KR20000070592A

KR20000070592A - 유체공급장치

Info

Publication number: KR20000070592A
Application number: KR1019997006839A
Authority: KR
Inventors: 카가주메테투; 수기야마카주히코; 도히료우수케; 미나미유키오; 니시노코우지; 카와타코우지; 이케다노부카주; 야마지미치오; 다다히로 오미
Original assignee: 오가와 슈우헤이; 가부시키가이샤 후지킨; 다다히로 오미; 히가시 테츠로; 도쿄 일렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-11-25
Also published as: DE69928047D1; CN1255981A; WO1999038057A1; DE69928047T2; EP0969342B1; JPH11212653A; EP0969342A4; KR100327878B1; US6178995B1; TW385380B; CN1127004C; EP0969342A1

Abstract

본 발명은, 반도체 제조장치 등의 가스의 공급계에서 사용하는 유체공급장치에 있어서, 유체의 공급개시시나 변환시에, 과도적으로 발생하는 유체의 오버슈우트 현상을 방지하여, 항상 정밀도가 높은 유체의 제어를 할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로, 본 발명의 유체공급장치는, 유체유량을 제어하는 압력유동제어기와, 그 2차측 유체통로를 개폐하는 유체변환밸브와, 압력유동제어기와 유체변환밸브의 작동을 제어하는 유체공급제어장치로 구성되고, 또 상기 압력유동제어기를 오리피스(5)와, 오리피스(5)의 상류측에 설치된 제어밸브(1)와, 제어밸브(1)와 오리피스(5) 사이에 설치된 압력검출기(3)와, 압력검출기(3)의 검출압력(P₁)으로부터 유량 Qc=KP₁(단 K는 정수)으로서 연산된 유량신호(Qc)와 유량지령신호(Qs)와의 차를 제어신호(Qy)로서 상기 제어밸브(1)의 구동부(2)로 출력하는 연산제어장치(6)로 구성하고, 상기 제어밸브(1)의 개폐에 의해 오리피스(5)의 상류측 압력(P₁)을 조정하는 것에 의해, 오리피스(5)의 하류측 유량을 제어하도록 한 것이다.

Description

유체공급장치{FLUID FEEDING APPARATUS}

일반적으로, 반도체 제조시설이나 화학약품 제조시설의 유체공급장치에 있어서 정밀도가 높은 유량제어를 필요로 하는 것은, 그 대부분이 질량유량제어기를 이용하고 있다.

도 8은, 반도체 제조장치용 고순도 수분발생장치에서 사용되고 있는 유체(가스)공급장치의 일 예를 나타내는 것이고, 가스공급장치(50)로부터 소정 유량의 H₂및 O₂를 반응로(51) 내에 공급하고, 여기에서 H₂와 O₂를 백금촉매에 의해 라디칼화하여, 비연소상태하에서 반응시키고, 발생된 수분가스(수증기)를 취출하여 산화로 (52) 내로 공급하도록 되어 있다.

또, 도 8에 있어서, 부호 54는 반응로(51)의 수분발생반응성 측정회로이고, 55는 흡입량 조정밸브이고, 56은 Q-mas이고, 57은 터보분자펌프이고, 58은 진공펌프이다.

또, H₂O, H₂, O₂및 N₂의 이온강도를 측정하는 Q-mas(56)으로는, 일본진공기술(주)의 MSQ-150A가 사용되고 있다.

상기 가스공급장치(50)는, 3대의 질량유량제어기(MFC₁ㆍMFC₂ㆍMFC₃)와 변환밸브(V₁ㆍV₂ㆍV₃)와, 가스저장기구(도시하지 않음)와 압력조정장치(도시하지 않음) 등으로 구성되어 있고, 이러한 예로는, 변환밸브(V₁∼V₃)로서 전동형의 금속다이어프램형 밸브가 사용되고 있다.

또한, 각 질량유량제어기(MFC₁ㆍMFC₂ㆍMFC₃)의 일차측으로는, 게이지압 2kgf/㎠의 H₂, 2kgf/㎠의 O₂, 6kgf/㎠의 N₂가 각 가스저장용기(도시하지 않음)로부터 공급되게 된다.

그러나, 반응로(51) 내에서 수분을 발생시킬시에는, 우선 가스공급장치(50)의 MFC₁ㆍMFC₂ㆍMFC₃의 유량값 등을 각각 설정하고, 다음에 V₁및 V₂를 닫고, V₃를 열어서 계 내를 N₂로 퍼지한다. 그 후, V₃를 닫는 것과 동시에 V₂를 열고, O₂를 공급하는 것과 함께, O₂의 공급과 동시에(또는 O₂의 공급으로부터 약 3초 느리게) V₁을 열고, H₂를 공급한다. 이로 인하여, 반응로(51) 내에서는 수분가스(수증기)가 발생된다.

