KR20240031409A - 공정 장치 및 공정 장치의 공정 챔버 내로 공정 가스를 계량하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작물 가공을 위한, 특히 반도체 생산을 위한 공정 장치(1)에 관한 것으로, 공작물을 수용하고 적어도 하나의 공정 가스를 사용하여 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(2), 적어도 하나의 공정 가스를 위한 계량 장치(3), 계량 용기(4)로 변형 이동을 도입하기 위한 구동 장치(6) 및 구동 장치(6)를 제어하기 위한 제어 장치(7)를 구비를 구비하고, 상기 계량 장치는 상기 공정 챔버(2)에 유체적으로 연결되고 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)를 갖고, 상기 계량 용기는 가변 크기의 가스 체적(95)을 제한하고, 상기 계량 용기에 상기 가스 체적(24) 내로 가스 공급을 위한 및/또는 상기 가스 체적(24)으로부터 가스 배출을 위한 유체 접속부(5)가 형성된다.
Description
본 발명은 공작물 가공을 위한, 특히 반도체 생산을 위한 공정 장치 및 특히 반도체 제조를 위해 설계된 공정 장치의 공정 챔버 내로 공정 가스를 계량하기 위한 방법에 관한 것이다.
전자 산업, 특히 반도체 산업에서 사용되는 것과 같은 많은 제조 공정에서 공정 가스가 사용된다. 불활성부터 고반응성까지 다양한 화학적 특성을 가질 수 있는 공정 가스는 공작물 가공 중에 가공할 공작물에 대한 화학 공정을 도입, 지원 또는 중단하는 데 이용될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 공정 가스와 고주파 전자기장을 제공함으로써 공작물의 플라즈마 코팅을 수행할 수 있는 공정 챔버에 공작물을 배치하는 것이 공개되어 있다. 제조할 공작물이 점점 소형화됨에 따라 공정 가스의 정확한 계량이 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 일반적으로 공작물 가공을 위한 공정 장치는 시간적으로 연속하는 여러 작업 단계를 처리하기 위해 제공되고 이를 위해 여러 공정 가스 소스와의 연결부를 갖는다. 공정 챔버 내로 각각의 공정 가스의 소정의 정확한 계량을 보장할 수 있도록 하기 위해, 공정 가스 소스로부터 공정 챔버 내로 공정 가스의 유입에 영향을 미칠 수 있는 유량 조절 장치를 각각의 공정 가스 소스와 공정 챔버 사이에 배치하는 것이 공개되어 있다. 일반적으로 공정 챔버에서 가공 공정을 수행하는 데 사용되는 각 공정 가스를 위해 별도의 유량 제어 장치가 제공된다. 공정 가스의 계량 시 증가하는 정확도 요구를 보장할 수 있도록 하기 위해, 유량 제어 장치에 상당한 기술적 노력이 투입되어야 하므로, 이는 공정 장치의 개장 시 상당한 비용 요인이 된다.
본 발명의 과제는 공정 가스의 비용 효율적인 계량이 가능한 공정 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 공정 가스 계량의 높은 정밀도를 달성할 수 있도록 공정 챔버 내로 공정 가스를 계량하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 전술한 유형의 공정 장치에 대해 다음과 같은 특징에 의해 해결된다: 공작물 가공을 위한, 특히 반도체 생산을 위한 공정 장치로서, 공작물을 수용하고 적어도 하나의 공정 가스를 사용하여 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버, 적어도 하나의 공정 가스를 위한 계량 장치, 계량 용기로 변형 이동을 도입하기 위한 구동 장치 및 구동 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 구비하고, 상기 계량 장치는 상기 공정 챔버에 유체적으로 연결되고 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기를 갖고, 상기 계량 용기는 가변 크기의 가스 체적을 제한하고, 상기 계량 용기에 상기 가스 체적 내로 가스 공급을 위한 및/또는 상기 가스 체적으로부터 가스 배출을 위한 유체 접속부가 형성된다.
일반적으로 공정 챔버는 적절한 개구(해치, 도어, 통로)를 통해 공작물의 공급 및 제거가 수행될 수 있는 폐쇄된 공간 체적으로서 설계된다. 또한, 소정의 각 가공 공정을 수행하도록 설계된 하나 이상의 가공 수단이 공정 챔버 상에 및/또는 공정 챔버 내에 배치된다. 이러한 가공 수단은 예를 들어, 공작물에 대해 예를 들어 플라즈마 처리를 수행할 수 있도록 전압 발생기 및 여기에 전기적으로 연결되고 공정 챔버 내에 배치된 전극일 수 있다. 또한, 공정 챔버에는 공정 가스를 계량하기 위한 계량 장치가 할당되며, 상기 계량 장치는 공정 챔버에 유체적으로 연결된다. 이를 통해 계량 장치에 의해 제공되는 공정 가스가 공정 챔버 내로 안내되어, 거기에서 소정의 가공 공정을 시작, 지원 또는 중단할 수 있다.
