KR101620395B1 - 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 압력제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 컨덕턴스에 따른 압력제어방법에 관한 것으로, 진자식 자동압력제어밸브의 스텝 모터의 스텝에 대한 개방도를 입력하는 단계; 상기 입력된 스텝에 대한 개방도로부터 제어가능한 최소 유효 개방 영역을 사전 설정하는 단계; 상기 최소 유효 개방 영역에서 유량과 압력을 측정하여 최소 유효 컨덕턴스 C₀를 계산하는 단계; 사전 입력된 공정 레시피를 입력받는 단계; 상기 입력된 공정 레시피로부터 해당 공정의 공정 컨덕턴스 C를 계산하는 단계; 상기 입력된 공정 레시피를 수행하기 위해 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k를 구하는 단계 - 여기서 k는 C / k > C₀를 만족하고, k는 1 ≤ k ≤ n의 범위 내에 있는 자연수임 - ; 및 상기 구해진 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k에 기반하여 미리 정해진 자동압력제어밸브를 작동하는 단계를 포함한다.

Description

복수의 진자식 자동압력제어밸브의 압력제어방법{PRESSURE CONTROL METHOD OF AUTOMATIC PRESSURE CONTROLLER VALUES}

본 발명은 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 컨덕턴스에 따른 압력제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 반도체, LCD, OLED등의 핵심이 되는 진공 증착 또는 진공 식각 공정시 사용되는 진공 챔버에서 챔버 내의 압력을 조절하기 위한 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 압력제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 진자식(PENDULUM VALVE) 또는 회전식(BUTTER FLY VALVE) 자동압력제어밸브는 0점으로부터 열려진 개방도에 따라 유량이 증가하고, 유량을 이용하여 압력을 제어한다. 진자식 자동압력제어밸브는 반도체, LCD, OLED등의 핵심이 되는 진공 증착 또는 진공 식각 공정에서 터보펌프의 위에 장착되어 여러 개의 터보펌프가 장착되는 대형 진공장치의 경우 증착 또는 식각 공정에 적합한 압력을 유지하기 위해 여러 개의 진자식 자동압력제어밸브를 동기화하여 총 배기량을 조절하여 프라즈마를 형성에 적합한 진공을 유지하도록 한다.

구체적으로, 도 1은 이러한 진자식 자동압력제어밸브를 이용하는 진공 처리 챔버의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(1)의 내부에는, 피처리체 예컨대 FPD 기판(S)을 탑재하기 위한 탑재대(11)가 마련되는 동시에, 이 탑재대(11)에 대향하도록 플라즈마 발생용의 상부 전극을 구성하는 처리 가스 공급부(12)가 마련되어 있다. 그리고 처리 가스 공급부(12)로부터 진공 챔버(1)내에 처리 가스를 공급하고, 배기로(13)를 거쳐서 진공 펌프(14)에 의해 진공 챔버(1)내를 진공 흡인하는 한편, 고주파 전원(15)으로부터 상기 처리 가스 공급부(12)에 고주파 전력을 인가함으로써, 기판(S)의 상방의 공간에 처리 가스의 플라즈마가 형성되고, 이로써 기판(S)에 대한 에칭 처리가 실행되도록 되어 있다.

그런데, 기판(S)의 대형화에 따라, 장치도 대형화하고 있어, 진공 챔버(1)내에 대유량의 처리 가스를 공급하면서, 예컨대 2Pa 정도의 저압으로 처리를 행하는 프로세스 등을 실행할 경우에는, 큰 배기 능력이 요구된다. 이때문에, 1개의 진공 챔버(1)에 다수의 배기 라인을 마련할 필요가 있다.

