TWI884713B

TWI884713B - 氣體介面、離子植入系統及操作半導體製程工具之方法

Info

Publication number: TWI884713B
Application number: TW113106627A
Authority: TW
Inventors: 程俊瑋; 莊凱富; 林藝民; 陳國強; 趙志慎; 陳定承
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2023-10-26
Filing date: 2024-02-23
Publication date: 2025-05-21
Also published as: US20250140522A1; CN223178379U; TW202518511A

Abstract

一製程氣體經由電絕緣之一連接管自電接地之一輸入金屬氣體管線流動至一輸出金屬氣體管線。金屬氣體管線與該連接管之間的多個聯接由多個氣體聯接器密封。各氣體聯接器包含一密封墊圈，及壓縮各別金屬氣體管線之端部與連接管之一對應端部之間的該密封墊圈的夾具。製程氣體經由該輸出金屬氣體管線遞送至半導體製程工具。在半導體製程工具處執行至少一個操作，半導體製程工具利用經由輸出金屬氣體管線遞送至製程工具之製程氣體及至少2千伏之電壓兩者。連接管可為藍寶石的。密封墊圈可為多個聚四氟乙烯密封墊圈。

Description

氣體介面、離子植入系統及操作半導體製程工具之方法

本揭露關於氣體介面、離子植入系統及操作半導體製程工具之方法。

以下內容係關於半導體製程技術、離子植入技術、高壓技術、有毒氣體處置技術及相關技術。

根據本揭露的一些實施例，一種氣體介面包括：一連接管，該連接管為電絕緣的；一輸入金屬氣體管線；一輸出金屬氣體管線；一輸入氣體聯接器，在該輸入金屬氣體管線之一端部與該連接管之一第一端部之間提供一氣密密封，該輸入氣體聯接器包含：一密封墊圈，設置於該輸入金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第一端部之間，及一壓縮夾具，包含接合該輸入金屬氣體管線之該端部的一第一夾持件及接合該連接管之該第一端部的一第二夾持件，該第一夾持件及該第二夾持件固定在一起以壓縮該輸入金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第一端部之間的該密封墊圈；以及一輸出氣體聯接器，在該輸出金屬氣體管線之一端部與該連接管之一第二端部之間提供一氣密密封，該輸出氣體聯接器包含：一密封墊圈，設置於該輸出金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第二端部之間，及一壓縮夾具，包含接合該輸出金屬氣體管線之該端部的一第一夾持件及接合該連接管之該第二端部的一第二夾持件，該第一夾持件及該第二夾持件固定在一起以壓縮該輸出金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第二端部之間的該密封墊圈。

根據本揭露的一些實施例，一種操作半導體製程工具之方法，該方法包括以下步驟：使一製程氣體經由電絕緣之一連接管自電接地之一輸入金屬氣體管線流動至一輸出金屬氣體管線，其中該些金屬氣體管線與該連接管之間的多個聯接由多個氣體聯接器密封，各該氣體聯接器包含一密封墊圈及壓縮各該金屬氣體管線之一端部與該連接管之一對應端部之間的該密封墊圈的一夾具；經由該輸出金屬氣體管線將該製程氣體遞送至該半導體製程工具；以及在該半導體製程工具處執行至少一個操作，該半導體製程工具利用經由該輸出金屬氣體管線遞送至該製程工具之該製程氣體及至少2千伏之電壓兩者。

根據本揭露的一些實施例，一種離子植入系統包括：一離子植入機，經連接以自一輸出金屬氣體管線接收一製程氣體；以及一氣體介面，包含：一殼體，該殼體為電絕緣的；一連接管，該連接管為電絕緣的且設置於該殼體中且固定至該殼體；一輸入氣體聯接器，設置於該殼體中且在一輸入金屬氣體管線之一端部與該連接管之一第一端部之間提供一氣密密封，該輸入氣體聯接器包含：一密封墊圈，設置於該輸入金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第一端部之間；及一壓縮夾具，壓縮該輸入金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第一端部之間的該密封墊圈；以及一輸出氣體聯接器，設置於該殼體中且在該輸出金屬氣體管線之一端部與該連接管之一第二端部之間提供一氣密密封，該輸出氣體聯接器包含：一密封墊圈，設置於該輸出金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第二端部之間；及一壓縮夾具，壓縮該輸出金屬氣體管線之該端部與該連接管之該第二端部之間的該密封墊圈。

