CN202951432U - 气体混合装置以及流体混合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供气体混合装置以及流体混合系统，与等离子体处理设备配合使用，用于将多种反应气体混合后导入所述等离子体处理设备中进行等离子体处理，所述反应气体至少包括第一气体和第二气体，所述混合装置包括：混合气体管道，其一端至少设有第一气体进气口和第二气体进气口，其另一端设有一混合气体出口；所述第一气体进气口用于通入所述第一气体；所述第二气体进气口用于通入所述第二气体；所述混合气体出口用于将混合后的所述反应气体导入所述等离子体处理设备中；所述混合气体管道是一条横截面面积变化的管道，本实用新型的气体混合装置，能够在有限的空间内，通过连续变换管道的横截面面积，大大加强管道混合气体的能力和速度。

Description

气体混合装置以及流体混合系统

技术领域

本实用新型涉及气体混合装置，尤其是横截面面积变化的气体混合装置，具体地，涉及在在半导体工艺中，用于快速混合气体的横截面面积连续变化的气体混合装置。 

背景技术

通常半导体工艺需要同时使用到多种气体，许多过程中需要混合气体，而且在不同的反应步骤中需要使用到不同的混合气体，所以气体混合装置就必须能够根据反应步骤的需要快速、充分地混合气体。 

通常，如果使用简单的管线虽然气体的通过速度快，但是混合效果很差，达不到生产的需要。 

而为了更好地混合气体，必然会采用较大的混合装置，较长的管线以达到充分混合的效果。但在实际生产过程中，大型的混合装置和较长的管线费用较高，占地面积也大，气体流动的速度减慢，混合的速度大大下降，同时更无法达到半导体工艺所特别要求的快速、充分地混合气体。 

中国公开专利号CN101721934A公开了一种组合挡块式气固混合强化装置，它涉及一种强化气固混合过程反应塔。该实用新型为解决高径比较大的流态化反应塔的上部空间气流混合强度弱，进而导致反应塔空间利用率和反应效率得不到有效提高的问题。携带有固相颗粒物的气流从下至上流经固相浓缩挡块的小角度迎气流斜面时，在固相颗粒的惯性作用下，发生了浓缩行为，经过适当的作用距离（h2），在固相浓缩挡块的对侧壁面附近形成高浓度的固相颗粒流;具有很大惯性的高浓度固相颗粒流与撞击挡块的大角度迎气流斜面发生碰撞行为，而固相浓缩挡块和撞击挡块采用较小的节流面积和适当的间距 组合使得流动阻力损失降到最低，从而实现了低阻高效的气固混合。本实用新型用于反应塔的气固混合过程中。该专利所公开的结构虽然可以略微加强气体混合的效果，但其应用范围主要是化工领域，尚不能达到半导体工艺中快速、充分地混合气体的要求。 

所以，现有的气体混合设备，尤其是半导体工艺中的气体混合设备的管道混合效果差，复杂的混合装置混合速度慢是现有技术难以克服的矛盾。 

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种气体混合装置，能够在有限的空间内，通过连续变换管道的横截面面积，大大加强管道混合气体的能力和速度，能够实现气体混合的快速变化，同时减少了管道的长度和设备的占地面积，也提高了混合的速度。 

根据本实用新型的一个方面，提供一种气体混合装置，与等离子体处理设备配合使用，将多种气体混合后导入所述等离子体处理设备中进行等离子体处理，所述气体至少包括第一气体和第二气体，所述混合装置包括：混合气体管道，其一端至少设有第一气体进气口和第二气体进气口，其另一端设有一混合气体出口；所述第一气体通过所述第一气体进气口通入所述混合气体管道；所述第二气体通过所述第二气体进气口通入所述混合气体管道；所述混合气体出口将混合后的所述气体导入所述等离子体处理设备中；所述混合气体管道是一条横截面面积有变化的管道。 

