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技術專文

圖一、HF 相位圖 圖三、SiCl 4 溫度─蒸氣壓特性圖

Phase Diagram: Anhydrous Hydrogen Fluoride 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
100 100
10000 80 80
60 60
50 50
40 40
1000 30 30
20 20
100 Critical Point 10 8 10 8
6 6
5 5
4 4
10 3 3
Saturation Line 2 2
Pressure (bar) 1 Solid 0.8 0.6 0.5 0.4 1 SiCl 4 1 0.8 0.6 0.5 0.4
Melting Line (interpolated)
Liquid
0.1
Vapor Vapour Pressure (bar or 0.1 MPa) 0.3 0.2 0.3 0.2
0.01 0.1 0.1
Sublimation Line 0.08 0.08
Triple Point 0.06 0.06
0.05
0.05
0.001 0.04 0.04
0.03 0.03
0.02 0.02
0.0001 0.01 SiCl 4 0.01
0 100 200 300 400 500
Temperature (K) 0.005 0.005
圖片來源：THE LINDE GROUP 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
Temperature (K)
–100 –90 –80 –70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 0 +10 +20 +30 +40 +50 +60 +70 +80 +90 +100
Temperature (ʨ)
圖二、SiH 2 Cl 2 溫度─蒸氣壓特性圖 圖片來源：AIR LIQUIDE
130 140 150 160 170 180 190 210 200 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
100 100
80 80 圖四、調壓閥之壓力─流量曲線 圖五、壓力恆定迴授控流程圖
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20 Inlet Pressure:
MODEL 100psi (7 bar) PCM Controller
10 10 AP 1000
8 6 5 4 3 SiH 2 Cl 2 8 6 5 4 3 80psi (5.5 bar) Pressure
Vapor Pressure (bar or 0.1 MPa) 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 2 1 2 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 50 (3.45) Cylinder Gas In P setting MFC P actual (Stable Pressure) Gas Out
40psi (2.76 bar)
20psi (1.37 bar)
Transducer
-
+
(2.76)
40
Buffer
(+ or – Flow)
0.08
0.06 0.1 0.1 0.08 30 (2.06) Heating
0.06
0.05 0.05 OUTLET PRESSURE (PSIG) OUTLET PRESSURE (BAR)
0.04 0.04
SiH 2 Cl 2 20 (1.37)
0.03 0.03
0.02 0.02
0.01 0.01
內之實際壓力回傳給 PCM 之 PLC
0.005 0.005 10 (.69)
130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 圖六、質量流量控制器流程圖
Temperature (K) Controller，Controller 將實際壓力
–140 –130 –120 –110 –100 –90 –80 –70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 0 +10 +20 +30 +40 +50 +60 +70 +80 +90 +100 (P actual ) 與設定壓力 (P setting ) 不斷地
0 Command Signal
Temperature (°C) 0 20 40 60 80 進行比對與計算，輔以應用電磁感 Output Indication
圖片來源：AIR LIQUIDE Input Power
Flow Rate in SLPM of Nitrogen
應加熱 (Induction Heating) 之氣體
圖片來源：Advanced Pressure Technology 鋼瓶加熱方式，再以 MFC 來調節
氣體流量，使緩衝槽內穩定地保持 Amplifier Comparator
Circuit Control
在所設定之輸出氣體壓力範圍，達 Circuit
計畫方法 乘以體積會是一定值 PV=k（k 為常 氣瓶櫃之控制盤是以調壓閥來調整 成低壓氣體大流量供應之需求。
數），如果壓力變很小，體積相對 供應之壓力，調壓閥之壓力與流量 Bridge
Circuit
WF 6 等）。
會變大達到常數，而體積增大意味 特性如 圖四所示，調壓閥會因為 MFC 之作用原理參考 圖六之簡略 Control
Valve
圖一 是以 HF 之相位圖 (Phase 著氣體間距離增加，會趨近於理想 本身之壓損因素，造成流量需求 為了解決上述之問題，壓力控制模 說明，主要是利用熱感溫差與非接
Sensor
Diagram) 為例說明，當壓力固定時 氣體 (PV=nRT)，由三相圖得知加 越大，輸出之壓力卻逐漸下降，特 組 (PCM) 可用以提升低壓器體之 觸之方式測量氣體之質量流速，相
持續對液態 HF 加溫，將發現 HF 壓則會讓體積縮小，會使氣態 HF 別是低瓶壓氣體壓降之幅度最為明 供應穩定度，（系統流程圖參見 圖 當廣泛應用於設備機台端。利用其
的相位變化，往右到達氣相 (Vapor 趨向液態或固態。 圖二及 圖三顯示 顯，這也是低壓氣體供應之難處所 五），PCM 主要是以「MFC」（Mass 中之分流器，引進少部份之氣體進
Bypass Base
Phase) 區域。在低壓下可以透過波 兩種常使用於半導體製程之低壓氣 在，也因此導致部份超低壓氣體之 Flow Controller，質量流量控制器） 入量測器管路中，經溫度感測器
以耳定律得知，在定溫下一定量的 體溫度─蒸氣壓特性圖，其物理特 氣瓶櫃必須設置於機台下方之無塵 做為氣體之流量控制，並使用閉 (Sensor) 後以「惠斯登電橋原理」 圖片來源：Advanced Energy
Industries, Inc.
氣體體積與氣體壓力成反比，壓力 性皆相仿。 室內之故（如 SiCl 4 、HF、BCl 3 、 迴路迴授控制方式連續地將緩衝槽 (Bridge Circuit, Amplifier) 連 接 訊
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