KR20050030204A - 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유체유동측정 및 제어장치는, 유동제한요소(15)에 의해 유발된 압력강하에 근거하여 유속을 측정하기 위한 것이다. 이 장치는 비례유동밸브(10) 유체입구와 유체출구를 갖는 비례유동밸브(10) 및 비례유동밸브(10)를 조절하기 위한 작동기(17)를 포함한다. 유동제한요소(15)는 유체입구와 비례유동밸브(10)로 통하는 유체출구를 포함하고 유동제한요소의 유체입구와 출구 사이의 압력강하를 일으킨다. 또한, 이 장치는 압력강하측정수단(24, 25)과 압력강하에 근거한 유속연산수단(16) 및 제어수단(도시 생략)을 포함하며, 제어수단은 압력강하측정수단(24, 25) 및 측정된 압력강하에 상응하여 비례유동밸브(10)를 통한 유체의 유동을 제어하는 작동기(17)로 통한다.

Description

유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치{FLUID FLOW MEASURING AND PROPORTIONAL FLUID FLOW CONTROL DEVICE}
본 발명은 유동측정 분야에 관한 것이며, 구체적으로는 반도체 제조에 통상 사용되는 것처럼 어그레시브한 초순도 화학제의 유동을 감지하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 유동제한에 의해 유발된 차압에 근거하여 유체 유속을 판단할 수 있게 한다. 압력 신호들은 전자 회로에 근거한 DSP로 처리되어 마이크로프로세서로 정량화되고 그래피컬 유저 인터페이스나 기타의 표시장치를 거쳐 최종수요자에게 전달된다. 유동제한과 압력 센서 공동으로 인해 고도로 정확한 차압센서는 큰 차압을 발생시키기 위하여 제한구역에서의 압력측정을 허용한다. 이렇게 최대화한 차압은 최종적인 유속측정의 민감성과 정확성을 증대시킨다. 또한, 이러한 임계구역의 크기는 측정으로 인한 전체적인 압력손실을 줄이고 기존의 것보다 디자인을 개선하며 비교적 저속의 어그레시브한 고순도 유체를 측정할 때 특히 유리하다.
반도체 제조에서는 탈이온수, 포토레지스트, 유전체 상의 스핀, 폴리이미드, 현상제 및 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리 등과 같은 다양한 여러 유체들이 피처리기판에 정밀하고 정확하게 분배되어야 한다. 예를 들어, 그러한 용도의 종래의 장치에서는, 피처리 웨이퍼가 적절한 노즐 아래에 배치되면 적정량의 액체나 슬러리를 분배하여 웨이퍼를 코팅하거나 처리한다. 그러한 적정량은 펌프 사이클과 배관직경 및 기타의 유체 격납 환경 특성에서 정해지며, 웨이퍼에 쌓인 유체의 절대량이나 절대질량에서 정해지는 것이 아니다. 그 다음에, 통상적으로 웨이퍼가 회전되어 쌓여진 액체를 웨이퍼의 전면에 균일하게 분산시킨다. 이러한 공정에서는 분산속도와 쌓여진 액체량이 중요함을 쉽게 알 수 있다.
각각의 웨이퍼가 처리되는 사이 등에서 노즐에 의해 유체유동이 정지되면 노즐로부터 액체 방울이 형성되어 노즐 아래에 있는 웨이퍼 위에 떨어질 가능성이 있다. 이것은 웨이퍼 상에 형성되는 패턴을 망가뜨려 웨이퍼를 버리거나 재처리해야 할 수 있다. 노즐 상에 이러한 유해한 방울들이 형성되는 것을 막기 위해 외부흡입 또는 정지/흡입 밸브 등이 보편적으로 사용되고 있다. 후자의 밸브는 통상 이중의 공기 제어 밸브쌍으로서, 한 밸브는 노즐로의 액체의 유동을 정지시키고, 다른 하나는 노즐의 분배 단부 또는 출구 포트로부터 액체를 회수한다. 이것은 포트에서의 방울형성과 떨어짐을 방지할뿐만 아니라, 노즐막힘을 유발할 수 있는 액체의 노출면의 건조도 방지하며 출구에서의 유체오염을 줄인다.
콘 웨이퍼(예를 들어, 직경 300 mm 이상)의 코팅은 난류문제가 생기는 등 문제가 많다. 통상적으로 이용되는 웨이퍼의 회전속도는 코팅유체를 그 공급위치인 웨이퍼의 중앙으로부터 웨이퍼의 가장자리까지 반경방향의 외측으로 분산시킬 정도이다. 그러나, 이 방법은 웨이퍼 위에서의 난류 공기유동을 일으켜 불균일한 코팅을 유발할 수 있다. 큰 웨이퍼인 경우에 회전속도를 줄이면 웨이퍼 표면에서의 난류를 줄이지만, 새로운 문제가 생길 수 있다. 속도를 줄이면, 유체는 웨이퍼 위로 더 천천히 이동하기 때문에, 유체가 굳거나 건조되기 전에 유체를 웨이퍼 가장자리까지 분산시키는 것이 문제될 수 있다.
종래에는 반도체 제조 공정에서 액체를 분산시키기 위하여 펌프가 이용되었다. 그러나, 그러한 용도에 적합한 펌프는 비싸고 잘 마모되어 빈번한 교체가 요구된다.
그러므로, 앞서 말한 단점이 없이 유체를 정밀하고 재사용이 가능하게 분배할 수 있는 밸브 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 그러한 밸브 시스템은 유체 온도의 변화나 상류 유압으로 인해 영향을 받지 않아야 한다. 또한, 본 발명은 모든 유체 제어 장치, 특히 유체 유동의 정밀 제어가 요구되는 경우에 대해 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유동제한요소와 비례밸브를 포함하는 하우징의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동심벤츄리의 다이어그램이며,
도 3은 도 2의 동심벤츄리의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이심 평유로 벤츄리의 다이어그램이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비례밸브의 분해도이고,
도 6은 도 5의 밸브의 사시도이며,
도 7은 도 5의 밸브의 포핏의 변화예를 도시한 단면도이고,
도 7a는 도 7의 포핏의 일부의 확대단면도이며,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포핏의 변화예의 측면도이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포핏의 변화예의 측면도이며,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포핏의 변화예의 측면도이고,
도 11은 예 7에 따른 열교환관 입구와 출구 수온 및 측정된 유속의 그래프이며,
도 12는 예 8에 따른 열교환관 입구와 출구 수온 및 측정된 유속의 그래프이고,
도 13은 유동제한요소와 비례밸브 및 전자시스템을 예시한 본 발명의 일실시예의 사진이며,
도 14는 예 10에 따른 시간에 대한 유속의 그래프이고,
도 15는 예 11에 따른 압력강하에 대한 유속의 그래프이며,
도 16은 예 11에 따른 2ΔP/ρ에 대한 유속의 그래프이고,
도 17은 예 11에 따른 동점성에 대한 계수 C'의 그래프이며,
도 18은 예 11에 따른 온도에 대한 "K"의 그래프이고,
도 19는 예 11에 따른 압력강하에 대한 유속의 그래프이며,
도 20은 본 발명에 따른 제어시스템의 플로우차트이고,
도 21은 본 발명에 따른 전자시스템의 신호 처리 및 제어부의 블록다이어그램이며,
도 22는 압력강하와 단면적 및 유체성질에 대한 벤츄리 내의 유체유동에 관한 이론의 설명이고,
도 23a 및 23b는 전체적인 밸브출력 변화를 연산하기 위해 이용될 수 있는 소속 함수들의 실시예이다.
종래기술의 문제를 극복하기 위한 본 발명은 유체 유동 측정 및 비례 유체 유동 제어 장치를 제공한다. 이 장치는 유동 제한 요소에서 측정된 압력 손실에 상응하는 비례 밸브를 이용하여 유체 유동을 제어한다. 유동 제한 요소의 입구 또는 그 근처와 출구 또는 그 근처에서 압력이 감지되고, 그렇게 얻어진 입구와 출구 사이의 압력 강하가 제어될 유체의 유속으로 변환된다. 압력 강하는 부단히 계속 감시될 수 있으며, 하나 이상의 밸브들이 요구되는 유속을 얻도록 조절된다. 이 제어 시스템은 광범위한 점성의 유체에 적용될 수 있고, 작업자의 개입을 최소화한 채로 그러한 유체의 정확하고 반복적인 분배가 가능하다. 따라서, 저렴하고 유연하게 실시간적 공정 변화에 대응하면서 정확하고 반복적인 작업을 할 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 압력 강하 요소의 디자인이 제한 요소로 인한 압력 손실의 대부분을 회복하게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 유체입구와 유체출구를 갖는 비례 유동 밸브, 상기 비례 유동 밸브를 조절하기 위한 비례 유동 밸브용 작동기, 유동 제한 요소의 유체입구 및 상기 비례유동밸브의 유체입구와 유체 연통된 유동 제한 요소 유체출구를 가지며 상기 유동제한요소 유체입구와 유동제한요소 유체출구 사이에서 압력 강하를 일으키는 유동제한요소, 상류압력센서, 하류압력센서 및 상기 상류압력센서와 상기 하류압력센서와 교신하는 제어기를 포함할 수 있다. 이 제어기는 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리, 상기 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서로 실행할 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령을 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은 상류압력신호를 수신하고 하류압력신호를 수신하며 상기 상류압력신호와 상기 하류압력신호에 근거하여 유체유속을 연산하는 것을 실행할 명령을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서로 실행할 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함하는 장치를 포함할 수 있으며, 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은 유체유동을 연산하고 퍼지논리에 근거한 밸브출력의 전체적인 변화를 연산하도록 실행할 수 있는 명령을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서로 실행할 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함하는 장치를 포함할 수 있으며, 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은 유체유동을 연산하고 퍼지논리에 근거한 밸브출력의 전체적인 변화를 연산하도록 실행할 수 있는 명령을 포함한다. 밸브출력의 전체적인 변화는, 에러를 제1 세트의 소속 함수와 비교하여 제1 세트의 퍼지입력을 발생시키고, 유속변화를 제2 세트의 소속 함수와 비교하여 제2 세트의 퍼지입력을 발생시키되, 이 때 제1 세트의 퍼지입력과 제2 세트의 퍼지입력의 각각의 퍼지입력은 입력신뢰도와 관련을 갖게 하며, 한 세트의 규칙을 제1 세트의 퍼지입력들과 제2 세트의 퍼지입력들에 적용하여 한 세트의 퍼지출력들을 발생시키되, 이 때 각각의 퍼지출력은 출력신뢰도와 관련을 갖게 하고, 각각의 퍼지출력을 이산적 밸브출력치 변화와 관련시키며, 하나 이상의 퍼지출력들의 출력신뢰도에 근거한 전체적인 밸브출력 변화와 하나 이상의 퍼지출력들의 각각에 관련된 이산적 밸브출력치 변화를 연산함으로써 연산할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 종래의 PID 제어기보다 바람직한 것은, 그것이 더 큰 안정성을 제공할 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시예들이 종래의 PID 제어기보다 바람직한 것은, 작업환경의 변화에 맞춰 퍼지논리가 프로그램 될 수 있으므로, 그것이 더 광범위한 작동조건에서 사용될 수 있기 때문이다.
