KR20160010099A - 유량 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 유량 제어 장치로서, 상기 유량 제어 밸브를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와 상기 유체의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비한 센서부; 및 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값을 피드백 제어하여, 기 설정된 값으로 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하고, 상기 센서부를 통해 측정된 측정값을 기초로 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값과 기 설정된 유량값의 오차를 보상하는 유량 보정 수단을 구비하고, 상기 유량 보정 수단의 보정값을 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값에 반영하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 유체의 특성, 즉 온도, 점도, 농도를 기초로 유체의 유량 차이를 보상함으로써, 정밀한 유량 제어가 가능하다.

Description

유량 제어 장치{Liquid flow controller}
본 발명은 유량 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 특성, 즉 온도, 점도, 농도를 기초로 유체의 유량 차이를 보상함으로써, 정밀한 유량 제어가 가능한 유량 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유량 제어 장치는 유체가 흐르는 관로에 유량 제어 밸브 및 유량 센서(flow sensor)를 장착하고, 유량 센서의 검출 결과를 기초로 유량 제어 밸브의 개도를 조절함으로써 유체를 차단하거나 유량을 조절하는 장치이다.
이러한 유량 제어 장치는, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 처리 또는 식각하기 위해 산성 약액을 공급하는 반도체 제조 공정에서 사용될 수 있다. 최근에는, 웨이퍼 대형화에 따른 매엽식 장비가 주로 사용됨에 따라 선폭 미세화 및 수율 제고를 위해 사용되는 약액의 정밀 유량 제어 기술의 필요성이 대두되고 있다.
여기서, 반도체 제조 공정에서 사용되는 유량 제어 장치는, 회전하는 웨이퍼의 표면에 분사되는 약액이 일정시간 동안 균일한 유속으로 토출되도록 유량 제어 밸브의 유량(flow rate)을 정밀 제어해야 한다. 또한 상기 유량 제어 장치는 외부의 (통신 또는 아날로그) 신호 또는 입력 수단을 통해 설정되는 유량에 대해 유량 센서의 실시간 유량 신호를 계측하여 계산한 순시 유량과 설정값의 차이를 실시간으로 계산하여 유량 제어 밸브의 개도를 제어함으로써 순시 유량을 일정하게 제어해야 한다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0983889호
2. 대한민국 등록특허 제10-1110098호
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 발명된 것으로서, 유체의 특성, 즉 온도, 점도, 농도를 기초로 유체의 유량 차이를 보상함으로써, 정밀한 유량 제어가 가능한 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고온 유체의 정밀한 유량 제어가 가능한 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유량 제어 장치는, 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 유량 제어 장치로서, 상기 유량 제어 밸브를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와 상기 유체의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비한 센서부; 및 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값을 피드백 제어하여, 기 설정된 값으로 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하고, 상기 센서부를 통해 측정된 측정값을 기초로 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값과 기 설정된 유량값의 오차를 보상하는 유량 보정 수단을 구비하고, 상기 유량 보정 수단의 보정값을 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값에 반영하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 유량 보정 수단은 유체의 온도 변화에 따른 유체의 점도 변화를 계산하고, 계산된 점도 변화량에 따른 유량 차이를 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 유체의 재사용 정보를 입력받고, 상기 유량 보정 수단은 상기 재사용 정보를 통해 유체의 농도 변화를 계산하고, 계산된 농도 변화량에 따른 유량을 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유량 보정 수단은, 복수의 유체가 혼합되어 사용되는 경우, 헌팅(hunting)이 발생하는 비정상 신호를 필터링하여 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 센서부는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 압력 센서의 측정값에 기초하여 알람 신호를 출력하는 알람 수단을 더 포함하고, 상기 알람 수단은 상기 압력 센서를 통해 측정된 압력이 기 설정된 정상 압력 범위를 벗어나는 경우, 상기 유량 제어 밸브의 유량 제어가 불가능하다고 판단하여 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 유체의 온도 손실을 방지하기 위해 상기 유량 센서, 온도 센서 및 압력 센서는 유로가 형성된 하우징에 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 하우징은 유체와 접촉하는 표면이 불소계 수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유량 제어 장치는. 유체의 특성, 즉 온도, 점도, 농도를 기초로 유체의 유량 차이를 보상함으로써, 정밀한 유량 제어가 가능하다. 또한, 본 발명은 고온 유체의 정밀한 유량 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 유량 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 유량 제어 장치의 센서부가 구비된 하우징을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유량 제어 장치에 대한 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
본 발명에 따른 유량 제어 장치는 유량 제어 밸브(100)의 개도를 제어하여 유량을 제어하는 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(10), 센서부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성된다.
