KR20070053011A - 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기를 제공한다. 상기 질량유량제어기는 유로가 마련되는 본체와, 상기 본체의 내부에 마련되며, 상기 유로로 유입되는 유체의 유량값을 감지하는 센서와, 상기 본체에 마련되며, 상기 유체의 유동을 제어하는 제어밸브와, 상기 센서와 상기 제어밸브와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유체의 유량값을 기설정되는 유량값의 정상범위 내에 포함되도록 상기 유체를 유동시키는 중앙제어부 및 상기 중앙제어부와 전기적으로 연결되는 디스플레이부를 구비한다.

Description

디스플레이부를 구비한 질량유량제어기{Mass Flow Controller having a Display Unit}
도 1은 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 질량유량제어기의 내부를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 디스플레이부의 동작을 보여주는 블럭도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **
300 : 질량유량제어기
320 ; 센서
340 : 제어밸브
350 : 중앙제어부
380 : 디스플레이부
382 : 표시부
383 : 경보부
본 발명은 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동되는 공정가스의 유량 및 질량유량제어기의 정상동작 여부를 가시적으로 확인할 수 있는 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스(Device)는 실리콘(Silicon)으로 형성되는 웨이퍼(Wafer)에 감광체 도포, 노광, 현상, 이온주입, CMP(Chemical and Mechanical Polishing), 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마(Plasma) 식각 등의 공정을 반복적 또는 순차적으로 수행됨으로써 제조된다.
이와 같은 공정들 중 반도체 확산설비는 웨이퍼 상에 확산공정을 진행하기 위해 다양한 종류의 공정가스를 사용하고 있다.
여기서, 상기 공정가스들은 소정량으로 공정챔버의 내부에 공급되어, 상기 공정챔버의 내부에 배치되는 웨이퍼 상에 공급된다.
이와 같이 소정량으로 상기 공정챔버의 내부에 공급되는 공정가스는 가스공급원과 공정챔버와 연결되는 가스공급관을 통하여 공급되는데, 상기 가스공급관에는 상기 공정가스를 소정량으로 공급할 수 있도록 질량유량제어기가 설치된다.
상기의 질량유량제어기를 설치하는 이유는, 확산공정을 수행함에 있어서 공정가스를 공정 조건에 부합되는 유량으로 공정챔버의 내부로 공급하기 위함에 있고, 특히, 최근에는 반도체 디바이스의 집적도가 향상됨에 따라 미세한 공정조건의 변경도 반도체 디바이스에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이와 같은 공정가스의 정확한 유량제어는 매우 중요하다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 질량유량제어기는 가스공급원과 공정챔버를 연결하는 가스공급관에 설치되어, 공정에 필요한 공정가스들의 유량을 제어한다. 따라서, 공정수행에 필요한 소정량의 가스 기준 유량이 설정되면, 상기 질량유량제어기는 공정챔버의 내부로 유입되는 가스의 유량을 정확히 측정 및 조절함으로써 공정챔버의 내부에 정확한 유량의 공정가스가 공급되도록 하고, 이와 같이 미리 정해진 유량의 공정가스가 모두 공급되면, 상기 질량유량제어기는 공정가스가 공급되는 유로를 차단시킴으로써, 공정챔버로의 공정가스의 공급을 차단한다.
이에 따라 상기 공정챔버에는 정확한 유량의 공정가스가 공급되기 때문에 이에 따른 공정수행도 원활하게 진행된다.
따라서, 반도체 디바이스에 있어서 공정가스의 유량을 정밀하게 측정하고 제어하여야만 불량품의 생산을 최소화할 수 있다. 그러므로, 작업자는 질량유량제어기의 이상 상태를 실시간으로 확인해야 하고 상기 질량유량제어기에 이상이 발생했을 경우 신속하게 대처하는 것이 필요하다.
상술한 바를 이루기 위해 상기 질량유량제어기는 제어되는 공정가스의 유량값과, 질량유량제어기의 이상 유무에 대한 상태를 가시적으로 확인 할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공정챔버의 내부로 공급되는 공정가스의 유량값 및 질량유량제어기의 이상 동작 유무를 가시적으로 확인 할 수 있도록 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기를 제공함에 있다.
