CN109210374B - 进气管路及半导体加工设备 - Google Patents

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    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours

Abstract

本发明提供一种进气管路及半导体加工设备，其包括主路管道和与之连接的第一支路管道，该第一支路管道用于传输高沸点气体，在主路管道的内壁上，且位于与第一支路管道的交汇处设置有混气结构，用以减小主路管道在所述交汇处的横截面积。本发明提供的进气管路，通过借助混气结构减小主路管道在交汇处的横截面积，可以降低该交汇处的气体压力，有利于后续气体的流出和气体流量的稳定，从而可以提高高沸点气体的流量稳定性。

Description

进气管路及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种进气管路及半导体加工设备。
背景技术
在半导体制造工业中，随着集成电路制程的不断更新，工艺气体的使用逐渐精细复杂，一些高沸点气体如SiCl4，SiBr4，BCl3，SiCH4等，在使用过程中影响因素复杂，常发生管路堵塞现象，对于工艺的精确控制产生极大影响，并直接导致产品质量问题。
例如，SiCl4在室温下是一种易挥发的液体(沸点在57.6℃)。在实际应用中，一般通过控制SiCl4气体的饱和蒸汽压力，来控制该气体的流量。但是，SiCl4气体的饱和蒸汽压力受管路环境影响较大。例如，当SiCl4气体的沸点为-63.4℃时，其饱和蒸汽压力为1mmHg；当SiCl4气体的沸点为-12.1℃时，其饱和蒸汽压力为5mmHg；当SiCl4气体的沸点为-34.4℃时，其饱和蒸汽压力为10mmHg；当SiCl4气体的沸点为21℃时，其饱和蒸汽压力为200mmHg；当SiCl4气体的沸点为38.4℃时，其饱和蒸汽压力为400mmHg；当SiCl4气体的沸点为56.8℃时，其饱和蒸汽压力为760mmHg。由上述数据可知，当SiCl4气体的温度变化15℃左右，饱和蒸汽压力变化一倍，这可能使气体流量变化一倍，从而SiCl4气体在集成电路的制造工艺中经常发生异常变动，给产品质量带来极大的影响。
图1为现有的一种进气管路的结构示意图。如图1所示，用于传输SiCl4气体的管路与传输其他工艺气体的管路相互并联，并与主路连接。在使用中发现，SiCl4气体在流量较低时，其可以达到需求的流量，但是，当要求SiCl4气体的流量较大时，会发生SiCl4气体的流量异常，实际流量达不到要求的情况。因此，目前高沸点气体作为工艺气体存在流量不稳定现象。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气管路及半导体加工设备，其可以提高高沸点气体的流量稳定性，从而可以保证产品质量。
为实现本发明的目的而提供一种进气管路，包括主路管道和与之连接的第一支路管道，所述第一支路管道用于传输高沸点气体，在所述主路管道的内壁上，且位于与所述第一支路管道的交汇处设置有混气结构，用以减小所述主路管道在所述交汇处的横截面积。
优选的，所述混气结构包括第一凸部和/或两个第二凸部，其中，
所述第一凸部设置在所述主路管道的内壁上，且与所述第一支路管道的出气端相对；
两个所述第二凸部设置在所述主路管道的内壁上，且位于所述第一支路管道的出气端所在一侧，并且两个所述第二凸部分别位于所述第一支路管道的出气端边缘的两侧。
优选的，所述第一凸部的外表面为圆弧面，并且所述第一凸部的厚度自所述第一支路管道的中心向两侧的边缘逐渐变小；所述第二凸部的为表面为圆弧面，并且所述第二凸部的厚度自所述第一支路管道的边缘向该边缘的外侧逐渐减小。
优选的，所述主路管道在所述交汇处的横截面积的减小量占所述主路管道的原始横截面积的25％～95％。
优选的，所述进气管路还包括一条或多条第二支路管道，且多条第二支路管道相互并联，并且每条所述第二支路管道与所述主路管道连接，且与所述第一支路管道相互并联；
沿所述主路管道内的气体流动方向，所述第一支路管道位于所有所述第二支路管道的下游。
优选的，在所述主路管道的外围套设有套管，所述套管与所述主路管道之间形成封闭的环形通道；
通过向所述环形通道内输入热交换媒介，来控制所述主路管道内的气体温度。
优选的，所述主路管道内的气体温度的取值范围在-60～60℃。
