KR20080017117A

KR20080017117A - 매스 플로우 콘트롤러

Info

Publication number: KR20080017117A
Application number: KR1020060078515A
Authority: KR
Inventors: 박종산
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-02-26

Abstract

본 발명은 반도체 제조설비에서 저유량의 정밀도(Accuracy)가 저하되지 않도록 조절하는 매스플로우 콘트롤러에 관한 것이다.

반도체 제조설비의 MFC에서 저유량의 사용시에도 유체의 량을 정확하게 조절하기 위한 본 발명의 반도체 제조설비의 개스플로우 콘트롤러는, 개스인입단에 연결되어 내부에 밀폐된 일정공간을 갖는 개구부와, 상기 개구부로부터 개스가 통과하는 모세관과, 상기 모세관을 통해 통과하는 개스의 유량을 검출하는 유량검출센서와, 상기 모세관에 연결되어 밀폐된 공간을 갖는 중공실과, 상기 개구부와 상기 중공실 사이에 설치되어 상기 개구부로부터 공급되는 일부개스가 흐르도록 유도하는 바이패스밸브와, 상기 바이패스밸브 상에 설치되어 소정의 밸브오픈/클로즈신호에 의해 상기 바이패스밸브에 개스가 흐르도록 제어하는 밸브와, 상기 중공실에 연결되어 소정의 유량제어신호에 의해 개스유량을 조절하는 유량조절밸브와, 상기 유량조절밸브에 연결되어 상기 유량조절밸브를 통해 조절되는 개스를 통과시키는 배출통로와, 상기 유량검출센서로부터 검출된 유량에 따라 일정한 압력이 유지되도록 유량제어신호를 상기 유량조절밸브로 출력하고, 상기 유량검출센서로부터 검출된 유량이 설정된 압력 이하 사용시 밸브클로즈신호를 출력하고 설정된 압력이상 사용시 밸브오픈신호를 출력하는 컨트롤보드를 포함한다.

반도체 제조설비의 MFC에서 설정된 기준양이하로 플로우될 시 바이패스라인을 차단시켜 정확한 유체 플로우량이 감지되도록 하여 저 유량에서도 정확한 유체 의 플로우량을 제어할 수 있어 에러를 방지한다.

개스플로우, MFC, 개스압력, 개스라인, 저유량

Description

매스 플로우 콘트롤러{MASS FLOW CONTROLLER}

도 1은 종래의 반도체 제조설비의 개스공급 경로를 나타낸 시스템 구성도

도 2는 도 1의 MFC(12)의 상세 구조도

도 3은 일반적인 MFC에서 유량에 따른 세트포인트제어에 따른 에러퍼센트비율을 나타낸 그래프

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MFC의 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20: 개스인입단 22: 개구부

24: 바이패스밸브 26: 중공실

28: 모세관 30: 유량검출센서

32: 유량조절밸브 34: 배출통로

36: 개스배출단 38: 콘트롤 보드

본 발명은 반도체 제조설비에 사용되는 매스플로우 콘트롤러(MASS FLOW CONTROLLER)에 관한 것으로, 특히 반도체 제조설비에서 저유량의 정밀도(Accuracy)가 저하되지 않도록 조절하는 매스플로우 콘트롤러에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 포토리소그래피(Photo Lithography), 확산, 식각, 산화, 화학기상증착 및 금속배선 등의 공정을 반복수행함에 따라 반도체장치로 제작된다. 이러한 반도체공정의 특성상, 각 공정챔버에서는 각종의 반응개스 및 세정개스 등의 공급과 사용한 잔여개스의 배기가 반복적으로 이루어진다.

각 공정챔버에는 공급되는 개스를 공정의 순서와 종류에 따라서 공급과 배기를 할 수 있도록 개스공급장치와 배기장치가 구비되어 있다. 반응개스 공급장치는 반응에 소요되는 공정개스의 종류별로, 개스를 저장하는 개스공급부과 공정챔버로 저장된 개스를 운반하는 개스공급라인과 개스공급라인을 통해서 공정챔버로 공급되는 개스량을 조절하는 유체 제어장치(MFC: Mass Flow Controller)로 구성되어 있다.

