特許 7549764 温度分布評価方法、温度分布評価装置、及び、均熱範囲の評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】温度分布評価方法、温度分布評価装置、及び、均熱範囲の評価方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 T

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2021516245

(86)(22)【出願日】2020-04-24

(86)【国際出願番号】 JP2020017644

(87)【国際公開番号】W WO2020218484

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2023-02-27

(31)【優先権主張番号】P 2019086715

(32)【優先日】2019-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503092180

【氏名又は名称】学校法人関西学院

(73)【特許権者】

【識別番号】000241485

【氏名又は名称】豊田通商株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137338

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 朋子

(74)【代理人】

【識別番号】100196313

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 大輔

(72)【発明者】

【氏名】金子 忠昭

(72)【発明者】

【氏名】堂島 大地

(72)【発明者】

【氏名】芦田 晃嗣

(72)【発明者】

【氏名】井原 知也

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２０３８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６１１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６６６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１１２９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｋ ３／１４

Ｇ０１Ｋ １３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱装置が備える加熱領域の温度分布を評価する温度分布評価方法であって、
半導体基板とこの半導体基板と原料を輸送し合う送受体とを前記加熱領域で加熱し、前記半導体基板の基板厚変化量に基づいて前記加熱領域の温度分布を評価し、
前記半導体基板と前記送受体は、互いに分離されて構成されている、温度分布評価方法。

【請求項2】

前記半導体基板と前記送受体とを相対させて配置し、前記半導体基板と前記送受体との間に温度勾配が形成されるように加熱する、請求項１に記載の温度分布評価方法。

【請求項3】

前記基板厚変化量は、前記加熱領域内に形成される温度勾配を駆動力として変化した量である、請求項１又は請求項２に記載の温度分布評価方法。

【請求項4】

前記加熱領域内に複数の測定点を設定する測定点設定工程と、
前記測定点に対応する位置に前記半導体基板及び前記送受体を配置する基板配置工程と、
前記測定点に対応する前記半導体基板の前記基板厚変化量を測定する変化量測定工程と、
複数の前記基板厚変化量を比較する変化量比較工程と、を含む、請求項１～３の何れかに記載の温度分布評価方法。

【請求項5】

前記測定点設定工程は、前記測定点を前記加熱領域の水平方向に複数設定する、請求項４に記載の温度分布評価方法。

【請求項6】

前記測定点設定工程は、前記測定点を前記加熱領域の高さ方向に複数設定する、請求項４又は請求項５に記載の温度分布評価方法。

【請求項7】

前記基板配置工程は、前記測定点に沿って複数の前記半導体基板を配置する、請求項４～６の何れかに記載の温度分布評価方法。

【請求項8】

前記基板厚変化量は、エッチング量又は成長量である、請求項１～７の何れかに記載の温度分布評価方法。

【請求項9】

前記半導体基板及び前記送受体は、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＡｌＮの何れかの材料から選択される、請求項１～８の何れかに記載の温度分布評価方法。

【請求項10】

加熱装置の加熱領域に配置される温度分布評価ユニットを備え、
前記温度分布評価ユニットは、半導体基板と、
前記半導体基板と相対させて加熱することにより原料を輸送しあう送受体と、を有し、
前記半導体基板と前記送受体は、互いに分離されて構成されている、温度分布評価装置。

【請求項11】

前記温度分布評価ユニットは、前記半導体基板と前記送受体とを相対させて設置する設置具を有する、請求項１０に記載の温度分布評価装置。

【請求項12】

前記設置具は、前記半導体基板が当接される第１当接面と、前記送受体が当接される第２当接面と、が設けられている、請求項１１に記載の温度分布評価装置。

【請求項13】

前記設置具は、前記半導体基板及び／又は前記送受体を位置決めする位置決め手段を有する、請求項１１又は請求項１２に記載の温度分布評価装置。

【請求項14】

前記位置決め手段は、前記半導体基板及び／又は前記送受体の縁に沿って設けられる枠部である、請求項１３に記載の温度分布評価装置。

【請求項15】

前記温度分布評価ユニットを複数備える、請求項１０～１４の何れかに記載の温度分布評価装置。

【請求項16】

前記温度分布評価ユニットを収容する収容容器をさらに備え、
前記収容容器は、加熱時に前記半導体基板を構成する元素を含む雰囲気を容器内に形成する、請求項１０～１５の何れかに記載の温度分布評価装置。

【請求項17】

前記半導体基板を収容する収容容器をさら備え、
前記収容容器の一部が前記送受体で構成されている、請求項１０～１６の何れかに記載の温度分布評価装置。

【請求項18】

前記半導体基板及び送受体は、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＡｌＮの何れかの材料から選択される、請求項１０～１７の何れかに記載の温度分布評価装置。

【請求項19】

加熱装置の加熱領域において、半導体基板とこの半導体基板と原料を輸送し合う送受体とを前記加熱領域の複数の測定点で加熱し、前記半導体基板の基板厚変化量に基づいて前記加熱領域の均熱範囲を評価し、
前記半導体基板と前記送受体は、互いに分離されて構成されている、均熱範囲の評価方法。

【請求項20】

前記半導体基板と前記送受体とを相対させて配置し、前記半導体基板と前記送受体との間に温度勾配が形成されるように加熱する、請求項１９に記載の均熱範囲の評価方法。

【請求項21】

前記加熱領域内に複数の測定点を設定する測定点設定工程と、
前記測定点に対応する位置に前記半導体基板及び前記送受体を配置する基板配置工程と、
前記加熱領域で前記半導体基板及び前記送受体を加熱することで前記半導体基板の基板厚さを変化させる加熱工程と、
前記測定点に対応する前記半導体基板の基板厚変化量を測定する変化量測定工程と、
複数の前記測定点での基板厚変化量を比較する変化量比較工程と、を含む、請求項１９又は請求項２０に記載の均熱範囲の評価方法。

