KR20100016378A - 커패시턴스 마노미터 및 자동 드리프트 보정 방법 - Google Patents

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KR20100016378A
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엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드
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Abstract

마노미터의 출력 값의 드리프트 예측을 제공하는, 소프트웨어 구현을 포함하는, 시스템, 방법 및 장치가 개시된다. 이전 영점 조정 이벤트와 관련된 이력(예를 들어, 기록된 시간 스탬프)에 기초하여, 신호 또는 다른 표시가 수리, 교체 및/또는 영점 조정 이벤트가 예측되거나 필요한 것으로 결정될 때 커패시턴스 마노미터에 또는 이에 관련하여 제공될 수 있다. 이전에 기록된 시간 스탬프는 마노미터의 장래의 유지 보수, 캘리브레이션, 및/또는 교체 이벤트를 계산하거나 예측하기 위하여 적합한 함수로 곡선 맞춤될 수 있다. 이러한 신호 또는 표시는 온-스크린 표시로서 생성될 수 있고, 또한, 디지털 통신 링크 또는 시스템을 통한 마노미터의 호출에 따라 사용가능할 수 있다.
마노미터, 커패시턴스 마노미터, 드리프트, 보정

Description

커패시턴스 마노미터 및 자동 드리프트 보정 방법{CAPACITANCE MANOMETERS AND METHODS RELATING TO AUTO-DRIFT CORRECTION}
본 개시 내용은 압력 트랜스듀서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자동 드리프트 보정이 제공되는 커패시턴스형 마노미터에 관한 것이다.
압력 트랜스듀서는 무수한 애플리케이션에서 사용되어 왔다. 이러한 트랜스듀서 중 하나는 가스, 증기 또는 다른 유체의 압력에 대하여 매우 정밀하고 정확한 측정을 제공하는 커패시턴스 마노미터이다. 애플리케이션은 정밀한 압력 측정 및 매우 정밀한 가스와 증기 운반 시스템을 포함하며, 이들은, 다른 애플리케이션이 알려져 있지만, 예를 들어, 웨이퍼 및 칩 제조에 대한 반도체 산업에서와 같은 많은 산업 애플리케이션에서 매우 중요하게 되어 왔다. 이러한 유체 운반 시스템은 일반적으로 가스 및 증기의 중량 흐름을 조정 및/또는 모니터링하기 위한 MFC(mass flow controller) 및 MFV(mass flow verifier)와 같은 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
커패시턴스 마노미터는 일반적으로 사이에 커패시턴스를 구축하기 위하여 전극 구조체 및 격판(diaphragnm)으로부터 서로 이격된 고정 전극 구조체를 형성하거나 포함하는 고정 격판을 사용한다. 격판의 반대측에서의 압력에 대한 격판의 일측에서의 압력의 변동은 격판이 구부러지게 하여, 격판의 전극 구조체와 고정 전극 구조체 사이에서의 커패시턴스가 이러한 차동 압력의 함수로서 변동한다. 보통, 격판의 일측 상의 기체 또는 증기는 측정되는 압력 상태에 있으며, 격판의 반대측에서의 기체 또는 증기는 대기압 또는 일부 고정된 고압 또는 저압(진공)에 관계 없이 알려진 기준값에 있기 때문에, 격판의 측정측에서의 압력이 커패시턴스 측정의 함수로서 결정될 수 있다.
커패시턴스 마노미터가 압력을 측정하는데 사용되고 격판이 커패시턴스 변동을 제공하도록 구부러질 때, 격판의 측정측에서의 압력이 기준측("영점 상태(zero state)")과 동일한 압력을 되돌려준다면, 장치는 "영점(zero)" 판독을 나타낸다. 그러나, 시간이 경과함에 따라, 다양한 이유로 마노미터가 영점 상태를 되돌려줄 때 0으로부터 드리프트할 것이다. 따라서, 마노미터 판독은 영점 상태에 대하여 영점에 대한 판독을 되돌려 주기 위하여 종종 영점 조정되고 캘리브레이션되어야만 한다. 종래 기술에 따른 커패시턴스 마노미터에 대하여, 마노미터가 영점 조정되는 것이 필요한지 여부를 판단하는 것은 일반적으로 예를 들어 6개월 마다와 같이 시간과 관련되거나 예방 유지 보수(PM, preventative maintenance) 사이클마다와 같은 루틴에 기초하여 결정되어 왔거나, 또는 영점 조정 되지 않았다. 마노미터를 얼마나 자주 영점 조정하는가의 선택은 일반적으로 운영자 또는 사용자(예를 들어, 반도체 프로세스 엔지니어)의 심사 숙고에 달려있다. 이러한 결정은 일반적으로 이전의 드리프트에 대한 인간의 검사에 기반을 두어 왔다.
종래 기술에 따른 커패시턴스 마노미터의 누적된 드리프트의 임의의 기록은 일반적으로 루틴 영점 조정 동안 이러한 드리프트를 수동으로 측정함으로써 달성되어 왔다. 그 다음, 사용자에 의한 판단이 영점 조정 빈도 또는 마노미터가 그 유효 수명에 도달했는지 여부에 대하여 이루어질 필요가 있을 수 있다.
실제로는, 사용자는 일반적으로 시간 부족 및/또는 관여되는 인자의 복잡성을 포함하는 다양한 이유 때문에 이러한 판단을 하지 않아 왔다. 그 대신에, 사용자는 일반적으로 관련된 프로세스 툴(tool)이나 시스템에서 알람에 대한 반응으로서 또는 마노미터가 더 이상 영점 조정될 수 없을 때(조정 불가) 마노미터를 영점 조정하거나 교체하도록 결정해왔다. 양 경우에 있어서, 마노미터의 교체 또는 영점 조정은 예기치 않은 설비 불량 문제(도구 또는 시스템의 작업 중단 시간)를 야기한다. 이러한 예정되지 않은 유지 보수 또는 교체는 정례적인 유지 보수 스케쥴의 예외로 취급되어야만 하며, 이는 전체 툴 또는 시스템의 효율적인 사용면에서 비용이 소요된다.
따라서, 사용자는 영점 조정 빈도에 대한 사전 판단을 하여야만 한다. 마노 미터가 재캘리브레이션과 같은 정례적인 유지 보수를 필요로 하는지 여부를 판단하는 것은 일반적으로 수행되지 않았다. 또한, 누적된 영점 변화에 대한 임의의 판독은 수동으로 수행되어 편리하지 않은 프로세스이다. 사실, 사용자는 툴 또는 시스템 알람이 있을 때에만 문제가 존재한다는 것을 알 뿐이다.
따라서, 바람직한 것은, 고정밀 유체 운반 시스템에서 사용되는 것과 같은 커패시턴스 마노미터가 영점 조정, 유지 보수, 및/또는 교체를 언제 필요로 하는지를 예측하고 그리고/또는 나타내고, 가능한 때에 드리프트에 대한 보정을 위하여 시스템을 자동으로 캘리브레이션함으로써 종래 기술에 대하여 전술한 문제점을 해결하는 시스템, 방법 및 장치이다.
