工艺气体进气管路系统的制作方法

本实用新型涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种工艺气体进气管路系统。

背景技术：

等离子装置广泛地应用于集成电路(IC)或微机电系统(MEMS)的制造工艺中，电感耦合等离子体(ICP)装置是其中被普遍应用的一种装置。该装置一般需要将多种工艺气体通入腔室，混合气体在电感耦合的作用下形成大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能获得变化，达到沉积或者刻蚀的目的。

对于用于电感耦合等离子体装置的工艺气体，常见的一类如N₂、Cl₂、O₂、CF₄、He等在室温下为气态，可以直接输送到装置的腔室。另一类如SiCl₄、BCl₃等在常温下为液态，或沸点稍低于常温，通过钢瓶加压就可以以液态的形式储存在钢瓶中，输送这类气体时需要靠钢瓶液面上方的饱和蒸汽供气。这类气体不易输送的主要原因是当管道中温度稍低或者压力偏大的时候就会出现液化现象，所以在输送过程中气源和管道外围都需要添加一层电加热装置，以保持气源和输送管道的温度。此外，气源和管道的压力也要保持在一定的范围内，不能过大。所以，当反应装置同时需要上述两类气体进行混合以发生等离子体反应时，就需要在进入腔室前提前均匀混合两类气体，而保证饱和蒸汽气体顺利进入腔室变得非常关键。

随着刻蚀工艺的发展，饱和蒸汽气体如SiCl₄气体逐渐成为工艺前处理和工艺刻蚀不可缺少的工艺气体，但由于SiCl₄自身饱和蒸汽压力低的原因，在配置和传送该气体时容易出现流量不足甚至堵塞问题。

一般的刻蚀工艺气体配置原理为配气箱中的多路工艺气体在各控制管路出口混合后送至真空反应腔中，如图1所示。图1中的工艺气体包括为非饱和蒸汽气体的第1路工艺气体至第n路工艺气体，以及饱和蒸汽气体SiCl₄。各路工艺气体从工厂厂务端接入后分别经过管路10或管路12、过滤器20、手动阀30、调压阀40、压力表50、气动阀60、流量控制阀70、二次气动阀61之后，在出口汇合于管路11，然后经过过滤器21、管路13注入真空工艺腔90内。其中与饱和蒸汽气体SiCl₄的配气箱连接的管路12需要配置电伴热80以防止饱和蒸汽气体SiCl₄冷凝。

SiCl₄自身的饱和蒸汽压力低，约为25kPa-30kPa，远远小于其它工艺气体的工作压力350kPa-500kPa。各路工艺气体经过设置不同流量后汇合于管路11，再流经过滤器21和管路13到达真空工艺腔90。由于在流量较大时过滤器21的进口端和出口端之间存在背压，且过滤器21的进口端压力等于SiCl₄的管路12的出口压力，因此，工艺气体的总流量越大，过滤器21的背压越大，管路12的出口压力也越大，造成管路12上的流量控制阀70前后端压力差过小，将出现SiCl₄气体流动困难、流量不足的现象；当过滤器21的背压大于SiCl₄气体的进口压力时，SiCl₄气体将无法流动。以上情况都无法满足工艺要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种工艺气体进气管路系统，其能够解决现有进气管路系统存在的饱和蒸汽气体流动困难、流量不足的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种工艺气体进气管路系统，包括至少一个非饱和蒸汽气体管路、非饱和蒸汽气体汇集管路、饱和蒸汽气体管路和混合管路，所述至少一个非饱和蒸汽气体管路并联后连通于所述非饱和蒸汽气体汇集管路，所述非饱和蒸汽气体汇集管路和所述饱和蒸汽气体管路交汇后连通于所述混合管路，所述混合管路用于连通至真空工艺腔，所述工艺气体进气管路系统还包括调压部件，所述调压部件设于所述非饱和蒸汽气体汇集管路上，用于将所述非饱和蒸汽气体汇集管路的出口处的压力调节至预定值以下。

优选地，所述调压部件包括设置于所述非饱和蒸汽气体汇集管路上的第一过滤器。

优选地，所述工艺气体进气管路系统还包括设置于所述饱和蒸汽气体管路上的第二过滤器。

优选地，所述调压部件包括设置于所述非饱和蒸汽气体汇集管路上的节流阀。

优选地，所述工艺气体进气管路系统还包括设置于所述混合管路上的混合管路过滤器。

优选地，所述节流阀的通径为0.1-1.5mm。

优选地，所述非饱和蒸汽气体管路用于连接至非饱和蒸汽配气箱，在所述非饱和蒸汽气体管路上自所述非饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器、手动阀、调压阀、压力表、气动阀、流量控制阀、二次气动阀的至少其中之一。