【請求項22】

前記半導体基板及び前記送受体の加熱温度は、１６００℃以上である、請求項１９～２１の何れかに記載の均熱範囲の評価方法。

【請求項23】

前記半導体基板及び前記送受体の加熱温度は、１８００℃以上である、請求項１９～２２の何れかに記載の均熱範囲の評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度分布評価方法、温度分布評価装置、及び、均熱範囲の評価方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造の歩留まり改善は、半導体プロセスにおいて加熱環境中の温度管理により実現される。温度管理は、例として、結晶成長プロセス、不純物導入プロセス、アニーリングプロセス、エッチングプロセス等において重要となる。

【0003】

例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）材料は、Ｓｉ（ケイ素）材料等と比べて高い絶縁破壊電界強度と熱伝導率とを有する好適なパワーデバイス材料として有望視されている。しかしながら、ＳｉＣ材料はその熱的安定性に起因して、Ｓｉ材料等と比べて高い温度領域での加熱が要される。ＳｉＣ材料に限らず、Ｓｉ材料と比べて高融点を有する半導体材料は、従来のＳｉ半導体プロセスと比べて温度管理が困難となる場合がある。

【0004】

特許文献１では、ＳｉＣ基板に凹部を形成し、この凹部に熱電対を配置して耐熱接着部材を有する充填部材を用いて固定することで、１６００℃～１８００℃の温度を測定可能な加熱炉温度評価治具を提供することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－８８２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の加熱炉温度評価冶具を用いる場合には、熱電対素線を加熱領域外から配線する必要があった。そのため、配線箇所から温度が逃げてしまうため、加熱領域の温度分布を評価することが難しいという問題があった。また、熱電対の材料限界に起因して、１６００～２２００℃等の高い温度領域での温度分布の評価が困難であった。

【0007】

本発明は、新規な温度分布評価方法、温度分布評価装置、及び、均熱範囲の評価方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する本発明は、加熱装置が備える加熱領域の温度分布を評価する温度分布評価方法であって、半導体基板とこの半導体基板と原料を輸送し合う送受体とを前記加熱領域で加熱し、前記半導体基板の基板厚変化量に基づいて前記加熱領域の温度分布を評価する、温度分布評価方法である。

【0009】

このように、半導体基板の基板厚変化量に基づいて、加熱領域の温度分布を評価することにより、配線することなく熱電対よりも高い温度領域で温度分布評価を行うことができる。

【0010】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板と前記送受体とを相対させて配置し、前記半導体基板と前記送受体との間に温度勾配が形成されるように加熱する。
また、本発明の好ましい形態では、前記基板厚変化量は、前記加熱領域内に形成される温度勾配を駆動力として変化した量である。
このように、温度勾配を基板厚変化量の駆動力とすることにより、加熱領域の温度分布を精度良く評価することができる。

【0011】

本発明の好ましい形態では、前記加熱領域内に複数の測定点を設定する測定点設定工程と、前記測定点に対応する位置に前記半導体基板及び前記送受体を配置する基板配置工程と、前記測定点に対応する前記半導体基板の前記基板厚変化量を測定する変化量測定工程と、複数の前記基板厚変化量を比較する変化量比較工程と、を含む。

【0012】

本発明の好ましい形態では、前記測定点設定工程は、前記測定点を前記加熱領域の水平方向に複数設定する。
このような方向に測定点を設定することで、加熱領域の水平方向の温度分布を測定することができる。

【0013】

本発明の好ましい形態では、前記測定点設定工程は、前記測定点を前記加熱領域の高さ方向に複数設定する。
このような方向に測定点を設定することで、加熱領域の高さ方向の温度分布を測定することができる。

【0014】

本発明の好ましい形態では、前記基板配置工程は、前記測定点に沿って複数の前記半導体基板を配置する。
このように、測定点に沿って複数の半導体基板を配置することにより、温度分布測定に必要な箇所に半導体基板を配置することができる。すなわち、加熱領域全域をカバーするような面積の半導体基板を用いる必要がない。

【0015】

本発明の好ましい形態では、前記基板厚変化量は、エッチング量又は成長量である。
このように、エッチング量及び成長量に基づいて、温度分布評価を行うことができる。そのため、測定が容易な変化量を適宜選択して、温度分布を評価することができる。

【0016】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板及び前記送受体は、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＡｌＮの何れかの材料から選択される。
このような材料の半導体基板及び送受体を選択することで、熱電対では困難な温度領域の温度分布を測定することができる。また、測定したい温度領域に応じて、最適な半導体材料を選択することで、より精度よく温度分布を評価することができる。

【0017】

本発明は、加熱装置が有する加熱領域に配置される温度分布評価ユニットを備え、前記温度分布評価ユニットは、半導体基板と、前記半導体基板と相対させて加熱することにより原料を輸送しあう送受体と、を有する、温度分布評価装置にも関する。
このような温度分布評価装置を用いることにより、配線することなく熱電対よりも高い温度領域で温度分布評価を行うことができる。

【0018】

本発明の好ましい形態では、前記温度分布評価ユニットは、前記半導体基板と前記送受体とを相対させて設置する設置具を有する。
このように、半導体基板と送受体とを相対させて設置する設置具を有することにより、半導体基板と送受体との距離等を精度良く調整することができる。

【0019】

本発明の好ましい形態では、前記温度分布評価ユニットを複数備える。
このように、温度分布評価ユニットを複数備えることにより、加熱領域全域をカバーするような面積の半導体基板を用いる必要がない。

