KR100517405B1 - 질량 유량 제어기 및 이를 갖는 가스 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

유체의 질량 유량을 조절하기 위한 질량 유량 제어기에서, 베이스는 제1유로와 제2유로를 가지며, 제1밸브는 제1유로를 통과하는 유체의 질량 유량을 조절한다. 제2유로는 제1유로의 유입부와 제1밸브 사이의 제1유로의 제1부위로부터 분기되어 제1밸브와 제1유로의 방출부 사이의 제1유로의 제2부위로 연결된다. 제2밸브는 제2유로와 연결되고, 제1밸브가 비정상적으로 닫힌 경우, 제1유로의 내부에 잔류하는 유체를 배출시키기 위해 개방된다.

Description

질량 유량 제어기 및 이를 갖는 가스 공급 장치{Mass flow controller and Apparatus for supplying a gas having the same}
본 발명은 유체의 질량 유량을 조절하기 위한 질량 유량 제어기(mass flow controller; MFC) 및 이를 갖는 가스 공급 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 유체의 질량 유량을 측정하고 측정된 질량 유량과 기준 유량을 비교하여 상기 유체의 질량 유량을 조절하기 위한 질량 유량 제어기 및 이를 갖는 가스 공급 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는 다양한 종류의 가스들이 사용되며, 상기 가스들의 질량 유량은 질량 유량 제어기에 의해 제어된다. 최근, 반도체 장치의 집적도가 향상됨에 따라 정밀한 공정 가스의 질량 유량의 측정 및 제어에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.
도 1은 종래의 질량 유량 제어기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래의 질량 유량 제어기의 질량 유량 센서를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 질량 유량 제어기(100)의 베이스(110)는 유체를 통과시키기 위한 유로(112)와, 상기 유로(112)의 내부로 유체를 유입시키기 위한 유입부(114)와, 상기 유로(112)로부터 유체를 방출하기 위한 방출부(116)를 갖는다.
유체를 통과시키기 위한 바이패스부(120)는 유입부(114)와 인접하여 상기 유로(112)의 내부에 배치되며, 샘플 배관(132)은 상기 유로(112)와 연결되어 있다. 구체적으로, 샘플 배관(132)은 상기 바이패스부(120)의 유입단과 방출단에 각각 인접하도록 유로(112)와 연결되며, 바이패스부(120)를 통과하는 유체를 샘플링한다.
질량 유량 센서(130)는 바이패스부(120)를 통과하는 유체의 질량 유량을 측정한다. 상기 질량 유량 센서(130)는 샘플 배관(132)에 감겨진 제1발열 저항(134a)과 제2발열 저항(134b)을 포함한다. 제1발열 저항(134a)과 제2발열 저항(134b)은 백금 또는 그와 유사한 금속으로 이루어지며, 브리지 회로(136)와 연결되어 있다.
바이패스부(120)와 방출부(116) 사이에는 유체의 질량 유량을 조절하기 위한 컨트롤 밸브(140, 예를 들면, 솔레노이드 밸브)가 상기 유로(112)와 연결되어 있다.
제1발열 저항(134a)과 제2발열 저항(134b)이 가열되는 경우, 샘플 배관(132)의 상류측과 하류측 사이에는 상기 유체의 질량 유량에 비례하는 온도차가 발생되며, 이로 인하여 제1발열 저항(134a)의 저항값과 제2발열 저항(134b)의 저항값이 서로 다르게 되며, 상기와 같은 변화는 브리지 회로(136)에 의해 검출된다. 검출된 신호는 증폭기(amplifier, 미도시)에 의해 증폭되며, 증폭된 신호는 유체의 질량 유량과 대응하도록 보상기(compensator, 미도시)에 의해 보상된다.
상기와 같은 질량 유량 센서(130)에 의해 측정된 유체의 질량 유량을 나타내는 측정 신호는 밸브 제어부(미도시)로 전송되며, 밸브 제어부는 측정 신호와 기 설정된 기준 유량과 대응하는 기준 신호를 비교하고, 상기 측정 신호가 기준 신호와 일치하도록 컨트롤 밸브(140)의 동작을 제어한다.
상기와 같은 질량 유량 제어기는 반도체 장치의 제조 공정에 널리 사용된다. 예를 들면, 상기 질량 유량 제어기는 증착 공정, 식각 공정 등과 같은 단위 공정을 수행하기 위한 기판 가공 장치에서 공정 가스의 공급 유량을 제어하기 위해 사용된다.
