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专利名称：具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置及其检测方法，特别是涉及一种利用测量电容值方式检测反应室状态的化学气相沉积装置及其检测方法。
背景技术：
化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)是利用化学反应的方式，在反应室内将反应物生成固态生成物，并沉积在芯片表面的一种薄膜沉积技术。经过数十年的发展，化学气相沉积已经成为目前半导体工艺中，最基本也是最重要的薄膜技术之一。
请参考图1，图1为一已知化学气相沉积装置10的示意图。如图1所示，已知化学气相沉积装置10包含有一反应室12、一加热支撑座(heatingholder)14设置于反应室12内，与一淋气头(shower head)16设置于反应室12内加热支撑座14上方。其中，加热支撑座14用于承载一晶片(图未示)，且加热支撑座14还包含有一设置于其下方的加热板18，用来提供加热支撑座14的加热功能，藉以控制置于加热支撑座14表面的晶片的反应温度。另外，加热支撑座14是利用一固定于反应室12底部的支撑轴(supportingshaft)20支撑。除此之外，化学气相沉积装置10还包含有多个顶针(pin)22设置于加热支撑座14下方，以及一位于顶针22下方的平板24。平板24是与一升降轴(hoist shaft)26连接，并可受升降轴26的驱动上升，藉此于晶片加载反应室12时将晶片自加热支撑座14的表面顶起，以避免晶片与加热支撑座14的温差过大导致晶片破裂。
于进行化学气相沉积工艺时，反应气体会经由淋气头16上表面的气体通入口28注入淋气头16内部，并经由淋气头16下表面的多个孔洞30通入反应室12，进而沉积于晶片的表面。一般而言，淋气头16是由二盘状结构组合而成，因此淋气头16包含有至少一O型环(O-ring)(图未示)，设置于淋气头16的内侧壁，用以防止反应气体经由盘状结构的接合处泄露而影响化学气相沉积工艺的成品率。
由于化学气相沉积装置10在经过长期运作下，容易由于无法预期的因素(例如O型环变形使反应气体泄露)，造成淋气头16的下表面或加热支撑座14的上表面边缘部分产生微粒附着，使反应室12状态产生变异(如淋气头16与加热支撑座14的间距改变)，进而影响化学气相沉积工艺的成品率。已知技术对于化学气相沉积装置10的反应室12状态的检测是对完成化学气相沉积工艺的晶片进行检测，一旦发现晶片的薄膜成品率不佳是由于反应室12状态变异所造成，才会将化学气相沉积装置10停机并进行检测。在此情况下，于确认反应室12状态产生变异直至将化学气相沉积装置10停机的期间内进行化学气相沉积工艺的晶片均会因成品率不佳而需报废，因而造成生产成本的浪费。
有鉴于此，申请人根据多年从事半导体制造经验，提出一种具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置及其检测方法，可实时检测反应室状态。

发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置及其检测方法，以改善已知技术无法克服的难题。
根据本发明的一较佳实施例，披露了一种化学气相沉积装置，其包含有一加热支撑座设置于一反应室内，一淋气头平行设置于该加热支撑座的上方，且该加热支撑座与该淋气头构成一电容，以及一反应室状态检测装置，分别与该加热支撑座与该淋气头电连接，该反应室状态检测装置包含有一电阻，且该电阻与该电容串联构成一RC电路。
除此之外，配合上述化学气相沉积装置，本发明还披露了一种检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法。根据本发明的方法，首先将该加热支撑座与该淋气头调整至一检测位置。随后，利用该反应室状态检测装置对该电容进行充电与放电，并计算出一检测值。最后，进行一检测程序以比较该检测值与一理想值，若该检测值与该理想值相同表示该反应室的状态正常，若该检测值与该理想值不同表示该反应室的状态偏移，则中止工艺并进行检修。
由于反应室的状态会影响加热支撑座与淋气头所构成的电容上，因此利用本发明检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法配合使用本发明具有反应室状态检测装置的反应化学气相沉积装置，于晶片加载前的极短时间即可有效经由计算电容值的变化轻易掌握反应室的状态。
为了更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而所示附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制者。


