CN111180365A - 进气系统和进气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种进气系统和进气方法。进气系统包括载气管路、工艺气体源瓶、工艺气体出气管路、排气管路以及保护组件；载气管路的第一端用于与载气源瓶连接，第二端与排气管路的进气端连接，第三端用于向工艺气体源瓶中通入载气，排气管路的出气端用于向尾气处理装置排放气体；工艺气体出气管路的第一端插置在工艺气体源瓶中，工艺气体出气管路的第二端与工艺腔室的进气口连通；保护组件串接在载气管路的第二端与排气管路的进气端之间，保护组件用于在载气管路内的压力不小于工艺气体源瓶的耐压阈值时，将载气管路与排气管路导通，并发出报警提示。可以保证管路压力不超过耐压阈值，从而可以有效保护工艺气体源瓶，保护工艺气体不泄露。

Description

进气系统和进气方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种进气系统以及一种进气方法。
背景技术
在集成电路的制造过程中，一般需要在硅片表面生长氧化层以实现器件保护和隔离沾污、表面钝化、掺杂中的注入掩蔽、金属导电层间的介质层等功能，二氧化硅具有良好的电绝缘性，化学性质非常稳定，是作为氧化层十分理想的材料。将硅暴露在通入高纯氧的高温气氛里可以完成均匀氧化层的生长。在氧化工艺中，通常使用掺氯氧化工艺，在反应过程中带入氯离子，能减少SiO2中钠离子沾污，提高器件的电性能和可靠性，可加快氧化速率，改善氧化层质量。目前常用的掺氯氧化工艺中所用的含氯离子气体为C2H2Cl2(DCE，二氯乙烯)。
设备中常使用石英源瓶(Bubbler)灌装DCE，维持温度为20℃左右时DCE为稳定液态。工艺时，常使用氮气N2作为载气，通入装有液态DCE的源瓶中带出DCE并与氧气混合后进入工艺腔室(TUBE)。在工艺过程中，N2进入石英源瓶并带出DCE的时候，由于石英源瓶耐压性能有限，为防止过压，要求进入石英源瓶的载气压力在一定值以下。
但是，现有技术中并不存在对石英源瓶进行保护的装置，一旦当进入石英源瓶的载气压力过大，将会导致石英源瓶损坏，导致出现安全隐患。
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，提出了一种进气系统以及一种进气方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种进气系统，用于向半导体设备的工艺腔室输送工艺气体，所述进气系统包括载气管路、工艺气体源瓶、工艺气体出气管路、排气管路以及保护组件；其中，
所述载气管路的第一端用于与载气源瓶连接，所述载气管路的第二端与所述排气管路的进气端连接，所述载气管路的第三端用于向所述工艺气体源瓶中通入载气；所述排气管路的出气端用于向尾气处理装置排放气体；
所述工艺气体出气管路的第一端插置在所述工艺气体源瓶中，所述工艺气体出气管路的第二端与所述工艺腔室进气口连通；
所述保护组件串接在所述载气管路的第二端与所述排气管路的进气端之间，所述保护组件用于在所述载气管路内的压力不小于所述工艺气体源瓶的耐压阈值时，将所述载气管路与所述排气管路导通，并发出报警提示。
可选地，所述保护组件包括单向导通件和流量检测件；其中，
所述单向导通件的第一端与所述载气管路的第二端连接，所述单向导通件的第二端与所述流量检测件的第一端连接；
所述单向导通件和所述流量检测件用于当所述载气管路内的压力不小于所述工艺气体源瓶的耐压阈值时，将所述载气管路与所述排气管路导通，且所述流量检测件用于在检测其所在的管路有气体流过时，发出报警信号。
可选地，所述单向导通件为第一单向阀，所述第一单向阀的开启压力值等于所述工艺气体源瓶的耐压阈值。
可选地，所述进气系统还包括辅助工艺气体进气管路；其中，
所述辅助工艺气体进气管路的第一端用于输入辅助工艺气体，所述辅助工艺气体进气管路的第二端分别与所述工艺气体出气管路的第二端以及所述工艺腔室连接。
可选地，所述进气系统还包括第一清扫管路和第二清扫管路；其中，
所述第一清扫管路的一端连接于所述载气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端，另一端连接于所述工艺气体出气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端；
