TW202046422A - 溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題係在於提供一種新穎的溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法。本發明所提供之溫度分布評價方法係將加熱裝置40所具備的加熱區域40A之溫度分布予以評價；用前述加熱區域40A將半導體基板10及與該半導體基板10互相輸送原料的輸送接受體20予以加熱，且基於前述半導體基板10的基板厚變化量A來評價前述加熱區域40A的溫度分布。藉此，能夠實現因熱電偶的材料極限而起且為困難之1600℃至2200℃等的高溫度區域之溫度分布評價。

Description

溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法
本發明係關於一種溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法。
半導體器件(semiconductor device)製造的良率改善係在半導體製程(semiconductor process)裡藉由加熱環境中的溫度管理所實現。溫度管理舉例來說，在結晶成長製程(crystal growth process)、雜質導入製程、退火製程(annealing process)、蝕刻製程(etching process)等之中為重要。
例如，SiC(碳化矽)材料係作為比起Si(矽)材料等具有高的絕緣崩潰電場強度(dielectric breakdown electric field strength)與導熱率之適當的功率器件(power device)材料而備受期待。然而，碳化矽材料因碳化矽材料的熱穩定性而導致比起矽材料等要在高的溫度區域進行加熱。不限於碳化矽材料，有時比起矽材料具有高熔點的半導體材料的溫度管理比習知的矽半導體製程還困難。
在專利文獻1中記載著提供一種加熱爐溫度評價治具，係在碳化矽基板形成凹部，將熱電偶(thermocouple)配置於該凹部且使用具有耐熱接著構件的填充構件來固定，藉此能夠測定1600℃至1800℃的溫度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-8821號公報。
[發明所欲解決之課題]
在使用專利文獻1所記載之加熱爐溫度評價治具的情形下，必須從加熱區域外將熱電偶基線予以配線。因此，由於熱會從配線部位逸散，故存在著難以將加熱區域的溫度分布予以評價的問題。又，熱電偶的材料極限導致在1600℃至2200℃等的高溫度區域之溫度分布的評價為困難。
本發明的課題係在於提供一種新穎的溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法。 [用以解決課題之手段]
用以解決上述課題的本發明是一種溫度分布評價方法，係將加熱裝置所具備的加熱區域之溫度分布予以評價；在前述加熱區域將半導體基板及與該半導體基板互相輸送原料的輸送接受體予以加熱，且基於前述半導體基板的基板厚變化量來評價前述加熱區域的溫度分布。
如此，藉由基於半導體基板的基板厚變化量來將加熱區域的溫度分布予以評價，能夠不進行配線地在比熱電偶還高的溫度區域進行溫度分布評價。
在本發明之一較佳形態中，使前述半導體基板與前述輸送接受體相對地進行配置，且以在前述半導體基板與前述輸送接受體之間形成有溫度梯度(temperature gradient)的方式進行加熱。 又，在本發明之一較佳形態中，前述基板厚變化量是將形成於前述加熱區域內的溫度梯度作為驅動力而變化的量。 如此，藉由將溫度梯度設成基板厚變化量的驅動力，能夠高精度地將加熱區域的溫度分布予以評價。
在本發明之一較佳形態中，包含：測定點設定步驟，係在前述加熱區域內設定複數個測定點；基板配置步驟，係將前述半導體基板及前述輸送接受體配置在與前述測定點對應的位置；變化量測定步驟，係測定與前述測定點對應的前述半導體基板之前述基板厚變化量；以及變化量比較步驟，係將複數個前述基板厚變化量予以比較。
在本發明之一較佳形態中，前述測定點設定步驟係在前述加熱區域的水平方向設定複數個前述測定點。 藉由在這樣的方向設定測定點，能夠將加熱區域之水平方向的溫度分布予以測定。
在本發明之一較佳形態中，前述測定點設定步驟係在前述加熱區域的高度方向設定複數個前述測定點。 藉由在這樣的方向設定測定點，能夠將加熱區域之高度方向的溫度分布予以測定。
在本發明之一較佳形態中，前述基板配置步驟係將複數個前述半導體基板沿著前述測定點配置。 如此，藉由將複數個半導體基板沿著測定點配置，能夠在必須進行溫度分布測定的部位配置半導體基板。亦即，不需使用具有能夠覆蓋加熱區域全域之面積的半導體基板。