하우징(10)은 내부를 관통하는 유로(13)가 형성되고, 서로 대향하는 방향으로 일측에 유입구(11)가 구비되고 타측에 유출구(12)가 구비된다. 유입구(11) 또는 유출구(12)에는 유량 제어 밸브(100)가 연결된다.
센서부(200)는 유량 제어 밸브(100)를 흐르는 유체, 즉 약액의 유량을 측정하는 유량 센서(210) 및 유체의 온도를 측정하는 온도 센서(220)를 구비한다. 유량 센서(210)는 하우징(10) 내부의 유로(13) 주변에 설치되어 유로(13)를 흐르는 유체의 유량을 측정한다. 온도 센서(220)는 하우징(10)의 내측 상부에 설치되어 유로(13)를 흐르는 유체의 온도를 측정한다.
제어부(300)는 입력 수단(미도시)을 통해 미리 설정된 유량값 또는 외부의 통신 신호나 아날로그 신호로 입력된 유량값에 따라 유량 제어 밸브(100)의 개도를 제어한다. 그리고, 제어부(300)는 유량 센서(210)를 통해 측정된 유량값을 피드백 제어하여 기 설정된 유량값으로 유량 제어 밸브(100)의 개도를 제어한다.
여기서, 제어부(300)는 센서부(200)를 통해 측정된 측정값을 기초로, 유량 센서(210)를 통해 측정된 유량값과 기 설정된 유량값의 오차를 보상하는 유량 보정 수단(310)을 포함한다. 그리고, 제어부(300)는 유량 보정 수단(310)에 의해 계산된 보정값을 유량 센서(210)를 통해 측정된 유량값에 반영하여 유량 제어 밸브(100)의 개도를 제어한다.
구체적으로, 유량 보정 수단(310)은 온도 센서(220)를 통해 유체의 온도를 측정하고, 측정된 유체의 온도 변화에 따른 유체의 점도 변화를 계산한다. 그리고, 유량 보정 수단(310)은 계산된 점도 변화량에 따른 유량 차이를 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정한다. 여기서, 유체의 온도에 따른 점도 변화 및 이에 따른 유량 차이는 미리 입력된 수식 또는 테이블에 따라 계산되거나 파라미터 입력 수단을 통해 계산될 수 있다.
일반적으로 유체는 온도 변화에 따라 그 점도가 변화게 되고, 이러한 점도 변화는 결국 유량의 오차 발생 원인이 된다. 그렇지만, 본 발명의 유량 제어 장치는 전술한 바와 같이, 유체 온도에 따른 점도 변화를 계산하고 이에 따른 유량 차이를 계산하여, 유량 제어 밸브의 유량 오차를 보상함으로써, 정밀한 유량 제어가 가능하다.
한편, 반도체 식각 약액과 같은 유체는 환경 오염 예방 및 비용 절감 차원에서 유체의 재사용이 필요한데, 이러한 유체의 순환 재사용은 복수의 유체가 지속적으로 혼합됨으로써, 유체의 전체 농도가 변하게 된다. 이는 결국 유량 오차를 초래한다.
이러한 유량 오차를 해소하기 위해, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 제어부(300)가 유체의 재사용 정보(예를 들면, 사용된 약액 유체가 재투입되었는지 여부)를 입력받고, 유량 보정 수단(310)이 상기 재사용 정보를 기초로 유량값을 보정한다. 구체적으로, 유량 보정 수단(310)은 제어부(300)를 통해 입력된 유체의 재사용 정보를 기초로 유체의 농도 변화를 계산한다. 그리고 유량 보정 수단(310)은 계산된 농도 변화량에 따른 유량 차이를 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정한다. 여기서, 유체의 재사용 정보에 따른 농도 변화 및 이에 따른 유량 차이는 미리 입력된 수식 또는 테이블에 따라 계산되거나 파라미터 입력 수단을 통해 계산될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 유체의 농도 변화에 의한 유량 차이를 보정하여 정밀한 유량 제어가 가능하다.