所述第二清扫管路的一端连接于所述工艺气体排气管路远离所述工艺气体源瓶的一端，另一端连接于所述排气管路的出气端。
可选地，所述载气管路上靠近所述工艺气体源瓶的一端设置有第一开关阀；所述工艺气体出气管路上依次串接有第二开关阀和第三开关阀；所述第二清扫管路上依次串联设置有第四开关阀和第二单向阀；所述第一清扫管路上依次串联设置有第五开关阀和第三单向阀；其中，
所述第五开关阀的进气端与所述第一开关阀的进气端连接，所述第三单向阀的出气端与所述第二开关阀的出气端连接；
所述第四开关阀的进气端与所述第三开关阀的进气端连接，所述第二单向阀的出气端与所述排气管路的出气端连接，且所述第三开关阀设置于所述工艺气体出气管路上靠近所述工艺腔室的一端。
可选地，所述载气管路上依次串联设置有手阀、调压阀、限流器、压力传感器、流量控制器、气动阀和过滤器。
可选地，所述进气系统还包括载气旁路，所述载气旁路的一端与所述载气源瓶连接，另一端与所述工艺气体排气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端连接。
可选地，所述载气旁路上依次串联设置有手阀、调压阀、压力传感器和开关阀。
本发明的第二方面，提供了一种进气方法，采用前文记载的所述进气系统，所述进气方法包括：
S110、载气经由载气管路进入工艺气体源瓶中；
S120、获取载气管路内的压力并判断该压力是否大于所述工艺气体源瓶的耐压阈值，若是，则执行步骤S130，若否，则执行步骤S140；
S130、载气经由保护组件和排气管道排出，并发出报警信号；
S140、进入工艺气体源瓶内的载气携带工艺气体经由工艺气体出气管路进入工艺腔室。
本发明的进气系统和进气方法，包括载气管路、工艺气体源瓶、工艺气体出气管路、排气管路以及保护组件；其中，所述载气管路的第一端用于与载气源瓶连接，所述载气管路的第二端与所述排气管路的进气端连接，载气管路的第三端用于向工艺气体源瓶中通入载气，排气管路的出气端用于向尾气处理装置排放气体；所述工艺气体出气管路的第一端插置在所述工艺气体源中，所述工艺气体出气管路的第二端与工艺腔室进气口连通；所述保护组件串接在所述载气管路的第二端与排气管路的进气端之间，并且，所述保护组件用于在所述载气管路内的压力不小于所述工艺气体源瓶的耐压阈值时，将所述载气管路与所述排气管路导通，并发出报警提示。在工艺时，载气经由载气管路的第三端进入到工艺气体源瓶中，这样，载气可以将工艺气体源瓶中的工艺气体携带出，从而携带出的这部分工艺气体和载气可以经由工艺气体出气管路进入到工艺腔室中，并且，在气体传输过程中，当载气管路内的压力大于工艺气体源的耐压阈值时，所设置的保护组件可以将载气管路与排气管路导通，从而可以使得载气经由排气管路排出，可以使得载气管路内的气体压力降低，这样，可以极大程度上保证了管路压力不超过耐压阈值，从而可以有效保护工艺气体源，保护工艺气体不泄露。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施例中进气系统的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中进气方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种进气系统100，用于向半导体设备的工艺腔室200输送工艺气体，该进气系统100包括载气管路110、工艺气体源瓶120、工艺气体出气管路130、排气管路140以及保护组件150。其中，载气管路110的第一端用于与载气源瓶(图中并未示出)连接，该载气源瓶内的载气，例如，可以是N2等，载气管路110的第二端与排气管路140的进气端连接。载气管路110的第三端用于向工艺气体源瓶120中通入载气，工艺气体源120中的工艺气体，例如可以是掺氯氧化工艺中所用的含氯离子气体C2H2Cl2(DCE，二氯乙烯)，当然，除此以外，本领域技术人员可以根据实际需要，选取其他一些工艺气体。排气管路140的出气端用于向尾气处理装置(图中并未示出)排放气体。工艺气体出气管路130的第一端插置在工艺气体源瓶120中，工艺气体出气管路130的第二端与工艺腔室200进气口连通。保护组件150串接在载气管路110的第二端与排气管路140的进气端之间，保护组件150用于在载气管路110内的压力不小于工艺气体源瓶120的耐压阈值时，将载气管路110与排气管路140导通，并发出报警提示，该报警提示例如可以为声音提示、光提示等。
