KR20060037639A - 진공 게이지 교정 장치 - Google Patents

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Abstract

동시에 다수개의 진공 게이지에 대한 교정 작업을 수행할 수 있는 진공 게이지 교정 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 진공 챔버와 연결되는 다수개의 진공 제공관과 각각의 진공 제공관과 회전 가능하도록 연결되는 진공 연결관을 구비한다. 상기 진공 연결관의 단부에는 각각 피교정 진공 게이지가 연결된다. 상기 진공 연결관을 회전시켜 상기 피교정 진공 게이지가 설비에 장착되는 위치 상태와 동일한 위치 상태에서 상기 피교정 진공 게이지 교정 데이터를 획득한다.

Description

진공 게이지 교정 장치{Apparatus for correcting a vacuum gauge}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 게이지 교정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 진공 게이지 교정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시한 제1진공 연결부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 제2진공 연결부를 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 진공 챔버 102 : 진공 펌프
104 : 조절 밸브 106 : 기준 진공 게이지
108 : 신호 변환기 110 : 피교정 진공 게이지
112 : 진공 제공관 116 : 개폐 밸브
118 : 제1진공 연결관 120 : 제2진공 연결관
132 : 전원 공급기 136 : 디스플레이
본 발명은 진공 게이지(vacuum gauge) 교정 장치에 관한 것이다. 보다 상세 하게는, 반도체 장치 제조 설비에서 챔버 내부에 제공되는 진공을 측정하기 위한 진공 게이지의 교정을 위한 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술의 발달과 개인용 컴퓨터 및 정보 통신 장비가 급속도로 보급됨에 따라 반도체 장치는 고속의 처리 속도와 대용량의 저장 능력 및 높은 안정성이 요구되고 있다. 이에 따라 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다.
상기 반도체 장치는 실리콘 웨이퍼에 대하여 증착, 포토 리소그래피, 식각, 연마 등의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 일반적으로 상기 단위 공정들 중에서 증착, 포토 리소그래피, 식각 등의 단위 공정은 고진공 하에서 수행되는데 이는 대기 중의 먼지 또는 공기 입자와의 반응에 의한 공정 불량을 방지하기 위해서이다.
단위 공정들마다 각각 다른 공정 조건에 따라 각각 다른 진공도를 필요로 하게 된다. 일반적으로, 진공을 제공하기 위한 설비는 다수개의 진공 펌프, 상기 진공 펌프들 사이 또는 진공 펌프와 프로세스 챔버 사이에 구비되는 다수개의 밸브, 상기 프로세스 챔버와 연결되고 프로세스 챔버 내부에 제공되는 진공 정도를 센싱하는 진공 게이지 및 상기 진공 게이지로부터 센싱된 진공 신호에 따라 프로세스 챔버 내부의 진공 정도를 제어하는 제어부 등으로 구성된다.
상기와 같은 진공 게이지는 공정 조건을 정밀하게 제어하는데 필수적인 요소이며, 특히 초미세 디자인 룰(design rule)의 적용을 요구하는 반도체 장치 제조 공정에서는 더욱 중요한 부품으로 인식되고 있다.
상기와 같은 진공 게이지와 진공 펌프를 포함하는 진공 설비에 대한 일 예가 미합중국 특허 제5,788,463호(issued to Chan)에 개시되어 있다.
일반적으로 진공 게이지는 일반적으로 진공 용기 속에 남아있는 기체의 압력을 직접 측정하는 방법과 기체가 지닌 다른 물리적 특성을 이용하여 간접적으로 측정하는 방법이 있는데 민감도가 후자의 경우가 좋으므로 대부분의 진공 게이지는 기체가 가진 열 또는 전기적 특성을 이용하고 있다. 이들 물리량은 캘리브레이션(calibration)과정을 통해 압력으로 변환된다.
상기와 같이 열 또는 전기적 특성을 이용하는 진공 게이지에는 열전쌍과 필라멘트를 이용하는 열전쌍 게이지(thermocouple gauge), 휘이트스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 이용하는 피라니 게이지(Pirani gauge), 기체의 대류에 의한 열전달 현상을 이용한 대류 게이지(convection gauge) 등이 있으며, 일 예로서 미합중국 특허 제5,608,168호(issued to Schoroth)에는 휘이트스톤 브리지와 게이지 필라멘트를 사용하는 진공 게이지가 개시되어 있다.
