在半导体生产过程中，热式质量流量传感器（MFC）是流量控制的核心技术，其通过高精度测量与智能控制实现工艺稳定性，具体技术方案如下：
一、核心原理与结构
热式质量流量传感器基于热传导效应，通过测量气体流经加热元件时的热量损失来推导质量流量。其核心结构包括：
加热元件：提供恒定热源，气体流动时带走热量。
温度传感器：监测上下游温度变化，温差与质量流量成线性关系。
电路模块：采用恒温差（CTD）或恒功率（CP）模式，将温差信号转换为电信号输出。
以瑞士IST MFS02传感器为例，其采用桥式电路设计，支持CTA模式，可测量极低流量并检测泄漏，同时具备高耐化学性，适用于腐蚀性气体环境。
二、技术优势
高精度：直接测量质量流量，不受温度、压力影响，精度可达±0.5%FS。
快速响应：响应时间低至5ms，适配高频脉冲式气体输送需求。
宽量程比：量程比可达200:1，满足从微小流量到大流量的测量需求。
耐腐蚀性：采用316L不锈钢或PTFE涂层，兼容NF₃、Cl₂等特种工艺气体。
智能化：集成边缘计算模块，支持自诊断与预测性维护。
三、在半导体生产中的应用场景
气体供应与控制：
在薄膜沉积、光刻胶涂覆等工艺中，精确控制载气（如N₂）与反应气体（如SiH₄、WF₆）的流量比例。
例如，SiH₄流量波动超过±0.3%可能导致薄膜厚度不均，影响晶体管栅极氧化层的绝缘性能。
清洗与干燥：
控制清洗和干燥过程中的气体流量，确保清洁效果，避免残留杂质影响产品质量。
气体混合与纯化：
根据设定比例实时监测和调节不同气体的流量，确保混合气体的比例精确控制。
检测气体中的杂质和污染物含量，进行气体纯化。
泄漏检测与防护：
实时监测气体流量变化，当流量超过设定阈值或突然变化时，发出警报并采取措施，防止有毒气体泄漏。
四、技术实现方案
硬件配置：
选择高精度热式质量流量传感器，如IST MFS02或敏芯股份MFSH01/MFSL01。
配置高精度电动调节阀，根据传感器信号实时调整阀门开度。
集成智能控制系统，如模糊控制算法或神经网络控制算法，综合考量温度、压力、流量变化率等参数，动态调整阀门开度。
软件算法：
采用数字化信号处理算法，实时补偿环境干扰，确保工艺参数稳定性。
开发气体流量控制软件，实现流量设定、实时监测、报警阈值设定等功能。
系统集成：
将传感器、调节阀、控制系统集成到气体VMB阀门分配箱中，实现气体流量的集中控制。
支持无线通信（如蓝牙5.0或NB-IoT），便于在洁净室环境中快速部署和数据采集。
五、案例分析
沉积二氧化硅（SiO₂）或金属层：流量计同步监测载气与反应气体的流量比例，确保薄膜厚度均匀。
旋转涂覆光刻胶：实时监测溶剂蒸汽的排放流量，避免光刻胶膜厚不均，影响光刻图案的分辨率和线宽粗糙度（LWR）。
蚀刻多晶硅或介质层：控制CF₄、CHF₃等氟碳气体的流量，直接影响蚀刻速率和选择性，流量计需与压力传感器协同工作，动态调整气体流量以维持等离子体的稳定性。
