CN109097755A - 工艺腔室气体检测系统及其操作方法 - Google Patents

工艺腔室气体检测系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工艺腔室气体检测系统及其操作方法，该检测系统包括一腔体、一抽气单元、一抽气管、一连接管以及一气体检测器。前述腔体配置于执行化学气相沉积工艺，抽气管连接腔体与抽气单元，连接管连通抽气管，气体检测器则设置于该连接管上，并用以检测来自该腔体内的气体中的氧气含量。本发明的工艺腔室气体检测系统可通过气体检测器检查腔体是否有微小外漏，因而可及时停止CVD工艺与作适当处理以避免过多不良的生成品产生，进而提升工艺品质。

Description

工艺腔室气体检测系统及其操作方法
技术领域
本发明关于一种工艺腔室气体检测系统与其操作方法，特别关于一种具有气体检测器的检测系统与其操作方法。
背景技术
在半导体产业中，常使用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)来成长薄膜。一般CVD工艺是将芯片(基底)暴露在一种或多种不同的前趋物下，在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。在反应过程中，通常会伴随地产生不同的副产品，因此会通过对反应腔体(Reaction chamber)抽气的方式将其随着气流而被带走，使其不会留在腔体中。现行的CVD工艺，常使用在低压环境下的CVD工艺的低压化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)，降低压力可减少不必要的气相反应，以增加芯片上薄膜的一致性。
随着半导体技术演进，对于工艺中的生成品的品质要求相对提高，因此腔体内的压力控制的准确度以及腔体与各管线之间密合度的要求也相对严格。然而，因为长时间使用该等元件，腔体、管线或腔体与管线的相关密合度，可能会有劣化情形发生进而产生裂缝，该裂缝可能会导致整体工艺的精度与品质下降。因此，为了提高工艺品质，在各个元件上提供精准且即时的检测机制，进而判断出元件是否有裂缝、外漏的情形日趋重要。
一般用于检测一低压化学沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)的反应炉的测漏系统，常使用一压力检测器以对反应炉炉内进行压力检测，当抽取反应炉内部气体并使其压力保持一段时间后，若在该时间内有压力变化，即可依照压力变化/该时间而计算出漏率，进而得知是否有大气侵入。然而，设置于检测系统上的压力检测器，对炉内的气体压力可能有检测误差，使得当欲执行微小测漏(例如炉内气体压力小于10-4毫巴)时，发生测不准的情形而无法反应真实的外漏情况。
发明内容
本发明提供一种工艺腔室气体检测系统，主要包括一腔体、一抽气单元、一抽气管、一连接管以及一气体检测器。前述腔体配置于执行化学气相沉积工艺，抽气管连接腔体与抽气单元，连接管连通抽气管，气体检测器则设置于该连接管上，并用以检测该腔体内的气体中的氧气含量。当抽气单元抽取腔体内的气体且气体经过抽气管与连接管时，气体检测器检测该气体中是否含有该氧气。
于一实施例中，当前述气体检测器检测气体的氧气含量时，该腔体内的气体压力小于1x10-8毫巴。
于一实施例中，前述气体检测器距离腔体至少25公尺以上。
于一实施例中，当前述气体检测器检测该气体的氧气含量时，腔体内的温度大于600℃。
本发明提供一种工艺腔室气体检测系统的操作方法，包括提供一抽气管，连接一腔体与一抽气单元，其中腔体配置用以执行化学气相沉积工艺；提供一连接管，连通抽气管；设置一第一阀件于抽气管上；设置一第二阀件与一气体检测器于连接管上；打开第一阀件，并使抽气单元对腔体内的一气体执行一第一次抽气；打开第二阀件，使气体从抽气管流至连接管；以及通过气体检测器检测气体中的氧气含量。
于一实施例中，执行前述第一次抽气使腔体内的压力小于10-8毫巴。
于一实施例中，在执行前述第一次抽气的步骤后且在打开第二阀件的步骤前，施加一惰性气体至腔体内，并使抽气单元对腔体内的气体执行一第二次抽气。
于一实施例中，在执行前述第一次抽气的步骤后且在打开第二阀件的步骤前，关闭第一阀件并施加一惰性气体至腔体内，且使腔体保持压力5-10分钟，之后再打开第一阀件并使抽气单元对腔体执行一第二次抽气。
于一实施例中，前述气体检测器设置于距离腔体至少25公尺以上。
