KR101467611B1

KR101467611B1 - 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법

Info

Publication number: KR101467611B1
Application number: KR1020107002973A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 베르크; 카슈텐 슈트리에첼
Original assignee: 인피콘 게엠베하
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2014-12-01
Also published as: WO2009012605A3; TW200907315A; JP2010534323A; WO2009012605A2; JP5524055B2; US20100198545A1; KR20100057800A; US8423311B2

Abstract

진공 측정 셀 장치의 교정을 위하여 이하의 방법 순서가 제안된다:
a) 측정 셀 장치(1)를 교정 장치(10)에 연결하면서 커넥터(5)를 진공 볼륨(58)에 연결하고 측정 셀 인터페이스(8)를 신호 라인(20)에 의하여 교정 진행 제어기(11)에 연결하는 단계;
b) 측정 셀 장치의 제1 가열 온도를 미리 정한 일정한 값으로 셋팅하는 단계;
c) 진공 볼륨(58)에서 하나 이상의 미리 정한 압력을 발생시키면서 동시에 측정 셀 장치(1) 및 하나 이상의 참조 측정 셀(6)로부터의 진공 신호를 검출함으로써 측정 셀 장치(1)의 제1 교정 단계를 실행하고 검출된 압력값을 교정 데이터 메모리(13)에 저장하는 단계;
d) 교정 프로세서(14)를 사용하여 측정 셀 장치(1) 및 참조 측정 셀(6)의 측정된 차이값으로부터 보상값을 측정하고 이 차이값을 교정 진행 제어기(11)의 교정 데이터 메모리(13)에서 버퍼링하는 단계;
e) 측정된 보상값을 측정 셀 데이터 메모리(6)에 전송하여, 참조 측정 셀(60)에 대하여 미리 정한 상이한 조작 포인트에서 측정된 압력 및 온도에 대한 편차치에 대하여 측정 셀 장치(1)를 조정하는 단계.

Description

측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법{METHOD FOR CALIBRATING AND OPERATING A MEASURING CELL ARRANGEMENT}

본 발명은 특허청구범위 제13항의 특징에 따른 진공 측정 셀 장치의 교정 방법 및 제18항의 전제부에 따른 교정된 측정 셀 장치의 가동 방법에 관한 것이다.

측정 셀의 교정에 대해서는 세 가지 이상의 방법이 공지되어 있고 이용 가능하다. 국립 도량형 표준 연구소, 예컨대 연방 물리학 연구 기관 내부에서는 정적 및 동적 팽창 방법이 통용되고 있으나, 측정 셀의 공업적 제조에서는 전달 표준기(transfer standard)를 이용한 비교 방법이 바람직하게 사용된다. 이것은 특히 팽창 방법을 위한 복잡한 구조물에서 특히 필요한 시간 동안 이 방법을 이용한 교정을 실행하는 것을 기초로 한다. 그러나, 전달 표준기를 사용하는 비교 교정 방법은 DIN 28418 표준 및 DKD-R 6-2 표준 또는 ISO/TS 3567:2005 표준에 기재된 바와 같은 연방 규정의 준수를 필요로 한다. 진공 측정 셀의 교정은 예컨대 문헌[참고: Wutz-Adam-Walcher, Verlag Vieweg, ISBN 3-528-04884-0, 제11.6장, 진공계의 교정]에 기재되어 있다.

얇은 멤브레인에 압력을 작용시키고 이의 휘어짐을 측정함으로써 압력 및/또는 압력차를 측정하는 것은 공지되어 있다. 이러한 멤브레인의 휘어짐을 측정하는 공지된 적합한 방법은 멤브레인 장치를 다양한 전기 용량으로서 제작하는 것으로 이루어지며, 여기서 측정 전자 장치를 통하여 공지된 방식으로 용량 변화가 평가되고, 이러한 용량 변화는 압력 변화로 보정된다. 용량은 휘어지기 쉬운 얇은 멤브레인 면을 또 다른 면에 대하여 작은 간격을 두고 배치함으로써 얻어지며 서로 대향 배치되는 양 표면은 전기 전도성 코팅으로 코팅되거나 또는 전기 전도성 재료로 이루어진다. 멤브레인에 압력이 가해지면, 이의 휘어짐에 의해 두 전극 사이의 거리가 변경되며, 이로써 평가 가능한 장치의 용량 변화가 초래된다. 이러한 유형의 센서는 대량 생산에서 규소로 제조된다. 이때 평탄형 베이스 바디뿐만 아니라 멤브레인도 종종 완전히 규소 재료로 이루어진다. 예컨대 유리 기재의 규소와 같은 복합 재료 조성물을 사용하는 실시예도 있다. 센서는 이로써 비용면에서 유리하게 제조된다. 이러한 유형의 압력 센서는 일반적으로 약 10^-1 mbar 내지 수 bar의 범위에서 고압 범위에 대해서만 사용될 수 있다. 약 10^-1 mbar로부터의 낮은 압력에서의 고도의 분석은 규소 소재를 사용하여 제한적으로만 실현될 수 있다. 이러한 유형의 센서는 일반적인 진공 용도에 대하여 제한적으로만 적합하다. 특히 이것은 규소가 표면에서 환경과 반응하여 민감한 센서 특성이 교란되는 것으로 인한 것이다. 통상의 대기 공기 중에 포함되는 수증기조차 표면에서 해당 반응을 유도한다. 센서가 오늘날의 반응성 진공 플라즈마 공정에서 일반적으로 증가된 화학적으로 공격적인 대기에서 사용되는 경우, 상기 문제는 더 악화된다.

