专利名称：半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制程及其设备，特别是指一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置(method and apparatus for preventing afurnace from temperature and gas excursion)。
背景技术：
石英炉管是半导体制程中的基本设备，其被用来进行氧化、掺杂及热处理等程序，在此等程序中温度及气体流量是二项最重要的制程参数，其决定该程序的合格率，然而，对于炉管的温度及气体流量的控制并不容易，其与个别的机台有密切的关系，通常必须仰赖经验上的判断。在气体流量的控制方面，主程序中注入炉管的气体流量取决于流量控制器(Mass Flow Controller；MFC)的读数，此数值的正确性与进行主程序前流量控制器的零点(zero point)有关。一般操作人员容易忽略流量控制器的零点，然而，若零点偏离预设的值过多，则在主程序中，单凭流量控制器依然不能获得正确的制程参数。而对于炉管温度的控制则更加困难，此是由于炉管是藉诸如热阻丝等加热器来供应热源，而制程中需要经过升温及对于加热器的调控，但加热器本身的温度并不能直接反应炉管的实际温度，虽然可以在炉管的管壁装设热耦(thermalcoupler)以帮助监控温度，不过在发现管壁上的侧翼热耦温度上升或下降达到一数值时，往往加热器的控制已经远离适当的工作点，如果侧翼热耦发生故障导致反应的温度信息错误，则后果将更加严重。不幸地，温度及气体流量的控制失准不能完全在制程中即时被发现，在制程完毕后检查晶圆始发现制程不合格并不能免除已经浪费的所有成本，尚且需要额外的补救程序以去除晶圆上的生成物，有时甚至可能导致晶圆的报废。使用炉管的制程需要动态稳定且精准的控制，过度倚赖操作人员及其经验容易发生异常事件，而自动化控制可以提高可靠度，并且预防异常事件发生，因而改善合格率及降低成本。
发明内容
本发明的目的即在于提出一种以预防半导体炉管温度及气体流量的异常事件发生的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置。
本发明的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置是由如下技术方案来实现的。
一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，该炉管被一加热器环绕，该炉管的管壁及邻近该加热器分别装设第一及第二热耦，一温度控制器根据该第一及第二热耦调控该加热器，及一流量控制器管制导入该炉管的气体流量，其特征是包括下列步骤检视该第二热耦是否在第一温度范围检视该第一热耦是否在第二温度范围，并检视该流量控制器的零点是否在第一气体流量速率范围；将晶圆载入该炉管中；以一增加速率升温；及检视该第一热耦是否在第三温度范围，并检视该流量控制器是否在第二气体流量速率范围。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第一温度范围是一设定点的±5℃。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第二温度范围是一设定点的±5℃。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第一气体流量速率范围是该零点的±1％。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第三温度范围是一设定点的±10℃。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第二气体流量速率范围是一设定点的±5％。
本发明还提供一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防装置，该炉管被用来进行一主程序，其特征是包括一加热器环绕该炉管；第一热耦装设在该炉管的管壁，产生第一温度信号第二热耦装设在邻近该加热器，产生第一温度信号一温度控制器根据该第一及第二温度信号调控该加热器；及二流量控制器管制导入该炉管的气体流量；其中，在该主程序之前该流量控制器被调整其零点在一气体流量速率范围，该第一及第二热耦被调整使其温度在第一及第二温度范围。
所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的装置，其特征是该温度控制器是交替地检视该第一及第二温度信号。
本发明的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置，是在炉管的管壁及其外部的加热器装设热耦，以分别提供温度信号给一温度控制器，一流量控制器管制通入该炉管的气体流量，在载入晶圆前监控该加热器及炉管的温度各在一适当范围，且该流量控制器的零点在一适当范围，于升温后，监控该炉管的温度在一适当范围，且该流量控制器在一适当范围，然后再进行主程序(main process)。
本发明的优点在于本发明是在制程进行前使用较完善的检视步骤，使炉管温度及气体流量的异常可以提早被发现而加以防止，以提高可靠度，并且预防异常事件发生，因而改善合格率及降低成本。
为对本发明的特征、功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下对于熟习本技艺的人士而言，从以下所作的详细叙述配合附图，本发明将能够更清楚地被了解，其上述及其他目的及优点将会变得更明显。
图1是本发明实施例的流程示意图。
图2是图1的实施装置。及图3是二不同温度制程的温度变化示意图。
具体实施例方式