10:半導體製程工具/離子植入機

12:氣體流量控制器

14:氣體箱

16:氣瓶

18:氣體供應櫃

20:金屬氣體管線

20E:端部

22:氣體介面

24:金屬氣體管線

24E:端部

30:連接管

32:氣體聯接器

34:氣體聯接器

36:殼體

38:淨化氣體排氣裝置

40:感測器

42:支撐件

44:限制性流量孔口

50:淨化氣體入口

52:淨化氣體出口

54:緊固件

56:端部

58:端部

60:氣體管線圈

62:管聯接器

64:氣體管線圈

66:管聯接器

70:密封墊圈

72:夾持件/壓縮夾具

72A:件

72B:件

74:夾持件/壓縮夾具

76:緊固件

80:緊固件

82:環形座

84:開口/穿孔

86:開口

L:長度

當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述可最佳地理解本揭露之態樣。應注意，根據行業的標準慣例，各種特徵並未按比例繪製。事實上，出於討論清晰起見，可以任意增加或減少各種特徵的尺寸。

第1圖以圖解方式繪示半導體製程系統。

第2圖及第3圖以圖解方式繪示第1圖之半導體製程系統之氣體介面的透視圖。

第4圖以圖解方式繪示連接管的隔離視圖，以及輸入氣體聯接器及輸出氣體聯接器的截面圖。

第5圖及第6圖以圖解方式示出第4圖之輸出氣體聯接器之實施例的透視圖，示出無緊固件的情況(第5圖)，且進一步示出無第一夾持件的情況(第6圖)。

以下揭示內容提供了許多不同的實施例或實例，以用於實施所提供主題的不同特徵。下文描述元件及配置的具體實例以簡化本揭露。當然，這些元件及配置僅僅為實例且不旨在進行限制。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或上之形成可包含第一及第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包含額外特徵可形成在第一與第二特徵之間以使得第一及第二特徵可不直接接觸的實施例。此外，本揭露可以在各種實例中重複參考標號及/或字母。此重複係為了簡單及清楚的目的，並且其本身並不規定所討論的各種實施例及/或組態之間的關係。

此外，為了便於描述，本文中可以使用諸如「在...下方」、「下方」、「下部」、「在...上方」、「上部」等空間相對術語來描述如圖中所繪示的一個構件或特徵與另一構件或特徵的關係。除圖中描繪的定向之外，空間相對術語意圖涵蓋器件在使用或操作中的不同定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，並且本文使用的空間相對描述詞同樣可以相應地解釋。

離子植入廣泛用於半導體製程技術，例如形成具有高空間精度及可控摻雜位準之摻雜區。舉例而言，離子植入可用於形成具有明確的深度及厚度的深p型井(deep p-type well；DPW)或深n型井(deep n type well；DNW)的內埋摻雜層。對於經由離子植入進行之矽的n型摻雜，胂(AsH3)或膦(PH3)可以分別用作提供砷(As)或磷(P)摻雜劑的製程氣體。在另一應用中，絕緣體上矽(silicon-on-insulator；SOI)晶圓可以藉由SIMOX方法形成，其中在受控深度及厚度下植入高劑量之氧原子，隨後退火以將所植入氧層轉換為二氧化矽(SiO2)。這些僅為一些非限制性的說明性應用。

離子植入工具包含離子源，該離子源接收製程氣體(例如，用於n型摻雜應用的胂或膦)，且使用例如加熱絲及所施加電壓使氣體電離，且使所產生離子朝著目標(例如，矽晶圓)加速。可以採用磁場及靜電場來執行功能，諸如：質量分離，用以選擇用於植入之離子物種；以及離子束形成及導向，用以使得能夠掃描或以其他方式控制一或多個植入區的空間範圍。離子能量可以由加速器電壓控制，且離子能量對植入深度有顯著影響。製程氣體之流速以及植入時間為可以控制諸如摻雜位準之特性的一些其他設定。

雖然離子植入機在半導體製造設施(亦即，半導體晶圓廠)中很常見，但其帶來了一些安全挑戰。離子植入中使用的許多製程氣體具有高毒性。舉例而言，胂之半致死濃度(LC50)大約為80至200百萬分之一(parts-per-million；ppm)，其取決於實驗性非人類物種，且工業安全法規通常將其限制在10ppm以下。膦具有類似的高毒性。對於此類有毒氣體的製程氣體處置要求非常嚴格，例如，在安裝或更換製程氣瓶期間需要使用自給式呼吸裝置(self-contained breathing apparatus； SCBA)，部署連續運行的氣體監控系統，定期檢查氣閥及連接器、氣體管線及閥門之專用及特殊配件之洩漏且頻繁檢查配件及閥門之洩漏，適用於所用製程氣體類型之氣體洗滌器，員工安全培訓，包含製定疏散程序、對應急響應人員進行專業培訓等。

除了頻繁使用諸如胂或膦之有毒氣體帶來的安全問題外，離子植入機亦產生諸如對於離子加速器元件之高電壓。離子植入機可以在60至80千伏(kilovolt；kV)或在某些情況下甚至更高的高電壓下操作。因此，離子植入機對人員造成電擊危險。

