KR101255873B1 - 멀티 챔버 툴을 위한 오존 시스템 - Google Patents

멀티 챔버 툴을 위한 오존 시스템 Download PDF

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토마스 제이. 라이언
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Abstract

오존 농도를 제어하기 위해 개선된 시스템 및 방법이 멀티-챔버 툴과 연결된다. 시스템 및 방법은 오존 발생기와 조합된 제1 및 제2 농도 제어기를 포함한다. 제1 농도 제어기는 이벤트(EVENT)(즉, 멀티-챔버 툴의 챔버들중 하나가 온라인 또는 오프라인되는 것)를 검출하고 이에 응답하여 예측 제어 알고리즘에 따라 오존 발생기에 파워 명령을 제공한다. 제1 농도 제어기는 고속(즉, 약 1초) 응답 시간을 갖는다. 제2 농도 제어기는 이벤트중에 오존 발생기로부터 차단되나, 이벤트 이후에 경과되는 일정 시간 간격이 지나면 발생기를 제어한다. 제2 농도 제어기는 제1 농도 제어기보다 느린 응답 시간을 가지나, 제2 농도 제어기는 시스템에 긴 시간의 안정성을 제공하고 예측 제어 알고리즘에 업데이트된 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다.
오존 농도, 오존 유량, 오존 시스템, 멀티-챔버 툴,

Description

멀티 챔버 툴을 위한 오존 시스템{OZONE SYSTEM FOR MULTI-CHAMBER TOOLS}
본 발명은 일반적으로 희석 가스(dilute gas) 전달 시스템 예를 들면 오존 전달 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 멀티-챔버 툴(multi-chamber tool)을 위한 희석 가스 전달 시스템에서 전달된 가스의 농도를 원하는 레벨로 유지하는 것이다.
오존은 다양한 반도체 프로세싱 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 오존은 웨이퍼상에 절연막을 성장시킴으로써 또는 박막을 산화시킴으로써 반도체 웨이퍼상에 절연층을 형성하는데 이용될 수 있다. 오존은 장치 요소들의 증착에 앞서 반도체 웨이퍼 표면 조정(surface conditioning)에 이용될 수 있다. 반도체 프로세스에서 오존의 다른 애플리케이션은 반도체 웨이퍼 및 반도체 장치의 프로세싱 챔버를 세정하는 것이다. 특히 오존은 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 또는 프로세싱 챔버로부터 탄화수소(hydrocarbon)를 제거하는데 유용하다.
반도체 프로세싱에서 오존의 사용은 오존 생성 장치에 대한 요구를 증가시켰다. 반도체 프로세싱 애플리케이션에서, 프로세싱 챔버로 전달되는 오존 또는 다른 가스들은 프로세스에 오염을 유도시키지 않도록 매우 순수하여야 한다. 일부 오존 발생기는 오존 농도를 수용할 수 있는 레벨까지 증가시키기 위해 예를 들면 질 소(nitrogen) 또는 이산화탄소(carbon dioxide)와 같은 불활성 도펀트 가스의 사용을 요한다.
일반적으로, 생산성을 증가시키기 위해, 반도체 프로세싱 툴은 멀티 챔버를 사용할 수 있다. 장치 및 작동 비용을 감소시키기 위해서는 하나 이상의 챔버에 오존을 공급하기 위한 오존 발생기를 하나만 사용하는 것이 유리할 수 있으나, 챔버의 시작 또는 중지 과정중에 일어나는 어려움들로 인해 종래 시스템들은 각각의 프로세싱 챔버에 대한 전용 오존 발생기를 사용한다. 예를 들면, 20초 또는 더 큰 시간 간격에서 반도체 프로세싱에서 원하는 농도 레벨로부터 큰 증가 또는 감소는 반도체 디바이스 품질에 큰 악영향을 미친다. 다수의 챔버에 공급하기 위해 하나의 오존 발생기가 사용될 때, 종래 제어 시스템은 30초 또는 그보다 큰 반응(reaction) 또는 안정(settling) 시간을 갖는다. 예를 들어, 도 1은 PID 제어기에 대한 전형적인 응답 시간을 나타내고 있으며, 10 slm 유량에서 원하는 300g/m3 농도를 얻기 위해 안정 시간은 약 70초이다. 그 결과, 30초의 안정 시간동안 챔버내의 농도 레벨은 원하는 레벨과 다르고, 이것에 의해 반도체 제품은 불량하게 된다.