또한, 반응로(51)로부터의 수분가스 등의 일부는, 흡입량 조정밸브(55)의 개폐제어에 의하여, 소정의 시간동안 시험회로(54) 측으로 흡인되고, Q-mas(56)에 의해 발생된 수분 내의 H₂, O₂, H₂O 및 N₂의 농도가 각각 측정된다.

도 9 내지 도 11은, 상기한 도 8의 질량유량제어기를 사용한 가스공급장치 (50)를 구비하는 수분발생 실험장치에 있어서, 하기의 ①,② 및 ③의 조건하에서 수분발생을 행한 경우, Q-mas(56)로 측정한 H₂ㆍO₂ㆍN₂및 H₂O의 각 농도값이다. 또, 가스공급장치(50)의 질량유량제어기로의 H₂ㆍO₂및 N₂의 일차측 공급압(게이지압)은, 각각 2kgf/㎠, 2kgf/㎠ 및 6kgf/㎠이다.

① 질량유량제어기의 2차측 압력 ‥‥ 1kg/㎠ abs

H₂50sccm + O₂1000sccm

N₂1000sccm

H₂의 공급을 O₂공급보다 3초 느리게 한다.

② 질량유량제어기의 2차측 압력 ‥‥ 0.5kg/㎠ abs

H₂50sccm + O₂1000sccm

N₂1000sccm

H₂의 공급을 O₂공급보다 3초 느리게 한다.

③ 질량유량제어기의 2차측 압력 ‥‥ 0.2kg/㎠ abs

H₂50sccm + O₂1000sccm, N₂1000sccm

H₂의 공급을 O₂공급보다 3초 느리게 한다.

또, H₂, O₂, N₂등의 유량을 나타내는 단위(sccm)는, 1분 동안 흐르는 각 가스의 표준상태하에서의 용적(㎤)을 나타낸다.

도 9 내지 도 11에서 명백하듯이, 질량유량제어기를 사용한 가스공급장치 (50)를 구비한 수분발생 실험장치에서는, 질량유량제어기(MFC)의 2차측 압력이 낮게(감압) 될수록, 가스공급개시시의 H₂의 피크값(P_H2)이 높게 되고, 이로 인하여 H₂O농도에도 피크값(P_H2O)이 발생한다.

즉, 가스의 공급개시시에, H₂의 피크값(P_H2)이나 H₂O의 피크값(P_H2O)이 발생한다고 하는 것은, 「H₂의 올바른 농도제어(즉, 유량제어)를 할수없다」는 것을 말하고, 정밀도가 높은 H₂의 유량제어의 요청에 대응할 수 없게 되는 것을 말한다.

또한, 상기 H₂농도의 피크값(P_H2)이 수%까지 상승하면, 하류의 산화로(52) 내에서 소위 수소폭발이 유인될 가능성이 있고, 안전성에 문제가 발생한다.

한편, 도 12 및 도 13은, 상기 도 8의 질량유량제어기를 사용한 가스공급장치(50)를 구비한 수분발생 실험장치에 있어서, 하기의 ① 및 ②의 조건하에서 수분발생을 행한 경우, Q-mas(56)로 측정한 H₂, O₂, N₂, H₂O의 농도값이다. 또 질량유량제어기의 H₂, O₂및 N₂의 공급압(게이지압)은 각각 2kgf/㎠ 및 6kgf/㎠로 설정된다.

① 질량유량제어기의 2차측 압력 ‥‥ 0.5kg/㎠ abs

H₂100sccm + O₂50sccm (H₂:O₂= 2:1)

N₂1000sccm

H₂및 O₂를 동시에 공급하고 동시에 정지한다.

② 질량유량제어기의 2차측 압력 ‥‥ 0.5kg/㎠ abs

H₂100sccm + O₂50sccm (H₂:O₂= 2:1)

N₂1000sccm

H₂의 공급을 O₂공급보다 3초 느리게 하고, H₂의 공급정지를 O₂의 공급정지보다 3초 빠르게 한다.

도 12로부터 명백하듯이, 종전의 질량유량제어기를 이용한 가스공급장치(50)를 사용하는 경우에, H₂와 O₂를 동시에 공급하면, 가스공급개시의 초기에 H₂의 피크농도값(P_H2)이 약 10%에도 미치지 못하게 되고, 안전상에 문제가 발생하게 된다.

또한, 상기한 H₂가 피크값(P_H2)에 있는 영역에서는, H₂와의 반응에 의해 O₂가 소비되기 때문에, O₂의 농도(Po₂)가 급격하게 하강하고, 결과적으로 소정량의 수분발생이 얻어지지 않게 된다.