도 2는 복수의 진자식 자동압력제어밸브를 사용하는 경우 압력제어밸브의 배치예를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 진공 챔버(1)의 바닥부에는, 진공 챔버(1)의 주위를 따라, 예컨대 6계통으로부터 8계통의 배기 라인이 마련되고, 각각의 배기로(13)에 진공 펌프(14)와 진자식 자동압력제어밸브(APC 밸브)(16)가 마련되어 있다. 이 진자식 자동압력제어밸브(16)는 진공 챔버(1)내의 압력을 검출하고, 이 검출값과 압력 설정값에 근거하여, 자동적으로 그 개방도를 제어하도록 구성된다.

한편 전술한 처리 장치에서 소정의 프로세스를 실행함에 있어서, 상기 모든 진공 펌프(14)를 이용하여 진공 챔버(1)내가 배기되고, 이때에 각 진자식 압력 밸브(16)에 의해 배기로(13)의 컨덕턴스(conductance)가 제어되고, 이렇게 해서 진공 챔버(1)내의 압력이 소정의 압력으로 제어된다.

그러나, 도 3에 도시된 진공 챔버(1)내의 압력과 압력밸브(16)의 개방도의 상관 관계 그래프에서 알 수 있듯이, 압력 곡선은 급격하게 하강하고, 다음에 경사가 작고 완만하게 되어, 수평으로 접근하는 것 같은 곡선을 그린다. 여기서 곡선의 경사가 큰 압력 범위에서는 압력의 변화 정도에 대한 진자식 압력 밸브(16)의 개방도의 변화 정도가 작으므로, 밸브(16)의 분해능이 낮다. 한편, 곡선의 경사가 작은 압력 범위에서는 압력의 변화 정도에 대한 진자식 압력 밸브(16)의 개방도의 변화 정도가 크므로, 밸브(16)의 분해능이 높아진다. 이렇게 압력 범위에 따라, 진자식 압력 밸브(16)의 분해능이 상이하지만, 분해능이 낮은 압력 범위에서는, 개방도의 미세한 조정을 실행하기 어렵기 때문에, 진공 챔버(1)의 압력 변동이 커지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 해결하기 위해, 한국공개특허 2009-0004596에는 처리 용기 내부에 있어서 피처리체에 대하여 진공 처리가 실행되는 처리 용기와, 이 처리 용기에 일단측이 접속되고, 상기 처리 용기의 내부를 진공 배기하기 위한 n(n은 2 이상의 정수)개의 배기로와, 이들 배기로의 타단측에 접속되는 진공 배기 수단과, 상기 처리 용기내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출 수단과, 상기 n개의 배기로중 k(1≤k≤n-1)개의 배기로에 대응해서 마련되고, 배기로의 컨덕턴스를 선택된 값으로 고정하는 반고정 제어 수단과, 이 반고정 제어 수단이 마련된 배기로 이외의 배기로에 대응해서 마련되고, 상기 압력 검출 수단의 검출값과 압력 설정값에 근거하여, 자동적으로 배기로의 컨덕턴스를 제어하는 상시 가변 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 대해 개시하고 있다. 그러나 이 특허문헌에서는 처리 용기에 접속된 복수의 배기로중 몇 개에 상시 가변 제어 수단을 마련하고, 나머지 배기로에 반고정 제어 수단을 마련하고 있으므로, 상시 가변 제어 수단만으로는 분해능이 낮은 압력 범위에 대해서 상시 가변 제어 수단의 분해능을 높일 수 있다는 효과가 얻어질 수 있지만, 이를 위해서 오퍼레이터는 레시피마다 가변 제어 수단과 반고정 제어수단의 조합을 작성하여 두어야 하기 때문에 오퍼레이터의 경험과 노력을 필요로 하고, 이를 위해 사전에 검토된 사용 밸브의 개수를 미리 레시피 프로그램해야 하므로 통상적인 유량, 진공도의 데이터 만으로는 프로그램에서 적절한 압력 제어방법을 찾기 어려운 문제점을 안고 있다.