상기 단위 공정을 수행하는 도중에 상기 질량 유량 제어기의 동작 불량이 발생되는 경우, 상기 기판 가공 장치의 주제어부는 상기 가공 공정을 중단시킨다. 구체적으로, 상기 주제어부는 상기 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 배관 중에 설치된 다수의 밸브들을 닫고, 공정 챔버 내부에 위치된 반도체 기판을 공정 챔버로부터 언로딩시킨다. 이어서, 상기 공정 가스 배관 및 상기 질량 유량 제어기의 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출시킨 후, 질량 유량 제어기를 교체한다.
상술한 바와 같은 이유로, 상기 기판 가공 장치와 연결된 가스 공급 장치는 상기 공정 가스 배관 및 질량 유량 제어기 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출하기 위한 퍼지 배관 및 퍼지 밸브를 추가적으로 구비한다. 상기 퍼지 배관 및 퍼지 밸브는 상기 질량 유량 제어기의 유입부와 인접하여 상기 공정 가스 배관과 연결된다.
특히, 노멀 클로즈 타입(normal close type) 질량 유량 제어기가 가스 공급 장치에 적용되는 경우에는 상기 퍼지 배관 및 퍼지 밸브가 필수적으로 요구된다. 상기 노멀 클로즈 타입 질량 유량 제어기의 컨트롤 밸브는 작동 전원이 인가되는 경우에만 개방되며, 작동 전원이 인가되지 않는 동안에는 닫힌 상태로 유지된다. 따라서, 상기 주제어부에 의해 작동 전원이 차단되면, 상기 베이스의 유로는 컨트롤 밸브에 의해 차단된다. 또한, 컨트롤 밸브의 자체 고장이 발생되는 경우, 상기 공정 가스 배관 및 질량 유량 제어기의 유로 내부에 잔류하는 공정 가스는 퍼지 배관 및 퍼지 밸브를 통해서만 배출될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 퍼지 배관 및 퍼지 밸브는 가스 공급 장치의 부피를 증가시키고, 가스 공급 장치의 가격을 상승시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은, 컨트롤 밸브가 비정상적으로 닫힌 경우, 유로 내부에 잔류하는 유체를 퍼지시키기 위한 퍼지 유로 및 퍼지 밸브를 갖는 질량 유량 제어기를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 상술한 바와 같은 질량 유량 제어기를 갖는 가스 공급 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체의 흐름을 위한 제1유로와, 상기 유체를 상기 제1유로로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 유체를 상기 제1유로로부터 방출하기 위한 방출부와, 상기 유입부와 인접하는 상기 제1유로의 제1부위로부터 분기되어 상기 방출부와 인접하는 상기 제1유로의 제2부위와 연결되는 제2유로를 갖는 베이스; 상기 유입부와 상기 제1부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 유체의 질량 유량을 측정하기 위한 질량 유량 센서; 상기 제1부위 및 제2부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 유체의 질량 유량을 조절하기 위한 제1밸브; 상기 제2유로와 연결되고, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 제2밸브; 및 상기 질량 유량 센서에 의해 측정된 질량 유량과 기 설정된 기준 유량을 비교하여 상기 유체의 질량 유량이 상기 기준 유량과 일치하도록 상기 제1밸브의 동작을 제어하기 위한 밸브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기를 제공한다.
상기 제2밸브는 제1밸브가 개방되어 있는 동안에는 닫혀 있는 상태를 유지하며, 제1밸브가 비정상적으로 닫힌 경우에 개방된다.
상기 질량 유량 센서가 비정상적인 질량 유량 신호를 발생시키는 경우, 상기 밸브 제어부는 우선적으로 상기 제1밸브를 닫는다. 또한, 밸브 제어부는 상기 제1유로 내부에 잔류하는 유체를 퍼지시키기 위해 제1밸브 또는 제2밸브를 개방시킨다.