상기와 같은 진공 게이지를 장시간 사용하는 경우, 프로세스 챔버 내부에 제공되는 공정 가스에 의한 오염, 공정 수행 도중에 제공되는 고열에 의한 용량(capacitance) 특성 변화 및 영점과 최대치 특성 변화(zero point and full scale spec. over)와 같은 진공 게이지의 불량이 발생된다. 상기와 같은 불량 요인이 발생되는 경우 진공 게이지를 프로세스 챔버로부터 분리하여 교정 작업을 수행하게 된다.
상기 교정 작업은 진공이 제공되는 진공 챔버에 피교정 진공 게이지를 연결 하고, 진공 챔버에 제공되는 진공 정도를 변화시키면서, 피교정 진공 게이지의 진공 신호와 기준 진공 게이지의 진공 신호를 비교함으로서, 교정 데이터를 획득하게 된다. 이때, 상기 피교정 진공 게이지는 일반적으로 수직 방향을 향하도록 연결된다.
그러나 상기 진공 게이지는 실제 설비에 장착시 수직 방향으로만 장착되지 않고, 경사지도록 장착되거나 수평 방향으로 장착되는 경우도 있다. 상기 진공 게이지의 실제 장착 위치와 진공 교정시 장착되는 위치의 차이로 인해 교정 오차가 발생한다. 상기 교정 오차는 최대 측정 범위의 약 10% 정도이다. 따라서 교정 작업의 정확성이 떨어지며 교정 작업에 대한 신뢰성이 감소하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 상기 진공 게이지의 교정 잡업시 교정 오차를 최소화할 수 있는 진공 게이지 교정 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 진공 게이지 교정 장치는 진공이 제공되는 진공 챔버를 구비한다. 다수개의 진공 제공관이 상기 진공 챔버와 연결된다. 다수개의 진공 연결관은 상기 다수개의 진공 제공관에 각각 회전 가능하도록 연결되며, 다수개의 진공 게이지를 교정하기 위해 상기 진공 제공관들과 상기 진공 게이지들을 각각 연결한다. 데이터 획득 수단은 상기 진공 연결관에 연결된 진공 게이지와 연결되고, 상기 진공 챔버에 제공되는 진공의 변화에 따라 전기적인 진공 신호를 발생시키며, 상기 전기적인 진공 신호에 따라 상기 진공 게이지의 교정을 위한 교정 데이터를 획득한다.
따라서, 상기 진공 게이지가 연결된 진공 연결관을 회전시켜 상기 진공 게이지가 실제 설비에 장착되는 위치 상태와 동일한 위치 상태에서 상기 진공 게이지에 대한 교정 작업을 수행한다. 그러므로 상기 진공 게이지의 교정 작업시 교정 오차를 최소화할 수 있고, 획득된 교정 데이터의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 진공 챔버에는 진공을 제공하는 진공 펌프가 연결되고, 진공 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 진공 라인에는 진공 정도를 조절하는 밸브가 구비된다. 또한, 진공 챔버에는 기준 진공 게이지가 연결되어 있고, 기준 진공 게이지와 피교정 진공 게이지들의 진공 신호를 비교함으로서, 목적하는 교정 데이터를 획득하게 된다.
상기 진공 연결관은 상기 진공 제공관과 회전 가능하도록 연결되므로 상기 피교정 진공 게이지가 다양한 방향으로 연결될 수 있다. 이는 진공 게이지가 설비에 장착되는 위치 상태, 즉 설비에 장착되는 방향과 동일한 장착 방향으로 장착되는 경우 오차가 최소화되기 때문이다.