于一实施例中，前述检测系统的操作方法更包括设置一捕集器于抽气管上，且捕集器较气体检测器更靠近腔体，当抽气单元对腔体内的气体执行第一次抽气时，捕集器过滤气体中的微粒。
本发明的有益效果在于，当抽气单元对腔体执行抽气时，使腔体内气体压力低于10-8毫巴，此时使气体从抽气管流至连接管，并使气体检测器对该气体执行检测，检测该气体中是否含有该氧气。如此可通过气体检测器检查腔体是否有微小外漏，因而可及时停止CVD工艺与作适当处理以避免过多不良的生成品产生，进而提升工艺品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明一实施例的工艺腔室气体检测系统的示意图。
图2表示本发明另一实施例的工艺腔室气体检测系统的示意图。
图3表示本发明一实施例的卡工艺腔室气体检测系统的操作方法的流程图。
图4表示本发明另一实施例的工艺腔室气体检测系统的操作方法的流程图。
附图标号：
10～抽气单元；
30～气体检测器；
50～控制器；
70～捕集器；
301-307～步骤；
401-404～步骤；
C～腔体；
G～进气管；
P～压力检测器；
T1～抽气管；
T2～连接管；
V1～第一阀件；
V2～第二阀件。
具体实施方式
以下说明本发明实施例的工艺腔室气体检测系统。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所揭示的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇发明所属的技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本发明的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。
图1表示本发明一实施例的一工艺腔室气体检测系统的示意图。如图所示，前述工艺腔室气体检测系统可配置设于半导体厂中并包含一腔体C，其中腔体C例如为半导体工艺中使用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)来成长薄膜的反应炉，以使一或多个芯片暴露在一种或多种不同的前趋物下，并在其表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜，腔体C可作为使用低压化学气相沉积法(Low Pressure ChemicalVapor Deposition，LPCVD)的反应腔体，其反应温度于高温(例如600～1000℃)下进行。在进行薄膜沉积时，腔体C内的气体压力例如调降到大约100毫巴以下，以使反应在低压下进行，使得沉积的薄膜有较佳的阶梯覆盖(step coverage)能力以及厚度均匀性。常见的CVD沉积材料例如为二氧化硅(silicon Dioxide)、氮化硅(silicon Nitride)、多晶硅(polysilicon)或类金属的硅化物。
请继续参阅图1，前述工艺腔室气体检测系统除了包括前述腔体C外，更包括一抽气单元10、一气体检测器30、一抽气管T1、一连接管T2、第一阀件V1、一第二阀件V2以及一控制器50。前述抽气管T1连通腔体C与抽气单元10，使得抽气单元10可通过抽气管T1对腔体C进行抽气，具有一U字形结构的连接管T2则连通抽气管T1，使得腔体C内的气体可经由抽气管T1流至连接管T2。前述第一、第二阀件V1、V2则可控制气体流量，当第一阀件V1打开时，启动抽气单元10可对腔体C抽气；当第一、第二阀件V1、V2打开时，则可让气体从抽气管T1流经连接管T2，并通过抽气单元10将气体抽出。此外，前述压力检测器P亦连接抽气管T1，且位于腔体C与第一阀件V1之间，用以检测腔体C内的气体压力。
于本实施例中，由于在前述腔体C中进行低压化学沉积反应会伴随着副产物(by-products)产生，此些副产物例如为氢气、水、氯化硅(silicon tetrachloride)或氯化氢(hydrochloride，HCl)，故通过抽气单元10对腔体C抽气可使该些副产物能够从腔体C排出，并可将该些副产物排出(例如排放至一废气洗涤系统)，以达半导体污染物防治的目的。
由图1可看出，在前述连接管T2的一端设有气体检测器30，其例如为一氧气检测器，可用来检测腔体C内的气体的氧气含量，藉以分析腔体C是否有因裂缝或腔体C与管线之间未紧密接合，而导致大气环境的空气或其他气体进入腔体C内的情况发生。详细而言，于本实施例中，当CVD工艺的腔体C内执行基板上生长连续硅薄膜(continuous siliconfilm)时，其所使用的化学品不含有氧气，倘若有过量的氧气存在于腔体C中，可能会导致基板上生长的薄膜出现杂乱的氧化硅薄膜。因此，通过气体检测器30可检测腔体C内气体是否含有氧气，进而可有助于判断腔体C、抽气管T1或连接管T2是否有出现裂缝而泄漏或大气环境的气体侵入的情形。