优选地，所述饱和蒸汽气体管路用于连接至饱和蒸汽配气箱，在所述饱和蒸汽气体管路上自所述饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器、手动阀、调压阀、压力表、气动阀、流量控制阀、二次气动阀的至少其中之一。

优选地，沿着所述饱和蒸汽气体管路设有电伴热部件。

本实用新型的有益效果在于：能够降低非饱和蒸汽气体汇集管路的出口处的压力，即降低饱和蒸汽气体管路的出口处的压力，从而提高饱和蒸汽气体管路进出口压力差，保证饱和蒸汽气体顺畅流入真空工艺腔；进而实现等离子刻蚀机、PVD等真空设备配气时饱和蒸汽气体与非饱和蒸汽气体的同时传送，使饱和蒸汽气体可与其它工艺气体按任意流量进行配比，且在大流量(>1000sccm)条件下也能满足配气需求。此外，通过设置过滤器，可防止气体中包含的微小颗粒污染真空工艺腔。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1显示根据现有技术的工艺气体进气管路系统的示意图；

图2显示根据本实用新型的一个示例性实施例的工艺气体进气管路系统的示意图；

图3显示根据本实用新型的另一个示例性实施例的工艺气体进气管路系统的示意图。

附图标记说明：

10-管路，11-管路，12-管路，13-管路，20-过滤器，21-过滤器，30-手动阀，40-调压阀，50-压力表，60-气动阀，61-二次气动阀，70-流量控制阀，80-电伴热，90-真空工艺腔；

210-非饱和蒸汽气体管路，211-非饱和蒸汽气体汇集管路，212-饱和蒸汽气体管路，213-混合管路，220-过滤器，221-第一过滤器，222-第二过滤器，230-手动阀，240-调压阀，250-压力表，260-气动阀，261-二次气动阀，270-流量控制阀，280-电伴热部件，290-真空工艺腔；

310-非饱和蒸汽气体管路，311-非饱和蒸汽气体汇集管路，312-饱和蒸汽气体管路，313-混合管路，320-过滤器，321-混合管路过滤器，330-手动阀，340-调压阀，350-压力表，360-气动阀，361-二次气动阀，370-流量控制阀，380-电伴热部件，390-真空工艺腔，391-节流阀。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的示例性实施例的工艺气体进气管路系统包括至少一个非饱和蒸汽气体管路、非饱和蒸汽气体汇集管路、饱和蒸汽气体管路和混合管路，至少一个非饱和蒸汽气体管路并联后连通于非饱和蒸汽气体汇集管路，非饱和蒸汽气体汇集管路和饱和蒸汽气体管路交汇后连通于混合管路，混合管路用于连通至真空工艺腔，工艺气体进气管路系统还包括调压部件，调压部件设于非饱和蒸汽气体汇集管路上，用于将非饱和蒸汽气体汇集管路的出口处的压力调节至预定值以下。

使用时，非饱和蒸汽气体管路用于通入常温下为气态的非饱和蒸汽气体，饱和蒸汽气体管路用于通入常温下为液态或沸点稍低于常温的饱和蒸汽气体。该工艺气体进气管路系统通过调压部件调节非饱和蒸汽气体汇集管路的出口处的压力，由于非饱和蒸汽气体汇集管路和饱和蒸汽气体管路交汇，即可以调节饱和蒸汽气体管路的出口处的压力，使其低于预定值，从而可以提高饱和蒸汽气体管路进出口之间的压力差，克服饱和蒸汽气体流动困难、流量不足的现象，使其可与其它工艺气体按任意流量进行配比。

预定值可根据工艺气体的实际流量、各工艺气体的配比要求等工艺条件进行设定，这是本领域技术人员容易确定的。

在一个示例中，调压部件包括设置于非饱和蒸汽气体汇集管路上的第一过滤器。由于第一过滤器的出口端经过非饱和蒸汽气体汇集管路和饱和蒸汽气体管路的交汇点、混合管路连通至绝对压力为零的真空工艺腔，因此，第一过滤器的出口端、交汇点处、饱和蒸汽气体管路的出口处压力均接近于零，饱和蒸汽气体与非饱和蒸汽气体的混合气体在近似真空下进行混合，互相没有压力干扰，且饱和蒸汽气体管路进出口之间的压力差增大，饱和蒸汽气体可顺畅流动。在这种情况下，饱和蒸汽气体管路的进出口压力差与非饱和蒸汽气体管路的压力和流量均无关系，能够满足工艺要求。

在一个示例中，工艺气体进气管路系统还包括设置于饱和蒸汽气体管路上的第二过滤器。第二过滤器可过滤掉饱和蒸汽气体中包含的微小颗粒，防止污染真空工艺腔。

在一个示例中，调压部件包括设置于非饱和蒸汽气体汇集管路上的节流阀。节流阀可控制通过非饱和蒸汽气体汇集管路的非饱和蒸汽气体的流量，进而调节非饱和蒸汽气体汇集管路的出口处的压力，即调节交汇点处以及饱和蒸汽气体管路的出口处的压力，提高饱和蒸汽气体管路的进出口压力差，提升饱和蒸汽气体的流通能力。特别地，节流阀的通径为0.1-1.5mm。