공정 가스의 계량을 위해 계량 장치는 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기뿐만 아니라 계량 용기에 연결된 구동 장치 및 구동 장치를 제어하도록 설계된 제어 장치를 포함한다. 이 경우 구동 장치는 선택적으로 계량 용기를 압축하여 그 안에 포함된 가스 체적의 체적을 줄이기 위한 전용으로 또는 계량 용기를 팽창시켜 그 안에 포함된 가스 체적의 체적을 늘리기 위한 전용으로 설계될 수 있다. 특히 바람직하게, 구동 장치는 계량 용기 내로 공정 가스의 유입 시와 계량 용기로부터 공정 가스의 유출 시 모두 공정 가스에 대한 압력 곡선 및/또는 유동량 곡선에 정밀하게 영향을 미칠 수 있도록 계량 용기의 압축 및 팽창 모두를 위해 설계되는 것이 제공된다.
예를 들어, 계량 용기에 공정 가스의 가스 체적이 수용되어, 구동 장치에 의해 야기되는 계량 용기의 압축 이동 과정에서 각 가공 공정의 실행 중에 필요한 공정 가스의 양이 공정 챔버에 제공될 수 있다. 선택적으로, 계량 용기에 수용된 가스 체적의 배출은 단일 계량 과정 동안 또는 시간적으로 연속하는 일련의 계량 장치 동안 수행될 수 있다. 소성 변형 범위로 계량 용기의 과도한 변형이 방지되어야 하므로, 압축 이동의 종료 시 공정 가스의 잔류 가스 체적이 항상 계량 용기에 남아 있다는 점이 공정 가스의 계량을 위해 계량 용기의 설계에 따라 고려되어야 한다. 필요한 경우, 변위 삽입물에 의해 계량 용기의 잔류 가스 체적을 줄이는 것이 제공될 수 있다.
또한, 계량 용기의 최대 가스 체적은 마찬가지로 계량 용기의 탄성 한계에 의존하고, 따라서 실제로는 계량 용기의 압축 이동에 대한 탄성 한계나 팽창 이동에 대한 탄성 한계에 도달해서는 안 된다는 점이 고려되어야 한다. 오히려 계량 용기의 팽창 및 압축은, 변화하는 주변 조건에서도, 특히 온도 변동을 고려하여 계량 용기의 순수한 탄성 변형이 항상 보장되는 방식으로 선택되어야 한다.
계량 용기의 설계에 따라 구동 장치는 계량 용기로 압축력 또는 인장력 또는 인장력과 압축력을 모두 도입하도록 설계된다. 예를 들어, 계량 용기는 구동 장치가 전적으로 힘 작용이 없는 초기 상태에서 중간 가스 체적을 가지며, 따라서 최대 가스 체적에 도달하기 위한 팽창 이동 및 최소 가스 체적에 도달하기 위한 압축 이동 모두에 상응하는 압축력 또는 인장력이 가해져야 하는 것이 제공될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 계량 용기는 구동 장치의 힘 작용이 없는 초기 위치에서 최소 가스 체적 또는 최대 가스 체적을 가지며, 소정의 공정 가스 계량을 가능하게 하기 위해, 그에 따라 구동 장치에 의해 팽창 이동 또는 압축 이동 중 하나가 제공되어야 한다.
예를 들어, 해당 주변 장치를 가진 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러로서 설계된 제어 장치는 구동 장치에 구동 에너지를 제공하는 데 이용되며, 상기 구동 에너지는 제어 장치에 연결된 상위 제어부의 제어 신호에 의존해서 및/또는 제어 장치에 전기적으로 연결된 하나 이상의 센서의 센서 신호의 의존해서 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항의 대상이다.
계량 용기의 변형에 따라 위치 신호를 제공하도록 설계되고 제어 장치에 연결된 위치 센서가 계량 용기 또는 구동 장치에 할당되고, 상기 제어 장치는, 계량 용기를 위한 미리 정해진 변형을 야기하기 위해 위치 신호를 처리하도록, 특히 구동 장치를 위한 위치 조절을 수행하도록 설계되는 경우에 바람직하다.
위치 센서의 역할은, 제어 장치가 구동 장치의 활성화 기간 전, 동안 및 후에 계량 용기의 체적 변화를 결정할 수 있게 하고 구동 장치의 상응하는 제어를 가능하게 할 수 있는 위치 신호를 제어 장치에 제공하는 것이다. 다수의 위치 센서, 특히 증분형 또는 절대형 길이 측정을 위한 센서 또는 광학, 자기 또는 정전 용량 기반의 거리 측정을 위한 센서들이 이러한 변형 검출을 위해 고려될 수 있다. 바람직하게, 위치 센서는 가스 체적의 체적 변화에 비례하는 위치 신호를 송출하여, 제어 장치가 몇 가지 계산 단계만으로 계량 용기 내에 수용된 가스 체적의 결정을 가능하게 할 수 있는 것이 제공된다. 바람직하게, 위치 센서와 제어 장치는, 계량 용기에 대해 미리 정해진 변형 및 이에 따라 정밀한 공정 가스 계량을 보장하는 구동 장치를 위한 위치 조절이 수행될 수 있는 방식으로 서로 매칭되는 것이 제공된다.
