專利名稱：反應腔壓力自平衡控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體設備，進一步是指晶體硅太陽能電池生產線上使用的臥式 閉管高溫擴散與氧化系統的反應腔壓力自平衡控制系統。
背景技術：
高溫擴散氧化系統，主要用于半導體器件、太陽能電池和集成電路等研制、生產中 的擴散、氧化、退火及合金工藝，是一種高精度、高穩定性、高可靠性、長時間連續工作的自 動控制設備。現有的設備主要通過控制反應腔溫度、工藝進氣流量、反應時間，這三個主要 工藝參數來適應工藝的需要。而當前，對于廣泛應用于晶體硅太陽能電池生產線的臥式閉 管擴散爐而言，隨著恒溫區的不斷延長，反應管直徑的不斷加大，反應管內反應氣氛的重復 性、硅片的均勻性開始變得容易波動，容易受進氣流量、石英管內的結構分布、尾氣排風口 的流量、反應腔的密閉性等因素影響。而現有的設備無法對這些參數進行監控和量化，不利 于工藝水平的提高。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，針對現有設備無法對進氣流量、反應管內的結 構分布、尾氣排風口的流量、反應腔的密閉性進行綜合量化監控的缺點，設計一種反應腔壓 力自平衡控制系統，它可以量化和綜合測量進氣流量、反應管內的結構分布、尾氣排風口的 流量、反應腔的密閉性的參數，以提高工藝的可控性、重復性。本實用新型的技術方案是，所述反應腔壓力自平衡系統包括壓力控制儀和一端設 有工藝氣體進口而另一端有石英門的反應腔，該反應腔經石英尾氣管和石英冷凝瓶接至石 英緩沖瓶的進氣端口，石英緩沖瓶的出氣端口同稀釋三通接頭的第一端口連接，稀釋三通 接頭的第二端口經螺旋管和聚四氟調節閥同設有負壓表和手動調節碟閥的抽風管連接，其 結構特點是，壓差傳感器的相對壓力參考端與常壓大氣連通而該壓差傳感器的壓差測量檢 測口同三通接頭的第一端口連接，三通接頭的第二端口經壓力檢測管路和聚四氟接頭同反 應腔連通，微流量控制閥的一端同所述三通接頭的第三端口連接而另一端同氮氣氣源管連 通；氣動后閥的一端經稀釋管道同稀釋三通接頭的第三端口連接而另一端同質量流量控制 器的一端口連接，質量流量控制器的另一端口接至所述氮氣氣源管；壓差傳感器的信號輸 出端同壓力控制儀的信號輸入端連接，壓力控制儀的控制信號輸出端接至質量流量控制器 的控制極。以下對本實用新型做出進一步說明。參見圖1和圖2，所述反應腔壓力自平衡系統包括壓力控制儀26和一端設有工藝 氣體進口 9而另一端有石英門的反應腔10，該反應腔10經石英尾氣管11和石英冷凝瓶14 接至石英緩沖瓶13的進氣端口，石英緩沖瓶13的出氣端口同稀釋三通接頭7的第一端口 連接，稀釋三通接頭7的第二端口經螺旋管5和聚四氟調節閥4同設有負壓表2和手動調 節碟閥3的抽風管1連接，其結構特點是，壓差傳感器22的相對壓力參考端23與常壓大氣連通而該壓差傳感器22的壓差測量檢測口 21同三通接頭25的第一端口連接，三通接頭25 的第二端口經壓力檢測管路24和聚四氟接頭18同反應腔10連通(壓差傳感器22的壓差 測量檢測口 21也可置于反應腔10的石英門12處來實時檢測工藝過程中反應腔10的壓力 值)，微流量控制閥19的一端同所述三通接頭25的第三端口連接而另一端同氮氣氣源管 17連通；氣動后閥15的一端經稀釋管道8同稀釋三通接頭7的第三端口連接而另一端同 質量流量控制器16的一端口連接，質量流量控制器16的另一端口接至所述氮氣氣源管17 ； 壓差傳感器22的信號輸出端同壓力控制儀26的信號輸入端連接，壓力控制儀26的控制信 號輸出端接至質量流量控制器16的控制極。參見圖1，本實用新型的工作原理是，反應腔10中的反應尾氣依次經石英尾氣管 11和置于接液盤中的石英冷凝瓶14、石英緩沖瓶13及稀釋三通接頭7、螺旋管5被抽入抽 風管1而排出，氮氣氣源管17的氮氣經過由質量流量控制器16和氣動后閥15組成的尾氣 稀釋回路27而進入稀釋三通接頭7，與流經該處的反應尾氣匯合，稀釋尾氣；壓差傳感器22 檢測反應腔10的壓力并輸出相應的電壓信號；壓力控制儀26采集壓差傳感器22的輸出電 壓信號，與其設定值進行對比后輸出給由質量流量控制器16、氣動后閥15組成的尾氣稀釋 回路27，尾氣稀釋回路27入口與氮氣氣源管17連接，由壓力控制儀26控制的尾氣稀釋回 路27輸出稀釋氣體(氮氣)的大小可以控制稀釋尾氣抽風的速度，進而達到閉環自動控制 反應腔10內壓力的目的。