상기 데이터 획득 수단은, 상기 각각의 피교정 진공 게이지에 전력을 제공하는 전원 공급기와, 상기 각각의 피교정 진공 게이지로부터 발생되는 전기적인 진공 신호를 보여주는 디스플레이부를 포함한다. 피교정 진공 게이지들과 상기 데이터 획득 수단은 연결 케이블로 연결되고, 전원 공급기로부터 일정한 전류가 제공된다. 상기 전류에 의해 일정 온도로 가열된 후 안정화되면, 열 및 전기적 특성에 의한 진공 신호가 전기적 신호로 발생된다. 상기 진공 신호를 디지털 멀티미터 등을 통해 이를 확인함으로서 교정 데이터를 획득한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 게이지 교정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 진공 게이지 교정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 진공 챔버(100)는 진공을 제공하는 진공 펌프(102)와 연결되고, 진공 챔버(100)와 진공 펌프(102) 사이에는 진공 챔버(100) 내부에 제공되는 진공의 정도를 조절하는 조절 밸브(104)가 설치되어 있다. 진공 펌프(102)는 터보 펌프 및 로터리 펌프가 사용된다. 상기 터보 분자 펌프는 진공 챔버(100)의 내부를 고진공으로 유지하기 위한 고진공 펌프이고, 10-3∼ 5×10-10 Torr 정도의 고진공을 제공한다. 상기 로터리 펌프는 상기 터보 분자 펌프를 보조하기 위한 저진공 펌프로 10-3 Torr 의 저진공을 제공한다. 상기 진공 펌프(102)는 이외에도 다른 종류의 진공 펌프도 사용 가능하다.
진공 챔버(100)의 일측에는 진공 펌프(102)로부터 제공되는 진공을 측정하기 위한 기준 진공 게이지(106)가 연결되어 있고, 기준 진공 게이지(106)로부터 측정되는 기준 진공 신호는 전기적인 신호이며, 상기 기준 진공 신호는 신호 변환기(108)에서 압력으로 변환된다. 신호 변환기(108)는 전기적 신호로 입력되는 기준 진공 신호를 증폭시키고, 이를 디지털 신호로 변환한 후 캘리브레이션을 통해 압력으로 변환한다. 상기와 같이 획득되는 기준 진공 신호는 교정을 위한 기준 데이터로 활용된다.
진공 챔버(100)의 타측에는 진공 챔버(100) 내부에 제공되는 진공을 피교정 진공 게이지(110)로 제공하기 위한 진공 제공관(112), 진공 연결관(118,120) 및 개폐 밸브(116)가 연결된다. 진공 챔버(100)에는 세 개의 진공 제공관(112)이 진공 챔버(100)의 타측에 연결되고, 각각의 진공 제공관(112)에는 개폐 밸브(116)가 설치된다. 각각의 진공 제공관(112)의 일측 단부에는 진공 연결관(118,120)이 연결된다. 진공 연결관(118,120)의 일측 단부는 피교정 진공 게이지(110)와 연결된다.
진공 연결관(118,120)은 두 종류가 있다. 하나는 진공 제공관(112)과 연결되기 위한 한 갈래와, 상기 한 갈래에서 세 개의 진공 게이지(110)와 연결되기 위해 세 갈래로 나뉘는 제1진공 연결관(118)이고, 다른 하나는 진공 제공관(112)과 하나의 진공 게이지(110)와 연결되기 위한 제2진공 연결관(120)이다.
제1진공 연결관(118)은 진공 제공관(112)과 연결되는 제1연결부(118a)가 형성되어 있고, 제1연결부(118a)와 수직하는 양측으로 연장되고 상기 양측의 단부에서 다시 수직하는 상측으로 연장되어 피교정 진공 게이지(110)와 연결되기 위한 제2연결부(118b), 제3연결부(118c)가 각각 형성되어 있다. 제1연결부(118a)와 수직하는 상측으로 연장되어 피교정 진공 게이지(110)와 연결되기 위한 제4연결부(118d)가 형성되어 있다.
상기에서 제1 연결부(118a)는 회전형 피팅(fitting)이 사용된다. 따라서 상 기 제1진공 연결관(118)은 진공 제공관(112)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 상기에서 제2연결부(118b), 제3연결부(118c) 및 제4연결부(118d)는 고정형 피팅이 사용된다. 따라서 피교정 진공 게이지(110)는 상기 제1진공 연결관(118)에 고정되어 연결된다. 그러므로 상기 제1진공 연결관(118)을 상기 진공 제공관(112)에 대하여 회전시킴으로서 상기 피교정 진공 게이지(110)를 수직 방향, 수평 방향, 경사 방향 등 다양한 각도로 위치시킬 수 있다.
