JPS63311722A - 熱処理装置の温度設定方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造過程において酸化・拡散等
の熱処理に使用される熱処理装置の温度設定方法に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体装置の製造過程で行われる酸化・拡散
等の熱処理において、炉芯管の内部に複数の温度検出用
基板を載置した状態で炉芯管内の温度分布を正確に把握
することにより、品質の均一な半導体装置の提供を可能
とするものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造過程で行われる酸化、拡散等の熱処理
においては、一度に複数枚まとめて炉芯管内へ挿入され
る各基板の温度を正確に把握することが、各基板におけ
る酸化膜厚や不純物活性化の均一性を達成するうえで重
要である。

従来、炉芯管内の温度の制御は、補助的に熱電対を使用
し、その熱電対から得られる温度デニタによって炉芯管
内の雰囲気温度を設定値に合わせることにより行われて
いた。すなわち、従来の方法では、実処理用の基板を炉
芯管の内部に載置して所定の熱処理を行う以前に、まず
基板を炉芯管の内部に載置しない状態で該炉芯管を加熱
手段により加熱し、その時の炉芯管内の雰囲気温度を熱
電対で測定していた。この温度データを利用して設定値
との差に応して加熱手段の出力が調整され、炉芯管内が
適当な温度分布に調整されたところではじめて基板がＲ
置され、所要の熱処理が行われていた。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところで、これらの熱処理においては、まず基板をか芯
管内に載置しない状態で、炉芯管内の温度の調整を図る
ための加熱が行われる。しかし、実際に基板を熱処理す
るために、各基板を所定のボート上に載置して炉芯管内
に挿入した状態では、これら挿入された各基板によって
温度分布が変化するので、上記熱電対を使用し”Ｃ調整
した加熱手段の出力では炉芯管内の温度分布を均一に保
つことはできない。このため、たとえば熱酸化の場合で
は、各基板表面における酸化膜厚に同じバッチ内でも差
が生ずる等の問題が生ずることになる。

一方、このような温度分布の不均一性を補償する方法と
して、炉芯管の下部の温度が上部に比べて若干高くなる
ように温度勾配を設ける方法も提案されているが、完全
に上述の問題点を解決するには至っていない。

そこで本発明は、炉芯管の内部の温度分布を均一なもの
とする熱処理装置の温度設定力法を提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明は、上述のような従来の問題点を解決するために
提案されたものである。すなわら、本発明にかかる熱処
理装置のＩｎ度設定方法は、所定の間隔で複数の基板が
載置される；１Ｆ−）部をか芯管内に挿入し、その炉芯
管の周囲に設けられたＩＪ［）熱手段からの熱により熱
処理を行う熱処理配置に適用され、温度検出用基板を上
記ボート部に賎ｔ′７シ、その温度検出用基板に温度検
出手段を接触さセた状態で温度検出を行い、熱処理温度
を設定することを特１衣とするものである。

〔作用〕

本発明にかかる熱処理装置の温度設定方法においては、
炉芯管内に予め温度検出用基板を載置し、該温度検出用
）！！、仮に直接に温度検出手段が接触できるような構
造を採用して温度設定を行うことにより、実際の熱処理
時と同様な熱的環境を実現することができ、炉芯管内の
温度が各基板の位置において正確に測定できる。したが
って、炉芯管内における温度分布を均一とするような制
御が可能となり、半導体装置の品質および歩留りが大幅
に向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、複数の基板が等間隔に同心軸上に並べられ
、複数のボートによって垂直に支持される縦型炉を用い
た酸化工程に、本発明にががる温度設定方法を適用した
例である。

まず、本実施例に使用される縦型炉の構成を、第１図お
よび第２図を参照しながら説明する。

第１図は、上記町型炉の概略ｉα断面図であり、第２図
は概略横断面図（Ａ　−Ａ線断面図）である。

これらの図において、円筒形の炉芯管（１）は部分的に
温度制御の可能な加熱手段である）・−ナラ型のヒータ
ー（２）の中央部に設置され、該炉芯管（１）の上部は
排気系統あるいは雰囲気ガスの（１大給系抗に接続され
ている。また、上記炉芯管（１）の内部には複数の基板
（３）を一定間隔で同心軸−Ｌに支持することのできる
４木のボー１部（４）が直々している。これらのボート
部（４）は、基１反（３）の１１σ１ノ１の温度分布を
できるだけ均一に保つことが、″きれば、同図に示す本
数および配置６ｍ　Ｉ＋ｒ４定、５れるもＣ゛）ではな
い。上記ボート部（１）は、上記炉心管（１）の最下部
にある挿入口（５）と接してこれを１Ｌ゛閉ダるボート
７台（６）と一体化されており、該ボート置台（６）を
昇降さ仕ることにより、基１反（３）の出入れを行うこ
とができる。上記ボートπ台（６）　には、温度検出手
段として石英カバーで保護された熱電対（７）が垂直に
貫通しており、１こと、えば略円板状の各基板（３）の
オリエンテーシゴン・フラットと接触するように載置さ
れている。このため、各基板（３）ごとの温度計測が可
能となっている。

