KR20140069305A - 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법들 - Google Patents

프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법들 Download PDF

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Abstract

본원에서는 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들에서, 가스를 유동시키는 방법은, 표준 가스를 사용하여 결정된 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 유량(flow rate) 값에서 제1 가스를 제공하도록 구성된 유동 제어기를 제공하는 단계; 유동 제어기의 대응하는 복수의 세트포인트 값들에서 결정된 제1 가스의 복수의 유량 값들로부터 제1 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제1 관계를 결정하는 단계 ― 복수의 유량 값들 각각은, 세트포인트에 대한 복수의 값들 중 대응하는 값들에서 유동 제어기를 통해 제1 가스를 유동시키는 것으로부터 결정됨 ―; 및 실제 제1 관계에 근거하여 제1 유량 값에서 제1 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법들{METHODS FOR MONITORING A FLOW CONTROLLER COUPLED TO A PROCESS CHAMBER}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱을 위한 방법들 및 장치에 관한 것이고, 구체적으로는 유동 제어기들의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
유동 제어기는 프로세스 가스를 프로세스 챔버의 프로세싱 용적(processing volume)에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 유동 제어기는 전형적으로, 프로세스 챔버 상에 설치(installation)되기 전에, 제조사에 의해 표준 가스(standard gas)를 사용하여 캘리브레이션(calibration)된다. 본 발명자들은 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 개선된 방법들을 제공한다.
본원에서는 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션 방법은, 제1 가스와는 상이한 표준 가스를 사용하여 결정된 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값으로 설정할 때 제1 유량(flow rate) 값에서 제1 가스를 제공하도록 구성된 유동 제어기를 제공하는 단계; 유동 제어기의 대응하는 복수의 세트포인트 값들에서 결정된 제1 가스의 복수의 유량 값들로부터 제1 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제1 관계를 결정하는 단계 ― 복수의 유량 값들 각각은, 세트포인트에 대한 복수의 값들 중 대응하는 값들에서 유동 제어기를 통해 제1 가스를 유동시키는 것으로부터 결정됨 ―; 및 실제 제1 관계에 근거하여 유동 제어기로부터 제1 유량 값에서 제1 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치는, 프로세싱 용적을 갖는 프로세스 챔버; 프로세싱 용적에 제1 가스를 제공하도록 프로세스 챔버에 커플링된 제1 유동 제어기 ― 제1 유동 제어기는 제1 가스와는 상이한 표준 가스를 사용하여 결정된 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값으로 설정할 때 제1 유량 값에서 제1 가스를 제공하도록 구성됨 ―; 및 프로세스 챔버에 커플링된 제어기 ― 제어기는 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 더 포함하고, 명령어들은, 제어기에 의해 실행될 때, 가스를 프로세싱 용적 내로 유동시키기 위한 제1 방법이 수행되게하며, 상기 방법은, 제1 유동 제어기의 대응하는 복수의 세트포인트 값들에서 결정된 제1 가스의 복수의 유량 값들로부터 제1 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제1 관계를 결정하는 단계 ― 복수의 유량 값들 각각은, 세트포인트에 대한 복수의 값들 중 대응하는 값들에서 제1 유동 제어기를 통해 제1 가스를 유동시키는 것으로부터 결정됨 ―; 및 실제 제1 관계에 근거하여 제1 유동 제어기로부터 제1 유량 값에서 제1 가스를 유동시키는 단계를 포함함 ― 를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 제1 시간에 유동 제어기의 제1 제로 오프셋(zero offset)을 모니터링하는 단계; 제1 시간 후의 제2 시간에 유동 제어기의 제2 제로 오프셋을 모니터링하는 단계; 및 누계 제로 드리프트(cumulative zero drift)가 유동 제어기의 전체 유동 범위(full flow range)의 약 10%를 초과하면 서비스 경고를 발행(issue)하는 단계 ― 누계 제로 드리프트는 제1 제로 오프셋과 제2 제로 오프셋의 합임 ― 를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 유동 제어기가 동작하고 있는 동안인 제1 시간을 모니터링하는 단계; 유동 제어기가 동작하고 있는 동안인 제2 시간을 모니터링하는 단계; 및 누계 동작 수명이 제1 임계값(critical value)을 초과하면 서비스 경고를 발행하는 단계 ― 누계 동작 수명은 제1 시간과 제2 시간의 합임 ― 를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 제1 기간에 걸쳐 제1 간격(interval)으로 유동 제어기의 온도 값을 샘플링하는 단계; 및 샘플링된 온도 값들로부터 계산된 표준 편차가 유동 제어기의 설정 온도 값을 임계값만큼 초과하면 서비스 경고를 발행하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 위치 제어기로부터 유동 제어기의 조정가능한 밸브로의 출력 신호의 값을 제1 샘플 레이트에서 샘플링하는 단계; 및 샘플링된 출력 신호 값들로부터 계산된 표준 편차가 출력 신호의 정상 상태 세트포인트를 임계값만큼 초과하면 서비스 경고를 발행하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 제1 시간에 유동 제어기의 제1 유량에서 유동 제어기의 제1 파라미터와 프로세스 챔버의 제2 파라미터 중 적어도 하나의 제1 값을 모니터링하는 단계; 제1 시간 후의 제2 시간에 유동 제어기의 제1 유량에서 유동 제어기의 제1 파라미터와 프로세스 챔버의 제2 파라미터 중 적어도 하나의 제2 값을 모니터링하는 단계; 및 제1 값과 제2 값의 비교로부터 프로세스 챔버의 컴포넌트 또는 유동 제어기 중 적어도 하나의 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법은, 유동 제어기의 제1 유량에서 프로세스 챔버의 제2 파라미터 또는 유동 제어기의 제1 파라미터 중 적어도 하나의 복수의 값들을 대응하는 복수의 시간들에 걸쳐 모니터링하는 단계; 및 복수의 값들 중 둘 또는 그 초과의 값들의 비교로부터 프로세스 챔버의 컴포넌트 또는 유동 제어기 중 적어도 하나의 상태를 결정하는 단계; 및 비교에 근거하여 유동 제어기의 제1 파라미터 또는 프로세스 챔버의 제2 파라미터 중 적어도 하나를 새 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 추가의 실시예들은 하기에 기술된다.
앞서 간략히 요약되고 하기에서 더 상세히 논의되는 본 발명의 실시예들은, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조로 하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 방법의 흐름 차트를 도시한다.