일반적으로 진공 센서의 중요한 사용 분야는 반도체 산업에서의 공정이다. 예컨대 반도체는 특히 이하의 기술, 즉 화학적 증착(CVD), 물리적 증착(PVD), 이온 주입 및 (건식) 에칭 공정의 사용하에 제조된다. 상기 반도체 산업의 공정에 대한 일반적인 압력 범위 및 진공 측정 셀의 압력 범위는 일반적으로 10^-4 내지 10 mbar의 범위이다. 상기 용도를 위한 일반적인 공정 측정 셀은 용량형 멤브레인 측정 셀이다. 특히 이러한 유형의 공정에서는, 예컨대 진공 에칭법에서는 불소, 브롬산 및 이들의 화합물과 같은 특히 공격적인 매질이 사용된다. 공지된 규소-압력 센서 및 금속 멤브레인을 구비한 멤브레인 측정 셀도 또한 이러한 부식성 문제 및 내구성 문제 때문에 제한적으로만 사용된다.

이러한 용도를 위해 한편으로는 측정 셀을 고온의 공정 환경에서 가동시킬 수 있고/있거나 측정 셀 내부의 응축물(condensate)을 가능한 회피하기 위하여 상승된 온도에서 그리고 더 높은 내부식성으로 멤브레인 측정 셀을 가동시킬 수 있는 것이 점점 더 요청된다.

예컨대 소정 용도에서 300℃까지의 온도 또는 심지어 더 높은 온도에서의 압력 측정을 필요로 하는 반도체 제조 공정에서 원자층 증착(Atom Layer Deposition; ALD)의 도입을 기초로 고온 멤브레인 측정 셀에 대한 시장 수요가 앞으로 급증할 것으로 예상된다. ALD 공정을 위한 기기 구조는 오늘날 증가된 온도에서 가동되는 측정 셀의 두드러진 소비재인 저압 CVD(LPCVD) 또는 CVD 기기의 구조와 매우 유사하다.

이러한 용도에 바람직한 멤브레인 측정 셀은 용량형 격막 측정 셀( Capacitive Diaphragm Measuring Cell; CDG)이다. 용량형 격막 게이지(Capacitive Diaphragm Gauge; CDG)라고도 불리는 용량형 멤브레인 측정 셀은 얇은 멤브레인의 탄성적인 변형을 기초로 하며, 상기 멤브레인은 견고한 평탄형 바디에 의하여 걸려 있어 두 공간으로 서로 분리된다. 이들 공간에서의 압력 변화는 멤브레인 자체를 움직이게 한다. 하우징과 멤브레인 사이의 거리는 변화된다. 고압에서 멤브레인은 저압에서보다 강하게 편향된다. 금속 전극들이 멤브레인 및 멤브레인에 대하여 적층된 베이스 바디 상의 갈라진 영역에 존재한다. 이들 두 금속 전극이 콘덴서 용량을 형성한다. 따라서, 용량 변경은 압력 변화에 대한 척도이다. 이러한 측정 원리는 가스 종류와는 무관하다.

그래서, 진공 압력 측정을 위한 측정 셀을 Al₂O₃와 같은 내부식성 재료로 제조하는 것이 제안되었다. 미국 특허 제6,591,687 B1호에는 실질적으로 완전히 세라믹으로 제조되어 고질량에서 내부식성인 용량형 진공 측정 셀(CDG)이 기재되어 있다. 이 특허의 내용은 본원 명세서에 본 발명 개시의 통합된 일부로서 설명된다. 예컨대 10^-6 mbar까지의 매우 낮은 압력을 고도의 정확성으로 측정할 수 있기 위하여, 바람직하게는 세라믹 하우징 내에 실질적으로 대칭으로 배치된 두께 25 ㎛ 내지 100 ㎛의 매우 얇은 세라믹 멤브레인이 사용된다. 수 100 mbar의 범위에서까지 더 높은 진공 압력에서 사용하기 위해, 예컨대 950 ㎛ 이하의 멤브레인 두께가 바람직하게 사용된다. 이 멤브레인에 기초한 진공 측정 셀은 상업적으로 매우 성공적이며 내부식성과 관련하여 실질적인 진보를 의미한다.

추가의 바람직한 멤브레인 측정 셀 장치는 상기 언급한 Al₂O₃로 이루어진 측정 셀을 기초로 하며 유사한 구조를 사용하고, 여기서 멤브레인의 편향도는 이 경우 광학적 수단의 도움으로 측정한다. 광학 격막 게이지(ODG)라고도 불리는 광학 멤브레인 측정 셀에서, 센서에서의 압력에 따른 멤브레인의 편향은 광학 시스템의 도움으로 측정되고, 상기 측정된 신호는 광섬유에 의하여 광학 신호 처리 유닛으로 전달되며, 상기 유닛은 이어서 상기 광학 신호를 전기 신호로 변환한다. 이를 위하여 필요한 광의 연결은 센서 하우징 상의 상응하는 광투과 영역에 의하여 멤브레인에서 직접 이루어진다. 여기서부터 광은 다시 반사된다. 상기 장치는 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭 시스템의 일부를 형성한다. 여기에 속한 간섭계에서는 신호 평가에 의하여 멤브레인 편향도가 측정되고, 이것은 존재하는 측정하고자 하는 진공 압력에 대한 척도이다. 광학 윈도우는 격막 진공 측정 셀의 하우징의 적어도 일부가 사파이어를 포함하도록 사파이어로 제조되는 것이 유리하다. 멤브레인 자체가 사파이어로 이루어지는 경우도 또한 유리하다. 상기 광학 신호는 예컨대 긴 거리(심지어 킬로미터)에 걸쳐서 주로 전자기 교란, 진동 및 주위 온도의 변화와 같은 주위 교란을 통과하여 매우 작은 약화로 왜곡 없이 전달될 수 있다. 또한, 이러한 측정 셀은 가열된 측정 셀로서 특히 양호하게 가동될 수 있다. 바람직한 광학 격막 진공 측정 셀의 증착은 미국 공개특허공보 제2007/0089524 A1호에 기재되어 있다. 상기 공개특허공보의 전체 내용은 본원 명세서에 본 발명 개시의 통합된 일부로서 설명된다.

