KR102452855B1 - 질량유량 조절기의 교정장치 - Google Patents

질량유량 조절기의 교정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질량유량 조절기의 교정장치에 관한 것으로서, 교정시에 사용되는 N2 가스를 기준으로 질량유량 조절기에서 실제 사용하는 이종 가스의 환산 교정 팩터를 이용함으로써 질량유량 조절기를 안전하고 쉽게 교정할 수 있는 질량유량 조절기의 교정장치에 관한 것이다. 이를 위해 N2 가스를 공급하는 봄베부, 봄베부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 하류로 공급하거나 공급 차단하도록 동작하는 복수의 밸브부, 복수의 밸브부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 각각의 정의된 제1,2…,n 표준 기준유량에 따라 하류로 공급하고, 하류로 공급된 표준 기준유량 값을 계측하는 복수의 기준유량 표준 계측부, N2 가스와는 다른 이종 가스를 사용하며, 복수의 기준유량 표준계측부의 어느 하나와 연결 접속되어 표준 기준유량을 공급받음으로써 테스터 유량을 생성하고, 테스터 유량 값을 계측하는 교정 대상체인 교정대상 질량유량 조절기부를 포함함으로써 N2 가스의 유량을 선택된 이종 가스의 유량으로 변환 환산하여 교정대상 질량유량 조절기부를 교정하는 것을 특징으로 하는 질량유량 조절기의 교정장치가 개시된다.

Description

질량유량 조절기의 교정장치{Calibrating apparatus for mass flow controller}
본 발명은 질량유량 조절기의 교정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교정시에 사용되는 N2 가스를 기준으로 질량유량 조절기에서 실제 사용하는 이종 가스의 환산 교정 팩터를 이용함으로써 질량유량 조절기를 안전하고 쉽게 교정할 수 있는 질량유량 조절기의 교정장치에 관한 것이다.
기존 MFC(질량유량 조절기,Mass Flow Controller)는 전량 해외에서 수입하여 각 수요처로 판매되고 있으며, 반도체 제조 공정을 위해 국내 반도체 제조사에 연간 많은 수의 MFC가 판매된다. 반도체 제조사에서는 신품 교체가 아닌 교정(수리)을 통한 제조원가 절감을 기대하고 있다. 이에 따라 써드파티에서는 일정 기간 사용 후 교체가 필요한 제품을 대상으로 교정(수리)을 하여 납품을 하고 있는 실정이다. 이렇게 교정을 통한 재사용의 경우에는 새제품의 구매 비용보다 약 60% 이상이 저렴하여 반도체 제조사에서 꾸준히 교정(수리)을 요청하고 있는 상황이다.
MFC를 공정 사용 후 교체가 아닌 교정(수리)를 하기 위해서는 새제품과 동일한 성능을 낼수 있도록 교정(수리)을 실시하고 있다. 일반적으로 CVD 또는 Etching 공정 장비 한 대당 교정(수리)을 하는 MFC(Mass Flow Controller)의 양이 30 ~ 50개 이상이 나오는데 많은 양의 MFC(Mass Flow Controller)를 수작업으로 파악하고 교정하는 것은 효율이 떨어지며, 파라미터로 직관적으로 확인할 수 있는 것이 아닌 일반적인 수치를 눈으로 작업자가 확인하여 교정(수리)을 실시하기 때문에 교정시간 역시 상당히 소요되고 있는 실정이다.
따라서 기존의 수작업 교정장치로는 지속적으로 교정(수리)을 하기에 문제가 많이 있으며, 반도체 제조사에서 역시 신뢰성에 대한 문제점을 지적하고 있어 새로운 교정시스템의 개발이 절실한 실정이다.
