一种气体输送装置、输送方法及半导体制造设备与流程

1.本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种气体输送装置、输送方法及半导体制造设备。


背景技术：

2.在半导体制造过程中，很多工艺环节都要向工艺腔中通入气体。例如在气相沉积过程中，需要利用气化器将液体源转化为气体通入工艺腔中制作薄膜。
3.在气化器中转化的气体在通往工艺腔的途中，容易发生冷凝的现象，形成液滴并附着在管道底部。随着管道底部液滴增多，可能会出现堵塞管道口，使气体不能通过，或者部分液体进入腔体内污染腔体的现象。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种气体输送装置、输送方法及半导体制造设备，以防止在气化器中转化的气体通往工艺腔的途中发生冷凝，污染工艺腔或者堵塞管口的现象。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种气体输送装置，用于向工艺腔输送气体。所述气体输送装置包括输气管道、第一加热结构和第二加热结构。所述第一加热结构设于所述输气管道的外部。所述第二加热结构设于所述输气管道的内部。
6.与现有技术相比，本发明提供的气体输送装置中，输气管道的外部设置第一加热结构，使得第一加热结构对输气管道进行加热，防止输气管道内部的气体向输气管道传热，降低气体热量损耗，还可以向输气管道内的气体传输热量，防止气体冷凝。又由于在输气管道的内部设置第二加热结构，以利用第二加热结构可以在输气管道内部对气体进行加热。此时，第一加热结构和第二加热结构配合使用，不仅可以保证输气管道内的气体温度高于该气体中沸点最高的气体沸点，使得气体处于稳定的气化状态。由此可见，本发明的气体输送装置可以在加热气体的同时降低气体的热量损耗，从而防止气体冷凝的现象发生，避免输气管道向工艺腔输送气体的途中气体发生冷凝，污染工艺腔或者堵塞管口。
7.本发明还提供一种半导体制造设备，包括工艺腔以及与所述工艺腔连接的上述气体输送装置。
8.与现有技术相比，本发明提供的半导体制造设备的有益效果与上述技术方案所述气体输送装置的有益效果相同，此处不做赘述。
9.本发明还提供一种气体输送方法，应用具有输气管道、第一加热结构和第二加热结构的气体输送装置。所述第一加热结构设于所述输气管道的外部，所述第二加热结构设于所述输气管道的内部。所述气体输送方法包括：
10.控制所述第一加热结构和所述第二加热结构处于加热状态，使得所述输气管道中的气体温度高于气体冷凝温度。
11.与现有技术相比，本发明提供的气体输送方法的有益效果与上述技术方案所述气体输送装置的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
13.图1为现有技术中半导体制造设备的结构示意图；
14.图2为现有技术中输气管道的结构示意图；
15.图3本发明实施例中半导体制造设备的结构示意图；
16.图4为发明实施例中控制的单元的结构示意图；
17.图5为发明实施例中输气管道的结构示意图；
18.图6为本发明实施例中支撑结构的示意图一；
19.图7为本发明实施例中支撑结构的使用状态图一；
20.图8为本发明实施例中支撑结构的使用状态图二；
21.图9为本发明实施例中支撑结构的使用状态图三；
22.图10为本发明实施例中气体输送方法的流程图一；
23.图11为本发明实施例中气体输送方法的流程图二。
具体实施方式
24.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.图1示出了相关技术中半导体制造设备的结构示意图。如图1所示，该半导体制造设备包括气化器11、工艺腔15以及与工艺腔连接的输气管道13。图2示出了该输气管道13的结构示意图。如图2所示，该输气管道13外部包裹有第一加热结构14。在输气管道13向工艺腔15输送气体的过程中，第一加热结构14工作，对输气管道13中的混合气体进行加热，防止
