專利名稱：用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于通過壓差控制半導體器件制作中所用氣體的流速的裝置，尤其是涉及一種用于通過在氣體流動的流道中生成壓差來控制半導體器件制作中所用氣體的流速的裝置。
背景技術：
眾所周知，半導體器件制作使用氣體，如制造半導體器件所用的摻雜劑氣體、蝕刻劑氣體、擴散氣體和凈化氣體。半導體器件制造要求這樣的氣體具有高的純度。而且，在半導體器件制作中應當精確且快速地控制決定半導體器件特性的氣體流速。
作為控制半導體器件制作中氣體的流速的技術的例子，熱敏型的質量流速控制器工作如下。流經控制器主體的流道的氣體經由旁路以預定的比率分布且然后被送到流量傳感器。隨著氣體流動，流量傳感器的熱阻借助于熱傳導而改變溫度，惠斯通電橋檢測熱阻的溫度變化作為電壓變化且輸出電信號，放大器放大來自惠斯通電橋的電信號，且將放大的電信號輸入到控制器中。控制器對輸入的電信號和設定值(set point)進行比較，且基于比較結果打開或關閉由螺線管或熱執行器操作的控制閥，以控制氣體的流速。
然而，現有的熱敏型質量流速控制器具有如下問題，即以根據氣體流動由熱容改變流量傳感器的熱阻的溫度、以及通過惠斯通電橋檢測熱阻的溫度變化作為電壓變化的這種方式來間接地測量氣體的流速，由此導致了很低的響應。而且，現有的熱敏型質量流速控制器具有如下問題，即不能在氣體流速的整個范圍上確保流量傳感器的流速和電動勢之間的線性關系，且它的可靠性由于流量傳感器的靈敏性根據氣壓改變而大大地退化。而且，現有的熱敏型質量流速控制器具有如下問題，即根據氣體種類改變流速測量中所用的補償常數很麻煩。
發明內容
構思本發明以解決現有技術中的上述問題。本發明的一個目的在于提供一種用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置，其中在流經流道的氣體中產生壓差，且利用氣體的壓差測量流速，由此大大地提高了控制器的響應和可靠性。
本發明的另一目的在于提供一種用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置，其中由于控制器的快速響應速度和氣體的穩定流動而可以精確且快速地控制氣體的流速。
本發明的再一目的在于提供一種用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置，其中控制器由于其簡單的結構而可以便利且經濟地制造和維護。
本發明的又一目的在于提供一種用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置，其中借助于安裝在流道中且在氣流中產生壓差的壓差產生元件本身的過濾功能可以提高氣體的純凈度。
根據用于獲得上述目的的本發明，提供了一種用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置，其包括主體，其具有用于半導體器件制作中所用氣體的流道；控制閥，其通過打開或關閉主體的流道而控制氣流；壓差產生元件，其安裝在主體的流道中以產生壓差；管，其被安裝為穿過壓差產生元件；壓力傳感器，其容納在管中以檢測流道中由壓差產生元件產生的壓差；以及中央處理器，其根據自壓力傳感器輸入的檢測信號來計算氣體的流速并對控制閥進行控制。
圖1是示出根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的第一實施例的結構的截面圖。
圖2是示出根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的第一實施例的結構的局部放大截面圖。
圖3是沿著圖2的線III-III截取的截面圖。
圖4是示出根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的第二實施例的結構的局部放大截面圖。
圖5是沿著圖4的線V-V截取的截面圖。
圖6是示出根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的第三實施例的結構的局部放大截面圖。
圖7是沿著圖6的線VII-VII截取的截面圖。
