KR20230049268A - 유체 제어장치 및 유체 제어방법 - Google Patents

유체 제어장치 및 유체 제어방법 Download PDF

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Abstract

토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 제어할 수 있는 유체 제어장치를 개시한다.
유체 제어장치는 유입로와 배출로를 갖고 유입로와 연통 가능한 제1 유로 및 배출로와 연통 가능한 제2 유로를 형성하는 본체, 차압 발생부, 제1 유로와 제2 유로 중 적어도 어느 하나에서 유체의 상태를 측정하기 위한 측정부, 제2 유로와 배출로 사이에 배치되는 배출단 밸브, 유입로와 제1 유로 사이에 배치되는 유입단 밸브 및 배출단 밸브와 유입단 밸브를 선택적으로 제어하여 배출로로 토출되는 유체량을 미세유량 범위 및 미세유량 범위보다 유체량이 많은 일반유량 범위로 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

유체 제어장치 및 유체 제어방법{Apparatus for controling fluid and method for controling fluid}
본 발명은 유체 제어장치 및 유체 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 제어할 수 있는 유체 제어장치 및 유체 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질량 유량 조절기(Mass Flow Controller, MFC)는 유체의 질량(즉, 유체량)을 조절하여 공급하는 장치로서, 환산 과정 없이 유체량을 측정 및 조절하여 토출할 수 있다. 질량 유량 조절기는 다양한 분야(예컨데, 반도체 제조 공정)에서 유체량을 조절하기 위해 사용되는 핵심 부품이다. 보다 구체적으로, 반도체 제조 공정에서는 유체량 제어가 매우 중요시되고 있으며, 유체량을 고속으로 정밀하게 제어하는 질량 유량 조절기에 대한 요구와 관심이 높아지고 있다.
종래의 질량 유량 조절기는 유로를 흐르는 유체의 압력을 감지하는 복수개의 압력센서와, 압력센서로부터 감지된 신호를 바탕으로 유체량을 측정하는 제어부 및 제어부로부터 전달된 제어명령을 통해 유체량을 조절하는 액추에이터로 구성된다. 이에, 유로에 일정량의 유체가 유입되면, 복수개의 압력센서가 유로 내에서 유체의 압력을 감지하고, 유체의 압력값에 관한 신호를 전달받은 제어부가 유체의 압력값에 관한 신호로부터 유체량을 산출하여 액추에이터로 제어명령을 전송하게 된다. 이에 따라, 액추에이터는 제어명령을 통해 유체량을 조절하게 된다.
그러나, 종래의 질량 유량 조절기는 하나의 유로로부터 토출되는 유체량이 단일 범위로 국한되는 문제점이 있다. 즉, 종래의 질량 유량 조절기는 토출되는 유체량을 다중 범위로 형성하기 위해서, 토출되는 유체량의 범위에 따라 유로의 개수를 증가시켜야 하였다. 이에, 종래의 질량 유량 조절기는 토출되는 유체량을 다중 범위로 형성할 경우, 증가되는 유로의 개수로 인해 질량 유량 조절기의 전체 체적이 증가하는 문제가 있었다.
또한, 종래의 질량 유량 조절기는 토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 형성할 경우, 토출되는 서로 다른 유체량 범위 중 상대적으로 크기값이 작은 유체량 범위로 제어함에 있어서 그 유체량이 정밀하게 제어되지 않는 문제가 있었다.
KR 10-1901967 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 유로를 통해 토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 제어할 수 있는 유체 제어장치 및 유체 제어방법를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 미세유량 범위로 토출되는 유체량을 정밀하게 제어할 수 있는 유체 제어장치 및 유체 제어방법를 제공하는 것이다.
본 발명은 유체가 유입되는 유입로와 유체를 토출하는 배출로를 갖고, 내측에 상기 유입로와 연통 가능한 제1 유로 및 상기 제1 유로와 연결되고 상기 배출로와 연통 가능한 제2 유로를 형성하는 본체; 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이에 설치되는 차압 발생부; 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 중 적어도 어느 하나에서 유체의 상태를 측정하기 위한 측정부; 상기 제2 유로와 상기 배출로 사이를 개폐시킬 수 있도록, 상기 제2 유로와 상기 배출로 사이에 배치되는 배출단 밸브; 상기 유입로와 상기 제1 유로 사이를 개폐시킬 수 있도록, 상기 유입로와 상기 제1 유로 사이에 배치되는 유입단 밸브; 및 상기 제1 유로의 기 설정된 체적값과 상기 측정부의 측정값 을 통해 상기 배출단 밸브 및 상기 유입단 밸브를 선택적으로 제어하여, 상기 배출로에서 토출되는 유체량을 제1 유량 범위 및 제1 유량 범위보다 큰 범위인 제2 유량 범위로 제어하기 위한 제어부;를 포함한다.
상기 측정부는, 상기 제1 유로에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 제1 센서; 상기 제2 유로에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 제2 센서; 및 상기 제1 유로에서의 온도를 측정하기 위한 온도 센서;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 센서 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 배출로에서 제1 유량 범위의 유체량이 토출되도록 제어하고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 배출로에서 제2 유량 범위의 유체량이 토출되도록 제어 한다.
상기 제어부는, 상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 온도 센서로부터 측정값들을 수신하는 수신모듈; 상기 배출로에서 토출되어야 하는 유체량이 제1 유량 범위인지 제2 유량 범위인지 판단하기 위한 판단모듈; 및 상기 판단모듈과 상기 수신모듈에 연결되고, 상기 판단모듈의 판단 결과에 따라, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브의 작동 순서 및 각각의 개폐량을 제어하는 제어모듈;을 포함 한다.
상기 제어모듈은, 기 설정된 상기 제1 유로의 체적값과 상기 제1 센서 및 상기 온도 센서의 측정값들에 따라 하기의 수학식 1에 따른 조건으로, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브를 교번하여 개폐시킨다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, P1은 유입단 밸브와 배출단 밸브를 폐쇄했을 때(즉, 제1 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, P2는 유입단 밸브를 폐쇄하고 배출단 밸브를 개방했을 때(즉, 제2 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, t는 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간값이고, vol은 기 설정된 제1 유로의 체적값이고, temp는 제1 유로에서의 유체의 온도값을 의미한다.)
