一种用于扩散炉的防爆源瓶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于扩散炉的防爆源瓶，通过在源瓶的进气管路和出气管路分别设置压力传感器和泄压分路，可及时检测源瓶内的压力是否符合设定值，并通过压力控制器控制泄压分路的泄压阀开度及时泄压，实现既能保证扩散工艺时正常的工作压力，又能起到安全保护的功能。
【专利说明】一种用于扩散炉的防爆源瓶
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造设备领域，更具体地，涉及一种用于扩散炉的具有防爆功能的源瓶。
【背景技术】
[0002]扩散炉是一种半导体工艺设备，主要用于掺杂工艺，特别在晶体硅太阳能电池生产中，扩散炉是唯一的掺杂设备，是制造工艺中对PN结的生成、转换效率的提高起决定性作用的关键设备。
[0003]现在的扩散炉大多用作磷扩散，采用石英源瓶装存液态的POCl3,将N2作为载气通入到源瓶中，鼓泡携带POCl3进入扩散炉的工艺管中，并在高温状态下裂变产生磷。为了很好地控制N2携带POCl3的量，通常会把源瓶置放在恒温水槽中保持恒温。但是，这种方式存在着严重的安全隐患。
[0004]由于石英器件是一种脆性材料，在制造过程中易产生应力集中，在搬运过程中，若发生碰撞、磕碰等情况，易产生隐裂。扩散工艺通常是在不大于常压(大气压)的状态下进行(即负压状态)。然而，负压扩散设备的工艺管中所需的负压有时会很小，使用时，带压力的N2通入源瓶中，由于反应源与大气压之间的差值较大，源流量会大幅增加，使源瓶受压大幅增加；并且，瓶内外的温度也会发生骤变，在石英源瓶的应力集中和隐裂处极易造成破裂，发生爆瓶现象。
[0005]同时，由于POCl3属无色透明及带有刺激性气味的毒性液体，若石英源瓶破裂后，其遇到恒温水槽中的水就会产生剧烈反应生成H3PO4和HC1，这种反应生成物以雾状喷发，迅速弥漫在四周，危险性较大。生成的雾状磷酸和盐酸是有毒物品，对呼吸道有刺激，眼睛接触会致灼伤，造成永久性损害，皮肤接触可致严重灼伤。并且磷酸、盐酸是一种腐蚀性物质，对设备、仪器、厂房设施会产生腐蚀。此外，POCl3还具有很强的粘结性能，对所有塑料材料几乎都会产生粘结，对金属更具有很强的腐蚀性，故导致采用此类材料制成的源瓶的爆瓶现象频出。
[0006]因此，如何能提供有效缜密的防护措施，精准控制源瓶的内部压力，防止因内部压力过大造成源瓶的爆瓶现象，避免源瓶内的POCl3泄漏造成危害，是目前业界急需解决的难题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于扩散炉的防爆源瓶，通过在源瓶的进气管路和出气管路分别设置压力传感器和泄压分路，可及时检测源瓶内的压力是否符合设定值，并通过压力控制器控制泄压分路的泄压阀开度及时泄压，实现既能保证扩散工艺时正常的工作压力，又能起到安全保护的功能。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0009]一种用于扩散炉的防爆源瓶，所述源瓶用于装存反应源，其通过进气管路连通至载气源，用于向所述源瓶内通入载气，通过出气管路连通至所述扩散炉的工艺管，用于向所述工艺管通出由载气携带的反应源气体，所述进气管路设有压力传感器，用于检测所述源瓶内的压力，所述出气管路并联设有泄压分路，所述泄压分路设有泄压阀，所述泄压阀具有第一开度，所述压力传感器、所述泄压阀分别连接压力控制器；所述压力控制器通过判断所述压力传感器采集的所述源瓶内的压力是否超过阈值，控制所述泄压阀的开度；其中，当所述源瓶内的压力超过阈值时，执行调整所述泄压阀至第二开度，将所述源瓶内的气体由所述泄压分路排出，对所述源瓶进行泄压，使所述源瓶内的压力符合设定值，当泄压后所述源瓶内的压力符合设定值时，执行调整所述泄压阀恢复至第一开度。
[0010]优选地，在所述压力传感器和所述源瓶之间的所述进气管路设有第一气体流向控制单元，在所述源瓶和所述泄压分路之间的所述出气管路设有第二气体流向控制单元。
[0011]优选地，所述第一气体流向控制单元可限制所述源瓶内的气体通过所述进气管路回流至载气源，所述第二气体流向控制单元可限制所述出气管路的气体回流至所述源瓶内。
[0012]优选地，所述第一气体流向控制单元、第二气体流向控制单元为单向阀。
