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(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2008년10월14일
(11) 등록번호 10-0862936
(24) 등록일자 2008년10월06일
(51) Int. Cl.
G01R 31/12 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2006-0132461
(22) 출원일자 2006년12월22일
심사청구일자 2006년12월26일
(65) 공개번호 10-2007-0066976
(43) 공개일자 2007년06월27일
(30) 우선권주장
05 028 145.0 2005년12월22일
유럽특허청(EPO)(EP)
(56) 선행기술조사문헌
US04031464 A1
US04625283 A1
US04694402 A1
(73) 특허권자
헛팅거 일렉트로닉 게엠베하 코 카게
독일 데-79111 프라이부르그 뵈찡거 스트라세 80
(72) 발명자
악센베크 스펜
독일 노이엔부르크 데-79395 툴라스타라쎄 5
반바르트 마르쿠스
독일 프라이부르크 데-79115 구트레우트스트라쎄
28
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
김태홍, 송승필
전체 청구항 수 : 총 17 항 심사관 : 오응기
(54) 아크 검출 방법 및 아크 검출 장치
(57) 요 약
본 발명은 플라즈마 공정에서 아크를 검출하는 방법 및 아크 검출 수단(1)에 관한 것이며, 이 아크 검출 수단은
출력 신호 또는 이 출력 신호와 관련된 AC 발생기의 내부 신호가 그리고 기준치(R1 내지 R4)가 평가 신호로서 공
급되는 적어도 하나의 비교기(3 내지 6)를 포함하고, 이 비교기(3 내지 6)는 아크 억제 장치(23)에 대해 신호를
생성하는 논리 구성요소(16)에 접속된다.
대 표 도
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등록특허 10-0862936
(72) 발명자
스테우베 마르틴
독일 부그긴겐 데-79426 마르크그라펜스타라쎄 6
독토어 비에데무트 페터
독일 헤르볼제임 데-79336 인 데어 캄메르텐 7
울프 로타어
독일 사스바흐 데-79361 에쉬베그 9
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등록특허 10-0862936
특허청구의 범위
청구항 1
AC 발생기에 의해 그 AC 발생기의 출력 신호가 전원으로서 공급되는 플라즈마 공정에서 아크를 검출하는 방법으
로서,
a. 평가 신호로서의 상기 출력 신호 또는 그 출력 신호와 관련된 신호가 상기 평가 신호의 정반파(positive
half-wave)(30)에서의 기준치(R1-R4)를 초과하거나 상기 평가 신호의 부반파(negative half-wave)에서의 상기
기준치 미만인 시각(t1-t5)을 결정하는 단계; 및/또는
b. 상기 평가 신호가 그 평가 신호의 정반파(30)의 동일한 반파(30)에서의 기준치(R1-R4) 미만이거나 그 평가
신호의 부반파에서의 상기 기준치를 초과하는 후속 시각(t6-t10)을 결정하는 단계;
c. 상기 시각들(t1-t10) 중 적어도 하나를 이용하여 적어도 하나의 시간격(I1-I5)을 결정하는 단계;
d. 상기 평가 신호의 다음 반파(31)에 대해 상기 단계 a)-c)를 반복하는 단계;
e. 상호 대응하는 시간격(I1-I5)을 비교하는 단계;
f. 상기 상호 대응하는 시간격(I1-I5)이 미리 결정된 허용 한계치(T) 이상만큼 서로 다를 경우 아크 검출 신호
를 생성하는 단계
를 포함하는 아크 검출 방법.
청구항 2
제1항에 있어서, 동일한 극성의 반파들(30, 31)에 대한 시간격(I1-I5)이 결정되어 비교되는 것을 특징으로 하
는 아크 검출 방법.
청구항 3
제2항에 있어서, 동일한 극성의 바로 연속하는 반파들(30, 31)에 대한 시간격이 결정되어 비교되는 것을 특징
으로 하는 아크 검출 방법.
