KR20010042381A - 진공 처리장치의 압력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

진공 처리장치의 압력 제어 장치 및 방법 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

진공 처리장치의 압력 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE CONTROL IN VACUUM PROCESSORS}
자동 웨이퍼 처리 시스템은 현재 널리 상업적인 용도로 사용된다. 상기 시스템에서, 웨이퍼는 자동으로 반응실 또는 처리실내로 이송되거나 상기 반응실 또는 처리실의 외부로 이송되고, 제어된 진공 환경하에 상기 반응실 또는 처리실에서 다양한 처리가 이루어진다. 상기 웨이퍼 처리 시스템의 한 예는 Lam Research Corporation에서 제작한 TCPTM9400 단일 웨이퍼 플라즈마 에칭(plasma etching) 시스템이다.
플라즈마 에칭의 경우에, 저압의 환경에서 웨이퍼를 이온화된 가스 화합물(플라즈마)에 노출시킴으로써 반도체 웨이퍼는 반응실에서 에칭된다. 통상적으로, 처리 중 1Torr 이하의 압력이 반응실에 유지될 필요가 있다. 처리 방법은 가스 유량, 반응실 압력, RF 전력, 간격, 반응실 온도 및 웨이퍼 온도를 제어하는 일련의 단계로 구성된다. 미리 계획된 처리 방법이 제작자에 의해 제공된다. 조작자는 계획된 처리법을 선택하거나 또는 변경된 처리법을 사용할 수 있다.
에칭 단계가 시작되면, 처리용 가스가 혼합되고, 처리 방법에 따른 비율로 반응실로 유입된다. RF 전력은 반응실의 상부에 구성된 코일(coil)에 의해 전달되고, 처리 가스를 이온화시키도록 조절된다. 또한 RF 전력은 웨이퍼로 전달되고, DC 바이어스(bias)를 웨이퍼에 유도하도록 조절되어, 웨이퍼의 이온 충격 방향 및 에너지를 제어한다. 에칭 처리 중, 마스크(mask)에 의해 덮여지지 않은 재료를 제거하도록 플라즈마는 웨이퍼 표면과 화학적으로 반응한다. 플라즈마 및 RF 전기장은 반응실내에 구성된다. 배기 시스템이 반응실로부터 가스를 연속으로 제거하고, 원하는 압력으로 유지시킨다. 배기 시스템은 제어 게이트 밸브(gate valve)에 의해 반응실로부터 분리된 터보 펌프(turbo pump)로 구성된다. 제어 게이트 밸브의 닫힘 위치를 조절하기 위해, 압력 제어기는 반응실의 압력계로부터 습득된 압력 데이터를 사용한다. 터보 펌프에 의해 반응실에 형성되는 진공을 증가시키거나 감소시키기 위해, 압력 제어기는 게이트 밸브를 개폐시킨다. 상기 방법에서, 반응실로 유입되는 가스 유량이 한 처리 단계로부터 다음 처리 단계로 진행될 때 변화되기 때문에, 압력 제어기는 반응실의 소요 압력을 유지하기 위한 기능을 수행한다.
압력 제어기는 반응실 압력계로부터 습득된 데이터와 처리법에 계획된 설정값과 비교한다. 만약 처리 가스 유량 또는 반응실의 소요 압력이 한 처리 단계로부터 다음 처리 단계에서 크게 변화된다면, 압력 제어기는 정확히 게이트 밸브의 위치를 조절할 수 없다. 예를 들어, 만약 다음 처리 단계에서 가스가 더 많이 유입되도록 요구된다면, 게이트 밸브는 초기에 과잉 또는 부족한 보정을 수행할 수 있고, 따라서 단계의 초기에 부적당한 압력이 반응실에 형성되는 결과가 발생된다. 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 게이트 밸브 위치의 테이블이 작성된다. 학습 방법 중, 더미 웨이퍼(dummy wafer)는 처리법의 처리 단계에 따라 처리되고, 제어기는 각 단계에 요구되는 게이트 밸브 위치를 기록한다.
현 시스템의 문제점은 새로운 처리 방법이 기계에 이용되는 시간마다 새로운 학습 방법이 요구된다는 점이다. 따라서, 한 처리 단계의 설정 압력 또는 가스 유량을 변화시킴으로써 조작자가 처리법을 변경시킬 때, 새로운 테이블의 작성에 시간 및 비용이 지출된다. 특히 새로운 처리법으로 실험을 수행할 때 새로운 학습 방법을 수행하는 것은 시간이 많이 소요된다.
현 시스템의 다른 문제점은 만약 가스 공급 밸브 또는 장치가 부정확하게 조절되거나 보정된다면 학습 방법으로부터의 결과가 불명확하다는 점이다. 예를 들어, 만약 한 가스 유입 밸브가 학습 방법 중 부정확하게 보정된다면, 게이트 위치의 결과 테이블 또한 부정확하다. 또한, 테이블의 오차는 수개의 웨이퍼가 부정확하게 처리될 때까지 탐지되지 못한다.
현 시스템의 또 다른 문제점은 게이트 밸브의 이동에 관한 것이다. 처리 중, 에칭 처리로부터 발생된 일정량의 폐기물은 게이트 밸브의 표면에 모이게 된다. 게이트 밸브 위치가 변경될 때마다, 특정 물질이 주위로 배출된다. 매우 낮은 작동 압력으로 인해, 역확산이 발생되어 입자가 반응실의 상류로 역유입되고, 원하지 않은 웨이퍼의 오염이 발생될 수 있다.
현 시스템에 대한 또 다른 제한은 전이 시간 또는 안정화 시간이 바람직하지 않게 길다는 점이다. 전이 시간 또는 안정화 시간은 반응실의 압력을 처리 단계에 대한 설정 압력으로 안정시키는데 요구되는 시간이다. 특히, 처리 초기와 같이 반응실이 비교적 저압에서 시작된다면, 다음 단계는 80mTorr와 같은 비교적 고압을 요구하게 되고, 안정화 시간은 설정 가스 유량에 따라 통상적으로 20초 정도가 소요된다. 현 사용상태에 따라, 반응실의 안정화는 다음 처리 단계에 요구되는 설정 유량에서 처리 가스를 반응실로 유입시킴으로써 이루어진다. 따라서, 다음 처리 단계에 비교적 저유량이 요구되고 반응실 압력이 증가되어야 하는 경우에, 안정화 시간은 길게 소요된다.
본 발명은 반도체 웨이퍼(wafer) 처리에 관한 것이고, 특히 반도체 웨이퍼 처리 장치의 반응실 압력을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
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 발명에 따라 그리고 종래 기술의 방법하에 안정화 시간에 대한 예가 도시된 그래프.
도 4 는 본 발명에 따른 제어 시스템의 구성요소 및 상기 구성요소 사이의 다양한 상호연결이 도시된 블록 다이어그램.
도 5 는 본 발명에 따른 게이트 밸브 위치 추정 곡선의 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 종래 공지 기술의 PID 제어계에 대한 블록 다이어그램.
도 8b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PID 제어계에 대한 블록 다이어그램.