圖8是示出根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置的第四實施例的結構的局部放大截面圖。
圖9是沿著圖8的線IX-IX截取的截面圖。
具體實施例方式
首先將描述圖1至3中所示的根據本發明的用于控制氣體流速的裝置的第一實施例。參考圖1和2，限定根據本發明的用于控制氣體流速的裝置外形的主體10由用于氣體的流道12形成，所述氣體諸如半導體器件制作中使用的摻雜劑、蝕刻劑、擴散和凈化氣體。流道12具有進氣口14和排氣口16。入口14連接到氣體供應設備18上。經由出口16排放的氣體提供給半導體器件制作工藝。流道12的上游部分連接到控制閥20的閥室22上。控制閥20的閥室22具有用于借助于執行器24的操作來打開或關閉流道12的閥體26，從而控制氣流。在該實施例中，控制閥20的執行器24可包括螺線管。
參考圖1至3，本發明的用于控制氣體流速的裝置具有安裝在流道12的下游部分處的壓差產生元件30，以在氣流中產生壓差。壓差產生元件30由用于產生氣流的阻力的多孔材料32形成。多孔材料32包括具有多個微小的細孔34的陶瓷過濾器或不銹鋼過濾器。陶瓷過濾器或不銹鋼過濾器可借助于燒結制成。此外，借助于電解拋光可以制造不銹鋼過濾器，使其具有如下表面，所述表面具有優良的精度、清潔度、化學穩定性、耐蝕性等。這種陶瓷過濾器或不銹鋼過濾器可以有效地吸收和去除包含在透過細孔的氣體中的雜質。
如圖3中具體示出的，本發明的用于控制氣體流速的裝置具有安裝在多孔材料32的上邊緣處的管40，以沿著氣體的流向穿過其中。在管40的腔42中容納了用于讀出壓力的壓力傳感器50。在該實施例中，壓力傳感器50適合于保持密封，且可包括用于讀出在多孔材料32的上游和下游側之間產生的壓差的壓差傳感器。
如圖1和2所示，多孔材料32和管40在長度上彼此相同，壓力傳感器50具有比管40短的長度且容納在管40的一側。如果有必要，可適當地改變多孔材料32、管40和壓力傳感器50的長度。壓力傳感器50的位置可改變到管40內的任一位置。雖然圖3示出了管40和壓力傳感器50具有矩形截面，但管40和壓力傳感器50可形成為具有圓形截面。
同時，壓力傳感器50的導線52穿過管40、多孔材料32和主體10，且連接到中央處理器(CPU)60。壓力傳感器50的檢測信號輸入到CPU60中。CPU 60根據從壓力傳感器50輸入的檢測信號來操作控制閥20的執行器24，以打開或關閉流道12，由此控制氣流。控制閥20和CPU 60容納在可拆卸地連接到主體10上的外殼70中。
在根據本發明的用于通過壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置中，當控制閥20的閥體26打開時從氣體供應設備18提供的氣體經由主體10的入口14引入，且沿著主體10的流道12流動，順序地穿過閥室22和多孔材料32的細孔34。當氣體穿過多孔材料32的細孔34時氣體壓力下降，其中細孔34具有比流道12窄的截面。因此，在多孔材料32的上游和下游側之間產生了壓差。
然后，容納在管40的腔42中的壓力傳感器50檢測在多孔材料32的上游和下游側之間產生的壓差，且輸出對應于壓差的檢測信號。CPU 60對從壓力傳感器50輸入的檢測信號與設定值進行比較，然后獲得了氣體的流速。此時，如果穿過多孔材料32的細孔34的氣流是層流，則壓力傳感器50和實際流速之間的檢測信號的相關性是線性的。因此，能夠大大地提高由CPU 60獲得的氣體流速的響應和可靠性。
進而，CPU 60確定獲得的氣體流速是否是預定的適當流速。CPU60還輸出用于操作控制閥20的執行器24的控制信號，以適當地維持氣體的流速。閥體26借助于執行器24的操作打開或關閉流道12，以控制氣流。
因此，能夠以如下方式大大地提高響應特性和可靠性，該方式是壓力傳感器50檢測多孔材料32的上游和下游側之間產生的壓差，CUP60計算氣體的流速，以及用于打開或關閉流道的控制閥20的閥體26控制氣體的流速。另外，可以精確且快速地控制氣體的流速以適合于半導體器件制作。可以使用如下簡單的結構方便地且低成本地制造本發明的用于控制氣體流速的裝置，在所述簡單的結構中，多孔材料32安裝在主體10的流道12中，且壓力傳感器50檢測由于多孔材料32引起的氣體的壓差。可以容易地替換多孔材料32和壓力傳感器50，因此，由于容易和便利的維修而能夠經濟地進行其維護。包含在穿過多孔材料32的細孔34的氣體中的微量雜質被細孔34吸收和去除，導致了氣體純凈度的有效提高。
