TW201621206A - 壓力調節氣體供給容器 - Google Patents

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Abstract

一種氣體儲存及分配容器，包括定義氣體儲存內部容積的容器和固定於容器的閥頭調節組件，閥頭調節組件包含置於容器內部容積的單一氣體壓力調節器和包括氣動流量控制閥的閥頭，其中單一調節器配置成具有至少0.5兆帕的設定點壓力，且容器的內部容積為至少5公升。

Description

壓力調節氣體供給容器
本發明係關於用於儲存及分配氣體的壓力調節氣體供給容器、包含此容器的處理系統和製造及使用此容器的方法。
在用於儲存及分配高價氣體的氣體供給包裝領域中，已發展出超越習知高壓氣缸範圍的各種設計。
描述於授予Luping Wang等人的美國專利案第6,101,816號、第6,089,027號和第6,343,476號及購自Entegris公司(Billerica,Massachusetts,USA)的VAC商標氣體供給容器即為一例，其中一或更多氣體壓力調節器設在氣體供給容器的內部容積，用以在低壓下分配氣體，例如次大氣壓，用於如離子佈植應用，其中期由低壓氣源供應摻質源氣體至離子佈植設備，離子佈植設備係在對應低壓下操作。
通常，此類壓力調節氣體供給容器已商品化為較小尺寸的氣體供給包裝，例如2.2公升(L)氣體儲存容積包裝，此配置以在500托耳(0.67巴)壓力等級下供應氣體。
本發明係關於壓力調節氣體供給容器、包含此容器的系統和製造及使用此容器的方法。
在一態樣中，本發明係關於氣體儲存及分配容器，包含定義氣體儲存內部容積的容器和固定於容器的閥頭調節組件，閥頭調節組件包含置於容器內部容積的單一氣體壓力調節器和包括氣動流量控制閥的閥頭，其中單一調節器配置成具有至少0.5兆帕(MPa)的設定點壓力，且容器的內部容積為至少5公升(L)。
在另一態樣中，本發明係關於上述氣體儲存及分配容器結合氣櫃，其中氣體儲存及分配容器設置於內。
在又一態樣中，本發明係關於上述氣體儲存及分配容器結合(i)氣箱，其中氣體儲存及分配容器設置於內，及(ii)處理工具，配置以在相對氣箱的高電壓下操作，其中處理工具設置以接收出自置於氣箱中的氣體儲存及分配容器的氣體。
本發明的再一態樣係關於加強氣體使用處理設施操作的方法，包含供應氣體用於氣體使用處理設施，氣體包裝在氣體儲存及分配容器內。
本發明的其他態樣、特徵和實施例在參閱以下實施方式說明和後附申請專利範圍後將變得更清楚易懂。
100‧‧‧氣體供給容器
102‧‧‧容器
104‧‧‧平底部
106‧‧‧頸部
108‧‧‧閥頭組件
118‧‧‧填充埠
124‧‧‧出口
126‧‧‧氣動閥
130‧‧‧閥體
132‧‧‧圓柱部
134‧‧‧填充通道
136‧‧‧排放管
138‧‧‧調節器
140‧‧‧入口管
142‧‧‧延伸管
144‧‧‧微粒過濾器
150‧‧‧壓力調節組件
152‧‧‧提動閥元件
154‧‧‧壓力感測組件
160‧‧‧伸縮囊
200‧‧‧浮點區結晶設備
202‧‧‧腔室
204‧‧‧內部容積
210、212‧‧‧夾盤
214‧‧‧種晶
216‧‧‧多晶棒
220‧‧‧射頻線圈
300‧‧‧處理系統
302‧‧‧氣櫃
304‧‧‧內部容積
306、308‧‧‧容器
310、320‧‧‧歧管管線
312‧‧‧分配管線
314‧‧‧調節器
316、322、328、334‧‧‧進料管線
324、330、336‧‧‧質量流量控制器
326、332、338‧‧‧處理腔室
400‧‧‧處理系統
404‧‧‧氣櫃
406、408‧‧‧容器
410‧‧‧歧管
412‧‧‧輸送管線
414‧‧‧調節器
416、422‧‧‧質量流量控制器
418‧‧‧處理腔室
420‧‧‧供氣源
424‧‧‧進料管線
500‧‧‧平面顯示器製造系統
502‧‧‧氣箱
504‧‧‧離子佈植工具
506‧‧‧容積
508、510‧‧‧容器
512‧‧‧分配管線
514、522、534、538、542、546‧‧‧流量控制閥
516、536‧‧‧調節器
518‧‧‧手動閥
520‧‧‧支線
530‧‧‧介電隔板
532‧‧‧管線
540‧‧‧旁通環路
544‧‧‧質量流量控制器
第1圖係根據本發明一實施例，壓力調節氣體供給容器的示意圖。
第2圖係第1圖壓力調節氣體供給容器的閥頭調節組件的正視圖。
第3圖係第2圖閥頭調節組件的調節器的剖視圖。
第4圖係採用第1圖所示壓力調節氣體供給容器的N型晶圓製造系統的示意圖。
