KR101718570B1

KR101718570B1 - 가스 유동 제어를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101718570B1
Application number: KR1020127009624A
Authority: KR
Inventors: 애덤 제이 몬코우스키; 제임스 맥켈런 찰머스; 자링 천; 타오 딩; 조셉 알 몬코우스키
Original assignee: 피포탈 시스템즈 코포레이션
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2017-03-21
Also published as: EP2488925A1; JP2013508825A; CN102687087A; US20140367596A1; US9523435B2; TW201115292A; CN104615157A; US20110108126A1; US9983595B2; US20170052546A1; US20140366952A1; CN102687087B; KR20120095362A; EP2488925B1; CN104615157B; WO2011047361A1; JP6064599B2; US9904297B2; WO2011047361A4; TWI435196B

Abstract

가스 유동의 자가 교정식 제어를 위한 방법 및 장치. 가스 유량은 처음에는 유량 제한부의 개도를 고정밀도로 제어함으로써 설정되는데, 유동 제한 밸브를 포함하는 장치의 디자인은 고정밀도를 달성하기에 적합하다. 그리고나서, 가스 유량은 유동 제한 밸브 상류의 압력 강하율에 의해 측정되고, 필요하다면, 정확히 희망하는 유동을 획득하기 위해, 유동 제한 밸브의 개도가 조절된다.

Description

가스 유동 제어를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GAS FLOW CONTROL}

본 출원은 2009년 10월 15일에 출원된 미국 가특허출원 제 61/252,143 호를 기초로 우선권을 주장하고, 그 내용 전체를 여기서 참조로 원용한다.

본 발명은 유체 유동 제어의 분야에 속하고, 더 구체적으로는, 예컨대 반도체 프로세싱, 플랫 패널 디스플레이 제조, 태양 전지 제조 등을 위해 요구되는 것과 같은 고정밀도 유동 제어의 분야에 속한다.

가스의 질량 유동을 계량 (metering) 하는 것은 많은 산업적 프로세스에서 중요하다. 반도체 산업의 경우, 계량은 특히 정확해야 하는데, 단 수 퍼센트의 유량 편차로 인해 프로세스 실패가 발생할 수 있기 때문이다.

질량 유동은 시스템에 존재하는 압력 구배의 결과이다. 시스템에서 외부 일이 행해지지 않는 한, 질량은 고압 영역으로부터 저압 영역으로 흐를 것이다. 이것이 모든 유동 제한 장치의 작동 원리이다. 고압 영역으로부터 저압 영역으로의 유량을 제어하기 위해, 유동 제한부 (flow restriction) 가 사용된다. 유동 제한부는 시스템 내 모든 유동이 그 유동 제한부를 통과해야 하도록 위치된다. 제한부의 특징에 따라, 유동 제어 장치를 통한 질량 유량은, 하기의 일부 또는 전부의 함수이다: 유동 제한부의 치수, 유동 제한부의 상류 및 하류 압력의 크기, 시스템의 온도, 및 가스의 물리적 성질 (밀도 및 점성률 등). 유량은 이들 파라미터의 1 이상을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 일반적으로, 가스의 물리적 성질 및 시스템의 온도는 변화시키거나 제어하기 어렵고, 따라서 시스템 내 압력과 유동 제한부의 치수의 일방 또는 쌍방을 변화시킴으로써, 유동을 제어한다.

산업 표준 유동 제어 장치는 유동을 증가시키도록 일부 개방되거나 유동을 감소시키도록 일부 폐쇄될 수 있는 밸브 형태의 유동 제한부를 포함하는 질량 유동 제어기 (MFC) 이다. 밸브의 개방은 외부에서 제공된 설정점과 내부 유동 측정 장치로부터의 판독값의 차를 최소화하는 폐쇄 루프 피드백 회로에 의해 제어된다. 유동 측정 장치는 가스가 관류하는 튜브의 외부에 감긴 2 개의 저항온도계 요소를 갖는 열 (thermal) 센서를 사용한다. 상기 요소는 전류를 가함으로써 가열된다. 가스가 튜브를 통해 흐를 때, 가스는 제 1 요소로부터 열을 가져가서 그 열을 제 2 요소로 전달한다. 두 요소 사이의 온도차가 가스의 질량 유량의 척도이다. 더 새로운, 압력에 둔감한 MFC 에서는, 압력 변화가 유동에 미치는 영향을 해명하기 위해, 열 센서와 제어 밸브 사이에 압력 변환기가 포함된다.

MFC 에 사용된 열 센서 유동 측정의 결과는, 정확한 유동 제어를 위해서는 장치의 정기적인 교정 (calibration) 이 요구된다는 것이다. 정기적인 교정 없이는, 유동 측정 장치의 오차로 인해, MFC 를 통한 실제 유량이 용납될 수 없는 값으로 이동할 수 있다. 이러한 교정은 종종, MFC 를 통해 가스를 공지의 체적 내외로 유동시키고 그 체적에서의 압력 증가 또는 강하를 측정함으로써 행해진다. 실제 유량은, 압력 증가 또는 강하의 속도를 산출하고 수립된 압력-온도-체적 가스 관계를 이용함으로써 결정될 수 있다. 이러한 타입의 측정은 증가율 교정 (rate-of-rise calibration) 으로서 공지되어 있다.

증가율 유동 교정 (rate-of-rise flow calibration) 은 1차 유동 측정에 기초하고, 따라서 1차 교정 표준이며, 즉 유동이 단지 질량, 압력, 체적 및 시간의 측정에 의해서만 결정된다. 공지된 1차 유동 측정의 단 3 가지 타입이 존재한다: 시간에 따른 질량 변화를 측정하는 중량측정식; 일정한 압력에서 시간에 따른 체적 변화를 측정하는 체적측정식; 그리고, 일정한 체적에서 시간에 따른 압력 변화를 측정하는 증가율식. 유동 측정의 다른 모든 타입은 2차 측정이고, 1차 측정으로 교정되어야 한다.

가스의 유량을 계량하는 다른 방법은 임계 오리피스 (critical orifice) 상류의 가스 압력을 변화시키는 것이다. 특정 압력 요건이 충족된다면, 예컨대 상류 압력이 하류 압력의 2 배라면, 일정한 온도에서 임계 오리피스를 통한 가스의 체적 유량은 상류 또는 하류 압력과 무관하다. 압력에 비례하는 상류 가스의 밀도를 제어함으로써, 임계 오리피스를 통한 질량 유량을 제어할 수 있다.

