CN1813337A - 用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置 - Google Patents

Abstract

提供一种装置，用于通过在流道中产生压差来由该压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置。压差产生元件在半导体器件制作中所用的气体的流道中产生压差，安装在流道的旁路处的压力传感器检测该压差，中央处理单元CPU测量并控制气体的流速，由此本发明能够精确且快速地控制流速，并通过压差产生元件自身的过滤功能来增加气体的纯净度。

Description

用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过压差控制半导体器件制作中所用气体的流速的装置，尤其是涉及一种用于通过在气体流动的流道中生成压差来控制半导体器件制作中所用气体的流速的装置。

背景技术

众所周知，半导体器件制作使用气体，如制造半导体器件所用的掺杂剂气体、蚀刻剂气体、扩散气体和净化气体。半导体器件制造要求这样的气体具有高的纯度。而且，在半导体器件制作中应当精确且快速地控制决定半导体器件特性的气体流速。

作为控制半导体器件制作中气体的流速的技术的例子，热敏型的质量流速控制器工作如下。流经控制器主体的流道的气体经由旁路以预定的比率分布且然后被送到流量传感器。随着气体流动，流量传感器的热阻借助于热传导而改变温度，惠斯通电桥检测热阻的温度变化作为电压变化且输出电信号，放大器放大来自惠斯通电桥的电信号，且将放大的电信号输入到控制器中。控制器对输入的电信号和设定值(set point)进行比较，且基于比较结果打开或关闭由螺线管或热执行器操作的控制阀，以控制气体的流速。

然而，现有的热敏型质量流速控制器具有如下问题，即以根据气体流动由热容改变流量传感器的热阻的温度、以及通过惠斯通电桥检测热阻的温度变化作为电压变化的这种方式来间接地测量气体的流速，由此导致了很低的响应。而且，现有的热敏型质量流速控制器具有如下问题，即不能在气体流速的整个范围上确保流量传感器的流速和电动势之间的线性关系，且它的可靠性由于流量传感器的灵敏性根据气压改变而大大地退化。而且，现有的热敏型质量流速控制器具有如下问题，即根据气体种类改变流速测量中所用的补偿常数很麻烦。

发明内容

构思本发明以解决现有技术中的上述问题。本发明的一个目的在于提供一种用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置，其中在流经流道的气体中产生压差，且利用气体的压差测量流速，由此大大地提高了控制器的响应和可靠性。

本发明的另一目的在于提供一种用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置，其中由于控制器的快速响应速度和气体的稳定流动而可以精确且快速地控制气体的流速。

本发明的再一目的在于提供一种用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置，其中控制器由于其简单的结构而可以便利且经济地制造和维护。

本发明的又一目的在于提供一种用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置，其中借助于安装在流道中且在气流中产生压差的压差产生元件本身的过滤功能可以提高气体的纯净度。

根据用于获得上述目的的本发明，提供了一种用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置，其包括：主体，其具有用于半导体器件制作中所用气体的流道；控制阀，其通过打开或关闭主体的流道而控制气流；压差产生元件，其安装在主体的流道中以产生压差；管，其被安装为穿过压差产生元件；压力传感器，其容纳在管中以检测流道中由压差产生元件产生的压差；以及中央处理器，其根据自压力传感器输入的检测信号来计算气体的流速并对控制阀进行控制。

附图说明

图1是示出根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置的第一实施例的结构的截面图。

图2是示出根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置的第一实施例的结构的局部放大截面图。

图3是沿着图2的线III-III截取的截面图。

图4是示出根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置的第二实施例的结构的局部放大截面图。

图5是沿着图4的线V-V截取的截面图。

图6是示出根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置的第三实施例的结构的局部放大截面图。

图7是沿着图6的线VII-VII截取的截面图。

图8是示出根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置的第四实施例的结构的局部放大截面图。

图9是沿着图8的线IX-IX截取的截面图。

具体实施方式

首先将描述图1至3中所示的根据本发明的用于控制气体流速的装置的第一实施例。参考图1和2，限定根据本发明的用于控制气体流速的装置外形的主体10由用于气体的流道12形成，所述气体诸如半导体器件制作中使用的掺杂剂、蚀刻剂、扩散和净化气体。流道12具有进气口14和排气口16。入口14连接到气体供应设备18上。经由出口16排放的气体提供给半导体器件制作工艺。流道12的上游部分连接到控制阀20的阀室22上。控制阀20的阀室22具有用于借助于执行器24的操作来打开或关闭流道12的阀体26，从而控制气流。在该实施例中，控制阀20的执行器24可包括螺线管。