본 발명의 개선예에서, 압력 센서는 계량 용기, 특히 유체 접속부에 설치되고, 상기 압력 센서는 계량 용기 내의 가스 압력에 따라 압력 신호를 제공하도록 설계되고 제어 장치에 전기적으로 연결되는 것이 제공된다. 선택적으로 계량 용기 내에 정확하게 정의된 가스 체적을 수용하거나 계량 용기로부터 정확하게 정의된 가스 체적을 방출하도록, 제어 장치는 압력 센서를 통해 계량 용기 내의 가스 압력을 파악하여 구동 장치의 목표한 제어를 수행할 수 있다. 계량 용기와 공정 챔버 사이의 유동 저항에 대해 정확하게 알고 있는 경우, 압력 센서의 압력 신호를 사용하여 계량 용기로부터 공정 챔버 내로 조정되는 공정 가스의 유동량의 추정 또는 결정이 제어 장치에 의해 수행될 수도 있다.
제어 장치에 전기적으로 연결된 밸브 장치가 유체 접속부에 배치되고, 제어 장치는 위치 신호 및/또는 압력 신호에 따라 밸브 장치를 제어하도록 설계되는 경우에 바람직하다. 특히 유체 파일럿 제어 스위칭 밸브 또는 솔레노이드 밸브 또는 압전 밸브로서 설계될 수 있는 밸브 장치는 계량 용기로부터 공정 챔버 내로 방출되는 공정 가스 흐름에 대해 미치는 정밀한 시간적인 영향을 가능하게 한다. 예를 들어, 계량 용기로부터 공정 챔버로 공정 가스의 제공 전에 먼저 밸브 장치가 폐쇄된 경우 구동 장치의 적절한 제어에 의해 계량 용기 내에 압력 형성이 이루어질 수 있으므로, 후속해서 밸브 장치를 개방할 수 있고 미리 정해진 시간 간격 내에 공정 챔버 내로 공정 가스의 배출을 가능하게 할 수 있다. 계량할 공정 가스에 따라 밸브 장치는 비례 밸브로서 설계될 수도 있지만, 구동 장치의 적절한 제어에 의해서도 계량 용기와 공정 챔버 사이의 유동량에 영향을 미치는 것이 달성될 수 있다.
예를 들어, 공정 챔버에서 가공 공정의 해당 요구 사항을 충족할 수 있도록 계량 용기의 가스 체적에 대해 시간적으로 비선형적인 변화가 제공될 수 있다. 이를 위해 구동 장치의 대응하는 비선형 제어가 제어 유닛에 의해 수행된다. 계량 용기에 정확히 하나의 유체 접속부가 제공되는 경우, 밸브 장치는 공정 가스 소스에 연결하기 위한 적어도 하나의 입력 접속부와 공정 챔버에 연결하기 위한 적어도 하나의 출력 접속부 및 유체 접속부와 결합하기 위한 적어도 하나의 내부 접속부를 가지며 적어도 2개의 스위칭 위치 사이에서 전환될 수 있는 것을 가정할 수 있다. 바람직하게, 선택적으로 공정 가스 소스와 계량 용기 사이의 유체 연통식 연결 또는 계량 용기와 공정 챔버 사이의 유체 연통식 연결 또는 유체 접속부의 차단이 구현될 수 있도록, 밸브 장치가 3개의 스위칭 위치를 갖는 것이 제공된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서는, 유체 접속부가 공정 챔버에 연결되고, 공정 가스 소스에 연결하기 위해 제공되고 공정 가스 밸브가 배치된 공정 가스 접속부가 계량 용기에 형성되며, 상기 공정 가스 밸브는 제어 장치에 전기적으로 연결되고 계량 용기의 가스 체적 내로 공정 가스를 계량하도록 설계되는 것이 제공된다.
따라서 계량 용기의 이러한 변형에서는 계량 용기 내로 공정 가스를 공급하고 계량 용기로부터 공정 가스를 배출하기 위해 각각 별도의 유체 라인을 사용할 수 있다. 이에 따라 밸브 장치 및 공정 가스 접속부에 할당된 공정 가스 밸브는 각각 2/2 스위칭 밸브로서 설계될 수 있으며, 이 둘은 모두 제어 장치에 의해 제어된다. 공정 장치의 이러한 구성에 의해 공정 가스 소스로부터 공정 챔버 내로 일시적인 연속하는 공정 가스 공급도 계량 용기를 삽입하여 수행될 수 있으며, 이러한 경우에 밸브 장치와 공정 가스 밸브 모두 영구적으로 개방된다.