圖4和5示出了根據本發明的用于控制氣體流速的裝置的第二實施例的結構。根據第二實施例的用于控制氣體流速的裝置的結構和操作與上述的根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置的結構和操作基本相同。參考圖4和5，多孔材料32安裝在主體10的流道12中，且管40安裝在多孔材料32的中心處，以沿著氣體的流向穿過多孔材料32。壓力傳感器50的導線52容納在管40的腔42中且穿過管40、多孔材料32和主體10，并且以與圖1相同的方式連接到CPU 60。
對于管40和壓力傳感器50安裝在多孔材料32的中心處的結構，氣體流過設置在流道12的中心處的壓力傳感器50周圍的多孔材料32。壓力傳感器50起到對主體10的流道12中的氣流產生阻力的阻流器的作用。如圖2和3所示，在根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置中，管40和壓力傳感器50安裝在多孔材料32的上邊緣處從而處于流道12的壁表面附近，由于起到氣流的阻流器作用的壓力傳感器50，因此存在壓力傳感器50與流道12的上壁表面的接觸部分的上游和下游的死體積(dead volume)。在根據第二實施例的用于控制氣體流速的裝置中，穿過壓力傳感器50周圍的多孔材料32建立了氣流，由此防止產生這樣的死體積。因此，根據第二實施例的用于控制氣體流速的裝置具有如下優點，即可以平穩地維持氣流，且具有根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置的出色響應。
圖6和7示出了根據本發明的用于控制氣體流速的裝置的第三實施例的結構。以與根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置相同的方式，根據第三實施例的用于控制氣體流速的裝置同樣包括主體10、控制閥20、CPU 60和外殼70。參考圖6和7，用作壓差產生元件30的多孔材料132安裝在主體10的流道12中，且多孔材料132由具有多個細孔134的陶瓷過濾器或不銹鋼過濾器形成。
多孔材料132包括垂直地鄰接流道12的下壁表面的第一垂直板部件136a、自第一垂直板部件136a的下游端水平延伸的水平板部件136b、和自水平板部件136b的下游端垂直延伸且鄰接流道12的上壁表面的第二垂直板部件136c。多孔材料132的水平板部件136b具有垂直地穿過平板部件136b的，即垂直于氣體的流向的管140。壓力傳感器150以密封的方式容納在管140的腔142中。壓力傳感器150的導線152穿過管140、多孔材料132的水平板部件136b和第二垂直板部件136c以及主體10，且以與圖1相同的方式連接到CPU 60。
在根據如上構造的第三實施例的用于控制氣體流速的裝置中，通過主體10的入口14引入的氣體沿著流道12流動，同時穿過第一和第二垂直板部件136a和136c的各細孔134。此時，存在穿過具有比流道12的截面積窄的截面積的細孔134的氣體的壓力下降，且在水平板部件136b的上面和下面之間產生了壓差。容納在管140的腔142中的壓力傳感器150檢測在水平板部件136b的上面和下面之間的壓差，并且輸出檢測信號。CPU 60對從壓力傳感器150輸入的檢測信號與設定值進行比較，獲得氣體的流速，然后以與上述相同的方式，通過控制閥20的執行器24的操作來打開或關閉流道12，從而控制氣流。
同時，由于在根據圖6所示第三實施例的用于控制氣體流速的裝置中，壓力傳感器150與氣體的流向平行地安裝，所以與圖3和4所示的壓力傳感器150的面的面積相比，大大地減小了氣體的流向上的壓力傳感器150的面的面積。與壓力傳感器50相比，壓力傳感器150的面的面積的這種減小導致曳力的減小。于是，可以使流動損失減到最小。