(선행기술문헌) 10-2009-0004596

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 진공 챔버 내에 설치된 2개 이상의 동일한 진자식 자동압력제어밸브를 제어함에 있어서 개방도에 따른 진공 컨덕턴스를 예측하고, 진공도와 압력을 지정받으면, 입력된 진공도와 압력 제어에 필요한 진자식 자동압력제어밸브의 폐쇄 수량과 사용 수량을 자동으로 결정하는 동시에 또한 제어에 사용되는 자동압력제어밸브의 개방도가 안정적인 영역에서 이루어질 수 있는 진자식 자동압력제어밸브의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 처리 용기내에 n개의 배기로를 포함하고, n개의 배기로에 각각 설치된 n개의 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법에 있어서, 진자식 자동압력제어밸브의 스텝 모터의 스텝에 대한 개방도를 입력하는 단계; 상기 입력된 스텝에 대한 개방도로부터 제어가능한 최소 유효 개방 영역을 사전 설정하는 단계; 상기 최소 유효 개방 영역에서 유량과 압력을 측정하여 최소 유효 컨덕턴스 C₀를 계산하는 단계; 사전 입력된 공정 레시피를 입력받는 단계; 상기 입력된 공정 레시피로부터 해당 공정의 공정 컨덕턴스 C를 계산하는 단계; 상기 입력된 공정 레시피를 수행하기 위해 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k를 구하는 단계 - 여기서 k는 C / k > C₀를 만족하고, k는 1 ≤ k ≤ n의 범위 내에 있는 자연수임 - ; 상기 구해진 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k에 기반하여 미리 정해진 자동압력제어밸브를 작동하는 단계를 포함하는 것을 구성적인 특징으로 한다.

상기 양태에서 최소 유효 개방 영역은 진자식 자동압력제어밸브의 개방도가 전체 개방도의 5% 이상으로 설정되는 것이 바람직하며, 이는 입력된 스텝에 대한 개방도로부터 제어가능한 최소 유효 개방 영역은 스텝 모터의 1스텝에 대한 밸브의 개방 면적 S(θ)의 개방율 변화량(S_n+1-S_n)/S_n이 0.5이하가 되는 영역인 것을 특징으로 한다.

또한 n이 8일 때 진자식 자동압력제어밸브는 1, 2, 4, 6, 8개의 대칭성을 갖고 가동되도록 선택되는 것이 바람직하며, 입력되는 레시피에는 공정에 필요한 가스 종류, 처리 가스의 유량, 처리용기 내의 압력, 처리 온도가 포함된다.

또한 C / k > C₀를 만족하는 K가 1과 n 사이에 존재하지 않고 0인 경우에는 오퍼레이터에게 부적합한 레시피임을 경고하거나 수동 조작으로 전환되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 챔버 내에 설치된 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 자동 압력 제어 기능의 효과를 안정적으로 향상시킬 수 있으며, 공정의 재현성에 필요한 외부 변수의 최소화할 수 있고, 공정의 반복 재현성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 이러한 진자식 자동압력제어밸브를 이용하는 진공 처리 챔버의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 복수의 진자식 자동압력제어밸브를 사용하는 경우 압력제어밸브의 배치예를 나타내는 도면.
도 3은 도 3에 도시된 진공 챔버내의 압력과 압력밸브의 개방도의 상관 관계를 나타낸 그래프.
도 4는 챔버, 자동압력제어밸브, 터보펌프의 배치 관계를 나타낸 도면.
도 5는 진자식 자동압력제어밸브의 원형의 개구부와 원형의 진자판에 의해 변경되는 개방면적을 나타낸 도면.
도 6은 두원 사이의 겹치는 면적을 설명하기 위한 도면.
도 7은 회전중심 각도에 따른 겹치는 면적 변화를 설명하기 위한 도면.
도 8은 각도 변화에 따른 면적의 변화를 나타내는 도면.
도 9는 각도에 따른 개방 면적을 나타낸 도면.
도 10은 스텝모터의 스텝 변화에 따른 개방 면적을 나타낸 도면.
도 11은 스텝 모터의 스텝 변화에 따른 변화량(기울기)을 나타낸 도면.
도 12는 표1에 대응하는 개방율 변화량((Sn+1-Sn)/Sn)에 대응하는 그래프.
도 13은 스텝 모터의 스텝 변화에 따른 압력의 변화를 나타낸 도면.
도 14는 챔버에 8개의 진자식 자동압력제어밸브가 설치된 경우 사용되는 밸브의 개수에 대응하여 대칭적으로 운영되는 진자식 자동압력제어밸브의 사용예를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명에 따른 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 압력제어방법에 대한 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 복수의 진자식 자동압력제어밸브의 압력제어방법을 설명하기 위해, 챔버(100), 자동압력제어밸브(200), 터보펌프(300)의 배치 관계를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 터보펌프(300)는 챔버(100) 내를 진공 흡인하는 한편 자동압력제어밸브(200)가 펌프(300)와 챔버(100) 사이에 배치됨으로써 자동압력제어밸브(200)는 진공 챔버(100)내의 압력에 따라 자동적으로 그 개방도를 제어하도록 구성된다.

