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KR20030007938A - 환경적으로 제어된 챔버내에 압력을 유지하는 방법 및 장치 - Google Patents

환경적으로 제어된 챔버내에 압력을 유지하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR20030007938A
KR20030007938A KR1020027016818A KR20027016818A KR20030007938A KR 20030007938 A KR20030007938 A KR 20030007938A KR 1020027016818 A KR1020027016818 A KR 1020027016818A KR 20027016818 A KR20027016818 A KR 20027016818A KR 20030007938 A KR20030007938 A KR 20030007938A
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KR
South Korea
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pressure
chamber
controller
pump
transfer chamber
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Ceased
Application number
KR1020027016818A
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English (en)
Inventor
케니쓰 이. 페이퍼
그레고리 에스. 베르딕트
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20030007938A publication Critical patent/KR20030007938A/ko
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명의 제 1 면에서, 시스템은 (1) 챔버; (2) 챔버에 접속된 변속 진공 펌프; 및 (3)채버에 접속된 압력 제어기를 포함한다. 압력 제어기는 채버에 대한 측정 압력과 세트 포인트 압력을 비교하고 측정 압력과 세트 포인트 압력 사이의 차를 기초하여 압력 제어기를 통해 가스 흐름을 조절한다. 시스템은 챔버 및 압력 제어기에 접속된 압력 측정 장치, 및 변속 진공 펌프, 압력 제어기 및 압력 측정 장치에 접속된 메인 제어기를 포함한다. 압력 제어 장치는 챔버내의 압력을 측정하고 압력 제어기 및 메인 제어기에 측정 압력을 제공한다. 메인 제어기는 (1) 변속 진공 펌프의 속도를 조절하고; (2) 압력 제어기에 세트포인트 압력을 제공한다.

Description

환경적으로 제어된 챔버내에 압력을 유지하는 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR MAINTAINING A PRESSURE WITHIN AN ENVIRONMENTALLY CONTROLLED CHAMBER}
도 1은 반도체 소자 제조 장치(예를 들어, 어플라이드 머터리얼스, 인코포레이티드에서 제조된 EnduraTM(도 4 참조) 또는 CenturaTM)의 이송 챔버(102) 내에 압력을 유지하기 위한 종래의 시스템(100) 구성도이다. 도시된 이송 챔버(102)는 제 1 로드락(104)과 제 2 로드락(106)에 접속된다. 로드락(104, 106)은 공지된 기술에서 처럼 이송 챔버(102)로 및/또는 이송 챔버(102)로부터 반도체 웨이퍼를 이송시킨다.
도 1을 참조로, 종래의 시스템(100)을 사용하여 이송 챔버(102) 내에 압력을 유지하기 위해, 사용자(도시되지 않음)는 종래의 시스템(100)의 메인프레임제어기(110)(예를 들어, 제조 실행 시스템(MEB)과 같은 종래의 제조 제어기)에 사용자 정의 입력(108)을 공급한다. 사용자 정의 입력(108)은 이송 챔버(102)가 작동하는 압력(예를 들어, 이송 챔버(102)에 대한 세트 포인트 압력)을 나타낸다.
이송 챔버(102) 내에 세트 포인트 압력을 유지하기 위해, 종래의 시스템(100)은 이송 챔버(102)로의 질소(또는 가스 조절 공급부(114)로부터 공급된 일부 다른 불활성, 비-반응성 가스)의 유속을 조절하기 위해 질량 흐름 제어기(112)를 사용하고 질소(및 챔버 벽으로부터 배출되는 산소와 같은 다른 임의의 불순물)가 이송 챔버(102)로부터(진공 펌프(118)를 통해) 펌프되는 속도를 조절하기 위해 트로틀 밸브(116)를 사용한다. 따라서, 사용자 정의 입력(108)을 수신한 후, 메인프레임 제어기(110)는 (1) 이송 챔버(102)로의 질소의 유속을(예를 들어, 질량 흐름 제어기(112)를 위한 유속 세트 포인트를 계산함으로써) 조절하고, (2) 이송 챔버(102)로부터의 질소(및 임의의 다른 가스)의 펌프 속도를(예를 들어, 트로틀 밸브(116)에 대한 트로틀 밸브 위치 제어 신호를 계산함으로써) 계산하기 위한 알고리즘을 사용한다. 유속 세트 포인트 및 트로틀 밸브 위치 제어 신호는 각각 도 1에 도시된 것처럼 메인프레임 제어기(110)로부터 질량 흐름 제어기(112) 및 트로틀 밸브(116)로 제공된다.
메인프레임 제어기(110)는 제 1 절연 밸브(120)가 개방되고 질량 흐름 제어기(112)를 통해 가스 조절 공급부(114)로부터 질소 필터(122)(예를 들어, 미국 Filter, Inc.에 의해 시판되는 Millipore)를 통해 이송 챔버(102) 속으로 질소가 흐르도록 제 1 절연 밸브(120)에 공기(pneumatic) 제어 신호를 제공하고; 제 2 절연 밸브(124)를 개방하고 진공 펌프(118)가 이송 챔버(102)를 펌프시키도록 제 2 절연 밸브(124)에 공기 제어 신호를 제공한다.