청구항 4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 비교되는 시간격(I1 내지 I5)은 기준치(R1 내지 R4)를 초과하거나
그 기준치 미만인 연속 시각들(t1 내지 t10) 간의 차이로서 형성되며, 아크 검출 신호는 다음 반파(31)의 시간
격(I1 내지 I5)이 이전 반파(30)의 대응하는 시간격(I1 내지 I5)보다 미리 결정된 허용 한계치(T) 이상만큼 작
은 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
청구항 5
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 신호의 제로 크로싱의 시각(tO)은 반파(30, 31)의 개시
시에 검출되고, 비교되는 시간격은 기준치의 홀수번째(제1, 제3, 등등) 초과 또는 미만 시각(t1 내지 t5)과 제
로 크로싱의 시각(t0)의 차이로서 형성되며, 아크 검출 신호는 다음 반파(31)의 시간격이 이전 반파(30)의 시
간격보다 미리 결정된 허용 한계치(T) 이상만큼 큰 경우에 생성되는 것인 아크 검출 방법.
청구항 6
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 신호의 제로 크로싱(t0)의 시각은 반파(30, 31)의 개시시
에 검출되고, 비교되는 시간격은 기준치의 짝수번째(제2, 제4, 등등) 초과 또는 미만의 시각(t6 내지 t10)과 제
로 크로싱의 시각(t0) 간의 차이로서 형성되며, 아크 검출 신호는 다음 반파(31)의 시간격이 이전 반파(30)의
시간격보다 미리 결정된 허용 한계치(T) 이상만큼 작은 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
청구항 7
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준치(R1 내지 R4)를 초과하거나 그 기준치 미만인 시각(t1
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등록특허 10-0862936
내지 t5)과, 상기 기준치(R1 내지 R4) 미만이거나 그 기준치를 초과하는 후속 시각(t6 내지 t10) 간의 차이의
결과로서의 시간격(I5)이 미리 정해진 시각 이하인 경우에 상기 시간격(I5)은 상기 아크를 검출하는데 고려되지
않는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
청구항 8
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 몇개의 기준치(R1 내지 R4)가 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 아
크 검출 방법.
청구항 9
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 몇개의 반파들(30, 31)에 걸쳐 평균을 낸 평균 진폭치(UA)가 형성되
고, 기준치(R1 내지 R4)는 상기 평균 진폭치에 따라 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
청구항 10
AC 발생기에 의해 그 AC 발생기의 출력 신호가 전원으로서 공급되는 플라즈마 공정에서 아크를 검출하는 수단으
로서,
상기 아크 검출 수단은 평가 신호로서의 상기 출력 신호 또는 그 출력 신호와 관련된 신호와 함께 기준치(R1 내
지 R4)가 공급되는 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함하고, 상기 ADC(3 내지 6)는 아크 억제
장치(23)에 대한 신호를 생성하는 논리 구성요소(16)에 접속되는 것이며,
상기 ADC는 a)상기 평가 신호가 그 평가 신호의 정반파(positive half-wave)(30)에서의 기준치(R1-R4)를 초과
하거나 상기 평가 신호의 부반파(negative half-wave)에서의 상기 기준치 미만인 시각(t1-t5) 및/또는 b)상기
평가 신호가 그 평가 신호의 정반파(30)의 동일한 반파(30)에서의 기준치(R1-R4) 미만이거나 그 평가 신호의 부
반파에서의 상기 기준치를 초과하는 후속 시각(t6-t10)을 결정하며,
상기 논리 구성 요소는 c)상기 시각들(t1-t10) 중 적어도 하나를 이용하여 적어도 하나의 시간격(I1-I5)을 결정
하며,
상기 ADC 및 상기 논리 구성 요소는 상기 평가 신호의 다음 반파(31)에 대해 상기 a)와 b) 및 c)를 반복하여 결
정하고, 상기 논리 구성 요소가 시간격(I1-I5)을 비교해서, 상기 상호 대응하는 시간격(I1-I5)이 미리 결정된
허용 한계치(T) 이상만큼 서로 다를 경우 아크 검출 신호를 생성하도록 하는 것인 아크 검출 수단.
청구항 11
제10항에 있어서, 상기 논리 구성요소(16)의 (파라미터) 값들을 미리 설정하는 컨트롤러(18)가 설치되는 것을
특징으로 하는 아크 검출 수단.
청구항 12
제10항에 있어서, 상기 컨트롤러(18)에는 동작 필드(22)와 디스플레이(21)가 연결되는 것을 특징으로 하는 아크
검출 수단.
