KR20190091389A - 열-기반 질량 유량 제어기(mfc)들의 향상된 유동 검출 반복성을 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

열-기반 질량 유량 제어기(mfc)들의 향상된 유동 검출 반복성을 위한 방법들 및 장치 Download PDF

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수산트 에스. 코쉬티
마이클 알. 라이스
스티븐 이. 바바얀
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

전자 디바이스 제조 시스템은 열 유동 센서를 갖는 질량 유량 제어기(MFC)를 포함한다. 열 유동 센서는 질량 유량을 측정할 수 있고, 그리고 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된 내측 표면을 갖는 센서 튜브를 포함할 수 있다. 내측 배리어 층은, 내측 표면 상에서 부식성 반응이 발생할 가능성을 방지할 수 있거나 또는 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 이는 MFC가 MFC의 질량 유량 정확도 규격들을 넘어서 드리프팅할 가능성을 방지할 수 있거나 또는 감소시킬 수 있다. 이는 MFC에 의한 유동 검출의 반복성을 개선할 수 있다. 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법들이 또한 제공되며, 다른 양상들이 또한 제공된다.

Description

열-기반 질량 유량 제어기(MFC)들의 향상된 유동 검출 반복성을 위한 방법들 및 장치
[001] 본원은, 발명의 명칭이 "METHODS AND APPARATUS FOR ENHANCED FLOW DETECTION REPEATABILITY OF THERMAL-BASED MASS FLOW CONTROLLERS(MFCS)"인 2016년 12월 31일자로 출원된 미국 정식 특허 출원 번호 제15/396,619호(대리인 관리 번호 제24591/USA)로부터 우선권을 주장하며, 이 미국 정식 특허 출원은 이로써, 모든 목적들에 대해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[002] 본 개시내용은 전자 디바이스 제조에 관한 것으로, 더 구체적으로, 전자 디바이스 제조에서 사용되는 질량 유량 제어기(mass flow controller)들에 관한 것이다.
[003] 전자 디바이스 제조 시스템들은 하나 이상의 질량 유량 제어기(MFC)들을 포함할 수 있다. MFC들은 전자 디바이스들의 제조에서 사용되는 프로세스 가스들의 질량 유량(mass flow rate)들을 측정 및 제어한다. 프로세스 가스들은, 예컨대, 반도체 웨이퍼들, 유리 플레이트들, 또는 유사한 기판들 상에 전자 회로들이 제작될 수 있는 하나 이상의 프로세스 챔버들에 전달될 수 있는, 세정, 증착, 및 에천트 가스들 뿐만 아니라 다른 가스들을 포함할 수 있다. 일부 전자 디바이스 제조 시스템들에서, 프로세스 가스들은, 예컨대 미시적으로 작은 치수들을 갖는 전자 디바이스들을 생산하기 위해, 예컨대 +/-1%만큼 높은 질량 유량 정확도들로 정밀하게 전달될 필요가 있을 수 있다. 초기에는 일부 질량 유량 제어기(MFC)들이 그러한 높은 질량 유량 정확도들 뿐만 아니라 다른 정확도 허용오차들을 제공하는 것이 가능할 수 있지만, 시간이 지남에 따라, 일부 MFC들은 이들의 특정된 허용오차들을 초과할 수 있는, 이들의 특정된 질량 유량 정확도들의 "드리프트(drift)" 또는 시프트(shift)를 겪을 수 있다. 이는 제조되는 전자 디바이스들의 생산에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 개선된 MFC들이 요구된다.
[004] 제1 양상에 따르면, 질량 유량 제어기가 제공된다. 질량 유량 제어기는 유입구 포트, 배출구 포트, 열 유동 센서, 유량 제어 밸브, 및 제어기를 포함한다. 열 유동 센서는 질량 유량 제어기를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 측정하도록 구성된다. 열 유동 센서는 센서 튜브를 가지며, 센서 튜브는 유입구 포트에 커플링된 입력부를 갖는다. 센서 튜브는 또한, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖는다. 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된다. 유량 제어 밸브는 센서 튜브의 출력과 배출구 포트 사이에 커플링된다. 유량 제어 밸브는 질량 유량 제어기를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 증가 또는 감소시키도록 구성된다. 제어기는 열 유동 센서로부터 센서 정보를 수신하고, 유량 제어 밸브를 동작시키도록 구성된다.
