JPH1019687A - Method and device for detecting process temperature of diffusion furnace for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method and device for detecting process temperature of diffusion furnace for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子製造工程
に用いられる拡散炉（diffusion furnace）に関し、さ
らに詳しくは、拡散工程に必要なプロセス温度をプロセ
スチューブの全長にわたって測定して、拡散炉の特性で
あるヒートブロック（heat block）形成及び均熱長の位
置を確認することにより、拡散工程の処理条件を正確に
設定するように構成された半導体素子製造用拡散炉のプ
ロセス温度検出方法及びその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffusion furnace used in a semiconductor device manufacturing process. A method and apparatus for detecting a process temperature of a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, wherein a process condition of a diffusion step is accurately set by confirming a position of a heat block formed and a soaking length. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、拡散工程はウェーハ上に酸化膜
を形成するための工程であり、この工程によって形成さ
れた酸化膜はウェーハの表面保護、拡散マスキング（Di
ffusion Masking）、誘電体などの機能を持つ。このよ
うな拡散工程は拡散炉内で化学的反応によってなされ
る。2. Description of the Related Art Generally, a diffusion process is a process for forming an oxide film on a wafer, and the oxide film formed by this process protects the surface of the wafer and performs diffusion masking (Dielectric masking).
It has functions such as ffusion masking and dielectric. Such a diffusion step is performed by a chemical reaction in a diffusion furnace.
【０００３】図３は従来の拡散炉の構造を概略的に示
す。図３に示すように、拡散炉内にはウェーハが入れら
れる石英のプロセスチューブ１が設置されており、この
プロセスチューブ１の外側にはプロセスチューブ１の内
部温度を上昇させるためのヒータ２が設置されている。
そして、ヒータ２に電力を印加してプロセスチューブ１
を加熱することにより、プロセスチューブ１内の温度を
所定のプロセス温度に保持し、プロセスチューブ１内に
化学反応ガスを注入してウェーハ上に酸化膜を形成す
る。ここで、拡散工程においてプロセスチューブ１内の
温度を一定に保持することが非常に重要であり、熱電対
（Thermocouple）を用いてプロセスチューブ１内の温度
を検出してヒータ２を制御するようになっている。FIG. 3 schematically shows the structure of a conventional diffusion furnace. As shown in FIG. 3, a quartz process tube 1 in which a wafer is placed is installed in the diffusion furnace, and a heater 2 for increasing the internal temperature of the process tube 1 is installed outside the process tube 1. Have been.
Then, power is applied to the heater 2 so that the process tube 1
Is heated to maintain the temperature in the process tube 1 at a predetermined process temperature, and a chemical reaction gas is injected into the process tube 1 to form an oxide film on the wafer. Here, it is very important to keep the temperature inside the process tube 1 constant in the diffusion process, and the heater 2 is controlled by detecting the temperature inside the process tube 1 using a thermocouple. Has become.
【０００４】即ち、プロセスチューブ１の内部には内側
熱電対４が設置され、プロセスチューブ１の外部には外
側熱電対３がそれぞれ設置されている。ヒータ２の温度
制御は主に外側熱電対３によって行われ、内側熱電対４
はプロセスチューブ１内の実際の温度を検出して、これ
により外側熱電対３の設置位置の関係上プロセスチュー
ブ１内の温度を正確に検出し得ないという問題を補償し
ている。なお、内側熱電対４は保護用チューブ５によっ
て保護されている。That is, an inner thermocouple 4 is installed inside the process tube 1, and an outer thermocouple 3 is installed outside the process tube 1. The temperature control of the heater 2 is mainly performed by the outer thermocouple 3 and the inner thermocouple 4
Compensates for the problem that the actual temperature in the process tube 1 is detected, whereby the temperature in the process tube 1 cannot be accurately detected due to the installation position of the outer thermocouple 3. The inner thermocouple 4 is protected by a protection tube 5.
【０００５】このような熱電対を用いたプロセスチュー
ブ１内の温度の検出は、水平形拡散炉の場合には通常３
箇所で行われ、また、垂直形拡散炉の場合には通常４箇
所で行われる。水平形拡散炉の場合はその長さは１６０
０ｍｍであり、検出ポイントは約２５０〜３５０ｍｍの
距離を置いて互いに離隔しており、第２検出ポイントｂ
を中心として第１検出ポイントａが前方に、第３検出ポ
イントｃが後方にそれぞれ位置している。従って、第１
乃至第３検出ポイントａ〜ｃに内側熱電対４がそれぞれ
位置するようにして、第１乃至第３検出ポイントａ〜ｃ
の温度を測定するように構成されている。[0005] The detection of the temperature in the process tube 1 using such a thermocouple is usually 3 in the case of a horizontal diffusion furnace.
