KR102268452B1 - 유량 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 도관과 연결되어 유량을 조절하기 위한 게이트 밸브; 상기 게이트 밸브를 구동하도록 구성된 액츄에이터; 상기 도관의 입구측과 출구측 각각에서 분기되어 상기 도관을 통해 흐르는 유체의 일부가 흐르도록 구성된 분기 도관에 설치된 제 1 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 1 유량 감지부; 상기 도관의 입구와 출구측에 설치된 제 2 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 2 유량 감지부; 상기 도관 내부에 설치되며 상기 제 2 유량 감지부를 경유하는 유체의 압력차를 생성하기 위한 층류 부재; 및 상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부를 선택적으로 사용하여 유량을 판단하고, 그에 따라 상기 액츄에이터를 제어하도록 구성된 유량 제어부를 포함할 수 있다.

Description

유량 제어 장치{FLOW CONTROL APPARATUS}
본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 유량 제어 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 장치는 제조 결과물의 품질을 높이기 위해서 해당 공정이 수행되는 동안 원료를 일정하게 공급받아야 한다.
예를 들어, 반도체 소자 제조의 필수적인 증착기술로 주목받고 있는 ALD(Atomic layer deposition) 공정은 박막이 균일한 두께로 장착되기 위해서는 소스 가스(Source Gas) 량이 일정하게 유지되어야 한다.
종래에는 원료의 공급량 즉, 도관을 통해 흐르는 유체의 양(이하, 유량)을 측정하기 위한 센서가 사용되었다.
이때 유량의 많고 적음을 대유량과 소유량으로 구분하여 각각에 맞는 서로 다른 타입의 센서를 적용하였다.
따라서 반도체 소자를 제조하는 장치의 유량 가용 범위에 따라 서로 다른 타입의 센서를 사용해야 하며, 그에 따라 센서의 출력에 따라 유량을 목표 값으로 유지시키기 위한 제어회로 또한 센서에 맞도록 다르게 구성해야 하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 대유량/소유량에 상관없이 유량 측정 및 유량 제어를 일괄적으로 수행할 수 있는 유량 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는 도관과 연결되어 유량을 조절하기 위한 게이트 밸브; 상기 게이트 밸브를 구동하도록 구성된 액츄에이터; 상기 도관의 입구측과 출구측 각각에서 분기되어 상기 도관을 통해 흐르는 유체의 일부가 흐르도록 구성된 분기 도관에 설치된 제 1 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 1 유량 감지부; 상기 도관의 입구와 출구측에 설치된 제 2 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 2 유량 감지부; 상기 도관 내부에 설치되며 상기 제 2 유량 감지부를 경유하는 유체의 압력차를 생성하기 위한 층류 부재; 및 상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부를 선택적으로 사용하여 유량을 판단하고, 그에 따라 상기 액츄에이터를 제어하도록 구성된 유량 제어부를 포함할 수 있다.
본 기술은 대유량/소유량 각각에 적합한 센서 및 제어 회로를 일체형으로 구성하여 효율적인 유량 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유량 제어 장치(100)의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서의 구성예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유량 제어 장치(100)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유량 제어 장치(100)는 게이트 밸브(102), 액츄에이터(103), 제 1 유량 감지부(200), 제 2 유량 감지부(300) 및 유량 제어부(400)를 포함할 수 있다.
게이트 밸브(102)는 도관(도 2 참조)에 설치되어 유량을 조절할 수 있다.
액츄에이터(103)는 게이트 밸브(102)를 구동할 수 있다. 즉, 게이트 밸브(102)의 개/폐량을 조정할 수 있다.
제 1 유량 감지부(200)는 제 1 타입 센서 예를 들어, 온도 센서를 이용하여 도관을 통해 흐르는 유량을 측정할 수 있다.
제 1 유량 감지부(200)는 온도 센서(210), 브릿지 회로(220) 및 증폭 회로(230)를 포함할 수 있다.