优选的，在所述第一支路管道的外壁上套设有加热管，用于控制所述第一支路管道内的气体温度。
优选的，所述第一支路管道内的气体温度的取值范围在20～70℃。
作为另一个技术方案，本发明提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和用于向所述反应腔室内输送工艺气体的进气管路，所述进气管路采用本发明提供的上述进气管路。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的进气管路，其通过在主路管道的内壁上，且位于与用于传输高沸点气体的第一支路管道交汇处设置有混气结构，该混气结构可以减小主路管道在该交汇处的横截面积。根据伯努利方程可知，当管道的直径减小时，流体速度提高，压力降低，基于此，通过借助混气结构减小主路管道在交汇处的横截面积，可以降低该交汇处的气体压力，有利于后续气体的流出和气体流量的稳定，从而可以提高高沸点气体的流量稳定性。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述进气管路，可以提高高沸点气体的流量稳定性，从而可以保证产品质量。
附图说明
图1为现有的一种进气管路的结构示意图；
图2为本发明提供的一种进气管路的局部剖视图；
图3为本发明提供的另一种进气管路的局部剖视图；
图4为本发明提供的又一种进气管路的局部剖视图；
图5为本发明提供的进气管路的结构图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的进气管路及半导体加工设备进行详细描述。
图2为本发明提供的一种进气管路的局部剖视图。请参阅图2，进气管路包括主路管道1和与之连接的第一支路管道4，其中，主路管道1的右端为出气口，主路管道1的左端为进气口。该第一支路管道4用于传输高沸点气体。该高沸点气体一般为0～50℃的气体，包括SiCl4，SiBr4，BCl3，SiCH4等等。并且，在主路管道1的内壁上，且位于与第一支路管道4的交汇处设置有混气结构，用以减小主路管道1在该交汇处的横截面积。
在本实施例中，上述混气结构包括第一凸部11和两个第二凸部12，其中，第一凸部11设置在主路管道1的内壁上，且与第一支路管道4的出气端相对；两个第二凸部12设置在主路管道1的内壁上，且位于第一支路管道4的出气端所在一侧，并且两个第二凸部12分别位于第一支路管道4的出气端边缘的两侧。如图2所示，上述第一凸部11和第二凸部12之间的间距D1小于主路管道1的内径D2，从而减小了主路管道1在与第一支路管道4的交汇处的横截面积。
根据以下伯努利方程可知，在水平流动的流体中，流速大的地方压强小；流速小的地方压强大。在粗细不均匀的水平流管中，根据连续性原理，管细处流速大，因而压强小；管粗处流速小，因而压强大。
Figure BDA0001338197140000041
其中，p为流体压力；ρ为流体密度；v为流体速度；C为恒量。
基于上述原理，通过减小主路管道1在与第一支路管道4的交汇处的横截面积，可以降低该交汇处的气体压力，有利于后续气体的流出和气体流量的稳定，从而可以提高高沸点气体的流量稳定性。
优选的，主路管道1在上述交汇处的横截面积的减小量占主路管道1的原始横截面积(根据主路管道1的内径计算获得)的25％～95％。在该范围内，可以有效降低该交汇处的气体压力。在实际应用中，可以根据不同工艺气体的种类，选择不同的减小量。
如图3所示，上述混气结构也可以只设置上述第一凸部11。或者，如图4所示，上述混气结构还可以只设置上述两个第二凸部12。这同样可以减小主路管道1在与第一支路管道4的交汇处的横截面积，达到降低该交汇处的气体压力的目的。
优选的，为了使上述第一凸部11的外表面圆滑、流畅，以减小主路管道1中气体流动的阻力，第一凸部11的外表面为圆弧面，并且第一凸部11的厚度自第一支路管道4的中心向两侧的边缘逐渐变小。与之相类似的，第二凸部12的为表面为圆弧面，并且第二凸部12的厚度自第一支路管道的边缘向该边缘的外侧逐渐减小。
在本实施例中，如图5所示，进气管路还包括一条或多条用于传输其他种类工艺气体的第二支路管道6，且多条第二支路管道6相互并联，并且每条第二支路管道6与主路管道1连接，且与第一支路管道4相互并联。而且，沿主路管道1内的气体流动方向，第一支路管道4位于所有第二支路管道6的下游。例如，上述进气管路用于向反应腔室内输送工艺气体，上述第一支路管道4最靠近主路管道1的与该反应腔室连接的出口。