반도체 제조설비 중 여러 가지 공정에 있어 동일한 프로세스 공간 내에서 일정시간동안 원하는 유량의 개스를 공급하는 것이 공정의 한 부분이다. 예를들어 공정챔버내에 프로세스 100초 중 처음 20초는 30LPM, 중간 40초는 50LPM, 나중 40초는 80LPM으로 공급하도록 공정이 나누어져 있으며 이를 하나의 개스공급라인내에서 이루기위해 MFC를 사용한다. MFC의 개스 유량은 반도체 공정에 매우 정밀한 요소로 조금의 변동에 의해 웨이퍼에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 정밀하게 제어되어야 한다.

종래에는, 유량 또는 압력을 조정하는 조정기와 개폐 밸브 등을 구비하고 있는 유체제어장치(MFC:MASS FLOW CONTROLLER)로서, 조정기와 개폐 밸브 등이 측방으로부터 체결되는 나사에 의해 연결되어 있는 것이 알려져 있다. 이러한 유체제어장치(MFC)가 일본국 특허 공개 공보 평 5-172265호에 개시되어 있다.

유량을 조정하는 질량 유량 제어기나 압력을 조정하는 압력 조정기 등의 조정기는 고장으로 인해 교환이 필요한 경우가 많지만, 상기 종래의 유체 제어 장치에서는 조정기와 개폐 밸브 등이 측방으로부터 체결되는 나사에 의해 연결되어 있으므로, 조정기를 분리하기 위해서는 장치 전체를 분리해야만 하고, 교환에 시간이 소요되는 동시에 번거로우며, 장치를 보수하기가 불편하였다.

도 1은 종래의 반도체 제조설비의 개스공급 경로를 나타낸 시스템 구성도이다

개스용기(GAS BOMB)(10)는 각종 개스들을 저장하며 그 개스들을 공급하는 소스이다. 매스플로우 콘트롤러(MFC)(12)는 상기 개스용기(10)로부터 공급되는 개스의 플로우량을 자동으로 조절하여 챔버(14)로 공급한다. 상기 챔버(14)는 상기 MFC(12)를 통해 플로우량이 조절된 개스를 공급받아 해당 공정을 진행한다.

도 2는 도 1의 MFC(12)의 상세 구조도이다.

개스공급관에 연결되는 개스인입단(20)과, 상기 개스인입단(20)에 관통연결되어 내부에 밀폐된 일정공간을 갖는 개구부(22)와, 상기 개구부(22)로부터 개스가 통과하는 모세관(28)과, 상기 모세관(28)을 통해 통과하는 개스의 유량을 검출하는 유량검출센서(30)와, 상기 모세관(28)에 연결되어 밀폐된 공간을 갖는 중공실(26) 와, 상기 개구부(22)와 상기 중공실(26) 사이에 설치되어 상기 모세관(28)으로 개스가 흐르도록 유도하는 바이패스밸브(24)와, 상기 중공실(26)에 연결되어 소정의 유량제어신호에 의해 개스유량을 조절하는 유량조절밸브(32)와, 상기 유량조절밸브(32)에 연결되어 상기 유량조절밸브(32)를 통해 조절되는 개스를 통과시키는 배출통로(34)와, 배출통로(34)에 연결되어 개스를 배출하기 위한 개스배출단(36)와, 상기 유량검출센서(30)로부터 검출된 유량에 따라 일정한 압력이 유지되도록 유량제어신호를 상기 유량조절밸브(32)로 출력하는 컨트롤보드(38)로 구성되어 있다.

도 1의 개스용기(10)로부터 개스가 공급되면 개스인입단(20)을 통해 개구부(22)로 인가된다. 개구부(22)로 인가된 개스는 바이패스밸브(24)에 의해 모세관(28)으로 유도되고 상기 모세관(28)을 통한 개스는 중공실(26)로 전달된다. 중공실(26)로 전달된 개스는 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된다. 상기 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된 개스는 배출통로(34)와 개스배출단(36)을 통해 배출된다. 이때 유량검출센서(30)는 모세관(28)을 통해 플로우되는 유량을 검출하여 콘트롤보드(38)로 인가한다. 콘트롤보드(38)는 유량검출센서(30)로부터 검출된 개스의 유량을 받아 배출통로(34)를 통해 일정한 양이 플로우 되도록 유량조절밸브(32)를 제어한다. 상기 유량검출센서(30)를 통과하는 유체의 량은 이부분이기 때문에 모세관(28)과 바이패스밸브(24)로 흐르는 유체의 유량 비가 매스플로우 콘트롤러 전체 사용영역에 걸쳐 일정하여야 정확한 제어가 가능하다. 바이패스밸브(24)를 통과하여 흐를 수 있는 최대량(Max량)은 유량검출센서(30)에 따라 5~12sccm으로 제한된다.