본 개시 내용의 실시예는 영점 조정 이벤트, 수리 또는 교체가 언제 수행되어야만 할 때 신호를 제공하거나 아니면 나타내는 압력 트랜스듀서(예를 들어, 커패시턴스 마노미터)에 유용한, 소프트웨어 구현을 포함하는, 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 예측은 특정 마노미터의 이전 영점 조정 이벤트와 관련된 이력(예를 들어, 기록된 시간 스탬프)에 기초할 수 있다. 영점 조정, 유지 보수 또는 교체에 대한 신호/표시는 알람 또는 온-스크린 표시로서 생성될 수 있고, 또한, 이더넷 연결과 같은 통신 링크 또는 시스템을 통한 마노미터의 호출에 따라 사용가능할 수 있다.
일 실시예에서, 마노미터의 영점 판독의 고유 드리프트 또는 프로세스 관련 드리프트에 따라 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하도록 구성되고 배치된 커패시턴스 마노미터가 제공될 수 있다. 이러한 커패시턴스 마노미터는, 제1 포트와 제2 포트를 갖는 센서 하우징 또는 캡슐과 상기 센서 캡슐 내에 배치된 격판을 포함할 수 있다. 예를 들어 가요성(flexible) 금속 디스크와 같은 상기 격판은 양측을 가지고 있으며, 상기 격판의 양측에서 각각의 압력 사이에서의 차이에 응답하여 상기 센서 캡슐 내에서 움직이도록 구성되고 배치될 수 있다. 전극 구조체는 상기 격판의 일측에 인접하여 상기 센서 캡슐 내에 배치될 수 있다; 그리고, 상기 격판과 상기 전극 구조체 사이에서 커패시턴스를 측정하고, 측정된 영점 압력에 대응하는 영점 출력 판독을 생성하도록 구성되고 배치된 전자 회로가 제공될 수 있다. 상기 전자 회로는 (i) 상기 마노미터의 영점 출력 판독 조정에 대응하는 2 이상의 시간 스탬프를 기록하고, (ii) 2 이상의 영점 오프셋 값에 기초하여 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하도록 더 구성되고 배치될 수 있다. 상기 마노미터는 알람, 디지털 출력 및/또는 아날로그 출력을 생성하도록 구성되고 배치될 수 있다. 상기 마노미터는 기록된 드리프트 데이터의 외삽법에 의해 상기 2 이상의 시간 스템프에 따라 특정 드리프트 양을 초과하는 마노미터 영점 판독을 예측하도록 구성되고 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 마노미터의 고유 드리프트에 따라 커패시턴스 마노미터의 영점 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 2번 이상 커패시턴스 마노미터를 영점 조정하는 단계와 상기 마노미터가 영정 조정되는 각 시간에 대하여 시간 스탬핑된 영점 오프셋 값을 기록하는 단계를 포함할 수 있다. 2 이상의 영점 오프셋 값이 기록될 수 있다. 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값은 상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 예측될 수 있다. 상기 드리프트 값을 예측하는 것은 상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 상기 마노미터를 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 드리프트 값을 예측하는 것은 상기 영점 출력 판독이 특정 문턱값을 초과할 것을 판단하는 단계 및/또는 상기 마노미터를 교체 또는 수리하기 위한 요건을 결정하는 단계를 포함할 수 있다
다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세스 관련 드리프트 값에 따라 커패시턴스 마노미터의 영점 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 복수의 프로세스 압력을 커패시턴스 마노미터로 측정하는 단계 - 각 프로세스 압력은 복수의 프로세스 중 하나와 관련될 수 있다 - ; 상기 복수의 프로세스의 각각에 대한 경과 시간을 결정하는 단계; 각각 상기 복수의 프로세스 중 하나에 대응하는 복수의 드리프트 비율을 계산하는 단계; 및 상기 복수의 드리프트 비율에 따라 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 프로세스의 각각에 대한 경과 시간을 결정하는 단계는, 복수의 시간 스탬프를 기록하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 시간 스탬프를 기록하는 단계는, 각 프로세스에 대하여 한 쌍 이상의 시간 스탬프를 기록하는 단계 포함할 수 있다. 각 시간 스탬프 쌍은 프로세스 시작 시간 스탬프 및 프로세스 종료 시간 스템프를 포함할 수 있다. 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트를 예측하는 단계는, 상기 복수의 드리프트 비율에 수학 함수를 맞추는 단계를 포함할 수 있다. 소정의 실시예가 본 명세서에서 설명되지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 다른 실시예 및 양태가 본 개시 내용의 포함된 설명 및 도면에서 본질적이며 그에 의해 지원된다는 것을 이해할 것이다.
본 개시 내용의 양태는 한정적인 것이 아닌 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하는 첨부된 도면과 함께 판독될 때 이어지는 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 수 있다. 도면은 반드시 배율에 맞추어질 필요가 없으며, 그 대신에 본 개시 내용의 원리를 강조한다. 도면에서,
도 1은 본 발명의 소정의 양태에 따라 구성되고 배치된 커패시턴스 마노미터의 일 실시예에 대한 간략화된 단면도이다;
도 2는 본 발명의 소정의 양태에 따라 설계된 전형적인 커패시턴스 마노미터의 전기 부품에 대한 간략화된 부분적인 개략 블록도이다;
도 3은 본 발명의 소정의 양태에 따라 구성되고 배치된 커패시턴스 마노미터 의 다른 실시예에 대한 간략화된 단면도이다;
도 4는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따라 마노미터의 동작의 시간에 관련된 2 이상의 시간 스탬프에 기초하여 커패시턴스 마노미터의 고유 영점 드리프트를 예측하는 방법에 대한 바람직한 일 실시예의 단계들을 나타내는 플로우차트이다; 그리고,
도 5는 본 개시 내용의 다른 실시예에 따라 커패시턴스 마노미터에 의해 측정된 하나 이상의 식별된 프로세스와 관련된 시간 스탬프에 기초하여 커패시턴스 마노미터의 프로세스 관련 영점 드리프트를 예측하는 방법에 대한 바람직한 일 실시예의 단계들을 나타내는 플로우차트이다.
도면에 도시된 실시예들은 예시적인 것이며, 도시된 변형예와 본 명세서에서 설명된 다른 실시예들은 본 개시 내용의 범위 내에서 고안되고 실시될 수 있다는 것은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되어야만 한다.
본 개시 내용의 양태는 커패시턴스 마노미터의 영점 조정(예를 들어, 영 판독 캘리브레이션), 유지 보수, 또는 교체에 대한 필요성을 결정하거나 예측하는데 유용한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 본 개시 내용 에 따라, 예를 들어, 적합한 알고리즘과 같은 컴퓨터 실행가능한 코드를 갖는 소프트웨어 또는 펌웨어를 포함할 수 있다.