離子植入機之操作中有毒製程氣體與高電壓的組合使用帶來了進一步的安全挑戰。由於聚合物或塑膠管道密封性不足且太容易損壞，不允許用於處置此類有毒氣體，因此用於諸如胂或膦之有毒氣體的氣體處置系統通常針對氣體管線採用不銹鋼或其他金屬管道或導管。亦使用金屬氣體配件來確保防止製程氣體洩漏。含有胂、膦或其他製程氣瓶的氣體供應櫃以及下游氣體管線電接地以防止靜電放電(electrostatic discharge；ESD)事件。此意謂金屬氣體管線處於電接地(0kV)。相比之下，離子植入機工具可以處於高得多的電壓，例如在某些情況下為60至80kV。

除了上述安全問題外，耐震性可能為進一步的安全考慮因素。大型地震或颱風的力量可能會損壞或破壞氣體配件，導致氣體洩漏，若所涉及的氣體為諸如胂或膦的有毒氣體，則此問題尤其嚴重。

儘管特別參考離子植入機系統描述了上述安全上下文，但在採用氣體輸入(尤其但不限於有毒氣體)與高電壓之組合的其他類型的半導體製程工具中亦可能出現類似問題。作為一些其他實例，一些類型之電漿沈積系統及電漿蝕刻系統可以在將源氣體或蝕刻劑氣體轉換為電漿時採用高電壓，且因此，這些類型的半導體製程工具可以類似地利用高電壓且亦自電接地的製程氣體供應源接收製程氣體。

本文中揭示半導體製程裝置實施例，該半導體製程裝置實施例提供改良的氣體處置以使得能夠將一或多種氣體安全地遞送至採用高電壓的半導體製程工具。本文中亦揭示插入於氣體供應櫃與離子植入機或其他高電壓半導體製程工具之間的氣體供應箱，其中氣體供應箱具有電絕緣殼體及一或多個剛性、氣密及電絕緣的管，諸如一或多個藍寶石管，用於電接地的製程氣體管線與高電壓半導體製程工具之間的氣體聯接。本文中亦揭示用於將藍寶石(或其他剛性、氣密及電絕緣管)與電接地側及高電壓側上的金屬氣體管線連接的氣體配件。根據本文中揭示的實施例的氣體供應箱提供了優點，諸如使得能夠在接地至高電壓過渡期間進行氣體聯接、提供用於維護的氣體聯接的容易接合及脫離、與連續運行的氣體監控系統的相容性(包含向氣體供應箱施加正壓的能力)，以及良好的耐震性。

參考第1圖，半導體製程系統包含半導體製程工具10(說明性離子植入機10)，其用以在高電壓下操作，例如在一些實施例中至少20kV(千伏)，或在一些實施例中至少60kV，或在一些實施例中至少80kV，或在一些實施例中甚至更高的電壓。在說明性離子植入機10的情況下，一或多個高電壓操作可包含諸如以下操作：激勵靜電加速器以使製程氣體的離子加速以產生用於植入至矽層或晶圓或用於諸如摻雜劑植入之目的之其他目標中的高能離子，形成絕緣體上矽(silicon-on-insulator；SOI)晶圓的絕緣體層等。呈氣動及/或電致動閥、氣動及/或電操作的質量流量控制器(mass flow controller；MFC)等形式的氣體流量控制器12由電子離子植入機控制器(未示出)操作，以根據製程配方或排程表控制製程氣體至半導體製程工具10中的流動。在一些說明性實施例中，製程氣體可為有毒氣體，諸如胂或膦，且氣體流量控制器12安裝於氣體箱14中，以提供對任何製程氣體洩漏的遏制及早期偵測(待描述)。製程氣體通常在瓶(亦稱為氣瓶)中供應，諸如設置於氣體供應櫃18中之說明性氣瓶16。考慮其他類型的製程氣體供應源，諸如由載氣(諸如氮氣或氬氣)供給的起泡器。說明性氣瓶16通常與調節器連接以控制製程氣體流出氣瓶16，且對於有毒製程氣體，氣體供應櫃18通常包含安全特徵，諸如連續運行的氣體監控系統，且可以電接地以防止靜電放電(electrostatic discharge；ESD)事件。輸入金屬氣體管線20自氣瓶16連接至氣體介面22，氣體介面22與輸出金屬氣體管線24介接，輸出金屬氣體管線24將製程氣體遞送至半導體製程工具10(且更具體地，遞送至其氣體流量控制器12)。