【0020】

本発明の好ましい形態では、前記設置具は、前記半導体基板が当接される第１当接面と、前記送受体が当接される第２当接面と、が設けられている。
このように、半導体基板及び送受体が当接される当接面を有していることにより、半導体基板と送受体との間に準閉鎖空間を形成することができ、より精度よく温度分布評価を行うことができる。

【0021】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板及び／又は前記送受体を位置決めする位置決め手段を有する。
このように、半導体基板の位置決め手段を設けることにより、意図しない半導体基板や送受体のズレを抑制することができる。

【0022】

本発明の好ましい形態では、前記位置決め手段は、前記半導体基板及び／又は前記送受体の縁に沿って設けられる枠部である。
このように、枠部を設けることにより、容易に位置決めを行うことができる。

【0023】

本発明の好ましい形態では、前記温度分布評価ユニットを収容する収容容器をさらに備え、前記収容容器は、加熱時に前記半導体基板を構成する元素を含む雰囲気を容器内に形成する。
このように、温度分布評価ユニットを収容する収容容器を備えることにより、準閉鎖空間から原料が排気されることを抑制することができる。

【0024】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板を収容する収容容器をさら備え、前記収容容器の一部が前記送受体で構成されている。
このように、収容容器の一部を送受体で構成することにより、準閉鎖空間を形成しつつ、半導体基板と原子の受け渡しを行うことができる。

【0025】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板及び前記送受体は、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＡｌＮの何れかの材料から選択される。

【0026】

また、本発明は、均熱範囲の評価方法にも関する。すなわち、本発明の一態様の均熱範囲の評価方法は、加熱装置の加熱領域において、半導体基板とこの半導体基板と原料を輸送し合う送受体とを前記加熱領域の複数の測定点で加熱し、前記半導体基板の基板厚変化量に基づいて前記加熱領域の均熱範囲を評価する。

【0027】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板と前記送受体とを相対させて配置し、前記半導体基板と前記送受体との間に温度勾配が形成されるように加熱する。

【0028】

本発明の好ましい形態では、前記加熱領域内に複数の測定点を設定する測定点設定工程と、
前記測定点に対応する位置に前記半導体基板及び前記送受体を配置する基板配置工程と、
前記加熱領域で前記半導体基板及び前記送受体を加熱することで前記半導体基板の基板厚さを変化させる加熱工程と、
前記測定点に対応する前記半導体基板の基板厚変化量を測定する変化量測定工程と、
複数の前記測定点での基板厚変化量を比較する変化量比較工程と、を含む。

【0029】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板及び前記送受体の加熱温度は、１６００℃以上である。

【0030】

本発明の好ましい形態では、前記半導体基板及び前記送受体の加熱温度は、１８００℃以上である。

【発明の効果】

【0031】

開示した技術によれば、新規な温度分布評価方法、温度分布評価装置、及び、均熱範囲の評価方法を提供することができる。

【0032】

他の課題、特徴及び利点は、図面及び特許請求の範囲とともに取り上げられる際に、以下に記載される発明を実施するための形態を読むことにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明に係る温度分布評価方法の温度分布評価工程を説明する概略図である。

【図2】本発明に係る温度分布評価方法の測定点設定工程を説明する概略図である。

【図3】本発明に係る温度分布評価方法の基板配置工程から変化量比較工程までを説明する概略図である。

【図4】実施形態１に係る温度分布測定装置の説明図である。

【図5】実施形態１に係る温度分布測定装置の説明図である。

【図6】実施形態１に係る温度分布測定装置の説明図である。

【図7】実施形態２に係る温度分布測定装置の説明図である。

【図8】参考例における基板厚変化速度における輸送元及び輸送先の距離依存性を示すグラフ図等である。

【図9】実施例における基板厚変化速度の位置依存性を示すグラフ図等である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明を図面に示した好ましい実施形態について、図を用いて詳細に説明する。
本発明の技術的範囲は、添付図面に示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更が可能である。

【0035】

《温度分布評価方法》
本発明は、加熱装置４０が備える加熱領域４０Ａの温度分布を評価する温度分布評価方法であって、半導体基板１０と、この半導体基板１０と原料を輸送し合う送受体２０と、を加熱領域４０Ａで加熱し、半導体基板１０の基板厚変化量Ａに基づいて加熱領域４０Ａの温度分布を評価する温度分布評価工程Ｓ１を有する。

【0036】

具体的には、温度分布評価工程Ｓ１は、図１に示すように、加熱領域４０Ａ内に複数の測定点Ｐを設定する測定点設定工程Ｓ１０と、測定点Ｐに対応する位置に半導体基板１０及び送受体２０を配置する基板配置工程Ｓ２０と、加熱領域４０Ａで半導体基板１０及び送受体２０を加熱することで基板厚さＴを変化させる加熱工程Ｓ３０と、測定点Ｐに対応する半導体基板１０の基板厚変化量Ａを測定する変化量測定工程Ｓ４０と、複数の測定点Ｐでの基板厚変化量Ａを比較する変化量比較工程Ｓ５０と、を含む。
以下、温度分布評価工程Ｓ１の詳細について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。

【0037】

〈測定点設定工程Ｓ１０〉
測定点設定工程Ｓ１０は、加熱領域４０Ａ内に複数の測定点Ｐを設定する工程である。
まずは、本発明の温度分布の測定対象である加熱装置４０について説明する。

【0038】

図２は、本発明に係る温度分布評価方法の測定対象である加熱装置４０の一例である。なお、熱処理対象を加熱する目的の加熱領域４０Ａを有する装置であれば、本発明の測定対象となり得る。