*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...게이트 밸브 126...터보 펌프
따라서, 본 발명의 목적은, 처리 중 게이트 밸브에 의해 요구되는 이동을 최소화함으로써 웨이퍼 처리 분야에서 압력 제어의 기술을 향상시키는 것이고, 따라서 반응실로 유입되는 입자상 폐기물의 양을 최소화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 특정 처리 단계에 대해 설정 압력 또는 가스 유량이 변화될 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 학습 방법의 수행 요구를 제거함으로써 웨이퍼 처리 분야에서 압력 제어의 기술을 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이전 단계의 설정 압력보다 매우 작거나 큰 설정 압력을 가지는 임의의 처리 단계에 대한 안정화 시간 또는 전이 시간을 감소시킴으로써 웨이퍼 처리 분야에서 압력 제어의 기술을 향상시키는 것이다.
상기 목적에 부합되도록 본 발명은 장치 및 방법에 관한 것이고, 처리실의 압력은 배기 시스템으로 밸러스트 가스(ballast gas)를 유입시킴으로써 제어되며, 밸러스트 가스의 유량은 처리실의 측정 압력에 따라 조절된다.
또한 상기 목적에 부합되도록 본 발명은 장치 및 방법에 관한 것이고, 설정 압력 및 처리 가스 유량은 특정 처리 단계에 대해 보정되며, 게이트 밸브 위치는 메모리에 저장된 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 참고로 하여 추정되고, 상기 게이트 밸브 위치 추정 곡선은 반응실 압력, 가스 유량 및 게이트 밸브 위치를 상호관련시킨다.
또한 상기 목적에 부합되도록 본 발명은 처리실의 압력을 설정 수준으로 증가시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 초기에 처리 가스는 설정 유량보다 많은 제 1 예정 유량으로 유입되며, 예정된 시간이 소요된 후에 또는 처리실의 압력이 설정 수준에 근접하고 있음이 감지될 때, 가스 유입량은 설정 수준으로 재설정된다.
또한 상기 목적에 부합되도록 본 발명은 장치 및 방법에 관한 것이고, 설정 압력 및 처리 가스 유량은 특정 처리 단계에 대해 보정되며, 압력 조절에 이용되는 게이트 밸브가 미리 구성되고, 이후에 상기 게이트 밸브는 측정 압력 및 설정 압력 사이의 차이에 근거한 비례 적분 제어를 이용하여 조절된다. 그러나, 적분 제어는 예정 위치에 도달될 때까지 수행되지 않는다. 상기는 적분기에 의해 발생되는 원하는 압력의 오버슈트(overshoot)/언더슈트(undershoot)를 방지한다.
본 발명의 실시예는 자동 단일 웨이퍼 플라즈마 에칭 시스템에 대해 하기에 기술되고, 본 기술분야의 숙련자라면 기술된 방법 및 구조가 용이하게 더 넓은 범위에 적용가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 다른 형태의 웨이퍼 처리 장치 및 진공 처리 장치에 용이하게 적용가능하다. 상이한 도면에 도시된 동일 인용 부호는 상응 구조를 나타낸다.
본 발명에 따라, 플라즈마 에칭 시스템(100)이 도 1 에 도시되어 있다. 본 발명은 도 1 내지 도 2 에 예로써 도시되어 있고, Lam Research Corporation에서 제작한 TCPTM9400 단일 웨이퍼 플라즈마 에칭 시스템을 사용한다. 통상적인 기술을 가진 사람이라면, 진공 환경에서 처리 압력의 제어 및 조작을 필요로 하는 임의의 적합한 진공 또는 웨이퍼 처리 장치로 본 발명을 용이하게 이용할 수 있을 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 에칭 시스템(100)은 조작자 인터페이스(interface) 및 제어 패널(panel)(102)로 구성되고, 상기 패널(102)로부터 조작자는 에칭 시스템의 다양한 처리 및 특징을 감시하고 제어한다. 송신 및 수신 웨이퍼 인덱서(indexer)(104)는 에칭 시스템(100)의 다른 처리 조립체로부터 그리고 다른 처리 조립체로 웨이퍼를 전달하고 수용한다. TCPTM9400의 경우에, 웨이퍼는 에칭 시스템의 좌측면을 따라 송신 인덱서로부터 입구 로드락(loadlock)(도시되지 않음)으로 자동 이송된다. 웨이퍼는 입구 로드락으로부터 반응실(106)로 이송되고, 상기 반응실(106)에서 플라즈마 에칭 처리가 수행된다. 상부 반응실 하우징(108), 석영 윈도우(window)(110) 및 반응실 압력계(112)가 도 1 에 도시되어 있다. 처리 후, 웨이퍼는 출구 로드락(114)으로 이송되고, 다시 인덱서(104)로 이송된다. 또한, 가스 박스(box)(120), 플레넘(plenum)(122), 게이트 밸브(124) 및 터보 펌프(126)가 도 1 에 도시되어 있고, 상기 모든 부품은 하기에서 더 상세히 기술될 것이다.
도 2 에 반응실(106), 가스 전달 시스템(128), 배기 시스템(130) 및 제어 시스템(132)이 개략적으로 도시되어 있다. 에칭 처리 중, 웨이퍼는 반응실(106)내의 하부 전극 조립체에 구성된다. 제어된 웨이퍼 에칭 환경을 유지시키기 위해, 반응실(106)은 유지보수 기간을 제외하고 전 시간동안 진공으로 유지된다. 배기 시스템(130)은 반응실로부터 가스를 배출함으로써 상기 진공상태를 유지시키는 기능을 수행한다.
가스 전달 시스템(128)은 가스 링(ring)(134)을 통하여 처리 가스를 반응실(106)로 유입시키고, 상기 가스 전달 시스템(128)은 하부 전극 조립체 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 가스 유로를 통하여 반응실로 처리 가스를 공급하고, 상기 가스 유로는 수동 차단 밸브(138), 일차 차단 밸브(140), 질량유량 제어기(142) 및 가스혼합 매니폴드(manifold)(144)로 구성된다. 도 2 에 4개의 분리 가스 유로가 도시되어 있으나, 특정 적용의 필요에 따라 임의의 수량의 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.
제어 시스템(132)은 가스 혼합 매니폴드(144)로 유입되는 가스 유량을 조절하기 위해 가스 패널 인터페이스(136)가 질량유량 제어기(142)를 개폐시키도록 한다. 현 시스템에 따라, 설정 압력의 증가나 감소를 필요로 하는 두 단계 사이의 전이 또는 안정화 단계 중, 제어 시스템은 질량유량 제어기가 가스 유량을 다음 단계에 요구되는 유량에 간단히 설정하도록 한다. 그러나, 본 발명에 따라, 압력 증가에 4단계가 요구되고 반응 속도가 가스 유입량의 강함수임이 판명되었다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따라, 초기에 질량유량 제어기가 다음 에칭 단계에 요구되는 유량보다 크게 유량을 설정하도록 함으로써 안정화 시간 또는 전이 시간이 감소될 수 있다. 또한, 안정화 중 상기의 증가된 가스 유량으로 인해 처리에 대한 악영향이 최소로 된다는 것이 판명되었고, 이유는 안정화 단계 중 RF 전력이 사용되지 않기 때문이다.
도 3 에 공지 기술의 방법에 따른 안정화 또는 전이 시간이 도시된 곡선(200)과 본 발명의 방법에 따른 안정화 또는 전이 시간이 도시된 곡선(202)이 도시되어 있다. 도 3 의 예에서, 반응실은 단지 수mTorr로부터 80mTorr의 압력 및 40SCCM의 설정 유량을 필요로 하는 처리 단계로 상승될 필요가 있다. 종래 방법을 사용하여, 곡선(200)에 도시된 바와 같이, 가스는 40SCCM의 설정점에서 유입되고, 안정화 시간은 약 20초이다. 본 발명에 따른 장치 및 방법을 사용하면, 곡선(202)에 도시된 바와 같이, 안정화 중 처리 가스의 유입은 초기에 320SCCM의 유량으로 유입되고, 안정화 시간은 약 3초이다. 상기와 같은 안정화 시간의 감소는 처리량 증가의 결과로 나타난다.
