一種用于擴散爐的防爆源瓶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于擴散爐的防爆源瓶，通過在源瓶的進氣管路和出氣管路分別設(shè)置壓力傳感器和泄壓分路，可及時檢測源瓶內(nèi)的壓力是否符合設(shè)定值，并通過壓力控制器控制泄壓分路的泄壓閥開度及時泄壓，實現(xiàn)既能保證擴散工藝時正常的工作壓力，又能起到安全保護的功能。
【專利說明】一種用于擴散爐的防爆源瓶

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于擴散爐的具有防爆功能的源瓶。

【背景技術(shù)】
[0002]擴散爐是一種半導(dǎo)體工藝設(shè)備，主要用于摻雜工藝，特別在晶體硅太陽能電池生產(chǎn)中，擴散爐是唯一的摻雜設(shè)備，是制造工藝中對PN結(jié)的生成、轉(zhuǎn)換效率的提高起決定性作用的關(guān)鍵設(shè)備。
[0003]現(xiàn)在的擴散爐大多用作磷擴散，采用石英源瓶裝存液態(tài)的POCl3,將N2作為載氣通入到源瓶中，鼓泡攜帶POCl3進入擴散爐的工藝管中，并在高溫狀態(tài)下裂變產(chǎn)生磷。為了很好地控制N2攜帶POCl3的量，通常會把源瓶置放在恒溫水槽中保持恒溫。但是，這種方式存在著嚴(yán)重的安全隱患。
[0004]由于石英器件是一種脆性材料，在制造過程中易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在搬運過程中，若發(fā)生碰撞、磕碰等情況，易產(chǎn)生隱裂。擴散工藝通常是在不大于常壓(大氣壓)的狀態(tài)下進行(即負壓狀態(tài))。然而，負壓擴散設(shè)備的工藝管中所需的負壓有時會很小，使用時，帶壓力的N2通入源瓶中，由于反應(yīng)源與大氣壓之間的差值較大，源流量會大幅增加，使源瓶受壓大幅增加；并且，瓶內(nèi)外的溫度也會發(fā)生驟變，在石英源瓶的應(yīng)力集中和隱裂處極易造成破裂，發(fā)生爆瓶現(xiàn)象。
[0005]同時，由于POCl3屬無色透明及帶有刺激性氣味的毒性液體，若石英源瓶破裂后，其遇到恒溫水槽中的水就會產(chǎn)生劇烈反應(yīng)生成H3PO4和HC1，這種反應(yīng)生成物以霧狀噴發(fā)，迅速彌漫在四周，危險性較大。生成的霧狀磷酸和鹽酸是有毒物品，對呼吸道有刺激，眼睛接觸會致灼傷，造成永久性損害，皮膚接觸可致嚴(yán)重灼傷。并且磷酸、鹽酸是一種腐蝕性物質(zhì)，對設(shè)備、儀器、廠房設(shè)施會產(chǎn)生腐蝕。此外，POCl3還具有很強的粘結(jié)性能，對所有塑料材料幾乎都會產(chǎn)生粘結(jié)，對金屬更具有很強的腐蝕性，故導(dǎo)致采用此類材料制成的源瓶的爆瓶現(xiàn)象頻出。
[0006]因此，如何能提供有效縝密的防護措施，精準(zhǔn)控制源瓶的內(nèi)部壓力，防止因內(nèi)部壓力過大造成源瓶的爆瓶現(xiàn)象，避免源瓶內(nèi)的POCl3泄漏造成危害，是目前業(yè)界急需解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種用于擴散爐的防爆源瓶，通過在源瓶的進氣管路和出氣管路分別設(shè)置壓力傳感器和泄壓分路，可及時檢測源瓶內(nèi)的壓力是否符合設(shè)定值，并通過壓力控制器控制泄壓分路的泄壓閥開度及時泄壓，實現(xiàn)既能保證擴散工藝時正常的工作壓力，又能起到安全保護的功能。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種用于擴散爐的防爆源瓶，所述源瓶用于裝存反應(yīng)源，其通過進氣管路連通至載氣源，用于向所述源瓶內(nèi)通入載氣，通過出氣管路連通至所述擴散爐的工藝管，用于向所述工藝管通出由載氣攜帶的反應(yīng)源氣體，所述進氣管路設(shè)有壓力傳感器，用于檢測所述源瓶內(nèi)的壓力，所述出氣管路并聯(lián)設(shè)有泄壓分路，所述泄壓分路設(shè)有泄壓閥，所述泄壓閥具有第一開度，所述壓力傳感器、所述泄壓閥分別連接壓力控制器；所述壓力控制器通過判斷所述壓力傳感器采集的所述源瓶內(nèi)的壓力是否超過閾值，控制所述泄壓閥的開度；其中，當(dāng)所述源瓶內(nèi)的壓力超過閾值時，執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥至第二開度，將所述源瓶內(nèi)的氣體由所述泄壓分路排出，對所述源瓶進行泄壓，使所述源瓶內(nèi)的壓力符合設(shè)定值，當(dāng)泄壓后所述源瓶內(nèi)的壓力符合設(shè)定值時，執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥恢復(fù)至第一開度。
