质量流量控制装置、反应腔室压力控制系统及调节方法与流程

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种质量流量控制装置、反应腔室压力控制系统及调节方法。

背景技术：

在半导体制造、光伏等领域，反应腔室是最重要的设备，进入反应腔室的h2、hcl、过量的o2、少量的c2h2cl2以及n2需要在恒定的压力下进行化学反应，以确保镀层的厚度，反应腔室内的压力大于或小于设定的压力都会影响镀层的厚度，因此，必须确保反应腔室内的压力稳定。

图1为现有技术中的一种反应腔室压力控制系统的示意图。如图1所示，该反应腔室压力控制系统包括压力传感器101、控制阀102、真空泵103、变频电机104以及控制器105，控制器105接收传感器101发送的压力检测结果，并与预定压力值进行比较，若压力检测结果不等于预定压力值，则通过驱动变频电机104调节电机频率，以调整真空泵103的抽真空能力，从而达到稳定系统压力的目的。

但是，由于现有技术中的控制阀102为气动阀，只具有完全打开或完全关闭两种工作状态，因而不能实时监测流过的气体流量，一旦反应腔室内的压力有波动，势必造成整个压力系统的响应时间过长，不能在短时间内把反应腔室的压力稳定到设定的压力值，从而影响镀层的厚度。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种能够迅速调节腔室压力的质量流量控制装置、反应腔室压力控制系统及调节方法。

为解决上述问题，本发明提供了一种质量流量控制装置，其中，

质量流量管路；

流量控制模块，设置在所述质量流量管路上，用于限制流经的气体流量；

驱动模块，与所述流量控制模块连接，用于驱动所述流量控制模块移动，以调整流经所述流量控制模块的气体流量。

其中，所述流量控制模块包括阀片和与所述阀片连接的阀杆，所述阀片设置在所述质量流量管路上；

所述驱动模块包括电机和减速器，所述减速器的输出轴用于与所述阀杆连接，通过控制所述阀杆的旋转角度以控制所述阀片的开度；所述减速器连接所述电机，用于降低所述电机输出的转速。

其中，还包括联轴器，所述减速器的输出轴通过所述联轴器与所述阀杆连接。

其中，还包括流量检测模块，设置在所述质量流量管路上，用于检测流经的气体流量。

本发明还提供一种反应腔室压力控制系统，其包括反应腔室和本发明提供的质量流量控制装置，其中，所述质量流量控制装置连接所述反应腔室，通过调节流经所述质量流量控制装置的流量能调节所述反应腔室的压力。

其中，还包括冷却排水单元，所述冷却排水单元连接在所述反应腔室与所述质量流量控制装置之间，用于对气体进行降温，并将降温过程中形成的冷凝水排出。

其中，所述冷却排水单元包括三通管路、位置传感器和气动阀；其中，

所述三通管路的第一端分别连接所述位置传感器和所述气动阀，所述三通管路的第二端连接所述反应腔室，所述三通管路的第三端连接所述质量流量控制装置，并且，所述三通管路中连接所述反应腔室和所述质量流量控制装置的管路为双层管路，在所述双层管路的内层与外层之间通入冷却介质，以对流经所述双层管路的气体进行冷却；

所述传感器用于检测所述内层和所述外层之间的降温形成的冷凝水是否达到预设高度。

其中，所述三通管路采用石英材料制作。

其中，所述反应腔室压力控制系统还包括压力检测单元和控制单元，所述压力检测单元与所述反应腔室连接，用于检测所述反应腔室的实时压力；

所述控制单元分别与所述压力检测单元和所述质量流量控制装置连接，用于根据当前压力与预设压力的大小关系，控制所述质量流量控制装置调节气体流量。

本发明还提供了一种反应腔室的压力调节方法，其包括下述步骤：

检测反应腔室内的当前压力；

当所述当前压力等于预设压力时，使所述质量流量控制装置保持当前工作状态；

当所述当前压力小于所述预设压力时，控制单元控制所述质量流量控制装置调节气体流量，以将所述反应腔室内的压力调整为所述预设压力。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的质量流量控制装置，包括质量流量管路、流量控制模块和驱动模块，其中，流量控制模块设置在质量流量管路上，用于限制流经的气体流量，驱动模块与流量控制模块连接，用于驱动流量控制模块移动，以调整流经流量控制模块的气体流量。由于在管路上设置流量控制模块，并由驱动模块驱动流量控制模块，从而在完全打开和完全关闭两种状态之间，还能够调节流经流量控制模块的流量，进而提高质量流量控制装置的控制精度。

