相關申請案的交叉參考
依據35u.s.c.§119，在此主張2014年10月30日申請的第62/072,980號美國臨時專利申請案的優先權的權益。第62/072,980號美國臨時專利申請案的揭示內容特此以引用的方式并入本文中。
本發明涉及離子植入設備及方法，且更特定來說，涉及包括集成的通風系統來增強操作的安全性及效率的此類型的設備及方法。
背景技術：
離子植入在半導體制造工業中是很重要的單元操作。商用離子植入設備一般經配置以包含外部封圍殼體，殼體內安置有氣體箱，氣體箱容納有氣體供應容器，氣體供應容器與適當的氣體傳送流路耦合，以使氣體流動到位于此殼體內的離子植入機工具。在半導體產品、平板顯示器、太陽能電池板及類似物的制造中，離子植入機工具可包含離子源腔室，離子源腔室中的供應氣體受到離子化的條件，以形成植入物種，植入物種然后可由原子質量選擇裝備、離子束產生及瞄準裝備來選擇，以撞擊于安裝在離子植入腔室中的襯底上，來植入摻雜物種于其中。
因為氣體箱中的氣體供應容器中容納的氣體經常為有毒的或具有其它危險特性，離子植入設備的外部封圍殼體經布置使得清潔的干燥空氣或其它通風氣體流入殼體中。氣體箱通常配置成與設備的所謂的“殼”(即，氣體箱的內部容積外部的外部封圍殼體內的容積)受限式氣體連通，使得來自殼的氣體抽入氣體箱中，且然后在排氣鼓風機或排氣風扇或其它運動流體驅動器裝備的推動下，通過氣體箱的排氣導管而排出。
流動通過殼的通風氣體稱為殼排氣，且流動通過氣體箱且從氣體箱排出的從殼排氣取得的通風氣體稱為氣體箱排氣。殼與氣體箱內部容積之間的受限式氣體連通可由入口門中的百葉窗或者氣體箱的結構中存在的或由其所界定的其它氣體流動通路來構成。
引入到第一例子中的離子植入設備的外部封圍殼體的通風氣體(一般為空氣)在關于其濕度、溫度、純度、及無微粒特性的方面受到嚴格的規格限制。為了滿足這些嚴格的規格，空氣受到過濾、冷卻、濕化/除濕、及凈化操作，這將導致關于相關聯的資本裝備及操作成本的大量費用。
從殼排氣取得的氣體箱排氣流動通過與氣體箱相關的管道系統而到處理單元。處理單元可由晶片廠建筑物上的屋頂安裝的處理設施來構成，離子植入設備在晶片廠建筑物中操作。處理單元可為任何合適的類型，并且可(例如)包含酸洗滌器或水洗滌器，以從氣體箱排氣移除污染物種，其中已洗滌的排氣排放到大氣中。替代地，處理單元可包括稀釋單元，其中氣體箱排氣大體上利用大量的空氣來稀釋，且然后直接排放到大氣中。
與離子植入設備相關聯的通風氣體的補充、調節、以及排氣操作因此代表此設備的安全的及高效性能的關鍵方面，但是如以上所提及，這涉及到其中有采用離子植入設備的制造設施中的大量資本裝備及操作成本。
技術實現要素：
本發明涉及離子植入設備及方法。
在一個方面中，本發明涉及一種離子植入系統，其包括：離子植入機，離子植入機包括殼體，殼體界定封圍容積，在封圍容積中定位有氣體箱，氣體箱經配置以固持一或多個氣體供應容器，氣體箱是與在氣體箱外部的封圍容積中的氣體受限式氣體流動連通；第一通風組合件，第一通風組合件經配置以使通風氣體流動通過殼體，并且將通氣氣體從殼體排出到離子植入機的周圍環境；第二通風組合件，第二通風組合件經配置以將氣體從氣體箱排出到處理設備，所述處理設備適于從氣體箱排氣至少部分地移除污染物，或者所述處理設備適于稀釋氣體箱排氣，以產生經處理的流出氣體，第二通風組合件包括可變流量控制裝置及運動流體驅動器，所述可變流量控制裝置用于將氣體箱排氣的流率調整于相對較低的氣體箱排氣流率與相對較高的氣體箱排氣流率之間，且所述運動流體驅動器適于使氣體箱排氣流動通過可變流量控制裝置到處理設備；以及監測及控制組合件，其經配置以監測離子植入機的操作是否發生氣體危險事件，且當發生氣體危險事件時，響應地阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作，并且調整可變流量控制裝置到相對較高的氣體箱排氣流率，使得運動流體驅動器以相對較高的氣體箱排氣流率來使氣體箱排氣流動到處理設備。
