CN101053702B - 过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法 - Google Patents

Abstract

一种过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法。过滤装置用以过滤气体。气体具有第一温度。过滤装置包括壳体、冷凝器及至少一个吸附元件。壳体具有进气口、排气口及冷凝室，进气口用以供气体进入冷凝室，排气口用以供气体离开冷凝室。冷凝器与壳体耦接，用以维持冷凝室内的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。至少一个吸附元件设置于冷凝室中，并具有多个峰部和多个谷部。峰部和谷部交错排列，峰部和谷部用以接触气体而吸附气体中的微粒子。

Description

过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法

技术领域

本发明涉及一种过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法，且特别是涉及一种利用具有多个峰部和多个谷部的吸附元件的过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法。 

背景技术

在半导体制造工艺中，晶片必须通过许多道的工艺步骤以完成各种微电子元件和线路的布局。不论是沉积工艺(deposition process)、氧化、扩散(diffusion process)及蚀刻工艺(etching process)，均有可能在半导体机器中产生废气，且废气中掺杂微粒子。 

半导体机器具有反应室和排气管。晶片在反应室中进行薄膜沉积工艺，制造工艺中所产生的废气将通过排气管排出反应室。尤其是一些需在低压下进行的沉积工艺，例如等离子增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)或低压化学气相沉积法(low pressure chemicalvapor deposition，LPCVD)。此类工艺必须使用抽气泵(pump)，通过排气管抽出反应室内的气体。抽气泵启动时可通过排气管将反应室内的气体抽出，以净空反应室内的废气，或者是维持反应室在低压状态或真空状态。 

反应室内的气体经常伴随着需多微粒子，例如氮化硅(silicon nitride)。微粒子可能附着于排气管的管壁而影响抽气，或进入抽气泵造成过载。因此，需通过冷凝井(cold trap)来过滤气体。 

传统的冷凝井用以过滤气体中的微粒子，气体的温度比冷凝井的温度高。传统的冷凝井包括冷凝室和圆柱状冷凝元件。通过抽气泵的抽气运作，气体可由冷凝室的一端从排气管进入冷凝室，并由冷凝室的另一端离开冷凝室而进入抽气泵。圆柱状冷凝元件摆置于冷凝室中，且圆柱状冷凝元件的温度比进入冷凝室的气体的温度还低。当气体于冷凝室中接触圆柱状冷凝元件的表面时，气体的温度剧降。因此，部分微粒子将被吸附于圆柱状冷凝元件的表面。因此，冷凝井可过滤气体的微粒子，以使微粒子避免附着于排气管的管壁或抽气泵内。

然而圆柱状冷凝元件的表面较光滑且吸附面积较有限，导致圆柱状冷凝元件对于气体的微粒子的吸附效果受到局限。很快地，圆柱状冷凝元件的吸附量在很短时间内将会达到饱和状态，而无法继续吸附气体的微粒子。因此，操作人员就必须经常停止机器运作而更换或清洗圆柱状冷凝元件。如此一来，圆柱状冷凝元件过短的更换周期不仅降低机器的生产力，更增加人力的耗费，且增加操作人员更换圆柱状冷凝元件时的危险性。 

发明内容

鉴此，本发明的目的就是在提供一种过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法。其利用具有多个峰部和多个谷部的吸附元件来增加其与气体接触的面积，可以更有效率地吸附气体的微粒子。因此，大大地提高过滤装置的过滤能力，避免面临传统的具有圆柱状冷凝元件的冷凝井所遭遇的问题。如此一来，本发明不仅可延长吸附元件的更换周期而降低吸附元件更换频率。更可提高机器的生产力，且降低操作人员更换吸附元件时的危险性。 

