KR20040043861A - 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법 - Google Patents

디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법에 관한 것으로서, 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 게인으로 조정할 수 있도록 생산과정(제조과정)에서 질량유량 제어기의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하여 저장하고, 사용자가 관리용 컴퓨터에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 원하는 유량범위와 가스 종류를 선택하면, 제어 회로부에서 사용자가 선택한 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택한 후 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값으로 자동 조정하며, 사용자가 선택한 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후 센서에서 감지한 온도변화 발생값을 증폭한 데이터를 토대로 연산한 현재의 질량유량과 사용자가 기설정한 질량유량을 비교하여 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브를 제어한다. 따라서, 본 발명은 질량유량 제어기의 사용범위를 확장할 수 있으며, 이로 인해 반도체 제조시 소요되는 질량유량 제어기의 수를 크게 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법 {Mass flow controller using a digital gain control and managing method thereof}
본 발명은 질량유량 제어기 및 동작방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는 각 유량범위 및 가스의 종류에 적합한 질량유량 제어기의 디지털 게인을 사전에 측정하여 저장하고, 사용자가 원하는 유량범위 및 가스를 선택하면 사전에 설정된 각 유량범위 및 가스의 종류에 따른 디지털 게인으로 자동 조정함으로써, 질량유량 제어기를 확장하여 사용할 수 있도록 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로 질량유량 제어기(Mass Flow Controller)는 반도체 제조용으로 사용되는 각종 가스를 사용자가 원하는 유량만큼 흐르도록 정밀하고 정확하게 조절하는 역할을 수행하는 기기이다.
이때, 상술한 질량유량 제어기의 대부분은 압력이나 온도를 수정하지 않고 직접 유량 계측이 가능함은 물론, 높은 수준의 전기 출력이 가능하고, 작은 유량 변화를 잘 감지할 수 있는 높은 민감도를 지니고, 작은 압력 손실을 가지며, 넓은 압력 범위에도 적용이 가능한 장점을 지니고 있는 열전도 방식(열전달 방식)의 센서를 채용하여 사용하고 있다.
도 1은 상술한 바와 같은 일반적인 질량유량 제어기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 질량유량 제어기(100)는 열전도 방식의 센서(110), 바이패스(120), 밸브(130), 제어 회로부(140)로 구성된다.
센서(110)는 금속제 등으로 이루어진 튜브에 감지코일이 감겨져 있고, 전압이 인가되면 자기발열 저항체에 의해 가열이 되며, 튜브를 통해 흐르는 가스의 흐름에 따라 감지코일의 양측에서 발생하는 온도변화를 감지하여 온도변화 발생값을 제어 회로부(140)로 출력한다.
바이패스(120)는 센서(110)에 흐르는 유량 이상의 유량을 측정하기 위한 부분으로서, 센서(110)와 병렬 구조로 연결된 별도의 라인을 통해 가스의 흐름을 분배해 주는 역할을 수행한다.
밸브(130)는 센서(110)로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 질량유량 제어기(100)를 통해서 흐르는 가스의 실제 질량유량을 측정하는 제어 회로부(130)의 제어에 따라 가스의 유량을 조절한다.
제어 회로부(140)는 사용자가 사전에 입력한 설정값(set-point)과 열감지 센서(110)로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 검출한 질량유량을 비교하고, 설정값과 현재의 질량유량의 비교 결과를 토대로 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브(130)를 제어한다.
이와 같이 구성된 질량유량 제어기(100)의 동작과정을 설명하면, 반도체 제조시 사용되는 특정 가스가 질량유량 제어기(100)로 유입되면, 가스의 흐름은 바이패스(120)로 유입되기 전에 분리되어 센서(110)를 직접 통하게 되고, 센서(110)에서는 튜브를 통해 흐르는 가스의 흐름에 따라 감지코일 양측의 온도변화를 감지한 후 온도변화 발생값을 제어 회로부(140)로 출력한다.
그러면, 제어 회로부(140)에서는 센서(110)로부터 입력되는 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 검출하고, 사용자가 사전에 입력한 설정값과 검출된질량유량을 비교하여 밸브(130)의 개폐를 조절한다.