마찬가지로, 도 13으로부터 명백하듯이, 종전의 질량유량제어기를 이용한 가스공급장치(50)를 사용하는 경우에는, 가스의 공급개시의 초기에, H₂의 피크농도값 (P_H2)이 약 50%를 초과하게 되어, 위험성이 한층 더 증대하게 된다.

또, 상기한 H₂의 피크값(P_H2)에 의해 대량의 O₂가 소비되고, O₂농도가 대폭적으로 저하하여, 소정량의 수분발생량을 얻는 것이 불가능하게 된다.

상술한 바와 같이, 종전의 질량유량제어기를 이용한 가스공급장치(50)의 경우에는, 가스의 공급개시 초기나 공급정지시에, H₂나 O₂의 소위 오버슈우트(과잉한 유입)가 발생하여, 정밀도가 높은 H₂나 O₂의 유량제어를 할 수 없다는 문제가 발생한다.

또한, 질량유량제어기를 구비한 가스공급장치(50)를 사용하여 수분발생을 행하도록 하는 경우에는, 상기한 H₂나 O₂의 오버슈우트에 의해서, 발생수분량도 당연히 설정값보다 크게 차이가 나게 되어, 정밀도가 높은 수분발생량의 유량제어가 곤란하게 된다.

한편, 반도체 등의 제조에 있어서는, 여러 종류의 가스를 설정유량으로서 소정의 개소로 변환공급하거나, 또는 H₂와 O₂의 반응에 의해 발생된 고순도의 물을, 소정의 개소로 설정유량으로서 공급해야만 하는 경우가 많고, 어느 경우에도, 신속한 가스의 변환공급 및 정밀도가 높은 가스 및 H₂O의 유량제어가 요청된다. 왜냐하면, 공급가스의 유량이나 공급수분의 유량을 고정밀도로 제어하는 것은, 반도체 제품의 품질향상이나 원료에 대한 제품의 비율의 향상을 도모한다는 점에서 필수적인 것이기 때문이다.

본 발명은, 반도체나 화학품, 약품, 정밀기계부재 등의 제조에 사용되는 가스 등의 각종 유체공급장치의 개량에 관한 것이고, 유체의 공급개시나 공급유체의 변환시에도 정밀도가 높은 유체의 유량제어를 행하도록 한 유체공급장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 관한 가스공급장치(A)의 블록도이다.

도 2는, 본 발명에서 사용하는 압력유동제어기의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 3은, 본 발명에서 사용하는 유체변환밸브(D)의 종단면도이다.

도 4는, 도 8의 시험장치에 있어서, 본 발명에 관한 압력유동제어기의 2차측 압력을 1kg/㎠ abs로 한 경우의 H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 5는, 압력유동제어기의 2차측 압력을 0.5kg/㎠ abs로 한 경우의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 6은, 압력유동제어기의 2차측 압력을 0.2kg/㎠ abs로 한 경우의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 7은, 도 8의 시험장치에 있어서, 압력유동제어기의 2차측 압력‥‥1kg/㎠ abs, H₂와 O₂의 공급량 2:1, H₂와 O₂의 공급 및 공급정지‥‥동시로 한 경우의 H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 8은, 종전의 질량유량제어기를 사용한 가스공급장치를 구비한 수분발생 시험장치의 전체 계통도이다.

도 9는, 도 8의 시험장치에 있어서, 질량유량제어기의 2차측 압력을 1kg/㎠ abs로 한 경우의 H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 10은, 질량유량제어기의 2차측 압력을 0.5kg/㎠ abs로 한 경우의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 11은, 질량유량제어기의 2차측 압력을 0.2kg/㎠ abs로 한 경우의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 12는, 도 8의 시험장치에 있어서, 질량유량제어기의 2차측 압력‥‥1kg/㎠ abs, H₂와 O₂의 공급량 2:1, H₂와 O₂의 공급 및 공급정지‥‥동시로 한 경우의 H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 13은, 도 12의 시험장치에 있어서, H₂의 공급개시를 O₂공급개시보다 3초 느리게 하고, H₂의 공급정지를 O₂의 공급정지보다 3초 빠르게 한 경우의 H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 14는, 종전의 질량유량제어기의 기본구성을 나타내는 블록도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

A ‥‥ 유체공급장치 B ‥‥ 유체공급제어장치

C ‥‥ 압력유동제어기 D ‥‥ 유체변환밸브

E ‥‥ 유체사용부하 1 ‥‥ 제어밸브

2 ‥‥ 제어밸브 구동부 3 ‥‥ 압력검출기

4 ‥‥ 온도검출기 5 ‥‥ 오리피스

6 ‥‥ 연산제어장치 7 ‥‥ 증폭기

8 ‥‥ A/D변환기 9 ‥‥ 반전증폭기

10 ‥‥ 밸브본체 11 ‥‥ 전기작동기(솔레노이드)

