应用于氧化硅层均质化工艺的上管治具 【技术领域】
一种应用于氧化硅层均质化工艺的上管治具，适用于四乙氧基硅烷工艺使氧化硅层均质化的方法，其中包括一内炉管上管治具，适用于将内炉管与外炉管作同轴对准。背景技术
氧化硅材质在半导体工艺的应用上非常广泛，从MOS工艺的第一个光罩开始，就可以见到氧化硅材质的踪迹。部分氧化硅材质，是以热氧化法(Thermal Oxidation)加以制作的，其目的是在获得致密度高、均质化佳的氧化硅材质，但是形成的速度慢。若需要快速的形成氧化硅材质，可以以化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制造。用于化学气相沉积法沉积氧化硅材质的主要前趋物有两种，一为硅甲烷(SiH4)，一为四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane，TEOS)。四乙氧基硅烷是一种含有硅与氧的有机硅化合物，本身在室温下为液体，在适当的低压及温度下可气化为气体，因此可被使用于低压化学气相沉积法用以制造氧化硅材质。因为以四乙氧基硅烷为前驱物所产生的氧化硅材质阶梯覆盖(Step Coverage)非常好，所以广泛为业界所采用。
一般以四乙氧基硅烷为前驱物所产生的氧化硅材质是在一炉管式低压化学气相沉积反应器中进行，请参照图1，图1为绘示公知直立式炉管式低压化学气相沉积反应器的剖面示意图。反应器100包括一外炉管102和一内炉管104，外炉管102一般是由不锈钢材质所制成，内炉管104一般是由经高温回火之后的石英炉管。内炉管104置于外炉管102内，内炉管104和外炉管102需同轴对准。载有晶圆片(未绘示于图上)的经回火的石英晶舟106置于内炉管104中，以进行沉积工艺。
反应器另有一真空系统(未绘示于图上)以移除反应室内的废气。但在沉积地过程中，仍无可避免的会在内炉管104及外炉管102上形成氧化硅材质的残留。这些氧化硅的残留有可能会在沉积的过程中剥落而污染晶圆片，因此，在经过一定次数的沉积工艺之后，需将内炉管取出进行预防性保养(Preventive Maintenance，PM)，然后将内炉管放回外炉管之内。
请参照图2A，图2A为绘示一外炉管的仰视示意图。外炉管200包括一承载座(Adaptor)202，承载座202适用于承放内炉管。在承载座202上具有缺口204以及在承载座202的顶面具有凹陷206。同时请参照图2B，图2B为绘示一内炉管的仰视示意图。内炉管210具有凸缘212。
将内炉管210升起，凸缘212对准承载座202上的缺口204。当内炉管210的位置高于承载座202时，旋转内炉管210，将凸缘212对准承载座202顶面上的凹陷206。接着，降下内炉管210，将凸缘212安置于凹陷206之内而将内炉管置于承载座202之上，而初步完成了内炉管的安装作业。
因为凹陷206必须略大于凸缘212，以方便安置，所以在内炉管210重新安装上去时，内炉管210和外炉管200的同轴对准间会产生相当大的偏差。内炉管210在适用于四乙氧基硅烷工艺时所做的设计和适用于沉积多晶硅或氮化硅所做的设计相比之下内径较窄，因此，晶舟(未绘示于图上)置入后，晶圆片(未绘示于图上)边缘和内炉管210壁间的距离不等。因为在四乙氧基硅烷工艺中对晶圆片边缘和内炉管壁间的距离差异很敏感。晶圆片边缘和内炉管壁间的距离越小的位置，沉积的氧化硅材质就会越厚；圆片边缘和内炉管壁间的距离越大的位置，沉积的氧化硅材质就会越薄。此一特性会造成在晶圆上所沉积的氧化硅材质厚度不均匀的问题。