청구항 13
제10항에 있어서, 상이한 기준치(R1-R4)들이 제공되는 몇개의, 특히 4개의 비교기(3-6)가 설치되는 것을 특징으
로 하는 아크 검출 수단.
청구항 14
제10항에 있어서, 기준치 생성 수단(11), 특히 분압기가 설치되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 수단.
청구항 15
제10항에 있어서, 상기 논리 구성요소(16)는 시간격을 결정하고 그 시간격을 버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하
는 아크 검출 수단.
청구항 16
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등록특허 10-0862936
제10항에 있어서, 상기 논리 구성요소는 그 논리 구성요소에 클록 신호를 공급하는 클록 발생기(19)에 접속되는
것을 특징으로 하는 아크 검출 수단.
청구항 17
제10항에 있어서, 피크치 정류기(7)가 설치되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 수단.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 AC 발생기에 의해 그 AC 발생기의 출력 신호가 전원으로서 공급되는 플라즈마 공정에서의 아크를 검<15>
출하는 방법에 관한 것이다.
기판, 예컨대 유리 표면을 플라즈마 공정시에 스퍼터링(sputtering)/캐소드 스퍼터링(cathod sputtering)을 통<16>
해 반응적으로 그리고 또 종래의 방법으로 코팅하는 것은 예컨대 구조 유리 코팅과 구별된다. 이러한 이유에서,
전류 또는 전압원은 기판, 예컨대 유리 패널 상에 침착되어 있는 타깃으로부터 재료를 제거하는 플라즈마를 생
성한다. 침착 전에, 원자는 원하는 코팅에 따라 반응성 공정에서 가스 원자 또는 가스 분자에 구속될 수 있다.
보통 주파수 10 내지 500 ㎑에서 동작하는 중간 주파수(Middle Frequency:MF) 발생기는 특히 반응성 공정에 종<17>
종 사용된다. 보통 MF 발생기의 출력 전압은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 교대로 캐소드와 애노드로 기능하며
각각 하나의 타킷에 연결되어 있는 2개의 전극에 공급된다. 소위 자유 발진(freely oscillating) MF 발생기, 또
는 주파수가 고정되어 있는 MF 발생기가 있다.
구체적으로, 반응성 공정에서 MF 발생기는, 다음 전압 반전시에 또는 적어도 수 주기 후에 종종 자동 소멸하는<18>
스파크오버(sparkover), 소위 마이크로 아크를 빈번하게 생성한다. 그러나, 에너지가 높고 지속시간이 긴 아크
도 발생될 수 있다. 종종, 아크는 전압 강하에 대해 출력 전압을 체크하거나 전류 증가에 대해 출력 전류를 체
크함으로써 검출된다. 이와 다르게 아크는 개별 전극에서의 전류차에 의해 인지될 수도 있다. 통상의 장치에서
는 사용자가 아크 검출 한계치를 조정할 수 있다. 전류 및 전압의 유효치를 검출을 위해 측정한다. 이러한 측정
에 있어서, 전압 및 전류치는 제로 크로싱(zero crossing)이 전압 강하로서 검출되는 것을 막기 위해 그 주기에
서 적분되어야 한다. 그렇기 때문에, 이러한 형태의 아크 검출은 보통 MF 출력 전압의 반파(half wave)의 지속
시간보다 느려야 하므로 40㎲보다 오래 걸린다.
MF 발생기를 반도체 제조 공정, 구체적으로 평면 디스플레이(FPD : Flat Panel Display)에 이용할 경우, 이 발<19>
생기는 높은 요건을 만족시켜야 한다. 즉, 아크를 수 ㎲ 내에서 또는 심지어 1 ㎲ 미만에서 검출해야 한다.
독일 특허 43 26 100 A1에 개시된 아크 검출 방법에서는 중간 주파수 발생기의 중간 주파수 신호의 매 반파<20>
(half-wave)마다 복수의 시간(time period)으로 분리하고 전류 및 전압치를 실제값 신호를 형성하기 위해 미리
정해진 시간 동안 측정하여 무접지 측정 장치(ground-free measuring device)에 입력한다. 이 측정 장치는 주파
수 발생기의 제어 유닛에 위치하는 마스터 스테이션을 구비하는 루프에 내장되는데, 아크 발생시, 주파수 발생
기는 측정 장치를 이 주파수 발생기에 연결하는 접속 라인을 통해 동작 불능이 된다.
