JPH03145121A - 半導体熱処理用温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体熱処理装置の処理温度を制御する半導
体熱処理用温度制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の半導体熱処理用温度制御装置としては、例えば第
４図に示すようなものがある。まず、半導体熱処理装置
の炉体構造から説明すると、断熱材の内側にヒータ１が
設けられている。ヒータ１はトップゾーン、センタゾー
ン及びボトムゾーンの３ゾーンに分割されている。これ
らの各ゾーンに対する加熱用のヒータ用導線３が温度制
御装置４に接続されている。また、ヒータ１の内側には
、処理対象であるウェーハが挿入される処理管２が配置
され、その下方には、ウェーハ載置用のつ工−ハボート
を支持するための支持台５が配設されている。このよう
な炉体構造に対し、処理温度制御手段の一つとしてヒー
タ１の各ゾーンに対してトップヒータ熱電対６、センタ
ヒータ熱電対７及びボトムヒータ熱電対８が取付けられ
、これらのヒータ熱電対６．７．８により、ヒータ温度
検出手段１０が構成されている。ヒータ温度検出手段１
０は、温度制御装置４に接続されている。

このように構成された半導体熱処理装置は、実際のウェ
ーハ処理前に、温度制御条件を見出す作業が行われる。

この作業は、処理管２内に処理用のウェーハが挿入され
ていない状態で、これに代えて処理管内温度検出手段２
０が設置され、この処理管内温度検出手段２０とヒータ
温度検出手段１０を用いて行われる。処理管内温度検出
手段２０は、前述の各ヒータ熱電対６．７．８にそれぞ
れ対応したトップ管内熱電対１１、センタ管内熱電対１
２及びボトム管内熱電対１３で構成され、温度制御装置
４に接続されている。処理管内温度検出手段１０は、具
体的にはパドルと呼ばれる細管に、３個の各管内熱電対
１１．１２．１３を挿入したものが用いられる。

そして、温度制御条件は第５図の温度制御ダイヤグラム
に示すように以下の方法で見出される。

処理管２がヒータ１によっである温度に加熱され安定し
た後に、処理管内温度検出手段２０とヒータ温度検出手
段１０で処理管内温度とヒータ温度が・それぞれ測定さ
れ、これら両手段１０．２０におけるトップ管内熱電対
１１とトップヒータ熱電対６との相関関係、センタ管内
熱電対１２とセンタヒータ熱電対７との相関関係及びボ
トム管内熱電対１３とボトムヒータ熱電対８との相関関
係が温度制御装置４を用いて求められる。この処理管内
温度とヒータ温度の相関関係であるプロファイルデータ
を基に、ヒータ温度より推定した処理管内温度が所定の
目標温度になるようにヒータ温度の目標値が与えられヒ
ータ１の発熱量が制御される。このようにして所定のウ
ェーハ温度処理条件が得られるまで、この方法が繰り返
される。

実際のウェーハの熱処理は、処理管内温度検出手段２０
が取外され、ウェーハの載置されたウェーハボートが処
理管２内に設置される。そして、上述のようにして求め
られた温度制御条件で、温度制御装置４によりヒータ温
度がモニターされながら行われる。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の半導体熱処理用温度制御装置にあ
っては、ウェーハ熱処理前に処理管内温度検出手段２０
で温度を測定する場合、処理管２の内部にはウェーハが
設置されておらず、またウェーハ温度を直接測定してい
るわけではないので、処理管内温度検出手段２０で測定
した温度とウェーハ温度とは実際上具なってしまうこと
になる。

ところで、半導体熱処理においては、精密なプロセス制
御がますます強く求められており、従来の方法以上に温
度制御の精度の向上が望まれている。

そこで、本発明は、実際のウェーハ温度に基づいた精度
のよい温度制御を実現することのできる半導体熱処理用
温度制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、処理されるウェー
ハが挿入される処理管と、該処理管をその管外から加熱
するヒータとを備えた半導体熱処理装置の処理温度を制
御する半導体熱処理用温度制御装置であって、前記処理
管内の温度を検出する処理管内温度検出手段と、前記ウ
ェーハの温度を検出するウェーハ温度検出手段と、前記
ヒータの温度を検出するヒータ温度検出手段と、前記つ
工−ハ温度検出手段で検出したウェーハ温度と前記処理
管内温度検出手段で検出した処理管内温度との差を当該
処理管内温度に補正した温度を求め、この補正した温度
と前記ヒータ温度検出手段で検出したヒータ温度との相
関関係に基づいて前記ヒータを制御し前記ウェーハの温
度を目標温度に設定する制御手段とを有することを要旨
とする。