이러한 멤브레인 측정 셀의 수명에 대한 추가의 개선은, 멤브레인 및 하우징 사이의 결합 영역 및 연결 장치를 위한 결합 영역 및 임의로 연결 장치 자체가 예컨대 산, 염소 및 불소와 같은 할로겐 등을 포함하는 공격적인 공정 환경에서 사용시 추가로 얇은 내부식성 층으로 피복 및 보호된다는 데에 있다. 바람직하게는 금속 산화물로 이루어진 이러한 보호층의 증착은 스위스 특허출원 제01817/06호에 제안된 바와 같이 ALD 방법으로 수행하는 것이 유리하다. 상기 특허출원의 내용은 본원 명세서에 본 발명 개시의 통합된 일부로서 설명된다.

이미 언급한 바와 같이, 공격적인 가스를 사용하는 공정에서, 특히 측정 정확성 및 장기 안정성이 많이 요청되는 경우, 가열된 측정 셀을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 공정 환경에 노출되는 측정 셀의 내부 영역에서 예컨대 응축물-증착물이 감소 또는 회피될 수 있다. 측정 셀 온도의 정확한 안정화에 의하여 온도 효과에 의한 불안정성도 보상될 수 있다. 이러한 목적을 위하여는 상응하는 고비용이 초래된다. 예컨대 시트형 가열 소자 또는 가열 밴드와 같은 가열 재킷이 측정 셀 주위에 배치되며, 이것을 다시 비용을 들여 단열시킨다. 필수 측정 전자 장치도 또한 예컨대 떨어져 있는 장치에 의하여 그리고 예컨대 환풍기 및 냉각체를 사용하는 추가의 냉각 조치에 의하여 이러한 온도에 대하여 보호되어야 한다. 종종 측정 셀로 이어지는 막대형 유입구의 가열을 위하여 가열 밴드와 같은 추가의 가열 소자도 사용된다. 측정하고자 하는 공정의 지정 범위에 따라 온도는 예컨대 45℃, 100℃, 160℃ 및 200℃와 같은 급격한 계단식 값으로 조정된다. 가열된 격막 진공 측정 셀에 특히 적당한 가열 시스템을 구비한 장치는 동일한 출원인의 스위스 특허출원 제00985/07호에 기재되어 있다. 여기서 격막 진공 측정 셀은 가열 장치를 형성하고 이로써 측정 셀을 원하는 온도로 가열하는 열 용기(thermal container)의 내부에 배치되며, 진공 압력 측정을 위한 측정 셀 연결 장치는 상기 열 용기를 통과하고 열원이 배치된 열 용기 영역에서 열체(thermal body)로서 형성된다. 가열된 열체를 환경에 대하여 단열시키고 이로써 적은 열손실로 열 용기 내에서 가능한 작은 온도 구배를 보장하기 위하여 상기 열 용기는 단열 재킷(insulation jacket)으로 둘러싼다. 이로써 콤팩트 제작 방식에 있어서 측정 셀에서 균일한 온도 분포가 가능하다. 상기 특허출원의 내용은 본원 명세서에 본 발명 개시의 통합된 일부로서 설명된다.

상기 언급한 유형의 멤브레인 측정 셀은 매우 작은, 따라서 면밀하게 처리되어야 하는 전기 출력 신호를 공급한다. 이 측정 셀은 또한 특히 온도 변화에 대하여 매우 민감하다. 제조시, 특히 상이한 상승 온도값으로 가동시 각 측정 셀에서 편차가 발생한다. 압력 측정이 더 정확하게 실행되어야 할수록 이러한 편차는 중력으로 더 커지므로 고려되어야 한다.

그래서, 측정 셀은 제조시 교정되고, 특정 작업 지정에 대한 조작 포인트마다 측정 셀이 제공된다. 교정은 표준(norm)에 대한 및/또는 기준(reference)에 대한 시험체의 측정을 의미한다. 여기서 상기 상태는 단지 확인될 뿐이며 예컨대 시험체에 대하여 표준 상태로 셋팅되는 것은 아니다.

이러한 셋팅은 별도의 단계로 이루어지며 조정 단계로 표현된다. 이러한 조정 과정은 시험체를 표준 상태로 셋팅하는 것을 의미한다. 이 작업은 바람직하게는 추가의 교정으로 이어져야 한다. 따라서, 교정 및 조정의 두 과정을 구분하는 것이 중요하다.

교정 장치에서는 일반적으로 상기 정의에 따라 시험체를 표준에 대하여 측정하는 단계, 데이터를 저장하는 단계, 보정값을 계산하는 단계, 시험체를 조정하는 단계, 시험체를 교정하면서 동시에 교정 보고서를 작성하는 단계가 실행된다.

각 측정 셀은 특히 또한 제공되는 해당 측정 셀 온도로 교정되어야 한다. 교정 과정은, 언급한 바와 같이, 시험하고자 하는 측정 셀을 표준에 대하여 비교 측정하고, 또한 참조 측정 셀에 대하여 비교 측정하는 것으로 이루어진다. 여기서 상태가 확인되고 원하는 측정 범위에 대한 편차가 유지된다. 이어서, 측정 셀에 의하여 생성된 측정 신호를 상응하게 보정 및/또는 조정하기 위하여, 측정한 편차를 사용할 수 있다.

따라서, 이러한 측정 셀은 항상 조정된 이러한 정확히 규정된 온도에서만 가동될 수 있다. 사용자는 원하는 측정 셀 온도의 모든 값에 대하여 각각 이에 대하여 특별히 교정된 측정 셀을 진공 처리 유닛에서 사용하여야 한다. 사용되는 공정 및 필요에 따라, 측정 셀의 또 다른 가동 온도가 필요할 경우, 각각 특별히 이에 대하여 교정된 또 다른 측정 셀이 지정되어야 한다. 이것은 비용을 상당히 증가시키고 사용자가 측정 셀의 가동 온도를 용이하게 바꿀 수 없다.

