TWI693656B - 離子佈植機用之供氣系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種 離子佈植機用之供氣系統，該供氣系統包含一金屬室、一電性絕緣盒、一硬質絕緣管件及一可撓性管件；該金屬室的內部設置有一第一及第二管路，其底部透過多個電性絕緣件固定在地板上；該電性絕緣盒懸掛在該金屬室的一外側，該硬質絕緣管件係設置在該電性絕緣盒內，其一端連接自該金屬室外壁穿出的該第二管路，另一端則連接至該穿入至該電性絕緣盒之該可撓性管件。因電性絕緣盒懸掛在該金屬室一側，為避免其中之硬質絕緣管件內的氣體受金屬室連接之高電壓影響而產生電解離，此摻雜氣體需為高壓氣體。且該硬質絕緣管件連接可撓性管件可吸收外界震動能量。

Description

離子佈植機用之供氣系統
本發明係關於一種離子佈植機用之供氣系統，尤指一種可遠端輸送離子佈植機用氣體之供氣系統。
半導體設備廠用之離子佈植機包含有多個反應腔室，且各反應腔室會隨著不同產品製程配方改變所使用的摻雜氣體種類，該些摻雜氣體具有受高電壓解離特性，也對人體具有毒性；該些摻雜氣體會預先裝罐後，設置在該離子佈植機的一金屬室內，並與金屬室內的管路連接，透過管路將摻雜氣體輸送至離子佈植機；此一金屬室會與高電壓源電連接，即該金屬室連接至高電壓源的高電位，而該金屬室底面與地板之間會再設置有多個電性絕緣件，避免金屬室內產生一高壓差環境。
由於氣瓶容量有限，若未控制好離子佈植機中各該反應腔室於製程中之使用量，在製程中之反應腔室會出現摻雜氣體耗盡，而被迫中止製程造成損失；因此，目前許多半導體設備廠開始研發如何將離子佈植機的管路連接至遠端的大量儲存的摻雜氣體源，使供氣無虞。如圖6所示，係為一種氣體傳輸裝置，在金屬室70與遠端大量摻雜氣體儲放室71之間設置有一相互串接的電性絕緣管72及金屬波型管73，金屬波型管73因為延展性較佳可吸收外界震動能量，避免電性絕緣管72損壞；再者，由於波型管73為金屬材質且該金屬室呈高電位，為避免在管內產生高壓差造成輸送之摻雜氣體解離，如圖所示，將該金屬室70再連接一分壓電路74，令該波型管73電連接至該分壓電路74的分壓節點，如此該波型管73的電位即低於該金屬室70的電位，減少構成高壓差環境的機率。
由上述說明可知，當離子佈植機使用遠端大量儲存的摻雜氣體源的氣體傳輸裝置，必須考量外力震動破壞及高電壓差解離問題。
有鑑於前揭遠端摻雜氣體源之氣體傳輸裝置的安全性考量，本發明主要目的係提出一種新的離子佈植機用之供氣系統。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該供氣系統包含： 一金屬室，係電性連接一高電壓源的高電位，該金屬室之內部設置有一第一及第二管路，該第二管路的一端與該第一管路連通，另一端則穿出該金屬室一外側； 多個電性絕緣件，係固定於該金屬室的底部，且電性連接一高電壓源的低電位； 一電性絕緣盒，係懸掛在該金屬室的該外側； 一硬質絕緣管件，係直立地設置在該電性絕緣盒內，該硬質絕緣管件具有一第一端及一第二端，該第一端係連接自該金屬室之外側穿出的該第二管路的一端；以及 一可撓性管件，其一端穿入該電性絕緣盒，並與該硬質絕緣管件之第二端連接，該可撓性管件的另一端係用以連接至一大量摻雜氣體儲放室；其中： 該電性絕緣盒的長度與其盒內氣體壓力乘積係大於該硬質絕緣管件之第一端與該第二管路連接處及該硬質絕緣管件之第二端與該可撓性管件連接處之間的最大解離電壓差； 該硬質絕緣管件的長度與其輸送摻雜氣體的氣體壓力的乘積係大於該硬質絕緣管件之第一端與該第二管路連接處及該硬質絕緣管件之第二端與該可撓性管件連接處之間的最大解離電壓差。
由上述說明可知，本發明的供氣系統主要將該電性絕緣盒懸掛在該金屬室一側，即與地板之間保持一定距離，建立一高電壓絕緣環境，而不引發高電壓放電。而設計該硬質絕緣管件內的高壓氣體與該硬質絕緣管件長度乘積大於最大解離電壓差，可保證金屬室維持高電壓操作環境；此外，電性絕緣盒懸掛設計及該硬質絕緣管件連接可撓性管件，均可吸收外界震動能量，避免該硬質絕緣管件受震而破損。
本發明係針對離子佈植機用提出一種新的供氣系統，以下舉多個實施例配合圖式詳加說明本案技術特徵。
