一种层流元件及其应用于的多路比例配气设备制造技术

本发明专利技术半导体设备技术领域，提出一种层流元件及其应用于的多路比例配气设备，所述层流元件包括：第一部件；以及第二部件，其被配置为与所述第一部件相对运动以改变所述层流元件的开口面积，其中流体自所述层流元件流过；其中第一和第二部件的至少其中之一具有第一雷诺数特征尺寸，所述第一和第二部件的至少其中之一上设有层流片，所述层流片具有第二雷诺数特征尺寸，所述第二雷诺数特征尺寸小于第一雷诺数特征尺寸。所述层流元件可以将反应气体的气流的流态从湍流整流为层流，在应用在多路比例配气设备中时可以实现真正的比例流量控制，使调节工艺的再现性、重复性大大提高。并且不需要控制喷口上游的背压，去掉了多个MFC的背压约束，管道的压降ΔP

【技术实现步骤摘要】
一种层流元件及其应用于的多路比例配气设备


[0001]本专利技术总的来说涉及半导体设备
具体而言，本专利技术涉及一种层流元件及其应用于的多路比例配气设备。

技术介绍

[0002]在半导体设备中，进行多路比例配气是一个常见的需求，其中多路配气是指在给定总的质量流量之后，在多个出口处按照指定的比例进行分配。图1、图2、图3示出了现有技术中的多路比例配气的半导体设备的结构示意图。
[0003]如图1所示，美国专利“US20060216417A1”公开了一种气体进气装置控制系统(System for control of gas injectors)，其包括进气装置(Injector)、入口以及多个手动计量阀，其中由质量流量控制器(MFC)控制的入口给出总流量，并且通手动计量阀进行分配。然而该系统需要根据经验进行手动调节，无法量化自动调节。在一个设备上投入大量成本(衬底、反应气体、设备工时)确定的参数，在其它设备上无法直接实施，而需要花费大量的时间和成本重新调试。此外，虽然该系统可以通过电机推动手动计量阀的方式来控制开度，然而电机只能记录开度的位置(在该系统中为手动计量阀设置0.1至4.9的指示范围)，而难以实现真正的质量流量控制，工艺效果的发现较差。
[0004]如图2所示，美国专利“US20180135179A1”公开了一种气体进气装置及立式热处理设备(Gas Injector and Vertical Heat Treatment Apparatus)，其中通过设置有开孔和弯折的配气管道来进行质量流量的分配补偿，以使多个水平放置的衬底获得相同的流量。然而该设备存在实施弹性过小的问题，需要提前制备大量形状、开孔尺寸不同的配气管道以供调试，当工艺条件发生改变时，需要构造新的配气管道。并且由于配气管道的形状组合过多，使得试错情况复杂。
[0005]此外，现有技术中一个常见的多路比例配气的技术方案是将多个MFC串并联，其中通过一个MFC设定控制总流量，或者通过多个MFC将多种气体混合后进行总流量控制，并且在位于上游的控制总流量的一个或者多个MFC的下游设置多个并联的MFC，每个下游的MFC控制一个单独的出气口的流量，进而实现多路比例配气。然而该方案存在下列问题：
[0006]首先，上下游的MFC的流量输出并不严格相等，当下游MFC的出气与上游MFC的出气不相等的时，系统的中段由于流量不平衡将导致压力不稳定的问题。针对该问题，如图3所示，美国专利“US20170271184A1”公开了一种气体流量比例控制方法及部件(Methods and assemblies for gas flow ratio cantrol)，其中使用背压阀BPC(backside pressure cantroller)替换下游的多个MFC的其中之一，当上游的多个MFC126的总流量与下游的多个MFC112的流量不相等时，通过背压阀114进行流量补偿。
[0007]此外，现有的MFC通常是基于压力控制的质量流量控制器。在确定的下游压力下，多个下游的MFC需要将MFC内部的压力控制阀调节至不同的压力。由于设备的下游出口处的压力通常受到反应腔体的工艺条件的限制，需要通过反应腔体的压力控制器来进行控制而无法由MFC进行调节，因此只能对上游的MFC的压力进行调节。然而，由于上游的MFC彼此连
接，因此上游的压力调节将导致各个上游MFC的压力不符合控制算法的输出。当MFC之间的流量相差较多时，大流量MFC与小流量MFC之间的压力差将导致大流量MFC处的流量不足。如图3所示，将下游的多个MFC的其中之一替换为BPC仍难以解决该问题，而使用更多的BFC则会存在多个BFC的具体流量不可控的问题。