在操作中，如所提及，離子植入機10執行利用高電壓(例如在一些實施例中至少20kV)的至少一個操作。由於輸出金屬氣體管線24為導電的，因此若在離子植入機10中發生電氣故障，則此意謂輸出金屬氣體管線24處於高電壓(high voltage；HV)，例如在一些實施例中為至少20kV，或至少可能處於高電壓。另一方面，輸入金屬氣體管線20與氣體供應櫃18中的氣瓶16連接，且處於接地電位(0伏)。氣體介面22包含提供輸入金屬氣體管線20與輸出金屬氣體管線24的牢固電隔離的特徵，同時亦確保製程氣體(如先前所提及，其可為有毒氣體，諸如胂或膦)自輸入金屬氣體管線20安全地流傳輸至輸出金屬氣體管線24。為此，自輸入金屬氣體管線20至輸出金屬氣體管線24的氣體連接經由連接管30，該連接管30為電絕緣的且機械剛性的。輸入氣體聯接器32在輸入金屬氣體管線20之端部與連接管30之第一端部之間提供氣密密封，而輸出氣體聯接器34在輸出金屬氣體管線24之端部與連接管30之第二端部之間提供氣密性密封。此外，氣體介面22包含殼體36，該殼體36為電絕緣的，且連接管30、輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34設置於殼體36內。

繼續參考第1圖，在一些實施例中，淨化氣體流經氣體介面22的殼體36，其中殼體為不洩漏的或幾乎不洩漏的(淨化氣體的一些洩漏可能為可接受的)。淨化氣體流經氣體介面22的殼體36且流經離子植入機10的氣體箱14，到達頂部淨化氣體排氣裝置38。淨化氣體不為在由離子植入機或其他半導體製程工具10執行的半導體製程中使用的製程氣體；相反，淨化氣體具有安全功能，且用於容納及促進偵測製程氣體之任何洩漏。淨化氣體可為例如氮氣(N2)或其他惰性氣體。氣體流量控制器12(例如，氣動及/或電操作閥、MFC等)設置於氣體箱14中，該氣體箱14亦為不洩漏的或幾乎不洩漏的，且淨化氣體流經該氣體箱14(同樣，淨化氣體的一些洩漏可能為可接受的)。製程氣體之洩漏最有可能發生在閥門、MFC、氣體聯接器等處(而非經由連續的金屬氣體管線洩漏)，且因此對氣體介面22及氣體流量控制器12的連續監控為重要的，尤其係在製程氣體有毒時。在第1圖的半導體製程系統中，淨化氣體通常向上流動，經過氣體介面22的殼體36，且經過含有氣體流量控制器12的氣體箱14，且進入淨化氣體排氣裝置38。連續運行的氣體監控系統感測器40設置於淨化氣體排氣裝置38中，以偵測流經淨化氣體排氣裝置38之淨化氣體中有毒氣體的存在。舉例而言，氣體監控系統感測器40可為多點有毒氣體監控系統的感測器，例如MDA科學有毒氣體監控器，用於偵測極低濃度(例如，大約百萬分之幾，ppm)的胂及/或膦。雖然未示出，但氣體監控系統可以可選地包含位於其他位置之額外感測器，諸如在氣體介面22之殼體36內部、氣體箱14內部及/或離子植入機10內部之額外感測器。

舉例而言，如先前所提及，有時用作藉由離子植入摻雜矽之n型摻雜劑源的製程氣體胂具有大約80至200百萬分之一(parts-per-million；ppm)的半致死濃度(LC50)，且工業安全法規通常將其限制在10ppm以下。歸因於經過氣體介面22之殼體36及離子植入機10之氣體箱14的淨化氣體的流動受到限制，因此將進入由人員佔據的工作空間的環境空氣的洩漏胂之濃度遠小於流經殼體36及氣體箱14之淨化氣體中之胂的濃度。此外，藉由感測器40對淨化氣體排氣中的胂的偵測提供了對氣體介面22的氣體聯接器中胂洩漏的早期偵測，或對閥門、MFC或氣體流量控制器12的其他元件中胂洩漏的早期偵測。在典型的安全組態中，感測器40偵測到高於(通常極低)濃度臨限值之胂自動地觸發位於氣瓶16附近(例如，在氣體供應櫃18內部，例如就在連接至氣瓶16之調節器的下游)的截止閥(未示出)，且亦激活包含閃爍警告燈及聲訊疏散警報的緊急疏散警報系統，以確保人員安全疏散區域，直至能夠定位及修復胂洩漏。

在第1圖的說明性實例中，氣體介面22設置於離子植入機10之氣體箱14之支撐件42之間。這些支撐件42可為電絕緣的，以促進氣體箱14的電隔離，且說明性支撐件42包含應力釋放特徵，以在地震、颱風或其他潛在的振動干擾源的情況下提供良好的耐震性。將氣體介面22置放於支撐件42內有利地保護氣體介面22不與在離子植入機10周圍工作的人員意外接觸。可以提供可選的限制性流量孔口(restrictive flow orifice；RFO)44以控制製程氣體至氣體介面22的流動。

