CN111863657A - 离子布植机用的供气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种离子布植机用的供气系统，该供气系统包含一金属室、一电性绝缘盒、一硬质绝缘管件及一可挠性管件；该金属室的内部设置有一第一及第二管路，其底部通过多个电性绝缘件固定在地板上；该电性绝缘盒悬挂在该金属室的一外侧，该硬质绝缘管件设置在该电性绝缘盒内，其一端连接自该金属室外壁穿出的该第二管路，另一端则连接至该穿入至该电性绝缘盒的该可挠性管件。因电性绝缘盒悬挂在该金属室一侧，为避免其中的硬质绝缘管件内的气体受金属室连接的高电压影响而产生电解离，此掺杂气体需为高压气体。且该硬质绝缘管件连接可挠性管件可吸收外界震动能量。

Description

离子布植机用的供气系统
技术领域
本发明关于一种离子布植机用的供气系统，尤指一种可远程输送离子布植机用气体的供气系统。
背景技术
半导体设备厂用的离子布植机包含有多个反应腔室，且各反应腔室会随着不同产品工艺配方改变所使用的掺杂气体种类，该些掺杂气体具有受高电压解离特性，也对人体具有毒性；该些掺杂气体会预先装罐后，设置在该离子布植机的一金属室内，并与金属室内的管路连接，透过管路将掺杂气体输送至离子布植机；此一金属室会与高电压源电连接，即该金属室连接至高电压源的高电位，而该金属室底面与地板之间会再设置有多个电性绝缘件，避免金属室内产生一高压差环境。
由于气瓶容量有限，若未控制好离子布植机中各该反应腔室于工艺中的使用量，在工艺中的反应腔室会出现掺杂气体耗尽，而被迫中止工艺造成损失；因此，目前许多半导体设备厂开始研发如何将离子布植机的管路连接至远程的大量储存的掺杂气体源，使供气无虞。如图6所示，为一种气体传输装置，在金属室70与远程大量掺杂气体储放室71之间设置有一相互串接的电性绝缘管72及金属波型管73，金属波型管73因为延展性较佳可吸收外界震动能量，避免电性绝缘管72损坏；再者，由于波型管73为金属材质且该金属室呈高电位，为避免在管内产生高压差造成输送的掺杂气体解离，如图所示，将该金属室70再连接一分压电路74，令该波型管73电连接至该分压电路74的分压节点，如此该波型管73的电位即低于该金属室70的电位，减少构成高压差环境的机率。
由上述说明可知，当离子布植机使用远程大量储存的掺杂气体源的气体传输装置，必须考虑外力震动破坏及高电压差解离问题。
发明内容
有鉴于前述远程掺杂气体源的气体传输装置的安全性考虑，本发明主要目的是提出一种新的离子布植机用的供气系统。
欲达上述目的所使用的主要技术手段为令该供气系统包含：
一金属室，电性连接一高电压源的高电位，该金属室的内部设置有一第一管路及一第二管路，该第二管路的一端与该第一管路连通，另一端则穿出该金属室一外侧；
多个电性绝缘件，固定于该金属室的底部，且电性连接一高电压源的低电位；
一电性绝缘盒，悬挂在该金属室的该外侧；
一硬质绝缘管件，直立地设置在该电性绝缘盒内，该硬质绝缘管件具有一第一端及一第二端，该第一端连接自该金属室的外侧穿出的该第二管路的一端；以及
一可挠性管件，其一端穿入该电性绝缘盒，并与该硬质绝缘管件的第二端连接，该可挠性管件的另一端用以连接至一大量掺杂气体储放室；其中：
该电性绝缘盒的长度与其盒内气体压力乘积大于该硬质绝缘管件的第一端与该第二管路连接处及该硬质绝缘管件的第二端与该可挠性管件连接处之间的最大解离电压差；
该硬质绝缘管件的长度与其输送掺杂气体的气体压力的乘积大于该硬质绝缘管件的第一端与该第二管路连接处及该硬质绝缘管件的第二端与该可挠性管件连接处之间的最大解离电压差。
由上述说明可知，本发明的供气系统主要将该电性绝缘盒悬挂在该金属室一侧，即与地板之间保持一定距离，建立一高电压绝缘环境，而不引发高电压放电。而设计该硬质绝缘管件内的高压气体与该硬质绝缘管件长度乘积大于最大解离电压差，可保证金属室维持高电压操作环境；此外，电性绝缘盒悬挂设计及该硬质绝缘管件连接可挠性管件，均可吸收外界震动能量，避免该硬质绝缘管件受震而破损。
附图说明
图1为本发明供气系统的第一实施例的架构示意图。