根据本发明的目的，提出一种过滤装置，用以过滤气体。气体具有第一温度。过滤装置包括壳体、冷凝器及至少一个吸附元件。壳体具有进气口、排气口及冷凝室，进气口用以供气体进入冷凝室，排气口用以供气体离开冷凝室。冷凝器与壳体耦接，用以维持冷凝室内的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。至少一个吸附元件设置于冷凝室中，并具有多个峰部和多个谷部。峰部和谷部交错排列，峰部和谷部用以接触气体而吸附气体中的微粒子。吸附元件对应于各峰部的壁厚大于吸附元件对应于各谷部的壁厚。 

根据本发明的再一目的，提出一种过滤方法，用以过滤气体。气体具有第一温度。首先，提供至少一个吸附元件，吸附元件具有多个峰部和多个谷部，峰部和谷部交错排列。维持吸附元件的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。导引气体流经吸附元件，使峰部和谷部接触气体而吸附气体中的微粒子。 

根据本发明的另一目的，提出一种晶片制造方法。首先，置放晶片于反应室中。接着，提供第一温度于反应室，以进行晶片的半导体制造工艺。然后，提供至少一个吸附元件。吸附元件具有多个峰部和多个谷部，峰部和谷部交错排列。接着，维持吸附元件的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。然后，导引反应室的气体流经吸附元件，使峰部和谷部接触气体而吸附气体中的微粒子。 

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下： 

附图说明

图1展示了依照本发明实施例一的过滤装置的示意图； 

图2A展示了依照本发明实施例一的吸附元件的立体图； 

图2B展示了图2A中吸附元件的俯视图； 

图3A展示了依照本发明实施例二的吸附元件的立体图； 

图3B展示了图3A中吸附元件的俯视图； 

图4A展示了依照本发明实施例三的吸附元件的立体图； 

图4B展示了图4A中吸附元件的俯视图； 

图5展示了依照本发明实施例四的过滤方法的流程图； 

图6展示了依照本发明实施例五的晶片制造方法的流程图；以及 

图7展示了晶片和反应室的示意图。 

简单符号说明 

1：过滤装置 

10：壳体 

10a：顶面 

10b：底面 

101：进气口 

101a：第一管路 

102：排气口 

102a：第二管路 

103：冷凝室 

11：冷凝器 

11a：冷凝槽 

11b：注入口 

11c：排出口 

121、122、123：吸附元件 

121a、122a、123a：顶面 

121b、122b、123b：底面 

121c、122c、123c：侧面 

121d、122d、123d：贯孔 

121e、122e、123e：孔壁 

121f、122f、123f：滤网 

121g、122g、123g：峰部 

121h、122h、123h：谷部 

13：网状隔板 

2：微粒子 

30：晶片 

40：反应室 

G：气体 

W：冷凝液 

L121、L122、L123：吸附元件中心轴 

L10：连接延伸线 

具体实施方式

实施例一 

请参照图1，其展示了依照本发明实施例一的过滤装置的示意图。过滤装置1包括壳体10、冷凝器11及至少一个吸附元件121。吸附元件121用以过滤气体G，气体G具有第一温度。在本实施例中，以多个吸附元件121为例作说明。壳体10具有进气  101、排气口102及冷凝室103。进气口101用以供具有第一温度的气体G进入冷凝室103，排气口102用以供气体G离开冷凝室103。冷凝器103与壳体10耦接，用以维持冷凝室103内的温度为第二温度，其中第二温度低于第一温度。吸附元件121设置于冷凝室103中，并具有多个峰部和多个谷部。峰部和谷部交错排列，峰部和谷部用以接触气体G而吸附气体G中的微粒子2，使得离开冷凝室103的气体G几乎不含微粒子。 

本实施例通过峰部和谷部交错排列的设计，可以增加吸附元件121与气体G的接触面积，大大地提高过滤装置1的过滤能力。至于吸附元件121 的峰部和谷部的位置在此附图说明如下，但本实施例的技术并不局限与此。 