混合气体向输气管道13散热造成的部分气体冷凝从而产生液滴、颗粒污染物，堵塞输气管道13，污染工艺腔的现象。但是由于热量特有的热传导性能，在热量向输气管道13的中心位置传导的过程中，热量逐渐降低，造成加热不均匀的现象。因此还是会出现气体冷凝，生成液滴，颗粒污染物的现象。随着半导体制造工艺向着精细化发展，这些液滴、颗粒污染物对工艺质量的负面影响越来越大，严重影响产品质量。
30.为了解决混合气体在气体输送装置中发生冷凝的问题，图3示例出本发明实施例提供了一种导体制造设备的示意图。如图3所示，该半导体设备包括工艺腔27以及与工艺腔27连接的气体输送装置。该气体输送装置可以解决现有技术中的气体冷凝的现象，避免输气管道向工艺腔27输送气体的途中气体发生冷凝，污染工艺腔27或者堵塞管口。应理解，上述工艺腔27可以用于各种淀积工艺、干法刻蚀工艺等，但不仅限于。
31.在实际应用中，如图3所示，上述半导体制造设备还包括与气体输送装置连通的气化器21。该气化器21可以对液源进行加热，使得液源气化，并与n2、he等气体混合成混合气体进入输气管道24内。输气管道24将混合气体(下文简称气体)输送至工艺腔27。应理解，下文所涉及的气体可以为容易冷凝的气体，也可以是包含容易冷凝的气体的混合气体。
32.如图3和图5所示，本发明实施例中的气体输送装置，可以用于向工艺腔27输送气体，但不仅限于此。该气体输送装置包括输气管道24、第一加热结构25和第二加热结构26。第一加热结构25设于输气管道24的外部，第二加热结构26设于输气管道24的内部。
33.如图3和图5所示，气化器向输气管道24提供气体，第一加热结构25用于对该气体进行加热，防止气体冷凝。在第一加热结构25持续加热的情况下，仍然有气体冷凝现象发生时，第二加热结构26开始工作，以保证输气管道24中的混合气体始终保持气体状态输送至工艺腔27中，以便于进行后续工艺。
34.如图3和图5所示，通过上述气体输送装置的结构和具体实施过程可知，输气管道24的外部设置第一加热结构25对输气管道24进行加热，防止输气管道24内部的气体向输气管道24传热，降低气体热量损耗，还可以向输气管道24内的气体传输热量，防止气体冷凝。又由于在输气管道24的内部设置第二加热结构26，可以在输气管道24内部对气体进行加热。通过第二加热结构26与第一加热结构25的配合，使输气管道24内的气体温度高于该气体中沸点最高的气体沸点，使得气体处于稳定的气化状态。由此可见，本发明实施例提供的气体输送装置可以在加热气体的同时降低气体的热量损耗，防止气体冷凝，生成液滴，颗粒污染物，从而堵塞输气管道24，污染工艺腔27的现象的发生。
35.作为一种可能的实现方式，如图5所示，第一加热结构25为包裹在输气管道24外部的加热套。该加热套是用来在外部对输气管道24进行加热，并将热量传输给输气管道24内部的气体，对气体进行加热的。该加热套的形状可以为方形、圆形等，在此不做限定，只要保证该加热套是具有加热功能的，因此该加热套可以为加热件，加热带或者其他可以包裹在输气管道24外部具有加热功能的结构。
36.如图5所示，第二加热结构26为沿着输气管道24的轴向方向设置的加热棒。该加热棒是用来对输气管道24的气体从输气管道24内部进行加热的。该加热棒的形状可以为方形也可以为圆形等，在此不做限定。该加热棒是具有加热功能的，因此该加热棒可以为加热件，加热带或者其他沿着输气管道24的轴向方向设置的具有加热功能的结构。
37.在一种可选方式中，如图6所示，气体输送装置还包括至少一个支撑结构30。第二
加热结构26设在至少一个支撑结构30上。这里的支撑结构30可以为一个，也可以为多个。应理解，这里的支撑结构30是由具有导热性能的材料构成的。
38.如图8所示，当上述支撑结构30为一个的情况下，该支撑结构30用于对第二加热结构26进行加热。此时可以对支撑结构30的长度进行限定，使得支撑结构30可以对第二加热结构26起到支撑作用，防止第二加热结构26弯曲、倾斜，从而造成加热不均匀的问题。
39.如图9所示，当上述支撑结构30可以有两个及两个以上，按照合适的间距对两个或两个以上的支撑结构30进行排列，以保证该支撑结构30可以对第二加热结构26起到支撑作用，防止第二加热结构26弯曲、倾斜，从而造成加热不均匀的问题。应理解，图5仅是该支撑结构30的示意图，具体的支撑结构30的数量不仅限于图中的5个。