전술한 도 4와 같은 구조에서, 자동압력제어밸브(200)의 상측 압력을 각각p₁, p₂라 하고 자동압력제어밸브(200)의 하측 압력을 P₀라고 하면, 자동압력제어밸브(200)를 통과하는 상하단의 압력차 Δp = p₁-p₀(또는 p₂-p₀)가 된다. 이때, p₁과 p₂ 는 챔버(100)의 진공도에 근사하므로 대부분은 수십 mtorr로 유지되고, P₀는 펌프(300)에서 충분한 배기가 이루어지는 것으로 가정하면 10^-5~10^-6mtorr의 범위 내에 있게 된다. 따라서 자동압력제어밸브(200)를 통과하는

상하단의 압력차 Δp ≒ p₁(또는 Δp ≒ p₂)인 것으로 근사추정할 수 있다.

설명을 보다 간단하게 하기 위해, 챔버(100) 내에 2개의 배기 유로가 형성된 것으로 가정하면 각각의 유로에서의 유량(q₁,q₂)의 다음과 같이 정의될 수 있다.

q₁ = C₁ × p₁

q₂ = C₂ × p₂

₍여기서, C는 컨덕턴스, p는 압력, q는 유량을 나타냄)

설치된 압력제어밸브들이 동일하다면 동일한 스텝에서 측정한 경우 C₁ = C₂ 가 된다.

여기서 측정 가능한 챔버 전체의 수치 압력 p ≒ p₁(또는 p₂)이고, 유량 q = q₁ + q₂ 이므로 전체의 컨덕턴스(Conductance) C는 C₁ + C₂가 된다.

한편 일반적으로 사용되는 단위계에서 진공 컨덕턴스 C는 아래와 같이 식(1)로 정의된다.

식(1)

상기 도 4에 도시한 실시예에서 컨덕턴스를 제어하고 있는 것은 좌우 2개소의 자동압력제어밸브(200)(여기서는 진자식 밸브)의 개방도이며, 이 개방도에 따른 압력조절능력은 개폐 각도와 그에 따른 개방면적의 변화율과 관계가 있고, 이를 아래와 같이 구할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 진자식 자동압력제어밸브(200)는 원형의 개구부(210)와 원형의 개구부(210)를 개폐하기 위해 개구부의 직경보다 큰 직경을 가진 원형의 디스크(또는 진자판)(220)를 포함하고, 진자판(220)의 중심부가 아암(221)을 통해 자동압력제어밸브(200) 회전중심축(R)에 고정되어 회전축 중심으로 한 회전 운동을 함에 따라 밸브의 개방면적이 결정된다.

먼저 개방 각도 θ에 대한 개방 면적을 S(θ)라고 하면, 이를 설계프로그램등을 이용하여 근사치를 얻을 수는 있지만, PLC(programmable logic controller) 등을 주로 사용하는 압력제어기에서는 프로그램화 하기가 쉽지 않기 때문에 수학적인 해를 아래와 같이 구하여, 함수로서 프로그램에 반영하는 것이 바람직하다.

