KR100528229B1 - 진공화된 반응실의 압력을 제어하기 위한 방법 및 장치. - Google Patents

진공화된 반응실의 압력을 제어하기 위한 방법 및 장치. Download PDF

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Abstract

방법과 장치가 웨이퍼 처리 장치내의 반응챔버(106)의 압력을 제어하기 위해 공개된다. 공개된 장치와 방법은 진공화 시스템으로 가스를 삽입하기 위해 안정포트(150b)를 사용한다. 이에따라 압력을 반응챔버내에서 압력을 조절한다.
공개된 장치와 방법은 또한 반응챔버와 터보펌프(126)사이에 위치한 제어된 게이트 밸브(124)의 의도된 위치를 판단하도록 판단곡선을 사용한다.
공개된 장치와 방법은 비례 및 통합 제어를 사용하는 셋포인트 압력과 측정 압력 사이의 차이에 기반을 둔 드로틀 밸브를 위치를 바꿈으로써 따르는 드로틀 밸브를 미리설정하여 제어된 게이트 압력의 의도된 위치를 판단하는 판단 곡선을 사용한다. 여기서 통합제어의 허용은 미리 특정된 기간동안 지체된다.

Description

진공화된 반응실의 압력을 제어하기 위한 방법 및 장치.{METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE CONTROL IN VACUUM PROCESSORS}
본 발명은 반도체 웨이퍼(wafer)처리에 관한 것이고, 특히 반도체 웨이퍼 처리장치를 구성하는 반응실의 압력을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동 웨이퍼처리시스템은 현재 널리 상업적으로 사용된다. 상기 웨이퍼처리시스템에서, 웨이퍼는 자동으로 반응실 또는 처리실내로 이송되거나 상기 반응실 또는 처리실의 외부로 이송되고, 제어된 진공상태인 반응실 또는 처리실에서 다양한 처리가 이루어진다. 상기 웨이퍼처리시스템의 한 예는 Lam Research Corporation에서 제작한 TCPTM 9400 단일 웨이퍼플라즈마에칭(plasma etching) 시스템이다.
플라즈마 에칭에 있어서, 저압의 환경에서 웨이퍼를 이온화된 가스 화합물(플라즈마)에 노출시켜서 반도체 웨이퍼가 반응실에서 에칭된다. 통상적으로, 처리과정에서 1 Torr이하의 압력이 반응실에 유지되어야 한다. 처리 방법은 가스 유량, 반응실의 압력, RF 전력, 간격, 반응실의 온도 및 웨이퍼 온도를 제어하는 일련의 단계로 구성된다. 미리 계획된 처리 방법이 제조업체에 의해 제공된다. 조작자는 계획된 처리법을 선택하거나 또는 변경된 처리법을 사용할 수 있다.
에칭단계가 시작되면, 처리용 가스가 혼합되고, 처리 방법에 따른 비율에 따라 반응실로 가스가 유입된다. RF 전력은 반응실의 상부에 구성된 코일(coil)에 의해 전달되고, 처리 가스를 이온화시키도록 조절된다. 또한 RF 전력은 웨이퍼로 전달되고, DC 바이어스(bias)가 웨이퍼에 유도하도록 조절되어, 웨이퍼의 이온 충격 방향 및 에너지를 제어한다. 에칭 처리과정동안 마스크(mask)에 의해 덮여지지 않은 재료를 제거하도록 플라즈마는 웨이퍼표면과 화학적으로 반응한다. 플라즈마 및 RF 전기장이 반응실내에 구성된다. 배기시스템이 반응실로부터 가스를 연속으로 제거하고 목표압력으로 유지시킨다. 배기시스템은 제어 게이트밸브(gate valve)에 의해 반응실로부터 분리된 터보펌프(turbo pump)로 구성된다. 제어 게이트밸브의 밀폐위치를 조절하기 위해, 압력제어기는 반응실의 압력계로부터 입력된 압력데이터를 사용한다. 터보펌프에 의해 반응실에 형성되는 진공압력을 증가시키거나 감소시키기 위해, 압력제어기는 게이트 밸브를 개폐시킨다. 상기 방법에 따라 한 처리단계로부터 다음 처리단계로 진행될 때, 반응실로 유입되는 가스 유량이 변화되어 압력제어기에 의해 반응실의 목표압력이 유지된다.
압력제어기는 반응실의 압력계로부터 전달된 데이터와 처리법에 따라 계획된 설정값을 비교한다. 만약 한 처리 단계로부터 다음 처리 단계에서 처리가스유량 또는 반응실의 목표압력이 크게 변화되면, 압력제어기는 정확히 게이트 밸브의 위치를 조절할 수 없다. 예를 들어, 다음 처리단계에서 가스가 더 많이 유입되어야 하면, 게이트 밸브는 초기에 과잉 또는 부족한 보정을 수행할 수 있고, 따라서 단계의 초기에 부적당한 압력이 반응실에 형성될 수 있다. 상기 문제점을 해결하기 위해, 현재 이용가능한 시스템은 학습 방법(learn procedure)을 수행하고, 각 시간마다 새로운 처리법이 사용된다. 학습 방법으로 인해 새로운 처리법에서 각 처리 단계에 요구되는 게이트밸브위치의 테이블이 작성된다. 학습방법이 수행되는 동안, 처리법의 처리단계에 따라 더미 웨이퍼(dummy wafer)가 처리되고, 제어기는 각 단계에 요구되는 게이트 밸브의 위치를 제어한다.
현 시스템의 문제점에 의하면, 새로운 처리방법이 기계에 이용될 때마다 새로운 학습 방법이 요구된다. 따라서, 한 처리 단계의 설정 압력 또는 가스 유량을 변화시킴으로써 조작자가 처리법을 변경시킬 때, 새로운 테이블의 작성에 시간 및 비용이 요구된다. 특히 새로운 처리법으로 실험을 수행할 때 새로운 학습 방법을 수행하려면 시간이 많이 소요된다.
현 시스템의 다른 문제점에 의하면, 가스 공급 밸브 또는 장치가 부정확하게 조절되거나 보정될 때, 학습방법에 기초한 결과가 불명확해진다. 예를 들어, 한 가스 유입 밸브가 학습방법과정동안 부정확하게 보정되면, 게이트 위치의 결과 테이블은 부정확하다. 또한, 테이블의 오차는 수개의 웨이퍼가 부정확하게 처리될 때까지 탐지되지 못한다.
현 시스템의 또 다른 문제점은 게이트밸브의 운동에 관한 것이다. 처리과정 동안 에칭 처리로부터 발생된 일정량의 폐기물은 게이트밸브의 표면에 모이게 된다. 게이트 밸브 위치가 변경될 때마다, 특정 물질이 주위로 배출된다. 매우 낮은 작동압력으로 인해, 역확산이 발생되어 입자가 반응실의 상류로 역유입되고, 불필요하게 웨이퍼가 오염될 수 있다.
현 시스템에 대한 또 다른 문제점에 의하면, 전이시간 또는 안정화시간이 불필요하게 증가된다. 전이시간 또는 안정화시간은 반응실의 압력을 처리 단계에 대한 설정 압력으로 안정시키기 위한 시간이다. 특히, 처리 초기와 같이 반응실이 비교적 저압에서 시작되면, 다음 단계는 80 mTorr와 같은 비교적 고압을 요구하고, 안정화 시간은 설정 가스 유량에 따라 통상적으로 20초 정도가 소요된다. 현재의 이용상태에 따라, 반응실을 안정화하기 위하여 다음 처리단계에 요구되는 설정 유량에서 처리가스가 반응실로 유입된다. 따라서, 다음 처리단계에 비교적 저유량이 요구되고 반응실의 압력이 증가되어야 할 때, 안정화 시간은 증가된다.
