CN109869314A - 一种用于真空泵的前级管道、真空系统及半导体制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真空泵的前级管道、真空系统及半导体制造设备，所述前级管道包括：主管，竖直安装；承接器，设置在所述主管的底部并具有一开口，所述开口与所述主管的底部密封连接；以及，支管，为一非直线型管道，且所述支管的一端与所述主管连接，另一端与真空泵连接；其中：一气流用于依次通过所述主管和所述支管后进入所述真空泵，同时所述承接器用于通过所述开口接收所述气流在通过所述主管时掉落的物质。本发明的优点在于，夹带有大量粉尘杂物的气流在前级管道中过滤除尘，随后再进入真空泵，减少进入泵体的粉尘，降低卡泵现象出现的可能性，提高真空泵的连续运行时间，增加产能，降低经济成本。

Description

一种用于真空泵的前级管道、真空系统及半导体制造设备

技术领域

本发明涉及真空管道技术领域，具体涉及一种用于真空泵的前级管道、真空系统和半导体制造设备。

背景技术

干式真空泵因其不使用诸如油、水或聚合物等流体作为工作介质，避免了反流的发生，而得以在多个方面得到广泛的应用。近年来，干式真空泵得到了高速的发展，其主要驱动力来自于半导体行业、化学工业和薄膜产业。目前，半导体行业已大量采用干式真空泵代替油封式机械泵，这较大提高了产品的性能和质量。

然而，在利用干式真空泵产生真空环境时，如果抽取的气体中夹带粉尘等杂物，杂物随气流一起进入到泵体内而极易造成卡泵，从而致使真空短期失效并出现真空反灌的情况。长此以往，不仅严重影响生产效率，降低机台的运行时间，还因频繁更换腔体部件、多次检修，而造成经济成本的大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于真空泵的前级管道、真空系统及半导体制造设备，其能够有效阻止气流中的粉尘等杂质进入泵体内，减少卡泵现象的发生，提高生产效率，降低经济成本。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于真空泵的前级管道，包括：

主管，竖直安装；

承接器，设置在所述主管的底部并具有一开口，所述开口与所述主管的底部密封连接；以及，

支管，为一非直线型管道，且所述支管的一端与所述主管连接，另一端与真空泵连接；其中：

一气流用于依次通过所述主管和所述支管后进入所述真空泵，同时所述承接器用于通过所述开口接收所述气流在通过所述主管时掉落的物质。

可选地，所述主管为一直线型管道。

可选地，所述承接器具有一内腔，所述内腔的底部设置在所述真空泵的进口以下位置。

可选地，所述内腔的深度不小于30cm。

可选地，所述前级管道呈“n”型。

可选地，所述支管包括依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道、第二管道和第三管道均为直线型管道，且所述第一管道与所述主管连接并倾斜向上设置，所述第二管道水平布置，所述第三管道竖直布置，所述第三管道与所述真空泵连接。