关于前述气体检测器30的具体而言，其将气体中的待测物质(氧气)转换成适当的电信号(例如电压、电流或电阻)以供计量。举例而言，可在气体检测器30内预先输入一预设值，气体检测器30可检测特定气体含量以获得一测量值，并与前述预设值作比较，即可判断出是否含有该特定气体。随后，气体检测器30可将信息传至前述控制器50，让控制器50通报工艺操作人员，以得知目前气体检测器30所检测到的情形。
以下将详细说明对前述腔体C进行即时检测的流程。首先，一进气管G将欲反应的气体输送至腔体C，以与腔体C内的一或多个基板(或芯片)作反应以执行CVD工艺。接着，通过打开第一阀件V1使抽气单元10对腔体C抽气以去除工艺中所产生的副产物，且在对腔体C内的气体压力抽至低压环境(例如小于10-8毫巴(mbar))时，打开第二阀件V2以使气体可从抽气管T1流至连接管T2，并使气体检测器30对腔体C流出的气体作检测，以检测该气体是否含有氧气。此时，若检测到的现时电信号相对于预设电信号较高至一既定程度，即判定腔体C或管路有出现外在气体侵入的情形。换言之，在低压环境下通过气体检测器30可对执行CVD工艺的腔体C即时地(real time)检测其是否有出现任何微小泄漏(tinny leak)，进而能够及时处理，让于腔体C中进行CVD工艺可保持在高品质的水准。
应了解的是，前述气体检测器30与腔体C之间具有一距离，在本实施例中，前述距离大于25公尺。由于腔体C为一种CVD工艺的高温反应炉，作业温度大约为600～1000℃，若将气体检测器30设置太靠近腔体C，则可能因高温而导致气体检测器30毁坏或失效，因此，通过设置气体检测器30离腔体C至少25公尺以上，即可稳定且安全地达成CVD工艺进行中的腔体C的即时监控。
图2为本发明另一实施例的工艺腔室气体检测系统的示意图，与前述工艺腔室气体检测系统(图1)主要不同的是：于本实施例中的工艺腔室气体检测系统更包括一捕集器70，设置于抽气管T1上，用于吸附、过滤、捕获经由抽气单元10所抽取的气体中的微粒或粉尘。值得注意的是，捕集器70设置在气体检测器30的上游，且相较于气体检测器30更靠近腔体C。如此一来，气体流至气体检测器30之前可先经由捕集器70捕获微粒，使气体检测器30可更有效地执行氧气检测，更可减少抽气管T1的堵塞情形发生。
根据前述实施例所述内容，本发明亦提供一种操作工艺腔室气体检测系统的方法，如图3所示，首先提供一抽气管T1以连接一腔体C与一抽气单元10，并提供一连接管T2连通前述抽气管T1(步骤301)，其中前述腔体C例如可用以执行CVD工艺；接着，设置一第一阀件V1于抽气管T1上，并设置一第二阀件V2与一气体检测器30于连接管T2上(步骤302)，其中被设置的气体检测器30是距离腔体C至少25公尺。随后，打开第一阀件V1，并使抽气单元10通过抽气管T1对腔体C进行第一次抽气，使腔体C内的气体压力低于10-8毫巴(步骤303)，之后关闭第一阀件V1(步骤304)，且对腔体C施加惰性气体(例如通过一进气管G施加氦气)并保持腔体C内的气体压力于一既定时间(例如5-10分钟)(步骤305)；接着，打开第一阀件V1并使抽气单元10对腔体C进行第二次抽气(步骤306)，随后，使腔体C内的气体压力低于10-8毫巴并打开第二阀件V2，使得腔体C内的气体从抽气管T1流经连接管T2，以让气体检测器30检测该气体中的氧气含量(步骤307)。如此一来，通过气体检测器30检测气体中的氧气含量可判断腔体C或管路是否有微小破损或漏气，因而可及时停止CVD工艺与作适当处理，避免过多品质不佳的生成品产生。
通过前述对腔体C施加惰性气体的步骤304，可让腔体C内的气体有效流动，以使第二次抽气(步骤306)可更有效地执行。而保持腔体C内的气体压力于一既定时间(步骤305)可让惰性气体有足够的时间均匀地分布在腔体C中，使得第二次抽气(步骤306)能更有效地执行，进而让气体检测器30测得气体中的氧气含量数值更为准确。此外，亦可提供一捕集器70于抽气管T1上，其中捕集器70的位置是较气体检测器30更靠近腔体C，当抽气单元10对腔体C抽气时，可通过捕集器70过滤气体中的微粒。