请再参照图2A，公知的解决方法为在凹陷206的侧壁214上装置垫片(未绘示于图上)，以缩小凸缘212与侧壁214间的间隙，即便如此，内炉管210和外炉管200的同轴对准最大仍会产生约3厘米的偏差。
请参照图3，图3为晶圆片和内炉管的相对位置以及位于其上各检测点所量得氧化硅层的厚度，一晶圆片300与内炉管302的相对位置如图3所示，此一氧化硅层是以四乙氧基硅烷工艺沉积2000埃的厚度，可容许均匀度的标准差在40埃以下，但由图3九个检测点所得的数值可以计算出标准差高达60.9埃。
另外，根据实验的结果发现，在一能形成均匀氧化硅层的设备中，只要内炉管移动超过0.5厘米，也就是内外炉管间的同轴对准误差超过0.5厘米，所形成的氧化硅层的不均匀度就超过可接受的范围，而影响后续的工艺，造成总体工艺合格率的下降。
因此，在每一次预防性保养之后，设备工程师必须去较准内炉管的位置以使内外炉管能够同轴对准。较准的方法是通过每一批四乙氧基硅烷工艺所得到晶圆片上氧化硅材质的均匀度为依据，依经验推动内炉管上的一个控制把手来移动内炉管以改变内炉管与外炉管间的相对位置。当晶圆片上氧化硅层的均匀度在可接受的范围之内，工艺才能继续进行。
这样的校正方法，相当的费时，因而会降低产能。尤有更甚者，这样的校正方法全凭经验摸索，无法将其规格化，若是一个有经验的设备工程师还好，但对一个缺乏经验的设备工程师而言，这个校正方法将会耗时更长甚而无法达到均匀度的要求，期望他能通过此校正方法迅速的完成内外炉管的同轴对准，不谛是缘木求鱼。
另外，还有一个变量可以控制晶圆片上形成的氧化硅层的均匀度，那就是晶圆片在晶舟上的位置。机械手臂由一组设定的位置参数(X，Y)决定晶圆片置于晶舟上的位置。晶舟置入内炉管内的位置是固定的，所以位置参数(X，Y)可以决定晶圆片与内炉管壁间的间隙的距离因而控制形成的氧化硅层的均匀度，但前提是内炉管必须固定。每一次预防性保养的后内炉管的位置都会变动，因此，调整位置参数(X，Y)并不具有任何意义。但若能固定内炉管的位置，则通过调整位置参数(X，Y)来调整氧化硅层的均匀度将成为可行。发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一内炉管上管治具，可以轻易的将内外炉管座同轴对准，而偏差不超过0.05厘米，而能达成形成均匀的氧化硅层的结果。
本发明的再一目的是提供一内炉管上管治具，可以将内炉管定位，因而可以以调整机械手臂设定的位置参数(X，Y)来改变晶舟的上晶圆片的位置，而能达成形成均匀的氧化硅层的结果。
本发明的又一目的在提供一标准操作程序(S.O.P)，可以轻易的解决以四乙氧基硅烷工艺形成的氧化硅层的均匀度的问题，并可大幅提高工艺的稳定性。
本发明所提供的内炉管上管治具，适用于校正内炉管与外炉管间的相对位置而能使内炉管与外炉管同轴对准，此依上管治具包括一支撑器、一定位器、及控制支撑器与定位定位的第一转盘与第二转盘。其中，支撑器包括第一装置及支撑圆，定位器包括第二装置及定位圆。第一装置可以为第一圆盘，第二装置可以为第二圆盘。支撑圆可以为支撑杆，定位圆可以为定位杆，支撑圆包括至少三支撑杆且定位圆也至少包括三定位杆。
第二圆盘位于第一圆盘的上方而且与第一圆盘以同一轴心连结。第一转盘位于第一圆盘下方并和第一圆盘以同一轴心连结，用来控制支撑圆。第二转盘位于第一转盘下方，并和第一转盘以同一轴心连结，用来控制定位圆。支撑圆位于第一圆盘上，当转动第一转盘时，支撑圆可以同心圆的方式向外撑开或项内收缩。定位圆则位于第二圆盘上，当转动第二转盘时，支撑圆可以同心圆的方式向外撑开或项内收缩。