可选地，所述主管与所述承接器之间设置有阀门，且所述支管与所述主管的连接点位于所述阀门的上方，所述阀门用于控制所述主管与所述承接器之间的通断。

所述主管与所述承接器之间设置有阀门，所述阀门用于控制所述主管与所述承接器之间的通道。

可选地，所述支管与所述主管的连接点位于所述阀门的上方。

可选地，所述前级管道还包括一密封盖，所述承接器具有相对的上端和下端，所述上端具有所述开口，同时所述下端也为敞口状并与所述密封盖可拆卸地连接。

可选地，所述密封盖为一法兰。

可选地，所述承接器具有相对的上端和下端，所述上端具有所述开口，同时所述下端封闭，且所述上端与所述主管可拆卸地连接。

可选地，所述主管和/或所述支管上设有加热装置，用于加热对应的管道。

此外，为实现上述目的，本发明提供的一种真空系统，包括：

干式真空泵；以及

如上述的一种用于真空泵的前级管道；

其中，所述前级管道的所述支管的另一端与所述干式真空泵连接。

另外，为实现上述目的，本发明提供的一种半导体制造设备，包括上述的一种真空系统。

可选地，所述半导体制造设备为化学气相沉积设备，且所述化学气相沉积设备还包括一反应腔室，所述前级管道的所述主管与所述反应腔室连通。

可选地，所述半导体制造设备为刻蚀设备，且所述刻蚀设备还包括一刻蚀腔室，所述前级管道的所述主管与所述刻蚀腔室连通

与现有技术相比，本发明的一种用于真空泵的前级管道、真空系统及半导体制造设备具有如下优点：

将干式真空泵的前级管道设计成由主管、承接器和支管构成的组合管道，使得前端设备中产生的粉尘、颗粒等具有较大质量的部分在通过主管时能够直接落入承接器，而微小部分在进入非直线型的支管后会撞击管壁而与气流分离，不随气流进入泵体内腔，避免卡泵现象的发生，降低真空倒灌引起的腔体部件损坏，提高主机台的运行时间、减少废片产生，从而提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明第一实施例所提供的真空系统的结构示意图；

图2示出的是第一实施例中前级管道的替换结构示意图；

图3是真空系统的抽速随真空度变化的曲线图，其中，实线所示为采用第一实施例所提供的真空系统的抽速-真空度变化曲线，虚线所示为采用常规真空系统的抽速-真空度变化曲线；

图4是本发明根据第二实施例所提供的真空系统的结构示意图；

图5示出的是第二实施例中支管的俯视图；

图6是根据本发明第三实施例所提供的真空系统的结构示意图；

图7是将本发明第一实施例所提供的真空系统应用于CVD法制备多晶硅工艺设备的示意图；

图8是将本发明第一实施例所提供的真空系统应用于半导体刻蚀工艺中的示意图。

[附图标记说明如下]：

10-真空系统；

1000-前级管道；

1100-主管；

1200-承接器；

1210-本体，1220-密封盖；

1300-支管；

1310-第一管道；

1320-第二管道；

1330-第三管道；

1340-前端管道；

1350-中间管道；

1351-内管道，1352-外管道；

1360-后端管道；

1400-阀门；

1500-预留接口；

1600-真空测量口；

2000-干式真空泵；

20-气相沉积反应腔室；

30-刻蚀腔室。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的一种用于真空泵的前级管道及真空系统的各种实施例作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

请参阅图1，本发明第一实施例所提供的真空系统10包括前级管道1000和干式真空泵2000。其中，所述前级管道1000包括主管1100、承接器1200和支管1300，其中所述承接器1200具有一内腔，所述支管1300为非直线型的管道。

实际应用时，主管1100竖直设置，但应知晓，这里所谓的竖直设置可以是与水平面垂直，也可以是与水平面不垂直。承接器1200设置在主管1100的底部，在一个实施例中，承接器1200具有相对的上端和下端，其中所述上端具有一个开口，承接器1200即通过该开口与主管1100的底部密封连接。支管1300的一端与主管1100连接，另一端与干式真空泵2000的进口连接。如此，夹带有粉尘等杂物的气流从主管1100的顶部进入前级管道1000，其中重量较大的杂物在重力的作用下直接掉落入承接器1200的内腔中，其他细小的粉尘随气流进入到支管1300中，由于在非直线型的支管1300内，夹带有粉尘的气流会撞击管道内壁，在冲击力的作用下，粉尘等杂质与气流分离，粘附于管道内壁，随后相对清洁的气流继续沿支管1300进入至干式真空泵2000的泵体内。

因此，通过前级管道1000的过滤除尘作用，减少了干式真空泵2000抽取的气体中粉尘等杂质含量，有效降低杂物对泵体内的工作元件造成卡阻的可能性，从而提高干式真空泵2000的连续工作时长，并提高干式真空泵2000的使用寿命，降低生产成本。