도 1은 자동 드리프트 보정을 포함하도록 변형될 수 있는 커패시턴스 마노미터(100)의 한 종류를 도시한다. 마노미터(100)는 하우징(102)과 하우징 내에 배치된 가요성 격판(104)을 포함한다. 격판은 측정 챔버(106)와 기준 챔버(108)(도 1에 도시된 두 부분(108a-b)을 갖는)를 제공하기 위하여 하우징을 분할하여, 2개의 챔버는 상이한 압력 상태에 있는 유체를 보유할 수 있다. 격판(104)은 가요성 필름, 디스크 또는 플레이트를 포함하며, 상이한 압력이 가해질 때, 즉, 상이한 압력이 격판의 반대하는 측들에 작용할 때 구부러져, 상이한 압력에 의해 작용된 차동 힘(differential force)이 격판을 구부린다. 또한, 하우징(102)은 유체가 측정 챔버(106)로 유입될 수 있게 구성되고 배치된 입구 측정 포트(110)를 포함한다. 입구 기준 포트(112)는 유체 또는 진공이 기준 챔버(108) 및 챔버(106)에 대하여 격판(104)의 반대측으로 유입될 수 있게 구성되고 배치된다. 보통, 기준 챔버에 유입된 유체/진공은 알려진 압력, 예를 들어, 1 대기압, 또는 고압이나 저압(진공) 상태에 있다. 격판(104)의 양측은 서로 밀봉되어 임의의 차동 압력이 정밀하게 측정될 수 있다. 도시된 바와 같이 배플(114, baffle)이 피측정 유체의 흐름을 재배향하기 위하여 그리고/또는 외부 물체에 대하여 보호하기 위하여 하우징(102) 내에서 측정 측에 있을 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 적어도 하나의 전극 구조체(116)가 하우징(102) 내에 제공된다. 전극 구조체(116)는 측정 챔버(106) 및 기준 챔버(108)에서의 압력에 관계 없이 고정 유치를 유지한다. 다양한 전극 구조체가 공지되어 있지만, 예시된 실시예에서, 전극 구조체(116)는 중앙 전극(120)과 링 전극(122)을 지지하기 위한 절연 재료의 지지체(118)를 포함하며, 링 전극(122)은 바람직하게는 중앙 전극(120)과 동일한 중심을 가진다. 격판(104)은 일반적으로 커패시터 배치의 일측을 형성하는 구조체를 정의하거나 또는 포함하도록 구축되며, 커패시터 배치의 타측은 전극 구조체에 의해 형성된다. 전극 구조체(116)는 전극 구조체와 격판 사이의 커패시턴스 측정이 기준 챔버에서의 압력에 대한 측정 챔버 내의 압력 측정을 제공하기 위하여 격판(104)에 대하여 사전 선택된 거리로 고정되어 지지될 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 1 및 2에 도시된 실시예에서, 중앙 전극(120)과 격판(104) 사이의 커패시턴스(커패시터(124) 기호로 표시)와, 링 전극(122)과 격판(104) 사이의 커패시턴스(커패시터(126) 기호로 표시)에서의 차이는 측정 챔버(106)와 기준 챔버(예를 들어, 108b) 사이에서의 압력 차이에 대한 매우 정밀한 측정을 제공한다. 따라서, 차동 압력에 응답하는 하우징(102) 내의 격판(104)의 굴곡은 격판과 각각의 전극(120, 122) 사이의 커패시턴스를 변경한다.
또한, 마노미터(100)는 라인(142, 144) 및 시스템 접지에 연결된 전자 보드/회로(140)를 포함한다. 라인(142, 144)은 각각 중앙 전극(120) 및 링 전극(122)에 전기적으로 연결된다. 전자 보드/회로(140)는 바람직하게는 후술되는 다른 출력 신호뿐만 아니라 측정 신호 출력을 제공하기 위한 측정 회로를 포함하도록 구축되고 배치된다.
도 2를 참조하면, 전자 보드/회로(140)의 예가 도시된다. 격판(104)은 202에 도시된 바와 같이 시스템 접지에 연결된다. 도시된 측정 시스템은 브리지 회로(204), 구동 회로(206), 기준 신호 생성기(208) 및 신호 조절 회로(210)를 포함한다. 중앙 전극(118)과 접지 사이의 전압과 링 전극과 접지 사이의 전압은 라인(142, 144) 및 시스템 접지를 통해 브리지 회로(204)의 반대측에 각각 인가된다. 예시된 실시예에서, 구동 회로(206)는 브리지 회로(204)를 구동하도록 구성되고 배치된 사인파 오실레이터를 포함한다. 신호 조절 회로(210)(예를 들어, 버퍼, 신호 스케일링 및 신호 증폭 부품을 포함하는)는 다른 데이터 신호를 제공하는 것뿐만 아니라 브리지 회로(204)로부터의 출력을 조절한다. 또한, 도시된 측정 회로(200)는 기준값을 저장하고 출력 조절 회로(210)에 기준 출력 신호를 제공하도록 구축되고 배치된 기준 신호 생성부(208)를 포함한다. 센서 전극 커패시턴스(중앙 전극과 한 쪽에서의 격판의 커패시턴스와 링 전극과 다른측에서의 격판의 커패시턴스 사이)에서의 불균형은 상이한 신호 조절 회로(210)에 의해 조절되고 증폭된 측정 회로(204)의 상이한 출력을 생성한다. 후자는 격판이 구부러지는 양에 대응하는 출력 신호(212)를 생성하고, 이는 격판에 인가된 차동 압력의 측정이다.
또한, 측정 챔버(106)와 기준 챔버(108)에서의 압력이 동일할 때, 전자 블록 /회로(140)의 출력(212)은 측정된 영점 차동 압력에 대응하는 영점 출력 판독이 되어야만 한다. 전자 블록/회로(40)는 프로세서(214) 및 메모리(216)를 포함하도록 더 구성되고 배치된다. 프로세서(214)와 메모리(216)를 제공하는 것은 마노미터(100)의 영점 조정 이벤트와 관련된 기록 시간 스탬프(예를 들어, 고유 시간 식별자)의 제공을 허용한다. 또한, 마노미터(100)는 전자 회로(140)에 전력을 공급하도록 구성되고 배치된 전원(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이(예를 들어, 그래픽 유저 인터페이스(GUI, graphical user interface), LED 또는 LCD 리드아웃 등)가 시간 스탬프 정보를 포함하는 마노미터의 동작과 관련된 정보를 표시하도록 구성되고 배치될 수 있다. 더하여, 출력(212)은 네트워크 또는 통신 링크(218)를 통해서 제어 또는 모니터링 시스템(220)에 전송될 수 있다.
바람직하게는, 전자 블록/회로(140)는 원하는 점 판독 값(예를 들어, 기준 챔버에서의 기준 압력과 동일)을 위한 저장된 기준값(기준 신호 생성기(도 2에서 208의 도면 부호로 표시됨)에 의해 제공되는 바와 같은)을 포함한다. 또한, 전자 블록/회로(140)는 바람직하게는 마노미터의 캘리브레이션 곡선의 스팬을 조정하기 위하여 조정 나사(150)로 나타낸 스팬 전위차계(span potentiometer); 및 마노미터의 캘리브레이션 곡선의 선형성을 조정하도록 구성되고 배치된, 조정 나사(152)로 나타낸, 선형 전위차계(linearity potentiometer)를 포함한다. 또한, 전자 블록/회로(140)는, 바람직하게는, 마노미터의 영점 판독 출력값을 원하는 값으로 조정하도록 구성되고 배치된, 조정 나사(154)로 나타낸, 하나 또는 그 이상의 영점 전위 차계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이러한 조정 기능은 디지털 방식으로 수행되거나 저장될 수 있다.