이와는 다르게, 상기 제1밸브의 자체 결함으로 인해 제1밸브가 닫히는 경우, 밸브 제어부는 상기 제1유로 내부에 잔류하는 유체를 배출시키기 위해 상기 제2밸브를 개방시킨다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판을 가공하기 위한 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 소스; 상기 공정 가스 소스와 상기 기판이 그 내부에 배치되는 공정 챔버 사이를 연결하는 공정 가스 배관; 및 상기 공정 가스 배관 중에 설치되어 상기 공정 가스 배관을 통해 공급되는 공정 가스의 질량 유량을 제어하기 위한 질량 유량 제어기를 포함하되, 상기 질량 유량 제어기는, 상기 공정 가스를 통과시키기 위한 제1유로와, 상기 공정 가스를 상기 제1유로로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 공정 가스를 상기 제1유로로부터 방출하기 위한 방출부와, 상기 유입부와 인접하는 상기 제1유로의 제1부위로부터 분기되어 상기 방출부와 인접하는 상기 제1유로의 제2부위와 연결되는 제2유로를 갖는 베이스; 상기 유입부와 상기 제1부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 공정 가스의 질량 유량을 측정하기 위한 질량 유량 센서; 상기 제1부위 및 제2부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 공정 가스의 질량 유량을 조절하기 위한 제1밸브; 상기 제2유로와 연결되고, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 제2밸브; 및 상기 질량 유량 센서에 의해 측정된 질량 유량과 기 설정된 기준 유량을 비교하여 상기 공정 가스의 질량 유량이 상기 기준 유량과 일치하도록 상기 제1밸브의 동작을 제어하기 위한 밸브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치를 제공한다.
상기 가스 공급 장치는 상기 질량 유량 제어기와 연결되어 상기 공정 가스의 공급을 전체적으로 제어하기 위한 주제어부를 더 포함하며, 상기 주제어부는 상기 제1유로가 상기 제1밸브에 의해 비정상적으로 차단된 경우, 상기 제2밸브를 개방시키기 위한 개방 신호를 발생시킨다.
상기 질량 유량 센서 또는 밸브 제어부의 고장으로 인해 제1밸브가 닫히거나, 상기 제1밸브의 자체 결함에 의해 제1밸브가 차단되는 경우, 상기 공정 가스 배관 및 상기 제1유로 내부에 잔류하는 공정 가스는 제2유로 및 제2밸브를 통해 배출될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 유량 제어기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 제1밸브와 제2밸브를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1실시예에 따른 질량 유량 제어기(200)는 유체를 공급하기 위한 유체 배관(미도시)에 연결된다. 예를 들면, 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 다양한 가스들을 공급하기 위한 유체 배관 중에 연결되며, 상기 가스들의 질량 유량을 조절한다. 질량 유량 제어기(200)는 베이스(210), 질량 유량 센서(230), 제1밸브(250), 밸브 제어부(260) 및 제2밸브(270)를 포함한다. 여기서, 제1밸브(250)는 컨트롤 밸브로 이용되며, 제2밸브(270)는 퍼지 밸브로 이용된다.
상기 베이스(210)는 상기 유체 배관과 연결되며, 상기 유체의 흐름을 위해 상기 베이스(210)를 관통하는 제1유로(212)와, 상기 유체 배관으로부터 상기 제1유로(212)로 상기 유체를 유입시키기 위한 유입부(214) 및 상기 제1유로(212)로부터 상기 유체 배관으로 상기 유체를 방출하기 위한 방출부(216)를 갖는다. 또한, 상기 베이스(210)는 상기 유입부(214)와 인접하는 상기 제1유로(212)의 제1부위(212a)로부터 분기되어 상기 방출부(216)와 인접하는 제1유로(212)의 제2부위(212b)로 연결되는 제2유로(218)를 갖는다. 여기서, 제2유로(218)는 퍼지 유로로 이용된다.
상기 질량 유량 센서(230)는 상기 유입부(214)와 제1부위(212a) 사이에서 상기 제1유로(212)와 연결되고, 상기 제1유로(212)를 통과하는 유체의 질량 유량을 측정한다. 즉, 상기 질량 유량 센서(230)는 상기 유입부(214)와 상기 제2유로(218)의 유입단 사이에서 상기 제1유로(212)와 연결된다. 상기 질량 유량 센서(230)는 상기 유체를 샘플링하기 위한 샘플 배관(232)과, 상기 샘플 배관(232)에 감겨진 제1발열 저항(234a)과 제2발열 저항(234b), 제1발열 저항(234a)과 제2발열 저항(234b)에 연결된 브리지 회로(236), 상기 브리지 회로(236)와 연결된 증폭기(238)와, 상기 증폭기(238)에 연결된 보상기(240)를 포함한다.