처리 요구 및 증가된 처리량의 이익에 따라 다른 유입량이 사용될 수 있다. 안정화 시간에 유량을 곱한 값은 압력의 변화에 비례한다. 상기 관계를 이용하여, 원하는 압력 증가에 대해 적합한 유량이 안정화 시간을 감소시키기 위해 선택될 수 있다.
도 4 에 제어 시스템(132)의 블록 다이어그램이 도시되어 있고, 상기 제어 시스템(132)은 호스트 컴퓨터(host computer)(180), 버스(bus)(184), 가스 패널 인터페이스(136) 및 압력 제어기(160)로 구성된다. 호스트 컴퓨터(180)는 메모리(182)에 연결되고, 상기 메모리(182)는 처리 단계의 테이블 형태로 처리 방법을 저장하며, 각 처리 단계에 대한 상응하는 반응실 압력, 처리 가스 유량, RF 전력 설정, 간격 및 온도 설정의 테이블 형태로 처리 방법을 저장한다. 버스(184)는 VME버스와 같은 표준 버스로 구성되고, 상기 버스(184)는 에더넷(ethernet)과 같은 근거리 지역 통신망을 통해 호스트(180)와 통신한다. 가스 패널 인터페이스(136)는 버스(184)에 상주하는 A/D 컨버터(converter) 및 D/A 컨버터와 아날로그 라인을 통해 버스(184)와 통신한다. 가스 패널 인터페이스(136) 및 버스(184)를 통해, 호스트(180)는 질량유량 제어기(142)로 그리고 질량유량 제어기(142)로부터 유량을 설정하고 유량 설정을 판독할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 질량유량 제어기(142)는 또한 컨버터(188)를 통하여 압력 제어기(160)에 의해 제어가능하다. 압력 제어기(160)는 RS232 연결등을 통하여 버스(184)와 통신한다. 압력 제어기(160)는 압력계(112), 제어 게이트 밸브 구동 모터(162) 및 제어 밸러스트 가스 질량유량 제어기(164a 또는 164b)로부터의 압력 판독을 수신한다.
반응실로의 증가된 처리 가스의 유입량은 압력 제어기(160) 또는 호스트(180)에 의해 제어될 수 있다. 압력 제어기(160)가 처리 가스의 유입량을 제어하는 경우에, 압력 제어기(160)는 유입량을 고유량으로 설정하고, 챔버 압력계(112)를 통하여 반응실(106)의 압력을 감시한다. 반응실(106)의 압력이 다음 처리 단계에 요구되는 압력의 일정 범위내에 형성될 때, 다음 처리 단계의 설정 유량으로 가스를 유입시키기 위해 압력 제어기(160)는 질량유량 제어기(142)를 재설정한다. 유량을 설정 유량으로 재설정하기 위한 적합한 한계 압력은, 설정 압력으로의 매끄러운 이동이 가능하도록 각 장치의 특정 구성에 대해 선택되어야 한다. 예를 들어, 일부 기계에 대해 압력이 설정 압력의 약 10%내에 형성될 때, 유량은 설정 유량으로 재설정되어야 한다.
선택적으로, 호스트(108)는 가스 패널 인터페이스(136)를 통하여 가스 유입량을 제어할 수 있다. 호스트로부터 제어될 때, 처리 가스는 시간 t에 대해 고유량으로 유입되고, 이후에 유량은 설정 수준으로 재설정된다. 고유량을 설정 수준으로 변화시키기 위한 적합한 시간 t는, 더미 웨이퍼를 한 번 작동시키고 설정 압력에 도달되는데 소요되는 시간을 측정함으로써 실험에 의해 구성될 수 있음이 판명되었다. 시간 t는 또한 하기와 같이 반응실의 단순 모델링을 통해 성립된 관계를 이용하여 계산될 수도 있다.
P=αm * t →t = p/mα
α의 값은 장치의 특정 구성에 따라 변화되고, Lam Research Corporation에서 제작한 실험 기계에 대해 약 0.3의 값으로 판명되었다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 처리 단계 중 안정화 시간 및 전이 시간은 현저하게 감소될 수 있고, 처리를 더 효율적으로 수행할 수 있으며, 처리량을 증가시킨다.
다시 도 2 에서 배기 시스템(130)이 더 상세히 기술될 것이다. 배기 시스템(130)은 반응실(106)의 진공을 발생시키는 역할을 수행한다. 배기 시스템(130)은 플레넘(122), 게이트 밸브(124), 터보 펌프(126) 및 밸러스트 포트(port)로 구성된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 플레넘(122)은 반응실(106)과 직접 소통된다. 플레넘(122) 및 터보 펌프(126) 사이에 게이트 밸브(124)가 구성된다. 게이트 밸브로 명명된 밸브(124)가 도시되었지만, 통상적인 기술을 가진 사람이라면 처리실 및 진공 펌프 사이에서 처리 가스에 대한 교축 효과를 가진 다른 형태의 밸브가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 상기 밸브는 예를 들어 나비 밸브, 날개형 밸브, 루버형(louvered-type) 밸브 및 홍채형(iris-type) 밸브를 포함한다.
또한, 배기 시스템(130)은 반전 펌프(backing pump)(도시되지 않음)로도 구성될 수 있고, 상기 반전 펌프는 초기에 반응실(106)의 압력을 대기압으로부터 약 1mTorr의 진공 압력으로 하강시키도록 사용된다. 제어 시스템(132)은 개폐 차단 밸브를 조절하고, 상기 개폐 차단 밸브는 반전 펌프가 반응실의 저압 한계에 도달될 때 터보 펌프(126)가 압력을 계속 감소시키도록 각 펌프를 반응실에 연결한다. 반전 펌프가 반응실의 압력을 상기 반응실의 저압 한계로 강하시키면, 터보 펌프(126)는 반응실 압력을 1mTorr 이하로 감소시키도록 연결된다.
현 시스템에서, 반응실(106)의 압력을 제어하기 위해 게이트 밸브(124)를 개폐시키도록 압력 제어기(160)는 반응실 압력계(112)로부터의 데이터를 사용한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 반응실(106)의 압력은 밸러스트 가스를 밸러스트 포트를 통하여 터보 펌프로 유입시킴으로써 제어될 수 있음이 판명되었다. 도 2 에서, 밸러스트 포트(150a,150b)는 밸러스트 포트의 2개의 다른 구성을 나타낸다. 밸러스트 포트(150a)는 게이트 밸브(124)의 바로 상류에 구성되고, 밸러스트 포트(150b)는 게이트 밸브(124)의 하류에 구성되며, 밸러스트 가스를 직접 터보 펌프(126)로 삽입시킨다. 밸러스트 가스가 반응실로 역확산되어 유입되고 처리와 간섭되는 가능성을 감소시키기 위해, 밸러스트 포트는 가능한 한 이격되어 하류에 구성되는 것이 선호된다. 밸러스트 포트(150b)의 경우에, 밸러스트 가스는 터보 펌프의 단(stage) 중의 하나로 직접 이동되는 것이 선호되고, 따라서 역확산의 가능성을 크게 감소시킨다. 또한, 질소와 같은 천연 가스를 밸러스트 가스로 사용하는 것이 선호되고, 상기 천연 가스는 시스템 작동 또는 유지보수의 다른 목적에 사용될 수도 있다.