进一步优选的，主管1100为直线型管道，避免过多杂质在主管1100中粘附，以方便主管1100的清理。

请继续参阅图1，本实施例中，主管1100、承接器1200和支管1300基本构成一“n”型。具体地，支管1300包括均为直线型的第一管道1310、第二管道1320和第三管道1330。其中，第一管道1310倾斜向上设置，其较低的一端与主管1100连接，较高的一端与第二管道1320连接，该第二管道1320水平布置，第三管道1330竖直布置，且第三管道1330的上端与第二管道1320远离主管1100的一端连接，第三管道1330的下端与干式真空泵2000的进口连接。

在本实施例中，将第一管道1310倾斜向上布置，干式真空泵2000所提供的抽吸力与重力间形成一大于90度的夹角，有利于较大颗粒杂质与气流的分离。同时，夹带有微小粉尘颗粒的气流在抽吸力的作用下，因改变流向而撞击管道内壁，使得粉尘颗粒沉积、粘附于管道内壁。主管1100与第一管道1310连接处、第一管道1310与第二管道1320连接处积累的粉尘量较多，并且，随着粉尘积累量的增多，其能够在重力的作用下沿第一管道1310滑落至承接器1200的内腔中。可以理解，第一管道1310与第二管道1320也可以采用一弧形管道来代替，即如图2所示的结构。只要确保气流进入到支管1300中时，其运动方向转为向上即可。

作为进一步的改进，承接器1200包括本体1210，其具有相对的上端和下端，所述上端呈开口，以便与主管1100连接，下端亦设置为敞口状，并且所述下端通过一密封盖1220密封，且所述密封盖1220与承接器1200的下端可拆卸地连接，优选的，所述密封盖1220包括密封圈和法兰。将承接器的下端设置为敞口并通过密封盖1220密封，这样就能够在不拆卸整个真空系统的情况下，仅拆卸密封盖1220来实现对承接器1200的清理，此时，本体1210与主管1100可以是一体结构，也可以是分体结构。

在另一种替换结构中，承接器1200被设置为上端开口，同时下端封闭的容器，其上端开口处与主管1100的底部可拆卸连接。

所述前级管道1000上还设有阀门1400，所述阀门1400优选设置在支管1300与主管1100的连接点的下方。当所述阀门1400开启时，主管1100便与承接器1200连通；当关闭阀门1400时，承接器1200即与主管1100隔断，此时真空系统10仍可以继续工作。如此，在不停机的情况下能够完成对承接器1200的清理工作，进一步提高生产产能。在本实施例中，阀门1400优选为闸阀。可以理解，阀门1400在关闭时，必须保证真空系统10的密封性，因而，若采用其他形式的阀门，首要考虑的因素是阀门的密封性能。

一般来说，在前级管道1000的尺寸设计上，需要保持干式真空泵2000的泵口(即进口)高于承接器1200之内腔的底部，并且承接器1200内腔的深度不小于30cm，这样可以避免真空系统运行过程中，承接器1200内收集的粉尘倒灌至泵内体内。

例如，在一个具体的应用实例中，承接器1200与主管1100同轴设置，承接器1200内腔的深度为300mm，主管1100的长度为1400mm，第一管道1310与水平面的夹角为45°，主管1100的轴线与第三管道1330的轴线间的距离为400mm，第三管道1330的长度为700mm。

干式真空泵2000抽取的气体经前级管道1000后进入干式真空泵2000，由于气体自身性质的原因，其可能在前级管道1000中发生冷凝，由此，本实施例还优选在主管1100和支管1300中的至少一个上设置加热装置(图中未示出)，通过对主管1100和支管1300进行加热来减少冷凝现象的出现。应知晓，加热温度应当高于气体的冷凝温度，具体值根据应用场合来设置。可选的，所述加热装置为一加热带，即可以在主管1100和支管1300的外表面包覆一加热带。所述加热带例如是加热丝，可以螺旋缠绕在管道上。