우선, 도 1을 보면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 하우징(5) 내에 조립된 유체유동측정 및 비례유체유동제어 장치가 도시되어 있다. 도시된 스테퍼모터로 작동되는 비례밸브(10) 등과 같은 유체제어장치는 유체입구 라인(12)과 유체출구 라인(13)을 가져서 액체를 사용지점, 즉 웨이퍼(도시 생략) 등과 같은 기판에 최종적으로 분배하게 한다. 유체입구 라인(12)은 유동제한요소(15)와 유체 연통하고 있다. 바람직하게는, 유동제한요소(15)가 벤츄리이며, 아래에서 좀더 상세히 살펴보기로 한다. 압력변환기 등과 같은 제1 압력센서(24)가 유동제한요소(15)의 입구 또는 그 근처에 배치되어 제1 압력을 감지하고, 압력변환기 등과 같은 제2 압력센서(25)가 유동제한요소(15)의 출구 또는 그 근처에 배치되어 제2 압력을 감지한다. 별법으로서, 단일의 차압감지장치가 이용될 수 있다. 압력센서에서 유체와 닿는 부분은 사파이어 등과 같은 불활성 재질(이 용도로 이용되는 유체에 대해)로 만들어지는 것이 바람직하다. 유체스트림에서 두 개의 압력이 측정되며, 제1 압력은 압력강하가 유발되기 전에 유동센서로 유체라인의 유압을 측정한 것이고, 제2 압력측정은 압력강하가 유발된 지점에서 이루어진다. 바람직한 실시예에서는, 압력강하가 유체 라인의 축소단면에 의해 유발된다. 이러한 급격한 축소단면은 이 단면에서의 유체속도를 증가시키며, 이로써 유압을 감소시킨다. 축소된 단면의 입구와 출구는 유발된 압력강하의 와류압력손실을 회복하도록 신중하게 설계되며, 압력강하의 대부분은 유체 라인이 확장되고 유체속도가 회복됨에 따라 회복된다. 이러한 형태를 흔히 벤츄리형이라고 부르며, 제2 압력측정은 이 장치의 잘록한 목부분에서 이루어진다. 이렇게 해서 최대 차압신호가 얻어진다. 이 시스템의 다른 실시예는 측정용 오리피스, 모세관, 일련의 병렬모세관 또는 다공성 매체를 이용하여 압력강하를 야기시킨다. 그러한 유동제한요소들은 유체에 대해 화학적 불활성을 가져야 하고 Teflon(등록상표), PFA, MFA, FEP, PVDF 및 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어질 수 있다. 이 실시예에서는 압력센서가 사파이어 다이어프램, Tenzor LLC(Basking Ridge, New Jersey)에서 구매할 수 있는 박막 압저항형 압력센서 및 Lucas Novasensor(Fremont, CA)에서 p/n NPI-19A-701GH로 구매할 수 있고 반도체칩 제조에 이용되는 유체와의 화학적 융화성을 보장하는 보호 배리어를 갖는 SST 다이어프램 압력센서를 포함한다. 다른 실시예들은 보호 배리어를 갖는 세라믹 또는 실리콘 박막 필름 압저항형 압력센서 또는 많은 형태의 차압센서를 이용할 수 있다. 비례밸브 작동기(17)는 밸브(10)를 작동시킨다. 전가보드(16)가 도시된 바와 같이 하우징(5) 내에 설치된다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 유동제한요소(15)의 일실시예를 예시한다. 이 요소(15)는 유체입구(111) 및 유체입구(111)로부터 이격된 유체출구(112)를 갖는다. 유체입구(111)는 거의 일정한 단면을 갖는 제1 입구구역(111A)과 통한다. 제1 입구구역(111A)은 도시된 바와 같이 단면이 작아지게 테이퍼진 제1 수렴구역(111B)에서 끝난다. 제1 수렴구역(111B)은 좀더 작은 단면의 제2 수렴구역(111C)과 통하며, 그것은 다시 벤츄리의 목부분(114)과 통한다. 제1 발산구역(115)은 목부분(114)으로부터 테이퍼져서 거의 일정한 단면의 유체출구구역(122)을 향해 확장되어 출구(112)와 통한다. 제1 압력센서(24)를 둘러싼 제1 압력센서 공동(117; 도 3)은 벤츄리의 잘록한 부분의 상류의 제1 입구구역(111A)과 통하는 제1 압력센서 탭(119)과 유체 연통한다. 제2 압력센서(25)를 둘러싼 제2 압력센서 공동(120; 도 3)은 잘록한 부분의 하류의 목부분(114)과 통하는 제2 압력센서 탭(121)과 유체 연통한다. 압력탭은 0.09 내지 1 인치의 길이와 0.01 내지 0.5 인치의 직경을 갖는다. 각각의 압력센서는 리테이너(126)에 의해 각각의 공동 속에 유지되어 있고 O 링(127)으로 밀봉되어 있다. 바람직하게는, 작은 단면(114)의 직경은 큰 직경(111A)의 0.7 배 이하이다.
도 4는 유동제한요소(15)의 다른 선택적 실시예를 예시하며, 거기에서 이 요소는 이심 평유로 벤츄리이다. 유체입구(111')는 수렴입구 구역(111A')과 유체 연통하며, 그것은 테이퍼진 벽으로 인해 수렴입구 구역(111B')으로 급격히 좁아진다. 수렴입구 구역(111B')은 벤츄리 목부분(114')과 유체 연통하며, 이어서 발산출구 구역(115')에서 바깥쪽으로 발산하여, 결국 유체출구(112')에 이른다. 제1 압력센서(도시 생략)을 둘러싼 제1 압력센서 공동(117')은 벤츄리의 잘록한 부분의 상류의 수렴입구 구역(111A')과 통하는 제1 압력센서 탭(119')과 유체 연통한다. 제2 압력센서(도시 생략)를 둘러싼 제2 압력센서 공동(120')은 잘록한 부분의 하류의 목부분(114')과 통하는 제2 압력센서 탭(121')과 유체 연통한다. 각각의 압력센서는 리테이너에 의해 그 각각의 공동 속에 유지되어 있으며 O 링에 의해 밀봉되어 있다.
유체는 유체입구(12)를 통해 이 장치로 들어간다. 유체는 유체입구(12)로부터 유동제한요소(15) 속으로 들어가며, 여기에서 유체 프로파일을 조절하는 제1 구역을 통과한다. 이 유동제한구역에서의 유체의 압력은 압력탭(119)를 통해 제1 구역과 유체 연통하는 제1 압력센서(24)에 의해 측정된다. 도 2 및 3의 실시예에서는, 유체가 제1 수렴구역(111B)으로 들어가고, 이어서 제2 수렴구역(111C)으로 들어가서 유체속도를 증가시키고 유체의 압력을 감소시킨다. 유체는 이 장치의 목부분(114)으로 들어가며, 여기에서 유체의 압력은 제2 압력탭(121)에 의해 목부분(114)에 있는 유체와 유체 연통하는 제2 압력센서(25)에 의해 측정된다. 유체는 제1 발산구역(115)을 통해 유동요소의 목부분을 빠져나간다. 유동요소의 제1 발산구역(115)은 유체출구(12)에 연결되어 있다.
유동제한요소(15)의 출구로부터의 유체는 그 입구에서 비례밸브로 들어간다. 도 5를 보면, 적절한 비례밸브(10)가 도시되어 있는데, 입구(300), 밸브 포핏(302), 밸브 시트 및 유체출구(305)를 포함하는 유체유동을 위한 유로를 갖는다. 밸브 포핏(302)은 한 단부에서 다이어프램(304)의 오목부와 접촉하고 있고, 다른 단부에서 다이어프램(304A) 및 베이스(308)에 얹혀진 스프링(305)과 접촉하고 있다. 이것은 보통 닫혀 있는 밸브이다. 포핏(302)은 밸브시트를 통과한 유체의 유동을 제한한다. 센서(307)가 센서스페이서(306)에 배치되어 스테퍼모터(311)의 리드스크류(310)의 "호밍" 위치를 정한다. 유로 내의 유체의 유속을 조절하기 위해, 스테퍼모터(311)가 회전하여 리드스크류(310)를 구동한다. 리드스크류(310)의 이동은 다이어프램(304, 304a)을 치우고, 포핏(302)을 밸브시트에서의 밀봉위치로부터 이동시켜 밸브시트와 포핏(302)을 통과한 유체의 유동을 허용한다. 스테퍼모터가 회전방향을 바꾸면, 리드스크류는 다이어프램으로부터 후퇴하고 리턴스프링(308)은 다이어프램(304, 304a)을 치우고 포핏을 이동시켜 유로 내의 유체의 유동을 제한한다. 이 실시예의 밸브작동기구는 스테퍼모터이지만, 선형 모터나 기타의 기계식 작동기, 공기식 작동기, 보이스코일 또는 기타의 역학기구일 수도 있다. 작동기구는 전자장치와 교신하며, 그것은 유속설정점과 실제유속에 상응하여 작동기로 보내는 명령을 변화시킨다. 다른 선택적 실시예의 밸브에서는, 스테퍼가 밸브를 닫고, 밸브는 보통 열려 있으며, 스프링은 스테퍼와 반대로 작용한다.