In the case of a vertical diffusion furnace, it is usually performed in four places. In the case of a horizontal diffusion furnace, its length is 160
0 mm, the detection points are separated from each other by a distance of about 250 to 350 mm, and the second detection point b
, The first detection point a is located forward and the third detection point c is located rearward. Therefore, the first
The first to third detection points a to c are set so that the inner thermocouples 4 are respectively located at the third to third detection points a to c.
It is configured to measure the temperature of
【０００６】図４はこのような従来のプロセス温度検出
方法によって検出した温度特性曲線を示す図であって、
内側及び外側熱電対４，３によってヒータ２が制御さ
れ、プロセスチューブ１内の一定区間が所定温度の均熱
長に形成される。従って、安定した工程を行うために
は、この均熱長の中心に複数のウェーハを積載した石英
ボート６を正確にローディングして位置させなければな
らない。FIG. 4 is a diagram showing a temperature characteristic curve detected by such a conventional process temperature detecting method.
The heater 2 is controlled by the inner and outer thermocouples 4 and 3 so that a certain section in the process tube 1 is formed to have a uniform temperature length of a predetermined temperature. Therefore, in order to perform a stable process, the quartz boat 6 loaded with a plurality of wafers must be accurately loaded and positioned at the center of the soaking length.
【０００７】ここで、拡散炉の特性上、「Ａ」領域と
「Ｂ」領域では外部に露出されて熱損失が発生する。従
って、一定の温度に維持するために、「Ａ」領域と
「Ｂ」領域のためにヒータ２の加熱温度を点線で示すよ
うにかなり上げるようなヒートブロック（heat block)
を形成する。Here, due to the characteristics of the diffusion furnace, in the "A" region and the "B" region, heat is lost due to being exposed to the outside. Therefore, in order to maintain a constant temperature, a heating block for increasing the heating temperature of the heater 2 for the "A" region and the "B" region, as indicated by the dotted line, is used.
To form
【０００８】しかしながら、従来の温度検出方法では検
出ポイントが３箇所に限定されているので、検出ポイン
トａ〜ｃの間の中間領域の温度は検出することはできな
い。ところが、検出ポイントａ〜ｃの間にも僅かな温度
差があり、全体領域にわたって内部の温度を正確に検出
することができず、内部を所望の温度に保持することは
困難であった。However, in the conventional temperature detection method, since the number of detection points is limited to three, the temperature in the intermediate region between the detection points a to c cannot be detected. However, there is a slight temperature difference between the detection points a to c, and it is difficult to accurately detect the internal temperature over the entire area, and it is difficult to maintain the internal temperature at a desired temperature.
【０００９】さらに、複数のウェーハを積載した石英ボ
ート６のローディングに際して、正確な均熱長及びヒー
トブロックの位置を第１乃至第３検出ポイントａ〜ｃだ
けでの測定では検出することができないので、通常プロ
セスチューブ１の中間位置に当たる第２検出ポイントｂ
を中心として石英ボート６をローディングさせている。
言い換えれば、均熱長の中心位置に石英ボート６を正確
に配置しなければ、石英ボートに積載したウェーハの位
置によってウェーハに対する酸化膜の形成は変化するの
で、拡散工程において均一に酸化膜を形成することはで
きない。Further, when loading the quartz boat 6 loaded with a plurality of wafers, the accurate soaking length and the position of the heat block cannot be detected by measuring only the first to third detection points a to c. , A second detection point b which is normally located at an intermediate position of the process tube 1
The quartz boat 6 is loaded around the center.
In other words, if the quartz boat 6 is not accurately arranged at the center position of the soaking length, the formation of the oxide film on the wafer changes depending on the position of the wafer loaded on the quartz boat, so that the oxide film is formed uniformly in the diffusion process. I can't.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の温
度制御及び検出方法においては、石英ボートのローディ
ング位置の設定が難しく、第１乃至第３検出ポイント間
の領域において温度の変化があっても温度を正確に検出
することができず、従って、拡散工程に影響を与える特
定のプロセス条件の設定が困難であるという問題があっ
た。As described above, in the conventional temperature control and detection method, it is difficult to set the loading position of the quartz boat, and there is a change in temperature in the region between the first to third detection points. However, it is difficult to accurately detect the temperature, and it is therefore difficult to set specific process conditions that affect the diffusion process.