优选地，所述管道的横截面的面积大小连续变化。 

优选地，所述管道的管径连续变化。 

优选地，所述管道包括若干段，每段的横截面的面积与相邻的两段的横截面的面积各不同。 

优选地，所述管道为以下的任意一项或组合： 

-圆管； 

-方管； 

-菱形管； 

-椭圆管；以及 

-藕状管。 

优选地，所述圆管的横截面的直径连续变化。 

优选地，所述方管或者菱形管的横截面的边长连续变化。 

优选地，所述藕状管的孔径连续变化。 

优选地，相邻的所述藕状管的藕孔的孔径不同。 

优选地，相邻的所述藕状管的藕孔的分布位置不同。 

优选地，所述管道的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺。 

优选地，其中至少一段所述管道还通过至少一横截面的面积大小连续变化的混合室。 

优选地，所述混合室的结构为以下的任意一项或组合： 

-球体结构； 

-棱台结构； 

-纺锥体结构； 

-沙漏结构；以及 

-哑铃结构。 

优选地，相邻的所述混合室的体积不同。 

优选地，所述混合室的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺。 

优选地，其中至少一段所述管道的管壁内设有若干阻流块。 

优选地，相邻的所述阻流块的阻流面积大小不同。 

优选地，所述阻流块的边缘设有产生绕流的锯齿状尖刺。 

优选地，其中至少一段所述管道内设有至少一网状栅栏。 

优选地，所述网状栅栏的网孔的孔径连续变化。 

优选地，相邻的所述网状栅栏的通过孔的孔径不同。 

优选地，相邻的所述网状栅栏的通过孔的分布位置不同。 

优选地，相邻的所述网状栅栏的通过孔的边缘设有产生绕流的锯齿状尖刺。 

优选地，其中至少一段所述管道分成若干路支管，然后又合并，所 述支管的横截面的面积之和大于或小于所述管道。 

优选地，所述支管的横截面的面积大小连续变化。 

优选地，所述支管的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺。 

优选地，所述管道的内壁设有若干阻挡条，所述阻挡条螺旋盘绕在所述管道的内壁。 

优选地，所述阻挡条的横截面的大小连续变化。 

优选地，所述阻挡条的表面设有若干产生绕流的锯齿状尖刺。 

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种横截面面积连续变化的流体混合系统，包括混合腔室和分气器，所述混合腔室与所述分气器之间，通过前述的气体混合装置连接。 

优选地，所述混合腔室与所述分气器之间的管道上设有至少一压力阀。 

本实用新型的气体混合装置，能够在有限的空间内，通过连续变换管道的横截面面积，大大加强管道混合气体的能力和速度，能够实现气体混合的快速变化，同时节约了管道的长度和设备的占地面积，也提高了混合的速度。 

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显： 

图1示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置的一种管道结构示意图； 

图2示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置中的一种藕状管的横截面示意图； 

图3示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置中的一种哑铃结构混合室的管道示意图； 

图4示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置中的一种球形混合室的管道示意图； 

图5示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置 中的一种设有阻流块的管道结构示意图； 

图6示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置中的一种设有多根支管的管道结构示意图； 

图7示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置中的一种设有网状栅栏的管道结构示意图；以及 

图8示出根据本实用新型的一个具体实施方式的，气体混合装置的使用状态示意图。 

附图标记 

1为管道 

2为混合腔室 

3为分气器 

4为压力阀 

5为混合室 

6为支管 

7为阻流块 

8为网状栅栏 

9为锯齿状尖刺 

12为球体结构 

13为哑铃结构 

21为第一气体进气口 

22为第二气体进气口 

23为混合气体出口 

24为等离子体处理设备 

具体实施方式

本领域技术人员理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。 

如图1所示，其示出了本实用新型的一个实施例。本实用新型提供了一种气体混合装置，与等离子体处理设备24配合使用，将多种气体混合后导入所述等离子体处理设备24中进行等离子体处理，所述气体至少包括第一气体和第二气体，所述混合装置包括：混合气体管道1，其一端至少设有第一气体进气口21和第二气体进气口22，其另一端设有一混合气体出口23；所述第一气体通过所述第一气体进气口21通入所述混合气体管道1；所述第二气体通过所述第二气体进气口22通入所述混合气体管道1；所述混合气体出口23将混合后的所述气体导入所述等离子体处理设备24中；所述混合气体管道1是一条横截面面积变化的管道1。 