이러한 타입의 유동 제어에 있어서, 제어 밸브와 임계 오리피스 사이에 압력 변환기가 위치되어 있는 폐쇄 루프 제어 회로에 있는 제어 밸브를 사용하여, 압력이 제어된다. 제어 밸브는 임계 오리피스 상류의 특정 압력을 유지하도록 개방 또는 폐쇄된다. 임계 오리피스 상류의 압력 및 임계 오리피스의 확립된 특징으로부터 질량 유량이 결정된다. 그러므로, 정확한 유동 계량은 압력 제어 시스템의 성능뿐만 아니라 기계적 무결성 및 오리피스 치수의 안정성에 의존한다. 오리피스가 미립자 오염으로 제한되거나 오리피스를 통해 흐르는 가스에 의한 반응으로 침식되는 것에 민감하므로, 압력-유동 관계를 정기적으로 교정하는 것이 바람직하다. 이는 MFC 에 이용되는 동일한 증가율 측정을 이용하여 행해진다.

상기한 두 방법 모두는, 질량 유동이 궁극적으로 유동 제한부를 가로질러 작용하는 압력 구배의 결과인 폐쇄 루프 제어 계획을 이용하여 질량 유동을 제어한다. 제어 시스템으로서 보았을 때, 이들 장치의 출력 변수는 질량 유동이고, 입력 변수는 압력 및 유동 제한부 특징이다.

MFC 의 경우, MFC 는 질량 유량의 2차 측정에 기초하여 유동 제한부의 치수를 제어한다. 유동 제한부의 실제 치수 특징은 알려져 있지 않지만, 희망에 따라 유동 제한부를 증가 또는 감소시키도록 비례적으로 조절될 수 있다. 프로세스 변수, 유동 제한부 및 압력의 측면에서, (압력에 둔감한 MFC 의 경우) 장치에 의해 단지 압력만이 관찰 가능하고, 단지 유동 제한부만이 제어될 수 있다.

임계 오리피스 장치는 짐작컨대 일정한 유동 제한부 특징을 유지하면서 상류 압력을 모니터링 및 제어함으로써 유동을 제어한다. 임계 오리피스 장치는 유동 제한부의 특징이 일정하다고 가정하는 것을 넘어서 유동 제한부의 특징을 모니터링 또는 제어하지 않는다. 프로세스 변수의 측면에서, 압력이 장치에 의해 관찰 가능하고 또한 제어 가능한 반면, 유동 제한부는 제어 또는 관찰 가능하지 않다. 어떠한 외부 영향 없이, 유동 제한부의 특징이 시간 경과에 따라 달라지지 않아야 하는 것이 사실이지만, 작동 중에는, 유동 제한부의 화학적 또는 기계적 섭동 (perturbation) 의 가능성이 존재한다. 이러한 타입의 섭동은 시스템에 의해 측정될 수 없고, 따라서 외부 교정의 도움없이 수정될 수 없다.

이 두 유동 제어 계획의 단점, 특히 결점의 교정 및 검출을 위한 외부 측정의 필요성이 향상된 유동 제어 계획이 왜 바람직한지를 보여준다.

작동 중 결점을 검출할 수 있고 또한 자가 교정을 통해 그 결점을 수정할 수 있는 유동 제어 장치의 중요 요건은 관찰 가능하고 제어 가능한 프로세스 변수가 충분한 개수로 존재한다는 것이다. 반도체 산업에서 사용되는 유동 제어 장치의 대부분을 함께 포함하는 전술한 두 타입의 유동 제어 장치의 경우, 이러한 과제를 달성하기에 충분한 프로세스 변수가 존재하지 않는다.

본 발명에 있어서, 그 위치와 그 유동 제한 특징 사이의 고정밀도의 반복 가능한 맵핑 (mapping) 을 제공하도록 설계되고 그 위치의 매우 정확한 측정 및 제어를 달성할 수 있는 제어 밸브를 채용함으로써, 이러한 프로세스 변수가 추가된다.

유동 제한부가 제어 및 측정될 수 있다면, 유량을 제어하는데 필요한 추가적인 입력은 단지, 유동 제한부에 작용하는 압력 구배를 아는 것인데, 유동 컨덕턴스 (flow conductance) 가 유동 제한부 치수의 알 수 있는, 반복 가능한 함수이기 때문이다. 이 제어 계획은, 정적 (static) 유동 제한부가 가변 및 측정 가능한 유동 제한부로 대체된다는 점을 제외하고, 임계 오리피스 장치의 제어 계획과 유사하다.

이 제어 가능한 밸브의 사용을 통해 얻어지는 이점은, 채용되는 유동 제어 장치의 타입에 의존할 것이다. 임계 오리피스 유동 제어 장치의 경우, 임계 오리피스에 대한 제어 가능한 밸브의 치환에 의해, 임계 오리피스의 치수에 대한 임의의 변화의 불확실성이 제거된다. 열 센서 MFC 의 경우, 압력 변환기 및 제어 가능한 밸브의 조합이 공지의 유량을 제공하므로, 이 유량은 열 센서에 의해 측정되는 유량에 대해 체크될 수 있고, 임의의 불일치가 결점으로 언급된다.

그러나, 이러한 유동 제어 장치 타입 어느 것에서도, 작동 동안 자가 교정이 가능하지 않다. 그 능력을 위해, 유동 제어 장치는 1차 유동 측정을 그 작동의 필수 부분으로서 포함하여야 한다. 이러한 타입의 제어 밸브를 도 1 에 나타낸 유동 모니터링 시스템에 포함시키면, 고정밀도의 자가 교정식 유동 제어 장치가 얻어진다. 먼저, 밸브 (106) 가 완전히 닫힌 상태에서 행해지는 강하율 유동 측정에 기초하여, 유동 제한부를 결정하는 제어 밸브 (108) 의 위치가 제어된다. 강하율 측정 다음으로, 밸브 (106) 가 개방되고, 압력 변환기 (112) 로 측정되는 시스템 내 압력에 기초하여 제어 밸브의 위치를 조절함으로써 유동이 제어된다.