밸러스트 가스의 유량은 제어 시스템(132)의 처리에 따라 질량유량 제어기에 의해 제어된다. 질량유량 제어기(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 압력 제어기(160)에 의해 제어된다.
밸러스트 포트를 통한 밸러스트 가스의 유입은 설정 압력이 변화되는 동안 반응 속도를 증가시키는데 사용될 수 있고, 게이트 밸브를 이동시키는 대신에 반응실 압력의 능동 제어에 사용될 수 있다. 작동 중, 밸러스트 가스 유입은 작동 압력 범위에 걸쳐 반응실 압력을 정확하게 제어할 수 있고, 게이트 밸브 위치의 변화에 대한 필요를 감소시킨다. 게이트 밸브는 수개의 예정된 고정 위치에 구성될 수 있고, 반응실 압력의 전 작동 범위에 걸쳐 밸러스트 가스에 의한 제어 범위를 연장시킨다. 예를 들어, 게이트 밸브를 3가지의 상이한 위치, 즉 완전 개방, 2/3 밀폐 및 완전 밀폐로 구성하고 밸러스트 가스를 사용하는 Lam Research Corporation에서 제작한 기계는, 배기 시스템에 대한 적합한 전도도의 범위를 제공한다.
따라서, 밸러스트 가스는 밸러스트 포트를 통하여 터보 펌프로 직접 또는 터보 펌프의 바로 상류로 유입될 수 있고, 처리 가스 유입량 또는 터보 펌프 속도를 조절할 필요없이 반응실의 압력을 제어하며, 게이트 밸브의 이동량을 최소화시킨다. 게이트 밸브의 이동을 최소화시킴으로써, 유입된 입상 물질의 양 및 처리의 오염될 기회가 현저히 감소된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 다수의 전도도 곡선은 주어진 유량 및 설정 압력에 대한 게이트 밸브의 위치를 추정하는데 사용될 수 있고, 따라서 설정 압력 또는 유량의 변화가 특정 단계에 대해 이루어질 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 학습 방법을 수행해야 할 필요가 없어진다. 도 5 에 상기와 같은 게이트 밸브 추정 곡선이 도시되어 있다. 특히, 다양한 유량에 대한 곡선이 도시되어 있다. 곡선은 고유량에서 수렴하는 경향이 있음이 판명되었고, 도 5 의 경우에 곡선은 100SCCM 이상의 유량에서 수렴하는 경향이 있다.
게이트 위치 추정 곡선을 유도하는 선호되는 방법은 다음과 같다. 각 유량에 대해, 일련의 게이트 밸브 위치를 통하여 단계를 구분하고, 각 위치에 대한 압력을 측정한다. 측정 압력에 의해 나누어진 유량은 게이트 밸브 위치에 대한 전도도이다. 상기 과정을 각 유량에 대해 반복한다. 게이트 위치 추정 곡선이 구성되면, 터보 펌프 또는 게이트 밸브의 급격한 변화없이 정확하게 유지된다. 따라서, 본 발명에 따라, 곡선은 제어 시스템의 메모리에 영구적으로 저장될 수 있다. 도 4 에 메모리(190)가 압력 제어기(160)의 일부로서 도시되어 있고, 상기 메모리(190)는 게이트 위치 추정 곡선을 저장하는데 사용된다. 예를 들어, 곡선은 행렬의 형태로 메모리(190)에 저장될 수 있거나, 실험적으로 유도된 곡선에 부합되는 공식 또는 함수의 형태로 저장될 수 있다.
게이트 밸브 및 제어기는 압력 제어 모드 또는 위치 제어 모드를 작동시킨다. 압력 제어 모드에서, 제어기는 반응실의 압력을 감시하고, 게이트 밸브의 위치를 조절함으로써 설정 압력을 유지시키며, 반면에 위치 제어 모드에서, 제어기는 단순히 게이트 밸브를 설정 위치로 구성한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 초기에 게이트 밸브는 위치 제어 모드로 작동되고, 시스템을 설정 압력 부근에 구성하기에 적합한 위치로 밸브를 미리 위치시킨다. 위치 제어기는 메모리에 저장된 게이트 위치 추정 곡선으로부터 예비 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 만약 처리 설정점이 100SCCM의 유량 및 20mTorr의 압력이라면, 압력 제어기는 메모리에 저장된 곡선으로부터 게이트 위치를 추정한다. 도 5 의 경우에, 위치는 약 380이다. 압력이 설정점으로부터 작은 백분율내에 구성될 때, 압력 제어기는 압력 제어 모드로 전환된다. 예를 들어, 일부 기계에서 압력이 설정 압력의 5%내에 구성될 때 압력 제어기가 압력 제어 모드로 전환됨이 판명되었고, 설정 압력으로의 매끄러운 이동이 이루어진다.
게이트 밸브 위치 추정 곡선은 또한 밸러스트 가스를 이용하여 압력을 조절할 때에 사용될 수도 있다. 넓은 범위의 전도도를 확보하기 위해, 게이트 밸브는 소수의 예정 위치에 구성될 수 있다. 게이트 밸브 추정 곡선은 어떤 게이트 밸브 위치가 특정 처리 단계에 대해 가장 적합한가를 선택하는데 사용될 수 있다. 시스템에 대해, 일정 범위의 밸러스트 유량은 반응실의 압력을 제어하는데 최적이다. 밸러스트 가스 유량의 적합 범위에 대한 중간 부근에 밸러스트 가스 유량이 구성된다고 가정한다면, 설정 유량에 상기 유량을 합하고 상기 합해진 유량을 설정 압력으로 나눔으로써 전도도 값이 산출된다. 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 사용할 때, 상기 전도도 값은 예정 게이트 밸브 위치가 적합함을 나타낸다. 예를 들어, 주어진 구성에서 밸러스트 가스 유량의 범위가 0-300SCCM이라면, 처리 가스 유량의 설정점은 50SCCM이고, 반응실 압력의 설정점은 15mTorr이다. 다음에, 밸러스트 가스 범위의 중간치 150SCCM과 설정 유량을 합하고 압력으로 나누면 13.3SCCM/mTorr의 전도도가 산출된다. 도 5 의 곡선을 사용하여, 이상적인 게이트 위치는 약 500이고, 가장 근접한 예정 위치가 선택된다. 3개의 예정 게이트 위치를 사용하는 경우에, 완전 개방, 완전 밀폐 및 2/3 밀폐의 위치 중에서 2/3 밀폐 위치가 선택된다.