상기 제어모듈은, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브 중 어느 하나를 개방시킨 상태에서, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정값들에 따라 하기의 수학식 2에 따른 조건으로, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브 중 다른 하나의 개구율을 조절한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(여기서, 여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, K는 비례상수값이고, P1은 제1 유로에서의 유체의 압력값이고, P2는 제2 유로에서의 유체의 압력값을 의미한다.)
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 각각의 측정값의 차가 상기 차압 발생부의 기 설정된 설정값과 같고, 상기 제어모듈은, 상기 배출단의 밸브를 개방한 상태에서 상기 유입단 밸브의 개구율을 조절할 경우의 유체량이 상기 유입단 밸브를 개방한 상태에서 상기 배출단 밸브의 개구율을 조절할 경우의 유체량보다 크게 형성된다.
상기 판단모듈은, 상기 배출로에서 토출될 유체량이 제1 유량 범위인지 혹은 제2 유량 범위인지 입력받는 입력부재;를 더 포함한다.
상기 배출로는, 유체가 통과할 때 차압을 발생시킬 수 있도록, 오리피스(Orifice) 구조로 형성된다.
상기 차압 발생부, 상기 유입단 밸브 및 상기 배출단 밸브는 각각 오리피스를 구비하고, 상기 차압 발생부의 오리피스의 크기는, 상기 유입단 밸브 및 상기 배출단 밸브에 구비된 오리피스의 크기보다 작고, 상기 배출로에 형성된 오리피스의 크기보다 크게 형성된다.
본 발명은 유체 제어장치로 유체를 공급하고, 상기 유체 제어장치의 제1 유로에서 상기 유체 제어장치의 제2 유로로 유체를 이동시키는 과정; 상기 제1 유로에서의 유체의 압력값과 상기 제2 유로에서의 유체의 압력값을 측정하는 과정; 측정된 압력값들을 기반으로, 상기 유체 제어장치에서 제2 유량 범위로 유체를 토출하는 과정; 상기 유체 제어장치에서 토출되는 유량 범위를 변경하는 과정;을 포함하고, 상기 토출되는 유량 범위를 변경하는 과정은, 상기 제1 유로에서 유체의 압력을 재측정하고, 상기 제1 유로의 온도를 측정하는 과정; 및 기 설정된 상기 제1 유로의 체적값과 재측정된 압력값 및 상기 제1 유로의 온도값을 기반으로, 상기 제2 유량 범위보다 작은 유량 범위인 제1 유량 범위로 유체를 토출하는 과정;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 내부의 단일 유로로부터 토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 제어할 수 있다. 이에, 유체 제어장치의 그 전체 체적을 최소화시키며, 유체 제어장치로부터 서로 다른 이종의 범위로 유체를 토출시킬 수 있다.
또한, 유체 제어장치가 체적식 유량 제어 방식을 사용하여, 서로 다른 이종의 범위 중 상대적으로 토출되는 유체량의 범위가 작은(즉, 미세유량 범위) 유체량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 유체 제어장치가 차압식 유량 제어 방식을 사용하여, 상대적으로 토출 되는 유체량의 범위가 큰(즉, 일반유량 범위) 유체량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 유체 제어장치가 차압식 유량 제어 방식으로 복수의 밸브를 선택적으로 제어하여, 일반유량 범위의 유체량을 유기적으로 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유체 저장탱크, 유체 제어장치 및 기판 제조설비의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어장치의 구조를 도시한 도면.
도 3은 미세유량 범위로 토출하기 위해 유입단 밸브를 작동시키는 도면.
도 4는 미세유량 범위로 토출하기 위해 유입단 밸브 및 배출단 밸브를 작동시키는 도면.
도 5는 미세유량 범위로 토출하기 위해 배출단 밸브를 작동시키는 도면.
도 6은 배출단 밸브를 제어하여 일반유량 범위로 유체량을 토출하는 도면.
도 7은 유입단 밸브를 제어하여 일반유량 범위로 유체량을 토출하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어방법을 나타내는 플로우차트.
본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어장치는 유체 저장탱크로부터 유입된 유체를 기판 제조 공정이 진행되는 기판 제조설비로 공급하는 장치일 수 있다. 즉, 유체 제어장치는 저장 탱크로부터 유체를 유입받고, 기판 제조설비에서 진행되는 공정에 따라, 서로 다른 범위의 유체를 공급할 수 있다. 하기에서는, 유체가 기상의 물질(즉, 가스)인 경우를 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유체 저장탱크, 유체 제어장치 및 기판 제조설비의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
우선, 도 1을 참조하여, 유체 제어장치(100)가 유체를 공급받는 유체 저장탱크(10)의 구조 및 유체 제어장치(100)가 유체를 공급하는 대상인 기판 제조설비(20)의 구조에 관하여 설명한다.
유체 저장탱크(10)는 유체를 저장하는 탱크일 수 있다. 탱크 하우징(미도시), 공급호스(미도시) 및 입력모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
탱크 하우징은 유체가 저장될 수 있는 용기 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 탱크 하우징은 내부가 복수의 공간으로 구획될 수 있다. 탱크 하우징 내부의 복수의 공간에는 서로 다른 유체(즉, 가스)가 저장될 수 있다.
일반적으로, 유체가 공급될 대상인 기판 제조설비(20)에서는 서로 다른 공정이 진행될 수 있다. 예를 들어, 기판 제조설비(20)에서는 기판 제조 공정 및 클리닝 공정 등이 진행될 수 있다. 여기서, 기판 제조 공정은 식각 공정 및 박막 증착 공정일 수 있으며, 기판 제조 공정일 때 공급되는 유체는 예컨데, NH3, NF3, SiH4, PH3 등을 포함한 유체일 수 있다. 또한, 클리닝 공정은 식각 공정 혹은 박막 증착 공정시 발생한 부산물들을 제거하는 공정일 수 있으며, 클리닝 공정일 때 공급되는 유체는 H2, Ar 등을 포함한 유체일 수 있다. 따라서, 탱크 하우징 내부의 서로 다른 공간에는 기판 제조 공정일 때 공급되는 유체와 클리닝 공정일 때 공급되는 유체가 각각 분리되어 저장될 수 있다.
공급호스는 탱크 하우징의 유체가 유체 제어장치(100)로 이동하는 통로일 수 있다. 공급호스는 탱크 하우징에 설치되며, 그 일단이 탱크 하우징의 내부의 유체가 저장된 공간에 연통될 수 있다. 또한, 공급호스는 그 타단이 후술하는 유체 제어장치(100)의 유입로(111)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 공급호스는 굽힘과 신축이 자유로울 수 있도록, 고무재질로 마련될 수 있다.