도 1 은 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 기계의 주요 조립체에 대한 우측면도.
도 2 는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 기계의 가스 전달 시스템, 반응실 및 배기 시스템의 개략도.
도 3 은 본 발명 및 종래기술의 방법에 따라 안정화시간의 예들을 도시한 그래프.
도 4 는 본 발명에 따른 제어시스템의 구성요소 및 상기 구성요소사이의 다양한 상호연결이 도시된 블록 다이어그램.
도 5 는 본 발명에 따른 게이트밸브의 위치추정곡선의 예가 도시된 그래프.
도 6 은 본 발명에 따른 다른 압력 제어계의 순서도.
도 7 은 설정 압력 변화를 따르는 압력 및 dP/dt의 시간 추이 특성이 도시된 그래프.
도 8a 는 종래기술의 PID 제어시스템을 도시한 블록선도.
도 8b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PID 제어시스템을 도시한 블록선도.
*부호 설명
100...에칭 시스템 102...패널
104...인덱서 106...반응실
108...하우징 110...윈도우
112...압력계 114...출구 로드락
120...가스 박스 122...플레넘
124...게이트밸브 126...터보펌프
따라서, 본 발명의 목적은 처리과정동안 게이트밸브에 의해 요구되는 이동을 최소화하여 웨이퍼처리분야에서 압력제어기술을 향상시키고, 따라서 반응실로 유입되는 입자상 폐기물의 양을 최소화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 특정 처리단계에 대해 설정압력 또는 가스유량이 변화될 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 수행되는 학습방법을 제거하여 웨이퍼처리분야에서 압력제어기술을 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이전 단계의 설정 압력보다 매우 작거나 큰 설정압력을 가지는 임의의 처리단계에 대한 안정화시간 또는 전이시간을 감소시켜서 웨이퍼처리분야에서 압력제어기술을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 위하여 본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 반응실의 압력은 배기시스템으로 밸러스트 가스(ballast gas)를 공급하여 제어되며, 밸러스트 가스의 유량은 반응실의 측정압력에 따라 조절된다.
또한 상기 목적을 위하여 본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 설정압력 및 처리가스유량은 특정 처리단계에 대해 보정되며, 게이트밸브의 위치는 메모리에 저장된 게이트밸브의 위치추정곡선을 참고하여 추정되고, 상기 게이트밸브 위치추정곡선은 반응실의 압력, 가스유량 및 게이트밸브의 위치를 상호관련시킨다.
또한 상기 목적을 위하여 본 발명에 따라 처리실의 압력을 설정값으로 증가시키기 위한 장치 및 방법이 제공되고, 초기에 처리 가스는 설정 유량보다 많은 제 1 예정 유량으로 유입되며, 예정된 시간이 소요된 후에 또는 처리실의 압력이 설정값에 근접하는 것을 감지할 때, 가스 유입량은 설정값으로 재설정된다.
또한 상기 목적을 위하여 본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 설정 압력 및 처리 가스 유량은 특정처리단계에 대해 보정되며, 압력 조절에 이용되는 게이트밸브가 미리 구성되고, 이후에 상기 게이트밸브는 측정 압력 및 설정 압력 사이의 차이에 기초한 비례적분제어를 이용하여 조절된다. 그러나, 적분제어는 예정 위치에 도달될 때까지 수행되지 않고 적분기에 의해 발생되는 목표압력의 오버슈트(overshoot)/언더슈트(undershoot)가 방지된다.
본 발명의 실시예는 자동 단일 웨이퍼 플라즈마 에칭시스템에 관한 것이고, 본 발명의 방법 및 구조가 용이하게 더 넓은 범위에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 다른 형태의 웨이퍼 처리 장치 및 진공 처리 장치에 용이하게 적용가능하다. 서로 다른 도면들에 도시된 동일 인용부호는 동일요소를 나타낸다.
본 발명에 따라, 플라즈마 에칭시스템(100)이 도 1 에 도시된다. 본 발명은 도 1 내지 도 2 에 예로써 도시되고, Lam Research Corporation에서 제작한 TCPTM 9400 단일 웨이퍼 플라즈마 에칭시스템을 사용한다. 본 발명은 진공 환경에서 처리압력의 제어 및 조작을 필요로 하는 임의의 적합한 진공 또는 웨이퍼 처리 장치에 대해 이용될 수 있다.
도 1을 참고할 때, 에칭시스템(100)은 조작자 인터페이스(interface) 및 제어 패널(panel)(102)로 구성되고, 상기 패널(102)로부터 조작자는 에칭시스템의 다양한 처리 및 특징을 감시하고 제어한다. 송신 및 수신 웨이퍼 인덱서(indexer)(104)는 에칭시스템(100)의 다른 처리 조립체로부터 그리고 다른 처리 조립체로 웨이퍼를 전달하고 수용한다. TCPTM 9400의 경우에, 웨이퍼는 에칭시스템의 좌측면을 따라 송신 웨이퍼인덱서로부터 입구 로드락(loadlock)(도시되지 않음)으로 자동 이송된다. 웨이퍼는 입구 로드락으로부터 반응실(106)로 이송되고, 상기 반응실(106)에서 플라즈마 에칭처리가 수행된다. 상부 반응실 하우징(108), 석영 윈도우(window)(110) 및 반응실 압력계(112)가 도 1 에 도시된다. 처리 후, 웨이퍼는 출구 로드락(114)으로 이송되고, 다시 인덱서(104)로 이송된다. 가스 박스(box)(120), 플레넘(plenum)(122), 게이트밸브(124) 및 터보펌프(126)가 도 1 에 도시되고, 상기 모든 부품은 하기에서 더 상세히 기술될 것이다.
도 2 에 반응실(106), 가스 전달 시스템(128), 배기 시스템(130) 및 제어시스템(132)이 개략적으로 도시되어 있다. 에칭과정동안 웨이퍼는 반응실(106)내부의 하부 전극조립체에 구성된다. 제어된 웨이퍼 에칭 환경을 유지시키기 위해, 반응실(106)은 유지보수기간을 제외하고 전 시간동안 진공으로 유지된다. 배기 시스템(130)은 반응실로부터 가스를 배출함으로써 상기 진공상태를 유지시킨다.
가스 전달 시스템(128)은 가스 링(ring)(134)을 통하여 처리가스를 반응실(106)로 유입시키고, 상기 가스 전달 시스템(128)은 하부 전극조립체 및 웨이퍼에 대해 링에 구성된 다수의 가스 유출구로 구성된다. 가스 전달 시스템(128)은 제어 시스템(132)에 의해 제어된다. 가스 전달 시스템(128)은 다중 가스유로들을 통해 반응실로 처리가스를 공급하고, 상기 가스 유로는 수동 차단 밸브(138), 일차 차단 밸브(140), 질량유량제어기(142) 및 가스혼합 매니폴드(manifold)(144)로 구성된다. 도 2 에 4개의 분리 가스 유로가 도시되지만, 특정 적용을 위해 임의 개수의 가스 유로가 사용될 수 있다. 처리 가스는 가스 혼합 매니폴드(144)로부터 처리 가스 라인(146)을 통과하고, 다음에 가스 링(134)을 통해 반응실(106)로 이동된다.