미국 특허 6,420,863 B1는 매 반파마다 적어도 하나의 방전 전류치 또는 적어도 하나의 방전 전압치를 측정하는<21>
방법을 제안하고 있다. 제1 반파의 측정치와 제2 반파의 측정치의 차가 설정된다. 이 차는 미리 결정된 허용 한
계치와 비교되고, 허용 한계치 초과시 전원이 감소된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명의 기본 목적은 고속의 믿을 수 있는 방법으로 아크를 검출하기 위한 아크 검출 방법 및 아크 검출 수단<22>
을 제공하는 것이다.
이 목적은 AC 발생기에 의해 그 AC 발생기의 출력 신호가 전원으로서 공급되는 플라즈마 공정에서의 아크 검출<23>
방법에 의해 놀랍고 간단한 방법으로 본 발명에 따라 달성되며, 이 방법은,
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등록특허 10-0862936
a. 평가 신호로서의 상기 출력 신호 또는 그 출력 신호에 관한 신호가, 상기 평가 신호의 정반파(positive<24>
half-wave)에서 기준치를 초과하거나 상기 평가 신호의 부반파(negative half-wave)에서 기준치 미만인 시각
(t1-t5)을 결정하는 단계; 및/또는
b. 상기 평가 신호가 그 평가 신호의 정반파에서 동일한 반파의 기준치 미만이거나 그 평가 신호의 부반파에서<25>
기준치를 초과하는 후속 시각을 결정하는 단계;
c. 상기 시각들 중 적어도 하나를 이용하여 적어도 하나의 시간격을 결정하는 단계;<26>
d. 상기 평가 신호의 다음 반파에 대해 상기 단계 a)-c)를 반복하는 단계;<27>
e. 상호 대응하는 시간격을 비교하는 단계;<28>
f. 상기 상호 대응하는 시간격이 미리 결정된 허용 한계치 이상만큼 서로 다를 경우 아크 검출 신호를 생성하는<29>
단계
를 포함한다.<30>
최소의 아크라도 예컨대 플라즈마 챔버 내의 압력 변화에 의해 생성되는 전압 변동을 아크로서 잘못 해석하는<31>
일 없이 상기 방법으로 믿을 수 있고 신속하게 검출할 수 있다. 또한 이 방법은 특히 아크 검출을 가속화한다.
아크는, 구체적으로 수 ㎲ 또는 심지어 더 빠르게, 즉 1 ㎲ 미만 내에서 검출될 수 있다. 이에 아크 검출에 대
해 적절한 반응이 이루어져 손상, 구체적으로 평면 디스플레이(FPD)의 제조시의 손상을 막으며, 불량 수를 줄일
수 있다. 예컨대 AC 발생기의 출력 전류, 출력 전압 또는 출력 전력을 평가 신호로서 이용할 수 있다. 출력 전
압이 모니터링되거나, 전극에 직접 인가되는 전압이 측정되어 평가 신호로서 이용되는 것이 좋다. 그러나, 출력
신호에 관련되는, AC 발생기의 내부 신호를 평가 신호로서 이용하는 것도 가능하다.
구체적으로 양호한 방법의 변형예에서는 동일한 극성의 반파에 대한 시간격(time interval)을 결정하여 비교할<32>
수 있다. 상이한 전압 곡선이 플라즈마 공정시 타깃의 상이한 버닝(burning)을 통해 생성된다. 그 결과 생성된
변동은 아크 검출을 위해 동일한 극성의 반파를 이용함으로써 아크로서 해석되는 것이 금지될 수 있다.
또한, 평가 신호의 변동에 대한 잘못된 반응은 동일한 극성의 바로 연속적인 반파에 대한 시간격이 결정되고 비<33>
교된다는 점에서 금지될 수 있다.