KR 10-1502338 KR 10-0969990
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 교정을 위해 공급한 N2 가스의 유량을 교정대상 질량유량 조절기부가 실제로 사용하는 다루기 위험한 이종 가스의 유량으로 교정 팩터 값을 이용하여 변환 환산함으로써 안전하고 편리하게 유량 오차를 판단할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, N2 가스를 공급하는 봄베부, 봄베부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 하류로 공급하거나 공급 차단하도록 동작하는 복수의 밸브부, 복수의 밸브부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 각각의 정의된 제1,2…,n 표준 기준유량에 따라 하류로 공급하고, 하류로 공급된 표준 기준유량 값을 계측하는 복수의 기준유량 표준 계측부, N2 가스와는 다른 이종 가스를 사용하며, 복수의 기준유량 표준계측부의 어느 하나와 연결 접속되어 표준 기준유량을 공급받음으로써 테스터 유량을 생성하고, 테스터 유량 값을 계측하는 교정 대상체인 교정대상 질량유량 조절기부를 포함함으로써 N2 가스의 유량을 선택된 이종 가스의 유량으로 변환 환산하여 교정대상 질량유량 조절기부를 교정하는 것을 특징으로 하는 질량유량 조절기의 교정장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 교정대상 질량유량 조절기부는 사용되는 가스 유량의 용량범위에 따라 복수의 기준유량 표준 계측부 중 어느 하나와 교정을 위해 연결 접속된다.
또한, 각 가스의 종류에 따라 N2 가스를 기준으로 환산된 제1,2,…,n 교정 팩터 값을 저장하는 저장부, 가스의 종류에 상응하는 교정 팩터 값과 하류로 공급된 표준 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출하고, 산출된 N2 동등 환산 유량 값과 테스터 유량 값을 비교하여 유량 오차를 판단하는 제어부를 더 포함한다.
또한, 제어부는 교정대상 질량유량 조절기부와 연결 접속된 기준유량 표준 계측부에서 공급하는 표준교정 기준유량 값을 선택하는 표준 기준유량 선택부, 교정대상 질량유량 조절기부에서 사용하는 가스의 종류를 선택하는 가스종류 선택부, 가스종류 선택부에서 선택된 가스의 종류에 상응하는 환산 교정팩터 값을 저장부로부터 입력받는 교정팩터 입력부, 환산 교정 팩터 값과 표준교정 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출하는 N2 동등 환산유량 산출부를 포함한다.
또한, 제어부는 교정대상 질량유량 조절기부와 연결 접속된 기준유량 표준 계측부에서 전송된 표준 기준유량 값을 입력받는 표준 기준유량값 입력부, 교정대상 질량유량 조절기부에서 전송된 테스터 유량 값을 입력받는 테스터 유량값 입력부, N2 동등 환산유량 산출부에서 산출한 N2 동등 환산 유량 값과 테스터 유량값 입력부에서 제공한 테스터 유량 값을 서로 비교하여 교정량을 판단하는 교정값 산출부를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 교정을 위해 공급한 N2 가스의 유량을 교정대상 질량유량 조절기부가 실제로 사용하는 다루기 위험한 이종 가스의 유량으로 교정 팩터 값을 이용하여 변환 환산함으로써 안전하고 편리하게 유량 오차를 판단 할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 질량유량 조절기의 교정시스템의 대략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저장부 및 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 질량유량 조절기의 교정 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 교정대상 질량유량 조절기부를 교정하는 것이다. 질량유량 조절기부(Mass Flow Controller)는 가스의 흐르는 양을 측정하는 유량센서와 가스가 흐르는 양을 조절하는 구동부로 구성되어 있다. 이때, 질량유량 조절기부에서 가스의 양을 잘못 측정하거나 흐르는 양을 잘못 제어하면 반도체 공정의 불량을 야기한다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에서는 질량유량 조절기의 교정 시스템(10)을 제안하며 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 질량유량 조절기의 교정 시스템(10)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 봄베부는 N2 가스를 질량유량 조절기의 교정 시스템(10)으로 공급한다. 봄베부는 배관 또는 도관을 통해 제1,2…,n 기준유량 표준계측부로 N2 가스를 공급한다.
봄베부와 제1,2…,n 기준유량 표준계측부의 사이에는 제1,2…,n 밸브부가 각각 개별 독립적으로 접속 연결되어 있으며, 제1,2…,n 밸브부에 의해 봄베부로부터 제1,2…,n 기준유량 표준계측부로 공급되는 N2 가스의 공급을 차단하거나 공급하도록 할 수 있다.
