KR20000066103A - 질량 유량 제어기 - Google Patents

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KR20000066103A
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표대일
박현문
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황인길
아남반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 질량 유량 제어기(MFC : Mass Flow Controller)에 관한 것으로, 특히, 산소(O2) 가스와 오존(O3) 가스의 유량을 제어하는 오존 가스 유량 제어기에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 유입되는 가스를 미세한 구조의 바이패스 라인을 통해서 바이패스하는 방법 대신에, 유입되는 가스가 컨트롤 밸브를 통해 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량을 피드백하여 검출하여 그 결과에 따라 유입되는 가스의 유량을 조절하도록 구성하므로써, 바이패스 라인에 발생하는 오염을 제거할 수 있어 장비의 수명도를 높이고, 또한 해당 프로세스로 가스 유량을 정확하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

질량 유량 제어기{MASS FLOW CONTROLLER}
본 발명은 질량 유량 제어기(MFC : Mass Flow Controller)에 관한 것으로, 특히, 산소(O2) 가스 유량 제어기를 통해 오존(O3) 가스의 유량을 제어하는 오존 가스 유량 제어기에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 제조 공정에 있어서, 웨이퍼상에 산화막 형성을 위한 화학 반응 가스가 이용되며, 이 화학 반응 가스의 유량 제어는 질량 유량 제어기를 통하여 제어한다.
즉, 상기한 질량 유량 제어기는 통상적으로, 산업용과 반도체 제조용으로 구분되는 바, 반도체 제조용에 이용되는 질량 유량 제어기는, 반도체 제조용으로 사용되는 모든 종류의 가스를 사용자가 원하는 유량만큼 흐르도록 정밀하고 정확하게 조절하여 주며, 흐르는 유량(flow rate)을 나타내어 줄 수 있는 조절 밸브가 구비되어 있는 기기를 말한다.
산화막 형성을 위하여 사용되는 가스로는 대표적으로, 산소(O2) 가스와 오존(O3) 가스가 사용되는 바, 산소(O2) 가스의 유량은 산소(O2) 가스 유량 제어기에 의하여 유체의 흐름을 제어한다.
도 1은 산소(O2) 가스 유량 제어기(10)에 관한 블록 구성도로서, 유입되는 가스 질량 유량을 감지하는 센서(11), 센서(11)에 흐르는 유량 이상의 유량을 측정하는 바이패스(bypass)(12), 기설정된 값과 센서(11)에서 감지된 값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 컨트롤 밸브(14)를 개폐시키는 컨트롤러(13), 컨트롤러(13)의 제어에 따라 개폐되어 해당 프로세스로 흐르는 가스의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브(14)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 산소(O2) 가스 유량 제어기(10)의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
센서(11)는 도면에는 도시되어 있지 않지만 하나의 긴 스테인레스 스틸 튜브를 통하여 가스가 흐를 수 있도록 되어 있으며, 상측과 하측에 코일이 감겨져 있어 상측과 하측에서 감지한 온도 변화에 의하여 유입되는 가스의 질량 유량을 측정한다.
센서(11)의 선형성(Linearity)을 향상시키기 위해서는 유입되는 가스의 약 90%가 바이패스(12) 라인으로 흐르게 되어 있으며, 센서(11)를 흐르는 가스 질량 유량과 바이패스(12)에 흐르는 질량 유량과 일정한 비율로 흐르게 되어 있다.
바이패스(12)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 센서(11)와 병렬로 연결된 별도의 라인을 통해 상기한 바와 같이 유입되는 가스의 흐름을 분배해주는 역할을 한다.
컨트롤러(13)는 기설정된 값과 센서(11)에서 검출한 값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 컨트롤 밸브(14)의 개폐를 제어한다. 즉, 가스가 유입되면 가스의 흐름은 바이패스(12)로 유입되기 전 분리되어 센서(11)로 직접 통하게 된다. 센서(11)에서는 질량 유량을 측정한 후 그 측정값을 컨트롤러(13)로 제공하며, 컨트롤러(13)에서는 기설정된 가스 질량 유량값과 센서(11)에서 검출한 가스 질량 유량값을 비교하여 컨트롤 밸브(14)의 개폐를 조절한다.
즉, 컨트롤러(13)는 센서(11)에서 측정된 질량 유량값에 따라 컨트롤 밸브의 개폐 제어 신호를 컨트롤 밸브(14)로 제공한다.
