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Monthly Magazine of Automatic Control Instrumentation

연재 매스플로우 천일야화(77)

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작성자 댓글 0건 조회 1,928회 작성일 22-08-08 12:09

본문

그림 1. 



서론

이번 회에는 매스플로우미터(이하 MFM), 매스플로우 컨트롤러(이하 MFC, MFM과 MFC의 총칭으로 매스플로우라고 함)에 관한 문의가 많은 항목을 다시 돌아보고 설명하려고 한다. EZ-Japan 블로그에 게재한 기사 접속 수가 많은 베스트 5는 <그림 1>과 같다. 이것은 월 단위로 확인한 것으로, 최근 몇 년간 거의 변동 없이 1위에 면간 치수, 2위에 유량 단위가 올라가 있다. 한번 읽어보신 분들이 재확인을 위해 재접속하는 경우도 있긴 하지만 매월 이 주제를 검색해서 들어오는 분들도 많다고 생각할 수 있다. 그래서 이들 토픽 1~3과 5에 관하여 이번에는 복습삼아 이야기를 풀어보려 한다. 매스플로우 초보자가 알기 쉽도록 설명하려는 취지로 EZ-Japan 블로그와 여기에서 연재하는 필자의 초심으로 돌아가 이야기를 해보도록 한다.



매스플로우의 면간 치수

현재 사용하고 있는 매스플로우의 노후화가 진행되어 새로운 매스플로우의 교체를 검토해야 해서 제조사에게 견적을 요청했을 때 ‘사용하시는 MFC의 면간 치수를 고려하셔야 합니다.’라는 말을 들어본 적이 있는가? 면간 치수는 생소한 용어이다. 도대체 어디의 치수인지 고민해본 경험이 있는 독자도 있을 것이다. 면간 치수란 <그림 2>의 치수를 말한다. 매스플로우의 입구 쪽 연결구 끝부분과 출구 쪽 연결구의 끝부분 사이의 거리를 말한다. 90년대에 만들어진 MFC의 경우, 5SLM 이하의 유량역이라면 1/4”VCR®(페이스 실링) 타입 연결구의 면간 치수가 124㎜로 제조사 간에도 거의 통일되어 있지만 90년대 후반부터 2000년대 사이에는 컴팩트한 사이즈라고 불리는 같은 1/4” VCR 타입에서도 면간 치수가 1606㎜인 약간 사이즈가 작은 매스플로우가 일본 국산품 중에 존재한기 때문에 혼동하기 쉽다.


하지만, 원래 면간 치수라고 하는 것은 매스플로우의 연결구 종류에 따라서 다를 뿐만 아니라 유량 범위 크기에 따른 본체 크기, 연결하는 배관 직경에 따라 크게 다르다. <사진 1>에서 풀스케일 수 SCCM을 계측하는 미소 유량용 MFM과 풀스케일 1,000㎥n/h를 초과하는 대유량용 MFM을 비교해보았다. 사진의 축척은 완전히 같지는 않지만 본체와 배관 연결 구조 자체가 크게 다르다는 것을 알 수 있다.


면간 치수 정도로 주요하지는 않지만 호환성을 고려하는데 있어서 빠질 수 없는 또 한 가지가 중심 높이라고 하는 치수이다. 중심 높이라고 하는 글자 그대로 매스플로우의 바닥면에서 연결구의 중심점까지의 높이를 나타내는 단어이다.(그림 2) 이것이 1㎜라도 다르면 VCR® 에서는 절대 연결할 수 없다. 비교적 유연한 물림형 연결구(컴프레션 연결구)에서도 엄격하다. 옛날 장치에서는 이 중심 높이가 입구와 출구에서 다른 MFC가 사용된 적이 있었다. 이 타입을 치환할 수 있는 MFC를 찾아주었으면 하는 상담을 받을 때가 가끔 있는데, 이미 제조사에서는 생산이 중지되었고 다른 제조사에서는 이러한 특수 제품을 제작할 수가 없어 손을 댈 수 없는 상태이다. 이 때문에 포기하고 배관을 개조할 수밖에 없다.


300㎜ 웨이퍼를 지원하는 반도체 제조장치의 가스 공급 시스템에서는 IGS(Integrated Gas System)를 지원하는 MMC가 늘어났다. 이것으로 연결구 종류나 각각의 치수 사이에 있는 문제에서 벗어났다고 생각할 수 있었지만, 사실은 면간 치수와 비슷한 규격으로 포트 간 치수(피치)가 존재한다. IGS를 지원하는 기기는 다운 포트라고 하며, 기기 바닥면에 유체 입구와 출구가 있다. <그림 3>과 같이 지금까지의 연결구에서는 MFC의 측면에 입구와 출구 포트가 있었지만, IGS 지원 모델은 바닥면에 위치한다. 여기에서도 92㎜와 79.8㎜라는 피치가 다른 규격이 있으며, 더 나아가 MFC에서 말하는 깊이 방향도 1.5“인치와 1.125” 인치의 규격이 존재한다. 또한, 최근에는 10㎜라는 규격도 진행 중이다. IGS에서는 VCR과 같은 연결구 종류에 상당하는 규격으로 실링 형상이 있다. W 실링이나 C 실링이 있으며, 같은 92㎜ 피치, 1.125 인치 IGS에서도 이것이 똑같아야 연결할 수 있다. 