제어시스템(132)은 가스 혼합 매니폴드(144)로 유입되는 가스 유량을 조절하기 위해 가스 패널 인터페이스(136)가 질량유량제어기(142)를 개폐시키도록 한다. 현 시스템에 따라, 설정 압력의 증가나 감소를 필요로 하는 두 단계 사이의 전이 또는 안정화 단계 중, 제어시스템은 질량유량제어기가 가스 유량을 다음 단계에 요구되는 유량으로 간단히 설정한다. 그러나, 본 발명에 따라, 압력 증가에 4단계가 요구되고 반응 속도가 가스유입량에 상당히 의존하는 것으로 판명되었다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따라, 초기에 질량유량제어기가 다음 에칭 단계에 요구되는 유량보다 크게 유량을 설정하여 안정화 시간 또는 전이 시간이 감소될 수 있다. 또한, 안정화단계동안 RF 전력이 사용되지 않기 때문에 안정화과정동안 증가된 가스유량으로 인해 처리과정에 대한 악영향이 최소로 된다는 것이 판명되었다.
도 3 에 종래기술의 방법을 따르는 안정화시간 또는 전이시간을 나타내는 곡선(200)과 본 발명의 방법을 따르는 안정화시간 또는 전이시간을 나타내는 곡선(202)이 도시된다. 도 3의 실시예를 참고할 때, 단지 수 mTorr로부터 80 mTorr의 압력과 40 SCCM의 설정 유량이 요구되는 처리단계로 반응실(106)의 압력이 상승되어야 한다. 종래기술에 관한 곡선(200)을 참고할 때, 가스는 40 SCCM의 설정점에서 유입되고, 안정화 시간은 약 20초이다. 본 발명에 따른 장치 및 방법에 관한 곡선(202)을 참고할 때, 안정화과정동안 처리가스가 초기에 320 SCCM의 유량으로 유입되고, 안정화 시간은 약 3초이다. 따라서 안정화 시간이 감소되어 처리량이 증가된다.
과정상 요구조건 및 처리량이 증가되어 다른 유입량이 사용될 수 있다. 안정화 시간에 유량을 곱한 값은 압력의 변화에 비례한다. 상기 관계를 이용하여, 목표압력의 증가에 대해 적합한 유량이 안정화 시간을 감소시키기 위해 선택될 수 있다.
도 4 에 도시된 제어시스템(132)의 블록선도를 참고할 때, 상기 제어시스템(132)은 호스트 컴퓨터(host computer)(180), 버스(bus)(184), 가스 패널 인터페이스(136) 및 압력제어기(160)를 포함한다. 호스트 컴퓨터(180)는 메모리(182)에 연결되고, 상기 메모리(182)는 처리단계에 관한 테이블 형태의 처리 방법을 저장하며, 각 처리 단계에 대한 상응하는 반응실의 압력, 처리가스의 유량, RF 전력 설정, 간격 및 온도 설정에 관한 테이블 형태의 처리방법을 저장한다. 버스(184)는 VME버스와 같은 표준 버스로 구성되고, 상기 버스(184)는 에더넷(ethernet)과 같은 근거리 지역통신망을 통해 호스트컴퓨터(180)와 연결된다. 가스 패널 인터페이스(136)는 버스(184)에 설치된 A/D 컨버터(converter) 및 D/A 컨버터와 아날로그 라인을 통해 버스(184)와 연결된다. 가스 패널 인터페이스(136) 및 버스(184)를 통해, 호스트컴퓨터(180)는 질량유량제어기(142)로 그리고 질량유량제어기(142)로부터 유량을 설정하고 설정유량을 판독할 수 있다. 본 발명에 따르면 질량유량제어기(142)는 컨버터(188)를 통하여 압력제어기(160)에 의해 제어될 수 있다. 압력제어기(160)는 RS232 연결등을 통하여 버스(184)와 연결된다. 압력제어기(160)는 압력계(112), 제어 게이트밸브 구동 모터(162) 및 제어 밸러스트 가스 질량유량제어기(164a,164b)로부터의 압력 판독을 수신한다.
반응실로 유입되고 증가되는 처리가스의 유입량은 압력제어기(160) 또는 호스트 컴퓨터(180)에 의해 제어될 수 있다. 압력제어기(160)가 처리 가스의 유입량을 제어하는 경우에, 압력제어기(160)는 유입량을 고유량으로 설정하고, 챔버 압력계(112)를 통하여 반응실(106)의 압력을 감시한다. 반응실(106)의 압력이 다음 처리단계에서 요구되는 압력의 일정 범위내에 형성될 때, 다음 처리 단계의 설정 유량으로 가스를 유입시키기 위해 압력제어기(160)는 질량유량제어기(142)를 재설정한다. 유량을 설정 유량으로 재설정하기 위한 한계 압력은, 설정압력으로 매끄럽게 변화하도록 각 장치의 특정 구성에 대해 선택되어야 한다. 예를 들어, 일부 기계에 대해 압력이 설정 압력의 약 10%내에 형성될 때, 유량은 설정유량으로 재설정되어야 한다.
선택적으로, 호스트 컴퓨터(108)는 가스 패널 인터페이스(136)를 통하여 가스 유입량을 제어할 수 있다. 호스트 컴퓨터에 의해 제어될 때, 처리 가스는 시간 t에 대해 고유량으로 유입되고, 이후에 유량은 설정값으로 재설정된다. 고유량을 설정값으로 변화시키기 위한 시간 t는, 더미 웨이퍼를 한 번 작동시키고 설정 압력에 도달하기 위한 시간을 측정하여 실험에 의해 구해질 수 있음이 판명되었다. 시간 t는 반응실의 단순 모델링을 통해 성립관계를 이용하여 계산될 수 있다.
P=αm * t →t = p/mα
α의 값은 장치의 특정 구성에 따라 변화되고, Lam Research Corporation에서 제작한 실험기계에 대해 약 0.3의 값으로 판명되었다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 처리단계 중 안정화 시간 및 전이 시간은 현저하게 감소될 수 있고, 처리과정을 더 효율적으로 수행할 수 있으며, 처리량을 증가시킨다.
도 2에 도시된 배기시스템(130)과 관련하여 배기시스템(130)은 반응실(106)의 진공을 형성한다. 배기 시스템(130)은 플레넘(122), 게이트밸브(124), 터보펌프(126) 및 밸러스트 포트(port)로 구성된다. 도 2를 참고할 때, 플레넘(122)은 반응실(106)과 직접 연결된다. 플레넘(122) 및 터보펌프(126)사이에 게이트밸브(124)가 구성된다. 게이트밸브(124)가 도면에 도시되지만, 반응실 및 진공펌프사이에서 처리가스의 교축효과를 형성하는 다른 형태의 밸브가 사용될 수 있다. 상기 밸브는 예를 들어 버터플라이밸브, 날개형 밸브, 루버형(louver) 밸브 및 홍채형(iris-type) 밸브를 포함한다.
배기시스템(130)은 반전펌프(backing pump)(도시되지 않음)로도 구성될 수 있고, 상기 반전펌프는 초기에 반응실(106)의 압력을 대기압으로부터 약 1 mTorr의 진공 압력으로 하강시킨다. 제어시스템(132)은 개폐 차단밸브를 조절하고, 상기 개폐 차단밸브는 반전펌프가 반응실의 저압 한계에 도달할 때 터보펌프(126)가 압력을 계속 감소시키도록 각 펌프를 반응실에 연결한다. 반전펌프가 반응실의 압력을 상기 반응실의 저압 한계로 강하시키면, 터보펌프(126)는 반응실 압력을 1 mTorr 이하로 감소시키도록 연결된다.