구체적으로, 상기 유체를 통과시키기 위한 바이패스부(220)가 유입부(214)와 제1부위(212a) 사이에서 상기 제1유로(212) 내부에 배치되어 있고, 상기 바이패스부(220)를 통과하는 유체를 샘플링하기 위한 샘플 배관(232)은 바이패스부(220)의 유입단과 인접하는 제1유로(212)로부터 분기되어 바이패스부(220)의 방출단과 인접하는 제1유로(212)와 연결된다.
도시된 바에 따르면, 제1유로(212) 내부에는 통상적인 바이패스부(220)가 배치되어 있으나, 유체의 흐름을 층류로 형성하기 위한 모세관 타입의 바이패스부가 사용될 수도 있다.
상기 제1발열 저항(234a)과 제2발열 저항(234b)은 샘플 배관(232)의 상류측 및 하류측에 각각 감겨져 있으며, 제1발열 저항(234a)과 제2발열 저항(234b)이 가열되는 경우, 상기 브리지 회로(236)는 상기 샘플링 배관(232)의 상류측 및 하류측 사이의 온도차에 대응하는 전기적 신호를 발생시킨다.
상기 증폭기(238)는 브리지 회로(236)에 의해 검출된 전기적 신호를 증폭하고, 보상기(240)는 증폭된 신호가 상기 바이패스부(220)를 통과하는 유체의 질량 유량에 대응하도록 보상한다.
제1밸브(250)는 제1밸브 바디(252) 및 제1구동 유닛(254)을 포함한다. 방출부(216)와 인접하는 베이스(210)의 상부에는 제1밸브(250)와 제1유로(212)를 연결하기 위한 제1포트(222)가 형성되어 있고, 제1유로(212)는 제1포트(222)를 통해 베이스(210)의 유입단(214)과 방출단(216) 사이를 연결한다. 제1밸브(250)는 제1포트(222)에 장착되는 제1연결 부재(256)를 통해 제1유로(212)와 연결되며, 제1포트(222)의 유입단에는 제1밸브 시트(258)가 장착되어 있다. 구체적으로, 제1포트(222)는 제1유로(212)의 제1부위(212a)와 제2부위(212b) 사이에서 상기 제1유로(212)와 연결되며, 유체는 제1부위(212a)로부터 제1포트(222)의 유입단과 제1포트(222)의 방출단을 통해 제2부위(212b)로 흐른다. 도 4에 도시된 화살표는 제1밸브(250)를 통해 흐르는 유체의 방향을 의미한다.
제1밸브 바디(252)는 디스크 형상을 갖는 제1밸브 헤드(252a)와 제1연결축(252b)을 포함한다. 상기 제1밸브 헤드(252a)는 상기 제1연결축(252b)에 의해 제1구동 유닛(254)과 연결된다. 제1구동 유닛(254)은 유체의 유량을 조절하기 위해 제1밸브 바디(252)의 개방 정도를 적절하게 조절한다. 제1구동 유닛(254)은 솔레노이드(solenoid)를 포함하며, 제1밸브 바디(252)는 원뿔 형상을 갖는 포펫 밸브 헤드(poppet valve head)를 가질 수도 있다.
상술한 바와 같은 제1밸브(250)의 구성은 제1구동 유닛(254)의 종류에 따라 변경될 수 있다. 즉, 제1밸브(250)로는 써멀 타입(thermal type)의 제1구동 유닛을 갖는 써멀 밸브 또는 다수의 압전 소자(piezoelectric elements)로 이루어진 압전 스택(piezoelectric stack)을 갖는 압전 밸브가 사용될 수 있다.
밸브 제어부(260)는 제1밸브(250)의 동작을 적절하게 제어한다. 구체적으로, 보상기(240)에 의해 보상된 신호는 밸브 제어부(260)로 전송되며, 밸브 제어부(260)는 기 설정된 기준 유량과 대응하는 기준 신호와 상기 보상된 신호를 비교하여 상기 질량 유량 센서(230)에 의해 측정된 질량 유량과 기 설정된 기준 유량이 일치하도록 제1밸브(250)의 동작을 제어한다. 여기서, 상기 보상된 신호는 질량 유량 센서에 의해 측정된 유체의 유량을 의미한다.