[005] 제2 양상에 따르면, 전자 디바이스 제조 시스템이 제공된다. 전자 디바이스 제조 시스템은 프로세스 챔버, 가스 전달 시스템, 및 시스템 제어기를 포함한다. 프로세스 챔버는 기판 지지부를 가지며, 가스 전달 시스템은 가스 공급부 및 질량 유량 제어기를 포함한다. 질량 유량 제어기는 센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함한다. 센서 튜브는 입력부, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖는다. 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된다. 시스템 제어기는 프로세스 챔버 및 가스 전달 시스템을 동작시키도록 구성된다.
[006] 제3 양상에 따르면, 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함하는 질량 유량 제어기를 제공하는 단계를 포함한다. 센서 튜브는 입력부, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖는다. 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된다. 방법은 또한, 열 유동 센서를 통해 질량 유량을 측정하는 단계, 및 측정하는 단계에 대한 응답으로, 질량 유량 제어기를 통해, 필요에 따라 질량 유량을 조정하는 단계를 포함한다.
[007] 본 개시내용의 이들 및 다른 실시예들에 따른 또 다른 양상들, 특징들, 및 이점들은, 다음의 상세한 설명, 첨부 청구항들, 및 첨부 도면들로부터 용이하게 명백하게 될 수 있다. 따라서, 본원의 도면들 및 설명들은 사실상 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.
[008] 아래에서 설명되는 도면들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것일 뿐이고, 반드시 실척대로 도시된 것은 아니다. 도면들은 어떠한 방식으로도 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[009] 도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 전자 디바이스 제조 시스템을 예시한다.
[0010] 도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 전자 디바이스 제조 시스템의 질량 유량 제어기를 예시한다.
[0011] 도 3a는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 질량 유량 제어기의 열 유동 센서를 예시한다.
[0012] 도 3b는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 3a의 단면선(3B-3B)을 따라 취해진, 열 유동 센서의 센서 튜브의 단면도를 예시한다.
[0013] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법을 예시한다.
[0014] 이제, 본 개시내용의 예시적인 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 그 실시예들은 첨부 도면들에 예시된다. 가능한 모든 경우에, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 유사한 파트들을 지칭하기 위해 도면들 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
[0015] 전자 디바이스 제조는 전자 디바이스들의 생산에서 프로세스 챔버들에 대한 프로세스 가스들의 정밀한 제어 및 전달을 수반할 수 있다. 질량 유량 제어기(MFC)들은, 그 질량 유량 제어기(MFC)들을 통해 유동하는 프로세스 가스의 질량 유량을 측정 및 제어하기 위해, 전자 디바이스 제조 시스템들의 가스 전달 시스템들에서 사용된다. 그러나, 부식성 프로세스 가스들과 함께 사용된 일부 MFC들, 특히 열-기반 MFC들은, 시간이 지남에 따라, 그 MFC들을 통해 유동하는 프로세스 가스들의 질량 유량을 더 이상 정확하게 측정 및 제어하지 못하게 될 수 있다. 즉, 그러한 MFC들은 MFC의 특정된 정확도를 넘는, 질량 유량의 드리프트 또는 시프팅을 겪을 수 있으며, 이는 제조되는 전자 디바이스들의 생산 수율에 악영향을 미칠 수 있다.
[0016] 일 양상에서, 전자 디바이스 제조 시스템들은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 개선된 MFC들을 포함한다. 개선된 MFC들은 센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함할 수 있으며, 그 열 유동 센서에서, 그 MFC들을 통해 유동하는 프로세스 가스의 질량 유량이 측정될 수 있다. 측정된 질량 유량 및 MFC의 "세트포인트"(즉, 요구 질량 유량)에 기초하여, MFC는, 미리 결정된 정확도 내에서 세트포인트를 유지하기 위해, MFC를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 증가 또는 감소시키도록, 필요에 따라 MFC의 유량 제어 밸브를 동작시킬 수 있다. 센서 튜브는 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된 내측 표면을 가질 수 있다. 내측 배리어 층은, MFC를 통해 유동하는 부식성 프로세스 가스들이, MFC에 의해 수행되는, 질량 유량 측정들의 정확도 및 후속 유량 제어 밸브 동작들에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있거나 또는 실질적으로 지연시킬 수 있다.