또한, 마노미터(100)는, 바람직하게는, 전자 블록/회로(140)의 일부, 마노미터(100)가 영점 조정될 때마다 수집될 수 있는 시간 스탬핑된 영점 오프셋 값의 로그를 판독하고 수집하는 하나 이상의 부품으로서 제공된다. 영점 오프셋은 마지막 영점 조정 이벤트 또는 초기 구축 이후에 영점 압력 판독(마노미터에 의해 지시된)이 이동하거나 드리프트한 양에 대응할 수 있다. 프로세서(214)와 소프트웨어 코드 및/또는 펌웨어가 이를 달성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 코드는, 예를 들어, 전자 블록/회로(140)와 관련되거나 그리고/또는 전자 블록/회로(140)의 일부를 형성하는 EEPROM(ellectrically-erasable programmable read-only-memory) 또는 "플래시(flash)" 메모리와 같은 적합한 메모리로 저장되거나 로딩될 수 있다. 소프트웨어 또는 펌웨어는, 예를 들어, 직선 외삽법(linearly extrapolating) 또는 곡선 맞춤(curve-fitting)과 같은 수학적 모델/함수에 오프셋 데이터를 맞춤으로써 다음 영점 조정 및/또는 교체 이벤트가 언제 발생해야하는 지에 대하여 예측하기 위하여 결과 데이터를 사용할 수 있다. 또한, 소프트웨어 또는 펌웨어 코드를 포함하는 이러한 부품은 예를 들어 이더넷 연결 등과 같은 적합한 통신 링크를 통해 마노미터(100)와 함께 사용하기 위하여 마노미터(100)로부터 원격인 위치에서 실행되거나 저장될 수 있다.
마노미터의 영점 출력 판독 조정에 대응하는 2 이상의 시간 스탬프를 기록함으로써, 전자 블록/회로(140)는 예를 들어 기록된 오프셋 데이터에 곡선/함수를 맞춤으로써 기록된 영점 오프셋 값에 기초하여 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하도록 동작할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전자 블록/회로(140)는 마노미터 외부의 제어 시스템으로의 통신 링크로부터 컴퓨터 판독가능한 명령을 수신하도록 구성되고 배치된 디지털 제어부로서 동작할 수 있다.
예시적인 실시에에서, 쌍이 아닌 하나의 판독이 사용될 수 있다. 0 시프트와 같은 이벤트가 턴-온 이전에 또는 턴-온 동안에 발생할 수 있으며, 이는 다음 판독을 기다리지 않고서 마노미터가 즉시 서비스 제공으로부터 제외되어야만 하는 것을 나타낸다. 이 대신에, 마노미터가 장기간 동안 압력 상태(영점과 같은)에 있다면, 2 이상의 시간 스탬프가 이러한 기간 동안 취해지고/수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 온도 제어 커패시턴스 마노미터(300)가 본 개시 내용에 따라 더 도시된다. 마노미터(300)는 도 1에서 도시된 것과 유사하여 동일한 도면 부호가 적용되며, 또한, 하우징(302) 내에서 온도를 조절 및/또는 제어하도록 구성되고 배치된 일정 온도 오븐 또는 가열 요소(304)를 포함한다. 마노미터(300)의 일부는 조정 나사(150, 152, 154)를 노출시키기 위하여 제거될 수 있다. 조정 툴(310)(예를 들어, 스크류 드라이버)이 필요에 따라 조정 나사를 돌리는데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 조정은 관련된 디지털 전자 기기(미도시)에 의해 달성/수 행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 정상적으로 동작하는 것을 보장하기 위하여 커패시턴스 마노미터를 정례적으로 영점 조정(영점 판독을 캘리브레이션)하는데 사용될 수 있다. 즉, 캘리브레이션 곡선은 동작 기간 동안 변경되지 않지만, 영점 출력(영점 압력)에 대응하는 판독값은 영점(따라서, 전체 곡선)이 이동하였을 수 있기 때문에 틀릴 수 있다. 일반적으로, 마노미터는, 특히 저압 범위용으로 설계된 것은, 예를 들어, 유닛별로 변경하는 프로파일(드리프트 비율(drift rate))을 가지면서 음의 방향에서 고유(intrinsic) 영점 드리프트/시프트를 나타낸다. 본 개시 내용을 한정하지 않으면서, 이러한 드리프트 비율은 일반적으로 하루에 0 내지 -1E-4mT의 범위에 있다. 더하여, 일부 반도체 프로세스, 중요한 에칭 및 증착 프로세스에서, v프로세스 재료가 센서 격판에 증착되어 센서의 고유 드리프트에 추가하여 영점 시프트 또는 영점 드리프트를 야기할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 공정에 대한 일반적인 높은 값은, 대표 범위일 뿐 범위를 한정하지 않지만, 하루에 0.1 mT 내지 1 mT의 범위에 있다.
바람직하게는, 사용자는 일반적으로 고유 영점 드리프트와 프로세스 관련 양점 드리프트에 대하여 동일한 정례적인 영점 조정 방법을 사용한다: 장치는 마노미터의 해상도 한계 아래로 압력이 가하도록 펌핑되고, 장치 출력, 예를 들어, 전압이 영점 압력을 반영하기 위하여 예를 들어 0V로 조정된다. 더 적극적인 프로세스 관련 드리프트 상황에서, 영점 조정은 보통 더 자주 수행될 필요가 있다. 본 개시 내용에 따라 설계된 마노미터는 다양한 방법에 따라 고유 드리프트 또는 프로세서 관련 드리프트 중 어느 한 종류의 드리프트 값을 예측하는데 사용될 수 있으며, 바람직한 방법이 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다.
도 4는 도 4는 마노미터의 동작의 시간과 관련된 2 이상의 시간 스탬프에 기초하여 커패시턴스 마노미터의 영점 판독 드리프트, 예를 들어, 고유 드리프트를 예측하는 방법(400)을 도시한다. 본 방법은 커패시터 마노미터를 두 번 이상 영점 조정하는 단계(402), 2 이상의 영점 오프셋 값을 기록하도록, 마노미터가 영점 조정되는 각 시간에 대하여 시간 스탬핑된 영점 오프셋 값을 기록하는 단계(404)를 포함한다. 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값은 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 단계(406)에서 예측될 수 있다.
도 4를 계속 참조하면, 드리프트 값을 예측하는 단계는 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 마노미터를 영점 조정하기 위한 요건을 결정하거나 예측하는 단계(408)를 포함한다. 드리프트 값을 예측하는 단계는 영점 출력 판독이 특정 시간에서 특정 문턱값을 초과할 것을 판단하는 단계(410)를 포함한다. 그 다음, 프로세스는 예측된 드리프트에 따라 마노미터를 교체(또는 수리)하기 위한 요건을 결정하는 단계(412)로 진행한다.
단계(414)는 마노미터의 출력을 영점 조정하는 기능을 제공하며, 수학 함수를 2 또는 그 이상의 오프셋 값에 맞추는 단계와 수학 함수에 따라 장래의 영점 드리프트를 외삽법으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다. 수학 함수를 맞추는 단계는 직선 함수, 다항식 함수, 및/또는 지수 함수나 다른 적합한 함수를 맞추는 단계를 포함할 수 있다. 통계/회귀 분석이 단계(414)에서 함수/곡선 맞춤에 사용될 수 있다. 특정 문턱값은 미리 정해진 값일 수 있다. 또한, 특정 문턱값은 이더넷 연결 또는 다른 적합한 통신 링크를 통해서 사용자에 의해 제공된 값과 같은 사용자에 의해 프로그래밍된 값일 수 있다.
