CN113441023A - 气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备，该气体混合机构包括气体混合腔体、掺杂气体支管和携带气体支管；气体混合腔体具有混流内腔以及与混流内腔连通的第一进气口、第二进气口和出气口，第一进气口和第二进气口位于气体混合腔体的第一端，出气口位于气体混合腔体的第二端；掺杂气体支管与第一进气口连通，携带气体支管与第二进气口连通，第一进气口的轴线与第二进气口的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过第一进气口通入的掺杂气体与通过第二进气口通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且混合气体自第一端流向第二端，第一方向为第一端至第二端的方向。上述方案能够提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

Description

气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备。

背景技术

在半导体制造的诸多工艺中，晶片都需要在工艺环境下进行处理，而工艺环境是在工艺腔室中通入工艺气体形成的。工艺气体包括掺杂气体和携带气体，由于掺杂气体的用量较少，故需要由携带气体进行稀释，二者在管路中混合后再输送至工艺腔室中。例如，在化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺中，掺杂气体通常需要与氢气混合后再通入工艺腔室内。

在相关技术中，掺杂气体和携带气体在混合管路中的对冲效果较弱，这样会导致二者的混合效果较差，具体可表现为掺杂气体和携带气体在混合后出现明显的分层。在掺杂气体和携带气体混合不均匀的情况下，工艺质量会受到严重的负面影响。

发明内容

本申请公开一种气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备，以提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

为了解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

第一方面，本申请提供一种半导体工艺设备的气体混合机构，其包括气体混合腔体、掺杂气体支管和携带气体支管，其中：

所述气体混合腔体具有混流内腔以及与所述混流内腔连通的第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和所述第二进气口位于所述气体混合腔体的第一端，所述出气口位于所述气体混合腔体的第二端；

所述掺杂气体支管与所述第一进气口连通，所述携带气体支管与所述第二进气口连通，所述第一进气口的轴线与所述第二进气口的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过所述第一进气口通入的掺杂气体与通过所述第二进气口通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且所述混合气体自所述第一端流向所述第二端，所述第一方向为所述第一端至所述第二端的方向。

第二方面，本申请提供一种半导体工艺设备的进气管路结构，其用于向半导体工艺设备的工艺腔室中通入工艺气体，该进气管路机构包括多条气源管路、气体混合机构、多条进气管路以及控压管路，其中：

所述多条气源管路与所述气体混合机构的多个进气口一一对应地连通，用于向所述气体混合机构通入不同的工艺气体；

所述气体混合机构用于混合所述不同的工艺气体，以形成混合气体；

所述多条进气管路的一端均与所述气体混合机构的出气口连通，且另一端均与所述工艺腔室连通，用于将所述混合气体通入所述工艺腔室；

所述控压管路的一端与所述气体混合机构的出气口连通，另一端与所述半导体工艺设备的排气装置连通，用于排出部分所述混合气体，所述控压管路上设置有压力控制器，用于控制所述控压管路排出的所述混合气体的流量，以使所述多条进气管路中的压力保持稳定。

第三方面，本申请提供一种半导体工艺设备，其包括工艺腔室以及本申请第二方面所述的进气管路结构。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请公开的气体混合机构中，第一进气口的轴线与第二进气口的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过第一进气口通入的掺杂气体与通过第二进气口通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且混合气体自所述第一端流向所述第二端，第一方向为第一端至第二端的方向。由此可知，本申请的气体混合机构能够对掺杂气体和携带气体进行转动混合，混合气体在混合内腔中转动输送时，相当于增加了混合气体的输送行程，进而增加了混合时间，无疑能够有效提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性；同时，混合气体在转动输送的过程中，其会不断与混合内腔的腔壁产生碰撞，以加剧掺杂气体和携带气体的对冲混合的剧烈程度，进而进一步地提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1为本申请实施例公开的气体混合机构的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的气体混合机构一种视角下的剖视图；

图3为图2中的局部放大图；

图4为本申请实施例公开的气体混合机构另一种视角下的剖视图及其局部放大图；

图5为本申请实施例公开的气体管路结构的结构示意图；

图6为本申请实施例公开的气体管路结构的电气原理示意图。

附图标记说明：

100-第一气源管路、200-第二气源管路、

300-气体混合机构、310-气体混合腔体、311-混流内腔、312-第一进气口、313-第二进气口、314-出气口、320-掺杂气体支管、321-第一管段、330-携带气体支管、331-第二管段、332-第三管段、340-出气支管、341-第四管段、

