具有双套管的气体喷射器的制作方法

1.本实用新型涉及一种晶圆镀覆的技术，特别是一种具有双套管的气体喷射器。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，半导体制程技术也变得更加成熟，使得更多半导体组成的电子装置可被做的更佳精巧，功能变得更多。
3.半导体元件的制程会经过黄光、蚀刻、扩散再进入到薄膜的生成。半导体晶圆在薄膜沉积制程中，系将晶圆设置在真空反应腔内的晶圆承载系统上，以利用气体喷射器将反应的气体水平喷射至晶圆上，以利用高温500℃以上，引起的物理或化学反应，从而在晶圆上沉积薄膜。
4.目前的气体喷射器的设计是令气源气体以水平的方式360度环绕喷出，因此在沉积薄膜时易有气流死角，如晶圆的侧边上缘为接触气体的前端，因此特别容易积生反应物，时间一久容易有粉尘堆积。且此区为薄膜成膜区的气上游区段，一但有粉尘生成，粉尘就容易随着气流吹散到整片晶圆表面，令晶片形成粉尘颗粒缺陷，影响到制程合格率。
5.因此目前气体喷射器为了清洁粉尘，多半会在气体喷射器上额外增设一个吹扫气流通道，以排出气体来清洁晶圆上的粉尘，但不同性质的粉尘，需要与不同的种类的蚀刻气体反应清除，此时吹扫气流通道就必须因应不同粉尘的性质产生的不同的气体。但若在更换不同性质的气体时，未将先前残留气体粒子清理干净，就可能互相混合产生不良的化学反应。
6.除此之外，在沉积的过程中，为避免对晶圆加热时，气体喷射器受高温的影响，过去会在气体喷射器的喷气管外缘设置水冷设备，以降低气体喷射器的温度。但这种方式水冷设备仅能包覆到最外层的喷气管，并无法有效冷却气体喷射器内层的喷气管，造成整体控温效果不佳。
7.有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种具有双套管的气体喷射器，以有效克服上述的上述问题。


技术实现要素：

8.本实用新型的主要目的在提供一种具有双套管的气体喷射器，其气体喷射头具有吹扫气流通道可作为吹扫流道或清洁蚀刻流道，且吹扫气流通道为双套管双气体流道设计，能有效区隔不同气体，以避免不同气体共用同一个通道时，造成气体混合产生不良的化学反应。
9.本实用新型的另一目的在提供一种具有双套管的气体喷射器，其吹扫气流通道突出于气体喷射头底部，搭配机台的气流凹槽的内凹结构，能有效扫除晶圆边缘的粉尘及沉积物，提升产品制造合格率。
10.本实用新型的再一目的在提供一种具有双套管的气体喷射器，其可令每一排气管浸泡于冷却液中，以达到整体排气管控温的效果。
11.本实用新型的又一目的在提供一种具有双套管的气体喷射器，其通过隔板的设置可令冷却水只往单一方向流动，能避免冷却水回流，以大幅提升冷却的功效。
12.为达上述的目的，本实用新型提供一种具有双套管的气体喷射器，包括一气体喷射头中央设置有至少一吹扫气流通道，突出于气体喷射头底部，且吹扫气流通道内更设有一内套管。
13.在本实施例中，具有双套管的气体喷射器更包括一机台上设有气流凹槽，且气流凹槽周围更环设有复数晶圆承载凹槽。气体喷射头设置于气流凹槽上，吹扫气流通道可喷出垂直气流在气流凹槽内，令垂直气流撞击气流凹槽后转换为水平气流，使其喷射至周围复数晶圆承载凹槽内的晶圆的边角。
14.在本实施例中，气体喷射头更包括一喷射壳体及复数排气管，喷射壳体内部环设有复数层冷却室，且每一冷却室的侧壁顶部设有至少一溢流开口，以连通相邻的冷却室，吹扫气流通道设置在最内层的冷却室中。复数排气管分别设置在复数层冷却室中，且排气管的开口外露于喷射壳体外。
15.在本实施例中，每一冷却室底部更设有一气体引流盘，垂直于复数排气管的开口，以引流排气管排出的气体，且气体引流盘内具一溢流空间，溢流空间连通冷却室。
16.在本实施例中，每一冷却室中更设有至少一隔板，以分隔冷却室。
17.在本实施例中，气体喷射器更包括一转接头，包括一输入接头及一分流接头。输入接头上设有复数输气管、至少一第一输液管及至少一第一排液管，分流接头上则设有复数气流通道、至少一第二输液管及至少一第二排液管。复数气流通道分别连通复数输气管，及分别连通吹扫气流通道与该复数排气管，以输入不同气体至吹扫气流通道与复数排气管；第二输液管分别连通第一输液管及最内层冷却室，以输入冷却液；第二排液管分别连通第一排液管及最外层冷却室，以排出冷却液。
18.在本实施例中，相邻气体引流盘之间更设有一滤网。
19.综上所述，本实用新型气体喷射头具有吹扫气流通道可作为吹扫流道或清洁蚀刻流道，且吹扫气流通道为双套管双气体流道设计，能有效区隔不同气体，以避免不同气体共用同一个通道时，造成气体混合产生不良的化学反应。除此之外，吹扫气流通道突出于气体喷射头底部，以搭配机台的气流凹槽的内凹结构，能有效扫除晶圆边缘的粉尘及沉积物，提升产品制造合格率，且本实用新型的结构可令每一排气管浸泡于冷却液中，以达到整体排气管控温的效果，以及冷却室内设置的过隔板可令冷却水只往单一方向流动，能避免的冷却水回流，能大幅提升冷却的功效。
20.兹为对本实用新型的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。
附图说明
21.图1是本实用新型的立体图。
22.图2是本实用新型的元件分解图。
