KR20150086318A - 혼합 농도 제어 - Google Patents

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KR20150086318A KR1020157015855A KR20157015855A KR20150086318A KR 20150086318 A KR20150086318 A KR 20150086318A KR 1020157015855 A KR1020157015855 A KR 1020157015855A KR 20157015855 A KR20157015855 A KR 20157015855A KR 20150086318 A KR20150086318 A KR 20150086318A
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프란시스코 마추카
로날드 치아렐로
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인테그리스 - 제탈론 솔루션즈, 인크.
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Abstract

실시예들은 결과적인 혼합물에서 하나 이상의 물질들의 농도를 제어하는 방식으로 2개 이상의 물질들의 고 정확도 혼합을 가능케 하는 혼합 방법들, 시스템들, 장치들, 디바이스 및 어셈블리들을 제공한다. 혼합 장치(100)는 혼합 존 또는 도관(112)에서 2개 이상의 물질들의 혼합을 가능케 할 수 있다. 혼합 장치는 혼합 프로세스 동안 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위한 하나 이상의 센서들(120)을 포함할 수 있다. 센서들은 연속적으로, 간격들 두고, 또는 사용자에 의해 촉구되면 혼합물 특성들을 검출할 수 있다. 혼합물 특성들은 혼합물에서 제 1 구성 물질의 농도의 표시를 생성하기 위해 센서들에서, 또는 제어 회로에서 이용될 수 있다. 검출된 농도에 기초하여, 혼합 장치는 혼합 존 또는 도관(112)으로의 제 1 물질의 공급을 자동으로 조정할 수 있다.

Description

혼합 농도 제어{CONTROLLING MIXING CONCENTRATION}
관련 출원들에 대한 상호참조
본 출원은 2012년 11월 16일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/727,630호를 우선권으로 주장하며, 이것의 정식 특허 출원이며, 그에 의해, 상기 가특허의 전체 내용물들이 인용에 의해 본원에 명시적으로 포함된다.
기술 분야
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들의 고 정확도 혼합(high-accuracy mixing)에 관한 것이다.
물질들의 고 정확도 혼합은 (반도체들, 평판 디스플레이, 디스크 드라이브들, 태양 전지들 등의 형성에서)　마이크로일렉트로닉스(microelectronics), 생명 과학(다른 것들 중에서도, 제약, 생명 공학, 및 개인 케어들(personal care) 등), 화학 엔지니어링 및 석유화학 엔지니어링을 포함하는 폭넓게 다양한 기술 분야들에서 중요하다. 예를 들어, 반도체 제조에서의 단일 웨이퍼 프로세싱 및 제약 제조에서의 연속 반응 프로세스와 같은 제조 혁신들은 종종 화학 물질들이 정밀한 비율로 혼합되도록 요구한다.
예시적인 실시예들은 결과적인 혼합물에서 하나 이상의 물질들의 농도를 제어하는 방식으로 2개 이상의 물질들의 고 정확도 혼합을 가능하게 하는 방법들, 시스템들, 장치들, 디바이스 및 어셈블리들을 제공한다. 예시적인 실시예들은 또한 2개의 이상의 혼합 장치들을 포함하는 혼합 어셈블리를 포함하며, 각각의 혼합 장치는 2개 이상의 물질들을 혼합하도록 구성된다.
일 예시적인 실시예에 따라, 복수의 물질들을 혼합하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 혼합 후 물질에서 제 1 입력 물질에 대한 타겟 농도를 결정하는 단계를 포함하며, 이 혼합 후 물질은 제 1 입력 물질이 제 2 입력 물질과 혼합되는 것으로부터 발생한다. 이 방법은 제 1 입력 물질이 제 2 입력 물질과 혼합되는 동안 혼합 후 물질에서 제 1 입력 물질의 혼합 후 농도 값을 연속적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 혼합 후 농도가 타겟 농도의 에러의 마진 또는 미리 결정된 타겟 농도 범위 밖에 있는지를 결정하도록 혼합 후 농도 값을 모니터링하는 단계, 및 혼합 후 농도가 타겟 농도의 에러 마진 또는 미리 결정된 타겟 농도 범위 밖에 있는 것으로 결정될 때 제 1 입력 물질의 혼합 전 유량을 제어하도록 구성되는 제어 밸브를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 제어 밸브를 조정하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 제어 파라미터들에 기초하여 제어 밸브의 포지션을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 혼합 후 농도가 타겟 농도의 에러 마진 또는 미리 결정된 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정한 이후 하나 이상의 제어 파라미터들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 조정된 제어 파라미터를 생성하는 단계, 그리고 조정된 제어 파라미터에 기초하여 제어 밸브를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 혼합 후 농도와 타겟 농도 간의 차이 값을 결정하는 단계, 차이 값 및 조정된 제어 파라미터에 기초하여 피드백 제어 값을 결정하는 단계, 및 피드백 제어 값에 기초하여 제어 밸브를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 미리 결정된 수의 결정된 혼합 후 농도 값들에 기초하여 평균 혼합 후 농도를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 혼합 후 농도가 타겟 농도의 에러의 마진 또는 미리 결정된 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정하기 위해 평균 혼합 후 농도를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 제 2 입력 액체의 유량을 결정하는 단계, 및 결정된 유량에 기초하여 제어 밸브에 대한 초기 포지션을 세팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 혼합 후 물질을 측정하기 이전에 정적 혼합기에 혼합 후 물질을 통과시켜서 혼합 후 농도 값의 정확도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제 2 입력 물질은 상이한 혼합 장치로부터 수신될 수 있는 바와 같은 출력 물질일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 혼합 후 물질의 광학 반사율 및 온도를 측정하는 단계, 광학 반사율 및 온도에 기초하여 혼합 후 물질의 굴절률을 결정하는 단계, 및 굴절률에 기초하여 혼합 후 물질에서 제 1 입력 물질의 혼합 후 농도 값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 입력 물질의 혼합 전 유량을 제어하도록 구성된 제어 밸브를 조정하는 것은 제 1 입력 물질의 측정된 유량으로부터 독립적이다.
다른 예시적인 실시예에 따라 제 1 혼합물을 생성하도록 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 복수의 물질들의 혼합물에서 제 1 물질의 제 1 타겟 농도 범위를 수신하는 단계, 및 복수의 물질들을 제 1 혼합 존(mixing zone)에 공급하는 단계를 포함하며, 이 복수의 물질들은 제 1 혼합물을 생성하도록 제 1 혼합 존에서 혼합된다. 이 방법은 또한 복수의 물질들을 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서, 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계, 및 제 1 물질의 농도 값을 제 1 타겟 농도 범위에 대해 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 제 1 물질의 농도 값이 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정에 기초하여, 제 1 혼합 존으로의 1 물질의 공급을 자동으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 제 1 혼합물의 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들을 검출하고, 제 1 혼합물의 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들에 기초하여 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정함으로써 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정할 수 있다. 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들은 온도, 이슬점 농도, 제 1 혼합물에서의 음속, 광학 반사율 및 굴절률을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 제 1 혼합물의 광학 반사율을 검출하고, 제 1 혼합물의 온도를 검출하고, 제 1 혼합물의 광학 반사율 및 온도에 기초하여 제 1 혼합물의 굴절률을 결정하고, 그리고 굴절률에 기초하여 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정함으로써 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 혼합 존으로의 제 1 물질의 공급은, 제 1 혼합 존으로 제 1 물질을 공급하는 제 1 도관에 제공되는 제어 밸브를 조정함으로써 조정될 수 있으며, 이 제어 밸브는 제 1 도관을 통한 제 1 물질의 유량을 제어하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 제어 밸브는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값에 기초하여 그리고 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 제어 밸브의 개구 크기를 제어함으로써 조정될 수 있다. 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들은 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성, 온도 및 압력을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 밸브는 제 1 혼합물이 생성되는 혼합 시스템의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 그리고 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값에 기초하여 제어 밸브의 개구 크기를 제어함으로써 조정될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 물리적 특성들은 제 1 물질이 혼합 존에 공급되는 제 1 도관의 크기, 혼합 존의 타입 및 제어 밸브의 타입을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 제어 밸브는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값, 제 1 혼합물이 생성되는 혼합 시스템의 하나 이상의 물리적 특성들 및 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 제어 밸브의 개구 크기를 제어함으로써 조정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 복수의 물질들을 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 제 2 농도 값을 결정하는 단계, 제 1 물질의 제 2 농도 값을 제 1 타겟 농도 범위에 대해 비교하는 단계, 및 제 1 물질의 제 2 농도 값이 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정 시에, 제 1 물질을 제 1 혼합 존에 공급하기 위한 제 1 도관에 제공되는 제어 밸브의 개구 크기를 자동으로 조정하는 단계를 더 포함하고, 제어 밸브의 개구 크기는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 제 2 농도 값에 기초하여 조정된다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 복수의 물질들의 제 1 혼합물에서 제 2 물질의 제 2 타겟 농도 범위를 수신하는 단계, 복수의 물질들을 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서 제 1 혼합물에서 제 2 물질의 농도 값을 결정하는 단계, 제 2 물질의 농도 값을 제 2 타겟 농도 범위에 대해 비교하는 단계, 및 제 2 물질의 농도 값이 제 2 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 제 1 혼합 존으로의 제 2 물질의 공급을 자동으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 이 방법은 제 1 혼합물을 제 2 혼합 존에 공급하는 단계, 제 3 물질을 제 2 혼합 존에 공급하는 단계로서, 상기 제 1 혼합물 및 제 3 물질은 제 2 혼합물을 생성하도록 제 2 혼합 존에서 혼합되는 것인, 상기 제 3 물질을 제 2 혼합 존에 공급하는 단계, 제 2 혼합물에서 제 3 물질의 제 3 타겟 농도 범위를 수신하는 단계, 제 1 혼합물 및 제 3 물질을 제 2 혼합 존에 계속 공급하면서 제 2 혼합물에서 제 3 물질의 농도 값을 결정하는 단계, 제 3 물질의 농도 값을 제 3 타겟 농도 범위에 대해 비교하는 단계, 및 제 3 물질의 농도 값이 제 3 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 제 2 혼합 존으로의 제 3 물질의 공급을 자동으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 복수의 물질들의 혼합을 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 복수의 물질들의 혼합물에서 제 1 물질의 제 1 타겟 농도 범위를 수신하는 단계, 제 1 혼합 존에 복수의 물질들을 공급하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 복수의 물질들은 제 1 혼합물을 생성하도록 제 1 혼합 존에서 혼합된다. 이 방법은 또한 제 1 혼합 존에 복수의 물질들을 계속 공급하면서 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계, 및 제 1 물질의 농도 값을 제 1 타겟 농도 범위에 대해 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 추가로 제 1 물질의 농도 값이 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정 시에, 제 1 물질을 제 1 혼합 존에 공급하기 위한 제 1 도관에 제공되는 제어 밸브의 개구 크기를 조정함으로써 제 1 혼합 존으로의 제 1 물질의 유량을 자동으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 제어 밸브의 개구 크기는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값에 기초하여 그리고 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 조정될 수 있다. 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들은 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성, 온도 및 압력을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 혼합 시스템이 제공된다. 이 혼합 시스템은 제 1 혼합 도관, 제 1 혼합 도관에 커플링되고, 제 1 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 1 공급 도관 - 상기 제 1 공급 도관은 제 1 물질을 제 1 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍(bore)을 포함함 -, 제 1 공급 도관에 제공되는 제 1 유동 제어 디바이스 - 상기 제 1 유동 제어 디바이스는 제 1 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성됨 - , 제 1 혼합 도관에 커플링되고, 제 1 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 2 공급 도관을 포함할 수 있고, 제 2 공급 도관은 제 2 물질을 제 1 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍을 포함한다. 혼합 시스템은 또한 제 1 및 제 2 물질들의 혼합에 의해 생성되는 제 1 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위해 제 1 혼합 도관에 제공되는 하나 이상의 센서들의 제 1 세트를 포함할 수 있다. 혼합 시스템은 추가로, 하나 이상의 센서들의 제 1 세트에 그리고 제 1 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제 1 제어 회로를 포함할 수 있고, 제 1 제어 회로는 제 1 혼합 도관에서 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 제 1 물질의 유량을 조정하도록 제 1 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하게 프로그래밍된다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들은 온도, 이슬점, 농도, 제 1 혼합물에서의 음속, 광학 반사율 및 굴절률을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
혼합 도관은 물질이 혼합을 위해 최초로 접촉하게 되는 교차 영역을 포함할 수 있다. 하나 이상의 마이크로센서들은 바람직하게는, 농도가 검출되기 이전에 물질들의 혼합을 보장하도록 교차 영역으로부터 충분한 거리를 두고 떨어져 있지만 교차 영역에 가능한 한 근접하게 로케이팅된다. 일 예시적인 비제한적 실시예에서, 마이크로센서는 교차 영역으로부터 약 1인치 내지 약 2인치 떨어져서 배치될 수 있다. 이는 혼합 프로세스 간의 엄밀한 커플링(tight coupling) 및 물질들의 공급 시에 이루어지는 임의의 조정들을 보장하여서, 조정된 공급은 상당한 혼합물의 부피가 교차 영역을 지나 유동하기 이전에 혼합 프로세스에 영향을 주게 된다. 그 결과, 혼합물에서 물질들의 농도는 혼합 프로세스 전체에 걸쳐서 엄밀하게 제어되고, 특정한 실시예들에서, 혼합 탱크가 제거될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 제어 회로는, 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정하도록, 제 1 물질의 농도 값을 제 1 물질에 대한 제 1 타겟 농도 범위에 대해 비교하도록, 그리고 제 1 물질의 농도 값이 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 제 1 공급 도관의 구멍의 개구를 조정하기 위해 제 1 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 센서들의 제 1 세트는, 제 1 혼합물의 광학 반사율을 검출하도록 구성되는 광학 시스템, 및 제 1 혼합물의 온도를 검출하기 위한 서미스터(thermistor) 또는 온도계를 포함할 수 있다. 제 1 제어 회로는 제 1 혼합물의 광학 반사율 및 온도에 기초하여 제 1 혼합물의 굴절률을 결정하도록 그리고 굴절률에 기초하여 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값을 결정하도록 프로그래밍된다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 제어 회로는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값에 기초하여, 그리고 복수의 물질들 중 적어도 하나의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 제 1 유동 제어 디바이스를 제어하도록 프로그래밍될 수 있고, 하나 이상의 물리적 특성들은, 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성, 온도 및 압력을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 제어 회로는 제 1 혼합물에서 제 1 물질의 농도 값에 기초하여 그리고 혼합 시스템의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 제 1 유동 제어 디바이스를 제어하도록 프로그래밍될 수 있고 하나 이상의 물리적 특성들은 제 1 공급 도관의 크기, 제 1 혼합 도관의 타입 및 제 1 유동 제어 디바이스의 타입을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 센서들 중 하나 이상은 제 1 혼합 도관에서 제 1 및 제 2 물질들의 혼합 동안 제 1 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하도록 미리 결정된 간격들로 동작될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 혼합 시스템은 제 2 공급 도관에 제공되는 제 2 유동 제어 디바이스를 더 포함할 수 있고, 제 2 유동 제어 디바이스는 제 2 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성된다. 제 1 제어 회로는 제 2 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링될 수 있고 제 1 제어 회로는 제 1 혼합 도관에서 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 제 2 물질의 유량을 조정하기 위해 제 2 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 제어 회로는 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 제 1 혼합물에서 제 2 물질의 농도 값을 결정하도록, 제 2 물질의 농도 값을 제 2 물질에 대한 제 2 타겟 농도 범위에 대해 비교하도록, 그리고 제 2 물질의 농도 값이 제 2 타겟 농도 범위 외부에 있다는 결정에 기초하여 제 2 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 혼합 시스템은 제 1 혼합 도관에 커플링되고 제 1 혼합 도관의 다운스트림에 배치되는 제 2 혼합 도관, 제 2 혼합 도관에 커플링되고 제 2 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 3 공급 도관 - 상기 제 3 공급 도관은 제 3 물질을 제 2 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍을 포함함 - , 제 3 공급 도관에 제공되는 제 3 유동 제어 디바이스 - 제 3 유동 제어 디바이스는 제 3 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 제어하도록 구성됨 - , 제 1 혼합물 및 제 3 물질의 혼합에 의해 생성되는 제 2 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위해 제 2 혼합 도관에 제공되는 하나 이상의 센서들의 제 2 세트, 및 하나 이상의 센서들의 제 2 세트에 그리고 제 3 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제 2 제어 회로를 더 포함할 수 있고, 제 2 제어 회로는 제 2 혼합 도관에서 제 2 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 제 3 물질의 유량을 조정하기 위해 제 3 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된다.
