CN207764658U - 一种质量流量控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种质量流量控制器，包括进气管路、出气管路和控制组件，进气管路和/或出气管路为多条，进气管路一端为进气口，另一端与各出气管路连通，各进气管路上均设有电位监测元件，控制组件与电位监测元件连接，且控制组件控制进气管路与出气管路的气体流量。为实现多种气体先均匀混气后均匀供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路和多条出气管路，控制组件控制每条进气管路及出气管路的气体流量，从而达到混气均匀和供气均匀的要求。由此本实用新型在多路进气管路和多路出气管路的搭配下，可以节约可观配气管路的设计费用，设备购置费用和减小配气箱体的空间，可以代替单独的多个普通质量流量控制器使用。

Description

一种质量流量控制器

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种质量流量控制器。

背景技术

在半导体行业快速发展的今天，生产芯片用的衬底材料越来越向大尺寸化发展，生产芯片的反应腔体的内部容积也越来越大，需要进入反应腔体的气体流量也是越来大，如何保证进入反应腔室的反应气流流场均匀、气体浓度均匀和气体压力均匀已经成为半导体设备生气企业越来越需要关注的重要课题。

目前大多数质量流量控制器仅有一个入口和一个出口，可以控制一种气体精确进入反应腔室物质的量或质量，当反应腔室的容积很大时，需要在反应腔室入口处设置一个非常大的匀气装置，但一个气体入口还是很难保证气体能同时均匀到达反应衬底的表面或很难保证气体能同时均匀地清除掉残留在反应衬底的表面其他反应气体。目前大腔体的进气的解决方案有两种。

方案A：是在同一个质量流量控制器后端管路上直接增加多路歧管，通过增加反应腔室的进气点，来达到匀气的目的。但每根管路的流导、管路的长短及进气位置难以完全相同，这就很难保证进气的均匀性，特别是若发现进气不均匀的现象后很难查找原因和进行修正。

方案B：同一种气体先分为多路歧管，在每路进气歧管上设置一个质量流量控制器，然后再接到反应腔体，这样可以弥补方案A的不足，实现可以分别调节各路歧管上的质量流量控制器来达到匀气目的。但此方案需要购置多台质量流量控制器，不但增加设备的成本，还要设计复杂的管路系统和控制系统。

此外，当一种气体需要和另外一种或多种气体按照比例均匀混合后再进入反应腔时就需要设置多个质量流量控制器和结构复杂混气装置，为了保证混气均匀和气流稳定，还要设计复杂的背压和过压排气管路。为了达到匀气目的，还要浪费掉不少昂贵的高纯特气。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是解决现有的质量流量控制器难以对大容积反应腔体进行均匀供气以及难以实现多种气体均匀混气和均匀供气的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种质量流量控制器，包括进气管路、出气管路和控制组件，所述进气管路和/或所述出气管路为多条，所述进气管路一端为进气口，另一端与各所述出气管路连通，各所述进气管路上均设有电位监测元件，所述控制组件与所述电位监测元件连接，且所述控制组件控制所述进气管路和所述出气管路的气体流量。

其中，当所述出气管路为多条时，各所述出气管路上均设有第一控制阀，所述第一控制阀与所述控制组件连接。

其中，当所述进气管路为多条时，各所述进气管路上均设有第二控制阀，所述第二控制阀与所述控制组件连接。

其中，所述电位监测元件包括气流旁路和热感应电位差元件，所述气流旁路的两端均与所述进气管路连通，所述热感应电位差元件设置于所述气流旁路上，且与所述控制组件连接。

其中，所述热感应电位差元件包括电位仪、加热器和两个热电偶，所述加热器与所述热电偶均设置于所述气流旁路上，且所述加热器位于两个所述热电偶之间，所述电位仪分别于两个所述热电偶连接，以测量两个所述热电偶之间的电位差，且所述电位仪与所述控制组件连接，以将所述电位差输出至所述控制组件。

其中，多条所述进气管路包括主管路和副管路，所述主管路与所述副管路在末端汇集，并与所述出气管路连接。

其中，多条所述进气管路的末端汇集处的管路结构为文丘里管。

其中，所述控制组件包括计算控制单元和数据交换模块，所述控制组件包括计算控制单元和数据交换模块，所述计算控制单元与所述数据交换模块连接，所述电位监测元件、所述第一控制阀和所述第二控制阀均与所述计算控制单元连接。