23.图3是本实用新型的剖面示意图。
24.图4是本实用新型的排气管喷射气流状态示意图。
25.图5是本实用新型吹扫气流通道及内套管喷射气流状态示意图。
26.图6是本实用新型的溢流状态示意图。
27.图7是本实用新型溢流状态的喷射壳体俯视图。
28.附图标记说明：1
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具有双套管的气体喷射器；10
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机台；12
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气流凹槽；14
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晶圆承载凹槽；20
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气体喷射头；22
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喷射壳体；24
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冷却室；24a
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冷却室；24b
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冷却室；24c
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冷却室；24d
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冷却室；240
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溢流开口；240a
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溢流开口；240c
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溢流开口；242
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气体引流盘；242a
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气体引流盘；242c
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气体引流盘；244
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溢流空间； 244a
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溢流空间；244c
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溢流空间；246
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隔板；26
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吹扫气流通道；260
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内套管；28
‑ꢀ
排气管；30
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转接头；32
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输入接头；320
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输气管；320a
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输气管；322
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第一输液管； 324
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第一排液管；34
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分流接头；340
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气流通道；340a
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气流通道；342
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排气开口； 342a
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排气开口；344
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第二输液管；346
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第二排液管；40
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滤网；50
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晶圆；502
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边角。
具体实施方式
29.本实用新型的具有双套管的气体喷射器，可用以连接薄膜沉积气体输出系统，作为喷头喷射出不同的气体，如此对晶圆进行薄膜沉积。更重要的是，本实用新型的气体喷射头具有吹扫气流通道可作为吹扫流道或清洁蚀刻流道，且吹扫气流通道为双套管双气体流道设计，能避免不同气体共用同一个通道，造成气体混合产生不良的化学反应。
30.请参照图1至图3，以说明具有双套管的气体喷射器1的结构，具有双套管的气体喷射器1包括一机台10及一气体喷射头20。机台10上设有一气流凹槽 12，气流凹槽12周围则环设有复数晶圆承载凹槽14。
31.气体喷射头20设置在机台10的气流凹槽12上，且可对应吻合位于在气流凹槽12内。气体喷射头20的结构包括有一喷射壳体22连接一转接头30，转接头30可提供连接薄膜沉积气体输出系统(图中未示)及水冷系统(图中未示)连接，以提供喷射沉积的气体及冷却液。喷射壳体22内设有复数层冷却室24、具有内套管260的至少一吹扫气流通道26以及复数排气管28。在本实施例中，喷射壳体22可为圆形的喷射壳体22，当然喷射壳体22也可为方形或三角形喷射壳体 22，形状并不予以限制。在本实施例中，喷射壳体22内以同心圆的方式环设有复数层冷却室24，每一相邻冷却室24的侧壁顶部设有至少一溢流开口240，以连通相邻的冷却室24，使冷却室24内容置的冷却液可溢流至相邻的冷却室24 中，达到串联冷却室24的目的。
32.喷射壳体22中央，也就是位于最内层的冷却室24a中设置有至少一吹扫气流通道26，吹扫气流通道26作为扫流道与清洁刻蚀(cleaning etching)流道的共用通道。吹扫气流通道26的内径小于或等于四毫米(mm)，吹扫气流通道26可为导热快速的金属管体，如铜排气管等，且吹扫气流通道26的管壁的厚度为2.5 毫米(mm)至0.5毫米(mm)。由于吹扫气流通道26的材质导热快且厚度薄，使温度传导更快，令冷却室24中的冷却液能有效冷却吹扫气流通道26。且吹扫气流通道26突出于气体喷射头20的喷射壳体22底部，以喷出垂直气流至机台10 的气流凹槽12内，令垂直气流撞击气流凹槽12后转换为水平气流，水平气流喷射至复数晶圆承载凹槽14内的晶圆50的边角。值得注意的是，吹扫气流通道26内更设有内套管260，内套管260可直接穿出喷射壳体22及转接头30，以直接连接薄膜沉积气体输出系统(图中未示)，令内套管260与吹扫气流通道 26连接薄膜沉积气体输出系统中不同于吹扫气流通道26所连接的气体输出器，以排出不同于吹扫气流通道26的气体。由于内套管260的内
外可供流通不同种类的气体，以隔离不同种类的气体，可避免气体混合产生不良的化学反应。
33.复数排气管28则分别设置在冷却室24内，且排气管28的开口外露于喷射壳体外22。在本实施例中，排气管28的内径小于或等于四毫米(mm)，排气管 28可为导热快速的金属管体，如铜排气管等，且排气管28的管壁的厚度为2.5 毫米(mm)至0.5毫米(mm)。由于排气管28的材质导热快且厚度薄，使温度传导更快，令冷却室24中的冷却液能有效冷却排气管28，使控温效果更好。通过上述结构的设置，当冷却室24内填满冷却液时，所有的排气管28都能浸泡在冷却液中，以达到控温的效果。
34.请持续参照图1至图3，在本实施例中，喷射壳体22可为阶梯状喷射壳体，令每一冷却室24的侧壁的长度由外圈往内圈逐渐增长，同理冷却室24内的排气管28长度也根据冷却室24的侧壁逐渐增长。请参照图3，每一冷却室24底部更设有一气体引流盘242，气体引流盘242垂直连接冷却室24设置，气体引流盘242内具溢流空间244，溢流空间244连通冷却室24，且每一气体引流盘 242垂直设置于复数排气管28的开口下方，由于喷射壳体22呈阶梯状，因此气体引流盘242会刚好位于排气管28的下方，以作为引流排气管28排出的气体，使排气管28喷出的气体可以水平的方式喷出。且每一相邻气体引流盘242之间更设有一滤网40，滤网40可为金属滤网，以阻挡由排气管28排出的气体形成气体压阻，同时可避免喷出的气体直接冲出，造成喷气不均匀问题。除此之外，请参照图2，每一冷却室24的侧壁上更设有至少一隔板246，以将每一冷却室 24分隔成两块区域，凭借隔板246能避免热交换的液体在冷却室24中任意流动，而干扰冷却液的流向。