측정 가능하고 제어 가능한 치수를 갖는 유동 제한부가 매우 향상된 유동 제어 계획의 중요 부분으로서, 궁극적으로 2차 유동 측정에 의존하지 않는 자가 교정식 유동 제어 장치를 얻을 수 있다. 반도체 산업용으로 충분히 정확한 이러한 타입의 제어 밸브를 만드는데 있어서의 기술적 도전은 요구되는 정밀도의 자릿수 추정치로부터 분명해졌다. 반도체 처리 장비에서 현재 요구되는 질량 유동 정확도는 +/- 1 % 이다. 일반적으로, 유동은 1 ~ 10,000 sccm (standard cubic centimeters per second, 1 초당 표준 입방 센티미터) 에서 제어되어야 하고, 유동 제한부 입구와 출구 사이의 압력차는 전형적으로 20 ~ 150 psi (pounds per square inch, 1 평방 인치당 파운드) 이다. 만약 정적 폭이 10 ㎜ 이고 정적 길이가 1 ㎜ 이며 제한부를 가로지르는 압력 강하가 60 psi 인 직사각형 형태의 유동 제한부를 상상한다면, 높이는 1 sccm 의 유동을 허용하도록 0.8 ㎛ 로 조절되어야 한다. +/- 1 % 의 상세로 오차 전파를 수행하면, 높이는 +/- 1.1 nm 이내로 제어되어야 한다.

실제로, 반도체 제조의 비용, 공간, 청결 및 신뢰도 요건에 잘 맞지 않는 고정밀도 계량 밸브의 경우를 제외하고, 측정 가능하고 제어 가능한 제한부와 함께 제어 밸브를 채용하는데 매우 적은 작업이 행해진다. 특허 6,761,063-B2 호 (발명의 명칭 "다이어프램 밸브용 진위치 센서 (True Position Sensor for Diaphragm Valves)") 는, 이 전도성 부재와 밸브 보디 사이의 커패시턴스를 측정하기 위해, "다이어프램 부재와 액추에이터 사이에 배치된 얇은 전도성 부재" 를 사용한다. 커패시턴스 밸브는 전도성 부재와 밸브 보디 사이의 거리의 표지 (indication) 를 제공하고, 이는 다이어프램과 밸브 보디 사이의 거리의 표지를 제공하며, 그리고 이는 밸브 개도의 표지를 제공한다. 이러한 개별 부품 전부를 갖는 이러한 타입의 조립체는 적어도, 약 25,000 nm 인 대략 0.001 인치의 정밀도로 제어를 제공할 것이다. 그리고, 본 발명자는, 유체가 밸브를 통해 유동할 때 커패시턴스가 변하고, 따라서 이러한 접근이, 본 발명에서 필요로 하는 정확도 레벨까지 유동 제한부의 특징을 측정하기에 훨씬 덜 적절하게 된다는 것에 주목하였다.

이하의 본 발명의 간단한 설명은 본 발명의 몇몇 양태 및 특징의 기본적인 이해를 제공하기 위해 포함된 것이다. 이 간단한 설명은 본 발명에 대한 폭넓은 개관은 아니고, 따라서 본 발명의 중요하거나 특별한 요소를 특별히 확인하거나 또는 본 발명의 범위를 기술하려는 것은 아니다. 단지, 후술하는 상세한 설명의 서론으로서, 본 발명의 몇몇 개념을 단순화된 형태로 나타내기 위한 것이다.

본 발명의 실시형태는, 제어 가능한 유동 제한 밸브로서, 그 치수가 매우 높은 정밀도로 측정될 수 있고 또한 제어될 수 있는 유동 제한 밸브를 제공한다. 치수의 측정 및 제어는, 반도체 산업에서 요구되는 유동 정확도로 도 1 에 나타낸 자가 교정식 가스 유동 제어 계획을 달성하는데 사용될 수 있을 만큼 충분히 정확하다.

본 발명의 실시형태는, 유동 제한 표면을 갖는 제 1 보디; 상기 유동 제한 표면과 협력 작동하여 유동 제한 밸브를 형성하는 상보적인 유동 제한 표면을 갖는 제 2 보디; 제 1 보디 또는 제 2 보디 중 하나에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 입구 구멍; 제 1 보디 또는 제 2 보디 중 하나에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 출구 구멍; 및 유동 제한 밸브 주위에 형성된 시일을 포함하는 유체의 유동을 제어하는 장치를 제공하는데, 상기 제 1 보디 또는 제 2 보디 중 적어도 하나의 보디의 탄성 굴곡부에 의해, 유동 제한 밸브의 개도가 변화된다.

또한, 본 발명의 실시형태는, 유동 제어 밸브; 유동 제어 밸브 상류의 가스 압력을 측정하는 압력 변환기; 온도 센서; 유동 제어 밸브의 상류에 위치된 유동 조절기; 유동 조절기를 유동 제어 밸브에 연결하는 도관; 및 압력 변환기 및 온도 센서로부터 신호를 수신하고 유동 계산에 따라 유동 제어 밸브의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템을 제공하며, 상기 유동 제어 밸브는, 유동 제어 밸브의 보디 부분을 탄성적으로 굴곡시킴으로써 가스 유동의 양을 변화시키는 액추에이터를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시형태는, 유동 제어 밸브, 유동 조절기, 및 유동 조절기와 유동 제어 밸브 사이에 커플링된 알려진 가스 구속 체적 (known gas confinement volume) 을 갖는 가스 전달 시스템을 통한 유량을 제어하는 방법을 제공하는데, 이 방법은, 유동 제어 밸브를 작동시켜, 희망하는 유량을 전달하는 단계; 유동 조절기를 통한 가스 유동을 일시 중단시키는 단계; 가스의 온도를 측정하는 단계; 알려진 체적 내 가스의 압력 강하를 측정하는 단계; 측정된 온도, 압력 강하, 및 알려진 체적을 사용하여, 유동 제어 밸브를 통한 유량을 계산하는 단계; 유동 조절기를 통한 유동을 재개하는 단계; 및 계산된 유량을 사용하여, 유동 제어 밸브의 보디 부분을 탄성 굴곡시키도록 액추에이터를 작동시킴으로써 유동 제어 밸브를 통한 유동을 조절하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 실시형태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 나타내는 역할을 한다. 도면은 대표적인 실시형태의 주요 특징을 도식적인 방식으로 나타내기 위한 것이다. 도면은 실제 실시형태의 모든 특징을 나타내거나 나타낸 요소의 상대적인 치수를 나타내려는 것이 아니며, 실측으로 도시되지 않았다.
도 1 은, 자가 교정식 가스 유동 제어를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시형태의 간략화된 구성도이다.
도 2 는, 고정밀도 제어 가능한 유동 제한 밸브를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시형태의 간략화된 구성도이고, 도 2a 는 대안적인 실시형태를 보여준다.
도 2b ~ 도 2d 는, 도 2 의 실시형태의 변형예를 보여주며, 도 2e 는 도 2d 의 세부의 확대도이다.
도 2f 및 도 2g 는, 본 발명의 다른 실시형태를 보여준다.
도 3 은, 유동 제한 밸브의 세부를 보여주는 간략화된 구성도이다.
도 4 는, 유동 제한 밸브가 개방되어 있는 도 2 의 실시형태를 보여주는 간략화된 구성도이고, 여기서 개도는 "h" 로 표시되어 있다.
도 5 는, 특정 입구 압력 및 유동 제한 밸브의 반경방향 치수의 경우, 유동과 유동 제한 밸브 개도 (h) 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6 은, 유동 제한 밸브 개도를 자동으로 제어하기 위해 프로세서 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는, 고정밀도 제어 가능한 유동 제한 밸브를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시형태의 간략화된 구성도이다.