본 발명은 챔버로의 유량(flow)이 시작 또는 중지될 때 프로세싱 툴의 하나 이상의 챔버로 전달되는, 오존과 같은 가스의 농도를 일정하게 유지하는 방법 및 시스템에 그 특징이 있다. 챔버를 온라인으로 하거나 또는 챔버로의 유량을 중지하는 것을 이벤트(EVENT)로 언급한다. 따라서, 멀티-챔버 툴을 포함하는 시스템에서, 이벤트는 (1) 챔버가 활성될 때 또는 (2) 챔버로의 유량이 중지될 때 발생한다. 본명세서에서 설명되는 방법 및 시스템을 이용하여 제어될 수 있는, 다른 가스 또는 다른 희석 가스 제품이 있지만 본명세서에서는 오존이 대표적인 종(species)으로서 사용된다. 다양한 실시예에서, 본 발명의 방법 및 시스템은 시스템 설계를 단순화시키고, 주요 장치 비용을 감소시키고, 생산품의 신뢰성 및 품질을 증가시키고, 오존 농도를 유지하는데 있어서의 동적 응답 및 정확도를 개선시키며, 산소의 소모를 감소시키며, 오존의 과도한 생산을 최소화시킨다.
일측면에서, 본발명은 오존의 유량과 농도를 제어하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 오존 발생기, 유량 센서, 제1 제어기, 농도 센서, 그리고 제2 제어기를 포함한다. 시스템의 오존 발생기는 가스 소스(예를 들면, 산소 또는 산소 및 도펀트 가스의 화합물)에 연결될 수 있는 조정가능(adjustable) 가스 입력, 조정가능 파워 입력, 그리고 다수의 프로세싱 챔버로 연결될 수 있는 가스 출력을 포함한다. 다수의 프로세싱 챔버 각각은 챔버가 활성화될 때 지정된 유량이 흐르도록 설정된다. 시스템의 유량 센서는 다수의 프로세싱 챔버를 통해 흐르는 전체 유량을 측정하는데 이용된다. 제1 제어기는 유량 센서 및 오존 발생기와 서로 연결된다. 제1 제어기는 지정된 유량과 전체 유량을 비교함으로써 이벤트의 발생을 결정하는데 이용된다. 그 다음 제1 제어기는 이벤트 발생에 따라 룩-업 테이블(look-up table)에 저장된 데이터에 따라서 오존 발생기의 조정가능 파워 입력을 조정한다. 농도 센서는 오존 발생기의 가스 출력에서 오존의 농도 레벨을 측정하기 위해 이용된다. 제2 제어기는 농도 센서 및 오존 발생기와 연결된다. 제2 제어기는 이벤트 발생 이후 주어진 시간에서 조정가능 파워 입력을 조정하는데 이용된다.
제1 및 제2 제어기를 사용함으로써, 본 발명의 일실시예에서 시스템은 하나 이상의 이벤트 발생중에 그리고 발생 이후에 다수의 챔버로 원하는 레벨의 오존을 전달하는 것이 가능하다. 제1 제어기는 이벤트 발생을 검출할 수 있고 룩-업 테이블에 저장된 값에 따라 파워를 증가시키거나 감소시키기 위한 명령을 오존 발생기에 제공할 수 있다. 9초의 안정 시간을 갖는 오존 발생기가 약 10초에서 이벤트 검출 이후 하나 이상의 챔버로 적절한 농도를 전달하는데 사용될 수 있도록 이러한 명령은 이벤트가 검출된 후 즉시 오존 발생기에 제공된다. 본 발명의 제2 제어기는 룩-업 테이블내의 데이터를 일정하게 업데이트하기 위해 그리고 이벤트 이후 원하는 농도 값을 유지하기 위해 제공된다. 일반적으로 제2 제어기는 단순 알고리즘 제어기(simpler algorithm controller)보다 시간이 흐를수록 오존의 농도를 좀더 정확하고 안정적으로 제어할 수 있는 PID 제어기이다. 그러나, 이벤트 발생중에 제2 제어기가 30초 정도의 긴 안정 시간을 가지게 되면 제1 제어기가 프로세싱 조건에서 요구되는 빠른 변화를 제공할 수 있도록 시스템은 제2 제어기를 차단한다.
