TWI729801B - 遠端摻雜氣體供應系統之氣體傳輸適配裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種遠端摻雜氣體供應系統之氣體傳輸適配裝置，係用以串接於一遠端摻雜氣體源與一本地供氣金屬室之間，並包含有一電性絕緣盒、一硬質絕緣管件及至少一可撓性管；該硬質絕緣管件係固定在該電性絕緣盒內，以與本地供氣金屬室的高電壓源隔離，而該至少一可撓性管係氣密地固定於該電性絕緣盒上，並與該硬質絕緣管件對應的一端連通，以吸收外界震動能量。

Description

遠端摻雜氣體供應系統之氣體傳輸適配裝置

本發明係關於一種摻雜氣體用之供氣系統，尤指一種串接於一遠端摻雜氣體源與一本地供氣金屬室之間的氣體傳輸適配裝置。

目前大部分的離子佈植機採用一本地供氣金屬室，該本地供氣金屬室內放許多摻雜氣體氣瓶，供該離子佈植機連接使用，由於氣瓶有一定容量的限制，需經常進行更換，相當費時費工。

因此，目前已有多家廠商開發遠端供氣系統，以解決本地有容量供氣的問題；然而，由於本地供氣金屬室為一高壓電環境，當該遠端供氣系統將摻雜氣體自遠端傳輸至該本地金屬室內，必須嚴防摻雜氣體在輸送管內受到高電位差而解離；此外，尚需考慮輸送管因地震等劇烈搖晃而(破損，造成)外洩有毒的摻雜氣體問題。

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串接於一遠端摻雜氣體源與一本地供氣金屬室之間的氣體傳輸適配裝置。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該氣體傳輸適配裝置包含：一電性絕緣盒；一硬質絕緣管件，係直立地固定在該電性絕緣盒內，該硬質絕緣管件具有一第一端及一第二端；以及至少一可撓性管，其一端係氣密地固定在該電性絕緣盒上，並與該硬質絕緣管件之第一端連通。

由上述說明可知，本發明的氣體傳輸適配裝置係使用電性絕緣盒，且用以傳輸摻雜氣體的硬質絕緣管件係固定在該電性絕緣盒內，故可與本地供氣金屬室的高電壓源隔離，又該硬質絕緣管件的第一端係與可撓性管連通，若安裝位置受到外界震動波及，可由該可撓性管吸收震波，減少受震而破損的機率，提高安全性。

