TWM462748U - 混生氣體生成設備 - Google Patents

Description

混生氣體生成設備

本創作涉及金屬有機化學氣相澱積(Metal-organic Chemical Vapor DePosition，MOCVD)裝置，尤其是涉及MOCVD裝置中所使用的手套箱，具體地，涉及到所述手套箱中所使用的混生氣體的生成設備。

在半導體設備的製造過程中，通常需要使用一定的工藝程序來在固體襯底上形成薄膜層。沉積了薄膜層的襯底廣泛使用於微處理器、光電器件、通訊設備以及其他的一些裝置。用於在固體襯底上沉積薄膜層的工藝對於半導體工業尤為重要。在這樣的過程中，MOCVD是比較常用的做法，其可以保持獲得均勻薄膜並容易控制薄膜的組成。

在MOCVD工藝中，通常都需要一個手套箱，該手套箱內充滿混生氣體並通過混生氣體使得被處理產品處於無氧狀態下。較佳地該混生氣體為惰性氣體，例如可以是H₂ 與N₂ 的混合物，且較佳地H2的比例在5%~10%之間。例如，在用於製備有機/無機薄膜的有機分子束沉積設備(中國專利申請號：200610080612.1)中提及了一個手套箱的例子。

通常，這樣的混生氣體存儲在一個容器中，例如存儲在一個氣罐(gas tank)中，即預先根據所需要的比例將混生氣體混合好，然後裝在一個密閉的氣罐中進行存儲、運輸，並使用 於MOCVD工藝中。這種方式的好處在於混生氣體是預先調配好的，不需要在現場對混生氣體進行調配，從而避免了調配的難度。而其弊端在於需要經常更換氣罐，成本相對較高且使用起來不方便。

在習知技術中，還存在另外一種生成混生氣體的方式，即通過兩個通道分別輸入H₂ 與N₂ ，並通過對H₂ 與N₂ 的比例的控制來生成合適的混生氣體。通常，會採用一個MFC(Mass Flow Controller，質量流量控制器)來控制不同通道內氣體比例。這種方案的好處在於可以現場調配混生氣體，並可以根據不同需求調配不同混合比例的混生氣體，例如通常混合比例的精度可以控制在±1%之內；但其弊端在於，MFC的價格比較昂貴而且必須有一個控制回路來控制混合氣體的比例。

因此，有必要提供一種既方便使用又成本低廉的混生氣體生成設備。

針對習知技術中的缺陷，本創作的目的是通過機械結構的組合來提供一種混生氣體生成設備。

根據本創作的一個方面，提供一種混生氣體生成設備，其用於控制至少第一氣體源與第二氣體源進行混合，其至少包括：第一通道，其用於輸入第一氣體源；第二通道，其用於輸入第二氣體源；所述第一通道與第二通道作為輸入通道均與作為輸出通道的第三通道相連接，所述第一氣體源與第二氣體源 通過所述第三通道混合為第三氣體後輸出；其特徵在於，所述第一通道上設置有第一流量控制裝置且所述第二通道上設置有第二流量控制裝置使得在第三通道混合後的混生氣體具有設定的比例，所述第一流量控制裝置包括串聯的第一壓力調節器和第一限流裝置，第二流量控制裝置包括串聯的第二壓力調節器和第二限流裝置。

較佳地，所述第一限流裝置和第二限流裝置被設置為上游壓力大於下游壓力的2倍。

較佳地，所述第一壓力調節器(Pressure Regulator，RG)用於調節所述第一通道內氣體壓力。

較佳地，所述第二壓力調節器用於調節所述第二通道內氣體壓力。

較佳地，所述第一通道上還設置有第一閥門，該第一閥門用於控制所述第一通道的開放或關閉。

較佳地，所述第二通道上還設置有第二閥門，該第二閥門用於控制所述第二通道的開放或關閉。

較佳地，所述第一通道、第二通道以及第三通道上還選擇性地設置壓力測量裝置，所述壓力測量裝置用於測量對應通道內所流過氣體的壓力。

較佳地，所述壓力測量裝置為壓力錶頭，所述壓力錶頭顯示對應通道內所流過氣體的壓力。

較佳地，所述混生氣體生成設備混合的第一氣源為H₂ 、 第二氣源為N₂ ，其中H₂ 氣體占總氣體流量的5%-10%。

較佳地，所述混生氣體生成設備的輸出端連接MOCVD設備手套箱。

較佳地，所述第三通道上還設置第三壓力調節器，其用於調節通過所述第三通道的所述氣體的壓力。

本創作通過對氣體輸入通道進行設置，合理地調配不同的裝置來控制氣體輸入通道，使得所述氣體輸出通道的壓力可以被根據手套箱或其他輸出端所需要的壓力而設置。同時，由於本混生氣體生成設備並沒有使用品質流量控制器(MFC)等價格較高的裝置，所以成本與使用了品質流量控制器(MFC)的混生氣體設備相比較，在可以實現同樣效果的同時成本更低、更容易推廣。