在一个示例中，工艺气体进气管路系统还包括设置于混合管路上的混合管路过滤器。该过滤器可过滤掉饱和蒸汽气体和混合的非饱和蒸汽气体中包含的微小颗粒，防止污染真空工艺腔。

在一个示例中，非饱和蒸汽气体管路用于连接至非饱和蒸汽配气箱，在非饱和蒸汽气体管路上自非饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器、手动阀、调压阀、压力表、气动阀、流量控制阀、二次气动阀的至少其中之一。这些部件可用于对非饱和蒸汽气体进行过滤、开关、调压、测压、流量控制。

在一个示例中，饱和蒸汽气体管路用于连接至饱和蒸汽配气箱，在饱和蒸汽气体管路上自饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器、手动阀、调压阀、压力表、气动阀、流量控制阀、二次气动阀的至少其中之一。这些部件可用于对饱和蒸汽气体进行过滤、开关、调压、测压、流量控制。

在一个示例中，沿着饱和蒸汽气体管路设有伴热部件，特别地，伴热部件是电伴热部件。伴热部件用于防止饱和蒸汽气体冷凝。

实施例1

图2显示根据本实用新型的一个示例性实施例的工艺气体进气管路系统的示意图，在该实施例中，饱和蒸汽气体是Sicl₄饱和蒸汽气体。

该工艺气体进气管路系统包括n个非饱和蒸汽气体管路210、非饱和蒸汽气体汇集管路211、饱和蒸汽气体管路212和混合管路213，n个非饱和蒸汽气体管路210并联后连通于非饱和蒸汽气体汇集管路211，非饱和蒸汽气体汇集管路211和饱和蒸汽气体管路212交汇后连通于混合管路213，混合管路213用于连通至真空工艺腔290，工艺气体进气管路系统还包括调压部件，调压部件设于非饱和蒸汽气体汇集管路211上，用于将非饱和蒸汽气体汇集管路211的出口处的压力调节至预定值以下。

其中，调压部件包括设置于非饱和蒸汽气体汇集管路211上的第一过滤器221。在饱和蒸汽气体管路212上设有第二过滤器222，其用于去除饱和蒸汽气体中的微小颗粒。

其中，非饱和蒸汽气体管路210用于连接至非饱和蒸汽配气箱(未显示)，在非饱和蒸汽气体管路210上自非饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器220、手动阀230、调压阀240、压力表250、气动阀260、流量控制阀270、二次气动阀261；类似的，饱和蒸汽气体管路212用于连接至饱和蒸汽配气箱(未显示)，在饱和蒸汽气体管路212上自饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器220、手动阀230、调压阀240、压力表250、气动阀260、流量控制阀270、二次气动阀261。

其中，沿着饱和蒸汽气体管路212设有电伴热部件280。

实施例2

图3显示根据本实用新型的另一个示例性实施例的工艺气体进气管路系统的示意图，在该实施例中，饱和蒸汽气体是Sicl₄饱和蒸汽气体。

该工艺气体进气管路系统包括n个非饱和蒸汽气体管路310、非饱和蒸汽气体汇集管路311、饱和蒸汽气体管路312和混合管路313，n个非饱和蒸汽气体管路310并联后连通于非饱和蒸汽气体汇集管路311，非饱和蒸汽气体汇集管路311和饱和蒸汽气体管路312交汇后连通于混合管路313，混合管路313用于连通至真空工艺腔390，工艺气体进气管路系统还包括调压部件，调压部件设于非饱和蒸汽气体汇集管路311上，用于将非饱和蒸汽气体汇集管路311的出口处的压力调节至预定值以下。

其中，调压部件包括设置于非饱和蒸汽气体汇集管路311上的节流阀391，节流阀的通径为1.0mm。混合管路313上设有混合管路过滤器321，其用于去除混合气体中的微小颗粒。

其中，非饱和蒸汽气体管路310用于连接至非饱和蒸汽配气箱(未显示)，在非饱和蒸汽气体管路310上自非饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器320、手动阀330、调压阀340、压力表350、气动阀360、流量控制阀370、二次气动阀361；类似的，饱和蒸汽气体管路312用于连接至饱和蒸汽配气箱(未显示)，在饱和蒸汽气体管路312上自饱和蒸汽配气箱一端依次设有过滤器320、手动阀330、调压阀340、压力表350、气动阀360、流量控制阀370、二次气动阀361。

其中，沿着饱和蒸汽气体管路312设有电伴热部件380。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。