즉, 검출된 질량유량이 사용자가 사전에 입력한 설정값보다 작은 경우에는 밸브(130)를 더 개방하도록 제어하고, 검출된 질량유량이 사용자가 사전에 입력한 설정값보다 큰 경우에는 밸브(130)를 닫도록 제어함으로써, 바이패스(120)를 통해 유입되는 가스의 흐름을 조정하여 원하는 가스량이 출력되도록 하는 것이다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 질량유량 제어기는, 정해진 가스의 종류 및 유량범위에 따라 제한적으로 사용하여야 하기 때문에 반도체 제조시 사용되는 가스의 종류나 유량범위에 따라 확장하여 사용할 수 없는 불편함이 있었으며, 이로 인해 반도체 제조시 많은 수의 질량유량 제어기가 사용되어 설비에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 질량유량 제어기의 디지털 게인 조정을 통해 하나의 질량유량 제어기로 사용자가 원하는 다중의 유량범위 및 다중의 가스를 처리할 수 있도록 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각 유량범위 및 가스의 종류에 적합한 질량유량 제어기의 디지털 게인을 사전에 측정하여 저장하고, 사용자가 원하는 유량범위 및 가스를 선택하면 사전에 설정된 각 유량범위 및 가스의 종류에 따른 디지털 게인으로 자동 조정함으로써, 질량유량 제어기를 확장하여 사용할 수 있도록 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 일반적인 질량유량 제어기의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법의 과정을 상세하게 나타낸 순서도,
도 4 내지 도 7은 도 3의 각 서브루틴의 구성을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 질량유량 제어기 110 : 센서
120 : 바이패스 130 : 밸브
140 : 제어 회로부 142 : 인터페이스부
144 : 마이크로 프로세서 146 : 디지털 저항부
148 : 증폭부 200 : 관리용 컴퓨터
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기는, 반도체 제조용으로 사용되는 각종 가스를 사용자가 원하는 유량만큼 흐르도록 정밀하고 정확하게 조절하는 역할을 수행하는 질량유량 제어기에 있어서, 튜브를 통해 흐르는 가스의 흐름에 따라 감지코일의 양측에서 발생하는 온도변화를 감지하여 온도변화 발생값을 제어 회로부로 출력하는 센서와; 외부에서 입력되는 가스의 압력 강하를 수행하고, 가스의 흐름을 분배하는 바이패스와; 제어 회로부의 제어에 따라 바이패스를 통해 유입되는 가스 유량을 조절하여 출력하는 밸브와; 질량유량 제어기를 사용하는 사용자가 유량범위와 가스 종류를 선택할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스 프로그램이 구비된 관리용 컴퓨터로부터 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 선택하는 유량범위와 가스 종류 데이터가 입력되면, 관리용 컴퓨터로부터 입력된 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 기저장되어 있는 디지털 게인의 룩업 테이블을 참조하여 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정하며, 센서로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산한 후 사용자가 설정한 질량유량과 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브를 제어하는 제어 회로부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법은, (1) 센서에서 감지한 가스 흐름에 따른 온도변화 발생값을 증폭할 때 사용되는디지털 게인을 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 게인으로 조정할 수 있도록 생산과정(제조과정)에서 해당 질량유량 제어기의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하고, 측정된 디지털 게인의 룩업 테이블을 제어 회로부에 저장하는 과정과; (2) 질량유량 제어기를 사용하는 사용자가 관리용 컴퓨터에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 원하는 유량범위와 가스 종류를 선택하는 과정과; (3) 질량유량 제어기의 제어 회로부에서 사용자의 선택에 따라 관리용 컴퓨터로부터 입력되는 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정하는 과정과; (4) 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후, 제어 회로부에서 센서로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하고, 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브를 제어하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 여기에서는 전술한 도 1의 도면부호를 그대로 사용하기로 한다.
도시된 바와 같이, 센서(110)는 튜브를 통해 흐르는 가스의 흐름에 따라 감지코일의 양측에서 발생하는 온도변화를 감지하고, 감지된 온도변화 발생값을 제어 회로부(140)로 출력한다.
바이패스(120)는 외부에서 입력되는 가스의 일부분을 센서(110)가 구비된 튜브로 흐르도록 하며, 입력되는 가스의 압력 강하를 수행함과 동시에 가스의 흐름을 분배하여 출력한다.
밸브(130)는 제어 회로부(140)에서 출력되는 가스 유량의 증감을 위한 제어신호에 따라 바이패스(120)를 통해 유입되는 가스 유량을 조절하여 사용자가 설정한 정확한 가스유량이 출력되도록 한다.