양호한 방법의 변형예에 있어서, 비교되는 시간격은 기준치를 초과하거나 기준치 미만에 있는 연속 시각들 간의<34>
차이로서 형성될 수 있고, 다음 반파의 시간격이 이전 반파의 대응하는 시간격보다 미리 결정된 허용 한계치 이
상만큼 작은 경우에 아크 검출 신호가 생성된다. 그렇기 때문에, 정반파의 상승 측면에서 기준치 초과와 정반파
의 하강 측면에서의 기준치 미만 간의 시간이 결정된다. 이에 따라, 하강 측면을 갖는 기준치 미만과 상승 측면
을 갖는 기준치 초과 간의 시간격이 부반파에 대해 결정된다. 다음 반파에서의 이러한 시간이 이전 반파에 대해
결정된 시간보다 미리 결정된 허용 한계치 이상만큼 짧은 경우, 이것은 아크가 존재한다는 표시이다. 이에
따라, 전체 허용 한계치는 시간 또는 시간격의 개시 및 종단에서의 2개의 허용 한계치의 차이로 이루어질 수 있
다.
또 다른 방법의 변형예에서, 평가 신호의 제로 크로싱의 시각이 반파의 개시시에 검출될 수 있고, 비교되는 시<35>
간격은 기준치의 홀수번째(제1, 제3, 등등) 초과 또는 미만(통과) 시각과 제로 크로싱의 시각의 차이로서 형성
될 수 있고, 아크 검출 신호는 다음 반파의 시간격이 이전 반파의 시간격보다 미리 결정된 허용 한계치 이상만
큼 큰 경우에 생성될 수 있다. 이 변형 방법은 프로그램 가능한 논리 소자로 특히 간단하게 구현될 수 있다.
이와 다르게 또는 부가해서, 평가 신호의 제로 크로싱의 시각은 반파의 개시시에 검출될 수 있고, 비교되는 시<36>
간격은 기준치의 짝수번째(제2, 제4, 등등) 초과 또는 미만(통과) 시각과 제로 크로싱의 시각 간의 차이로서
형성될 수 있고, 아크 검출 신호는 다음 반파의 시간격이 이전 반파의 시간격보다 미리 결정된 허용 한계치 이
상만큼 작은 경우 생성될 수 있다.
아크 검출의 신뢰성은, 기준치를 초과하거나 기준치 미만인 시각과 기준치 미만이거나 초과하는 후속 시각 간의<37>
차이가 되는 시간격이 미리 결정된 시간 미만인 경우에 아크 검출시 그 시간격을 무시함으로써 높아질 수 있다.
따라서, 아크에 기인하지 않은 평가 신호의 변동은 고려하지 않게 된다.
여러 개의 기준치가 미리 결정되는 경우, 아크를 보다 고속으로 그리고 보다 정확하게 검출할 수 있다. <38>
특히 양호한 방법의 변형예에 있어서, 몇개의 반파들에 걸쳐 평균을 낸 평균 진폭치를 형성하고, 그 평균 진폭<39>
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등록특허 10-0862936
치에 따라 기준치를 미리 결정한다. 이러한 측정에 의해, 기준치가 고정적으로 미리 결정되는 것이 아니라 동작
중에 점진적으로 변경될 수 있는 평가 신호에 맞게 자동 조정될 수 있다. 기준치는 평균 진폭치의 퍼센티지, 예
컨대 평균 진폭치의 20, 40, 60, 80 %로서 선택되는 것이 좋다.
또한, 본 발명은 플라즈마 공정시 아크 검출을 위한 아크 검출 수단을 포함하며, 이 아크 검출 수단은, 평가 신<40>
호로서의 출력 신호 또는 그 출력 신호에 관련되는 AC 발생기의 내부 신호와 함께 기준치가 공급되는 적어도 하
나의 아날로그 디지털 컨버터(ADC : Analog Digital Converter)를 포함하고, 이 ADC는 아크 억제 장치에 대한
신호를 생성하는 논리 구성요소에 접속된다. 본 발명의 아크 검출 수단의 장점은 논리 구성요소가 제어 수단을
상호 접속하는 일 없이 ADC 신호를 직접 이용하여 아크 검출 신호를 생성한다는 점이다. 이것은 제어 수단, 예
컨대 마이크로컨트롤러에 의해 가능한 것보다 더 빠르다. 바람직하게는 논리 구성요소는 프로그램 가능한 논리
구성요소이다. 가장 간단하게는 ADC가 비교기로 구성된다.