400-第一进气管路、500-第二进气管路、

600-控压管路、700-第一排气管路、800-第二排气管路、

MFC001-第一流量控制器、MFC002-第二流量控制器、MFC003-第三流量控制器、MFC004-第四流量控制器、EPC005-压力控制器、

V031-第一控制阀、V041-第二控制阀、V032-第三控制阀、V042-第四控制阀、V051-第五控制阀、

CV001-单向阀、RUN1-中央进气通道、RUN2-边缘进气通道、VENT-排气装置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各个实施例公开的技术方案。

为了解决相关技术中掺杂气体和携带气体混合不均匀的问题，本申请实施例提供一种半导体工艺设备的气体混合机构，用于混合掺杂气体和携带气体以形成混合气体。在不同的半导体制造工艺中，掺杂气体和携带气体的类型也不同，例如，采用化学气相沉积(即CVD)工艺进行碳化硅的外延生长时，掺杂气体可选为氮气和三甲基铝，携带气体可选为氢气；或者，掺杂气体也可选为硅烷，携带气体可选为二氧化氮等。

如图1～图4所示，本申请实施例所公开的气体混合机构300包括气体混合腔体310、掺杂气体支管320和携带气体支管330。

其中，气体混合腔体310是该气体混合机构300的主体部分，气体混合腔体310具有混流内腔311以及与混流内腔311连通的第一进气口312、第二进气口313和出气口314，第一进气口312和第二进气口313位于气体混合腔体310的第一端，出气口314位于气体混合腔体的第二端。混流内腔311为掺杂气体和携带气体提供了混合空间，以在混流内腔311内形成混合气体。第一进气口312和第二进气口313均是气体混合腔体310的进气通道，而出气口314是气体混合腔体310的出气通道。

在本申请实施例中，气体混合腔体310的形状可以有多种类型，例如平直管状(如图1所示)、U形管状、S形管状等，本申请实施例对其不做具体限制。

掺杂气体支管320与第一进气口312连通，携带气体支管330与第二进气口313连通。掺杂气体支管320用于输送掺杂气体，并通过第一进口气通入到混流内腔311中，携带气体支管330用于输送携带气体，并通过第二进气口313通入到混流小腔中。

第一进气口312的轴线与第二进气口313的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过第一进气口312通入的掺杂气体与通过第二进气口313通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且混合气体自第一端流向第二端，第一方向为第一端至第二端的方向。

在此种结构布局下，如图3所示，通入混流内腔311中的掺杂气体和携带气体的气流也会呈第一预设夹角，这就使得在掺杂气体和携带气体中，无论二者是直接汇流，亦或者是通过混流内腔311的腔壁导向后再汇流，其中一者始终会存在推动另一者的作用力，这样就使得二者在汇流会形成转动的混合气体。如图4所示，由于掺杂气体和携带气体均是由气体混合腔体310的第一端通入，二者在混合后会朝向气体混合腔体310的第二端输送，进而使得混合气体围绕第一方向转动。

应理解的是，本申请实施例的混合气体可以大致呈螺旋状形态进行输送，当然也可以是呈不规则形状输送的环绕第一方向转动的气流。

相较于混合气体沿第一方向直接输送的方式，本申请实施例的中混合气体是围绕第一方向进行转动输送，由于在混流内腔311内混合气体均是由第一端输送至第二端，在输送距离一致的情况下，转动输送的混合气体在混流内腔311中输送时无疑具有更长的行程，如此就使得掺杂气体和携带气体具有更长的混合时间，进而提升了掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

同时，当掺杂气体和携带气体形成围绕第一方向转动的混合气体后，基于其转动轨迹，混合气体会多次与混流内腔311的腔壁碰撞，在碰撞过程中，混合气体中的掺杂气体和携带气体会不断对冲混合，进而不断地强化混合效果，以提升混合均匀性；以及，混合气体再与混流内腔311的腔壁碰撞后由于受到腔壁的导向作用，其转动趋势会进一步加强，进而增加了混合气体在混流内腔311中输送的转动行程，这样也能够强化混合均匀性。

在本申请实施例中，通入混流内腔311中的掺杂气体的气流状态是由第一进气口312的轴线决定，通入混流内腔311中的携带气体的气流状态是由第二进气口313的轴线决定。本申请实施例的第一进气口312的轴线和第二进气口313的轴线的布置放置有多种，在一种具体的实施方式中，如图1～图3所示，本申请实施例的第一进气口312的轴线与第二进气口313的轴线可以位于气体混合腔体310的同一横截面上，且第一预设夹角可以为90°。

如此设置下，由第一进气口312通入混流内腔311中的掺杂气体和由第二进气口313通入混流内腔311中的携带气体也处于同一平面上，这样有利于二者第一时间实现汇流，在汇流时掺杂气体和携带气体进行对冲，进而实现混合；由于此时掺杂气体和携带气体并不是与混流内腔311的腔壁碰撞导向后再进行汇流，因此掺杂气体和携带气体的动能都处于最大值，这样使得二者在对冲时碰撞会更加剧烈而使得内部分子的混合更为充分，进而有利于提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