온도 센서(210)는 도관의 제 1 영역과 제 2 영역을 통해 흐르는 유체의 온도 각각을 측정하여 그에 해당하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
브릿지 회로(220)는 온도 센서(210)의 출력들을 정류하여 출력할 수 있다.
증폭 회로(230)는 브릿지 회로(220)의 출력을 이후 회로에서 처리 가능한 레벨로 증폭하여 출력할 수 있다.
이때 온도 센서(210)는 소유량과 대유량 중에서 대유량 측정에 적합하다.
이때 대유량/소유량의 범위는 사용자에 의해 설정 및 조정이 가능하다.
유량의 Full Scale이 0 ~ Nsccm(standard cubic centimeter per minute)이라 가정하면, 0 ~ Msccm (이때, M은 0 ~ N 사이의 값)을 소유량으로 설정하고, M+1 ~ Nsccm을 대유량으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 유량의 Full Scale이 0 ~ 1000sccm인 경우, 0 ~ 200sccm을 소유량으로 설정하고, 201 ~ 1000sccm을 대유량을 설정할 수 있다. 다른 예로서 소유량을 0 ~ 250sccm(이때, 대유량은 252 ~ 1000sccm) 또는 0 ~ 300sccm(이때, 대유량은 301 ~ 1000sccm) 등과 같이 사용자가 원하는 값으로 조정할 수 있다.
제 2 유량 감지부(300)는 제 2 타입 센서 예를 들어, 압력 센서를 이용하여 도관을 통해 흐르는 유량을 측정할 수 있다.
제 2 유량 감지부(300)는 제 1 압력 센서(311), 제 2 압력 센서(312), 브릿지 회로(320) 및 증폭 회로(330)를 포함할 수 있다.
제 1 압력 센서(311)는 도관의 제 3 영역을 통해 흐르는 유체의 압력을 측정하여 그에 해당하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
제 2 압력 센서(312)는 도관의 제 4 영역을 통해 흐르는 유체의 압력을 측정하여 그에 해당하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
브릿지 회로(320)는 제 1 압력 센서(311)의 출력과 제 2 압력 센서(312)의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.
증폭 회로(330)는 브릿지 회로(320)의 출력을 이후 회로에서 처리 가능한 레벨로 증폭하여 출력할 수 있다.
이때 압력 센서 즉, 제 1 압력 센서(311)와 제 2 압력 센서(312)는 상술한 소유량과 대유량 중에서 소유량 측정에 적합하다.
유량 제어부(400)는 메모리(410), 제어회로(420) 및 표시부(430)를 포함할 수 있다.
메모리(410)는 유량 측정 값 처리 알고리즘 및 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)의 예상 출력 값 등을 저장할 수 있다.
메모리(410)는 기준 유량 정보 또한 저장할 수 있다.
이때 유량 측정 값 처리 알고리즘은 제 1 유량 감지부(200)의 유량 측정 값을 처리하기 위한 알고리즘 및 제 2 유량 감지부(300)의 유량 측정 값을 처리하기 위한 알고리즘을 모두 포함할 수 있다.
제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)의 예상 출력 값은 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)가 정상 동작할 경우 각각의 유량 대비 출력 값의 예상 변동 범위로서 룩업 테이블(look-up table) 형태를 가질 수 있다.
제어회로(420)는 유량 설정 정보, 메모리(410)의 저장 정보, 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)의 출력들에 따라 액츄에이터(103)를 제어하여 유량을 조정하고, 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 각각의 이상을 검출하여 표시부(420)를 통해 표시할 수 있다.
유량 제어부(400)는 제 1 유량 감지부(200)의 출력과 제 2 유량 감지부(300)의 출력 중에서 하나 또는 둘 다를 이용하여 유량을 판단하고, 판단된 유량에 맞도록 액츄에이터(103)를 제어함으로써 유량을 조정할 수 있다.
유량 제어부(400)는 기준 유량 정보에 따라 두 가지 유량 제어 방식을 선택적으로 사용할 수 있다.
사용자는 본 발명의 실시예에 따른 유량 제어 장치가 적용된 반도체 제조 공정에서 요구되는 유량을 기준 유량 정보로서 설정할 수 있다.