몇몇 실시예들에서, 혼합 시스템은 제 1 혼합 도관에 배치되는 혼합 디바이스를 더 포함할 수 있고, 이 혼합 디바이스는 제 1 및 제 2 물질들을 혼합하도록 구성된다. 이들 실시예들에서, 하나 이상의 센서들의 제 1 세트는 혼합 디바이스의 다운스트림에 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 혼합 시스템은 제 2 공급 도관에 제공되는 유동 제어 센서 - 상기 유동 제어 센서는 제 2 공급 도관에서 제 2 물질의 유량을 검출하도록 구성됨 -, 및 제 2 공급 도관에 제공되는 제 2 유동 제어 디바이스를 더 포함할 수 있고, 제 2 유동 제어 디바이스는 유동 제어 센서에 의해 검출된 유량에 기초하여 제 2 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성된다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 복수의 물질들을 혼합하기 위한 혼합 장치가 제공된다. 이 혼합 장치는 혼합 장치 내로의 제 1 물질의 도입을 위한 제 1 입력 포트, 혼합 장치 내로의 제 2 물질의 도입을 위한 제 2 입력 포트, 및 혼합 장치로부터 제 1 및 제 2 물질들의 혼합물을 출력하기 위한 출력 포트를 포함할 수 있다. 이 혼합 장치는 제 1 입력 포트에 커플링되는 제 1 단말 단부 및 제 2 단말 단부를 포함하는 제 1 유동 통로, 제 1 유동 통로에 배치되고 제어 밸브에서 제 1 유동 통로의 구멍을 제어하도록 구성되는 제어 밸브, 및 제 2 입력 포트에 커플링되는 제 1 단말 단부 및 제 2 단말 단부를 포함하는 제 2 유동 통로를 더 포함할 수 있다. 이 혼합 장치는 제 1 및 제 2 유동 통로들의 다운스트림에 배치되는 교차 영역을 더 포함할 수 있으며, 교차 영역은 제 1 유동 통로의 제 2 단말 단부와 제 2 유동 통로의 제 2 단말 단부의 교차부에 의해 형성된다. 이 혼합 장치는 교차 영역의 다운스트림에 그리고 혼합 장치의 출력 포트의 업스트림에 배치되는 혼합 후 통로를 더 포함할 수 있다. 이 혼합 장치는 혼합 후 통로에 배치되는 농도 센서로서, 상기 농도 센서는 혼합 후 통로에서 제 1 물질의 농도의 표시를 주기적으로 검출하도록 구성되는 것인, 농도 센서, 및 제 1 물질의 농도의 표시를 프로그래밍에 따라(programmatically) 수신하고 농도의 표시에 기초하여 교차 영역으로의 제 1 물질의 공급을 조정하기 위해 제어 밸브를 자동으로 조정하도록 구성되는 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들은 본 명세서에서 논의되는 방법들 및/또는 다른 기능성을 구현하도록 구성되는 하나 이상의 머신들, 예컨대, 장치 및/또는 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 머신은 메모리 및/또는 다른 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체들에 저장된 명령들 및/또는 다른 데이터에 기초하여 본 명세서에서 논의된 기능성을 구현하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서들, 회로 및/또는 다른 머신 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
이들 특성들은 물론, 본 발명의 부가적인 특징들, 기능들 및 세부사항들이 아래에서 설명된다. 유사하게, 대응하고 부가적인 실시예들이 또한 아래에서 설명된다.
예시적인 실시예들의 위의 및 다른 목적들, 양상들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 이루어지는 하기의 설명을 참조함으로써 보다 명확하게 될 것이고 더 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 1b는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 1c는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 예시적인 광학 센서를 도시한다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따라, 광학 센서의 동작 원리 및 광학 반사율 지오메트리를 도시한다.
도 4는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 예시적인 혼합 장치를 도시한다.
도 5는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 2개의 연결된 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 6은 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 액체 유동 제어기에 연결되는 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 7은 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 농도 센서 및 유동 센서를 포함하는 혼합 장치의 예를 도시한다.
도 8은 몇몇 실시예들에 따라 수행되는, 폐루프 혼합 제어의 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9는 몇몇 실시예들에 따라 수행되는, 평균 혼합 후 농도를 결정하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10은 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 회로의 개략적 블록도를 도시한다.
첨부 도면들은 제 축적대로 그려지도록 의도된 것은 아니다.
실시예들은 결과적인 혼합물에서 하나 이상의 물질들의 농도들을 제어하는 방식으로, 2개 이상의 물질들의 고 정확도 혼합을 가능하게 하는 혼합 방법들, 시스템들, 장치들, 디바이스 및 어셈블리들을 제공한다. 예시적인 혼합 장치는 혼합 존 또는 도관에서 2개 이상의 물질들의 혼합을 가능하게 할 수 있다. 혼합 장치는 혼합 프로세스 동안 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 센서들은 연속적으로, 간격들 두고(at interval), 또는 사용자에 의해 촉구될 때 혼합물 특성들을 검출할 수 있다. 혼합물 특성들은 센서에서 또는 제어 회로에서, 혼합물에서 제 1 구성 물질의 농도의 표시를 생성하는데 이용될 수 있다. 검출된 농도에 기초하여, 혼합 장치는 혼합 존 또는 도관으로의 제 1 물질의 공급을 자동으로 그리고 실시간으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 물질의 농도가 원하는 농도 범위 밖에 있는 경우, 혼합 장치는 제 1 물질의 공급(예를 들어, 유량)을 조정하여, 혼합물 내에서 그 물질의 농도가 상응하게 조정되게 된다. 다른 한편, 제 1 물질의 농도가 원하는 농도 범위 내에 있는 경우, 혼합 장치는 제 1 물질의 공급(예를 들어, 유량)을 조정되지 않은 채로 남겨둘 수 있다.
예시적인 실시예들은 혼합 장치의 동적 조정을 가능하게 한다. 일 예시적인 실시예에서, 입력 물질의 유량을 제어하는 제어 밸브 포지션은 하나 이상의 제어 파라미터들에 기초하여 타겟 농도(또는 타겟 농도 범위)에 대해 세팅될 수 있다. 혼합 후에, 측정된 농도는 제어 파라미터들을 조정하도록 타겟팅된 농도(또는 타겟 농도 범위)에 대해 비교되어, 제어 밸브를 재조정할 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예들은 통합된 테스트, 장애 분석 및/또는 혼합 동안 자동 정정을 제공할 수 있다.
특정한 실시예들에서, 각각이 2개 이상의 물질들을 제어 가능하게 혼합하도록 구성되는 복수의 모듈라 혼합 장치들 또는 디바이스들을 포함하는 혼합 어셈블리가 제공될 수 있다. 예시적인 직렬 어셈블리에서, 각각의 혼합 장치는 다른 혼합 장치로 혼합물을 공급하거나 다른 혼합 장치로부터 혼합물을 수신하도록 다른 혼합 장치에 직렬로 커플링될 수 있다. 어셈블리는 이에 따라 하나의 장치에서 생성된 혼합물이 후속 장치에서 다른 혼합물을 생성하는데 이용되는 것을 가능하게 한다. 예시적인 병렬 어셈블리에서, 어셈블리의 혼합 장치들은 서로 병렬로 커플링될 수 있어서, 장치들의 결과적인 혼합물들은 중앙 위치에서 수집되게 될 수 있다. 어셈블리는 이에 따라 혼합물 생산의 부피(volume)를 확대(scaling up)하는 것을 가능하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 혼합 어셈블리의 각각의 모듈라 혼합 장치는, 전반적인 혼합물 생산 용량을 확대하기 위해 다른 장치에 플러깅(plug)되거나 또는 그렇지 않고 다른 장치에 커플링될 수 있는 플러그 앤 플래이 구성(plug-and-play configuration)을 가질 수 있다.
농도의 검출 및 구성 물질들의 공급의 조정의 예시적인 폐루프 시스템은 실시간으로 혼합 프로세스를 연속적으로, 즉, 혼합 프로세스가 계속되는 동안 의도적인 지연 없이 모니터링 및 조정하는데 이용될 수 있다. 이는 다수의 복잡한 기술 및 제조 요구들에 적합한 고 정확도 혼합을 가능하게 한다. 모니터링 및 제어의 자동 폐루프 성질은 인간 개입이 거의 없거나 전혀 없이 혼합 프로세스가 실행되도록 허용하며, 이에 따라 결과적인 혼합물의 합성 동안 성능의 일관성 및 정밀한 제어를 달성한다. 부가적으로, 예시적인 실시예들에서 혼합물 또는 혼합 후 물질의 물리적 특성들 또는 특징들(광학 반사율, 굴절률, 온도 및 농도를 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)함)의 검출 및 이용은, 입력 물질들의 유량들에만 기초하여 혼합 프로세스를 조정하는 종래 기법들보다 혼합 프로세스에서 더 높은 정확도를 가능하게 한다.
특정한 예시적인 혼합 장치들은 종래의 혼합 장치들에 대해 요구되는 풋프린트(footprint)보다 더 작은 풋프린트로 동작할 수 있다. 예시적인 혼합 장치의 고 정확도 및 저 응답 시간들은, 혼합 또는 출력 물질의 그의 타겟 농도에 도달하는 동안, 임시 출력 물질 컨테이너로서 역할하는 혼합 탱크를 필요로 하지 않는 혼합을 허용한다. 이에 따라, 몇몇 실시예들은 건조한 환경(sterile environment)을 요구하는 제약 및/또는 웨이퍼 제조 프로세스들의 경우와 같이 공간이 부족할 때(at a premium) 공간 요건들을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서 실현될 수 있는 다른 이점들은 (예를 들어, 고 정확도를 갖는 저비용 농도 센서들을 이용함으로써) 더 낮은 비용들, 통합된 전자기기들, 펌웨어 및 소프트웨어, 램프(ramp)까지의 더 빠른 시간, (예를 들어, 혼합 장치가 마멸(wear-and-tear)될 때 시간에 걸쳐서 변할 수 있는 제어 파라미터들을 동적으로 업데이트함으로써) 타겟 농도까지의 더 빠른 시간, 신호 분석(예를 들어, 시간, 상호 참조, 평균화, 배경 제거(background subtraction), 정규화(normalization) 또는 측정된 데이터에 대한 다른 조작), 동시에 가능하게 되는 리던던시들(redundancies), (예를 들어, 혼합 탱크들 및/또는 액체 유동 센서들의 이용을 요구하지 않음으로써) 실시간 측정, 전자기기들, 펌웨어, 더 작은 부분들에 대한 단일 장애 지점, 보다 편리한 통신들을 위한 더 적은 물리적 연결들, 더 적은 패키징, 누설 및/또는 오염에 대한 감소된 지점들, 더 쉬운 조립 및 테스트, 유동 셀로부터 원격일 수 있는 전자기기, 통신, 데이터 관리 및 신호 분석을 위해 완전히 통합된 I/O, 단일 버스 아키텍처, 단일 전원, 및 메모리로 로딩되고 프로세싱 회로에 의해 실행될 수 있는 마스터 소프트웨어 프로그램을 제공하는 통합된 혼합 시스템을 포함한다.
예시적인 혼합 방법들, 시스템들, 장치들 및 어셈블리들은, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)하는 임의의 원하는 수의 물질들을 제어 가능하게 혼합하는데 이용될 수 있다.
예시적인 혼합 방법들, 시스템들, 장치들 및 어셈블리들은 약 1mL 내지 약 500L를 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)하는 임의의 적합한 부피의 물질들을 혼합하는데 이용될 수 있지만, 이 예시적인 범위로 제한되진 않는다. 예시적인 혼합 영역(예를 들어, 도 1a의 교차 영역(112) 및 혼합 후 물질 통로(114)를 포함)은 약 1mL 내지 약 500L를 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)하는 물질 부피들을 수용할 수 있다. 특정한 예시적인 혼합 영역들은 약 0.1L, 0.2L, 0.3L, 0.4L, 0.5L, 0.6L, 0.7L, 0.8L, 0.9L, 1L, 2L, 3L, 4L, 5L, 6L, 7L, 8L, 9L, 10L, 20L, 30L, 40L, 50L, 60L, 70L, 80L, 90L, 100L, 110L, 120L, 130L, 140L, 150L, 160L, 170L, 180L, 190L, 200L, 210L, 220L, 230L, 240L, 250L, 260L, 270L, 280L, 290L, 300L, 임의의 중간 부피들 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)하는 물질 부피들을 수용할 수 있다.
당업자는 위의 수치 값들 및 범위들이 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 인지할 것이다.