입력모듈은 기판 제조설비(20)가 기판 제조 공정인지 혹은 클리닝 공정인지를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 입력모듈은 기판 제조설비(20)로부터 공정에 관한 정보를 담은 신호를 수신받을 수 있는 수신센서로 마련되거나, 혹은 작업자가 공정 정보에 관한 내용을 입력할 수 있는 전자 패드로 마련될 수 있다.
기판 제조설비(20)는 내부에 기판을 수용할 수 있다. 기판 제조설비(20)는 유체 제어장치(100)에 연결되며, 공정에 따라 서로 다른 종류의 유체를 공급받을 수 있다. 상술한 바와 같이, 기판 제조설비(20)는 기판 제조 공정이 진행될 경우, 식각 및 증착에 필요한 유체를 공급받을 수 있다. 또한, 기판 제조설비(20)는 클리닝 공정이 진행될 경우, 클리닝 공정에 필요한 유체를 공급받을 수 있다.
한편, 기판 제조설비(20)은 식각 및 증착공정일 때 공급받는 유체의 유체량과 클리닝 공정일 때 공급받는 유체의 유체량이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 기판 제조 공정에 필요한 유체의 유체량 범위는 클리닝 공정에 필요한 유체의 유체량야 범위보다 그 값이 작은 범위일 수 있다. 하기에서는, 기판 제조 공정에 필요한 유체량 범위가 미세유량 범위인 경우를 예시적으로 설명하고, 클리닝 공정에 필요한 유체량 범위가 일반유량 범위인 경우를 예시적으로 설명한다. 여기서, 미세유량 범위는 1/100 of F.S(Full Scale) 이하 이고, 일반유량 범위는 1/10 of F.S(Full Scale) 이하 혹은 1/1 of F.S(Full Scale) 이하 인 경우를 예시적으로 설명한다. 또한, 상술한 유체량은 유체의 유량을 의미할 수 있으며, 하기에서 기술되는 유체량 역시 동일한 의미일 수 있다. 상술한 유체 저장탱크(10) 및 기판 제조설비(20)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어장치의 구조를 도시한 도면이다.
하기에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어장치(100)를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어장치(100)는 내부의 단일 유로로부터 토출되는 유체량을 서로 다른 범위로 제어할 수 있는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 유체 제어장치(100)는 유체가 유입되는 유입로(111)와, 유체가 토출되는 배출로(112)를 갖고, 내측에 유입로(111)와 연통 가능한 제1 유로(113) 및 제1 유로(113)에 연결되고 배출로(112)와 연통 가능한 제2 유로(114)를 형성하는 본체(110)를 포함할 수 있다. 또한, 유체 제어장치(100)는 제1 유로(113)와 제2 유로(114)의 사이에 설치되는 차압 발생부(120), 제1 유로(113)와 제2 유로(114) 중 적어도 어느 하나에서 유체의 상태를 측정하기 위한 측정부(130), 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 개폐시킬 수 있는 배출단 밸브(140), 유입로(111)과 제1 유로(113) 사이를 개폐시킬 수 있는 유입단 밸브(150) 및 배출로(112)로 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위로 범위로 제어하기 위한 제어부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 서로 다른 이종의 범위는, 예컨데 미세유량 범위 및 미세유량 범위보다 크기가 큰 범위인 일반유량 범위를 포함할 수 있다.
본체(110)는 유체 제어장치(100)의 몸체를 이루는 부분일 수 있다. 예를 들어, 본체(110)는 내측에 유로가 형성된 복수개의 금속성 블록으로 마련되며, 별도의 체결수단을 통해 서로 조립되어 일체화된 배관으로 마련될 수 있다. 본체(110)는 일측에 유입로(111)를 갖고, 타측에 배출로(112)를 갖는다. 또한, 본체(110)는 내부에 유체가 이동할 수 있는 통로인 제1 유로(113) 및 제2 유로(114)를 가질 수 있다. 한편, 본체(110)로 유입된 유체는 본체(110)의 일측에서 타측을 향하는 방향(이하, 유체 이동방향이라 함)을 따라 이동할 수 있다.
유입로(111)는 본체(110) 중 유체 저장탱크(10)에 인접한 부분(즉, 일측)에 형성되며, 유체 제어장치(100)의 내부로 유체를 공급받을 수 있다. 유입로(111)는 제1 유로(113)와 선택적으로 연통될 수 있다. 즉, 유입로(111)는 후술하는 유입단 밸브(150)의 작동에 의해 제1 유로(113)와 연통되거나 혹은 단절될 수 있다. 유입로(111)는 유체 저장탱크(10)로부터 공급받은 유체를 제1 유로(113)로 공급할 수 있다.
한편, 유입로(111)는 제1 유로(113)를 향하여(즉, 유체 이동방향을 따라) 그 직경의 크기가 일정하게 형성될 수 있다. 반면, 유입로(111)는 제1 유로(113)를 향하여(즉, 유체 이동방향을 따라) 그 직경의 크기가 점점 감소하도록 형성될 수 있다. 즉, 유입로(111)를 형성하는 본체(110)의 내경의 크기가 유체 이동방향을 따라 감소하도록 형성될 수 있다.
일반적으로, 유체는 동일한 유량일 때, 통과하는 단면적이 작을수록 이동속도를 더 빠르게 형성될 수 있다. 이에, 유체가 유입로(111)를 통과할 때, 그 이동속도가 증가될 수 있고, 유체 저장탱크(10)로부터 본체(110)의 내부(즉, 제1 유로(113))로 더 원활하게 공급될 수 있다.
배출로(112)는 본체(110) 중 기판 제조설비(20)에 인접한 부분(즉, 타측)에 설치되며, 유체 제어장치(100)로부터 유체를 토출할 수 있다. 배출로(112)는 제2 유로(114)와 선택적으로 연통될 수 있다. 즉, 배출로(112)는 후술하는 배출단 밸브(140)의 구동에 의해 제2 유로(114)와 연통되거나 혹은 단절될 수 있다. 배출로(112)는 유체를 토출하여 기판 제조설비(20)로 공급할 수 있다.