參見圖2，壓力控制儀26可通過RS485通訊接口與上位機28建 立通訊，以便于數據的采集和工藝數據的控制。為了防止工藝過程中反應腔10的腐蝕性氣體腐蝕壓差傳感器22，在壓差測量管 路設置有微流量控制閥19，通過調整微流量控制閥19輸出一個微小的流量(在閥的出口端 形成微正壓)，可以保證在對測量反應腔10的壓差影響極小的情況下，對壓差傳感器22形 成保護；微流量控制閥19連接處的氮氣氣源管17設置有一個帶觸點的壓力開關20，以對 因氣壓變化而導致稀釋流量的波動進行響應。抽風管1是閉管高溫擴散氧化系統的尾氣集 中排放口，其與外圍酸排口對接；抽風管1的主管路設置有負壓表2和手動調節碟閥3用以 粗調主抽風管的負壓值，也可以通過聚四氟調節閥4手動調節每管的抽風大小。聚四氟調 節閥4具有關閉功能，以便于密閉反應腔10的密封檢測。反應腔10的密封檢測的方法為關閉聚四氟調節閥4，關閉壓力控制儀26的輸 出，用石英門12蓋緊反應腔10 ；在石英尾氣管11、石英緩沖瓶13、石英冷凝瓶14等連接好 的情況下，工藝氣體進口 9以1SLM的流量通入反應腔15秒后，關閉送氣。檢查壓力控制儀 26顯示的正壓最大值(大于600Pa)和正壓消失時間(大于5分鐘)是否能達到標準。由以上可知，本實用新型為反應腔壓力自平衡系統，它將壓力參數引入晶體硅太 陽能電池生產線上使用的臥式閉管高溫擴散/氧化系統中，而且可對該壓力值進了自動控 制，能很好的解決進氣流量、反應管內的結構分布、尾氣排風口的流量、反應腔的密閉性差 異帶來的工藝波動問題，其提供的反應腔密閉檢查、壓差傳感器的微流量保護、主抽風管道 的粗調很好的保證了該系統的運行的可靠性。
圖1是本實用新型一種實施例結構示意圖；圖2是本實用新型一種實施例控制原理框圖。[0013]在圖中[0014]1-抽風管，2-負壓表，3-手動調節碟閥，[0015]4_聚四氟調節閥，5-螺旋管，6_接液盤，[0016]7-稀釋三通接頭，8-稀釋管道，9_工藝氣體進口，[0017]10-反應腔，11-石英尾氣管，12-石英門，[0018]13-石英緩沖瓶，14-石英冷凝瓶，15-氣動后閥，[0019]16-質量流量控制器，17-氮氣氣源管，18-聚四氟接頭，[0020]19-微流量控制閥，20-壓力開關，21-壓差測量檢測口，[0021]22-壓差傳感器，23-相對壓力參考端，24-壓力檢測管路，[0022]25-三通接頭，26-壓力控制儀，27-尾氣稀釋回路，[0023]28-上位機。
具體實施方式
如圖1所示，所述反應腔壓力自平衡系統包括壓力控制儀26和一端設有工藝氣體 進口 9而另一端有石英門的反應腔10，該反應腔10經石英尾氣管11和石英冷凝瓶14接 至石英緩沖瓶13的進氣端口，石英緩沖瓶13的出氣端口同稀釋三通接頭7的第一端口連 接，稀釋三通接頭7的第二端口經螺旋管5和聚四氟調節閥4同設有負壓表2和手動調節 碟閥3的抽風管1連接，壓差傳感器22的相對壓力參考端23與常壓大氣連通而該壓差傳 感器22的壓差測量檢測口 21同三通接頭25的第一端口連接，三通接頭25的第二端口經 壓力檢測管路24和聚四氟接頭18同反應腔10連通，微流量控制閥19的一端同所述三通 接頭25的第三端口連接而另一端同氮氣氣源管17連通；氣動后閥15的一端經稀釋管道8 同稀釋三通接頭7的第三端口連接而另一端同質量流量控制器16的一端口連接，質量流量 控制器16的另一端口接至所述氮氣氣源管17 ；壓差傳感器22的信號輸出端同壓力控制儀 26的信號輸入端連接，壓力控制儀26的控制信號輸出端接至質量流量控制器16的控制極。所述石英冷凝瓶14和石英緩沖瓶13置于接液盤6中。在所述流量控制閥19連接部位的氮氣氣源管17還接有用于檢測氮氣氣源管17 內的氣壓大小的帶觸點壓力開關20，該壓力開關20的信號輸出端接到上位機28的信號接 入端；通過調節壓力開關20的上限和下限觸點所代表的壓力數值，可以對氮氣氣源管17的 壓力范圍作出檢測，以保證質量流量控制器16和微流量控制閥19工作在合適的符合要求 的壓力范圍內，增強控制的準確性和穩定性。