Unit-Mass-Flow-Controller

報告內容:MFC目的MFC原理UnitMFC構造與特色AnalogMFCv.s.DigitalMFCServiceCenter概況PTIGasModuleMFC市場概況MFC目的一、FAB的三大類比參數‧流量多寡質流控制器(MFC)、旋轉測流計‧溫度高低熱電偶(Thermocouple)‧壓力大小壓力感測器(PressureGauge)二、MFC目的製程用氣體的流量控制三、類比控制系統個別控制器+參數現況偵測器+參數調整裝置+PC例:壓力控制ChamberButterflyValvePressureGaugeValveControllerPCProcessGasInletPressurestatussignalValvecontrolsignalPressuresetpointsignalPressurestatussignalValvestatussignal偵測比較調整控制HOMEMFC原理偵測現行的流量將現行流量與setpoint比較調整閥的開啟以符合setpoint值ProcessController‧電阻性溫度感測器(ResistiveTemperatureDetector)‧惠斯頓電橋(WheatstoneBridge)一、電阻性溫度感測器(ResistiveTemperatureDetector:RTD)使用純金屬；如白金、銅或鎳等對於溫度頗為敏感的材料；這些物質在其溫度動作範圍內，在每個溫度之下都有固定的電阻值。電阻溫度係數的關係式，得到在０oC時，溫度和導體之間的電阻關係可用下式表示之：Rt=Rref(1+αΔT)Rt:為環境溫度在toC時導體之電阻值Rref:為參考溫度(通常是0oC)的電阻值α:為所使用之導體材料之溫度係數ΔT:為工作溫度與參考溫度間的溫度差大部分的金屬都是正溫度係數，當溫度增加時，它們的電阻值會隨之增加。ΔR(電阻值差)在儀器上的應用方法，是用「惠斯頓電橋(WheatstoneBridge)」進行精密量測，再將電阻的變化量轉換成溫度指示刻度。二、惠斯頓電橋(WheatstoneBridge)IV1V2R1R2R3R4T1T2當R1*R4=R2*R3則V1=V2，因此I=0故設定R3=R4則T1及T2的變化對R1及R2的改變造成的電阻差影響ΔV(V2-V1)，故可藉由ΔV反推ΔRR1溫度R2溫度電流電壓電壓電阻電阻電阻電阻當氣體流入表面纏有兩組線圈(coils)的管件，對這兩組線圈施以相同的電流之後，線圈的電阻把電流轉換為熱，且傳入管件內的氣體。假設此時管件內沒有氣體流動，管件內的氣體將均勻的從線圈R1及R2獲得能量Q，使氣體的溫度上升ΔT，關係式如下：Ｑ=Cp*m*ΔT其中Cp為氣體的比熱(SpecificHeat)，m為氣體的含量。氣體入口氣體出口R1R2T1T2管件中無氣體或氣體無流動時，T1與T2間沒有溫度差；當將氣體通入管件後，管件的溫度將改變，兩組線圈的溫度將不再相同而有溫度差，且氣體的流量愈高，也就是Δm/Δt愈大，溫度差也就愈大(t指的是時間，Δm/Δt指的是質量流速)，只要控制單位時間內輸入R1及R2的電流，溫度差將與Δm/Δt呈正比線性的關係。故只要能夠測量R1與R2的溫度差，流經管件的氣體質量流速便可得知。前後串連一下吧!!!所以理論上，當知道電壓差時，既可反推得知某氣體目前的質量流速，再與set-point比較之後調整控制閥的開關以調整質流的輸出。Δm/ΔtΔ(T2-T1)Δ(R2-R1)WheatstoneBridge正比線性Ｑ=Cp*m*ΔTΔ(V2-V1)MFC基本原理構造圖：HOMEVoltageT1T2△RValvesignalProcessControllerUnitMFC構造及特色內容：‧SensorTechnology‧ValveTechnology‧Autoshut-offFunction‧DigitalMultiFloFunctionSensorTechnology一、傳統sensor原理IV1V2R1R2R3R4T1T2Temp.T1及T2的溫度皆會隨著氣體的流動而改變。△(T2-T1)△(T2-T1)△m/△t傳統的sensor在較高的質量流速下，較不具線性。二、新型sensor原理IV1V2R1R2R3R4T1T2Temp.T1的溫度會隨著氣體的流動而改變，但把T2視為一常數值。△(T2-T1)新型的sensor在較高的質量流速下，仍具有良好的線性。△(T2-T1)△m/△tConventionalNew三、UnitIso-SensorSensortube討論：‧Bypass特性‧熱虹吸現象‧Bypass(旁管)→Bypass經設計使得流經此管件的氣體將以層流(LaminarFlow)的方式流動，能使氣體得到最好的控制。→可經由Bypass的調整而改變MFC的GasRange。‧ThermalSiphoning(熱虹吸現象)LowDensity加熱LowDensityHighDensity其原理就像沸騰的熱開水一樣。ThermalSiphoning的現象造成在沒有GasFlow的情況下，Sensor仍能偵測到有氣體在sensortube中流動，使判斷是否有零點漂移的困難度增加。HOSHOV解決方案：藉由改變SensorTube的方向，讓兩端的RTD能和地面保持水平，以降低或消除ThermalSiphoning的現象。ValveTechnology一、Patent132ControlValve剖面圖ControlValve的組成：‧PlungerAssembly→Plunger→ValveSeat→FlatSpring‧ValveJet‧ValveCore0~15VPatent132ControlValve的優點：‧只有一個動件→PlungerAssembly‧PlungerAssembly與MagneticCore為分開的兩個部件→可預防Plunger與Valve對不準，提升Reliability。