[0010]優(yōu)選地，在所述壓力傳感器和所述源瓶之間的所述進氣管路設(shè)有第一氣體流向控制單元，在所述源瓶和所述泄壓分路之間的所述出氣管路設(shè)有第二氣體流向控制單元。
[0011]優(yōu)選地，所述第一氣體流向控制單元可限制所述源瓶內(nèi)的氣體通過所述進氣管路回流至載氣源，所述第二氣體流向控制單元可限制所述出氣管路的氣體回流至所述源瓶內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述第一氣體流向控制單元、第二氣體流向控制單元為單向閥。
[0013]優(yōu)選地，在所述第一氣體流向控制單元和所述源瓶之間的所述進氣管路設(shè)有第一氣體導(dǎo)通控制單元，在所述源瓶和所述第二氣體流向控制單元之間的所述出氣管路設(shè)有第二氣體導(dǎo)通控制單元。
[0014]優(yōu)選地，所述第一氣體導(dǎo)通控制單元可控制所述進氣管路中的載氣向所述源瓶的輸入或停止，所述第二氣體導(dǎo)通控制單元可控制所述出氣管路中的反應(yīng)源氣體向擴散爐工藝管的輸出或停止。
[0015]優(yōu)選地，所述第一氣體導(dǎo)通控制單元、第二氣體導(dǎo)通控制單元為截止閥。
[0016]優(yōu)選地，所述泄壓分路通過所述泄壓閥保持導(dǎo)通狀態(tài)，并作為斷電時的過壓保護泄壓通道，當(dāng)發(fā)生斷電時，所述源瓶內(nèi)的氣體在壓差的作用下可由所述泄壓分路自行排出。
[0017]優(yōu)選地，所述泄壓閥為電磁閥。
[0018]優(yōu)選地，所述源瓶內(nèi)的壓力設(shè)定值為0.1?0.9bar之間的一個單值或一個具有限值的區(qū)間。
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過在源瓶的進氣管路和出氣管路分別設(shè)置壓力傳感器和泄壓分路，可及時檢測源瓶內(nèi)的壓力是否符合設(shè)定值，并通過壓力控制器控制泄壓分路的泄壓閥開度及時泄壓，實現(xiàn)既能保證擴散工藝時正常的工作壓力，又能起到安全保護的功能。同時，進氣管路和出氣管路中的單向閥起到正向?qū)ǚ错懡刂沟淖饔茫杀Ｗo源瓶內(nèi)的反應(yīng)源不受污染；當(dāng)需要檢修及更換源瓶時，關(guān)閉進氣管路和出氣管路中的截止閥，可有效防止反應(yīng)源的揮發(fā)；此外，泄壓分路通過泄壓閥保持導(dǎo)通狀態(tài)，在異常斷電時可作為過壓保護泄壓通道，當(dāng)發(fā)生斷電時，源瓶內(nèi)的氣體在壓差的作用下由所述泄壓分路自行排出，可防止斷電瞬時輸入源瓶內(nèi)的載氣造成過壓無法釋放導(dǎo)致爆瓶現(xiàn)象的發(fā)生。因此，本發(fā)明極大降低了源瓶爆裂的概率，減少了 POCl3反應(yīng)源對設(shè)備部件的腐蝕機率，提高了核心部件的使用壽命，減少了設(shè)備維護時間和周期，從而明顯提升了工藝效果，降低了設(shè)備運行綜合成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種用于擴散爐的防爆源瓶一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0022]在本實施例中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一種用于擴散爐的防爆源瓶一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的防爆源瓶包括源瓶14、連接源瓶14的進氣管路5和出氣管路8、安裝在進氣管路5的壓力傳感器4以及與出氣管路8并聯(lián)設(shè)置的泄壓分路10等幾個主要部分。其中，源瓶14用于裝存反應(yīng)源，例如P0C13。通常會把源瓶14置放在恒溫水槽中以保持恒溫(圖中作省略)。在源瓶14的上端瓶蓋處設(shè)有相分離的進氣接口 I和出氣接口 13，進氣接口 I連接有進氣管路5，進氣管路5伸入源瓶14內(nèi)部并接近瓶底，用于通入載氣，例如N2。出氣接口 13連接有出氣管路8，出氣管路8伸入源瓶14內(nèi)部并靠近瓶蓋，與瓶內(nèi)的反應(yīng)源相分離，用于通出載氣N2攜帶的反應(yīng)源氣體。進氣管路5連通至載氣源6，出氣管路8連通至擴散爐的工藝管7。