요구되는 반응과 선형성 및 밀봉영역에 따라 다양한 포핏 디자인이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 7은 콘(302A)이 합성각(도 7a에 보이듯이 7.5도 및 16도)을 갖도록 변화된 표준 Parker/Partek 포핏(302)을 도시하고 있다. 합성각은 포핏 위치에 대한 유동 응답을 좀더 선형화 하여 제어하기 쉽게 한다. 도 8은 밀봉영역에서[도 7의 포핏(302)에 비해] 축소된 직경을 갖는 포핏(302')과 진동을 줄이기 위해 밀봉영역 근처의 코너에서 행한 모따기(303)를 도시하고 있다. 도 9는 합성각을 포함하고 저속 유동에 적용하기 위해 배럴(304)의 직경을 크게 한 변화된 포핏(302")을 도시하고 있다. 도 10은 일정한 콘 각도(합성각이 아닌)를 갖고 저속 유동에 적용하기 위해 배럴 직경을 크게 한 포핏(302")을 도시하고 있다. 다이어프램/포핏 형태를 이용하는 대부분의 기존의 온/오프 고순도 밸브가 그러한 포핏 변화에 의해 적절히 조절되어 적절한 작동기와 새로운 조립체를 이루고 그 작동기/밸브 조립체를 유동센서와 연산 및 제어 로직과 함께 유동제어시스템 속에 집어넣을 수 있다.
도 1을 다시 보면, 작동기(17)는 밸브(10)에 연결되어 있다. 각각의 압력센서(24, 25; 또는 단일의 차압감지장치)는 컴퓨터프로세서나 제어기와 교신하며, 그러한 제어기는 비례, 적분, 미분(PID; proportional, integral and derivative) 피드백 구성요소를 갖거나 또는 퍼지논리 제어를 한다. 퍼지논리 제어는 퍼지화와 규칙평가 및 디퍼지화라는 3단계를 포함한다. 퍼지화는 유속에러 및 유속의 시간에 대한 미분 등과 같은 아날로그 변수를 작은 한 세트의 논리값이 참일 정도로 정량화 하는 과정이다. 규칙평가는 퍼지입력변수를 얻고 한 세트의 규칙과 조건에 근거한 한 세트의 퍼지출력들을 발생시키는 것을 포함한다. 디퍼지화는 미처리 퍼지출력들을 하나의 복합시스템 출력에 조합하는 과정이다. 아래에서는 도 20과 관련해서 퍼지논리제어의 한 시스템과 방법을 설명하겠다. 그러한 출력은 밸브나 히터를 제어하기 위해 이용될 수도 있다. 각각의 센서(24, 25)가 그 각각의 유체 라인의 압력을 얻어내고 그렇게 얻어진 데이터를 제어기로 보낸다. 제어기는 그 값들을 비교하고 아래에서 상세히 설명하듯이 유동제한요소(15)를 지남에 따른 압력강하를 연산한다. 그러한 압력강하에 근거한 제어기로부터의 신호가 작동기(17)로 보내지고, 그에 따라 유체제어밸브(10)를 조절한다. 온도 및 동점성 수정이 이루어질 수 있다.
이 제어기는 두 개의 이산압력신호의 차압과 유체의 온도에 근거하여 유속을 연산하고 측정된 유속을 미리 입력된 설정유속과 비교하며 설정유속을 얻도록 비례밸브를 조절할 수 있다. 이 제어기는 또한 사이클 초기부터 유체유동 제어장치를 통해 유동한 전체 체적을 합산하고 분배된 전체 체적이 최종 사용자에 의해 입력된 체적 설정점과 같아지면 밸브를 막을 수도 있다. 다른 실시예에서는, 유속 설정점이 시간값 설정점(전체 체적 설정점 대신에)으로도 입력된다. 분배개시 이후 측정된 시간이 입력된 설정점과 같아질 때까지 루프가 실행될 수 있으며, 사이클이 완료되면 밸브가 완전히 닫힌다.
액체에 적합한 비례밸브(10)가 유속 스트림의 유속 조절을 제공한다. 이 조립체는 두 개의 주요 구성요소, 즉 밸브(10)와 작동기(17)로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 밸브(10)는 밸브에 의해 유발되는 압력강하를 최소화하면서 유속을 효율적으로 제어하는 다이어프램 및 포핏스타일의 장치이다. 이 밸브 다이어프램은 포핏의 고정과 이동을 허용하여 오리피스에서의 그 위치에 의해 유속을 조절한다. 표준적인 Parker/Partek(Tucson, AZ) PV-10 밸브의 포핏은 도 7 내지 도 10과 관련하여 앞서 설명했듯이, 광범위한 유동에 걸쳐 바람직한 비례제어를 제공할 수 있도록 조절되었다. 다른 실시예에서는, 부가적인 포핏 조절이 없이 표준적인 St. Gobain Performance Plastics(Garden Grove, CA) HPM이 이용될 수 있다. 이 작동기는 다이어프램과 그로 인한 포핏의 기계식 이동을 제공한다. 밸브 몸체로부터 이격된 바람직한 실시예에 따른 작동기는 EAD(Dover, NH), p/nL1MGE-10X03의 스테퍼모터이며, 다이어프램/포핏 조립체의 좀더 정밀한 이동을 위해 작동될 수 있다. 기타의 적절한 작동기는 선형 모터, 보이스코일 및 공기식 스타일즈를 포함한다.
도 21은 일실시예의 제어기를 예시하며, 그것은 액체 유속을 연산한다. 도 21의 실시예에서는, 이 제어기가 중앙처리장치(2100) 및 디지털 신호처리기(2102)를 포함할 수 있다. 중앙처리장치(2100) 및 디지털 신호처리기(2102)의 각각은 컴퓨터 판독 가능한 메모리(예를 들어, RAM, ROM, EPROM, Flash, 외부자기저장장치 또는 당해 기술분야에서 알려진 기타의 컴퓨터 판독 가능한 메모리)를 포함하거나 접근할 수 있다. 도 21의 예에서는, 중앙처리장치(2100)가 온보드 플래시 메모리(2104)에 접근할 수 있고, 디지털 신호처리기(2102)는 온보드 플래시(2106)에 접근할 수 있다. 온보드 플래시 메모리(2104) 및 온보드 플래시(2106)의 각각은 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령(2108, 2110)을 저장할 수 있으며, 그것은 제각각의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 디지털 신호처리기(2102) 및 중앙처리장치(2100)는 표준 또는 맞춤 인터페이스 제어부(2111)를 경유하여 교신할 수 있다.
이 제어기는 또한 온도센서로부터 온도신호를 수신하기 위한 온도센서 입력부(2112), 중앙처리장치(2100)의 출력에 근거하여 스테퍼모터 구동신호를 발생시키는 스테퍼모터 구동기(2113), 압력센서 입력부(2114) 및 특정한 용도로 이용되는 기타의 입력부와 출력부(예를 들어, 아날로그 및 디지털 출력부, 진단포트 등)를 포함할 수도 있다.
작동시에, 이 제어기는 개별적인 압력센서로부터의 신호 및 서미스터로부터의 온도신호를 이용하여 액체의 최종 유속을 연산할 수도 있다. 별법으로서, 단일의 차압센서로부터의 출력을 이용하여 최종 유동을 연산할 수도 있다. 각각의 압력신호는 아날로그 디지털 칩을 거쳐 처리되고 증폭되어 디지털 신호처리기(2102)로 공급될 수 있다. 이 처리기는 중앙처리장치(2100)보다 높은 주파수에서 작동하여 압력 및 온도신호의 여파를 허용하고 제어루프 응답의 지연이 그다지 없게 한다. 신호의 여파는(압력센서로부터의, 시스템으로부터의, 또는 외부로부터의) 지나친 노이즈를 줄이고 좀더 정밀한 압력측정을 하기 위해 필요하다. 이것은 두 개의 압력신호를 비교할 때 유용하다. 그리고나서 차압신호가 얻어진다.
중앙처리장치(2100)는 차압측정치 및 유체온도에 근거하여 유속을 연산하기 위한 명령(2108)을 실행한다. 온도는 압력검출과 유체의 밀도 및 점성에 영향을 주며, 그것은 유속의 연산에 영향을 미친다. 차압신호가 알려지고 미리 로딩된 검정곡선을 거쳐 예비유속과 서로 관련시킨다. 검정곡선은 유체유동 유로의 절대치수와 제한구역의 치수 및 압력센서의 응답에 의존한다. 유동제어 시스템당 하나의 곡선이 있다. 이 곡선은 모델 유체를 위해 표준화 되었다. 그렇게 얻어진 예비유속은 측정된 온도에서 유체의 밀도 및 점성에 의해 부가적으로 조절된다. 그렇게 저장된 데이터는 측정된 유체의 온도와 밀도 및 점성의 종속성에 관련이 있다. 바람직한 실시예에서는, 다수의 액체를 위한 온도의 함수로서의 밀도 및 점성이 표 형태의 데이터나 수학적 함수로 저장된다. 바람직한 실시예는 최종 연산을 위해 Motorola의 p/n MC68HC912DG128(Shaumberg, IL) 마이크로프로세서를 이용한다. 그렇게 해서, 해당 유체의 최종 유속이 알려진다.
컴퓨터 판독 가능한 명령들은 다수의 메모리에 저장되어 다수의 프로세서에 의해 실행되고 있지만, 그러한 명령들은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 당 기술분야에서 숙련된 자들은 알 수 있을 것이지만, 컴퓨터 판독 가능한 명령은 소프트웨어나 펌웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다.
도 20은 유속연산을 예시한 플로우차트이다. 본 발명의 일실시예에서는, 도 20의 방법이 하나의 컴퓨터 판독 가능한 메모리(예를 들어, RAM, ROM, FLASH, 자기저장장치 또는 당 분야에서 알려진 기타의 컴퓨터 판독 가능한 메모리)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령을 하나 이상의 프로세서로 실행시킴으로써 수행될 수 있다. 단계 2002에서, 이 제어기는 온도를 읽을 수 있다[예를 들어, 도 21의 온도입력부(2112)를 통해]. 단계 2004에서, 이 제어기는 온도 보상을 연산하기 위해 온도 대 센서 표에 접근할 수 있다. 단계 2006에서, 이 제어기는 압력신호들을 읽을 수 있고(예를 들어, 도 21의 압력센서 입력부(2114)를 통해), 단계 2008에서는, 온도 보상을 위한 압력신호들을 수정할 수 있다. 그리고, 이 제어기는 압력신호 및 각각의 압력센서에 관련된 알고리즘에 근거하여 P1, P2 및 압력차를 연산할 수 있다(단계 2010).