시스템 펌핑 속도를 밸브 밀폐의 함수로서 나타내고 펌핑 속도 함수로서 공지된 게이트 밸브 위치 곡선은 실제 처리 조건에 근접한 조건에서 성립된다. 조건이 실제 조건에 근접하기 때문에, 밸브 위치 곡선은 실제 처리 조건에서 밸브 위치설정 및 압력 제어에 대해 사용될 때 일정량의 고유 오차를 가진다. "성립" 조건의 곡선 및 실제 처리 조건의 곡선 사이에 존재하는 차이는 비열, 분자량 및 온도 등의 비를 포함한다. 특정 처리에서 상기 고유 오차는 압력 안정화 시간에 현저한 영향을 미치지 않으나, 다른 경우에 상기 고유 오차는 바람직하지 않은 긴 설정 시간을 발생시킬 수 있다. 한 해결책은 많은 상이 조건에서 많은 밸브 위치 곡선을 구하는 것이다. 더 선호되는 다른 해결책은 단일 상관 곡선을 사용하고 압력 제어내에서 오차를 수정하는 것이며, 따라서 많은 상관 곡선의 구성에 시간이 소요되는 처리를 현저하게 감소시킨다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서, 현 설정 유량 및 설정 압력의 예정 분율에 근거하여 밸브를 예비위치시키기 위해, 밸브 위치 추정 곡선이 사용된다. 각각 오버슈트 또는 언더슈트를 나타내지 않고, 압력의 증가를 요구하는 처리에 대한 설정점을 향해 압력이 단조 증가되거나, 압력의 감소를 요구하는 처리 단계에 대한 설정점을 향해 압력이 단조 감소되도록 분율이 선택된다. 설정 압력의 예정 분율을 사용하는 것은, 전술한 바와 같이 게이트 밸브 위치 추정 곡선의 고유 오차로 인한 압력의 오버슈트/언더슈트를 방지한다. 예정 분율의 범위는 설정 압력의 약 50% 내지 150% 사이이고, 약 70% 내지 130% 사이인 것이 선호된다. 설정 압력이 증가되는 단계에 1005보다 작은 값이 적용되고, 설정 압력이 감소되는 단계에 100%보다 큰 값이 적용된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 계산된 유효 유입량에 근거하여 밸브를 예비위치시키기 위해, 밸브 추정 곡선이 사용되고, 유효 유입량은 질량 보존식, 저장된 펌핑 속도 상관관계 및 측정 압력을 조합하여 결정된다. 상기 실시예에서, 밸브는 임의의 적합한 초기 위치에 구성되고, 유동이 안정된 후 유효 유입량은 반응실에 대한 질량 보존식을 이용하여 계산된다.
min-mout- Vㆍdρmix/dt
여기에서 min은 반응실로 유입되는 질량유량이고, mout은 반응실 외부로 유출되는 질량유량이며, V는 반응실의 체적이고, dρmix/dt는 반응실내의 가스 밀도에 대한 시간 미분이다. 질량유량을 표준 조건에서의 밀도 및 체적유량의 항으로 치환하고 이상 기체 방정식을 사용하면, 질량 보존식은 다음과 같이 된다.
여기에서 M은 분자량이고, 하첨자 "mix"는 반응실내의 가스를 지칭하며, P는 가스 압력이고, T는 가스 온도이다. dTmix/dt=0, Mmix=Mout으로 가정한다. 유효 유입량을로 정의하고, 매개변수 β= PSTPㆍTmix/VㆍTSTP로 설정하면, 식은 다음과 같이 단순화된다.
매개변수 β는 공지 또는 추정 반응실 체적과 측정 또는 추정 Tmix값을 사용하여 계산될 수 있다.
도 6 에서, 300은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브 위치설정 제어 루프(loop)를 나타낸다. 박스(302)는 게이트 밸브 위치 추정 곡선의 역을 나타낸다. 박스(302)로의 Q/P의 입력은 상응하는 밸브 위치 θ를 산출한다. 박스(304)는 밸브 위치의 입력이 상응하는 Q/P 값을 산출하는 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 나타낸다. 박스(308)는 β(dP/dt)를 산출한다. 본 발명의 상기 실시예에서, 처리법 또는 이외로부터 공지된 Qset/Pset는 박스(302)로의 입력이 되고, 상기 박스(302)는 역 게이트 밸브 위치 추정 곡선을사용하여 제 1 밸브 위치 θf를 산출한다. θf는 박스(304) 및 밸브 제어기(310)로의 입력이 된다. 밸브 제어기(310)는 밸브 위치를 조절하고, 박스(304)는 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 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 { Q}`_{ｉｎ } ^{eff} 을 산출한다. 다음에,은 박스(314)에서 Pmeasured에 의해 나누어지고, 산출량는 박스(302)로의 입력이 되며, 상기 박스(302)는 역 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 사용하여 새로운 밸브 위치 θnew를 산출한다. θnew는 밸브 제어기(310)를 통하여 밸브를 위치설정하는데 사용된다.
상기 기술을 사용함에 있어서 상기 밸브의 위치결정은 계산된 효과적인 유입을 사용하여 잇달아 정정되고 이에따라 곡선에서 내재하는 에러로 인하여 발생할 수 있는 잠재적인 압력 과다 또는 감소를 감소하게 된다.
루프(loop)는 필요한 경우 반복될 수 있다. 또한 제어루프는 공정 챔버 내의 압력을 조절하도록 자체로 사용될 수 있거나, 선택적으로 상기 제어 루프는 하기 에 더욱 상세하게 서술하는 바와 같이 부분, 통합 및 유도 제어와 같은 다른 제어 구성을 조절하기 전에 미리 위치를 결정하는 단계로 사용될 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 메모리 내에 저장된 게이트 위치 평가곡선들은 새로운 공정 방법이 사용될 때는 언제들지 새로운 학습과정을 수행할 필요성을 배제한다.
본 발명에서 저장된 펌핑속도 상호관계를 가지는 흐름과 압력 셋포인트 정보를 사용함으로써, 상기 밸브 사전집적은 방법변경이 실현될 때 조차도 신뢰성있게 수행될 수 있다. 반대로, 종래의 압력 제어방법은 종종 메모리내에 각 단계의 방법을 위해 학습된 게이트 밸브 위치를 저장하여 유지하고 각 단계의 밸브 사전위치를 위해 상기 학습된 값을 다시 불러낸다.
상기 기술은 동일한 방법이 반복적으로 수행될 때 잘 동작한다. 그러나 사익 방법이 변경되거나 완전히 새로운 방법이 사용되면 메모리내에 저장된 학습된 값은 새로운 방법을 위해서 적당하지 않게된다. 여기서 더미 웨이퍼가 통상 각각의 새로운 방법의 시초에 제어기가 적절한 밸브 사전위치를 학습하도록 동작하고 모든 제조를 보장하도록 웨이퍼들이 동일하게 처리된다.
본 발명에 따르면, 상기 더미 웨이퍼 동작은 제거되고 여기서 공구 생산성이 개선된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 밸브는 상기 미리 설정된 선택중하나 또는 사전동작위치에 따라 단순히 먼저 위치가 결정된다.
초기 밸브 위치 설정후(또는 비례적 및 유도적)제어는 통합제어가 역시 가능한후에 미리설정된 상태가 될 때 까지 적용된다.
오직 비례적(또는 유도적)제어를 먼저 적용함으로서, 상기 압력은 바람직하지 않은 밸브동작없이 오버슈트 또는 언더슈트없이 의도하는 셋포인트에 근접한다.
결과적으로, 통합제어는 셋포인트와 작용압력사이의 어떤 안정된 상태차이를 줄있 수 있게된다.
통합제어의 개시를 늦추는 것은 비선형 및 시스템의 더 높은 순서특성에 의해 유발된 적분기(intrgrator) 와인드업 또는 적분기 오버슈트로 인한 압력 오버슈트 또는 언더슈트를 효과적으로 제거한다.
한 바람직한 실시예에서, 상기 밸브는 초기동작을 기초로 미리 설정되거나 상술한 위치 선택으로부터 설정된다.
미리설정됨에 따라 통합제어가 역시 가능한 후에 비례적(또는 비례적 및 유도적)제어가 압력에러의 절대값 vertvert 까지 적용되고 약 0.25 바람직하게는 0.05 이하로 떨어진다.