第5圖係處理系統的示意圖，系統包括含有本發明壓力調節氣體供給容器的氣櫃，用以輸送氣體至三個處理腔室。
第6圖係處理系統的示意圖，系統包括含有本發明壓力調節氣體供給容器的氣櫃，用以輸送氣體至處理腔室和分離供氣源。
第7圖係平面顯示器製造系統的示意圖，系統包括含有本發明壓力調節氣體供給容器的氣箱，及設置以輸送氣體至離子佈植工具。
本發明係關於壓力調節氣體供給容器、包含此容器的系統和相關方法。
市售壓力調節氣體供給容器通常具較小容積，例如容器的氣體供給容積為2.2L。市售小容積壓力調節容器具有閥頭，閥頭包括手動操作流量控制閥設在容器的壓力調節器下游。此閥頭構造讓人察覺到手動操作流量控制閥需有安全要求，故個別操縱容器可確認及確保手動閥密封關緊。同時認為壓力調節氣體供給容器具小容量 在容器儲存的超大氣壓氣體可在最糟情況釋放(WCR)事件下釋放到容器周遭環境的總容量方面有安全考量。因此典型配置涉及包括閥頭組件的小容量容器，閥頭組件包括具內部調節器的手動流量控制閥，當調節器接觸出口處的次大氣壓條件時將打開。
本發明可提供安全、高效率的大容量壓力調節容器，容器採用單一壓力調節器設在容器內部，當內設壓力調節器為閥頭組件的一部分時，閥頭組件包括氣動流量控制閥，設定點壓力為至少0.5MPa，例如0.5MPa至1.5MPa。容器容納氣體的容積為至少5L，例如40L至220L，以提供高效率氣體供給包裝。容器內部容積所含氣體可為大於單一調節器的設定點的超大氣壓，在不同實施例中，壓力為4MPa至14MPa，更佳為7MPa至10MPa。在特定實施例中，內含氣體壓力為9.5MPa(1380絕對磅/平方吋)。
本發明壓力調節容器儲存及分配的氣體可為任何適合類型，例如包含可用於製造半導體產品、平面顯示器和太陽能面板的氣體。此類氣體包括單組分氣體和多組分氣體混合物。
本發明壓力調節氣體供給包裝可容納的示例性氣體包括、但不限於胂、膦、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、二硼烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、二矽烷、矽烷、鍺烷、有機金屬氣態試劑、硒化氫、碲化氫、銻化氫、氯矽烷、鍺烷、二矽烷、三矽烷、甲烷、硫化氫、氫、氟 化氫、四氟化二硼、氯化氫、氯、氟化烴、鹵化矽烷(例如SiF4)與二矽烷(Si2F6)、GeF4、PF3、PF5、AsF3、AsF5、He、N2、O2、F2、Xe、Ar、Kr、CO、CO2、CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、NF3、COF2等和上述二或更多混合物及上述同位素濃化變種。
故在一實施例中，本發明係關於氣體儲存及分配容器，包含定義氣體儲存內部容積的容器和固定於容器的閥頭調節組件，閥頭調節組件包含置於容器內部容積的單一氣體壓力調節器和包括氣動流量控制閥的閥頭，其中單一調節器配置成具有至少0.5MPa的設定點壓力，且容器的內部容積為至少5L。
在特定實施例中，容器中的單一調節器的設定點壓力為0.5MPa至1.5MPa。在不同實施例中，容器的內部容積為40L至220L。在其他實施例中，容器的內部容積為5L至15L或15L至50L或50L至200L、或5L至220L或以上大範圍內的其他特定範圍或子範圍。
氣體儲存及分配容器的閥頭包含2埠閥頭，該2埠閥頭包括輸出埠和填充埠，此將詳述於後。
氣體儲存及分配容器可於容器內部容積容納氣體，氣體可為單組分氣體或多組分氣體，例如包含選自由胂、膦、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、二硼烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、二矽烷、矽烷、鍺烷、有機金屬氣態試劑、硒化氫、碲化氫、銻化氫、氯矽烷、鍺烷、二矽烷、三矽烷、甲烷、硫化氫、氫、氟化氫、四氟化二硼、 氯化氫、氯、氟化烴、鹵化矽烷、SiF4、鹵化二矽烷、Si2F6、GeF4、PF3、PF5、AsF3、AsF5、He、N2、O2、F2、Xe、Ar、Kr、CO、CO2、CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、NF3、COF2、上述二或更多混合物和上述同位素濃化變種所組成群組的氣體。
在特定實施例中，氣體儲存及分配容器可配置結合氣櫃，其中氣體儲存及分配容器設置於內。