단계 2012에서, 이 제어기는 차압에 근거하여 초기유속을 연산하고, 그것을 미리 로딩된 검정곡선을 거쳐 예비유속에 관련시킬 수 있다. 검정곡선은 유체유동 경로의 절대치수와 제한구역의 크기 및 압력센서의 응답에 의존할 수 있다. 유동제어시스템당 하나의 곡선이 있을 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 이 곡선이 모델 유체를 위해 표준화되었다. 또한, 단계 2012에서, 이 제어기는 속도와 밀도에 근거하여 초기유속을 조절할 수 있다. 단계 2014에서, 이 제어기는 유속검정에 근거하여 유속을 조절하여 최종유속을 연산할 수있다. 단계 2016에서, 이 제어기는 설정점에 근거하여 유속을 얼마나 수정할지 결정할 수 있다. 유속연산치에 근거하여, 이 제어기는 단계 2018에서 밸브를 조절하기 위한 신호를 발생시킬 수 있다.
밸브를 얼마나 조절할지의 연산은 퍼지논리를 포함할 수 있다. 퍼지논리의 적용은 퍼지화, 규칙평가 및 디퍼지화라는 3단계를 포함한다. 퍼지화는 입력 변수를 작은 한 세트의 논리값이 참일 정도로 정량화하는 과정이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 유속에 관련된 변수와 시간에 대한 유속변화에 관련된 변수가 소속 함수들에 비교되어 각각의 소속 함수에 대해 참인 정도를 결정할 수 있다.
예를 들어, 이 제어기는 유속에러 및 시간에 대한 유동변화(dF/dt)를 소속 함수들에 비교한다. 유속에러 및 dF/dt는 당 분야에서 알려진 어떤 방식으로든 연산될 수 있다. 에러는 음수와 제로 및 양수의 3개의 카테고리로 구분될 수 있다. 에러를 위한 소속 함수들의 일실시예가 도 23a에 예시되어 있다. 도 23a에서, 선 2302는 음수 에러 소속 함수를 나타내고, 2304는 중성수 제로 에러 소속 함수를 나타내며, 2306은 양수 에러 소속 함수를 나타낸다. dF/dt도 감소와 일정 및 증가의 3개의 카테고리로 구분된다. 도 23b는 이러한 3개의 카테고리의 소속 함수들을 예시한다. 도 23b에서, 선 2308은 감소하는 dF/dt를 나타내고, 선 2310은 일정한 dF/dt를 나타내며, 선 2312는 증가하는 dF/dt를 나타낸다. 도 23a 및 23b의 소속 함수들은 단지 예시적인 것이고, 이 소속 함수들은 어떤 형태든 가질 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 각각의 변수에 대해 부가적이거나 더 적은 소속 함수들이 정해질 수 있다.
에러값과 dF/dt는 소속 함수들에 비교되어 참인 정도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 에러값이 점 2314에 있으면, 각각의 에러 소속 함수에 대한 참인 정도는 다음과 같을 수 있다. 음수 0%와 제로 90% 및 양수 10%. 마찬가지로, dF/dt가 점 2316에 있다면, 각각의 dF/dt 소속 함수에 대한 참인 정도는 감소 0%, 일정 80% 및 증가 20%일 수 있다. 이로써, 퍼지화 처리는 어떤 상태가 주어진 입력변수에 대해 얼마나 참인지를 결정한다. 기타의 입력은, 예를 들어 온도, 온도변화율, 압력, 압력변화율 또는 유속 및/또는 유속변화에 연동될 수 있는 기타의 변수들을 포함한다.
규칙평가는 퍼지입력치들(예를 들어, 음수 0%, 제로 90%, 양수 10%, 감소 0%, 일정 80% 및 증가 20%)를 얻고 한 세트의 퍼지출력치들을 발생시키는 것을 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 퍼지출력은 한 세트의 규칙이 주어진 유동밸브에 적용될 변화일 수 있다. 한 세트의 규칙의 일실시예가 표 1에 도시되어 있다.
1 조건이 에러 = 음수 이고 dF/dt = 감소 이면 변화 = 큼
2 에러 = 음수 dF/dt = 일정 변화 = SI
3 에러 = 음수 dF/dt = 증가 변화 = SI
4 에러 = 제로 dF/dt = 감소 변화 = SI
5 에러 = 제로 dF/dt = 일정 변화 = NC
6 에러 = 제로 dF/dt = 증가 변화 = SD
7 에러 = 양수 dF/dt = 감소 변화 = SD
8 에러 = 양수 dF/dt = 일정 변화 = SD
9 에러 = 양수 dF/dt = 증가 변화 = LD
SI =LI =NC =SD =LD = 조금 증가크게 증가변화 없음약간 감소크게 감소
위 규칙을 이용하고 앞서의 예를 계속하면, 음수 0%, 제로 90%, 양수 10%인 에러의 퍼지입력치 및 감소 0%, 일정 80% 증가 20%인 dF/dt는 다음의 퍼지출력 및 참인 정도로 될 수 있다.
변화 없음 = 80% 참(규칙 5로부터)
약간 감소 = 20% 참(규칙 6으로부터)
약간 감소 = 10% 참(규칙 8로부터)
크게 감소 = 10% 참(규칙 9로부터)
이 경우에, 퍼지입력을 위한 가장 적은 정도의 참이 퍼지출력을 위한 참인 정도로 이용되었다. 예를 들어, 규칙 5에 대해, 에러 = 제로는 90%였고 dF/dt = 일정은 80%였기 때문에, 80%가 선택되었다. 어떤 퍼지입력에 대해서든 참인 정도가 0%인 규칙(예를 들어, 에러 = 음수 또는 dF/dt = 감소인 경우의 규칙)은 퍼지출력에 대한 참인 정도가 0%일 것이어서 도시되지 않았다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 퍼지출력에 대한 참인 정도의 할당이 선택 및 최적화의 문제일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는, 참인 정도가 최저인 퍼지출력은 버려질 수 있다. 퍼지출력은 참인 정도가 특정치 이상인 퍼지출력만 선택하는 등과 같이 기타의 방식으로 선택될 수 있다. 이로써, 규칙 9로부터의 크게 감소한 것은 참인 정도가 단지 10%일 뿐이어서 버려질 수 있다. 그러나, 규칙 8의 조금 감소한 퍼지출력은 그에 대한 참인 정도의 최고치가 20%이어서 버려지지 않는다.
표 2는 퍼지출력을 발생시키기 위한 좀더 복잡한 규칙표인 다른 예를 제공한다. 표 2의 경우에는, 에러가 5개의 소속 함수들, 즉 큰 음수, 작은 음수, 제로, 작은 양수 및 큰 양수에 비교될 수 있고, dF/dt는 5개의 소속 함수들, 즉 큰 음수, 작은 음수, 제로, 작은 양수 및 큰 양수에 비교될 수 있다. 퍼지입력 dF/dt 및 에러의 참인 정도에 근거해서, 7개의 퍼지출력, 즉 매우 크게 증가, 크게 증가, 조금 증가, 변화 없음, 조금 감소, 크게 감소 및 매우 크게 감소가 발생될 수 있다.
에러 dF/dt 변화
큰 음수 큰 음수 매우 큰 증가
큰 음수 작은 음수 매우 큰 증가
큰 음수 제로 큰 증가
큰 음수 작은 양수 작은 증가
큰 음수 큰 양수 변화 없음
작은 음수 큰 음수 매우 큰 증가
작은 음수 작은 음수 큰 증가
작은 음수 제로 작은 증가
작은 음수 작은 양수 변화 없음
작은 음수 큰 양수 작은 증가
제로 큰 음수 큰 증가
제로 작은 음수 작은 증가
제로 제로 변화 없음
제로 작은 양수 작은 증가
제로 큰 양수 큰 증가
작은 양수 큰 음수 작은 증가
작은 양수 작은 음수 변화 없음
작은 양수 제로 작은 증가
작은 양수 작은 양수 큰 증가
작은 양수 큰 양수 매우 큰 증가
큰 양수 큰 음수 변화 없음
큰 양수 작은 음수 작은 증가
큰 양수 제로 큰 증가
큰 양수 작은 양수 매우 큰 증가
큰 양수 큰 양수 매우 큰 증가
표 2는 예시적으로 제공된 것이고 퍼지입력들이 부가적인 소속 함수들에 비교되어 부가적인 퍼지출력들을 발생시키는 방법을 예시한다.
디퍼지화는 시스템출력을 생성하기 위하여 퍼지출력들을 조합하는 프로세스이다. 예시적으로, 표 1을 이용한 예로부터의 퍼지출력이 이용될 것이다. 각각의 퍼지출력은 시스템에서 이산변화에 관련될 수 있다. 예를 들어, 표 3은 표 1의 퍼지출력이 이산출력(예를 들어, 값의 백분율 변화)에 관련될 수 있는지를 예시한다.
변화 밸브출력의 백분율 변화
큰 감소 -20
작은 감소 -10
변화 없음 0
작은 증가 10
큰 증가 20
표 3에 보이듯이, 큰 감소의 퍼지출력인 경우에, 밸브출력의 백분율 변화는 -20%이고, 작은 감소인 경우에는 -10% 등이다. 퍼지출력은 표 3으로부터의 값에 적절한 상수가 곱해질 수 있고 서로 합산될 수 있다. 그러므로, 표 1로부터의 퍼지출력을 예로 들고, 참인 정도가 10%인 큰 감소의 퍼지출력을 버리면, 유동밸브에서의 전체적인 변화는 아래와 같을 수 있다.