본 발명의 이러한 측면은 하나 이상의 다음과 같은 특징들을 포함한다. 시스템의 일실시예에서, 제2 제어기가 조정가능 파워 입력을 조정하는데 이용되는 경우 이벤트 발생 이후 주어진 시간은 제2 제어기(예를 들면, PID 제어기)의 안정 시간과 같거나 크다. 일실시예에서, 제2 제어기는 오존 발생기의 현재 동작 상태를 반영하기 위해 룩-업 테이블에 저장된 데이터를 업데이트한다. 시스템은 또한 챔버가 순환될 때 과도한 유량 변동(fluctuation)을 방지하는데 도움이 되도록 오존 발생기에 연결된 폐쇄-루프 압력 제어기(closed-loop pressure controller)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일측면에 따른 실시예에서, 조정가능 가스 입력은 적어도 하나의 질량 유량 제어기(mass flow controller)를 포함한다. 다른 실시예에서, 조정 가능 가스 입력은 적어도 하나의 질량 유량계(mass flow meter)를 포함한다. 조정가능 가스 입력은 또한 산소 소스 가스와 도펀트 캐리어 가스 사이의 농도 비율을 제어하기 위한 비율 제어 장치를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 시스템은 제1 제어기는 지정된 유량의 50 퍼센트보다 큰 판독 범위(read range)를 갖는다. 즉, 제1 제어기는 단일 챔버에 대해 지정된 유량의 50% 보다 큰 값으로 전체 유량에서의 증가 또는 감소를 인지하자마자 이벤트를 검출할 수 있다.
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다른 측면에서, 본 발명은 오존 발생기에서 생산된 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템에 특징이 있다. 시스템은 조정가능 가스 입력, 조정가능 파워 입력, 유량 센서, 제1 제어기, 농도 센서 그리고 제2 제어기를 포함한다. 조정가능 가스 입력은 가스 소스와 연결될 수 있다. 조정가능 파워 입력은 다수의 프로세싱 챔버에서 사용하기 위해 생산된 오존의 농도를 조절하기 위해 사용된다. 다수의 챔버 각각은 활성화될 때 지정된 유량이 챔버로 흐르도록 한다. 유량 센서는 다수의 프로세싱 챔버로 흐르는 전체 유량을 측정하는데 사용된다. 제1 제어기는 유량 센서 및 조정가능 파워 입력과 연결된다. 제1 제어기는 지정된 유량과 전체 유량을 비교함으로써 이벤트의 발생을 결정하고 이벤트의 발생에 근거하여 룩-업 테이블에 저장된 데이터에 따라 조정가능 파워 입력을 조정한다. 농도 센서는 생산된 오존의 농도 레벨을 측정하는데 사용된다. 제2 제어기는 농도 센서와 조정가능 파워 입력에 연결된다. 제2 제어기는 이벤트 발생 이후 주어진 시간에서 조정가능 파워 입력을 조정한다. 일실시예에서, 이벤트 발생 이후 주어진 시간은 제2 제어기의 안정 시간과 같거나 크다. 특정 실시예에서, 이벤트 발생 이후 주어진 시간은 이벤트 발생 이후 약 5에서 15 초이다.
도 1은 표준 PID 제어기에서 시간 대 오존 농도의 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 오존의 유량을 제어하기 위한 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 2의 시스템에서 사용되는 예측 제어 알고리즘을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 다양한 유량에 대한 전형적인 오존 발생기의 오존 농도 대 발생기 파워에 대한 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 시스템의 사용중에 측정된 오존 농도 및 오존 유량 대 시간의 그래프이다.
도 6은 도 5의 그래프의 부분 확대도이다.
도 7은 질량 유량 제어기를 통해 멀티-챔버 툴의 챔버로의 오존 유량을 제어하기 위한 시스템에서 측정된 오존 유량 대 시간의 그래프이다.
도 2는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴(15)과 연결되어 사용되는 대표적인 오 존 전달 시스템(10)을 나타낸다. 도시된 멀티-챔버 프로세싱 툴(15)은 전용 유량 제어기(18)와 각각 유체 연결된 6개의 챔버(17)를 도시하고 있지만 임의의 개수의 챔버(예를 들면, 2, 3, 4, 5, 7 등)가 멀티-챔버 툴(15)에 포함될 수 있다. 멀티-챔버 프로세싱 툴(15)은 또한 전달 시스템(10)의 준비 또는 폐쇄와 같은 비-프로세싱 간격 동안에 오존을 수용하기 위해 개방될 수 있는 오존 파기 유닛(ozone destruction unit)(19)을 포함할 수 있다.
오존 전달 시스템(10)은 제1 농도 제어기(25)와 제2 농도 제어기(30)와 함께 오존 발생기(20)를 포함한다. 제1 및 제2 농도 제어기(25, 30)는 오존 전달 시스템(10)이 툴(15)의 챔버로 흐르는 오존의 활성 및 중지 중에 그리고 그 이후에 멀티 챔버(17)에서 원하는 오존 농도를 유지할 수 있도록 한다. 제1 제어기(25) 및 제2 제어기(30)의 조합을 사용함으로써, 6개의 챔버(17) 각각에 전용 오존 발생기를 사용하지 않고 멀티-챔버 프로세싱 툴(15)내에서 고품질 반도체 제품이 처리될 수 있다.