한편, 배출로(112)는 유체 이동방향을 따라 그 직경의 크기가 일정하게 형성될 수 있다. 반면, 배출로(112)는 유체 이동방향을 따라 그 직경의 크기가 점점 감소하도록 형성될 수 있다. 즉, 배출로(112)를 형성하는 본체(110)의 내경의 크기가 유체 이동방향을 따라 감소하도록 형성될 수 있다. 이에, 유체가 배출로(112)를 통과할 때, 그 이동속도가 증가될 수 있고, 유체를 더 원활하게 토출하여 기판 제조설비(20)로 이동시킬 수 있다.
차압 발생부(120)는 제1 유로(113)와 제2 유로(114)의 사이에 설치되며, 제1 유로(113)와 제2 유로(114)를 연결시킬 수 있다. 차압 발생부(120)는 관 형상으로 마련될 수 있으며, 유체 통과시에 제1 유로(113)와 제2 유로(114) 사이에 차압을 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 차압 발생부(120)는 내부에 관통된 홀이 형성된 조임판(예컨데, 오리피스판 혹은 노즐판)을 구비하여, 유체의 흐름을 조일 수(즉, 전후단에 차압을 유도할 수) 있다. 이에, 차압 발생부(120)는 제1 유로(113)와 제2 유로(114) 사이에 차압을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 차압 발생부(120)는 오리피스(orifice) 구조로 형성될 수 있다.
측정부(130)는 제1 유로(113)와 제2 유로(114) 중 적어도 어느 하나에서 유체의 상태를 측정할 수 있다. 여기서, 유체의 상태는 유체의 압력, 유체의 온도, 기 설정된 체적 내에서의 유체의 몰비 등을 포함할 수 있다. 즉, 측정부(130)는 제1 유로(113)와 제2 유로(114) 중 적어도 어느 하나에서 유체의 압력, 제1 유로(1130)에서의 유체의 온도 및 제1 유로(113)에서의 유체의 몰비를 측정할 수 있다. 이를 위해, 측정부(130)는 제1 센서(131), 제2 센서(132) 및 온도 센서(133)를 포함할 수 있다.
제1 센서(131)는 제1 유로(113)에 흐르는 유체의 압력을 감지할 수 있다. 제1 센서(131)는 제1 유로(113)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 센서(131)는 유체 이동방향을 기준으로, 후술되는 유입단 밸브(150)와 차압 발생부(120) 사이에 배치될 수 있다. 이에, 제1 센서(131)는 유입로(111)로부터 제1 유로(113)로 유입되어 차압 발생부(120)로 이동하는 유체의 압력을 검출할 수 있다.
또한, 제1 센서(131)는 후술되는 제어부(160)의 수신모듈(161)에 전자기적으로 연결될 수 있다. 이에, 제1 센서(131)는 측정한 압력값을 수신모듈(161)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(131)는 비 증폭 출력 압력센서, 증폭 출력 압력센서, 디지털 출력 압력센서 등으로 마련될 수 있다.
제2 센서(132)는 제2 유로(114)에 흐르는 유체의 압력을 감지할 수 있다. 제2 센서(132)는 제2 유로(114)에 연결될 수 있다. 즉, 제2 센서(132)는 유체 이동방향을 기준으로, 차압 발생부(120)와 후술되는 배출단 밸브(140) 사이에 배치될 수 있다. 이에, 제2 센서(132)는 차압 발생부(120)를 통과하여 제2 유로(114)로 유입된 유체의 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제2 센서(132)는 수신모듈(161)과 전자기적으로 연결될 수 있다. 이에, 제2 센서(132)는 측정한 압력값을 수신모듈(161)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 제2 센서(132)는 제1 센서(131)와 동일할 수 있으며, 센서칩과 다이어프램을 내장하는 통상의 압력 센서로 적용될 수 있다.
온도 센서(133)는 제1 유로(113)에서 유체의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(133)는 제1 유로(113)에 연결되고, 수신모듈(161)에 전자기적으로 연결될 수 있다. 온도 센서(133)는 제1 유로(113)를 이동하는 유체의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 센서(133)는 측정한 온도값을 신호로 변환하여 변환된 신호를 수신모듈(161)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(133)는 접촉식 온도 센서 혹은 비접촉식 온도 센서로 마련될 수 있다.
배출단 밸브(140)는 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이에 설치되며, 제어부(160)의 제어모듈(163)에 전자기적으로 연결될 수 있다. 즉, 배출단 밸브(140)는 제어부(160)로부터 전송된 제어명령에 따라 제2 유로(114)에서 배출로(112)로 이동하는 유체량을 조절할 수 있다. 즉, 배출단 밸브(140)는 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이의 개방된 정도를 변경하여, 유체 제어장치(100)에서 토출되는 유체량을 조절할 수 있다. 배출단 밸브(140)는 제2 유로(114)와 배출로(112)를 연통시키거나 폐쇄시킬 수 있고, 연통시키는 과정에서 개도를 유기적으로 조절할 수 있다. 배출단 밸브(140)는 제어모듈(163)의 제어를 통해, 배출로(112)에서 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 형성하거나, 일반유량 범위로 형성할 수 있다.
유입단 밸브(150)는 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이에 설치되며, 제어부(160)의 제어모듈(163)과 전자기적으로 연결될 수 있다. 즉, 유입단 밸브(150)는 제어부(160)로부터 전송된 제어명령에 따라 제어되며, 유입로(111)에서 제1 유로(113)로 유입되는 유체량을 조절할 수 있다. 즉, 유입단 밸브(150)는 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이의 개방된 정도를 변경하여, 제1 유로(113)로 유입되는 유체량을 조절할 수 있다.
한편, 배출단 밸브(140)와 유입단 밸브(150)는 제어부(160)가 유체 제어장치(100)에서 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 토출할 것인지 혹은, 일반유량 범위로 토출할 것인지에 따라, 그 작동 방식이 달라질 수 있다. 즉, 배출단 밸브(140)와 유입단 밸브(150)는 제어부(160)에 의해 체적식 방식으로 제어될 것인지 혹은 차압식 방식으로 제어될 것인지에 따라, 그 동작의 순서 및 개방된 정도가 선택적으로 달라질 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 하기에서 제어부(160)를 설명하면서 구체적으로 설명한다.