본 발명의 다른 구성에서는, 제 2 공정 가스 소스에 연결하기 위해 제공되고 제 2 공정 가스 밸브가 배치된 제 2 공정 가스 접속부가 계량 용기에 형성되고, 상기 제 2 공정 가스 밸브는 제어 장치에 전기적으로 연결되고 계량 용기의 가스 체적 내로 제 2 공정 가스를 계량하도록 설계된다. 공정 가스 장치의 이러한 구성에서, 계량 용기는 공정 챔버에 공급하기 전에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스의 혼합을 수행하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 단계에서 공정 가스 밸브가 개방되어, 제 1 공정 가스라고도 할 수 있는 미리 정해진 양의 공정 가스를 공정 가스 소스로부터 계량 용기 내로 도입할 수 있는 것이 제공될 수 있다. 후속해서 공정 가스 밸브의 폐쇄 후 제 2 공정 가스 밸브가 개방되고, 상기 제 2 공정 가스 밸브에 의해 제 2 공정 가스가 제 2 공정 가스 소스로부터 계량 용기 내로 공급될 수 있어, 거기에서 제 1 공정 가스와 혼합될 수 있다. 그런 다음 제 2 공정 가스 밸브가 폐쇄되고, 이어서 밸브 장치의 개방 시 이제 계량 용기에 존재하는 가스 혼합물이 공정 챔버로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에서, 계량 용기는 금속 재료로 이루어진 벨로우즈로서 제조되고, 변형축을 따라 탄성 변형되도록 설계되고 및/또는 계량 용기의 서로 반대되는 단부 영역에 치수 안정적인 결합 플레이트가 각각 설치되고, 이 경우 구동 하우징 및 이동 가능하게 구동 하우징 내에 장착된, 구동 장치의 구동 부재가 각각 결합 플레이트 중 하나에 연결되는 것이 제공된다. 이로써 계량 용기의 치수 안정적인 결합 플레이트는 구동 장치에 의해 벨로우즈에 가해져야 하는 힘 도입에 이용되어, 상기 벨로우즈를 힘이 작용하지 않는 중립 위치로부터 압축 위치로 및/또는 팽창 위치로 이동시킬 수 있다. 바람직하게 벨로우즈는 시임 없는 제조 방법으로 제조되며, 즉 원주에 연결 시임을 갖지 않는다. 바람직하게는 변형축에 대해 회전 대칭으로 설계된 벨로우즈의 각 단부측은 대응하는 치수 안정적인 결합 플레이트에 밀봉 방식으로 수용되며, 특히 재료 결합 방식으로 치수 안정적인 결합 플레이트에 연결된다. 구동 장치는 2개의 결합 플레이트 중 하나에 고정된 구동 하우징 및 이동 가능하게, 특히 선형 이동 가능하게 구동 하우징 내에 장착된 구동 부재를 포함하고, 상기 구동 부재는 구동 하우징으로부터 떨어져 있는 단부 영역에서 2개의 결합 플레이트 중 다른 결합 플레이트에 연결된다. 제어 장치에 의해 적절한 에너지 흐름의 제공 시, 구동 부재와 구동 하우징 사이의 상대 이동이 야기될 수 있고, 이러한 상대 이동은 두 결합 플레이트 사이의 거리를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
결합 플레이트의 서로에 대한 틸팅을 방지하기 위해 하나 이상의 가이드 장치, 특히 선형 가이드가 제공될 수 있고, 상기 선형 가이드는 두 결합 플레이트 사이에서 연장되고 결합 플레이트의 항상 평행한 정렬을 보장한다.
구동 장치가 계량 용기에 선형 변형 이동을 제공하도록 설계되고, 전기 스핀들 드라이브, 전기 랙 앤 피니언(Rack-and-pinion) 드라이브, 유압 실린더, 공압 실린더 그룹에서 선택되는 경우에 바람직하다. 바람직하게 구동 장치는, 전기 모터가 기어 어셈블리를 통해 예를 들어 나사산 스핀들을 회전시키는 전기 스핀들 드라이브로서 설계되고, 상기 나사산 스핀들에 잠금 너트가 배치되고, 상기 잠금 너트는 회전 불가능하게 및 선형 이동 가능하게 구동 하우징 내에 장착되고 나사산 스핀들의 회전 시 선형으로 변위된다. 이러한 전기 스핀들 드라이브에 의해 계량 용기를 위한 특히 정밀한 팽창 이동 또는 압축 이동이 야기될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에서, 온도 센서, 가스 밀도 센서, 습도 센서 그룹으로부터 계량 용기 내에 수용된 가스의 적어도 하나의 물리적 특성을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서가 계량 용기에 배치되고, 상기 센서는 제어 장치에 전기적으로 연결되며, 제어 장치는 적어도 하나의 센서의 센서 신호를 처리하도록 설계되는 것이 제공된다. 센서 신호를 처리함으로써 제어 장치는 계량 용기의 가스 체적으로부터 공정 챔버 내로 제공될 공정 가스의 양을 특히 정밀하게 계량하는 데 이용될 수 있는 정보를 받는다. 이를 위해, 가스 체적 내의 가스의 온도 및/또는 가스 체적에 수용된 가스의 밀도 및/또는 가스 체적 내에 수용된 가스의 수분 함량에 대한 정보가 특히 중요하다.