변화 = (0*80%-10*20%-20*10%)/(80% +20% +10%) = -3.6
이 값에 근거하여, 이 제어기는 밸브를 3.6%만큼 닫고자 할 것이다. 이 것은 예를 들어, 도 20의 단계 2016에서 적절한 밸브제어신호를 발생시킴으로써 이루어질 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 밸브를 개폐구동하기 위한 아날로그 밸브구동신호를 발생시킬 수 있는 밸브구동기로 밸브제어신호가 보내질 수 있다.
예 1
이 예는 본 발명의 일실시예를 이용하여 화학 기계적 평탄화 기판처리를 위해 이산체적을 갖는 유체를 이송할 수 있도록 액체유동을 측정하고 제어하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 이산체적을 갖는 연마 유체를 이송할 수 있도록 액체유동을 측정하고 제어하기 위해 본 발명의 일실시예가 어떻게 이용될 수 있는지를 예시한다. 화학 기계적 연마는 광학 렌즈의 제조에서 유용하다. 화학 기계적 평탄화는 반도체 장치의 제조에서 유용하다. 연마 유체는 산이나 염기일 수 있고 실리카 또는 알루미나 등과 같은 연마제를 함유할 수도 있다. 이산화규소를 연마하기 위해 유용한 유체는 수산화칼륨 수용액 속의 실리카 슬러리를 포함하고, 동합금을 연마하기에 유용한 유체는 과산화수소 등과 같은 산화제와 벤조트리아졸 등과 같은 반응억제제 및 아세틱산 등과 같은 유기산 수용액을 포함한다.
본 발명의 장치의 입구는 연마 유체를 담고 있고 가압되거나 중력이 가해지는 용기에 연결되어 있다. 유동장치의 출구는 연마 툴에 있는 노즐에 연결되어 있다. 연마 툴은 기판을 회전하는 패드나 벨트로 연마한다. 기판은 연마 유체의 화학작용에 따라 기판으로부터 재료를 벗겨내는 연마 패드와 접촉하고 있다. 연마 유체는 노즐을 통해 툴에 있는 기판으로 이송되고, 연마 유체의 노즐로의 유동은 유동장치 및 그 전자장치에 의해 제어된다. 유동장치의 전자장치는 툴 제어기에 연결되어 툴이 기판 상으로의 연마 유체의 분배 시기를 제어하게 할 수 있다. 또한, 툴은 기판으로의 연마 유체의 이송시기를 제어하기 위해 이용될 수도 있는 연마 끝점 검출기를 포함할 수도 있다. 유동장치의 전자장치에서의 신호처리는 연마 유체를 담고 있는 가압된 용기 속에서의 압력변화로 인한 연마 유체의 체적 및 이송속도의 가변성을 제거한다. 연동 펌프에 비해, 연마 유체의 이송은 정속으로 이루어진다. 그 결과, 기판으로의 연마 액체의 체적과 이송속도가 제어되어 화학폐기물을 최소화하고 기판의 연마을 좀더 균일하고 반복적으로 하게 된다.
예 2
이 예는 본 발명의 일실시예를 이용하여 액체유동을 특정하고 제어함으로써 이산체적을 갖는 액체 전구체들이 기체를 형성하기 위한 기화기로 이송될 수 있게 하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 기화기로의 액체 전구체의 유동을 제어하기 위해 본 발명의 일실시예가 어떻게 이용될 수 있는 것인지를 예시한다.
액체 전구체들은 기체를 형성하기 위한 기화기에서 가열되는 화학제이다. 그 후, 이 기체는 반응실에 있는 가열된 기판으로 이송되어 좀더 분해되거나 기판 상에서 반응한다. 이 기체는 기판 상에 금속이나 반도체 또는 유전체의 박막 형성(화학증착 또는 원자층 화학증착 처리)을 위해 이용될 수도 있다. 또한, 그것은 기판 표면을 에칭하기 위해 이용될 수도 있고, 기판을 건조시키기 위해 이용될 수도 있다. 액체 전구체들은 물, 2-프로판올 또는 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS; or tetraethyl orthosilicate) 등과 같은 순수액체일 수도 있다. 또한, 액체 전구체들은 테트라하이드로퓨란 등과 같은 용매에 용해된 스트론튬 디피바룔메탄 등과 같은 고체를 함유하기도 한다. 동(I)헥사플루오로펜타네디오네이트 비닐트리메틸실란(VTMS) Cu(hfac) 등과 같은 일부의 액체 전구체들은 열감응성이 있고 일부의 액체유동측정기에서 이용되는 열센서들에 의해 분해될 수 있다. 액체 전구체들은 통상적으로 분당 약 0.1그램 내지 분당 약 50 그램의 비율로 기화기로 이송된다. 렌즈나 광섬유 등과 같은 광학기구의 코팅에는 박막이 중요하다. 또한, 평패널과 마이크로프로세서 및 메모리장치의 제조에서는 박막과 필름에칭이 중요하다.
본 발명의 유동장치는 그 입구가 액체 전구체의 가압원에 연결되어 있다. 유동장치의 출구는 기화기에 연결되어 있다. 유동장치용 밸브는 기화기의 상류 또는 하류일 수 있다. 기화기의 출구는 증기로 처리될 기판을 담고 있는 툴의 처리실에 연결되어 있다. 다수의 전구체들을 요구하는 처리에는 다수의 유동장치가 이용될 수 있다. 유동장치의 전자장치는 툴의 제어기에 연결될 수도 있다. 이것은 프로세스 툴이 가압된 소스로부터 유동측정기를 통해 가열된 기화기로 들어가는 액체유동을 원격제어하게 한다. 화학증착 처리에 유용한 기화기의 예를 들자면 가열된 금속프릿과 가열된 금속스크린과 가열된 밸브 및 가열된 배관이 있다.
액체 전구체를 담고 있는 용기 속의 압력변화는 기화기로의 액체유동의 변화를 유발할 수 있다. 열유동요소에서의 액체 전구체의 열분해는 기화기로의 액체유동을 부정확하게 할 수 있다. 기화기에 대한 열악한 유동제어는 기화기의 포화상태로 인한 액체의 불완전 기화를 유발할 수 있다. 불완전한 기화는 액체방울이 처리실로 들어가서 기판에 흠결을 유발하게 할 것이다. 본 발명을 실행하면 전구체 유동을 제어하기 위한 열유동요소를 제거하고 상류에서의 압력요동과 무관하게 기화기로의 제어된 액체유동을 반복적으로 행할 수 있다.
예 3
이 예는 본 발명의 일실시예를 이용하여 액체유동을 측정하고 제어함으로써 무전해도금을 하기 위한 유체를 기판으로 이송할 수 있게 하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 도금처리로 금속필름을 형성하기 위해 일련의 화학제를 기판 상에 분배할 수 있도록 액체유동을 측정하고 제어하기 위하여 어떻게 발명의 실시예가 이용될 수 있는지를 예시한다. 그러한 처리는 도금조 처리에서 보편적인 화학제 중에서 드래그를 제거한다. 도금에 유용한 금속 및 합금의 용액은, 제한적인 것은 아니지만, 은, 동, 백금, 금 및 주석을 포함한다. 기판을 도금 용액에 대해 활성시키기 위해서는 종종 촉매가 요구된다. 이러한 촉매는 콜로이드화 팔라듐, 탄소, 그라파이트, 주석-팔라듐 콜로이드 및 폴리피롤 등과 같은 도전성 중합체를 포함한다. 이러한 촉매 및 도금용액 중의 어느 것은 귀금속이므로 값이 비싸서 도금처리과정에서의 폐기물을 최소화하여 도금처리비용을 저렴하게 할 것이 요구된다. 이러한 용액 중의 어느 것은 금속이므로 독성이 있어서 도금처리과정에서의 폐기물을 최소화하여 환경물질의 배출을 줄이고 폐기물처리비용을 절감할 것이 요구된다.
도금처리에서 이용되는 각각의 화학제에 대해, 본 발명의 장치는 그 입구를 가압되거나 펌핑되거나 또는 중력이 가해지는 화학제 소스에 연결되어 있다. 이 장치의 출구는 각각의 화학제를 기판으로 이송하기 위한 노즐에 연결되어 있다. 용액의 온도는 기판으로 이송하기 전에 열교환기나 냉각장치 또는 저항열요소를 이용하여 강하되거나 상승된다. 예를 들어, 동합금을 무전해처리에 의해 기판 상에 부착시키기 위해서는, 기판을 제1 유동장치를 통해 콜로이드화 팔라듐을 함유하고 있는 활성제 용액에 접촉시키고, 제2 유동장치를 이용하여 기판을 물로 헹구며, 촉매작용을 받은 기판을 제3 유동장치를 통해 염산 활성 용액과 접촉시키고, 제4 유동장치를 통해 기판을 제2 구리 이온 소스, 포름알데히드 등과 같은 환원제, BDTA 등과 같은 복합제 및 수산화칼륨 등과 같은 염기를 함유하는 다량의 구리용액과 접촉시킨다. 기판은 제2 유동장치로부터의 물로 세척된다.
유동장치의 전자장치는 각각의 유동장치를 통한 액체유동의 시기와 기간 및 순서를 조절하기 위해 도금툴의 제어기에 연결될 수도 있다. 그 결과, 처리의 매 단계마다 각각의 화학제의 측정된 양을 신속하고 정밀하게 이송할 수 있다. 완전한 반응을 보장하기에 충분한 화학제만을 기판으로 이송함으로써 화학페기물 및 재료비를 최소화한다. 화학제의 드래그로 인한 기판의 오염이 줄어든다. 유동요소 및 밸브의 신속한 동작이 사이클 타임을 줄이기 때문에 이 처리의 전체적인 처리량이 증가된다.
예 4
이 예는 본 발명의 일실시예를 이용하여 액체유동을 측정하고 제어함으로써 등각코팅을 형성하기 위하여 유체를 기판으로 이송할 수 있게 하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 액체재료로 기판을 정밀하게 코팅할 수 있도록 기판으로의 액체유동을 측정하고 제어하기 위해 어떻게 본 발명이 이용될 수 있는지를 예시한다. 스핀코팅처리에서는 기판 상에, 보편적으로 유전물질, 포토레지스트, 무반사코팅, 폴리이미드, 헥사메틸디실라제인 등과 같은 접착촉진제, 강유전성 물질 및 졸-겔이 액체 또는 슬러리로 부착된다. 그러한 물질은 고정식 또는 이동식 노즐에 의해 정지되어 있거나 서서히 회전하는 기판으로 이송된다. 이 재료가 기판으로 이송된 후에, 그것은 약 100 내지 5000 rpm의 범위로 고속 회전되어 기판을 액체재료의 박막으로 균일하게 코팅한다. 이러한 재료들의 대부분은 비싸고 코팅과정에서 그 이용량 및 폐기물을 최소화 하는 것이 중요하다. 반복적인 코팅은 일정한 양의 재료가 기판으로 이송될 것을 요구한다.
