CN201608194U - 反应腔压力自平衡控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种反应腔压力自平衡控制系统，包括压力控制仪、反应腔，反应腔经石英尾气管、石英冷凝瓶、稀释三通接头同抽风管连接，压差传感器的一端与大气连通而另一端接至与反应腔连通的压力检测管路，微流量控制阀接在管路和氮气气源管之间；气动后阀的一端同稀释三通接头连接而另一端同质量流量控制器的连接，质量流量控制器接至氮气气源管；压差传感器的信号输出端同压力控制仪的信号输入端连接，压力控制仪的控制信号输出端接至质量流量控制器的控制极。它解决了由进气流量、反应管内的结构分布、尾气排风口的流量、反应腔的密闭性差异带来的工艺波动问题。

Description

反应腔压力自平衡控制系统
技术领域
本实用新型涉及半导体设备，进一步是指晶体硅太阳能电池生产线上使用的卧式闭管高温扩散与氧化系统的反应腔压力自平衡控制系统。
背景技术
高温扩散氧化系统，主要用于半导体器件、太阳能电池和集成电路等研制、生产中的扩散、氧化、退火及合金工艺，是一种高精度、高稳定性、高可靠性、长时间连续工作的自动控制设备。现有的设备主要通过控制反应腔温度、工艺进气流量、反应时间，这三个主要工艺参数来适应工艺的需要。而当前，对于广泛应用于晶体硅太阳能电池生产线的卧式闭管扩散炉而言，随着恒温区的不断延长，反应管直径的不断加大，反应管内反应气氛的重复性、硅片的均匀性开始变得容易波动，容易受进气流量、石英管内的结构分布、尾气排风口的流量、反应腔的密闭性等因素影响。而现有的设备无法对这些参数进行监控和量化，不利于工艺水平的提高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有设备无法对进气流量、反应管内的结构分布、尾气排风口的流量、反应腔的密闭性进行综合量化监控的缺点，设计一种反应腔压力自平衡控制系统，它可以量化和综合测量进气流量、反应管内的结构分布、尾气排风口的流量、反应腔的密闭性的参数，以提高工艺的可控性、重复性。
本实用新型的技术方案是，所述反应腔压力自平衡系统包括压力控制仪和一端设有工艺气体进口而另一端有石英门的反应腔，该反应腔经石英尾气管和石英冷凝瓶接至石英缓冲瓶的进气端口，石英缓冲瓶的出气端口同稀释三通接头的第一端口连接，稀释三通接头的第二端口经螺旋管和聚四氟调节阀同设有负压表和手动调节碟阀的抽风管连接，其结构特点是，压差传感器的相对压力参考端与常压大气连通而该压差传感器的压差测量检测口同三通接头的第一端口连接，三通接头的第二端口经压力检测管路和聚四氟接头同反应腔连通，微流量控制阀的一端同所述三通接头的第三端口连接而另一端同氮气气源管连通；气动后阀的一端经稀释管道同稀释三通接头的第三端口连接而另一端同质量流量控制器的一端口连接，质量流量控制器的另一端口接至所述氮气气源管；压差传感器的信号输出端同压力控制仪的信号输入端连接，压力控制仪的控制信号输出端接至质量流量控制器的控制极。
以下对本实用新型做出进一步说明。
参见图1和图2，所述反应腔压力自平衡系统包括压力控制仪26和一端设有工艺气体进口9而另一端有石英门的反应腔10，该反应腔10经石英尾气管11和石英冷凝瓶14接至石英缓冲瓶13的进气端口，石英缓冲瓶13的出气端口同稀释三通接头7的第一端口连接，稀释三通接头7的第二端口经螺旋管5和聚四氟调节阀4同设有负压表2和手动调节碟阀3的抽风管1连接，其结构特点是，压差传感器22的相对压力参考端23与常压大气连通而该压差传感器22的压差测量检测口21同三通接头25的第一端口连接，三通接头25的第二端口经压力检测管路24和聚四氟接头18同反应腔10连通(压差传感器22的压差测量检测口21也可置于反应腔10的石英门12处来实时检测工艺过程中反应腔10的压力值)，微流量控制阀19的一端同所述三通接头25的第三端口连接而另一端同氮气气源管17连通；气动后阀15的一端经稀释管道8同稀释三通接头7的第三端口连接而另一端同质量流量控制器16的一端口连接，质量流量控制器16的另一端口接至所述氮气气源管17；压差传感器22的信号输出端同压力控制仪26的信号输入端连接，压力控制仪26的控制信号输出端接至质量流量控制器16的控制极。