제어 회로부(140)는 질량유량 제어기(100)를 사용하는 사용자가 유량범위와 가스 종류를 선택할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스 프로그램이 구비된 관리용 컴퓨터(200)로부터 질량유량 제어기(100)가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 선택하는 유량범위와 가스 종류 데이터가 입력되면, 관리용 컴퓨터(200)로부터 입력된 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 기저장되어 있는 디지털 게인의 룩업 테이블을 참조하여 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정한다.
그리고, 제어 회로부(140)는 센서(110)로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합하도록 조정된 디지털 게인에 따라 증폭하고, 증폭된 데이터를 토대로 현재의 질량유량(질량유량의 단위로는 표준 입방 센티미터/분(sccm ; standard cubic centimeter per minute) 또는 표준 리터/분(slm ; standard liter per minute)을 사용)을 연산한 후 사용자가 설정한 질량유량과 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브(130)를 제어한다.
상술한 제어 회로부(140)는 인터페이스부(142), 마이크로 프로세서(144), 디지털 저항부(146) 및 증폭부(148)가 구비되어 있다.
인터페이스부(142)는 통신 케이블을 통해 연결된 관리용 컴퓨터(200)로부터 입력되는 질량유량 제어기(100)가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 선택하는 유량범위와 가스 종류 데이터를 마이크로 프로세서(144)로 출력하고, 마이크로 프로세서(144)로부터 입력되는 사용자의 선택에 따라 조정된 가스 종류 및 유량범위 데이터의 표시 제어신호를 관리용 컴퓨터(200)로 출력한다.
마이크로 프로세서(144)는 인터페이스부(142)를 통해 관리용 컴퓨터(200)로부터 사용자가 원하는 유량범위와 가스 종류 데이터가 입력되면 기저장되어 있는 디지털 게인의 룩업 테이블을 참조하여 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 관리용 컴퓨터(200)의 외부 메모리 또는 마이크로 프로세서(144)의 내부 메모리에 저장되어 있는 각 디지털 게인별로 설정된 디지털 저항값을 토대로 사용자가 선택한 유량범위와 가스 종류에 따라 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값으로 조정하기 위한 제어신호를 디지털 저항부(146)로 출력한다.
그리고, 마이크로 프로세서(144)는 디지털 저항부(146)에 의해 조정된 디지털 게인에 따라 증폭부(148)로부터 증폭되어 입력되는 센서(110)에서 감지된 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하며, 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교한 후 비교 결과에 따라 외부로부터 입력되는 가스유량을 줄이거나 늘리기 위한 밸브 제어신호를 밸브(130)로 출력한다.
즉, 마이크로 프로세서(144)는 센서(110)에서 출력되는 가스 흐름에 따른 온도변화 발생값을 증폭부(148)에서 증폭하여 마이크로 프로세서(144)로 제공할 때 사용되는 디지털 게인을 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 디지털 게인으로 자동 조정할 수 있도록, 사전에 공장 측정(공장 교정)(factory calibration)을 통해 설정되는 각 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인의 룩업 테이블을 저장하고 있는 것이다.
또한, 마이크로 프로세서(144)에 기저장된 각 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인은, 질소(N2) 가스를 기준으로 해당 질량유량 제어기(100)가 허용하는 최대 유량에서 단계별로 낮추어 최소 유량까지의 각 유량범위에 대하여 측정한 디지털 게인이며, 마이크로 프로세서(144)에 저장된 디지털 게인의 룩업 테이블에는 질소 가스를 기준으로 한 각 가스의 보정값이 함께 저장되어 있으므로, 사용자가 질소 이외의 가스를 선택하면 질소 가스를 기준으로 한 해당 가스의 보정값을 토대로 디지털 게인을 조정하여 사용할 수 있다.
또한, 마이크로 프로세서(144)는, 사용자가 선택하는 유량범위 및 가스 종류에 따라 디지털 저항부(146)를 통해 디지털 게인을 조정한 이후, 사용자의 선택에 따라 가스가 흐르지 않는 상태에서도 증폭부(148)를 통해 사전에 설정된 최소 전압(즉, 질량유량 제어기(100)의 생산과정(제조과정)에서 각 가스 종류에 따라 측정한 제로 포인트값)이 마이크로 프로세서(144)로 출력되도록 하는 제로 MFC를 수행한다. 즉, 사용자가 유량범위 및 가스 종류를 선택하여 디지털 게인이 변경되는경우 오작동을 방지하기 위하여 제로 MFC를 수행하는 것이다.