其中，所述第一控制阀为压电陶瓷阀。

其中，所述第二控制阀为压电陶瓷阀。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型质量流量控制器，气体通过进气管路的进气口进入，电位监测元件将进气管路中的气体流动造成的电位差传递至控制组件，控制组件根据电位差换算出气体流量，并根据换算出的数据分别控制进气管路的进气量与出气管路的出气量。为实现向大容积反应腔体均匀供气目的，可采用本实用新型设置多条出气管路向反应腔体内供气，控制组件控制每条出气管路的气体流量，从而满足大量均匀供气的要求；为实现多种气体均匀混气后向反应腔室供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路，控制组件控制每条进气管路的气体流量，按照各气体的含量需求在进气管路中混气后向反应腔体内供气，从而达到混气均匀的要求；为实现多种气体先均匀混气后均匀供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路和多条出气管路，控制组件控制每条进气管路及出气管路的气体流量，从而达到混气均匀和供气均匀的要求。由此本实用新型在多路进气管路和多路出气管路的搭配下，可以节约可观配气管路的设计费用，设备购置费用和减小配气箱体的空间，可以代替单独的多个普通质量流量控制器使用。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例一质量流量控制器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二质量流量控制器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三质量流量控制器的结构示意图；

图中：1：进气管路；2：出气管路；3：控制组件；4：电位监测元件；5：第一控制阀；6：第二控制阀；11：主管路；12：副管路；13：文丘里管；31：计算控制单元；32：数据交换模块；41：气流旁路：42：热感应电位差元件；421：电位仪；422：加热器；423：热电偶。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供的质量流量控制器，包括进气管路1、出气管路2和控制组件3，进气管路1和/或出气管路2为多条，进气管路1一端为进气口，进气管路1另一端与各出气管路2连通，各进气管路1上均设有电位监测元件4，控制组件3与电位监测元件4连接，且控制组件3控制进气管路1和出气管路2的气体流量。

本实用新型质量流量控制器，气体通过进气管路1的进气口进入，电位监测元件4将进气管路1中的气体流动造成的电位差传递至控制组件3，控制组件3根据电位差换算出气体流量，并根据换算出的数据分别控制进气管路1的进气量与出气管路2的出气量。为实现向大容积反应腔体均匀供气目的，可采用本实用新型设置多条出气管路2向反应腔体内供气，控制组件3控制每条出气管路2的气体流量，从而满足大量均匀供气的要求；为实现多种气体均匀混气后向反应腔室供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路1，控制组件3控制每条进气管路1的气体流量，按照各气体的含量需求在进气管路1中混气后向反应腔体内供气，从而达到混气均匀的要求；为实现多种气体先均匀混气后均匀供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路1和多条出气管路2，控制组件3控制每条进气管路1及出气管路2的气体流量，从而达到混气均匀和供气均匀的要求。由此本实用新型在多路进气管路1和多路出气管路2的搭配下，可以节约可观配气管路的设计费用，设备购置费用和减小配气箱体的空间，可以代替单独的多个普通质量流量控制器使用。

其中，本实施例中进气管路1为一条，出气管路2为多条，各出气管路2上均设有第一控制阀5，第一控制阀5与控制组件3连接。其中，第一控制阀5为压电陶瓷阀。第一控制阀5可以是相同型号，也可以是任意流量型号的阀门，本实施例选用压电陶瓷阀。每个压电陶瓷阀和控制组件3单独建立一个数学模型，同时也要多个压电陶瓷阀和控制组件3再建立一个整体的数学模型。多个压电陶瓷阀可以被整体控制同时加大或减小调节流量，实现质量流量控制器出气管路2的气体流量的整体控制，也可实现各压电陶瓷阀单个控制，可以通过调节其中的一个或多个压电陶瓷阀实现流量的调节，或在保持总体流量不变的情况下可以同时使某几个出气管道2的流量调小、某几个出气管道2的流量不变、而另外几个出气管道2流量变大等，可以很方便实现按照数学模型来调节各个出气管道2的流量，从而实现向大容积反应腔体均匀供气目的。