[0023]請繼續(xù)參閱圖1。在所述進氣管路5的所述載氣源6和所述源瓶14的進氣接口 I之間連接有壓力傳感器4，用于檢測所述源瓶14內(nèi)的壓力。在所述出氣管路8的所述源瓶14的出氣接口 13和所述擴散爐的工藝管7之間并聯(lián)連接有泄壓分路10，所述泄壓分路10安裝有泄壓閥9，用于在當(dāng)所述源瓶14內(nèi)的壓力超過設(shè)定值時，通過所述泄壓分路10釋放所述源瓶14內(nèi)及出氣管路8中一定的反應(yīng)源氣體，以便對所述源瓶14進行泄壓。
[0024]請繼續(xù)參閱圖1。所述壓力傳感器4、所述泄壓閥9分別連接壓力控制器16。所述泄壓閥9具有初始設(shè)定開度(即第一開度)，使所述泄壓閥9保持在常開狀態(tài)，并因此使所述泄壓分路10處于導(dǎo)通狀態(tài)。所述壓力控制器16可通過判斷所述壓力傳感器4采集的所述源瓶14內(nèi)的壓力是否超過閾值，控制所述泄壓閥9的開度。當(dāng)所述源瓶14內(nèi)的壓力超過閾值時，壓力控制器16即執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥至增加的預(yù)定開度(即至第二開度)，將所述源瓶14內(nèi)及出氣管路8中過壓的反應(yīng)氣體由所述泄壓分路10排出，以對所述源瓶14及時進行泄壓。通過壓力控制器16的控制，可使所述源瓶14內(nèi)的壓力符合設(shè)定值。當(dāng)泄壓后所述源瓶14內(nèi)的壓力符合設(shè)定值時，壓力控制器16即執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥9恢復(fù)至初始設(shè)定開度(即第一開度)。第二開度的大小可根據(jù)擴散工藝條件結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)及計算來確定，具體的開度范圍可介于第一開度至泄壓閥的最大開度之間。
[0025]所述壓力控制器16例如可為PLC模組控制形式，其設(shè)定值由其連接的工控機15來發(fā)送。工控機15是自動運行工藝人機交互的一個重要接口。
[0026]請繼續(xù)參閱圖1。作為本發(fā)明的其他優(yōu)選實現(xiàn)方式，在所述進氣管路5的所述壓力傳感器4和所述進氣接口 I之間裝有第一氣體流向控制單元3，在所述出氣管路8的所述出氣接口 13和所述泄壓分路10之間裝有第二氣體流向控制單元11。所述第一氣體流向控制單元3可限制所述源瓶14內(nèi)的氣體通過所述進氣管路5回流至載氣源6，所述第二氣體流向控制單元11可限制所述出氣管路8的氣體回流至所述源瓶14內(nèi)。優(yōu)選地，所述氣體流向控制單元3、11為單向閥。利用單向閥3、11可起到正向?qū)ǚ聪蚪刂沟淖饔?，使進氣管路5中的氣體只能由載氣源6向源瓶14方向輸送(如圖中進氣管路5上方的箭頭方向所指)，防止源瓶14內(nèi)的氣體通過所述進氣管路5回流至載氣源6 ;并可使出氣管路8中的氣體只能由源瓶14向工藝管7方向輸送(如圖中出氣管路8上方的箭頭方向所指)，防止所述出氣管路8的氣體回流至所述源瓶14內(nèi)。這樣的設(shè)計可保護源瓶14內(nèi)的反應(yīng)源不會受到污染。
[0027]請繼續(xù)參閱圖1。作為本發(fā)明的其他優(yōu)選實現(xiàn)方式，在所述進氣管路5的所述第一氣體流向控制單元3和所述進氣接口 I之間裝有第一氣體導(dǎo)通控制單元2，在所述出氣管路8的所述出氣接口 13和所述第二氣體流向控制單元11之間裝有第二氣體導(dǎo)通控制單元12。所述氣體導(dǎo)通控制單元2、12的作用是分別控制所述進氣管路5中的載氣向所述源瓶14的輸入或停止、及控制所述出氣管路8中的反應(yīng)源氣體(工藝氣體)向擴散爐工藝管7的輸出或停止。優(yōu)選地，所述氣體導(dǎo)通控制單元2、12為截止閥。利用截止閥2、12的開、斷功能，當(dāng)需要更換源瓶14或清掃、檢修設(shè)備時，將截止閥2、12關(guān)閉，可停止載氣的輸入及工藝氣體的輸出，并可防止源瓶14及管路5、8中的液體或氣體揮發(fā)。