도 3-5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법들의 흐름 챠트들을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 표시하기 위해 가능한 한 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
본원에서는 기판 프로세싱을 위한 방법들 및 장치가 개시된다. 본 발명의 방법들 및 장치는 유익하게는, 유량 정확도(flow rate accuracy)를 유지하면서 유동 제어기에 대한 더 넓은 유량 범위를 제공할 수 있고, 각각의 유동 제어기의 온 툴(on tool) 캘리브레이션, 캘리브레이션 알고리즘들에 대한 원격 갱신 능력(remote update capability), 및 유동 제어기들의 헬스 모니터링(health monitoring)을 제공할 수 있다. 본 발명의 방법들 및 장치는 또한 유익하게는, 예를 들어, 원격 갱신들을 사용함으로써 툴의 다운시간(downtime)을 제한할 수 있고, 유동 제어기들의 헬스 모니터링을 사용함으로써 장비 에러로 인한 비용들을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 방법들 및 장치의 다른 추가의 이점들은 하기에서 논의된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템(100)을 도시한다. 기판 프로세싱 시스템(100)은 프로세싱 용적(104)을 갖는 프로세스 챔버(102)를 포함할 수 있다. 기판 프로세싱 시스템(100)에서 프로세싱하는 동안 기판(108)을 지지하기 위해, 기판 지지체(106)가 프로세싱 용적(104) 내에 배치될 수 있다. 프로세스 챔버(102)는 기판 및/또는 복수의 기판들을 동시에 프로세싱하기 위한 임의의 적합한 프로세스 챔버일 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(102)는 화학 기상 증착(CVD), 원자 층 증착(ALD), 물리 기상 증착(PVD), 금속 화학 기상 증착(MCVD), 블랭킷 딥 서브-미크론 화학 기상 증착(블랭킷 DSM-CVD) 또는 임의의 적합한 플라즈마 또는 비(non)-플라즈마 가능(enabled) 또는 강화(enhanced) 프로세스들, 이를 테면 식각, 증착, 세정 등 중에서 하나 또는 그 초과를 위해 구성될 수 있다. 기판 지지체(106)는 프로세스 챔버(102)의 임의의 적합한 구성들과 함께 사용하기 위한 임의의 적합한 기판 지지체일 수 있다. 기판 지지체(106)는 서셉터(susceptor), 진공 척(vacuume chuck), 정전 척(electrostatic chuck) 등 중에서 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있고, 히터(heater), RF 전극, 리프트 핀 조립체(lift pin assembly)들 등 중의 하나 또는 그 초과와 같은 컴포넌트(component)들(114)을 포함할 수 있다.
시스템(100)은 하나 또는 그 초과의 프로세스 파라미터들을 프로세싱 용적(104)에 제공하기 위한 하나 또는 그 초과의 프로세싱 소스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 파라미터들은, RF 전력의 크기(magnitude), 프로세스 가스의 유량, 챔버 컴포넌트의 온도, 챔버 압력, 포어라인(foreline) 압력, 서셉터 후면측(backside) 압력, 프로세스 가스 타입, 프로세스 가스 온도, 서셉터 온도, 서셉터 위치, 기판 히터 전력 레벨, 배기 밸브 히터 전력 레벨 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들, 하나 또는 그 초과의 무선 주파수(RF) 전력 소스들, 기판 히터, 배기 밸브 히터 등과 같은 프로세싱 소스들에 의해, 하나 또는 그 초과의 프로세스 파라미터들이 제공될 수 있다.
예를 들어, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 프로세싱 용적(104)에 제공하기 위해, 하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110)이 가스 유입구(gas inlet)(116)에 커플링될 수 있다. 가스 유입구(116)는 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 요구되는 방식으로 (이를 테면, 기판(108) 위의 프로세싱 용적(104)의 영역 내로, 기판(108)을 향해 지향되게, 기판(108)의 표면에 걸쳐서 지향되게, 등) 프로세싱 용적(104)에 제공하기 위한 임의의 적합한 유입구 또는 유입구들일 수 있다. 예를 들어, 가스 유입구(116)는 (도시된 것과 같은) 샤워헤드, 가스 주입기(injector), 노즐들 등 중에서 하나 또는 그 초과일 수 있다. 비록 도 1에서 기판 지지체(106) 위에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있기는 하지만, 대안적으로(alternately) 또는 결합하여, 가스 유입구(116)는 프로세스 챔버(102)의 측벽들 또는 바닥에, 또는 프로세스 챔버 내에(예를 들어, 기판 지지체(106) 근처에) 배치될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110) 각각은 복수의 가스 소스들(118) 중 하나 또는 그 초과에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 복수의 가스 소스들(118)은 가스 패널 등의 부분(part)일 수 있으며, 여기서 각각의 유동 디바이스(110)는, 대응하는 가스 소스(118)로부터 가스 유입구(116)로의 프로세스 가스의 유동을 제어한다.
하나 또는 그 초과의 RF 전력 소스들은, 프로세스 가스 또는 프로세싱 용적(104) 내로 유동되는 어떠한 다른 가스 또는 가스들로부터 플라즈마를 형성하기 위해, 프로세싱 용적(104)과 같은 프로세싱 시스템(100)의 다양한 부분들, 또는 기판 지지체(106) 등에 RF 전력을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 전력 소스(112A) 및 제2 RF 전력 소스(112B)가 도 1에 도시되어 있다. 제1 및 제2 RF 전력 소스들(112A, 112B)은 본원에서 집합적으로(collectively) 하나 또는 그 초과의 RF 전력 소스들(112), 또는 RF 전력 소스(112)로서 지칭된다. 각각의 RF 전력 소스는 일반적으로, RF 생성기(generator), 및 플라즈마와 RF 생성기의 임피던스(impedance)를 매칭(matching)시키기 위해 사용되는 매칭 회로(matching circuit)를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 RF 전력 소스들은 기판 프로세싱 시스템(100) 내의 다양한 요소들에 커플링될 수 있다.
제1 RF 전력 소스(112A)는 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 형성하는 것을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 RF 전력 소스(112A)는 프로세스 챔버(102)의 덮개(lid) 또는 천장(ceiling) 근방에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 전력 소스(112A)는 플라즈마를 형성하기 위해 프로세스 챔버(102) 내의 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들에 RF 에너지를 커플링하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 RF 전력 소스(112A)는, 예를 들어 대시 선(dashed line)(113)에 의해 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(102)의 천장 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 유도 코일(inductive coil)들(111)과 같은 전극에 커플링될 수 있다. 대안적으로 또는 결합하여, 제1 RF 전력 소스(112A)는, 대시 선(115)에 의해 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버의 천장 내에 또는 천장 근처에 배치된 전극, 이를 테면 가스 유입구(116)의 전도성 부분에 커플링될 수 있다. 제1 RF 전력 소스(112A)는 또한, 또는 대안적으로, 요구되는 위치에 RF 에너지를 제공하기 위해 다른 적합한 컴포넌트들에 커플링될 수 있다. 비록 단일 RF 소스(예를 들어, 112A)가 천장 근방에서 프로세스 챔버(102)에 커플링된 것으로 도시되어 있지만, 복수의 RF 전력 소스들이 동일한 전극에서 천장에 커플링될 수 있거나, 또는 상이한 전극들에 커플링될 수 있다.
제2 RF 전력 소스들(112B)은, 예를 들어, 프로세싱 동안에 기판 바이어스 제어를 제공하기 위해, 기판 지지체(106)에 커플링될 수 있다. 상술한 것과 유사하게, 비록 단일 RF 소스가 기판 지지체(106)에 커플링된 것으로 도시되어 있지만, 복수의 RF 전력 소스들이 동일한 전극에서 기판 지지체(106)에 커플링될 수 있거나, 또는 상이한 전극들에 커플링될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 다른 RF 전력 소스들(112)이, RF 에너지를 프로세스 챔버 또는 프로세스 챔버(102) 내에 배치되거나 프로세스 챔버(102) 내로 유동하는 가스들에 커플링하기 위해, 프로세스 챔버의 측벽들 내에 또는 측벽들 근처에 또는 다른 요구되는 위치들에 배치된 전극들(미도시)과 같은, 프로세스 챔버의 다른 컴포넌트들에 커플링될 수 있다.
