提供气体切换的气体供应系统及气体切换的方法与流程

1.本发明关于一种气体供应系统，特别是一种用于半导体工艺设备的气体供应系统，更特别是一种用于反应腔体的气体供应系统及其气体切换方法。


背景技术：

2.已知半导体制造中的反应腔体可根据不同工艺需求而选择性使用不同气体进行特定的化学反应。已知气体供应系统可供应以及切换不同的反应气体给反应腔体而实现这类工艺。
3.图1示意一种已知的气体供应系统，其包含第一气体源1及第二气体源2。第一气体源1经由第一流量控制阀11连接至第一主管a，第二气体源2经由第二流量控制阀21连接至第二主管b。第一主管a和第二主管b分别在经由第一主管阀12和第二主管阀22连接至一汇流管c，而汇流管c下游连接至反应腔体3以供应第一或第二反应气体。一抽气系统4连接至反应腔体3用于将多余的反应气体抽出。第一主管a还经由第一分支管线阀13连接第一分支管a’，第二主管b还经由第二分支管线阀23连接第二分支管b’。第一分支管a’和第二分支管b’经由一压力检测器5汇流于排气管d。
4.图1的气体供应系统可执行气体切换。经由控制这些阀体11、12、13、21、22、23，第一反应气体或第二反应气体可被选择性输送至反应腔体3，而未被反应腔体利用的气体可经由分支管a’、b’以特定的流速直接下游输送至排气管d，藉此可稳定汇流管c和排气管d之间的压力，让切换前后进入反应腔体的不同气体可维持在一致或希望的流速。
5.这样的气体控制策略存在浪费反应气体的缺点，因为气体未被反应腔体3利用时便分别经由分支管a’、b’下游输送至排气管d和反应腔体3中剩余的反应气体被当作废气排出。
6.因此，有必要针对气体供应系统及气体切换方法提出改善，提高资源利用率。