12 ‥‥ 시일드케이스 13 ‥‥ 유로

14 ‥‥ 시이트 15 ‥‥ 몸체

16 ‥‥ 금속제 다이어프램 17 ‥‥ 본네트

18 ‥‥ 본네트 너트 19 ‥‥ 스템

20 ‥‥ 다이어프램누름기 21 ‥‥ 스프링

22 ‥‥ 너트 23 ‥‥ 케이스 본체

24 ‥‥ 플런저 25 ‥‥ 여자(勵磁)코일

26 ‥‥ 리드선 27 ‥‥ 주벽(周壁)

28 ‥‥ 상벽(上壁) 29 ‥‥ 관통구멍

30 ‥‥ 페라이트 비즈

(발명의 개시)

본 발명은, 종전의 질량유량제어기를 이용한 가스 등의 유체공급장치의 상술한 바와 같은 문제, 즉 유체공급의 개시초기에 소위 유체의 오버슈우트 현상이 발생하여, 정밀한 유체의 유량제어가 불가능하다는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체공급장치에서 사용되는 유량제어미터를 압력유동제어기에 대신하는 것과 함께, 유체변환제어밸브를 솔레노이드 구동식의 고속작동형 변환밸브로 함으로서, 상기 가스 등의 오버슈우트와 같은 일시적인 현상을 전혀 발생시키지 않고, 유체의 공급개시로부터 공급정지의 전영역에 걸쳐서 극히 정밀한 유량제어를 행하게 하고, 또한 이것을 반도체 제조장치용 수분발생장치에 적용하는 경우에는, 발생수분의 정밀도가 높은 유량제어를 가능하게 하여, 집적도가 높은 반도체의 이상적인 초기 막형성이 행하여지도록 한 유체공급장치를 제공하는 것이다.

따라서, 본원 발명자 등은, 상기 도 8에서 나타내는 수분발생 시험장치에 의한 각종 시험을 통해서, 유체의 공급개시 직후에 생기는 유체의 오버슈우트현상에 대한 그 발생원인을 해결하였다.

그 결과, 종전의 질량유량제어기를 이용한 유체공급장치(50)에서는, ① 각 변환밸브(V₁∼V₃)와 각 질량유량제어기(MFC₁∼MFC₂)를 연결하는 관로(L₁∼L₃)내에 체류되어 있는 유체(가스)가 오버슈우트하는 유체(가스)의 대부분을 차지하는 것과 ② 질량유량제어기(MFC₁∼MFC₃)의 구조 자체가 상기 오버슈우트의 원인으로 되어 유체(가스)의 체류를 증가시키는 기능을 구비하는 것을 발견하였다.

도 14는, 종전의 질량유량제어기의 기본구조를 나타내는 블록도이다. 도 14에 있어서, 1차측으로부터 유입된 가스는 층류 바이패스부(59)와 센서 바이패스부(60)로 나뉘어져 흐르고, 센서(61)에 의해 유체의 질량유량을 이것에 비례하는 온도변화로 감지하는 것과 함께, 이 감지된 온도변화를 브리지회로(62)에서 전기신호로 변환하고, 증폭회로(63) 등을 경유하여 선형전압신호로서 표시기(64)와 비교제어회로(65)로 출력시킨다.

또한, 외부로부터의 설정신호는, 설정기(66)로부터 비교제어회로(65)로 입력되고, 여기에서 상기 검출신호와의 차이가 연산되는 것과 함께, 상기한 차이를 나타내는 신호를 밸브구동부(67)로 보내고, 이 차이를 나타내는 신호가 제로가 되게 하는 방향으로 유량제어밸브(68)가 개폐제어된다.

질량유량제어기의 사용중에, 2차측에 설치된 변환밸브(V₁)를 급하게 닫으면, 센서(61) 내를 통과하는 가스흐름이 정지하게 된다. 이 때문에, 질량유량제어기의 제어계가, 과도적으로 가스의 흐름을 증가하는 방향으로 작동하여, 유량제어밸브 (68)가 개방된다. 그 결과, 2차측 라인(L₁) 내의 가스압이 상승하고, 여기에서 가스가 체류하게 된다. 그리고, 이 체류가스는, 다음 변환밸브(V₁)를 개방한 때에, 급격하게 변환밸브(V₁)를 통하여 부하측으로 유입되어, 상기 가스의 오버슈우트 현상을 유발시킨다.

