CN102965736A - 一种液态源扩散炉的安防装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及扩散炉领域的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，所述的装置在应用时能够通过相应的流量计与隔膜阀随时控制运载N₂气路和O₂气路中的气流，从而由源头减少了气体泄露的机率；其次，利用源瓶压力传感器预防了源瓶在应用中因出气口不畅而造成内压过大及爆瓶的危险；同时，利用尾气管压力传感器预防了反应炉尾气排放不畅的现象，利用炉门传感器避免了反应炉炉门关闭不严的现象，以及利用温度传感器有效的控制了反应炉的温度，避免了反应炉在应用中出现不反应或是反应不充分的现象，从而保障了掺杂过程的操作安全。

Description

一种液态源扩散炉的安防装置及其使用方法

【技术领域】

本发明涉及扩散炉领域，尤其是涉及一种液态源扩散炉的安全防护装置及其使用方法。　

【背景技术】

公知的，在半导体器件及太阳能电池片生产过程中，扩散工序就是对P型或N型衬底进行掺杂以形成PN结，目前最主要也最普遍使用的掺杂设备就是以POCl₃、BBr₃和C₃H₉O₃B等作为液态杂质源进行掺杂的液态源扩散炉；在实际操作时，为了在掺杂过程中保证液态杂质源的温度恒定，一般均采用将盛放液态杂质源的石英源瓶放置于恒温装置内进行掺杂操作，然而，由于目前的干式恒温装置价格十分昂贵，因此，一般在掺杂操作时对源瓶都是采用水浴恒温；但是，由于POCl₃属无色透明有刺激性气味的毒性液体，其遇水会产生剧烈反应生成HCl，且其在掺杂的过程中还会生成有毒的Cl₂、PCl₅、HPO₃和P₂O₅，同时，BBr₃和C₃H₉BO₃及在掺杂时的化学反应中生成的Br₂和B₂O₃也有毒性，再加上BBr₃遇水及受热后分解释放出的有毒气体HBr还可能会引起爆炸，故鉴于这些液态杂质源本身的危险性，及其一旦泄露就极易与源瓶外用于恒温的水份发生危险的化学反应，因此，如何在掺杂过程中避免液态杂质源发生泄露及保证操作安全，就显得十分重要了。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，应用所述的装置及其使用方法时，能够使液态源扩散炉及时有效的避免扩散炉中的源瓶在掺杂过程中发生泄露，从而保障了掺杂过程的操作安全。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，所述的装置包含扩散炉本体；所述的扩散炉本体中的运载N₂气路、O₂气路和吹扫N₂气路中均安装有对应的用于测量和控制的流量计、以及用于接通或关闭气路的隔膜阀，其中，在运载N₂气路中安装的N₂隔膜阀设置于安装在该气路的N₂流量计和源瓶进气阀之间的管路中，且在位于N₂隔膜阀与源瓶进气阀之间的管路设有用于检测源瓶压力值的源瓶压力传感器；所述的源瓶压力值设定为30～100kPa；所述的O₂气路设有O₂流量计和O₂隔膜阀；此外，所述的扩散炉本体中的反应炉设有设定值不低于550℃的温度传感器，反应炉炉门的开关机构设有炉门传感器，反应炉的尾气排放管路中设有用于检测管路内压力值的尾气管压力传感器；所述的尾气排放管路的压力值设定为不大于-100kPa；所述的N₂流量计、O₂流量计、N₂隔膜阀、源瓶压力传感器、尾气管压力传感器以及温度传感器均连接至具有检测、传输信号及控制、报警功能的控制装置；

所述装置的使用方法如下：当所述的源瓶压力传感器检测出源瓶的压力值大于其设定值时，源瓶压力传感器将检测出的不正常信号传递至控制装置，控制装置自动报警提示源瓶压力过高，并同时控制N₂隔膜阀关闭运载N2气路；当所述的O₂流量计检测出O₂气路中O₂流量的设定值不大于0 sccm时，或是检测出O₂流量的波动偏差超出O₂流量设定值的±15%时，O₂流量计将检测出的不正常信号传递至控制装置，控制装置自动报警并同时关闭运载N₂气路；所述的温度传感器检测出反应炉的温度小于其设定值时，温度传感器将检测出的不正常信号传递至控制装置，控制装置自动报警并同时关闭运载N₂气路；当炉门传感器检测出反应炉的炉门正常关闭时，炉门传感器将检测出的正常信号传递至控制装置，从而正常进入下一工序，若控制装置没有接收到炉门关闭的正常信号则自动报警并同时关闭运载N₂气路；当尾气管压力传感器检测出反应炉的尾气排放管路的压力值大于其设定值时，尾气管压力传感器将检测出的不正常信号传递至控制装置，控制装置自动报警并使反应炉进入待机模式，停止工艺运行。