질량 흐름 제어기(112)와 트로틀 밸브(116)의 위치를 설정한 후에, 메인프레임 제어기(110)는 이송 챔버(102)내의 압력을(예를 들어, 제 1 압력 변환기(126)의 출력 신호를 주기적으로 샘플링함으로써) 모니터하기 위해 이송 챔버(102)에 접속된 제 1 압력 변환기(126)(예를 들어, MKS Instruments의 용량성 나노미터, 바라트론 용량성 나노미터, Granville Philips의 컨벡션 게이지 등)를 사용한다. 제 1 압력 변환기(126)의 각각 샘플처리된 출력 신호를 기초로, 메인프레임 제어기(110)는 사용자 정의 입력(108)에 의해 초기에 정의된 압력을 달성하기 위해(이송 챔버(102)속으로의 질소 유속 및/또는 이송 챔버(102)로부터 가스의 펌프 속도를 조절하여) 질량 흐름 제어기(112)에 대한 유속 세트 포인트 및 트로틀 밸브(116)에 대한 트로틀 밸브 위치 제어 신호를 다시 계산한다. 주목할 것은 일부 종래의 트로틀 밸브는 이에 기초한 챔버 압력을 모니터링하고 트로틀 밸브 위치를 조절하기 위한 로컬 제어기를 포함할 수 있다는 것이다.
압력 변화가 변화기 챔버(102)에서 발생할 때(예를 들어, 웨이퍼가 제 1 로드락(104)으로부터 이송 챔버로 이송되는 경우 제 1 로드락(104)의 개방으로 인해, 웨이퍼가 제 2 로드락(106)으로 이송 챔버(102)의 밖으로 이송되는 경우 및/또는 이송 챔버(102)에 접속된 처리 챔버(도시되지 않음)가 처리 챔버로 또는 처리 챔버로부터 웨이퍼를 이송하기 위해 개방되는 경우 제 2 로드락(106)의 개방으로 인해), 메인프레임 제어기(110)는 제 1 압력 변환기(126)를 통해 압력 변화를 검출하고 질량 흐름 제어기(112)의 유속 및 트로틀 밸브(116)의 위치중 하나 또는 모두를 조절한다. 따라서, 종래의 시스템(100)은 이송 챔버(102)내에서 원하는 압력을 유지하기 위해 제 1 압력 변환기(126), 메인프레임 제어기(110), 질량 흐름 제어기(112) 및 트로틀 밸브(116)를 포함하는 피드백 제어 루프를 사용한다.
제 1 로드락(104) 및 제 2 로드락(106)에서의 압력을 제어하기 위해, 종래의 시스템(100)은 제 2 절연 밸브(130)를 통해 제 1 로드락(104)에 접속되고 제 3 절연 절연 밸브(132)를 통해 제 2 로드락(106)에 접속된 개별 진공 펌프(128)를 사용한다. 이들 절연 밸브(130, 132)는 메인프레임 제어기(110)로부터 공기 제어 신호에 의해 제어되며 각각의 로드락을 선택적으로 배기시키기위해 개별적으로 개방/폐쇄될 수 있다. 유사하게, 질소 조절 흐름은 각각 절연 밸브(136) 및 절연 밸브(138)를 통해 제 1 로드락(104) 및 제 2 로드락(106)에 접속된 질소 조절 공급부(134)를 경유하여 가각의 로드락(104, 106)에 제공될 수 있다. 제 1 로드락(104) 내의 압력은 제 2 압력 변환기(140)를 통해 메인프레임 제어기(110)에 의해 측정되며 제 2 로드락(106)내의 압력은 제 3 압력 변환기(142)를 통해 메인프레임 제어기(110)에 의해 측정된다. 주목해야 할 것은 메인프레임 제어기(110)에 의해 제어가능한 절연 밸브(144)는 조절 가스 공급부(114) 및 필터(122) 사이에(예를 들어, 원하는 경우 질량 흐름 제어기(112)가 우회되도록) 제공된다는 것이다.
도 1에 도시된 종래의 시스템(100)은 몇가지 단점을 갖는다. 예를 들어, 이송 챔버(102)내에서 측정된 압력을 기초로 한 메인프레임 제어기(110)의 질량 흐름 제어기(112)에 대한 유속 및 트로틀 밸브(116)에 대한 트로틀 밸브 위치의 실험적계산은, (1) 정확성이 높지 않고(예를 들어, 질량 흐름을 측정하는 질량 흐름 제어기에 위한 방법은 반복적인 측정이 사용되는 경우 오류를 나타낸다); (2) 메인 프레임 제어기(110)는 다양한 다른 기능(예를 들어, 이송 챔버(102)에 접속된 다양한 프로세스 및 처리 챔버(도시되지 않음)의 제 1 로드락(104), 및 제 2 로드락(106)의 작동)을 제어하는데 사용될 수 있고 트로틀 밸브(116)의 느린 응답 시간으로 인해 실행시 시간이 낭비될 수 있는 복잡한 계산이다. 따라서, 이송 챔버(102)내의 압력은 정확히 조절되지 않는다(예를 들어, 주어진 시간 기간 동안 허용되지 않는 레벨로 변동될 수 있다). 또한, 종래의 시스템(100)은 트로틀 밸브(예를 들어, 트로틀 밸브(116)) 및 질량 흐름 제어기(예를 들어, 질량 흐름 제어기(112))의 사용, 및 제 1 로드락(104) 및 제 2 로드락(106) 내의 압력을 제어하기 위한 개별 펌프(예를 들어, 진공 펌프(128))의 사용으로 인해 비용이 많이 든다.
따라서, 반도체 소자 제조 장치의 이송 챔버와 같은 진공 챔버내에 압력을 유지하는 개선된 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명은 2000년 6월 14일 출원된 미국 예비 특허출원 번호 60/211,402호의 우선권을 청구하며, 이를 본 명세서에서 참조한다.