具体地，如图1所示，在工艺时，载气经由载气管路110的第三端进入到工艺气体源瓶120中，这样，载气可以将工艺气体源瓶120中的工艺气体携带出，从而携带出的这部分工艺气体和载气可以经由工艺气体出气管路130进入到工艺腔室200中，并且，在气体传输过程中，当载气管路110内的压力不小于工艺气体源瓶120的耐压阈值时，所设置的保护组件150可以将载气管路110与排气管路140导通，从而可以使得载气经由排气管路140排出，可以使得载气管路110内的气体压力降低，这样，可以极大程度上保证了管路压力不超过耐压阈值，从而可以有效保护工艺气体源瓶120，保护工艺气体不泄露。
如图1所示，保护组件150可以包括单向导通件和流量检测件FS。示例性的，单向导通件可以为第一单向阀CV1，当然，单向导通件除了可以是第一单向阀CV1以外，还可以是其他一些能够单向导通的器件。其中，该单向导通件的第一端与载气管路110的第二端连接，单向导通件的第二端与流量检测件FS的第一端连接；并且，单向导通件和流量检测件FS用于当载气管路110内的压力不小于工艺气体源瓶120的耐压阈值时，将载气管路110与排气管路140导通，且流量检测件FS用于在检测其所在的管路有气体流过时，发出报警信号。
应当理解的是，在单向导通件为第一单向阀CV1时，该第一单向阀CV1的开启压力值应当等于工艺气体源瓶120的耐压阈值。这样，当载气管路110内的压力不小于第一单向阀CV1的开启压力时，表明管路内的气体压力已经超过工艺气体源瓶120的耐压阈值，此时，第一单向阀CV1正向导通，从而可以使得载气经由第一单向阀CV1流入排气管路140排出，进而可以有效保护工艺气体源瓶120，保护工艺气体不泄露。
具体地，如图1所示，当载气管路110内的气体压力不小于工艺气体源瓶120的耐压阈值时，第一单向阀CV1打开，此时，载气流入流量检测件FS，流量检测件FS在获取到流量流入信号时，其可以发出报警信号，以便提示操作人员当前气路压力存在超标情况，待气体压力恢复到安全压力时，载气可以携带工艺气体进入工艺腔室200。
如图1所示，进气系统100还包括辅助工艺气体进气管路160。其中，辅助工艺气体进气管路160的第一端用于输入辅助工艺气体，该辅助工艺气体可以是O2等辅助工艺气体。辅助工艺气体进气管路160的第二端分别与工艺气体出气管路130的第二端以及工艺腔室200连接。
如图1所示，进气系统100还包括第一清扫管路171和第二清扫管路172。第一清扫管路171的一端连接于载气管路110靠近工艺气体源瓶120的一端，另一端连接于工艺气体出气管路130靠近工艺气体源瓶120的一端。第二清扫管路172的一端连接于工艺气体排气管路130远离工艺气体源瓶120的一端，另一端连接于排气管路140的出气端。
具体地，如图1所示，载气管路110上靠近工艺气体源瓶120的一端设置有第一开关阀PV1。工艺气体出气管路130上依次串接有第二开关阀PV2和第三开关阀PV3。第二清扫管路172上依次串接有第四开关阀PV4和第二单向阀CV2。第一清扫管路171上依次串接有第五开关阀PV5和第三单向阀CV3。第五开关阀PV5的进气端与第一开关阀PV1的进气端连接，第三单向阀CV3的出气端与第二开关阀PV2的出气端连接。第四开关阀PV4的进气端与第三开关阀PV3的进气端连接，第二单向阀CV2的出气端与排气管路140的出气端连接，且第三开关阀PV3设置于工艺气体出气管路130上靠近工艺腔室200的一端。
此外，如图1所示，载气管路110上还依次串接有手阀SO1、调压阀RG1、限流器OF1、压力传感器PT1、流量控制器MFC、气动阀PV6和过滤器FL1。
如图1所示，进气系统100还包括载气旁路173，载气旁路173的一端与载气源瓶连接，另一端与工艺气体排气管路130靠近工艺气体源瓶120的一端连接。具体地，如图1所示，载气旁路173上依次串接有手阀SO2、调压阀RG2、压力传感器PT2、开关阀V7。这样，可以利用所设置的载气旁路173对第二开关阀PV2之后的管路进行清扫。
下文将对上述进气系统100的进气原理进行具体说明：
如图1所示，在工艺之前，载气通过第五开关阀PV5、第三单向阀CV3、第四开关阀PV4以及第二单向阀CV2进入到排气管路140，进行管路的吹扫。