在本發明之一較佳形態中，前述基板厚變化量為蝕刻量或成長量。 如此，能夠基於蝕刻量及成長量來進行溫度分布評價。因此，能夠適當選擇容易測定的變化量來將溫度分布予以評價。
在本發明之一較佳形態中，前述半導體基板及前述輸送接受體係從SiC、GaN及AlN中的任一種材料所選擇。 藉由選擇此種材料之半導體基板及輸送接受體，能夠測定以熱電偶來說為困難的溫度區域之溫度分布。又，藉著因應欲測定之溫度區域來選擇最合適的半導體材料，能夠高精度地將溫度分布予以評價。
本發明也關於一種溫度分布評價裝置，係具備：溫度分布評價單元，係被配置於加熱裝置所具有的加熱區域；前述溫度分布評價單元係具有：半導體基板；以及輸送接受體，係與前述半導體基板相對而進行加熱，藉此互相輸送原料。 藉由使用這樣的溫度分布評價裝置，能夠不進行配線地在比熱電偶還高的溫度區域進行溫度分布評價。
在本發明之一較佳形態中，前述溫度分布評價單元係具有：設置具，係使前述半導體基板與前述輸送接受體相對而進行設置。 如此，藉由具有使半導體基板與輸送接受體相對而進行設置的設置具，能夠高精度地將半導體基板與輸送接受體的距離等予以調整。
在本發明之一較佳形態中，具備複數個前述溫度分布評價單元。 如此，藉由具備複數個溫度分布評價單元，不需使用具有能夠覆蓋加熱區域全域之面積的半導體基板。
在本發明之一較佳形態中，前述設置具係設有：第一抵接面，係供前述半導體基板抵接；以及第二抵接面，係供前述輸送接受體抵接。 如此，藉由具有供半導體基板及輸送接受體抵接的抵接面，能夠在半導體基板與輸送接受體之間形成準密閉空間，能夠更高精度地進行溫度分布評價。
在本發明之一較佳形態中，具有：定位機構，係將前述半導體基板及／或前述輸送接受體予以定位。 如此，藉由設置半導體基板的定位機構，能夠抑制非意圖之半導體基板或輸送接受體的偏移。
在本發明之一較佳形態中，前述定位機構是沿著前述半導體基板及／或前述輸送接受體的緣所設置的框部。 如此，藉由設置框部，能夠容易地進行定位。
在本發明之一較佳形態中，進一步具備將前述溫度分布評價單元予以收容的收容容器；前述收容容器係在加熱時於容器內形成包含構成前述半導體基板之元素的氛圍(atmosphere)。 如此，藉由具備將溫度分布評價單元予以收容的收容容器，能夠抑制原料從準密閉空間被排氣的情形。
在本發明之一較佳形態中，進一步具備將前述半導體基板予以收容的收容容器，且前述收容容器的一部分係由前述輸送接受體所構成。 如此，藉由將收容容器的一部分以輸送接受體構成，能夠一邊形成準密閉空間一邊進行半導體基板與原子的交付。
在本發明之一較佳形態中，前述半導體基板及前述輸送接受體係從SiC、GaN及AlN中的任一種材料所選擇。
又，本發明也關於一種均熱範圍的評價方法。亦即，本發明的一態樣之均熱範圍的評價方法係在加熱裝置的加熱區域中於前述加熱區域的複數個測定點將半導體基板及與前述半導體基板互相輸送原料的輸送接受體予以加熱，且基於前述半導體基板的基板厚變化量來評價前述加熱區域的均熱範圍。
在本發明之一較佳形態中，使前述半導體基板與前述輸送接受體相對地進行配置，且以在前述半導體基板與前述輸送接受體之間形成有溫度梯度的方式進行加熱。
在本發明之一較佳形態中，包含：測定點設定步驟，係在前述加熱區域內設定複數個測定點；基板配置步驟，係將前述半導體基板及前述輸送接受體配置在與前述測定點對應的位置；加熱步驟，係在前述加熱區域加熱前述半導體基板及前述輸送接受體，藉此使前述半導體基板的基板厚度變化；變化量測定步驟，係測定與前述測定點對應的前述半導體基板之基板厚變化量；以及變化量比較步驟，係將在複數個前述測定點的基板厚變化量予以比較。
在本發明之一較佳形態中，前述半導體基板及前述輸送接受體的加熱溫度為1600℃以上。
在本發明之一較佳形態中，前述半導體基板及前述輸送接受體的加熱溫度為1800℃以上。 [發明功效]
根據已揭示的技術，能夠提供一種新穎的溫度分布評價方法、溫度分布評價裝置以及均熱範圍的評價方法。
在一併結合圖式及申請專利範圍時，藉由參酌以下所記載的用以實施發明的形態，能夠明瞭其他的課題、特徵及優點。
以下，使用圖式對將本發明表示於圖式的較佳實施形態詳細地進行說明。 本發明之技術性範圍並非限定於隨附圖式所示的實施形態，在申請專利範圍所記載的範圍內能夠適宜變更。
[溫度分布評價方法] 本發明是將加熱裝置40所具備的加熱區域40A之溫度分布予以評價的溫度分布評價方法，具有：溫度分布評價步驟S1，係在加熱區域40A將半導體基板10及與該半導體基板10互相輸送原料的輸送接受體20予以加熱，且基於半導體基板10的基板厚變化量A來將加熱區域40A的溫度分布予以評價。