본 발명은 진공 기술에 관한 것으로 특히 진공 챔버와 같이 환경적으로 제어된 챔버내에 압력을 유지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 반도체 소자 제조 장치의 이송 챔버내에 압력을 유지하기 위한 종래의 시스템의 구성도;
도 2는 반도체 소자 제조 장치의 이송 챔버내에 압력을 유지하기 위한 예시적인 본 발명의 시스템 구성도;
도 3은 반도체 소자 제조 장치의 이송 챔버내에 압력을 유지하기 위한 또다른 본 발명의 시스템 구성도;
도 4는 본 발명에 따라 구성된 반도체 제조 장치의 상부 평면도.
본 발명의 제 1 면에 따라, 이송 챔버, 처리 챔버 등의 챔버내에 압력을 유지하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 (1) 챔버; (2) 상기 챔버에 접속된 변속(variable speed) 진공 펌프; 및 (3) 상기 챔버에 접속된 압력 제어기를 포함한다. 압력 제어기는 챔버에 대한 측정 압력과 세트 포인트 압력을 비교하여 측정 압력과 세트 포인트 압력 사이의 차에 기초하여 압력 제어기를 통해 가스의 흐름을 조절한다.
또한 시스템은 챔버 및 압력 제어기에 접속된 압력 측정 장치, 및 변속 진공 펌프, 압력 제어기 및 압력 측정 장치에 접속된 메인 제어기를 포함한다. 압력 측정 장치는 챔버내에 압력을 측정하고 압력 제어기 및/또는 메인 제어기에 측정 압력을 제공한다. 메인 제어기는 (1) 변속 진공 펌프의 속도를 조절하고; (2) 압력 제어기에 세트 포인트 압력을 제공한다.
본 발명의 제 2면에 따라, 챔버는 이송 챔버이며 시스템은 로드락 및/또는 이송 챔버에 접속된 처리 챔버를 포함한다. 단일 펌프는 이송 챔버 및 로드락을 펌프시킬 수 있다. 다양한 다른면이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징 및 장점은 첨부된 청구항 및 도면을 참조로 이하 상세한 설명에서 명확히 설명된다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 진공 챔버(이송 챔버, 처리 챔버 등)내에 압력을 유지하는 본 발명의 시스템이 제공된다. 특히, 도 2는 반도체 소자 제조 장치(예를 들어, 어플라이드 머터리얼스, 인코포레이티드에서 제조되는 EnduraTM(도 4 참조) 또는 CenturaTM)의 이송 챔버내에 압력을 유지하기 위한 예시적인 본 발명의 시스템(200) 구성도를 도시한다. 본 발명은 반도체 소자 제조 장치의 이송 챔버를 참조를 이하 설명하지만, 챔버가 대기압 이상에서 또는 대기압 이하에서 동작하는지에 따라 본 발명은 임의의 환경적으로 제어된 챔버를 사용할 수 있다.
편의상, 도 1의 종래의 시스템(100)과 도 2의 발명의 시스템(200) 사이의 차이점 만을 본 명세서에서 설명하며, 유사한 기능을 수행하는 부품에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다. 도 2를 참조로, 종래의 시스템(100)과 본 발명의 시스템(200) 사이의 주요한 차이점은 :
1. 질량 흐름 제어기(112)는 압력 제어기(202)로 대체되었고 제 1 압력 변환기(126)의 출력 신호는 압력 제어기(202) 및 메인프레임 제어기(110)에 공급된다;
2. 트로틀 밸브(116)가 사용되지 않는다;
3. 진공 펌프(118)는 메인프레임 제어기(110)에 의해(펌프 속도 제어 신호에 의해) 제어될 수 있는 속도를 갖는 변속 진공 펌프(204)로 대체된다;
4. 진공 펌프(128)가 사용되지 않는다(예를 들어, 제 1 로드락(104), 제 2 로드락(106) 및 이송 챔버(102)를 펌프시키기 위해 변속 진공 펌프(204)가 사용된다)는 것이다.
압력 제어기(202)는 예를 들어, 압력 변환기(126)로부터의 출력 신호와 메인프레임 제어기(110)에 의해 설정된 세트 포인트 압력을 비교하고 세트 포인트 압력을 유지하도록 (이하 설명되는 것처럼) 이송 챔버(102)로의 질소의 체적 유속을 조절하는 비례 적분 미분(PID) 폐루프 제어 유니트(예를 들어, MKS Instruments Model No. MKS-640 압력 제어기)를 갖는 체적 흐름 제어기를 포함할 수 있다. 다른 적절한 압력 제어기는 예를 들어, 피드백 제어를 위해 신경망, 퍼지 논리 등을 사용하는 압력 제어기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 압력 제어기(202)는 피드백 제어를 필요로 하는 비례 밸브와 같은 흐름 제어기를 포함할 수 있고, 메인 제어기(110)는 압력 변환기(126)로부터의 측정 압력에 기초하여 압력 제어기(202)를 통해 유속을 조절할 수 있다. 어느 경우에나, 질량 흐름 제어와는 달리 질량 흐름 제어기 보다 압력 제어기의 사용으로 인한 특별한 장점은 가스 형태와 무관하다는 것이다.