正常工艺时，第一开关阀PV1、第二开关阀PV2、第三开关阀PV3打开，第四开关阀PV4关闭，载气通过第一开关阀PV1进入到工艺气体源120中，携带出液态的DCE，通过第二开关阀PV2、第三开关阀PV3与O2混合后进入工艺腔室200。
工艺结束后，第三开关阀PV3关闭，第四开关阀PV4打开，将残余气体排出到排气管路140中。
特别的，第三开关阀PV3、第四开关阀PV4比第一开关阀PV1、第二开关阀PV2更加靠近工艺腔室200。这样，当工艺完成后，进行清扫时，尽可能减小第三开关阀PV3后无法吹扫到的管路部分，减少工艺气体残留，有利于工艺质量。同时，当清扫时间一定时，减小管路长度，能够更有效的完成管路吹扫。
当在正常工艺管路压力增大，并达到第一单向阀CV1的开启压力值时，第一单向阀CV1打开，气体从第一单向阀CV1流入流量检测件FS，流量检测件FS检测有流体通过时发出报警，并将气体通过排气管路140排出，系统根据软件设定进行下一步动作。
当正常工艺时，若第一开关阀PV1损坏，如无报警，则工艺人员无法获知工艺是否继续进行，增加流量检测件FS后，能得到有效的报警信号，形成闭环回路，保证设备的安全。
正常工艺结束后，都要进行管路残留气体吹扫，当流量检测件FS出现报警时，说明气体正在由第一单向阀CV1、流量检测件FS管路排到排气管路140中，此时，可以判定第五开关阀PV5或第三单向阀CV3出现故障，需要进行检查处理。
流量检测件FS可设定流量值，可以根据不同工艺需求进行设定；
第一单向阀CV1、流量检测件FS可检测第六开关阀PV6是否故障。当处于工艺过程，本应关闭进气，却一直有气体进入工艺腔室200时，可以利用第一单向阀CV1、流量检测件FS检测第六开关阀PV6是否故障，同时将残余气体排出到排气管路140中；
第一单向阀CV1、流量检测件FS可作为临时清扫管路。当第六开关阀PV6故障，本应关闭却处于开启状态(FL1无通断管路功能时)，无法关断的工艺气体可以从第一单向阀CV1、流量检测件FS排到排气管路140，保证安全；
气路系统重要工艺气路设有限流器，流量检测件FS可设定流量值，可用来监测限流功能，对限流器起校准作用；
气路系统工艺气路设有质量流量控制器MFC，流量检测件FS可设定流量值，可用来校准MFC。
本发明的进气系统100，当工艺气体源120内存储的工艺气体为有毒性易燃气体，例如DCE时，其一般压缩为液态保存在工艺气体源120内，使用第一单向阀CV1与流量检测件FS对气路管路进行压力保护，从硬件和软件两方面进行设计，将管路上的超压信号作为报警信号提供给上位机，极大程度上保证了管路压力不超过限定值，从而保护工艺气体源120，保护工艺气体不泄露。
此外，在进气系统100中，各个管路的连接接头多为耐酸腐蚀的PFA接头，相对于金属接头，易损坏，极需有报警及临时清扫功能的管路，并且，第一单向阀CV1和流量检测件FS成本低，合理使用，能实现一物多功能。
本发明的第二方面，如图1和图2所示，提供了一种进气方法S100，该进气方法采用前文记载的进气系统100，进气方法包括：
S110、载气经由载气管路进入工艺气体源瓶中；
S120、获取载气管路内的压力并判断该压力是否大于工艺气体源瓶的耐压阈值，若是，则执行步骤S130，若否，则执行步骤S140；
S130、载气经由保护组件和排气管道排出，并发出报警信号；
S140、进入工艺气体源瓶内的载气携带工艺气体经由工艺气体出气管路进入工艺腔室。
本实施例中的进气方法S100，在工艺时，载气经由载气管路110进入到工艺气体源瓶120中，这样，载气可以将工艺气体源瓶120中的工艺气体携带出，从而携带出的这部分工艺气体和载气可以经由工艺气体出气管路130进入到工艺腔室200中，并且，在气体传输过程中，当载气管路110内的压力大于工艺气体源120的耐压阈值时，所设置的保护组件150可以将载气管路110与排气管路140导通，从而可以使得载气经由排气管路140排出，可以使得载气管路110内的气体压力降低，这样，可以极大程度上保证了管路压力不超过耐压阈值，从而可以有效保护工艺气体源120，保护工艺气体不泄露。
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 (10)

1.一种进气系统，用于向半导体设备的工艺腔室输送工艺气体，其特征在于，所述进气系统包括载气管路、工艺气体源瓶、工艺气体出气管路、排气管路以及保护组件；其中，