上記熱電対（７）は各基板（３）との接触部における温
度ムこ応じた熱起電力を発生するので、該熱電対（７）
を適当な外部回路（図示せず。）に接続すれば、各基板
（３）の温度を知ることができる。このようにして計４
１１１された温度にもとづいて、炉芯管（１）内の温度
分布が均一となるように上記ヒーター（２）の温度を部
分的に制御する。

上述のような構成を有する縦型炉において温度設定を行
うためには、まずヒーター（２）でか芯管（１）を実際
の熱処理を行うべき所定の温度に加熱しておく。一方、
ボート部（４）には複数の温度検出用基板（３ａ）を同
心軸上にかつ等間隔で並ぶようＳ！置させる。この温度
検出用基板（３ａ）として、実際に熱処理を行う基板と
同じものを使用することで、温度分布の均一性を高める
ことができる。次に、ボート置台（６）を昇降させてこ
れを挿入口（５）に密着させることにより上記炉芯管（
１）内の所定の位置まで該ポート部（４）を挿入して該
炉芯管（１）内を密閉系とし、所望の雰囲気に調整する
。このとき、熱電対（７）は各温度検出用基板（３ａ）
に接触させる。このように熱電対（７）を温度検出用基
板（３ａ）に接触させることで、実処理時の基板の温度
と同様の温度を検出することができる。

次に、各温度検出用基板（３ａ）の温度に応じて各熱電
対（７）に発生した熱起電力の信号を外部回路にて処理
し、適切な設定値との誤差を検出する。

次に、この検出された誤差にもとづいてヒーター（２）
の出力を部分的に調節し、炉芯管（１）内の温度分布を
均一とする。

次に、上記温度検出用基板（３ａ）を取出し、代わりに
実処理用の基板（３）を挿入して熱処理を行う。

この熱処理時には、上述のような温度検出用基板（３ａ
）を使用して加熱手段であるヒーター（２）の出力が調
節されており、炉芯管内の温度分布が均一なものとされ
ていることから、極めて均一性の高い熱処理が実現され
ることになる。

ここで、本発明を実験例にもとづいてさらに説明する。

第１表には、９枚の実処理用の基板（３）をボート部（
４）の上下方向に所定間隔だけ離間して該ボート部（４
）に載置し、これを炉芯管（１）内に挿入し、上述の手
順にて９００°Ｃで一定時間の熱酸化を行った結果を示
す、同表にはまた比較例として、予め炉芯管内に温度検
出用基板（３ａ）を′Ｒ装第１表 せずに炉芯管（１）内の温度分布を均一とした後、同様
に熱酸化を行った結果も合わせて示す０表中、基板の位
置を表す数字は、炉芯管内の上部から下部へ向かうにつ
れて大きくなっている。

この実験においては、基板の温度が高い程、一定時間内
に形成される酸化膜の膜厚は大きい、したがって、第１
表においては、各基板上の酸化膜厚の変異係数（σ／平
均値）が少ない程、炉芯管内の温度分布が均一であるこ
とになる。実際、本実施例における変異係数はわずか１
．１７％であり、非常に良好であることがわかる。これ
に対し、比較例においては変異係数が９．４３％にも達
し、炉芯管の下部に向かう程、温度が低くなっているこ
とがわかる。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明にかかる熱処
理装置の温度設定方法においては、予め複数の温度検出
用基板を炉芯管内に載置し、該基板と接触可能な位置に
配置された温度検出手段によって炉芯管内の温度分布を
均一に調整することができる。これにより、実処理用の
基板を挿入した際にも均一な温度分布を維持することが
容易となる。

したがって、各ハツチ内の製品の品質のばらつきおよび
歩留りが著しく改善され、信頼性の高い半導体装置等の
提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる熱処理装置の温ｊ！￥設定方
法に適用される屯型枦の＋ｉｌＢ！ｌ！縦断面図、第２
図はその概略横断面図（Ａ−Ａ腺μη面図）である。 ■・・・炉芯管 ２・・・　ヒーター ３　・・・　基十反 ４・・・ボート部 ７・・、熱電対 く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の間隔で複数の基板が載置されるボート部を炉芯管
   内に挿入し、その炉芯管の周囲に設けられた加熱手段か
   らの熱により熱処理を行う熱処理装置の温度設定方法に
   おいて、 温度検出用基板を上記ボート部に載置し、その温度検出
   用基板に温度検出手段を接触させた状態で温度検出を行
   い、熱処理温度を設定することを特徴とする熱処理装置
   の温度設定方法。