現參考第2圖及第3圖，進一步詳細描述了氣體介面22。氣體介面22示出於第2圖中的圖解透視圖中，且相同的透視圖示出於第3圖中，其中製程氣體的流動路徑以及地面及HV由水平虛線指示。說明性氣體箱包含殼體36，殼體36適當地由諸如硬塑膠材料之電絕緣材料製成。殼體36為一個結構化元件，且因此應為一個剛性體(例如，硬塑膠)。應注意，殼體36通常為完全(或幾乎完全)封閉的結構，以容納流經其中的淨化氣體；然而，第1圖至第3圖描繪了沒有前面板及後面板的殼體36，以便揭露內部元件。設置於殼體36之下部端部(例如，底部或底面)之淨化氣體入口50提供淨化氣體到殼體36中的流動，且設置於殼體36之上部端部(例如，頂部)之淨化氣體出口52提供淨化氣體自殼體36的流出。返回來簡要參考第1圖，淨化氣體出口52可以與半導體製程工具10之氣體箱14的淨化氣體入口(未示出)連接，以使淨化氣體能夠自殼體36流動至氣體箱14中，且由此流動至淨化氣體排氣裝置38中。連接管30藉由夾具或其他緊固件54牢固地固持於殼體36內部。以此方式，殼體36與連接管30之總成形成剛性總成，該剛性總成有助於使氣體介面22抗震。連接管30具有第一端部56及第二端部58。在說明性實例中，連接管30豎直地定向，其中第一端部56接近於殼體36之輸入金屬氣體管線20所處的底部，而第二端部58接近於殼體36之輸出金屬氣體管線24所處的頂部。

如第2圖中最佳地可見，輸入金屬氣體管線20(其通常處於電接地或0V電位，如第3圖中以圖解方式指示)的非限制性說明性實施例包含多個元件。這些包含提供地震應力釋放(再次增強氣體介面22的抗震性)的氣體管線圈60及各種管聯接器62(僅在第2圖中標記)。輸入氣體聯接器32在輸入金屬氣體管線20之端部與連接管30之第一端部56之間提供氣密密封.輸出金屬氣體管線24處於高電壓(high voltage；HV)，或在存在意外的電短路、分流或半導體製程工具10之HV元件之其他故障(諸如說明性離子植入機10的靜電加速器的短路，其可以在至少2千伏或在一些實施例中為60至80kV或更高的電HV下操作)的情況下，至少可能意外地處於高電壓。輸出金屬氣體管線24之非限制性說明性實施例亦包含多個元件，諸如提供地震應力釋放(再次增強氣體介面22的抗震性)的氣體管線圈64及各種管聯接器66(僅在第2圖中標記)。

更一般而言，輸入金屬氣體管線20及輸出金屬氣體管線24通常可為任何合適的金屬氣體管線，諸如作為一個非限制性說明性實例的不銹鋼管或導管。各金屬氣體管線20及24可為單個管或導管，或可包含藉由一或多個合適的不洩漏氣體聯接器互連的兩個或更多個管或導管段。各金屬氣體管線20及24可以可選地併入有一或多個元件，諸如流量計、壓力感測器、過濾器、直通閥等。

現參考第4圖，示出連接管30的隔離視圖，以及輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34的截面圖。輸入氣體聯接器32連接連接管30的第一端部56與輸入金屬氣體管線20的端部20E。輸出氣體聯接器34連接連接管30的第二端部58與輸出金屬氣體管線24的端部24E。輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34在說明性實例中具有相同的組態，且因此，相同的參考標號用於標記兩個氣體聯接器32及34的相同元件。

連接管30由電絕緣材料製成，且為剛性的以提供耐震性。說明性連接管30為單件式管，其有利地避免了可能造成製程氣體洩漏之位置的接縫或接頭。在本文的說明性實例中，連接管30為藍寶石管，其中本文中所使用之術語「藍寶石」涵蓋天然藍寶石及合成藍寶石兩者；換言之，連接管包括單晶結構的氧化鋁(Al2O3)。藍寶石有利地為一種堅硬的材料。舉例而言，合成藍寶石具有約15至17GPa的維氏硬度及約9的莫氏硬度。藍寶石亦具有高電阻率，例如在一些實施例中，在室溫下為大約1016歐姆-公分。亦可考慮使用其他類型之堅硬且電絕緣的材料作為連接管30。