도 5에서 사용된 진자식 자동압력제어밸브는 개구부(210)의 개방홀 반경은 132mm이고, 진자판(22)의 반경은 142mm이며, 진자판(220)은 회전중심(R)로부터 개구부(210)의 중심까지 200mm 떨어진 한 점을 중심으로 회전하는 압력제어밸브인 것을 예로 하여 계산하였다.

개방 면적 S(θ)는 직접적으로 구할 수 없기 때문에, 먼저 수학적 방법으로 접근하면 도 6에 도시한 바와 같이 서로 다른 두 원의 교접부 면적을 두원의 거리에 따른 식으로 표현할 수 있다. 도 6에서 R1(또는 R)은 진자판(220)의 반경으로 142mm, R2(또는 r)는 개구부(210)의 반경으로 132mm이다.

상기 도 6에서 교접되는 면적 A는 다음과 같은 식 (2)으로 표현된다.

A=

식(2)

상기 식에 r = 132mm R = 142mm를 대입하여 적용하면,

개방면적 S(θ)는 πr² - A(교접면적)이며, 이를 계산하면 식(3)이 된다.

식(3)

이를 다시 정리하면 다음과 같은 식(4)가 구해진다.

식(4)

여기서 d는 두원의 중심사이의 거리로서, 도 7을 참조하면 거리 d는 각도 θ에 따른 함수 d(θ)로 표현될 수 있고 다음과 같은 식 (5)로 표현될 수 있다.

식(5)

식(5)를 식(4)에 대입하여 정리하면 다음과 같은 식(6)이 얻어지고,

식(6)

식(6)을 정리하면 다음의 식(7)로 정리된다.

식(7)

이를 θ에 관한 그래프로 정리하면 구하고자 하는 S(θ)는 도 8과 같이 나타난다.

상기 도 8에 나타낸 그래프로부터 알 수 있듯이, 개방각도가 일정 각도 이상이 되면 개구부의 면적은 π·132²=54739.11mm²으로 일정해지는 것을 알 수 있다.

도 9는 개방 각도에 따른 개방 면적 S(θ)에 해한 변화를 테이블로 작성한 후의 그래프이며, 도 10은 개방 각도를 스텝 모터의 특성인 1스텝당 면적 변화를 테이블로 작성한 후의 그래프를 나타낸다. 도 9 및 도 10에서 공통적으로 알 수 있듯이, 개방 면적 S(θ)는 약 2.8도와 514 스텝까지의 면적 변화가 나타나고 있지 않음을 알 수 있으며, 이는 개방구의 크기 보다 이를 개폐하는 진자판 디스크의 크기가 더 크기 때문인 것으로 판단된다.

다음으로 안정적인 제어를 위해 개방 면적 S(θ)의 안적정인 유효 제어 구간을 인지할 필요가 있다. 도 11은 압력제어에 관한 유효성을 판단하기 위해 1 스텝당 움직임에 대한 S의 증가량을 나타낸 도면이다. 이 데이터로부터 각운동에 대한 개방 면적은 일정 시점(개방구를 개방하기 시작하는 약 514step 부분)부터 급격히 개방도가 증가하고, 약 1000 스텝 정도에서 완만한 경사를 이루며, 2500 스텝 정도가 지나면, 서서히 개방면적의 증가량은 감소하는 것을 알 수있다.

식 7로 나타낸 바와 같이, 개방 면적 S(θ)는 θ에 관한 미분으로 구하는 것이 정확한 방법이지만, 이 경우 수학적인 복잡성이 증가하게 되므로, 본 발명에서는 실제의 스텝 모터의 1 스텝 단위로만 구동되는 것을 이용하여 스텝 단위의 테이블, 즉 "1 스텝당 S변화량[기울기]" 또는 "개방율변화량 (Sn+1-Sn)/Sn[%]"을 구하였다.