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그림 2. 


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사진 1. 


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그림 3. 



매스플로우의 유량 단위

매스플로우에서 사용되는 트래픽 단위는 대부분 SCCM(Standard Cubic Centimetre per Minute)과 SLM(Standard Liter per Minute)이다. 그러나 이 표기는 SI 단위에 포함된 표기가 아니다. 유일하게 공식적인 문장은 SEMI Standards에 있다. 여기에서는 반도체 분야에서 이용되는 온도, 압력, 밀도가 정의되어 있으며, 반도체 업계에서의 표준은 273.15K=0℃이다. 이를 근거로 S=0℃라고 정의하는 반도체 산업에서의 매스플로우 제조사도 있긴 하지만 주요 고객층이 반도체가 아닌 제조사도 있어서 이 SEMI의 지표를 가지고 업계의 통일된 단위라고 말할 수는 없었다.


원래 매스플로우는 질량 유량계를 구가하면서 유량을 표기할 때 질량 유량 단위인 g/h 등을 사용하는 경우는 드물다. 대신에 부피 유량 단위를 사용하기 때문에 앞서 이야기한 문제는 생기지 않지만 부피 유량의 운용에는 반드시 표준이 되는 온도 & 압력 조건에서의 정의가 필요하다. 이 정의에서 구분해보면 반도체 업계에서 사용하는 SCCM, SLM은 0℃, 1,013hPa(A) 표준이며, 그 외 업계에서 이용하는 mls/minsk ls/min, ml/min[S], l/min[S]는 일본에서는 20℃, 1,013hPa(A) 표준이다. 일본에서라고 한 것은 미국에서는 21.1℃(70F)이며, 중국에서는 15℃라고 표준 온도가 정해져 있지 않기 때문이다.(그림 4) 또한, 더 복잡한 것으로 반도체 업계 이외에서는 0℃, 1013hPa(A)를 나타내는데 Normal을 사용하는 업계가 많다. NCCM=Normal Cubic Centimetre per Minute, NLM=Normal Liter per Minute이라는 단위를 말한다. mln/min, ln/min이나 ml/min[N], l/min[N]도 마찬가지이다. (Liter의 약자는 원래 소문자를 써야 하지만 잘못 읽을 수도 있기 때문에 일부러 대문자 L로 표기하는 경우가 많다)


진공 펌프 업계에서는 SI 단위로 조합된 Pa・㎥/sec가 사용된다. 그러면 쉽게 바꿔 읽을 수 없긴 하지만, 1L/min=1.667Pa・㎥/sec가 된다. 이러한 세부사항을 주의해야 한다는 사실을 모르는 사용자가 최근 늘어나고 있다. 그러나 MFC를 주문할 때 0℃ 표준과 20℃ 표준을 잘못 알고 제작을 의뢰하면 큰 문제를 일으키게 된다. 왜냐하면 이 두 가지 사이의 MFC 유량 차이가 사실 7%나 되기 때문이다. 정밀도 성능 ±1%인지 ±0.5%인지 신경 써야 하는 문제가 아니다. 이것은 보일-샤를의 법칙으로 생각하면 바로 알 수 있다.(그림 5) 


제조사나 대리점 영업 등에서 하는 ‘교정 온도가 몇 도인가?’라는 질문에는 정확하게 답을 주어야 한다. 모르는 경우에는 만일 지금 사용하고 있는 매스플로우의 수준 혹은 검사 성적서를 보고 확인해야 한다. 예비품을 구하는 경우에는 그 대상이 되는 매스플로우의 시리얼 번호를 전달하고 제조사가 제조 이력을 추적하여 확인하도록 한다. 하지만 그만큼 매스플로우에 변화가 생기고 특히 USA계열 유닛, 타이란과 같은 브랜드들이 사라진 지금으로서는 이제 이력을 추적하기 어려운 경우도 생겨난다. 앞으로 이런 이유로 곤란해지는 경우가 없도록 사용자는 자신에게 필요한 매스플로우의 표준 조건을 반드시 파악해두어야 한다.


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그림 4. 

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그림 5.
 



..(후략)




黒田 誠 / EZ-Japan

본 기사는 2022년 8월호에 게재되었습니다.  

  

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

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