특정 실시예에서, 전달 시스템(10)에서 사용되는 오존 발생기(20)는 MKS 인스트루먼트 사(메사츄세츠, 윌밍턴)의 AX8550 오존 발생기이다. 다른 실시예에서, 오존 발생기(20)는 MKS 인스트루먼트 사의 SEMOZON? AX8400 시리즈 오존 발생기이다. 또한, 특정 실시예에서, 도시되지 않았지만, 오존 전달 시스템(10)은 in-situ 오존 가스를 생성하기 위해 함께 동작하는 2 이상의 오존 발생기(20)를 포함한다. 본 발명의 오존 전달 시스템(10)은 오존 발생기(20)가 가스를 멀티-챔버 툴(15)의 하나 이상의 챔버(17)에 전달하는 한은 하나 이상의 오존 발생기(20)를 포함할 수 있다. 즉, 오존 전달 시스템(10)은 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴(15)의 각각의 챔버(17)를 위한 전용 오존 발생기를 포함하지 않는다.
일반적으로, 오존은 무성 전기 방전 프로세스(silent electrical discharge process)를 사용하여 오존 발생기(20)에서 생산될 수 있다. 간단히, 무성 전기 방전 프로세스는 작은 양의 도펀트 가스와 함께 또는 작은 양의 도펀트 가스 없이 고순도 산소 가스를 전기 방전에 노출시키는 것을 포함한다. 방전은 산소 분자를 여기시켜 원자 상태로 깬다. 원자는 오존(O3)과 산소(O2)의 화합물로 재결합한다. 오존 대 산소의 비율은 전기 방전을 생성하기 위해 생성기로 전달된 파워량과 결합하는데 사용된 산소의 질에 따라 다르다. 이에 따라, 오존 발생기(30)는 오존 생산을 변경 및 제어할 수 있도록 하는 가스 및 파워의 조정가능 입력을 허용한다. 일반적으로, 공지된 오존 발생기는 약 25 중량 퍼센트(weight percent)까지의 오존 농도 및 약 50 slm(standard liters per minute)까지의 유량을 생산할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전달 시스템(10)은 유량 제어기(41, 42)를 통해 가스 소스(35, 40)와 연결된다. 유체 제어기는 질량 유량 제어기 또는 선택적으로 질량 유량계가 될 수 있다 .가스 소스(35)는 고순도 산소를 오존 발생기(20)에 전달한다. 가스 소스(40)는 질소 또는 이산화탄소와 같은 도펀트를 오존 발생기(20)에 전달하는데 사용된다. 그러나, 일실시예에서, 오존 생산중에 도펀트 가스가 사용되지 않도록 가스 소스(40) 및 대응하는 유량 제어기(42)는 제거된다. 특정 실시예에서, 산소 가스 및/또는 도펀트 가스는 MKS 인스트루먼트 사의 640 압력 제어기와 같은 압력 제어기를 통해 오존 발생기로 유도될 수 있다.
오존 발생기(20)로부터의 출력은 일정한 압력에서 오존 발생기로부터의 가스 출력을 고정하기 위해 설계된 압력 제어기(50)와 전기적으로 통신하는 압력 센서(45)로 향할 수 있다. 일정한 압력(예를 들면, 20에서 30 psig)에서 가스 출력을 고정시킴으로써 이벤트(즉, 멀티 챔버중 하나의 활성 또는 중지)동안의 과도한 유량 변동이 최소화된다. 압력 제어기(50)는 진공 소스(55)에 연결되고, 압력 제어기(50)의 임피던스는 오존 발생기(20)로의 입력과 유체 연결된 진공(55)의 개구(opening)의 크기를 조정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 오존 발생기(20)에서 생산된 오존의 전달 압력은 도 2에 도시된 바와 같이 발생기의 다양한 임피던스 업 스트림에 의한 폐쇄-루프 압력 제어를 사용하여 유지된다. 폐쇄-루프 압력 제어 시스템을 포함함으로써 챔버가 개방 또는 폐쇄되는 때 과도한 변동을 방지하는데 도움을 주기위해 배압(back-pressure)이 유지될 수 있다. 이것은 단순하고 저가의 유량 제어 요소를 사용하는 것을 허용하고 질량 유량 제어기와 같은 고가의 장치에서 유량 진동을 최소화하는데 도움을 준다.