제2진공 연결관(120)은 엘보우(elbow) 형상을 갖고, 일측에는 진공 제공관(112)과 연결되기 위한 제5연결부(120a)가 형성되어 있고, 제5연결부(120a)가 형성된 일측에 수직하는 상측에는 피교정 진공 게이지(110)와 연결되기 위한 제6연결부(120b)가 형성되어 있다.
상기에서 제5 연결부(120a)는 회전형 피팅(fitting)이 사용된다. 따라서 상기 제2진공 연결관(120)은 진공 제공관(112)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 상기에서 제6연결부(120b)는 고정형 피팅이 사용된다. 따라서 피교정 진공 게이지(110)는 상기 제2진공 연결관(120)에 고정되어 연결된다. 그러므로 상기 제2진공 연결관(120)을 상기 진공 제공관(112)에 대하여 회전시킴으로서 상기 피교정 진공 게이지(110)를 수직 방향, 수평 방향, 경사 방향 등 다양한 각도로 위치시킬 수 있다.
하나의 진공 제공관(112)에는 세 개의 피교정 진공 게이지(110)가 동시에 연결되고, 나머지 두 개의 진공 제공관(112)에는 하나의 피교정 진공 게이지(110)가 연결된다. 따라서 모두 다섯 개의 피교정 진공 게이지(110)가 동시에 교정 작업을 수행할 수 있도록 구성된다. 상기와 같은 제1진공 연결관(118) 및 제2진공 연결관(120)의 형상은 도 3 및 도 4에 상세하게 도시되어 있다.
도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에서 보여주고 있는 피교정 진공 게이지(110)는 열전쌍 게이지이며, 진공 게이지의 종류가 본 발명을 한정하지는 않는다. 상기 열전쌍 게이지는 내부에 필라멘트와 열전쌍을 구비하며, 열전쌍에 사용하는 금속에 따라 온도의 측정범위나 민감도 등이 다르다. 일반적으로, J 타입(J-type)이나 K 타입(K-type)을 많이 사용하고 있다.
열전쌍 게이지의 원리는 필라멘트(filament)가 일정한 전류의 제공에 의해 일정한 온도를 유지하여 데워져 있고, 열전쌍이 접촉되어 그 온도를 측정한다. 상기와 같은 열전쌍 게이지가 진공 용기 속에 놓이게 되면 기체 분자들이 필라멘트와 충돌하면서 열을 빼앗게 된다. 이때 변한 온도를 열전쌍이 감지하게 되는데, 기체의 양이 많을수록 온도가 떨어지게 되므로 간접적으로 압력을 측정하게 된다. 보통 공기나 질소로 캘리브레이션이 되어 있으므로 기체에 따라 열용량과 열전도성이 다르므로 기체의 종류에 따라 보정을 하여 사용하여야 한다.
각각의 피교정 진공 게이지(110)에는 일정 온도로 가열하기 위한 전력을 제공하는 전원 공급기(132)가 연결되고, 상기 열전쌍으로부터 발생되는 전기적인 진공 신호를 보여주는 디스플레이(136)가 연결된다. 여기서, 디스플레이(136)는 전기적 신호를 측정하는 디지털 멀티미터 등이 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바에 의하면, 피교정 진공 게이지(110)의 각각에 디스플레이(136)가 연결되어 있으나, 피교정 진공 게이지(110)로부터 발생되는 진공 신호를 디스플레이하는 방법은 다양하 게 변경될 수 있다.
상기한 바와 같이 진공 제공관(112)에 모두 다섯 개의 피교정 진공 게이지(110)를 동시에 연결할 경우, 실제로 진공 챔버(100)에 미치는 영향은 무시해도 좋을 정도이다. 그 이유는 상기 터보 분자 펌프를 사용하는 경우 피교정 진공 게이지(110)의 측정 범위를 진공 펌프(102)가 충분히 소화할 수 있기 때문이다. 그리고 진공 펌프(102)가 피교정 진공 게이지(110)의 측정 범위를 소화할 수 있는 범위 내에서는 진공 제공관(112)에 연결되는 피교정 진공 게이지(110)의 개수를 늘리거나, 진공 챔버(100)에 연결되는 진공 제공관(112)의 개수를 늘려 피교정 진공 게이지(110)의 개수를 늘릴 수 있다.
