(57)【要約】【課題】拡散炉の内部の温度を正確に測定することができる拡散炉用熱電対を得る。【解決手段】ウェハ用ボート２４上に、複数の擬似ウェハ２６が一列に整列された状態で積載されている。複数の擬似ウェハ２６は、それぞれ中央部まで達する切り込み２８を有する。複数の擬似ウェハ２６の切り込み２８に熱電対３０が差し込まれている。このため、温度測定時の拡散炉１０の内部状態は、半導体ウェハ１４の熱処理時の拡散炉１０の内部状態と近くなる。従って、半導体ウェハ１４の熱処理時における拡散炉１０の内部の温度を正確に測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ用ボートと、
それぞれ中央部まで達する切り込みを有し、一列に整列された状態で前記ウェハ用ボート上に積載された複数の擬似ウェハと、
前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに差し込まれた熱電対とを備えることを特徴とする拡散炉用熱電対。
【請求項２】
熱電対用ボートと、
温度を測定する複数の測定点を有し、前記熱電対用ボート上に積載された熱電対とを備え、
前記熱電対用ボートは、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を連続的に支持することを特徴とする拡散炉用熱電対。
【請求項３】
それぞれ中央部まで達する切り込みを有する複数の擬似ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載する工程と、
前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに熱電対を差し込む工程と、
前記熱電対を差し込んだ前記複数の擬似ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程とを備えることを特徴とする温度測定方法。
【請求項４】
温度を測定する複数の測定点を有する熱電対を熱電対用ボート上に積載して、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を前記熱電対用ボートにより連続的に支持させる工程と、
前記熱電対を積載した前記熱電対用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程とを備えることを特徴とする温度測定方法。
【請求項５】
それぞれ中央部まで達する切り込みを有する複数の擬似ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載する工程と、
前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに熱電対を差し込む工程と、
前記熱電対を差し込んだ前記複数の擬似ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程と、
この測定結果に基づいて前記拡散炉のヒーターを調整した後に、複数の半導体ウェハを一列に整列した状態で前記ウェハ用ボート上に積載し、前記複数の半導体ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを前記土台に積載して前記拡散炉に入れ、前記複数の半導体ウェハを熱処理する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記擬似ウェハと前記半導体ウェハは、材質、厚み、及び直径が同じであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
温度を測定する複数の測定点を有する熱電対を熱電対用ボート上に積載して、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を前記熱電対用ボートにより連続的に支持させる工程と、
前記熱電対を積載した前記熱電対用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程と、
この測定結果に基づいて前記拡散炉のヒーターを調整した後に、複数の半導体ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載し、前記ウェハ用ボートを前記土台に積載して前記拡散炉に入れ、前記複数の半導体ウェハを熱処理する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散炉の内部の温度を測定する拡散炉用熱電対、温度測定方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において拡散炉が用いられる。この拡散炉内に拡散源と共に複数の半導体ウェハを一列に整列させて配置して熱処理する。これにより不純物を半導体ウェハに拡散させ、又は同時に酸化膜を形成する。しかし、半導体ウェハを正確に熱処理しなければ、半導体装置の特性がずれて不良品になる。従って、拡散炉の内部の温度を正確に制御する必要がある。そこで、拡散炉の内部の温度を測定するために熱電対が用いられる。熱電対を複数個所で支持する専用の治具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の拡散炉用熱電対では、治具で支持された箇所の間において熱電対が撓んでしまう。拡散炉の温度が高いほど熱電対が撓みやすくなる。このため、熱電対とヒーターとの距離が拡散炉の内部において不均一になる。また、熱電対ごとに撓み方が異なると、再現性が悪化する。従って、半導体ウェハの熱処理時における拡散炉の内部の温度を正確に測定することができず、半導体ウェハを正確に熱処理することができなかった。さらに、熱電対が極端に撓んだ場合は形状が元に戻らなくなり、廃却しなければならなかった。