변속 진공 펌프(204)는 가변될 수 있는(예를 들어, 펌프의 모터 속도의 변화에 따라 펌프의 석션 유속이 변경되도록) 펌프 속도를 갖는 임의의 종래의 펌프(예를 들어, 기계적 펌프)를 포함할 수 있다. 변속 펌프 속도를 갖도록 변경될 수 있는 종래의 펌프는 기술분야에 공지되어 있고 예를 들어, Edwards, Alcatel, Ebara 등에 의해 제조되는 다양한 기계적 펌프를 포함한다.
도 2를 참조로, 이송 챔버(102)내에 압력을 유지하기 위한 발명의 시스템(102)을 사용하기 위해, 사용자(도시되지 않음)는 본 발명의 시스템(200)의 메인프레임 제어기(110)에 사용자 정의 입력(108)을 공급한다. 사용자 정의입력(108)은 이송 챔버(102)가 동작하는 압력(예를 들어, 이송 챔버(102)에 대한 세트 포인트 압력)을 나타낸다. 이송 챔버(102)내에 세트 포인트 압력을 유지하기 위해, 본 발명의 시스템(200)은 이송 챔버(102)로의 질소의(또는 조절 가스 공급부(114)로부터 공급된 다른 불활성, 비-반응성 가스) 체적 유속을 조절하기 위해 압력 제어기(202)를 사용하고 이송 챔버(102) 속으로 흐르는 질소가 이송 챔버(102)로부터 펌프되는 속도를 조절하기 위해 변속 진공 펌프(204)를 사용한다. 가스가 제거된 산소와 같은 다른 가스가 이송 챔버(102)로부터 펌프될 수 있다.
일반적으로, 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도는 그로스(gross) 압력 조절의 역할을 하며 큰 압력 변화가 이송 챔버(102)내에서 검출되거나 예상될 경우(예를 들어, 웨이퍼가 이송 챔버(102)로 또는 이송 챔버(102)로부터 제 1 로드락(104), 제 2 로드락(106) 또는 처리 챔버(도시되지 않음)중 하나로 또는 밖으로 이송되는 경우)에만 사용된다. 따라서, 사용자 정의 입력(108)을 수신한 후에, 메인프레임 제어기(110)는 사용자 정의 입력(108)(일반적으로 디지탈 신호)을 아날로그 세트 포인트 압력으로 변화시키고 아날로그 세트 포인트 압력을 압력 제어기(202)에 공급한다. 다음 압력 제어기(202)는 세트 포인트 압력을 설정하는 이송 챔버(102)로의 질소의 유속을 계산하기 위해 폐루프 피드백 제어 기술(예를 들어, P, PI 또는 PID 제어 루프)을 사용한다.
메인프레임 제어기(110)는 세트 포인트 압력에 기초하여 펌프 속도 제어 신호를 발생시키며, 압력 제어기(202)의 최대 압력 범위 제어를 제공하는 레벨에서 이송 챔버(102)내의 압력을 유지하는 속도로 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도를설정하도록 변속 진공 펌프(204)에 펌프 속도 제어 신호를 공급한다. 예를 들어, 압력 제어기(202)가 1 밀리리터/분 내지 1 리터/분의 유속 범위를 갖는 경우, 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도는 압력 제어기(202)가 1밀리리터/분 내지 1리터/분으로 질소의 유속을 조절하는 경우 압력 제어기(202)가 이송 챔버(102) 내에 최대 압력 변화를 제어하게 하는 속도(예를 들어, 실험적으로 결정된 속도)로 설정될 수 있다. 주목할 것은 메인프레임 제어기(110)는 제 1 절연 밸브(120)를 개방시키고 압력 제어기(202)를 통해 가스 조절 공급부(114)로부터 질소 필터(122)를 통해 이송 챔버(102) 속으로 질소가 흐르도록 제 1 절연 밸브(120)에 공기 제어 신호를 공급한다는 것이다. 또한 메인프레임 제어기(110)는 제 2 절연 밸브(124)를 개방시키고 진공 펌프(204)가 이송 챔버(102)를 펌프시키도록 제 2 절연 밸브(124)에 공기 제어 신호를 공급한다.
압력 제어기(202)가 압력 제어기(202) 내의 유속을 설정하고 메인프레임 제어기(110)가 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도를 설정한 후에, 메인프레임 제어기(110) 및 압력 제어기(202)는 이송 챔버(102) 내의 압력을 모니터하기 위해( 예를 들어, 제 1 압력 변환기(126)의 출력 신호를 주기적으로 샘플링함으로써) 이송 챔버(102)에 접속된 제 1 압력 변환기(126)를 사용한다. 각각 제 1 압력 변환기(126)의 샘플처리된 출력 신호에 기초하여, 압력 제어기(202)는 세트 포인트 압력을 달성하기 위해 이송 챔버(102) 속으로 흐르는 질소의 유속을 다시 계산한다. 메인프레임 제어기(110)는 이송 챔버(102) 내의 압력이 압력 제어기(202)를 통해 충분히 제어될 수 없는 경우(예를 들어, 큰 포지티브 압력 변화로 압력제어기(202)의 유속 조절 범위가 세트 포인트 압력을 재설정하는데 부적합한 경우) 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도만을 조절한다.