[0017] 개선된 MFC들을 예시 및 설명하는 예시적인 실시예들의 추가적인 세부사항들 뿐만 아니라, 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법들을 포함하는 다른 양상들이 도 1 내지 도 4와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
[0018] 도 1은 하나 이상의 실시예들에 따른 전자 디바이스 제조 시스템(100)을 예시한다. 전자 디바이스 제조 시스템(100)은 가스 전달 시스템(102), 프로세스 챔버(104), 및 시스템 제어기(106)를 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(102)은 프로세스 챔버(104)에 하나 이상의 프로세스 가스들을 하나 이상의 요구 질량 유량들로 공급할 수 있다. 가스 전달 시스템(102)은 제1 MFC(110a)를 통해 프로세스 챔버(104)에 커플링된 제1 가스 공급부(108a), 및 제2 MFC(110b)를 통해 프로세스 챔버(104)에 커플링된 제2 가스 공급부(108b)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 부가적인 또는 더 적은 가스들을 프로세스 챔버(104)에 전달하기 위해, 부가적인 또는 더 적은 가스 공급부들 및 MFC들이 제공될 수 있다.
[0019] MFC들(110a 및 110b) 각각은, MFC들(110a 및 110b)의 각각의 가스 공급부(108a 및 108b)로부터 MFC들(110a 및 110b) 각각을 통해 프로세스 챔버(104) 내로 유동하는 가스 유동을 측정 및 제어하기 위해 사용될 수 있다. 즉, MFC들(110a 및 110b)은 각각, MFC들(110a 및 110b) 각각을 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 측정할 수 있고, 이어서, 각각의 MFC의 세트포인트에 따라, 필요한 경우 또는 필요에 따라, 유량 제어 밸브를 조정할 수 있다. 세트포인트는 사용자 및/또는 시스템 제어기(106)에 의해 설정될 수 있다. MFC들(110a 및 110b)은 각각, 도 2 내지 도 4와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 이들의 정격 정확도들을 유지하도록 구성될 수 있다.
[0020] 프로세스 챔버(104)는, 하나 이상의 기판들에 대해 하나 이상의 프로세스들, 이를테면 예컨대, 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 에칭, 어닐링, 사전-세정, 금속 또는 금속 산화물 제거 등을 수행하기 위한 임의의 적합한 프로세스 챔버일 수 있다. 다른 프로세스들이 프로세스 챔버(104)에서 기판들에 대해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(104)는 미리 정의된 패턴으로 프로세스 챔버(104) 내에 하나 이상의 프로세스 가스들을 전달하기 위한 샤워헤드(112)를 포함할 수 있으며, 그 미리 정의된 패턴은 샤워헤드(112)의 구성(예컨대, 샤워헤드(112) 내의 가스 전달 개구들의 수, 사이즈, 및/또는 어레인지먼트(arrangement))에 따라 좌우될 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 프로세스 가스들을 전달하기 위해, 프로세스 챔버(104)에서, 하나 이상의 타입들의 노즐들 및/또는 픽스처들이 대안적으로 또는 부가적으로 사용될 수 있다.
[0021] 프로세스 챔버(104)는 또한, 기판 지지부(114)를 포함할 수 있으며, 그 기판 지지부(114)는 프로세스 챔버(104)에서 기판(116)의 프로세싱 동안 기판 지지부(114) 상에 기판(116)을 홀딩(hold)하도록 구성된다. 예컨대, 기판(116)은, 다양한 전기 또는 다른 타입들의 디바이스들을 상부에 제작하기 위한, 반도체 웨이퍼, 유리 플레이트, 또는 다른 적합한 타입의 기판일 수 있다. 기판 지지부(114)는 기판(116)을 적소에 포지셔닝 및/또는 홀딩하기 위한 하나 이상의 메커니즘들, 이를테면 예컨대, 정전 척 또는 가이드 핀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(114)는 또한, 기판(116)을 상승 및 하강시키고, 기판에(116)에 열을 제공하고 그리고/또는 기판(116)으로부터 열을 제거하고, 그리고/또는 전기 바이어스를 제공하기 위한 적합한 장비를 포함할 수 있다.