[0013]优选地，在所述第一气体流向控制单元和所述源瓶之间的所述进气管路设有第一气体导通控制单元，在所述源瓶和所述第二气体流向控制单元之间的所述出气管路设有第二气体导通控制单元。
[0014]优选地，所述第一气体导通控制单元可控制所述进气管路中的载气向所述源瓶的输入或停止，所述第二气体导通控制单元可控制所述出气管路中的反应源气体向扩散炉工艺管的输出或停止。
[0015]优选地，所述第一气体导通控制单元、第二气体导通控制单元为截止阀。
[0016]优选地，所述泄压分路通过所述泄压阀保持导通状态，并作为断电时的过压保护泄压通道，当发生断电时，所述源瓶内的气体在压差的作用下可由所述泄压分路自行排出。
[0017]优选地，所述泄压阀为电磁阀。
[0018]优选地，所述源瓶内的压力设定值为0.1?0.9bar之间的一个单值或一个具有限值的区间。
[0019]从上述技术方案可以看出，本发明通过在源瓶的进气管路和出气管路分别设置压力传感器和泄压分路，可及时检测源瓶内的压力是否符合设定值，并通过压力控制器控制泄压分路的泄压阀开度及时泄压，实现既能保证扩散工艺时正常的工作压力，又能起到安全保护的功能。同时，进气管路和出气管路中的单向阀起到正向导通反响截止的作用，可保护源瓶内的反应源不受污染；当需要检修及更换源瓶时，关闭进气管路和出气管路中的截止阀，可有效防止反应源的挥发；此外，泄压分路通过泄压阀保持导通状态，在异常断电时可作为过压保护泄压通道，当发生断电时，源瓶内的气体在压差的作用下由所述泄压分路自行排出，可防止断电瞬时输入源瓶内的载气造成过压无法释放导致爆瓶现象的发生。因此，本发明极大降低了源瓶爆裂的概率，减少了 POCl3反应源对设备部件的腐蚀机率，提高了核心部件的使用寿命，减少了设备维护时间和周期，从而明显提升了工艺效果，降低了设备运行综合成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明一种用于扩散炉的防爆源瓶一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022]在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种用于扩散炉的防爆源瓶一实施例的结构示意图。如图所示，本发明的防爆源瓶包括源瓶14、连接源瓶14的进气管路5和出气管路8、安装在进气管路5的压力传感器4以及与出气管路8并联设置的泄压分路10等几个主要部分。其中，源瓶14用于装存反应源，例如P0C13。通常会把源瓶14置放在恒温水槽中以保持恒温(图中作省略)。在源瓶14的上端瓶盖处设有相分离的进气接口 I和出气接口 13，进气接口 I连接有进气管路5，进气管路5伸入源瓶14内部并接近瓶底，用于通入载气，例如N2。出气接口 13连接有出气管路8，出气管路8伸入源瓶14内部并靠近瓶盖，与瓶内的反应源相分离，用于通出载气N2携带的反应源气体。进气管路5连通至载气源6，出气管路8连通至扩散炉的工艺管7。
[0023]请继续参阅图1。在所述进气管路5的所述载气源6和所述源瓶14的进气接口 I之间连接有压力传感器4，用于检测所述源瓶14内的压力。在所述出气管路8的所述源瓶14的出气接口 13和所述扩散炉的工艺管7之间并联连接有泄压分路10，所述泄压分路10安装有泄压阀9，用于在当所述源瓶14内的压力超过设定值时，通过所述泄压分路10释放所述源瓶14内及出气管路8中一定的反应源气体，以便对所述源瓶14进行泄压。
[0024]请继续参阅图1。所述压力传感器4、所述泄压阀9分别连接压力控制器16。所述泄压阀9具有初始设定开度(即第一开度)，使所述泄压阀9保持在常开状态，并因此使所述泄压分路10处于导通状态。所述压力控制器16可通过判断所述压力传感器4采集的所述源瓶14内的压力是否超过阈值，控制所述泄压阀9的开度。当所述源瓶14内的压力超过阈值时，压力控制器16即执行调整所述泄压阀至增加的预定开度(即至第二开度)，将所述源瓶14内及出气管路8中过压的反应气体由所述泄压分路10排出，以对所述源瓶14及时进行泄压。通过压力控制器16的控制，可使所述源瓶14内的压力符合设定值。当泄压后所述源瓶14内的压力符合设定值时，压力控制器16即执行调整所述泄压阀9恢复至初始设定开度(即第一开度)。第二开度的大小可根据扩散工艺条件结合经验数据及计算来确定，具体的开度范围可介于第一开度至泄压阀的最大开度之间。