실제로 514 스텝(2.8626도)까지는 개방도 S는 0이며, 이후 급격히 개방도가 증가하며 이를 구간별로 요약하면 아래의 표1와 같다. 표 1에서 알 수 있듯이, 스텝 모터의 스텝은 0 에서 2329까지만을 나타내었는데, 특히 스텝 699에서 개방율 변화율이 0.752였던것이 스텝 777에서 0.514정도로 안정적으로 변화되는 것을 알 수 있다.

(표1)

도 12는 전술한 표1에 대응하는 개방율 변화량((Sn+1-Sn)/Sn)에 대응하는 그래프를 나타낸다. 도 12에 도시한 바와 같이, 개방도가 작은 영역에서는 급격히 개방이 이루어지고 있으며 니는 제어가 되지 않는 영역임을 알 수 있으며, 최소 제어가 원활한 영역은 대략 스텝777(개방도 약 5%)이상으로 판단된다.

반대로 스텝 2500이상의 영역에서는 스텝당 개방도 변화가 거의 이루어지지 않아 압력제어를 위해 이전 구간보다 더 많은 스텝을 움질일 필요가 발생함을 알 수 있기 때문에 원할한 제어를 위해서는 가급적 개방도를 기준으로 5~15% 영역과, 15% 이상의 영역을 구분하여 PID 제어에 필요한 값등을 구간별로 튜닝(Tuning)해둘 필요가 있다.

이제 실제의 압력조절밸브의 컨덕턴스를 알기 위해 유량-압력을 측정하여 압력제어표를 러닝(LEARNING) 기능을 이용하여 입력하여야 한다.

다음의 표2 및 도 13은는 유량 1000SCCM인 것으로 하여 측정한 각도, 스텝, mtorr를 나타낸 표 및 그래피이다.

(표2)

전술했던 바와 같이 안정적인 제어 구간을 개방 각도의 5%~15%(약 800~2500step)으로 가정하면, 스텝 모터가 800스텝일때의 컨덕턴스를 구해보면,

C=1000(sccm)/(78.7×0.024torr)=529.44L/S가 된다.

C = 529.44이며, 2개의 압력조절 밸브를 사용하였으므로(C=C1+C2),

C1 = C2 = 529/2 =264.72L/s(800스텝에서의 밸브 1개당 유효 컨덕턴스)가 된다. 이를 통하여 여기에 사용된 압력 조절 밸브의 최소 제어 가능한 영역을 529 L/s로 판단할 수 있다.

이를 기준으로 실제의 8세대 챔버의 경우로 확장하면 보면 다음과 같은 수순으로 압력제어 방법을 설정할 수 있다.

1) 전체 압력 및 유량 확인 - 레시피(RECIPE)를 통한 공정 조건 입력

전체 5SLPM, 50mtorr의 작업인 경우

C=(5000[sccm])/(78.7×0.050 [torr])=1270.65 L/s

2) 압력 조절 밸브 1개당 예상 컨덕턴스(Conductance)를 계산

압력조절 밸브 6개를 사용 하면 Cn=211.77 L/s

압력조절 밸브 8개를 사용하면 Cn=158.83 L/s

3) 컨덕턴스의 적절성 판단

전술한 바와 같이 밸브의 설계칫수에 따라 절절한 제어영역에서의 스텝값을 구하고, 표준 조건에서의 사전 프리-러닝(PRE-LEARNING)을 통하여 최소 제어 컨던턱스를 개구부의 5%인 것으로 설정한 264.72 L/s를 이용하면, 실젝 가동할 압력조절 밸브의 최대수는

1270.65/n≥264.72

n ≤4.80

즉 유효 개방도 5%에서의 적절한 압력제어 밸브는 4개로 판단될 수 있다.

4) 이후 프로그램에서 압력, 유량을 레시피로 입력 받으면 적절한 압력제어 수량을 산정하여 PID 제어시 필요 수량 이상의 밸브를 STEP0로 고정시키고 사용하지 않도록 설정함.

5)다양한 RECIPE의 사용시에도 PID 제어로 구동시에 자동으로 압력 조절 밸브의 수량 조절.