10:氣體傳輸適配裝置

11:電性絕緣盒

111:上開口

112:下開口

113:外側板

12:硬質絕緣管

121:第一端

122:第二端

13:可撓性管

131:氣動閥

132:金屬管

133:氣管

14:可撓性管

141:氣動閥

142:金屬管

143:氣管

15:非活性氣體管

16:排氣管

17:抽氣管

20:本地供氣金屬室

21:絕緣礙子

30:地板

31:制動高壓氣源

32:控制器

33:毒氣檢測器

34:泵浦

40:電性絕緣材

41:電性絕緣板

d1、d2:長度

圖1：本發明之氣體傳輸適配裝置設置於一本地供氣金屬室附近的一示意圖。

圖2A：本發明之氣體傳輸適配裝置的一立體外觀圖。

圖2B：本發明之氣體傳輸適配裝置的另一立體外觀圖。

圖3：本發明之氣體傳輸適配裝置的一第一實施例的一管路示意圖。

圖4：本發明之氣體傳輸適配裝置的一第二實施例的一管路示意圖。

圖5：本發明之氣體傳輸適配裝置的一第三實施例的一管路示意圖。

圖6A：本發明供氣系統使用的一種摻雜氣體的帕邢曲線圖。

圖6B：本發明供氣系統使用的一種非活性氣體的帕邢曲線圖。

本發明係針對離子佈植機的一種遠端供氣系統提出一種高安全性的氣體傳輸適配裝置，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，本發明之一氣體傳輸適配裝置10係設置在一本地供氣金屬室20附近，將一遠端摻雜氣體傳輸至該本地供氣金屬室20內；其中該本地供氣金屬室20內存有多種摻雜氣體的氣瓶(圖中未示)，用以將摻雜氣體提供予附近的離子佈植機(圖中未示)，該本地供氣金屬室20係電性連接至高壓電源(約數百伏特到80千伏特)的高電位端(+)，故其底面係以多支絕緣礙子21固定在一地板30上，而該些絕緣礙子21係電性連接至該高壓電源的低電位端(-)。於本實施例，該氣體傳輸適配裝置10係設置在該本地供氣金屬室20與地板30之間的空間內，請參閱圖2A、圖2B及圖3所示，該氣體傳輸適配裝置10係包含有一電性絕緣盒11、一硬質絕緣管件12及至少一可撓性管13。

如圖1、圖2A及圖2B所示，上述電性絕緣盒11係為電性絕緣材質製成，如樹脂(Epoxy)、陶瓷類、聚四氟乙烯、聚苯類、聚甲醛、酚醛塑料(電木)、液晶聚合物等。又，該電性絕緣盒11係可固定在該本地供氣金屬室20外側或固定在該本地供氣金屬室20附近地板30上；於本實施例，由於該電性絕緣盒11固定在該本地供氣金屬室20下方的地板30上，該電性絕緣盒11的頂面及底面係分別形成有一上開口111及一下開口112，且該電性絕緣盒11外側板113具有一魚鯺表面，可防落塵堆積而引發高壓放電。此外，該電性絕緣盒11亦可固定在該本地供氣金屬室20的底面。

如圖3所示，上述硬質絕緣管件12係直立地固定於該電性絕緣盒11內，該硬質絕緣管件12的長度為d1包含有一第一端121係與一第二端122；於 本實施例，該硬質絕緣管件12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。

如圖3所示，上述可撓性管13的一端係氣密地設置在該電性絕緣盒11上，並與該硬質絕緣管件12的第一端121連通，該可撓性管13的另一端即可連接至一外部摻雜氣體氣管；又該可撓性管13的材質可為金屬材質，如不銹鋼、或其他金屬可撓管等。於本實施例，該可撓性管13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。於本實施例，該可撓性管13係氣密地設置在該電性絕緣盒11的底面，其一端係透過一氣動閥131及一金屬管132與該硬質絕緣管件12的第一端121連通，而所連接該氣動閥131的一氣管133同樣氣密地固定在該電性絕緣盒11上，並連接於該氣動閥131及一外部的制動高壓氣源31，由於該氣動閥131為一種常閉氣動閥，故由該制動高壓氣源31提供氣體透過該氣管133輸出至該氣動閥131，才能控制該氣動閥131開啟。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。

此外，如圖3所示，本發明可進一步包含另一可撓性管14，該可撓性管14的一端係同樣地氣密地設置在該電性絕緣盒11上，並與該硬質絕緣管件12的第二端122連通。於本實施例，該可撓性管14的一端係氣密地設置在該電性絕緣盒11的頂面，且該可撓性管14係透過一金屬管142連接至該硬質絕緣管件12的第二端122。由於可撓性管13、14均為金屬材質，設置在該硬質絕緣管件12的第一端121的電位為低電位，而設置在該硬質絕緣管件12的第二端122 電位為高電位；然而，因為該可撓性管13、14分置於該電性絕緣盒11的頂面及底面，即可以該電性絕緣盒11作為電性隔離，故無高壓放電的問題。

再請參閱圖4所示，上述二可撓性管13、14亦可氣密地設置在該電性絕緣盒11的一外側板113，或如圖2A、圖2B所示，分別氣密地設置在該電性絕緣盒11上開口111的內壁面及下開口112的內壁面。於本實施例，該可撓性管14也可透過一氣動閥141及一金屬管142連接至該硬質絕緣管件12的第二端122，該氣動閥141的氣管143一樣氣密地設置於該電性絕緣盒11的一外側板113，再與該制動高壓氣源31連接，由該制動高壓氣源31透過氣管143傳輸氣體控制該氣動閥141開啟。由於本實施例的二可撓性管13、14係設置於該電性絕緣盒11的一外側板113，兩者間距較近，故可於二個不同電位的可撓性管13、14之間增加電性絕緣材，即如圖2A及圖2B的上、下開口111、112之間設置電性絕緣材40；此外，如圖4所示，可進一步於電性絕緣盒11內橫向設置有一電性絕緣板41。