說明性連接管30為具有如第4圖中所示出的長度L的直管。連接管30之長度L應當為足以確保連接管30之端部56與連接管30之第二端部58之間的足夠間隔的長度，以避免第二端部58處的(至少可能的)HV與第一端部56處的接地電位(0V)之間的電弧或其他電分流或短路。實現此所要電隔離之連接管30之長度L的最小值主要取決於輸出金屬氣體管線24處的HV(或可能的HV)的量值。一般而言，隨著輸出金屬氣體管線24上的最大HV(或可能的HV)的增加，最小長度將增加以提供足夠的隔離。在一些非限制性說明性實施例中，連接管的長度L為至少15cm以提供所要的電隔離；且在一些實施例中(例如，對於更高的HV)，期望20cm或更長的更長最小管長度。

輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34中之各者包含密封墊圈70。因此，輸入氣體聯接器32包含設置於輸入金屬氣體管線20的端部20E與連接管30的第一端部56之間的密封墊圈70；且輸出氣體聯接器34包含設置於輸出金屬氣體管線24的端部22E與連接管30的第二端部58之間的密封墊圈70。壓縮夾具提供密封墊圈70的壓縮，以確保氣密密封。在說明性實例中，第一夾持件72接合輸入金屬氣體管線20的端部20E，且第二夾持件74接合連接管30的第一端部56。第一夾持件72及第二夾持件74藉由緊固件76(例如，說明性螺栓或螺釘，或其他類型的緊固件)固定在一起，以將輸入金屬氣體管線20的端部20E及連接管30的第一端部56牽拉在一起，藉此壓縮輸入金屬氣體管線20的端部20E與連接管30的第一端部56之間的密封墊圈70。同樣，第一夾持件72接合輸入金屬氣體管線24的端部24E，且第二夾持件74接合連接管30的第二端部58。第一夾持件72及第二夾持件74藉由緊固件76(例如，說明性螺栓或螺釘，或其他類型的緊固件)固定在一起，以將輸出金屬氣體管線24的端部24E及連接管30的第二端部58牽拉在一起，藉此壓縮輸出金屬氣體管線24的端部24E與連接管30的第二端部58之間的密封墊圈70。

在一些非限制性說明性實施例中，密封墊圈70可為聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)墊圈70。有利地，PTFE為比連接管30之藍寶石更軟的材料，例如，PTFE具有大約30至50Mpa的維氏硬度(與藍寶石的約15至17GPa相比)。因此，可以相抵於藍寶石連接管30之端部56及58壓縮墊圈70，而不會損壞端部56及58，以提供所要的氣密密封。在一些實施例中，PTFE墊圈70可以由Teflon^TM(一種特殊品牌的PTFE)製成。替代PTFE，密封墊圈70可以由另一種足夠柔軟的材料製成，以避免損壞剛性連接管30的端部56及58。密封墊圈70通常可包括電絕緣材料或導電材料。

參考第5圖及第6圖，輸出氣體聯接器34之非限制性說明性實施例示出為沒有緊固件76(第5圖)，且進一步示出為沒有第一夾持件72(第6圖)。如先前所提及，輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34在說明性實例中具有相同的組態，且因此第5圖及第6圖的氣體聯接器亦可以藉由將其倒置來表示輸入氣體聯接器。自特別參考第5圖開始，第一夾持件72可以適當地為單個件，例如形成為具有中心開口的金屬板，輸出金屬氣體管線24的端部24E 焊接或另外以氣密方式固定在該中心開口內。

另一方面，在第5圖及第6圖的實施例中，藉由將第二夾持件74形成為兩個件72A及72B來容納藍寶石連接管30的統一結構，該兩個件72A及72B圍繞藍寶石連接管30的第二端部58固定在一起且藉由螺栓或其他緊固件(例如螺釘)80(亦在第4圖中以圖解方式示出及標記)固定在其周圍。如第4圖中所示出之輸入氣體聯接器32及輸出氣體聯接器34的截面圖中可見，連接管30的第一端部56及第二端部58各自具有環形座82，第二夾持件74接合至環形座82中，以將各別氣體聯接器32及34的第二夾持件74與連接管30的各別端部56及58固定。這僅為將第二夾持件74與藍寶石連接管30的端部固定的一種方式的一個說明性實例，且可以考慮其他方法。

在第5圖及第6圖中，省略了緊固件76；然而，示出了緊固件76所接合的第一夾持件72的開口84(參見第5圖)及第二夾持件74的開口86(參見第5圖及第6圖)。在說明性實施例中，第一夾持件72之開口84可以適當地為穿孔(可選地具有埋頭孔以容納螺栓頭)，而第二夾持件74之開口86為適當的螺紋孔。接著，各緊固件76穿過第一夾持件72的穿孔84且旋擰至第二夾持件74的對準的螺紋開口86中，以將夾持件72及74緊固在一起。第5圖及第6圖之說明性實施例包含第一夾持件72的六個穿孔84及第二夾持件74的六個分別對準的螺紋開口86，其圍繞氣體聯接器的圓周以60度間隔配置以提供對稱及分散的夾持力；然而，可以設想不同數目的緊固件。