→減少Gas與元件的接觸，可降低particle的產生。→Valve的關斷力量較小，不易產生particle。→NoDiaphragm，沒有diaphragm彈性疲乏的問題。Autoshut-offFunctionMFCIsolationValveChamberBackground：在進行下一個run前，setpoint設為０，且IsolationValve在關閉的情況下，若MFC零點產生偏移(假設偏移-1%)，會使MFC判斷setpoint為1%，進而給controlvalve開啟的電壓，但由於實際上並無氣體流動，會使valve產生全開(wideopen)的現象，因此當process開始時(Isolationvalveopen)，會使氣體直接灌入Chamber中，造成overshoot的情形。Withoutautoshut-off：TimeFlowovershootcontrolvalvewideopen“autoshut–off“function：當MFC具有autoshut–off的功能時，會把讀到setpoint1.3%(亦可設定成其它值)以下的值判定為0%，因此Controlvalve會維持在Closed的狀態，當Isolationvalve打開之後，氣體便不會瞬間進入Chamber中，造成overshoot。Withautoshut-off：TimeFlowControlvalvecompletelyclosedDigitalMultiFloFunction一、DigitalMFC：將sensor所偵測出的類比訊號，以analog或digital訊號輸出給機台能將MFC現況以digital訊號輸出給PC，也能從PC輸入指令給MFC。以Software來做Calibration，而非用手調的方式，且校正點多達32點。CalibrationN2【Calibrationgas】【9sortsofbasicstructureofMFC】SC10:3to10sccm（N2Conversion）SC11:10to30sccmSC12:30to90sccmSC13:90to250sccmSC14:250to750sccmSC15:750to2000sccmSC16:2000to6000sccmSC17:6000to15000sccmSC18:15000to30000sccm3sccm~30sccm小流量31sccm~10slm中流量10slm~30slm大流量不同的流量所使用的Bypass不同，基本上小流量的Bypass成本較高。二、MultiFlowfunction：CF值(ConversionFactor)Gas(C.F)Flow(sccm)ContrastwithUnitMultiFloIIspec.SF6(0.267)1500SC16(1500/0.267=5618)Ar(1.414)500SC14(500/1.414=354)O2(0.977)1000SC15(1000/0.977=1024)Cl2(0.851)1000SC15(1000/0.851=1175)N2(1)500SC14(500/1=500)He(1.399)2000SC15(2000/1.399=1430)MultiFloIIRe-rangeexplain:Gas(C.F)Flow(sccm)ContrastwithUnitMultiFloIIspec.SF6(0.267)2671000*0.267=267Ar(1.414)14141000*1.414=1414O2(0.977)9771000*0.977=977Cl2(0.851)8511000*0.851=851He(1.399)13991000*1.399=1399MultiFloIIGasRe-range:N21000sccm(SC15)re-rangeGas,RangechangeablesoftwareAllinOne10sccm30%O2/He20sccmHe25sccmN220sccmO210sccmO215sccmN220sccm30%O2/He20sccm20%O2/He20sccmCH410sccmCHF310sccmN220sccmN230sccmHe10sccmCF41.Accuracy:+/-1%SP@10%FS•Standard10CalibrationPoints•AddedCalibrationPointavailable(32CalibrationPointsatmost)2.ReduceInventoryupto85%•Re-Range/GasbySoftware3.In-SituMFCprogramming,monitoringanddiagnosis•ReviewingMFCperformanceonline.•RecordingMFCperformanceruntorun.‧TheBenefitsofDigitalMultiFloMFC可同時偵測32顆MFC可由閥電壓來判定MFC可能或已經發生的問題Toviewthecollectedsampleclickon“ViewArchiveData”ViewingTheDataSetPoint值實際流量Valve電壓可記錄長達3個月的資料‧UnitMFCProductMatrixProductFamilyDescriptionAnalogMultiFloDigitalDeviceNetDigitalSDS8160seriesUltraHighPurityMetalSealsSurfaceFinish:4μ”RaVIM/VARtreatmentCorrosive-resistance81608161816581621660seriesHighPurityMetalZ-SealsSurfaceFinish:16μ”Ra16601661166516628100seriesHighPerformanceElastomerSe