JP2007096332A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
熱処理炉の温度制御装置に於いて、制御系を複雑にすることなく、温度制御の精度の向上を図る。
【解決手段】
炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設け、該温度検出器により温度検出した検出結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御する半導体製造装置に於いて、前記ゾーンの内、温度変化の最も大きいゾーンに対しては前記温度検出器を異なる位置に複数設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくした。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体製造装置等に用いられる熱処理炉、特に縦型熱処理炉の炉内を目的温度に、又炉内を均一に加熱する為の熱処理炉の温度制御装置に関するものである。

従来の熱処理炉の温度制御装置を図３に於いて説明する。

図３は縦型熱処理炉の概略を示しており、筒状に形成されたヒータ１内部に均熱管２が設けられ、該均熱管２と同心に反応管３が配設されている。該反応管３の内部にはウェーハ４を水平姿勢で多段に保持するボート５が装入される様になっている。

前記ヒータ１で均熱管２内が所定の温度に加熱保持された状態で、前記ウェーハ４が装填された前記ボート５が均熱管２内に装入され、前記均熱管２内に反応ガスが導入され、ウェーハ４に薄膜の生成、不純物の拡散等熱処理がなされる。

ウェーハ４の熱処理に於いて、炉内温度は表面処理品質を決定する重要な要素であり、炉内温度が所定の温度に且均一となる様、熱処理炉の温度制御が行われている。

温度制御は、炉内を複数、例えば４或は５のゾーンに分割し、ゾーンに対応させヒータ１を複数のヒータユニットに分割し、該ヒータユニット毎に独立して加熱制御できる様になっており、又各ゾーンの温度を検出する熱電対等の温度検出器が前記各ゾーンに対応して１対、合計で４対或は５対炉内に挿入され設けられる。温度検出器は温度検出ユニット６に組込まれ、該温度検出ユニット６は前記均熱管２と反応管３との間に立設される。

図４に示す様に、該温度検出ユニット６は保護管７の内部に所要数の温度検出器、例えば４対の温度検出器８，９，１０，１１が挿入されており、更に前記温度検出器８，９，１０，１１はそれぞれ温度検出ユニット６の軸心方向の位置を変えられている。而して、上記した様に温度検出器の位置が前記分割されたゾーンに対応している。

ところが、上記した従来の熱処理炉の温度制御装置では、温度検出器の位置が固定である。従って一度設置すると温度検出器と温度検出器との間は温度検出をすることは出来ない。炉内の温度分布を図５に示すが、図５中の曲線ａに見られる様に、特に炉口部付近では温度検出器と温度検出器との中間部での温度が上昇する傾向が見られる。従来では予め炉内の加熱条件を変え、各加熱条件に対応した温度プロファイルを測定しておいて、温度偏差が少なくなる温度プロファイル（図５中曲線ｂ）の加熱条件を求めておき、該加熱条件となる様温度制御の目標値を設定していた。

この為、準備作業が非常に煩雑で、長時間を要し、更に温度検出器と温度検出器との中間部での温度制御は上記温度プロファイルからの予測に基づくものであり、信頼性に問題があった。又、温度検出器の数を多くして間隔を小さくすることも考えられるが、温度検出器の数を多くすると制御系が複雑となり、装置の製作費が増大するという問題がある。

本発明は斯かる実情に鑑み、制御系を複雑にすることなく、更に装置の製作費の増大を招くことなく、温度検出位置の間隔を小さくして温度変化の著しい部分の温度検出精度を向上し、温度制御の精度の向上を図るものである。

本発明は、炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設け、該温度検出器により温度検出した検出結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御する半導体製造装置に於いて、前記ゾーンの内、温度変化の最も大きいゾーンに対しては前記温度検出器を異なる位置に複数設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくした半導体製造装置に係り、又炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設け、該温度検出器により温度検出した検出結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御する半導体製造装置に於いて、前記ゾーンの内、炉口部に相当するゾーンに対しては前記温度検出器を異なる位置に複数設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくした半導体製造装置に係るものである。

又本発明は、炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設けると共に前記ゾーンの内、温度変化の最も大きなゾーンに対しては異なる位置に複数の温度検出器を設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくし、これらの温度検出器により温度検出した結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御しつつ該炉内でウェーハを熱処理する半導体製造方法に係り、又炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設けると共に前記ゾーンの内、炉口部に相当するゾーンに対しては異なる位置に複数の温度検出器を設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくし、これらの温度検出器により温度検出した結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御しつつ該炉内でウェーハを熱処理する半導体製造方法に係るものである。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１、図２に於いて、図３、図４中で示したものと同一のものには同符号を付し、その説明を省略する。

温度検出ユニット６は前記均熱管２と反応管３との間に立設され、該温度検出ユニット６は保護管７の内部に所要数の温度検出器、例えば温度検出器８、温度検出器９、温度検出器１０、温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが挿入されており、更に前記温度検出器８、温度検出器９、温度検出器１０、温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、それぞれ温度検出ユニット６の軸心方向の位置を変えられ、制御対象となるゾーンに対応している。即ち、前記温度検出器８は第１ゾーンに、前記温度検出器９は第２ゾーンに、温度検出器１０は第３ゾーンに、更に温度検出器１１ａ，１１ｂ、１１ｃ，１１ｄは第４ゾーンにそれぞれ対応し、該温度検出器１１ａ，１１ｂ、１１ｃ，１１ｄは第４ゾーンを軸心方向に所要間隔で分割した位置に配設されている。