在另一方面中，本發明涉及一種操作離子植入系統的方法，離子植入系統包含離子植入機，離子植入機包括殼體，殼體界定封圍容積，在封圍容積中定位有氣體箱，氣體箱經配置以固持一或多個氣體供應容器，氣體箱是與在氣體箱外部的封圍容積中的氣體受限式氣體流動連通，此方法包括：使通風氣體流動通過殼體，并且將通氣氣體從殼體排出到離子植入機的周圍環境；從氣體箱排出氣體，并且處理所述氣體，以從氣體箱排氣至少部分地移除污染物，或者稀釋氣體箱排氣，以產生經處理的流出氣體；監測離子植入機的操作是否發生氣體危險事件；在所述監測期間未發生氣體危險事件期間，以相對較低的氣體箱排氣流率從氣體箱排出氣體來用于所述處理；以及在所述監測期間發生氣體危險事件時，阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作，并且以相對較高的氣體箱排氣流率從氣體箱排出氣體來用于所述處理。
本發明的其它方面、特征及實施例將從隨后的描述及所附權利要求書而變得完全更顯而易見。
附圖說明
圖1是根據本發明的一個實施例的包含離子植入設備的半導體制造設施的簡化示意表示。
具體實施方式
本發明涉及離子植入設備及方法。
本發明的離子植入系統配置實現例如從半導體制造設施的屋頂通風口消除用于流動來自植入機的殼排氣來排放殼排氣到大氣中的流路，所述流路是半導體制造晶片廠中目前為止的常規實踐。
殼排氣為流動通過離子植入系統的殼體并且隨后從離子植入系統的殼體排出的通風氣體。氣體箱安置于離子植入系統的殼體內，并且是與在氣體箱外部的殼體中的氣體受限式氣體連通。舉例來說，氣體箱可設有入口門或其它入口結構，其實現氣體從殼體內的氣體箱的外部環境進入氣體箱中的通路，例如，通過入口門中的百葉窗，或者實現氣體箱的入口結構或其它結構部分中的其它氣體通路。在離子植入操作期間，氣體箱通過風扇或用來從氣體箱移除通風氣體的其它抽氣設備而排出氣體。負壓借此產生在氣體箱中，負壓用來將通風氣體從氣體箱的“殼側”抽入氣體箱的內部中(殼側為氣體箱的外部并且在離子植入系統殼體內)。通過抽氣裝備從氣體箱移除的通風氣體然后通過洗滌或稀釋而受到處理且被排放到大氣中，而殼側排氣僅從離子植入設備殼體排放到晶片廠環境，例如，在設有離子植入系統的建筑物內，而非排放到大氣中(如現有技術的實施方式針對來自離子植入裝備裝置的殼側排氣所做的)。
通過消除用于使殼排氣從植入機流動到屋頂通風系統的流路，可實現大幅減少資本成本以及用于離子植入系統的操作成本，因為不需要安裝管道系統及相關的風扇/鼓風機來將殼排氣移動到半導體制造設施的屋頂。此外，因為殼排氣回送到晶片廠環境中，在第一例子中使周圍空氣進入，并且使周圍空氣受到過濾、純化、及濕化/除濕來使用作為通風氣體所涉及的費用可通過重新使用殼排氣而減少，而非僅將殼排氣以單次通過的方式從屋頂通風口排放到大氣中。因此，補充用于通風氣體的空氣所需的設備(包含過濾器、濕化器、冷卻器、鼓風機、及相關的管道系統)可在尺寸及容量上大幅減少，借此實現減少操作費用。作為具體的范例，在容納有30臺植入機的晶片廠中，部署根據本發明所配置的離子植入系統，在此設施的操作中可減少設施所需的通風氣體達每分鐘60000ft3的通風氣體或更多。
根據本發明的離子植入系統的配置在具體實施例中包括利用氣體供應瓶閥頭上的氣動致動器，以及配置植入機的監測及控制系統來監測殼環境及植入機的氣體箱環境是否有指示有氣體從氣體箱中的氣體供應瓶泄漏的污染物，使得在泄漏事件中，監測及控制系統操作以自動關閉氣體供應瓶閥，并且打開氣體箱上的調節閘，來以高體積的氣體流率使氣體箱排出氣體，高體積的氣體流率是相對于在植入機的正常操作中所使用的低體積的氣體流率來說的。
氣體供應瓶可經配置以進一步加強離子植入系統的操作的安全性，作為基于吸附劑的氣體供應瓶，或者作為壓力調節的氣體供應瓶，其包含在容器的內部容積中的一或多個壓力調節器。
根據本發明的離子植入系統因此可配置使得當監測及控制系統檢測到殼排氣中的任何有毒或其它危險污染物時，監測及控制系統操作來停止風扇吹動殼排氣進入晶片廠中，并且增加通過氣體箱的氣流，使得植入機殼體中的殼氣體抽入氣體箱中，而以增加的速率排出氣體到屋頂安裝的或其它的處理設備。
離子植入系統在具體實施例中可配置有氣體箱上的2位置調節閘，2位置調節閘在植入機操作中受到監測及控制。當離子植入系統以正常模式操作，且危險氣體正從處于低于大氣壓力的氣體箱中的氣體源容器供應時，監測及控制系統以操作的“不流動/低流量模式”操作植入機。當氣體箱中的氣體源容器更換及/或技術人員在氣體箱中工作時，監測及控制系統以高流量模式操作植入機，其中氣體箱以增加的速率排出氣體，其中殼氣體抽入氣體箱中并且以高的通風速率排放到屋頂安裝的或其它處理設備。排氣也可能源自離子植入裝備所位于的建筑物中的內室(例如，無塵室)，例如，其中離子植入設備殼體中的門打開，以允許來自內室的氣體流入殼體中，且然后從離子植入設備的殼進入氣體箱中。