제2밸브(270)는 제2밸브 바디(272) 및 제2구동 유닛(274)을 포함한다. 방출부(216)와 인접하는 베이스(210)의 하부에는 제2밸브(270)와 제2유로(218)를 연결하기 위한 제2포트(224)가 형성되어 있고, 제2유로(218)는 제2포트(224)를 통해 제1유로(212)의 제1부위(212a)와 제2부위(212b) 사이를 연결한다. 제2밸브(270)는 제2포트(224)에 장착되어 있는 제2연결 부재(276)를 통해 제2유로(218)와 연결되며, 제2포트(224)의 유입단에는 제2밸브 시트(278)가 장착되어 있다. 제2밸브(270)는 평상시에는 닫혀 있으며, 제1밸브(250)가 비정상적으로 닫힌 경우 제1유로(212) 내부에 잔류하는 유체를 배출시키기 위해 개방된다. 이때, 제1유로(212) 내부에 잔류하는 유체는 제1유로(212)의 제1부위(212a)로부터 제2포트(224)의 유입단과 방출단을 통해 제1유로(212)의 제2부위(212b)로 배출된다.
제2밸브 바디(272)는 디스크 형상을 갖는 제2밸브 헤드(272a)와 제2연결축(272b)을 포함한다. 상기 제2밸브 헤드(272a)는 상기 제2연결축(272b)에 의해 제2구동 유닛(274)과 연결된다. 제2구동 유닛(274)은 밸브 제어부(260)에 의해 발생된 개방 신호 또는 외부로부터 제공된 개방 신호에 의해 제2밸브 바디(272)를 개방시킨다. 제2구동 유닛(274)은 솔레노이드(solenoid)를 포함하며, 제2밸브 바디(272)는 원뿔 형상을 갖는 포펫 밸브 헤드(poppet valve head)를 가질 수도 있다.
상술한 바와 같은 제2밸브(270)의 구성은 제2구동 유닛(274)의 종류에 따라 변경될 수 있다. 즉, 제2밸브(270)로는 써멀 타입(thermal type)의 제2구동 유닛을 갖는 써멀 밸브 또는 다수의 압전 소자(piezoelectric elements)로 이루어진 압전 스택(piezoelectric stack)을 갖는 압전 밸브가 사용될 수 있다.
제2밸브(270)는 평상시에는 닫혀 있으며, 제1밸브(250)가 비정상적으로 닫힌 경우 제1유로(212) 내부에 잔류하는 유체를 배출시키기 위해 사용된다.
도 5는 제2밸브가 개방된 상태를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
상기 질량 유량 센서(230)에 문제가 발생된 경우, 질량 유량 센서(230)는 비정상적인 측정 신호를 발생시키고, 밸브 제어부(260)는 상기 비정상적인 측정 신호에 따라 제1밸브(250)를 닫는다. 상기 유체를 공급하기 위한 유체 소스(미도시)와 질량 유량 제어기(200)를 연결하는 유체 배관에 설치된 에어 밸브가 닫힌 후, 밸브 제어부(260)는 유체 배관과 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 유체를 퍼지시키기 위해 제1밸브(250) 또는 제2밸브(270)를 개방시킨다. 따라서, 유체 배관 및 질량 유량 제어기(200)의 제1유로(212) 내에 잔류하는 유체는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제1밸브(250) 또는 제2밸브(270)를 통해 배출된다.
상기 밸브 제어부(260)에 문제가 발생되어 제어 신호가 발생되지 않는 경우, 제1밸브(250)는 작동 전원이 차단되므로 제1유로(212)를 차단시킨다. 상기 유체 소스와 질량 유량 제어기(200) 사이에 배치된 에어 밸브가 닫힌 후, 제2밸브(270)는 외부로부터 제공되는 개방 신호에 의해 제2유로(218)를 개방시킨다. 따라서, 유체 배관 및 질량 유량 제어기(200)의 제1유로(212) 내부에 잔류하는 유체가 제2유로(218)를 통해 배출된다.
상기 제1밸브(212)의 자체 결함에 의해 제1밸브(212)가 비정상적으로 닫힌 경우, 상기 유체 소스와 질량 유량 제어기(200) 사이에 배치된 에어 밸브가 닫힌 후, 제2밸브(270)는 밸브 제어부(260)로부터 제공되는 개방 신호 또는 외부로부터 제공되는 개방 신호에 의해 개방된다. 따라서, 유체 배관 및 질량 유량 제어기(200)의 제1유로(212) 내부에 잔류하는 유체가 제2유로(218)를 통해 배출된다.