具體來說，如圖1所示，溫度分布評價步驟S1係包含：測定點設定步驟S10，係在加熱區域40A內設定複數個測定點P；基板配置步驟S20，係將半導體基板10及輸送接受體20配置在與測定點P對應的位置；加熱步驟S30，係在加熱區域40A將半導體基板10及輸送接受體20加熱，藉此使基板厚度變化；變化量測定步驟S40，係測定與測定點P對應之半導體基板10的基板厚變化量A；以及變化量比較步驟S50，係比較在複數個測定點P的基板厚變化量A。 以下，參照圖2及圖3，針對溫度分布評價步驟S1的詳細部分詳細地進行說明。
[測定點設定步驟S10] 測定點設定步驟S10是在加熱區域40A內設定複數個測定點P的步驟。 首先，針對作為本發明之溫度分布的測定對象之加熱裝置40進行說明。
圖2是作為本發明之溫度分布評價方法的測定對象之加熱裝置40的一例。另外，只要是具有將熱處理對象予以加熱的目的之加熱區域40A的裝置，就可以是本發明的測定對象。
加熱裝置40係具有：加熱室41，係形成有將熱處理對象予以加熱的加熱區域40A；台(stage)42，係能夠在加熱區域40A內設置熱處理對象；加熱器43，係形成加熱區域40A；真空形成閥44，係進行加熱室41內的排氣；以及惰性氣體注入用閥45，係對加熱室41內導入惰性氣體。
該加熱裝置40係以能夠於1000℃至2300℃的溫度區域將熱處理對象加熱的方式所構成。又，較佳為能夠於1600℃以上的溫度區域將熱處理對象加熱地構成，再較佳為能夠於1800℃以上的溫度區域將熱處理對象加熱地構成，再較佳為能夠於2000℃以上的溫度區域將熱處理對象加熱地構成。
於熱處理時的加熱室41內(加熱區域40A)係形成有溫度梯度。該溫度梯度係例如藉由微小的熱從台42與加熱室41的接觸部逸散而形成。在該情形下，能夠以溫度從加熱室41的上方向朝向下方向而下降的方式設置溫度梯度來將熱處理對象加熱。
又，可以採用藉由加熱器43形成溫度梯度的構成，例如加熱器43可以用在上側配置有多個加熱器的方式構成。又，加熱器43也可以用寬度隨著朝向上側而變大的方式構成。或者，加熱器43也可以用能夠將所供給的電力隨著朝向上側而放大的方式構成。 進一步地，也可以用溫度從下方向朝向上方向而下降的方式設置溫度梯度。
測定點P係能夠設定於加熱區域40A內之任意的位置。 圖2中的(a)係表示在加熱區域40A的水平方向設定了複數個測定點P的情形之側視圖。圖2中的(b)係表示在加熱區域40A的水平方向設定了複數個測定點P的情形之俯視圖。 又，當然也能夠在加熱區域40A的高度方向設定複數個測定點P。
[基板配置步驟S20] 基板配置步驟S20是將半導體基板10及輸送接受體20沿著已在測定點設定步驟S10設定的複數個測定點P配置的步驟。 圖3係表示將半導體基板10及輸送接受體20沿著圖2的測定點P1及測定點P2配置的樣子。具體來說，半導體基板10及輸送接受體20係以沿著複數個測定點P排列之方向而排列的方式配置，以複數個測定點P與半導體基板10的基板厚會變化的表面成為大致平行的方式配置即可。因此，可以是在半導體基板10的表面上存在測定點P，也可以是在離半導體基板10的表面一定距離的部位存在測定點P。
以半導體基板10來說，能夠使用藉由從用昇華法等製作的鑄錠(ingot)切片成圓盤狀而形成的半導體晶圓(seniconductor wafer)、或將單晶加工成薄板狀而成的單晶基板。另外，以作為單晶的結晶多型(crystal polymorphism)來說，也能夠採用任意的多型體(polytype)。 又，以作為半導體基板10的材料來說，能夠例示碳化矽基板、氮化鎵基板及氮化鋁基板。
輸送接受體20係由在加熱時與半導體基板10互相輸送原料的材料所構成，較佳為由與半導體基板10相同的材料所構成。例如，在半導體基板10由單晶碳化矽所構成之情形下，輸送接受體20係由單晶碳化矽或多晶碳化矽所構成。亦即，可以採用半導體基板10作為輸送接受體20。
在圖3中，針對加熱裝置40所形成的溫度梯度，表示了將半導體基板10配置在低溫側且將輸送接受體20配置在高溫側來使半導體基板10成長之形態，不過也可以相反地配置。亦即，針對加熱裝置40所形成的溫度梯度，也可以採用將半導體基板10配置在高溫側且將輸送接受體20配置在低溫側來將半導體基板10蝕刻之形態。
又，較佳為半導體基板10與輸送接受體20被配置在形成準密閉空間的收容容器30內。另外，本說明書中的「準密閉空間」係指以下的空間：容器內能夠抽真空，也能夠將在容器內產生的蒸氣之至少一部分予以封入。 藉由在這樣的準密閉空間進行原料(原子)的收受或交付，能夠抑制原料被排氣的情形，將基板厚變化量A更正確地測定。亦即，較佳為收容容器30在加熱時於容器內形成包含構成半導體基板10之元素的氛圍。