在其他實施例中，氣體儲存及分配容器可配置結合(i)氣箱，其中氣體儲存及分配容器設置於內，及(ii)處理工具，配置以在相對氣箱的高電壓下操作，其中處理工具設置以接收出自置於氣箱中的氣體儲存及分配容器的氣體。
在特定實施例中，氣體儲存及分配容器可操作耦接至浮點區結晶設備，用以接收出自氣體儲存及分配容器的氣體。
在其他實施例中，氣體儲存及分配容器可操作耦接至離子源，用以輸送氣體。
在示例性實施方式中，本發明包含平面顯示器製造處理系統，包含本發明氣體儲存及分配容器，並操作設置以供應氣體來製造平面顯示產品。
在另一態樣中，本發明包含加強氣體使用處理設施操作的方法，包含供應氣體用於氣體使用處理設施，氣體包裝在根據本發明的氣體儲存及分配容器內。處理設施可包含離子佈植處理設施，例如離子佈植處理設施使用 氣體儲存及分配容器供應的摻質氣體。在其他實施例中，處理設施包含矽晶圓製造設施。在又一些其他實施例中，處理設施包含半導體製造處理設施，例如半導體製造處理設施包含蝕刻處理工具，蝕刻處理工具使用氣體儲存及分配容器供應的蝕刻氣體。
在加強氣體使用處理設施操作的特定方法態樣中，氣體係包裝在根據本發明的氣體儲存及分配容器內供應，供給氣體可為任何適合類型。在一實施例中，氣體包含膦，例如膦與氬的混合物。在另一示例性實施例中，氣體包含氟，例如氟與氬的混合物，以用於蝕刻應用。
應理解本發明的氣體儲存及分配容器可以各種方式配置，且可用於包裝各種氣體使用應用的各種相應氣體。
現參照圖式，第1圖係根據本發明一實施例，壓力調節氣體供給容器100的示意圖。壓力調節氣體供給容器100包含容器102，容器具有平底部104，使得容器垂直支撐在地面或其他平面。容器102呈細長圓柱形式且具上漸縮頸部106，閥頭組件108設置於內，閥頭組件包括具填充埠118與出口124的閥體和氣動閥126。
第2圖係第1圖壓力調節氣體供給容器的閥頭調節組件108的正視圖。如圖所示，閥頭調節組件108包括閥頭主體130，閥頭主體包含上述填充埠118和出口124，氣動閥126耦接閥頭主體，且設置以響應氣動閥的對應氣動致動，使閥頭主體的閥元件在全開與全關位置間 轉換。閥體130包括螺紋圓柱部132，螺紋圓柱部可旋入而相配嚙合容器頸部的對應螺紋相配內面，其中閥頭調節組件設置於內(參見第1圖)。
閥頭調節組件包括填充通道134，填充通道連通填充埠118。填充埠118一般由所示關閉元件關閉，且可選擇性耦接壓力調節容器所儲存及隨後分配的氣源。閥頭主體130於螺紋圓柱部132下端耦接至壓力調節組件150的排放管136。壓力調節組件150包含壓力調節器138、密封連接壓力調節器138下游端的排放管136和密封連接壓力調節器138上游端的入口管140。圖示入口管140下端連接至延伸管142，延伸管下端具有凸緣，用以固定微粒過濾器144。在分配操作期間，微粒過濾器144用於移除容器排放氣體的微粒，其中閥頭調節組件設置於內。
閥頭調節組件提供氣體流動路徑，以排放安裝閥頭調節組件相關容器的氣體。當氣體在非分配條件下儲存於容器時，容器內的氣體壓力將大於調節器138的設定點，氣動閥126為關閉，調節器的壓力感測組件將使調節器入口的閥維持在關閉狀態，故無氣體流過。當氣動閥126打開時，調節器的壓力感測組件接觸小於調節器設定點壓力的下游壓力，調節器的壓力感測組件將轉換成打開調節器入口的閥。氣體接著流過微粒過濾器144、延伸管142、調節器138、排放管136和閥頭主體130的氣流通道而至出口124，以排出容器。
第3圖係第2圖閥頭調節組件150的調節器的剖視圖，該圖圖示內部結構細部。如圖所示，壓力感測組件154耦接至伸縮囊160，伸縮囊可響應出口壓力條件以擴張或收縮而轉換提動閥元件152，如此在分配期間，當閥打開時，氣體壓力維持在設定點壓力值，當下游壓力大於調節器的設定點時，則固定提動閥元件152，以免氣體流過調節器。
故當排放管136內的下游壓力小於調節器的設定點時，氣體將從容器的氣體容積流經入口管140及流過調節器而至排放管136。
第4圖係採用第1圖所示壓力調節氣體供給容器的N型晶圓製造系統的示意圖。
晶圓製造系統包括浮點區結晶設備200，浮點區結晶設備包括定義內部容積204的腔室202，其中上夾盤212與下夾盤210設置於內。在對應浮點區結晶製程中，多晶矽棒216碰觸置於下夾盤210的種晶214。射頻線圈220依箭頭A指示方向移動，使接近線圈的棒熔化，當線圈移動到上夾盤212的高度，接著反向倒退到下夾盤210時，「熔化前沿」從種晶移動到棒末端並往回。如此操作可製造單晶棒。