第一夾持件72及第二夾持件74可以由任何合適的堅固材料製成，諸如金屬、硬塑膠等。第一夾持件72及第二夾持件74不需要為電絕緣的(例如，其可以由金屬製成)。

所揭示的氣體聯接器32及34提供了許多優點。其對於在金屬管線與藍寶石或其他電絕緣連接管30的端部之間提供氣密密封為有效的。氣體聯接器32及34亦可以重複使用，亦即，重複地連接及斷開，最多更換(通常為低成本的)PTFE密封墊圈70(因為其將有可能因壓縮夾具72、74施加的壓縮而變形，且因此重複使用的密封墊圈可能容易洩漏)。除了接合連接管30之端部的第二夾持件74可受益於具有定製形狀以有效地接合連接管30之端部的環形座82之外，氣體聯接器32及34亦可由大部分現成元件構造。氣體聯接器32及34亦為剛性的，因此進一步促進了氣體介面22相對於地震事件的穩固性。

返回參考第1圖至第3圖，說明性氣體介面22包含單個連接管30，該單個連接管30適合於提供一種製程氣體自處於電接地(0V)電位之輸入金屬氣體管線20至處於高電壓之輸出金屬氣體管線24的流動轉移，同時保持輸入金屬氣體管線20與輸出金屬氣體管線24的電隔離。應理解，氣體介面22可以替代地包含兩個、三個、四個或更多個具有類似構造的連接管30，以提供兩個、三個、四個或更多個不同製程氣體的流動轉移。

在另一變化的實施例中，可以考慮包含冗餘的連接管30及合適的氣動或電致動閥裝置，以將製程氣體自一個連接管30切換至另一連接管30。舉例而言，此冗餘可以為有毒製程氣體(諸如膦或胂)提供冗餘的流動路徑，若所利用的連接管30的輸入氣體聯接器32或輸出氣體聯接器34發生洩漏(如感測器40所偵測到的)，則流動路徑可以切換至冗餘連接管30，以使半導體製程工具10能夠繼續操作。

在下文中，將描述一些其他實施例。

在非限制性說明性實施例中，一種氣體介面包含：連接管，該連接管為電絕緣的；輸入金屬氣體管線；輸出金屬氣體管線；輸入氣體聯接器，在該輸入金屬氣體管線之端部與該連接管之第一端部之間提供氣密密封；以及輸出氣體聯接器，在該輸出金屬氣體管線之端部與該連接管之第二端部之間提供氣密密封。輸入氣體聯接器包含：密封墊圈，設置於輸入金屬氣體管線之端部與連接管之第一端部之間；以及壓縮夾具，包含接合輸入金屬氣體管線之端部的第一夾持件及接合連接管之第一端部的第二夾持件，該第一夾持件及該第二夾持件固定在一起以壓縮輸入金屬氣體管線之端部與連接管之第一端部之間的密封墊圈。輸出氣體聯接器包含：密封墊圈，設置於輸出金屬氣體管線之端部與連接管之第二端部之間；以及壓縮夾具，包含接合輸出金屬氣體管線之端部的第一夾持件及接合連接管之第二端部的第二夾持件，該第一夾持件及該第二夾持件固定在一起以壓縮輸出金屬氣體管線之端部與連接管之第二端部之間的密封墊圈。根據本揭露的一些實施例，該連接管為一藍寶石連接管。根據本揭露的一些實施例，該輸入氣體聯接器及該輸出氣體聯接器之該些密封墊圈為多個聚四氟乙烯密封墊圈。根據本揭露的一些實施例，該輸入氣體聯接器及該輸出氣體聯接器之該些密封墊圈包括比藍寶石更軟之材料。根據本揭露的一些實施例，氣體介面進一步包括一殼體，該殼體為電絕緣的，其中該連接管、該輸入氣體聯接器及該輸出氣體聯接器設置於該殼體內。根據本揭露的一些實施例，該殼體包含一淨化氣體入口及一淨化氣體出口，用於使一淨化氣體流經該殼體。根據本揭露的一些實施例，該連接管固定至該殼體以形成一抗震剛性總成。根據本揭露的一些實施例，該連接管為具有至少15cm長度的直管。根據本揭露的一些實施例，一種半導體製程系統包括：一半導體製程工具，用以在至少2千伏之電壓下操作；以及如前述實施例所述之氣體介面，其中該輸入金屬氣體管線與一電接地氣體供應源連接，且該輸出金屬氣體管線與該半導體製程工具連接。根據本揭露的一些實施例，該氣體介面之該殼體為氣密的且包含一淨化氣體入口及一淨化氣體出口，用於使一淨化氣體流經該殼體，該半導體製程系統進一步包括：一排氣裝置，經連接以在該淨化氣體穿過該淨化氣體出口之後接收該淨化氣體；以及一氣體監控系統，操作性地與該排氣裝置聯接且用以偵測一有毒氣體至該淨化氣體中之洩漏。根據本揭露的一些實施例，該半導體製程工具包括一離子植入機。