제1 농도 제어기(25)로의 피드백을 제공하기 위해 유량 센서(60)가 사용될 수 있다. 유량 센서(60)는 챔버(17)에 결합된 각각의 유량 제어기(18)를 통해 통과하는 오존의 전체 유량을 검출한다. 전체 유량 데이터는 제1 농도 제어기(25)로 전기적으로 전송되고, 제1 농도 제어기는 임의의 주어진 시간에서 개방된 프로세싱 챔버(17)의 전체 개수를 결정하기 위해 이러한 데이터를 사용한다. 즉, 제1 농도 제어기(25)는 이벤트(즉, 멀티-챔버 툴(15)의 챔버(17)의 활성 또는 중지) 발생을 결정하기 위해 이러한 데이터를 사용한다. 이벤트 발생을 검출하면, 예측 제어 알고리즘을 사용하는 제1 제어기(25)는 유량 센서(60)에 의해 검출된 전체 유량에 대해 원하는 오존 농도에 대응하는 저장된 데이터 셋팅을 검사함으로써 오존 발생기(20)에 대한 적절한 파워 셋팅을 결정한다. 이러한 파워 셋팅은 즉시 오존 발생기(20)로 전달된다(일반적으로 약 9초의 응답 시간을 갖는다). 데이터를 발생기(20)로 전달함으로써, 오존 발생기로부터의 오존 유량은 약 10에서 15초내에서 원하는 농도 레벨을 갖는다.
오존 전달 시스템(10)은 또한 제2 농도 제어기(30)로 피드백을 제공하는데 사용될 수 있는 농도 센서(65)를 포함할 수 있다. 농도 센서(65)는 오존 발생기(20)로부터 유출되는(즉, 가스 출력) 오존의 유량에서 오존의 농도를 검출한다. 농도 데이터는 제1 제어기(25)와 같이 단순한 알고리즘 제어기보다 오존 농도의 좀더 정확하고 안정적인 제어를 제공하는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기 또는 다른 제어기 타입인 제2 농도 제어기(30)로 전기적으로 전송된다. 그러나, 제2 제어기(30)는 30초 정도의 긴 안정 시간을 가지고, 이로 인해 제1 제어기(25)가 프로세싱 상태에서 빠른 변화(즉, 단계 변화)를 제공할 수 있도록 이벤트 발생중에 시스템으로부터 차단된다. 이벤트 중에 그리고 제2 농도 제어기(30)가 예측 제어 알고리즘을 사용하는 제1 농도 제어기(25)에 의해 결정된 파워 세팅을 따라갈때까지 제2 농도 제어기(30)는 오존 발생기(20)로부터 차단된다. 일반적으로, 제2 농도 제어기(30)가 오존 발생기(20)로부터 차단되는 시간은 제2 농도 제어기(30)의 안정 시간과 거의 동일하다(예를 들면, 약 30초).
이벤트 발생 이후에 그리고 제2 농도 제어기(30)가 제1 농도 제어기(25)를 따라잡은 시간 이후에, 제2 농도 제어기(30)는 농도 센서(65)로부터의 피드백을 통해 좀더 정확하고 안정적인 오존 농도 제어를 제공하기 위해 오존 발생기(20)의 제어를 인계받는다. 제2 농도 제어기(30)는 또한 자기-습득 알고리즘을 전달 시스템(10)에 제공하기 위해 제1 농도 제어기에 의해 사용되는 데이터 셋팅에 대한 업데이트를 제공한다. 자기-습득은 시스템(10)이 오존 발생기(20)의 동작에서의 변화에 대해 보정할 수 있도록 한다. 예를 들면, 전송 시스템(10)에서 사용되는 것과 같은 일반적인 오존 발생기는 시간이 지날수록 열화되고 처음보다 특정 유량에서 동일한 오존 농도를 생산하기 위해서는 더 많은 파워를 요하게 된다. 또한, 냉각 조건의 변화 및 오래된 사용 기간은 오존 발생기에 영향을 미칠 수 있다. 제2 농도 제어기(30) 사용을 통해 제1 농도 제어기(25)로 자기-습득 능력을 포함시킴으로써, 전달 시스템(10)은 오존 발생기(20)의 동작에서의 변화에 대한 보정이 가능하다.
일실시예에서, 도펀트 캐리어 가스에 대한 산소 분자의 비율은 제2 농도 제어기(30)로 피드백 루프를 통해 제어될 수 있다. 제2 농도 제어기(30)는 농도 센서(65)를 통해 오존 발생기(20)로부터 전달된 오존 농도를 검출한다. 도펀트의 원하는 농도보다 높은 것으로 검출되거나 또는 예상된 오존 농도보다 낮은 것으로 검출되면, 제2 제어기(30)는 오존 발생기로 전달되는 산소 대 도펀트 캐리어 가스 비율을 변경시키도록 유량 제어기들(41 또는 42)중 하나에 그들의 유량을 증가 또는 감소시키도록 전기적으로 명령한다. 이에 따라, 오존 발생기(20)는 조정가능 가스 입력으로 제공된다.