본 발명의 특히 간단한 구현예에서는 논리 구성요소가 FPGA로서 설계된다. <41>
바람직한 실시예에서는 논리 구성요소의 (파라미터)값들을 미리 설정하는 컨트롤러가 설치될 수 있다. 이에 따<42>
라, 아크 검출용으로 고려되지 않는 시간격의 길이 또는 허용 한계치 등의 상이한 파라미터 값들을 미리 결정하
는 것이 가능하다.
공정에 따라, 상이한 허용 한계치를 미리 설정하는 것이 필요할 수도 있다. 사용자가 이것을 할 수 있도록, 동<43>
작 필드 및 디스플레이가 컨트롤러와 바람직하게 관련될 수 있다.
특히 신속하고 정확한 아크 검출은 상이한 기준치들이 제공되는 몇개의, 특히 4개의 비교기를 설치함으로써 실<44>
현될 수 있다. 이들 비교기 전부는 프로그램 가능한 논리 구성요소에 접속된다.
기준치 생성 수단, 구체적으로는 분압기가 설치되는 것이 좋다. 평가 신호의 평균을 낸 평균 진폭치가 분압기에<45>
공급될 수 있다. 비교기는 분압기의 저항들 중에서 기준치를 캘리퍼스로 잰다(calliper). 기준치는 저항의 수
및 크기에 의해, 구체적으로는 평균 진폭치의 퍼센티지로서 조정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점은 이어지는 본 발명의 실시예의 설명과, 본 발명의 주요 내용을 도시하는 도면<46>
및 청구범위로부터 알 수 있다. 개별 특징들은 본 발명의 변형예에서 임의의 조합으로 개별 또는 집합적으로 실
현될 수 있다.
발명의 구성 및 작용
도면은 이하 이 도면의 특징을 참조하여 설명하는 본 발명의 양호한 실시예들을 개략 도시하고 있다. <47>
도 1은 아크 검출 수단(1)을 도시하고 있다. 플라즈마 공정 챔버의 전극에서의 직접 측정으로부터 또는 AC 발생<48>
기로부터 도출되는 평가 신호가 입력부(2)에 인가된다. 예컨대, 이 평가 신호는 AC 발생기로부터 생성된 AC 전
압이거나, AC 전압 발생기의 내부 신호일 수 있다. 이 신호는 본 실시예에서는 비교기로서 설계된 각각의 아날
로그-디지털 컨버터(ADC)(3, 4, 5, 6, 25)의 일 입력부에 인가된다. 또한, 평가 신호는 다이오드(8), 저항(9)
및 커패시터(10)를 포함하는 피크치 정류기(7)에 공급된다. 평가 신호의 몇몇 주기에 걸쳐 평균화된 진폭(UA)이
피크치 정류기에서 결정된다. 본 실시예에서는 전압이 결정된다. 전압은 분압기로서 설계된 기준치 생성 수단
(11)에 인가된다. 기준치 생성 수단(11)의 저항(12, 13, 14, 15)은 모두 동일한 크기이다. 이것은 모든 저항에
서 동일한 전압 강하가 존재하는 것을 의미하기 때문에, 평균화된 진폭이 4개의 동일한 전압치로 분압된다. 이
들 값은 기준치(R1, RW, R3, R4)로서 ADC(3 내지 6)에 공급되며 그 위치에서의 순간 평가 신호와 비교된다. 비
교 결과는 ADC(3 내지 6)에서의 정보로부터, 아크가 존재하는지의 여부를 결정하는 프로그램 가능한 논리 구성
요소(16)에 공급된다.
비교기(25)는 기준치(R5)를 평가 신호와 비교함으로써 제로 크로싱을 검출한다. 회로 구성(26)은 ADC(3-6, 25)<49>
와 기준치 생성 수단(11)을 포함한다. 또한, 이 구성은 ADC에 의해 달성될 수도 있다. 이 경우 구성요소의 비용
이 절감된다. 게다가, 기준치, 구체적으로는 기준 전압 임계치를 훨씬 더 정밀하게 조정할 수 있다. 또한, ADC
가 정반파 및 부반파에 대해 사용될 수 있기 때문에, 구성요소의 수, 비용 및 필요 공간을 추가 절감할 수
있다. ADC는 플라즈마 공정에서 흐르는 전류를 측정하기 위해 추가 설치될 수 있다. 그러면 전류 및 전압이 모
니터링될 수 있다.