기준유량 표준계측부는 가스 유량의 용량(SCCM, Standard Cubic Centimeter per Minutes)에 따라 각각 병렬로 구비된다. 기준유량 표준계측부의 가스 유량의 용량은 가스 용량의 범위에 따라 1~20[SCCM], 20~100[SCCM], 100~500[SCCM], 500~1,000[SCCM], 1,000~5,000[SCCM], 5,000~20,000[SCCM], 20,000~50,000[SCCM], 50,000~200,000[SCCM]으로 나눌 수 있다. 각 가스 유량의 용량에 따라 순차적으로 도 1에 도시된 바와 같이 제1,2…,n 기준유량 표준계측부가 병렬로 배치된다. 즉, 제1 기준유량 표준계측부의 용량은 1~20[SCCM]일 수 있으며, 제n 기준유량 표준계측부의 용량은 50,000~200,000[SCCM]일 수 있다.
복수의 기준유량 표준계측부 중 어느 하나는 교정대상 질량유량 조절기부의 가스 유량의 용량에 따라 선택적으로 연결 접속되어 봄베부에서 공급한 N2 가스를 자신의 가스 유량의 용량에 따라 질량유량 조절기부로 공급한다. 즉, 교정대상 질량유량 조절기부의 가스 유량의 용량이 제1 용량인 경우에 제1 용량을 커버할 수 있는 기준유량 표준계측부를 선택하여 당해 기준유량 표준계측부와 교정대상 질량유량 조절기부를 서로 선택적으로 연결 접속한다. 이에 따라 봄베부에서 공급된 N2 가스가 선택된 기준유량 표준계측부의 표준 기준유량만큼 교정대상 질량유량 조절기부로 공급된다. 선택된 기준유량 표준계측부의 표준 기준유량은 앞서 서술한 각 기준유량 표준계측부의 용량의 범위 내 중 최고 용량을 의미할 수 있다. 복수의 기준유량 표준계측부 각각은 자신의 하류에 배치된 교정대상 질량유량 조절기부로 공급한 기준유량 값을 계측하여 이를 제어부로 전송할 수 있다. 이때, 각각의 기준유량 표준계측부는 자신의 최고 용량을 하류로 공급하기 때문에 여기에서 설명하는 계측의 의미는 최고 용량 값을 의미할 수 있다.
한편, 봄베부는 N2 가스의 흐름 상에서 최상류에 배치되며, 순차적으로 제1,2…,n 밸브부, 제1,2…,n 기준유량 표준계측부, 제m 밸브부, 및 교정대상 질량유량 조절기부 순으로 배치된다.
교정대상 질량유량 조절기부는 그 종류에 따라 사용하는 가스의 종류나 가스 유량의 용량이 다양하다. 가스의 종류는 일예로서 N2, Ar, SiH4(실란), CF4 등 그 종류가 다양하며, 가스 유량의 용량도 반도체 제조 환경에 따라 다양할 수밖에 없다. 다만, 실란 가스와 같은 위험 물질을 가지고 교정을 할 수 없기 때문에 본 발명에서는 N2 가스를 사용하여 교정을 하는 장점이 있다. N2 가스를 사용하여 교정하기 위해 후술하는 바와 같이 가스 교정 변환 팩터가 필요하다. 즉, 가스의 종류에 따라 밀도가 다르기 때문에 교정시 사용할 수 있는 N2 가스를 기준으로 이종 가스의 환산 교정 팩터를 본 발명에서는 마련한다.
교정대상 질량유량 조절기부는 자신의 가스 유량의 용량 한계에 따라 선택적으로 제1,2…,n 기준유량 표준계측부 중 어느 하나와 연결 접속되며, 선택된 기준유량 표준계측부로부터 표준교정 기준유량을 공급받는다. 교정대상 질량유량 조절기부는 표준교정 기준유량을 공급받아 테스터 유량을 생성한다. 즉, 선택된 기준유량 표준계측부에서 제공하는 표준교정 기준유량은 기준이 되는 기준유량이다. 교정대상 질량유량 조절기부가 이 기준유량을 공급받아 테스터 유량을 생성함으로써 후술하는 바와 같이 표준교정 기준유량과 테스터 유량을 서로 비교하여 교정 오차를 확인할 수 있다. 한편, 교정대상 질량유량 조절기부는 생성된 테스터 유량 값을 계측하여 후술하는 제어부로 전송한다.
