JP2003282466A - 拡散炉用熱電対 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散炉内に設けられた炉心管の中に熱電対
（内部サーモカップ）を１本設け、炉心管の温度管理を
行っている。上記熱電対により、炉心管内のガス導入側
からウエハ導入側までの温度管理を行っている。半導体
ウエハを炉心管の中に収容し熱処理する場合、半導体ウ
エハ面内の各ポイントの温度管理（ウエハ面内温度分布
の確認）は行われていない。このため、半導体ウエハは
炉心管内での熱処理によりウエハ面内の不純物拡散や酸
化膜成長にバラツキが生じる可能性がある。また、ウエ
ハ面内での温度分布を確認することが困難であった。 【解決手段】 耐複数熱電対を耐熱性に優れ、コンタミ
の影響の少ない材料により接続し、炉心管内に挿入する
ことにより、炉心管内の温度分布を容易に確認すること
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置にお
ける拡散炉に関し、特に拡散炉内に設けられる炉心管の
内部実温度を管理する熱電対に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置における拡散炉は、拡散源と
半導体ウエハとを炉心管の中に収容し、炉心管全体を加
熱して拡散不純物をウエハにドープする。図５は拡散炉
の一例を示す斜視図である。

【０００３】図５において、拡散炉５１には、図１の炉
心管１０１の挿入および抜き出しを行うための出入口５
３が、上段、中段および下段の３段に設けられている。
出入口５３の前方領域には、清浄な空間を形成するクリ
ーンベンチ５２となっている。拡散炉５１の一側部側に
は、図示しないボートに載せられた半導体ウエハの挿入
および引き出しを自動的に行うボートローダ５４が設け
られている。更に、拡散炉５１には、ドーピング系５
５、ボートローダ制御系５６、炉温制御系５７等がそれ
ぞれ設置されている。上記の拡散炉５１では、拡散炉５
１に挿入された炉心管１０１の全端を所定の温度に加熱
して、炉心管１０１内に収容された半導体ウエハWヘの
不純物拡散を行う。炉心管１０１の加熱温度は、たとえ
ば、１０００℃程度であり、半導体ウエハWへの不純物
拡散を所定通りに行うためには、所定時間の間、炉心管
の加熱温度を精度良く一定に保持する必要がある。

【０００４】このため従来においては、図１の様に、拡
散炉５１内に設けられた炉心管１０１の中に熱電対（内
部サーモカップ）５０１を１本設け、炉心管１０１の温
度管理を行っていた。この温度管理機構は、たとえば、
図１、２に示すように炉心管内に熱電対５０１を有して
いる。この熱電対５０１の計測温度によりヒーター２０
１にフイードバックし、炉心管１０１内全体の温度管理
を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の拡散炉
装置においては、図１、２における熱電対５０１によ
り、炉心管１０１内のガス導入側１０１ｂからウエハ導
入側１０１ａまでの温度管理を行っている。たとえば、
熱電対５０１はウエハ導入口から見て、炉心管１０１内
の左下方部に設けられている。半導体ウエハＷを炉心管
１０１の中に収容し熱処理する場合、半導体ウエハW面
内の各ポイントの温度管理（ウエハ面内温度分布の確
認）は行われていない。このため、半導体ウエハＷは炉
心管１０１内での熱処理によりウエハ面内の不純物拡散
や酸化膜成長にバラツキが生じる危険性がある。しかし
ながら、半導体ウエハＷ面内での温度バラツキを確認す
るためには、たとえばＩＣ（半導体集積回路）の電気的
特性など間接的な方法でしか面内温度分布を確認するこ
とができなかった。しかし、上記方法では炉心管１０１
内での熱処理時のウエハ面内温度分布のバラツキのみで
はなく、不純物のドープバラツキなど他のプロセスでの
ウエハ面内バラツキもＩＣの電気的特性に起因するため
上記方法の結果から容易に拡散炉での温度面内分布を判
断することは困難であった。