본 발명의 실시형태는 제어 가능한 유동 제한 밸브로서, 그 치수가 매우 높은 정밀도로 측정될 수 있고 또한 제어될 수 있는 유동 제한 밸브를 제공한다. 치수의 측정 및 제어는, 반도체 산업에서 요구되는 유동 정확도로 도 1 에 나타낸 자가 교정식 가스 유동 제어 계획을 달성하는데 사용될 수 있을 만큼 충분히 정확하다.

본 발명의 다양한 실시형태에서, 다음의 특징을 채용함으로써 이러한 레벨의 정밀도가 획득된다:

1. 다른 두 축의 가로방향 및/또는 회전 운동이 약 1 ㎚ 미만으로 제한되는, 유동 제한 밸브의 대향하는 두 면의 단축 운동;

2. 약 1 ㎚ 의 정밀도로 단축 차원에서의 운동의 측정;

3. 약 0.1 ㎚ 의 해상도 (resolution) 로 운동의 발동 (actuation).

도 2 에 나타낸 본 발명의 실시형태는, 유동 제한 밸브 (211) 를 형성하는 편평한 접촉 영역을 갖는 2 개의 인접한 보디 (201, 202) 로 이루어진다. 즉, 제 1 보디 (201) 은 유동 제한 표면 (213) 을 갖고, 제 2 보디 (202) 은 상보적인 유동 제한 표면 (212) 을 갖는다. 제 1 보디 (201) 의 유동 제한 표면 (213) 은 제 2 보디 (202) 의 상보적인 유동 제한 표면 (212) 과 협력 작동하고, 이로써 유동 제한 밸브 (211) 를 형성한다. 도 2 의 실시형태에서, 유동 제한 밸브 (211) 는 보디 (201) 의 유동 제한 표면 (213) 에 형성된 환형 연장부 (215) 에 의해 형성되고, 이로써 구멍 (216) 이 형성된다 (도 3 참조). 반대로, 상보적인 유동 제한 표면 (212) 은, 환형 연장부 (215) 에 대해 가압되는 때에 완벽한 시일을 형성하도록 편평하게 기계가공된다.

제 1 보디 또는 보디 (201) 은 공간 중에서 고정되고, 제 2 보디 또는 보디 (202) 은 캔틸레버 (203) 로 제 1 보디에 커플링된다. 캔틸레버는, 편평한 접촉 영역에서 제 1 보디에 대한 제 2 보디의 운동이 본질적으로 단축방향이고 매우 예측 가능하고 재현 가능하도록 위치된다. 보디의 편평한 면은 두 보디가 접촉하는 때 서로 분리되는 2 개의 개별 공동 (204, 205) 을 형성하도록 패턴화되지만, 보디들이 서로로부터 변위되는 때 유동 제한 밸브 (211) 에 의해 커플링된다.

도 2 에서, 보디 (201, 202) 는 예컨대 스테인리스강과 같은 재료의 단일 피이스로부터 기계가공된다. 물론, 사용되는 가스와 양립 가능하고 캔틸레버에서 믿을 수 있고 반복 가능한 굴곡을 허용하는 임의의 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, 대안적인 재료에는, 다른 타입의 강, 인코넬 (Inconel), 하스텔로이 (Hastelloy) 등이 포함된다. 그렇지만, 재료의 하나의 솔리드 피이스 (solid piece) 로부터 만들어지는 때, 밸브 표면을 기계가공하는 것이 곤란할 수 있다는 점을 언급한다. 그러므로, 도 2a 는, 보디 (201, 202) 가 2 개의 피이스로 제조되어서 기계가공이 매우 간단해진 대안적인 실시형태를 보여준다. 물론, 두 보디 (201, 202) 의 일방 또는 쌍방이 하나 이상의 단일 피이스로 제조될 수 있다. 피이스들을 함께 고정시키는 가장 전형적인 방식은 예컨대 볼트와 같은 파스너 (220) 를 사용하는 것이지만, 접착되거나 용접될 수도 있다. 고정의 주된 요건은 고정 부위에서 운동이 전혀 없어야 하는 것이지만, 유동 제한 영역에서 단축 운동을 허용해야 한다. 도 2 및 도 2a 의 두 실시형태가 동일하게 작동하므로, 이하의 설명은 두 실시형태에 적용될 수 있다.

제 1 보디 (201) 에는, 제 2 보디 (202) 에 작용하여 제 2 보디의 변위를 초래하고 따라서 유동 제한 밸브 치수를 변화시키는 액추에이터 (206) 가 설치된다. 즉, 액추에이터가 팽창 또는 수축함에 따라, 캔틸레버 (203) 주위에서 보디 (202) 의 탄성 굴곡을 야기한다. 이는 종종 굴곡 베어링 (flexure bearing) 이라고 불리는 것과 유사하고, 굴곡 베어링을 형성하는 재료의 탄성 굴곡 또는 변형에 의해 운동이 야기된다. 운동이 탄성 변형이므로, 매우 정확하고 제어 가능하다. 또한, 이완 (relax) 되었을 때, 장치는 변형의 탄성 특성으로 인해 본질적으로 그 중립 (natural) 위치를 갖는다. 이 변위를 측정하기 위해 제 1 보디에 변위 센서 (207) 가 설치된다. 일 실시형태에서, 이는 1 ㎚ 정도로 선형 변위를 측정할 수 있는 용량성 (capacitive) 측정 장치 또는 변위 센서를 이용하여 달성된다. 다른 실시 형태로, 변위 센서는 적어도 100 나노미터의 정밀도로 유동 제한 밸브의 개도를 측정가능하다.
또한, 변위 센서의 측정은 매 100 밀리초에 적어도 한번 행해진다

유동 제한 밸브 (211) 치수의 제어하기 위해, 따라서 두 공동을 커플링하는 유동 컨덕턴스를 제어하기 위해, 센서 (207) 의 출력 및 액추에이터 (206) 의 작용으로, 폐쇄 루프 제어 회로가 형성된다. 시스템에 배관 (208, 209) 이 포함되어서, 가스 유동은 구멍 (218) 을 통해 하나의 공동 내로 그리고 다른 공동 (205) 밖으로 구멍 (219) 을 통해 배관 (209) 으로 향하게 되고, 그 결과 모든 유동은 두 보디에 의해 규정되는 유동 제한 밸브 (211) 를 통과해야 한다.