参见图1，本实用新型的工作原理是，反应腔10中的反应尾气依次经石英尾气管11和置于接液盘中的石英冷凝瓶14、石英缓冲瓶13及稀释三通接头7、螺旋管5被抽入抽风管1而排出，氮气气源管17的氮气经过由质量流量控制器16和气动后阀15组成的尾气稀释回路27而进入稀释三通接头7，与流经该处的反应尾气汇合，稀释尾气；压差传感器22检测反应腔10的压力并输出相应的电压信号；压力控制仪26采集压差传感器22的输出电压信号，与其设定值进行对比后输出给由质量流量控制器16、气动后阀15组成的尾气稀释回路27，尾气稀释回路27入口与氮气气源管17连接，由压力控制仪26控制的尾气稀释回路27输出稀释气体(氮气)的大小可以控制稀释尾气抽风的速度，进而达到闭环自动控制反应腔10内压力的目的。参见图2，压力控制仪26可通过RS485通讯接口与上位机28建立通讯，以便于数据的采集和工艺数据的控制。
为了防止工艺过程中反应腔10的腐蚀性气体腐蚀压差传感器22，在压差测量管路设置有微流量控制阀19，通过调整微流量控制阀19输出一个微小的流量(在阀的出口端形成微正压)，可以保证在对测量反应腔10的压差影响极小的情况下，对压差传感器22形成保护；微流量控制阀19连接处的氮气气源管17设置有一个带触点的压力开关20，以对因气压变化而导致稀释流量的波动进行响应。抽风管1是闭管高温扩散氧化系统的尾气集中排放口，其与外围酸排口对接；抽风管1的主管路设置有负压表2和手动调节碟阀3用以粗调主抽风管的负压值，也可以通过聚四氟调节阀4手动调节每管的抽风大小。聚四氟调节阀4具有关闭功能，以便于密闭反应腔10的密封检测。
反应腔10的密封检测的方法为：关闭聚四氟调节阀4，关闭压力控制仪26的输出，用石英门12盖紧反应腔10；在石英尾气管11、石英缓冲瓶13、石英冷凝瓶14等连接好的情况下，工艺气体进口9以1SLM的流量通入反应腔15秒后，关闭送气。检查压力控制仪26显示的正压最大值(大于600Pa)和正压消失时间(大于5分钟)是否能达到标准。
由以上可知，本实用新型为反应腔压力自平衡系统，它将压力参数引入晶体硅太阳能电池生产线上使用的卧式闭管高温扩散/氧化系统中，而且可对该压力值进了自动控制，能很好的解决进气流量、反应管内的结构分布、尾气排风口的流量、反应腔的密闭性差异带来的工艺波动问题，其提供的反应腔密闭检查、压差传感器的微流量保护、主抽风管道的粗调很好的保证了该系统的运行的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型一种实施例结构示意图；
图2是本实用新型一种实施例控制原理框图。
在图中：
1-抽风管，         2-负压表，         3-手动调节碟阀，
4-聚四氟调节阀，   5-螺旋管，         6-接液盘，
7-稀释三通接头，   8-稀释管道，       9-工艺气体进口，
10-反应腔，        11-石英尾气管，    12-石英门，
13-石英缓冲瓶，    14-石英冷凝瓶，    15-气动后阀，
16-质量流量控制器，17-氮气气源管，    18-聚四氟接头，
19-微流量控制阀，  20-压力开关，      21-压差测量检测口，
22-压差传感器，    23-相对压力参考端，24-压力检测管路，
25-三通接头，    26-压力控制仪，    27-尾气稀释回路，
28-上位机。
具体实施方式
如图1所示，所述反应腔压力自平衡系统包括压力控制仪26和一端设有工艺气体进口9而另一端有石英门的反应腔10，该反应腔10经石英尾气管11和石英冷凝瓶14接至石英缓冲瓶13的进气端口，石英缓冲瓶13的出气端口同稀释三通接头7的第一端口连接，稀释三通接头7的第二端口经螺旋管5和聚四氟调节阀4同设有负压表2和手动调节碟阀3的抽风管1连接，压差传感器22的相对压力参考端23与常压大气连通而该压差传感器22的压差测量检测口21同三通接头25的第一端口连接，三通接头25的第二端口经压力检测管路24和聚四氟接头18同反应腔10连通，微流量控制阀19的一端同所述三通接头25的第三端口连接而另一端同氮气气源管17连通；气动后阀15的一端经稀释管道8同稀释三通接头7的第三端口连接而另一端同质量流量控制器16的一端口连接，质量流量控制器16的另一端口接至所述氮气气源管17；压差传感器22的信号输出端同压力控制仪26的信号输入端连接，压力控制仪26的控制信号输出端接至质量流量控制器16的控制极。