本实用新型中所指的气体根据实际的反应需要来决定，可以是反应气体，也可以是调制气体，或者是制成气体，或者上述气体的任意的混合等等。 

实际使用中，为了更好地混合气体，且同时达到设备占地面积小、反应速度快且充分混合的目的，所述管道1的横截面的面积大小可以连续变化，通过忽大忽小的横截面面积，使得气体在管道1中流动的时候，在横截面的面积大的地方减慢流动速度，而在横截面的面积小的地方加快流动速度，这种使其内部流动气体忽快忽慢的管道，非常有利于加快气体混合的速度和效果。 

当然，为了配合实际的工艺需要而采用到三种、四种甚至四种以上的气体时，混合气体管道1可以相应连接多个气体进气口，以通入不同气体。 

由于气体在横截面的面积大的地方降低了速度，但是后部的气体仍然快速流经这份部分，冲击减速后的气体，不同速度的气体在横截面的面积大的地方进行充分混合。 

气体在横截面的面积小的地方加快了速度，一则保证了混合气体管道1中的流速在半导体工艺要求的合适的范围内，加快了反应速度，不会因为流速过低而无法满足后续设备的需求，二使得通过的气体更加聚集，狭小空间内更有利于气体的混合。 

当然，如果管道1是常见的圆管、方管、菱形管以及椭圆管等，或者它们的组合，可以通过管道1的管径连续变化，比如所述圆管的横截面的直径连续变化，所述方管或者菱形管的横截面的边长连续变化，还可以是一段管道内径变粗，相邻的另一段管道内径变细等等来实现横截面的面积大小连续变化的技术方案。 

而且，为了充分混合，也可以将所述管道1视为若干段，每段的横截面的面积与相邻的两段的横截面的面积各不同。 

如图2所示，混合气体管道1还可以是更特别一点的藕状管11，所述藕状管11的孔径也可以连续变化。 

如果混合气体管道1内设有多段藕状管11，则相邻的所述藕状管11的藕孔的孔径可以不同，进一步加强管道的横截面的变化来是实现更好的混合效果。 

相邻的所述藕状管11的藕孔的分布位置不同，这样通过一段藕状管11的藕孔后，气体还需要进行一些绕道来到达另一段藕状管11中的藕孔，延长了气体的通过路径以及通过的时间，并且在两段藕状管11之间，由于藕孔的分布位置不同，气体会发生横向的绕道，也就是相对地向垂直管道平面的方向相互流动，更加有利于气体混合。 

为了进一步加强混合效果，可以在所述管道1的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺9。所述锯齿状尖刺9能够对快速流经的气体产生分割，将流经的较大股的气体，分割为几股小的气体，显然，多股小气体之间的混合速度更快，混合的效果也更好。 

除了常规的管路结构，本实用新型的气体混合装置的管道还可以是一段所述管道1通过若干横截面的面积大小变化的混合室5。 

实际使用中，所述混合室5的结构可以是以下的任意一项或组合：球体结构13(如图4示出)、棱台结构、纺锥体结构、沙漏结构以及哑铃结构12(如图3示出)。为了更好地混合效果，相邻的所述混合室5的体积可以不同。这里的实现原理与上文中调整管径大小的技术方案类似，都是为了更好地混合气体，且同时达到设备占地面积小、反应速度快且充分混合的目的。所述管道1的横截面的面积大小可以连续变 化，通过忽大忽小的横截面面积，使得气体在管道1中流动的时候，在横截面的面积大的地方减慢流动速度，而在横截面的面积小的地方加快流动速度，这种使其内部流动气体忽快忽慢的管道，非常有利于加快气体混合的速度和效果。 

