JPS6163034A - 半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式 - Google Patents
半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式Info
- Publication number
- JPS6163034A JPS6163034A JP59184617A JP18461784A JPS6163034A JP S6163034 A JPS6163034 A JP S6163034A JP 59184617 A JP59184617 A JP 59184617A JP 18461784 A JP18461784 A JP 18461784A JP S6163034 A JPS6163034 A JP S6163034A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- furnace
- wafer
- oxide film
- furnace wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体製造プロセスの酸化、拡散工程などで用
いられる炉内の温度の制御方式に係り。
いられる炉内の温度の制御方式に係り。
特に炉内におかれた多数のウェハの炉軸方向の酸化膜厚
分布の均一化制御方式に関する。
分布の均一化制御方式に関する。
炉内の多数のウェハの酸化膜厚を設計で定められた値に
均一にするためには、ウェハの温度を均一にする必要が
ある。従来の炉は、炉壁面全体が一定温度になるように
制御されていたが、ウェハ自体の温度は炉軸方向に分布
をもっていることが実測値から分っている。炉内に温度
センサを装備すると酸化膜厚をばらつかせることになる
ので、炉壁温度より炉内部のウェハ温度を推定すること
のできるモデルの開発が要求される。従来のように炉壁
を一定温度で加熱する方法によると、ウェハの位置によ
り温度が異なり最終的に完成した半導体特性のばらつき
を生じ１歩留りを減少させる結果となる欠点を持つ。
均一にするためには、ウェハの温度を均一にする必要が
ある。従来の炉は、炉壁面全体が一定温度になるように
制御されていたが、ウェハ自体の温度は炉軸方向に分布
をもっていることが実測値から分っている。炉内に温度
センサを装備すると酸化膜厚をばらつかせることになる
ので、炉壁温度より炉内部のウェハ温度を推定すること
のできるモデルの開発が要求される。従来のように炉壁
を一定温度で加熱する方法によると、ウェハの位置によ
り温度が異なり最終的に完成した半導体特性のばらつき
を生じ１歩留りを減少させる結果となる欠点を持つ。
本発明の目的は、炉内の軸方向のウェハ温度分布を、目
標温度分布（一定温度）に近づけて運転できるようにす
るための、半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方
式を実現することにある。
標温度分布（一定温度）に近づけて運転できるようにす
るための、半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方
式を実現することにある。
炉内は１０００℃以上の高温になっているため、耐久性
等の問題から通常のセンサ（たとえば熱電対）を炉内温
度のオンライン計測に利用することはできない。そこで
１本発明では炉壁温度から炉内部のウェハ温度を推定で
きる非線型分布系モデルを構築し、このモデルに基づい
てゾーン分割された炉壁温度分布を決定する制御方式を
与える。
等の問題から通常のセンサ（たとえば熱電対）を炉内温
度のオンライン計測に利用することはできない。そこで
１本発明では炉壁温度から炉内部のウェハ温度を推定で
きる非線型分布系モデルを構築し、このモデルに基づい
てゾーン分割された炉壁温度分布を決定する制御方式を
与える。
以下、本発明を実施例により説明する。
第１図は本発明を実施する半導体の酸化拡散装置の構成
を示す６炉内部状態を推定するモデルに基づき、加熱炉
壁温度を例えば炉壁に装置されたヒーターで調整するこ
とによりウェハを均一温度で加熱する制御手順について
説明する。＠１図において、対象とする炉１０１は円筒
型のチューブでウェハ１０２はその中央部のボート１０