图1为一已知化学气相沉积装置的示意图。
图2为本发明一较佳实施例的化学气相沉积装置的示意图。
图3为本发明化学气相沉积装置的等效电路图。
图4为本发明检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法的流程图。
图5为一t与 的关系图。
图6为一t与 的关系图。
附图符号说明10 化学气相沉积 12 反应室装置14 加热支撑座 16 淋气头18 加热板 20 支撑轴22 顶针 24 平板26 升降轴 28 气体通入口30 孔洞 50 化学气相沉积装置52 反应室 54 加热支撑座56 淋气头 58 加热板60 支撑轴 62 顶针64 平板 66 升降轴68 气体通入口 70 孔洞72 反应室状态检 74 电阻测装置
76 电压源78 切换开关80 电容 100，102，104，106，108，110 工艺步骤具体实施方式
请参考图2，图2为本发明一较实施例的化学气相沉积装置50的示意图。如图2所示，本发明化学气相沉积装置50包含有一反应室52、一加热支撑座54设置于反应室52内，与一淋气头56设置于反应室52内加热支撑座54上方，其中加热支撑座54用于承载一晶片(图未示)，且加热支撑座54还包含有一设置于其下方的加热板58，用来提供加热支撑座54的加热功能，藉以控制置于加热支撑座54表面的晶片(图未示)的反应温度。另外，加热支撑座54是利用一固定于反应室52底部的支撑轴60支撑。除此之外，气相沉积装置50还包含有多个顶针(pin)62设置于加热支撑座54下方，以及一位于顶针62下方的平板64。平板64是与一升降轴66连接，并可受升降轴66的驱动上升，藉此于晶片(图未示)载入反应室52时将晶片(图未示)自加热支撑座54的表面顶起，以避免晶片(图未示)与加热支撑座54的温差过大导致晶片(图未示)破裂。另外，淋气头56还包含有至少一气体通入口68设于淋气头56的上表面，用以将反应气体通入淋气头56内部，以及多个孔洞70设于淋气头56的下表面，藉此将反应气体通入反应室52，进而沉积于晶片(图未示)的表面。
除此之外，本发明化学气相沉积装置50还包含有一反应室状态检测装置72，分别与淋气头56与加热支撑座54电连接，且反应室状态检测装置72包含有一电阻74、一电压源76与一切换开关78。值得注意的是由于淋气头56是平行设置于加热支撑座54的上方，且淋气头56与加热支撑座54均是由导电材质，如金属，所构成，因此当反应室状态装置72进行充电或放电时，淋气头56与加热支撑座54可视为一电容80，同时电容80是与电阻74串联，因此构成一RC电路。如前所述，由于化学气相沉积装置50的反应室52于长期进行反应化学气相沉积的情况下，常会于淋气头56的表面产生微粒而使反应室52的状态偏移，例如淋气头56与加热支撑座54的间距改变，进而导致反应气体的浓度不均或流量改变而影响化学气相沉积工艺的成品率。由于淋气头56表面的微粒会造成电容80的改变，据此本发明化学气相沉积装置50即根据此一特性利用反应室状态检测装置72对电容80进行充电与放电，藉此实时检测反应室52的状态。
请参考图3，图3为本发明化学气相沉积装置50的等效电路图。如图3所示，电阻74、电压源76、切换开关78，以及电容80组成一RC电路，且切换开关78可切换至一充电状态或一放电状态，当切换开关78切换至一充电状态时电容80即开始充电，反之，当切换开关78切换至放电状态时电容即开始放电。
配合上述化学气相沉积装置的设计，本发明同时提供一种检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，可藉由电容的变化实时检测反应室的状态。请参考图4，图4为本发明检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法的流程图。如图4所示，本发明的方法包含有下列步骤步骤100将一晶片加载于反应室中，并对晶片进行一化学气相沉积工艺处理；步骤102将晶片载出反应室，并进行一清洗工艺处理，以反应室中通入清洗用的气体；步骤104将加热支撑座与淋气头调整至一检测位置，并使反应室维持于真空状态；步骤106利用反应室状态检测装置对电容进行充电与放电；步骤108计算出一检测值并进行一检测程序以比较检测值与一理想值，若检测值与理想值相同表示反应室的状态正常，则将加热支撑座与淋气头调回一反应位置并重新进行步骤100，若该检测值与该理想值不同表示该反应室的状态因清洗工艺效果不佳或其它因素影响而有所偏移，则进行步骤110；步骤110中止工艺处理并进行检修。