类似于常规真空系统，前级管道1000上还设置有预留接口1500和真空测量口1600。预留接口1500位于支管1300远离主管1100的端部处，其设置目的在于加装氮气管路，利用氮气对主管1100和支管1300进行吹扫，完成管路清洗。真空测量口1600的设置目的在于测量干式真空泵2000的真空度，其采用的是口径25mm的法兰连接口，并设置于干式真空泵2000的进口处。

进而对本实施例所述的真空系统10的抽速进行模拟测试，以确认其是否能够应用于实际生产。图3所示是真空系统的抽速随真空度变化的曲线图，其中，横坐标为压强(单位Torr)，纵坐标为抽速(单位m³/hr)。图3中实线(即上方的曲线)所示是采用本实施例所述的真空系统10的抽速-真空度曲线，虚线(即下方的曲线)所示是采用常规真空系统时的抽速-真空度曲线。从该图中可清楚地看到，两套真空系统的抽速随真空度的变化几乎是同步的，仅抽速峰值存在细微差异，而最终真空低压上的抽速并无明显区别。由此可确定，本实施例所述的前级管道1000对真空系统的真空度和抽速的影响可以忽略不计。

图4及图5所示是本发明所述真空系统10的第二实施例的结构示意图。本实施例与第一实施例的区别之处在于，所述支管1300包括前端管道1340、中间管道1350和后端管道1360。中间管道1350呈圆柱状，并竖直设置，其包括同轴设置的内管道1351和外管道1352，内管道1351与外管道1352间的空隙构成气体流道。前端管道1340为直线型管道，其一端与主管1100连接，另一端与气体流道的下端连通，并且前端管道1340的轴线与气体流道相切；后端管道1360的一端与气体流道的上端连通，并且两者相切，后端管道1360的另一端与干式真空泵2000的进口连接，以使气体在气体流道内撞击内壁。

作为优选地，前端管道1340与后端管道1360相对设置。干式真空泵2000提供抽吸力抽取气体，气流以切线方向进入气体流道，并螺旋上升。如此，气流中夹带的粉尘在离心力的作用下撞击气体流道的内壁而沉积下落。

更进一步地，在中间管道1350的底部也设有承接器1200，并且该承接器1200内腔的深度应不低于30cm，同时内腔的底部低于所述干式真空泵2000的进口，以避免真空系统10运行时承接器1200内的粉尘倒灌，并且该承接器1200与中间管道1350间亦可设置阀门1400，以便在不停机的时候对承接器1200进行清理。

请参阅图6所示出的真空系统10的第三实施例的结构图，本实施例与第一实施例的区别之处在于，支管1300包括多节弧形管连接而成的波浪状管道。气流在波浪状管道中运动时，每一时刻的运动方向都会发生改变，如此，微小粉尘撞击管道内壁而粘附于管道内壁。当然，该结构的支管1300所存在的缺点是，支管1300内积累的粉尘量相对较多，清理频率相对较高。

将本发明各实施例所述的真空系统10应用于实际生产，例如其应用于半导体制造领域。

图7所示为将第一实施例中的真空系统应用于CVD法制备多晶硅的工艺设备示意图。CVD法制备多晶硅的工艺设备包括气相沉积反应腔室20和真空系统10。含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气，及反应所需的其它气体被引入气相沉积反应腔室20，在衬底表面发生化学反应生成薄膜。该反应过程会产生大量的粉末制程物。

主管1100的顶部与相沉积反应腔室20连接，真空系统10运行时，夹带有大量粉末制程物的气流随即被抽入前级管道1000。前级管道1000对气体进行除尘后再进入干式真空泵2000，减少了卡泵情况的发生，保证泵体连续工作的时间，从而使主机台能够长时间不间断地工作，提高生产能力。