방법(400)은 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계에 응답하여 마노미터를 영점 조정하는 단계, 마노미터에 대하여 유지 보수를 수행하는 단계, 또는 마노미터를 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다. 영점 조정하는 단계는 영점 압력 또는 임의의 공지된 압력에서 수행될 수 있다. 또한, 영점 조정하는 단계는 위에서 계산된 드리프트 비율을 이용하여 임의의 시간 및 임의의 정적 또는 동적 압력에서 수행될 수 있다. 또한, 방법(400)은 마노미터의 출력에서의 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값을 통신 링크에 의해 도 2에 도시된 제어 시스템(220)과 같은 제어 시스템에 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제어 시스템은 마노미터의 동작을 제어하도록 구성되고 배치된다. 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계는 컴퓨터 판독가능한 명령어를 실행하는 마노미터 전자 제어기를 포함할 수 있다. 방법(400)은 마노미터의 동작을 제어하기 위하여 예를 들어 도 2의 디스플레이(216)를 통하는 것과 같이 그래픽 유저 인터페이스를 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
누적된 드리프트를 제거하기 위하여 마노미터의 출력을 영점 조정하는 것에 관련된 명령어는 변할 수 있다. 예를 들어, 누적된 드리프트가 2 또는 그 이상의 연속된 측정에서 2 하루에 D millo Torr (mT)의 드리프트 비율과 동일한 것을 알았다고 가정하고, 또한, 정밀도 사양이 판독의 A%라고 가정한다면, 가능한 판단점은 영점 드리프트가 알려진 문턱값에 도달하였을 때 그에 따라 마노미터가 영점 조정되어야만 한다는 것을 알릴 수 있어야 한다. 다른 가능성은 영점 드리프트가 풀 스케일의 R%에서의 출력이 필요한 정밀도 사양의 외부로 이동할 때 이에 따라 마노미터가 다시 영점 조정되어야만 할 때 마노미터를 다시 영점 조정하여야 한다.
적어도 하나의 예시적인 실시에에서, 영점 조정을 위한 요건을 예측하거나 결정하는 단계(408)는 다음의 수학식에 따라 다음의 영점 조정 이벤트에 대한 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
Figure 112009068880317-PCT00001
여기에서, A는 정밀도 사양 (판독의 %)이고; F는 풀 스케일의 압력 판독이고; D는 기록된 드리프트 (압력 단위/시간)이고; R은 마노미터의 풀 스케일의 압력에 대한 동작 압력이고, T는 다음 영점 조정 이벤트까지의 시간이다. 선형 외삽법이 위의 수학식 1에서 예로서 사용되지만, 전술한 바와 같이, 다른 예시적인 실시예가 드리프트 프로파일이 시간 또는 압력에 대하여 비선형인 경우에 적합한 곡선 맞춤 알고리즘/기술을 이용할 수 있다.
계산된 값 T는, 예를 들어, 예측 날짜로서, 마노미터 GUI 및/또는 툴 소프트웨어에 신호(예를 들어, "툴/사용자는 날짜 X에 또는 그 전에 영점 조정 루틴을 수행하여야만 한다")를 전송하기 위하여 마노미터 소프트웨어 또는 전자 기기를 트리거하는데 사용될 수 있다.
유사하게, 판단점은 예를 들어, 마노미터의 전체 허용/허락 드리프트 = 풀 스케일의 20%와 같이, 정례적인 유지 보수에 관련하여 유도될 수 있다. 상기 수학식 1과 기록된 드리프트 데이터는 유닛이 영점 조정 가능성이 없어져서 정례적인 유지 보수를 위하여 서비스 센터로 되돌려져야만 할 때를 예측하는데 사용될 수 있다.
실시예 1 - 고유 드리프트
소정의 애플리케이션에 대하여, 마노미터는 마노미터의 동작 시간에 대응한 영점 판독에 대한 고유 드리프트를 갖는 것으로서 특징될 수 있다. 이러한 "고유(intrinsic)" 영점 드리프트는 본 개시 내용에 따른 실시예에 의해 조정되고 예측될 수 있다.
예를 들어, 판독의 0.5% 내의 정밀도를 가지며 하루에 7E-4 mT의 고유 드리프트 비율을 갖는 MKS 628 100 mT 마노미터(본 양수인에 의해 판매됨)를 이용하여, 수학식 1에 따라 10 mT에서 영점 조정 이벤트 사이의 허용 드리프트는 100 mT의 10%의 0.5%인 5E-2 mT일 수 있다. 따라서, 예측된 날짜 수는 5E-2/7E-4의 값 또는 대략 71일일 수 있다.
마노미터의 고유 드리프트를 식별하고, 예를 들어, 도 4에 도시된 방법에 의해 제공된 바와 같이, 영점으로부터 장래의 드리프트를 예측하기 위하여 관찰된 고유 드리프트를 이용하는 것에 더하여, 또는 이에 대신하여, 고유 드리프트와 대조적으로 프로세스와 관련된 드리프트를 개별적으로 계산하는 것을 고려하여 마노미터 동작의 상이한 기간(예를 들어, 비프로세스에 대한 프로세스 시간) 동안 발생한 드리프트를 구별하는데 유용할 수 있다. 많은 경우에 있어서, 프로세스는 프로세스에 대한 압력 데이터를 다운로드한 후에 트랜스듀서 자체에서 알고리즘에 의해, 측정된 압력에 대한 지식에 의해 식별될 수 있다. 이 대신에, 프로세스 식별은 외부적으로 제공될 수 있다.
소정의 실시예 또는 애플리케이션에서, 전력이 공급될 때(예를 들어, 트랜스듀서에 전류가 흐르고 있을 때) 하나의 고유 드리프트 비율이 있을 수 있으며, 또한 전력이 오프될 때(예를 들어, 트랜스듀서가 사용되지 않을 때) 다른 고유 드리프트 비율이 있을 수 있다. 고유 드리프트 비율의 유용한 애플리케이션에 대하여, 전력이 공급되는지 여부에 관계 없이 전체 시간이 사용될 수 있다. 이에 대한 한 해결책은 전력이 주어질 때마다 트랜스듀서가 시스템 시간에서 정보를 얻고 실제 시간과 동기하여 자신의 내부 시간 기록을 획득하고, 전체 경과 시간을 전력이 공급된 경과 시간에서 분리하게 하는 것일 수 있다. 전력이 공급될 때, 이것은 전력이 끊어졌는지 여부에 관계없이 두 종류의 고유 드리프트 데이터의 더 양호한 계산을 허락할 수 있다. 실시예는 이 목적으로, 예를 들어, 마노미터 자체에 있고 적합한 배터리에 의해 전력이 공급되는 실시간 클록을 사용할 수 있다.