图2为本发明供气系统的第二实施例的架构示意图。
图3为本发明供气系统的第三实施例的架构示意图。
图4为本发明供气系统使用的一种掺杂气体的帕邢曲线图。
图5为本发明供气系统使用的一种非活性气体的帕邢曲线图。
图6为既有一气体传输装置的架构示意图。
其中，附图标记：
1 地板
10 金属室
101 外侧
102 底面
11 第一管路
12 第二管路
13 气压监测暨调节阀
14 多路气阀
15 气瓶
20 电性绝缘件
30 电性绝缘盒
31 气瓶
40 硬质绝缘管件
41 第一端
42 第二端
50 可挠性管件
60 第三管路
61 真空泵浦
62 第四管路
63 气阀
64 非活性气体源
70 金属室
71 大量掺杂气体储放室
72 电性绝缘管
73 波型管
74 分压电路
具体实施方式
本发明针对离子布植机用提出一种新的供气系统，以下举多个实施例配合图式详加说明本案技术特征。
首先请参阅图1所示，为本发明供气系统的第一实施例，其包含有一金属室10、多个电性绝缘件20、一电性绝缘盒30、一硬质绝缘管件40及一可挠性管件50。
上述金属室10包含有一第一管路11及一第二管路12；其中该第一管路11自该金属室10的外侧101穿出，以传送离子布植机(图中未示)的掺杂气体用。该第二管路12的一端与该第一管路11连接，而另一端则自该金属室10的外侧101穿出；于本实施例，该第二管路12进一步串接有一气压监测暨调节阀13，调整进气压力，例如该第二管路12输送气体压力为35psi，则该气压监测暨调节阀13将第二管路12气体压力调降至小于大气压力(<14.7psi)后输送至该第一管路11，并随时监测该第二管路12气体压力，将监测压力值Sp传送至一远程控制台。
该电性绝缘件20设置在该金属室10的底面102，使该金属室10底面102与地板1保持一定距离d1；于本实施例，各该电性绝缘件20可为绝缘碍子，又该金属室10与该些绝缘碍子分别电性连接至一高电压源(如80千伏特；80KV)的高、低电位。
上述电性绝缘盒30悬挂在该金属室10的该外侧101，该第二管路12穿入该电性绝缘盒30中；于本实施例，该电性绝缘盒30的长度为d3，且该电性绝缘盒30与地板1最靠近的第一面31不与地板1接触。
上述硬质绝缘管件40直立设置于该电性绝缘盒30中，与该金属室10的外侧101实质平行，该硬质绝缘管件40的长度为d2包含有一第一端41与一第二端42，该第一端41与该第二管路12连接；于本实施例，该硬质绝缘管件40的材质可为蓝宝石玻璃、陶瓷等高电性绝缘硬材、或可为塑化材料(如乙烯类、苯酯类、硫醚类等聚合物)。
上述可挠性管件50的一端穿入该电性绝缘盒30的第一面31，并与该硬质绝缘管件40的第二端42连接，另一端则连接至远程的大量掺杂气体储放室71；于本实施例，该可挠性管件50的材质可为金属材质，如不锈钢、或其他金属可挠管等；该可挠性管材可穿入地板1下方，不与该些电缘绝件20或其他地板1上设备相互干涉。本发明供气系统配合使用的该掺杂气体可为砷化氢、磷化氢、三氟化硼、一氧化碳、四氟化锗、四氟化硅、磷化氟、三氟化氮、四氢化锗，或前揭任一项可与补充气体如氟气、二气化碳、氢气、氮气、氩气任一混合后的掺杂气体。
再者，为避免该硬质绝缘管件40因破裂而不慎外泄掺杂气体至该电性绝缘盒30再泄漏至厂区内，本发明供气系统进一步包含有一真空泵浦61及一与真空泵浦61连接的第三管路60，该第三管路60与该电性绝缘盒30连接，由该真空泵浦61通过该第三管路60，将该电性绝缘盒30内抽真空，即该电性绝缘盒30内构成一负压环境，将外泄掺杂气体及时通过第三管路60排除。再请参阅图2所示，本发明供气系统的第二实施例提供另一种解决硬质绝缘管件40因破裂而不慎外泄掺杂气体至该电性绝缘盒30再泄漏至厂区内作法，即该电性绝缘盒30连接一第四管路62，该第四管路62通过一气阀63连接一高压非活性气体源64，一旦该气阀63开启后，即不间断地导入一高压非活性气体至该电性绝缘盒30，且此一非活性气体的气体压力恒大于该硬质绝缘管件40内的掺杂气体压力。如此当硬质绝缘管件40破裂时，因硬质绝缘管件40内的掺杂气体压力小于电性绝缘盒30内非活性气体压力，使得非活性气体可泄漏到硬质绝缘管中，以阻挡掺杂气体泄漏到电性绝缘盒内，杜绝外漏至厂区的可能。该非活性气体可为N2、惰性气体源或其组合。又，另一可行作法是，在该电性绝缘盒30内填充环氧树脂，并包覆该硬质绝缘管件40；因此，当硬质绝缘管件40破裂时，可受环氧树脂包覆而不会外泄掺杂气体。