图1显示一个使用炉管的制程的过程，图2是进行此制程所使用的装置的示意图。如图1中所示，以温度的高低变化来区分，此制程包括三个阶段，在步骤A是备载(charge)期间，此时应将炉管保持在一适当温度，并使气体流量维持在一固定的值，其被定为零点，此阶段的条件被当作该制程的准备状态，接着在步骤B载入(load)晶圆，然后步骤C大量加热使温度以一定的速率上升(ramp up)至目标值，步骤D待稳定炉管的温度及气体流量在一适当值，即完成制程条件的确立，步骤E使气体注入炉管内进行主程序，完成后可能经过步骤F的回火(anneal)，然后步骤G减少加热使温度以一定的速率下降(rampdown)至相当的低温，步骤H取出(unload)晶圆，步骤I停载(discharge)。
如图2中所示，进行前述过程的装置10包括一炉管12，其内供载入晶舟(boat)14，晶舟14上承载晶圆，炉管12外配置加热器16环绕炉管12，外管壁17帮助保温，炉管12的管壁装设侧翼热耦18，其沿着炉管12的纵向配置，以检知炉管12的温度分布(profile)，邻近加热器16装设火门热耦20，以检知火候，热耦18及20分别提供温度信号22及24给一温度控制器26，此装置通常是一微控制器(micro controller)藉其操控一可控硅整流器(SCR)28产生一控制信号30而调整加热器16的火候，电源32经变压器34提供电力给可控硅整流器28。另一方面，流量受控的气体36从炉管12的上方注入，其是经流量控制器38管制从气体输入口40送来的气体，经过炉管12的气体从下方42排出至出气口。
本发明的监控主要在于晶圆载入前的预备阶段及升温后的稳定阶段。图3显示二个不同设定制程温度的操作流程示意图。制程P1在备载时，炉管12的温度设定T0约在400℃，在晶圆载入前，应维持炉管12温度的稳定及加热器16供热的稳定，此时先利用热耦20的温度信号24检查加热器16是否在一预定温度范围内，该范围约为设定点的±5℃，接着再利用热耦18的温度信号22检查炉管12的温度是否在一预定的范围内，该范围亦为设定点的±5℃，同时亦检查流量控制器38的零点，其值约在设定点的±1％以内，此阶段可以确保制程的参考点在设定的条件下及足够准确度，而交互地检查内、外的热耦18及20可以确保监视设备的一致性及获得较佳的控制。在升温后炉管12的温度设定在例如800℃，此时检查热耦18是否在一预定的范围内，此范围约为设定点的±10℃，并以此调控加热器16的火候同时使流量控制器38在设定工作点的±5％以内，待机台稳定后，在主程序中注入气体，后续的过程与习知技术相同。另一制程P2的控制亦大致相同，其主程序的制程温度虽较制程P1高，但在晶圆载入前的阶段及升温后的阶段亦使用相同的控制方式。本发明与主程序的制程条件无关，其是在制程进行前使用较完善的检视步骤，使炉管温度及气体流量的异常可以提早被发现而加以防止。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想由权利要求书及其均等来决定。
权利要求
1.一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，该炉管被一加热器环绕，该炉管的管壁及邻近该加热器分别装设第一及第二热耦，一温度控制器根据该第一及第二热耦调控该加热器，及一流量控制器管制导入该炉管的气体流量，其特征是包括下列步骤检视该第二热耦是否在第一温度范围检视该第一热耦是否在第二温度范围，并检视该流量控制器的零点是否在第一气体流量速率范围；将晶圆载入该炉管中；以一增加速率升温；及.检视该第一热耦是否在第三温度范围，并检视该流量控制器是否在第二气体流量速率范围。
2.根据权利要求1所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第一温度范围是一设定点的±5℃。
3.根据权利要求1所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第二温度范围是一设定点的±5℃。
4.根据权利要求1所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第一气体流量速率范围是该零点的±1％。
5.根据权利要求1所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第三温度范围是一设定点的±10℃。
6.根据权利要求1所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法，其特征是该第二气体流量速率范围是一设定点的±5％。
7.一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防装置，该炉管被用来进行一主程序，其特征是包括一加热器环绕该炉管；第一热耦装设在该炉管的管壁，产生第一温度信号第二热耦装设在邻近该加热器，产生第一温度信号一温度控制器根据该第一及第二温度信号调控该加热器；及一流量控制器管制导入该炉管的气体流量；其中，在该主程序之前该流量控制器被调整其零点在一气体流量速率范围，该第一及第二热耦被调整使其温度在第一及第二温度范围。
8.根据权利要求7所述的半导体炉管温度及气体流量异常事件的装置，其特征是该温度控制器是交替地检视该第一及第二温度信号。
全文摘要
一种半导体炉管温度及气体流量异常事件的预防方法及装置，在炉管的管壁及其外部的加热器分别装设侧翼热耦及火门热耦，一温度控制器连接该二热耦以操控该加热器，及一流量控制器管制导入该炉管的气体流量，为预防温度及气体流量异常事件，检视该火门热耦以维持其在第一温度范围，接着检视该侧翼热耦以维持其在第二温度范围，并检视该流量控制器的零点以维持其在第一气体流量速率范围，将晶圆载入后升温，然后检视该侧翼热耦以维持其在第三温度范围，并检视该流量控制器以维持其在第二气体流量速率范围，在主程序中注入气体至该炉管，完成主程序后降温卸载该晶圆。
文档编号H01L21/66GK1571116SQ0314645
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者何达能, 林宗平, 杨令武, 张忠吉 申请人:旺宏电子股份有限公司