收容容器30較佳為由以下的高熔點材料所構成：具有與半導體基板10的材料之熔點同等或以上的熔點。具體來說，能夠例示屬於泛用耐熱構件的碳；屬於高熔點金屬的W、Re、Os、Ta、Mo；屬於碳化物的Ta9 C8 、HfC、TaC、NbC、ZrC、Ta2 C、TiC、WC、MoC；屬於氮化物的HfN、TaN、BN、Ta2 N、ZrN、TiN；屬於硼化物的HfB2 、TaB2 、ZrB2 、NB2 、TiB2 ；或者是與半導體基板10為同樣材料的SiC、GaN、AlN等。
在收容容器30係由與半導體基板10為同樣的材料所構成之情形下，在加熱時容器內能夠形成構成半導體基板10之元素的氛圍。又，可以在收容容器30內配置將與半導體基板10同樣之元素的蒸氣予以供給的蒸氣源。
又，能夠根據加熱裝置40的構成來選擇是否使用收容容器30。亦即，為加熱裝置40的加熱區域40A能夠形成準密閉空間之構成的情形下，不使用收容容器30地配置半導體基板10及輸送接受體20即可。另一方面，在加熱裝置40的加熱區域40A為開放系統之情形下，較佳為使用收容容器30。
[加熱步驟S30] 如圖3所示，加熱步驟S30是以在基板配置步驟S20配置的半導體基板10及輸送接受體20之間形成有溫度梯度之方式進行加熱的步驟。如此，在半導體基板10與輸送接受體20之間設置溫度梯度來加熱，藉此進行將溫度梯度作為驅動力的原子之輸送，進行半導體基板10的蝕刻或成長。
此時，在溫度因測定點P而異的情形下，半導體基板10以反映各測定點P之溫度的方式成長或蝕刻。亦即，若為加熱區域40A內的高溫部分，半導體基板10及輸送接受體20的蝕刻量E及成長量G會變大，在加熱區域40A的低溫部分中，蝕刻量E及成長量G會變小。
在圖3中，屬於高溫部分的測定點P1之蝕刻量E1及成長量G1變大，屬於低溫部分的測定點P2之蝕刻量E2及成長量G2變小。
[變化量測定步驟S40] 變化量測定步驟S40是將在加熱步驟S30已變化之半導體基板10的基板厚變化量A予以測定的步驟。該基板厚變化量A係能夠根據加熱步驟S30前的基板厚與加熱步驟S30後的基板厚求出。另外，該基板厚變化量A係包含蝕刻量E及成長量G。
作為測定手段來說，無特別限制地能夠採用包含電子顯微鏡、雷射顯微鏡及探針(probe)顯微鏡等的測定手法。例如，在加熱步驟S30後的半導體基板10之測定點P進行破裂，用電子顯微鏡觀察該破裂面，藉此能夠測定在測定點P的成長量G。 又，能夠事先在半導體基板10上形成對比度(contrast)在電子顯微鏡像中不同的成長層，且在加熱步驟S30後基於所觀察之成長層的量來測定蝕刻量E及成長量G。
[變化量比較步驟S50] 變化量比較步驟S50是針對每個測定點P比較在變化量測定步驟S40所測定之在各測定點P的基板厚變化量A的步驟。例如，將在圖3中的測定點P1與測定點P2的基板厚變化量A(成長量G)予以比較的情形下，測定點P1的成長量G1係比測定點P2的成長量G2還大。又，在使用半導體基板10作為輸送接受體20來比較基板厚變化量A(蝕刻量E)之情形下，測定點P1的蝕刻量E1係比測定點P2的蝕刻量E2還小。
根據以上可知，溫度在加熱區域40A中的測定點P1與測定點P2不同。又，可知測定點P2比測定點P1還低溫度。 另一方面，若基板厚變化量A(蝕刻量E及／或成長量G)因測定點P而為同程度，則可知在這些測定點P是同樣的加熱環境。
亦即，根據本發明之溫度分布測定方法，針對加熱裝置40的加熱區域40A測定在測定點P的基板厚變化量A，藉此能夠掌握在1600℃以上或1800℃以上的高溫環境下的加熱區域40A之均熱範圍。藉此，能夠有助於半導體製造製程中的溫度管理且對半導體器件製造的良率改善做出貢獻。
[溫度分布評價裝置] 接下來，參照實施形態1及實施形態2，對進行上述溫度分布評價之溫度評價裝置的形態詳細地進行說明。
[實施形態1] 以下，對本發明的實施形態1之溫度分布評價裝置詳細地進行說明。另外，在該實施形態中，對於與前面的溫度分布評價方法所表示的構成基本上相同的構成要素附加相同的符號而將說明簡略化。
實施形態1之溫度分布評價裝置係具備：溫度分布評價單元U，係被配置於加熱裝置40的加熱區域40A。如圖4所示，該溫度分布評價單元U係具有：半導體基板10；輸送接受體20，係與該半導體基板10相對而進行加熱，藉此互相輸送原料；以及設置具50，係使半導體基板10與輸送接受體20相對而進行設置。 又，在加熱裝置40的加熱區域40A不是準密閉空間的情形下，進一步地具備將溫度分布評價單元U予以收容的收容容器30。
收容容器30是具備能夠互相地嵌合的上容器31與下容器32之嵌合容器。於上容器31與下容器32的嵌合部係以能夠進行收容容器30內之排氣(抽真空)之方式形成有微小的間隙33。藉此，構成為能夠在收容容器30內形成準密閉空間。