도 5는 마노미터에 의해 측정된 복수의 프로세스 중 하나 또는 그 이상의 식별된 프로세스와 관련된 시간 스탬프에 따라 커패시턴스 마노미터의 프로세스 관련 영점 드리프트를 예측하는, 500으로 표시된, 방법의 단계들을 도시한다. 마노미터가 영점 드리프트를 야기하는 조건의 모든, 대부분의 또는 중요한 부분에 기여하는 것으로 식별된 하나 또는 모든 프로세스의 유체/가스 압력을 측정하는데 소요되는 경과 시간을 결정함으로써, 영점 드리프트의 예측이 높은 정도의 정밀도로 이루어질 수 있다. 방법(500)은 비프로세스에 대한 프로세스의 상태, 예를 들어, 상대적 으로 좋은 상태에 대한 마노미터의 영점 캘리브레이션에 상대적으로 나쁜 조건에 얼마나 많이 노출되었는가에 대한 지식으로부터, 영점 조정 이벤트, 정례 유지 보수 이벤트 및/또는 마노미터의 교체에 대한 요건 또는 필요성을 예측하는데 사용될 수 있다. 방법(500)은 복수의 측정된 드리프트 비율에 따라 마노미터를 영점조정하고, 유지 보수하고, 그리고/또는 교체하는 요건을 결정하는 단계를 포함한다. 드리프트 값을 예측하는 단계는 영점 출력 판독이 미리 설정될 수 있거나 그리고/또는 사용자에 의해 프로그래밍가능할 수 있는 특정 문턱값을 초과할 것인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(500)은 커패시턴스 마노미터로 복수의 프로세스 압력을 측정하는 단계(502)를 포함하며, 각 프로세스 압력은 복수의 프로세스 또는 프로세스 단계 중 하나와 관련된다. 복수의 시간 스탬프는 단계(504)에서 기록될 수 있다. 복수의 프로세스 각각에 대한 경과 시간은 단계(506)에서, 예를 들어, 기록된 시간 스탬프에 기초하여 측정되거나 결정될 수 있다. 복수의 드리프트 비율은 복수의 프로세스 중 하나에 각각 대응하여 단계(508)에서 계산될 수 있다. 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값은 복수의 드리프트 비율에 기초하여 단계(510)에서 예측될 수 있다. 단계(512)에서, 수학 모델 또는 함수는 복수의 드리프트 비율과 관련된 데이터에 맞추어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 기록 단계(504)는 복수의 프로세스 각각에 대한 경과 시 간을 결정하기 위한 단계(506)에서 사용될 수 있는 복수의 시간 스탬프를 생성하고 기록하는 단계를 포함한다. 복수의 시간 스탬프를 기록하는 단계는 각 프로세스에 대하여 한 쌍의 시간 스탬프를 기록하는 단계를 포함할 수 있다. 시간 스탬프의 각 쌍은 프로세스 시작 시간 스탬프와 프로세스 종료 시간 스탬프를 포함할 수 있다. 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계는 복수의 드리프트 비율에 수학 함수를 맞추는 단계(512)를 포함한다. 수학 함수를 맞추는 단계(512)는 직선 함수, 다항식 함수, 및/또는 지수 함수나 임의의 적합한 함수를 맞추는 단계를 포함할 수 있다. 통계/회귀 분석이 단계(512)에서 사용될 수 있다.
방법(500)의 예시적인 실시예는 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 하나 또는 그 이상의 드리프트 값을 생성하기 위하여 복수의 드리프트 비율 중 하나 또는 그 이상의 시간 적분을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 예측된 드리프트 비율은 트랜스듀서 영점을 보정하기 위하여 514에서 사용될 수 있다.
방법(500)에 따라 계산된 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값은 적합한 네트워크 또는 예를 들어 링크(218)와 같은 통신 링크에 의해 도 2의 제어 시스템(220)과 같은 제어 시스템으로 전송될 수 있다. 이러한 제어 시스템은 마노미터의 동작을 제어하도록 구성되고 배치될 수 있다. 또한, 방법(500)에 의해 마노미터 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계는 컴퓨터 판독가능한 명령어를 실행하는 마노미터 전자 제어기의 동작을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 2의 디스플레이(216)를 통하는 것과 같은 그래픽 유저 인터페이스가 마노미터의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다.
방법(500)과 같은 방법을 위하여, 바람직하게는, 비프로세스 노출 동안의 경과 시간에 대한 프로세스 노출 동안의 경과 시간이 결정된다. 예를 들어, 사용자/운전자는 하나 또는 그 이상의 프로세스 압력 측정 윈도우를 미리 식별할 수 있으며, 마노미터는 상이한 모드의 동작과 관련된 날짜 스탬핑된 정보를 기록할 수 있다. 즉, 예를 들어 1 Torr 풀스케일(FS) 마노미터는 50 mT(드리프트 RP1을 갖는 프로세스 1)와 300 mT(드리프트 RP2를 갖는 프로세스 2)에서 프로세스 측정을 위해 사용될 수 있다. 이러한 대역 밖에서, 마노미터는 어떤 중요한 드리프트도 경함하지 않을 수 있다(예를 들어, 드리프트 RPO를 갖는 프로세스 3). 사용자는 마노미터와 통신함으로써(예를 들어, 개인용 컴퓨터와 디스플레이(216)를 통하는 것과 같은 온-스크린 GUI를 통해) 이러한 관심 압력 대역을 식별할 수 있다.
본 예를 계속 설명하면, 마노미터는 날짜 스템핑된 정보를 통해 얼마나 오래동안 마노미터가 중요한 것으로서 식별되는 이러한 압력 대역 내에서(시간 T1, T2, ... 등 동안의 프로세스 노출) 그리고 이러한 압력 대역 밖에서(시간 TO 동안의 비프로세스 노출) 사용되어 왔는지를 기록할 수 있다. 전체 드리프트 D(mT)는 (TO×RPO) + (T1×RP1)×(T2×RP2)×등으로 주어질 수 있다. 이 정보를 개별 드리 프트 비율로 컴파일함으로써, 예를 들어 곡선 맞춤 및 외삽법에 의해 드리프트 예측 목적으로 사용되도록 계수가 상이한 프로세스에 대하여 계산되고 피드백될 수 있다.
간략화를 위하여, 사용자는 이러한 프로세스를 개별적으로 설정하고 개별 영점 드리프트 계수를 측정할 수 있다. 이러한 실시예에 대하여, 누적된 영점 드리프트를 직접 참조하지 않고 소정의 프로스트 특정 대역 내에서 얼마나 오랫동안 마노미터가 사용되었는지에 대한 지식으로부터만 드리프트와 이에 따른 영점 조정 주기를 예측할 수 있다.
다음의 예는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 영점 조정 이벤트 예측을 나타낸다.
실시예 2 - 프로세스 관련 드리프트
소정의 애플리케이션에 대하여, 마노미터는 다른 것들에 대한 것이 아닌 하나 또는 그 이상의 특정 프로세서만에 대하여 마노미터의 동작 시간에 대응하는 영점 드리프트를 갖는 것으로 특징될 수 있다. 이러한 "프로세스 관련(process-related)" 영점 드리프트는 본 개시 내용에 따른 실시예에 의해 조정되고 예측될 수 있다.
하루에 0.1 mT의 고유 드리프트 비율을 가지면서 판독의 0.5%의 정밀도를 갖는 MKS 628 100mT 마노미터(본 양수인에 의해 판매됨)에 대하여, 수학식 1에 따라, 영점 조정 이벤트 사이의 10 mT에서의 허용 드리프트는 100 mT의 10%의 0.5%인 5E-2 mT일 수 있다. 따라서, 예측된 날짜 수는 5E-2/0.1의 값 또는 대략 0.5일일 수 있다.