【0039】

加熱装置４０は、熱処理対象を加熱する加熱領域４０Ａが形成される加熱室４１と、熱処理対象を加熱領域４０Ａ内に設置可能なステージ４２と、加熱領域４０Ａを形成する加熱ヒータ４３と、加熱室４１内の排気を行う真空形成バルブ４４と、加熱室４１内に不活性ガスを導入する不活性ガス注入用バルブ４５と、を有している。

【0040】

この加熱装置４０は、熱処理対象を１０００℃～２３００℃の温度領域で加熱することができるよう構成されている。また、好ましくは１６００℃以上、さらに好ましくは１８００℃以上で、さらに好ましくは２０００℃以上の温度領域で、熱処理対象を加熱可能に構成されている。

【0041】

熱処理時の加熱室４１内（加熱領域４０Ａ）には、温度勾配が形成されている。この温度勾配は、例えば、ステージ４２と加熱室４１の接触部から微小な熱が逃げることにより形成される。この場合、加熱室４１の上方向から下方向に向かって温度が下がるよう温度勾配を設けて熱処理対象を加熱することができる。

【0042】

また、加熱ヒータ４３により温度勾配を形成する構成を採用してもよい、例えば、加熱ヒータ４３は、上側に多くのヒータが配置されるよう構成してもよい。また、加熱ヒータ４３は、上側に向かうにつれて幅が大きくなるように構成してもよい。あるいは、加熱ヒータ４３は、上側に向かうにつれて供給される電力を大きくすることが可能なよう構成してもよい。
さらに、下方向から上方向に向かって温度が下がるよう温度勾配を設けてもよい。

【0043】

測定点Ｐは、加熱領域４０Ａ内の任意の位置に設定することができる。
図２（ａ）は、測定点Ｐを加熱領域４０Ａの水平方向に複数設定した場合の側面図を示している。図２（ｂ）は、測定点Ｐを加熱領域４０Ａの水平方向に複数設定した場合の平面図を示している。
また、測定点Ｐを加熱領域４０Ａの高さ方向に複数点設定することも当然に可能である。

【0044】

〈基板配置工程Ｓ２０〉
基板配置工程Ｓ２０は、測定点設定工程Ｓ１０で設定した複数の測定点Ｐに沿って、半導体基板１０及び送受体２０を配置する工程である。
図３は、図２の測定点Ｐ１及び測定点Ｐ２に沿って、半導体基板１０及び送受体２０を配置した様子を示している。具体的には、半導体基板１０及び送受体２０は、複数の測定点Ｐが配列した方向に沿って配列するよう配置されており、複数の測定点Ｐと、半導体基板１０の基板厚が変化する表面とが略平行となるよう配置されていればよい。そのため、半導体基板１０の表面上に測定点Ｐがあってもよいし、半導体基板１０の表面から一定距離離れた箇所に測定点Ｐがあってもよい。

【0045】

半導体基板１０は、昇華法等で作製したインゴットから円盤状にスライスすることで形成された半導体ウェハや、単結晶を薄板状に加工した単結晶基板を用いることができる。なお、単結晶の結晶多形としては、何れのポリタイプのものも採用することができる。
また、半導体基板１０の材料としては、ＳｉＣ基板や、ＧａＮ基板及びＡｌＮ基板を例示することができる。

【0046】

送受体２０は、加熱時に半導体基板１０と原料を輸送し合う材料で構成されており、好ましくは半導体基板１０と同じ材料で構成されている。例えば、半導体基板１０が単結晶ＳｉＣで構成されている場合には、送受体２０は単結晶ＳｉＣ又は多結晶ＳｉＣで構成されている。すなわち、送受体２０として半導体基板１０を採用してもよい。

【0047】

図３においては、加熱装置４０が形成する温度勾配に対して、低温側に半導体基板１０を、高温側に送受体２０を配置して、半導体基板１０を成長させる形態を示したが、反対に配置してもよい。すなわち、加熱装置４０が形成する温度勾配に対して、高温側に半導体基板１０を、低温側に送受体２０を配置して、半導体基板１０をエッチングする形態を採用してもよい。

【0048】

また、半導体基板１０と送受体２０は、準閉鎖空間を形成する収容容器３０内に配置されていることが好ましい。なお、本明細書における「準閉鎖空間」とは、容器内の真空引きは可能であるが、容器内に発生した蒸気の少なくとも一部を閉じ込め可能な空間のことをいう。
このような準閉鎖空間で原料（原子）の受け取り又は受け渡しを行うことにより、原料が排気されることを抑制して、より正確に基板厚変化量Ａを測定することができる。すなわち、収容容器３０は、加熱時に半導体基板１０を構成する元素を含む雰囲気を容器内に形成することが好ましい。

【0049】

収容容器３０は、半導体基板１０の材料の融点と同等若しくはそれ以上の融点を有する、高融点材料で構成されることが好ましい。具体的には、汎用耐熱部材であるＣ、高融点金属であるＷ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔａ，Ｍｏ、炭化物であるＴａ_９Ｃ_８，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，ＺｒＣ，Ｔａ_２Ｃ，ＴｉＣ，ＷＣ，ＭｏＣ、窒化物であるＨｆＮ，ＴａＮ，ＢＮ，Ｔａ_２Ｎ，ＺｒＮ，ＴｉＮ、ホウ化物であるＨｆＢ_２，ＴａＢ_２，ＺｒＢ_２，ＮＢ_２，ＴｉＢ_２、若しくは、半導体基板１０と同様の材料であるＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を例示することができる。

【0050】

収容容器３０が半導体基板１０と同様の材料で構成されている場合には、加熱時に容器内が半導体基板１０を構成する元素の雰囲気を形成することができる。また、収容容器３０内に、半導体基板１０と同様の元素の蒸気を供給する蒸気源を配置してもよい。

