[반도체 설비] MFC(Mass Flow Controller)란? (feat. SCCM, SLM 단위)

MFC (Mass Flow Controller)

반도체 제조 공정에서는 정확하고 정밀한 가스 제어가 필수적입니다. 많은 공정 설비들이 가스를 사용하기에, 대부분 MFC가 사용됩니다. MFC는 다양한 공정 가스의 유량을 제어하고 조절하는 장비로, 공정의 품질과 효율성을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 오늘은 이 MFC에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

SCCM이란?

MFC에서는 주로 'sccm' 라는 단위를 사용합니다. sccm은 'Standard Cubic Centimeter per Minute'의 약자입니다. sccm은 표준상태 (0℃, 대기압)에서 기체가 몇 cc 흐르는지를 나타내는 단위라고 할 수 있겠습니다. 유량을 나타낼 때에는 보통 체적(volumetric) 유량과 질량(mass) 유량으로 나뉩니다. 체적 유량의 경우, 부피이므로 온도와 압력 같은 공정 조건의 영향을 받기 때문에 표준 상태를 기준으로 하는 듯 합니다.

 

SLM (Standard Liter per Minute)

표준 상태 (0℃, 대기압)에서 기체가 분당 몇 L 흐르는지를 나타내는 단위로, 1SLM = 1000 sccm 입니다.

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MFC의 기본 작동 원리와 구성

MFC는 설정 값(setpoint)과 실제 유량 값을 비교하여, 필요에 따라 제어 밸브를 개폐하거나 조정합니다. 예를 들어, 공정 가스가 너무 많이 흐르면 밸브를 닫아 유량을 줄이고, 너무 적게 흐르면 밸브를 열어 유량을 늘립니다. 이를 통해 정확한 유량을 유지하며, 반도체 제조 공정의 안정성과 재현성을 보장합니다.

 

MFC의 기본적인 구조 및 구성은 다음과 같습니다.

 

MFC 구조 (출처: HORIBA)

 

1. 유량 센서 (Flow Sensor)

- 가스의 실제 유량을 측정합니다.

- 열식 센서(thermal sensor)를 주로 사용하며, 가스의 온도 변화에 따른 열 전달 특성을 이용해 유량을 계산합니다.

- Heater를 기준으로 앞 뒤 온도 센서의 온도차를 통해 기체 양을 계산해냅니다.

- 또한, 센서를 통해 기체 온도를 직접 측정하여 온도차를 통해 기체 양을 계산해내기도 합니다.

 

2. 제어 밸브 (Control Valve)

- 유량 센서에서 측정된 값을 바탕으로 가스의 흐름을 조절합니다. 전자기식 밸브가 흔히 사용됩니다.

 

3. 전자 제어 장치 (Electronic Controller)

- 설정 값(setpoint)과 센서로부터의 측정 값을 비교 및 계산하여, 실시간으로 밸브를 제어합니다.

- PID 제어 알고리즘이 일반적으로 적용된다고 합니다.