[发明专利]气体控制器、气体控制器的保护装置及保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种气体控制器、气体控制器的保护装置及保护方法。

背景技术

半导体制造过程中，需要将各种高纯度气体，如氮气、氢化物气体、卤化物气体等，提供给完成各种半导体工艺的加工设备，如沉积设备、刻蚀设备、离子注入设备、扩散设备等。这些高纯度气体存储在气罐中，出于毒性和安全方面的考虑，需要对其进行很谨慎的保存和处理，为此，通常会在工艺间外设置专门的气柜，利用专门的气体传输系统对各种高纯度气体进行集中控制和配送。

图1为现有的气体传输系统示意图，如图1所示，每一种气体均存储于一个气罐101中，该气罐101内存储的气体通过第一气体传输管路102到达气体控制器(通常为气体压力调节器或气体开关阀)103，通过对该气体控制器103的控制实现对气体流量大小或导通/截止状态的控制。然后，再通过第二气体传输管路104将气体传送至需要使用该气体的加工设备105处。其中，气罐101、第一气体传输管路102、气体控制器103通常均位于气柜中，通过第二气体传输管路104与加工设备105相连。

在半导体制造过程中用到的各种高纯度气体中，有多种是以液化状态存储于气罐中，如氨气、氯气等。这些液化状态下存储的气体在使用时，会由于焦耳-汤普森效应(Joule-Thompson effect)而发生冷凝，出现一些冷凝的液体。而气体一旦经过冷凝，其内的小颗粒会凝结为大颗粒，对生产很不利。另外，对于具有腐蚀性的气体，其冷凝的液体会对整个气路传送路线上的各部件产生腐蚀作用，不仅对气体传输系统有害，而且还会因腐蚀产物会被传送至加工设备而对生产造成较大影响。

为此，现有技术中主要采用了两种方法避免液化存储的气体在传送过程中出现冷凝。一种是加热套法，即通过加热套对气罐及气体传输管路进行加温处理，防止气体出现冷凝。然而，该种方法实现起来并不方便，需要对气体传输系统进行较大的改动，其给系统维护也带来了较多的麻烦(如，更换气罐变得很不方便)，增加了气体传输系统的复杂性。另外，对于该种方法，很难实现整个气体传输系统的加热，而当气体流至未能加热的区域时，仍会因温度的降低而出现冷凝。

另一种则是于2003年5月21日授权的公告号为CN1109128C的中国专利中所公开的加热器法。该方法通过在气罐附近安装辐射加热器，提高环境和气罐间的传热速率，使气体液化量最少，从而实现对气体冷凝现象的改善。但是，该方法只能在一定程度上减少气体液化的量，在实际应用中仍会存在一些问题。

实际应用中，气体在离开气罐后所通过的第一个部件是图1中所示的气体控制器103(其通常为气体压力调节器或气体开关阀)，该气体控制器在气体传输系统中是重要的组成部件。但无论是上述哪种方法都难以实现对其的良好加热，气体在流至该部件时，会由于温度的下降而出现冷凝，从而使该部件中存在微量的冷凝液体，而这些液体的存在易导致气体控制器的老化失灵。

图2为现有的气体控制器的结构示意图，如图2所示，气体控制器(无论是气体压力调节器还是气体开关阀)通常由三部分组成：控制头201、控制杆202和控制体203，其中，传送气体的气路由控制体内穿过，图中所示204为该气路的入口，205为该气路的出口。工作时，通过旋转控制头201带动控制杆202，控制控制体203内的位于图中209所示位置处的聚四氟乙烯(PTFE)控制膜片(图中未示出)，进而实现对流过控制体203内的气体的流量大小(气体压力调节器)或导通/截止状态(气体开关阀)的调整。当气体控制器内存在冷凝的液体时，其会导致控制体203内的PTFE控制膜片出现形变，使气体控制器的流量调整精度下降，另外，当形变较为严重时，如，在液体内浸泡时间过长，或当流经的气体为氯气等腐蚀性气体时，甚至会因PTFE控制膜片膨胀导致气体控制器永久关闭。这些均明显缩短了气体控制器的使用寿命。

此外，一旦气体控制器失灵，随之而来的气体控制器的更换及检漏工作将令该种气体的传输和使用中断，使生产在较长时间内处于停工状态。因此，防止气体控制器内出现冷凝液体、保护好气体控制器，对于生产而言非常关键。而现有的防止气体冷凝的方法均未能实现这一点。

发明内容

本发明提供一种气体控制器、气体控制器的保护装置及保护方法，以改善因气体出现冷凝而导致的气体控制器易损坏的现象。