由于第一预设夹角呈90°，这样有利于使得掺杂气体和携带气体形成转动的混合气体；同时，如此设置下，为了与第一进气口312和第二进气口313进行配合，外部的管路通常也设置成呈相垂直的形式，这样使得管路的结构布局更为规则，既提升了结构紧凑性，又便于加工。

当然，在其他的实施方式中，第一进气口312的轴线和第二进气口313的轴线也可以处于不同的横截面上；而第一预设夹角也可以为其他的数值，例如60°、75°、110°等。

为了便于掺杂气体和携带气体在混合进行输送，如图4所示，本申请实施例的混流内腔311可以为圆柱状内腔，圆柱状内腔可以提供较好的输送环境。当然，混流内腔311也可以为三棱柱内腔、方形内腔等。

进一步地，本申请实施例的圆柱状内腔的中心轴线可以与第一方向相平行。应理解的是，虽然混合气体是围绕第一方向进行转动，但是混合气体整体是沿第一方向进行输送，如此设置下，混合气体整体即是沿与圆柱形内腔的中心轴线相平行的方向进行输送，这样有利于顺利实现混合气体从混流内腔311的第一端输送至第二端，进而在掺杂气体和携带气体混合得更均匀的前提下顺利将混合气体从气体混合腔体310中送出。

由上述说明可知，在本申请实施例公开的气体混合机构300中，第一进气口312的轴线与第二进气口313的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过第一进气口312通入的掺杂气体与通过第二进气口313通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且混合气体自第一端流向第二端，第一方向为第一端至第二端的方向。

由此可知，本申请实施例的气体混合机构300能够对掺杂气体和携带气体进行转动混合，混合气体在混合内腔中转动输送时，相当于增加了混合气体的输送行程，进而增加了混合时间，无疑能够有效提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性；同时，混合气体在转动输送的过程中，其会不断与混合内腔的腔壁产生碰撞，会加剧掺杂气体和携带气体的对冲混合的剧烈程度，进而进一步地提升掺杂气体和携带气体的混合均匀性。

如图1～图3所示，为了与第一进气口312的结构相适配，以配合第一进气口312的输送特点，本申请实施例的掺杂气体支管320可以包括延伸方向与第一进气口312的贯通方向一致的第一管段321，第一管段321与第一进气口312连通。这样就使得第一管段321的轴线与第一进气口312的轴线的延伸方向一致，能够减少掺杂气体通入过程中受到的碰撞，而确保掺杂气体具有一定的动能，且更便于掺杂气体是沿第一进气口312的轴线方向通入至混流内腔311中。

同时，本申请实施例的第一管段321的流通面积可以大于第一进气口312的流通面积。在此种结构布局下，第一进气口312相当于在第一管段321的末端形成缩口状结构，当掺杂气体从第一管段321的末端通入至第一进气口312的过程中，由于流通面积的减小，会导致同等体积的掺杂气体被压缩而使得流速显著加快，相当于使得掺杂气体的气流状态变为射流状态，如此情况下，掺杂气体的气流的动能被提升，其在混流内腔311中能够与携带气体和混流内腔311的腔壁产生更强烈的对冲，进而有效提升混合均匀性。

再者，第一管段321与第一进气口312可以偏置设置，第一进气口312贴近第一管段321靠近第二进气口313的一侧的管壁设置。应理解的是，第一管段321和第一进气口312异轴设置，也即第一管段321的轴线与第一进气口312的轴线不共线，又由于第一进气口312更贴近第二进气口313的一侧设置，当掺杂气体由第一进气口312通入混流内腔311中时，其会形成更靠近第二进气口313的加速气流，更便于与携带气体实现对冲。

当然，本申请实施例的掺杂气体支管320还可以包括其他的管段，第一管段321与这些管段配合来改变掺杂气体支管320的接口布局。

如图1～图3所示，为了与第二进气口313的结构相适配，以配合第二进气口313的输送特点，本申请实施例的携带气体支管330可以包括延伸方向与第二进气口313的贯通方向一致的第二管段331，第二管段331与第二进气口313连通。这样就使得第二管段331的轴线与第二进气口313的轴线的延伸方向一致，能够减少携带气体通入过程中受到的碰撞，而确保携带气体具有一定的动能，且更便于携带气体是沿第二进气口313的轴线方向通入至混流内腔311中。