[0022] 시스템 제어기(106)는, 프로세스 챔버(104) 내에서 프로세스를 수행하기 위해, 전자 디바이스 제조 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트들에 커플링되고 그리고/또는 그 하나 이상의 컴포넌트들을 개별적으로 또는 일제히 제어하도록 구성된 임의의 적합한 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 시스템 제어기(106)는, 중앙 프로세싱 유닛, 마이크로제어기, 또는 다른 적합한 컴퓨터 프로세싱 디바이스; 메모리; 및 지원 회로들을 포함할 수 있다. 시스템 제어기(106)는 프로세스 챔버(104)의 동작에 관련된 프로그래밍 명령들을 실행하고, 그리고/또는 전자 디바이스 제조 시스템(100)의 다른 제어기들에 명령들을 제공하도록, 이를테면 예컨대, MFC(110a 및/또는 110b)에 세트포인트를 제공하도록 구성될 수 있다.
[0023] 도 2는 하나 이상의 실시예들에 따른 MFC(210)를 예시한다. MFC(210)는 전자 디바이스 제조 시스템(100)에서 사용될 수 있으며, 일부 실시예들에서는, MFC(110a 및/또는 110b)와 동일할 수 있거나 또는 유사할 수 있다. MFC(210)는 특정 압력 범위 내에서 동작할 수 있으며, 여기서, 그 범위 미만의 압력들은 MFC(210)에 가스를 제공하지 않아서 MFC(210)가 그의 세트포인트를 달성하는 데 실패하게 할 수 있는 한편, 그 범위 초과의 압력들은 불규칙한(erratic) 질량 유량들을 야기할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, MFC(210)는 약 7 psia(pounds per square inch absolute) 내지 50 psia의 압력 범위 내에서 동작할 수 있다. MFC(210)는 다른 적합한 압력 범위들 내에서 동작할 수 있다.
[0024] MFC(210)는 제어기(218), 열 유동 센서(220), 유량 제어 밸브(222), 유입구 포트(224), 배출구 포트(226), 및 유동 경로(228)를 포함할 수 있으며, 그 유동 경로(228)는 유입구 포트(224) 및 배출구 포트(226)에 커플링되어 유입구 포트(224)와 배출구 포트(226) 사이에 있다. 유동 경로(228)는 센서 유동 경로(230) 및 바이패스(bypass) 유동 경로(232)로 분할될 수 있다. 도 3a와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 열 유동 센서(220)는 센서 유동 경로(230)를 통해 수용되어 그 열 유동 센서(220)를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 측정할 수 있다. 바이패스 유동 경로(232)는 유입구 포트(224)와 유량 제어 밸브(222) 사이에 커플링될 수 있고, 예컨대, 열 유동 센서(220)와 평행하게 커플링될 수 있다. 바이패스 유동 경로(232)는 열 유동 센서(220)의 상류 및 하류에서 가스의 층류(laminar flow)를 설정할 수 있다. 바이패스 유동 경로(232)가 또한, 총 유동의 일부를 열 유동 센서(220)를 통해 우회시킴으로써, 유동 범위를 세팅할 수 있다. 바이패스 유동 경로(232)는 추가로, (가스 온도 및 압력과 무관하게) 총 유동과 열 유동 센서(220) 사이에서 일정한 비율의 유동을 유지할 수 있다. 적합한 바이패스 기하형상들(미도시), 이를테면 예컨대, 평탄한 디스크들, 환상 슬러그(slug)들, 및 튜브 번들(tube bundle)들이 사용될 수 있다. 센서 유동 경로(230)와 바이패스 유동 경로(232)는 유량 제어 밸브(222)로의 입력부에서 다시 합류할 수 있다.