6)도 14에 예시적으로 도시한 바와 같이 각 챔버마다의 기하학적 밸브 위치가 다를 수 있으므로 2, 4, 6, 8 등으로 대칭성을 고려한 밸브 수량 결정도 사전 밸브의 위치 조건으로서 반영한다. 이 실시예에서는 n ≤4.80 이므로 4개의 밸브를 사용하는 것이 바람직하며, 공정에 필요한 대칭성을 고려하여 선택하도록 한다. 상기 도 14에서는 대칭성으로서 정방형의 개방된 형태를 도시하였지만 마름모형의 대칭성으로 개방된 형태를 변경할 수 도 있으며 경우에 따라서는 비대칭성의 4개를 선택하도록 구성될 수도 있다.

만일 실제 가동할 압력조절 밸브의 최대수가 3인 경우에는 대칭성을 고려하면 2개의 밸브를 선택하는 것이 바람직한데, 이는 최대수를 넘는 개수 4로 선택하면 5%의 유효 개방도 아래에서 밸브를 동작시켜야 하므로 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생된다.

도 15는, 본 발명에 따른 제어 방법을 사용하여 제품의 공정을 수행하기 위한 흐름도를 나타낸다. 본 발명에서 별도로 설명하지는 않았지만 도 15에 나타낸 본 발명에 따른 방법은 처리 용기(진공 챔버)를 제어하기 위한 컴퓨터 등에 설치되는 프로그램을 통해 수행될 수 있다. 이 프로그램은 본 발명에 따른 방법 이외에도 처리 용기의 제어에 필요한 제어 신호를 각 부품에 송신하거나, 또는 오퍼레이터 또는 데이터 저장 장치 등에 저장된 레시피에 따라 처리 가스의 종류, 처리 가스의 유량, 처리 용기 내의 압력 설정, 처리 온도 등을 제어할 수 있도록 구성된다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자동압력제어밸브의 압력제어방법단계은 단계 100에서 제품에 대한 사전 데이터를 입력하는 단계를 포함한다. 이 단계에서는 제품의 출하값을 입력하는 단계로서 스텝 모터의 스텝 당 개방도와 같은 데이터를 사전에 입력한다.

다음으로 단계 200은 프리 러닝(pre-learning) 단계로서, 사전 입력된 사전 데이터에 기반하여 제어가능한 최소 제어 영역(개방도 5% 영역에 해당하는 스텝 모터의 스텝)에서의 유효 컨덕턴스 C₀를 계산한다(최소 제어 영역에서의 유량 및 압력 측정).

이와 같은 사전 데이터 입력 단계 S100과 프리 러닝 단계 S200 이후 처리 장치는 단계 300에서 스탠드바이 상태로 대기하며, 이때 사용자측으로부터 레시피 등과 같은 사용자 입력 사항을 입력 받는다. 사용자 입력 사항으로서는, 유량 및 압력 테이블, 기타 공정 순서, 조절 밸브 번호의 결정(1~N), 조절 밸브 사용 레시피 설정(예, 사용가능 n=1,2,4,6,8) 등이 있다.

다음으로 오퍼레이터의 공정 개시 명령(단계 S400)에 따라 단계 500에서 처리 장치에서는 레시피를 판독한다. 처리 장치는 레시피 내의 해당 공정의 C값을 계산한다.

다음으로 단계 S600에서는 단계 S500에서 구해진 해당 공정의 C값과 단계 S200의 프리 러닝 단계에서 구해진 유효 컨덕턴스 C0값을 이용하여 실제 가동에 필요한 밸브의 개수 k을 구하게 되는데, 이때 해당 공정의 C값을 최대 밸브 개수 k으로 나눈 값이 유효 컨덕턴스 C0보다 큰지 작은지 판단한다.