技术实现要素：

7.本发明目的在于提供一种提供气体切换的气体供应系统及气体切换的方法以改善现有技术中存在的问题。
8.本发明的提供气体切换的气体供应系统，用于供应气体至执行半导体工艺的反应腔体，所述系统包含：一第一气体源；一第一主管，具有一上游端及一下游端，所述第一主管的上游端连接所述第一气体源；一第一旁路管，旁路于所述第一主管的上游端和下游端之间；及一汇流管，具有一上游端及一下游端，所述汇流管的上游端连接所述第一主管的下游端，所述汇流管的下游端连接所述反应腔体，其中，所述第一主管、所述第一旁路管及所述汇流管藉由一切换手段，使第一气体选择性经由所述第一主管和所述汇流管下游输送至所述反应腔体，或者经由所述第一主管和所述第一旁路管所形成的封闭回路中循环输送。
9.所述气体供应系统的有益效果在于：所述第一主管、所述第一旁路管及所述汇流管藉由一切换手段，使第一气体选择性经由所述第一主管和所述汇流管下游输送至所述反
应腔体，或者经由所述第一主管和所述第一旁路管所形成的封闭回路中循环输送。如此，有助于工艺的稳定性。
10.进一步地，所述循环输送的气体流速相当于所述下游输送的气体流速。
11.进一步地，所述第一主管的下游端和上游端分别提供有一第一主阀体和一第二主阀体，所述第一旁路管提供有一第一旁路阀体，当所述第一主阀体和第二主阀体开启且第一旁路阀体关闭，则所述第一气体为所述下游输送；当所述第一主阀体和第二主阀体关闭且第一旁路阀体开启，则第一气体为所述循环输送。
12.进一步地，所述第一旁路管提供有一第一泵浦，用于控制所述循环输送的气体流速。
13.进一步地，所述第一主管提供有一第一监测组件用于监测所述下游输送时的气体流速，所述第一旁路管提供有一第二监测组件用于监测所述循环输送的气体流速。
14.进一步地，所述气体供应系统更包含：一第二气体源；一第二主管，具有一上游端及一下游端，分别连接所述第二气体源及所述汇流管；及一第二旁路管，旁路于所述第二主管的上游端和下游端之间，其中，所述第二主管、所述第二旁路管及所述汇流管藉由另一切换手段，使第二气体选择性经由所述第二主管和所述汇流管下游输送至所述反应腔体，或者经由所述第二主管和所述第二旁路管所形成的封闭回路中循环输送。
15.进一步地，当所述第一气体为下游输送时，所述第二气体为循环输送；当所述第一气体为循环输送时，所述第二气体为下游输送。
16.本发明另一目的在于提供一种所述气体供应系统执行的气体切换的方法，包含：将第一气体，经由所述第一主管和所述汇流管，下游输送至所述反应腔体；执行所述切换手段，以停止将所述第一气体下游输送至所述汇流管，并使所述第一气体经由所述第一主管和所述第一旁路管循环输送；及将第二气体，经由所述汇流管，下游输送所述反应腔体，以完成气体切换。
17.进一步地，所述方法更包含逆执行所述切换手段，以停止将所述第二气体下游输送至所述汇流管，使所述第一气体从所述循环输送回到下游输送。
18.进一步地，所述第一气体从所述循环输送回到下游输送的过程，使所述第一气体从封闭回路中的所述第一旁路管回到所述第一主管和所述汇流管形成的下游输送中，借此确保所有所述第一气体能够被所述反应腔体所利用。
19.进一步地，所述方法更包含将所述下游输送的气体流速和所述循环输送的气体流速保持一致，借此稳定切换前后的所述第一气体进入所述反应腔体的流速。
附图说明
20.参照下列图式与说明，可更进一步理解本发明。非限制性与非穷举性实例参照下列图式而描述。在图式中的构件并非必须为实际尺寸；重点在于说明结构及原理。
21.图1为现有技术的气体供应系统方块示意图。
22.图2为本发明气体供应系统方块示意图。
23.图3为本发明气体切换方法流程图。
具体实施方式
24.以下将参考图式更完整说明本发明，并且借由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。
25.本说明书内使用的词汇“在一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。
26.图2显示本发明气体供应系统的具体实施例，其可经由切换手段供应至少两种不同的气体。
27.所述气体供应系统包含第一气体源及第二气体源，分别供应第一气体和第二气体，其可为用于沉积或蚀刻的反应气体或用于清洁或作为载气(carrier gas)的惰性气体。
28.第一气体源和第二气体源分别连接至第一主管7和第二主管8，使第一气体和第二气体可分别经由第一主管7和第二主管8往下游输送。