디지털 저항부(146)는 마이크로 프로세서(144)로부터 입력되는 제어신호에 따라 디지털 저항값을 조정하여 사용자가 선택한 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 조정한다.
증폭부(148)는 디지털 저항부(146)에 의해 조정된 디지털 게인에 따라 센서(110)에서 감지되어 입력되는 온도변화 발생값을 증폭하여 마이크로 프로세서(144)로 출력한다.
관리용 컴퓨터(200)는 질량유량 제어기(100)를 사용하는 사용자가 유량범위와 가스 종류를 선택할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스 프로그램이 구비되어 있으며, 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 질량유량 제어기(100)가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 입력하는 유량범위와 가스 종류 선택 데이터를 질량유량 제어기(100)로 출력하여 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정하도록 한다. 그리고, 상술한 관리용 컴퓨터(200)는 반도체 제조시 이용되는 복수의 질량유량 제어기(100)를 사용자의 선택에 따라 제어한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법의 일 실시예를 도 3 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법의 과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 센서(110)에서 감지한 가스 흐름에 따른 온도변화 발생값을 증폭할 때사용되는 디지털 게인을 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 게인으로 조정할 수 있도록 생산과정(제조과정)에서 해당 질량유량 제어기(100)의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하고, 측정된 디지털 게인의 룩업 테이블을 제어 회로부(140)에 저장한다(S100).
이를 상세하게 설명하면, 생산과정(제조과정)에서 질량유량 제어기(100)의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하기 위한 공장 측정(공장 교정)이 선택되는지를 판단한다(S110).
판단 결과 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하기 위한 공장 측정(공장 교정)이 선택되면, 해당 질량유량 제어기(100)가 허용하는 최대 유량범위를 설정하고(S120), 설정된 유량범위에 따라 질량유량 제어기(100)로 가스(예를 들어, 기준으로 사용되는 질소 가스)를 유입한다(S130).
그리고, 해당 유량범위에서 센서(110)를 통해 감지되는 가스 흐름에 따른 가스의 온도변화 발생값을 증폭할 때 사용되는 디지털 게인을 측정하여 제어 회로부(140)에 저장한다(S140).
특정 유량범위에서의 디지털 게인을 측정하여 저장한 이후에는 현재의 유량범위가 질량유량 제어기(100)가 허용하는 최소 유량범위인지를 판단하고(S150), 판단 결과 현재의 유량범위가 질량유량 제어기(100)가 허용하는 최소 유량범위가 아니면 현재의 유량범위에서 기설정된 유량범위(예를 들어, 1, 5, 10 sccm)만큼 줄인 후 상술한 단계(S130) 이후를 반복하여 수행한다(S160). 즉, 측정 대상의 질량유량 제어기(100)의 최대 유량범위에서 최소 유량범위까지 각 유량범위별로 디지털 게인을 측정하고, 측정된 디지털 게인의 룩업 테이블을 제어 회로부(140)에 저장하는 것이다. 이때, 제어 회로부(140)에는 가스가 흐르지 않는 상태에서의 디지털 게인(제로 포인트값)도 함께 저장되어 있다.
그러나, 상술한 단계(S150)의 판단 결과 현재 설정된 유량범위가 질량유량 제어기(100)가 허용하는 최소 유량범위이면, 해당 질량유량 제어기(100)의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인 측정을 종료한다(S170).
이처럼, 상술한 과정(S100)을 통해 질량유량 제어기(100)의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인들을 측정하여 저장한 이후, 반도체 제조를 수행하는 사용자가 관리용 컴퓨터(200)에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 질량유량 제어기(100)가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 원하는 유량범위와 가스 종류를 선택한다(S200).
이를 상세하게 설명하면, 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인이 저장되어 있는 질량유량 제어기(100)를 이용하는 사용자가 유량범위 및 가스 종류를 선택하기 위해 관리용 컴퓨터(200)에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 실행하는지를 판단한다(S210).
판단 결과 사용자가 관리용 컴퓨터(200)에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 실행하면, 관리용 컴퓨터(200)는 유량범위 및 가스 종류를 선택하기 위한 윈도우를 화면상에 표시한다(S220).