특정한 용어들이 예시적인 실시예들의 이해를 용이하게 하도록 이 섹션에서 정의된다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "물질(substance)"이란 용어는 임의의 타입의 물리적 물질 또는 재료를 지칭한다. 예시적인 물질들은 화학물질(예를 들어, 고유한 분자 조성을 갖는 물질), 개별 엘리먼트들, 2개 이상의 상이한 화학 엘리먼트들을 포함하는 화학 화합물들, 화학 용액들, 비화학물질들 및/또는 농도 센서에 의해 측정될 수 있는 다른 임의의 것을 포함할 수 있다. 본 명세서의 예들 대부분은 액체 형태의 물질들에 기초하지만, 실시예들은 임의의 상태(예를 들어, 액체, 고체, 플라즈마 및/또는 기체)의 물질에 대해 적응될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "혼합물(mixture)" 및 "혼합 후 물질(post-mixing substance)"이란 용어들은 2개 이상의 물질들의 혼합의 결과를 상호 교환 가능하게 지칭한다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "액체 유동 제어(liquid flow control)" 및 "액체 유동 제어기(liquid flow controller)"란 용어들은 입력 유량을 측정하고 측정된 입력 유량에 기초하여 입력 유량을 제어하도록 구성된 장치들을 지칭한다. 따라서, 액체 유동 제어들은 유동 제어 밸브, 유동 센서 및 유동 제어기를 포함할 수 있다. 유동 제어기는, 입력 액체가 출력에 부가되는 레이트(rate)를 제어하는, 유동 센서에 의한 입력 액체의 유동 측정(예를 들어, 혼합 전 측정들)에 기초하여 유동 제어 밸브를 개방 및 폐쇄한다. 그러나 입력 액체의 유동은 단지 혼합 후 농도의 대강의 표시자들이며, 물질 혼합에서의 그의 이용은 대부분 저비용 유동 센서들의 가용성으로부터 발생한다. 그러한 점에서, 실시예들은 저 비용, 고 정확도의 농도 센서들을 포함하는 혼합 장치를 제공한다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "측정 데이터(measurement data)"란 용어는 (예를 들어, 농도 센서(120) 및/또는 혼합 장치(100)에 포함될 수 있는 다른 타입들의 센서들에 의해) 측정될 수 있는 물질들의 임의의 특성을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "농도 데이터(concentration data)"란 용어는 제 1 물질 및 하나 이상의 다른 물질들의 혼합물인 혼합 후 물질에서의 제 1 입력 물질의 농도 값(예를 들어, 광학 반사율 및 굴절률)을 표시하는 데이터를 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "제어 파라미터(control parameter)"란 용어는 제어 밸브 개구 크기와 혼합된 농도 간의 관계(예를 들어, 맵핑)를 표시하고 그리고/또는 제공할 수 있는 하나 이상의 상수들 및/또는 함수들을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "혼합 파라미터(mixing parameter)"란 용어는 모터 회전 카운트(motor turn count)와 혼합된 농도 간의 관계에 영향을 줄 수 있는 팩터와 연관되는 값을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "혼합 후 농도 값(post-mixing concentration value)"란 용어는 단일 혼합 후 농도 값 또는 2개 이상의 단일 농도 값들의 평균을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "세트(set)"란 용어는 하나 이상의 아이템들의 집합을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "복수(plurality)"란 용어는 2개 이상의 아이템들을 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "동일한(equal)" 및 "실질적으로 동일한(substantially equal)"이란 용어는, 광의의 의미로, 정확한 동일성 또는 일부 허용오차 내의 대략적 동일성을 상호 교환 가능하게 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "유사한(similar)" 및 "실질적으로 유사한(substantially similar)"이란 용어는 광의의 의미로, 정확한 유사성 또는 일부 허용오차 내의 대략적 유사성을 상호 교환 가능하게 지칭한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "커플(couple)", "커플링된(coupled)", 및 "커플링(coupling)"이란 용어는 2개 이상의 컴포넌트 간의 직접 또는 간접 연결을 지칭한다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트는 하나 이상의 중간 컴포넌트를 통해 또는 직접적으로 제 2 컴포넌트에 커플링될 수 있다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "모듈(module)"이란 용어는 하나 이상의 특정한 기능들을 수행하도록 구성된 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포괄한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "컴퓨터 판독 가능한 매체(computer-readable medium)"란 용어는 컴퓨터 실행 가능한 명령들 또는 소프트웨어 프로그램들을 그 내부에 인코딩하기 위해 제어기, 마이크로제어기, 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 시스템의 모듈에 의해 액세스될 수 있는 비일시적인 저장 하드웨어, 비일시적인 저장 디바이스 또는 비일시적인 컴퓨터 시스템 메모리를 지칭한다. "컴퓨터 판독 가능한 매체"는 매체 상에 인코딩된 컴퓨터 실행 가능한 명령들 또는 소프트웨어 프로그램들을 검색 및/또는 실행하도록 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 시스템의 모듈에 의해 액세스될 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체들은 하나 이상의 타입들의 하드웨어 메모리, 비일시적인 유형의 매체들(예를 들어, 하나 이상의 자기 저장 디스크들, 하나 이상의 광학 디스크들, 하나 이상의 USB 플래시 드라이브들), 컴퓨터 시스템 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리(예컨대, DRAM, SRAM, EDO RAM) 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)할 수 있다.
예시적인 실시예들이 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다. 당업자는, 예시적인 실시예들이 예시적인 실시예들로 제한되지 않고, 예시적인 시스템들, 디바이스들 및 방법들의 컴포넌트는 아래에서 설명되는 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐서 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1a는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 혼합 장치(100)의 예를 도시한다. 혼합 장치(100)는 타겟팅된 농도의 출력 물질을 생성하기 위해 제 1 입력 물질("물질 A")을 제 2 입력 물질("물질 B")과 조합하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 혼합 장치(100)는 물질 A 입력(102), 물질 B 입력(104), 및 물질 출력(106)을 포함할 수 있다. 물질 A 입력(102)은 물질 A를 수신하도록 구성될 수 있다. 물질 A 입력(102)을 통한 진입 이후에, 물질 A는 물질 A 통로(108)를 횡단할 수 있다. 물질 B 입력(104)은 물질 B 통로(110)를 횡단할 수 있는 물질 B를 수신하도록 구성될 수 있다. 물질 A 통로(108) 및 물질 B 통로(110)는 물질 A 및 물질 B가, 혼합 후 물질 통로(114)를 횡단할 수 있는 혼합 후 물질을 형성하도록 조합되는 교차 영역(112)에서 만날 수 있다. 혼합 후(또는 "혼합된") 물질은 이어서 물질 출력(106)에서 출력될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 입력 물질들 중 하나(예를 들어, 물질 A)는 일정한 레이트로 유동하도록 구성될 수 있는 반면, 다른 입력 물질(예를 들어, 물질 B)은 혼합 장치(100)에 의해 제어되는 가변 레이트로 유동하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 혼합 장치(100)는 추가로 가변 유량을 제어하기 위해 제어 회로(118), 하나 이상의 농도 센서들(120) 및 제어 밸브(122)를 포함할 수 있다.
제어 회로(118)는 농도 센서(120) 및/또는 혼합 전 제어 밸브(122)의 하우징 내에 포함될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어 회로(118)의 적어도 일부가 농도 센서(120) 및 혼합 전 제어 밸브(122)(이하, "제어 밸브")에 통신 가능하게 커플링되는 별개의 하우징에 포함될 수 있어서, 독립적 혼합 제어 장치를 형성한다. 제어 회로(118)는 도 10과 관련하여 추가로 논의된다.
하나 이상의 농도 센서들(120)은, 측정 데이터를 결정하기 위해 교차 영역(112)에서, 근처에서 및/또는 다운스트림에서 출력 물질을 모니터링(예를 들어, 그의 광학 반사율, 이슬점(dew point), 온도 및/또는 임의의 다른 적합한 변수(들)를 측정)하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 마이크로센서들은 바람직하게는, 농도가 검출되기 이전에 물질들의 혼합을 보장하기 위해, 교차 영역에 가능한 근접 하지만 교차 영역에서 충분한 거리를 두고 떨어져서 로케이팅된다. 일 예시적인 비 제한적 실시예에서, 마이크로센서는 교차 영역으로부터 약 1인치 내지 약 2인치 떨어져서 배치될 수 있다. 이는, 혼합 프로세스와 물질들의 공급 시에 이루어지는 임의의 조정들 간의 엄밀한(tight) 커플링을 보장하여서, 조정된 공급은 상당한 혼합물의 부피가 교차 영역을 지나 유동하기 이전에 혼합 프로세스에 영향을 주게 된다. 그 결과, 혼합물에서 물질들의 농도들은 혼합 프로세스 전체에 걸쳐서 엄밀하게 제어되고, 특정한 실시예들에서, 혼합 탱크가 제거될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "측정 데이터"는 (예를 들어, 혼합 장치(100)에 포함될 수 있는 농도 센서(120) 및/또는 다른 타입들의 센서들에 의해) 측정될 수 있는 물질들의 임의의 특성을 지칭한다. 제어 회로(118)는 농도 센서(120)에 의해 생성되고 전송되는 측정 데이터에 기초하여 출력된 (예를 들어, 혼합 후) 혼합된 물질에서 입력 물질들의 농도를 결정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 농도 센서(120)는 혼합된 물질에서 입력 물질들의 농도를 결정하고 농도 데이터를 제어 회로(118)에 송신하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 이용된 바와 같은 "농도 데이터"는, 제 1 물질과 하나 이상의 다른 물질들의 혼합물인 혼합 후 물질에서 제 1 입력 물질의 농도 값(예를 들어, 광학 반사율 및 굴절률)을 표시하는 데이터를 지칭한다. 예를 들어, 제어 회로(118)는 농도 센서(120)로부터 농도 데이터로서 복수의 농도 값들을 수신할 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "농도 값"은 도 8 및 도 9에 관하여 아래에서 논의되는 바와 같이 혼합 후 농도에 대한 토대로써 이용될 수 있는 단일 농도 값(예를 들어, 퍼센티지 또는 wt%)을 지칭할 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 농도 값은 단일 농도 값들의 평균을 지칭할 수 있다.
제어 회로(118)는 연결(124)을 통해 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 수신하도록 농도 센서(120)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 연결(124)은 직접 연결(예를 들어, 꼬임쌍선 와이어링, 광섬유 케이블링, 동축 케이블, 블루투스 연결 및/또는 두 디바이스들 간에 직접 설정될 수 있는 임의의 다른 타입의 연결) 및/또는 간접 연결(예를 들어, 라우터 및/또는 다른 타입의 별개의 통신 디바이스를 활용하는 임의의 타입의 연결)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118) 및 농도 센서(120)는 마찬가지로, 임의의 타입의 유선 또는 무선 통신 수단을 통해 직접적으로 및/또는 간접적으로 통신할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 논의되는 컴포넌트들은 본 명세서에서 논의되는 기능성을 구현하는데 요구되는 임의의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 논의되는 컴포넌트들은 직접적으로 및/또는 인터넷과 같은 공개 네트워크, 인트라넷과 같은 사설 네트워크, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있는 네트워크를 이용하여 연결될 수 있고, TCP/IP 기반 네트워킹 프로토콜들을 비롯(그러나 이것으로 제한되지 않음)해서, 지금 이용 가능하거나 추후에 개발되는 다양한 네트워킹 프로토콜들을 활용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118) 및 농도 센서(120)는 직렬 및/또는 병렬 데이터 전달들과 같은 통신 프로토콜들을 통해 통신할 수 있다. 다른 통신 인터페이스들은 점 대 점, 온 디멘드(on demand), 보안 전송들 또는 통상의 통신 프로토콜을 포함할 수 있다. 이에 따라 제어 회로(118)는 몇몇 실시예들에서, 농도 센서(120)로부터 원격이고 그리고/또는 하우징으로부터 별개일 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 제어 회로(118)는 연결(124)을 통해 농도 센서(120)로부터 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 농도 데이터는 측정 데이터에 의해 생성될 수 있으며 본 명세서에서 논의되는 유사한 모든 데이터는 임의의 적합한 프로토콜 및/또는 연결을 이용하여 신호(예를 들어, 농도 데이터에 대한 농도 신호들 및 측정 데이터에 대한 측정 신호들)로서 전송될 수 있다.
제어 밸브(122)는 제어 회로(118)로부터의 명령들에 기초하여 물질 B 통로(110)에서 조정 가능한 "병목(bottleneck)"을 형성하도록 구성될 수 있다. 병목의 크기는 물질 B의 유량에 영향을 미치며, 여기서 더 작은 병목은 유량을 더 느리게 하는 반면에, 더 큰 병목은 유량을 더 빠르게 한다. 몇몇 실시예들에서, 제어 밸브(122)는 액추에이터 및 니들(needle)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 (예를 들어, 웜 기어(worm gear)를 이용하여 그리고 제어 회로(118)의 지시 하에서) 정밀하고 제어된 양을 회전(turn)하도록 구성되는 스테퍼 모터(stepper motor)일 수 있다. 스테퍼 모터의 회전을 통해, 니들은 물질 B 통로(108)로 (예를 들어, 제 1 방향으로 스테퍼 모터를 회전시킴으로써) 제어 가능하게 돌출하고 물질 B 통로(108)에서 (예를 들어, 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 스테퍼 모터를 회전시킴으로써) 후퇴시켜서, 제어 밸브의 개구 크기를 각각 감소 및 증가시키도록 구성될 수 있다. 그러나, 사실상, 물질 B 통로(108) 내에서 물질 B의 유량을 제어 가능하게 변경시킬 수 있는 임의의 적합한 기법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제어 밸브(122)는 또한 공압 또는 압전 구동될 수 있다.
위의 예가 종종 본 명세서에서 지칭되지만, 제어 밸브(122)는 물질이 시스템(100)을 통해 이동되게 하는 임의의 적합한 컴포넌트(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 밸브(122)는 밸브가 얼마나 개방 또는 폐쇄되는지에 의존하여 압력 하에서 특정한 양의 액체가 통과하도록 허용하는 밸브를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어 밸브(122)는 펌프, 팬 및/또는 이동을 야기하고 그리고/또는 물질의 압력을 생성하도록 구성되는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 밸브(122)는 임의의 실제 밸브들을 갖는 것이 아니라, 대신, 주어진 시구간에 걸쳐서 얼마나 많이 펌핑되는지에 의해 물질 A의 유동을 제어하도록 구성되는 펌핑 시스템일 수 있다. 다른 예로서, 제어 밸브(122)는 물질 A가 중력의 결과로서 유동하는 레이트를 제어하도록 구성되는 밸브이다.
몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118), 농도 센서(120) 및 제어 밸브(122)는 폐 루프 제어 시스템으로서 구성될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 제어 회로(118)는 혼합된 물질에 대한 타겟팅된 농도를 결정, 저장 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 농도 센서(120)는, 혼합된 물질이 혼합된 물질 통로(114)를 통해 유동할 때 실시간으로 혼합된 물질을 측정하도록 구성될 수 있다. 혼합된 물질의 제 1 측정(또는 제 1 측정들의 세트)에 기초하여, 제어 회로(118)는 예컨대, 혼합된 농도가 타겟팅된 농도가 아니거나, 또는 (예를 들어, 혼합된 농도가 수락 가능한 에러 마진 밖에 있을 때) 타겟팅된 농도 범위 내에 있지 않다고 결정될 때 제어 밸브(122)를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(118)는 제어 밸브(122)를 조정하는데 이용될 수 있는, 타겟팅된 농도와 혼합된 농도 간의 차이에 기초하여 피드백 제어 값을 결정할 수 있다. 제어 밸브(122)를 조정하는 것은 물질 B 통로(110) 내의 유량의 변화를 발생시킬 수 있다. 결국, 이는 혼합된 물질 통로(114)를 통해 유동하는 혼합된 물질의 농도를 변화시킬 수 있으며, 이는 제 2 측정(또는 측정들의 세트)를 통해 농도 센서(120)에 의해 검출될 수 있다. 이에 따라, 제어 회로(118)는 제 2 피드백 제어 값(예를 들어, 특정한 수의 스테퍼 모터 회전들)을 결정하고 그리고/또는 새로운 농도가 타겟팅된 농도가 아니라고 결정되는 경우 제어 밸브(122)를 재조정하도록 구성될 수 있다. 프로세스는, 타겟 농도가 도달될 때까지 및/또는 새로운 타겟 농도가 요구될 때까지 반복될 수 있다. 이 프로세스를 통해, 혼합 장치(100)에 대한 피드백 제어 값의 농도와 관련되는 하나 이상의 제어 파라미터들(예를 들어, 상수들 및/또는 함수들)은 생성되고 업데이트될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 각각의 측정 및 조정 사이클은 임의의 적합한 시구간 내에서(예를 들어, 약 100밀리초 미만, 약 10 밀리초 미만, 약 1 밀리초 미만, 약 2초마다, 약 10초마다 등) 발생할 수 있어서, (하나 이상의 에러의 마진들(이들의 예들을 하기에 논의됨) 내에서) 타겟 농도 또는 타겟 농도 범위에 정확하게 (예를 들어, 0.001wt% 이내) 도달하기 위해 (예를 들어, 1일1회 교정 프로토콜에 비해) 비교적 빠른 응답 시간들을 허용하게 된다. 이에 따라, 몇몇 실시예들은, 적어도 하나의 다른 물질과 혼합되는 적어도 하나의 물질의 양을 제어하도록 특별히 구성되는 (프로세서 및 다른 하드웨어를 포함하는) 제어 회로에 의해 출력 신호들이 입력들로서 수신될 수 있는 혼합 후 농도 센서를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 농도 센서(120)는 농도, 온도, 이슬점 및/또는 임의의 다른 물리적 특성들과 같이 혼합된 물질의 특징적 물리적 특성들을 측정하도록(또는 이를 결정하기 위한 측정들을 행하도록) 구성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, (예를 들어, 액체 유동 제어기들 및/또는 다른 타입(들)의 유동 측정 센서(들)에 의해 측정될 수 있는 바와 같은) 입력 물질들의 유량은 단위 시간 당 주어진 표면을 통과하는 입력 물질들의 부피만을 표시한다. 이에 따라, 2개 이상의 입력 물질들의 유량은 단지 혼합 후 출력 농도의 대강이 표시자만을 제공할 수 있다. 이러한 면에서, 더 뛰어난 혼합 정확도는 입력 물질의 유량을 측정하는 유량 센서 이외의 다른 혼합 후 출력의 특징적인 물리적 특성들을 측정하는 농도 센서(120)를 이용하여 달성될 수 있다.
농도 센서(120)의 몇몇 실시예들은, 예를 들어, 혼합된 물질의 광학 반사율(optical reflectivity; REF) 및 온도를 측정하도록 구성될 수 있으며, 이들은 그 후 혼합된 물질에서 하나 이상의 물질들의 농도를 결정하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 농도 센서(120)는 혼합된 물질의 REF를 검출하도록 구성되는 하나 이상의 광학 센서들 및 온도를 측정하도록 구성되는 하나 이상의 서미스터들(및/또는 하나 이상의 온도계들)을 포함할 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는, 농도 센서(120)에서 활용될 수 있는 광학 센서(200)의 예를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 농도 센서(120)는 굴절률(Index of Refraction; IoR) 및 그에 따라 광학 센서에 의한 측정들에 기초하여 혼합된 물질의 농도를 결정하도록 구성되는 센서 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광학 센서(200)는 소형화되고, 높은 정확도(약 0.001wt%)의, 빠른 응답 시간(약 1 밀리초)의 IoR 기반 농도 센서일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광 소스(202)로부터 방출된 광은 혼합된 물질과 접촉할 수 있는 윈도우(204)(예를 들어, 사파이어 윈도우) 상에 입사된다. 다양한 실시예들에 따라, 혼합된 물질은 정적이거나 유동될 수 있다. 광선들은 윈도우(204) 및 윈도우/물질 계면(206)의 감지 표면을 포함하는 계면들로부터 다중 채널 광검출기(208)로 반사된다. 위에서 논의된 바와 같이, 광학 반사율 데이터는 REF 지오메트리를 이용하여 생성될 수 있다. 반사율 데이터는 윈도우/물질 계면(206)에 걸친 광학 밀도 변화에 민감하다. 이에 따라, 윈도우(204)와 접촉하는 혼합된 물질의 광학 밀도는 측정된 반사율과 직접 관련된다. 광학 밀도는 IoR에 직접 관련되기 때문에, IoR 및 그에 따라 윈도우(204)와 접촉하는 혼합된 물질의 농도는 광학 반사율 데이터로부터 결정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 농도 센서(200)는 기판(212)(예를 들어, 인쇄 회로 보드(PCB))에 커플링되는 광 소스(202), 서미스터(210) 및 다중 채널 광검출기(208), 윈도우(204) 상의 제 2 서미스터(214), 미러(216), 유리(또는 다른 적합한 물질) 윈도우(218)(선택적) 및 (사파이어, 석영, 유리, 보로실리케이트 유리 등과 같은 임의의 적합한 유전체 물질로 이루어질 수 있는) 윈도우(204)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 메모리 칩(220) 및 편광자(222)는 또한 (선택적으로) 포함될 수 있다. 광 소스(202), 다중채널 광검출기(208) 및 서미스터(210)를 비롯해서, 농도 센서(200)의 전자 광학 컴포넌트들은 사다리꼴 형상의 광학 하우징(224) 내에 밀봉(encapsulate)되고 기판(212)의 내부 표면(226)에 커플링될 수 있다. 복수의 전도성 리드들(228)은 기판(212)의 외부 표면(230)에 커플링될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 광 소스(202)는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수 있고, 윈도우(204)는 사파이어로 구성될 수 있다. 제 2 서미스터(214)는 편의를 위해 윈도우(204)의 앞 또는 뒤에 부착될 수 있다. 제 2 서미스터(214)는 또한 윈도우(204) 내부에 배치되거나 또는 감지 표면(206)에서 또는 그 근처에서 혼합된 물질과 접촉할 수 있다.
윈도우(204)는 혼합된 물질과 직접 접촉하게 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 윈도우(204)는 머신 강도, 물질 공격 및 스크래칭에 대한 내성, 지속성, 광학 품질, 압력 하의 세기, 절삭성 및 가용성을 제공하도록 사파이어로 이루어질 수 있다. 윈도우(204)는 (예를 들어, 광학 에폭시 또는 임의의 다른 광학적으로 적합한 물질을 통해) 광학 하우징(224)에 또는 유리 윈도우(218)에 접착될 수 있다. 또한, 윈도우(204)는 광 소스(202)로부터의 광이 혼합된 물질을 완전히 통과하도록 허용하기에 충분히 낮은 밀도를 갖는 물질의 박층(~20-100Å)으로 코팅될 수 있다. 얇은 코팅은 윈도우(204)의 표면이 손상 또는 악화되는 것을 또한 방지하고, 이에 따라 농도 센서(200)의 유효 수명을 연장한다.
위에서 논의된 바와 같이, 농도 센서(120)는 추가로, (예를 들어, 광학 센서(200) 외에도) 센서 제어 회로를 포함할 수 있다. 센서 제어 회로는 농도 및/또는 측정 데이터 취득 및/또는 리포팅은 물론 광학 센서(200)를 동작시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 제어 회로는, 광학 센서(200)로부터 수신된 REF 데이터 및/또는 온도 데이터로부터 IoR 및 이에 따른 물질 농도를 추출하도록 수치(numerical) 방법들을 이용하게 구성될 수 있다. 또한, 센서 제어 회로는 "미가공(raw)" 데이터 신호를 제어 회로(118)에 대한 적절한 형태가 되게 하기 위해 (예를 들어, 전도성 리드들(228)을 통해) 광학 센서(200)로부터 수신된 미가공 데이터 신호 상에서 수치 동작들을 수행할 수 있다. 이들 수치 동작들은 배경 제거 및 정규화, 측정 데이터 평균화 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 센서 제어 회로 및/또는 그 기능 중 적어도 일부는 펌웨어 및/또는 집적 회로에서 구현될 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 제어 회로(118)는 센서 제어 회로에 관하여 본 명세서에서 논의되는 하나 이상의 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 센서 제어 회로는 제어 회로(108)에 관해 본 명세서에서 논의되는 하나 이상의 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다.
임의의 적합한 기법은 혼합물에서 물질의 농도를 결정하는데 이용될 수 있다. 농도를 결정하기 위한 특정한 예시적인 구조들 및 기법들은 2008년 1월 15일 발행되고 발명의 명칭이 "Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis System"이며 본원의 양수인과 동일한 미국 특허 번호 제7,319,523호, 및 2010년 11월 25일 공개되고 발명의 명칭이 "Sensing System and Method"이며 본원의 양수인과 동일한 미국 특허 공개 번호 제2010-0296079호에서 추가로 상세히 논의된다. 위에 인용된 특허 문서들 둘 다의 전체 내용물들이 인용에 의해 본원에 명시적으로 포함된다. 또한, 전도율, 초음파, 적외선 분광분석(UV-visible) 및 근적외선(near-infrared) 분광학, 전기화학 및 표면 플라스몬 공진을 비롯해서(그러나 이들로 제한되지 않음), REF 및/또는 IoR 기법들을 이용하지 않는 농도 센서들이 또한 이용될 수 있다는 것이 인지된다.
혼합 장치(100)와 같은 몇몇 통합된 실시예들은, 혼합, 블렌딩(blending), 스파이킹(spiking) 및 다른 모니터 제어 기능들 및 애플리케이션들을 위해 비통합된 시스템들에 비해 더 작은 부피의 액체를 이용하고 더 적은 쓰레기를 생성할 수 있다. 예를 들어, 액체 유동 제어기들은 혼합된 물질을 수용하기 위한 컨테이너로서 작동하는 혼합 탱크를 요구할 수 있다. (예를 들어, 더 느린 유량 측정들 및 측정된 혼합 후 출력 농도와 입력 물질 유량 간에 측정된 직접 피드백 루프의 결여에 의해 야기될 수 있는 바와 같은) 액체 유동 제어기들의 느린 응답 시간으로 인해, 혼합된 액체는 타겟 농도에 도달하는 동안 더 큰 부피의 혼합된 액체가 혼합 탱크에 일시적으로 저장될 수 있다. 이에 따라, 액체 유동 제어기들보다 더 빠른 응답 시간들을 제공함으로써 혼합 장치(100)는 가능한 최소 부피가 요구되는 제조 및 프로세스 애플리케이션들을 위해 감쇄된 물질 부피들을 가능하게 할 수 있다. 혼합 탱크 없이, 혼합 장치(100)는 또한 액체 유동 제어기들보다 더 작은 풋프린트를 가질 수 있다. 그러한 면에서, 혼합 장치(100)의 몇몇 실시예들은 타겟 농도가 도달될 때까지 혼합 후 출력 화학물질을 저장하도록 구성되는 혼합 탱크를 포함하지 않을 수 있다.
도 1b는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 예시적인 혼합 장치(130)를 도시한다. 혼합 장치(100)의 컴포넌트들에 관한 위의 논의는 혼합 장치(130)에 적용 가능할 수 있으며, 본 개시를 과도하게 복잡하게 하는 것을 방지하도록 반복되지 않는다. 이것에 관하여, 유사한 참조 번호들이 논의 전체에 걸쳐서 유사한 컴포넌트들을 지칭하도록 이용된다. 혼합 장치(130)는 제어 밸브(122)와 유사할 수 있는 제어 밸브(132)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 밸브(132)는 제어 회로(118)와 통신 가능하게 연결되고 폐 루프 제어 시스템의 부분으로서 이용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어 밸브(132)는 제어 회로(118)로부터의 명령들에 기초하여 물질 A 통로(108)의 조정 가능한 "병목(bottleneck)"을 형성하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제어 회로(118)는 각각의 물질 통로(예를 들어, 물질 A 통로(108) 및/또는 물질 B 통로(110))에 대한 하나 이상의 밸브들을 포함하는 복수의 제어 밸브들을 제어하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118)는 혼합 후 출력 물질이 타겟 농도에 도달하지 않을 때 제어 밸브(122)에 추가하여 및/또는 제어 밸브(122) 대신 제어 밸브(132)를 조정하도록 구성될 수 있다.
도 1c는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 예시적인 혼합 장치(140)를 도시한다. 혼합 장치(140)는 농도 제어기들(142 및 144)을 포함한다. 농도 센서(120)로부터 수신되는 농도 데이터 및/또는 측정 데이터에 기초하여, 농도 제어기(142)는 제어 밸브(122)를 조정하도록 구성될 수 있고, 농도 제어기(144)는 제어 밸브(132)를 조정하도록 구성될 수 있다. 그러한 면에서, 몇몇 실시예들은 제어 밸브들의 상이한 세트들을 제어하도록 구성되는 2개 이상의 농도 제어기들을 포함할 수 있다.
도 4는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 예시적인 혼합 장치(400)를 예시한다. 혼합 장치(400)는 추가로 혼합기(402)를 포함할 수 있다. 혼합기(402)는 혼합된 물질의 혼합 후 측정 이전에 (예를 들어, 물질 A 및 물질 B의) 적절한 물질 혼합을 보장하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 혼합기(402)는, 물질 A 및 물질 B가 혼합된 물질을 형성하도록 조합되는 교차 영역(112)과 혼합된 물질이 측정될 수 있는 농도 센서(120) 간에 로케이팅될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 혼합기(402)는 혼합된 물질이 혼합기(402)를 통해 유동할 때 혼합된 물질을 동요(perturb)시키도록 구성되는 정적 혼합기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정적 혼합기는 혼합된 물질이 혼합기(402)를 통해 유동할 때 혼합된 물질을 부분적으로 차단하고 그리고/또는 지향시키는 하나 이상의 안전한 조정장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 혼합기(402)는 혼합된 물질을 동요시키도록 혼합기(402) 내에서 이동(예를 들어, 회전하고 흔드는 등을 하는) 하나 이상의 교반기(agitator)와 같은 비 정적 혼합기를 포함할 수 있다. 이에 따라, 적절한 물질 혼합을 위해 임의의 적합한 기법이 혼합기(402)와 함께 이용될 수 있다는 것이 인지된다. 또한, 교차 영역(112)에 포지셔닝되는 임의의 디바이스와 같이, 본 명세서에서 개시된 예시적인 혼합 장치들 중 임의의 것은 혼합기(402)를 포함할 수 있고, 혼합기(402)는 임의의 다른 타입의 혼합기를 포함하거나 이로 대체될 수 있다.