首先請參閱圖1所示，係為本發明供氣系統的第一實施例，其包含有一金屬室10、多個電性絕緣件20、一電性絕緣盒30、一硬質絕緣管件40及一可撓性管件50。
上述金屬室10係包含有一第一管路11及一第二管路12；其中該第一管路11係自該金屬室10的外側101穿出，以傳送離子佈植機(圖中未示)的摻雜氣體用。該第二管路12的一端係與該第一管路11連接，而另一端則自該金屬室10的外側101穿出；於本實施例，該第二管路12進一步串接有一氣壓監測暨調節閥13，調整進氣壓力，例如該第二管路12輸送氣體壓力為35psi，則該氣壓監測暨調節閥13將第二管路12氣體壓力調降至小於大氣壓力(＜14.7psi)後輸送至該第一管路11，並隨時監測該第二管路12氣體壓力，將監測壓力值S p傳送至一遠端控制台。
該電性絕緣件20係設置在該金屬室10之底面102，使該金屬室10底面102與地板1保持一定距離d1；於本實施例，各該電性絕緣件20可為絕緣礙子，又該金屬室10與該些絕緣礙子係分別電性連接至一高電壓源(如80千伏特；80KV)的高、低電位。
上述電性絕緣盒30係懸掛在該金屬室10的該外側101，該第二管路12係穿入該電性絕緣盒30中；於本實施例，該電性絕緣盒30的長度為d3，且該電性絕緣盒30與地板1最靠近之第一面31不與地板1接觸。
上述硬質絕緣管件40係直立設置於該電性絕緣盒30中，與該金屬室10的外側101實質平行，該硬質絕緣管件40的長度為d2包含有一第一端41係與一第二端42，該第一端41係該第二管路12連接；於本實施例，該硬質絕緣管件40的材質可為藍寶石玻璃、陶瓷等高電性絕緣硬材、或可為塑化材料(如乙烯類、苯酯類、硫醚類等聚合物)。
上述可撓性管件50的一端係穿入該電性絕緣盒30之第一面31，並與該硬質絕緣管件40的第二端42連接，另一端則連接至遠端的大量摻雜氣體儲放室71；於本實施例，該可撓性管件50的材質可為金屬材質，如不銹鋼、或其他金屬可撓管等；該可撓性管材係可穿入地板1下方，不與該些電緣絕件20或其他地板1上設備相互干涉。本發明供氣系統配合使用的該摻雜氣體可為砷化氫、磷化氫、三氟化硼、一氧化碳、四氟化鍺、四氟化矽、磷化氟、三氟化氮、四氫化鍺，或前揭任一項可與補充氣體如氟氣、二氣化碳、氫氣、氮氣、氬氣任一混合後的摻雜氣體。
再者，為避免該硬質絕緣管件40因破裂而不慎外洩摻雜氣體至該電性絕緣盒30再洩漏至廠區內，本發明供氣系統進一步包含有一真空泵浦61及一與真空泵浦61連接的第三管路60，該第三管路60係與該電性絕緣盒30連接，由該真空泵浦61透過該第三管路60，將該電性絕緣盒30內抽真空，即該電性絕緣盒30內構成一負壓環境，將外洩摻雜氣體及時透過第三管路60排除。再請參閱圖2所示，本發明供氣系統的第二實施例提供另一種解決硬質絕緣管件40因破裂而不慎外洩摻雜氣體至該電性絕緣盒30再洩漏至廠區內作法，即該電性絕緣盒30連接一第四管路62，該第四管路62透過一氣閥63連接一高壓非活性氣體源64，一旦該氣閥63開啟後，即不間斷地導入一高壓非活性氣體至該電性絕緣盒30，且此一非活性氣體的氣體壓力恆大於該硬質絕緣管件40內之摻雜氣體壓力。如此當硬質絕緣管件40破裂時，因硬質絕緣管件40內之摻雜氣體壓力小於電性絕緣盒30內非活性氣體壓力，使得非活性氣體可洩漏到硬質絕緣管中，以阻擋摻雜氣體洩漏到電性絕緣盒內，杜絕外漏至廠區的可能。該非活性氣體可為N 2、惰性氣體源或其組合。
此外，本發明也可進一步在上述金屬室10內設置一儲存有摻雜氣體的氣瓶15，且該氣瓶透過一氣閥14與該第一管路11連接，可視需要開啟氣閥14，由該氣瓶15透過第一管路11提供摻雜氣體至離植佈植機，當然也可關閉氣閥14，仍由該第二管路12提供摻雜氣體至第一管路11，再由該第一管路11提供摻雜氣體至離植佈植機。
再請參閱圖3所示，係為本發明供氣裝置之第三實施例， 其與圖1所示的供氣裝置結構大致相同，惟該電性絕緣盒30、該硬質絕緣管件40與該可撓性管件50位係設置在該金屬室10之上方；如此，該可撓性管件50走廠房之上方空間，同樣不會與廠房地板1上之設備干涉。