기계식 힌지 (hinge) 또는 슬라이딩 조립체와 대조적으로, 캔틸레버와 함께 유동 제한 밸브를 형성하는 두 보디를 커플링함으로써, 마찰원이 제거되기 때문에 기계적 놀음 및 히스테리시스가 제거된다. 또한, 작동 동안, 두 보디 내에는 무시할 수 있는 탄성 변형이 존재하고; 탄성 변형은 두 보디를 커플링하는 캔틸레버에 격리된다. 그러므로, 유동 제한 밸브를 정의하는 두 평면은 단단하다 (rigid).

도 2 및 도 2a 에 나타낸 바와 같이, 보디 (202) 는 보디 (201) 에 가능한 한 가까이 위치되고, 따라서 유동 제한 밸브 (211) 를 닫는다. 일 실시형태에 따르면, 두 보디 (201, 202) 는, 파스너를 통해 두 보디가 함께 커플링되는 때에, 유동 제한 밸브 (211) 를 닫도록 두 보디가 서로에 대해 가압되도록 구성된다. 대기로의 가스 유동을 막기 위해, 유동 제한 밸브 (211) 주위에 가요성 시일 (210) 이 제공된다. 또한, 일 실시형태에 따르면, 시일 (210) 은, 장력을 받고 있고 두 보디 (201, 202) 를 함게 당겨서 유동 제한 밸브 (211) 를 닫히게 하는데 기여하도록 구성된다. 이 특정 도면에서, 보디 (201) 에 고정되어 보디 (202) 를 미는 리니어 액추에이터 (206) 는 이완된 상태에 있다. 리니어 액추에이터 (206) 가 작동되는 때, 리니어 액추에이터는 가요성 시일 (210) 의 장력에 대항하여 밀고 보디 (201) 로부터 보디 (202) 를 멀어지도록 이동시켜서 캔틸레버 (203) 에서 보디 (202) 를 피봇시키고, 결과적으로 유동 제한 밸브 (211) 를 개방할 수 있다. 액추에이터 (206) 가 보디 (202) 에 부착되어 보디 (201) 에 대해 가압될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이 유동 제한 밸브 (211) 는, 위에서 보았을 때, 도 3 에 나타낸 바와 같이 원형을 이루는데, 유동 제한 밸브 (211) 의 내부 치수가 r₁ 이고, 외부 치수가 r₂ 이다. 가스 유동은 유동 제한 밸브 (211) 의 내부로부터 유동 제한 밸브 (211) 를 가로질러 유동 제한 밸브 (211) 의 외부로 향한다. 즉, 도 4 를 참조하면 보면, 가스는 입구 배관 (208) 으로부터 공동 (204) 으로, 그리고 공동 (205) 으로 (유동 제한 밸브 (211) 가 개방된 때) 흐르고, 그리고 시일 (210) 에 의해 막히므로, 출구 배관 (209) 으로 나아간다. 결과적으로, 두 보디 (201, 202) 가 도 2 에 나타낸 바와 같이 서로에 대해 폐쇄되는 때, 유동 제한 밸브 (211) 가 폐쇄되고, 가스는 흐를 수 없다. 리니어 액추에이터 (206) 가 작동되는 때, 유동 제한 밸브 (211) 는 개방되고, 가스는 입구 배관 (208) 으로부터 출구 배관 (209) 으로 흐를 수 있다. 일반적으로, 가스의 유동은 유동 제한 밸브가 개방됨에 따라 증가할 것이다.

보디 (201) 와 보디 (202) 가 모두 단단하고, 장치에서 일어날 수 있는 운동은 캔틸레버 (203) 에서의 보디의 굴곡뿐이므로, 보디 (201) 에 대한 보디 (202) 의 이동이 매우 잘 규정된다. 유동 제한 밸브 (211) 의 개방이 유동 제한 밸브와 굴곡부 사이의 거리보다 훨씬 더 작은 마이크로미터 정도인 작은 이동의 경우, 유동 제한 밸브에서의 보디 (201) 에 대한 보디 (202) 의 이동은 본질적으로 유동 제한 밸브 (211) 의 평면에 수직한 방향으로 단축 방향일 것이다. 이 잘 규정된 이동은 장치의 재현 가능한 가스 유동 특징에 있어 매우 중요하다.

인식할 수 있는 바와 같이, 도 2 의 실시형태는 단지 일례로서 제공된 것이고, 그 효과를 떨어뜨리지 않으면서 변경될 수 있다. 예컨대, 도 2b 는, 하나의 보디 (여기서는, 보디 (201)) 가 가스 입구용 구멍을 포함하고 다른 보디 (여기서는, 보디 (202)) 가 출구용 구멍을 포함하는 실시형태를 보여준다. 물론, 반대로 될 수 있으며, 그때에도 동일한 결과가 얻어진다. 도 2c 는, 2 개의 보디가 서로 연결되지 않은 실시형태를 보여준다. 오히려, 보디 (201) 는 정박되어 있어서 이동하지 않고, 보디 (202) 는 독립적으로 캔틸레버 장치를 통해 고정되어서, 유동 제한 밸브의 개방을 제어하도록 탄성 굴곡될 수 있다.

부가적으로, 도 2d 및 도 2e 는, 밸브를 통한 유동의 양을 제어하도록 시일이 어떻게 채용될 수 있는지를 보여준다. 도 2d 에 나타내고 도 2e 에 상세히 나타낸 바와 같이, 시일 (210) 은 공동 (204, 205) 주위에 제공된다. 그 주변은 고정 보디 (201) 에 고정 부착되는 한편, 그 중앙 영역은 굴곡 보디 (202) 에 고정 부착된다. 이런 방식에서, 액추에이터가 작동되는 때, 액추에이터는 보디 (202) 에서 당기고, 다음으로 시일 (210) 에서 당긴다. 그 결과, 시일 (210) 은, 가스가 공동 (204) 으로부터 공동 (205) 으로 흐를 수 있도록 높이 "h" 의 개방을 형성하도록 탄성 변형된다.