根据本发明的方法，当化学气相沉积装置对至少一晶片进行完化学气相沉积工艺处理后，会通入气体对反应室进行一清洗工艺处理，以去除反应室内壁与淋气头等表面残留的微粒。然而由于清洗工艺往往无法完全去除微粒，因此本发明的方法还包含有进行一检测程序，以确认反应室的状态。于进行完清洗工艺后，调整加热支撑座与淋气头的间距至一检测位置并利用反应室状态检测装置于真空状态下对电容进行充电与放电，计算出一检测值并与一理想值比较，若检测值与理想值相同表示反应室的状态正常，则将加热支撑座与淋气头调回反应位置并重新进行加载晶片进行化学气相沉积工艺，若该检测值与该理想值不同表示该反应室的状态因清洗工艺效果不佳或其它因素影响而有所偏移，其中充电与放电的原理以及检测值的计算方式如下详述。
在RC电路的电容充电过程中，电容与充电时间的关系如下列方程式(a)所示Vc=ϵ(1-e-tRC)---(a)]]>其中t为充电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率(permittivity)。
方程式(a)经由整理可得方程式(b)ϵ-Vc=ϵ·e-tRC---(b)]]>将方程式(b)取对数并加以整理可得方程式(c)t=RC0.434log[ϵϵ-Vc]---(c)]]>由方程式(c)可知理论上t与 呈线性关系，因此本发明的方法于进行充电时利用量测可得到多组t与 的数据，再利用上述数据以最小平方法(least square)计算出一线性方程式，求得的线性方程式的斜率即为 而由于R为已知，因此可求得一电容检测值。
利用上述计算所得的电容检测值即代表在目前的反应室状态，而于反应室状态良好的状态下亦可利用相同计算方式得出一理想电容值，故藉由比较电容检测值与理想电容值即可检测出目前的反应室状态是否良好。值得注意的是由于t与 为线性关系，本发明亦可直接利用测量所得的t与 数据计算出的直线的斜率，与一利用相同方式绘出的理想斜率比较以检测出反应室状态。请参考图5，图5为一t与 的关系图。如图5所示，L0为反应室于理想状态下所求得出直线，而L1为反应室于偏移状态下所求得出直线。因此，一旦L1的斜率与L0的斜率不同即代表反应室状态偏移，而必须中止后续工艺并进行检修。
此外，除了利用对RC电路充电方式外，于RC电路放电过程中亦可利用相同原理检测出反应室的状态。在RC电路的电容充电过程中，电容与放电时间的关系如下列方程式(d)所示Vc=ϵ·e-tRC---(d)]]>
其中t为放电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率。
将方程式(d)取对数并加以整理可得方程式(e)t=RC0.434log[ϵVc]---(e)]]>由方程式(e)可知理论上t与 呈线性关系，因此本发明的方法于进行放电时利用量测可得到多组t与 的数据，再利用上述数据以最小平方法计算出一线性方程式，求得的线性方程式的斜率即为 而由于R为已知，因此可求得一电容检测值。利用上述计算所得的电容检测值即代表在目前的反应室状态，而于反应室状态良好的状态下亦可利用相同计算方式得出一理想电容值，故藉由比较电容检测值与理想电容值即可检测出目前的反应室状态是否良好。同理，由于t与 为线性关系，本发明亦可直接利用测量所得的t与 数据绘出的直线的斜率，与一利用相同方式绘出的理想斜率比较以检测出反应室状态。请参考图6，图6为一t与 的关系图。如图6所示，L0为反应室于理想状态下所求得出直线，而L1为反应室于偏移状态下所求得出直线。因此，一旦L1的斜率与L0的斜率不同即代表反应室状态偏移，而必须中止后续工艺并进行检修。一旦直线的斜率与理想斜率不同即代表反应室状态偏移，而必须中止后续工艺并进行检修。
相较于已知技术，由于反应室的状态会影响加热支撑座与淋气头所构成的电容上，因此利用本发明检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法配合使用本发明具有反应室状态检测装置的反应化学气相沉积装置，于晶片加载前的极短时间即可有效经由计算电容值的变化轻易掌握反应室的状态，故可有效提高化学气相沉积工艺的成品率，并避免制造成本的浪费。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其包含有一加热支撑座，设置于一反应室内；一淋气头，平行设置于该加热支撑座的上方，且该加热支撑座与该淋气头构成一电容；以及一反应室状态检测装置，分别与该加热支撑座与该淋气头电连接，该反应室状态检测装置包含有一电阻，且该电阻与该电容串联构成一RC电路。
2.如权利要求1所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中于进行检测时该反应室是处于一真空状态下。
3.如权利要求1所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中该反应室状态检测装置是利用对该RC电路充电进行检测，以判断该反应室的状态
4.如权利要求3所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中于对该电容进行充电的过程中可计算出一检测电容值，并利用比较该检测电容值与一理想电容值判断该反应室的状态。