(예를 들어, 웨이퍼가 제 1 로드락(104)으로부터 이송 챔버로 이송되는 경우 제 1 로드락(104)의 개방으로 인해, 웨이퍼가 제 2 로드락(106)으로 이송 챔버(102)의 밖으로 이송되는 경우 및/또는 이송 챔버(102)에 접속된 처리 챔버(도시되지 않음)가 처리 챔버로 또는 처리 챔버로부터 웨이퍼를 이송하기 위해 개방되는 경우 제 2 로드락(106)의 개방으로 인해) 이송 챔버(102)에서 압력 변화가 있는 경우, 메인프레임 제어기(110) 및 압력 제어기(202)는 제 1 압력 변환기(126)를 통해 압력 변화를 검출하고, 압력 제어기(202)는 이송 챔버(102) 속으로의 체적 유속을 조절한다. 설명된 것처럼, 메인프레임 제어기(110)는 이송 챔버(102)내의 세트 포인트 압력의 신속한 재설정을 보조하기 위해 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도를 조절하도록 선택될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 변속 진공 펌프(204)의 펌프 속도는 거의 일정하다.
따라서, 본 발명의 시스템(200)은 이송 챔버(102)내에서 원하는 압력을 유지하기 위해 제 1 압력 변환기(126), 메인프레임 제어기(110), 압력 제어기(202) 및 변속 진공 펌프(204)를 포함하는 피드백 제어 루프를 사용한다. 메인프레임 제어기(110) 및 트로틀 밸브(116)(도 1)에 비해 압력 제어기(202)의 신속한 응답으로 인해, 본 발명의 시스템(200)은 이송 챔버(102)내에서 원하는 압력을 보다 빠르게 달성할 수 있고, 도 1의 종래의 시스템(100)보다, 보다 보강된 톨러런스로 이송 챔버(102) 내의 원하는 압력을 유지할 수 있다.
제 1 로드락(104) 및 제 2 로드락(106)에서 압력을 제어하기 위해, 본 발명의 시스템(200)은 이송 챔버(102)를 펌프시키는데 사용되는 동일한 펌프(예를 들어, 변속 진공 펌프(204))를 사용한다. 따라서, 본 발명의 시스템(200)은 단지 단일 펌프만을 사용하며 트로틀 밸브를 사용하지 않기 때문에, 본 발명의 시스템(200)은 도 1의 종래의 시스템(100) 보다 상당히 덜 비싸다. 원한다면, 개별 펌프(302)(예를 들어, 비변속 펌프)가 도 3에 도시된 것처럼 본 발명의 시스템(200)과 함께 사용될 수 있다.
단일 펌프(도 2) 사용으로 인해 시스템(200)의 웨이퍼 수율에 악영향을 미치지 않기 위해서, 메인프레임 제어기(110) 내의 소프트웨어는 제 1 로드락(104), 제 2 로드락(106) 및 이송 챔버(102)가 차례로 펌프되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 시스템(200)이 먼저 사용되는 경우, 펌프(204)는 베이스(base) 압력으로 이송 챔버(102)를 펌프시키는데 사용될 수 있고, 절연 밸브(124)는 폐쇄될 수 있다. 이송 챔버(102)가 처음에 누설이 없다(leak tight)고 가정하면, 이송 챔버(102)내의 압력은 크게 상승되지 않아야 하며 압력 제어기(202)로부터 챔버(102) 속으로 가스가 흐르지 않아야 한다. 이후 펌프(204)는 기판 이송을 위해 요구되는 바에 따라 로드락(104, 106)중 하나 또는 모두가 배기되도록 사용될 수 있다. 마찬가지로, 이송 챔버(102)는 로드락(104, 106)중 하나 또는 모두가 배기된 후에 베이스 압력으로 펌프 다운될 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 진공 펌프(204)는 IPUP(integrated point of use pump)이다(예를 들어, 충분히 작은 펌프는 진공 펌프(204)와 절연 밸브(124) 사이의 간격은 종래의 펌프를 사용하는 경우에는 100 야드인 반면, 단지 약 1 피트가 되도록 반도체 소자 제조 장치에 펌프가 위치되게 한다). IPUP의 사용은 시스템(200)의 석션 유속 측면(예를 들어, 시스템(200)의 진공 펌프 측면)에 대한 응답 시간을 단축시켜, 진공 펌프(204)의 펌프 속도 조절은 석션 유속에 대한 신속한 조절을 가능케한다. 또한 IPUP는 IPUP를 장착시키는 비용면에서, 큰 펌프에 비해 덜 비싸다(예를 들어, 납공업의 짧은 간격만이 요구된다). IPUP의 예로 Alcatel ADP100L IPUP가 있다.
도 4는 IPUP와 같은 단일 펌프를 갖는 본 발명의 시스템(200)의 동작을 설명하는데 유용한 반도체 소자 제조 장치(400)의 상부 평면도이다. 다른 장치 또는 진공 챔버는 유사하게 제어될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조로, 동작예에서, 단일 펌프가 사용되는 경우, 이송 챔버(102)는 공유 IPUP(도 2) 및 정확한 동작 압력을 위한 크기로/구성된 압력 제어기(202)에 접속될 수 있다. IPUP(204)는 이송 챔버(102) 및 로드락(104, 106)을 보조할 수 있다. 이송 챔버(102)에 대한 베이스 압력은 메인프레임 제어기(110)를 통해 설정되고(사용자 정의 입력(108)에 응답하여) 이송 챔버 절연 밸브(124)는 개방된다. 일단 이송 챔버 베이스 압력에 도달하면, 이송 챔버 절연 밸브(124)는 폐쇄된다.