40.在一种示例中，如图6和图7所示，每个支撑结构30包括外部圆环31、内部圆环32以及连接内部圆环32和外部圆环31之间的连接件33。外部圆环31与输气管道24内壁配合连接。第二加热结构26设在内部圆环32上。这里的内部圆环32和外部圆环31可以是圆形的，也可以是方形等其他形状，再次不做限定，只要能使第二加热结构26沿着输气管道24的轴向方向设置即可。
41.如图7所示，当该内部圆环32和外部圆环31为同心圆时，上述第二加热结构26穿过内部圆环32沿着输气管道24的轴向方向设置。外部圆环31与输气管道24的内壁相配合连接。具体的，这里的配合连接可以是过盈配合的方式，以保证外部圆环31和输气管道24连接的紧固性，防止支撑结构30倾斜，从而保证第二加热结构26稳定的沿着输气管道24的轴向方向设置。在内部圆环32和外部圆环31之间连接有连接件33，起到连接内部圆环32和外部圆环31以及支撑的作用。通过内部圆环32、外部圆环31以及连接件33的设置可以对第二加热结构26起到支撑的作用，防止第二解热结构发生倾斜、弯曲的现象。
42.如图7所示，上述内部圆环32的几何中心与第二加热结构26的中心轴线相重合。通过对内部圆环32的几何中心的限制可以使得第二加热结构26始终沿着输气管道24的轴向方向设置，保证第二加热结构26对输气管道24内的混合气体均匀加热。
43.在一种可选方式中，如图4所示，上述气体输送装置还包括：控制单元，用于控制第二加热结构26处在加热状态，使得输气管道24中的气体温度高于气体冷凝温度。应理解，这里的气体可以是由多种气体混合的混合气体，也可以是一种气体，根据具体的工艺要求而定，再此不做限定。在该气体为混合气体时，这里的气体冷凝温度是指在混合气体中冷凝温度最高的气体。
44.在一种示例中，如图4所示，该控制单元还用于控制第一加热结构25处于加热状态。以防止气体热量的流失，以保证输气管道24中的气体处于稳定的气体状态，防止气体液化。
45.如图4所示，上述控制单元的温度调节范围为50℃～300℃。此时，温度控制单元的温度控制范围较大，在对不同的混合气体进行加热时，可以设定较高的加热温度，使得输气通道内的气体可以快速升温。此时，第一加热结构25和混合气体之间存在较大温差，可以保证第一加热结构25向输气管道24中的混合气体提供热量，进一步降低冷凝现象产生的几率，提高半导体工艺质量。
46.当然，为了降低半导体制造过程中的热预算，减少热损耗，可以限定第一加热结构25的温度加热范围为50℃～300℃。此时，不仅能实现对输气管道24内的气体进行加热的目
的，还能够节省资源，降低成本。应理解，温度控制范围可以为50℃，也可以为100℃，200℃或者300℃，具体针对不同的工艺要求以及输气管道24输送的气体冷凝温度而定。
47.在一种示例中，如图4所示，上述控制单元还用于控制第二加热结构26处在加热状态前，确定输气管道24内的液位信号达到预设阈值。这里的预设阈值具体是根据技术人员经验设置的，在此处不做限定，只要避免气体液化形成的液滴过多从而影响气体输送，以及污染工艺腔27的问题即可。
48.在具体实施时，如图4所示，由输气管道24向工艺腔27中输送气体，此时，控制单元控制第一加热结构25处于加热状态，用于对输气管道24内的气体进行加热。在控制单元确定输气管道24内气体的液位信号达到预设阈值的情况下，由控制单元控制第二加热结构26开始加热，以防止输气管道24中的气体进一步的液化，造成输气管道24堵塞以及工艺腔27污染的问题。控制单元的控制，在输气管道24内气体的液位信号没有达到预设阈值的情况下，控制单元仅控制第一加热结构25工作，可以降低半导体制造过程中的热预算，减少热损耗，节约资源。
49.在一种示例中，如图4所示，气体输送装置还包括与控制单元电连接的温度传感器以及与控制单元电连接的液位传感器。该液位传感器用于检测输气管道24内的液位信号。应理解，这里的温度传感器是用来检测输气管道24中的气体温度的。该温度传感器的型号和品牌没有限制，只要满足本发明实施例的要求即可。液位传感器是用于检测输气管道24内的液位信号。示例的，该液位传感器可以为狭义上的液位传感器，也可以为广义上的液位传感器。应理解，所谓广义的液位传感器是指可以采集到液位信号或液位相关联的图像的传感器等。可以采集图像的传感器可以为红外图像传感器等。