在CVD法工艺中，反应生产物含有硅烷、氟化物等，为改善前级管道1000内的气体冷凝现象，加热带的温度设置在130-150℃范围内，一般优选设置为140℃。

本发明实施例所述的真空系统10还可以应用于半导体刻蚀工艺，图8所示即为将第一实施例所述的真空系统应用于半导体刻蚀设备的示意图。半导体刻蚀设备包括有刻蚀腔室30和真空系统10。其中，待刻蚀的晶片设置于刻蚀腔室30内。刻蚀腔室30具有顶盖，顶盖上设有通气孔，用于刻蚀晶圆的气体能够从上述通气孔中进入刻蚀腔室30内，与晶圆相接触、发生化学反应。上述过程需要在较低的真空度下进行，因而，主管1100的顶部与刻蚀腔室30连通以产生真空环境。真空系统10运行时，干式真空泵2000抽吸从顶盖排入刻蚀腔室30的气体、化学反应所产生的气体，这些气体中夹带有反应所产生的研磨颗粒。气流经前级管道1100过滤后再进入干式真空泵2000的泵体内。

可以理解，本发明第二实施例所示的真空系统10、第三实施例所示的真空系统10也同样适用于低压CVD工艺制备多晶硅工艺和半导体刻蚀工艺。

此外，本发明的真空系统10还可设置控制装置，通过控制装置控制各阀门的开闭，另外还可设置监测装置，用于监测管道内粉尘等杂质的量，若量超过预设值，则可以停机清理。或者，所述监测装置也可监测承接器内收集的物质的量，若收集的物质堆积的高度超过预定高度，则发出报警来提示。

虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，包括：

主管，竖直安装；

承接器，设置在所述主管的底部并具有一开口，所述开口与所述主管的底部密封连接；以及，

支管，为一非直线型管道，且所述支管的一端与所述主管连接，另一端与真空泵连接；其中：

一气流用于依次通过所述主管和所述支管后进入所述真空泵，同时所述承接器用于通过所述开口接收所述气流在通过所述主管时掉落的物质。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述主管为一直线型管道。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述承接器具有一内腔，所述内腔的底部设置在所述真空泵的进口以下位置。

4.根据权利要求3所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述内腔的深度不小于30cm。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述前级管道呈“n”型。

6.根据权利要求5所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述支管包括依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道、第二管道和第三管道均为直线型管道，且所述第一管道与所述主管连接并倾斜向上设置，所述第二管道水平布置，所述第三管道竖直布置，所述第三管道与所述真空泵连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述主管与所述承接器之间设置有阀门，且所述支管与所述主管的连接点位于所述阀门的上方，所述阀门用于控制所述主管与所述承接器之间的通断。

8.根据权利要求7所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，还包括一密封盖，所述承接器具有相对的上端和下端，所述上端具有所述开口，同时所述下端也为敞口状并与所述密封盖可拆卸地连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述密封盖为一法兰。

10.根据权利要求7所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述承接器具有相对的上端和下端，所述上端具有所述开口，同时所述下端封闭，且所述上端与所述主管可拆卸地连接。

11.根据权利要求1或2所述的一种用于真空泵的前级管道，其特征在于，所述主管和/或所述支管上设有加热装置，用于加热对应的管道。

12.一种真空系统，其特征在于，包括：

干式真空泵；以及

如权利要求1-11任一项所述的一种用于真空泵的前级管道；

其中，所述前级管道的所述支管的另一端与所述干式真空泵连接。

13.一种半导体制造设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的一种真空系统。

14.根据权利要求13所述的一种半导体制造设备，其特征在于，所述半导体制造设备为化学气相沉积设备，且所述化学气相沉积设备还包括一反应腔室，所述前级管道的所述主管与所述反应腔室连通。

15.根据权利要求13所述的一种半导体制造设备，其特征在于，所述半导体制造设备为刻蚀设备，且所述刻蚀设备还包括一刻蚀腔室，所述前级管道的所述主管与所述刻蚀腔室连通。