제어부(160)는 유입단 밸브(150)와 배출단 밸브(140)의 작동을 제어하며, 배출로(112)에서 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위로 제어할 수 있다. 여기서, 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위로 제어하는 것은, 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 토출되게 제어하거나 혹은 일반유량 범위로 토출되게 제어하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(160)는 체적식 방식으로 토출되는 유체량을 제어하여 미세유량 범위로 유체량을 토출할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 차압식 방식으로 토출되는 유체량을 제어하여 일반유량 범위로 유체량을 토출할 수 있다. 하기에서는, 제어부(160)가 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 제1 유로(113)의 기 설정된 체적, 온도 센서(133) 및 제1 센서(131)를 이용하여(즉, 체적식 방식으로) 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 제어하는 경우를 예시적으로 설명한다. 또한, 제어부(160)가 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 차압 발생부(120), 제1 센서(131) 및 제2 센서(132)를 이용하여(즉, 차압식 방식으로) 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 제어하는 경우를 예시적으로 설명한다.
또한, 제어부(160)는 사용자의 판단 혹은 사용자의 작동에 의해 수동으로 작동될 수 있다. 사용자가 유체 제어장치(100)에서 유체를 미세유량 범위로 토출할지 혹은 일반유량 범위로 토출할지 선택하고, 사용자의 선택에 따라 사용자가 제어부(160)를 수동으로 작동시켜 유입단 밸브(150) 및 배출단 밸브(140)를 선택적으로 구동시킬 수 있다.
반면, 제어부(160)는 기판 제조설비(20)로부터 전송되는 신호에 의해 자동으로 작동될 수도 있다. 즉, 기판 제조설비(20)가 미세유량 범위의 유체량이 필요한 공정(예컨데, 식각 및 증착 공정)인지 혹은 일반유량 범위의 유체량이 필요한 공정(예컨데, 클리닝 공정)인지를 선택하여 신호를 생성하고, 제어부(160)가 해당 신호를 수신받아 해당 공정에 맞는 유체량을 범위를 토출하도록 유입단 밸브(150) 및 배출단 밸브(140)르 선택저긍로 구동시킬 수 있다. 하기에서는, 제어부(160)가 기판 제조설비(20)로부터 전송되는 신호에 의해 자동으로 작동되는 경우를 예시적으로 설명한다.
보다 구체적으로, 제어부(160)는 수신모듈(161), 판단모듈(162) 및 제어모듈(163)을 포함할 수 있다. 수신모듈(161)은 제1 센서(131), 제2 센서(132) 및 온도 센서(133)에 전자기적으로 연결되며, 제1 센서(131), 제2 센서(132) 및 온도 센서(133)에서 측정한 측정값들을 수신받을 수 있다. 또한, 수신모듈(161)은 상술한 바와 같이, 기판 제조설비(20)에 전자기적으로 연결되며, 기판 제조설비(20)로부터 미세유량 범위 유체량이 필요한 공정 신호 및 일반유량 범위 유체량이 필요한 공정 신호를 수신받을 수 있다. 예를 들어, 수신모듈(161)은 기 설정된 시간마다 제1 센서(131), 제2 센서(132) 및 온도 센서(133)에서 측정된 측정값들을 전달받거나, 혹은 실시간으로 측정값들을 전달받을 수 있다. 하기에서는, 수신모듈(161)이 제1 센서(131), 제2 센서(132) 및 온도 센서(133)로부터 실시간으로 측정값들을 전송받는 경우를 예시적으로 설명한다. 또한, 수신모듈(161)은 기판 제조설비(20)로부터 공정 신호를 실시간으로 수신받을 수도 있다.
판단모듈(162)은 배출로(112)에서 토출되어야 하는 유체량이 미세유량 범위인지 일반유량 범위인지 판단할 수 있다. 판단모듈(162)은 수신모듈(161)과 전자기적으로 연결되며, 수신모듈(161)에서 기판 제조설비(20)로부터 수신받은 신호를 통해 토출되어야 하는 유체량이 미세유량 범위인지 일반유량 범위인지 판단할 수 있다.
제어모듈(163)은 판단모듈(162)과 수신모듈(161)에 각각 연결되고, 판단모듈(162)의 판단 결과에 따라 유체의 토출되는 유체량을 미세유량 범위 혹은 일반유량 범위로 제어할 수 있다.
도 3은 미세유량 범위로 토출하기 위해 유입단 밸브를 작동시키는 도면이고, 도 4는 미세유량 범위로 토출하기 위해 유입단 밸브 및 배출단 밸브를 작동시키는 도면이고, 도 5는 미세유량 범위로 토출하기 위해 배출단 밸브를 작동시키는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 제어모듈(163)은 판단모듈(162)이 토출되어야 하는 유체량이 미세유량 범위라고 판단할 경우, 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 제1 유로(113)의 기 설정된 체적, 온도 센서(133) 및 제1 센서(131)를 이용하여(즉, 체적식 방식으로) 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 제어할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 구동시켜 유입로(111)와 제1 유로(113)를 사이를 개방시키고, 배출단 밸브(140)를 구동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 폐쇄시킬 수 있다. 이에, 유체가 유입로(111)를 통해 제1 유로(113)로 유입될 수 있다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 유입단 밸브(150)를 구동시켜 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이를 폐쇄시킬 수 있다. 제어모듈(163)은 제1 센서(131)가 측정한 제1 유로(113)에 유입된 유체의 압력 측정값을 전달받고, 온도 센서(133)가 측정한 제1 유로(113) 내의 온도 측정값을 전달받을 수 있다. 한편, 제어모듈(163)에는 제1 유로(113)의 기 설계된 체적값(즉, 제1 유로(113)의 부피)이 미리 입력되어 있을 수 있다. 한편, 제1 유로(113)로 유입된 유체는 패쇄된 제2 유로(114)와 배출로(112) 및 차압 발생부(130)의 차압에 의해 제2 유로(114)로 거의 이동하지 못하고, 대부분 제1 유로(113) 내에 머물 수 있다.