请同时参考图2A～2B，图2A展示了依照本发明实施例一的吸附元件的立体图。图2B展示了图2A中吸附元件的俯视图。吸附元件121具有顶面121a、底面121b及贯孔121d，贯孔121d贯穿顶面121a和底面121b。例如，吸附元件121为中空圆柱体。在本实施例中，贯孔121d的孔壁121e具有峰部121g和谷部121h。如图2B所示，从吸附元件121的截面来看，峰部121g俨然如同锐角凸起，且谷部121h俨然如同锐角凹口。 

本实施例所属技术领域中的任何普通技术人员，也可明了峰部121g与谷部121h的截面形状并非限定于本实施例所揭露的锐角凸起和锐角凹口，各种变形的结构形式均不脱离本实施例的技术范围。例如，从吸附元件121的截面来看，峰部121g与谷部121h可以分别是半圆凸起和半圆凹口。 

其中，由于金属材料具有良好的导热性，且容易在铸造吸附元件121时同时形成峰部121g和谷部121h。因此，在本实施例中，吸附元件121的材料优选地以金属材料为例作说明。虽然吸附元件121以金属材料为例作说明，然而本实施例的吸附元件也可针对欲过滤不同的微粒子，采用适当的吸附材料。只要是利用具有多个峰部和多个谷部的吸附元件，以达到过滤微粒子的目的，都不脱离本实施例的技术范围。 

至于过滤装置1如何与炉管和抽气泵连通，在此简单说明如下，但本实施例的技术并不局限于此。 

又如图1所示，进气口101通过第一管路101a与炉管(未显示)连通，出气口102通过第二管路102a与抽气泵(pump)(未显示)连通。当抽气泵(pump)运作时，可以将炉管内的气体G依次经由第一管路101a和进气口101抽进冷凝室103。并可将气体G从冷凝室103依次经由排气口102和第二管路102a抽离冷凝室103。 

在本实施例中，炉管例如是供晶片进行氮化硅(silicon nitride)的化学气相沉积制造工艺。炉管内的气体G含有未反应完成的氮化硅微粒子2。且此类微粒子2具有以下特性。当气体G为第一温度时，例如是200℃，气体G中的微粒子2呈现悬浮状态。且当气体G为第二温度时，例如是10℃，气体G中的微粒子2呈现缓慢移动状态。当带有微粒子2的气体G流经吸附元件121，并接触侧面121c或孔壁121e的峰部121g和谷部121h时，微粒子2的温度由第一温度瞬间降为第二温度。使得微粒子2停留于吸附元件 121的侧面121c上或孔壁121e的峰部121g和谷部121h上。由于吸附元件121具有多个峰部121g和多个谷部121h，明显地比传统的圆柱状冷凝元件具有更多与气体接触的面积。使得气体G在短暂流经吸附元件121的过程中，有效率地将微粒子2吸附于吸附元件121上。 

又如图1所示，壳体10还具有顶面10a、底面10b及侧面10c，顶面10a与底面10b通过侧面10c连接。优选地为了维持气体G的流速，进气口101设置于顶面10a，且排气口102对应于进气口101设置于底面10b。并且吸附元件121以实质上顺着气体G流动方向的方式排列。亦即吸附元件121的中心轴L121(如图2A所示)平行于进气口101和排气口102的连接延伸线L10。气体G可穿越贯孔121d或流经吸附元件121的侧面121c。 

然而本实施例的进气口101和排气口102也可以设置于壳体10不同的位置上。例如进气口设置在壳体10的侧面10c但靠近顶面10a，排气口设置在底面10b；或者进气口设置在顶面10a，排气口设置在侧面10c但靠近底面10b；或者进气口101和排气口102设置在壳体10的侧面10c，但进气口101和排气口102分别靠近顶面10a和底面10b。本实施例所属技术领域中的任何普通技术人员，当可作各种的更动与修改，都不脱离本实施例的保护范围。 