【0051】

また、収容容器３０は、加熱装置４０の構成によって、用いるか否かを選択することができる。すなわち、加熱装置４０の加熱領域４０Ａが準閉鎖空間を形成可能な構成である場合には、収容容器３０を用いずに、半導体基板１０及び送受体２０を配置すればよい。一方で、加熱装置４０の加熱領域４０Ａが開放系である場合には、収容容器３０を用いることが好ましい。

【0052】

〈加熱工程Ｓ３０〉
加熱工程Ｓ３０は、図３に示すように、基板配置工程Ｓ２０で配置した半導体基板１０及び送受体２０の間に、温度勾配が形成されるように加熱する工程である。このように、半導体基板１０と送受体２０との間に温度勾配を設けて加熱することで、温度勾配を駆動力として原子の輸送を行い、半導体基板１０のエッチング若しくは成長を行う。

【0053】

この時、測定点Ｐによって温度が異なる場合には、各測定点Ｐの温度を反映するように、半導体基板１０が成長若しくはエッチングする。すなわち、加熱領域４０Ａ内の高温部分であれば、半導体基板１０及び送受体２０のエッチング量Ｅ及び成長量Ｇが大きくなり、加熱領域４０Ａの低温部分では、エッチング量Ｅ及び成長量Ｇが小さくなる。

【0054】

図３においては、高温部分である測定点Ｐ１のエッチング量Ｅ１及び成長量Ｇ１が大きく、低温部分である測定点Ｐ２のエッチング量Ｅ２及び成長量Ｇ２が小さくなっている。

【0055】

〈変化量測定工程Ｓ４０〉
変化量測定工程Ｓ４０は、加熱工程Ｓ３０で変化した半導体基板１０の基板厚変化量Ａを測定する工程である。この基板厚変化量Ａは、加熱工程Ｓ３０前の基板厚と加熱工程Ｓ３０後の基板厚から求めることができる。なお、この基板厚変化量Ａは、エッチング量Ｅ及び成長量Ｇを含む。

【0056】

測定手段としては、電子顕微鏡、レーザー顕微鏡及びプローブ顕微鏡等を含む測定手法を、特に制限なく採用することができる。例えば、加熱工程Ｓ３０後の半導体基板１０の測定点Ｐで破断し、この破断面を電子顕微鏡で観察することにより、測定点Ｐにおける成長量Ｇを測定することができる。
また、あらかじめ半導体基板１０上に、電子顕微鏡像においてコントラストが異なる成長層を形成しておき、加熱工程Ｓ３０後に観察される成長層の量に基づいて、エッチング量Ｅ及び成長量Ｇを測定することができる。

【0057】

〈変化量比較工程Ｓ５０〉
変化量比較工程Ｓ５０は、変化量測定工程Ｓ４０で測定された、各測定点Ｐでの基板厚変化量Ａを測定点Ｐごとに比較する工程である。例えば、図３における、測定点Ｐ１と測定点Ｐ２における基板厚変化量Ａ（成長量Ｇ）を比較した場合、測定点Ｐ１の成長量Ｇ１は、測定点Ｐ２の成長量Ｇ２よりも大きい。また、送受体２０に半導体基板１０を用いて基板厚変化量Ａ（エッチング量Ｅ）を比較した場合、測定点Ｐ１のエッチング量Ｅ１は、測定点Ｐ２のエッチング量Ｅ２よりも小さい。

【0058】

以上より、加熱領域４０Ａにおける測定点Ｐ１と測定点Ｐ２とでは、温度が異なっていることがわかる。また、測定点Ｐ２は、測定点Ｐ１よりも温度が低くなっていることがわかる。
一方、測定点Ｐによって、基板厚変化量Ａ（エッチング量Ｅ及び／又は成長量Ｇ）が同程度であれば、それらの測定点Ｐにおいては同様の加熱環境であることがわかる。

【0059】

すなわち、本発明に係る温度分布測定方法によれば、加熱装置４０の加熱領域４０Ａに対し、測定点Ｐにおける基板厚変化量Ａを測定することで、１６００℃以上若しくは１８００℃以上の高温環境下における加熱領域４０Ａの均熱範囲を把握することができる。これにより、半導体製造プロセスおける温度管理に寄与し、半導体デバイス製造の歩留まり改善に貢献することができる。

【0060】

《温度分布評価装置》
次に、上記温度分布評価を行う温度評価装置の形態について、実施形態１及び実施形態２を参照して詳細に説明する。

【0061】

〈実施形態１〉
以下、本発明の実施形態１に係る温度分布評価装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、先の温度分布評価方法に示した構成と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

【0062】

実施形態１に係る温度分布評価装置は、加熱装置４０の加熱領域４０Ａに配置される温度分布評価ユニットＵを備える。この温度分布評価ユニットＵは、図４に示すように、半導体基板１０と、この半導体基板１０と相対させて加熱することにより原料を輸送しあう送受体２０と、半導体基板１０と送受体２０とを相対させて設置する設置具５０と、を有する。
また、加熱装置４０の加熱領域４０Ａが準閉鎖空間でない場合には、温度分布評価ユニットＵを収容する収容容器３０をさらに備える。

【0063】

収容容器３０は、互いに嵌合可能な上容器３１と、下容器３２と、を備える嵌合容器である。上容器３１と下容器３２の嵌合部には、収容容器３０内の排気（真空引き）が可能なように微小な間隙３３が形成されている。これにより、収容容器３０内に準閉鎖空間を形成可能に構成されている。