본 발명의 과제는, 제 2 양상에 따라 특히 반도체 제조를 위해 설계된 공정 장치의 공정 챔버 내로 공정 가스를 계량하기 위한 방법에 의해 해결되며, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다: 탄성 변형 가능한 계량 용기의 공정 가스 접속부에 공정 가스를 제공하기 위해, 공정 가스 소스에 연결된 공정 가스 밸브를 개방하는 단계, 제어 장치에 의해 제어되는 구동 장치에 의해 계량 용기를 위한 팽창 이동을 도입하는 단계, 계량 용기의 형상 변화, 계량 용기 내의 공정 가스 압력, 계량 용기 내의 공정 가스 밀도, 구동 장치의 위치 변동으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물리적 변수를 결정하는 단계, 제어 장치에 의해 모니터링되는 적어도 하나의 물리적 변수에 대해 미리 정해진 임계값의 도달 시 공정 가스 밸브를 폐쇄하고 구동 장치를 비활성화하는 단계, 계량 용기 내에 수용된 공정 가스를 적어도 부분적으로 유체 접속부에 연결된 공정 챔버로 제공하도록, 계량 용기 상의 유체 접속부에 연결된 밸브 장치를 개방하고 제어 장치에 의해 제어되는 구동 장치에 의해 계량 용기로 압축 이동을 도입하는 단계, 계량 용기의 형상 변화, 계량 용기 내의 공정 가스 압력, 계량 용기 내의 공정 가스 밀도, 구동 장치의 위치 변동으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물리적 변수를 결정하는 단계 및 제어 장치에 의해 모니터링되는 적어도 하나의 물리적 변수에 대해 미리 정해진 임계값의 도달 시 밸브 장치를 폐쇄하고 구동 장치를 비활성화하는 단계.
본 발명의 바람직한 실시예가 도면에 도시된다.
도 1은 공정 챔버와 계량 장치를 구비하고, 상기 계량 장치는 계량 용기, 제어 장치, 구동 장치 및 밸브를 포함하고, 상기 계량 용기는 중립 위치에서 도시된, 공정 장치를 도시한 도면.
도 1에 도시된 공정 장치(1)는 가공 공정, 특히 반도체를 제조하기 위한 공정 단계를 수행하도록 설계된다. 공정 장치(1)는 순전히 예시적으로 박스형으로 설계된 공정 챔버(2)를 포함하며, 상기 공정 챔버는 상세히 도시되지 않은 공정 공간을 제한하고, 가공 공정을 수행하기 위한 마찬가지로 도시되지 않은 공작물이 상기 공정 공간에 수용될 수 있다. 공정 챔버(2)에는 도시되지 않은 가공 수단, 예를 들어 전기 고전압 소스 및 공정 공간 내에 배치된 전극이 할당되고, 공정 가스를 공급하여 상기 전극에 의해 플라즈마가 점화될 수 있고, 이를 이용해서 가공 공정이 수행될 수 있다. 대안으로서 공정 챔버(2)에서 공정 가스를 사용하여 다른 가공 공정이 수행될 수도 있다.
공정 챔버(2)는 계량 장치(3)에 연결되고, 상기 계량 장치는 공정 챔버(2)로 공정 가스를 제공하도록 설계된다. 계량 장치(3)는 이를 위해 일부 영역에서 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)를 포함하며, 상기 계량 용기(4)로 변형 이동을 도입하도록 설계된 구동 장치(6)가 상기 계량 용기에 제공된다. 또한, 계량 장치(3)는 구동 장치(6)의 전기적 제어를 위해 제공되고 또한 센서 신호를 처리하도록 그리고 아래에서 더 상세히 설명되는 밸브(10, 12)를 제어하도록 설정된 제어 장치(7)를 포함한다.
예를 들어, 계량 용기(4)는 금속 재료로 제조되고 얇은 벽으로 설계되며 변형축(22)을 따라 연장되는 벨로우즈(13)를 갖고, 상기 벨로우즈(13)는 바람직하게 벨로우즈(13)의 시임 없는 설계를 가능하게 하는 제조 방법으로 제조되는 것이 제공된다. 순전히 예시적으로 벨로우즈(13)는 파형으로 프로파일되고 변형축(22)에 대해 회전 대칭으로 설계되므로, 변형축(22)을 따라 팽창 이동 시 또는 변형축(22)을 따라 압축 이동 시 실질적으로 균일한 굽힘 하중이 항상 벨로우즈(13)의 전체 벽 섹션에 가해진다. 순전히 예시적으로 도 1에 따른 벨로우즈(13)는 중립 위치에 있으며, 이 위치에서 벨로우즈(13)의 탄성 변형이 존재하지 않으므로 벨로우즈(13) 내의 최소 내부 응력만을 가정할 수 있다. 이 중립 위치에서 시작하여, 벨로우즈(13)는 변형축(22)을 따라 팽창 방향(23)으로 팽창 이동 또는 압축 방향(24)으로 압축 이동에 노출될 수 있으며, 이로써 벨로우즈(13)에 의해 제한된 가스 체적(25)이 선택적으로 증가 또는 감소한다.