【００１１】そこで、本発明の目的は、プロセスチュー
ブ内の温度をその全長にわたって検出してプロセス温度
を一定に保持することによって、プロセスチューブ内の
ウェーハの位置に関係なく均一な工程を行うことができ
るようにした半導体素子製造用拡散炉のプロセス温度検
出方法及びその装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to perform a uniform process irrespective of the position of a wafer in a process tube by detecting the temperature in the process tube over its entire length and keeping the process temperature constant. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting a process temperature of a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, which are made possible.
【００１２】本発明の他の目的は、プロセスチューブ内
の均熱長及びヒートブロックの位置を正確に測定してウ
ェーハを積載した石英ボートを均熱長の中心に正確に位
置させることによって、安定した工程を行うことができ
るようにした半導体素子製造用拡散炉のプロセス温度検
出方法及びその装置を提供することにある。Another object of the present invention is to accurately measure the soaking length and the position of a heat block in a process tube to accurately position a quartz boat loaded with wafers at the center of the soaking length. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for detecting a process temperature of a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, which are capable of performing the above steps.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に基づく半導体素子製造用拡散炉のプロセス
温度検出方法は、半導体素子製造用拡散炉内に設置され
たプロセスチューブ内のプロセス温度を検出するための
方法において、前記プロセスチューブ内に一つの熱電対
を設置して、この熱電対をプロセスチューブの一端から
他端まで移動させながらプロセスチューブ内の全長にわ
たってプロセス温度を検出することを特徴とする。前記
熱電対の移動速度は５０〜３００ｍｍ／時とすることが
好ましく、これにより迅速かつ正確に検出することがで
きる。In order to achieve the above object, a method for detecting a process temperature of a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a process in a process tube installed in the diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device. In the method for detecting temperature, one thermocouple is installed in the process tube, and the process temperature is detected from one end of the process tube to the other end while detecting the process temperature over the entire length of the process tube. It is characterized by. It is preferable that the moving speed of the thermocouple is 50 to 300 mm / hour, whereby the detection can be performed quickly and accurately.
【００１４】また、本発明に基づく半導体素子製造用拡
散炉のプロセス温度検出装置は、プロセスチューブ内に
設置された一つの熱電対と、前記プロセスチューブの外
部に設置されて熱電対の一端に連結された移送部材と、
前記移送部材の直線移動を案内するガイドレールと、前
記熱電対が前記プロセスチューブの一端から他端までそ
の全長にわたって一定の速度で移動するように前記移送
部材を直線移動させる駆動部とからなることを特徴とす
る。The process temperature detecting device for a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is connected to one thermocouple installed inside the process tube and one end of the thermocouple installed outside the process tube. Transfer member,
A guide rail for guiding the linear movement of the transfer member, and a drive unit for linearly moving the transfer member so that the thermocouple moves from one end to the other end of the process tube at a constant speed over the entire length thereof. It is characterized by.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明による半導体素子製造用拡散炉のプロセス温度検出方
法及びその装置を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method and apparatus for detecting a process temperature of a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図１は本発明による拡散炉の構造を概略的
に示す。図１に示すように、拡散炉内には、拡散工程を
行うために、ウェーハを積載した石英ボート１９が入れ
られるプロセスチューブ１１が設置されており、このプ
ロセスチューブ１１の外部にはプロセスチューブ１１を
加熱して内部の温度を所定のプロセス温度に上げるため
のヒータ１２が設置されている。FIG. 1 schematically shows the structure of a diffusion furnace according to the present invention. As shown in FIG. 1, a process tube 11 in which a quartz boat 19 loaded with wafers is placed for performing a diffusion process is installed in a diffusion furnace, and a process tube 11 is provided outside the process tube 11. A heater 12 is provided for heating the inside to raise the internal temperature to a predetermined process temperature.