同时，本申请实施例的第二管段331的流通面积可以大于第二进气口313的流通面积。在此种结构布局下，第二进气口313相当于在第二管段331的末端形成缩口状结构，当携带气体从第二管段331的末端通入至第二进气口313的过程中，由于流通面积的减小，会导致同等体积的携带气体被压缩而使得流速显著加快，相当于使得携带气体的气流状态变为射流状态，如此情况下，携带气体的气流的动能被提升，其在混流内腔311中能够与掺杂气体和混流内腔311的腔壁产生更强烈的对冲，进而有效提升混合均匀性。

再者，第二管段331与第二进气口313可以偏置设置，第二进气口313贴近第二管段331远离第一进气口312的一侧的管壁设置。应理解的是，第二管段331和第二进气口313异轴设置，也即第二管段331的轴线与第二进气口313的轴线不共线，又由于第二进气口313更远离第一进气口312的一侧设置，当携带气体由第二进气口313通入混流内腔311中时，其会形成更远离第一进气口312的加速气流，更便于在与掺杂气体的对冲作用下而形成转动的混合气体。

基于携带气体支管330包括第二管段331的实施方式，本申请实施例的携带气体支管330还可以包括第三管段332，第二管段331连接于第三管段332与第二进气口313之间，且第二管段331与第三管段332之间呈第二预设夹角。如此设置下，携带气体支管330呈弯折状，这样可通过调节第三管段332的延伸方向而使得携带气体支管330能够适应更多的结构布局环境，也就是说，第三管段332的朝向设置不同而适配不同方位的携带气体气源的输送管路。

同时，这样更容易将携带气体支管330设置得比掺杂气体支管320更长，使得掺杂气体的输送路径更短，以确保掺杂气体能够更先一步通入至混流内腔311中，这样能够避免混流内腔311中充满携带气体而无法通入掺杂气体的情况出现。需要说明的是，由于掺杂气体的用量较小，其在输送时气压较低，而携带气体气压较高，即便二者通入混流内腔311中，掺杂气体也会被携带气体挤出，进而出现无法产生混合气体的问题出现。在本申请实施例中，即可通过适应性设置掺杂气体支管320和携带气体支管330的长度尺寸来应对上述的问题。

在本申请实施例中，第二预设夹角的具体数值未进行限制，如图2所示，第二预设夹角可以为90°，这样使得第二管段331和第三管段332相垂直，携带气体支管330的整体形状更为规则，有利于优化结构布局、提升结构紧凑性。当然，第二预设夹角也可为45°、70°、110°等。

如图1和图4所示，为了便于将混合气体输出，本申请实施例的气体混合机构300还可以包括出气支管340，出气支管340包括延伸方向与出气口314的贯通方向一致的第四管段341，第四管段341与出气口314连通。如此设置下，第四管段341的轴线与出气口314的轴线的延伸方向一致，其能够配合出气口314的输送特点，而减少混合气体在输出过程中受到的碰撞，以确保混合气体具有一定的动能，进而实现顺利从气体混合腔体310输出。

同时，第四管段341的流通面积大于出气口314的流通面积。如此设置下，出气口314相当于在混流内腔311与第四管段341之间形成了缩口状结构，当混合气体从混流内腔311输送至第四管段341的过程中，同等体积的混合气体会在出气口314中被压缩，而使得混合气体呈射流状态通入第四管段341中。在混合气体被压缩的过程中，其内部的掺杂气体和携带气体的分子运动会加剧，进而进一步地强化混合效果，并优化混合均匀性。

第四管段341与出气口314同轴设置，也就是说，第四管段341的轴线与出气口314的轴线共线，这样能够使得混合气体在第四管段341的中心区域通入，进而优化混合气体在第四管段341中的分布均匀性。

当然，本申请实施例未限制出气支管340的具体构型，其也可以包括除第四管段341之外的其他管段，第四管段341与这些管段配合来改变出气支管340的结构布局。

在相关技术中，当气体混合机构300输出混合气体后，混合气体会经过进气管路通入至半导体工艺设备的工艺腔室中，以向工艺腔室中通入混合气体，以使得工艺腔室内形成特定的工艺环境。

由于混合气体在通入工艺腔室之前，会由相关的阀门(例如蝶阀等)控制流量，以及由相关的流体驱动装置(例如真空泵等)控制流速，这样能够确保进气管路中的后端气压稳定，此种情况下，若厂务端出现了供给波动，则会造成进气管路前端的气压波动，具体表现出在气体混合机构300的出气口314处出现气压波动，这样会导致进气管路中的浓度和流量的波动，如此势必会影响到工艺质量。

基于此，本申请实施例还提供一种半导体工艺设备的进气管路结构，其用于向半导体工艺设备的工艺腔室中通入工艺气体，此处的工艺气体等同于混合气体。如图5和图6所示，本申请实施例的进气管路结构可以包括多条气源管路、气体混合机构300、多条进气管路以及控压管路600。