（作用） 制御手段で次のような制御がなされる。即ち、ウェーハ
温度検出手段で検出したウェーハ温度と処理管内温度検
出手段で検出した処理管内温度との差をウェーハ温度補
正データとして処理管内温度が補正され、ウェーハ温度
が処理管内温度を用いて表わすようにされる。次いで、
上述の補正により実質的にウェーハ温度を示す処理管内
温度とヒータ温度との相関関係であるプロファイルデー
タが求められ、このプロファイルデータに基づいて、ウ
ェーハの温度が所定の目標温度になるように、ヒータの
制御がなされる。したがって、実際のウェーハ温度に基
づいた精度のよい温度制御が実現される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図に基づいて
説明する。

なお、第１図において前記第４図における機器及び部材
等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って
示し、重複した説明を省略する。

この実施例では、ウェーハ処理前の温度制御条件を見出
す作業の際に、処理管２の内部に複数枚（例えば５０〜
１００枚）のウェーハ１４が載置されたウェーハボート
１５がボート支持台５の上に設置される。これらのウェ
ーハ１４には、例えば１０枚おきにウェーハ温度検出手
段３０を構成するウェーハ熱電対１６．１７．１８が取
付けられている。そして、ウェーハ温度検出手段３０は
、制、細手段としての温度制御装置４に接続されている
。

第２図は、ウェーハ１４に、ウェーハ温度検出手段３０
を構成するウェーハ熱電対１６が取付けられた具体例を
示している。ウェーハボート１５に載置されたウェーハ
１４には、絶縁管２１で被覆されたウェーハ熱電対１６
が接着材２２で固着されており、保護管２３に通されて
いる。

そして、温度制御条件は第３図の温度制御ダイヤグラム
に示すように以下の方法で見出される。

処理管２がヒータ１によっである温度に加熱され安定し
た後に、処理管内温度検出手段２０、つ工−ハ温度検出
手段３０及びヒータ温度検出手段１０でそれぞれの温度
を検出する。次いで、処理管内温度検出手段２０とヒー
タ温度検出手段１０におけるトップ管内熱電対１１とト
ップヒータ熱電対６との相関関係、センタ管内熱電対１
２とセンダヒータ熱電対７との相関関係及びボトム管内
熱電対１３とボトムヒータ熱電対８との相関関係を温度
制御装置４を用いて求める。そして、この各処理管内温
度とヒータ温度との相関関係を基に、ヒータ温度より推
定した処理管内温度が所定の目標温度になるようにヒー
タ温度の目標値を与えてヒータ１の発熱量を制御する。

次に処理管内温度検出手段２０を下向きに移動し、トッ
プ管内熱電対１１で処理管２内の温度分布を測定する。

このときセンタ管内熱電対１２で検知した温度と、同じ
位置においてトップ管内熱電対１１で検知した温度との
差をセンタ管内熱電対１２の補正データとする。同様に
、ボトム管内熱電対１３で検知した温度と、同じ位置に
おいてトップ管内熱電対１１で検知した温度との差をボ
トム管内熱電対１３の補正データとする。このようにし
て処理管内熱電対の温度補正データが得られる。

次いで、トップ管内熱電対１１で検知した処理管内温度
と、これと対応する高さ位置にあるウェーハ熱電対１６
で検知したウェーハ温度との差をウェーハ温度補正デー
タとして、処理管内温度を補正し、ウェーハ温度をその
処理管内温度を用いて表わすようにする。同様にして、
センタ管内熱電対１２とこれに対応したウェーハ熱電対
１７及びボトム管内熱電対１３とこれに対応したウェー
ハ熱電対１８からそれぞれウェーハ温度補正データを求
め、この補正データを用いて処理管内温度を補正し、各
ウェーハ温度を、各管内熱電対１２．１３で検出した処
理管内温度を用いてそれぞれ表わすようにする。