【００１７】ヒータ１２の加熱温度はプロセスチューブ
１１の外部に設置された外側熱電対１３によって制御さ
れ、外側熱電対１３によって検出されたプロセス温度の
変化によってヒータ１２の加熱温度を制御することによ
り、プロセス温度を所定の範囲内に一定に保持するよう
になっている。The heating temperature of the heater 12 is controlled by an outer thermocouple 13 installed outside the process tube 11, and the heating temperature of the heater 12 is controlled by a change in the process temperature detected by the outer thermocouple 13. The process temperature is kept constant within a predetermined range.
【００１８】ここで、外側熱電対１３は、プロセスチュ
ーブ１１の長手方向に対して中央に位置する第２検出ポ
イントｂと、この第２検出ポイントｂを中心として約２
５０〜３５０ｍｍ離れた前方及び後方位置にそれぞれ位
置する第１及び第３検出ポイントａ，ｃとに設置され、
第１乃至第３検出ポイントａ〜ｃでプロセスチューブ１
１の内部温度を検出する。Here, the outer thermocouple 13 has a second detection point b located at the center with respect to the longitudinal direction of the process tube 11 and about two centimeters around the second detection point b.
Installed at first and third detection points a and c respectively located at front and rear positions separated by 50 to 350 mm,
Process tube 1 at first to third detection points a to c
1 is detected.
【００１９】さらに、プロセスチューブ１１内には、プ
ロセスチューブ１１内の実際の温度を検出して外側熱電
対１３の誤差を補償するために、内側熱電対１４が設置
されている。内側熱電対１４は、石英の保護用チューブ
１５によって保護されるとともに、プロセスチューブ１
１の長手方向に移動可能に設置され、従って、プロセス
チューブ１１の全長にわたってプロセス温度を検出する
ことができる。即ち、プロセスチューブ１１内の内側熱
電対１４は、プロセスチューブ１１の外部に設置された
移送部材１６に連結されて、この移送部材１６の直線移
動に従ってプロセスチューブ１１内を長手方向に移動す
る。Further, an inner thermocouple 14 is provided in the process tube 11 for detecting an actual temperature in the process tube 11 and compensating for an error of the outer thermocouple 13. The inner thermocouple 14 is protected by a quartz protection tube 15 and the process tube 1.
1, so that the process temperature can be detected over the entire length of the process tube 11. That is, the inner thermocouple 14 in the process tube 11 is connected to the transfer member 16 installed outside the process tube 11, and moves in the process tube 11 in the longitudinal direction according to the linear movement of the transfer member 16.
【００２０】移送部材１６はガイドレール１７に案内さ
れており、移送部材１６は下部の駆動部１８によって直
線往復運動する。ガイドレール１７の長さを内側熱電対
１４の移動距離より少なくとも長く形成することによっ
て、内側熱電対１４がプロセスチューブ１１の一端から
他端まで全体の長さにわたって移動可能とすることが好
ましい。The transfer member 16 is guided by a guide rail 17, and the transfer member 16 reciprocates linearly by a lower drive unit 18. It is preferable that the length of the guide rail 17 be at least longer than the moving distance of the inner thermocouple 14 so that the inner thermocouple 14 can move from one end to the other end of the process tube 11 over the entire length.
【００２１】このように構成された半導体素子製造用拡
散炉において、駆動部１８によって移送部材１６を駆動
してガイドレール１７に沿って直線運動させると、これ
に連結された内側熱電対１４はプロセスチューブ１１内
を長手方向に直線移動しながら、プロセスチューブ１１
内の全長にわたってプロセス温度を検出する。この時、
熱電対の移動速度は５０〜３００ｍｍ／時に設定するこ
とが好ましい。もし移送速度を５０ｍｍ／時より遅くし
た場合には、正確なプロセス温度の検出は可能となる
が、プロセス温度の検出速度が遅くなって効率が低下す
る。一方、移送速度を３００ｍｍ／時より速くした場合
には、迅速な検出は可能となるが、正確な検出が困難と
なる。In the thus constructed diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, when the transfer member 16 is driven by the drive unit 18 to linearly move along the guide rail 17, the inner thermocouple 14 connected thereto is processed. While moving linearly in the longitudinal direction inside the tube 11, the process tube 11
The process temperature over the entire length of the inside. At this time,
The moving speed of the thermocouple is preferably set to 50 to 300 mm / hour. If the transfer speed is lower than 50 mm / hour, accurate detection of the process temperature is possible, but the detection speed of the process temperature is reduced and the efficiency is reduced. On the other hand, when the transfer speed is higher than 300 mm / hour, quick detection is possible, but accurate detection becomes difficult.