[0025]所述压力控制器16例如可为PLC模组控制形式，其设定值由其连接的工控机15来发送。工控机15是自动运行工艺人机交互的一个重要接口。
[0026]请继续参阅图1。作为本发明的其他优选实现方式，在所述进气管路5的所述压力传感器4和所述进气接口 I之间装有第一气体流向控制单元3，在所述出气管路8的所述出气接口 13和所述泄压分路10之间装有第二气体流向控制单元11。所述第一气体流向控制单元3可限制所述源瓶14内的气体通过所述进气管路5回流至载气源6，所述第二气体流向控制单元11可限制所述出气管路8的气体回流至所述源瓶14内。优选地，所述气体流向控制单元3、11为单向阀。利用单向阀3、11可起到正向导通反向截止的作用，使进气管路5中的气体只能由载气源6向源瓶14方向输送(如图中进气管路5上方的箭头方向所指)，防止源瓶14内的气体通过所述进气管路5回流至载气源6 ;并可使出气管路8中的气体只能由源瓶14向工艺管7方向输送(如图中出气管路8上方的箭头方向所指)，防止所述出气管路8的气体回流至所述源瓶14内。这样的设计可保护源瓶14内的反应源不会受到污染。
[0027]请继续参阅图1。作为本发明的其他优选实现方式，在所述进气管路5的所述第一气体流向控制单元3和所述进气接口 I之间装有第一气体导通控制单元2，在所述出气管路8的所述出气接口 13和所述第二气体流向控制单元11之间装有第二气体导通控制单元12。所述气体导通控制单元2、12的作用是分别控制所述进气管路5中的载气向所述源瓶14的输入或停止、及控制所述出气管路8中的反应源气体(工艺气体)向扩散炉工艺管7的输出或停止。优选地，所述气体导通控制单元2、12为截止阀。利用截止阀2、12的开、断功能，当需要更换源瓶14或清扫、检修设备时，将截止阀2、12关闭，可停止载气的输入及工艺气体的输出，并可防止源瓶14及管路5、8中的液体或气体挥发。
[0028]请继续参阅图1。所述泄压分路10通过具有初始设定开度的所述泄压阀9得以保持导通状态。所述泄压分路10还可作为过压保护的紧急泄压通道。当发生异常断电时，所述源瓶14内的气体在压差的作用下可由所述泄压分路10自行排出，防止断电瞬时输入源瓶14内的载气造成过压无法释放而导致的爆瓶现象的发生。所述泄压阀9处于初始设定开度(即第一开度)状态时的导通流量(与泄压阀的初始开度相关)，可根据具体的工艺条件，结合对所述源瓶14内的压力设定值要求通过计算得出，并对泄压阀9对应进行初始开度的设定。也就是说，保持导通状态的泄压分路10，除了可在正常扩散工艺过程中作为泄压的通道外，还可成为在异常断电时的过压保护的紧急泄压通道。所述泄压阀9例如可为电磁阀，并设定具有初始开度，可使所述泄压分路10保持在导通状态。由于所述泄压阀9的初始开度相对较小，其对所述出气管路8中气体的额外分流影响也较小，并可通过模型计算来得到控制，因此，不会对正常的扩散工艺造成影响。
[0029]通常，负压扩散炉中的工艺管7在进行扩散工艺时，一直处于负压状态下，并且，通常是处于较小的负压状态，例如为0.1?0.2bar。当反应气体(即反应源)在载气的携带下进入工艺管7时，如果是以接近常压的状态进入，会造成工艺管7内外较大的压差。因此，反应源气体的流量会大幅增加，使源瓶14内的压力大幅增加，这种状态极为容易发生爆瓶现象。本发明的设计要点即在于通过及时检测源瓶14内的压力是否符合设定值，并通过压力控制器16控制泄压阀9的开度增加(即增加到第二开度)，及时从泄压分路10泄压，以减小工艺管7内外的压差，实现既能保证扩散工艺时正常的工作压力，又能起到安全保护的功能。
[0030]因此，可通过工控机15来设定源瓶14内的控制压力，并通过所述压力控制器16执行对所述泄压阀9开度的调整，实现对压力的控制，并及时通过所述泄压分路10进行泄压，以保证工艺管7内外的压差在一定的安全范围内。
[0031]所述源瓶14内的压力设定值不大于常压，优选地，所述源瓶14内的压力设定值为0.1?0.9bar之间的一个单值或一个具有限值的区间，例如0.1bar,0.1lbar,0.5bar、0.89bar 或 0.9bar 等等；或 0.1 ?0.14bar>0.45 ?0.55bar 或 0.85 ?0.9bar 等等。其具体的压力设定，可以根据扩散工艺的经验数据并结合实际的使用情况进行设定。如果检测到的压力大于预设阈值，例如上述例举的单值或限值区间，所述压力控制器16会进行判断，并及时指令所述泄压阀9增加开度进行泄压，也就是例如控制电磁阀从第一开度增加至第二开度，并通过从泄压分路10分流释放一部分气体来进行减压(如图中泄压分路10右侧的箭头方向所指)，防止源瓶14内的压力进一步增大而导致爆瓶。