따라서, 컨트롤 밸브(14)는 컨트롤러(13)의 제어에 따라 개폐되어 바이패스(12)라인으로 유입된 가스의 흐름을 조절하여, 프로세스로 소망하는 가스량을 유입시킬 수 있게 된다.
한편, 오존(O3) 가스의 유량을 제어하는 질량 유량 제어기는 별도로 존재하지 않기 때문에, 상기한 산소(O3) 가스 유량 제어기를 이용하여 오존(O3) 가스의 유량을 제어한다.
그러나, 오존(O3) 가스는 부식성이 매우 강하여 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 미세한 구조로 이루어져 있는 바이패스 라인을 부식시켜 바이패스 라인을 오염시킨다.
특히, 다량의 오존(O3) 가스가 유입되는 경우, 상기한 바이패스 라인내의 오염은 더욱 심해져 유량 제어기의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 수리 비용이 상승되었고, 오존(O3) 가스 사용 부위로 실질적인 유량 공급이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
또한, 상기한 산소(O2) 가스 유량 제어기를 통하여 오존(O3) 가스를 유입시키는 경우, 유입되는 오존(O3) 가스가 어떠한 요인으로 인하여 도중에 유량이 손실되어 오존(O3) 가스 사용 부위로 필요로 하는 오존(O3)양이 공급되고 있지 않고 있어도 해당 가스량이 공급되고 있다고 사용자는 인식하는 바, 오존(O3)가스 사용 부위에서 실질적으로 필요로 하는 오존(O3)양이 정확하게 공급되고 있는가에 대한 검출은 이루어지지 않았다.
본 발명은 상기한 바에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 질량 유량 제어기내의 바이패스 라인을 제거하여 오존(O3)(또는 산소(O2)) 가스 유입시 바이패스 라인내의 오염 발생을 방지하고 또한 오존(O3)(또는 산소(O2)) 가스의 실질적인 유량을 검출할 수 있도록 하기 위한 질량 유량 제어기를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입되는 가스의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기에 있어서, 상기 유입되는 가스 유량을 감지하여 제공하는 센서; 상기 센서에서 제공되는 가스 유량 및 제공되는 유압 데이터에 대응되도록 컨트롤 밸브 조절 신호를 제공하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러에서 제공되는 컨트롤 밸브 조절 신호에 따라 개폐되어 상기 센서를 통과하여 흐르는 가스 유량의 흐름을 제어하는 컨트롤 밸브; 및 상기 컨틀로 밸브를 통과하여 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량에 대한 압력을 측정한 유압 데이터를 상기 컨트롤러로 제공하는 유압 센서를 포함하도록 구성된다.
도 1은 일반적인 산소 가스 유량 제어기의 구성 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 가스 유량 제어기의 구성 블록도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10, 100 : 질량 유량 제어기 11, 111 : 센서
12 : 바이패스 13, 112 : 컨트롤러
14, 113 : 컨트롤 밸브 120 : 유압 센서
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 질량 유량 제어기(100)의 구성 블록도로서, 질량 유량 제어기(100)로 유입되는 가스 질량 유량을 감지하는 센서(111), 제공되는 유압 데이터에 대응되도록 센서(111)에서 흐르는 가스의 유량의 흐름을 제어하는 컨트롤러(112), 컨트롤러(112)의 제어에 따라 개폐되어 해당 프로세서로 흐르는 가스의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브(113), 컨트롤 밸브(113)에서 해당 프로세서로 공급되는 가스의 유압 즉, 질량 유량 제어기(110) 후단의 유압을 측정하여 컨트롤러(112)로 제공하는 유압 센서(120)로 구성된다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 질량 유량 제어기(100)기의 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
센서(111)는 유입되는 오존(O3) 가스(또는 산소(O2) 가스)는 스테인레스 스틸 튜브로 이루어지는 원형 튜브를 통하여 흐를 수 있도록 되어 있어, 원형 튜브의 상측 및 하측에 감겨져 있는 코일에 의하여 유입되는 가스의 질량 유량을 측정하여 컨트롤러(112)로 제공한다.
컨트롤러(112)는 센서(111)에서 제공되는 도시되지 않은 원형 튜브를 통과하여 흐르는 가스 질량 유량 측정값과 기설정된 가스 질량 유량 측정값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 컨트롤 밸브(113)의 개폐 조절을 위한 컨트롤 밸브 조절 신호를 컨트롤 밸브(113)측으로 제공한다.