本发明提供的反应腔室压力控制系统，其采用本发明提供的质量流量控制装置，通过质量流量控制装置调节流量，来调节反应腔室的压力，具有相应时间快、压力调节精度高的优点。

本发明提供的反应腔室的压力调节方法，包括检测反应腔室内的当前压力；当当前压力等于预设压力时，使质量流量控制装置保持当前工作状态，当当前压力小于预设压力时，控制单元控制质量流量控制装置调节气体流量，以将反应腔室内的压力调整为预设压力。由于本发明的反应腔室的压力调节方法采用本发明提供的反应腔室压力控制系统，从而能够通过质量流量控制装置调节流量，来调节反应腔室的压力，具有相应时间快、压力调节精度高的优点。

附图说明

图1为现有技术中的一种反应腔室压力控制系统的示意图；

图2为本发明压力控制系统中采用的质量流量控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的反应腔室压力控制系统的示意图。

其中，

1-反应腔室；2-质量流量控制装置；21-流量测量模块；211-进气接头；212-通道；213-分流器；214-流量传感器；215-电路板；22-驱动模块；221-电机；222-减速器；223-电路板；224-外罩；23-流量控制模块；231-阀座；232-阀片；233-阀杆；234-锁紧螺母；235-出气接头；3-真空源；4-抽气管路；5-冷却排水单元；6-联轴器；8-压力检测单元；9-控制单元；10-工控计算机；101-压力传感器；102-控制阀；103-真空泵；104-变频电机；105-控制器。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的质量流量控制装置、反应腔室压力控制系统及调节方法进行详细描述。

图2为本发明压力控制系统中采用的质量流量控制装置的结构示意图。

作为本发明的一方面，本发明提供了一种质量流量控制装置2，如图2所示，其包括质量流量管路、流量控制模块23和驱动模块22，其中，流量控制模块23设置在质量流量管路上，用于限制流经的气体流量，驱动模块22与流量控制模块23连接，用于驱动流量控制模块23移动，以调整流经流量控制模块23的气体流量。

本发明由于在管路上设置流量控制模块23，并由驱动模块22驱动流量控制模块23，从而在完全打开和完全关闭两种状态之间，还能够调节流经流量控制模块的流量，进而提高质量流量控制装置2的控制精度。

作为一种具体的驱动方式，在本实施例中，流量控制模块23包括阀片232和与阀片232连接的阀杆233，阀片232设置在质量流量管路上，质量流量管路的进气接头211和出气接头235分别在阀片232的两侧，此时，驱动模块22包括电机221和减速器222，减速器222的输出轴与阀杆233连接，通过控制阀杆233的旋转角度以控制阀片232的开度，从而实现调节流量的目的，减速器222连接电机221，用于降低电机221输出的转速。借助减速器222，以避免转速突变导致的流量突变。

优选地，质量流量控制2还包括联轴器6，减速器222的输出轴通过联轴器6与阀杆233连接，以将电机221输出的动力传输至流量控制模块23，从而带动阀片232旋转。

在本实施例中，质量流量控制2还包括流量检测模块21，设置在质量流量管路上，用于检测流经的气体流量。

其中，流量检测模块21还包括分流器213、流量传感器214和电路板215，分流器213设置在质量流量管路上，流量传感器214用于检测流经的气体流量，电路板215上集成了电阻电容等高精度的元器件。

优选地，质量流量控制装置2中与气体接触的部分的采用聚醚醚酮制作，由于聚醚醚酮具有耐腐蚀的优点，从而延长质量流量控制装置2的使用寿命。

可选地，流量控制模块23还包括阀座231和锁紧螺母234，在质量流量管路的侧壁上设置有通孔，阀座231与该通孔相对设置，锁紧螺母234固定在该通孔上，阀杆233穿过锁紧螺母234并延伸至阀座231。借由阀座231和锁紧螺母234共同引导阀杆233在质量流量管路上的位置。

可选地，驱动模块22还包括电路板223，电路板223集成电容电阻等元器件，以实现驱动。

可选地，驱动模块22还包括外罩224，其罩设在电机221、减速器222和电路板223之外，以起到防护作用。

需要说明的是，尽管在本实施例中，采用驱动阀片232旋转的驱动方式来调节阀片232的开度，但本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以通过控制阀片沿质量流量管路的径向移动的方式来调节阀片的开度，相应的，驱动源采用直线往复驱动源。