도 5는 몇몇 실시예들에 따라 구성되는, 제 1, 제 2 및 제 3 입력 물질(각각 "물질 A", "물질 B", 및 "물질 C")을 혼합하도록 구성되는 예시적인 혼합 장치들(500 및 502)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 2개의 물질들을 혼합하도록 각각 구성되는 2개의 이상의 혼합 장치들(예를 들어, 혼합 장치(500 및 502))은 3개 이상의 물질들을 혼합하도록 연결될 수 있다.
예를 들어, 혼합 장치(500)의 물질 A 입력(504)은 물질 A 통로(506)를 횡단할 수 있는 물질 A를 수신하도록 구성될 수 있다. 물질 B 입력(508)은 물질 B 통로(510)를 횡단할 수 있는 물질 B를 수신하고 제 1 혼합된 물질을 형성하도록 교차 영역(512)에서 물질 A와 조합하도록 구성될 수 있다. 제 1 혼합된 물질은 물질 출력(514)을 통해 혼합 장치(500)로부터 출력될 수 있다.
물질 C를 제 1 혼합된 물질과 혼합하기 위해, 물질 출력(514)은 혼합 장치(502)의 제 1 혼합된 물질 입력(516)에 연결될 수 있다. 제 1 혼합된 물질 입력(516)을 통한 진입 시에, 제 1 혼합된 물질은 제 1 혼합된 물질 통로(518)를 횡단할 수 있다. 물질 C 입력(520)은 물질 C 통로(522)를 횡단할 수 있는 물질 C를 수신하고 (예를 들어, 원하는 농도의 물질 A, B 및 C를 포함하는) 제 2 혼합된 물질을 형성하기 위해 교차 영역(524)에서 제 1 혼합된 물질과 조합하도록 구성될 수 있다. 제 2 혼합된 물질은 물질 출력(526)을 통해 혼합 장치(502)로부터 출력될 수 있다.
또한, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 혼합 장치들(500 및 502)은 각각 그 자신의 제어 회로(528 및 530)를 각각 포함한다. 이러한 구성은 혼합 장치들이, 최종 혼합된 물질에서 요구되는 입력 물질들의 수에 기초하여 부가되거나 차감될 수 있는 스케일러블 모듈들로서 역할하도록 허용할 수 있다. 그러나 몇몇 실시예들에서, 2개 이상의 혼합 장치들은 제어 회로를 공유할 수 있다는 것이 인지된다. 예를 들어, 공유된 제어 회로는 혼합 장치들 중 하나의 하우징 내에 위치될 수 있고 그리고/또는 혼합 장치들로부터 원격일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 농도 센서(532)는 제 1 혼합된 물질을 측정함으로써 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 생성하고, 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 제어 회로(528)에 송신하도록 구성될 수 있다. 농도 센서(534)는 최종 혼합된 물질을 측정함으로써 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 생성하고, 농도 데이터 및/또는 측정 데이터를 제어 회로(530)에 송신하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 농도 센서들(532 및 534)은 각각의 물질들 간에 혼합이 발생하고 있는 동안, 연속적으로 제어 회로에 농도 및/또는 측정 데이터를 실시간으로 제공하도록 구성될 수 있다.
도 6은 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 액체 유동 제어기(602)를 포함하는 예시적인 혼합 장치(600)를 도시한다. 도 1a를 참조하여 위에서 논의되는 바와 같이, 입력 물질들(예를 들어, 물질 A) 중 하나는 일정한 레이트로 유동하도록 구성될 수 있다. 다른 입력 물질(예를 들어, 물질 B)은 혼합 장치(예를 들어, 혼합 장치(600))에 의해 제어되는 가변 레이트로 유동하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 액체 유동 제어기(602)는 그것이 물질 A 입력(102)에서 혼합 장치(600)에 입력되기 이전에, 물질 A의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 액체 유동 제어기(602)는 혼합 장치(600)의 물질 A 입력(102)에 연결되는 유동 출력(610)을 포함할 수 있다. 액체 유동 제어기(602)는 추가로 유동 입력(606), 유동 통로(608), 유동 센서(612), 유동 제어기(614) 및 유동 제어 밸브(616)를 더 포함할 수 있다.
유동 입력(606)은 물질 A를 수신하도록 구성될 수 있으며, 물질 A는 이어서 유동 통로(608)를 경유하여 액체 유동 제어기(602)를 통해 유동할 수 있다. 유동 센서(612)는 유동 통로(608) 내에서 물질 A의 유량을 측정하도록 구성될 수 있다. 유동 센서(612)는 비행시간(time-of-flight) 초음파 센서, 차동 압력 센서 등을 포함하는 몇 개의 타입들 중 하나일 수 있다. 측정 유량에 기초하여, 유동 제어기(614)는 유동 통로(608)에서 조정 가능한 병목을 형성하도록 유동 제어 밸브(616)를 제어하게 구성될 수 있다. 제어 밸브(122)에 관한 위의 논의가 유동 제어 밸브(616)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 유동 제어 밸브(616)는 액추에이터 및 니들을 포함할 수 있다. 그러나 사실상, 유동 통로(608) 내에서 물질 A의 유량을 제어 가능하게 변화시킬 수 있는 임의의 적합한 기법이 이용될 수 있다는 것이 인지된다.
혼합 장치(600)는 적어도 몇몇 관점에서 액체 유동 제어기(602)와 상이할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(118)는 농도 센서(120)에 의해 측정된 바와 같은 혼합 후 출력 물질의 농도에 기초하여 (예를 들어, 제어 밸브(122)를 통해) 혼합 전 입력 물질의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 한편, 유동 제어기(614)는 유동 센서(612)에 의해 측정된 바와 같은 혼합 전 입력 물질의 유량에 기초하여 (예를 들어, 유동 제어 밸브(616)를 통해) 혼합 전 입력 물질의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 유량은 (예를 들어, 농도 및 온도와 같은) 물질들의 특징적 물리적 특성이 아니고, 이에 따라 입력 물질 유량에 기초한 제어는 혼합 후 출력 농도에 기초한 제어 보다 덜 정확(예를 들어, 전체 스케일의 1%보다 절대 더 우수하진 못함)할 수 있다. 또한, 액체 유동 제어기들의 이용은 드리프트(drift)(이에 따라 정규적 리-제로(re-zero) 및 교정들을 요구함), 버블들에 대한 민감성, 막힘(clogging), 아쿠아 해머(예를 들어, 압력 구축 및 해제의 사이클들), 저 유동 제한들(몇몇 실시예들에서, 약 25mL/min 미만의 동작에 대한 장애), 제한된 동적 범위, 유량 측정과 조정 간의 느린 응답 시간(예를 들어, 대략 수초 대 1초의 몇 분의 1)을 포함하는 다른 제한들을 가질 수 있다.
제한된 동적 범위는 다수의 액체 유동 제어기들이 주어진 타겟팅된 농도 범위를 커버하도록 이용되는 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 반도체(및 관련) 제조에서, 화학적 SC1(표준 클린 1)는 물, 암모니아 및 과산화수소수의 혼합물로 구성되며, 반도체 웨이퍼 표면들로부터 유기물들 및 미립자들을 제거하는데 이용된다. 주어진 프로세스 애플리케이션에서, 농도들은 약 1:1:5 내지 약 1:1:500 범위일 수 있지만, 이 예시적인 범위들로 제한되지 않는다. 액체 유동 센서들은 이 전체 범위를 커버하지 못할 수 있고, 이에 따라 다수의 디바이스들에 대한 필요성을 발생시킨다. 이는 물질 혼합 툴 비용 및 장치 풋프린트들을 상당히 증가시키고 생산 쓰루풋을 양보하게 할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 혼합 장치는 액체 유동 제어기들에서 이들 및 다른 단점들을 극복하는데 이용될 수 있다는 것이 인지된다.
그러한 면에서, 액체 유동 제어기(602)는 (포함될 때) 일정한 레이트로 물질 A가 유동하는 것을 보장하는 것을 주로 담당하는 대강의 제어(coarse control)(본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 액체 유동 제어기(602)의 에러의 유량 마진 중 약 1% 내지 약 2% 내에서 거의 일정함)를 제공하도록 구성될 수 있다. 동시에, 혼합 장치(600)는 궁극적으로, A와 B가 혼합된 물질(예를 들어, 물질 출력(106)의 출력으로서 물질 A 및 물질 B의 혼합물)이 (본 명세서에서 이용된 바와 같이, 약 0.005% 내지 약 0.01%의 수락 가능한 에러 마진 내의 혼합된 농도를 포함하는) 타겟팅된 농도에 있다는 것을 보장하는 것을 담당할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 액체 유동 제어기는 부가적으로 및/또는 대안적으로, 혼합 장치(600)의 물질 B 입력(104)에 연결될 수 있다. 여기서 액체 유동 제어기는, 유량이 혼합 장치(600)에 의해 보다 미세하게 튜닝되기 이전에 물질 B 유량의 대강의 제어를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 7은 몇몇 실시예들에 따라 구성되는 농도 센서, 즉 농도 센서(120), 및 유동 센서, 즉 유동 센서(702)를 포함하는 혼합 장치(700)의 예를 도시한다. 유동 센서(702)는 다른 것들 중에서도, 2개 이상의 입력 물질들이 혼합된 물질을 형성하도록 조합될 수 있는 교차 영역(112)에 입력 물질이 도달하기 이전에 입력 물질(예를 들어, 입력 물질(B))이 물질 B 통로(110)를 횡단할 때 입력 물질의 유량을 측정하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 유동 센서(702)는 피에조일렉트릭 트랜스듀서(piezoelectric transducer)(704 및 706)를 갖는 초음파 비행시간 기반 유동 센서를 포함할 수 있다. 피에조일렉트릭 트랜스듀서(704 및 706)는 물질 B의 일부가 물질 B 통로(110) 내에서 그들 간에 유동하도록 이격될 수 있다. 피에조일렉트릭 트랜스듀서(704 및 706)는 물질 B 통로(110)를 통해 다른 피에조일렉트릭 트랜스듀서 쪽으로 지향되는 음파(sound wave)를 생성 및 전파하도록 각각 구성될 수 있다. 각각의 피에조일렉트릭 트랜스듀서에 의해 생성된 음파들 간의 도달 시간의 차이는 물질 B 통로(110)를 통한 물질 B의 유량을 결정하는데 이용될 수 있다. 유동 센서(702)는 차동 압력 센서와 같은 임의의 다른 타입의 유량 센서일 수 있다는 것이 인지된다.
몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118)는 유동 센서(702)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라 유동 센서(702)는 농도 센서(120)에 부가적으로 및/또는 그에 대안적으로, 제어 밸브(122)에 대해 활용될 수 있다. 예를 들어, 유동 센서(702)가 폐 루프 제어 시스템에서 이용되는 경우, 농도 센서(120)는 물질 농도 값을 리포트하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 농도 센서(120)가 폐 루프 제어 시스템에서 이용되는 경우, 유동 센서(702)는 유량을 리포트하도록 구성될 수 있다. 이 표명(manifestation)에서, 유연성, 리던던시 및 완전성이 유동 센서(702)와 농도 센서(120) 둘 다의 이용을 통해 달성될 수 있다.
농도 센서(120)는, 폐 루프 제어 시스템에서 이용될 때 유동 센서(702)보다 더 뛰어난 혼합 정확도를 제공할 수 있다는 것이 인지된다. 예를 들어, 유량 측정들은 대략적으로 약 1% 내지 2%의 유량의 불확실성을 포함할 수 있으며, 이는 농도 센서가 유량 측정들로부터 추론될 때 약 4%까지의 농도 불확실성으로 바뀔 수 있다. 다른 한편, 농도 센서(120)는, 농도가 유량으로부터 추론되는 대신 본 명세서에서 개시된 기법들을 이용하여 직접 측정될 수 있기 때문에 약 0.005% 내지 약 0.01% 불확실성만으로 농도를 측정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 혼합 장치(700)(또는 본 명세서에서 개시된 임의의 다른 혼합 장치)는 추가로, 몇 개만 나열하자면, 농도(C) 유체 속도(υ), 유체 유량, 부피(V), 유체에서의 음속(cs), 온도(T) 및/또는 압력(P)을 포함(그러나 이것으로 제한되지 않음)하는 혼합 후 출력 물질 및/또는 입력 물질의 핵심적인 물리적 특성들의 동시적 및 실시간 측정들을 생성하도록 구성될 수 있다. 도플러(천이 시간 대신) 초음파 측정을 이용하는 것은 속도 프로필의 결정을 가능하게 한다. 농도 측정과 조합될 때, 유체의 점도가 결정될 수 있다. 이 측정들은 추가로, 예컨대, 데이터 분석을 위해 (예를 들어, 예외들, 개발 프로시저들, 최적화, 장애 및 장기 동향들을 분석하기 위해) 데이터 관리 시스템으로 송신되거나 디스플레이 디바이스 상의 디스플레이를 통해 리포트될 수 있다.
도 8은 몇몇 실시예들에 따라 수행되는 폐 루프 혼합 제어를 위한 예시적인 방법(800)의 흐름도를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 방법(800)은 원하는 타겟 농도의 A-B 혼합된 물질을 형성하기 위해 제 1 입력 물질(예를 들어, 물질 A)을 제 2 입력 물질(예를 들어, 물질 B)과 조합하도록 도 1 내지 도 7에서 도시된 구조들(예를 들어, 제어 회로(118))을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 방법(800)은 혼합된 물질의 측정된 농도가 피드백 제어 값을 제공하기 위해 원하는 농도와 비교되는 기법을 제공할 수 있다. 피드백 제어 값은 예컨대, 직접 피드백 루프에서, 제어 밸브의 조정을 제어함으로써 물질 B의 혼합 전 유량을 제어하는데 이용될 수 있다. 또한, 방법(800)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이다.
방법(800)은, 단계(802)에서 시작하고 (예를 들어, 물질 B가 물질 A와 혼합된 이후) 혼합된 물질 내에서 물질 B에 대한 타겟 농도가 결정될 수 있는 단계(804)로 진행될 수 있다. 예를 들어, 혼합 장치(100)의 제어 회로(118)는 예컨대, 사용자 입력 디바이스(예를 들어, 키보드, 키패드, 터치 스크린, 마우스 등)를 통해 타겟 농도를 수신하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 타겟 농도는 제어 회로(118) 내에 프로그래밍되고, 회로(118)에 의해 (예를 들어, 과거 혼합 타겟 농도들에 기초하여) 자동으로 결정되고 그리고/또는 임의의 다른 정보에 기초하여 결정될 수 있다.