상술한 두 가지 유량 제어 방식 중에서 첫째는 제조 공정의 특성에 따라 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 중에서 어느 하나를 활성화시키고 이를 기준으로 유량 제어 동작을 수행하는 것이다.
예를 들어, 소유량이 0 ~ 300sccm, 대유량은 301 ~ 1000sccm로 설정된 상태에서 기준 유량 정보가 400sccm으로 설정되었다면, 유량 제어 장치(100)가 적용된 제조 공정이 대유량에 적합하므로 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 중에서 제 1 유량 감지부(200)를 활성화시켜 사용할 수 있고, 소유량에 적합한 경우 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 중에서 제 2 유량 감지부(300)를 활성화시켜 사용할 수 있다.
물론 필요에 따라 대유량/소유량 구분 없이 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 중에서 원하는 하나를 선택적으로 활성화시키는 것도 가능하다.
상술한 두 가지 유량 제어 방식 중에서 둘째는 제조 공정의 특성에 따라 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 중에서 어느 하나를 메인으로 다른 하나를 서브로 설정하여 유량 제어에 이용하는 것이다.
예를 들어, 소유량이 0 ~ 300sccm, 대유량은 301 ~ 1000sccm로 설정된 상태에서 기준 유량 정보가 400sccm으로 설정되었다면, 유량 제어 장치(100)가 적용된 제조 공정이 대유량에 적합하므로 제 1 유량 감지부(200)를 메인으로 제 2 유량 감지부(300)를 서브로 설정할 수 있으며, 소유량에 적합한 경우 제 2 유량 감지부(300)를 메인으로 제 1 유량 감지부(200)를 서브로 설정할 수 있다.
기 언급한 바와 같이, 메모리(410)는 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)가 정상 동작할 경우를 기준으로 각각의 유량 대비 출력 값의 예상 변동 범위를 룩업 테이블(look-up table) 형태로 저장하고 있다.
따라서 유량 제어부(400)는 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300)의 출력 값들을 각각 모니터링하고, 현재 출력이 현재 설정 유량을 기준으로 한 예상 변동 범위를 벗어나는 경우(내부적으로 설정한 오차 범위까지 고려) 해당 유량 감지부의 이상을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유량 제어부(400)는 제 1 유량 감지부(200)와 제 2 유량 감지부(300) 각각의 이상을 검출할 수 있으며, 이상이 검출될 경우 정상 동작하는 유량 감지부의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행할 수 있다. 또한 이상 검출 여부 또는/및 이상이 검출된 유량 감지부를 외부에 알릴 수 있다.
예를 들어, 제 1 유량 감지부(200)가 메인으로 설정되고 제 2 유량 감지부(300)가 서브로 설정된 경우, 제 1 유량 감지부(200)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행하다가 제 1 유량 감지부(200)의 이상이 검출되면 이를 외부에 알리고 제 2 유량 감지부(300)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행할 수 있다.
제 1 유량 감지부(200)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행하다가 제 2 유량 감지부(300)의 이상이 검출되면 이를 외부에 알릴 뿐, 계속 제 1 유량 감지부(200)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행할 수 있다.
제 2 유량 감지부(300)가 메인으로 설정되고 제 1 유량 감지부(200)가 서브로 설정된 경우, 제 2 유량 감지부(300)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행하다가 제 2 유량 감지부(300)의 이상이 검출되면 이를 외부에 알리고 제 1 유량 감지부(200)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행할 수 있다.
제 2 유량 감지부(300)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행하다가 제 1 유량 감지부(200)의 이상이 검출되면 이를 외부에 알릴 뿐, 계속 제 2 유량 감지부(300)의 출력을 기준으로 유량 제어 동작을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 유체를 공급하기 위한 도관(101), 도관(101)의 입구와 출구측에 설치되며 도관(101)을 통해 흐르는 유체의 압력차를 이용하여 유량을 센싱하기 위한 제 1 및 제 2 압력 센서(311, 312), 도관(101)의 입구측(212-1)과 출구측(212-2) 각각에서 분기되어 도관(101)을 통해 흐르는 유체의 일부가 흐르도록 구성된 분기 도관(212), 분기 도관(212)에 설치되어 분기 도관(212)을 통해 흐르는 유체의 온도차를 이용하여 유량을 센싱하기 위한 온도 센서(210)를 포함할 수 있다.