벨로우즈(13)로 이러한 팽창 이동 또는 압축 이동을 도입할 수 있도록 하기 위해, 상기 벨로우즈의 환형으로 형성된 제 1 단부 영역(15)이 제 1 결합 플레이트(17)에 밀봉 방식으로, 특히 재료 결합 방식으로 연결되고, 환형으로 형성된 제 2 단부 영역(16)은 제 2 결합 플레이트(18)에 밀봉 방식으로, 특히 재료 결합 방식으로 연결된다. 제 1 결합 플레이트(17)와 제 2 결합 플레이트(18)는 각각, 계량 장치(3)가 의도대로 사용될 때 두드러진 탄성 변형을 겪지 않도록 및 그러한 점에서 치수 안정적으로 간주될 수 있도록 치수 설정된다. 예를 들어, 제 1 결합 플레이트(17)와 제 2 결합 플레이트(18) 사이에 구동 장치(6)가 배치되어, 제 1 결합 플레이트(17)와 제 2 결합 플레이트(18) 사이의 거리의 조정이 가능해질 수 있는 것이 제공된다. 이를 위해, 구동 장치(6)는 제 2 결합 플레이트에 연결된 구동 하우징(19)을 포함한다. 구동 장치(6)는 제 1 결합 플레이트(17)에 연결되고 선형 이동 가능하게 구동 하우징(19) 내에 수용된 구동 부재(20)를 더 포함한다. 예를 들어, 구동 하우징(19) 내에 상세히 도시되지 않은 전기 모터가 수용되고, 상기 전기 모터는 마찬가지로 도시되지 않은 기어 장치를 통해 구동 부재(20)로 선형 이동을 도입하도록 설계되고, 이 경우 구동 부재(20)의 선형 이동은 변형축(22)에 대해 평행하게 정렬된다.
도 1에 따른 계량 장치(3)의 경우, 하나의 구동 장치(6)만 제공되고, 이에 따라 이러한 편심 힘 도입 시 발생할 수 있는 제 1 결합 플레이트(17)와 제 2 결합 플레이트(18) 사이의 틸팅을 방지하기 위해 적어도 하나의 가이드 장치(26)가 제공되어야 한다. 순전히 예시적으로 가이드 장치(26)는 제 2 결합 플레이트(18)에 고정된 가이드 바(27)와 슬라이딩 가능하게 가이드 바에 수용되고 제 1 결합 플레이트(17)에 연결된 가이드 축(28)을 포함한다.
또한, 위치 센서(8)가 구동 장치(6)에 할당되며, 상기 위치 센서는 구동 하우징(19)에 대한 구동 부재(20)의 선형 상대 위치를 결정하도록 설계된다. 제 1 결합 플레이트(17)와 제 2 결합 플레이트(18) 사이에 구동 장치(6)의 배치로 인해 이 경우 구동 하우징(19)에 대한 구동 부재(20)의 상대 위치와 변형축(22)을 따른 벨로우즈(13)의 변형 사이에 명확한 관계가 주어진다.
구동 장치(6)의 제어를 위해 그리고 위치 센서(8)의 위치 신호의 처리를 위해 제어 장치(7)가 제공되며, 상기 제어 장치는 예를 들어, 상세하게 도시되지 않은 제어 네트워크의 분산형 제어 장치로서 설계될 수 있으며, 상기 제어 네트워크는 반도체 생산 또는 다른 제조 공정의 제작 라인의 부분 영역을 제어하도록 또는 전체 제작 라인을 제어하도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 제어 장치(7)에 버스 인터페이스(29)가 개장되고, 상기 버스 인터페이스는 도시되지 않은 상위의 기계 제어부와의 디지털 통신에 이용될 수 있으며, 상기 기계 제어부는 예를 들어 공정 챔버(2)의 도시되지 않은 가공 수단을 제어하도록 설계될 수 있다. 제어 장치(7)는 예를 들어, 도시되지 않은 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함하며, 이것은 특히 기계 제어부와 버스 인터페이스(29)를 통해 제어 장치(7)로 전송될 수 있는 공정 가스 요구에 따라 공정 가스 소스(30)로부터 공정 챔버(2)로 공정 가스 흐름을 가능하게 하도록 컴퓨터 소프트웨어를 처리하도록 설계된다.
공정 가스의 이러한 제공을 위해 계량 장치(3)는 공정 가스 라인(31)을 통해 공정 가스 소스(30)에 연결된 제 2 결합 플레이트(18)에 할당된 공정 가스 접속부(11)를 포함한다. 벨로우즈(13)와 제 1 결합 플레이트(17) 및 제 2 결합 플레이트(18)에 의해 결정된 가스 체적(25)과 공정 가스 소스(30) 사이의 공정 가스 흐름에 영향을 미칠 수 있도록 하기 위해, 공정 가스 밸브(12)가 제공되며, 상기 밸브는 순전히 예시적으로 2/2 솔레노이드 밸브로서 설계되고 제 1 제어 라인(32)을 통해 제어 장치(7)에 연결된다.
계량 용기(4)와 공정 챔버(2) 사이에는 유체 접속부(5)가 제공되며, 상기 유체 접속부는 가스 체적(25)으로부터 공정 챔버(2) 내로 공정 가스의 배출에 이용된다. 계량 장치(3)에 의해 공정 챔버(2)로 공정 가스가 제어되어 제공될 수 있도록 하기 위해, 밸브 장치(10)가 유체 접속부(5)에 할당되고, 상기 밸브 장치는 순전히 예시적으로 2/2 솔레노이드 밸브로서 설계되고, 상기 밸브는 제 2 제어 라인(33)을 통해 제어 장치(7)에 연결된다. 또한, 압력 센서(9)가 유체 접속부(5)에 할당되고, 상기 압력 센서는 센서 라인(34)을 통해 제어 장치(7)에 연결되며, 상기 제어 장치(7)는 압력 센서(9)의 센서 신호를 처리하도록 설계된다.