오존 발생기(20)로 전달되 파워는 질량 유량 변경에 응답하여 변경할 수 있는 예측 제어 알고리즘을 사용하여 제어된다. 질량-유량 변경은 추가적인 챔버(17)로의 유량 유도의 결과 또는 챔버(17)로의 유량 중단의 결과가 될 수 있다. 오존 발생기 파워를 변경하는 것은 오존 또는 다른 희석 가스의 생산량을 변경할 수 있고 이것에 의해 멀티-챔버 툴(15)의 하나 이상의 챔버(17)에 제공되는 오존(또는 다른 희석 가스)의 농도가 유지된다. 또한, 제1 및 제2 챔버 사이의 오존 농도는 빠르고 효과적인 프로세스(예를 들면, 제2 챔버를 온라인 또는 오프라인으로 하고나서 15초 이내)에서 동일해질 수 있다. 프로세싱 상태 단계를 빨리 변경할 수 있는 전달 시스템(10)의 능력때문에, 본 발명의 유량 제어 방법을 사용함으로써 반도체 툴 처리량 증가가 이뤄질 수 있다.
도 3을 참조하여, 예측 제어 알고리즘(100)은 현재 사용되는 챔버(17)의 개수인 현재 단계(n) 레벨을 식별하기 위한 계산을 포함한다. 계산(105)은 유량 센서(60)에 의해 측정된 전체 유량(106)과 각각의 유량 제어기(18)에 대한 세트포인트 유량(set point flow rate)(107)과의 비교를 통해 제1 농도 제어기(25)에서 이뤄진다. 즉, 챔버들(17)중 하나에 결합된 각각의 유량 제어기(18)는 공통 유량 세트포인트(예를 들면, 5 slm)에 사용되기에 앞서 셋팅된다. 현재 단계(n) 레벨을 결정하기 위해, 계산(105)은 전체 유량(106)을 유량 세트포인트(107)로 나누거나 또는 비교함으로써 이뤄진다. 현재 단계(n)를 결정한 이후, 제1 농도 제어기(25)는 룩-업 테이블(110)을 참조함으로써 적절한 파워 레벨을 결정한다. 현재 단계를 입력(entering)하여(즉, 개방된 챔버의 수 그리고 요구된 전체 유량) 제1 제어기(25) 는 현재 단계에 대응하는 파워 셋팅을 검색할 수 있다. 예를 들면, 도 4는 다양한 유량에 대해 원하는 오존 농도를 얻기위해 요구되는 발생기 파워를 나타낸다. 도 3의 그래프 결과에 대응하는 데이터는 특정 오존 발생기에 대한 룩-업 테이블을 정하는데(populate) 사용될 수 있다. 따라서, 도 4의 데이터를 이용한 예에서, 제1 농도 제어기(25)가 활성된 각각의 챔버(17)에 대한 유량 세트포인트가 5slm 인 프로세스에 대해 현재 단계를 3으로 계산하고 각 챔버내의 오존의 원하는 농도 레벨이 19 중량 퍼센트라면, 제1 제어기(25)는 룩-업 테이블에서 약 40 퍼센트의 파워 레벨 값을 찾을 것이다. 그 다음 제1 농도 제어기(25)는 오존 발생기의 파워 셋팅을 조정하기 위한 신호를 전송한다(112).
예측 제어 알고리즘(100)은 또한 제2 농도 제어기(30)와 상호작용한다. 제2 농도 제어기(30)는 농도 센서(65)에 의해 측정된 농도(118)와 원하는 농도 세트포인트(117)(전술한 예에서는 19 중량 퍼센트)를 비교한다(115). 측정된 농도가 원하는 농도보다 크거나 또는 작으면, 제2 농도 제어기는 오존 발생기의 파워 셋팅을 조정하기 위한 신호를 전송한다(119). 그러나, 제2 농도 제어기(30)의 안정 시간이 제1 농도 제어기(25)보다 크기 때문에, 제2 농도 제어기(30)에 따른 파워 셋팅 값은 단계 변경동안에 제1 농도 제어기(25)와 비교했을 때 지연될 것이다. 이에 따라 제2 농도 제어기로부터 전송된 파워 출력은 파워 출력 제어 전달 알고리즘(125)에 의해 차단된다. 일반적으로 단계 변경동안에 파워 출력 제어 알고리즘은 제2 농도 제어기(30)로부터의 파워 출력 신호가 제1 농도 제어기(25)로부터의 파워 셋팅과 실질적으로 동일해질때까지 제2 농도 제어기(30)로부터의 파워 셋팅을 조정하기 위 한 신호의 전달을 막는다. 그 다음 제2 농도 제어기(30)는 오존 발생기(20)의 제어를 인계받는다.