通過利用“智能型”調節閘組合件來配置離子植入系統以增加的通風速率模式操作，離子植入系統可實現大幅減少能源需求，因為系統能夠在正常條件下以低流量操作模式操作，并且也可在氣體危險事件期間(例如，危險氣體的泄漏)及人員在離子植入系統中的維修操作期間，實現以高流量模式操作的離子植入系統的安全特性的大幅增強。
本發明的方法應用到新的晶片廠構造能夠達到大幅減少資本裝備成本，因為避免排放植入機的殼排氣到大氣中或晶片廠的外部的能力允許節省管道系統、風扇、空氣凈化系統等，如果采用排放殼排氣到大氣中的常規方法就需要這些設備。
在一個方面中，本發明涉及一種離子植入系統，其包括：離子植入機，離子植入機包括殼體，殼體界定封圍容積，在封圍容積中定位有氣體箱，氣體箱經配置以固持一或多個氣體供應容器，氣體箱與封圍容積中在氣體箱外部的氣體進行受限式氣體流動連通；第一通風組合件，其經配置以使通風氣體流動通過殼體，并且從殼體排出通氣氣體到離子植入機的周圍環境(例如，部署有離子植入系統的晶片廠建筑物內)；第二通風組合件，其經配置以將氣體從氣體箱排出到處理設備，所述處理設備適于從氣體箱排氣至少部分地移除污染物，或者所述處理設備適于稀釋氣體箱排氣，以產生經處理且無害的流出氣體，第二通風組合件包括可變流量控制裝置及運動流體驅動器，所述可變流量控制裝置用于在相對較低的氣體箱排氣流率與相對較高的氣體箱排氣流率之間調整氣體箱排氣的流率，且所述運動流體驅動器適于使氣體箱排氣流動通過可變流量控制裝置到處理設備；以及監測及控制組合件，其經配置以監測離子植入機的操作是否發生氣體危險事件，且當發生氣體危險事件時，響應地阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作，并且調整可變流量控制裝置到相對較高的氣體箱排氣流率，使得運動流體驅動器以相對較高的氣體箱排氣流率使氣體箱排氣流動到處理設備。
如本文使用，術語“氣體危險事件”希望概括地解釋為涵蓋：可能由于離子植入系統或部署有此系統的設施中不適當的通風氣體流率而發生或增加量級或強烈程度的任何事件。此類事件可包含(但不限于)離子植入系統中有毒或危險氣體成分的泄漏，例如，摻雜劑傳送氣體分配系統的泄漏或故障、離子植入系統的裝備或組件的過熱、裝備或組件的故障或失效、或者損害或負面影響離子植入系統、部署有此類系統的設施、或操作或靠近此系統或設施的人員的任何其它事件。
如本文中使用，參考離子植入機的術語“周圍環境”指的是：離子植入機的殼體的外部以及安置有離子植入機的建筑物或其它結構設施內的環境，例如，安裝有離子植入機的無塵室。
在如上文概括地描述的離子植入系統的一個具體實施例中，監測及控制組合件可經配置以在氣體危險事件時終止第一通風組合件的操作，例如，通過停止從離子植入系統的殼體排放殼排氣的殼排氣增壓風扇的操作。
離子植入系統可配置有可變流量控制裝置，其包括可變位置流量調節閘裝置，例如，雙位置流量調節閘裝置、可變位置流量調節閘裝置、或者可調整來在氣體危險事件中達到氣體箱的高體積流率排氣的其它可變流量控制裝置。
上述離子植入系統的處理設備在具體實施例中可包括：在包括離子植入機的晶片廠的屋頂上的屋頂處理單元。此屋頂處理單元在特定實施例中可包括濕式或干式洗滌器、催化氧化單元、及/或對于氣體污染物具有吸附性親和力的吸附劑，以實現從氣體移除污染物。替代地，處理設備可包括稀釋設備，稀釋設備經配置以利用大量的空氣大幅稀釋氣體箱排氣，以產生經處理的流出氣體。
監測及控制組合件在本發明的廣泛實踐中同樣可廣泛地變化。在特定實施例中，監測及控制組合件可包括氣動閥致動器，其經配置以致動存在于氣體箱中的一或多個氣體供應容器的流量控制閥。氣體箱在特定實施例中可容納一個氣體供應容器，或者一個以上氣體供應容器。例如，在特定實施例中，可存在多個氣體供應容器，其包含摻雜劑前驅物供應容器，摻雜劑前驅物供應容器供應用于離子化的前驅物，以形成用于離子植入操作的植入物種。可存在多個容器，其中自動切換設備經配置以將氣體分配操作從排出的氣體供應容器切換到氣體箱中的新容器(通過適當的歧管及閥布置)。多個容器可包含納輔助氣體(例如共流物、共反應物、稀釋劑、清洗或其它氣體)的容器，以調節離子植入系統的操作。