所述石英冷凝瓶14和石英缓冲瓶13置于接液盘6中。
在所述流量控制阀19连接部位的氮气气源管17还接有用于检测氮气气源管17内的气压大小的带触点压力开关20，该压力开关20的信号输出端接到上位机28的信号接入端；通过调节压力开关20的上限和下限触点所代表的压力数值，可以对氮气气源管17的压力范围作出检测，以保证质量流量控制器16和微流量控制阀19工作在合适的符合要求的压力范围内，增强控制的准确性和稳定性。当检测压力低于压力开关20的下限触点设定值时，或者高于压力开关20的上限触点设定值时，压力开关20输出信号到上位机28，提示压力系统需要调节。
压力控制仪26还可通过RS485通讯接口与上位机28建立通讯连接，以便于数据的采集和工艺数据的控制。
所述压力控制仪26、质量流量控制器16、压差传感器22及本实用新型的系统中其它相关器件均可采用市售产品。
整个卧式闭管高温扩散/氧化系统安装完成之后，应该立刻对反应腔10进行密封检测。反应腔10的密封检测的方法为：关闭聚四氟调节阀4，关闭压力控制仪26的输出，用石英门12盖紧反应腔10，工艺气体以1SLM的流量通入反应腔10十五秒后，关闭送气。检查压力控制仪26显示的的正压最大值(大于600Pa)和正压消失时间(大于5分钟)是否能达到。然后操作手动调节碟阀3使负压表2达到合适的负压值(如-300Pa)；再通过调整微流量控制阀19设置一个微小的流量(如10SCCM)，以保证在对测量反应腔10的压差影响极小的情况下，对压差传感器22形成保护。以上步骤完成之后，反应腔压力自平衡系统可以进入工作状态。工作时，上位机28根据工艺数据设定的参数首先给压力控制仪26一个设定值，压力控制仪26根据这个设定值和其检测值通过PID运算输出电压型号给尾气稀释回路27，然后尾气稀释回路27通过稀释尾气抽风达到调整反应腔10内压力的目的，整个过程为全自动闭环控制。

Claims (4)

1.一种反应腔压力自平衡系统，包括压力控制仪(26)和一端设有工艺气体进口(9)而另一端有石英门的反应腔(10)，该反应腔(10)经石英尾气管(11)和石英冷凝瓶(14)接至石英缓冲瓶(13)的进气端口，石英缓冲瓶(13)的出气端口同稀释三通接头(7)的第一端口连接，稀释三通接头(7)的第二端口经螺旋管(5)和聚四氟调节阀(4)同设有负压表(2)和手动调节碟阀(3)的抽风管(1)连接，其特征是，压差传感器(22)的相对压力参考端(23)与常压大气连通而该压差传感器(22)的压差测量检测口(21)同三通接头(25)的第一端口连接，三通接头(25)的第二端口经压力检测管路(24)和聚四氟接头(18)同反应腔(10)连通，微流量控制阀(19)的一端同所述三通接头(25)的第三端口连接而另一端同氮气气源管(17)连通；气动后阀(15)的一端经稀释管道(8)同稀释三通接头(7)的第三端口连接而另一端同质量流量控制器(16)的一端口连接，质量流量控制器(16)的另一端口接至所述氮气气源管(17)；压差传感器(22)的信号输出端同压力控制仪(26)的信号输入端连接，压力控制仪(26)的控制信号输出端接至质量流量控制器(16)的控制极。
2.根据权利要求1所述反应腔压力自平衡系统，其特征是，在所述流量控制阀(19)连接部位的氮气气源管(17)还接有用于检测氮气气源管(17)内的气压大小的带触点压力开关(20)，该压力开关(20)的信号输出端接到上位机(28)的信号接入端。
3.根据权利要求1所述反应腔压力自平衡系统，其特征是，压力控制仪(26)通过RS485通讯接口与上位机(28)建立通讯连接。
4.根据权利要求1所述反应腔压力自平衡系统，其特征是，所述石英冷凝瓶(14)和石英缓冲瓶(13)置于接液盘(6)中。
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