본 발명의 유동장치의 입구는 유체를 담고 있고 가압되거나 중력이 가해지는 용기에 연결되어 있다. 유동장치의 출구는 코팅툴 상에 있는 노즐에 연결되어 있다. 코팅툴은 기판을 회전하는 척에 장착한다. 코팅 유체는 노즐을 통해 툴에 있는 기판으로 이송되며, 노즐로의 코팅 유체의 유동은 유동장치 및 그 밸브로 제어된다. 유동장치의 전자장치는 툴의 제어기에 연결되어 툴이 기판 상으로 이송되는 코팅 유체의 시기와 유속을 제어하게 할 수도 있다. 유동장치와의 전자통신에 의해, 코팅툴은 바람직한 코팅을 이루기 위하여 기판 상으로의 유체유속을 노즐위치와 기판회전속도의 함수로 변화시킬 수도 있다. 유동장치의 마이크로프로세서와 제어로직은 코팅 유체를 담고 있는 용기 속의 압력변화로 인한 코팅 유체 체적 및 이송속도의 가변성을 제거한다. 그렇게 해서, 기판으로 이송되는 코팅유체의 체적이 제어된다. 이 결과, 화학적 폐기물을 최소화하고 그러한 기판의 코팅을 좀더 균일하고 반복적으로 실행할 수 있게 한다.
예 5
이 예는 본 발명의 일실시예를 이용하여 액체유동을 측정하고 제어함으로써 기판과 반응할 유체를 기판으로 이송하게 하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 기판 상으로 이송되는 반응성 액체의 유동을 측정하고 제어하기 위해 어떻게 본 발명의 일실시예가 이용될 수 있는지를 예시한다. 그러한 반응성 액체의 예로는, 제한적인 것은 아니지만, 포지티브나 네가티브 포토레지스트 현상액, 포토레지스트 스트리퍼, 불화수소산 등과 같은 산, 오존화 한 탈이온수 등과 같은 산화제 또는 과산화초산 등과 같은 에칭제를 포함한다.
본 발명의 유동장치의 입구는 반응성 유체를 담고 있는 가압되거나 중력이 가해진 용기에 연결되어 있다. 유동장치의 출구는 툴 상에 있는 노즐 또는 스프레이노즐에 연결되어 있다. 반응성 유체는 툴 상에 있는 기판으로 노즐을 통해 이송되고, 툴 상에 있는 노즐로의 반응성 유체의 유동은 유동장치 및 그 밸브에 의해 제어된다. 유동장치의 전자장치는 툴의 제어기에 연결되어 툴이 기판상으로 이송되는 반응성 유체유동의 시기와 유속을 제어하게 할 수도 있다. 유동장치의 전자장치는 툴의 제어기를 통해 반응 끝점 검출기에 연결됨으로써 반응 끝점이 다가오거나 도달함에 따라 반응성 유체의 유속이 감소되거나 정지되게 할 수도 있다. 에칭제 처리의 한 예는 과산화초산을 이용하여 도금된 웨이퍼의 가장자리로부터 구리를벗겨내는 것이다. 결과적으로, 본 발명의 일실시예를 이용하여 기판으로 이송되는 반응성 유체의 체적이 제어되고 처리의 끝점이 정확하게 제어된다.
예 6
이 예는 일련의 케미컬센서를 갖는 본 발명의 일실시예를 이용하여 액체유동 및 화합물을 측정하고 제어하는 것을 예시한다. 좀더 상세하게 말하자면, 이 예는 유체유동 및 유체화합물을 제어할 수 있게 하기 위하여 어떻게 본 발명의 실시예가 하나 이상의 케미컬센서와 조합될 수 있는지를 예시한다. 그러한 제어가 바람직한 응용예로는, 제한적인 것은 아니지만, 도금조, RCA 세척조, 오존수조 및 불화수소산조가 있다. 그러한 센서들을 본 발명의 실시예와 조합하는 기타의 응용에는 통속의 화학물의 순도를 유지하는 것을 포함한다. 예를 들어, 재순화조에 입자, 유기물 또는 금속이온 등과 같은 오염물이 축적되는 경우에는 그 재순환조에서 오염된 유체를 주기적으로 퍼내고 동일한 체적의 오염되지 않은 유체로 교체할 것이 요구된다. 별법으로서, 이 재순환조가 정화장치나 입자필터에 연결되어 오염물이 제거되기까지 현재의 프로세스 및 제품을 보호하도록 일정한 유속을 유지하면서 오염물질을 제거할 수도 있다.
탈이온수에 용해되어 있는 이온은 다양한 기판으로부터 유기물질을 벗겨내기 위해 이용된다. 오존발생기의 출력기체의 농도 및 물의 유속의 변동은 용해된 오존농도의 변화를 유발한다. 그러한 용해된 오존농도의 변화는 기판 표면을 오존수로 산화시키기 위해 요구되는 시간을 변화시켜 처리결과 및 세척시간이 불균일해지게 한다.
범람하는 세척조 속에 용해된 오존 농도를 유지하기 위하여 본 발명의 일실시예가 그 입구에서 탈이온수에 연결되어 있고, 출구는 기체접촉기에 연결되어 있다. 기체접촉기는 기체를 액체 속에 용해시킬 수 있는 질량변환장치이다. 그러한 장치의 예시와 작동설명은 W. L. Gore, Elkton, MD, 및 메사추세츠 빌러리카의 Mykrolis Corporation에서 구할 수 있다. 오존발생기로부터의 오존기체는 기체접촉기의 셸 쪽으로 이송되어 기체접촉기의 튜브를 통해 흐르는 탈이온수 속에 용해된다. 물 속에 용해된 오존의 농도는 메사추세츠의 IN USA, Needham으로부터 구할 수 있는 용해된 오존 농도 감시기로 측정된다. 용해된 오존 농도 감시기의 출력은 본 발명의 유동장치의 전자장치 및 마이크로프로세서에 대한 입력신호로 이용된다. 본 발명의 전자장치, 마이크로프로세서 및 제어로직은 용해된 오존농도를 정해진 농도범위 내에서 유지하기 위해 기체접촉기를 통한 물의 유속을 정해진 한계 내에서 변화시킬 것이다. 예를 들어, 오존발생기로부터의 오존기체출력의 농도가 감소되면, 기체접촉기를 통한 물의 유동은 유동장치에 의해 감소되어 용해된 오존농도를 유지할 수 있다.
별법으로서, 본 발명의 유동장치의 전자장치가 오존발생기의 기체 유속 또는 파워레벨을 아날로그출력이나 RS485 또는 기타의 적절한 수단을 이용하여 변화시키면서 유동장치의 상류에서의 수압에 무관하게 기체접촉기를 통한 물의 유속을 일정하게 유지하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 용해된 오존의 농도가 정해진 임계치를 초과하고 수류가 일정하면, 오존발생기에 대해 공급되는 파워가 감소되어 용해된 오존 농도를 적절한 수준으로 줄인다. 그 결과, 본 발명의 실시예를 이용하여 일정한 조성의 화합물을 준비하여 기판으로 이송하는 것을 제어한다.
예 7
이 예는 열교환기를 갖는 벤츄리시스템을 이용하여 후처리를 위해 상온 내지고온에서 일정한 체적의 액체를 분배할 수 있도록 반복적으로 가열하고 액체유동을 측정하여 제어하기 위해 본 발명의 일실시예를 이용하는 것을 예시한다.
2001년 01월 10일에 출원되고 발명의 명칭이 "폐쇄루프 열교환장치"인 계류중인 미국 출원 제60/326357호에 기재되고 여기에 참고로 인용되는 방법에 의해 준비된 2.25 인치의 내경과 18 인치의 길이를 갖는 셸과 튜브의 열교환기가 그 셸 쪽에서 분당 1.46 리터의 유속으로 흐르는 섭씨 70도로 가열된 수원에 연결되었다. 이 실시예에서의 밸브의 출구는 열교환기의 튜브 쪽의 입구피팅에 연결되었다. 열교환기의 튜브쪽으로 들어가는 수온과 튜브의 출구에서의 온도가 J형 열전쌍에 의해 측정되고, 그 데이터는 Agilent 데이터로거를 이용하여 로그되었다. 열교환기의 튜브속으로의 물분배사이클의 유속과 시기는 유동장치의 전자장치 및 랩탑컴퓨터에 의해 제어되었다. 매 분당 분배사이클은 초당 약 20 밀리리터의 유속으로 15초 동안 튜브로 이송되고 45초 동안 수류가 정지되었다. 분배사이클의 수에 대한 열교환관 입구 수온, 튜브출구 수온 및 측정된 유속의 플롯이 도 11에 도시되어 있다. 그 결과, 열교환기를 갖는 본 발명의 실시예에 의해 섭씨 23 내지 67 +/-0.9 로 가열된 300 밀리리터의 체적의 액체가 반복적으로 이송된다. 그러한 시스템은 단지 물세척, 무전해도금, 현상기 또는 레지스트스트리핑 처리에 이용되는 유체의 온도 조건으로 이용될 것이다.
예 8
이 예는 벤츄리 유동시스템을 이용하여 일정한 체적의 액체를 일정한 유속과정밀제어된 온도로 이송할 수 있음을 예시한다.