본원 발명자 등은, 질량유량제어기가 보유한 상술한 바와 같은 구조상의 특성에 착안하여, 유체변환시의 과도기에서도 보다 정밀도가 높은 유체유량제어를 행하기 위해서, 「질량유량 검출신호에 의해 유량제어밸브를 개폐제어하는 구조의 유량제어기구」 대신에, 「압력 검출신호에 의해 유량제어밸브를 개폐제어하는 구조의 유량제어기구」를 사용하여, 상술한 바와 같은 유체의 오버슈우트와 같은 일시적인 현상이 전혀 생기지 않는 유체공급장치를 구성하는 것을 착상하였다.

본원 발명은, 상기의 착상에 의거하여 창작된 것으로서, 청구항 1의 발명은, 유체의 유량을 제어하는 압력유동제어기와, 압력유동제어기의 2차측 유체통로를 개폐하는 유체변환밸브와, 압력유동제어기와 유체변환밸브의 구동을 제어하는 유체공급제어장치로 구성되고, 또 상기 압력유동제어기를 오리피스와, 오리피스의 상류측에 설치된 제어밸브와, 제어밸브와 오리피스 사이에 설치된 압력검출기와, 압력검출기의 출력압(P₁)으로부터 Qc=KP₁(단 K는 정수)로서 연산된 유량신호(Qc)와 유량지령신호(Qs)와의 차를 제어신호(Qy)로서 상기 제어밸브의 구동부로 출력하는 연산제어장치로 구성하는 것과 함께, 상기 오리피스의 하류측 유량을 제어하는 구성으로 한 것을 발명의 기본구성으로 한다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스(5)의 상류측 압력(P₁)을 하류측 압력(P₂)의 약 2배 이상으로 유지한 상태에서 제어밸브(1)를 개폐제어하도록 한 것이고, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 압력유동제어기를 병렬로 설치한 복수의 압력유동제어기로 하는 것과 함께, 각 압력유동제어기의 2차측에 설치된 유체변환밸브의 출구측을 각각 연이어 통하게 유체사용부하로 접속하고, 또 각 압력유동제어기의 1차측으로 다른 종류의 유체를 공급하도록 한 것이다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3의 발명에 있어서, 유체변환밸브를 전동식 고속작동형 유체변환밸브로 한 것이고, 또 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 있어서, 전동식 고속작동형 유체변환밸브를 솔레노이드 구동식의 고속작동형 유체변환밸브로 한 것이다.

이하, 도면에 의거하여, 본 발명에 관한 유체공급장치(A)의 실시예를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 관한 유체공급장치(A)의 블록도이고, 이 유체공급장치(A)는 유체공급제어장치(B)와 압력유동제어기(C)와 유체변환밸브(D)로 구성되어 있다.

또, 본 실시예에서는, 압력유동제어기(C) 및 유체변환밸브(D)를 각각 3대로 하고, H₂, O₂, N₂가스를 적당하게 유체사용부하(E)로 변환공급하는 구성으로 되어 있지만, 압력유동제어기(C)의 설정 대수는 1대로 하여도 좋고, 4이상인 것으로 하여도 좋다.

각 압력유동제어기(C)의 1차측으로는, 가스저장용기(도시생략)로부터 압력조정기(도시생략) 등을 통하여 소정압의 H₂, O₂, N₂가스가 공급되고, 또 각 압력유동제어기(C)로는 유체공급제어장치(B)로부터 각각 소정의 유량설정신호(Qs)가 입력된다. 더욱이, 각 압력유동제어기(C)의 2차측으로부터는, 유체변환밸브(D)의 개방에 의해 소정의 설정유량(Qs)으로 제어된 가스가 유체사용부하(E)로 공급되게 된다.

도 2는, 본 발명에서 사용하는 압력유동제어기(C)의 일 실시예를 나타내고, 이 압력유동제어기(C)는 제어밸브(1), 제어밸브 구동부(2), 압력검출기(3), 온도검출기(4), 오리피스(5), 연산제어장치(6), 증폭기(7aㆍ7b), A/D변환기(8aㆍ8b) 등으로 형성되어 있다.

상기의 제어밸브(1)에는, 소위 직접 접촉형 금속다이어프램 밸브가 사용되고, 그 구동부에는 압전소자형 구동장치가 사용된다. 또한 상기의 압력검출기(3)에는 반도체 왜형(歪形) 압력센서가 사용된다. 더욱이, 상기의 온도검출기(4)에는, 열전대형 온도센서가 사용된다. 또, 상기의 구동부나 압력센서, 온도센서 등은 어떤 형식의 것이어도 좋다.