又，收容容器30係構成為能夠在加熱時形成以下的材料環境：能夠形成包含矽蒸氣之氛圍。例如，採用屬於高熔點材料的TaC製的上容器31及下容器32，且採用已在該容器之內側形成矽化鉭(tantalum silicide)層的構成。藉由如此地構成，在加熱時矽蒸氣從矽化鉭層產生，能夠將收容容器30內設成矽蒸氣壓空間。又，也可以採用在加熱時供給矽蒸氣與碳蒸氣的多晶碳化矽製之收容容器30。
在本實施形態中，對半導體基板10及輸送接受體20採用單晶碳化矽基板來詳細地說明，不過也可以因應欲測定的溫度區域來採用氮化鋁基板或氮化鎵基板。
以半導體基板10及輸送接受體20來說，能夠例示從用昇華法等製作的鑄錠切片成圓盤狀而成的碳化矽晶圓或將單晶碳化矽加工成薄板狀而成的碳化矽基板。另外，以作為單晶碳化矽的結晶多型來說，也能夠採用任意的多型體。 又，能夠例示單晶基板或多晶基板。又，該單晶基板係可在表面具有磊晶成長(epitaxial growth)層。又，該磊晶成長層也可以是與單晶基板的材料不同之材料。
設置具50係具有：支持部51，係在半導體基板10與輸送接受體20之間形成間隙51H；第一抵接面52，係供半導體基板10抵接；第二抵接面53，係供輸送接受體20抵接；以及框部54(定位機構)，係沿著半導體基板10及輸送接受體20的緣所設置。
以支持部51所形成的間隙51H來說，較佳為100 mm以下，更佳為50 mm以下，更佳為20 mm以下，更佳為10 mm以下，再較佳為7 mm以下，再較佳為5 mm以下，再較佳為3.5 mm以下，再較佳為3 mm以下，再較佳為2.7 mm以下。以設置具間隙來說，較佳為0.7 mm以上，更佳為1.0 mm以上，更佳為1.2 mm以上，再較佳為1.5 mm以上，再較佳為1.7 mm以上。該間隙51H是基板間距離，且是後述的原料輸送之輸送源及輸送目標之間的距離。
第一抵接面52及第二抵接面53係以能夠與半導體基板10及輸送接受體20之外緣部抵接的方式所形成，且被設定成於間隙51H形成有準密閉空間的大小。因此，該第一抵接面52及第二抵接面53係成為於內側設有貫通孔之構成。
框部54是以下的定位機構：沿著半導體基板10及／或輸送接受體20的緣(外形)所設置，且抑制半導體基板10或輸送接受體20從第一抵接面及第二抵接面偏移之情形。在圖4中表示了在設置具50的全周部設置框部54的例子，不過也可以例如在一部分設置凸部來形成定位機構。又，也可以採用在設置具50的單面形成定位機構的形態。
又，以框部54的高度54H來說，較佳為半導體基板10或輸送接受體20之厚度以下。如此，藉由將高度54H設成半導體基板10或輸送接受體20之厚度以下，能夠使框部54與被配置於設置具50下的半導體基板10或輸送接受體20緊貼。 另外，設置具50的長度係能夠例示4.0 mm，寬度係能夠例示8.0 mm。又，設置具50中的貫通孔之寬度舉例來說為2.0 mm。
設置具50的材料較佳為具有與半導體基板10及輸送接受體20同樣的構成元素。
接下來，參照圖5及圖6，針對使用實施形態1之溫度分布測定裝置來測定溫度分布的步驟詳細地進行說明。
實施形態1中的溫度分布評價方法係包含：測定點設定步驟S10(未圖示)，係在加熱區域40A設定複數個測定點P；基板配置步驟S20，係將由兩個半導體基板10及設置具50所構成的溫度分布評價單元U配置在與測定點P對應的位置，該設置具50係使半導體基板10相對地進行設置；加熱步驟S30，係接在基板配置步驟S20之後，將溫度分布評價單元U加熱；變化量測定步驟S40，係接在加熱步驟S30之後，測定半導體基板10之基板厚變化量A(蝕刻量E及／或成長量G)；以及變化量比較步驟S50，係將在複數個測定點P的基板厚變化量A予以比較。
如圖6所示，實施形態1之測定點設定步驟S10係將複數個測定點P設定於加熱區域40A的水平方向D1。又，該測定點P可以設定成排列於加熱區域40A中的垂直方向D2，也可以設定成排列於水平方向D1及／或垂直方向D2。
實施形態1之加熱步驟S30係能夠理解成包含：原料輸送步驟，係將原料從一個半導體基板10向另一個半導體基板10輸送。 如圖5所示，在實施形態1中溫度分布評價單元U被加熱時，昇華氣體被從半導體基板10向原料輸送空間Y輸送。另外，本說明書中的昇華氣體與原料是同義。
昇華氣體的產生及輸送係能夠理解成藉由持續以下所示的1)至5)而進行。
1)　SiC(s)→Si(v)+C(s) 2)　2C(s)+Si(v)→SiC2 (v) 3)　C(s)+2Si(v)→Si2 C(v) 4)　Si(v)+SiC2 (v)→2SiC(s) 5)　Si2 C(v)→Si(v)+SiC(s)