此外，本发明也可进一步在上述金属室10内设置一储存有掺杂气体的气瓶15，且该气瓶通过一气阀14与该第一管路11连接，可视需要开启气阀14，由该气瓶15通过第一管路11提供掺杂气体至离植布植机，当然也可关闭气阀14，仍由该第二管路12提供掺杂气体至第一管路11，再由该第一管路11提供掺杂气体至离子布植机。
再请参阅图3所示，为本发明供气装置的第三实施例，其与图1所示的供气装置结构大致相同，但是该电性绝缘盒30、该硬质绝缘管件40与该可挠性管件50设置在该金属室10的上方；如此，该可挠性管件50走厂房的上方空间，同样不会与厂房地板1上的设备干涉。
由上述说明可知，本发明供气系统中的该硬质绝缘管件40的第一端41连接至该第二管路12，且容置在一个悬挂于该金属室的电性绝缘盒30中，当外界因故发生震动，该电性绝缘盒30与该硬质绝缘管件40即同步随着金属室晃动，加上该硬质绝缘管件40的第二端42连接至该可挠性管件50，并非连接至固定对象上，可在一定震度内由该可挠性管件50吸收震动能量。以该可挠性管件50使用管径1/8英吋的不锈钢管，该不锈钢管又以固定间距绕管成型呈一弹簧状，该弹簧状不锈钢管即构成一三维立体组件，在三维方向产生变动时，可提供足够的可挠性；因此，当地震造成剧烈摇晃时，该弹簧状不锈钢管确实能提供足够的空间缓冲，不至于使硬质绝缘管件40在摇晃期间受力而断裂。
再者，本发明供气系统也能确保在输送掺杂气体至高电位的金属室期间，该硬质绝缘管件40内掺杂气体不会受高压而解离，请配合参阅图4所示，为5种气体的帕邢曲线，帕邢曲线函数为V＝f(pd)。其中，V为二电极间形成电弧或放电的解离电压、p是气体压力、d是电极距离。由图4的曲线可知，假设输送的掺杂气体压力为一定值，则二电极之间的不同距离可决定该气体压力产生电弧的解离电压，而本发明的二电极是指该硬质绝缘管件40的第一端41及第二端42；因此，为了避免该硬质绝缘管件40内的掺杂气体受高压形成电弧而解离，在硬质绝缘管件40输送的气体压力维持一定值前提下，决定该硬质绝缘管件40的长度d2，并使该长度与气体压力乘积落在可解离电压所对应的气体压力与电极距离乘积范围之外，也就是该硬质绝缘管件40的长度d2与其输送掺杂气体的气体压力的乘积，大于该硬质绝缘管件40的第一端41与该第二管路12连接处及该硬质绝缘管件40的第二端42与该可挠性管件50连接处之间的最大解离电压差，以确保硬质绝缘管件40输送的掺杂气体不会受高压而解离。
此外，也可利用帕邢定律来配合调整硬质绝缘管件40输送的掺杂气体的气体压力，令气体压力与电极距离乘积落在更高解离电压对应的乘积范围，即该硬质绝缘管件40长度与其输送掺杂气体的压力的乘积，大于该硬质绝缘管件40的第一端41与第二管路12(金属)及该硬质绝缘管件40的第二端42与可挠性管件50(金属)连接处的最大解离电压差；再者，如图2所示本发明供气系统的第二实施例，借由对该电性绝缘盒30内抽真空的方式，将该电性绝缘盒30可能受高压而成为电弧放电路径的绝缘度拉高，让其中解离电压远大于绝缘距离两端的最大解离电压差。
此外，由于该电性绝缘盒30亦悬挂于电性连接于高电位的金属室10外侧，故也一并考虑该电性绝缘盒30发生电弧放电可能，即该电性绝缘盒30的长度d3与其盒内气体压力乘积大于硬质绝缘管件40第一端41与该第二管路12连接处及硬质绝缘管件40第二端42与该可挠性管件50连接处之间的解离电压差；也就是说，如图5所示，该电性绝缘盒30的长度d2与其盒内的气体压力乘积，落在可解离电压所对应的气体压力与电极距离乘积范围之外，以确保该电性绝缘盒30内的非活性气体(氮气N2)不会受高压而解离。