所述混合室5的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺9，此处锯齿状尖刺9的作用，与上文中的锯齿状尖刺9相同，为了进一步加强混合效果，所述管道1的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺9。所述锯齿状尖刺9能够对流经的气体产生分割，将流经的较大股的气体，分割为几股小的气体，显然，多股小气体之间的混合速度更快，混合的效果也更好。 

管道1的结构也可以是：如图5所示，其中至少一段所述管道1的管壁内设有若干阻流块7。本实用新型中的阻流块7的作用与锯齿状尖刺9不同，阻流块7的体积远远大于锯齿状尖刺9，阻流块7是为了阻挡部分流经的气体而设置的，能够直接缩小混合气体管道1的横截面面积。相比起调整管径的方法，在管道内部设置阻流块7的成本更加低廉，就能实现类似的效果，而且对于老式管道的翻新帮助很大，成本低廉，改造方便，效果立竿见影。 

同样地，为了进一步加强混合效果，相邻的所述阻流块7的阻流面积大小不同。进一步加强管道1横截面变化的效果。所述阻流块7的边缘设有产生绕流的锯齿状尖刺9。 

管道1的结构也可以是：如图7所示，其中至少一段所述管道1内设有至少一网状栅栏8。网状栅栏8同样具有将流经的较大股的气体，分割为几股小的气体的作用，显然，多股小气体之间的混合速度更快，混合的效果也更好。 

而且，所述网状栅栏8的网孔的孔径也可以连续变化。相邻的所述网状栅栏8的通过孔的孔径不同。相邻的所述网状栅栏8的通过孔的分布位置不同。相邻的所述网状栅栏8的通过孔的边缘设有产生绕流的锯齿状尖刺9等等。所涉及的方法和目的均与上文相同，此处不再赘述。 

除了单根管道，如图6所示，所述管道1也可以分成若干路支管6， 然后又合并，所述支管6的横截面的面积之和大于或小于所述管道1。所述支管6的横截面的面积大小连续变化。所述支管6的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺9。所述管道1的内壁设有若干阻挡条，所述阻挡条螺旋盘绕在所述管道1的内壁。所述阻挡条的横截面的大小连续变化。所述阻挡条的表面设有若干产生绕流的锯齿状尖刺9。所涉及的方法和目的均与上文相同，此处不再赘述。 

如图8所示，一种横截面面积连续变化的流体混合系统，包括混合腔室2和分气器3，混合腔室2与分气器3之间，通过气体混合装置连接。气体混合装置通过第一气体进气口21和第二气体进气口22连接混合腔室2，气体混合装置通过混合气体出口23连接分气器3。所述混合腔室2与所述分气器3之间的管道1上设有一压力阀4。其中，气体混合装置用于将多种反应气体混合后导入分气器3，然后根据反应工艺的需要再通过压力阀门、过滤器以及节流孔之后进入所述等离子体处理设备24中进行等离子体处理。 

所述反应气体至少包括第一气体和第二气体，所述混合装置包括：混合气体管道1，其一端至少设有第一气体进气口21和第二气体进气口22，其另一端设有一混合气体出口23；所述第一气体进气口21用于通入所述第一气体；所述第二气体进气口22用于通入所述第二气体；所述混合气体出口23用于将混合后的所述反应气体导入所述分气器3。 

基于之前的描述，显然所述气体混合装置的结构可以是非常多样化的。可以是之前介绍的各种横截面变化的管道结构(如图2至7所示)的任意连接组合，即按照工艺要求任意排列成管道，供气体通过，只要各段管道结构之间气密，能够实现气体正常流通就行，具体的组合方式不一一罗列。 