통합제어를 가능하게 하기 위한 상기 압력 에러 기준은 특히 밸브가 미리동작하는 것을 기초로 미리 설정되는 경우 상당히 효과적으로 작용한다.
그러나, 몇 가지 경우에서, 밸브 사전설정 및 비례적(또는 비례적 및 유도적)제어의 조합은 통합제어의 개시에 충분하도록 작은 압력에러를 달성하지 못할 수도있다. 이것은 때때로 일어나며 예를들어 사전설정이 과도하게 정밀하지 못한 펌핑 속도 상호관계를 기초로 하는 경우 발생한다.
이 경우, 시간표준이 달성된 후 적분기를 이용가능하게 하는 것이 유리하다. 상기 시간은 dp/dt를 측정함으로써 추산될 수 있고 (dp/dt)는 상수로 추정한다. 셋포인트에 도달하는 시간은 (dp/dt)1(Pmeasured)이다.
셋포인트에 도달하는 시간을 추산하는 다른 방법은 다음 관계를 사용하는 것이다.
t
정정없는 게이트 값 위치 판단 곡선이 밸브의 위치설정에 사용될 때 시간은 통합제어를 가능하게 하는 좋은 기준이되는데 이것은 저장된 펌핑 속도 정정에서 존재할 수 있는 부정확성 때문이다.
상기 방법으로 적분기 지체시간을 계산하는 것은 고정된 적분기 지체를 사용하는 것이상으로 바람직한데 이는 각각의 처리단계를 위한 적분기 지체시간이 최소화되고 공구의 생산성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
또한 상기 방법으로 적분기 지체를 계산하는 것은 사용자가 각각의 처리단계를 위한 적분기 지체시간을 특정하는 것이상으로 바람직한데 이는 작동자의 개입이 요구되지 않기 때문이다.
또한 더미 웨이퍼를 가지는 비생산공정 사이클이 최적 적분기 지체시간을 경험적으로 결정하는 것이 요구되지 않는다. 당업자라면 즉시 압력 셋포인트에 도달하는데 요구되는 시간을 판단하는 다른 방법을 인식할 것이다.
다른 바람직한 실시예에서, 통합제어를 이용가능하게 하는 기준은 측정된 압력의 시간유도에 바탕을 둔다. 특히, 통합제어는 오직 dp/dt 의 절대값이 현재 방법 단계 또는 셋포인트 조건을 위해 기록된 dp/dt 의 최대값의 약 50% 이하로 감소한 후에만 가능하다.
상기 실시예는 dp/dt 의 측정 및 시간을 가진 기대되는 dp/dt 의 특성 변수에 따른다.
도 7은 200 SCCM의 상수흐름에서 0에서 40 및 20mTorr 까지의 압력 셋표인트의 변화에 따른 압력 및 dp/dt의 특성 시간 자취를 도시한다.
상기 예에서, 압력 셋포인트가 0에서 40 mTorr로 증가할 때 상기 압력은 단조롭게 증가하고 이어 최소 오버슈트를 가지는 새로운 셋포인트로 레벨이 떨어진다.
dp/dt의 측정된 값은 초기에 증가하고 피크를 이루며 이어 특정된 압력이 셋포인트에 도달함에 따라 감소한다. dp/dt에서 피크는 통상 측정된 압력이 초기 및 최종 압력의 중간지점근처일 때 발생한다.
이와 유사한 경향은 dp/dt의 표시가 역전될 때를 제외하고 셋포인트가 40에서 20 mTorr로 변화할 때 관찰된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 해제보상의 새로운 적용이 전체 시스템의 비선형을 감소하기 위해 이용된다. 도 8a는 밸브 설정로직이 확실히 빠진 압력 제어시스템의 PId 블록도 공식인 종래기술을 도시한다.
상기 종래의 PID 압력제어시스템에서, 압력 에러는 시스템에 보내진 작동신호를 발생하는 PID 보상블록으로 입력된다. 상기 시스템 응답(이 경우, 압력)이 그후 측정되고, 공급되고 시스템에러를 결정하는 압력 셋포인트와 비교된다.
밸브 작용기 및 상기 압력 측정장치는 상기 종래의 공식에서 즉시, 지수 시간응답을 가지는 제 1 명령 시스템으로 나타난다.
그러나 상기 종래의 공식에서는, 밸브/챔버 시스템의 비선형으로 인해 포준 제어 이론을 사용하는 완전한 시스템을 수학적으로 나타내기 어렵다.
상기 종래의 공식에서 밸브/챔버 시스템은 비선형(유출) 게이트 밸브 위치 판단 함수의 회선 및 챔버의 적분기 같은 특성(즉, 챔버내의 압력이 가스 유입 및 챔버의 유출사이의 차이의 시간 통합에의해 결정된다.)으로 효과적으로 이루어진다.
따라서 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 게이트 밸브 판단 곡선, F-1의 역함수는 밸브/챔버 시스템의 비전형을 실질적으로 취소하는 도 8b에서 도시된 모델로 도입된다.
도 8b에 따른 상기 바람직한 실시예에서, 상기 압력에러는 PID 보상블록으로 입력된다. PID 보상의 출력은 분(SCCM)당 표준 입방 센트미터의 유닛을 가지는 체적 흐름명령 Q 이다.
Q는 mTorr(압력 셋포인트 또는 측정된 압력중 하나)의 유닛에서 압력에 의해 Q/P의 미분계수를 계산하도록 나누어진다.
상기 미분계수는 밸브 제어기에 차례로 입력되는 새로운 밸브 위치 명령을 결정하도록 역 게이트 밸브 위치 판단 곡선 F-1으로 입력된다.
적용될 때 상기 새로운 밸브 위치는 시스템 펌핑 속도를 통하여 챔버 유출을 조절한다. 예를들어, 밸브 위치 판단 곡선 F로 나타난다.
상기 공식에서, 역전 게이트 밸브위치판단곡선은 시스템 이득으로 작용하나 특히 밸브/챔버 시스템의 비선형을 실질적으로 취소하도록 작용한다.
(제어이론관점에서, 블록 다이어그램내의 일련의 블록은 증가한다. 상기 결과 F-1와 F는 다양한 조건에서 저장되고 실제 펌핑 속도 상호관계 곡선사이의 내재하는 차이로 인하여 명목상으로 통합된다. 결과 F-1와 F를 형성하는 것은 제어이론에서 취소보상으로 알려진 기술의 특정한 달성이다. 에드워드 도에베린, 역학해석 및 피드백 제어 254(1962) 참조)
상기 공식으로 시스템은 제어를 최적화하는 표준 제어이론을 사용하여 해석될 수 있다.
따라서 상기 바람직한 실시예에서, 상기 밸브는 상술한 선택적인 위치결정으로부터 또는 초기 작동에서 초기에 미리설정된 베이스이다.
미리설정됨에 따라, 비례적(또는 비례적 및 유도적)제어는 미리설정된 상태가 통합제어가 이용가능한후에 도달할 때 까지 적용된다.
이것은 상기 바람직한 실시예에서, 역전 게이트 밸브위치 판단곡선이 밸브/챔버 시스템의 비선형을 실질적으로 취소하도록 적용될때를 제외하고 상술한바와 같다.