【０００６】本発明は、半導体ウエハＷが拡散炉の炉心
管１０１内に収容した位置でのウエハＷ面内温度確認を
可能とし、半導体ウエハヘの不純物拡散を精度良く行う
ことのできる拡散炉を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
を内部に収容し、不純物拡散や酸化膜成長させる拡散炉
装置において、複数の熱電対が一組で構成されている熱
電対を有することによって、全体が所定の温度に加熱さ
れる筒形状の炉心管１０１の内部温度分布を確認でき
る。さらに、前記複数熱電対において、各々の熱電対を
つなぐ治具を備えている。

【０００８】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。従来の図である図１及び図２を用いて説明す
る。図１は、拡散炉５１の炉心管１０１のウエハ導入口
部を示す縦断面図である。図２は、拡散炉５１の内部構
成の一例を示す横断面図である。さらに、図３は、本発
明に係る複数熱電対１０１によって構成された温度管理
治具の斜視図である。拡散炉５１は半導体ウエハWに不
純物を熱拡散させるため、もしくは拡散と同時に酸化膜
を成長させるための装置であり、炉心管１０１の配置方
向によって横型拡散炉と縦型拡散炉とがある。

【０００９】図２は、炉心管１０１は横方向に配置され
ており、横型拡散炉を示している。図２に示すように、
横型拡散炉では、拡散炉５１内に炉心管１０１が横に設
けられており、この炉心管１０１は、たとえば、耐熱の
ガラス材料等から形成される筒状の部材からなる。炉心
管１０１の一端部が半導体ウエハWを載置しているボー
トを出し入れするためのウエハ導入口１０１aが設けら
れている。また、炉心管１０１の他端部には、不純物ガ
スやＨ₂、Ｎ₂等のキャリアガス等の各種ガスGを導入す
る導入口１０１ｂが形成されている。

【００１０】炉心管１０１の外周には、たとえば高周波
コイル２０１aあるいは抵抗加熱ヒーター等を内職した
炉体２０１が設けられ、炉心管１０１はこの炉体２０１
によって外周から加熱される。高周波コイル２０１ａ
は、複数に分割されており、それぞれの高周波コイル２
０１ａは分割されて制御されている。また、炉心管１０
１内には、半導体ウエハWが、たとえば、図３の石英製
のボート１２に載置されて収容される。

【００１１】本願発明では、半導体ウエハＷをボート１
２に載置せず、図３の様に、複数熱電対は、例えば、熱
電対５０１a、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ、５０１
ｅを載置する。ボート１２に載置された複数熱電対５０
１ａ〜５０１ｅが炉心管１０１内に挿入される。挿入さ
れた複数熱電対５０１ａ〜５０１ｅにより炉心管１０１
内の温度分布を容易に確認することができ、半導体ウエ
ハ拡散炉処理における面内バラツキ異常時の炉心管内の
温度分布管理を可能とする。なお、図示していないが、
各熱電対５０１a〜５０１ｅは、それぞれ長さの異なる
複数の熱電対を有している。このために、炉心管１０１
の長手方向の温度分布を測定することができる。

【００１２】また、複数熱電対５０１ａ〜５０１ｅを炉
心管１０１内の長方向に垂直に、そして、長手方向に対
して垂直な面に均等に分布させて支持する複数の治具１
１および複数の垂直冶具１１aが、ボート１２に備えら
れる。そして、ボート１２には、ボート脚部１３が備え
られている。それらは、ガラス系の材料もしくはセラミ
ック系の材料を使用される。冶具１１は、例えば各熱電
対５０１ａ〜５０１ｅを夫々炉心管１０１の上下、左右
及び中央に位置させるための枠状のものである。そし
て、複数の垂直冶具１１ａは、ボート１２上に複数の冶
具１１を所定の位置に配置するためのものである。