综上所述，本发明供气系统的该电性绝缘盒悬挂在该金属室的一外侧101，该硬质绝缘管件40设置在该电性绝缘盒内，其一端连接自该金属室外壁穿出的该第二管路，另一端则连接至该穿入至该电性绝缘盒的该可挠性管件50。因电性绝缘盒悬挂在该金属室一侧，避免其中的硬质绝缘管件40内的气体受金属室连接的高压而解离，且该硬质绝缘管件40连接可挠性管件50可吸收外界震动能量。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种离子布植机用的供气系统，其特征在于，包括：
一金属室，电性连接一高电压源的高电位，该金属室的内部设置有一第一管路及一第二管路，该第二管路的一端与该第一管路连通，另一端则穿出该金属室一外侧；
多个电性绝缘件，固定于该金属室的底部，且电性连接一高电压源的低电位；
一电性绝缘盒，悬挂在该金属室的该外侧；
一硬质绝缘管件，直立地设置在该电性绝缘盒内，该硬质绝缘管件具有一第一端及一第二端，该第一端连接自该金属室的外侧穿出的该第二管路的一端；以及
一可挠性管件，其一端穿入该电性绝缘盒，并与该硬质绝缘管件的第二端连接，该可挠性管件的另一端用以连接至一大量掺杂气体储放室；其中：
该电性绝缘盒的长度与其盒内气体压力乘积大于该硬质绝缘管件的第一端与该第二管路连接处及该硬质绝缘管件的第二端与该可挠性管件连接处之间的最大解离电压差；
该硬质绝缘管件长度与其输送掺杂气体的气体压力的乘积大于该硬质绝缘管件的第一端与该第二管路连接处及该硬质绝缘管件的第二端与该可挠性管件连接处之间的最大解离电压差。
2.如权利要求1所述的供气系统，进一步包含：
一第三管路，穿入该电性绝缘盒；以及
一真空泵浦，串接于该第三管路，通过该第三管路提供该电性绝缘盒一负压环境。
3.如权利要求1所述的供气系统，进一步包含：
一第四管路，穿入该电性绝缘盒；以及
一高压非活性气体源，通过一气阀连接至该第四管路，通过该气阀开启将该高压非活性气体不间断地输入至该电性绝缘盒中；其中，该高压非活性气体源的气体压力大于该硬质绝缘管件所输送的掺杂气体的气体压力。
4.如权利要求1所述的供气系统，其中该电性绝缘盒填充环氧树脂，并包覆该硬质绝缘管件。
5.如权利要求1至4任一项所述的供气系统，进一步包含：
一气压监测暨调节阀，连接至该第二管路，以调整其进气压力，并监测该进气压力及输出监测压力值。
6.如权利要求5所述的供气系统，其中该第一管路输送气体压力小于大气压力，该第二管路输送气体压力大于大气压力。
7.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，进一步包含一气瓶，其储存有掺杂气体，并通过一气阀与该第一管路连接。
8.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中该硬质绝缘管件材质为蓝宝石玻璃、陶瓷或塑化材料；其中该塑化材料为乙烯类聚合物、苯酯类聚合物、硫醚类聚合物其中之一。
9.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中可挠性管件的材质为不锈钢。
10.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中该掺杂气体为砷化氢、磷化氢、三氟化硼、一氧化碳、四氟化锗、四氟化硅、磷化氟、三氟化氮、四氢化锗。
11.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中该掺杂气体为砷化氢、磷化氢、三氟化硼、一氧化碳、四氟化锗、四氟化硅、磷化氟、三氟化氮、四氢化锗的其中之一与氟气、二气化碳、氢气、氮气、氩气的其中之一混合后的掺杂气体。
12.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中该电性绝缘盒悬挂在该金属室外侧靠底面处。
13.如权利要求1至4中任一项所述的供气系统，其中该电性绝缘盒悬挂在该金属室外侧靠顶面处。
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