1)的說明：藉由一個半導體基板10(SiC(s))之加熱，矽原子(Si(v))優先地脫離(矽原子昇華步驟)。 2)及3)的說明：藉著矽原子(Si(v))脫離而殘留在半導體基板10的表面的碳(C(s))係與原料輸送空間Y內的矽蒸氣(Si(v))反應，藉此成為Si2 C或者是SiC2 等而在原料輸送空間Y內昇華(碳原子昇華步驟)。 4)及5)的說明：已昇華的Si2 C或者是SiC2 等係藉由溫度梯度而到達／擴散至另一個半導體基板10的表面的台階(terrace)，且到達階(step)，藉此成長層係繼承半導體基板10之表面的多型而成長／形成(階流動成長(step-flow growth))。
加熱步驟係包含：矽原子昇華步驟，係使矽原子從半導體基板10熱昇華；以及碳原子昇華步驟，係使殘留於半導體基板10的碳原子與原料輸送空間Y內的矽原子結合，藉此使碳原子昇華。
加熱步驟係包含：蝕刻步驟，係基於矽原子昇華步驟及碳原子昇華步驟將作為原料之輸送源的半導體基板表面予以蝕刻。 又，原料輸送步驟係包含：磊晶成長層形成步驟，係在作為原料之輸送目標的半導體基板表面上進行基於上述階流動成長的磊晶成長層形成。
加熱步驟係能夠理解成：已在原料輸送空間Y中擴散的Si2 C或SiC2 等於輸送目標處成為過飽和且凝結。實施形態1中的成長層之形成係能夠理解成是基於物理氣相輸送(Physical Vapor Transport)。
實施形態1中的原料輸送之驅動力係能夠理解成：舉例來說，是因在溫度分布評價單元U內所形成之溫度梯度而起的半導體基板10間的溫度差。
因相對的兩個半導體基板表面之結晶構造而起的化學位能差也能夠理解成是原料輸送的驅動力。例如能夠理解成：在包含相對的單晶基板表面及多晶基板表面之溫度分布評價單元U中，因基板表面之結晶構造而起的蒸氣壓差會成為原料輸送的驅動力。
變化量測定步驟S40係測定半導體基板10的基板厚變化量A(蝕刻量E及／或成長量G)。此時，基板厚變化量A係藉由例如取得因剖面觀察或表面觀察所致的凹凸形狀來測定。可以分別與同一半導體基板10的表面上不同點對應。特別是，在本實施形態中，由於半導體基板10與設置具50抵接之部位的基板厚變化被抑制，故能夠容易地用雷射顯微鏡等來測定基板厚變化量A。
實施形態1中的變化量比較步驟S50係基於藉由變化量測定步驟S40所得到的基板厚變化量A，將加熱區域40A中的溫度分布予以評價。 作為例子，實施形態1中的評價步驟係基於基板厚變化量A、與半導體基板10的表面對應的分壓差、面密度、脫離係數、昇華氣體的分子量及氣體常數，將加熱區域40A中的溫度分布予以評價。該分壓差係基於與半導體基板10的表面各自對應之蒸氣壓與溫度差而決定。
根據本實施形態之溫度分布評價裝置，藉由使用設置具50來使半導體基板10與輸送接受體20相對，能夠容易地測定蝕刻量E及成長量G。亦即，在供半導體基板10(或輸送接受體20)與設置具50抵接的第一抵接面52(或第二抵接面53)上，蝕刻或成長係被抑制。因此，於加熱步驟S30後的表面係形成有與成長量G或蝕刻量E對應的階差。藉由測量該階差的高度，能夠容易地得到基板厚變化量A。
又，根據本實施形態之溫度分布評價裝置，藉由在加熱區域40A內配置複數個溫度分布評價單元U，能夠以少量的半導體基板10之面積得到被設定在加熱區域40A的測定點P之基板厚變化量A。
[實施形態2] 以下，針對本發明的實施形態2之溫度分布評價裝置詳細地進行說明。另外，在該實施形態中，對於與前面的溫度分布評價方法及實施形態1所示的構成基本上相同的構成要素，附上相同的符號而將說明簡略化。
實施形態2之溫度分布評價裝置係具備：半導體基板10；以及收容容器30，係收容該半導體基板10。以該收容容器30來說，容器的至少一部分係由輸送接受體20所構成。
半導體基板10係被設定成面積橫跨被設定在加熱區域40A的複數個測定點P。例如，能夠例示2吋以上、4吋以上、6吋以上、8吋以上的晶圓。
收容容器30係由例如多晶碳化矽所構成。能夠如此地將收容容器30自身用與半導體基板10互相輸送原料的輸送接受體20來構成。
又，在與實施形態1同樣地採用使用設置具50來使半導體基板10彼此對峙之構成的情形下，收容容器30的材料係能夠採用上述的高熔點材料。 又，雖然未圖示，也可以在收容容器30的外側進一步地配置容器。
根據實施形態2之溫度分布評價裝置，藉由採用面積橫跨複數個測定點P之半導體基板10，能夠遍及更廣範圍地將加熱區域40A的溫度分布予以評價。特別是，由於能夠掌握加熱區域40A中的均熱範圍之臨限值，故能夠有助於半導體製造製程中的溫度管理且對半導體器件製造的良率改善做出貢獻。