【0064】

また、収容容器３０は、加熱時にＳｉ蒸気を含む雰囲気を形成可能な材料環境を形成可能に構成されている。例えば、高融点材料であるＴａＣ製の上容器３１および下容器３２を採用し、この容器の内側にタンタルシリサイド層を形成した構成を採用する。このように構成することで、加熱時にタンタルシリサイド層からＳｉ蒸気が発生し、収容容器３０内をＳｉ蒸気圧空間とすることができる。また、加熱時にＳｉ蒸気とＣ蒸気を供給する多結晶ＳｉＣ製の収容容器３０を採用してもよい。

【0065】

本実施形態においては、半導体基板１０及び送受体２０に単結晶ＳｉＣ基板を採用して詳細に説明するが、測定したい温度領域に応じて、ＡｌＮ基板やＧａＮ基板を採用してもよい。

【0066】

半導体基板１０及び送受体２０としては、昇華法等で作製したインゴットから円盤状にスライスしたＳｉＣウェハや、ＳｉＣ単結晶を薄板状に加工したＳｉＣ基板を例示することができる。なお、ＳｉＣ単結晶の結晶多形としては、何れのポリタイプのものも採用することができる。
また、単結晶基板又は多結晶基板を例示することができる。また、当該単結晶基板はエピタキシャル成長層をその表面に有してよい。また、当該エピタキシャル成長層は、単結晶基板の材料と異なる材料であってよい。

【0067】

設置具５０は、半導体基板１０と送受体２０の間に間隙Ｈ５１を形成する支持部５１と、半導体基板１０が当接される第１当接面５２と、送受体２０が当接される第２当接面５３と、半導体基板１０及び送受体２０の縁に沿って設けられる枠部５４（位置決め手段）と、を有している。

【0068】

支持部５１が形成する間隙Ｈ５１は、好ましくは、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは、７ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下、さらに好ましくは３.５ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは２．７ｍｍ以下である。設置具隙間Ｈ２０１は、好ましくは０.７ｍｍ以上、より好ましくは１.０ｍｍ以上、より好ましくは１.２ｍｍ以上、さらに好ましくは１.５ｍｍ、さらに好ましくは１．７ｍｍ以上である。この間隙Ｈ５１は、基板間距離であり、後述する原料輸送に係る輸送元及び輸送先の間の距離である。

【0069】

第１当接面５２及び第２当接面５３は、半導体基板１０及び送受体２０の外縁部と当接可能なよう形成されており、間隙Ｈ５１に準閉鎖空間が形成される大きさに設定されている。そのため、この第１当接面５２及び第２当接面５３は、内側に貫通孔が設けられた構成となっている。

【0070】

枠部５４は、半導体基板１０及び／又は送受体２０の縁（外形）に沿って設けられており、半導体基板１０や送受体２０が、第１当接面及び第２当接面からズレてしまうことを抑制する位置決め手段である。図４においては、設置具５０の全周部に枠部５４を設けた例を示したが、一部に凸部を設けるなどして、位置決め手段を形成してもよい。また、設置具５０の片面に位置決め手段を形成する形態を採用してもよい。

【0071】

また、枠部５４の高さ５４Ｈは、好ましくは、半導体基板１０や送受体２０の厚み以下であることが好ましい。このように、高さ５４Ｈを半導体基板１０や送受体２０の厚み以下とすることにより、設置具５０下に配置される半導体基板１０又は送受体２０と密接させることができる。
なお、設置具５０の長さは４．０ｍｍを、幅は８．０ｍｍを例示できる。また、設置具５０における貫通孔の幅は、例として、２．０ｍｍである。

【0072】

設置具５０の材料は、好ましくは、半導体基板１０及び送受体２０と同様の構成元素を有する。

【0073】

次に、実施形態１に係る温度分布測定装置を用いて温度分布を測定する工程について、図５および図６を参照して詳細に説明する。

【0074】

実施形態１における温度分布評価方法は、加熱領域４０Ａに複数の測定点Ｐを設定する測定点設定工程Ｓ１０（図示せず）と、２つの半導体基板１０と半導体基板１０を相対させて設置する設置具５０とからなる温度分布評価ユニットＵを測定点Ｐに対応する位置に配置する基板配置工程Ｓ２０と、基板配置工程Ｓ２０に次いで温度分布評価ユニットＵを加熱する加熱工程Ｓ３０と、加熱工程Ｓ３０に次いで半導体基板１０の基板厚変化量Ａ（エッチング量Ｅ及び／又は成長量Ｇ）を測定する変化量測定工程Ｓ４０と、複数の測定点Ｐにおける基板厚変化量Ａを比較する変化量比較工程Ｓ５０と、を含む。

【0075】

実施形態１に係る測定点設定工程Ｓ１０は、図６に示すように複数の測定点Ｐを加熱領域４０Ａの水平方向Ｄ１に設定している。また、この測定点Ｐは、加熱領域４０Ａにおける垂直方向Ｄ２に配列するよう設定してもよいし、水平方向Ｄ１及び／又は垂直方向Ｄ２に配列するよう設定してもよい。

【0076】

実施形態１に係る加熱工程Ｓ３０は、一方の半導体基板１０から他方の半導体基板１０へ原料を輸送する原料輸送工程を含む、と把握することができる。
図５に示すように、実施形態１において温度分布評価ユニットＵが加熱される際、半導体基板１０から原料輸送空間Ｙへ昇華ガスが輸送される。なお、本明細書中における昇華ガスと、原料と、は同義である。