또한, 컨트롤러(112)는 컨트롤 밸브(113)를 통과하여 흐르는 가스 유량에 대한 압력 즉, 유속을 측정한 값이 유압센서(120)로부터 제공되면 이에 대응하도록 컨트롤 밸브(113)의 개폐 조절을 위한 컨트롤 밸브 조절 신호를 컨트롤 밸브(113)측으로 제공한다.
이 때, 유압 센서(120)는 질량 유량 제어기(100)내의 컨트롤 밸브(113)를 통과하여 흐르는 가스 유량에 대한 압력을 측정하여 전기 신호로 변환하여 그 값을 컨트롤러(112)로 제공한다. 즉, 유압 센서(120)는 컨트롤 밸브(113)에 의해서 질량 유량이 조절되어 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량에 대한 압력을 측정하여 컨트롤러(112)로 제공하는 것이다.
따라서, 컨트롤러(112)는 유압 센서(120)에서 피드백(feed back)되어 제공되는 현재 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량이 해당 프로세스에서 필요로 하는 가스 질량에 대한 유량인가를 판단한다. 즉, 컨트롤러(112)는 유압 센서(120)로부터 제공되는 가스 유량이 기설정된 가스 유량 즉, 해당 프로세스에서 필요로 하는 가스 질량 유량인가를 비교하여 그 값이 동일하면 컨트롤 밸브(113)를 닫힘 상태로 하기 위한 조절 제어 신호 예를 들어, 5V의 전압을 컨트롤 밸브(113)측으로 인가한다.
또한, 컨트롤러(112)는 유압 센서(120)로부터 제공되는 현재 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량에 대한 값이 기설정된 값과 동일하지 않으면 컨트롤 밸브(113)가 계속 열림상태로 있을 수 있도록 하기 위한 조절 제어 신호 예를 들어, 0V의 전압을 컨트롤 밸브(113)측으로 인가한다.
따라서, 컨트롤 밸브(113)는 컨트롤러(112)의 제어에 따라 예를 들어, 0V의 전압이 컨트롤러(112)로부터 인가되면 개방 상태로 하고, 5V의 전압이 컨트롤러(112)로부터 인가되면 닫힘 상태로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질량 유량 제어기는, 유입되는 가스를 미세한 구조의 바이패스 라인을 통해서 바이패스하는 대신에 유입되는 가스가 컨트롤 밸브를 통해 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량을 피드백하여 검출하여 그 결과에 따라 유입되는 가스의 유량을 조절하므로써, 바이패스 라인에 발생하는 오염을 제거할 수 있어 장비의 수명도를 높이고, 해당 프로세스로 가스 유량을 정확하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 유입되는 가스의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기에 있어서,
    상기 유입되는 가스 유량을 감지하여 제공하는 센서;
    상기 센서에서 제공되는 가스 유량 및 제공되는 유압 데이터에 대응되도록 컨트롤 밸브 조절 신호를 제공하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러에서 제공되는 컨트롤 밸브 조절 신호에 따라 개폐되어 상기 센서를 통과하여 흐르는 가스 유량의 흐름을 제어하는 컨트롤 밸브; 및
    상기 컨트롤 밸브를 통과하여 해당 프로세스로 공급되는 가스 유량에 대한 압력을 측정한 유압 데이터를 상기 컨트롤러로 제공하는 유압 센서를 포함하는 질량 유량 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 유압센서에서 제공되는 유압 데이터가 상기 해당 프로세스에서 필요로 하는 가스 유량에 대한 유압 데이터이면 상기 컨트롤 밸브를 닫힘 상태로 하는 조절 신호를 상기 컨트롤 밸브로 제공하고, 상기 유압센서에서 제공되는 유압 데이터가 상기 해당 프로세스에서 필요로 하는 가스 유량에 대한 유압 데이터가 아니면 상기 컨트롤 밸브를 열림 상태로 하는 조절 신호를 상기 컨트롤 밸브로 제공하는 것을 특징으로 하는 질량 유량 제어기.
KR1019990012961A 1999-04-13 1999-04-13 질량 유량 제어기 KR20000066103A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100684874B1 (ko) * 2004-11-23 2007-02-20 삼성전자주식회사 질량 유량 제어기 및 그것의 동작방법
KR100725098B1 (ko) * 2005-11-17 2007-06-04 삼성전자주식회사 반도체 제조설비의 유량조절기 오동작 감지장치 및 그 방법

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