또한, 제 1 결합 플레이트(17)에 센서(21)가 할당되고, 상기 센서는 예를 들어 온도 센서 또는 가스 밀도 센서 또는 습도 센서 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 센서(21)는 상세히 도시되지 않은 방식으로 가스 체적(25)과 유체 연통 방식으로 연결되고 센서 라인(35)을 통해 제어 장치(7)에 연결된다.
계량 장치(3)의 작동 방식은 다음과 같이 설명될 수 있다: 공정 장치(1)의 공정 챔버(2)에 공정 가스를 제공하기 위해, 공정 장치(1)의 전체 가스 안내 섹션을 위한 세척 과정을 수행할 수 있도록 밸브 장치(10) 및 공정 가스 밸브(12)가 모두 제 1 단계에서 개방된다. 이 경우 바람직하게, 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)는 최소 체적을 갖는 것이 제공된다. 이러한 세척 과정의 완료 후에 밸브 장치(10)와 공정 가스 밸브(12)가 모두 폐쇄된다. 필요한 경우, 도시되지 않은 진공 펌프에 연결된 마찬가지로 도시되지 않은 진공 라인을 통해 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4) 및/또는 공정 챔버(2)를 배기하는 것이 제공될 수 있다. 그런 다음 제어 장치(7)에 의해 팽창 방향(23)으로 구동 장치(6)의 제어가 이루어지므로, 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)의 가스 체적(25)의 체적 증가가 발생한다. 공정 가스 밸브(12)는 이러한 팽창 이동 중에 이미 개방되므로, 공정 가스가 공정 가스 소스(30)로부터 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)의 가스 체적(25) 내로 유입될 수 있다. 유입 과정은 예를 들어 압력 센서의 압력 신호를 사용하여 모니터링될 수 있으며, 후속 공정 가스 계량 과정을 위한 최대 가스 체적은 위치 센서(8)의 위치 신호를 사용하여 결정될 수 있다.
구동 장치(6)가 계량 용기(4)를 소정의 목표 체적으로 팽창시키고, 압력 센서의 압력 신호를 사용하여 가스 체적(25)에서 소정의 목표 압력에 도달한 것이 확인되면, 공정 가스 밸브(12)가 폐쇄된다. 이 시점에 제어 장치(7)에서 센서(21)의 센서 신호가 평가될 수 있어서, 예를 들어, 가스 체적(25) 내의 가스 밀도 및/또는 가스의 온도 및/또는 가스의 수분 함량이 미리 결정된 목표 간격 내에 있는 정도에 대한 정보를 얻을 수 있다.
이 경우라면, 후속 단계에서 밸브 장치(10)의 개방이 제공될 수 있어서, 공정 가스가 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)의 가스 체적(25)으로부터 일반적으로 진공 상태로 유지되는 공정 챔버(2) 내로 흐를 수 있다. 이러한 유출 과정은 제어 장치(7)를 이용한 구동 장치(6)의 제어에 의해, 계량 용기(4)를 위한 압축 이동이 압축 방향(24)으로 시작되어, 공정 챔버(2) 내로 공정 가스의 가능한 한 균일한 유출을 보장하기 위해 가스 체적(25)의 압력이 적어도 최대한 일정하게 유지되도록 함으로써 지원된다. 압축 방향(24)으로 구동 장치(6)의 압축 이동에 의해 가스 체적(25)이 미리 결정된 값에 도달하고 가스 체적(25)의 압력 또한 미리 결정된 목표값에 도달하는 즉시, 소정의 공정 가스량이 공정 챔버(2)에 제공된 것으로 전제될 수 있다. 이에 따라 이제 계량 용기(4)와 공정 챔버(2) 사이의 유체 연통 방식의 연결을 차단하기 위해 밸브 장치(10)는 제어 장치(7)에 의해 제어된다. 이 단계로 공정 가스 계량이 완료된다.