[0028]請繼續(xù)參閱圖1。所述泄壓分路10通過具有初始設(shè)定開度的所述泄壓閥9得以保持導(dǎo)通狀態(tài)。所述泄壓分路10還可作為過壓保護的緊急泄壓通道。當(dāng)發(fā)生異常斷電時，所述源瓶14內(nèi)的氣體在壓差的作用下可由所述泄壓分路10自行排出，防止斷電瞬時輸入源瓶14內(nèi)的載氣造成過壓無法釋放而導(dǎo)致的爆瓶現(xiàn)象的發(fā)生。所述泄壓閥9處于初始設(shè)定開度(即第一開度)狀態(tài)時的導(dǎo)通流量(與泄壓閥的初始開度相關(guān))，可根據(jù)具體的工藝條件，結(jié)合對所述源瓶14內(nèi)的壓力設(shè)定值要求通過計算得出，并對泄壓閥9對應(yīng)進行初始開度的設(shè)定。也就是說，保持導(dǎo)通狀態(tài)的泄壓分路10，除了可在正常擴散工藝過程中作為泄壓的通道外，還可成為在異常斷電時的過壓保護的緊急泄壓通道。所述泄壓閥9例如可為電磁閥，并設(shè)定具有初始開度，可使所述泄壓分路10保持在導(dǎo)通狀態(tài)。由于所述泄壓閥9的初始開度相對較小，其對所述出氣管路8中氣體的額外分流影響也較小，并可通過模型計算來得到控制，因此，不會對正常的擴散工藝造成影響。
[0029]通常，負壓擴散爐中的工藝管7在進行擴散工藝時，一直處于負壓狀態(tài)下，并且，通常是處于較小的負壓狀態(tài)，例如為0.1?0.2bar。當(dāng)反應(yīng)氣體(即反應(yīng)源)在載氣的攜帶下進入工藝管7時，如果是以接近常壓的狀態(tài)進入，會造成工藝管7內(nèi)外較大的壓差。因此，反應(yīng)源氣體的流量會大幅增加，使源瓶14內(nèi)的壓力大幅增加，這種狀態(tài)極為容易發(fā)生爆瓶現(xiàn)象。本發(fā)明的設(shè)計要點即在于通過及時檢測源瓶14內(nèi)的壓力是否符合設(shè)定值，并通過壓力控制器16控制泄壓閥9的開度增加(即增加到第二開度)，及時從泄壓分路10泄壓，以減小工藝管7內(nèi)外的壓差，實現(xiàn)既能保證擴散工藝時正常的工作壓力，又能起到安全保護的功能。
[0030]因此，可通過工控機15來設(shè)定源瓶14內(nèi)的控制壓力，并通過所述壓力控制器16執(zhí)行對所述泄壓閥9開度的調(diào)整，實現(xiàn)對壓力的控制，并及時通過所述泄壓分路10進行泄壓，以保證工藝管7內(nèi)外的壓差在一定的安全范圍內(nèi)。
[0031]所述源瓶14內(nèi)的壓力設(shè)定值不大于常壓，優(yōu)選地，所述源瓶14內(nèi)的壓力設(shè)定值為0.1?0.9bar之間的一個單值或一個具有限值的區(qū)間，例如0.1bar,0.1lbar,0.5bar、0.89bar 或 0.9bar 等等；或 0.1 ?0.14bar>0.45 ?0.55bar 或 0.85 ?0.9bar 等等。其具體的壓力設(shè)定，可以根據(jù)擴散工藝的經(jīng)驗數(shù)據(jù)并結(jié)合實際的使用情況進行設(shè)定。如果檢測到的壓力大于預(yù)設(shè)閾值，例如上述例舉的單值或限值區(qū)間，所述壓力控制器16會進行判斷，并及時指令所述泄壓閥9增加開度進行泄壓，也就是例如控制電磁閥從第一開度增加至第二開度，并通過從泄壓分路10分流釋放一部分氣體來進行減壓(如圖中泄壓分路10右側(cè)的箭頭方向所指)，防止源瓶14內(nèi)的壓力進一步增大而導(dǎo)致爆瓶。
[0032]從上述實施例可以看出，本發(fā)明通過在連接源瓶的進氣管路和出氣管路分別設(shè)置壓力傳感器和泄壓分路，可及時檢測源瓶內(nèi)的壓力是否符合設(shè)定值，并通過壓力控制器控制泄壓分路的泄壓閥開度及時泄壓，實現(xiàn)既能保證擴散工藝時正常的工作壓力，又能起到安全保護的功能。同時，進氣管路和出氣管路中的單向閥可起到正向?qū)ǚ错懡刂沟淖饔?，保護源瓶內(nèi)的反應(yīng)源不受污染；當(dāng)需要檢修及更換源瓶時，關(guān)閉進氣管路和出氣管路中的截止閥，可有效防止反應(yīng)源的揮發(fā)；此外，泄壓分路通過泄壓閥保持一定的導(dǎo)通狀態(tài)，在異常斷電時可作為過壓保護泄壓通道，當(dāng)發(fā)生斷電時，源瓶內(nèi)的氣體在壓差的作用下由所述泄壓分路自行排出，可防止斷電瞬時輸入源瓶內(nèi)的載氣造成過壓無法釋放導(dǎo)致爆瓶現(xiàn)象的發(fā)生。因此，本發(fā)明極大降低了源瓶爆裂的概率，減少了 POCl3反應(yīng)源對設(shè)備部件的腐蝕程度，提高了核心部件的使用壽命，減少了設(shè)備維護時間和周期，從而明顯提升了工藝效果，降低了設(shè)備運行綜合成本。