35.请持续图1至图3，以说明转接头30的结构，转接头30包括一输入接头 32及一分流接头34。输入接头32上设有复数输气管320、至少一第一输液管 322及至少一第一排液管324，复数输气管320连接薄膜沉积气体输出系统(图中未示)，第一输液管322及第一排液管324则连接水冷系统(图中未示)。分流接头34连接输入接头32设置，输入接头32更与喷射壳体22连接，分流接头34 上设有复数气流通道340，每一气流通道340分别连通输气管320，且每一气流通道340底部更设有复数排气开口342，复数排气开口342分别连通喷射壳体 22上的吹扫气流通道26及排气管28，以输入不同气体至吹扫气流通道26及排气管28；分流接头34上更设有至少一第二输液管344分别连通第一输液管322 及最内层冷却室24a，以输入冷却液，以及至少一第二排液管346分别连通第一排液管324及最外层冷却室24b，以排出冷却液。
36.在说明完具有双套管的气体喷射器1的结构，接下来请参照图4，以说明吹扫气流通道26及排气管28气体的排出方式，通过转接头30的输入接头32的复数输气管320连接薄膜沉积气体输出系统(图中未示)，在本实施例中，不同的输气管320可供连接薄膜沉积气体输出系统中不同的气体输出器，以输出不同的气体。接着气体流入分流接头34的气流通道340后，再经由气流通道340上的复数排气开口342流出至喷射壳体22上的排气管28。由于气体引流盘242之间具有滤网40，可阻挡由排气管28排出的气体形成气体压阻，同时可避免喷出的气体直接冲出，造成喷气不均匀问题。除此之外，气体由排气管28排出后，会接触到气体引流盘242，使排气管28喷出的气体可以水平的方式喷出。
37.请配合参照图5，完成晶圆50沉积后，薄膜沉积气体输出系统(图中未示) 即通过转接头30的输入接头32的输气管320a，及分流接头34的气流通道340a 的复数排气开口
342a，导入气流或蚀刻气体至喷射壳体22上的吹扫气流通道 26，令吹扫气流通道26喷出吹扫气流与清洁刻蚀(cleaning etching)气流以清扫晶圆50上的粉尘。由于吹扫气流通道26突出于喷射壳体22及气体引流盘242 的底部，因此当气流或蚀刻气体排出时，搭配机台的气流凹槽12的内凹结构，气流或蚀刻气体会沿着气流凹槽12的边缘上升，令气流或蚀刻气体的气流能接触到晶圆承载凹槽14内晶圆50边角502，能有效扫除晶圆50边角502及晶圆 50上表面所堆积的粉尘及沉积物。
38.值得注意的是，吹扫气流通道26内具有至少一内套管260，在本实施例中，设置在扫气流通道26内的内套管260可直接穿设至分流接头34的排气开口 342a，并穿出输气管320a，以直接连接薄膜沉积气体输出系统，令内套管260 与吹扫气流通道26连接薄膜沉积气体输出系统中不同的气体输出器，以排出不同的气体。当需根据晶圆50上表面所堆积的粉尘及沉积物的种类，更换不同性质的气体时，薄膜沉积气体输出系统即可更换使用内套管260排气，以避免扫气流通道26排出不同气体而互相混合，产生不良的化学反应。由于内套管260 设置在吹扫气流通道26内，因此使用内套管260输出另一气体时，其气流吹扫方式与上述扫气流通道26相同，故不重复叙述。
39.接下来请配合参照图7，以说明具有双套管的气体喷射器1的冷却室24中冷却液的溢流状态，首先冷却液经由转接头30连接水冷系统(图中未示)的输入接头32的第一输液管322流通至分流接头34的第二输液管344后流入最内层冷却室24a，由于最内层冷却室24a中具有隔板246阻隔，因此冷却液一开始仅在最内层冷却室24a半侧流动，直到冷却液进入连通最内层冷却室24a的气体引流盘242a的溢流空间244a时，冷却液才会经由溢流空间244a溢满到最内层冷却室24a的另一半侧，最内层冷却室24a另一半侧溢满后，会通过溢流开口240a 溢出至另一层冷却室24c。同理，因冷却室24c内也设有隔板246，冷却液一开始仅在冷却室24c半侧流动，直到冷却液进入连通冷却室24c的气体引流盘242c 的溢流空间244c时，冷却液才会经由溢流空间244c溢满到冷却室24c的另一半侧，冷却室24c另一半侧溢满后，会通过溢流开口240c溢出至下一层冷却室24d。接下来每一层流动方法都相同故不重复叙述。
40.最终当冷却水溢满最外层冷却室24b时，冷却水则由分流接头34的第二排液管346，并经由输入接头32的第一排液管324流回水冷系统(图中未示)中，以达到冷却水循环的效果。且本实施例通过隔板246的设置可令冷却水只往单一方向流动，能避免冷却水回流，能大幅提升冷却的功效。
41.综上所述，本实用新型气体喷射头具有吹扫气流通道可作为吹扫流道或清洁蚀刻流道，且吹扫气流通道为双套管双气体流道设计，能有效区隔不同气体，以避免不同气体共用同一个通道时，造成气体混合产生不良的化学反应。除此之外，吹扫气流通道突出于气体喷射头底部，以搭配机台的气流凹槽的内凹结构，能有效扫除晶圆边缘的粉尘及沉积物，提升产品制造合格率，且本实用新型的结构可令每一排气管浸泡于冷却液中，以达到整体排气管控温的效果，以及冷却室内设置的过隔板可令冷却水只往单一方向流动，能避免的冷却水回流，能大幅提升冷却的功效。
42.以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。