본 개시 내용에 따른 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용의 본 양수인으로부터 상용되는 Ethernet-Enabled Baratron® 커패시턴스 마노미터, 예를 들어, 모델 627C e-Baratron®(Baratron은 본 양수인의 등록 상표이다) 마노미터는 영점 조정 이벤트와 관련된 시간 스탬프 데이터를 추적하고 처리하게 하는 수정하고/프로그래밍하여 사용될 수 있다. Ethernet-Enabled e-Baratron® 마노미터는 호스트 시스템으로부터의 분해 또는 제거 없이 로컬 또는 네트워크 진단을 위하여 이더넷 허브 및 다른 장치와 네트워킹하는 능력을 제공하기 때문에 예시적인 실시예에서 특히 바람직하다.
MKS의 이더넷이 설치된 e-Baratron® 마노미터는 Windows® 기반의 PC와의 통신을 허용하는 임베디드 인터넷 브라우저 소프트웨어를 포함한다. 이더넷 포트가 표준 아날로그 통신과 병행하여 동작하기 때문에, 장치는 프로세스 동안 실시간 기반으로 진단될 수 있다 - 이는 자신의 시스템 분석 및 문제 해결을 수행하는 사 용자에게 큰 이점이다. 이더넷 네트워킹을 사용하지 않는 사용자에 대하여도, e-Baratron® 마노미터는 장치 상태에 대하여 신속하고 직관적인 안내를 제공하기 위한 외부 LED를 갖는다. 다른 예시적인 실시예는, 본 개시 내용의 양수인에 의해 상용화되는 바와 같이, i-Baratron® 디지털 커패시턴스 마노미터를 사용할 수 있다. 이러한 마노미터에 대하여, 인터페이스는 ODVA(Open DeviceNet's Vendor Association)에 호환되는 DeviceNet™ 통신 포로토콜 또는 다른 적합한 프로토콜을 통해 제공될 수 있다.
이러한 e-Baratron® 및/또는 i-Baratron® 마노미터에 의해 제공되는 특징 및 이점은 다음을 포함한다: 높은 정밀도 및 반복 가능성; 표준 제품 라인은 네트워킹된 프로세스 툴의 현존하는 그리고 가장 최근의 세대에 사용되는 아날로그 및 이더넷 통신을 모두 포함한다; 이더넷 통신은 실시간이며, 아날로그 통신과 병행하여 실행될 수 있어, 장치와 프로세스의 적절한 진단을 가능하게 하며 케이블 차단에 대한 어떠한 필요도 없다; 임베디드 인터넷 웹 브라우저는 임의의 윈도우즈 기반 PC와 통신될 수 있다; 장치 또는 프로세스에 사용될 수 있는 완전한 진단 루틴 세트를 갖는 직관적인 그래픽 유저 인터페이스(GUI); 즉각적인 장치 상태 정보에 대한 이해하기 쉬운 외부 지시자; 1,000 Torr 에서 0.02 Tor의 풀 스케일 압력 범위; 다른 가열된 아날로그 Baratron® 커패시턴스 마노미터 및 일부 경쟁력있는 제품과 핀-투-핀 호환; CE 호환, 및 SEMI S2-93 안전 가이드라인의 적용가능한 규정에 대하여 테스트됨.
따라서, 본 개시 내용의 실시예는 마노미터가 다음에 영점 조정되어야만 하고, 유지 보수되거나 교체될 필요가 있을 때 사용자 및/또는 반도체 툴/시스템에 신호를 공급하도록 구성되고 배치된 커패시턴스 마노미터의 사용을 제공한다. 본 개시 내용에 따른 시스템, 방법, 및/또는 장치(컴퓨터 판독가능한 명령어를 포함하는 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있는)는 영점 조정 방법에 대한 판단 결정 프로세스를 자동화하는데 사용될 수 있다. 마노미터는 사용자가 어느 날짜까지 영점 조정 절차를 수행하여야만 하는 지를 표시한다. 본 개시 내용은 마노미터가 수리를 위하여 언제 빼내어져야만 하는가를 예측하게 하여, 이에 따라 예기치 않은 고장을 방지한다.
본 개시 내용에 따른 실시예는 예를 들어 반도체 프로세스 툴에 설치된 것과 같은 커패시턴스 마노미터가 운전자의 조정 없이 자동으로 영점 조정되게 할 수 있다. 마노미터에 의해 제공된 신호는 툴 소프트웨어가 사용자에게 불편을 끼치지 않으면서 자동 영점 조정 이벤트를 스케쥴링하도록 한다. 이것은 허용량 및/또는 문턱값 이상으로 드리프트하는 마노미터의 영점 판독에 의해 발생될 수 있는 툴 또는 시스템에서의 불필요한/잘못된 경고 회수의 감소를 용이하게 할 수 있다.
소정의 실시예가 본 명세서에서 설명되었지만, 본 개시 내용의 방법, 시스템 및 장치는 그 기술적 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 구체화 될 수 있다는 것이 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다.
예를 들어, 커패시턴스 마노미터의 사용이 일반적으로 가스 운반 시스템에 대하여 설명되었지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 마노미터가 다른 적합한 구성/애플리케이션에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시 내용에 따른 커패시턴스 마노미터는 MFC(mass flow controller) 또는 MFV(mass flow verifier)와 같은 측정 시스템/부품의 정밀도를 검정하는데 사용되는 ROR(rate-of-rise) 유량 검정기(flow verifier)의 일부일 수 있다.
따라서, 여기에서 설명된 실시예들은 모두 본 개시 내용을 예시하는 것이지 제한하려는 것이 아닌 것으로 고려되어야만 한다.