【０００５】
また、従来の拡散炉用熱電対では、熱電対を専用の治具で支持していた。このため、温度測定時の拡散炉の内部状態は、半導体ウェハを熱処理する場合とは大きく異なっていた。従って、半導体ウェハの熱処理時における拡散炉の内部の温度を正確に測定することができず、半導体ウェハを正確に熱処理することができなかった。
【０００６】
また、拡散炉の内部の温度を測定する際に、半導体ウェハを熱処理する際に用いる治具を流用せず、熱電対を支持する専用の治具を用いていた。従って、製造コストが大きかった。そして、この専用の治具を拡散炉の内部に入れる手順は、熱処理時に用いる治具の場合とは異なる。従って、作業が複雑になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は拡散炉の内部の温度を正確に測定することができる拡散炉用熱電対及び温度測定方法を得るものである。第２の目的は、半導体ウェハを正確に熱処理することができ、製造コストを低減し、作業を簡略化できる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る拡散炉用熱電対は、ウェハ用ボートと、それぞれ中央部まで達する切り込みを有し、一列に整列された状態で前記ウェハ用ボート上に積載された複数の擬似ウェハと、前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに差し込まれた熱電対とを備える。
【０００９】
第２の発明に係る拡散炉用熱電対は、熱電対用ボートと、温度を測定する複数の測定点を有し、前記熱電対用ボート上に積載された熱電対とを備え、前記熱電対用ボートは、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を連続的に支持する。
【００１０】
第３の発明に係る温度測定方法は、それぞれ中央部まで達する切り込みを有する複数の擬似ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載する工程と、前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに熱電対を差し込む工程と、前記熱電対を差し込んだ前記複数の擬似ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程とを備える。
【００１１】
第４の発明に係る温度測定方法は、温度を測定する複数の測定点を有する熱電対を熱電対用ボート上に積載して、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を前記熱電対用ボートにより連続的に支持させる工程と、前記熱電対を積載した前記熱電対用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程とを備える。
【００１２】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法は、それぞれ中央部まで達する切り込みを有する複数の擬似ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載する工程と、前記複数の擬似ウェハの前記切り込みに熱電対を差し込む工程と、前記熱電対を差し込んだ前記複数の擬似ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程と、この測定結果に基づいて前記拡散炉のヒーターを調整した後に、複数の半導体ウェハを一列に整列した状態で前記ウェハ用ボート上に積載し、前記複数の半導体ウェハを積載した前記ウェハ用ボートを前記土台に積載して前記拡散炉に入れ、前記複数の半導体ウェハを熱処理する工程とを備える。
【００１３】
第６の発明に係る半導体装置の製造方法は、温度を測定する複数の測定点を有する熱電対を熱電対用ボート上に積載して、前記熱電対の前記複数の測定点を含む領域を前記熱電対用ボートにより連続的に支持させる工程と、前記熱電対を積載した前記熱電対用ボートを土台に積載して拡散炉に入れ、前記熱電対により前記拡散炉の内部の温度を測定する工程と、この測定結果に基づいて前記拡散炉のヒーターを調整した後に、複数の半導体ウェハを一列に整列した状態でウェハ用ボート上に積載し、前記ウェハ用ボートを前記土台に積載して前記拡散炉に入れ、前記複数の半導体ウェハを熱処理する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
第１〜第４の発明により、拡散炉の内部の温度を正確に測定することができる。第５又は第６の発明により、半導体ウェハを正確に熱処理することができ、製造コストを低減し、作業を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】拡散炉により半導体ウェハを熱処理する様子を示す側面図である。
【図２】実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を示す側面図である。
【図３】実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を示す上面図である。