현 시스템에서, 게이트밸브(124)를 개폐하여 반응실(106)의 압력을 제어하기 위해 압력제어기(160)는 반응실 압력계(112)의 데이터를 사용한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 반응실(106)의 압력은 밸러스트 가스를 밸러스트 포트를 통하여 터보펌프로 유입시켜서 제어될 수 있다. 도 2 에서, 밸러스트 포트(150a,150b)는 밸러스트 포트의 2개의 다른 구성을 나타낸다. 밸러스트 포트(150a)는 게이트밸브(124)의 바로 상류위치에 구성되고, 밸러스트포트(150b)는 게이트밸브(124)의 하류위치에 구성되며, 밸러스트 가스를 직접 터보펌프(126)로 유입시킨다. 밸러스트 가스가 반응실로 역확산되어 유입되고 처리과정과 간섭되는 가능성을 감소시키기 위해, 밸러스트 포트는 가능한 한 이격되어 하류위치에 구성되는 것이 선호된다. 밸러스트 포트(150b)에 있어서, 밸러스트 가스는 터보펌프의 단(stage)들중의 하나로 직접 이동되어 역확산의 가능성을 크게 감소시킬 수 있다. 질소와 같은 천연 가스를 밸러스트 가스로 사용하는 것이 선호되고, 상기 천연가스는 시스템 작동 또는 유지보수의 다른 목적에 사용될 수 있다.
제어시스템(132)의 제어작용에 따라 밸러스트가스의 유량은 질량유량제어기에 의해 제어된다. 질량유량제어기(164a,164b)는 각각 밸러스트 포트(150a,150b)에 대한 밸러스트 가스의 유량을 제어한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 질량유량 제어기(164a,164b)는 압력제어기(160)에 의해 제어된다.
설정 압력이 변화되는 동안 반응 속도를 증가시키기 위해 밸러스트 포트를 통한 밸러스트 가스가 유입될 수 있고, 게이트밸브를 이동시키는 대신에 반응실 압력을 능동제어할 수 있다. 작동 중, 밸러스트 가스의 유입에 따라 작동 압력 범위에 걸쳐 반응실의 압력이 정확하게 제어되고, 게이트밸브의 위치변화를 감소시킨다. 게이트밸브가 수개의 예정된 고정위치들에 배열되면, 반응실 압력의 전체 작동범위에 걸쳐 밸러스트 가스에 의한 제어범위가 확대된다. 예를 들어, 게이트밸브를 3가지의 상이한 위치, 즉 완전 개방, 2/3 밀폐 및 완전 밀폐위치로 배열되고 밸러스트 가스를 사용하며 Lam Research Corporation에서 제작한 기계는, 배기 시스템에 대한 적합한 전도도의 범위를 제공한다.
따라서, 밸러스트 가스는 밸러스트 포트를 통하여 터보펌프로 직접 또는 터보펌프의 바로 상류위치로 유입될 수 있고, 처리 가스 유입량 또는 터보펌프 속도를 조절할 필요없이 반응실의 압력을 제어하며, 게이트밸브의 이동량을 최소화시킨다. 게이트밸브의 이동을 최소화시키면, 유입된 입상 물질의 양 및 처리과정동안 오염될 가능성이 현저히 감소된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 주어진 유량 및 설정 압력에 대한 게이트밸브의 위치를 추정하기 위해 다수의 전도도 곡선이 이용되고, 따라서 설정 압력 또는 유량의 변화가 특정 단계에 대해 이루어질 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 학습 방법을 수행하는 것이 불필요하다. 도 5를 참고할 때, 게이트밸브 추정 곡선이 도시된다. 다양한 유량에 대한 곡선이 도시된다. 곡선은 고유량에서 수렴하는 경향이 있음이 판명되었고, 도 5 의 경우에 곡선은 100 SCCM이상의 유량에서 수렴하는 경향을 가진다.
게이트위치 추정 곡선을 유도하는 선호되는 방법은 다음과 같다. 각 유량에 대해, 일련의 게이트밸브 위치를 통하여 단계를 구분하고, 각 위치에 대한 압력을 측정한다. 측정 압력에 의해 나누어진 유량은 게이트밸브 위치에 대한 전도도이다. 상기 과정을 각 유량에 대해 반복한다. 게이트위치 추정 곡선이 제공되면, 터보펌프 또는 게이트밸브는 급격한 변화없이 정확하게 유지된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 곡선은 제어시스템의 메모리에 영구적으로 저장될 수 있다. 도 4를 참고할 때, 메모리(190)가 압력제어기(160)의 일부로서 도시되고, 상기 메모리(190)는 게이트 위치 추정곡선을 저장하기 위해 이용된다. 예를 들어, 곡선은 행렬형태로 메모리(190)에 저장되거나 실험적으로 유도된 곡선에 해당하는 공식 또는 함수의 형태로 저장될 수 있다.
게이트밸브 및 제어기는 압력 제어 모드 또는 위치 제어 모드를 작동시킨다. 압력 제어 모드에서, 제어기는 반응실의 압력을 감시하고, 게이트밸브의 위치를 조절함으로써 설정압력을 유지시키며, 위치제어모드에서, 제어기는 단순히 게이트밸브를 설정위치로 제어한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 초기에 게이트밸브는 위치 제어 모드로 작동되고, 시스템을 설정압력 부근에서 적합한 위치로 밸브를 미리 위치시킨다. 위치제어기는 메모리에 저장된 게이트 위치 추정 곡선으로부터 예비 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 만약 처리 설정점이 100 SCCM의 유량 및 20 mTorr의 압력이라면, 압력제어기는 메모리에 저장된 곡선으로부터 게이트 위치를 추정한다. 도 5 의 경우에, 위치는 약 380이다. 압력이 설정점으로부터 작은 백분율내에 형성될 때, 압력제어기는 압력제어모드로 전환된다. 예를 들어, 일부 기계에서 압력이 설정 압력의 5%내에 구성될 때 압력제어기가 압력제어모드로 전환됨이 판명되었고, 설정압력으로 매끄러운 이동이 이루어진다.
게이트밸브 위치 추정 곡선은 밸러스트 가스를 이용하여 압력을 조절할 때에 사용될 수도 있다. 넓은 범위의 전도도를 확보하기 위해, 게이트밸브는 소수의 예정 위치에 구성될 수 있다. 게이트밸브 추정 곡선은 어떤 게이트밸브 위치가 특정 처리 단계에 대해 가장 적합한가를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 시스템에 대해, 일정 범위의 밸러스트 유량은 반응실의 압력을 제어하는데 최적이다. 밸러스트가스 유량의 적합한 범위에 대한 중간 부근에 밸러스트 가스유량이 제공되면, 설정 유량에 상기 유량을 합하고 상기 합해진 유량을 설정압력으로 나누어서 전도도 값이 산출된다. 게이트밸브 위치 추정 곡선을 사용할 때, 상기 전도도 값은 예정 게이트밸브 위치가 적합함을 나타낸다. 예를 들어, 주어진 구성에서 밸러스트 가스 유량의 범위가 0 내지 300 SCCM이면, 처리 가스 유량의 설정점은 50 SCCM이고, 반응실 압력의 설정점은 15 mTorr이다. 다음에, 밸러스트 가스 범위의 중간치 150 SCCM과 설정유량을 합하고 압력으로 나누면 13.3 SCCM/mTorr의 전도도가 산출된다. 도 5 의 곡선을 사용하여, 이상적인 게이트위치는 약 500이고, 가장 근접한 예정위치가 선택된다. 3개의 게이트 예정위치들이 이용될 때, 완전 개방, 완전 밀폐위치 및 2/3 밀폐위치 중에서 2/3 밀폐 위치가 선택된다.