이후, 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 구동시켜, 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 개방시킬 수 있다. 이에, 제1 유로(113)의 유체가 제2 유로로(112)로 이동하고, 개방된 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 통과하여, 배출로(112)로 이동할 수 있다. 이에, 제1 유로(113)에서의 유체량이 달라짐에 따라, 제1 센서(131)와 온도 센서(133)에서 측정되는 측정값이 변할 수 있다. 제어모듈(163)은 실시간으로 제1 센서(131)의 측정값(즉, 제1 유로(113)에서의 유체의 압력)과 온도 센서(133)의 측정값(즉, 제1 유로(113)의 온도)을 전달받을 수 있다. 여기서, 제어모듈(163)은 하기의 수학식 1을 통해 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 제어할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
(여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, P1은 유입단 밸브와 배출단 밸브를 폐쇄했을 때(즉, 제1 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, P2는 유입단 밸브를 폐쇄하고 배출단 밸브를 개방했을 때(즉, 제2 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, t는 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간값이고, vol은 기 설정된 제1 유로의 체적값이고, temp는 제1 유로에서의 유체의 온도값을 의미한다.)
즉, 제어모듈(163)은 수학식 1을 통해, 토출되는 유체량이 기 설정된 미세유량 범위의 유체량만큼 토출되도록, 배출단 밸브(140)를 구동시켜, 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이의 개방된 정도를 조절할 수 있다. 이에, 배출로(112)에서 미세유량 범위의 유체량이 토출될 수 있다. 예를 들어, 미세유량 범위의 유체량은 상술한 바와 같이 1/100 of F.S 이하일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배출로(112)에서 토출되는 유체량이 기 설정된 미세유량 범위보다 낮아질 경우, 배출단 밸브(140)를 작동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 폐쇄할 수 있다. 이후, 다시 도 3에 도시된 바와 같이, 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이를 개방시켜 유체를 유입받을 수 있다.
도 6은 배출단 밸브를 제어하여 일반유량 범위로 유체량을 토출하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제어모듈(163)은 판단모듈(162)이 토출되어야 하는 유체량이 일반유량 범위라고 판단할 경우, 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 차압 발생부(120), 제1 센서(131) 및 제2 센서(132)를 이용하여(즉, 차압식 방식으로) 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 먼저 구동시키고, 구동된 배출단 밸브(140)에 따라 유입단 밸브(150)를 나중에 구동시켜 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 토출시킬 수 있다. 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 구동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 연통시킬 수 있다. 여기서, 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이가 개방됨에 따라, 제2 센서(132)는 그 측정값이 0(즉, 진공 상태)일 수 있다. 이후, 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 구동시켜, 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이를 연통시킬 수 있다. 여기서, 제어모듈(163)은 하기의 수학식 2를 통해 배출로(112)에서 배출되는 유체량이 일반유량 범위가 될 수 있도록, 유입단 밸브(150)를 제어하여 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이의 개방된 정도를 조절할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00004
(여기서, 여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, K는 비례상수값이고, P1은 제1 유로에서의 유체의 압력값이고, P2는 제2 유로에서의 유체의 압력값을 의미한다.)
즉, 제어모듈(163)은 제1 유로(113)에서의 유체의 압력값이 제2 유로(114)에서의 유체의 압력값보다 차압 발생부(120)의 기 설정된 설정값만큼 클 수 있게, 유입단 밸브(150)를 구동시킬 수 있다. 이에, 유체가 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이로 유입되고, 제1 유로(113), 차압 발생부(120) 및 제2 유로(114)를 통과하여 배출로(112)에서 일반유량 범위의 유체량으로 토출될 수 있다. 예를 들어, 일반유량 범위의 유체량은 상술한 바와 같이 1/10 of F.S 이하일 수 있다.
도 7은 유입단 밸브를 제어하여 일반유량 범위로 유체량을 토출하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 먼저 구동시키고 나중에 배출단 밸브(140)를 구동시켜, 배출단 밸브(140)를 먼저 구동시키고 나중에 유입단 밸브(150)를 구동시키는 경우의 유체량보다 더 큰 범위로 유체량을 토출할 수 있다. 즉, 서로 동일한 일반유량 범위이지만 그 크기가 더 큰 범위의 일반유량 범위로 토출할 수 있다. 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 구동시켜, 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이를 연통시킬 수 있다. 이후, 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 구동시켜, 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 연통시킬 수 있다. 여기서, 제어모듈(163)은 상기의 수학식 2를 통해 배출로(112)에서 배출되는 유체량이 배출단 밸브(140)를 먼저 구동시키는 경우보다 더 큰 유체량 범위의 유체가 토출될 수 있도록, 배출단 밸브(140)를 제어하여 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이의 개방된 정도를 조절할 수 있다.
즉, 제어모듈(163)은 제2 유로(114)에서의 유체의 압력값이 제1 유로(113)에서의 유체의 압력값보다 차압 발생부(120)의 기 설정된 설정값만큼 작을 수 있게, 배출단 밸브(140)를 구동시킬 수 있다. 이에, 유입로(111)로 유입된 유체가 제1 유로(113), 차압 발생부(120) 및 제2 유로(114)를 통과하여 배출로(112)에서 일반유량 범위(즉, 배출단 밸브(140)를 먼저 구동시키는 경우보다 더 큰 유체량 범위)의 유체량이 토출될 수 있다. 여기서, 일반유량 범위는 1/1 of F.S 이하일 수 있다.
이처럼, 유체 제어장치(100)는 내부의 단일 유로(즉, 유입로(111), 제1 유로(113), 제2 유로(114) 및 배출로(112))를 통과하여 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위(즉, 미세유량 범위 및 일반유량 범위)로 제어할 수 있다. 즉, 유체 제어장치가 체적식 유량 제어 방식을 사용하여, 서로 다른 이종의 범위 중 상대적으로 토출되는 유체량의 범위가 작은(즉, 미세유량 범위) 유체량을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 유체 제어장치가 차압식 유량 제어 방식을 사용하여, 상대적으로 토출 되는 유체량의 범위가 큰(즉,일반유량 범위) 유체량을 정밀하게 제어할 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어방법에 대해 설명하기로 한다. 하기에서는, 유체 제어방법을 설명함에 있어서, 상술한 유체 제어장치(100)를 이용하여 유체 제어방법을 실시하는 경우를 예시적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 내부의 단일 유로에서 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위로 제어하기 위한 방법으로서, 유체 제어장치(100)로 유체를 공급하고, 유체 제어장치(100)의 제1 유로(113)에서 유체 제어장치의 제2 유로(114)로 유체를 이동시키는 과정(S110), 제1 유로(113)에서의 유체의 압력값과 제2 유로(114)에서의 유체의 압력값을 측정하는 과정(S120), 측정된 압력값들을 기반으로 유체 제어장치(100)에서 일반유량 범위로 유체를 토출하는 과정(S130), 제1 유로(113)에서 유체의 압력을 재측정하고 제1 유로의 온도를 측정하고 기 설정된 제1 유로(113)의 체적값과 재측정된 압력값 및 제1 유로(113)의 온도값을 기반으로, 일반유량 범위보다 작은 유량 범위인 미세유량 범위로 토출되는 유체량 범위를 변경하여 유체를 토출하는 과정(S140)를 포함할 수 있다.