【0077】

昇華ガスの発生及び輸送は、以下に示す１）～５）の持続によって進行する、と把握することができる。

【0078】

１） ＳｉＣ（ｓ）→Ｓｉ（ｖ）＋Ｃ（ｓ）
２） ２Ｃ（ｓ）＋Ｓｉ（ｖ）→ＳｉＣ_２（ｖ）
３） Ｃ（ｓ）＋２Ｓｉ（ｖ）→Ｓｉ_２Ｃ（ｖ）
４） Ｓｉ（ｖ）＋ＳｉＣ_２（ｖ）→２ＳｉＣ（ｓ）
５） Ｓｉ_２Ｃ（ｖ）→Ｓｉ（ｖ）＋ＳｉＣ（ｓ）

【0079】

１）の説明:一方の半導体基板１０（ＳｉＣ（ｓ））の加熱により、Ｓｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が優先的に脱離する（Ｓｉ原子昇華工程）。
２）及び３）の説明:Ｓｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が脱離することで半導体基板１０表面に残存したＣ（Ｃ（ｓ））は、原料輸送空間Ｙ内のＳｉ蒸気（Ｓｉ（ｖ））と反応することで、Ｓｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等となって原料輸送空間Ｙ内に昇華する（Ｃ原子昇華工程）。
４）及び５）の説明:昇華したＳｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等が、温度勾配によって他方の半導体基板１０表面のテラスに到達・拡散し、ステップに到達することで半導体基板１０の表面の多形を引き継いで成長層が成長・形成される（ステップフロー成長）。

【0080】

加熱工程は、半導体基板１０からＳｉ原子を熱昇華させるＳｉ原子昇華工程と、半導体基板１０に残存したＣ原子を原料輸送空間Ｙ内のＳｉ原子と結合させることで昇華させるＣ原子昇華工程と、を含む。

【0081】

加熱工程は、原料の輸送元としての半導体基板表面を、Ｓｉ原子昇華工程及びＣ原子昇華工程に基づきエッチングするエッチング工程を含む。
また、原料輸送工程は、原料の輸送先としての半導体基板表面において、上記ステップフロー成長に基づくエピタキシャル成長層形成を行うエピタキシャル成長層形成工程を含む。

【0082】

加熱工程は、原料輸送空間Ｙ中を拡散したＳｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等が輸送先において過飽和となり凝結する、と把握することができる。実施形態１における成長層の形成は物理気相輸送（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）に基づく、と把握することができる。

【0083】

実施形態１における原料輸送の駆動力は、例として、温度分布評価ユニットＵ内で形成された温度勾配に起因する半導体基板１０間の温度差である、と把握することができる。

【0084】

相対する２つの半導体基板表面の結晶構造に起因する化学ポテンシャル差も、原料輸送の駆動力である、と把握することができる。例えば、相対する単結晶基板表面及び多結晶基板表面を含む温度分布評価ユニットＵにおいては、基板表面の結晶構造に起因する蒸気圧差が原料輸送の駆動力となり得る、と把握することができる。

【0085】

変化量測定工程Ｓ４０は、半導体基板１０の基板厚変化量Ａ（エッチング量Ｅ及び／又は成長量Ｇ）を測定する。このとき、基板厚変化量Ａは、断面観察や表面観察による凹凸形状の取得等により、測定される。同一の半導体基板１０の表面における異なる点のそれぞれと対応してよい。特に、本実施形態においては、半導体基板１０と設置具５０とが当接している箇所の基板厚変化が抑制されるため、レーザー顕微鏡等を用いて容易に基板厚変化量Ａを測定することができる。

【0086】

実施形態１における変化量比較工程Ｓ５０は、変化量測定工程Ｓ４０により得られた基板厚変化量Ａに基づき、加熱領域４０Ａにおける温度分布を評価する。
実施形態１における評価工程は、例として、基板厚変化量Ａと、半導体基板１０の表面と対応する分圧差、面密度、脱離係数と、昇華ガスの分子量及び気体定数と、に基づき、加熱領域４０Ａにおける温度分布を評価する。当該分圧差は、半導体基板１０の表面のそれぞれと対応する蒸気圧と、温度差と、に基づき決定される。

【0087】

本実施形態に係る温度分布評価装置によれば、設置具５０を用いて半導体基板１０と送受体２０とを相対させることにより、容易にエッチング量Ｅ及び成長量Ｇを測定することができる。すなわち、半導体基板１０（若しくは送受体２０）と設置具５０とが当接される第１当接面５２（若しくは第２当接面５３）においては、エッチングや成長が抑制される。そのため、加熱工程Ｓ３０後の表面には、成長量Ｇやエッチング量Ｅに対応する段差が形成されている。この段差の高さを図ることにより、容易に基板厚変化量Ａを得ることができる。

【0088】

また、本実施形態に係る温度分布評価装置によれば、加熱領域４０Ａ内に複数の温度分布評価ユニットＵを配置する事により、少ない半導体基板１０の面積で、加熱領域４０Ａに設定された測定点Ｐの基板厚変化量Ａを得ることができる。

【0089】

〈実施形態２〉
以下、本発明の実施形態２に係る温度分布評価装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、先の温度分布評価方法及び実施形態１に示した構成と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

【0090】

実施形態２に係る温度分布評価装置は、半導体基板１０と、この半導体基板１０を収容する収容容器３０と、を備える。この収容容器３０は、容器の少なくとも一部が送受体２０で構成されている。

【0091】

半導体基板１０は、加熱領域４０Ａに設定された複数の測定点Ｐを跨ぐ面積に設定されている。例えば、２インチ以上、４インチ以上、６インチ以上、８インチ以上のウェハを例示することができる。

【0092】

収容容器３０は、例えば、多結晶ＳｉＣで構成されている。このように収容容器３０自体を、半導体基板１０と原料を輸送し合う送受体２０で構成することができる。

【0093】

また、実施形態１と同様に設置具５０を用いて、半導体基板１０同士を対峙させる構成を採用する場合には、収容容器３０の材料は上述した高融点材料を採用することができる。
また、図示はしていないが、収容容器３０の外側にさらに容器を配置してもよい。