기판이 장치(400) 내에서 처리되는 경우, 기판 캐리어(402)는 로드락(104, 106)(도 4의 로드락(104)중 하나에 적재될 수 있다. 로드락(104)은 공유 IPUP(204)에(절연 밸브(136)를 개방시킴으로써) 노출되며 기판 이송을 위해 요구되는 바대로(예를 들어, 이송 챔버(102)의 베이스 압력으로) 펌프 다운된다. 원하는 경우, 모든 로드락(104, 106)은 동시에 펌프될 수 있다.
일단 로드락(104)이 적정 압력에 도달하면, 이송 챔버(102)와 로드락(104) 사이에 배치된 슬릿 밸브(404)는 개방되고, 이송 챔버(102) 내에 위치된 기판 핸들러(406)는 기판 캐리어(402)로부터 기판을 제거한다. 기판 핸들러(406)가 철회되고, 슬릿 밸브(404)는 폐쇄된다. 압력 제어기(202)는 이송 챔버 베이스 압력을 유지하는데 요구되는 바대로 압력 변동에 응답한다.
일단 기판이 이송 챔버(102)내에 위치되면, 기판은 이송 챔버(처리 챔버(408)와 같은)로 또는 제 2 이송 챔버(410)로 유사하게 이송된다. 예시적으로, 기판이 처리 챔버(408)로 이송된다고 가정한다. 이송 챔버(102) 내의 압력은 매우 천천히 상승하기 때문에(예를 들어, 이송 챔버(102)가 처음에 누설이 없고 및/또는 가스를 크게 배기시키지 않는다고 가정하면), 허용가능한 이송 챔버 최대 압력은 이송 챔버(102) 및 처리 챔버(408)를 분리시키는 처리 챔버 슬릿 밸브(412)의 개방 이전에는 도달하지 않는다. 따라서, 펌프(204)는 다른 목적(예를 들어, 로드락 펌핑)을 위해 사용될 수 있다.
기판을 처리 챔버(408)로 이송하기 위해서, 처리 챔버 슬릿 밸브(412)가 개방된다. 이에 대해, 이송 챔버(102) 내의 압력은 (처리 챔버(408)에 접속된 진공 펌프(도시되지 않음)에 의한 펌핑으로 인해) 감소된다. 압력 제어기(202)는 이송 챔버(102) 속으로 보다 많은 질소를 흘려보냄으로써 상기 증가된 펌핑 속도/비율에 응답한다. 따라서, 압력 변화도는 이송 챔버(102)로부터 처리 챔버(408)에서 발생한다(예를 들어, 처리 가스 완화를 허용한다). 압력 변화도는 최대 N2흐름에 도달되지 않는한 유지된다. 주목할 것은 단일 펌프 구성(도 2) 또는 이중 펌프 구성(도 3)중 하나에서, 일반적으로 이송 챔버(102)에 접속된 펌프는 처리 챔버 슬릿 밸브(412)가 처리 챔버(408)가 단지 진공 소스이도록(예를 들어, 원하는 압력 변화를 유지하도록) 개방되기 이전에 이송 챔버(102)로부터 절연된다.
슬릿 밸브(412) 개방으로, 기판 핸들러(406)는 이송 챔버(102)로부터 처리 챔버(408)로 기판을 이송하고 철회되며, 처리 챔버 슬릿 밸브(412)는 폐쇄된다. 일단 처리 챔버 슬릿 밸브(412)가 폐쇄되면, (이송 챔버 베이스 압력에 도달한 후에) 압력 제어기(202)는 이송 챔버(102)로의 N2흐름을 감소(및/또는 차단)시킨다. 시스템이 오프라인이거나 또는 정지상태일 때, 이송 챔버 절연 밸브(124) 및 로드락 절연 밸브(136, 138)는 개방되어 유지될 수 있다. 압력 제어기(202)는 (이송 챔버(102)와 로드락(104, 106) 사이의 슬릿 밸브가 개방되는 경우) 이송 챔버(102) 및 로드락(104, 106)을 원하는 오프라인 베이스 압력에서 유지하기 위해 압력 변화에 응답하도록 지속된다.
주목할 것은 기판을 이송하는 동안 이송 챔버 내부 압력은 중요한 변수라는 것이다. 예를 들어, 처리 챔버의 슬릿 밸브가 개방되는 경우 처리 챔버 속으로의 흐름을 유도하기 위해 처리 챔버와 이송 챔버 사이의 압력 변화도를 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 흐름은 부식 또는 폭발 감소를 위한 불활성 가스를 정화시키는 역할을 한다. 또한 흐름은 덜 깨끗한 처리 챔버 및 처리 챔버의 펌프 속으로미립자를 흘려보냄으로써 이송 챔버에서의 미립자량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 처리 챔버와 이송 챔버(102) 사이에 압력차가 너무 크면, 처리 챔버내의 오염물이 움직여 처리 챔버 속에서 가스의 상당한 초기 파열이 이루어질 수 있다. 이러한 가스 파열을 방지하기 위한 방법은 압력 제어기(204)의 이득을 제한하는 것이다. 또한 정확한 이송 챔버 압력은 기판을 이송하는 동안 뜨거운 기판으로부터 전도성 및 전달성 열 이송을 개선시킬 수 있다.