氣體供應容器可為基于吸附劑型的容器，其容納有吸附劑，吸附劑對于要存附在吸附劑上且在分配條件下從吸附劑解除吸附的氣體具有吸附性親和力。此類氣體供應容器可配備有氣動閥致動器，氣動閥致動器經布置以致動氣體箱中的氣體供應容器的流量控制閥。氣體供應容器替代地可包括壓力調節的氣體供應容器，壓力調節的氣體供應容器具有一或多個氣體壓力調節器內部地安置在容器的內部容積中，以在壓力調節器的設定點壓力時從容器可控制地分配氣體，或者，當采用串接布置的壓力調節器時，在最靠近容器的閥頭的下游壓力調節器的設定點壓力時分配氣體。因此，監測及控制組合件可包括與壓力調節容器相關聯的氣動閥致動器。在本發明的廣泛實踐中，可采用其它合適類型的氣體供應容器。
在離子植入系統中用來使氣體箱排氣流動通過可變流量控制裝置到處理設備的運動流體驅動器可為任何合適的類型，并且可包括可變驅動器鼓風機或風扇。運動流體驅動器可包括變頻驅動器。
可采用監測及控制組合件的各種布置。在各種實施例中，一或多個傳感器可經配置以感測封圍體內(氣體箱的內部及/或外部)的處理條件，并且基于一或多個傳感器的處理條件感測來響應地調節可變流量控制裝置。此類傳感器可包括壓力傳感器、溫度傳感器、有毒氣體監測器、或其它感測或檢測裝置或組合件。離子植入系統操作的最安全模式涉及低于大氣壓力的氣體傳送。傳感器可對應地包括壓力傳感器，壓力傳感器監測氣體供應管線，并且在氣體供應管線中監測到的壓力超過預定的最大值或者超過氣體供應管線中預定的壓力變化速率(以便于適應在特性上無害的小壓力波動)時，產生警報輸出或流動終止輸出信號。
離子植入系統本身可多樣地配置，并且可包括離子束線離子植入裝備、或等離子體浸沒離子植入裝備、或其它類型的離子植入裝備。在各種實施例中，離子植入系統中的離子植入機可包括離子源腔室，所述離子源腔室經配置以從氣體箱中的一或多個氣體供應容器中的至少一者接收氣體，這是通過流動分配氣體通過氣體流路進行的，所述氣體流路將此氣體分配氣體供應容器與離子源腔室互連。
監測及控制組合件可布置在此離子植入系統中，以在一或多個處理條件偏離預定處理條件的事件中(如前述的氣體危險事件)，阻止來自氣體分配氣體供應容器的氣體分配操作。監測及控制組合件可(例如)經配置以在氣體箱中的壓力偏離低于大氣壓力的條件時(如前述的氣體危險事件)，終止來自氣體分配氣體供應容器的分配氣體的流動。監測及控制組合件然后可通過致動閥致動器來控制氣體分配氣體供應容器的氣體供應閥及/或關閉流路中的氣體流量控制閥，而終止分配氣體的流動。
因此，監測及控制組合件可經配置以在從氣體箱中的一或多個氣體供應容器分配氣體期間，維持氣體箱處于低于大氣壓力。
在各種實施例中，離子植入系統可經配置，其中氣體箱包含入口結構，所述入口結構可打開以允許氣體箱中的氣體供應容器的安裝或更換，且所述入口結構可關閉以配置氣體箱用于操作，其中當氣體箱入口結構打開時，監測及控制組合件經配置以調整可變流量控制裝置到相對較高的氣體箱排氣流率，使得運動流體驅動器以相對較高的氣體箱排氣流率使氣體箱排氣流動到處理設備。
此配置為需要使用氣體箱或者維修、檢驗、用氣體供應容器重新裝載氣體箱、以及其它使用行動的人員提供高度安全性。
在其它實施例中，離子植入系統可配置有包括氣體流動管線的監測及控制組合件，氣體流動管線是選擇性地可耦合以互連離子植入系統的真空腔室及第二通風組合件，以在操作、檢驗或維修人員使用真空腔室期間使真空腔室通風。針對此種目的，真空腔室可包括選擇性可移除的蓋體，以實現氣體流動管線耦合到真空腔室。
在其它實施方案中，離子植入系統可包含監測及控制組合件，其經配置以在發生氣體危險事件時終止第一通風組合件的操作。第一通風組合件可包括殼排氣鼓風機、風扇、及/或其它通風裝備，如適于所涉及的特定應用。
在其它實施例中，離子植入系統可經配置使得氣體危險事件的發生包括：通過監測及控制組合件檢測氣體箱中的通風氣體中或殼體中的通風氣體中的危險氣體。
離子植入系統可配置有未直接或間接連接到氣體處理設施的第一通風組合件。
在另一方面中，本發明涉及一種半導體制造設施，其包括如本文各種描述的本發明的離子植入系統，其中處理設備包括在設施的屋頂上的屋頂處理單元。此半導體制造設施可經建構使得設施不包括用于殼排氣的屋頂排出的任何管道系統。
在另一方面中，本發明涉及一種操作離子植入系統的方法，離子植入系統包括離子植入機，離子植入機包括殼體，殼體界定封圍容積，在封圍容積中定位有氣體箱，氣體箱經配置以固持一或多個氣體供應容器，氣體箱是與在氣體箱外部的封圍容積中的氣體受限式氣體流動連通，此方法包括：使通風氣體流動通過殼體，并且將通氣氣體從殼體排出到離子植入機的周圍環境；從氣體箱排出氣體，并且處理所述氣體以從氣體箱排氣至少部分地移除污染物，或者稀釋氣體箱排氣以產生經處理的流出氣體；監測離子植入機的操作是否發生氣體危險事件；在所述監測期間未發生氣體危險事件期間，以相對較低的氣體箱排氣流率從氣體箱排出氣體來用于所述處理；以及在所述監測期間發生氣體危險事件時，阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作，并且以相對較高的氣體箱排氣流率從氣體箱排出氣體來用于所述處理。