따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다. 특히 본 발명의 과제는 광범위한 온도 범위에 걸쳐서 그리고 상이한 온도값에서 안정하게 가동될 수 있고 가열 장치 및 측정 전자 장치가 통합된 콤팩트형 격막 진공 측정 셀 장치의 가동 및 교정을 위한 방법을 실현하는 것으로, 사용자는 선택된 상이한 온도값에 대하여 측정 셀을 사용할 수 있다.

상기 과제는 특허청구범위 제13항 및 제18항의 특징에 따라 상기 방법에서 해결된다. 종속항들은 본 발명의 추가의 유리한 방법의 단계에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 가열될 수 있는 격막 진공 측정 셀을 갖는 측정 셀 장치는 제조 후 이것을 참조 측정 셀에 대하여 조작 범위의 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상의 압력 포인트 및 2개 이상의 온도값에서 측정함으로써 교정되며, 여기서 확인된 편차로부터 보상값이 발견되고, 이것은 측정 셀 장치의 교정 데이터 메모리에 기록되고 거기서 필요에 따라 격막 진공 측정 셀의 조정을 위해 원하는 조작 범위에 대하여 불러올 수 있다.

가동시에는 사용 전에 원하는 상이한 지정 온도들에서 측정 셀 장치를 최적 값으로 조정하기 위하여 사용자가 원하는 지정 범위에 상응하는 저장된 보상값을 교정 데이터 메모리로부터 측정 셀 장치로 불러올 수 있다. 따라서, 하나의 유일한 측정 셀 장치를 사용하여 상이한 지정 온도에서의 매우 상이한 용도를 커버할 수 있다. 따라서, 더 이상 각각의 선택된 조작 포인트 또는 지정 범위에 대하여 생산자 작업에서 이에 대해 셋팅된 별도의 측정 셀 장치를 사용할 필요가 없다. 이것은 양호하게 재현될 수 있는 고도의 측정 정확성을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 비용 절약 및 높은 융통성을 실현할 수 있다. 또한, 이것은 단지 하나의 유일한 측정 셀 장치를 사용하여 생산자가 광범위한 범위에서 사용할 수 있어, 주문 처리 및 재고 관리가 실질적으로 용이해진다. 이로써, 가능한 공급 문제도 실질적으로 줄어든다.

본 발명에 따른 방법을 실시하기 위하여, 가열 장치를 형성하는 열 용기의 내부에 격막 진공 측정 셀이 배치되는 측정 셀 장치가 유리하게 사용된다. 이로써 측정 셀은 원하는 온도로 가열되며, 진공 압력 측정을 위한 측정 셀 연결 장치는 열 용기를 통과하고 열원이 배치되는 열 용기 영역에서 열체로서 형성된다. 가열된 열체를 환경에 대하여 단열시키고 이로써 적은 열손실로 열 용기 내에서 가능한 작은 온도구배를 보장하기 위하여 상기 열 용기는 단열 재킷으로 둘러싼다. 이로써 콤팩트 제작 방식에 있어서 측정 셀에서 균일한 열 분포가 가능하다.

도 1은 교정 장치와 측정 셀 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 프로세스 제어 장치와 측정 셀 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 예컨대 조정을 위한 소정의 보상값을 선택하여 측정 셀 자체로 불러옴(calling up)으로써 사용자가 또 다른 실시예로서 사용할 수 있는 측정 셀 장치의 개략도이다.
도 4는 예컨대 공장에서 유리하게 사용될 수 있는 교정 장치의 개략적 단면도이다.

본 발명에 따른 측정 셀 장치(1)의 교정 방법에는 압력 센서로서 격막 진공 측정 셀(2)을 포함하는 앞서 설명한 바와 같은 유형의 측정 셀 장치(1)가 특히 적당하다. 이러한 유형의 측정 셀의 교정을 위한 한 장치가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 격막 진공 측정 셀(2)은 예컨대 플랜지로 진공 볼륨(58, 30)에 연결될 수 있는 커넥터(5)를 갖는 유입구를 구비한다. 상기 진공 볼륨(58, 30)은 교정 장치(10)의 일부이고 가동시에는 진공 챔버가 처리 유닛(30)의 일부일 수 있다. 이 연결 장치에 의하여 압력이 측정되어져야 하는 진공 볼륨 및 측정 셀의 멤브레인 사이에 결합이 형성된다. 측정 셀 데이터 메모리(6), 측정 셀 제어기(7) 및 주변 기기와의 데이터 교환을 위한 측정 셀 인터페이스(8)를 구비하는 측정 셀 전자 장치(4)와 연결된 상기 격막 진공 측정 셀(2)은 전기로 가동된다. 상기 격막 진공 측정 셀(2)에서 유래하는 민감한 신호는 이 측정 셀 전자 장치에서 검출되고 준비된다. 상기 측정 셀 장치(1)는 또한 격막 진공 측정 셀(2)을 사전 설정 가능한 온도로 가열하기 위한 프로그래밍 가능한 가열 설비(3)를 포함하며, 앞에서 설명한 바와 같이, 바람직하게는 진공 측정 셀(2)을 가능한 한 완전히 감싸고 단열 재킷(72)에 의해 둘러싸인 가열 장치(3)를 구비한다. 이들 소자는 측정 셀 장치(1)가 일체형 기기 부재를 형성하도록 외표면(70)을 갖는 모든 하우징의 내부에 배열되는 것이 유리하다.

측정 셀 장치(1)는 신호 라인(20)을 갖는 측정 셀 인터페이스(8)에 의하여 외계와 연결된다. 이 신호 라인(20)으로, 한편으로는 측정된 압력 신호가 출력되어 사용될 수 있고, 다른 한편으로는 측정 셀 장치(1) 내부의 데이터가 판독될 수 있어서, 상기 데이터를 소정의 필요에 상응하여 측정 셀 전자 장치(4)의 도움으로 제어하고/하거나 프로그래밍 및 예컨대 교정할 수 있다. 도 1에는 측정 셀 장치(1)가 계략적으로 도시되어 있으며, 이것은 신호 라인(20)에 의하여 교정 장치(10)와 연결된다. 이 장치는 측정 셀 장치(1)를 교정하기 위하여 사용된다.