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本創作的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。

圖1示出根據本創作的第一實施例的混生氣體生成設備的結構示意圖。所屬技術領域中具有通常知識者理解，為了向輸出端提供惰性混合氣體，本發明所提供的混生氣體生成設備的第三通道53與所述輸出端1連接，而相應地，所述第三通道53與至少兩個氣體輸入通道相連接。具體地，在本實施例中，所述氣體輸入通道為第一通道51以及第二通道52。

進一步地，所述第一通道51上設置有壓力調節器(Pressure Regulator，RG)21，其用於調節通過所述第一通道51的所述第一氣體源的氣壓。相應地，所述第一通道52上設置有壓力調節器(Pressure Regulator，RG)22，其用於調節通過所述第二通道52的所述第二氣體源的氣壓。所屬技術領域中具有通常知識者理解，經過兩個壓力調節器的調節，所述第一通道51內的氣體的壓力得到一個固定的標準，相應地，所述第二通道52內的氣體的壓力得到另一個固定的標準，。進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，在所述第三通道53內的混合氣體的壓力需要改變時，可以改變所述壓力調節器21且/或壓力調節器22的壓力，從而使得所述第一通道51內的氣體的壓力被改變至一個新的壓力，相應地所述第二通道52內的氣體的壓力被改變至另一個新的壓力，進而使得所述第三通道53內的混合氣體的壓力被調整到所需要的改變後的壓力，在此不予贅述。在壓力調節器21,22的下游串聯有一個限流孔以控制流過第一通道51和第二通道52的反應氣體流量。

進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，對所述壓力調節器21、22的調節、設置至少可以參考習知技術實現，例如至少可以參考《石化工業程序控制器的設計與應用》(羅真編著，石油工業出版社，出版時間：2008年5月1日，ISBN：9787502164515)，在此不予贅述。

更進一步地，在所述第一通道51上還包括一個壓力測量裝置31，其用於測量對應通道內所流過氣體的壓力，以保證 所述第一通道51內的壓力符合預期設置。較佳地，所述壓力測量裝置31為一個壓力錶頭，所述壓力錶頭顯示對應通道內所流過氣體的壓力，所屬技術領域中具有通常知識者理解，實際上該壓力錶頭同時完成對所述第一通道51內氣體的壓力的測量與顯示，在此不予贅述。類似地，所述第一通道52上還包括一個壓力測量裝置32，在此不予贅述。進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，所述壓力錶頭至少可以參考《壓力錶 標度及分劃(JB/T 5528-1991)》或者《膜片壓力錶(JB/T5491-19991)》或者《數位壓力錶(JB/T7392-1994)》來實現，或者可以也可以參考西安工業自動化儀錶研究所研製或生產的相關設備實現，在此不予贅述。

較佳地，在本實施例，所述輸出端為手套箱，更為具體地，該手套箱為MOCVD設備的一部分，其用於保證經MOCVD設備處理的產品處於無氧狀態下。而在一個變化例中，所述輸出端1也可以是其他需要混合氣體的裝置，在此不予贅述。

在上述圖1所示實施例的一個變化例中，所述壓力測量裝置可以被省略，此時，則在對所述壓力調節器21、22進行設置後，沒有進一步地對第一通道51以及第二通道52內的壓力進行回饋，這並不影響本創作內容的實質，在此不予贅述。

進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，圖1所示壓力調節器21、22的目標是調節第一通道51、第二通道52內的氣體的流速，因此，下游要與一個限流孔所替代，該限流 孔的大小被調整為與所述兩個通道內所需要流過的氣體的壓力相適應。關於限流孔(orifice)的設置至少可以參考《工藝系統工程設計技術規定(HG/T 20570-95)》來實現，例如以習知技術的限流孔板來實現，在此不予贅述。限流孔具有一個基本特性，當限流孔上游的壓力大於下游壓力2倍以上時，流過限流孔的流量只與上游的壓力成正比關係，而與下游壓力無關。

進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，在圖1所示實施例中，所述壓力調節器21、22分別控制所述第一通道51、第二通道52上的氣壓。壓力調節器下游分別串聯第一限流裝置、第二限流裝置，該第一限流裝置和第二限流裝置可以是所述限流孔。進一步地，所屬技術領域中具有通常知識者理解，在第一限流裝置、第二限流裝置是限流孔的實施例下，通過調節壓力調節器21、22的氣體壓力可以控制通過所述下游氣體的流量，例如較佳地，調節所述第一通道內以及第二通道內的氣體壓力使得其大於所述第三通道內氣體壓力的2倍，在這樣情況下，通過所述第三通道內氣體流量僅僅與所述第一通道內以及第二通道(即上游)內的氣體壓力有關，而與所述第三通道內氣體壓力無關。從而即使第三通道內氣體壓力出現變化，也不會影響通過第三通道內氣體的流量。只要控制第一通道51和第二通道52內的氣壓比例就可以在兩個通道內獲得具有穩定流量比例的氣體，從而保證對本創作所提供的混 生氣體生成設備所輸出氣體混合比例的穩定性。相對於習知技術直接採購混合完成的氣體或者用氣體流量控制器(MFC)來精確控制流量以獲得混合氣體成本要低廉的多。所屬技術領域中具有通常知識者參考本創作內容可以實現這樣的第一限流裝置、第二限流裝置或第三限流裝置的配置，在此不予贅述。