【図４】実施の形態１に係る拡散炉用熱電対の要部を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を用いて拡散炉の内部の温度を測定する様子を示す側面図である。
【図６】実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を示す側面図である。
【図７】実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を示す上面図である。
【図８】実施の形態２に係る拡散炉用熱電対の要部を示す斜視図である。
【図９】実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を用いて拡散炉の内部の温度を測定する様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る拡散炉用熱電対、温度測定方法、及び半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１７】
実施の形態１．
実施の形態１に係る拡散炉用熱電対は、拡散炉の内部の温度を測定するものである。まず、拡散炉の構成について説明する。図１は拡散炉により半導体ウェハを熱処理する様子を示す側面図である。
【００１８】
この拡散炉１０は、炉心管１２が横方向に配置された横型拡散炉である。炉心管１２は、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１２の一端に、半導体ウェハ１４を出し入れするためのウェハ導入口１６が設けられている。炉心管１２の他端に、不純物ガスやＨ２、Ｎ２等のキャリアガス等の各種ガスを導入する導入口１８が形成されている。炉心管１２の外周には抵抗加熱ヒーター２０が設けられ、炉心管１２は抵抗加熱ヒーター２０によって外周から加熱される。
【００１９】
土台２２上にウェハ用ボート２４が積載されている。ウェハ用ボート２４上に、半導体ウェハ１４が一列に整列された状態で積載されている。ウェハ用ボート２４には半導体ウェハ１４を立てるために、最大深さが３．５ｍｍの溝が形成されている。ウェハ用ボート２４の長さは１．０ｍ〜１．５ｍである。ウェハ用ボート及び半導体ウェハ１４を積載した土台２２が、ウェハ導入口１６から炉心管１２の内部に入れられている。この状態で半導体ウェハ１４は熱処理される。
【００２０】
続いて、実施の形態１に係る拡散炉用熱電対について図面を参照して説明する。図２は実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を示す側面図である。図３は実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を示す上面図である。図４は実施の形態１に係る拡散炉用熱電対の要部を示す斜視図である。
【００２１】
土台２２上にウェハ用ボート２４が積載されている。ウェハ用ボート２４上に、複数の擬似ウェハ２６が一列に整列された状態で積載されている。擬似ウェハ２６同士の間隔は４．７６２３ｍｍである。この間隔は、ウェハ用ボート２４上に整列された半導体ウェハ１４同士の間隔と同じである。複数の擬似ウェハ２６は、それぞれ中央部まで達する切り込み２８を有する。
【００２２】
複数の擬似ウェハ２６の切り込み２８に熱電対３０が差し込まれている。熱電対３０は、温度を測定する複数の測定点Ａ，Ｂ，Ｃを有する。熱電対３０は、長さ１．０ｍ〜１．５ｍで直径１５ｍｍ程度の円柱である。熱電対３０の内部は空洞になっており、その内径は８ｍｍ程度である。熱電対３０の材質は石英である。石英の耐熱温度は１１００℃であるため、それ以上の温度では熱電対３０が撓み易くなる。実際には、最高で１２１５℃まで測定している。
【００２３】
続いて実施の形態１に係る温度測定方法について図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１に係る拡散炉用熱電対を用いて拡散炉の内部の温度を測定する様子を示す側面図である。熱電対３０の素線３２は、温度計測器３４（プロファイラー）に接続されている。温度計測器３４は例えばキーエンス製ＧＲ−３５００である。熱電対３０の測定点Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ拡散炉１０の奥、中央、手前に配置される。
【００２４】
まず、図２〜図４に示すように、複数の擬似ウェハ２６を一列に整列した状態でウェハ用ボート２４上に積載する。そして、複数の擬似ウェハ２６の切り込み２８に熱電対３０を差し込む。これにより、熱電対３０は複数の擬似ウェハ２６の中央部に配置される。
【００２５】
次に、図５に示すように、ウェハ用ボート２４を土台２２に積載して拡散炉１０に入れ、熱電対３０により拡散炉１０の内部の温度を測定する。具体的には、熱電対３０の測定点Ａ，Ｂ，Ｃにおける複数の擬似ウェハ２６の中央部の温度を測定する。
【００２６】
続いて実施の形態１に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。まず、上記の温度測定方法により拡散炉１０の内部の温度を測定する。この測定結果に基づいて拡散炉１０の抵抗加熱ヒーター２０を調整する。
【００２７】