상기 교정 장치(10)는 교정 기기(12) 및 교정 전자 장치(11)를 포함한다. 상기 교정 기기는 진공 볼륨(58)을 포함하며 상기 진공 볼륨에 측정 셀 장치(1)가 연결 장치(5)에 의하여 연결된다. 상기 진공 볼륨(58)은 또한 참조 측정 셀과도 연결되어, 상기 참조 측정 셀의 신호가 교정할 측정 셀 장치(1)의 신호와 비교될 수 있다. 상이한 온도 조작 포인트에서 소정의 비율을 발생시키기 위하여 상기 측정 셀 장치(1) 또는 복수의 측정 셀 장치(1)는 가열 장치(63), 바람직하게는 가열 챔버를 사용하여 사전 설정 가능한 원하는 일정한 온도가 될 수 있다. 상기 교정 과정은 사전 설정 가능한 시간 구간(65)의 내에서 실시된다. 상기 교정 진행 제어기(11)는 교정 데이터 메모리(13), 예컨대 프로세서를 포함하는 교정 제어기(14) 및 측정 셀 장치(1)가 신호 라인(20)에 의하여 연결되는 교정 인터페이스(15)를 포함한다.

교정 과정의 바람직한 순서는 이하의 단계를 포함한다:

a) 바람직하게는 가열 챔버(63)에 위치시킴으로써 측정 셀 장치(1)를 교정 장치(10)와 연결하면서 커넥터(5)를 진공 볼륨(58)에 연결하고 측정 셀 인터페이스(8)를 신호 라인(20)을 통하여 교정 진행 제어기(11)에 연결하며 측정 셀 장치(1)를 온(on)으로 하는 단계;

b) 측정 셀 장치의 제1 가열 온도를 미리 정한 일정한 값으로 셋팅하는 단계;

c) 진공 볼륨(58)에서 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 상이한 미리 정한 압력을 발생시키면서 동시에 측정 셀 장치(1) 및 하나 이상의 참조 측정 셀(6)로부터의 진공 신호를 검출함으로써 측정 셀 장치(1)의 제1 교정 단계를 실행하고 검출된 압력값을 교정 데이터 메모리(13)에 저장하는 단계;

d) 교정 프로세서(14)를 사용하여 측정 셀 장치(1) 및 참조 측정 셀(6)의 측정된 차이값으로부터 보상값을 측정하고 이 차이값을 교정 진행 제어기(11)의 교정 데이터 메모리(13)에서 버퍼링하는 단계;

e) 측정된 보상값을 측정 셀 데이터 메모리(6)에 전송하여, 참조 측정 셀(60)에 대하여 미리 정한 상이한 조작 포인트에서 측정된 압력 및 온도에 대한 편차값에 대하여 측정 셀 장치(1)를 조정하는 단계.

멤브레인 측정 셀(2) 및 가열 장치(3)를 구비하는 상기 언급한 구조 및 측정 셀 전자 장치(4)를 갖는 측정 셀 장치(1)를 형성함으로써 본 발명에 따른 방법 단계와 함께 교정 과정 동안 검출되었던 보상값에 대한 기록을 저장할 수 있어서, 필요에 따라 이것을 상이한 조작 포인트를 사용하는 원하는 상이한 용도를 위하여 간단히 불러올 수 있고, 이로써 측정 셀 장치(1)가 항상 최적의 정확성으로 조정된다. 이로써 매우 민감한 멤브레인 측정 셀 기술 시스템이 최적으로 이용될 수 있고 고도의 경제성에서 재현 가능한 매우 높은 측정 정확성이 넓은 가동 범위에 걸쳐서 달성될 수 있다. 또한, 기존의 측정 셀 전자 장치(4)의 도움으로, 검출된 측정 포인트 간 내삽법(interpolation method)도 사용될 수 있어서 정확성이 더 증대되고/되거나 측정 영역이 더 넓어질 수 있다.

상기 실행을 위해 특히 적당한 교정 장치(10)는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 진공 볼륨(58)을 구비하는 교정 챔버에는 하나의, 바람직하게는 복수의 측정 셀 장치(1, 61)가 연결되고, 바람직하게는 두 개 이상의 참조 측정 셀(60)이 연결된다. 모든 측정 셀은 설정값의 셋팅 및 측정된 값의 검출 및 처리를 위하여 교정 진행 제어기(11)에 전기적으로 연결된다. 교정이 이루어져야 하는 온도값, 바람직하게는 일정한 온도값으로 장치를 균일하게 가열하기 위하여, 가열 챔버(63)가 이들 교정 진공 챔버(59)와 측정 셀(60, 61)을 둘러싼다. 상기 가열 챔버(63)는 가열 소자(64)로 가열되며, 펠티에(Peltier) 소자를 사용하는 것이 유리하다. 온도 손실을 가능한 한 최소화하고 동시에 온도 분포를 달성하기 위하여 상기 가열 챔버에는 단열부(62)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 진공 볼륨(58)은 진공 펌프(54), 진공 밸브(53), 진공 측정 셀(52) 및 후속되는 고진공 펌프(56)를 포함하는 일반적인 펌프 시스템으로 생성된다. 낮은 압력값으로 펌핑한 후 교정용 표준 가스(50), 바람직하게는 질소가 조절 밸브(51) 및 가스 공급 라인(57)에 의하여 블렌드와 함께 진공 볼륨(58)으로 유입되고 원하는 압력이 교정 단계에서 조정된다.