단계(806)에서, 제어 회로는 초기 혼합 전 제어 밸브 개구 크기를 세팅하도록 하나 이상의 제어 파라미터들을 결정하게 구성될 수 있다. 도 1a를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 제어 밸브(122)는 제어 회로(118)로부터의 명령들에 기초하여 물질 B 통로(110)에서 조정 가능한 "병목"을 형성하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제어 밸브는, 단계(808)에서, 물질 B가 혼합된 물질의 타겟 농도가 되게 하는 유량으로 물질 B 통로(110) 내에서 유동하도록 허용하는 것으로 예상될 수 있는 초기 포지션으로 세팅될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "제어 파라미터들"은 제어 밸브 개구 크기와 혼합된 농도 간의 관계(예를 들어, 맵핑)를 표시하고 그리고/또는 이를 제공할 수 있는 하나 이상의 상수들 및/또는 함수들을 지칭한다. 예를 들어, 제어 밸브가 스테퍼 모터를 포함하는 경우, 제어 파라미터는, 농도 당 모터 회전 카운트의 단위들을 갖는 값들을 출력하는, 혼합 파라미터 입력(들)을 갖는 함수를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제어 파라미터는 농도 당 모터 회전 카운트의 단위들을 갖는 상수를 포함할 수 있다. 원하는 타겟 농도에 기초하여, 제어 파라미터는, 제어 밸브의 개구 크기를 세팅하는데 이용될 수 있는 모터 회전 카운트를 생성하는데 이용될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "혼합 파라미터"는 모터 회전 카운트와 혼합된 농도 간의 관계에 영향을 줄 수 있는 팩터에 연관되는 값을 지칭할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계(806)에서 제어 파라미터들을 결정하는 것은, (예를 들어, 메모리에 저장된 복수의 제어 파라미터들로부터) 하나 이상의 제어 파라미터들을 생성, 결정 및/또는 선택하는데 이용될 수 있는 혼합 파라미터들(예를 들어, 물질 유량들, 온도, 물질 타입 및/또는 점도, 타겟 농도 등)을 수신하는 것을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 예시적인 혼합 파라미터들은 물질 관련 혼합 파라미터들 및/또는 장치 관련 혼합 파라미터들을 포함할 수 있다. 물질 관련 혼합 파라미터들은 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성(chemical composition) 등과 같이, 입력 물질들(예를 들어, 물질 A 및/또는 물질 B)의 물리적 특성들을 표시할 수 있다. 예를 들어, 고 점도를 갖는 물질은, 제어 밸브 개구 크기가 주어진 원하는 타겟 농도에 대한 낮은 점도를 갖는 물질보다 더 크게 되어야 한다는 것을 표시할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 물질 관련 혼합 파라미터들은 추가로 온도 및/또는 압력과 같이 물질에 영향을 줄 수 있는 환경 또는 배경의 혼합 파라미터를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 물질 A의 유량은 혼합 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 유동 제어기(602)는 물질 A가 물질 A 입력(102)에서 혼합 장치(600)에 입력되기 이전에 물질 A의 유량을 제어하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 혼합 장치는 유동 제어기로부터 물질 A의 유량을 수신할 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 혼합 장치는 물질 A의 유량을 모니터링 및 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유량은 예컨대, 물질 A 통로(108)에서 조정 가능한 병목을 생성하는 제어 밸브를 조정함으로써 물질 A 통로(108)의 크기를 통해 제어될 수 있다.
장치 관련 혼합 파라미터들은 통로 크기(예를 들어, 물질 A 통로(108) 및/또는 물질 B 통로(110)), 제어 밸브 타입(예를 들어, 스테퍼 모터 마이크로 스텝 크기, 전체 스텝 당 마이크로 스텝들 등), 혼합 장치 타입 및/또는 다른 시스템 컴포넌트 관련 팩터들과 같이 유량에 영향을 줄 수 있는 혼합 장치의 특성들을 표시할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 장치 관련 혼합 파라미터들은 실시간으로, 즉, 변수 변화(예컨대, 마멸 관련 정밀 이슈들)를 보상하도록 동작하는 동안, 그리고 (예를 들어, 다른 시스템들이 경험하는 것 및/또는 포스트 유지보수로 무엇이 예상되는지에 기초하여) 비 동작 시간들 동안 시스템의 교정 및 유동 제어기의 기능 둘 다에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 혼합 장치가 동작할 때, 제어 밸브(들)는 (예를 들어, 협곡을 따라 흐르는 강과 같이) 마모될 수 있다. 마모는 제어 밸브가 교체를 요구하기에 충분히 마모되기 이전에 몇 달 또는 심지어 몇 년이 걸릴 수 있지만, 농도 센서의 정밀도 및 정확도의 레벨은 주별 또는 심지어 일별 마멸량에 따라 차이 나게 될 수 있다. 예를 들어, 특정한 수의 모터 회전 카운트들에 기초하여 개방되게 이동되는 제어 밸브는 어느 날에 특정한 타겟 농도에 대해 정확할 수 있지만, 일주일 후에 부정확할 수 있다. 이들 변화들은 마멸과 같은 동작 이슈들로만 제한되는 것이 아니라, 컴포넌트 교체(예를 들어, 상이한 제어 밸브 및/또는 스테퍼 모터가 설치될 수 있으며, 이는 교체된 컴포넌트보다 더 적게 또는 더 많이 마모될 수 있음)와 같은 비 동작 이벤트들에 의해서도 영향을 받을 수 있다.
혼합 파라미터들은 임의의 적합한 기법을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 혼합 파라미터들은 메모리에 저장되고 메모리로부터 검색될 수 있다. 부가적으로 및/또는 대안적으로, 하나 이상의 혼합 파라미터들이 (예를 들어, 혼합 이전에 농도 센서(120)에 의해) 측정되고 그리고/또는 사용자에 의해 입력될 수 있다.
단계(810)에서, 제어 회로는 혼합 후 출력 물질을 형성하기 위해 물질 B와 물질 A의 혼합을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면, 물질 A는 물질 A 통로(108)를 횡단하고 물질 B는 물질 B 통로(110)를 횡단할 수 있다. 물질 A 통로(108) 및 물질 B 통로(110)는, 물질 A 및 물질 B가 혼합된 물질을 형성하도록 조합될 수 있는 교차 영역(112)에서 만날 수 있다. 혼합된 물질은 혼합된 물질 통로(114)를 횡단할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 혼합기(예를 들어, 도 4에서 도시된 혼합기(402))는, 물질 A와 물질 B가 혼합된 물질을 형성하도록 조합될 수 있는 교차 영역(112)과 혼합된 물질이 측정될 수 있는 농도 센서(120) 간에 추가로 포지셔닝될 수 있다. 혼합물은 적절한 물질 혼합을 보장하도록 구성될 수 있다.
단계(812)에서, 제어 회로는 물질 A 및 물질 B의 혼합 동안 혼합 후 출력 물질에서 물질 B의 혼합 후 농도 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 연속적으로, 주기적으로 및/또는 사용자 명령들의 수신 시에, 혼합 후 농도 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 혼합 후 농도 값의 각각의 결정을 위해, 광학 센서(200)는 혼합된 물질의 광학 반사율(REF) 및 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 이들 측정들에 기초하여, 농도 센서(120) 및/또는 제어 회로(118)는 굴절률(IoR)을 결정하도록 구성될 수 있다. IoR에 기초하여, 농도 센서(120) 및/또는 제어 회로(118)는 농도 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제어 회로는 몇몇 실시예들에서, (예를 들어, 농도 데이터로서) 농도 센서로부터 물질 B의 혼합 후 농도 값들을 수신하도록 구성될 수 있다. 혼합 후 출력 물질 측정들에 기초하여 농도 값을 결정하기 위해 단계(812)에서 이용될 수 있는 특정한 예시적인 기법들은 2008년 1월 15일 발행되고, 발명의 명칭이 "Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis Systems"인, 양수인이 동일한 미국 특허 출원 번호 제7,319,523호에서 더 상세히 논의되며, 상기 미국 특허의 전체 내용물은 명시적으로 인용에 의해 본원에 포함된다.
단계(814)에서, 혼합 후 농도 값을 모니터링함으로써 결정될 수 있는 바와 같이, 물질 B의 혼합 후 농도 값이 타겟 농도의 에러의 마진 또는 미리 결정된 타겟 농도 범위 밖에 있는지에 관한 결정이 내려질 수 있다. 예를 들어, 단계(814)에서 결정된 혼합 후 출력 물질에서 물질 B의 농도는 단계(804)에서 결정된 물질 B에 대한 타겟 농도에 비교될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 혼합 후 농도와 타겟 농도 간의 차이(ε)가 결정될 수 있다. 또한, 혼합 후 농도 및 다른 측정 데이터(예를 들어, 측정된 REF, IoR, 온도 등)는 디스플레이 디바이스 상에서 도시될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 "혼합 후 농도 값"은 단일의 혼합 후 농도 값 또는 2개 이상의 단일 농도 값들의 평균을 지칭할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 9를 참조하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 미리 결정된 수의 혼합 후 농도 값들은 평균 혼합 후 농도 값을 결정하기 위해 단계(812)에서 평균화될 수 있다. 평균 혼합 후 농도 값은 이어서 단일 혼합 후 농도 값보다 오히려 단계(814)에서 타겟 농도와 비교될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 선택된 농도 값들은 단계(812)에서 결정된 혼합 후 농도 값들로부터 이용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 단계(814)의 결정을 내리기 위해 정기적으로 및/또는 간헐적 시간들에 혼합 후 농도 값들을 샘플링하도록 구성될 수 있다.
단계(814)의 결정은 혼합 후 농도가 수락 가능한 양 내에서 타겟 농도로부터 떨어져 있는지에 관한 결정을 포함할 수 있다는 것이 인지된다. 몇몇 실시예들에서, 에러의 마진은 농도 센서의 정밀도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 농도 센서가 약 0.001wt% 내의 농도를 측정할 수 있는 경우, 단계(814)의 결정은 혼합 후 농도 및 타겟 농도가 약 0.001wt% 초과만큼 차이가 나지 않을 것이라고 보장하도록 수행될 수 있다. 부가적으로 및/또는 대안적으로, 사용자는 에러의 마진을 세팅하도록 허용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 단계(814)의 결정은 2개 이상의 상이한 에러 마진들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 평균 에러 마진은 평균 혼합 후 농도에 적용될 수 있는 반면에, 제 2 에러 마진은 개별 혼합 후 농도 값들에 적용될 수 있다. 타겟 농도가 10.00%이고 평균 에러 마진이 0.09%인 경우, 10.09% 또는 9.91% 밖에 있는 임의의 평균화된 혼합 후 농도는 조정을 야기할 수 있다. 또한, 제 2 에러 마진이 약 0.2%인 경우, 10.2% 또는 9.8% 외부의 임의의 개별 혼합 후 농도 값은, 평균 혼합 후 농도가 9.91-10.09%의 수락 가능한 범위 내에 있는 경우조차도 조정을 야기할 수 있다. 이러한 실시예들은, 혼합 후 출력 물질의 농도의 급작스런 변화에 의해 야기될 수 있는 것과 같이, 혼합 장치가 타겟 농도로부터 큰 단일 편차를 정정하는데 있어 더 빠른 응답 시간을 달성하도록 허용할 수 있다.
혼합 후 농도가 타겟 농도 또는 타겟 농도 범위에 (예를 들어, 수락 가능한 에러 마진(들) 내에) 있지 않은 경우, 방법(800)은 단계(816)로 진행될 수 있다. 단계(816)에서, 제어 파라미터들은 혼합 후 농도에 기초하여 업데이트될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 회로(118)는 추가로, 비례 적분 미분(proportional-integral-derivative; PID) 제어기를 포함할 수 있다(아니면, PID 기능성을 포함하도록 구성될 수 있음). 이에 따라, 예시적인 제어 파라미터들은 PID 제어에서 비례 값(kp), 적분 값(ki); 및/또는 미분 값(kd)을 포함할 수 있다. 여기서, 농도에 관한 이전의 제어 파라미터들의 예상된 효과와 혼합 후 농도 간의 차이가 제어 파라미터들을 튜닝하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, kp는 혼합 후 농도가 원하는 타겟 농도보다 더 작은 경우 증가될 수 있으며, 이는 제어 밸브 개구 크기를 증가시키는 더 많은 수의 모터 회전들이 필요할 수 있다는 것을 의미한다.
제어 파라미터들의 동적인 업데이트는, 더 적은 피드백 사이클들이 타겟팅된 농도에 도달하기 위해 필요할 수 있기 때문에 증가된 응답 시간을 제공할 수 있다는 것이 인지된다. 또한, 동적인 업데이트는, 변화들이 시간이 지남에 따라 발생하면, 제어 회로가 (예를 들어, 마멸 또는 교체로부터의 제어 밸브의) 변화에 대해 혼합 장치를 조정할 수 있기 때문에, (예를 들어, 각각의 이용 이전에, 액체 유동 제어기들에 대해 요구될 수 있는 바와 같은) 더 적거나 전혀 없는 혼합 전 재조정들을 허용할 수 있다.
단계(818)에서, 피드백 제어 값이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(118)는 수학식 1에서 기술된 비례 적분 미분을 이용하여 피드백 제어 값(q(t))을 계산하도록 구성될 수 있다:
Figure pct00001
여기서 값(ε)은 시간의 함수로서 측정된 혼합 후 농도와 타겟 농도 간의 차이이고, kp는 비례 값이고, ki는 적분 값이고 kd는 미분 값이다. 몇몇 실시예들에서, 피드백 제어 값은 단계(816)에서 업데이트된 제어 파라미터들(예를 들어, kp, ki 및 kd)을 이용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 피드백 제어 값(q(t))은 모터 회전 카운트들의 단위들을 가질 수 있고 혼합 전 제어 밸브를 제어하는데 이용되는 값을 제공할 수 있다.
단계(820)에서, 혼합 전 제어 밸브의 개구 크기는 피드백 제어 값에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(118)는 니들이 물질 B 통로(108)로 제어 가능하게 돌출하게 하고 그리고/또는 물질 B 통로(108)에서 후퇴하게 하여서, 조정 가능한 병목의 크기 및 이에 따라 물질 B의 유량을 각각 감소 및 증가시키기 위해, 제어 밸브(122)의 액추에이터가 적합한 방향으로 (예를 들어, 피드백 제어 값에 의해 결정된 바와 같이 특정한 수의 모터 회전 카운트들) 회전하게 하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 물질 B의 유량은, 혼합 후 농도가 타겟 농도 미만일 때 증가될 수 있고 혼합 후 농도가 타겟 농도보다 클 때 감소될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어 밸브를 조정하는 것은 예컨대, 유동 센서에 의해, 물질 B 통로(110) 내에서 물질 B의 측정된 유량에 독립적일 수 있다. 이에 따라, 측정된 유량에 기초하여 밸브를 제어할 수 있는 액체 유동 제어기들과 달리, 제어 밸브를 조정하기 위한 토대로서 혼합 후 농도를 이용함으로써 더 뛰어난 정확도가 달성될 수 있다.
단계(820) 이후에, 방법(800)은, 혼합이 지속될 수 있고, 혼합 후 출력 물질에서 물질 B의 농도가 위에서 설명된 기법들을 이용하여 재차 결정될 수 있는 단계(810)로 되돌아올 수 있다.