参考图1至3，本发明的用于控制气体流速的装置具有安装在流道12的下游部分处的压差产生元件30，以在气流中产生压差。压差产生元件30由用于产生气流的阻力的多孔材料32形成。多孔材料32包括具有多个微小的细孔34的陶瓷过滤器或不锈钢过滤器。陶瓷过滤器或不锈钢过滤器可借助于烧结制成。此外，借助于电解抛光可以制造不锈钢过滤器，使其具有如下表面，所述表面具有优良的精度、清洁度、化学稳定性、耐蚀性等。这种陶瓷过滤器或不锈钢过滤器可以有效地吸收和去除包含在透过细孔的气体中的杂质。

如图3中具体示出的，本发明的用于控制气体流速的装置具有安装在多孔材料32的上边缘处的管40，以沿着气体的流向穿过其中。在管40的腔42中容纳了用于读出压力的压力传感器50。在该实施例中，压力传感器50适合于保持密封，且可包括用于读出在多孔材料32的上游和下游侧之间产生的压差的压差传感器。

如图1和2所示，多孔材料32和管40在长度上彼此相同，压力传感器50具有比管40短的长度且容纳在管40的一侧。如果有必要，可适当地改变多孔材料32、管40和压力传感器50的长度。压力传感器50的位置可改变到管40内的任一位置。虽然图3示出了管40和压力传感器50具有矩形截面，但管40和压力传感器50可形成为具有圆形截面。

同时，压力传感器50的导线52穿过管40、多孔材料32和主体10，且连接到中央处理器(CPU)60。压力传感器50的检测信号输入到CPU60中。CPU 60根据从压力传感器50输入的检测信号来操作控制阀20的执行器24，以打开或关闭流道12，由此控制气流。控制阀20和CPU 60容纳在可拆卸地连接到主体10上的外壳70中。

在根据本发明的用于通过压差控制半导体器件中所用气体的流速的装置中，当控制阀20的阀体26打开时从气体供应设备18提供的气体经由主体10的入口14引入，且沿着主体10的流道12流动，顺序地穿过阀室22和多孔材料32的细孔34。当气体穿过多孔材料32的细孔34时气体压力下降，其中细孔34具有比流道12窄的截面。因此，在多孔材料32的上游和下游侧之间产生了压差。

然后，容纳在管40的腔42中的压力传感器50检测在多孔材料32的上游和下游侧之间产生的压差，且输出对应于压差的检测信号。CPU 60对从压力传感器50输入的检测信号与设定值进行比较，然后获得了气体的流速。此时，如果穿过多孔材料32的细孔34的气流是层流，则压力传感器50和实际流速之间的检测信号的相关性是线性的。因此，能够大大地提高由CPU 60获得的气体流速的响应和可靠性。

进而，CPU 60确定获得的气体流速是否是预定的适当流速。CPU60还输出用于操作控制阀20的执行器24的控制信号，以适当地维持气体的流速。阀体26借助于执行器24的操作打开或关闭流道12，以控制气流。

因此，能够以如下方式大大地提高响应特性和可靠性，该方式是：压力传感器50检测多孔材料32的上游和下游侧之间产生的压差，CUP60计算气体的流速，以及用于打开或关闭流道的控制阀20的阀体26控制气体的流速。另外，可以精确且快速地控制气体的流速以适合于半导体器件制作。可以使用如下简单的结构方便地且低成本地制造本发明的用于控制气体流速的装置，在所述简单的结构中，多孔材料32安装在主体10的流道12中，且压力传感器50检测由于多孔材料32引起的气体的压差。可以容易地替换多孔材料32和压力传感器50，因此，由于容易和便利的维修而能够经济地进行其维护。包含在穿过多孔材料32的细孔34的气体中的微量杂质被细孔34吸收和去除，导致了气体纯净度的有效提高。