再者，為避免該硬質絕緣管件12因破裂而不慎外洩摻雜氣體至該電性絕緣盒11再洩漏至廠區內，本發明氣體傳輸適配裝置係進一步包含有一非活性氣體管15，該非活性氣體管15一端係氣密地固定於該電性絕緣盒11上，如圖3所示，可氣密地固定在該電性絕緣盒11的底面，或如圖4所示，亦可氣密地固定在該電性絕緣盒11一外側板113近底面處，該非活性氣體管15的另一端係連接至外部的非活性氣體(如氮氣N₂等惰性氣體)，並將該非活性氣體輸送至該電性絕緣盒11內；此外，如圖3所示，該電性絕緣盒11的頂面可再氣密地連接一排氣管16，或如圖4所示，該電性絕緣盒11一外側板113近頂面處可氣密地連接一排氣管16，以該將該電性絕緣盒11內的非活性氣體排出，於該電性絕緣盒11內形成一循環的非活性氣體氣流，保持該電性絕緣盒11的潔淨，作為一道防摻雜氣體滲漏的安全措施。

此外，更可進一步於該排氣管16外連接一毒氣檢測器33，該毒氣檢測器33係與該制動高壓氣源31之控制器32連結，該控制器32可透過該毒氣檢測器33檢知自該電性絕緣盒11內排除的非活性氣體中包含有一定濃度的摻雜氣體，並據以關閉制動高壓氣源31供氣至該氣動閥131、141，以關閉氣動閥131、141，停止摻雜氣體的輸送，作為另一道防止摻雜氣體繼續滲漏的安全措施。

請參閱圖5所示，該電性絕緣盒11可再氣密地連接一抽氣管17，該抽氣管17係連接至一泵浦34，以該將該電性絕緣盒11內壓力抽負壓，負壓可接近真空，以保持該電性絕緣盒11的潔淨，作為一道防摻雜氣體滲漏的安全措施；此外，該抽氣管17可串接上述毒氣檢測器33，作為控制氣動閥131的啟、閉用。

為提高本發明氣體傳輸適配裝置10所傳輸的摻雜氣體不因高電位差而解離，請配合參閱圖6A所示，係為一種摻雜氣體(氟化硼)的帕邢曲線，帕邢曲線函數為V=f(pd)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6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12的第一端121及第二端122所分別連接的金屬管132、142；因此，為了避免該硬質絕緣管件12內的摻雜氣體受高電位形成電弧而解離，在硬質絕緣管件12輸送之氣體壓力維持一定值前提下，決定該硬質絕緣管件12的長度d1，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12的長度d1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12之第一端121及該硬質絕緣管件12之第二端122之間的最大解離電位差，以確保硬質絕緣管件12輸 送之摻雜氣體不會受到其第一端121及第二端122連接之金屬管132、142的高電位差而解離。

此外，也可利用帕邢定律來配合調整硬絕緣質管件12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12長度d1與其輸送摻雜氣體的壓力的乘積，係大於該硬質絕緣管件12之第一端121及該硬質絕緣管件12之第二端122的最大解離電位差。

此外，由於該電性絕緣盒11位在該電性連接於高電位之金屬室20底面，故也一併考慮該電性絕緣盒11發生電弧放電可能，即該電性絕緣盒11的長度d2與其盒內氣體壓力乘積大於硬質絕緣管件12第一端121與第二端122之間的解離電位差；也就是說，如圖6B所示，該電性絕緣盒11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11內的非活性氣體(氮氣N₂)不會受高電位差而解離。

綜上所述，本發明的氣體傳輸適配裝置係使用電性絕緣盒，且用以傳輸摻雜氣體的硬質絕緣管件係固定在該電性絕緣盒內，故可與本地供氣金屬室的高電壓源隔離，又該硬質絕緣管件的第一端係與可撓性管連通，若安裝位置受到外界震動波及，可由該可撓性管吸收震波，減少受震而破損的機率，提高安全性。