도 2f 및 도 2g 는 본 발명의 또 다른 실시형태를 보여주는데, 도 2f 는 폐쇄, 즉 비유동 조건을 보여주고, 도 2g 는 개방 위치를 보여준다. 도시된 바와 같이, 보디 (202) 는 굴곡부 (221) 를 통해 보디 (201) 에 연결된다. 일 실시형태에서, 보디 (201, 202) 는 원통형이고, 굴곡부 (221) 는 보디 (202) 로부터 연장되는 둥근 디스크이고, 보디 (202) 와 동일한 블록으로부터 기계가공되거나, 또는 예컨대 용접에 의해, 보디 (202) 에 간단히 부착될 수 있다. 다른 형상이 가능하지만, 원형 형상이 균일하고 균형잡힌 이동을 제공한다. 다른 실시형태에서처럼, 별개의 시일을 제공하는 것이 확실히 가능하지만, 이 실시형태에서, 하측 굴곡부 (221) 는 또한 시일 (210) 로서 기능한다. 레버 (240) 와 보디 (201) 의 상부 사이에 리니어 액추에이터 (206) 가 제공되고, 그 결과 액추에이터 (206) 가 팽창하는 때, 액추에이터는, 도 2g 에 나타낸 것처럼 보디 (202) 를 들어올리고 보디 (202) 의 굴곡부를 탄성 굴곡시키도록, 레버를 들어올린다. 높여진 위치에서, 유동 제한 표면을 형성하는 보디 (202) 의 저면이 보디 (201) 의 상보적인 유동 제한 표면으로부터 거리 "h" 만큼 들어 올려지고, 이로써 유동 제한 밸브 (211) 를 통한 제어된 유체 유동이 가능하다. 이 실시형태에서, 2 개의 원통형 굴곡부가 보디 (201, 202) 사이의 상대 운동을 1 자유도 (수직방향) 로 제한하고, 페이지의 평면에서 서로에 대한 보디의 회전을 제한한다. 이는 유동 제한 밸브 (211) 를 통한 유체 유동의 고정확도 제어를 가능하게 한다.

만약 유동 제한 밸브 개도를 도 4 에 나타낸 것처럼 "h" 로서 수량화한다면, 개방 (h) 의 함수로서 가스 유동에 대한 다음의 방정식을 쓸 수 있다:

유동 = 2πP_in ² h³ / 3RTμln(r₁/r₂) 방정식 (1)

여기서, P_in 은 입구 (208) 에서의 가스의 압력,

R 은 보편 기체 상수 = 1.986 칼로리/몰/K,

T 는 절대 온도 (단위 K),

μ 는 가스의 점도,

h, r₁ 및 r₂ 는 도 3 및 도 4 에 나타낸 치수이다.

대부분의 가스 유동 적용의 경우, 유동 제한 밸브를 통한 층류를 묘사하는 방정식 (1) 은 충분히 정확한 답을 제공할 것이다; 그렇지만, 하류 압력, 즉 출구 (209) 에서의 가스의 압력 (P_out) 이 입구 (208) 에서의 압력 (P_in) 에 비해 충분히 높은 경우에 대해서는, 방정식 (1) 에서 결정되는 유동은 cos(arcsin(P_out/P_in)) 만큼 곱해져야 한다.

도 5 는, 절대압력으로 0.2 ㎫ (약 30 psi) 의 입구 압력에 대한 가스 유동을 보여준다. 제한부의 구성의 이점 중 하나는 유동이 제한부 개방 (h) 의 세제곱의 함수라는 것이다. 이는, 유동 제한 밸브 개방의 양의 1 오더 (one order) 의 크기 변화가 유동의 3 오더의 크기를 제어할 수 있으므로, 장치에 매우 넓은 범위의 유량 제어가 주어진다는 것을 의미한다.

리니어 액추에이터 (206) 는 솔레노이드 또는 압전 액추에이터와 같은 다양한 타입일 수 있다. 전형적인 예가 독일 Karlsruhe/Palmbach 의 Physik Instrumente, GmbH 사의 압전 액추에이터, 부품 번호 P830.30 이다. 또한, 변위 센서는 스트레인 게이지 또는 커패시턴스 위치 센서와 같은 다양한 타입일 수 있다. 전형적인 예가 Physik Instrumente 사의 커패시턴스 위치 센서, 부품 번호 D510.050 이다.

가스 유동 제어기로서 쓸 수 있기 위해서는, 도 2 의 장치는 유동 제한 밸브의 개도 (h) 를 제어하는 몇몇 수단을 구비해야 한다. 도 6 은, 변위 센서의 출력을 측정하고 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 값을 사용하여 유동 제한 밸브 개도 (h) 를 결정하는 제어기 (601) 를 구비한, 그러한 실시형태를 보여준다. 그리고, 제어기는, 변위 센서가 나타낸 값이 희망하는 개방, 즉 위치 설정 지점과 일치할 때까지, 보디 (202) 를 이동시키도록 리니어 액추에이터를 제어한다. 이러한 제어는 PID (proportional-integral-derivative, 비례-적분-미분) 제어기와 같은 표준 제어 루프로 행해질 수 있다.

방정식 (1) 에 나타낸 바와 같이, 알려진 값 h, r₁ 및 r₂ 외에도, 가스 유량의 효과적인 제어를 위해서는, P_in 및 T 도 알아야 한다. 이들 파라미터의 결정은 도 1 에 나타낸 장치로 행해질 수 있다. 이 실시형태에서, 도 6 의 장치 (600) 는 도 1 의 유동 제어 밸브 (108) 로 나타내진다. 도 6 의 제어기 (601) 는 도 1 의 유동 제어 밸브 (108) 의 일부이고, 도 1 의 제어기 (120) 의 제어 루프에 삽입되는 제어 루프를 나타낸다.

도 1 의 제어기 (120) 는 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 값을 갖는데, 제어기는 이 값으로 인해, 유동 제한 밸브의 요구되는 개도 (h), 즉 주어진 가스 압력 및 온도에서 희망하는 유량을 획득하는데 필요한 개도를 결정할 수 있다. 요구되는 개방의 결정은 방정식 (1) 과 같은 방정식을 사용하여, 또는 대안적으로는 넓은 범위의 값 P_in, T 및 h 에 대해 가스 유량을 측정함으로써 미리 결정된 순람표를 사용하여 행해질 수 있다.

도 1 의 정밀 가스 전달을 위한 시스템는, 자가 진단 및 자가 교정을 수행할 수 있도록 충분한 개수의 관찰 가능한 그리고 제어 가능한 파라미터를 갖는다. 더욱이, 이 자가 진단 및 자가 교정은 가스 유동 제어기가 희망하는 유량으로 처리 챔버로 가스를 운반하는 동안 이루어질 수 있다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 장치는 가스 공급원 (104) 과 유체 연통하는 입구 (103) 및 처리 챔버 (도시 안 됨) 와 유체 연통하는 출구 (105) 를 갖는 가스 라인 (101) 을 포함한다. 표준 처리 조건 하에서, 밸브 (106) 가 개방되고, 가스는 체적 (110) 을 통해, 유동 제어 밸브 (108) 를 통해, 그리고 궁극적으로 처리 챔버 내로 흐른다.