이후, 관리용 컴퓨터(200)는 사용자가 윈도우 상에 표시된 복수의 가스 종류중 특정 가스 종류를 선택하는지를 판단하고(S230), 판단 결과 사용자가 특정 가스종류를 선택하면 기저장되어 있는 해당 가스의 변환 계수(conversion factor)와 선형 계수(linearity factor)를 토대로 질량유량 제어기(100)에서 처리 가능한 최대의 유량범위를 연산하고, 연산된 최대 유량범위를 화면상에 표시한다(S240).
그리고, 관리용 컴퓨터(200)는 화면상에 표시된 해당 가스의 최대 유량범위를 확인한 사용자가 원하는 유량범위를 입력하는지를 판단하고(S250), 판단 결과 사용자가 원하는 유량범위를 입력하면 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하는지를 판단한다(S260).
판단 결과 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하면, 관리용 컴퓨터(200)는 사용자가 선택하는 특정 유량범위를 처리할 수 있는 다른 질량유량 제어기(100)를 사용하라는 메시지를 화면상에 표시한다(S270).
그러나, 상술한 단계(S260)의 판단 결과 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하지 않으면, 관리용 컴퓨터(200)에서 사용자가 자신이 선택한 가스 종류 및 유량범위로 질량유량 제어기(100)의 상태를 설정할 것인가에 대한 최종 확인 데이터를 입력하는지를 판단한다(S280).
판단 결과 사용자가 사용자 인터페이스 프로그램 상에서 자신이 선택한 가스 종류 및 특정 유량범위로 질량유량 제어기(100)의 상태를 설정한다는 최종 확인 데이터를 입력하면, 관리용 컴퓨터(200)는 사용자에 의한 특정 질량유량 제어기의 가스 종류 및 유량범위 선택을 종료한다(S290).
이와 같이 상술한 과정(S200)을 통해 사용자가 원하는 유량범위와 가스 종류를 선택하면, 질량유량 제어기(100)의 제어 회로부(140)에서 사용자의 선택에 따라관리용 컴퓨터(200)로부터 입력되는 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정한다(S300).
이를 상세하게 설명하면, 관리용 컴퓨터(200)에서는 사용자가 선택한 가스 종류 및 유량범위 데이터를 해당 질량유량 제어기(100)의 제어 회로부(140)로 출력한다(S310).
그러면, 관리용 컴퓨터(200)로부터 사용자가 선택한 가스 종류 및 유량범위 데이터를 입력받은 제어 회로부(140)의 마이크로 프로세서(144)에서는 해당 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 선택하기 위한 게인 비(gain ratio)를 연산하고(S320), 연산된 게인 비를 상술한 과정(S100)에서 측정하여 저장한 해당 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인과 비교하여 사용자가 선택한 가스 종류 및 유량범위에 적합한 디지털 게인을 선택한다(S330).
이후, 제어 회로부(140)의 마이크로 프로세서(144)에서는 상술한 단계(S330)를 통해 선택된 디지털 게인으로 조정하기 위한 제어신호를 디지털 저항부(146)로 출력하고(S340), 디지털 저항부(146)에서는 마이크로 프로세서(144)로부터 입력된 제어신호에 따라 디지털 저항값을 조정하여 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인으로 조정한다(S350).
사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인으로 조정한 이후, 마이크로 프로세서(144)에서는 현재 조정된 가스 종류 및 유량범위 데이터를 인터페이스부(142)를 통해 관리용 컴퓨터(200)로 출력하여 화면상에 표시하도록 한다(S360).
그리고, 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후, 마이크로 프로세서(144)에서는 사용자가 가스가 흐르지 않는 상태에서도 증폭부(148)를 통해 사전에 설정된 최소 전압이 마이크로 프로세서(144)로 입력되도록 하는 제로 MFC를 선택하는지를 판단하고(S370), 판단 결과 사용자가 제로 MFC를 선택하면 제로 MFC를 수행한다(S380).
사용자의 선택에 따라 제로 MFC를 수행하거나 또는 상술한 단계(S370)의 판단 결과 사용자가 제로 MFC를 선택하지 않으면, 마이크로 프로세서(144)에서 질량유량 제어기(100)의 디지털 게인 조정을 종료한다(S390).
이제, 상술한 과정(S300)을 통해 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후, 제어 회로부(140)에서는 센서(110)로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하고, 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브(130)를 제어한다(S400).
이를 상세하게 설명하면, 제어 회로부(140)의 증폭부(148)에서는 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 따라 상술한 과정(S300)을 통해 조정된 디지털 게인을 이용하여 센서(110)로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 증폭하여 마이크로 프로세서(144)로 출력한다(S410).