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。

11:電性絕緣盒

12:硬質絕緣管

121:第一端

122:第二端

13:可撓性管

131:氣動閥

132:金屬管

133:氣管

14:可撓性管

15:非活性氣體管

16:排氣管

142:金屬管

20:本地供氣金屬室

31:制動高壓氣源

32:控制器

33:毒氣檢測器

Claims (21)

1. 一種離子佈植機用之氣體傳輸適配裝置，包括：一電性絕緣盒；一硬質絕緣管件，係直立地固定在該電性絕緣盒內，該硬質絕緣管件具有一第一端及一第二端；以及一第一可撓性管，其一端係氣密地固定在該電性絕緣盒上，並與該硬質絕緣管件之第一端連通。
2. 如請求項1所述之氣體傳輸適配裝置，其中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及第二端之間的最大解離電位差。
3. 如請求項2所述之氣體傳輸適配裝置，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及第二端之間的最大解離電位差。
4. 如請求項1至3中任一項所述之氣體傳輸適配裝置，係進一步包含：一第二可撓性管，其一端係氣密地固定在該電性絕緣盒上，並與該硬質絕緣管件之第二端連通。
5. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第一可撓性管的另一端係與一外部摻雜氣體氣管連接。
6. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第一可撓性件係透過一第一氣動閥及一第一金屬管連接至該硬質絕緣管件之第一端；其中該第一氣動閥透過一第一氣管連接至一制動高壓氣源。
7. 如請求項6所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第二可撓性件係透過一第二氣動閥及一第二金屬管連接至該硬質絕緣管件之第二端；其中該第二氣動閥透過一第二氣管連接至該制動高壓氣源。
8. 如請求項6所述之氣體傳輸適配裝置，係進一步包含一非活性氣體管，其氣密地固定在該電性絕緣盒上，用以連接至一非活性氣體。
9. 如請求項8所述之氣體傳輸適配裝置，係進一步包含一排氣管，其氣密地固定在該電性絕緣盒上，將該電性絕緣盒內的氣體排出。
10. 如請求項7所述之氣體傳輸適配裝置，其中該排氣管係連接一毒氣檢測器，檢知該非活性氣體內含摻雜氣體的濃度。
11. 如請求項10所述之氣體傳輸適配裝置，其中該毒氣檢測器係電性連接至該制動高壓氣源的一控制器，該控制器依據該毒氣檢測器的偵測訊號啟、閉該制動高壓氣源。
12. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中：該第一可撓性管係氣密地固定在該電性絕緣盒的底面；以及該第二可撓性管係氣密地固定在該電性絕緣盒的頂面。
13. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中：該第一可撓性管係氣密地固定在該電性絕緣盒的一外側板；以及該第二可撓性管係氣密地固定在該電性絕緣盒的該外側板。
14. 如請求項13所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第一及第二可撓性管之間設有一電性絕緣材。
15. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中：該電性絕緣盒頂面係形成有一上開口，而底面則形成有一下開口；該第一可撓性管係氣密地固定在該下開口的一內壁面；以及該第二可撓性管係氣密地固定在該上開口的一內壁面。
16. 如請求項15所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第一及第二可撓性管之間設有電性絕緣材，又該電性絕緣盒內係橫向設置有一電性絕緣板。
17. 如請求項1至3中任一項所述之氣體傳輸適配裝置，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。
18. 如請求項4所述之氣體傳輸適配裝置，其中該第一及第二可撓性管的材質為不銹鋼。
19. 如請求項1至3中任一項所述之氣體傳輸適配裝置，其中該電性絕緣盒的外側板係具有一魚鯺表面。
20. 如請求項6所述之氣體傳輸適配裝置，係進一步包含一抽氣管，其氣密地固定在該電性絕緣盒上，並與一泵浦連接，將該電性絕緣盒內壓力抽成負壓。
21. 如請求項20所述之氣體傳輸適配裝置，其中該抽氣管係連接一毒氣檢測器，檢知該非活性氣體內含摻雜氣體的濃度。

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