따라서 MFC를 유량이 낮은 영역대에서 사용하게 되면 정확한 세트포인트(Set Point)를 제어하지 못하는 에러가 도 3에서 보는 바와 같이 유량이 낮은 영역대에서 커지게 된다.

상기와 같이 종래의 MFC는 유량이 적어지는 경우 유량검출센서로 유입되는 유량자체가 적어져 변별력이 약화됨에 따라 유량조절을 정확하게 제어하지 못하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 반도체 제조설비의 MFC에서 저유량의 사용시에도 유체의 량을 정확하게 조절할 수 있는 매스플로우 콘트롤러를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조설비의 개스플로우 콘트롤러는, 개스인입단에 연결되어 내부에 밀폐된 일정공간을 갖는 개구부와, 상기 개구부로부터 개스가 통과하는 모세관과, 상기 모세관을 통해 통과하는 개스의 유량을 검출하는 유량검출센서와, 상기 모세관에 연결되어 밀폐된 공간을 갖는 중공실과, 상기 개구부와 상기 중공실 사이에 설치되어 상기 개구부로부터 공급되는 일부개스가 흐르도록 유도하는 바이패스밸브와, 상기 바이패스밸브 상에 설치되어 소정의 밸브오픈/클로즈신호에 의해 상기 바이패스밸브에 개스가 흐르도록 제어하는 밸브와, 상기 중공실에 연결되어 소정의 유량제어신호에 의해 개스유량을 조절하는 유 량조절밸브와, 상기 유량조절밸브에 연결되어 상기 유량조절밸브를 통해 조절되는 개스를 통과시키는 배출통로와, 상기 유량검출센서로부터 검출된 유량에 따라 일정한 압력이 유지되도록 유량제어신호를 상기 유량조절밸브로 출력하고, 상기 유량검출센서로부터 검출된 유량이 설정된 압력 이하 사용시 밸브클로즈신호를 출력하고 설정된 압력이상 사용시 밸브오픈신호를 출력하는 컨트롤보드를 포함함을 특징으로 한다.

상기 설정된 압력은 10sccm로 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MFC의 구조도이다.

개스공급관에 연결되는 개스인입단(20)과, 상기 개스인입단(20)에 관통연결되어 내부에 밀폐된 일정공간을 갖는 개구부(22)와, 상기 개구부(22)로부터 개스가 통과하는 모세관(28)과, 상기 모세관(28)을 통해 통과하는 개스의 유량을 검출하는 유량검출센서(30)와, 상기 모세관(28)에 연결되어 밀폐된 공간을 갖는 중공실(24)와, 상기 개구부(22)와 상기 중공실(26) 사이에 설치되어 상기 개구부(22)으로 공급되는 일부개스가 흐르도록 유도하는 바이패스밸브(24)와, 상기 바이패스밸브(24) 상에 설치되어 소정의 밸브오픈/클로즈신호에 의해 상기 바이패스밸브(24)에 개스가 흐르도록 제어하는 밸브(25)와, 상기 중공실(26)에 연결되어 소정의 유량제어신 호에 의해 개스유량을 조절하는 유량조절밸브(32)와, 상기 유량조절밸브(32)에 연결되어 상기 유량조절밸브(32)를 통해 조절되는 개스를 통과시키는 배출통로(34)와, 배출통로(34)에 연결되어 개스를 배출하기 위한 개스배출단(36)와, 상기 유량검출센서(30)로부터 검출된 유량에 따라 일정한 압력이 유지되도록 유량제어신호를 상기 유량조절밸브(32)로 출력하고, 상기 유량검출센서(30)로부터 검출된 유량이 설정된 압력 이하 사용시 밸브클로즈신호를 출력하고 설정된 압력이상 사용시 밸브오픈신호를 출력하는 컨트롤보드(38)로 구성되어 있다.