아크가 존재하면, 마이크로컨트롤러(18) 또는 제어 수단(20)을 상호 접속하는 일 없이 해당 신호가 라인(17)을<50>
통해 직접 발생된다. 라인(17)은 아크 억제 또는 아크 삭제 수단(23)으로 직접 이어진다. 프로그램 가능한 논리
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등록특허 10-0862936
구성요소(16)는 상이한 파라미터 값들이 미리 설정될 수 있는 마이크로컨트롤러(18)에 접속된다. 더욱이, 프로
그램 가능한 논리 구성요소(16)는 그 프로그램 가능한 논리 구성요소(16)에서의 신속한 정보 처리를 가능하게
하는 클록 발생기(19)에 접속된다.
그리고 마이크로컨트롤러는 데이터 교환을 위해 종속 제어 장치(20)에 접속된다. 제어 장치(20)는 동작 필드<51>
(22)와 디스플레이(21)를 구비해서 마이크로컨트롤러(18)를 프로그래밍하고 그렇게 해서 논리 구성요소(16)를
프로그래밍 한다.
도 2는 MF 발생기의 출력 전압의 경우에 평가 신호의 제1 및 다음 정반파(30, 31)를 도시하고 있다. 본 발명의<52>
방법에 따르면, 상승측 평가 신호가 기준치(R1)를 초과하는 시각(t1)이 검출된다. 정반파(30)의 상승측 평가 신
호가 기준 신호(R2, R3, R4)를 초과하는 시각(t2-t5)도 마찬가지로 검출된다. 더욱이, 하강측 평가 신호가 기준
치(R1-R4) 미만인 시각(t6, t7, t8, t9, t10)이 검출된다. 이에 따라, 기준치(R4)는 시각(t4)에서 처음 초과되
고, 다시 시각(t5)에서 초과되며, 시각(t6)에서 처음으로 기준치(R4) 미만이고 다시 시각(t7)에서 기준치(R4)
미만이다.
시간격이 각 기준치(R1-R4)마다 형성됨에 따라, 시각(t1-t10)의 적어도 일부를, 가능하다면 제로 크로싱의 시각<53>
(t0)을 고려한다. 구체적으로, 시간격은 시각 t10과 t1, t9과 t2, t8과 t3, t7과 t5, t6과 t4를 감산하여 형성
될 수 있다. 이들 간격은 I1 내지 I5로 표시된다. 이와 다르게, 또는 부가해서 시간격은 시각(t1-t10)과 제로
크로싱의 시각(t0)의 차에 기인하여 결정할 수 있다.
이러한 방식으로 결정된 각각의 시간격은 허용 한계치와 관련될 수 있다. 이에, 모든 기준치에 대해 같거나 다<54>
른 허용 한계치가 미리 결정될 수 있다. 허용 한계치는 제어 장치(20)를 통해 조정될 수 있다. 마이크로컨트롤
러(18)는 조정된 값들을 저장하고 논리 구성요소(16)에 보낸다. 허용 한계치는 고정된 시각 값으로서 또는 반파
의 부분으로서, 즉 간격(I1 내지 I4)의 일부로서 지정될 수 있다. 주파수 변경시 지정 값을 다시 입력할 필요가
없기 때문에 허용 한계치는 퍼센티지로 지정되는 것이 바람직하다. 통상의 허용 한계치는 I1 내지 I3에서 반파
의 지속시간의 10 내지 20 %이고, I4에서 20 내지 35 %이다. 더욱이, 시간격의 개시 및 종단에 대해 서로 다른
허용 한계치를 미리 결정할 수도 있다. 이것은 제2 반파(31)에 대해 나타낸 것이다. 이 경우, 모든 기준치는 시
간격(I1-I5)의 개시에 대해 미리 설정된 동일한 제1 허용 한계치를, 종단에 대해 동일한 제2 허용 한계치를 갖
는데, 제2 허용 한계치는 제1 허용 한계치보다 크다. 허용 한계치는 T로 표시된다. 반파(31)가 T로 표시된 이들
위치 안에 또는 그 밖에 있으면 아크 검출은 이루어지지 않는다. 반파(31)가 영역(A1-A4) 중 하나 내에 있을 때
아크 검출이 이루어진다.