又如图2A～2B所示，过滤装置1优选地还包括滤网121f，滤网121f设置于贯孔121d的一端，并封住贯孔121d的一端开口。当气体G穿越贯孔121d时，滤网121f可过滤部分的微粒子2。 

又如图1所示，过滤装置1优选地还包括网状隔板13，用以将冷凝室103区隔为两个空间，如上部空间和下部空间。较多的吸附元件121设置于邻近进气口101的上部空间，而较少的吸附元件121设置于邻近排气口102的下部空间。因此，当气体G进入冷凝室103时，可立即将大部分微粒子2吸附于吸附元件121上。还可增加过滤效率，提高吸附元件121的使用效率。 

再者，冷凝器11可以各种方式维持冷凝室103的温度。在本实施例中，冷凝器11包括冷凝槽11a和具有第二温度的冷凝液W。冷凝槽11a具有注入口11b和排出口11c。冷凝室103设置于冷凝槽11a内。冷凝液W由注入口11b注入冷凝槽11a中，并由排出口11c离开冷凝槽11a。具有第二温度的冷凝液W流经冷凝室103的壳体10时，带走冷凝室103的热量，使得冷凝室103内的工作环境温度维持在第二温度。即，吸附元件121维持在第二 温度，比气体G的第一温度还低。其中，在冷凝液W穿越冷凝槽11a的过程中，冷凝液W以隔离方式不与气体G接触，避免干扰气体G的流动。 

本实施例所揭示的过滤装置，其利用具有多个峰部和多个谷部的吸附元件来增加其与气体接触的面积，可以更有效率地吸附气体的微粒子。因此，大大地提高过滤装置的过滤能力，避免面临传统的具有圆柱状冷凝元件的冷凝井所遭遇的问题。如此一来，本实施例不仅可延长吸附元件的更换周期而降低吸附元件更换频率，还可提高机器的生产力，且降低操作人员更换吸附元件时的危险性。 

实施例二 

请同时参照图3A～3B，图3A展示了依照本发明实施例二的吸附元件的立体图。图3B展示了图3A中吸附元件的俯视图。本实施例的吸附元件122与实施例一的吸附元件121不同处在于吸附元件122的结构设计及峰部122g和谷部122的设置位置。且本实施例的吸附元件122也可设置于实施例一的过滤装置1的冷凝室103中。其余相同之处沿用相同的标号，并不再赘述。 

如图3A～3B所示，吸附元件122还具有底面122b、顶面122a、侧面122c及贯孔122d，侧面122c连接底面122b和顶面122a。贯孔122d贯穿底面122b和顶面122a。例如，吸附元件122为中空圆柱体。在本实施例中，侧面122c具有峰部122g和谷部122h。如图3B所示，从吸附元件122的截面来看，峰部122g俨然如同锐角凸起，且谷部122h俨然如同锐角凹口。 

峰部122g和谷部122h交错排列，峰部122g和谷部122h用以接触气体G而吸附气体G中的微粒子2，使得离开冷凝室的气体G几乎不含微粒子。 

本实施例所属技术领域中的任何普通技术人员，也可明了峰部122g与谷部122h的截面形状并非限定于本实施例所揭露的锐角凸起和锐角凹口，各种变形的结构形式均不脱离本实施例的技术范围。例如，从吸附元件122的截面来看，峰部122g与谷部122h可以分别是半圆凸起和半圆凹口。 

本实施例所属技术领域中的任何普通技术人员，也可明了本实施例的吸附元件122并非限定为具有贯孔的中空圆柱体。各种变形的结构形式均不脱离本实施例的技术范围。例如吸附元件122可以是实心柱体。 

实施例三 

请同时参照图4A～4B，图4A展示了依照本发明实施例三的吸附元件 的立体图。图4B展示了图4A中吸附元件的俯视图。本实施例的吸附元件123与实施例一的吸附元件121不同处在于吸附元件123的结构设计及峰部123g和谷部123h的设置位置。且本实施例的吸附元件123也可设置于实施例一的过滤装置1的冷凝室103中。其余相同之处沿用相同的标号，并不再赘述。 