将内炉管依原先的方式装至于外炉管内。其中先将内炉管上的凸缘对准外炉管的承载座上的缺口将内炉管升起，当内炉管的位置高于外炉管的承载座时，旋转内炉管，将凸缘对准外炉管的承载座顶面上的凹陷，降下内炉管，将凸缘安置于凹陷内而将内炉管置于外炉管之承载座上，而初步完成了内炉管的安装作业。
接着，将上管治具伸入炉管之中，其中第二圆盘高于内炉管的底部而第一圆盘低于外炉管的承载座。转动上管治具上的第一转盘，使位于第一圆盘上的支撑圆向外撑开，撑住外炉管的内壁，此时，此上管治具的中心轴和外炉管的中心轴可以同轴对准。然后，转动上管治具上的第二转盘，使位于第二圆盘上的定位圆向外撑开，若内炉管未和外炉管同轴对准，定位圆将会有一边和内炉管的内壁先接触。继续旋转第二转盘让定位圆继续向外扩张，此时定位圆先与内炉管接触的一边会推动内炉管朝接触点法线的方向移动，直到定位圆完全撑住内炉管的内壁为止，使第一圆盘与内炉管同轴对准。因为上管治具已经和外炉管同轴对准了，所以经过这样的操作当可以使内外炉管轻易的完成同轴对准的动作。
因为机械手臂设定的位置参数(X，Y)可以决定晶圆片与内炉管壁间的间隙的距离，因此，在能够固定内炉管的位置的前提下，改变位置参数(X，Y)来控制形成的氧化硅层的均匀度因而可行。利用一连串的实验找出位置参数(X，Y)的变化与晶圆片上形成的氧化硅层均匀度变化两者之间的关系，例如，X的数值每增加1，可以从晶圆片九个检测点所得到的数值知道四乙氧基硅烷工艺的氧化硅材质的厚度的变化量。由多次实验的结果，可以定出位置参数(X，Y)的变化与氧化硅层均匀度的关系而定出一组参数T，在试阵(Test Run)之后依此参数T直接修正晶圆片的位置，而使氧化硅层均匀度更佳。
另外，在具有内炉管上管治具和参数T之后，更可以提供一新的校准程序，在预防保养之后可以很快且很方便的达成四乙氧基硅烷工艺氧化硅层厚度均匀化的目的。期较准流程如下：先以内炉管上管治具将内炉管装入外炉管并同轴对准。检查晶舟本身是否笔直，若晶舟笔直则输入一组位置参数(X，Y)并由机械手臂一此位置参数(X，Y)将晶圆片置入晶舟之中，若晶舟不笔直则须调整一水平值以使晶舟笔直。进行一次试阵，进行氧化硅层的沉积。检查晶舟上端晶圆片上氧化硅层的均匀度，并依此数值来调整位置参数(X，Y)。检查晶舟下端晶圆片上氧化硅层的均匀度，并依此数值调整挡温片而使热流更为均匀。经过如此的校准标准程序，即使是新手也可迅速的完成校准，四乙氧基硅烷工艺形成的氧化硅层的均匀度问题的解决将可以标准化，大幅提高工艺的稳定性。附图说明
图1为公知直立式炉管式低压化学气相沉积反应器的剖面示意图；
图2A为一外炉管的仰视示意图；
图2B为一内炉管的仰视示意图；
图3为晶圆片和内炉管的相对位置以及位于其上各检测点所量得氧化硅层的厚度；
图4为本发明所提供的内炉管上管治具；
图5A及图5B为本发明所提供的上管治具的操作方式；以及
图6为标准操作程序的流程图。
100：反应器
102、200、502：外炉管
104、210、302、500：内炉管
106：晶舟
202、504：承载座
204：缺口
206：凹陷
212：凸缘
214：侧壁
300：晶圆片
400、510：上管治具
402、404、512、514：圆盘
406、522、524：定位杆
408、518：支撑杆