오존 발생기 파워 동작의 변경을 보정하기 위해, 룩-업 테이블에 저장된 값들은 사용중 업데이트될 수 있다. 예를 들면, 제2 농도 제어기(30)가 오존 발생기(20)의 파워 제어(125)를 인계한 이후 일정 시간에서, 특정 n-단계에 대한 새로운 파워 값이 저장될 수 있고, 이것은 후속하는 이벤트중에 사용될 수 있다. 좋은 튜닝 능력때문에 제2 농도 제어기(30)는 오존 발생기(20)의 파워 동작에서의 변경을 결정할 수 있다. 이에 따라, 제2 농도 제어기(30)는 파워 셋팅을 조정하는 것으로 이러한 변경들에 응답할 수 있다. 특정 n-단계에 대해 이렇게 조정된 파워 셋팅은 특정 n-단계보다 올라가거나 또는 내려간 후속 단계중에 사용되도록 룩-업 테이블로 전송된다.
도 5는 오존을 멀티-챔버 툴(15)로 전송하기 위한 전달 시스템(10)의 동작을 나타내고 있다. 이 예에서 사용된 유량 제어기(17)는 4 slm 의 유량으로 미리 셋팅된 미터링 밸브(metering valve)이다. 유량 결과 그래프에서 각 단계 업(즉, 4 slm에서 각각 증가)은 챔버 온라인을 반영하고, 반면에 각 단계 다운(즉, 4 slm에서 각각 감소)은 챔버로의 유량 중지를 반영한다. 각각의 단계는 하나의 이벤트를 나타낸다. 제1 농도 제어기(25)는 주어진 시간에서 활성된 챔버(17)의 개수 n 을 결정하기 위해, 유량 제어기(17)를 통한 전체 유량을 현재 유량(예를 들면, 4slm)으로 나눔으로써 각각의 단계를 다른 것과 구별할 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 농도 제어기(25)는 완전한 n 값에 의해 유량이 증가 또는 감소할때까지 기다리지 않 고 이벤트의 발생을 검출할 수 있다. 제1 농도 제어기(25)는 증가 또는 감소가 단계 당(per step) 현재 유량의 50 % 와 같거나 또는 큰것을 보고 이벤트를 검출할 수 있도록 셋팅될 수 있다. 즉, 4 slm 의 현재 유량에서, 2slm 보다 큰 유량에서의 임의의 변경은 제1 농도 제어기(25)에 의한 이벤트 검출을 일으킬 것이다.
도 5는 또한 유량 결과(200)에 대응하는 농도 결과(210)의 그래프를 나타낸다. 그래프(210)에 의해 나타나는 바와 같이, 오존의 농도는 이벤트(들)에서 실질적으로 일정하게 유지된다. 각 이벤트에 따라 농도 안정도는 약 1에서 10g/m3 사이이다. 농도에서의 각각의 상승(spike) 또는 하강(dip)은 이벤트 발생에 따른 안정 시간을 반영한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 안정 시간은 1초에서 15초 사이가 될 수 있다. 도 5에서 표시된 처음 5분의 확대도인 도 6에서, 안정 시간은 약 5초이다. 시작으로부터의(즉 제1 챔버로 유량이 개시되는) 안정 시간은 오존 발생기(20)의 이전 사용량에 따라 15초에서 100초 사이가 될 수 있다. 도 6에서, 시작시로부터의 안정 시간은 약 90초이다.
도 7은 다른 실시예에 따라 멀티-챔버 툴(15)로 오존을 전달하기 위한 전달 시스템(10)의 동작을 나타낸다. 이 실시예에서 사용된 유량 제어기(17)는 4 slm 유량으로 미리 셋팅된 질량 유량 제어기이다. 전술한 실시예에서의 미터링 밸브와 달리, 질량 유량 제어기는 자신과 관련된 안정 시간을 갖는다. 이에 따라, 질량 유량 제어기(17)는 이벤트 당(per EVENT) 안정 시간의 양이 증가한다. 구체적으로, 도 7에 도시된 안정 시간(220)은 도 6에서 5초의 안정 시간과 비교했을 때 약 10초이 다.