교정 장치(10)의 진공 볼륨(58)은 바람직하게는 교정 과정 전에 교정할 측정 셀 장치(1)의 측정 상한 아래 10⁵인 기준 압력까지 펌핑되어야 한다. 상기 측정 셀 장치(1)는 바람직하게는 적어도 10² 내지 10⁴의 진공 압력 측정 범위를 검출하여야 한다. 단계 c)의 2개 이상의 상이한 미리 정한 진공 압력이 측정 셀 장치(1)의 스케일 종료값 및 스케일 개시값으로 셋팅되는 경우가 적당하다. 측정값의 검출은 압력 포인트가 2개 이상일 경우 조정 단계 후 교정할 측정 셀 장치(1, 61)의 정확성을 증대시키며, 따라서 교정 비용도 커진다. 단계 c)의 실행시 적어도 2 내지 5개, 바람직하게는 5 내지 10개의 미리 정한 압력값이 검출되는 경우 적당한 조건이 달성되므로 이들을 측정 셀 장치(1)의 검출하고자 하는 원하는 측정 범위 내에 넣는다.

종종, 제1 단계 c)와 유사하게, 하나 이상의 추가의 압력에 대하여 하나 이상의 추가의 교정 단계 f)를 반복 실행하는 것이 유리하며(여기서, 당해 단계는 제어 단계의 역할을 함), 측정 셀 장치(1)의 값 및 메모리에 들어 있는 선행 측정에 대한 참조 측정 셀(60)의 값 사이에서 발견될 수 있는 값 차이를 억제하는 것이 유리하다.

상기 방법은 하나 이상의 추가의 가열 온도값에 대하여, 바람직하게는 3 내지 6개의 상이한 가열 온도값에 대하여 단계 a) 내지 단계 e), 바람직하게는 단계 a) 내지 단계 f)를 실행할 수 있다. 이로써, 저장된 교정 데이터 기록을 간단히 불러오고, 이어서 자동으로 조정되게 함으로써, 사용자는 동일한 측정 셀 장치(1)를 상이한 측정 셀 온도에서도 높은 정확성을 가지고 사용할 수 있다.

사용자 측에서는, 진공 압력 측정을 위한 측정 셀 장치(1)는 특히 해당 진공 챔버 또는 진공 발생 시스템에서의 진공 관리를 위한 처리 유닛에 사용한다. 진공 처리 유닛에서는 종종 상이한 처리 범위가 관리되어야 하므로, 종종 복수의 측정 셀 장치(1)가 사용된다. 이러한 경우, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 데이터 교환을 위해 하나 또는 복수의 측정 셀 장치(1)와 통신 연결된 진공 제어 유닛(21)을 사용하는 것이 유리하다. 이러한 유형의 진공 제어 유닛(21)은 또한 데이터 메모리(13'), 제어 프로세서(14') 및 제어 라인(20)을 통해 측정 셀 인터페이스(8)와 통신하는 인터페이스(15')를 포함한다. 이러한 유형의 진공 제어 유닛(21)은 또한 진공 처리 유닛의 프로세스 제어기의 일부일 수 있다. 상부에 위치하는 추가의 제어 장치(22) 또는 프로세스 제어기도 또한 진공 제어 유닛(21)과 연결될 수 있다. 이들 제어 유닛은 또한 필요한 조작 포인트 또는 범위에 따라 측정 셀 장치에 대하여 올바른 시점에서 보상값을 포함하는 원하는 데이터 기록을 불러올 수 있고 이에 필요한 조정을 실시하거나 또는 새로운 데이터 기록을 측정 셀 장치(1)의 데이터 메모리(6)에 저장할 수 있다.

측정 셀 장치(1)의 추가적 사용은 외부 제어기(21, 22) 없이 이것을 사용하는 것 및 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 측정 셀의 조정을 실시하기 위하여 제어 회로(23)를 통하여 측정 셀 장치(1)에 직접 원하는 비교 데이터를 불러오는 것으로 이루어진다.

압력 측정을 위한 측정 셀 장치(1)의 가동을 위한 바람직한 절차는 이하의 단계로 이루어진다:

- 측정 셀 장치를 진공 처리 유닛의 진공 볼륨(30)과 연결하는 단계;

- 가열 장치(3)에 의하여 진공 측정 셀(2)의 온도를 미리 정한 일정한 값으로 조정하는 단계;

- 진공 측정 셀(2)에 의하여 전달된 압력 신호를 측정 셀 전자 장치(4)에서 처리하여, 교정 과정에 앞서 측정 셀 데이터 메모리(6)에서 측정된 편차값을 참조 측정 셀(60)을 위해 사용하여 측정 셀 제어기(7)에 의하여 압력 신호를 보정하는 단계;

- 이렇게 보정된 압력 신호를 추가의 사용을 위해 측정 셀 인터페이스(8)를 통하여 주변 기기(21, 22)에 전달하는 단계.

1: 측정 셀 장치 2: 격막 진공 측정 셀 3: 가열 장치
4: 측정 셀 전자 장치 5: 커넥터 6: 참조 측정 셀
7: 측정 셀 제어기 8: 측정 셀 인터페이스 10: 교정 장치
11: 교정 진행 제어기 12: 교정 기기 13: 교정 데이터 메모리
14: 교정 프로세서 15: 교정 인터페이스 20: 신호 라인
21: 진공 제어 유닛 22: 추가의 제어 장치 23: 제어 회로
30: 진공 볼륨 51: 조절 밸브 52: 진공 측정 셀
53: 진공 밸브 54: 진공 펌프 56: 고진공 펌프
57: 가스 공급 라인 58: 진공 볼륨 59: 교정 진공 챔버
60: 참조 측정 셀 61: 측정 셀 장치 62: 단열부
63: 가열 챔버 64: 가열 소자 70: 외표면
72: 단열 재킷