图4和5示出了根据本发明的用于控制气体流速的装置的第二实施例的结构。根据第二实施例的用于控制气体流速的装置的结构和操作与上述的根据第一实施例的用于控制气体流速的装置的结构和操作基本相同。参考图4和5，多孔材料32安装在主体10的流道12中，且管40安装在多孔材料32的中心处，以沿着气体的流向穿过多孔材料32。压力传感器50的导线52容纳在管40的腔42中且穿过管40、多孔材料32和主体10，并且以与图1相同的方式连接到CPU 60。

对于管40和压力传感器50安装在多孔材料32的中心处的结构，气体流过设置在流道12的中心处的压力传感器50周围的多孔材料32。压力传感器50起到对主体10的流道12中的气流产生阻力的阻流器的作用。如图2和3所示，在根据第一实施例的用于控制气体流速的装置中，管40和压力传感器50安装在多孔材料32的上边缘处从而处于流道12的壁表面附近，由于起到气流的阻流器作用的压力传感器50，因此存在压力传感器50与流道12的上壁表面的接触部分的上游和下游的死体积(dead volume)。在根据第二实施例的用于控制气体流速的装置中，穿过压力传感器50周围的多孔材料32建立了气流，由此防止产生这样的死体积。因此，根据第二实施例的用于控制气体流速的装置具有如下优点，即可以平稳地维持气流，且具有根据第一实施例的用于控制气体流速的装置的出色响应。

图6和7示出了根据本发明的用于控制气体流速的装置的第三实施例的结构。以与根据第一实施例的用于控制气体流速的装置相同的方式，根据第三实施例的用于控制气体流速的装置同样包括主体10、控制阀20、CPU 60和外壳70。参考图6和7，用作压差产生元件30的多孔材料132安装在主体10的流道12中，且多孔材料132由具有多个细孔134的陶瓷过滤器或不锈钢过滤器形成。

多孔材料132包括垂直地邻接流道12的下壁表面的第一垂直板部件136a、自第一垂直板部件136a的下游端水平延伸的水平板部件136b、和自水平板部件136b的下游端垂直延伸且邻接流道12的上壁表面的第二垂直板部件136c。多孔材料132的水平板部件136b具有垂直地穿过平板部件136b的，即垂直于气体的流向的管140。压力传感器150以密封的方式容纳在管140的腔142中。压力传感器150的导线152穿过管140、多孔材料132的水平板部件136b和第二垂直板部件136c以及主体10，且以与图1相同的方式连接到CPU 60。

在根据如上构造的第三实施例的用于控制气体流速的装置中，通过主体10的入口14引入的气体沿着流道12流动，同时穿过第一和第二垂直板部件136a和136c的各细孔134。此时，存在穿过具有比流道12的截面积窄的截面积的细孔134的气体的压力下降，且在水平板部件136b的上面和下面之间产生了压差。容纳在管140的腔142中的压力传感器150检测在水平板部件136b的上面和下面之间的压差，并且输出检测信号。CPU 60对从压力传感器150输入的检测信号与设定值进行比较，获得气体的流速，然后以与上述相同的方式，通过控制阀20的执行器24的操作来打开或关闭流道12，从而控制气流。

同时，由于在根据图6所示第三实施例的用于控制气体流速的装置中，压力传感器150与气体的流向平行地安装，所以与图3和4所示的压力传感器150的面的面积相比，大大地减小了气体的流向上的压力传感器150的面的面积。与压力传感器50相比，压力传感器150的面的面积的这种减小导致曳力的减小。于是，可以使流动损失减到最小。