도관(101) 내부 특히, 제 1 압력 센서(311)와 제 2 압력 센서(312) 사이에는 제 1 압력 센서(311)를 경유하는 유체와 제 2 압력 센서(312)를 경유하는 유체의 압력차를 생성하기 위한 층류 부재(110)가 설치될 수 있다.
이때 층류 부재(110)로서 오리피스(orifice)가 사용될 수 있다.
온도 센서(210)는 센서 어셈블리(211), 센서 튜브와 제 1 및 제 2 히터(213, 214)를 포함할 수 있다.
분기 도관(212) 자체가 센서 튜브로서 이용 될 수 있으며, 이후 동일한 도면 부호를 기재하기로 한다.
센서 튜브(212)의 둘레에는 센서 튜브(212)의 가열을 위한 제 1 및 제 2 히터(213, 214)가 서로 일정 거리를 두고 장착될 수 있다.
제 1 및 제 2 히터(213, 214)는 저항 소자 예를 들어, 코일로 이루어질 수 있다.
센서 튜브(212)의 입구로 도입된 유체가 제 1 및 제 2 히터(213, 214)에 대응되는 영역을 통해 흐름에 따라, 제 1 히터(213)에 비해 제 2 히터(214)에 더 많은 열이 전달될 수 있다.
상대적으로 제 1 히터(213)는 유체에 따른 열의 일부 소실로 인하여 냉각될 수 있으므로 그 결과, 제 1 히터(213)와 제 2 히터(214) 사이에서 온도차(△T)가 발생하게 되며, 이를 측정하여 출력 신호를 발생시킬 수 있다.
따라서 유량의 변동에 따라 온도 센서(210)의 출력 신호는 서로 다른 값을 가질 수 있으므로 이를 통해 유량 측정이 가능하다.
제 1 및 제 2 압력 센서(311, 312)는 각각 자신이 설치된 영역을 통해 흐르는 유체의 압력을 측정하여 출력 신호를 발생시킬 수 있다.
이때 제 1 압력 센서(311)와 제 2 압력 센서(312)가 설치된 영역들은 층류 부재(110)로 인하여 유체의 흐름에 따른 압력 차가 발생할 수 있으며, 그에 따라 제 1 압력 센서(311)의 출력 신호와 제 2 압력 센서(312)의 출력 신호는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
따라서 유량의 변동에 따라 제 1 압력 센서(311)와 제 2 압력 센서(312)의 출력 신호의 차이는 달라질 수 있으므로 이를 통해 유량 측정이 가능하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 도관 110: 층류 부재
210: 온도 센서 211: 센서 어셈블리
212: 분기 도관 213: 제 1 히터
214: 제 2 히터 311: 제 1 압력 센서
312: 제 2 압력 센서

Claims (10)

  1. 도관과 연결되어 유량을 조절하기 위한 게이트 밸브;
    상기 게이트 밸브를 구동하도록 구성된 액츄에이터;
    상기 도관의 입구측과 출구측 각각에서 분기되어 상기 도관을 통해 흐르는 유체의 일부가 흐르도록 구성된 분기 도관에 설치된 제 1 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 1 유량 감지부;
    상기 도관의 입구와 출구측에 설치된 제 2 타입 센서를 이용하여 상기 도관의 유량을 측정하도록 구성된 제 2 유량 감지부;
    상기 도관 내부에 설치되며 상기 제 2 유량 감지부를 경유하는 유체의 압력차를 생성하기 위한 층류 부재; 및
    상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부를 유량 제어 장치가 적용된 제조 공정에서 요구되는 유량에 따라 선택적으로 사용하여 상기 도관의 유량을 판단하고, 그에 따라 상기 액츄에이터를 제어하도록 구성된 유량 제어부를 포함하는 유량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유량 감지부는
    상기 분기 도관의 제 1 영역과 제 2 영역을 통해 흐르는 유체의 온도 각각을 측정하여 출력하도록 구성된 온도 센서,
    상기 온도 센서의 출력을 정류하도록 구성된 브릿지 회로, 및
    상기 브릿지 회로의 출력을 이후 회로에서 처리 가능한 레벨로 증폭하여 출력하도록 구성된 증폭 회로를 포함하는 유량 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유량 감지부는
