助川電気工業株式会社

エネルギー・産業システム関連事業

縦型拡散装置・CVD装置 3次元炉内温度分布計測ユニット

3次元炉内温度分布計測ユニット
素線製作工程

【計測システムの概要】
本温度測定システムは、縦型拡散/CVD装置の炉内温度分布を、3次元すなわちウエハ面内およびボート段の位置関係に対して、立体的に同時計測することを目的として開発された熱電対多点配置測温センサーユニットであります。炉内温度分布をダイレクトに、立体的に測定することができますので、炉の性能試験やその改善並びに温度分布と膜厚の関係を調べることが可能です。

熱電対のタイプは、高温安定性と信頼性の白金-白金ロジュウムのタイプR、安価なクロメル.アルメルのタイプKの2種類を基本とし、絶縁は完全密封シース熱電対で外径φ0.5〜1mmの金属シース管で保護されておりますので、ダスト発生が無く、断線しにくい構造なので取り扱いも大変良好であり、信頼性の高い測温が可能であります。金属シース管は、白金、ニッケル、そして安価なインコネルの3種類を用意しております。

シース管を介して逃げる熱による測定点の温度降下、輻射冷却によって起こる温度降下を防ぐために、シース熱電対はグラファイト製のダミーウ工ハの中に水平に埋め込まれております。すなわち、t2〜3mmのグラファイトウエハの側面から中心に向かってφ1.2mmの深穴をあけ、この穴にシース熱電対を挿入しております。ウエハの面周を測定する場合は同じ深さに、ウエハの半径方向の温度分布を測定する場合は、穴の深さとウエハ周辺の角度を変えた穴加工によつて調整します。この技術により、1000℃において炉内の温度分布を±1℃以下の相対精度で測定することが可能になりました。

ダミーウエハは通常のウエハより厚いので、シリコンウエハ3枚を抜いて1枚のダミーウエハを配置します。ボートの縦方向の温度測定は、このダミーウエハをボート縦方向の測温位置に配置する事によって行います。従って、本測温システムは、お客様のお使いになつているボート、ウ工ハをお預かりし、それにグラファイトダミーウエハを載せ、それに弊社製の熱電対をアセンブリーする一括受注を製品の基本としております。

 
【測温センサーの仕様】

1.面内温度分布計測用測温センサ一

炉内におけるウエハ面内の温度分布がリアルタイムで測定できます。従って、シリコンウエハの面内温度分布状況を間接的に知ることが可能となります。以下の面内温度分布測定用温度センサーの仕様をもとに御検討下さい。基本設置例は、。図1図2を御参照下さい。

ウエハ
グラファイトt2〜3mm(対ダストGfG処理)
ウエハ径
任意
熱電対種類
タイプK、R
熱電対シース材質
インコネル、白金、ニッケル
熱電対外径
φ0.5〜φ1.0mm
熱電対取り出し口
ウエハ側面
熱電対精度
JIS規格標準、比較校正試験可能
相対的測温精度は,1000℃において±1℃以下を保証
測定点数
1〜数10点、但しウエハ径による
測定位置
ウエハ面内
ガイドウエハ
グラファイトt2〜3mm(対ダストGfG処理)
ガイドウエハ数
必要数(シリコン接触防止用)

2.縦方向温度分布測定用温度センサ一

面内温度分布測定用温度センサーを多数枚ウエハボート段に挿入し、炉内縦方向の温度分布と、シリコンウエハ全体の温度分布を同時測定することができます。
基本仕様は面内温度分布測定用温度センサーと同じです。基本設置例は、図1図2を御参照下さい

3.高模擬グラファイトウエハ

グラファイト測温ウエハは、シリコンウエハより3〜4倍厚く、また熱伝導も2倍以上高いので、ウエハ上における温度不均一性の検出感度が低下します。この欠点を補完するために測温グラファイト上に多数個の孔、または溝を設けて熱伝導を低下させ、ほぼシリコンウエハと同等の測温を可能にしたものです。図3を御参照下さい。これは、コンピュータシミュレーションによるデザインより設計しております。

4.φ0.5mmインコネルシースタイプK熱電対68本を各種グラファイトウエハに
    配置した場合の例(図4の20段目と80段目の1000℃における測温例)

φ0.5mmインコネルシースタイプK熱電対68本を各種グラファイトウエハに配置した場合の例
図4: φ0.5mmインコネルシースタイプK熱電対68本を
各種グラファイトウエハに配置した場合の例
20段目:
円周上の温度分布測定用ウエハ、タイプK2本
熱電対番号 指示温度(℃)
13 1002.0
14 1001.1
15 1001.3
16 1001.4
17 1002.5
18 1001.0
19 1001.1
20 1001.6
21 1001.9
22 1001.7
23 1001.4
24 1001.2
    
平均 1001.5±0.75℃
 
 
80段目:
半径方向の温度分布測定用ウエハ、タイプK6本
熱電対番号 指示温度(℃)
35 1001.8
36 1002.1
37 1001.8
38 1002.0
39 1002.0
40 1002.1
     
平均 1002.0±0.15℃
  • 熱電対はタイプKでシース管はφ0.5mmのインコネルを使用。
  • 熱電対は同一ロットで同一時に同一条件で製作しました。
  • データが約1.5〜2℃高温に表示されているのは、電源コントロール温調点を測温ウエハ上で行なっていないためです。

5.測温ウエハ多段設置例

石英及びSiCウエハボートに測温ウエハを多段に設置し、面内温度分布、縦方向温度分布計測用の測温センサーの実施例を下記写真に示します。

MIケーブル
ウエハボート上部
MIケーブル
ウエハボート中央部
MIケーブル
ウエハボート下部
 

製品の特長・技術情報

 金鉄-クロメルシース熱電対・温度表示計
 自動車エンジン用熱流束計を開発
 半導体製造装置の高精度温度計測システムを開発・販売開始

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