圖8和9示出了根據本發明的用于控制氣體流速的裝置的第四實施例的結構。以與根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置相同的方式，根據第四實施例的用于控制氣體流速的裝置同樣包括主體10、控制閥20、CPU 60和外殼70。參考圖8和9，作為壓差產生元件30的另一實例的多個毛細管36沿著氣體的流向安裝在主體10的流道12中，以產生氣流的阻力。包含在穿過毛細管36的孔徑38的氣體中的雜質被孔徑38的表面吸收和去除。毛細管36由不銹鋼材料制成，且以與根據第一實施例的用于控制氣體流速的裝置的多孔材料32相同的方式進行電解拋光。作為壓差產生元件30的毛細管36可由多孔板代替。如果有必要，毛細管36或多孔板的表面可用玻璃涂布。
此外，管40沿著氣體流向安裝在毛細管36中的每一個的中心處，且壓力傳感器50安裝在管40的腔42中。在該實施例中，毛細管36和管40可構造成彼此相同。在該情況下，壓力傳感器50可安裝在毛細管36的一個中。壓力傳感器50的導線52穿過毛細管36和主體10，且以與圖1相同的方式連接到CUP 60。
同時，穿過了毛細管36的孔徑38的氣體的壓力以與上述多孔材料32相同的方式下降。壓力傳感器50檢測在毛細管36的上游和下游側之間的壓差，并輸出檢測信號。CPU 60對從壓力傳感器50輸入的檢測信號與設定值進行比較，獲得了氣體的流速，然后以與上述的相同方式，通過操作控制閥20的執行器24來控制氣流。包含在穿過毛細管36的孔徑38的氣體中的雜質被孔徑38的內表面吸收和去除。于是，可以有效地提高氣體的純凈度。
上述本發明的優選實施例僅是為了說明性的目的。本發明的范圍不局限于上述實施例。本領域技術人員在由權利要求限定的本發明的技術精神和范圍內可以進行各種改變、變形或替換。應當理解，這樣的實施例落入本發明的范圍之內。而且，雖然結合半導體器件制作中所用氣體的流速的控制描述了本發明，但本發明還可以應用到化學工藝中所用的氣體或其它流體的流速的控制。
工業適用性如上所述，對于根據本發明的用于控制半導體器件制作中所用氣體的控制氣體流速的裝置，諸如多孔材料或毛細管的壓差產生元件安裝在氣體的流道中，以在沿著流道流動的氣體中產生壓差，且基于氣體的壓差來測量氣體的流速，由此大大地提高了響應特性和可靠性。此外，由于快速的響應速度和穩定氣流，所以能夠精確且快速地控制氣體的流速。此外，有如下優點，即由于其簡單的結構而可以便利且經濟地進行用于控制氣體流速的裝置的制造和維護，且借助于安裝在流道中且產生氣流的壓差的壓差產生元件本身的過濾功能可以提高氣體的純凈度。
權利要求
1.一種用于通過壓差控制半導體器件制作中所用氣體的流速的裝置，包括主體，其具有半導體器件制作中所用氣體的流道；控制閥，其通過打開或關閉主體的流道來控制氣流；壓差產生元件，其安裝在主體的流道中以產生壓差；管，其被安裝成穿過壓差產生元件；壓力傳感器，其被容納在管中以檢測流道中由壓差產生元件產生的壓差；以及中央處理器，其根據從壓力傳感器輸入的檢測信號來計算氣體的流速并對控制閥進行控制。
2.如權利要求1所述的裝置，其中壓差產生元件包括多孔材料。
3.如權利要求2所述的裝置，其中管被安裝成穿過多孔材料的中心。
4.如權利要求1所述的裝置，其中壓差產生元件包括多孔材料，該多孔材料具有垂直地鄰接流道的下壁表面的第一垂直板部件、自第一垂直板部件的下游端水平延伸的水平板部件、和自水平板部件的下游端垂直延伸且鄰接流道的上壁表面的第二垂直板部件。
5.如權利要求4所述的裝置，其中管安裝在多孔材料的水平板部件處，以垂直于氣體的流向穿過該水平板部件，且壓力傳感器水平地容納在管中。
6.如權利要求1所述的裝置，其中壓差產生元件包括沿著氣體的流向安裝的多個毛細管。
全文摘要
提供一種裝置，用于通過在流道中產生壓差來由該壓差控制半導體器件中所用氣體的流速的裝置。壓差產生元件在半導體器件制作中所用的氣體的流道中產生壓差，安裝在流道的旁路處的壓力傳感器檢測該壓差，中央處理單元CPU測量并控制氣體的流速，由此本發明能夠精確且快速地控制流速，并通過壓差產生元件自身的過濾功能來增加氣體的純凈度。
文檔編號G05D7/06GK1813337SQ200480018147
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月24日 優先權日2003年6月27日
發明者安康鎬 申請人:株式會社現代校正認證技術院, 安康鎬