체적 (110) 은 밸브 (106) 와 유동 제어 밸브 (108) 사이의 총 고정 체적을 나타낸다. 압력 변환기 (112) 는 이 체적 (V) (110) 내 압력을 측정하도록 구성된다. 성분의 온도를 측정하기 위해, 온도 센서 (114) 가 위치된다. 특정 실시형태에서, 센서 (114) 는 1 이상의 성분과 직접 열적으로 소통하는 특수 센서일 수 있다. 환경이 온도 제어되고 온도가 장소에 따라 또는 시간에 따라 크게 변할 것으로 예상되지 않는 다른 실시형태에서, 가스 전달 시스템 근방에 위치된 온도계가 관심 대상인 온도에 관한 충분한 정보를 제공할 것이다.

유동 제어 밸브 (108) 를 통한 가스의 유동을 시험하기 위한 절차는 다음과 같이 요약될 수 있다:

1. 유동 제어 밸브 (108) 를 희망하는 유량으로 설정하고, 가스를 유동시킨다.

2. 밸브 (106) 를 닫는다.

3. 밸브 (106) 가 닫혀 있는 동안, 압력 변환기에 의해 정기적으로, 전형적으로 1 ~ 100 밀리초로 압력을 측정한다.

4. 압력이 어느 정도 (전형적으로 시작값의 1 ~ 10 %) 떨어진 후, 밸브 (106) 를 개방하고, 시험 절차를 결론 내린다.

5. 이 측정 동안 때때로 온도 센서 (114) 를 읽는다.

이들 단계의 순서에는 어느 정도 융통성이 존재한다; 예컨대 단계 1 과 단계 2 는 서로 교환될 수 있다. 단계 5 는 시험 절차 동안 아무 때나 행해질 수 있다.

밸브 (106) 에의 몇몇 정교화가 보장된다. 가장 간단한 형태에서, 밸브 (106) 는 온/오프 차단 밸브이다. 이 타입의 밸브의 잠재적인 단점은, 단계 4 에서, 밸브가 개방되는 때, 체적 (V) (110) 내부의 압력이 빠르게 증가할 것이라는 것이다. 압력의 빠른 증가는, 유동 제어 밸브 (108) 가 유동 제한 밸브 개도를, 처리 챔버로 흐르는 일정한 가스 유동을 유지하기 위해 충분히 빠르게 변화시키기 어렵게 만들 수 있다. 차단 밸브의 양호한 대안은 (도 1 에 나타낸 것과 같은) 계량 밸브이고, 이는 설정 범위에 걸쳐 가변 가스 유량을 제공하도록 설계된 밸브이다. 측정 기간의 끝에서 계량 밸브 (106) 가 개방되는 때, 제어기는, 유동 제어 밸브 (108) 를 통한 유동이 섭동되지 않도록 압력 변환기 (112) 로 측정되는 압력 증가가 충분히 낮은 특정 속도로 유지되도록 밸브의 개도를 제어한다. 다시 말해, 계량 밸브 (106) 의 개방은 급작스럽기 보다는 점진적으로 행해지고, 따라서 가스 유동은 섭동되지 않는다. 대안적으로, 처리 단계 동안 줄곧 압력을 증가시키기보다, 압력은 측정 기간의 끝에서 일정하게 유지되고, 처리 단계가 종료되자마자 증가하게 된다. 이러한 접근은 유동 제어 밸브 (108) 를 통한 유량의 임의의 섭동에 최소한의 영향을 미친다.

이상 기체 방정식에 따르면, 체적 (V) (110) 내 가스의 양은 하기 방정식에 의해 주어진다:

n = PV/RT 방정식 (2)

여기서, n = 가스의 양 (몰로 측정됨),

P = 압력 변환기에 의해 측정된 압력,

V = 가스의 체적,

R = 이상 기체 상수 = 1.987 칼로리/몰/K,

T = 절대 온도 (단위: K).

모든 실제 가스는 어느 정도까지 비이상적이다. 이런 비이상적인 가스에 대해서, 방정식 (2) 은 다음과 같이 다시 기재될 수 있다:

n = PV/ZRT 방정식 (3)

여기서, Z = 압축 인자.

압축 인자는 다양한 핸드북에서 찾거나 또는 임의의 특정 가스에 대한 실험적 측정으로부터 결정될 수 있고, 온도 및 압력의 함수이다.

가스의 유량은 단위 시간당 가스의 양의 변화로서 기재될 수 있다; 즉,

유량 = Δn/Δt 방정식 (4)

여기서, t = 시간.

방정식 (3) 으로부터 방정식 (4) 으로 치환하면, 하기 방정식이 얻어진다:

유량 = (ΔP/Δt)V/ZRT 방정식 (5)

제 1 인자 (ΔP/Δt) 는 상기 절차의 단계 3 에서 취한 시간의 함수로서 단지 압력 측정치의 기울기이다. 따라서, 이 압력 측정치를 체적, 온도, 및 압축 인자와 연관시키면, 유동 제어 밸브 (108) 를 통한 가스의 실제 유량이 본 발명의 실시형태에 따라 결정될 수 있고, 따라서 처리 챔버에 가스 유량의 2 개의 독립된 측정을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태의 1 이상의 단계가 수동 또는 자동 작동으로 행해질 수 있다. 예컨대, 밸브를 개방/폐쇄하는 단계 및 압력을 읽는 단계가 컴퓨터 제어에 따라 자동으로 행해질 수 있다. 대안적으로, 1 이상의 다양한 밸브가 수동으로 작동될 수 있고, 검출된 압력 강하로부터 자동으로 유량이 산출될 수 있다. 1 이상의 단계의 자동 작동은, 도 1 에 나타낸 제어 라인을 통한 커뮤니케이션을 이용하여 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 지시에 기초하여 달성될 수 있다.

이 측정 시스템의 다른 이점은, 희망하는 유량과 측정된 유량 사이에 불일치가 발견된다면, 그 불일치를 수정하여 희망하는 유량을 제공하도록 유동 제어 밸브 (108) 의 설정을 바꿀 수 있다는 것이다. 이러한 타입의 수정은, 압력 강하율 측정이 1차 교정 표준을 제공한다는 점을 고려할 때, 특히 적합하다. 이 수정은 동일한 처리 단계에서 또는 이후 처리 단계에서 행해질 수 있다. 이러한 타입의 수정은, 시스템이 컴퓨터 제어를 받는다면, 매우 단순화된다.