２０に乗せられて炉１０１内へ搬送され、熱処理を受け
、再び炉１０１外へ出て行く。問題となるのは炉軸（Ｚ
軸）方向の炉内の温度分布の推定である。ボート中央部
にあるウェハは両隣りのウェハからの輻射及び炉壁から
の輻射により加熱されるので中央部のウェハは両端部の
ウェハより高温になる。
を示す６炉内部状態を推定するモデルに基づき、加熱炉
壁温度を例えば炉壁に装置されたヒーターで調整するこ
とによりウェハを均一温度で加熱する制御手順について
説明する。＠１図において、対象とする炉１０１は円筒
型のチューブでウェハ１０２はその中央部のボート１０
２０に乗せられて炉１０１内へ搬送され、熱処理を受け
、再び炉１０１外へ出て行く。問題となるのは炉軸（Ｚ
軸）方向の炉内の温度分布の推定である。ボート中央部
にあるウェハは両隣りのウェハからの輻射及び炉壁から
の輻射により加熱されるので中央部のウェハは両端部の
ウェハより高温になる。
従って、ウェハを均一温度で加熱するための炉の温度制
御は以下のようにして行なわれる。たとえば、設計酸化
膜厚し。Ｘ′を最適計算装置１０６に入力し、内部でウ
ェハの目標ウェハ温度Ｔ１を計算し、後述する計算方法
によりウェハをヒータ、１０３．１０４、及び１０５で
均一加熱するような３ゾーンの炉壁温度を決定する。こ
の例では３ゾーンにしであるが、一般には何ゾーンでも
可能である。炉壁温度が決定されると、センサ１０８の
炉壁温度測定結果と上記ａ適計算装置１０６で決定され
た炉壁温度との差分を減算器１００で計算してこの差分
に基づき、ＰＩＤコントローラ１０７を用いる事により
、電源１０９を調整し、前記ヒーター１０３，１０４お
よび１０５により所定の温度に加熱する。
御は以下のようにして行なわれる。たとえば、設計酸化
膜厚し。Ｘ′を最適計算装置１０６に入力し、内部でウ
ェハの目標ウェハ温度Ｔ１を計算し、後述する計算方法
によりウェハをヒータ、１０３．１０４、及び１０５で
均一加熱するような３ゾーンの炉壁温度を決定する。こ
の例では３ゾーンにしであるが、一般には何ゾーンでも
可能である。炉壁温度が決定されると、センサ１０８の
炉壁温度測定結果と上記ａ適計算装置１０６で決定され
た炉壁温度との差分を減算器１００で計算してこの差分
に基づき、ＰＩＤコントローラ１０７を用いる事により
、電源１０９を調整し、前記ヒーター１０３，１０４お
よび１０５により所定の温度に加熱する。
次に、炉壁温度を設定する手順の概略を示す。
まず、入力ｔ。−からＴ”に変換する関数を用意しなけ
ればならない。
ればならない。
Ｔ’ ＝Ｆ１ （ｔＯＸ’ ）
（１）目標ウェハ温度Ｔ”が求まると、ウェハ温
度Ｔ、（ｉはウェハ番号で、１からＮまでの値をとる）
と炉壁温度分布Ｔ、（ｋ）（ｋ＝１．２．３）との関数
関係が必要となる。
（１）目標ウェハ温度Ｔ”が求まると、ウェハ温
度Ｔ、（ｉはウェハ番号で、１からＮまでの値をとる）
と炉壁温度分布Ｔ、（ｋ）（ｋ＝１．２．３）との関数
関係が必要となる。
Ｔ、＝Ｆ２１ （’ｒ、（ｋ）） （２
）したがって、Ｔ、がＴ”に近づくような評価を考えれ
ばよいので、次のような評価関数を採用する。
）したがって、Ｔ、がＴ”に近づくような評価を考えれ
ばよいので、次のような評価関数を採用する。
Ｊ＝Σ （”ｒｔ −”ｒ” ）”
（３）以上のアルゴリズムをまとめると、第２図
のようになる。まず２０１で（１）式に従って目標酸化
膜厚から目標ウェハ温度に変換し、２０２で適当な初期
炉壁温度を設定する。この値を用いて。
（３）以上のアルゴリズムをまとめると、第２図
のようになる。まず２０１で（１）式に従って目標酸化
膜厚から目標ウェハ温度に変換し、２０２で適当な初期
炉壁温度を設定する。この値を用いて。
（２）式に従ってウェハ温度Ｔ１を求める。Ｔ、とＴ８
を評価式（３）に代入し、Ｊがある適当な微小値Ｅより
は大きいときは炉壁温度分布をＪが小さくなるように設
定し直して、再び２０３でウェハ温度Ｔ、を計算する。
を評価式（３）に代入し、Ｊがある適当な微小値Ｅより
は大きいときは炉壁温度分布をＪが小さくなるように設
定し直して、再び２０３でウェハ温度Ｔ、を計算する。
もしＪがεより小さいとき、ループ２０５を抜ける。こ
のときの炉壁温度分布が最適な炉壁温度分布となり、ウ
ェハ温度分布の均一化が得られる。
