JP4497785B2

JP4497785B2 - 拡散炉用熱電対

Info

Publication number: JP4497785B2
Application number: JP2002083958A
Authority: JP
Inventors: 武黒田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003282466A

Description

【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５３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５５、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５１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２０１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蔵した炉体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２０１ａは分割されて制御されている。また、炉心管１０１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１２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、５０１ｅを載置する。ボート１２に載置された複数熱電対５０１ａ〜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内の長手方向に平行に、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１１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、加熱する。その時、前に計測したときのように高周波コイル２０１ａ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１０１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１０１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

拡散炉の炉心管内の温度を測定する拡散炉用熱電対であって、
前記拡散炉用熱電対は長さの異なる複数の熱電対が前記炉心管長手方向に配置されたものを一組としたものが、前記炉心管の長手方向に対して垂直な面に均等に複数組配置されており、前記複数組の熱電対は炉心管内にあり、前記複数組の熱電対を均等に配置するように支える複数の支持冶具と、前記支持冶具を支える複数の垂直冶具とによりボート上に載置されている拡散炉用熱電対。
前記支持冶具および前記垂直冶具は、角ムク棒からなる請求項１記載の拡散炉用熱電対。