여기에 기재된 프로세스 및 기법은 본래 어떤 특별한 장치에 관련되지 않고 구성요소의 임의의 적절한 조합에 의해 채용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다양한 유형의 일반적인 목적의 장치가 여기에 기재된 내용에 따라 사용될 수 있다. 또한, 여기에 기재된 방법 단계를 수행하기 위해 특화된 장치를 구성하는 것이 유리할 수도 있다.

모든 측면에서 제한적이 아닌 설명을 위한 특별한 예와 관련하여 본 발명에 대해 설명하였다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 많은 상이한 조합이 본 발명을 실시하는데 적합할 것이라는 점을 인식할 것이다. 더욱이, 여기에 개시된 본 발명의 설명 및 실시를 고려하면 본 발명의 다른 구현이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 설명 및 예는 단지 예로서 고려되고, 본 발명의 참된 범위 및 사상은 이하의 청구항에 기재된다.

Claims

유동 제한 표면을 갖는, 원통형의 제 1 보디;
상기 유동 제한 표면과 협력 작동하여 유동 제한 밸브를 형성하는 상보적인 유동 제한 표면을 갖는, 원통형의 제 2 보디;
제 1 보디에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 입구 구멍;
제 1 보디에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 출구 구멍;
리니어 액추에이터가 팽창하는 때, 상기 제 2 보디를 들어올리고 상기 제 2 보디의 변위를 발생 시키기 위해 굴곡부를 탄성 굴곡시키도록, 레버를 들어 올리는, 상기 제 1 보디와 레버 사이에 설치되는 리니어 액추에이터; 및
상기 제 1 보디 및 상기 제 2 보디 사이의 상대 운동을 1 자유도로 제한하고, 상기 제 1 보디 및 상기 제 2 보디 서로에 대한 회전을 제한하는, 상기 제 2 보디로부터 연장되는 둥근 디스크로 형성되는 2 개의 원통형의 굴곡부
를 포함하는 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치에 있어서,
상기 2 개의 원통형의 굴곡부의 하부 굴곡부는 상기 유동 제한 밸브 주위에 시일을 형성하고; 그리고,
상기 2 개의 굴곡부의 탄성 굴곡을 야기시키는 상기 액추에이터의 팽창 또는 수축에 의해, 유량을 제어하기 위한 유동 제한 밸브의 개도가 변화되고,
변위 센서가 제 2 보디의 변위를 측정하고,
이로써 상기 밸브를 통한 유동의 양을 재현 가능하게 제어하고,
상기 유동 제한 표면 및 상기 상보적인 유동 제한 표면은 서로 인접하고;
상기 유동 제한 표면 및 상기 상보적인 유동 제한 표면은 편평하고; 그리고,
폐쇄 루프 제어 회로는 상기 유동 양의 제어를 실현하기 위해, 상기 변위 센서의 출력 및 상기 액추에이터의 동작으로 형성되는 것을 포함하는, 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 센서는 적어도 100 나노미터의 정밀도로 유동 제한 밸브의 개도를 측정하도록 구성되는, 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터는 압전 액추에이터를 포함하는, 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 폐쇄 루프 제어 회로는 적어도 100 나노미터의 정밀도로 유동 제한 밸브의 개도를 제어하는, 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 센서의 측정은 매 100 밀리초에 적어도 한번 행해지는, 폐쇄 루프 제어 회로를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 장치.
삭제
유동 제어 밸브;
유동 제어 밸브 상류의 가스 압력을 측정하는 압력 변환기;
온도 센서;
유동 제어 밸브의 상류에 위치된 유동 조절기;
유동 조절기를 유동 제어 밸브에 연결하는 도관; 및
압력 변환기 및 온도 센서로부터 신호를 수신하고 유동 계산에 따라 유동 제어 밸브의 작동을 제어하는 제어기
를 포함하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템에 있어서,
상기 유동 제어 밸브는:
유동 제한 표면을 포함하는, 원통형의 제 1 보디 부분;
상기 유동 제한 표면과 협력 작동하여 유동 제한 밸브를 형성하는 상보적인 유동 제한 표면을 갖는, 원통형의 제 2 보디 부분;
제 1 보디 부분에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 입구 구멍;
제 1 보디 부분에 형성되고, 유동 제한 밸브로의 유체 통로를 제공하는 유체 출구 구멍;
리니어 액추에이터가 팽창하는 때, 상기 제 2 보디 부분을 들어올리고 상기 제 2 보디 부분의 변위를 발생 시키기 위해 굴곡부를 탄성 굴곡시키도록, 레버를 들어 올리는, 상기 제 1 보디 부분과 레버 사이에 설치되는 리니어 액추에이터;
상기 제 1 보디 부분 및 상기 제 2 보디 부분 사이의 상대 운동을 1 자유도로 제한하고, 상기 제 1 보디 부분 및 상기 제 2 보디 서로에 대한 회전을 제한하는, 제 2 보디 부분으로부터 연장되는 둥근 디스크로 형성되는 2 개의 원통형의 굴곡부를 포함하고;
상기 2 개의 원통형의 굴곡부의 하부 굴곡부는 상기 유동 제한 밸브 주위에 시일을 형성하고;
상기 유동 제한 표면 및 상기 상보적인 유동 제한 표면은 서로 인접하고;
상기 유동 제한 표면 및 상기 상보적인 유동 제한 표면은 편평하고; 그리고,
상기 2 개의 굴곡부의 탄성 굴곡을 야기시키는 상기 액추에이터의 팽창 또는 수축에 의해 상기 유동 제한 밸브의 개도가 변화되고,
변위 센서는 유동 양의 제어를 실현하기 위해, 상기 제 2 보디 부분의 변위를 측정하고 해당 신호를 제어기로 송신하는 것을 특징으로 하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템.
삭제
제 9 항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 100 나노미터의 정밀도로 유동 제어 밸브의 유동 제한 개도를 제어하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템.
제 9 항에 있어서, 변위 센서의 측정은 매 100 밀리초에 적어도 한번 행해지는 정밀 가스 전달을 위한 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 제어기는, 유동 제어 밸브 상류의 가스 유동을 일시 중단시키도록 유동 조절기를 작동시키고 도관 내 압력 강하율을 측정하도록 압력 변환기를 사용함으로써, 유동 제어 밸브를 통한 유량을 결정하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 유동 조절기는 계량 밸브를 포함하는 정밀 가스 전달을 위한 시스템.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제