본 발명은 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 질량유량제어기는 유로가 마련되는 본체와, 상기 본체의 내부에 마련되며, 상기 유로로 유입되는 유체의 유량값을 감지하는 센서, 상기 본체에 마련되며, 상기 유체의 유동을 제어하는 제어밸브, 상기 센서와 상기 제어밸브와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유체의 유량값을 기설정되는 유량값의 정상범위 내에 포함될 수 있도록 상기 유체를 유동시키는 중앙제어부 및 상기 중앙제어부와 전기적으로 연결되는 디스플레이부를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 디스플레이부는 상기 기설정되는 유량값과, 상기 감지되는 유량값이 표시되는 표시부와, 상기 중앙제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유량값이 상기 기설정되는 유량값의 정상범위 내에서 벗어나는 경우에 알람을 발생하는 경보부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 상기 표시부는 상기 경보부에서 알람이 발생하는 경우에, 이를 가시적으로 확인할 수 있는 램프를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 표시부는 상기 본체의 외면에 장착되는 액정패널일 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 본체는 내부에 상기 경보부와 전기적으로 연결된 스피커를 구비할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유 량제어기의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 질량유량제어기의 내부를 보여주는 단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 디스플레이부의 동작을 보여주는 블록도이다.
먼저, 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기의 구성을 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기는 공정가스와 같은 유체가 유입되는 유입구(311)와, 상기 유체가 유출되는 유출구(312)가 마련된 본체(301)와, 상기 본체(301)의 내부에 마련되며, 상기 유출구(311)와 유입구(312)를 연결하는 유로(310)와, 상기 유로(310)에 마련되는 바이패스(330)와, 상기 본체(301)의 내부에 마련되며, 상기 유로(310)의 내부에서 유동하는 유체의 유량값을 감지하는 센서(320)와, 상기 본체(301)의 내부에 마련되며, 상기 유체의 유동을 제어하는 제어밸브(340)와, 상기 제어밸브(340)에 전기적으로 연결되며, 상기 센서(320)에서 감지되는 공정가스와 같은 유체의 유량값을 기설정되는 유량값의 정상범위 내에서 상기 유체를 유동시키는 중앙제어부(350) 및 상기 중앙제어부(350)와 전기적으로 연결되는 디스플레이부(380)를 포함한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 디스플레이부(380)는 상기 중앙제어부(350)에 기설정되는 유량값과, 상기 센서(320)에서 감지되는 유량값이 가시적으로 표시되는 표시부(382)와, 상기 중앙제어부(350)와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유량값이 상기 기설정되는 유량값의 정상범위에서 벗어나는 경우에 알람을 발생하 는 경보부(383)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 표시부(382)는 상기 경보부(383)에서 알람이 발생하는 경우에, 이를 가시적으로 확인할 수 있는 LED램프(382b)를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 LED램프(382b)는 상기 경보부(383)에서 알람이 발생되지 않는 경우에 온(on)되는 정상램프와, 상기 경보부(383)에서 알람이 발생되지 않는 경우에 온(on)되는 이상램프를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 표시부(382)는 상기 본체(301)의 외면에 장착되는 액정패널일 수 있다. 물론, 상기 표시부(382)는 발광다이오드들로 구성될 수도 있고, 유기 EL 등 화면을 표시하기 위한 어떠한 것으로도 구성할 수 있다.
또 한편, 상기 본체(301)는 내부에 상기 경보부(383)와 전기적으로 연결된 스피커(383a, 도 1참조)를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 본체(301)에는 상기 스피커(383a)의 음량이 외부로 용이하게 전달될 수 있도록 다수개의 통공들(383b)이 형성될 수 있다.
다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기의 바람직한 실시예의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조 하면, 질량유량제어기(300)는 공정가스가 저장된 가스공급원(100)과, 확산공정이 수행되는 공정챔버(200)를 서로 연결하는 가스공급관(210)에 연결될 수 있다.
상기 질량유량제어기(300)의 본체(301)에 마련된 유입구(311)와 유출구(312)는 가스공급관(210)에 각각 연결된다.
이와 같은 상태에서, 중앙제어부(350)는 공정 조건에 부합하는 공정가스의 유량값이 설정된다. 이어, 펌프(110)는 상기 가스공급원(100)에 저장된 공정가스를 펌핑하고, 상기 펌핑된 공정가스는 상기 가스공급관(210)에 장착된 상기 질량유량제어기(300)를 통해 소정 유량으로 제어되어 상기 공정챔버(200)로 공급될 수 있다.
이때, 센서(350)는 유로(310)의 내부에서 유동되는 공정가스의 유량값을 감지하고, 상기 감지된 유량값을 상기 중앙제어부(350)로 전송한다.
상기 중앙제어부(350)는 상기 감지된 유량값이 기설정된 유량값의 정상범위 내에 포함될 수 있도록 전기적 신호를 제어밸브(340)로 전송하여, 상기 제어밸브(340)를 동작시킨다.