此方法可以此方式實施使得在發生氣體危險事件時終止：流動通風氣體通過殼體，以及從殼體排出通氣氣體到離子植入機的周圍環境。
前述方法中的處理可包括：在位于包括離子植入機的晶片廠的屋頂上的屋頂處理單元中的氣體處理。
在上文概括地描述的方法中，一或多個氣體供應容器中的每一者可具有操作地耦合到其的氣動閥致動器，其中氣動閥致動器經致動以阻止氣體分配操作。前述的容器可包括一或多個基于吸附劑的氣體供應容器、或者一或多個壓力調節的氣體供應容器、或者兩種類型的容器、或者其它類型的容器。
前述方法中的監測操作可包括：監測氣體箱的外部的封圍體中的處理條件。監測操作可包括壓力監測、溫度監測、監測有毒氣體的檢測、及/或任何其它監測操作。
本發明的概括地描述的方法可包括：在一或多個處理條件偏離預定的處理條件的事件中(如前述的氣體危險事件)，阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作。舉例來說，所述方法可包括：在監測的壓力(例如，在摻雜劑氣體傳送管線中)偏離低于大氣壓力的條件時(如氣體危險事件)，阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作。
阻止一或多個氣體供應容器的氣體分配操作可如此實行：通過關閉氣體分配氣體供應容器的氣體供應閥及/或通過關閉與一或多個氣體供應容器相聯的流路中的氣體流量控制閥。
所述方法可經實踐以在從氣體箱中的一或多個氣體供應容器分配氣體期間，維持氣體箱低于大氣壓力。
與前面的描述一致，氣體箱可包含入口結構，入口結構可打開以允許安裝或更換氣體箱中的氣體供應容器，且所述入口結構可關閉以配置氣體箱用于操作，其中所述方法包括：當氣體箱入口結構打開時，以相對較高的氣體箱排氣流率來從氣體箱排出氣體。
本發明的概括地描述的方法可實施于包括真空腔室的離子植入系統中，其中所述方法包含：使真空腔室排出氣體到管道系統，管道系統用于從氣體箱排出氣體，且從真空腔室排出氣體到所述處理操作。
因此，所述方法可在各種實施方案中實施為包括：在發生氣體危險事件時，終止使通風氣體流動通過殼體以及將通氣氣體從殼體排出到離子植入機的周圍環境(例如，部署有離子植入系統的內室或建筑物)。氣體危險事件的發生可包括：檢測氣體箱中的通風氣體(氣體箱排氣)中的危險氣體及/或檢測殼體中的通風氣體(殼排氣)中的危險氣體。
現在參見圖式，圖1為包含具有屋頂14的晶片廠建筑物12的半導體制造設施10的示意表示。在建筑物中安置有離子植入系統，離子植入系統包含離子植入系統殼體16，殼體16界定其中的內部容積18。在殼體16的內部容積18中提供氣體箱20，氣體箱20界定其中的內部容積22。
氣體箱20的內部容積22含有氣體供應容器24、26、28。氣體供應容器中的每一者包含閥頭30，閥頭30含有閥，閥通過相聯的氣動致動器32而可選擇性地在完全打開位置與完全關閉位置之間轉變。相應容器的閥頭中的每一者與氣體分配管線34耦合，且相應氣體分配管線以歧管布置方式連接到分配氣體饋送管線36。分配氣體饋送管線36含有歧管隔離閥38，當歧管隔離閥38打開時，其允許由氣體供應容器中的一或多者供應的氣體流到離子源腔室52。
氣體箱20設有氣體箱排氣管道40，氣體箱排氣管道40含有可變位置調節閘42及氣體箱排氣鼓風機44，以及排氣管道溫度傳感器98。氣體箱排氣管道40將來自氣體箱20內部容積22的氣體箱排氣傳送到屋頂處理單元46，在屋頂處理單元46中，氣體箱排氣受到處理以從氣體箱排氣移除污染物，及/或氣體箱排氣受到處理以利用大量空氣來稀釋氣體箱排氣，從而產生經處理的氣體，經處理的氣體在排放管線48中排放到大氣。
屋頂處理單元46因此可包括催化氧化單元、用于接觸氣體箱排氣的吸附床、濕式或干式洗滌器等，以從氣體箱排氣移除污染物，使得氣體箱排氣可在排放管線48中排放到大氣。屋頂處理單元46替代地或額外地可包括通風口布置，其用于利用來自晶片廠建筑物外部的空氣來稀釋氣體箱排氣。