제m 밸브부는 선택된 기준유량 표준계측부와 교정대상 질량유량 조절기부의 사이에 배치됨으로써 선택된 기준유량 표준계측부에서 하류로 공급한 표준교정 기준유량만큼의 N2 가스의 공급을 차단하거나 공급하도록 한다.
저장부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이종 가스(N2 가스 포함)의 종류에 따라 N2 가스를 기준으로 미리 선행하여 환산한 제1,2…,n 교정 팩터 값을 저장한다.
제어부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이종 가스의 종류에 상응하는 교정 팩터 값을 저장부로부터 수신받고, 수신받은 교정 팩터 값과 선택된 기준유량 표준계측부에서 하류로 공급한 표준교정 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출하고 산출된 N2 동등 환산 유량 값과 테스터 유량 값을 비교하여 유량 오차를 판단한다. 이하에서 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
제어부는 교정을 위해 공급한 N2 가스의 유량을 교정대상 질량유량 조절기부가 실제로 사용하는 선택된 이종 가스(일예로서 아르곤 또는 실란)의 유량으로 교정 팩터 값을 이용하여 변환 환산함으로써 유량 오차를 판단할 수 있다. 이를 위해 제어부는 표준 기준유량 선택부, 가스종류 선택부, 교정팩터 입력부, 표준 기준유량값 입력부, 테스터 유량값 입력부, N2 동등 환산유량 산출부, 교정값 산출부를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이 표준 기준유량 선택부는 교정자의 선택에 따라 교정대상 질량유량 조절기부와 연결 접속된 선택된 기준유량 표준 계측부에서 공급하는 표준교정 기준유량 값을 입력받는다. 즉, 선택된 기준유량 표준 계측부의 한계 용량 값이 입력되어 선택된다. 이때, 선택된 기준유량 표준 계측부는 교정대상 질량유량 조절기부의 가스 용량을 수용할 수 있는 범위 내의 것이 선택된다.
가스종류 선택부에는 교정대상 질량유량 조절기부에서 실제로 사용하는 가스의 종류가 교정자에 의해 입력된다.
가스종류 선택부에서 교정대상 질량유량 조절기부가 사용하는 이종 가스의 종류가 선택되면 교정팩터 입력부는 가스종류 선택부에서 선택된 이종 가스의 종류에 상응하는 환산 교정팩터 값을 저장부로부터 입력받는다. 입력받은 환산 교정팩터 값은 다시 후술하는 N2 동등 환산유량 산출부로 전송한다.
표준 기준유량값 입력부는 교정대상 질량유량 조절기부와 선택적으로 연결 접속된 기준유량 표준 계측부에서 전송된 표준 기준유량 값을 입력받는다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 전송된 표준 기준유량 값은 당해 기준유량 표준 계측부의 최고 용량 값일 수 있다. 따라서 표준 기준유량값 입력부는 선택된 기준유량 표준계측부로부터 표준 기준유량 값을 입력받을 수도 있고 환경에 따라 표준 기준유량값 입력부에 최고 용량 값이 입력 또는 선택될 수도 있다.
테스터 유량값 입력부는 교정대상 질량유량 조절기부에서 전송된 테스터 유량 값을 입력받는다.
N2 동등 환산유량 산출부는 저장부로부터 입력받은 환산 교정 팩터 값과 표준 기준유량 선택부에서 입력 또는 선택된 표준교정 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출한다. 일예로서 1~20[SCCM]의 가스 용량 범위를 가지는 기준유량 표준계측부가 선택된 경우에 입력 또는 선택된 표준교정 기준유량 값은 20[SCCM]일 수 있다.