对于高沸点气体，其蒸发量可以通过控制载气的流量(即，载气量)来实现，在其他条件不变的基础上，载气量越大，蒸发量越大。上述载气用于携带工艺气体流动，还能够促进高沸点气体的蒸发，例如氧气。基于此，通过将第一支路管道4的出气端位于所有第二支路管道6的下游，可以保证载气量足够促进高沸点气体的蒸发。
优选的，如图2所示，在主路管道1的外围套设有套管2，该套管2与主路管道1之间形成封闭的环形通道3。通过向该环形通道3内输入热交换媒介，来控制主路管道1内的气体温度，从而可以控制主路管道1中的气体压力，进而可以避免出现工艺气体不稳定的现象。该热交换媒介可以为冷却液、冷却水或者热交换气体。进一步优选的，主路管道1内的气体温度的取值范围在-60～60℃。
另外，优选的，在第一支路管道4的外壁上套设有加热管5，用于控制第一支路管道4内的气体温度，以避免高沸点气体冷凝。另外，通过使用加热管5控制第一支路管道4内的气体温度，还可以避免高沸点气体因受到温度因素的影响而导致的不稳定现象。
优选的，第一支路管道4内的气体温度的取值范围在20～70℃。
综上所述，本发明提供的进气管路，其通过在主路管道的内壁上，且位于与用于传输高沸点气体的第一支路管道的交汇处设置有混气结构，该混气结构可以减小主路管道在该交汇处的横截面积。根据伯努利方程可知，当管道的直径减小时，流体速度提高，压力降低，基于此，通过借助混气结构减小主路管道在交汇处的横截面积，可以降低该交汇处的气体压力，有利于后续气体的流出和气体流量的稳定，从而可以提高高沸点气体的流量稳定性。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和用于向该反应腔室内输送工艺气体的进气管路，该进气管路采用本发明提供的上述进气管路。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述进气管路，可以提高高沸点气体的流量稳定性，从而可以保证产品质量。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种进气管路，包括主路管道和与之连接的第一支路管道，所述第一支路管道用于传输高沸点气体，其特征在于，在所述主路管道的内壁上，且位于与所述第一支路管道的交汇处设置有混气结构，用以减小所述主路管道在所述交汇处的横截面积，降低所述交汇处的气体压力；所述混气结构包括第一凸部和/或两个第二凸部，其中，所述第一凸部设置在所述主路管道的内壁上，且与所述第一支路管道的出气端相对；两个所述第二凸部设置在所述主路管道的内壁上，且位于所述第一支路管道的出气端所在一侧，并且两个所述第二凸部分别位于所述第一支路管道的出气端边缘的两侧；所述第一凸部的外表面为圆弧面，并且所述第一凸部的厚度自所述第一支路管道的中心向两侧的边缘逐渐变小；所述第二凸部的外表面为圆弧面，并且所述第二凸部的厚度自所述第一支路管道的边缘向该边缘的外侧逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的进气管路，其特征在于，所述主路管道在所述交汇处的横截面积的减小量占所述主路管道的原始横截面积的25％～95％。
3.根据权利要求1所述的进气管路，其特征在于，所述进气管路还包括一条或多条第二支路管道，且多条第二支路管道相互并联，并且每条所述第二支路管道与所述主路管道连接，且与所述第一支路管道相互并联；沿所述主路管道内的气体流动方向，所述第一支路管道位于所有所述第二支路管道的下游。
4.根据权利要求1所述的进气管路，其特征在于，在所述主路管道的外围套设有套管，所述套管与所述主路管道之间形成封闭的环形通道；通过向所述环形通道内输入热交换媒介，来控制所述主路管道内的气体温度。
5.根据权利要求4所述的进气管路，其特征在于，所述主路管道内的气体温度的取值范围在-60～60℃。
6.根据权利要求1所述的进气管路，其特征在于，在所述第一支路管道的外壁上套设有加热管，用于控制所述第一支路管道内的气体温度。
7.根据权利要求6所述的进气管路，其特征在于，所述第一支路管道内的气体温度的取值范围在20～70℃。
8.一种半导体加工设备，其包括反应腔室和用于向所述反应腔室内输送工艺气体的进气管路，其特征在于，所述进气管路采用权利要求1-7任意一项所述的进气管路。
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