시스템 펌핑 속도를 밸브 밀폐의 함수로서 나타내고 펌핑 속도 함수로서 공지된 게이트밸브 위치 곡선은 실제 처리 조건에 근접한 조건에서 성립된다. 조건이 실제 조건에 근접하기 때문에, 밸브 위치 곡선이 실제 처리조건에서 밸브위치설정 및 압력제어에 대해 사용될 때 일정량의 고유 오차를 가진다. "성립" 조건의 곡선 및 실제 처리조건의 곡선 사이에 존재하는 차이는 비열, 분자량 및 온도 등의 비를 포함한다. 특정 처리에서 상기 고유오차는 압력 안정화 시간에 현저한 영향을 미치지 않으나, 다른 경우에 상기 고유 오차는 불필요하게 긴 설정시간을 발생시킬 수 있다. 상기 문제를 해결하기 위해 다수의 서로 다른 조건들에서 다수의 밸브위치곡선들이 구해진다. 선택적으로 단일 상관 곡선을 사용하고 압력 제어내에서 오차를 수정하며, 따라서 많은 상관곡선들을 구성하기 위한 시간이 소요되는 과정이 현저하게 감소된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 현재의 유량설정점 및 압력설정점의 정해진 비율에 기초하여 밸브를 예비위치시키도록 밸브위치의 추정곡선이 사용된다. 각각 오버슈트 또는 언더슈트를 나타내지 않고, 압력증가를 요구하는 과정에 대한 설정점을 향해 압력이 단순히 증가되거나 압력감소를 요구하는 과정에 대한 설정점을 향해 압력이 단순히 감소되도록 비율이 선택된다. 설정압력의 정해진 비율을 사용하면, 게이트밸브위치 추정곡선의 고유오차에 기인한 압력의 오버슈트/언더슈트가 방지된다. 정해진 비율의 범위는 설정 압력의 약 50% 내지 150% 사이 또는 약 70% 내지 130% 사이이다. 설정 압력이 증가되는 단계에 100%보다 작은 값이 적용되고, 설정 압력이 감소되는 단계에 100%보다 큰 값이 적용된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 계산된 유효 유입량에 기초하여 밸브를 예비위치시키기 위해, 밸브 추정곡선이 사용되고, 유효 유입량이 질량보존식, 저장된 펌핑속도 상관관계 및 측정압력을 조합하여 결정된다. 상기 실시예에서, 밸브는 임의의 적합한 초기위치에 배열되고, 유동이 안정된 후에 유효 유입량은 반응실에 대한 질량보존식을 이용하여 계산된다.
min-mout - Vㆍdρmix/dt
단 min은 반응실로 유입되는 질량유량이고, mout은 반응실 외부로 유출되는 질량유량이며, V는 반응실의 체적이고, dρmix/dt는 반응실내의 가스밀도에 대한 시간 미분이다. 질량유량을 표준 조건에서의 밀도 및 체적유량의 항으로 치환하고 이상 기체방정식을 사용하면, 질량보존식은 다음과 같이 된다.
[(Min /Mout)·Q in] - [Q out] = [(V·TSTP)/(PSTP·Tmix)]·(dPmix/dt)
단 M은 분자량이고, 하첨자 "mix"는 반응실내의 가스를 지칭하며, P는 가스 압력이고, T는 가스 온도이다. dTmix/dt=0, Mmix=Mout으로 가정한다. 유효 유입량이 Qin eff = Qin · Min /Mout 로 정의되고, 매개변수 β= PSTP ㆍTmix/V ㆍTSTP로 설정하면, 식은 다음과 같이 단순화된다.
Qin eff - Qout = β ·dPmix/dt
매개변수 β는 공지 또는 추정 반응실 체적과 측정 또는 추정 Tmix값을 사용하여 계산될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브위치설정 제어루프(loop)(300)가 도 6에 도시된다. 박스(302)는 게이트밸브 위치 추정곡선의 역을 나타낸다. 박스(302)로의 Q/P의 입력은 상응하는 밸브 위치 θ를 산출한다. 박스(304)는 밸브위치의 입력이 상응하는 Q/P 값을 산출하는 게이트밸브 위치 추정곡선을 나타낸다. 박스(308)는 β(dP/dt)를 산출한다. 본 발명의 상기 실시예를 참고할 때, 공지된 Qset/Pset는 박스(302)로 입력되고, 상기 박스(302)는 역 게이트밸브 위치 추정 곡선을 사용하여 제 1 밸브위치 θf를 산출한다. θf는 박스(304) 및 밸브제어기(310)로 입력된다. 밸브제어기(310)는 밸브위치를 조절하고, 박스(304)는 게이트밸브 위치 추정곡선을 사용하여 Qout/P를 산출하며, 곡선이 정확하다고 가정할 때 P=Pmeasured이다. Qout/P는 박스(306)에서 Pmeasured로 곱해져 Qout을 산출하고, 상기 Pmeasured는 압력계(312)에 의해 구해진다. Qout은 박스(316)에서 β(dP/dt)와 합해져 유효 체적 유입량 Qin eff 을 산출한다. 다음에, Qin eff 은 박스(314)에서 Pmeasured 에 의해 나누어지고, 산출량 Qin eff / Pmeasured 는 박스(302)로의 입력이 되며, 상기 박스(302)는 역 게이트밸브 위치 추정곡선을 사용하여 새로운 밸브 위치 θnew를 산출한다. θnew는 밸브제어기(310)를 통하여 밸브를 위치설정하기 위해 이용된다.
상기 과정에서 상기 밸브의 위치결정은 계산된 유효 유입량에 의해 연속적으로 수정되고 그 결과 곡선에서 내재하는 오차에 기인한 잠재적인 압력 오버슈트 또는 압력언더슈트가 감소될 수 있다.
루프(loop)는 필요한 경우 반복될 수 있다. 또한 제어루프는 반응실내부의 압력을 조절하기 위해 자체로 사용되거나, 선택적으로 상기 제어 루프는 비례제어, 적분제어 및 미분제어와 같은 다른 제어구성을 조절하기 전에 미리 위치를 결정하는 단계로서 이용될 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 메모리내에 저장된 게이트위치 평가곡선들은 새로운 방법이 사용될 때 항상 새로운 학습과정을 수행할 필요성을 제거한다.
본 발명에서 저장된 펌핑속도 상호관계를 가지는 흐름과 압력설정값에 관한 데이터를 이용하여, 밸브의 예비위치설정은 방법이 변경될 때에도 신뢰성있게 수행될 수 있다. 반대로, 종래의 압력제어방법은 종종 각 단계의 방법을 위해 학습된 게이트밸브 위치를 메모리내에 저장하여 유지하고 각 단계에서 밸브의 예비위치설정를 위해 상기 학습된 값을 다시 호출한다.
상기 기술은 동일한 방법이 반복적으로 수행될 때 양호하게 적용된다. 상기 방법이 변경되거나 완전히 새로운 방법이 사용되면 메모리내에 저장되고 학습된 값은 새로운 방법에 대해 부적합하게 된다. 여기서 통상 각각의 새로운 방법의 초기에 제어기가 적절한 밸브 사전위치를 학습하도록 더미 웨이퍼가 작동하고, 모든 제조과정을 위해 웨이퍼들이 동일하게 처리된다.