当然，重复使用同一种横截面变化的管道结构，或者仅使用一种横截面变化的管道结构都能实现们使用新型的实用新型目的。 

比如说，实际使用时，第一气体和第二气体为两种不同的调制气体，从混合腔室2分别通过第一气体进气口21和第二气体进气口22进入气体混合装置，气体混合装置是有本实用新型中介绍的几种管道结构组成 的，气体通过气体混合装置时发生快速充分的混合，短距离并且短时间内就达到了等离子处理工艺所需的气体混合程度，通过后续的压力阀门、过滤器以及节流孔之后进入所述等离子体处理设备24中进行等离子体处理。 

综上可知，本实用新型的气体混合装置，能够在有限的空间内，通过连续变换管道的横截面面积，大大加强管道混合气体的能力和速度，能够实现气体混合的快速变化，同时节约了管道的长度和设备的占地面积，也提高了混合的速度。 

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。 

Claims (15)

1.一种气体混合装置，与等离子体处理设备(24)配合使用，将多种气体混合后导入所述等离子体处理设备(24)中进行等离子体处理，所述气体至少包括第一气体和第二气体，所述混合装置包括：

混合气体管道(1)，其一端至少设有第一气体进气口(21)和第二气体进气口(22)，其另一端设有一混合气体出口(23)；

所述第一气体通过所述第一气体进气口(21)通入所述混合气体管道(1)；

所述第二气体通过所述第二气体进气口(22)通入所述混合气体管道(1)；

所述混合气体出口(23)将混合后的所述气体导入所述等离子体处理设备(24)中；

其特征在于：所述混合气体管道(1)是一条横截面面积有变化的管道(1)。

2.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于：所述管道(1)的横截面的面积大小连续变化。

3.根据权利要求2所述的气体混合装置，其特征在于：所述管道(1)的管径连续变化。

4.根据权利要求2所述的气体混合装置，其特征在于：所述管道(1)包括若干段，每段的横截面的面积与相邻的两段的横截面的面积各不同。

5.根据权利要求4所述的气体混合装置，其特征在于：所述管道(1)为以下的任意一项或组合：

-圆管；

-方管；

-菱形管；

-椭圆管；以及

-藕状管(11)。

6.根据权利要求5所述的气体混合装置，其特征在于：所述藕状管(11)的孔径连续变化，相邻的所述藕状管(11)的藕孔的孔径不同，且相邻的所述藕状管(11)的藕孔的分布位置不同。

7.根据权利要求5或6所述的气体混合装置，其特征在于：所述管道(1)的内壁设有若干产生绕流的锯齿状尖刺(9)。

8.根据权利要求4所述的气体混合装置，其特征在于：其中至少一段所述管道(1)还通过至少一横截面的面积大小连续变化的混合室(5)。

9.根据权利要求8所述的反应气体混合装置，其特征在于：相邻的所述混合室(5)的体积不同。

10.根据权利要求4所述的反应气体混合装置，其特征在于：其中至少一段所述管道(1)的管壁内设有若干阻流块(7)，相邻的所述阻流块(7)的阻流面积大小不同。

11.根据权利要求4所述的气体混合装置，其特征在于：其中至少一段所述管道(1)内设有至少一网状栅栏(8)。

12.根据权利要求11所述的气体混合装置，其特征在于：所述网状栅栏(8)的网孔的孔径连续变化，相邻的所述网状栅栏(8)的通过孔的孔径不同，且相邻的所述网状栅栏(8)的通过孔的分布位置不同。

13.根据权利要求4所述的气体混合装置，其特征在于：其中至少一段所述管道(1)分成若干路支管(6)，然后又合并，所述支管(6)的横截面的面积之和大于或小于所述管道(1)。

14.一种横截面面积连续变化的流体混合系统，包括混合腔室(2)和分气器(3)，其特征在于：所述混合腔室(2)与所述分气器(3)之间，通过至少一个如权利要求1至13中任意一项所述气体混合装置连接。

15.根据权利要求14所述的流体混合系统，其特征在于：所述混合腔室(2)与所述分气器(3)之间的管道(1)上设有至少一压力阀(4)。

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