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연재 매스플로우 천일야화(61)<질량 유량계의 기초>

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작성자 댓글 0건 조회 1,202회 작성일 20-07-15 14:54

본문

사진 1.

(출처브롱코스트 재팬) 


서론

매스플로우 천일야화 61회에서는 전회에 이어 필자가 지금까지 현장에서 조우했던 매스플로우미터(이하 MFM)와 매스플로우 컨트롤러(이하 MFC)의 문제를 해결한 일들에 관해 이야기하려 한다. 지난 회에 다 하지 못한 이야기를 하고 싶다. 필자는 1992년부터 매스플로우(MFC + MFM의 총칭) 업계와 관계를 맺어왔기 때문에 이제 시효가 지났을만한 사건을 들어보려 하는데, “매스플로우 전문가의 체험기 Part2” 정도로 읽어주셨으면 한다.

 

4화 수소의 가스 서지 

이번 이야기를 시작하기 전에 먼저 언급해둘 이야기가 있다. ‘MFC가 오버슈팅해서 프로세스가 엉망이 돼버렸다!’는 내용은 필자가 젊었던 시절에 많았던 클레임이다. 여기서 고객이 착각을 한 경우가 있다. 오버슈팅이라는 단어다. 오버슈팅이란 MFC의 제어 불량 중 하나로, 원래 MFC의 응답 조정이 부적절한 경우에 발생한다. (MFC의 사양에 비해 압력 조건이 다른 경우에도 마찬가지다.) 설정 유량값을 앞질러서 과대한 가스 서지를 기록하는 일을 말한다. (그림 1)


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그림 1.


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그림 2. 


<그림 2>SEMI StandardE17 “MFC의 과도 특성 테스트 가이드에 있는 응답 파형의 정의를 나타낸다. MFC의 제로에서부터 설정값으로 유량을 제어하는 응답성은 정정 시간(Setting Time)으로 표기한다. 계단 응답 시간(Step Response Time)과 정정 시간은 다른 정의이므로 주의가 필요하다. 모두 유량이 설정값의 ±2%에 도달하는 것을 기준으로 하지만, 계단 응답 시간은 그 최초 즉 목표값의 -2%를 통과하는 시간이다. 이 때문에 E17 제정 이전에는 MFC의 응답성을 계단 응답으로 정의한 경우도 있었다


그리고 이 계단 응답을 잘 보이게 하기 위해서는 오버슈팅을 과다하게 조정하면 되었던 것이다. 고객은 사양 그대로의 압력 조건을 사용해도 큰 오버슈팅에 의해 프로세스의 문제를 떠안게 되었다. 반도체 제조 장치의 대부분은 리액터를 고진공으로 유지하여 프로세스를 실시한다. 이것으로는 배기 측 APC에서 고진공을 유지해도 가스 도입 시의 오버슈팅에 의한 가스 서지가 진공도에 영향을 주게 된다. 대책으로 MFC가 안정될 때까지 고가의 프로세스 가스를 벤트에 버리고 안정된 후에 전환하는 낭비가 강요되어 버렸다. 이것은 배기 측에 있는 제해 장치의 부담도 늘어나 버리게 되어 좋은 일이 아무것도 없다. 오버슈팅이 없는 응답 파형은 그만큼 목표값에 완만하게 도달하기 위해 가스 서지가 잘 발생하지 않기 때문에 E17 제정 이후 정정 시간으로 응답성을 정의한 MFC가 선택되게 되어 MFC의 응답성 조정 불량이 원인인 오버슈팅은 감소하고 있다. 


그러나 가스 서지 문제는 MFC가 원인이 되어 발생하는 경우만 있는 것은 아니다. <그림 3>은 자주 있는 사례로 여기에서도 몇 번이나 설명한 적이 있다. 유량 설정 신호(SV)0 이외인 값으로 MFC에 입력된 상태에서 어떤 이유(그림 3에서는 공압 밸브에 압축공기를 보내는 전자 밸브가 닫히고 따라서 공압 밸브도 닫힘 상태)로 가스의 공급이 차단된 경우, MFC의 조정계는 SV>유량 신호(PV)의 상태를 SV=PV로 해야 하며, 밸브 제어 신호(MV)를 늘리지만 당연히 SV>PV는 해소되지 않으므로 밸브 개도 최대에서 MFC가 대기하게 되어 버렸다. 공압 밸브를 열어 가스를 도입하면 전개(全開)에서 대기하고 있었던 MFC의 유량 제어 밸브를 빠져나간 가스가 큰 가스 서지를 하류에서 발생시킨다. 하류 측에 워크가 들어간 진공 챔버가 있었던 경우, 진공이 파괴되거나 말려 올라간 쓰레기가 워크에 부착되기도 하고 최악에는 워크가 파괴되거나 하는 심각한 문제를 초래할 수밖에 없다. 그러나 이것은 MFC의 불량이라고 할 수도 없다


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그림 3.
 


..(후략)




黒田 誠 / EZ-Japan

본 기사는 2020년 7월호에 게재되었습니다. 

  

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

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