하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110) 각각은, 이를 테면 질량 유동 제어기 등과 같은 질량 유동 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110)은 제1 유동 제어기(110A) 및 제2 유동 제어기(110B)를 포함할 수 있다. 제1 유동 제어기(110A)는 제1 가스 소스(118A)로부터 프로세싱 용적(104)으로 제1 가스를 제공하기 위해 프로세스 챔버(102)에 커플링될 수 있다. 제2 유동 제어기(110B)는 제2 가스 소스(118B)로부터 프로세싱 용적(104)으로 제2 가스를 제공하기 위해 프로세스 챔버(102)에 커플링될 수 있다.
하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110) 각각은 위치 제어기(124)와 통신하는 조정가능한 밸브(122) 및 센서(120)를 포함하여, 센서, 조정가능한 밸브 및 위치 제어기 사이에 로컬 폐쇄 루프 제어(local closed loop control)를 제공할 수 있다. 위치 제어기(124)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템 제어기(141)로부터 명령어들을 송신 및 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 제어기(110A)는 제1 유동 제어기(110A)의 조정가능한 밸브(122) 및 센서(120)에 커플링된 제1 위치 제어기(124A)를 포함한다. 예를 들어, 제2 유동 제어기(110B)는 제2 유동 제어기(110B)의 조정가능한 밸브(122) 및 센서(120)에 커플링된 제2 위치 제어기(124B)를 포함한다. 센서(120)는 압력 센서 또는 온도 센서 중에서 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 각각의 위치 제어기(124A, 124B)는 각각의 제1 및 제2 유동 제어기들(110A, 110B)의 컴포넌트들 각각을 제어하기 위한 제어기일 수 있다. 예를 들어, 동작 시에, 센서(120)는, 제1 가스의 유량을 결정하기 위해 제1 가스의 압력 또는 온도 중 하나 또는 그 초과를 표시하는 신호를 제어기(124A)에 제공할 수 있으며, 그리고 제어기(124A)는 요구되는 유량을 유지하기 위해 조정가능한 밸브(122)를 조정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 위치 제어기(124A, 124B)는, 시스템 제어기(141) 또는 다른 소스로부터 원격 갱신들을 수신하고/수신하거나 방법들을 실행하고/실행하거나 저장하기 위한, 컴퓨터 프로세싱 유닛(CPU), 메모리, 지원 회로들 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 하나 또는 그 초과의 유동 디바이스들(110)은 단지 예시이고, 이를 테면, 위치 제어기(124)(미도시)와 같은 온보드 위치 제어기의 부재 시에, 시스템 제어기(141)와 같은 시스템 제어기와 직접 통신하는 센서(120) 및 조정가능한 밸브(122)와 같은, 다른 실시예들이 가능하다.
시스템(100)은, 프로세싱 용적(104)과 배기 시스템(130)의 배기 용적(128) 사이에 배치된 배기 밸브(126)를 더 포함할 수 있다. 배기 밸브(126)는, 이를 테면 게이트 밸브, 쓰로틀 밸브, 버터플라이 밸브, 펜듈럼(pendulum) 밸브 등과 같은, 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 임의의 적합한 밸브일 수 있다. 배기 밸브(126)는, 배기 밸브(126)의 위치를 제어하기 위해, 모터화된 드라이브(motorized drive)(132)에 커플링된다. 예를 들어, 배기 밸브(126)의 위치 변화는, 이를 테면 배기 용적(128) 등에서, 더 낮은 압력의 영역에 대해 더 많은 또는 더 적은 노출을 초래할 수 있다. 더 낮은 압력의 영역은 배기 영역(128) 또는 배기 시스템(130)에 커플링되는 임의의 적합한 진공 펌프 또는 유사한 펌핑 디바이스(미도시)에 의해 생성될 수 있다.
프로세싱 용적(104) 내의 압력은 하나 또는 그 초과의 압력 게이지(gauge)들에 의해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 제1 압력 게이지(134)가 프로세싱 용적(104) 내의 제1 압력 범위(first range of pressure)을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 압력 범위는 약 1 내지 약 10 Torr일 수 있다. 제2 압력 게이지(136)가 프로세싱 용적 내의 제2 압력 범위를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 제2 압력 범위는 제1 압력 범위와 상이할 수 있는데, 예를 들어, 제1 또는 제2 압력 게이지들 중 하나는 높은 압력 게이지일 수 있으며 그리고 다른 하나는 더 낮은 압력 게이지일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 압력 범위는 약 10 내지 약 500 Torr일 수 있다. 제1 및 제2 압력 게이지들(134, 136)은, 예를 들어, 이온 게이지들, 열전대(thermocouple) 게이지들, 커패시턴스 게이지들, 변형(strain) 게이지들, 피라니(Pirani) 게이지들 등과 같은, 요구되는 압력 범위들을 측정하기 위한 임의의 적합한 압력 게이지들일 수 있다. 요구되는 경우, 상이한 압력 범위들을 모니터링하기 위한 추가적인 압력 게이지들이 또한 제공될 수 있다. 특정한 압력 범위들에 대해 튜닝된 복수의 압력 게이지들을 제공하게 되면, 유익하게는, 광범위한 압력들에 대해 단일 압력 게이지를 사용하는 것과 비교하여 프로세싱 시스템의 보다 정밀한 제어를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 압력 게이지들은 배기 용적(128), 서셉터의 후면측 등을 모니터링하기 위해 제공될 수 있다.
제1 및 제2 압력 게이지들(134, 136)은 도 1에 도시된 것과 같이 제어기(141)에 직접 커플링될 수 있다. 마찬가지로, 모터화된 드라이브(132)가 제어기(141)에 직접 커플링되어 제어기(141)에 의해 제어될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 모터화된 드라이브(132) 및 압력 게이지들(134, 136)의 구성은 하나의 예시적인 실시예이며, 시스템 제어기(141)는, 압력 게이지들(134, 136)을 통해 모니터링되는 것과 같은 프로세싱 용적(104) 내의 압력에 응답하여, 배기 밸브의 위치를 변화시키도록 모터화된 드라이브(132)를 제어하는 압력 제어기(미도시)로서 역할하고/역할하거나 이러한 압력 제어기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 분리된 압력 제어기(미도시)가 사용될 수 있으며, 여기서 압력 게이지들(134, 135)은 제어기(141) 대신에 분리된 압력 제어기에 커플링될 수 있고, 분리된 압력 제어기는 모터화된 드라이브(132)를 제어한다.
제어기(141)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(138), 메모리(140), 및 CPU(138)를 위한 지원 회로(support circuit)들(142)을 포함하고, 시스템(100)의 컴포넌트들의 제어를 용이하게 하며, 따라서, 하기에서 논의되는 방법(200)과 같은, 시스템을 제어하는 방법들의 제어를 용이하게 한다. 제어기(141)는, 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 환경(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. CPU(138)의 메모리, 즉 컴퓨터-판독가능 매체(140)는, 로컬 또는 원격의, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 하나 또는 그 초과의 용이하게 이용가능한 메모리일 수 있다. 지원 회로들(142)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(138)에 커플링된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클럭 회로들, 입/출력 회로망 및 서브시스템들 등을 포함한다. 제어기(141)는 유동 디바이스들, 모터화된 드라이브들, RF 전력 소스들, 기판 히터들, 배기 밸브 히터들, 모니터링 압력 게이지들을 직접 제어하기 위한 회로망 및/또는 서브시스템들, 및 기판 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들을 직접 제어하기 위한 임의의 적합한 회로망 및/또는 서브시스템들을 포함할 수 있다. 메모리(140)는, 본원에서 설명되는 본 발명의 실시예들에 따라 시스템(100)의 동작을 제어하기 위해 실행되거나 호출(invoke)될 수 있는 소프트웨어(소스 또는 오브젝트 코드)를 저장한다. 또한, 제어기(141)는 시스템(100)으로부터 멀리 있을 수 있고/있거나 설비 제어기(facilities controller) 등으로부터 원격으로 명령어들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어기(141) 및/또는 설비 제어기는, 이를 테면 EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology) 등과 같은 원격 통신 시스템을 통해, 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들 및/또는 제어기(141)와 원격으로 통신할 수 있다.