[參考例] 如圖8所示，基板厚變化速度R1係具有輸送源及輸送目標的距離依存性。 以圖8中的原料輸送來說，輸送源及輸送目標分別為半導體基板10及收容容器30。收容容器30的材料為多晶碳化矽。此時，藉由在半導體基板10的一端插入分隔物(spacer)來賦予傾斜，且掌握輸送源及輸送目標的距離依存性。能夠理解成：在輸送源及輸送目標的距離為1.7 mm至2.7 mm的範圍時，基板厚變化速度R1係增加。
[實施例] 用以下的方法嘗試溫度分布評價(實施例)。另外，於以下說明實施例的條件。
[測定點設定步驟S10] 在測定點設定步驟S10中，針對直徑15 cm的加熱區域40A，設定了測定點P1至測定點P7。具體來說，測定點P1係設定於距離加熱區域40A的大致中心-7.5 cm之位置，測定點P2係設定於距離加熱區域40A的大致中心-5.0 cm之位置，測定點P3係設定於距離加熱區域40A的大致中心-2.5 cm之位置，測定點P4係設定於距離加熱區域40A的大致中心0.0 cm之位置，測定點P5係設定於距離加熱區域40A的大致中心2.5 cm之位置，測定點P6係設定於距離加熱區域40A的大致中心5.0 cm之位置，測定點P7係設定於距離加熱區域40A的大致中心7.5 cm之位置。 另外，該測定點P1至測定點P7係排列成一直線。
[基板配置步驟S20] 在基板配置步驟S20中，將溫度分布評價單元U配置在與測定點P1至測定點P7對應的位置，該溫度分布評價單元U係藉由設置具50使以下的半導體基板10相對。另外，溫度分布評價單元U係收容於收容容器30。
[半導體基板10] 基板材料：4H-SiC單晶。 基板尺寸：12mm(橫寬)、4mm(縱寬)、0.3mm(厚度)。 偏離方向(off-direction)及偏離角(off-angle)：＜11-20＞方向偏離4°。
[設置具50] 構件材料：多晶碳化矽。 構件尺寸：0.3 mm(設置具間隙)、0.2 mm(設置具框寬)、8 mm × 3 mm(設置具框長)。
[收容容器30] 容器材料：TaC。 矽化鉭層：有。 容器尺寸：160mm(直徑)、60mm(高度)。
[加熱步驟S30] 將已用上述基板配置步驟S20之條件配置的半導體基板10用以下的加熱條件加熱。 [加熱條件] 加熱溫度：1800℃。 溫度梯度：1℃／mm。 加熱時間：1h。
[變化量測定步驟S40] 將測定在測定點P1至測定點P7的基板厚變化量A且轉換成基板厚變化速度R1的說明圖表示於圖9。該基板厚變化量A係藉由雷射顯微鏡測定。另外，被配置在高溫側的半導體基板10之蝕刻量E與被配置在低溫側的半導體基板10之成長量G是同程度的值。
[變化量比較步驟S50] 如圖9所示，在加熱後的溫度評價器1中所測定之基板厚變化速度R1係依存於距離加熱區域40A的大致中央部之距離。又，由圖9可知，在加熱區域40A中，測定點P3至測定點P5的範圍係能夠評價為均熱區域。又，在測定點P2至測定點P6的範圍中，也能夠評價為不對半導體製造製程造成壞影響的溫度區域。
另外，本實施例中的基板厚變化速度R1之位置依存性係能夠理解為：例如因熱流之產生而起的加熱區域40A的大致略端部處的溫度降低，該熱流係經由支持收容容器30的支柱及與收容容器30之接觸點。
根據本發明，能夠一邊保持收容容器內的準密閉空間一邊適當地將加熱區域中的溫度分布予以評價。藉此，能夠實現由不透過紅外線等的材料所密閉之區域中的溫度分布評價。
又，根據本發明，在半導體基板間距離一樣的空間進行將基板表面間的分壓差作為驅動力的原料輸送。藉此，能夠抑制蝕刻速度及磊晶成長層之成長速度的面內不均，且能夠適當地進行基於基板厚變化量的溫度分布評價。
10:半導體基板 20:輸送接受體 30:收容容器 31:上容器 32:下容器 33,51H:間隙 40:加熱裝置 40A:加熱區域 41:加熱室 42:台 43:加熱器 44:真空形成閥 45:惰性氣體注入用閥 50:設置具 51:支持部 52:第一抵接面 53:第二抵接面 54:框部(定位機構) 54H:高度 A:基板厚變化量 D1:水平方向 D2:垂直方向 E,E1,E2:蝕刻量 G,G1,G2:成長量 P,P1~P7:測定點 R1:基板厚變化速度 U:溫度分布評價單元 Y:原料輸送空間
[圖1]是說明本發明之溫度分布評價方法的溫度分布評價步驟之概略圖。 [圖2]是說明本發明之溫度分布評價方法的測定點設定步驟之概略圖。 [圖3]是說明本發明之溫度分布評價方法中的從基板配置步驟到變化量比較步驟之概略圖。 [圖4]是實施形態1之溫度分布測定裝置的說明圖。 [圖5]是實施形態1之溫度分布測定裝置的說明圖。 [圖6]是實施形態1之溫度分布測定裝置的說明圖。 [圖7]是實施形態2之溫度分布測定裝置的說明圖。 [圖8]是將參考例中的基板厚變化速度裡的輸送源及輸送目標之距離依存性予以表示的圖表等。 [圖9]是將實施例中的基板厚變化速度之位置依存性予以表示的圖表等。

Claims (23)