그러면, 마이크로 프로세서(144)에서는 설정된 디지털 게인에 따라 증폭부(148)를 통해 증폭된 센서(110)에서 감지된 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하고(S420), 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교한다(S430).
그리고, 비교 결과에 따라 마이크로 프로세서(144)에서는 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리기 위한 제어신호를 밸브(130)로 출력하여 정확한 유량범위의 가스가 밸브(130)를 통해 출력하도록 한다(S440).
이상에서와 같이 본 발명의 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법에 따르면, 하나의 질량유량 제어기로 사용자가 원하는 다중의 유량범위 및 다중의 가스를 처리하도록 함으로써, 질량유량 제어기의 사용범위를 확장할 수 있으며, 이로 인해 반도체 제조시 소요되는 질량유량 제어기의 수를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 반도체 제조용으로 사용되는 각종 가스를 사용자가 원하는 유량만큼 흐르도록 정밀하고 정확하게 조절하는 역할을 수행하는 질량유량 제어기에 있어서,
    튜브를 통해 흐르는 가스의 흐름에 따라 감지코일의 양측에서 발생하는 온도변화를 감지하여 온도변화 발생값을 제어 회로부로 출력하는 센서;
    외부에서 입력되는 가스의 압력 강하를 수행하고, 가스의 흐름을 분배하는 바이패스;
    제어 회로부의 제어에 따라 상기 바이패스를 통해 유입되는 가스 유량을 조절하여 출력하는 밸브; 및
    질량유량 제어기를 사용하는 사용자가 유량범위와 가스 종류를 선택할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스 프로그램이 구비된 관리용 컴퓨터로부터 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 선택하는 유량범위와 가스 종류 데이터가 입력되면, 상기 관리용 컴퓨터로부터 입력된 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 기저장되어 있는 디지털 게인의 룩업 테이블을 참조하여 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 상기 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정하며, 상기 센서로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산한 후 사용자가 설정한 질량유량과 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 상기 밸브를 제어하는 제어 회로부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    상기 관리용 컴퓨터로부터 입력되는 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 사용자가 선택하는 유량범위와 가스 종류 데이터를 마이크로 프로세서로 출력하는 인터페이스부;
    상기 인터페이스부를 통해 상기 관리용 컴퓨터로부터 유량범위와 가스 종류 데이터가 입력되면 기저장되어 있는 디지털 게인의 룩업 테이블을 참조하여 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 관리용 컴퓨터의 외부 메모리 또는 마이크로 프로세서의 내부 메모리에 저장되어 있는 각 디지털 게인별로 설정된 디지털 저항값을 토대로 사용자가 선택한 유량범위와 가스 종류에 따라 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값으로 조정하기 위한 제어신호를 디지털 저항부로 출력하고, 디지털 저항부에 의해 조정된 디지털 게인에 따라 증폭부로부터 증폭되어 입력되는 상기 센서에서 감지된 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하며, 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교한 후 비교 결과에 따라 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리기 위한 밸브 제어신호를 상기 밸브로 출력하는 마이크로 프로세서;
    상기 마이크로 프로세서로부터 입력되는 제어신호에 따라 디지털 저항값을 조정하여 사용자가 선택한 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 조정하는 디지털 저항부; 및
    상기 디지털 저항부에 의해 조정된 디지털 게인에 따라 상기 센서에서 감지되어 입력되는 온도변화 발생값을 증폭하여 상기 마이크로 프로세서로 출력하는 증폭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 회로부의 마이크로 프로세서는,
    상기 센서에서 출력되는 가스 흐름에 따른 온도변화 발생값을 상기 증폭부에서 증폭하여 마이크로 프로세서로 제공할 때 사용되는 디지털 게인을 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 게인으로 자동 조정할 수 있도록, 사전에 공장 측정(공장 교정)(factory calibration)을 통해 설정되는 각 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인의 룩업 테이블을 저장하고 있음을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 회로부의 마이크로 프로세서에 기저장된 각 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인은,
    질소(N2) 가스를 기준으로 해당 질량유량 제어기가 허용하는 최대 유량에서 단계별로 낮추어 최소 유량까지의 각 유량범위에 대하여 측정된 디지털 게인임을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서에 저장된 디지털 게인의 룩업 테이블에는 질소 가스를 기준으로 한 각 가스의 보정값이 함께 저장되어 있으며,
    사용자가 질소 이외의 가스를 선택하면 질소 가스를 기준으로 한 해당 가스의 보정값을 토대로 디지털 게인을 조정하여 사용할 수 있음을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 회로부의 마이크로 프로세서는,
    사용자가 선택하는 유량범위 및 가스 종류에 따라 상기 디지털 저항부를 통해 디지털 게인을 조정한 이후,
    사용자의 선택에 따라 가스가 흐르지 않는 상태에서도 상기 증폭부를 통해 사전에 설정된 최소 전압이 마이크로 프로세서로 출력되도록 하는 제로 MFC를 수행함을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가스가 흐르지 않는 상태에서 상기 증폭부를 통해 마이크로 프로세서로 출력되는 최소 전압은,
    질량유량 제어기의 생산과정(제조과정)에서 각 가스 종류에 따라 측정한 제로 포인트값임을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기.