5.如权利要求3所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中于对该电容进行充电的过程中可计算出一以t与 为变量的线性关系式t=RC0.434log[ϵϵ-Vc],]]>并利用比较该线性关系式的斜率与一理想斜率以判断该反应室的状态，其中t为充电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率。
6.如权利要求1所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中该反应室状态检测装置是利用对该RC电路放电进行检测，以判断该反应室的状态
7.如权利要求6所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中于对该电容进行放电的过程中可计算出一检测电容值，并利用比较该检测电容值与一理想电容值判断该反应室的状态。
8.如权利要求6所述的具有检测反应室状态功能的化学气相沉积装置，其中于对该电容进行放电的过程中可计算出一以t与 为变量的线性关系式t=RC0.434log[ϵVc],]]>并利用比较该线性关系式的斜率与一理想斜率以判断该反应室的状态，其中t为放电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率。
9.一种检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，该化学气相沉积装置至少包含有一加热支撑座设于一反应室内、一淋气头平行设置于该加热支撑座上方，且该加热支撑座与该淋气头构成一电容，以及一反应室状态检测装置分别与该加热支撑座与该淋气头电连接，该反应室状态检测装置还包含有一电阻，该电阻与该电容串联形成一RC电路，该方法包含有(a)将该加热支撑座与该淋气头调整至一检测位置；(b)利用该反应室状态检测装置对该电容进行充电与放电，并计算出一检测值；以及(c)进行一检测程序以比较该检测值与一理想值，若该检测值与该理想值相同表示该反应室的状态正常，若该检测值与该理想值不同表示该反应室的状态偏移。
10.如权利要求9所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中步骤(b)是于一真空状态下进行。
11.如权利要求9所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中该检测值是于进行充电过程中获得。
12.如权利要求11所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中该检测值为一电容检测值。
13.如权利要求11所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中对该电容进行充电的过程中可计算出一以t与 为变量的线性关系式t=RC0.434log[ϵϵ-Vc],]]>且该检测值为该线性关式的一斜率，该检测程序是利用比较该斜率与一理想斜率以判断该反应室的状态，其中t为充电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率。
14.如权利要求9所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中该检测值是于进行放电过程中获得。
15.如权利要求14所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中该检测值为一电容检测值。
16.如权利要求14所述的检测化学气相沉积装置的反应室状态的方法，其中对该电容进行放电的过程中可计算出一以t与 为变量的线性关系式t=RC0.434log[ϵVc],]]>且该检测值为该线性关式的一斜率，该检测程序是利用比较该斜率与一理想斜率以判断该反应室的状态，其中t为放电时间、R为该电阻的电阻值、C为该电容的电容值、Vc为该电容的电压值、ε为电容率。
全文摘要
一种化学气相沉积装置，其包含有一加热支撑座(heating holder)设置于一反应室内，一淋气头(shower head)平行设置于该加热支撑座的上方，且该加热支撑座与该淋气头构成一电容，以及一反应室状态检测装置(chamber condition detector)，分别与该加热支撑座与该淋气头电连接，该反应室状态检测装置包含有一电阻，且该电阻与该电容串联构成一RC电路。
文档编号G01N27/00GK1789994SQ200410081939
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者赖建兴 申请人:联华电子股份有限公司