芯片制造FAB中重要的设备——MFC

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Hello,大家好，今天我们来聊聊半导体制造中精确控制气体流量的设备–MFC。

MFC：Mass Flow Controller，指的是一种可以精确测量和控制气体的质量流量的控制设备。

在半导体制造工艺中的气相扩散、蚀刻、溅射、注入等，都需要在真空环境中执行，定量的输入特种气体。而气体的输入量就需要使用到这种MFC设备来进行控制。目前气体质量流量控制器（MFC）已经普遍数字化，都可以藉由上位机直接设定所需要的流量。

▌MFC的基本原理

气体质量流量控制器（MFC）可以在指定范围内准确的测量和控制气体的质量流量，其性能不受气体压力和温度变化的影响。其作用是精确的控制进入腔体的载气和反应气体的单位时间内的流量，达成反应需要的混成比例。

MFC结构：为了方便说明气体质量流量控制器（MFC）的工作原理，我们将气体质量流量控制器（MFC）分成四个主要组成部分，限流器、传感器、电路板和控制阀，如下所示。

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原理：气体质量流量控制器（MFC）采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的流量，将传感器惠斯通加热电桥测得的流量信号送入放大器放大，放大后的流量检测电压与设定电压进行比较，再讲差值信号放大后去控制调节阀门，闭环控制流过通道的流量使之与设定的流量相等

▌MFC的组件

1.By Pass限流器

在一定的分流比下使气体在传感器和旁路间分流。

2.传感器的基本原理及构造

传感器利用气体的比热性质直接测量质量流量，其物理学基本原理是：每个气体分子都能吸收特定的热量来使自己的温度升高。

上游和下游两段电阻的阻值必须尽量相等并且呈现均匀的分布，这是传感器性能的关键所在。

传感器通常是在一根不锈钢毛细管上绕制两组热敏电阻丝构成，热敏电阻丝与另外两个精密电阻构成测量电桥，工作时给热敏电阻通电加热。当毛细管中没有气体流动时，两组热敏电阻温度相同，电桥平衡无信号输出，对应流量为零：当毛细管中有气体流过时，处于上游的绕组和处于下游的绕组会发生不同的温度变化，从而使热敏电阻阻值发生不同改变，测量电桥输出一个差值信号，此信号的大小与流过传感器的质量流量成正比。

3.Valve 控制阀

控制气体的流量的开关。

4.PCB 电路板

通过传感器将信号转化为数字，同时可以通过数字信号控制Valve的流量等。

在半导体行业内，全球主要的用气体质量流量控制器（MFC）的企业包括HORIBA、北京七星华创流量计、MKS Instruments和Bronkhorst等。其中排名前四的气体质量流量控制器（MFC）厂商约占总市场的50％。中国是半导体中使用气体质量流量控制器（MFC）最大的消费市场，约占30％，其次是北美和日本。

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