由上述說明可知，本發明供氣系統中之該硬質絕緣管件40的第一端41係連接至該第二管路12，且容置在一個懸掛於該金屬室之電性絕緣盒30中，當外界因故發生震動，該電性絕緣盒30與該硬質絕緣管件40即同步隨著金屬室晃動，加上該硬質絕緣管件40的第二端42連接至該可撓性管件50，並非連接至固定物件上，可在一定震度內由該可撓性管件50吸收震動能量。以該可撓性管件50使用管徑1/8英吋的不锈鋼管，該不锈鋼管又以固定間距繞管成型呈一彈簧狀，該彈簧狀不锈鋼管即構成一三維立體元件，在三維方向產生變動時，可提供足夠的可撓性；因此，當地震造成劇烈搖晃時，該彈簧狀不锈鋼管確實能提供足夠的空間緩衝，不至於使硬質絕緣管件40在搖晃期間受力而斷裂。
再者，本發明供氣系統亦能確保在輸送摻雜氣體至高電位的金屬室期間，該硬質絕緣管件40內摻雜氣體不會受高壓而解離，請配合參閱圖4所示，係為5種氣體的帕邢曲線，帕邢曲線函數為
Figure 02_image001
其中，V為二電極間形成電弧或放電的解離電壓、p是氣體壓力、d是電極距離。由圖4的曲線可知，假設輸送之摻雜氣體壓力為一定值，則二電極之間的不同距離可決定該氣體壓力產生電弧的解離電壓，而本發明的二電極係指該硬質絕緣管件40的第一端41及第二端42；因此，為了避免該硬質絕緣管件40內的摻雜氣體受高壓形成電弧而解離，在硬質絕緣管件40輸送之氣體壓力維持一定值前提下，決定該硬質絕緣管件40的長度d2，並使該長度與氣體壓力乘積落在可解離電壓所對應的氣體壓力與電極距離乘積範圍之外，也就是該硬質絕緣管件40的長度d2與其輸送摻雜氣體的氣體壓力的乘積，係大於該硬質絕緣管件40之第一端41與該第二管路12連接處及該硬質絕緣管件40之第二端42與該可撓性管件50連接處之間的最大解離電壓差，以確保硬質絕緣管件40輸送之摻雜氣體不會受高壓而解離。
此外，也可利用帕邢定律來配合調整硬絕緣質管件40輸送之摻雜氣體的氣體壓力，令氣體壓力與電極距離乘積落在更高解離電壓對應的乘積範圍，即該硬質絕緣管件40長度與其輸送摻雜氣體的壓力的乘積，係大於該硬質絕緣管件40之第一端41與第二管路12(金屬)及該硬質絕緣管件40之第二端42與可撓性管件50(金屬)連接處的最大解離電壓差；再者，如圖2所示本發明供氣系統的第二實施例，藉由對該電性絕緣盒30內抽真空的方式，將該電性絕緣盒30可能受高壓而成為電弧放電路徑之絕緣度拉高，讓其中解離電壓遠大於絕緣距離兩端的最大解離電壓差。
此外，由於該電性絕緣盒30亦懸掛於電性連接於高電位之金屬室10外側，故也一併考慮該電性絕緣盒30發生電弧放電可能，即該電性絕緣盒30的長度d3與其盒內氣體壓力乘積大於硬質絕緣管件40第一端41與該第二管路12連接處及硬質絕緣管件40第二端42與該可撓性管件50連接處之間的解離電壓差；也就是說，如圖5所示，該電性絕緣盒30之長度d2與其盒內之氣體壓力乘積，落在可解離電壓所對應的氣體壓力與電極距離乘積範圍之外，以確保該電性絕緣盒30內的非活性氣體(氮氣N 2)不會受高壓而解離。
綜上所述，本發明供氣系統的該電性絕緣盒懸掛在該金屬室的一外側101，該硬質絕緣管件40係設置在該電性絕緣盒內，其一端連接自該金屬室外壁穿出的該第二管路，另一端則連接至該穿入至該電性絕緣盒之該可撓性管件50。因電性絕緣盒懸掛在該金屬室一側，避免其中之硬質絕緣管件40內的氣體受金屬室連接之高壓而解離，且該硬質絕緣管件40連接可撓性管件50可吸收外界震動能量。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
1:地板 10:金屬室 101:外側 102:底面 11:第一管路 12:第二管路 13:氣壓監測暨調節閥 14:多路氣閥 15:氣瓶 20:電性絕緣件 30:電性絕緣盒 31:氣瓶 40:硬質絕緣管件 41:第一端 42:第二端 50:可撓性管件 60:第三管路 61:真空泵浦 62:第四管路 63:氣閥 64:非活性氣體源 70:金屬室 71:大量摻雜氣體儲放室 72:電性絕緣管 73:波型管 74:分壓電路