도 2는 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기의 인-시츄 캘리브레이션을 위한 방법(200)의 흐름 차트를 도시한다. 방법(200)(예컨대, 제1 방법)은 위에서 논의된 기판 프로세싱 시스템(100)의 실시예들에 따라 하기에서 기술될 수 있다. 예를 들어, 방법(200)을 실행하기 위한 명령어들은, 이를 테면 메모리(140)의 부분으로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 또는 기판 프로세싱 시스템(100)을 제어하기 위해 사용될 수 있는 임의의 제어기 상에와 같이, 시스템 제어기(141) 상에 로컬로(locally) 또는 원격으로(remotely) 저장될 수 있다. 방법(200)은, 이를 테면, 제1 가스와 상이한 표준 가스를 사용하여 결정된 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값을 설정할 때 제1 유량 값에서 제1 가스를 제공하도록 구성될 수 있는 제1 유동 제어기(110A)와 같은 유동 제어기를 제공함으로써 202에서 시작할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 표현 "~하도록 구성된"은 본원에서 설명되는 바와 같이 '~하도록 의도된"을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 제어기(110A)는 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값을 설정할 때, 제1 유량 값에서 제1 가스를 제공하도록 의도될 수 있다. 그러나, 제1 유동 제어기(110A)가 계산된 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값을 설정할 때, 반드시 제1 유량 값에서 제1 가스를 제공하는 것은 아닐 수 있다.
예를 들어, 계산된 제1 관계는 제1 유동 제어기(110A)의 제조 동안에 제1 유동 제어기(110A)의 제조사에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 계산된 제1 관계를 실행하기 위한 명령어들은, 이를 테면 위치 제어기(124) 등의 일부인 컴퓨터 판독가능 매체 상에와 같이, 제1 유동 제어기(110A) 상에 저장될 수 있다. 명령어들(예컨대, 제2 방법)이 위치 제어기(124A)에 의해 실행될 때, 제1 유동 제어기(124A)는, 대응하는 유량 출력 값에서 제1 가스를 유동시키기 위해, 계산된 제1 관계를 세트포인트의 입력 값에 적용할 수 있다.
예를 들어, 계산된 제1 관계를 결정하는 단계는 제1 유동 제어기의 대응하는 복수의 세트포인트 값들 및 표준 가스의 유량에 대한 복수의 값들로부터 표준 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제2 관계를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실제 제2 관계는, 이를 테면 질량 유동 검증기(mass flow verifier) 등과 같은 캘리브레이션 디바이스를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 압력 상승(pressure rise)의 레이트가 복수의 세트포인트 값들의 각각의 대응 값에서 표준 가스에 대해 측정될 수 있고, 이후 표준 가스의 복수의 유량 값들의 각각의 값이 복수의 세트포인트 값들의 각각의 대응 값에서의 압력 상승의 레이트로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 표준 가스는 질소(N2)일 수 있다. 전형적으로, 제조사는 몇 개의 세트포인트들, 즉 약 3 개 또는 그 초과의 세트포인트들에 대해 압력 상승의 레이트를 측정할 수 있고, 그리고 각각의 대응하는 세트포인트에서의 압력 상승의 레이트로부터 각각의 세트포인트에서의 유량을 결정할 수 있다. 대응하는 복수의 세트포인트들에서 표준 가스의 복수의 결정된 유량들은, 표준 가스에 대한 실제 제2 관계를 결정하기 위해 라인에 피팅(fitting)될 수 있다. 이후, 가스 보정 계수(gas correction factor)(예컨대, 제1 가스 보정 계수)가, 계산된 제1 관계를 형성하기 위해 제1 가스와 함께 사용하도록 실제 제2 관계를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 보정 계수는 이 보정 계수가 적용될 때 피팅된 라인의 절편(intercept)을 변경하는 스케일링 계수(scaling factor)일 수 있다. 예를 들어, 가스 보정 계수는, 이를 테면, 밀도, 비열(specific heat) 등과 같은 제1 가스의 물리 상수(physical constant)들로부터 계산될 수 있다.
불행하게도, 본 발명자들은, 계산된 제1 관계가 제1 유동 제어기의 제1 세트포인트 값에서 (제1 가스에 대한 제1 유량 값을 제공하도록 구성된다 하더라도) 제1 가스에 대한 제1 유량 값을 제공하지 않을 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 본 발명자들은, 계산된 제1 관계에 대한 단점(shortcoming)들이, 표준 가스에 대한 실제 제2 관계가 제1 유동 제어기의 전체 세트포인트 범위에 걸친 라인을 근사(approximate)하지 않을 수 있다는 것, 그리고 또한 표준 가스에 대한 실제 제2 관계가 제1 유동 제어기의 전체 세트포인트 범위에 걸쳐 제1 가스에 대해 결정된 동일한 관계와 동일한 형상을 갖지 않을 수 있다는 것을 포함할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 계산된 제1 관계가 제1 유동 제어기에 대해 세트포인트들의 전체 범위에 걸쳐 제1 가스의 유량을 정확히 제공하고 있지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 정확성(accuracy)은, 각각 세트포인트들의 전체 범위의 일부분만을 제공하도록 구성된 다수의 유동 제어기들을 사용하여 개선될 수 있다. 예를 들어, 하나의 유동 제어기가 세트포인트 범위의 하위 부분(lower portion)에 걸쳐 낮은 유량을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 다른 유동 제어기가 세트포인트의 상위 부분(higher portion)에 걸쳐 높은 유량을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다수의 유동 제어기들을 사용하는 것은 비용 및 공간 금지적(cost and space prohibitive)일 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 제1 유동 제어기(110A)를 캘리브레이션하기 위한 인-시츄 방법(200)을 고안하였으며, 그 방법은 제1 유동 제어기(110A)의 세트포인트들의 전체 범위에 걸쳐 요구되는 유량에서 제1 가스를 제공하게 하는 것이다.