[0032]从上述实施例可以看出，本发明通过在连接源瓶的进气管路和出气管路分别设置压力传感器和泄压分路，可及时检测源瓶内的压力是否符合设定值，并通过压力控制器控制泄压分路的泄压阀开度及时泄压，实现既能保证扩散工艺时正常的工作压力，又能起到安全保护的功能。同时，进气管路和出气管路中的单向阀可起到正向导通反响截止的作用，保护源瓶内的反应源不受污染；当需要检修及更换源瓶时，关闭进气管路和出气管路中的截止阀，可有效防止反应源的挥发；此外，泄压分路通过泄压阀保持一定的导通状态，在异常断电时可作为过压保护泄压通道，当发生断电时，源瓶内的气体在压差的作用下由所述泄压分路自行排出，可防止断电瞬时输入源瓶内的载气造成过压无法释放导致爆瓶现象的发生。因此，本发明极大降低了源瓶爆裂的概率，减少了 POCl3反应源对设备部件的腐蚀程度，提高了核心部件的使用寿命，减少了设备维护时间和周期，从而明显提升了工艺效果，降低了设备运行综合成本。
[0033]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于扩散炉的防爆源瓶，所述源瓶用于装存反应源，其通过进气管路连通至载气源，用于向所述源瓶内通入载气，通过出气管路连通至所述扩散炉的工艺管，用于向所述工艺管通出由载气携带的反应源气体，其特征在于，所述进气管路设有压力传感器，用于检测所述源瓶内的压力，所述出气管路并联设有泄压分路，所述泄压分路设有泄压阀，所述泄压阀具有第一开度，所述压力传感器、所述泄压阀分别连接压力控制器；所述压力控制器通过判断所述压力传感器采集的所述源瓶内的压力是否超过阈值，控制所述泄压阀的开度；其中，当所述源瓶内的压力超过阈值时，执行调整所述泄压阀至第二开度，将所述源瓶内的气体由所述泄压分路排出，对所述源瓶进行泄压，使所述源瓶内的压力符合设定值，当泄压后所述源瓶内的压力符合设定值时，执行调整所述泄压阀恢复至第一开度。
2.根据权利要求1所述的防爆源瓶，其特征在于，在所述压力传感器和所述源瓶之间的所述进气管路设有第一气体流向控制单元，在所述源瓶和所述泄压分路之间的所述出气管路设有第二气体流向控制单元。
3.根据权利要求2所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一气体流向控制单元可限制所述源瓶内的气体通过所述进气管路回流至载气源，所述第二气体流向控制单元可限制所述出气管路的气体回流至所述源瓶内。
4.根据权利要求3所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一气体流向控制单元、第二气体流向控制单元为单向阀。
5.根据权利要求2所述的防爆源瓶，其特征在于，在所述第一气体流向控制单元和所述源瓶之间的所述进气管路设有第一气体导通控制单元，在所述源瓶和所述第二气体流向控制单元之间的所述出气管路设有第二气体导通控制单元。
6.根据权利要求5所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一气体导通控制单元可控制所述进气管路中的载气向所述源瓶的输入或停止，所述第二气体导通控制单元可控制所述出气管路中的反应源气体向扩散炉工艺管的输出或停止。
7.根据权利要求6所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一气体导通控制单元、第二气体导通控制单元为截止阀。
8.根据权利要求1所述的防爆源瓶，其特征在于，所述泄压分路通过所述泄压阀保持导通状态，并作为断电时的过压保护泄压通道，当发生断电时，所述源瓶内的气体在压差的作用下可由所述泄压分路自行排出。
9.根据权利要求8所述的防爆源瓶，其特征在于，所述泄压阀为电磁阀。
10.根据权利要求1?9任意一项所述的防爆源瓶，其特征在于，所述源瓶内的压力设定值为0.1?0.9bar之间的一个单值或一个具有限值的区间。
【文档编号】H01L21/67GK104409391SQ201410637486
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】桂晓波, 周蓉, 李补忠 申请人:北京七星华创电子股份有限公司