29.第一主管7和第二主管8分别具有一下游端及一上游端。第一主管7和第二主管8的下游端连接至一汇流管9的上游端，而第一主管7和第二主管8的上游端分别连接至第一气体源和第二气体源。具体而言，第一主管7经由第一主阀体连接至汇流管9并经由第二主阀体连接至第一气体源，第二主管8经由第三主阀体连接至汇流管9并经由第四主阀体连接至第二气体源。藉此，第一主管7和汇流管9构成第一气体的下游输送管线，第二主管8和汇流管9构成第二气体的下游输送管线。
30.汇流管9的下游端连接反应腔体，以将第一气体或第二气体供应给反应腔体。
31.第一主阀体用于控制第一气体是否下游输送至汇流管9，第二主阀体用于控制第一气体是否下游输送至第一主管7。同样地，第三主阀体用于控制第二气体是否下游输送至汇流管9，第四主阀体用于控制第二气体是否下游输送至第二主管8。
32.本发明气体供应系统还包含第一旁路管7’和第二旁路管8’。第一旁路管7’的下游端和上游端分别连接在第一主管7的下游端和上游端之间，第二旁路管8’的下游端和上游端分别连接在二主管8的下游端和上游端之间。具体而言，第一旁路管7’的上游端连接第二主阀体的下游端，第一旁路管7’的下游端连接第一主阀体的上游端，第二旁路管8’的上游端连接第四主阀体的下游端，第二旁路管8’的下游端连接第三主阀体的上游端。
33.第一旁路管7’提供有第一旁路阀体，其用于控制第一气体是否可通过第一旁路管7’。同样地，第二旁路管8’提供有第二旁路阀体，用于控制第二气体是否可通过第二旁路管8’。
34.第一旁路管7’提供有第一泵浦，其可用于控制第一气体于第一旁路管7’中的气体流速。同样地，提供于第二旁路管8’中的第二泵浦可用于控制第二气体于第二旁路管8’中的气体流速。
35.第一主管7和第一旁路管7’分别提供有第一监测组件和第二监测组件，以分别监测第一主管7和第一旁路管7’的气体流速。同样地，第三监测组件和第四监测组件，分别用于监测第二主管8和第二旁路管8’的气体流速。
36.本发明气体供应系统可执行一切换手段及一逆切换手段，使第一气体或第二气体
于下游输送和循环输送之间切换。
37.所述下游输送指第一气体经由第一主管7及汇流管9输送至反应腔体，且未通过第一旁路管7’。此可由开启第一主阀体和第二主阀体并关闭第一旁路阀体所实现。换言之，所述下游输送将气体供应给反应腔体的工艺处理。
38.所述循环输送指第一气体于第一主管7和第一旁路管7’形成的一封闭回路中持续流动，未进入汇流管9。此可由关闭第一主阀体和第二主阀体并开启第一旁路阀体及第一泵浦而实现。换言之，所述循环输送是在气体未被反应腔体所利用时而执行。
39.较佳地，所述下游输送的气体流速和所述循环输送的气体流速为一致。如此，当从下游输送切换至循环输送后，再切换回下游输送时，可确保切换前后的下游输送的气体流速为一致。更具体而言，此可保证每次进入反应腔体的初始气体流速都维持在希望的范围，有助于工艺的稳定性。
40.由于第二气体的配置与切换手段与第一气体的相似，故不再赘述。
41.图3为本发明气体切换方法的流程图，包含步骤
42.步骤s100，因应一半导体工艺需求，将第一气体经由第一主管7和汇流管9下游输送至反应腔体。其中，所述半导体供应有使用不同反应气体的需求，或者，仅使用一种气体，但非持续性的使用。换言之，所述半导体工艺有切换气体的需求，或间歇使用气体的需求。
43.步骤s101，执行切换手段，以停止将第一气体下游输送至汇流管9，并使第一气体经由第一主管7和第一旁路管7’循环输送。具体而言，所述切换手段包含将第一主阀体和第二主阀体由开启切换至关闭，并将第一旁路阀体开启。如此，原本下游输送的第一气体便被限制在第一主管7和第一旁路管7’所形成的封闭回路中，且由第一泵浦维持气流速率。据此，反应腔体同时停止接收第一气体。
44.较佳地，第一气体在循环输送和下游输送的气体流速大致上维持一致。具体而言，第一主管7的第一监测组件和第一旁路管7’的第二监测组件可实现实时监测气体流速，并由已知的控制手段对第一泵浦进行控制。
45.步骤s102可与步骤s101同步执行，或者在其后执行。将第二气体，经由汇流管9下游输送至反应腔体，以完成气体切换。这边所述第二气体可以是图2的第二气体或以其他管路输送的不同气体。以图2为例子，第二气体于此步骤中经由第二主管8和汇流管9下游输送至反应腔体。据此，反应气体开始接收第二气体进行不同于步骤s100中所述的工艺。
46.步骤s103，结束第二气体的相关工艺后，在进行第一气体的相关工艺前，执行逆切换手段，以停止将第二气体下游输送至汇流管9，使第一气体从所述循环输送回到下游输送。所述逆切换手段包含关闭第三主阀体及第四主阀体并开启第二旁路阀体让第二气体从下游输送转换为循环输送，以及开启第一主阀体和第二主阀体并关闭第一旁路阀体让第一气体从循环输送回到下游输送。由于第一气体在循环输送时维持与下游输送时一致的气流，让第一气体在管路切换的过程中不会产生过大的压力落差，藉此确保进入反应腔体的气体流速稳定。