其中：多条气源管路与气体混合机构300的多个进气口一一对应地连通，用于向气体混合机构300通入不同的工艺气体；气体混合机构300用于混合不同的工艺气体，以形成混合气体；多条进气管路的一端均与气体混合机构300的出气口314连通，且另一端均与工艺腔室连通，用于将混合气体通入工艺腔室。此处的工艺气体也可以是掺杂气体和/或携带气体，也即混合处理之前的气体。

在本申请实施例中，控压管路600的一端与气体混合机构300的出气口314连通，另一端与半导体工艺设备的排气装置VENT连通，用于排出部分混合气体，控压管路600上设置有压力控制器EPC005，用于控制控压管路600排出的混合气体的流量，以使多条进气管路中的流量保持稳定。

应理解的是，多条进气管路的前端气压可以由气体混合机构300的出气口314的气压进行表征，当出气口314的气压出现波动时，则可以通过压力控制器EPC005来调节控压管路600中的流量，进而调节进气管路中的流量来达到流量稳定的效果。由于压力控制器EPC005自身即具备闭环的检测控制功能，其能够根据对出气口314的气压进行检测，并根据检测的气压数据适应性调节控压管路600中的流量。

在本申请实施例中，压力控制器EPC005有多种类型，其除了为图5和图6示出的电子压力控制器(Electronic Pressure Controls，EPC)之外，还可以为电子压力调节器、压力真空控制器等其他类型的压力控制器。

在具体的操作过程中，需要对压力控制器EPC005预先设置预设气压，预设气压与出气口314的气压相匹配。当出气口314的气压大于预设气压时，则出气口314通入进气管路中的混合气体的流量和浓度都会增大，此时，压力控制器EPC005根据检测结果而自动调大控压管路600中的流量，具体是通过调大压力控制器EPC005内部的流量控制阀的开度来实现，如此情况下，经由控压管路600排出的混合气体增多，就能够有效减小由出气口314通入至进气管路中的混合气体的流量，进而也降低了进入工艺腔室中的混合气体的浓度。

当出气口314的气压小于预设气压时，则出气口314通入进气管路中的混合气体的流量和浓度都会减小，此时，压力控制器EPC005根据检测结果而自动调小控压管路600中的流量，具体是通过调小压力控制器EPC005内部的流量控制阀的开度来实现，如此情况下，经由控压管路600排出的混合气体减少，就能够有效增多由出气口314通入至进气管路中的混合气体的流量，进而也提高了进入工艺腔室中的混合气体的浓度。

由上述内容可知，本申请实施例的气体管路结构能够适应性调节进气管路中混合气体的流量和浓度，以应对厂务端的供给波动，进而确保半导体工艺设备实现较优的工艺质量。

具体地，如图6所示，本申请实施例的多条气源管路包括第一气源管路100和第二气源管路200，气体混合机构300为前述任一方案中的气体混合机构300，这样就使得该气体管路结构具备前述任一方案的有益效果，在此不再赘述。

其中，第一气源管路100连接在掺杂气体气源与掺杂气体支管320之间，第二气源管路200连接在携带气体气源与携带气体支管330之间，第一气源管路100上设有第一流量控制器MFC001，第二气源管路上设有第二流量控制器MFC002。在此种结构布局下，第一气源管路100用于输送掺杂气体，第一流量控制器MFC001可预先设置第一预设流量，第一流量控制器MFC001能够闭环检测调节第一气源管路100上的流量趋于第一预设流量；第二气源管路200用于输送携带气体，第二流量控制器MFC002可预先设置第二预设流量，第二流量控制器MFC002能够闭环检测调节第二气源管路200上的流量趋于第二预设流量。

在可选的方案中，本申请实施例的第一流量控制器MFC001与第一进气口312之间的距离可以小于预设阈值。结合前述，由于掺杂气体的用量较小，其在输送时气压较低，而携带气体气压较高，即便二者通入混流内腔311中，掺杂气体也会被携带气体挤出；在该实施方式中，通过设置第一流量控制器MFC001和第一进气口312之间的距离在预设阈值之内，以确保气压较低的掺杂气体在通过第一流量控制器MFC001调节后，经由较短的管路而能够顺利通入至混流内腔311中。

具体地，如图5和图6所示，本申请实施例的第一流量控制器MFC001与第一进气口312之间的距离为第一距离，所述第二流量控制器MFC002与所述第二进气口313之间的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。在此种结构布局下，经过第一流量控制器MFC001调节后，掺杂气体经由较短的管路通入混流内腔311中，经过第二流量控制器MFC002调节后，携带气体经由较长的管路通入混流内腔311中，这有无疑能够有利于掺杂气体先于携带气体通入至混流内腔311中。