시간격(I5)에 있어서, 이 간격의 길이는 미리 결정 가능한 최소 시간보다 작다. 이러한 이유에서, 이 시간격<55>
(I5)은 아크 검출용으로 고려되지 않는다. 최소 시간은 제어 장치(20)를 통해 조정될 수 있다. 마이크로컨트롤
러(18)는 조정된 값을 저장하고 그것을 논리 구성요소(16)로 보낸다. 시간은 고정된 시각 값으로 또는 반파의
일부로서 지정될 수 있다. 주파수 변경시 다시 지정 값을 입력할 필요가 없기 때문에, 반파의 지속시간의 퍼센
티지 지정이 바람직하다. 통상 값은 I1 내지 I3에서 반파의 지속시간의 10 %와 20 % 사이에 그리고 I4에서 5 내
지 15%에 있다.
전술한 바와 같이, 제로 크로싱의 시각(t0)와 시각들(t1과 t10)의 차이가 다른 방식으로 또는 부가적으로 결정<56>
되어 허용 한계치만큼 단축된 시간격(A1 내지 A4) 또는 시간격(I1 내지 I4)이 형성된다. 이에, 제1 허용 한계치
는 상승측 반파(30)를 갖는 시각(t1-t5)에 대해 결정될 수 있다(모든 기준치마다 동일한 값 또는 하나 이상의,
구체적으로 모든 기준치마다 다른 값). 이 허용 한계치를 초과하는 경우, 예컨대 반파(31)의 시간격(t1-t10)이
미리 결정된 허용 한계치 이상만큼 반파(30)의 시간격(t1-t10)보다 크기 때문에, 아크가 검출된다. 평가를 위해
정확한 시각들을 이용하기 위하여, 시각들(t1, t2, t3, t4)이 각 반파에서 각각의 기준치를 처음으로 초과하거
나 기준치 미만임을 나타내고, 시각(t5)이 기준치(R4)의 세번째 통과임을 고려해야 한다. 이 분석에서는 각각의
기준치의 홀수번째 통과 시각들을 이용해야 한다.
또한, 반파(30)의 하강 측면의 시각(t6-t10)에 의해 형성된 시간격을 고려하는 경우에도 아크가 검출된다.<57>
이에, 제2 허용 한계치는 반파(30)가 하강하는 시각(t6-t10)에서 미리 결정될 수 있다(모든 기준치마다 동일한
값 또는 하나 이상의, 구체적으로 각 기준치마다 다른 값). 이 허용 한계치 미만인 경우, 예컨대 반파(31)의 시
간격(t10-t0)이 반파(30)의 시간격(t10-t0)보다 미리 결정된 허용 한계치 이상만큼 작기 때문에, 아크가 검출된
다. 정확한 시각들을 평가를 위해 이용하는 것을 확실하게 하기 위하여, 시각들(t6, t8, t9, t10)이 각 반파에
서 각각의 기준치를 재차 초과하거나 재차 기준치 미만인 것이고, 시각(t7)은 기준치의 네번째 통과(R4)임을 주
목해야 한다. 이러한 분석에 있어서, 각각의 기준치의 짝수번째 통과 시각들을 이용해야 한다.
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분명한 것은, 제2 반파(31)의 형상이 아크를 실체화하는지의 여부를 체크할 때, 이 반파의 경우에도 시각(t0-<58>
t10)을 재차 검출할 수 있으므로, 이 반파는 후속하는 반파와 다시 비교될 수 있다는 점이다.
발명의 효과
본 발명은 고속의 믿을 수 있는 방법으로 아크를 검출하기 위한 아크 검출 방법 및 아크 검출 수단을 제공한다. <59>
도면의 간단한 설명
도 1은 아크 검출 수단의 개략도.<1>
도 2는 본 발명의 방법을 더욱 상세하게 설명하는 2개의 반파를 도시하는 도면.<2>
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><3>
1 : 아크 검출 수단<4>
3-6, 25 : 비교기<5>
7 : 피크치 정류기<6>
11 : 기준치 생성 수단<7>
16 : 논리 구성요소<8>
18 : 마이크로컨트롤러<9>
19 : 클록 발생기<10>
20 : 제어 수단<11>
21: 디스플레이<12>
22 : 동작 필드<13>
23 : 아크 억제 장치<14>
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도면
도면1
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도면2
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