Claims (61)

  1. 커패시턴스 마노미터에 있어서,
    제1 포트와 제2 포트를 갖는 센서 캡슐;
    상기 센서 캡슐 내에 배치된 격판 - 상기 격판은 양측을 가지고 있으며, 상기 격판의 양측에서 각각의 압력 사이에서의 압력차에 응답하여 상기 센서 캡슐 내에서 움직이도록 구성되고 배치됨-;
    상기 격판의 일측에 인접하여 상기 센서 캡슐 내에 배치된 전극 구조체; 및
    상기 격판과 상기 전극 구조체 사이에서 커패시턴스를 측정하고, 측정된 영점 압력에 대응하는 영점 출력 판독을 생성하도록 구성되고 배치된 전자 회로;
    를 포함하고,
    상기 전자 회로는 (i) 상기 마노미터의 영점 출력 판독 조정에 대응하는 2 이상의 시간 스탬프를 기록하고, (ii) 상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 기초하여 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하도록 더 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마노미터는 디지털 출력을 생성하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마노미터는 아날로그 출력을 생성하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마노미터는 상기 2 이상의 시간 스템프에 기초하여 특정 드리프트 양을 초과하는 마노미터 영점 판독을 예측하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트는 프로세스 툴에 대한 유체 연결을 위한 측정 포트이고,
    상기 제2 포트는 진공원 또는 다른 압력원에 대한 연결을 위한 기준 포트인,
    커패시턴스 마노미터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공원은 상기 센서 캡슐에 연결된 게터 펌프를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트는 반도체 프로세스 툴에 연결된,
    커패시턴스 마노미터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전극 구조체는 외부 링 전극 및 상기 링 전극 내에 배치된 내부 전극을 포함하며,
    제1 전기 연결부가 상기 링 전극에 연결되고,
    제2 전기 연결부가 상기 내부 전극에 연결된,
    커패시턴스 마노미터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 회로는 상기 제1 및 제2 전기 연결부에 연결된,
    커패시턴스 마노미터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전자 회로는 상기 제1 및 제2 전기 연결부에 연결된 전기 브리지 회로 및 상기 브리지 회로에 연결되고 상기 브리지 회로를 구동하도록 구성되고 배치된 오실레이터를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전자 블록은 원하는 영점 판독값에 대하여 저장된 기준값 및 상기 브리지 회로로부터의 차동 신호를 수신하도록 구성되고 배치된 버퍼를 포함하며,
    상기 버퍼는 상기 브리지 회로에 의해 생성된 차동 출력 신호를 스케일링하고 증폭하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 마노미터가 예측된 시간에 영점 조정 또는 교체를 필요로 하는 것을 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되고 배치된 디지털 제어부;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  13. 제9항에 있어서,
    2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 예측된 영점 드리프트에 대한 압력 출력 신호를 보정하도록 구성되고 배치된 디지털 제어부;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  14. 제12항에 있어서,
    (i) 상기 마노미터의 영점 출력 판독 조정에 대응하는 2 이상의 시간 스탬프를 기록하고, (ii) 상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하기 위한 컴퓨터 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 디지털 제어부는 상기 마노미터의 외부의 제어 시스템으로의 통신 링크로부터 컴퓨터 판독가능한 명령어를 수신하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 그래픽 유저 인터페이스인,
    커패시턴스 마노미터.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 전자 블록은 상기 마노미터의 캘리브레이션 곡선의 스팬을 조정하도록 구성되고 배치된 스팬 전위차계를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 전자 블록은 상기 마노미터의 캘리브레이션 곡선의 선형성을 조정하도록 구성되고 배치된 선형 전위차계를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 전자 블록은 상기 마노미터의 영점 판독 출력값을 원하는 값으로 조정하도록 구성되고 배치된 하나 이상의 영점 전위차계를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  20. 제5항에 있어서,
    상기 센서 캡슐은 Inconel® 또는 Incoloy®를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 전자 블록에 전력을 공급하도록 구성되고 배치된 전원;
    을 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 마노미터의 동작에 관련된 정보를 표시하도록 구성되고 배치된 디스플레이;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 센서 캡슐 내의 온도를 원하는 온도로 유지하기 위하여 상기 센서 캡슐 근처 내에서 온도 조정 열공급원을 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  24. 제5항에 있어서,
    상기 격판은 금속을 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 금속은 Inconel® 또는 Incoloy®를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터.
  26. 2번 이상 커패시턴스 마노미터를 영점 조정하는 단계;
    상기 마노미터가 영정 조정되는 각 시간에 대하여 시간 스탬핑된 영점 오프셋 값을 기록하는 단계 - 2 이상의 영점 오프셋 값이 기록됨; 및
    상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 드리프트 값을 예측하는 단계는,
    상기 2 이상의 영점 오프셋 값에 따라 상기 마노미터를 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 드리프트 값을 예측하는 단계는,
    상기 영점 출력 판독이 특정 문턱값을 초과할 것을 판단하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 마노미터를 교체하기 위한 요건을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계는,
    상기 2 이상의 오프셋 값에 수함 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    직선 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    다항식 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    지수 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  34. 제28항에 있어서,
    상기 특정 문턱값은 미리 설정된 값인,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  35. 제28항에 있어서,
    상기 특정 문턱값은 사용자에 의해 프로그래밍된 값인,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계는,
    A는 정밀도 사양 (판독의 %)이고; F는 풀 스케일의 압력 판독이고; D는 기록된 드리프트 (압력 단위/시간)이고; R은 상기 마노미터의 풀 스케일의 압력에 대한 동작 압력이고, T는 다음 영점 조정 이벤트까지의 시간일 때,
    Figure 112009068880317-PCT00002
    에 따라 다음 영점 조정 이벤트에 대한 시간을 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  37. 제26항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계에 응답하여, 상기 마노미터의 영점 판독 출력값을 원하는 값으로 조정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  38. 제26항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계에 응답하여, 상기 마노미터를 원하는 값으로 교체하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  39. 제26항에 있어서,
    통신 링크에 의해 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 제어 시스템으로 전송하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 마노미터의 동작을 제어하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  40. 제26항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계는,
    컴퓨터 판독가능한 명령어를 실행하는 마노미터 전자 제어기를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 마노미터의 동작을 제어하기 위하여 그래픽 유저 인터페이스를 사용하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  42. 각각 복수의 프로세스 중 하나와 관련된 복수의 프로세스 압력을 커패시턴스 마노미터로 측정하는 단계;
    상기 복수의 프로세스의 각각에 대한 경과 시간을 결정하는 단계;
    각각 상기 복수의 프로세스 중 하나에 대응하는 복수의 드리프트 비율을 계산하는 단계; 및
    상기 복수의 드리프트 비율에 따라 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 복수의 프로세스의 각각에 대한 경과 시간을 결정하는 단계는,
    복수의 시간 스탬프를 기록하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 복수의 시간 스탬프를 기록하는 단계는,
    각 프로세스에 대하여 한 쌍의 시간 스탬프를 기록하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 시간 스탬프의 각 쌍은 프로세스 시작 시간 스탬프 및 프로세스 종료 시간 스템프를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  46. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트를 예측하는 단계는,
    상기 복수의 드리프트 비율에 수학 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  47. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트를 예측하는 단계는,
    하나 이상의 드리프트 값을 생성하기 위하여 상기 복수의 드리프트 비율 중 하나 이상의 시간 적분을 계산하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  48. 제42항에 있어서,
    상기 복수의 드리프트 비율에 따라 상기 마노미터를 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  49. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트를 예측하는 단계는,
    상기 영점 출력 판독이 특정 문턱값을 초과할 것을 판단하는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  50. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터를 교체하기 위한 요건을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  51. 제42항에 있어서,
    상기 영점 조정하기 위한 요건을 결정하는 단계는,
    상기 2 이상의 오프셋 값에 수함 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    직선 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  53. 제51항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    다항식 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  54. 제51항에 있어서,
    상기 수학 함수를 맞추는 단계는,
    지수 함수를 맞추는 단계;
    를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  55. 제49항에 있어서,
    상기 특정 문턱값은 미리 설정된 값인,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  56. 제49항에 있어서,
    상기 특정 문턱값은 사용자에 의해 프로그래밍된 값인,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  57. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계에 응답하여, 상기 마노미터의 영점 판독 출력값을 원하는 값으로 조정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  58. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계에 응답하여, 상기 마노미터를 원하는 값으로 교체하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  59. 제42항에 있어서,
    통신 링크에 의해 상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 제어 시스템으로 전송하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 마노미터의 동작을 제어하도록 구성되고 배치된,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  60. 제42항에 있어서,
    상기 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 단계는,
    컴퓨터 판독가능한 명령어를 실행하는 마노미터 전자 제어기를 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 마노미터의 동작을 제어하기 위하여 그래픽 유저 인터페이스를 사용하는 단계;
    를 더 포함하는,
    커패시턴스 마노미터의 영점 출력 판독의 드리프트 값을 예측하는 방법.
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