如图4A～4B所示，吸附元件123还具有底面123b、顶面123a、侧面123c及贯孔123d，侧面123c连接底面123b和顶面123a。贯孔123d贯穿底面123b和顶面123a。例如，吸附元件123为中空圆柱体。在本实施例中，贯孔123d的孔壁123e和侧面123c具有多个峰部123g和多个谷部123h。如图4B所示，从吸附元件123的截面来看，峰部123g俨然如同锐角凸起，且谷部123h俨然如同锐角凹口。 

峰部123g和谷部123h交错排列，峰部123g和谷部123h用以接触气体G而吸附气体G中的微粒子2，使得离开冷凝室的气体G几乎不含微粒子。 

本实施例所属技术领域中的任何普通技术人员，也可明了峰部123g与谷部123h的截面形状并非限定于本实施例所揭示的锐角凸起和锐角凹口，各种变形的结构形式均不脱离本实施例的技术范围。例如，从吸附元件123的截面来看，峰部123g与谷部123h可以分别是半圆凸起和半圆凹口。 

根据以上三个实施例，本发明的峰部和谷部可以各种方式形成，例如冲压成型、铸模成型或者是以侧板沿着多条折弯线折弯出峰部和谷部。峰部和谷部各种形成方式都不脱离本发明的保护范围。 

实施例四 

请参照图5，其展示了依照本发明实施例四的过滤方法的流程图。首先，在图5的步骤S1中，提供至少一个吸附元件。吸附元件可以是上述实施例的吸附元件，在此以实施例三的吸附元件123为例作说明。吸附元件123具有多个峰部123g和多个谷部123h。其中，峰部123g和谷部123h交错排列，如图4A～4B所示。 

接着，进入图5的步骤S2，维持吸附元件123的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。 

然后在图5的步骤S3中，导引具有第一温度的气体G流经吸附元件123。使峰部123g和谷部123h接触气体G而吸附气体G中的微粒子2。 

其中，维持吸附元件123的温度的步骤中(S2)，利用冷凝液W(如图 1所示)维持吸附元件123的温度为第二温度。再者，优选地还可导引气体G流经滤网123f(如图4A所示)，用以过滤部分微粒子2。且以抽气方式导引气体G流经吸附元件123。 

实施例五 

请参照图6，其展示了依照实施例五的晶片制造方法的流程图。本实施例的晶片制造方法应用实施例一的过滤装置1和吸附元件121，相同之处沿用相同标号，并不再赘述。 

请参照图7，其展示了晶片和反应室的示意图。首先，在图6步骤S61中，置放晶片30于反应室40中。 

接着，进入图6的步骤S62，提供第一温度于反应室40，以进行晶片30的半导体制造工艺。 

请同时参照图1和图2A～2B。然后，进入图6的步骤S63，提供至少一个吸附元件121。吸附元件121具有多个峰部121g和多个谷部121h，峰部121g和谷部121h交错排列。 

接着，进入图6的步骤S64，维持吸附元件121的温度为第二温度，第二温度低于第一温度。 

然后，进入图6的步骤S65，导引反应室40的气体G流经吸附元件121。使峰部121g和谷部121h接触气体G而吸附气体G中的微粒子2，如图2A所示。 

本发明上述实施例所揭示的过滤装置及其过滤方法与晶片制造方法，其利用具有多个峰部和多个谷部的吸附元件来增加其与气体接触的面积，可以更有效率地吸附气体的微粒子。因此，大大地提高过滤装置的过滤能力，避免面临传统的具有圆柱状冷凝元件的冷凝井所遭遇的问题。如此一来，本实施例不仅可延长吸附元件的更换周期而降低吸附元件更换频率，还可提高机器的生产力，且降低操作人员更换吸附元件时的危险性。 