이송 챔버(102)내의 압력 제어를 위한 예시적인 동작 범위는 1 T 내지 약 100T(여기서 T=Torr) 이다. 이러한 범위에서는, 3가지 압력 범위: 낮은 압력, 중간 압력 및 높은 압력이 있고, 진공 펌프(204) 및 질소 흐름(압력 제어기(202)로부터)으로 인한 압력 변화는 각각의 압력 범위내에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 1 T 이하의 낮은 압력 범위에서, 시스템은 네거티브 압력 변화가 요구되는 경우 응답이 늦은 펌프-제한 모드에서 실행될 수 있다. 그러나, 압력 제어기(202)는 100mT 내지 1 T의 포지티브 압력 변화에 보다 신속하게 응답할 수 있다. 1T 와 10T 사이, 또는 중간 압력 범위에서, 높은 N2흐름은 진공 펌프(204)가 보다 효과적이기 때문에 압력에 영향을 덜 미칠 수 있다. 20T 이상, 또는 높은 압력 범위에서, 진공 펌프(204)는 매우 효과적이며 압력 변화에 크게 영향을 미친다.
저압 시스템을 설계하는 경우, 고려될 수 있는 변수는 이송 챔버(102)의 내부 체적, 정화(purge) 포인트의 수, 필터(예를 들어, 필터(122)) 또는 다른 부품으로 인한 질소 제한, 질소 공급 압력, 압력 변환기(126)의 범위 및 위치, 라인 크기, 및 압력 제어기(202)의 유체 바디의 크기를 포함한다. 다른 변수는 펌프 속도, PID 이득 등을 포함한다. 예시적 부품은 10T 바라트론 압력 변환기(126) 및 4의 비례 이득 설정값 및 0의 적분 이득 설정값을 갖는 1 slm 압력 제어기(202)를 포함한다. 진공 펌프(204)(예를 들어, Alcatel ADP100L IPUP)는 최고 속도에서 동작할 수 있고, 35psi의 질소 압력이 사용될 수 있다.
고압 시스템을 설계하는 경우, 높은 흐름 압력 제어기(202)는 펌프 속도 제어기와 조합하여 사용될 수 있다. 펌프 속도 제어의 장점중 하나는 낮은 펌프 속도를 갖는 시스템이 질소를 덜 소비시킨다는 것이다. 또한, 압력 제어기(202)의 응답 시간은 낮은 펌프 속도로 빠를 수 있다. 펌프 속도 및 압력 제어기의 P 및 I(MKS 640 압력 제어기)가 설정될 수 있으며, 예를 들어, 펌프 속도는 최대 30%, P 항목은 3, 및 I 항목은 1이 될 수 있다.
상기 설명은 단지 본 발명의 실시예를 개시한 것이다. 본 발명의 범주내에 있는 상기 설명된 장치 및 방법의 변형이 가능함을 당업자는 알 것이다. 이를테면, 상기 설명된 것 이외의 압력이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 특정 압력 제어기, 펌프, 및 다른 부품은 단지 설명을 위한 것이다. 다른 유사한 및/또는 적절한 부품이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이온 게이지, 잔류 가스 분석기와 같은 압력 측정 장치가 압력 변환기(126)에 사용될 수 있다. 본 발명은 반도체 소자 제조와 관련하여 주로 설명하였지만, 본 발명은 대기압에서 또는 그 이하에서 챔버가 동작하는지 여부에 따라, 상이한 형태의 기판(예를 들어, 플랫 패널 디스플레이에 사용되는 글라스 기판)을 처리하는데 사용되는 챔버에 적용될 수 있다.
메인프레임 제어기(110) 및/또는 다른 제어기가 본 명세서에서 설명된 임의의 제어 기능을 수행하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함할 수 있고, 1개 이상의 발명의 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 데이타 구조를 포함할 수 있다. 각각의 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터에 의한 판독가능 매체(예를 들어, 캐리어 웨이브 신호, 플로피 디스크, 컴팩트 디스크, DVD, 하드 드라이브, 랜덤 액서스 메모리 등)에 의해 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명은 실시예를 참조로 개시하였지만, 이하 청구항에 한정된 바와 같이, 발명의 정신 및 범주내에서 다른 실시예의 실행도 가능하다.

Claims (26)

  1. 챔버내에 압력을 유지하는 시스템으로서,
    챔버 ;
    상기 챔버에 접속된 변속 진공 펌프;
    상기 챔버에 접속되고 상기 챔버에 대한 측정 압력과 세트 포인트 압력을 비교하고 상기 측정 압력과 상기 세트 포인트 압력 사이의 차이에 기초하여 압력 제어기를 통한 가스의 흐름을 조절하는 압력 제어기;
    상기 챔버와 상기 압력 제어기에 접속되고, 상기 챔버 내의 압력을 측정하고 상기 압력 제어기에 측정 압력을 제공하는 압력 측정 장치; 및
    상기 변속 진공 펌프, 상기 압력 제어기 및 상기 압력 측정 장치에 접속되고, 상기 변속 진공 펌프의 속도를 조절하고, 상기 압력 제어기에 상기 세트 포인트 압력을 제공하는 메인 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 반도체 소자 제조 장치의 진공 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 진공 챔버는 이송 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 진공 챔버는 처리 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 변속 진공 펌프는 IPUP(integrated point of use pump)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 제어기는 체적 흐름 제어기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 압력 제어기는 비례 적분 미분 폐루프 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 이송 챔버를 포함하고, 상기 시스템은 상기 이송 챔버에 접속된 로드락을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 로드락 및 상기 메인 제어기에 접속된 추가의 펌프를 더 포함하고, 상기 추가의 펌프는 상기 챔버의 압력과 거의 동일한 압력으로 상기 로드락을 펌프시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 로드락은 변속 진공 펌프에 접속되는 것을 특징으로하는 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 이송 챔버에 접속된 처리 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 제어기는,