교정값 산출부는 N2 동등 환산유량 산출부에서 산출한 N2 동등 환산 유량 값과 테스터 유량값 입력부에서 제공한 테스터 유량 값을 서로 비교하여 교정량(또는 오차률)을 판단한다.
디스플레이부는 표준 기준유량값 입력부에서 제공하는 표준 기준유량 값과 테스터 유량값 입력부에서 제공하는 테스터 유량 값을 각각 표시하고, 교정값 산출부에서 제공한 교정량을 표시한다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 질량유량 조절기의 교정 시스템

Claims (5)

  1. N2 가스를 공급하는 봄베부,
    상기 봄베부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 상기 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 하류로 공급하거나 공급 차단하도록 동작하는 복수의 밸브부,
    상기 복수의 밸브부와 개별적으로 각각 연결 접속되어 상기 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 각각의 정의된 제1,2…,n 표준 기준유량에 따라 하류로 공급하고, 하류로 공급된 표준 기준유량 값을 계측하는 복수의 기준유량 표준 계측부,
    상기 N2 가스와는 다른 이종 가스를 사용하며, 상기 복수의 기준유량 표준계측부의 어느 하나와 연결 접속되어 표준 기준유량을 공급받음으로써 테스터 유량을 생성하고, 테스터 유량 값을 계측하는 교정 대상체인 교정대상 질량유량 조절기부,
    각 가스의 종류에 따라 상기 N2 가스를 기준으로 환산된 제1,2,…,n 교정 팩터 값을 저장하는 저장부,
    가스의 종류에 상응하는 교정 팩터 값과 하류로 공급된 표준 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출하고, 산출된 N2 동등 환산 유량 값과 테스터 유량 값을 비교하여 유량 오차를 판단하는 제어부를 포함하며,
    상기 N2 가스의 유량을 선택된 이종 가스의 유량으로 변환 환산하여 상기 교정대상 질량유량 조절기부를 교정하며,
    상기 복수의 기준유량 표준 계측부는 상기 제1,2…,n 표준 기준유량에 따라 상기 봄베부로부터 공급된 N2 가스를 하류로 공급하기 위해 각 가스 유량의 용량에 따라 순차적으로 병렬 연결 접속되며,
    상기 복수의 기준유량 표준계측부 중 어느 하나는 상기 교정대상 질량유량 조절기부의 가스 유량의 한계 용량에 따라 상기 교정대상 질량유량 조절기부와 선택적으로 직렬 연결 접속되어 상기 봄베부에서 공급한 N2 가스를 자신의 가스 유량의 용량에 따라 질량유량 조절기부로 공급하며,
    상기 제어부는,
    상기 교정대상 질량유량 조절기부와 선택적으로 연결 접속된 기준유량 표준 계측부에서 공급하는 표준교정 기준유량 값을 선택하는 표준 기준유량 선택부,
    상기 교정대상 질량유량 조절기부에서 사용하는 가스의 종류를 선택하는 가스종류 선택부,
    가스종류 선택부에서 선택된 가스의 종류에 상응하는 환산 교정팩터 값을 상기 저장부로부터 입력받는 교정팩터 입력부,
    상기 환산 교정 팩터 값과 표준교정 기준유량 값을 이용하여 N2 동등 환산 유량 값을 산출하는 N2 동등 환산유량 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량유량 조절기의 교정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교정대상 질량유량 조절기부는,
    사용되는 가스 유량의 용량범위에 따라 상기 복수의 기준유량 표준 계측부 중 어느 하나와 교정을 위해 연결 접속되는 것을 특징으로 하는 질량유량 조절기의 교정장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 교정대상 질량유량 조절기부와 연결 접속된 기준유량 표준 계측부에서 전송된 표준 기준유량 값을 입력받는 표준 기준유량값 입력부,
    상기 교정대상 질량유량 조절기부에서 전송된 테스터 유량 값을 입력받는 테스터 유량값 입력부,
    상기 N2 동등 환산유량 산출부에서 산출한 N2 동등 환산 유량 값과 상기 테스터 유량값 입력부에서 제공한 테스터 유량 값을 서로 비교하여 교정량을 판단하는 교정값 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량유량 조절기의 교정장치.
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