상기의 오리피스(5)에는, 판형의 금속제 가스켓에 방전가공에 의해 구멍부를 형성한 오리피스가 사용된다. 그 이외의 오리피스(5)로는, 아주 가는 파이프나 에칭에 의해 금속막에 구멍을 형성한 오리피스를 사용할 수 있다. 또한 상기의 연산제어장치(6)는 소위 제어회로기판으로부터 형성되고, 온도보정회로(6a), 유량연산회로(6b), 비교회로(6c), 증폭회로(6d) 등이 구비되어 있다. 또 클린룸 등의 일정온도의 분위기하에서 사용하는 경우에는, 상기 온도보정회로(6a)를 생략하여도 성능에 영향을 미치지 않는다.

도 3은, 본 발명에서 사용하는 유체변환밸브(D)의 일 예를 나타내는 종단면도이고, 변환밸브(D)는 밸브본체(10), 전기작동기(11), 시일드케이스(12) 등으로 주요부가 구성되어 있고, 그 예로는, 전기작동기(11)를 솔레노이드로 하는 것이 있다.

상기 밸브본체(10)는 유체를 개폐제어하는 것으로서, 그 예로는 상폐형(常閉刑)이 있다. 즉, 밸브본체(10)는, 유로(13) 및 그 도중에 시이트(14)를 구비한 몸체(15)와, 시이트(14)에 당좌(當座) 가능하게 설치한 금속(Ni기 함금)제 다이어프램(16)과, 본네트(17)와, 본네트 너트(18)와, 본네트(17)를 관통하여 승강가능하게 설치된 스템(19)과, 다이어프램(16)을 누르는 다이어프램누름기(20)와, 스템(19)을 항상 하방향(밸브를 닫는 방향)으로 힘을 가하는 스프링(21)으로 구성되어 있다.

전기작동기(11)는 솔레노이드로 한다. 즉, 전기작동기(11)는 본네트(17)에 너트(22)에 의해 부착된 케이스본체(23)와, 밸브본체(10)의 스템(19)에 연계(連繫)된 플런저(24)와, 플런저(24)를 승강시키는 여자코일(25) 및 철심(25a)과, 리드선(26)으로 구성되어 있다.

또, 상기 케이스 본체(23)는, 알루미늄제로 되어 있지만, 이것을 고투자율(高透磁率)의 재료, 예컨대 퍼어말로이나 순철 등으로 구성하여도 좋다.

시일드 케이스(12)는, 케이스 본체(23)의 외측에 이것과 약간의 간극을 두고 설치되어 있어 누설자계를 차단한다. 이 예로는, 시일드케이스(12)가 하방이 개방된 상태로 원통형을 나타내고, 전기작동기(11)의 측방을 덮는 주벽(27)과, 전기작동기(11)의 상방을 덮는 상벽(28)과, 리드선(26)이 관통되는 관통구멍(29)을 구비하고 있고, 케이스 본체(23)에 밖으로 끼워지게 된다. 또 시일드케이스(12)는, 두께가 1mm의 판형인 퍼어말로이나 순철에 의해 작성되어 있다. 또한 시일드케이스(12)는 리드선(26)의 관통개소에, 누설자계를 차단하는 페라이트 비즈(30)를 구비하고 있다. 페라이트 비즈(30)는 고리형상을 나타내고, 리드선(26)과 관통구멍(29)과의 간극을 폐쇄하도록, 상벽(28) 내측(하측)의 리드선(26)에 밖으로 끼워지게 된다.

다음에, 본 발명에 관한 유체공급장치(A)의 작동에 대하여 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고로 하면, 제어밸브(1)의 출구측, 즉 오리피스(5)의 상류측 기체압력(P₁)은 압력검출기(3)에 의해서 검출되고, 증폭기(7a) 및 A/D변환기 (8a)를 경유하여 디지털화된 신호가 유량연산회로(6b)로 입력된다.

마찬가지로, 오리피스(5) 상류측의 기체온도(T₁)는 온도검출기(4)로 검출되고, 증폭기(7b) 및 A/D변환기(8b)를 경유하여 디지털화된 신호가 온도보정회로 (6a)로 입력된다. 또, 온도보정회로(6a)를 생략하는 경우에는 제어회로가 간소화되기 때문에, 아날로그에 의한 유량연산처리를 행하는 것도 가능하다.

상기 연산제어회로(6)에서는, 압력신호(P₁)를 이용하여 유량 Q'=KP₁이 연산되는 것과 함께, 상기 온도보정회로(6a)로부터의 보정신호를 이용하여, 상기 유량(Q')의 온도보정이 행해지고, 연산유량신호(Qc)가 비교회로(6c)로 입력된다.