Claims (10)
- 공작물 가공을 위한, 특히 반도체 생산을 위한 공정 장치(1)로서,
공작물을 수용하고 적어도 하나의 공정 가스를 사용하여 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(2), 적어도 하나의 공정 가스를 위한 계량 장치(3), 계량 용기(4)로 변형 이동을 도입하기 위한 구동 장치(6) 및 상기 구동 장치(6)를 제어하기 위한 제어 장치(7)를 구비하고, 상기 계량 장치는 상기 공정 챔버(2)에 유체적으로 연결되고 탄성 변형 가능하게 설계된 계량 용기(4)를 갖고, 상기 계량 용기는 가변 크기의 가스 체적(25)을 제한하고, 상기 계량 용기에 상기 계량 체적(24) 내로 가스 공급을 위한 및/또는 상기 가스 체적(24)으로부터 가스 배출을 위한 유체 접속부(5)가 형성되는, 공정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 계량 용기(4)의 변형에 따라 위치 신호를 제공하도록 설계되고 상기 제어 장치(7)에 연결된 위치 센서(8)가 상기 계량 용기(4) 또는 상기 구동 장치(6)에 할당되고, 상기 제어 장치(7)는, 상기 계량 용기(4)를 위한 미리 정해진 변형을 야기하기 위해 위치 신호를 처리하도록, 특히 상기 구동 장치(6)를 위한 위치 조절을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
압력 센서(9)가 상기 계량 용기(4), 특히 상기 유체 접속부(5)에 설치되고, 상기 압력 센서는 상기 계량 용기(4) 내의 가스 압력에 따라 압력 신호를 제공하도록 설계되고 상기 제어 장치(7)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 3 항에 있어서,
상기 제어 장치(7)에 전기적으로 연결된 밸브 장치(10)가 상기 유체 접속부(5)에 배치되고, 상기 제어 장치(7)는 위치 신호 및/또는 압력 신호에 따라 상기 밸브 장치(10)를 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 3 항에 있어서,
상기 유체 접속부(5)는 상기 공정 챔버(2)에 연결되고, 공정 가스 소스(30)에 연결하기 위해 제공되고 공정 가스 밸브(12)가 배치된 공정 가스 접속부(11)가 상기 계량 용기(4)에 형성되며, 상기 공정 가스 밸브는 상기 제어 장치(7)에 전기적으로 연결되고 상기 계량 용기(4)의 상기 가스 체적(24) 내로 공정 가스를 계량하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 5 항에 있어서,
제 2 공정 가스 소스에 연결하기 위해 제공되고 제 2 공정 가스 밸브가 배치된 제 2 공정 가스 접속부가 상기 계량 용기(4)에 형성되고, 상기 제 2 공정 가스 밸브는 상기 제어 장치(7)에 전기적으로 연결되고 상기 계량 용기(4)의 상기 가스 체적(25) 내로 제 2 공정 가스를 계량하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계량 용기(4)는 금속 재료로 이루어진 벨로우즈(13)로서 제조되고, 변형축(22)을 따라 탄성 변형되도록 설계되고 및/또는 상기 계량 용기(4)의 서로 반대되는 단부 영역(15, 16)에 치수 안정적인 결합 플레이트(17, 18)가 각각 설치되고, 구동 하우징(19) 및 이동 가능하게 상기 구동 장치(19) 내에 장착된, 상기 구동 장치(6)의 구동 부재(20)가 각각 상기 결합 플레이트(17, 18) 중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 장치(6)는 상기 계량 용기(4)로 선형 변형 이동을 제공하도록 설계되고, 전기 스핀들 드라이브, 전기 랙 앤 피니언 드라이브, 유압 실린더, 공압 실린더 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
온도 센서, 가스 밀도 센서, 습도 센서 그룹으로부터 상기 계량 용기(4) 내에 수용된 가스의 적어도 하나의 물리적 특성을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서(24)가 상기 계량 용기(4)에 배치되고, 상기 센서는 상기 제어 장치(7)에 전기적으로 연결되고, 상기 제어 장치(7)는 상기 적어도 하나의 센서(21)의 센서 신호를 처리하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 장치(1). - 특히 반도체 제조를 위해 설계된 공정 장치(1)의 공정 챔버(2) 내로 공정 가스를 계량하기 위한 방법으로서,
탄성 변형 가능한 계량 용기(4)의 공정 가스 접속부(11)에 공정 가스를 제공하기 위해, 공정 가스 소스(30)에 연결된 공정 가스 밸브(12)를 개방하는 단계,
제어 장치(7)에 의해 제어되는 구동 장치(6)에 의해 상기 계량 용기(4)를 위한 팽창 이동(23)을 도입하는 단계,
상기 계량 용기(4)의 형상 변화, 상기 계량 용기(4) 내의 공정 가스 압력, 상기 계량 용기(4) 내의 공정 가스 밀도, 상기 구동 장치(6)의 위치 변동으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물리적 변수를 결정하는 단계,
상기 제어 장치(7)에 의해 모니터링되는 적어도 하나의 물리적 변수에 대해 미리 정해진 임계값의 도달 시 상기 공정 가스 밸브(12)를 폐쇄하고 상기 구동 장치(6)를 비활성화하는 단계,
상기 계량 용기(4) 내에 수용된 공정 가스를 적어도 부분적으로 유체 접속부(5)에 연결된 공정 챔버(2)로 제공하도록, 상기 계량 용기(4) 상의 상기 유체 접속부(5)에 연결된 밸브 장치(10)를 개방하고 상기 제어 장치(7)에 의해 제어되는 상기 구동 장치(6)에 의해 상기 계량 용기(4)를 위한 압축 이동(24)을 도입하는 단계,
상기 계량 용기(4)의 형상 변화, 상기 계량 용기(4) 내의 공정 가스 압력, 상기 계량 용기(4) 내의 공정 가스 밀도, 상기 구동 장치(6)의 위치 변동으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물리적 변수를 결정하는 단계 및
상기 제어 장치(7)에 의해 모니터링되는 적어도 하나의 물리적 변수에 대해 미리 정해진 임계값의 도달 시 상기 밸브 장치(10)를 폐쇄하고 상기 구동 장치(6)를 비활성화하는 단계를 포함하는, 공정 가스를 계량하기 위한 방법.
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