단계(814)로 되돌아와서, 혼합 후 농도가 타겟 농도에 있는 경우, 방법(800)은 혼합이 완료되었는지에 관한 결정이 내려질 수 있는 단계(822)로 진행될 수 있다. 혼합이 완료되지 않은 것으로 결정되는 경우(예를 들어, 농도 센서는 혼합 후 출력 물질이 여전히 유동하고 있다고 검출함), 방법(800)은 혼합이 지속될 수 있고, 혼합 후 출력 물질에서 물질 B의 농도가 결정될 수 있는 단계(810)로 되돌아올 수 있다. 그러한 면에서, 농도 제어기(118)는 혼합이 발생할 때 실시간으로 혼합 후 농도가 미리 결정된 타겟 농도 범위 또는 타겟 농도의 에러의 마진 밖에 있는지를 결정하고 제어 밸브 포지션을 상응하게 조정하기 위해 혼합 후 농도를 지속적으로 모니터링하도록 구성될 수 있다. 혼합이 단계(822)에서 완료된 것으로 결정되는 경우, 방법(800)은 단계(824)에서 종료할 수 있다.
도 9는 몇몇 실시예들에 따라, 평균 혼합 후 농도 값을 생성하기 위한 예시적인 방법(900)의 흐름도를 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 미리 결정된 수의 혼합 후 농도 값들은 평균 혼합 후 농도 값을 결정하기 위해 방법(800)의 단계(812)에서 평균화될 수 있다. 평균 혼합 후 농도 값은 이어서 단계(814)에서 타겟 농도와 비교될 수 있다.
방법(900)은, 단계(902)에서 시작하고 제어 회로가 농도 센서로부터 혼합 후 출력 물질에서 제 1 입력 물질의 혼합 후 농도 값을 수신할 수 있는 단계(904)로 진행될 수 있다. 단계(906)에서, 단계(904)는 미리 결정된 횟수 반복될 수 있다. 방법(800)의 단계(812)에서의 위의 논의는 단계(904) 및 단계(906)에서 적용 가능할 수 있다. 예를 들어, 물질 A 및 물질 B의 혼합 동안 농도 센서(120)에 의한 측정들에 기초하여, 제어 회로(118)는 연속적으로, 혼합 후 출력 물질에서 물질 B의 혼합 후 농도 값들을 결정하고 그리고/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 미리 결정된 수의 농도 값들 이후에, 방법(900)은 단계(908)로 진행될 수 있다.
단계(908)에서, 제어 회로는 미리 결정된 수의 농도 값들에 대한 평균 혼합 후 농도 값을 생성하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 평균화된 미리 결정된 수의 농도 값들은, 제어 밸브(122)의 응답 시간 및/또는 농도 센서(120)의 응답 시간에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 농도 센서(120)는, 제어 밸브(122)가 (예를 들어, 액추에이터 및/또는 스테퍼 모터의 튜닝을 통해) 제어 밸브 개구 크기를 조정하는데 걸리는 시간보다 더 빠른 레이트(예를 들어, 매 밀리초마다)로 농도 값들을 생성할 수 있다는 것이 여기서 제공된 개시물로부터 인지된다. 부가적으로 및/또는 대안적으로, 평균화되는 미리 결정된 수의 농도 값들은 농도 센서의 신뢰도에 기초할 수 있다. 예를 들어, 보통은, 혼합 후 농도가 타겟 농도로부터 멀어지게 시프트하게 할 수 있는 이따금씩의 부정확한 농도 값에 의해 야기되는 문제들을 방지하도록 평균이 취해질 수 있다. 방법(900)은 단계(910)에서 종료할 수 있다.
도 10은 회로(1000)의 개략적 블록도를 도시하며, 이들 중 일부 또는 모두 다는 예를 들어, 혼합 장치(예를 들어, 혼합 장치(100)의 제어 회로(118) 및/또는 농도 센서(120))에 포함될 수 있다. 도 10에서 예시된 바와 같이, 몇몇 예시적인 실시예들에 따라, 회로(1000)는 하나 이상의 프로세서들(1002), 메모리들(1004), 하나 이상의 통신 모듈들(1006) 및/또는 하나 이상의 입력/출력 모듈들(1008)과 같은 다양한 수단을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 지칭되는 바와 같이, "모듈"은 방법들(800 및 900)에 포함된 기능들과 같은 하나 이상의 특정한 기능들을 수행하도록 구성된 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함한다. 이것에 관하여, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 회로(1000)의 수단은 예를 들어, 회로, 하드웨어 엘리먼트들(예를 들어, 적합하게 프로그래밍된 프로세서, 조합 로직 회로 등), 적합하게 구성된 프로세싱 디바이스(예를 들어, 프로세서(1002))에 의해 실행 가능한 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체(예를 들어, 메모리(1004)) 상에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 물건, 또는 이들의 임의의 조합으로서 실현될 수 있다.
프로세서(1002)는 예를 들어, 수반되는 디지털 신호 프로세서(들)를 갖는 하나 이상의 마이크로프로세서, 수반되는 디지털 신호 프로세서가 없는 하나 이상의 프로세서(들), 하나 이상의 보조프로세서들, 하나 이상의 다중 코어 프로세서들, 하나 이상의 제어기들, 프로세싱 회로, 하나 이상의 컴퓨터들, 예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit) 또는 FPGA(field programmable gate array), 또는 이들의 임의의 조합과 같은 집적 회로를 포함하는 다양한 다른 프로세싱 엘리먼트들을 포함하는 다양한 수단으로서 실현될 수 있다. 이에 따라, 단일 프로세서로 도 10에서 예시되었지만, 몇몇 실시예들에서, 프로세서(1002)는 복수의 프로세서들 및/또는 프로세싱 회로를 포함한다. 복수의 프로세서들은 단일 컴퓨팅 디바이스로서 실현될 수 있거나, 또는 회로(1000)로서 기능하도록 집합적으로 구성되는 복수의 컴퓨팅 디바이스들에 걸쳐서 분산될 수 있다. 복수의 프로세서들은 서로 동작 가능하게 통신할 수 있고 본 명세서에서 설명된 바와 같은 회로(1000)의 하나 이상의 기능성들을 수행하도록 집합적으로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 프로세서(1002)는 메모리(1004)에 저장되거나 프로세서(1002)에 다른 방식으로 액세스 가능한 명령들을 실행하도록 구성된다. 이들 명령들은, 프로세서(1002)에 의해 실행될 때, 회로(1000)로 하여금, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 회로(1000)의 기능들 중 하나 이상을 수행하게 할 수 있다.
하드웨어, 펌웨어/소프트웨어 방법들에 의해 또는 이들의 조합에 의해, 프로세서(1002)는, 상응하게 구성되면서, 본 발명의 실시예들에 따라 동작을 수행할 수 있는 엔티티를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 프로세서(1002)는 ASIC, FPGA 등으로서 실현될 때, 프로세서(1002)는 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 동작들을 수행하기 위해 특별히 구성된 하드웨어를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 예컨대, 프로세서(1002)가 명령들의 실행기로서 실현될 때, 메모리(1004)에 저장될 수 있는, 명령들은 도 8 및 도 9에 관하여 논의된 것들과 같이 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 알고리즘들 및 동작들을 수행하도록 프로세서(1002)를 특별히 구성할 수 있다.
메모리(1004)는 예를 들어, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들이 임의의 조합을 포함할 수 있다. 단일 메모리로서 도 10에서 예시되었지만, 메모리(1004)는 복수의 메모리 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 컴포넌트들은 복수의 컴퓨팅 디바이스들에 걸쳐서 분산될 수 있거나, 또는 단일 컴퓨팅 디바이스로서 실현될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 메모리(1004)는 예를 들어, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래시 메모리, 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(compact disc read only memory; CD-ROM), 디지털 다용도 디스크 판독 전용 메모리(digital versatile disc read only memory; DVD-ROM), 광학 디스크, 정보를 저장하도록 구성된 회로, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 메모리(1004)는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라, 회로(1000)가 다양한 기능들을 수행하는 것을 가능케 하기 위한 정보, 데이터(예를 들어, 제어 밸브 포지션을 세팅하기 위한 제어 파라미터들 및/또는 상수들), 애플리케이션들, 명령들 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 몇몇 실시예들에서, 메모리(1004)는 프로세서(1002)에 의한 프로세싱을 위해 입력 데이터를 버퍼링하도록 구성된다. 부가적으로 또는 대안적으로 적어도 몇몇 실시예들에서, 메모리(1004)는 프로세서(1002)에 의한 실행을 위해 프로그램 명령들을 저장하도록 구성된다. 메모리(1004)는 정적 및/또는 동적 정보의 형태로 정보를 저장할 수 있다. 이 저장된 정보는 그의 기능성들을 수행하는 과정 동안 회로(1000)에 의해 저장되고 그리고/또는 이용될 수 있다.
통신 모듈(1006)은 회로, 하드웨어, 컴퓨터 판독 가능한 매체(예를 들어, 메모리(1004)) 상에 저장되고 프로세싱 디바이스(예를 들어, 프로세서(1002))에 의해 실행되는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 물건, 또는 예를 들어, 제 2 회로(1000) 등과 같은 다른 디바이스로부터 데이터를 수신하고 그리고/또는 다른 디바이스로 데이터는 전송하도록 구성되는 이들의 조합에서 실현되는 임의의 디바이스 또는 수단으로서 실현될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 통신 모듈(1006)(본 명세서에서 논의되는 다른 컴포넌트과 같이)은 적어도 부분적으로 프로세서(1002)로서 실현되거나 또는 그렇지 않으면 프로세서(1002)에 의해 제어될 수 있다. 이것에 관하여, 통신 모듈(1006)은 예컨대, 버스를 통해 프로세서(1002)와 통신할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 통신 모듈(1006)은 예를 들어, 안테나, 전송기, 수신기, 트랜시버, 네트워크 인터페이스 카드 및/또는 지원 하드웨어 및/또는 다른 컴퓨팅 디바이스와의 통신을 가능하게 하기 위한 펌웨어/소프트웨어를 포함할 수 있다. 통신 모듈(1006)은 컴퓨팅 디바이스들 간의 통신을 위해 이용될 수 있는 임의의 프로토콜을 이용하여 메모리(1004)에 의해 저장될 수 있는 임의의 데이터를 수신 및/또는 전송하도록 구성될 수 있다. 통신 모듈(1006)은 부가적으로 또는 대안적으로, 메모리(1004), 입력/출력 모듈(1008) 및/또는 회로(1000)의 임의의 다른 컴포넌트와 통신할 수 있다.
입력/출력 모듈(1008)은 사용자 입력의 표시를 수신하기 위해 및/또는 청각적, 시각적, 머신 또는 다른 출력을 사용자에게 제공하기 위해 프로세서(1002)와 통신할 수 있다. 회로(1000)에 의해 시각적 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이될 수 있는 몇몇 예시적인 시각적 출력들은 방법들(800 및 900)과 관련하여 논의된다. 이러한 예시적인 시각적 출력들은, 혼합 후 농도, 타겟 농도, 측정된 광학 반사율(optical reflectivity; REF), 굴절률(index of refraction; IOR), 온도, 제어 파라미터들 및 상수 등을 포함(그러나 이것으로 제한되지 않음)한다. 그러한 면에서, 입력/출력 모듈(1008)은 예를 들어, 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱, 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이 및/또는 다른 입력/출력 매커니즘들에 대한 지원부(support)를 더 포함할 수 있다. 입력/출력 모듈(1008)은 예컨대, 버스를 통해, 메모리(1004), 통신 모듈(1006) 및/또는 임의의 다른 컴포넌트(들)와 통신할 수 있다. 하나 초과의 입력/출력 모듈 및/또는 다른 컴포넌트가 회로(1000)에 포함될 수 있지만, (본 명세서에서 논의되는 다른 컴포넌트들과 같이) 도면을 과도하게 복잡하게 하는 것을 방지하도록 도 10에서 단지 하나만이 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 일련의 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드 부분들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 물건들에서 실현되고, 컴퓨팅 디바이스 및/또는 다른 프로그래밍 가능한 장치를 이용하여 머신 구현된 프로세스들을 생성하는데 이용될 수 있다. 인지될 바와 같이, 임의의 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들 및/또는 다른 타입의 코드는 컴퓨터, 프로세서 또는 머신을 생성하기 위한 다른 프로그래밍 가능한 장치 회로 상에 로딩될 수 있어서, 컴퓨터, 프로세서, 또는 머신 상에서 코드를 실행하는 다른 프로그래밍 가능한 회로는 본 명세서에서 설명된 것들을 포함하는 다양한 기능들을 구현하기 위한 수단을 생성하게 된다.
본 발명의 실시예들은 방법들, 장치들 및 컴퓨터 프로그램 물건들의 블록도 및 흐름도 예시를 참조하여 위에서 설명되었다. 회로도 및 프로세스 흐름도의 각각의 블록 및 회로도 및 프로세스 흐름도의 블록들의 조합들은 각각 컴퓨터 프로그램 명령들을 포함하는 다양한 수단에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은, 머신을 생성하기 위해 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 도 10을 참조하여 위에서 논의된 프로세서(1002)와 같은 다른 프로그래밍 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 로딩될 수 있어서, 컴퓨터 프로그램 물건은, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 실행되는 명령들은 흐름도 블록 또는 블록들에서 특정된 기능들을 구현하기 위한 수단을 생성하는 명령들을 포함하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 특정한 방식으로 기능하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 데이터 프로세싱 장치에 지시할 수 있는 하나 이상의 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(예를 들어, 메모리(1004))에 저장될 수 있어서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 명령들은 본 명세서에서 논의된 기능을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 포함하는 제조 물품을 생성하게 된다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하기 위해 일련의 동작 단계들이 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치 상에서 수행되게 하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 로딩될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치 상의 실행은 본 명세서에서 논의된 기능들을 구현하기 위한 단계들을 제공하게 된다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체들은, 컴퓨터 실행 가능한 명령들 또는 소프트웨어 프로그램들을 그 내부에 인코딩하기 위해 제어기, 마이크로제어기, 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 시스템의 모듈에 의해 액세스될 수 있는 비일시적인 저장 하드웨어, 비일시적인 저장 디바이스 또는 비일시적인 컴퓨터 시스템 메모리를 포함할 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체들은 매체들 상에 인코딩된 컴퓨터 실행 가능한 명령들 또는 소프트웨어프로그램들을 검색 및/또는 실행하기 위해 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 시스템의 모듈에 의해 액세스될 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체들은, 하나 이상의 타입들의 하드웨어 메모리, 비일시적인 유형의 매체들(예를 들어, 하나 이상의 자기 저장 디스크들, 하나 이상의 광학 디스크들, 하나 이상의 USB 플래시 드라이브들), 컴퓨터 시스템 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리(예컨대, DRAM, SRAM, EDO RAM) 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)할 수 있다.