한편 밸브를 미리설정하는 것이 선호되고 당업자는 즉시 비례적, 통합 또는 유도적 제어가 밸브/챔버 시스템의 비선형을 취소하는 역전 게이트 밸브 위치 곡선과 연결된 어떤 조합에서도 상술한바와 같이 챔버내의 압력을 제어하는 사전설정 또는 이것이 없이 사용될 수 있다.
일반적으로, PID 공식에서 비례적, 통합적 및 유도적 제어에 적용된 최적 이득은 경험적으로 적용된다.
지를러-니콜라스 안에서, 예를들어(G.F Franklin, J.D. Powel ＆ A. Eamami-Naelni, 역학시스템의 피드백 제어 103-106(1986)) 상기 최적 이득은 시스템 응답의 지체 및 반작용율에 관계될 수 있다. 선택된 이득은 통상 상수이거나 시스템에 관한 몇몇 파라미터로 작성된다.
상기 바람직한 실시예에서, 최적 압력 제어가 밸브 위치를 가지는 통합 이득을 작성함으로써 달성되는 것이 실험적으로 발견된다.
여기서 상기 이득은 Ki=(상수)(F( theta actual)),로 주어지고 여기서 F는 게이트 밸브 위치 판단곡선이다.
Kp와 Kd,비례적 및 유도적 이득은 각각 상수 또는 흐름으로 나타날 수 있다. 200 mm 웨이퍼 처리 챔버에 대한 Kp와 Kd를 위한 전형적인 값은 단일 순서이고 한편, Kd,는 일반적으로 Kp(예,0.1)의 단편에 조절된다.
한편, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 비례적 및 통합 제어를 사용하고, 당업자는 비례 및 통합제어에 더한 유도제어가 역시 본 발명의 범위를 초과하지 않는 밸브의 위치설정후 언제든지 사용될 수 있다는 것을 즉시, 인식할 것이다.
또한 PID 제어이전의 값을 미리 설정하는 몇 가지 방법이 서술된바 있다.
당업자는 본 발명의 범위를 초과함이 없이 PID 제어이전에 사용된 값을 미리설정하는 다른 방법들을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 서술된바 있으나 상기 서술은 오직 예시적이고 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 예를들어 비록 본 발명이 진공 플라즈마 웨이퍼 처리장치를 사용하여 서술되었으나 본 발명은 다른 형태의 진공처리 장치와 마찬가지로 다른 형태의 웨이퍼 처리장치를 적용할 수 있다.
따라서 당업자중 하나는 본 발명이 비워진 챔버내의 정밀하게 제어된 낮은 거의 진공압력을 조절하는데 필요한 다른 형태의 장치에 동일하게 적용가능하다는 것을 인식할 것이다.

Claims (39)

  1. 처리챔버를 위한 의도하는 압력 수준을 반영하는 의도하는 압력값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    처리챔버를 통하여 의도하는 가스흐름율을 나타내는 의도하는 가스흐름 값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    초기위치로 드로틀 밸브를 위치시키고, 드로틀 밸브는 처리챔버내의 압력을 제어하는데 사용되며;
    처리챔버내의 압력을 측정하고;
    의도된 압력 및 측정된 압력사이의 차이와 동일한 압력 에러를 계산하고;
    상기 위치단계에따라 비례적 및 통합제어를 사용하는 의도된 압력과 측정된 압력사이의 차이에 기반을 둔 드로틀 밸브의 위치를 이동하고, 여기서 통합제어는 미리설정된 기간동안 지체되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 위치 이동단계가 유도제어를 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 측정된 값과 의도된 값사이의 단편 에러의 절대값을 계산하고, 단편 압력 에러가 미리조절된 초기값이하로 떨어질 때 상기 미리설정된 기간이 설정되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 초기값이 0.25 이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 초기값이 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 챔버압력을 안정화하기위해 요구되는 시간을 판단하고 상기 미리설정된 기간이 상기 판단된 시간과 동일한 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 판단된 시간이
    공식 t= Pdesired* Vchamber/Qdesired
    를 사용함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 전자메모리내에 측정된 압력을 저장하고;
    전자메모리 내에 압력이 측정되는 시간을 저장하며, 상기 측정된 시간이
    (a) 시간의 변화에 따른 압력의변화를 계산하고;
    (b) 시간의 변화에 따른 압력의 변화에 의해 측정된 압력을 나눔에 따라 측정되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 전자메모리내에 측정된 압력을 저장하고;
    전자메모리 내에 압력이 측정되는 시간을 저장하며;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 계산하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 전기메모리에 저장하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화의 최대 절대값을 선택하고;
    여기서 상기 미리 설정된 기간이 상기 시간의 변화에 따른 압력의 변화의 절대값이 최대 절대값의 미리 조절된 초기 백분율이하로 떨어질 때, 형성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 초기 백분율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 위치결정단계가,
    처리챔버로의 가스흐름률과 처리챔버내의 압력을 포함하는 영역을 가지는 수학적 함수에 전기메모리로부터 접근하고, 드로틀 밸브의 위치를 포함하는 범위를 가지며;
    의도된 압력값에 의해 나누어진 의도된 흐름 밸브와 동일한 컨덕턴스를 계산하고;
    전기메모리로부터 접근된 수학적 역함수로 컨덕턴스를 적용함으로써 수학적 함수에 따라 드로틀 밸브를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 위치설정단계전에 상기 컨덕턴스가 50에서 150%의 단편범위로 나누어지는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 단편이 70에서 130%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 안정을 위한 챔버압력을 위해 요구되는 시간을 판단하고 상기 미리설정된 기간이 판단된 시간과 동일한 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 위치설정단계가,
    현재 밸브위치를 검색하고;
    전자메모리로부터 상기 챔버의 부피로 나누어지고 표준 온도로 나누어지는 표준 압력과 동일한 상수 beta 를 검색하고;
    처리챔버로 가스흐름율과 처리챔버내의 압력을 포함하는 영역을 가지며 드로틀 밸브의 위치를 포함하는 범위를 가지는 수학적 함수를 전자메모리로부터 접근하고;
    처리챔버내의 압력과 온도를 측정하고;
    시간에 따른 압력의 변화를 계산하고;
    측정된 압력에 의한 결가를 증가하고 전자메모리로부터 접근된 수학적 역함수에 현재 밸브위치를 적용함으로써 유출을 계산하고;
    챔버에 더한 유출, Qin eff=[(dp/dt)* beta *Tchamber]+Qout의 온도에 의해 증가되고 상수에 의해 증가된 시간의 변화에 따른 압력의 변화와 동일한 효과적인 내부흐름을 계산하고;
    측정된 압력에의해 나누어진 효과적인 내부 흐름과 동일한 컨덕턴스를 계산하고;
    전자 메모리로부터 접근된 수학적 역함수에 컨덕턴스를 적용함으로써 수학적 함수에 따라 드로틀 밸브를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  16. 처리챔버를 위한 의도하는 압력 수준을 반영하는 의도하는 압력값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    처리챔버를 통하여 의도하는 가스흐름율을 나타내는 의도하는 가스흐름 값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    현재 밸브위치를 검색하고;
    전자메모리로부터 상기 챔버의 부피로 나누어지고 표준 온도로 나누어지는 표준 압력과 동일한 상수 beta 를 검색하고;
    처리챔버로 가스흐름율과 처리챔버내의 압력을 포함하는 영역을 가지며 드로틀 밸브의 위치를 포함하는 범위를 가지는 수학적 함수를 전자메모리로부터 접근하고;
    초기위치로 드로틀 밸브를 위치시키고, 드로틀 밸브는 처리챔버내의 압력을 제어하는데 사용되며;
    처리챔버내의 압력과 온도를 측정하고;
    시간에 따른 압력의 변화,dp/dt를 계산하고;
    측정된 압력에 의한 결과를 증가하고 전자메모리로부터 접근된 수학적 역함수에 현재 밸브위치를 적용함으로써 유출을 계산하고;
    챔버에 더한 유출, Qin eff=[(dp/dt)* beta *Tchamber]+Qout의 온도에 의해 증가되고 상수에 의해 증가된 시간의 변화에 따른 압력의 변화와 동일한 효과적인 내부흐름을 계산하고;