여기서, 본 발명에 따르는 질량유량제어기(300)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 센서(320)에는 금속제의 둥근 관(322)을 통하여 공정가스가 흐르도록 되어 있다. 관(322)의 상류 측과 하류 측에는 코일(324, 326)이 감아져 있다. 상기 코일(324, 326)에 소정의 전압이 인가되면, 상기코일(324, 326)은 가열되고 이때 관(22)을 통해 공정가스가 흐르면 공정가스의 흐름에 따라 상기 코일(324, 326)의 양측에서는 온도 변화가 발생한다. 공정가스가 흐르지 않을 경우와 공정가스가 흐를 경우, 온도 변화의 폭이 달라지는데 그 변화된 값을 휘이트스톤 브릿지(wheatstone bridge) 회로에서 전압의 변화로 검출한 후 이것을 유량의 출력으로 나타내게 된다.
이때, 바이패스(bypass, 330)는 센서(20)와 병렬로 연결된 별도의 라인이다. 센서(320)에 흐르는 유량에는 한계가 있다. 일반적으로 수 sccm 에서 수십 sccm 정도이다. 그에 따른 이상의 유량을 측정할 경우에는 바이패스(330)를 통해 흐름을 분배할 필요가 있다. 유량 관계나 온도 영향이 센서(320)와 같은 특성을 가진 바이패스(330)를 필요로 하므로, 바이패스(330)에 흐르는 상태와 센서(320)에 흐르는 상태는 동일 정도의 층류(laminar flow) 상태의 것이 요구된다. 바이패스(330)의 구조로는 일자형 적층판, 소결금속, 오리피스(orifice) 등이 고안되어 실용화되고 있다.
그리고, 제어밸브(340)는 유출구(312)로 유출되는 공정가스의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 제어밸브(340)는 열 밸브(thermal valve), 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 피에조 밸브(piezo valve)의 3 종류로 나눌 수 있다.
일반적으로 제어밸브(40)의 최대 유출 능력은
Figure 112005066580767-PAT00001
로 표시되고 다음 식으로부터 구할 수 있다.
Figure 112005066580767-PAT00002
여기서, Q는 유량(m3/h), G는 가스의 비중(공기의 비중은 1), T는 절대온도(K), P1은 입구압력(kgf/cm2 abs), P2는 출구압력(kgf/cm2 abs)이다. 사용자는 필요로 하는 가스, 유량, 압력을 기초로 원하는 Cv 값을 갖는 제어밸브를 선정한다.
중앙제어부(350)는 브릿지 회로, 증폭 회로, 선형성 보정 회로, 비교 제어 및 옵션 회로로 구성된다.
따라서, 상기 중앙제어부(350)는 기설정되는 유량값과 센서(320)에서 감지되는 유량값을 비교 제어 회로에서 연산하여 제어밸브(340)를 제어한다. 그러므로, 상기 제어밸브(340)는 상기 유로(310)에서 유동되는 공정가스의 유량, 즉, 상기 유출구(312)로 유출될 공정가스의 유량이 상기 기설정되는 유량값의 정상범위 내에 포함되는 상태에서 유출구(312)로 유출될 수 있도록 제어할 수 있다.
이와 같이 상기 중앙제어부(350)는 상기 제어밸브(340)를 통해 유입구(311)로 유입되는 공정가스를 기설정되는 유량값으로 상기 유출구(312)를 통해 상기 공정챔버(200)의 내부로 공급할 수 있다.
이때, 상기 중앙제어부(350)는 표시부(380)로 전기적 신호를 전송한다. 이어, 상기 표시부(380)는 상기 중앙제어부(350)에 기설정된 유량값과, 상기 센서(320)로부터 감지되는 유랑값을 동시에 디지털 수치(382a)등의 수단으로 가시화할 수 있다.
따라서, 상기 유입구(311)로 유입되어 상기 제어밸브(340)에 의해 상기 유출구(312)로 유출되는 공정가스의 유량값을 가시적으로 확인할 수 있다.
여기서, 상기 센서(320)로부터 감지되는 유량값이 상기 표시부(382)에 표시되는 것을 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.
질량유량제어기(300)의 센서(350)는 공정가스 유량값에 따라 일정 범위내의 전압 또는 전류를 직선적으로 비례하여 출력한다. 이를 실제 가스의 유량값으로 변환하기 위해서는 다음의 식이 사용된다.