當檢測壓力低于壓力開關20的下限觸點設定 值時，或者高于壓力開關20的上限觸點設定值時，壓力開關20輸出信號到上位機28，提示 壓力系統需要調節。壓力控制儀26還可通過RS485通訊接口與上位機28建立通訊連接，以便于數據 的采集和工藝數據的控制。所述壓力控制儀26、質量流量控制器16、壓差傳感器22及本實用新型的系統中其 它相關器件均可采用市售產品。整個臥式閉管高溫擴散/氧化系統安裝完成之后，應該立刻對反應腔10進行密封 檢測。反應腔10的密封檢測的方法為關閉聚四氟調節閥4，關閉壓力控制儀26的輸出，用 石英門12蓋緊反應腔10，工藝氣體以1SLM的流量通入反應腔10十五秒后，關閉送氣。檢
5查壓力控制儀26顯示的的正壓最大值(大于600Pa)和正壓消失時間(大于5分鐘)是否 能達到。然后操作手動調節碟閥3使負壓表2達到合適的負壓值(如_300Pa)；再通過調 整微流量控制閥19設置一個微小的流量(如10SCCM)，以保證在對測量反應腔10的壓差影 響極小的情況下，對壓差傳感器22形成保護。以上步驟完成之后，反應腔壓力自平衡系統 可以進入工作狀態。工作時，上位機28根據工藝數據設定的參數首先給壓力控制儀26 — 個設定值，壓力控制儀26根據這個設定值和其檢測值通過PID運算輸出電壓型號給尾氣稀 釋回路27，然后尾氣稀釋回路27通過稀釋尾氣抽風達到調整反應腔10內壓力的目的，整個 過程為全自動閉環控制。
權利要求一種反應腔壓力自平衡系統，包括壓力控制儀(26)和一端設有工藝氣體進口(9)而另一端有石英門的反應腔(10)，該反應腔(10)經石英尾氣管(11)和石英冷凝瓶(14)接至石英緩沖瓶(13)的進氣端口，石英緩沖瓶(13)的出氣端口同稀釋三通接頭(7)的第一端口連接，稀釋三通接頭(7)的第二端口經螺旋管(5)和聚四氟調節閥(4)同設有負壓表(2)和手動調節碟閥(3)的抽風管(1)連接，其特征是，壓差傳感器(22)的相對壓力參考端(23)與常壓大氣連通而該壓差傳感器(22)的壓差測量檢測口(21)同三通接頭(25)的第一端口連接，三通接頭(25)的第二端口經壓力檢測管路(24)和聚四氟接頭(18)同反應腔(10)連通，微流量控制閥(19)的一端同所述三通接頭(25)的第三端口連接而另一端同氮氣氣源管(17)連通；氣動后閥(15)的一端經稀釋管道(8)同稀釋三通接頭(7)的第三端口連接而另一端同質量流量控制器(16)的一端口連接，質量流量控制器(16)的另一端口接至所述氮氣氣源管(17)；壓差傳感器(22)的信號輸出端同壓力控制儀(26)的信號輸入端連接，壓力控制儀(26)的控制信號輸出端接至質量流量控制器(16)的控制極。
2.根據權利要求1所述反應腔壓力自平衡系統，其特征是，在所述流量控制閥(19)連 接部位的氮氣氣源管(17)還接有用于檢測氮氣氣源管(17)內的氣壓大小的帶觸點壓力開 關(20)，該壓力開關(20)的信號輸出端接到上位機(28)的信號接入端。
3.根據權利要求1所述反應腔壓力自平衡系統，其特征是，壓力控制儀(26)通過 RS485通訊接口與上位機(28)建立通訊連接。
4.根據權利要求1所述反應腔壓力自平衡系統，其特征是，所述石英冷凝瓶(14)和石 英緩沖瓶(13)置于接液盤(6)中。
專利摘要一種反應腔壓力自平衡控制系統，包括壓力控制儀、反應腔，反應腔經石英尾氣管、石英冷凝瓶、稀釋三通接頭同抽風管連接，壓差傳感器的一端與大氣連通而另一端接至與反應腔連通的壓力檢測管路，微流量控制閥接在管路和氮氣氣源管之間；氣動后閥的一端同稀釋三通接頭連接而另一端同質量流量控制器的連接，質量流量控制器接至氮氣氣源管；壓差傳感器的信號輸出端同壓力控制儀的信號輸入端連接，壓力控制儀的控制信號輸出端接至質量流量控制器的控制極。它解決了由進氣流量、反應管內的結構分布、尾氣排風口的流量、反應腔的密閉性差異帶來的工藝波動問題。
文檔編號H01L31/18GK201608194SQ20092025965
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者吳德軼 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所