도 6은 제2밸브의 다른 예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 6에 도시된 바에 따르면, 제2밸브(280)는 제2유로(218)를 차단하기 위한 제2밸브 바디(282)와, 상기 제2밸브 바디(282)를 이동시키기 위한 제2구동 유닛(284)을 포함한다. 제2밸브 바디(282)는 제2밸브 헤드(282a)와 제2연결축(282b)을 포함하며, 제2구동 유닛(284)은 모터(284a), 구동 스크루(284b), 종동 스크루(284c) 및 하우징(286)을 포함한다.
상기 모터(284a)는 제2밸브 바디(282)를 이동시키기 위한 구동력을 제공하며, 회전각 조절이 가능한 스텝 모터를 포함한다. 구동 스크루(284b)는 모터(284a)와 연결되며, 상기 구동력을 종동 스크루(284c)에 전달한다. 종동 스크루(284c)는 구동 스크루(284b)와 밸브 바디(282)를 연결하며, 상기 구동력에 의해 직선 왕복 운동한다.
상기 제2밸브(280)와 관련한 구성 요소들의 추가적인 상세 설명은 도 3을 참조하여 기 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도시되지는 않았으나, 제2밸브는 수동으로 동작될 수도 있다. 즉, 제2밸브는 밸브 바디와 구동 스크루만으로 이루어질 수 있다. 밸브 바디는 구동 스크루의 회전에 의해 직선 왕복 운동함으로써 제2유로를 개폐할 수 있다.
도 7은 도 3에 도시된 질량 유량 제어기를 갖는 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 8은 도 7에 도시된 가스 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도시된 가스 공급 장치(300)는 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 장치(400)에 공정 가스를 공급하기 위해 사용되며, 공정 가스 소스(310), 공정 가스 배관(312), 질량 유량 제어기(200), 퍼지 가스 소스(320), 퍼지 가스 배관(322), 주제어부(330), 다수의 에어 밸브(340, 342, 344) 등과 같은 구성 요소들을 포함한다.
공정 가스 소스(310)는 공정 가스 배관(312)을 통해 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 공정 챔버(410)와 연결된다. 공정 가스 배관(312)에는 제1에어 밸브(340), 질량 유량 제어기(200) 및 제2에어 밸브(342)가 순차적으로 설치되어 있으며, 상기 반도체 기판(10)은 공정 챔버(410) 내부에 배치되며, 상기 반도체 기판(10)에 대한 가공 공정은 공정 가스 소스(310)로부터 공정 챔버(410) 내부로 공급된 공정 가스를 사용하여 수행된다. 공정 챔버(410)에는 진공 펌프(420)가 연결되어 있으며, 상기 가공 공정을 수행하는 동안 공정 챔버(410)로 공급된 공정 가스 및 반응 부산물은 상기 진공 펌프(420)에 의해 상기 공정 챔버(410)로부터 배출된다.
퍼지 가스 소스(320)는 퍼지 가스 배관(322)을 통해 제1에어 밸브(340)와 질량 유량 제어기(200) 사이의 공정 가스 배관(312)과 연결되어 있다. 퍼지 가스 배관(322)에는 제3에어 밸브(344)가 설치되어 있다.
주제어부(330)는 제1 내지 제3에어밸브(340, 342, 344) 및 질량 유량 제어기(200)와 연결되어 있으며, 공정 가스의 공급을 전체적으로 제어한다. 또한, 주제어부(330)는 상기 반도체 기판(10)에 대한 가공 공정을 전체적으로 제어한다.
상기 가공 공정이 수행되는 도중에 질량 유량 제어기(200)에 문제가 발생되는 경우, 주제어부(330)는 제1에어 밸브(340) 및 제2에어 밸브(342)를 닫음으로써 상기 가공 공정을 중단시키고, 공정 챔버(410)로부터 반도체 기판(10)을 언로딩시킨다. 이어서, 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출시킨다.