Claims

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각각의 측정 셀 장치가 측정 커넥터를 구비한 격막 진공 측정 셀을 포함하고, 진공 측정 셀은 측정 셀 데이터 메모리, 측정 셀 제어기, 및 주변 장치와 데이터를 교환하기 위한 측정 셀 인터페이스를 포함하는 전자 측정 셀 회로에 연결되며, 프로그램 가능한 가열수단은 격막 진공 측정 셀을 사전 설정 가능한 일정한 온도로 가열하기 위한 격막 진공 측정 셀을 포함하고, 온도는 측정하고자 하는 공정에 따라 선택하여, 측정 셀이 가동되는 경우, 공정 환경에 노출될 측정 셀 내에서 응축물 침착을 방지하며, 상기 가열수단은 측정 셀 장치를 교정하기 위해 추가로 사용되고, 단열 재킷은 가열수단과 격막 진공 측정 셀 둘 다를 둘러싸는 측정 셀 장치의 교정 방법으로서,
교정 방법이
커넥터를 측정하는 각각의 측정 셀 장치의 격막 진공 측정 셀을, 격막 진공 측정 셀과 진공 볼륨 사이의 밀봉된 경로의 일부를 형성하는 측정 커넥터를 통하여 교정수단 내에서 진공 볼륨에 연결하면서, 두 개 이상의 측정 셀 장치를 교정수단과 연결시키고, 두 개 이상의 측정 셀 장치는 동일한 진공 볼륨에 각각 연결되고, 각각의 측정 셀은 진공 볼륨에 노출되지 않는 외부 표면을 가지며, 각각의 측정 셀 인터페이스를 교정 진행 제어기에 접속시키고, 두 개 이상의 측정 셀 장치는 교정수단 내에서 단일의 가열 챔버 속에 놓이고, 가열 챔버는 하나 이상의 가열 챔버 가열 소자를 포함하는 단계 a),
측정 셀 장치를 스위칭 온 하고, 각각의 측정 셀 장치의 가열수단을 이용하여 각각의 측정 셀 장치를 제1 가열 온도로 설정하는 단계 b),
가열 챔버 가열 소자를 사용하여 가열 챔버를 교정수단 속에서 가열하고, 가열 챔버 가열 소자는 교정수단의 일부이고 측정 셀 장치의 일부가 아닌 단계 c),
측정 셀 장치로부터 그리고 하나 이상의 참조 측정 셀로부터 진공 측정 신호를 동시에 얻을 뿐만 아니라 진공 측정 신호를 교정 데이터 메모리 속에 저장하면서 하나 이상의 사전 설정 압력을 진공 볼륨 속에 생성시킴으로써 측정 셀 장치에 대하여 제1 교정단계를 수행하는 단계 d),
측정 셀 장치의 진공 측정 신호와 참조 측정 셀의 진공 측정 신호 사이의 측정된 차이로부터 보상값을 교정 프로세서로 결정하는 단계 e),
교정수단으로부터의 온도 및 압력에 대하여 측정한 보상값을 측정 셀 장치 내에서 상응하는 측정 셀 데이터 메모리로 전송하는 단계 f) 및
각각의 측정 셀 장치에 대하여 한 가지 이상의 제2 가열온도를 이용하여 측정 셀 장치를 교정하기 위해 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계 g)를 포함하는, 측정 셀 장치의 교정 방법.
제13항에 있어서, 상기 측정 셀 장치가 적어도 10² 내지 10⁴의 진공 압력 측정 범위를 검출하는, 측정 셀 장치의 교정 방법.
제13항에 있어서, 단계 d)가 두 가지 이상의 상이한 사전 설정 압력을 진공 볼륨에서 사용함으로써 반복되고, 두 가지 이상의 상이한 사전 설정 압력에서 취한 진공 측정 신호가 보상값의 계산에 사용되는, 측정 셀 장치의 교정 방법.
제13항에 있어서, 하나 이상의 추가의 교정 단계 h)가 하나 이상의 추가의 압력에 대하여 수행되고, 단계 h)는 제어 단계의 역할을 하며, 이전의 측정에 대하여 측정 셀 장치의 값과 참조 측정 셀의 값 사이에서 산정된 값 차이가 추가의 분석을 위해 메모리 속에 보존되는, 측정 셀 장치의 교정 방법.
제13항에 있어서, 교정 장치에서 2개 이상의 측정 셀 장치가 동시에 교정되고, 교정되는 동안 2개 이상의 참조 측정 셀이 사용되며, 참조 측정 셀과 측정 셀 장치가 상이한 부품인, 측정 셀 장치의 교정 방법.
하나 이상의 측정 셀 장치를 제공하고, 측정 셀 장치는 격막 진공 측정 셀을 포함하고, 또한 진공 측정 셀로 안내하는 측정 커넥터를 포함하며, 측정 셀 장치는 진공 측정 셀에 연결되는 전자 측정 셀 회로를 추가로 포함하고, 전자 측정 셀 회로는 측정 셀 데이터 메모리, 측정 셀 제어기 및 측정 셀 인터페이스를 포함하며, 측정 셀 장치는 격막 진공 측정 셀을 사전 설정 가능한 일정한 온도로 가열하기 위한 격막 진공 측정 셀에 인접한 가열수단을 추가로 포함하고, 측정 셀 장치는 진공 측정 셀과 가열수단을 둘 다 둘러싸고 가열수단과 전자 측정 셀 회로 사이에 위치하는 단열 재킷을 포함하는 단계 a),
교정수단을 제공하고, 교정수단은 교정수단 내에 있는 가열 챔버를 포함하고, 교정수단은 가열 챔버를 선택적으로 가열하기 위한 하나 이상의 가열 챔버 가열 소자를 가지며, 가열 챔버 가열 소자는 교정수단의 일부이고 측정 셀 장치의 일부가 아니며, 교정수단은 교정 진공 챔버를 추가로 포함하고, 교정 진공 챔버는 진공 볼륨을 함유하기 위한 것이고, 교정 진공 챔버는 가열 챔버의 일부분을 차지하며, 또한 진공 볼륨을 교정 진공 챔버 외부에 있는 가열 챔버의 일부분으로부터 분리하고, 교정 진공 챔버는 진공을 선택적으로 생성하기 위한 진공 펌프와 연통하고 있으며, 교정수단은 교정 회로를 추가로 포함하고, 교정 회로는 교정 데이터 메모리를 포함하며, 교정수단과 이의 모든 부품들은 측정 셀 장치와 이의 부품들로부터 식별되어 분별 가능한 단계 b),