【0094】

実施形態２に係る温度分布評価装置によれば、複数の測定点Ｐを跨ぐ面積の半導体基板１０を採用することにより、加熱領域４０Ａの温度分布をより広範囲にわたって評価することができる。特に、加熱領域４０Ａにおける均熱範囲の閾値を把握することができるため、半導体製造プロセスおける温度管理に寄与し、半導体デバイス製造の歩留まり改善に貢献することができる。

【0095】

《参考例》
図８に示すように、基板厚変化速度Ｒ１は輸送元及び輸送先の距離依存性を有する。
図８における原料輸送は、輸送元及び輸送先のそれぞれが半導体基板１０及び収容容器３０のそれぞれとなる。収容容器３０の材料は、ＳｉＣ多結晶である。このとき、半導体基板１０の一端にスペーサーを挿入することで傾斜を付与し、輸送元及び輸送先の距離依存性を把握している。輸送元及び輸送先の距離が１.７～２．７ｍｍの範囲であるとき、基板厚変化速度Ｒ１は増加する、と把握することができる。

【0096】

《実施例》
以下の方法で温度分布評価（実施例）を試みた。なお、以下に実施例の条件を説明する。

【0097】

〈測定点設定工程Ｓ１０〉
測定点設定工程Ｓ１０では、直径１５ｃｍの加熱領域４０Ａに対し、測定点Ｐ１～測定点Ｐ７を設定した。具体的には、測定点Ｐ１は加熱領域４０Ａの略中心から－７．５ｃｍ、測定点Ｐ２は加熱領域４０Ａの略中心から－５．０ｃｍ、測定点Ｐ４は加熱領域４０Ａの略中心から－２．５ｃｍ、測定点Ｐ４は加熱領域４０Ａの略中心から０．０ｃｍ、測定点Ｐ５は加熱領域４０Ａの略中心から２．５ｃｍ、測定点Ｐ６は加熱領域４０Ａの略中心から５．０ｃｍ、測定点Ｐ７は加熱領域４０Ａの略中心から７．５ｃｍ、の位置に設定されている。
なお、この測定点Ｐ１～測定点Ｐ７は、一直線に配列されている。

【0098】

〈基板配置工程Ｓ２０〉
基板配置工程Ｓ２０では、以下の半導体基板１０を、設置具５０により相対させた温度分布評価ユニットＵを測定点Ｐ１～測定点Ｐ７に対応する位置に配置した。なお、温度分布評価ユニットＵは収容容器３０に収容した。

【0099】

［半導体基板１０］
基板材料:４Ｈ－ＳｉＣ単結晶
基板サイズ:１２ｍｍ（横幅）、４ｍｍ（縦幅）、０．３ｍｍ（厚み）
オフ方向及びオフ角:＜１１－２０＞方向４°オフ

【0100】

［設置具５０］
部材材料：ＳｉＣ多結晶
部材サイズ：０．３ｍｍ（設置具隙間）、０．２ｍｍ（設置具枠幅）、８ｍｍ×３ｍｍ（設置具枠長）

【0101】

［収容容器３０］
容器材料:ＴａＣ
タンタルシリサイド層:
容器サイズ:１６０ｍｍ（直径）、６０ｍｍ（高さ）

【0102】

〈加熱工程Ｓ３０〉
上記基板配置工程Ｓ２０の条件で配置した半導体基板１０を以下の加熱条件で加熱した。
［加熱条件］
加熱温度：１８００℃
温度勾配:１℃／ｍｍ
加熱時間：１ｈ

【0103】

〈変化量測定工程Ｓ４０〉
図９に、測定点Ｐ１～測定点Ｐ７における基板厚変化量Ａを測定し、基板厚変化速度Ｒ１に変換した説明図を示す。この基板厚変化量Ａは、レーザー顕微鏡により測定した。なお、高温側に配置された半導体基板１０のエッチング量Ｅと、低温側に配置された半導体基板１０の成長量Ｇとは、同程度の値であった。

【0104】

〈変化量比較工程Ｓ５０〉
図９に示すように、加熱後の温度評価器１において測定された基板厚変化速度Ｒ１は、加熱領域４０Ａの略中央部からの距離に依存する。また、図９からわかるように、加熱領域４０Ａにおいて、測定点Ｐ３～測定点Ｐ５の範囲は均熱領域であると評価でき得る。また、測定点Ｐ２～測定点Ｐ６の範囲においても、半導体製造プロセスに悪影響を与えない温度領域であると評価出来得る。

【0105】

なお、本実施例における基板厚変化速度Ｒ１の位置依存性は、例えば、収容容器３０を支持する支柱と、収容容器３０との接触点を介した熱流の発生に起因する、加熱領域４０Ａの略端部における温度低下である、と把握することができる。

【0106】

本発明によれば、収容容器内の準閉鎖空間を保持しながら、加熱領域における温度分布を好適に評価することができる。これにより、赤外線等を透過しない材料で密閉された領域における温度分布評価を実現することができる。

【0107】

また、本発明によれば、基板表面間の分圧差を駆動力とする原料輸送を半導体基板間距離が一様な空間で行う。これにより、エッチング速度及びエピタキシャル成長層の成長速度の面内ばらつきを抑え、基板厚変化量に基づく温度分布評価を好適に行うことができる。

【符号の説明】

【0108】

１０ 半導体基板
２０ 送受体
３０ 収容容器
４０ 加熱装置
４０Ａ 加熱領域
５０ 設置具
Ｄ１ 水平方向
Ｄ２ 垂直方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】