204에서, 제1 유동 제어기(110A)의 대응하는 복수의 세트포인트 값들에서 결정된 복수의 유량 값들로부터, 제1 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제1 관계가 결정된다. 예를 들어, 복수의 세트포인트 값들 중의 대응 값들에서 유동 제어기를 통해 제1 가스를 유동시킴으로써, 복수의 유량 값들의 각각의 값이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 가스는 제1 가스 소스(118A)에 의해 제공될 수 있고 제1 유동 제어기(110A)를 통해 유동될 수 있으며, 그리고 이후 각각의 유량의 결정을 위해 가스 유입구(116) 대신에 캘리브레이션 디바이스(119)로 우회(divert)될 수 있다. 캘리브레이션 디바이스(119)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 유동 제어기(110A)와 프로세싱 용적(104) 사이에서 시스템(100)에 커플링될 수 있다. 캘리브레이션 디바이스(119)는, 이를 테면, 질량 유동 검증기, 질량 유량계(mass flow meter), 몰블록(molbloc)TM 유동 엘리먼트(flow element) 등과 같은 임의의 적합한 캘리브레이션 디바이스일 수 있다. 또한, 캘리브레이션 디바이스(119)는, 이를 테면, 인-시츄 붕괴율(in-situ rate of decay) 등과 같은 임의의 적합한 캘리브레이션 방법들을 사용할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 캘리브레이션 디바이스(119)를 사용하여 제1 가스의 유량에 대한 복수의 값들을 결정하는 단계는, 제1 유동 제어기(110A)의 복수의 세트포인트 값들의 각각의 대응 값에서 제1 가스에 대한 압력 상승의 레이트를 측정하는 단계 및 복수의 세트포인트 값들의 각각의 대응 값에서의 압력 상승의 레이트로부터 제1 가스에 대한 복수의 유량 값들의 각각의 값을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 압력 상승의 레이트는 다수의 세트포인트들, 예를 들어, 10 개 또는 그 초과의 세트포인트들, 또는 제1 유동 제어기(110A)에 대한 세트포인트들의 전체 범위에 걸쳐 제1 가스에 대한 유량의 거동(behavior)을 결정하기 위해 필요한 임의의 적합한 개수의 세트포인트들에서 측정될 수 있다.
예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이 각각의 대응하는 세트포인트 값에 대해 제1 가스에 대한 복수의 유량 값들이 결정되었으면, 대응하는 복수의 세트포인트들에서 제1 가스에 대한 복수의 결정된 유량은 제1 가스에 대한 실제 제1 관계를 결정하기 위해 곡선(curve)에 피팅될 수 있다. 예를 들어, 곡선은 대응하는 복수의 세트포인트 값들에 걸쳐 제1 가스에 대한 복수의 유량 값들의 거동으로부터 결정되는 것과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 곡선은 다항식, 이항식, 큐빅 헤르미트(cubic hermite) 등일 수 있다. 실제 제1 관계는 제1 유동 제어기(110A)에 대한 세트포인트들의 전체 범위에 걸쳐 제1 가스의 유량을 정확하게 결정할 수 있다. 실제 제1 관계는 유익하게는, 세트포인트들의 전체 범위에 걸쳐 제1 가스에 대한 유량의 거동을 근사하기 위한 비-선형 곡선 피팅의 사용 및 제1 유동 제어기(110A)의 세트포인트들의 전체 범위에 걸친 유량의 결정으로 인해, 제1 유동 제어기(110A)로부터의 제1 가스에 대해 더 넓은 범위의 정확한 유량들을 제공할 수 있다.
206에서, 실제 제1 관계에 근거하여 제1 유동 제어기(110A)로부터 제1 가스가 제1 유량 값에서 유동될 수 있다. 예를 들어, 204에서 실제 제1 관계가 결정된 후, 캘리브레이션 디바이스(119)로 우회되었던 제1 가스의 유동이 프로세싱 용적(104)으로 지향될 수 있다. 예를 들어, 실제 제1 관계는 임의의 수의 적합한 데이터 전송 기법(data transfer scheme)들에 의해 제1 질량 유동 제어기(110A)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 실제 제1 관계가 시스템 제어기(141)에 상주할 수 있고, 실행될 때, 제1 유동 제어기(110A)로부터 제1 유량 값이 유동되도록 세트포인트의 입력 값을 제1 유동 제어기(110A)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 가스에 대한 제1 유량 값을 생성하는 제1 세트포인트 값과는 상이한 제2 세트포인트 값이 실제 제1 관계로부터 결정될 수 있다. 이후, 제1 유동 제어기(110A)로부터의 제1 가스에 대한 제1 유량 값과 동일한 출력 값을 제공하기 위해, 제2 세트포인트 값이 계산된 제1 관계에 입력 값으로서 적용될 수 있다. 따라서, 상술한 예시적인 방법에서, 시스템 제어기(141)는, 제2 세트포인트 값을 계산된 제1 관계에 대한 입력으로서 제공하기 위해 실제 제1 관계를 사용하여, 제1 유동 제어기(110A)로부터 요구되는 제1 유량 값을 생성할 수 있다.
대안적으로, 제1 유동 제어기(110A)에 상주할 수 있는 계산된 제1 관계는 시스템 제어기(141)에 상주할 수 있는 실제 제1 관계에 의해 갱신 및/또는 대체될 수 있다. 예를 들어, 204에서 실제 제1 관계를 결정한 후, 시스템 제어기(141)는, 제1 유동 제어기(110A)로 하여금 계산된 제1 관계를 실제 제1 관계에 재-기록(re-write)하게 하는 정보를 제1 유동 제어기(110A)에 피드백(feed back)할 수 있다. 대안적으로, 시스템 제어기(141)는 계산된 제1 관계를 실제 제1 관계로 대체하기 위해 정보를 제1 유동 제어기(110A)에 피드백할 수 있다. 예를 들어, 계산된 제1 관계의 갱신 및/또는 대체는, 이를 테면, 제1 유동 제어기(110A) 상에 새 펌웨어를 발생시킬 서비스 루틴과 같은 서비스 루틴의 일부로서 수행될 수 있다.
예를 들어, 계산된 관계의 실제 제1 관계로의 갱신 및/또는 대체가 완료되면, 제1 유동 제어기(110A)는 제1 유동 제어기(110A)로부터 제1 유량 값에서 제1 가스를 유동시키기 위해 실제 제1 관계에 근거하여 제1 세트포인트 값으로 설정될 수 있다.
대안적으로, 계산된 제1 관계는 시스템 제어기(141)에 상주하고/상주하거나 다운로드될 수 있고 이에 따라 수정될 수 있다. 예를 들어, 계산된 제1 관계는 처음에 제1 유동 제어기(110A)에 상주할 수 있다. 방법(200) 동안에, 계산된 제1 관계는 시스템 제어기(141)에 다운로드될 수 있고, 시스템 제어기(141)에 의해 수정되어 실제 제1 관계를 형성할 수 있다. 이후, 실제 제1 관계가 제1 유동 제어기(110A)로 업로드되어 계산된 제1 관계를 갱신 및/또는 대체할 수 있다. 시스템 제어기(141)에 계산된 제1 관계를 다운로드하는 이러한 대안적인 방법은, 계산된 제1 관계가 시스템 제어기(141)로부터 수신된 정보에 근거하여 제1 유동 제어기(110A)에 의해 갱신되는 경우인 위에서 논의된 대안적인 방법과는 상이할 수 있다. 예를 들어, 본 대안적인 방법에서, 시스템 제어기(141)는 계산된 제1 관계를 직접 수정한다. 그에 비해, 상술된 대안적인 방법에서, 시스템 제어기(141)는 제1 유동 제어기(110A)에 정보를 제공하고 제1 유동 제어기(110A)는 시스템 제어기(141)에 의해 제공된 정보에 근거하여 계산된 제1 관계를 수정한다.