如圖所示，第1圖所示容器類型設置使氣體流入浮點區結晶腔室202上端的入口及往下流入其中，其中對應零件和部件以對應數字識別。就製造單晶N型材料以製造對應N型矽晶圓而言，壓力調節容器輸送的氣體含有 N型摻質源材料膦(PH3)攙入鈍氣中，例如氬。膦/氬氣體混合物的膦濃度可為500ppm PH3。
對應氣體混合物輸送壓力可為0.69MPa(100磅/平方吋)，壓力係由容器102中的單一調節器的設定點壓力在此壓力值下測定。
第5圖係包括氣櫃302的處理系統300的示意圖，氣櫃於氣櫃內部容積304含有一對本發明壓力調節氣體供給容器306、308，用以輸送氣體至三個處理腔室326、332、338。
如圖所示，容器306、308設置以分配連通歧管管線310，進而連通分配管線312。容器306、308可設置以依需求同時或相繼操作。分配管線312輸送分配氣體至外部壓力調節器314，以調制壓力和從進料管線316到歧管管線320的流量。分配氣體從歧管管線320經由各分支進料管線322、328、334流到處理腔室326、332、338，分支進料管線322、328、334分別含有質量流量控制器324、330、336。
容器306、308供應的氣體可包含氣體混合物，例如第4圖所述相關氣體混合物、或適合處理腔室326、332、338和腔室執行處理操作的單組分或其他多組分氣體。進料管線316內的氣體壓力可為0.7-0.8MPa，且與氣櫃302中的壓力調節容器306、308的內設調節器的設定點壓力一致。
第6圖係處理系統400的示意圖，系統包括含有本發明壓力調節氣體供給容器406、408的氣櫃404，用以輸送氣體至處理腔室418和分離供氣源420。所示壓力調節氣體供給容器406、408供應氣體至歧管410，以經由輸送管線412流至腔室418，管線412含有外部壓力調節器414和質量流量控制器416。容器406、408可容納膦並內設調節器，調節器的設定點壓力為0.7MPa。分離供氣源420可含有氬或其他適合鈍氣，氣體經由含有質量流量控制器422的進料管線424流至處理腔室418。可控制膦和氬氣各自的流率，以提供處理腔室418預定濃度的膦，例如處理腔室內的氬氣濃度為40ppm至150ppm。
第7圖係平面顯示器製造系統500的示意圖，系統包括定義封閉容積506的氣箱502，其中本發明壓力調節氣體供給容器508、510設置於內，及設置以輸送氣體至離子佈植工具504。
如圖所示，氣箱502含有設置成可相繼操作的容器502、510，如此當一容器耗盡時，另一容器將投入運轉，以分配氣體至離子佈植工具504。故容器508耦接至氣體分配管線512，管線512含有流量控制閥514、外部調節器516和手動閥518，容器510則設置以分配氣體至含有流量控制閥522的支線520，支線522終端耦接至氣體分配管線512。
在氣箱502外面、以虛線圓「B」表示的氣體分配管線512長約10呎，並且排放氣體，使之流經介電隔板530而至離子佈植工具504，工具包殼處於相對接地的高電壓，是以電壓高於氣箱502。在離子佈植工具包殼中，氣箱502供應的氣體從管線532流經兩側為流量控制閥534、538的外部調節器536及流過質量流量控制器544和流量控制閥546而至工具的離子源550。管線532亦連通含有流量控制閥542的旁通環路540，以選擇性將引入氣體分流、繞過質量流量控制器544和流量控制閥546。
處理系統500中的壓力調節氣體供給容器508、510供應的氣體可包含同位素濃化三氟化硼或其他適合氣體，氣體係在0.8MPa的壓力下由各氣體供給容器供應，且與各氣體供給容器中的單一調節器的設定點壓力一致。
應理解前述採用本發明壓力調節容器的處理安裝僅為舉例說明，此壓力調節容器當可用於各種類型的處理安裝和應用，以安全、有效又可靠的方式提供氣體。
雖然本發明已以特定態樣、特徵和示例性實施例揭示如上，然應理解本發明的應用不限於此，而是擴及涵蓋本發明領域的一般技術人士依據所述內容所推衍的眾多其他變化、修改和替代實施例。同樣地，本發明後附申請專利範圍的主張擬廣泛推斷及解釋成包括落在本發明精神與範圍內的所有變化、修改和替代實施例。
100‧‧‧氣體供給容器
102‧‧‧容器
104‧‧‧平底部
106‧‧‧頸部
108‧‧‧閥頭組件
118‧‧‧填充埠
124‧‧‧出口
126‧‧‧氣動閥

Claims (23)