圖1：本發明供氣系統的第一實施例的架構示意圖。 圖2：本發明供氣系統的第二實施例的架構示意圖。 圖3：本發明供氣系統的第三實施例的架構示意圖。 圖4：本發明供氣系統使用的一種摻雜氣體的帕邢曲線圖。 圖5：本發明供氣系統使用的一種非活性氣體的帕邢曲線圖。 圖6：既有一氣體傳輸裝置的架構示意圖。
1:地板
10:金屬室
101:外側
102:底面
11:第一管路
12:第二管路
13:氣壓監測暨調節閥
14:多路氣閥
15:氣瓶
20:電性絕緣件
30:電性絕緣盒
31:第一面
40:硬質絕緣管件
41:第一端
42:第二端
50:可撓性管件
60:第三管路
61:真空泵浦
71:大量摻雜氣體儲放室

Claims (12)

  1. 一種離子佈植機用之供氣系統，包括： 一金屬室，係電性連接一高電壓源的高電位，該金屬室之內部設置有一第一及第二管路，該第二管路的一端與該第一管路連通，另一端則穿出該金屬室一外側； 多個電性絕緣件，係固定於該金屬室的底部，且電性連接一高電壓源的低電位； 一電性絕緣盒，係懸掛在該金屬室的該外側； 一硬質絕緣管件，係直立地設置在該電性絕緣盒內，該硬質絕緣管件具有一第一端及一第二端，該第一端係連接自該金屬室之外側穿出的該第二管路的一端；以及 一可撓性管件，其一端穿入該電性絕緣盒，並與該硬質絕緣管件之第二端連接，該可撓性管件的另一端係用以連接至一大量摻雜氣體儲放室；其中： 該電性絕緣盒的長度與其盒內氣體壓力乘積係大於該硬質絕緣管件之第一端與該第二管路連接處及該硬質絕緣管件之第二端與該可撓性管件連接處之間的最大解離電壓差； 該硬質絕緣管件長度與其輸送摻雜氣體的氣體壓力的乘積係大於該硬質絕緣管件之第一端與該第二管路連接處及該硬質絕緣管件之第二端與該可撓性管件連接處之間的最大解離電壓差。
  2. 如請求項1所述之供氣系統，係進一步包含： 一第三管路，係穿入該電性絕緣盒；以及 一真空泵浦，係串接於該第三管路，透過該第三管路提供該電性絕緣盒一負壓環境。
  3. 如請求項1所述之供氣系統，係進一步包含： 一第四管路，係穿入該電性絕緣盒；以及 一高壓非活性氣體源，係透過一氣閥連接至該第四管路，透過該氣閥開啟將該高壓非活性氣體不間斷地輸入至該電性絕緣盒中；其中，該高壓非活性氣體源的氣體壓力大於該硬質絕緣管件所輸送之摻雜氣體的氣體壓力。
  4. 如請求項1至3任一項所述之供氣系統，係進一步包含： 一氣壓監測暨調節閥，係連接至該第二管路，以調整其進氣壓力，並監測該進氣壓力及輸出監測壓力值。
  5. 如請求項4所述之供氣系統，其中該第一管路輸送氣體壓力小於大氣壓力，該第二管路輸送氣體壓力大於大氣壓力。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，係進一步包含一氣瓶，其儲存有摻雜氣體，並透過一氣閥與該第一管路連接。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中該硬質絕緣管件材質為藍寶石玻璃、陶瓷或塑化材料；其中該塑化材料係為乙烯類聚合物、苯酯類聚合物、硫醚類聚合物其中之一。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中可撓性管件的材質為不銹鋼。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中該摻雜氣體為砷化氫、磷化氫、三氟化硼、一氧化碳、四氟化鍺、四氟化矽、磷化氟、三氟化氮、四氫化鍺。
  10. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中該摻雜氣體為砷化氫、磷化氫、三氟化硼、一氧化碳、四氟化鍺、四氟化矽、磷化氟、三氟化氮、四氫化鍺之其中之一與氟氣、二氣化碳、氫氣、氮氣、氬氣的其中之一混合後的摻雜氣體。
  11. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中該電性絕緣盒係懸掛在該金屬室外側靠底面處。
  12. 如請求項1至3中任一項所述之供氣系統，其中該電性絕緣盒係懸掛在該金屬室外側靠頂面處。
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