前記温度検出器８、温度検出器９、温度検出器１０、温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから伸びるリード線は温度制御ユニット１２に接続され、該温度制御ユニット１２は図示しない主制御装置に接続されている。

前記温度制御ユニット１２は所定の周期で温度検出を行い、前記温度検出器８、温度検出器９、温度検出器１０、温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによる検出温度を前記図示しない主制御装置に入力する様になっており、更に前記第４ゾーンに対応する前記温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄについては温度検出毎に切替えられ、測定のサンプリング位置が順番に移動し、１回の測定では温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ内の１つの検出結果が取込まれる様になっている。従って、４回の温度検出で前記温度検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからの検出結果が１通り得られる様になっている。即ち、４回の温度検出で前記第４ゾーンの４箇所の温度が検出できる。

而して、１度の温度検出に伴う、温度検出信号は従来例と同様４信号であるにも拘らず、前記第４ゾーン、本実施の形態では炉口部に相当するゾーンについては更にきめ細く４点で測定されることとなる。この結果、温度変化の大きいゾーンについての加熱状態を正確に把握することができる。

上述した温度検出の状態を（表１）に示す。
（表１）
┌─────┬───────────────────────────┐
│ │ 使用される熱電対 │
├─────┼──────┬──────┬──────┬──────┤
│測定周期 │ １ │ ２ │ ３ │ ４ │
├─────┼──────┼──────┼──────┼──────┤
│第１ゾーン│熱電対８ │熱電対８ │熱電対８ │熱電対８ │
├─────┼──────┼──────┼──────┼──────┤
│第２ゾーン│熱電対９ │熱電対９ │熱電対９ │熱電対９ │
├─────┼──────┼──────┼──────┼──────┤
│第３ゾーン│熱電対１０ │熱電対１０ │熱電対１０ │熱電対１０ │
├─────┼──────┼──────┼──────┼──────┤
│第４ゾーン│熱電対１１ａ│熱電対１１ｂ│熱電対１１ｃ│熱電対１１ｄ│
└─────┴──────┴──────┴──────┴──────┘

本実施の形態では、温度変化の大きい、例えば炉口部での温度を小さな間隔で数多く検出して加熱を制御することとなるので、従来例の様に温度検出器と温度検出器との中間で目標温度より大きく温度が上昇するという事態が避けられ、炉口部での温度の不均一を防ぐことができ、炉内の均熱領域を拡大でき、又温度制御の精度を向上させることができる。

尚、本実施の形態では炉口部を４箇所で測定する様にしたが、３箇所以下或は５箇所以上でもよく、更に炉口部に限らず他のゾーンに適用してもよいこと、或は適用するゾーンの箇所も２以上であってもよいことは言う迄もない。

更に、温度検出器を炉全体に多数配設し、例えば温度検出器の内所要数、例えば４ずつ温度検出器を順次切替え信号を取込む様にしてもよい。更に又、本発明は縦型炉に限らず横型炉にも実施可能であることは勿論である。

以上述べた如く本発明によれば、制御系に於いては処理信号を増やすことなく、より多くの点での温度測定が可能となり、制御系を複雑にすること無く、炉内温度をきめ細かく測定して温度制御を行うことができ、測定精度、信頼性が向上し、又均熱領域が拡大され、ウェーハの熱処理が安定し、製品品質が向上し、更に歩留りが向上する。

本発明の実施の形態を示す概略立断面図である。 本実施の形態に用いられる温度検出ユニット斜視図である。 従来例を示す概略立断面図である。 該従来例に用いられる温度検出ユニット斜視図である。 炉内温度分布を示す線図である。

符号の説明

１ ヒータ
２ 均熱管
３ 反応管
４ ウェーハ
６ 温度検出ユニット
８ 温度検出器
９ 温度検出器
１０ 温度検出器
１１ 温度検出器

Claims (4)

1. 炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設け、該温度検出器により温度検出した検出結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御する半導体製造装置に於いて、前記ゾーンの内、温度変化の最も大きいゾーンに対しては前記温度検出器を異なる位置に複数設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくしたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設け、該温度検出器により温度検出した検出結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御する半導体製造装置に於いて、前記ゾーンの内、炉口部に相当するゾーンに対しては前記温度検出器を異なる位置に複数設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくしたことを特徴とする半導体製造装置。
3. 炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設けると共に前記ゾーンの内、温度変化の最も大きなゾーンに対しては異なる位置に複数の温度検出器を設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくし、これらの温度検出器により温度検出した結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御しつつ該炉内でウェーハを熱処理することを特徴とする半導体製造方法。
4. 炉内を複数のゾーンに分割し、該ゾーンそれぞれに対して少なくとも１つの温度検出器を設けると共に前記ゾーンの内、炉口部に相当するゾーンに対しては異なる位置に複数の温度検出器を設け、該ゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域を他のゾーンに於ける前記温度検出器が配設される領域よりも大きくし、これらの温度検出器により温度検出した結果を基に前記ゾーン毎に炉内の加熱状態を制御しつつ該炉内でウェーハを熱処理することを特徴とする半導体製造方法。

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