구체적으로, 질량 유량 제어기(200)의 질량 유량 센서(230)에 문제가 발생한 경우, 질량 유량 센서(230)는 비정상적인 유량 측정 신호를 발생시키고, 주제어부(330)는 상기 비정상적인 유량 측정 신호에 따라 공정 가스의 공급이 중단되도록 제1에어 밸브(340), 제2에어 밸브(342) 및 질량 유량 제어기(200)의 제1밸브(250)를 닫는다. 이어서, 반도체 기판(10)이 공정 챔버(410)로부터 언로딩되면, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200)의 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출시키기 위해 제2에어 밸브(342)를 개방시키고, 제1밸브(250) 또는 제2밸브(270)를 개방시킨다. 이때, 주제어부(330)는 제1밸브(250) 또는 제2밸브(270)를 개방시키기 위한 개방 신호를 직접 발생시킬 수도 있고, 밸브 제어부(260)로 하여금 제1밸브(250) 또는 제2밸브(270)를 개방시키게 할 수도 있다. 이어서, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312), 질량 유량 제어기(200) 및 공정 챔버(410)를 퍼지시키기 위해 제3에어 밸브(344)를 개방시킨다. 또한, 주제어부(330)는 퍼지 가스에 의한 퍼지 공정이 종료된 후 제2에어 밸브(342)와 제3에어 밸브(344)를 닫는다. 최종적으로, 문제가 발생한 질량 유량 제어기(200)는 제2에어 밸브(342)와 제3에어 밸브(344)가 닫힌 후 새것으로 교체된다. 상기 퍼지 가스로는 질소 가스 및 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
이와는 다르게, 밸브 제어부(260)에 문제가 발생된 경우, 제1밸브(250)는 비정상적으로 닫히거나 비정상적으로 동작된다. 제1밸브(250)가 비정상적으로 닫힌 경우, 질량 유량 센서(230)는 이상 신호를 발생시키고, 주제어부(330)는 상기 이상 신호에 따라 제1에어 밸브(340) 및 제2에어 밸브(342)를 닫는다. 반도체 기판(10)이 공정 챔버(410)로부터 언로딩된 후, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출하기 위해 제2에어 밸브(342) 및 제2밸브(270)를 개방시킨다. 제1밸브(250)가 비정상적으로 동작되는 경우, 질량 유량 센서(230)는 이상 신호를 발생시키고, 주제어부(330)는 상기 이상 신호에 따라 제1밸브(250)에 인가되는 작동 전원을 차단함으로써 제1밸브(250)를 닫고, 제1에어 밸브(340)와 제2에어 밸브(342)를 닫는다. 반도체 기판(10)이 공정 챔버(410)로부터 언로딩된 후, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출하기 위해 제2에어 밸브(342) 및 제2밸브(270)를 개방시킨다. 여기서, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출하기 위해 제1밸브(250)를 직접 개방시킬 수도 있다.
한편, 제1밸브(250) 자체 결함으로 인하여 제1밸브(250)가 비정상적으로 닫히는 경우, 제1유로(212, 도 3 참조)가 차단되므로 질량 유량 센서(230)는 이상 신호를 발생시킨다. 주제어부(330)는 상기 이상 신호에 따라 제1에어 밸브(340) 및 제2에어 밸브(342)를 닫는다. 반도체 기판(10)이 공정 챔버(410)로부터 언로딩된 후, 주제어부(330)는 공정 가스 배관(312) 및 질량 유량 제어기(200) 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출하기 위해 제2에어 밸브(342) 및 제2밸브(270)를 개방시킨다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 질량 유량 제어기의 제1밸브가 비정상적으로 차단된 경우, 질량 유량 제어기의 제1유로 내부에 잔류하는 유체는 제2유로 및 제2밸브를 통해 배출될 수 있다. 따라서, 추가적인 퍼지 배관 및 퍼지 밸브를 설치할 필요가 없으며, 가스 공급 장치의 부피를 감소시킬 수 있고, 가스 공급 장치의 가격을 낮출 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 질량 유량 제어기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 질량 유량 제어기의 질량 유량 센서를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 유량 제어기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1밸브와 제2밸브를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 5는 제2밸브가 개방된 상태를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 6은 제2밸브의 다른 예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 질량 유량 제어기를 갖는 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 가스 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 200 : 질량 유량 제어기
210 : 베이스 212 : 제1유로
214 : 유입부 216 : 방출부
218 : 제2유로 220 : 바이패스부
230 : 질량 유량 센서 250 : 제1밸브
252 : 제1밸브 바디 254 : 제1구동 유닛
260 : 밸브 제어부 270 : 제2밸브
272 : 제2밸브 바디 274 : 제2구동 유닛
300 : 가스 공급 장치 310 : 공정 가스 소스
312 : 공정 가스 배관 330 : 주제어부
400 : 기판 가공 장치 410 : 공정 챔버

Claims (18)

  1. 유체의 흐름을 위한 제1유로와, 상기 유체를 상기 제1유로로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 유체를 상기 제1유로로부터 방출하기 위한 방출부와, 상기 유입부와 인접하는 상기 제1유로의 제1부위로부터 분기되어 상기 방출부와 인접하는 상기 제1유로의 제2부위와 연결되는 제2유로를 갖는 베이스;