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的任何普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。 

Claims (11)

1.一种过滤装置，用以过滤气体，该气体具有第一温度，该过滤装置包括：

壳体，具有进气口、排气口及冷凝室，该进气口用以供该气体进入该冷凝室，该排气口用以供该气体离开该冷凝室；

冷凝器，与该壳体耦接，用以维持该冷凝室内的温度为第二温度，该第二温度低于该第一温度；以及

至少一个吸附元件，设置于该冷凝室中，并具有多个峰部和多个谷部，该些峰部和该些谷部交错排列，该些峰部和该些谷部用以冷却接触该些峰部和该些谷部的该气体中的微粒子而吸附该气体中的微粒子，该吸附元件对应于各该峰部的壁厚大于该吸附元件对应于各该谷部的壁厚。

2.如权利要求1所述的过滤装置，其中该吸附元件还具有底面、顶面及贯孔，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该贯孔的孔壁具有该些峰部和该些谷部，该过滤装置还包括：

滤网，设置于该顶面上，并封住该贯孔的一端开口，该滤网用以过滤该气体。

3.如权利要求1所述的过滤装置，其中该吸附元件还具有底面、顶面、侧面及贯孔，该侧面连接该底面和该顶面，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该侧面具有该些峰部和该些谷部，该过滤装置还包括：

滤网，设置于该顶面上，并封住该贯孔的一端开口，该滤网用以过滤该气体。

4.如权利要求1所述的过滤装置，其中该吸附元件还具有底面、顶面、侧面及贯孔，该侧面连接该底面和该顶面，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该贯孔的孔壁和该侧面具有该些峰部和该些谷部。

5.如权利要求4所述的过滤装置，还包括：

滤网，设置于该顶面上，并封住该贯孔的一端开口，该滤网用以过滤该气体。

6.一种过滤方法，用以过滤气体，该气体具有第一温度，该过滤方法包括：

提供至少一个吸附元件，该吸附元件具有多个峰部和多个谷部，该些峰部和该些谷部交错排列，该吸附元件对应于各该峰部的壁厚大于该吸附元件对应于各该谷部的壁厚；

维持该吸附元件的温度为第二温度，该第二温度低于该第一温度；以及

导引该气体流经该吸附元件，使该些峰部和该些谷部冷却接触该些峰部和该些谷部的该气体中的微粒子而吸附该气体中的微粒子。

7.如权利要求6所述的过滤方法，其中该吸附元件还具有底面、顶面及贯孔，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该贯孔具有贯穿中心线，该吸附元件的任一垂直于该贯穿中心线的截面为中空星状截面。

8.如权利要求6所述的过滤方法，其中该吸附元件还具有底面、顶面及侧面，该侧面连接该底面和该顶面，该侧面具有该些峰部和该些谷部。

9.一种晶片制造方法，包括：

置放晶片于反应室中；

提供第一温度于该反应室，以进行该晶片的半导体制造工艺；

提供至少一个吸附元件，该吸附元件具有多个峰部和多个谷部，该些峰部和该些谷部交错排列，该吸附元件对应于各该峰部的壁厚大于该吸附元件对应于各该谷部的壁厚；

维持该吸附元件的温度为第二温度，该第二温度低于该第一温度；以及

导引该反应室的气体流经该吸附元件，使该些峰部和该些谷部冷却接触该些峰部和该些谷部的该气体中的微粒子而吸附该气体中的微粒子。

10.如权利要求9所述的晶片制造方法，其中该吸附元件还具有底面、顶面、侧面及贯孔，该侧面连接该底面和该顶面，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该侧面具有该些峰部和该些谷部。

11.如权利要求9所述的晶片制造方法，其中该吸附元件还具有底面、顶面、侧面及贯孔，该侧面连接该底面和该顶面，该贯孔贯穿该底面和该顶面，该贯孔的孔壁和该侧面具有该些峰部和该些谷部。

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