[0025] 유량 제어 밸브(222)는, 열 유동 센서(220)로부터 제어기(218)에 의해 수신된 입력 신호들에 대한 응답으로, 제어기(218)로부터, 가스 유동을 조절하기 위한 신호들을 수신할 수 있다. 유량 제어 밸브(222)는, 일부 실시예들에서는 완전 폐쇄 포지션(즉, 0% 세트포인트 ― 가스가 유동되지 않음)으로부터 완전 개방 포지션(즉, 100% 세트포인트 ― 최대(full) 유동)까지, MFC(210)를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 증가 또는 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유량 제어 밸브(222)는 볼-시트(ball-seat) 조합을 가질 수 있으며, 여기서, 밸브의 이동부는 시트에 대하여 폐쇄하기 위한 볼에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유량 제어 밸브(222)는 서멀(thermal), 비례 솔레노이드(proportional solenoid), 또는 압전-액추에이터(piezo-actuator) 타입 밸브일 수 있다. 다른 적합한 유량 제어 밸브들이 사용될 수 있다.
[0026] 제어기(218)는 열 유동 센서(220)로부터 센서 정보를 수신하고, 유량 제어 밸브(222)를 동작시키도록 구성될 수 있다. 제어기(218)는 또한, 다른 기능들을 수행하고, 그리고/또는 전자 디바이스 제조 시스템의 다른 디바이스들 및/또는 제어기들과 통신하도록 구성될 수 있다. 제어기(218)는 여러 전자 컴포넌트들, 이를테면 예컨대, 마이크로제어기 또는 다른 적합한 컴퓨터 프로세싱 디바이스, 하나 이상의 A/D 변환기들, 밸브 구동부, 및 다른 컨디셔닝 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 이들은 예컨대 인쇄 회로 보드 상에 탑재될 수 있다. 요구 질량 유량을 세팅하기 위해, 제어기(218)는 사용자 및/또는 시스템 제어기, 이를테면 예컨대, 전자 디바이스 제조 시스템(100)의 시스템 제어기(106)로부터 세트포인트 커맨드를 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 세트포인트 커맨드는, 0% 내지 100% 질량 유량을 표현하는, 0 VDC 내지 5 VDC, 또는 0 mA 내지 20 mA 전기 신호일 수 있다. 일부 실시예들에서, MFC(210)는 전체 범위 미만, 이를테면 예컨대, 전체 범위의 약 10% 내지 90%에서 동작할 수 있다. 다른 세트포인트 커맨드 값들 및/또는 동작 범위들이 가능하다. 제어기(218)는 또한, 열 유동 센서(220)로부터 센서 정보(예컨대, 질량 유량 측정치들)를 수신할 수 있고, 그리고 이에 대한 응답으로, 세트포인트 커맨드에 의해 표시된 세트포인트를 달성하기 위해, MFC(210)를 통과하는 질량 유량을 증가 또는 감소시키도록, 유량 제어 밸브(222)에 제어 전압을 제공할 수 있다. 예컨대, 열 유동 센서(220)로부터 수신된 질량 유량 측정치가 세트포인트 미만인 경우, 제어기(218)는, 질량 유량이 세트포인트를 달성할 때까지(또는 질량 유량이 세트포인트의 용인가능 범위, 이를테면 예컨대, +/- 1% 내에 있게 될 때까지) MFC(210)를 통과하는 질량 유량을 증가시키도록, 유량 제어 밸브(222)를 조정할 수 있다.