410、412、516、520：转盘
414、418：拉伸弹簧
422、424：凸轮
426：垫片
428、430：轴
432、434：传动轴承
506、508：轴心
526、28：箭头
530、532：内侧壁具体实施方式
鉴于上述发明背景所述关于氧化硅层均质化工艺所遭遇的问题，本发明提供一种内炉管上管治具，可以轻易的将内外炉管座同轴对准，而能达成形成均匀的氧化硅层的结果。以及，一组参数T可以表现出机械手臂设定的位置参数(X，Y)和氧化硅层的均匀度间的关系，可使晶圆片位置的修正标准化。
另外，利用此一内炉管上管治具和参数T，可以提供一新的校准程序，在预防保养之后可以很快且很方便的达成四乙氧基硅烷工艺氧化硅层厚度均匀化的目的。
实施例1
为了让本发明所提供的内炉管上管治具更加清楚起见，兹提供一较佳实施例说明如下：
请参照图4，图4为本发明所提供的内炉管上管治具400，适用于校正内炉管(未绘示于图上)与外炉管(未绘示于图上)间的相对位置而能使内炉管与外炉管同轴对准。此上管治具400包括圆盘402、404、定位杆406、支撑杆408，转盘410、412，拉伸弹簧414、418，凸轮422、424，垫片426，轴428、430以及传动轴承432、434。
圆盘402位于圆盘404的上方并与圆盘404连结，而且与圆盘404具有同一轴心401。转盘412位于圆盘404下方并和圆盘404连结，而且与圆盘404具有同一轴心401。转盘412经由轴430和凸轮424连结以控制支撑杆408。轴430具有轴心401。转盘410位于转盘412下方并与其连结，并和转盘412具有同一轴心401。转盘410经由轴428和凸轮422连结以控制定位杆406。轴428具有轴心401。支撑杆406位于圆盘402上，经由传动轴承434与凸轮422连结。当转动转盘410时经由轴428同时使凸轮422跟着转动，凸轮422经由传动轴承434带动定位杆406以同心圆的方式向外撑开或向内收缩。转盘412位于圆盘404下方并与其连结，并和圆盘404具有同一轴心401。转盘412经由轴430和凸轮424连结以控制支撑杆408。轴430具有轴心401。支撑杆408位于圆盘404上，经由传动轴承432与凸轮424连结。当转动转盘412时经由轴430同时使凸轮424跟着转动，凸轮424经由传动轴承432带动支撑杆408以同心圆的方式向外撑开或向内收缩。
定位杆406及支撑杆408上具有拉伸弹簧414、418分别与圆盘402、404连结。拉伸弹簧414、418适用于定位杆406及支撑杆408向外撑开或向内收缩时作为缓冲器之用。另外，定位杆406及支撑杆408的末端分别具有垫片426。因为定位杆406及支撑杆408的材质为金属，426的功用在于定位杆406及支撑杆408与内、外炉管壁(未绘示于图上)接触时当一缓冲止滑垫，以避免定位杆406及支撑杆408与内、外炉管壁接触时会滑动或刮伤炉管壁。
上管治具的操作方式请参照图5A及图5B。请先参照图5A，将内炉管500安置外炉管502的承载座504之上，其中内炉管500的凸缘(未绘示于图上)安置于外炉管502的承载座504的凹陷(未绘示于图上)之内而初步完成了内炉管500的安装作业。由图5A可以看出内炉管500的轴心506和外炉管502的轴心508并未能对准且向右偏移。