離子植入系統殼體16的內部容積18含有離子植入工具50，其包括前述的離子源腔室52。離子植入工具50包含入口門104，其用于維修、檢驗等。所述工具的離子源腔室52在離子植入系統的操作期間作為真空腔室在真空下操作，并且設有用于維修、檢驗等的入口門106。離子源腔室52可設有可移除的蓋體108，軟性排氣管線110可耦合到蓋體108，其中此種軟性排氣管線的相對端可耦合到氣體箱排氣管道40，用于在維修期間使離子源腔室52排氣，例如，其中入口門102、104、及106打開，以允許晶片廠空氣抽入離子源腔室中并且通過氣體箱排氣管道40而排出。
離子植入工具50中的離子源腔室52經配置以操作從而從自分配氣體饋送管線流動到其的氣體中的前驅物產生植入物種(通過離子化此氣體)，且離子源腔室與用于產生離子束54的電極、原子質量單位選擇設備、瞄準組件等(圖1中未展示)相關，離子束54受到導引而入射在植入腔室60中的支撐件58上的襯底56上。
半導體制造設施10包含補充空氣入口管線88，其將周圍空氣引入到補充空氣處理單元90中，在補充空氣處理單元90中補充空氣受到過濾、濕化/除濕、純化、及調節溫度，以提供經由殼通風氣體入口管線92引入離子植入系統殼體16的內部容積18中的通風氣體。此殼排氣然后流動通過殼體的內部容積18，并且通過氣體箱入口門94中的百葉窗96而抽入氣體箱中。進入氣體箱20的內部容積22中的通風氣體以由可變位置調節閘42及氣體箱排氣鼓風機44控制的速率排放到氣體箱排氣管道40，氣體箱排氣鼓風機44可為變速的類型，用來抽入通風氣體作為進入排氣管道40的氣體箱排氣，以流動到屋頂處理單元。引入離子植入系統殼體16的內部容積18中的通風氣體在流動通過此內部容積之后，通過殼排氣管線112而排放到晶片廠(除了抽入氣體箱20中的所述體積部分之外)。
圖1中所展示的離子植入系統設有用于系統操作的監測及控制組合件。此監測及控制組合件包括cpu62，cpu62操作性連結到氣體箱的內部容積22中的監測元件。此類監測組件包含溫度傳感器64，其通過溫度感測信號傳輸線82而以信號傳輸的關系接合到cpu62。監測組件包含壓力傳感器66，其通過壓力感測信號傳輸線80而以信號傳輸的關系接合到cpu62。監測組件也包含有毒氣體監測器68，其經配置以檢測有毒氣體的存在，例如，因為從氣體供應容器或歧管耦合件泄漏。有毒氣體監測器通過有毒氣體監測器信號傳輸線78而以信號傳輸的關系接合到cpu62。將了解到，任何數目及類型的監測組件都可用于本發明的實踐中，以產生由相應信號傳輸線傳送到cpu的輸出，且響應于所述輸出，cpu調整離子植入系統中的裝備及處理條件以實現其有效率的操作。
所說明的cpu62可經配置以將輸出控制信號傳送到各種系統元件。舉例來說，cpu可經配置以響應于指示氣體危險事件的輸入感測信號，而通過在信號傳輸線70、72、及74中將控制信號傳送到與氣體供應容器相關的相應氣動閥致動器，以關閉此氣體供應容器的閥頭中相應閥。cpu可額外地經配置以通過在信號傳輸線76中將控制信號傳送到歧管隔離閥38而隔離氣體饋送歧管，使得響應于氣體危險事件，閥接收到信號而關閉。
cpu62也可經配置以在信號傳輸線84中將控制信號傳送到可變位置調節閘42，以打開此調節閘并且促進增加的排氣流量，結合通過cpu在信號傳輸線86中將控制信號傳送到氣體箱排氣鼓風機44，使得來自氣體箱20的內部容積22的高排氣速率可以實現。雖然在圖1的所說明的實施例中的氣體箱20是展示為含有各種傳感器元件，但將了解，對應元件也可定位在氣體箱排氣管道40中，例如，如由排氣管道溫度傳感器98所說明，排氣管道溫度傳感器98經布置以在信號傳輸線100中將排氣管道溫度信號輸出到cpu62。
因此，cpu62經配置以接收指示離子植入系統中的操作及過程條件的各種感測數據，并且響應地可控制地調整可變位置調節閘42及氣體箱排氣鼓風機44，以在氣體危險事件發生時實現增加的氣體箱排氣流率，并且通過關閉氣體供應容器上的閥及/或關閉氣體供應歧管流路中的隔離閥38而終止氣體箱中的氣體供應容器的氣體分配。
離子植入系統也可配置有cpu以用于在入口門94、102、104、及106中的一或多者由操作、檢驗、或維修人員打開時增加氣體箱排氣流量，使得氣體箱排氣流率立即增加，以提高此類使用活動的安全性。
可變位置調節閘42可因此經配置為在端點位置之間完全連續可變，或者可變位置調節閘42可經配置為兩個或兩個以上離散位置設置，使得氣體箱排氣流率匹配于正常操作條件及氣體危險事件條件，但是在任一情況中，氣體箱排氣流率在發生氣體危險事件時增加到相對較高的水平，所述相對較高的水平是相對于離子植入系統的正常操作條件(即，非危險事件)所伴隨的相對較低水平來說的。