  1. 一種氣體儲存及分配容器，包含定義一氣體儲存內部容積的一容器和固定於該容器的一閥頭調節組件，該閥頭調節組件包含置於該容器的該內部容積的一單一氣體壓力調節器和包括一氣動流量控制閥的一閥頭，其中該單一調節器配置成具有至少0.5MPa的一設定點壓力，且該容器的該內部容積為至少5L。
  2. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，其中該單一調節器的該設定點壓力為0.5MPa至1.5MPa。
  3. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，其中該容器的該內部容積為40L至220L。
  4. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，其中該閥頭包含一2埠閥頭，該2埠閥頭包括一出口埠和一填充埠。
  5. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，其中在4MPa至14MPa的一壓力下，該容器的該內部容積含有一氣體。
  6. 如請求項5所述之氣體儲存及分配容器，其中該氣體係一單組分氣體。
  7. 如請求項5所述之氣體儲存及分配容器，其中該氣體係一多組分氣體。
  8. 如請求項5所述之氣體儲存及分配容器，其中該氣體包含選自由胂、膦、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、二硼烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、二矽烷、矽烷、鍺烷、有機金屬氣態試劑、硒化氫、碲化氫、銻化氫、氯矽烷、鍺烷、二矽烷、三矽烷、甲烷、硫化氫、氫、氟化氫、四氟化二硼、氯化氫、氯、氟化烴、鹵化矽烷、SiF4、鹵化二矽烷、Si2F6、GeF4、PF3、PF5、AsF3、AsF5、He、N2、O2、F2、Xe、Ar、Kr、CO、CO2、CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、NF3、COF2、上述二或更多混合物和上述同位素濃化變種所組成群組的一氣體。
  9. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，進一步結合一氣櫃，其中該氣體儲存及分配容器置於該氣櫃。
  10. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，進一步結合(i)一氣箱，其中該氣體儲存及分配容器置於該氣箱，及(ii)一處理工具，配置以在相對該氣箱的一高電壓下操作，其中該處理工具設置以接收出自該氣箱中的該氣體儲存及分配容器的一氣體。
  11. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，操作耦接至一浮點區結晶設備，用以接收出自該氣體儲存及分配容器的一氣體。
  12. 如請求項1所述之氣體儲存及分配容器，操作耦接至一離子源，用以輸送一氣體。
  13. 一種平面顯示器製造處理系統，包含一如請求項1之氣體儲存及分配容器，並操作設置以供應一氣體來製造一平面顯示產品。
  14. 一種加強一氣體使用處理設施操作的方法，該方法包含供應一氣體用於該氣體使用處理設施，該氣體包裝在一如請求項1之氣體儲存及分配容器內。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該處理設施包含一離子佈植處理設施。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該離子佈植處理設施使用由該氣體儲存及分配容器供給的一摻質氣體。
  17. 如請求項14所述之方法，其中該處理設施包含一矽晶圓製造設施。
  18. 如請求項14所述之方法，其中該處理設施係一半導體製造處理設施。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該半導體製造處理設施包含一蝕刻處理工具，該蝕刻處理工具使用由該氣體儲存及分配容器供給的一蝕刻氣體。
  20. 如請求項14所述之方法，其中該氣體包含 膦。
  21. 如請求項14所述之方法，其中該氣體包含膦和氬。
  22. 如請求項14所述之方法，其中該氣體包含氟。
  23. 如請求項14所述之方法，其中該氣體包含氟和氬。
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