한편, 유체 제어방법은 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 먼저 토출하고, 이후 일반유량 범위로 토출되는 유체량 범위를 변경할 수도 있다. 하기에서는, 유체 제어방법이 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 먼저 토출하고 나중에 미세유량 범위로 변경하여 토출하는 것을 예시적으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 유체 제어장치(100)로 유체를 공급하고, 유체 제어장치(100)의 제1 유로(113)에서 유체 제어장치(100)의 제2 유로(114)로 유체를 이동시킬 수 있다(S110). 보다 구체적으로, 판단모듈(162)은 토출되어야 하는 유체량이 일반유량 범위라고 판단할 수 있다. 여기서, 판단모듈(162)은 수신모듈(161)을 통해 기판 제조설비(20)가 클리닝 공정이 진행되야 한다고 확인할 경우, 유체 제어장치(100)가 토출해야 할 유체량을 일반유량 범위라고 판단할 수 있다. 판단모듈(162)은 판단한 정보를 제어모듈(163)로 전송할 수 있다.
제어모듈(163)은 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 차압 발생부(120), 제1 센서(131) 및 제2 센서(132)를 이용하여(즉, 차압식 방식으로) 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 제어할 수 있다. 즉, 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 먼저 구동시키고, 구동된 배출단 밸브(140)에 따라 유입단 밸브(150)를 이후에 구동시켜 토출되는 유체량을 일반유량 범위로 토출시킬 수 있다. 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 구동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 연통시킬 수 있다. 이후, 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 구동시켜, 유입로(111)와 제1 유로(113) 사이를 연통시킬 수 있다. 여기서, 제1 센서(131)는 제1 유로(113)에서의 유체의 압력값을 측정하고, 제2 센서(132)는 제2 유로(114)에서의 압력값을 측정할 수 있다(S120). 이후, 제1 센서(131) 및 제2 센서(132)에서 측정된 압력값들을 수신모듈(161)이 수신하고, 수신모듈(161)은 수신된 압력값들을 제어모듈(163)로 전송할 수 있다. 제어모듈(163)은 하기의 수학식 2를 통해 배출로(112)에서 배출되는 유체량이 일반유량 범위가 될 수 있도록, 유입단 밸브(150)를 제어할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005
(여기서, 여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, K는 비례상수값이고, P1은 제1 유로에서의 유체의 압력값이고, P2는 제2 유로에서의 유체의 압력값을 의미한다.)
이에, 유체가 유입로(111)로 유입되고 제1 유로(113), 차압 발생부(120) 및 제2 유로(114)를 통과하여 배출로(112)에서 일반유량 범위(예컨데, 1/10 of F.S 이하)로 배출될 수 있다. 이에, 기판 제조설비(20)에서 클리닝 공정이 진행되고, 식각 혹은 증착 공정시 발생한 부산물들을 제거할 수 있다.
한편, 기판 제조설비(20)에서는 클리닝 공정이 진행된 후, 기판 제조 공정을 이어서 진행할 수 있다. 이에, 기판 제조설비(20)는 유체 제어장치(100)로부터 미세유량 범위의 유체량을 공급받을 필요가 있다. 이에, 유체 제어장치(100)는 토출되는 유체량을 일반유량 범위에서 미세유량 범위로 변경할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 판단모듈(162)은 수신모듈(161)을 통해 토출되어야 하는 유체량이 미세유량 범위라고 판단할 수 있다. 여기서, 판단모듈(162)은 기판 제조설비(20)가 기판 제조 공정이 진행되야 한다고 확인할 경우, 유체 제어장치(100)가 토출해야 할 유체량을 미세유량 범위라고 판단할 수 있다. 판단모듈(162)은 판단한 정보를 제어모듈(163)로 전송할 수 있다.
제어모듈(163)은 유입단 밸브(150), 배출단 밸브(140), 제1 유로(113)의 기 설정된 체적, 온도 센서(133) 및 제1 센서(131)를 이용하여(즉, 체적식 방식으로) 토출되는 유체량을 미세유량 범위로 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어모듈(163)은 유입단 밸브(150)를 구동시켜 유입로(111)와 제1 유로(113)를 사이를 개방시키고, 배출단 밸브(140)를 구동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 폐쇄시킬 수 있다. 이후, 소정의 유체가 유입로(111)를 통해 제1 유로(113)로 유입되면, 유입단 밸브(150)를 구동시켜 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 폐쇄시킬 수 있다. 이후, 제어모듈(163)은 제1 센서(131)가 측정한 제1 유로(113)에 유입된 유체의 압력 측정값을 전달받고, 온도 센서(133)가 측정한 제1 유로(113) 내의 온도 측정값을 전달받을 수 있다.
이후, 제어모듈(163)은 배출단 밸브(140)를 구동시켜, 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 개방시킬 수 있다. 이에, 유체가 개방된 제2 유로(114)와 배출로(112) 사이를 따라, 제1 유로(113)에서 제2 유로(114)를 통해 배출로(112)로 이동하고, 이로부터 제1 센서(131)와 온도 센서(133)에서 측정되는 측정값이 변경되며, 제어모듈(163)은 변경된 제1 센서(131)의 측정값(즉, 제1 유로(113)에서의 유체의 압력)과 별경된 온도 센서(133)의 측정값(즉, 제1 유로(113)의 온도)을 실시간으로 전달받을 수 있다. 제어모듈(163)은 하기의 수학식 1을 통해 토출되는 유체량이 미세유량 범위가 될 수 있도록, 배출단 밸브(140)를 제어할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00006
(여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, P1은 유입단 밸브와 배출단 밸브를 폐쇄했을 때(즉, 제1 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, P2는 유입단 밸브를 폐쇄하고 배출단 밸브를 개방했을 때(즉, 제2 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, t는 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간값이고, vol은 기 설정된 제1 유로의 체적값이고, temp는 제1 유로에서의 유체의 온도값을 의미한다.)