한편, 비교회로(6c)로는 유량지령신호(Qs)가 입력되고, 여기에서 상기 연산유량신호(Qc)와 유량지령신호(Qs)와의 비교가 행해지는 것과 함께, 양자의 차이를 나타내는 신호 Qy=Qc-Qs가 제어신호로서 제어밸브(1)의 구동부(2)로 출력된다.

즉, 연산유량신호(Qc)가 유량지령신호(Qs) 보다 큰 경우에는 제어밸브(1)를 폐쇄하는 방향으로, 또 상기 Qc가 Qs 보다 작은 경우에는 제어밸브(1)를 개방하는 방향으로, 각각 밸브 구동부(2)가 작동되고, Qc=Qs가 되도록 제어밸브(1)의 개도가 자동으로 제어된다.

또, 본 발명에서는, 상기 오리피스(5)의 상류측 기체압력(P₁)과 하류측의 압력(P₂)간에, P₂/P₁가 약 0.5보다 작게 하고, 즉 오리피스(5)의 상류측 압력(P₁)이 하류측 압력(P₂)의 약 2배보다 크게 하는 조건이 항상 성립되도록 하는 것이 바람직하다.

이 때문에, 도 2의 점선으로 나타내듯이, 오리피스(5)의 상류측 기체압력 (P₁)과 하류측 기체압력(P₂)을 반전증폭기(9)로 입력하고, 압력(P₁)과 압력(P₂)의 크기가 역전되도록 한 경우(즉, 역류를 생기게 하는 상태로 한 경우)나, P₁/P₂＞0.5의 상태로 한 경우(즉, 역류를 생기게 하지 않은 것, 정밀도가 높은 유량제어가 가능하지 않게 한 경우)에는, 제어밸브(1)를 자동적으로 폐쇄하도록 하여도 좋다.

솔레노이드(11)가 비여자시의 경우에는, 도 3에 나타내듯이, 플런저(24), 스템(19), 다이어프램누름기(20)가, 스플링(21)의 탄성력에 의해 하강하고, 다이어프램(16)은 다이어프램누름기(20)를 통하여 시이트(14)에 당좌한다. 이로 인하여, 유체변환밸브(D)가 열린 밸브상태로 된다.

또, 솔레노이드(11)에 전류가 통하게 되면, 플런저(24), 스템(19), 다이어프램누름기(20)가 스프링(21)의 탄성력에 항거하여 상승하고, 다이어프램(16)은 그 탄성력에 의해 원형(原形)으로 복귀하여, 시이트(14)로부터 이좌(離座)된다. 이로 인하여, 유체변환밸브(D)가 열린 밸브상태로 된다.

또, 본 실시예의 전동식 고속작동형 유체변환밸브의 경우, 밸브의 개폐작동속도는 10msec 이하로서, 종전의 공압식 유체변환밸브의 평균 개폐작동속도 100msec에 비교하여, 약 10배의 작동속도를 보유한다.

또한, 솔레노이드(11)로의 통전시(通電時)(초기통전시 및 보지(保持)통전시)에는 여자코일(25)로부터 누설자계가 발생한다. 게다가, 솔레노이드(11)의 외측에 시일드케이스(12)가 설치되어, 외부로 누설되는 누설자계가 시일드케이스(12)에 의하여 차단된다.

그러나, 본 발명에 관한 압력유동제어기(C)의 경우, 도 2에 나타내듯이, 유체변환밸브(D)가 폐쇄방향으로 작동되면, 오리피스(5)의 1차측의 유체압(P₁)이 상승하고, 유체유량 Q'=KP₁이 증가한다. 이로 인하여, 설정유량(Qs)(Qs=0)과의 차(Qy)가 증대하게 되고, 이것을 작게하기 위하여(즉, 2차측 유체압력(P₂)을 감소시키기 위하여), 제어밸브(1)가 폐쇄되게 된다.

즉, 본 발명에 관한 압력유동제어기(C)와, 종전의 질량유량제어기의 구동기구를 비교하면 아래의 표와 같이 되고, 본 발명에 관한 압력유동제어기(C)의 경우에는, 그 기구상으로부터 제어기(C)의 2차측(L)으로 유체가 잔류되는 것이 방지되게 된다.

	고속변환밸브의 폐쇄
질량유량제어기	제어밸브를 연다 --> 2차측 압력증가 --> 유체의 잔류발생
압력유동제어기	제어밸브를 닫는다 --> 2차측 압력감소 --> 유체의 잔류없음

도 4는, 상기 도 8의 수분발생 시험장치에 있어서, 종전의 질량유량제어기 (MFC₁∼MFC₃)에 대신하여, 본 발명에서 사용하는 압력유동제어기(C₁∼C₃)를 적용하고, 상기 도 9의 경우와 동일한 조건하에서 수분발생시험을 행한 경우의, H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 측정한 것이다.