한편, 복수의 유체를 혼합하는 경우에는, 혼합액의 종류에 따른 화학 반응에 의해 버블(bubble)이 발생하고, 이로 인해 유량 오차가 발생한다. 즉, 버블이 포함된 유체의 유량을 측정하는 유량 센서(210)는 헌팅(hunting)이 심한 유량 신호를 발생시켜 유량 오차를 초래한다.
이러한 유량 오차를 보상하기 위해, 유량 보정 수단(310)은 헌팅이 발생하는 비정상적인 신호들을 필터링하여 기 설정된 유량값을 보정할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 이상 압력에 의해 유량 제어가 불가능한 상황을 감시하기 위한 기능을 갖는다.
이러한 감시 기능을 위해, 센서부(200)는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(230)를 포함하고, 제어부(300)는 압력 센서(230)의 측정값에 기초하여 알람 신호를 출력하는 알람 수단(320)을 포함한다.
여기서, 알람 수단(320)은 압력 센서(230)를 통해 측정된 배관 또는 유체의 압력이 기 설정된 정상 압력 범위를 벗어나는 경우, 즉 이상 저압 또는 이상 고압인 경우, 유량 제어 밸브(100)의 유량 제어가 불가능하다고 판단하여 알람 신호를 출력한다. 이렇게 출력된 알람 신호에 의해 사용자는 유량 제어 장치의 작동 상태를 감시할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 센서부(200), 즉 유량 센서(210), 온도 센서(220) 및 압력 센서(230)가 일체로 하우징에 구비된다. 이러한 센서부(200)의 일체화된 구성은 내부를 흐르는 유체의 온도 손실을 방지함으로써, 유량 제어 장치의 보다 정밀한 제어가 가능하게 한다.
더욱이, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 부식성 또는 고온 유체의 정밀 유량 제어가 가능하도록, 하우징(10) 전체가 또는 하우징(10)과 유체의 접촉 표면이 불소계 수지로 이루어질 수 있다. 여기서, 불소계 수지는 내약품성 및 내열성이 우수한, 예를 들면 ETFE(Ethylene TetraFluoroEthylene), FEP(Flourinated Ethylene Prophylene), PTFE(PolyTetraFluoroeEhylene), PFA(Perfluorinated acids) 등일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 하우징 11: 유입구
12: 유출구 13: 유로
100: 유량 제어 밸브 200: 센서부
210: 유량 센서 220: 온도 센서
230: 압력 센서 300: 제어부
310: 유량 보정 수단 320: 알람 수단

Claims (7)

  1. 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 유량 제어 장치로서,
    상기 유량 제어 밸브를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와 상기 유체의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비한 센서부; 및
    상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값을 피드백 제어하여, 기 설정된 값으로 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하고, 상기 센서부를 통해 측정된 측정값을 기초로 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값과 기 설정된 유량값의 오차를 보상하는 유량 보정 수단을 구비하고, 상기 유량 보정 수단의 보정값을 상기 유량 센서를 통해 측정된 유량값에 반영하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량 보정 수단은 유체의 온도 변화에 따른 유체의 점도 변화를 계산하고, 계산된 점도 변화량에 따른 유량 차이를 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 유체의 재사용 정보를 입력받고,
    상기 유량 보정 수단은 상기 재사용 정보를 통해 유체의 농도 변화를 계산하고, 계산된 농도 변화량에 따른 유량을 계산하여, 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유량 보정 수단은, 복수의 유체가 혼합되어 사용되는 경우, 헌팅(hunting)이 발생하는 비정상 신호를 필터링하여 기 설정된 유량값을 보정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서부는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 압력 센서의 측정값에 기초하여 알람 신호를 출력하는 알람 수단을 더 포함하고,
    상기 알람 수단은 상기 압력 센서를 통해 측정된 압력이 기 설정된 정상 압력 범위를 벗어나는 경우, 상기 유량 제어 밸브의 유량 제어가 불가능하다고 판단하여 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    유체의 온도 손실을 방지하기 위해 상기 유량 센서, 온도 센서 및 압력 센서는 유로가 형성된 하우징에 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은 유체와 접촉하는 표면이 불소계 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
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