  8. (1) 센서에서 감지한 가스 흐름에 따른 온도변화 발생값을 증폭할 때 사용되는 디지털 게인을 사용자가 원하는 유량범위나 가스 종류에 맞는 게인으로 조정할 수 있도록 생산과정(제조과정)에서 해당 질량유량 제어기의 각 유량범위 및 가스종류에 적합한 디지털 게인을 측정하고, 측정된 디지털 게인의 룩업 테이블을 제어 회로부에 저장하는 과정;
    (2) 질량유량 제어기를 사용하는 사용자가 관리용 컴퓨터에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 질량유량 제어기가 처리 가능한 최대유량 범위 내에서 원하는 유량범위와 가스 종류를 선택하는 과정;
    (3) 질량유량 제어기의 제어 회로부에서 사용자의 선택에 따라 관리용 컴퓨터로부터 입력되는 유량범위와 가스 종류 데이터를 토대로 해당 유량범위 및 가스에 적합한 디지털 게인을 선택하고, 선택된 디지털 게인에 맞는 디지털 저항값을 자동으로 조정하는 과정; 및
    (4) 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후, 제어 회로부에서 센서로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하고, 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교하여 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리도록 밸브를 제어하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(1)은,
    (1-1) 생산과정(제조과정)에서 질량유량 제어기의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하기 위한 공장 측정(공장 교정)이 선택되는지를 판단하는 단계;
    (1-2) 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 측정하기 위한 공장 측정(공장 교정)이 선택되면, 해당 질량유량 제어기가 허용하는 최대 유량범위를 설정하는 단계;
    (1-3) 설정된 유량범위에 따라 질량유량 제어기로 가스를 유입하는 단계;
    (1-4) 해당 유량범위에서 센서를 통해 감지되는 가스 흐름에 따른 가스의 온도변화 발생값을 증폭할 때 사용되는 디지털 게인을 측정하여 제어 회로부에 저장하는 단계;
    (1-5) 현재의 유량범위가 질량유량 제어기가 허용하는 최소 유량범위인지를 판단하는 단계;
    (1-6) 판단 결과 현재의 유량범위가 질량유량 제어기가 허용하는 최소 유량범위가 아니면, 현재의 유량범위에서 기설정된 유량범위만큼 줄이고, 상기 단계(1-3) 단계 이후를 반복하여 수행하는 단계; 및
    (1-7) 상기 단계(1-5)의 판단 결과 현재의 유량범위가 질량유량 제어기가 허용하는 최소 유량범위이면, 해당 질량유량 제어기의 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인 측정을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(2)은,
    (2-1) 각 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인이 저장되어 있는 질량유량 제어기를 이용하는 사용자가 유량범위 및 가스 종류를 선택하기 위해 관리용 컴퓨터에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 실행하는지를 판단하는 단계;
    (2-2) 판단 결과 사용자가 관리용 컴퓨터에 구비된 사용자 인터페이스 프로그램을 실행하면, 관리용 컴퓨터에서 유량범위 및 가스 종류를 선택하기 위한 윈도우를 화면상에 표시하는 단계;
    (2-3) 관리용 컴퓨터에서 사용자가 윈도우 상에 표시된 복수의 가스 종류중 특정 가스 종류를 선택하는지를 판단하는 단계;
    (2-4) 판단 결과 사용자가 특정 가스 종류를 선택하면, 관리용 컴퓨터에서 기저장되어 있는 해당 가스의 변환 계수(conversion factor)와 선형 계수(linearity factor)를 토대로 질량유량 제어기에서 처리 가능한 최대의 유량범위를 연산하고, 연산된 최대 유량범위를 화면상에 표시하는 단계;
    (2-5) 관리용 컴퓨터에서 화면상에 표시된 해당 가스의 최대 유량범위를 확인한 사용자가 원하는 유량범위를 입력하는지를 판단하는 단계;
    (2-6) 판단 결과 사용자가 원하는 유량범위를 입력하면, 관리용 컴퓨터에서 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하는지를 판단하는 단계;