C₀ < C/k( 여기서 1 ≤ k ≤ n , k는 자연수)

단계 S600에서 C/k이 C₀보다 작다면 단계는 S610으로 진행되어 k에서 1을 뺀 수를 다시 단계 S600으로 입력고 이는 단계 600에서 C₀ < C/k이 만족될 때까지 반복된다. 그러나 만일 k이 0이될 때가지 단계 600의 식 C₀ < C/k를 만족하지 못하면 단계는 S630으로 진행되어 오퍼레이터에서 레시피의 부적합을 알리고 오퍼레이터의 검토 내지 수동 조작으로 진행할 것을 알린다.

만일 단계 S600에서 C₀ < C/k이 만족되면 처리 장치는 이 식을 만족하는 k을 최대값으로 설정하고, 단계 S700에서와 같이 구해진 k에 대응하는 압력 조절 제어를 수행하도록 압력 조절 밸브를 구동시키고 단계 S800에서와 같이 오퍼레이터로부터 입력된 레시피에 대한 공정 수행을 완료하고 다음 레시피가 있는지 없는지를 단계 S900에서 판단하게 된다.

이러한 본 발명에 따르면 압력조절 밸브를 사용 수량을 공정별도 자동으로 계산하여 조절하는 것이 가능하다. 공정에 따른 레시피(RECIPE)에 압력, 유량 값 만의 간단한 정보로 자동적으로 압력 조절 밸브의 사용 결정을 할 수 있게 되며, 이때 압력 조절에 기여하는 밸브는 모두 압력 조절의 신뢰성이 높은 적절한 압력 조절 영역에서 사용되므로 압력 제어의 신속성과 재현성이 우수하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 처리 용기내에 n개의 배기로를 포함하고, n개의 배기로에 각각 설치된 n개의 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법에 있어서,
   상기 진자식 자동압력제어밸브의 스텝 모터의 스텝에 대한 개방도를 입력하는 단계;
   상기 입력된 스텝에 대한 개방도로부터 제어가능한 최소 유효 개방 영역을 사전 설정하는 단계;
   상기 최소 유효 개방 영역에서 유량과 압력을 측정하여 최소 유효 컨덕턴스 C₀를 계산하는 단계;
   사전 입력된 공정 레시피(recipe)를 입력받는 단계;
   상기 입력된 공정 레시피로부터 해당 공정의 공정 컨덕턴스 C를 계산하는 단계;
   상기 입력된 공정 레시피를 수행하기 위해 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k를 구하는 단계 - 여기서 k는 C / k > C₀를 만족하고, k는 1 ≤ k ≤ n의 범위 내에 있는 자연수임 - ;
   상기 구해진 실제 가동할 자동압력제어밸브의 최대 개수 k에 기반하여 미리 정해진 자동압력제어밸브를 작동하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 최소 유효 개방 영역은 진자식 자동압력제어밸브의 개방도가 전체 개방도의 5% 이상인 것을 특징으로 하는 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 입력된 스텝에 대한 개방도로부터 제어가능한 최소 유효 개방 영역은, 스텝 모터의 1스텝에 대한 자동압력제어밸브의 개방각도 θ에 따른 자동압력제어밸브의 개방 면적 S(θ)의 개방율 변화량 (S_n+1-S_n)/S_n이 0.5이하가 되는 영역이고, 여기서 Sn은 스텝 모터가 n번째 스텝에 있을 때의 개방면적인 것을 특징으로 하는 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 n이 8일 때 진자식 자동압력제어밸브는 2개, 4개, 6개 또는 8개의 자동 압력제어밸브를 가동하되, 가동되는 압력제어밸브는 그 위치가 서로 대칭되도록 선택되는 것을 특징으로 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 공정 레시피에는 공정에 필요한 가스 종류, 처리 가스의 유량, 처리용기 내의 압력, 처리 온도가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 C / k > C₀를 만족하는 K가 0인 경우 오퍼레이터에게 입력된 공정 레시피가 부적합한 레시피임을 경고하거나 수동 조작으로 전환되는 것을 특징으로 하는 진자식 자동압력제어밸브의 제어 방법.
   

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