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기획특집 <특집: 매스플로우 컨트롤러의 최신 동향>고속 응답 서멀 매스플로우 컨트롤러

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작성자 댓글 0건 조회 197회 작성일 20-06-09 14:56

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사진 1. MC-7000(Device Net Type) 외관 


서론

반도체 제조에 사용되는 매스플로우 컨트롤러는 이전에 열식 질량 유량 센서를 사용한 것이 대부분이었다. 그러나 지금은 압력 센서를 사용한 차압 방식, 음속 노즐 방식이 많이 사용되고 있다. 그 이유는 입구 압력 변동의 영향을 억제해야 하고 고속 응답을 지원해야 하기 때문이다


그러나 음속 노즐 방식은 그 용도가 진공 장치로 한정되어 있으며, 차압 방식은 미소 유량 용도, 저차압 용도로는 맞지 않다. 또한, 압력 검출 정밀도에 의존하기 때문에 압력 손실을 만드는 소자의 온도 의존성, 막힘에 따라 크게 성능이 좌우된다. 게다가, 이전부터 이용되어 온 가스 종류의 차이에 따른 컨버전 팩터도 사용할 수 없기 때문에 지금까지와는 다른 관리가 필요해졌다.

따라서, 열식 질량 유량계로 고속응답의 매스플로우 컨트롤러가 실현되면 압력 방식의 매스플로우 컨트롤러를 보완하는 것이 가능해진다.

 

MC-7000

(1) 개요

<사진 1>은 고속응답 열식 매스 플로우 컨트롤러다. 기본 구성은 이전의 것과 동일하지만 각 구성 요소(센서, 밸브, 제어계)를 개선하여 고속 응답을 실현했다.


(2) 특징

MC-7000 시리즈의 특징은 아래와 같다.

① 열식 질량 유량계의 원리를 사용하지만 200msec 이하의 고속 응답이며, 압력 방식과 동등 이상의 성능을 가지고 있다. 이전의 열식 센서 방식에서는 10.5초가 일반적이었으며, 큰 폭의 개선이 이루어졌다.

이 고속화를 위해 센서의 열용량 저감, 열전도 구조 재검토, 센서 제어 방식을 개선하여 고속화를 실현했다.


② 센서 온도는 당사 고유의 정온도차 전력차 검출 방식을 사용하고 있기 때문에 주위온도 +3040가 되어 낮은 온도를 실현한다(일반적인 열식 유량계에서는 80~120). 

<그림 1>은 당사의 열식 센서 원리도이다.


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그림 1. 온도차 전력차 검출 방식 원리도 

 

상하류에 있는 두 개의 온도 센서는 흐르는 가스 온도(주위 온도) + 일정한 온도차로 제어되고 있으며, 일정한 온도차를 유지하기 위해 필요한 열량차를 검출하는 방식이다. 유체가 흐른 경우, 상류 센서의 온도를 유지하기 위해서는 보다 많은 열량이 필요하다. 한편, 하류 측 센서에서는 데워진 가스에 의해 일정한 온도차를 유지하는 열량이 감소하게 된다. 이 상류와 하류의 열량차가 흐르는 가스의 질량 유량에 비례하기 때문에 열량차의 검출을 통해 질량 유량을 검출할 수 있게 된다.

또한, 센서 온도는 주위 온도가 변하지 않은 한 항상 일정하기 때문에 온도 분포의 변동이 없다. 따라서 열 이동의 시간이 없기 때문에 고속으로 질량 유량을 검출할 수 있다.


③ 낮은 센서 온도이기 때문에 아래의 이점이 있다.

· 높은 온도로 분해하기 쉬운 가스, 반응성이 강해지는 가스에 대한 적용 가능. O3, ClF3, B2H6

·온도가 낮기 때문에 센서의 경시적 변화가 적다.

④ 사용하는 센서관이 짧으며 구조가 단순하기 때문에 낮은 센서 차압을 실현했다.

업계 최소인 약 100Pa의 저압력 손실, 잘 막하지 않는 구조이며 가스의 치환 특성에 뛰어나다.

열식 센서이기 때문에 이전부터 사용되어 온 가스 종류의 차이에 따른 컨버전 팩터를 사용할 수 있다.

압력 방식이 아니기 때문에 진공, 가압 모든 조건에서 사용할 수 있다.

미소 유량도 지원.

고속제어 실현을 위해 다이어프램 방식 피에조 액추에이터를 적용했다.

24V 단전원 동작.

범용 인터페이스, DeviceNet, EtherCAT 지원.



...(후략)




中村 篤志 / 린테크

본 기사는 2020년 6월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본, 일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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