    상기 유입부와 상기 제1부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 유체의 질량 유량을 측정하기 위한 질량 유량 센서;
    상기 제1부위 및 제2부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 유체의 질량 유량을 조절하기 위한 제1밸브;
    상기 제2유로와 연결되고, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 제2밸브; 및
    상기 질량 유량 센서에 의해 측정된 질량 유량과 기 설정된 기준 유량을 비교하여 상기 유체의 질량 유량이 상기 기준 유량과 일치하도록 상기 제1밸브의 동작을 제어하기 위한 밸브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1밸브가 개방되어 있는 동안 상기 제2밸브는 닫혀 있는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2밸브는, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 밸브 바디; 및
    상기 밸브 바디를 이동시키기 위한 구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 유닛은 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 구동 유닛은,
    회전력을 제공하기 위한 모터;
    상기 모터와 연결되며, 상기 회전력에 의해 회전하는 구동 스크루; 및
    상기 구동 스크루와 상기 밸브 바디를 연결하며, 상기 회전력에 의해 직선 왕복 운동하는 종동 스크루를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  6. 제3항에 있어서, 상기 밸브 바디는 디스크 밸브 헤드(disc valve head) 또는 포펫 밸브 헤드(poppet valve head)를 갖는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1밸브는 솔레노이드 밸브, 써멀(thermal) 밸브 또는 압전(piezoelectric) 밸브인 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유입부와 제1부위 사이에서 상기 제1유로 내부에 배치되고, 상기 유체를 통과시키기 위한 바이패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1유로가 상기 제1밸브에 의해 비정상적으로 닫힌 경우, 상기 제2밸브가 상기 제2유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 상기 제2밸브의 작동을 제어하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 질량 유량 센서의 비정상적인 작동에 의해 제1밸브가 닫힌 경우, 상기 밸브 제어부는 상기 제2밸브를 개방시키는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
  12. 기판을 가공하기 위한 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 소스;
    상기 공정 가스 소스와 상기 기판이 그 내부에 배치되는 공정 챔버 사이를 연결하는 공정 가스 배관; 및
    상기 공정 가스 배관 중에 설치되어 상기 공정 가스 배관을 통해 공급되는 공정 가스의 질량 유량을 제어하기 위한 질량 유량 제어기를 포함하되,
    상기 질량 유량 제어기는,
    상기 공정 가스를 통과시키기 위한 제1유로와, 상기 공정 가스를 상기 제1유로로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 공정 가스를 상기 제1유로로부터 방출하기 위한 방출부와, 상기 유입부와 인접하는 상기 제1유로의 제1부위로부터 분기되어 상기 방출부와 인접하는 상기 제1유로의 제2부위와 연결되는 제2유로를 갖는 베이스;
    상기 유입부와 상기 제1부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 공정 가스의 질량 유량을 측정하기 위한 질량 유량 센서;
    상기 제1부위 및 제2부위 사이에서 상기 제1유로와 연결되고, 상기 제1유로를 통과하는 공정 가스의 질량 유량을 조절하기 위한 제1밸브;
    상기 제2유로와 연결되고, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 제2밸브; 및
    상기 질량 유량 센서에 의해 측정된 질량 유량과 기 설정된 기준 유량을 비교하여 상기 공정 가스의 질량 유량이 상기 기준 유량과 일치하도록 상기 제1밸브의 동작을 제어하기 위한 밸브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2밸브는, 상기 제2유로를 개폐하기 위한 밸브 바디; 및
    상기 밸브 바디를 이동시키기 위한 구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1유로가 상기 제1밸브에 의해 비정상적으로 닫힌 경우, 상기 제2밸브가 상기 제2유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 상기 제2밸브의 작동을 제어하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 질량 유량 센서의 비정상적인 작동에 의해 제1밸브가 닫힌 경우, 상기 밸브 제어부는 상기 제2밸브를 개방시키는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 질량 유량 제어기와 연결되며, 상기 공정 가스의 공급을 제어하기 위한 주제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1밸브가 비정상적으로 닫힌 경우, 상기 주제어부는 상기 제2밸브를 개방시키기 위한 개방 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
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