예시적인 실시예들을 설명하는데 있어, 특정한 용어가 명료함을 위해 이용된다. 설명을 위해, 각각의 특정한 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 및 기능적 등가물들을 적어도 포함하도록 의도된다. 부가적으로, 특정한 예시적인 실시예가 복수의 시스템 엘리먼트들 또는 방법 단계들을 포함하는 몇몇 인스턴스들에서, 이들 엘리먼트들 또는 단계들은 단일 엘리먼트 또는 단계로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 단일 엘리먼트 또는 단계는 동일한 목적에 알맞은 복수의 엘리먼트들 또는 단계들로 대체될 수 있다. 또한, 다양한 특성들의 파라미터들이 예시적인 실시예들에 대해 본 명세서에서 특정되는 경우, 이들 파라미터들은 달리 특정되지 않으면, l/20, 1/10, l/5, l/3, l/2 등 만큼 또는 이들의 반올림된 근사치들 만큼 위로 또는 아래로 조정될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들이 본 발명의 특정한 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는, 형태 및 세부사항에서 다양한 교체들 및 변경들이 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 거기서 이루어질 수 있다는 것을 이해한다. 여전히 또한, 다른 양상들, 기능들 및 이점들은 또한 본 발명의 범위 내에 있다
예시적인 흐름도들은 예시 목적을 위해 여기서 제공되며 방법들의 비제한적 예들이다. 당업자는 예시적인 방법들이 예시적인 흐름도들에서 예시된 것들보다 더 많거나 더 적은 단계들을 포함할 수 있고, 예시적인 흐름도들의 단계들이 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
블록도 및 흐름도 예시들의 블록들은 특정된 기능들을 수행하기 위한 수단들의 조합들, 특정된 기능들을 수행하기 위한 단계들의 조합들 및 특정된 기능들을 수행하기 위한 프로그램 명령 수단들을 지원한다. 또한, 회로도 및 프로세스 흐름도의 블록들/단계들 중 일부 또는 모두 다, 및 회로도 및 프로세스 흐름도들에서 블록들/단계들의 조합들은 특정된 기능들 또는 단계들 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터 시스템들에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 기술된 발명들의 다수의 변형들 및 다른 실시예들은 본 발명의 이들 실시예들과 관련있는, 위의 설명들 및 연관된 도면들에서 제시된 교시들의 이익을 갖는 당업자에 의해 생각나게 될 것이다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 개시된 특정한 실시예들로 제한되지 않고, 변형들 및 다른 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 특정한 용어들이 본 명세서에서 이용되었지만, 이들은 단지 일반적 및 기술적 의미로 이용되고 제한을 목적으로 하지 않는다.

Claims (20)

  1. 제 1 혼합물을 생성하기 위한 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법으로서,
    상기 복수의 물질들의 혼합물에서 제 1 물질의 제 1 타겟 농도 범위를 수신하는 단계;
    상기 복수의 물질들을 제 1 혼합 존(mixing zone)에 공급하는 단계로서, 상기 복수의 물질들은 상기 제 1 혼합물을 생성하도록 상기 제 1 혼합 존에서 혼합되는 것인, 상기 복수의 물질들을 제 1 혼합 존에 공급하는 단계;
    상기 복수의 물질들을 상기 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서, 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계;
    상기 제 1 물질의 농도 값을 상기 제 1 타겟 농도 범위와 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 물질의 농도 값이 상기 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정하는 경우, 상기 1 물질을 상기 제 1 혼합 존에 공급하기 위해 제 1 도관에서 제공되는 제어 밸브의 개구 크기를 조정함으로써 상기 제 1 혼합 존으로의 상기 제 1 물질의 유량(flow rate)을 자동으로 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제어 밸브의 개구 크기는, 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값에 기초하여, 그리고 상기 복수의 물질들 중 적어도 하나의 물질의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 조정되고,
    상기 하나 이상의 물리적 특성들은 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성, 온도 및 압력을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계는,
    상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들을 검출하는 단계; 및
    상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들에 기초하여 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 특징적인 물리적 특성들은, 온도, 이슬점, 농도, 제 1 혼합물에서의 음속, 광학 반사율 및 굴절률을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계는,
    상기 제 1 혼합물의 광학 반사율을 검출하는 단계;
    상기 제 1 혼합물의 온도를 검출하는 단계;
    상기 제 1 혼합물의 광학 반사율 및 온도에 기초하여 상기 제 1 혼합물의 굴절률을 결정하는 단계; 및
    상기 굴절률에 기초하여 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 밸브의 개구 크기는 또한 상기 제 1 혼합물이 생성되는 혼합 시스템의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 조정되고,
    상기 하나 이상의 물리적 특성들은 상기 제 1 물질이 상기 혼합 존에 공급되는 제 1 도관의 크기, 상기 혼합 존의 타입 및 상기 제어 밸브의 타입을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 물질들을 상기 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 제 2 농도 값을 결정하는 단계;
    상기 제 1 물질의 제 2 농도 값을 상기 제 1 타겟 농도 범위와 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 물질의 제 2 농도 값이 상기 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다고 결정하는 경우, 상기 제 1 물질을 상기 제 1 혼합 존에 공급하기 위한 제 1 도관에서 제공되는 제어 밸브의 개구 크기를 자동으로 조정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제어 밸브의 개구 크기는 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 제 2 농도 값에 기초하여 조정되는 것인, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 물질들의 제 1 혼합물에서의 제 2 물질의 제 2 타겟 농도 범위를 수신하는 단계;
    상기 복수의 물질들을 상기 제 1 혼합 존에 계속 공급하면서 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 2 물질의 농도 값을 결정하는 단계;
    상기 제 2 물질의 농도 값을 상기 제 2 타겟 농도 범위와 비교하는 단계; 및
    상기 제 2 물질의 농도 값이 상기 제 2 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제 1 혼합 존으로의 상기 제 2 물질의 공급을 자동으로 조정하는 단계
    를 더 포함하는, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물을 제 2 혼합 존에 공급하는 단계;
    제 3 물질을 상기 제 2 혼합 존에 공급하는 단계로서, 상기 제 1 혼합물 및 상기 제 3 물질은 상기 제 2 혼합 존에서 혼합되어 제 2 혼합물을 생성하는 것인, 상기 제 3 물질을 상기 제 2 혼합 존에 공급하는 단계;
    상기 제 2 혼합물에서의 상기 제 3 물질의 제 3 타겟 농도 범위를 수신하는 단계;
    상기 제 1 혼합물 및 상기 제 3 물질을 상기 제 2 혼합 존에 계속 공급하면서 상기 제 2 혼합물에서의 상기 제 3 물질의 농도 값을 결정하는 단계;
    상기 제 3 물질의 농도 값을 상기 제 3 타겟 농도 범위와 비교하는 단계; 및
    상기 제 3 물질의 농도 값이 상기 제 3 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제 2 혼합 존으로의 상기 제 3 물질의 공급을 자동으로 조정하는 단계
    를 더 포함하는, 복수의 물질들의 제어된 혼합을 위한 방법.
  9. 혼합 시스템으로서,
    제 1 혼합 도관;
    상기 제 1 혼합 도관에 커플링되고, 상기 제 1 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 1 공급 도관으로서, 상기 제 1 공급 도관은 제 1 물질을 상기 제 1 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍(bore)을 포함하는 것인, 상기 제 1 공급 도관;
    상기 제 1 공급 도관에서 제공되는 제 1 유동 제어 디바이스로서, 상기 제 1 유동 제어 디바이스는 상기 제 1 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성되는 것인, 상기 제 1 유동 제어 디바이스;
    상기 제 1 혼합 도관에 커플링되고, 상기 제 1 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 2 공급 도관으로서, 상기 제 2 공급 도관은 제 2 물질을 상기 제 1 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍을 포함하는 것인, 상기 제 2 공급 도관;
    상기 제 1 물질과 상기 제 2 물질의 혼합에 의해 생성되는 제 1 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위해 상기 제 1 혼합 도관에서 제공되는 하나 이상의 센서들의 제 1 세트; 및
    상기 하나 이상의 센서들의 제 1 세트에 그리고 상기 제 1 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제 1 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 제 1 제어 회로는 상기 제 1 혼합 도관에서 상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 상기 제 1 물질의 유량을 조정하도록 상기 제 1 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하게 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 특성들은 온도, 이슬점, 농도, 제 1 혼합물에서의 음속, 광학 반사율 및 굴절률을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 혼합 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는,
    상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하고;
    상기 제 1 물질의 농도 값을 상기 제 1 물질에 대한 제 1 타겟 농도 범위와 비교하며;
    상기 제 1 물질의 농도 값이 상기 제 1 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제 1 공급 도관의 구멍의 개구를 조정하기 위해 상기 제 1 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서들의 제 1 세트는,
    상기 제 1 혼합물의 광학 반사율을 검출하도록 구성된 광학 시스템; 및
    상기 제 1 혼합물의 온도를 검출하기 위한 서미스터(thermistor) 또는 온도계
    를 포함하고,
    상기 제 1 제어 회로는 상기 제 1 혼합물의 광학 반사율 및 온도에 기초하여 상기 제 1 혼합물의 굴절률을 결정하고, 상기 굴절률에 기초하여 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값을 결정하도록 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값에 기초하여, 그리고 상기 복수의 물질들 중 적어도 하나의 물질의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 상기 제 1 유동 제어 디바이스를 제어하도록 프로그래밍되고,
    상기 하나 이상의 물리적 특성들은, 점도, 밀도, 비중, 화학적 조성, 온도 및 압력을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 혼합 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 1 물질의 농도 값에 기초하여 그리고 상기 혼합 시스템의 하나 이상의 물리적 특성들에 기초하여 상기 제 1 유동 제어 디바이스를 제어하도록 프로그래밍되고,
    상기 하나 이상의 물리적 특성들은 상기 제 1 공급 도관의 크기, 상기 제 1 혼합 도관의 타입 및 상기 제 1 유동 제어 디바이스의 타입을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 혼합 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서들 중 하나 이상은 상기 제 1 혼합 도관에서의 상기 제 1 물질과 상기 제 2 물질의 혼합 동안 상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하도록 미리 결정된 간격들로 동작되는 것인, 혼합 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 공급 도관에서 제공되는 제 2 유동 제어 디바이스
    를 더 포함하고,
    상기 제 2 유동 제어 디바이스는 상기 제 2 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성되고,
    상기 제 1 제어 회로는 상기 제 2 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링되고, 상기 제 1 제어 회로는 상기 제 1 혼합 도관에서의 상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 상기 제 2 물질의 유량을 조정하기 위해 상기 제 2 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는,
    상기 제 1 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 상기 제 1 혼합물에서의 상기 제 2 물질의 농도 값을 결정하고;
    상기 제 2 물질의 농도 값을 상기 제 2 물질에 대한 제 2 타겟 농도 범위와 비교하며;
    상기 제 2 물질의 농도 값이 상기 제 2 타겟 농도 범위 밖에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제 2 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합 도관에 커플링되고 상기 제 1 혼합 도관의 다운스트림에 배치되는 제 2 혼합 도관;
    상기 제 2 혼합 도관에 커플링되고 상기 제 2 혼합 도관의 업스트림에 배치되는 제 3 공급 도관으로서, 상기 제 3 공급 도관은 제 3 물질을 상기 제 2 혼합 도관에 공급하기 위한 구멍을 포함하는 것인, 상기 제 3 공급 도관;
    상기 제 3 공급 도관에서 제공되는 제 3 유동 제어 디바이스로서, 상기 제 3 유동 제어 디바이스는 상기 제 3 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 제어하도록 구성되는 것인, 상기 제 3 유동 제어 디바이스;
    상기 제 1 혼합물 및 상기 제 3 물질의 혼합에 의해 생성되는 제 2 혼합물의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위해 상기 제 2 혼합 도관에서 제공되는 하나 이상의 센서들의 제 2 세트; 및
    상기 하나 이상의 센서들의 제 2 세트에 그리고 상기 제 3 유동 제어 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제 2 제어 회로
    를 더 포함하고,
    상기 제 2 제어 회로는 상기 제 2 혼합 도관에서의 상기 제 2 혼합물의 하나 이상의 검출된 특성들에 기초하여 상기 제 3 물질의 유량을 조정하기 위해 상기 제 3 유동 제어 디바이스를 자동으로 제어하도록 프로그래밍된 것인, 혼합 시스템.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 공급 도관에서 제공되는 유동 제어 센서로서, 상기 유동 제어 센서는 상기 제 2 공급 도관에서의 상기 제 2 물질의 유량을 검출하도록 구성된 것인, 상기 유동 제어 센서; 및
    상기 제 2 공급 도관에서 제공되는 제 2 유동 제어 디바이스
    를 더 포함하고,
    상기 제 2 유동 제어 디바이스는 상기 유동 제어 센서에 의해 검출된 유량에 기초하여 상기 제 2 공급 도관의 구멍의 개구를 선택적으로 조정하도록 구성된 것인, 혼합 시스템.
  20. 복수의 물질들을 혼합하기 위한 혼합 장치로서,
    상기 혼합 장치 내로의 제 1 물질의 도입을 위한 제 1 입력 포트;
    상기 혼합 장치 내로의 제 2 물질의 도입을 위한 제 2 입력 포트;
    상기 혼합 장치로부터 상기 제 1 물질과 상기 제 2 물질의 혼합물을 출력하기 위한 출력 포트;
    상기 제 1 입력 포트에 커플링되는 제 1 단말 단부 및 제 2 단말 단부를 포함하는 제 1 유동 통로;
    상기 제 1 유동 통로에 배치되고 제어 밸브에서 상기 제 1 유동 통로의 구멍을 제어하도록 구성되는 상기 제어 밸브;
    상기 제 2 입력 포트에 커플링되는 제 1 단말 단부 및 제 2 단말 단부를 포함하는 제 2 유동 통로;
    상기 제 1 유동 통로와 상기 제 2 유동 통로의 다운스트림에 배치되는 교차 영역으로서, 상기 교차 영역은 상기 제 1 유동 통로의 제 2 단말 단부와 상기 제 2 유동 통로의 제 2 단말 단부의 교차부에 의해 형성되는 것인, 상기 교차 영역;
    상기 교차 영역의 다운스트림에 그리고 상기 혼합 장치의 출력 포트의 업스트림에 배치되는 혼합 후 통로;
    상기 혼합 후 통로에서 배치된 농도 센서로서, 상기 농도 센서는 상기 혼합 후 통로에서의 상기 제 1 물질의 농도의 표시를 주기적으로 검출하도록 구성되는 것인, 상기 농도 센서; 및
    상기 제 1 물질의 농도의 표시를 프로그래밍에 따라(programmatically) 수신하고 상기 농도의 표시에 기초하여 상기 교차 영역으로의 상기 제 1 물질의 공급을 조정하기 위해 상기 제어 밸브를 자동으로 제어하도록 구성되는 제어 회로
    를 포함하는, 혼합 장치.
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