    챔버에서 유지될 압력을 결정하고;
    상기 챔버 속으로의 가스의 유속을 제어하기 위해 상기 압력 제어기를 사용하고 상기 챔버로부터 가스의 유속을 제어하기 위해 상기 변속 진공 펌프를 사용함으로써 상기 챔버내의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 이송 챔버내에 압력을 유지하는 시스템으로서,
    이송 챔버;
    상기 이송 챔버에 접속된 로드락;
    상기 이송 챔버에 접속된 처리 챔버;
    상기 이송 챔버 및 상기 로드락에 접속된 변속 진공 펌프;
    상기 이송 챔버에 접속되고 상기 이송 챔버에 대한 측정 압력과 세트 포인트 압력을 비교하고 상기 측정 압력과 상기 세트 포인트 압력 사이의 차이를 기초하여 상기 압력 제어기를 통해 가스의 흐름을 조절하는 압력 제어기;
    상기 이송 챔버 및 상기 압력 제어기에 접속되고, 상기 이송 챔버내의 압력을 측정하고 상기 압력 제어기에 측정 압력을 제공하는 압력 측정 장치; 및
    상기 변속 진공 펌프, 상기 압력 제어기 및 상기 압력 측정 장치에 접속되고, 상기 변속 진공 펌프의 속도를 조절하고, 상기 압력 제어기에 상기 세트 포인트 압력을 제공하는 메인 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 챔버내에 베이스 압력을 유지하는 방법으로서,
    챔버내에서 유지될 베이스 압력을 결정하는 단계;
    상기 챔버속으로의 가스의 유속을 제어하기 위해 압력 제어기를 사용하고 상기 챔버로부터 가스의 유속을 제어하기 위해 변속 진공 펌프의 속도를 사용함으로써 챔버내의 베이스 압력을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 베이스 압력을 결정하는 상기 단계는 상기 챔버가 동작하는 베이스 압력을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 챔버내에 상기 베이스 압력을 유지하는 상기 단계는,
    상기 베이스 압력에 기초하여 상기 압력 제어기에 대한 세트 포인트 압력을 결정하는 단계;
    상기 압력 제어기에 상기 세트 포인트 압력을 제공하는 단계; 및
    상기 세트 포인트 압력에 기초하여 상기 압력 제어기를 통해 상기 챔버속으로의 가스의 유속을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 유속을 설정하는 상기 단계는 유속을 계산하기 위해 폐루프 피드백 기술을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 폐루프 피드백 기술은 비례, 비례-적분 및 비례-적분-미분 폐루프 피드백 기술을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 챔버내에 베이스 압력을 유지하는 상기 단계는,
    상기 베이스 압력에 기초하여 펌프에 대한 펌프 속도 신호를 결정하는 단계;
    상기 펌프에 상기 펌프 속도 신호를 공급하는 단계; 및
    상기 펌프 속도 신호에 기초하여 상기 펌프에 대한 펌프 속도를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 펌프에 대한 펌프 속도를 설정하는 상기 단계는 상기 압력 제어기에 대한 최대 압력 범위를 제공하는 펌프 속도를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 챔버에 접속된 로드락 내의 압력을 제어하기 위해 펌프를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 14 항에 있어서, 상기 챔버내에서 압력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 측정된 압력에 기초하여 챔버속으로의 가스의 유속을 다시 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 챔버 속으로의 가스의 유속을 조절하는 상기 단계가 베이스 압력을 유지할 수 없는 경우에만 상기 측정된 압력에 기초하여 펌프의 펌프 속도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 챔버내의 압력을 유지하는 방법으로서,
    챔버에서 유지될 베이스 압력을 결정하는 단계;
    상기 베이스 압력에 기초하여 상기 챔버에 접속된 펌프에 대한 펌프 속도 신호를 결정하는 단계;
    상기 펌프에 상기 펌프 속도 신호를 공급하는 단계;
    상기 펌프 속도 신호에 기초하여 상기 펌프에 대한 펌프 속도를 설정하는 단계;
    상기 베이스 압력에 기초하여 상기 챔버에 접속된 압력 제어기에 대한 세트 포인트 압력을 결정하는 단계;
    상기 압력 제어기에 상기 세트 포인트 압력을 공급하는 단계;
    상기 세트 포인트 압력에 기초하여 상기 압력 제어기를 통해 상기 챔버속으로의 가스 유속을 조절하는 단계;
    상기 챔버내의 압력을 측정하는 단계;
    상기 측정된 압력을 기초하여 상기 챔버속으로의 가스의 유속을 다시 계산하는 단계; 및
    상기 챔버 속으로의 가스 유속을 조절하는 단계가 상기 베이스 압력을 유지할 수 없는 경우에만 상기 측정된 압력에 기초하여 펌프의 펌프 속도를 조절하는 단게를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 챔버내에 압력을 유지하는 시스템으로서,
    챔버;
    상기 챔버에 접속된 변속 진공 펌프;
    상기에 접속되고 상기 챔버속으로의 가스 유속을 제어하는 압력 제어기;
    상기 챔버에 접속되고 상기 챔버내의 압력을 측정하는 압력 측정 장치; 및
    상기 변속 진공 펌프, 상기 압력 제어기 및 상기 압력 측정 장치에 접속되고, 상기 압력 측정 장치로부터의 측정 압력을 수신하고, 상기 측정 압력에 기초하여 상기 변속 진공 펌프의 속도를 조절하고, 상기 측정 압력에 기초하여 상기 압력 제어기를 통해 가스 흐름을 조절하는 메인 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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