將了解，本發明的廣泛實踐中所使用的監測及控制組合件可廣泛地變化，以提供監測活動及響應控制行動的廣泛范圍，來增強離子植入系統的安全性及效率。
本發明的離子植入排氣管理設備及過程可使得能夠實現離子植入系統的能源及資本裝備成本的大幅減少，所述減少是相對于未使用本發明的排氣管理設備及過程的離子植入系統來說的。本發明的設備及過程提供較安全、較低成本的植入系統空氣處置，并且協助最少化半導體制造操作中的溫室氣體排放。
相比于半導體設施中的其它制造工具，離子植入機需要氣體箱與圍繞殼封圍體之間最大的排氣容積分隔，通常使用2500cfm量級的總通風。考慮到常規半導體晶片廠可能含有30臺以上的植入機，置換此容積的干凈的、高度調節的空氣所需的能量為大量的，并且需要大的基礎設施費用。氣體箱排氣(可能含有危險材料)通常在釋放之前發送通過洗滌器。洗滌的(或酸洗滌的)排氣因此比殼排氣消耗更多的資源，并且導致更多的晶片廠運營成本。
本發明認識到可通過再用與植入機操作相關聯的大量排出空氣體積來減少半導體制造設施的可變及資本成本，且運用多種方式來進一步減少排氣要求并將通風管理集成到離子植入機的操作架構中以實現增加的效率及安全性。
本發明也認識到，響應于日益嚴重的全球變暖問題及能源成本上漲的一般趨勢，半導體制造商必須采取積極的節能措施來保持競爭力。同時，晶片廠設計師處于不斷的壓力要減少晶片廠產能擴建及新建計劃的資本成本。在此情況下，改進離子植入排氣管理是有效的能源及成本降低策略。
離子植入工具通常包含兩個排氣封圍體，氣體箱及外部圍繞殼。氣體箱封圍體位于末端封圍體內或者獨自在外部圍繞殼內，這取決于工具的設計，氣體箱封圍體容納有摻雜劑氣瓶及相關的流量控制及監測裝備。氣體箱排氣流率的范圍可為從300cfm到500cfm，以在加壓氣體泄漏的事件中維持最小的面速度及稀釋。末端封圍體容納有來源、離子束線、相關的強力及高真空泵、以及各種控制及功率組件。通常稱為“殼”排氣，末端封圍體排氣是利用從1500cfm到2000cfm范圍的流率的排熱方法。外部圍繞封圍體主要用作工廠操作員及高壓組件之間的安全屏障。
過程流出排氣速率是小的，通常小于10到50cfm，且過程流出排氣在排放到大氣之前，通常通過使用點的減排系統來處理，或者發送到設施的酸排氣系統來洗滌。
本發明的排氣管理方法有利地采用低于大氣壓力的氣體供應封包來遞送摻雜劑氣體，其包含基于吸附劑的氣體供應封包及/或內部壓力調節型的氣體供應封包，以在低于大氣壓力下遞送氣體。此類氣體供應封包即使對著大氣打開，也會以低于idlh(對生命或健康的立即危險(immediatelydangeroustolifeorhealth))水平的水平來釋放氣體，idlh水平由美國國家職業安全及健康協會(usnationalinstituteforoccupationalsafetyandhealth)(niosh)定義為：對于可能導致死亡或立即的或延遲的健康永久負面影響或者阻止逃離此環境的空中傳播污染物的暴露。因此，相對于常規高壓氣瓶，本發明的低于大氣壓力的氣體供應封包提供明顯較高水平的安全性。另外，本發明的低于大氣壓力的氣體供應封包在輔助減少排氣要求時特別有效，例如，達到可能75％量級的水平，通過實現末端封圍體排氣的再循環，來取代將其排放到大氣中。低于大氣壓力的氣體供應封包需要過程真空來遞送摻雜劑氣體，實質上消除意外的氣體釋放。
使用低于大氣壓力的氣體供應封包允許植入機系統中的氣體箱排氣重新分類(否則氣體箱排氣可能由于氣體泄漏的可能性而被處理為酸排氣)，其中氣體箱排氣被發送到一般的排氣系統。因此，用于排氣及補充空氣的基礎設施的資本費用可大幅減少，以及大幅減少植入機的能源成本及從植入機的co2排放。植入工具制造商通常建議最少300cfm的排氣流動通過氣體箱，以提供稀釋最壞的情況下的高壓有毒氣體泄漏。實際上，氣體箱流率通常高得多，范圍從400到500cfm，以便維持國家消防協會標準(nationalfireprotectionassociationstandard)nfpa1所規定的最少200fpm的面速度。使用壓力開關來確保歧管遞送壓力維持在低于大氣壓力，氣體箱排氣速率可降低到標稱170cfm，從而足以滿足適用的規范。再循環末端封圍體排氣并且限制氣體箱排氣速率在170cfm的量級可產生每個工具的排氣需求的85％到90％的減少。新晶片廠建設的資本成本規避的機會因此非常顯著。