본 발명에 의하면, 더미 웨이퍼의 작동이 제거되고 따라서 공구생산성이 개선된다.
본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 상기 밸브는 예비위치설정위치들중 한 개의 위치에 따라 미리 위치설정되거나 단순히 이전 작동의 위치에 따라 미치 위치설정된다.
밸브가 초기에 예비위치설정된 후에 정해진 상태에 도달될 때까지 비례( 또는 비례미분)제어가 적용되고, 다음에 적분제어가 적용된다.
오직 비례 (또는 미분)제어를 먼저 적용함으로서, 상기 압력은 불필요한 밸브동작 또는 오버슈트 또는 언더슈트없이 목표설정값에 근접한다. 적분제어는 설정값과 작용압력사이의 어떤 안정된 상태차이를 감소시킨다.
삭제
적분제어의 개시를 지연하면, 비선형 및 시스템의 더 높은 차수특성에 의해 유발된 적분기(integrator) 와인드업 또는 적분기 오버슈트로 인한 압력 오버슈트 또는 언더슈트가 효과적으로 제거된다.
선택적으로 이전의 작동과정 또는 상기 위치설정방법에 의해 상기 밸브가 초기에 예비설정된다. 상기 예비설정과정후에 압력오차의 절대값 ｜(Pmeasured - Pset)/ Pset｜ 이 약 0.25 또는 0.05이하로 될 때까지 비례( 또는 비례미분)제어가 적용되고, 다음에 적분제어가 적용될 수 있다.
삭제
밸브가 이전작동에 기초하여 미리 위치설정될 때, 적분제어를 위한 압력오차기준이 매우 효과적으로 작용한다.
예를들어 미리 위치설정하는 과정이 너무 부정확한 펌핑 속도의 상호관계를 기초할 때와 같은 일부 경우들에 있어서, 밸브의 예비위치설정과 비례( 또는 비례미분)제어를 조합하여 이용하더라도 적분제어를 개시할 정도로 작은 압력오차가 형성되지 못할 수 있다.
이 경우, 시간기준이 만족된 후에 적분기를 이용하는 것이 유리하다. 상기 시간은 dp/dt를 측정하여 평가되고, (dp/dt)가 상수일 때 설정값에 도달하는 시간은 (dp/dt)-1(Pmeasured)이다.
설정값에 도달하는 시간을 평가하기 위한 다른 방법이 하기 관계를 이용한다.
t ∝ ( Psetpoint )*Vchamber / Qset
밸브를 예비위치설정하기 위하여 수정없이 게이트밸브위치의 평가곡선이 이용될 때, 저장된 펌핑속도관계에 존재하는 부정확성에 기인하여 시간은 미분제어를 이용하기 위한 좋은 기준이 된다.
상기 방법에 따라 적분기 지연시간을 계산하면, 각각의 과정단계를 위한 적분기 지연시간이 최소화되어 공구의 생산성이 증가될 수 있기 때문에 고정된 적분기지연을 이용하는 것보다 선호된다.
상기 방법에 의해 적분기 지연을 계산하면, 작업자의 개입이 불필요하기 때문에 사용자가 각각의 처리단계를 위한 적분기 지연시간을 특정하는 것보다 유리하다.
또한 더미 웨이퍼를 가지는 비생산공정 사이클이 최적 적분기 지연시간을 경험적으로 결정하는 것이 불필요하다. 압력설정값에 도달하기 위한 시간을 평가하는 다른 방법이 이용될 수 있다.
선호되는 실시예에 의하면, 적분제어를 이용하기 위한 기준은 측정된 압력의 시간미분을 기초한다. 특히, 적분제어는 오직 dp/dt 의 절대값이 현재 방법 단계 또는 설정값 조건을 위해 기록된 dp/dt 의 최대값의 약 50% 이하로 감소한 후에만 가능하다. 상기 실시예는 시간에 따른 dp/dt 의 측정 및 dp/dt의 특성 변화에 의존한다.
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도 7은 200 SCCM의 일정유량에서 0 내지 40 및 20mTorr 까지의 압력설정점의 변화에 따른 압력 및 dp/dt의 특성과 시간변화를 도시한다.
상기 예에서, 압력설정값이 0 에서 40 mTorr로 증가할 때 상기 압력은 단조롭게 증가하고 이어 최소 오버슈트를 가지는 새로운 설정점으로 감소된다.
dp/dt의 측정값은 초기에 증가하고 피크를 이루며 이어 특정된 압력이 설정값에 도달함에 따라 감소한다. 통상 측정압력이 초기압력과 최종압력의 중간지점근처일 때 dp/dt의 피크가 발생한다.
상기 현상은 dp/dt의 부호가 바뀔 때를 제외하고 설정값이 40 mTorr에서 20 mTorr로 변화될 때 관찰된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 전체 시스템의 비선형특성을 감소하기 위해 해제보상이 이용된다. 종래기술을 따르고 밸브설정로직이 없는 압력제어시스템을 위한 PID 블록선도가 도 8a에 도시된다.
상기 종래기술의 PID 압력제어시스템에서, 압력 오차는 시스템에 보내진 작동신호를 발생하는 PID 보상블록으로 입력된다. 다음에 상기 시스템 응답( 이 경우 압력)이 측정되고, 공급되고 시스템오차를 결정하는 압력설정값과 비교된다.
밸브 작동기 및 상기 압력 측정장치는 종래기술의 블록선도에서 지수 시간응답을 가지는 1차시스템으로 모델링된다.
종래기술의 블록선도에서 밸브/챔버 시스템의 비선형특성에 기인하여 표준 제어 이론을 사용할 수 있는 완전한 시스템이 수학적으로 표현되기 어렵다.
종래기술의 블록선도에서 밸브/챔버 시스템은 비선형(유출) 게이트밸브 위치 평가함수 및 챔버의 적분기 같은 특성(즉, 반응실내부의 압력이 반응실의 가스유입량 및 유출량사이의 차이를 시간적분하여 결정된다.)에 의해 구성된다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 도 8b를 참고할 때 게이트밸브 평가곡선의 역함수 F-1는 밸브/챔버 시스템의 비선형특성을 실질적으로 제거하기 위해 이용된다.
도 8b의 선호되는 실시예에서, 상기 압력오차는 PID 보상블록으로 입력된다. PID 보상의 출력은 분당 표준 입방 센티미터(SCCM)의 단위를 가지는 체적 유량명령 Q 이다.
Q는 mTorr(압력설정값 또는 측정된 압력중 하나)의 단위를 가지고 압력에 의해 나누어져서 Q/P의 비율이 계산된다.
밸브제어기에 차례로 입력되는 새로운 밸브 위치 명령을 결정하기 위하여 역게이트밸브 위치 평가 곡선 F-1에 상기 비율이 입력된다.
적용될 때 상기 새로운 밸브위치는 예를들어, 밸브위치 평가곡선(F)으로 도시된 시스템 펌핑속도를 통하여 챔버유출량을 조절한다.
상기 공식에서, 역전 게이트밸브위치평가곡선은 시스템 이득으로 작용하나 특히 밸브/챔버 시스템의 비선형을 실질적으로 제거하도록 작용한다.