    상기 도관의 제 1 영역을 통해 흐르는 유체의 압력을 측정하여 출력하도록 구성된 제 1 압력 센서,
    상기 도관의 제 2 영역을 통해 흐르는 유체의 압력을 측정하여 출력하도록 구성된 제 2 압력 센서,
    상기 제 1 압력 센서의 출력과 상기 제 2 압력 센서의 출력을 정류하도록 구성된 브릿지 회로, 및
    상기 브릿지 회로의 출력을 이후 회로에서 처리 가능한 레벨로 증폭하여 출력하도록 구성된 증폭 회로를 포함하는 유량 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 센서는 온도 센서이고, 상기 제 2 타입 센서는 압력 센서인 유량 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량 제어 장치가 적용된 제조 공정에서 요구되는 유량이 전체 유량인 0 ~ Nsccm(standard cubic centimeter per minute) 중에서 0 ~ Msccm (이때, M은 0 ~ N 사이의 값)에 해당하면 상기 압력 센서를 사용하고, M+1 ~ Nsccm에 해당하면 상기 온도 센서를 사용하는 유량 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량 제어 장치가 적용된 제조 공정에서 요구되는 유량이 0 ~ 300sccm(standard cubic centimeter per minute) 범위의 유량일 경우 상기 압력 센서를 사용하고, 300sccm을 초과하는 유량일 경우 상기 온도 센서를 사용하는 유량 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어부는
    상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부 중에서 어느 하나를 메인으로 설정하고 다른 하나를 서브로 설정하며, 상기 메인으로 설정된 유량 감지부의 출력 신호에 따라 상기 액츄에이터를 제어하도록 구성되는 유량 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 제어부는
    상기 유량 제어 장치가 적용된 제조 공정에서 요구되는 유량이 전체 유량인 0 ~ Nsccm(standard cubic centimeter per minute) 중에서 0 ~ Msccm (이때, M은 0 ~ N 사이의 값)에 해당하는지 또는 M+1 ~ Nsccm에 해당하는지에 따라 상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부 중에서 어느 하나를 메인으로 설정하고, 다른 하나를 서브로 설정하도록 구성되는 유량 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 제어부는
    상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부의 이상 여부를 모니터링하고, 어느 하나의 이상이 검출될 경우 정상 동작하는 유량 감지부의 출력을 기준으로 상기 액츄에이터를 제어하도록 구성되는 유량 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어부는
    표시부,
    상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부 각각의 유량 측정 값 처리를 위한 알고리즘, 그리고 상기 제 1 유량 감지부 및 상기 제 2 유량 감지부의 예상 출력 값을 저장하도록 구성된 메모리, 및
    기 설정된 유량 정보, 상기 메모리의 저장 정보, 상기 제 1 유량 감지부와 상기 제 2 유량 감지부의 출력들에 따라 상기 액츄에이터를 제어하고, 상기 제 1 유량 감지부 및 상기 제 2 유량 감지부 각각의 이상을 검출하여 상기 표시부를 통해 표시하도록 구성된 제어회로를 포함하며,
    상기 제 1 유량 감지부 및 상기 제 2 유량 감지부의 예상 출력 값은 상기 제 1 유량 감지부 및 상기 제 2 유량 감지부가 정상 동작할 경우 각각의 유량 대비 출력 값의 예상 변동 범위로서 룩업 테이블(look-up table) 형태를 가지는 유량 제어 장치.
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