【００１３】つまり、まずボート１２に半導体ウエハW
を載置する代わりに、各熱電対５０１ａ〜５０１ｅを保
持しおている冶具１１および垂直冶具１１ａを乗せ、開
口部１０１ａから炉心管１０１内に挿入し、所定の温度
に加熱する。各熱電対にて、炉心管１０１内の温度分布
を計測しながら、分割されている高周波コイル２０１ａ
を、各位置の温度が一定（同じ）になるように夫々制御
する。

【００１４】そして、熱電対５０１ａ〜５０１ｅに代え
て、半導体ウエハＷをボート１２に載置し、元々備えら
れている熱電対５０１にて温度測定しながら、過熱す
る。その時、前に計測したときのように高周波コイル２
０１ａを夫々制御する。

【００１５】冶具１１、垂直冶具１１ａ、ボート１２及
びボート脚部１３は、ガラス系の材料もしくはセラミッ
ク系材料を使用する。これらの材料はパーティクルが少
なくコンタミの影響が少ない。セラミック系はガラス系
の材料に比べ、耐熱性にすぐれる。たとえば、１２００
℃以上の熱処理の場合、ガラス系の材料では使用頻度に
より接続材料１１が変形してしまう可能性がある。セラ
ミック系の材料は耐熱性が良く、変形する可能性が少な
い。

【００１６】本発明は用途やプロセス温度により熱電対
５０１ａ〜５０１ｅを支持するための治具１１の材質
は、選ばれる。

【００１７】また、前記複数熱電対を接続している治具
１１とボート１２を接続している垂直冶具１１aおよび
ボート脚部１３bは平地に対して垂直に設けられてい
る。垂直に接続されていることにより垂直冶具１１aの
劣化を防ぐことでき、常に同条件（位置）での炉心管１
０１内の温度確認が可能である。

【００１８】また、治具１１および垂直冶具１１aおよ
びボート脚部１３は角ムク棒を使用する。上記角ムク棒
はたとえば丸ムク棒に比べ、耐熱性が良く変形などの劣
化の可能性が少なく、常に同条件（位置）での炉心管１
０１内の温度確認が可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、半導体プロセスの拡散炉にお
いて複数熱電対治具により以下の効果を有する。

【００２０】炉心管内の温度分布を確認することが容易
に可能である。耐熱性の良いボートや熱電対接続治具の
材質や形状、接続角度により劣化を防ぎ、常に同条件で
の温度管理が可能である。これらにより、本発明による
複数熱の電対により温度管理が行われる拡散炉装置を用
いて処理した半導体ウエハヘの不純物拡散の均一化、炉
心管内の温度分布異常時の迅速な対応、また作製された
ＩＣの特性均一化、歩留まりの向上に効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、拡散炉の有する炉心管内をウエハ導入
口部から見た図である。

【図２】図２は、拡散炉の内部構成の一例を示す槻略図
である。

【図３】図３は、本発明に係る複数熱電対および接続治
具およびボートの一例を示す斜視図である。

【図４】図４は、本発明に係る複数熱電対および接続治
具およびボートの一例を示す正面図である。

【図５】図５は、拡散炉の外観の一例を斜視図である。

【符号の説明】

１０１ 炉心管 １０１ａ ウエハ導入口部（ウエハ導入側） １０１ｂ ガス導入口 ５０１ 熱電対（サーモカップ） ５０１ａ〜５０１ｅ 熱電対（サーモカップ） １１ 冶具 １１ａ 垂直冶具 １３：ボート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の熱電対が炉心管軸に対して放射方
   向に間隔をおいて複数配置され、前記各熱電対には、炉
   心管軸方向に複数の副熱電対にて構成されていることを
   特徴とする拡散炉用熱電対。
2. 【請求項２】 前記複数熱電対は、それらを前記炉心管
   内に炉心管軸に対して放射方向に均等に支持するための
   治具により支持されている請求項１記載の拡散炉用温度
   熱。