하나 이상의 참조 측정 셀을 교정수단의 가열 챔버 내부에 제공하고, 참조 측정 셀은 교정 진공 챔버 내에서 진공 볼륨과 연통하고, 참조 측정 셀은 진공 볼륨의 압력 판독을 취하기에 적합하며, 참조 측정 셀은 측정 셀 장치와는 별개의 부품으로 이의 일부가 아니고, 측정 셀 장치는 교정되는 단계 c),
교정하고자 하는 하나 이상의 측정 셀 장치를 교정수단에 연결하고, 측정 셀 장치는, 측정 셀 장치의 격막 진공 측정 셀을 측정 커넥터를 통해 진공 볼륨에 연결시키면서, 교정용 가열 챔버 안에 놓이고, 측정 커넥터는 격막 진공 측정 셀과 진공 볼륨 사이의 기밀한 통로(airtight pathway)의 적어도 일부를 한정하며, 진공 볼륨은 교정 진공 챔버의 외부인 가열 챔버 영역으로부터 밀봉되고, 가열 챔버 영역은 측정 셀 장치의 외표면을 포함하는 진공 볼륨으로부터 밀봉되며, 측정 셀 장치의 외부 부분은, 추가로 측정 셀 장치를 교정 회로와 연결시키면서, 진공 볼륨에 노출되지 않는 단계 d),
가열 챔버를, 가열 챔버 가열 소자를 사용하여 교정수단 속에서 가열하는 단계 e),
하나 이상의 측정 셀 장치 중의 격막 진공 측정 셀을, 동일한 측정 셀 장치 내에서 가열수단을 사용하여 일정한 제1 가열 온도로 가열하고, 격막 진공 측정 셀의 제1 가열 온도는 가열 챔버의 온도와는 별도로 제어되는 단계 f),
일단 격막 진공 측정 셀이 제1 가열 온도로 가열되면, 하나 이상의 측정 셀 장치에 대한 제1 교정단계를 수행하고, 제1 교정단계는 진공 볼륨 속에 하나 이상의 사전 설정 압력을 생성시키고, 하나 이상의 측정 셀 장치의 진공 측정 셀을 사용하여, 하나 이상의 참조 측정 셀로부터 진공 측정 신호를 동시에 수득하되, 격막 진공 측정 셀과 참조 측정 셀 모두는 동일한 시간 동안 동시에 동일한 진공 볼륨을 측정한 다음, 수득한 진공 측정 신호를 교정 회로에 저장함을 포함하는 단계 g),
단계 a) 내지 단계 g)를, 격막 진공 측정 셀용의 일정한 제2 가열 온도를 이용하여 적어도 다시 한 번 반복하는 단계 h),
하나 이상의 측정 셀 장치에 대한 보상값을, 교정 회로를 사용하여 결정하여, 측정 셀 장치와 하나 이상의 참조 셀로부터의 저장된 진공 측정 신호들 사이의 차이를 비교하고, 비교는 두 가지 이상의 상이한 온도에서 측정 셀 장치로부터 수득한 저장된 측정 신호들을 비교하는 것을 포함하고, 보상값을 교정 회로에 저장하는 것을 포함하는 단계 i),
보상값을 상응하는 측정 셀 장치로 전송하여 보상값을 측정 셀 데이터 메모리에 저장하는 단계 j),
보상값이 측정 셀 장치에 저장된 후에, 측정 셀 장치를 보정수단으로부터 제거하는 단계 k) 및
장치가 교정되고 교정수단으로부터 제거된 후에, 격막 진공 측정 셀을 측정하고자 하는 진공에 노출시키고, 진공 측정 셀을 사용하여 진공을 판독한 다음, 판독물을 측정 셀 장치 중의 전자 측정 셀 회로로 전송하고, 판독이 발생하는 판독 온도를 결정한 다음, 판독물을 수거하고, 판독 온도를 기준으로 하여, 측정 셀 데이터 메모리에 이전에 저장된 보상값을 사용함을 포함하는 공정에 의해 진공을 정확하게 측정하기 위해 진공 측정 장치를 사용하는 단계 l)을 포함하는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 격막 진공 측정 셀이 용량형 격막 측정 셀인, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 격막 진공 측정 셀이 광학식으로 판독 가능한 격막 측정 셀인, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 단계 l)에 있어서 측정 셀 장치의 가열수단이, 진공이 측정되는 온도 이하의 온도로 설정되어 응축을 방지하는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 단계 e) 내지 단계 h)가 진공 볼륨에 대하여 두 가지 이상의 상이한 사전 설정 압력을 사용하여 반복되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 단계 e) 내지 단계 h)가 3회 내지 6회 반복되고, 각각의 회에 동일한 진공 측정 셀에 대하여 상이한 온도가 사용되며, 온도는 가열수단에 의해 조절되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 가열 챔버 가열 소자가 펠티에 소자를 포함하는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 가열 챔버가 단열부를 포함하는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 하나 이상의 참조 측정 셀 장치가 동시에 교정되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제18항에 있어서, 하나 이상의 참조 측정 셀 장치가 단계 c)에서 제공되고 단계 g)에서 사용되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
제26항에 있어서, 하나 이상의 참조 측정 셀 장치가 단계 c)에서 제공되고 단계 g)에서 사용되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.
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제16항에 있어서, 하나 이상의 추가의 교정단계 h)가 청구항 제13항의 단계 d)에 따르는 제1 교정단계의 수행과 똑같이 수행되는, 측정 셀 장치의 교정 및 가동 방법.