방법(200)은, 예를 들어, 제2 유동 제어기(110B)와 함께 또는 임의의 요구되는 개수의 유동 제어기들과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 유동 제어기(110B)는 제2 가스와는 상이한 표준 가스를 사용하여 결정된 계산된 제2 관계에 근거하여 제2 세트포인트 값으로 설정할 때 제2 유량 값에서 제2 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 계산된 제2 관계는, 실제 표준 관계를 조정하기 위해 제2 가스와 함께 사용하도록 제2 가스 보정 계수를 사용하는 것을 제외하고는, 계산된 제1 관계와 유사한 방식으로 제2 유동 제어기(110B)의 제조사에 의해 결정될 수 있다. 계산된 제2 관계는, 이를 테면 컴퓨터 판독가능 매체 등에와 같이, 제2 유동 제어기(110B)에 상주할 수 있다.
예를 들어, 제2 유동 제어기(110B)를 캘리브레이션하기 위한 방법은, 제2 유동 제어기의 대응하는 복수의 세트포인트 값들에서 결정된 제2 가스의 복수의 유량 값들로부터 제2 가스에 대한 세트포인트와 유량 사이의 실제 제2 관계를 결정하는 단계 ― 복수의 유량 값들 각각은 복수의 세트포인트 값들 중 대응하는 세트포인트 값들에서 제2 유동 제어기를 통해 제2 가스를 유동시키는 것으로부터 결정됨 ―; 및 실제 제2 관계에 근거하여 제2 유동 제어기로부터 제2 유량 값에서 제2 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.
실제 제2 관계는 위에서 논의된 바와 같이 실제 제1 관계와 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 실제 제2 관계를 피팅하기 위해 사용되는 곡선은 실제 제1 관계를 피팅하기 위해 사용되는 곡선과는 상이할 수 있고 제2 가스의 거동에 의존할 수 있다.
본 발명의 방법들은 유동 제어기의 헬스를 모니터링하기 위한 방법들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기의 헬스 모니터링은 결함있는(faulty) 및/또는 좋지 못하게(poorly) 캘리브레이션된 유동 제어기들을 사용하는 툴에 의해 생산된 결함있는 제품 배치(product batch)들을 방지하기 위해 바람직할 수 있다. 예를 들어, 하기에서 논의되는 모니터링 방법들은 시스템 제어기(141)에 상주할 수 있고, 이를 테면, 유동 제어기에 정보를 제공하는 서비스 루틴 동안에 및/또는 유동 제어기로부터 시스템 제어기로 정보를 다운로드하고, 정보를 갱신하고, 그리고 갱신된 정보를 유동 제어기로 리로딩(reloading)하는 서비스 루틴 동안에, 유동 제어기의 위치 제어기에 업로드 및/또는 통합(integrating)될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법(300)을 도시한다. 예를 들어, 하나의 그러한 헬스 모니터링 방법이 유동 제어기에서의 누계 제로 드리프트를 모니터링하고 있을 수 있다. 예를 들어, 본 방법은, (예를 들어, 302 및 304에서) 이를 테면 주기적으로, 정비(servicing) 중에, 또는 임의의 요구되는 간격으로, 유동 제어기의 제로 오프셋을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 기록은, 예를 들어, 초기 캘리브레이션 및/또는 설치 날짜로부터의 유동 제어기의 누계 제로 드리프트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 초기 시간에, 제로 오프셋은 전체 유동 범위의 약 1%일 수 있다. 초기 시간 후의 제2 시간에 측정될 때, 전체 유동 범위의 약 2%의 누계 제로 드리프트에 대해, 제로 오프셋은 초기 시간에서보다 약 1% 더 클 수 있다. 예를 들어, 제2 시간 후의 제3 시간에 측정될 때, 약 1%의 누계 제로 드리프트에 대해, 제로 오프셋은 제2 시간보다 약 1% 적을 수 있다. 본 방법은, 누계 제로 드리프트가 임계값(예를 들어, 전체 유동 범위의 약 10%)에 도달하거나 초과할 때까지, 유동 제어기에서 누계 제로 드리프트를 모니터링할 수 있다. 임계값에서 또는 임계값 초과에서, 시스템 제어기(141)는 (예를 들어, 306에서) 유동 제어기가 정비 및/또는 교체(replacement)를 요구할 수 있다는 경고를 발행할 수 있다. 예를 들어, 예컨대, 이를 테면 전체 유동 범위의 약 20%와 같은 임계 값(예를 들어, 제2 임계값)을 초과하는 누계 제로 드리프트에서, 시스템 제어기(141)는 유동 제어기를 셧다운하기 위한 명령(command)를 발행할 수 있다.
위의 누계 제로 드리프트 실시예와 유사하게, 도 3에 도시된 헬스 모니터링 방법의 실시예는 유동 제어기의 누계 동작 수명(operating lifetime)을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 (예를 들어, 302 및 304에서) 유동 제어기의 동작 수명, 예를 들어, 유동 제어기가 동작하고 있는 각각의 시간 및 유동 제어기가 계속 동작하는 시간의 길이를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 기록은 예를 들어, 설치 날짜로부터의 유동 제어기의 누계 동작 수명으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기가 동작되는 제1 시간 길이에 대해 기록이 이루어질 수 있다. 유동 제어기는 일정 기간(a period) 동안 휴면상태(dormant)일 수 있고 이후 제2 시간 길이 동안 다시 동작될 수 있다. 유동 제어기의 누계 동작 수명을 결정하기 위해 제1 시간 길이와 제2 시간 길이가 함께 더해질 수 있다. 본 방법은, 누계 동작 수명이 임계값(예를 들어, 약 8760 시간)에 도달할 때까지, 유동 제어기에서 누계 동작 수명을 모니터링할 수 있다. 임계 값에서, 시스템 제어기(141)는 (예를 들어, 306에서) 유동 제어기가 정비 및/또는 교체를 요구할 수 있다는 경고를 발행할 수 있다. 예를 들어, 예컨대, 이를 테면 약 17520 시간과 같은 임계값을 초과하는 누계 동작 수명에서, 시스템 제어기(141)는 유동 제어기를 셧다운하기 위한 명령을 발행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법(400)을 도시한다. 헬스 모니터링 방법(400)의 일부 실시예들은 유동 제어기에서의 온도 안정성을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기는, 유동 제어기에 공급되는 가스 내의 또는 유동 제어기 내의 온도 변화에 응답하여 조정가능한 밸브(122)의 위치를 모니터링하고 조정하기 위해 (센서(120)의 일부 또는 별개의 센서로서의) 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 변화는, 예를 들어 가스 패널 등과 같은 시스템(100) 상의 컴포넌트를 개방(open)함으로써 야기될 수 있다. 그러나, 유동 제어기 내의 온도 안정성을 모니터링하기 위한 방법은 존재하지 않는다. 예를 들어, 온도 센서는, 유동 제어기로 하여금 온도 변화에 응답하여 조정가능한 밸브의 위치를 변경하게할 수 있고, 온도 변화가 존재했다는 표시(indication)가 없음으로 인해 제품 배치들이 손실될 수 있다. 따라서, 본 발명의 모니터링 방법은, 예를 들어, 시동(startup) 전에, 프로세싱 동안에, 또는 유동 제어기 내의 온도 안정성을 결정하기 위한 임의의 적합한 시간에, 유동 제어기의 온도를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 방법(400)은 402에서 시작될 수 있으며, 여기에서는, 유동 제어기의 온도 값이 제1 기간에 걸쳐 제1 간격으로 샘플링된다. 예를 들어, 본 방법은, 예를 들어, 시스템(100)의 시동 후에, 안정화를 위해 온도 판독을 약 30 초 또는 그 초과의 시간 동안 대기하는 단계를 포함할 수 있다. 온도 값은 제1 시간 기간(예를 들어, 약 10 초)에 걸쳐, 제1 간격으로(예를 들어, 100 밀리초마다) 샘플링될 수 있다. 이 샘플링 프로세스는 제2 시간 기간(예를 들어, 약 10분)에 걸쳐 몇 회 수행될 수 있다. 샘플링된 온도 값들의 평균 및 표준 편차가 계산될 수 있다. 예를 들어, 표준 편차가 세트 온도 값을 예를 들어 세트 온도 값의 약 0.1% 만큼 초과하면, (예를 들어, 404에서) 시스템 제어기에서 온도 안정성이 달성되지 않았다는 메시지와 함께 표준 편차가 세트 온도 값의 퍼센티지로서 디스플레이될 수 있다. 대안적으로, 표준 편차가 세트 온도 값을 초과하지 않는 다면, 예를 들어 표준 편차가 세트 온도 값의 약 0.1%보다 작다면, 유동 제어기는 계속 정상 기능할 수 있고 어떠한 메시지도 디스플레이되지 않는다.