본 발명은 구체적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 및 의도를 벗어나지 않는 다양한 변경들이 이뤄질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 방법 및 시스템은 오존을 생산하는 실시예에 따라 설명되었지만, 본 발명의 방법 및 시스템은 다른 타입의 희석 가스 생성에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법 및 시스템은 아르곤 및 질소 또는 아르곤 및 산소의 해리 화합물을 챔버로 전달하는데 사용될 수 있다. 또한, 전술한 실시예들은 룩-업 테이블이 공지된 오존 발생기 특성에 대응하는 데이터로 미리 정한 것으로 설명되었지만, 처음에는 모든 값이 제로인 룩-업 테이블을 제공하는 것도 가능하다. 모든 값이 제로인 룩-업 테이블은 제2 농도 제어기(30)와 연관된 습득 알고리즘에 의해 정해질 수 있다. 즉, 모든 챔버(17)의 개방 및 폐쇄를 통해 전달 시스템이 순환된 이후 제2 농도 제어기(30)에 의해 결정된 파워 값들로 이러한 제로들이 대체될 수 있다.

Claims (20)

  1. 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    가스 소스에 연결할 수 있는 조정가능 가스 입력과, 조정가능 파워 입력과, 다수의 프로세싱 챔버에 연결할 수 있는 가스 출력을 포함하는 오존 발생기 ― 상기 다수의 프로세싱 챔버 각각은 활성화될 때 지정된 유량이 흐를 수 있도록 셋팅됨 ― ;
    상기 다수의 프로세싱 챔버를 흐르는 전체 유량을 측정하는데 사용되는 유량 센서;
    상기 유량 센서 및 상기 오존 발생기와 통신하는 제1 제어기 ― 상기 제1 제어기는 상기 전체 유량과 상기 지정된 유량을 비교하여 이벤트(EVENT)의 발생을 결정하며, 상기 이벤트(EVENT) 발생에 의해 룩-업 테이블에 저장된 데이터에 따라 상기 오존 발생기의 상기 조정가능 파워 입력을 조정함 ― ;
    상기 오존 발생기의 상기 가스 출력에서의 오존 농도 레벨을 측정하는데 사용되는 농도 센서; 및
    상기 농도 센서 및 상기 오존 발생기와 통신하는 제2 제어기를 포함하고, 상기 제2 제어기는 상기 이벤트(EVENT)의 발생 이후 주어진 시간에서 상기 조정가능 파워 입력을 조정하며, 상기 이벤트(EVENT)의 발생 이후 주어진 시간은 상기 제2 제어기의 안정 시간(settling time)보다 크거나 같은, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어기는 PID 제어기인, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어기는 상기 룩-업 테이블에 저장된 데이터를 업데이트 하는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오존 발생기에 연결된 폐쇄-루프 압력 제어기를 더 포함하는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정가능 가스 입력은 적어도 하나의 질량 유량 제어기(mass flow controller)를 포함하는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정가능 가스 입력은 적어도 하나의 질량 유량계(mass flow meter)를 포함하는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조정가능 가스 입력은 산소 소스 가스와 도펀트 캐리어 가스 사이의 농도 비율을 제어하기 위한 비율 제어 장치(ratio control device)를 포함하는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 지정된 유량의 50% 보다 큰 판독 범위(read range)를 갖는, 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 오존 발생기에서 생산된 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    가스 소스에 연결할 수 있는 조정가능 가스 입력;
    다수의 프로세싱 챔버에서 사용하기 위해 생산된 오존의 농도를 조정하기 위한 조정가능 파워 입력 ― 상기 다수의 프로세싱 챔버 각각은 활성될 때 지정된 유량이 흐름 ― ;
    상기 다수의 프로세싱 챔버를 흐르는 전체 유량을 측정하는데 사용되는 유량 센서;
    상기 유량 센서 및 상기 조정가능 파워 입력과 통신하는 제1 제어기 ― 상기 제1 제어기는 상기 전체 유량과 상기 지정된 유량을 비교하여 이벤트(EVENT)의 발생을 결정하며, 상기 이벤트(EVENT) 발생에 의해 룩-업 테이블에 저장된 데이터에 따라 상기 조정가능 파워 입력을 조정함 ― ;
    생산된 오존의 농도 레벨을 측정하는데 사용되는 농도 센서; 및
    상기 농도 센서 및 상기 조정가능 파워 입력과 통신하는 제2 제어기를 포함하고,
    상기 제2 제어기는 상기 이벤트(EVENT)의 발생 이후 주어진 시간에서 상기 조정가능 파워 입력을 조정하며, 상기 이벤트(EVENT)의 발생 이후 주어진 시간은 상기 제2 제어기의 안정 시간보다 크거나 같은, 오존 발생기에서 생산된 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 이벤트(EVENT)의 발생 이후 주어진 시간은 5초에서 15초 사이인, 오존 발생기에서 생산된 오존의 유량 및 농도를 제어하기 위한 시스템.
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