針對其中新植入區域將具有專用的排氣、補充空氣、及再循環空氣系統的植入擴建計劃，并且良好的設計實踐也要求要有n+1個冗余裝備來用于連續的制造操作，擴建計劃通過減少排氣配置將實現每一工具的大幅資本減免。在新建計劃的情況中，因為對于支持系統(例如，冷水、熱水及蒸汽)的需求減少，成本減免可能顯著增加。
額外的排氣減少及安全性進展可使用涉及到智能型排氣系統的本發明的集成方法來實現，智能型排氣系統標稱上以相對于歷史水平較低的水平來操作，例如，以歷史水平的百分之五。對植入機操作的相關設計及操作改變可包含：添加氣動瓶閥操作器以及依據實際風險來使氣體箱可變地排放氣體。
最小化氣體泄漏的發生及影響的關鍵在于在任何時候都維持離子植入機系統在低于大氣壓力條件下。在低于大氣壓力下操作涉及連續監測遞送歧管中的氣體壓力，以及在超過預先設定的壓力閾值的情況下快速反應的能力。
目前用來供應植入摻雜劑氣體的低于大氣壓力的氣體供應封包通常使用手動閥。利用正常下關閉的、氣動閥操作器來裝配這些摻雜劑供應封包通過確保氣體可以容納在來源處(即，在氣體供應容器內)提供最高水平的安全性。預防開始于檢測過壓的條件，且減緩可能涉及采取數個行動來使用低于大氣壓力的氣體供應封包上的氣動操作的、正常下關閉的閥來使氣體流動停止。
使用正常下關閉的氣動閥實現摻雜劑氣體供應封包的內容物的隔離，以免遞送歧管偏離低于大氣壓力的協議，例如，由于內部調節器故障，或者氣體箱中的高溫條件、及/或其它緊急事件。
使用氣動閥也在瓶安裝或緊急事件反應期間減少人互動的水平。正常下關閉的條件免于考慮閥關閉不良或過度扭轉的條件。氣體供應封包循環凈化可自動完成，更有效率，并且不會有將凈化氣體回填到氣體供應封包中的可能性。
使用可變速率氣體箱排氣，排氣管理系統有能力在泄漏發生之前控制泄漏并且采取行動，借此允許氣體箱隨風險變化而排氣，相對于常規實踐要以需要減輕最壞釋放方案的條件的速率來連續操作來說。此常規實踐是沒有效率的，這是因為在低風險時期期間需要使用高水平的排氣。利用低于大氣壓力的氣體遞送，低排氣流率(例如，標稱上為40cfm的排氣流率)就足以滿足適用于semis2及nfpa318標準。
雙位置調節閘可以低或高流量模式來控制氣體箱排氣。當所有的摻雜劑遞送封包都顯示低于大氣壓力的條件或者當所有的氣體供應封包閥都關閉時，將允許正常或減少排氣的條件，例如，以40cfm的排氣流率。
在氣體箱門打開的任何時刻，或者在氣體供應封包改變或維修時期期間，或者當由例如有毒氣體檢測、煙檢測器警報、或摻雜劑遞送歧管中的高于大氣壓力的條件的檢測事件觸發時，聯鎖可用于起始高的排氣流率。
在正常操作期間，例如可為>95％的時間，氣體箱將以40cfm的標稱速率來操作。針對具有30臺以上的植入機的設施，這在標稱上減少了8500cfm。可變驅動風扇(常規晶片廠常見的)可調整由氣體箱流量中的“事件驅動式”改變所預見的氣體箱通風速率的相對較小改變。
離子植入中使用的主要摻雜劑氣體為胂、膦及三氟化硼，其中也消耗次要數量的四氟化鍺、四氟化硅、及氧化碳。在三氟化硼的情況中，>50％的三氟化硼會留在處理腔室中，并且在處理排氣中排放。相比之下，金屬氫化物在處理條件下被大量地消耗掉。
違反真空泵系統或處理排氣管道可允許有毒氣體(例如，三氟化硼)進入植入機的圍繞殼中。可采用植入機圍繞殼內的有毒物質的檢測來觸發(1)關閉用于使殼排放氣體的增壓風扇，及(2)增加從氣體箱的排氣水平(高排氣模式)，以確保無塵室受到保護。因為氣體箱從植入機內獲得其空氣供應，有毒物質將經由氣體箱排氣而排出，其中植入機相對于無塵室維持在負壓下。
因此，通過將集成的排氣系統提供給離子植入機，本發明設想到離子植入機的排氣/能源減少的改進，其可包含：(i)在任何時間都在低于大氣壓力的條件下操作氣體遞送，(ii)添加氣動閥操作器，(iii)以與實際風險條件成比例的速率來可變地使氣體箱排放氣體，以及(iv)使用適于所涉及的風險的聯鎖及安全控制。
在新建安裝中實現了最大的益處，其中補充空氣及基礎設施可針對實際實踐來定尺寸。
雖然本發明已參考具體的方面、特征及說明性實施例在本文提出，但是將了解，本發明的用途并不因此受到限制，而是延伸到并且涵蓋眾多其它變化、修改及替代實施例，如本發明的所屬領域的一般技術人員基于本文的描述將想到的那些。因此，在下文所主張的本發明希望概括地理解及解釋為包含在其精神及范圍內的所有此類變化、修改及替代實施例。