性实施方案。以简化形式示出了计算系统300。计算系统300可以具体实施为图1-4所示的上述系统控制器12或受控模块20、24a-24d、26a-26d、30a-30p。

计算系统300包括逻辑处理器302、易失性存储器304和非易失性存储装置306。任选地，计算系统300可以包括显示子系统308、输入子系统310、通信子系统312和/或图13中未示出的其他部件。

逻辑处理器302包括构造成执行指令的一个或多个物理器件。例如，逻辑处理器可以构造成执行作为一个或多个应用、程序、例程、库、对象、部件、数据结构或其他逻辑结构的一部分的指令。可以执行这些指令，以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果或者获得期望的结果。

逻辑处理器可以包括构造成执行软件指令的一个或多个物理处理器(硬件)。另外或可选择地，逻辑处理器可以包括构造成执行硬件实现的逻辑(hardware-implementedlogic)或固件指令的一个或多个硬件逻辑电路或固件设备(firmwaredevices)。逻辑处理器302的处理器可以是单核或多核，并且在其上执行的指令可以配置成用于顺序、并行和/或分布式处理。任选地，逻辑处理器的各个部件可以分布在两个以上单独的装置之间，这些装置可以远程定位和/或配置成用于协调处理。逻辑处理器的各个方面可以由在云计算配置中配置的远程可访问的网络计算装置来虚拟化并执行。在这种情况下，应当理解的是，在各种不同机器的不同物理逻辑处理器上运行这些虚拟化方面。

非易失性存储装置306包括一个或多个物理器件，这些物理器件构造成保存逻辑处理器可执行的指令，以实现本文所述的方法和过程。当实施这些方法和过程时，例如，非易失性存储装置306的状态可以转换为保存不同的数据。

非易失性存储装置306可以包括可移动和/或内置的物理器件。非易失性存储装置306可以包括光存储器(例如，cd、dvd、hd-dvd、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如，rom、eprom、eeprom、闪存等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、mram等)或其他大容量存储装置技术。非易失性存储装置306可以包括非易失性、动态、静态、读/写、只读、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址的器件。应当理解的是，非易失性存储装置306构造成即使当非易失性存储装置306断电时也能保存指令。

易失性存储器304可以包括具有随机存取存储器的物理器件。典型地，逻辑处理器302在软件指令的处理期间利用易失性存储器304来临时存储信息。应当理解的是，典型地，当易失性存储器304断电时，易失性存储器304不继续存储指令。

逻辑处理器302、易失性存储器304和非易失性存储装置306的各方面可以一起综合到一个或多个硬件逻辑部件中。例如，此类硬件逻辑部件可以包括现场可编程门阵列(fpga)、程序和应用专用的集成电路(pasic/asic)、程序和应用专用的标准产品(pssp/assp)、片上系统(soc)和复杂可编程逻辑器件(cpld)。

术语“模块”、“程序”和“引擎”可以用于描述计算系统300的方面，典型地，该计算系统由处理器在软件中实行，以使用易失性存储器的一部分来执行特定功能，该功能涉及专门配置处理器来执行该功能的转换处理。因此，模块、程序或引擎可以经由逻辑处理器302实例化，逻辑处理器302使用易失性存储器304的一部分来执行由非易失性存储装置306保持的指令。应当理解的是，不同的模块、程序和/或引擎可以从相同的应用程序、服务、代码块、对象、库、例程、api、函数等实例化。同样地，相同的模块、程序和/或引擎可以由不同的应用程序、服务、代码块、对象、例程、api、函数等实例化。术语“模块”、“程序”和“引擎”可以包含单个或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。

当包括显示子系统308时，显示子系统308用于呈现由非易失性存储装置306保持的数据的直观表示。直观表示可以采用图形用户界面(gui)的形式。如本文所述的方法和过程改变了由非易失性存储装置保持的数据，并由此转换了非易失性存储装置的状态，因此显示子系统308的状态也可以同样地被转换以直观地表示底层数据(underlyingdata)的变化。显示子系统308可以包括利用几乎任意类型的技术的一个或多个显示器件。这样的显示器件可以在共用的外壳中与逻辑处理器302、易失性存储器304和/或非易失性存储装置306相组合，或者这样的显示器件可以是外围显示器件。

当包括输入子系统310时，输入子系统310可以包括诸如键盘、鼠标、触摸屏等一个或多个用户输入装置，或者与之相连接。

当包括通信子系统312时，通信子系统312可以构造成将本文所述的各种计算装置彼此通信地耦合，以及与其他装置通信地耦合。通信子系统312可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信装置。作为非限制性示例，通信子系统可以构造成经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网(例如，经由wi-fi的hdmi连接)进行通信。在一些实施方案中，通信子系统可以允许计算系统300经由诸如因特网等网络向和/或从其他装置发送和/或接收消息。

应当理解的是，本文所述的构成和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施方案或示例不应视为限制性的，因为可以有很多变化。本文所述的特定例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，所示和/或所述的各种动作可以在所示和/或所述的序列中、在其他序列中、并行地执行或被省略。同样地，可以改变上述处理的顺序。

本公开的主题包括本文所公开的各种过程、系统和构成以及其他特征、功能、动作和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合，以及它们的任何和所有等同物。