接着，将上管治具510伸入外炉管502之中，其中上管治具510的圆盘512高于内炉管500的底部而圆盘514低于外炉管502的承载座504。转动上管治具510上的转盘516，使位于圆盘514上的支撑杆518向外撑开，撑住外炉管502的内壁，此时，此上管治具510的轴心和外炉管的轴心508可以同轴对准。然后，转动上管治具510上的转盘520，使位于圆盘512上的定位杆522、524分别朝着箭头526、528的方向向外撑开，定位杆522会先触及内炉管500的内侧壁530。当定位杆522继续向外延伸，此时定位杆522会推动内炉管500朝箭头526的方向移动，直到支撑杆524撑住内炉管500的内壁532为止，请参照图5B。这会使圆盘512与内炉管500同轴对准。因为上管治具510已经和外炉管502同轴对准了，所以经过这样的操作当可以使内外炉管轻易的完成同轴对准的动作。
实施例2
在提供一内炉管上管治具，可以将内炉管定位之后，可以以调整控制机械手臂放置晶圆片于晶舟上的位置参数(X，Y)，经由多次实验由位置参数(X，Y)的变化与氧化硅层均匀度的关系而定出一组参数T。在具有上管治具及参数T两样工具后，可以提供一标准操作程序(S.O.P)，可以轻易的解决以四乙氧基硅烷工艺形成的氧化硅层的均匀度的问题，并可大幅提高工艺的稳定性。
因此，本发明提供一标准操作程序，适用于炉管在预防保养之后，用以迅速达成四乙氧基硅烷工艺的稳定性和均匀性。此一标准工艺可以程序化而利用一微处理器来进行。请参照图6，图6为标准操作程序的流程图。首先，步骤600先以如实施例1所述的方法将内外炉管对准，输入一组位置参数(X1，Y1)由机械手臂依一组输入的位置参数(X1，Y1)将晶圆片置入晶舟，在将晶舟置入内炉管。步骤602判断晶舟是否笔直。如果晶舟不笔直则由步骤604进形水平调整之后进入步骤606，开始四乙氧基硅烷工艺沉积氧化硅层。若晶舟笔直则直接进入步骤606，开始四乙氧基硅烷工艺沉积氧化硅层。
请继续参照图6，四乙氧基硅烷工艺沉积氧化硅层完成后进入步骤608，量测晶圆片上九个检测点上氧化硅层的厚度得到一组数据A，量测晶舟下端晶圆片间相同位置氧化硅层厚度得到一组数据B。进行步骤610，将数据A输入，微处理器将依据数据A及参数T将位置参数由(X1，Y1)调整成(X2，Y2)。接着，进入步骤612，将数据B输入，微处理器将判断晶舟下端晶圆片间相同位置氧化硅层厚度是否均匀，若均匀度不好，进入步骤614，微处理器将依据数据B将挡温片往氧化硅层较薄的晶圆片处调整而完成标准操作程序。若均匀度良好，则进入步骤616完成标准操作程序。
依此一标准程序，以四乙氧基硅烷工艺沉积厚度2000埃的氧化硅层时，同一片晶圆片上氧化硅层均匀度的标准差由30埃至40埃降至10埃至20埃。以四乙氧基硅烷工艺沉积厚度1000埃的氧化硅层时，同一片晶圆片上氧化硅层均匀度的标准差由20埃至25埃降至10埃至15埃。另外，请参照下表，下表是使用同一沉积炉管及晶舟，在两次预防保养后分别使用公知的方法及本发明所揭露的标准程序分别进行四乙氧基硅烷工艺氧化硅层均匀度的调整，然后在整个工作周期中所得到的Cp值与Cpk值。其中1表示使用公知的方法而2是使用本发明所揭露的标准程序，Cp为工艺精准(Capability of Precision)而Cpk代表工艺能力指数。一般而言，Cp及Cpk的值越高表示四乙氧基硅烷工艺形成的氧化硅层均匀度越好。 1 2 增加的百分比 Cp 2.09 2.58 23.4 Cpk 2.08 2.30 10.6
表1
由表1的数据可知，依本发明提供一标准操作程序，确实可以迅速达到四乙氧基硅烷工艺的稳定性和均匀性。