50.例如，如图4所示，液位传感器为狭义上的液位传感器时，液位传感器设置于靠近输气管道24与工艺腔27连接的一端的底部。气体因密度较小而向上传输，液化的液滴会掉落在输气管道24的底部，又在气流的带动下向输气管道24的于工艺腔27连接的一端运动。此时，设置在输气管道24与工艺腔27连接的一端的底部的液位传感器对液体的高度进行检测，并将液位信号发送给控制单元，以便于控制单元在确定输气管道24内的液位信号大于或等于预设阈值的情况下，及时控制第二加热结构26进行加热。通过液位传感器的设置可以避免在输气管道24内的液位信号小于预设阈值的情况下，控制单元控制第一加热结构25和第二加热结构26进行工作造成的资源浪费的问题。
51.又例如，当液位传感器为红外图像传感器时，如图4所示，可以利用红外图像传感器识别输气管道24内部是否有液滴生成。所述红外图像传感器上可以设置有红外摄像头或者红外相机。利用红外摄像头或者红外相机可以非常清晰的提取气体液化成的液滴和输气管道24中的气体的温度差，并生成红外图像信息。控制单元通过获取红外图像信息确定是否要控制第二加热结构26对输气管道24进行加热。
52.其中，如图4所示，控制单元可以是一个或多个处理器或控制器，例如可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，通用处理器，数字信号处理器(digital signal processor，dsp)，专用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)，现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。
53.如图10所示，本发明实施例还提供一种气体输送方法，应用具有输气管道24、第一加热结构25和第二加热结构26的气体输送装置。第一加热结构25设于输气管道24的外部，第二加热结构26设于输气管道24的内部。该气体输送方法包括：
54.步骤120：控制单元控制第一加热结构25和第二加热结构26处于加热状态，使得输气管道24中的气体温度高于气体冷凝温度。
55.与现有技术相比，本发明实施例提供的气体输送方法的有益效果与上述气体输送装置的有益效果相同，在此不做赘述。
56.如图10所示，在气体输送装置还包括温度传感器的情况下，上述控制单元控制第一加热结构25和第二加热结构26处于加热状态，使得输气管道24中的气体温度高于气体冷凝温度前，气体输送方法还包括：
57.步骤100：控制单元获取温度传感器提供的输气管道24内部温度。
58.步骤110：控制单元确定输气管道24内部温度低于气体冷凝温度。
59.控制单元在获取到温度传感器提供的输气管道24内部温度，并确定输气管道24内部温度低于气体冷凝温度的情况下，控制单元控制第一加热结构25和第二加热结构26处于加热状态，使得输气管道24中的气体温度高于气体冷凝温度，从而保证输气管道24中的气体保持稳定的气体状态，以防止气体冷凝产生的输气管道24堵塞以及工艺腔27污染的问题，提高半导体工艺质量。
60.如图11所示，在控制单元确定输气管道24内部温度低于气体冷凝温度的情况下，控制单元控制第一加热结构25和第二加热结构26处于加热状态，使得输气管道24中的气体温度高于气体冷凝温度具体包括：
61.步骤1201：控制单元控制第一加热结构25处于加热状态。
62.在控制单元确定输气管道24内部温度低于气体冷凝温度的情况下，控制单元首先控制第一加热结构25进行工作，对输气管道24内的气体进行加热，减少气体热量的散失，防止气体液化。
63.步骤1202：控制单元获取液位传感器提供的输气管道24内的液位信号。用于确定气体液化程度，从而确定是否要控制第二加热结构26工作。
64.步骤1203：控制单元确定输气管道24内的液位信号大于或等于预设阈值。
65.步骤1204：控制单元控制第二加热结构26处于加热状态。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。