然而，于另一实施例的操作方法中，亦可省略前述步骤305中的保持腔体C的气体压力于一既定时间，并在施加惰性气体后直接打开第一、第二阀件V1、V2，使腔体C内的气体从抽气管T1流至连接管T2，以让气体检测器30可检测该气体中的氧气含量。
此外，本发明更提供另一种操作工艺腔室气体检测系统的方法，如图4所示，其与前述图3中的操作方法主要不同在于：对腔体C进行第一次抽气(步骤403)，并使腔体C内气体压力低于10-8毫巴时直接打开第二阀件V2，以让腔体C内的气体从抽气管T1流经连接管T2，使得气体检测器30检测该气体中的氧气含量(步骤404)。
综上所述，本发明提供一种工艺腔室气体检测系统与其操作方法，前述工艺腔室气体检测系统主要包括一腔体、一抽气单元、一抽气管、一连接管以及一气体检测器。前述腔体配置于执行化学气相沉积工艺，抽气管连接腔体与抽气单元，连接管连通抽气管，气体检测器则设置于该连接管上，并用以检测该腔体内的气体中的氧气含量。当抽气单元对腔体执行抽气时，使腔体内气体压力低于10-8毫巴，此时使气体从抽气管流至连接管，并使气体检测器对该气体执行检测，检测该气体中是否含有该氧气。如此可通过气体检测器检查腔体是否有微小外漏，因而可及时停止CVD工艺与作适当处理以避免过多不良的生成品产生，进而提升工艺品质。
在本说明书以及权利要求中的序数，例如“第一”、“第二”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
上述的实施例以足够的细节叙述使所属技术领域的相关技术人员能通过上述的描述实施本发明所揭露的装置，以及必须了解的是，在不脱离本发明的精神以及范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种工艺腔室气体检测系统，其特征在于，包括：
一腔体，配置用于执行化学气相沉积工艺；
一抽气单元；
一抽气管，连接该腔体与该抽气单元；
一连接管，连通该抽气管；以及
一气体检测器，设置于该连接管上，
当该抽气单元将来自该腔体内的一气体经过该抽气管与该连接管而抽取时，该气体检测器检测该气体中的氧气含量。
2.如权利要求1所述的工艺腔室气体检测系统，其特征在于，该当该气体检测器检测该气体的氧气含量时，该腔体内的气体压力小于1x10-8毫巴。
3.如权利要求1所述的工艺腔室气体检测系统，其特征在于，该气体检测器距离该腔体至少25公尺以上。
4.如权利要求1所述的工艺腔室气体检测系统，其特征在于，当该气体检测器检测该气体的氧气含量时，该腔体内的温度大于600℃。
5.一种工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，包括：
提供一抽气管，连接一腔体与一抽气单元，其中该腔体配置用以执行化学气相沉积工艺；
提供一连接管，连通该抽气管；
设置一第一阀件于该抽气管上；
设置一第二阀件与一气体检测器于该连接管上；
打开该第一阀件，并使该抽气单元对该腔体内的一气体执行一第一次抽气；
打开该第二阀件，使该气体从该抽气管流至该连接管；以及
通过该气体检测器检测该气体中的氧气含量。
6.如权利要求5所述的工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，执行该第一次抽气使该腔体内的压力小于10-8毫巴。
7.如权利要求5所述的工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，在执行该第一次抽气的步骤后且在打开该第二阀件的步骤前，施加一惰性气体至该腔体内，并使该抽气单元对该腔体内的该气体执行一第二次抽气。
8.如权利要求5所述的工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，在执行该第一次抽气的步骤后且在打开该第二阀件的步骤前，关闭该第一阀件并施加一惰性气体至该腔体内，且使该腔体保持压力5-10分钟，之后再打开该第一阀件并使该抽气单元对该腔体执行一第二次抽气。
9.如权利要求5所述的工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，该气体检测器设置于距离该腔体至少25公尺以上。
10.如权利要求5所述的工艺腔室气体检测系统的操作方法，其特征在于，该检测系统的操作方法更包括：
设置一捕集器于该抽气管上，且该捕集器较该气体检测器更靠近该腔体，当该抽气单元对该腔体内的该气体执行该第一次抽气时，该捕集器过滤该气体中的微粒。
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