마찬가지로, 도 5는, 본 발명의 유체공급장치(A)를 이용하여, 상기 도 10의 경우와 동일조건하에서 수분발생시험을 행한 경우의, H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 측정한 것이다.

또, 도 6은 본 발명의 유체공급장치(A)를 이용하여, 상기 도 11의 경우와 동일조건하에서 수분발생시험을 행한 경우의, H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 측정한 것이다.

도 7은, 본 발명의 유체공급장치(A)를 이용하여, 상기 도 12의 경우와 동일조건하(즉, H₂100sccm + O₂50sccmㆍ H₂:O₂= 2:1)에서 수분발생시험을 행한 경우의, H₂, O₂, N₂, H₂O의 각 농도를 나타내는 선도이다.

도 4와 도 9, 도 5와 도 10, 도 6과 도 11, 도 7과 도 13을 각각 대비하면 알 수 있듯이, 본 발명의 유체공급장치(A)를 이용한 경우에는, 2차측 설정압력이 낮게 되어 있는 경우에도, H₂나 H₂O에 피크값이 전혀 발생되지 않는 것이 확인된다.

또, 본 발명의 유체공급장치에서는, 전동식 유체변환밸브로서 솔레노이드 구동식 고속작동밸브를 사용하지만, 유체변환밸브(D)의 형식이 상기의 솔레노이드식 고속작동밸브에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 압전세라믹 등의 압전소자에 의한 구동식의 것으로 하여도 좋다.

(발명의 효과)

본 발명에서는, 유체공급장치의 주요부를 형성하는 유체조정부에 압력유동제어기를 사용하여, 유체변환밸브의 폐쇄시에는 2차측 압력을 하강시키는 방향으로 작동하는, 압력유동제어기의 구조상의 특성을 유기적으로 활용한 구조의 유체공급장치를 제공한다.

그 결과, 유체의 공급개시시나 공급유체의 변환시 등의 과도기에도, 유체의 오버슈우트와 같은 일시적인 현상이 발생되지 않아서, 극히 정밀한 유체의 유량제어나 수분발생량의 제어를 행할 수가 있다.

또, 유체변환밸브로서, 솔레노이드 구동형 고속작동밸브를 사용하기 때문에, 유체의 변환조작 등을 고속으로 행할 수가 있고, 게다가 유체의 변환조작 중에 유체의 오버슈우트 현상이 발생되지 않기 때문에, 반도체 제조에 있어서 이상적인 초기 막형성 등을 행할 수가 있고, 고집적도 반도체의 대폭적인 품질향상을 가능하게 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 우수한 실용적 효과를 얻을 수가 있다.

Claims

유체의 유량을 제어하는 압력유동제어기(C)와, 압력유동제어기(C)의 2차측 유체통로(L)를 개폐하는 유체변환밸브(D)와, 압력유동제어기(C)와 유체변환밸브(D)의 작동을 제어하는 유체공급제어장치(B)로 구성되고, 또 상기 압력유동제어기(C)를 오리피스(5)와, 제어밸브(1)와 오리피스(5) 사이에 설치된 압력검출기(3)와, 압력검출기(3)의 검출압(P₁)으로부터 유량 Qc=KP₁(단, K는 정수)으로서 연산된 유량신호(Qc)와 유량지령신호(Qs)와의 차를 제어신호(Qy)로서 상기 제어밸브(1)의 구동부(2)로 출력하는 연산제어장치(6)로 형성하는 것과 함께, 상기 제어밸브(1)의 개폐에 의해 오리피스(5)의 상류측 압력(P₁)을 조정하고, 오리피스(5)의 하류측 유량을 제어하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
제1항에 있어서, 오리피스(5)의 상류측 압력(P₁)을 하류측 압력(P₂)의 약 2배 이상으로 유지한 상태에서 제어밸브(1)를 개폐제어하도록 한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압력유동제어기(C)를 병렬로 설치한 복수의 압력유동제어기(C₁),(C_n)로 하는 것과 함께, 각 압력유동제어기(C₁)의 2차측에 설치된 유체변환밸브(D₁),(D_n)의 출구측을 각각 연이어 통하게 유체사용부하(E)로 접속하고, 또 각 압력유동제어기(C₁),(C_n)의 1차측으로 다른 종류의 유체를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유체변환밸브(D)를 전동식 고속작동형 유체변환밸브로 한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
제4항에 있어서, 전동식의 고속작동형 유체변환밸브를 솔레노이드 구동식 고속작동형 유체변환밸브로 한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.