其中，电位监测元件4包括气流旁路41和热感应电位差元件42，气流旁路41的两端均与进气管路1连通，热感应电位差元件42设置于气流旁路41上，且热感应电位差元件42与控制组件3连接。气流旁路41设置在进气管路1上，当气体进入进气管路1后，有一小部分通过气流旁路41，再汇入进气管路1，气流旁路41上设置热感应电位差元件42，当气流旁路41内的气体不流动时，热感应电位差元件42不会产生电位差信号。当气流旁路41内的气体流动时就会使热感应电位差元件42产生一个电位差信号，并将这个电位差的输入到控制组件3中，使控制组件3对多条出气管路2的流量作出相应的控制。

其中，热感应电位差元42件包括电位仪421、加热器422和两个热电偶423，加热器422与热电偶423均设置于气流旁路41上，且加热器422位于两个热电偶423之间，电位仪421分别于两个热电偶423连接，以测量两个热电偶423之间的电位差，且电位仪421与控制组件3连接，以将电位差输出至控制组件3。气流旁路41上依次设置前端热电偶、加热器422和后端热电偶，当气流旁路41内的气体不流动时，加热器422产生的热量不会被气体带到后端热电偶处，前端热电偶和后端热电偶的温度相同。当气流旁路41内的气体流动时，就会把加热器422的热量源源不断的带到后端热电偶处，后端热电偶和前端热电偶温度不同，和就会产生一个电位差，电位仪421检测到电位差后，将电位差的输入到控制组件3。

其中，控制组件3包括计算控制单元31和数据交换模块32，计算控制单元31与数据交换模块32连接，电位监测元件4和第一控制阀5均与计算控制单元31连接。电位仪421将电位差输入到计算控制单元31，根据相应的数学模型可以计算出整个质量流量控制器内总的气体流量，再把计算结果通过数据交换模块32向外输出，若计算的结果和数据交换模块32预先设定的流量数据有差异，计算控制单元31启动第一控制阀5，调节阀门的开度大小，保持质量流量控制器的出气管道2的出口处流量和数据交换模块32设定的流量相同。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例二提供的质量流量控制器与上述实施例一基本相同，不同之处在于本实施例的进气管路1为多条，出气管路2为一条。各进气管路1上均设有第二控制阀6，第二控制阀6与控制组件3连接。其中，第二控制阀6为压电陶瓷阀，第二控制阀6与计算控制单元31连接。第二控制阀6可以是相同型号，也可以是任意流量型号的阀门，本实施例选用压电陶瓷阀。每个压电陶瓷阀和控制组件3单独建立一个数学模型，同时也要多个压电陶瓷阀和控制组件3再建立一个整体的数学模型。多个压电陶瓷阀可以被整体控制同时加大或减小调节流量，实现质量流量控制器进气管路1的气体流量的整体控制。每种需要混合的气体在进入进气管道1后都需要单独的第二控制阀6控制流量，在出气管道2处可以得到比例恰当混合均匀工艺气体，实现通过一个质量流量控制器进行多种气体均匀混气的目的，而且不需要工艺需求之外的额外待机状态，如多种气体预混。

其中，多条进气管路1包括主管路11和副管路12，主管路11与副管路12在末端汇集，并与出气管路2连接。主管路11与副管路12上的第二控制阀6可以被整体控制按照比例进行混气，也可以固定一种气体的流量去调节另外一种气体流量，还可以按照任意比例去混合气体或任意关闭某种气体实现单一供气。

其中，多条进气管路1的末端汇集处的管路结构为文丘里管13。在本实施例中，把第二控制阀6设计在电位监测元件4的前端，在多条进气管路1的末端汇集处为多种气体的混合处，文丘里管13结构能够确保气体混合均匀，尤其适用于两种气体的流量相差比较大或进气进气压力相近的情况。

实施例三

如图3所示，本实用新型实施例三提供的质量流量控制器与上述实施例一基本相同，不同之处在于本实施例的进气管路1为多条，各进气管路1上均设有第二控制阀6，第二控制阀6与控制组件3连接。其中，第二控制阀6为压电陶瓷阀，第二控制阀6与计算控制单元31连接。第二控制阀6可以是相同型号，也可以是任意流量型号的阀门，本实施例选用压电陶瓷阀。每个压电陶瓷阀和控制组件3单独建立一个数学模型，同时也要多个压电陶瓷阀和控制组件3再建立一个整体的数学模型。多个压电陶瓷阀可以被整体控制同时加大或减小调节流量，实现质量流量控制器进气管路1的气体流量的整体控制，第一控制阀5与第二控制阀6在控制组件3的整体控制下，调节进气管路1与出气管路2的气体流量，即实现了多种气体均匀混气的目的，又实现了大量气体均匀供气的目的。