헬스 모니터링 방법(400)의 다른 실시예는 유동 제어기 내의 신호 노이즈(signal noise)를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 노이즈는, 조정가능한 밸브의 위치를 변화시키기 위해 위치 제어기에 의해 유동 제어기의 조정가능한 밸브에 발행될 수 있는 출력 신호에 대해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기가 열화(degrade)됨에 따라 시간에 걸쳐, 출력 신호는 노이즈있게(noisy)될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이를 테면 식각 프로세스들 동안에, 식각 깊이를 모니터링하고 식각 깊이에 도달되었을 때 유동 제어기에 유동을 정지할 것을 지시하기 위해 신호가 사용될 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기의 열화에 따라 출력 신호가 더 노이즈있게 됨에 따라, 유동 제어기는 출력 신호 내의 노이즈를 식각 깊이에 도달되었다는 표시로서 잘못 해석할 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 신호 노이즈 레벨에 대해 유동 제어기의 출력 신호를 모니터링하는 방법을 제공하였다. 방법(400)은 402에서 시작될 수 있으며, 여기에서는, 유동 제어기의 위치 제어기로부터의 출력 신호의 값이 제 1 샘플 레이트에서 샘플링된다. 예를 들어, 출력 신호의 정상 상태(steady state) 세트포인트로부터의 표준 편차가, 예를 들어, 약 10 초 시간 기간들과 같은 정의된 시간 기간들에 걸쳐, 이를 테면, 약 10 헤르츠(Hz), 약 100 Hz, 약 1000 Hz, 또는 임의의 적합한 샘플 레이트와 같은 임의의 바람직한 샘플 레이트에서 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 표준 편차가 출력 신호의 정상 상태 세트포인트를, 예를 들어 약 0.1% 만큼 초과한다면, (예를 들어, 404에서) 시스템 제어기(141)에 의해 경고가 발행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하기 위한 방법(500)을 도시한다. 헬스 모니터링 방법(500)의 실시예들은 시스템(100) 내의 파라미터들 및 유동 제어기 상의 파라미터들을 포함하는 몇 개의 파라미터들의 함수로서 유동 제어기의 헬스를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 방법(500)은 502에서 시작될 수 있으며, 여기에서는, 유동 제어기의 제1 유량에서 프로세스 챔버의 제2 파라미터 또는 유동 제어기의 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제1 값이 제1 시간에 모니터링된다. 504에서, 유동 제어기의 제1 유량에서 프로세스 챔버의 제2 파라미터 또는 유동 제어기의 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제2 값이, 제1 시간 이후의 제1 시간에 모니터링된다. 506에서, 프로세스 챔버의 컴포넌트 또는 유동 제어기 중 적어도 하나의 상태가 제1 및 제2 값들의 비교로부터 결정될 수 있다.
예를 들어, 파라미터들은 유동 제어기 유동 출력, 유동 제어기 압력 출력, 유동 제어기 온도 출력, 유동 제어기 밸브 위치, 유동 제어기의 전체 질소 등가 유동 출력(total nitrogen equivalent flow output), 챔버 압력, 배기 밸브 위치, 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파라미터들 중의 하나 또는 그 초과의 조합들이, 이를 테면, 유동 제어기가 고 유량으로 유동하고 있는지(flow high) 또는 저 유량으로 유동하고 있는지(flow low), 라인 압력이 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지, 라인 온도가 증가하고 있는지 감소하고 있는지 등과 같은 하나 또는 그 초과의 시스템 거동들을 진단(diagnose)하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 것과 같은 라인 압력 및 라인 온도는 가스 소스(118A, B)와 유동 제어기(110A, B) 사이에 배치된 가스 공급 라인 내의 압력 및 온도를 지칭할 수 있다.
예를 들어, 시스템(100)의 시동 시에, 예를 들어 시스템이 먼저 라인에 연결(bring on line)된 때, 또는 시스템(100)이 정비를 위해 셧다운 된 후, 일련의 진단적 측정들이 기록될 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기는 제1 유량을 제공할 수 있고 위에서 논의된 파라미터들이 제1 유량에서 기록될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 런(process run) 후에, 또는 주기적으로, 또는 랜덤 모니터링 간격들로, 유동 제어기가 초기에 기록되었던 파라미터 값들과 동일한 파라미터 값들에서 제1 유량을 계속 제공하는지를 보기 위해 챔버가 테스트될 수 있다. 예를 들어, 시스템 거동을 진단하기 위해 파라미터들의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 유량에서, 지금 유동 제어기 밸브 위치, 전체 질소 등가 유동, 및 배기 밸브 위치가 초기에 측정된 것보다 더 높다면, 유동 제어기는 고 유량으로 유동하고 있을 수 있다. 그러나, 예를 들어, 하나의 파라미터만이 오프라면, 예를 들어 유동 제어기 밸브 위치는 더 높지만 전체 질소 등가 유동 및 배기 밸브 위치는 동일하다면, 이는 유동 제어기가 고 유량으로 유동하고 있는 것 외의 문제를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 유량에서, 지금 유동 제어기 밸브 위치, 전체 질소 등가 유동, 및 배기 밸브 위치가 초기에 측정된 것보다 더 낮다면, 유동 제어기는 저 유량으로 유동하고 있을 수 있다. 따라서, 위에서 열거된 것들과 같은 다른 시스템 거동들을 진단하기 위해 파라미터들의 다른 조합들이 사용될 수 있다.
선행하는 단락들에서 논의된 것과 같은 유동 제어기의 헬스 모니터링과 조합하여, 또는 그 대안으로, 예를 들어, 후속 프로세스 단계들 동안에 및/또는 다른 예측적 진단 방법들에 대해 응답 시간을 최적화하기 위해, 유동 제어기의 모니터링된 파라미터들 및/또는 프로세스 챔버의 파라미터들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 밸브 전압 등과 같은 유동 제어기의 파라미터는, 이를 테면 유동 제어기 및/또는 프로세스 챔버의 파라미터들과 같은 다른 파라미터들과 함께 위에서 논의된 것과 같이 모니터링될 수 있다. 유동 제어기의 파라미터는 요구되는 유량 등과 같은 요구되는 응답을 생성할 수 있다. 예를 들어, 후속적인 프로세스 단계에서, 요구되는 응답을 생성하기 위한 시간을 최적화하기 위해, 유동 제어기는 모니터링된 파라미터로 설정될 수 있고, 그리고 선택적으로는 프로세스 챔버 및/또는 유동 제어기의 다른 모니터링된 파라미터들과 함께, 모니터링된 파라미터로 설정 될 수 있다. 대안적으로, 후속적인 프로세스 단계에서, 유동 제어기는, 예를 들어, 요구되는 응답을 생성하기 위한 시간을 최적화하기 위해 모니터링된 파라미터에 근거하여 예측(extrapolate)되는 새 값과 같은, 모니터링된 파라미터에 대한 새 값으로 설정될 수 있다.