次に、図１に示すように、一列に整列した状態で複数の半導体ウェハ１４をウェハ用ボート２４上に積載する。そして、ウェハ用ボート２４を土台２２に積載して拡散炉１０に入れ、複数の半導体ウェハ１４を熱処理する。これにより、半導体ウェハ１４にリン、ボロン（ホウ素）などの不純物を拡散させ、又は酸化膜を成長させる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態では、一列に整列された複数の擬似ウェハ２６の切り込み２８に熱電対３０を差し込む。このため、温度測定時の拡散炉１０の内部状態は、半導体ウェハ１４の熱処理時の拡散炉１０の内部状態と近くなる。従って、半導体ウェハ１４の熱処理時における拡散炉１０の内部の温度を正確に測定することができ、半導体ウェハ１４を正確に熱処理することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、温度を測定する際に、半導体ウェハ１４を熱処理する際に用いる土台２２とウェハ用ボート２４を流用する。従って、製造コストを低減することができる。そして、温度測定時に用いる治具を拡散炉の内部に入れる手順は、熱処理時に用いる治具の場合と同じである。従って、作業を簡略化できる。
【００３０】
また、擬似ウェハ２６と半導体ウェハ１４は、材質、厚み、及び直径が同じであることが好ましい。これにより半導体ウェハ１４の熱処理時における拡散炉１０の内部の温度を更に正確に測定することができる。ただし、加工の容易性から擬似ウェハ２６の材質をＳｉＣにしてもよい。
【００３１】
なお、半導体ウェハ１４を積載するウェハ用ボート２４と擬似ウェハ２６を積載するウェハ用ボート２４は全く同じものを流用しなくてもよい。ただし、両者は同じ形状であり、土台２２上に同様に積載できる必要がある。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２に係る拡散炉用熱電対について図面を参照して説明する。図６は実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を示す側面図である。図７は実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を示す上面図である。図８は実施の形態２に係る拡散炉用熱電対の要部を示す斜視図である。
【００３３】
土台２２上に熱電対用ボート３６が積載されている。熱電対用ボート３６上に熱電対３０が積載されている。熱電対用ボート３６は、熱電対３０の測定点Ａ，Ｂ，Ｃを含む領域を連続的に支持する。
【００３４】
熱電対３０と熱電対用ボート３６の材質を同じにすると高温測定時に溶解して取り外しできなくなるため、熱電対用ボート３６の材質をＳｉＣにする。材質の違いによる温度差は測定時間を長くすることで低減できる。
【００３５】
続いて実施の形態１に係る温度測定方法について図面を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を用いて拡散炉の内部の温度を測定する様子を示す側面図である。熱電対用ボート３６に支持された熱電対３０の高さは、半導体ウェハ１４の中心部の高さと同じである。
【００３６】
まず、図６〜図８に示すように、熱電対３０を熱電対用ボート３６上に積載する。この際に、熱電対３０の複数の測定点Ａ，Ｂ，Ｃを含む領域を熱電対用ボート３６により連続的に支持させる。
【００３７】
次に、図９に示すように、熱電対３０を積載した熱電対用ボート３６を土台２２に積載して拡散炉１０に入れ、熱電対３０により拡散炉１０の内部の温度を測定する。
【００３８】
続いて実施の形態２に係る拡散炉用熱電対を用いた半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。まず、上記の温度測定方法により拡散炉１０の内部の温度を測定する。この測定結果に基づいて拡散炉１０の抵抗加熱ヒーター２０を調整する。
【００３９】
次に、図５に示すように、複数の半導体ウェハ１４を一列に整列した状態でウェハ用ボート２４上に積載する。そして、ウェハ用ボート２４を土台２２に積載して拡散炉１０に入れ、複数の半導体ウェハ１４を熱処理する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態では、熱電対用ボート３６が熱電対３０の測定点Ａ，Ｂ，Ｃを含む領域を連続的に支持する。このため、熱電対３０の複数の測定点Ａ，Ｂ，Ｃを含む領域において熱電対３０は撓まない。従って、拡散炉１０の内部の温度を正確に測定することができ、半導体ウェハ１４を正確に熱処理することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、温度を測定する際に、半導体ウェハ１４を熱処理する際に用いる土台２２を流用する。従って、製造コストを低減することができる。そして、温度測定時に用いる治具を拡散炉の内部に入れる手順は、熱処理時に用いる治具の場合と同じである。従って、作業を簡略化できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  拡散炉
１４  半導体ウェハ
２０  抵抗加熱ヒーター
２２  土台
２４  ウェハ用ボート
２６  擬似ウェハ
２８  切り込み
３０  熱電対
３６  熱電対用ボート
Ａ，Ｂ，Ｃ  測定点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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