  1. 一種溫度分布評價方法，係將加熱裝置所具備的加熱區域之溫度分布予以評價； 前述溫度分布評價方法係在前述加熱區域將半導體基板及與前述半導體基板互相輸送原料的輸送接受體予以加熱，且基於前述半導體基板的基板厚變化量來評價前述加熱區域的溫度分布。
  2. 如請求項1所記載之溫度分布評價方法，其中使前述半導體基板與前述輸送接受體相對地進行配置，且以在前述半導體基板與前述輸送接受體之間形成有溫度梯度的方式進行加熱。
  3. 如請求項1或2所記載之溫度分布評價方法，其中前述基板厚變化量是將形成於前述加熱區域內的溫度梯度作為驅動力而變化的量。
  4. 如請求項1或2所記載之溫度分布評價方法，其中包含： 測定點設定步驟，係在前述加熱區域內設定複數個測定點； 基板配置步驟，係將前述半導體基板及前述輸送接受體配置在與前述測定點對應的位置； 變化量測定步驟，係測定與前述測定點對應的前述半導體基板之前述基板厚變化量；以及 變化量比較步驟，係將複數個前述基板厚變化量予以比較。
  5. 如請求項4所記載之溫度分布評價方法，其中前述測定點設定步驟係在前述加熱區域的水平方向設定複數個前述測定點。
  6. 如請求項4所記載之溫度分布評價方法，其中前述測定點設定步驟係在前述加熱區域的高度方向設定複數個前述測定點。
  7. 如請求項4所記載之溫度分布評價方法，其中前述基板配置步驟係將複數個前述半導體基板沿著前述測定點配置。
  8. 如請求項1或2所記載之溫度分布評價方法，其中前述基板厚變化量為蝕刻量或成長量。
  9. 如請求項1或2所記載之溫度分布評價方法，其中前述半導體基板及前述輸送接受體係從SiC、GaN及AlN中的任一種材料所選擇。
  10. 一種溫度分布評價裝置，係具備： 溫度分布評價單元，係被配置於加熱裝置的加熱區域； 前述溫度分布評價單元係具有： 半導體基板；以及 輸送接受體，係與前述半導體基板相對而進行加熱，藉此互相輸送原料。
  11. 如請求項10所記載之溫度分布評價裝置，其中前述溫度分布評價單元係具有：設置具，係使前述半導體基板與前述輸送接受體相對而進行設置。
  12. 如請求項11所記載之溫度分布評價裝置，其中前述設置具係設有： 第一抵接面，係供前述半導體基板抵接；以及 第二抵接面，係供前述輸送接受體抵接。
  13. 如請求項11或12所記載之溫度分布評價裝置，其中前述設置具係具有：定位機構，係將前述半導體基板及／或前述輸送接受體予以定位。
  14. 如請求項13所記載之溫度分布評價裝置，其中前述定位機構是沿著前述半導體基板及／或前述輸送接受體的緣所設置的框部。
  15. 如請求項10至12中任一項所記載之溫度分布評價裝置，其中具備複數個前述溫度分布評價單元。
  16. 如請求項10至12中任一項所記載之溫度分布評價裝置，其中進一步具備：收容容器，係收容前述溫度分布評價單元； 前述收容容器係在加熱時於容器內形成包含構成前述半導體基板之元素的氛圍。
  17. 如請求項10至12中任一項所記載之溫度分布評價裝置，其中進一步具備：收容容器，係收容前述半導體基板； 前述收容容器的一部分係由前述輸送接受體所構成。
  18. 如請求項10至12中任一項所記載之溫度分布評價裝置，其中前述半導體基板及前述輸送接受體係從SiC、GaN及AlN中的任一種材料所選擇。
  19. 一種均熱範圍的評價方法，係在加熱裝置的加熱區域中於前述加熱區域的複數個測定點將半導體基板及與前述半導體基板互相輸送原料的輸送接受體予以加熱，且基於前述半導體基板的基板厚變化量來評價前述加熱區域的均熱範圍。
  20. 如請求項19所記載之均熱範圍的評價方法，其中使前述半導體基板與前述輸送接受體相對地進行配置，且以在前述半導體基板與前述輸送接受體之間形成有溫度梯度的方式進行加熱。
  21. 如請求項19或20所記載之均熱範圍的評價方法，其中包含： 測定點設定步驟，係在前述加熱區域內設定複數個測定點； 基板配置步驟，係將前述半導體基板及前述輸送接受體配置在與前述測定點對應的位置； 加熱步驟，係在前述加熱區域加熱前述半導體基板及前述輸送接受體，藉此使前述半導體基板的基板厚度變化； 變化量測定步驟，係測定與前述測定點對應的前述半導體基板之前述基板厚變化量；以及 變化量比較步驟，係將在複數個前述測定點的前述基板厚變化量予以比較。
  22. 如請求項19或20所記載之均熱範圍的評價方法，其中前述半導體基板及前述輸送接受體的加熱溫度為1600℃以上。
  23. 如請求項19或20所記載之均熱範圍的評價方法，其中前述半導體基板及前述輸送接受體的加熱溫度為1800℃以上。
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