이하, 상기와 같은 진공 게이지 교정 장치를 사용하여 피교정 진공 게이지를 교정하는 작업을 설명하면 다음과 같다.
우선, 피교정 진공 게이지(100)가 고정 연결된 상기 제1진공 연결관(118) 및 제2진공 연결관(120)을 진공 제공관(112)에 대하여 회전시켜 상기 피교정 진공 게이지(110)가 설비에 실제로 장착되는 방향과 동일한 방향을 향하도록 한다. 이때 상기 피교정 진공 게이지(110)의 방향은 수직 방향, 수평 방향 및 경사 방향이 될 수 있다.
다음으로, 진공 펌프(102)를 작동하여 진공 챔버(100) 내부를 진공 상태로 형성한다. 구체적으로는 저진공 펌프를 작동에 의해 진공 챔버(100)의 내부는 일차적으로 저진공이 형성되고, 이후 터보 분자 펌프의 작동에 의해 고진공이 형성된다. 이때, 진공 챔버(100)와 진공 펌프(102) 사이의 조절 밸브(104)는 일정하게 유 지되고, 개폐 밸브(116)는 닫혀있는 상태이다.
이어서, 기준 진공 게이지(106)로부터 목적하는 진공 정도가 달성된 것이 확인되면, 각각의 피교정 진공 게이지(110)들을 연결하고, 개폐 밸브(116)를 개방한다. 이어서, 피교정 진공 게이지(110)들에 일정한 전력을 제공하면서, 피교정 진공 게이지(110)를 안정화시킨다.
약 4시간 정도의 안정화 시간이 지나면, 진공 챔버(100)와 진공 펌프(102) 사이의 조절 밸브(104)를 조절하여 진공 챔버(100) 내부의 진공 정도를 변화시킨다. 그리고, 변화되는 진공 정도를 기준 진공 게이지(106)를 사용하여 측정하고, 동시에 피교정 진공 게이지(110)들로부터 발생되는 진공 신호를 측정한다.
상기 기준 진공 게이지(106)로부터 측정된 기준 진공 데이터와 피교정 진공 게이지(110)들로부터 측정된 진공 신호를 비교하여 피교정 진공 게이지(110)의 교정 데이터를 획득한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 진공 게이지 교정을 위한 진공이 제공되는 진공 챔버에는 동시에 다수개의 진공 게이지가 설비에 장착되는 방향과 동일한 방향을 향하도록 연결되고, 상기 진공 게이지에 대한 교정 작업이 진행된다.
따라서, 상기 진공 게이지의 교정 작업의 교정 오차가 최소화되고, 상기 교정 작업에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고 상기 진공 게이지의 교정 작업을 재수행하지 않아도 되므로 상기 교정 작업에 소요되는 시간적인 손실을 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 진공이 제공되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버와 연결되는 다수개의 진공 제공관;
    상기 다수개의 진공 제공관에 각각 회전 가능하도록 연결되며, 다수개의 진공 게이지를 교정하기 위해 상기 진공 제공관들과 상기 진공 게이지들을 각각 연결하기 위한 다수개의 진공 연결관; 및
    상기 진공 연결관에 연결된 진공 게이지와 연결되고, 상기 진공 챔버에 제공되는 진공의 변화에 따라 전기적인 진공 신호를 발생시키고, 상기 전기적인 진공 신호에 따라 상기 진공 게이지의 교정을 위한 교정 데이터를 획득하는 데이터 획득 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 게이지 교정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공 연결관들은 상기 진공 제공관들과 진공 게이지들을 서로 수직하는 방향으로 연결하는 것을 특징으로 진공 게이지 교정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 획득 수단은,
    상기 각각의 진공 게이지에 전력을 제공하는 전원 공급기; 및
    상기 각각의 진공 게이지로부터 발생되는 상기 전기적인 진공 신호를 보여주는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 게이지 교정 장치.
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