(제어이론의 관점에서) 블록선도내에서 일련의 블록들이 곱해진다. F-1 와 F의 곱은 단위값을 가지지만, 서로 다른 상태에서 실제 펌핑 속도 상호관계 곡선 및 저장된 곡선사이에 존재하는 차이에 의해 상기 곱은 정확히 단위값이 아니다. 그 결과 F-1 와 F의 프로덕트는 제어이론에서 취소보상으로 알려진 기술의 특정한 예이다. 에드워드 도에베린, 역학해석 및 피드백 제어 254(1962) 참조)
상기 공식으로 시스템은 제어를 최적화하는 표준 제어이론을 사용하여 해석될 수 있다.
따라서 선호되는 실시예에서, 상기 밸브는 초기에 이전의 작동에 기초하거나 상기 예비위치설상태를 기초하여 미리 위치설정된다.
미리 위치설정된 후에, 정해진 상태가 도달될 때까지 비례( 또는 비례미분)제어가 적용되고 다음에 적분제어가 이용된다.
상기 구성은, 선택적으로 선호되는 실시예에서 역전 게이트밸브위치평가곡선에 의해 밸브/챔버시스템이 가지는 비선형특성이 실질적으로 제거되도록 이용되는 경우를 제외하고 상기 설명과 동일하다.
밸브를 미리 위치설정하는 것이 선호될 지라도, 챔버내부의 압력을 제어하기 위해 미리 위치설정하는 작업의 유무에 무관하게 역전 게이트밸브 위치 곡선과 함께 비례, 적분 또는 미분제어가 밸브/챔버 시스템의 비선형특성을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
일반적으로, PID 제어에서 비례, 적분 및 미분제어에 적용되는 최적 이득이 경험적으로 적용된다.
지를러-니콜라스(G.F Franklin, J.D. Powel & A. Eamami-Naelni, 역학시스템의 피드백 제어 103-106(1986))의 이론에 의하면, 최적이득은 시스템응답의 지연 및 반작용율에 관계될 수 있다. 선택된 이득은 통상 상수이거나 시스템에 관한 파라미터들과 관련된다.
선호되는 실시예에서, 밸브위치에 따라 적분이득을 선택하여 최적 압력제어가 이루어질 수 있다. 적분이득은 Ki=(상수)(F(actual))이고, F는 게이트밸브 위치 평가곡선이다.
삭제
비례이득 및 미분이득(Kp ,Kd )은 각각 상수이거나 유동에 따라 선택될 수 있다. 200 mm 웨이퍼의 반응실에 대한 Kp 와 Kd를 위한 전형적인 값은 단위값이고 한편, Kd 는 일반적으로 Kp의 일부분(예를 들어, 0.1)으로 설정된다.
본 발명의 선호되는 실시예가 비례적분제어를 이용하지만 비례적분제어이외에 본 발명의 범위내에서 밸브가 위치설정된 후에 언제든지 미분제어를 이용할 수 있다.
또한 PID 제어가 제공되기 전에, 값을 미리 설정하는 다른 방법들이 설명되었다.
본 발명의 범위내에서 PID 제어가 이루어지기 전에, 사용된 값을 미리설정하는 다른 방법들이 이용될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예들은 단지 예로서 제공되고 본 발명을 제한하지 않는다. 예를들어 본 발명이 진공 플라즈마 웨이퍼 처리장치에 이용되더라도, 본 발명은 다른 형태의 진공처리장치와 같이 다른 형태의 웨이퍼 처리장치에 적용될 수 있다.
따라서 본 발명이 진공화된 챔버내부에서 정밀하게 제어된 거의 진공압력을 조절하기 위한 다른 형태의 장치들에도 적용될 수 있다.

Claims (39)

  1. 반응실(106)의 목표압력에 해당하는 목표압력값을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)을 통과하는 가스유동의 목표가스유동율을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)내부의 압력을 제어하기 위한 드로틀밸브(124)를 초기위치로 위치설정하는 위치설정단계,
    반응실(106)내부의 압력을 측정하는 단계,
    목표압력 및 측정압력사이의 차이에 해당하는 압력오차를 계산하는 단계,
    상기 위치설정단계다음에 계속해서, 상기 목표압력 및 측정압력사이의 차이에 기초하고 비례적분제어를 이용하여 상기 드로틀밸브(124)의 위치를 재설정하고 적분제어가 정해진 기간동안 지연되는 위치재설정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치재설정단계가 미분제어를 이용하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 측정압력 및 목표압력사이의 압력오차의 절대값을 계산하고, 상기 절대값이 예비설정된 임계값이하로 될 때 상기 정해진 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 임계값이 0.25이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 임계값이 0.05이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 반응실(106)의 압력이 안정화되기 위한 시간이 평가되고, 평가된 시간이 상기 정해진 기간과 동일한 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 평가되는 시간이 식 t = Pdesired * Vchamber/Qdesired을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 측정압력을 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    압력이 측정되는 시간이 상기 전자메모리(190)내에 저장되는 단계를 포함하고, 평가되는 시간이
    (a) 시간변화에 대한 압력변화를 계산하는 단계,
    (b) 시간변화에 대한 압력변화에 의해 상기 측정압력을 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 추가로
    측정압력을 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    압력이 측정되는 시간을 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화의 최대절대값을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 시간변화에 대한 압력변화의 절대값이 최대절대값의 임계백분율이하일 때 상기 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 임계백분율이 50%이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 위치설정단계가
    반응실(106)내부로 유동하는 유동가스의 가스유동율 및 반응실(106)내부의 압력에 관한 영역을 가지고 드로틀밸브(124)의 위치들에 관한 범위를 가진 수학적 함수를 전자메모리(190)로부터 접근하는 단계,
    목표압력값에 의해 나누어진 목표가스유동율에 해당하는 컨덕턴스를 계산하는 단계,
    전자메모리(190)로부터 접근된 수학적 역함수에 대해 컨덕턴스를 적용하여 수학적 함수에 따라 드로틀밸브(124)를 위치설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 위치설정단계이전에 상기 컨덕턴스가 50%내지 150%의 백분율로 나누어지는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 백분율이 70% 내지 130%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 반응실(106)내부의 압력이 안정화되기 위한 시간을 평가하는 단계를 추가로 포함하고, 평가된 상기 시간과 상기 기간이 동일한 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 위치설정단계가
    드로틀밸브(124)의 현재위치를 확인하는 단계,
    반응실(106)의 체적 및 표준온도에 의해 나누어지는 표준압력과 동일한 상수(β)를 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)내부로 유동하는 유동가스의 가스유동율 및 반응실(106)내부의 압력에 관한 영역을 가지고 드로틀밸브(124)의 위치들에 관한 범위를 가진 수학적 함수를 전자메모리(190)로부터 접근하는 단계,
    반응실(106)내부의 압력 및 온도를 측정하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 계산하는 단계,
    전자메모리(190)로부터 접근된 수학적 역함수에 드로틀밸브(124)의 현재위치를 적용하고 적용된 결과를 측정압력과 곱하여 유출량을 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화에 상수(β) 및 반응실(106)의 온도를 곱한 값과 유출량을 더한 합이 유효유입량 Qin eff=[(dp/dt)*β*Tchamber]+Qout 과 동일하고 상기 유효유입량을 계산하는 단계,
    측정압력에 의해 나누어진 유효유입량과 동일한 컨덕턴스를 계산하는 단계,
    전자메모리(190)로부터 접근되는 수학적 역함수에 대해 컨덕턴스를 적용하여 수학적 함수에 따라 드로틀밸브(124)를 위치설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내의 압력을 제어하는 방법.