在本實施例中，所述第三通道53上設置有一個壓力調節器23，其用於調節所述第三通道53的所述混合氣體的壓力。關於壓力調節23的設置以及使用方式可以參考對於壓力調節器21、22的描述，在此不予贅述。

進一步地，在所述第三通道53上還進一步地設置一個壓力測量裝置33，用於測量所述第三通道53內所流過氣體的壓力。且較佳地，所述壓力測量裝置33為壓力錶頭。所屬技術領域中具有通常知識者可以參考上述圖1對壓力測量裝置31、32的描述實現所述壓力測量裝置33，在此不予贅述。

圖2示出根據本創作的第二實施例的混生氣體生成設備的結構示意圖。圖2可以被理解為所述圖1所示實施例的一個變化例。具體地，在本實施例中，所述第一通道51上還設置有一個閥門41，所述閥門41的作用在於必要時使得所述第一通道51密閉，較佳地，在不需要所述第一通道內流入第一氣體時，則可以設置所述閥門41為關閉狀態。進一步地較佳地，所述閥門41可以為單向閥門，以保證第三通道53內的混合氣體不會回流，在此不予贅述。類似地，所述閥門42的作用與 閥門43的作用類似，在此不予贅述。

參考上述圖1、圖2，所屬技術領域中具有通常知識者理解，較佳地，所述混生氣體生成設備混合的第一氣源為H₂ 、第二氣源為N₂ ，其中H₂ 氣體占總氣體流量的5%-10%，在此不予贅述。

以上對本創作的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本創作並不局限於上述特定實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可以在申請專利範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本創作的實質內容。

1‧‧‧輸出端

21、22、23‧‧‧壓力調節器

31、32、33‧‧‧壓力測量裝置

41、42‧‧‧閥門

51‧‧‧第一通道

52‧‧‧第二通道

53‧‧‧第三通道

圖1顯示出根據本創作的第一實施例的混生氣體生成設備的結構示意圖；圖2顯示出根據本創作的第二實施例的混生氣體生成設備的結構示意圖。

1‧‧‧輸出端

21、22、23‧‧‧壓力調節器

31、32、33‧‧‧壓力測量裝置

51‧‧‧第一通道

52‧‧‧第二通道

53‧‧‧第三通道

Claims (10)

1. 一種混生氣體生成設備，其用於控制至少第一氣體源與第二氣體源進行混合，其特徵在於，至少包括：第一通道，其用於輸入第一氣體源；第二通道，其用於輸入第二氣體源；該第一通道與該第二通道作為輸入通道均與作為輸出通道的第三通道相連接，該第一氣體源與該第二氣體源通過該第三通道混合為第三氣體後輸出；其中，該第一通道上設置有第一流量控制裝置且該第二通道上設置有第二流量控制裝置使得在該第三通道混合後的混生氣體具有設定的比例，該第一流量控制裝置包括串聯的第一壓力調節器和第一限流裝置，該第二流量控制裝置包括串聯的第二壓力調節器和第二限流裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之混生氣體生成設備，其中該第一限流裝置和該第二限流裝置被設置為上游壓力大於下游壓力的2倍。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之混生氣體生成設備，其中該第一通道上還設置有第一閥門，該第一閥門用於控制該第一通道的開放或關閉。
4. 如申請專利範圍第3項所述之混生氣體生成設備，其中該第二通道上還設置有第二閥門，該第二閥門用於控制該第二通道的開放或關閉。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之混生氣體生成設備，其中該第一通道、該第二通道以及該第三通道上還選擇性地設置壓力測量裝置，該壓力測量裝置用於測量對應通道內所流過氣體的壓力。
6. 如申請專利範圍第5項所述之混生氣體生成設備，其中該壓力測量裝置為壓力錶頭，該壓力錶頭顯示對應通道內所流過氣體的壓力。
7. 如申請專利範圍第3項所述之混生氣體生成設備，其中該第一通道、該第二通道以及該第三通道上還選擇性地設置壓力測量裝置，該壓力測量裝置用於測量對應通道內所流過氣體的壓力。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之混生氣體生成設備，其中該混生氣體生成設備混合的第一氣源為H₂ 、第二氣源為N₂ ，其中H₂ 氣體占總氣體流量的5%-10%。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之混生氣體生成設備，其中該混生氣體生成設備的輸出端連接MOCVD設備手套箱。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之混生氣體生成設備，其中該第三通道上還設置第三壓力調節器，其用於調節通過該第三通道的該氣體的壓力。