【００２２】図２は本発明に基づくプロセス温度検出方
法によって検出されたプロセス温度の特性曲線図であ
る。図２に示すように、一つの内側熱電対１４がプロセ
スチューブ１１の全長にわたって移動しながら温度を検
出するので、均熱長の位置及びヒートブロックの形成地
点を正確に検出することができるばかりでなく、プロセ
スチューブ１１の全長における微細な領域の温度を検出
することができる。FIG. 2 is a characteristic curve diagram of the process temperature detected by the process temperature detecting method according to the present invention. As shown in FIG. 2, since one inner thermocouple 14 detects the temperature while moving over the entire length of the process tube 11, the position of the soaking length and the formation point of the heat block can be accurately detected. Instead, it is possible to detect the temperature of a minute region in the entire length of the process tube 11.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、プロセスチューブ内の
プロセス温度を所定の値に保持することが可能となり、
ウェーハを積載した石英ボートのローディング時にも石
英ボートを均熱長の中央位置に正確にローディングさせ
ることができるので、安定した均熱長内で均一な拡散工
程を行うことができる。According to the present invention, the process temperature in the process tube can be maintained at a predetermined value.
Even when loading a quartz boat loaded with wafers, the quartz boat can be accurately loaded at the center position of the soaking length, so that a uniform diffusion process can be performed within a stable soaking length.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明による拡散炉の構造を概略的に示す図で
ある。FIG. 1 is a view schematically showing a structure of a diffusion furnace according to the present invention.
【図２】本発明のプロセス温度検出方法によるプロセス
温度の特性曲線図である。FIG. 2 is a characteristic curve diagram of a process temperature according to the process temperature detecting method of the present invention.
【図３】従来の拡散炉の構造を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a structure of a conventional diffusion furnace.
【図４】従来のプロセス温度検出方法によるプロセス温
度の特性曲線図である。FIG. 4 is a characteristic curve diagram of a process temperature according to a conventional process temperature detecting method.
１１ プロセスチューブ １２ ヒータ １３，１４ 熱電対 １５ 保護用チューブ １６ 移送部材 １７ ガイドレール １８ 駆動部 １９ 石英ボート 11 Process Tube 12 Heater 13, 14 Thermocouple 15 Protection Tube 16 Transfer Member 17 Guide Rail 18 Drive Unit 19 Quartz Boat
Claims (3)
プロセスチューブ内のプロセス温度を検出するための方
法において、 前記プロセスチューブ内に一つの熱電対を設置して、こ
の熱電対を前記プロセスチューブの一端から他端まで移
動させながら前記プロセスチューブ内の全長にわたって
プロセス温度を検出することを特徴とする半導体素子製
造用拡散炉のプロセス温度検出方法。1. A method for detecting a process temperature in a process tube installed in a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, comprising: installing one thermocouple in the process tube; A process temperature detecting method for a diffusion furnace for manufacturing a semiconductor device, wherein a process temperature is detected over the entire length of the process tube while moving from one end to the other end of the tube.
ｍ／時であることを特徴とする請求項１記載のプロセス
温度検出方法。2. The moving speed of the thermocouple is 50 to 300 m.
2. The process temperature detecting method according to claim 1, wherein the process temperature is m / hour.
熱電対と、 前記プロセスチューブの外部に設置されて熱電対の一端
に連結された移送部材と、 前記移送部材の直線移動を案内するガイドレールと、 前記熱電対が前記プロセスチューブの一端から他端まで
その全長にわたって一定の速度で移動するように前記移
送部材を直線移動させる駆動部と、からなることを特徴
とする半導体素子製造用拡散炉のプロセス温度検出装
置。3. A thermocouple installed in the process tube, a transfer member installed outside the process tube and connected to one end of the thermocouple, and a guide rail for guiding a linear movement of the transfer member. And a drive unit for linearly moving the transfer member so that the thermocouple moves from one end to the other end of the process tube at a constant speed over the entire length thereof. Process temperature detector.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| JPH1019687A true JPH1019687A (en) | 1998-01-23 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2020008806A1 (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-09 | 株式会社カネカ | Sensor system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR980005407A (en) | 1998-03-30 |
| KR100219413B1 (en) | 1999-09-01 |
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