结合前述可知，在本申请实施例的气体管路结构中，为了确保气压较低的掺杂气体能够顺利通入至混流内腔311中，需要设定掺杂气体和携带气体的输送顺序，而这就造成掺杂气体先通入混流内腔311中后，混流内腔311中充满掺杂气体而导致携带气体无法通入至混流内腔311中，甚至会存在掺杂气体倒灌至第二气源管路200而污染携带气体气源的问题。基于此，如图6所示，本申请实施例的第二气源管路200上还可以设置有单向阀CV001，且单向阀CV001位于第二流量控制器MFC002与携带气体支管330之间，如此设置下，单向阀CV001能够在第二气源管路200上放置管路内部的气体回流，既能够确保携带气体积蓄到一定量之后顺利挤入到混流内腔311中，还能够防止混流内腔311中的掺杂气体倒灌至第二气源管路200。

在本申请实施例中，气体管路结构还可以包括第三气源管路、第四气源管路等，其可以根据混合气体的成分构成而适应性配置。

在可选的方案中，如图6所示，本申请实施例的多条进气管路可以包括第一进气管路400和第二进气管路500，工艺腔室具有中央进气通道RUN1和边缘进气通道RUN2，其中：第一进气管路400连接在出气口314与中央进气通道RUN1之间，以用于向工艺腔室的中心区域输送混合气体；第一进气管路400上设置有第三流量控制器MFC003；第二进气管路500连接在出气口314与边缘进气通道RUN2之间，以用于向工艺腔室的边缘区域输送混合气体；第二进气管路500上设置有第四流量控制器MFC004。

应理解的是，第三流量控制器MFC003可预先设置第三预设流量，第三流量控制器MFC003能够闭环检测调节第一进气管路400上的流量趋于第三预设流量；第四流量控制器MFC004可预先设置第四预设流量，第四流量控制器MFC004能够闭环检测调节第二进气管路500上的流量趋于第四预设流量。由此可知，在本申请实施例的气体管路结构中，通过设置第三流量控制器MFC003可以控制调节通入中央进气通道RUN1的混合气体流量，通过设置第四流量控制器MFC004可以控制调节通入边缘进气通道RUN2的混合气体流量，如此配合使用下，则可以实现对工艺腔室内的中央区域和边缘区域内分布的混合气体的调节，以在工艺腔室内形成特定的工艺环境。

当然，工艺腔室上还可以设置有其他的进气通道(例如顶部进气通道、底部进气通道等)，而本申请实施例的气体管路机构还可以包括相适配的其他进气管路。

在此种结构布局下，当厂务端出现供给波动时，本申请实施例的压力控制器EPC005能够对第一进气管路400和第二进气管路500上的流量进行预先调节，以避免第一进气管路400和第二进气管路500上的流量出现大幅波动；也就是说，在经过压力控制器EPC005调节之后，第一进气管路400和第二进气管路500的流量波动程度被大幅下调，并下调至第三流量控制器MFC003和第四流量控制器MFC004的可调控范围内，这样能够避免第三流量控制器MFC003和第四流量控制器MFC004针对大幅波动而无法有效调控的问题出现。

同时，第一进气管路400上的第三流量控制器MFC003能够对其上的流量进行二次调节，进一步地对第一进气管路400上的流量波动进行调控，以确保第一进气管路400上的流量趋于稳定；第二进气管路500上的第四流量控制器MFC004能够对其上的流量进行二次调节，进一步地对第二进气管路500上的流量波动进行调控，以确保第二进气管路500上的流量趋于稳定。

由此可见，本申请实施例的气体管路结构具备对进气管路中的流量稳定性实施双重调控的功能，无疑能够有效确保进气管路的流量始终保持在稳定状态，进而也确保了通入工艺腔室内的混合气体的浓度在预设范围内。

在可选的方案中，压力控制器EPC005具有预设气压，压力控制器EPC005被配置为在出气口314的实际气压与预设气压不同时，通过调节控压管路600排出的混合气体的流量而使实际气压趋于预设气压，以预先调节第一进气管路400和第二进气管路500的流量。

结合前述，压力控制器EPC005能够检测出气口314处的气压，并用于调节出气口314的气压与预设气压相匹配。当出气口314的气压大于预设气压时，则出气口314通入第一进气管路400和第二进气管路500的混合气体的流量会增大，此时，压力控制器EPC005闭环控制控压管路600而增加混合气体的排量，这样由出气口314通入至第一进气管路400和第二进气管路500中的混合气体的流量就会被减少，以使得出气口314的气压逐渐下降至预设气压，进而使得第一进气管路400和第二进气管路500中的混合气体的流量趋于稳定。