상술한 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

도 1의 개스용기(10)로부터 개스가 공급되면 개스인입단(20)을 통해 개구부(22)로 인가된다. 개구부(22)로 인가된 개스는 바이패스밸브(24)에 의해 모세관(28)으로 유도되는 동시에 바이패스밸브(24)를 통해 흐르게 된다. 상기 모세관(28)을 통한 개스는 중공실(26)로 전달된다. 중공실(26)로 전달된 개스는 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된다. 상기 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된 개스는 배출통로(34)를 거쳐 개스배출단(36)을 통해 도 1에 도시된 챔버(14)로 배출된다. 이때 유량검출센서(30)는 모세관(28)을 통해 플로우되는 유량을 검출하여 콘트롤보드(38)로 인가한다. 콘트롤보드(38)는 유량검출센서(30)로부터 검출된 개스의 유량을 받아 설정된 기준레벨 예컨대 10sccm이상이 되면 밸브오픈신호를 발생하여 밸브(25)로 인가하고 10sccm이하가 되면 밸브클로즈신호를 발생하여 밸브(25)로 인가한다. 상기 유량검출센서(30)로부터 검출된 유량이 10sccm이상이 되어 밸 브(25)가 오픈되면 개구부(22)로 인가된 개스가 바이패스밸브(24)와 모세관(28)으로 나뉘어져 공급된다. 상기 모세관(28)을 통한 개스는 중공실(26)로 전달된다. 중공실(26)로 전달된 개스는 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된다. 상기 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된 개스는 배출통로(34)를 거쳐 개스배출단(36)을 통해 도 1에 도시된 챔버(14)로 배출된다. 상기 콘트롤보드(38)는 유량검출센서(30)로부터 검출된 개스의 유량을 받아 배출통로(34)를 통해 일정한 양이 플로우 되도록 유량조절밸브(32)를 제어한다.

그러나 상기 유량검출센서(30)로부터 검출된 유량이 10sccm이하가 되어 밸브(25)가 클로즈되면 개구부(22)로 인가된 개스가 모세관(28)으로만 공급된다. 상기 모세관(28)을 통한 개스는 중공실(26)로 전달된다. 중공실(26)로 전달된 개스는 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된다. 상기 유량조절밸브(32)에 의해 유량이 조절된 개스는 배출통로(34)를 거쳐 개스배출단(36)을 통해 도 1에 도시된 챔버(14)로 배출된다. 상기 콘트롤보드(38)는 유량검출센서(30)로부터 검출된 개스의 유량을 받아 배출통로(34)를 통해 일정한 양이 플로우 되도록 유량조절밸브(32)를 제어한다.

여기서 밸브(25)가 오픈된 상태에서 유량조절밸브(32)를 0~5V로 전영역을 제어하고 있으나 밸브(25)가 클로즈된 상태에서 유량조절밸브(32)를 0~3V로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서는 개스의 유량을 조절하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 개스 뿐만 아니라 모든 유체에 대하여 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 MFC에서 소량의 유체에 대하여 유량을 정확하게 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조설비의 MFC에서 설정된 기준유량이하로 플로우될 시 바이패스라인을 차단시켜 정확한 유체 플로우량이 감지되도록 하여 저 유량에서도 정확한 유체의 플로우량을 제어할 수 있어 에러를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

반도체 제조설비의 개스플로우 콘트롤러에 있어서,

개스인입단에 연결되어 내부에 밀폐된 일정공간을 갖는 개구부와,

상기 개구부로부터 개스가 통과하는 모세관과,

상기 모세관을 통해 통과하는 개스의 유량을 검출하는 유량검출센서와,

상기 모세관에 연결되어 밀폐된 공간을 갖는 중공실과,

상기 개구부와 상기 중공실 사이에 설치되어 상기 개구부로부터 공급되는 일부개스가 흐르도록 유도하는 바이패스밸브와,

상기 바이패스밸브 상에 설치되어 소정의 밸브오픈/클로즈신호에 의해 상기 바이패스밸브에 개스가 흐르도록 제어하는 밸브와,

상기 중공실에 연결되어 소정의 유량제어신호에 의해 개스유량을 조절하는 유량조절밸브와,

상기 유량조절밸브에 연결되어 상기 유량조절밸브를 통해 조절되는 개스를 통과시키는 배출통로와,

상기 유량검출센서로부터 검출된 유량에 따라 일정한 압력이 유지되도록 유량제어신호를 상기 유량조절밸브로 출력하고, 상기 유량검출센서로부터 검출된 유량이 설정된 압력 이하 사용시 밸브클로즈신호를 출력하고 설정된 압력이상 사용시 밸브오픈신호를 출력하는 컨트롤보드를 포함함을 특징으로 하는 매스플로우 콘트롤러.
제1항에 있어서,

상기 설정된 압력은 10sccm임을 특징으로 하는 매스플로우 콘트롤러.