Figure 112005066580767-PAT00003
여기서, V는 상기 센서의 감지값이다. C는 변환계수(conversion factor)로써 질량유량제어기의 제조사에서 제공하는 값일 수 있다. Q는 상기 유입구로 유입되는 공정가스의 유량값, 즉, 상기 실제 가스의 유량값이다. Q의 단위로는 보통 SLM(standard liter per minutes) 또는 LM(liter per minutes)이 사용된다. SLM은 0℃, 1기압 상태에서의 가스 유량, LM은 25℃, 1 기압 상태에서의 가스 유량을 나타낸다.
따라서, 상기 중앙제어부(350)는 상기 식에 의하여 질량유량제어기(300)의 센서(320)로부터 받은 전압 또는 전류에 대한 값을 실제 가스 유량값으로 변환하여 표시부(382)에 출력한다.
한편, 상기 중앙제어부(350)는 상기 센서(320)로부터 감지되는 유량값이 상기 기설정되는 유량값의 정상범위 내에서 벗어나면 경보부(383)로 전기적 신호를 전송할 수 있다.
이어, 상기 경보부(383)는 상기 본체(301)의 내부에 마련된 스피커(383a)로 전기적 신호를 보내어 알람을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 스피커(383a)로부터 발생되는 음량은 상기 본체(301)에 형성된 다수개의 통공들(383b)을 통해 상기 본체(301)의 외부로 용이하게 전달될 수 있다.
또한, 상기와 같이 상기 감지되는 유량값이 상기 기설정된 유량값의 정상범위에서 벗어나는 경우에, 상기 중앙제어부(350)는 상기 표시부(382)로 전기적신호를 전송하여 이상램프를 온(ON)시킬 수 있다.
이는, 상기 중앙제어부(350)가 상기 제어밸브(340)를 정상적으로 제어하지 못하는 경우에 해당될 수 있고, 이에 따라 상기 중앙제어부(350)는 상기 질량유량제어기(300)가 비정상적인 동작을 하는 것으로 판단할 수 있다.
물론, 상기 감지되는 유량값이 상기 기설정된 유량값의 정상범위 내에 포함되는 경우에, 상기 중앙제어부(350)는 상기 표시부(382)로 전기적신호를 전송하여 정상램프를 온(ON)시킬 수 있다.
따라서, 상기 본체(301)의 외면에 장착되는 표시부(382)인 액정패널에서 상기 LED램프(382b)인 정상램프가 온됨으로써, 상기 질량유량제어기(300)의 이상상태의 유무는 정확하게 파악될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기와 같은 질량유량제어기에 공정챔버로 공급되는 공정가스의 유량값을 가시적으로 나타내어 줌으로써 공정진행시에 정상적인 유량으로 공정가스가 공정챔버로 공급되는지의 여부를 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 공정가스가 공정챔버로 기설정된 유량값으로 공급되지 않는 경우에 경보를 발생시켜, 이상상태로 공정가스가 공급됨을 알 수 있게 한다. 이와 아울러 질량유량제어기의 이상상태를 알리는 LED램프를 구비함으로써 가시적으로 질량유량제어기의 이상상태의 유무를 파악할 수 있다.
이에 따라, 공정가스가 공정에 부합되지 않는 유량으로 공정챔버로 공급되는 것을 방지하여, 제품불량 및 공정사고를 방지할 수 있는 효과가 있고, 이상상태가 발생된 질량유량제어기를 즉시 교체할 수 있게 함으로써 이에 따른 공정사고를 추가로 방지하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 유로가 마련되는 본체;
    상기 본체의 내부에 마련되며, 상기 유로로 유입되는 유체의 유량값을 감지하는 센서;
    상기 본체에 마련되며, 상기 유체의 유동을 제어하는 제어밸브;
    상기 센서와 상기 제어밸브와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유체의 유량값을 기설정되는 유량값의 정상범위 내에 포함되도록 상기 유체를 유동시키는 중앙제어부; 및
    상기 중앙제어부와 전기적으로 연결되는 디스플레이부를 포함하는 디스플레이부를 구비한 질량유량제어기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 기설정되는 유량값과, 상기 감지되는 유량값이 표시되는 표시부와, 상기 중앙제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 감지되는 유량값이 상기 기설정되는 유량값의 정상범위 내에서 벗어나는 경우에 알람을 발생하는 경보부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이부를 구비하는 질량유량제어기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 경보부에서 알람이 발생하는 경우에, 이를 가시적으로 확인할 수 있는 램프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이를 구비하는 질량유량제어기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 본체의 외면에 장착되는 액정패널인 것을 특징으로 하는 디스플레이를 구비하는 질량유량제어기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 본체는 내부에 상기 경보부와 전기적으로 연결된 스피커를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이를 구비하는 질량유량제어기.
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