のときの炉壁温度分布が最適な炉壁温度分布となり、ウ
ェハ温度分布の均一化が得られる。
以下では（１）〜（３）式の具体的な表示を与える。
（１）式としては、有名はＤｅａｌ −Ｇｒｏｖｅの式
を用いるｔａｘ”＋Ａ（Ｔ）ｔｏｘ＝ｓＤ）ｔ
（４）ここに、ｔは酸化時間を示し、Ａ、Ｂは次のよ
うなアレニウス型の温度依存性をもつ。
を用いるｔａｘ”＋Ａ（Ｔ）ｔｏｘ＝ｓＤ）ｔ
（４）ここに、ｔは酸化時間を示し、Ａ、Ｂは次のよ
うなアレニウス型の温度依存性をもつ。
Ａ（Ｔ）＝ ａｌｌｅ Ｘ ｐ （、ａｔ ／ Ｔ）Ｂ
（Ｔ）＝ｂｌ、ｅＸｐ （−ｂ、／Ｔ） （５）
右辺に表われる係数はすべて定数で、実験より定められ
るべきものである０次に、（２）式としては次のような
熱伝導方程式を用いる。
（Ｔ）＝ｂｌ、ｅＸｐ （−ｂ、／Ｔ） （５）
右辺に表われる係数はすべて定数で、実験より定められ
るべきものである０次に、（２）式としては次のような
熱伝導方程式を用いる。
＋、Ｘ ＊１ Ｊａ ｉ Ｗａ ＴＪ’、％。Ｇ、、Ｊ
ｄＳ。
ｄＳ。
−１ノ１Ｌ
＋、／’ａ ｉ 、Ｔ、’ΣＦ、ｄＳ。
＋ｄ ｉ ｖ （Ｋｗ−ｇｒａｄＴ、） −・・
（６）ここで、ＴＩはｉ番目ウェハ温度、ＣＷはウェハ
比熱、σ、はウェハ密度、Ｑ、はウェハ厚み、ｔは時間
、σはボルツマン・ステファン定数、ａはウェハ熱吸収
率、ε、はウェハ輻射率、Ｇ、、」はウェハ間係態係数
で添字ｎは反射回数を表わす。
（６）ここで、ＴＩはｉ番目ウェハ温度、ＣＷはウェハ
比熱、σ、はウェハ密度、Ｑ、はウェハ厚み、ｔは時間
、σはボルツマン・ステファン定数、ａはウェハ熱吸収
率、ε、はウェハ輻射率、Ｇ、、」はウェハ間係態係数
で添字ｎは反射回数を表わす。
Ｔ、は炉壁温度、ε、は炉壁輻射率、Ｆ、はウェハの炉
壁間形態係数、Ｋ、はウェハ熱伝導度。
壁間形態係数、Ｋ、はウェハ熱伝導度。
ｄＳ、、ｄＳ、はそれぞれ炉壁面、ウェハ面の微小面積
片を表わす。また（６）式右辺については、第一項で自
己輻射損失、第二項で隣接ウェハからの輻射、第三項で
炉壁からの輻射、第四項で熱拡散を表わしている。
片を表わす。また（６）式右辺については、第一項で自
己輻射損失、第二項で隣接ウェハからの輻射、第三項で
炉壁からの輻射、第四項で熱拡散を表わしている。
（３）式の具体的なアルゴリズムとして、たとえば次の
ような単純な方法が考えられる。今、第２図の２０２で
設定する初期炉壁温度ＴＷａ（ｋ）とするとループ２０
５を１回まわったとき、次に設定すべき炉壁温度は’ｒ
ｙ’（ｋ）＋ΔＴ、’（ｋ）となる。
ような単純な方法が考えられる。今、第２図の２０２で
設定する初期炉壁温度ＴＷａ（ｋ）とするとループ２０
５を１回まわったとき、次に設定すべき炉壁温度は’ｒ
ｙ’（ｋ）＋ΔＴ、’（ｋ）となる。
＝こで、ＡＴｔ。（ｋ）＝−ｋａＪ／θＴ、（ｋ）ｔ’
ある。には適当な正の定数とする。Ｔｔ’（ｋ）を最適
値Ｔ、”（ｋ）に十分近い値を設定すると、このような
単純なアルゴリズムでも、十分精度のよい最適値が得ら
れる。
ある。には適当な正の定数とする。Ｔｔ’（ｋ）を最適
値Ｔ、”（ｋ）に十分近い値を設定すると、このような
単純なアルゴリズムでも、十分精度のよい最適値が得ら
れる。
第３図に、炉壁温度を一定にした場合（ａ）と、上記の
ような計算手順にしたがって決定した炉壁温度分布より
求めた場合（ｂ）のウェハ温度分布Ｔ、を示す。炉壁温
度を一定にした場合には、ウェハ列両端の数枚のウェハ
は温度が低くなっているが、３ゾ一ン分割した炉壁温度
分布のＴＦ ＜１）とＴ、（２）を高温にすると、ウェ
ハの炉軸方向分布が均一化される。
ような計算手順にしたがって決定した炉壁温度分布より
求めた場合（ｂ）のウェハ温度分布Ｔ、を示す。炉壁温
度を一定にした場合には、ウェハ列両端の数枚のウェハ
は温度が低くなっているが、３ゾ一ン分割した炉壁温度
分布のＴＦ ＜１）とＴ、（２）を高温にすると、ウェ
ハの炉軸方向分布が均一化される。
本発明によれば、ウェハ温度が低い、つまり酸化膜厚が
薄いウェハ列両端の数枚の不良ウェハを減少させること
ができ、しかも均一性を向上できるので、大規模集積回
路の生産性向上、；５品質化の効果がある。
薄いウェハ列両端の数枚の不良ウェハを減少させること
ができ、しかも均一性を向上できるので、大規模集積回
路の生産性向上、；５品質化の効果がある。