2001년 01월 10일에 출원되고 발명의 명칭이 "폐쇄루프 열교환장치"인 계류중인 미국 출원 제60/326357호에 기재되고 여기에 참고로 인용되는 방법에 의해 준비된 2.25 인치의 내경과 8 인치의 길이를 갖는 셸과 튜브의 열교환기가 그 셸쪽에서 분당 0.5 리터의 유속으로 흐르는 섭씨 26.8도로 가열된 수원에 연결되었다. 섭씨 23.4도의 수원이 본 발명의 실시예의 입구에 연결되었다. 이 실시예에서의 밸브의 출구는 열교환기의 튜브쪽의 입구피팅에 연결되었다. 열교환기의 튜브쪽으로 들어가는 수온과 튜브의 출구에서의 온도가 J형 열전쌍에 의해 측정되고, 그 데이터는 Agilent 데이터로거를 이용하여 로그되었다. 열교환기의 튜브속으로의 물분배사이클의 유속과 시기는 유동장치의 전자장치 및 랩탑컴퓨터에 의해 제어되었다. 매 분당 분배사이클은 초당 약 20 밀리리터의 유속으로 5초 동안 튜브로 이송되고 10초 동안 수류가 정지되었다. 분배사이클의 수에 대한 열교환관 입구 수온, 튜브출구 수온 및 측정된 유속의 플롯이 도 12에 도시되어 있다. 그 결과, 열교환기를 갖는 본 발명의 실시예를 이용하여 섭씨 26.035 +/-0.095 로 가열된 100 밀리리터의 체적의 액체가 반복적으로 이송된다. 그러한 조합은 포토레지스트 등과 같은 유체의 온도를 정확하게 유지하기 위해 이용될 것이다.
예 9
이 예는 모세관시스템을 이용하여 유기물 액체의 저체적 유동을 제어하여 이송할 수 있도록 액체유동을 측정하고 제어하는 것을 예시한다.
0.058 인치의 내경과 약 14 트위스트를 갖는 40 인치 길이의 PFA 배관이 압력강하요소로 유용하다. 예를 들어 2-프로판올의 입구 유체의 온도가 도 21에 도시된 전자시스템의 온도센서 입력부 모듈에 대한 온도 입력을 갖는 유동제한요소의 표면 상의 써미스터에 의해 측정될 수 있다. 질소나 아르곤 가스로 스퀘어인치당 약 20파운드 정도로 가압된 용기 속에 2-프로판올이 들어 있다. 2-프로판올 유속은 이 제어기 설정점에 의해 조절된다. 설정점은 전자시스템의 도 21에 도시된 바와 같은 RS485나 보조적인 아날로그 입력모듈을 통해 외부의 툴 제어기에 의해 마이크로프로세서로 입력될 수 있다. 그 결과, 초당 약 0.008 그램(분 당 약 0.16 그램) 내지 초당 약 0.5 그램(분 당 약 9.6 그램) 범위의 유속으로 액체를 이송시킬 수 있는 유동시스템이다. 그러한 유동시스템은 화학증착처리를 위해 적합한 유속으로 액체를 제어할 수 있다.
예 10
이 예는 벤츄리 시스템을 갖는 알고리즘을 상류에서의 공급압력을 변화시키면서 체적분배를 일정하게 유지하기 위해 이용하는 것을 예시한다.
본 발명 장치의 유동장치의 일실시예는 동심벤츄리, Teflon(등록상표), 3/8 인치 Flaretek(등록상표) 피팅, 유동요소, 캘리포니아 프레몬트의 LucasNovaSensor로부터의 두 개의 NPI-19 시리즈 압력센서 및 비례제어밸브 EAD 스테퍼모터, 리드스크류가 변경된 모델 LIMGE-10X03 및 스테퍼모터와 밸브의 호밍 위치를 결정하는 Sager 전자위치검출센서 모델 EE-SX770PR를 이용하여 조립되었다. 밸브 몸체는 포핏이 변경된 Parker로부터의 모델 PV-10이었다. 압력센서 및 밸브는 전자하드웨어로 인터페이스 되었다. 유동장치의 전자장치로부터 출력되는 유속과 압력은 그래피컬 유저 인터페이스를 이용하여 IBM 호환성 컴퓨터에 기록되었다.
벤츄리 유동요소의 입구는 가압된 수원에 연결되었다. 물은 모델 405A 액체펌프 및 워싱턴 밴쿠버의 Micropump로부터의 압력스위치로 압력이 공급되는 밸러스트 탱크에 들어 있었다. 밸러스트 탱크 속의 압력은 스퀘어인치당 20 내지 33 파운드 사이에서 순환하게하였다. 유동장치로부터의 액체분배질량은 Mettler Toledo PR8002 저울로 측정되어 IBM PC 호환성 컴퓨터에 기록되었다.
유동장치를 위한 분배시간은 약 10초간 온 되고 약 20초간 오프되었다. 전체 분배체적 100, 150, 200에 대해 초당 10, 15, 20 밀리리터로 프로그램된 유속이 밸러스트탱크 속의 압력이 스퀘어인치 당 20 내지 33 파운드 사이에서 변화됨에 따라 총 23회 반복되었다.
그 결과의 일부가 도 14에 도시되어 있다. 그 결과는 마이크로프로세서로 온도 및 압력 센서값을 입력시키는 유동제한요소를 통한 유체유동을 조절하는 전자제어시스템이다. 마이크로프로세서는 다수의 유체의 동점성과 온도 사이의 관계를 표나 함수관계로 저장하고 접근할 수 있고, 온도보정 압력강하를 연산할 수 있다. 그 결과는 또한 액체의 상류압력이 변화함에 따라 일정한 체적의 액체를 이송하기 위한 유동장치 및 전자시스템의 기능을 예시한다. 마이크로프로세서에서는, 단위시간당 분배되는 유체의 총 체중이 연산되고 합산되며 설정점에 비교된다. 분배시간에 대한 교정은 이 시스템에서 압력변화를 조절하기 위한 제어로직에 의해 이루어진다. 23회 분배에 관한 평균 데이터로부터 결정된 분배체적이 분배손실의 백분율로서의 표준편차가 0.4인 100.97, 151.23 및 201.50이었다.
예 11
이 예는 본 발명의 일실시예에 따른 알고리즘을 이용하여 단일의 표준검정유체를 이용한 다수의 유체에 사용하는 유동장치를 검정하는 것을 예시한다. 벤츄리 유량계인 경우에, 여기에서 개발된 식이 어떤 액체에 대해서든 체적유속을 연산하기 위해 이용된다. 도 22는 벤츄리에서의 유체유동을 압력강하, 단면적 및 유체점성에 대해 관련되게 하는 이론의 설명이다.
도 22에서의 항이 '기하학적 계수'라고 한다면, 그것 및 방출계수 C를 단일의 조합된 검정계수 C'로 대체한다. 그렇게 해서, 식은 Q=C'(2ΔP/ρ)n 의 형태로 일반화될 수 있으며, 여기에서 지수 n은 약 0.5이고 경험적으로 정해진 것이다.
두 개의 압력센서를 갖는 유동측정기를 구해서 압력표준과 유동표준을 갖는 실험대에 두었다. 적어도 두 개 이상의 유체에 대한 압력센서 차이의 출력의 함수로서의 유체유동을 측정한다. 도 15는 3개의 유체, 즉 물, 2-프로판올 및 글리세린 18%/2-프로판올 82% w/w 혼합물에 대한 그러한 측정의 결과를 도시한다. 선 지수 계수와 지수를 갖는 파워함수를 이용하여 각각의 유체 데이터 세트를 조정한다.
C'=Q/(2ΔP/ρ)n이므로, 도 16에 도시된 C'값을 구하고 각각의 유체에 대한 유속, 유체밀도 및 압력강하 데이터 사이의 수학적 관계로부터 검정계수 및 지수를 결정하기 위해 'Q' 대 '2ΔP/ρ'를 플롯할 수 있다. 예를 들어, 파워함수 수학적 관계를 이용한 각각의 유체에 대한 최적의 조정은 선 지수 계수 C' 및 지수 n을 갖는 함수를 제공한다. 도 16에서 물에 대한 선 지수 계수 C'는 4.0001이고 지수 n은 0.5342이다.
도 16에서 3개의 곡선 모두의 파워곡선조정식의 지수 n이 약 0.54일지라도, 선 지수 계수 C'는 각각의 유체마다 다르다. 도 17에 보이듯이 각각의 유체의 동점성에 대해 플롯되며, 각각의 유체마다의 검정계수 C'와 동점성의 수학적 관계가 결정된다. 예를 들어, 최적의 조정직선은 도 17에 도시된 바와 같은 함수로서의 C'값을 산출한다.
계수 C'의 값을 결정할 수 있는 능력은(유동이 난류인 경우), 조사된 유동 및 동점성 범위 내에서의 특정한 벤츄리 측정기를 통해 흐르는 유체의 유속을 연산할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에서는 이 유동모델은 유동식이 Q=KΔPn[여기에서, K=C'(2/ρ)n]로 되도록 계수 C'를 조합한 새로운 계수 'K'를 정의함으로써 유체성질(μ및 ρ)의 온도종속적 변화를 보상하도록 좀더 정교해질 수 있다.
동심 벤츄리 유동센서의 경우에, H20 및 IPA에 대한 'K'와 온도 사이의 관계가 도 18에 도시되어 있다. 이러한 데이터는 Numerical Data의 International Critical Tables에서 구할 수 있다. 이러한 데이터로부터 각각의 유체 마다의 검정계수 'K'와 동점성 사이의 수학적 관계가 온도의 함수로 결정된다. 예를 들어 이 데이터에 대한 본 발명에서 양호한 최적조정 다항식은 IPA 및 물에 대해 도 18에 도시된 바와 같은 온도의 함수로서의 K를 제공한다.
모델의 유효성을 확인하기 위해 유속 대 압력강하 데이터를 검정된 유속에 비교할 수도 있다. K와 물에 대한 24.0℃의 온도 및 IPA에 대한 23.6℃의 온도를 이용하여 그렇게 비교한 것이 도 19에 도시되어 있다. 글리세린/IPA에 대한 결과는 C'(온도교정 없이)에만 근거하여 연산되었다.
특정한 벤츄리 측정기디자인에 대한 충분한 데이터를 갖고 있다면, 즉 디자인이 잘 특징지워져 있다면, 또한 유동식 Q=C'(2ΔP/ρ)n의 지수 'n'이 일정하며 계수식 'C'=b-mv'의 기울기 'm'도 상수이다면, 유속이 단일한 그 디자인의 다른 벤츄리 측정기를 단일의 유체를 이용하여 알려진 온도에서 검정할 수 있다. 이 장치는 온도의 함수로서의 동점성 및 밀도가 전자회로 또는 마이크로프로세서의 메모리에 입력된 다른 유체에도 이용될 수 있다.