[0027] 도 3a는 하나 이상의 실시예들에 따른 열 유동 센서(320)를 예시한다. 일부 실시예들에서, 열 유동 센서(320)는 열 유동 센서(220)와 동일할 수 있거나 또는 유사할 수 있고, 그리고/또는 MFC(210)(도 2) 및/또는 MFC들(110a 및/또는 110b)(도 1)에서 사용될 수 있다. 열 유동 센서(320)는 회로망(334), 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b), 및 센서 튜브(340)를 포함할 수 있다. 센서 튜브(340)는, 유입구 포트에 커플링된, 이를테면 예컨대, 도 2의 센서 유동 경로(230)를 통해 유입구 포트(224)에 커플링된 입력부(342)를 가질 수 있다. 센서 튜브(340)는 또한, 유량 제어 밸브, 이를테면 예컨대, 도 2의 유량 제어 밸브(222)의 입력부에 커플링된 출력부(344)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 튜브(340)는 스테인리스 강 또는 Hastelloy®(니켈-크롬- 몰리브덴 합금)로 제조될 수 있거나, 또는 스테인리스 강 또는 Hastelloy®(니켈-크롬- 몰리브덴 합금)를 포함할 수 있고, 그리고 더 구체적으로 일부 실시예들에서는, 스테인리스 강 316L 또는 Hastelloy® C-22 또는 다른 Ni-Cr-Mo 강 합금으로 제조될 수 있거나, 또는 스테인리스 강 316L 또는 Hastelloy® C-22 또는 다른 Ni-Cr-Mo 강 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 튜브(340)는 진공 조건 하에서 약 1,000 ℃ 초과로 어닐링 프로세스를 거칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 튜브(340)는 약 1.3 mm 내지 1.7 mm의, 도 3b에 도시된 바와 같은 내경(D)을 가질 수 있다. 센서 튜브(340)의 다른 적합한 내경들이 가능하다.
[0028] 일부 실시예들에서, 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)은 가열기 및 저항-온도 검출기로서 이중 역할을 가질 수 있다. 질량 유량은 열 유동 센서(320)를 통해 유동하는 가스들의 열 전도도에 기초하여 열 유동 센서(320)에 의해 측정된다. 가스가 센서 튜브(340)의 입력부(342)를 통해 열 유동 센서(320)에 진입할 때, 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)은 가스를 데울 수 있다. 다른 실시예들은 대안적인 및/또는 부가적인 가열기들을 가질 수 있다. 질량 유량은 온도의 비례 변화로서 결정될 수 있고, 그리고 MFC 제어기, 이를테면 예컨대, 도 2의 제어기(218)에 송신되는 전기 신호로 회로망(334)에 의해 변환될 수 있다. 더 구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)은 센서 튜브(340) 주위에 감길 수 있다. 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)의 저항, 및 주어진 온도에서의 이들의 정확도는 알려져 있을 수 있다. 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)은 회로망(334)의 브리지 회로에 연결될 수 있고, 그리고 회로망(334)으로부터, 조절된 전류를 공급 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 온도는 주변 온도보다 약 70 ℃만큼 더 높을 수 있다. 가스가 센서 튜브(340)를 통해 유동함에 따라, 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)에 의해 도입된 열은 하류로 운반될 수 있다. 이 가스 유동은 상류의 온도-감지/가열기 코일(336a)이 하류의 온도-감지/가열기 코일(336b)보다 더 낮은 온도를 검출하게 할 수 있다. 온도 차이는 센서 튜브(340)를 통해 유동하는 가스의 질량 유량에 정비례할 수 있다. 회로망(334)은 감지된 코일 온도들에 기초하여 질량 유량을 결정할 수 있고, 그리고 그 결정된 질량 유량을 표현하는 전기 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 열 유동 센서(320)의 출력은 질량 유량의 함수일 수 있고, 상이한 가스들에 대해 상당히 변할 수 있다.
[0029] 종래의 MFC들에서, 부식성 가스, 이를테면 예컨대, 염소(Cl2) 또는 브롬화 수소(HBr)가 MFC의 센서 튜브를 통해 유동하는 경우, 수분이 존재하는 가열된 영역들에서 센서 튜브 재료와의 부식성 반응이 발생할 수 있다. 가열된 영역들은, 예컨대 100 ℃ 이상의 상승된 온도를 가질 수 있고, 그리고 가열기, 이를테면 온도-감지/가열기 코일들(336a 및 336b)에 또는 이들 근처에 위치될 수 있다. 그러한 부식성 반응들은 센서 튜브의 열 컨덕턴스 특성을 변화시킬 수 있으며, 이는 부정확한 질량 유량들이 측정되게 할 수 있고, 부정확한 질량 유량들에 대응하여 유량 제어 밸브의 부정확한 또는 불필요한 조정이 이루어지게 할 수 있다.