第１図は本発明の一実施例である酸化・拡散装置の構成
図、第２図は酸化膜厚均一化制御方式のアルゴリズムを
示す図、第３図はウェハ＠度分布を表わす温度分布図で
ある。 １０１・・・酸化・拡散炉、１０２・・・ウェハ、１０
３゜１０４．１０５・・・ヒータ、１０７・・・コント
ローラ。 語１図
図、第２図は酸化膜厚均一化制御方式のアルゴリズムを
示す図、第３図はウェハ＠度分布を表わす温度分布図で
ある。 １０１・・・酸化・拡散炉、１０２・・・ウェハ、１０
３゜１０４．１０５・・・ヒータ、１０７・・・コント
ローラ。 語１図
Claims (1)
- 半導体製造プロセスの酸化あるいは拡散工程で用いられ
る炉における多数のウェハの目標値追値制御方式におい
て、加熱炉の炉壁を炉軸方向にゾーン分割し、該炉壁の
温度により上記のウェハの炉軸方向温度分布を推定する
非線型分布系モデル方程式、ウェハ温度から酸化膜厚を
推定する非線型モデル及び、該推定値と目標値との差を
評価値とする評価関数に基づき、この評価関数が最小と
なるように炉壁温度を決定することを特徴とする半導体
製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59184617A JPS6163034A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59184617A JPS6163034A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6163034A true JPS6163034A (ja) | 1986-04-01 |
Family
ID=16156358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59184617A Pending JPS6163034A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 半導体製造炉内の酸化膜厚分布均一化制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6163034A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62147336U (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-17 | ||
| US6730885B2 (en) | 2000-07-06 | 2004-05-04 | Tokyo Electron Limited | Batch type heat treatment system, method for controlling same, and heat treatment method |
| JP2017005106A (ja) * | 2015-06-10 | 2017-01-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置、熱処理装置の調整方法、及び、プログラム |
-
1984
- 1984-09-05 JP JP59184617A patent/JPS6163034A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62147336U (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-17 | ||
| US6730885B2 (en) | 2000-07-06 | 2004-05-04 | Tokyo Electron Limited | Batch type heat treatment system, method for controlling same, and heat treatment method |
| JP2017005106A (ja) * | 2015-06-10 | 2017-01-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置、熱処理装置の調整方法、及び、プログラム |
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