  16. 반응실(106)의 목표압력에 해당하는 목표압력값을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)을 통과하는 가스유동의 목표가스유동율을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    드로틀밸브(124)의 현재위치를 확인하는 단계,
    반응실(106)의 체적 및 표준온도에 의해 나누어지는 표준압력과 동일한 상수(β)를 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)내부로 유동하는 유동가스의 가스유동율 및 반응실(106)내부의 압력에 관한 영역을 가지고 드로틀밸브(124)의 위치들에 관한 범위를 가진 수학적 함수를 전자메모리(190)로부터 접근하는 단계,
    반응실(106)내부의 압력을 제어하기 위한 드로틀밸브(124)를 초기위치로 위치설정하는 위치설정단계,
    반응실(106)내부의 압력 및 온도를 측정하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화(dP/dt)를 계산하는 단계,
    전자메모리(190)로부터 접근된 수학적 역함수에 드로틀밸브(124)의 현재위치를 적용하고 적용된 결과를 측정압력과 곱하여 유출량을 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화에 상수(β) 및 반응실(106)의 온도를 곱한 값과 유출량을 더한 합이 유효유입량 Qin eff=[(dp/dt)* β*Tchamber]+Qout 과 동일하고 상기 유효유입량을 계산하는 단계,
    측정압력에 의해 나누어진 유효유입량과 동일한 컨덕턴스를 계산하는 단계,
    전자메모리(190)의 수학적 역함수에 대해 컨덕턴스를 적용하여 수학적 함수에 따라 드로틀밸브(124)를 위치설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  17. 반응실(106)의 목표압력에 해당하는 목표압력값을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)을 통과하는 가스유동의 목표가스유동율을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)내부의 압력을 제어하기 위한 드로틀밸브(124)를 초기위치로 위치설정하는 위치설정단계,
    반응실(106)내부의 압력을 측정하는 단계,
    목표압력 및 측정압력사이의 차이를 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화(dP/dt)를 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화의 최대절대값을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 위치설정단계다음에 계속해서, 상기 목표압력 및 측정압력사이의 차이에 기초하고 비례적분제어를 이용하여 상기 드로틀밸브(124)의 위치를 재설정하고, 상기 시간변화에 대한 압력변화의 절대값이 최대절대값의 임계백분율이하로 감소될 때까지 적분제어가 지연되는 위치재설정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 위치재설정단계가 미분제어를 이용하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 임계백분율이 선택된 최대절대값의 50%이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  20. 반응실(106),
    상기 반응실(106)과 유체를 교환하는 가스전달시스템(128),
    상기 반응실(106)로부터 가스를 제거하고 상기 반응실(106)와 유체를 교환하는 배기시스템(130),
    상기 반응실(106)과 상기 배기시스템(130)사이에 장착된 드로틀밸브(124)를 포함하고, 상기 배기시스템(130)에 의해 상기 반응실(106)부터 제거되는 가스의 속도를 제어하기 위해 상기 드로틀밸브(124)가 위치설정되며,
    상기 반응실(106)내부의 압력을 제어하기 위한 제어기(132)를 포함하고, 제어기(132)가 제어기에 의해 선택된 드로틀위치로 상기 드로틀밸브(124)를 제어하며, 제 1 드로틀위치가 미리 선택되고, 연속해서 상기 제어기(132)에 의해 상기 반응실의 목표압력 및 측정압력사이의 차이에 기초하고 비례적분제어를 이용하여 드로틀위치들이 선택되며 적분제어가 정해진 기간동안 지연되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 후속하는 드로틀위치들이 미분제어에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  22. 제 20항에 있어서, 측정압력 및 목표압력사이의 오차절대값이 0.25이하일 때 상기 정해진 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  23. 제 20항에 있어서, 측정압력 및 목표압력사이의 오차절대값이 0.05이하일 때 상기 정해진 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  24. 제 20항에 있어서, 반응실(106)내부의 압력이 안정화되기 위해 평가된 시간이 상기 정해진 기간과 동일한 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  25. 제 20항에 있어서, 시간변화에 대한 압력변화의 절대값이 시간변화에 대한 압력변화의 최대절대값의 50%보다 작을 때 상기 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압상태에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  26. 반응실(106)의 목표압력에 해당하는 목표압력값을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)를 통과하는 가스유동의 목표가스유동율을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    반응실(106)내부로 유동하는 유동가스의 가스유동율과 반응실(106)내부의 압력에 관한 영역을 가지고 드로틀밸브(124)의 위치들에 관한 범위를 가진 수학적 함수를 전자메모리(190)로부터 접근하는 단계,
    반응실(106)내부의 압력을 측정하는 단계,
    목표압력 및 측정압력사이의 차이에 해당하는 압력오차를 계산하는 단계,
    (a) 비례이득, 적분이득 및 미분이득중 적어도 한 개가 영이 아닐 때, 비례이득, 적분이득 및 미분이득을 전자메모리(190)로부터 확인하는 단계,
    (b) 압력오차를 각각의 비례이득, 적분이득 및 미분이득에 적용하여 밸브위치의 비례보상, 적분보상 및 미분보상을 계산하는 단계,
    (c) 체적유동율의 값을 제공하기 위해 상기 단계(b)로부터 출력을 합산하는 단계,
    (d) 유량/압력의 비율을 제공하기 위해 상기 체적유동율의 값을 압력값으로 나누는 단계,
    (e) 새로운 밸브위치를 제공하기 위하여 전자메모리(190)로부터 접근된 수학적 역함수에 상기 단계(d)의 비율을 적용하는 단계,
    (f) 드로틀밸브(124)의 위치를 새로운 상기 밸브위치로 재설정하는 단계를 반복하여 드로틀밸브(124)를 위치설정하는 단계들로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 단계(d)의 압력값이 목표압력인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 단계(d)의 압력값이 측정압력인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 정해진 기간동안 상기 적분이득이 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  30. 제 29항에 있어서, 밸브위치의 현재값을 확인하고,
    상기 정해진 기간이 경과한 후에 전자메모리(190)로부터 접근되는 수학적 함수에 대해 밸브위치의 현재값을 적용하고 적용된 결과값을 상수로 곱하여 상기 적분이득이 결정되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 위치설정단계이전에 드로틀밸브(124)가 초기위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  32. 제 29항에 있어서, 상기 위치설정단계가
    측정압력 및 목표압력사이의 압력오차의 절대값을 계산하고 입력오차의 절대값이 정해진 임계값이하일 때 상기 기간이 형성되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 임계값이 0.25이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 임계값이 0.05이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  35. 제 29항에 있어서, 반응실(106)의 압력이 안정화되기 위한 시간이 평가되고, 평가된 시간이 상기 정해진 기간과 동일한 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  36. 제 29항에 있어서, 평가되는 시간이 식 t = Pdesired * Vchamber/Qdesired을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 측정압력을 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    압력이 측정되는 시간이 상기 전자메모리(190)내에 저장되는 단계를 포함하고, 시간변화에 대한 압력변화를 계산하고 상기 측정압력을 시간변화에 대한 압력변화에 의해 나누어서 평가된 상기 시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  38. 제 29항에 있어서, 추가로
    측정압력을 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    압력이 측정되는 시간을 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 계산하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화를 상기 전자메모리(190)내에 저장하는 단계,
    시간변화에 대한 압력변화의 최대절대값을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 시간변화에 대한 압력변화의 절대값이 최대절대값의 임계백분율이하일 때 상기 기간이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 임계백분율이 50%이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 반응실내부의 압력을 제어하기 위한 방법.
KR10-2000-7010949A 1998-03-31 1999-03-30 진공화된 반응실의 압력을 제어하기 위한 방법 및 장치. KR100528229B1 (ko)

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