    측정된 압력에 의해 나누어진 효과적인 내부 흐름과 동일한 컨덕턴스를 계산하고;
    전자 메모리로부터 접근된 수학적 역함수에 컨덕턴스를 적용함으로써 수학적 함수에 따라 드로틀 밸브를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  17. 처리챔버를 위한 의도하는 압력 수준을 반영하는 의도하는 압력값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    처리챔버를 통하여 의도하는 가스흐름율을 나타내는 의도하는 가스흐름 값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    초기위치로 드로틀 밸브를 위치시키고, 드로틀 밸브는 처리챔버내의 압력을 제어하는데 사용되며;
    처리챔버내의 압력을 측정하고;
    의도된 압력과 측정된 압력사이의 차이를 계산하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 계산하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 전자 메모리내에 저장하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화의 최대 절대값을 선택하고;
    상기 위치설정단계에 이어, 비례적 및 통합제어를 사용하는 의도된 압력과 측정된 압력 사이의 차이를 기초로 드로틀 밸브의 위치를 재설정하고, 여기서 통합제어는 시간의 변화에 따른 압력의 변화의 절대값이 선택된 최대 절대값의 초기 백분율이하로 감소할 때 까지 지체되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 위치재설정 단계가 유도제어를 사용하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 초기값이 선택된 최대 절대값의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  20. 처리챔버;
    상기 처리챔버를 가지는 유체교통내의 가스 도입 시스템;
    상기 처리챔버로부터 가스를 제거하도록 배열된 상기 처리챔버를 가지는 유체 교통내의 진공펌프;
    상기 처리챔버와 상기 진공펌프사이에 장착된 드로틀 밸브, 상기 드로틀밸브는 상기 진공펌프에 의해 상기 처리챔버로부터 제거된 가스의 비율을 조절하도록 위치가능하고;
    제어기로부터 선택된 다수의 드로틀 위치로 드로틀 밸브를 향함으로써 상기 처리챔버내의 압력을 제어하는 제어기를 가지고, 여기서 제 1 드로틀 위치는 미리선택되고 후속하는 드로틀 위치는 비례적 및 통합제어를 사용하는 의도하는 압력 및 측정된 압력사이의 차이를 기초로 제어기에 의해 선택되고, 상기 통합 제어는 미리설정된 기간동안 지체되는 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기위한 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 후속하는 드로틀위치의 선택이 역시 유도적 제어를 사용하는 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기위한 장치.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 기간이 측정된 압력과 의도된 압력사이의 단편 에러의 절대값이 0.25이하일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기위한 장치.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 기간이 측정된 압력과 의도된 압력사이의 단편 에러의 절대값이 0.05이하일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기 위한 장치.
  24. 제 20항에 있어서, 상기 기간이 채버압력의 안정을 위해 요구되는 판단된 시간과 동일한 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기위한 장치.
  25. 제 20항에 있어서, 상기 미리설정된 기간이 시간의 변화에 따른 압력의 변화의 절대값이 시간의 변화에 따른 압력의 변화의 최대 절대값의 50%이하 일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어된 저압환경하에서 물질을 처리하기위한 장치.
  26. 처리챔버를 위한 의도하는 압력 수준을 반영하는 의도하는 압력값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    처리챔버를 통하여 의도하는 가스흐름율을 나타내는 의도하는 가스흐름 값을 전자 메모리로부터 검색하고;
    처리챔버로 가스흐름율과 처리챔버내의 압력을 포함하는 영역을 가지며 드로틀 밸브의 위치를 포함하는 범위를 가지는 수학적 함수를 전자메모리로부터 접근하고;
    처리챔버내의 압력을 측정하고;
    이도된 압력과 측정된 압력사이의 차이와 동일한 압력에러를 검색하고;
    (a) 전자 메모리로부터 비례적, 통합적, 및 유도적 이득을 검색하고, 하나이상의 상기 이득이 0과 같지 않고;
    (b) 반복적으로 비례적 이득, 통합적 이득 및 유도적 이득에 압력 에러를 적용함으로써 밸브 위치의 유도 보상 및 밸브 위치의 통합보상, 밸브 위치의 비례보상을 계산하고;
    (c) 부피 흐름율을 나타내는 값을 제공하도록 단계(b)로부터 출력을 합계하고;
    (d) 흐름/압력을 나타내는 미분계수를 주도록 압력값으로 부피 흐름율을 나누고;
    (e) 새로운 밸브위치를 제공하도록 전자메모리로부터 접근된 수학적 역함수에 미분계수를 적용하고;
    (f) 새로운 위치에 밸브위치를 재설정하는 단계의 반복에 의해,
    드로틀 밸브를 위치시키는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 압력값이 의도된 압력인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 압력값이 측정된 압력인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 통합 이득이 미리설정된 기간동안 0으로 조절되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 밸브위치를 위핸 현재값을 검색하고, 여기서 미리설정된 기간후에 상기 통합이득이 상수에 의한 결과를 증가하고 전자메모리로부터 접근된 수학적 함수에 현재 밸브위치를 적용함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 위치설정단계이전에 초기위치로 밸브를 조절하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  32. 제 29항에 있어서, 상기 위치설정단게가 측정된 압력과 의도된 압력 사이의 단편 에러의 절대값을 계산하고 상기 미리설정된 기간이 상기 단편 압력의 절대값이 미리조절된 초기값이하로 떨어질 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 초기값이 0.25이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 초기값이 0.05이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  35. 제 29항에 있어서, 상기 위치설정단계가 챔버압력의 안정을 위해 요구되는 시간을 판단하고, 상기 미리설정된 기간이 상기 판단된 시간과 동일한 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  36. 제 29항에 있어서, 상기 판단된 시간이
    공식 t= Pdesired* Vchamber/Qdesired으로 계산되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 전자메모리내에 측정된 압력을 저장하고;
    전자메모리 내에 압력이 측정되는 시간을 저장하며, 상기 측정된 시간이 시간의 변화에 따른 압력의변화를 계산하고, 시간의 변화에 따른 압력의 변화에 의해 측정된 압력을 나눔에 따라 측정되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  38. 제 29항에 있어서, 전자메모리내에 측정된 압력을 저장하고;
    전자메모리 내에 압력이 측정되는 시간을 저장하며;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 계산하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화를 전기메모리에 저장하고;
    시간의 변화에 따른 압력의 변화의 최대 절대값을 선택하고;
    여기서 상기 미리 설정된 기간이 상기 시간의 변화에 따른 압력의 변화의 절대값이 최대 절대값의 미리 조절된 초기 백분율이하로 떨어질 때, 형성되는 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 초기 백분율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 진공화된 처리챔버내의 압력을 제어하는 방법.
KR10-2000-7010949A 1998-03-31 1999-03-30 진공화된 반응실의 압력을 제어하기 위한 방법 및 장치. KR100528229B1 (ko)

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