当出气口314的气压小于预设气压时，则出气口314通入第一进气管路400和第二进气管路500的混合气体的流量会减少，此时，压力控制器EPC005闭环控制控压管路600而减小混合气体的排量，这样由出气口314通入至第一进气管路400和第二进气管路500中的混合气体的流量就会被增加，以使得出气口314的气压逐渐上升至预设气压，进而使得第一进气管路400和第二进气管路500中的混合气体的流量趋于稳定。

在本申请实施例中，第一流量控制器MFC001、第二流量控制器MFC002、第三流量控制器MFC003和第四流量控制器MFC004可选为质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)，当然，它们也可以为其他的流量控制器。

在可选的方案中，如图6所示，本申请实施例的第一进气管路400上还设置有第一控制阀V031，第一控制阀V031连接在第三流量控制器MFC003与中央进气通道RUN1之间，第一控制阀V031用于控制第一进气管路400的通断；第二进气管路500上还设置有第二控制阀V041，第二控制阀V041连接在第四流量控制器MFC004与边缘进气通道RUN2之间，第二控制阀V041用于控制第二进气管路500的通断；进气管路结构还包括第一排气管路700和第二排气管路800，第一排气管路700的一端连接在第三流量控制器MFC003与第一控制阀V031之间，第一排气管路700的另一端与排气装置VENT连接，第一排气管路700上设置有第三控制阀V032，第三控制阀V032用于控制第一排气管路700的通断；第二排气管路800的一端连接在第四流量控制器MFC004与第二控制阀V041之间，第二排气管路800的另一端与排气装置VENT连接，第二排气管路800上设置有第四控制阀V042，第四控制阀V042用于控制第二排气管路800的通断。

具体而言，如此设置下，在正式工艺处理开始前，可对第一进气管路400和第二进气管路500上的流量进行预先调试，以使得第一进气管路400和第二进气管路500上的混合气体流量趋于预设值。具体而言，操作人员可关闭第一控制阀V031和第二控制阀V041，并开启第三控制阀V032和第四控制阀V042，此时，第一进气管路400中的混合气体通过第一排气管路700输送至排气装置VENT，第二进气管路500中的混合气体通过第二排气管路800输送至排气装置VENT，在气体管路结构中输送混合气体一段时间后，压力控制器EPC005、第三流量控制器MFC003和第四流量控制器MFC004通过配合工作而将第一进气管路400中和第二进气管路500中的混合气体的流量调控至预设值，接下来，操作人员即可关闭第三控制阀V032和第四控制阀V042，并开启第一控制阀V031和第二控制阀V041，第一进气管路400和第二进气管路500中的混合气体即可以预设流量通入至工艺腔室内，这样有利于确保工艺质量。

在控压管路600上也可以设置有第五控制阀V051，第五控制阀V051用于控制控压管路600的通断。

基于前述的气体管路结构，本申请实施例还提供一种半导体工艺设备，其包括工艺腔室以及前述任一方案中的进气管路结构，这样就使得该半导体工艺设备具有前述任一方案的有益效果，在此不再赘述。

在本申请实施例中，未限制半导体工艺设备的具备类型，其可以为沉积设备、光刻设备、清洗设备等。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种半导体工艺设备的气体混合机构，其特征在于，包括气体混合腔体、掺杂气体支管和携带气体支管，其中：

所述气体混合腔体具有混流内腔以及与所述混流内腔连通的第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和所述第二进气口位于所述气体混合腔体的第一端，所述出气口位于所述气体混合腔体的第二端；

所述掺杂气体支管与所述第一进气口连通，所述携带气体支管与所述第二进气口连通，所述第一进气口的轴线与所述第二进气口的轴线之间呈第一预设夹角，以使通过所述第一进气口通入的掺杂气体与通过所述第二进气口通入的携带气体以围绕第一方向转动的方式形成混合气体，且所述混合气体自所述第一端流向所述第二端，所述第一方向为所述第一端至所述第二端的方向。

2.根据权利要求1所述的气体混合机构，其特征在于，所述掺杂气体支管包括延伸方向与所述第一进气口的贯通方向一致的第一管段，所述第一管段与所述第一进气口连通，且所述第一管段的流通面积大于所述第一进气口的流通面积，所述第一管段与所述第一进气口偏置设置，所述第一进气口贴近所述第一管段靠近所述第二进气口的一侧的管壁设置。

3.根据权利要求1或2所述的气体混合机构，其特征在于，所述携带气体支管包括延伸方向与所述第二进气口的贯通方向一致的第二管段，所述第二管段与所述第二进气口连通，所述第二管段的流通面积大于所述第二进气口的流通面积，所述第二管段与所述第二进气口偏置设置，所述第二进气口贴近所述第二管段远离所述第一进气口的一侧的管壁设置。