技术实现思路

[0008]申请人经过研究发现，现有技术中使用MFC串并联的多路比例配气的技术方案所存在的技术问题的原因在于：每个MFC是一个单点输入输出系统(SISO)，而比例质量流量控制系统是一个多输入多输出系统(MIMO)，将多个MFC(SISO)并联是对比例质量流量控制系统(MIMO)有损害的简化，产生过约束问题。如图3所示，多个个MFC(SISO)的并联产生了对背压的过约束，需要使用背压阀BFC减少约束条件。
[0009]为至少部分解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出一种层流元件，包括：
[0010]第一部件；以及
[0011]第二部件，其被配置为与所述第一部件相对运动以改变所述层流元件的开口面积，其中流体自所述层流元件流过；
[0012]其中第一和第二部件的至少其中之一具有第一雷诺数特征尺寸，所述第一和第二部件的至少其中之一上设有层流片，所述层流片具有第二雷诺数特征尺寸，所述第二雷诺数特征尺寸小于第一雷诺数特征尺寸。
[0013]在此，术语“雷诺数”是指雷诺数Re＝ρVL/μ，其中ρ表示流体密度、V表示特征速度、L表示特征尺寸、μ表示流体动力黏度。术语“特征尺寸”用于反映流体与部件表面的相对大小，对于不同的流动问题，可以有不同的特征尺寸。例如，在管内流动中，单位特征尺寸通常是管道的直径或水力直径；在平板流中，单位特征尺寸是两个平板之间的距离；在流体中的物体问题中，单位特征尺寸是物体的主要尺寸(例如球体的直径或机翼的弦长)。
[0014]在本专利技术一个实施例中规定，所述第一部件具有第一雷诺数特征尺寸，并且所述第一部件是管状或者孔状；以及
[0015]所述第二部件具有层流片，其中所述第二部件的外轮廓与所述第一部件的内轮廓之间相对运动以改变所述层流元件的开口面积。
[0016]在本专利技术一个实施例中规定，所述层流元件包括：
[0017]内部部件，其具有底座，所述底座上布置有多个第一层流片，所述第一层流片之间的间距构成第二雷诺数特征尺寸，所述内部部件嵌套在外筒部件的内部；以及
[0018]外筒部件，其筒壁的内径构成第一雷诺数特征尺寸，所述第一层流片与所述外筒部件的内壁贴合，并且所述内部部件被配置为在所述外筒部件的轴向方向上相对移动以调节所述层流元件的开口面积，其中所述开口面积包括底座与所述外筒部件上缘之间的间隙大小，所述第二雷诺数特征尺寸小于第一雷诺数特征尺寸。
[0019]在本专利技术一个实施例中规定，所述第一层流片被配置为将流体的雷诺数降低至1/(第一雷诺数特征尺寸/第二雷诺数特征尺寸)，以将流体的流态从湍流整流为层流。
[0020]在本专利技术一个实施例中规定，当所述内部部件在所述外筒部件的轴向方向上移动至所述第一层流片与所述外筒部件完全嵌合时，所述层流元件的开口面积为零。
[0021]在本专利技术一个实施例中规定，所述内部部件在轴线处形成内锥，所述内锥被配置
为减少所述第一层流片在轴心处狭小空间所造成的潜在流体滞留。
[0022]在本专利技术一个实施例中规定，所述外筒部件的内侧布置有第二层流片，所述第二层流片的之间的间隙构成第三雷诺数特征尺寸，所述第一层流片与所述第二层流片之间的间隙构成第四雷诺数特征尺寸其中使流体从层流元件的第一侧流经所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层流元件，其特征在于，包括：第一部件；以及第二部件，其被配置为与所述第一部件相对运动以改变所述层流元件的开口面积，其中流体自所述层流元件流过；其中第一和第二部件的至少其中之一具有第一雷诺数特征尺寸，所述第一和第二部件的至少其中之一上设有层流片，所述层流片具有第二雷诺数特征尺寸，所述第二雷诺数特征尺寸小于第一雷诺数特征尺寸。2.根据权利要求1所述的层流元件，其特征在于，所述第一部件具有第一雷诺数特征尺寸，并且所述第一部件是管状或者孔状；以及所述第二部件具有层流片，其中所述第二部件的外轮廓与所述第一部件的内轮廓之间相对运动以改变所述层流元件的开口面积。3.一种层流元件，其特征在于，包括：内部部件，其具有底座，所述底座上布置有多个第一层流片，所述第一层流片之间的间距构成第二雷诺数特征尺寸，所述内部部件嵌套在外筒部件的内部；以及外筒部件，其筒壁的内径构成第一雷诺数特征尺寸，所述第一层流片与所述外筒部件的内壁贴合，并且所述内部部件被配置为在所述外筒部件的轴向方向上相对移动以调节所述层流元件的开口面积，其中所述开口面积包括底座与所述外筒部件上缘之间的间隙大小，所述第二雷诺数特征尺寸小于第一雷诺数特征尺寸。4.根据权利要求3所述的层流元件，其特征在于，所述第一层流片被配置为将流体的雷诺数降低至1/(第一雷诺数特征尺寸/第二雷诺数特征尺寸)，以将流体的流态从湍流整流为层流。5.根据权利要求3所述的层流元件，其特征在于，当所述内部部件在所述外筒部件的轴向方向上移动至所述第一层流片与所述外筒部件完全嵌合时，所述层流元件的开口面积为零。6.根据权利要求3所述的层流元件，其特征在于，所述内部部件在轴线处形成内锥，所述内锥被配置为减少所述第一层流片在轴心处狭小空间所造成的潜在流体滞留。7.根据权利要求6所述层流元件，其特征在于，所述外筒部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁欣，
申请(专利权)人：上海引万光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：