[0030] 그러한 부식성 반응들의 가능성을 방지 또는 감소시키기 위해, 센서 튜브(340)는 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 센서 튜브(340)는 내측 표면(346) 및 외측 표면(348)을 갖는다. 내측 표면(346)은 내측 배리어 층(352)을 형성하기 위해 재료(350)로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 외측 표면(348)이 또한, 외측 배리어 층(354)을 형성하기 위해 재료(350)로 코팅될 수 있다. 재료(350)는 원자 층 증착(ALD)을 통해 적용될 수 있다. 내측 표면(346) 및/또는 외측 표면(348)에 재료(350)를 적용하는 다른 적합한 방법들이 대안적으로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재료(350)는 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 오산화 탄탈럼(Ta2O5)으로 제조될 수 있거나, 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 오산화 탄탈럼(Ta2O5)을 포함할 수 있다. 내측 배리어 층(352)은 단일 층으로 형성될 수 있고, 그리고/또는 약 50 nm 내지 150 nm의 두께를 가질 수 있다. 외측 배리어 층(354)은 또한, 단일 층으로 형성될 수 있고, 그리고/또는 약 50 nm 내지 150 nm의 두께를 가질 수 있다. 내측 배리어 층(352) 및/또는 외측 배리어 층(354)은 다른 적합한 두께들을 가질 수 있고, 그리고/또는 일부 실시예들에서는, 다수의 재료 타입들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 배리어 층(352) 및 외측 배리어 층(354)은 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 내측 배리어 층(352) 및/또는 외측 배리어 층(354)은, 각각, 내측 표면(346) 및/또는 외측 표면(348) 상에서 부식성 반응이 발생할 가능성을 방지할 수 있거나 또는 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 이는 MFC, 이를테면 MFC(210)(도 2)가 MFC의 질량 유량 정확도 규격들을 넘어서 드리프팅할 가능성을 방지할 수 있거나 또는 감소시킬 수 있다. 이는 MFC에 의한 유동 검출의 반복성(repeatability)을 개선할 수 있다.
[0031] 도 4는 하나 이상의 실시예들에 따른, 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법(400)을 예시한다. 프로세스 블록(402)에서, 방법(400)은 센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함하는 MFC를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 센서 튜브는 입력부, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖고, 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅된다. 예컨대, MFC는 MFC(110a, 110b)(도 1) 또는 MFC(210)(도 2)일 수 있고, 그리고 센서 튜브(340)를 갖는 열 유동 센서(320)(도 3a)를 포함할 수 있으며, 여기서, 센서 튜브(340)는 내측 배리어 층(352)을 형성하기 위해 재료(350)로 코팅된 내측 표면(346)(도 3b)을 가질 수 있다.
[0032] 프로세스 블록(404)에서, 열 유동 센서를 통해 질량 유량이 측정될 수 있다. 예컨대, MFC(210)(도 2)를 통해 유동하는 가스의 질량 유량이, 열 유동 센서(220)(도 2) 또는 열 유동 센서(320)(도 3a)에 의해 측정될 수 있다.
[0033] 그리고 프로세스 블록(406)에서, 방법(400)은, 측정에 대한 응답으로, 질량 유량 제어기를 통해, 필요에 따라 질량 유량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 열 유동 센서(220)(도 2) 또는 열 유동 센서(320)(도 3)를 이용하여 질량 유량을 측정한 것에 대한 응답으로, 제어기(218)는, MFC(210)를 통과하는 질량 유량을 조정하여 MFC(210)의 세트포인트의 용인가능 범위를 달성하거나 또는 MFC(210)의 세트포인트의 용인가능 범위 내에 있게 하기 위해, 필요에 따라 유량 제어 밸브(222)를 조정할 수 있다.