4.根据权利要求3所述的气体混合机构，其特征在于，所述携带气体支管还包括第三管段，所述第二管段连接于所述第三管段与所述第二进气口之间，且所述第二管段与所述第三管段之间呈第二预设夹角。

5.根据权利要求1所述的气体混合机构，其特征在于，所述气体混合机构还包括出气支管，所述出气支管包括延伸方向与所述出气口的贯通方向一致的第四管段，所述第四管段与所述出气口连通，所述第四管段的流通面积大于所述出气口的流通面积，所述第四管段与所述出气口同轴设置。

6.根据权利要求1所述的气体混合机构，其特征在于，所述第一进气口的轴线与所述第二进气口的轴线位于所述气体混合腔体的同一横截面上，且所述第一预设夹角为90°。

7.根据权利要求1所述的气体混合机构，其特征在于，所述混流内腔为圆柱状内腔，所述圆柱状内腔的中心轴线与所述第一方向相平行。

8.一种半导体工艺设备的进气管路结构，用于向所述半导体工艺设备的工艺腔室中通入工艺气体，其特征在于，所述进气管路结构包括多条气源管路、气体混合机构、多条进气管路以及控压管路，其中：

所述多条气源管路与所述气体混合机构的多个进气口一一对应地连通，用于向所述气体混合机构通入不同的工艺气体；

所述气体混合机构用于混合所述不同的工艺气体，以形成混合气体；

所述多条进气管路的一端均与所述气体混合机构的出气口连通，且另一端均与所述工艺腔室连通，用于将所述混合气体通入所述工艺腔室；

所述控压管路的一端与所述气体混合机构的出气口连通，另一端与所述半导体工艺设备的排气装置连通，用于排出部分所述混合气体，所述控压管路上设置有压力控制器，用于控制所述控压管路排出的所述混合气体的流量，以使所述多条进气管路中的流量保持稳定。

9.根据权利要求8所述的进气管路结构，其特征在于，所述多条气源管路包括第一气源管路和第二气源管路，所述气体混合机构为权利要求1至7中任一项所述的气体混合机构，其中：

所述第一气源管路连接在掺杂气体气源与所述掺杂气体支管之间，所述第二气源管路连接在携带气体气源与所述携带气体支管之间，所述第一气源管路上设有第一流量控制器，所述第二气源管路上设有第二流量控制器。

10.根据权利要求9所述的进气管路结构，其特征在于，所述第一流量控制器与所述第一进气口之间的距离小于预设阈值。

11.根据权利要求9所述的进气管路结构，其特征在于，所述第二气源管路上还设置有单向阀，且所述单向阀位于所述第二流量控制器与所述携带气体支管之间。

12.根据权利要求9所述的进气管路结构，其特征在于，所述多条进气管路包括第一进气管路和第二进气管路，所述工艺腔室具有中央进气通道和边缘进气通道，其中：

所述第一进气管路连接在所述出气口与所述中央进气通道之间，以用于向所述工艺腔室的中心区域输送所述混合气体；所述第一进气管路上设置有第三流量控制器；

所述第二进气管路连接在所述出气口与所述边缘进气通道之间，以用于向所述工艺腔室的边缘区域输送所述混合气体；所述第二进气管路上设置有第四流量控制器。

13.根据权利要求12所述的进气管路结构，其特征在于，所述第一进气管路上还设置有第一控制阀，所述第一控制阀连接在所述第三流量控制器与所述中央进气通道之间，所述第一控制阀用于控制所述第一进气管路的通断；

所述第二进气管路上还设置有第二控制阀，所述第二控制阀连接在所述第四流量控制器与所述边缘进气通道之间，所述第二控制阀用于控制所述第二进气管路的通断；

所述进气管路结构还包括第一排气管路和第二排气管路，所述第一排气管路的一端连接在所述第三流量控制器与所述第一控制阀之间，所述第一排气管路的另一端与所述排气装置连接，所述第一排气管路上设置有第三控制阀，所述第三控制阀用于控制所述第一排气管路的通断；

所述第二排气管路的一端连接在所述第四流量控制器与所述第二控制阀之间，所述第二排气管路的另一端与所述排气装置连接，所述第二排气管路上设置有第四控制阀，所述第四控制阀用于控制所述第二排气管路的通断。

14.根据权利要求12所述的进气管路结构，其特征在于，所述压力控制器具有预设气压，所述压力控制器被配置为在所述出气口的实际气压与所述预设气压不同时，通过调节所述控压管路排出的所述混合气体的流量而使所述实际气压趋于所述预设气压，以预先调节所述第一进气管路和所述第二进气管路的流量。

15.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括工艺腔室以及权利要求8至14中任一项所述的进气管路结构。

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