이에, 유체가 배출로(112)에서 미세유량 범위(예컨데, 1/100 of F.S 이하)로 배출될 수 있다. 이에, 기판 제조설비(20)에서 기판 제조 공정이 진행될 수 있다.
이처럼, 유체 제어장치(100)가 내부의 단일 유로로부터 토출되는 유체량을 서로 다른 이종의 범위(즉, 일반유량 범위 및 미세유량 범위)로 형성하여, 기판 제조설비(20)에 서로 다른 범위의 유체량을 공급할 수 있다. 이에, 단일 유체 제어장치(100)를 통해 기판 제조설비(20)에 서로 다른 범위의 유체량을 공급하여, 기판 제조설비(20)에서 서로 다른 공정이 진행되도록 할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 유체 저장탱크 20: 기판 제조설비
100: 유체 제어장치 110: 본체
120: 차압 발생부 130: 측정부
140: 배출단 밸브 150: 유입단 밸브
160: 제어부 163: 제어모듈

Claims (10)

  1. 유체가 유입되는 유입로와 유체를 토출하는 배출로를 갖고, 내측에 상기 유입로와 연통 가능한 제1 유로 및 상기 제1 유로와 연결되고 상기 배출로와 연통 가능한 제2 유로를 형성하는 본체;
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 사이에 설치되는 차압 발생부;
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로 중 적어도 어느 하나에서 유체의 상태를 측정하기 위한 측정부;
    상기 제2 유로와 상기 배출로 사이를 개폐시킬 수 있도록, 상기 제2 유로와 상기 배출로 사이에 배치되는 배출단 밸브;
    상기 유입로와 상기 제1 유로 사이를 개폐시킬 수 있도록, 상기 유입로와 상기 제1 유로 사이에 배치되는 유입단 밸브; 및
    상기 제1 유로의 기 설정된 체적값과 상기 측정부의 측정값 을 통해 상기 배출단 밸브 및 상기 유입단 밸브를 선택적으로 제어하여, 상기 배출로에서 토출되는 유체량을 미세유량 범위 및 미세유량 범위보다 큰 범위인 일반유량 범위로 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 유체 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제1 유로에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 제1 센서;
    상기 제2 유로에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 제2 센서; 및
    상기 제1 유로에서의 온도를 측정하기 위한 온도 센서;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센서 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 배출로에서 미세유량 범위의 유체량이 토출되도록 제어하고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 배출로에서 일반유량 범위의 유체량이 토출되도록 제어하는 유체 제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 온도 센서로부터 측정값들을 수신하는 수신모듈;
    상기 배출로에서 토출되어야 하는 유체량이 미세유량 범위인지 일반유량 범위인지 판단하기 위한 판단모듈; 및
    상기 판단모듈과 상기 수신모듈에 연결되고, 상기 판단모듈의 판단 결과에 따라, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브의 작동 순서 및 각각의 개폐량을 제어하는 제어모듈;을 포함하는 유체 제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어모듈은, 기 설정된 상기 제1 유로의 체적값과 상기 제1 센서 및 상기 온도 센서의 측정값들에 따라 하기의 수학식 1에 따른 조건으로, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브를 교번하여 개폐시키는 유체 제어장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00007

    (여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, P1은 유입단 밸브와 배출단 밸브를 폐쇄했을 때(즉, 제1 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, P2는 유입단 밸브를 폐쇄하고 배출단 밸브를 개방했을 때(즉, 제2 시점일 때) 제1 유로에서 유체의 압력값이고, t는 제1 시점과 제2 시점 사이의 시간값이고, vol은 기 설정된 제1 유로의 체적값이고, temp는 제1 유로에서의 유체의 온도값을 의미한다.)
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브 중 어느 하나를 개방시킨 상태에서, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정값들에 따라 하기의 수학식 2에 따른 조건으로, 상기 유입단 밸브와 상기 배출단 밸브 중 다른 하나의 개구율을 조절하는 유체 제어장치.
    [수학식 2]
    Figure pat00008

    (여기서, 여기서, Q(sccm)은 유체량값이고, K는 비례상수값이고, P1은 제1 유로에서의 유체의 압력값이고, P2는 제2 유로에서의 유체의 압력값을 의미한다.)
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 각각의 측정값의 차가 상기 차압 발생부의 기 설정된 설정값과 같고,
    상기 제어모듈은, 상기 배출단의 밸브를 개방한 상태에서 상기 유입단 밸브의 개구율을 조절할 경우의 유체량이 상기 유입단 밸브를 개방한 상태에서 상기 배출단 밸브의 개구율을 조절할 경우의 유체량보다 크게 형성되는 유체 제어장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 판단모듈은, 상기 배출로에서 토출될 유체량이 미세유량 범위인지 혹은 일반유량 범위인지 입력받는 입력부재;를 더 포함하는 유체 제어장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출로는, 유체가 통과할 때 차압을 발생시킬 수 있도록, 오리피스(Orifice) 구조로 형성되는 유체 제어장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 차압 발생부, 상기 유입단 밸브 및 상기 배출단 밸브는 각각 오리피스를 구비하고,
    상기 차압 발생부의 오리피스의 크기는, 상기 유입단 밸브 및 상기 배출단 밸브에 구비된 오리피스의 크기보다 작고, 상기 배출로에 형성된 오리피스의 크기보다 크게 형성되는 유체 제어장치.
  10. 유체 제어장치로 유체를 공급하고, 상기 유체 제어장치의 제1 유로에서 상기 유체 제어장치의 제2 유로로 유체를 이동시키는 과정;
    상기 제1 유로에서의 유체의 압력값과 상기 제2 유로에서의 유체의 압력값을 측정하는 과정;
    측정된 압력값들을 기반으로, 상기 유체 제어장치에서 일반유량 범위로 유체를 토출하는 과정;
    상기 유체 제어장치에서 토출되는 유량 범위를 변경하는 과정;을 포함하고,
    상기 토출되는 유량 범위를 변경하는 과정은,
    상기 제1 유로에서 유체의 압력을 재측정하고, 상기 제1 유로의 온도를 측정하는 과정; 및
    기 설정된 상기 제1 유로의 체적값과 재측정된 압력값 및 상기 제1 유로의 온도값을 기반으로, 상기 일반유량 범위보다 작은 유량 범위인 미세유량 범위로 유체를 토출하는 과정;을 포함하는 유체 제어방법.
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