技术特征：
1.一种提供气体切换的气体供应系统，用于供应气体至执行半导体工艺的反应腔体，其特征在于，所述系统包括：一第一气体源；一第一主管，具有一上游端及一下游端，所述第一主管的上游端连接所述第一气体源；一第一旁路管，旁路于所述第一主管的上游端和下游端之间；及一汇流管，具有一上游端及一下游端，所述汇流管的上游端连接所述第一主管的下游端，所述汇流管的下游端连接所述反应腔体，其中，所述第一主管、所述第一旁路管及所述汇流管通过一切换手段，使第一气体选择性经由所述第一主管和所述汇流管下游输送至所述反应腔体，或者经由所述第一主管和所述第一旁路管所形成的封闭回路中循环输送。2.根据权利要求1所述气体供应系统，其特征在于，其中所述循环输送的气体流速相当于所述下游输送的气体流速。3.根据权利要求2所述气体供应系统，其特征在于，其中所述第一主管的下游端和上游端分别提供有一第一主阀体和一第二主阀体，所述第一旁路管提供有一第一旁路阀体，当所述第一主阀体和第二主阀体开启且第一旁路阀体关闭，则所述第一气体为所述下游输送；当所述第一主阀体和第二主阀体关闭且第一旁路阀体开启，则所述第一气体为所述循环输送。4.根据权利要求3所述气体供应系统，其特征在于，其中所述第一旁路管提供有一第一泵浦，用于控制所述循环输送的气体流速。5.根据权利要求4所述气体供应系统，其特征在于，其中所述第一主管提供有一第一监测组件用于监测所述下游输送时的气体流速，所述第一旁路管提供有一第二监测组件用于监测所述循环输送的气体流速。6.根据权利要求5所述气体供应系统，其特征在于，还包括：一第二气体源；一第二主管，具有一上游端及一下游端，分别连接所述第二气体源及所述汇流管；及一第二旁路管，旁路于所述第二主管的上游端和下游端之间，其中，所述第二主管、所述第二旁路管及所述汇流管通过另一切换手段，使第二气体选择性经由所述第二主管和所述汇流管下游输送至所述反应腔体，或者经由所述第二主管和所述第二旁路管所形成的封闭回路中循环输送。7.根据权利要求6所述气体供应系统，其特征在于，其中当所述第一气体为下游输送时，所述第二气体为循环输送；当所述第一气体为循环输送时，所述第二气体为下游输送。8.一种根据权利要求1所述气体供应系统执行的气体切换的方法，其特征在于，所述包括：将第一气体，经由所述第一主管和所述汇流管，下游输送至所述反应腔体；执行所述切换手段，以停止将所述第一气体下游输送至所述汇流管，并使所述第一气体经由所述第一主管和所述第一旁路管循环输送；及将第二气体，经由所述汇流管，下游输送所述反应腔体，以完成气体切换。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：逆执行所述切换手段，以停止将所述第二气体下游输送至所述汇流管，使第一气体从
所述循环输送回到下游输送。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中所述第一气体从所述循环输送回到下游输送的过程，使所述第一气体从封闭回路中的所述第一旁路管回到所述第一主管和所述汇流管形成的下游输送中，借此确保所有所述第一气体能够被所述反应腔体所利用。11.根据权利要求10所述的方法，更包含：将所述下游输送的气体流速和所述循环输送的气体流速保持一致，借此稳定切换前后的所述第一气体进入所述反应腔体的流速。

技术总结
本发明揭露一种提供气体切换的气体供应系统，包含：一第一气体源；一第一主管，具有一上游端及一下游端，所述第一主管的上游端连接所述第一气体源；一第一旁路管，旁路于所述第一主管的上游端和下游端之间；及一汇流管，具有一上游端及一下游端，所述汇流管的上游端连接所述第一主管的下游端，所述汇流管的下游端连接所述反应腔体。所述第一主管、所述第一旁路管及所述汇流管藉由一切换手段，使第一气体选择性经由所述第一主管和所述汇流管下游输送至所述反应腔体，或者经由所述第一主管和所述第一旁路管所形成的封闭回路中循环输送。此外，本发明还提供了一种所述气体供应系统执行的气体切换的方法。的气体切换的方法。的气体切换的方法。


技术研发人员：汤雨竹 叶五毛
受保护的技术使用者：拓荆科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8