进一步，所述的源瓶压力值设定为60kPa。

进一步，所述的尾气管排放管路的压力值设定为不大于-200kPa。

进一步，所述的温度传感器的设定值在液态源为POCl₃时设定为不低于650℃，温度传感器的设定值在液态源为BBr₃或C₃H₉O₃B时设为不低于550℃。

进一步，所述的控制装置为PLC、工控机或单片机。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

应用本发明所述的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法时，不但能够避免扩散炉的源瓶因内部压力过大而发生爆瓶，而且还能够防止扩散炉中的反应炉因尾气排放不畅或炉门关闭不及时而造成的气体泄露；同时，由于所述的安防装置能够对反应炉炉内的温度以及N₂流量和O₂流量的设定与偏差进行检测，从而有效的预防了反应炉因炉内低温而导致的POCl₃、BBr₃及C₃H₉O₃B的不反应，以及O₂流量异常导致PCl₅和B₂O₃反应不充分的情况发生，进而从源头减少了液态源扩散炉在应用中气体泄漏的风险，相应提高了扩散工序中掺杂操作的安全性。

【附图说明】

图1是本发明的示意图。

图中：1、运载N₂气路；2、O₂气路；3、吹扫N₂气路；4、N₂流量计；5、源瓶进气阀；6、N₂隔膜阀；7、源瓶压力传感器；8、O₂流量计；9、O₂隔膜阀；10、反应炉；11、温度传感器；12、炉门传感器；13、尾气排放管路；14、尾气管压力传感器；15、控制装置；16、源瓶。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1，所述的液态源扩散炉的安防装置包含扩散炉本体；所述的扩散炉本体中的运载N₂气路1、O₂气路2和吹扫N₂气路3中均安装有对应的用于测量和控制的流量计、以及用于接通或关闭气路的隔膜阀，其中，在运载N₂气路1中安装的用于接通或关闭运载N₂气路1的N₂隔膜阀6设置于安装在N₂气路1的N₂流量计4和源瓶进气阀5之间的管路中，且在位于N₂隔膜阀6与源瓶进气阀5之间的管路设有用于检测源瓶16压力值的源瓶压力传感器7；所述的源瓶16的压力值设定为30～100kPa；所述的O₂气路2设有流量波动范围为±15%的O₂流量计8和用于接通或关闭O₂气路2的O₂隔膜阀9；

此外，所述的扩散炉本体中的反应炉10设有设定值不低于550℃的温度传感器11，反应炉10炉门的开关机构设有炉门传感器12，反应炉10的尾气排放管路13中设有用于检测管路内压力值的尾气管压力传感器14；所述的尾气排放管路13的压力值设定为不大于-100kPa；为便于控制，所述的N₂流量计4、O₂流量计8、N₂隔膜阀6、源瓶压力传感器7、尾气管压力传感器14以及温度传感器11的相应信号端均连通至具有检测、传输信号及控制、报警功能的控制装置15，所述的控制装置15包括但不限于PLC、工控机或单片机；

所述装置的使用方法如下：当所述的源瓶压力传感器7检测出源瓶16的压力值大于其设定的30～100kPa时，因一般情况下是将源瓶16的压力值设为60kPa，即源瓶压力传感器7检测出源瓶16的压力值超出60kPa时，源瓶压力传感器7就会将检测出的不正常信号传递至控制装置15，控制装置15收到信号即自动报警提示源瓶16压力过高，并同时自动控制N₂隔膜阀6关闭运载N2气路1；

当所述的O₂流量计8检测出O₂气路2中O₂流量的设定值不大于0 sccm，即O₂流量不大于每分钟0毫升时，或者是检测出O₂气路2中O₂流量的波动偏差超出O₂流量设定值的±15%时，O₂流量计8就会将检测出的不正常信号传递至控制装置15，控制装置15收到信号即自动报警并同时自动控制N₂隔膜阀6关闭运载N₂气路1；

实际操作时，在液态源为POCl₃时将温度传感器11的设定值设为不低于650℃，在液态源为BBr₃或C₃H₉O₃B时将温度传感器11的设定值设为不低于550℃，当温度传感器11检测出反应炉10的温度超出温度传感器11的设定值时，温度传感器11将检测出的不正常信号传递至控制装置15，控制装置15自动报警并同时自动控制N₂隔膜阀6关闭运载N₂气路1；

当炉门传感器12检测出反应炉10的炉门正常关闭时，炉门传感器12将检测出的正常信号传递至控制装置15，从而正常进入下一工序，若控制装置15没有接收到反应炉10炉门关闭的正常信号则自动报警，并同时自动控制N₂隔膜阀6关闭运载N₂气路1；