所述载气管路的第一端用于与载气源瓶连接，所述载气管路的第二端与所述排气管路的进气端连接，所述载气管路的第三端用于向所述工艺气体源瓶中通入载气；所述排气管路的出气端用于向尾气处理装置排放气体；
所述工艺气体出气管路的第一端插置在所述工艺气体源瓶中，所述工艺气体出气管路的第二端与所述工艺腔室进气口连通；
所述保护组件串接在所述载气管路的第二端与所述排气管路的进气端之间，所述保护组件用于在所述载气管路内的压力不小于所述工艺气体源瓶的耐压阈值时，将所述载气管路与所述排气管路导通，并发出报警提示。
2.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述保护组件包括单向导通件和流量检测件；其中，
所述单向导通件的第一端与所述载气管路的第二端连接，所述单向导通件的第二端与所述流量检测件的第一端连接；
所述流量检测件的第二端与所述排气管路的进气端连接；
所述单向导通件和所述流量检测件用于当所述载气管路内的压力不小于所述工艺气体源瓶的耐压阈值时，将所述载气管路与所述排气管路导通，且所述流量检测件用于在检测其所在的管路有气体流过时，发出报警信号。
3.根据权利要求2所述的进气系统，其特征在于，所述单向导通件为第一单向阀，所述第一单向阀的开启压力值等于所述工艺气体源瓶的耐压阈值。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括辅助工艺气体进气管路；其中，
所述辅助工艺气体进气管路的第一端用于输入辅助工艺气体，所述辅助工艺气体进气管路的第二端分别与所述工艺气体出气管路的第二端以及所述工艺腔室连接。
5.根据权利要求4所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括第一清扫管路和第二清扫管路；其中，
所述第一清扫管路的一端连接于所述载气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端，另一端连接于所述工艺气体出气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端；
所述第二清扫管路的一端连接于所述工艺气体排气管路远离所述工艺气体源瓶的一端，另一端连接于所述排气管路的出气端。
6.根据权利要求5所述的进气系统，其特征在于，所述载气管路上靠近所述工艺气体源瓶的一端设置有第一开关阀；所述工艺气体出气管路上依次串接有第二开关阀和第三开关阀；所述第二清扫管路上依次串联设置有第四开关阀和第二单向阀；所述第一清扫管路上依次串联设置有第五开关阀和第三单向阀；其中，
所述第五开关阀的进气端与所述第一开关阀的进气端连接，所述第三单向阀的出气端与所述第二开关阀的出气端连接；
所述第四开关阀的进气端与所述第三开关阀的进气端连接，所述第二单向阀的出气端与所述排气管路的出气端连接，且所述第三开关阀设置于所述工艺气体出气管路上靠近所述工艺腔室的一端。
7.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述载气管路上依次串联设置有手阀、调压阀、限流器、压力传感器、流量控制器、气动阀和过滤器。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括载气旁路，所述载气旁路的一端与所述载气源瓶连接，另一端与所述工艺气体排气管路靠近所述工艺气体源瓶的一端连接。
9.根据权利要求8所述的进气系统，其特征在于，所述载气旁路上依次串联设置有手阀、调压阀、压力传感器和开关阀。
10.一种进气方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任意一项所述进气系统，所述进气方法包括：
S110、载气经由载气管路进入工艺气体源瓶中；
S120、获取载气管路内的压力并判断该压力是否大于所述工艺气体源瓶的耐压阈值，若是，则执行步骤S130，若否，则执行步骤S140；
S130、载气经由保护组件和排气管道排出，并发出报警信号；
S140、进入工艺气体源瓶内的载气携带工艺气体经由工艺气体出气管路进入工艺腔室。
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