在非限制性說明性實施例中，一種操作半導體製程工具之方法包含以下步驟：使製程氣體經由電絕緣之連接管自電接地之輸入金屬氣體管線流動至輸出金屬氣體管線，其中金屬氣體管線與連接管之間的聯接由氣體聯接器密封，各氣體聯接器包含密封墊圈及壓縮各別金屬氣體管線之端部與連接管之對應端部之間的密封墊圈的夾具；經由輸出金屬氣體管線將製程氣體遞送至半導體製程工具；以及在半導體製程工具處執行至少一個操作，該半導體製程工具利用經由輸出金屬氣體管線遞送至製程工具之製程氣體及至少2千伏之電壓兩者。根據本揭露的一些實施例，該連接管為一藍寶石連接管。根據本揭露的一些實施例，該些氣體聯接器之該些密封墊圈為多個聚四氟乙烯密封墊圈。根據本揭露的一些實施例，該連接管及該些氣體聯接器設置於電絕緣之一殼體中，且該方法進一步包括：使一淨化氣體流經且流出該殼體；以及使用一氣體監控系統偵測一有毒氣體洩漏至該淨化氣體中藉以監控自該殼體流出的該淨化氣體。根據本揭露的一些實施例，該製程氣體包含膦及/或胂中之至少一者。根據本揭露的一些實施例，該半導體製程工具包括一離子植入機，且在該離子植入機處執行的該至少一個操作包含：藉由將經由該輸出金屬氣體管線遞送至該離子植入機之該製程氣體電離為一離子化製程氣體且使用在至少2千伏之該電壓下操作的一靜電加速器加速該離子化製程氣體之多個離子來執行離子植入。

在非限制性說明性實施例中，一種離子植入系統包含：離子植入機，經連接以自輸出金屬氣體管線接收一製程氣體；以及氣體介面。氣體介面包含：殼體，該殼體為電絕緣的；連接管，該連接管為電絕緣的且設置於該殼體中且固定至該殼體；輸入氣體聯接器；以及輸出氣體聯接器。輸入氣體聯接器設置於殼體中且在輸入金屬氣體管線之端部與連接管之第一端部之間提供氣密密封。輸入氣體聯接器包含：密封墊圈，設置於輸入金屬氣體管線之端部與連接管之第一端部之間；以及壓縮夾具，壓縮輸入金屬氣體管線之端部與連接管之第一端部之間的密封墊圈。輸出氣體聯接器設置於殼體中且在輸出金屬氣體管線之端部與連接管之第二端部之間提供氣密密封。輸出氣體聯接器包含：密封墊圈，設置於輸出金屬氣體管線之端部與連接管之第二端部之間；以及壓縮夾具，壓縮輸出金屬氣體管線之端部與連接管之第二端部之間的密封墊圈。根據本揭露的一些實施例，該連接管為一藍寶石連接管，且該輸入氣體聯接器及該輸出氣體聯接器之該些墊圈為多個聚四氟乙烯密封墊圈。根據本揭露的一些實施例，離子植入系統進一步包括一氣瓶，其與該輸入金屬氣體管線連接，該氣瓶含有胂或膦。

在非限制性說明性實施例中，一種製程氣體經由電絕緣之連接管自電接地之輸入金屬氣體管線流動至輸出金屬氣體管線。金屬氣體管線與連接管之間的聯接由氣體聯接器密封。各氣體聯接器包含密封墊圈，及壓縮各別金屬氣體管線之端部與連接管之對應端部之間的密封墊圈的夾具。製程氣體經由輸出金屬氣體管線遞送至半導體製程工具。在半導體製程工具處執行至少一個操作，該半導體製程工具利用經由輸出金屬氣體管線遞送至製程工具之製程氣體及至少2千伏之電壓兩者。該連接管可為藍寶石的。密封墊圈可為聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)密封墊圈。

前述內容概述了若干實施例的特徵，使得熟習此項技術者可以更佳地理解本揭露的態樣。熟習此項技術者應理解，其可以容易地使用本揭露作為設計或修改用於執行相同目的及/或達成本文所引入的實施例的相同優點的其他過程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此等效構造並不脫離本揭露之精神及範圍，且其可以在不脫離本揭露的精神及範疇的情況下在本文中作出各種改動、替代及更改。