알려진 제조공차로 인한 벤츄리 측정기의 변화를 수용하기 위해, 계수식에서의 'b' 값은 b=C'+ mν의 관계로부터 결정될 수도 있으며, 기울기 'm' 값을 알면, Q=C'(2ΔP/ρ)n(Q 와 ΔP는 유속 대 압력강하 데이터 점으로부터 온 것이며, 동점성 ν및 밀도 ρ는 검정유체의 동점성 및 밀도임)이고 b=Q/(2ΔP/ρ)n + mν이다.

Claims (32)

  1. 유체입구 및 유체출구를 갖는 비례유동밸브와;
    상기 비례유동밸브를 조절하기 위한 비례유동밸브용 작동기와,
    유동제한요소 유체입구 및 상기 비례유동밸브의 상기 유체입구와 유체 연통하는 유동제한요소 유체출구를 갖고, 상기 유동제한요소 유체입구와 상기 유동제한요소 유체출구의 사이에서 압력강하를 일으키는 유동제한요소와;
    상기 압력강하를 측정하는 측정수단과;
    상기 압력강하에 근거하여 유속을 연산하는 연산수단; 그리고
    상기 측정된 압력강하에 반응하여 상기 비례유동밸브를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해 상기 압력강하 측정수단 및 상기 작동기와 교신하는 제어기
    를 포함하는 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동제한요소는 와류 압력강하를 일으키는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유동제한요소는 벤츄리를 포함하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체의 온도를 감지하는 감지수단을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 감지된 온도에 응답하여 상기 연산된 유속을 수정하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압력강하 측정수단은 상기 벤츄리의 상류에서 상기 유체의 압력을 감지하는 제1 압력변환기와, 상기 벤츄리의 가장 제한적인 부분에서 상기 유체의 압력을 감지하는 제2 압력변환기를 포함하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  6. 분배기로부터 특정 사용지점으로의 유체의 분배를 제어하는 방법으로서,
    유체입구 및 유체출구를 갖는 비례유체유동 밸브를 제공하는 단계와;
    상기 유체입구와 유체 연통하여 압력강하를 일으키는 유동제한요소를 제공하는 단계와;
    상기 유동제한요소를 지나면서 일어나는 상기 압력강하를 감지하는 단계와;
    상기 감지된 압력강하에 응답하여 상기 비례유체유동 밸브를 조절하는 단계
    를 포함하는 유체분배 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비례유체유동 밸브를 조절하기 위해 작동기가 제공되는 것인 유체분배 제어방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 측정된 압력강하에 응답하여 상기 작동기를 제어하는 제어기를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 유체분배 제어방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 비례유체유동 밸브를 조절하기 위한 퍼지논리제어규칙을 더 포함하는 것인 유체분배 제어방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 작동기 밸브 상에 위치검출센서를 더 포함하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유동제한요소는 상기 측정된 압력강하를 적어도 10 퍼센트 이상 회복시키는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 퍼지논리규칙을 이용하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 저장된 유체성질 데이터를 이용하여 유체유동을 측정하고 제어하는 것인 유체유동측정 및 비례유체유동 제어장치.
  14. 단일의 표준검정유체를 이용하여 유체유동장치를 검정하는 방법으로서,
    제1 및 제2 압력센서를 갖는 유동측정기를 제공하는 단계와;
    상기 제1 및 제2 압력센서에 의해 감지된 압력 사이의 제1 차압을 연산함으로써 상기 유동측정기를 통한 제1 유체의 유체유동을 측정하는 단계와;
    상기 제1 및 제2 압력센서에 의해 감지된 압력 사이의 제2 차압을 연산함으로써 상기 유동측정기를 통한 제2 유체의 유체유동을 측정하는 단계와;
    유속과, 유체밀도, 그리고 상기 제1 및 제2 유체에 대한 상기 연산된 차압 사이의 관계에 근거하여 검정계수를 결정하는 단계와;
    상기 검정계수 및 상기 유체의 각각의 동점성 사이의 관계를 결정하는 단계; 그리고
    상기 관계를 저장하는 단계
    를 포함하는 유체유동장치 검정방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 저장된 관계를 제3 유체에 대해 측정한 차압에 비교하고, 그러한 비교에 근거하여 상기 제3 유체의 유속을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 유체유동장치 검정방법.
  16. 제14항에 있어서, 온도변화에 대해 상기 관계를 수정하는 단계를 더 포함하는 것인 유체유동장치 검정방법.
  17. 유체입구 및 유체출구를 갖는 비례유동밸브와;
    상기 비례유동밸브를 조절하기 위한 비례유동밸브용 작동기와;
    유동제한요소 유체입구 및 상기 비례유동밸브의 상기 유체입구와 유체 연통하는 유동제한요소 유체출구를 갖고, 상기 유동제한요소 유체입구와 상기 유동제한요소 유체출구의 사이에서 압력강하를 일으키는 유동제한요소와;
    상류압력센서와;
    하류압력센서; 그리고
    상기 상류압력센서 및 상기 하류압력센서와 교신하는 제어기
    를 포함하고, 상기 제어기는 하나 이상의 프로세서와, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 더 구비하며,
    상기 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에는 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령이 저장되고,
    상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은, 상류압력신호의 수신과, 하류압력신호의 수신, 그리고 상기 상류압력신호 및 상기 하류압력신호에 근거한 유체유속의 연산을 실행 가능한 명령을 포함하는 것인 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 상기 작동기와 교신하고, 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 밸브출력의 변화에 근거한 밸브제어신호의 발생을 더 실행 가능한 것인 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어기는, 밸브제어신호에 근거하여 밸브구동신호를 발생시키고 이 밸브구동신호를 상기 작동기로 송신하도록 작동될 수 있는 밸브구동기를 더 포함하는 것인 장치.
  21. 제18항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 유속에 관련된 변수를 제1 세트의 소속 함수에 비교하여 제1 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것과; 유속의 변화에 관련된 변수를 제2 세트의 소속 함수에 비교하여 제2 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하고, 상기 제1 세트의 퍼지입력 및 상기 제2 세트의 퍼지입력 각각의 퍼지입력이 입력신뢰도와 관련되어 있는 것인 장치.
  22. 제21항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 한 세트의 규칙을 상기 제1 세트의 퍼지입력 및 상기 제2 세트의 퍼지입력에 적용하여 한 세트의 퍼지출력을 발생시키는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하고, 각각의 퍼지출력이 출력신뢰도와 관련되어 있는 것인 장치.
  23. 제22항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 각각의 퍼지출력을 밸브출력치의 이산변화에 관련시키는 것과; 하나 이상의 퍼지출력의 출력신뢰도에 근거하여 밸브출력의 전체적인 변화를 연산하고 하나 이상의 퍼지출력의 각각에 관련된 밸브출력의 이산변화를 연산하는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
  24. 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함하고,
    상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은, 유체유속의 연산과, 퍼지논리에 근거한 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 명령을 포함하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 유속에 관련된 변수를 제1 세트의 소속 함수에 비교하여 제1 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것과, 유속의 변화에 관련된 변수를 제2 세트의 소속 함수에 비교하여 제2 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하고, 상기 제1 세트의 퍼지입력 및 상기 제2 세트의 퍼지입력의 각각의 퍼지입력이 입력신뢰도와 관련되어 있는 것인 장치.
  26. 제25항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 한 세트의 규칙을 상기 제1 세트의 퍼지입력 및 상기 제2 세트의 퍼지입력에 적용하여 한 세트의 퍼지출력들을 발생시키는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하고, 각각의 퍼지출력이 출력신뢰도와 관련되어 있는 것인 장치.
  27. 제25항에 있어서, 밸브출력의 전체적인 변화의 연산을 실행 가능한 상기 명령은, 각각의 퍼지출력을 밸브출력치의 이산변화에 관련시키는 것과, 하나 이상의 퍼지출력의 출력신뢰도에 근거하여 밸브출력의 전체적인 변화를 연산하고 하나 이상의 퍼지출력의 각각에 관련된 밸브출력의 이산변화를 연산하는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
  28. 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장되어 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함하고, 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은,
    유체유속의 연산과;
    퍼지논리에 근거한 밸브출력의 전체적인 변화의 연산
    을 실행 가능한 명령을 포함하고, 상기 밸브출력의 전체적인 변화의 연산은, 에러를 제1 세트의 소속 함수와 비교하여 제1 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것과; 유속변화를 제2 세트의 소속 함수와 비교하여 제2 세트의 퍼지입력을 발생시키는 것과(여기서, 제1 세트의 퍼지입력과 제2 세트의 퍼지입력의 각각의 퍼지입력은 입력신뢰도와 관련이 있음); 한 세트의 규칙을 제1 세트의 퍼지입력과 제2 세트의 퍼지입력에 적용하여 한 세트의 퍼지출력들을 발생시키는 것과(여기서, 각각의 퍼지출력은 출력신뢰도와 관련이 있음); 각각의 퍼지출력을 밸브출력치의 이산 변화와 관련시키는 것과; 하나 이상의 퍼지출력의 출력신뢰도에 근거하여 전체적인 밸브출력 변화를 연산하고 하나 이상의 퍼지출력의 각각에 관련된 이산적 밸브출력치 변화를 연산하는 것에 의해 실행되는 것인 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 한 세트의 컴퓨터 명령은, 특정 신뢰도와 관련하여 퍼지출력을 버리는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 한 세트의 컴퓨터 명령은, 상기 출력신뢰도를 상기 입력신뢰도에 기반하게 하는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 특정 퍼지출력에 관한 출력신뢰도는 상기 특정 퍼지출력의 기초가 되는 특정의 한 세트의 퍼지입력에 대한 가장 낮은 입력신뢰도와 동일한 것인 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 한 세트의 컴퓨터 판독 가능한 명령은, 상기 연산된 밸브출력의 전체적인 변화에 근거하여 밸브제어신호를 발생시키는 것을 실행 가능한 명령을 더 포함하는 것인 장치.
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