其中，多条进气管路1的末端汇集处的管路结构为文丘里管13。在本实施例中，把第二控制阀6设计在电位监测元件4的前端，在多条进气管路1的末端汇集处为多种气体的混合处，文丘里管13结构能够确保气体混合均匀，尤其适用于两种气体的流量相差比较大或进气进气压力相近的情况。

可选地，多条进气管路1包括主管路11和副管路12，主管路11与副管路12在末端汇集，并与出气管路2连接。主管路11与副管路12上的第二控制阀6可以被整体控制按照比例进行混气，也可以固定一种气体的流量去调节另外一种气体流量，还可以按照任意比例去混合气体或任意关闭某种气体实现单一供气。

以上内容即为本实用新型当设置一条进气管路时，设置多条出气管路，当设置多条进气管路时，可设置一条或多条出气管路的实施例列举，意在保护在这三类情况范围内的质量流量控制器结构。

综上所述，本实用新型质量流量控制器，气体通过进气管路的进气口进入，电位监测元件将进气管路中的气体流动造成的电位差传递至控制组件，控制组件根据电位差换算出气体流量，并根据换算出的数据分别控制进气管路的进气量与出气管路的出气量。为实现向大容积反应腔体均匀供气目的，可采用本实用新型设置多条出气管路向反应腔体内供气，控制组件控制每条出气管路的气体流量，从而满足大量均匀供气的要求；为实现多种气体均匀混气后向反应腔室供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路，控制组件控制每条进气管路的气体流量，按照各气体的含量需求在进气管路中混气后向反应腔体内供气，从而达到混气均匀的要求；为实现多种气体先均匀混气后均匀供气的目的，可采用本实用新型设置多条进气管路和多条出气管路，控制组件控制每条进气管路及出气管路的气体流量，从而达到混气均匀和供气均匀的要求。由此本实用新型在多路进气管路和多路出气管路的搭配下，可以节约可观配气管路的设计费用，设备购置费用和减小配气箱体的空间，可以代替单独的多个普通质量流量控制器使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种质量流量控制器，其特征在于：包括进气管路、出气管路和控制组件，所述进气管路和/或所述出气管路为多条，所述进气管路一端为进气口，另一端与各所述出气管路连通，各所述进气管路上均设有电位监测元件，所述控制组件与所述电位监测元件连接，且所述控制组件控制所述进气管路和所述出气管路的气体流量。

2.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于：当所述出气管路为多条时，各所述出气管路上均设有第一控制阀，所述第一控制阀与所述控制组件连接。

3.根据权利要求2所述的质量流量控制器，其特征在于：当所述进气管路为多条时，各所述进气管路上均设有第二控制阀，所述第二控制阀与所述控制组件连接。

4.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于：所述电位监测元件包括气流旁路和热感应电位差元件，所述气流旁路的两端均与所述进气管路连通，所述热感应电位差元件设置于所述气流旁路上，且与所述控制组件连接。

5.根据权利要求4所述的质量流量控制器，其特征在于：所述热感应电位差元件包括电位仪、加热器和两个热电偶，所述加热器与所述热电偶均设置于所述气流旁路上，且所述加热器位于两个所述热电偶之间，所述电位仪分别于两个所述热电偶连接，以测量两个所述热电偶之间的电位差，且所述电位仪与所述控制组件连接，以将所述电位差输出至所述控制组件。

6.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于：多条所述进气管路包括主管路和副管路，所述主管路与所述副管路在末端汇集，并与所述出气管路连接。

7.根据权利要求6所述的质量流量控制器，其特征在于：多条所述进气管路的末端汇集处的管路结构为文丘里管。

8.根据权利要求3所述的质量流量控制器，其特征在于：所述控制组件包括计算控制单元和数据交换模块，所述控制组件包括计算控制单元和数据交换模块，所述计算控制单元与所述数据交换模块连接，所述电位监测元件、所述第一控制阀和所述第二控制阀均与所述计算控制单元连接。

9.根据权利要求2所述的质量流量控制器，其特征在于：所述第一控制阀为压电陶瓷阀。

10.根据权利要求3所述的质量流量控制器，其特征在于：所述第二控制阀为压电陶瓷阀。