[0034] 전술된 설명은 본 개시내용의 단지 예시적인 실시예들을 개시한다. 위에서 개시된 장치, 시스템들, 및 방법들의 변형들은 본 개시내용의 범위 내에 속할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 예시적인 실시예들이 개시되었지만, 다음의 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은, 본 개시내용의 범위 내에 다른 실시예들이 속할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 질량 유량 제어기로서,
    유입구 포트;
    배출구 포트;
    상기 질량 유량 제어기를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 측정하도록 구성된 열 유동 센서 ― 상기 열 유동 센서는 센서 튜브를 갖고, 상기 센서 튜브는 상기 유입구 포트에 커플링된 입력부를 갖고, 상기 센서 튜브는 또한, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖고, 상기 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅됨 ―;
    상기 센서 튜브의 출력부와 상기 배출구 포트 사이에 커플링된 유량 제어 밸브 ― 상기 유량 제어 밸브는 상기 질량 유량 제어기를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 증가 또는 감소시키도록 구성됨 ―; 및
    상기 열 유동 센서로부터 센서 정보를 수신하고, 상기 유량 제어 밸브를 동작시키도록 구성된 제어기
    를 포함하는,
    질량 유량 제어기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 외측 표면은 외측 배리어 층을 형성하기 위해 상기 재료로 코팅되는,
    질량 유량 제어기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 재료는 산화 알루미늄 또는 오산화 탄탈럼을 포함하는,
    질량 유량 제어기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 내측 배리어 층은 약 50 nm 내지 150 nm의 두께를 갖는,
    질량 유량 제어기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 튜브는 약 1.3 mm 내지 1.7 mm의 내경을 갖는,
    질량 유량 제어기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 튜브는 스테인리스 강 또는 니켈-크롬-몰리브덴 합금을 포함하는,
    질량 유량 제어기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유입구 포트와 상기 유량 제어 밸브 사이에 커플링된 바이패스(bypass) 유동 경로를 더 포함하며,
    상기 바이패스 유동 경로는 상기 열 유동 센서에 평행하게 커플링되는,
    질량 유량 제어기.
  8. 전자 디바이스 제조 시스템으로서,
    기판 지지부를 갖는 프로세스 챔버;
    가스 공급부 및 질량 유량 제어기를 포함하는 가스 전달 시스템 ― 상기 질량 유량 제어기는 센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함하고, 상기 센서 튜브는 입력부, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖고, 상기 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅됨 ―; 및
    상기 프로세스 챔버 및 상기 가스 전달 시스템을 동작시키도록 구성된 시스템 제어기
    를 포함하는,
    전자 디바이스 제조 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 외측 표면은 외측 배리어 층을 형성하기 위해 상기 재료로 코팅되는,
    전자 디바이스 제조 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 재료는 산화 알루미늄 또는 오산화 탄탈럼을 포함하고, 원자 층 증착을 통해 적용(apply)되는,
    전자 디바이스 제조 시스템.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 내측 배리어 층은 단일 층을 포함하고, 약 50 nm 내지 150 nm의 두께를 갖는,
    전자 디바이스 제조 시스템.
  12. 전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법으로서,
    센서 튜브를 갖는 열 유동 센서를 포함하는 질량 유량 제어기를 제공하는 단계 ― 상기 센서 튜브는 입력부, 출력부, 내측 표면, 및 외측 표면을 갖고, 상기 내측 표면은 내측 배리어 층을 형성하기 위해 재료로 코팅됨 ―;
    상기 열 유동 센서를 통해 질량 유량을 측정하는 단계; 및
    상기 측정하는 단계에 대한 응답으로, 상기 질량 유량 제어기를 통해, 필요에 따라 상기 질량 유량을 조정하는 단계
    를 포함하는,
    전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는, 원자 층 증착을 통해 상기 내측 표면에 상기 재료를 적용하는 단계를 포함하는,
    전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는, 외측 배리어 층을 형성하기 위해 상기 재료로 코팅된 상기 외측 표면을 제공하는 단계를 더 포함하는,
    전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 재료는 산화 알루미늄 또는 오산화 탄탈럼을 포함하는,
    전자 디바이스 제조 시스템에서 질량 유량을 측정 및 제어하는 방법.
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