[0033]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于擴散爐的防爆源瓶，所述源瓶用于裝存反應(yīng)源，其通過進氣管路連通至載氣源，用于向所述源瓶內(nèi)通入載氣，通過出氣管路連通至所述擴散爐的工藝管，用于向所述工藝管通出由載氣攜帶的反應(yīng)源氣體，其特征在于，所述進氣管路設(shè)有壓力傳感器，用于檢測所述源瓶內(nèi)的壓力，所述出氣管路并聯(lián)設(shè)有泄壓分路，所述泄壓分路設(shè)有泄壓閥，所述泄壓閥具有第一開度，所述壓力傳感器、所述泄壓閥分別連接壓力控制器；所述壓力控制器通過判斷所述壓力傳感器采集的所述源瓶內(nèi)的壓力是否超過閾值，控制所述泄壓閥的開度；其中，當(dāng)所述源瓶內(nèi)的壓力超過閾值時，執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥至第二開度，將所述源瓶內(nèi)的氣體由所述泄壓分路排出，對所述源瓶進行泄壓，使所述源瓶內(nèi)的壓力符合設(shè)定值，當(dāng)泄壓后所述源瓶內(nèi)的壓力符合設(shè)定值時，執(zhí)行調(diào)整所述泄壓閥恢復(fù)至第一開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆源瓶，其特征在于，在所述壓力傳感器和所述源瓶之間的所述進氣管路設(shè)有第一氣體流向控制單元，在所述源瓶和所述泄壓分路之間的所述出氣管路設(shè)有第二氣體流向控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一氣體流向控制單元可限制所述源瓶內(nèi)的氣體通過所述進氣管路回流至載氣源，所述第二氣體流向控制單元可限制所述出氣管路的氣體回流至所述源瓶內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一氣體流向控制單元、第二氣體流向控制單元為單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆源瓶，其特征在于，在所述第一氣體流向控制單元和所述源瓶之間的所述進氣管路設(shè)有第一氣體導(dǎo)通控制單元，在所述源瓶和所述第二氣體流向控制單元之間的所述出氣管路設(shè)有第二氣體導(dǎo)通控制單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一氣體導(dǎo)通控制單元可控制所述進氣管路中的載氣向所述源瓶的輸入或停止，所述第二氣體導(dǎo)通控制單元可控制所述出氣管路中的反應(yīng)源氣體向擴散爐工藝管的輸出或停止。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防爆源瓶，其特征在于，所述第一氣體導(dǎo)通控制單元、第二氣體導(dǎo)通控制單元為截止閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆源瓶，其特征在于，所述泄壓分路通過所述泄壓閥保持導(dǎo)通狀態(tài)，并作為斷電時的過壓保護泄壓通道，當(dāng)發(fā)生斷電時，所述源瓶內(nèi)的氣體在壓差的作用下可由所述泄壓分路自行排出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的防爆源瓶，其特征在于，所述泄壓閥為電磁閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9任意一項所述的防爆源瓶，其特征在于，所述源瓶內(nèi)的壓力設(shè)定值為0.1?0.9bar之間的一個單值或一個具有限值的區(qū)間。
【文檔編號】H01L21/67GK104409391SQ201410637486
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】桂曉波, 周蓉, 李補忠 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司