上述のように、トップ管内熱電対１１と他の管内熱電対
との補正データにより、処理管内温度検出手段２０にお
ける管内熱電対相互間の補正を行い、また、ウェーハ温
度補正データ′により、処理管内温度を補正して、ウェ
ーハ温度を処理管内温度を用いて表わすようにする。そ
して、このような補正を行った処理管内温度検出手段２
０を用いて温度制御を行い、充分安定させた後に処理管
内温度とヒータ温度との相関関係であるプロファイルデ
ータを求める。次いで、この処理管内温度とヒータ温度
の相関関係であるプロファイルデータを基に、ヒータ温
度より推定した処理管内温度（実質的にウェーハ温度を
示す）が、所定の目標温度になるようにヒータ温度の目
標値を与えてヒータ１の発熱量を制御する。そして、処
理管内温度検出手段２０をウェーハ熱電対１６．１７．
１８の配設間隔と同間隔で移動しながら、トップ管内熱
電対１１で処理管内温度を検出し、又ウェーハ温度との
補正を温度制御装置４で行いつつ均熱長を求める。

このようにして所定のウェーハ温度処理条件が得られる
まで、この方法を繰り返す。この温度制御条件を求める
作業は、例えば処理管２内のガス流量を変化させる等、
いろいろな処理条件で一度行っておけば目的とする温度
制御条件が得られる。

また、ウェーハ温度補正データが一旦求められれば、そ
の後はウェーハ温度検出手段３０を取り除いた状態でも
、ウェーハ温度を処理管内温度を用いて表わすことがで
き、上述の温度制御条件を用いることにより、ウェーハ
温度に基づいた精度のよい温度制御が可能となる。

実際のウェーハの熱処理は、処理管内温度検出手段２０
及びウェーハ温度検出手段３０を取外し、処理するウェ
ーハを載置したウェーハボート１５を、ボート支持台５
上に設置する。そして、上述のようにして求めた温度制
御条件で、温度制御装置４により、ヒータ温度をモニタ
しながらヒータ１を制御して行う。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、処理管内の温度
を検出する処理管内温度検出手段と、ウェーハの温度を
検出するウェーハ温度検出手段と、ヒータの温度を検出
するヒータ温度検出手段と、前記ウェーハ温度検出手段
で検出したウェーハ温度と前記処理管内温度検出手段で
検出した処理管内温度との差をその処理管内温度に補正
した温度を求め、この補正した温度と前記ヒータ温度検
出手段で検出したヒータ温度との相関関係に基づいてヒ
ータを制御しウェーハの温度を目標温度に設定する制御
手段とを具備させたため、実質的にウェーハ温度を示す
温度とヒータ温度との相関関係に基づいてヒータが制御
されるので、実際のつ工−ハ温度に基づいた精度のよい
温度制御を実現することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る半導体熱処理用温度
制御装置の実施例を示すもので、第１図は全体構成を示
す構成図、第２図はウェーハ温度検出手段を構成するウ
ェーハ熱電対の取付は例を示す図、第３図は温度制御の
ダイヤグラム、第４図は従来の半導体熱処理用温度制御
装置を示す構成図、第５図は上記従来例による温度制御
のダイヤグラムである。 ｌ：ヒータ、　　２：処理管、 ４：温度制御装置（制御手段）、 １０：ヒータ温度検出手段、　１４：ウエーノ＼２０：
処理管内温度検出手段、 ３０：ウェーハ温度検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　処理されるウェーハが挿入される処理管と、該処理管
   をその管外から加熱するヒータとを備えた半導体熱処理
   装置の処理温度を制御する半導体熱処理用温度制御装置
   であって、 前記処理管内の温度を検出する処理管内温度検出手段と
   、前記ウェーハの温度を検出するウェーハ温度検出手段
   と、前記ヒータの温度を検出するヒータ温度検出手段と
   、前記ウェーハ温度検出手段で検出したウェーハ温度と
   前記処理管内温度検出手段で検出した処理管内温度との
   差を当該処理管内温度に補正した温度を求め、この補正
   した温度と前記ヒータ温度検出手段で検出したヒータ温
   度との相関関係に基づいて前記ヒータを制御し前記ウェ
   ーハの温度を目標温度に設定する制御手段とを有するこ
   とを特徴とする半導体熱処理用温度制御装置。