質量流量控制器(MFC)是一邊量測製程氣體的質量流量、一邊依設定值自動控制的流量控制設備。蝕刻、CVD、ALD、擴散、離子佈植等所有使用氣體的製程都會用到,是將配方上「sccm」數值轉換為物理現象、站在製程控制最前線的零件。
內部由流量感測器、控制閥與控制電路3項要素構成。感測方式以熱式(thermal mass flow)為主流,加熱細管的一部分,由上下游的溫差求出質量流量。由於依存於氣體的比熱,需要以各實際氣體的轉換係數(CF)進行校正。要求更高速、更高精度的用途,則使用差壓式或壓力式(pressure insensitive型)。
在ALD這類需要在短時間內投入精確氣體量的製程中,反應速度決定品質。閥穩定到目標流量所需的時間(settling time)若太長,在脈衝寬度短的步驟中便無法供應預期的量。近年已採用壓力式MFC的高速反應,以及即時驗證實際流量的自我診斷功能(偵測流量隨時間的漂移)。
運用上的課題是隨時間的漂移與堵塞。腐蝕性氣體造成的感測管變質,以及微粒、析出物造成的流路堵塞,會以流量誤差的形式出現,成為製程變異的原因。透過可在現場驗證流量的工具,以及在MFC內部自我校正的功能,正朝減少為定期校正而拆卸(設備停機)的方向演進。
主要廠商有HORIBA STEC、MKS Instruments、Brooks Instrument、Fujikin、CKD等。MFC多半不是單體供應,而是與閥件、調壓器、過濾器一起作為氣體箱(氣體面板)以模組形式供應,並與設備廠商的供氣系統設計一體最佳化。