예측적 진단 방법과 같은 다른 예시들은, 유동 제어기에 대한 유입구 압력과 같은 유입구 압력을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모니터링된 유입구 압력이, 시간에 걸쳐, 또는 프로세스 단계들 사이 등에서 변화하면, 경고가 발행될 수 있고 압력 변환기(transducer) 진단 루틴이 활성화될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 프로세스 챔버에 커플링된 유동 제어기를 모니터링하는 방법으로서,
    상기 유동 제어기의 제1 유량에서 상기 프로세스 챔버의 제2 파라미터 또는 상기 유동 제어기의 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제1 값을 제1 시간에 모니터링하는 단계;
    상기 유동 제어기의 제1 유량에서 상기 프로세스 챔버의 상기 제2 파라미터 또는 상기 유동 제어기의 상기 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제2 값을, 상기 제1 시간 이후의 제2 시간에 모니터링하는 단계; 및
    상기 제1 값과 상기 제2 값의 비교로부터, 상기 프로세스 챔버의 컴포넌트 또는 상기 유동 제어기 중 적어도 하나의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기의 상기 제1 파라미터는, 유동 제어기 유동 출력, 유동 제어기 압력 출력, 유동 제어기 온도 출력, 유동 제어기 밸브 위치, 또는 상기 유동 제어기의 전체 질소 등가 유동 출력(total nitrogen equivalent flow output) 중에서 하나 또는 그 초과를 포함하며, 그리고 상기 프로세스 챔버의 상기 제2 파라미터는 챔버 압력 또는 배기 밸브 위치 중에서 하나 또는 그 초과를 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버의 상태를 결정하는 단계는,
    가스 소스로부터 상기 유동 제어기에 가스를 제공하는 것으로부터, 라인 압력이 증가 또는 감소하는 지를 결정하는 것 또는 라인 온도가 증가 또는 감소하는 지를 결정하는 것 중에서 하나 또는 그 초과를 포함하며, 상기 라인은 상기 유동 제어기와 상기 가스 소스 사이에 배치되는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 값을 모니터링하는 단계는,
    상기 제1 시간에 상기 유동 제어기의 상기 제1 유량에서, 유동 제어기 밸브 위치, 상기 유동 제어기의 전체 질소 등가 유량 및 상기 프로세스 챔버의 배기 밸브 위치의 제1 값들을 모니터링하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 값을 모니터링하는 단계는,
    상기 제2 시간에 상기 유동 제어기의 상기 제1 유량에서, 상기 유동 제어기 밸브 위치, 상기 유동 제어기의 전체 질소 등가 유량 및 상기 프로세스 챔버의 배기 밸브 위치의 제2 값들을 모니터링하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 상태를 결정하는 단계는,
    상기 제1 값과 상기 제2 값의 비교로부터, 상기 유동 제어기가 고 유량(high)으로 유동하고 있는지 또는 저 유량(low)으로 유동하고 있는 지를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브 위치, 상기 유동 제어기의 상기 전체 질소 등가 유동 및 상기 프로세스 챔버의 상기 배기 밸브 위치의 각각의 상기 제 2 값들이 상기 제1 값들의 대응 값들(corresponding ones) 보다 높은 경우, 상기 유동 제어기는 고 유량으로 유동하고 있는 것이며, 그리고
    상기 유동 제어 밸브 위치, 상기 유동 제어기의 상기 전체 질소 등가 유동 및 상기 프로세스 챔버의 상기 배기 밸브 위치의 각각의 상기 제 2 값들이 상기 제1 값들의 대응 값들 보다 낮은 경우, 상기 유동 제어기는 저 유량으로 유동하고 있는 것인,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 비교를 기초로, 상기 프로세스 파라미터의 상기 제2 파라미터 또는 상기 유동 제어기의 상기 제1 파라미터 중 상기 적어도 하나를 새로운 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기의 제1 유량에서 상기 프로세스 챔버의 제2 파라미터 또는 상기 유동 제어기의 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제1 값을 제1 시간에 모니터링하는 단계는, 상기 유동 제어기의 제1 제로 오프셋(zero offset) 또는 상기 유동 제어기가 동작하고 있는 동안인 제1 시간 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계를 포함하고;
    상기 유동 제어기의 제1 유량에서 상기 프로세스 챔버의 상기 제2 파라미터 또는 상기 유동 제어기의 상기 제1 파라미터 중 적어도 하나의 제2 값을 제2 시간에 모니터링하는 단계는, 상기 유동 제어기의 제2 제로 오프셋 또는 상기 유동 제어기가 동작하고 있는 동안인 제2 시간 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계를 포함하며; 그리고
    누계 제로 드리프트(cumulative zero drift)가 상기 유동 제어기의 전체 유동 범위(full flow range)의 약 10%를 초과하는 경우 또는 누계 동작 수명이 제1 임계 값을 초과하는 경우, 서비스 경고(service warning)를 발행(issue)하는 단계를 더 포함하며, 상기 누계 제로 드리프트는 상기 제1 제로 오프셋과 상기 제2 제로 오프셋의 합(summation)이고, 상기 누계 동작 수명은 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합인,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 시간 이후의 제3 시간에 상기 유동 제어기의 제3 제로 오프셋을 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 누계 제로 드리프트는 상기 제1 제로 오프셋, 상기 제2 제로 오프셋 및 상기 제3 제로 오프셋의 합인,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 누계 제로 드리프트가 임계 값을 초과하는 경우, 상기 유동 제어기를 셧다운시키는(shutting down) 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 유동 제어기가 동작하고 있는 동안인 제3 시간을 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 누계 동작 수명은 상기 제1 시간, 상기 제2 시간 및 상기 제3 시간의 합인,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    누계 동작 시간이 제2 임계 값을 초과하는 경우, 상기 유동 제어기를 셧다운시키는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 값을 모니터링하는 단계 및 상기 제 2 값을 모니터링하는 단계는, 제1 기간에 걸쳐 제 1 간격으로 상기 유동 제어기의 온도 값 또는 위치 제어기로부터 상기 유동 제어기의 조정가능한 밸브로의 출력 신호의 값 중 적어도 하나를 제 1 샘플 레이트에서 샘플링하는 단계를 포함하며, 그리고
    샘플링된 온도 값들로부터 계산된 표준 편차가 상기 유동 제어기의 설정된 온도 값을 임계 값 만큼 초과하는 경우, 또는 샘플링된 출력 신호 값들로부터 계산된 표준 편차가 상기 출력 신호의 정상 상태 세트포인트를 임계 값 만큼 초과하는 경우, 서비스 경고를 발행하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    제2 시간 기간에 걸쳐 샘플링 프로세스를 적어도 한번 반복하는 단계를 더 포함하는,
    유동 제어기를 모니터링하는 방법.
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