综上，采用本发明实施例提供的质量流量控制装置2，流量控制范围为0.3～30slm，响应时间≤5s，控制精度为0.2％f.s.，进而，反应腔室1的压力控制范围为680torr～780torr。进一步地，本发明提供的压力控制系统可以在10秒内把反应腔室内的压力调整至预设压力。

本发明还提供了一种反应腔室压力控制系统，反应腔室压力控制系统质量流量控制装置，其中，质量流量控制装置连接反应腔室，通过调节流经质量流量控制装置的流量能调节反应腔室的压力。

本发明中的反应腔室压力控制系统由于采用了本发明提供的质量流量控制装置，在完全打开和完全关闭两种状态之间，还能够调节流经流量控制模块的流量，进而提高质量流量控制装置的控制精度，具有相应时间快、压力调节精度高的优点。

图3为本发明实施例提供的反应腔室压力控制系统的示意图。如图3所示，压力控制系统还包括冷却排水单元5，冷却排水单元5连接在反应腔室1与质量流量控制装置2之间，用于对从反应腔室1流出的气体进行降温，并将降温过程中形成的冷凝水排出。

下面对冷却排水单元5的具体结构进行详细描述。

在本实施例中，冷却排水单元5包括三通管路、位置传感器和气动阀。其中，三通管路的第一端分别连接位置传感器和气动阀，三通管路的第二端连接反应腔室1，三通管路的第三端连接质量流量控制装置2连接，并且，三通管路中连接反应腔室1和质量流量控制装置2的管路为双层管路，在双层管路的内层与外层之间通入冷却介质，以对流经双层管路中间的气体进行冷却。传感器用于检测内层和外层之间的降温形成的冷凝水是否达到预设高度，当达到预设高度时，气动阀开启，以排出冷凝水。

其中，冷却介质可以为降温形成的冷凝水，以降低设备成本。

优选地，三通管路的材料为石英材料制成，以提高三通管路的耐高温性能。

在本实施例中，反应腔室压力控制系统还包括压力检测单元8和控制单元9，压力检测单元8与反应腔室1连接，用于检测反应腔室1的实时压力。控制单元9分别与压力检测单元8和质量流量控制装置2连接，用于根据当前压力p1与预设压力p的大小关系，控制质量流量控制装置2调节气体流量，从而调节反应腔室1的压力。

其中，预设压力p为反应腔室1在进行工艺过程中设定的压力。

其中，控制单元9是基于pid算法进行控制。

其中，压力控制系统还包括工控计算机10，如图3所示，工控计算机10连接至控制单元9，用户通过工控计算机10对反应腔室压力控制系统进行操作控制。

需要说明的是，压力检测单元8既可以如图3所示与质量流量控制装置2并联设置，也可以与质量流量控制装置2串联连接，只要能够保证压力检测单元8能够测量反应腔室1的实时压力p1即可。

此外，反应腔室压力控制系统还包括真空源3、抽气管路4。其中，真空源3通过抽气管路4连接至反应腔室1，用于对反应腔室1进行抽真空。

其中，真空源3为真空发生器。相较现有技术中使用的真空泵而言，真空发生器的抽真空功率是固定的，在本发明中通过质量流量控制装置来调节气体流量，因而无需像现有技术那样使用抽真空功率可调的真空泵，从而降低真空源的成本。另外，真空发生器还具有体积小、噪音低、耐腐蚀等优点。

作为本发明的再一方面，本发明还提供了一种反应腔室的压力调节方法，其包括下述步骤：

s1、检测反应腔室内的当前压力；

s2、当当前压力p1等于预设压力p时，使质量流量控制装置2保持当前工作状态；并且，当当前压力小于所述预设压力时，控制单元9控制质量流量控制装置2调节气体流量，以将反应腔室1内的压力调整为预设压力p。

其中，所谓“保持当前工作状态”，指的是将流量控制模块23的阀片232的开度保持恒定不变。

由于本发明的反应腔室的压力调节方法采用本发明提供的反应腔室压力控制系统，从而能够通过质量流量控制装置调节流量，来调节反应腔室的压力，具有相应时间快、压力调节精度高的优点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。