当反应炉10的尾气排放不顺畅或抽风压力不足，尾气管压力传感器14检测出反应炉10的尾气排放管路13的压力值大于其设定的-100kPa时，尾气管压力传感器14将检测出的不正常信号传递至控制装置15，控制装置15自动报警并使反应炉10进入待机模式，停止工艺运行；根据需要，一般将尾气管排放管路13的压力值设定为不大于-200kPa。

由于本发明所述的液态源扩散炉的安防装置在应用时能够通过相应的流量计与隔膜阀随时控制运载N₂气路1和O₂气路2中的气流，从而由源头减少了气体泄露的机率；其次，利用源瓶压力传感器7预防了源瓶16在应用中因出气口不畅而造成内压过大及爆瓶的危险；同时，利用尾气管压力传感器14预防了反应炉10尾气排放不畅的现象，利用炉门传感器12避免了反应炉10炉门关闭不严的现象，以及利用温度传感器11有效的控制了反应炉10的温度，避免了反应炉10在应用中出现不反应或是反应不充分的现象。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

Claims (5)

1.一种液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，所述的装置包含扩散炉本体，其特征是：所述的扩散炉本体中的运载N₂气路(1)、O₂气路(2)和吹扫N₂气路(3)中均安装有对应的用于测量和控制的流量计、以及用于接通或关闭气路的隔膜阀，其中，在运载N₂气路(1)中安装的N₂隔膜阀(6)设置于安装在运载N₂气路(1)的N₂流量计(4)和源瓶进气阀(5)之间的管路中，且在位于N₂隔膜阀(6)与源瓶进气阀(5)之间的管路设有用于检测源瓶(16)压力值的源瓶压力传感器(7)；所述的源瓶(16)压力值设定为30～100kPa；所述的O₂气路(2)设有O₂流量计(8)和O₂隔膜阀(9)；此外，所述的扩散炉本体中的反应炉(10)设有设定值不低于550℃的温度传感器(11)，反应炉(10)炉门的开关机构设有炉门传感器(12)，反应炉(10)的尾气排放管路(13)中设有用于检测管路内压力值的尾气管压力传感器(14)；所述的尾气排放管路(13)的压力值设定为不大于-100kPa；所述的N₂流量计(4)、O₂流量计(8)、N₂隔膜阀(6)、源瓶压力传感器(7)、尾气管压力传感器(14)以及温度传感器(11)均连接至具有检测、传输信号及控制、报警功能的控制装置(15)；

所述装置的使用方法如下：当所述的源瓶压力传感器(7)检测出源瓶(16)的压力值大于其设定值时，源瓶压力传感器(7)将检测出的不正常信号传递至控制装置(15)，控制装置(15)自动报警提示源瓶(16)压力过高，并同时控制N₂隔膜阀(6)关闭运载N2气路(1)；当所述的O₂流量计(8)检测出O₂气路(2)中O₂流量的设定值不大于0 sccm时，或是检测出O₂流量的波动偏差超出O₂流量设定值的±15%时，O₂流量计(8)将检测出的不正常信号传递至控制装置(15)，控制装置(15)自动报警并同时关闭运载N₂气路(1)；

所述的温度传感器(11)检测出反应炉(10)的温度小于其设定值时，温度传感器(11)将检测出的不正常信号传递至控制装置(15)，控制装置(15)自动报警并同时关闭运载N₂气路(1)；当炉门传感器(12)检测出反应炉(10)的炉门正常关闭时，炉门传感器(12)将检测出的正常信号传递至控制装置(15)，从而正常进入下一工序，若控制装置(15)没有接收到炉门关闭的正常信号则自动报警并同时关闭运载N₂气路(1)；当尾气管压力传感器(14)检测出反应炉(10)的尾气排放管路(13)的压力值大于其设定值时，尾气管压力传感器(14)将检测出的不正常信号传递至控制装置(15)，控制装置(15)自动报警并使反应炉(10)进入待机模式，停止工艺运行。

2.根据权利要求1所述的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，其特征是：所述的源瓶(16)压力值设定为60kPa。

3.根据权利要求1所述的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，其特征是：所述的尾气管排放管路(13)的压力值设定为不大于-200kPa。

4.根据权利要求1所述的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，其特征是：所述的温度传感器(11)的设定值在液态源为POCl₃时设定为不低于650℃，温度传感器(11)的设定值在液态源为BBr₃或C₃H₉O₃B时设定为不低于550℃。

5.根据权利要求1所述的液态源扩散炉的安防装置及其使用方法，其特征是：所述的控制装置(15)为PLC、工控机或单片机。

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