图8和9示出了根据本发明的用于控制气体流速的装置的第四实施例的结构。以与根据第一实施例的用于控制气体流速的装置相同的方式，根据第四实施例的用于控制气体流速的装置同样包括主体10、控制阀20、CPU 60和外壳70。参考图8和9，作为压差产生元件30的另一实例的多个毛细管36沿着气体的流向安装在主体10的流道12中，以产生气流的阻力。包含在穿过毛细管36的孔径38的气体中的杂质被孔径38的表面吸收和去除。毛细管36由不锈钢材料制成，且以与根据第一实施例的用于控制气体流速的装置的多孔材料32相同的方式进行电解抛光。作为压差产生元件30的毛细管36可由多孔板代替。如果有必要，毛细管36或多孔板的表面可用玻璃涂布。

此外，管40沿着气体流向安装在毛细管36中的每一个的中心处，且压力传感器50安装在管40的腔42中。在该实施例中，毛细管36和管40可构造成彼此相同。在该情况下，压力传感器50可安装在毛细管36的一个中。压力传感器50的导线52穿过毛细管36和主体10，且以与图1相同的方式连接到CUP 60。

同时，穿过了毛细管36的孔径38的气体的压力以与上述多孔材料32相同的方式下降。压力传感器50检测在毛细管36的上游和下游侧之间的压差，并输出检测信号。CPU 60对从压力传感器50输入的检测信号与设定值进行比较，获得了气体的流速，然后以与上述的相同方式，通过操作控制阀20的执行器24来控制气流。包含在穿过毛细管36的孔径38的气体中的杂质被孔径38的内表面吸收和去除。于是，可以有效地提高气体的纯净度。

上述本发明的优选实施例仅是为了说明性的目的。本发明的范围不局限于上述实施例。本领域技术人员在由权利要求限定的本发明的技术精神和范围内可以进行各种改变、变形或替换。应当理解，这样的实施例落入本发明的范围之内。而且，虽然结合半导体器件制作中所用气体的流速的控制描述了本发明，但本发明还可以应用到化学工艺中所用的气体或其它流体的流速的控制。

工业适用性

如上所述，对于根据本发明的用于控制半导体器件制作中所用气体的控制气体流速的装置，诸如多孔材料或毛细管的压差产生元件安装在气体的流道中，以在沿着流道流动的气体中产生压差，且基于气体的压差来测量气体的流速，由此大大地提高了响应特性和可靠性。此外，由于快速的响应速度和稳定气流，所以能够精确且快速地控制气体的流速。此外，有如下优点，即由于其简单的结构而可以便利且经济地进行用于控制气体流速的装置的制造和维护，且借助于安装在流道中且产生气流的压差的压差产生元件本身的过滤功能可以提高气体的纯净度。

Claims (6)

1.一种用于通过压差控制半导体器件制作中所用气体的流速的装置，包括：

主体，其具有半导体器件制作中所用气体的流道；

控制阀，其通过打开或关闭主体的流道来控制气流；

压差产生元件，其安装在主体的流道中以产生压差；

管，其被安装成穿过压差产生元件；

压力传感器，其被容纳在管中以检测流道中由压差产生元件产生的压差；以及

中央处理器，其根据从压力传感器输入的检测信号来计算气体的流速并对控制阀进行控制。

2.如权利要求1所述的装置，其中压差产生元件包括多孔材料。

3.如权利要求2所述的装置，其中管被安装成穿过多孔材料的中心。

4.如权利要求1所述的装置，其中压差产生元件包括多孔材料，该多孔材料具有垂直地邻接流道的下壁表面的第一垂直板部件、自第一垂直板部件的下游端水平延伸的水平板部件、和自水平板部件的下游端垂直延伸且邻接流道的上壁表面的第二垂直板部件。

5.如权利要求4所述的装置，其中管安装在多孔材料的水平板部件处，以垂直于气体的流向穿过该水平板部件，且压力传感器水平地容纳在管中。

6.如权利要求1所述的装置，其中压差产生元件包括沿着气体的流向安装的多个毛细管。

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