    (2-7) 판단 결과 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하면, 관리용 컴퓨터에서 다른 질량유량 제어기를 사용하라는 메시지를 화면상에 표시하는 단계;
    (2-8) 상기 단계(2-6)의 판단 결과 사용자가 입력한 유량범위가 최대 유량범위를 초과하지 않으면, 관리용 컴퓨터에서 사용자가 자신이 선택한 가스 종류 및 유량범위로 질량유량 제어기의 상태를 설정할 것인가에 대한 최종 확인 데이터를입력하는지를 판단하는 단계; 및
    (2-9) 판단 결과 사용자가 자신이 선택한 가스 종류 및 유량범위로 질량유량 제어기의 상태를 설정한다는 최종 확인 데이터를 입력하면, 관리용 컴퓨터에서 사용자에 의한 특정 질량유량 제어기의 가스 종류 및 유량범위 선택을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(3)은,
    (3-1) 관리용 컴퓨터에서 사용자가 선택한 가스 종류 및 유량범위 데이터를 해당 질량유량 제어기의 제어 회로부로 출력하는 단계;
    (3-2) 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 관리용 컴퓨터로부터 입력된 가스 종류 및 유량범위 데이터를 토대로 해당 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인을 추출하기 위한 게인 비(gain ratio)를 연산하는 단계;
    (3-3) 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 상기 단계(3-2)를 통해 연산된 게인 비를 상기 과정(1)에서 측정하여 저장한 해당 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털 게인과 비교하여 적합한 디지털 게인을 선택하는 단계;
    (3-4) 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 상기 단계(3-3)를 통해 선택된 디지털 게인으로 조정하기 위한 제어신호를 디지털 저항부로 출력하는 단계;
    (3-5) 디지털 저항부에서 마이크로 프로세서로부터 입력된 제어신호에 따라 디지털 저항값을 조정하여 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 따른 디지털게인으로 조정하는 단계;
    (3-6) 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 현재 조정된 가스 종류 및 유량범위 데이터를 관리용 컴퓨터로 출력하여 화면상에 표시하도록 하는 단계;
    (3-7) 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 적합한 디지털 게인으로 조정한 이후, 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 사용자가 가스가 흐르지 않는 상태에서도 증폭부를 통해 사전에 설정된 최소 전압이 마이크로 프로세서로 입력되도록 하는 제로 MFC를 선택하는지를 판단하는 단계;
    (3-8) 판단 결과 사용자가 제로 MFC를 선택하면, 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 제로 MFC를 수행하는 단계; 및
    (3-9) 사용자의 선택에 따라 제로 MFC를 수행한 이후, 또는 상기 단계(3-7)의 판단 결과 사용자가 제로 MFC를 선택하지 않으면, 제어 회로부의 마이크로 프로세서에서 질량유량 제어기의 디지털 게인 조정을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(4)은,
    (4-1) 제어 회로부의 증폭부에서 사용자가 원하는 유량범위 및 가스 종류에 따라 상기 과정(3)을 통해 조정된 디지털 게인을 이용하여 센서로부터 입력되는 가스 흐름에 의한 온도변화 발생값을 증폭하여 마이크로 프로세서로 출력하는 단계;
    (4-2) 마이크로 프로세서에서 증폭부를 통해 증폭된 센서에서 감지된 온도변화 발생값을 토대로 현재의 질량유량을 연산하는 단계;
    (4-3) 마이크로 컴퓨터에서 상기 단계(4-2)를 통해 연산된 현재의 질량유량과 사용자가 설정한 질량유량을 비교하는 단계; 및
    (4-4) 비교 결과에 따라 마이크로 프로세서에서 외부로부터 입력되는 가스 유량을 줄이거나 늘리기 위한 제어신호를 밸브로 출력하여 정확한 유량범위의 가스를 출력하도록 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 동작방법.
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